專利名稱：一種非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，特指一種非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法。
眾所周知，化合物半導(dǎo)體元件在通訊及顯示器方面有廣泛的用途，近年來由于對(duì)藍(lán)光光源的需求，氮化鎵系III-V族化合物半導(dǎo)體(GaN based III-V compound semiconductordevice)由于系直接能源，且具有2.0-6.4eV的能源范圍，因此更是成為研發(fā)的重點(diǎn)。氮化鎵系III-V族化合物半導(dǎo)體一般主要組成成份為氮化銦鎵、氮化鋁鎵及氮化鋁銦鎵。
由日本Nichia公司所提出的，美國(guó)專利No.5,563,422專利揭示一種氮化鎵系III-V族化合物半導(dǎo)體制造方法，其明確使用單晶氮化鎵系III-V族化合物半導(dǎo)體制作發(fā)光二極體，然而使用單晶氮化鎵系化合物半導(dǎo)體制作元件存在成本高及優(yōu)良率低的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鎵系III-V族化合物半導(dǎo)體制作，以改善優(yōu)良率。
為達(dá)此目的，本發(fā)明揭示一種氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的非結(jié)晶和/或多晶結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)方法，具有低成本及高優(yōu)良率的優(yōu)點(diǎn)。
為達(dá)此目的，本發(fā)明揭示的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，包含下列步驟(一)汽相成長(zhǎng)第一非結(jié)晶和/或多晶結(jié)構(gòu)化合物半導(dǎo)體層，具有結(jié)構(gòu)成分InAIGaN，厚度為0.0001-10.00μm，成長(zhǎng)溫度為第一溫度180-1100℃；(二)在第一非結(jié)晶和/或多晶半導(dǎo)體層上，汽相成長(zhǎng)第一額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層，具有與第一非結(jié)晶和/或多晶半導(dǎo)體層相同結(jié)構(gòu)成分，但是化學(xué)計(jì)量數(shù)(stoichiometry)可以不同；厚度為1.00-10.00μm，成長(zhǎng)溫度為第二溫度180-1200℃。
再者，本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體非結(jié)晶和/或多晶結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)方法，可再包含下列步驟在第一額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層上，汽相成長(zhǎng)一第二非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層，具有與第一或第一額外Twenty-two points，plus triPle-word-score，Plusfifty points for using all my letters。Game’s over.I’m outta here。非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層相同結(jié)構(gòu)成分，成長(zhǎng)溫度為第三溫度，其較第二溫度低5-100℃；在第二非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層上，汽相成長(zhǎng)一第二額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層，具有與第一或第一額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層相同結(jié)構(gòu)成分，成長(zhǎng)溫度較第三溫度高5-100℃。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的方法制造的無件構(gòu)造示意圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的方法制造的無件構(gòu)造示意圖。
實(shí)施例1參閱圖1，本發(fā)明的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法制作的一元件結(jié)構(gòu)為在一基材10上(基材可以使用藍(lán)寶石、氮化鎵、矽，碳化矽或是砷化鎵)，可用汽相成長(zhǎng)第一非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層100，具有結(jié)構(gòu)成分InxAlyGa(1-x-y)N，其中0.0000≤x，y≤1.000，(x+y)≤1.0000，厚度為1.00-10.00μm，成長(zhǎng)溫度為第一溫度180-1100℃；及在第一非結(jié)晶和/或多晶半導(dǎo)體層100上，汽相成長(zhǎng)一第一額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層102，具有與第一非結(jié)晶和/或多晶半導(dǎo)體層100相同結(jié)構(gòu)成分，但是化學(xué)計(jì)量數(shù)(stoichiometry)可以不同，厚度為0.0005-100.00μm，成長(zhǎng)溫度為第二溫度180-1200℃。在第一非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層100及第一額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層102上可分別加入P型和N型雜質(zhì)，雜質(zhì)濃度為1014-22EA/cm3，以形成二極體結(jié)構(gòu)，可制成整流器、發(fā)光二極體或是檢光器元件?；蚴强梢约尤隝型雜質(zhì)，雜質(zhì)濃度為1014-22EA/cm3，以形成電阻功能半導(dǎo)體層。
其中p型雜質(zhì)可為鋅、鎂、鈹、鍶和/或鎘。N型雜質(zhì)可為矽、鍺、錫、硫、蹄和/或硒。且在加入雜質(zhì)后，可進(jìn)行溫度601.0-1200℃，1-50分鐘的加熱、退火或是電子束射擊步驟(electron-beam shooting)。
另外汽相成長(zhǎng)氣體包含氨氣(ammonia)或聯(lián)氨氣(hydrazine)或氨氣與聯(lián)氨結(jié)合的三甲氨鋁(trimethylaluminum)，并加入三甲基鎵(trimethyl gallium)和/或三乙基鎵(triethyl gallium)?；蚴瞧喑砷L(zhǎng)氣體包含混合后使用的二乙基鋅(diethyl-zinc)，三甲基鋅(trimethyl-zinc)，三甲基銦(trimethyl-indium)，環(huán)戊二烯基鎂(cyclopentadienyl-magnesium)。
實(shí)施例2參閱圖2，本發(fā)明的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法制作的另一元件結(jié)構(gòu)為在一基材10上(基材可以使用藍(lán)寶石，氮化鎵，矽，碳化矽或是砷化鎵)，可用汽相成長(zhǎng)一第一非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層100，具有結(jié)構(gòu)成分InxA1yGa(1-x-y)N，其中0.0000≤x，y≤1.000，(x+y)≤1.0000，厚度為1.00-10.00μm，成長(zhǎng)溫度為第一溫度180-1100℃；及在第一非結(jié)晶和/或多晶半導(dǎo)體層100上汽相成長(zhǎng)一第一額外非結(jié)晶及或多晶化合物半導(dǎo)體層102，具有與第一非結(jié)晶和/或多晶半導(dǎo)體層100相同結(jié)構(gòu)成分，但是化學(xué)計(jì)量數(shù)(stoichiometry)可以不同；厚度為1.00-10.00μm，成長(zhǎng)溫度為第二溫度180-1200℃。在第一額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層102上，汽相成長(zhǎng)一第二非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層200，具有與第一非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層100相同結(jié)構(gòu)成分，成長(zhǎng)溫度為第三溫度，其較第二溫度低5-100℃；在第二非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層200上，汽相成長(zhǎng)一第二額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層202，具有與第一非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層100相同結(jié)構(gòu)成分，成長(zhǎng)溫度較第三溫度高5-100℃。
在第一及第二非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層100，200上，第一及第二額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層102，202上，可分別加入I型、P型和/或N型雜質(zhì)，雜質(zhì)濃度為1014-22EA/cm3，以形成pin或其他結(jié)構(gòu)。
其中p型雜質(zhì)可為鋅、鎂、鈹、鍶和/或鎘。N型雜質(zhì)可為矽、鍺、錫、硫、碲和/或硒。且在加入雜質(zhì)后，可進(jìn)行溫度601-1200℃，1-50分鐘的加熱、退火或是電子束射擊步驟。
該第一及第二作結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層，第一及第二額外作結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層可用于同質(zhì)接面結(jié)構(gòu)、異質(zhì)接面結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)接面結(jié)構(gòu)、量子井、多重量子井或超晶格結(jié)構(gòu)，且能帶源可以設(shè)計(jì)不同。
再者，除上述汽相成長(zhǎng)步驟，可于制程再加上覆膠(epoxy attaching)、沉積(deDosition)、電鍍(electric platting)及分子束磊晶(MBE)步驟，以便制程更具彈性。
參見下表，為說明本發(fā)明兩層結(jié)構(gòu)的各種可能組合表
再者，如果有更多層結(jié)構(gòu)加入，則可以形成更復(fù)雜的接面，例如雙異質(zhì)接面及更多樣化的元件，皆為上述兩層系統(tǒng)的推廣。
綜上所述，藉由本發(fā)明的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)裝置及成長(zhǎng)方法，可以大幅降低成本，并且提高優(yōu)良率。本發(fā)明的材料及流程并不局限于此，因此任何熟悉此項(xiàng)技藝者在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所實(shí)施的變化或修飾皆被涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于包含下列步驟(一)汽相成長(zhǎng)第一非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層，具有結(jié)構(gòu)成分InxAlyGa(1-x-y)N，其中0.0000≤x，y≤1.000，(x+y)≤1.0000，厚度為1.00-10.00μm，成長(zhǎng)溫度為第一溫度180-1100℃；(二)在第一非結(jié)晶和/或多晶半導(dǎo)體層上，汽相成長(zhǎng)第一額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層，具有與第一非結(jié)晶和/或多晶半導(dǎo)體層相同結(jié)構(gòu)成分，但是化學(xué)計(jì)量數(shù)包括相同或不同；厚度為1.00-10.00μm，成長(zhǎng)溫度為第二溫度180-1200℃。
2.如權(quán)利要求1所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于還包含在第一額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層上，汽相成長(zhǎng)第二非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層，具有與第一非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層相同結(jié)構(gòu)成分，成長(zhǎng)溫度為第三溫度，其較第二溫度低5-100℃；在第二非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層上，汽相成長(zhǎng)第二額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層，具有與第一非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層相同結(jié)構(gòu)成分，成長(zhǎng)溫度較第三溫度高5-100℃。
3.如權(quán)利要求1或2所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于在該第一及第二非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層上、第一及第二額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層上，加入1型、P型和/或N型雜質(zhì)，雜質(zhì)濃度為1014-22EA/cm3。
4.如權(quán)利要求3所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于P型雜質(zhì)可為鋅、鎂、鈹、鍶和/或鎘。
5.如權(quán)利要求3所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于N型雜質(zhì)可為矽、鍺、錫、硫和/或硒。
6.如權(quán)利要求3所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于在加入雜質(zhì)后，進(jìn)行溫度601.0-1200℃，1-50分鐘的加熱、退火或是電子束射擊步驟。
7.如權(quán)利要求3所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于汽相成長(zhǎng)氣體包含氨氣、聯(lián)氨或氨氣與聯(lián)氨結(jié)合的三甲氨鋁，并加入三甲基鎵和/或三乙基鎵。
8.如權(quán)利要求3所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于汽相成長(zhǎng)氣體包含混合后使用的二乙基鋅、三甲基鋅、三甲基銦或環(huán)戊二烯基鎂。
9.如權(quán)利要求1或2所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于基材包括使用藍(lán)寶石、氮化鎵、矽、碳化矽或是砷化鎵。
10.如權(quán)利要求1或2所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于該第一及第二非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層，第一及第二額外非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層可用于不同半導(dǎo)體能階設(shè)計(jì)的同質(zhì)接面結(jié)構(gòu)、異質(zhì)接面結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)接面結(jié)構(gòu)、量子井、多重量子井或超晶格結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1或2所述的非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法，其特征在于包括再加上覆膠、沉積、電鍍及分子束磊晶步驟。
全文摘要
一種非結(jié)晶與多晶結(jié)構(gòu)的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)方法,包含下列步驟:汽相成長(zhǎng)第一非結(jié)晶和/或多晶化合物半導(dǎo)體層,具有結(jié)構(gòu)成分In
文檔編號(hào)H01L21/20GK1322006SQ0010619
公開日2001年11月14日 申請(qǐng)日期2000年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月30日
發(fā)明者趙汝杰 申請(qǐng)人:趙汝杰