TWI485886B - 三族氮化物半導體之表面處理方法、三族氮化物半導體之製造方法、三族氮化物半導體以及三族氮化物半導體結構 - Google Patents
三族氮化物半導體之表面處理方法、三族氮化物半導體之製造方法、三族氮化物半導體以及三族氮化物半導體結構 Download PDFInfo
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Description
本申請主張2008年10月14日在韓國知識產權局提交的專利申請號為2008-0100773的優先權，文中將引用此案部分內容。
本發明是關於一種Ⅲ族氮化物半導體表面處理方法，一種Ⅲ族氮化物半導體，一種Ⅲ族氮化物半導體之製造方法及其結構，尤其是關於一種Ⅲ族氮化物半導體表面處理方法，其中，該Ⅲ族氮化物半導體之相對二表面具有相同的極性，本發明亦關於一種Ⅲ族氮化物半導體與一種Ⅲ族氮化物半導體之製造方法及其結構。
一般而言，由Ⅲ族氮化物半導體製成的發光裝置，用於取得具有藍色或綠色波長的光。該發光裝置是由具有成分為Alx
Iny
Ga(1-x-y)
N之半導體材料製成，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。
Ⅲ族氮化物半導體可生長在諸如藍寶石(α-Al2
O3
)基底以及碳化矽(SiC)基底之異質基底上。藍寶石基底可特別是具有和鎵相同的六邊形結構。此外，該藍寶石基底比碳化矽基底便宜且高溫穩定性高，因此主要用作Ⅲ族氮化物半導體之生長基底。
同時，生長在藍寶石基底上的Ⅲ族氮化物半導體具有一纖鋅礦(Wurtzite)及非對稱晶體結構。因此，該Ⅲ族氮化
物半導體(例如，鎵氮化物半導體)的表面之一具有一鎵極性(以下稱鎵(Ga)極性表面)，以及於另一表面具有氮(N)極性表面(下文的氮極性表面)。如上所述，該鎵氮化物之二表面經歷不同的物理作用，其中包括蝕刻速率與表面再結合排列，或由表面極性差異引起的缺陷與表面差排(disclocation)。這些物理作用的差異導致鎵極性表面與氮極性表面之間之表面特性差異。
具體而言，該鎵氮化物半導體之鎵極性表面顯示出比該氮極性表面優良的表面平滑性。此外，由於材料的低結合性就像是雜質，所以鎵極性表面具有比該氮極性表面好的結晶性。因此，當該鎵半導體再生時，生長在該鎵極性表面之再生層具有平滑表面。另外，生長在該氮極性表面之再生層易發生表面缺陷，諸如小丘(hillock)、柱(column)、以及錐形晶粒等。
除此之外，該鎵氮化物半導體二表面之極性差異引起自發極化，因而導致該鎵極性表面與氮極性表面之間之表面能帶(band)彎曲之差異。
其次，該鎵氮化物半導體之鎵極性表面由於低歐姆恒接觸電阻表現出低恒定電壓，并具有比該氮極性表面優良的電特性。而且該鎵氮化物半導體之二表面由於極性差異，對蝕刻溶液(如氫氧化鉀)將起不同的化學反應。具體說來，該鎵極性表面很難與該蝕刻溶液起化學反應，而該氮極性表面與該蝕刻溶液的化學反應則相當活潑，因而會被明顯蝕刻。
如上所述，在Ⅲ族氮化物半導體內，以表面平滑性、雜質結合性、再生特性、電特性、以及蝕刻特性各樣態來說，具有Ⅲ族極性之表面較具有氮極性之表面相比，顯示出更優良的特性。因此，目前有發展出相對二表面具有Ⅲ族極性的Ⅲ族氮化物半導體之必要。
本發明之一樣態在於提供一種表面處理方法，於該表面處理方法中一雷射光束被照射在與一Ⅲ族氮化物半導體之第一表面相對之第二表面上，該第二表面具有氮極性以改變該第二表面之極性為與該第一表面相同之極性，Ⅲ族氮化物半導體，Ⅲ族氮化物半導體之製造方法，以及Ⅲ族氮化物半導體結構。
本發明之一樣態係提供Ⅲ族氮化物半導體之表面處理方法包括：提供一具有第一表面及與該第一表面相對之第二表面之Ⅲ族氮化物半導體，於該第一表面具有Ⅲ族極性，於該第二表面具有氮極性；以及於該第二表面上輻射雷射光束以將該第二表面之氮極性變成Ⅲ族極性。
該表面處理方法復包括將雷射光束照射在該第二表面上之前形成具有缺陷之晶體破壞層，該缺陷是由沿著該第二表面之氮空缺引起。形成一晶體破壞層包括在該第二表面上執行電漿處理或離子束照射。
該晶體破壞層包括非晶形區域，多晶區域及富含Ⅲ族區域其中之至少一者。該晶體破壞層具有5nm至2000nm之厚度。
該Ⅲ族氮化物半導體可以是由AlxInyGa(1-x-y)N所表示之半導體，其中，0x1，0y1，0x+y1。
該Ⅲ族氮化物半導體是氮化鎵(GaN)半導體，該Ⅲ族極性是鎵極性。
根據本發明另一樣態，提供一種Ⅲ族氮化物半導體之製造方法，該方法包括：在氮化物單晶生長基底上生長Ⅲ族氮化物半導體，其中，該Ⅲ族氮化物半導體包括具有Ⅲ族極性之第一表面及與該第一表面相對之第二表面，該第二表面與該基底接觸且具有氮極性；從該氮化物單晶生長基底分離出該Ⅲ族氮化物半導體；以及將雷射光束照射在該第二表面以將該第二表面之氮極性改變成Ⅲ族極性。
該方法復包括在將雷射光束照射在該第二表面之前形成具有缺陷之晶體破壞層，該缺陷是由沿著該第二表面之氮空缺引起。形成一晶體破壞層包括在該第二表面上執行電漿處理或離子束輻射。
該晶體破壞層包括非晶形區域，多晶區域及富含Ⅲ族區域其中之至少一者。該晶體破壞層具有5nm至2000nm之厚度。
該Ⅲ族氮化物半導體可以是由AlxInyGa(1-x-y)N所表示之半導體，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。該Ⅲ族氮化物半導體是氮化鎵(GaN)半導體，該Ⅲ族極性是鎵極性。
該方法復包括在改變成具有該Ⅲ族極性之第二表面上生長一額外的氮化物半導體層。
該氮化物單晶生長基底的材料為選自由藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁鎂(MgAl2
O4
)、氧化鎂(MgO)、氧化鋁鋰(LiAlO2
)以及氧化鎵鋰(LiGaO2
)組成的群組。
本發明之另一樣態係提供一種具有第一表面及與該第一表面相對之第二表面之Ⅲ族氮化物半導體，該第一表面具有Ⅲ族極性，該Ⅲ族氮化物半導體包括：一極性反轉層，該極性反轉層係與沿著該第二表面設置之該Ⅲ族氮化物半導體層之一區域相對應，且該極性反轉層被形成與該Ⅲ族氮化物半導體層之另一區域相連，該極性反轉層具有一被反轉之另一區域之晶體排列，使該第二表面具有與第一表面極性相同之Ⅲ族極性。該極性反轉層具有5nm至2000nm之厚度。
與該極性反轉層相對應之該區域具有與另一區域相同之成分。
該Ⅲ族氮化物半導體可以是由AlxInyGa(1-x-y)N所表示之半導體，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。
該Ⅲ族氮化物半導體是氮化鎵半導體，該Ⅲ族極性是鎵極性。
本發明之復另一樣態係提供一種Ⅲ族氮化物半導體結構，其包括：具有第一表面及與該第一表面相對之第二表面之第一Ⅲ族氮化物半導體，該第一表面具有Ⅲ族極性；以及形成於該第一Ⅲ族氮化物半導體之第二表面之第二Ⅲ族氮化物半導體，其中，該第一Ⅲ族氮化物半導體具
有一極性反轉層，該極性反轉層係與沿著該第二表面設置之該Ⅲ族氮化物半導體層之一區域相對應，且該極性反轉層被形成與該Ⅲ族氮化物半導體層之另一區域相連，該極性反轉層具有一被反轉之另一區域之晶體排列，因而導致該第二表面具有與第一表面極性相同之Ⅲ族極性。該極性反轉層具有5nm至2000nm之厚度。
與該極性反轉層相對應之該區域具有與該第一Ⅲ族氮化物半導體之另一區域相同之成分。
該第二Ⅲ族氮化物半導體具有與該第一Ⅲ族氮化物半導體不同之成分，或具有與該第一Ⅲ族氮化物半導體不同之導電性類型(conductive type)。
該第二Ⅲ族氮化物半導體包括複數個Ⅲ族氮化物半導體層，每一Ⅲ族氮化物半導體層包括一主動層，且該Ⅲ族氮化物半導體結構包括一半導體發光裝置。
該第一Ⅲ族氮化物半導體可以是由AlxInyGa(1-x-y)N所表示之半導體，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。
該第一Ⅲ族氮化物半導體是氮化鎵半導體，該Ⅲ族極性是鎵極性。
上述及其它樣態，將從以下結合附圖之詳細描述中明瞭本發明之特徵及其它優點。
現將結合附圖描述本發明之實施例。
第1A圖至1D圖描述依據本發明之一實施例之Ⅲ族氮化物半導體的表面處理方法。首先，如第1A圖所示，
提供一Ⅲ族氮化物半導體10，該Ⅲ族氮化物半導體10可以是一單晶層基底，該單晶層基底具有以AlxInyGa(1-x-y)N所表示之半導體成分，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。該Ⅲ族氮化物半導體10可以是一單晶層基底，且該單晶層基底具有氮化鎵半導體成分。
此外，該Ⅲ族氮化物半導體10包括具有Ⅲ族極性的第一表面11及與該第一表面相對之具有氮極性的第二表面12。具體而言，在該Ⅲ族氮化物半導體中，Ⅲ族元素與氮元素具有纖維鋅礦晶體結構。該些Ⅲ族元素被排列在第一表面11，該些氮元素被排列在第二表面12。換言之，該第一表面11與第二表面12取決於其上的該些元素而分別具有極性。
在下文中將詳細描述表面處理方法，說明於該表面處理方法中將該第二表面12被從氮極性變成Ⅲ族極性。
參閱第1B圖，一具有缺陷之晶體破壞層13形成於該第二表面12上，該缺陷是由氮空缺引起。此處，該晶體破壞層13可以是非晶形區域，多晶區域及富含Ⅲ族區域其中之一者。該第二表面可藉由電漿處理或離子束照射形成。
如上所述，第二表面12經電漿處理或離子束照射後，在自第二表面12達到一定厚度之層內產生氮空缺從而形成一晶體破壞層13，於該晶體破壞層13中，該Ⅲ族元素與氮元素以無規則方式排列。該晶體破壞層13自該第二表面12所形成的厚度為5nm至2000nm。
其後，如第1C圖所示，照射雷射光束以將第二表面
12之極性改變成Ⅲ族極性。具體而言，雷射光束從該第二表面12照射在該達到一定厚度之晶體破壞層13上。之後，無規則排列在該晶體破壞層13上的該Ⅲ族元素與氮元素並再結晶之，因此該晶體破壞層13中的Ⅲ族元素與氮元素的晶體排列可被改變，允許該Ⅲ族元素而非氮元素排列在該第二表面12上。換言之，該第二表面12被改變成具有Ⅲ族極性。這是由於該Ⅲ族元素相較於氮元素，在表面排列得更加穩定。因此，在該Ⅲ族元素與氮元素再結晶的時候，該第二表面具有具有相對穩定晶體結構之Ⅲ族極性。
接著以上述方法製造出如第1D圖所示之Ⅲ族氮化物半導體10'。具體而言，如第1D圖所示之該Ⅲ族氮化物半導體10'包括具有Ⅲ族極性的第一表面11及與該第二表面相對之第二表面12，該第二表面12亦具有Ⅲ族極性。此外，該Ⅲ族氮化物半導體10'包括極性反轉層13'。
該極性反轉層13'與沿著第二表面12設置之ⅢI族氮化物半導體10'之一區域相對應。該極性反轉層13'不是被形成從該Ⅲ族氮化物半導體10'分離，而是被形成與該Ⅲ族氮化物半導體10'之另一區域相連。
如上所示，如第1D圖所示之該ⅢI族氮化物半導體10'如此構建以致該相對之第一表面11與第二表面12就該極性反轉層13'來講具有相同的Ⅲ族極性。
第2A圖至2E圖說明一依據本發明實施例之Ⅲ族氮化物半導體的製造方法。參閱第2A圖，該Ⅲ族氮化物半導體100生長在氮化物單晶生長基底200之箭頭方向。此處
之該氮化物單晶生長基底200可由選自由藍寶石、碳化矽、矽、氧化鋅、氧化鋁鎂、氧化鎂、氧化鋁鋰以及氧化鎵鋰組成的群組之材料製成。此外，該Ⅲ族氮化物半導體100可透過金屬-有機化學氣相沉積(MOCVD)、氫化物氣相外延(HVPE)、及分子束外延(MBE)其中之一種形成在該氮化物單晶生長基底200上。
在第2A圖中，該Ⅲ族氮化物半導體100具有AlxInyGa(1-x-y)N所表示之成分，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。因此，該Ⅲ族氮化物半導體100具有晶體結構，於該晶體結構中，至少一個來自鋁、銦、及鎵之Ⅲ族元素與氮元素被一起束縛在一均勻區域間。此外，該Ⅲ族氮化物半導體100可具有氮化鎵半導體成份，該氮化鎵半導體成份包含鎵元素與氮化物元素。
於此同時，第2A圖之Ⅲ族氮化物半導體100包括第一表面11與第二表面120，該第二表面120係與該第一表面110相對且與該氮化物單晶生長基底200接觸。在這裡，該第一表面110具有排列於其上的Ⅲ族元素，因而具有Ⅲ族極性。該第二表面120具有排列於其上的氮元素，因而具有氮極性。
更具體而言，該Ⅲ族氮化物半導體100之第一表面110與第二表面120具有晶體結構因此作為Ⅲ族元素之鎵元素與氮元素週期性排列。那時該Ⅲ族氮化物半導體100之第一表面110具有排列其上的鎵元素，因而顯示出鎵極性。其時，與該氮化物單晶生長基底200接觸之第二表面
120具有排列其上的氮元素，因而顯示出氮極性。
其後，如第2B圖所示，在該Ⅲ族氮化物半導體100生長時，雷射光束照射在該氮化物單晶生長基底200上以將該Ⅲ族氮化物半導體100自該氮化物單晶生長基底200分離。因此，這使被該氮化物單晶生長基底200結合之該Ⅲ族氮化物半導體100之第二表面120曝光。
其次，如第2C圖及2D圖所示之步驟被實施以改變該Ⅲ族氮化物半導體100之第二表面120之極性。為便利說明本發明，第2C圖及2D圖係說明經旋轉以使第二表面120向上之第2B圖之Ⅲ族氮化物半導體100。
如第2C圖所示，該晶體破壞層130形成於該Ⅲ族氮化物半導體100之第二表面120。在這裡，該晶體破壞層130包括由氮空缺引起的缺陷并具有一晶體結構，於該晶體結構中Ⅲ族元素與氮元素係無規則排列。換言之，該晶體破壞層130可為非晶形區域，多晶區域及富含Ⅲ族區域其中之至少一者。
該晶體破壞層130可透過執行電漿處理或例子束照射而形成。透過調節時間及電漿處理或例子束照射的條件可使該晶體破壞層130具有5nm至2000nm之厚度。
然後，如第2D圖所示，以雷射光束照射該晶體破壞層130以將該第二表面120之氮極性變成Ⅲ族極性。具體而言，雷射光束照射使該晶體破壞層130上的不規則排列之Ⅲ族元素與氮元素再結晶。因此，這使晶體破壞層130中的Ⅲ族元素與氮元素重新排列，該Ⅲ族元素排列在該第
二表面120。換言之，該第二表面120被改變成具有Ⅲ族極性。
參閱第2D圖，用於重新排列晶體破壞層130中的Ⅲ族元素與氮元素之雷射光可以使用193nm受激準分子雷射光、248nm受激準分子雷射光、308nm受激準分子雷射光、Nd：YAG雷射光、氦-氖雷射光、以及氬例子雷射光。
其時，為重新排列晶體破壞層130中的Ⅲ族元素與氮元素，除了雷射光束照射之外，使用離子束或退火將預定的熱施加於晶體破壞層130以使Ⅲ族元素與氮元素重新排列。
如第2A圖至2D圖所示之步驟可製造出第2E圖所示之Ⅲ族氮化物半導體100'。具體而言，第2E圖所示之Ⅲ族氮化物半導體100'包括具有Ⅲ族極性之第一表面110，與該第一表面相對且具有Ⅲ族極性之第二表面120，以及自該第二表面形成一定厚度之極性反轉層130'。
第2E圖之極性反轉層130'與沿著第二表面120設置之Ⅲ族氮化物半導體100'之一區域相對應。換言之，該極性反轉層130'不是被形成從該Ⅲ族氮化物半導體100'分離，而是透過第2A圖所示之Ⅲ族氮化物半導體之單一生長步驟形成與該Ⅲ族氮化物半導體100'相連，從而與另一區域相連。在這裡，該另一區域可覆蓋一區域，該區域係從相對於該第二表面120，例如第一表面110至該極性反轉層130'之邊界。
此外，該極性反轉層130'可具有反轉的另一區域之晶
體排列以致使該第二表面120具有與該第一表面110極性相同的Ⅲ族極性。換言之，該極性反轉層130'再結晶以致如第2C圖及2D圖所示之極性反轉層130'之Ⅲ族元素與氮元素晶體排列被反轉。該極性反轉層130'可具有5nm至2000nm之厚度。
其時，該Ⅲ族氮化物半導體100'再結晶以第2E圖所示之Ⅲ族氮化物半導體100'之第二表面120作為生長表面，因此製造出具有結晶度與表面平滑性之Ⅲ族氮化物半導體結構。該Ⅲ族氮化物半導體結構將在後續詳細描述。
第3圖說明依據本發明之一實施例之Ⅲ族氮化物半導體結構。參閱第3圖，該Ⅲ族氮化物半導體結構500包括第一Ⅲ族氮化物半導體100'與第二Ⅲ族氮化物半導體100'-1。
該第一Ⅲ族氮化物半導體100'與第2E圖所示之第一Ⅲ族氮化物半導體100'相同。該第一Ⅲ族氮化物半導體100'包括具有Ⅲ族極性之第一表面110及與該第一表面110相對之第二表面120。又，該第一Ⅲ族氮化物半導體100'包括極性反轉層130'，該極性反轉層130'與沿著該第二表面120設置之一區域相對應且該極性反轉層130'具有反轉的另一區域之晶體排列以致使該第二表面120具有與該第一表面110極性相同的Ⅲ族極性。
該第二Ⅲ族氮化物半導體100'-1形成於該第一Ⅲ族氮化物半導體100'之第二表面。在這裡，該第二Ⅲ族氮化物半導體100'-1可由金屬-有機化學氣相沉積(MOCVD)、
氫化物氣相外延(HVPE)、及分子束外延(MBE)其中之一種形成。又，該第二Ⅲ族氮化物半導體100'-1可具有與該第一Ⅲ族氮化物半導體100'相同或不同的半導體成分。
如上所述，該第二Ⅲ族氮化物半導體100'-1形成於該具有Ⅲ族極性之第二表面120，因而減少了諸如小丘、colum及錐形晶粒之缺陷。因此，與第二Ⅲ族氮化物半導體100'-1形成於具有氮極性之表面相較，該第二Ⅲ族氮化物半導體100'-1之結晶度與表面平滑性得以改善。
同時，參閱第3圖，該第二Ⅲ族氮化物半導體100'-1係圖解成單一層，但是該第二Ⅲ族氮化物半導體100'-1可為複數Ⅲ族氮化物半導體層，每一Ⅲ族氮化物半導體層包括一主動層。換言之，該些複數Ⅲ族氮化物半導體層生長於該第一Ⅲ族氮化物半導體100'之第二表面120以製造出一半導體發光裝置。在這裡，使用具有Ⅲ族極性之第二表面120製造的該半導體發光裝置結晶度優良，因而其發光效率增加。
第4圖係照片說明以第2A圖至2E圖所示之方法製造之Ⅲ族氮化物半導體。具體而言，第4圖係為一剖面圖，其係透過垂直切割及顯影Ⅲ族氮化物半導體100'獲得。換言之，第4圖說明了第一表面110與第二表面120之晶體排列，該第一表面110係該Ⅲ族氮化物半導體之底表面，該第二表面120係該Ⅲ族氮化物半導體之頂表面。
該Ⅲ族氮化物半導體100'係氮化鎵半導體且其第一
表面110及第二表面120均為鎵極性。在這裡，該第二表面為具有鎵極性之層，這是由於極性反轉層130'具有被鎵元素與氮元素重新排列而反轉之極性。
其間，有關第4圖所示之晶體排列，A部份代表第一表面110的極性，C部份代表第二表面120的極性。此外，B部份及D部份分別代表被相對應的A部份與C部份極性束縛之極性。
首先，觀察到與該Ⅲ族氮化物半導體100'之二表面相對應之A部份與C部份具有顯示鎵極性之(0002)平面。換言之，該鎵極性朝向與該Ⅲ族氮化物半導體100'之二表面相對方向形成。又，該B部份及D部份具有顯示氮極性之(0002)平面。換言之，該Ⅲ族氮化物半導體100'具有一晶體排列，於該晶體排列中，鎵極性與氮極性係結合在一起。但是該第一表面110與第二表面120顯示鎵極性。
第5圖係以照片說明依據本發明之一實施例之具有一個蝕刻表面之Ⅲ族氮化物半導體。具體而言，第5圖所示之Ⅲ族氮化物半導體300係為氮化鎵半導體，位於A-A'線左邊之第一區域310係使用第1B圖及1C圖進行表面處理之區域，換言之，透過經由極性反轉蝕刻鎵極性區域而獲得的區域。其時，位於右邊的第二區域320係未經表面處理之區域，該區域係透過蝕刻氮極性區域獲得。
該Ⅲ族氮化物半導體300係被在相同的條件下蝕刻，例如，例如蝕刻溫度及蝕刻時間，使用氫氧化鉀蝕刻溶液。結果，該具有鎵極性之第一區域310很難被蝕刻，該具有
氮極性之第二區域320具有一表面則蝕刻形成不規則粗糙結構。如上所述，清楚顯示出透過蝕刻第一區域310與第二區域320將第一區域310之極性改變成鎵極性。
第6圖係說明依據本發明之一實施例之Ⅲ族氮化物半導體發光裝置。
第6圖所示之Ⅲ族氮化物半導體400係氮化鎵半導體，其包括具有第一氮化鎵半導體層411之發光結構，主動層412，以及第二氮化鎵半導體層413。該Ⅲ族氮化物半導體400包括與該第一氮化鎵半導體層411接觸之第一電極420，以及形成於該第二氮化鎵半導體層413上之第二電極430，且該Ⅲ族氮化物半導體400具有垂直結構。在這裡，該發光結構之二表面，例如，該第一氮化鎵半導體層411之一個表面與該第二氮化鎵半導體層413之一個表面，具有鎵極性。換言之，該第一電極420與第二電極430係形成在該具有鎵極性之發光結構上。
如第6圖所示之Ⅲ族氮化物半導體400可如以下方法製造。首先，該第一氮化鎵半導體層411、主動層412、及第二氮化鎵半導體層413係依序堆疊在一氮化物單晶基底上以形成該發光結構，該氮化物單晶基底例如為藍寶石基底。又，該第二電極430形成於該第二氮化鎵半導體層413上。此外，儘管未顯示，一傳導支撐基底被進一步提供在該第二電極430上以支撐該發光結構。
其後，透過一般的雷射剝離(lift-off)製程將該發光結構從該氮化物單晶基底分離。於該發光結構中，被束縛
於該氮化物單晶生長基底之第一氮化鎵半導體層411之表面411a可具有氮極性。位於最上部之第二氮化鎵半導體層413之表面413a可具有鎵極性。換言之，該發光結構之二相對表面具有彼此不同之極性。
為保證該發光結構之二表面具有鎵極性，該第一氮化鎵半導體層411之具有氮極性之表面411a係經過表面處理。具體而言，如第1B圖及1C圖所示，晶體破壞層形成於該第一氮化鎵半導體層411之表面411a，之後雷射光束照射於該表面411a，因此該表面411a之極性被反轉成鎵極性。
其後，該第一電極420形成於該具有鎵極性之第一氮化鎵半導體層411之表面411a以製造出第6圖所示之Ⅲ族氮化物半導體發光裝置400。與此同時，第一氮化鎵半導體層411之表面411a之整個部份可具有鎵極性。做為選擇，該表面411a之僅形成第一電極420的部份可具有鎵電極。在這裡，該第一氮化鎵半導體層411之表面411a具有一晶體排列，該晶體排列具有鎵極性與氮極性。
如第6圖所示之發光結構包括：具有鎵極性之二表面411a與413a。該發光結構之自發極化得以改善，該自發極化係由該二表面之極性差異引起。因此，表面能帶彎曲特性被同樣的顯示在具有鎵極性之二表面。又，該發光結構之歐姆接觸電阻低以減少恒定電壓與漏電流。這導致該氮化物半導體發光裝置400之電特性改善，這將在下文詳細描述。
第7圖係以圖表說明第6圖所示之Ⅲ族氮化物半導體發光裝置之特性。參考第7圖，第一曲線圖1說明透過習知方法製成的Ⅲ族氮化物半導體發光裝置之電流-電壓特性。第二曲線圖2說明第6圖所示之Ⅲ族氮化物半導體發光裝置之電流-電壓特性。具體而言，該第一曲線1與第二曲線2分別說明施加電壓於該發光裝置後電流響應電壓改變之度量。
於該技術領域，該半導體發光裝置之理想的電流-電壓具有非線性特性。換言之，負電壓與弱正電壓時，流過的電流非常低，而在預定電壓級別(level)(大約0.7V或更高)時，電流迅速增加。
其時，一般的具有第一曲線1所示之電壓-電流特性之Ⅲ族氮化物半導體發光裝置被構建成與第6圖所示之Ⅲ族氮化物半導體發光裝置400相同，但是一般的Ⅲ族氮化物半導體發光裝置之發光結構其二表面具有不同的極性。換言之，該發光結構之一個表面具有鎵極性，相對之另一個表面具有氮極性。在這裡，於該發光結構中，形成於具有氮極性之另一表面之電極接觸電阻高以致產生恒定電壓與漏電流。因此，一般的Ⅲ族氮化物半導體發光裝置具有如此電流-電壓特性以致於僅在象第一曲線1中的電壓區間-0.5V至0.5V，低電流流過，而在其他電壓區間高電流流過，因而產生漏電流。
其時，第6圖之該Ⅲ族氮化物半導體發光裝置400具有第一曲線(2)所示之電壓-電流特性，負電壓時，流過
的電流低，而在1V至2V電壓區間，電流迅速增加。這相似於理想電流-電壓特性。因此，本發明之Ⅲ族氮化物半導體發光裝置允許減少恒定電壓及漏電流，因而改善其電特性。
如上所闡述，依據本發明之實施例之方法所製造的Ⅲ族氮化物半導體，雷射光束照射在具有氮極性之第二表面，該第二表面係與具有Ⅲ族元素極性之第一表面相對，因此，該第二表面被改變成具有與該第一表面相同之極性。這允許Ⅲ族氮化物半導體之相對表面具有相同的Ⅲ族元素極性。
在Ⅲ族氮化物半導體中，當諸如發光裝置之半導體結構係由使用表面處理成具有Ⅲ族元素極性之第二表面製造時，該發光裝置之結晶度得以改善，因而增強其發光效率。
此外，當該Ⅲ族氮化物半導體使用表面處理成具有Ⅲ族極性之第二表面再生時，可形成具有優良表面平滑性之再生層。
又，當一電極形成於該Ⅲ族氮化物半導體之經表面處理成具有Ⅲ族極性之第二表面時，在一接觸表面之歐姆接觸電阻減少以改善電特性。
已結合實施例顯示及說明本發明，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對申請專利範圍所定義之本發明進行修飾與改變。
1‧‧‧第一曲線
2‧‧‧第二曲線
10‧‧‧Ⅲ族氮化物半導體
10'‧‧‧Ⅲ族氮化物半導體
11‧‧‧第一表面
12‧‧‧第二表面
13‧‧‧晶體破壞層
13'‧‧‧極性反轉層
100‧‧‧Ⅲ族氮化物半導體
100'‧‧‧第一Ⅲ族氮化物半導體
100'-1‧‧‧第二Ⅲ族氮化物半導體
110‧‧‧第一表面
120‧‧‧第二表面
130‧‧‧晶體破壞層
130'‧‧‧極性反轉層
200‧‧‧氮化物單晶生長基底
300‧‧‧Ⅲ族氮化物半導體
310‧‧‧第一區域
320‧‧‧第二區域
400‧‧‧Ⅲ族氮化物半導體
411‧‧‧第一氮化鎵半導體層
411a‧‧‧表面
412‧‧‧主動層
413‧‧‧第二氮化鎵半導體層
413a‧‧‧表面
420‧‧‧第一電極
430‧‧‧第二電極
500‧‧‧Ⅲ族氮化物半導體結構
第1A圖至1D圖說明依據本發明之一實施例之Ⅲ族
氮化物半導體的表面處理方法；第2A圖至2E圖說明依據本發明之一實施例之Ⅲ族氮化物半導體的製造方法；第3圖說明依據本發明之一實施例之Ⅲ族氮化物半導體結構；第4圖係照片說明以第2A圖至2E圖所示之方法製造之Ⅲ族氮化物半導體；第5圖係以照片說明依據本發明之一實施例之具有一個蝕刻表面之Ⅲ族氮化物半導體；第6圖係說明依據本發明之一實施例之Ⅲ族氮化物半導體發光裝置；以及第7圖係以圖表說明第6圖所示之Ⅲ族氮化物半導體發光裝置之特性。
100'‧‧‧第一Ⅲ族氮化物半導體
110‧‧‧第一表面
120‧‧‧第二表面
130'‧‧‧極性反轉層
Claims (26)
- 一種Ⅲ族氮化物半導體之表面處理方法，係包括：提供一具有第一表面及與該第一表面相對之第二表面之Ⅲ族氮化物半導體，於該第一表面具有Ⅲ族極性，於該第二表面具有氮極性；形成具有缺陷之晶體破壞層，該缺陷是由沿著該第二表面之氮空缺引起的；以及於該第二表面上照射雷射光束以將該第二表面之氮極性變成Ⅲ族極性。
- 如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其中，形成一晶體破壞層包括在該第二表面上執行電漿處理或離子束照射。
- 如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其中，該晶體破壞層包括非晶形區域，多晶區域及富含Ⅲ族區域其中之至少一者。
- 如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其中，該晶體破壞層具有5nm至2000nm之厚度。
- 如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其中，該Ⅲ族氮化物半導體是由AlxInyGa(1-x-y)N所表示之半導體，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。
- 如申請專利範圍第1項之表面處理方法，其中，該Ⅲ族氮化物半導體是氮化鎵(GaN)半導體，該Ⅲ族極性是鎵極性。
- 一種Ⅲ族氮化物半導體之製造方法，係包括： 在氮化物單晶生長基底上生長Ⅲ族氮化物半導體，其中，該Ⅲ族氮化物半導體包括具有Ⅲ族極性之第一表面及與該第一表面相對之第二表面，該第二表面與該基底接觸且具有氮極性；從該氮化物單晶生長基底分離該Ⅲ族氮化物半導體；形成具有缺陷之晶體破壞層，該缺陷是由沿著該第二表面之氮空缺引起；以及將雷射光束照射在該第二表面以將該第二表面之氮極性變成Ⅲ族極性。
- 如申請專利範圍第7項之方法，其中，形成一晶體破壞層包括在該第二表面上執行電漿處理或離子束照射。
- 如申請專利範圍第7項之方法，其中，該晶體破壞層包括非晶形區域，多晶區域及富含Ⅲ族區域其中之至少一者。
- 如申請專利範圍第7項之方法，其中，該晶體破壞層具有5nm至2000nm之厚度。
- 如申請專利範圍第7項之方法，其中，該Ⅲ族氮化物半導體是由AlxInyGa(1-x-y)N所表示之半導體，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。
- 如申請專利範圍第7項之方法，其中，該Ⅲ族氮化物半導體是氮化鎵半導體，該Ⅲ族極性是鎵極性。
- 如申請專利範圍第7項之方法，復包括在改變成具有 該Ⅲ族極性之第二表面生長一額外的氮化物半導體層。
- 如申請專利範圍第7項之方法，其中，該氮化物單晶生長基底的材料為選自由藍寶石、碳化矽、矽、氧化鋅、氧化鋁鎂、氧化鎂、氧化鋁鋰以及氧化鎵鋰組成的群組。
- 一種具有第一表面及與該第一表面相對之第二表面之Ⅲ族氮化物半導體，該第一表面具有Ⅲ族極性，該Ⅲ族氮化物半導體包括：一極性反轉層，該極性反轉層係與沿著該第二表面設置之該Ⅲ族氮化物半導體層之一區域相對應，且該極性反轉層被形成與該Ⅲ族氮化物半導體層之另一區域相連，該極性反轉層具有一被反轉之另一區域之晶體排列，因而導致該第二表面具有與第一表面極性相同之Ⅲ族極性。
- 如申請專利範圍第15項之Ⅲ族氮化物半導體，其中，該極性反轉層具有5nm至2000nm之厚度。
- 如申請專利範圍第15項之Ⅲ族氮化物半導體，其中，與該極性反轉層相對應之區域具有與另一區域相同之成分。
- 如申請專利範圍第15項之Ⅲ族氮化物半導體，其中，該Ⅲ族氮化物半導體是由AlxInyGa(1-x-y)N所表示之半導體，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。
- 如申請專利範圍第15項之Ⅲ族氮化物半導體，其中， 該Ⅲ族氮化物半導體是氮化鎵半導體，該Ⅲ族極性是鎵極性。
- 一種Ⅲ族氮化物半導體結構包括：具有第一表面及與該第一表面相對之第二表面之第一Ⅲ族氮化物半導體，該第一表面具有Ⅲ族極性；以及形成於該第一Ⅲ族氮化物半導體之第二表面之第二Ⅲ族氮化物半導體，其中，該第一Ⅲ族氮化物半導體具有一極性反轉層，該極性反轉層係與沿著該第二表面設置之該Ⅲ族氮化物半導體層之一區域相對應，且該極性反轉層被形成與該Ⅲ族氮化物半導體層之另一區域相連，該極性反轉層具有一被反轉之另一區域之晶體排列，因而導致該第二表面具有與第一表面極性相同之Ⅲ族極性。
- 如申請專利範圍第20項之Ⅲ族氮化物半導體結構，其中，該極性反轉層具有5nm至2000nm之厚度。
- 如申請專利範圍第20項之Ⅲ族氮化物半導體結構，其中，與該極性反轉層相對應之區域具有與另一區域相同之成分。
- 如申請專利範圍第22項之Ⅲ族氮化物半導體結構，其中，該第二Ⅲ族氮化物半導體具有與該第一Ⅲ族氮化物半導體不同之成分，或具有與該第一Ⅲ族氮化物半導體不同之導電性類型。
- 如申請專利範圍第23項之Ⅲ族氮化物半導體結構，其中，該第二Ⅲ族氮化物半導體包括複數Ⅲ族氮化物半導體層，每一Ⅲ族氮化物半導體層包括一主動層，且該Ⅲ族氮化物半導體結構包括一半導體發光裝置。
- 如申請專利範圍第20項之Ⅲ族氮化物半導體結構，其中，該第一Ⅲ族氮化物半導體是由AlxInyGa(1-x-y)N所表示之半導體，其中，0x1，0y1，以及0x+y1。
- 如申請專利範圍第20項之Ⅲ族氮化物半導體結構，其中，該第一Ⅲ族氮化物半導體是氮化鎵半導體，該Ⅲ族極性是鎵極性。
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