專利名稱：阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法。
背景技術(shù)：
目前常見的固態(tài)半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體元件(例如 射頻元件，或是含有Pi接合的發(fā)光元件)所構(gòu)成。 舉例來說，基本的藍(lán)光或綠光發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，是由一藍(lán)寶石(sapphire)襯底、 一形成于藍(lán)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(dǎo)體層、一局部覆蓋N型氮化鎵半導(dǎo)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(dǎo)體層、與兩個分別形成于上述半導(dǎo)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(lán)寶石襯底與氮化鎵兩者材料間存在相當(dāng) 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IA，其為中國臺灣專利公告案號TW 561632提出的一種半導(dǎo)體發(fā)光元 件，其包含一藍(lán)寶石襯底10、一形成于藍(lán)寶石襯底10上的N型半導(dǎo)體層11、一形成于N型 半導(dǎo)體層11并可產(chǎn)生一預(yù)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(dǎo)體層13。 藍(lán)寶石襯底10的一上表面利用光刻(photolithography)設(shè)備及反應(yīng)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(lán)寶石襯底 IO上的N型半導(dǎo)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1 y m與10 m，并借由每一個凹部14的一中心界定出 一 lOiim的間距。 A. Bell， R丄iu， F. 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(lán)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(yīng)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(lán)寶石(patterned sapphire)襯 底，并于圖案化藍(lán)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 (印itaxiallateral overgrowth, EL0G)層則構(gòu)成了一無缺陷區(qū)。 此夕卜，Shulij Nakamura， Masayuki Senoh， Shinichi Nagahama， Naruhitolwasa， 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(yīng)變層超晶格(modulation-dopedstrained-layer superlattices)的激光二極管。請參閱圖1B，文中說明于一藍(lán)寶石襯底 90上依序形成一緩沖層91與一 2 m厚的氮化鎵層92后，進(jìn)一步地借由光刻工藝于氮化鎵 層92上形成多個厚度為0. 1 m的氧化硅層93，且借由相鄰的氧化硅層93構(gòu)成多個4 y m 寬的條狀窗口 94以定義出形成于氮化鎵層92上的掩模(Si02 mask)，最后，依序地于掩模 上利用雙噴流有機(jī)金屬化學(xué)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(dá)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(xiàn)，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(xué)特性，乃是目前 研究開發(fā)外延相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員所需克服的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的發(fā)明背景中，為了符合產(chǎn)業(yè)上某些利益的需求，本發(fā)明提供一種阻斷 半導(dǎo)體差排缺陷的方法，可用以解決上述傳統(tǒng)的阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法未能達(dá)成的目 標(biāo)。 本發(fā)明提出一種阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法。首先，外延一半導(dǎo)體層于一襯底上， 并在半導(dǎo)體層上差排缺陷所造成的結(jié)構(gòu)脆弱處蝕刻出凹洞。之后，在每一個凹洞上形成一 阻斷層。隨后，再外延上述的半導(dǎo)體層，使半導(dǎo)體層側(cè)向成長，導(dǎo)致差排缺陷轉(zhuǎn)向。
本發(fā)明還提出一種阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法。首先，執(zhí)行至少一次上 述阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法。之后，外延一化合物半導(dǎo)體復(fù)合層于上述再外延后的半導(dǎo) 體層上，以形成一發(fā)光二極管，其中上述的化合物半導(dǎo)體復(fù)合層包含一N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層、 一 P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層與一發(fā)光層，并且發(fā)光層位于N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層與P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層 之間。 本發(fā)明還提出一種阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法，包含下列步驟外延一 半導(dǎo)體層于一襯底上；蝕刻該半導(dǎo)體層以形成多個凹洞于該半導(dǎo)體層上的差排缺陷處；形 成多個阻斷層于所述多個凹洞上；再外延該半導(dǎo)體層，使該半導(dǎo)體層側(cè)向成長，導(dǎo)致差排缺 陷轉(zhuǎn)向；以及外延一化合物半導(dǎo)體復(fù)合層于該半導(dǎo)體層上，以形成一發(fā)光二極管。
本發(fā)明可以在外延過程中降低差排缺陷密度以改善外延層的光學(xué)特性。


圖1A與圖IB為一現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為一種阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法流程圖； 圖3為半導(dǎo)體層上凹洞的掃描式電子顯微鏡照片；以及 圖4為一種阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法流程圖。 其中，附圖標(biāo)記說明如下 1 28步驟 10藍(lán)寶石襯底
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IIN型半導(dǎo)體層 12發(fā)光層13P型半導(dǎo)體層 14凹部90藍(lán)寶石襯底 91緩沖層92氮化鎵層93氧化硅層94窗口95N型氮化鎵層100襯底101緩沖層102半導(dǎo)體層103阻斷層104再外延半導(dǎo)體層109光致抗蝕劑110凹洞400襯底401緩沖層402半導(dǎo)體層403阻斷層404再外延半導(dǎo)體層405N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層406發(fā)光層407P型半導(dǎo)體電子阻擋層408P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層409光致抗蝕劑410凹洞420化合物半導(dǎo)體復(fù)合層
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在此所探討的方向為一種阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法。為了能徹底地了解 本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。顯然地，本發(fā)明的施行并未限定于阻 斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法的普通技術(shù)人員所熟悉的特殊細(xì)節(jié)。另一方面，眾所周知的組成 或步驟并未描述于細(xì)節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例會詳細(xì) 描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其它的實(shí)施例中，且本 發(fā)明的范圍不受限定，其以所附的權(quán)利要求書為準(zhǔn)。 為了降低差排缺陷密度，已有許多文獻(xiàn)提出相關(guān)的解決方法，但仍無法完全阻絕
差排缺陷。例如美國專利US6252261，此一發(fā)明利用二氧化硅(Si02)覆蓋于III族氮化物
半導(dǎo)體上形成掩模(mask)為規(guī)律式排列，并未為完全針對差排缺陷作阻絕。 而美國專利US 6861270利用氮化硅(SiN)成長于N型與P型III-氮化合物半導(dǎo)
體間，目的在使發(fā)光層發(fā)生能隙在空間上的變動(Spatial FluctuationofBand-g即)，也無
法降低材料內(nèi)部的缺陷密度。 另外，美國專利US 6462357在襯底或III-氮化合物半導(dǎo)體層上形成島狀單晶的 II-氮化合物材料[(Be， Mg， Ca， Sr， Ba， Zn， Cd， Hg)N]，由于外延可調(diào)變條件少，不易得到最 佳化的效果。 另夕卜，US 6627974利用額外的化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝形成 protectivef ile (SiOx、 SixNy、 TiOx或ZrOx)，為規(guī)律式排列，并未為完全針對差排缺陷作阻 絕。 再如美國專利US 6345063所使用的圖案化掩模層(patterned mask layer)為二 氧化硅或氮化硅，為規(guī)律式排列，并未為完全針對差排缺陷作阻絕。此一發(fā)明并將氮化銦鎵 (InGaN)直接成長于圖案化掩模層(patterned masklayer)上，不易形成品質(zhì)良好的外延層。
中國臺灣專利1242898所使用的方法只克服處于六角形小孔的線差排延伸，對于 小孔周圍的線差排于穿透式電子顯微鏡(Transmission ElectronMicroscopy，TEM)照片示 意圖上并未有側(cè)向成長造成差排轉(zhuǎn)向的效果。 然而，本發(fā)明提出一種阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法，其于差排缺陷未延伸至有源 發(fā)光層前，使用有目標(biāo)性的外延阻斷層將之阻絕，并且未阻絕的線差排因為側(cè)向成長機(jī)制 可增加愈合的機(jī)會，有別于前述申請隨機(jī)性的分布。首先，外延一半導(dǎo)體層于一襯底上，并 形成多個凹洞于此一半導(dǎo)體層上的差排缺陷處，其中上述的多個凹洞可借由蝕刻半導(dǎo)體層 所形成，因為當(dāng)蝕刻上述的半導(dǎo)體層時，差排缺陷所造成的半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)脆弱處將會被蝕 刻液蝕刻出凹洞。 之后，在每一個凹洞上形成一阻斷層，其中形成阻斷層于每一個凹洞上的細(xì)節(jié)步 驟包含先沉積一阻斷層于上述的半導(dǎo)體層上。之后，涂布光致抗蝕劑于此一阻斷層上，并形 成填滿上述多個凹洞。隨后，移除多個凹洞以外的光致抗蝕劑，并蝕刻上述的半導(dǎo)體層，以 移除多個凹洞以外的阻斷層，借此形成多個分布于凹洞的阻斷層。最后，移除多個阻斷層上 的光致抗蝕劑，僅留下分布于多個凹洞上的多個阻斷層。 隨后，再外延上述的半導(dǎo)體層，使半導(dǎo)體層側(cè)向成長，導(dǎo)致差排缺陷轉(zhuǎn)向。本發(fā)明 提出的阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法可重復(fù)執(zhí)行上述的步驟，以大幅降低差排缺陷密度。
本發(fā)明還提出一種阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法。首先，執(zhí)行至少一次上 述阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法。之后，外延一化合物半導(dǎo)體復(fù)合層于上述再外延后的半導(dǎo) 體層上，以形成一發(fā)光二極管，其中上述的化合物半導(dǎo)體復(fù)合層包含一N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層、 一 P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層與一發(fā)光層，并且發(fā)光層位于N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層與P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層 之間。 上述的襯底可為藍(lán)寶石(A1203)襯底、碳化硅(SiC)襯底、鋁酸鋰(AlLi02)襯底、鎵 酸鋰(LiGa02)襯底、硅(Si)襯底、氮化鎵(GaN)襯底，氧化鋅(Zn0)襯底、氧化鋁鋅(AlZnO) 襯底、砷化鎵(GaAs)襯底、磷化鎵(GaP)襯底、銻化鎵(GaSb)襯底、磷化銦(InP)襯底、砷 化銦(InAs)襯底、硒化鋅(ZnSe)襯底、或是金屬襯底。本發(fā)明同時包含一緩沖層位于上述 襯底與化合物半導(dǎo)體復(fù)合層之間。本發(fā)明同時包含一P型半導(dǎo)體電子阻擋層位于發(fā)光層與 P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層之間。 上述的實(shí)施內(nèi)容，將會搭配圖示與各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖以詳細(xì)介紹本發(fā)明的結(jié)構(gòu) 與形成方式的各步驟。 請參照圖2，其為一種阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法的制造流程圖。首先，如步驟1 所示，提供一襯底100，并形成一半導(dǎo)體層102于襯底100上，其中襯底100可以使用下列幾 種，藍(lán)寶石襯底，碳化硅襯底，鋁酸鋰襯底，鎵酸鋰襯底，硅襯底，氮化鎵襯底，氧化鋅襯底， 氧化鋁鋅襯底，砷化鎵襯底，磷化鎵襯底，銻化鎵襯底，磷化銦襯底，砷化銦襯底，或是硒化 鋅襯底等。外延襯底的選擇，主要在于外延的材料的選擇。舉例來說，一般n-vi半導(dǎo)體化 合物會使用硒化鋅襯底或是氧化鋅襯底做為外延基材；III-砷化物或是磷化物通常是使 用砷化鎵襯底，磷化鎵襯底，磷化銦襯底，或是砷化銦襯底；而III-氮化物在商業(yè)上通常會 使用藍(lán)寶石襯底，或是碳化硅襯底，目前實(shí)驗階段有使用鋁酸鋰襯底，鎵酸鋰襯底，硅襯底， 或是氧化鋁鋅襯底等。另外，晶格結(jié)構(gòu)與晶格常數(shù)是另一項選擇外延襯底的重要依據(jù)。晶 格常數(shù)差異過大，往往需要先形成一緩沖層才可以得到較佳的外延品質(zhì)。在本實(shí)施例中，使用的外延材料為III-氮化物，特別是使用氮化鎵，而搭配使用的外延襯底是目前商業(yè)上常 見的藍(lán)寶石襯底或是碳化硅襯底。然而，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解，本發(fā)明的外延
材料的選擇并不限定于ni-氮化物，或甚至是氮化鎵等的材料。任何III-V半導(dǎo)體化合物 或是II-VI半導(dǎo)體化合物均可應(yīng)用在本發(fā)明中。 由于使用藍(lán)寶石襯底或是碳化硅襯底，在外延III-氮化物之前需要先形成一緩 沖層IOI，這是因為藍(lán)寶石襯底與氮化鎵之間的晶格常數(shù)的不匹配高達(dá)14%，而使用碳化 硅襯底也有達(dá)到3. 5%的晶格常數(shù)的不匹配。 一般的緩沖層101的材料可以是氮化鎵、氮 化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁(A1N)、或是InGaN/InGaN超晶格結(jié)構(gòu)。有關(guān)于形成InGaN/InGaN 超晶格結(jié)構(gòu)的技術(shù)，可以參閱先進(jìn)開發(fā)光電之前的專利申請?zhí)岚?，中國臺灣專利申請?zhí)?096104378。形成緩沖層12的方式是在外延機(jī)臺，例如有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(M0CVD ; Metal Organic Chemical Vapor Deposition)機(jī)臺或是分子束夕卜延(MBE ;Molecular Beam Epitaxy)機(jī)臺中，以相對于后續(xù)正常外延溫度較低的環(huán)境長晶。例如氮化鋁鎵銦的一般長 晶溫度約在800-140(TC之間，而緩沖層的長晶溫度約在250-70(TC之間。當(dāng)使用有機(jī)金屬 化學(xué)氣相沉積機(jī)臺時，氮的先驅(qū)物可以是NH3或是^，鎵的先驅(qū)物可以是三甲基鎵或是三乙 基鎵，而鋁的先驅(qū)物可以是三甲基鋁或是三乙基鋁。反應(yīng)室的壓力可以是低壓或是常壓。
隨后，如步驟2所示，在差排缺陷所造成的結(jié)構(gòu)脆弱處蝕刻出多個凹洞110。之后， 再如步驟3所示，沉積一阻斷層103于半導(dǎo)體層102上。再涂布光致抗蝕劑于上述的阻斷 層103上，以形成填滿多個凹洞110的一光致抗蝕劑109，如步驟4所示。然后，如步驟5 所示，移除多個凹洞110以外的光致抗蝕劑109，僅留下凹洞110中的光致抗蝕劑109。而 后，如步驟6所示，蝕刻此一半導(dǎo)體層102，以移除多個凹洞110以外的阻斷層103，借此形 成多個分布于凹洞110的阻斷層103。再借由光刻工藝移除凹洞中殘留的光致抗蝕劑109， 如步驟7所示。上述的阻斷層103可為介電質(zhì)(dielectric)，包含氮化鎂(Mg，y)、氮化硅
(Si，y)、氧化硅(SixOy)、氧化鈦(TixOy)、氧化鋯(21^7)、氧化鉿(HfxOyh氧化鉭0^0》、一
氮化硅(SiN)、一氧化硅(SiO)。 請參考步驟8所示，再外延上述的半導(dǎo)體層102，以形成一再外延半導(dǎo)體層104。由 于上述的阻斷層103將會阻擋再外延半導(dǎo)體層104的生長，故再外延半導(dǎo)體層104將會往 凹洞110處側(cè)向成長，因而造成差排轉(zhuǎn)向，以有效地將差排缺陷阻絕于再外延半導(dǎo)體層104 內(nèi)部，如步驟9、10、11所示。 請參考圖3所示，其依照上述步驟以將半導(dǎo)體層102蝕刻出凹洞110的掃描式電 子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)照片。 本發(fā)明還將上述阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法應(yīng)用于發(fā)光二極管的工藝中，以提出 一種阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法。請參考圖4所示，此一方法先執(zhí)行至少一次阻 斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法，以形成再外延半導(dǎo)體層404，隨后再形成一化合物半導(dǎo)體復(fù)合層 420于再外延半導(dǎo)體層404上，以構(gòu)成一發(fā)光二極管。如此，發(fā)光二極管內(nèi)部的差排缺陷密 度即可借由上述方法大幅降低，有效的將材料內(nèi)部的缺陷阻絕，進(jìn)而改善發(fā)光元件的發(fā)光 特性及電氣特性。 首先，依照前述步驟以將差排缺陷阻絕于再外延半導(dǎo)體層404內(nèi)部。如步驟20所 示，形成一緩沖層401于一襯底400上，并外延一半導(dǎo)體層402于緩沖層401上。再如步驟 21所示，蝕刻半導(dǎo)體層402以形成多個凹洞410于半導(dǎo)體層402上的差排缺陷處。隨后，如步驟22所示，沉積一阻斷層403于半導(dǎo)體層上。再如步驟23所示，涂布光致抗蝕劑于阻 斷層403上，以形成填滿多個凹洞410的一光致抗蝕劑409。之后，如步驟24所示，移除多 個凹洞410以外的光致抗蝕劑409。再如步驟25所示，蝕刻多個凹洞410以外的光致抗蝕 劑409，以將光致抗蝕劑409蝕刻截斷成多個分布于凹洞410內(nèi)的光致抗蝕劑409。然后， 如步驟26所示，借由光刻工藝移除上述的光致抗蝕劑409。再如步驟27所示，再外延上述 的半導(dǎo)體層402，使其側(cè)向成長，導(dǎo)致差排缺陷轉(zhuǎn)向，以形成一再外延半導(dǎo)體層404。
由步驟27的圖示可知，差排缺陷未必能完全被阻絕于再外延半導(dǎo)體層404中，因 此，可借由重復(fù)上述步驟，以阻斷其余的差排，借此大幅降低元件內(nèi)部的差排缺陷密度。
最后，如步驟28所示，再形成一化合物半導(dǎo)體復(fù)合層420于再外延半導(dǎo)體層404 上，以形成一發(fā)光二極管，其中上述的化合物半導(dǎo)體復(fù)合層420借由于再外延半導(dǎo)體層404 上依序形成一 N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層405、一發(fā)光層406、一 P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層408而成。然而， 上述的發(fā)光二極管還可包含一 P型半導(dǎo)體電子阻擋層407于發(fā)光層406與P型半導(dǎo)體導(dǎo)電 層408之間，以提高發(fā)光二極管的光取出效能。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施范例中，上述的N型 半導(dǎo)體導(dǎo)電層405、發(fā)光層406、 P型半導(dǎo)體電子阻擋層407與P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層408均為 III族氮化物。 上述的N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層405可為氮化鎵層或是氮化鋁鎵層，而這一層的作用是 提供發(fā)光二極管的N型導(dǎo)通的包覆層(cladding layer) 。 N型導(dǎo)通的氮化鎵層或是氮化鋁 鎵層的形成方式，是在有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積機(jī)臺或是分子束外延機(jī)臺中，在形成氮化物 層時，同時摻雜四族的原子，在本實(shí)施例中是硅原子，而硅的先驅(qū)物在有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉 積機(jī)臺中可以是硅甲烷或是硅乙烷。在這一層的下方可以在緩沖層上先行依續(xù)形成未摻雜 的氮化鎵層(未在圖示中顯示)以及N型導(dǎo)通的接觸層(未在圖示中顯示)，而這兩層的形 成步是非必需的(optional)。形成未摻雜的氮化鎵層是提升N型導(dǎo)通的包覆層的外延品 質(zhì)，而N型導(dǎo)通的接觸層是高摻雜的氮化鎵層或是氮化鋁鎵層，可以提供與N型電極之間較 佳的導(dǎo)電效果。 另外，上述的發(fā)光層406可以是單異質(zhì)結(jié)構(gòu)，雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，單量子阱層，或是多重 量子阱層結(jié)構(gòu)。目前多采用多重量子阱層結(jié)構(gòu)，也就是多重量子阱層/阻障層的結(jié)構(gòu)。量 子阱層可以使用氮化銦鎵，而阻障層可以使用氮化鋁鎵等的三元結(jié)構(gòu)。另外，也可以采用四 元結(jié)構(gòu)，也就是使用氮化鋁鎵銦(AlxInyGai—x—yN)同時作為量子阱層以及阻障層，其中調(diào)整 鋁與銦的比例使得氮化鋁鎵銦晶格的能階可以分別成為高能階的阻障層與低能階的量子 阱層。發(fā)光層的形成方式，基本上接近前述的形成N型導(dǎo)通的包覆層的方式，其中銦的先驅(qū) 物可以是三甲基銦或是三乙基銦。發(fā)光層可以摻雜N型或是P型的摻雜子(dopant)，可以 是同時摻雜N型與P型的摻雜子，也可以完全不摻雜。并且，可以是量子阱層摻雜而阻障層 不摻雜，量子阱層不摻雜而阻障層摻雜，量子阱層與阻障層都摻雜，或是量子阱層與阻障層 都不摻雜。另外，也可以在量子阱層的部分區(qū)域進(jìn)行高濃度的摻雜(delta doping)。
在發(fā)光層406上形成一P型半導(dǎo)體電子阻擋層407的步可以是非必需的 (optional) 。 P型半導(dǎo)體電子阻擋層407可包括第一種三五族半導(dǎo)體層，以及第二種三五 族半導(dǎo)體層。這兩種三五族半導(dǎo)體層，能隙不同，且具有周期性地重復(fù)沉積在上述有源發(fā)光 層上，以作為一勢壘較高的電子阻擋層(勢壘高于有源發(fā)光層的勢壘)，用以阻擋過多電子 (e—)溢流發(fā)光層406。關(guān)于P型導(dǎo)通的電子阻擋層詳細(xì)的內(nèi)容與形成方式，可以參閱先進(jìn)開發(fā)光電之前的專利申請?zhí)岚?，中國臺灣專利申請?zhí)?97128065。 另外，上述的P型半導(dǎo)體導(dǎo)電層408可以是氮化鎵層或是氮化鋁鎵層，而這一層的 作用是提供發(fā)光二極管的P型導(dǎo)通的包覆層(cladding layer) 。 P型導(dǎo)通的氮化鎵層或是 氮化鋁鎵層的形成方式，是在有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積機(jī)臺或是分子束外延機(jī)臺中，在形成 氮化物層時，同時摻雜二族的原子，在本實(shí)施例中是鎂原子，而鎂的先驅(qū)物在有機(jī)金屬化學(xué) 氣相沉積機(jī)臺中可以是CftMg。在這一層的上方可以形成P型導(dǎo)通的接觸層(未在圖示中 顯示)，而這層的形成步是非必需的(optional) 。 P型導(dǎo)通的接觸層是高摻雜的氮化鎵層或 是氮化鋁鎵層，可以提供與P型電極之間較佳的導(dǎo)電效果。 顯然地，依照上面實(shí)施例中的描述，本發(fā)明可能有許多的修改與差異。因此需要在 其附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細(xì)的描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其 它的實(shí)施例中施行。上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利 范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修改，均應(yīng)包含在所述權(quán) 利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法，至少執(zhí)行一次下列步驟形成多個凹洞于一半導(dǎo)體層上的差排缺陷處；在每一個凹洞上形成一阻斷層；以及再外延該半導(dǎo)體層，使該半導(dǎo)體層側(cè)向成長，導(dǎo)致差排缺陷轉(zhuǎn)向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法，借由蝕刻該半導(dǎo)體層以形成多個凹 洞于該半導(dǎo)體層上的差排缺陷處，且其中在每一個凹洞上形成一阻斷層包含下列步驟沉積一阻斷層于該半導(dǎo)體層上；涂布光致抗蝕劑于該阻斷層上，以形成填滿所述多個凹洞的光致抗蝕劑； 移除所述多個凹洞以外的光致抗蝕劑；蝕刻該半導(dǎo)體層，以移除所述多個凹洞以外的該阻斷層，借此形成多個分布于凹洞的 阻斷層；移除所述多個阻斷層上的光致抗蝕劑，前述的阻斷層為介電質(zhì)，可包含氮化鎂、氮化 硅、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、氧化鉭、一氮化硅或一氧化硅等其中之一 ；以及 移除光致抗蝕劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法，在形成多個凹洞于一半導(dǎo)體層上的 差排缺陷處之前，還包含下列步驟提供一襯底；以及形成該半導(dǎo)體層于該襯底上，并形成一緩沖層于該襯底與該半導(dǎo)體層之間，前述的襯 底可為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、鋁酸鋰襯底、鎵酸鋰襯底、硅襯底、氮化鎵襯底，氧化鋅襯底、氧化鋁鋅襯底、砷化鎵襯底、磷化鎵襯底、銻化鎵襯底、磷化銦襯底、砷化銦襯底或硒化鋅襯底等其中之一。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法，其中上述的半導(dǎo)體層為III族氮化物。
5. —種阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法，包含下列步驟 執(zhí)行權(quán)利要求1的方法；以及外延一化合物半導(dǎo)體復(fù)合層于該半導(dǎo)體層上，以形成一發(fā)光二極管。
6. —種阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法，包含下列步驟 外延一半導(dǎo)體層于一襯底上；蝕刻該半導(dǎo)體層以形成多個凹洞于該半導(dǎo)體層上的差排缺陷處； 形成多個阻斷層于所述多個凹洞上；再外延該半導(dǎo)體層，使該半導(dǎo)體層側(cè)向成長，導(dǎo)致差排缺陷轉(zhuǎn)向；以及 外延一化合物半導(dǎo)體復(fù)合層于該半導(dǎo)體層上，以形成一發(fā)光二極管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法，其中形成多個阻斷層于所 述多個凹洞上包含下列步驟沉積一阻斷層于該半導(dǎo)體層上；涂布光致抗蝕劑于該阻斷層上，以形成填滿所述多個凹洞的光致抗蝕劑； 移除所述多個凹洞以外的光致抗蝕劑；蝕刻該半導(dǎo)體層，以移除所述多個凹洞以外的該阻斷層，以形成多個分布于凹洞的阻 斷層；移除所述多個阻斷層上的光致抗蝕劑，前述的阻斷層可為介電質(zhì)，可包含氮化鎂、氮化 硅、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、氧化鉭、一氮化硅或一氧化硅等其中之一 ；以及 光致抗蝕劑可借由光刻工藝移除。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法，其中上述的襯底可為藍(lán)寶 石襯底、碳化硅襯底、鋁酸鋰襯底、鎵酸鋰襯底、硅襯底、氮化鎵襯底，氧化鋅襯底、氧化鋁鋅 襯底、砷化鎵襯底、磷化鎵襯底、銻化鎵襯底、磷化銦襯底、砷化銦襯底或硒化鋅襯底等其中 之一，且還包含形成一緩沖層于該襯底與該半導(dǎo)體層之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6的阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法，其中上述的半導(dǎo)體層為 III族氮化物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6的阻斷發(fā)光二極管內(nèi)部差排缺陷的方法，其中外延一化合物半導(dǎo) 體復(fù)合層于該半導(dǎo)體層上還包含下列步驟形成一 N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層于該半導(dǎo)體層上；形成一發(fā)光層于該N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層上；以及形成一 p型半導(dǎo)體導(dǎo)電層于該發(fā)光層上，且形成一 p型半導(dǎo)體電子阻擋層于該發(fā)光層與該P(yáng)型半導(dǎo)體導(dǎo)電層之間，前述的N型半導(dǎo)體導(dǎo)電層、該發(fā)光層、該P(yáng)型半導(dǎo)體導(dǎo)電層、該 P型半導(dǎo)體電子阻擋層均為III族氮化物。
全文摘要
本發(fā)明提出一種阻斷半導(dǎo)體差排缺陷的方法。首先，外延一半導(dǎo)體層于一襯底上，并在半導(dǎo)體層上差排缺陷所造成的結(jié)構(gòu)脆弱處蝕刻出凹洞。之后，在每一個凹洞上形成一阻斷層。隨后，再外延上述的半導(dǎo)體層，使半導(dǎo)體層側(cè)向成長，導(dǎo)致差排缺陷轉(zhuǎn)向。本發(fā)明可以在外延過程中降低差排缺陷密度以改善外延層的光學(xué)特性。
文檔編號H01L21/20GK101728244SQ200810167630
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者葉穎超, 吳芃逸, 林文禹, 涂博閔, 詹世雄, 黃世晟 申請人:先進(jìn)開發(fā)光電股份有限公司