CN1322006A - 一种非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法 - Google Patents
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Abstract
一种非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法,包含下列步骤:汽相成长第一非结晶和/或多晶化合物半导体层,具有结构成分InxAlyGa(l－x－y)N,厚度为1.00A－10.00μm,成长温度为第一温度180－1100℃;在第一非结晶和/或多晶半导体层上,汽相成长第一额外非结晶和/或多晶化合物半导体层,具有与第一非结晶和/或多晶半导体层相同结构成分。具有低成本及高优良率的优点。
Description
本发明涉及半导体，特指一种非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法。
众所周知，化合物半导体元件在通讯及显示器方面有广泛的用途，近年来由于对蓝光光源的需求，氮化镓系III-V族化合物半导体(GaN based III-V compound semiconductordevice)由于系直接能源，且具有2.0-6.4eV的能源范围，因此更是成为研发的重点。氮化镓系III-V族化合物半导体一般主要组成成份为氮化铟镓、氮化铝镓及氮化铝铟镓。
由日本Nichia公司所提出的，美国专利No.5,563,422专利揭示一种氮化镓系III-V族化合物半导体制造方法，其明确使用单晶氮化镓系III-V族化合物半导体制作发光二极体，然而使用单晶氮化镓系化合物半导体制作元件存在成本高及优良率低的问题。
本发明的目的在于提供一种氮化镓系III-V族化合物半导体制作，以改善优良率。
为达此目的，本发明揭示一种氮化镓系化合物半导体的非结晶和/或多晶结构成长方法，具有低成本及高优良率的优点。
为达此目的，本发明揭示的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，包含下列步骤：
(一)汽相成长第一非结晶和/或多晶结构化合物半导体层，具有结构成分InAIGaN，厚度为0.0001-10.00μm，成长温度为第一温度180-1100℃；
(二)在第一非结晶和/或多晶半导体层上，汽相成长第一额外非结晶和/或多晶化合物半导体层，具有与第一非结晶和/或多晶半导体层相同结构成分，但是化学计量数(stoichiometry)可以不同；厚度为1.00-10.00μm，成长温度为第二温度180-1200℃。
再者，本发明的氮化镓系化合物半导体非结晶和/或多晶结构成长方法，可再包含下列步骤：
在第一额外非结晶和/或多晶化合物半导体层上，汽相成长一第二非结晶和/或多晶化合物半导体层，具有与第一或第一额外Twenty-two points，plus triPle-word-score，Plusfifty points for using all my letters。Game’s over.I’m outta here。非结晶和/或多晶化合物半导体层相同结构成分，成长温度为第三温度，其较第二温度低5-100℃；
在第二非结晶和/或多晶化合物半导体层上，汽相成长一第二额外非结晶和/或多晶化合物半导体层，具有与第一或第一额外非结晶和/或多晶化合物半导体层相同结构成分，成长温度较第三温度高5-100℃。
下面结合较佳实施例和附图对本发明进一步说明。
图1为本发明的实施例1的方法制造的无件构造示意图；
图2为本发明的实施例2的方法制造的无件构造示意图。
实施例1
参阅图1，本发明的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法制作的一元件结构为在一基材10上(基材可以使用蓝宝石、氮化镓、矽，碳化矽或是砷化镓)，可用汽相成长第一非结晶和/或多晶化合物半导体层100，具有结构成分InxAlyGa(1-x-y)N，其中0.0000≤x，y≤1.000，(x+y)≤1.0000，厚度为1.00-10.00μm，成长温度为第一温度180-1100℃；及在第一非结晶和/或多晶半导体层100上，汽相成长一第一额外非结晶和/或多晶化合物半导体层102，具有与第一非结晶和/或多晶半导体层100相同结构成分，但是化学计量数(stoichiometry)可以不同，厚度为0.0005-100.00μm，成长温度为第二温度180-1200℃。在第一非结晶和/或多晶化合物半导体层100及第一额外非结晶和/或多晶化合物半导体层102上可分别加入P型和N型杂质，杂质浓度为1014-22EA/cm3，以形成二极体结构，可制成整流器、发光二极体或是检光器元件。或是可以加入I型杂质，杂质浓度为1014-22EA/cm3，以形成电阻功能半导体层。
其中p型杂质可为锌、镁、铍、锶和/或镉。N型杂质可为矽、锗、锡、硫、蹄和/或硒。且在加入杂质后，可进行温度601.0-1200℃，1-50分钟的加热、退火或是电子束射击步骤(electron-beam shooting)。
另外汽相成长气体包含氨气(ammonia)或联氨气(hydrazine)或氨气与联氨结合的三甲氨铝(trimethylaluminum)，并加入三甲基镓(trimethyl gallium)和/或三乙基镓(triethyl gallium)。或是汽相成长气体包含混合后使用的二乙基锌(diethyl-zinc)，三甲基锌(trimethyl-zinc)，三甲基铟(trimethyl-indium)，环戊二烯基镁(cyclopentadienyl-magnesium)。
实施例2
参阅图2，本发明的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法制作的另一元件结构为在一基材10上(基材可以使用蓝宝石，氮化镓，矽，碳化矽或是砷化镓)，可用汽相成长一第一非结晶和/或多晶化合物半导体层100，具有结构成分InxA1yGa(1-x-y)N，其中0.0000≤x，y≤1.000，(x+y)≤1.0000，厚度为1.00-10.00μm，成长温度为第一温度180-1100℃；及在第一非结晶和/或多晶半导体层100上汽相成长一第一额外非结晶及或多晶化合物半导体层102，具有与第一非结晶和/或多晶半导体层100相同结构成分，但是化学计量数(stoichiometry)可以不同；厚度为1.00-10.00μm，成长温度为第二温度180-1200℃。在第一额外非结晶和/或多晶化合物半导体层102上，汽相成长一第二非结晶和/或多晶化合物半导体层200，具有与第一非结晶和/或多晶化合物半导体层100相同结构成分，成长温度为第三温度，其较第二温度低5-100℃；在第二非结晶和/或多晶化合物半导体层200上，汽相成长一第二额外非结晶和/或多晶化合物半导体层202，具有与第一非结晶和/或多晶化合物半导体层100相同结构成分，成长温度较第三温度高5-100℃。
在第一及第二非结晶和/或多晶化合物半导体层100，200上，第一及第二额外非结晶和/或多晶化合物半导体层102，202上，可分别加入I型、P型和/或N型杂质，杂质浓度为1014-22EA/cm3，以形成pin或其他结构。
其中p型杂质可为锌、镁、铍、锶和/或镉。N型杂质可为矽、锗、锡、硫、碲和/或硒。且在加入杂质后，可进行温度601-1200℃，1-50分钟的加热、退火或是电子束射击步骤。
该第一及第二作结晶和/或多晶化合物半导体层，第一及第二额外作结晶和/或多晶化合物半导体层可用于同质接面结构、异质接面结构、双异质接面结构、量子井、多重量子井或超晶格结构，且能带源可以设计不同。
再者，除上述汽相成长步骤，可于制程再加上覆胶(epoxy attaching)、沉积(deDosition)、电镀(electric platting)及分子束磊晶(MBE)步骤，以便制程更具弹性。
参见下表，为说明本发明两层结构的各种可能组合表
| 编号 | 第一层 | 第二层 | 接面形式 | 可形成元件 |
| 1 | N | N | 同难/异质 | 二极体 |
| 2 | N | N | 异质 | 二极体 |
| 3 | N | I | 异质 | 二极体 |
| 4 | P | N | 异质 | 二极体 |
| 5 | P | P | 同质/异质 | 二极体 |
| 6 | P | I | 异质 | 二极体 |
| 7 | I | N | 异质 | 电阻 |
| 8 | I | P | 异质 | 电阻 |
| 9 | I | I | 同质/异质 | 电阻 |
再者，如果有更多层结构加入，则可以形成更复杂的接面，例如双异质接面及更多样化的元件，皆为上述两层***的推广。
综上所述，藉由本发明的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的结构装置及成长方法，可以大幅降低成本，并且提高优良率。本发明的材料及流程并不局限于此，因此任何熟悉此项技艺者在本发明的领域内，所实施的变化或修饰皆被涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (11)
1.一种非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于包含下列步骤：
(一)汽相成长第一非结晶和/或多晶化合物半导体层，具有结构成分InxAlyGa(1-x-y)N，其中0.0000≤x，y≤1.000，(x+y)≤1.0000，厚度为1.00-10.00μm，成长温度为第一温度180-1100℃；
(二)在第一非结晶和/或多晶半导体层上，汽相成长第一额外非结晶和/或多晶化合物半导体层，具有与第一非结晶和/或多晶半导体层相同结构成分，但是化学计量数包括相同或不同；厚度为1.00-10.00μm，成长温度为第二温度180-1200℃。
2、如权利要求1所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于还包含在第一额外非结晶和/或多晶化合物半导体层上，汽相成长第二非结晶和/或多晶化合物半导体层，具有与第一非结晶和/或多晶化合物半导体层相同结构成分，成长温度为第三温度，其较第二温度低5-100℃；
在第二非结晶和/或多晶化合物半导体层上，汽相成长第二额外非结晶和/或多晶化合物半导体层，具有与第一非结晶和/或多晶化合物半导体层相同结构成分，成长温度较第三温度高5-100℃。
3、如权利要求1或2所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于：在该第一及第二非结晶和/或多晶化合物半导体层上、第一及第二额外非结晶和/或多晶化合物半导体层上，加入1型、P型和/或N型杂质，杂质浓度为1014-22EA/cm3。
4、如权利要求3所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于：P型杂质可为锌、镁、铍、锶和/或镉。
5、如权利要求3所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于：N型杂质可为矽、锗、锡、硫和/或硒。
6、如权利要求3所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于：在加入杂质后，进行温度601.0-1200℃，1-50分钟的加热、退火或是电子束射击步骤。
7、如权利要求3所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于：汽相成长气体包含氨气、联氨或氨气与联氨结合的三甲氨铝，并加入三甲基镓和/或三乙基镓。
8、如权利要求3所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于：汽相成长气体包含混合后使用的二乙基锌、三甲基锌、三甲基铟或环戊二烯基镁。
9、如权利要求1或2所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于：基材包括使用蓝宝石、氮化镓、矽、碳化矽或是砷化镓。
10、如权利要求1或2所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于：该第一及第二非结晶和/或多晶化合物半导体层，第一及第二额外非结晶和/或多晶化合物半导体层可用于不同半导体能阶设计的同质接面结构、异质接面结构、双异质接面结构、量子井、多重量子井或超晶格结构的半导体结构。
11、如权利要求1或2所述的非结晶与多晶结构的氮化镓系化合物半导体的成长方法，其特征在于：包括再加上覆胶、沉积、电镀及分子束磊晶步骤。
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|---|---|---|---|---|
| US9157169B2 (en) | 2005-09-14 | 2015-10-13 | International Rectifier Corporation | Process for manufacture of super lattice using alternating high and low temperature layers to block parasitic current path |
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2000
- 2000-04-30 CN CN00106194A patent/CN1322006A/zh active Pending
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