[发明专利]半导体层生长方法、半导体发光元件及制造方法、电子器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种生长半导体层的方法、一种制造半导体发光元件的方法、一种半导体发光元件以及一种电子器件。更具体地，本发明涉及III-V氮化物化合物半导体发光二极管以及装备有该发光二极管的各种装置和设备。 

背景技术

制造基于GaN半导体的发光二极管的现有方法通常是通过MOCVD工艺(金属有机化学气相沉积)生长n型层、有源层和包括在蓝宝石衬底的(0001)面(或者C面)上的一层的GaN半导体层，，取向在C轴上。 

不幸的是，当在蓝宝石衬底的(0001)面(或C面)上生长时，在C轴上取向的InGaN赝晶量子阱层存在以下缺点：在垂直于阱的面(或者C轴方位)的方位上产生大的压电场，从而在空间上，电子和空穴彼此分离并且降低了电子和空穴再复合的可能性(其被认为是量子限制斯塔克效应)。结果是降低了基于InGaN/GaN的发光二极管的内部量子效率，其接着导致外部量子效率降低。这是妨碍发光输出提高的一个原因。 

抑制有源层中量子限制斯塔克效应的一种方式是在(1-102)面(或R-面)的蓝宝石衬底上生长(11-20)面(A-面)的GaN半导体层。不幸的是，(11-20)面的GaN半导体层具有很多螺旋位错，其劣化了其晶体质量。 

在日本专利特开No.Hei11-112029(以下称作专利文献1)已经提出了一种用于抑制半导体发光元件中量子限制斯塔克效应的方法，该半导体发光元件通过生长多个包括了赝晶量子阱层的GaN半导体层来制造。根据所提出的方法，赝晶量子阱层在不同于最大压电场的面方位生长。在GaN半导体层具有纤锌矿(wurtzeite)晶体结构的情况下，该面方位与[0001]方位倾斜大于1°(例如，40°、90°或140°)。通过前述方法制造的半导体发光元件于图39中示出。其包括SiC或GaN衬底101、AlN缓冲层(未示出)、n型GaN接触层102、n型AlGaN覆盖层103、GaInN/GaN或GaInN/GaInN多重 量子阱层104、p型AlGaN覆盖层105和p型GaN接触层106，其顺序叠置生长。接触层102和覆盖层103朝{0001}面方位生长。多重量子阱层104生长在{2-1-14}面或{01-12}面上，该面已经通过选择性生长或选择性蚀刻形成在覆盖层103上。其上生长多重量子阱层104的104a和104b面与{2-1-14}面或{01-12}面相一致。覆盖层105和接触层106随着其生长而变化晶体结构，其面方位从多重量子阱层104面方位转换为{0001}面方位。顺带地，参考标号107和108分别表示p侧电极和n侧电极。 

如图39中所示的现有半导体发光元件允许多重量子阱层104作为有源层以降低压电场；然而，其存在以下缺点：在实际中，通常不容易在良好控制下生长具有倾斜面{2-1-14}面或{01-12}面的多重量子阱层104。因此，在其高效生产方面出现困难。 

针对前述问题完成本发明。由此，本发明的一个目的是提供一种用于在衬底上生长半导体层的方法使得可按要求选择面方位或生长面，或者根据需要可制作半导体层以降低压电场并改善晶体质量。 

本发明的另一目的是提供一种容易制造的半导体发光元件以及其制造方法。通过在生长半导体层以形成发光元件结构时采用上述方法生长半导体层实现该目的。通过半导体层良好的晶体质量和有源层中降低的量子限定斯塔克效应来鉴定获得的半导体发光元件。 

本发明另一目的是提供一种高性能电子器件，其装配有如上提及的优良的半导体发光元件。 

发明内容

本发明的第一种模式涉及生长半导体层的方法，其包括在六方晶体结构衬底的(1-100)面上生长具有(11-22)或(10-13)面方位的六方晶体结构的半导体层。 

根据本发明的第一种模式的方法典型地通过这样的方式实施：半导体层以(11-20)面、(0001)面以及(11-22)面面向外地生长，或者以(1-100)面、(0001)面和(10-13)面面向外生长。 

半导体由六方晶体结构的半导体层形成，典型的是具有纤锌矿(wurtzeite)晶体结构的六方晶体结构。具有纤锌矿(wurtzeite)晶体结构的半导体的实例包括III-V族氮化物化合物半导体、氧化物半导体和α-ZnS (非限制性的)。