发明名称 Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法及Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件
摘要 将第1之III族氮化物系化合物半导体层31蚀刻成点状、条带状或格子状等之岛状态来设置段差,以使与第1之III族氮化物系化合物半导体层31不同的层露出于底部。然后,以段差的上段之上面及侧面作为核,使第2之III族氮化物系化合物半导体32进行横方向磊晶成长将段差部分填埋之后,方可朝上方进行成长。此时,第2之III族氮化物系化合物半导体32之横方向磊晶成长出的部分之上部,可作为第1之III族氮化物系化合物半导体层31所具有之买通差排经抑制之领域。又,方可对基板蚀刻直至形成凹部为止。又,作为ELO的核之层,亦可用原子半径此主要构成元素镓(Ga)为大之铟(In)掺杂。又,第1之半导体层,方可为缓冲层与单结晶层之周期所形成之多重层。
申请公布号 TW501289 申请公布日期 2002.09.01
申请号 TW090105963 申请日期 2001.03.14
申请人 丰田合成股份有限公司 发明人 小池 正好;手钱 雄太;山下 弘;永井 诚二;平松 敏夫
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人 林镒珠 台北市长安东路二段一一二号九楼
主权项 1.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,系在基板上以磊晶成长的方式制得Ⅲ族氮化物系化合物半导体;其特征在于,具有:将由至少1层之Ⅲ族氮化物系化合物半导体所构成、最上层为第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体的基底层,蚀刻成点状、条带状、或格子状等的岛状态,使与第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体为不同层的面露出于底部而设置段差之制程;以前述藉蚀刻所形成之点状、条带状或格子状等的岛状态之前述第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之段差的上段之上面及侧面作为核,使第2之Ⅲ族氮化物系化合物半导体进行纵及横方向磊晶成长之制程。2.如申请专利范围第1项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述段差的底部之宽度须形成为,使藉自侧面之横方向成长来填塞段差之一方、较之露出于底部之前述不同层的面上之开始进行纵方向成长为快速。3.如申请专利范围第1或2项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述段差之侧面之大致全部为{11-20}面。4.如申请专利范围第1或2项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体与前述第2之Ⅲ族氮化物系化合物半导体为相同组成。5.如申请专利范围第1或2项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中,前述不同层,系与前述第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之组成相异之第3之Ⅲ族氮化物系化合物半导体。6.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其特征在于,系形成在:申请专利范围第1至5项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法所制造之Ⅲ族氮化物系化合物半导体层之横方向磊晶成长出的部分之上层。7.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件,其特征在于,系在申请专利范围第1至5项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法所制造之Ⅲ族氮化物系化合物半导体层之横方向磊晶成长出的部分之上层,积层不同的Ⅲ族氮化物系化合物半导体层而制得。8.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体基板之制造方法,其特征为,于申请专利范围第1至5项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法中再加上,藉由将横方向磊晶成长出的部分之上层以外大致全部除去,以制得Ⅲ族氮化物系化合物半导体基板。9.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,系在基板上以磊晶成长的方式制得Ⅲ族氮化物系化合物半导体;其特征在于,具有:将由至少1层之Ⅲ族氮化物系化合物半导体所构成、最上层为第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体的基底层形成于前述基板上之制程;将前述基底层与前述基板表面之两者之至少一部分藉蚀刻削除成点状、条带状或格子状等之岛状态以设置段差之制程,该段差之上段为基板面上之前述基底层形成处,该段差之下段为未形成前述基底层之基板面的凹部;以藉前述蚀刻所形成之点状、条带状或格子状等之岛状态的前述基底层的段差的上段之上面及侧面作为核,使第2之Ⅲ族氮化物系化合物半导体进行纵及横方向磊晶成长之制程。10.如申请专利范围第9项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述段差之侧面之大致全部为{11-20}面。11.如申请专利范围第9或10项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中,前述第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体与前述第2之Ⅲ族氮化物系化合物半导体为相同组成。12.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其特征在于,系形成在:申请专利范围第9至11项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法所制造之Ⅲ族氮化物系化合物半导体层之横方向磊晶成长出的部分之上层。13.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件,其特征在于,系在申请专利范围第9至11项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法所制造之Ⅲ族氮化物系化合物半导体层之横方向磊晶成长出的部分之上层上,积层不同的Ⅲ族氮化物系化合物半导体层所制得。14.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体基板之制造方法,其特征为,于申请专利范围第9至11项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法中再加上,藉由将横方向磊晶成长出的部分之上层以外大致全部除去,以制得Ⅲ族氮化物系化合物半导体基板。15.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,系在基板上以磊晶成长的方式制得Ⅲ族氮化物系化合物半导体;其特征在于,具有:形成基底层之制程,该基底层是由至少1层之Ⅲ族氮化物系化合物半导体所构成,且以原子半径比主要构成元素为大之元素作部分取代或掺杂之第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层;藉将前述基底层蚀刻成点状、条带状或格子状等之岛状态而设置段差之制程;以前述蚀刻成之点状、条带状或格子状等之岛状态之前述第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体的段差的上段之上面及侧面作为核,使第2之Ⅲ族氮化物系化合物半导体进行纵及横方向磊晶成长之制程。16.如申请专利范围第15项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述主要构成元素为铝(Al)或镓(Ga),前述原子半径较大之元素为铟(In)或铊(Tl)。17.如申请专利范围第15或16项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述主要构成元素为氮(N),前述原子半径较大之元素为磷(P)、砷(As)、锑(Sb)或铋(Bi)。18.如申请专利范围第15或16项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述段差之宽度与深度的关系设成,藉自段差的侧面之横方向成长来填塞段差之一方、较自段差之底部之纵方向成长来填埋段差为快速。19.如申请专利范围第17项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述段差之宽度与深度的关系设成,藉自段差的侧面之横方向成长来填塞段差之一方、较自该段差之底部之纵方向成长来填埋段差为快速。20.如申请专利范围第15或16项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述蚀刻,系用以使作为段差底部之基板面露出者。21.如申请专利范围第17项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述蚀刻,系用以使作为段差底部之基板面露出者。22.如申请专利范围第15或16项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述段差之侧面之大致全部为{11-20}面。23.如申请专利范围第17项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述段差之侧面之大致全部为{11-20}面。24.如申请专利范围第15或16项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体与前述第2之Ⅲ族氮化物系化合物半导体为相同组成。25.如申请专利范围第17项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体与前述第2之Ⅲ族氮化物系化合物半导体为相同组成。26.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其特征在于,系形成在:申请专利范围第15至25项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法所制造之前述Ⅲ族氮化物系化合物半导体层之横方向磊晶成长出的部分之上层。27.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件,其特征在于,系在申请专利范围第15至25项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法所制造之前述Ⅲ族氮化物系化合物半导体层之横方向磊晶成长的部分之上层,积层不同的Ⅲ族氮化物系化合物半导体层而制得。28.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体基板之制造方法,其特征为,于申请专利范围第15至25项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法中再加上,藉将横方向磊晶成长出的部分之上层以外大致全部除去,以制得Ⅲ族氮化物系化合物半导体基板。29.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,系在基板上以磊晶成长的方式制得Ⅲ族氮化物系化合物半导体;其特征在于,具有:将基底层蚀刻成点状、条带状、或格子状等之岛状态而设置段差之制程,该基底层系由具有至少3层之Ⅲ族氮化物系化合物半导体层、且最上层为第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之多重层所构成;以前述藉蚀刻所形成之点状、条带状或格子状等之岛状态之前述第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之段差的上段之上面及侧面作为核,使第2之Ⅲ族氮化物系化合物半导体进行纵及横方向磊晶成长之制程。30.如申请专利范围第29项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述基底层系反覆进行任意周期积层而成者;并以于单结晶不会成长的温度下所形成之Ⅲ族氮化物系化合物半导体所构成之缓冲层、与于单结晶会成长的温度下所形成之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为1个周期。31.如申请专利范围第30项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述缓冲层,系于200~600℃或1000~1180℃所形成。32.如申请专利范围第30或31项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述缓冲层,系AlxGa1-xN(0≦x≦1)。33.如申请专利范围第29至31项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述蚀刻,系用以使作为段差底部之基板面露出。34.如申请专利范围第29至31项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述段差之底部的宽度与侧面的高度系形成为,使藉由自侧面之横方向成长来填塞段差之一方、较自底部之纵方向成长来填埋段差为快速。35.如申请专利范围第29至31项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述段差之侧面之大致全部为{11-20}面。36.如申请专利范围第29至31项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中,前述第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体与前述第2之Ⅲ族氮化物系化合物半导体为相同组成。37.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其特征在于,系形成在:申请专利范围第29至36项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法所制造之Ⅲ族氮化物系化合物半导体层之横方向磊晶成长出的部分之上层。38.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件,其特征在于,系在申请专利范围第29至36项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法所制造之Ⅲ族氮化物系化合物半导体层之横方向磊晶成长出的部分之上层,积层不同的Ⅲ族氮化物系化合物半导体而制得。39.一种Ⅲ族氮化物系化合物半导体基板之制造方法,其特征为,于申请专利范围第29至36项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法中再加上,藉将横方向磊晶成长出的部分之上层以外大致全部除去,以制得Ⅲ族氮化物系化合物半导体基板。40.如申请专利范围第1或2项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中,前述不同层,系基板面所形成的凹部之底部。41.如申请专利范围第6项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述不同层,系基板面所形成的凹部之底部。42.如申请专利范围第1或2项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述最上层,系以原子半径比主要构成元素为大之元素作部分取代或掺杂。43.如申请专利范围第6项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述最上层,系以原子半径比主要构成元素为大之元素作部分取代或掺杂。44.如申请专利范围第1或2项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。45.如申请专利范围第6项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。46.如申请专利范围第9或10项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述最上层,系以原子半径比主要构成元素为大之元素作部分取代或掺杂。47.如申请专利范围第12项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述最上层,系以原子半径比主要构成元素为大之元素作部分取代或掺杂。48.如申请专利范围第29至31项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述设置段差之制程,系将前述基底层除去而使前述基板面露出,或将前述基底层除去而于前述基板上形成凹部之制程。49.如申请专利范围第37项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述设置段差之制程,系将前述基底层除去而使前述基板面露出,或将前述基底层除去而于前述基板上形成凹部之制程。50.如申请专利范围第29至31项中任一项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述最上层,系以原子半径比主要构成元素为大之元素作部分取代或掺杂。51.如申请专利范围第37项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述最上层,系以原子半径比主要构成元素为大之元素作部分取代或掺杂。52.如申请专利范围第40项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述最上层,系以原子半径比主要构成元素为大之元素作部分取代或掺杂。53.如申请专利范围第41项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述最上层,系以原子半径比主要构成元素为大之元素作部分取代或掺杂。54.如申请专利范围第46项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。55.如申请专利范围第47项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。56.如申请专利范围第42项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。57.如申请专利范围第43项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。58.如申请专利范围第40项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。59.如申请专利范围第41项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。60.如申请专利范围第52项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制造方法,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。61.如申请专利范围第53项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述基底层,系以第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体作为最上层之多重层所构成。62.如申请专利范围第41.43.45.47.49.51.53.55.57.59或61项之Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件,其中前述Ⅲ族氮化物系化合物半导体元件为发光元件。图式简单说明:第1图,为表示有关本发明之第1实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第2图,为表示有关本发明之第2实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第3图,为表示有关本发明之第3实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第4图,为表示有关本发明之第4实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第5图,为表示有关本发明之第5实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第6图,为表示有关本发明之第6实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第7图,为表示有关本发明之第7实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之制程之一部分之截面图。第8图,为表示有关本发明之第7实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第9图,为表示有关本发明之第8实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第10图,为表示有关本发明之第9实施例之第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之蚀刻之例之示意图。第11图,为第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之蚀刻之其他例之示意图。第12图,为表示有关本发明之第10实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第13图,为表示有关本发明之第11实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第14图,为表示有关本发明之第12实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第15图,为表示有关本发明之第13实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第16图,为表示有关本发明之第14实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之制程之截面图。第17图,为表示有关本发明之第14实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第18图,为表示有关本发明之第15实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第19图,为表示有关本发明之第16实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第20图,为表示有关本发明之第17实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第21图,为表示有关本发明之第18实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第22图,为表示有关本发明之第19实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第23图,为表示有关本发明之第20实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第24图,为表示有关本发明之第21实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第25图,为表示有关本发明之第22实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之制程之截面图。第26图,为表示有关本发明之第22实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第27图,为表示有关本发明之第23实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第28图,为表示有关本发明之第24实施例之第1之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之蚀刻之例之示意图。第29图,为表示有关本发明之第25实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第30图,为表示有关本发明之第26实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第31图,为表示有关本发明之第27实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第32图,为表示有关本发明之第28实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之制程之截面图。第33图,为表示有关本发明之第29实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第34图,为表示有关本发明之第30实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件之构造之截面图。第35图,为表示有关本发明之第31实施例之Ⅲ族氮化物系化合物半导体之蚀刻之例之示意图。第36图,为表示于习用之制造方法有关之Ⅲ族氮化物系化合物半导体中传播之贯通差排之截面图。
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