GaN基半导体器件制造技术

一种ＧａＮ半导体发光器件，形成在ＧａＮ单晶衬底上且具有使电流泄漏更小的结构。该ＧａＮ半导体激光器件（５０）包括设置在多层结构上的ｐ侧和ｎ侧电极，并具有与蓝宝石衬底上制造的传统ＧａＮ半导体激光器件相同的结构，除了用ＧａＮ单晶衬底（５２）取代蓝宝石衬底且ＧａＮ化合物半导体层的多层结构直接形成在ＧａＮ单晶衬底（５２）上而未形成ＧａＮ－ＥＬＯ结构层之外。ＧａＮ单晶衬底（５２）具有每个均具有１０μｍ的宽度的连续带状核部分（５２ａ），核部分（５２）之间的距离约４００μｍ。激光带（３０）、ｐ侧电极（３６）的金属焊垫（３７）、以及ｎ侧电极（３８）设置在除核部分（５２ａ）之外的区域上的多层结构上。金属焊垫（３７）的侧边缘与核部分的边缘之间的水平距离Ｓｐ和ｎ侧电极（３８）与核部分（５２ａ）的边缘之间的水平距离Ｓｎ都为９５μｍ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种GaN基半导体器件，并且更加特别地涉及一种可以减少电流泄漏的GaN基半导体器件。另外，本专利技术涉及一种可以减少电流泄漏从而改善发光效率的GaN基半导体发光器件。
技术介绍
诸如GaN、GaInN、以及AlGaInN的III-V氮化镓(GaN)基化合物半导体具有2.8至6.8eV的宽带隙，而注意力集中于诸如能够发射红色至UV区光的半导体发光器件的材料的GaN基化合物半导体。作为使用III-V GaN基化合物半导体为组成的GaN基半导体发光器件，例如蓝光或绿光发光二极管(LED)和在约405nm的紫光区中振荡的GaN基半导体激光器件已经开发并投入实际应用。GaN基半导体发光器件制造中的一个问题在于难以找到与GaN基化合物半导体层晶格匹配的衬底。目前，经常使用蓝宝石衬底作为GaN基半导体发光器件的衬底。频繁使用蓝宝石衬底的原因在于蓝宝石衬底具有GaN基化合物半导体层在约1000℃生长温度下的晶体生长所需的化学稳定性，在于晶体质量良好，且在于可以经济而稳定地供给具有相对较大直径的衬底。蓝宝石衬底的晶格常数与GaN的晶格常数相差10％或更多。因此，在于蓝宝石衬底上形成GaN基半导体发光器件时，通常在蓝宝石衬底上低温生长诸如GaN层的缓冲层，并且在此低温缓冲层上生长GaN基化合物半导体单晶，由此缓解晶格常数的差异。然而，即使通过设置低温缓冲层并在该低温缓冲层上生长GaN基化合物半导体层，晶体缺陷的密度仍变得很高。因此，难以生长高质量的GaN基化合物半导体层，使得难以制造具有高可靠性的GaN基半导体发光器件。为解决此问题，除了插入低温缓冲层以外还进行GaN-ELO(外延横向过生长Epitaxially Laterally Overgrowth)。由此，形成GaN-ELO结构层并在此GaN-ELO结构层上生长GaN基化合物半导体层。参照图5，其示出了具有这种形成在蓝宝石衬底上的GaN-ELO结构层的GaN基半导体激光器件的截面结构。图5为示出使用蓝宝石衬底的GaN基半导体激光器件的构造的剖视图。如图5所示，GaN基半导体激光器件10包括蓝宝石衬底12、通过ELO形成在蓝宝石衬底12上的GaN-ELO结构层14、以及包括通过MOCVD顺序生长在GaN-ELO结构层14上的n型GaN接触层16、n型AlGaN包层18、n型GaN光导层20、具有多重量子阱(MQW)结构的GaInN有源层22、p型GaN光导层24、p型AlGaN包层26和p型GaN接触层28的多层结构。p型AlGaN包层26的上部和p型GaN接触层28形成为位于晶种部分与GaN-ELO结构层14的汇合部分之间的带状脊30。另外，p型AlGaN包层26的剩余部分、p型GaN光导层24、有源层22、n型GaN光导层20、n型AlGaN包层18、以及n型GaN接触层16的上部形成为平行于脊30的台地(mesa)32。在p型GaN接触层28之上的位置处具有开口的SiO2膜34沉积在脊30的两侧表面上和p型AlGaN包层26的其余部分上。Pd/Pt多层金属膜p侧电极36形成在p型GaN接触层28上。在SiO2膜34上设置焊垫金属37作为引出电极，从而通过SiO2膜34的开口电连接至p侧电极36。利用此结构，可以形成低电阻肖特基(Schottky)p侧电极。焊垫金属37由Ti/Pt/Au多层金属膜形成。另外，Ti/Pt/Au多层金属膜n侧电极38设置在n型GaN接触层16上，从而暴露于SiO2膜34的另一开口。蓝宝石衬底与GaN基化合物半导体层之间的晶格失配通过采用上述ELO工艺缓解。然而，只要使用蓝宝石衬底作为GaN基半导体发光器件的衬底，则仍然保留了与晶格失配相关的任何其它问题。另外，由于蓝宝石衬底为电介质，因此对电极的设置有限制。因此，非常希望实现GaN衬底。然而，通常非常难以工业化地生产可以用作GaN基半导体发光器件的衬底的晶体缺陷少的大直径GaN衬底。基于新技术的这种大直径GaN衬底目前已接近实现。现在将参照图6A和6B介绍新型GaN衬底的构造。图6A和6B分别为GaN衬底的透视图和剖视图，用于示出核部分(core portion)和低密度缺陷区。如图6所示，GaN衬底40具有低密度缺陷区42和晶体缺陷密度高于周围的低密度缺陷区42的高密度缺陷区(以下还将被称作核部分)44。核部分44周期性地设置在衬底表面上，并且穿过衬底的厚度。核部分44的排列图形不是固定的，其还可以包括散点图案(dotteddispersive pattern)，诸如图7A所示的六角点阵图案、图7B所示的正方形点阵图案、以及图7C所示的矩形点阵图案。核部分的排列图案不限于上述断续或分散的图案，而是还可包括如图8A所示的点状核部分44的断续线形图案和如图8B所示的带状核部分44的连续线形图案。上述GaN衬底已通过改进日本专利公开No.2001-102307中公开的技术并控制低密度缺陷区中形成的核部分的位置而开发出来。现在将介绍GaN单晶的晶体生长的基本机制。生长GaN单晶且保持倾斜的小面(facet)，从而传播位错并将位错集中在预定位置。由于位错的移动，通过此小面生长的区域成为低密度缺陷区。另一方面，具有清晰边界的高密度缺陷区(核部分)产生并生长在倾斜小面下，且位错集中在高密度缺陷区的边界或其内部，随后消失或积聚。小面的形状根据高密度缺陷区的形状而不同。在高密度缺陷区具有点状图案的情况下，每个点形成一个底，该底被小面所围绕，从而由小面形成凹陷。在高密度缺陷区具有带状图案的情况下，每条带形成在相对的侧面具有倾斜的小面的谷。这些小面是横置状态下的三棱柱的相对表面。另外，高密度缺陷区可以具有一些状态。例如，高密度缺陷区可以是多晶的。另外，高密度缺陷区可以为单晶且相对于周围的低密度缺陷区微微倾斜。另外，存在单晶的C轴相对于周围的低密度缺陷区倒置的情况。高密度缺陷区具有清晰的边界，并且其可与周围的低密度缺陷区区分开。GaN单晶的晶体生长可以推进，且周围的小面不被掩埋而是保持。其后，GaN生长层的表面被打磨并抛光，从而成为可以用作衬底表面的平坦表面。高密度缺陷区(核部分)可以通过预先在基底上在GaN晶体生长中将要形成各个核部分的位置处形成晶种来形成。晶种可以通过在微小的区域中形成非晶或多晶的层来形成。通过在此非晶或多晶的层上外延生长GaN，可以在上述晶种区域形成高密度缺陷区或核部分。现在将介绍用于GaN衬底的具体制造方法。首先，制备其上将要生长GaN层的基底。基底的成分不限。例如，可以使用通常的蓝宝石衬底。然而，考虑到后续步骤中基底的移除，GaAs衬底等是优选的。其后，在基底上规则地(例如周期性地)形成例如SiO2层晶种。根据核部分的形状和图案，晶种的图案为点状图案或带状图案。其后，通过HVPE(氢化物气相外延)生长厚GaN膜。在厚膜生长后，小面根据晶种的图案形成在表面上。例如，在晶种的图案为点状图案的情况下，规则地形成由小面构成的凹陷。在晶种的图案为带状图案的情况下，形成棱形小面。在生长厚GaN层后，移除基底，接着打磨并抛光厚GaN层，从而获得平坦的衬底表面，由此制得GaN衬底。GaN衬底的厚度可以自由设置。在如上制造的这种GaN衬底中，c面为主晶面，并规则地形成每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧａＮ基半导体器件，包括：ＧａＮ衬底，具有低密度缺陷区和作为穿过衬底的高密度缺陷区的在所述衬底中以周期性平面排列出现在所述低密度缺陷区中的核部分；形成在所述ＧａＮ衬底上的ＧａＮ基化合物半导体层的多层结构；以及电极 部分，具有设置在所述多层结构上的电极和形成在沉积于所述电极上的绝缘膜上并通过所述绝缘膜的开口电连接至所述电极的焊垫金属，所述电极部分设置在所述ＧａＮ衬底的除所述核部分以外的区域内的所述多层结构上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤修，松本治，佐佐木智美，池田昌夫，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]