成在有源層上。第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層可為滿足P型AlxInyGa1 x yN(O ^ χ < 1,0 ^ y < 1，0彡x+y < I)的氮化物半導(dǎo)體層，這里，P型雜質(zhì)可為鎂(Mg)。例如，第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層可為P型AlGaN/GaN。
[0161]另外，在操作S90中，可去除硅基底。根據(jù)當(dāng)前示例性實施例，就發(fā)光器件而言，硅基底可吸收光，并且因此降低發(fā)光效率。因此，可額外需要抑制硅基底吸收光的方案。例如，如當(dāng)前示例性實施例所示，可去除硅基底。在去除硅基底的處理之前，可額外執(zhí)行將永久基底提供至與其上布置有硅基底的表面相對的表面的處理(請參照圖21和圖22)。
[0162]可不同地修改和實施制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。例如，在應(yīng)力補償層形成之后和有源層生長之前，第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層(例如，η型氮化物半導(dǎo)體層)可具有V坑結(jié)構(gòu)。將參照圖12和圖13描述特定示例。
[0163]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一示例性實施例的制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的流程圖，圖13是示出根據(jù)圖12的制造方法獲得的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖視圖。
[0164]如圖13所示，緩沖層210和應(yīng)力補償層220可按次序形成在硅基底201上。在當(dāng)前示例性實施例中，可以理解，除非另有說明，否則各組件與以上參照圖4至圖7描述的那些組件相同或相似，并且上述示例性實施例的內(nèi)容可與當(dāng)前示例性實施例的描述結(jié)合。
[0165]在操作S61中，第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層231可生長在應(yīng)力補償層220上。
[0166]第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層231可為具有AlxInyGa1 xyN(0^x^l,0^y^l,O ^ x+y ^ I)的組成的氮化物單晶體。第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層可為η型GaN。第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層的η型雜質(zhì)濃度可為2 X 1isVcm3或更大。
[0167]接著，在操作S62中，具有多個V坑的坑形成層232可生長在第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層231上。
[0168]坑形成層232可為具有AlxInyGa1 xyN(O彡χ彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡I)的組成的摻雜有η型雜質(zhì)的氮化物單晶體。例如，與第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層231相似，坑形成層232可為η型GaN。V坑可具有六棱錐形狀。在特定示例中，各個坑V的斜面可為(1-101)面?？赏ㄟ^在相對低的溫度下生長坑形成層232來形成V坑V。例如，坑形成層232可在溫度950°C下(進一步說，在800°C至900°C范圍內(nèi)的溫度下)生長。在低溫晶體生長階段中，在解決拉應(yīng)力的處理中可產(chǎn)生V坑。在與第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層231的位錯相對應(yīng)的位置處可產(chǎn)生V坑V。
[0169]為了提高結(jié)晶度，坑形成層232的雜質(zhì)濃度可低于第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層231的雜質(zhì)濃度。例如，坑形成層232的η型雜質(zhì)濃度可為I X 10ls/cm3或更小。
[0170]然后，在操作S63中，超晶格層233可形成在坑形成層上，從而可保持基于V坑V的凹進。
[0171]可通過交替地堆疊具有不同組成的第一氮化物膜233a和第二氮化物膜233b來形成超晶格層233。第一氮化物膜233a和第二氮化物膜233b可分別由具有不同組成的AlxInyGalxyN(O ^ x ^ I,O ^ y ^ I,O ^ x+y ^ I)形成。超晶格層233可摻雜有諸如硅
(Si)之類的η型雜質(zhì)或為未摻雜。
[0172]在一個示例中，第一氮化物膜233a可由InyGa1 yN(0<y^ I)形成，第二氮化物膜233b可由GaN形成。在另一示例中，第一氮化物膜233a可由GaN形成，第二氮化物膜233b可由AlxGa1 ΧΝ(0 <χ^Ξ I)形成。超晶格層233可包括三種不同類型的氮化物膜。例如，超晶格層可通過重復(fù)地堆疊AlGaN/GaN/InGaN形成。
[0173]在特定示例中，超晶格層233的第一氮化物膜233a和第二氮化物膜233b可由具有與有源層235的量子勢皇層235a和/或量子阱層235b的組成相同或相似的組成的氮化物半導(dǎo)體形成。第一氮化物膜233a和第二氮化物膜233b的厚度可在大約0.5nm至大約20nm的范圍內(nèi)。第一氮化物膜233a可比第二氮化物膜233b更薄。
[0174]接著，在操作S70’中，有源層235可形成在超晶格層233上，從而可保持基于V坑V的凹進。
[0175]有源層235可為單量子阱層(SQW)或多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。就MQW結(jié)構(gòu)而言，有源層235可包括多個量子勢皇層235a和多個量子阱層235b。例如，有源層235可具有InGaN/GaN結(jié)構(gòu)。當(dāng)形成有源層235時，可調(diào)整豎直生長速率和橫向生長速率以不充滿V坑，因此保持基于多個V坑的凹進?？赏ㄟ^前體的生長溫度、壓強和流率來調(diào)整生長速率。例如，在調(diào)整生長溫度的情況下，低溫(950°C或更低)生長可為期望的。
[0176]然而，根據(jù)組成，可需要在稍高溫度(高于950°C )下的生長。例如，在形成InGaN量子阱層和GaN量子勢皇層的情況下，在800°C至1050°C的溫度范圍下執(zhí)行處理，這里，可在相對高的溫度下執(zhí)行形成GaN量子勢皇層的處理。
[0177]然后，第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層237可形成在有源層235上(S80’)，從而可充滿V坑V的凹進。
[0178]第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層237可為具有AlxInyGa1 xyN(0彡χ彡1，0彡y彡1，O ^ x+y ^ I)的組成的摻雜有P型雜質(zhì)的氮化物單晶體。鎂(Mg)可用作P型雜質(zhì)。可在相對高的溫度(100tC或更高)下執(zhí)行該處理以利用第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層237充滿V坑V。
[0179]例如，第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層237可形成為包括第一層和第二層。第二層可為諸如P型GaN之類的接觸層，第一層可為充滿V坑的平坦化層。具體地說，第一層可由具有大的帶隙的氮化物層形成，以用作電子阻擋層。在一個示例中，電子阻擋層可為P型AlGaN層。在另一示例中，第一層可具有其中具有不同組成的兩層重復(fù)地堆疊的超晶格結(jié)構(gòu)。例如，第一層可具有包括P型AlGaN/GaN的超晶格結(jié)構(gòu)。
[0180]本申請的發(fā)明人提出的限制氫氣的供應(yīng)的方案還可應(yīng)用于第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層(例如，在步驟S60中)的生長工藝，以及應(yīng)用于晶格緩沖層(例如，在步驟S40中)、緩沖層的一部分(例如，在步驟S40中)和應(yīng)力補償層(例如，在步驟S50中)。具體地說，限制氫氣的供應(yīng)的方案可有利地應(yīng)用于第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層，以在1040°C或更低的生長溫度下作為高質(zhì)量晶體生長。
[0181]同時，在其中對應(yīng)的層固有地在低溫下生長的情況下或者在其中在氮源氣體中不提供氫的情況下，可不應(yīng)用限制氫氣的供應(yīng)的方案。例如，盡管坑形成層由η型GaN形成，但是坑形成層在相對低的溫度(950°C)下生長，以形成V坑，因此，可不向其應(yīng)用限制氫氣的供應(yīng)的方案。另外，在形成像量子阱層的含銦(In)的氮化物半導(dǎo)體層的情況下，由于氮源氣體中不含氫氣，因此可不應(yīng)用限制氫氣的供應(yīng)的方案。按照這種方式，即使不將氫氣的體積分數(shù)條件(40%或更小)應(yīng)用于特定處理階段，也可將對應(yīng)的階段中的生長溫度控制為1040°C以抑制回熔現(xiàn)象。
[0182]為了特別證實在根據(jù)當(dāng)前示例性實施例的制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中通過降低氫在氮源氣體中的體積分數(shù)而獲得的效果，進行實驗2。
[0183]實驗2:制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法
[0184]利用MOCVD設(shè)備在硅基底的(111)面上形成用于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的層合物(包括η型GaN/有源層/p型AlGaN/p型GaN)以及緩沖層和應(yīng)力補償層。
[0185]首先，在硅基底的(111)面上形成AlN成核層(大約10nm)，并且在AlN成核層上形成Ala3Gaa7N(大約410nm)/AlN(大約40nm)/Ala3Gaa7N(大約410nm)作為晶格緩沖層。接著，形成未摻雜的GaN層(大約0.6 μ m)/Ala5Gaa5N中間層(大約10nm)/未摻雜的GaN層(大約0.6 μπι)作為應(yīng)力補償層。接著，額外形成η型GaN層(大約3.5 μm)/有源層/P 型 AlGaN/p 型 GaN。
[0186]在該實驗中，在相同條件下，利用MOCVD工藝在硅基底上形成氮化物層合物。然而，在改進示例2中，氫氣、氨(NH3)和氮(N2)的流率分別設(shè)為60L/min，40L/min和85L/min，而在比較例2中，氫氣、氨(NH3)和氮(N2)的流率分別設(shè)為大約150L/min、30L/min和65L/min。在改進示例2中，用于生長氮化物直至η型GaN層的溫度保持在大約1030°C，并且比較例2中的生長溫度保持在稍高的大約1050°C。
[0187]首先，在滿足實驗中提出的條件的多個處理周期(run)中重復(fù)地執(zhí)行該實驗，并且如圖14A和圖14B所示地布置制造出的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的曲率分布。
[0188]圖14A和圖14B示出了測量在根據(jù)改進示例2和比較例2獲得的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的η型GaN層與有源層之間的界面中的曲率分布的結(jié)果。
[0189]參照圖14Α，就改進不例2而目，測量到的曲率范圍為大約9Km 1S 18Km 1,并且最小測量值與最大測量值之間的差異為大約1Km 1或更小。相反，參照圖14B，就比較例2而言，測量到的曲率甚至高于隨高頻呈現(xiàn)的大約20Km \并且如圖所示，最小測量值與最大測量值之間的差異非常大，為大約35Km 1O
[0190]圖15是示出根據(jù)改進示例2或比較例2獲得的樣本之一的η型GaN層與有源層之間的界面中的曲率分布隨生長時間變化的曲線圖。如圖15所示，與比較例2相比，就改進示例2而言，當(dāng)有源層在η型GaN生長之后生長時曲率的變化程度更小。
[0191]η型GaN層與有源層之間的界面中的曲率似乎甚至影響氮化物單晶體的厚度變化。相對于相同的整個薄膜厚度(大約3.5 μ m)，比較例2具有大約2%的厚度變化，而改進示例2具有0.8%的明顯更小的厚度變化。該結(jié)果表示在整個晶圓區(qū)中確保了均勻厚度的有源層，并且可預(yù)期明顯提高了在相同晶圓中制造的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的波長特性的散布。
[0192]圖16至圖22是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例的制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的處理的剖視圖。
[0193]如圖16所示，緩沖層310和應(yīng)力補償層320按次序形成在硅基底301的(111)面上，并且隨后形成用于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光層合物。發(fā)光層合物包括第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層322、有源層333和第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層334。
[0194]緩沖層310和應(yīng)力補償層320可具有各種結(jié)構(gòu)，并且圖4至圖7所示的示例可稱作其特定示例。
[0195]可通過伴隨著緩沖層310和應(yīng)力補償層320的連續(xù)處理而形成發(fā)光層合物。例如，可使用諸如金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)等的處理。第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層322可為滿足η型AlxInyGa1 x yN(0彡χ < 1，O彡y
<1，0 < x+y < I)的氮化物半導(dǎo)體，并且η型雜質(zhì)可為硅(Si)。例如，第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層322可為η型GaN。有源層333可具有其中量子阱層和量子勢皇層交替地堆疊的多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。例如，就氮化物半導(dǎo)體而言，可使用GaN/InGaN結(jié)構(gòu)。有源層可具有單量子阱(SQW)結(jié)構(gòu)。第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層334可為滿足P型AlxInyGa1 xyN(0^x
<1，0彡y < 1，0彡x+y < I)的氮化物半導(dǎo)體，并且P型雜質(zhì)可為鎂(Mg)。例如，第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層可為P型AlGaN/GaN。
[0196]在生長第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層322以及緩沖層310和應(yīng)力補償層320的工藝中，可供應(yīng)在氮源氣體中的體積分數(shù)為40%或更小的氫以降低氮化物單晶體的生長溫度(例如，大約1040°C或更低)。結(jié)果，如以上在實驗結(jié)果中的描述那樣(圖14B和圖15)，可減小第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層322的界面的曲率，并且可確保生長的有源層333的均勻的厚度。
[0197]如圖17所示，允許暴露第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層322的局部區(qū)的孔H形成在發(fā)光層合物中。
[0198]孔H可形成為穿過第二導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層334和有源層333。在該處理中形成的孔H構(gòu)成用于形成連接至第一導(dǎo)電類型氮化物半導(dǎo)體層322的電極的結(jié)構(gòu)。