[发明专利]从晶体材料的非极性平面形成的器件及其制作方法

说明书

本申请要求美国临时申请第61/166,184号在2009年4月2日递交的名称为“从晶体材料的非极性平面形成的器件及其制作方法(DEVICE FORMED FROM A NON-POLAR PLANE OF A CRYSTALLING MATERIAL AND METHOD OF MAKING THE SAME)”的优先权，通过参考将其全部内容援引于此。

技术领域

本发明涉及从晶体材料的非极性面(non-polar plane)形成的器件及其制作方法，其中该晶体材料的非极性面例如为一种III-N晶体材料的非极性面。一个实施例涉及非极性发光二极管或其制作方法，或者尤其涉及从III-氮化物(III-nitride)半导体材料制得的非极性发光二极管及其制作方法。

背景技术

此部分提供背景信息，并介绍与以下所描述和/或所要求的本发明的各种方案相关的信息，这些背景描述并非认为是现有技术。

氮化镓(gallium nitride，GaN)，以及其与铝和铟结合组成的三元(ternary)与四元(quanternary)化合物(AlGaN，InGaN，AlInGaN)，已被广泛地应用于制作可见光与紫外线光电器件与高功率电子器件上。这些器件一般利用下述成长技术外延成长制得，所述成长技术包括例如分子束外延法(molecular beam epitaxy，MBE)、化学气相沉积法(CVD)、金属有机化学气相沉积法(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)与氢化物气相外延法(hydride vapor phase epitaxy)。

如图1所示，氮化镓与其合金最稳定的状态是六方晶系纤维锌矿结构(hexagonal wurtzite crystal structure)，此结构通过两个(或三个)等同的基础平面轴(basal plane axe)(a轴)来描述，这些基准面轴彼此之间相差120°，且垂直于一唯一的c轴。图1显示c平面(c-plane)2、m平面(m-plane)4与a平面(a-plane)6的示例。III族原子与氮原子沿着晶体c轴交互地占据c平面。纤维锌矿结构中所包含的对称成分表明了III-氮化物沿着这个c轴具有块状(bulk)自发极化特性(spontaneous polarization)，且纤维锌矿结构展现压电极化特性(piezoelectric polarization)。

目前应用于电子与光电器件的氮化物技术将氮化物膜沿着极性c轴成长。然而，由于存在强烈的压电极化(piezodielectric)与自发性(spontaneous)极化，以III-氮化物(III-nitride)为主的光电器件与电子器件的c-平面量子阱结构会遭受不想要的量子局限史塔克效应(quantum-confined Stark effect，QCSE)。沿着c轴的强烈的内建电场会使III-N材料的利用价值严重劣化。

消除氮化镓光电器件中自发性极化与压电极化效应的方法之一为，在非极性平面(例如晶体的m-平面或a-平面)上成长这些器件。这些平面包含相同数量的镓与氮原子，且为电荷中性。再者，后续非极性层的极性会彼此相等，因此块状晶体(bulk crystal)不会沿着成长方向被极化。然而，成长具有非极性表面的氮化镓半导体晶片仍然存在困难。因此，需要提高III-氮化物为主的光电器件与电子器件(例如LED)的效率并改善其操作特性。

发明内容

本发明的一个方案是为处理相关先前技术的问题或缺点，并提供本文整个或部分所叙述的优点。

其它本发明的另一方案是为提高晶体材料(例如六方(hexagonal)或纤锌矿结构(wurtzite)晶体)的a-平面与m-平面在制作电子器件中的使用率。

本发明的另一方案就是要提高极性晶体材料(例如III-N材料，且特别是氮化镓)的非极性平面在制作电子器件中的使用率。

本发明的另一方案就是要提高一半导体二极管或发光二极管的发光效率(extraction efficiency)或内部量子效率(internal quantum efficiency)。

本发明的另一方案就是要通过使用III-N半导体晶体材料的非极性面(non-polar face)来提高发光二极管的发光效率(extraction efficiency)或内部量子效率(internal quantum efficiency)。