专利名称：氮化镓系异质结构光二极体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体磊晶结构，特别是关于一种氮化镓系异质结构光二极体，藉由掺杂硼于PIN光二极体(PIN photodiode，PIN PD)的作用层，调整P层及N层间的能隙(band gap)，以提升受光能力。
背景技术：
氮化镓系(GaN-based)化合物半导体材料主要应用于制作二极体，包括发光二极体(LFD)、激光二极体(LD)、高频/高功率电晶体及光二极体等元件。
二极体结构，一般是P型及N型接面上形成一作用层，若于P型及N型接面间另外夹以一活化作用层，此结构通常称为PIN二极体(PIN photodiode，PINPD)。就垂直结构设计而言，PIN二极体可分为同质接面结构(homojunction)、异质接面结构(heterostruction)和量子井结构(quantum well)；其中，采用异质结构可依预期特性来设计能带(band)。
就光二极体(photodiode)而言，其特色是可将光信号转换成电信号，且耗能低，适合作为受光元件，适用于光感测及光通讯方面，例如作为滑鼠、光耦合器、光断续器、遥控器及无线传输等的光接收元件。而光二极体作为光侦测器的原理，是当能量大于材料能隙的光子照射到二极体的空乏区时，原本结合的电子空穴对由于受到的电力相反，致使电子空穴分开，个别进入P型及N型接面区而形成光电流，外界再接一电流放大器即可准确测量光电流，其中光电流的大小和吸收的光子成正比。因此，如何藉由改变异质结构的能隙以提高光二极体受光能力的技术一直在不断研发中。然而，目前在调整光二极体的能隙方面的技术仍不够完善，使得受光能力不足，导致成长完成的氮化镓光二极体元件的性能仍然不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明针对上述困扰，藉由在氮化镓系二极体的作用层掺杂适量的硼，用以调整P层及N层间的能隙，进而提升氮化镓异质结构光二极体的受光能力。
本发明的目的在于提供一种氮化镓系异质结构光二极体，在其活化作用层掺杂适量的硼，以增加能隙，进而达到增加击穿电压及提升本发明的氮化镓异质结构光二极体受光能力的功效，以克服常规光二极体因能隙窄而击穿电压小的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种氮化镓系异质结构光二极体，包括一P型层及一N型层，其以平行间隔的关系配置，且由氮化镓系化合物组成，另有一活化作用层，该层位于P型层及N型层之间，所述的活化作用层材料由氮化镓系化合物组成，且掺杂有硼，用以调整P型层及N型层间能隙，以此增加击穿电压。
根据本发明，上述活化作用层的材料为BxGa1-xN，其中x＜0.3；该活化作用层的材料亦可为BxAlyGa1-xN，其中x＜0.3，x+y＝1。
根据本发明，还包括一基板，使该N型层形成在该基板上，且该基板由氧化铝材料所构成；另外，在基板与N型层之间形成有一缓冲层，以使该基板与N型层间具有较匹配的晶格结构。
根据本发明，上述缓冲层的材料由氮化镓系化合物所组成，且该缓冲层包括一低温形成的低温缓冲层及一高温形成的高温缓冲层。
本发明提供的氮化镓系异质结构光二极体，藉由在氮化镓系二极体的作用层掺杂适量的硼，用以调整P层及N层间的能隙，进而达到增加击穿电压及提升氮化镓异质结构光二极体的受光能力的功效，并且使之在作为受光元件时，具有较佳的光侦测性能。
下面藉由具体实施例配合附图详加说明，使之更易了解本发明的目的、技术内容、特点及其功效。
图1-6分别为本发明于氮化镓系异质结构光二极体的制程中各步骤的构造剖视图。
附图标记说明10-基板12-低温缓冲层14-高温缓冲层16-PIN二极体 18-N型层20-活化作用层22-P型层具体实施方式
图1-6为本发明于氮化镓系异质结构光二极体制程中的磊晶结构剖视图，请先参阅图6所示，为本发明的结构示意图，本发明的氮化镓系异质结构光二极体包括一基板10，在基板10上依序形成有一低温缓冲层12及一高温缓冲层14，在高温缓冲层14上形成有一PIN二极体16，此PIN二极体16的结构包含一N型层18及一P型层22，其以平行间隔的关系配置，且N型层、P型层18、22的材料由氮化镓系化合物组成，在N型层18及P型层22间夹置有一活化作用层20，其材料由氮化镓系化合物组成且材料中掺杂有硼(B)，活化作用层20用以吸光，亦即活化作用层20为PIN二极体16的受光区。
了解了本发明的整体结构后，接着详细说明本发明的各层结构及简述其制作方法，请参阅图1-6所示。首先，如图1所示，提供一基板10，此基板10的材料通常由氧化铝(Al2O3)组成；接着，如图2、3所示，利用金属有机化学气相沉积法(Metal-organ chemical vapor deposition，MOCVD)在基板10表面上于低温下磊晶先生成一低温缓冲层12，其磊晶温度在200℃至800℃之间，优选为450℃至600℃，接着在低温缓冲层12上于高温下形成一高温缓冲层14，其磊晶温度在800℃至1100℃之间，优选为800℃左右，上述低温缓冲层12及高温缓冲层14的材料由氮化镓系化合物组成，通常为GaN。此二缓冲层12、14的形成是为了使后续磊晶的N型层18与基板10间具有较匹配(match)的晶格结构，以减少不同晶质材料间的晶格不匹配程度(crystal lattice mismatch degree)。
其中，低温缓冲层12及高温缓冲层14因应不同氮化镓系化合物半导体的材料组成，其利用MOCVD法形成磊晶的前体通常选自甲基联胺(monomethyl hydrazine，MMH)、三甲基镓(trimethyl gallium，TMG)、三甲基铝(trimethy aluminum，TMA1)、三甲基铟(trimethy indium，TMIn)及NH3所组成的群组其中之一，至于如何以MOCVD法将该前体进行反应，则为本领域技术人员所熟知的，故于此不赘述。
在基板10上形成低温缓冲层12及高温缓冲层14之后，接着如图4、5和6所示，在高温缓冲层14上依序磊晶形成一N型层18、一活化作用层20及一P型层22，以构成一PIN二极体16的结构。N型层18及P型层22的材料各由氮化镓系化合物组成，在此为GaN；活化作用层20的材料亦为氮化镓系化合物，且其材料中还掺杂有硼，此活化作用层20的材料化学式为BxGa1-xN，其中x＜0.3；另外，该活化作用层20的材料化学式亦可为BxAlyGa1-xN，其中x＜0.3，x+y＝1。
藉由在活化作用层20中掺杂适量的硼，可提高N型层18与P型层20的能隙，使活化作用层20具有较大的击穿电压(breakdown voltage)，进而提升活化作用层20的受光能力。
因此，本发明利用在氮化镓系异质结构光二极体的活化作用层掺杂适量的硼来提高能隙，进而增加其击穿电压，提升其受光能力，可令成长完成的氮化镓系光二极体元件作为受光元件时，具有较佳的光侦测性能。
以上描述了本发明的优选实施例，其目的在于使本领域技术人员能了解本发明的内容并能予以实施，然其并非用以限定本发明，因此，本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化，仍包含在本发明的申请专利范围中。
权利要求
1.一种氮化镓系异质结构光二极体，其中包括一P型层及一N型层，该二层的材料由氮化镓系化合物组成；以及一活化作用层，其位于该P型层及该N型层之间，该活化作用层的材料由氮化镓系化合物组成，且该活化作用层的材料中掺杂有硼。
2.如权利要求1所述氮化镓系异质结构光二极体，其中，该活化作用层的材料系为BxGa1-xN，其中x＜0.3。
3.如权利要求1所述的氮化镓系异质结构光二极体，其中，该活化作用层的材料系为BxAlyGa1-xN，其中X＜0.3，x+y＝1。
4.如权利要求1所述的氮化镓系异质结构光二极体，其中，还包括一基板，使该N型层形成于该基板上。
5.如权利要求4所述的氮化镓系异质结构光二极体，其中，该基板由氧化铝材料构成。
6.如权利要求4所述的氮化镓系异质结构光二极体，其中，在该基板与该N型层之间，还形成有一缓冲层。
7.如权利要求6所述的氮化镓系异质结构光二极体，其中，该缓冲层的材料由氮化镓系化合物组成，且该缓冲层包括一低温形成的低温缓冲层及一高温形成的高温缓冲层。
全文摘要
本发明提供了一种氮化镓系异质结构光二极体，包括一P型层及一N型层，在P型层及N型层之间设有一活化作用层，P型层、N型层及活化作用层的材料由氮化镓系化合物组成，且活化作用层的材料中掺杂有硼，以调整P型层及N型层间的能隙，进而达到增加击穿电压和提升受光能力的功效，使光二极体作为受光元件时，具有较佳的光侦测性能。
文档编号H01S5/00GK1567605SQ03147948
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月26日 优先权日2003年6月26日
发明者赖穆人, 章烱煜 申请人:威凯科技股份有限公司