专利名称：氮化镓二极管装置的缓冲层结构的制作方法
技术领域：
本发明是有关氮化镓二极管装置，特别是有关氮化镓二极管装置中的缓冲层的结构。
背景技术：
氮化镓(GaN)的二极管装置，如可以发蓝光或紫光的氮化镓发光二极管或可以侦测紫外线光的氮化镓光二极管(Photo Diode)等，由于其宽能隙的特性，是最近学界以及产业界研发的重点。
这些氮化镓二极管装置的公知的结构是在基板上先以低温(200℃～900℃)成长氮化铝(AlN)或氮化镓的缓冲层，然后再从此缓冲层上以高温成长此二极管装置的其它的氮化镓磊晶结构。这一工艺背后的原因是基板与二极管装置的其它氮化镓磊晶结构之间的晶格常数差异过大，没有这一层缓冲层的存在，基板与二极管装置的其它氮化镓磊晶结构之间会因压电(Piezoelectric)效应而导致过大的应力，致使二极管装置的磊晶品质不良。
但是，这种公知的以低温成长的氮化镓缓冲层另外存在缺陷密度过高(高达10e10/cm-3以上)、寿命不长和承受静电电压过低等缺点。
发明内容
因此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出数种缓冲层的结构，以解决前述问题。
本发明提出一种氮化镓二极管装置的缓冲层结构，该氮化镓二极管装置从下而上顺序分别包括基板，由氧化铝单晶、6H-SiC、4H-SiC、Si、ZnO、GaAs、尖晶石和晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物之一所制成；位于该基板一侧的缓冲层；以及位于该缓冲层上的氮化镓磊晶结构；其中，该缓冲层进一步包括第一缓冲层，位于该基板上，由有一特定组成的氮化硅SiaNb所构成，其中a，b≥0，厚度介于5～100之间，包含多个随机分布群聚的屏蔽；以及第二缓冲层，由该基板未被该第一缓冲层遮盖的表面往上覆盖于该第一缓冲层上，由有一特定组成的氮化铝铟镓AlcIndGa1-c-dN所构成，0≤c，d＜1，c+d≤1，厚度介于50～400之间。
本发明提出的氮化镓二极管装置的缓冲层结构和成长方式可以有效改善公知做法的氮化铝或氮化镓缓冲层缺陷密度过高的问题。由于缓冲层的存在，基板与二极管装置的其它氮化镓磊晶结构之间不会因压电效应而导致应力过大，提高了二极管装置的质量、寿命和承受的静电电压。
下面结合附图、实施例详细说明本发明的上述及其它目的与优点。
图1是依据本发明的氮化镓二极管装置成长第一缓冲层后的顶视示意图。
图2是依据本发明第一实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图。
图3是依据本发明第二实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图。
图4是依据本发明第三实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图。
图5是依据本发明第四实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图。
图中10 基板20 缓冲层22 缓冲层24 缓冲层26 缓冲层30 氮化镓磊晶结构201 第一缓冲层202 第二缓冲层221，221’第一缓冲层222，222’第二缓冲层241 第一缓冲层242 第二缓冲层243 第三缓冲层261，261’第一缓冲层262，262’第二缓冲层
263 第三缓冲层具体实施方式
图1是依据本发明成长第一缓冲层后的顶视示意图。如图1所示，本发明所提出的缓冲层结构是先利用氮化硅SixNy(x，y≥0)低温成长第一缓冲层。在此第一缓冲层里，SixNy是形成包含有多个随机分布群聚(Cluster)的屏蔽。然后在此第一缓冲层上再以低温成长氮化铝铟镓AlwInzGa1-w-zN(0≤w，z＜1，w+z≤1)的第二缓冲层。第二缓冲层并非直接成长在第一缓冲层上，而是以磊晶侧向成长(Epitaxially Lateral Overgrowth，ELOG)方式，由第一缓冲层的SixNy屏蔽未遮盖的基板上开始成长，再满溢越过到第一缓冲层的屏蔽上。
图2是依据本发明第一实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图。公知的氮化镓二极管装置的结构如图2所示，一般是以C-Plane或R-Plane或A-Plane的氧化铝单晶(Sapphire)或碳化硅(6H-SiC或4H-SiC)为基板10，其它可用于基板10的材质还包括Si、ZnO、GaAs或尖晶石(MgAl2O4)，或是晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物。然后，在此基板10的一侧面形成缓冲层20，再从此缓冲层上以高温(800℃～1100℃)成长此二极管装置的其它的氮化镓磊晶结构30。
如图2所示，根据本实施例的缓冲层20是先利用金属气相沉积法(MOCVD)形成包含多个随机分布群聚的屏蔽、厚度介于5～100、成长温度在200℃～700℃之间的第一缓冲层201。此屏蔽是由有特定组成的氮化硅SiaNb(a，b≥0)所构成。然后在此第一缓冲层201上再以低温成长有特定组成的氮化铝铟镓AlcIndGa1-c-aN(0≤c，d＜1，c+d≤1)、厚度介于50～400、成长温度在400℃～700℃的第二缓冲层202。第二缓冲层202并非直接成长在第一缓冲层201上，而是以磊晶侧向成长方式由第一缓冲层201的SiaNb屏蔽未遮盖的基板10上开始成长，再满溢越过到第一缓冲层201的屏蔽上。
图3是依据本发明第二实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图。如图3所示，根据本实施例的缓冲层22是先利用金属气相沉积法(MOCVD)形成包含多个随机分布群聚的屏蔽、厚度介于5～20、成长温度在200℃～700℃之间的第一缓冲层221。此屏蔽是由有特定组成的氮化硅SieNf(e、f≥0)所构成。然后在此第一缓冲层221上再以低温成长有特定组成的氮化铝铟镓AlgInhGa1-g-hN(0≤g，h＜1，g+h≤1)、厚度介于10～100、成长温度在400℃～700℃的第二缓冲层222。第二缓冲层222并非直接成长在第一缓冲层221上，而是以磊晶侧向成长方式由第一缓冲层221的SieNf屏蔽未遮盖的基板10上开始成长，再满溢越过到第一缓冲层221的屏蔽上。
接下来，此实施例重复实施前述的步骤，在第二缓冲层222上继续成长另一组第一缓冲层221’与第二缓冲层222’，以此类推，此实施例共包括2～10组的第一与第二缓冲层。各第一缓冲层的组成(亦即，前列分子式的e，f参数)与厚度不必相同。类似地，各第二缓冲层的组成(亦即，前列分子式的g，h参数)与厚度不必相同。
图4是依据本发明第三实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图。如图4所示，此实施例的缓冲层24与第一实施例的缓冲层20非常类似，同样是由下而上先利用金属气相沉积法形成包含多个随机分布群聚的屏蔽、厚度介于5～100、成长温度在200℃～700℃之间、由有特定组成的碳化硅SiiNj(i，j≥0)所构成的第一缓冲层241。然后在此第一缓冲层241上再以低温成长有特定组成的氮化铝铟镓AlmInnGa1-m-nN(0≤m，n＜1，m+n≤1)、厚度介于50～400、成长温度在400℃～700℃的第二缓冲层242。
和缓冲层20不同的是，此实施例的缓冲层24进一步在第二缓冲层242上以金属气相沉积法形成包含多个随机分布群聚的屏蔽、厚度介于5～100、成长温度在200℃～700℃之间、由有特定组成的氮化硅SikNo(k，o≥0)所构成的第三缓冲层243。接下来高温成长的氮化镓磊晶结构30并非直接成长在第三缓冲层243上，而是以磊晶侧向成长方式由第三缓冲层243的SikNo屏蔽未遮盖的第二缓冲层242上开始成长，再满溢越过到第三缓冲层243的屏蔽上。第一与第三缓冲层241与243的组成不必相同。
图5是依据本发明第四实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图。如图5所示，此实施例的缓冲层26与第实二施例之缓冲层22完全相同，同样是由下而上以相同的成长温度范围、厚度限制形成包括2～10组、厚度独立、组成成份独立的第一缓冲层261与第二缓冲层262。接着，此实施例进一步在最上层的第二缓冲层262上以金属气相沉积法形成包含多个随机分布群聚的屏蔽、厚度介于5～20、成长温度在200℃～700℃之间、由有特定组成的氮化硅SipNq(p，q≥0)所构成的第三缓冲层263。
接下来高温成长的氮化镓磊晶结构30并非直接成长在第三缓冲层263上，而是以磊晶侧向成长方式由第三缓冲层263的SipNq屏蔽未遮盖的第二缓冲层262上开始成长，再满溢越过到第三缓冲层263的屏蔽上。
以上所述内容仅为本发明的之较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡是依照本发明的保护范围所作的均等变化与修改皆应属于本发明涵盖的范围内。
权利要求
1.一种氮化镓二极管装置的缓冲层结构，该氮化镓二极管装置从下而上顺序分别包括基板，由氧化铝单晶、6H-SiC、4H-SiC、Si、ZnO、GaAs、尖晶石和晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物之一所制成；位于该基板一侧的缓冲层；以及位于该缓冲层上的氮化镓磊晶结构，其中，该缓冲层进一步包括第一缓冲层，位于该基板上，由有一特定组成的氮化硅SiaNb所构成，其中a，b≥0，厚度介于5～100之间，包含多个随机分布群聚的屏蔽；以及第二缓冲层，由该基板未被该第一缓冲层遮盖的表面往上覆盖于该第一缓冲层上，由有一特定组成的氮化铝铟镓AlcIndGal-c-dN所构成，0≤c，d＜1，c+d≤1，厚度介于50～400之间。
2.根据权利要求1的所述氮化镓二极管装置的缓冲层结构，其特征在于，该缓冲层进一步包括第三缓冲层，位于该第二缓冲层上，由有一特定组成的氮化硅SikNo所构成，k，o≥0，厚度介于5～100之间，包含多个随机分布群聚的屏蔽。
3.一种氮化镓二极管装置的缓冲层结构，该氮化镓二极管装置从下而上顺序分别包括由蓝宝石与碳化硅两者之一所构成的基板；位于该基板一侧顺序堆叠的多层的缓冲层；以及位于最上层的该缓冲层上的氮化镓磊晶结构，其中，每一该缓冲层进一步包括第一缓冲层，由有一特定组成的氮化硅SieNf所构成，e，f≥0，厚度介于5～20之间，包含多个随机分布群聚的屏蔽；以及第二缓冲层，由未被该第一缓冲层遮盖的表面往上覆盖于该第一缓冲层上，由有一特定组成的氮化铝铟镓AlgInhGa1-g-hN所构成，0≤g，h＜1，g+h≤1，厚度介于10～100之间。
4.根据权利要求3的所述氮化镓二极管装置的缓冲层结构，其特征在于，该缓冲层进一步包括第三缓冲层，位于最上层的该第二缓冲层上，由有一特定组成的氮化硅SipNq所构成，p，q≥0，厚度介于5～100之间，包含多个随机分布群聚的屏蔽。
5.根据权利要求3的所述氮化镓二极管装置的缓冲层结构，其特征在于，该多层的缓冲层的层数介于2～10之间。
6.根据权利要求3的所述氮化镓二极管装置的缓冲层结构，其特征在于，该第一缓冲层的各层的组成与厚度不必相同，该第二缓冲层的各层的组成与厚度不必相同。
全文摘要
本发明提出一种氮化镓二极管装置的缓冲层结构。此结构是先利用氮化硅Si
文档编号H01L33/00GK1753198SQ200410078348
公开日2006年3月29日 申请日期2004年9月23日 优先权日2004年9月23日
发明者武良文, 涂如钦, 游正璋, 温子稷, 简奉任 申请人:璨圆光电股份有限公司