專利名稱：制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法以及制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此描述的示例性實施方案通常涉及制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法以及制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法。
背景技術(shù)：
不同類型的基材，如藍寶石基材、硅基材或類似物被用作生長氮化物半導(dǎo)體的基材。氮化物半導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)與不同類型的各個基材的熱膨脹系數(shù)不同。因此，在堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生翹曲，所述氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有在不同類型的基材上的氮化物半導(dǎo)體。通常，以下提及的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)已經(jīng)是公知的。在堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，在基材的表面和背面上分別提供具有活性層的氮化物半導(dǎo)體層和另一個氮化物半導(dǎo)體層。按照如下所述制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以減少翹曲。首先，在基材的背面上形成氮化物半導(dǎo)體層。其次，在基材的表面上形成具有活性層的氮化物半導(dǎo)體層。在基材的背面上提供氮化物半導(dǎo)體層的加工步驟中，加工氣體滲透進基材表面的一側(cè)。另外，沉積物質(zhì)被附著在基材表面的外圍部分。當沉積物質(zhì)保留時，在具有活性層的氮化物半導(dǎo)體層中產(chǎn)生晶體缺陷，從而降低了裝置性能和裝置產(chǎn)量。因此，在基材上形成具有活性層的氮化物半導(dǎo)體層之前，有必要去除基材上的沉積物質(zhì)而不損害基材表面。然而，氮化物半導(dǎo)體具有強的耐化學(xué)性。結(jié)果，產(chǎn)生下列問題，沉積物質(zhì)不能充分去除，會留下殘留。尤其是，當不同類型的基材具有硅時，會有下列問題，甚至保持基材表面平坦都是困難的，因為硅與鎵強烈反應(yīng)。有人認為對硅基材表面進行再次拋光。然而，堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在所述步驟中會翹曲。因此，甚至保持基材表面平坦度對于結(jié)構(gòu)都是困難的。而且，翹曲與直徑的平方成正比。當在加工中使用的基材直徑越大時，產(chǎn)生的問題
越嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)一個實施方案，制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括在具有第一熱膨脹系數(shù)的基材的第二表面上形成第一保護薄膜，第二表面構(gòu)造為與基材的第一表面相對，在基材的第一表面上形成第一氮化物半導(dǎo)體層，第一氮化物半導(dǎo)體層具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)，在第一氮化物半導(dǎo)體層上形成第二保護薄膜，去除第一保護薄膜，露出基材的第二表面，在基材的第二表面上形成第二氮化物半導(dǎo)體層，第二氮化物半導(dǎo)體層具有與第二熱膨脹系數(shù)大致相同的第三熱膨脹系數(shù)，和去除第二保護薄膜，露出第二氮化物半導(dǎo)體層的表面。


圖1是顯示依據(jù)第一實施方案的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2A-2C是顯示依據(jù)第一實施方案按順序制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法 的截面圖；圖3A-3C是顯示依據(jù)第一實施方案按順序制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的截面圖；圖4A-4B是顯示依據(jù)第一實施方案按順序制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的截面圖；圖5A-5C是顯示依據(jù)對比實施例按順序制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的截面圖；圖6A-6B是顯示依據(jù)對比實施例按順序制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的截面圖；圖1是顯示具有依據(jù)第一實施方案的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的截面圖；圖8是顯示具有依據(jù)第一實施方案的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的截面圖；圖9是顯示具有依據(jù)第一實施方案的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的截面圖；圖10A-10C是顯示依據(jù)第二實施方案按順序制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的主流程的截面圖。
具體實施例方式以下將參考附圖描述實施方案。(第一實施方案)使用圖1至圖4A-4B解釋依據(jù)第一實施方案的制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。圖1是顯示依據(jù)第一實施方案的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2-4是顯示依據(jù)第一實施方案按順序制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的截面圖。依據(jù)第一實施方案的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被用于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的生產(chǎn)。在不同類型的基材的兩面上形成氮化物半導(dǎo)體層，以平衡由在兩面上形成的氮化物半導(dǎo)體層的熱膨脹系數(shù)之間的差別造成的壓力。因此，可以降低基材的翹曲。如圖1所示，在第一實施方案的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10中，基材11具有第一表面Ila和與第一表面Ila相對的第二表面lib。另外，堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10具有第一熱膨脹系數(shù)a I。在基材11的第一表面Ila上提供第一氮化物半導(dǎo)體層12。第一氮化物半導(dǎo)體層12具有第二熱膨脹系數(shù)a 2，其與第一膨脹系數(shù)a I不同。在基材11的第一表面Ilb上提供第二氮化物半導(dǎo)體層13。第二氮化物半導(dǎo)體層13具有第三熱膨脹系數(shù)a 3，其約等于第二熱膨脹系數(shù)a 2。例如，基材11的直徑約為150mm，厚度tl約為500 y m?；?1的第一熱膨脹系數(shù) a I 約為 2. 4X 10_6/Ko第一氮化物半導(dǎo)體層12由氮化鎵(GaN)層構(gòu)成,其厚度t2例如約為5 ii m。第一氮化物半導(dǎo)體層12的第二熱膨脹系數(shù)a 2約為3. 17X 10_6/K。第二氮化物半導(dǎo)體層13是堆疊結(jié)構(gòu)，其依次由GaN層21、n型GaN包覆層22、MQW
層23、p型GaN包覆層24和p型GaN接觸層25構(gòu)成。由于第二氮化物半導(dǎo)體層13是公知的，因此以下將簡單描述說明。GaN層21是基礎(chǔ)單晶層，用以生長從n型GaN包覆層22到p型GaN接觸層25。GaN層21的厚度例如為3iim，這是相當厚的。n型GaN包覆層22的厚度例如約為2 ym。MQW層23是七個GaN勢魚層(barrier layer)與七個InGaN量子講層的交替堆疊，作為多重量子阱結(jié)構(gòu)，MQW層23的頂層由InGaN量子阱層構(gòu)成。每個GaN勢壘層的厚度約為5nm，每個InGaN量子阱層的厚度約為2. 5nm。形成的p型GaN包覆層24的厚度例如為約lOOnm，形成的p型GaN接觸層25的厚度例如為約10nm。InGaN量子阱層(InxGah層，0 < x < D的銦組成比例x設(shè)為約0. 1，以所述方式，例如，從第二氮化物半導(dǎo)體層13發(fā)出的光的峰值波長設(shè)為450nm。第二氮化物半導(dǎo)體層13的厚度t3約為5. 16 U m,其幾乎完全被GaN層21和n_型GaN層22占據(jù)。以下將描述用于制備堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的方法。首先，在依據(jù)第一實施方案的用于制備堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的方法中，在基材11的第一表面Ila上形成第二氮化物半導(dǎo)體層12。接著，在第二表面Ilb上形成第二氮化物半導(dǎo)體層13。加工步驟建立為易于去除沉積物質(zhì)，其附著在與在其上形成氮化物半導(dǎo)體層的其他表面相對的一個表面上。以所述方式，在第二氮化物半導(dǎo)體層13中，由于在第二表面Ilb的側(cè)面形成沉積物質(zhì)而產(chǎn)生晶體缺陷是可以避免的。另外，可以防止由于在第一表面上沉積物質(zhì)而導(dǎo)致的基材11的平整度退化。因此，可以防止裝置特性的退化以及在裝置生產(chǎn)上的裝置產(chǎn)量的下降。如在圖2A中所示，使用平面取向(111)為±2°的硅基材作為基材11。例如通過CVD，在基材11的第二表面Ilb上形成氧化硅薄膜作為第一保護薄膜31。提供第一保護薄膜31以防止沉積物質(zhì)直接附著在第二表面Ilb上，并易于從基材11上去除沉積物質(zhì)。優(yōu)選使用致密薄膜，并優(yōu)選第一保護薄膜31的厚度為100-300nm。如圖2B所示，基材11被倒置。在基材11的第一表面Ila上，通過MOCVD(金屬有機化學(xué)氣相沉積)提供厚度約為5 u m第一氮化物半導(dǎo)體層12。在加工步驟中，加工氣體滲透進基材11的第二表面Ilb的一側(cè)。另外，沉積物質(zhì)32和顆粒33被附著在第一保護薄膜31的外圍部分。沉積物質(zhì)32和顆粒33主要由多晶型GaN構(gòu)成。由于基材11的第二表面Ilb被第一保護薄膜31覆蓋，因而沉積物質(zhì)32和顆粒33不能附著在基材11的第二表面Ilb上。由于基材11保持在生長溫度下，因而，基材11不會翹曲。圖2C顯示室溫下的基材11。由于Si和GaN間的熱膨脹系數(shù)的差別，在室溫下，基材11中產(chǎn)生翹曲H1，因而第一氮化物半導(dǎo)體層12的側(cè)面變形成凹面。由于在硅基材上提供GaN層的方法是公知的，因此以下將簡單描述對其的解釋。在用有機材料或酸性材料清洗硅基材的預(yù)處理后，將硅基材安裝在MOCVD設(shè)備的反應(yīng)器中。而后，例如，將硅基材在氫氣氛中加熱至1100°C。這樣，對硅基材的表面進行氣相 蝕刻，以將在表面上形成的天然氧化硅去除。例如通過提供NH3氣和三甲基鋁(TMA)氣體作為加工氣體，以及N2氣和H2氣的混合氣作為載體氣體，在硅基材上形成氮化鋁(AlN)緩沖層。而后，例如將硅基材的溫度降至1050°C。例如通過提供NH3氣和三甲基鋁(TMA)氣體作為加工氣體，以及N2氣和H2氣的混合氣作為載體氣體，在AlN緩沖層上形成GaN層。進一步，繼續(xù)提供NH3氣和載體氣體，而停止提供TMG氣，同時降低硅基材的溫度。另外，繼續(xù)提供NH3氣，直到硅基材的溫度降低至500°C。如圖3A所示，通過CVD，在第一氮化物半導(dǎo)體層12上形成氧化硅薄膜作為第二保護薄膜34。提供第二保護薄膜34以防止沉積物質(zhì)直接沉積在第一氮化物半導(dǎo)體層12上。適當?shù)卦O(shè)置第二保護薄膜34的厚度為大致與第一保護薄膜31的厚度相同。如圖3B所示，在用第三保護薄膜35覆蓋第二保護薄膜34的表面和側(cè)表面后，去除第一保護薄膜31。這樣，露出基材11的第二表面lib。例如通過使用具有氟化氫的化學(xué)溶液進行第一保護薄膜31的去除過程。諸如石蠟的蠟適合作為第三保護薄膜35。在去除過程中，不用化學(xué)溶液對沉積物質(zhì)32和顆粒33進行蝕刻。另一方面，在沉積物質(zhì)32和顆粒33下的第一保護薄膜31被側(cè)面蝕刻，以使沉積物質(zhì)32和顆粒33從基材浮到化學(xué)溶液上。結(jié)果，可以去除沉積物質(zhì)32和顆粒33而不會破壞基材11的第二表面lib。如圖3C所示，在通過有機化學(xué)溶液去除第三保護薄膜后，在硅基材的第二表面Ilb上形成第二氮化物半導(dǎo)體層13。在加工步驟中，加工氣體滲透進基材11的第一表面IlA的一側(cè)，另外，沉積物質(zhì)36和顆粒37附著在第二保護薄膜34的外圍部分。沉積物質(zhì)36和顆粒37主要由多晶型GaN構(gòu)成。由于用第二保護薄膜34覆蓋了基材11上的第一氮化物半導(dǎo)體層，因此沉積物質(zhì)36和顆粒37不會附著在第一氮化物半導(dǎo)體層上。由于基材11保持在生長溫度，從而，基材11不會翹曲。圖4A顯示室溫下基材11的狀態(tài)。通過在硅基材的第一表面和第二表面上分別形成第一氮化物半導(dǎo)體層和第二氮化物半導(dǎo)體層，降低了由硅和GaN間的熱膨脹系數(shù)差導(dǎo)致的壓力，從而降低了室溫下硅基材的翹曲。由于制作第二氮化物半導(dǎo)體層13的方法是公知的，因此以下將簡單描述對其的解釋。通過與圖2B所示相同的方法形成厚度為3 iim的GaN層。通過例如將SiH4氣作為n型雜質(zhì)的來源氣添加至加工氣體中，形成厚度為2 ii m的n型GaN包覆層22。接著，繼續(xù)提供NH3氣，同時停止提供SiH4氣和TMG氣，將基材11的溫度降低至低于1100°C，例如800°C，并保持在800°C。例如，通過使用N2氣作為載體氣體以及NH3氣作為加工氣體，在n型GaN包覆層上形成厚度為5nm的GaN勢壘層。另外，通過在載體氣體和加工氣體中添加三甲基銦(TMI)氣，形成厚度為2. 5 iim和銦組成比率為0.1的InGaN量子阱層。通過間歇地提供三甲基銦氣體以得到MQW層23，重復(fù)七次形成GaN勢壘層和形成 InGaN量子阱層。接著，持續(xù)提供TMG氣體和SiH4氣體，同時停止提供TMI氣體，以形成無摻雜的GaN保護層，厚度為5nm。進一步，繼續(xù)提供SiH4氣體，同時停止提供TMG氣體，加熱基材11的溫度超過800°C，例如為1030°C，并保持在10300C o例如，通過提供NH3氣和TMG氣作為加工氣體，二環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)氣作為摻雜氣體，以及N2氣和H2氣的混合氣作為載體氣體，在MQW層23上形成鎂濃度為I X 102°cm_3以及厚度接近IOOnm的P-型GaN包覆層24。而后，增加Cp2Mg氣，以在P-型GaN包覆層24上形成p-型GaN接觸層25，其鎂濃度為I X 1021cm_3，厚度為接近10nm。繼續(xù)提供NH3氣和載體氣體，同時停止提供NH3氣和Cp2Mg氣，并使硅基材11的溫度自然下降。繼續(xù)提供NH3氣，直到硅基材11的溫度下降至500°C。這樣，在基材11的第二表面Ilb上形成了第二氮化物半導(dǎo)體層13，p_型GaN接觸層25構(gòu)成了第二氮化物半導(dǎo)體層13的表面。如圖4B所示，去除第二保護薄膜34，露出第一氮化物半導(dǎo)體層12。通過使用含有氟化氫的化學(xué)溶液，按照與去除第一保護薄膜相同的方法去除第二保護薄膜34。在去除過程中，不用化學(xué)溶液蝕刻沉積物質(zhì)36和顆粒37。另一方面，在沉積物質(zhì)36和顆粒37下的第二保護薄膜34被側(cè)面蝕刻，以使沉積物質(zhì)36和顆粒37從基材浮到化學(xué)溶液上。結(jié)果，可以將沉積物質(zhì)36和顆粒37與第二保護薄膜34同時去除，而不會破壞硅基材的第一表面11a。這樣，堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10如圖1所示，其中基材11的第一表面Ila上形成第一氮化物半導(dǎo)體層12，在基材11的第二表面Ilb上形成第二氮化物半導(dǎo)體層13。由硅基材的第一表面?zhèn)让媾c第二表面?zhèn)让骈g的熱膨脹系數(shù)間的差別導(dǎo)致的壓力被平衡，在室溫下，可以降低硅基材的翹曲。(對比實施例)以下，將參考附圖描述依據(jù)對比實施例的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。圖5A-5C和圖6A-6C是顯示依據(jù)對比實施例的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法的截面圖。形成第一保護薄膜31和第二保護薄膜34的加工步驟未包括在依據(jù)對比實施例的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法中。如圖5所不，與圖2所不的方法相同，在基材11的第一表面Ila上形成第一氮化物半導(dǎo)體層12。在加工步驟中，加工氣體滲透進基材11的第二表面Ilb的一側(cè)。另外，沉積物質(zhì)32和顆粒33被附著在基材11的第二表面Ilb的外圍部分。由于基材11保持在生長溫度下，因此，基材11在所述階段不會翹曲。另一方面，Si會與加工氣體中的Ga強烈反應(yīng)。因而，在沉積物質(zhì)32中包括Si與Ga間的反應(yīng)產(chǎn)物，而不是多晶型的GaN。圖5B顯示了室溫下的基材11。室溫下，由于Si與GaN間的熱膨脹系數(shù)的差別，在基材11中產(chǎn)生了翹曲H2，因而第一氮化物半導(dǎo)體層12的側(cè)面變形而凹陷。翹曲H2幾乎與圖2C中顯示的翹曲Hl近乎相等。如圖5C中所示，例如，用含有氟化氫和硝酸的化學(xué)溶液蝕刻基材11的第二表面lib。在去除過程中，不用化學(xué)溶液對沉積物質(zhì)32和顆粒33進行蝕刻。另一方面，在沉積物質(zhì)32和顆粒33下的硅被側(cè)面蝕刻，以使沉積物質(zhì)32和顆粒33從基材浮到化學(xué)溶液上。另一方面，在沉積物質(zhì)32中包括Si與Ga的反應(yīng)產(chǎn)物。因此，沉積物質(zhì)32不能被充分去除，因而產(chǎn)生殘余物41。當繼續(xù)蝕刻基材11時，殘余物41下的基材11開槽，在基材11中形成凹陷和凸出。因而，保持基材11的平整度是困難的。結(jié)果，很難將沉積物質(zhì)32和顆粒33去除，而不會破壞硅基材的第一表面lib。為了確保平整性，可以通過化學(xué)機械拋光(CMP)對基材11的第二表面Ilb再次拋光。然而，在所述步驟中，基材11具有翹曲，因而，基材11在拋光中可能會損壞。 而且，翹曲與直徑的平方成正比。當在過程中使用的基材直徑越大時，產(chǎn)生的問題
越嚴重。如在圖6A中所示，基材11被倒置。通過與圖3C所示相同的方法，在基材11的第二表面Ilb上提供第二氮化物半導(dǎo)體層13。在沉積過程中，在第二氮化物半導(dǎo)體層13中產(chǎn)生晶體缺陷，這是由基材11的第二表面Ilb上的殘余物41所導(dǎo)致的。由于第二氮化物半導(dǎo)體層13變得更厚，因此在第二氮化物半導(dǎo)體層13的表面上產(chǎn)生白色渾濁，惡化了表面形態(tài)。當在第二氮化物半導(dǎo)體層13中提供氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置時，裝置性能和裝置
產(chǎn)量退化。在加工步驟中，加工氣體滲透進基材11的第一表面Ila的一側(cè)。進而，沉積物質(zhì)36和顆粒37附著在第一氮化物半導(dǎo)體層12的外圍部分。沉積物質(zhì)36和顆粒37主要由多晶型GaN構(gòu)成。沉積物質(zhì)36由GaN構(gòu)成，其與基材12上的第一表面Ila的沉積物質(zhì)32相同，未被充分去除，從而使基材11的平整度退化。為了確保平整度，可以通過CMP對氮化物半導(dǎo)體層12進行拋光。如在后所提及的，基材11的翹曲被降低，可以拋光氮化物半導(dǎo)體層12。然而，增加了加工步驟，這是個問題。圖6B顯示室溫下基材11的狀態(tài)。通過在硅基材的第一表面和第二表面上分別形成第一氮化物半導(dǎo)體層和第二氮化物半導(dǎo)體層，降低了由硅和GaN間的熱膨脹系數(shù)差導(dǎo)致的壓力，從而降低了室溫下硅基材的翹曲。如上所提及的，很難將通過加工氣體向背面的滲透產(chǎn)生的沉積基材32充分去除。因此，不能得到如圖1所示的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。以下，將描述堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法?！D7是顯示依據(jù)第一實施方案的堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的截面圖?！?br> 如圖7所示，在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置50中，從P-型GaN接觸層25至n-型GaN包覆層22，移除第二氮化物半導(dǎo)體層12的一側(cè)的一部分。例如，使用氯氣作為蝕刻氣體，通過各向異性反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，進行所示部分的移除。在P-型GaN接觸層25的一部分上提供第一電極。在n_型GaN包覆層22的一部分上提供第二電極。在P-型GaN接觸層25上，通過濺射形成Al薄膜。通過平版印刷對Al薄膜印花，以提供第一電極51。在n-型GaN包覆層22上，通過濺射形成Ti/Pt/Au堆疊薄膜。通過平版印刷對Ti/Pt/Au堆疊薄膜印花，以提供第二電極52。由于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置50的高度等于tl、t2和t3的總和，因此期望初步調(diào)節(jié)基材11的厚度tl以適合目標值。另外，基材11可以與第一氮化物半導(dǎo)體層12—起拋光，以使其變薄。由于形成第一電極和第二電極之后的拋光過程是最終過程，因此拋光過程不受翹曲影響。如上所提及的，依據(jù)第一實施方案的用于制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的方法包括形成第一保護薄膜31和第二保護薄膜34。結(jié)果，在形成第一氮化物半導(dǎo)體層12中，附著在第一保護薄膜31上的沉積物質(zhì)32可以在去除第一保護薄膜31的同時去除。另外，在形成第二氮化物半導(dǎo)體層13中，附著在第二保護薄膜34上的沉積物質(zhì)36可以在去除第二保護薄膜34的同時去除。因此，當在基材的兩面上都形成氮化物半導(dǎo)體層時，可以得到容易去除沉積物質(zhì)的制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。描述了基材是硅的情況，然而，其他不同基材也是可用的?？梢允褂脽崤蛎浵禂?shù)約為5. 3X 10_6/K的藍寶石(Al2O3)、熱膨脹系數(shù)約為4. 68X 10_6/K的碳化硅(SiC)、熱膨脹系數(shù)約為3. 9X 10_6/K的氧化鋅(ZnO)等。描述了第一保護薄膜31和第二保護薄膜34由氧化硅構(gòu)成的情況。然而，并不限于上述情況，可以使用相同類型的薄膜?？梢赃x擇氮化硅作為第一保護薄膜31和第二保護薄膜34的材料。作為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置，描述了第一電極51和第二電極52配置在第二氮化物半導(dǎo)體層13的側(cè)面的情況。然而，第二電極配置在第一氮化物半導(dǎo)體層12的側(cè)面的情況也是可用的。圖8顯示氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置60，其中第二電極配置在第一氮化物半導(dǎo)體層的側(cè)面。
如圖8所示，在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置60的第一氮化物半導(dǎo)體層12的一部分上提供第一電極61。在全部第一氮化物半導(dǎo)體層12上提供第二電極62。另外，如圖9所示，在拋光第一氮化物半導(dǎo)體層12和基材11后，可以在基材11的外露表面上形成第二電極72。在所示過程中，由于基材11的表面是平整的，第二電極72全部形成在表面上。因此，電極形狀是簡單的，翹曲對裝置影響較小。另外，在一部分P-型GaN接觸層25上形成第一電極71。作為在第一氮化物半導(dǎo)體層12側(cè)面提供的第二電極62的優(yōu)勢，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置60的尺寸可以比氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置50的尺寸小。通過摻雜Si作為第二氮化物半導(dǎo)體層和GaN層21中的n_型雜質(zhì)而盡可能降低第二氮化物半導(dǎo)體層13的電阻和GaN層21的電阻是必要的?；?1包含具盡可能低的電阻的n-型Si是期望的。
(第二實施方案)通過使用圖10A-10C描述依據(jù)第二實施方案的制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。通過下列實施方案的描述，全部附圖中顯示的相同部分用第一實施方案中的相同附圖標記標注。第二實施方案與第一實施方案的不同之處在于第一保護薄膜和第二保護薄膜包含不同的材料。如圖1OA所示，氮化硅薄膜作為第二保護薄膜71形成在第一半導(dǎo)體層12上。例如，通過等離子體CVD形成氮化硅薄膜。期望形成薄的氧化硅薄膜作為基膜，以改善氮化硅薄膜的附著力。如圖1OB所示，例如用具有氟化氫的化學(xué)溶液去除作為第一保護薄膜31的氧化硅薄膜。在去除過程中，由于未對作為第二保護薄膜71的氮化硅薄膜進行蝕刻，如圖3B中所示的第三保護薄膜35是不必要的。如圖1OC所示，例如由包括磷酸和硝酸的混合化學(xué)溶液在180°C的溫度下去除作為第二保護薄膜71的氮化硅薄膜。如上所述，第二實施方案的優(yōu)勢如下。由于第二保護薄膜71由氮化硅構(gòu)成，當去除第一保護薄膜31時，沒必要覆蓋第二保護薄膜71。描述了第二保護薄膜由氮化硅構(gòu)成的情況，然而，不限于上述情況。可以使用非晶態(tài)硅薄膜、氧化鋁薄膜或類似物。非晶態(tài)硅薄膜表示多晶薄膜、無定形硅薄膜或兩種薄膜混合的薄膜?；瘜W(xué)溶液去除第一保護薄膜可以具有對第二保護薄膜的選擇性，化學(xué)溶液去除第二保護薄膜可以具有對GaN的選擇性。另外，第一保護薄膜和第二保護薄膜可以彼此交換，以使第二保護薄膜可以由氧化硅構(gòu)成。盡管描述了特定實施方案，但是所述實施方案僅以實例的方式呈現(xiàn)，不用于限制本發(fā)明的范圍。實際上，在此描述的新穎實施方案可以包含各種其他形式；而且，可以對在此所述的實施方案的形式上進行各種省略、取代和改變而不背離本發(fā)明的精神。所附權(quán)利要求和其等價物用于覆蓋所述形式或落入本發(fā)明的范圍和精神的改變。
權(quán)利要求
1.一種制造堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其包括在具有第一熱膨脹系數(shù)的基材的第二表面上形成第一保護薄膜，第二表面構(gòu)造為與基材的第一表面相對；在基材的第一表面上形成第一氮化物半導(dǎo)體層，第一氮化物半導(dǎo)體層具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)；在第一氮化物半導(dǎo)體層上形成第二保護薄膜；去除第一保護薄膜，以露出基材的第二表面；在基材的第二表面上形成第二氮化物半導(dǎo)體層，第二氮化物半導(dǎo)體層具有與第二熱膨脹系數(shù)大致相等的第三熱膨脹系數(shù)；和去除第二保護薄膜，以露出第二氮化物半導(dǎo)體層的表面。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在形成第一氮化物半導(dǎo)體層中，在第一保護薄膜上形成第一沉積物質(zhì)，在去除第一保護薄膜中，第一沉積物質(zhì)與第一保護薄膜同時去除。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在形成第二氮化物半導(dǎo)體層中，在第二保護薄膜上形成第二沉積物質(zhì)，在去除第二保護薄膜中，第二沉積物質(zhì)與第二保護薄膜同時去除。
4.權(quán)利要求1的方法，其中通過各向同性蝕刻進行對第一保護薄膜和第二保護薄膜的去除。
5.權(quán)利要求1的方法，其中第一保護薄膜由與第二保護薄膜相同的材料構(gòu)成，通過第一化學(xué)溶液實施對第一保護薄膜的去除，同時用第三保護薄膜覆蓋第二保護薄膜。
6.權(quán)利要求5的方法，其中第一保護薄膜和第二保護薄膜都由氧化硅構(gòu)成。
7.權(quán)利要求1的方法，其中第一保護薄膜由與第二保護薄膜不同的材料構(gòu)成，通過對第二保護薄膜具有選擇性的第二化學(xué)溶液實施對第一保護薄膜的去除。
8.權(quán)利要求7的方法，其中第一保護薄膜由氧化硅構(gòu)成，而第二保護薄膜由氮化硅構(gòu)成。
9.權(quán)利要求1的方法，其中基材由選自以下的至少一種材料構(gòu)成硅、藍寶石、碳化硅和氧化鋅。
10.權(quán)利要求1的方法，其中第二氮化物半導(dǎo)體層由GaN層、第一 GaN包覆層、MQW層、第二 GaN包覆層和GaN接觸層依次層疊構(gòu)成。
11.權(quán)利要求10的方法，其中MQff層可選地包含GaN勢壘層和InGaN量子阱層，MQW層的最上層是InGaN量子阱層。
12.一種制造氮化物發(fā)光半導(dǎo)體裝置的方法，其包括在具有第一熱膨脹系數(shù)的基材的第二表面上形成第一保護薄膜，第二表面構(gòu)造為與基材的第一表面相對；在基材的第一表面上形成第一氮化物半導(dǎo)體層，第一氮化物半導(dǎo)體層具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)；在第一氮化物半導(dǎo)體層上形成第二保護薄膜；去除第一保護薄膜，以露出基材的第二表面；在基材的第二表面上形成第二氮化物半導(dǎo)體層，其由GaN層、第一 GaN包覆層、MQW層、 第二 GaN包覆層和GaN接觸層依次層疊構(gòu)成，第二氮化物半導(dǎo)體層具有與第二熱膨脹系數(shù)大致相同的第三熱膨脹系數(shù)；去除第二保護薄膜，以露出第二氮化物半導(dǎo)體層的表面，從GaN接觸層到GaN包覆層，去除一部分第二氮化物半導(dǎo)體層，以露出GaN包覆層的表面；在GaN接觸層上形成第一電極；和在第一鍍層上形成第二電極。
13.權(quán)利要求12的方法，其中在形成第一氮化物半導(dǎo)體層中，在第一保護薄膜上形成第一沉積物質(zhì)，在去除第一保護薄膜中，第一沉積物質(zhì)與第一保護薄膜同時去除。
14.權(quán)利要求12的方法，其中在形成第二氮化物半導(dǎo)體層中，在第二保護薄膜上形成第二沉積物質(zhì)，在去除第二保護薄膜中，第二沉積物質(zhì)與第二保護薄膜同時去除。
15.權(quán)利要求12的方法，其中第一保護薄膜由與第二保護薄膜相同的材料構(gòu)成，通過第一化學(xué)溶液實施對第一保護薄膜的去除，同時用第三保護薄膜覆蓋第二保護薄膜。
16.一種制造氮化物發(fā)光半導(dǎo)體裝置的方法，其包括在具有第一熱膨脹系數(shù)的基材的第二表面上形成第一保護薄膜，第二表面構(gòu)造為與基材的第一表面相對；在基材的第一表面上形成第一氮化物半導(dǎo)體層，第一氮化物半導(dǎo)體層具有與第一熱膨脹系數(shù)不同的第二熱膨脹系數(shù)；在第一氮化物半導(dǎo)體層上形成第二保護薄膜；去除第一保護薄膜，以露出基材的第二表面；在基材的第二表面上形成第二氮化物半導(dǎo)體層，其由GaN層、第一 GaN包覆層、MQW層、 第二 GaN包覆層和GaN接觸層依次層疊構(gòu)成，第二氮化物半導(dǎo)體層具有與第二熱膨脹系數(shù)大致相同的第三熱膨脹系數(shù)；去除第二保護薄膜，以露出第二氮化物半導(dǎo)體層的表面，在GaN接觸層上形成第一電極；和在基材的第二表面上形成第二電極。
17.權(quán)利要求16的方法，其中在形成第一氮化物半導(dǎo)體層中，在第一保護薄膜上形成第一沉積物質(zhì)，在去除第一保護薄膜中，第一沉積物質(zhì)與第一保護薄膜同時去除。
18.權(quán)利要求16的方法，其中在形成第二氮化物半導(dǎo)體層中，在第二保護薄膜上形成第二沉積物質(zhì)，在去除第二保護薄膜中，第二沉積物質(zhì)與第二保護薄膜同時去除。
19.權(quán)利要求16的方法，其中第二氮化物半導(dǎo)體層由GaN層、第一 GaN包覆層、MQW層、第二 GaN包覆層和GaN接觸層依次層疊構(gòu)成。
20.權(quán)利要求16的方法，其中在形成第一電極之后和在形成第二電極之前，拋光第一氮化物半導(dǎo)體層和基材。
全文摘要
依據(jù)一個實施方案，一種執(zhí)著堆疊的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括在基材的第二表面上形成第一保護薄膜，在基材的第一表面上形成第一氮化物半導(dǎo)體層，在第一氮化物半導(dǎo)體層上形成第二保護薄膜，去除第一保護薄膜，露出基材的第二表面，在基材的第二表面上形成第二氮化物半導(dǎo)體層，和去除第二保護薄膜，露出第二氮化物半導(dǎo)體層的表面。
文檔編號H01L21/02GK103000492SQ20121006846
公開日2013年3月27日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者甲斐健一郎, 菅原秀人 申請人:株式會社東芝