一种半导体光发射器件及其制作方法技术

一种半导体光发射器件，包括一个具有前后表面的硅衬底；一个位于硅衬底前表面的第一过渡层；几个连续位于第一过渡层上的氮化镓串接化合物半导体层。可通过解理产生谐振腔的小平面，并可实现如下结构：一对电极分别置于光发射器件相对的最顶层表面和最底层表面。成本低，而且在氮化镓串接化合物半导体层生长的最初阶段，产生了大量的生长核，而这些生长核又加速了二维生长，结果获得了高质量的氮化镓串接化合物半导体层。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体光发射器件，尤其涉及一种由氮化镓和相关的化合物半导体(下文称作GaN串接化合物半导体)组成的光发射器件，这种光发射器件可用于发射蓝光的二极管或者发射蓝光的激光二极管。本专利技术还涉及一种制作这种光发射器件的方法。一种称之为铝镓铟氮(AlxGayInzN)(0≤x，y，z≤1，x＋y＋z＝1)的化合物半导体氮化物，因为它的能带间隙处于从1.9eV至6.4eV的一个很宽的区域范围，而且它属于直接跃迁类型，因而在作为制作可见光区域和紫外线区域的光发射器件的一种材料方面是很有前途的。然而，由于氮的高蒸气压力的存在，使得制作串接化合物半导体的单晶圆片很困难，因此，以往制作光学器件，使用GaN或者氮化铝(AlN)作为缓冲层，将GaN串接化合物半导体外延生长在与其晶格常数相似的蓝宝石衬底上。图6的截面图示出了一种发射蓝光的二极管(下文称作蓝色LED)的结构，这种结构发表于“Applied Physics Letter”，vol.64(1994)，pp.1687-1689。图中，标号41表示蓝宝石衬底。一个GaN缓冲层42位于蓝宝石衬底41上，一个n型GaN层43位于GaN缓冲层42上。n型GaN层43上的一部分被一个n型的铝镓氮(Al-GaN)层44所覆盖。一个掺有杂质锌(Zn)的铟镓氮(InGaN)层45位于n型AlGaN层44上。一个p型AlGaN层46位于掺有杂质Zn的InGaN层45上。一个p型GaN层47位于p型AlGaN层46上。p型一侧的一个电极49位于p型GaN层47上。n型一侧的一个电极48位于n型GaN层43上的一部分区域上。工作时，在n侧电极48和p侧电极49之间施加一电压，电子和空穴将分别从n侧电极48和p侧电极49注入到掺有杂质Zn的InGaN层45。在掺有杂质Zn的InGaN层45中，电子与空穴复合从而产生光。如果象图6中示出的以往的蓝色LED一样将GaN串接化合物半导体层生长在蓝宝石衬底之上，由于蓝宝石衬底没有导电性，因而在衬底的后表面制作电极是不可能的。在图6所示的蓝色LED中，n侧电极48位于GaN层43上的一部分区域里，因此，无法实现在常规光发射器件中的两个电极分别置于器件相对的最顶层表面和最底层表面的结构。图6所示的蓝色LED具有如下缺陷当对蓝色LED进行测试试验时，探头接触夹，如用于具有相对最顶层表面电极和最底层表面电极的常规光发射器件的测试卡就不能用于对蓝色LED的测试。此外，为了得到GaN层43上的电极48需要的空间43a，外延生长的半导体层43至47的一部分必须用干法刻蚀除去。另一方面，在一个激光二极管中，当使用砷化镓(GaAs)或者磷化铟(InP)衬底时，用解理的方法形成谐振腔的小平面。然而，当使用蓝宝石衬底时，因为蓝宝石衬底不具有解理性，因而必须使用复杂工艺如干法刻蚀来制作谐振腔的小平面。为了避免上述使用蓝宝石衬底而带来的问题，有时使用既具有导电性又具有解理性的碳化硅(SiC)衬底。然而，生长于SiC衬底上的GaN串接半导体层的结晶质量不如生长于蓝宝石衬底上的GaN串接半导体层的结晶质量好。而且，未见报道使用SiC衬底的光发射器件。另外，由于SiC衬底很昂贵，因而获得大尺寸、高质量的SiC衬底是困难的。本专利技术的一个目的是提供一种半导体光发射器件。在这种半导体光发射器件中，GaN串接化合物半导体层生长在硅衬底上，而硅衬底不仅廉价，具有高结晶质量，而且很容易增加尺寸并减小电阻。从以下的详细叙述中可明显看到本专利技术的其余目的和优点。所给出的详细描述和特定的实施例将只是说明性的，因为根据这些详细的描述，本领域熟练人员能够容易得到多种额外的形式和变化的形式而不脱离本专利技术的主旨和范畴。按照本专利技术的第一方面，一种半导体光发射器件包括一个具有相对的前表面和后表面的硅(Si)衬底；一个置于硅衬底前表面的非晶的或者多晶的第一缓冲层；以及几个串接的氮化镓(GaN)化合物半导体层，这几个半导体层是连续地置于第一过渡层上的，其中包括一个光发射区域，在这一区域中，通过电子与空穴的复合产生光。在这种光发射器件中，由于Si衬底具有可解理性，因而通过解理可产生谐振腔的小平面，而且，由于硅衬底具有可导电性，因而可以实现两个电极分别置于光发射器件相对的最顶层表面和最底层表面的结构。另外，由于使用廉价的硅衬底，使得获得这种光发射器件的成本低。此外，由于硅衬底上非晶的或者单晶的第一缓冲层的存在，使得在GaN串接化合物半导体层生长的最初阶段产生了大量的生长核，而这种生长核的存在又加速了GaN串接化合物半导体层的二维生长。结果获得了高质量的GaN串接化合物半导体层。按照本专利技术的第二方面，在这种半导体光发射器件中，第一缓冲层由Si或者SiC组成。在这种结构中，由于Si或者SiC第一缓冲层形成于硅衬底上，进一步加速了生长核的产生，从而进一步提高了GaN串接化合物半导体层的结晶质量。按照本专利技术的第三方面，这种半导体光发射器件还包括一个置于第一缓冲层上的由铝镓氮(AlxGa1－xN)(0≤x≤1)组成的第二缓冲层，而且GaN串接化合物半导体层位于这一第二缓冲层上。在这一结构中，由于第二缓冲层由与GaN串接化合物半导体同种类型的化合物半导体材料组成并被放入到第一缓冲层和GaN串接化合物半导体之间，进一步加速了生长核的产生，从而进一步提高了GaN串接化合物半导体层的结晶质量。按照本专利技术的第四方面，这种半导体光发射器件还包括为光发射区域提供电子和空穴的第一电极和第二电极，第一电极位于硅衬底的后表面，第二电极位于GaN串接化合物半导体层的顶部。在这一结构中，由于第一电极和第二电极分别位于光发射器件的相对的前表面和后表面，当对光发射器件进行测试试验时，可以使用用于常规光发射器件的探头接触夹。按照本专利技术的第五方面，一种制作一种半导体光发射器件的方法包括以下步骤，准备一个具有相对的前表面和后表面的硅衬底；在硅衬底的前表面上形成一个非晶的或者多晶的缓冲层；以及在缓冲层上连续地生长几个串接的GaN化合物半导体层，使得GaN串接化合物半导体层包括一个光发射区域，在这一区域中，通过电子与空穴的复合产生光。因此，在GaN串接化合物半导体层生长的最初阶段，产生了大量的生长核，而这些生长核的存在又加速了GaN串接化合物半导体层的二维生长。结果获得了高质量的GaN串接化合物半导体层。按照本专利技术的第六方面，在上述的方法中，缓冲层由Si或者SiC组成。在这一方法中，由于由Si或者SiC组成的缓冲层形成于硅衬底上，进一步加速了生长核的产生，从而进一步提高了GaN串接化合物半导体层的结晶质量。按照本专利技术的第七方面，在上述的方法中，缓冲层是通过以下的步骤形成的先在硅衬底上生长一个由Si或者SiC组成的第一缓冲层，然后在第一缓冲层上生长一个由AlxGa1－xN(0≤x≤1)组成的第二缓冲层。在这一方法中，由于GaN串接化合物半导体层生长在AlGaN第二缓冲层上，进一步加速了生长核的产生，从而进一步提高了GaN串接化合物半导体层的结晶质量。按照本专利技术的第八方面，上述的方法还包括制作第一电极和第二电极，用来分别在硅衬底的后表面和在GaN串接化合物半导体层的顶部向光发射区域提供电子和空穴。在这一方法中，由于第一电极和第二电极在光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体光发射器件，包括：一个具有相对的前表面和后表面的硅（Ｓｉ）衬底（１）；一个置于硅衬底（１）的前表面上的非晶的或者多晶的第一缓冲层（２）；以及几个顺次地置于第一缓冲层（２）上的串接的氮化镓（ＧａＮ）化合物半导体层（３，４ ，５），其中包括一个光发射区域，在这一区域中，通过电子与空穴的复合可产生光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：川津善平，早藤纪生，迪撒德马克斯，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]