专利名称：从晶体材料的非极性平面形成的器件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及从晶体材料的非极性面(non-polar plane)形成的器件及其制作方法，其中该晶体材料的非极性面例如为一种III-N晶体材料的非极性面。一个实施例涉及非极性发光二极管或其制作方法，或者尤其涉及从III-氮化物(Ill-nitride)半导体材料制得的非极性发光二极管及其制作方法。
背景技术：
此部分提供背景信息，并介绍与以下所描述和/或所要求的本发明的各种方案相关的信息，这些背景描述并非认为是现有技术。氮化镓(gallium nitride, GaN)，以及其与铝和铟结合组成的三元(ternary)与四元(quanternary)化合物(AlGaN，InGaN, AlInGaN)，已被广泛地应用于制作可见光与紫外线光电器件与高功率电子器件上。这些器件一般利用下述成长技术外延成长制得，所述成长技术包括例如分子束外延法(molecular beam epitaxy,MBE)、化学气相沉积法(CVD)、 金属有机化学气相沉积法(metalorganic chemical vapor deposition, M0CVD)与氢化物 It匿夕卜延fe (hydride vapor phase epitaxy)。如图1所示，氮化镓与其合金最稳定的状态是六方晶系纤维锌矿结构(hexagonal wurtzite crystal structure)，此结构通过两个(或三个)等同的基础平面轴(basal plane axe) (a轴)来描述，这些基准面轴彼此之间相差120°，且垂直于一唯一的c轴。图 1显示c平面(c-plane)2、m平面(m-plane) 4与a平面(a-plane) 6的示例。III族原子与氮原子沿着晶体c轴交互地占据c平面。纤维锌矿结构中所包含的对称成分表明了 III-氮化物沿着这个c轴具有块状(bulk)自发极化特性(spontaneous polarization)，且纤维锌矿结构展现压电极化特性(piezoelectric polarization)。目前应用于电子与光电器件的氮化物技术将氮化物膜沿着极性c轴成长。然而， 由于存在强烈的压电极化(piezodielectric)与自发性(spontaneous)极化，以III-氮化物(Ill-nitride)为主的光电器件与电子器件的c_平面量子阱结构会遭受不想要的量子局限史塔克效应(quantum-confined Stark effect, QCSE)。沿着c轴的强烈的内建电场会使III-N材料的利用价值严重劣化。消除氮化镓光电器件中自发性极化与压电极化效应的方法之一为，在非极性平面 (例如晶体的m-平面或a-平面)上成长这些器件。这些平面包含相同数量的镓与氮原子， 且为电荷中性。再者，后续非极性层的极性会彼此相等，因此块状晶体(bulk crystal)不会沿着成长方向被极化。然而，成长具有非极性表面的氮化镓半导体晶片仍然存在困难。因此，需要提高III-氮化物为主的光电器件与电子器件(例如LED)的效率并改善其操作特性。
发明内容
本发明的一个方案是为处理相关先前技术的问题或缺点，并提供本文整个或部分所叙述的优点。其它本发明的另一方案是为提高晶体材料(例如六方(hexagonal)或纤锌矿结构 (wurtzite)晶体)的a_平面与m-平面在制作电子器件中的使用率。本发明的另一方案就是要提高极性晶体材料(例如III-N材料，且特别是氮化镓) 的非极性平面在制作电子器件中的使用率。本发明的另一方案就是要提高一半导体二极管或发光二极管的发光效率 (extraction efficiency)或内部量子效率(internal quantum efficiency)。本发明的另一方案就是要通过使用III-N半导体晶体材料的非极性面 (non-polar face)来提高发光二极管的发光效率(extraction efficiency)或内部量子效率(internal quantum efficiency)。本发明的另一方案就是要通过利用III-N半导体晶体材料的非极性平面来提高发光二极管的发光效率或内部量子效率。根据本发明的实施例提供方法，结构与装置，其提供包括至少一有源二极管区的一半导体二极管或发光二极管(LED)，其中该有源二极管区具有比极性III-N半导体材料更多的非极性III-N半导体材料。根据本发明的实施例提供方法，结构与装置，其提供包括由III-N半导体材料制得的底部二极管区、有源二极管区与顶部二极管区的一半导体二极管或发光二极管(LED)， 其中该有源二极管区与顶部二极管区具有比底部二极管区较少的每单位面积的缺陷。根据本发明的实施例提供了用于提供一半导体二极管或发光二极管(LED)的方法，结构与装置，其中该半导体二极管或发光二极管(LED)包括在一底部二极管材料中的一空隙(cavity)；在该空隙的表面上的一有源二极管区；以及在该至少一部分的空隙中的一顶部二极管区。根据本发明的实施例提供这样的方法、结构与装置，其利用III-N半导体材料的非极性平面应用于LED中，以增加输出效率。本发明的这些方案可特别应用于具有III-N半导体的器件，包括但不限于光电器件、发光二极管、激光二极管与光伏打装置(photovoltaic device) 0本发明的其它方案和实用性将从如下的描述中被部分地阐明，其它并且从该描述中将会变得显而易见，或通过本发明的实践可被了解到。
结合附图，从下述实施例的描述中，本发明一般发明性概念的上述和其它方案和实用性能更明显易懂，其中图1为一透视图，用以说明包括C-平面、m-平面与a-平面的示例性六方晶系晶体结构。
图2为一剖面图，用以说明半导体二极管的示例性结构。图3为一流程图，用以说明形成根据本发明的半导体二极管的方法的一个实施例。图4为一剖面图，用以说明相关现有技术氮化镓层位于基底上的结构。图5-图7为一剖面图，用以说明包括使用非极性面的III-N有源区的发光二极管的示例性结构。图8为一剖面图，用以说明包括朝向非极性平面的III-N有源区的半导体二极管结构的实施例，其应用于示例性的LED器件。图9为一剖面图，用以说明包括朝向非极性平面的III-N有源区的半导体二极管结构的实施例，其应用于示例性的LED器件。图IOa-图IOd为一剖面图，用以说明包括非极性III-N有源区的半导体二极管结构的各种实施例，其应用于示例性的LED器件。
具体实施例方式以下将详细说明本发明概念的实施例和在附图中所示出的各种示例，其中全文中同样的器件使用相同的附图标记。为了解释本发明的概念，通过参考图示描述下述的实施例。请参见图2，一二极管可包括一底部二极管区220、一有源二极管区230、以及一顶部二极管区M0，位于器件顶部的一第一电性接触沈0，以及位于器件底部的一第二电性接触250。每一个区220、230、240可包括多层。二极管可以耦合至一基底210。如图2所示，在一实施例中，基底210可以耦合至底部接触250与有源二极管区230之间。虽然图2 显示了一垂直式二极管结构，然而应强调的是，本发明并不限于这种结构设置，并且包含在本发明所保护范围内的其它结构与方法对任一普通技术人员都是显而易见的。为了方便起见，此处用于指定区所述的“顶部”与“底部”并非限定于某一区。举例而言，一二极管形成于一基底上，其具有位于其底部区之上的顶部区。如果此二极管芯片倒装地(flip-chip)接合至承载晶片(handle wafer)，且之后基底被移除，则观察二极管的参考结构被翻转了。在此例中，顶部区将会视为在底部区下面。底部二极管区220与顶部二极管区240优选具有相反的掺杂类型。例如，底部二极管区220主要掺杂η型(带有例如磷、砷或锑的电子供给者)，接着，顶部二极管区240将会主要掺杂P型(带有例如硼或铝的电子接受者)，且反之亦然。底部二极管区220与顶部二极管区240优选为重掺杂，以改善器件的特性。底部接触250，例如，经由一导通孔(图中未显示)，电性连接至有源二极管区230。 于另一实施例中，至少一部分的基底210可具有与顶部二极管区240或底部二极管区220 相同的主要掺杂类型(例如η型或P型)。因此，这样的二极管区与基底210之间可具有良好的电性接触。有源二极管区230的示例性结构可依赖于许多因素，包括二极管及/或对应器件的特定应用。在一发光二极管(LED)中，有源二极管区可以是本征区(intrinsic region) 0 在一发光二极管(LED)中，顶部二极管区M0、有源二极管区230与底部二极管区220可重复多次，以包括掺杂层与未掺杂量子阱(thin undoped quantum well)，其中在未掺杂量子阱中电子与空穴复合且产生光子。在另一激光器的实施例中，有源二极管区230可以类似于发光二极管(LED)的有源二极管区。可加入反射层以生成用于所产生的光的一共振腔体(resonant cavity)，以制作出同调(coherent)或大体上同调的光源。在另一二极管的实施例中，有源二极管区230只要包括介于顶部二极管区与底部二极管区之间的P-N结，其可以不必是独立成长的一层。在另一太阳能电池的实施例中，有源二极管区230可以是适当地掺杂η-型或 P-型半导体材料的单层，以吸收入射光子且产生一电子-空穴对。用以形成二极管区的III-N化合物，已为本领域人士所熟知。III-N族化合物可包括二元(binary)、三元以及四元形式。III-N化合物包括氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、 氮化铟αηΝ)以及其三元和四元化合物。此处应注意的是，熟知本领域的普通技术人员应能得知如何依据所需特性(例如发光波长、能阶(bandgap)、晶格常数与掺杂程度(doping level))选择并处理这些材料。图3为显示制作发光二极管(LED)的方法的示例的流程图。在此示例中，发光二极管(LED)由氮化镓(GaN)晶体材料制得，但本发明不限于此种材料。例如，本发明可由其它极性材料或其它极性III-N半导体材料形成。在此示例中，有源二极管区形成在顶部二极管区与底部二极管区的表面之间，这些表面的大多数或大部分为非极性平面的表面。在另一示例中，介于有源区之间的表面包括比C-平面极性(c-plane polar)半导体面更多的非极性m-平面(non-polar m-plane) III-N半导体面。在另一示例中，这些表面包括比 C-平面极性(c-plane polar)半导体面更多的非极性a_平面(non-polar a-plane) III-N 半导体面。在另一示例中，在介于有源区之间的表面中，非极性平面的表面积为极性C-平面(polar c-plane)半导体面的表面积的至少2倍、5倍、10倍、50倍、或更多倍。在另一示例中，介于所形成的有源二极管区的顶部与底部二极管区的表面基本上为极性晶体材料的所有非极性面(non-polar face)(例如，氮化镓或其它III-N半导体材料的a-平面或 m-平面之一或两者)。在又一示例中，有源区的表面包括多于C-平面极性半导体面的非极性III-N半导体面。图3显示一示例性的处理。如图3所示，在步骤310中，提供氮化镓(GaN)层。其可以是氮化镓块状基底、或成长于或者以其它方式形成在一支撑物理基底上的氮化镓。可选地，氮化镓(GaN)可以选择性地成长(相对于坦覆式成长(blanket growth))于作为较大尺寸半导体处理的一部分的基底的选定区中。这种选择性成长可以位于一局限的面积 (confined area)中，例如于ART开口或沟槽中。在此示例中，传统的块状氮化镓(GaN)基底设置有构成极性面(c-平面)的表面。在此示例中，氮化镓(GaN)的第一层对应于后续形成的LED的底部二极管区220。当进行一般成长处理时，由于III-N半导体材料特性的关系，传统的块状极性基底具有平行于基底的C-平面。在步骤320中，使氮化镓(GaN)暴露出平面或m_平面之一或两者。举例而言， 垂直蚀刻氮化镓(GaN)以形成开口，例如，于氮化镓(GaN)表面中形成孔洞(hole)或沟槽 (trench)。这种构成的氮化镓(GaN)对应于器件的底部二极管区。在步骤330中，形成有源二极管区。依据所设计出的器件，此步骤可与步骤340 (如下所述)分离或成为步骤340的一部分。例如，如果一发光二极管(LED)形成有本征区，步
12骤330可包括在步骤320形成的氮化镓表面上外延成长未掺杂的氮化镓。在另一示例中， 如果形成二极管，步骤330可以是步骤340的初始步骤，以形成PN结界面(例如，包括耗尽区)。在步骤340中，形成一顶部二极管区。举例而言，此步骤可包括在步骤330形成的结构上外延成长氮化镓(GaN)，此氮化镓包含掺杂类型与步骤310中所提供的氮化镓的掺杂类型不同的杂质。例如，如果步骤310中所提供的氮化镓掺杂η型杂质，则步骤340中所提供的氮化镓掺杂P型杂质。如果步骤310中所提供的氮化镓掺杂ρ型杂质，则步骤340 中所提供的氮化镓掺杂η型杂质。在步骤350中，可增加接触以提供电性连接至顶部与底部二极管区。虽然图3中所显示的示例性方法具有以一定顺序执行的步骤310 步骤350，然而，本发明不应该被解释为局限于这种顺序。作为一个可选示例，可在该方法过程中的任何时机点形成接触(例如，可先形成于各自的物理基底上，之后再将二极管区连接在该物理基底上)。图4显示一传统的块状极性氮化镓层(GaN layer) 12的一个示例。如图4所示，极性氮化镓层12形成于蓝宝石(sapphire)晶片基底10上，然而，也可使用其它材料的基底，例如硅或碳化硅。基底10例如可以是块状硅晶片、块状锗晶片、绝缘层上覆半导体(semiconductor-on-insulator，SOI)基底、或应力绝缘层上覆半导体(strained semiconductor-on-insulator,SSOI)基底。基底10可包括第一半导体材料(例如蓝宝石) 或主要由一第一半导体材料所组成。蓝宝石晶片基底的晶向一般为(1，0，0)，然而，根据应用的实施例并不限于此晶向。图4显示极性氮化镓层12的c平面14。在蓝宝石上成长氮化镓在现有技术中是公知的，然而，晶体材料的缺陷程度却很高(例如109/Cm2)，其缺陷主要包括位错缺陷。然而，如图4所示，大多数的错位缺陷发生于垂直或大体上垂直于III-N材料的C-平面14。因此，在一实施例中，在氮化镓块材的垂直侧壁将会具有较少数目的缺陷(例如，垂直侧壁会比水平平面具有较少的每单位表面面积的缺陷)。提供氮化镓块材之后，移除选定部分(selected portion)，以留下某些不朝向 C-平面的结构。例如，移除选定部分，以留下从基底顶部表面延伸出去的且不朝向C-平面的突出物(projection)。在一实施例中，突出物被构成为使用氮化镓材料的m_平面或 a_平面(步骤320)。在一实施例中，突出物被构成为不使用氮化镓材料的C-平面。可蚀刻氮化镓块材以具有指定尺寸(如形状)的开口，例如孔洞、凹口(recesse)或空隙。这些沟槽可用传统的光刻技术(photolithogrphy)或反应性离子蚀刻(reactive ion etching, RIE)处理制得。如图5所示，示例性的晶体材料的剩余结构520或突出物可包括第一部分 524(例如，平坦的侧壁(side))，其沿着晶体材料的非极性平面(例如，m-平面或a-平面， 统称M0)延伸，而选定部分522仍朝向C-平面。在一实施例中，侧壁524的尺寸为选定部分522的2倍、5倍、10倍、20倍或100倍。在一实施例中，该突出物可被设置为鳍(fin)或柱(post)。在一实施例中，一底部表面可具有一特定设计(例如，一特定斜率或指定的轮廓，如V型)。如上所述，底部二极管区220可以在外延成长期间原位(in situ)掺杂或通过离子注入非原位(ex situ)掺杂。再者，底部二极管区的材料优选视器件的需求而定。在一实施例中，可在块状氮化镓中形成沟槽530，其大体上具有m-平面或a_平面侧壁(例如，依据结构的排列方向(orientation)不同，可以是垂直或水平侧壁)。沟槽的数目视所需要的应用可以是1个或多个甚至是数百个。当底部二极管区被设置之后，形成一有源二极管区(步骤330)。在一实施例中， 可以外延成长有源二极管区。如图6所示，示例性外延成长的方向如箭头610所示。有源二极管区230在突出物的顶部、底部或水平平面522上暴露的氮化镓表面上的成长是垂直地成长。有源二极管区230在突出物的侧壁或垂直平面5M上暴露的氮化镓表面上的成长可以是水平地成长。示例性的有源二极管区230可以在外延成长期间原位掺杂或通过离子注入非原位掺杂。在一实施例中，有源二极管区230是本征的(例如，进行本征掺杂 (intrinsically doped))。一般而言，存在于外延成长表面上的缺陷趋于在缺陷性的成长表面外延成长出的材料中连续地产生缺陷。在有源二极管区外延成长过程中缺陷的扩展(extension of defect)并未显示于图6中。然而，鉴于在氮化镓中的缺陷主要是垂直的(请参见图4与图5)，因此缺陷趋于平行于所暴露的突出物的侧壁。许多或大多数的缺陷并不会与突出物的侧壁交叉，且这些侧壁将具有减少的或大体上无缺陷的表面。因此，在图6中成长于突出物的这些侧壁上的有源二极管区230的缺陷度(defectivity)将会降低或大体上不存在。 成长于这些侧壁上的有源区230的缺陷密度(defect density)会低于底部二极管区220 的缺陷密度。如图6所示，在有源二极管区230中的虚线区630a将具有低于底部二极管区 220的缺陷密度。根据一实施例，在有源二极管区230中的缺陷度比底部二极管区220低2 倍、5倍、10倍、20倍或更多。形成有源二极管区230之后，再形成顶部二极管区(步骤340)。在一实施例中，外延成长一示例性的顶部二极管区对0。如图7所示，顶部二极管区240的外延成长类似于有源二极管区的外延成长(例如，如图6的箭头610所示的外延成长方向)。顶部二极管区 240在突出物(例如，有源二极管区)的顶部、底部或水平平面522上暴露的氮化镓表面上的成长是垂直地成长。顶部二极管区240在突出物的侧壁或垂直平面5M上暴露的氮化镓表面上的成长是水平地成长。图7所示结构的特征之一是，顶部二极管区240可以部分(图中并未显示)或完全地填充于一开口中，例如开口 530或位于有源二极管区230中的开口。 图7所示结构的特征之一是，顶部二极管区240可以填充多个开口 /沟槽，并与在多个开口 /沟槽中的有源二极管区230进行电性接触。此结构特别有助于发光二极管(LED)，因为其可以降低或减少顶部电性接触260的面积，以避免顶部电性接触沈0阻挡从有源二极管区 230中发射出的光。示例性的顶部二极管区240可以于外延成长期间原位掺杂或通过离子注入非原位掺杂。优选地，发光二极管(LED)的顶部二极管区240重掺杂一与底部二极管区220相反类型的杂质。在一实施例中，在顶部二极管区中的缺陷程度(defect level)小于底部二极管区。在另一实施例中，顶部二极管区的缺陷程度大于有源二极管区。依据一实施例，顶部二极管区MO的缺陷度可以比底部二极管区220低2倍、5倍、10倍、20倍或更多。在一实施例中，至少有源二极管区的成长条件可以被设定或设计成倾向于从m/a 平面(例如，5M表面)水平成长更甚于从C-平面(例如，522表面)成长。当顶部二极管区完成后，可视需要采用现有技术已知的额外处理步骤，以完成相应的半导体器件、半导体装置、或半导体产品(步骤350)。举例而言，一些实施例中，可增加顶部与底部接触(步骤350)。此外，一些示例性方法的实施例包括接合到导电晶片上、接合到一晶粒(die)或接合到封装固定点(package mounting point)、移除基底以及增加顶部与底部接触，或类似的步骤。当顶部二极管区240形成之后，可形成如图8所示的电性接触(步骤350)。在一实施例中，对于每一个开口 /沟槽提供一示例性的顶部电性接触814与示例性的底部电性接触812，以分别直接接触顶部二极管区220与底部二极管区M0。可通过本领域普通技术人员所熟知的各种材料/处理形成电性接触812、814。适合用于形成电性接触的材料可包括，例如，带状(strip)导电金属(如铜、银或铝)、反射性导电材料或一层相对透明的导电材料(例如氧化铟锡)。再者，有许多方法(例如接触导通孔(contact via))可穿过基底将底部接触812耦接至底部二极管区220，以达到一电性接触。电性接触812、814可分别作为顶部接触260与底部接触250。在一可选实施例中，可为多个顶部二极管区240或多个底部二极管区220(例如，在多个开口 /沟槽中)提供单一的电性接触(例如，812，814)。对于选定的发光二极管(LED)的应用，基底210可能降低器件的性能(例如，吸收光)。在一示例性的实施例中，如图9所示，可移除基底210。通过本领域熟知的方法，例如磨削(grinding)、蚀刻、激光剥离(laser ablation)或类似的方法，来移除基底210 (例如蓝宝石基底)。一示例性处理(步骤350)可包括接合一 “承载(handle)”基底或单元910 到顶部二极管区M0，且增加电性接触912、914。在接合承载基底910至顶部二极管区240 之前，顶部二极管区MO的对应的表面可通过一合适的方法(例如化学机械平坦法(CMP)) 进行平坦化，以确保附着在承载基底910上。可选地或者此外，可使用一连接剂或层(图中并未显示)以确保承载基底910电性连接至顶部二极管区M0。再者，可使用一粘着剂或胶层(图中未显示)以确保将承载基底910电性连接至顶部二极管区M0。之后，通过标准技术增加顶部电性接触沈0与底部电性接触250。如图9所示，对于两个或多个开口 /沟槽或在有源区230中的对应的开口 /沟槽，可提供一个顶部电性接触914与一个底部电性接触912。可选地，该承载基底910可以是导电的。在一实施例中， 对于顶部二极管区对0，承载基底910可包括或一体化用于顶部二极管区240的顶部接触 914。再者，承载基底910可包括或耦合至一器件或封装体。在发光二极管(LED)相关领域中，限制内部量子效率的一个因素在于，氮化镓的极性C-平面面对有源区。如图3所显示的示例性方法的实施例及/或图8-9所显示的示例性方法的实施例可以传输较高的内部量子效率，这是因为氮化镓的非极性m-平面或a-平面面对有源二极管区。再者，对于一或多个底部二极管区220、有源二极管区230及/或顶部二极管区240而言，此类实施例可以提供具有较少的C-平面极化方向的氮化镓材料的发光二极管(LED)结构。在一实施例中，氮化镓的非极性m-平面或a-平面可以形成介于底部二极管区220 与有源二极管区230之间的一界面。在一实施例中，氮化镓(GaN)的非极性m_平面或a_平面可以形成介于有源二极管区230与顶部二极管区240之间的一界面。对于依据所应用的选定实施例，需要增加在一对应器件中非极性平面氮化镓对于极性平面氮化镓的比例。在一示例性实施例中，可以通过相对增加侧壁524的尺寸或降低底部表面522的尺寸来相对于极性氮化镓(GaN)增加非极性平面氮化镓(GaN)的部分。在一示例性的实施例中，可以通过在制造中移除选定部分的极性氮化镓(GaN)来相对于极性氮化镓(GaN)增加非极性平面氮化镓(GaN)的部分。图IOa-图IOb显示一半导体二极管的示例性结构。如图IOa所示，可以减少或移除顶部二极管区1040中含有极性C-平面氮化镓的那部分。如图IOa所示的顶部表面的移除停止于顶部二极管区，然而，此实施例并非用以限定本发明，例如，可连续移除氮化镓(GaN)材料，直到进入有源二极管区。如图IOb 所示，在顶部二极管区1040中含有极性C-平面氮化镓的部分可被减少或被顶部接触1014 取代。附图标记1016表示平坦化的层，例如绝缘层。在一示例性实施例中，通过在制造过程中减少或移除选定部分的极性平面氮化镓 (GaN)材料，来相对于极性平面氮化镓(GaN)增加非极性平面氮化镓(feiN)的部分。图IOc 显示一半导体二极管的示例性结构，在该半导体二极管中于形成顶部二极管区1040之前， 移除含有有源二极管区1030的极性平面氮化镓(GaN)的那部分。图IOd显示一半导体二极管的示例性结构，其中于形成一“承载”基板或单元910’之前，减少或移除底部二极管区 1020、有源二极管区1030及/或顶部二极管区的极性平面氮化镓(GaN)。在一实施例中，从耗尽区、有源二极管区或半导体二极管中，可以删除(例如，移除)成长于C-平面的差不多所有极性平面氮化镓(GaN)材料。再者，在选定实施例中，顶部电性接触及/或底部电性接触可以是2维或3维结构，以减少光撞击到位于底部二极管区、有源二极管区或顶部二极管区的至少之一中的极性氮化镓(GaN)材料上。在发光二极管(LED)的一实施例中，顶部电性接触(例如，220)可以是高度反射导电材料，其可以反射内部产生的光，使其从一选定表面或所需表面中离开发光二极管 (LED)。例如，反射性的底部电性接触可以由诸如银材料制得。在另一实施例中，可以使用此种反射性的底部电极连接光透射基底或光学半透明/透明(translucent/transparent)基底。在发光二极管(LED)的一实施例中，反射层可与相邻的所选定的底部二极管区 220、有源二极管区230及/或顶部二极管区240其中之一相结合，以指引内部产生的光从一选定表面或所需表面中离开发光二极管(LED)。例如，反射层可以直接介于顶部二极管区 220与基底210之间。反射层可由本领域普通技术人员所熟知的材料/工艺处理制得。半导体二极管的一实施例可包括一具有第一杂质(dopant)类型的第一区、一有源区以及一具有与第一杂质类型相反的第二杂质类型的第二区，其中有源区介于第一区与第二区之间。有源区位于第一或第二区的非极性平面表面处，或介于第一与第二区的非极性平面的表面的至少之一之间。因此，半导体二极管具有一水平或垂直堆叠结构。相邻于有源区的第一区的非极性表面/极性表面的比率大于1。在一实施例中，至少一有源区是 m-N半导体材料。在另一实施例中，有源区是pn结或pn结的耗尽区。在又一实施例中， 有源区是介于第一区与第二区之间的本征区或量子阱结构。在本说明书中，耗尽区可以是有源二极管或有源区其中之一的类型。第一电性接触与第二电性接触可被相应地提供给第一与第二区。所发射的光的波长以及其颜色，依赖于形成发光二极管(LED)p-n结的材料的能阶能量。结合有III-N半导体材料的发光二极管(LED)可以发射光，包括蓝光、绿光、红外线光、紫外线光与白光(例如，以蓝光为基础或合并蓝光)。举例而言，蓝光发光二极管(LED) 可基于宽能阶的半导体GaN(氮化镓)与hGaN(氮化铟镓)。在传统的发光二极管(LED)
16中，限制内部量子效率的因素在于氮化镓(GaN)的极性C-平面。可通过所发射的光颜色/波长而改变有源区或对应的发光二极管(LED)器件的内部效率的降低程度。在一实施例中，预期绿光发光二极管(LED)的效率可以增加超过100倍。在一实施例中，预期绿光发光二极管(LED)的效率可以增加超过2倍、5倍、10倍或更多。依据应用的蓝光发光二极管(LED)或白光发光二极管(LED)的一实施例中，由于非极性III-N半导体晶体材料的缘故，可以使效率增加大于2倍、大于5倍、大于10倍、大于25倍或更多。依据应用的红外线光发光二极管(LED)的一实施例中，由于非极性III-N半导体晶体材料的缘故，可以使效率增加大于2倍、大于5倍、大于10倍、大于25倍或更多。依据应用的紫外线光发光二极管(LED)的一实施例中，由于非极性III-N半导体晶体材料的缘故，可以使效率大于2倍、大于5倍、大于10倍、大于25倍或更多。在一示例性实施例中，顶部二极管区与底部二极管区的掺杂程度可在IO17-IO20Cm-3的范围内，而有源区的掺杂程度可以低于1017cm_3。由于使用极性材料，使得激光发光二极管具有下述缺点，包括至少一不想要的频率偏移(frequency shift)及/或效率的损失。依据应用的实施例，可以降低上述缺点。虽然使用氮化镓(GaN)描述了示例性的实施例，然而，可以了解的是，也可使用其它III-N半导体化合物。依据本发明的实施例，可以提供一 III-N晶体半导体材料(例如，选择性外延成长)。在一些实施例中，可以促进沿着III-N晶体半导体材料的第一方向的成长，或可阻碍沿着III-N晶体半导体材料的第二方向的成长。在一些实施例中，对非极性平面III-N晶体半导体材料的成长的促进可多于极性平面III-N半导体材料的成长。在一些实施例中，可以促进a-平面/m-平面方向的III-N晶体半导体材料的成长，及/或可以减少C-平面方向III-N晶体半导体材料的成长。虽然使用非极性平面描述了一些实施例，应能了解的是，也可使用可以降低或消除C-平面III-N半导体材料的特征缺点的任何方向(例如，半平面(semi-planar)或半极性(semi-polar))。在单一二极管或有源二极管区的情况下描述了示例性的半导体二极管，然而，本领域的普通技术人员应能了解的是，大多数的应用需要通常集成在单一芯片上的多个二极管。如果多个这样的半导体器件、装置或产品形成用于单一装置或单一芯片上，优选它们具有相同的电性结构与大体上相同的性能。如上所述，本发明具有广泛的应用。不限于发光二极管技术，本发明具有许多在发光二极管(LED)技术领域中的应用。说明书中任一提及的用语“在一个实施例”、“在一实施例”、“示例性实施例”意指与该实施例相联系的特定的特点(feature)、结构或特性(characteristic)被包含于本发明的至少一个实施例中。出现于说明书中各处的这些用语并不代表相同的实施例。再者，当一特定的特点、结构或特性描述于任一实施例中，认为其在本领域普通技术人员了解与其它实施例相联系的特点、结构或特性的范围内。此外，为了便于理解，某些方法工艺步骤可以描述成独立的工艺步骤；然而，这些独立描述的工艺步骤可以不必依特定的顺序(necessarily order)执行。换言之，一些工艺步骤可以以交替的顺序(alternativeordering)或同时的方式等执行。此外，示例性的图示出了根据本发明实施例的各种方法这样的示例性方法的实施例在本文中被描述了，并且其可以应用到相应的装置的实施例中，然而，方法的实施例并非限定于此。虽然已经示出并描述了本发明的少数个实施例，但本领域普通技术人员应了解到，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的改变。上述实施例因此应被认为在所有方案中都是说明性的，而非限制这里所描述的本发明。本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准，而非前述的描述，在权利要求等效的意思和范围内的所有改变都倾向于涵盖在内。如说明书中所使用的，术语“优选”表示非排除的，且意指“优选，但不限于”。在权利要求中所使用的术语应该以最广的意思解读，以符合于说明书中所提出的一般发明概念。例如，“耦接”与“连接”(与相关的派生词)用于连接两个直接与间接连接物/耦接物。如另一示例，”具有”与”包括”、其派生词以及类似过渡术语或词语同义于“包括”(也
即，所有都视为“开放式”用语)来被使用——只有“由......组成”与“主要包括”等用语
应被视为“封闭式”用语。权利要求并不打算用法112第六段加以解释，除非“用于......的
装置”的用语与相关的功能出现于权利要求中，且这些权利要求并未详细描述执行此功能的结构。以下列出本发明的一些实施例(1) 一种二极管的制作方法，包括形成一第一包覆层(cladding layer)，其中第一包覆层包括一个或多个极性晶体材料的鳍，且其中该一个或多个鳍的主要面为非极性；在该一个或多个主要面上方形成一有源区；以及形成相邻于有源区的一第二包覆层。(2) 一种二极管的制作方法，包括提供一极性半导体晶体材料的一第一包覆层，其包括其中形成有一个或多个孔洞的一第一表面，其中该一个或多个孔洞的侧壁为极性半导体晶体材料的非极性表面；提供相对于第一表面的一第二包覆层；以及提供一有源区，该有源区介于第一包覆层与第二包覆层之间，且该第二包覆层至少部分地延伸至该一个或多个孔洞中。(3) 一种二极管的制作方法，包括形成一第一二极管区；形成相邻于第一二极管区的一有源区；以及形成相邻于有源区的一第二二极管区，其中相邻于有源区的第一二极管区的呈非极性的一个或多个表面的面积，大于该第一二极管区的呈极性的一个或多个表面的面积。(4) 一种发光二极管的制作方法，包括提供一第一二极管区；形成相邻于第一二极管区的一有源二极管区；以及形成相邻于有源二极管区的一第二二极管区，其中至少一部分有源二极管区和第二二极管区对应于III-N半导体晶体材料的非极性平面。(5) 一种发光二极管的制作方法，包括从一 III-N半导体材料提供一底部二极管区；从相邻于底部二极管区的III-N半导体材料形成一有源二极管区；以及从相邻于有源二极管区的III-N半导体材料形成一顶部二极管区，其中有源二极管区与顶部二极管区比底部二极管区具有较少的每单位面积的缺陷。(6) 一种发光二极管的制作方法，包括提供一底部二极管材料；在底部二极管材料中形成一空隙；在空隙的一表面上形成一有源二极管区；以及在空隙中沉积一顶部二极管材料。(7) 一种发光二极管的制作方法，包括从一 III-N半导体材料提供底部二极管区、有源二极管区、以及顶部二极管区；以及在发光二极管中提供一非极性III-N半导体材料，以将输出效率增加至超过一规定量(prescribed amount)。(8) 一种发光二极管的制作方法，包括在一极性平面上提供一 III-N半导体晶体层；形成一底部二极管区，其中底部二极管区具有至少一个第一表面和至少一个第二表面，且其中该至少一个第一表面对准III-N半导体材料层的一非极性平面，该至少一个第二表面对准III-N半导体材料层的一极性表面；形成与底部二极管区的至少一个第一表面与至少一个第二表面相邻的一有源二极管区；以及形成一顶部二极管区相邻于有源二极管区。(9) 一种发光二极管的制作方法，包括提供一 III-N半导体材料的底部二极管区；在III-N半导体材料的一非极性表面上形成相邻于底部二极管区的一有源二极管区；以及形成相邻于有源二极管区的一顶部二极管区。(10) 一种发光二极管的制作方法，包括提供一第一二极管区；形成相邻于第一二极管区的一有源二极管区；以及形成相邻于有源二极管区的一第二二极管区，其中该有源二极管区的一第一部分具有一第一光输出效率，该有源二极管区的第二部分具有一较低的第二光输出效率。上述列出的实施例根据下面描述的特点可进一步地被修改。有源二极管区与顶部二极管区的至少之一相较于底部二极管区可具有较多的线缺陷总数(total line defects)。蓝光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。绿光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。白光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。紫外线光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。红外线光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。在面对有源区的底部二极管区中的非极性平面的表面积与极性平面的表面积比率可以大于1。在面对有源区的底部二极管区中的非极性平面的表面积与极性平面的表面积的比率可以大于2、大于4、大于10或大于50。有源区是对应于一非极性表面的III-N半导体材料。朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分有源二极管区可少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分顶部二极管区可少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分有源二极管区、底部二极管区或顶部二极管区可少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。朝向III-N半导体材料的非极性表面的一部分有源二极管区、底部二极管区或顶部二极管区可大于50%、大于75%、大于85%、或大于95%。二极管区可包括下述一个或多个氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铟(MN)、以及它们的三元和四元化合物。二极管区可包括GaN。底部区可设置有一开口，其中开口可为沟槽、凹口或孔洞。一半导体器件可形成于至少一部分开口上方。沟槽的深度可大于其宽度的至少2倍、至少5倍、至少10倍、或该沟槽的深度可大于其宽度的至少100倍。沟槽的长度可大于其宽度的至少10倍、或至少100倍。开口的宽度可为下述之一 450nm或更少、400nm或更少、350nm或更少、200nm或更少、IOOnm或更少、50nm或更少。开口的宽度也可为下述之一 5 μ m或更少、2 μ m或更少、以及Iym或更少。
19
一 CMOS器件可与一基底一起集成。基底可包括硅、锗或蓝宝石。暴露于一绝缘体图案开口中的基底的一表面可为硅基底的(100)表面，且该基底可为单晶或多晶基底。二极管区可被外延成长。底部二极管区、有源二极管区与顶部二极管区可为相同的半导体晶体材料。底部二极管区的半导体晶体材料可至少与有源区或顶部二极管区不同。底部二极管区与顶部二极管区可用不同的掺杂浓度进行掺杂。顶部二极管与有源二极管区可用不同的掺杂浓度进行掺杂。底部二极管区与顶部二极管区可掺杂不同类型的杂质。原位掺杂或离子注入该二极管区。可通过选择性外延成长法(selective epitaxial growth)形成有源二极管区与顶部二极管区的至少之一，其中该选择性外延成长法包括金属有机化学气相沉积法(metal-organic chemical vapor d印osition，MOCVD)、常压化学气相沉积法(atmosphere-pressure CVD，APCVD)、低压或减压化学气相沉积法(low-(or reduced-)pressure CVD, LPCVD)、超高真空化学气相沉积法(ultra-high-vacuum CVD, UHCVD)、分子束夕卜延法(molecular beam epitaxy,MBE)或原子层沉禾只法(atomic layer de position,ALD)。可重复设置底部区、有源区与顶部区。可移除对应于一极性面的至少一部分有源区。可移除对应于一极性面的至少一部分底部二极管区或顶部二极管区。 该方法还可包括一本征有源区。有源区可包括一耗尽区。该方法可为一种二极管的制作方法。该方法可为一种激光二极管的制作方法。该方法可为一种光伏打器件的制作方法。本发明还包括下述实施例(1) 一种二极管，包括一个或多个极性晶体材料的鳍，其中一个或多个所述鳍的主要面为非极性的，一个或多个所述鳍构成一第一包覆层；围绕于该一个或多个鳍所形成的一有源区；以及相邻于有源区所形成的一第二包覆层。(2) 一种二极管，包括一极性晶体材料的一第一包覆层，其中该第一包覆层包括其中形成具有一个或多个孔洞的一第一表面，且该一个或多个孔洞的侧壁为极性晶体材料的非极性面；一第二包覆层，相对于第一表面，且至少部分延伸至该一个或多个孔洞中；以及一有源区，设置于第一包覆层与第二包覆层之间。(3) 一种二极管，包括一第一二极管区；一有源区，相邻于第一二极管区；以及一第二二极管区，相邻于有源区，其中相邻于有源区的第一二极管区的呈非极性的一个或多个表面的面积大于该第一二极管区的呈极性的一个或多个表面的面积。(4) 一种发光二极管，包括一第一二极管区；一 III-N半导体晶体材料的一有源二极管区，相邻于第一二极管区；以及一第二二极管区，相邻于有源区，其中有源区的至少一部分对应于第一二极管区的非极性平面。(5) 一种发光二极管，包括一底部二极管区，由一 III-N半导体材料形成；一有源二极管区，从一 III-N半导体材料形成且相邻于底部二极管区；以及一顶部二极管区，从一III-N半导体材料形成且相邻于有源二极管区，其中有源二极管区与顶部二极管区比底部二极管区具有较少的每单位面积缺陷。(6) 一种发光二极管，包括一底部二极管材料，其中具有一空隙；一有源二极管区，位于该空隙的表面上；以及在空隙中沉积一顶部二极管材料。
(7) 一种发光二极管，包括从一 III-N半导体材料形成的底部二极管区、有源二极管区与顶部二极管区，其中在LED中设置非极性III-N半导体材料以增加一输出效率。(8) 一种发光二极管，包括位于一极性平面上的III-N半导体晶体层的一底部二极管区被配置为该底部二极管区具有至少一个第一表面和至少一个第二表面，其中该至少一个第一表面对准III-N半导体材料层的一非极性平面，该至少一个第二表面对准III-N半导体材料层的极性平面；一有源二极管区，相邻于底部二极管区的至少一个第一表面与至少一个第二表面；以及一顶部二极管区，相邻于有源二极管区。(9) 一种发光二极管，包括III-N半导体材料的一底部二极管区；一有源二极管区，相邻于底部二极管区，且位于III-N半导体材料的非极性表面上；以及一顶部二极管区，相邻于有源二极管区。(10) 一种发光二极管，包括一第一二极管区；一有源二极管区，相邻于第一二极管区；以及一第二二极管区，相邻于有源二极管区，其中有源二极管区的第一部分具有一第一光输出效率，有源二极管区的第二部分具有低于第一光输出效率的第二光输出效率。上述列出的实施例可根据下面描述的特点可进一步地被修改。有源区与顶部区的至少之一相较于底部二极管区可具有较多的线缺陷总数(total line defects)。蓝光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。绿光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。白光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。紫外线光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。红外线光LED中的光输出效率可大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。面对有源区的底部二极管区中的非极性平面的表面积与极性平面的表面积的比率可大于1。面对有源区的底部二极管区中的非极性平面的表面积与极性平面的表面积的比率也可大于2，大于4，大于10或大于50。有源区可为对应于一非极性表面的III-N半导体材料。朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分有源二极管可少于50 %、少于25 %、少于15 %、少于10 %、或少于5 %。朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分顶部二极管区可少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分有源二极管区、底部二极管区或顶部二极管区可少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。朝向III-N半导体材料的非极性表面的一部分有源二极管区、底部二极管区或顶部二极管区可大于50%、大于75%、大于85%、或大于95%。二极管区可包括下述中的一个或多个氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铟αηΝ)、或它们的三元和四元化合物。二极管区可包括氮化镓(GaN)。底部区可具有一开口，其中该开口为沟槽、凹口或孔洞。该二极管可包括形成于该至少一部分开口上的一半导体器件。沟槽的深度可大于其宽度的至少2倍、至少5倍、至少10倍、或该沟槽的长度可大于其宽度至少100倍。沟槽的长度可大于其宽度的至少10倍、或该沟槽的长度可大于其宽度至少100倍。开口的宽度可为下述之一 450nm或更少、400nm或更少、350nm或更少、200nm或更少、IOOnm或更少、50nm或更少。开口的宽度还可为下述之一 5口111或更少、2口1]1或更少、1口1]1或更少。
二极管区可被外延成长。该二极管还可包括与一基底集成在一起的一 CMOS器件。基底可包括硅、锗或蓝宝石。暴露于一绝缘材料图案开口中的基底的一表面可为硅基底的(100)表面，且该基底是单晶或多晶基底。底部二极管区、有源二极管区与顶部二极管区可为相同的半导体晶体材料。底部二极管区的半导体晶体材料可至少与有源区或顶部二极管区不同。底部二极管区与顶部二极管区可用不同掺杂浓度进行掺杂。顶部二极管区与有源二极管区可用不同的掺杂浓度进行掺杂。底部二极管区与顶部二极管区可掺杂不同类型的杂质。可原位掺杂或离子注入二极管区。可选择性外延成长法形成有源区与该顶部二极管区的至少之一，其中该选择性外延成长法包括金属有机化学气相沉积法(MOCVD)、常压化学气相沉积法(APCVD)、低压或减压化学气相沉积法(LPCVD)、超高真空化学气相沉积法(UHCVD)、分子束外延法(MBE)、或原子层沉积法(ALD)。可重复设置底部区、有源区与顶部区。可移除对应于一极性面的至少一部分有源区。可移除对应于一极性面的至少一部分底部二极管区或顶部二极管区。二极管可包括一本征有源区。有源区可包括一耗尽区。二极管可以是发光二极管、激光二极管或光伏打器件。
权利要求
1.一种二极管的制作方法，包括形成一第一包覆层，其中该第一包覆层包括一个或多个极性晶体材料的鳍，且其中该一个或多个鳍的主要面为非极性的；在该主要面的一个或多个面上方形成一有源区；以及形成相邻于该有源区的一第二包覆层。
2.一种二极管的制作方法，包括提供一极性半导体晶体材料的一第一包覆层，其包括其中形成有有一个或多个孔洞的一第一表面，其中该一个或多个孔洞的侧壁为该极性半导体晶体材料的非极性面； 提供相对于该第一表面的一第二包覆层；以及提供一有源区，其设置于该第一包覆层与该第二包覆层之间，且该第二包覆层至少部分延伸至该一个或多个孔洞中。
3.一种二极管的制作方法，包括 形成一第一二极管区；形成相邻于该第一二极管区的一有源区；以及形成相邻于该有源区的一第二二极管区，其中相邻于该有源区的该第一二极管区的呈非极性的一个或多个表面的面积大于该第一二极管区的呈极性的一个或多个表面的面积。
4.一种发光二极管的制作方法，包括提供一第一二极管区；形成相邻于该第一二极管区的一有源二极管区；以及形成相邻于该有源二极管区的一第二二极管区，其中至少一部分该有源二极管区和该第二二极管区对应于III-N半导体晶体材料的非极性平面。
5.一种发光二极管的制作方法，包括从一 III-N半导体材料提供一底部二极管区；从该III-N半导体材料形成相邻于该底部二极管区的一有源二极管区；以及从该III-N半导体材料形成相邻于该有源二极管区的一顶部二极管区，其中该有源二极管区与该顶部二极管区相较于该底部二极管区具有较少的每单位面积的缺陷。
6.一种发光二极管的制作方法，包括 提供一底部二极管材料；在该底部二极管材料中形成一空隙； 在该空隙的一表面上形成一有源二极管区；以及在该空隙中沉积一顶部二极管材料。
7.一种发光二极管的制作方法，包括从一 III-N半导体材料提供一底部二极管区、有源二极管区以及顶部二极管区；以及在该发光二极管中提供一非极性III-N半导体材料，以将一输出效率增加至超过一规定量。
8.一种发光二极管的制作方法，包括在一极性平面上提供一 III-N半导体晶体层；形成一底部二极管区，其中该底部二极管区包括至少一个第一表面和至少一个第二表面，且其中该至少一个第一表面对准该III-N半导体材料层的一非极性平面，该至少一个第二表面对准该III-N半导体材料层的一极性表面；形成与该底部二极管区的至少一个该第一表面和至少一个该第二表面相邻的一有源二极管区；以及形成与该有源二极管区相邻的一顶部二极管区。
9.一种发光二极管的制作方法，包括提供一 III-N半导体材料的底部二极管区；在III-N半导体材料的一非极性表面上形成相邻于底部二极管区的一有源二极管区；以及形成相邻于该有源二极管区的一顶部二极管区。
10.一种发光二极管的制作方法，包括提供一第一二极管区；形成相邻于该第一二极管区的一有源二极管区；以及形成相邻于该有源二极管区的一第二二极管区，其中该有源二极管区的第一部分具有一第一光输出效率，该有源二极管区的第二部分具有一较低的第二光输出效率。
11.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该有源区是对应于一非极性表面的III-N半导体材料。
12.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该有源二极管区与该顶部二极管区的至少之一具有相较于该底部二极管区具有较多的线缺陷总数。
13.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中蓝光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
14.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中绿光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
15.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中白光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
16.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中紫外线光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
17.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中红外线光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
18.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中在面对该有源区的该底部二极管区中的非极性平面的表面积与极性平面的表面积的比率大于1。
19.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中在面对该有源区的该底部二极管区中的非极性平面的表面积与极性平面的表面积的比率大于2、大于4、大于10或大于50。
20.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分有源二极管区少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。
21.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分顶部二极管区少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。
22.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分有源二极管区、底部二极管区或顶部二极管区少于50%、少于25%、少于15%、 少于10%、或少于5%。
23.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中朝向III-N半导体材料的非极性表面的一部分有源二极管区、底部二极管区或顶部二极管区大于50%、大于75%、大于 85%、或大于95%。
24.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该二极管区包括下述一或多个 氮化铝、氮化镓、氮化铟、以及它们的三元和四元化合物。
25.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该二极管区包括氮化镓。
26.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该底部区具有一开口，其中该开口为沟槽、凹口或孔洞。
27.如权利要求沈所述的制作方法，还包括在该至少一部分开口上方形成一半导体器件。
28.如权利要求沈所述的制作方法，其中该沟槽的深度大于其宽度的至少2倍、至少5 倍、至少10倍、或该沟槽的深度大于其宽度的至少100倍。
29.如权利要求沈所述的制作方法，其中该沟槽的长度大于其宽度的至少10倍、或其长度大于其宽度的至少100倍。
30.如权利要求沈所述的制作方法，其中该开口的宽度为下述之一450nm或更少、 400nm或更少、350nm或更少、200nm或更少、IOOnm或更少、50nm或更少。
31.如权利要求沈项所述的制作方法，其中该开口的宽度为下述之一5 μ m或更少、 2 μ m或更少、1 μ m或更少。
32.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中外延成长该二极管区。
33.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，还包括与一基底一起集成一CMOS器件。
34.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中基底包括硅、锗或蓝宝石。
35.如权利要求34所述的制作方法，其中暴露于一绝缘体图案开口中的该基底的一表面为该硅基底的(100)表面，以及其中该基底是单晶或多晶基底。
36.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该底部二极管区、有源二极管区与顶部二极管区为相同的半导体晶体材料。
37.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该底部二极管区的半导体晶体材料至少与该有源区或该顶部二极管区不同。
38.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该底部二极管区与顶部二极管区用不同的掺杂浓度进行掺杂。
39.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该顶部二极管与该有源二极管区用不同的掺杂浓度进行掺杂。
40.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该底部二极管区与该顶部二极管区掺杂不同类型的杂质。
41.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中原位掺杂或离子注入该二极管区。
42.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中通过选择性外延成长法形成该有源二极管区与该顶部二极管区的至少之一，其中该选择性外延成长法包括金属有机化学气相沉积法、常压化学气相沉积法、低压或减压化学气相沉积法、超高真空化学气相沉积法、分子束外延法或原子层沉积法。
43.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中重复设置该底部区、有源区与顶部区。
44.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中移除对应于一极性面的至少一部分该有源区。
45.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中移除对应于一极性面的至少一部分该底部二极管区或顶部二极管区。
46.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，还包括一本征有源区。
47.如权利要求1-10任意一项所述的制作方法，其中该有源区包括一耗尽区。
48.一种发光二极管的制造方法，包括如权利要求1-10任意一项所述的二极管的制作方法。
49.一种激光二极管的制作方法，包括如权利要求1-10任意一项所述的二极管的制作方法。
50.一种光伏打器件的制作方法，包括如权利要求1-10任意一项所述的二极管的制作方法。
51.一种二极管，包括一个或多个极性晶体材料的鳍，其中一个或多个所述鳍的主要面为非极性的，一个或多个所述鳍组成一第一包覆层；围绕于该一个或多个鳍所形成的一有源区；以及相邻于该有源区的一第二包覆层。
52.一种二极管，包括一极性晶体材料的一第一包覆层，其中该第一包覆层包括其中形成有一个或多个孔洞的第一表面，且该一个或多个孔洞的侧壁为极性晶体材料的非极性面；一第二包覆层，相对于该第一表面且至少部分地延伸至该一个或多个孔洞中；以及一有源区，设置于该第一包覆层与该第二包覆层之间。
53.一种二极管，包括 一第一二极管区；一有源区，相邻于该第一二极管区；以及一第二二极管区，相邻于该有源区，其中相邻于该有源区的该第一二极管区的呈非极性的一个或多个表面的面积大于该第一二极管区的呈极性的一个或多个表面的面积。
54.一种发光二极管，包括一第一二极管区；一 III-N半导体晶体材料的一有源二极管区，相邻于该第一二极管区；以及一第二二极管区，相邻于该有源区，其中该有源区的至少一部分对应于该第一二极管区的非极性平面。
55.一种发光二极管，包括一底部二极管区，从一 III-N半导体材料形成；一有源二极管区，从一 III-N半导体材料形成且相邻于该底部二极管区；以及一顶部二极管区，从一 III-N半导体材料形成且相邻于该有源二极管区，其中该有源二极管区与该顶部二极管区相较于该底部二极管区具有较少的每单位面积的缺陷。
56.一种发光二极管，包括一底部二极管材料，其中具有一空隙； 位于该空隙的表面上的一有源二极管区；以及在该空隙中沉积一顶部二极管材料。
57.一种发光二极管，包括从一 III-N半导体材料形成的底部二极管区、有源二极管区与顶部二极管区，其中在该发光二极管中的非极性III-N半导体材料被配置为增加输出效率。
58.一种发光二极管，包括位于一极性面上的III-N半导体晶体层的一底部二极管区，该底部二极管区具有至少一个第一表面和至少一个第二表面，其中该至少一个第一表面对准III-N半导体材料层的一非极性平面，该至少一个第二表面对准III-N半导体晶体层的极性面；一有源二极管区，相邻于该底部二极管区的至少一个第一表面和至少一个第二表面；以及一顶部二极管区，相邻于该有源二极管区。
59.一种发光二极管，包括III-N半导体材料的一底部二极管区；一有源二极管区，相邻于该底部二极管区，且位于III-N半导体材料的非极性表面上；以及一顶部二极管区，相邻于该有源二极管区。
60.一种发光二极管，包括一第一二极管区；一有源二极管区，相邻于该第一二极管区；以及一第二二极管区，相邻于该有源二极管区，其中该有源二极管区的第一部分具有一第一光输出效率，该有源二极管区的第二部分具有较低的第二光输出效率。
61.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该有源区为对应于一非极性表面的III-N半导体材料。
62.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该有源区与该顶部区的至少之一相较于该底部二极管区具有较多的线缺陷总数。
63.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中蓝光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
64.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中绿光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
65.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中白光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
66.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中紫外线光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
67.如权利要求51-60项任意一项所述的二极管，其中红外线光发光二极管中的光输出效率大于2倍、大于5倍、大于10倍或大于25倍。
68.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中在面对有源区的该底部二极管区中的非极性平面的表面积与极性平面的表面积的比率大于1。
69.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中在面对有源区的底部二极管区中的非极性平面的表面积与极性平面的表面积的比率大于2、大于4、大于10或大于50。
70.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分有源二极管少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。
71.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分顶部二极管区少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。
72.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中朝向III-N半导体材料的极性表面的一部分有源二极管区、底部二极管区或顶部二极管区少于50%、少于25%、少于15%、少于10%、或少于5%。
73.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中朝向III-N半导体材料的非极性表面的一部分有源二极管区、底部二极管区或顶部二极管区大于50%、大于75%、大于85%、 或大于95%。
74.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该二极管区包括下述一个或多个氮化铝、氮化镓、氮化铟、以及它们的三元和四元化合物。
75.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该二极管区包括氮化镓。
76.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该底部区具有一开口，其中该开口为沟槽、凹口或孔洞。
77.如权利要求76所述的二极管，还包括形成于该至少一部分开口上方的一半导体器件。
78.如权利要求76所述的二极管，其中该沟槽深度大于其宽度的至少2倍、至少5倍、 至少10倍、或其深度大于其宽度的至少100倍。
79.如权利要求76所述的二极管，其中该沟槽的长度大于其宽度的至少10倍、或其深度大于其宽度的至少100倍。
80.如权利要求76所述的二极管，其中该开口的宽度为下述之一450nm或更少、400nm 或更少、350nm或更少、200nm或更少、IOOnm或更少、50nm或更少。
81.如权利要求76所述的二极管，其中该开口的宽度为下述之一5 μ m或更少、2 μ m 或更少、1 μ m或更少。
82.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中外延成长该二极管区。
83.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，还包括与一基底集成在一起的一CMOS 器件。
84.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中一基底包括硅、锗或蓝宝石。
85.如权利要求84所述的二极管，其中暴露于一绝缘体图案开口中的该基底的一表面为该硅基底的(100)表面，其中该基底是单晶或多晶基底。
86.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该底部二极管区、有源二极管区与顶部二极管区为相同的半导体晶体材料。
87.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该底部二极管区的半导体晶体材料至少与该有源区或该顶部二极管区不同。
88.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该底部二极管区与顶部二极管区用不同的掺杂浓度进行掺杂。
89.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该顶部二极管与有源二极管区用不同的掺杂浓度进行掺杂。
90.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该底部二极管区与该顶部二极管区掺杂不同类型的杂质。
91.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中原位掺杂或离子注入该二极管区。
92.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该有源区与该顶部二极管区的至少之一通过选择性外延成长法形成，其中该选择性外延成长法包括金属有机化学气相沉积法、常压化学气相沉积法、低压或减压化学气相沉积法、超高真空化学气相沉积法、分子束外延法或原子层沉积法。
93.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中重复设置该底部区、有源区与顶部区。
94.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中移除对应于一极性面的至少一部分该有源区。
95.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中移除对应于一极性面的至少一部分该底部二极管区或顶部二极管区。
96.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，还包括一本征有源区。
97.如权利要求51-60任意一项所述的二极管，其中该有源区包括一耗尽区。
98.一种发光二极管，包括如权利要求51-60任意一项所述的二极管。
99.一种激光二极管，包括如权利要求51-60任意一项所述的二极管。
100.一种光伏打装置，包括如权利要求51-60任意一项所述的二极管。
全文摘要
包括同样内容的材料、方法、结构以及器件可通过使用一有源区来提供例如发光二极管的半导体器件，其中该有源区对应于III-N半导体晶体材料的非极性面或非极性表面。在一些实施例中，有源二极管区包含多于朝向极性平面的III-N半导体材料的朝向非极性平面的III-N半导体材料。在另一些实施例中，底部区包含比面对有源区的极性c-平面氮化镓的表面面积更大的非极性m-平面或a-平面氮化镓的表面面积。
文档编号H01L31/12GK102379046SQ201080015035
公开日2012年3月14日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月2日
发明者安东尼·J·罗特费尔德 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司