[发明专利]用于生长Ⅲ族氮化物半导体层的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种用于生长III族氮化物半导体层的方法，更具体而言，涉及一种采用大面积的薄蓝宝石衬底制造III族氮化物半导体发光器件的方法。

所述III族氮化物半导体发光器件是指诸如包含由Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)构成的III族氮化物半导体层的发光二极管等发光器件，所述III族氮化物半导体发光器件还可包含由其他族的元素构成的材料(如SiC、SiN、SiCN和CN)，或由这些材料制成的半导体层。

背景技术

本部分提供了本发明相关的背景信息，其不一定是现有技术。

图1是示出了常规III族氮化物半导体发光器件的一个实例的视图。所述III族氮化物半导体发光器件包括：衬底100、在衬底100上生长的缓冲层200、在缓冲层200上生长的n型III族氮化物半导体层300、在n型III族氮化物半导体层300上生长的有源层400、在有源层400上生长的p型III族氮化物半导体层500、在p型III族氮化物半导体层500上形成的p侧电极600、在p侧电极600上形成的p侧焊盘700、在通过台面刻蚀p型III族氮化物半导体层500和有源层400而露出的n型III族氮化物半导体层300上形成的n侧电极800，以及保护膜900。

就衬底100而言，GaN类衬底可用作同质衬底，而蓝宝石衬底、SiC衬底或Si衬底可用作异质衬底。不过，可以使用在其上能够生长有III族氮化物半导体层的任何类型的衬底。在使用SiC衬底的情况下，可在SiC衬底一侧上形成n侧电极800。

在衬底100上生长的III族氮化物半导体层一般通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)来生长。

缓冲层200用来克服异质衬底100和III族氮化物半导体之间的晶格常数和热膨胀系数的差异。美国专利第5,122,845号描述了一种在380℃～800℃的温度下在蓝宝石衬底上生长厚度为的AlN缓冲层的技术。另外，美国专利第5,290,393号描述了一种在200℃～900℃的温度下在蓝宝石衬底上生长厚度为的Al(x)Ga(1-x)N(0≤x＜1)缓冲层的技术。此外，美国专利公报第2006/154454号描述了一种在600℃～990℃的温度下生长SiC缓冲层(晶种层)并在其上生长In(x)Ga(1-x)N(0＜x≤1)的技术。优选的是，在n型III族氮化物半导体层300生长之前生长未掺杂的GaN层。所述GaN层可视为缓冲层200的一部分或n型III族氮化物半导体层300的一部分。

在n型III族氮化物半导体层300中，至少n侧电极800区域(n型接触层)掺杂有掺杂剂。优选的是，所述n型接触层由GaN制成并掺杂有Si。美国专利第5,733,796号描述了一种通过调节Si和其他源材料的混合比而以目标掺杂浓度掺杂n型接触层的技术。

有源层400通过电子和空穴的复合产生光量子(光)。通常，有源层400包含In(x)Ga(1-x)N(0＜x≤1)并具有单量子阱或多量子阱。

p型III族氮化物半导体层500掺杂有诸如Mg等合适的掺杂剂，并通过激活过程而具有p型导电性。美国专利第5,247,533号描述了一种通过电子束辐照激活p型III族氮化物半导体层的技术。此外，美国专利第5,306,662号描述了一种通过至少400℃的退火来激活p型III族氮化物半导体层的技术。美国专利公报第2006/157714号描述了一种通过将氨和肼类源材料一起用作氮前体来生长p型III族氮化物半导体层，从而在无需激活过程的情况下提供具有p型导电性的p型III族氮化物半导体层的技术。

提供p侧电极600来促进电流供应给整个p型III族氮化物半导体层500。美国专利第5,563,422号描述了一种与透光性电极相关的技术，所述透光性电极由Ni和Au制成，并形成在p型III族氮化物半导体层500的几乎整个表面上，与p型III族氮化物半导体层500欧姆接触。另外，美国专利第6,515,306号描述了一种在p型III族氮化物半导体层上形成n型超晶格层并随后在其上形成由ITO制成的透光性电极的技术。

同时，p侧电极600可足够厚至不透光而使光向衬底反射。该技术称为倒装芯片技术。美国专利第6,194,743号描述了一种与电极结构体相关的技术，所述电极结构体包括厚度至少为20nm的Ag层、覆盖所述Ag层的扩散阻挡层和含有Au和Al并覆盖所述扩散阻挡层的结合层。