專利名稱：不平坦圖案化的基底上的高質(zhì)量非極性/半極性半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體地說(shuō)，涉及一種高質(zhì)量非極性/ 半極性半導(dǎo)體器件及其制造方法。在所述高質(zhì)量非極性/半極性半導(dǎo)體器件中，非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體晶體形成在能夠生長(zhǎng)非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石晶面上， 從而在氮化物半導(dǎo)體層中不會(huì)發(fā)生在極性氮化物半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的壓電效應(yīng)。另外，模板層形成在以不平坦的圖案蝕刻的藍(lán)寶石晶面上，以減小半導(dǎo)體器件的缺陷密度，并提高其內(nèi)部量子效率和光提取效率。
背景技術(shù)：
因?yàn)橹T如GaN的III-V族氮化物半導(dǎo)體(還簡(jiǎn)稱為“氮化物半導(dǎo)體”)具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，所以近來(lái)已經(jīng)將它們視為用于諸如發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD) 和太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體光學(xué)器件的必要材料。通常，III-V族氮化物半導(dǎo)體由經(jīng)驗(yàn)式為 InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的半導(dǎo)體材料組成。這樣的氮化物半導(dǎo)體光學(xué)器件應(yīng)用為用于諸如移動(dòng)電話鍵區(qū)、電子顯示板和照明器件的各種產(chǎn)品的光源。具體地說(shuō)，隨著使用LED或LD的數(shù)字產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，對(duì)具有更高亮度和更高可靠性的氮化物半導(dǎo)體光學(xué)器件的需求日益增加。例如，隨著移動(dòng)電話趨于更加纖薄，作為移動(dòng)電話的背光的側(cè)發(fā)光LED需要更亮和更薄。然而，如果使用C面(例如，(0001)面)作為藍(lán)寶石晶面在藍(lán)寶石基底上生長(zhǎng)諸如極性GaN的氮化物半導(dǎo)體，則內(nèi)部量子效率會(huì)由于極化場(chǎng)的形成所引起的壓電效應(yīng)而降低。因此，需要在藍(lán)寶石基底上形成非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體。然而，適合于使用非極性/半極性GaN等形成模板層的藍(lán)寶石和形成在藍(lán)寶石上的非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體模板層之間的晶格失配以及組成元件之間的熱膨脹系數(shù)的差異會(huì)引起諸如線缺陷和點(diǎn)缺陷的晶體缺陷。這樣的晶體缺陷對(duì)光學(xué)器件的可靠性(例如，抗靜電放電性(ESD))具有不利影響，并且還是光學(xué)器件內(nèi)電流泄漏的原因。因此，會(huì)降低光學(xué)器件的量子效率，從而導(dǎo)致光學(xué)器件的性能劣化。已經(jīng)做了各種努力來(lái)減少氮化物半導(dǎo)體層的晶體缺陷。這些努力之一是使用選擇性外延生長(zhǎng)。然而，這些努力需要高成本和復(fù)雜的工藝，例如SiO2掩模沉積。另外，可以通過(guò)在藍(lán)寶石基底上形成低溫緩沖層然后在低溫緩沖層上形成GaN來(lái)減少晶體缺陷。然而， 這對(duì)于解決光學(xué)器件的晶體缺陷問(wèn)題是不夠的。因此，需要解決由于晶體缺陷而使光學(xué)器件的亮度和可靠性劣化的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及一種高質(zhì)量非極性/半極性半導(dǎo)體器件及其制造方法。在所述高質(zhì)量非極性/半極性半導(dǎo)體器件中，氮化物半導(dǎo)體晶體形成在能夠生長(zhǎng)非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石晶面上，從而消除在極性GaN氮化物半導(dǎo)體中產(chǎn)生的壓電效應(yīng)。另外，模板層形成在以不平坦圖案蝕刻的藍(lán)寶石晶面上。因此，可以減少模板層的缺陷， 從而提高了晶體質(zhì)量?？梢詳U(kuò)展光逸出角的范圍，從而提高了光提取效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，在所述半導(dǎo)體器件中，模板層和半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)形成在具有用于生長(zhǎng)非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的晶面的藍(lán)寶石基底上，所述方法包括蝕刻所述藍(lán)寶石基底，以形成不平坦圖案；以及在其中形成有所述不平坦圖案的所述藍(lán)寶石基底上形成包括氮化物半導(dǎo)體層和GaN層的模板層。在通過(guò)上述方法制造的所述半導(dǎo)體器件中，所述藍(lán)寶石基底的所述晶面可以包括 A面、M面禾口 R面。所述不平坦圖案可以具有圓形形狀、半圓形狀、多條紋形狀或者包括三角形形狀和矩形形狀的多邊形形狀。可以通過(guò)各向異性蝕刻工藝或各向同性蝕刻工藝形成所述不平坦圖案。所述不平坦圖案的陣列可以以10納米至100微米的每個(gè)間隔形成為具有10納米至100微米的寬度和10納米至100微米的高度。所述氮化物半導(dǎo)體層可以包括h/lyGiinN層(0彡χ彡1，0彡y彡1， 0 彡 x+y 彡 1)。所述半導(dǎo)體器件包括發(fā)光二極管(LED)，所述發(fā)光二極管包括位于η型氮化物半導(dǎo)體層和P型氮化物半導(dǎo)體層之間的活性層。所述半導(dǎo)體器件可以包括光學(xué)器件或者可以包括電子器件，所述光學(xué)器件包括發(fā)光二極管、激光二極管、光檢測(cè)器或太陽(yáng)能電池，所述電子器件包括晶體管。根據(jù)上面闡述的半導(dǎo)體器件及其制造方法，蝕刻能夠生長(zhǎng)非極性/半極性氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石晶面，以形成不平坦圖案，并在不平坦圖案上形成模板層。然后，在模板層上形成氮化物半導(dǎo)體光學(xué)器件。因此，氮化物半導(dǎo)體層可以具有低的晶體缺陷密度，從而提高了半導(dǎo)體器件的可靠性和性能(例如，亮度)。


圖1示出了用于說(shuō)明藍(lán)寶石基底的晶面的藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)。圖2示出了用于說(shuō)明半極性氮化物半導(dǎo)體層的半極性GaN晶體結(jié)構(gòu)。圖3是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在藍(lán)寶石基底上形成圓形不平坦圖案的工藝的剖視圖。圖4是通過(guò)圖3的工藝形成的圓形不平坦圖案的透視圖。圖5是通過(guò)圖3的工藝形成的圓形不平坦圖案的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖6是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的在藍(lán)寶石基底上形成圓形不平坦圖案的工藝的剖視圖。圖7是通過(guò)圖6的工藝形成的圓形不平坦圖案的透視圖。圖8是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的各種掩模圖案的圖。圖9是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光學(xué)器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖10是用于說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)中的XRD峰的圖。圖11是用于比較現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)之間的光致發(fā)光(PL)強(qiáng)度的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。提供這些實(shí)施例使本公開(kāi)將是徹底的且完整的，并將把本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為局限于在此提出的實(shí)施例。在整個(gè)附圖和說(shuō)明書(shū)中，將使用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)指示相同的元件。圖1示出了用于說(shuō)明藍(lán)寶石基底的晶面的藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)。通常，如果使用C面(例如(0001)面)作為藍(lán)寶石晶面在藍(lán)寶石基底上生長(zhǎng)諸如極性GaN的氮化物半導(dǎo)體，如圖1所示，則由于極化場(chǎng)的形成引起的壓電效應(yīng)會(huì)降低內(nèi)部量子效率。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在藍(lán)寶石基底上形成諸如LED、LD、光檢測(cè)器或太陽(yáng)能電池的氮化物半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)，并使用圖1中的A面(例如，(11-20)面)、M面(例如， (10-10)面)或R面(例如，(1-102)面)作為藍(lán)寶石基底的晶面，從而可以在該晶面上生長(zhǎng)非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層。如果需要，則可以使用C面作為藍(lán)寶石基底的晶面，并可以在該晶面上形成非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層。具體地說(shuō)，在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的基底是其中形成有不平坦圖案的藍(lán)寶石 (Al2O3)基底。例如，可以選擇M面作為藍(lán)寶石基底的晶面，并可以形成不平坦圖案。然后， 可以在不平坦圖案上形成沿與(11-2 面垂直的方向生長(zhǎng)的半極性氮化物半導(dǎo)體層，如圖 2所示。另外，即使當(dāng)選擇A面作為藍(lán)寶石基底的晶面時(shí)，也可以形成不平坦圖案，并可以在不平坦圖案上形成半極性氮化物半導(dǎo)體層。此外，可以選擇R面作為藍(lán)寶石基底的晶面，并可以形成不平坦圖案。然后，可以在不平坦圖案上形成沿與(11-20)面垂直的方向生長(zhǎng)的非極性氮化物半導(dǎo)體層。即使在使用能夠生長(zhǎng)諸如非極性或半極性GaN的氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石基底的情況下，如果在藍(lán)寶石基底上形成包括氮化物半導(dǎo)體層的模板層，則晶格失配和元件之間的熱膨脹系數(shù)的差異仍會(huì)導(dǎo)致諸如線缺陷和點(diǎn)缺陷的許多晶體缺陷。這樣的晶體缺陷對(duì)光學(xué)器件的可靠性(例如，抗靜電放電性(ESD))具有不利影響，并且還是電流泄漏的原因。 因此，會(huì)降低光學(xué)器件的量子效率，從而導(dǎo)致光學(xué)器件的性能劣化。在本發(fā)明的實(shí)施例中， 通過(guò)在能夠生長(zhǎng)非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石基底上形成不平坦圖案來(lái)解決這樣的問(wèn)題。針對(duì)用于制造半導(dǎo)體光學(xué)器件的方法給出了下面的描述。為了形成非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層，使用A面、M面或R面作為藍(lán)寶石基底的晶面，并蝕刻藍(lán)寶石基底，以形成不平坦圖案。然后，在不平坦圖案上形成非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體光學(xué)器件是指諸如LED、LD、光檢測(cè)器或太陽(yáng)能電池的氮化物半導(dǎo)體光學(xué)器件。盡管將LED描述為半導(dǎo)體光學(xué)器件的示例，但本發(fā)明不限于此。本發(fā)明還可以通過(guò)在使用A面、M面或R面作為晶面的藍(lán)寶石基底上形成不平坦圖案并在不平坦圖案上形成非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層而類似地應(yīng)用于用于制造諸如LD、光檢測(cè)器或太陽(yáng)能電池的其它氮化物半導(dǎo)體光學(xué)器件的方法。此外，根據(jù)本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體光學(xué)器件的方法還可以類似地應(yīng)用于用于制造諸如普通二極管或晶體管的半導(dǎo)體電子器件的方法。
圖3是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在藍(lán)寶石基底上形成圓形不平坦圖案的工藝的剖視圖。首先，準(zhǔn)備能夠生長(zhǎng)非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石基底IlO(SlO)。在藍(lán)寶石基底110上涂覆光致抗蝕劑(PR)，并執(zhí)行使用具有圓形圖案(陣列)的光掩模使涂覆的I3R曝光的光刻工藝，從而在藍(lán)寶石基底110上形成圓形I3R圖案111 (Sll)。通過(guò)諸如感應(yīng)耦合等離子體(ICP)的各向異性蝕刻工藝蝕刻形成在藍(lán)寶石基底 110上的圓形ra圖案ill (S12)。因此，可以蝕刻除了 ra圖案ill保留在藍(lán)寶石基底Iio 上的區(qū)域之外的區(qū)域。在蝕刻工藝之后，去除留下的PR。然后，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)那逑垂に囋谒{(lán)寶石基底110上形成如圖3所示的圓形不平坦圖案。另外，如圖4所示，可以通過(guò)上面描述的工藝在藍(lán)寶石基底110上形成圓形不平坦圖案的陣列。圖5是通過(guò)實(shí)際工藝形成的圓形不平坦圖案的SEM照片。在步驟Sll中，已經(jīng)示例性地描述了正性I3R的使用。在使用負(fù)性I3R的情況下，PR 111保留在未被曝光的區(qū)域中，并可以執(zhí)行各向異性蝕刻工藝，以形成具有與圖4或圖5的形狀相反的形狀的不平坦圖案。即，不平坦圖案可以形成為使得圖4或圖5中的凹陷部分和突出部分彼此相反。圖6是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的在藍(lán)寶石基底上形成圓形不平坦圖案的工藝的剖視圖。首先，準(zhǔn)備能夠生長(zhǎng)非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的藍(lán)寶石基底110(S20)。在藍(lán)寶石基底110上涂覆光致抗蝕劑(PR)，并執(zhí)行使用具有圓形圖案(陣列)的光掩模使涂覆的I3R曝光的光刻工藝，從而在藍(lán)寶石基底110上形成圓形ra圖案111 (S21)。通過(guò)使用酸溶液(例如，H2SO4溶液)或堿溶液(例如，KOH或NaOH溶液)的各向同性蝕刻工藝蝕刻形成在藍(lán)寶石基底110上的圓形ra圖案111 (S22)。因此，可以蝕刻除了 PR圖案111保留在藍(lán)寶石基底110上的區(qū)域之外的區(qū)域。在蝕刻工藝之后，去除留下的 ra。然后，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)那逑垂に囋谒{(lán)寶石基底110的下方形成如圖7所示的以圓形凹槽形狀蝕刻的不平坦圖案。在各向同性蝕刻工藝(步驟S21)中，已經(jīng)示例性地描述了正性I3R的使用。在使用負(fù)性I3R的情況下，PR 111保留在未被曝光的區(qū)域中，并可以執(zhí)行各向同性蝕刻工藝，從而形成具有與圖7的形狀相反的形狀的不平坦圖案。即，可以以與圖4或圖5的形狀類似的形狀形成不平坦圖案。不平坦圖案不局限于圓形形狀。例如，可以使用其上形成有圓形形狀、多線(條紋)形狀或包括三角形形狀或矩形形狀的各種多邊形形狀的圖案的光掩模來(lái)形成I3R圖案。 然后，可以通過(guò)各向異性蝕刻工藝或各向同性蝕刻工藝在藍(lán)寶石基底110上形成具有各種形狀的不平坦圖案。不平坦圖案的高度可以在幾十納米至幾百微米(例如，10納米至100微米)的范圍內(nèi)。圖4示出了不平坦圖案形成為具有1.5微米的高度的情況。另外，不平坦圖案的陣列可以以幾十納米至幾百微米(例如，10納米至100微米)的每個(gè)間隔(圖案的中心之間的距離)形成為具有幾十納米至幾百微米(例如，10納米至100微米)的寬度。圖4示出了不平坦圖案被形成為具有4微米的間隔和3微米的寬度的情況。圖9是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光學(xué)器件100的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
參照?qǐng)D9，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體光學(xué)器件100包括藍(lán)寶石基底110、模板層 120和LED層130。在藍(lán)寶石基底110中，上面描述的不平坦圖案形成在能夠生長(zhǎng)非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的晶面(例如，A面、M面或R面)上。模板層120和LED層130形成在藍(lán)寶石基底110上。準(zhǔn)備具有形成在基底的晶面(A面、M面或R面)上的不平坦圖案的藍(lán)寶石基底 110?？梢酝ㄟ^(guò)諸如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的真空沉積工藝在藍(lán)寶石基底110上生長(zhǎng)由非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層形成的模板層120?？梢栽谀０鍖?20上生長(zhǎng)LED 層 130。模板層120包括氮化物半導(dǎo)體層和未摻雜的GaN層。例如，具有經(jīng)驗(yàn)式 InxAlyGa1^yN(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)的低溫氮化物半導(dǎo)體層可以在400°C至
7000C的溫度范圍內(nèi)的特定溫度下形成為1OA至20,000A的厚度，并且高溫未摻雜的GaN
層可以形成在低溫氮化物半導(dǎo)體層上。高溫未摻雜的GaN層可以在高溫下(例如，在800°C
至1，100°C的溫度范圍內(nèi)的特定溫度下)生長(zhǎng)，并可以形成為IOA至20，000A的厚度。此
外，為了在GaN層的表面上進(jìn)一步減少諸如點(diǎn)缺陷和線缺陷的晶體缺陷，可以在構(gòu)成模板層120的低溫氮化物半導(dǎo)體層和高溫未摻雜的GaN層之間進(jìn)一步形成高溫氮化物半導(dǎo)體層。高溫氮化物半導(dǎo)體層可以具有經(jīng)驗(yàn)式ΜχΑ ρ ^Ν (0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)，
并可以在700°C至1，100°C的溫度范圍內(nèi)的特定溫度下形成為丨OA至2 ，οοοΑ的厚度。許多晶體缺陷會(huì)存在于使用平坦的藍(lán)寶石基底來(lái)沉積非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的模板層上。相反，如果根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成具有不平坦地圖案化的結(jié)構(gòu)的模板層120，則可以明顯地減少晶體缺陷。晶體缺陷的減少源于由于不平坦地圖案化的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的水平方向的晶體生長(zhǎng)?？梢詮膱D10來(lái)證實(shí)具有減少的晶體缺陷的均勻的非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層。從圖10的XRD強(qiáng)度可以看出，在形成GaN層而沒(méi)有形成不平坦圖案的情況(91) 下，GaN層的表面的半峰全寬(FWHM)值沿與C方向平行的方向(//C)為大約781. 2弧秒， 并且沿與C方向垂直的方向(丄C)為大約2163. 6弧秒。當(dāng)使用R面作為藍(lán)寶石晶面，并且沿與A面垂直的方向形成非極性GaN層時(shí)，獲得圖10的結(jié)果。另一方面，在形成不平坦圖案的情形(9 下未摻雜的GaN層的表面的XRD測(cè)量中，F(xiàn)WHM值沿與C方向平行的方向(//C)為大約774弧秒，并且沿與C方向垂直的方向 (丄C)為大約792弧秒。如上所述，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中獲得的FWHM值遠(yuǎn)小于在現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中獲得的 FWHM值。這表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中的結(jié)晶程度高于現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中的結(jié)晶程度。在形成顯著地減少了晶體缺陷并提高了結(jié)晶程度的模板層120且隨后在模板層 120上形成諸如LED、LD、光檢測(cè)器或太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)的情況下，可以抑制包括在現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中的極性氮化物半導(dǎo)體層中發(fā)生的壓電效應(yīng)。此外，可以提高光學(xué)器件的電子空穴復(fù)合速率，從而提高了其量子效率。因此，可以提高光學(xué)器件的亮度。例如，在LED層130形成在模板層120上的情況下，LED層130可以具有這樣的結(jié)構(gòu)，即，活性層132和133設(shè)置在η型氮化物半導(dǎo)體層131和ρ型氮化物半導(dǎo)體層134之間， 如圖9所示。
可以通過(guò)使摻雜有雜質(zhì)(例如，Si)的GaN層生長(zhǎng)到大約2微米的厚度來(lái)形成η型氮化物半導(dǎo)體層131?；钚詫?32和133可以包括多量子阱(MQW)層132和電子阻擋層(EBL) 133。具體地說(shuō)，通過(guò)交替地層疊GaN勢(shì)壘層(大約7. 5納米)和Ina 15Ga0.85N量子阱層(大約2. 5納米)若干次(例如，5次)來(lái)形成MQW層132。使用Altl. 12Ga0.88N層(大約20納米)來(lái)形成電子阻擋層133。MQW層132的InGaN量子阱層和GaN勢(shì)壘層可以以大約1 X IO1Vcm3的Si摻雜濃度摻雜，電子阻擋層133可以以大約5X 1019/cm3的Mg摻雜濃度摻雜。雖然已經(jīng)將Inai5G^l85N 量子阱層作為InGaN量子阱層的示例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明不限于此。與InxGai_xN(0 < χ < 1) 一樣，化和(^的比可以改變。另外，雖然已經(jīng)將Alai2Giia88N層作為電子阻擋層133 的示例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明不限于此。與Alx(iai_xN(0 <x< 1) 一樣，Al和( 的比可以改變。此外，MQff層132的InGaN量子阱層和GaN勢(shì)壘層可以摻雜有0、S、C、Ge、Zn、Cd 和Mg中的至少一種以及Si。可以通過(guò)使以大約5X 1019/cm3的Mg摻雜濃度摻雜的GaN層生長(zhǎng)到大約100納米的厚度來(lái)形成P型氮化物半導(dǎo)體層134。用于施加電壓的電極141和142可以分別形成在η型氮化物半導(dǎo)體層131和ρ型氮化物半導(dǎo)體層134上。完成的LED可以安裝在預(yù)定的封裝基底上，并用作相應(yīng)的光學(xué)器件。從圖11可以看出，在使用R面作為藍(lán)寶石晶面并沿與A面垂直的方向形成非極性GaN層的情況下，在不具有不平坦圖案的傳統(tǒng)的LED(A-GaN-普通)中，PL強(qiáng)度為低。相反，如在本發(fā)明的實(shí)施例中，在不平坦圖案形成在藍(lán)寶石晶面上的情況(A-GaN-PSQ下，證實(shí)了相應(yīng)的可見(jiàn)光波長(zhǎng)處的PL強(qiáng)度為高。如上所述，在模板層120上不僅可以形成LED層130，而且可以形成其它半導(dǎo)體電子器件或其它半導(dǎo)體光學(xué)器件結(jié)構(gòu)，例如LD、光檢測(cè)器或太陽(yáng)能電池，如圖9所示?？梢栽诨钚詫?32和133等處抑制壓電效應(yīng)。因此，可以提高電子空穴復(fù)合速率和量子效率，從而有助于器件的性能(例如，亮度)提高。盡管已經(jīng)參照具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將明顯的是，在不脫離在權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，在所述半導(dǎo)體器件中，模板層和半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)形成在具有用于生長(zhǎng)非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的晶面的藍(lán)寶石基底上，所述方法包括蝕刻所述藍(lán)寶石基底，以形成不平坦圖案；以及在其中形成有所述不平坦圖案的所述藍(lán)寶石基底上形成包括氮化物半導(dǎo)體層和GaN 層的模板層。
2.一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件由根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法制造。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述藍(lán)寶石基底的所述晶面包括A面、M 面禾口 R面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述不平坦圖案具有包括圓形形狀、半圓形狀、多條紋形狀、三角形形狀和矩形形狀的多邊形形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，通過(guò)各向異性蝕刻工藝或各向同性蝕刻工藝形成所述不平坦圖案。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述不平坦圖案的陣列以10納米至100 微米的每個(gè)間隔形成為具有10納米至100微米的寬度和10納米至100微米的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述氮化物半導(dǎo)體層包括InxAlyGa1^N 層，其中，0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件包括發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管包括位于η型氮化物半導(dǎo)體層和ρ型氮化物半導(dǎo)體層之間的活性層。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件包括光學(xué)器件或者包括電子器件，所述光學(xué)器件包括發(fā)光二極管、激光二極管、光檢測(cè)器或太陽(yáng)能電池，所述電子器件包括晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有降低的缺陷密度以及提高的內(nèi)部量子效率和光提取效率的高質(zhì)量非極性/半極性半導(dǎo)體器件及其制造方法。所述制造方法是用于制造半導(dǎo)體器件的方法，在所述半導(dǎo)體器件中，模板層和半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)形成在具有用于生長(zhǎng)非極性或半極性氮化物半導(dǎo)體層的晶面的藍(lán)寶石基底上。蝕刻所述藍(lán)寶石基底，以形成不平坦圖案，并且在其中形成有所述不平坦圖案的所述藍(lán)寶石基底上形成包括氮化物半導(dǎo)體層和GaN層的模板層。
文檔編號(hào)H01L33/02GK102576780SQ201080038311
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者俞根鎬, 南玉鉉 申請(qǐng)人:韓國(guó)產(chǎn)業(yè)技術(shù)大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán), 首爾Opto儀器股份有限公司