TWI292953B - Nitride semiconductor, semiconductor device, and manufacturing methods for the same - Google Patents

Nitride semiconductor, semiconductor device, and manufacturing methods for the same Download PDF

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TWI292953B TW092104198A TW92104198A TWI292953B TW I292953 B TWI292953 B TW I292953B TW 092104198 A TW092104198 A TW 092104198A TW 92104198 A TW92104198 A TW 92104198A TW I292953 B TWI292953 B TW I292953B
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Description

1292953 ⑴ 玖、發明說明 (發月說明應㈣：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明係關於一種氮化物半導體，舉例來說，其可用以 製造半導體雷射裝置或類似裝置；關於一種使用該氮化物 半V體的半導體裝置；以及關於其製造方法。 先前技術 成近年來，III-V族化合物半導體因為其各種特徵已經成為 眾所矚目的裝置材料。明確地說，該些材料係直接轉移類 型的材料，其能量帶間隙寬度介於19以至6·2 之間，所 以僅有該些材料可提供涵蓋可見光區至紫外光區之間的大 範圍發光，因此已經有人積極地將其開發成半導體發光裝 置（例如半導體雷射及發光二極體（led)) 廣的能量帶間隙寬度之外，吾人預期其具有極高的：二 和速度及極高的崩潰電場，因此亦有人進行研究，使其能 夠製造出可於先前以Si_或GaAs_材料所製成的慣用裝置理 論上無法運作之條件（例如高溫運作、高速切換運作、以及 高電流運作）下進行運作的裝置。 在該些m-v族化合物半導體中，氮化錄半導體（例如㈣ 、AlGaN及GaInN)非常適合作為該等裝置的材料，而此類 半導體裝置的製作方式則係將—氮化鎵半導體膜疊壓於一 晶體基板或晶體膜的表面上。吾人希望的係該晶體基板 (或晶體膜)具有大量的氮化鎵化合物晶體，然而製造此類 大#的晶體卻極為困難’因此必須在基板（一般係採用藍寶 1292953
石（α-Α12〇3)、碳化石夕（SiC)或類似的材料）上進行蠢晶成長 以形成該氮化鎵化合物。 不過’基板材料（例如藍寶石或類似材料）與該氮化鎵化合 物之間的晶格失配及熱膨脹係數差異極大，因此會在該氮 化鎵化合物層中產生晶格缺陷（例如錯位）以減緩其變形。 晶格缺陷部可能會位於非輻射再結合的中心，即使電子與 電洞產生再結合其亦不會發光；或是可能變成電流洩漏部 ’導致遠專半導體裝置的特徵遭到破壞。 接著，已經有人設計出用以移除該氮化鎵化合物層中之 缺陷的晶體成長方法，並且開始將成長技術（其成長基礎係 基於由晶種衍生出來的少量錯位係發生在成長於朝向該等 晶種之橫向方向中的晶體中）運用於目前的^^或^心晶 體中。 舉例來說，日本專利特許公開申請案第1〇-312971號中便 採用下面的方法·在藍寶石基板上形成一 GaN層、在該GaN 層的表面上形成一由Si〇2(二氧化矽）所組成之成長抑制層 、以及藉由該成長抑制層進行GaN表面曝光處理以成長出 GaN晶體。根據該方法，該成長抑制層會抑制錯位的成長 ，並且減少侵入晶體内部及抵達其上表面（即所謂的螺紋錯 位）的錯位數量。不過，錯位則會進入該成長抑制層的開口 部並且侵入該等晶體内部，因此在該氮化鎵半導體層的開 口部上方區域中則會局部地提高錯位與缺陷的數量。 其它的方法包括：利用圖案形成的方式在〇aN層上形成 大量的晶種部，並且以該等晶種部為基礎於橫向方向中成 1292953 長出日日肢用以連接成長於該等晶種部之間橫向方向中的 曰曰體。不過在該方法中，錯位仍然會擴散至該等晶種部的 上表面，因此位於該等晶種部正上方的區域中會局部性地 具有大量的錯位與缺陷。所以，該些方法都無法減少基板 上方該氮化鎵半導體表面中的缺陷，此為一項嚴重的問題。 再者，忒些方法中的橫向成長係一種不完全的選擇性成 長方式，除了橫向成長之外亦會往上成長，因此在進行完 整2橫向成長期間其厚度便會快速地增加，因而在已成形 的氮化鎵半導體層中產生弧狀效應。而後，本發明的發明 人試圖在高於慣用方法的溫度下來成長一氮化鎵半導體， 使2該成長過程以橫向成長為主，以便產生較薄的層厚度 。當成長溫度提高之後，成長方向的導向性便會變強，因 而了進步地&幵柄向成長的效果，不過卻會在曾表面中 產生一種稱為凸丘的缺陷。凸丘係一種環狀凸部，其直徑 介於70μπι-100μπι之間，高度約為〇·7μιη，經由實驗證^ ,3亥等突丘容易成長於該等晶種部的正上方（即該等成長抑 制層的開口部）。缺陷可能會發生在成長於該等凸丘上的半 導體層之中，此現象會破壞所製造之半導體裝置的特徵。 在半導體雷射中，當在該等凸丘上形成雷射條紋時，便會 發生可靠度（例如雷射靜態特徵以及雷射的壽命）降低的/ 題。 -、 發明内容 本發明可以解決上面的問題。本發明的第一個目的便係 提供一種於其表面上具有大範圍低缺陷區域的氮化物半導 -10- (4) 1292953 體以及種使用該氮化物半導體之半導體裝置。 方法2的第—個目的則係提供一種氮化物半導體的製造 ^其包括可以利用橫向成長技術輕易達到極少量表面 、 的之層形成步驟；以及提供一種使用該氮化 體之半導體Μ的製造方法。 制1康本^明之氮化物半導體的製造方法及半導體裝置的 方：包括下面的步驟：⑨長一 HP族氮化物半導體以 阳種。卩，以及利用該晶種部為基礎，改變兩個以上 =1又中至）其中一個成長條件，成長出一 III-V族氮化物半 導體，以形成一半導體層。 據本發明之氮化物半導體及半導體裝置包括：由III-V 無氮化物半導體所製成之第—晶種部；由m.V族氮化物半 導=所製成之第二晶種部，其係從該第_晶種部成長而成 ，具有二角形或梯形剖面；以及由m_v族氮化物半導體所 衣成之半導體層’其係以該第二晶種部成長而拳。 f根據本七明之氮化物半導體的製造方法及半導體裝置 的衣仏方法中’該Ιπ_ν族氮化物半導體係以該晶種部為基 礎|利用改變兩個以上階段中至少其中一個成長條件而成 長出來的，該晶種部上方區域中的錯位擴散方向會被改變 ，並且形成具有少量凸丘的半導體層。 根據本發明之氮化物半導體及半導體裝置包括：具有三 角形或梯形剖面的第二晶種部，言亥半導體層係以該第二晶 種部為基礎成長而《，因此在該第二晶種部與該半導體層 之間的介面中的晶體錯位會轉彎，如此便可減少侵入該半 -11- 1292953 (5) 導體層表面之錯位的數量。 從下面的說明中將可更清楚本發明的其它及進一步目的 、特點與優點。 實施方式 下文中將參考附圖對本發明的具體實施例作詳細的說明。 [第一具體實施例]
圖1A至5B係依序解釋根據本發明第一具體實施例之氮 化物半導體的製造方法。首先，該具體實施例將參考該些 圖式來解釋該氮化物半導體的製造方法。此處的氮化物半 導體係含有鎵（Ga)與氮（N)的氮化鎵化合物，其範例包括： GaN、AlGaN(氮化鋁鎵）混合晶體，以及A1GaInN(氮化鋁鎵 網）混合晶體。必要時，該化合物可能含有由以族（例如Si( 石夕）、Ge(鍺））或VI族（例如〇(氧）、Se(硒》元素所組成的^型 雜質，或是由II族（例如Mg(鎂）、Ζη(鋅））或IV族（例如C(碳）） 元素所組成的ρ型雜質。
如圖1Α所示，會先製備由α12〇3 (藍寶石）所組成的基板-。可當作基板100的其它材料包括·· Si(矽）、SiC(碳化矽） 、GaAs(砷化鎵）、MgAl204(鎂鋁的氧化物）、LiGa02(鋰鎵 的氧化物）以及GaN。於該基板1〇〇之上（舉例來說，{〇〇01} 表面）會形成一由GaN、AIN、AlGaN、或類似材料所組成 的緩衝層l〇〇a。其次，會在該緩衝層10〇3上方成長GaN:
Si以形成一厚度為2 μιη的晶種層101 ’然後於其上依序形 成厚度為0·9 μιη的Si〇2(二氧化矽）膜102以及厚度為1.3 μπι 的光阻膜1〇3。應該注意的係，可以形成sixNY(氮化矽中的 -12- 1292953
⑹ X與y為特定數值）取代Si〇2膜102，或是形成Si〇2與sixNY的 層合薄膜。 另一方面，該具體實施例中會使用MOCVD(金屬有機化 學氣相沉積）來成長該氮化物半導體之晶體層。此情形中會 使用（CH^Ga(三甲基鎵，TMG)作為Ga(鎵）的氣體源，使用 (CHshAl(三甲基鋁）作為鋁的氣體源，使用（CH3)3ln(三甲基 銦）作為銦的氣體源’並且使用氨水作為氮的氣體源。再者 ，可以使用單矽烷作為si(矽）的氣體源，使用（C5H5)2Mg (雙環戊二烯基鎂）作為Mg(鎂）的氣體源。 接著’可利用光微影姓刻技術對光阻膜1 〇 3進行圖案處理 ，使其變成一條狀圖案。該圖案形成之後在 < 丨了⑻〉擴散方 向中的寬度為2μιη，循環寬度為13·5 μιη。 接著’如圖1Β所示，可利用光阻膜ι〇3作為光罩，在Si〇2 膜102之上實施蝕刻處理，並且部份移除該Si〇2膜1〇2以形 成一光罩圖案104。形成該光罩圖案1〇4之後，便可利用氧 灰化處理、丙酮處理或類似的方式移除光阻膜丨〇3。 接著，如圖ic所示，可以實施乾式蝕刻（例如RIE(反應離 子蝕刻）），移除晶種層1〇丨及緩衝層1〇〇a中未被光罩圖案 1〇4覆蓋的部份，以形成條狀晶種部1〇5(其條紋彼此分離 接著可以相同的方式利用光罩圖案104實施乾式蝕刻，少 量移除厚約200 nm的基板100表面，形成如圖1〇所示的溝 紋106。如果未形成溝紋1 〇6的話，當依照下面所述的方式 於橫向方向中從晶種部105開始成長其中一層時，其便可能 會接觸到基板100的表面，並且可能因應力變形而在該層中 •13- 1292953
⑺ 造成缺陷。而後，舉例來說，可利用氟化氫水溶液移除由 Si〇2組成的光罩圖案104。 接者’可以晶種部105為基礎成長G aN : S i，以形成一氮 化物半導體層107。此時，會將成長條件改變兩次以上以成 長晶體，而該具體實施例中則係如圖2所示般地於兩個階段 中改變成長溫度來進行成長。 於第一階段中矽將成長溫度設定在1 〇4〇°c以下，舉例來 說，103 0°C。應該注意的係，成長溫度取決於受體種類及 加熱曲線，並且與熱耦的相對位置有關，因此一般並無法 明確定義，同時在本說明中亦可能因測量系統差異而產生 疾差。用以實施以晶種為基礎的橫向成長之慣用成長溫度 約為1060。(：，不過本具體實施例中預期的條件則係約為 1040t以下的低溫。此情形中，GaN :以晶體便會以較慢 的速度從晶種部105的上表面與側面開始朝上及朝橫向方 向以等向方式進行成長。本說明中的橫向方向指的係與該 氮化物半導體層107本身的上表面幾乎平行的方向。· ” 而後如圖3 A所示，可形成於該層厚度方向中具矩形剖面 的低溫成長部1 07a。該低溫成長部丨〇7a的高度H(從晶種部 105的上表面開始計算）及寬度w(從該晶種部至該低溫 成長部咖的外緣）並未明確限制，不過如後面所述，因為 高度η與該氮化物半導體層1G7的表面缺陷密度有關，所以 吾人希望該高度Η可成長至預設的數值為止，例如〇.5 _ 以亡。當成長溫度為l〇3〇t時，成長速度比例(朝上的速度 ••橫向方向的速度）約為1: 2,而且舉例來說，經過1〇分鐘 -14- 1292953 ⑻ 之=，該低溫成長部l〇7a的剖面便會成為高度11為〇 5 μιη 而見度W為1·0 μπχ的梯形。此外，其斜面則係該橫向成長 的成長表面，並且係由{11公丨晶體表面所組成的小平面。 在後面的第二階段中，成長溫度係設定在1070。(：以上， 並且冋於第一階段的成長溫度。此處會將溫度提高至丨 °c以進行晶體成長。GaN: Si晶體的成長速度一般會高於 第一階段的速度，不過從晶種部105朝橫向方向的成長速度 會咼於朝上的成長速度，因此主要係在橫向方向中進行成 長。此處的成長比例（朝上的成長速度··橫向方向的成長速 度）約為1 : 10。依此方式便可形成高溫成長部1〇几。所以 ，如圖3B所示，與第一階段比較起來，高溫成長部l〇7b中 的高度Η實質上並未增加，不過其寬度w卻迅速地增加。當 成長過程繼續進行時，高溫成長部1〇7b的成長部便會在該 等曰S種部1 〇 5之間的區域之中心位置處附近互相連接，並且 幵成連績層。當该等晶體成長至該層上表面變得非常平 坦時’便完成如圖4所示的氮化物半導體層丨〇7。 圖5A所示的係錯位從該等晶種部ι〇5擴散至該氮化物半 導體層107的情形。在本具體實施例的氮化物半導體層ι〇7 中，位於該等晶種部105正上方的區域A主要係由低溫成長 部107a所組成，於其表面上則會產生少量的凸丘（此處未顯 示）。再者，該等區域中的螺紋錯位係分佈於該氮化物半導 體層107的上表面（其成長之後可能會使得該等晶種部105 的上表面擴大）中，如此便可降低該螺紋錯位的密度。另一 方面’當成長該等晶體時，該螺紋錯位（在形成低溫成長部、 -15- (9) 1292953
l〇7a期間，其會抵達藉由橫向成長所產生的小平面中）會在 橫向方向中轉彎。所以，僅有極少數的錯位會從該等^種 部105擴散至該等區域a中。 松向成長區B主要係由高溫成長部丨〇几所組成，該區係成 長於該等晶種部1〇5之間。由於該等區的連接關係，所 以會在區域B的連接部Ml中出現螺紋錯位，不過該錯位卻 =難從該等晶種部1〇5朝橫向擴散，所以該錯位的密度會變 得非常低。所以，除了連接部M1之外，該氮化物半導體層 1〇7的上表面中僅有極少部份具有大量的缺陷，因此該上表 面中低缺陷區域的範圍會變得非常大。此外，高溫成長部 1 〇 7 b成長的速渡極快，所以該區域B的寬度‘很可能延伸至變 成16 μπη，擴大該低缺陷區的範圍。為便於比較，圖化所 示的係於固定溫度下，依照慣用方式於橫向方向中從晶種 部405成長後所形成的晶體層4〇7。橫向成長區d的錯位密 度與圖5Α中的橫向成長區Β相同。不過位於該等晶種部 正上方的區域c則具有與該等晶種部4〇5相同的的高錯位密· 度，因為螺紋錯位會從該等晶種部4〇5擴散至該區。 、再者，此情形中的氮化物半導體層1〇7很難於第二階段的 成長中朝上方成長，因此其高度Η仍然非常薄，僅約3 μιη 。相反地，晶體層4G7於朝上及橫向方向中的成長速度係維 持致的比例，因此其層厚度會大於該氮化物半導體層1〇7 ，並且造成晶體層4G7產生彎曲。也就是，由於氮化物半導 體層1〇7的厚度比較薄，戶斤以不會發生。 [範例] -16- 1292953
(10) 接著將具體地顯示此種氮化物半導體層1 〇7的各種範例。 與該具體實施例相同，會先形成晶種部丨05，並且成長出 GaN以形成該氮化物半導體層丨〇7，而成長溫度則係依照圖 2中的加熱曲線進行調整。此時，第一階段的溫度已經從 l〇30°C改變成l〇70°C，而第二階段的溫度則被固定在1〇7{rc ’並且估异出所形成之氮化物半導體層107中的凸丘密度。 圖6所示的係凸丘相對密度與第一階段中的成長溫度之 間的關係圖。如圖6所示，該等凸丘的產生情形與第一階段 的成長溫度之間具有關聯性，從圖中可看出，低溫區的凸 丘較少（突丘密度的相對比例為0)，高溫區的凸丘較多（突丘 密度的相對比例為1)。兩種狀態間的變化並不劇烈，如圖6 所不，其中一種狀態會經由凸丘密度變換區緩緩地轉變成 另一種狀態，該範例中變換區中心的溫度為104(rc。此結 果透露出第一階段中的成長溫度最好係低於104(rc。 再者，與上面的具體實施例相同，如圖2的加熱曲線所示 ，第一階段的溫度係被設定在⑺儿它，第二階段的溫度則♦ 係被設定在l〇7(TC ,而該氮化物半導體層1〇7則係由GaN所 2成。此時，第一階段的成長時間（圖2中的時間長度〇會改 ，成〇、3、5、1〇及20分鐘，並且於各情形中觀察所形成之 氮化物半導體層107的表面，並且估算出其凸丘密度。 圖7所示的係凸丘相對密度與第一階段中的成長時間之 間的關係圖。於上面的溫度條件中，1〇分鐘係第一階段中 極關鍵的時間長度，10分鐘後，凸丘相對密度會以等比例 的方式降低至0。即使以更多的時間來成長該等低溫成長部 -17- 1292953
(Π) 凸丘相對始、度仍然為0。如圖3 Α所示，已經在第一階 ^中成長1G分鐘後的該等低溫成長部難的形狀為高度η ::〇·5_，而寬度w_1〇_。戶“，吾人認為於上面 \兄中右不希望在氮化物半導體層1〇7内產生任何的凸丘 的居其條件便是形成具有〇.5 _以上之高度Η的低溫 部 107a。 圖8為如上述般幹兩個階段中成長而成之氮化物半導體 層1〇7表面之顯微圖’圖9為慣用方法比較範例所形成之氮 化物半導體層表面之顯微圖。圖9中顯示出大量的凸丘，圖 8中則並未看見任何的凸丘。此外，在圖8所示的氮化物半 V體層107中，於其表面上具有一亳無任何錯位的無錯位區 三該區甚至會延伸至晶種部1〇5(參考圖5A)的上方部，而其 寬度則不小於13·5 μπι。相反地，在圖9所示的氮化物半導 體層中，該無錯位區僅部份存在於該等晶種部之間，其寬 度為9 μχη。 所以，該等範例透露出該氮化物半導體層1〇7於均勻且平 坦的表面上真有低缺陷區，其範圍大於慣用的氮化物半導 體。再者，該等範例透還露出當第一階段的成長溫度低於 l〇40°C時，便可有效地製造出如上述般的氮化物半導體層 107。 因此在該具體貫施例中，會藉由改變溫度的方式將該氮 化物半導體層1 〇 7的成長步驟分成兩個階段，而位於該等晶 種部105上方的大部份區域則都是在低溫成長的第一階段 中便已經形成。如此便可避免於其表面中產生該等凸丘， -18- (12) 1292953
防止該層的厚度進一步地增加，以使其厚度變得比較薄。 再者，於第一階段中所形成的該等低溫成長部丨〇7&具有梯 形剖面，其可減低該等晶種部1〇5上方的缺陷密度。結束第 一階段之後，便可於第二階段中以高於第一階段的^度選 擇性地實施橫向成長，使得即使成長溫度很高，但卻不會 出現任何缺陷，而且高溫成長部1〇7b可更快速地形成。 再者，於該具體實施例中，可藉由改變成長溫度來改變 兩個階段中的成長方向，使得該等晶體可在適當的條件下 成長於靠近該等晶種部1 〇 5的區域中以及介於該等晶種部 105之間的區域中。所以，除了連接部M1之外，該氮化物 半導體層107的表面中僅有極少的缺陷存在，因此可於其中 形成大範圍的低缺陷區域。同時，該氮化物半導體層1 〇 7 的厚度非常薄，缺陷亦非常少，而且不會出現彎曲的情形。 所以依照此方式製造而成啲氮化物半導體層1〇7的特徵 係其表面中具有大範圍的低缺陷區域，凸丘非常少，而且 厚度非常薄。 [修改例] 修改例提供一種具有不同於第一具體實施例中晶種部 105之形狀的晶種部，並且提供一種製造方法，其包括彩成 不同於該第一具體實施例之氮化物半導體層117。下文將具 體地說明該製造方法。 圖10 A至10D係依照步驟順序顯示出該氮化物半導體層 117的製造方法。首先，如圖10 A所示，與第一具體實施例 相同，會在基板100之上依序成長出該缓衝層100a(其係由 -19- (13) 1292953
_、謂、或類似的材料所製成）及該晶種層1〇1 (其係由GaN : Si所製成）。
接著，如圖H)B所示，會在該晶種層1〇ι表面上成長出由 S1〇2(二乳化石夕）所製成的成長抑制層叫。⑹列來說，可利 用滅鍍法形成該成長抑制層116，使其成為具有開口之預期 形狀；可利用光微影㈣技術及乾式_ &，產生具有特 定條紋寬度與循環寬度的條紋圖帛。此處，從晶種層ι〇ι 的開口露出的部份會變成晶種部丨丨5。 接著會以晶種部115為基礎成長出GaN: Si，以形成該氣 化物半導體層117。於此情形中，會將成長條件改變兩次以 上以成長該等晶體’此處會如同上面具體實施例般地於兩 個階段中改變該成長溫度。 ΐ先，會將第一階段中的成長溫度設定在1〇4〇<t以下， 舉例來說’ 1030。。。於此情形中，GaN :以晶體會以較慢 的速度從該等晶種部U5的上表面開始朝上及朝橫向方向 以等向方式進行成長，以形成具有如圖1〇c所示之矩形剖面
的低溫成長部117a。該低溫成長部丨丨7a的高度H(從晶種部 115的上表面開始計算）及寬度w並未明確限制，不過如後 面所述，因為南度Η與該氮化物半導體層117的表面缺陷密 度有關，所以吾人希望該高度11可成長至預設的數值為止 ’例如0.5 μχη以上。此處，該低溫成長部117a的斜面係該 檢向成長的成長表面，並且係由{ll52}晶體表面所組成的小 平面。 在第二階段中，成長溫度係設定在1070°C以上，並且高 -20- 1292953
(14) 於第一階段的成長溫度。此處會將溫度提高至丨〇7〇。〇進行 晶體成長’以形成高溫成長部117b。所以，GaN : Si晶體的 成長速度一般會高於第一階段的速度，不過從晶種部1 i 5 朝橫向方向的成長速度會高於朝上的成長速度，因此主要 係在橫向方向中進行成長。所以，與第一階段比較起來， 高溫成長部117b中的高度Η實質上並未增加，不過其寬度w 卻迅速地增加。當成長過程繼續進行時，該等晶體便會在 該等晶種部115之間的區域之中心位置處附近互相連接，並 且形成一連續層。當該等晶體成長至該層上表面變得非常 平坦時’便完成如圖10D所示的氮化物半導體層1 〇7。 此處’氮化物半導體層117内的錯位擴散情形與第一具體 貫施例中的氮化物半導體層1 〇7相同。所以，不僅橫向成長 區域中的錯位會大幅地降低，位於晶種部1丨5上方區域中的 錯位亦會大幅地降低，因此該氮化物半導體層117表面中的 低缺陷區域的面積便會增大。再者，位於晶種部u 5上方的 區域主要係由低溫成長部117a所組成，因此該氮化物半導 體層117表面中僅會出現少量的凸丘。該修改例中的成長溫 度同樣係缓缓地改變，以形成該氮化物半導體層丨丨7，而且 其它的成長條件（例如成長壓力）亦可緩缓地改變。 如上所述，該修改例同樣係藉由改變成長溫度的方式將 該氮化物半導體層11 7的成長步驟分成兩個階段，因此可得 到與第一具體實施例相同的效果。 [第二具體實施例] 圖11A至11 C係依序顯示出根據第二具體實施例之氮化物 1292953
(15) 半導體的製造步驟，而圖12 A至12C則係顯示出於對應該等 製造步驟的晶體成長過程中之錯位情形。於該具體實施例 ，會從晶種部105中形成氮化物半導體層2〇7 ,並且利用改 變溫度於兩個階段中來實施晶體成長。此處，一直到形成 該等晶種部105為止的步驟皆與第一具體實施例相同（參考 圖1A-1D)，所以相同的元件具有相同的符號，並且省略其 解釋。 〃 與第一具體實施例相同，會在基板1〇〇上方的緩衝層1〇〇a 中預先形成該等晶種部1 〇5。該等晶種部} 〇5具有條紋圖案 並且互相隔離，其擴散方向為<11-〇〇>方向。首先，如圖UA 所不’會以該等晶種部105為基礎成長出GaJsM Si，以形成 第二晶種部207a。此時的成長溫度為1〇〇(rc以下，例如97〇 °C。如此便會產生由{ 表面所組成的小平面，該等第二 晶種部207a會被該等小平面包圍，並且具有三角形的剖面 此外，如圖12 A所示，螺紋錯位會從晶種部j 〇5垂直擴散 至苐二晶種部207a的上方部〇 接著，如圖11B與11C所示，會以該等第二晶種部2〇以為 基礎成長出高溫成長部207b。此時的成長溫度為1〇5(rc以 上，晶體成長則會在橫向方向以及與該基板垂直的縱向方 向中持續進行。於此成長過程中，如圖11β所示，由 晶體表面所組成的小平面會出現在橫向方向中，而該高溫 成長部207b則具有矩形剖面。 再者’如圖12B所不，在該等晶體内部，錯位會在邱2} 的小平面中發生轉彎，並且擴散至高溫成長部207b中，因 4 -22- 1292953 (16) 此從泫等兩個{11¾}小平面表面（其係位於第二晶種部2〇7a 的正上方）開始會殽分開變成第二晶種部2〇7a的兩侧。所以 在第二晶種部207a正上方的區域中僅有少量的錯位及扇體 錯位。 —
當成長過程繼續進行時，高溫成長部2〇713的成長區（其主 要係形成於橫向方向中）便會在該等晶種部1 〇5之間的區域 之中心位置處附近互相連接，並且形成一連續層。當該等 晶體成長至其上表面變得非常平坦時，便完成如圖i丨C所示 的氮化物半導體層207。此時，如圖12C所示，當晶體繼續 成長時，先前會擴散至高溫成長部207b的錯位便會在橫向 方向中進行轉彎，並且除了連接部M3之外，並無法抵達該 層各區域的表面。因而該氮化物半導體層2〇7便會在表面中 具有更大範圍的低缺陷區域。
依照此方式所製成的氮化物半導體層2〇7的位置會讓具 有三角形剖面的第二晶種部207a覆蓋住該等晶種部1〇5。該 層中的錯位會在第二晶種部207a與高溫成長部207b之間的 邊界中進行轉彎，並且僅有少量的錯位會出現在該氮化物 半導體層207的表面中。 本具體實施例中的成長溫度依舊是緩緩地改變，不過亦 可藉由改變成長壓力得到與氮化物半導體層2 〇 7相同的氮 化物半導體層。其詳細作法如下，當於成長第二晶種部2〇7a 的階段中將成長壓力設定在67 kPa(500托）以上的高壓時， 便可於成長高溫成長部207b的後面階段中將成長壓力設定 在40 kPa(300托）以下的低壓，如此便可得到與吾人於上述 -23- (17) (17)1292953
改變溫度情形中所希望得到的相同效果。&外，亦可同時 改艾/皿度與壓力，甚至亦可改變能夠提供相同晶體成長作 用的其它成長條件（例如週遭的氣體類型）。 根據本具體實施例，可藉由改變成長溫度的方式將該氮 =物半導體層207的成長步驟分成兩個階段，在低溫（或高 壓）條件下的第一成長階段中會形成具有三角形剖面的第 二晶種部207a，使得不會有任何錯位在第二成長階段中從 第二晶種部207a擴散至該層的上方區域中，因而便可輕易 地在該氮化物半導體層207的表面中形成更大範圍的低缺 陷區域。 再者’該氮化物半導體層207係以具有三角形剖面的第二 晶種部207a為基礎成長而成的，所以除了連接部M3之外， 僅有少量的錯位會擴散至該層的表面，使得該表面中具有 極大範圍的低缺陷區域。 [修改例] 修改例提供一種具有不同於第二具體實施例中晶種部 1 0 5之形狀6¾晶種部’並且提供一種製造方法，其包括形成 不同於該第二具體實施例之氮化物半導體層217。下文將具 體地說明該製造方法。 圖13 A至13 D係依照步驟順序顯示出該氮化物半導體層 2 17的製造方法。首先，如圖13 A所示，與第二具體實施例 相同，會在基板1〇〇之上依序成長出該緩衝層l〇〇a(其係由 GaN、AIN、AlGaN或類似的材料所製成）及該晶種層201 (其係由GaN ·· Si所製成）。 -24- (18) 1292953
接著
Si02(二^如圖13B所示，會在該晶種層201表面上成長出由 …2 —虱化矽）所製成的成長抑制層216。舉例來說，可 形狀口〆成该成長抑制層21 6，使其成為具有開口之預期 定：纹：：用光微影蝕刻技術及乾式蝕刻★，產生具有特 、見度與循環寬度的條紋圖案。此處，從晶種層2〇1 的開口霞Φαα* 曰 紋圖牵* 會變成晶種部215。該晶種部215具有條 、，並且互相隔離，其擴散方向為<U-〇〇>方向。 •=者^如圖13c所示，會以該晶種部215為基礎成長出 、 X形成第二晶種部217a。此處的成長溫度為1〇〇〇。〇 二=，例，97(rc。因而便會產生由{1行〇}表面所組成的小 面忒等第二晶種部會被該等小平面包圍，並且具 二^幵V的纠面。此時，螺紋錯位會從晶種部2 1 5垂直延伸 至該等第二晶種部217a的上方部。 立^ 可以"亥等第二晶種部2 1 7 a為基礎成長出高溫成長 j217b。此時的成長溫度為1〇5(Γ(：以上，晶體成長則會在 杈向方向以及與該基板垂直的縱向方向中持續進行。當成 長過，繼續進行時，高溫成長部2 1 7b的成長區(其主要係形 成；铋向方向中）便會在該等晶種部215之間的區域之中心 位置處附近互相連接，並且形成一連續層。當該等晶體成 長至其上表面變得非常平坦時，便完成如圖nD所示的氮 化物半導體層217。成長步驟中的錯位擴散情形與第二具體 貫施例中的氮化物半導體層2〇7相同。所以在第二晶種部 2 17a正上方的區域中僅有少量的錯位及晶體錯位，而該氮 化物半導肢層2 1 7在其表面中則會具有更大範圍的低缺陷 -25- 1292953
(19) 區域。 該修改例中的成長溫度同樣係緩緩地改變，以形成該氮 化物半導體層217，而且其它的成長條件（例如成長壓力）亦 可如第二具體實施例所述般緩緩地改變。 因此，該修改例同樣係藉由改變成長溫度的方式將該氮 化物半導體層2 1 7的成長步驟分成兩個階段，因此可得到與 第二具體實施例相同的效果。 當成長出上述的氮化物半導體層207-2 17之後，便可於其 上成長出一半導體層，用以製造一半導體裝置。接著將說 明的係一種半導體雷射及其製造方法，作為此種半導體裝 置的範例。 ~ [第三具體實施例] 圖14為根據本發明第三具體實施例之半導體雷射的剖面 結構圖。於該半導體雷射中，會依照第一具體實施例的方 式於氮化物半導體層1〇7之上形成一半導體層3〇〇(3〇8_315)。 該半導體層300係由氮化物半導體所組成，舉例來說，從 該氮化物半導體層107其中一側開始其係依序由下面各層 所構成的層合薄膜：n側接觸層3〇8、n型殼層3〇9、n型導向 層310、主動層311、晶體衰減防止層312、p型導向層Μ] 、P型殼層314、以及p側接觸層315。舉例來說，各層之中 ，11側接觸層308的厚度為154111,其係由&Ν: ^所^成； η型殼層309的厚度為丨.0 μιη，其係由n型的八丨㈣山&㈤所 組成，· η型導向層310的厚度為〇1 μιη，其係由n型的G —所 組成。另一方面，雷射的11側接觸層在電流流過該層的方向 -26- 1292953
(20) 中通常都需要有足夠的厚度。於該具體實施例中，除了 n 側接觸層3 0 8可當作實質的η側接觸層之外，由相同的η型
GaN所組成之氮化物半導體層1〇7亦可當作實質的側接觸 層。 主動層311的厚度為30 nm，並且具有一由Ga〇 98ιη()』2Ν/
Gamlno.osN多重層所組成的多重量子井結構。該主動層 3 11具有一可射出電流的電流射出區，而該電流射出區則可 當作發光區。 晶體衰減防止層312的厚度為5 nm-20 nm，其係由n型的 Al〇.18Ga〇.82N所組成。ρ型導向層313的厚度為〇 ;1 μηι，其係 由ρ型的GaN所組成。ρ型殼層314的厚度為〇·8 μπι，其係由 ρ型的Alo.MGao.wN/GaN所組成^ ρ側接觸層315的厚度為0.5 μπι，其係由ρ型的GaN所組成。 從ρ側接觸層315至一部份的η側接觸層308之間的各層構 成一帶狀的凸部（從圖14看去其係延伸於垂直方向中），並 且位於預設的區域中。這便是所謂的雷射條紋。稍後將會 说明，顯露出η側接觸層308的區域便可用以形成η側電極 318 〇 再者，一部份的ρ側接觸層315及ρ型殼層314經過處理之 後會變成薄帶狀的凸部，其延伸方向與該雷射條紋相同， 用以構成一電流侷限部。該電流侷限部係用以限制電流射 出區，以便讓電流可於局部區域中被射入主動層3丨丨之中。 所以，電流射出區係位於對應該電流侷限部的位置中。接 著’為避免裝置特性發生衰減，較佳的係將該電流偈限部 -27- 1292953
(21) (其係該電流射出區的基準）放置在該半導體層的低缺陷區 域中。於此情形中，該低缺陷區域對應的係介於該等連接 部Μ1之間的區域；不過如果有缺陷出現在該等晶種部i 〇 5 的上方區域中的話，該低缺陷區域將會對應該晶種部1 〇 5 與該連接部Μ1之間的區域。
於該半導體層300之上會形成一由二氧化矽（si〇2)所製成 的絕緣層317。絕緣層3 17於對應該電流侷限部及該η側接觸 層308的部位中具有部份的開口，ρ側電極316及η側電極318 則會形成於該等開口之上。ρ側電極3 1 6的結構係依序由Ni (錄）、Pt及Αιχ疊合而成，並且會電連接至ρ侧接觸層315。11 側電極3 1 8的結構係依序由Ti(鈦）、Ai(紹）、pt(凝）及au(金） 疊合而成，並且會電連接至n側接觸層3〇8。
再者，於該雷射中，有一對側邊（該對側邊在該雷射條紋 延伸方向中互相面對）係當作一共振器末端面，並且會有一 對反射鏡面膜（未顯示）被黏貼至該對共振器末端面之上。 該些反射鏡面膜係被設計成具有不同的反射係數。因此， 該主動層311中所產生的光會於該等反射面鏡之間來回移 動以進行放大，並且從具有較低反射係數的反射鏡面膜中 射出，形成一道雷射光束。 該半導體雷射的製造方式如下。 舉例來說，首先可利用MOCVD或類似方式於藉由第一具 體實施例方法而形成之氮化物半導體層1 07的平坦表面上 成長出該半導體層300(308-3 15)。也就是，成長出厚度為L5 μπι的n側接觸層308，其係由GaN : Si所組成；厚度為1.0 μιη -28- (22) 1292953
的又層309,其係由n型的Aig 9以所組成；厚度為 〇·1 μιη的η型導向層31〇,其係由n型的GaN所組成。其上則 可利用Ga〇98ln〇.〇2N/Ga0.92In〇 〇sN多層來形成具有多重量子 井結構的主動層311。接著，則於其上成長出由1!型 Alo.uGa^N所組成的晶體衰減防止層312 ;由15型（}心所組 成的P5L導向層313，其厚度為〇·；[ μιη，•由？型A1〇 i4Ga^6N/ GaN所組成的p型殼層314，其厚度為〇·5 μιη;以及由卩型^⑽ 所組成的Ρ側接觸層315 ,其厚度為〇1 μιη。此處，該半導 體層300係成長於僅具有極少量缺陷（例如凸丘及錯位）的 氮化物半導體層107的平坦表面上，因此各層中由晶體基底 所產生出來的錯位與缺陷數量都非常少。再者，該氮化物 半導體層107非常的薄，所以幾乎不會提高内部應力，並且 不會發生彎曲情形。 接著，舉例來說，可利用乾式蝕刻法對]?側接觸層315及1) 型殼層3 14進行圖案化處理，使其變成一薄薄的帶狀，用以 形成該電流侷限部。如上所述，較佳的係能夠在對應該等 連接部Μ1(_5Α)之間的低缺陷區域之上方部中形成該電 流侷限部。這係因為當由該電流侷限部位置所決定出來的 發光區位置與該主動層3丨丨的低缺陷部對齊之後，便可避免 裝置特性發生衰減的情形。再者，較佳的係能夠在對應該 曰曰種邛1 〇 5與该連接部Μ丨之間的區域中形成該電流侷限部 ，以便忐夠更確實地將該發光區放置在低錯位密度的區域 中在。玄半導體層300中’連接部Ml附近的缺陷數量會劇 增，而實質上該等連接部Ml之間的區域則是大範圍的低缺 -29- 1292953
(23) 陷區域。所以，並不需要與連接部M1之間產生廣大的邊界 因而可更谷易進行該電流侷限部的對齊作業。甚至並不 需要精確地界定出電流射出區的形成位置，如此便可避免 製程中因精確性所帶來的困擾。 接著’可利用光微影蝕刻法或類似的方法移除從p型殼層 3 14至n側接觸層3〇8之間的預設部份，以裸露出該^側接觸 層308 ’並且提供用以形成η側電極318的形成區域。接著， 便以絕緣膜3 1 7覆蓋住從η側接觸層3〇8至ρ側接觸層3丨5之 間的裸露部份’並且在!!側接觸層308之上形成η側電極31 8 ’在Ρ側接觸層3 1 5之上形成ρ側電極3丨6。舉例來說，此處 的η側電極318係依序由Ti(欽）、A1(銘）、Pt(#)及Au(金）沉 積而成。再者’ p側電極316則係依序由Ni(鎮）、Pt及Au沉 積而成。因而便可得到如圖14所示的半導體雷射。 於該半導體雷射中，當於p側電極316及η側電極318之間 施加一預設電壓之後，電流便會射入主動層3丨丨之中，並且 因為電子-電洞再結合作用而發光。該光會被反射面鏡膜 (未顯示）反射，產生雷射向外射出，形成一道光束。此處 ’該半導體層300係成長於該氮化物半導體層1〇7之上，所 以該半導體層300的缺陷密度非常低。明確地說，當主動層 3 11的電流射出區係位於對應該等連接部μ 1之間的區域時 ，電流射出區的缺陷密度便會變得非常低。所以，幾乎不 會發生裝置衰減的情形，而且其壽命將變得非常長。 如上所述，根據本具體實施例，該半導體層300係成長於 其表面中具有大範圍低缺陷區域的氮化物半導體層1〇7之 -30- 1292953 (24) 上’其可減少該半導體層3 00的缺陷數量並且改良其結晶性 。所以幾乎不會因施加電壓而發生衰減的情形，同時還可 延長遠半導體雷射的壽命。再者，可減少因螺紋錯位或類 似缺陷所產生的非輻射再結合作用，因而可改良發光效率。 再者’當主動層3 11的電流射出區係位於對應該等連接部 Μ1之間的區域時，便可更進一步地改良發光效率。再者， 與慣用的電流射出區比較起來，位於該等連接部Μ1之間的 區域非常地寬廣，因此可放大電流射出區的設計邊界，因 而比較容易製造出半導體雷射。 再者’該半導體層3〇〇係厚度極小的氮化物半導體層ι〇7 之上’其可減低該氮化物半導體層1 〇 7中所產生的應力，因 而可避免該裝置發生彎曲。 [第四具體實施例] 圖1 5為根據本發明第四具體實施例之半導體雷射的剖面 結構圖。該半導體雷射與第三具體實施例具有相同的結構 ’不過電流侷限部3 14 Α所在的確切位置則係位於對應該等 晶種部1 05之間的位置。所以，相同的元件具有相同的符號 ，並且省略其解釋，並且僅將詳細地說明不同的部份。 該電流侷限部3 14A的位置滿足下面的條件：晶種部105 與電流侷限部3 14 A之間的距離L丨及電流侷限部3 1 4 A與連 接部Μ1之間的距離L3的總合為4 μιη以上；而電流侷限部 314Α的寬度L2則介於1 μχη與3 μηι之間。或者電流侷限部 3 14Α的位置滿足下面的條件：l!及L3的總合為5 μιη以上； 而電流侷限部314Α的寬度L2則介於1·3 μιη與2.5 μιη之間。 -31- (25) 1292953 此f距離及距離l3兩者相等。或是距離Μ及距離h兩 者貫質上相等。這係因為當僅將該電流侷限部3 14八放置在 對應η亥半導體層之低缺陷區域中時，並不必要求距離及 L3兩者完全相等。 具此結構的半導體雷射之製造方式如下。 舉例來說，首先如第三具體實施例般可利用M〇CVD或類 似方式於藉由第一具體實施例方法而形成之氮化物半導體 層107的平坦表面上成長出該半導體層3〇〇(3〇8_315)。 接著，舉例來說，可利用乾式蝕刻法對接觸層3丨5及p 型殼層3 14進行圖案化處理，使其變成一薄薄的帶狀，用以 形成該電流侷限部3 14 A。再者，較佳的係能夠在對應該晶 種部1 05與該連接部Μ1之間的區域中形成該電流侷限部 3 14Α，以便能夠更確實地將該發光區放置在低錯位密度的 區域中。 明確地說，介於該等晶種部1 〇 5與該連接部Μ1之間除了 該電流揭限部3 14 Α區域以外的區域長度（即晶種部1 〇 5與電 流侷限部314A之間的距離L!及電流侷限部314A與連接部 Ml之間的距離L3的總合（Li+I^))係被設定在4 μιη以上（L2 $ L/2 - 4)。這係因為當L1與L3總合小於4 μιη時，便會增加 該電流侷限部3 14 Α被形成於缺陷區域之上的風險。l表示 的係該等晶種部105之間的距離，其單位為μιη。 該電流侷限部314Α的寬度L2介於1 μχη與3 μιη之間（1$L2 $ 3)。其中一個原因係，當該電流侷限部3 14A的寬度L2小 於1 μπι時，雖然該電流侷限部3 14A並不會被形成於缺陷區 -32- 1292953
(26)
域之上，不過該半導體雷射的臨界電壓Vop卻會提高。另一 個原因係，當寬度L2大於3 μιη時，雖然臨界電壓V0P會降低 ，不過臨界電流I0P卻會提高，扭折程度會降低，因而增加 該電流侷限部3 1 4 A被形成於缺陷區域之上的風險。此處係 將晶種部105與電流侷限部314A之間的距離L!及電流侷限 部314A與連接部Ml之間的距離l3設定成相同大小。或是距 離及距離L3兩者實質上相等。這係因為當僅將該電流侷 限部3 14 A放置在對應該半導體層之低缺陷區域中時，並不 必要求距離1^及1^3兩者完全相等。 圖1 5中，該電流侷限部3 14A係位於對應該等晶種部1 05 (其係位於連接部Μ1的左方）與該連接部μ 1之間的區域中 ，從圖中可清楚看出該電流侷限部3 14 Α係位於右側晶種部 105及連接部Μ 1之間的區域内，這係因為低缺陷區域對稱 於連接部Ml的關係。 如上所述，當如圖1 6 A所示般該電流侷限部3 14 A在該半 導體層低缺陷區域中的位置使得該等晶種部1 〇5之間的距 離L、晶種部105與電流侷限部314A之間的距離L!、電流侷 限部3 14A的寬度L2、電流侷限部3 14A與連接部Μ1之間的距 離L3符合L2SL/2 - 4以及1$L2$3時，該電流侷限部314Α 便會被形成於該低缺陷區域之上，扭折程度會提高，臨界 電壓V0P及臨界電流I0P亦會降低。 如圖17A所示，如果L=13的話，當l2$2.5且1SL2S3時 ’即符合1 $ L2 $ 2 ·5，那麼便可確定該電流侷限部3 14 A會 被形成於該低缺陷區域之上。再者如圖17B所示，如果L= 18 -33- 1292953
(27) 的洁’當L2$5且1$L2$3時，即符合ISL2S3，那麼便可 確定該電流侷限部3 14A會被形成於該低缺陷區域之上。
再者，更適當係該電流侷限部3 14 A在該半導體層低缺陷 區域中的位置能夠使得該等晶種部1 05之間的距離L、晶種 部105與電流侷限部314A之間的距離L!、電流侷限部314A 的寬度L2、電流侷限部314A與連接部Ml之間的距離L3符合 L/2 - 5以及1.3$ kg 2.5。因為當符合該等關係表示式 時，更可確定該電流侷限部3 14A會被形成於該低缺陷區域 之上。 如圖18A所示，如果L=13的話，當L2$1.5且1.3$L2S3 時，即符合1.3$ L2S 1·5，那麼便可確定該電流侷限部314A 會被形成於該低缺陷區域之上。再者如圖1 8 B所示，如果 L=18的話，當L2S4且 1.3$L2S2.5時，即符合 l.3$L2$2.5 ’那麼便可讀定該電流侷限部3 14 A會被形成於該低缺陷區 域之上。
接著，可利用光微影蝕刻法或類似的方法移除從P型殼層 3 14至η側接觸層308之間的預設部份，以裸露出該n側接觸 層308，以便提供用以形成η側電極31 8的形成區域。接著， 便以絕緣膜3 1 7覆蓋住從η側接觸層308至ρ側接觸層3 1 5之 間的裸露部份，並且在η侧接觸層3 0 8之上形成η側電極3 1 8 ，在Ρ側接觸層3 1 5之上形成ρ側電極3 1 6。因而便可得到如 圖15所示的半導體雷射。 如上所述，根據本具體實施例，電流侷限部314Α的位置 可符合L2$ L/2 - 4及1 $ L2$ 3，因此該電流侷限部314Α會 -34- 1292953
(28) 被形成於該低缺陷區域之上，臨界電壓V0P及臨界電流I0P 會降低，扭折程度會提高。 再者，電流侷限部314A的位置符合L2$L/2 -5及1.3SL2 S 2·5，因此更可確定該電流侷限部314A會被形成於該低缺 域之上’ 界電壓V〇p及臨界電流Iqp會進一步地降低 ，扭折程度會進一步地提高。 雖然已經藉由前面的具體實施例及範例對本發明加以說 明不過本發明並不受限於該等具體實施例及範例，並且可 進行各種修改。舉例來說，雖然在第三具體實施例中係利 用由第一具體實施例的方法製造而成的氮化物半導體層 107來製造該半導體雷射，不過亦可使用本發明的其它氮化 物半導體，並且可得到與第三具體實施例相同的效果。舉 例來說’圖1 9所示的係一半導體雷射之剖面結構圖，其係 利用第一具體實施例之修改例所形成的氮化物半導體層 11 7並且於其上形成該半導體層3〇〇。於上面的情形中，該 電流侷限部係位於對應該等連接部M1之間的區域中。再者 ，當使用第二具體實施例及其修改例中的氮化物半導體層 207及2 17時，便可更有效地減少位於該等晶種部上方區域 中的缺陷數量、改良該半導體層3〇〇的結晶性、並且獲得更 大的區域邊界來放置該電流侷限部。 再者，舉例來說，雖然在第四具體實施例中係利用由第 一具體實施例的方法製造而成的氮化物半導體層ι〇7來製 造該半導體雷#，不過亦可使用本發明的其它氮化物半； 體並且可知到與第四具體實施例相同的效果。舉例來說 -35- (29) 1292953
圖2 0所示的係一半導體雷射之剖面結構圖，其係利用第 一具體實施例之修改例所形成的氮化物半導體層ιΐ7並且 於其上形成該半導體層300。在上面的情形中，電流侷限部 314Α的位置可符合l2$l/2 — 4及，因此該電流侷 限部314A會被形成於該低缺陷區域之上，臨界電壓v〇p及 臨界電流I0P會降低，扭折程度會提高。再者，當電流侷限 部314八的位置符合]^$]1/2_5及1.3$]^$2.5時，更可確定 §亥電流侷限部3 1 4 A會被形成於該低缺陷區域之上，臨界電 壓V0P及臨界電流I〇p會進一步地降低，扭折程度會進一步 地提高。
再者，雖然上面的具體實施例所述的係利用由藍寶石或 類似材料所製成的基板1 0 0，不過本發明同樣適用於利用由 其它材料所製成的基板。尤其是當利用GaN作為基板時， 如果该η側電極位於該基板的後面的話，便不需要處理該基 板的頂端表面來放置該η側電極及放置該η側接觸層。因此 可簡化該等製造步驟並且微型化該雷射。於此情形中，如 圖21所示，便可將晶種部1〇〇c直接形成於該GaN基板1〇〇的 整個表面上，並且在從該晶種部100c成長出來的氮化物半 導體層107之上形成該半導體層300，以製造該雷射。 再者，本發明同樣適用於將於本具體實施例所述之藍寶 石或其它材料所製成的基板之上所形成的氮化物半導體層 107-217與該基板分離並且於其上製造出類似雷射之半導 體裝置的情形中。 再者，雖然上面具體實施例中的基板表面係{〇〇〇 1}表面 -36- 1292953
(30) ，不過亦可使用其它的表面。同樣地，雖然上面具體實施 例中的晶種部係延伸於<ιΤοο>方向中，不過亦可延伸於其 它的方向中。再者，第二晶種部的斜面並不受限於 面或{ 115〇 }面。此外’晶種部的形狀並不受限於條狀圖案， 舉例來說，亦可能是格栅形狀或島狀。 再者，雖然上面的具體實施例中利用半導體雷射來解釋 忒半導體裝置，並且明確地說明其結構，不過本發明同樣 適用於具有其它結構的半導體雷射中。舉例來說，未必需 要包括II型導向層110及Ρ型導向層113、或是衰減防止層112 。再者，雖然上面的具體實施例中係以具有脊狀波導類型 (其係由增益波導類型及折射波導類型組合而成）的半導體 雷射作為說明範例，不過本發明同樣適用於增益波導類型 半導體雷射及折射波導類型半導體雷射。 一再者，雖然上面的具體實施例中利用半導體雷射作為該 半導體裝置的說明範例，不過本發明同樣適用於其它半導 體裝置中，例如發光二極體及場效電晶體。 根據本發明之氮化物半導體及半導體裝置（兩者皆包括 具有三角形或梯形剖面的第二晶種部以及以該第二晶種部 為基礎成長而成的半導體層）便可讓該等晶體的錯位於該 第二晶種部與該半導體層之間的介面中轉彎，擴大其表面 中的低缺陷區域，並且減少該等凸丘的數量。所以，在利 用該氮化物半導體所形成的半導體裝置中，可以減少該半 導體層内部的缺陷數量，並且改良其可靠度及穩定度。 根據本發明其中一項觀點之半導體裝置，第一晶種部與 -37- 1292953
(31) 電流侷限部之間的距離及電流侷限部與連接部之間的距離 的總合係被設定在4 μιη以上；而電流侷限部的寬度則介於1 μπι與3 μηα之間，使得該電流侷限部會被形成於該低缺陷區 域之上，臨界電壓及臨界電流會降低，扭折程度會提高。 所以可進一步地改良該半導體裝置的可靠度及穩定度。
根據本發明另一項觀點之半導體裝置，第一晶種部與電 流侷限部之間的距離及電流侷限部與連接部之間的距離的 總合係被設定在5 μιη以上；而電流侷限部的寬度則介於1 3 μιη與2.5 μιη之間，使得該電流侷限部會被形成於該低缺陷 區域之上，臨界電壓及臨界電流會進一步地降低，扭折程 度會進一步地提高。所以可進一步地改良該半導體裝置的 可靠度及穩定度。
根據本發明之氮化物半導體的製造方法及半導體裝置的 ‘ is«方法（兩種方法皆包括利用改變兩個以上階段中至少 其中一個成長條件，以該晶種部為基礎成長出該ΠΙ·ν族氮 化物半導體，以形成該半導體層），可使得靠近該晶種部及 介於該等晶種部之間的晶體分別成長於不同的條件中，因 而可讓該等晶體的錯位於該第二晶種部與該半導體層之間 的"_ τ# 4所以可在该半|體層的表自中形成大範圍 的低：陷區域，避免發生該等凸纟，並且改良利用該氮化 物半¥體所形成之半導體妒晉 土 卞守骚在置的可靠度及穩定度。再者， 可控制該層的厚；# , …[ 又 而可形成厚度極薄的半導體層，如 此便可防止利用該氮化物丰墓 f曲。 聽物半導體所形成之半導體裝置發生 -38- 1292953
(32) 顯而易見的係，在上面的說明中，本發明可以作許多修 改及變更。所以應該暸解的係，除非特別提及，否則全部 涵蓋於本發明的範疇及隨附之申請專利範圍中。 圖式簡單說明 圖1A至1D分別係用以解釋根據本發明第一具體實施例 之氮化物半導體製造方法步驟的剖面圖。 圖2係用以解釋控制根據本發明第一具體實施例之氮化 物半導體的成長溫度的示意圖。 圖3A與3B分別係用以解釋圖1D步驟後面的步驟的剖面 圖。 圖4係用以解釋圖3B步驟後面的步驟的剖面圖。 圖5 A與5B係用以比較利用改變兩階段中的溫度條件以 形成該氮化物半導體（圖5 A)以及利用固定溫度以形成該氮 化物半導體（圖5B)之間的錯位出現密度示意圖。 圖6為凸丘相對密度與本發明範例第一階段中的成長严 度之間的關係圖。 圖7為凸丘相對密度與本發明範例第一階段中的成長時 間之間的關係圖。 ^ ^ 圖8為氮化物半導體層範例之顯微圖。 圖9為氮化物半導體層比較範例之顯微圖。 圖10A至10D分別係用以解釋根據該第一具體實施例之 修改例之氮化物半導體製造方法步驟的剖面圖。 圖11A至11C分別係用以解釋根據本發明第二具體實施例 之氮化物半導體製造方法步驟的剖面圖。 -39- 1292953
圖12A至12C分別係用以解釋對應該氮化物半導體製造 步驟的錯位發生密度示意圖。 圖13A至1 3D分別係用以解釋根據該第二具體實施例之 修改例之氮化物半導體製造方法步驟的剖面圖。 圖1 4為根據本發明第三具體實施例之半導體雷射裝置的 剖面圖。
圖1 5為根據本發明第四具體實施例之半導體雷射裝置的 剖面圖。 圖1 6A及1 6B為用以解釋晶種部之間電流侷限部的置放 位置示意圖。 圖1 7A及1 7B為用以解釋該等晶種部之間電流侷限部的 置玫位置示意圖。 圖18A及18B為用以解釋該等晶種部之間電流侷限部的 置放位置示意圖。 圖19為根據本發明另一半導體雷射裝置之剖面圖。 圖20為根據本發明另一半導體雷射裝置之剖面圖。 圖21為根據本發明另一半導體雷射裝置之剖面圖。
圖式代表符號說明 100 l〇〇a 100c 101 102 103 基板 緩衝層 晶種部 晶種層 二氧化矽膜 光阻膜 -40- 1292953
(34) 104 光罩圖案 105 條狀晶種部 106 溝紋 107， 117, 207, 217 氮化物半導體層 107a， 117a 低溫成長部 107b，117b，207b，217b 南溫成長部 115, 215, 405 晶種部 116, 216 成長抑制層 207a，217a 第二晶種部 300 半導體層 308 η側接觸層 309 η型殼層 310 η型導向層 311 主動層 312 晶體衰減防止層 313 Ρ型導向層 314 Ρ型殼層 314A 電流侷限部 315 Ρ側接觸層 316 ρ側電極 317 絕緣層 318 η側電極 407 晶體層 -41 -

Claims (1)

  1. I29^^〇4198號專利申請案 中文申凊專利範圍替換本(94年;[〇月）
    拾、申請專利範圍1 · 一種氮化物半導體，其包括： 一由III-V氮化物半導體所製成之第一 頂部表面及側壁； 晶種部，其具有 Μ η委員 Μ 费3· 5i 7< 一由III-V氮化物半導體所製成並且從該第—曰 之頂部表面及側壁成長出爽、而1古一& X —晶種部 J 土取贡35术、而具有二角形 的第二晶種部，·及 飞梯形剖面 一由ΠΙ·ν氮化物半導體所製成並且從該 曰 成長出來的半導體層。 一日日種部 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體，其中該曰 種部係延伸於<lT〇〇>的晶軸方向，具有條紋圖^。一晶 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體，其中該第二晶 種部延伸之後具有一條紋圖案並且係由兩個斜面所： 成0 、 I- 曼 .« %内 Ϋ 如申請專利範圍第3項之氮化物半導體，其中該第二晶 種部的兩個斜面係小平面。 阳 如申請專利範圍第〗項之氮化物半導體，其中該第二晶 ㈣具有梯形剖面’其（從該第一晶種部至上基底的高 度H):(該第-晶種部至下基底外緣的寬度w)之比例y 6·如申請專利範圍第1項之氣化物半導體，其t該III-V氮 化物半導體係氮化鎵（GaN)化合物半導體。 7· 一種半導體裝置，其包括·· 由III-V氮化物半導體所製成之第一晶種部，其具有 82398-941021 .doc
    1292953 頂部表面及側壁； 一由III-V氮化物半導體所製成並且從哕筮 K硪弟—晶種部 之頂部表面及側壁成長出來、而具有三角形或梯形剖面 的第二晶種部；及 一由III-V氮化物半導體所製成並且從該箆-曰 ^ 一日日禮部 成長出來的半導體層。 8·如申請專利範圍第7項之半導體裝置，其中該半導體層 包括： 9 複數個連接部，其係於不同於其厚度方向中，以該第 二晶種部為基礎成長出該半導體層而形成的； 一主動層，其係被形成於該等複數個連接部之上，並 且具有一電流射出區；及 一電流侷限部，其可限制該主動層的電流射出區，並 且係位於對應該等連接部之間的區域中。 9·如申請專利範圍第8項之半導體裝置，其中該電流侷限 部係位於對應該第一晶種部與該連接部之間的區域中。 10·如申請專利範圍第9項之半導體裝置，其中該第一晶種 部與該電流侷限部之間的距離及該電流侷限部與該連 接部之間的距離之總合為4 μχη或更大。 11 ·如申請專利範圍第1〇項之半導體裝置，其中該電流侷限 部的寬度介於1 μιη與3 μηι之間。 12·如申請專利範圍第9項之半導體裝置，其中該第一晶種 部與該電流侷限部之間的距離及該電流侷限部與該連 接部之間的距離之總合為5 μίη或更大。 82398-941021.doc
    1292953 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 如申請專利範圍第12項之半導體裝置，其中該電流侷限 的寬度介於1·3 μπι與2 · 5 μηι之間。 如申請專利範圍第9項之半導體裝置，其中該第一晶種 部與該電流侷限部之間的距離等於該電流侷限部與該 連接部之間的距離。 一種氮化物半導體的製造方法，其包括以下步驟： 成長一 III-V族氮化物半導體以形成一晶種部；及 利用改變兩個以上階段中至少其中一個成長條件，以 該晶種部為基礎成長出該ΠΙ_ν族氮化物半導體，以形成 一半導體層。 如申請專利範圍第15項之氮化物半導體的製造方法，其 中形成該半導體層的步驟係利用改變成長溫度或成長 壓力中其中一項來進行的。 如申請專利範圍第16項之氮化物半導體的製造方法，其 中形成該半導體層的步驟包括採用第一溫度或第一壓 力的第一階段，以及採用高於該第一溫度的第二溫度或 低於3亥弟一壓力的第二壓力的第二階段。 如申請專利範圍第17項之氮化物半導體的製造方法， 其中會於該第一階段中成長出該半導體層以形成一 弟二晶種部；及 於該第二階段中，以該第二晶種部為基礎，以大約平 行基板的方式成長出該半導體層。 如申請專利範圍第18項之氮化物半導體的製造方法，盆 中該半導體層會成長至其預期的厚度，： 十-aa 82398-941021.doc 1292953
    禮部。 20, 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. :申請專利範圍第19項之氮化物半導體的製造方 中該第二晶種部具有梯形剖面。 八 如申請專利範圍第20項之氮化物半導體的製造方法，直 中該第一階段中會在1〇4(TC以下& % 八 導體層。 下的，孤度中成長出該半 如申印專利祀圍第2G項之氮化物半導體的製造方法，盆 :該第二階段中會在1G7H更高溫度中成料 導體層。 山X干 如申哨專利範圍第20項之氮化物半導體的製造方法，其 :在該第一階段中，該半導體層之(於該層厚度方向： 成長速度··於該層平行方向的成長速度）的比例^ ·· 2。 如申請專利範@第2G項之氮化物半導體的製造方法，其 中在該第二階段中，該半導體層之（於該層厚度方向的^ 長速度：於該層平行方向的成長速度)的比例為！ ·· 1〇。 如申請專利範圍第19項之氮化物半導體的製造方法，其 中該第二晶種部形成之後，該半導體層層厚度方向中的 剖面會變成梯形。 如申請專利範目第25項之氮化物半導體的製造方法，其 中該第二晶種部係小平面所形成的。 如申請專利範圍第25項之氮化物半導體的製造方法，其 中該第一階段中會在1000。〇或更低溫度中成長出該^ 導體層。 如申請專利範圍第25項之氮化物半導體的製造方法，其 82398-941021.doc 1292953
    中該第一階段中會在67 kPa*更高壓力中成長出該 體層。 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 如申請專利範圍第25項之氮化物半導體的製造方法，其 中該第二階段中會在1〇5〇它或更高溫度中成長出該^ 導體層。 如申請專利範圍第25項之氮化物半導體的製造方法，其 中該第二階段中會在4〇 kpa或更低壓力中成長出該半導
    如申請專利範圍第18項之氮化物半導體的製造方法，其 中在該第二階段之後，會在低於該第二階段之溫度的溫 度中成長出該半導體層。 如申請專利範®第15之氮化物半導體的製造方法，盆中 該晶種部的形成方式係藉由在—基板上成長出晶體以 形成m-v族氮化物半導體層，並且在其表面上放置一具 有一開口的成長抑制層。
    如申請專利範圍第15項之氮化物半導體的製造方法，α 中該晶種部的形成方式係藉由在—基板上成長出晶體 以形成m-v族氣化物半導體層，接著再部份移除該πι_ν 族氮化物半導體層。 如申請專利範圍第15項之氮化物半導體的製造方法， 中該晶種部係延伸於<lToo>的方向中，具有條紋圖赛 如申請專利範圍第15項之氮化物半導體的製造方法， 中該ΙΙΙ-VIU匕物半導體係氮化鎵化合物半導體。 -種半導體裝置的製造方法，其包括以下步驟： 82398-941021.doc
    1292953 成長一III-V族氮化物半導體以形成一晶種部；及 利用改變兩個以上階段中至少其中一個成長條件，以 该晶種部為基礎成長出該ΠΙ-V族氮化物半導體，以形成 一半導體層。 37·如申請專利範圍第36項之半導體裝置的製造方法，其中 形成該半導體層的步驟包括採用第一溫度或第一壓力 的第一階段，用以形成一第二晶種部；以及採用高於該 第一溫度的第二溫度或低於該第一壓力的第二壓力的 第二階段，以該第二晶種部為基礎，以大約平行基板的 方式成長出該半導體層。、 38·如申請專利範圍第37項之半導體裝置的製造方法，其中 該第二階段包括以下步驟： 於不同於該半導體層厚度的方向中，以該第二晶種部 為基礎成長出該半導體層，以形成複數個連接部； 於該等複數個連接部上方形成一具有一電流射出區 的主動層；及 形成一電流侷限部，其可限制該主動層的電流射出區 ’並且係位於對應該等連接部之間的區域中。 39·如申請專利範圍第38項之半導體裝置的製造方法，其中 δ亥電流侷限部係被形成於對應該晶種部與該等連接部 之間的區域中。 40·如申请專利範圍第39項之半導體裝置的製造方法，其中 該曰曰種部與該電流侷限部之間的距離及該電流侷限部 與該連接部之間的距離之總合為4 μιη或更大。 82398-941021.doc
    1292953 41·如申請專利範圍第4〇項之半導體裝置的製造方法，其中 該電流侷限部的寬度介於1 μηι與3 μιη之間。 42·如申請專利範圍第39項之半導體裝置的製造方法，其中 該晶種部與該電流侷限部之間的距離及該電流侷限部 與該連接部之間的距離之總合為5 μιη或更大。 43·如申請專利範圍第42項之半導體裝置的製造方法，其中 該電流侷限部的寬度介於1.3 μιη與2.5 μιη之間。 44.如申請專利範圍第39項之半導體裝置的製造方法，其中 該晶種部與該電流侷限部之間的距離等於該電流侷限 部與該連接部之間的距離。 82398-941021.doc
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