專利名稱：氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵二極管裝置，尤其是一種氮化鎵二極管裝置中的緩沖層的 結構。
背景技術：
氮化鎵(GaN)的二極管裝置，如可以發(fā)藍光或紫光的氮化鎵發(fā)光二極管或可以偵 測紫外線光的氮化鎵光二極管(Photo Diode)等，由于其寬能隙的特性，是最近學界以及產(chǎn) 業(yè)界研發(fā)的重點。這些氮化鎵二極管裝置的公知的結構是在基板上先以低溫(200°C 900°C )成長 氮化鋁(AlN)或氮化鎵的緩沖層，然后再從此緩沖層上以高溫成長此二極管裝置的其它的 氮化鎵磊晶結構。這一工藝背后的原因是基板與二極管裝置的其它氮化鎵磊晶結構之間 的晶格常數(shù)差異過大，沒有這一層緩沖層的存在，基板與二極管裝置的其它氮化鎵磊晶結 構之間會因壓電(Piezoelectric)效應而導致過大的應力，致使二極管裝置的磊晶品質不 良ο但是，這種公知的以低溫成長的氮化鎵緩沖層另外存在缺陷密度過高(高達 10el0/cm-3以上)、壽命不長和承受靜電電壓過低等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構，能夠有 效改善公知做法的氮化鋁或氮化鎵緩沖層缺陷密度過高的問題，提高了二極管裝置的質 量、壽命和承受的靜電電壓。本發(fā)明提出一種氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構，該氮化鎵二極管裝置從下而上 順序分別包括基板，由氧化鋁單晶、6H-SiC、4H-SiC、Si、ZnO、GaAS、尖晶石和晶格常數(shù)接近 于氮化物半導體的單晶氧化物之一所制成；位于該基板一側的緩沖層；以及位于該緩沖層 上的氮化鎵磊晶結構；其中，該緩沖層進一步包括第一緩沖層，位于該基板上，由有一特定組成的氮化硅SiaNb所構成，其中a，b彡0， 厚度介于5A IOOA之間，包含多個隨機分布群聚的屏蔽；以及第二緩沖層，由該基板未被該第一緩沖層遮蓋的表面往上覆蓋于該第一緩沖層 上，由有一特定組成的氮化鋁銦鎵Al。IndGai_。_dN所構成，0 ^ c, d < 1, c+d ^ 1，厚度介于 50A 400A之間。本發(fā)明提出的氮化鎵二極管裝置的緩沖層 結構和成長方式可以有效改善公知做 法的氮化鋁或氮化鎵緩沖層缺陷密度過高的問題。由于緩沖層的存在，基板與二極管裝置 的其它氮化鎵磊晶結構之間不會因壓電效應而導致應力過大，提高了二極管裝置的質量、 壽命和承受的靜電電壓。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明
圖1是依據(jù)本發(fā)明的氮化鎵二極管裝置成長第一緩沖層后的頂視示意圖
圖2是依據(jù)本發(fā)明第一實施例的氮化鎵—二極管裝置的結構示意圖3是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的氮化鎵—二極管裝置的結構示意圖4是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的氮化鎵—二極管裝置的結構示意圖5是依據(jù)本發(fā)明第四實施例的氮化鎵—二極管裝置的結構示意圖中附圖標記為，
10為基板； 20為緩沖層；22為緩沖層；
24為緩沖層； 26為緩沖層；30為氮化鎵磊晶結構；
201為第一緩沖層； 202為第二緩沖層；
221，221，為第一緩沖層； 222,222'為第二緩沖層；
241為第一緩沖層； 242為第二緩沖層；243為第三緩沖層
261，261，為第一緩沖層； 262，262'為第二緩沖層；
263為第三緩沖層。
具體實施例方式圖1是依據(jù)本發(fā)明成長第一緩沖層后的頂視示意圖。如圖1所示，本發(fā)明所提出的 緩沖層結構是先利用氮化硅SixNy(x，y >0)低溫成長第一緩沖層。在此第一緩沖層里，SixNy 是形成包含有多個隨機分布群聚(Cluster)的屏蔽。然后在此第一緩沖層上再以低溫成長氮 化鋁銦鎵AlwInzGai_w_zN(0 < l,w+z ( 1)的第二緩沖層。第二緩沖層并非直接成長在 第一緩沖層上，而是以磊晶側向成長(Epitaxially Lateral Overgrowth,EL0G)方式，由第一 緩沖層的SixNy屏蔽未遮蓋的基板上開始成長，再滿溢越過到第一緩沖層的屏蔽上。圖2是依據(jù)本發(fā)明第一實施例的氮化鎵二極管裝置的結構示意圖。公知的氮化 鎵二極管裝置的結構如圖2所示，一般是以C-Plane或R-Plane或A-Plane的氧化鋁單晶 (Sapphire)或碳化硅(6H_SiC或4H_SiC)為基板10，其它可用于基板10的材質還包括Si、 ZnO、GaAS或尖晶石(MgAl204)，或是晶格常數(shù)接近于氮化物半導體的單晶氧化物。然后，在 此基板10的一個側面形成緩沖層20，再從此緩沖層上以高溫(800°C 1100°C )成長此二 極管裝置的其它的氮化鎵磊晶結構30。如圖2所示，根據(jù)本實施例的緩沖層20是先利用金屬氣相沉積法(M0CVD)形成包 含多個隨機分布群聚的屏蔽、厚度介于5A 100A、成長溫度在200°C 700°C之間的第一 緩沖層201。此屏蔽是由有特定組成的氮化硅SiaNb(a，b>0)所構成。然后在此第一緩沖 層201上再以低溫成長有特定組成的氮化鋁銦鎵Al。IndGai_。_dN(0彡c，d < 1，c+d彡1)、厚 度介于50A 400A、成長溫度在40(TC 70(TC的第二緩沖層202。第二緩沖層202并非直 接成長在第一緩沖層201上，而是以磊晶側向成長方式由第一緩沖層201的SiaNb屏蔽未遮 蓋的基板10上開始成長，再滿溢越過到第一緩沖層201的屏蔽上。圖3是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的氮化鎵二極管裝置的結構示意圖。如圖3所示， 根據(jù)本實施例的緩沖層22是先利用金屬氣相沉積法(M0CVD)形成包含多個隨機分布群聚 的屏蔽、厚度介于5A 20A、成長溫度在200°C 700°C之間的第一緩沖層221。此屏蔽是由有特定組成的氮化硅SieNf (e、f ^ 0)所構成。然后在此第一緩沖層221上再以低溫成長有 特定組成的氮化鋁銦鎵AlgInhGai_g_hN(0彡g，h < 1，g+h彡1)、厚度介于10A 100A、成長 溫度在40(TC 70(TC的第二緩沖層222。第二緩沖層222并非直接成長在第一緩沖層221 上，而是以磊晶側向成長方式由第一緩沖層221的SieNf屏蔽未遮蓋的基板10上開始成長， 再滿溢越過到第一緩沖層221的屏蔽上。接下來，此實施例重復實施前述的步驟，在第二緩沖層222上繼續(xù)成長另一組第 一緩沖層221’與第二緩沖層222’，以此類推，此實施例共包括2 10組的第一與第二緩沖 層。各第一緩沖層的組成(即前列分子式的e，f 參數(shù))與厚度不必相同。類似地，各第二 緩沖層的組成(即前列分子式的g，h參數(shù))與厚度不必相同。圖4是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的氮化鎵二極管裝置的結構示意圖。如圖4所示， 此實施例的緩沖層24與第一實施例的緩沖層20非常類似，同樣是由下而上先利用金屬 氣相沉積法形成包含多個隨機分布群聚的屏蔽、厚度介于5A 100A、成長溫度在200°C 700°C之間、由有特定組成的碳化硅Sip」(i，j > 0)所構成的第一緩沖層241。然后在此第一 緩沖層241上再以低溫成長有特定組成的氮化鋁銦鎵AlmInnGai_m_nN(0彡m，n< l，m+n彡1)、 厚度介于50A 400A、成長溫度在400°C 700°C的第二緩沖層242。和緩沖層20不同的是，此實施例的緩沖層24進一步在第二緩沖層242上以金屬 氣相沉積法形成包含多個隨機分布群聚的屏蔽、厚度介于5A 100A、成長溫度在200°c 700°C之間、由有特定組成的氮化硅SikN。(k，o彡0)所構成的第三緩沖層243。接下來高溫 成長的氮化鎵磊晶結構30并非直接成長在第三緩沖層243上，而是以磊晶側向成長方式由 第三緩沖層243的SikN。屏蔽未遮蓋的第二緩沖層242上開始成長，再滿溢越過到第三緩沖 層243的屏蔽上。第一與第三緩沖層241與243的組成不必相同。圖5是依據(jù)本發(fā)明第四實施例的氮化鎵二極管裝置的結構示意圖。如圖5所示， 此實施例的緩沖層26與第實二施例的緩沖層22完全相同，同樣是由下而上以相同的成長 溫度范圍、厚度限制形成包括2 10組、厚度獨立、組成成份獨立的第一緩沖層261與第二 緩沖層262。接著，此實施例進一步在最上層的第二緩沖層262上以金屬氣相沉積法形成包 含多個隨機分布群聚的屏蔽、厚度介于5人 20人、成長溫度在200°C 700°C之間、由有特定 組成的氮化硅SipNq(p，q^0)所構成的第三緩沖層263。接下來高溫成長的氮化鎵磊晶結構30并非直接成長在第三緩沖層263上，而是以 磊晶側向成長方式由第三緩沖層263的SipNq屏蔽未遮蓋的第二緩沖層262上開始成長，再 滿溢越過到第三緩沖層263的屏蔽上。以上所述內容僅為本發(fā)明的之較佳實施例而已，不能以此限定本發(fā)明實施的范 圍，凡是依照本發(fā)明的保護范圍所作的均等變化與修改皆應屬于本發(fā)明涵蓋的范圍內。
權利要求
一種氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構，其特征在于，該氮化鎵二極管裝置從下而上順序分別包括基板，由氧化鋁單晶、6H-SiC、4H-SiC、Si、ZnO、GaAs、尖晶石和晶格常數(shù)接近于氮化物半導體的單晶氧化物的一種所制成；位于該基板一側的緩沖層；以及位于該緩沖層上的氮化鎵磊晶結構，其中，該緩沖層進一步包括第一緩沖層，位于該基板上，由有一特定組成的氮化硅SiaNb所構成，其中a，b≥0，厚度介于之間，包含多個隨機分布群聚的屏蔽；以及第二緩沖層，由該基板未被該第一緩沖層遮蓋的表面往上覆蓋于該第一緩沖層上，由有一特定組成的氮化鋁銦鎵AlcIndGa1-c-dN所構成，0≤c，d＜1，c+d≤1，厚度介于之間。F2009100570288C0000011.tif,F2009100570288C0000012.tif
2.根據(jù)權利要求1的所述氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構，其特征在于，該緩沖層 進一步包括第三緩沖層，位于該第二緩沖層上，由有一特定組成的氮化硅SikN。所構成，k， 0 ^ 0，厚度介于5人 100A之間，包含多個隨機分布群聚的屏蔽。
3.一種氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構，其特征在于，該氮化鎵二極管裝置從下而上 順序分別包括由藍寶石與碳化硅兩者之一所構成的基板；位于該基板一側順序堆疊的多 層的緩沖層；以及位于最上層的該緩沖層上的氮化鎵磊晶結構，其中，每一個該緩沖層進一 步包括第一緩沖層，由有一特定組成的氮化硅SieNf所構成，e，f彡0，厚度介于5A 20A之間， 包含多個隨機分布群聚的屏蔽；以及第二緩沖層，由未被該第一緩沖層遮蓋的表面往上覆蓋于該第一緩沖層上，由有一特 定組成的氮化鋁銦鎵AlgInhGai_g_hN所構成，0彡g，h < l，g+h彡1，厚度介于10A 100A之 間。
4.根據(jù)權利要求3的所述氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構，其特征在于，該緩沖層進 一步包括第三緩沖層，位于最上層的該第二緩沖層上，由有一特定組成的氮化硅SipNq所構 成，p，q > 0，厚度介于5人 100A之間，包含多個隨機分布群聚的屏蔽。
5.根據(jù)權利要求3的所述氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構，其特征在于，該多層的緩 沖層的層數(shù)介于2 10之間。
6.根據(jù)權利要求3的所述氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構，其特征在于，該第一緩沖 層的各層的組成與厚度不必相同，該第二緩沖層的各層的組成與厚度不必相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構，其先利用氮化硅SixNy(x，y≥0)低溫成長第一緩沖層，在此第一緩沖層里，SixNy形成多個隨機分布群聚的屏蔽，然后在此第一緩沖層上再以低溫成長氮化鋁銦鎵AlwInzGa1-w-zN(0≤w，z＜1，w+z≤1)的第二緩沖層，第二緩沖層并非直接成長在第一緩沖層上，而是以磊晶側向成長(ELOG)方式由第一緩沖層的SixNy屏蔽未遮蓋的基板上開始成長，再滿溢越過到第一緩沖層的屏蔽上。本發(fā)明所提供的氮化鎵二極管裝置的緩沖層結構可以有效改善公知做法的氮化鋁或氮化鎵緩沖層缺陷密度過高的問題。
文檔編號H01L33/00GK101859818SQ200910057028
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權日2009年4月7日
發(fā)明者武良文, 簡奉任 申請人:山東璨圓光電科技有限公司