半导体结构制造技术

一种半导体结构，包括：一基板以及位于该基板上的一导电载子穿隧层。该导电载子穿隧层则包括：多个第一型Ⅲ族氮化物膜层，具有一第一能隙，其中所述多个第一型Ⅲ族氮化物膜层分别具有少于约５纳米的一厚度；以及多个第二型Ⅲ族氮化物膜层，具有低于该第一能隙的一第二能隙，其中所述多个第一型Ⅲ族氮化物膜层与所述多个第二型Ⅲ族氮化物膜层交错且堆叠地设置，其中于该基板与该导电载子穿隧层之间则不存在有一Ⅲ族氮化物层。上述半导体装置还包括一有源层，位于该导电载子穿隧层之上。本发明专利技术不仅可降低操作电压，且操作电压并不需达到其离散值，因而简化了光电装置的操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体装置制造技术，特别涉及III族氮化物(group-III nitride) 薄膜的制作，且特别涉及于硅基板上超晶格III族氮化物(superlattice group-Ill nitride)薄膜的制作。
技术介绍
如氮化镓及其合金材料等的第in族氮化物(通常以in族氮化物或m-N 表示)化合物，由于其适用于电子及光电装置的应用，因此成为近年来的研究 目标。其可能应用的光电装置例如为蓝光发光二极管与激光二极管，以及深紫外光光感应器。III族氮化物化合物的高能隙(bandgap)以及高电子饱和速度 (saturation velocity)等特性使得其成为适用于如高温与高速的电子电力的应 用的众多选择之一。于一般成长温度下由于氮气的高平衡压力，因此极不容易形成氮化镓单 晶块材(GaNbulkcrystals)。由于欠缺可行的块材成长方法，因此氮化镓通常 外延沉积于如碳化硅(SiC)与蓝宝石(sapphire)材料的基板之上。然而，当今制 作氮化镓薄膜时所遭遇的主要问题于在缺乏具有极为接近于氮化镓的晶格 常数与热膨胀系数的晶格常数以及热膨胀系数的适当基板材料。于经过研究 适用于形成氮化镓的众多基板后，发现到硅基板也为可利用的基板之一。由 于具有低成本、较大尺寸、较高晶格与表面特性、可控制的导电度以及高热 传导率等特性，因此硅基板也适用于氮化镓的成长。另外，硅晶片的使用也 简化了氮化镓系列(GaN based)光电装置与硅基(silicon-based)电子装置间的 整合情形。请参照图l，显示了一公知光电装置2(在此示出为一发光二极管)，其包 括了基板10、形成于基板10上的低温氮化铝层12、形成于氮化铝层12上 的超晶格(superlattice)层14、以及形成于超晶格层14上的发光二极管18。发 光二极管18包括一 n型的III族氮化物层15、有源层16以及一 p型的III族氮化物层17。低温氮化铝层12具有降低起因于基板与其上方的III族氮化 物间晶格常数及热膨胀系数差异所导致的应力的效果。然而，低温氮化铝层 12的存在则造成了高电阻率，而无法形成接触于基板对称侧的垂直型发光二 极管。因此需于基板的同一侧形成p型III族氮化物层与n型III族氮化物层 间的接触。为了得到前序的垂直型发光二极管，便需要解决上述问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种半导体结构，以解决上述公知问题。依据一实施例，本专利技术提供了一种半导体结构，包括 一基板以及位于 该基板上的一导电载子穿隧层。该导电载子穿隧层则包括多个第一型III 族氮化物膜层，具有一第一能隙，其中所述多个第一型III族氮化物膜层分 别具有少于约5纳米的一厚度；以及多个第二型III族氮化物膜层，具有低 于该第一能隙的一第二能隙，其中所述多个第一型III族氮化物膜层与所述 多个第二型III族氮化物膜层交错且堆叠地设置，其中于该基板与该导电载 子穿隧层之间则不存在有一 III族氮化物层。上述半导体装置还包括一有源 层，位于该导电载子穿隧层之上。依据另一实施例，本专利技术提供了一种半导体结构，包括 一基板、位于 该基板上的一导电载子穿隧层以及位于该导电载子穿隧层之上的一有源层。 该导电载子穿隧层包括多个第一型III族氮化物膜层，具有一第一能隙， 其中所述多个第一型III族氮化物膜层具有一第一厚度；以及多个第二型III 族氮化物膜层，具有低于该第一能隙的一第二能隙，其中所述多个第二型III 族氮化物膜层具有大于所述多个第一型m族氮化物膜层的该第一厚度的一 第二厚度，其中所述多个第一型III族氮化物膜层与所述多个第二型III族氮 化物膜层交错且互堆叠地设置。依据又一实施例，本专利技术提供了一种半导体结构，包括 一导电基板、 位于该导电基板上的一导电载子穿隧层以及位于该导电载子穿隧层之上的 一有源层。该导电载子穿隧层包括多个第一型III族氮化物膜层，具有一 第一能隙，其中所述多个第一型III族氮化物膜层具有大体相同的一第一厚度；以及多个第二型m族氮化物膜层，具有低于该第一能隙的一第二能隙，其中所述多个第一型III族氮化物膜层与所述多个第二型III族氮化物膜层交5错且互堆叠地设置。其中所述多个第二型III族氮化物膜层具有相同于或大 于所述多个第一型HI族氮化物膜层的该第一厚度的一第二厚度。上述半导 体结构更包括位于该导电载子穿隧层上的一第三型III族氮化物膜层，以及 位于该有源层上的一第四型III族氮化物膜层。该第三型III族氮化物膜层以 及该第四型III族氮化物膜层具有相反的导电形态。于导电载子穿隧层与导 电基板之间未存在有III族氮化物材料。本专利技术的前述实施例具有以下多个优点，通过自基板上移除氮化铝层，可形成了具有位于基板的对称侧p型与n型III族氮化物的氮化镓膜层的垂 直型光电装置，而不会造成其操作电压的提升。随着于超晶格层内具有较大 能隙的膜层32的厚度的降低而产生载子穿隧效应，不仅可降低操作电压， 且操作电压并不需达到其离散值，因而简化了光电装置的操作。为了让本专利技术之上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特 举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1显示了包括氮化铝层以及位于氮化铝层上的超晶格层的一公知电路 结构；以及图2-图4显示了依据本专利技术一实施例的半导体结构的制作中的各中间阶 段，其中于超晶格层与基板之间并未形成有氮化铝层。 上述附图中的附图标记说明如下 10~基板； 12 氮化铝层； 14 超晶格层； 15 n型的III族氮化物层； 16 有源层；17 p型的III族氮化物；18 发光二极管；20~基板；22~晶种层；24~过渡层；630 导电载子穿隧层；32 第一膜层；34~第一膜层；40 p型III族氮化物膜层；42 m族氮化物接触层；43 m族氮化物防裂层； 44~ III族氮化物包覆层；46 m族氮化物导光层； 48 m族氮化物上盖层；50~有源层；60 n型III族氮化物层；64 m族氮化物导光层；66 m族氮化物包覆层；68 m族氮化物接触层；70 顶接触物； 80 后接触层； Tl 第一膜层的厚度； T2 第二膜层的厚度。具体实施方式本专利技术提供了形成包括有ni族氮化物(通称为m-氮化物或者是m-N)电 路结构的新颖方法。通过以下本专利技术的实施例以显示于制作时的中间阶段。 于本专利技术的实施例的解说以及不同附图中，其内相同的标号代表了相同构 件。请参照图2，首先提供一基板20。在一实施例中，基板20为包括氮化 镓(GaN)、硅、锗、硅锗(SiGe)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、硫化锡(SnS)、 硒化锡(SnSe)、磷化镓、砷化镓及其组合材料的一导电基板或一半导体基板。 而当基板20为结晶态的硅基板时，其优选地具有(lll)结晶表面，虽然硅基 板也可具有如(100)及(110)的其他结晶表面。基板20优选地为一块材基板 (bulksubstrate),或者为由不同材料的一个以上膜层所形成的复合结构。基板20优选地预先于一反应腔内经过回火处理，例如为于用于金属有机化学气相 沉积的腔体内回火处理，以移除污染物。上述回火程序可于约1100。 C的温 度下进行。于基板20上可更选择性的形成了晶种层2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：　一基板；　一导电载子穿隧层，位于该基板上，该导电载子穿隧层包括：　多个第一型Ⅲ族氮化物膜层，具有一第一能隙，其中所述多个第一型Ⅲ族氮化物膜层分别具有少于约５纳米的一厚度；以及　多个第二型Ⅲ族氮 化物膜层，具有低于该第一能隙的一第二能隙，其中所述多个第一型Ⅲ族氮化物膜层与所述多个第二型Ⅲ族氮化物膜层系交错且堆叠地设置，其中于该基板与该导电载子穿隧层的间则不存在有一Ⅲ族氮化物层；　一有源层，位于该导电载子穿隧层之上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：余佳霖，陈鼎元，余振华，邱文智，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]