專利名稱：模板、其制造方法以及制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用模板制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件的技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件具有壽命長(zhǎng)、功耗低、初始驅(qū)動(dòng)特性極好、抗振性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其需求與日俱增。一般而言，氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件包括多個(gè)氮化物層，這些氮化物層包括η型氮化物層、活性層和P型氮化物層。其中，η型和P型氮化物層為活性層提供電子和空穴， 從而通過電子與空穴在該活性層中的再結(jié)合發(fā)出光。然而，諸如藍(lán)寶石(Al2O3)等材料制成的基底的晶格常數(shù)通常與氮化物層的不同， 因此當(dāng)在基底上直接生長(zhǎng)氮化物層時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的晶格畸變。因此，近年來提出了一種減少氮化物層生長(zhǎng)過程中晶格畸變的方法，該方法利用了一種具有沉積在基底上的未摻雜氮化物層的模板。然而，即使利用這種方法，錯(cuò)位密度仍然在IO9到KT/cm2，所以其對(duì)改善氮化物層晶體質(zhì)量的作用有限。最近，已經(jīng)提出了一種生長(zhǎng)技術(shù)來減少錯(cuò)位密度，例如橫向外延過生長(zhǎng) (epitaxial lateral overgrowth, ELO)。在這種技術(shù)中，在其上沉積有未摻雜氮化物層的模板上形成具有圖案的SiO2掩模，然后從掩模的開口生長(zhǎng)氮化物層，從而引起掩模上的橫向生長(zhǎng)。然而，由于該生長(zhǎng)技術(shù)包括基于化學(xué)氣相沉積(CVD)的SiO2膜沉積、涂光刻膠、光刻、刻蝕和清洗等步驟，因此制造過程繁瑣，花費(fèi)時(shí)間很多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種制造模板的方法以及一種利用該模板制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中在基底上形成具有多孔結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，從而減少由于基底與氮化物層晶格常數(shù)的差異造成的應(yīng)力，同時(shí)防止錯(cuò)位的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種制造模板的方法，包括在基底上生長(zhǎng)第一氮化物層；通過向第一氮化物層的頂面供給氯化物基刻蝕氣體來刻蝕第一氮化物層的頂面；通過在第一氮化物層的頂面上生長(zhǎng)第二氮化物層來形成多個(gè)第一空隙；通過向第二氮化物層的頂面供給所述刻蝕氣體來刻蝕第二氮化物層的頂面；以及通過在第二氮化物層的頂面上生長(zhǎng)第三氮化物層來形成多個(gè)第二空隙。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種制造垂直型氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括通過多次重復(fù)生長(zhǎng)氮化物層的過程和刻蝕過程，在生長(zhǎng)基底上生長(zhǎng)具有多個(gè)空隙的氮化物緩沖層；在所述氮化物緩沖層上生長(zhǎng)η型氮化物層、活性層和P型氮化物層；在所述P 型氮化物層上形成導(dǎo)電基底；利用形成所述多個(gè)空隙的部分作為切割表面去除所述生長(zhǎng)基底；以及通過處理所述切割表面來形成電極極板。


通過以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)說明，將使本發(fā)明的上述及其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)更加清晰，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的模板的剖視圖；圖2是制造圖1的模板的過程的流程圖；圖3是說明圖2的模板制造過程的剖面示意圖；圖4是示出通過進(jìn)行圖3中的初級(jí)刻蝕過程獲得的第一氮化物層的頂面的掃描式電子顯微鏡(SEM)照片；圖5是示出圖1的模板的橫截面的SEM照片；圖6是利用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的模板制造的橫向型氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖；圖7是利用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的模板制造的垂直型氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖具體描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在以下實(shí)施例中，主要描述用于制造發(fā)光器件的模板。然而，本發(fā)明不限于此，但可以應(yīng)用于用來生長(zhǎng)氮化物層的各種模板。應(yīng)該理解的是，當(dāng)諸如層、膜、區(qū)域或基底的一個(gè)元件被稱作位于另一元件“之上” 時(shí)，可以是該元件直接位于另一元件之上，也可以是存在插入的元件。相反，當(dāng)一個(gè)元件被稱作“直接”位于另一元件“之上”時(shí)，則不存在插入的元件。圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的模板10的剖視圖。如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施例的模板10包括基底100及在基底100上生長(zhǎng)的氮化物緩沖層200。氮化物緩沖層200具有多孔結(jié)構(gòu)，該多孔結(jié)構(gòu)中形成有多個(gè)空隙213、223，并且在氮化物緩沖層200上可以生長(zhǎng)和堆疊其他氮化物層。基底100限定了一個(gè)基面，氮化物層開始在其上生長(zhǎng)。該基底100是由適合氮化物層的晶格生長(zhǎng)的材料制成的。在本實(shí)施例中，將藍(lán)寶石(Al2O3)基底用作基底100。這里，該藍(lán)寶石基底具有六角形結(jié)構(gòu)，并且在高溫下穩(wěn)定。此外，可以使用由諸如尖晶石(MgAW4)、 碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化鋅(SiO)、砷化鎵(AsGa)或者氮化鎵(GaN)等材料制成的基底。在藍(lán)寶石基底100上形成氮化物緩沖層200。在本實(shí)施例中，利用與藍(lán)寶石基底 100 一樣具有六角系結(jié)構(gòu)的GaN層構(gòu)建氮化物緩沖層200?；蛘?，可以利用第III族氮化物層構(gòu)建氮化物緩沖層200。氮化物緩沖層200形成為堆疊有多個(gè)由GaN材料制成的氮化物層的結(jié)構(gòu)。氮化物緩沖層200是在藍(lán)寶石基底100上生長(zhǎng)氮化物層時(shí)，通過刻蝕氮化物層之一的頂面，繼而在該氮化物層上生長(zhǎng)另一氮化物層而形成的。因此，氮化物緩沖層200設(shè)置有多個(gè)空隙213 和223，這些空隙形成在鄰近各氮化物層之間的界面的部分處。在本實(shí)施例中，氮化物緩沖層200包括第一氮化物層210、第二氮化物層220和第三氮化物層230。多個(gè)第一空隙213形成在鄰近第一氮化物層210與第二氮化物層220之間的界面的部分處，多個(gè)第二空隙形成在鄰近第二氮化物層220與第三氮化物層230之間的界面的部分處。
因此，如圖1所示，在第一空隙213的上方形成第二空隙223，從而可以形成在其中多個(gè)空隙排列為兩層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。而且，第二空隙223與先前形成的第一空隙213在部分位置組合在一起，從而可以形成大尺寸的空隙結(jié)構(gòu)。圖2是制造圖1的模板的過程的流程圖，圖3是說明圖2的模板制造過程的剖面示意圖。下文中，將參照?qǐng)D2和圖3詳細(xì)描述生長(zhǎng)氮化物緩沖層200的方法。如圖3(a)所示，在SlO中，第一氮化物層210在藍(lán)寶石基底100上生長(zhǎng)成0.2到 10 μ m厚。該操作可以利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)裝置、氫化物氣相外延(hydride vapor phase epitaxy, HVPE)夕卜(molecular beam epitaxy, MBE) ^B 來完成。在本實(shí)施例中，采用了 MOCVD裝置，以確保氮化物層的晶格能夠令人滿意地生長(zhǎng)。在本實(shí)施例中，將藍(lán)寶石基底100放置在MOCVD裝置內(nèi)，并將三甲基鎵(TMGa) 和氨(NH3)連同作為載氣的氫氣(H2) —起供給到MOCVD裝置中，由此生長(zhǎng)出由未摻雜 GaN(U-GaN)材料制成的第一氮化物層210。在該生長(zhǎng)過程的初始階段，通過在500到700°C 低溫下保持大約10到30分鐘，生長(zhǎng)20nm U-GaN層，來形成緩沖層，然后通過升溫到1000 到1200°C，將該U-GaN層又生長(zhǎng)到大約2μπι厚。第一氮化物層由此形成。在生長(zhǎng)了第一氮化物層210之后，將基底100從MOCVD裝置轉(zhuǎn)移到HVPE裝置，HVPE 裝置的內(nèi)部溫度升高到800°C或更高。然后，在S20中，通過將氯化物基氣體和氨(NH3)供給到HVPE裝置中來進(jìn)行初級(jí)刻蝕過程。在本實(shí)施例中，將氯化氫(HCl)用作氯化物基氣體的一個(gè)實(shí)例。這里，即使在僅供給氯化氫(HCl)或僅供給氨(NH3)氣時(shí)，也能獲得刻蝕第一氮化物層的效果。然而，該氮化物層未被刻蝕處的結(jié)構(gòu)會(huì)變得不穩(wěn)定。因此，可以以lOOOsccm 或更小的速率將氯化氫(HCl)氣和以100到2000SCCm的速率將氨(NH3)氣供給到該HVPE 裝置中。在本實(shí)施例中，通過以300SCCm的速率供給氯化氫(HCl)氣并且以lOOOsccm的速率供給氨(NH3)氣來進(jìn)行刻蝕。圖4是示出在前述過程條件下初級(jí)刻蝕過程進(jìn)行了 15分鐘之后的第一氮化物層頂面的SEM照片。如圖4所示，隨著通過第一刻蝕過程在第一氮化物層210的上部向下進(jìn)行各向異性刻蝕，在第一氮化物層210被充分進(jìn)行刻蝕的位置形成了多個(gè)第一低谷結(jié)構(gòu)212， 而在第一氮化物層210未被充分進(jìn)行刻蝕的位置形成了多個(gè)柱狀的第一納米結(jié)構(gòu)211。通過調(diào)整氯化氫(HCl)氣和氨(NH3)氣的混合比和供給量以及進(jìn)行刻蝕的時(shí)間， 可以控制刻蝕過程中形成的納米結(jié)構(gòu)和低谷結(jié)構(gòu)的尺寸和圖案。該刻蝕過程可以進(jìn)行5到 30分鐘。通過初級(jí)刻蝕過程在第一氮化物層210的上部形成了多個(gè)第一納米結(jié)構(gòu)211和多個(gè)第一低谷結(jié)構(gòu)212之后，在第一氮化物層210的上部生長(zhǎng)第二氮化物層220(S30)?？梢岳肕OCVD裝置、HVPE裝置、MBE裝置等進(jìn)行第二氮化物層220的生長(zhǎng)。在本實(shí)施例中，利用HVPE裝置生長(zhǎng)第二氮化物層220。在這種情況下，通過將生長(zhǎng)第二氮化物層220的過程連同初級(jí)刻蝕過程以及隨后的次級(jí)刻蝕過程一起就地在HVPE裝置中進(jìn)行，能夠簡(jiǎn)化制造過程。在完成了初級(jí)刻蝕過程之后，將MOCVD裝置內(nèi)部的溫度升高到1000到1300°C，然后將氯化鎵(GaCl)氣和氨(NH3)氣供給到MOCVD裝置的過程空間。使氯化氫(HCl)氣經(jīng)過含有鎵源的鎵舟，通過氯化氫(HCl)氣與鎵的反應(yīng)生成氯化鎵(GaCl)氣。在這個(gè)過程中，在第一氮化物層210的上部，通過氯化鎵(GaCl)氣與氨(NH3)氣的之間的反應(yīng)形成了由GaN材料制成的第二氮化物層220。如圖3(c)所示，在第一納米結(jié)構(gòu)211上部生長(zhǎng)第二氮化物層220，同時(shí)形成屋頂結(jié)構(gòu)，并且與第一低谷結(jié)構(gòu)212和第一納米結(jié)構(gòu)211 —起形成多個(gè)第一空隙213。同時(shí)，在完成了第二氮化物層220的生長(zhǎng)之后，在第二氮化物層220上進(jìn)行次級(jí)刻蝕過程(S40)。如上所述，次級(jí)刻蝕過程是在HVPE裝置中就地進(jìn)行的。在次級(jí)刻蝕過程中， 和初級(jí)刻蝕過程一樣，在HVPE裝置的內(nèi)部溫度保持在800°C或更高的狀態(tài)下，將氯化物基氣體(本實(shí)施例中采用氯化氫氣體)和氨(NH3)氣供給到HVPE裝置中。隨著各向異性刻蝕的進(jìn)行，在第二氮化物層220頂面進(jìn)一步被刻蝕的位置形成了向下凹陷形狀的多個(gè)第二低谷結(jié)構(gòu)222，并且在第二氮化物層220頂面未被進(jìn)一步刻蝕的位置形成了柱狀的多個(gè)第二納米結(jié)構(gòu)221。如圖3(d)所示，在相對(duì)弱地進(jìn)行了第二刻蝕過程的位置，進(jìn)行各向異性刻蝕所達(dá)到的深度比在第一空隙上方形成屋頂?shù)牡诙飳拥暮穸葴\(參見區(qū)域C)，因此，第二低谷結(jié)構(gòu)222和第二納米結(jié)構(gòu)221可以形成在第一空隙213上方。隨著在第一空隙213上部形成屋頂?shù)牡诙飳?20被刻蝕，在相對(duì)強(qiáng)地進(jìn)行了次級(jí)刻蝕過程的位置，先前形成的第一空隙213向上打開(參見區(qū)域B)。因此，在所述位置，次級(jí)刻蝕過程中形成的第二低谷結(jié)構(gòu)222能夠形成為具有相對(duì)大的寬度和深度，同時(shí)包括先前形成的第一空隙213的區(qū)域。如上所述，在形成第一空隙213的情況下進(jìn)行次級(jí)刻蝕過程，并且由此可以根據(jù)進(jìn)行刻蝕的程度來形成不同的結(jié)構(gòu)。因此，通過控制第二氮化物層220的生長(zhǎng)厚度、進(jìn)行次級(jí)刻蝕過程的持續(xù)時(shí)間以及次級(jí)刻蝕過程中刻蝕氣體的流速等，能夠形成形狀各異的結(jié)構(gòu)。在次級(jí)刻蝕過程完成之后，進(jìn)行冷卻基底100預(yù)定時(shí)間的操作。在HVPE裝置中通過自然冷卻來進(jìn)行該冷卻操作，并且通過該過程能夠穩(wěn)定基底上生長(zhǎng)的氮化物層。該冷卻操作可以進(jìn)行15到60分鐘。在本實(shí)施例中，自然冷卻進(jìn)行30分鐘。隨后，將基底100從HVPE裝置轉(zhuǎn)移到MOCVD裝置，以生長(zhǎng)第三氮化物層230?？梢栽诔齅OCVD裝置之外的裝置中生長(zhǎng)第三氮化物層230。然而，在本實(shí)施例中，第三氮化物層 230形成氮化物緩沖層200的上部結(jié)構(gòu)，因此采用MOCVD裝置可獲得令人滿意的晶格生長(zhǎng)。首先將基底100放置在MOCVD裝置內(nèi)，然后通過驅(qū)動(dòng)加熱器來升高過程空間的溫度，從而形成第三氮化物層230的生長(zhǎng)環(huán)境。可以將氨(NH3)氣連續(xù)地供給到MOCVD裝置， 同時(shí)升高過程空間的溫度。如上所述，由于氨(NH3)氣被供給到MOCVD裝置，因此可以防止溫度升高過程中先前生長(zhǎng)的第一氮化物層210和第二氮化物層220產(chǎn)生裂紋，并且可以去除基底100的轉(zhuǎn)移操作中在第二氮化物層220上形成的氧化物膜。如果MOCVD裝置的溫度得到充分升高，則通過將三甲基鎵(TMGa)和氨(NH3)氣連同作為載氣的氫氣(H2) —同供給到MOCVD裝置中，生長(zhǎng)由GaN材料制成的第三氮化物層 230。在該過程的初始階段，與一般的GaN生長(zhǎng)環(huán)境相比，可以形成相對(duì)低壓和高溫的環(huán)境，由此可以在第二氮化物層220的納米結(jié)構(gòu)221的上部進(jìn)行水平生長(zhǎng)。因此，在本實(shí)施例中，在1150到1250°C的高溫以及200mb或更低的低壓環(huán)境下，通過從第二納米結(jié)構(gòu)221 的上部沿著水平方向生長(zhǎng)第三氮化物層230來形成屋頂結(jié)構(gòu)。通過將過程環(huán)境控制為溫度在1000到1200°C、壓強(qiáng)在300mb或更大，使得GaN層垂直生長(zhǎng)到大約1到5 μ m。氮化物緩沖層200的上部結(jié)構(gòu)由此形成。如圖3(e)所示，通過該過程，第三氮化物層230連同第二納米結(jié)構(gòu)221和第二低谷結(jié)構(gòu)222 —起形成了多個(gè)第二空隙223。依照通過次級(jí)刻蝕過程形成的第二低谷結(jié)構(gòu) 222，可以形成多種形狀的第二空隙223。第二空隙223形成在第一空隙213上部形成第二低谷結(jié)構(gòu)的位置處的第一空隙 213的上方(參見區(qū)域C)。即，鄰近第一氮化物層210與第二氮化物層220之間的界面形成第一空隙213，并且鄰近第二氮化物層220與第三氮化物層230之間的界面形成第二空隙 223，由此形成空隙以兩層排列的結(jié)構(gòu)。另一方面，在第二低谷結(jié)構(gòu)延伸到先前形成有第一空隙213的空間的位置處，第二空隙223形成為與先前形成第一空隙213的區(qū)域組合在一起(參見區(qū)域B)。因此，如圖 3 (e)所示，與未和第一空隙213組合在一起的其他空隙213相比，如上所述形成的第二空隙 223形成為更大的尺寸。圖5是示出由圖2的方法制造的氮化物緩沖層的橫截面的SEM照片。如圖5所示， 通過多次進(jìn)行生長(zhǎng)氮化物層的過程以及刻蝕氮化物層的過程，氮化物緩沖層200中可以形成有不同結(jié)構(gòu)的空隙213和223?？障兜慕Y(jié)構(gòu)可以減少由于氮化物層與藍(lán)寶石基底之間晶格常數(shù)和熱膨脹的不同而造成的應(yīng)力。而且，由于空隙的結(jié)構(gòu)消除了鄰近基底100的氮化物層中產(chǎn)生的錯(cuò)位，由此可以防止錯(cuò)位蔓延到氮化物層的上部。特別是，在多個(gè)空隙被布置為堆疊排列的結(jié)構(gòu)中，上部的空隙防止一些錯(cuò)位經(jīng)過下部空隙蔓延，由此加倍阻止了錯(cuò)位的蔓延。實(shí)際上，通過測(cè)量根據(jù)本實(shí)施例所生長(zhǎng)的氮化物緩沖層所獲得的結(jié)果是，即使在氮化物緩沖層為2到4μπι厚時(shí)，所測(cè)得的錯(cuò)位為約IOfVcm2，這表明，與常規(guī)氮化物緩沖層相比，氮化物緩沖層的錯(cuò)位密度降低了或更多。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模板具有其中的應(yīng)力減少并且錯(cuò)位密度降低的氮化物緩沖層，從而可以生長(zhǎng)出氮化物緩沖層頂面的晶體質(zhì)量令人滿意的發(fā)光器件氮化物層，以及制造出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與常規(guī)發(fā)光器件相比發(fā)光效率提高了 30到40%的發(fā)光器件。同時(shí)，在前面的實(shí)施例中，已經(jīng)描述了包括空隙被布置為堆疊排列在一個(gè)氮化物緩沖層中的結(jié)構(gòu)以及具有大尺寸空隙的結(jié)構(gòu)的配置。然而，這僅僅是為了便于說明而給出的實(shí)例，本發(fā)明并不限于此。也就是說，通過控制第二氮化物層的生長(zhǎng)厚度、進(jìn)行次級(jí)刻蝕過程的持續(xù)時(shí)間、刻蝕氣體的流速等，可以形成各種結(jié)構(gòu)的空隙。在本實(shí)施例中，刻蝕過程進(jìn)行了兩次。然而，刻蝕過程和生長(zhǎng)氮化物層的過程可以重復(fù)進(jìn)行三次或更多次。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模板中，如上所述可以在氮化物緩沖層的頂面上生長(zhǎng)發(fā)光器件的氮化物層。圖6是利用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的模板的橫向型氮化物基半導(dǎo)體的剖視圖。如圖6所示，垂直的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件20的結(jié)構(gòu)為η型氮化物層310、活性層320和ρ型氮化物層330順序地堆疊在模板10上。因此，在MOCVD裝置中生長(zhǎng)氮化物緩沖層200的第三氮化物層230，并且可以通過連續(xù)的過程生長(zhǎng)發(fā)光器件的氮化物層。在如本實(shí)施例中所述的利用未摻雜GaN材料生長(zhǎng)第一氮化物層210、第二氮化物層220和第三氮化物層230的情況下，通過控制溫度和過程氣體來生長(zhǎng)第三氮化物層230并且順序地生長(zhǎng)η型氮化物層310、活性層320和ρ型氮化物層330?；蛘?，在進(jìn)行了次級(jí)刻蝕過程之后，可以生長(zhǎng)η型氮化物層作為第三氮化物層 230，然后可以在該η型氮化物層上額外地生長(zhǎng)活性層和ρ型氮化物層。如上所述，在根據(jù)本實(shí)施例的橫向型氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件20中，在鄰近基底 100的氮化物層中形成多個(gè)空隙，由此降低了氮化物層的應(yīng)力和錯(cuò)位密度。因此，可以改善內(nèi)部量子效率以及防止極化?？障毒哂信c相鄰的氮化物層不同的折射率。因此，朝基底傳播的光在經(jīng)過所述多個(gè)空隙時(shí)被散射或折射，使得光路改變。由此可以改善發(fā)光器件的光提取效率。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模板還可以應(yīng)用于垂直的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件。 圖7示意性地示出了利用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的模板制造垂直的氮化物基發(fā)光器件的方法。和上面描述的模板制造方法相似，通過重復(fù)生長(zhǎng)氮化物層的過程和刻蝕氮化物層的過程，在生長(zhǎng)基底上生長(zhǎng)具有多孔結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層200。然后，直接在刻蝕過程所形成的納米結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)η型氮化物層410、活性層420和ρ型氮化物層430。該氮化物緩沖層是第三氮化物層，并且可以在該氮化物緩沖層上生長(zhǎng)η型氮化物層。在未摻雜氮化物層與 η型氮化物層之間的邊界處布置多個(gè)空隙(參見圖7(a))。在多層氮化物層的生長(zhǎng)完成之后，在ρ型氮化物層430上形成導(dǎo)電粘結(jié)層440，并且將導(dǎo)電基底450附著到導(dǎo)電粘結(jié)層440。這里，導(dǎo)電基底450與外部電路電連接從而形成 P側(cè)電極。接著，進(jìn)行從氮化物層上去除生長(zhǎng)基底100的操作(參見圖7(b))。由于氮化物緩沖層以納米結(jié)構(gòu)的形式存在，其中形成有多個(gè)空隙213、223的區(qū)域與其他氮化物層相比具有相對(duì)弱的結(jié)構(gòu)。因此，利用所述多個(gè)空隙213、223的形成位置作為表面犧牲層，可以容易地將生長(zhǎng)基底100與氮化物層分離。特別是，在如制造模板的方法中所述的通過多次進(jìn)行刻蝕過程形成了大尺寸空隙的情況下，表面犧牲層的結(jié)構(gòu)更弱，因此生長(zhǎng)基底的分離可以更容易地進(jìn)行。可以采用激光剝離(laser lift-off, LL0)過程，通過用激光照射鄰近生長(zhǎng)基底 100的氮化物層，來去除基底。常規(guī)情況是，由于氮化物層構(gòu)成了強(qiáng)晶格結(jié)構(gòu)，因此在激光照射時(shí)氮化物層嚴(yán)重受損，從而降低了產(chǎn)率。然而，根據(jù)本發(fā)明，用激光照射由于存在多個(gè)空隙213、223而結(jié)構(gòu)相對(duì)弱的位置，從而可以最小化對(duì)氮化物層的損壞。除上述LLO過程之外，可以通過控制氮化物層和生長(zhǎng)基底100的溫度，將生長(zhǎng)基底 100與氮化物層分離。因?yàn)榈飳优c藍(lán)寶石制成的生長(zhǎng)基底之間的熱膨脹系數(shù)相差很大， 所以從氮化物層在生長(zhǎng)基底上生長(zhǎng)時(shí)的高溫開始進(jìn)行冷卻，使得在氮化物層中由于熱形變產(chǎn)生很大的應(yīng)力。在試驗(yàn)結(jié)果中，隨著生長(zhǎng)基底被冷卻，沿著形成所述多個(gè)空隙的部分產(chǎn)生裂紋，通過向該部分額外提供少量的能量便可將生長(zhǎng)基底與氮化物層分離。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光器件中，基于形成多個(gè)空隙的位置，可以容易地將生長(zhǎng)基底與氮化物層分離。而且，因?yàn)樵诜蛛x生長(zhǎng)基底時(shí)施加到氮化物層的應(yīng)力變化相對(duì)小，所以與常規(guī)發(fā)光器件相比，可以形成質(zhì)量令人滿意的自支撐層(freestanding layer)0同時(shí)，在分離了生長(zhǎng)基底100之后，進(jìn)行處理表面犧牲層以暴露η型氮化物層410
9的操作，以形成電極極板460。常規(guī)上難以在決定處理表面犧牲層時(shí)決定是否暴露η型氮化物層410的同時(shí)進(jìn)行這個(gè)操作。然而，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)楸砻鏍奚鼘有纬稍谖磽诫s氮化物層與η型氮化物層410的邊界處，所以能夠容易地進(jìn)行該操作。如上所述，可以形成質(zhì)量令人滿意的氮化物層，并且提供了一種制造更容易、發(fā)光效率和壽命優(yōu)異的發(fā)光器件。因此，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，通過未摻雜氮化物層中所形成的多個(gè)空隙能夠減少晶格間應(yīng)力和錯(cuò)位缺陷，由此提高模板上額外生長(zhǎng)的氮化物層的質(zhì)量。而且，當(dāng)利用該模板制造發(fā)光器件時(shí)，可以使制造過程更加容易，并且增強(qiáng)發(fā)光器件的發(fā)光效率。盡管本文中描述了一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，這些實(shí)施例僅是為了闡述而給出的，在不背離發(fā)明精神和范圍的前提下可以進(jìn)行各種修改、變型和替換。因此，本發(fā)明的范圍僅應(yīng)由權(quán)利要求書及其等價(jià)物來限定。
權(quán)利要求
1.一種包含氮化物緩沖層的模板，包括 基底；以及氮化物緩沖層，所述氮化物緩沖層形成在所述基底上以具有沿多條線堆疊和排列的多個(gè)空隙。
2.一種制造包含氮化物緩沖層的模板的方法，包括 在基底上生長(zhǎng)第一氮化物層；通過將氯化物基刻蝕氣體供給到所述第一氮化物層的頂面來刻蝕所述第一氮化物層的頂面；通過在所述第一氮化物層的頂面上生長(zhǎng)第二氮化物層來形成多個(gè)第一空隙； 通過將刻蝕氣體供給到所述第二氮化物層的頂面來刻蝕所述第二氮化物層的頂面；以及通過在所述第二氮化物層的頂面上生長(zhǎng)第三氮化物層來形成多個(gè)第二空隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)裝置中生長(zhǎng)第一氮化物層和第三氮化物層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在氫化物氣相外延(HVPE)裝置中生長(zhǎng)第二氮化物層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)第二空隙被布置為堆疊排列在所述多個(gè)第一空隙之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，進(jìn)行刻蝕所述第二氮化物層所達(dá)到的深度比所述第二氮化物層的厚度淺。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，鄰近所述第一與第二氮化物層之間的界面形成所述多個(gè)第一空隙，并且鄰近所述第二與第三氮化物層之間的界面形成所述多個(gè)第二空隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從所述第二氮化物層的頂面刻蝕所述第二氮化物層以與所述第一空隙相連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二空隙比所述第一空隙大。
10.一種利用包含氮化物緩沖層的模板來制造垂直型氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括通過重復(fù)兩次或更多次生長(zhǎng)氮化物層的過程和刻蝕過程，在生長(zhǎng)基底上生長(zhǎng)具有多個(gè)空隙的氮化物緩沖層；在所述氮化物緩沖層上生長(zhǎng)η型氮化物層、活性層和ρ型氮化物層； 在所述P型氮化物層上形成導(dǎo)電基底；利用形成所述多個(gè)空隙的部分作為切割表面去除所述生長(zhǎng)基底；以及通過處理所述切割表面形成電極極板。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，生長(zhǎng)所述氮化物緩沖層包括 在所述生長(zhǎng)基底上生長(zhǎng)第一氮化物層；通過將刻蝕氣體供給到所述第一氮化物層的頂面來刻蝕所述第一氮化物層的頂面； 通過在所述第一氮化物層的頂面上生長(zhǎng)第二氮化物層來形成多個(gè)第一空隙； 通過將所述刻蝕氣體供給到所述第二氮化物層的頂面來刻蝕所述第二氮化物層的頂面；以及通過在所述第二氮化物層的頂面上生長(zhǎng)第三氮化物層來形成多個(gè)第二空隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在MOCVD裝置中生長(zhǎng)所述第一氮化物層和第三氮化物層，以及在HVPE裝置中生長(zhǎng)所述第二氮化物層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過在所述氮化物緩沖層中形成至少兩行，使所述多個(gè)空隙被布置為堆疊排列。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，去除所述生長(zhǎng)基底包括用激光照射其中形成有所述多個(gè)空隙的部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，去除所述生長(zhǎng)基底包括冷卻所述氮化物緩沖層，從而在其中形成有所述多個(gè)空隙的部分產(chǎn)生裂紋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造模板的方法。所述方法包括在基底上生長(zhǎng)第一氮化物層；通過將氯化物基刻蝕氣體供給到所述第一氮化物層的頂面來刻蝕所述第一氮化物層的頂面；通過在第一氮化物層的頂面上生長(zhǎng)第二氮化物層來形成多個(gè)第一空隙；通過將刻蝕氣體供給到所述第二氮化物層的頂面來刻蝕第二氮化物層的頂面；以及通過在第二氮化物層的頂面上生長(zhǎng)第三氮化物層來形成多個(gè)第二空隙。還公開了一種利用模板制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。因此，晶格間應(yīng)力和錯(cuò)位缺陷由于氮化物緩沖層中形成的多個(gè)空隙而減少，從而改善了模板中生長(zhǎng)的多個(gè)氮化物層的質(zhì)量。在利用模板制造發(fā)光器件的情況下，可以使制造過程更容易，并且提高發(fā)光器件的發(fā)光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102593293SQ20111016101
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者吳忠錫, 奠鎬壹, 張成煥, 樸健, 樸治權(quán) 申請(qǐng)人:半材料株式會(huì)社, 樸健