專利名稱：氮化鎵基化合物半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵(GaN)基化合物半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及一種具有改進(jìn)在襯底上生長的薄膜的表面特性的結(jié)構(gòu)的GaN基化合物半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
在生長于異質(zhì)型襯底上的傳統(tǒng)氮化物基半導(dǎo)體薄膜中，由于晶格參數(shù)的差異可能產(chǎn)生缺陷，這降低了器件特性。因此，使用低缺陷GaN襯底生長GaN基半導(dǎo)體器件的薄膜是至關(guān)重要的。然而，在GaN襯底上生長薄膜存在著不規(guī)則表面形貌的問題，例如小丘、薄膜的結(jié)晶度等。尤其是，小丘的產(chǎn)生導(dǎo)致在小丘上生長的薄膜組成中特定組分的偏析(segregation)，使得器件性能降低，薄膜器件的制造工藝?yán)щy，并因此降低了良品率。
因此，在使用GaN襯底生長用于光電器件的薄膜時(shí)，需要開發(fā)通過改善生長在襯底上的薄膜的表面形貌保持或者改進(jìn)表面特性的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種氮化鎵(GaN)基化合物半導(dǎo)體器件，其具有改進(jìn)生長在襯底上的薄膜的表面特性的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種GaN基化合物半導(dǎo)體器件，其包括AlxInyGa1-x-yN襯底(0≤x≤1，0≤y≤1，及0≤x+y≤1)，襯底表面朝預(yù)定方向相對(duì)于(0001)平面傾斜大于0°且小于1°的偏角；以及生長在該襯底表面上的GaN基化合物半導(dǎo)體層。這里，襯底可以摻雜n型或p型雜質(zhì)。預(yù)定方向可以是<11-20>方向或<1-100>方向，在這種情況下，襯底表面的偏角可以大于或等于0.01°且小于1°。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種GaN基化合物半導(dǎo)體器件，其包括AlxInyGa1-x-yN襯底(0≤x≤1，0≤y≤1，及0≤x+y≤1)，襯底表面相對(duì)于垂直于無極性方向(non-polar direction)的平面朝預(yù)定方向傾斜大于0°且小于等于10°的偏角；以及生長在該襯底表面上的GaN基化合物半導(dǎo)體層。垂直于無極性方向的平面是(11-20)平面、(1-100)平面和(1-102)平面中的一個(gè)。襯底可以摻雜n型或p型雜質(zhì)。優(yōu)選地，襯底表面的偏角優(yōu)選大于等于0.1°且小于等于1°。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，提供了一種通過改進(jìn)生長于襯底上的薄膜的表面特性而具有優(yōu)異器件特性的GaN基化合物半導(dǎo)體器件。


通過參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的示范性實(shí)施例，本發(fā)明的以上和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加顯然，附圖中圖1是按照本發(fā)明第一實(shí)施例的氮化鎵(GaN)基化合物半導(dǎo)體器件的示意性透視圖；圖2是圖1的詳細(xì)視圖；圖3A至3C是光學(xué)干涉顯微照片，示出了在襯底上以每種表面偏角生長的薄膜的表面形貌；圖4是采用按照本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN基化合物半導(dǎo)體器件的激光二極管(LD)的示意性透視圖；圖5是按照本發(fā)明第二實(shí)施例的GaN基化合物半導(dǎo)體器件的示意性透視圖；以及圖6是圖5的詳細(xì)視圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，參照示出本發(fā)明示范實(shí)施例的附圖，說明按照本發(fā)明的氮化鎵(GaN)基化合物半導(dǎo)體器件。描述中，為清楚起見放大了圖中所示的層和部分的厚度。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氮化鎵(GaN)基化合物半導(dǎo)體器件的示意性透視圖；圖2是圖1的詳細(xì)視圖。
參照?qǐng)D1和2，按照本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN基化合物半導(dǎo)體器件包括AlxInyGa1-x-yN襯底11(0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1)和通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長在襯底11表面上的GaN基化合物半導(dǎo)體層20。AlxInyGa1-x-yN襯底11可摻雜n型或p型雜質(zhì)。襯底11的表面相對(duì)于(0001)平面朝預(yù)定方向傾斜大于0°且小于1°的偏角。該預(yù)定方向可是<11-20>方向或<1-100>方向。
GaN基化合物半導(dǎo)體層20是由AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1)制成的材料層，在襯底11上形成為單層或多層，以構(gòu)建單位器件。例如，GaN基化合物半導(dǎo)體層20可包括n型覆層(cladding layer)21、n型光引導(dǎo)層22、多量子阱有源層(MQW)23、p型光引導(dǎo)層24和p型覆層25，它們依次堆疊在襯底11上。n型覆層21和p型覆層25分別由n型氮化鋁鎵(AlGaN)和p型AlGaN構(gòu)成。并且，n型光引導(dǎo)層22和p型光引導(dǎo)層24分別由n型GaN和p型GaN構(gòu)成。MQW23包括由氮化銦鎵(InGaN)構(gòu)成的阱層和由GaN或InGaN構(gòu)成的勢(shì)壘層。
就具有這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明而言，襯底11表面相對(duì)于(0001)平面的偏角控制在0°至1°的范圍，由此獲得取決于偏角的三種不同類型的GaN基化合物半導(dǎo)體層20的表面形貌。例如，用“θ”指代偏角，分別在0°＜θ≤0.1°，0.1°＜θ≤0.4°，和0.4°＜θ＜1.0°的范圍得到三種不同類型的表面形貌，即，小丘(hillock)表面、波狀(wavy)表面和類鏡面表面。優(yōu)選地，偏角控制在0.1°至1.0°的范圍，從而得到不具有小丘表面的GaN基化合物半導(dǎo)體層。更優(yōu)選地，偏角控制在0.4°至1.0°的范圍，從而得到不具有小丘和波狀表面的GaN基化合物半導(dǎo)體層的類鏡面表面。
按照本發(fā)明，在AlxInyGa1-x-yN襯底11上生長GaN基化合物半導(dǎo)體層20時(shí)，通過控制襯底11的偏角，可減少GaN基化合物半導(dǎo)體層20上不規(guī)則表面形貌例如小丘的產(chǎn)生所造成的問題。尤其是，可減少小丘附近InGaN量子阱中銦偏析的發(fā)生。因此，通過改進(jìn)在襯底11上生長的薄膜的表面特性，可獲得具有優(yōu)異器件特性的GaN基化合物半導(dǎo)體器件。
圖3A至3C是光學(xué)干涉顯微照片，示出了在襯底上以每種表面偏角生長的薄膜的表面形貌。
圖3A至3C示出了以0.019°、0.35°和、0.42°的偏角生長在氮化物基半導(dǎo)體襯底上的GaN基化合物半導(dǎo)體層，分別示出了小丘表面、波狀表面和類鏡面表面的形態(tài)。
圖4是采用按照本發(fā)明第一實(shí)施例的GaN基化合物半導(dǎo)體器件的激光二極管(LD)的示意性透視圖。與圖2中的第一實(shí)施例相比較，在p型覆層25上進(jìn)一步堆疊p型GaN構(gòu)成的p型接觸層26。此外，p型覆層25和p型接觸層26被蝕刻至預(yù)定深度，且它們的側(cè)面被保護(hù)性絕緣膜27覆蓋。而且，在p型接觸層26上和AlxInyGa1-x-yN襯底11的底面上分別制成p側(cè)電極28和n例電極31。p側(cè)電極28和n側(cè)電極31分別是鎳/金(Ni/Au)和鈦/鋁(Ti/Al)。
圖5是按照本發(fā)明第二實(shí)施例的GaN基化合物半導(dǎo)體器件的示意性透視圖，圖6是圖5的詳細(xì)視圖。這里，與圖1和2中示出的第一實(shí)施例相同的元件將省略解釋，并使用相同的參考標(biāo)記。
參照?qǐng)D5和6，按照本發(fā)明第二實(shí)施例的GaN基化合物半導(dǎo)體器件包括AlxInyGa1-x-yN襯底12(0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1)和通過MOCVD生長在該襯底12上的GaN基化合物半導(dǎo)體層20。AlxInyGa1-x-yN襯底12可摻雜n型或p型雜質(zhì)。襯底12的表面相對(duì)于與無極性方向相垂直的任一平面朝預(yù)定方向傾斜大于0°且小于等于10°的偏角，所述平面例如是(11-20)平面、(1-100)平面和(1-102)平面。襯底12表面的偏角可大于等于0.1°且小于等于1°。該預(yù)定方向包括與無極性方向相垂直的任一平面上，例如(11-20)平面、(1-100)平面或(1-102)平面上存在的所有方向。例如，當(dāng)襯底12相對(duì)于(1-100)平面具有偏角時(shí)，該預(yù)定方向可以是存在于(1-100)平面上的<0001>方向。
就具有這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明而言，襯底12相對(duì)于與無極性方向相垂直的任一平面，例如相對(duì)于(11-20)平面、(1-100)平面或(1-102)平面的偏角控制在0°至10°的范圍，由此獲得取決于偏角的三種不同類型的GaN基化合物半導(dǎo)體層20的表面形貌，即，小丘表面、波狀表面和類鏡面表面，其效果如上所述。
按照具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，可減少在襯底上生長的GaN基化合物半導(dǎo)體層的例如小丘的不規(guī)則表面形貌的產(chǎn)生所造成的問題。因此，通過改進(jìn)在襯底上生長的薄膜的表面特性，可獲得具有優(yōu)異器件特性的GaN基化合物半導(dǎo)體器件。
按照本發(fā)明的GaN基化合物半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于光電器件，例如，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)，和光探測(cè)器，或者應(yīng)用于其它電子器件。
盡管參照其示范實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體的圖示和說明，然而，可理解本發(fā)明不應(yīng)該被這里列舉的實(shí)施例限制；更確切地，在不違背由權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可做出各種形式和細(xì)節(jié)上的變化。
本申請(qǐng)要求于2005年4月21日向韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請(qǐng)第10-2005-0033197號(hào)的權(quán)益，其公開的全文在此作參照引用。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵基化合物半導(dǎo)體器件，包括AlxInyGa1-x-yN襯底(0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1)，所述襯底表面相對(duì)于(0001)平面朝預(yù)定方向傾斜大于0°且小于1°的偏角；以及生長在所述襯底表面上的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述襯底摻雜為n型或p型。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述預(yù)定方向是<11-20>方向或<1-100>方向。
4.如權(quán)利要求3所述的器件，其中，所述襯底表面的所述偏角大于或等于0.01°且小于1°。
5.一種氮化鎵基化合物半導(dǎo)體器件，包括AlxInyGa1-x-yN襯底(0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y≤1)，所述襯底表面相對(duì)于與無極性方向相垂直的平面朝預(yù)定方向傾斜大于0°且小于等于10°的偏角；以及生長在所述襯底表面上的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體層。
6.如權(quán)利要求5所述的器件，其中，垂直于所述無極性方向的所述平面是(11-20)平面、(1-100)平面和(1-102)平面中的任意一個(gè)。
7.如權(quán)利要求5所述的器件，其中，所述襯底摻雜n型或p型雜質(zhì)。
8.如權(quán)利要求5所述的器件，其中，所述襯底表面的所述偏角大于等于0.1°且小于等于1°。
9.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述氮化鎵基化合物半導(dǎo)體器件是發(fā)光二極管、激光二極管和光探測(cè)器中的一種。
10.如權(quán)利要求5所述的器件，其中，所述氮化鎵基化合物半導(dǎo)體器件是發(fā)光二極管、激光二極管和光探測(cè)器中的一種。
全文摘要
提供了一種氮化鎵(GaN)基化合物半導(dǎo)體器件，該器件具有改進(jìn)在襯底上生長的薄膜的表面特性的結(jié)構(gòu)。該GaN基化合物半導(dǎo)體器件包括Al
文檔編號(hào)H01S5/00GK1855562SQ20051012462
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者李成男, 白好善, 孫重坤, 司空坦 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社