[发明专利]氮化物半导体发光装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体发光装置的制造方法，更具体地，涉及采用具有非极性面或半极性面的氮化物半导体衬底的氮化物半导体发光装置的制造方法。

背景技术

在紫外和可见范围内振荡的半导体激光装置是利用以GaN(氮化镓)、AlN(氮化铝)、InN(氮化铟)及其混晶(mixed crystal)为代表的氮化物半导体材料的原型。衬底常采用GaN衬底，许多研究所正对其进行密集的研究。

氮化物半导体激光装置的良率(yield)(例如，由单个晶片可得到的良品率)仍然很差。为降低制造成本，需要提高氮化物半导体激光装置的良率。

造成如此低的良率的一个原因是产生了裂缝(crack)。例如，专利文献1公开了采用含GaN化合物作为用于氮化物半导体层的组分可防止产生裂缝，所述氮化物半导体层初始设置在具有中空凹进区域的被处理的衬底的表面上，此外，后续将设置的氮化物半导体层具有高度均匀的厚度和平坦的表面。(例如，专利文献1：日本专利公开第2006-156953号，见例如[0006]段和[0007]段)。

差的薄膜表面平整度以及所得到的不平坦表面形态也导致半导体发光装置性能的改变，而导致差的良率。为解决这些问题，专利文献2公开了具有凹进区域的氮化物半导体发光装置，该凹进区域形成在衬底的一位置处或形成在包括缺陷集中区域的氮化物半导体层的一位置处，该凹进区域被降低到除了缺陷集中区域之外的缺陷较少区域之下。(专利文件2：日本专利公开第2004-356454号)。

如上所述，已知氮化物半导体发光装置的制造方法是：在具有凹进区域的氮化物半导体衬底上设置包括n型氮化物半导体薄膜、有源层、p型氮化物半导体薄膜等的氮化物半导体薄膜，该凹进区域用于提高制造氮化物半导体发光装置的良率。

图12显示具有凹进区域A的氮化物半导体衬底1001的截面图，在其上氮化物半导体薄膜按照n型氮化物半导体薄膜1002、有源层和p型氮化物半导体薄膜1003的顺序设置在衬底上(有源层插设在n型氮化物半导体薄膜与p型氮化物半导体薄膜之间，但是因为其厚度薄并未显示在图12中)。

为了提高发光跃迁几率等，氮化物半导体衬底可采用具有非极性面或半极性面的衬底。本发明的发明人发现在具有非极性面或半极性面的氮化物半导体衬底中形成凹进区域并且在该衬底的表面上生长氮化物半导体薄膜的情况下，特别是p型氮化物半导体薄膜明显生长。

如图12所示，从凹进区域A上的n型氮化物半导体薄膜1002的小面表面(facet surface)1004到p型氮化物半导体薄膜1003的表面的距离由Lm表示。从丘陵区域B上的n型氮化物半导体薄膜1002的表面1005到p型氮化物半导体薄膜1003的表面的距离由Lp表示。以下，Lm可被称为“凹进区域中的p型氮化物半导体薄膜的厚度”，Lp可被称为“丘陵区域中的p型氮化物半导体薄膜的厚度”。已经发现：当在具有非极性面或半极性面的氮化物半导体衬底上设置p型氮化物半导体薄膜时，保持Lm＞Lp。还发现p型氮化物半导体薄膜在水平方向(即，图12中由箭头X表示的方向)上的厚度增加远大于在垂直方向(即，图12中由箭头Y表示的方向)上的厚度增加，且这种厚度的水平增加使得凹进区域A被迅速填满。

这种凹进区域A上的p型氮化物半导体薄膜1003的厚度(Lm)的迅速增加及其所导致的形成在氮化物半导体衬底中的凹进区域A的完全填充使得诸如防止裂缝产生的效应将不再被实现。

此外，凹进区域A上的p型氮化物半导体薄膜1003的厚度(Lm)的迅速增加及其导致的形成在氮化物半导体衬底中的凹进区域A被迅速填满使得凹进区域中消耗的原材料随时间改变。已经发现：这种改变导致丘陵区域B上的p型氮化物半导体薄膜1003的厚度(Lp)不均匀。厚度Lp的不均匀性不利地引起面内电阻值的较宽变化以及电流的不均匀注入。因而不可能实现高的增益，导致激光振荡阈值增加。当设置用于光学限制(opticalconfinement)的脊(ridge)时，厚度Lp的面内不均匀性也导致p型氮化物半导体薄膜的剩余膜厚的不均匀性，使得光学限制的状态在面内不一致。这种情况不是优选的，因为远场图案发生变化而导致差的良率且导致阈值上升。

因此，使丘陵区域上的p型氮化物半导体薄膜的厚度(Lp)在面内尽量均匀是非常关键的。研究表明，为使p型氮化物半导体薄膜的厚度(Lp)在面内分布均匀，关键是要抑制凹进区域A上的p型氮化物半导体薄膜1003的厚度(Lm)增加。