CN100370661C - 氮化物半导体发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化物半导体发光器件，其中，衬底或氮化物半导体层具有缺陷集中区域和低缺陷区域，低缺陷区域对应于除缺陷集中区域外的区域。包括衬底或氮化物半导体层的缺陷集中区域的部分具有比低缺陷区域要深的沟槽区域。于是，通过在缺陷集中区域中挖掘出沟槽，可以使生长方向均匀和表面平整度提高。晶片表面内的特性的均匀性导致产率的提高。

Description

氮化物半导体发光器件
技术领域
本发明涉及一种氮化物半导体发光器件，比如，氮化物半导体激光器件。
背景技术
通过使用以GN、AlN、InN及其复合晶体为例的氮化物半导体材料，人们已经制备出在从紫外光到可见光范围内振荡的半导体激光器件的原型。为此，通常使用GaN衬底，因此已经有一大批研发机构对它们进行了大量的研究。但是，当前尚无具有令人满意的长使用寿命的半导体激光器件，所以对它们所期望的就是更长的使用寿命。已知半导体激光器件的使用寿命与初始在GaN衬底所存在的缺陷密度(在本说明书中，缺陷指例如晶体中的空位、间隙原子和位错)有很强的依赖关系。这里，问题是虽然低缺陷密度的衬底相信对于获得更长的使用寿命是有效的，但是难于获得，所以人们所热心于研究尽可能多地减少缺陷密度。
例如，非专利文献1报导了通过如下的程序来制备GaN衬底。首先，在蓝宝石衬底上，通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长2.0μm厚的初级GaN层。然后，在这顶面上，形成具有规则条纹形状开口的0.μm厚的SiO2掩模图案。然后，进一步在顶面上，还是通过MOCVD形成20μm厚的GaN层。现在，就得到了晶片。该技术称为外延横向过生长(epitaxiallylateral overgrown，ELOG)，其利用横向生长来减少缺陷。
进一步在顶面，通过混合气相外延(HVPE)形成200μm厚的GaN层，然后去除作为初级层的蓝宝石衬底。在该方法中，得到了150μm厚的GaN衬底。接下来，将所得到的GaN衬底的表面打磨平。由此获得的衬底在衬底表面中包括缺陷集中区域和低缺陷区域，并且总地而言，它可以划分为在部分SiO2中包括许多缺陷的缺陷集中区域和作为SiO2剩余部分的低缺陷区域。
但是，这里问题在于，在包括缺陷集中区域和低缺陷区域的衬底上，通过比如MOCVD的生长工艺生长氮化物半导体层所制备的半导体激光器件的特性是变化的，导致明显低的产率。
在包括缺陷集中区域和低缺陷区域的衬底上，通过比如MOCVD的生长工艺生长氮化物半导体层所制备的半导体激光器件的特性是变化的而导致明显低的产率，作为针对其原因的研究结果，本发明的申请人已经发现，这是因为膜表面差的平面度导致差的表面形貌。具体而言，当氮化物半导体层(具体而言，用作有源层的InGaN层)生长在膜不规则的表面上时，该层的厚度和组分根据膜的表面不规则性而变化，由此严重地偏离了设定值。而且，本申请人已经发现差的表面形貌很大程度上依赖于氮化物半导体层中的缺陷集中区域的形状。即，本申请人已经发现薄膜的生长方向和模式强烈地依赖于缺陷集中区域的形状，所以不规则形状的缺陷集中区域降低了膜表面的平面度，导致差的表面形貌。在这样的不规则表面上生长比如有源层的薄膜将导致器件的特性变化。
在依下面的方式进行的试验中获得了这些结果。首先，将说明其中氮化物半导体层生长在包括缺陷集中区域和低缺陷区域的衬底上的情形。图16(a)是传统半导体激光器件的截面视图，以及图16(b)是图16A的俯视图。参考标号10表示包括缺陷集中区域和低缺陷区域的衬底，参考标号11表示缺陷集中区域，参考标号12表示低缺陷区域，参考标号13表示氮化物半导体层，参考标号13a表示氮化物半导体层的表面。
如果氮化物半导体层直接生长在衬底10上(即，不对衬底进行任何预处理等)，那么缺陷集中区域的生长速度与低缺陷区域的生长速度有很大的不同，因为缺陷集中区域的结晶度比低缺陷区域要低，并且可能具有并不出现在低缺陷区域中的生长表面。于是，缺陷集中区域生长的生长速度比低缺陷区域的要低，并且因此在缺陷集中区域中很难进行生长。
图17(a)是示出了具有线形的缺陷集中区域的氮化物半导体层如何生长的俯视图，图17(b)是具有点形的缺陷集中区域的氮化物半导体层如何生长的俯视图。在任一情形中，由于在缺陷集中区域中很难进行生长，所以生长在缺陷集中区域x开始并沿箭头A所指的方向进行，而生长在缺陷集中区域y开始并沿箭头B所指的方向进行。当生长在两个不同的方向上如此进行时，在生长相遇部分的层厚度与其它位置不同，导致差的表面平面度。
图18示出了在垂直于线形缺陷集中区域的方向[11-20]和与之平行的方向[1-100]上所测量的粗糙度测量结果。采用VEECO INSTRUMENT INC.制造的DEKTAK3ST型进行测量。在如下的条件下进行测量：测量长度600μm，测量时间3s，探测压力30mg，水平分辨率1μm/取样。在进行测量的600μm宽的区域内，发现在最高和最低部分之间的水平差异是200nm。这里，没有考虑在缺陷集中区域中的大的凹槽。
此外，发现生长相遇部分是非发光区域。因此，可以说在晶片表面内层之间的厚度差异导致器件特性变化。
发明内容
鉴于上述的通常预见的问题，本发明的一个目的是提供一种在晶片表面内给出均匀的特性并改善产率的氮化物半导体发光器件。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，在氮化物半导体发光器件中，衬底或氮化物半导体层具有缺陷集中区域和低缺陷区域，该低缺陷区域对应于除缺陷集中区域外的区域，以及其包括缺陷集中区域的部分中具有雕刻区域，将该雕刻区域雕刻来使之低于所述低缺陷区域。
如此，通过雕刻缺陷集中区域，使生长方向均匀并且表面平整度提高了，在晶片表面内提供了均匀的特性。这使得可以提高产率。
在该氮化物半导体发光器件中，缺陷集中区域呈线形或点形，并且雕刻区域呈线形。雕刻区域的雕刻深度优选大于等于0.5μm，但是小于等于50μm。建议从雕刻区域的边缘到缺陷集中区域边缘的距离优选大于等于5μm。而且，氮化物半导体层优选具有作为激光波导区域的脊部分，以及脊部分形成来距雕刻区域的边缘大于等于5μm。
而且，根据本发明的另一个方面，在氮化物半导体发光器件中，衬底或氮化物半导体层具有缺陷集中区域和低缺陷区域，该低缺陷区域对应于除缺陷集中区域外的区域，缺陷集中区域和低缺陷区域具有凹陷，设置了通过雕刻包括凹陷的部分所获得的雕刻区域。
如此，当存在凹陷时，雕刻包括凹陷的部分。这使得可以获得均匀的生长并且提高表面平面度。
在该氮化物半导体发光器件中，优选地凹陷的深度大于等于0.5μm，宽度大于等于1μm。建议雕刻区域的雕刻深度优选大于等于0.5μm，但是小于等于50μm。而且，从雕刻区域的边缘到缺陷集中区域边缘的距离优选大于等于5μm。此外，氮化物半导体层优选具有作为激光波导区域的脊部分，以及脊部分形成来距雕刻区域的边缘大于等于5μm。
而且，根据本发明的另一实施例，在氮化物半导体发光器件中，衬底或氮化物半导体层具有缺陷集中区域和低缺陷区域，低缺陷区域对应于除缺陷集中区域外的区域，氮化物半导体层具有作为激光波导区域的脊部分，以及在脊部分和缺陷集中区域之间设置了雕刻部分，将该雕刻区域如此雕刻来使之低于低缺陷区域。
如此，雕刻区域不一定必须设置在缺陷集中区域中，但是可以设置在脊部分和缺陷集中区域之间来获得改善的表面平面度。
在该氮化物半导体发光器件中，雕刻区域具有线的形状。雕刻区域的雕刻深度优选大于等于0.5μm，但是小于等于50μm。建议从雕刻区域的边缘到缺陷集中区域边缘的距离优选大于等于5μm。而且，脊部分优选地形成来距雕刻区域的边缘大于等于5μm。此外，优选地雕刻区域的宽度大于等于3μm，但是小于等于150μm。
如上所述，根据本发明，当衬底或氮化物半导体层具有缺陷集中区域和低缺陷区域时，低缺陷区域对应于除缺陷集中区域外的区域，在衬底或氮化物半导体层的预定位置提供了雕刻区域，将该雕刻区域如此雕刻来使之低于低缺陷区域。如此，可以使生长方向均匀并且表面平整度提高，在晶片表面内提供了均匀的特性。这使得可以提高产率。
而且，通过提供雕刻区域，可以释放存在于氮化物半导体层内的应变并且由此抑制裂纹的发展。
应注意到，在本说明书中，表示晶面或晶向的负指数由它前面带有负号“-”的绝对值表示，而非如晶体学中通常采用的上划线方式，因为在本文中不易这样表示。
在本发明中所使用的衬底可以是通过从其去除初级层而处于独立状态的GaN衬底，如在之前的传统示例中所使用的那样，或者是没有去除蓝宝石初级层的原样的GaN衬底。即，下面的说明关于使用在其表面上具有缺陷集中区域和低缺陷区域的衬底的示例，在该衬底上尚未通过MOCVD生长氮化物半导体激光器的薄膜。
附图说明
图1(a)是第一实施例的氮化物半导体层器件的截面视图，以及图1(b)是图1(a)的俯视图；
图2是示出了氮化物半导体层13的层结构的截面视图；
图3(a)是示出了缺陷集中区域的示例的放大俯视图，图3(b)是示出了缺陷集中区域的示例的放大俯视图，图3(c)是示出了缺陷集中区域的示例的放大俯视图；
图4(a)是第一实施例1的衬底的俯视图，且图4(b)是图4(a)的截面视图；
图5(a)是示出了在方向[11-20]上测量的表面平面度的图，图5(b)是示出了在方向[1-100]上测量的表面平面度的图；
图6(a)是示出了具有线形的缺陷集中区域的氮化物半导体层如何生长的俯视图，图6(b)是示出了具有点形的缺陷集中区域的氮化物半导体层如何生长的俯视图；
图7是示出了雕刻区域的深度X和产率之间的关系的图；
图8(a)是示出了具有线形的缺陷集中区域的衬底的俯视图，图8(b)是示出了具有点形的缺陷集中区域的衬底的俯视图；
图9是示出了距离Y与产率之间的相互关系的图；
图10是示出了具有点形的缺陷集中区域的第二实施例的衬底的俯视图；
图11(a)是第三实施例的衬底的俯视图，而图11(b)是图11(a)的截面视图；
图12(a)是第四实施例的俯视图，图12(b)是图12(a)的截面视图；
图13(a)是示出了不具有雕刻区域的氮化物半导体层是如何生长的俯视图，并且图13(b)是示出了具有雕刻区域的氮化物半导体层是如何生长的俯视图；
图14(a)是第五实施例的俯视图，图14(b)是图14(a)的截面视图；
图15(a)是第五实施例的氮化物半导体激光器件的截面视图，图15(b)是图15(a)的俯视图；
图16(a)是传统半导体激光器件的截面视图，以及图16(b)是图16(a)的俯视图；
图17(a)是示出了具有线形的缺陷集中区域的氮化物半导体层如何生长的俯视图，图17(b)是具有点形的缺陷集中区域的氮化物半导体层如何生长的俯视图；
图18(a)是示出在方向[11-20]测量的传统氮化物半导体激光器件的表面平面度的图，以及图18(a)是示出方向[1-100]上测量的传统氮化物半导体激光器件的表面平面度的图。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施例进行说明。
第一实施例
图1(a)是氮化物半导体层器件的截面视图，以及图1(b)是图1(a)的俯视图。N型GaN衬底10包括作为其一部分的缺陷集中区域11和作为低缺陷区域12的其所有剩余部分。
注意，在本说明书中，缺陷集中区域表示这样的区域，其中将衬底或衬底上制备的氮化物半导体层浸入混合酸液即硫酸和磷酸的混合物中进行蚀刻，并加热到250℃，观察到许多腐蚀坑，这反应了其中缺陷(或例如位错)的密度。另一方面，低缺陷区域表示104～105/cm2的量级的EPD(腐蚀坑密度)的区域。缺陷集中区域的EPD要大三个或更多的量级。EPD的测量可以通过使用比如RIE(反应离子蚀刻)的气相蚀刻来进行。或者，在MOCVD炉中中止生长、然后暴露于高温(大约1000℃)也可以测量EPD。测量本身可以通过AFM(原子力显微镜)、CL(阴极荧光)、显微PL(光致发光)等获得。
在衬底10上，形成氮化物半导体层13(外延生长层)。在衬底10中，雕刻区域14如此形成来包括缺陷集中区域11。雕刻区域14通过RIE雕刻。
而且，在氮化物半导体层13的顶上，形成作为激光波导结构的脊部分15和用于电流限制的SiO2层16，在这顶面上形成p型电极17。而且，在衬底10的底面上，形成n型电极18。
注意，在本说明书中，从脊部分15的中心到雕刻区域14的边缘的距离由d表示。在图1(a)中，假设d＝40μm。
图2是示出了氮化物半导体层13的层结构的截面视图。氮化物半导体层13具有如下的在n型GaN衬底20(膜厚3.5μm)上依所述顺序逐一形成的层：n型Al0.062Ga0.938N第一覆层21(膜厚2.3μm)、n型Al0.1Ga0.9N第二覆层22(膜厚0.2μm)、n型Al0.062Ga0.938N第三覆层23(膜厚0.1μm)、n型GaN光导层24(膜厚0.1μm)、InGaN/GaN-3MQW有源层25(InGaN/GaN的膜厚4nm/8nm)、p型Al0.3Ga0.7N气化防止层26(膜厚20nm)、p型GaN光导层27(膜厚0.05μm)、p型Al0.062Ga0.938N覆层28(膜厚0.5μm)和p型GaN接触层29(膜厚0.1μm)。
如图1(b)所示，线形的缺陷集中区域11沿方向[1-100]延伸。这些从上方看呈线形的缺陷可以根据它们的缺陷密度和类型具有不同的形状。缺陷集中区域的形状的示例在图3(a)到3(c)中示出。例如有线形的缺陷集中区域(图3(a))、孔形的缺陷集中区域(图3(b))和紧密分隔开的小孔形的缺陷集中区域(图3(c))。这些孔或线性核心的大小是大约1nm到几十个μm量级。本实施例涉及如图3(a)所示的情形。注意，在图3(b)和图3(c)所示的情形中可以获得一些优势。
接下来，将描述制备过程。如之前描述的传统示例，具有线形缺陷集中区域的GaN衬底10通过如下的过程制备。在蓝宝石衬底上，通过MOCVD生长2.5μm厚的初级GaN层。然后，在这顶面上，形成具有规则条纹形状开口的SiO2掩模图案(周期为20μm)，然后再通过MOCVD形成15μm厚的GaN层来制造晶片。膜不是生长在SiO2上，于是开始在开口内生长。一旦膜变得比SiO2厚，膜然后就开始水平地从开口生长开来。在每个SiO2段的中心处，从相对侧生长的膜的不同部分相遇，在它们相遇的地方产生缺陷密度很高的缺陷集中区域11。因为SiO2形成为线形，缺陷集中区域11也形成为线形。这里，缺陷集中区域11的宽度是大约40μm，并且缺陷集中区域11以大约40μm的间隔形成。
这里，衬底通过ELOG制备。但是应该理解，也可以使用其它的制备方法。具体而言，唯一的要求就是使用该包括缺陷集中区域和低缺陷区域的衬底，并且在该衬底生长氮化物半导体层。该衬底可以是蓝宝石的衬底，或其它材料的衬底，例如SiC、GaN、GaAs、Si、尖晶石或ZnO的衬底。
接下来，在衬底10的整个表面上方，通过电子束沉积来气相沉积SiO2等，从而具有400nm的厚度。然后，通过通常的光刻方法，使用光致抗蚀剂在方向[1-100]上形成条纹窗口，从而每个具有60μm的宽度，并且每个都包括缺陷集中区域。然后，通过ICP或RIE，蚀刻SiO2和GaN衬底10。将GaN衬底10蚀刻到4μm的深度。之后，使用比如HF的蚀刻剂将SiO2去除。这样就结束了在其上生长氮化物半导体层13之前的衬底处理。
图4示出了由此获得的衬底10。图4(a)是衬底10的俯视图，图4(b)是图4(a)的截面视图。参考标号14a表示由RIE所蚀刻的区域，从而包括缺陷集中区域11。符号X表示蚀刻深度。在本说明书中，可以通过使用气相蚀刻或通过使用液态蚀刻剂来实现蚀刻。
然后，在衬底10的顶上放置氮化物半导体层13，之后形成脊部分15、SiO2层16、p电极17和n电极18。
当衬底10中的缺陷集中区域11通过RIE雕刻时，且将氮化物半导体层13放置在衬底10的顶上，雕刻区域14的表面平面度大幅度下降到与图16所示的传统氮化物半导体层器件的相同的粗糙度级别(参见图18)。但是，如图5(b)所示，除在其中进行测量的雕刻区域14之外的600μm宽的区域内，发现在最高和最低部分之间的水平差是20nm或更少。这里，未考虑对应于如图5(a)所示的凹槽部分的下降。
使用图6解释了所述原因。图6(a)是示出了具有线形的缺陷集中区域11的氮化物半导体层13如何生长的俯视图，图6(b)是示出了具有点形的缺陷集中区域11的氮化物半导体层13如何生长的俯视图。与其中生长方向根据缺陷集中区域11的形状而变化的图17中的情形不同，雕刻区域14的形成可以获得大致相同的生长方向，如图6中的箭头C和D所示，防止由于生长方向的差异导致生长相遇部分形成。这防止了单个层的厚度在表面内变化，使得其层厚变得均匀。
而且，如图6(a)和6(b)所示，雕刻区域14使得无论缺陷集中区域11的形状如何都可以在表面内获得相同的生长方向，由此有效地提高表面平面度。
通过在如此获得的极度平的区域上形成脊部分15，可以抑制器件特性的面内分布，由此显著提高产率。如此获得的半导体激光器件的使用寿命通过将这些器件在APC、60℃和30mW的输出下进行测试。这里，使用寿命定义为Iop(当将光输出保持30mW时的电流)变为其初始值的1.5倍所需的时间长度。在测试中，器件发射405±5nm的波长。从每个晶片，随机取出50个半导体激光器件，并且将使用寿命超过3000小时的器件的数目作为产率计算。
这里，产率大于80％。注意，当氮化物半导体层13直接生长在之前所述的传统示例中所述的衬底10上，产率是30％或更少。因此，可以说，氮化物半导体层13更好的表面平面度(除雕刻区域14)外使晶片表面内的层厚和单个层的组分均匀，导致更好的产率。
现在，将对图4中所示出的雕刻区域14的深度X进行说明。图7示出了雕刻深度X和产率之间的关系。虽然图7示出了最深雕刻深度是5μm的示例，但是发现即使是深度超过5μm时，产率也超过80％。如果雕刻深度X小于0.5μm，当初级n形GaN生长时，这些雕刻区域很快被填充。于是，雕刻区域14差的表面平整度从其延伸出，使雕刻区域14之外的区域的表面平整度变差。而且，已经发现，如果X＝50μm或更大，通常在器件分离工艺中，对衬底进行打磨和抛光，产生了裂纹等，导致低的产率。因此，优选的是，雕刻深度是大于等于0.5μm，但是小于等于50μm。
现在，将对雕刻区域14的位置进行说明。图8(a)是示出了具有线形的缺陷集中区域的衬底的俯视图，图8(b)是示出了具有点形的缺陷集中区域的衬底的俯视图。如图8(a)和图8(b)所示，从缺陷集中区域11的边缘到雕刻区域14的边缘的距离由Y表示。这里，虽然缺陷集中区域的11在宽度方向上一侧的距离Y与在缺陷集中区域11另一侧上的距离Y不同，但是将较短的定义为距离Y。
图9示出了距离Y与产率之间的相互关系。如果距离Y小于5μm，那么雕刻区域14不能够容纳缺陷集中区域11的所有低结晶度部分，则使它们位于雕刻区域14之外，导致低产率。因此，优选的是，距离Y大于等于5μm。
现在，将对脊部分15的位置进行说明。脊部分15的位置由图1所示的距离d定义。如果距离d小于5μm，那么出现边缘生长(即，非雕刻区域的边缘部分的生长速率增加，使该层变厚)，导致层厚的变化。这不是所希望的。所以，当距离d大于等于5μm时，就不会有问题发生。
在之前所述的传统示例中所示的氮化物半导体激光器件中，在氮化物半导体层13上每平方厘米面积中所观察到的裂纹的数量是5到7。其原因相信是由于包括在氮化物半导体层13中的AlGaN覆层和GaN层之间的晶格常数或热膨胀系数之间的差别所造成的应变。芯片中这样的裂纹大大地影响了氮化物半导体器件的特性，导致低的产率。
相反，在该实施例的氮化物半导体激光器件中，每平方厘米面积中所观察到的裂纹的数量是零。因此，采用该实施例，可以大大地减少氮化物半导体层13中的裂纹数量。其原因相信是在氮化物半导体层13中出现的应变通过雕刻区域14的存在而得到了释放。
第二实施例
该实施例涉及其中缺陷集中区域11呈点形的情形。该实施例具有与第一实施例相同的工艺和构造等，除衬底10中的缺陷集中区域11呈点形外。
当如在之前所述的传统示例中没有形成雕刻区域14时，氮化物半导体层13同心地生长远离缺陷集中区域11，并且在生长相遇部分中的平面度变差很多。然后，我们测量了表面粗糙度，并且观察到在表面上最高部分和最低部分之间的水平差异大至200nm。
图10是具有点形的缺陷集中区域11的衬底10的俯视图。通过形成线形的雕刻区域14从而包括点形的缺陷集中区域11，可以提高表面平整度。
我们以第一实施例中所述的方式测量了制造的晶片的表面平面度，并且观察到在在表面上最高部分和最低部分之间的水平差异小于等于20nm。而且，获得的产率大致与第一实施例相同。而且优选的是，雕刻区域的深度X、距离Y和距离d等于第一实施例中的那些。
第三实施例
在该实施例中，使用了具有凹陷的衬底。该凹陷可以形成在除缺陷集中区域11以外的别处。除了所使用的衬底外，该实施例具有与第一实施例相同的工艺和结构等。
凹陷可以具有不同的形状。在图11中示出了凹陷形状的示例。图11(a)是衬底的俯视图，而图11(b)是图11(a)的截面视图。这里，假设凹陷30a-30c具有宽度Z和深度V。实验已经表明，如果宽度Z大于等于1μm，深度V大于等于0.5μm，那么氮化物半导体层13的生长根据凹陷的形状出现在不同的方向上。另一个方面，虽然小于和浅于上述值的凹陷将被很快填充，由此不会影响生长的方向，它降低了表面平整度。
如第一实施例，通过使用比如RIE的气相蚀刻，将具有这样的凹陷的区域进行雕刻。然后，以与第一实施例相同的方式制备晶片。我们随后测量了表面平面度，并且观察到在在表面上最高部分和最低部分之间的水平差异小于等于20nm。另一方面，当在之前所述的传统示例中没有形成雕刻区域14的情形下生长氮化物半导体层13时，在表面上最高部分和最低部分之间的水平差异大大退化至大于等于200nm。
而且，所获得的产率大致与第一实施例相同。此外，优选的是，雕刻区域的深度X、距离Y和距离d等于第一实施例中的那些。
第四实施例
在该实施例中，将说明除包括缺陷集中区域11的雕刻区域14之外还具有雕刻区域的半导体激光器件。除衬底10上雕刻区域的位置之外，该实施例具有与第一实施例1相同的工艺和构造等。
图12(a)是实施例4的俯视图，图12(b)是图12(a)的截面视图。作为雕刻区域，存在包括缺陷集中区域11的雕刻区域14和形成在低缺陷区域12中的雕刻区域14a。
设置雕刻区域14a的目的是在比如其中缺陷或生长表面与别处不同的异常生长部分包括在低缺陷区域中时，防止该区域影响广大的区域。图13(a)是示出了不具有雕刻区域14a的氮化物半导体层13是如何生长的俯视图，并且图13(b)是示出了具有雕刻区域14a的氮化物半导体层13是如何生长的俯视图。如图13(a)所示，当在低缺陷区域12中存在不规则缺陷等时，因为没有雕刻部分，所以出现了异常生长，然后在低缺陷区域12上方扩展。但是，已经发现，通过也在低缺陷区域12中形成雕刻区域14a，可以防止异常生长扩散到其之外，如图13(b)所示。具体而言，雕刻区域14a防止在13(b)的低缺陷区域12a中出现的异常生长扩散到其之外，允许低缺陷区域12b保持更好的表面平面度。
已经发现，雕刻区域14a的宽度应该大于等于3μm以防止在低缺陷区域12a中出现的异常生长扩散到其之外并进入到低缺陷区域12b中，且将表面平面度的水平差异保持为小于等于20μm。如果宽度小于等于3μm，那么雕刻区域14a会被填充，使得它不可能防止异常生长。但是，如果宽度大于等于200μm，那么减少了低缺陷区域12的面积。这使其上待形成p电极17等的区域变窄，导致低的产率。这不是所希望的。
因为与第一实施例中所述的相同的原因，优选的是，雕刻区域14a的雕刻深度大于等于0.5μm，但小于等于50μm。
注意，可以在雕刻区域14之间提供多个雕刻区域14a，通过在低缺陷区域中的任意位置处形成它们可以获得相同的优点。
第五实施例
本实施例针对这样的情形，其中，取代使用比如RIE的蚀刻来雕刻缺陷集中区域11，将雕刻区域形成在缺陷集中区域11的两侧以改善氮化物半导体层13的表面平面度，获得很大的提高夫人半导体激光器件的特性的面内产率。除在衬底10上雕刻区域的位置之外，该实施例具有与第一实施例相同的工艺和构造等。
图14(a)是第五实施例的俯视图，图14(b)是图14(a)的截面视图。这里，雕刻区域14b设置在缺陷集中区域11的两侧。例如，雕刻区域14b的宽度可以设置在20μm，其深度为3μm。参考标号175表示在雕刻区域14b之间的低缺陷区域，并且被称为脊部分形成区域。该脊部分形成区域是脊部分所在的区域，为了制造氮化物半导体激光器件，脊部分作为形成在生长在衬底10上的氮化物半导体层13顶上的光波导区域。
在图14的衬底10上，外延生长氮化物半导体层13。然后在如此获得的晶片上制备氮化物半导体激光器件。图15(a)是第五实施例的氮化物半导体激光器件的截面视图，图15(b)是图15(a)的俯视图。这里，就如在图1(a)中，从脊部分15的中心到雕刻部分14b的边缘的距离由d表示，并且d＝100μm。
当如在本实施例中雕刻区域14b设置在衬底10中的缺陷集中区域11的两侧时，氮化物半导体层13生长在衬底10上，包括缺陷集中区域11和夹在雕刻区域14b之间的区域的表面平面度下降很大。
但是，即使在外延生长氮化物半导体层13之后，在测量了图14所示的脊部分形成区域12c的表面平面度的600μm宽的区域内，发现最高和最低部分之间的水平差异小于等于20nm。其原因相信是，通过与图13的雕刻区域14a类似的作用，可以防止异常生长区域扩散。于是，已经发现可以通过在低缺陷区域12中形成雕刻区域14b来改善表面平面度，从而包括缺陷集中区域11，而无需雕刻缺陷集中区域11。通过该雕刻区域，可以抑制器件特性的面内分布，且由此显著地提高产率。
而且，所获得的产率大致上与第一实施例相同。此外，优选的是，雕刻区域的深度X、距离Y和距离d等于第一实施例中的那些。
而且，为了保持表面平整度的水平差异小于等于20nm，优选的是，雕刻区域14b的宽度大于等于3μm，但小于等于150μm。如果宽度小于等于3μm，那么雕刻区域14a会被填充，使缺陷集中区域11中的异常生长扩展到低缺陷区域12中。但是，如果宽度大于等于150μm，那么减少了低缺陷区域12的面积。这使其上形成p电极17等的区域变窄，导致低的产率。这不是所希望的。
而且，在本实施例的氮化物半导体激光器件中，每平方厘米所观察的裂纹数量是零。因此，采用该实施例，由于与第一实施例所述相同的原因，可以将氮化物半导体层13中的裂纹数量降低很多。
工业实用性
根据本发明的氮化物半导体发光器件可以被有效地使用，尤其是用在氮化物半导体激光器件中。

Claims (18)

1.一种氮化物半导体发光器件，包括衬底和设置在所述衬底上的氮化物半导体层，
其中，所述衬底具有缺陷集中区域和低缺陷区域，所述低缺陷区域是除所述缺陷集中区域外的区域，以及
其中，所述衬底在其包括所述缺陷集中区域的部分中具有雕刻区域，雕刻所述雕刻区域来使之低于所述低缺陷区域。
2.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中，所述缺陷集中区域呈线形。
3.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中，所述缺陷集中区域呈点形。
4.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中，所述雕刻区域呈线形。
5.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中，所述雕刻区域的雕刻深度大于等于0.5μm，但是小于等于50μm。
6.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，其中，从所述雕刻区域的边缘到所述缺陷集中区域边缘的距离大于等于5μm。
7.根据权利要求1的氮化物半导体发光器件，
其中，所述氮化物半导体层具有作为激光波导区域的脊部分，以及
其中，所述脊部分形成得其中心距所述雕刻区域的靠近该脊部分的边缘大于等于5μm。
8.一种氮化物半导体发光器件，包括衬底和设置在所述衬底上的氮化物半导体层，
其中，所述衬底具有缺陷集中区域和低缺陷区域，所述低缺陷区域是除所述缺陷集中区域外的区域，以及
其中，所述缺陷集中区域和低缺陷区域具有凹陷，并且其中，设置了通过雕刻所述衬底的包括所述凹陷的部分所获得的雕刻区域。
9.根据权利要求8的氮化物半导体发光器件，其中，所述凹陷的深度大于等于0.5μm，宽度大于等于1μm。
10.根据权利要求8的氮化物半导体发光器件，其中，所述雕刻区域的雕刻深度大于等于0.5μm，但是小于等于50μm。
11.根据权利要求8的氮化物半导体发光器件，其中，从所述雕刻区域的边缘到所述缺陷集中区域边缘的距离大于等于5μm。
12.根据权利要求8的氮化物半导体发光器件，
其中，所述氮化物半导体层具有作为激光波导区域的脊部分，以及
其中，所述脊部分形成得其中心距所述雕刻区域的靠近所述脊部分的边缘大于等于5μm。
13.一种氮化物半导体发光器件，包括衬底和设置在所述衬底上的氮化物半导体层，
其中，所述衬底具有缺陷集中区域和低缺陷区域，所述低缺陷区域是除所述缺陷集中区域外的区域，
其中，所述氮化物半导体层具有作为激光波导区域的脊部分，以及
其中，在所述衬底中在所述脊部分和缺陷集中区域之间设置了雕刻区域，雕刻所述雕刻区域来使之低于所述低缺陷区域。
14.根据权利要求13的氮化物半导体发光器件，其中，所述雕刻区域呈线形。
15.根据权利要求13的氮化物半导体发光器件，其中，所述雕刻区域的雕刻深度大于等于0.5μm，但是小于等于50μm。
16.根据权利要求13的氮化物半导体发光器件，其中，从所述雕刻区域的边缘到所述缺陷集中区域边缘的距离大于等于5μm。
17.根据权利要求13的氮化物半导体发光器件，其中，所述脊部分形成得其中心距所述雕刻区域的靠近所述脊部分的边缘大于等于5μm。
18.根据权利要求13的氮化物半导体发光器件，其中，所述雕刻区域的宽度大于等于3μm，但是小于等于150μm。
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