提供了一种非极性/半极性半导体器件及其制造方法，该非极性/半极性半导体器件具有降低的氮化物半导体层的缺陷密度及提高的内部量子效率和光提取效率。用于制造半导体器件的方法在具有用于生长非极性或半极性氮化物半导体层的晶面的蓝宝石基底、SiC基底或Si基底上形成模板层和半导体器件结构。所述制造方法包括：在基底上形成氮化物半导体层；执行多孔表面改性，使得氮化物半导体层具有多个孔；通过在表面改性的氮化物半导体层上再生长氮化物半导体层来形成模板层；以及在模板层上形成半导体器件结构。
【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学器件及其制造方法，更具体地讲，涉及ー种高品质非极性/半极性半导体器件及其制造方法。在高品质非极性/半极性半导体器件中，在能够生长非极性/半极性氮化物半导体层的蓝宝石晶面上形成非极性/半极性氮化物半导体晶体，从而不会在氮化物半导体层中出现在极性氮化物半导体层中产生的压电效应。此外， 在形成在蓝宝石基底上方的模板层上的多孔GaN层上再生长hxAly(}ai_x_yN层(0彡χ彡1， 0彡y彡1，0彡x+y彡1)，以降低GaN层的缺陷密度并改善GaN层的内部量子效率和光提取效率。
技术介绍
由于诸如GaN的第III-V主族氮化物半导体(也被简称为“氮化物半导体”)具有优异的物理和化学性质，所以近来已经将第III-V主族氮化物半导体看作诸如发光二极管 (LED)、激光二极管(LD)和太阳能电池的半导体光学器件的主要材料。通常第III-V主族氮化物半导体由具有实验式hxAly(iai_x_yN(0 ^x^1,0^ x+y ^ 1)的半导体材料构成。这种氮化物半导体光学器件应用为诸如移动电话的键盘、电子显示板和照明装置之类的各种产品的光源。具体地讲，随着使用LED或LD的数字产品的发展，对具有更高亮度和更高可靠性的氮化物半导体光学器件的需求增加。例如，由于移动电话的发展趋势为更纤薄，所以要求用作移动电话的背光的侧视型LED要更亮更薄。然而，如果在使用C面(例如，(0001)面) 作为蓝宝石晶面的蓝宝石基底上生长诸如极性GaN的氮化物半导体，则由于形成极化场而导致的压电效应会降低内部量子效率。因此，需要在蓝宝石基底上形成非极性/半极性氮化物半导体。然而，由于适于使用非极性/半极性GaN等形成模板层的蓝宝石与形成在蓝宝石上的非极性/半极性氮化物半导体模板层之间的晶格失配以及构成元件之间的热膨胀系数的差异，会导致诸如线缺陷和面缺陷的晶体缺陷。这样的晶体缺陷对光学器件的可靠性(例如，抗静电放电(ESD))产生不良影响，并且还导致光学器件内的电流泄漏。結果，光学器件的量子效率会降低，从而导致光学器件的性能劣化。已经进行各种尝试来减少氮化物半导体层的晶体缺陷。各种尝试中的一种就是利用选择性外延生长。然而，这些尝试需要高成本和复杂的エ艺，诸如SiO2掩模沉积。另外， 可通过在蓝宝石基底上形成低温缓冲层，然后在低温缓冲层上形成GaN来减少晶体缺陷。 然而，这并不足以解决光学器件的晶体缺陷问题。因此，需要解决由于晶体缺陷而导致光学器件的亮度和可靠性劣化的问题。
技术实现思路
技术目的本专利技术的一方面在于提出ー种高品质的非极性/半极性半导体器件及其制造方法。在该高品质的非极性/半极性半导体器件中，在能够生长非极性/半极性氮化物半导体层的蓝宝石晶面上形成氮化物半导体晶体，从而消除在极性GaN氮化物半导体中产生的压电效应。另外，在形成在蓝宝石基底上方的模板层上的多孔GaN层上再生长化…脚ト” 层(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)，从而改善表面形貌、减少GaN层的缺陷并改善GaN 层的晶体质量。因此，可以提高半导体器件的内部量子效率和光提取效率。技术方案根据本专利技术的实施例，一种制造在具有用于生长非极性或半极性氮化物半导体层的晶面的基底上形成模板层和半导体器件结构的半导体器件的方法包括在基底上形成氮化物半导体层；执行多孔表面改性，使得氮化物半导体层具有多个孔；通过在表面改性的氮化物半导体层上再生长氮化物半导体层来形成模板层；以及在模板层上形成半导体器件结构。在通过以上描述的方法制造的半导体器件中，在多孔表面改性之前的氮化物半导体层或再生长的氮化物半导体层可包括化/びもすガ⑴彡X彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)、 未掺杂的GaN层、η型掺杂的GaN层或ρ型掺杂的GaN层。基底可包括蓝宝石基底、SiC基底或Si基底。基底的晶面可包括A面、M面或R面。可利用湿蚀刻溶液来执行氮化物半导体层的多孔表面改性。可通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)エ艺来执行氮化物半导体层的多孔表面改性之前的氮化物半导体层的生长以及氮化物半导体层的多孔表面改性之后的氮化物半导体层的再生长。湿蚀刻溶液可包括含有氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸、磷酸、硝酸或盐酸且浓度范围为0. OOlM至2Μ的溶液。在氮化物半导体层的多孔表面改性过程中，可将具有氮化物半导体层的带隙以上的能量的光照射在氮化物半导体层的表面上。此外，如果需要，可在GaN层的多孔表面改性过程中，通过外部电源将电流施加到基底。可改变用于表面改性的蚀刻溶液的温度。半导体器件可包括具有位于η型氮化物半导体层和P型氮化物半导体层之间的活性层的发光二极管。半导体器件可包括诸如发光二极管、激光二极管、光检测器或太阳能电池的光学器件，或者可以包括诸如晶体管的电子器件。本专利技术的效果根据以上阐述的半导体器件及其制造方法，在形成在蓝宝石基底的能够生长非极性/半极性氮化物半导体层的蓝宝石晶面上的多孔GaN层上再生长GaN层，然后在再生长的GaN层上形成氮化物半导体光学器件。因此，GaN层可具有低的晶体缺陷密度，从而提高半导体器件的可靠性和性能(例如，亮度)。附图说明图1示出了用于解释蓝宝石基底的晶面的蓝宝石晶体结构。图2示出了用于解释半极性氮化物半导体层的半极性GaN晶体结构。图3是用于解释根据本专利技术实施例的在蓝宝石基底上形成多孔GaN层的エ艺和使 GaN层再生长的エ艺的剖视图。图4是用于解释根据本专利技术实施例的多孔GaN层的侧向生长的视图。图5是通过图3中的エ艺形成的GaN层的扫描电子显微(SEM)照片。图6是用于解释根据本专利技术实施例的半导体光学器件的结构的剖视图。图7是用于解释根据本专利技术实施例的在使GaN层沿平行于M方向的方向再生长之前和之后的X射线衍射(XRD)測量结果的示图。图8是用于解释根据本专利技术实施例的在使GaN层沿垂直于M方向的方向再生长之前和之后的X射线衍射(XRD)測量结果的示图。图9是用于比较GaN层再生长之前和之后的半导体光学器件的光致发光(PL)强度的曲线图。具体实施例方式下面将參照附图详细描述本专利技术的示例性实施例。提供这些实施例是为了使本公开将是彻底的和完整的，并将把本专利技术的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本专利技术可以以很多不同的形式来实施，并不应该被解释为限于在此阐述的实施例。在整个附图和说明书中，将使用相同的标号表示相同的元件。图1示出了用于解释蓝宝石基底的晶面的蓝宝石晶体结构。通常，如图1所示，如果在使用C面(例如，(0001)面)作为蓝宝石晶面的蓝宝石基底上生长诸如极性GaN的氮化物半导体，则由于形成极化场而导致的压电效应会降低内部量子效率。在本专利技术的实施例中，在蓝宝石基底上形成诸如LED、LD、光检测器或太阳能电池之类的氮化物半导体光学器件结构，并且使用图1中的A面(例如，(11-20)面)、M面(例如，(10-10)面)或R面(例如，(1-102)面)作为蓝宝石基底的晶面，从而可在上述晶面上生长非极性或半极性氮化物半导体层。如果需要，可使用C面作为蓝宝石基底的晶面，并且可在该晶面上形成非极性或半极性氮化物半导体层。例如，在选择M面作为蓝宝石基底的晶面的情况下，可在如图2所示的对应晶面上形成沿垂直于(11-2 面的方向生长的半极性氮化物半导体层。在选择A面作本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：南玉铉，李东轩，俞根镐，
申请(专利权)人：首尔OPTO仪器股份有限公司，韩国产业技术大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：
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