Ⅲ族氮化物半导体、表面处理方法、制造方法及结构
阅读：406发布：2023-01-16
专利汇可以提供Ⅲ族氮化物半导体、表面处理方法、制造方法及结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种III族氮化物 半导体 、 表面处理 方法、制备方法及结构。III族氮化物半导体的表面处理方法包括以下步骤：提供包括具有III族极性的第一表面和与第一表面相对且具有氮极性的第二表面的III族氮化物半导体；将 激光束 照射到第二表面上，以使第二表面的氮极性改变为III族极性。，下面是Ⅲ族氮化物半导体、表面处理方法、制造方法及结构专利的具体信息内容。
1.一种III族氮化物半导体的表面处理方法，该方法包括以下步骤：
提供包括具有III族极性的第一表面和与第一表面相对且具有氮极性的第二表面的III族氮化物半导体；
将激光束照射到第二表面上，以使第二表面的氮极性改变为III族极性。
2.如权利要求1所述的表面处理方法，所述表面处理方法还包括以下步骤：在将激光束照射到第二表面上之前，沿第二表面形成具有由氮空位导致的缺陷的晶体损伤层。
3.如权利要求2所述的表面处理方法，其中，形成晶体损伤层的步骤包括在第二表面上执行等离子体处理或离子束照射。
4.如权利要求2所述的表面处理方法，其中，晶体损伤层包括非晶区域、多晶区域和富III族区域中的至少一种。
5.如权利要求2所述的表面处理方法，其中，所述晶体损伤层具有5nm至2000nm的厚度。
6.如权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述III族氮化物半导体是由AlxInyGa(1-x-y)N表示的半导体，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。
7.如权利要求1所述的表面处理方法，其中，III族氮化物半导体是GaN半导体，III族极性是镓极性。
8.一种制造III族氮化物半导体的方法，该方法包括以下步骤：
在氮化物单晶生长基底上生长III族氮化物半导体，其中，III族氮化物半导体包括具有III族极性的第一表面和与第一表面相对的第二表面，第二表面与所述氮化物单晶生长基底接触并具有氮极性；
将III族氮化物半导体与氮化物单晶生长基底分离；
将激光束照射到第二表面上，以使第二表面的氮极性改变为III族极性。
9.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在将激光束照射到第二表面上之前，沿第二表面形成具有由氮空位导致的缺陷的晶体损伤层。
10.如权利要求9所述的方法，其中，形成晶体损伤层的步骤包括在第二表面上执行等离子体处理或离子束照射。
11.如权利要求9所述的方法，其中，晶体损伤层包括非晶区域、多晶区域和富III族区域中的至少一种。
12.如权利要求9所述的方法，其中，晶体损伤层具有5nm至2000nm的厚度。
13.如权利要求8所述的方法，其中，所述III族氮化物半导体是由AlxInyGa(1-x-y)N表示的半导体，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。
14.如权利要求8所述的方法，其中，所述III族氮化物半导体是GaN半导体，III族极性是镓极性。
15.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括在被改变为具有III族极性的第二表面上生长另外的氮化物半导体层。
16.如权利要求8所述的方法，其中，氮化物单晶生长基底由从由蓝宝石、SiC、Si、ZnO、MgAl2O4、MgO、LiAlO2和LiGaO2组成的组中选择的材料形成。
17.一种III族氮化物半导体，所述III族氮化物半导体包括具有III族极性的第一表面和与第一表面相对的第二表面，所述III族氮化物半导体包括：
极性反转层，与所述III族氮化物半导体的沿第二表面设置的区域对应，极性反转层与III族氮化物半导体的其它区域连续地形成，极性反转层使所述其它区域的晶体排列反转，从而第二表面具有与第一表面的极性相同的III族极性。
18.如权利要求17所述的III族氮化物半导体，其中，极性反转层的厚度为5nm至
2000nm。
19.如权利要求17所述的III族氮化物半导体，其中，与极性反转层对应的区域具有与所述其它区域的组成相同的组成。
20.如权利要求17所述的III族氮化物半导体，其中，所述III族氮化物半导体是由AlxInyGa(1-x-y)N表示的半导体，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。
21.如权利要求17所述的III族氮化物半导体，其中，所述III族氮化物半导体是GaN半导体，III族极性是镓极性。
22.一种III族氮化物半导体结构，所述III族氮化物半导体结构包括：
第一III族氮化物半导体，包括具有III族极性的第一表面和与第一表面相对的第二表面；
第二III族氮化物半导体，形成在第一III族氮化物半导体的第二表面上，其中，第一III族氮化物半导体包括极性反转层，所述极性反转层与第一III族氮化物半导体的沿第二表面设置的区域对应，极性反转层与第一III族氮化物半导体的其它区域连续地形成，极性反转层使所述其它区域的晶体排列反转，从而第二表面具有与第一表面的极性相同的III族极性。
23.如权利要求22所述的III族氮化物半导体结构，其中，极性反转层的厚度为5nm至
2000nm。
24.如权利要求22所述的III族氮化物半导体结构，其中，与极性反转层对应的区域具有与第一III族氮化物半导体的所述其它区域的组成相同的组成。
25.如权利要求24所述的III族氮化物半导体结构，其中，第二III族氮化物半导体的成分与第一III族氮化物半导体的成分不同，或者第二III族氮化物半导体的导电性类型与第一III族氮化物半导体的导电性类型不同。
26.如权利要求25所述的III族氮化物半导体结构，其中，第二III族氮化物半导体包括均包括活性层的多个III族氮化物半导体层，
所述III族氮化物半导体结构包括半导体发光装置。
27.如权利要求22所述的III族氮化物半导体结构，其中，第一III族氮化物半导体是由AlxInyGa(1-x-y)N表示的半导体，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。
28.如权利要求22所述的III族氮化物半导体结构，其中，第一III族氮化物半导体是GaN半导体，III族极性是镓极性。
Ⅲ族氮化物半导体、表面处理方法、制造方法及结构
技术领域
[0002] 本发明涉及一种III族氮化物半导体的表面处理方法、一种III族氮化物半导体、一种III族氮化物半导体的制造方法及一种III族氮化物半导体结构，更具体地讲，涉及一种相对的两个表面具有相同极性的III族氮化物半导体的表面处理方法、一种III族氮化物半导体、一种III族氮化物半导体的制造方法及一种III族氮化物半导体结构。
背景技术
[0003] 通常，利用由III族氮化物半导体形成的发光装置来获得蓝色或绿色波长的光。所述发光装置由半导体材料制成，所述半导体材料具有表示为AlxInyGa(1-x-y)N的组成，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。
[0004] III族氮化物半导体可以在诸如蓝宝石(α-Al2O3)基底和SiC基底的非均匀(heterogeneous)基底上生长。具体来说，蓝宝石基底具有与氮化镓相同的六方结构。此外，蓝宝石基底比SiC基底廉价且在高温下稳定，因此III族氮化物半导体的生长基底主要采用蓝宝石基底。
[0005] 同时，在蓝宝石基底上生长的III族氮化物半导体具有纤维锌矿(Wurtzite)和非中心对称的晶体结构。因此，III族氮化物半导体(例如，氮化镓(GaN)半导体)在一个表面上具有镓(Ga)极性(以下称为镓极性表面)，在另一个表面上具有氮(N)极性(以下称为氮极性表面)。如上所述，由于表面极性不同，所以氮化镓半导体的两个表面在蚀刻速率和表面复合构造方面表现出物理差异，或表现出缺陷和表面位错。这些物理差异导致镓极性表面和氮极性表面之间在表面特性方面的差异。
[0006] 具体来说，氮化镓半导体的镓极性表面表现出比氮极性表面的表面平坦度好的表面平坦度。此外，由于起杂质作用的材料的结合性低，所以与氮极 性表面相比，镓极性表面具备更好的结晶度。因此，当再生长镓半导体时，在镓极性表面上生长的再生长层具有平坦的表面。同时，在氮极性表面上生长的再生长层在其表面上出现诸如小丘状(hillock)、圆柱形或锥形晶粒的缺陷。
[0007] 同时，氮化镓半导体的两个表面之间的极性差异引起自发极化，从而导致镓极性表面和氮极性表面之间的表面能带弯曲的差异。
[0008] 此外，氮化镓半导体的镓极性表面由于低的欧姆接触电阻而表现出低的恒定电压，并且与氮极性表面相比，镓极性表面具备更好的电学特性。此外，由于极性的不同，氮化镓半导体的两个表面与诸如“KOH”的蚀刻溶液的反应不同。具体地说，镓极性表面几乎不与所述蚀刻溶液反应，而氮极性表面与所述蚀刻溶液积极地反应并因此被明显地蚀刻。
[0009] 如上所述，在III族氮化物半导体中，与具有氮极性的表面相比，具有III族极性的表面在表面平坦度、与杂质的结合性、再生长特性、电学特性和蚀刻特性方面，具有更好的特性。因此，需要开发一种相对的两个表面具有III族极性的III族氮化物半导体。
发明内容
[0010] 本发明的方面提供了一种表面处理方法、一种III族氮化物半导体、一种所述III族氮化物半导体的制造方法及一种III族氮化物半导体结构，其中，激光束照射到与具有III族极性的第一表面相对的且具有氮极性的第二表面上，以将第二表面的极性改变为与第一表面的极性相同。
[0011] 根据本发明的一方面，提供一种III族氮化物半导体的表面处理方法，该方法包括以下步骤：提供III族氮化物半导体，所述III族氮化物半导体包括具有III族极性的第一表面和与第一表面相对且具有氮极性的第二表面；将激光束照射到第二表面上以将第二表面的氮极性改变为III族极性。
[0012] 所述表面处理方法还可以包括在将激光束照射到第二表面之前，沿第二表面形成具有由氮空位导致的缺陷的晶体损伤层。形成晶体损伤层的步骤可包括在第二表面上执行等离子体处理或离子束照射。
[0013] 晶体损伤层可以包括非晶区域、多晶区域和富III族区域中的至少一个。晶体损伤层可以具有5nm至2000nm的厚度。
[0014] 所述III族氮化物半导体可以是由AlxInyGa(1-x-y)N表示的半导体，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。
[0015] 所述III族氮化物半导体是GaN半导体，III族极性为镓极性。
[0016] 根据本发明的另一方面，提供了一种制造III族氮化物半导体的方法，所述方法包括以下步骤：在氮化物单晶生长基底上生长III族氮化物半导体，其中，III族氮化物半导体包括具有III族极性的第一表面和与第一表面相对的第二表面，第二表面与所述基底接触且具有氮极性；将III族氮化物半导体与氮化物单晶生长基底分离；将激光束照射到第二表面上以将第二表面的氮极性改变为III族极性。
[0017] 该方法还可包括在将激光束照射到第二表面上之前，沿第二表面形成具有由氮空位导致的缺陷的晶体损伤层。形成晶体损伤层的步骤可包括在第二表面上执行等离子体处理或离子束照射。
[0018] 晶体损伤层可包括非晶区域、多晶区域和富III族区域中的至少一个。晶体损伤层可具有5nm至2000nm的厚度。
[0019] 所述III族氮化物半导体可以是由AlxInyGa(1-x-y)N表示的半导体，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。III族氮化物半导体可以是GaN半导体，III族极性可以是镓极性。
[0020] 所述方法还可包括在变为具有III族极性的第二表面上生长另外的氮化物半导体层。
[0021] 氮化物单晶生长基底由从由蓝宝石、SiC、Si、ZnO、MgAl2O4、MgO、LiAlO2和LiGaO2组成的组中选择的材料形成。
[0022] 根据本发明的又一方面，提供了一种III族氮化物半导体，所述III族氮化物半导体包括具有III族极性的第一表面和与第一表面相对的第二表面，所述III族氮化物半导体包括：极性反转层，对应于III族氮化物半导体的沿第二表面设置的区域，并且极性反转层被形成为与III族氮化物半导体层的其它区域连续，极性反转层使其它区域的晶体排列反转，从而第二表面具有与第一表面的极性相同的III族极性。极性反转层可具有5nm至2000nm的厚度。
[0023] 对应于极性反转层的区域可具有与其它区域的组成相同的组成。
[0024] III族氮化物半导体可以是由AlxInyGa(1-x-y)N表示的半导体，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。
[0025] III族氮化物半导体可以是GaN半导体，III族极性可以是镓极性。
[0026] 根据本发明的再一方面，提供了一种III族氮化物半导体结构，所述III 族氮化物半导体结构包括：第一III族氮化物半导体，包括具有III族极性的第一表面和与第一表面相对的第二表面；第二III族氮化物半导体，形成在第一III族氮化物半导体的第二表面上，其中，第一III族氮化物半导体包括极性反转层，所述极性反转层对应于第一III族氮化物半导体的沿第二表面设置的区域，并且极性反转层被形成为与第一III族氮化物半导体层的其它区域连续，极性反转层使其它区域的晶体排列反转，从而第二表面具有与第一表面的极性相同的III族极性。极性反转层可具有5nm至2000nm的厚度。
[0027] 对应于极性反转层的区域可具有与第一III族氮化物半导体的其它区域的组成相同的组成。
[0028] 第二III族氮化物半导体的组成可以与第一III族氮化物半导体的组成不同，或者第二III族氮化物半导体的导电性类型可以与第一III族氮化物半导体的导电性类型不同。
[0029] 第二III族氮化物半导体可包括多个均包括活性层的III族氮化物半导体层，III族氮化物半导体结构可包括半导体发光装置。
[0030] 第一III族氮化物半导体可以是由AlxInyGa(1-x-y)N表示的半导体，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。
[0032] 通过下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其它方面、特征以及其它优点，在附图中
[0033] 图1A至图1D示出了根据本发明的示例性实施例的III族氮化物半导体的表面处理方法；
[0034] 图2A至图2E示出了根据本发明的示例性实施例的生产III族氮化物半导体的方法；
[0035] 图3示出了根据本发明的示例性实施例的III族氮化物半导体结构；
[0036] 图4是示出利用图2A至图2E示出的方法生产的III族氮化物半导体的照片；
[0037] 图5是示出根据本发明的示例性实施例的一个表面被蚀刻的III族氮化物半导体的照片；
[0038] 图6示出了根据本发明的示例性实施例的III族氮化物半导体发光装置；
[0039] 图7是示出图6中所示的III族氮化物半导体装置的特性的曲线图。
具体实施方式
[0040] 现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
[0041] 图1A至图1D示出了根据本发明的示例性实施例的III族氮化物半导体的表面处理方法。首先，如图1A所示，提供III族氮化物半导体10。这里，III族氮化物半导体10可以是具有表示为AlxInyGa(1-x-y)N(其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1)的半导体组成的单晶层基底。III族氮化物半导体10可以是具有GaN半导体组成的单晶基底。
[0042] 另外，III族氮化物半导体10包括具有III族极性的第一表面11和与第一表面相对且具有氮极性的第二表面12。具体地说，在III族氮化物半导体中，III族元素和氮元素具有纤维锌矿晶体结构。III族元素排列在第一表面11上，氮元素排列在第二表面12上。即，第一表面11和第二表面12分别具有取决于其上排列的元素的极性。
[0043] 在下文中，将详细描述将第二表面12从氮极性改变为III族极性的表面处理工艺。
[0044] 参照图1B，在第二表面12上形成具有由氮空位导致的缺陷的晶体损伤层(crystal damage layer)13。这里，晶体损伤层13可以是非晶区域、多晶区域和富III族区域之一。可通过执行等离子体处理或离子束照射来形成晶体损伤层13。
[0045] 如上所述，当第二表面12被等离子体处理或被离子束照射时，在离第二表面12达到一定厚度的层中产生氮空位，从而形成III族元素和氮元素不规则排列的晶体损伤层13。晶体损伤层13可被形成为离第二表面12的厚度为5nm至2000nm。
[0046] 然后，如图1C所示，用激光束照射以使第二表面12的极性变为III族极性。具体地说，激光束照射到离第二表面12到达一定厚度的晶体损伤层13上。然后，在晶体损伤层13上随机排列的III族元素和氮元素重结晶。因此，这改变了晶体损伤层13中的III族元素和氮元素的晶体排列，从而使III族元素而不是氮元素排列在第二表面12上。即，第二表面12改变为具有III族极性。这是因为III族元素在所述表面上比氮元素在该表面上排列得更稳定。因此，在III族元素和氮元素的重结晶过程中，第二表面12具有III族极 性，且具有相对稳定的晶体结构。
[0047] 上面描述的工艺制备出如图1D所示的III族氮化物半导体10′。具体地说，图1D所示的III族氮化物半导体10′包括具有III族极性的第一表面11和与第一表面11相对且具有III族极性的第二表面12。另外，III族氮化物半导体10′包括极性反转层13′。
[0048] 极性反转层13′与III族氮化物半导体10′的沿第二表面12设置的区域相对应。极性反转层13′不与III族氮化物半导体10′分离地形成，而是与III族氮化物半导体10′的其它区域连续地形成。
[0049] 如上所述，图1D所示的III族氮化物半导体10′可被构造为使得关于极性反转层13′彼此相对的第一表面11和第二表面12具有相同的III族极性。
[0050] 图2A至图2E示出了根据本发明的示例性实施例的制造III族氮化物半导体的方法。参照图2A，在氮化物单晶生长基底200上沿箭头方向生长III族氮化物半导体100。这里，氮化物单晶生长基底200可由从以下材料组成的组中选择的材料形成：蓝宝石、SiC、Si、ZnO、MgAl2O4、MgO、LiAlO2和LiGaO2。另外，III族氮化物半导体100可通过金属-有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)和分子束外延(MBE)之一形成在基底200上。
[0051] 在图2A中，长出的III族氮化物半导体100可具有表示为AlxInyGa(1-x-y)N的组成，其中，0≤x≤1、0≤y≤1且0≤x+y≤1。因此，III族氮化物半导体100具有这样的晶体结构，其中，铝(Al)、铟(In)和镓(Ga)中的至少一种III族元素和氮元素以均匀的间距结合到一起。此外，III族氮化物半导体100可以具有包含镓元素和氮元素的GaN半导体组成。
[0052] 同时，如图2A中生长的III族氮化物半导体100包括第一表面110和第二表面120，其中，第二表面120与氮化物单晶生长基底200接触并且与第一表面110相对。这里，第一表面110具有在其上排列的III族元素，因而具有III族极性。第二表面120具有在其上排列的氮元素，因而具有氮极性。
[0053] 更具体地说，III族氮化物半导体100的第一表面110和第二表面120具有这样的晶体结构，即，作为III族元素的镓元素和氮元素周期性地排列。这时，III族氮化物半导体100的第一表面110具有在其上排列的镓元素，因而表现出镓极性。同时，与氮化物单晶生长基底200接触的第二表面120具有在其上排列的氮元素，因而表现出氮极性。
[0054] 然后，当III族氮化物半导体100生长时，如图2B所示，将激光束照射到氮化物单晶生长基底200上，以使III族氮化物半导体100与氮化物单晶生长基底200分离。因此，这暴露了III族氮化物半导体100的与氮化物单晶生长基底200结合的第二表面120。
[0055] 下面，采用图2C和图2D所示的工艺来改变III族氮化物半导体100的第二表面120的极性。为了描述的方便，图2C和图2D示出了图2B中的III族氮化物半导体100，其中，将III族氮化物半导体100旋转以使第二表面120面向上方。
[0056] 如图2C所示，在III族氮化物半导体100的第二表面120上形成晶体损伤层130。这里，晶体损伤层130包括由氮空位导致的缺陷，并具有这样的晶体结构，其中，III族元素和氮元素随机排列。即，晶体损伤层130可以是非晶区域、多晶区域和富III族区域中的至少一种。
[0057] 可通过执行等离子体处理或离子束照射来在第二表面120上形成晶体损伤层130。可通过调节等离子体处理或离子束照射的时间和条件，来使晶体损伤层130具有5nm至2000nm的厚度。
[0058] 然后，如图2D所示，将激光束照射到晶体损伤层130上，以使第二表面120的氮极性变为III族极性。具体地说，激光束照射使得在晶体损伤层130上随机排列的III族元素和氮元素重结晶。因此，这使得晶体损伤层130中的III族元素和氮元素重新排列，并且使III族元素排列在第二表面120上。即，第二表面被改变为具有III族极性。
[0059] 参照图2D，用于使晶体损伤层130中的III族元素和氮元素重新排列的激光器可采用193nm准分子激光器、248nm准分子激光器、308nm准分子激光器、Nd:YAG激光器、He-Ne激光器和Ar离子激光器。
[0060] 同时，为了使晶体损伤层130中的III族元素和氮元素重新排列，除激光束照射之外，可利用离子束或退火将预定的热量施加到晶体损伤层130，以使III族元素和氮元素重新排列。
[0061] 图2A至图2D中示出的工艺可制备如图2E中示出的III族氮化物半导体100′。具体地说，图2E中示出的III族氮化物半导体100′包括：具有III族极性的第一表面110；
与第一表面110相对且具有III族极性的第二表面120；形成为离第二表面120特定厚度的极性反转层130′。
与第一表面110相对且具有III族极性的第二表面120；形成为离第二表面120特定厚度的极性反转层130′。
[0062] 图2E的极性反转层130′与III族氮化物半导体100′的沿第二表面120设 置的区域相对应。即，极性反转层130′不是与通过如图2A所示的III族氮化物半导体的单晶生长工艺得到的III族氮化物半导体100′分离地形成，而是与III族氮化物半导体100′连续地形成，从而与其它区域连续地形成。这里，所述其它区域可覆盖从与第二表面120相对的区域(即，第一表面110)到极性反转层130′的边界的区域。
[0063] 另外，极性反转层130′可使其它区域的晶体排列反转，从而第二表面120具有与第一表面110的极性相同的III族极性。即，图2C和图2D所示的晶体损伤层130被重结晶，使得晶体损伤层130的III族元素和氮元素的晶体排列反转，以形成极性反转层130′。该极性反转层130′可具有5nm至2000nm的厚度。其中，与极性反转层130′对应的区域具有与所述其它区域的组成相同的组成。
[0064] 同时，用图2E的III族氮化物半导体100′的第二表面120作为生长表面来生长第二III族氮化物半导体100′-1，从而生产具有结晶度和表面平坦度的III族氮化物半导体结构。这将在下文中详细地描述。
[0065] 图3示出了根据本发明的示例性实施例的III族氮化物半导体结构。参照图3，III族氮化物半导体结构500包括第一III族氮化物半导体100′和第二III族氮化物半导体100′-1。
[0066] 第一III族氮化物半导体100′与图2E中所示的III族氮化物半导体100′相同。第一III族氮化物半导体100′包括具有III族极性的第一表面110和与第一表面110相对的第二表面120。另外，第一III族氮化物半导体100′包括极性反转层130′，极性反转层130′与沿第二表面12设置的区域相对应，并且极性反转层130′使其它区域的晶体排列反转，从而第二表面120具有与第一表面110的极性相同的极性。
[0067] 第二III族氮化物半导体100′-1形成在第一III族氮化物半导体100′的第二表面120上。这里，第二III族氮化物半导体100′-1可通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)和分子束外延(MBE)之一形成。另外，第二III族氮化物半导体100′-1可具有与第一III族氮化物半导体100′相同或不同的半导体组成。或者第二III族氮化物半导体100′-1可具有与第一III族氮化物半导体100′相同或不同的导电类型。
[0068] 如上所述，第二III族氮化物半导体100′-1形成在具有III族极性的第二表面120上，因此减少了诸如小丘状、圆柱形或锥形晶粒的缺陷。因此，当 与第二III族氮化物半导体100′-1形成在具有氮极性的表面的情况相比时，这样的第二III族氮化物半导体
100′-1改善了结晶度和表面平坦度。
100′-1改善了结晶度和表面平坦度。
[0069] 同时，参照图3，第二III族氮化物半导体100′-1被示出为单层，然而第二III族氮化物半导体100′-1可以是均包括活性层(active layer)的多个III族氮化物半导体层。即，所述多个III族氮化物半导体层生长在第一III族氮化物半导体100′的第二表面120上，以生产半导体发光装置。这里，利用具有III族极性的第二表面120制造的半导体发光装置的结晶度更好，因此提高了发光效率。
[0070] 图4是示出由图2A至图2E所示的方法制造的III族氮化物半导体的照片。具体地说，图4是通过将III族氮化物半导体100′垂直切开并拍摄而获得的剖面图。即，图4示出了作为III族氮化物半导体的底表面的第一表面110和作为III族氮化物半导体的顶表面的第二表面120的晶体排列。
[0071] III族氮化物半导体100′是GaN半导体，并且第一表面110和第二表面120均具有镓极性。这里，由于极性反转层130′通过镓元素和氮元素的重排列而具有反转的极性，所以第二表面120是具有镓极性的层。
[0072] 同时，参照图4所示的晶体排列，A部分表示第一表面110的极性，C部分表示第二表面120的极性。另外，B部分表示与A部分的对应极性结合(bound)的极性，D部分表示与C部分的对应极性结合的极性。
[0073] 首先，观察到与III族氮化物半导体100′的两个表面对应的A部分和C部分具有表示镓极性的(0002)平面。即，镓极性形成为朝向III族氮化物半导体100′的相对的两个表面。另外，B部分和D部分具有表示氮极性的(000-2)平面。即，III族氮化物半导体100′具有这样的晶体排列，其中，镓极性和氮极性结合到一起。然而第一表面110和第二表面120表现出镓极性。
[0074] 图5是示出根据本发明的示例性实施例的具有一个被蚀刻的表面的III族氮化物半导体的照片。具体地说，图5所示的III族氮化物半导体300是GaN半导体，并且位于A-A′线左侧的第一区域310是利用图1B和图1C的方法表面处理过的区域，即，通过蚀刻经过极性反转的镓极性区域获得的区域。同时，位于右侧的第二区域320是未经表面处理并通过蚀刻氮极性区域获得的区域。
[0075] 在相同的条件(例如，蚀刻温度和蚀刻时间)下使用KOH蚀刻溶液蚀刻III族氮化物半导体300。结果，具有镓极性的第一区域310难以蚀刻，而具有 氮极性的第二区域320具有被蚀刻而形成的不规则的粗糙结构的表面。如上所述，清楚地示出了通过蚀刻第一区域310和第二区域320，第一区域310的极性被改变为镓极性。
[0076] 图6示出了根据本发明的示例性实施例的III族氮化物半导体发光装置。
[0077] 图6所示的III族氮化物半导体发光装置400包括GaN半导体，并且包括发光结构，所述发光结构具有第一GaN半导体层411、活性层412和第二GaN半导体层413。III族氮化物半导体发光装置400包括与第一GaN半导体层411接触的第一电极420和形成在第二GaN半导体层413上的第二电极430，并且III族氮化物半导体发光装置400具有垂直的结构。这里，发光结构的两个表面(即，第一GaN半导体层411的一个表面和第二GaN半导体层413的一个表面)具有镓极性。即，第一电极420和第二电极430形成在具有镓极性的发光结构上。
[0078] 可以如下地制造图6所示的III族氮化物半导体发光装置400。首先，第一GaN半导体层411、活性层412和第二GaN半导体层413在诸如蓝宝石基底的氮化物单晶生长基底上顺序地堆叠，以形成发光结构。此外，第二电极430在第二GaN半导体层413上形成。另外，虽然未示出，但是还可在第二电极430上设置导电支撑基底，以支撑所述发光结构。
[0079] 然后，通过常规激光剥离(laser lift-off)来使所述发光结构与氮化物单晶生长基底分离。在该发光结构中，第一GaN半导体层411的与氮化物单晶生长基底结合的表面411a可具有氮极性，第二GaN半导体层413的位于最上部的表面413a可具有镓极性。即，发光结构的两个相对的表面具有彼此不同的极性。
[0080] 为了确保该发光结构的所述两个表面均具有镓极性，对第一GaN半导体层411的具有氮极性的表面411a进行表面处理。具体地说，如图1B和图1C所示，在第一GaN半导体层411的表面411a上形成晶体损伤层，然后将激光束照射到该表面上，从而将表面411a的极性反转以具有镓极性。
[0081] 然后，在第一GaN半导体层411的具有镓极性的表面411a上形成第一电极420，以生产出如图6所示的III族氮化物半导体发光装置400。这时，第一GaN半导体层411的表面411a的整个部分可具有镓极性。可选地，只有表面411a的将要形成第一电极420的一部分可以具有镓极性。这里，第一GaN半导体层411的表面411a具有这样的晶体排列，即，既具有镓极性又具 有氮极性。
[0082] 图6所示的发光结构包括具有镓极性的两个表面411a和413a。该发光结构改善了由所述两个表面之间的极性差异引起的自发极化。因此，在具有镓极性的两个表面处示出的表面能带弯曲(surface band bending)特性相似。另外，该发光结构的欧姆接触电阻低，以降低恒定电压和漏电流。这使得氮化物半导体发光装置400的电学性能得到改善。这将在下面详细描述。
[0083] 图7是示出图6所示的III族氮化物半导体装置的电流-电压特性的曲线图。参照图7，第一曲线1示出了利用传统方法制造的III族氮化物半导体发光装置的电流-电压特性。第二曲线2示出了图6所示的III族氮化物半导体发光装置400的电流-电压特性。具体地说，第一曲线1和第二曲线2分别示出了在将电压施加到发光装置之后，对应于电压的电流变化的测量值。
[0084] 在本领域中，半导体发光装置的理想的电流-电压具有非线性特性。即，在负电压和弱正电压下，非常低的电流流动，在预定的电压电平(大约0.7V或更高)下，电流快速增大。
[0085] 同时，通常的具有第一曲线1所示的电流-电压特性的III族氮化物半导体发光装置被构造为与图6所示的III族氮化物半导体发光装置400相同，但普通的发光装置的发光结构在其两个表面具有不同的极性。即，发光结构的一个表面具有镓极性，与所述一个表面相对的另一表面具有氮极性。这里，在该发光结构中，形成在具有氮极性的所述另一表面上的电极的欧姆接触电阻高，从而产生恒定电压和漏电流。因此，普通的III族氮化物半导体发光装置具有这样的电流-电压特性，即，如第一曲线1中那样低电流只在-0.5V至0.5V的范围内流动，高电流在其他电压范围内流动，从而产生漏电流。
[0086] 同时，图6的III族氮化物半导体发光装置400具有如第二曲线2中那样的非线性的电流-电压特性，即，低电流在负电压和范围为1V至2V的弱正电压下流动，在大于2V的电压下，电流快速增加。这与理想的电流-电压特性相同。因此，本发明的III族氮化物半导体发光装置使得恒定电压和漏电流减少，从而改善电学特性。
[0087] 如上所述，在利用根据本发明的示例性实施例的方法制造的III族氮化物半导体中，激光束照射到与具有III族元素极性的第一表面相对的具有氮极性的第二表面上，使得第二表面被改变为具有与第一表面相同的极性。这使得III族氮化物半导体的相对的表面具有相同的III族元素极性。
[0088] 在III族氮化物半导体中，当利用经表面处理而具有III族极性的第二表面来制造诸如发光装置的半导体结构时，发光装置的结晶度得到改善，因而改善发光效率。
[0089] 此外，当利用经表面处理而具有III族极性的第二表面来再生长III族氮化物半导体时，可形成具有良好的表面平坦度的再生长层。
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