TW402735B

TW402735B - Nitride system semiconductor device and method for manufacturing the same

Info

Publication number: TW402735B
Application number: TW086112614A
Authority: TW
Inventors: Risa Sugiura; Mariko Suzuki; Kazuhiko Itaya; Hidetoshi Fujimoto; Joji Nishio
Original assignee: Toshiba Kk
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 2000-08-21
Also published as: JPH10135575A; US5932896A; JP3688843B2; US6204084B1; KR19980024397A

Description

402735 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装五、發明説明（彳）本發明係有關於一種可用於一半導體雷射與一發光二極體之半導體雷射及其製造方法，尤有關於一種與一電極電阻接觸良好而在低電壓下操作的低電阻氮系半導體裝置及其製造方法。最近有人注意到諸如下自G a N成層之A 1 G a N氮化系半導體而以其作爲自藍光至紫外短波範圍的發光二極體（下稱LED)與半導體雷射二極體（下稱LD)的材料。特別是，I n A 1 G a N在瓜-乂族化合物半導體混合晶體中具有最大的過渡型能量距離，且已獲青睞作爲波長0 . 2//m至0 . 6vm或自紅光至紫光範圍的發光材料。使用上述氮系半導體材料之半導體發光裝置需有一p 型導電層與一η型導電層，由一用來作爲電流注入層之氮系半導體層與一與一電極接觸之接觸層組成。由於元素係以ρ η接合面爲基礎，故在製造一電流注入型發光裝置中，基本上須分別控制ρ型與η型導電層的導電類型與導電性（雜質濃度、載體濃度）等。於 I ηΑ 1 G a Ν系材料中，η型導電層的導電類型使用 S i來作爲雜質較容易控制》另一方面則難以控制ρ型導電層的導電類型、導電性 (受子濃度、載體濃度）等。就一形成P型導電層的方法而言，通常使用鎂（Mg)或鋅（Zn)來作爲摻雜劑，將一保持於1 10 0°C高溫的生長基板放入氮載氣（H2) 與氨氣（NH3)中，並將G a與A 1原料供至生長基板。請先閲讀背面之注

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訂本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公羡）經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 402735 A7 B7 五、發明説明（2 ) 惟，以上述方法形成之諸如摻鎂GaN層與一 A 1G a N層之摻鎂氮系半導體層具有高電阻與非P型之導電性。茲認爲，Mg與Ζ η受子可避免被Ζ η與Μ的深層雜質以及溶自作爲原料氣體的氨（νη3)與作爲載氣的氫或特別是MOCVD法（金屬有機化學汽相陡積法）（〗·Α· Van Vechten et al., Jpn. J. Appln. Phys. 3 1, 1992, 3662 ) 中其他剩餘雜質的活性氫原子激活》若摻鎂I n A i G a N層以Μ 0 C V D法生長’氫即在一摻Mg層生長期間或之後基板溫度降至室溫時’自氨 (NH3)暨載氣，與Mg —起被帶入晶體中’且H +會使 Mg受子失去活性，從而增加摻Mg InAlGaN層的電阻。若譬如一 G a N層摻有1 X 1 O^cm^3濃度的 Mg〔與Mg濃度同爲1 X 1 02()cii^3的氫濃度即被加入G a N層中。摻Mg之G a N層的氫濃度爲相同條件下所生長一摻雜或摻Si GaN層者的10倍或更多倍’ 且經霍耳測量，C 一 V測量法確認，以生長之摻M g G a N層電阻增加。所生長而電阻增加的摻M g G a N層經過電子輻射 (H. Amano et al., Jpn. J. Appl. Phys. 28, 1989, L2112) 或熱處理（S. Nakamura et al.，Jpn. .J. Appl· Phys· 31， 1992，1 25 8)，以增進Mg之激活並獲得一實用的高亮度裝置與發生 L.D (S. Nakamura et al.，Jpn. J’，Appl. Phys... 35 ，1996，L74)。本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS > A4規格（210X297公釐} A請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -5- 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裝 402735 A7 _B7 _ '. ：五、發明説明（3) —般而言，摻Mg氮系半導體層係在6〇 0°C至8 0 0 °C的氣態氮氛圍中進行諸如熱處理之熱處理來將氫去除〇熱處理後，摻Mg氮系半導體層呈現P型導電性類型，惟在生長層之最上層表面上形成一高電阻層。高電阻層形成的原因容後詳述。第1圖示意圖示一使用氮系半導體的典型藍光半導體雷射的構造。藍光半導體雷射具有一多層構造，.其中一緩衝層（未圖示）、一 GaN底層2、一 GaN接觸層3、 —η型AlGaN電流注入層4、一具有一使用 InGaN的多量子井（MQW)構造的活性層5、一 P 型A 1 G a N電流注入層6與一用來形成一p型電極的P 型G a N接觸層7以MO C VD法依序形成在一藍寶石基板上β 形成多層構造的藍光半導體雷射時，氫被用來作爲除 1 nGaN系活性層5外所有薄層的載氣。另一方面，氮被用來作爲形成I n G aN活性層5之載氣。P型 G a A 1 N電流注入層6與p型G a N接觸層7形成時， Mg即被用來作爲p型摻雜劑。由於Mg於生長期間不被激活，故多層構造於氮氛圍中予以熱處理。熱處理後，藉由乾式蝕刻法將多層構造的一部份移除至GaN接觸層，且接著形成一η側電極於G a N接觸層 3上。~p側電極9形成於p型G a N接觸層7的未移除部份上。將包括有此等電極8與9之樣本切開以形成供諸本紙張遑用中國國家標準（CNS ) A4胁（210X297公釐) ： -- -----------^袁 — · -^V (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- ef -6- 403735 A7 B7 五、發明説明（4 ) 腔穴所用之諸網格，從而製成藍光半導體雷射。惟，由於藍光半導體雷射於接觸層7的最上層表面上具有高電阻部份，故其工作電壓高，難以將雷射發光所需的電流注入裝置中。若要注入電流，工作電壓即會增至側電極的接觸電阻須降低。於藍光半導體雷射中，氮氣圍下熱處理前後鎂（Mg )、碳（C)、氫（Η)與氧（0)循深度方向的濃度分布藉由次級離子質量光譜測量法（下稱S I MS )來達成。結果，如第2圖所示，熱處理前後，樣本之Mg濃度分布循深度方向固定。另一方面，熱處理前，碳（C)、氫 (H)與氧（0)之濃度分布實際上恆定，而熱處理後，在樣本的生長層的最上層表面檢測出較生長層.內部更多的碳（C)、氫（H)與氧（0)量。譬如，碳與氫有時候各在生長層的最上層表面檢測出較生長層內部多出1或2 倍。經濟部中央揉準局貝工消费合作社印裝 • n /Mr·- (請先閲讀背雨之注意事項再魂寫本頁) p型G a N接觸層7與p側電極9之間接觸電阻的增加與裝置電壓的昇高的原因如下。藉由熱處理氫自生長層擴散至其表面，且大量氫留在其最上層表面上，結果氫乃與鎂結合且鎂減活。由於碳自生長層內部擴散或進行熱處理時所產生的污染物，在生長層的最上層表面上有大量的碳，而由於熱處理或其自生長層內部擴散所產生的表面氧化膜，遂有大量的氧。若在生長層的最上層表面上有大量的氧或碳’即會造本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) '~ _735 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 A7 _____B7五、發明説明（5 ) 成以下（1 )至（3 )三個問題： (1 )如載體之密：度減少，諸如M g之摻雜劑之激活率亦減少，且（2 )無法與電極作良好的電阻接觸。此等 .問題（1 )與（2 )減少裝置的可靠度，即，增加與p側電極9接觸之電阻，增加裝置的工作電壓以及縮短裝置的壽命等。甚而，（3)諸如位錯與堆疊錯誤之晶體瑕疵會將雜質擴散，且漏電會增加。上述氮系半導體裝置需要熱處理；惟，在生長層充份激活鎂所需的時間隨裝置中諸如P型層厚度與各層成份的不同而有所變化。熱處理時間固可考慮氫之擴散而作某一程度之估定，惟決定某一熱處理溫度下之最適熱處理時間並不容易。換言之，氮系半導體裝置固需要熱處理，惟，用來分解氫之最適熱處理溫度與時間並不確定，一氫會留在p型導電層6與7，或者過度熱處理，便極有可能減少鎂的激活率。留在層6與7內的氫導致整個裝置的電阻增加，且，就像接觸電阻，這將造成裝置的工作電壓上昇。日本早期公開案第8 — 1 2 5 2 2 2號揭露一種爲解決上述問題所作不經過熱處理而形成相當於P型導電層6 者之嘗試。根據此公開案，P型導電層藉由在生長後於降溫程序中以氫氣與氨氣之外的惰性氣體來取代大氣氣體而製得。此方法無需熱處理；惟，如上所述，由於殘留的氫等，故在生長層內形成一高電阻層，而咸被認爲，無法獲得良好的電阻接觸，且無法增進裝置性能。且此公開案揭本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公嫠） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -8- 402735 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（6 ) 露一種在氮氛圍中生長之Mg摻雜層，此Mg摻雜層爲一 1 08Ω c m或更高電阻之絕緣體。爲激活鎂，上述氮系半導體裝置及其製造方法需要一種諸如熱處理與電子輻射之特定方法。因此，有由於製造步驟增加而產量減少且晶體品質劣化的問題，以及耗時’ 生產率減少，而又成本增加的問題。甚而有由於生長後之熱處理故大量氫、碳與氧出現在生長層表面以致於P型G a N的接觸電阻上昇以及裝置的工作電壓增高的問題。亦有由於P側電極9附近變質故 L E D壽命未達到實用水平以致於裝置可靠度降低的問題〇 L D之問題在於，如L ED，若p側電極9的接觸電阻高，雷射光束即難以發出，且由於P側電極9變質，故有壽命顯著縮短的問題。發明之槪述本發明係基於以上狀況而發展出來的，其目的在於提供一種氮系半導體裝置’在生長之後’無需諸如熱處理與電子輻射之特定操作，故可減少成本並增進生產率’且藉由提高P型導電層的品質與延長裝置的壽命來增進可靠度，以及一種製造氮系半導體裝置的方法。本發明之另一目的在於.提供一種氮系半導體裝置，使 p型導電層之導電性易於控制，具有—良好的低電阻接觸並在一低工作電壓下操作’以及其製造方法。本纸張尺度遥用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公· > (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *** -9 - 402735 A7 B7 五、發明説明（7 ) " - " (祷先閲讀背面之注意事項再填k本頁) 本發明之第一要旨在於，就由G a N等構成之氮系化合物半導體裝置而言，在形成用來作爲P型層的半導體層的程序與層形成後的降溫度程序中，氮被用來作爲載氣，以防止鎂與氫形成化合物，使鎂易於進入鎵之位置，故不用熱處理即可激活鎂。發展過程中，一開始便有人提議使用氮氣的方法。惟由於氮系化物半導體過於難以形成高品質的層構造與達到 P型導電性，故目前大家通常會避免使用氮來作爲主要載氣。因此，在形成一p型層的程序中使用氮來作爲主要載氣的實例報告並未找到。惟，本發明人汲汲於硏究與實，驗，並發現，使用高純化氮氣以及使各個生長條件最適化，即可使氮化系化合物半導體層在氮氣中生長。本發明旨在使用生長技術於氮氣並以p型層於氮氣圍中的生長機制爲基礎來獲得種種優點。本發明第二要旨在於，藉由略去熱處理，氫、.碳、氧等可避免不均勻地出現在生長層的最上層表面上，從而可防止鎂由於氫而激活，以及由於碳與氧而有表面高電阻。經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製此外，表面高電阻並不限於生長層的最上層表面上的氧或碳量大的情形，亦限於量太小（1 X 1 0 1 6 C m — 3或更小）的情形。其原因如下。生長層的最上表面上的氧或碳量爲1 X 1 0 16 c m-3或更少時，塡滿氧或碳所造成氮空位的效力即減少，氮空位會補償諸受子，且裝置增高電阻。因此，根據本發明，爲獲得良好的低電阻接觸’生長本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ 210X297公釐） -10 - 402735 經濟部中央樣準局負工消费合作社印製 A7 B7 五'發明説明（8 ) 層的最上表面上的氧與碳濃度各控制在一適當範圔。即使形成一電阻接觸電極後，此範圍亦如下： l x 1 016〈氧濃度S5 X1 018 ( cm·3) 1X1016〈碳濃度蕊 5X1019 (cm — 3) 爲獲得較佳低電阻接觸，氧濃度宜設定爲lxl 018 c m — 3或更低，更佳則設定爲5 X 1 〇 1 7 c m - 3或更低。藉由控制氧與碳濃度，習知約1 O — iQ ciri之接觸電阻即可減至1 0 - 3 c πί或更低。本發明第三要旨在於使裝置除含有主要載氣外，亦含有作爲載氣的氫。換言之，由於Mg、Ga與A I之有機金屬材料（C p2Mg，TMG，TMA等）易於爲氮所溶解，故若使用氫來作爲載氣，鎂即易於被包含在半導體層中。甚而，由於除主要載氣外，使用少量的氫載氣，故半導體層可以低溫生長，此外尙有在生長率增加與生長層表面平度增進的效用。本發明之第四要旨在於，具有一由In«Al,Ga卜丨·，Ν ( 0 S X，X + y S 1 )，所構成G a N系半導體的多層構造的氮系半導體裝置最好包含有一雙異質構造，其中一活性層介於一 η型半導體層與一 p型半導體層之間，復在於提供一方法，使含有銦（〇<x$〇 · 3)之層在一ρ型半導體層的至少一上層上生長。換言之，含銦之P型半導體層實質上形成於氮氛圍中時，即有由於形成一鏡面的生長條件範圍較形成一p型 A 1 q G a i 〇 N層廣，而易於控制的優點》本紙張尺度通用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X297公釐） ^e (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁)

-11 - 經濟部中央橾準扃貝工消費合作社印製 402735 A7 r_____B7___ 五、發明説明（9 ) 含銦半導體層（IiuAlyGan-,Ν，〇<x，〇Sx，0$ y，0<x + ySl)可爲p型或η型。且，半導體層不限於IiuAUGa^wN，而可包含第IV族元素之硼（Β )以及磷 -(P )與 / 或碑（A S )，亦即 In»AlyGazBl-i.yzNmPnASl-m-n (0<x，〇Sy，〇Sz，〇<x + y + z$l，〇< m，〇$n ，0<m+n 蕊 1_)。 P型半導體層可形成爲含有諸如Mg與Z n受子雜質之P型G a N系半導體層》p型G a N系半導體層與含銦於其上的半導體層的組成適用於如第27圖所示之內條狀 (下稱I S )構造或如第3 3圖所示之選擇性埋置脊式波導（下稱SB R)構造。 . 本發明之第五要旨在於提供一如第2 6 A至2 6 C所示的製造一電流阻隔構造的較佳方法。最好電流阻隔構以下述方法製得。以第一MO C VD在一相同室中將一η型〇31^導層8 3、一無摻雜〇31^活性層84、一？型 GaN導層8 5與一η型GaN電流阻隔層86依序形成於一藍寶石基板8 1內。然後，藉由蝕刻將η型G a N電流阻隔層的一部份除去，且接著以第二MOCVD(再生長）形成一p型I nGaN接觸層87。最好藉MO C VD使用Mg或Ζ η作爲ρ型摻雜劑來使諸層生長。根據製造方法，由第二MO C VD所形成的 I n G a Ν半導體層與需熱處理即成爲一ρ型低電阻層，而一界面則形成於P型GaN半導體層85與I nGaN 半導體層87之間。惟，GaN半導體層85與η型本紙張ΛΜ用巾® g家辟（CNS > ( 210X297公釐)~~' " ------------- ,:.- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 .—-kMiLkllr •12- 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印装 402735 A7 A 7 B7 五、奋明説明（10) G a N電流阻隔層8 6間之一界面並不變成一 P型低電阻。結果，以第二MOCVD形成I nG a N接觸層8 7之方法即有提高電流阻隔的效用以及上述無需熱處理即達成 P型低電阻之效用。本發明之第六要旨在於提供一如第3 4A至3 4D所示製造一 S B R構造之較佳方法。最好S B R構造可以下述方法來製得。以第一MO CVD在一相同室中將一 η型 GaN半導體層83、一無摻雜InGaN半導體層8 4 與一P型G a' N半導體層8 5依序形成於一藍寶石基板 8 1內。然後藉蝕刻將p型G a N半導體層8 5部份去除以形成一脊部。藉第二MOCVD (第二生長）使用一如 3 1〇2之屏蔽99來使一11型111〇31^半導體層9 8選擇性生長。以下係用來依本發明上述要旨達成本發明目的之諸特定裝置：本發明係一種氮系半導體裝置，包括：一基板；. 複數氮系半導體層，堆疊於該基板上； P 型 Ill*AlyGazBl-x-y-zNmPnAS.丨- m- n ( 〇 S X，〇 S y ’ 0 各 z ， 0 蕊 χ + y + zSl ，〇<m， OSn ， 0<m + n S 1 )層，包含於該複數氮系半導體層中，並形成爲一最上層； —P 側電極_，形成於該 P.型 In»Al»GazBi-».y.zNmPi>Asi-m-n 層之.一表面上；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 (請先閲讀背面之注意事項再#寫本頁) ,ΤΓ -13 - 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 402735 A7 B7 五、發明説明（11 ) —η 型 ln»AlirGazBi-x-»-zNinPnAsi_in-n ( 0 S X ，0 S y ， OSz ，〇Sx + y+ 'z 蠤 1 ，0<m，0 蠤 η ，0<m + η$ 1 )層，包含於該複數氮化系半導體層中，並形成於比該P型In*Al,GazB丨.w.zNkPnAsi.m.n層更靠近該基板之位置； —η側電極，設在該基板與該複數氮系半導體層之一的至少其中之一上，以形成一自該Ρ側電極經Ρ型

IiuAlyGazB丨小卜zNmPnAsi.m.n層伸延之電流路徑；此氮系半導體裝置之特徵在於，靠近P型 InxAhGazBl.xKNmPnASl.m.!^表面附近之氧濃度爲 5xl018cm_3 或更低。如此，即可獲得此一氮系半導體裝置，這種防止氧造成表面電阻高的裝置易於控制P型導電層之導電性’胃胃良好低電阻接觸，且可在低工作電壓下操作。自最上層朝基板深2 0 0 nm或更深的氧濃度實胃i 均勻。「實質上均勻j意指變化在一數値或更少的範圍內，換言之，裝置內的電阻可大幅減少。氮系半導體裝置之特徵在於P型 InxAhGazBi.uzNmPiAsif層表面附近的最大氧濃度爲其表面內平均氧濃度的5倍或更少。宜爲3倍或更少’而較$ 則爲2倍或更少。由於高氧濃渡區不局部出現在晶圓平面內’故電流注入、不發光區的產生、乃至於對導波、電阻、本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ---------〜装-- W 厂'. (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ;JS. -14 - 經濟部中央揉準局貞工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（12) 遷移、變形與熱力特性的負面影響等問題即可消除，藉此進一步增進可靠度。類似地，氮系化半導體裝置之特徵在於，P型 IlliAlyGazBl.Ji-y.zN'inPnAS丨_m.il層表面附近的碳濃度爲 5x 1 0 19 c m-3或更低。因此，如上所述，此裝置在防止碳造成表面高電阻以及易於控制P型導電層的導電性同時，具有良好低電阻接觸並可在低工作電壓下操作。自最上層期基板深2 0 0 nm或更深的碳濃度實質上均勻。「實質上均勻」意義如上所述。於此情形下，裝置之電阻亦可大幅減少。氮系半導體裝置之特徵在於，碳在p型 InxAlyGazBh.y-zNmPnASi··»·»層附近的最大濃度爲其表面內平均碳濃度的5倍或更少。宜爲3倍或更少，較佳爲2倍或更少。由於高碳濃変不局部出現在晶圓平面內，故諸如不均勻電流注入與非發光區產生的負面影響即可消除，從而進一步增進可靠度。如上所述之氮系半導體裝置可進一步包括：一活性層，由一氮系半導體組成，與該p型 In«AlyGazBi-*-,.zNmpaAsi-m-n (0^x,0^y*0^z«0 ^x + y + z^l > 〇<m* O^n » 0<m+n^l) 層之另一表面接觸，.此另一表面與其上形成有該p側電極之一表面相對；一氮系η型半導體層，.與該活性層之一表面接觸，此表面與其上形成有該ρ型IiKAhGazBLx.MNmPnAsu»層之另本紙張尺度適用中國鬮家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------- rt. (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 、言 .II-*-.丨=---|三|-_ -15- 經濟部中央搮準局w：工消費合作社印裝 402735 A7 ________B7 ___,__ 五、發明説明（13 ) 一表面相對；以及一雙異質構造，包含有該P型 111^1山&4丨.卜，.以1^1^5丨.111.„層、該活性層與該11型半導體層 » 該p型I η * A 1 y G a z B丨-* - y - Z N m P n A S卜η - II層包括至少二層’且一.ρ 型 IllxAlyGazBl-i-y-^NnPnAS 卜m.n(0<XS0 . 3 ’0$ y > 0 ^ z * Ο < x + y + ζ^1 ♦ 0<m» 〇^η > 0 <m+n$l)可用來作爲該二層之最上層。由於裝置之構造最適化且銦（I η )之成份在充份範圍內，故可易於並可靠地執行低電阻功能。 Ρ 型 In»AlyGazBl-»-y-zNmPnASl.m-n ( 〇 S X，〇 ^ Y ’ 〇 j 0^x + y + z^l 5 〇<m, O^n > 〇<m + n S 1 )層包括有至少二層，各層可含有鎂或鋅來作爲雜質元素。由於確定有一摻雜元素，故可易於並可靠地執行控制 P型導電性的功能。氮系半導體裝置可進一步包括一P型 I Π s A 1 q G & r B 1 - s - q - r N m P n A S 1 · m · n ( 〇 ^ S ^ 0 . 3，S<X，0 — q，〇Sr，OSs + q + rSl.，0<m，0 盔 n，0 <m+nS 1 )層，形成於最上層的p型 InxAhGazBhKNmPnAsun與活性層測的P型 Ill*AlyGSzBl-*-y-iNmPnASl-n>-n 層之間。由於直接形成於最上層下面的銦層成份比率（S )低於在最上層的比率（X)，故可易達成點陣匹配與低電阻本ϋ尺度速用中國囷家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐) : ~~ (請先閱讀背面之注意事項再來寫本頁) 訂 -16- 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 A7 _______B7_____ 五、發明説明（14 ) 功能。 P 型 Ιΐ1*Α1ΐί〇3ζΒΐ-*-»-ζΝιηΡηΑ5ΐ-πι·η ( 〇 < X S 0 . 3 ’ 〇 Sy，0‘z ，〇<x + y + z$l ，〇<m，OSn ’ 〇<m+n彡1 )層的厚度可設定在5 0 nm至1 5 0 0 n m範圍。由於P型I η ；< A1 y G a z B卜卜y _ z N m P n A s丨_ m · n層的厚度界定在充份範圍內，故可容易且可靠地執行低電阻功能。本發明係一製造一氮系半導體裝置之方法，包括之步驟爲· 以金屬有機化學汽相啶積法形成一η型

IllxAlyGflzBl-x-y-zNmPnASl-m-n ( 〇 ^ X * 〇 ^ Y * 〇 ^ Z * 〇 ^x + y + z^l » 〇<m> O^n * 〇<m+n^l) 層於一基板上；於形成該η型IruAlyGazBh.y.zNmPnAsn.n層之後，形成至少一p 型 IlUAlyGazB 卜*十 zNmPnASl-m-n ( 〇 S X，0 $ y， OSz ，OSx + y + zSl ，0<m，0 蕊 η ，0<m + η 1 )層；形成一 Ρ側電極於該ρ型In»Al»Ga:Bi·卜y.zNmPnAs卜層 :以及形成一η側電極於該基板，該η型 InxAlyGa:Bl.».y.zNmPnA&l_m·!!層與該 P 型

IlUAlyGazBl.xuNmPnASl.m.n層之一上，以形成一至少自該P 側電極經該η型In»AlyGa:B丨…》.zNmP»Asi.m.n層與該p型 IiuAlyGazBi.丨層伸延之電流路徑；本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X297公釐） I---------IX裝丨| .1 {請先聞讀背面之注意事項再魂W本頁) ,ιτ r.s::.‘ •17· 402735 A7 _：___B7_______ 五、發明説明（15) 如上所述，p 型IiuAlyGa!Bi.,.,.zNmPnAsi.n.n 層爲二層或二層，此二層之一的氧濃度於表面附近爲5 X 1 0 18 c m1或更低，另一之碳濃度於表面附近爲5 X 1 0 1 9 c m _ 3或更低。此製造方法之特徵爲，藉金屬有機化學汽相啶積法使用至少二氣體，其一含有一有機鎂化合物與氨的原料氣體，另一則主要爲氮氣之載氣，來形成p型

InxAlyGazB 1 -x-y-zNmPnASl-m-n 層。由於載氣實質上爲氮，故氫極難與鎂結合，且鎂不用熱處理即可激活。換言之，此方法在生長之後不用熱處理以減少成本並增進生產率，復且提高p型導電層並延長裝置之壽命，藉此增進可靠度。根據上述製造方法，可使用氮來作爲主要載體氣體。原料氣體可包含有機鎂（Mg )化合物、有機鎵（G a ) 與有機鋁（A 1 )化合物。除主要載氣外，氫氣可用來作載氣。於反應管內的氫氣濃度可設定在0 . 0 5至2 0容量百分比範圍內，惟最好爲2容量百分比或更少。經濟部中央標準局貝工消费合作社印製半導體層內之鎂使用氮氣來激活。藉由以氫氣來提高原料氣體的分解，原料氣體內的鎂易於進入半導體層內。結果，除上述功能外，鎂之激活比率可進一步增進。甚而，由於除主要載體氣體外復使用少量的氫氣，故半導體層可在較低溫下生長，除此，復有生長率增加與生長層表面平度方面增進之功效。氮氣流速相對於氫氣流速可在5至2 0 0 〇倍範圍內本紙^尺度適用中國國家標準（CNsYa4規格（210X297公釐） ~ 一— -18 - 經濟部中央橾準局貞工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（16 ) 。由於可不包括氮氣流速相對於氫氣流速低於5倍下可防止鎂激活之生長範圍，以及氮氣流速相對於氫氣高於 2 0 0 0倍下可防止原料氣體分解的生長氛圍’故可易於並可靠地執行上述功能，並可增進製造方法的穩定度。 ρ 型 InxAlyGazBi-wzNmP-Ash、（ 0 S X ，0 S y ’ 0 Sz，OSx + y + zSl，0<m，OSn，0<m + n. $ 1 )層可藉M 0 C V D引入活性氮來形成。活性氮可使用譬如減壓CVD、光激CV D與裂開法來引入。若層構造藉由使用減壓CVD、光激CVD與裂開法之一來添加鎂而以MOCVD形成，GaN之N位置空缺即可減少而使鎂易於進入Ga位置；故除上述功能外，鎂之激活率可進一步增進。且，由於使用活性氮，故氨氣的使用量可大爲減少，並可獲得Mg激活率增加之功效，且有製造成本大爲降低的優點。本發明之上述目的及其他目的、特色與優點將藉以下詳細說明與附圖進一步闡說。圖式中之相同參考號碼標示本發明之相同構成元件。圖式之簡單說明本案至少有一份彩色圖式，此份彩色圖式之影本經申請並繳交必要費用，專利商標局即會供應。第1圖係習知藍光半導體雷射構造之示意圖；第2圖係表示習知藍光半.導體構造於熱處理前後循深度方向的複數濃度分佈圖表；本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Λ4规潘·（ 210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 •19- 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝侧m A7 ____B7 ____ 五、發明説明（17 ) 第3圖係顯示本發明第一實施例之半導體雷射構造之橫剖視圖；第4 A圖係顯示第一實施例之半導體雷射循深度方向之複數濃度分布圖表：第4 B圖係顯示比較例於熱處理前後循深度方向之複數濃度分布圖表；第5圖係第一實施例之碳濃度平面分布圖式；第6圖係第一實施例之氧濃度平面分布圖式；第7圖係第一實施例之氫濃度平面分布圖式；第8圖係第一實施例之矽濃度平面分布圖式；第9 A圖係比較例中1 0 O nm深度的碳濃度平面分布圖式；第9 B圖係比較例中10 0 0 nm深度的碳德度平面分布圖式；第10圖係比較例中氧濃度的平面分布圖式；' 第1 1圖係比較例中氫濃度的平面分布圖式；第12圖係比較例中矽濃度的平面分布圖式；第1 3圖係一圖表，顯示比較氮載氣與氫載氣下 GaN生長率之晶圓平面分布；第1 4圖係一圖表，顯示比較氮載氣與氫載氣下 G a N層之生長率相對於生長溫度之依存度；第1 5圖係一圖表，顯示比較氮載氣與氫載氣下’ p 型導電層之受子濃度相對於生長溫度之依#度；第1 6圖係一圖表’顯示比較氮載氣與氫載氣下’用本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Λ4规格（210X297公釐) " -20- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 402735 % A7 B7 經濟部中央標準局®C工消费合作社印製五、發明説明（18 ) 來作爲一電流注入層的G a N層中A 1成份的晶圓平面分布；第1 7 圖係一圖示本發明第二實施例的半導體雷射構造的橫剖視圖，第1 8 圖係一圖示本發明第三實施例的發光二極體構造的橫剖視 1 cO · 圖，第1 9 圖係一圖示本發明第五實施例’的氮系半導體裝置構造的橫剖視圖 1 第2 0 A圖係 —圖表，顯示第五實施例中生長層循深度方向的雜質濃度分布；第2 0 B圖係 —圖表，顯示習知構造中生長層循深度方向的雜質濃度分布：第2 1 圖係一表，顯示第五實施例與習用例的 C — V 計量結果，第2 2 圖係第五實施例之變化例圖式；第2 3 圖係第五實施例之另一變化例圖式；第2 4 圖係第五實施例之再另一變化例圖式；第2 5 圖係一圖示本發明第六實施例之氮系半導體裝置之橫剖視 1 <3.1 · 圖，第2 6 A至2 6 C圖係顯示一製造第六實施例之氮系半導體裝置之方法圖式；第2 7 圖係第六實施例之一變化例圖式；第2 8 圖係本發明第七實施例之氮系半導體雷射構造之橫剖視圖 • 1 請先閲讀背面之注

I 頁訂本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -21 - 402755 b7 ___ 五、發明説明（19 ) 第2 9 A至2 9 C圖係顯示一製造第七實施例之氮系半導體裝置之方法圖式；第3 Ο A至3 0 C圖係顯示一製造第七實施例之氮系半導體裝置之方法圖式；第3 1圖係第七實施例之一變化例圖式；第32圖係第七實施例之一變化圖式；第3 3圖係本發明第八實施例之一半導體雷射之橫剖視圖；第3 4A至3 4D圖係顯示一製造第八實施例之半導體雷射之方法圖式；第3 5圖係第八實施例之一變化例之圖式；第3 6圖係本發明第九實施例之半導體雷射構造之橫剖視圖；第3 7.A至3 7 C圖係顯示一製造第九實施例之半導體雷射之方法圖式；以及第3 8 A至3 8 C圖係顯示一製造第九實施例之半導體雷射之方法圖式》經濟部中央標準局貝工消費合作社印製發明之詳細說明茲參考附圖說明本發明諸實施例。 (第一實施例）第3圖係本發明第一實施例的半導體雷射構造的橫剖視圖。半導體雷射具有一多層構造，其中一緩衝層（未圖本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS > A4規格（210X297公釐） -22- 402735 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製五、發明説明（20 ) 示）、一無接雜G a N底層12、一 η型G a N接觸層、 —η型A 1 G a N電流注入層1 4、一 G aN光導層1 5 、一I nGaN 活性層 16、一 GaN 光導層 17、一 p 型AlGaN電流注入層18與一p型GaN接觸層19 依序形成在一藍寶石基板1 1。 ' . 以乾式蝕刻法自P型GaN接觸層19的最上層表面丨將多層構造部份去除至達到η型G a N接觸層1 3的深度爲止，且一 η側電極2 0形成於G a N接觸層1 3.的露出表面上。一 S i 〇2層2 1選擇性形成於p型GaN接觸層1 9 的未去除部份上，且一 p側電極22形成於Si 〇2層21 與P型GaN接觸層19上》第一實施例之半導體雷射包括多層構造的n側與p側電極。因如后詳述，惟於層18與1 9形成期間以及在這之後的降溫步驟中，使用氮來作爲載氣，俾激活鎂以防止鎂與氫的化合物形成。氫被用來作爲含p型摻雜劑的有機材料的載氣以增進有機材料的分解。茲說明一種製造上述半導體雷射之方法及其功能。半導體雷射以已知之MO C VD法來製造。特別是使用三甲基鎵（TMG)、三甲基鋁（Τ Μ A )、三甲基銦 (TMI )與雙環戊二烯鎂（CP2Mg)來作爲有機金屬。氨（NH3)與矽烷（Si H4)用來作爲原料氣體，而氫與氮則用來作爲載氣》 % (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· ^sf -訂 ~ΓΙΙ1Ϊ

> \ I ··' I -23· 402785 A7 B7 五、發明説明（21) 首先，藍寶石基板1 1進行有機淸洗與酸淸洗，並放在一接受器上，此接受器於MOCVD設備之反應室內以高頻加熱》在常壓下以2 5 C (升）/m (秒）流速引入氫的氛圍中以1 2 00 °C進行汽相蝕刻約1 0分鐘，藉此自藍寶石基板的表面去除一天然氧化膜。然後以一約5 5 0 °C的低溫將一緩衝層形成於藍寶石基板1 1上。基板之溫度爲1100 °C時，使氫以 2 0 · 5 L /m的速率流動而用來作爲載氣，且氨以 9 . 5 L/m的速率供給6 0分鐘，而三甲基鎵（ TMG )則以1 0 0 cc / m的速率供給6 〇分鐘，藉此於緩衝層上形成一無摻雜底層1 2。使矽烷（S i H4)以1 〇cc/m的速率流動以形成一 η型GaN接觸層13，並使三甲基鋁（TMA)以60 cc/m的速率流動以形成一 η型A 1 G a N電流注入層 1 4。接著，停止供給S i Η 4與Τ Μ A .，並在形成無摻雜的G a N底層1 2的相同條件下形成一 G a N光導層1 5 ° 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印製 (請先闖讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後，若基板溫度減至7 80 °C，載氣即由氫改變爲以20.5L/m速率流動的氮，並分別使氨、TMG與丁11^以9.51^/111、9沈/111與46 5(：(：/1]1的速率流動約30分鐘而形成一InGaN活性層。形成I nGaN活性層16之後，基板之溫度即再度昇至1 1 0 0 °C。溫度達到1 1 0 0 °C時，載氣即再度改變爲以20. 5L/m速率流動的氫，並在與GaN光導本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -24- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 402735 A 7 一、 B7 五、發明説明（22 ) 層1 5相同的條件下形成一Ga N光導層1 7乂 G a N光導層1 7可使用氫作爲載氣來形成，且於此情形下’ I nGaN活性層1 6可避免在暴露於高溫氫時蒸發。如后述，於後續的生長程序與降溫程序中，改變載氣，且提供三個與本發明一具體例對應的氮系藍光半導體雷射與二個習知技術比較例，復且相互比較其特性》 (本發明具體例）根據本發明形成一 p型導電層，換言之，如以下，於 P型導電層的生長程序及其後續降溫程序中使用氮爲載氣來形成。形成G a N光導層1 7之後，將載氣改變爲以_ 20.5L/m速率流動的氮，並分別以9.5L/m、 1 0 〇cc/m、6〇cc/m與2 5cc/m的（速率供給氨、TMG、 TMA與Cp2Mg等p型摻雜材料，而形成一厚度爲0 · 7#m的p型A.lGaN層18於GaN光導層1 7上。將Cp2Mg的流速增至50cc/m，並形成一厚度爲0 . 7ym的p型GaN接觸.層1 9。於此例子中，除主要載氣之氮氣外，亦使用小量的氫氣。使用氫氣的理由容後說明。於此程序中，最好在活性層生長後採用低溫生長方法以防止I n G a N系活性層的變質。於低溫生長方法中，氫氣的使用可增進材料的分解效率以增加生長速率，增進生長層表面平度，以及增進有本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） I.------丨 — (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -25 - 402735 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製五、發明説明（23 ) 機鎂材料的分解效率以增加進入生長層的Mg量。進入反應管內之氫濃度可適當選擇’並可在譬如〇 · 〇 5至2 0 容量百分比的範圍內' 於P型導電層的生長程序中’最好氣態氨（N Η 3 )相對於用來作爲主要載氣的氮的比率爲〇·5左右並在 0 . 1至1 0範圍。若比率低，Ρ型導電層即呈島狀生長，且形態不佳，而若比率高，即會發生晶體瑕疵等情形。 ρ型G a Ν接觸層1 9生長之後，即停止有機金屬材料之供給，且僅氮載體氣體與氨持續分別以2 0 . 5 L/ m與9 . 5 L/m的速率流動，復且，基板溫度自然減低。惟在基板溫度達到3 5 0 °C時停止氨之供給。〔比較例1〕此例子與發明背景所述習知之方法相同。在ρ型導電層的生長程序與其後續降溫程序中，使用氫來作爲主要載氣。〔比較例2〕於ρ型導電層生長程序中使用氫來作爲主要載氣如上述本發明之具體例，於後續降溫程序中，使用氮來作爲主要載氣。 (評估） (C — V計量） -----------^装-- δ -./..V (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂本紙張又度逍用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） -26- Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（24 ) 將C 一 V技術分別運用於上述三個具體例標本與比較例1暨2以獲得p型導電層之受子濃度。作爲具體例樣本之P型導電層可不經熱處理來獲得。於此樣本中，P型A 1 G a N電流注入層1 8之受子濃度爲6x 1 018cm-3，而p型GaN接觸層1 9之受子濃度爲9 X 1 018cm — 3。換言之，鎂被激活來作爲二p型導電層18與19之受子。比較例1與2之樣本分別不經熱處理來形成爲一非p 型高電阻導電層。此等樣本於氮氣圍中以7 5 0°C加熱處理30分鐘，接著則進行C 一 V計量。p型A 1 GaN電流注入層1 8之受子濃度爲4 xl018cm_3,而p型 GaN接觸層1 9之受子濃度爲4x 1 018cm_3。鎂被激活來作爲受子。 (I — V計量）形成一 η型電極2 0與一 p型電極2 2而分別用於上述三樣本俾獲得一具有如第3圖所示構造之安裝有電極之樣本》於具體例之安裝有電極之樣本中，獲得良好的電阻接觸’而於比較例1與2中，電阻接觸則不佳。 (雷射發光特性）由上述三個安裝有電極之樣本製造半導體雷射，並評估其特性。特別是，將安裝有電極之樣本（晶圓）切成， 0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210Χ297公漦 -27· 五、發明説明（25 ) .Λ 3 5 0 // m大小以形成共振鏡面而製得三個半導體雷射。於第一實施例之具體例之半導體雷射中，工作電壓爲 5 V，且閾値電流密度爲5 k A / c πί時，在室溫下持續發出一波長爲4 2 0 nm的雷射光束。於習知之比較例之半導體雷射中，工作電壓增高至 3 5 V時，即無雷射光束發出，且此裝置由於p側電極附近變質而損壞掉。 (循深度方向之雜質分布）就此三樣本，以S I M S (次級離子質量測量法）分別取得鎂（M g )、氫（Η )、碳（C )與氧（Ο )在熱處理前後循深度方向的濃度分布。於第一實施例之具體例樣本中，如第4 Α圖所示，鎂循深度方向之濃度恆定，約爲5x 1 019cm_3。氫濃度並不高於下限（2xl018cm_3) 面並未檢測出氫。生長層內之碳濃度恆定，約爲 2父1017_〇111-3，而氧濃度並不高於下限（經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 1 X 1 0 1 7 cm - 3 )。於比較例1與2中，如第4B圖所示，正如同第一實施例之具體例，不管在熱處理之前或之後，鎂濃度均約爲 5 X 1 0 1 9 c m - 3。且，於比較例1與2中，熱處理前，氫濃度約爲4 X 1019cm — 3。熱處理後，於多層生長膜內之氫濃度並不高於下限（2xl018cm_3)，惟於生長層的最上層表本紙張尺度適用中國囤家揉準（CNS ) A4规格（210X297公簸） • 28 · 402735 a7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製五、發明説明（26〉面上則增至約3 X 1 019 cm·3。即使熱處理延長3 0分鐘，亦可自生長層之最上層表面檢測出約3 x 1 0 19 c m _ 3的氫濃度。於比較例1與2比較例中*熱處理之前，生長層內之碳濃度恆定，約爲3xl 017cm_3，且熱處理後，在生長層表面上增至約8xl019cm_3。熱處理前，氧濃度不高於下限（lxl017cn^3)，且在熱處理後，於表面附近的濃度約爲7x 1 018cm_3。計量結果，熱處理後的氧濃度（約7.x 1 0 1 8 c m — 3 )係最低値，通常約高出一位數或更多。 (雜質濃度之平面分布）針對以上具體例與比較例之樣本，以S I M S檢查一 Ρ型接觸層表面附近的雜質濃度的平面分布。具體例與比較例之雜質係指碳（C )、氧（0 )、氫（Η )與矽（ Si)。第一實施例之結果圖示於第5至8圖中，而習知技術之結果則圖示於第9 A至1 2圖中。於這些圖式中，第5、6、……與1 2圖顯示雜質濃度之平面分布。雜質結團之計算數字依據一顯示計算數字與顏色間之相互關係使用不同顏色來區分。如第5、6、7與8圖所示，碳、氧、氫與矽的個別濃度分布在相當於自表面起1 0 0 nm深的表面上實質上均勻，且無任何雜質出現局部高濃度。特別是，各雜質之最大濃度爲相同雜質的平均濃度的5倍或更少的倍數。 ~請先閲讀背面之注意事項再^本頁) 訂本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -29 · 402735 A7 _ B7 五、發明説明（27) 就比較例之樣本而言，將首先說明第9A、9 B、第 1 0至1 2圖，其次則說明各雜質的濃度分布。第9A、 9B、 1〇、 11與12對應於上述第5、 6、 7與8圖且各使用不同顏色來顯示各雜質結團之計算數字。於比較例1之樣本中，如第9 A、9 B、 1〇、 11 與1 2圖所示，一局部高濃度部份分別出現在碳、氧、氫與矽之濃度之平面分布中。局部高濃度部份的値約爲平均濃度部份的十倍6特別是，就碳濃度而言，高濃度部份的値爲3 X 1 019 cm — 3 ，而平均濃度部份的値爲2 X 1 017cm_3，且於此情形下，高濃度部份的値較平均濃度部份大約二位數。如第9 B圖所示，碳與氧（未圖示）雜質濃度的局部高濃度部份出現在相當於自最上層表面深1 # m的位置。相對地，第一實施例之樣本並無碳與氧雜質濃度的局部濃度部份；惟，若樣本經過退火，此一高濃度部份即會出現〇經濟部中央樣準局貞工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於比較例1，碳與氧雜質濃度的局部高濃度部份即無使電流注入不均勻，產生不發光區，並負面影響導波、電阻、電子遷移、變形與熱力性能，從而降低可靠度。此一問題並未發生在第一實施例之具體例中。雖未特別說明，惟比較例1之樣本具有一局部高濃度部份於氫與矽雜質濃度中，而第—實施例之例子則無此部份。本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -30- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7___ 五、發明説明（28) (載氣之特性變化）_ 檢查第一實施例之具體例與習知技術之比較例之間的不同》於本發明中，氮氣被用來作爲主要載氣。檢查結果顯示於第13至16圖中。於此等圖式中，「氮載氣」係指第一實施例之例子，且『氫載氣」係指習知技術之比較例1。第1 3圖係G a N層上生長率分布或晶圓內層厚度之平面分布圖。於此圖中，縱座標係指相當於層厚度之生長率，而生長率則係以層厚度除以生長時而得者。厚度係以習知掃描電子顯微鏡（下稱S EM)來計量。橫座標係指氨體在晶圓內的預定位置。晶圓之上游側被界定爲「前」，下游側Μ被界定爲「後」，而晶圓的中間位置·則被界定爲「中」。如圖所示，本發明之厚度分佈實質上均勻，而習知技術之厚度由於在 >中"位置的生長率低，故不均勻〇第14圖係顯示G a Ν層上生長率（層厚度）相對於生長溫度的依存度圖表。於此圖中，縱座標係指G a N層中間部份之生長率（即層厚度/生長時間）。厚度以 S EM來計算。橫座標係指生長溫度。如圖所示，於本發明中，G a N之厚度在生長溫度1 0 0 0 °C至1 1 0 0 °C 下實質上均与，而於比較例中，溫度自1 0 5 0 °C增至 1 1 2 0 °C時厚度減少。第15圖係顯示P—型導電層18與19之受子濃度本紙張尺度通用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐) 一 {請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 402735 A7 B7 五、發明説明（ {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (P型載體密度）相對於生長溫度之依存度圖表。受子濃度以習知C 一 V法計量。如圖所示，受子濃度於1 0 0 0 °(：至1 1 〇〇°c生長溫度下實質上均勻，而於比較例1中，溫度自1050 r增至1150 °c時濃度增加。第1 6圖係一顯示用來作爲電流注入（包）層之 GaA 1 N層上A 1化合物之平面分佈圖表。於第1 6圖中，縱座標係指A 1化合物，而橫座標則指與第1 3圖所示相同者。.A 1化合物以習知X光衍射法（XRD)來計量。如圖所示，本發明中A 1化合物之變化較比較例1小〇以下結果得自上述實驗。根據在氫載氣中生長一薄膜而後以熱處理使其成爲P 型導電層的比較例.1與2中，氫、碳與氧的濃度於多層結構的最上層表面（若係發光裝置，則爲p型接觸層之最上層）上增高。經推斷，濃度之增加係由於熱處理。氫使最上層表面上的鎂減活，且氧提高最上層表面的電阻，因此無法獲得與_p側電極電阻接觸。經濟部中央樣準局貝工消费合作社印裝根據本發明之具體例，由於生長程序中的載氣實質上爲氮氣，故氫亦難以與鎂結合且鎂可不經熱處理而激活。因此，層生長後無需進行熱處理，且可避免氫、碳、氧等因熱處理而不均勻出現在生長層的最上層表面上，藉此乃可防止氫使鎂減活並防止碳與氧使表面增加電阻。根據本發明，生長後無需.熱處理，故可減少成本，增進生產率，即使在一非發光二極體的高電流注入所需的半本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐) ' -32 - 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印裝 4027S5 b7_ _五、發明説明（3(J 導體雷射中亦可大幅降低電壓，雷射發光可單純化，裝置壽命可大幅延長，且可增進可靠度。不像習知技術之比較例1，本發明並無高碳濃度與高氧濃度的局部區。如此，即可防止電流不均勻注入，可避免產生不發光區，且可消除對導波、電阻、電子遷移、變形與熱力性能的負面影響，結果獲得可靠度。根據本發明，由於氮氣被用來作爲主要載氣且含有少量氫氣用來作爲另一載氣，故氦氣提高半導體層內鎂的激活，且氫氣提高含鎂原料氣體的分解，結果使得鎂易於混合進入半導體中，並可進一步增進鎂之激活。根據第一實施例，由於氮氣流速相對於氫氣流速的倍數在5至2 0 0 0倍範圍內，氮氣流速爲氫氣流速的低於 5倍情形下可防止鎂激活的生長氛圍以及氮氣流速爲氫氣流速的高於2 0 0 0倍情形下可防止鎂原料氣體分解的生長氛圍均可予以排除，故可容易地與可靠地獲得上述優點，且可增進製造程序的穩定度。根據本.發明第一實施例，由於P型I η X A 1 y G a z Bl-x-y-zNmPnASl-m-n (〇〈Χ，〇 ^ y ，〇 ^ z ，〇<x + y + z$l ，0<m，〇客 n，〇<m + n 客1)層的生長溫度在500 °C至1 230 °C範圍內，故可排除生長期間低於5 0 0 °C而無法具有p型導電性的部份與高於1 2 3 0 °C而無法成爲良好晶體的部份。因此，可容易地與可靠地獲得上述優點，並可增進製造程序的穩定度。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公荦） -33- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 40273& A7 _________B7 ___五、發明説明（本發明第一實施例的製造程序穩定度如第1 3至1 6 圖所示。根據第一實施例，由於膜厚度之平面分佈大幅增進，故產量與可靠度可獲得增進。且由於厚度相對於生長溫度之依存度低於習知技術，故作業中的厚度變化可大幅減少，且，可再製造性乃至於產量與可靠度可獲得增進。第一實施例在P型導電層中受子濃度相對於生長溫度之依存度方面較習知技術獲得更大的增進。因此，晶體內或作業中的受子濃度變化可減少，且可再製造性乃至於產量與可靠度可獲得增進。由於本發明第一實施例在用來作爲電流注入層的 G a A 1 N層的A 1化合物分佈方面可較習知技術獲得更大的增進，故可提高可再製造性、產量與可靠度。且，本發明的生長溫度可爲4 0 °C至6 0 °C，較習知技術低。換言之，習知技術問題在於，低溫下生長的 I nGaN系活性層具有一高I η (銦）化合物比率時，若高溫下生.長的Ρ型電流注入（包）層與Ρ型接觸層二者形成於其上，晶體的品質即會因高溫而降低。由於，於本發明中，生長溫度可減低，故可解決上述習知技術之問題，從而維持活性層的品質》 (第二實施例）茲說明本發明第二實施例之半導體雷射。第1 7圖係半導體雷射構造之橫剖視圖。於此雷射中 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS > Α4規格（210X297公釐） -34- 402735 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 A7 £7_五、發明説明（，一緩衝層32、一 η型GaN層33、一 η型 A 1 G a Ν電流注入層34、一GaN層3 5、多量子井 (MQW)構造之一活性層3 6、一 g a N層3 7以及一 p型A 1 G a N電流注入層3 8依序形成於一藍寶石基板 3 1上。層3 4至3 8構成一使用一高電阻G a N層3 9的埋置台平構造的雙異質構造。 p型G a N層4 0形成於層3 8與3 9，且一 p型 GaN接觸層41形成於層40上》一P側電極43形成於P型GaN接觸層41上，而一 η側電極4 2則形成於η型G a N層以蝕刻等法露出的部份上。茲說明一製造上述半導體雷射之方法及其功齙。首先，以一有機溶劑與酸淸洗藍寶石基板3 1，然後將其放在一可加熱之MO CVD設備之一接受器上。使氫以2 0 L (升）/m (分）的流速流動時，藉由在 1 2 0 0 °C.下汽相蝕刻約1 0分鐘來將藍寶石基板的表面去除。溫度降至5 5 °C而在藍寶石基板3 1上形成一緩衝層32。接著溫度增至110 0°C’使氫、氮、TMG、氨與矽分別以 15L/m，5L/m，100cc/m， 1 0 L/m與5cc/m流動約一小時，並形成一η型 GaN層3 3，使其具有約2μιη之厚度。溫度維持1 1 00°C時，藉由以5 Occ/m流速添加 TMA十五分鐘形成一η型A 1 G a N電流注入層3 4，紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -35- 402735 Α7 Β7 經濟部中央樣準局貝工消費合作杜印策

五、發明説明（j 使其厚度約爲5 0 0 nm，然後再度停止TMA之添加十分鐘，以形成一厚度約2 0 0 nm的G a N層3 5。停止供給TMG，且基板溫度增至7 8 0°C。於此溫度下，使TMG、氫與氮分別以l〇cc/m、l〇L/m 、30cc/m與19 · 7L/m的流速流動，且輪流以 1 4 Occ/m與1 5cc/m的流速供給丁 Μ I約1 . 5分鐘2 0次，最後則以1 5cc/m的流速供給3分鐘，藉此形成多量子弁（M QW )構造之活性層3 6。氫、氮與氨分別以4〇cc/m、19 . 96L/m與 1 0 L/m的流速流動時溫度持續4分鐘增至1 1 0 〇°C 。若上昇溫度下蒙氣爲氫，即蝕刻活性層；因此，最好氛圍爲氮。保持1. 100°C溫度時，氫、氮、TMG、氨與 C p 2 M g 分別以 500 cc/m、14.5L/m、100 cc/m、1 0 L/m與5 Occ/m的流速供給約Ί 〇分鐘，並形成厚度約20nm的GaN層。以5 0 cc / m的流速添加Τ Μ A約1 5分鐘以形成一厚度約5 0 0 nm之p型A 1 G a N電流注入層3 8。惟，氫被用來作爲有機金屬材料之載氣以形成上述p型層，且於此狀態下，溫度降至室溫，晶圓自MOCVD設備移出，在習知熱力CVD設備中，形成一寬度爲2 0 Am的 S i 〇2薄膜於晶圓表面上。晶圓放在R I E設備內並加以蝕刻俾以B C 1 3氣體獲得一台面構造開口。再度將如此製成之晶圓放在Μ 0 C V D設備的接受器上，並在以3 0 L (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） • 36- 經濟部中央標準局負工消费合作社印装 402735 A7 B7五、發明説明（34) /m流速流動的氮氣中將溫度增高至11 Ο 0 °C。溫度爲1 100°C時，分別以500 cc/m、 14.5L/m、100cc/m、l〇L/m 與 5〇cc/ m的流速供給氫、氮、TMG、氨與DMG (二甲基鋅）約1小時，且使層3 4至3 8構成一i型G a N層3 9之埋置構造。此種i型G a N層藉由台面蝕刻後生長來形成 ;惟亦可不用蝕刻而藉由植入諸如氫與氧之離子來形成。譬如，此層可藉由以1 X 1 014 cm — 2的劑量在2 0 0 k e V的加速能量下植入氫離子來達成。溫度維持1 1 0 0°C時，將主要載體氣體自氫換成氮，且分別以 SOOcc/m、 14.5L/m、 100 cc/ m、10L/m與50cc/m的流速供給氫、氮、TMG 、氨與Cp2Mg約2 7分鐘，並形成一厚度約90〇11111 的P型GaN層40。進一步將Cp2Mg的流速增至 1 5 〇cc/m，並供給約3分鐘，藉此形成一厚度爲 lOOnm的p型GaN層41»於此層，無需諸如熱處理之後置處:理即可獲得p型晶體。層40與4 1生長時，減少載體的不激活機制，並藉由添加3 X 1 0 1 6 c m — 3濃度的鋅，使其濃度增高約2倍。停止供給TMG與Cp2Mg，並將基板溫度降至室溫。惟，持續在1 1 0 0 °C至3 5 0 °C下，分別以5 0 0 cc /m、14.5L/m與l〇L/m供給氫、氮與氨，並在3 5 0 °C停止供給氨。自MO CV D設備將如此製得之雷射構造將出。使用本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） amamm—. ^ϋ_1 n m m I ^^1· H^I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .—.--'--ιίι!.1-』'.1·.- -訂 -37- 402735 at B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝五、發明説明（3$ 習知真空澱積法或噴濺法依序使Pt (50nm厚）、 Ni (50nm厚）與Au (2#m厚）形成於η型 G a N層3 3上，以製得一具有良好電阻接觸的η側電極 .4 2。另一方面，依序形成Pd (20nm厚）、Ti ( 30nm 厚）、.Pt (20nm厚）與 Au (2&m 厚）於p型G aN層4 1上，在5 00 °C的氮中將此構造加熱 1分鐘以形成約7 X 1 〇 — 3 Ω c iri的p側電極4 3。上述金屬與Al、Sc、Mg、Si、Cr等之多層構造或一合金層可用於此電極》使用劃線器等自基板切開雷射構造以形成一共振鏡面。如此製成之半導體雷射持續發出波長爲4 2 0 n m的雷射光束。此裝置之工作電壓爲4 . 7V，且閾値電流密度爲 3 k A / c m2。如上所述，根據本發明第二實施例，除具有第一實施例之優點外，復可獲得一具有內部電流阻隔構造的藍光半導體雷射。. 就第二實施例之變化例而言，於形成二P型G a N層 4 0與4 1時，改變轉換主要載氣的時序。尤其是，在上述條件下，形成下P型.G a N層4 0時，使用氫來作爲主要載氣，而在形成最上層P型G a N層4 1前，將氫轉換成氮。即使在這之後形成層4 1，亦可如第一與第二實施例，獲得同樣高的鎂激活率。其理由如下。即使在下P型 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂本紙張尺度適用中國國家標车（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -38 - 402735 A7 B7 五、發明説明（ G a N層4 0形成時無鎂被激活，由於最上層的P型 G a N層4 1形成時生長溫度高達1 1 0 0°C’故可推知，熱處理效應作用在層40上。無庸贅言，由於P型 G a N層4 1厚就形成於氮氣圍中，故鎂的激活率高。 (第三實施例）茲說明本發明第三實施例之一潑光二極體。第1 8圖係一橫剖視圖*圖示發光二極體之構造。此二極體包括一 η型、2 Η型Si C基板5 1。一含1 : 9 比例的GaN與S i C的混合層52形成於基板5 1上，且一η型G a N層5 3、一 η型I nG a N發光層5 4與 -ρ型G a N層5 5依序形成於基板5 1上》所使用的摻雜劑係用於11型〇3 1^層5 3的矽與用於0型6 3[1^層 5 5的鎂。只有在層5 4與5 5生長期間，氮被用來作爲主要載氣，氨與有機鎵材料被用來作爲原料氣體·，且一有機鎂被用來作爲P型摻雜劑。氫進一步被用來作爲有機鎂 ——---------------- _ ' 材料之載氣.。經濟部中央樣準局貝工消費合作杜印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ρ型G a N層5 5以外諸層形成時，氫被用來作爆主要載氣。層5 3與5 4的載體濃度各爲2x 1 〇18cm_3 —η側電極5 6形成於S i C基板上，即一p側電極 57則形成於p型GaN層55上。如上所述，於藉由形成η型與p型電極於一如此製得之多層膜上而製成之發光二極體中，Ρ側電極之接觸電壓本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X：297公辈) • 39- 他 735 at B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝五、發明説明（37) 可降低，以致於裝置壽命可延長約爲習知裝置的5倍，並可大幅增進其可靠度。 ' (第四實施例）茲參考第3圖說明本發明第四實施例之半導體雷射。第四實施例係指除本發明之上述具體例（第一實施例 )外，使用減壓CVD、光激CVD與裂開法之一，供給等離子氮而形成之一 P型A1 G a N電流注入層1 8與一 p型G a N接觸層1 '9。尤其是，如上所述，形成一G a N光導層1 7後，主要載氣自氫轉換爲氮，並停止作爲此等原料氣體之載氣即 TMG、TMA與氫氣之供給。使用上述方法之一，若基板之溫度降低而氣態氨持續供給直至可供給活性氮原子爲止，G a、 I η、N等即可避免自基板上所形成的生長層分離。其次，輸入定量的氮氣與原料氣體，並藉由控制排出速度等將一反應室設定於一預定壓力。 ρ型A 1 G a Ν電流注入層1 8與Ρ型G a N接觸層 1 9依序由反應室內所產生的等離子來形成。而後，停止供給原料氣體，且自然而然降低基板溫度〇後續的電極形成步驟與上述相同，並完成一藍光半導體雷射。藍光半導體雷射可於閾値電流抵達3 OmA時在室溫本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ). A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -40- A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝五、發明説明（下持續發出一雷射光束。根據上述第四實施例，由於使用諸如等離子氮之氮原子來形成P型A 1 G a N電流注入層18與P型G a N接觸層1 9，故氮空位密度可減少，且鎂（Mg )易於進入鎵（Ga)位置。且由於使用活性氮，故氫甩量可大爲減少，從而可獲得Mg激活比率增加的块〃效 '，並具有製造成本大爲減低的優點。茲認爲，在若干托或更低大氣壓力下，大量空位會由 Ga (A1)N的N位置產生，且鎂（Mg)會進入N位置，從而易於使鎂減活。惟，於第四實施例中，由於使用等離子氮，故1_位―置之―空位減免丄且激活；如此，藍光半導體雷射即可持續在室溫下發出雷射光束β 第四實施例可用於第二實施例之Ρ型G a Ν層4 0與 4 1以及第三實施例之P型G a N層5 5二者。換言之，即使此等層4 0，4 1與5 5使用等離子.，鎂激活率可如第四實施例.增進。等離子可包含有直流電等離子、射頻等離子與微波等ΪΙ芊。上述第一至第四實施例係指不含銦（I η )之ρ型 G a Ν層半導體層，此層用來作爲與一電極接觸之接觸層。如以下第五至第九實施例，一含銦G a N系半導體層{ IiixAlyGazBi-x-y-zNmPnAsim-n (〇<x»〇^y>〇^z»0<x + y + z^l，0<m，OSn，〇<m+nSl) }被用來作爲與一電極接觸之接觸層。茲先說明與氮系半 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐) -41 · 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 _735 . g __五、發明説明（y 導體裝置之原理有關之第五與第六實施例，接著則說明顯示具體例之第七至第九實施例。由於基板之溫度與載氣之流速與第一暨第二實施例相同，故其詳細說明從略。 (第五實施例）第1 9圖係一橫剖視圖，顯示本發明第五實施例之氮系半導體裝置之原理。此裝置包括依序形成在一藍寶石基板 6 1 上之一η 型 GaN ( I n*A lyGai-x-vN 1 x =7" = 0)層6 2、一 p型GaN層6 3以及一p型 I n G a N ( I nxA 1 yG a i-*-yN * 0<x< 1，0 =y)層64 °p型GaN層63與n型GaN層62構成一p ri接合面。 (循深度方向之雜質濃度分布）至於第1 9圖所示之構造則如第2 Ο A圖所示，鎂（ M g )與氫（Η )循生長層深度方向之濃度分布分別以 .S I M S來檢查。爲比較檢査對應於本發明而去除Ρ -型 I n G a Ν層6 4之習知構造。由第20A與20B圖可知，P型GaN層6 3與ρ 型I nGaN層64二者之Mg濃度爲5xl019cm — 3 時，習知構造之P型GaN層之氫濃度爲8x l 019 cm-3，而ρ型I nGaN層64與P型GaN層63之氫濃度則爲6 X 1 019 cm_3。後者之値實質上與習知P 型G a N層生長後並接著以7 5 0°C在氮氣中加熱3 0分本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐) I------IIο------tr------IQ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •42- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 Α7 Β7 五、發明説明（4d 鐘的氫濃度相同。雖未圖示，p型I n G a N層6 4於表面附近的氧濃度與碳濃度爲5 X 1 018cm_3或更低以及5 X 1 019 cm — 3或更低。自最上層表面朝基板深1 0 0 nm或更深的各濃度實質上均勻而在3 X 1 017cm_3範圍內。換言之，裝置內與表面附近的電阻極低。於習知P.型G a N層中，表面附近的氧與碳濃度分別高於本發明一位數或更多位置。 · (C 一 V計量）第2 1圖係一表，顯示以c 一 V技術計量用於 5 IMS之受子濃度之結果。由於本發明之t型 I n G a N層6 4於富含氮的氛圍中生長，而有低電阻P 型層的功能，接著如圖所示，P型G a N層6 3用來作爲 —低電阻P型層，且其電阻爲5 . 4xl018cii^3，實質上等於習知P型G a N層生長接著在氮氛圍中熱處理後所獲得的結.果。換言之，由於用來作爲含銦（I η)半導體層的Ρ型I n G a Ν層6 4形成於上面’故氫可避免進入ρ型G a N層6 3而形成於下面，並提高鎂之激活。 (構造變化）於第19圖所示之構造中，—η型I nGaN ( I nxA ly〇Gai-x-yN * 〇<χ<1 ’ 0 = y)層 6 5可如第2 2圖所示形成在頂部表面上以取代P型本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） .-— j m an· m in /Λ,丈水 m * //L (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -43- 402735 A7 B7 經濟部中央樣準局貞工消费合作社印装五、發明説明（41 ) I η G a N 層6 4。含銦( In )成份比率低於P型I n G a. Ν 層 6 4 所含者之 P型 In G a Ν可進一步介於ρ型G a N 層 6 3 與 P 型 I n G a Ν 層6 4，俾便於點陣匹配。如第2 3圖所示，一接腳式連接可藉由一無摻雜i 型 I η G a N 層6 6介設η型GaN層62與 ρ 型 G a N 層 6 3 之間來形成。本發明可應用於Ρ η或接腳式連接。如第2 4圖所示，一G a Ν緩衝層7 1 與一無摻雜或 η 型 G a N 層7 2可形成在藍寶石基板6 1 與η型G a N 層 6 2 之間以增進表面形態。一接腳式連接可以無摻雜 i 型 I η G a Ν層 6 6、一成爲層6 6之下層之η型 A 1 G a Ν 層7 3以及一成爲層6 6之上層之ρ型 A 1 G a Ν 層7 4來形成。 ( 第 — 實施例）第 2 5 圖係一橫剖視圖，圖示本發明第六實施例之氮系半導體裝置之原理。此裝置具有一電流阻隔構造，其中 — ^nT- 無摻雜G a N 底層82、一 η型GaN接觸層8 3、一 /£ητ Μ 摻雜 In G a N活性層8 4以及一 ρ型G a N電流注入層 8 5 依序形成在一藍寶石基板81上。複數η 型G a N電流阻隔層8 6選擇性形成在ρ型 G a Ν 電流注入層85上。一P型InGa N接觸層8 7 形成在 Ρ型 G a N電流注入層8 5與η型G a N電流阻隔層 8 6 上。請先聞讀背面之注 I 本紙浪尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） t 44 - 402735 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製五、發明説明（茲說明製造上述具有一電流阻隔構造的氮系半導體裝置的方法以及其功能。於氮架半導體裝置中，如第2 6 A圖所示，以第一 MOCVD在柑同室中，依序將一無摻雜G a N層8 2、一 η型GaN層83、一無摻雜GaN活性層84、一 P 型G a N電流注入層8 5以及一η型G a N電流阻隔層 8 6形成於一藍寶石基板8 1上。此後，如第2 6 B圖所示，經由蝕刻將η型G a N電流阻隔層8 6 —部份去除，然後以第二MOCVD (再生長）形成一 p型I nGaN 接觸層8 7。鎂（Mg)或鋅（Ζη)被用來作爲p型摻雜劑。根據上述製造方法，由第二MO CVD所形成之ρ型 I n G a Ν接觸層8 7如上所述具有低氧濃度與低碳濃度，且不用任何熱處理來降低其電阻。以第一MO C VD形成，對應於η型G a_N電流阻隔層8 6，或在第二MOCVD時暴露於室內的ρ型GaN 電流注入層.8 5的一部份時，一P型低電阻層。根據C _ V測量，受子濃度爲3xl018cm_3。（而根據 S I M S分析，鎂濃度爲2 X 1 0 1 9 c m· 3 )。於再生長期間，以η型G a N電流阻隔層8 6覆蓋的 ρ型G a N電流注入層8 5的另一部份的電阻並未減低.。根據上述第六實施例，由於P型InGaN接觸層8 7以第二MO CVD (再生長）來形成，故無需熱處理，可形成一低電阻P型層，並可進一步增進電流阻隔。本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Μ规格（210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -45- 40 幻 35 A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印裝五、發明説明（43 ) (構造變化）於第六實施例之構造中，如第2 7圖所示，一 G a N 緩衝層8 2 a可設在藍寶石基板81與無摻雜G a N底層 8 2之間。如第2 7圖所示，一η型A 1G a N電流注入層8 1可介設於無摻雜I n G a N活性層8 4與η型 Ga Ν接觸層8 3之間，且可形成一 ρ型A 1 G a Ν電流注入層9 5以取代p型G a N電流注入層8 5。所需之η 型G aN電流阻隔層8 6或η型I n G a Ν電流阻隔層可形成在層8 5或9 5上。 (第七實施例） .第2 8圖係本發明第七實施例之一半導體雷射構造之橫剖視圖。於第2 8圖中，與第2 6 A至2 6 C所示相同之組件以相同參考號碼標示。於此半導體雷射中，一 G a N緩衝層8 2a、一無摻雜GaN底層82、一 η型 GaN接觸層83、一 η型AlGaN電流注入層91、一無摻雜G a N導層9 2、一MQW構造之無摻雜 AlGaN活性層、一ρ型GaN導層94、一 P型 A 1 G a N電流注入層9 5與一P型G a Ν電流注入層 8 5依序形成於一藍寶石基板8 1上。 —η型G a N電流阻隔層8 6選擇性形成於ρ型 G a N電流注入層85上。一 P型InGaN接觸層87 形成於P型G a N電流注入層8 5與η型G a N電流阻隔 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) -,ΤΓ 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） -46- 矬濟部中夹搮準扃男工消背合作社印装 402735 at ______B7____ 五、發明説明（44 ) 層8 6上。一 $側電極97形成於P型I nGaN接觸層87上。一 η側電極9 6形成於η型G a N接觸層8 3藉由蝕刻等暴露之部份上。茲說明上述半導體雷射之製造方法及其功能。如第29A圖所示，一5〇nm厚無摻雜GaN( lnxAlyGai-x-yN，x = y = 0)緩衝層 82a、

一 2 厚無摻雜G a N底層8 2、一4#m厚η型 GaN接觸層8 3、一0.3//m厚n型AίqGal-qN 電流注入層91、一 Ο . 1# m厚無摻雜 (33>^導層9 2、一具有〇.1#"1厚]^〇评構造的 inGaN活性層93、一 0 . lym厚p型GaN導層 g.4、一 0 . 3#πι厚 p 型Al〇Gai-qN (〇客 qSI )電流注入層9 5、一〇 . 5#m厚η型GaN電流注入層與 ~*1 仁 m厚 π 型 GaN (AlqGai-qN ’ Q = 〇 )電流阻隔層8 6以MO C V D連續形成於一藍寶石基板8 1上。 _ 藉由輸入單矽烷（S i H4)適當控制η型雜質的密度。同樣地，藉由輸入雙環鋅二烯（c P2Mg )適當控制Ρ 型雜質的密度。如第2 9 B圖所示，使η型G a N電流注入層8 6圖型化，並藉由蝕刻等去除其一部份’俾自最上層表面暴露 p型GaN電流注入層85β 如第2 9C圖所示，以MOCVD形成一厚度爲本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS Μ4规格（210X297公嫠） {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ujrlllppi

JE -47- ^02735 A7 ^________5Z_____ 五、發明説明（45 ) 1.5//m 之 p.型 InGaN(InxAlyG.ai_x λτ ，0<x蕊Ο . 3，y = 0)接觸層於層85與86上。生長溫度自750 °C至1 100°C，且氫被用來作爲！氣體之載氣，而氮氣則用來作爲主要載氣。自MOCVD爐取出如此製得之晶圓，並以Si〇2^ 部份掩蔽。如第3 Ο A圖所示，將.晶圓蝕刻達η型G a N •接觸層深度。形成藍寶石基板8 1，藉由拋光使其具有約1 〇〇的厚度·，並在GaN系半導體層82 a至95上澱積〇於第3 OB圖中，一諸如T i — Au之金屬製成之η 側電極96形成於η型GaN接觸層8 3。此後，即將屏蔽之S i 0 2移除，且如第3 0 C圖所示，一由P :t、τ i /Au、N.i等製成之p側電極9 7形成於？型 InGaN接觸層87上* 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 (諳先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) p型I nGaN接觸層8 7具有5xl018cm-3或更低的表面氧濃度以及5x 1 019cm — 3或更低的表面碳濃度。層87亦具有良好的低電阻接觸。藉由劃線、切開、乾式蝕刻等依規格將如此製得之晶圓切成若千晶片。線接合後，此等晶片安裝在一預定心柱 (線支架）上並予以模壓，即完成本發明之G a N系雷射〇此半導體雷射具有一可在低閾値電壓發出波長爲 4 Ο Ο n m的雷射光束的良好特性。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -48- 402735 A7 ________B7____ 五、發明説明（46 ) 上述本發明之方法可較習知技術簡單。尤其是，根據本發明，只要增加一生長p型I n G a N半導體層的簡單步驟於習知連續外延生長步驟，即可抑制氫輸入P型包層與P型接觸層所造成的受子減活。由於無需熱處理，故可減少製造步驟數，並可消除表面污染導致減少裝置特性之因素以及生長後熱處理步驟所造成晶體的雜質擴散等。復由於表面氧與碳濃度可降低，故可獲得良好的低電阻接觸並可減少工作電壓，從而具有在一低閾値電流（低工作電壓）下發出波長爲4 0 0 nm的雷射光束的良好半導體雷射特性。 P型摻雜劑種類（如Mg)、P型I nGaN接觸層 87的厚度（〇<χ$〇. 3)、載氣種類（含氫氣與氨之原料氣體、氮氣之載氣）、流速（氮氣：氧氣=5至 2 0 0 0 : 1 )等均在適當範圍內。如此即可容易地與可靠地獲致上述優點，並可增進裝置特性與製造方法的穩定度。經濟部中央標準扃員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (構造變化）於本發明第七實施例中，如第3 1圖所示，可省略以第一MOCVD形成之p型GaN電流注入層85。於此情形下，如第3 2圖所示，由第二MOCVD形成之層可具有包含P型GaN層85a與p型InGaN接觸87 的二層構造。本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） ' ' -49- 經濟部中央搮準局貝工消費合作社印製 402735 a7 _;___B7______ 五、發明説明（47 ) (第八實施例）茲說明本發明第八實施例之半導體雷射。第3 3圖係一圖示半導體雷射原理的橫剖視圖。於此圖式中，與第2 5圖所示相同的組件以相同參考號碼標示。半導體雷射具有一S B R構造。一無摻雜底層8 2、一 n型GaN接觸層83、一無摻雜InGaN活性層84 以及一P型G a N電流注入層8 5依序形成在一藍寶石基板8 1上。_ 藉由選擇性蝕刻形成一脊部於P型G a N電流注入層 8 5上。複數η型I n G a N光約束層9 8選擇性形成在層8 5上除形成有脊部以外的部份。一？型111〇31^接觸層87形成在層85的脊部85與層98上。兹說明具有S B R構造的半導體雷射的製造方法及其功能。於此半導體雷射中，如第3 4A圖所示，以第一 MO C VD ?在相同室中，依序形成一無摻雜G a N底層 82、一 η型GaN接觸層83、一無摻雜InGaN活性層8 4以及一P型G a N電流注入層8 5於一藍寶石基板8 1上。此後，即如第3 4 B圖所示，藉由蝕刻將p型 G a N層部份去除以形成一脊部。如第3 4 C圖所示，一譬如S i〇2製成之屏蔽99形成於脊部上。接著，η型 I nG aN層9 8再度生長（以第二MOCVD)並選擇性形成於P型G a N層8 5形成有屏蔽9 9以外的部份。本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐) " (請先閲讀背面之注意事項再撕寫本頁) *Tr -50· 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 402735 α7 Β7 五、發明説明（48 ) 此後，移除屏蔽99，並如第34D圖所示’以第三 MOCVD形成p型I nGaN層87於層8 5之脊部與 η型InGaN層98上。即使於上述SBR構造中，p型I nGaN接觸層 8 7亦可如電流阻隔構造，具有低的氧與碳濃度’獲得良好的低電阻接觸，並具有在低閾値電流下可發生波長爲 400nm的雷射光束的良好特性。 (構造變化）_ 於第八實施例中，如第3 5圖所示，一G a N緩衝層 82 a可設在藍寶石基板8 1與無摻雜GaN底層82之間。一η型A 1 GaN電流注入層9 1可進一步介於無摻雜I nGaN活性層84與η型GaN接觸層83之間，且可形成一P型A1 G a N電流注入層9 5以取代P型 G a N電流注入層8 5。形成P型A 1 GaN電流注入層9 5時，η型 I n G a Ν光阻隔層9 8可爲η型G a Ν光約束層所取代，換言之，銦（I η)的成份比率於η型I (OS xSl)光阻隔層98可以爲零。無庸贅言，^型 I nG a Ν光阻隔層9 8可用來取代ρ型A 1 G a Μ電流注入層9 5。 (第九實施例）第3 6圖係一圖示本發明第九實施例之半導體構造& 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） I---------1 裝-- (請先閲讀背面之注意事巩再填寫本頁) 訂 -51 - 經濟部中央樣準局—工消费合作社印装 402735 A7 _ B7 五、發明説明（49 ) 橫剖視圖。於此圖中，與第3 4 A至3 4 D暨3 5圖所示相同之構成元件以相同參考號碼標示。於此半導體雷射中，一GaN緩衝層82a、一無摻雜GaN底層82、一 π型GaN接觸層83、一 η型AlGaN電流注入層 9 1、一無摻雜GaN導層9 2、一MQW構造之無摻雜 InGaN活性層93、一 p型GaN導層94與一 p型 A 1 G a N電流注入層9 5依序形成於一藍寶石基板8 1 上。藉由選擇性蝕刻一脊部形成於p型A 1 G a N電流注入層9 5上。複數η型I nGaN光約束層9 8選擇性形成於層95形成有脊部以外的部份上。一p型InGaN 接觸層8 7形成於層9 5之脊部與層9 8上。 —P側電極97形成於p型I nGaN接觸層87上，而一η側電極9 6則形成於η型G a N接觸層8 3以蝕刻等暴露的部份上。茲說明上述半導體雷射之製造方法及其功能。茲參考第3 7 A圖，如上所述，一5 0 nm厚無摻雜 GaN (5 nxAlyGai-x-yN，x = y = 0)緩衝層 82a、一 2#m厚無摻雜GaN底層82、一 4#m厚 η型GaN接觸層83' — 0 . 3#.m厚η型 AlqGai-qN (OSq‘1)電流注入層 91、一〇.1#111厚無慘雜63]^導層9 2、一具有0-1仁111 厚MQW構造的無摻雜I nGaN活性層9 3、一 0 . 1 #111厚？型〇31^導層9 4以及一0.3#111厚？型本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ~~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) \裝· 訂 -52- 403735 A7 B7 五、發明説明（50 ) A 1 « G a i - q N ( 〇 S Q S 1 )電流注入層9 5以 MOCVD連續形成於一藍寶石基板81上。如第3 7 Β圖所示，一 S i 〇2層藉由圖型化與掩蔽形成於P型（AlnGai-qN (OSqSI)電流注入層 9 5上，並藉由蝕刻等選擇性去除以形成一脊部。此後，如第37C圖所示，一η型InxGax-xNC 1)光阻隔層9 8再選擇性生長並形成於層9 5 形成有脊部以外的部份上。自P型層9 5之脊部將S i 〇2層99之屏蔽移除。如第3 8A圖所示，使用MOCVD，形成一1 //m厚 I nGaN ( I ηχΑ lyGai-x-yN » 〇<x^〇 . 3 ，y = 0)層87於層95之脊部95與n型I nGaN 光阻隔層9 8上。生長溫度於750 °C至1 000 °C範圍，且氫被用來作爲原料氣體之載氣，而氮則用來作爲主要載氣。經濟部中央橾準局貝工消费合作社印装如以上所述，復如第3 8 B圖所示，選擇性蝕刻如此製得之晶圓達η型G a N接觸層8 3之深度’然後藉由拋光形成一厚度約爲10 〇的藍寶石基板8 1。同樣地，如第3 8 C圖所示，一 η側電極9 6形成於 η型.G a Ν接觸層8 3上.’且一P側電極9 7形成於p型 I nGaN接觸層87。此等電極96與97可由相同於上述之材料構成。藉由如上述實施例切開等之方法將具有電極之晶圓成品切成若干晶片。將各晶片安裝於一預定心柱（線支架）本紙張尺度適用中國國家標準（CNS M4规格（210X297公釐） -53 - 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 402T35 A7 B7 五、發明説明（51 ) 上供線連接與模壓，接著則加工製成一 G a Ν系雷射成品根據半導體雷射，P型I nGaN接觸層87具有低的氧與碳濃度，並形成有良好的低電阻接觸，從而獲得可在一低閾値電流下發生波長爲4 0 0 n m的雷射光束的良好特性。. 根據第九實施例，除具有第七實施例之優點外，由於 p型層9 5之脊部與其他部份均經適當界定，故成份限定成，就具有一S B R構造與一 I S構造之半導體而言，η 型層98之帶隙能量小於活性層93。 (其他實施例）本發明運用一種於製造中使載氣與摻雜劑之組合最適化，不用熱處理以提高摻雜劑之激活，以及使生長層的最上層表面上的氧與碳濃度最適化俾減低接觸電阻的技術。如此，本發明即不限於雙異質構造（DH)之I S構造或 S B R構造.，而與異於雙異質構造之一同質結合構造與一單異質構造（SH)有關聯。無庸贅言，本發明因爲雙異質構造，亦與異於IS構造或SBR構造之構造有關聯。本發明可應用於使用一氮系半導體的諸如一p頻道 HEMT與一HB T的電子裝置以及諸如一L ED與一 L D之發光裝置。即使除氮氣外使用諸如氬（Α Γ)與氦（H e )之惰性氣體來作爲主要載氣，亦可獲得如本發明之優點》本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---^--------- β ,{ {诗先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 言

-54- A7 B7 五、發明説明（52 ) 根據以上說明，一實質上由諸如氮氣之惰性氣體形成之載氣係用在P型層生長場合。惟’可使用氮載氣於用來製造如L E D與L D的氮系半導體裝置的η型層生長場合。換言之，所有層可在裝置之多層生長情形下使用如氮氣之惰性氣體作爲主要載氣來形成。本發明提供一種氮系半導體裝置’具有生長需熱處理之良好特性。惟’熱處理可在生長後進行俾進一步在 ----— 特性上增進，換言之’生長後之熱處理因不排除’惟可在本發明中省略。可在不悖離本發明標的之範疇下作種種改變與變化。熟於此技藝人士對其他優點與變化可一觸即通。因此，本發明就較廣層面而言並不限於所示與所述之特定細節與代表性實施例V故而’在不淳離所附申請專利範圍及均等者界定的槪括性發明槪念的精神或範疇下可作種種變化 ----^------1 秦-- , 看 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 言經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -55-

Claims

B 3 7 2 ο 4 A8B8C8D8 經濟部中央揉準局属工消費合作社印製 i、申請專利範圍 1 . 一種氮系半導體裝置，包括： —基板；複數氮系半導體層，堆叠於該基板上.； ~1 P 型 Il^AlyGazBl-j-y-zNmPnASl-m.n ( 0 S X ’ 〇 S y ’ O^z * 0^x + y + z^l > 〇<m« O^n > 〇<m + η$ Γ)層’包含於該複數氮系半導體層中，並形成爲 —最上層；一 p側電極，形成於該p型I.nxAl,GazB卜x.y」NmPnAs卜«-" 層之一表面上； —η 型 I η»A1 y G a z B 丨· * - y · z N m P n A s 卜 m - n ( 〇 S X，0 S y ’ 0^z > O^x + y + z^l * 〇<m» 〇^n > 〇<m + n$ 1 )層’包含於該複數氮化系半導體層中，並形成於比該P型1心八1，0&41小卜以。^1^81.〇).„層更靠近該基板之位置；一 η側電極，設在該基板與該複數氮系半導體層之一的至少其中之—上，以形成一自該Ρ側電極經Ρ型 In)cAl»GazBl_*.”zNraPnA'Sl-m.n 層與該 η 型 In*AlyGazBi_* »〃NmPnAsi··»·»層伸延之電流路徑；其中該 P 型 InnAlyGazBl.-*-y-zNinPiiASl-m-ii 層之一表面附近. 之氧濃度爲5xi〇18.cm-3或更低。 2 .如申請專利範圍第1項之氮系半導體裝置，其中自最上層朝該基板之深度2 0 0 nm或更深的氧濃度實質上均勻而爲lxl〇18cm-3或更少。 3 .如申請專利範圍第1項之氮系半導體裝置，其中 (請先閲讀背面之注意事項再球寫本頁) •Z-. 訂 l-hilmMihl.i" 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS) A4规格（210x297公簸） -5fi- 402735 A8 B8 C8 D8 ____ 六、申請專利範圍進一步包括： —活性層，由一氮系半導體組成，與該P型 I η * A 1 y G a 2 B 1 - » - ϊ - 2 N m P n A S 1 - m - n C 0 ^ X ’ 0 ^ y ’ 0 ^ Z ’ 0 Sx + y + zSl，〇<m，〇Sn，0<m+nSl) 層之另一表面接觸，此另一表面與其上形成有該p側電極之一表面相對；一氮系η型半導體層，與該活性層之一表面接觸，此表面與其上形成有該Ρ型ImAhGazB丨x.y zNmPnAs卜m.n層之另一表面相對；以及 —雙異質構造，包含有該p型 In»AlyGazBi小y.:NmPnAsi’m·!^、該活性層與該η型半導體層 » 其中該Ρ型In*Al,Ga:B丨-.uNmPnAs卜m-n層包括至少二層，且一p 型 ImAl».GazBi.».,-zNmPnAsi-m.n ( 〇 < X S 〇. . 3，〇 ^ y · Ο < z · O^x + y + z^l，〇<m，〇Sn ，〇<m + n$ 1 )爲該二層之最上層。 4 .如申請專利範圍第3項之氮系半導體裝置，其中進一步包括一p 型 InsAKGarB i_s.q_rNmPnAs 1 - m - η ( 〇 S S〈〇 . 3，s<x，0 ^ q，0 ^ r »〇^s + q + r^l ，〇 <..m，0$n * 0<m+nS‘l)層，形成於該最上層之p型In»AlyGa:B卜丨.y.zNmPiAsi.m·»層與該活性層一側之該 P 型 I η I A 1 » G a z B 1 · * · ” z N m P n A S 1 · m - η 層之間 β 5 .如申請專利範圍第3項之氮系半導體裝置，其中該 Ρ 型 I η * A1 y G a ζ Β1 _ *- z N.m P n A s 卜 m - η (0<xS〇 · 3 ’ 0 ^ ^張尺度逋用中國國家椹準（CNS ) A4规格（210X297公釐) ： -57- --------,\x--- l·—- -.....、 /----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央搮準扃負工消费合作社印装 402735 A8 B8 C8 D8 經濟部中央揉準局另工消费合作社印袈六、申請專利範圍 y，0Sx，0<x + y + z$l ，〇<m，〇Sn，0 <m + n^ l )層之厚度在5 Onm至1 5 Ο 0 nm範圍內。 6.如申請專利範圍第1項之氮系半導體裝置，其中該 ρ 型包含至少二層，該二層之一取上層爲 p 型 In*AlyGazBl-x-y-zNmPnASl-m-n ( 〇 < X 各〇 .3，OSy，OSz，〇<x + y + z$l，〇<m， OSn，0<m+nSl)層，且該二層各含鎂與鋅二者之一。 . 7 .如申請專利範圍第6項之氮系半導體裝置，其中進一步包括一卩型111义19〇&41.5十『1''1111?11八51.111.1(〇$5< 0. 3，s<x，〇 ^ q，〇 ^ r * 〇^s + q+ r^l ，0<m，OSn，〇<m + n$l)層，形成於該最上層之該P型.In^AhGazB卜，十zNmPnAs〗-m-»層與該η型層一側之 ρ 型 IfljtAlyGazBl.i-y-zNmP nASi-m-n 層之間。 8 . —種氮系半導體裝置，包括：. 一基板；_ 複數氮系半導體層，堆疊於該基板上； P 型 InxAlyGazBl-x-y-zNmPnASl-tn-n ( 〇 S X，0 S y ’ 0 ^ z > 〇^x + y + z^l · 〇<m> 〇^n > 〇<m + n$ 1 )層，包含於該複數氮系半導體層中，並形成爲 —最上層； P 側電極，形成於該 P 型 Ii^AlyGazBi …y.zNmPnAsi-n 層之一表面上： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,1T 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） • 58- 402735 經濟部中夾標準局貞工消费合作社印装 A8 B8 C8 D8____ 六、申請專利範圍一 η 型InxAlyGazBi-».»_zNmPnAs卜m-n ( 〇 S X ，◦ ‘ y ， O^z · O^x + y + z^l » 〇<m> O^n > 0<m + nS 1 )層，包含於該複數氮化系半導體層中，並形成於比該P型In,AhGa:Bi…^NmPnAs丨層更靠近該基板之位 CU4 · * —η側電極，設在該基板與該複數氮系半導體層之一的至少其中之一上，以形成一自該Ρ側電極經Ρ型 IllxAlyGazB l.)i.y-zNinP nASl-m.n 層與該 Π 型 InxAlyGazB卜x-_y]N»PnAs〗m層伸延之電流路徑；其中該P型IllxAlyGazB卜xy-zNmPnAS丨·η*·η層之一表面附近的氧濃度之最大値爲表面內氧濃度平均値的五倍或更少倍 0 9 . 一種氮系半導體裝置，包括：一基板；_ 複數氮系半導體層，堆叠於該基板上；一 Ρ 型 Ill*AlyGazBl-»-»-zNinPnASl-ni-n (. 〇 S X，〇 S y ’ 〇Sz，〇Sx + y + zSl，〇<m，〇Sn，0<m + nS 1 )層，包含於該複數氮系半導體層中，並形成爲一最上層；一 ρ 側電極，形成於該 P 型 In*AlyGazB1.ll.,.zNmPnAsl-m-" 層之一表面上； ~* Π 型 IllxAlyGazBl'x-y.zNmPnAS I - m - η ( 〇 ^ X 5 〇 ^ y ’ 〇^z · O^x + y + z^l * 〇<m» O^n · 〇<ni + nS 1 )層，包含於該複數氮化系半導體層中，並形成 i紙張;Utit用+邮家辧（CNS>A俄#· (21GXM7公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-59· A8 B8 C8 D8 __ 六、申請專利範国於比該P型In.AhGazB丨…y-:NnP»As卜。··>層更靠近該基板之位置；一 η側電極，在該基板與該複數氮系半導體層之一的至少其中之一上，以形成一自該P側電極經P型 In»AlyGazB丨-wzNmPnAs卜層與該 η 型 IiuAlyGazBuy.zNmPnAsi.m.n層伸延之電流路徑；其中該P型In*AUGa!B丨小^NmPnAs卜〇·>層之一表面附近之碳濃度爲5 X 1 019cm_3或更低。 1 0 .如申請專利範圍第9項之氮系半導體裝置，其中自最上層朝該基板深2 0 0 nm或更深的碳濃度實質上均勻而爲1 X 1 0 1 8 c m — 3或更低。 1 1 .如申請專利範圍第9項之氮系半導體裝置，其中進一步包括：經濟部中央標隼局負工消费合作社印装 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一活性層，由一氮系半導體裝置，與該P型 IiinAlyGazBi-ji-y-zNmPnAsi-in-n ( 〇 S X * 0 ^ y，0 ^ z ’ 〇 ^x + y + z^l » 0<m* O^n >.0<m+n^l) 層之另一表面接觸，此另一表面與其上形成有該P側電極之一表面相對；一氮系η型半導體層，與該活性層之一表面接觸，此表面與其上形成有該ρ型IrwAlyGazBi…，.:NmPnAsi.m.n層之另一表面相對；以及 —雙異質構造，包含有該P型 111»八1山&31.^以1^^8丨.1».11層、該活性層與該11型半導體層本紙珉尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规搞( 210X297公釐） -60 - 402735 C8 D8 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝六、申請專利範圍其中該P型In*Al,GazB丨小yzNmPnAs卜m層包括至少二層，且該二層之最上層爲一 P型In»Al,GazB卜wZNmPnAs卜·η.η ( 0<x^0 . 3 1 O^y * O^z > 〇<x + y + z^l ，〇<m，'〇Sn，0<m+nSl)層。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之氮系半導體裝置，其中進一步包括一P 型 InsAloGarB 卜 s-q-rNmPnAS 卜 m-n ( 〇 S S < 0.3» s<x > 〇^q » O^r » 〇^s + q + r^l ，0<m，OSn，0<m + nSl)層，形成於最上層之該？型1!141,0&41.1.,-以1^1^31.111.11層與該活性層一側之該 p 型 In*AlyGazBl-»-_»-zNmPnASl-m-n 層之間。 13.如申請專利範圍第11項之氮系半導體裝置，其中該 P 型 IniAlyGazBl-nzNmPnASl-m-n ( 〇〈 X S 〇 . 3 ’ O^y * O^z > 〇< + x + y + z^l > 〇<m> n，〇<m+n$l)層之厚度在5〇nm至1500 n m範圍內。 1 4 .如申請專利範圍第9項之氮系半導體裝置，其中該P型In*AI,GazB丨…y-zNmPnAs卜m-„層包括至少二者，該二層之一最上層爲？型111*八1>〇&281.*-».^01?11八5|..111-11(0<又$ 〇 . 3，〇Sy，OSz，〇< + x + y + z$l，0< m，〇Sn，0<m + nSl)層，且該二層各含有鎂與鋅二者之一。 15.如申請專利範圍第14項之氮系半導體裝置，其中進步包括一 P 型 InsAldGarBl-s-q-rNniPnAS 卜 m-n ( 〇 S S < 0.3» s<x*0^q»0^r »〇^s + q + r^l 本纸張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tT -61 - 經濟部中央揉準局負工消费合作社印*. 402735 ?1 D8六、申請專利範園 ’ 0<m，〇$n，〇<m+n盔1)層，形成於一最上層之In.AUGazBin.zNmPnAs丨·<η·ιι層與該η型僵一側之該Ρ型 IllxAlyGazB 丨.《-y.zNmPnAS 卜 m-n層之間。 .1 6 .—種氮系半導體裝置，包括： —基板；複數氮系半導體層，堆疊於該基板上； P 型 In»Al»GazB丨- »- »_zNmPnAs丨- m- ni( 〇 S X ’ 0 S y， OSz，〇彡 χ + y + zSl，0<m，OSn，〇<m + n S 1 )'層，包含於該複數氮系半導體層中，並形成爲 —最上層；一 P側電極，形成於該P型In*AlyGa:Bi…》-:NmPnAs卜m.n 層之一表面上； Π 型 InxAlyGazBl-*-y-zNmPnASl-in-n ( 〇 S X ’ 0 S y ’ . ·. OSz，〇Sx + y + zSl，0<m，OSn，〇<m + n$ 1 )層，包含於該複數氮化系半導體層中，並形成於比該P型InxAhGazBi-wzNmPnAs丨·》.»餍更靠近該基板之位置； — η側電極，設在該基板與該複數氮系半導體層之一的至少其中之一上，以形成一自該Ρ側電極經Ρ型 IllxAlyGazB l-»-y-zNmP ηΑ8ΐ·πι·.η 層與該 Π 型 IiuAUGazBuy.zNmPnAsun層伸延之電流路徑；其中該 P 型 Ifl»Al»GazBl-n-y.zNraP nASl-.m，ii 層之一表面附近之碳濃度最大値爲表面內碳濃度平均値之五倍或更少倍。 17·—種氮系半導镡裝置之製造方法，所包括之步本紙張尺度適用中國國家揉準< CNS ) Λ4规格「210X297公釐） (請先H讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -62- 經濟部中央橾準局貞工消費合作社印装 A8 B8 C8 D8六、申請專利範園驟爲：以金屬有機化學汽相啶積法形成一η型 I π * A1 y G a ζ Β 1 · * -»- z N m P n A s 1 - m · n CO^x * O^y * O^z * 0 Sx + y + z‘l ’ 〇<m，〇芸 n ，〇<m+n 各 1) 層於一基板上；於形成該η型ImAUGazB丨…y.zNmPnAs卜層之後，形成至少一P 型 IllxAlyGazBl-wzNmPnASl-m.n ( 0 S X；，〇, j y， OSz，OSx + y + zSl，〇<m，0 蕊 η，〇<m + η S 1 )層；該 ρ 型In^AlyGaiB卜卜yqJSkPnAs卜m.n層具有 5 X 1 〇18 cm_3或更低的氧濃度於其表面附近；形成一P側電極於該P型In*AhGazB丨小，.zNmPnAs卜m.n層 :以及形成一 η側電極於該基板，該η型 IllnAlyGazBl·*·. y-zNmP nASl-m.n 層與該 p IluAlyGazBl小y-zNmPnAS卜m-n層之一上，.以形成一至少自該P 側電極經該η型InxAhGaji…層與該p型 InAhGazB丨小^NmP-Asi.m··»層伸延之電流路徑；該P型層以金屬有機化學汽相啶積法，使用至少二氣體來形成，此二氣體之一爲原料氣體，含有一有機鎂化合物與氨，另一爲主要係惰性氣體之載體氣體。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之方法，其中使甩一氮氣來作爲一主要載體氣體與該惰性氣體，且除了主要載體氣體外，將容量百分比在〇 . 〇 5與2 0之間的氫氣加本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐) (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁)

-63 - il 402735___g_ 六、申請專利範圍入一反應管內》 1 9 .如申請專利範園第1 8項之方法，其中該氮氣之流速爲該氫氣之流速之5至2 0 0 0倍。 20.如申請專利範圍第17項之方法，其中該p型 IiuAhGazBi + ^NmPnAsi.·».，層以金屬有機化學汽相啶積法加入活性氮來形成β 2 1 .—種製造氮系半導體裝置之方法，所包括之步驟爲以金屬有機化學汽相啶積法形成一η型 In.AlyGaiB i-*»iNmPnAsim-n (0^χ,0^γ,0^ζ,0 ^x + y + z^l » 〇<m· 〇^n * 0<m+n^l) 層於一基板上；於形成該n型In,Al,Ga:B卜.^NmPnAs卜層之後，形成至少—p ，zNmP»Asi m·» ( 0 S X，0 S y， 0 ^ z » 〇^x + y + z^l ，〇<m，〇Sn’，〇<m + n S 1 )層；該 p 型In丨Al,GaiB丨..uNmPnAs卜m.n層具有 5 x 1 0 19 c m_3或更低的碳濃度於其表面附近；經濟部中央橾準局貝工消费合作社印裂 (請先閱婧背面之注$項再填寫本頁) 形成—P 側電極於該 P 型 In.AlyGazBii-y-zNmPiASh··^ :以及形成一η側電極於該基板，該η型 1 n n A1»G a: Β 卜》· y · z N m P n A s 卜 β . η 層與該 ρ 型 In*AlyGazB卜*.>.iNmPnAS卜ιη·ιι層之一上’以形成 ~至少自該Ρ 側電極經該η型IrwAhGazB丨小y.zN«P«As丨·η·π層與該Ρ型 In»Al»GaiBl，》nNmPnASl.m.ii層伸延之電流路徑 > 本紙張尺度逍用中國•家椹準（CNS ) A4规格U10X297公釐） -64-

六、申請專利範圍該P型IiuAl,GazB1…yzNmPnASi.m.n層以金屬有機化學汽相陡積法，使用至少二氣體來形成，此二氣體之一爲一含有機鎂化合物與氨之載體氣體，另一則爲主要係一氮氣之載體氣體。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該氮氣用來作爲一主要載體氣體，且，除了主要載體氣體外，將容量百分比在〇 . 〇 5與2 0之間的氫氣加入一反應管內〇 2 3 .如申請專利範圍第2 2項之方法，其中該氮氣之流速爲該氫氣流速之5至2 0 0 0倍。 2 4 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中以金屬有機化學汽相啶積法加入活性氮來形成該P型 IllxAlyGfliBl-ii-y-iNinPnASl-ro-n 層。 (請先H讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央揉率局負工消费合作社印装本紙張尺度逋用中國國家揲準（CNS ) Λ4规格（210X297公釐） 65-