外延晶元,以及使用其的開關(guān)元件和發(fā)光元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實施例設(shè)及外延晶元。
[0002] 本實施例設(shè)及制造外延晶元的方法。
[0003] 本實施例設(shè)及使用外延晶元的電力元件。
[0004] 本實施例設(shè)及使用外延晶元的發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0005] 社會中，已經(jīng)大規(guī)模地廣泛使用了電子元件。
[0006] 盡管常規(guī)電子元件使用藍(lán)寶石或娃制造，但是藍(lán)寶石或娃不滿足電子元件的要 求。
[0007] 最近，已經(jīng)對于基于碳化娃的電子元件進(jìn)行了研究和調(diào)研。
[000引然而，用作包括碳化娃的襯底的晶元的質(zhì)量并不令人滿意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 技術(shù)問題
[0010] 本實施例提供具有極高質(zhì)量的外延晶元。
[0011] 本實施例提供能夠?qū)⑷毕葑钚』耐庋泳г?br>[0012] 本實施例提供使用外延晶元的電力元件。
[0013] 本實施例提供使用外延晶元的發(fā)光元件。
[0014] 技術(shù)方案
[0015] 根據(jù)本實施例，提供了包括襯底W及在襯底上的外延層的外延晶元。外延層包括： 第一半導(dǎo)體層，第一半導(dǎo)體層設(shè)置在襯底上并且具有第一滲雜濃度；第二半導(dǎo)體層，第二半 導(dǎo)體層設(shè)置在第一半導(dǎo)體層上并且具有第二滲雜濃度；W及第=半導(dǎo)體層，第=半導(dǎo)體層 設(shè)置在第二半導(dǎo)體層上，具有比第一半導(dǎo)體層的厚度厚的厚度，并且具有第=滲雜濃度，并 且第二滲雜濃度在第一滲雜濃度與第=滲雜濃度之間。
[0016] 根據(jù)本實施例，提供了開關(guān)元件，該開關(guān)元件包括襯底；在襯底上的第一半導(dǎo)體 層；在第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層；在第二半導(dǎo)體層上的第=半導(dǎo)體層；在第=半導(dǎo) 體層上的陽極電極；W及在襯底下的陰極電極。第=半導(dǎo)體層具有比第一半導(dǎo)體層的厚度 厚的厚度，并且第二半導(dǎo)體層的第二滲雜濃度在第一半導(dǎo)體層的第一滲雜濃度與第=半導(dǎo) 體層的第=滲雜濃度之間。
[0017] 根據(jù)本實施例，提供了開關(guān)元件，該開關(guān)元件包括襯底；在襯底上的第一半導(dǎo)體 層；在第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層；在第二半導(dǎo)體層上的第=半導(dǎo)體層；在第=半導(dǎo) 體層上的源極接觸件、漏極接觸件和柵極接觸件；W及在第=半導(dǎo)體層與柵極接觸件之間 的柵極絕緣體。第=半導(dǎo)體層具有比第一半導(dǎo)體層的厚度厚的厚度，并且第二半導(dǎo)體層的 第二滲雜濃度在第一半導(dǎo)體層的第一滲雜濃度與第=半導(dǎo)體層的第=滲雜濃度之間。
[001引根據(jù)本實施例，提供了發(fā)光元件，該發(fā)光元件包括襯底；在襯底上的外延層；W及 發(fā)光結(jié)構(gòu)，發(fā)光結(jié)構(gòu)設(shè)置在外延層上并且至少包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電 半導(dǎo)體層。外延層包括；在襯底上的第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層；W 及在第二半導(dǎo)體層上的第=半導(dǎo)體層。第=半導(dǎo)體層具有比第一半導(dǎo)體層的厚度厚的厚 度，并且第二半導(dǎo)體層的第二滲雜濃度在第一半導(dǎo)體層的第一滲雜濃度與第=半導(dǎo)體層的 第=滲雜濃度之間。
[0019] 有益效果
[0020] 如上所述，根據(jù)本實施例，通過減小反應(yīng)源的流量（flux)W便W低速初始生長外 延材料，可W最小化外延層的內(nèi)部缺陷和表面缺陷。
[0021] 根據(jù)本實施例，通過減小Si的流量W便W低速初始生長外延材料，可W最小化外 延層的內(nèi)部缺陷和表面缺陷。
[0022] 根據(jù)本實施例，通過減小生長源的流量W及滲雜源的流量W便W低速初始生長外 延材料，可W最小化外延層的內(nèi)部缺陷和表面缺陷。
[0023] 因此，具有最小化的內(nèi)部缺陷和表面缺陷的外延層應(yīng)用到了電子元件，使得可W 滿足相關(guān)電子元件所需的特性。
[0024] 根據(jù)本實施例，即使生長條件改變，生長也會繼續(xù)，使得半導(dǎo)體層生長在第一和第 =半導(dǎo)體層之間不停止。因此，可W更多地減少缺陷，并且可W增加生長過程中的效率，使 得可W減少過程時間。
【附圖說明】
[0025] 圖1顯示了顯示根據(jù)本實施例的外延晶元的截面圖。
[0026] 圖2是顯示根據(jù)第一實施例的圖1的外延晶元的制造過程的流程圖。
[0027] 圖3顯示了圖2的制造過程。
[002引圖4是顯示根據(jù)外延生長的生長源的流量和生長溫度的變化的圖示。
[0029] 圖5是顯示根據(jù)第二實施例的圖1的外延晶元的制造過程的流程圖。
[0030] 圖6是顯示根據(jù)外延生長的生長源的流量和生長溫度的變化的圖示。
[0031] 圖7是顯示根據(jù)本實施例的肖特基勢壘二極管的截面圖。
[003引圖8是顯示根據(jù)本實施例的MES陽T的截面圖。
[0033] 圖9是顯示根據(jù)本實施例的發(fā)光元件的截面圖。
【具體實施方式】
[0034] 在實施例的描述中，應(yīng)當(dāng)理解為，當(dāng)層（或薄膜）、區(qū)域、圖形或結(jié)構(gòu)被稱為在另一 襯底、另一層（或薄膜）、另一區(qū)域、另一焊盤或另一圖形"上"或"下"時，其可直接"或 "間接"在其他襯底、層（或薄膜）、區(qū)域、焊盤或圖樣之上。該樣的層的位置已經(jīng)參考附圖 進(jìn)行了說明。
[0035] 下文中，將參考所附附圖來描述實施例。為了描述的方便和清楚，圖中夸張、省略 或簡化了每個層的厚度和尺寸。另外，每個部件的尺寸不完全反映實際尺寸。
[0036] 半導(dǎo)體基電子元件可W通過在外延晶元上形成額外的結(jié)構(gòu)來形成。因此，為了制 造具有超高質(zhì)量的半導(dǎo)體基電子元件，要確保外延晶元的質(zhì)量。
[0037] 通過隨著生長工藝條件被優(yōu)化而將表面粗趟度和表面缺陷最小化，可W確保根據(jù) 本實施例的外延晶元的質(zhì)量。
[003引由于在外延生長過程中出現(xiàn)的諸如基面位錯炬PD)、堆煤層錯（S巧和弗蘭克不全 位錯（FPD)的內(nèi)部缺陷，可W產(chǎn)生外延晶元的表面缺陷。
[0039] 外延晶元的表面粗趟度和表面缺陷可W依據(jù)諸如在初始階段引入的反應(yīng)源的流 量、生長溫度、壓力、反應(yīng)源的總流量、C/Si比、Si/U比的工藝條件而變化。因此，通過將工 藝條件優(yōu)化可W將表面缺陷密度和表面粗趟度最小化。
[0040] 例如，根據(jù)本實施例的外延晶元的表面粗趟度可W是Inm或更小。另外，根據(jù)本實 施例的外延晶元的表面缺陷密度可W是0. 1/cm2或更小。因此，通過使用該外延晶元，可W 改善半導(dǎo)體基電子元件的質(zhì)量。
[0041] 根據(jù)本實施例的電子元件可W包括用于開關(guān)控制的開關(guān)元件W及發(fā)送光的發(fā)光 元件。開關(guān)元件可W包括諸如肖特基勢壘二極管和金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MESFET)的 電力元件，但是本實施例不限于此。
[0042] 圖1顯示了顯示根據(jù)本實施例的外延晶元的截面圖。
[0043] 參考圖1，根據(jù)本實施例的外延晶元100可W包括襯底110和外延層150。
[0044] 襯底110可W包括碳化娃。換言之，襯底110可W包括3C-SiC、4H-SiC和細(xì)-SiC 中的一種。
[0045] 襯底110可W包括碳化娃。換言之，襯底110可W包括3C-SiC、4H-SiC和細(xì)-SiC 中的任何一種。
[0046] 碳化娃是包括娃（Si)和碳（C)的化合物半導(dǎo)體。與典型的娃（Si)相比，碳化娃 具有10倍的電介質(zhì)擊穿場強(qiáng)、3倍的帶隙W及3倍的熱導(dǎo)率。
[0047] 由于極佳的特性，碳化娃被期望在電子元件中廣泛利用。在電力元件或發(fā)光元件 中可W采用碳化娃。具體而言，基于碳化娃的電力元件可W承受高擊穿電壓，具有低電阻率 并且在高溫下工作。
[0048] 由于高擊穿電壓，可W形成非常薄的漂移層，使得電力元件的厚度可W大大降低。
[0049] 可W在襯底110上生長外延材料W形成外延層150。
[0化0] 外延層150可W通過使用HVPE(氨化物氣相外延）、MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉 積）、MBE(分子束外延）或瓣射來生長。
[0051] 外延材料可W包括與襯底110相同的化合物半導(dǎo)體，例如碳化娃，但是本實施例 不限于此。
[0052] 因為外延層150包括與襯底110相同的材料，所W在外延層120與襯底110之間 不產(chǎn)生晶格常數(shù)的差異或熱膨脹率的差異，或差異很小。因此，不會顯著存在由應(yīng)力產(chǎn)生的 諸如彎曲的缺陷的概率。
[005引另外，因為外延層150使用與襯底110的材料相同的材料生長，所W外延層150的 晶態(tài)可W改善。
[0化4] 根據(jù)本實施例的外延層150可W包括第一半導(dǎo)體層120、第二半導(dǎo)體層130和第S 半導(dǎo)體層140。第二半導(dǎo)體層130可W設(shè)置在第一半導(dǎo)體層120上，第=半導(dǎo)體層140可W設(shè)置在第二半導(dǎo)體層130上。盡管第一至第=半導(dǎo)體層120至140包括相同的化合物半導(dǎo) 體材料，例如碳化娃，但是本實施例不限于此。第=半導(dǎo)體層140可W是用于執(zhí)行電子元件 的特定功能的有源層，但是本實施例不限于此。例如，第二半導(dǎo)體層140可W是電力元件的 漂移層或發(fā)光元件的導(dǎo)電半導(dǎo)體層。
[0055] 第一半導(dǎo)體層20可W是用W減小或最小化在第S半導(dǎo)體層140中出現(xiàn)的缺陷的 緩沖層。缺陷可W是在第一至第=半導(dǎo)體層120、130和140中出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷或在第=半 導(dǎo)體層140的頂表面上出現(xiàn)的表面缺陷。
[0056] 表面缺陷包括小滴（