从晶体材料的非极性平面形成的器件及其制作方法技术

包括同样内容的材料、方法、结构以及器件可通过使用一有源区来提供例如发光二极管的半导体器件，其中该有源区对应于III-N半导体晶体材料的非极性面或非极性表面。在一些实施例中，有源二极管区包含多于朝向极性平面的III-N半导体材料的朝向非极性平面的III-N半导体材料。在另一些实施例中，底部区包含比面对有源区的极性c-平面氮化镓的表面面积更大的非极性m-平面或a-平面氮化镓的表面面积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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(Ill-nitride)半导体材料制得的非极性发光二极管及其制作方法。
技术介绍
此部分提供背景信息，并介绍与以下所描述和/或所要求的本专利技术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, M0CVD)与氢化物 It匿夕卜延fe (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(Ill-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。
技术实现思路
本专利技术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。其它本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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)。本专利技术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)。本专利技术的另一方案就是要通过利用III-N半导体晶体材料的非极性平面来提高发光二极管的发光效率或内部量子效率。根据本专利技术的实施例提供方法，结构与装置，其提供包括至少一有源二极管区的一半导体二极管或发光二极管(LED)，其中该有源二极管区具有比极性III-N半导体材料更多的非极性III-N半导体材料。根据本专利技术的实施例提供方法，结构与装置，其提供包括由III-N半导体材料制得的底部二极管区、有源二极管区与顶部二极管区的一半导体二极管或发光二极管(LED)， 其中该有源二极管区与顶部二极管区具有比底部二极管区较少的每单位面积的缺陷。根据本专利技术的实施例提供了用于提供一半导体二极管或发光二极管(LED)的方法，结构与装置，其中该半导体二极管或发光二极管(LED)包括在一底部二极管材料中的一空隙(cavity)；在该空隙的表面上的一有源二极管区；以及在该至少一部分的空隙中的一顶部二极管区。根据本专利技术的实施例提供这样的方法、结构与装置，其利用III-N半导体材料的非极性平面应用于LED中，以增加输出效率。本专利技术的这些方案可特别应用于具有III-N半导体的器件，包括但不限于光电器件、发光二极管、激光二极管与光伏打装置(photovoltaic device) 0本专利技术的其它方案和实用性将从如下的描述中被部分地阐明，其它并且从该描述中将会变得显而易见，或通过本专利技术的实践可被了解到。附图说明结合附图，从下述实施例的描述中，本专利技术一般专利技术性概念的上述和其它方案和实用性能更明显易懂，其中图1为一透视图，用以说明包括C-平面、m-平面与a-平面的示例性六方晶系晶体结构。图2为一剖面图，用以说明半导体二极管的示例性结构。图3为一流程图，用以说明形成根据本专利技术的半导体二极管的方法的一个实施例。图4为一剖面图，用以说明相关现有技术氮化镓层位于基底上的结构。图5-图7为一剖面图，用以说明包括使用非极性面的III-N有源区的发光二极管的示例性结构。图8为一剖面图，用以说明包括朝向非极性平面的III-N有源区的半导体二极管结构的实施例，其应用于示例性的LED器件。图9为一剖面图，用以说明包括朝向非极性平面的III-N有源区的半导体二极管结构的实施例，其应用于示例性的LED器件。图IOa-图IOd为一剖面图，用以说明包括非极性III-N有源区的半导体二极管结构的各种实施例，其应用于示例性的LED器件。具体实施例方式以下将详细说明本专利技术概念的实施例和在附图中所示出的各种示例，其中全文中同样的器件使用相同的附图标记。为了解释本专利技术的概念，通过参考图示描述下述的实施例。请参见图2，一二极管可包括一底部二极管区220、一有源二极管区230、以及一顶部二极管区M0，位于器件顶部的一第一电性接触沈0，以及位于器件底部的一第二电性接触250。每一个区220、230、240可包括多层。二极管可以耦合至一基底210。如图2所示，在一实施例中，基底210可以耦合至底部接触250与有源二极管区230之间。虽然图2 显示了一垂直式二极管结构，然而应强调的是，本专利技术并不限于这种结构设置，并且包含在本专利技术所保护范围内的其它结构与方法对任一普通技术人员都是显而易见的。为了方便起见本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种二极管的制作方法，包括：形成一第一包覆层，其中该第一包覆层包括一个或多个极性晶体材料的鳍，且其中该一个或多个鳍的主要面为非极性的；在该主要面的一个或多个面上方形成一有源区；以及形成相邻于该有源区的一第二包覆层。

【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：安东尼·J·罗特费尔德，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71