專利名稱：氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有諸如光發(fā)射的功能的氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法，該器件包括一由晶體生長形成的氮化物基半導(dǎo)體晶體層和一形成于該晶體層上的電極層。特別地，本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法，該氮化物半導(dǎo)體器件能夠?qū)崿F(xiàn)有效的電流注入。
背景技術(shù)：
諸如其每一個都具有從1.8eV至6.2eV的范圍的禁帶寬度的GaN、AlGaN和GaInN的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體成為理論上實現(xiàn)允許從紅光到紫外光的寬范圍光發(fā)射的器件中注意的焦點。
在通過使用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體制造發(fā)光二極管(LED)和半導(dǎo)體激光器中，需要形成由GaN、AlGaN、GaInN以及其它類似材料制成的層的堆疊結(jié)構(gòu)，其中一光發(fā)射層(有源層)夾持在n型蓋層與p型蓋層之間。如一個示例，已知一發(fā)光二極管或一半導(dǎo)體激光器包括一具有一GaInN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)或一GaInN/AlGaN量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層。
由于沒有允許與氮化物半導(dǎo)體晶格匹配的襯底或具有較低位錯的襯底，因此對于諸如氮化鎵基化合物半導(dǎo)體的氮化物半導(dǎo)體，汽相生長技術(shù)存在不便之處。為了克服此類不便，已知一種在由藍寶石等制成的襯底上于900℃或更低的低溫下沉積一由AlN或AlxGa1-xN(0≤x＜1)制成的低溫緩沖層，然后在其上生長一層氮化鎵基化合物半導(dǎo)體，從而減小由于襯底與化合物半導(dǎo)體之間的晶格不匹配導(dǎo)致的位錯的方法。此類技術(shù)已得到公開，例如，在日本專利待審查No.Sho 63-188938和日本專利公開No.Hei 8-8217中。通過采用此技術(shù)，可以改善氮化鎵基化合物半導(dǎo)體的結(jié)晶度和表面形貌。
另一種獲得低位錯密度下的高質(zhì)量晶體的技術(shù)也已被公開，例如，在在日本專利待審查No.Hei 10-312971和Hei 11-251253中。此方法包括沉積一第一氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層；形成一由如氧化硅或氮化硅的、能夠抑制氮化鎵基化合物半導(dǎo)體生長的材料制成的保護膜；以及，由該第一氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層的未被該保護膜覆蓋的區(qū)域沿一面內(nèi)方向(橫向方向)生長一第二氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層，從而防止線位錯(threading dislocation)的傳播沿著垂直于該襯底界面的方向延伸。又一種減小線位錯密度的技術(shù)也已被公開，例如，在文獻(MRS Internet J.Nitride Semicond.Res.4S1，G3.38(1999)，或Journal of Crystal Growth 180/190(1998)83-86)中。此方法包括生長一第一氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層；通過利用反應(yīng)離子刻蝕(以下稱為“RIE”)選擇性地去除由此形成的半導(dǎo)體薄膜；以及，在生長設(shè)備中由該保留的晶體處選擇性地生長一第二氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層，從而減小線位錯的密度。通過采用此技術(shù)，可以獲得具有被減小至約106/cm-2的位錯密度的晶體薄膜，并且有助于實現(xiàn)采用該晶體薄膜的高壽命半導(dǎo)體激光器。
選擇性生長不僅對于減小如上所述的線位錯是有用的，而且對于制造具有三維結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件也是有用的。例如，一具有三維結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件可通過如下方法而獲得，即，在一層氮化鎵基化合物半導(dǎo)體薄膜或一襯底上形成一抗生長膜，再由在該抗生長膜中形成的開口部分中選擇性地生長晶體，或通過選擇性地去除一層氮化鎵基化合物半導(dǎo)體薄膜或一襯底，再選擇性地由該保留的晶體處生長。此類半導(dǎo)體器件具有一個三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)具有由側(cè)面和側(cè)面彼此相交處的頂部(上表面)構(gòu)成的小面(facet)，并且該器件有利于減小器件分割步驟中的損傷，易于形成激光器的電流限制結(jié)構(gòu)，或通過積極地利用形成該小面的晶面的特性改善結(jié)晶度。
圖30為示出通過選擇性生長生長成三維形狀的氮化物基光發(fā)射器件的一個示例的截面圖，其中該光發(fā)射器件配置成一GaN基發(fā)光二極管。n型GaN層331被作為生長承載層形成于藍寶石襯底330上。具有開口部分333的氧化硅薄膜332形成于n型GaN層331上，使其覆蓋n型GaN層331。六棱錐形的GaN層334通過選擇性生長從在氧化硅薄膜332中開放的開口部分333處形成。
若藍寶石襯底的主面為C平面，GaN層334變?yōu)橐許平面({1，-1，0，1}平面)覆蓋的錐形生長層。GaN層334以硅摻雜。GaN層334的該傾斜的S平面部分起到覆蓋部分的作用。InGaN層335作為有源層形成，使其覆蓋GaN層334的傾斜的S平面，而鎂摻雜的AlGaN層336和GaN層337形成于InGaN層335的外側(cè)。
在此類的發(fā)光二極管上形成p電極338和n電極339。p電極338通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于鎂摻雜的GaN層337上。n電極339通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于在氧化硅薄膜332中開放的開口部分中。
圖31為示出現(xiàn)有技術(shù)的通過選擇性生長生長為三維形狀的氮化物基發(fā)光器件的截面圖。與圖30中所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件類似，n型GaN層351作為生長承載層形成于藍寶石襯底350上。具有開口部分353的氧化硅薄膜352形成于n型GaN層351上，使其覆蓋n型GaN層351。具有矩形截面的六棱柱形的GaN層354通過選擇性生長從在氧化硅薄膜352中開放的開口部分353處形成。
該GaN層為硅摻雜區(qū)，并且通過調(diào)整選擇性生長的生長條件而生長成一具有由{1，-1，0，0}平面構(gòu)成的側(cè)面的生長層。InGaN層355作為有源層形成，使其覆蓋GaN層354。鎂摻雜的p型AlGaN層356和p型GaN層357形成于InGaN層355的外側(cè)上。
在此類的發(fā)光二極管上形成p電極358和n電極359。p電極358通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于鎂摻雜的GaN層357上。n電極359通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于在氧化硅薄膜352中開放的開口部分中。
然而，在使用此類選擇性生長的情況下，可能會發(fā)生由于該頂部或上表面是被由低生長速率的側(cè)面構(gòu)成的小面所圍繞，因此在頂部或上表面上的源氣體過多的不利狀況，這將劣化該頂部或上表面上的部分的結(jié)晶度。另外，在頂部或上表面的面積小于襯底的面積時，很難控制該頂部或上表面處的薄膜厚度和混合晶體的成分。因此，即使在通過選擇性生長形成具有三維結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的情況下，也會產(chǎn)生頂部或上表面的結(jié)晶度劣化的問題，由于非輻射復(fù)合而減小效率，并由于PN結(jié)的不規(guī)則形式而產(chǎn)生電流泄漏。另外，依據(jù)與電極接觸的導(dǎo)電層的電阻率和厚度，電流會在導(dǎo)電層中傳播，因此該電流傾向于注入到該頂部或上表面，從而劣化器件特性。
類似上述的頂部或上表面，在使用選擇性生長的情況下，如相鄰側(cè)面之間的交線部分的脊部分以及沿該脊部分延伸的區(qū)域，或如側(cè)面與底面之間的交線部分的底邊部分以及沿該底邊部分延伸的區(qū)域的結(jié)晶度都很差。結(jié)果，即使在脊部分以及沿該脊部分延伸的區(qū)域或底邊部分以及沿該底邊部分延伸的區(qū)域上，可能出現(xiàn)由于非輻射復(fù)合而減小效率，并由于PN結(jié)的不規(guī)則形式而產(chǎn)生電流泄漏等問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種氮化物半導(dǎo)體器件及制造該氮化物半導(dǎo)體器件的方法，該氮化物半導(dǎo)體器件即使是在器件結(jié)構(gòu)通過選擇性生長而具有三維結(jié)構(gòu)時，也能獲得良好的特性。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明，提供一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為具有一側(cè)面部分和一上層部分的三維形狀，其中一電極層經(jīng)一高電阻區(qū)形成于所述上層部分上。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，用于運行該氮化物半導(dǎo)體器件的電流由一電極層注入，并且在此情況下，由于該高電阻區(qū)設(shè)置于該上層部分之上，電流繞過該上層部分的該高電阻區(qū)流動，從而形成了避過該上層部分而主要是沿側(cè)面部分延伸的電流通路。通過使用此類主要是沿側(cè)面部分延伸的電流通路，可以抑制結(jié)晶度差的該上層部分中的電流。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長于一個氮化物半導(dǎo)體層或氮化物半導(dǎo)體襯底上，其中所述晶體層包括一第一晶體部分，其具有良好的結(jié)晶狀態(tài)；一第二晶體部分，其具有比所述第一晶體部分的結(jié)晶狀態(tài)差的結(jié)晶狀態(tài)；以及，一電極層，其經(jīng)一高電阻區(qū)形成于所述第二晶體部分上。
根據(jù)此氮化物半導(dǎo)體器件，由于該電極層經(jīng)該高電阻區(qū)形成于該第二晶體部分上，形成了避開該第二晶體部分的電流通路，從而由于該高電阻區(qū)的出現(xiàn)而形成了避過結(jié)晶度差的該第二晶體部分而主要是沿結(jié)晶度好的該第一晶體部分延伸的電流通路。因此，可以用結(jié)晶度好的部分作為有源器件，并有利于優(yōu)化器件特性。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括步驟通過選擇性生長形成一晶體層于一個氮化物半導(dǎo)體層或一個氮化物半導(dǎo)體襯底上；通過在形成該晶體層的一上層部分之后改變晶體生長條件，連續(xù)地形成一高電阻區(qū)；以及，在形成該高電阻區(qū)之后形成一電極層。
在制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法中，所述通過選擇性生長形成晶體層的步驟包括形成一抗生長薄膜于該氮化物半導(dǎo)體層或該氮化物半導(dǎo)體襯底上，以及，由該抗生長薄膜中的一開口部分生長晶體的步驟；或包括選擇性地移除部分的該氮化物半導(dǎo)體層或該氮化物半導(dǎo)體襯底，以及，由該氮化物半導(dǎo)體層或該氮化物半導(dǎo)體襯底的殘留部分生長晶體的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，該晶體層是通過選擇性生長形成的。在此情況下，該晶體層通過利用選擇性生長而生長為具有一上層部分和一側(cè)面部分的三維形狀。通過改變晶體生長條件，使延續(xù)此晶體生長而生長的高電阻區(qū)的電阻變高。此類高電阻區(qū)起到有利于來自該電極層的電流通路繞過結(jié)晶度差的部分。因為該高電阻區(qū)是沿續(xù)該晶體層的晶體生長形成的，該高電阻區(qū)可設(shè)置于該晶體層的該上層部分附近，因此可以抑制結(jié)晶度差的該上層部分中的電流。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為具有脊部分的三維形狀，其中一電極層經(jīng)一高電阻區(qū)形成于所述脊部分和沿所述脊部分延伸的區(qū)域兩者之上。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為三維形狀，其中一電極層經(jīng)一高電阻區(qū)形成于所述晶體層的一底部分和沿所述底部分延伸的區(qū)域兩者之上。
該高電阻區(qū)通過設(shè)置一未摻雜部分或由離子注入形成的一離子注入部分，或者以電子束選擇性地照射以p型雜質(zhì)摻雜的氮化物半導(dǎo)體層而形成。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，用于運行該氮化物半導(dǎo)體器件的電流由一電極層注入，并且在此情況下，由于一高電阻區(qū)形成于一脊部分以及沿該脊部分延伸的區(qū)域和一底邊部分以及沿該底邊部分延伸的區(qū)域之上，使得電流繞過該高電阻區(qū)流動，從而形成了而主要是沿側(cè)面部分延伸的電流通路，具體地，是沿由該側(cè)面部分構(gòu)成的一平面部分流動。通過使用此類電流通路，可以抑制結(jié)晶度差的該脊部分以及沿該脊部分延伸的區(qū)域和該底邊部分以及沿該底邊部分延伸的區(qū)域中的電流。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為三維形狀，其中一電極層形成于所述晶體層的除去一脊部分和沿所述脊部分延伸的區(qū)域之外的平面部分之上。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為三維形狀，其中一電極層形成于所述晶體層的除去一底邊部分和沿所述底邊部分延伸的區(qū)域之外的平面部分之上。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，用于運行該氮化物半導(dǎo)體器件的電流由一電極層注入，并且在此情況下，由于該電極層未形成于一脊部分以及沿該脊部分延伸的區(qū)域和一底邊部分以及沿該底邊部分延伸的區(qū)域之上，可形成主要是沿電極層形成于其上的側(cè)面部分延伸的電流通路，具體地，是沿由該側(cè)面部分構(gòu)成的一平面部分。通過使用此類電流通路，可以抑制結(jié)晶度差的該脊部分以及沿該脊部分延伸的區(qū)域和該底邊部分以及沿該底邊部分延伸的區(qū)域中的電流。


圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視截面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視截面圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明第六實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視截面圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明第六實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明第七實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明第八實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明第九實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖12為根據(jù)本發(fā)明第十實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視截面圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明第十二實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖15為根據(jù)本發(fā)明第十三實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖16為根據(jù)本發(fā)明第十四實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖17為根據(jù)本發(fā)明第十五實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖18為根據(jù)本發(fā)明第十六實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖19為根據(jù)本發(fā)明第十七實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件制造步驟的透視截面圖，其示出了形成氮化鎵層的步驟結(jié)束后的狀態(tài)；圖20為根據(jù)本發(fā)明第十七實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件制造步驟的透視截面圖，其示出了選擇性地移除該氮化鎵層的步驟結(jié)束后的狀態(tài)；
圖21為根據(jù)本發(fā)明第十七實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件制造步驟的透視截面圖，其示出了形成氮化物半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的步驟結(jié)束后的狀態(tài)；圖22A和22B分別為根據(jù)本發(fā)明第十八實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的垂直截面圖和水平截面圖；圖23A和23B分別為根據(jù)本發(fā)明第十九實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的垂直截面圖和水平截面圖；圖24A和24B分別為根據(jù)本發(fā)明第二十實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的垂直截面圖和水平截面圖；圖25為根據(jù)本發(fā)明第二十一實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖；圖26為根據(jù)本發(fā)明第二十二實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖；圖27為根據(jù)本發(fā)明第二十三實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖；圖28為根據(jù)本發(fā)明第二十四實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖；圖29為根據(jù)本發(fā)明第二十五實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的透視圖；圖30為示出半導(dǎo)體發(fā)光器件的一個示例的截面圖；以及圖31為示出半導(dǎo)體發(fā)光器件的另一示例的截面圖；具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的特征在于，其包括一生長成三維形狀的晶體層，該三維形狀具有一側(cè)面部分和一上層部分，其中該晶體層具有電極層經(jīng)一高電阻區(qū)而形成于該上層部分之上的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的特征在于，其包括一生長成三維形狀的晶體層，其中該晶體層具有電極層經(jīng)一高電阻區(qū)而形成于一脊部分和一沿該脊部分延的伸區(qū)域兩者之上的結(jié)構(gòu)，或電極層未形成于一脊部分和一沿該脊部分延伸的區(qū)域兩者之上的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的特征在于，其包括一生長成三維形狀的晶體層，其中該晶體層具有電極層經(jīng)一高電阻區(qū)而形成于一底邊部分和一沿該底邊部分延伸的區(qū)域兩者之上的結(jié)構(gòu)，或電極層未形成于一底邊部分和一沿該底邊部分延伸的區(qū)域兩者之上的結(jié)構(gòu)。
上述的電極層未形成的結(jié)構(gòu)可通過在整個表面上形成一電極層并移除電極層位于一脊部分及其附近和/或一底邊部分及其附近處的部分；預(yù)先僅在一脊部分和/或一底邊部分的附近形成一絕緣膜，并按使電極層不直接與該脊部分和/或該底邊部分連接的方式設(shè)置一電極層；或，穿過一從一脊部分及其附近和/或一底邊部分及其附近分離出的間隔設(shè)置一電極層。
本說明書中，術(shù)語“三維形狀”表示由氮化物半導(dǎo)體層等構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)，其中該三維結(jié)構(gòu)具有側(cè)面部分和上層部分，兩者都形成為主晶體面。此類三維結(jié)構(gòu)的示例可包括棱錐結(jié)構(gòu)、棱柱結(jié)構(gòu)和通過使用條形開口部分而形成的凸肋結(jié)構(gòu)。
生長成三維形狀的晶體層具有上述的側(cè)面部分和上層部分。在這些部分中，上層部分為該三維晶體層的上側(cè)區(qū)域。若晶體層形成為棱錐形，諸如六棱錐形，則晶體層的頂部和其附近就被作為上層部分。若晶體層形成為無尖峰部分的棱錐形的形狀，則含有上端面的區(qū)域就被作為上層部分。若晶體層形成為三角形截面且底面呈條形的形狀，則傾斜面之間的脊部分和其附近就被作為上層部分。若晶體層形成為梯形無脊部分的形狀，則上端面和其附近就被作為上層部分。若晶體層形成為方棱柱的形狀，則含有上表面部分的區(qū)域就被作為上層部分。另一面，晶體層的側(cè)面部分為晶體層的上層部分與底面部分之間的區(qū)域。若晶體層形成為棱錐形，諸如六棱錐形，則棱錐形晶體層的傾斜晶面也被作為側(cè)面部分。若晶體層形成為無尖峰部分的棱錐形的形狀，則晶體層的傾斜晶面就被作為側(cè)面部分。若晶體層形成為三角形截面且底面呈條形的形狀，或者若晶體層形成為梯形無脊部分的形狀，則上層部分與底面部分之間且含有傾斜小面的區(qū)域就被作為側(cè)面部分。若晶體層形成為方棱柱的形狀，則含有方棱柱的上表面部分的區(qū)域就被作為上層部分，相應(yīng)地，近乎垂直于上表面部分的側(cè)壁部分就被作為方棱柱形晶體層的側(cè)面部分。上層部分和側(cè)面部分可以由相同的材料制成，并且例如，若晶體層形成為棱錐形，則包括頂部和其附近的上層部分可形成為延續(xù)至包括傾斜晶面的由該上層部分的下側(cè)延伸至底面部分的部分所構(gòu)成的側(cè)面部分。
生長成三維形狀的晶體層具有一脊部分和一底邊部分。該脊部分為相鄰側(cè)面部分之間或側(cè)面部分與上端面(上表面部分)之間的交線部分。該底邊部分為底面部分與側(cè)面部分之間的交線部分。在下面描述中應(yīng)該注意的是，每個脊部分和底邊部分不僅包括交線部分，還包括沿該交線部分延伸的區(qū)域。
在將晶體層生長為三維形狀時，藍寶石襯底通常用于晶體生長，其中諸如緩沖層的生長承載層形成于藍寶石襯底上，而具有三維形狀的小面結(jié)構(gòu)的晶體層通過選擇性生長從該生長承載層處形成。在通過晶體生長形成晶體生長層時，希望晶體層具有相對于襯底的主平面傾斜的傾斜平面，其中該傾斜平面由S平面、{1，1，-2，2}平面和基本與之等效的平面中選取。例如，若C平面被作為襯底的主平面，可以容易地形成作為傾斜平面的S平面或基本與之等效的平面。在于C+平面上通過選擇性生長形成晶體層時，S平面是穩(wěn)定的平面，并且相對易于在C+平面上選擇性地生長。S平面由六方晶系的密勒指數(shù)(1-101)表示。該C平面包括C+平面和C平面，并且類似地，該S平面包括S+平面和S-平面。在此說明書中，除非特別說明，生長在GaN層的C+平面上的S+平面被作為S平面。S+平面比S-平面更加穩(wěn)定。應(yīng)該注意的是，C+平面的密勒指數(shù)值為(0001)。具有根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件可通過形成具有小面的晶體層獲得，該小面包括生長為與襯底的主平面傾斜的傾斜平面的S平面或{1，1，-2，2}平面或基本與之等效的平面，其中該晶體層具有上述的上層部分和側(cè)面部分。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的晶體層通常通過選擇性生長工藝形成。氮化物半導(dǎo)體層的此類選擇性生長將在下面描述。選擇性生長可通過使用一抗生長薄膜或通過使用選擇性地移除襯底或半導(dǎo)體層的表面而進行。使用抗生長薄膜的方法包括步驟在基體上形成具有開口部分的抗生長薄膜；將基體按此方式放入反應(yīng)室內(nèi)；以及，向反應(yīng)室內(nèi)供給特定的載體氣體和源氣體，以從該抗生長層的開口部分選擇性地形成氮化物半導(dǎo)體層，而不在抗生長層上沉積層結(jié)構(gòu)。使用選擇性地移除襯底或半導(dǎo)體層的表面的方法包括步驟選擇性地移除部分的生長承載層或襯底以在其表面上形成無規(guī)則的圖案；以及，通過供給特定的載體氣體和源氣體在該無規(guī)則的圖案上生長三維晶體層。
其上將要生長晶體層的基體部分可從襯底選取，例如，諸如氮化鎵基化合物半導(dǎo)體襯底的氮化物半導(dǎo)體襯底或藍寶石襯底，以及生長于襯底上的氮化物半導(dǎo)體層。在使用后面的生長于作為基體部分的襯底上的氮化物半導(dǎo)體層的情況下，該襯底可由以下材料制成，藍寶石(Al2O3，其晶面優(yōu)選為A平面、R平面和C平面)、SiC(其結(jié)構(gòu)優(yōu)選為6H、4H或3C)、GaN、Si、ZnS、ZnO、AlN、LiMgO、GaAs、MgAl2O4或InAlGaN。該襯底的此材料優(yōu)選具有六方或立方晶系，并且更加優(yōu)選地具有六方晶系。例如，優(yōu)選具有藍寶石的C平面作為其主平面的藍寶石襯底，其已經(jīng)經(jīng)常被用于在其上生長氮化鎵(GaN)基化合物半導(dǎo)體。應(yīng)該注意的是，藍寶石的被作為襯底主平面的C平面可相對于精確的C平面傾斜范圍為5度至6度的角度。
在形成氮化物半導(dǎo)體層作為基體的一部分時，優(yōu)選地，生長承載層形成于襯底上，而氮化物半導(dǎo)體層經(jīng)該生長承載層形成于襯底上。該生長承載層例如，可由氮化鎵層和氮化鋁層構(gòu)成，或可由低溫緩沖層與高溫緩沖層的組合或緩沖層與起種晶作用的種晶(crystal seed)層的組合構(gòu)成。該生長承載層可通過汽相沉積工藝形成，該汽相沉積工藝諸如為金屬有機物化學(xué)汽相沉積(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法或氫化物汽相外延(HVPE)法。
在通過選擇性生長，利用抗生長薄膜形成晶體層的情況下，該抗生長薄膜是形成在上述的基體上。該抗生長薄膜由氧化硅薄膜或氮化硅薄膜構(gòu)成，該薄膜具有抑制氮化物半導(dǎo)體層在被該抗生長薄膜覆蓋的區(qū)域上沉積的作用。開口部分設(shè)置于該抗生長薄膜中，其中基體的表面由該開口部分的底部暴露出來，而晶體生長是在基體的表面至開口部分的范圍內(nèi)進行的。該開口部分通過光刻形成，開口部分的形狀沒有特別的限制，而是可以為條形、圓形或諸如六邊形的多邊0形。若該開口部分形成為具有約10μm尺寸的圓形(或具有一邊沿1-100方向或11-20方向延伸的六邊形)，具有約10μm的兩倍尺寸的晶體層可以輕易地通過選擇性生長由該開口部分形成。另外，若S平面與襯底的主平面不同，可以獲取限制和阻擋位錯由襯底擴展的效果，并有助于減小位錯密度。
在開口部分形成于基體上的抗生長薄膜中以后，氮化物半導(dǎo)體層通過選擇性生長由開口部分形成。該氮化物半導(dǎo)體層優(yōu)選由具有閃鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料制成。為了更加具體，該氮化物半導(dǎo)體層可由以下材料中選取的材料制成III族基化合物半導(dǎo)體、BeMgZnCdS基化合物半導(dǎo)體、氮化鎵(GaN)基化合物半導(dǎo)體、氮化鋁(AlN)基化合物半導(dǎo)體、氮化銦(InN)基化合物半導(dǎo)體、銦鎵氮(InGaN)基化合物半導(dǎo)體和鋁鎵氮(AlGaN)基化合物半導(dǎo)體。在這些材料中，優(yōu)選鋁鎵氮(AlGaN)基化合物半導(dǎo)體。應(yīng)該注意的是，在本發(fā)明中，諸如InGaN或AlGaN的上述三元氮化物基化合物半導(dǎo)體并不必須為嚴格地由三元混合晶體構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體，類似地，諸如GaN的上述二元氮化物基化合物半導(dǎo)體并不必須為嚴格地由二元混合晶體構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體。例如，不脫離本發(fā)明的范圍，氮化物基化合物半導(dǎo)體InGaN可包括微量的Al或其它雜質(zhì)，該雜質(zhì)在不影響InGaN的功效的范圍內(nèi)。
該晶體層可通過多種汽相生長工藝中的一種形成，例如，金屬有機物化學(xué)沉積(MOCVD)(其也被稱為金屬有機物汽相外延(MOVPE)法)、分子束外延(MBE)法或氫化物汽相外延(HVPE)法。特別是，MOVPE法有利于快速地生長具有良好結(jié)晶度的晶體層。在MOVPE法中，金屬烷化合物通常被用作Ga、Al和In源。具體地，TMG(三甲基鎵)或TEG(三乙基鎵)被用作Ga源，TMA(三甲基鋁)或TEA(三乙基鋁)被用作Al源，TMI(三甲基銦)或TEI(三乙基銦)被用作In源。另外，在MOVPE法中，諸如氨或聯(lián)氨被用作氮源；而硅烷氣被用作Si(雜質(zhì))源，Cp2Mg(環(huán)戊二烯鎂cyclopentadienyl magnesium)被用作Mg(雜質(zhì))源，而DEZ(二乙基鋅)氣被用作Zn(雜質(zhì))源。根據(jù)MOVPE法，例如，InAlGaN基化合物半導(dǎo)體可通過外延生長而生長于襯底上，該外延生長是通過供給上述氣體至該襯底的前表面，該襯底被加熱至例如600℃或更高的溫度，以分解該氣體。
具有小面(facet)結(jié)構(gòu)的該氮化物半導(dǎo)體層通過選擇性生長形成。例如，若基體或襯底的主平面具有C+平面，該S平面可作為氮化物半導(dǎo)體層的晶體的穩(wěn)定的傾斜面而形成。S平面相對易于通過選擇性生長而形成，其由六方晶系的密勒指數(shù)(1-101)表示。該C平面包括C+平面和C-平面，并且類似地，該S平面包括S+平面和S-平面。在此說明書中，除非特別說明，生長在GaN層的C+平面上的S+平面被作為S平面。S+平面比S-平面更加穩(wěn)定。應(yīng)該注意的是，C+平面的密勒指數(shù)值為(0001)。若氮化物半導(dǎo)體層由上述的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體制成，鎵(Ga)的將要與氮(N)在S平面上鍵和的鍵的數(shù)量為二或三個。S平面上的Ga至N的鍵的數(shù)量小于C-平面上的Ga至N的鍵的數(shù)量，但大于其它晶面上的Ga至N的鍵的數(shù)量。然而，由于C-平面無法實際形成于C+平面上，因此S平面上的Ga至N的鍵的數(shù)量是最大的。例如，在于藍寶石襯底上以C平面作為主平面生長閃鋅礦型氮化物的情況下，該氮化物的表面通常變成C+平面；然而，S平面可通過選擇性生長形成。在一個平行于C平面的平面上，氮(N)易于被釋放(desorb)，并且因此，N按照僅與Ga的一個鍵結(jié)合的方式與Ga鍵和；然而，在傾斜的S平面上，N按照僅與Ga的至少一個或更多的鍵結(jié)合的方式與Ga鍵和。結(jié)果，V/III比例被有效地增大，從而改善了堆疊結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度。另外，由于S平面是沿著與襯底的主平面不同的方向生長的，由襯底向上擴散的位錯被偏折。這有利于減小晶體缺陷。在使用選擇性生長掩模通過選擇性生長生長晶體層時，晶體層可沿橫向方向生長，形成大于窗口區(qū)域的形狀?？芍ㄟ^使用微通道外延的晶體層的橫向生長有利于避免線位錯的發(fā)生，從而減小了位錯密度。通過使用晶體層的橫向生長而制得的發(fā)光器件使得增大發(fā)光區(qū)域、補償電流、避免電流集中并減小電流密度成為可能。
通過選擇性生長形成的氮化物半導(dǎo)體層具有由S平面或基本與之等效的平面構(gòu)成的小面結(jié)構(gòu)。對于此類氮化物半導(dǎo)體層，通常，隨著生長的進行，平行于襯底的主平面的平面的面積逐漸變小。換言之，由于氮化物半導(dǎo)體層生長為具有傾斜平面的錐形，平行于襯底的主平面的平面的面積隨著附近的頂部而逐漸變小。術(shù)語“頂部”表示斜面彼此相交處的尖峰部分；脊部分彼此相交的區(qū)域，若氮化物半導(dǎo)體層由條形開口部分生長；或是，最高的區(qū)域，若氮化物半導(dǎo)體層生長為六棱錐形。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件具有高電阻區(qū)形成于三維晶體層的上層部分上的結(jié)構(gòu)。該高電阻區(qū)是為將注入氮化物半導(dǎo)體器件的電流的通路切換至其側(cè)面一側(cè)而設(shè)置的。例如，在形成發(fā)光器件時，期望形成一頂部，使得n型層的頂部與p型層的頂部之間的電阻值大于n型層的側(cè)面部分與和其相接觸的p型層的側(cè)面部分之間的電阻值，該發(fā)光器件是通過形成n型氮化物半導(dǎo)體層于晶體層的上層上作為第一導(dǎo)電區(qū)，并形成有源層和p型氮化物半導(dǎo)體層于該n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)域上作為第二導(dǎo)電層而形成。若n型層的頂部與p型層的頂部之間的電阻值小于n型層的側(cè)面部分與p型層的側(cè)面部分之間的電阻值，電流流動于n型層的頂部與p型層的頂部之間，即電流流動于結(jié)晶度差的有源層中，從而導(dǎo)致了發(fā)光效率下降、反作用電流發(fā)生的不良現(xiàn)象。從可重復(fù)性的角度出發(fā)，n型層的頂部與p型層的頂部之間的電阻(上層部分與電極層之間的電阻值)優(yōu)選為n型層的側(cè)面部分與p型層的側(cè)面部分之間的電阻值(側(cè)面部分與電極層之間的電阻值)的1.5倍或更大。另外，從在增大電壓或電流密度時改善特性的角度出發(fā)，上層部分與電極層之間的電阻值優(yōu)選為側(cè)面部分與電極層之間的電阻值的2倍或更大。
該高電阻區(qū)是通過未摻雜氮化物半導(dǎo)體層、摻雜以p型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層或摻雜以n型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層形成的。在使用氮化物半導(dǎo)體層形成高電阻區(qū)的情況下，在晶體層的上層部分形成后，高電阻區(qū)可通過改變晶體生長條件在其上連續(xù)地形成。為了更加具體，在晶體層的上層部分形成后，高電阻區(qū)可通過改變晶體生長條件在其上連續(xù)地形成，諸如供給或停止雜質(zhì)氣體，或在將用于器件形成的襯底留在同一反應(yīng)室的同時控制雜質(zhì)的濃度。例如，在形成未摻雜氮化物半導(dǎo)體層時，該雜質(zhì)氣體的供給可被停止；在形成以P型雜質(zhì)摻雜的氮化物半導(dǎo)體層時，諸如鎂的雜質(zhì)可被引入；以及，在形成以n型雜質(zhì)摻雜的氮化物半導(dǎo)體層時，諸如硅的雜質(zhì)可被引入。作為高電阻區(qū)的未摻雜氮化物半導(dǎo)體層包括極低濃度的雜質(zhì)。對于以p型雜質(zhì)摻雜的氮化物半導(dǎo)體層，若p型氮化物半導(dǎo)體層被作為具有相反導(dǎo)電類型的氮化物半導(dǎo)體層的n型氮化物半導(dǎo)體層所圍繞，其在其間的界面形成了pn結(jié)，而若p型氮化物半導(dǎo)體層被作為具有相同導(dǎo)電類型的氮化物半導(dǎo)體層的p型氮化物半導(dǎo)體層所圍繞，所討論的p型氮化物半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度被制得更低，使得所討論的p型氮化物半導(dǎo)體層與周圍的層相比被作為高電阻區(qū)，從而獲得了將電流通路切換至側(cè)面一側(cè)的作用。類似的，對于以n型雜質(zhì)摻雜的氮化物半導(dǎo)體層，若n型氮化物半導(dǎo)體層被作為具有相反導(dǎo)電類型的氮化物半導(dǎo)體層的p型氮化物半導(dǎo)體層所圍繞，其在其間的界面形成了pn結(jié)，而若n型氮化物半導(dǎo)體層被作為具有相同導(dǎo)電類型的氮化物半導(dǎo)體層的n型氮化物半導(dǎo)體層所圍繞，所討論的n型氮化物半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度被制得更低，使得所討論的n型氮化物半導(dǎo)體層與周圍的層相比被作為高電阻區(qū)，從而獲得了將電流通路切換至側(cè)面一側(cè)的作用。該高電阻區(qū)可由同形成晶體層的氮化物半導(dǎo)體層相同或不同的材料制成。例如，該晶體層可由GaN基半導(dǎo)體層形成，而該高電阻區(qū)可由AlGaN基半導(dǎo)體層形成。
如上所述，該高電阻區(qū)可通過控制將要摻入氮化物半導(dǎo)體層的雜質(zhì)而形成；然而，其可以通過直接在晶體層的上層部分上形成諸如氧化硅薄膜或氮化硅薄膜的絕緣薄膜，或間接在晶體層的上層部分上經(jīng)諸如有源層的另一層形成絕緣薄膜而形成。諸如氧化硅薄膜或氮化硅薄膜的該絕緣薄膜不限于直接使用，而是可與另外的絕緣薄膜、未摻雜化合物半導(dǎo)體層或任何其它半導(dǎo)體層組合。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，高電阻區(qū)可形成于三維晶體層的脊部分上。該高電阻區(qū)可按如下方式形成在晶體結(jié)構(gòu)的脊部分上形成未摻雜部分；注入離子(通過離子注入工藝)；或利用電子束選擇性地照射p型氮化物半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，高電阻區(qū)可形成于三維晶體層的底邊部分上，按照與在脊部分上形成高電阻區(qū)相同的方式。
如上所述，高電阻區(qū)形成于三維晶體層的上層、脊部分或底邊部分上，并且在形成如本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體發(fā)光器件時，有源層在該高電阻區(qū)形成之前或之后形成。換言之，該高電阻區(qū)可形成于該有源區(qū)之下或之上。電極層經(jīng)此類高電阻區(qū)形成于晶體層上。該電極層可由Ni/Pt/Au等形成，而作為相對電極的另一個電極層可由Ti/Au等形成。
根據(jù)本發(fā)明，為了有效地將電流注入至晶體層的側(cè)面部分中，替代上述高電阻區(qū)的形成，電極層可僅形成于由除脊部分和底邊部分以外的側(cè)面部分構(gòu)成的平面部分上。應(yīng)該注意的是，若晶體層具有上端面和上層部分，該平面部分包括該上端面和該上表面部分兩者。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件可具有通過利用半導(dǎo)體實現(xiàn)的任何器件結(jié)構(gòu)，并且例如，其可以應(yīng)用于諸如發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體發(fā)光器件，并且另外，其可應(yīng)用于場效應(yīng)晶體管或光接收器件。
在根據(jù)本發(fā)明的具有此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，電流由于形成于上層部分、脊部分或底邊部分上的高電阻區(qū)的存在而主要經(jīng)側(cè)面部分注入至器件。具體地，在形成該高電阻區(qū)于該上層部分上時，由于在氮化鎵基化合物半導(dǎo)體的晶體生長中，小面和將要生長的表面的生長與消除可通過諸如生長速度、生長溫度或III族元素與V族元素源之間的比例的生長條件而控制，該高電阻區(qū)可通過在生長期間改變生長條件連續(xù)地形成于該上層部分上。因此，該高電阻區(qū)可形成于有源區(qū)的附近，使得可以抑制由于電流的延伸而導(dǎo)致的電流泄漏和非輻射復(fù)合。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，可以通過不在脊部分或底邊部分上而在由側(cè)面部分構(gòu)成的平面部分上形成電極層，主要經(jīng)側(cè)面部分有效地注入電流。應(yīng)該注意的是，若晶體層具有上端面和上表面部分，該平面部分包括該上端面和該上表面部分兩者。
本發(fā)明將參照實施例在下面詳細描述。應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件可在不脫離本發(fā)明范圍的條件下改動和調(diào)整，因此，本發(fā)明不限于下面的實施例。
第一實施例根據(jù)如圖1所示的本實施例，六棱錐形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)12通過選擇性生長形成于藍寶石襯底11上，并且一電極形成于該六棱錐形(三維形狀)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)12的一部分上，其中該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)12起到一發(fā)光二極管的作用。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的氮化鎵層13形成于該藍寶石襯底11上，并形成氧化硅薄膜14以覆蓋該氮化鎵層13。該氧化硅層14在選擇性生長時起到一抗生長層的作用。該六棱錐形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)12通過從形成于該氧化硅薄膜14中的開口部分處選擇性生長而形成。
圖2為示出該六棱錐形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)12的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有該未摻雜GaN層和該堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的該n型氮化鎵層13形成于該藍寶石襯底11上，并且形成該氧化硅薄膜14以覆蓋該氮化鎵層13。每個都是近似正六邊形的多個開口部分15形成于該氧化硅薄膜14中，而n型GaN層16通過選擇性生長從每個該開口部分15處形成。藍寶石襯底11為利用C平面作為主平面的襯底，并且該正六邊形開口部分15的一個側(cè)邊被設(shè)定為平行于該[1，1，-2，0]方向。通常，在使用此類開口部分15的選擇性生長的情況下，具有作為傾斜側(cè)面的S平面({1，-1，0，1}平面)的六棱錐形生長層通過調(diào)整生長條件而形成。該硅摻雜n型氮化鎵層16由此通過使用該開口部分15的選擇性生長而形成。
該n型氮化鎵層16通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體并供應(yīng)作為N源的氨(NH3)和作為Ga源的三甲基鎵(TMGa，Ga(CH3)3)而形成。該n型氮化鎵層16被以作為雜質(zhì)的硅摻雜。
該n型氮化鎵層16的生長在該氮化鎵層16變?yōu)橥暾牧忮F形前停止。通過在該時刻停止該雜質(zhì)氣體的供給，生長一未摻雜氮化鎵層17。由于通過停止該雜質(zhì)氣體的供給對該雜質(zhì)氣體的切換在相同的反應(yīng)室內(nèi)連續(xù)的進行，其并不抑制生產(chǎn)。該未摻雜氮化鎵層17起到用于抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用，該未摻雜氮化鎵層17為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層。
通過停止該雜質(zhì)氣體對該生長層的切換停止了該n型氮化鎵層16的生長，導(dǎo)致了n型氮化鎵層16形成為沒有尖峰部分的六棱錐形，其中沒有尖峰部分的一上表面部分被用作上層部分16t而該傾斜晶體層的S平面部分被用作側(cè)面部分16s。該未摻雜的氮化鎵層17具有一上部分，該上部分具有近似三角形的截面，其部分位于該上層部分16t上，作為該頂部，該未摻雜的氮化鎵層17還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分16s上，使其覆蓋該側(cè)面部分16s的外周。由于該n型氮化鎵層16的上層部分16t延續(xù)至作為該高電阻區(qū)的該未摻雜的氮化鎵層17，通過該上層部分16t的電流被抑制，這導(dǎo)致了流入將要形成于該未摻雜的氮化鎵層17上的有源區(qū)的電流同樣被抑制。
含有銦的InGaN有源層18形成于該未摻雜的氮化鎵層17上，而p型AlGaN層19和p型氮化鎵層20被堆疊于其上。該p型AlGaN層19和p型氮化鎵層20都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。p電極21通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層20上。n型電極22通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜14中的開口部分23中。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜的氮化鎵層17形成于該InGaN有源層18下面，其中該未摻雜的氮化鎵層17起到抑制經(jīng)該上層部分16t流向該n型氮化鎵層16的電流，而有利于該n型氮化鎵層16中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分16s的作用。因此，該電流被有效地注入至該側(cè)面部分16s，而多于至該頂部的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
根據(jù)本實施例，形成于該氧化硅薄膜14中的該開口部分15被設(shè)置為具有近似正六角形的形狀；然而，本發(fā)明并不限于此。例如，該開口部分15的形狀可以為其它的多邊形或圓形。即使在這種情況下，具有六棱錐形的類似上面描述的晶體生長層也可以通過調(diào)整生長條件而從該開口部分15處形成。該晶體生長層的該傾斜側(cè)面并不限于S平面，而是可以為{1，1，-2，2}平面。即使在此情況下，與通過利用S平面而獲得的上述發(fā)光器件類似的，利用{1，1，-2，2}平面獲得的發(fā)光器件也可以抑制漏電流。
第二實施例根據(jù)如圖3所示的本實施例，一高電阻區(qū)被形成于一有源層上。本實施例中的發(fā)光器件在六棱錐形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的形成方面與第一實施例中的情況相同，但是在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面與其不同。
圖3為示出根據(jù)本實施例的該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層33形成于一藍寶石襯底31上，并且形成一層氧化硅薄膜34以覆蓋該氮化鎵層33。每個都是近似正六邊形的多個開口部分35形成于該氧化硅薄膜34中，而n型GaN層36通過選擇性生長從每個該開口部分35處形成。藍寶石襯底31為利用C平面作為主平面的襯底，并且該正六邊形開口部分35的一個側(cè)邊被設(shè)定為平行于[1，1，-2，0]方向。該硅摻雜n型氮化鎵層36由此通過使用該開口部分35的選擇性生長而形成。
該n型氮化鎵層36通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體而形成。該n型氮化鎵層36被以作為雜質(zhì)的硅摻雜。該n型氮化鎵層36的生長在該氮化鎵層36變?yōu)橥暾牧忮F形前停止。通過在該停止點時刻將該氣體切換至一種含有TMI(三甲基銦)或TEI(三乙基銦)的氣體，一InGaN有源層37被按使其覆蓋該n型氮化鎵層36的一上層部分36t和側(cè)面部分36t的方式形成。
在該InGaN有源層37的形成之后，該晶體生長被進一步繼續(xù)以形成未摻雜氮化鎵層38。該未摻雜氮化鎵層38為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起到用于抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。該未摻雜的氮化鎵層38具有一上部分，該上部分具有近似三角形的截面，其部分位于該上層部分36t上，作為該頂部，該未摻雜的氮化鎵層38還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分36s上，使其覆蓋該InGaN有源層37的外周。由于該上層部分36t經(jīng)過該InGaN有源層37延續(xù)至作為該高電阻區(qū)的該未摻雜的氮化鎵層38，流入形成于該未摻雜的氮化鎵層38下和該上層部分36t上的該InGaN有源層37的電流被抑制。
p型AlGaN層39和p型氮化鎵層40被堆疊于該未摻雜的氮化鎵層38上。該p型AlGaN層39和p型氮化鎵層40都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。P電極41通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層40上。n型電極42通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜34中的開口部分43中。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜的氮化鎵層38形成于該InGaN有源層37上，其中該未摻雜的氮化鎵層38起到抑制經(jīng)該上層部分36t流向該n型氮化鎵層36的電流，而有利于該n型氮化鎵層36中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分36s的作用。因此，該電流被有效地經(jīng)該側(cè)面部分36s注入至有源層，而多于至該頂部的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
根據(jù)本實施例，形成于該氧化硅薄膜34中的該開口部分35被設(shè)置為具有近似正六角形的形狀；然而，本發(fā)明并不限于此。例如，該開口部分35的形狀可以為其它的多邊形或圓形。即使在這種情況下，具有六棱錐形的類似上面描述的晶體生長層也可以通過調(diào)整生長條件而從該開口部分35處形成。該晶體生長層的該傾斜側(cè)面并不限于S平面，而是可以為{1，1，-2，2}平面。即使在此情況下，與通過利用S平面而獲得的上述發(fā)光器件類似的，利用{1，1，-2，2}平面獲得的發(fā)光器件也可以抑制漏電流。
第三實施例根據(jù)如圖4所示的本實施例，一高電阻區(qū)被通過使用一p型氮化物半導(dǎo)體層形成于一有源層上。本實施例中的發(fā)光器件在六棱錐形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的形成方面與第一實施例中的情況相同，但是在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面與其不同。
圖4為示出根據(jù)本實施例的一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層53形成于一藍寶石襯底51上，并且形成氧化硅薄膜54以覆蓋該氮化鎵層53。每個都是近似正六邊形的多個開口部分55形成于該氧化硅薄膜54中，而n型GaN層56通過選擇性生長從每個該開口部分55處形成。藍寶石襯底51為利用藍寶石的C平面作為主平面的襯底，并且該正六邊形開口部分55的一個側(cè)邊被設(shè)定為平行于[1，1，-2，0]方向。該硅摻雜n型氮化鎵層56由此通過使用該開口部分55的選擇性生長而形成。
該n型氮化鎵層56通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體而形成。該n型氮化鎵層56被以作為雜質(zhì)的硅摻雜。該n型氮化鎵層56的生長在該氮化鎵層56變?yōu)橥暾牧忮F形前停止。通過在該停止點時刻將該氣體切換至一種含有TMI(三甲基銦)或TEI(三乙基銦)的氣體，一InGaN有源層57被按使其覆蓋該n型氮化鎵層56的一上層部分56t和側(cè)面部分56s的方式形成。
在該InGaN有源層57形成之后，該晶體生長被進一步繼續(xù)以形成p型AlGaN層58。該p型AlGaN層58為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起到在六棱錐形的頂部形成得厚的、用于抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。該p型AlGaN層58的摻雜濃度設(shè)置為，例如，在10×1018/cm或更低的范圍內(nèi)，以降低遷移率至幾個cm2/Vs。該p型AlGaN層58具有一上部分，該上部分具有近似三角形的截面，其部分位于該上層部分56t上作為該頂部，該p型AlGaN層58還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分56s上，使其覆蓋該InGaN有源層57的外周。由于該上層部分56t位于起到高電阻區(qū)作用的該p型AlGaN層58下面，經(jīng)該上層部分56t的電流被抑制。
p型氮化鎵層59被堆疊于該p型AlGaN層58上。該p型AlGaN層58和p型氮化鎵層59都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。p電極60通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層59上。n型電極61通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜54中的開口部分62中。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該p型AlGaN層58形成于該InGaN有源層57上，其中該p型AlGaN層58起到抑制經(jīng)該上層部分56t流向該n型氮化鎵層56的電流，而有利于該n型氮化鎵層56中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分56s的作用。因此，該電流被有效地經(jīng)該側(cè)面部分56s注入至有源層，而多于至該頂部的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
根據(jù)本實施例，形成于該氧化硅薄膜54中的該開口部分55被設(shè)置為具有近似正六角形的形狀；然而，本發(fā)明并不限于此。例如，該開口部分55的形狀可以為其它的多邊形或圓形。即使在這種情況下，具有六棱錐形的類似上面描述的晶體生長層也可以通過調(diào)整生長條件而從該開口部分55處形成。該晶體生長層的該傾斜側(cè)面并不限于S平面，而是可以為{1，1，-2，2}平面。即使在此情況下，與通過利用S平面而獲得的上述發(fā)光器件類似的，利用{1，1，-2，2}平面獲得的發(fā)光器件也可以抑制漏電流。
第四實施例根據(jù)如圖5所示的本實施例，一高電阻區(qū)被通過使用一類似于前面實施例中描述的p型氮化物半導(dǎo)體層形成于一有源層上。本實施例中的發(fā)光器件在六棱錐形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的形成方面與第一實施例中的情況相同，但是在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面與其不同。
圖5為示出根據(jù)本實施例的一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層73形成于一藍寶石襯底71上，并且形成氧化硅薄膜74以覆蓋該氮化鎵層73。每個都是近似正六邊形的多個開口部分75形成于該氧化硅薄膜74中，而n型GaN層76通過選擇性生長從每個該開口部分75處形成。藍寶石襯底71為利用藍寶石的C平面作為主平面的襯底，并且該正六邊形開口部分75的一個側(cè)邊被設(shè)定為平行于[1，1，-2，0]方向。該硅摻雜n型氮化鎵層76由此通過使用該開口部分75的選擇性生長而形成。
該n型氮化鎵層76通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體而形成。該n型氮化鎵層76被以作為雜質(zhì)的硅摻雜。該n型氮化鎵層76的生長在該氮化鎵層76變?yōu)橥暾牧忮F形前停止。通過在該停止點時刻將該氣體切換至一種含有TMI(三甲基銦)或TEI(三乙基銦)的氣體，一InGaN有源層77被按使其覆蓋該n型氮化鎵層76的一上層部分76t和側(cè)面部分76t的方式形成。
在該InGaN有源層77的形成之后，該晶體生長被進一步繼續(xù)以形成p型AlGaN層78和p型氮化鎵層79。該p型氮化鎵層79為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起到在六棱錐形的頂部形成得厚的、用于抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。該p型氮化鎵層79具有一厚的上部分，該上部分具有近似三角形的截面，其部分位于該上層部分76t上作為該頂部，該p型氮化鎵層79還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分76s上，使其覆蓋該InGaN有源層77的外周。由于該上層部分76t位于起到高電阻區(qū)作用的該p型氮化鎵層79下面，經(jīng)該上層部分76t的電流被抑制。該p型AlGaN層78和該p型氮化鎵層79都被以諸如鎂的雜質(zhì)摻雜。
p電極80通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層79上。n型電極81通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜74中的開口部分82中。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該p型氮化鎵層79形成于該p型AlGaN層78上，其中該p型氮化鎵層79起到抑制經(jīng)該上層部分76t流向該n型氮化鎵層76的電流，而有利于該n型氮化鎵層76中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分76s的作用。因此，該電流被有效地注入至該側(cè)面部分76s，而多于至該頂部一側(cè)的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
根據(jù)本實施例，形成于該氧化硅薄膜74中的該開口部分75被設(shè)置為具有近似正六角形的形狀；然而，本發(fā)明并不限于此。例如，該開口部分75的形狀可以為其它的多邊形或圓形。即使在這種情況下，具有六棱錐形的類似上面描述的晶體生長層也可以通過調(diào)整生長條件而從該開口部分75處形成。該晶體生長層的該傾斜側(cè)面并不限于S平面，而是可以為{1，1，-2，2}平面。即使在此情況下，與通過利用S平面而獲得的上述發(fā)光器件類似的，利用{1，1，-2，2}平面獲得的發(fā)光器件也可以抑制漏電流。
第五實施例根據(jù)如圖6所示的本實施例，一條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)92通過選擇性生長形成于一藍寶石襯底91上，該條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)92具有三角形作為三維形狀的截面，而一電極形成于具有三角形截面的該條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)92的一部分上，從而使該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)92起一發(fā)光二極管的作用。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的氮化鎵層93形成于一藍寶石襯底91上，并且形成一層氧化硅薄膜94以覆蓋該氮化鎵層93。該氧化硅薄膜94在選擇性生長時起到抗生長膜的作用。具有三角形截面的該條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)92通過選擇性生長從該氧化硅薄膜94中形成的開口部分處形成。
具有三角形截面的該條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)92可依據(jù)與用于形成第一實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)12的步驟類似的步驟形成。在此情況下，條形的開口部分可形成于該氧化硅薄膜94中，而晶體生長可從該開口部分通過選擇性生長進行。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)92的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以與圖2至5中的每一個相同。
第六實施例根據(jù)如圖7所示的本實施例，一個具有六棱柱形的三維形狀的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)96通過選擇性生長形成于一藍寶石襯底95上，而一個電極形成于該六棱柱形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)96的一部分上，從而使該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)96起一發(fā)光二極管的作用。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層97形成于該藍寶石襯底95上，并且形成一層氧化硅薄膜98以覆蓋該氮化鎵層97。該氧化硅薄膜98在選擇性生長時起到抗生長膜的作用。該六棱柱形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)96通過選擇性生長從該氧化硅薄膜98中形成的開口部分處形成。該開口部分的一條側(cè)邊被設(shè)定為平行于[1，1，-2，0]方向，并且具有{1，-1，0，0}平面作為側(cè)面的該六棱柱形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)96通過調(diào)整生長條件從該開口部分處利用選擇性生長形成。
圖8為示出該六棱柱形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)96的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層97形成于一藍寶石襯底95上，并且形成一層氧化硅薄膜98以覆蓋該氮化鎵層97。每個都是近似正六邊形的多個開口部分99形成于該氧化硅薄膜98中，而n型GaN層100通過選擇性生長從每個該開口部分99處形成。藍寶石襯底95為利用藍寶石的C平面作為主平面的襯底，并且該正六邊形開口部分99的一個側(cè)邊被設(shè)定為平行于[1，1，-2，0]方向。該硅摻雜n型氮化鎵層100由此通過使用該開口部分99的選擇性生長而形成。
該n型氮化鎵層100通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體并供應(yīng)作為N源的氨(NH3)和作為Ga源的三甲基鎵(TMGa，Ga(CH3)3)而形成。該n型氮化鎵層100被以作為雜質(zhì)的硅摻雜。盡管該n型氮化鎵層100生長成六棱柱形，該雜質(zhì)氣體的供給在生長的半途中停止，使得未摻雜氮化鎵層101在停止該雜質(zhì)氣體的供給后生長形成。在此情況下，由于通過停止雜質(zhì)氣體的供給對雜質(zhì)氣體的切換在相同的反應(yīng)腔內(nèi)是連續(xù)進行的，因此不會影響產(chǎn)量。該未摻雜氮化鎵層101為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起到用于抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。
通過停止該雜質(zhì)氣體而對生長層的切換停止了該n型氮化鎵層100的生長，這導(dǎo)致了該未摻雜氮化鎵層101生長為在該n型氮化鎵層100的一上層部分100t上厚而在側(cè)面部分100s上薄的形狀。由于該n型氮化鎵層100的上層部分100t延續(xù)至起到該高電阻區(qū)的該未摻雜氮化鎵層101，經(jīng)過該上層部分100t的電流被抑制，這導(dǎo)致了流入將要形成于該未摻雜的氮化鎵層101上的有源層的電流同樣被抑制。
含有銦的InGaN有源層102形成于該未摻雜的氮化鎵層101上，p型AlGaN層103和p型氮化鎵層104被堆疊于其上。該p型AlGaN層103和p型氮化鎵層104都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。p電極105通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層104上。n型電極106通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜98中的開口部分107中。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層101形成于該InGaN有源層102下，其中該未摻雜氮化鎵層101起到抑制經(jīng)該上層部分100t流向該n型氮化鎵層100的電流，而有利于該n型氮化鎵層100中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分100s的作用。因此，該電流被有效地注入至該側(cè)面部分100s，而多于至該頂部一側(cè)的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
第七實施例根據(jù)如圖9所示的本實施例，一高電阻區(qū)被形成于一有源層上。本實施例中的發(fā)光器件在六棱柱形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的形成方面與第六實施例中的情況相同，但是在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面與其不同。
圖9為示出根據(jù)本實施例的一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層113形成于一藍寶石襯底111上，并且形成一層氧化硅薄膜114以覆蓋該氮化鎵層113。每個都是近似正六邊形的多個開口部分115形成于該氧化硅薄膜114中，而n型GaN層116通過選擇性生長從每個該開口部分115處形成。藍寶石襯底111為利用藍寶石的C平面作為主平面的襯底，并且該正六邊形開口部分115的一個側(cè)邊被設(shè)定為平行于[1，1，-2，0]方向。該硅摻雜n型氮化鎵層116由此通過使用該開口部分115的選擇性生長而形成。
該n型氮化鎵層116通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體而形成。該n型氮化鎵層116被以作為雜質(zhì)的硅摻雜。該n型氮化鎵層116形成后，InGaN有源層123被按使其覆蓋該n型氮化鎵層116的一上層部分116t和側(cè)面部分116t的方式形成。
在該InGaN有源層123形成之后，該晶體生長被繼續(xù)以形成未摻雜氮化鎵層117。該未摻雜氮化鎵層117為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起到用于抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。該未摻雜氮化鎵層117具有一厚的上部分，位于該上層部分116t上，作為該頂部，該未摻雜氮化鎵層117還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分116s上，使其覆蓋該InGaN有源層123的外周。由于該上層部分116t經(jīng)該InGaN有源層123延續(xù)至起到該高電阻區(qū)的該未摻雜氮化鎵層117，流入形成于該未摻雜的氮化鎵層117下和該上層部分116t上的InGaN有源層123的電流被抑制。
p型AlGaN層118和p型氮化鎵層119被堆疊于該未摻雜氮化鎵層117上。該p型AlGaN層118和p型氮化鎵層119都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。p電極120通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層119上。n型電極121通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜114中的開口部分122中。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層117形成于該InGaN有源層123上，其中該未摻雜氮化鎵層117起到抑制經(jīng)該上層部分116t流向該n型氮化鎵層116的電流，而有利于該n型氮化鎵層116中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分116s的作用。因此，該電流被有效地注入至該側(cè)面部分116s，而多于至該頂部一側(cè)的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
根據(jù)本實施例，形成于該氧化硅薄膜114中的該開口部分115被設(shè)置為具有近似正六角形的形狀；然而，本發(fā)明并不限于此。例如，該開口部分115的形狀可以為其它的多邊形或圓形。即使在這種情況下，具有六棱柱形的類似上面描述的晶體生長層也可以通過調(diào)整生長條件而從該開口部分115處形成。
第八實施例根據(jù)如圖10所示的本實施例，一高電阻區(qū)使用一p型氮化物半導(dǎo)體層形成于一有源層上。本實施例中的發(fā)光器件在六棱柱形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的形成方面與第六實施例中的情況相同，但是在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面與其不同。
圖10為示出根據(jù)本實施例的一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層133形成于一藍寶石襯底131上，并且形成一層氧化硅薄膜134以覆蓋該氮化鎵層133。每個都是近似正六邊形的多個開口部分135形成于該氧化硅薄膜134中，而n型GaN層136通過選擇性生長從每個該開口部分135處形成。藍寶石襯底131為利用藍寶石的C平面作為主平面的襯底，并且該正六邊形開口部分135的一個側(cè)邊被設(shè)定為平行于[1，1，-2，0]方向。該硅摻雜n型氮化鎵層136由此通過使用該開口部分135的選擇性生長而形成。
該n型氮化鎵層136通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體而形成。該n型氮化鎵層136被以作為雜質(zhì)的硅摻雜。該六棱柱形n型氮化鎵層136形成后，該氣體被切換至一種含有TMI(三甲基銦)或TEI(三乙基銦)的氣體，以形成InGaN有源層137。該InGaN有源層137被按使其覆蓋該n型氮化鎵層136的一上層部分136t和側(cè)面部分136t的方式形成。
在該InGaN有源層137形成之后，該晶體生長被進一步繼續(xù)以形成p型AlGaN層138。該p型AlGaN層138為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起到在六棱柱形的上表面部分形成得厚的、用于抑制一上層部分136t中的電流的高電阻區(qū)的作用。該p型AlGaN層138的摻雜濃度設(shè)置為，例如，在10×1018/cm或更低的范圍內(nèi)，以降低遷移率至幾個cm2/Vs。該p型AlGaN層138具有一相對厚的上部分，該上部分位于該上層部分136t上，作為上表面部分，該p型AlGaN層138還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分136s上，使其覆蓋該InGaN有源層137的外周。由于該上層部分136t位于起到高電阻區(qū)作用的該p型AlGaN層138下面，經(jīng)該上層部分136t的電流被抑制。
p型氮化鎵層139被堆疊于該p型AlGaN層138上。該p型AlGaN層138和p型氮化鎵層139都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。p電極140通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層139上。n型電極141通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜134中的開口部分142中。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該p型AlGaN層138形成于該InGaN有源層137上，其中該p型AlGaN層138起到抑制經(jīng)該上層部分136t流向該n型氮化鎵層136的電流，而有利于該n型氮化鎵層136中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分136s的作用。因此，該電流被有效地經(jīng)該側(cè)面部分136s注入至該有源層，而多于至該頂部的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
根據(jù)本實施例，形成于該氧化硅薄膜134中的該開口部分135被設(shè)置為具有近似正六角形的形狀；然而，本發(fā)明并不限于此。例如，該開口部分135的形狀可以為其它的多邊形或圓形。即使在這種情況下，具有六棱柱形的類似上面描述的晶體生長層也可以通過調(diào)整生長條件而從該開口部分135處形成。
第九實施例根據(jù)如圖11所示的本實施例，一高電阻區(qū)如同第八實施例中描述地通過使用一p型氮化物半導(dǎo)體層形成于一有源層上。本實施例中的發(fā)光器件在六棱錐形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的形成方面與第一實施例中的情況相同，但是在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面與其不同。
圖11為示出根據(jù)本實施例的一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層153形成于一藍寶石襯底151上，并且形成一層氧化硅薄膜154以覆蓋該氮化鎵層153。每個都是近似正六邊形的多個開口部分155形成于該氧化硅薄膜154中，而n型GaN層156通過選擇性生長從每個該開口部分155處形成。藍寶石襯底151為利用藍寶石的C平面作為主平面的襯底，并且該正六邊形開口部分155的一個側(cè)邊被設(shè)定為平行于[1，1，-2，0]方向。該硅摻雜n型氮化鎵層156由此通過使用該開口部分155的選擇性生長而形成。
該n型氮化鎵層156通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體而形成。該n型氮化鎵層156被以作為雜質(zhì)的硅摻雜。在具有六棱柱形的該n型氮化鎵層156形成后，該氣體被切換至另一種氣體，以形成InGaN有源層157。該InGaN有源層157被形成為使其覆蓋該n型氮化鎵層156的一上層部分156t和側(cè)面部分156t。
在該InGaN有源層157形成之后，該晶體生長被進一步繼續(xù)以形成p型AlGaN層158和p型氮化鎵層159。該p型氮化鎵層159為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起到在六棱柱形的上表面部分形成得厚的、用于抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。該p型氮化鎵層159具有一厚的上部分，該上部分位于該上層部分156t上，該p型氮化鎵層159還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分156s上，使其覆蓋該p型AlGaN層158的外周。由于該上層部分156t位于起到高電阻區(qū)作用的該p型氮化鎵層159的厚的部分的下面，經(jīng)該上層部分156t的電流被抑制。該p型AlGaN層158和p型氮化鎵層159都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。
p電極160通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層159上。n型電極161通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜154中的開口部分162中。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該p型氮化鎵層159形成于該p型AlGaN層158上，其中該p型氮化鎵層159起到抑制經(jīng)該上層部分156t流向該n型氮化鎵層156的電流，而有利于該n型氮化鎵層156中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分156s的作用。因此，該電流被有效地經(jīng)該側(cè)面部分156s注入至該有源層，而多于至該頂部一側(cè)的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
根據(jù)本實施例，形成于該氧化硅薄膜154中的該開口部分155被設(shè)置為具有近似正六角形的形狀；然而，本發(fā)明并不限于此。例如，該開口部分155的形狀可以為其它的多邊形或圓形。即使在這種情況下，具有六棱柱形的類似上面描述的晶體生長層也可以通過調(diào)整生長條件而從該開口部分155處形成。
第十實施例根據(jù)如圖12所示的本實施例，一條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)172通過選擇性生長形成于一藍寶石襯底171上，該條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)172具有矩形的截面，而一個電極形成于具有矩形截面的該條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)172的一部分上，從而使該條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)172起一發(fā)光二極管的作用。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層173形成于藍寶石襯底171上，并且形成一層氧化硅薄膜174以覆蓋該氮化鎵層173。該氧化硅薄膜174在選擇性生長時起到抗生長膜的作用。具有矩形截面的該條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)172通過選擇性生長從該氧化硅薄膜174中形成的開口部分175處形成。
具有矩形截面的該條形氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)172可依據(jù)與用于形成第六實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)92的步驟類似的步驟形成。在此情況下，條形的開口部分可形成于該氧化硅薄膜174中，而晶體生長可從該開口部分通過選擇性生長進行。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)172的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以與圖8至11中的每一個相同。
第十一實施例根據(jù)如圖13所示的本實施例，一晶體層被從一襯底剝落，并且一透明電極形成于該晶體層的背面上。形成具有無尖峰部分的六棱錐形的n型氮化鎵層181，其中由S平面構(gòu)成的傾斜面被作為側(cè)面部分181s，由C平面構(gòu)成的上部分被作為上層部分181t。具有側(cè)面部分181s和上層部分181t的該n型氮化鎵層181被未摻雜氮化鎵層182所覆蓋。
n型氮化鎵層181的生長在該n型氮化鎵層181形成完整的六棱錐形之前停止。通過在該時刻停止該雜質(zhì)氣體的供給，生長未摻雜氮化鎵層182。由于通過停止該雜質(zhì)氣體的供給而對該雜質(zhì)氣體的切換在相同的反應(yīng)室內(nèi)是連續(xù)地進行的，因此其并不影響產(chǎn)量。該未摻雜氮化鎵層182為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。
該n型氮化鎵層181形成為無尖峰部分的六棱錐形，其中無尖峰部分的該上部分被作為上層部分181t，而該傾斜晶體層的S平面被作為側(cè)面部分181s。該未摻雜氮化鎵層182具有一上部分，該上部分具有近似矩形的截面，其部分位于該上層部分181t上，作為該頂部，該未摻雜氮化鎵層182還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分181s上，使其覆蓋該側(cè)面部分181s的外周。由于該n型氮化鎵層181的上層部分181t延伸至起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層182，流經(jīng)該上層部分181t的電流被抑制，結(jié)果流入將形成于該未摻雜氮化鎵層182上的有源層的電流也被抑制。
含銦的InGaN有源層183形成于該未摻雜氮化鎵層182上，而p型AlGaN層184和p型氮化鎵層185堆疊于其上。該p型AlGaN層184和p型氮化鎵層185都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。p電極186通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層185上。根據(jù)本實施例的n電極187構(gòu)造為在利用激光研磨等從生長襯底上剝落后形成于n型氮化鎵層181的背表面上的諸如ITO薄膜的透明n電極。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層182形成于該InGaN有源層183下，其中該未摻雜氮化鎵層182起到抑制經(jīng)該上層部分181t流向該n型氮化鎵層181的電流，而有利于該n型氮化鎵層181中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分181s的作用。因此，該電流被有效地注入至該側(cè)面部分181s，而多于至該頂部的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
該傾斜的側(cè)面不限于S平面，而且也可以為{1，1，-2，2}平面。即使在這種情況下，能夠抑制漏電流的發(fā)光器件也可形成。本實施例中的該n型氮化鎵層181等形成為六棱錐形；然而其也可以形成為具有三角形截面的條形。設(shè)置透明n電極187的構(gòu)造對于從設(shè)置有透明n電極187的側(cè)面射出光線是很有效的，因此，如果延伸為帶形的晶體層被作為用于沿平行于該帶形的方向出射光線的半導(dǎo)體激光器的有源層，與該透明電極不同的其它電極也可以被形成。
第十二實施例根據(jù)如圖14所示的本實施例，生長襯底構(gòu)造為導(dǎo)電襯底，其通過n型碳化硅襯底191示出。形成含有諸如硅的雜質(zhì)的n型氮化鎵層192于該n型碳化硅襯底191上。該n型氮化鎵層192的背面連接至該n型碳化硅襯底191，并且該n型氮化鎵層192被通過選擇性生長等形成為諸如六棱錐的三維形狀。
對于具有無尖峰部分六棱錐形狀的該n型氮化鎵層192，由其S平面構(gòu)成的傾斜面被作為側(cè)面部分192s而由其C平面構(gòu)成的上表面被作為上層部分192t。具有側(cè)面部分192s和上層部分192t的該n型氮化鎵層192被未摻雜氮化鎵層193所覆蓋。
n型氮化鎵層192的生長在該氮化鎵層192形成完整的六棱錐形之前停止。通過在該時刻停止該雜質(zhì)氣體的供給，生長未摻雜氮化鎵層193。由于通過停止該雜質(zhì)氣體的供給而對該雜質(zhì)氣體的切換在相同的反應(yīng)室內(nèi)是連續(xù)地進行的，因此其并不影響產(chǎn)量。該未摻雜氮化鎵層193為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。
該n型氮化鎵層192形成為無尖峰部分的六棱錐形，其中無尖峰部分的該上表面部分被作為上層部分192t，而該傾斜晶體層的S平面被作為側(cè)面部分192s。該未摻雜氮化鎵層193具有一上部分，該上部分具有近似三角形的截面，其部分位于該上層部分192t上，作為該頂部，該未摻雜氮化鎵層193還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分192s上，使其覆蓋該側(cè)面部分192s的外周。由于該n型氮化鎵層192的上層部分192t延伸至起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層193，流經(jīng)該上層部分192t的電流被抑制，結(jié)果流入將形成于該未摻雜氮化鎵層193上的有源層的電流也被抑制。
含銦的InGaN有源層194形成于該未摻雜氮化鎵層193上，而p型AlGaN層195和p型氮化鎵層196堆疊于其上。該p型AlGaN層195和p型氮化鎵層196都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。p電極197通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層196上。根據(jù)本發(fā)明的n型電極198通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料而直接形成于作為導(dǎo)電襯底的該n型碳化硅襯底191上。
在具有根據(jù)本實施例的此類結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中，起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層193形成于該InGaN有源層194下，其中該未摻雜氮化鎵層193起到抑制經(jīng)該上層部分192t流向該n型氮化鎵層192的電流，而有利于該n型氮化鎵層192中的電流主要是經(jīng)過該側(cè)面部分192s的作用。因此，該電流被有效地注入至該側(cè)面部分192s，而多于至該頂部一側(cè)的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
該傾斜的側(cè)面不限于S平面，而且也可以為{1，1，-2，2}平面。即使在這種情況下，能夠抑制漏電流的發(fā)光器件也可形成。本實施例中的該n型氮化鎵層192形成為無尖峰六棱錐形；然而其也可以形成為具有梯形截面的條形。
第十三實施例根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體器件是由根據(jù)第十一實施例的氮化物半導(dǎo)體器件改變而來的，其中具有六棱錐形狀的該器件是形成于n型碳化硅襯底201上。為了更加具體，如圖15所示，根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體器件具有這樣一個結(jié)構(gòu)，即，n型氮化鎵層202形成于該碳化硅襯底201的前面上，而透明n電極208形成于其背面上。
通過選擇性生長等將n型氮化鎵層202形成為諸如無尖峰部分的六棱錐形的三維形狀。對于具有無尖峰六棱錐形狀的該n型氮化鎵層202，由其S平面構(gòu)成的傾斜面被作為側(cè)面部分202s而由其C平面構(gòu)成的上表面被作為上層部分202t。具有側(cè)面部分202s和上層部分202t的該n型氮化鎵層202被未摻雜氮化鎵層203所覆蓋。
n型氮化鎵層202的生長在該n型氮化鎵層202形成完整的六棱錐形之前停止。通過在該時刻停止該雜質(zhì)氣體的供給，生長未摻雜氮化鎵層203。由于通過停止該雜質(zhì)氣體的供給而對該雜質(zhì)氣體的切換在相同的反應(yīng)室內(nèi)是連續(xù)地進行的，因此其并不影響產(chǎn)量。該未摻雜氮化鎵層203為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。該未摻雜氮化鎵層203具有一上部分，該上部分具有近似三角形的截面，其部分位于該上層部分202t上，作為該頂部，該未摻雜氮化鎵層203還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分202s上，使其覆蓋該側(cè)面部分202s的外周。由于該n型氮化鎵層202的上層部分202t延伸至起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層203，流經(jīng)該上層部分202t的電流被抑制，結(jié)果流入將形成于該未摻雜氮化鎵層203上的有源層的電流也在該頂部的附近被明確抑制。
含銦的InGaN有源層204形成于該未摻雜氮化鎵層203上，而p型AlGaN層205和p型氮化鎵層206堆疊于其上。該p型AlGaN層205和p型氮化鎵層206都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。p電極207通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層206上。
即使在具有此類結(jié)構(gòu)的器件中，電流會被有效地注入至該側(cè)面部分202s上的有源層，而多于至該上表面一側(cè)的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。本實施例中的該n型氮化鎵層等形成為六棱錐形；然而其也可以形成為具有三角形或梯形截面的條形。
第十四實施例在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體器件中，高電阻區(qū)通過使用一未摻雜氮化物半導(dǎo)體層而形成。
圖16為示出根據(jù)本實施例的一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層211形成于一藍寶石襯底210上，并且形成一層氧化硅薄膜220以覆蓋該氮化鎵層211。每個都是近似正六邊形的多個開口部分219形成于該氧化硅薄膜220中，而n型GaN層212通過選擇性生長從每個該開口部分219處形成。藍寶石襯底210為利用藍寶石的C平面作為主平面的襯底，并且該正六邊形開口部分219的一個側(cè)邊被設(shè)定為平行于[1，1，-2，0]方向。該硅摻雜n型氮化鎵層212由此通過使用該開口部分219的選擇性生長而形成。
該n型氮化鎵層212被形成為例如無尖峰部分的六棱錐形，其中S平面被作為傾斜側(cè)面部分212s，而C平面被作為上層部分212t。在該n型氮化鎵層212形成后，該氣體被切換至另一種氣體，以形成未摻雜氮化鎵層213。由于通過停止該雜質(zhì)氣體的供給而對該雜質(zhì)氣體的切換在相同的反應(yīng)室內(nèi)是連續(xù)地進行的，因此其并不影響產(chǎn)量。該未摻雜氮化鎵層213為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起抑制一上層部分中的電流的高電阻區(qū)的作用。該未摻雜氮化鎵層213具有一平行于C平面的厚的上部分，其部分位于該上層部分212t上，該未摻雜氮化鎵層213還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分212s上，使其覆蓋該側(cè)面部分212s的外周。由于該n型氮化鎵層212的上層部分212t延伸至起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層213，流經(jīng)該上層部分212t的電流被抑制，結(jié)果流入將形成于該未摻雜氮化鎵層213上的有源層的電流也在該上層部分212t一側(cè)被明確抑制。
含銦的InGaN有源層214形成于該未摻雜氮化鎵層213上，而p型AlGaN層215和p型氮化鎵層216堆疊于其上。該InGaN有源層214、p型AlGaN層215和p型氮化鎵層216都被形成為具有小面結(jié)構(gòu)的形狀，該小面包括作為反射上層部分212t的C平面的結(jié)果的C平面。p電極217通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層216上。n型電極218通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜220中的開口部分中。
即使在具有此類結(jié)構(gòu)的器件中，電流會被有效地注入至該側(cè)面部分212s上的有源層214，而多于至該上表面一側(cè)的，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。本實施例中的該n型氮化鎵層等形成為六棱錐形；然而其也可以形成為具有三角形或梯形截面的條形。
第十五實施例在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體器件中，具有在其中央部分形成凹陷的形狀的硅摻雜的n型氮化鎵層和具有在其中央部分形成得厚的形狀的未摻雜氮化鎵層被用作高電阻區(qū)。
圖17為示出根據(jù)本實施例的一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層232形成于一藍寶石襯底231上，并且形成一層氧化硅薄膜233以覆蓋該氮化鎵層232。每個都具有近似六邊形的外周部分和位于該外周部分的中央部分的近似正六邊形島形抗生長部分的多個開口部分234形成于該氧化硅薄膜233中，而n型GaN層235通過選擇性生長從每個該開口部分234處形成。藍寶石襯底231為利用藍寶石的C平面作為主平面的襯底。該硅摻雜n型氮化鎵層235通過選擇性生長形成為作為該島形抗生長部分的結(jié)果的、在其中央部分凹陷的形狀。
該n型氮化鎵層235具有由S平面構(gòu)成的傾斜面，并且在其中央部分還具有凹陷成倒六棱錐形的凹陷部分。按此方式，該n型氮化鎵層235具有由S平面構(gòu)成的側(cè)面部分235s和在其中央部分凹陷的上層部分235t。在該n型氮化鎵層235形成后，該氣體被切換至另一種氣體，以形成未摻雜氮化鎵層236。由于通過停止該雜質(zhì)氣體的供給而對該雜質(zhì)氣體的切換在相同的反應(yīng)室內(nèi)是連續(xù)地進行的，因此其并不影響產(chǎn)量。該未摻雜氮化鎵層236為含有極低濃度的雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，其起抑制一上層部分235t中的電流的高電阻區(qū)的作用。該未摻雜氮化鎵層236被形成為填埋了該上層部分235t的凹陷的中央部分并具有一頂部，該層236還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分235s上，使其覆蓋該側(cè)面部分235s的外周。由于該n型氮化鎵層235的上層部分235t延伸至起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層236，流經(jīng)該上層部分235t的電流被抑制，結(jié)果流入將形成于該未摻雜氮化鎵層236上的有源層237的電流也在該上層部分235t一側(cè)被明確抑制。
含銦的InGaN有源層237形成于該未摻雜氮化鎵層236上，而p型AlGaN層238和p型氮化鎵層239堆疊于其上。p電極240通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層239上。n型電極241通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜233中的開口部分242中。
即使在具有此類結(jié)構(gòu)的器件中，電流會被有效地注入至該側(cè)面部分235s上的有源層237，而多于至該層部分235t，該上層部分具有在其中央部分的凹陷部分并由此具有厚的高電阻區(qū)，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。本實施例中的該n型氮化鎵層等形成為六棱錐形；然而其也可以形成為具有三角形或梯形截面的條形。
第十六實施例在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體器件中，n型氮化鎵層在兩個步驟中形成，其中其特點在于電流將要注入的側(cè)面部分的范圍。
圖18為示出根據(jù)本實施例的一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層252形成于一藍寶石襯底251上，并且形成一層氧化硅薄膜253以覆蓋該氮化鎵層252。每個都為近似正六邊形的多個開口部分254形成于該氧化硅薄膜253中，而下側(cè)n型GaN層255通過選擇性生長從每個該開口部分254處形成。藍寶石襯底251為利用藍寶石的C平面作為主平面的襯底。具有由S平面構(gòu)成的傾斜面的該硅摻雜n型氮化鎵層255由此通過選擇性生長利用開口部分254形成。
該n型氮化鎵層255生長為具有梯形的截面，其中S平面被作為傾斜面而C平面被作為上表面。未摻雜氮化鎵層256形成于n型氮化鎵層255周圍。未摻雜氮化鎵層256相對厚，并從而具有很高的電阻，該層位于n型氮化鎵層255的傾斜面上，使其覆蓋接近器件結(jié)構(gòu)的襯底的斜面部分。未摻雜氮化鎵層256起到有助于電流僅流動于斜面中。上側(cè)n型氮化鎵層257形成于未摻雜氮化鎵層256上，使其延續(xù)未摻雜氮化鎵層256。上側(cè)氮化鎵層257形成為梯形截面，其中由S平面構(gòu)成的傾斜面被作為側(cè)面部分257s而由上側(cè)C平面構(gòu)成的小面被作為上層部分257t。
未摻雜氮化鎵層258形成于該上側(cè)n型氮化鎵層257上。未摻雜氮化鎵層258具有一上部分，該上部分具有近似三角形的截面，其部分位于該上層部分257t上，該未摻雜的氮化鎵層258還具有薄的側(cè)面部分，該側(cè)面部分位于該側(cè)面部分257s上。由于該n型氮化鎵層257的上層部分257t延伸至起到高電阻區(qū)作用的該未摻雜氮化鎵層258，流經(jīng)該上層部分257t的電流被抑制，結(jié)果流入將形成于該未摻雜氮化鎵層258上的有源層259的電流也在該上層部分257t被抑制。
含銦的InGaN有源層259形成于該未摻雜氮化鎵層258上，而p型AlGaN層260和p型氮化鎵層261堆疊于其上。p電極262通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(Pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層261上。n型電極263通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜253中的開口部分264中。
在具有此類結(jié)構(gòu)的器件中，該未摻雜氮化鎵層256和258都起到高電阻區(qū)的作用，從而電流主要在夾持于兩個未摻雜氮化鎵層256與258之間的n型氮化鎵層257的側(cè)面部分257s中流動。換言之，電流在結(jié)晶度都很差的頂部和底面部分中都沒有流動。因此，可以實現(xiàn)低漏電流、高發(fā)光效率的發(fā)光二極管。另外，該n型氮化鎵層等形成為六棱錐形；然而其也可以形成為具有三角形或梯形截面的條形。
第十七實施例根據(jù)本實施例的制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法將按步驟順序參照圖19至21描述。
如圖19中所示，n型氮化鎵層272通過金屬有機物化學(xué)汽相沉積工藝形成于藍寶石襯底271上。一光致抗蝕劑層形成于該n型氮化鎵層272上，并隨后利用光刻選擇性地曝光和移處。如圖20所示，相鄰兩個保留的光致抗蝕劑層部分之間的n型氮化鎵層272的每個部分通過反應(yīng)離子刻蝕除去。保留的n型氮化鎵層272具有沿平行于[1，1，-2，0]方向延伸的條形形狀。藍寶石襯底271的表面通過部分地移除n型氮化鎵層272而部分地暴露出來。
氮化物半導(dǎo)體晶體層隨后通過金屬有機物化學(xué)汽相沉積工藝形成。首先，n型氮化鎵層通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體并供應(yīng)作為N源的氨(NH3)和作為Ga源的三甲基鎵(TMGa，Ga(CH3)3)而形成。然后，停止雜質(zhì)氣體的供給，以形成一未摻雜氮化鎵層。形成該未摻雜氮化鎵層后，通過使用三甲基銦(IMG)等形成一InGaN有源層，并隨后將要供給該反應(yīng)室的氣體被切換成另一種氣體，以形成一AlGaN層和一p型GaN層。如圖21中所示的具有三角形截面的氮化物半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)273由此形成。
在氮化物半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)273，作為中間層而形成的未摻雜氮化鎵層起到高電阻區(qū)的作用，以抑制流入頂部等的結(jié)晶度差的部分的電流。
第十八實施例如圖22A和22B中所示，根據(jù)本實施例，起高電阻區(qū)作用的未摻雜部分形成于一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的每個脊部分上。另外，圖22A為在連接彼此相對的脊部分的線上截取的，該圖示出了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)。
圖22A示出根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。具有一未摻雜GaN層和一堆疊于其上的硅摻雜GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)的n型氮化鎵層282形成于一藍寶石襯底281上，并且形成一層氧化硅薄膜283以覆蓋該氮化鎵層282。每個都是近似正六邊形的多個開口部分284形成于該氧化硅薄膜283中，而硅摻雜n型GaN層285通過選擇性生長從每個該開口部分284處形成。
該n型氮化鎵層285通過形成作為流入反應(yīng)室內(nèi)的載體氣體的H2和N2的混合氣體并供應(yīng)作為N源的氨(NH3)和作為Ga源的三甲基鎵(TMGa，Ga(CH3)3)而形成。該n型氮化鎵層285被以作為雜質(zhì)的硅摻雜。
含有銦的InGaN有源層286形成于該n型GaN層285上，p型AlGaN層287和p型氮化鎵層288被堆疊于其上。該p型AlGaN層287和p型氮化鎵層288都被以作為雜質(zhì)的鎂摻雜。p電極289通過汽相沉積諸如Ni/Pt/Au或Ni(pd)/Pt/Au的金屬材料形成于該p型氮化鎵層288上。n型電極290通過汽相沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的金屬材料形成于該氧化硅薄膜283中的開口部分284中。
在根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，如圖22A和22B中所示，未摻雜部分291形成于每個脊部分上。未摻雜部分291含有極低濃度的雜質(zhì)，并起到抑制n型GaN層285的位于該脊部分的部分中的電流的作用，并且有利于流入n型GaN層285的電流主要是經(jīng)過由n型GaN層285的側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分。因此，電流被有效地注入至由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分，而多于至結(jié)晶度差的該脊部分，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
根據(jù)本實施例，形成于該氧化硅薄膜283中的該開口部分284被設(shè)置為具有近似正六角形的形狀；然而，本發(fā)明并不限于此。例如，該開口部分284的形狀可以為其它的多邊形或圓形。即使在這種情況下，具有六棱錐形的類似上面描述的晶體生長層也可以通過調(diào)整生長條件而從該開口部分284處形成。該晶體生長層的該傾斜側(cè)面并不限于S平面，而是可以為{1，1，-2，2}平面。即使在此情況下，與通過利用S平面而獲得的上述發(fā)光器件類似的，利用{1，1，-2，2}平面獲得的發(fā)光器件也可以抑制漏電流。另外，盡管本實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)形成為六棱錐形，其也可以形成為其它棱錐形或截棱錐形，或具有三角形或梯形截面的條形。
根據(jù)本實施例，未摻雜層291形成于從InGaN有源層286起的下側(cè)上；然而，其也可以形成于從InGaN有源層286起的上側(cè)上。
第十九實施例如圖23A和23B中所示，根據(jù)本實施例，高電阻區(qū)通過利用所謂離子注入工藝在脊部分中注入離子而形成于一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的每個脊部分上。圖23A為在連接彼此相對的脊部分的線上截取，該圖示出了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意，在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，與第十八實施例中相似的部分件以相同的附圖標記表示，并略去重復(fù)的解釋。
圖23A示出根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。在如圖23A和23B中所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，起高電阻區(qū)作用的離子注入部分292通過向脊部分注入離子而形成于每個脊部分上。該離子注入是通過使用離子注入系統(tǒng)加速氮離子，再將該氮離子注入氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中而進行的。將要被注入的氮離子可由鋁離子替代。另外，離子注入可通過利用匯聚離子束(focused ion beam)而進行。
被注入離子的區(qū)域成為了含極低濃度雜質(zhì)的氮半導(dǎo)體層，并從而具有很高的電阻。該區(qū)域起到抑制n型GaN層285的位于該脊部分的部分中的電流注入的作用，并且有利于流入n型GaN層285的電流主要是經(jīng)過由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分。因此，電流被有效地注入至由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分，而多于至結(jié)晶度差的該脊部分，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
盡管本實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)形成為六棱錐形，其也可以形成為其它棱錐形或截棱錐形，或具有三角形或梯形截面的條形。
第二十實施例如圖24A和24B中所示，根據(jù)本實施例，高電阻區(qū)通過選擇性地以電子束照射除脊部分以外的部分，從而活化該脊部分以外的部分而形成于一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的每個脊部分上。圖24A為在連接彼此相對的脊部分的線上截取，該圖示出了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意，在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，與第十八實施例中相似的部分件以相同的附圖標記表示，并略去重復(fù)的解釋。
圖24A示出根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。在如圖24A和24B中所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，p型氮化物半導(dǎo)體層的除該脊部分以外的一個部分被以電子束照射。
需要該電子束照射以活化p型氮化物半導(dǎo)體層(p型AlGaN層287和p型氮化鎵層288)，并且未被以電子束照射的區(qū)域，即p型氮化物半導(dǎo)體層的位于每個脊部分的部分未被活化以成為含有極低濃度雜質(zhì)并從而具有高電阻的型氮化物半導(dǎo)體層部分(以下，未活化部分293)。處于脊部分的未活化部分293起到抑制該脊部分中的電流，并有利于流入n型GaN層285的電流主要是經(jīng)過由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分的作用。結(jié)果，電流被有效地注入至由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分，而多于至結(jié)晶度差的該脊部分，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
盡管本實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)形成為六棱錐形，其也可以形成為其它棱錐形或截棱錐形，或具有三角形或梯形截面的條形。
第二十一實施例如圖25中所示，根據(jù)本實施例，一p電極僅形成于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的除脊部分以外的部分上。應(yīng)注意，在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，與第十八實施例中相似的部分件以相同的附圖標記表示，并略去重復(fù)的解釋。在具有此構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，由于p電極289是選擇性地形成于除脊部分以外的部分上，流入n型GaN層285的電流主要是經(jīng)過由其上形成有p電極289的側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分。因此，電流被有效地注入至由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分，而多于至結(jié)晶度差的該脊部分，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
盡管本實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)形成為六棱錐形，其也可以形成為其它棱錐形或截棱錐形，或具有三角形或梯形截面的條形。
第二十二實施例如圖26中所示，根據(jù)本實施例，起高電阻區(qū)作用的未摻雜部分形成于一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的底邊部分上。應(yīng)注意，在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，與第十八實施例中相似的部分件以相同的附圖標記表示，并略去重復(fù)的解釋。
圖26為示出根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。如圖26中所示，在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，未摻雜部分294形成于每個底邊部分上。該未摻雜部分294含有極低濃度的雜質(zhì)，并且起到抑制n型GaN層285中的位于底邊部分的一個部分中的電流，并有助于流入n型GaN層285的電流主要是經(jīng)過由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分的作用。因此，電流被有效地注入至由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分，而多于至結(jié)晶度差的該脊部分，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
根據(jù)本實施例，形成于該氧化硅薄膜283中的該開口部分284被設(shè)置為具有近似正六角形的形狀；然而，本發(fā)明并不限于此。例如，該開口部分284的形狀可以為其它的多邊形或圓形。即使在這種情況下，具有六棱錐形的類似上面描述的晶體生長層也可以通過調(diào)整生長條件而從該開口部分284處形成。該傾斜側(cè)面并不限于S平面，而是可以為{1，1，-2，2}平面。即使在此情況下，與通過利用S平面而獲得的上述發(fā)光器件類似的，利用{1，1，-2，2}平面獲得的發(fā)光器件也可以抑制漏電流。盡管本實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)形成為六棱錐形，其也可以形成為其它棱錐形或截棱錐形，或具有三角形或梯形截面的條形。
根據(jù)本實施例，未摻雜層294形成于從InGaN有源層286起的下側(cè)上；然而，其也可以形成于從InGaN有源層286起的上側(cè)上。
第二十三實施例如圖27中所示，根據(jù)本實施例，高電阻區(qū)通過所謂離子注入工藝在底邊部分中注入離子而形成于一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的每個底邊部分上。應(yīng)注意，在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，與第十八實施例中相似的部分件以相同的附圖標記表示，并略去重復(fù)的解釋。
圖27示出了根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。如圖27中所示，在根氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，起高電阻區(qū)作用的離子注入部分295通過向該底邊部分注入離子而形成于每個底邊部分上。該離子注入是通過使用離子注入系統(tǒng)加速氮離子，再將該氮離子注入氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中而進行的。將要被注入的氮離子可由鋁離子替代。另外，離子注入可通過利用匯聚離子光束而進行。
通過注入離子形成的離子注入部分295成為了含極低濃度雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體層，并從而具有很高的電阻。該部分295起到抑制n型GaN層285的位于該底邊部分的部分中的電流注入的作用，并且有利于流入n型GaN層285的電流主要是經(jīng)過由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分。結(jié)果，電流被有效地注入至由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分，而多于至結(jié)晶度差的該底邊部分，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
盡管本實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)形成為六棱錐形，其也可以形成為其它棱錐形或截棱錐形，或具有三角形或梯形截面的條形。
第二十四實施例如圖28中所示，根據(jù)本實施例，高電阻區(qū)通過選擇性地以電子束照射除底邊部分以外的部分，從而活化該底邊部分以外的部分而形成于一個氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的每個底邊部分上。應(yīng)注意，在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，與第十八實施例中相似的部分件以相同的附圖標記表示，并略去重復(fù)的解釋。
圖28為示出根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有為其而形成的一p電極和一n電極。在如圖28中所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，p型氮化物半導(dǎo)體層的除該底邊部分以外的部分被以電子束照射。
需要該電子束照射以活化p型氮化物半導(dǎo)體層(p型AlGaN層287和p型氮化鎵層288)，并且未被以電子束照射的區(qū)域，即p型氮化物半導(dǎo)體層的位于每個底邊部分的部分未被活化以成為含有極低濃度雜質(zhì)并從而具有高電阻的型氮化物半導(dǎo)體層部分(以下，未活化部分296)。作為具有高電阻的氮化物半導(dǎo)體層的、處于底邊部分的未活化部分296起到抑制該底邊部分中的電流，并有利于流入n型GaN層285的電流主要是經(jīng)過由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分的作用。結(jié)果，電流被有效地注入至由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分，而多于至結(jié)晶度差的該底邊部分，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
盡管本實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)形成為六棱錐形，其也可以形成為其它棱錐形或截棱錐形，或具有三角形或梯形截面的條形。
第二十五實施例如圖29中所示，根據(jù)本實施例，一p電極僅形成于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的除底邊部分以外的部分上。應(yīng)注意，在根據(jù)本實施例的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中，與第十八實施例中相似的部分件以相同的附圖標記表示，并略去重復(fù)的解釋。
在具有此構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，由于p電極289是選擇性地形成于除底邊部分以外的部分上，流入n型GaN層285的電流主要是經(jīng)過由其上形成有p電極289的側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分。結(jié)果，電流被有效地注入至由側(cè)面部分285s構(gòu)成的平面部分，而多于至結(jié)晶度差的該底邊部分，從而獲得了高發(fā)光效率、低漏電流的發(fā)光二極管。
盡管本實施例中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)形成為六棱錐形，其也可以形成為其它棱錐形或截棱錐形，或具有三角形或梯形截面的條形。
在上述實施例中，本發(fā)明主要應(yīng)用于具有發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)的器件中；然而，本發(fā)明還可應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器，該半導(dǎo)體激光器是通過在具有與具有發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的器件相同構(gòu)造的器件上形成共振板而形成。另外，根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件并不限于半導(dǎo)體發(fā)光器件，而是可以為場效應(yīng)晶體管、光接收器件或其它任何光學(xué)部分件。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法，用于運行該氮化物半導(dǎo)體器件的電流被從一電極層注入，并且在此情況下，由于在一上層部分上設(shè)置了高電阻區(qū)，電流將繞開上層部分的該高電阻區(qū)，以形成主要沿側(cè)面部分延伸同時避開了該上層部分的電流通路。通過利用此電流通路，可以抑制在結(jié)晶度差的該上層部分中的電流，并有助于實現(xiàn)具有高發(fā)光效率和低漏電流的器件。
在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件的制造中，高電阻區(qū)形成于晶體生長步驟中，而未使用諸如光刻的外部分工藝，從而簡化了制造工藝。另外，由于可以在有源區(qū)附近形成高電阻區(qū)而未使用諸如在具有三維形狀的半導(dǎo)體器件上的光刻的困難工藝，同將高電阻區(qū)形成于外部分上的情況相比，其有利于抑制電流泄漏通路的卷繞。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，用于運行該氮化物半導(dǎo)體器件的電流被從一電極層注入，并且在此情況下，由于在一脊部分及沿該脊部分延伸的區(qū)域或底邊部分及沿該底邊部分延伸的區(qū)域上設(shè)置了高電阻區(qū)，電流將繞開上層部分的該高電阻區(qū)，以形成主要沿側(cè)面部分延伸的電流通路，具體地，是沿由側(cè)面部分構(gòu)成的平面部分。通過利用此電流通路，可以抑制在結(jié)晶度差的該脊部分及沿該脊部分延伸的區(qū)域或該底邊部分及沿該底邊部分延伸的區(qū)域中的電流，并有助于實現(xiàn)具有高發(fā)光效率和低漏電流的器件。
根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件，用于運行該氮化物半導(dǎo)體器件的電流被從一電極層注入，并且在此情況下，由于電極層未形成于一脊部分及沿該脊部分延伸的區(qū)域或底邊部分及沿該底邊部分延伸的區(qū)域，電流通路主要沿其上形成有電極層側(cè)面部分延伸，具體地，是沿著由側(cè)面部分構(gòu)成的平面部分。通過利用此電流通路，可以抑制在結(jié)晶度差的該脊部分及沿該脊部分延伸的區(qū)域或該底邊部分及沿該底邊部分延伸的區(qū)域中的電流，并有助于實現(xiàn)具有高發(fā)光效率和低漏電流的器件。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為具有一側(cè)面部分和一上層部分的三維形狀，其中一電極層經(jīng)一高電阻區(qū)形成于所述上層部分上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述側(cè)面部分由所述晶體層的傾斜面構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述上層部分形成為截去尖端的形狀或平面形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層按照形成一抗生長薄膜于一個氮化物半導(dǎo)體層或一個氮化物半導(dǎo)體襯底上，并且由在所述抗生長薄膜中敞開的開口部分處選擇性地生長晶體的方式形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層按照選擇性地移除一個氮化物半導(dǎo)體層或一個氮化物半導(dǎo)體襯底的一部分，并且由所述氮化物半導(dǎo)體層或所述氮化物半導(dǎo)體襯底的保留部分生長晶體的方式形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為條形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為多邊形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層形成于一襯底上，并具有平行于所述襯底的一個平面，平行于所述襯底的所述平面相對于閃鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的C平面傾斜±10度或更小的角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的所述側(cè)面部分相對于閃鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的{1，1，-2，-2}平面、{1，-1，0，1}平面、{1，1，-2，0}平面和{1，-1，0，0}平面中的任何一個傾斜±10度或更小的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)利用一未摻雜氮化物半導(dǎo)體層形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)利用以p型雜質(zhì)摻雜的一個氮化物半導(dǎo)體層形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)利用以n型雜質(zhì)摻雜的一個氮化物半導(dǎo)體層形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)經(jīng)一有源層形成于所述上層部分上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的氮化物半導(dǎo)體器件，其中一有源層經(jīng)所述高電阻區(qū)形成于所述上層部分上。
15.一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括生長于一個氮化物半導(dǎo)體層或一個氮化物半導(dǎo)體襯底上的一晶體層，其中所述晶體層包括一第一晶體部分，其具有良好的結(jié)晶狀態(tài)；以及，一第二晶體部分，其具有比所述第一晶體部分的結(jié)晶狀態(tài)差的結(jié)晶狀態(tài)，并且一電極層，其經(jīng)一高電阻區(qū)形成于所述第二晶體部分上。
16.一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括生長為具有一側(cè)面部分和一上層部分的三維形狀的一晶體層，其中至少一第一導(dǎo)電區(qū)和一第二導(dǎo)電區(qū)都形成于所述晶體層上，并且所述上層部分一側(cè)上的所述第一導(dǎo)電區(qū)與所述第二導(dǎo)電區(qū)之間的電阻值大于所述側(cè)面部分一側(cè)上的所述第一導(dǎo)電區(qū)與所述第二導(dǎo)電區(qū)之間的電阻值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述上層部分一側(cè)上的所述第一導(dǎo)電區(qū)與所述第二導(dǎo)電區(qū)之間的電阻值是所述側(cè)面部分一側(cè)上的所述第一導(dǎo)電區(qū)與所述第二導(dǎo)電區(qū)之間的電阻值的1.5倍或更大。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述上層部分一側(cè)上的所述第一導(dǎo)電區(qū)與所述第二導(dǎo)電區(qū)之間的電阻值是所述側(cè)面部分一側(cè)上的所述第一導(dǎo)電區(qū)與所述第二導(dǎo)電區(qū)之間的電阻值的2倍或更大。
19.一種制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括步驟通過選擇性生長形成一晶體層于一個氮化物半導(dǎo)體層或一個氮化物半導(dǎo)體襯底上；通過在形成該晶體層的一上層部分之后改變晶體生長條件，連續(xù)地形成一高電阻區(qū)；以及，在形成該高電阻區(qū)之后形成一電極層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的制造制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其中所述通過選擇性生長形成晶體層的步驟包括步驟形成一抗生長薄膜于該氮化物半導(dǎo)體層或該氮化物半導(dǎo)體襯底上；以及，由在該抗生長薄膜中敞開的一開口部分生長晶體。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的制造制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其中所述通過選擇性生長形成晶體層的步驟包括步驟選擇性地移除部分的該氮化物半導(dǎo)體層或該氮化物半導(dǎo)體襯底；以及，由該氮化物半導(dǎo)體層或該氮化物半導(dǎo)體襯底的殘留部分生長晶體。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的制造制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其中形成該高電阻區(qū)，使其構(gòu)成該晶體層的一頂部，該頂部具有三角形的截面。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的制造制造氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其中在未向該高電阻區(qū)中摻入任何雜質(zhì)的條件下形成該高電阻區(qū)。
24.一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為具有一脊部分的三維形狀，其中一電極層經(jīng)一高電阻區(qū)形成于所述脊部分和沿所述脊部分延伸的區(qū)域兩者之上。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)通過設(shè)置一未摻雜部分而形成。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)通過設(shè)置由離子注入形成的一離子注入部分而形成。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)通過以電子束選擇性地照射以p型雜質(zhì)摻雜的氮化物半導(dǎo)體層的一部分而形成，該部分為除去所述脊部分和沿所述脊部分延伸的所述區(qū)域以外的部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一上層部分形成為截去尖端的形狀或平面形狀。
29.根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為多邊形。
30.根據(jù)權(quán)利要求24的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為條形。
31.一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為三維形狀，其中一電極層經(jīng)一高電阻區(qū)形成于所述晶體層的一底部分和沿所述底部分延伸的區(qū)域兩者之上。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)通過設(shè)置一未摻雜部分而形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)通過設(shè)置由離子注入形成的一離子注入部分而形成。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻區(qū)通過以電子束選擇性地照射以p型雜質(zhì)摻雜的氮化物半導(dǎo)體層的一部分而形成，該部分為除去一底部分和沿所述底部分延伸的區(qū)域以外的部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求31的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一上層部分形成為截去尖端的形狀或平面形狀。
36.根據(jù)權(quán)利要求31的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為多邊形。
37.根據(jù)權(quán)利要求31的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為條形。
38.一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為三維形狀，其中一電極層形成于所述晶體層的除去一脊部分和沿所述脊部分延伸的區(qū)域之外的一平面部分上。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一上層部分形成為截去尖端的形狀或平面形狀。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為多邊形。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為條形。
42.一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為三維形狀，其中一電極層形成于所述晶體層的除去一底邊部分和沿所述底邊部分延伸的區(qū)域之外的一平面部分上。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一上層部分形成為截去尖端的形狀或平面形狀。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為多邊形。
45.根據(jù)權(quán)利要求42的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為條形。
46.一種氮化物半導(dǎo)體器件，其包括一晶體層，該晶體層生長為三維形狀，該三維形狀具有一側(cè)面部分和一上層部分，其中一電極層未形成于所述上層部分之上，而是形成于所述側(cè)面部分之上。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述電極層未形成于所述晶體層的所述側(cè)面部分一脊部分及其附近和一底面部分及其附近的全部或部分之上。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一上層部分形成為截去尖端的形狀或平面形狀。
49.根據(jù)權(quán)利要求46的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為多邊形。
50.根據(jù)權(quán)利要求46的氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述晶體層的一底面部分形成為條形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有出色特性的氮化物半導(dǎo)體器件以及該氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法，該器件具有通過選擇性生長生長成三維形狀的器件結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體器件包括一生長為三維形狀的晶體層，該晶體層具有一側(cè)面部分(16s)和一上層部分(16t)，其中一電極層(21)經(jīng)一高電阻區(qū)形成于該上層部分上，該高電阻區(qū)通過一未摻雜氮化鎵層(17)等而形成。由于該高電阻區(qū)是設(shè)置于上層部分(16t)之上，使得電流繞過該上層部分(16t)的該高電阻區(qū)流動，從而形成了避過該上層部分(16t)而主要是沿側(cè)面部分(16s)延伸的電流通路，從而抑制了結(jié)晶度差的該上層部分(16t)中的電流。
文檔編號H01S5/10GK1476642SQ02803189
公開日2004年2月18日 申請日期2002年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月22日
發(fā)明者琵琶剛志, 奧山浩之, 土居正人, 大畑豐治, 之, 人, 治 申請人:索尼公司