氮化物半导体发光器件及其制作方法

摘要

本发明涉及氮化物半导体发光器件及其制作方法。一种用于制作发光器件的方法包括如下步骤：在其中已经使用了含Mg原料的反应器中在衬底上形成包含In的层；以及在包含In的层上形成包括氮化物半导体的有源层。

权利要求

1.一种发光器件，依次包括：

GaN衬底；

包含In的氮化物半导体层；

包含氮化物半导体的有源层；以及

包含Mg的p型半导体层，

其中，所述氮化物半导体层具有30nm或更大的厚度，其中，所述GaN衬底和所述有源层之间的距离为1000nm或更小，并且其中，所述氮化物半导体层的更接近所述有源层的表面中的Mg浓度小于所述氮化物半导体层的更接近所述GaN衬底的表面中的Mg浓度。

2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层中的Mg浓度从GaN衬底侧向有源层侧降低。

3.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层具有50nm或更大的厚度。

4.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层具有70nm或更大的厚度。

5.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层具有500nm或更小的厚度。

6.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层具有300nm或更小的厚度。

7.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层包含InxGa1-xN并且所述有源层包含InyGa1-yN，其中0＜x＜y。

8.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层的更接近所述有源层的表面中的Mg浓度为1.00E+17(cm-3)或更小。

9.根据权利要求1所述的发光器件，其中，在使用二次离子质谱仪SIMS测量Mg浓度的情况下，所述氮化物半导体层的更接近所述有源层的表面中的Mg浓度降至检测极限值或以下。

10.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层邻近所述有源层。

11.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层的带隙大于所述有源层的带隙。

12.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述GaN衬底是n型GaN衬底。

13.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述有源层包括多重量子阱结构。

14.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层是InGaN。

15.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层包含InGaN、AIInN、AlInGaN和InN之一。

16.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光器件是包含所述有源层的发光二极管。

17.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述GaN衬底和所述有源层之间的距离为

500nm或更小。

18.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述GaN衬底和所述有源层之间的距离为

300nm或更小。

19.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述p型半导体层包含p型AlGaN。

20.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述氮化物半导体层包含In0.01Ga0.99N。

21.根据权利要求1所述的发光器件，其中，在所述p型半导体层的与更接近所述有源层的表面相对的表面上设有电极。

22.根据权利要求1所述的发光器件，其中，在所述GaN衬底的与更接近所述有源层的表面相对的表面上设有电极。

23.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光器件是蓝色-紫色发光二极管。

24.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光器件是在所述有源层的上侧和下侧包含反射镜的垂直空腔表面发射激光器。

25.根据权利要求24所述的发光器件，还包括电流限制层。

26.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光器件是包含衍射光栅的分布反馈激光器。

27.根据权利要求1所述的发光器件，还包括二维光子晶体结构。

28.一种发光器件，依次包括：

包括GaN衬底的模板衬底；

包含In的氮化物半导体层；

包含氮化物半导体的有源层；以及

包含Mg的p型半导体层，

其中，所述氮化物半导体层具有30nm或更大的厚度，其中，所述GaN衬底和所述有源层之间的距离为1000nm或更小，并且其中，所述氮化物半导体层的更接近所述有源层的表面中的Mg浓度小于所述氮化物半导体层的更接近所述GaN衬底的表面中的Mg浓度。

29.根据权利要求28所述的发光器件，其中，所述模板衬底包括所述GaN衬底上的底层。

30.根据权利要求28所述的发光器件，其中，在所述模板衬底上形成有缓冲层。

31.根据权利要求28所述的发光器件，其中，所述模板衬底和所述有源层之间的距离为

500nm或更小。

32.根据权利要求28所述的发光器件，其中，所述模板衬底和所述有源层之间的距离为

300nm或更小。

说明书

氮化物半导体发光器件及其制作方法

[0001] 本申请是申请号为201310465679.7、申请日为2013年10月9日、发明名称为“氮化物半导体发光器件及其制作方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及氮化物半导体发光器件以及用于制作该氮化物半导体发光器件的方法。

背景技术

[0003] 氮化物半导体发光器件发射具有从紫外延伸到红外区的波长的光。在氮化物半导体发光器件包括InGaN层作为有源层时，可以通过改变InGaN层中的混合晶体比率来控制可见区中的波长。蓝色LED可以与黄色荧光材料结合以便产生白色光源，其已经被广泛用在显示装置和照明装置中。已知的用于氮化物半导体的受主掺杂剂的示例包括Be、Mg和C。在这些元素之中，Mg经常被用作p型导电掺杂剂，这是因为Mg允许实现高p型导电性。然而，Mg的使用引起称为“记忆效应(memory effect)”的问题，其是由于当在反应器中使用过含Mg原料时附着于反应器部件的Mg随着它生长而从反应器部件脱附(desorb)并且被无意地混入晶体中所引起的现象。有源层中的Mg的混入增大了无辐射复合的出现率，这导致发光效率降低。

[0004] 因此，抑制记忆效应并且防止有源层中的无意的掺杂是非常重要的。作为示例上面讨论了Mg，而可以被用于GaAs中的受主掺杂剂的其它原料(诸如Zn、Se和Te)也具有记忆效应的问题。迄今，已经提出了用于解决记忆效应的若干方法。例如，日本专利No.3603598提出了用于制作III-V族化合物半导体发光器件的方法。在这个方法中，在其中不使用含Mg原料的反应器中形成半导体层，并且随后在其中使用含Mg原料的另一个反应器中形成p型半导体层，由此抑制记忆效应。其它已知的方法的示例包括：每当生长之后都清洁其中已经使用了含Mg原料的反应器以便去除Mg的方法；以及生长允许将Mg并入其中的厚的半导体层以便防止Mg混入有源层中的方法。

[0005] 然而，这些现有的用于制造氮化物半导体的方法具有以下问题。日本专利No.3603598中描述的方法(其中，在其中不使用含Mg原料的反应器中形成半导体层，并且随后在其中使用含Mg原料的另一个反应器中形成p型半导体层，以便解决记忆效应)导致高成本，这是因为需要准备两个或更多个反应器。上面描述的所有其它方法也导致高成本，这是由于增加了清洁步骤、使用的原料的量增大、制造时间增加等。这些问题不仅在使用氮化物半导体的情况下出现而且在其它材料系统被用于半导体的情况下出现。

发明内容

[0006] 相应地，本发明提供可以以低成本抑制记忆效应的氮化物半导体发光器件以及用于制作氮化物半导体发光器件的方法。

[0007] 根据本发明的第一方面的用于制作具有包括氮化物半导体的有源层的发光器件的方法包括以下步骤：

[0008] 在其中已经使用了含Mg原料的反应器中在衬底上形成包含In的层；以及[0009] 在包含In的层上形成包括氮化物半导体的有源层。

[0010] 根据本发明的第二方面的用于制作多个发光器件(每个发光器件具有包括氮化物半导体的有源层、以及Mg掺杂的p型半导体层)的方法包括以下步骤：

[0011] 在衬底上形成包含In的层；

[0012] 在包含In的层上形成包括氮化物半导体的有源层；以及

[0013] 在有源层上形成Mg掺杂的p型半导体层，

[0014] 依次重复这些步骤。

[0015] 根据本发明的第三方面的发光器件包括：

[0016] 在衬底上的包含In和Mg的层；

[0017] 在包含In和Mg的层上的包括氮化物半导体的有源层；以及

[0018] 在有源层上的Mg掺杂的p型半导体层。

[0019] 从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。

附图说明

[0020] 图1A－1C是用于说明根据本发明实施例1的用于制作氮化物半导体发光器件的方法的图。

[0021] 图2A和图2B是示出根据本发明实施例1的用于确定Mg吸附层(adsorption layer)的效果的SIMS分析的结果的图。

[0022] 图3A－3D是用于说明根据本发明实施例2的用于制作VCSEL的过程的图。

[0023] 图4A－4D是用于说明根据本发明的实施例3的用于制作包括一维衍射光栅的DFB激光器和包括二维衍射光栅的二维光子晶体表面发射激光器的过程的图。

[0024] 图5是用于说明本发明的示例1中制备的发光二极管的结构的截面图。

[0025] 图6是用于说明本发明的示例2中制备的发光二极管的结构的截面图。

[0026] 图7是用于说明本发明的示例3中制备的VCSEL的结构的截面图。

[0027] 图8是用于说明本发明的示例4中制备的DFB激光器的结构的截面图。

[0028] 图9是用于说明本发明的示例5中制备的二维光子晶体表面发射激光器的结构的截面图。

具体实施方式

[0029] 现在将描述本发明的实施例。

[0030] 实施例1

[0031] 在实施例1中，参考图1A－1C描述用于制作包括InGaN层的氮化物半导体发光器件的方法的示例。

[0032] 首先，制备模板(template)衬底100。如图1A所示，模板衬底100可以通过在衬底101上形成底层(ground layer)102来制备。在另一种情况中，衬底101可以被单独用作模板衬底100。模板衬底100可以具有任何结构，只要它允许通过晶体生长将包括氮化物半导体的发光器件结构直接形成在模板衬底100上即可。具体地，模板衬底100可以具有允许生长有源层104以及要被形成在有源层104上或上方的其它层的结构。当衬底101是例如以下衬底时，衬底101可以被单独用作模板衬底100：n型GaN衬底，其具有导电性并且允许氮化物半导体直接生长在衬底上；或者n型SiC衬底、n型Si衬底、或n型GaAs衬底，其具有导电性并且允许在有缓冲层置于氮化物半导体与衬底之间的情况下将氮化物半导体生长在衬底上。当衬底101是由其上可以生长氮化物半导体的蓝宝石、SiC、Si、GaAs、ZnO、GaN、AlN等组成的衬底时，底层102被形成在衬底101上。

[0033] 底层102是n型氮化物半导体层。底层102可以具有导电的单层结构(诸如n型GaN单层结构或者n型AlGaN单层结构)；或者导电的多层结构(诸如n型GaN/n型AlGaN多层结构)。在制造激光器的情况下，底层102包括要被形成在有源层下方的激光器结构的一部分，其由例如n型GaN层、用作包覆层(cladding layer)的n型AlGaN层以及用作引导(guiding)层的GaN层构成。底层102可以通过例如金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)、等离子体CVD(PCVD)或者溅射形成。

[0034] 然后，发光器件结构被生长在模板衬底100上。可以通过使用与模板衬底100的制备中使用的制造系统相同的制造系统来生长发光器件结构。下面描述用于制作发光器件结构的方法。在使用MOCVD系统的情况下，三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)等被用作III族原料，并且氨(NH3)等被用作氮原料，以便形成半导体层。把导电性赋予半导体层的杂质原料是作为n型掺杂剂的SiH4(硅烷)、Si2H6(乙硅烷)等以及作为p型掺杂剂的Cp2Mg(环戊二烯基镁)。

[0035] 模板衬底100被放置在制造系统的反应器中。然后，如图1B所示，在制造系统中将Mg吸附层103、有源层104、以及半导体层105生长在模板衬底100上。这些层在一个反应器中形成。有源层104是在向该有源层中注入载流子时发光的层。这种层的示例是InGaN/GaN多重量子阱结构。半导体层105被掺杂有Mg，即，为Mg掺杂的p型半导体层。半导体层105具有由p型GaN层构成的单层结构或者由用作电子阻挡层的p型AlGaN层和p型GaN层构成的双层结构。半导体层105的结构不被特别地限制，只要半导体层105是p型导电的氮化物半导体即可。

[0036] 然后，如图1C所示，从制造系统处移走具有包括Mg吸附层103、有源层104和半导体层105的结构的衬底，并且通过气相沉积等在衬底的表面和背面上形成通过其注入电流的表面电极106和背面电极107。因此，制作出氮化物半导体发光器件。可以通过重复图1A－1C所示出的上述过程来制造多个发光二极管。在该情况下，在用于制造多个发光器件的过程期间在一个反应器中执行图1B所示出的步骤。换句话说，在制造了发光器件之后，另一个衬底被放置在用于制造发光器件的过程中使用的反应器中，并且随后再次执行图1B所示出的步骤以便制造另一个发光器件。

[0037] 如果缺少Mg吸附层103，则如图1B所示地形成Mg掺杂的p型半导体层105时Mg附着于反应器部件。然后，当在制造另一个发光器件的随后周期期间在模板衬底100上形成有源层104时，附着于反应器部件的Mg从反应器部件脱附，并且不利地混入有源层104中，这增大了有源层104中的无辐射复合的出现率并且因此降低发光效率。

[0038] 另一方面，当Mg吸附层103被置于模板衬底100和有源层104之间时，在生长有源层104之前生长Mg吸附层103，并且因此从反应器部件脱附的Mg被有效地并入Mg吸附层103中。
结果，抑制有源层104中的Mg的混入。

[0039] 现在将描述Mg吸附层103。如上所述，Mg吸附层103允许在衬底被加热时从反应器部件脱附的Mg被并入其中，并且由此抑制有源层104中的Mg的混入。Mg吸附层103是包含In的氮化物半导体，并且其具体的示例包括InGaN半导体、AlInN半导体、AlInGaN半导体和InN半导体。图2A和图2B示出Mg吸附层103的测试的结果。图2A和图2B中的每一个示出二次离子质谱(secondary ion mass spectrometry，SIMS)深度分布(profiling)的结果以便确定Mg记忆效应的影响。

[0040] 如下制备测试中使用的样本。制备其上形成有GaN层作为底层102的模板衬底100。随后，模板衬底100被放置在其中已经使用了含Mg原料的MOCVD系统中，并且有源层104被生长在衬底上。

[0041] 图2A示出使用通过在模板衬底100上直接生长三周期的InGaN/GaN多重量子阱(MQW)作为有源层104而制备的样本的SIMS的结果。图2B示出使用通过在模板衬底100上生长用作Mg吸附层103的70nm的In0.01Ga0.99N层并且进一步在In0.01Ga0.99N层上生长用作有源层104的2周期的InGaN/GaN MQW而制备的另一个样本的SIMS的结果。

[0042] 图2A所示出的其中在衬底上直接生长有源层104的样本的结果示出，在有源层104中检测到Mg。特别地，图2A中利用箭头示出的其中检测到In的InGaN量子阱层中检测到高浓度的Mg。因此，认为Mg可能特别地被并入InGaN量子阱层中。

[0043] 图2B中示出的包括In0.01Ga0.99N层的样本的结果示出，In0.01Ga0.99N层中的Mg浓度从模板衬底100侧到有源层104侧降低并且在In0.01Ga0.99N层的厚度变为大约30nm的点处到达检测极限以下。

[0044] 表1通过比较若干发光二极管(LED)的光输出功率而示出Mg吸附层103的效果。

[0045] 表1

[0046]

[0047] 没有Mg吸附层的样本LED(表1中的“无(传统的制造方法)”)是通过在其中已经使用了含Mg原料的制造系统中在衬底上一次生长5μm厚的底层和LED结构而制备的LED。这个样本LED由于具有厚的底层所以允许在生长底层期间Mg脱附，由此抑制Mg混入有源层中。把这个样本LED当作参考。

[0048] 其它样本LED中的每一个被如下制备。制备包括用作底层102的5μm的n型GaN层的模板衬底100。模板衬底被放置在其中已经使用了含Mg原料的制造系统中，并且特定LED结构被生长在模板衬底上。具体地，没有Mg吸附层103的LED、包括用作Mg吸附层103的InGaN层的LED、以及包括用作Mg吸附层103的GaN层的LED被制备。另一个没有Mg吸附层的样本LED(表1中的“无”)是通过在模板衬底100上直接生长有源层而制备的LED，并且相对于通过传统的制造方法制备的样本LED具有0.10的低的光输出功率比率。在这个样本LED中，附着于反应器部件的Mg在衬底被加热时脱附并且被混入有源层中，这使得发光效率减少。

[0049] 包括用作Mg吸附层103的70nm的In0.01Ga0.99N层的样本LED具有1.1的光输出功率比率，即，具有基本上等于通过传统的制造方法制备的样本LED的光输出功率的光输出功率。这是因为Mg被吸附于In0.01Ga0.99N层，并且结果抑制Mg混入有源层104中。包括用作Mg吸附层
103的70nm的GaN层的样本LED具有0.10的光输出功率比率。包括用作Mg吸附层103的150nm的GaN层的样本LED具有0.18的光输出功率比率。这示出了当Mg吸附层103为GaN层时即使在GaN层的厚度增大了几乎两倍时也没有实现期望效果。换句话说，不包含In的Mg吸附层103未表现出抑制Mg记忆效应的效果。

[0050] SIMS分析的结果以及LED的光输出功率的比较的上述的结果示出，包含In的Mg吸附层103允许Mg被并入Mg吸附层103中并且由此抑制Mg混入有源层104中。Mg吸附层103的厚度优选地为30nm或更大，这是因为当Mg吸附层103开始生长时Mg吸附层103中的Mg浓度降低并且直到Mg吸附层103的厚度到达大约30nm为止。Mg吸附层103的厚度更优选地为50nm或更大并且进一步优选地为70nm或更大，以便防止Mg从Mg吸附层103扩散到有源层104。Mg吸附层103的厚度优选地为1000nm或更小，更优选地为500nm或更小，并且进一步优选地为300nm或更小。

[0051] 缓冲层可以被形成在模板衬底100上。例如，当在底层102的表面上存在一些抛光缺陷等时，不能在底层102上生长阱层与阻挡层之间的陡峭的异质界面的量子阱结构等。因此，缓冲层被形成在模板衬底100上以便提高晶体质量。Mg吸附层103也可以用作缓冲层。可替代地，Mg吸附层103和缓冲层可以被形成为多层结构。然而，缓冲层或者Mg吸附层103的厚度的增大导致延长的制造时间以及使用的原料的量增大，这增大了成本。因此，有源层104与模板衬底100之间的距离优选地为1000nm或更小，更优选地为500nm或更小，并且进一步优选地为300nm或更小。

[0052] 注意，有源层104与模板衬底100之间的距离被设置，以便限定在把模板衬底100放置在反应器中之后并且在反应器中形成有源层之前在模板衬底100上形成的包括Mg吸附层103的一个或更多个半导体层的总厚度。例如，当在模板衬底100上直接形成Mg吸附层103时，上述的距离指的是从Mg吸附层103的在模板衬底100侧的界面(即，Mg吸附层103的在衬底101侧的界面)到有源层104的在模板衬底100侧的界面(即，有源层104的在衬底101侧的界面)的距离。例如，当在形成Mg吸附层103之前在模板衬底100上形成另一个半导体层时，上述的距离指的是从该半导体层的在模板衬底100侧的界面(即，该半导体层的在衬底101侧的界面)到有源层104的在模板衬底100侧的界面(即，有源层104的在衬底101侧的界面)的距离。

[0053] Mg吸附层103中的InN的过度高的摩尔分数(molar fraction)导致Mg吸附层103的带隙的减小，并且Mg吸附层103可能不利地吸收由有源层104发射的光。因此，InN摩尔分数被控制为使得Mg吸附层103具有比有源层104大的带隙。具体地，当Mg吸附层103包括InxGa1-xN并且有源层104包括InyGa1-yN时，0

[0054] 为了防止Mg记忆效应，可以在模板衬底100被放置在反应器中之前并且在制造每个发光器件的一个周期期间执行要求比清洁等成本低的热处理。除了Mg之外，在半导体的制造中使用的其它原料中包含的其它化合物也附着于反应器部件。因此，当通过热处理使这些其它化合物脱附时，可以形成优质的有源层104，这进一步增强本发明的效果。

[0055] 根据上面描述的实施例1，可以通过形成具有大约30nm的厚度的超薄的包含In的氮化物半导体的低成本的方法来抑制由Mg记忆效应引起的Mg混入有源层104中以及发光效率的降低。

[0056] 实施例2

[0057] 在实施例2中，描述用于通过利用根据本发明的用于制作氮化物半导体发光器件的方法来制作垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)的方法。具体地，描述用于制作包括下分布布拉格反射器(distributed Bragg reflector，DBR)、有源层、上DBR、以及置于下DBR与有源层之间的电流限制层的VCSEL的方法。参考图3A－3D描述根据实施例2的用于制作VCSEL的这个方法。可以通过重复图3A－3D所示出的步骤多次来制造多个VCSEL。

[0058] 首先，如在实施例1中一样，制备模板衬底100。如图3A所示，通过MOCVD、HVPE、MBE、PCVD或者溅射在衬底101上形成通过n型下DBR 108和功能层109a构成的底层102。下DBR 108具有其中高折射率层和低折射率层被交替地互相在上方堆叠的多层结构。高折射率层的示例包括GaN层和InGaN层。低折射率层的示例包括AlN层和AlGaN层。用作电流限制层的功能层109a是高电阻率层，诸如AlN层或者具有高AlN摩尔分数的AlGaN层。

[0059] 从制造系统处移走衬底，并且通过光刻和干法刻蚀(诸如反应离子刻蚀(RIE)或者感应耦合等离子体(ICP))来去除功能层109a的一部分以便形成电流流动通过的路径。因此，通过光刻和干法刻蚀来形成具有电气功能(在该情况下，电流限制功能)的功能结构109b。通过上述的步骤，制备图3B中示出的模板衬底100。在另一种情况中，可以通过作为形成下DBR层的替代而形成诸如GaN层之类的半导体层并且在半导体层的一部分中埋入电介质DBR来制备模板衬底100。然后，在模板衬底100上生长VCSEL结构的其它部分。制造系统是MOCVD系统等。直接使用具有其中已经使用了含Mg原料的反应器的制造系统。制造系统可以与在制备模板衬底中使用的制造系统相同。

[0060] 模板衬底100被放置在制造系统中，并且在制造系统的一个反应器中在模板衬底100上形成Mg吸附层103和有源层104。由温度上升引起的从反应器部件脱附的Mg被并入Mg吸附层103中并且由此抑制Mg混入有源层104中。可以如实施例1中一样可选地在底层102与有源层104之间插入缓冲层作为间隔物层。在另一种情况中，Mg吸附层103也可以用作间隔物层。

[0061] 如图3C所示，作为Mg掺杂的p型半导体层的上DBR 110被形成在有源层104上。在另一种情况中，Mg掺杂的p型半导体层可以被形成在有源层104上并且电介质DBR可以被形成在p型半导体层上。

[0062] 然后，从制造系统处移走具有包括Mg吸附层103和有源层104的结构的衬底。如图3D所示，通过气相沉积在衬底的表面和背表面上形成通过其注入电流的表面电极106和背面电极107。通过上述的步骤，制备VCSEL。

[0063] 实施例3

[0064] 在实施例3中，描述用于通过利用根据本发明的用于制作氮化物半导体发光器件的方法来制作包括一维衍射光栅的分布反馈(DFB)激光器以及包括二维光子晶体的二维光子晶体表面发射激光器的方法。具体地，描述用于制作包括n型下包覆层、有源层、上包覆层、以及置于下包覆层和有源层之间的衍射光栅的激光器的方法。参考图4A－4D描述根据实施例3的用于制作这种DFB激光器和这种光子晶体表面发射激光器的方法。可以通过重复图4A－4D中示出的步骤制造多个DFB激光器或者光子晶体表面发射激光器。

[0065] 首先，如在实施例1中一样制备包括衬底101和在衬底101上形成的底层102的模板衬底100。如图4A所示，通过MOCVD、HVPE、MBE、PCVD、溅射等来形成包括下包覆层111和功能层109a的底层102。从制造系统处移走衬底，并且通过光刻或者电子束光刻(electron beam lithography)以及通过诸如RIE或者ICP之类的干法刻蚀在功能层109a中形成具有光学功能的功能结构109c。功能结构109c是包括半导体层以及具有比半导体层低的折射率的介质的一维的或者二维的衍射光栅。在衍射光栅中使用的低折射率介质的示例包括空气或者电介质材料。通过上述的步骤，制备模板衬底100。

[0066] 接下来，在模板衬底100上生长激光器结构的其它部分。制造系统是MOCVD系统等。直接使用包括其中已经使用了含Mg原料的反应器的制造系统。制造系统可以与在制备模板衬底中使用的制造系统相同。模板衬底100被放置在制造系统中，并且在制造系统的一个反应器中在模板衬底100上形成有源层104和Mg吸附层103。由温度上升引起的从反应器部件脱附的Mg被并入Mg吸附层103中并且由此抑制Mg混入有源层104中。

[0067] 如图4C所示，作为Mg掺杂的p型半导体层的上包覆层112被形成在有源层104上。

[0068] 然后，从制造系统处移走具有包括Mg吸附层103和有源层104的结构的衬底。如图4D所示，通过气相沉积在衬底的表面和背表面上形成通过其注入电流的表面电极106和背面电极107。通过上述的步骤，制备一维的DFB激光器或者二维光子晶体表面发射激光器。

[0069] 示例

[0070] 在下文中，现在将描述本发明的示例。

[0071] 示例1

[0072] 在示例1中，描述通过根据本发明实施例1的用于制作氮化物半导体发光器件的方法制作的氮化物半导体发光器件的示例。具体地，在示例1中，作为示例制备蓝色-紫色发光二极管。图5是示例1中制备的蓝色-紫色发光二极管的示意性截面图。衬底101是n型GaN衬底501。n型GaN衬底501被单独用作模板衬底100，这是因为如在实施例1中描述的，n型GaN衬底501具有导电性并且因此允许其上直接生长氮化物半导体。

[0073] n型GaN衬底501被放置在其中已经使用了含Mg原料的MOCVD系统中。衬底被加热，并且在衬底上生长用作Mg吸附层103的50nm的In0.01Ga0.99N层503。随后，在In0.01Ga0.99N层503上生长用作有源层104的多重量子阱结构504，该多重量子阱结构504由2.5nm的In0.10Ga0.90N量子阱层和7.5nm的GaN层构成。在多重量子阱结构504上生长用作半导体层105的双层结构，该双层结构由用作电子阻挡层的20nm的p型Al0.15Ga0.85N层5051以及其上要形成电极的100nm的p型GaN层5052构成。然后，从MOCVD系统处移走衬底。通过气相沉积在衬底的表面上形成包括Ni/Au的p电极506作为表面电极106，并且在衬底的背面上形成包括Ti/Al/Ti/Au的n电极507作为背面电极107。通过上述的过程，制备了蓝色-紫色发光二极管。可以通过重复上述的过程来制造多个发光二极管。

[0074] 示例2

[0075] 在示例2中，描述与示例1中制备的那个不同的通过根据本发明实施例1的用于制作氮化物半导体发光器件的方法制作的氮化物半导体发光器件的另一个示例。具体地，在示例2中，作为示例制备Si衬底上的蓝色-紫色发光二极管。图6是示例2中制备的蓝色-紫色发光二极管的示意性截面图。首先，制备模板衬底100。衬底101是n型Si衬底601。通过溅射在n型Si衬底601上形成由20nm的n型Al0.50Ga0.50N层6021和2μm的n型GaN层6022构成的双层结构作为底层102。因此，制备模板衬底100。

[0076] 接下来，模板衬底100被放置在其中已经使用了含Mg原料的MOCVD系统中。衬底被加热，并且在衬底上生长用作Mg吸附层103的30nm的In0.01Ga0.99N层603。随后，在In0.01Ga0.99N层603上生长用作有源层104的多重量子阱结构604，该多重量子阱结构604由2.5nm的In0.10Ga0.90N量子阱层和7.5nm的GaN层构成。在多重量子阱结构604上生长用作半导体层105的双层结构，该双层结构由用作电子阻挡层的20nm的p型Al0.15Ga0.85N层6051以及其上要形成电极的100nm的p型GaN层6052构成。然后，从MOCVD系统处移走衬底。通过气相沉积在衬底的表面上形成包括Ni/Au的p电极606作为表面电极106，并且在衬底的背面上形成包括Ti/Al/Ti/Au的n电极607作为背面电极107。通过上述的过程，制备Si衬底上的蓝色-紫色发光二极管。可以通过重复上述的过程来制造多个发光二极管。

[0077] 示例3

[0078] 在示例3中，将描述用于通过利用根据本发明的实施例2的用于制作氮化物半导体发光器件的方法来制作VCSEL的方法。图7是示例3中制备的VCSEL的示意性截面图。首先，制备模板衬底100。衬底101是n型GaN衬底701。在MOCVD系统中在n型GaN衬底701上生长用作下DBR 108的30对n型GaN/n型Al0.50Ga0.50N的DBR708以及用作用于电流限制的功能层109a的10nm的AlN层，以用作底层102。然后，从MOCVD系统处移走衬底。通过光刻来形成8μm直径的圆形图案，并且通过使用该圆形图案利用干法刻蚀去除AlN层的一部分，以便形成作为功能结构109b的电流限制结构709b(其是AlN绝缘层)。通过上述的步骤，制备模板衬底100。

[0079] 然后模板衬底100被放置在其中已经使用了含Mg原料的MOCVD系统中。在电流限制结构709b上生长用作间隔物层的50nm的n型GaN层，并且使n型GaN层的表面平坦化。随后，在n型GaN层上生长用作Mg吸附层103的70nm的In0.01Ga0.99N层703。在In0.01Ga0.99N层703上生长用作有源层104的三周期MQW 704，该三周期MQW 704由2.5nm的In0.10Ga0.90N量子阱层和7.5nm的GaN阻挡层构成。在三周期MQW 704上生长其它层，即，用作电子阻挡层的20nm的Al0.15Ga0.85N层713以及用作上DBR 110的5对p型GaN/p型Al0.10Ga0.90N的DBR 710。然后，从MOCVD系统处移走衬底。在衬底的表面上形成具有窗口的包括Ni/Au的p电极706作为表面电极106，并且在衬底的背面上形成包括Ti/Al/Ti/Au的n电极707作为背面电极107。在p电极
706的窗口上形成7对SiO2/Ta2O5电介质DBR 715。因此，制备了VCSEL。可以通过重复上述的过程来制造多个VCSEL。

[0080] 示例4

[0081] 在示例4中，描述根据本发明实施例3的用于制作包括一维衍射光栅的DFB激光器的方法。图8是示例4中制备的DFB激光器的截面图。首先，制备模板衬底100。衬底101是n型GaN衬底801。在MOCVD系统中在n型GaN衬底801上生长用作下包覆层111的700nm的n型Al0.07Ga0.93N层811以及用作功能层109a的50nm的GaN层，以用作底层102。然后，从MOCVD系统处移走衬底，并且通过电子束(EB)光刻和干法刻蚀来形成由GaN部分以及空气空间构成的周期性结构，该周期性结构的每个周期有80nm的宽度。因此，一维衍射光栅809c被形成作为具有光学功能的功能结构109c。通过上述的步骤，制备了模板衬底100。

[0082] 模板衬底100被放置在其中已经使用了含Mg原料的MOCVD系统中。在衍射光栅809c上生长GaN层，使得封闭空气空间的上部，并且在GaN层上生长用作Mg吸附层103的70nm的In0.01Ga0.99N层803。随后，在In0.01Ga0.99N层803上生长用作有源层104的三周期多重量子阱结构804，该三周期多重量子阱结构804由2.5nm的In0.10Ga0.90N量子阱层和7.5nm的阻挡层构成。在多重量子阱结构804上生长其它层，即，用作电子阻挡层的20nm的Al0.15Ga0.85N层813、用作上包覆层112的500nm的p型Al0.07Ga0.93N层812、以及其上要形成电极的p型GaN层814。然后，从MOCVD系统处移走衬底。在衬底的表面上形成具有窗口的包括Ni/Au的p电极806作为表面电极106。在衬底的背面上形成包括Ti/Al/Ti/Au的n电极807作为背面电极107。因此，制备了DFB激光器。可以通过重复上述的过程来制造多个DFB激光器。

[0083] 示例5

[0084] 在示例5中，描述根据本发明实施例3的用于制作包括二维衍射光栅的二维光子晶体表面发射激光器的方法。图9是示例5中制备的二维光子晶体表面发射激光器的截面图。首先，制备模板衬底100。衬底101是n型GaN衬底901。在MOCVD系统中在n型GaN衬底901上生长用作下包覆层111的800nm的n型Al0.07Ga0.93N层911以及用作功能层109a的160nm的GaN层，以用作底层102。然后，从MOCVD系统处移走衬底，并且通过EB光刻和干法刻蚀来形成由GaN层和孔构成的二维周期性结构(二维光子晶体层)。因此，二维衍射光栅909c被形成作为具有光学功能的功能结构109c。衍射光栅909c具有以正方网格形式排列的孔。单元网格的尺寸为160nm并且每个孔的直径为60nm。通过上述的步骤，制备模板衬底100。

[0085] 模板衬底100被放置在其中已经使用了含Mg原料的MOCVD系统中。在衍射光栅909c上生长GaN层，使得封闭孔的上部，并且在GaN层上生长用作Mg吸附层103的70nm的In0.01Ga0.99N层903。随后，在In0.01Ga0.99N层903上生长用作有源层104的三周期多重量子阱结构904，该三周期多重量子阱结构904由2.5nm的In0.10Ga0.90N量子阱层和7.5nm的阻挡层构成。在多重量子阱结构904上生长其它层，即，用作电子阻挡层的20nm的Al0.15Ga0.85N层913、用作上包覆层112的500nm的p型Al0.07Ga0.93N层912、以及其上要形成电极的p型GaN层914。然后，从MOCVD系统处移走衬底。在衬底的表面上形成包括Ni/Au的p电极906作为表面电极106。在衬底的背面上形成包括Ti/Al/Ti/Au的n电极907作为背面电极107。因此，制备了二维光子晶体表面发射激光器。可以通过重复上述的过程来制造多个二维光子晶体表面发射激光器。

[0086] 根据本发明，实现了可以以低成本抑制记忆效应的用于制作氮化物半导体发光器件的方法以及氮化物半导体发光器件。

[0087] 虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。