CN101901860A - 氮化物半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化物半导体发光元件及其制造方法。该元件包括：包括位错束集中区的n型氮化物半导体衬底；和在所述n型氮化物半导体衬底上的氮化物半导体堆叠体，具有按以下顺序的n型氮化物半导体层、有源层和p型氮化物半导体层，所述氮化物半导体发光元件具有：在对应于所述位错束集中区的所述氮化物半导体堆叠体的区中的电介质区，提供与部分所述p型氮化物半导体层和部分所述电介质区接触的p型电极，和所述n型氮化物半导体衬底的其上提供所述氮化物半导体堆叠体的侧相对的侧上提供的n型电极。

Description

氮化物半导体发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
传统上已知一种半导体发光元件，其利用通过施加电压至其中n型化合物半导体层和p型化合物半导体层用插入其间的有源层结合的半导体发光元件，并且由此将在n型化合物半导体层中所包括的电子与在p型化合物半导体层中所包括的空穴复合而产生的光发射。
作为半导体发光元件，例如，发光二极管(LED)元件可以从市场上获得。由于发光二极管元件利用其中电子和空穴有效地复合的直接转变型半导体，所以它具有极高的发光效率。因而，当前发光二极管元件被用于家用电子设备的显示器，道路上的交通信号的指示，照明等等。
用于上述显示和照明的白发光二极管设备通过结合蓝发光二极管元件和在黄区中具有荧光波长的例如YAG(钇铝石榴石)的荧光体而被制造。
这里，作为蓝发光二极管元件，氮化物半导体层的堆叠体被使用。氮化物半导体层的堆叠体通常实际应用作为蓝发光二极管元件，蓝发光二极管元件具有其中n型GaN层、有源层、和p型GaN层按顺序在蓝宝石衬底上堆叠的结构。由于蓝宝石衬底是绝缘体，所以进行蚀刻以从p型GaN层到达至少n型GaN层，并且与n型GaN层欧姆接触的n型电极被提供于n型GaN层的被暴露的表面上。
此外，使用氮化镓(GaN)衬底替代上述蓝宝石衬底的蓝发光二极管元件近年来也被提出(例如见专利文件1(日本特开公报No.2006-156509)。
图16A显示用于制造作为传统蓝发光二极管元件的一种类型的专利文件1中描述的GaN基LED的n型GaN衬底的示意平面图，且图16B显示沿图16A中的XVIb-XVIb所取的示意截面图。
如在图16A中所示出的，在用于制造在专利文件1中所述的GaN基LED的n型GaN衬底101的表面上，以在一方向中延伸的线的形状的位错束集中区108被周期性地布置。如在图16B中所示出的，位错束集中区108的侧表面对于n型GaN衬底101的表面被倾斜。在专利文件1中所述的GaN基LED在由图16A中的虚线所围绕的n型GaN衬底的表面区中被制造。
图17A显示专利文件1中描述的GaN基LED的示意平面图，且图17B显示沿图17A中的XVIIb-XVIIb所取的示意截面图。
在专利文件1中所述的GaN基LED具有一种结构，其中n型GaN基半导体层102、有源层103、和p型GaN基半导体层104以该顺序被堆叠于在图16A和16B中所示出的n型GaN衬底101的表面上，p侧电极106形成于p型GaN基半导体层104的表面上，并且n侧电极105形成于n型GaN基半导体层102的表面上从而围绕p侧电极106的周边部。
在专利文件1中所述的GaN基LED中，位于n型GaN衬底101的位错束集中区108上方的n型GaN基半导体层102、有源层103、和p型GaN基半导体层104的部分被分别地去除，并且n侧电极105被形成于位于位错束集中区108上方的n型GaN基半导体层102的表面中。
在具有如上所述的结构的专利文件1中所述的GaN基LED中，为p侧电极106下面的有源层103的区的发光区，不位于位错束集中区108上方。因而，旨在可以避免例如归因于位错束集中区108的短路失效的对于元件的不利影响，以及减小n侧电极105和n型GaN基半导体层102之间的串连电阻，并且因而可以减小元件的工作电压。
发明内容
本发明是一种氮化物半导体发光元件，其包括：包括位错束集中区的n型氮化物半导体衬底；和在所述n型氮化物半导体衬底上的氮化物半导体堆叠体，具有按该顺序的n型氮化物半导体层、有源层和p型氮化物半导体层，所述氮化物半导体发光元件具有：在对应于所述位错束集中区的所述氮化物半导体堆叠体的区中的电介质区，提供与部分所述p型氮化物半导体层和部分所述电介质区接触的p型电极，和所述n型氮化物半导体衬底的其上提供所述氮化物半导体堆叠体的侧相对的侧上提供的n型电极。
优选的，在本发明的氮化物半导体发光元件中，位错束集中区的表面以点和线至少之一的形状形成。
优选地，在本发明的氮化物半导体发光元件中，至少部分所述p型电极沿所述电介质区被布置。
优选地，在本发明的氮化物半导体发光元件中，所述电介质区包括单层膜或者通过堆叠多个所述单层膜而形成的多层膜，该单层膜包括选自由氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化锆、和氧化铪构成的组的至少一电介质。
另外，优选地，在本发明的氮化物半导体发光元件中，所述位错束集中区可以被周期性地布置于所述n型氮化物半导体衬底的表面中。优选地，所述位错束集中区以不小于100μm并且不大于1000μm的周期性间隔被布置。
另外，在本发明的氮化物半导体发光元件中，所述位错束集中区可以被随机地布置于所述n型氮化物半导体衬底的表面中。
本发明是一种上述的氮化物半导体发光元件的制造方法，该制造方法包括：通过在包括所述位错束集中区的所述n型氮化物半导体衬底上按照以下顺序堆叠所述n型氮化物半导体层，所述有源层，和所述p型氮化物半导体层而形成所述氮化物半导体堆叠体；通过蚀刻对应于所述位错束集中区的所述氮化物半导体堆叠体的区而在所述氮化物半导体堆叠体中形成孔；并且通过在所述氮化物半导体堆叠体中在所述孔中嵌入电介质而形成所述电介质区。
优选地，在本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法，所述蚀刻通过使用氢氧化钾水溶液湿法蚀刻所述氮化物半导体堆叠体而进行。
根据本发明，可以提供具有包括位错束集中区的氮化物半导体衬底的氮化物半导体发光元件及其制造方法，该元件的发光区域可以具有较大的面积。
本发明的前述和其他目的、特征、方面和优点当结合附图时将从以下本发明的详细描述变得明显。
附图说明
图1A是作为本发明的示例性氮化物半导体发光元件的实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的示意平面图。
图1B是沿图1A中的Ib-Ib所取的示意截面图。
图2A是用于制造实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的示范性n型氮化物半导体衬底的示意平面图。
图2B是沿图2A中的IIb-IIb所取的示意截面图。
图3是示出制造实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的示范性方法的制造工艺的一部分的示意截面图。
图4是示出制造实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的示范性方法的制造工艺的另一部分的示意截面图。
图5是示出制造实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的示范性方法的制造工艺的另一部分的示意截面图。
图6是示出制造实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的示范性方法的制造工艺的另一部分的示意截面图。
图7是示出制造实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的示范性方法的制造工艺的另一部分的示意截面图。
图8是示出制造实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的示范性方法的制造工艺的另一部分的示意截面图。
图9A是作为本发明的另一示例性氮化物半导体发光元件的实施例2的氮化物导电体发光二极管元件的示意平面图。
图9B是沿图9A中的IXb-IXb所取的示意截面图。
图10A是用于制造实施例2的氮化物导电体发光二极管元件的示范性n型氮化物半导体衬底的示意平面图。
图10B是沿图10A中的Xb-Xb所取的示意截面图。
图11是在实施例2的氮化物半导体发光二极管元件的制造过程中的晶片的示意截面图。
图12A是作为本发明的另一示例性氮化物半导体发光元件的实施例3的氮化物导电体发光二极管元件的示意平面图。
图12B是沿图12A中的XIIb-XIIb所取的示意截面图。
图13是作为本发明的另一示例性氮化物半导体发光元件的实施例4的氮化物导电体发光二极管元件的示意截面图。
图14A是用于制造实施例4的氮化物导电体发光二极管元件的示范性n型氮化物半导体衬底的示意平面图。
图14B是沿图14A中的XIVb-XIVb所取的示意截面图。
图15是在实施例4的氮化物半导体发光二极管元件的制造过程中的晶片的示意截面图。
图16A是用于制造作为传统蓝发光二极管元件的一种类型的专利文件1中描述的GaN基LED的n型GaN衬底的示意平面图。
图16B是沿图16A中的XVIb-XVIb所取的示意截面图。
图17A是专利文件1中描述的GaN基LED的示意平面图。
图17B是沿图17A中的XVIIb-XVIIb所取的示意截面图。
具体实施方式
以下，将描述本发明的实施例。在本发明的附图中，相同或者对应的部件将由相同的参考标号所指示。
<实施例1>
图1A是作为本发明的示例性氮化物半导体发光元件的实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的示意平面图，且图1B是沿图1A中的Ib-Ib所取的示意截面图。
如在图1B中所示出的，实施例1的氮化物半导体发光二极管元件具有n型氮化物半导体衬底1和氮化物半导体堆叠体11，n型氮化物半导体衬底1具有位错束集中区8，和通过在其中形成位错束集中区8的n型氮化物半导体衬底1的表面上以该顺序堆叠n型氮化物半导体层2、有源层3、和p型氮化物半导体层4而形成的氮化物半导体堆叠体11。
作为其中电介质被嵌入的区的电介质区7被形成于对应于位错束集中区8的氮化物半导体堆叠体11的区12(被图1B中的虚线所围绕的区)的部分中。
此外，p型电极6沿p型氮化物半导体层4的表面和形成起氮化物半导体堆叠体11的最上表面的电介质区7的表面的部分形成。n型电极5形成于与其上形成氮化物半导体堆叠体11的侧相对侧(即，与其上形成位错束集中区8的侧相对的侧的表面上)的n型氮化物半导体衬底1的表面上。p型电极6与p型氮化物半导体层4欧姆接触，并且n型电极5与n型氮化物半导体衬底1欧姆接触。
此外，如在图1A中所示出的，点状位错束集中区8在从氮化物半导体堆叠体11暴露的n型氮化物半导体衬底1的周边部中被暴露。
作为n型氮化物半导体衬底1，例如，由传统已知的n型氮化物半导体制成的衬底可以被使用。例如，通过以n型杂质掺杂、由公式Alx1Iny1Gaz1N(0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤z1≤1，x1+y1+z1≠0)所代表的氮化物半导体晶体而形成的衬底可以被使用。注意到，在上述公式中，Al代表铝，In代表铟，Ga代表镓，x1代表Al的成分比，y1代表In的成分比，并且z1代表Ga的成份比。此外，作为n型杂质，例如，硅和/或锗等等可以被使用。
这里，位错束集中区8是其中晶体缺陷位于n型氮化物半导体衬底1的表面中的区，并且可以例如通过用光学显微镜等等观察而被识别的区域。
作为n型氮化物半导体层2，例如，传统已知的n型氮化物半导体可以被使用。例如，通过以n型杂质掺杂的、由公式Alx2Iny2Gaz2N(0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤z2≤1，x2+y2+z2≠0)所代表的氮化物半导体晶体而形成单层或者多层可以被使用。注意到，在上述公式中，Al代表铝，In代表铟，Ga代表镓，x2代表A1的成分比，y2代表In的成分比，并且z2代表Ga的成份比。此外，作为n型杂质，例如，硅和/或锗等等可以被使用。
作为有源层3，例如，传统已知的氮化物半导体可以被使用。例如，由未掺杂的、由公式Alx3Iny3Gaz3N(0≤x3≤1，0≤y3≤1，0≤z3≤1，x3+y3+z3≠0)所代表的氮化物半导体晶体或者由掺杂以至少一p型杂质和n型杂质的由所述公式所代表的氮化物半导体晶体所形成的单层或者多层可以被使用。注意到，在上述公式中，Al代表铝，In代表铟，Ga代表镓，x3代表Al的成分比，y3代表In的成分比，并且z3代表Ga的成份比。此外，有源层3可以被配置以便具有传统已知的单量子阱(SQW)结构或者多量子阱(MQW)结构。
作为p型氮化物半导体层4，例如传统已知的p型氮化物半导体可以被使用。例如，通过以p型杂质掺杂的、由公式Alx4Iny4Gaz4N(0≤x4≤1，0≤y4≤1，0≤z4≤1，x4+y4+z4≠0)所代表的氮化物半导体晶体而形成的单层或者多层可以被使用。注意到，在上述公式中，Al代表铝，In代表铟，Ga代表镓，x4代表Al的成分比，y4代表In的成分比，并且z4代表Ga的成份比。此外，作为p型杂质，例如，镁和/或锌等等可以被使用。
作为n型电极5，例如可以使用单金属层或通过堆叠多个该单金属层而形成的多层，单金属层包括选自由Au(金)、Ag(银)、Pt(铂)、Ti(钛)、Pd(钯)、Al(铝)、和Ni(镍)构成的组的至少之一。
作为p型电极6，例如可以使用单金属层或者通过堆叠多个该单金属层而形成的多层，单金属层包括选自由Au、Ag、Pt、Ti、Pd、Al、和Ni构成的组的至少之一。
作为用于电介质区7的电介质，可以使用传统已知的电介质。例如可以使用单层膜或者通过堆叠多个该单层膜而形成的多层膜，单层膜包括选自由氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化锆、和氧化铪构成的组的电介质。
例如如下所述，可以制造实施例1的氮化物半导体发光二极管元件。
首先，具有在图2A和2B中所示出的结构的n型氮化物半导体衬底1被制备。图2A是用于制造实施例1的氮化物导电体发光二极管元件的n型氮化物半导体衬底的示意平面图。图2B是沿图2A中的IIb-IIb所取的示意截面图。由图2A中的虚线所围绕的区代表其中形成实施例1的氮化物半导体发光二极管元件的n型氮化物半导体衬底的表面区。
多个点状位错束集中区8形成于n型半导体衬底1的表面中，并且形成于n型氮化物半导体衬底1中的多个位错束集中区8以间隔P1被周期性地布置。通过周期性地布置位错束集中区8，可以均匀地减小对应于位错束集中区8的区12之外的氮化物半导体堆叠体11的区中的平均缺陷密度。因而，可以制造在区12之外的氮化物半导体堆叠体11的区中结晶度均匀方面杰出的氮化物半导体堆叠体11。
位错束集中区8之间的周期性间隔P1可以被设置为例如不小于100μm并且不大于1000μm。
无需说，位错束集中区8之间的所有周期性间隔P1可以是相同的以便能够在本发明中位错束集中区8被周期性地布置。然而，不必所有的周期性间隔P1都是相同的，只要位错束集中区8之间的周期性间隔的最大值和最小值之间的差异的绝对值不大于500μm。
此外，虽然位错束集中区8的表面的形状不受到具体的限制，但是优选位错束集中区8的表面为点和/或线的形状，因为存在一种增加的趋势，即对应于位错束集中区8的区12之外的氮化物半导体堆叠体11的区中的平均缺陷密度可以被减小。就进一步减小对应于位错束集中区8的区12之外的氮化物半导体堆叠体11的区中的平均缺陷密度而言，更加优选的是位错束集中区8的表面为线的形状。
注意到氮化物半导体堆叠体11中的平均缺陷密度受到氮化物半导体堆叠体11的区12中的缺陷密度的巨大的影响，区12中从氮化物半导体衬底1的表面中位错束集中区8连续的缺陷以集中的方式形成(即，缺陷集中区)。
接着，如在图3的示意性截面图中所示出的，在n型氮化物半导体衬底1的在其中形成位错束集中区8的表面上，通过以该顺序堆叠n性氮化物半导体层2、有源层3、和p性氮化物半导体层4而形成氮化物半导体堆叠体11。
这里，可以形成n型氮化物半导体层2、有源层3、和p型氮化物半导体层4，例如，通过设置n型氮化物半导体衬底1于MOCVD(金属有机化学气相沉积)设备中并且此后通过MOCVD法生长氮化物半导体晶体。
在生长构成n型氮化物半导体层2、有源层3、和p型氮化物半导体层4的对应的氮化物半导体晶体时，缺陷以集中的方式形成于位错束集中区8的上方的氮化物半导体堆叠体11的区12中，以便在n型氮化物半导体衬底1的表面中从位错束集中区8连续。由此，氮化物半导体堆叠体11的区12变为缺陷集中区。
此后，通过热处理其中氮化物半导体堆叠体11形成于n型氮化物半导体衬底1的表面上的晶片，p型氮化物半导体层4被退火。
随后，如在图4的示意性截面图中所示出的，具有预定开口的保护掩模9形成于氮化物半导体堆叠体11的表面上。开口被提供于保护掩模9中，使得作为缺陷集中区的氮化物半导体堆叠体11的区12的表面的至少一部分被暴露。
作为保护掩模9，例如，光致抗蚀剂、金属、绝缘体等等对后面描述的蚀刻溶液有抵抗性可以被使用。
接着，如在图5的示意性截面图中所示出的，从氮化物半导体堆叠体11上的保护掩模9中的开口所暴露的氮化物半导体堆叠体11的一部分被蚀刻和去除，并且由此孔10形成于氮化物半导体堆叠体11中。此后，整个保护掩模9被去除。
这里，孔10通过蚀刻形成于氮化物半导体堆叠体11中，使得部分p型氮化物半导体层4、部分有源层3、和部分n型氮化物半导体层2在氮化物半导体堆叠体11的厚度方向中被分别去除。
此外，可以进行氮化物半导体堆叠体11的蚀刻，例如，通过湿法蚀刻和/或干法蚀刻，并且具体地优选通过使用氢氧化钾的水溶液作为蚀刻溶液的湿法蚀刻进行氮化物半导体堆叠体11的蚀刻。当通过使用氢氧化钾的水溶液作为蚀刻溶液的湿法蚀刻进行氮化物半导体堆叠体11的蚀刻时，存在氮化物半导体堆叠体11可以容易地并且在短时间内被有效地蚀刻的趋势。由于当与氮化物半导体衬底1的表面中位错束集中区8之外的区上方的氮化物半导体堆叠体11的区相比时，作为氮化物半导体堆叠体11的缺陷集中区的区12具有高蚀刻率，所以氮化物半导体堆叠体11可以通过湿法蚀刻被去除。尤其，当具有蚀刻各向异性的蚀刻溶液例如氢氧化钠的水溶液被使用时，氮化物半导体堆叠体11可以被有效地蚀刻。
随后，如在图6的示意性截面图中所示出的，电介质区7通过在氮化物半导体堆叠体11中形成的孔10的至少一部分中嵌入电介质而形成。
作为用于形成电介质区7的电介质，例如，可以使用传统已知的电介质，并且就在孔10中布置具有高绝缘效果的电介质从而避免从孔10中的n型氮化物半导体层2、有源层3、和p型氮化物半导体层4的侧表面电流泄漏而言，特别优选使用包括选自由氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化锆、和氧化铪的组的至少一电介质的单层膜，或者通过堆叠多个该单层膜而形成的多层膜。
例如，如下所述可以形成电介质区7。首先，由例如氧化硅的单层膜制成的电介质形成于作为氮化物半导体堆叠体11的最上表面的p型氮化物半导体层4的整个表面的上方，使得至少部分孔10被填充。这里，例如，通过等离子体化学气相沉积(CVD)法或者溅射法，可以形成作为电介质的氧化硅的单层膜。尤其优选等离子体CVD法以便形成具有良好绝缘性能的电介质区7。
形成电介质的方法不局限于上述方法，并且电介质可以以适于各电介质的方法形成。
接着，例如光致抗蚀剂的保护掩模被提供于如上所述形成的氧化硅的单层膜的表面上。这里，提供保护掩模以暴露对应于电介质区7的氧化硅的单层膜的表面区之外的区并且覆盖对应于电介质区7的氧化硅的单层膜的表面区。
最后，由保护掩模暴露的氧化硅的单层膜的区以例如氟化氢的水溶液的蚀刻溶液被去除，并且由此通过在至少部分孔10中嵌入电介质而形成的电介质区7形成。
用于形成电介质区7的蚀刻溶液也不局限于氟化氢的水溶液，并且适于各电介质的蚀刻溶液可以被使用。
图7示出了形成上述电介质区7之后的氮化物半导体堆叠体11的表面的示意性平面图。这里，电介质区7被提供于氮化物半导体堆叠体11的表面的中心中，并且电介质区7的表面以圆的形状形成。
接着，如在图8的示意性截面图中所示出的，通过去除氮化物半导体堆叠体11的周边区，n型氮化物半导体衬底1的表面被暴露，并且元件分离槽13形成。
这里，可以通过在氮化物半导体堆叠体11的表面上提供在氮化物半导体堆叠体11的周边边缘具有开口的保护掩模，并且此后通过例如干法蚀刻等去除氮化物半导体堆叠体11的周边边缘而形成元件分离槽13。
但是，在元件分离槽13与电介质区7的形成同时形成的情形中不必进行该步骤。
随后，形成p型电极6以便覆盖电介质区7的表面并且还覆盖部分p型氮化物半导体层4的表面。这里，可以形成p型电极6，例如，通过真空沉积法，溅射法等等。
接着，在n型氮化物半导体衬底1的整个后表面上方，在与其上提供氮化物半导体堆叠体11的侧相对的侧上，形成n型电极5。
最后，通过用激光束或者金刚石笔划片或者沿元件分离槽13用刀片切割，进行多个芯片的分割，并且因而制造对应于各被单独的芯片的实施例1中的氮化物半导体发光二极管元件。
虽然包括位错束集中区8的n型氮化物半导体衬底1被包括在如上所述制造的实施例1的氮化物半导体发光二极管元件中，但是无需提供通过去除位于位错束集中区8上方的p型氮化物半导体层4、有源层3、和部分n型氮化物半导体层2而形成n型电极的区，如在专利文件1中所描述的传统GaN基LED。因而，有源层3中的发光区可以具有较大的面积。
此外，在实施例1的氮化物半导体发光二极管元件中，电介质区形成于作为电流泄漏路径的至少部分的缺陷集中区(氮化物半导体堆叠体11的区12)，并且p型电极6形成以与电介质区7的表面和作为氮化物半导体堆叠体11的最上表面的部分p型氮化物半导体层4接触。由此，改善静电放电(ESD)，并且因而可以改善元件的可靠性。
此外，由于在实施例1的氮化物半导体发光二极管元件中电介质区7直接形成于p型电极6的下面，所以可以避免电流流过p型电极6紧下面的区。这可以避免其中p型电极6紧下面产生的光被p型电极6所吸收并且因而不可以被提取的情形的出现。因而，氮化物半导体发光二极管元件可以具有改善了的光提取效率。
另外，随着位错束集中区8之间的周期性间隔P1的减小，可以减小位错束集中区8上方的氮化物半导体堆叠体11的区12之外的区中的平均缺陷密度，而提高位错束集中区8上方的氮化物半导体堆叠体11的区12(缺陷集中区)中的平均缺陷密度。因而，变得难于有效地利用氮化物半导体堆叠体11的缺陷集中区。
因为该原因，在实施例1的氮化物半导体发光二极管元件中，至少部分位错束集中区8直接上方的氮化物半导体堆叠体11的缺陷集中区(区12)通过蚀刻被去除从而形成电介质区7，并且扩散电流的电极被布置于电介质区7上。由此，氮化物半导体堆叠体11的缺陷集中区可以被有效地利用。
<实施例2>
图9A示出了作为本发明的另一示范性氮化物半导体发光元件的实施例2的氮化物半导体发光二极管元件的示意性平面图，并且图9B示出了沿图9A中IXb-IXb所取的示意性截面图。
实施例2的氮化物半导体发光二极管元件具有与实施例1的氮化物半导体发光二极管元件基本相同的结构，并且其特征在于，n型氮化物半导体衬底1中位错束集中区8之间的周期性间隔小于实施例1的氮化物半导体发光二极管元件的间隔。
由于n型氮化物半导体衬底1的表面中位错束集中区8之间的周期性间隔在实施例2的氮化物半导体发光二极管元件中较小，所以当与实施例1的氮化物半导体发光二极管元件相比时，对应于位错束集中区8的氮化物半导体堆叠体11的区12之外的区中的平均缺陷密度可以被进一步减小，并且因而可以形成晶体品质杰出的有源层3中的发光区。
在实施例2的氮化物半导体发光二极管元件中，由于位错束集中区8之间的周期性间隔较小并且因而电介质区7之间的周期性间隔也较小，所以与电介质区7的表面接触的p型电极6的形状也被改变。
例如如下所述可以制造实施例2的氮化物半导体发光二极管元件。
首先，具有在图10A和10B中所示出的结构的n型氮化物半导体衬底1被制备。图10A示出了用于制造实施例2的氮化物半导体发光二极管元件的n型氮化物半导体衬底1的示意性平面图，并且图10B示出了沿图10A中的Xb-Xb所取的示意性截面图。
多个点状位错束集中区8形成于n型半导体衬底1的表面中，并且形成于n型氮化物半导体衬底1中的多个位错束集中区8以间隔P2被周期性地布置。在本实施例中的位错束集中区8之间的周期性间隔P2小于在实施例1中的位错束集中区8之间的周期性间隔P1。
由于具有比由图1A中的虚线所围绕的面积大的被在图10A中的矩形实线所围绕的区可以作为其中形成实施例2的氮化物半导体发光二极管元件的n型氮化物半导体衬底1的表面区，所以当与实施例1的氮化物半导体发光二极管元件相比时，实施例2的氮化物半导体发光二极管元件中发光区可以具有更大的面积。
此后，实施例2的氮化物半导体发光二极管元件可以如实施例1的氮化物半导体发光二极管元件被制造。
图11示出了实施例2的氮化物半导体发光二极管元件制造过程中晶片的示意性截面图。形成在图11中所示出的晶片，使得多个(在本实施例中9个)电介质区7被提供于实施例2的各氮化物半导体发光二极管元件中。
由于在本实施例中上述之外的描述与实施例1中的相同，所以该描述在此不再重复。
<实施例3>
图12A示出了作为本发明的又一示范性氮化物半导体发光元件的实施例3的氮化物半导体发光二极管元件的示意性平面图，并且图12B示出了沿图12A中XIIb-XIIb所取的示意性截面图。
实施例3的氮化物半导体发光二极管元件与实施例2的氮化物半导体发光二极管元件的差别在于，n型氮化物半导体衬底1的表面中位错束集中区8的表面以在沿n型氮化物半导体衬底1的表面在一方向中延伸的线的形状形成，替代点。
由于线位错束集中区8具有比点状位错束集中区8大的面积，更多的缺陷集中于对应于位错束集中区8的氮化物半导体堆叠体11的区12中，并且氮化物半导体堆叠体11的区12之外的区中的平均缺陷密度可以被进一步减小。因而，可以形成比实施例2的氮化物半导体发光二极管元件在在晶体品质方面更为杰出的有源层3中的发光区。
此外，在实施例3的氮化物半导体发光二极管元件中，由于位错束集中区的表面为线的形状并且因而电介质区7的表面也为线的形状，所以具有线形状的电流非注入区可以被制造于p型线电极6的紧下面。由此，在实施例3的氮化物半导体发光二极管元件中，当与其中位错束集中区8的表面为点的形状的实施例2的氮化物半导体发光二极管元件相比时，光提取效率可以被进一步提高。
除了以线的形状形成电介质区7的表面之外，实施例3的氮化物半导体发光二极管元件可以如实施例2的氮化物半导体发光二极管元件被制造。
由于在本实施例中上述之外的描述与实施例2中的相同，所以该描述在此不再重复。
<实施例4>
图13示出了作为本发明另一示范性氮化物半导体发光元件的实施例4的氮化物半导体发光二极管元件的示意性截面图。实施例4的氮化物半导体发光二极管元件的特征在于，位错束集中区8在n型氮化物半导体衬底1的表面中随机形成。
尽管当与其中n型氮化物半导体衬底1中位错束集中区8的表面为点和/或线形状的实施例1至3中所使用的n型氮化物半导体衬底1相比时，对应于位错束集中区8的氮化物半导体堆叠体11的区12之外的区中的平均缺陷密度减小，n型氮化物半导体衬底1自身可以以低成本获得。
例如如下所述可以制造实施例4的氮化物半导体发光二极管元件。
首先，具有在图14A和14B中所示出的结构的n型氮化物半导体衬底1被制备。图14A示出了用于制造实施例4的氮化物半导体发光二极管元件的n型氮化物半导体衬底1的示意性平面图，并且图14B示出了沿图14A中的XIVb-XIVb所取的示意性截面图。
在用于制造实施例4的氮化物半导体发光二极管元件的n型氮化物半导体衬底1的表面中，多个点状位错束集中区8被随机地形成。
此后，实施例4的氮化物半导体发光二极管元件可以与实施例1至3的氮化物半导体发光二极管元件被制造。
图15示出了在实施例4的氮化物半导体发光二极管元件的制造过程中晶片的示意性截面图。在图15中所示出的晶片中，电介质区7形成于位于在n型氮化物半导体衬底1的表面中随机形成的点状位错束集中区8上方的区中。
这里，例如，通过使用例如氢氧化钾的水溶液等的蚀刻溶液的湿法蚀刻去除起电流泄漏路径作用的氮化物半导体堆叠体11的区12而形成孔，并且在孔中嵌入例如氧化硅的电介质，可以形成电介质区7。
此外，例如，通过在具有如上述形成于其中孔的氮化物半导体堆叠体11的整个表面上形成例如氧化硅的电介质层，并且随后通过化学机械抛光(CMP)等去除氮化物半导体堆叠体11的表面上的电介质层而仅保留嵌入于孔中的电介质层，可以嵌入电介质。
由于在本实施例中上述之外的描述与实施例1至3中的相同，所以该描述在此不再重复。
本发明可以应用于氮化物半导体发光元件及其制造方法，并且尤其适于氮化物半导体发光二极管元件及其制造方法。
尽管本发明已经被详细描述和示出，但是应当清楚地理解，其仅是通过说明和示例的方式而不是通过限制的方式，本发明的范围由所附权利要求的款项所解释。

Claims (9)

1.一种氮化物半导体发光元件，包括：
包括位错束集中区的n型氮化物半导体衬底；和
在所述n型氮化物半导体衬底上的氮化物半导体堆叠体，具有按该顺序的n型氮化物半导体层、有源层和p型氮化物半导体层，
所述氮化物半导体发光元件具有：
在对应于所述位错束集中区的所述氮化物半导体堆叠体的区中的电介质区，
提供与部分所述p型氮化物半导体层和部分所述电介质区接触的p型电极，和
所述n型氮化物半导体衬底的其上提供所述氮化物半导体堆叠体的侧相对的侧上提供的n型电极。
2.根据权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中所述位错束集中区的表面形成为点和线至少之一的形状。
3.根据权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中至少部分所述p型电极沿所述电介质区布置。
4.根据权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中所述电介质区包括单层膜或者通过堆叠多个所述单层膜而形成的多层膜，该单层膜包括选自由氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化锆、和氧化铪构成的组的至少一电介质。
5.根据权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中所述位错束集中区被周期性地布置于所述n型氮化物半导体衬底的表面中。
6.根据权利要求5的氮化物半导体发光元件，其中所述位错束集中区以不小于100μm并且不大于1000μm的周期性间隔被布置。
7.根据权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中所述位错束集中区被随机地布置于所述n型氮化物半导体衬底的表面中。
8.一种如权利要求1中所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，包括：
通过在包括所述位错束集中区的所述n型氮化物半导体衬底上按照以下顺序堆叠所述n型氮化物半导体层，所述有源层，和所述p型氮化物半导体层而形成所述氮化物半导体堆叠体；
通过蚀刻对应于所述位错束集中区的所述氮化物半导体堆叠体的区而在所述氮化物半导体堆叠体中形成孔；并且
通过在所述氮化物半导体堆叠体中的所述孔中嵌入电介质而形成所述电介质区。
9.根据权利要求8的氮化物半导体发光元件的制造方法，其中所述蚀刻通过使用氢氧化钾水溶液湿法蚀刻所述氮化物半导体堆叠体而进行。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108054256A (zh) * 2017-12-13 2018-05-18 扬州乾照光电有限公司 一种led发光芯片及加工方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4786730B2 (ja) * 2009-05-28 2011-10-05 シャープ株式会社 電界効果型トランジスタおよびその製造方法
JP2013093412A (ja) 2011-10-25 2013-05-16 Showa Denko Kk 発光ダイオード、発光ダイオードの製造方法、発光ダイオードランプ及び照明装置
US9184344B2 (en) * 2012-01-25 2015-11-10 Invenlux Limited Lighting-emitting device with nanostructured layer and method for fabricating the same
JP5990014B2 (ja) * 2012-03-13 2016-09-07 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
JP5462333B1 (ja) * 2012-09-21 2014-04-02 株式会社東芝 半導体発光素子及びその製造方法
FR3060837B1 (fr) * 2016-12-15 2019-05-10 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de fabrication d'un dispositif comprenant une couche de materiau iii-n avec des defauts de surface

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1391293A (zh) * 2001-06-12 2003-01-15 先锋株式会社 氮化物半导体器件及其制造方法
CN1675809A (zh) * 2002-06-20 2005-09-28 索尼株式会社 GaN基半导体器件
JP2006156509A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Sony Corp 半導体装置
JP2008091608A (ja) * 2006-10-02 2008-04-17 Sony Corp 発光ダイオードおよびその製造方法ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器ならびに電子装置およびその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4266694B2 (ja) * 2003-04-28 2009-05-20 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子および光学装置
US7795630B2 (en) * 2003-08-07 2010-09-14 Panasonic Corporation Semiconductor device with oxidized regions and method for fabricating the same
JP4935075B2 (ja) * 2006-01-05 2012-05-23 住友電気工業株式会社 電極一体形成型窒化物系半導体装置
JP4915218B2 (ja) * 2006-11-17 2012-04-11 ソニー株式会社 発光ダイオードの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1391293A (zh) * 2001-06-12 2003-01-15 先锋株式会社 氮化物半导体器件及其制造方法
CN1675809A (zh) * 2002-06-20 2005-09-28 索尼株式会社 GaN基半导体器件
JP2006156509A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Sony Corp 半導体装置
JP2008091608A (ja) * 2006-10-02 2008-04-17 Sony Corp 発光ダイオードおよびその製造方法ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器ならびに電子装置およびその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108054256A (zh) * 2017-12-13 2018-05-18 扬州乾照光电有限公司 一种led发光芯片及加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
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