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：
本发明涉及一种氮化镓二极管装置，尤其是一种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°C 900°C )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ο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 10el0/cm-3以上)、寿命不长和承受静电电压过低等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种氮化镓二极管装置的缓冲层结构，能够有 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，提高了二极管装置的质 量、寿命和承受的静电电压。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彡0， 厚度介于5A IOOA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Al。IndGai_。_dN所构成，0 ^ c, d < 1, c+d ^ 1，厚度介于 50A 400A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。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明
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中附图标记为，
10为基板； 20为缓冲层；22为缓冲层；
24为缓冲层； 26为缓冲层；30为氮化镓磊晶结构；
201为第一缓冲层； 202为第二缓冲层；
221，221，为第一缓冲层； 222,222'为第二缓冲层；
241为第一缓冲层； 242为第二缓冲层；243为第三缓冲层
261，261，为第一缓冲层； 262，262'为第二缓冲层；
263为第三缓冲层。
具体实施例方式图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AlwInzGai_w_zN(0 < l,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,EL0G)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(MgAl204)，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的一个侧面形成缓冲层20，再从此缓冲层上以高温(800°C 1100°C )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(M0CVD)形成包 含多个随机分布群聚的屏蔽、厚度介于5A 100A、成长温度在200°C 700°C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Al。IndGai_。_dN(0彡c，d < 1，c+d彡1)、厚 度介于50A 400A、成长温度在40(TC 70(TC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(M0CVD)形成包含多个随机分布群聚 的屏蔽、厚度介于5A 20A、成长温度在200°C 700°C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AlgInhGai_g_hN(0彡g，h < 1，g+h彡1)、厚度介于10A 100A、成长 温度在40(TC 70(TC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(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(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5A 100A、成长温度在200°C 700°C之间、由有特定组成的碳化硅Sip」(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AlmInnGai_m_nN(0彡m，n< l，m+n彡1)、 厚度介于50A 400A、成长温度在400°C 700°C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5A 100A、成长温度在200°c 700°C之间、由有特定组成的氮化硅SikN。(k，o彡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SikN。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与第实二施例的缓冲层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人 20人、成长温度在200°C 700°C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
一种氮化镓二极管装置的缓冲层结构，其特征在于，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的一种所制成；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，厚度介于之间。F2009100570288C0000011.tif,F2009100570288C0000012.tif
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SikN。所构成，k， 0 ^ 0，厚度介于5人 100A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，其特征在于，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，每一个该缓冲层进一 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彡0，厚度介于5A 20A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AlgInhGai_g_hN所构成，0彡g，h < l，g+h彡1，厚度介于10A 100A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人 100A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
本发明公开了一种氮化镓二极管装置的缓冲层结构，其先利用氮化硅SixNy(x，y≥0)低温成长第一缓冲层，在此第一缓冲层里，SixNy形成多个随机分布群聚的屏蔽，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(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。本发明所提供的氮化镓二极管装置的缓冲层结构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。
文档编号H01L33/00GK101859818SQ200910057028
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者武良文, 简奉任 申请人:山东璨圆光电科技有限公司