[发明专利]氮化镓二极管装置的缓冲层结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓二极管装置，尤其是一种氮化镓二极管装置中的缓冲层的结构。

背景技术

氮化镓(GaN)的二极管装置，如可以发蓝光或紫光的氮化镓发光二极管或可以侦测紫外线光的氮化镓光二极管(Photo Diode)等，由于其宽能隙的特性，是最近学界以及产业界研发的重点。

这些氮化镓二极管装置的公知的结构是在基板上先以低温(200℃～900℃)成长氮化铝(AlN)或氮化镓的缓冲层，然后再从此缓冲层上以高温成长此二极管装置的其它的氮化镓磊晶结构。这一工艺背后的原因是基板与二极管装置的其它氮化镓磊晶结构之间的晶格常数差异过大，没有这一层缓冲层的存在，基板与二极管装置的其它氮化镓磊晶结构之间会因压电(Piezoelectric)效应而导致过大的应力，致使二极管装置的磊晶品质不良。

但是，这种公知的以低温成长的氮化镓缓冲层另外存在缺陷密度过高(高达10e10/cm-3以上)、寿命不长和承受静电电压过低等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氮化镓二极管装置的缓冲层结构，能够有效改善公知做法的氮化铝或氮化镓缓冲层缺陷密度过高的问题，提高了二极管装置的质量、寿命和承受的静电电压。

本发明提出一种氮化镓二极管装置的缓冲层结构，该氮化镓二极管装置从下而上顺序分别包括：基板，由氧化铝单晶、6H-SiC、4H-SiC、Si、ZnO、GaAs、尖晶石和晶格常数接近于氮化物半导体的单晶氧化物之一所制成；位于该基板一侧的缓冲层；以及位于该缓冲层上的氮化镓磊晶结构；其中，该缓冲层进一步包括：

第一缓冲层，位于该基板上，由有一特定组成的氮化硅Si_aN_b所构成，其中a，b≥0，厚度介于之间，包含多个随机分布群聚的屏蔽；以及

第二缓冲层，由该基板未被该第一缓冲层遮盖的表面往上覆盖于该第一缓冲层上，由有一特定组成的氮化铝铟镓Al_cIn_dGa_1-c-dN所构成，0≤c，d＜1，c+d≤1，厚度介于之间。

本发明提出的氮化镓二极管装置的缓冲层结构和成长方式可以有效改善公知做法的氮化铝或氮化镓缓冲层缺陷密度过高的问题。由于缓冲层的存在，基板与二极管装置的其它氮化镓磊晶结构之间不会因压电效应而导致应力过大，提高了二极管装置的质量、寿命和承受的静电电压。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1是依据本发明的氮化镓二极管装置成长第一缓冲层后的顶视示意图；

图2是依据本发明第一实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图；

图3是依据本发明第二实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图；

图4是依据本发明第三实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图；

图5是依据本发明第四实施例的氮化镓二极管装置的结构示意图；

图中附图标记为，

10为基板；          20为缓冲层；    22为缓冲层；

24为缓冲层；        26为缓冲层；    30为氮化镓磊晶结构；

201为第一缓冲层；            202为第二缓冲层；

221，221’为第一缓冲层；     222，222’为第二缓冲层；

241为第一缓冲层；            242为第二缓冲层；243为第三缓冲层；

261，261’为第一缓冲层；     262，262’为第二缓冲层；

263为第三缓冲层。

具体实施方式

图1是依据本发明成长第一缓冲层后的顶视示意图。如图1所示，本发明所提出的缓冲层结构是先利用氮化硅Si_xN_y(x，y≥0)低温成长第一缓冲层。在此第一缓冲层里，Si_xN_y是形成包含有多个随机分布群聚(Cluster)的屏蔽。然后在此第一缓冲层上再以低温成长氮化铝铟镓Al_wIn_zGa_1-w-zN(0≤w，z＜1，w+z≤1)的第二缓冲层。第二缓冲层并非直接成长在第一缓冲层上，而是以磊晶侧向成长(Epitaxially Lateral Overgrowth，ELOG)方式，由第一缓冲层的Si_xN_y屏蔽未遮盖的基板上开始成长，再满溢越过到第一缓冲层的屏蔽上。