[发明专利]一种制作氮化物半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作氮化物半导体器件的方法。

背景技术

氮化镓（GaN）为一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。GaN化合物半导体不仅被用作诸如以蓝光、绿光以及紫外区的光工作的半导体激光器和发光二极管（LED）等光学器件，而且被用作诸如以高温和高输出工作的高电子迁移率晶体管（HEMT，High Electron Mobility Transistor）和场效应晶体管（FET，Field Effect Transistor）等高温高输出电子器件。

通常情况下，当使GaN化合物半导体生长以形成器件时，使用由蓝宝石（Al₂O₃）或碳化硅（SiC）组成的混合衬底（substrate）。

这是因为很难将常用的批量制作方法用于制作GaN衬底，与通常用于其他半导体的熔融法相比，制作GaN衬底需要高温高压条件。

特别是，Al₂O₃衬底或SiC衬底的晶格常数和热膨胀系数与GaN衬底的晶格常数和热膨胀系数大不相同，这可能导致生长的GaN晶体具有高缺陷密度。

这些缺点可能会降低实施器件的效率并导致漏电流。相应地，器件的性能和产率也会降低。因此需要一种高质量单晶GaN衬底。

根据常用的单晶GaN衬底制作方法，在诸如通过氢化物气相外延（HVPE，Hydride Vapor Phase Epitaxy）方法制作的Al₂O₃衬底或SiC衬底的混合衬底上生长批量GaN层，之后去除Al₂O₃衬底或SiC衬底。

这里，可以应用激光剥离工艺（laser lift-off process）去除诸如Al₂O₃衬底或SiC衬底的下部衬底。

然而，由于激光剥离工艺中的激光光束产生高热量，GaN衬底可能会受到热的影响。

换句话说，激光剥离工艺可能导致氮化物半导体层和诸如Al₂O₃衬底或SiC衬底的下部衬底之间的应力，甚至破坏或损坏GaN衬底。

制作诸如LED或激光二极管（LD）的发光器件，通常用到由诸如硅、Al₂O₃、以及SiC的GaN的不同材料组成的混合衬底。

然而，当在混合衬底上生长GaN基材料时，由于热膨胀系数的差别和晶格常数的差别，导致在生长的薄膜中可能出现诸如晶格失配（lattice mismatch）或穿透位错（threading dislocation）的缺陷。

在氮化物半导体LED中，Al₂O₃通常用于衬底。由于Al₂O₃不传导电流，在侧面设置了供应电流的电极。

这里，部分有源层（active layer）产生的光漏出到外部，从而影响了外部量子效率。然而，实际上，大量的光以热的形式消失，被封闭在Al₂O₃衬底和氮化物半导体层中。另外，由于电流施加于侧面方向，在发光器件中产生了电流密度的不平衡，从而使器件的性能下降。

为此目的，正在进行研究以发展制作发光器件的技术，该技术中，Al₂O₃衬底被去除且电极具有垂直结构。通常，激光工艺可用于去除Al₂O₃衬底。

然而，激光工艺经常引起Al₂O₃衬底和氮化物半导体之间的应力。因此，可能会损坏氮化物半导体。

发明内容

技术问题

本发明的实施例提供一种制作氮化物半导体器件的方法，该方法能够生长高质量单晶GaN层。

技术方案

在一个实施例中，制作氮化物半导体器件的方法包括：在第一支撑衬底上形成氮化镓（GaN）外延层，在GaN外延层上形成第二支撑衬底，在除第一支撑衬底之外的其他区域的表面上形成钝化层，通过使用钝化层作为掩膜蚀刻第一支撑衬底，以及去除钝化层从而露出第二支撑衬底和GaN外延层。

在另一实施例中，制作氮化物半导体器件的方法包括：在支撑衬底上形成发光结构，在发光结构上形成第二导电层，在除支撑衬底区域以外的发光结构的表面和第二导电层的表面上形成钝化层，通过使用钝化层作为蚀刻掩膜蚀刻支撑衬底以露出发光结构的一个表面，以及去除钝化层。