[發(fā)明專利]阻斷半導體差排缺陷的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810167630.2
• 申請日: 2008-10-21
• 公開（公告）號: CN101728244A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 吳芃逸;黃世晟;涂博閔;葉穎超;林文禹;詹世雄
• 申請（專利權(quán)）人: 先進開發(fā)光電股份有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/20;H01L33/00
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 陳晨;張浴月

技術領域

本發(fā)明涉及一種阻斷半導體差排缺陷的方法。

背景技術

目前常見的固態(tài)半導體裝置，大致上有發(fā)光二極管(Light?Emitting?Diode，LED)、激光二極管(Laser?Diode)或半導體射頻等裝置。一般而言，前述的發(fā)光二極管、激光二極管或半導體射頻裝置，是由一外延襯底與一形成于外延襯底上的半導體元件(例如：射頻元件，或是含有p-n接合的發(fā)光元件)所構(gòu)成。

舉例來說，基本的藍光或綠光發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，是由一藍寶石(sapphire)襯底、一形成于藍寶石襯底上的緩沖層(buffer?layer)、一形成于緩沖層上的N型氮化鎵(GaN)半導體層、一局部覆蓋N型氮化鎵半導體層的發(fā)光層(active?layer)、一形成于發(fā)光層上的P型氮化鎵半導體層、與兩個分別形成于上述半導體層上的接觸電極所構(gòu)成。

影響發(fā)光二極管的發(fā)光效率的因素分別有內(nèi)部量子效率(internalquantum?efficiency)及外部(external)量子效率，其中構(gòu)成低內(nèi)部量子效率的主要原因，則是形成于發(fā)光層中的差排(dislocation)量。然而，藍寶石襯底與氮化鎵兩者材料間存在相當大的晶格不匹配(lattice?mismatch)的問題，因此，在外延過程中也同時地構(gòu)成了大量的貫穿式差排(threadingdislocation)。

請參閱圖1A，其為中國臺灣專利公告案號TW?561632提出的一種半導體發(fā)光元件，其包含一藍寶石襯底10、一形成于藍寶石襯底10上的N型半導體層11、一形成于N型半導體層11并可產(chǎn)生一預定波長范圍光源的發(fā)光層12，與一形成在發(fā)光層12上的P型半導體層13。

藍寶石襯底10的一上表面利用光刻(photolithography)設備及反應式離子蝕刻(reactive?ion?etching，RIE)形成有多個呈周期性變化地排列的凹部14，以使藍寶石襯底10上的N型半導體層11不產(chǎn)生結(jié)晶缺陷(crystal?defect)地填滿每一個凹部14。其中，每一個凹部14的深度與尺寸分別是1μm與10μm，并借由每一個凹部14的一中心界定出一10μm的間距。

A.Bell，R.Liu，F(xiàn).A.Ponce，H.Amano，I.Akasaki，D.Cherns等人于Applied?Physics?Letters，vol.82，No.3，pp.349-351中，揭示一種成長于圖案化藍寶石襯底上摻雜鎂的氮化鋁鎵的發(fā)光特性極其顯微結(jié)構(gòu)。此一文中說明利用光刻工藝及反應式離子蝕刻等黃光工藝，制得一由多個條狀溝槽所構(gòu)成的圖案化藍寶石(patterned?sapphire)襯底，并于圖案化藍寶石襯底上形成一摻雜鎂的氮化鋁鎵外延層，其中，直接形成于條狀溝槽之間平臺上的外延層含有大量的貫穿式差排，而懸置于每一條狀溝槽處上方的橫向外延(epitaxiallateral?overgrowth，ELOG)層則構(gòu)成了一無缺陷區(qū)。

此外，Shulij?Nakamura，Masayuki?Senoh，Shinichi?Nagahama，NaruhitoIwasa，Takao?Tamada等日亞化工的研究員于Appl.Phys.Lett.72(2)，211-213中，揭示一種具有成長于橫向外延氮化鎵基材上的調(diào)變摻雜應變層超晶格(modulation-doped?strained-layer?superlattices)的激光二極管。請參閱圖1B，文中說明于一藍寶石襯底90上依序形成一緩沖層91與一2μm厚的氮化鎵層92后，進一步地借由光刻工藝于氮化鎵層92上形成多個厚度為0.1μm的氧化硅層93，且借由相鄰的氧化硅層93構(gòu)成多個4μm寬的條狀窗口94以定義出形成于氮化鎵層92上的掩模(SiO₂?mask)，最后，依序地于掩模上利用雙噴流有機金屬化學氣相沉積法(two?flow?MOCVD)形成一N型氮化鎵層95以完成后續(xù)的元件工藝。

日亞化工的研究員利用非晶質(zhì)(amorphous)掩模，致使形成于窗口94處的垂直外延層橫向地合并以構(gòu)成形成于掩模上方的橫向外延層，借此達到降低差排密度的目的。

前面所提及的專利前述申請及論文文獻，雖然可以降低于外延過程中形成于外延層內(nèi)的貫穿式差排，但，由于上述的凹部或窗口均為規(guī)律式排列，并無法完全針對差排缺陷作阻絕。

因此，如何在外延過程中降低差排缺陷密度以改善外延層的光學特性，乃是目前研究開發(fā)外延相關行業(yè)的技術人員所需克服的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容