專利名稱：氮化半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及氮化半導體(InxALyGa1-x-yN，0≤x 0≤y，x＋y≤1)器件，包括發光二極管(LED)、激光二極管(LD)或其它電子器件和功率器件。更具體地說，本發明提供了一種防止采用GaN基底的氮化半導體器件的氮化半導體層出現裂紋的方法。
背景技術：
應用氮化半導體的蘭色LED已被提供實際應用。近來，還可提供采用GaN基底的氮化半導體制作的蘭色激光二極管。
本發明人在一些場合已介紹過采用GaN基底的氮化半導體激光二極管，例如，在《日本應用物理雜志》37卷(1998)L309-L312頁。GaN基底可通過下述方法形成在藍寶石基底上形成一層GaN，然后在這層GaN的部分表面覆蓋一層二氧化硅保護膜。GaN在GaN膜上可再次生長，藍寶石基底可以拿開。二次生成的GaN層主要在側向生長，因此可防止位錯出現。采用這種方法可得到低位錯率的GaN基底。采用這種低位錯GaN基底的氮化半導體激光二極管器件具有連續波振蕩功效，其連續工作時間可超過1萬小時。
壽命超過1萬小時的氮化半導體激光二極管已投入實際應用。但在某些應用場合希望器件有更長的工作壽命。本發明人對采用上述方法制造的氮化半導體激光器件進行了研究，發現在GaN基底生長的氮化半導體層中易產生微細裂紋，特別是在直接由GaN基底生長出的N型GaN接觸層中。裂紋相當微細，用通常的光學顯微鏡難于發現，但可用熒光顯微鏡對其進行觀察。在由相同結構的GaN基底上直接生長出來的GaN層中竟會產生小裂紋，這一事實是出乎人們意料的。這種微細裂紋的出現，被認為是側生方法制造GaN基底中產生的一種特殊現象。但是，在較厚GaN基底生長出的GaN薄膜中也會產生原因不明的微細裂紋。不論如何，出現微細裂紋總會增加閾值，損害激光器件的壽命。除了激光器件之外，這種裂紋同樣會減低其它氮化半導體器件的可靠性。
發明內容
因此，本發明的一個目的是降低在氮化半導體層出現上述裂紋的可能性，延長采用GaN基底的氮化半導體器件的工作壽命，從而提高氮化半導體器件的可靠性。為實現這一目的，本發明氮化半導體器件具有下述特點在GaN基底上形成的器件形成層(氮化半導體層)之間，為由GaN基底上直接生成的器件形成層提供可減少裂紋出現的壓應力。
使器件形成層的熱脹系數小于GaN基底的GaN熱脹系數即可獲得所述壓應力。在GaN基底上生長的器件形成層最好為GIaGa1-aN(0＜a≤1)。因為GIaGa1-aN(0＜a≤1)的熱脹系數小于GaN，且可在GaN基底上生長為良好晶體。
由器件形成層構成的器件結構最好包括一個包含AL的N型覆蓋層、一個包含InGaN的活化層和一個包含AL的P型覆蓋層。采用這種結構及降低裂紋產生結構，可獲得具有良好特性的器件。
根據器件的具體結構，在GaN基底生長的器件形成層—例如GIaGa1-aN層—可具有多種功能。例如，該層可作為防止細小裂紋的緩沖層或作為N型接觸層。當整個GaN基底導電時，該層可為N型覆蓋層。
GaN基底最好采用側生法制造。采用側生GaN基底不但可防止裂紋出現，而且可防止位錯的蔓延。
本發明氮化半導體器件的制作方法包括以下步驟(A)在與氮化半導體不同的輔助材料基底—如藍寶石或SiC-上生成第一氮化半導體層；(B)在所述第一氮化半導體層上形成條形或島形的間隙凹凸結構；(C)在所述第一氮化半導體層上生成單晶GaN層，制作GaN基底；(D)在所述GaN基底上形成第二氮化半導體層，所述第二氮化半導體層的熱脹系數小于GaN的熱脹系數。
在形成單晶GaN層后，從GaN基底取走輔助基底。
按本發明，與GaN基底接觸的氮化半導體層的熱脹系數小于GaN的熱脹系數，從而可在氮化半導體層產生壓應力。這個壓應力可防止在氮化半導體層產生微細裂紋，其理由如下若SiC，GaN和藍寶石的熱脹系數分別為ε1，ε2和ε3，且ε1＜ε2＜ε3，當GaN在SiC基底上生長時，在GaN層中易產生裂紋，因為此時的熱脹系數關系為ε1＜ε2，在SiC基底上生長的GaN層晶面存在張應力；另一方面，如果GaN層是生長在藍寶石基底上，則GaN層不易產生裂紋，因為此時的熱脹系數關系為ε2＜ε3，在藍寶石基底上生長的GaN層晶面上存在壓應力。簡言之，是否容易出現裂紋取決于存在的應力是張應力還是壓應力。當在基底上生長的生長層熱脹系數小于基底的熱脹系數時存在壓應力，此時可防止裂紋的產生。
當GaN生長在GaN基底上時，對生長的GaN層而言既不存在張應力又不存在壓應力，在生長的GaN層中易產生裂紋。總而言之，當氮化半導體層在GaN基底上形成時，如果生成層的熱脹系數等于或大于GaN的熱脹系數，則氮化半導體層易出現裂紋；如果生成層的熱脹系數小于GaN的熱脹系數，則因存在壓應力而是裂紋的出現受到抑制。
在本說明中，“GaN基底”是指表面具有低位錯單晶GaN層的基底。GaN基底可以僅由單晶GaN層構成，也可包括一個由藍寶石或碳化硅等不同氮化半導體材料制成的輔助基底，在該基底上形成低位錯單晶GaN層。
GaN基底可采用任何適當的方法進行制造，只要其形成的單晶GaN具有足夠小的位錯，適合用于制造所需的電器件。但最好采用側生法來制造單晶GaN層，因為這種方法可抑制位錯在單晶GaN層的蔓延，從而可得到低位錯GaN基底。“側生法”包括可使單晶GaN層不但在垂直方向而且可沿基底表面平行方向生長以抑制垂直向位錯的任何制造方法。
采用側生法制造GaN基底，可選用ELOG生長法。這種方法在美國專利USP09/202,141，日本專利H11-312825，H11340508，H11-37827，H11-37826，H11-168079，H11-218122以及日本應用物理雜志(J.JAP)中均有介紹，在J.J.A.P中介紹的是用二氧化硅側生GaN。
按上述各種ELOG生長法獲得的GaN可作為低位錯基底，采用這種基底對使用壽命等器件性能來說是很好的。在本發明中即采用了這種方法獲得的基底，結果可具有更長的壽命。
在上述各種方法中，日本專利N0.H11-37827中所述的方法更為適用。GaN或ALGaN等氮化半導體層在藍寶石等異種基底上生長，條形或島形的間隙凹凸結構的形成可使單晶GaN層側向生長。之后，生長的單晶GaN覆蓋所述凹凸結構。通過采用這種方法，單晶GaN層可側向生長，使得位錯的蔓延受到抑制，從而得到低位錯GaN基底。如果要求GaN基底僅由氮化半導體組成，單晶GaN層就要生長得厚些，然后可去掉輔助基底。
在側生單晶GaN層上生長熱脹系數小于GaN熱脹系數的氮化半導體層，可防止在氮化半導體層中產生位錯和裂紋，從而可改善氮化半導體器件的可靠性。本發明采用側生GaN基底的具體實例將在以下的實施例中進行詳細說明。
在上述制造方法中，在ELOG生長后去掉輔助基底以獲得僅由氮化半導體組成的GaN基底。然而，在ELOG生長后也可留下輔助基底，在這種情況下，用做GaN基底的基底由輔助基底和氮化半導體層構成。
當采用僅由氮化半導體構成的GaN基底時，在與器件結構形成面對立的后表面上形成N電極。這樣可減小芯片尺寸。而且，當GaN基底僅由氮化半導體構成時，還可獲得良好的熱輻射特性。此外，通過劈理也可易于形成共振面。從提高器件的性能來說，器件結構最好形成在與取走輔助基底對置的表面上。
另一方面，當采用由異質基底和氮化半導體組成的GaN基底時，可防止晶片的斷裂和出現碎屑，從而易于處理。此外還可避免去掉輔助基底的步驟，從而可減少制造時間。即使在采用包含異質基底的GaN基底的情況下，如果所述基底導電，即可在基底的背面形成N電極。
在GaN基底上形成具有較小熱脹系數的氮化半導體前，對GaN基底表面可進行刻蝕。由于在制造過程中GaN基底表面可能不平，因此最好通過刻蝕使GaN基底表面平滑后再形成氮化半導體。此處理可進一步抑制裂紋的出現。
附圖描述
圖1為說明GaN基底制造過程的剖視圖。
圖2為說明圖1之后GaN基底制造過程的剖視圖。
圖3為說明圖2之后GaN基底制造過程的剖視圖。
圖4為說明圖3之后GaN基底制造過程的剖視圖。
圖5為按本發明實施例的氮化半導體激光器件的剖視圖。
圖6A-6F為說明隴條形成過程的部分剖視圖。
具體實施例方式
圖5為本發明實施例中氮化半導體器件的剖視圖。在GaN基底30上的器件成型層1-10構成一個半導體激光器件。與GaN基底30接觸的器件成型層1具有小于GaN的熱脹系數，從而使其受到壓應力，抑制在器件形成層1中產生裂紋。
按本發明，熱脹系數小于GaN熱脹系數的任何氮化半導體均可用于作為在GaN基底上生長的氮化半導體層材料。然而，所采用的氮化半導體材料最好不包含有損晶體化的成分。例如，ALaGa1-aN(0＜a≤1)即是適用材料。若其參數值為0＜a＜0.3則更好，若其值為0＜a＜0.1則最好。采用這種組成的氮化半導體可防止裂紋的出現，可獲得良好晶體。
在具有較小熱脹系數的氮化半導體在GaN基底上形成之前，對GaN基底表面可進行刻蝕，因為根據GaN基底的制造過程，GaN的表面有可能不平，因此從防止微細裂紋的出現起見，最好通過刻蝕使GaN基底表面平滑后再生成具有較小熱脹系數的氮化半導體層。
直接在GaN基底生長的氮化半導體層的厚度不一定局限于某個特定值。但其厚度最好不小于1微米，若厚度在3-10微米則更好，這樣的厚度有助于防止出現裂紋。
直接在GaN基底上生長的器件形成層可以在器件中起到各種功能，其具體功能取決于器件結構。按其功能，器件形成層1的厚度被適當控制在上述范圍。在圖5所示氮化半導體器件中，器件形成層1與器件形成層2一起起著N型接觸層的作用，其上形成有N型電極21。在它們上邊形成的包含AL的N型覆蓋層4、包含InGaN的激化層6和P型覆蓋層9構成了一個半導體激光器件。
如果GaN基底30為導電基底，例如是一個僅由單晶GaN層或在碳化硅上形成的單晶GaN層構成的基底，N電極可在GaN基底的后表面上形成。在這種情況下，與GaN基底接觸的器件形成層1作為封閉光線的覆蓋層。
當在GaN基底生成器件形成層1時，器件形成層1摻入雜質。摻入的雜質可以是N型或P型。摻雜量根據氮化半導體層的功能為接觸層或覆蓋層進行控制。
在圖5所示氮化半導體器件中，未摻入N型ALaGa1-aN的器件形成層1作為接觸層1，其上形成N型ALaGa1-aN接觸層2。在未摻雜N型ALaGa1-aN上生成N型ALaGa1-aN基礎層2，有助于防止裂紋出現和提高晶體質量。在這種情況下，未摻雜ALaGa1-aN層1還起到緩沖等作用。未摻雜N型ALaGa1-aN層的最佳厚度約為幾個微米。
在N電極21直接形成在器件形成層1上的情況下，摻入N型雜質(一般為Si)的氮化半導體層在GaN基底30上生長，作為器件形成層1。摻入雜質的數量最好控制在1*1018/cm3到5*1018/cm3。僅作為N型接觸層的器件形成層1的厚度最好為1-10微米。厚度控制在上述范圍有助于防止微細裂紋，可使氮化半導體層起到N型接觸層的作用。
所述GaN基底可以是僅由氮化半導體組成的基底，也可以是包含輔助基底和氮化半導體層的基底。GaN基底最好采用側生法制造。采用側生法制造的GaN基底可抑制器件形成層1-10產生位錯，可改善期間特性。
例如，GaN基底30可按下述方法進行制造。首先，在用與氮化半導體不同的材料制成的輔助基底上形成GaN或ALGaN等氮化半導體層。所述輔助基底可用藍寶石、碳化硅或尖晶石等材料制作。如圖2所示，間隙條形或島形凹凸結構形成在氮化半導體層12的表面，其后生成的單晶GaN層在水平方向生長。所形成的條形或島形凹凸結構使半導體層12如圖2所示。或者，形成的條形過島形凹凸結構貫穿氮化半導體層12并可去掉輔助基底11。形成可去掉輔助基底11的較深凹凸結構，可在由凸出部分側生的單晶GaN相會之處抑制晶體產生畸變。再一個選擇，是使氮化半導體層12具有GaN和ALGaN雙層結構，使形成凹凸結構的深度達到可去掉部分ALGaN。其次，如圖3和圖4所示，單晶GaN13的生長超過氮化半導體層12的凹凸結構。在這種情況下，可獲得包含輔助基底和氮化半導體層的GaN基底。如果要求獲得僅由氮化半導體構成的GaN基底，可通過HVPE等方法使單晶GaN層生長到一定厚度，使得可去掉藍寶石等材料制成的輔助基底11。
當輔助基底11留在GaN基底30之中時，GaN基底的氮化半導體部分的厚度適宜控制到不大于100微米，其厚度小于50微米更好，小于20微米最好。厚度的低限可以更小，只要按ELOG法生長的GaN可使保護膜或不平整度達到降低位錯的要求。例如，低限厚度不能小于幾個微米。當厚度處在上述范圍之內時，不但位錯可得到降低，而且因氮化半導體與輔助基底熱脹系數不同而可能產生的晶片翹曲也可得到抑制，從而使器件結構在GaN基底上生長良好。
當輔助基底11由GaN基底30中去掉時，本發明僅由氮化半導體組成的GaN基底厚度不局限于某個特定值，但適宜的厚度范圍為50-500微米，厚度在100-300微米為最佳。當GaN基底厚度處于上述范圍之內時，位錯減少，并可保持適當的機械強度。
為提高基底中單晶GaN的晶體性能，可采用下述的另外一種制造方法。首先，與上述方法相同，在輔助基底11生長的氮化半導體層12中形成凹凸結構，在其上邊通過HVPE法形成較厚的單晶GaN層13(單晶GaN的第一次生長)。然后，在單晶GaN層13上形成用二氧化硅等材料制造的間隙條形或島形掩膜，應用CVD法使單晶GaN層通過掩膜側生(單晶GaN的二次生長)。如果必須去掉輔助基底11，去掉過程最好在單晶GaN13的第一次生長后進行。在單晶GaN二次生長前，最好通過刻蝕使一次生長的單晶GaN表面平滑。
通過形成凹凸結構的單晶GaN一次生長和按HVPE法的GaN生長，可很容易地得到較厚的單晶GaN層。然而，這種單晶GaN層在凹陷結構附近易出現孔隙，晶體特性較差。采用二氧化硅掩膜和應用MOCVD法，可使二次生長的單晶GaN層具有較好的晶體特性。
當由GaN基底30去掉輔助基底11時，GaN基底表面可能產生輕微翹曲。這表明去掉輔助基底的GaN層表面在物理性質上與GaN層生長面有所不同。表面物理性質不同有可能引起裂紋的產生。在任何情況下，在GaN基底上生長具有較小熱脹系數的半導體層—例如ALaGa1-aN時，可防止裂紋的出現和得到具有良好晶體特性的半導體器件。
按本發明，使與GaN基底接觸的器件形成層受到壓應力可抑制微細裂紋的出現。對任何種類的器件來說，都可具有這一優點。特別對于包括包含AL的N型覆蓋層、包含IN GaN的活化層和包含AL的N性覆蓋層的發光器件而言，上述結構安排和防止裂紋出現的特點可得到具有良好特性的器件。對于制造器件形成層而言，可采用已知的各種生長氮化半導體方法，如MOVPE(有機金屬-蒸汽-相外延)、MOCVD(有機金屬-化學蒸汽沉積)、HVPE(鹵素蒸汽-相外延)、MBE(分子束外延)等。
以下將敘述本發明的實施例，但本發明并不僅僅局限于這些實施例。
實施例1在實施例1中，將敘述圖5所示氮化半導體激光器件的制造過程。(GaN基底制造方法)GaN基底按圖1-4所示步驟制造。
直徑為2英寸的藍寶石基底11具有用C表示的主面和用A表示的定向平面，將其置入反應器中，并將溫度調節到510℃。采用阿摩尼亞和TMG(trimethylgallium)作為GaN的源并用氫為載氣，使GaN組成的厚度為200埃的緩沖層(未畫出)在藍寶石基底上生長。
在緩沖層生長之后，僅停止供給TMG并將溫度增加到1050℃。在溫度為1050℃的條件下，采用阿摩尼亞和TMG作為GaN的源，使由未摻雜GaN組成的第一氮化半導體層12生長到厚度為2微米(圖1)。
在第一氮化半導體層12生長之后，形成具有條紋的光掩膜。采用濺射裝置形成具有一定模式的二氧化硅膜，使其凸起部分上部條寬為5微米、凹入部分底部條距為15微米。再用RIE裝置對第一氮化半導體層12未用二氧化硅膜掩蓋的部分進行刻蝕，刻蝕深度適當控制，勿使半導體層被刻透，從而使其形成凹凸結構，如圖2所示。在圖2所示凹凸結構形成之后，去掉凸起部分上部的二氧化硅。這樣，便形成了與定向面垂直的條隴結構。
其次，將晶片放入反應器中，溫度為1050℃，采用阿摩尼亞和TMG為GaN的源，使由未摻雜GaN組成的第二氮化半導體層13生長到厚度約為320微米(圖3和圖4)。
在第二氮化半導體層生長之后，晶片移出反應器，得到由未摻雜GaN組成的GaN基底30。由得到的GaN基底30去掉藍寶石基底，以下說明的器件結構將在與去掉面對置的生長面生長，如圖5所示。由GaN構成的基底厚度約為300微米。(本發明未摻雜N型接觸層1ALaGa1-aN)采用TMA(trimethylalminium)、TMG和阿摩尼亞作為源氣，在1050℃條件下，使由未摻雜AL0.05Ga0.95N構成的未摻雜N型接觸層1在GaN基底30上生長到厚度1微米。(本發明N型接觸層2ALaGa1-aN)其次，在相同溫度下，采用TMA、TMG和阿摩尼亞為源氣，用硅烷(SIH4)為摻雜氣，使由AL0.05Ga0.95N構成并摻雜Si到3*1018/cm3的N型接觸層2生長到厚度3微米。
現在，在上述N性接觸層(包括N型接觸層1)中沒有小裂紋，從而有效防止了微細裂紋的出現。如果在GaN基底中存在小裂紋，通過N型氮化半導體層2的生長也可防止這種裂紋的蔓延，從而可得到具有良好晶體特性的器件結構。與僅形成N型接觸層2的情況比較起來，如上所述既形成N型接觸層2又形成未摻雜N型接觸層1，可使晶體特性得到很好的改善。(裂紋防止層3)其次，將溫度降至800℃。采用TMG、TMI(trimethylidium)和阿摩尼亞作為源氣，用硅烷作為摻雜氣，使由In0.08Ga0.92N構成并摻雜Si到5*1018/cm3的裂紋防止層3生長到0.15微米。(N型覆蓋層4)
其次，在1050℃溫度下，采用TMA、TMG和阿摩尼亞作為源氣，使由未摻雜AL0.14Ga0.86N構成的覆蓋層4生長到25埃。然后停止供給TMA，使用硅烷作為摻雜氣，使由GaN構成并摻雜Si到5*1018/cm3的B層生長到厚度25埃。這些操作重復160次，使A層和B層互相重疊以形成多重膜疊壓的N型覆蓋層4(超點陣結構)，總厚度為8000埃。(N型波導層5)其次，在相同溫度下，采用TMG和阿摩尼亞作為源氣，使由未摻雜GaN構成的N型波導層5生長到0.075微米。(活化層6)其次，在800℃溫度下，采用TMI、TMG和阿摩尼亞作為源氣，用硅烷作為摻雜氣，使由In0.01Ga0.99N構成并摻雜Si到5*1018/cm3的勢壘層生長到厚度為100埃。然后停止供給硅烷氣，使由未摻雜In0.01Ga0.99N構成的勢阱層生長到厚度50埃。這些操作重復3次使勢壘層互相重疊，最后形成多量子阱(MQW)結構的活化層6，總厚度為550埃。(P型電子約束層7)其次，在相同溫度下，采用TMA、TMG和阿摩尼亞作為源氣，用Cp2Mg(cyclopentadienylmagnesium)作為摻雜氣，使AL0.4Ga0.6N構成并摻雜Mg到1*1019/cm3的P型電子約束層7生長到厚度100埃。(P型波導層8)其次，在1050℃溫度下，采用TMG和阿摩尼亞作為源氣，使由未摻雜GaN構成的P型波導層8生長到厚度0.075微米。
這一P型波導層8是未摻雜的，但由于Mg由P型電子約束層7的擴散可使Mg的濃度達到5*1016/cm3，結果使其表現出P型導電性。(P型覆蓋層9)其次，在相同溫度下，采用TMA、TMG和阿摩尼亞作為源氣，使由未摻雜AL0.1Ga0.9N構成的一層生長到25埃。然后停止供給TMA，使用Cp2Mg作為摻雜氣，使由GaN構成并摻雜Mg到5*1018/cm3的B層生長到厚度25埃。這些操作重復100次，使A層和B層互相重疊以形成多重膜疊壓的P型覆蓋層9(超點陣結構)，總厚度為5000埃。(P型接觸層10)
其次，在相同溫度下，采用TMG和阿摩尼亞作為源氣，用CP2Mg作為摻雜氣，使由GaN構成并摻雜Mg到1*1020/cm3的P型接觸層10生長到厚度150埃。
在反應完成后，晶片在反應器700℃氮氣氣氛中退火，以減少P型層的電阻性。
退火后，將晶片移出反應器。在最上層的P側接觸層頂面形成一個二氧化硅保護膜，采用RIE(活性離子刻蝕)裝置和SiCI4進行刻蝕，以曝露出N電極在其上面形成的N側接觸層2的表面，如圖5所示。
其次，如圖6A所示，在最上面的P側接觸層10的幾乎全部表面上，采用PVD設備形成由硅的氧化物(主要為二氧化硅)構成的第一保護膜61，其厚度為0.5微米。然后，將有預定形狀的掩膜放置在第一保護膜61上，形成由抗光材料制成的第三保護膜63，其條寬為1.8微米，厚度為1微米。
其次，如圖6B所示，在第三保護膜63形成之后，用第三保護膜作為掩膜，采用CF4氣體對所述第一保護膜進行刻蝕使其形成條形結構。在用刻蝕劑進行處理時，只有抗光部分被腐蝕，使第一保護膜61在P型接觸層10形成條寬為1.8微米，如圖6C所示。
在第一保護膜61形成條形結構之后，如圖6D所示，使用RIE設備和SiCI4氣體對P側接觸層10和P側覆蓋層9進行刻蝕，使其形成條寬為1.8微米的條形結構。
在條形結構形成之后，將晶片置入PVD設備中，如圖6E所示，在因刻蝕而曝露的P側覆蓋層9上的第一保護膜61上形成由Zr的氧化物(主要為ZrO2)構成的第二保護膜62，其厚度為0.5微米。當如此形成Zr的氧化物膜時，可建立P-N面之間的絕緣和形成橫模。
其次，將晶片浸在氫氟酸中，如圖6F所示，用去除法去掉第一保護膜61。
其次，如圖5所示，在由所述P側接觸層去掉第一保護膜61后而曝露的P側接觸層10的表面形成由Ni/Au構成的P電極20。P電極條寬為100微米，且如圖所示凸出超過第二保護膜。
在形成第二保護膜62之后，如圖5所示，形成由Ti/AL構成的與N側接觸層上條形結構平行的N電極21。
在其上按上述方式形成N電極和P電極的晶片GaN基底被拋光到厚度約為100微米。此后，晶片沿與基底條形電極垂直的方向被切割成一些小的條形結構并在切割面(11-00面，相當于具有六晶面結構晶體的側面＝M面)形成諧振器。由SiO2和TiO2構成的多層介電膜形成在諧振器的刻面上，對小的條形結構按與P電極平行的方向進行切割，最后形成如圖5所示的激光器件。諧振器的長度最好控制在300-500微米的范圍之內。
將得到的激光器件置入熱潭并將各電極用導線連接起來。激光振蕩試驗在室溫下進行。
波長500nm的連續振蕩試驗在室溫下采用2.5kA/cm2閾電流強度和5V閾電壓進行。在室溫下，工作壽命為1萬小時或更長。
實施例2采用與實施例1相同的方式制造激光器件，只是不再使未摻雜N型接觸層1生長，只生長N型接觸層2。
所獲得的器件在晶體特性上要比實施例1中的器件稍差，但基本可像實施例1那樣防止裂紋的產生，得到性能良好的器件。
實施例3采用與實施例1相同的方式制造激光器件，只是未摻雜N型接觸層1和摻Si的N型接觸層2中的AL的含量比率由0.05變為0.02。
所得到的器件表現出基本與實施例1相同的良好性能。
實施例4采用與實施例1相同的方式制造激光器件，只是未摻雜N型接觸層1和摻Si的N型接觸層2中的AL的含量比率由0.05變為0.5。
所獲得的器件在晶體特性上要比實施例1中的器件稍差，因為AL的含量大于實施例1。但基本可像實施例1那樣防止裂紋的產生，得到性能良好的器件。
實施例5采用與實施例1相同的方式制造激光器件，只是未摻雜N型接觸層1和摻Si的N型接觸層2由ALN構成。
所獲得的器件在晶體特性上要比實施例1中的器件稍差，因為N型接觸層1和N型接觸層2中的AL含量大于實施例1，但基本可像實施例1那樣防止裂紋的產生，得到像實施例1那樣長壽命的器件。
實施例6采用與實施例1相同的方式制造激光器件，只是第二氮化半導體層13的厚度為15微米，并且不去掉藍寶石基底。所獲得的GaN基底包括輔助基底和氮化半導體。
與實施例1比較起來，所獲得的激光器件晶片稍大，但基本可像實施例1那樣防止裂紋的產生。由于實施例6中的激光器件具有絕緣性藍寶石基底，器件的熱輻射性能較實施例1稍差。但也可得到如實施例1那樣長的器件壽命。
以上，參閱附圖描述了本發明的最佳實施例，但熟悉本門技術的人們都很清楚，對其進行增減和修改是可能的。應當了解，本發明的權利要求將所有這些增減和修改包括在本發明的要義和范圍內。
權利要求
1.一種包括GaN基底的氮化半導體器件在所述GaN基底的表面至少有一個單晶GaN層，在所述GaN基底上形成多個氮化半導體器件形成層；與所述GaN基底接觸的所述器件形成層受到壓應力的作用。
2.如權利要求1所述氮化半導體器件，其中所述與GaN基底接觸的器件形成層的熱脹系數小于GaN的熱脹系數。
3.如權利要求1所述氮化半導體器件，其中所述與GaN基底接觸的器件形成層由ALaGa1-aN(0＜a≤1)構成。
4.如權利要求3所述氮化半導體器件，其中所述器件形成層包括包含AL的N型覆蓋層、包含InGaN的活化層和包含AL的P型覆蓋層。
5.如權利要求4所述氮化半導體器件，其中所述由ALaGa1-aN構成的器件形成層起N型接觸層的作用。
6.如權利要求1所述氮化半導體器件，其中所述單晶GaN層通過側生法形成。
7.一種具有GaN基底的氮化半導體器件的制造方法，其中在所述GaN基底的表面至少有一個單晶GaN層，在所述GaN基底上形成多個氮化半導體器件形成層，所述制造方法包括以下步驟在由與氮化半導體不同的材料制成的輔助基底上形成第一氮化半導體層；在所述第一氮化半導體層上形成條形或島形間隙凹凸結構；形成一個單晶GaN層以制作GaN基底；在所述GaN基底上形成熱脹系數小于GaN熱脹系數的第二氮化半導體層。
8.如權利要求7所述氮化半導體器件制造方法，其中所述輔助基底在形成為制造GaN基底所需的所述單晶GaN層后被去掉。
全文摘要
一種包括GaN基底的氮化半導體器件,在所述GaN基底的表面至少有一個單晶GaN層,在所述GaN基底上有多個氮化半導體器件形成層。與所述GaN基底接觸的器件形成層的熱脹系數小于GaN的熱脹系數,從而使器件形成層受到壓應力的作用。結果可防止器件形成層產生裂紋,從而可改善氮化半導體器件的工作壽命。
文檔編號H01L33/00GK1340215SQ00803557
公開日2002年3月13日 申請日期2000年2月8日 優先權日1999年2月9日
發明者長濱慎一, 中村修二 申請人:日亞化學工業株式會社