TW201135967A - Semiconductor device structures with modulated doping and related methods - Google Patents

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doped
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semiconductor
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Daniel Carleton Driscoll
Ashonita Chavan
Adam William Saxler
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Cree Inc
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Description

201135967 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體裝置及/或因此其製作方法，且更 特定而言係關於可用於III族氮化物半導體裝置中之結構、 • 裝置及/或方法。 【先前技術】 發光二極體廣泛地用於消費者及商業應用中。如熟悉此 項技術者所眾所周知，一發光二極體通常在一微電子基板 上包含二極體區。舉例而言，該微電子基板可包括砷化 鎵、璃化鎵、其合金、碳化石夕及/或藍寶石。LED中之持續 開發已產生出可涵蓋可見光譜及更高光譜之高效且機械強 健的光源。該等屬性結合固態裝置之可能長的使用壽命可 實現各種新的顯示應用，且可將LED置於一適當位置中以 與根深蒂固的白熾燈競爭。 舉例而言，可在生長基板（例如碳化矽基板）上製作基於 ΠΙ族氮化物之LED以提供水平裝置（其中兩個電觸點位於 該LED之一相同側上）或垂直裝置（其中電觸點位於該lED 之相對側上）。此外，該生長基板可在製作後維持於該led 上或將其移除（例如，藉由钮刻、研磨、抛光等）。舉例而 言，可移除該生長基板以減小所得LED之一厚度及/或減小 穿過一垂直LED之一正向電壓。舉例而言，一水平裝置(具 有或不〃有生長基板）可覆晶結合（例如，使用釺鮮）至一載 體基板或印刷電路板或線結合至載體基板或印刷電路板。 一垂直裝置(具有或不具有生長基板)可具有釺銲結合至一 152958.doc 201135967 載體基板或印刷電路板之一第一端子及線結合至載體基板 或印刷電路板之一第二端子。 在碳化矽基板上製作基於III族氮化物之LED中之一個困 難係為LED製作高品質且低阻抗磊晶層。舉例而言，氮化 鎵層（或另一 ΠΙ族氮化物層）可摻雜有一 η型摻雜劑（例如矽） 以増加其多數載流子濃度且藉此減小穿過一所得led之一 正向電壓。然而’摻雜有矽可增加該經矽摻雜之氮化鎵層 與》亥喊化石夕生長基板之間的晶格錯配，藉此增加該氣化鎵 層（或另一 III族氮化物層）中及/或形成於其上之磊晶層中之 裂縫。因增加之矽摻雜而導致之減小之晶體品質可增加所 得led之正向電壓降及/或另外減小效能。換言之，經提供 以減小阻抗之矽摻雜可減小晶體品質（因增加之破裂），藉 此減小效能。 因此，在此技術中持續需要（例如）藉由減小正向電壓、 同時維持及/或改良晶體品質來提供用於半導體裝置（例如 LED)之經改良磊晶m族氮化物層。 【發明内容】 根據本發明之某些實施例，一種半導體裝置可包含一經 摻雜半導體區，其中該經摻雜半導體區之一摻雜劑濃度係 在複數個間隔上調變U隔可包含具有—相對低二雜 劑濃度之至少一個部分及具有顯著大於該相對低摻雜劑濃 度之一相對高摻雜劑濃度之至少一個部分。舉例而言，該 調變之不同間隔可具有相同或不同厚度，及/或該經捧雜 半導體區可係一經摻雜III族氮化物半導體區。 152958.doc •4· 201135967 根據本發明之其他實施例’—種形成一半導體裝置之方 法可包含形成一經摻雜半導體區。可在複數個間隔上調變 該經摻雜半導體區之一摻雜劑濃度。每一間隔可包含具有 一相對低摻雜劑濃度之至少一個部分及具有顯著大於該相 對低摻雜劑濃度之一相對高摻雜劑濃度之至少一個部分。 舉例而言，該調變之不同間隔可具有相同或不同厚度， 及/或該經摻雜半導體區可係一經摻雜ΠΙ族氮化物半導體 區。 根據本發明之某些實施例，一 III族氮化物半導體裝置可 包含一經摻雜III族氮化物半導體區，其中調變該ΠΙ族氮化 物半導體區之一摻雜劑濃度，且一半導體作用區位於該經 摻雜III族氮化物半導體區上。該經摻雜m族氮化物半導體 區可包含一經矽摻雜之ΙΠ族氮化物半導體區，且可在該Ιπ 族氮化物半導體區中調變矽之一摻雜劑濃度。此外，該半 導體作用區可經組態以回應於穿過其之一電信號而產生 光。 該III族氮化物半導體區可包含一 m族氮化物超晶格且 可穿過該超晶格提供該調變摻雜劑濃度之一圖案。此外， 該調變摻雜劑濃度之一週期可大於該超晶格之一週期。該 超晶格可包含具有不同銦濃度之交替層之一超晶格圖案。 該III族IL化物半導體區可包含一 GaN層，且可穿過該 GaN層提供該調變摻雜劑濃度之一圖案。該ΠΙ族氮化物半 導體區亦可包含位於該GaN層與該作用區之間的一 in族氮 化物超晶格。 152958.doc 5 201135967 該調變摻雜劑濃度可界定不同摻雜劑濃度之一重複圖 案，其中該重複圖案之一最高摻雜劑濃度係比該重複圖案 之一最低摻雜劑濃度大至少50%。碳化梦基板亦可提供於 該經摻雜III族氮化物半導體區上以使得該經摻雜ΙΠ族氮化 物半導體區係位於該碳化矽基板與該半導體作用區之間， 及/或該半導體作用區可包含一量子井結構。另外，一半 導體接觸層可提供於該半導體作用區上以使得該半導體作 用區係位於該半導體接觸層與該ΙΠ族氮化物半導體區之 間’且該半導體接觸層與該經摻雜m族氮化物半導體區可 具有相反導電類型。 根據本發明之其他實施例’一種形成一 ΙΠ族氮化物半導 體裝置之方法可包含形成一經摻雜III族氮化物半導體區， 其中調變該III族氮化物半導體區之一摻雜劑濃度；及在該 經摻雜III知氮化物半導體區上形成一半導體作用區。該經 摻雜III知氮化物半導體區可包含一經石夕摻雜之III族氮化物 半導體區，且可在該III族氮化物半導體區中調變矽之一捧 雜劑濃度。此外，該半導體作用區可經組態以回應於穿過 其之一電信號而產生光。 該ΠΙ族氮化物半導體區可包含一 ill族氮化物超晶格，且 可穿過該超晶格提供該調變摻雜劑濃度之一圖案。該調變 摻雜劑濃度之一週期係大於該超晶格之一週期。該超晶格 可包含具有不同銦濃度之交替層之一超晶格圖案。該族 氮化物半導體區可包含一 GaN層，且可穿過該GaN層提供 該調變摻雜劑濃度之一圖案。該ΠΙ族氮化物半導體區可包 152958.doc • 6 · 201135967 含位於該GaN層與該作用區之間的一ηι族氮化物超晶格。 該調變捧雜^農度可#定不同捧雜劑濃度《一重複圖 案’其中該重複圖案之一最高掺雜劑濃度係比該重複圖案 之一最低換雜劑濃度大至少50%。 形成該經摻雜III族氮化物半導體區可包含在碳化矽基板 上形成該經摻雜III族氮化物半導體區以使得該經摻雜⑴族 氮化物半導體區係位於該碳化矽基板與該半導體作用區之 間。舉例而言’可藉由在一大致單晶碳化矽基板上磊晶沈 積以使得其晶體結構匹配來形成該經摻雜m族氮化物半導 體區及該半導體作用區中之每一者。 該半導體作用區可包含一量子井結構。另外，可在該半 導體作用區上形成一半導體接觸層以使得該半導體作用區 係位於該半導體接觸層與該ΙΠ族氮化物半導體區之間，且 該半導體接觸層與該經摻雜ΠΙ族氮化物半導體區可具有相 反導電類型。該半導體作用區可經組態以回應於穿過其之 一電信號而產生光。 【實施方式】 在結合隨附圖式閱讀時，自本發明之具體實施例之以下 實施方式將更易於理蛘本發明之其他特徵。 現將在下文中參考其中顯示本發明之實施例之隨附圖式 更全面地闡述本發明。然而，本發明不應視為限於本文中 所闡明之實施例。而是，提供該等實施例以使得本發明將 透徹且完整，並將向熟習此項技術者全面地傳達本發明之 範疇。在該等圖式中，為清楚起見而放大了各個層及區之
S 152958.doc 201135967 厚度。在本文中相同編號指代相同元件。如本文中所使 用，術語「及/或」包含相關聯所列舉項目中之一者或多 者之任一及全部組合。 本文中所使用之術語係出於閣述特定實施例之目的而非 意欲限制本發明。如本文中所使用，單數形式「一」、「一 個」及該」亦意欲包括複數形式，除非上下文另外明確 指示。應進一步理解，術語「包括」及/或「包含」在用 於此說明書中時指定存在所述特徵、整數、步驟、操作、 兀件及/或組件，但並不排除存在或添加一個或多個其他 特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組。 應理解，當稱一元件（例如一層 '區或基板）為「位於」 或延伸至另一元件「上」時，其可直接位於或直接延伸至 另一元件上，或亦可存在中間元件。相反，當稱一元件 「直接位於」或「直接延伸至」另一元件「上」時，則不 存在中間元件《亦應理解，當稱一元件「連接」或「麵 合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至另一元件，或 亦可存在中間元件。相反，當稱一元件「直接連接」或 「直接耗合」至另一元件時，則不存在介入元件。熟習此 項技術者亦應瞭解，對「毗鄰」另一特徵安置之一結構或 特徵之提及可具有與該毗鄰特徵重疊或位於該毗鄰特徵之 下之若干個部分。 應理解’雖然在本文中可使用第一、第二等術語來闡述 各種元件、組件、區、層及/或區段，但該等元件、組 件、區、層及/或區段並不受該等術語之限制《該等術語 152958.doc -8 * 201135967 僅用於將-個元件、組件、區、層或區段與另一區、層或 區段區分開。因此，可將下文論述之一第一元件、組件、 區、層或區段稱為一第二元件、組件、區、層或區段，而 不背離本發明之教示。 此外，在本文中可使用諸如「下部」或「底部」及「上 部」或「頂部」等相對性術語來闡述如圖中所圖解說明之 一個70件與另一元件之關係。應理解，除圖中所繪示之定 向以外，相對性術語意欲囊括裝置之若干種不同定向。舉 】而=若將圖中之裝置顛倒，則闡述為位於其他元件之 下部」側上之元件將定向於該等其他元件之「上部」側 ^。因此，例示性術語「下部」可端視圖之定向而囊括 下°卩J及「上部」兩個定向。類似地，若將其中一個圖 中之裝置顛倒，則闡述為位於其他元件「下方」或「下 面」之元件將定向於該等其他元件「上方广因此，例示 ^術°"下方」或「下面」可囊括上方及下方兩個定向。 在本文中參考剖視圖解來闡述本發明之實施例，該等剖 見圖解係、本發明之理想化實施例之*意性圖解。如此，將 期吆因（例如）製造技術及/或公差而導致之該等圖解之形狀 變化。因此，本發明之實施例不應視為限於本文中所圖解 5月之區之特疋形狀，而應包含（例如）因製造而導致之形 狀偏差。舉例而言，圖解說明或闡述為矩形之一經蝕刻區 通常將/、有圓开^或彎曲特徵。因此，圖中所圖解說明之區 在本質上係示意性的，且其形狀並非意欲圖解說明一裝置 區之精確形狀且並非意欲限制本發明之範_。 152958.doc 201135967 參考半導體層及/或區闡述本發明之某些實施例，該等 半導體層及/或區表徵為具有—導電類型（例如n型或p型）， 所述導電類型係指該層及/或區中之多數载流子濃度。因 此，〇型材料具有一多數平衡濃度之帶負電的電子，而p型 材料具有一多數平衡濃度之帶正電的電洞。某一材料可標 示有 」或「」（如在 N+、N-、P+、p·、n++、N··、 P p或類似物中）以指示與另一層或區相比較一相對較 大（「+」）或較小（「·」）之多數載流子濃度。然而，此標記 並不暗示在一層或區中存在一特定漠度之多數或少數載流 子。 除非另外界疋，否則本文中所使用之所有術語（包含技 術及科學術語）皆具有與熟習本發明所屬技術領域者所通 常理解之含義相同的含義。應進一步理解，應將術語（諸 如常用字典中所界定之彼等術語）解釋為具有與其在相關 技術之上下文中之含義相一致的一含義，而不應以一理想 化或過分形式化的意義來解釋，除非本文中明確如此界 定。 本文中所論述之碳化矽（Sic)基板/層可係4H多型碳化矽 基板/層。然而’亦可使用其他碳化矽候選多型體，例如 3C、6H、及15R多型體。適當的siC基板可自本發明之受 讓人N.C.、Durham之Cree Research有限公司構得，且用於 製成此等基板之方法闡明於科學文獻中以及數個共同讓與 之美國專利中’該等美國專利包含（但不限於）美國專利第 Re. 34,861號、美國專利第4,946,547號及美國專利第 152958.doc -10· 201135967 5,200,022號，該等專利之發明内容以全文引用方式併入本 文中。 如本文中所使用，術語「III族氮化物」係指形成於氮與 週期表中第III族中之一個或多個元素（通常鋁（A1)、鎵（Ga) * 及銦（In))之間的彼等半導體化合物。該術語亦係指二元、 三元及四元化合物，例如GaN、AlGaN及AlInGaN。該等 第III族元素可與氮組合以形成二元（例如，GaN)、三元（例 如，AlGaN)及四元（例如，AlInGaN)化合物。該等化合物 可具有其中一莫耳的氮與總共一莫耳的第III族元素組合的 經驗式。因此，常常使用分子式（例如AlxGai.xN，其中 1>χ>0)來闡述該等化合物。用於III族氮化物之磊晶生長之 技術已變得經合理地良好開發，並報道於適當的科學文獻 中、以及共同讓與之美國專利第5,210,051號、美國專利第 5,393,993號及美國專利第5,523,589中，該等專利之發明内 容藉此以全文引用方式併入本文中。 雖然本文甲所揭示之LED之各種實施例包含一基板，但 熟悉此項技術者應理解，可移除其上生長包括一 LED之磊 晶層之結晶磊晶生長基板，且該等獨立磊晶層可安裝於一 - 替代載體基板或基臺上，該替代載體基板或基台可具有比 原始基板更好的熱、電、結構及/或光學特性。本文中所 闡述之本發明並不限於具有結晶磊晶生長基板之結構且可 結合其中已自其原始生長基板移除該等磊晶層並將其等結 合至替代載體基板之結構使用。 將參考圖解說明一發光二極體（LED)結構40之圖1闡述本 152958.doc • 11 - 201135967 發明之實施例。圖1之LED結構40包含一基板10，該基板 可係4H或6H η型碳化矽。基板10亦可包括藍寶石、塊狀氮 化鎵（GaN)、氮化鋁（Α1Ν)、氮化鎵（GaN)、矽（Si)、鋁酸 鋰、氧化鋅（ZnO)、玻璃、金剛石、砷化鎵或任一其他適 合的基板。在基板1〇上包括若干個基於氮化鎵之半導體層 之一層狀半導體結構亦包含於圖1之LED結構40中。亦 即，所圖解說明之LED結構40包含以下層：一導電緩衝層 11、一第一經矽摻雜之GaN層12、一第二經矽摻雜之GaN 層14、包括經石夕摻雜之GaN及/或InGaN之交替層之一超晶 格16、可由一多量子井結構提供之一作用區18、一未經摻 雜之GaN及/或AlGaN層22、摻雜有一 p型雜質之一 AlGaN 層3 0及亦摻雜有一 p型雜質之一 GaN接觸層32。該結構進 一步包含位於基板10上之一 η型歐姆觸點23及位於接觸層 32上之一 ρ型歐姆觸點24。 緩衝層11可係η型AlGaN。碳化矽與III族氮化物材料之 間的緩衝層之實例提供於美國專利5,393,993及5,523,5 89中 以及題為「Vertical Geometry InGaN Light Emitting Diode」之美國公開案第2002/012 1642號中，該等專利中 之每一者皆受讓與本發明之受讓人，該等專利之發明内容 猶如在本文中全面地闡明一樣以引用方式併入。類似地， 本發明之實施例亦可包含如下結構：例如在題為「Group III Nitride Photonic Devices on Silicon Carbide Substrates With Conductive Buffer Interlay Structure」之美國專利第 6,201，262號中所述之彼等結構，該專利之發明内容猶如在 152958.doc -12- 201135967 本文中全面地闡明一樣以引用方式併入。
GaN層12可在約5〇〇奈米至7000奈米厚之間、包含5〇〇奈 米及7000奈米，且根據某些實施例約4〇〇〇奈米厚。GaN層 12可以約5χ10”至7xl〇i8 cm-3之一含量摻雜有矽。層 14可在約1〇至500埃厚之間、包含1〇埃及5〇〇埃且根據某 些實施例約80埃厚。GaN層14可以小於約5x1〇i9 cm.3之一 含量摻雜有矽。 如圖1中所圖解說明，根據本發明之實施例之一超晶格 16包含InxGai.xN與IriYGauN之交替層，其中乂係在〇至1之 間、包含0及1，且X不等於Υβ舉例而言，χ=〇且該等 InGaN交替層中之每一者之厚度係約5埃至約仂埃厚包含 5埃及40埃，且該等GaN交㈣中之每—者之厚度係約5埃 至約100埃厚、包含5埃及1〇〇埃。在某些實施例中該等 ㈣層係約3〇埃厚且該等InGaN層係約15埃厚。超晶格16 可包含自約5至約50個週期(其中一個週期等於包括該超晶 格之該等InxGai_xN層及InYGai_Y：N^中之每一者之一個重 複）在個貫細例中，超晶格16包括25個週期。在另一 實施例中’超晶格16包括1〇個週期。然而，週期數目可 ⑽如）藉由增加該等各別層之厚度而減少。因此舉例而 言’使該等層之厚度加倍可與一半的週期數目一起使用。 另-選擇為’該等週期之數目及厚度可彼此獨立。 超晶格可以自約lxl〇"咖-3至約5χΐ〇19咖.3之一含量 -雜有η型雜質，例如石夕。此一換雜劑濃度可係超晶格 16之該等層之一實際推雜劑濃度或平均摻雜劑濃度。若此 152958.doc -13- 201135967 T雜劑濃度係-平均摻雜劑濃度，則此可有益於毗鄰於超 日曰格16提供經摻雜之層，該等經摻雜之層提供所期望之平 句推雜劑，辰度，其中該等批鄰層之摻雜係在該等Bib鄰層及 a格16上平均化β藉由在基板1〇與作用區之間提供超 8曰格16，可提供其上生長基於InGaN之作用區18之一更好 表面。雖然不希望受到任一操作理論的約束，.但本發明人 相信，超晶格16中之應變效應提供有益於一高品質含 GaN作用區之生長之—生長表面。此外，已知該超晶格 影響該裝置之操作電壓。對超晶格厚度及組成參數之適當 選擇可減小操作電壓並增加光學效率。 超b曰格16可在氮或另一氣體之一氣氛中生長，此實現該 結構中較高品質InGaN層之生長。藉由在氮氣氛中於一經 矽摻雜之GaN層上生長一經矽摻雜之InGaN/GaN超晶格， 可實現藉助經最佳化之應變具有經改良之結晶性及導電性 之一結構。 在本發明之某些實施例中，作用區18可包括一單或多量 子井結構以及單或雙異質結作用區。在本發明之某些實施 例中，作用區18包括包含藉由障壁層（未顯示於圖lt)分隔 開之多個InGaN量子井層之一多量子井結構。 層22係提供於作用區18上且可係在約〇至250埃厚之間、 包含0埃及250埃厚的未經掺雜之GaN或AlGaN。如本文中 所使用，一未經摻雜之層/區係指一不有意摻雜之層/區。 層22可係約35埃厚。若層22包括AlGaN，則此層中之铭百 分比可係約10%至約30%，且根據某些實施例，該鋁百分 152958.doc •14· 201135967 比可係約24%。層22中鋁之含量亦可以一階梯方式或持續 減少方式逐漸變化。層22可在比量子井區25中之生長溫度 高的一溫度下生長以便改良層22之晶體品質。未經摻雜之 GaN或AlGaN之額外層可包含在層22附近。舉例而言， LED 1可在作用區18與層22之間包含約6埃至約9埃厚之未 經摻雜之AlGaN之一額外層。 摻雜有一 P型雜質（例如鎂）之一 AlGaN層30係提供於層22 上。AlGaN層30可在約0至300埃厚之間、包含0埃及300 埃，且根據某些實施例，AlGaN層30可係約150埃厚。p型 GaN之一接觸層32係提供於層30上且可係約1800埃厚。歐 姆觸點24及25係分別提供於p-GaN接觸層32及基板10上。 圖2圖解說明併入有一多量子井作用區之本發明之進一 步實施例。圖2中所圖解說明之本發明之實施例包含一層 狀半導體結構100，該層狀半導體結構包括生長於一基板 10上之基於氮化鎵之半導體層。如上所述，基板10可係碳 化矽（SiC)、藍寶石、塊狀氮化鎵（GaN)、氮化鋁（A1N)、氮 化鎵（GaN)、矽（Si)、鎵酸鋰（LiGa02或LGO)、鋁酸鋰 (LiA102)、氧化辞（ZnO)、砷化鎵（GaAs)、磷化銦（InP)、 玻璃、金剛石或任一其他適合的基板。 如圖2中所圖解說明，根據本發明之某些實施例之LED 可包含一導電緩衝層11、一第一經碎換雜之G aN層12、一 第二經矽摻雜之GaN層14、包括經矽摻雜之GaN及/或 InGaN之交替層之一超晶格16、包括一多量子井結構之一 作用區125、一未經摻雜之GaN或AlGaN層22、摻雜有一 p 5 152958.doc -15- 201135967 · ^ . 型雜質之一 A.N層30及亦摻雜有一㈣㈣之一⑽接觸 層32。該等LED可進一步包含位於基板1〇上之一 n型歐姆 觸點23及位於接觸層32上之一 p型歐姆觸點24。在本發明 之其中基板10係藍寶石或另一絕緣、半絕緣或電阻式基板 之實施例中，η型歐姆觸點23將提供於11型（^1^層^及/或^ 型GaN層14上。 如上文參考圖1所述，緩衝層丨丨可係〇型AlGaN ^類似 地，GaN層12可在約500奈米至7000奈米厚之間、包含5〇〇 不米及7000奈米，且根據某些實施例，GaN層可係約 奈米厚。GaN層12可以約5xl〇】7至7xl〇u cm-3之一含量摻 雜有石夕。GaN層14可在約10埃至500埃厚之間、包含1〇埃 及500埃，且根據某些實施例，GaN層14可係約80埃厚。 〇3>1層14可以小於約5xl0]9 cm-3之一含量摻雜有矽。亦可 如上文參考圖1所述提供超晶格16。 作用區125包括一多量子井結構，該多量子井結構包含 藉由障壁層118分隔開之多個inGaN量子井層12〇。障壁層 m包括inxGai-xN，其中〇sX<1。障壁層118之一銦組成可 小於量子井層120之一銦組成，以使得障壁層118具有比量 子井層120高的一帶隙。障壁層118及量子井層12〇可未經 推雜（亦即，不有意摻雜有一雜質原子，例如矽或鎮然 而，舉例而言，若期望紫外發射，則可期望用Si以小於 5χ1〇19 cm·3之一含量摻雜障壁層118。 在本發明之進一步實施例中，障壁層118包括Α1χΙηγ(}&ι_χγΝ， 其中〇<Χ<1，0SY<1且X+YU。藉由在障壁層118之晶體中 152958.doc 201135967 包含鋁’障壁層118可晶格匹配至量子井層12〇，藉此在量 子井層120中提供經改良之結晶品質，此可增加裝置之發 光效率。 參考圖3 ’圖解說明提供一基於氮化鎵之裝置之一多量 子井結構之本發明之實施例。圖3中所圖解說明之多量子 井結構可提供圖1及/或圖2中所圖解說明之led之作用區。 如圖3中所見’一作用區225包括一週期性重複的結構 221 ’該週期性重複的結構包括具有高晶體品質之一井支 撑層218a、一量子井層220及充當量子井層22〇之一保護性 頂蓋層之一頂蓋層21 8b。當結構221生長時，頂蓋層218b 與井支撐層218a共同形成位於毗鄰量子井220之間的障壁 層。尚品質井支樓層218a可在比用於生長inGaN量子井層 220之溫度高的一溫度下生長。在本發明之某些實施例 中’井支樓層218a係以比頂蓋層218b慢的一生長速率生 長°在其他實施例中，在較低溫度生長過程期間可使用較 低生長速率’且在較高溫度生長過程期間可使用較高生長 速率。舉例而言’為達成用於生長InGaN量子井層220之一 高品質表面’井支撐層218a可在在約700至90CTC之間的一 生長溫度下生長。那麼’生長室之溫度自約〇它降低至約 2〇〇°C以准許高品質111(}心量子井層22〇之生長。那麼，雖 然溫度保持在較低InGaN生長溫度下，但頂蓋層218b仍生 長β以彼方式，可製作包括高品質InGaN層之一多量子井 區。 舉例而言’為提供用於生長InGaN量子井220之一高品質 152958.doc _ 201135967 表面’井支撐層218a可在於約750°C至約900t：之範圍中之 一生長溫度下生長。那麼’生長室之溫度可降低約5〇。〇以 准許一咼品質InGaN量子井層之生長。那麼，雖然溫度保 持在較低InGaN生長溫度下，但頂蓋層仍生長。 圖2及3之作用區125及225可在氮氣氛中生長，此可提供 增加之InGaN晶體品質。障壁層118'井支撐層2丨83及/或 頂蓋層218b可在約50埃至400埃厚之間、包含50埃及4〇〇 埃。井支撐層218a與頂蓋層218b之對應者之組合厚度可自 約50埃至約400埃厚、包含5〇埃及400埃。障壁層1丨8、井 支撐層218a及/或頂蓋層218b可大於約75埃厚，且根據某 些實施例，大於約100埃厚、大於約15〇埃厚、或甚至大於 約200埃厚。同樣，井支撐層218a可厚於頂蓋層218b。因 此，頂蓋層218b可盡可能薄，但仍減小銦自量子井層22〇 之及附或量子井層220之降格。量子井層j 2〇及220可在約 1〇埃至約5〇埃厚之間、包含10埃及5〇埃厚。量子井層12〇 及220可大於20埃厚，且根據某些實施例，量子井層及 220可係約25埃厚。量子井層12〇及22〇中銦之厚度及百分 比可變化以產生具有一所期望波長之光。通常，量子井層 120及220中銦之百分比係約25%至約3〇%，然而，端視該 所期望波長，銦之百分比已自約5%變化至約。 在本發月之某些貫粑例中，超晶格〖6之帶隙超過量子井 層120之帶隙。此可藉由調整超晶格16中銦之平均百分比 來達成。該等超晶格層之厚度（或週期）及該等層之平均銦 百分比可經選擇錢得超晶格16之帶隙大於量子井12〇之 152958.doc 201135967 帶隙。藉由保持超晶格16之帶隙高於量子井12〇之帶隙， 可減小裝置中不想要的吸附且可增加發光發射。超晶㈣ 之帶隙可係自約2.95 eV至約3·35 eV。在某些實施例中， 超晶格16之帶隙係約3.丨5 ev。 在本發明之額外實施例中，圖2令所圖解說明之LED結 構包含安置於超晶格16與作用區125之間的一間隔物層 17。間隔物層17可包括未經摻雜之GaN。在經摻雜之超晶 格16與作用區125之間存在可選間隔物層丨7可阻止石夕雜質 變仵併入至作用區125中。此又可改良提供更一致裝置效 能及更好均勻性之作用區125之材料品質。類似地，一間 隔物層亦可在超晶格16與作用區18之間提供於圖丨中所圖 解說明之LED結構中。 返回至圖2，層22可提供於作用區125上且層22可係在約 0至250埃厚之間的、包含〇埃及25〇埃的未經摻雜之GaN或 AlGaN。根據某些實施例，層22可係約35埃厚。若層22包 括AlGaN，則此層中之鋁百分比可係約1〇%至約3〇%，且 根據某些實施例，該鋁百分比可係約24%^層22中鋁之含 量亦可以一階梯方式或持續減少方式逐漸變化。層22可在 比作用區125中之生長溫度高的一溫度下生長以便改良層 22之晶體品質。未經摻雜之GaN或AlGaN之額外層可包含 在層22附近。舉例而言’圖2中所圖解說明之led可在作 用區125與層22之間包含約6埃至約9埃厚之未經摻雜之 AlGaN之一額外層。 摻雜有一 p型雜質（例如鎂）之一 AlGaN層30係提供於層22 152958.doc -19- 201135967 上。AlGaN層30可在約0至300埃厚之間、包含0埃及300 埃，且根據某些實施例，AlGaN層30可係約150埃厚。ρ型 GaN之一接觸層32係提供於層30上且可係約1800埃厚。歐 姆觸點24及25係分別提供於p-GaN接觸層32及基板10上。 歐姆觸點24及25係分別提供於p-GaN接觸層32及基板10 上。 圖4圖解說明併入在裝置之作用區上併入銦之一 III族氮 化物層之本發明之進一步實施例。舉例而言，可提供一 InAlGaN頂蓋結構。圖4中所圖解說明之本發明之實施例包 含一層狀半導體結構400，該層狀半導體結構包括生長於 一基板10上之基於氮化鎵之半導體層。如上所述，基板10 可係碳化矽（SiC)、藍寶石、塊狀氮化鎵（GaN) '氮化鋁 (A1N)、氮化鎵（GaN)、矽（Si)、鋁酸鋰、氧化鋅（ZnO)、玻 璃、金剛石、砷化鎵或任一其他適合的基板。在本發明之 某些實施例中，基板10係具有自約50微米（μιη)至約1500微 米之一厚度、且在某些實施例中約100微米之一厚度之一 SiC基板。 如圖4中所圖解說明，根據本發明之某些實施例之LED 可包含一導電緩衝層11' 一第一經石夕摻雜之GaN層12、一 第二經矽摻雜之GaN層14、包括經矽摻雜之GaN及/或 InGaN之交替層之一超晶格16、包括一多量子井結構之一 作用區125、一未經摻雜之AlInGaN層40、摻雜有一 ρ型雜 質之一 AlGaN層30及亦摻雜有一 ρ型雜質之一 GaN接觸層 32。該等LED可進一步包含位於基板10上之一 η型歐姆觸 152958.doc -20- 201135967 點23及位於接觸層32上之一 p型歐姆觸點24。在本發明之 其中基板10係藍寶石之實施例中，n型歐姆觸點Μ將提供 於η型GaN層12及/或η型GaN層14上。 如上文參考圖1及2所述，緩衝層u可係一 nsA1GaN。 舉例而言，緩衝層11可係摻雜有siiAiGaN且具有自約1〇〇 埃至約10,000埃之一厚度。在某些實施例中，該厚度係約 1500埃。GaN層12可摻雜有Si且可具有自約5〇〇〇埃至 50,000埃厚、包含5000埃及5〇〇〇〇埃之一厚度，且在某些 實施例中’係約18,〇〇〇埃厚。GaN層12可以約5M017至 7xl018 cm·3之一含量摻雜有矽。亦可如上文參考圖i所述 提供超晶格16。舉例而言，超晶格16可具有自3至35個週 期 包各3個及35個週期的inGaN/GaN。該等週期之厚度 可係自約30埃至約1〇〇埃。在本發明之某些實施例中，提 供一十五（25)個週期之InGaN/GaN，其中各層之一週期之 厚度係約70埃、且GaN或InGaN層之厚度係約15埃，其他 層補足剩餘厚度。 作用區325可包含包含藉由障壁層318分隔開之多個 InGaN量子井層320之一多量子井結構。障壁層318包括 InxGai_xN，其中oaq。障壁層318之銦組成可小於量子 井層320之銦組成’以使得障壁層318可具有比量子井層 320高的一帶隙。障壁層318及量子井層32〇可未經摻雜（亦 即’不有意摻雜有一雜質原子，例如矽或鎂）。然而，若 期望紫外發射，則可期望用Si以小於5xl〇i9 cm·3之一含量 摻雜障壁層318 » 152958.doc •21 - 201135967 在本發明之進-步實施例中，障壁層318包括AlxInYGaix.YN， 其中0<X<1，（ΚΥ<1且X+YS1。冑由在障壁層318之晶體中 包含鋁，障壁層318可晶格匹配至量子井層32〇，藉此在量 子井層320中允許經改良之結晶品質，此可增加裝置之= 光效率。 亦可如圖3中所圖解說明且上文參考圖丨至3所述提供作 用區325。在本發明之某些實施例中’作用區325包含3個 或更多個量子井，且在某些實施例中，提供八（8)個量子 井。該等量子井結構之厚度可係自約3〇埃至約25〇埃。在 本發明之某些實施例中，一量子井結構之厚度可係約12〇 埃，其中井層之厚度係約25埃。 圖4中所圖解說明之LED結構亦可包含如上文所述安置 於超晶格16與作用區3 2 5之間的一間隔物層。 返回至圖4，包含銦之一 nu^氮化物頂蓋層4〇可提供於 作用區325上，且更具體而言，提供於作用區325之量子井 320上。III族氮化物頂盖層4〇可包含在約1〇埃至32〇埃厚之 間、包含10埃及320埃的InAlGaN。頂蓋層40可具有均勻組 成、不同組成之多個層及/或逐漸變化的組成β在本發明 之某些實施例中.，頂蓋層4〇包含具有InxAiyGai_x yN(其中 〇<x$0.2且〇SyS〇.4)之一組成且具有自約1〇埃至約2〇〇埃之 一厚度之一第一頂蓋層，及具有InwAlzGai w zN(其中 〇<w$〇.2且y$z<l)之一組成且具有自約1〇埃至約n〇埃之一 厚度一第二頂蓋層。在本發明之某些實施例中，該第一頂 蓋層具有約80埃之一厚度、x=〇丨且y=〇 25，且該第二頂蓋 152958.doc -22- 201135967 層具有約30埃之一厚度、w=0.05且z=0.55。頂蓋層40可在 比作用區325中之生長溫度高的一溫度下生長，以便改良 層40之晶體品質。未經掺雜之GaN或AlGaN之額外層可包 含在層40附近。舉例而言，GaN之一薄層可提供於一最後 量子井層與頂蓋層40之間。包含銦之頂蓋層4〇可緊密晶格 匹配至作用區325之量子井且可提供自作用區325之晶格結 構至該等p型層之晶格結構之一過渡。此一結構可導致裝 置之增加之亮度。 摻雜有一 P型雜質（例如鎂）之一 AlGaN電洞注入層42係提 供於頂蓋層40上。AlGaN層42可在約50埃至2500埃厚之 間、包含50埃及2500埃，且在某些實施例中，係約150埃 厚。AlGaN層42可具有AlxGai-xN(其中之組成。在 本發明之某些實施例中，對於AlGaN層42而言，χ=〇.23。 AlGaN層42可摻雜有Mg。在本發明之某些實施例中，層42 亦可包含銦。 p型GaN之一接觸層32係提供於層42上且可係自約250埃 至約10,000埃厚，且在某些實施例中，約15〇〇埃厚。在某 些實施例中，接觸層32亦可包含銦。歐姆觸點24及25係分 別提供於p-GaN接觸層32及基板10上。歐姆觸點24及25係 分別提供於p-GaN接觸層32及基板10上。 在本發明之某些實施例中，含銦頂蓋層40可提供於如 (例如）在以下專利中所述之發光裝置中：題為「ULTRA-THIN OHMIC CONTACTS FOR P-TYPE NITRIDE LIGHT EMITTING DEVICES AND METHODS OF FORMING」之 152958.doc -23· 201135967 美國臨時專利申請案第2006/0046328號；題為「LIGHT EMITTING DEVICES HAVING A REFLECTIVE BOND PAD AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICES HAVING REFLECTIVE BOND PADS」之美國專 利第7,557,380號；美國專利第6,664,560號；題為「LIGHT EMITTING DEVICES HAVING CURRENT BLOCKING STRUCTURES AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICES HAVING CURRENT BLOCKING STRUCTURES」之美國專利公開案第2006/0002442號；題 為「LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」之美國專利 公開案第2002/0123164號及/或題為 「REFLECTIVE OHMIC CONTACTS FOR SILICON CARBIDE INCLUDING A LAYER CONSISTING ESSENTIALLY OF NICKEL, METHODS OF FABRICATING SAME, AND LIGHT EMITTING DEVICES INCLUDING THE SAME」之美國專 利公開案第2003/0168663號中，該等專利之發明内容猶如 闡明一樣以全文引用方式併入本文中。 雖然已藉助多量子井闡述了本發明之實施例，但亦可在 單量子井結構中達成來自本發明之教示之益處。因此，舉 例而言，一發光二極體可具有單個出現之圖3之結構221作 為裝置之作用區。因此，雖然根據本發明之實施例可使用 不同數目個量子井，但量子井之數目通常將介於1至10個 152958.doc •24- 201135967 量子井之間。 上文參考圖1至4所論述之LED結構亦論述於如下美國專 利中.題為「Group in Nitride Based Light Emitting Diode Structures With A Quantum Well And Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures And Group III Nitride Based Superlattice Structures」之美國專利第 6,958,497號；及題為「Group III Nitride Based Quantum Well Light Emitting Device Structures With An Indium Containing Capping Structure」之美國專利公開案第 2005/0056824號，該兩個專利皆受讓與本發明之受讓人 Cree有限公司。上文所提及之兩個美國專利文件之發明内 容皆藉此以全文引用方式併入本文中。 根據本發明之額外實施例，一基於III族氮化物之發光二 極體50可包含具有調變矽摻雜之一 III族氮化物半導體基底 區501及一作用區503，如圖5中所示。舉例而言，LED 50 可包含一 η型碳化矽基板10、一導電缓衝層11、一未經摻 雜之層22、一 ρ型AlGaN層30、一 p-GaN接觸層32以及歐姆 觸點23及24，如上文參考圖1所論述。舉例而言，P-GaN接 觸層32可使用氨作為一氣源連同載流子氣體（例如氫（H2)、 氮（N2)、惰性氣體及/或其混合物）生長。此外，P-GaN層32 可在至少約750°C之一溫度下在包含氮（N2)、惰性氣體、氧 (02)及/或其混合物之一氣氛中經受一沈積後退火。 此外，可如上文參考圖1之作用區18、參考圖2之作用區 125、參考圖3之作用區2M及/或參考圖4之作用區325所論 % 152958.doc -25· 201135967 述提供作用區503。另外，一間隔物層可如上文參考圖2之 間隔物層17所論述提供於作用區503與基底區501之間， 及/或可如上文參考圖4之頂蓋層40所論述除未經摻雜之層 22以外或替代未經摻雜之層22提供一頂蓋層。 作用區503之障壁層及/或量子井層可未經摻雜（亦即，不 有〜摻雜有雜質原子，例如石夕或鎖）。因此，作用區503 之一多量子井結構可無調變矽摻雜。 ΠΙ族氮化物半導體基底區501或層可如上文參考圖！、 及4之GaN層12及/或超晶格16所論述包含一 層或若^ 個層及’或一超晶格。另外，基底區501可如上文參考圖 及2之n-GaN層14所論述包含一第：（相對薄）nGaN層及 或基底區501可包含其他m族氮化物半導體材料（例知 A1GaN、InGaN、杨㈣、化㈣、inN、應等）之額外 層。此外，III族氮化物半導體基底區5〇1可包含穿過其一 部分或若干個部分或者穿過其—整個厚度之調變料雜。一 根據本發明之某些實施例’基底區501層之至少一部分 之一摻雜劑濃度可在複數個間隔上調變，其中每一間隔勹 含具有-相對低摻雜劑濃度之至少一個部分及具有顯著大 於該相對低摻雜劑濃度之—相對高摻雜劑濃度之至少—個 部分。舉例而言，可提供調變摻雜劑濃度之第一 及第二毗鄰間隔。該第一間隔之一第一部分可具有 — 相對低摻雜劑濃度’且該第-間隔之一第二部分可具有二 第-相對高摻雜劑濃度。該第二間隔之一第一部分； -第二相對低摻雜㈣度，且該第二間隔之—第二部:可 152958.doc -26- 201135967 二劑濃度。該第-相對高摻雜劑濃度 度，且該第_相=雜劑濃度及該第二相對低摻雜劑濃 帛-相對低摻雜劑濃度可小於該第一相對 :度及該第二相對高摻雜劑濃度。此外，該隔： :::部:可位於該第-間隔與該第二間隔之該等第一: 該第一間隔之該第一部分可位 該第二間隔之哕笪笙如、 ^間隔與 -相對1 之間。根據某些實施例，該第 對南摻雜劑濃度與該第二相對高摻雜劑濃度可不同 或該第—相對低摻雜劑漠度與該第二相對低摻雜劑濃 度可不同。裉壚i仙宗从，， 展 J根據其他實施例’該第—相對高摻雜劑濃度與 μ -相對向摻雜劑濃度可相同’及/或該第一相對 雜劑浪度與該第二相對低摻雜劑濃度可相同。此外，該調 變之不同間隔可具有相同或不同厚度。 X% 一根據某些實施例’調變石夕摻雜可由不同石夕摻雜劑濃度之 一重複圖案表徵，且該調變石夕掺雜之一週期可界定為界定 該圖案之一最小單元之一厚度。舉例而言，藉助一重複圖 案丄如上文所界定之一間隔可界定該圖案之一週期。舉例 =。，根據本發明之某些實施例之調變矽摻雜可具有在至 少約50埃或至少約100埃之範圍中之一週期。舉例而言， 調變石夕摻雜之-週期可在約5〇埃至約雙埃之範圍中:或 在約100埃至約2500埃之範圍中。雖然本文中舉例而言論 述週期性及/或重複圖案，但根據本發明之某些實施例之 調變掺雜並不需要重複或週期性。 舉例而言，兩個不同矽摻雜劑濃度之交替層可為基底區 152958.doc -27- 5 201135967 501界定一調蠻 支夕摻雜圖案，且兩個此種毗鄰層之一組人 厚度可界疋該調變石夕摻雜圖案之一週期。該圖案之每—層 可具有小於的1他止η 、、微未且大於約50埃、且根據某些實施例， 小於約2000埃、」认从，
、、於均1500埃、小於約1000埃、或甚至]、 於約500埃之一厦疮 如 王J 之每-層可1右/ 據本發明之某些實施例，該圖案 八有在約50埃至約5000埃之範圍中、在約1〇〇 =約2500埃之範圍中或在約鄉埃至約_埃之範圍中之 —厚度16係根據本發明之某些實施例圖解說明穿過位 於緩衝層11與作用區5〇3之間的基底區5〇1之一雙層調變石夕 推雜圖案之矽摻雜劑濃度之一圖表。 雖然舉例而言顯示一正方形圖案（或階梯函數），但一更 逐漸變化的梯度可因沈穑 n _ U/尤積期間之有意及/或非有意逐漸變 化及/或因後續散佈而出現於相對高及相對 度之各個層之間。舉例而言，低播雜劑濃度之每-層可具 有’勺700埃之厚度(在維持例如矽烷化叫之 一 低流速時生長），且高摻雜劑 居'、 W /辰度之每一層可具有約7〇〇埃 之一厚度（在維持例如石夕炫/叫之一石夕氣源之一高流速時 Ό此卜T藉由使$氣源（例如’梦烧/§叫）流自低 流W生長㈣雜劑濃度之—層）斜升（線性增加）至高 流速（用於生長高推雜劑濃度之一層）而在每-過渡處自低 摻雜劑濃度之該層至高摻雜劑濃度之該層提供一 5〇埃逐漸 變化的過渡層。另外’可藉由使錢源（例如，钱 流自高流速（用於生長高摻雜劑濃度之一層）斜降（線性減 少）至低流W生長低摻㈣濃度之—層）而在每一過产 152958.doc •28· 201135967 處自高摻雜劑濃度之該層至低摻雜劑濃度之該層提供一 5〇 埃逐漸變化的過渡層。因此，相對高及相對低矽摻雜劑濃 度之毗鄰層（各自約700埃厚）可藉由一逐漸變化的過渡層 (約50埃厚）分隔開以提供約15〇〇埃之一週期。 根據某些實施例，圖6之相對高矽掺雜劑濃度之層可具 有如下矽摻雜劑濃度，該矽摻雜劑濃度係比相對低矽摻 雜劑濃度之層大至少約h5倍(5〇%)、且根據某些實施例;^ 大至少約2倍〇〇()%)、大至少約3倍（200%)、大至少約1〇倍 (個數量級）、大至少約1〇〇倍（兩個數量級卜大至少約 1，〇〇〇倍（三個數量級）、或甚至大至少約1〇，_倍（四個數量 :)此外’不同矽摻雜劑濃度之層可具有近似相同厚 又二舉例而言，相對低石夕掺雜劑濃度之層可具有約500埃 度及—如下㈣雜劑濃度，财摻雜劑濃度在標稱 未、轉雜高達約7X10】8 cm-3之範圍中 例，在至少約】3 外佩呆二貫施 ^4X10- -3 ' Cm至約7X1018 cm·3之範圍中、或在 力 4X10 cm3至約 6χΐ〇 濃产之m之範圍中。相對高矽摻雜劑 :度之層可具有約500埃之一厚度及一如下石夕 度，該矽摻雜劑濃度在 8 · ’、 /辰 圍中、且根據某V…ιχι〜3之範 cm」之筋圍中。^例，在約8X10,8咖·3至約2χ1〇19 。艮據本發明之某些實施例， 劑濃度之層可具有約6χΐ〇】8 冑低矽摻雜 高石夕摻雜劑濃度之層可且右⑽雜劑濃度’且相對 度。 /、約i》10咖3之一摻雜劑濃 雖然圖6顯示’相對高及相對低梦摻雜料度之層可具 \5295SAoc •29- 201135967 有近似相同厚度，但相對高及相對低碎掺雜劑濃度之層之 厚度可顯著不同。根據本發明之某些實施例，相對低碎推 雜劑漠度之詹可顯著厚於相對高石夕摻雜劑濃度之層。舉例 而言，相對低石夕掺雜劑滚度之層可比相對高石夕播雜劑濃度 之層厚至少2倍（以使得相對高梦摻雜劑濃度之—層佔不多 2 一週期之約33%)、且根據某些實施例，大至少4倍（以使 得相對间矽摻雜劑濃度之一層佔不多於一週期之約游。)。 此外’圖6之層可界定在至少約5〇埃或至少約ι⑽埃之範圍 中之週期。舉例而言，調變々摻雜之—週期可在約埃 至、，勺5000埃之範圍中，或在約ι〇〇埃至約⑽埃之範圍 中。 根據本發明之其他實施例，穿過基底區5〇1之梦推雜之 變化可界定除圖6中所圖解說明之正方形圖案（階梯函數）以 外的圖案。如圖7中所示’舉例而言，穿過基底區501之調 變矽摻雜可界定如圖7中所示之調變矽摻雜之一正弦曲線 圖案（正弦函數）或如圖8中所示之調變石夕推雜之一三角形圖 案（角函數）。此外’可藉助具有多於兩種不同石夕換雜劑 濃度之圖案及/或藉助非對稱圖案實施本發明之實施例。 舉例而言，可提供三階梯圖案(階梯函數)，其中每一週期 如圖9中所示包含不同矽摻雜劑濃度之三個層及/或可如圖 中所不提供矽摻雜劑濃度之一鋸齒形圖案(鋸齒形函 數卜 _在圖U至17中圖解說明石夕摻雜之額外圖案。如圖U中所 不’可根據具有增加並接著對稱地減少之不同幅值之高及 152958.doc 201135967 低梦摻雜（高於及低於-平均石夕摻雜）之階梯函數提供穿過 基底區50!之調變梦摻雜。如圖12中所示，可根據具有增 加並接著對稱地減少之不同幅值之高及低矽摻雜(高於及 低於—平均石夕摻雜）之階梯函數提供穿過基^5( 矽摻雜。如圖13中所示’可根據具有不藉助對稱性及/或 不藉助—重複圖案變化之不同幅值之高及低石夕推雜（高於 及低於一平均矽摻雜）之階梯函數提供穿過基底區5〇〗之調 變矽摻雜。雖然如圖"至13中所示，高及低矽之區/層之 厚度可相同，γ旦厚度可根據本發明之其他實施例而變化。 如圖14中所示，舉例而言，可根據具有不藉助對稱性及/ 或不藉助一重複圖案變化之不同幅值之高及低矽摻雜（高 於及低於一平均矽摻雜）及不同厚度之階梯函數提供穿過 基底區501之調變矽掺雜。 如圖1 5中所示，可根據具有增加並接著對稱地減少之不 同幅值之高及低矽摻雜（高於及低於一平均矽摻雜）之漸變 函數（相似於圖11之階梯函數）提供穿過基底區5〇1之調變矽 摻雜。如圖12中所示’可根據具有減少並接著對稱地增加 之不同幅值之高及低矽摻雜（高於及低於一平均矽摻雜）之 漸變函數（相似於圖12之階梯函數）提供穿過基底區5〇1之調 變矽摻雜。亦可根據具有具有相同或不同厚度之不藉助對 稱性及/或不藉助一重複圖案變化之不同幅值之高及低矽 摻雜（高於及低於一平均矽摻雜）之漸變函數（相似於圖13及 /或14之階梯函數）提供穿過基底層之調變矽摻雜。類似 地，可提供正弦曲線函數，其中變化幅值及/或週期相似 152958.doc -31- 201135967 於圖11至16之階梯函數及漸變函數。 根據本發明之額外實施例，調變石夕換雜可（例如）如圖17 中所示組合階梯函數與漸變函數。如圖所示，調變之階梯 函數部分可係對稱的及/調變之或漸變函數部分可在階梯 函數部分之相對側上係對稱的。根據其他實施例，階梯函 數=分可在-漸變函數部分之相對側上係對稱的。根據其 他實施例’漸變函數及/或階梯函數可係、不對稱的。 在圖6至17之圖案中之每—者中，該圖案之—最高石夕推 雜濃度可比該圖案之一最低梦推雜劑濃度大至少約至少約 1.5倍（50%)、且根據某些實施例，大至少約2倍_%)、 大至少約3倍（2〇〇%)、大至少約1〇倍（―個數量級）、大至少 約100倍（兩個數量級）、大至少約1，_倍（三個數量級）、 或甚至大至少約10,000倍（四個數量級）。舉例而言，一最 低轉雜劑濃度可係於在標稱未經摻雜高達約Μ"咖.3 之範丨^中、且根據某些實施例，在約lxio17 cm-3至約 7 10 Cm之範圍中或在約4xl〇〗8 cm·3至約6xl〇i8 cm.3之 範圍中。-最高石夕摻雜劑》農度可在約8χ1〇丨8 ‘3至 1 X 1 cm」夕益 ' 中、且根據某些實施例，在約8 χ 1 〇 1 8 cm·3至約2xi〇丨9 rm-3 >狄m丄 之la圍中。根據本發明之某些實祐 例；-圖案之一最高矽摻雜劑濃度可係至少約】2，丨9 Cm3且相同圖案之—最低石夕摻雜劑濃度可不大於約6xl0u 根據本發明之另其他實施例，一圖案之一最高石夕摻 雜劑濃度可係至少約且該圖案之具有最低發 摻雜劑/辰度之一部分可具有不明顯矽摻雜(亦即，在標稱 152958.doc •32· 201135967 未經摻雜)。此外，調變石夕摻雜之圖案可具有可變厚度、 可變週期可變摻雜劑邊度、重複圖案、非重複圖案 > 對 稱圖案、不對稱圖案等。 ” 此外，調變石夕摻雜之-週期可在至少約 100埃之範圍中。舉例而令， ^约 观至约屬埃之職/，3變料雜之―㈣可在約 或在約100埃至約2500埃之範 圍中。 、〜 根據本發明之額外實施例，可使用如圖18中所示之待耳 =雜提供基底區501或其若干個部分中之調變梦播雜。 土底區5G1及/或其若干個部分之蟲晶沈積期間可短暫 地打时氣源（例如钱）並接著將其再次關閉以在基底區 训之不同厚度處在石夕掺雜中提供尖峰。除打開並關閉該 石:乳源以外，在打開石夕氣源時可關閉或減小m族氮化物之 第in族几素氣源（例如，鎵氣源）以進一步增加尖峰處矽 摻雜之辰度。德耳塔摻雜亦可允許石夕氣源在尖峰之間的 一相對低流動以在尖峰之間提供一相對低石夕摻雜。該等尖 峰可相對均勻地隔開或非相對均勻地隔開。根據本發明之 某些實施例’基底區5〇1之藉由德耳塔換雜形成之經重矽 摻雜^區可薄的成為具有至少約ΐχίο12 cm-2、至少約 1X1013 cm_2、至少約 lxl〇M em-2、或甚至至少約 ΐχΐ〇ΐ5 之石夕掺雜劑濃度；具有小於約10埃或小於約25埃之厚度 之大致二維薄片。由於使用德耳塔摻雜提供之該等經重矽 摻雜之,係大致二維薄片’因此可量測每單位面積(例 如，em·2)之摻雜濃度。調變摻雜可係三維的，且如此，可 152958.doc •33 201135967 量測每單位體積（例如，cm·3)之摻雜濃度。 此外，可結合例如圖6至17中所圖解說明之彼等調變摻 雜圖案之調變摻雜圖案提供德耳塔摻雜。舉例而言，可根 據圖6至17之一個或多個圖案摻雜基底區5〇1之某些部分， 且藉助如上文參考圖18所論述之週期性德耳塔摻雜提供基 底區501之其他部分。根據本發明之其他實施例，週期性 矽德耳塔摻雜可疊加於上文參考圖6至17所論述之調變矽 換雜之一圖案上。 圖19係根據本發明之某些實施例圖解說明調變矽摻雜之 圖5之III族氮化物半導體基底區5〇1之一極大放大剖視圖。 如上文所論述，基底區5〇1可包含一 GaN層l2a及一超晶格 16a’且調變矽摻雜可疊加於GaN層12&或超晶格16a中之一 者上、疊加於GaN層12a與超晶格16a兩者上、或疊加於 GaN層12a及/或超晶格16a之若干個部分上》雖未顯示於圖 19中，但基底區501亦可如上文所論述在GaN層12a與超晶 格16a之間包含一第二相對薄!!_〇心層，例如，相對於圖1 及2之n-GaN層14。 舉例而言’超晶格16a可包含η個週期SLP1至SLPn，且 超晶格16a之每一週期可包含inxGa丨.χΝ之一層及Ιηγ〇4 γΝ 之一層’其中X及Υ係在0與1之間、包含〇及1，且X不等於 Υ。因此’超晶格16a可包含lnxGa丨.⑺與卜丫&丨γΝ之交替 層。舉例而言，Χ=0且InGaN之該等交替層中之每一者之 一厚度可係約5埃至約40埃厚、包含5埃及4〇埃，且GaN之 該等交替層中之每一者之一厚度可係約5埃至約1〇〇埃厚、 152958.doc •34· 201135967 包含5埃及loo埃。在某些實施例中，超晶格i6a之GaN層 可係約70埃厚且In〇aN層可係約30埃厚以提供約丨00埃之一 超BB格週期。超晶格16a可包含自約5至約50個超晶格週期 SLP，以使得n可在約5至5〇之範圍中（其中一個超晶格週期 SLP之一厚度等於包括超晶格16a之InxGa丨-州及InYGai γΝ 層令之每一者之一個重複）。在某些實施例中，超晶格16a 可包含25個超晶格週期SLP1至SLP25(例如，n=25)。在其 他實施例中，超晶格16a可包含1〇個週期例 如，n-l〇)。然而，可藉由（例如）增加各別層之厚度來減少 超晶格週期之—數目。因此，舉例而言，使超晶格層之一 厚度加倍可與一半的超晶格週期數目一起使用。另一選擇 為，超晶格週期之數目及厚度可彼此獨立。
超晶格16a可以自約lxl〇” cm-3至約5χΐ〇,9 cm·3之一濃度 摻雜有-η型雜質’例如矽。此外，可經由超晶格W之： 厚度提供調變矽掺雜，以使得調變矽摻雜之一圖案(例 如上文 > 考圖6至18所論述）可疊加於超晶格之交 替層之一圖案上(例如，疊加於超晶格16a之InGaN與GaN 之交替層之一圖幸：卜、,, 圆茶上）。此外，調變矽摻雜之一週期可大
於超晶格16a之交替層夕 ^ A 甘屬之一週期’且調變矽摻雜之一週期 可係超晶格16 a之交巷爲+ 替層之一週期之一整數倍。根據本發
明之其他貫施例，鐵7V*» -IA 變夕摻雜之一週期可獨立於超晶格 16a之交替層之一週如 * 舉例而言，調變矽摻雜之—週 可比超晶格16a之交替層夕 货層之一週期大至少2倍。
舉例而言，超晶格T “ A A 16a可包含具有約3〇埃及7〇埃之各別 152958.doc -35- 201135967 厚度之InGaN與GaN之交替層，以使得每一超晶格週期 SLP1至SLPn具有約1〇〇埃之一厚度。另外調變矽摻雜之 一週期可係約500埃，以使得調變矽摻雜之每一週期係疊 加於超晶格lh之5個週期SLPj至乩巧+ 5上。使用上文參考 圖6所論述之調變轉雜之正方形圖案（或階梯函數），舉例 而s，相對低矽摻雜之一第一層及相對高矽摻雜之一第一 層可提供於超晶格週期孔^至乩^上方、相對低梦摻雜 之一第二層及相對高矽摻雜之-第二層可提供於超晶格週 期SLP6至SLP10上方、相對低石夕摻雜之—第三層及相對高 矽掺雜之一第三層可提供於超晶格週期SLpiisSLpi5i 方等，且相對低及相對高矽摻雜之層之厚度可相同（例 如’各自近似250埃）或不同。 此外，相對高矽摻雜之層可具有一如下矽摻雜劑濃度， 該矽摻雜劑濃度係比相對低矽摻雜劑濃度之層大至少約 1.5倍（50/。）、且根據某些實施例，大至少約2倍（1)、 大至少約3倍（200%)、大至少約1〇倍（一個數量級）、大至少 約100倍（兩個數量級）、大至少約^⑽倍（三個數量級）、 或甚至大至少約10,000倍（四個數量級）。根據本發明之某 些實施例，相對高矽摻雜之層可具有至少約丨2χΐ〇" cm·3 之一矽摻雜劑濃度，且相對低矽摻雜之層可具有小於約 6χ1018 cm 3之一矽摻雜劑濃度。 雖然舉例而s淪述調變矽摻雜之一正方形圖案（或階梯 函數），但根據本發明之實施例可提供調變矽摻雜之任一 圖案（例如上文參考圖6至18所論述）(> 此外調變矽摻雜之 152958.doc •36· 201135967 圖案及/或一週期在超晶格16a之不同部分上可不同，及/ 或超晶格16a之某些部分可具有調變矽摻雜，而超晶格⑹ 之其他部分可具有相對恆定矽摻雜（亦即，未調變矽摻 雜）。舉例而言，可在超晶格16a毗鄰GaN層12之若干個部 分中提供調變矽摻雜之一第一圖案及/或週期，且可在超 ^格16喊鄰作用區5G3之若干個部分中提供調詩捧雜之 一第二圊案及/或週期。根據其他實施例，可不藉助一重 複圖案或週期性以不同摻雜劑濃度調變矽摻雜。 另外，可毗鄰超晶格16a提供經矽摻雜之層以在該等經 夕摻雜之層及超晶格! 6a上提供一所期望平均矽摻雜劑濃 度。藉由在基板10與作用區5〇3之間提供超晶格16a，可於 八上提供更好表面以生長基於之作用區如。雖然 不希望受到任一操作理論的約束’但發明人相信，超晶格 中之應變效應可提供有益於高品質含作用區⑽ 生長之生長表面。此外，超晶格心可影響該裝置之 一操作電屡。對超晶格厚度及組成參數之適當選擇可減小 操作電壓並增加光學效率。 另外或另一選擇為，可在GaN層12a中提 .....τ π货列變石夕摻 雜層⑶可包含複數個GaN子層GaN-Ρΐ至GaN-Pm， 其中子層包含調㈣摻雜之—倘週期。根據本發明之 某些貫施例，每一早展r。M D ^ 可包含相對低⑦掺雜劑濃度 個層二相對高石夕摻雜劑濃度之一個層以提供如上文參 • 6所挪述之調變梦掺雜之一正方形圖案（或階梯函數）之 固週期。舉例而言，相對高矽摻雜劑濃度之每一層可具 152958.doc -37- 201135967 有如下矽摻雜劑濃度，該矽^ M麻丨，曲& 7穋雜劑濃度係比相對低矽摻 雜劑濃度之每一層大至少50v n 。且根據某些實施例，大至 夕100/。。舉例而言，相對 ,9,1λ19 對π矽摻雜劑之層可具有至少約 . em之―⑦摻雜劑濃度及小於約删埃之-厚 度，且相對低石夕摻雜之層可具有小於約6X10】8 cm-3之一石夕 摻雜劑濃度及小於約1 〇〇〇埃— 爷之；度。此外，調變矽摻雜 之一週期可小於約1〇〇〇埃， 如*A 及/或相對高及相對低矽摻雜 劑蜓度之該等層中之每一去 者之尽度可在約300埃至約700埃 (例如，約500埃）之範圍中。 、 調變㈣雜之-相同圖案及週期可延伸穿過⑽層… 與超晶格W兩者。根據本發明之其他實施例，提供於 ㈣層12a中之調變石夕掺雜之一圖案及/或週期可不同於提 供於超晶格16a中之調變石夕摻雜之一圖案及/或週期。根據 本發明之另其他實施例’調變矽摻雜可僅提供於㈣層 12a或超晶格16a中之一去Φ。拍祕丄片 者中根據本發明之另其他實施 例’ GaN層12a之不同部分可具有調變矽摻雜之不同週期 及/或圖案’及/或GaN層12a之一個部分可具有調變石夕推 雜，而—層12之另-部分可具有相對恆定矽摻雜(亦即， Μ㈣㈣另外或另—選擇為’調變石夕摻雜可提供 於η-滿aN緩衝層η中。此外，可在基板1〇與具有調變石夕 摻雜之區之間提供不具有調變梦推雜之緩衝層^及/或基 底區50】之若干個區（例如，具有—相對恆定秒摻雜濃^ 不具有顯著矽摻雜）。 在根據本發明之實施例之LED結構中使用調變矽摻雜結 -3S. l5295S.doc 201135967 構可允許較高平均石夕摻雜劑濃度，同時減小形成於其上之 蟲晶層（例如，作用區5G3)之破裂。增加之料雜劑濃产可 藉由減小擴散阻抗（亦即，沿相對於基板1〇之—表面=行 之-方向之阻抗)及可形成於其上之—金屬觸點之接觸： 抗兩者來減小操作電壓。一金屬電極/觸點可藉由移除基 板10及緩衝層11而直接形成於基底區5〇1之一底部表面= 以提供一垂直裝置，或一金屬電極/觸點可藉由移除層/區 32、30、22及503之若干個部分（同時維持層/區32、％、u 及503之其他部分）而直接形成於基底區5〇1之一頂部表面 之一部分上以提供一水平裝置。 因晶格常數差以及GaN及SiC之熱膨脹係數，⑽可在形 成於- SiC基板上時經受張應力，以使得破裂可出現‘ GaN及/或形成於其上之層中。由於矽係比GaN小的一原 子，因此矽摻雜劑可增加此張應力。藉由根據本發明之實 施例提供調變矽摻雜劑，可減小破裂、可減小n側電壓 降、及/或可改良側向電流擴散。 在不受到任一特定理論的約束之情形下，發明人相信， 摻雜劑濃度之調變（例如，矽摻雜劑濃度之調變）可藉由減 小凹陷及/或破裂來改良磊晶m族氮化物半導體區/層之表 面形貌。舉例而言，磊晶GaN以相對高摻雜劑濃度之持續 生長可引起增加裂縫/凹點/缺陷之形成/傳播之小面。然 而’藉由相對高及相對低摻雜劑濃度之交替層，發明人相 信，小面/缺陷/凹點/裂縫之形成/傳播可因在相對高摻雜 劑漢度之層之間形成相對低摻雜劑濃度之層而受到抑制。
S 152958.doc -39- 201135967 從而，在相對高摻雜劑濃度之一層之沈積期間產生缺陷， 相對低摻雜㈣度之-層之後續沈積可增強缺陷生長廢止 及/或凹點傳播之終止。 因此，摻雜劑濃度之調變可允許比可能以其他方式可用 之-摻雜劑濃度高的一摻雜劑濃度以藉此減小電阻率、同 時維持-高晶體品質。不藉助摻雜劑濃度之調變，ιπ族半 導體氮化物材料（例如，GaN)中大於約5><1〇18咖-3之石夕捧雜 劑濃度可難以在不減小晶體品質之情形下達成。藉助摻雜 劑濃度之調變，相對高品質蟲晶職半導體氮化物潛可以 大於約ixi〇i9cm·3、且根據某些實施例，大於ixi〇2〇cm·3或 甚至1χ102、πΓ3之平均矽摻雜劑濃度形成。 圖20係圖解說明一水平LED裝置(其中兩個觸點皆位於 該LED之一相同侧上）中之…以^^層12&之不同平均矽摻雜 含量之正向電壓㈤之一圖表。樣本1表示藉助n-GaN層 12a之矽摻雜之一標準平均製成含量製作之裝置。樣本 U、1·5、1_7、1.8及2表示使用根據本發明之實施例之n_ GaN層12a之調變矽摻雜製作之裝置。更特定而言，樣本 1.3表示藉助n-GaN層12a之矽掺雜之標準平均製成含量之 .3倍之平均製作之裝置；樣本1.5表示藉助^(^❿層12& 之矽摻雜之標準平均製成含量之1.5倍之一平均製作之裝 置；樣本1.7表示藉助n_GaN層12a之矽摻雜之標準平均製 成含量之1.7倍之一平均製作之裝置；樣本18表示藉助^ GaN層12a之石夕摻雜之標準平肖製成含量之i 8倍之一平均 氣作之裝置，且樣本2表示藉助n_Ga]s^12a之矽摻雜之粳 152958.doc 201135967 準平均製成含量之2倍之一平均製作之裝置。如圖2〇中所 示’n-GaN層12a之平均石夕摻雜之增加之含量可顯著減小穿 過該㈣裝置之—正向電壓降，藉此減小操作電Μ及/或增 加效率。此外，藉由使用調變石夕摻雜來提供穿過n_GaN層 ⑵之石夕摻雜之增加之平均含量，可改良隨後形成之作用 層之晶體品質。 根據本發明之某些實施例，可根據圖6之正方形圖案調 變基底區5〇1(或其若干個部分）之一㈣層仏之一石夕換雜 劑濃度。舉例而言，相對低石夕摻雜劑濃度之每一層可具有 約700埃之一厚度及的6χ1 Λ18 -3 度及力6 10 em之一矽摻雜劑濃度，相對 高石夕換雜劑濃度之每—層可具有約彻埃之—厚度及約 i.—W之一石夕摻雜劑濃度，且可在每一過渡處在不 同摻雜劑;農度之層之間提供一 50埃逐漸變化的過渡層（以 便提供約1500埃之—调细、, 週期）。藉由改良一隨後形成之作用 區503之㈤體印質’可改良_發光二極體（[卿之效能。 因此，本發明之某些實施例可提供具有減小之電阻率 及/或改良之晶體品質之經改良m族氮化物半導體區/層。 根據本發明之草此音 '、二實鈿例，一磊晶III族氮化物半導體區/ 層可藉助調變摻雜劑濃度形成以具有小於約30歐姆/平 方、且根據某些實施例’小於約20歐姆/平方或甚至小於 約10歐姆/平方之_薄片電阻率。 、 根據本發月之實施例之摻雜劑漢度之調變可用於其中一 生長基U小於生長層之—熱膨脹係數之一 cte 之應用巾。不猎助調變摻雜劑濃i，具有相肖高摻雜劑濃 152958.doc 201135967 度之III族氮化物半導體材料可易於在形成於具有一較低 CTE之基故上時破裂。舉例而言’換雜劑濃度之調變可對 具有一相對高CTE之III族氮化物半導體材料（例如，GaN、
InGaN、AlGaN、InAlGaN、InN、AIN、InAIN 等）在具有 一相對低CTE之碳化矽（SiC)或矽（Si)基板上之磊晶生長有 用。 根據本發明之實施例之摻雜劑濃度之調變亦可用於其中 一 III族氮化物半導體材料磊晶沈積於包含一表面圖案（例 如一鑛齒形表面圖案、柱之一表面圖案、脊之一表面圖案 等）之一基板上之應用中。舉例而言，鑛齒形表面圖案可 提供於用於III族氮化物半導體LED結構之磊晶生長之藍寶 石基板上，且鋸齒形表面圖案可增加形成於其上之磊晶層 中小面之引入。如上所述，根據本發明之實施例之摻雜劑 濃度之調變可減小小面之形成及/或傳旛以改良磊晶層之 一晶體品質及/或減小或消除凹點。 雖然舉例而言上文論述III族氮化物半導體區之調變nS 石夕摻雜，但根據本發明之其他實施例可使用其他η型摻雜 劑（例如鍺（Ge)、碳（C)、錫（Sn) '氧（0)、硫（8)、砸（Se)或 任一其他適合的n型摻雜劑）提供⑴族氮化物半導體基底區 501之調變摻雜。根據本發明之另其他實施例，可使用p型 摻雜劑（例如鎂（Mg)、鋅（Zn)、鈣（Ca)、鏍（Sr)或任一其他 適合的P型摻雜劑）提供III族氮化物半導體區之調變摻雜。 藉助一 p型摻雜劑（如鎂），可相對於上文所論述之彼等導電 類型使圖1、2、3、4、5及11之層的導電類型與之相反。 152958.doc • 42· 201135967 此外，可根據本發明其他實施例使用共摻雜提供調變摻 雜，舉例而言，使用兩種或更多種不同，捧雜劑之一組 合或使用兩種或更多種不同P型摻雜劑之一組合。根據本 發明之另其他實施例，可使用高及低摻雜劑濃度之交替層 中相同導電類型之不同摻雜劑提供調變摻雜。根據本發： 之其他實施例，經摻雜出族氮化物半導體區（p型或η型）可 形成於各別LED作用區上。 因此，根據本發明之實施例之具有調變摻雜之經摻雜⑴ 族氮化物半導體區可具有n型導電率或？型導電率。此外， 具有調變摻雜之η型經摻雜ΙΠ族氮化物半導體區可具有一 ^低:均η型多數載流子濃度（N·-)、一低的平均11型/多數載 流子濃度（N-)、一適中n型多數載流子濃度（N)、一高的平 均η型多數载流子濃度（N+)或—極高平均㈣多數載流子濃 度（N++)。具有調變摻雜之p型經摻雜出族氮化物半導體區 可具有一極低平均P型多數載流子濃度（P—)、一低的平均p 型多數載流子濃度（Ρ·)、一適中P型多數載流子濃度（P)、 一高的平均P型多數載流子濃度（P+)或一極高平均p型多數 載流子濃度（P++)。 圖5及11之半導體層/區/結構U、501、12a、i6a、5〇3、 30及32可藉由蟲晶沈積形成於碳化石夕基板η上。根據 某二貝施例，該等層可藉由在沈積期間改變反應物氣源之 抓動而持續形成於一相同反應室中。可（例如）藉由在GaN 層&及/或超晶格16a之沈積期間增加並減少及/或交替關/ 開一矽氣源（例如，矽烷）之一流動來提供調變矽摻雜之一
S 152958.doc •43· 201135967 所期望圖案。 此外’本發明之實施例可用於提供垂直裝置或水平裝 置。雖然圖5舉例而言顯示位於基板1〇上之歐姆金屬觸點 23 ’但基板1〇及緩衝層丨丨可在形成歐姆金屬觸點23之前移 除’以使得歐姆金屬觸點直接形成於基底區5〇1上以便提 供其中金屬觸點位於該裝置之相對侧上之一垂直裝置。根 據本發明之其他實施例，可移除層/區32、3〇、22及5〇3之 若干個部分（同時維持層/區32、3〇、22及5〇3之若干個部 分）以曝露基底區501之一部分，且一歐姆金屬觸點可形成 於基底區501之該曝露部分上以便提供其中兩個金屬觸點 皆位於該裝置之一相同側上之一水平裝置。雖然已參考基 於氣化鎵之裝置闡述了本發明之實施例，但亦可在其他ΙΠ 族氮化物中提供本發明之教示及益處。 舉例而言’根據本發明之某些實施例之基於ΙΠ族氮化物 之LED可製作於生長基板（例如碳化矽基板）上以提供水平 裝置（其中兩個電觸點皆位於該LED之一相同側上）或垂直 裝置（其中電觸點位於該led之相對側上）。此外，該生長 基板可在製作後維持於該LED上或將其移除（例如，藉由蝕 刻 '研磨 '拋光等）。舉例而言，可移除該生長基板以減 小所得LED之一厚度及/或減小穿過一垂直lED之一正向電 壓。舉例而言’一水平裝置（具有或不具有生長基板）可覆 晶結合（例如，使用釺銲）至一載體基板或印刷電路板或線 結合至載體基板或印刷電路板。一垂直裝置（具有或不具 長基板）可具有釺銲結合至一載體基板或印刷電路板 152958.doc 201135967 之一第一端子及線結合至載體基板或印刷電路板之一第二 端子。舉例而言，垂直及水平led晶片結構之實例係論述 於頒予Bergmann等人之美國公開案第2〇〇8/〇25813〇號中及 頒予Edmond等人之美國公開案第2〇〇6/〇186418號中，該等 專利之發明内容藉此以全文引用方式併入本文中。 • 舉例而言，雖然上文已舉例而言在III族氮化物發光二極 體結構中論述了調變摻雜，但根據本發明之實施例之調變 摻雜可用於其他裝置中及/或用於其他半導體材料中。舉 例而&，根據本發明之實施例之調變摻雜可用於如下半導 體裝置中，例如發光二極體、蕭特基二極體、p_n二極 體、電晶體、閘流體、米偵測器、雷射、或其中串連阻抗 之減小可（例如）用於増加效率、減小回應時間等之任一其 他半導體裝置。此外，根據本發明之實施例之調變摻雜可 提供於如下半導體材料中’例如經矽掺雜之Η〗族氮化物半 導體材料、η型經摻雜碳化⑦、p型經換雜⑦、經石夕換雜之 砷化鎵等。 圖式及說明書中’已揭示本發明之實施例，且雖然採 用特疋術语，然而此等特定術語僅以其一般性及闡述性含 • λ使用且並非出於限制目的，本發明之㈣係闡明於以下 申請專利範圍中》 【圖式簡單說明】 圖1係併入有本發a a »；> 赞月之實施例之一 III族氮化物發光二極 體之―示意性圖解； 圖2係併入有本發明夕4 之進一步實施例之一 III族氮化物發 152958.doc '45· 201135967 光二極體之一示意性圖解； 圖3係根據本發明之額外實施例之一量子井結構及一多 量子井結構之一示意性圖解，·且 圖4係併入有本發明之進一步實施例之一 ΠΙ族氮化物發 光二極體之一示意性圖解； 圖5係根據本發明之再進一步實施例之包含有一基底層 結構之一 III族氮化物發光二極體之一示意性圖解； 圖ό至18係根據本發明之實施例之調變矽摻雜劑圖案之 圖形圖解；且 圖19係根據本發明之額外實施例之一基底層結構之一示 意性圖解；及 圖20係根據本發明之實施例圖解說明一水平裝置中 之一η··層之不同平均碎掺雜含量之正向電壓㈣之一 圖表。 【主要元件符號說明】 10 基板 11 導電緩衝層 12 第一經矽摻雜之GaN層 12a GaN層 14 第二經矽摻雜之GaN層 16 超晶格 16a 超晶格 17 間隔物層 18 作用區 152958.doc •46- 201135967 22 未經摻雜之GaN及/或AlGaN層 23 η型歐姆觸點 24 ρ型歐姆觸點 30 摻雜有一 Ρ型雜質之一 AlGaN層 32 摻雜有一P型雜質之一 GaN接觸層 40 發光二極體結構 42 AlGaN電洞注入層 50 基於III族氮化物之發光二極體 100 層狀半導體結構 120 量子井層 125 作用區 218a 井支撐層 218b 頂蓋層 220 量子井層 221 結構 225 作用區 318 障壁層 320 量子井層 325 作用區 400 層狀半導體結構 501 III族氮化物半導體基底區 503 作用區 152958.doc •47-

Claims (1)

  1. 201135967 七、申請專利範圍： 1. 一種半導體裝置，其包括： 雜半導體區，其中該半導體區之—摻雜劑濃度 複數個間隔上調變，其中每―間隔包含具有 低摻雜劑濃度之至少一個部分及具 · 度之至少一個部分，·及 相對^參雜劑濃 一半導體作用區，其位於該經摻雜半導體區上。 2. 如㈣項i之半導體裝置，其中該半導體區⑽二經推 雜III知氮化物半導體區。 ’ 3. 之半導體裝置’其中該經摻雜半導體區包含 =雜劑濃度之第一間隔及第二晚鄰間隔，其中該第 第一門2 \部分具有一第一相對低摻雜劑濃度且該 1中=之—弟二部分具有—第—相對高摻雜劑濃度， ’、°"弟一間隔之一第—部分具有一第-相I 濃度且該第二間隔之一第1八罝广相對低摻雜劑 劑滚度，其中該第一相第二相對高摻雜 對低摻雜劑濃度及該第-相對低择：度係大於㈣-相 堆 弟一相對低摻雜劑濃度，且其中兮 推雜劑濃度係小於該第-相對高換雜劑濃； 及该第二相對高摻雜劑濃度。 又 S 201135967 度與該第二相對高摻雜劑濃度不同， Jti ，Λ ^ 二’、中該第一相 對低摻雜劑濃度與該第二相對低摻雜劑濃度不同。 6.如請求項4之半導體裝置，其中該第—相；高摻雜劑濃 度與該第二相對高摻雜劑濃度相同，及/ 叫丹甲該第一相 對低摻雜劑濃度與該第二相對低摻雜劑濃度相同。 7·如請求則之半導體裝置，其中該半導體作用區包括一 多量子井結構》 8. 如請求们之半導體裝置’其中該複數個間隔界定不同 摻雜劑濃度之一重複圖案。 9. 如請求項!之半導體裝置，其中該經摻雜半導體區包括 —經矽掺雜之III族氮化物半導體區，且其中矽之一摻雜 劑濃度係在該經摻雜ΙΠ族氮化物半導體區中調變。 10·如請求項1之半導體裝置，其中該經摻雜半導體區包括 一超晶格，且其中該調變摻雜劑濃度經提供而穿過該超 晶格之至少若干個部分β 11_如請求項10之半導體裝置，其中該調變摻雜劑濃度之該 等間隔界定一重複圖案，其中每一間隔界定該圖案之一 週期，其中該圖案之該週期係大於該超晶格之一週期。 12. 如請求項1〇之半導體裝置，其中該超晶格包括具有不同 麵濃度之交替層之一超晶格圖案。 13. 如請求項1之半導體裝置，其中該經摻雜半導體區包括 一 GaN層，且其中該調變摻雜劑濃度經提供而穿過該 GaN層之至少若干個部分。 14.如請求項13之半導體裝置，其進一步包括： 152958.doc •2· 201135967 其中該經摻雜半導體區包括位於該GaN層與該作用區 之間的一 III族氮化物超晶格。 15.如請求们之半導體裝置，其中一各別間隔之一相對高 摻雜劑濃度係比該各別間隔之一相對低摻雜劑濃度大： 少 50% 〇 & 16. 如請求们5之半導體裝置，其中該各別間隔之該相對高 ㈣劑濃度係至少約且其中該各別間隔 之該相對低摻雜劑濃度係不大於約6xl〇U Cm」。 17. 如請求項1之半導體裝置，其進一步包括： 碳化矽基板，其位於該經掺雜半導體區上以使得該經摻 雜半導體區係位於該碳化矽基板與該半導體作用區之 間。 °口 18·如請求項！之半導體裝置’其中該經摻雜半導體區包括 一經摻雜m族氮化物半導體區，該半導體裝置進一步包 括： 碳化矽基板；及 一經摻雜A1GaN緩衝層，其位於該碳化矽基板與該經 捧雜III族氮化物半導體區之間，其中該經捧雜ιπ族氣化 物半導體區係位於該經摻雜AlGaN緩衝層與該半導體作 用區之間，且其中該經摻雜A1GaN緩衝層之一摻雜劑濃 度係經調變。 19.如請求項1之半導體裝置，其進一步包括： 一半導體接觸層，其位於該半導體作用區上以使得該 半導體作用區係位於該半導體接觸層與該經掺雜半導體 152958.doc 201135967 區之間’ Mt該半導體接觸層與該經摻雜半導體區1 有相反導電類型。 〃 20. —種形成一半導體裝置之方法，該方法包括. 形成-經摻雜半導體區，其中在複數個間隔上調變該 半導體區之-摻雜劑濃度，其令每一間隔包含且有—相 對低捧雜劑濃度之至少一個部分及具有一相對高摻雜劑 濃度之至少一個部分；及 形成一半導體作用區以使得一電流路#經界定而穿過 該經摻雜半導體區及該半導體作用區。 21·如請求項20之方法，其中該經摻雜半導體區包括一經播 雜III族氮化物半導體區。 ^ 22·如請求項2〇之方法’其中該經摻雜半導體區包含調變換 雜劑濃度之第一間隔及第二毗鄰間隔，其中該第一間隔 之一第一部分具有一第一相對低摻雜劑濃度且該第一間 隔之-第二部分具有一第一相對高摻雜劑濃度，其中該 第：間隔之一第一部分具有一第二相對低摻雜劑濃度I 該第二間隔之一第二部分具有—第二相對高捧雜劑濃 度，其中該第一相對高摻雜劑濃度係大於該第一相對低 杉雜劑/辰度及§玄第二相對低掺雜劑濃度，且其中該第: 相對低摻雜劑濃度係小於該第一相對高摻雜劑濃度及該 第二相對高摻雜劑濃度。 23·如請求項22之方法，其中該第—間隔之該第二部分係位 於該第一間隔與該第二間隔之該等第一部分之間，且其 中該第二間隔之該第一部分係位於該第一間隔與該第二 152958.doc •4- 201135967 間隔之該等第二部分之間。 24.如請求項23之方法，其中該第一 第二相對高摻雜劑濃度不同，及/或船農度與該 雜劑濃度與該第二相對低摻雜劑濃度不同相對低推 25:請求項？之方法，其中該第—相對高摻雜劑濃… 第-相對尚摻雜劑濃度相同，及/或i中該 又… 雜劑濃度與該第二相對低掺雜劑濃度相同 對低撸 26.如請求項20之方法，盆中 井結構。 〃中抖導體作龍包括-多量子 如明求項20之方法’其中在形成該經摻雜半導體區之前 形成：半導體作用區’其中形成該經摻雜半導體區包括 在該半導體作用區上形成該經摻雜半導體區。 28.如請求項2〇之方法’其中該複數個間隔界定不同摻雜劑 濃度之一重複圖案。 29·如請求項20之方法，其中該經摻雜半導體區包括__ 摻雜之III族氮化物半導體區，且其巾在該職氮化物半 導體區中調變矽之一摻雜劑濃度。 3 0·如凊求項20之方法，其中該經摻雜半導體區包括—超晶 格，且其中穿過該超晶格之至少若干個部分提供該調變 摻雜劑濃度* 31‘如清求項30之方法，其中該調變摻雜劑濃度之該等間隔 界定一重複圖案，其中每一間隔界定該圖案之一週期， 其中該圖案之該週期係大於該超晶格之一週期。 32.如請求項30之方法，其中該超晶格包括具有不同銦濃度 152958.doc 201135967 Q 之交替層之一超晶格圖案 33.如請求項20之方法，其中 層，且其中穿過該GaN層 摻雜劑濃度。 該經摻雜半導體區包括一⑽ 之至少若干個冑分提供該調變 …明’項33之方法’其中在形成該半導體作用區之前形 成該經摻雜半導體區，其中該經掺雜半導體區包括位於 該GaN層與該作用區之間的一m族氣化物超晶格。 35.如請求項20之方法’其中一各別間隔之一相對高摻雜劑 濃度係比該各別間隔之—相對低摻雜劑濃度大至少 50%。 36. 如請求項35之方法’其中該各別間隔之該相對高摻雜劑 濃度係至少約且其中該各別間隔之該相 對低摻雜劑濃度係不大於約6xl〇!8 cm·3。 37. 如請求項20之方法，其中形成該經摻雜半導體區包括在 碳化矽基板上形成一經摻雜⑴族氮化物半導體區其中 形成該半導體作用區包括在該經摻雜m族氮化物半導體 區上形成該半導體作用區以使得該經摻雜ΙΠ族氮化物半 導體區係位於該碳化矽基板與該半導體作用區之間。 38. 如請求項20之方法，其進一步包括： 在形成該經摻雜半導體區之前，在碳化矽基板上形成 一經摻雜AlGaN緩衝層，其中形成該經摻雜半導體區包 括在該AlGaN緩衝層上形成—ΠΙ族氮化物半導體區，且 其中調變該經摻雜AlGaN缓衝層之一摻雜劑濃度。 3 9.如請求項20之方法，其進一步包括： 152958.doc 201135967 在該半導體作用區上形成一半導體接觸層以使得該半 導體作用區係位於該半導體接觸層與該經摻雜半導體區 之間’其中該半導體接觸層與該經摻雜半導體區具有相 反導電類型。 40. 41. 42. 43. 一種半導體裝置，其包括： 一經摻雜III族氮化物半導體區，其中該ΠΙ族氮化物半 導體區之一摻雜劑濃度經調變以提供小於約3〇歐姆/平方 之一薄片電阻率。 如請求項40之半導體裝置，其中該經摻雜III族氮化物半 導體區包括一經矽摻雜之GaN半導體層。 如請求項40之半導體裝置，其中該m族氮化物半導體區 經調變以提供小於約2〇歐姆/平方之一薄片電阻率。 如請求項4〇之半導體裝置，其中該m族氮化物半導體區 經調變以提供小於約丨〇歐姆/平方之一薄片電阻率。 152958.doc
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