CN100541815C - 半导体器件及其制造方法和用于制造半导体器件的衬底 - Google Patents

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Abstract

半导体器件及其制造方法和所用的衬底，可保证在半导体层中制造出良好的可解理表面。半导体层2堆叠在蓝宝石衬底1上以形成激光器结构。沿应制造腔体边缘3的半导体层2，在台面部分12的相对两侧的位置上，将条形解理辅助槽4制造成平行于半导体层2的(11-20)取向表面延伸，并从解理辅助槽4将半导体层2和蓝宝石衬底1解理，以制造由半导体层2的可解理表面制成的腔体边缘3。

Description

半导体器件及其制造方法和用于制造半导体器件的衬底
本发明涉及半导体器件及其制造方法以及用于制造半导体器件的衬底，更具体地说。涉及如半导体激光器这样的具有通过解理产生的腔体边缘的半导体器件及其制造方法以及如晶片这样的用于制造这种半导体器件的衬底。
由III族元素如镓(Ga)、铝(Al)和铟(In)，以及作为V族元素的氮形成的氮化物III-V化合物半导体如GaN、AlGaN和GaInN是直接跃迁半导体，它们具有比在目前可获得的半导体激光器中使用的半导体如AlGaInAs和AlGaInP更大的带隙。因此，认为可将它们作为发光的、高度集成的、高密度光盘再生设备和用于全彩色显示器件的光学元件，以发射400nm波段波长的短波长半导体激光器、能发射紫外到绿光的发光二极管(LED)和其它半导体发光器件的形式广泛使用。此外，这些氮化物III-V化合物半导体在高电场下显示出大的饱和电子速度，被认为可作为电子迁移器件如高功率和高频场效应晶体管的材料。
使用这些氮化物III-V化合物半导体的半导体激光器、发光二极管和FET是通过在例如蓝宝石(Al2O3)衬底这样衬底上外延生长氮化物III-V化合物半导体来制造的。
通常，在半导体激光器中，必须制做腔体边缘。在AlGaInAs、AlGaInP或InP半导体激光器中，衬底和在其上生长的半导体层是可解理的，并且一般将可解理的表面用作半导体激光器的腔体边缘。
但是，在氮化物III-V化合物半导体的情况下，通常难于制造出稳定的可解理表面，因为它们的结晶结构是六方晶系纤锌矿结构。此外，由于这些使用氮化物III-V化合物半导体的半导体激光器通常是通过在不可解理的蓝宝石衬底上生长氮化物III-V化合物半导体而制成的，因而难于制造使用可解理表面作为腔体边缘的半导体激光器。
例如日本专利特许公开No.平8-222807和平9-172223披露了一种制造GaN半导体激光器的方法，在该激光器中腔体边缘是通过将蓝宝石衬底和堆叠在其上的III-V化合物半导体层解理而制成的。
更具体地说，如图1所示，这些用于制造GaN半导体激光器的常规方法是在c平面(c-plane)蓝宝石衬底101上利用金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)法顺序生长GaN缓冲层102，n型GaN接触层103，n型AlGaN包层104，GaN/GaInN多量子阱结构的有源层105，p型AlGaN包层106和p型GaN接触层107。
接着在p型GaN接触层107上制造的是预定条形形式的抗蚀剂图形(未示出)。使用该抗蚀剂图形作为掩模，进行反应离子腐蚀(RIE)，以有选择地去除包括n型GaN接触层103的上部在内的上层。结果，将n型GaN接触层103的上部，n型AlGaN包层104，有源层105，p型AlGaN包层106和p型GaN接触层107图形化成沿一个方向延伸的预定的台式结构。数字108代表台面部分。
在去除抗蚀剂图形后，在p型GaN接触层107上制造p侧电极(未示出)，并在n型GaN接触层103上被局部去除的区域中制造n侧电极(未示出)。
从其底表面对已形成了激光器结构的晶片状蓝宝石衬底101进行研磨(lap)，以将蓝宝石衬底101的厚度调节到约为150μm。然后，在蓝宝石衬底101底表面的用于制造腔体边缘的位置上，该位置可以是对应于(11-10)取向表面的位置，制造直的解理辅助槽109，使之平行于(11-20)取向表面延伸。这样，在平行于台面部分108的纵向的方向上，即腔体方向上，以约等于最终要制成的GaN半导体激光器的腔体长度的间隔，周期性地制造多个解理辅助槽109。
接着将蓝宝石衬底101与其上的半导体层一起解理成棒以制成相对的腔体边缘并将棒分成芯片。结果，完成了预期的GaN半导体激光器。
制造GaN半导体激光器的常规方法可以使可解理表面(准可解理表面)的腔体边缘的光学特性比通过对形成激光器结构的半导体层进行腐蚀而制造的腔体边缘更优异。
但是，制造GaN半导体激光器的常规方法存在下面的问题。
在大多数半导体激光器中，光学腔体的长度被设计为1mm或更小，特别是约在0.2到0.7mm的范围。但是，为将光学腔体的长度减小到这些值，必须通过研磨来减小蓝宝石衬底101的厚度。例如如果蓝宝石衬底101的厚度不是150μm或更小，则蓝宝石衬底101和上面的半导体层就不容易沿解理辅助槽109分开，并且难于使腔体边缘在希望的位置上有可接受的光学平滑性。
此外，由于蓝宝石衬底101是化学稳定的，因而难以有选择地腐蚀在蓝宝石衬底上制造的由氮化物III-V化合物半导体层制成的半导体层，或诸如SiO2膜和SiN膜这样的绝缘膜。因此，难以单独对蓝宝石衬底101进行化学处理，同时又保护晶体生长表面的部分和底表面。因此，为在蓝宝石衬底101中制造解理辅助槽109，需要切割、划线或其它机械处理，从而产生了图形精度和解理辅助槽109的微加工方面的问题。
由于随着厚度的减小蓝宝石衬底101强度会降低。因而如果使蓝宝石衬底101更薄，则在例如使用切割器或划线器在蓝宝石衬底101底表面上制造解理辅助槽109的同时，蓝宝石衬底101容易裂开到其表面或破损。同时在这种情况下，也不可能制造出合格的腔体边缘为防止蓝宝石衬底101的破损，需要通过控制研磨后蓝宝石衬底101的厚度和制造解理辅助槽109之后蓝宝石衬底101在解理辅助槽109位置上的厚度，使蓝宝石衬底101的厚度变化尽可能小。此外，随着蓝宝石衬底101被做得越来越薄，因蓝宝石衬底101和其上生长的半导体层之间热膨胀系数的不同而引起的热应力，和/或由研磨造成的损坏等，使得衬底的翘曲变得过大，以致难以处理该衬底。
因此，本发明的目的是提供一种半导体器件、其制造方法和用于制造半导体器件的衬底。即使在衬底不可解理、难以解理、或解理取向与半导体层不同或半导体器件的尺寸小至1mm或更小时，也可保证当在堆叠于衬底上的半导体层上制造可解理表面的边缘时，精确、稳定地在半导体层上制造出优异的可解理表面。
根据本发明的第一方案，提供一种具有可解理半导体层的半导体器件，该半导体层堆叠于衬底上，并具有由可解理表面构成的边缘，该半导体器件包括：
半导体层边缘，通过首先在衬底上堆叠半导体层，然后在除用于边缘的主部分的部分以外，沿用于制造边缘的部分至少在半导体层中部分地制造解理辅助槽，并从解理辅助槽对半导体层和衬底进行解理而制造。
根据本发明的第二方案，提供一种包括可解理半导体层的半导体器件，该半导体层堆叠在衬底上，并具有pn结和由可解理表面构成的边缘该半导体器件包括
半导体层边缘，通过首先在衬底上堆叠半导体层，然后至少在用于制造边缘的位置上在半导体层的一部分中，以超过pn结的深度制造解理辅助槽，并从解理辅助槽对半导体层和衬底进行解理而制造。
根据本发明的第三方案，提供一种用于制造半导体器件的器件制造衬底，该半导体器件通过在该衬底上堆叠可解理半导体层、并将衬底和半导体层解理而制造，从而获得具有由半导体层的可解理表面构成的边缘的半导体器件，该衬底包括
至少在除用于边缘主部分的部分以外的、用于制造边缘的半导体层的位置的一部分中制造的解理辅助槽。
根据本发明第四方案，提供一种用于制造半导体器件的器件制造衬底，该半导体器件通过在该衬底上堆叠包括pn结的可解理半导体层、并将衬底和半导体层解理而制造，从而获得具有由半导体层的可解理表面构成的边缘的半导体器件，该衬底包括
以超过pn结的深度，至少在用于制造边缘的半导体层的位置的一部分中制造的解理辅助槽。
根据本发明的第五方案，提供一种用于制造半导体器件的方法，该半导体器件包括堆叠在衬底上并具有由可解理表面构成的边缘的可解理半导体层，该方法包括
在衬底上堆叠半导体层的步骤；
至少在除用于边缘主部分的部分以外的、用于制造边缘的半导体层的位置中制造解理辅助槽的步骤；以及
从解理辅助槽将半导体层和衬底解理以在半导体层上制造边缘的步骤。
根据本发明的第六方案，提供一种用于制造半导体器件的方法，该半导体器件具有堆叠在衬底上并具有由可解理表面构成的边缘的可解理半导体层，该方法包括：
在衬底上堆叠半导体层的步骤；
以超过pn结的深度，至少在用于制造边缘的半导体层的位置中制造解理辅助槽的步骤；以及
从解理辅助槽将半导体层和衬底解理以在半导体层上制造边缘的步骤。
在本发明中，解理辅助槽的横截面形状可以是矩形。但为有利于解理位置的调整和解理半导体层和衬底的工艺，最好将解理辅助槽构成为在解理时使应力集中于其底部的形状，如其横截面为V形、U形，或与纵向方向平行的一个侧表面是垂直表面的任何形状的槽。
在本发明中，作为边缘主部分的部分随半导体器件的类型而改变。例如，在光通过半导体层的边缘进入和射出的半导体器件中，即，在如半导体激光器或发光二极管这样的半导体发光器件，或在如光检测器或其它半导体光检测器件这样的光学半导体器件中，边缘的主部分是用作光出口区或光入口区的部分，并且最好它是包括其邻近区域的部分。在如场效应晶体管这样的电子迁移器件中，或在含有多个电子迁移器件的半导体集成电路中，边缘的主部分例如是每个芯片器件的结构的中心部分。
在本发明中，当半导体器件是在其边缘上具有光出口区或光入口区的光学半导体器件时，在用于光出口区或光入口区的位置以外的边缘位置中制造解理辅助槽，以使光学半导体器件的性能不受损害。在这种情况下，在本发明第一、第三和第五方案中，可在用于光出口区或光入口区的边缘位置的正上方制造解理辅助槽，但不到达用于光出口区或光入口区的位置。
在本发明中，可使用的半导体层的材料涉及氮化物III-V化合物半导体，该氮化物III-V化合物半导体例如含有选自由Ga、Al、In和B构成的组中的至少一种III族元素、和至少包括N并在适当时包括As或P的一种或多种V族元素。氮化物III-V化合物半导体的例子是GaN，AlGaN，GaInN和AlGaInN。在本发明中使用的衬底可以是任何不可解理、难于解理或与其上堆叠的半导体解理取向不同的材料。这种衬底的例子涉及在半导体器件中使用的蓝宝石衬底。该半导体器件如使用上述氮化物III-V化合物半导体的半导体激光器。
在本发明的第三、第四、第五和第六方案中，解理辅助槽最好平行于半导体层的可解理表面延伸，并且最好在与半导体层的可解理表面正交的方向上，以大约相等的间隔周期性地制造解理辅助槽。
根据按上述构成的本发明第一、第三和第五方案，由于至少在除用作边缘主部分的位置以外的位置的一部分中、在半导体层中应制造边缘的位置上制造解理辅助槽，因而容易确定半导体层中用于解理的位置，并且可以从解理辅助槽对半导体层和衬底进行解理。因此，可以容易而可靠地沿解理辅助槽将衬底和半导体层解理。结果，即使当衬底不可解理、难于解理或与其上的半导体层的可解理取向不同时，或希望半导体器件小至1mm或更小时，也可在半导体层中稳定地制造可解理表面的边缘同时在半导体层中调整解理位置。此外，由于在除作为边缘主部分的部分以外的位置中制造解理辅助槽，因而可以在半导体层中制造可解理表面而不损害要制造的半导体器件的性能。
根据按上述构成的本发明第二、第四和第六方案，由于至少在用于制造边缘的位置上的半导体层的一部分中制造解理辅助槽，到达超过pn结的深度，因而容易确定半导体层中的解理位置，并且可以从解理辅助槽对半导体层和衬底进行解理。因此，可以容易而可靠地沿解理辅助槽将衬底和半导体层解理。结果，即使当衬底不可解理、难于解理或与其上的半导体层的可解理取向不同时，或希望半导体器件小至1mm或更小时，也可在半导体层中稳定地制造可解理表面的边缘同时在半导体层中调整解理位置。此外，由于在半导体层中解理辅助槽比深度未到达pn时的更深，因而更容易对衬底和半导体层进行解理
此外，本发明被构造成在半导体层中制造解理辅助槽，可以通过在晶片处理中进行干腐蚀来制造解理辅助槽。因此，可以以好的图形精度制造解理辅助槽，并且可以进行微加工，以按照虚线的形式制造解理辅助槽。此外，由于本发明不需要如切割或划线这样的在常规技术中需要的机械加工，因而即使衬底薄而且弱，在制造解理辅助槽时也不会出现衬底的裂开或破损。
本发明的上述和其它目的、特征和优点将从下面结合附图进行阅读的详细描述中变得显而易见。
图1是用于说明制造GaN半导体激光器的常规方法的透视图；
图2是根据本发明第一实施例的GaN半导体激光器的透视图；
图3A、3B和3C是用于说明制造根据本发明第一实施例的GaN半导体激光器的方法的平面图和剖面图；
图4是用于说明制造根据本发明第一实施例的GaN半导体激光器的方法的透视图；
图5是用于说明制造根据本发明第一实施例的GaN半导体激光器的方法的剖面图；
图6A、6B和6C是用于说明制造根据本发明第二实施例的GaN半导体激光器的方法的平面图和剖面图；
图7A、7B和7C是用于说明制造根据本发明第三实施例的GaN半导体激光器的方法的平面图和剖面图；以及
图8A、8B和8C是用于说明制造根据本发明第四实施例的GaN半导体激光器的方法的平面图和剖面图。
下面参照附图说明本发明的实施例。在所有图示出本发明实施例的附图中，相同或等同的部件或元件以共同的参考标号标明。
图2是根据本发明第一实施例的GaN半导体激光器的透视图。
如图2所示，根据第一实施例的GaN半导体激光器包括半导体层2，该半导体层2例如包括堆叠在c平面蓝宝石衬底1上的多个半导体层，从而形成激光器结构。半导体层2由诸如GaN、AlGaN、GaInN等这样的氮化物III-V化合物半导体构成。半导体层2包括一个pn结。半导体层2的腔体边缘3(图1中只示出前端腔体边缘)是作为氮化物III-V化合物半导体的可解理表面的(11-20)取向表面。在GaN半导体激光器中，这些腔体边缘3是通过首先在晶片形式的蓝宝石衬底1上堆叠半导体层2，然后在半导体层2的预定部分中制造解理辅助槽4，并从解理辅助槽4对半导体层2和蓝宝石衬底1进行解理而制成的。
下面将参照附图3A、3B和3C，结合其制造方法对根据第一实施例的GaN半导体激光器的细部进行说明。图3A是GaN半导体激光器制造工艺情况下的晶片的平面图，图3B是沿图3A的B-B线所做的剖面图，图3C是沿图3A的C-C线所做的剖面图。
如图3A、3B和3C所示，在GaN半导体激光器的制造方法中，利用MOCVD方法，例如在具有c平面的蓝宝石衬底1上顺序生长GaN缓冲层5，n型GaN接触层6，n型AlGaN包层7，带有GaN/GaInN多量子阱结构的有源层8，p型AlGaN包层9和p型GaN接触层10，作为构成激光器结构的半导体层2。GaN缓冲层5例如为2Nm厚，n型GaN接触层6例如为2μm厚，n型AlGaN包层8例如为0.5μm厚，p型AlGaN包层9例如为0.5μm厚，而p型GaN接触层10例如为0.2μm厚。
接着在p型GaN接触层10上制造预定条形形式的抗蚀剂图形(未示出)。使用该抗蚀剂图形作为掩模，进行湿腐蚀，以将半导体层2去除，深度达到p型AlGaN包层9的深度方向的一半。结果，将p型AlGaN包层9上部和p型GaN接触层10图形化成沿一个方向延伸的脊条。
然后，去除用于腐蚀的抗蚀剂图形，并在p型AlGaN包层9和p型GaN接触层10上，按照沿平行于脊条部分11的纵向延伸的预定条形形式制造另一个抗蚀剂图形(未示出)。使用该抗蚀剂图形作为掩模，利用例如RIE有选择地将半导体层2去除，达到部分地侵蚀入n型GaN接触层6的深度。结果，将n型GaN接触层6的上部，n型AlGaN包层7，有源层8和p型AlGaN包层9的下部图形化成沿平行于脊条部分11的纵向延伸的预定台面。
考虑到形成激光器结构的半导体层2的可解理性，预先确定脊条部分11和台面部分12的取向，使要在生长于c平面蓝宝石衬底1的半导体层2上形成的腔体边缘3为(11-20)取向的表面，该表面是半导体层2的容易解理的表面。
此后，去除用于腐蚀的抗蚀剂图形，并在整个表面上例如用CVD方法形成绝缘层13，如SiO2膜。然后，进行光刻和腐蚀，以在绝缘层13位于脊条部分11上方的位置上制做开口13a，并在绝缘层13位于槽上方的位置上制造开口13b。这些绝缘层13中的开口13a和13b以预定的条形形式平行于脊条部分11和台面部分12的纵向而延伸。
此后，例如在p型AlGaN包层9上部和p型GaN接触层10上位于绝缘层13中形成的开口13a的位置上形成Ni/Ti/Au或Ni/Pt/Au的p侧电极14，并且例如在n型GaN接触层6上位于绝缘层13中形成的开口13b的位置上形成Ti/Al/Pt/Au的n侧电极15。
在以上述方式在晶片状蓝宝石衬底1上制造激光器结构后，利用干腐蚀方法，例如离子铣削，例如在除存在脊条部分11和台面部分12的部分以外的用于制造腔体边缘3的位置上，即用于台面部分12的相对两侧的槽的位置上，将半导体层2去除，达到部分地侵蚀入GaN缓冲层5的深度，从而从相对两侧将台面部分12夹在中间。在图3C中，以点划线示出通过腐蚀去除的用于制造解理辅助槽4的部分。在这种情况下，由于解理辅助槽4没有形成在与光出口区对应的位置，也没有形成在后面要制造的腔体边缘3位置内pn结存在的位置，因而槽不会对半导体激光器的性能有不良影响。图4是已形成解理辅助槽4的晶片的透视图。
如下所述构成解理辅助槽4，以确保在后面的解理工艺中沿解理辅助槽4容易和可靠地解理半导体层和蓝宝石衬底1。
每个解理辅助槽4例如横截面为V形，以使在后面的解理期间所施加的应力集中于其底部。由于相对于用作腐蚀掩模的抗蚀剂图形没有腐蚀各向异性和只有很小的选择性，上述离子铣削有利于在适当的条件下容易地制造这种V形横截面的解理辅助槽4。解理辅助槽4的底部平行于半导体层2的(11-20)取向表面直线延伸。解理辅助槽4的纵向端例如在其平面图中看为V形，从而有助于起确定半导体层2的解理位置的作用。从提高由后面的解理制造的腔体边缘3的平滑度的观点看，用于共同的腔体边缘3的解理辅助槽4，特别是它们的底部和纵向端最好位于一条共同的直线上。
在第一实施例中，由于如下面将说明的，腔体边缘3被沿解理辅助槽4制造。因此，沿平行于脊条部分11和台面部分12的纵向的方向，即最终要制成的GaN半导体激光器的腔体的纵向方向，以基本等于最终要制成的GaN半导体激光器的腔体长度的间距，周期性地制造多个解理辅助槽4。
在以上述方式在半导体层2的预定位置上制造解理辅助槽4之后，从其底表面对蓝宝石衬底1进行研磨，以将蓝宝石衬底1的厚度调节至例如约50到150μm。
此后，沿解理辅助槽4将晶片状蓝宝石衬底1与其上的半导体层2一起解理成棒，以在半导体层2上制成相对的腔体边缘3。在这种情况下，在这里所示的第一实施例中，蓝宝石衬底1和半导体层2的解理是以下面的方式进行的。图5是用于说明在第一实施例中沿解理辅助槽4解理蓝宝石衬底1和半导体层2的方式的剖面图。图4示出沿与图2B和2C正交的方向的横截面。
如图5所示，在第一实施例中为沿解理辅助槽4将蓝宝石衬底1和半导体层2解理，使用例如圆盘状辊(circular roller)这样的工具使蓝宝石衬底1弯曲，从而使解理辅助槽4一侧，即堆叠了半导体层2的主表面凸出，从而将应力集中于解理辅助槽4的底部，并从解理辅助槽4将半导体层2和蓝宝石衬底1解理成棒或芯片21。
不管从哪个方向弯曲蓝宝石衬底1都可进行解理但是，蓝宝石衬底1是以上述方向被弯曲的，即，使已形成有解理辅助槽4的主表面凸出，因为与沿相反的方向弯曲蓝宝石衬底1来对它们进行解理相比，用这种方式更容易在预定位置将半导体层2和蓝宝石衬底1分开。
在将蓝宝石衬底1和半导体层2解理成棒并在半导体层2中制造可解理表面的腔体边缘3后，如果需要，将边缘涂层涂附到腔体边缘3上，并将棒分成芯片。为分成芯片，可通过切割或划线来进行分割。另一方面，可预先在半导体层2的预定位置上制造解理辅助槽，例如使之沿垂直于将变为腔体边缘3的半导体层的(11-20)取向表面延伸，并可沿这些解理辅助槽对棒进行解理。
以这种方式，完成了预期的GaN半导体激光器。在图3A中，由点划线界定的部分对应于最终要制成的GaN半导体激光器的一个激光器芯片。
按照具有上述结构的第一实施例，在蓝宝石衬底1上堆叠由氮化物III-V化合物半导体制成的形成激光器结构的半导体层2，然后在要制造腔体边缘3的半导体层2的预定部分中制造解理辅助槽4，并从解理辅助槽4将半导体层2和蓝宝石衬底1解理。因此，半导体层2上用于解理的位置容易确定并可以容易和可靠地将半导体层2和蓝宝石衬底1解理。结果，即使当蓝宝石衬底1不可解理时，也可稳定地在堆叠于其上的半导体层2中制造有优异的光学平滑性的可解理表面的腔体边缘3。此外，即使需要腔体长度小至1mm或更小，也可实现具有优异的腔体边缘3的有所需腔体长度的GaN半导体激光器。
此外，根据第一实施例，除对应于光出口区的脊条部分11和存在pn结的台面部分12的部分以外、只在用于制造腔体边缘3的半导体层2的位置中有限的部分上形成解理辅助槽4。因此，无论解理辅助槽4多深，在这些部分中都不会对GaN半导体激光器的性能有不良影响，并且在制造解理辅助槽4时不需要严格的控制。
此外，根据第一实施例，由于在半导体层2中制造解理辅助槽4，并且在解理时将蓝宝石衬底1弯曲以使形成有半导体层2的主表面凸出，因而解理由半导体层2开始，更有利于半导体层2中解理位置的调整和在半导体层2中制造优异的可解理表面，并且这防止了在将蓝宝石衬底1弯曲成使已形成了半导体层2的主表面为凹形时可能出现的问题，即，例如半导体层2，特别是其最外层表面被挤压的问题，并且这导致半导体层2有坍缩的表面部分或变坏的平滑度，
此外，根据第一实施例，由于在晶片处理中可以通过干腐蚀技术，例如离子铣削制造解理辅助槽4，保证了解理辅助槽4有优异的图形精度和尺寸精度，并且可以根据器件结构进行任何微加工，如按它们的平面图中的虚线制造解理辅助槽4。此外，可以将干腐蚀用于制造解理辅助槽4，该实施例不需要如切割或划线这样的机械加工，并防止晶片因应力而裂开或由机械加工造成损坏。
下面说明本发明的第二实施例。图6A、6B和6C示出了用于说明制造根据本发明第二实施例的GaN半导体激光器的方法的平面图和剖面图。图6A是GaN半导体激光器制造工艺情况下的晶片的平面图，图6B是沿图6A的B-B线所做的剖面图，图6C是沿图6A的C-C线所做的剖面图。
如图6A、6B和6C所示，在第二实施例中，按照与第一实施例相同的方式，将工艺进行到将p型AlGaN包层9和p型GaN接触层10图形化成预定脊条的步骤。
接着在p型AlGaN包层9和p型GaN接触层10上按预定的条形形式形成沿脊条部分11的纵向方向延伸并在应制造腔体边缘3的台面部分12的预定部位具有V形缩颈(contriction)的抗蚀剂图形(未示出)。使用该抗蚀剂图形作为掩模，利用RIE有选择地将半导体层2去除，达到部分地侵蚀入n型GaN接触层6的深度，以便制造槽。结果，将n型GaN接触层6的上部，n型AlGaN包层7，有源层8和p型AlGaN包层9的下部图形化成沿平行于脊条部分11的纵向方向延伸的预定台面构造。在其平面图中台面部分12在用于制造腔体边缘3的位置上具有从相对两侧开始的V形缩颈。但请注意，台面部分12的缩颈12a并不延伸到脊条部分11。连接台面部分12相互面对的缩颈12a的尖端的线最好平行于将被作成腔体边缘3的半导体层2的(11-20)取向的表面。
接着进行与第一实施例相同的工艺，直到制成p侧电极14和n侧电极15为止此后，以与第一实施例相同的方式，通过腐蚀到局部地侵蚀入GaN缓冲层5的深度，将在台面部分12的相对两侧处的用于槽的部分去除，以在那里制造以条形形式平行于半导体层2的(11-20)取向表面延伸的解理辅助槽4。在图6C中以点划线示出了通过腐蚀去除的用以制造解理辅助槽4的这些部分。从提高由后面的解理制造的腔体边缘3的平滑度的观点看，用于共同的腔体边缘3的解理的解理辅助槽4的底部和尖端，以及台面部分12的缩颈12a的尖端最好位于一条共同的直线上。
此后，以与第一实施例相同的方式进行处理以完成预期的GaN半导体激光器。在图6A中，由点划线界定的部分对应于最终要制成的GaN半导体激光器的单个激光器芯片。
在其它方面，第二实施例与第一实施例相同，在此省略对它们的说明。
按照第二实施例，可获得与第一实施例相同的优点。在第二实施例中，可将解理辅助槽4制造成在台面部分12的相对两侧使它们的尖端比第一实施例更相互靠近，以致在要制造腔体边缘3的部位上使台面部分12向内部收缩。因此，与第一实施例相比，可使每个解理辅助槽4相对于半导体层2的用于制造腔体边缘3的整个部分的延伸比增大，以便更有利于半导体层2和蓝宝石衬底1的解理。此外，沿用于制造腔体边缘3的部分的V形缩颈也使解理更容易，并使半导体层2的解理部分的调整更容易。
下面说明本发明的第三实施例。图7A、7B和7C是用于说明制造根据本发明第三实施例的GaN半导体激光器的方法的平面图和剖面图。图7A是GaN半导体激光器制造工艺情况下的晶片的平面图，图7B是沿图7A的B-B线所做的剖面图，图7C是沿图7A的C-C线所做的剖面图。
如图7A、7B和7C所示，在第三实施例中，在选择的除与脊条部分11对应的位置以外用于制造腔体边缘3的半导体层2的位置上，即在与台面部分12对应的部分的一部分上，和对应于台面部分12的相对两侧的槽的部分上制造解理辅助槽4，从而从相对两侧将脊条部分11夹在中间。
即，在第三实施例中，以与第一实施例相同的方式进行处理，直到制成p侧电极14和n侧电极15为止此后，通过在除与脊条部分11对应的位置以外用于制造腔体边缘3的部分的一部分中进行腐蚀，即在脊条部分11的相对两侧的台面部分12的一部分中和与在台面部分12的相对两侧的槽相对应的部分中进行腐蚀，将半导体层有选择地去除到例如局部地侵蚀入GaN缓冲层5的深度，以制造平行于半导体层2的(11-20)取向表面延伸的预定条形的解理辅助槽4。图7C以点划线示出了通过腐蚀去除的用以制造解理辅助槽4的这些部分。尽管解理辅助槽4的深度超过了半导体层2的pn结的范围，但没有使它们处于对应于光出口区的部位，并且不会损害GaN半导体激光器的性能。
此后，以与第一实施例相同的方式进行处理，完成预期的GaN半导体激光器。在图7A中，由点划线界定的部分对应于最终要制成的GaN半导体激光器的单个激光器芯片。
按照第三实施例，可获得与第一实施例相同的优点。在第三实施例中，在台面部分12中用于制造腔体边缘3的位置上制造的解理辅助槽4延伸到局部地侵蚀入台面部分12的位置。因此，可以将解理辅助槽4制造成使它们在脊条部分11的相对两侧的尖端比第一实施例更相互靠近。结果，与第一实施例相比，可使每个解理辅助槽4的长度相对于半导体层2中用于制造腔体边缘3的部分的整个长度的比值增大，从而更有利于半导体层2和蓝宝石衬底1的解理。
下面说明本发明的第四实施例。图8A、8B和8C是用于说明制造根据本发明第四实施例的GaN半导体激光器的方法的平面图和剖面图。图8A是GaN半导体激光器制造工艺情况下的晶片的平面图，图8B是沿图8A的B-B线所做的剖面图，图8C是沿图8A的C-C线所做的剖面图。
如图8A、8B和8C所示，在第四实施例中，不仅在位于台面部分12的相对两侧、从而从相对两侧将台面部分12夹在中间的槽的位置上，而且在脊条部分和台面部分12的位置上，在半导体层2中沿用于制造腔体边缘3的部分制造解理辅助槽4。
即，在第四实施例中，以与第一实施例相同的方式进行处理，直到制成n侧电极14和p侧电极15为止此后，沿着用于制造腔体边缘3的部分在与台面部分12的相对两侧的槽对应的位置中，通过腐蚀将半导体层2除到例如局部地侵蚀入GaN缓冲层5的深度，以在那里制造从相对两侧将台面部分12夹在中间的解理辅助槽4。同时，通过腐蚀将半导体层2去除到局部地侵蚀入p形GaN接触层10的深度，并且在台面部分12的其它位置上部分地侵蚀入p型AlGaN包层9的深度。这样，在脊条部分11和台面部分12的位置上也制造了解理辅助槽4。
在脊条部分11和台面部分12的位置上制造的解理辅助槽4的横截面例如最好为V形，从而在解理时使应力集中在它们的底部。在脊条部分11的位置上制造的每个解理辅助槽4的底部终止于p型GaN接触层10的一半深度，而在台面部分12的其它位置中制造的每个解理辅助槽4的底部终止于p型AlGaN包层9的一半深度。即，在脊条部分11和台面部分12的位置上解理辅助槽4的深度不到达光出口区。因此，这些槽4不会对GaN半导体激光器的性能有不良影响。根据器件的结构，可以使脊条部分11和台面部分12的位置上的解理辅助槽在该位置的一部分中延伸。
此后，以与第一实施例相同的方式进行处理，并完成预期的GaN半导体激光器。在图8A中，由点划线界定的部分对应于最终要制成的GaN半导体激光器的激光器芯片。
按照第四实施例，可获得与第一实施例相同的优点。在第四实施例中，由于解理辅助槽4也在脊条部分11和台面部分12的位置上延伸，因此具有解理辅助槽4的位置相对于用于制造腔体边缘3的整个部分的比值大于第一实施例中的比值，并且蓝宝石衬底1和半导体层2的解理更容易。
已参照附图描述了本发明的具体的优选实施例，但应该明白本发明并不限于那些精确的实施例，本领域技术人员可以在不脱离在所附权利要求中所限定的本发明范围或精髓的情况下作出各种修改和变形。
尽管第一到第四实施例已说明了将解理辅助槽构造成横截面为V形。但它们的横截面也可以为U形、平行于纵向方向的一侧表面表现为垂直表面的任何形状或矩形。
在第一到第四实施例中，可以通过将半导体层2腐蚀到例如部分地侵蚀入n型GaN接触层6，或通过对其进行腐蚀，到达GaN缓冲层5和蓝宝石衬底1之间的界面的深度，来制造在台面部分12的相对两侧的解理辅助槽4。在第四实施例中，在脊条部分11和台面部分12的位置上的各解理辅助槽4中，可以通过将半导体层腐蚀到超过p型AlGaN包层9的深度来制造位于除脊条部分11之外的位置上的那些槽。
此外，尽管第一到第四实施例采用MOCVD进行由氮化物III-V化合物半导体制成半导体层的生长，但也可以将例如分子束外延(MBE)用于半导体层的生长。
此外，尽管第一到第四实施例已说明了将本发明用于具有脊条结构的GaN半导体激光器，但本发明也可用于具有电极条结构的GaN半导体激光器。
尽管第一到第四实施例已说明了将本发明用于具有DH结构(双异质结构)的半导体激光器，但本发明也用于具有SCH结构(分别限制异质结构)的半导体激光器，发光二极管，还可用于除半导体发光器件如半导体激光器和发光二极管以外的光电检测器或其它半导体光检测器件。
此外，由于本发明是可用于在具有生长在不可解理、难于解理或与其上的半导体层解理取向不同的衬底上的可解理半导体层的任何半导体器件中制造可解理表面的公用技术，因而本发明不仅可以用于光学半导体器件，如半导体发光器件或半导体光检测器件，而且可广泛用于包括诸如场效应晶体管这样的电子迁移器件、含有多个电子迁移器件的半导体集成电路和在一个公用衬底上含有电子迁移器件和光学半导体器件的光电集成电路的所有半导体器件中，而且特别是当用于希望具有微型晶片尺寸的半导体器件中时，本发明非常有效。此外，本发明也可用于使用除氮化物III-V化合物半导体以外的各种材料的半导体器件中。
由于根据第一、第三和第五实施例解理辅助槽是在至少在除了用作半导体层中应制造边缘的位置上的边缘主部分以外的位置的一部分中制造的，而且根据本发明的第二、第四和第六方案，至少在用于制造边缘的位置上的半导体层的一部分中制造解理辅助槽，到达超过pn结的深度，因而容易确定半导体层中用于解理的位置，并且可以从解理辅助槽开始解理半导体层和衬底。因此，可以容易地沿解理辅助槽解理衬底和半导体层。结果，即使当衬底不可解理、难于解理或与其上的半导体层的可解理取向不同时，或希望半导体器件小至1mm或更小时，也可在精确控制下在半导体层中制造可解理表面的边缘，同时在半导体层中调整解理位置。结果，本发明可实现具有光学平滑度优异的可解理表面并具有光学性能优异的腔体边缘的半导体激光器。
此外，根据本发明，由于可以在晶片处理中通过于腐蚀制造解理辅助槽，与依赖于切割、划线或其它机械加工制造解理辅助槽的常规技术相比，本发明确保优异的图形精度和微加工，可以以好的图形精度制造解理辅助槽，并防止因机械损伤如晶片裂开引起的问题。因此，本发明确保半导体器件的稳定制造。

Claims (69)

1.具有可解理半导体层的半导体器件，该半导体层堆叠于衬底上并具有由可解理表面构成的边缘，该半导体器件包括：
半导体层的所述边缘，通过首先在所述衬底上堆叠所述半导体层，然后在除用于所述边缘的主部分的部分以外，沿用于制造所述边缘的部分至少在半导体层中部分地制造解理辅助槽，并从所述解理辅助槽对半导体层和衬底进行解理而被制造，
其中，所述解理辅助槽的深度部分达到侵入缓冲层。
2.如权利要求1的半导体器件，其特征在于，使所述解理辅助槽从相对两侧将用于边缘主部分的所述部分夹在中间。
3.如权利要求1的半导体器件，其特征在于，所述半导体层包括pn结，并且所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中超过所述pn结。
4.如权利要求1的半导体器件，其特征在于，所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中终止于用于所述主部分的部分的正上方，并且不到达用于所述主部分的部分。
5.如权利要求1的半导体器件，其特征在于，所述半导体层由氮化物III-V化合物半导体制成。
6.如权利要求1的半导体器件，其特征在于，所述衬底不可解理，难于解理，或与所述半导体层的解理取向不同。
7.如权利要求1的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件是在所述边缘上具有光出口区或光入口区的光学半导体器件，并且在除用于所述边缘上的所述光出口区或所述光入口区的位置以外的位置中制造所述解理辅助槽。
8.如权利要求7的半导体器件，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于所述边缘上的所述光出口区或所述光入口区的位置夹在中间。
9.如权利要求7的半导体器件，其特征在于，所述半导体层包括pn结，并且所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中超过所述pn结。
10.如权利要求7的半导体器件，其特征在于，所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中终止于用于所述光出口区或所述光入口区的位置的正上方，并且不到达用于所述光出口区或所述光入口区的位置。
11.如权利要求7的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件是半导体激光器，所述半导体激光器具有作为其腔体边缘的所述边缘。
12.包括可解理半导体层的半导体器件，所述半导体层堆叠在衬底上，并具有pn结和由可解理表面构成的边缘，所述半导体器件包括：
半导体层的所述边缘，通过首先在所述衬底上堆叠所述半导体层，然后至少在所述半导体层的用于制造所述边缘的位置上，以超过所述pn结的深度制造解理辅助槽，并从所述解理辅助槽对所述半导体层和所述衬底进行解理而被制造，
其中，所述半导体器件是在所述边缘上具有光出口区或光入口区的光学半导体器件，并且在除用于所述边缘上的所述光出口区或所述光入口区的位置以外的位置上制造所述解理辅助槽。
13.如权利要求12的半导体器件，其特征在于，在除用于所述边缘的主部分的部分以外的位置上制造所述解理辅助槽。
14.如权利要求13的半导体器件，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于边缘主部分的部分夹在中间。
15.如权利要求12的半导体器件，其特征在于，所述半导体层由氮化物III-V化合物半导体制成。
16.如权利要求12的半导体器件，其特征在于，所述衬底不可解理、难于解理或与所述半导体层的可解理取向不同。
17.如权利要求12的半导体器件，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于所述边缘上的所述光出口区或所述光入口区的位置夹在中间。
18.如权利要求12的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件是半导体激光器，所述半导体激光器具有作为其腔体边缘的所述边缘。
19.一种用于制造半导体器件的器件制造衬底，所述半导体器件通过在衬底上堆叠可解理半导体层，并将衬底和半导体层解理而被制造，从而获得具有由所述半导体层的可解理表面构成的边缘的半导体器件，所述半导体器件包括：
至少在除用于所述边缘的主部分的部分以外、用于制造所述边缘的所述半导体层的位置的一部分中制造的解理辅助槽。
20.如权利要求19的器件制造衬底，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成将用于所述边缘的主部分的部分夹在中间。
21.如权利要求19的器件制造衬底，其特征在于，所述半导体层包括pn结，并且所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中超过所述pn结。
22.如权利要求19的器件制造衬底，其特征在于，所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中终止于用于边缘主部分的部分的正上方，并且不到达用于边缘主部分的部分。
23.如权利要求19的器件制造衬底，其特征在于，所述解理辅助槽平行于所述半导体层的所述可解理表面延伸。
24.如权利要求19的器件制造衬底，其特征在于，在与所述半导体层的所述可解理表面正交的方向上，以基本相等的间隔周期性地制造多个所述解理辅助槽。
25.如权利要求19的器件制造衬底，其特征在于，所述半导体层由氮化物III-V化合物半导体制成。
26.如权利要求19的器件制造衬底，其特征在于，所述衬底不可解理、难于解理或与所述半导体层的可解理取向不同。
27.如权利要求19的器件制造衬底，其特征在于，所述半导体器件是在所述边缘上具有光出口区或光入口区的光学半导体器件，并且在除用于所述边缘的所述光出口区或所述光入口区的部分以外的位置上制造所述解理辅助槽。
28.如权利要求27的器件制造衬底，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于所述边缘的所述光出口区或所述光入口区的部分夹在中间。
29.如权利要求27的器件制造衬底，其特征在于，所述半导体层包括pn结，并且所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中超过所述pn结。
30.如权利要求27的器件制造衬底，其特征在于，所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中终止于所述边缘的所述光出口区或所述光入口区的正上方，并且不到达所述边缘的所述光出口区或所述光入口区。
31.如权利要求27的器件制造衬底，其特征在于，所述半导体器件是半导体激光器，所述半导体激光器具有作为其腔体边缘的所述边缘。
32.如权利要求31的器件制造衬底，其特征在于，在与所述半导体层的所述可解理表面正交的方向上，以基本上与要制造的所述半导体激光器的腔体长度相同的间距，周期性地制造多个所述解理辅助槽。
33.一种用于制造半导体器件的器件制造衬底，所述半导体器件通过在衬底上堆叠包括pn结的可解理半导体层、并将衬底和半导体层解理而制造，从而获得具有由所述半导体层的可解理表面构成的边缘的半导体器件，所述半导体器件包括：
以超过所述pn结的深度，至少在用于制造所述边缘的所述半导体层的位置的一部分中制造的解理辅助槽。
34.如权利要求33的器件制造衬底，其特征在于，所述解理辅助槽被制造在除用于所述边缘的主部分的部分以外位置中。
35.如权利要求34的器件制造衬底，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于所述边缘的主部分的部分夹在中间。
36.如权利要求33的器件制造衬底，其特征在于，所述解理辅助槽平行于半导体层的所述可解理表面延伸。
37.如权利要求33的器件制造衬底，其特征在于，在与半导体层的所述可解理表面正交的方向上，以基本相等的间隔周期性地制造多个所述解理辅助槽。
38.如权利要求33的器件制造衬底，其特征在于，所述半导体层由氮化物III-V化合物半导体制成。
39.如权利要求33的器件制造衬底，其特征在于，所述衬底不可解理、难于解理或与所述半导体层的可解理取向不同。
40.如权利要求33的器件制造衬底，其特征在于，所述半导体器件是在所述边缘上具有光出口区或光入口区的光学半导体器件，并且在除用于所述边缘的所述光出口区或所述光入口区的部分以外的位置上制造所述解理辅助槽。
41.如权利要求40的器件制造衬底，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于所述边缘的所述光出口区或所述光入口区的部分夹在中间。
42.如权利要求40的器件制造衬底，其特征在于，所述半导体器件是半导体激光器，所述半导体激光器具有作为其腔体边缘的所述边缘。
43.如权利要求42的器件制造衬底，其特征在于，在与所述半导体层的所述可解理表面正交的方向上，以基本上与要制造的所述半导体激光器的腔体长度相同的间距，周期性地制造多个所述解理辅助槽。
44.一种用于制造半导体器件的方法，所述半导体器件包括堆叠在衬底上并具有由可解理表面构成的边缘的可解理半导体层，所述方法包括：
在所述衬底上堆叠所述半导体层的步骤；
至少在除用于所述边缘主部分的部分以外的、用于制造所述边缘的所述半导体层的位置中制造解理辅助槽的步骤；以及
从所述解理辅助槽将所述半导体层和所述衬底解理以在所述半导体层上制造所述边缘的步骤，
其中，所述解理辅助槽的深度部分达到侵入缓冲层。
45.如权利要求44的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于所述边缘的主部分的所述部分夹在中间。
46.如权利要求44的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述半导体层包括pn结，并且所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中超过所述pn结。
47.如权利要求44的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中终止于主部分的所述部分的正上方，并且不到达主部分的所述部分。
48.如权利要求44的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽平行于半导体层的所述可解理表面延伸。
49.如权利要求44的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，在与半导体层的所述可解理表面正交的方向上，以基本相等的间隔周期性地制造多个所述解理辅助槽。
50.如权利要求44的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述半导体层由氮化物III-V化合物半导体制成。
51.如权利要求44的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述衬底不可解理、难于解理或与所述半导体层的可解理取向不同。
52.如权利要求44的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述半导体器件是在所述边缘上具有光出口区或光入口区的光学半导体器件，并且在除用于所述边缘的所述光出口区或所述光入口区的位置以外的位置上制造所述解理辅助槽。
53.如权利要求52的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于边缘的光出口区或光入口区的所述部分夹在中间。
54.如权利要求52的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述半导体层包括pn结，并且所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中超过所述pn结。
55.如权利要求52的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽的深度至少在其一部分中终止于用于边缘的光出口区或光入口区的所述部分的正上方，并且不到达用于边缘的光出口区或光入口区的所述部分。
56.如权利要求52的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述半导体器件是半导体激光器，所述半导体激光器具有作为其腔体边缘的所述边缘。
57.如权利要求56的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，在与所述半导体层的所述可解理表面正交的方向上，以基本上与要制造的所述半导体激光器的腔体长度相同的间距，周期性地制造多个所述解理辅助槽。
58.如权利要求44的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽通过干腐蚀被制造。
59.一种用于制造半导体器件的方法，所述半导体器件具有堆叠在衬底上并具有由可解理表面构成的边缘的可解理半导体层，所述方法包括：
在所述衬底上堆叠所述半导体层的步骤；
以超过所述pn结的深度，至少在用于制造所述边缘的所述半导体层的位置中制造解理辅助槽的步骤；以及
从所述解理辅助槽将所述半导体层和所述衬底解理以在所述半导体层上制造所述边缘的步骤，
其中，所述半导体器件是在所述边缘上具有光出口区或光入口区的光学半导体器件，并且在除用于边缘的所述光出口区或所述光入口区的部分以外的位置上制造所述解理辅助槽。
60.如权利要求59的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽被制造在除用于所述边缘的主部分的部分以外位置中。
61.如权利要求60的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于边缘的主部分的所述部分夹在中间。
62.如权利要求59的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽平行于半导体层的所述可解理表面延伸。
63.如权利要求59的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，在与半导体层的所述可解理表面正交的方向上，以基本相等的间隔周期性地制造多个所述解理辅助槽。
64.如权利要求59的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述半导体层由氮化物III-V化合物半导体制成。
65.如权利要求59的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述衬底不可解理、难于解理或与所述半导体层的可解理取向不同。
66.如权利要求59的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽被制造成从相对两侧将用于边缘的光出口区或光入口区的所述部分夹在中间。
67.如权利要求59的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述半导体器件是半导体激光器，所述半导体激光器具有作为其腔体边缘的所述边缘。
68.如权利要求67的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，以基本上与要制造的所述半导体激光器的腔体长度相同的间距，周期性地制造多个所述解理辅助槽。
69.如权利要求59的用于制造半导体器件的方法，其特征在于，所述解理辅助槽通过干腐蚀被制造。
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