[發明專利]一種化合物半導體元件及其制備方法

有效

• 申請號: 201310366032.9
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103928582A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 敦俊儒;林詣超;江振福;郭政煌
• 申請（專利權）人: 璨圓光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

技術領域

本發明涉及一種化合物半導體元件及其制備方法，尤其是指一種使用選擇性摻雜方法改變半導體層的成長速率，以形成具有高低差結構的半導體層，之后在此半導體層上成長化合物半導體元件的結構與相應制備方法。

背景技術

在成長氮化鎵是發光二極管(LED)時，目前產業上主要使用的基板材料為藍寶石(Al₂O₃)或碳化硅(SiC)，由于與用于成長的半導體材料如氮化鎵(GaN)的晶體結構或晶格常數不同，因此在基板上成長氮化鎵半導體層時，半導體層內會產生晶格缺陷(lattice?defect)或斷層(dislocation)。這種缺陷可能由半導體層底部延伸至發光二極管結構表面，而劣化發光二極管的發光層結構，減損發光二極管的發光效率。

由于缺陷或斷層的多寡直接影響發光二極管發光效率，因此減少缺陷或斷層的密度即能提升發光二極管發光效率。現有技術減少缺陷或斷層的密度的其中一種方法，為先在基板上形成氮化鎵柱狀結構，再于柱狀結構上繼續成長氮化鎵半導體層，此時由于氮化鎵半導體層是在氮化鎵柱狀結構上形成，所以大幅減少氮化鎵半導體層內缺陷或斷層的產生。在基板上形成氮化鎵柱狀結構的現有技術，美國專利號7521274揭示了一種成長奈米柱體的方法，如圖1?A~圖1C所示，其在一基板7上設置一圖案化遮罩13，此遮罩13具有若干個孔洞而使基板7的部分表面暴露出，接著以非脈沖式成長半導體材料81至孔洞中，與遮罩13形成一平面，最后再以脈沖式接續成長半導體奈米柱82在半導體材料81上，以形成柱狀結構。然而，在此案所揭示的方式中，在奈米等級的孔洞中成長半導體材料的難度很高，且通過脈沖式成長奈米柱不易逐片(wafer?to?wafer)控制均勻性，因此成品之間的差異相當大；另外，脈沖式成長奈米柱的機臺維護周期較短，造成成本增加，而二次成長的制程本身也因有較多道工序，因此良率也較低。

另外，在美國專利號7981714一案中，揭示了在硅基板上成長氮化鎵奈米柱的步驟，其是先成長若干個奈米柱于基板上，并且垂直于硅基板；接著以非晶材料填滿奈米柱之間的空隙，并且露出奈米柱的上部，該階段的制程難度相當高，而最后則是以部分奈米柱的上部為晶種，成長氮化鎵于非晶材料上。所以此案的方式也是一種二次成長，對良率也有不好的影響。

因此，基于半導體元件中的柱狀結構在制備時的技術門坎過高以及良率無法達到水平的問題，本發明提出一種半導體元件的制備方法及其結構，以克服上述技術問題。

發明內容

本發明的主要目的是，提供一種化合物半導體元件，其使用包括離子擴散或離子注入等技術，對基板或基板上的緩沖層先做選擇性摻雜處理，之后只要經過一次成長即可獲得具有奈米級或微米級高低差的半導體結構，以克服晶格差異造成的斷層等缺陷問題，并且可以架構出柱狀形式的磊晶層，同時制作方式較為簡單，有助于維持良率。

本發明的另一目的是，提供一種半導體元件的制備方法，其通過調整摻雜過程中所使用的離子源，形成不同的摻雜區域，進而透過半導體的成長速率差異，在不同區域形成不同高度的半導體結構，具有靈活性。

本發明揭示了一種化合物半導體元件及其制備方法，其步驟包括：對一基板進行摻雜，使該基板具有至少一第一摻雜區以及至少一第二摻雜區；在該基板上成長半導體層，其中成長于該第一摻雜區及第二摻雜區上的半導體高度不同而形成一高低差結構。在該方法操作下，即可獲得具高低差結構的半導體層，之后續行其他膜層的成長而制備諸如發光二極管、晶體管、光偵測器等半導體元件。

附圖說明

圖1?A~C為現有技術的奈米柱制備流程圖；

圖2?A~D為本發明的一較佳實施例的摻雜制程與半導體層成長的流程與結構變化示意圖；

圖2?E~F為本發明的一較佳實施例的結構示意圖；

圖3為本發明的一較佳實施例的制作流程與結構變化示意圖；

圖4為本發明的一較佳實施例的另一制作流程與結構變化示意圖；

圖5為本發明的一較佳實施例的摻雜離子種類或數量不同的結構示意圖；

圖6為本發明的一較佳實施例的一發光二極管結構示意圖；

圖7?A~B為本發明的另一較佳實施例的結構示意圖；以及

圖8?A~B為本發明的另一較佳實施例的結構示意圖。

具體實施方式