TW385582B

TW385582B - Gallium nitride group compound semiconductor light-emitting device and method for producing the same

Info

Publication number: TW385582B
Application number: TW087106810A
Authority: TW
Inventors: Toshio Hata
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1998-05-02
Publication date: 2000-03-21
Also published as: US6215803B1; KR19980087225A; KR100303963B1; JP3957359B2; JPH10321962A

Description

經濟部中央標準局貝工消费合作社印？木 kl ------B7 五、發明説明（！） . 一·--- 發明背景 1 發明釋域：並：發明是.有關於-種氮化鎵族化合物半導體發光裝置及 ::二万法。本發明尤其是有關於—種適合當作氮化鎵族 &物+導體雷射與氮化鎵族化合物半導體發光二極體的 :化鎵族化合物半導體發光裝置，能發出光譜上藍光區到紫外光區的光來；以及製造這種裝置的方法。 2.相關技術説明：、圖7顯示習用化合物半導體雷射裝置的其中一個實例。該: 化σ物半導體雷射裝置是一種InGaA1P.族化合物半導體雷射，具有内部電流阻隔層。這種半導體雷射在曰本專利，Laid-Open Publication No· 62-2007 86 中被揭露過。這種半導體雷射的結構現在將與其製造方法一起做説明。首先’在金屬有機化學氣相沉積（MOCVD)裝置内，將 N-型GaAs缓衝層201，N-型InGaP緩衝層202與N-型 InGaAlP披覆層203，依序在N-型GaAs基底200上形成。然後，InGaP主動層204在N-型InGaAlP披覆層203上形成0 接著，.包含蝕刻防止層205，，P-型InGaAlP接觸層206 與P·型GaAs接觸層207的P-型InGaAlP披覆層205(205a 與205b) ’在InGaP主動層204上形成。然後，依序形成N -型GaAs電流阻隔層208與P-型GaAs 接觸層207(207a與207b)。據此，形成P-侧電極209與N- 側電極2 1 0。以這種方式，完成具有波導結構以及内部電流 m I ml m ml ml 1— I I f— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本莧)

-11T # 1 4- 本紙張度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X 297公釐） — 經濟部中央標举局員工消费合作社印？4 A7 B7 五、發明説明（2 ) 阻隔層的InGaAIP化合物半導體雷射裝置。這種丨nGaAlP化合物半導體雷射裝.置.由於其製造方法，而具有以下的問題。更特別的是，製造這種化合物半導體雷射裝置的方法，在製造過程中（亦即，在接觸層206形成後），所需要的步驟有，從Μ Ο C V D裝置中取出具有堆疊半導體層（亦即晶圓）的 Ν-型GaAs基底200;用濕式蝕刻或乾式蝕刻法，蝕刻掉卜型InGaAlP披覆層205，以形成帶狀突出物；將具曝露？_ 型InGaAlP披覆層205表.面的.晶.圓再次放入m〇cVD裝置- 中；以及在P-型InGaAlP披覆層2〇5上再成長出N^GaAs 電流阻隔層208來。再成長步驟中，基底溫度需要上升到約 700 0C。結果’在基底溫度的上升過程中，p _型[n G a A丨p披覆層 205上曝露表面的表面粗糙度會增加。此外，帶狀突出物的寬度W ’以及N-型GaAs電流阻隔層208與InGaP主動層 2 0 4之間的距.離t都會改變。結果’在具有上述這種結構的化合物半導體雷射内，再成長的内部電流阻隔層的結晶度會變差。另外，帶狀突出物的寬度W ’以及N -型GaAs電流阻隔層208與InGaP主動層2 0 4之間的距離t都會改變，如上所述。所以，半導體雷射的電氣與光學特性會變差，使得該半導體雷射更加不可靠。上述問題也會發生在氮化鎵族化合物半導體發光裝置上。發明摘要本紙掁纽顧中國齡轉（CNS〉 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) "衣·

、1T A7 ~~--~~~-~~：.__ B7 五、發明説明（3 ) 一 ' ---^— 光依據本發明的特點，所提供的氮化鎵族化合物半導體發一裝置；’包含一層狀結構在基底上，該層狀結構：動層.；第__ 4*·费》 ° 覆芦 ^以及第二披覆層’其中主動層在第—披、二二第了披覆層之間，第二披覆層比第一披覆層離開基二返並具有帶狀突出物；表面保護層以及内部電流阻

St if第二披覆層上形成’具有開口，其位置對應於帶盥^务的位置；以及再成長層，覆蓋住内部電流阻隔層 =矛二披覆層中曝露到該開口 .的部分，其中表面保護層會 U & N或雜質元素在包含形成内部電流阻隔層的製造 k私中，彳心苐—披覆層上被蒸發掉。 ^其中一個實施例中，基底爲導電性或非導電性，亦即不疋半導體，表面保護層是由Αΐζ^·ζΝ(〇分叫所構成，而層狀結構則是由GasAltIni-s_tN(〇< s幻，〇公q，〇<s + Gl)所構成。經濟部中央標準局員工消费合作社印製在其中一個實施例中，基底，第一披覆層，表面保護層 f電流阻隔層都是屬於第一導電型，而第二披覆層是屬於 f 一導電型’孩層狀結構進一步包含：在基底上所形成的第一導電型的緩衝層，以及在第一導電型的内部電流阻隔層上所形成的第二導電型的接觸層。在其中一個實施例中，基底爲非導電性，第—披覆層，表面保護層與電流阻隔層% 一導電型，而第二披覆層是屬於第二導電型，該層狀結構進—步包含：在基底上所形成的第一與第二緩衝層，該第二缓衝層是屬於第二導電型；以及在第一導電型的内部電流阻隔層上所形成的 -6- 本紙张ϋΐ用中國國家標4M CNS ) 公釐〉 Α7 Β7 五、發明説明（4 第二導電型的接觸層。在個貫施例中，表面㈣層是在約約 C之間範園的溫度下所形成的。主ίif發明的另—特點’所提供的製造氮化鎵族化合物 /瓦愈裝置的方法，包含以下步驟：在1^型基底上形成 ’ _緩衝層與㈣幻^^披覆層（其中〇么<1);在 Ν^Α1χ—Ga].xN披覆層上形成ΐη/、Ν主動層（其中〇紗田X 〇時，y邦）；在IriyGa“yN主動層上形成p型 ^xGai_xN披覆層（其中高雜質唪度層（其中成上半部的P型AlxGai.xN披覆層以及P型AlxGa〗-xN高雜質濃度層進入帶狀突出物内；選擇性^在帶狀突出物的一部分表面上形成N型AlzGai-zN表面保護層（其中…旬以及NmwGa“N内部電流阻隔層（二中OSwSl) ’以及在A、Ga丨·wN内部電流阻隔層上形接觸層，其中形成㈣^叫^表面保護層的步驟疋在第一溫度範圍内進行，而第一溫度範圍是能防止， N或雜質元素發生蒸發的溫度範圍。經濟部中央楯準局貝工消費合作社印$1 依據本發明的再另一特點，所提供的製造氮化鎵族化合物半導體發光裝置的方法，包含以下步驟：在p型基底上形 jP型AlxGaUxN披覆層（其中〇么<1);在覆層上形成InyGai_yN主動層（其中〇分2 ;當χ=〇時，y#〇) ，在InyGai_yN主動層上形成^^型Α1χ(3^·χΝ披覆層（其中 x<l)以及N型AlxGa“xN高雜質濃度層（其中〇<χ<1);形成上半邵的Ν型AlxGa“xN披覆層以及^[型Α1χ(3&ι_χΝ高雜質本紙張尺度適州中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210χ297公釐）經濟部中决標準局負工消费合作社印狀 A7 B7 五、發明説明（5 ) 濃度層進入帶狀突出物内；選擇性的在NSA、Gai xN披覆層突出_的一邵分表面上形成Ρ型Alz(3a r_zN表面保護層（其中0仝幺1)以及P型AlwGa^N内部電流阻隔層（其中oswg) ;以及在P型AlwGaKwN内部電流阻隔層上形成N型接觸層，其中形成P型AlzGai_zN表面保護層的步驟是在第一溫度範圍内進行，而第一溫度範園是能防止G a，n或雜質元素發生蒸發的溫度範園。依據本發明的更另一特點，所提供的製造氮化鎵族化合物半導體發光裝置的方法，包含以下步驟：在非導電性基底上形成第一 AldGai-dN緩衝層（其中0<d<l)，第二N型 GaN緩衝層以及>^型八1；£〇&丨_χΝ披覆層（其中〇么<1);在N 型AlxGa“xN披覆層上形成lnyGai_yN主動層（其中〇勿2 ; 當x = 0時，y#〇);在InyGaiyN主動層上形成p型Α1χ〇&ι XN披覆層（其中〇sx<1)以及p型AlxGai_xN高雜質濃度層（其中0分<1);形成上半部的P型Α1χ〇&1·χΝ披覆層以及P型 A高雜質濃度層進入帶狀突出物内；選擇性的在p 型A1X G a 被覆層突出物的一部分表面.上形成.N型 A1zGa丨_ZN表面保護層（其中〇仝<1)以及N型AlwGaNwN内部電流阻隔層（其中0 Sw S1);以及在N型A1 w G a UwN内部電流阻隔層上形成P型接觸層（其中OSw^t)，其中形成n型表面保護層的步驟是在第一溫度範園内進行，而第一溫度範圍是能防止Ga，N或雜質元素發生蒸發的溫度範園。· 依據本發明的又另一特點，所提供的製造氮化鎵族化合 .本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T • —' « A7 B7 五、發明説明（6 經濟部中央標準局負工消費合作社印製物半導體發光裝置的方法，包含以下步驟：在非導電性基底上形成第一 AldGa^N缓衝層（其中0<d<l)，第二P型 GaN緩衝層以及p型ALGahN披覆層（其中〇么<1);在p 型AlxGai-xN披覆層上形成IiiyGa^yN主動層（其中〇分2 ; 當x = 〇時，3^0);在InyGaiyN主動層上形成N型Al GainT:披覆層（其中0么<1)以及N型AlxGai_xN高雜質濃度層（其中0么<1);形成上半部的]^型人1；4(^1^披覆層以及n型 A1 x G a ! _χΝ.局雜質滚度層進入帶狀突出物内；選擇性的在n 型A1 x G a 1-χΝ披覆層突出物的一部分表面上形成p型a i G & 1以 .表面保護層（其中幻）以及ρ型AlwGai.wN内部電ζ流阻'ζ 隔層（其中0^2);以及在i^AlwGaiw_部電流阻隔層上形成N型接觸層（其中〇^^1)，其中形成p型A1 Ga N 表面保護層的步驟是在第一溫度範園内/ ^'z丁而弟一溫度範園是能防止Ga，N或雜質元素發生蒸發的溫度範圍。在其中-個實施例中，第-溫度範園是在約伽^到 6 5 0 °C之間。、對於本發明的功能將做以下説明。依據本發明，表面保護層是在具突出面上，約400oC到約650oC之間的溫度下所开/層曝露表计、斤开）成的。炊後，基底溫度上升到約1 0 5 0 〇C，並形成（内部）你、、、，、便电流*阻層。所以，能防止Ga，N或雜質元素發生卞&工路發。处耍，丁人增加披覆層曝露表面的表面粗糙度。另外，、、。禾不會寬度W，以及内邵電流阻隔層與主動層之，突出物的會改變。間的距離t都將不 L,——------^裝II (.請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 J· •9- 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2i〇x297公潑）經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 . _____B7 五、發明説明（7 ) 在約4 0 〇〇C到約6 5 0 0C之間的低溫下所形成的表面保護層是多晶終態。然而，在上升基底溫度的步驟中，會造成表面保護層上電流阻隔層的再成長，表面保護層會從多晶狀態轉變成單晶狀態。所以，對電流阻隔層的結晶度不會有太大不利的影響。如上所述的，表面保護層是在具突出物的披覆層曝露表面上形成的。結果，在大氣環境中，不會增加披覆層曝露表面的表面粗糙度。另外，帶狀突出物的寬度w，以及内邵電流阻隔層與主動層之間的距離t都將不會改變。所以，能實現具有高品質再成長界面以及具有優良電氣與光學特性的高可靠度氮化鎵族化合物半導體發光裝置。因此，本發明的優點是能提供一種具有高品質再成長界面以及具有優良電氣與光學特性的高可靠度氮化鎵簇化合物半導體.發光裝置；以及製造的方法。、本發明的j項優點以及其它的優點，對於熟悉該技術領域的人士而言，在讀到並了解到以下參閲相關圖式的詳細説明後，將會變得更爲顯著。圖式的簡單説明圖1是依據本發明實例丨的氮化鎵族化合物半導體雷射的剑示圖。圖2A到2G顯不依據本發明實例i的圖i氮化鎵族化合物半導體雷射的製造步驟。圖3 A到3 G顯不依據本發明實例2的氮化鎵族化合物半導體雷射的製造步驟。 _ -10-

尺度適用中國?^準(CNS L ------裴！ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁〕

.、1T d A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝五、發明説明（圖4是依據本發明實你丨·^从各& & 剖示固。 θ氮化鎵族化合物半導體雷射的 ί 圖5 Α到5 Η顯示依據本於明音 & 導體雷射的製造步驟。貫1的圖4氮化鎵族化合物半圖6Α到㈣顯示依據本發明實例㈣氮化鎵族化合體雷射的製造步驟。圖7是顯^mnGaA1P族化合物半導體雷射的剖示圖。較佳實施例的詳細説明在此，藉實例以及相關圖式，來詳細説明本發明内容。要注意的是，在該説明中，氮化鎵族化合物半導體包含 GasAlJiibstN(其中 Ossu，〇st<1，oy + tg)。 (實例1) . ~ 圖1顯示本發明實例i的氮化鎵族化合物半導體發光裝置。圖2A到2G顯示其製造步驟。在實例夏中，本發明是應用到氬化鎵族化合物半導體雷射上。實例1的氮化鎵族化合物半導體雷射是用金屬有機化學沉積（MOCVD)法來製造的。；^型81(；:基底當成基底層。當作第v族的材料，最好是使用氨（Νίί3)，而當作第ΙΠ族的材料，最好是使用三曱基鎵（TMG)，三甲基鋁（ΤΜΑ)，三甲基銦（ΤΜΙ)。當作Ρ型雜質元素與ν型雜質元素，最好是分別使用 biscyclopentadienylmagnesium(Cp2Mg)與矽曱烷（SiH4)。最好以\與\當承載氣體。此時’參閲圖2 A到2 G，實例1的氮化鎵族化合物半導體雷射結構將與其製造方法一起説明。首先，爲了進行第一 -11 - 本紙掁尺度Μ州中國國家榇準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐〉 (許先鬩讀背面之注.意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局負工消费合作社印製 Μ Β7 五、發明説明（9 ) 八長晶’ N型S 1C基底（晶圓）丨被安置在％〇 c vd裝置的承接器（令顯示）上。接著，將N@sic基底】的溫度上升到約 1 200^，並進行表面處理。然後，將NsSic：基底i的溫度下降到約5 〇 0 C到約6 5 0 0C之間。所以，約1 〇 n m到4〇〇〇nm 厚度的N型GaN缓衝層2會在NsSic基底丨上形成。接著，基底溫度上升到約丨〇 5 〇 °c，而約〇丨到〇 . 3^tm 厚度的N型披覆層3則在N型GaN緩衝層2上形成°據此’將基底溫度下降到約8 〇〇〇c到約8 5 〇〇c之間。然後，約3nm到80nm厚度的非摻雜Ιη()32(}%68Ν主動層4會在N型Al〇 iGa^ 9N披覆層3上形成。然後，基底溫度上升到約1 050〇c，約度的Mg-掺雜A1Q lGaG 9N披覆層5會在非摻雜 Ino.32GaG.68N主動層4上形成。接著，約50nrn到200nm厚度的高Mg-掺雜ln〇〇5Ga〇 95n層60會在Mg-摻雜 A10.iGao.9N披覆層5上形成（參閱圖2A)。接著，將最後的晶圓從MOCVD裝置内的成長室中移開。以Si〇x或SiNx所構成的絕緣膜13在高Mg_摻雜 1 n o.osG a〇.9 5N層6 0上形成。然後，利用一般的微影技術， .將 #刀的絕緣膜：13移開，以便形成帶狀物（參閱圖2 b )。接著，對該晶圓進行濕式蝕刻或乾式蝕刻。所以，高 Mg_ 摻雜 In〇.〇5Ga〇.95N 層 60 與 Mg -摻雜 AluGa。9N 披覆層5會被邵分的蝕刻掉’以便形成帶狀突出物14 (參閱圖2 c)。進行3蚀刻處理使得帶狀突出物的寬度W在2 m到4 m 的範圍内，且使得電流阻止層7 (以下將做說明）與非摻雜 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格（210X297公釐） ---Ί -- . C (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,τ A7 B7 五、發明説明（Η)) 1 n 0.32G a〇,68N主動層4之間的距離（尤其是N型I n 〇 05G a〇 9 5 N 表面保譁層6與非摻雜in。32G aG 68N主動層4之間的距離）約爲〇 _ 1 m 〇然後’將該晶圓再次放回MOCVD裝置的承接器上，以進行第二次長晶。在該成長步驟中，基底溫度先設定爲約4 〇〇 0c到約6 5 0 0C 之間。然後，約20 nm到100 nm厚度的N型ln<) “Ga。95N 表面保護層6會在Mg-摻雜A1q jGaG 9N披覆層5的曝露表面上形成。接著，將表面溫度上升到約丨〇 5 0 〇c，同時會選擇性的成長出N型Al^5 Ga。^ N電流阻止層（内部電流阻止層 )7，以便具有約〇 · 5 到1 的厚度（參閱圖2D)·。在應用電流阻止層7的步驟之前，在低基底溫度下所成長的N型InGQ5GaQ “Μ表面保護層6是在多晶狀態。然而，在基底皿度上升而造成在表面保護層6的表面上電流阻止層7 再結晶的過程中，表面保護層6會從多晶狀態轉變成單晶狀態。所以，對N型電流阻止層7的結晶度不會有太大的影響。然後，將該晶圓再次&M0CyD裝置的成長室中移開， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 袭------、1Τ----- 經濟部中央標隼局員工消费合作社印$, 而且利用氫氟酸蝕刻液，將s i 〇蝕刻掉（參閲圖2 e )。然後，將該晶圓再次放裝置的承接器上，以進行第三次長晶。、在該成長步驟中，基底溫度先上升到約1〇5〇0(：。然後，成長出厚度約0.5产m到1，的心_摻雜GaN接觸層8，以便覆盍住N型電流阻止層7以及其它（參閱圖2 F)。或S i Ν χ所構成的絕緣膜^ 3 -13- 用中國國家標準(cns » K^— n^n 以實現具有高再成長界面良好電氣與光學特性的内經濟部中央標準局員工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（11 ) 、接著’從MOCVD裝置中移開該晶圓。在N2的氣氛中，該晶圓+約8G0。。的溫度下進行退*處理，使得Mg_掺雜層被轉.欠成P型。然後，p_侧電極9在？型GaN接觸層8上形成，而N-側電極10在凡型8^基底丨上形成（參閲圖2〇)。以上述的方式，芫成具有圖丨所示剖面結構的氮化鎵族化合物半導體雷射。依據實例1中的氮化鎵族化合物半導體雷射，表面保護層 6是在披覆層5的曝露表面上形成，而該披覆層5具有因蚀刻所產生的哭出物。接著，在披覆層5内的^，㈣雜質元素，在基底溫度上升使得電流阻止層7發生再成長的過程中，將不會被蒸發掉。結果，以下的問題在基底溫度上升時便能避免掉：（1)增加披覆層5曝露表面上的表面粗糙度，該披覆層5具有突出物14; (2)改變帶狀突出物的寬度w;⑴ 改變電流阻止層7與主動層4之間^距離t。因此’依據本發明的實例1，可| 與高可靠度波導結構，同時具有部電流阻止型的氮化鎵族化合物^導體雷射 (實例2) ^ 圖3 A到3G顯示依據本發明實例2的氮化鎵族化合物半導體雷射的製造步驟。在實例2中，本發明是應用到氮化鎵族化合物半導體雷射，如同實例丨的情形。實例2也使用M0CVD方法。關於第乂族的材料，第⑴族的㈣，P型雜質元f，N型雜質元素以及承載氣體，實例 2是使用與實例1相同的材料。 -14- 本纸張尺度適用中國國家摞準（CNS ) Mi，训ν彻"^ΓΤ (讀先閱讀背·面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局負工消费合作社印 A7 __;________ B7 五、發明説明（12 ) ' 據此’依據本發明實例2的氮化鎵族化合物半導體雷射的製造步驟’將參閲圖3 A到3 G來做説明。首先，爲了進行第一次長晶，p型s i c基底〗i被安置在 MOCVD裝置的承接器上。接著，將pssic基底u的溫度上升到約1 2 0 0 0C，並進行表面處理。然後，將p型$丨c基底 1 1的溫度下降到約5 0 0 0C到約6 5 0 〇C之間。然後，在P型 SiC基底U上，成長出厚度約丨❶!!!!!到4000nm的Mg -摻雜 GaN缓衝層22。接著，基底溫度上升到約1〇5〇 0C，約0.1 卢η到0.3产m厚度的M g -摻雜A1。」G a。9N披覆層3 3會在M g -摻雜GaN缓衝層22上形成。據此，將基底溫度下降到約8 〇〇 0c到約8 5 0 0C之間。然後，約3nm到80nm厚度的非摻雜in() 32Ga〇 68n主動層4會在 Mg -摻雜Al^GaQ.gN披覆層33上形成。然後，基底溫度上升到約1 0 5 0 0C ’約0.1 m到〇 · 3 m厚度的μ g -摻雜

Al〇.iGa〇.9N披覆層55會在非摻雜inQ 32〇 a<) 68N主動層4上形成。接著，約5 0 n m到2 0 0 n m厚度的高μ g -摻雜N型 In 〇_。5〇 a〇.95N層 60'會在 Mg -接雜 Al〇.iGaQ 9N披覆層 55 上形成（參閱圖3 A)。接著，將最後的晶圓從MO CVD裝置内的成長室中移開。以Si〇x或SiNx所構成的絕緣膜13在高Mg-摻雜N型 Ino.〇5Ga〇.95N層60'上形成。然後，利用一般的微影技術，將一邵分在高M g -摻雜N型I n G a 〇 9 5 N層6 0，上的絕緣膜 1 3移開，以便形成帶狀物1 4 (參閱圖3 B )。接著，對該晶圓進行濕式蚀刻或乾式银刻。所以，高 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 五

In〇.〇5GaG 表面保護層66。接著…將表面溫度上升到約

N 置的成長室中移開、發明説明（13) ir5ttN^In〇'〇5Ga〇'95N^6〇，#N^A1〇-lGa〇-9N^€ 曰曰，被邵分的蝕刻掉，以便形成帶狀突出物14(參閱圖進行該蝕刻處理，使得帶狀突出物的寬度评在2艸 J'範圍内，且使得電流阻止層77(以下將作説明）與非摻雜 11〇,32(^〇681'>1主動層4之間的距離約爲（)1^1。、、然後，將該晶圓再次放SM〇cvd裝置的承接器上，以進行第二次長晶。在孩成長步驟中，在基底溫度約4〇〇〇c到約65〇〇C之間時，以成長出約厚度2〇nm到1〇〇nm的Mg_摻雜 = 5〇°C，同時會選擇性的成長出Mg_摻雜八丨奶g~。^ 电流阻止層7 7，以便具有約〇 . 5 /爪到丨的厚度（參閲圖 3D)。. 在應用電流阻止層77的步驟之前，在低基底溫度下所成長的表面保護層66是在多晶狀態。然而，在基底溫度上升而，成在表面保讓層06上的Mg_摻雜A1〇表面上電流阻止層77再結晶的過程中，表面保護層66备多狀態轉變成單晶狀態，如在實例β所發生；。；：：；

Mg-摻雜Al._ Ga。UN電流阻止層y的結晶度不會有太大的影響。然後，將該晶圓再次從Μ 0 C V D裝，_上 ( 而且利用氫氟酸蝕刻液，將S i 〇 χ或S i Ιί χ所構成的絕緣膜i 3 蝕刻掉（參閲圖3 E)。 -16- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 五 '發明説明（丨4) 圓再次放回MOCVD裝置的承接器上，以經濟部中央標準局員工消费合作社印製

然後’將該_ 進行第三次長晶。 ί 在該成長步驟中，基底溫度先上升到約1〇5〇〇€。然後，成長出厚度約〇.5yMm到1严型GaN接觸層88來閲 3F) 〇、f著，從MOCVD裝置中移開該晶圓。在N2的氣氛中， L在約8GG°C的溫度下進行退火處理，使得Mg_接雜層、轉厶成P型。然後，N-側電極接觸層上成而P -侧私極9在p型s ί C基底1 1上形成（參閱圖3 g )。以上述的方式，完成具有實例2的氮化鎵族化合物半導體雷射。如實例1中所示的，實例2的氮化鎵族化合物半導體雷射 2包含在具突出物的披覆層曝露表面上所形成的表面保、所以，此實現具有與實例1相同效應的氮化鎵族化合物半導體雷射。 (實例3 ) _ =4顯示本發明實例3的氮化嫁族化合物半導體雷射的剖 :…圖5A到5H顯示其製造步驟。在實例3中，本發明是應用到氮化鎵族化合物半導體雨射口〇干导阮田射，如冋實例1與實例2的實制9 ^而實例3的氮化鎵族化合物半導體雷射與實例1與因爲使用藍寶石基底Γ來當基底，而N-側電極上开Γ成貫例3鼠化録族化合物半導體雷射内的㈣以關2 實例3的氣化鎵族化合物半導體雷射的也是使用M〇cvD (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

11 I }裝

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Jm 17- 本紙張纽咖巾 (210X 297公釐）經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 A7 ----— _ B7 五、發明説明（15 ) 方法關於第V私的材料，第j j j族的材料，p型雜質元素， N型雜▼元素以及承載氣體，實例2是使用與實例i，2相同的材料。據此，依據本發明實例3的氮化鎵族化合物半導體雷射的製造步驟，將參閱圖5 a到5H來做説明。首先，爲了進行第一次長晶，藍寶石基底丨，被安置在 MOCVD裝置的承接器上。接著，將該基底的溫度上升到約1 200oC，並進行表面處理。然後，將藍寶石基底丨，的溫度下降到約4〇0°C到約65 0〇c之間。然後，在藍寶石基底r 上，成長出厚度約2〇11111到100nra^A1〇〇5Ga〇缓衝層 2' 〇

接著，基底溫度上升到約1 〇 5 0 〇C，約〇 . 5/匕到4^m厚度的N型GaN層2會在AlowGa^ 95N缓衝層2'上形成。據此，在約1 0 5 0 0C厚度下，約〇 _丨/m到〇 · 3^m厚度的N型 A1G.iGa().'9N披覆層3會在N型GaN層2上形成。然後，將基底溫度下降到約8 00 °C^Ut850°C之間，而約3nm到8〇nm 厚度的非摻雜In。32Ga() 68N主動層4會在N型Α1η qN 披覆層3上形成。然後基底溫度上升到約1 〇 5 〇 °C，約Ο · 1/(m到〇 . 3yUm厚度的Mg-摻雜Al〇 /a。9N披覆層5會在非摻雜 Ino.32Ga〇.68N主動層4.上形成。接著，成長出約50nm到 200nm厚度的高Mg-摻雜In〇〇5Ga〇 95N層60(參閱圖5A)。接著，將最後的晶圓從MOCVD裝置内的成長室中移開。以S i Ο χ或S i Ν χ所構成的絕緣膜1 3在高]VI g -摻雜 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） (讀先閩讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消贽合作社印製 A7 B7 五、發明説明（16 ) ~~

Ino.〇5GaQ 95N層60上形成。然後，利用—般的微影技術，將一邵f在高Mg-摻雜N型Ιη。。#% 9^層6〇，上的絕緣膜 13移開，以便形成帶狀物（參閱圖5b)。接著，對該晶圓進行濕式蝕刻或乾式蝕刻。所以，高摻 4 In〇.〇5Ga〇.95N 層 6〇與 Mg-摻雜 Al〇丨 Ga0 9N 披覆層5會被部分的蝕刻掉，以便形成帶狀突出物14(參閱圖 5C)。進行該蝕刻處理，使得帶狀突出物的寬度w在2 u m到的範圍内，且使得電流阻止層7(以下將作説明）與非摻雜 111〇.32(^〇.681^主動層4之間的距離約爲〇.1/(111。然後，將該晶圓再次放回MOCVD裝置的承接器上，以進行第二次長晶。在該成長步驟中，在基底溫度約4〇〇〇(；：到約65〇〇c之間時，以成長出約厚度20nm到100nm的N型Ino o5Gao 表面保護層6。接著，將表面溫度上升到約1〇5〇〇〇，同時會選擇性的成長出N型Al〇 BN電流阻止層7，以便具有約〇 . 5 到l/m的厚度（參閱圖5 D)。在應用電流阻止層7的步驟之前，在低基底溫度下所成長的表面保護層6是在多晶狀態。然而，在基底溫度上升而造成在表面保護層6上的表面上電流阻止層7再結晶的過程中，表面保護層6會從多晶狀態轉變成單晶狀態，如在實例i 2中所發生的。所以’對結晶度不會有太大的影響。然後，將該晶圓再次從MOCVD裝置的成長室中移開，而且利用氫氟酸蝕刻液，將SiOj'SiNx所構成的絕緣膜13 -19- 插準（CNsk規格（210X297公釐) ----- (讀先聞讀背面之注意事碩再缜寫本頁) 訂 -..--11---::.-0:1.....!l.r.J . 經滴部中央標準局貝工消費合作社印¾ A7 ________B7_ 五、發明説明（17 ) 蝕刻掉（參閲圖5 E)。然後；，將該晶圓再次放回MO C VD裝置的承接器上，以進行第三次長晶。在該成長步驟中，基底溫度先上升到約1 〇 5 0 0c。然後，成長出厚度約〇 _ 5 Am到1/m的Mg -摻雜GaN接觸層8(來閱圖 5 F ) 〇接著，該晶圓從MOCVD裝置中移開，並進行蝕刻處理 ’直到N型GaN層2被曝露出來，如圖5G中參考數號15所示〇接著，從MOCVD裝置中移開該晶圓。在1^的氣氛中，該晶圓在約8 0 0 0C的溫度下進行退火處理，使得M g _掺雜層被轉變成P型。然後，P_側電極9在p型GaN接觸層8上形成，而N-側電極1〇在]^型（}&]^層2上形成（參閲圖5H)。以上述的方式’ ％成具有圖4所示剖面結構的氮化鎵族化合物半導體雷射。如實例1與實例2中所示的，實例3的氮化鎵族化合物半導體雷射，也包含在具突出物的披覆層曝露表面上所形成的表面保護層。所以，能實現具有與實例1，實例2相同效應的氮化鎵族化合物半導體雷射。 (實例4 ) 圖6 A到6 Η顯示依據本發明實例4的氮化鎵族化合物半導體雷射的製造步驟。在實例4中，本發明是應用到氮化鎵族化合物半導體雷射，如同上述的實例—樣。在實例*的氮化鎵族化合物半導體雷射中，藍f石基底Γ被當作基底層，如 "20- 本紙張尺度適用中國公^------- (諳先聞讀背面之注，意事項再填寫本頁

•IT 經濟部中央標率局員工消費合作社印¾ A7 --------------- - 五、發明説明（IS ) 同實例3。在實例4中，1^_側電極1()是在]^型（^層88上形成的（參;閲圖6H)。

實例4的>氮化嫁族化合物半導體雷射也是使用MOCVD方法。關於第V族的材料，第j j j族的材料，p型雜質元素，N 型雜質元素以及承載氣體，實例4所使用的材料與上述實例中所使用的材料相同。據此，依據本發明實例4的氮化鎵族化合物半導體雷射的製造步驟，將參閲圖6 A到6 H來做説明。首先，爲了進行第一次長晶，藍寶石基底丨，被安置在 MOCVl^裝置的承接器上。接著，將該基底的溫度上升到約1200 〇C，並進行表面處理。然後，將藍寶石基底丨，的溫度下降到約400oC到約65 0oC之間。接著，在藍寶石基底厂上’成長出厚度約2〇nm到1〇〇11111的A1〇 "Μ緩衝層 2' 〇 _ 接著，基底溫度上升到約1 05 0〇c，約〇5>{n^lj4yum厚度的N型GaN層22會在Al〇〇5Ga0 9 5N缓衝層2,上形成。據此 ’在約1 0 5 0 C厚度下’約〇 . 1 m到〇 . 3产m厚度的N型 A1o.iGao.9N披覆層33會在N型GaN層22上形成。然後’將基底溫度下降到約8 〇〇 0c到約8 5 0 〇C之間，而約 3nm到8 0nm厚度的非摻雜1% 32Ga〇 68n主動層4會在义型 A1 〇. 1 G a Q.9 N披覆層3 3上形成。然後，基底溫度上升到約 1 0 5 0 °C，約0 . l/m到0 · 3/m厚度的N型A1 〇」G a〇 9N披覆層55會在非摻雜InG uGaQ 68N主動層4上形成。接著，在N 型A1o.iGao.9N披覆層55上，成長出約50nm到200nm厚度 -21 - 本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS ) A4規格（210X297公漦) --- J J— " ^私衣-- .C (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 — 五經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 '發明説明（的向捧雜N型In〇〇5〇a〇 95_6〇l(參閲圖Μ)。。1要著（，將最後的晶圓從M0CVD裝置内的成長室中移開。以SiOx或SiNx所構成的絕緣膜13在高掺雜N型 ^o.osGao·9^^層60,上形成。然後，利用一般的微影技術，、15刀在同捧雜N型1 n o.osGa〇 g5N層6 〇'上的絕緣膜1 3移開’以便形成帶狀物丨4 (參閱圖6 5 )。、接著’對該晶圓進行濕式蝕刻或乾式蝕刻。所以，高摻 ^N Mln〇〇5Ga〇 95N^ 60 N ^ Al〇 , Ga〇 9N^ ^ 5 5 ^ 破部分的蝕刻掉，以便形成帶狀突出物14(參閲圖6〇。進行該蝕刻處理，使得帶狀突出物的寬度％在2严ma4^m 的範園内，且使得電流阻止層77(以下將作説明）與主動層4 之間的距離約爲Ojpn。 θ 然後，將該晶圓再次放SM0CVD裝置的承接器上，以進行第二次長晶。該成長步驟中，在基底溫度約400oC到約650oC之間時，首先成長出約厚度2〇nm到i〇0nm的Mg_摻雜 ho.osGao 95N表面保護層66。接著，將表面溫度上升到約

1〇5〇C3C ’同時會選擇性的成長出Mg-摻雜Al。l5Ga&?5 N %流阻止層7 7，以便具有约〇 · 5pm到l/m的厚度（參閲圖 6D)〇 . 在應用電流阻止層77的步驟之前，在低基底溫度下所成長的表面保護層6 6是在多晶狀態。然而，在基底溫度上升而k成在表面保護層6 6上的表面上電流阻止層7 7再纟±晶的過程中，表面保護層66會從多晶狀態轉變成單晶狀態，如 -22- 本紙張尺度適用中國國家料（CNS ) Λ4規格（2!GX297公幾） C請先閱讀背面之注意事項蒋填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消贽合作社印製 A7 B7 五、發明説明（20 ) 在上述實例中所發生的。所以，對電流阻止層7 7的結晶度不會有f大的影響。然後，將該晶圓再次從MOCVD裝置的成長室中移開，而且利用氫氟酸蝕刻液，將Si〇/'siNx所構成的絕緣膜13 蝕刻掉（參閲圖6E)。然後’將該晶圓再次放回M〇 C VD裝置的承接器上，以進行第三次長晶。在該成長步驟中，基底溫度先上升到約1 〇 5 〇〇c。然後，成長出厚度約0.5/m到lym的N型GaN接觸層88(參閱圖 6F) 〇〆接著’該晶圓從MOCVD裝置中移開，並進行蝕刻處理，直到Mg -摻雜aaN層22被曝露出來，如圖6(3中參考數號 1 5所示。接著，從MOCVD裝置中移開該晶圓。在&的氣氛中，該晶圓在約8GG°C的溫度下進行退火處理，使得Mg_掺雜層被轉變成P型。然後，N-側電極在1〇 N型GaN接觸層88，而P-側電極9在Mg-摻雜GaN層22上形成，而N_側電極1〇在N型GaN層2上形成。以上述的方式，完成實例*的氮化鎵族化合物半導體雷射。如貫例1與實例2中所示的，實例4的氮化鎵族化合物半導體雷射，也包含在具突出物的披覆層曝露表面上所形成的表面保護層。所以，能實現具有與實例丨，實例2相同效應的氮化鎵族化合物半導體雷射。要注意的是，雖然在上述每㈣财，本發明是應用到 -23- 本紙張尺度il/fl中涵標準（CNS ) Λ4規格（2IOX?7公幻 (讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

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I I I A7 B7 五、發明説明（21 ) 族化合物半導體雷射，但是本發明也可以應用化鎵族作合物半導體發光裝置。氮依據本發明’表面保護層是在低溫下，形成於具突的披覆層曝露表面上。接著，并物爲y ㈣彳向基底的溫度，並形成電 ::止層。所以，可以避免Ga，㈣雜質元素從披露表面上被蒸發掉。結果，披覆，暴不會再發生。另外，帶狀突出物的寬度w，以及内部：度阻隔層與主動層之間的距離t都將不會改變。 1包'成所以’能實現具有高品質再成長;面^及具 “ 與光學特性的高可靠度氮化鎵族化合物半導體發光“Μ 對熟悉該技術領域的人士來説，在不超出本。精神的其它不同修改，都是很明顧的範圍與 .◊、叼，而且可很玄。所以，並不是要將以下所提出的申請專利範圍限：：成述的説明中，而是該申請專利範園是較廣範圍的。疋在上 u -- C讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁j •訂 #! 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 -24- 中國@家標準（CNS ) Λ4規格（2]0χ297公釐）

Claims

申請專利範圍 m .">〇 V Λ Dk 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 1. 一種氮化鎵族化合物半導體發光裝置在基底上，該層狀結構包含：一主動層， ϋ覆層m二披覆層，其中主動層在第-披覆層與第二披覆層之間’第二披覆層比第一披覆層離開基底更遠，並具有帶狀突出物， 1 ' 一表面保護層以及内部電流阻隔層’在第二披覆層上形成，具有開口，其位置對應於帶狀突出物的位置，以及一再成長層’覆蓋住内部電流阻隔層與第二披覆層中曝露於該開口的部分，/ 其中該表面保護層能避免Ga，N或雜質元素在包含形成内部電流阻隔層的製造過程中，從第二披覆層上被蒸發掉。曰 2 如申請專利範園第！項之氮化鎵族七合物半導體發光裝置，其中， " 該基底爲導電性或非導電性，亦即不是半導體，以及該表面保護層是由AlzGaNzN(0幺幻）所構成，而該層狀結構則是由GasAltIni_s-tN (0<d，〇公 <】， 0<s + tSl)所構成。 3.如申請專利範圍第1項之氮化鎵族化合物半導體發光裝置，其中 " 該基底，該第一披覆層，該表面保護層與該電流阻隔層都是屬於第一導電型，包含一屠狀結構 L-------J 裝-- \ V/. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· fm— 0 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） ΛΧ Β8 CS D8 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製六、申請專利範圍該第二披覆層是屬於第二導電型，以及該層狀結構進一步包含： -緩衝層，在基底上形成，具有第一導電型，以及 -接觸層，具有第二導電型，在第一導電型的内部電流阻隔層上形成。 4. 如申請㈣_第〖項之氮化鎵族化合物半導置，其中级7D衣该基底爲非導電性，該第一披覆層，該表面保護層與該電流阻隔層都是於第一導電型，該第二披覆層是屬於第二導電型，以及 .•該層狀結構進一步包含：一第一與第二緩衝層，在基底上形成，而該第二缓衝層是屬於第一導電型，以及接觸層’疋屬於第一導電型，在第一導電型的内部電流阻隔層上形成。 5. 如申睛專利範圍第1項之氮化鎵族化合物半導體發光裝置，其中該表面保護層是在約4 0 〇 0c到約6 5 0 0C之間範圍的溫度下所形成的。 6. —種氮化鎵族化合物半導體發光裝置的製造方法，係包含以下步驟：在N型基底上形成N，型GaN缓衝層與N型A1 Ga N X 1-X丄、披覆層（其中〇Sx<l); -26 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Λ Λ «8 —_________g 六、申請專利範圍 …—-------- 在>?里AlxGaNxN披覆層上形成Ir^G N主動層（其中0分Si ;當X = 〇時，y却）；在IriyGa^yN王動層上形成卩型AixGa卜少披覆層（其中〇^Χ<1)以及Ρ型A、Gai-xN高雜質濃度層（其中 x< 1 ); - 形成上半斤的？型AlxGa〗xN披覆層以及？型ALGa.i^ 商雜質濃度層進入帶狀突出物内；、選擇性的在帶狀突出物的—部分表面上形成N型 AlzGai_zN表面保護層（其中〇么幻）以及NsAlwGai wN 内邵電流阻隔層（其中〇gw幻）；以及在N型A1 wG a 1 _wN内邵電流阻隔層上形成p型接觸層，其中形成N型AlzGa^N表面保護層的步驟是在第一溫度範圍内進行，冶第一溫度範圍是能防止G a、N或雜質元素發生蒸發的溫度範園。 7. —種氮化鎵族化合物半導體發光裝置的製造方法，係包含以下步驟：在P型基底上形成P型GaN緩衝層p型Ai Ga N披覆層（其中〇Sx< 1 ); 在P组A1XG a 披覆層上形成in^Gai yN主動廣（其中 0 Sy <1 ;當 x = 0 時，y 关〇); 在IriyGayN主動層上形成N型AlxGaUxN披覆層（其中0么<1)以及N型AlxGai_xN高雜質濃度層（其中〇< χ<1)； -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------； J裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 Rc C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製申請專利範圍形成上半部的N型AlxGaUxN披覆層以及N型A、Ga丨高雜質濃度層進入帶狀突出物内；、選擇性的在N型AlyGa^xN披覆層突出物的一部分表面上形成P型AlzGa 1-zN表面保護層（其中〇么<1 )以及p 型AlwGai-wN内部電流阻隔層（其中oswg);以及在P型AlwGa1-wN内部電流阻隔層上形成n型GaN接觸層，其中. 形成P型A1 zG a hzN表面保護層的步驟是在第一溫度範園内進行，而第一溫度範園是能防止Ga，N或雜質元素發生蒸發的溫度範圍。 8. —種氮化鎵族化合物半導體發光裝置的製造方法，係包含以下步驟：在非導電性基底上形成第一 AldGa^N緩衝層（其中〇<d<l)，第二N型GaN缓衝層以及披覆層（其中OSx<l ); 在N型AlxGai_xN披覆層上形成InyGaiyN主動層（其中 OSy <1 ;當 X = 〇時，y 关〇 ); ，在IriyGabyN主動層上，形成p型A、Gai_xN披覆層（其中0么<1)以及P型AlxGa丨·χΝ高雜質濃度層（其中 x< 1); 开> 成上半邵的P型A1 xG a丨-χΝ披覆層以及p型A1 a 1必商雜質濃度層進入帶狀突出物内；選擇性的在P型AlxGai.xN披覆層突出物的一部分表面上形成N型A1ZG a丨_zN表面保護層（其中〇 Q Q )以及N (諳先閩讀背面之注意事嗔再填寫本頁) :裝. <11 28- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 .^ ο C8 --— _____ D8 六、申請專利範圍型A1wGa〗_wN内部電流阻隔層（其中(XwU);以及在N型AlwGai-wN内部電流阻隔層上形成P型接觸層（其中OSwSl )，其中形成N型AlzGai.zN表面保護層的步驟是在第一溫度範圍内。進行’而第—溫度範園是能防止Ga，N或雜質元素發生蒸發的溫度範圍。 9. 一種氮化鎵族化合物半導體發光裝置的製造方法，係包含以下步驟：在非導電性基底上形成第一 AldGaidN緩衝層（其中 0<d<l)，第二p型GaN緩衝層以及pfAj^Ga^N披覆層（其中0Sx<l); 在P型AlxGaUxN披覆層上形成IriyGa i_yN主動層（其中 CKy <1 ;當 X = 〇時，y 弇〇); 在InyGai_yN主動層上形成n型AlxGai-xN披覆層（其中0 Sx< 1)以及N型A1 xG a NxN高雜質濃度層（其中〇 < χ<1); 形成上半邵的N型AlxGai_xN披覆層以及N型 .高雜質濃度層進入帶狀突出物内；選擇性的在N型AlxGai_xN披覆層突出物的一部分表面上形成P型A l.zG a〗·ζΝ表面保護層.（其中〇 &幺1)以及p 型A1 wGa丨_WN内部電流阻隔層（其中（Xw Q );以及在P型AlwGai_wN内部電流阻隔層上形成]^型接觸層（其中OSwSl)，其中形成P型AlzGa 1-zN表面保護層的步驟是在第一溫度 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公| ) L-------}裝--- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 i ..i l」IL二.t FU-;lL.Lii、r-l I = Ε-,π - 一一 I —lal,. 、 t » t- «- - — ~~ *~ ^*~**—*»~- — —--- - -- t 7T、申請專利範園範園内進行，而第一溫度範園是能防止G a，N或雜質元素發生蒸發的溫度範圍。 10. 如申叫專利範圍第6項之氮化鎵族化合物半導體發光裝置的氣^方法’其中該第一溫度範園是在約4 0 0 °C到約 6 5 0 °C之間。 11. 如申叫專利範圍第7項之氮化鎵族化合物半導體發光裝置的製造方法，其中該第一溫度範圍是在約4〇〇〇c到約 65 0°C之間。 12. 如申請專利範園第8項之氮化鎵族化合物半導體發光裝置的製造方法’其中該第一溫度範圍是在約4 0 0 °C到約 65 0°C之間。 13. 如申請專利範園第9項之氮化鎵族化合物半導體發光裝置的製造方法，其中該第一溫度範園是在約4〇〇〇c到約 ό 5 0 °C之間。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -30- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）