TWI419309B - Semiconductor device with absorptive layer and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

具吸收層之半導體裝置及其製造方法

本發明係有關於一種具吸收層之半導體裝置及其製造方法，特別是指一種含可擴大吸收波長之組成成分之具吸收層之半導體裝置及其製造方法。

近年來，隨著顯示器以及可移動之行動通信裝置的普及，環境光偵測器的應用逐漸受到重視。目前環境光偵測器的主要應用在於環境背景光的偵測，其偵測所得之信號經過處理後，可用於調節顯示裝置的亮度與對比。環境光偵測器的應用除了可讓使用者有最佳的視覺感受，以降低眼睛的疲勞外，更可節省顯示器的電力消耗，延長行動裝置的操作時間與顯示裝置的壽命。

另外，彩色輸出已是各類顯示器必備的基本條件。但伴隨著全彩螢幕而來的問題，是耗電量的增加，這對於攜帶型裝置的電池續航力會造成相當大的負擔。另外，由於隨著使用者移動，這些裝置會面臨的環境亮度變化相當大，因此須依據環境亮度的變化來調整顯示器背光源的功率，以提供適合人眼觀看的亮度。此時若能藉由環境光偵測器所偵測到的環境光源來調整顯示器。

習知用於偵測環境光之環境光偵測器的製作，主要可分成以下幾種方式。其一為使用矽基材來製作環境光偵測器，其優點為 能與後續放大器與信號處理IC同時整合。不過使用矽基材，除了有偵測位置上的限制外，其尚會因吸收難以消除之紅外線波段的光，而使其偵測結果發生偏差。為解決此一問題，即有人提出使用一特殊的過濾器來濾去紅外光，或使用一雙偵測器分別吸收的不同波段，並進行信號處理，藉以消除被吸收之紅外線波段的光。但縱使加上了這些解決方案，其反應頻譜和人眼的反應頻譜間仍具有差異，無法達成與人眼反應相同的判斷。

第二種作法為，將環境光偵測器與顯示器面板直接整合，亦即於藉由非晶矽薄膜電晶體製程製作液晶面板時，同時製作環境光偵測器，或在有機發光二極體面板中，同時用有機二極體的材料來製作環境光偵測器。但此種方法需要直接更改面板的設計，致使須變更整個面板的製程。目前僅有應用於手寫面板的裝置，尚無法應用到環境光的偵測。

根據上述製備環境光偵測器之方式所具有的問題，有人提出第三種作法，其係使用無須與矽晶片或面板整合的材料，獨立製作環境光偵測器。此方式係選擇吸收波段接近人眼的材料來製作光偵測器，以力求受光後之頻譜反應與人眼的特性相近。理論上來說，以此種方式製備的環境光偵測器，對環境光的偵測會較為穩定與均勻，不會像以矽基材製作的環境光偵測器般，對部分光源會作出和人眼反應不同的判斷。且此種方式製備的環境光偵測器，由於使用與人眼特性極為接近的獨立物件，因此可以省略信號的校準與處理，故而製備一個裝置所需的元件數並不多，故其製造成本較習知之環境光偵測器為低。另外，此種環境光偵測器 和面板係分別製作而成，因此不需更改面板的設計，故而對於整個系統而言也較有彈性。為此，目前已有許多研究者致力利於，以此種方式製備出吸收波段接近人眼的環境光偵測器。然而，其中所包含之材質終究無法使吸收波長範圍擴大以符合以使環境光偵測器更有效率的發揮其功能，因此市面上之應用於光偵測感應類之電子產品，如手機，便無法大幅提升其視訊的品質以及降低電池之耗電量。為解決上述難題，需以環境光偵測器之材質下手，才可徹底的改善此類問題。

故本創作實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟，以上所述，僅為本創作最佳之一的具體實施例之詳細說明與圖式，惟本創作之特徵並不侷限於此，並非用以限制本創作，本創作之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本創作申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本創作之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本創作之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

本發明之目的之一，在於提供一種具吸收層之半導體裝置，該漸進型吸收層更包含AlxInyGa1-x-yN(x≧0,y≧0,1≧x+y≧0)之組成成分，而得以擴大吸收波長之範圍，以達提供可同時偵測可見光與不可見光的光偵測器之目的。

為達上述所指稱之各目的，本發明為一種具吸收層之半導體 裝置，包含一基板，該基板上設置一第一型半導體層，於該第一型半導體層之上設置一漸進型吸收層，該漸進型吸收層更包含AlxInyGa1-x-yN(x≧0,y≧0,1≧x+y≧0)之組成成分，該漸進型吸收層上更設置一第二型半導體層；又，該第一型半導體層上設置一第一導電層，以及該第二型半導體層上更設置一第二導電層。

1‧‧‧基板

2‧‧‧第一型半導體層

3‧‧‧第一導電層

4‧‧‧漸進型吸收層

5‧‧‧第二型半導體層

6‧‧‧第二導電層

35‧‧‧本質層

15‧‧‧緩衝層

第一圖係本發明之具吸收層之半導體裝置之一實施例的示意圖；第二A圖至第二F圖係本發明之製作漸進型吸收層半導體元件之示意圖；以及第三圖係本發明之具吸收層之半導體裝置之另一實施例的示意圖。

茲為使 貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：

請參閱第一圖，其係為本發明之一較佳實施例之結構示意圖；如圖所示，本發明係關於一種具吸收層之半導體裝置，其係提供一種半導體結構，其中一第一型半導體層2設置於一基板1上，該第一型半導體層2上之兩側分別形成一漸進型吸收層4與一第一導電層3，該漸進型吸收層4上又形成一第二型半導體層5，該第二型半導體層5上更形成一第二導電層6，形成一種具吸收層之半導體裝置，其中，藉由該漸進型吸收層4所包含之 AlxInyGa1-x-yN(x≧0,y≧0,1≧x+y≧0)，其中該漸進型吸收層之x成份可為由多到少，y成份可為由多到少，或者x成份可為由少到多，y成份可為由少到多，或者x成份可為由少到多，y成份可為由多到少，或者x成份可為由多到少，y成份可為由少到多，以使該漸進型吸收層4調整吸收波長之範圍，本發明該漸進型吸收層4較佳地可吸收200nm~1.7μm範圍內的波，如電磁波、微波、紫外線、紅外線、可見光與不可見光等等。因此本發明可作為較接近人眼特性的光偵測器，更可作為各波段訊號的無線電偵測器，等等應用，且因本發明之半導體裝置的吸收波長之範圍之擴大，故能夠提升電子產品之品質效能及降低耗電量。

請一併參閱第二A圖與第二F圖，其係分別為本發明之製作漸進型吸收層半導體元件之示意圖。如第二A圖至第二F圖所示，其為本發明之具吸收層之半導體裝置於不同步驟的結構示意圖。如二A圖所示，一開始本發明之製造方法先提供該基板1，接續如二B圖所示，於該基板1上透過磊晶製程，形成該第一型半導體層2，完全覆蓋於該基板1上側之平面區域，其中該基板1之材料為選自Al2O3、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO、MnO及上述之任意組合中擇其一者，該第一型半導體層之材料為選自氮化鋁、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵及其他由氮與鋁、銦、鎵三種元素中至少一種元素所組成的化合物中擇其一者。再者，如二C圖所示，本發明透過磊晶製程，形成多層本質層35於該第一型半導體層2上，完全覆蓋於該第一型半導體層2上側之平面區域，其中該多層本質層35之材料係包含AlxInyGa1-x-yN(x≧0, y≧0,1≧x+y≧0)，且每一層本質層35為不同比例之組成份。

接著，如二D圖所示，對該本質層35進行一第一蝕刻製程，以形成該漸進吸收層4，所以該漸進吸收層4之材料亦為包含AlxInyGa1-x-yN(x≧0,y≧0,1≧x+y≧0)。除此之外，該漸進吸收層4之材料更包含至少一半導體材料，該半導體材料為選自GaAS、lnP、GaN、AlGaN、lnGaN、lnGaAs、lnAlGaAs、InGaAsP、Si、SiGe及上述之任意組合中擇其一者，其中該半導體材料之材料組成份的比例固定不變，但AlxInyGa1-x-yN(x≧0,y≧0,1≧x+y≧0)之x成份及y成份可為由多到少，或者x成份及y成份可為由少到多，以對應吸收不同波長範圍的波，如電磁波、微波、紫外線、紅外線、可見光與不可見光等等。接續，如第二E圖所示，本發明透過磊晶製程，形成該第二型半導體層5於該漸進吸收層4上，而完全覆蓋於該漸進型吸收層4上側之平面區域，其中，該第二型半導體層之材料為選自氮化鋁、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵及其他由氮與鋁、銦、鎵三種元素中至少一種元素所組成的化合物中擇其一者。接著，如第二F圖所示，其如同形成該漸進型吸收層4之製程一般，但蝕刻方式有所不同，先是透過磊晶製程形成一層導電層於該第一型半導體2與該第二型半導體5上，接續透過第二蝕刻製程，以分別形成該第一導電層3與第二導電層6於該第一型半導體2與該第二型半導體5上。

又，如第三圖所示，其為本發明之半導體裝置之另一實施例的示意圖，其中本發明之半導體裝置更可包含一緩衝層15，其設置於該基板1與該第一型半導體層2之間，以作為該基板1與該第 一型半導體層2之間的緩衝，而其餘之結構並無差異，在此便不再贅述。

由於本發明之具吸收層之半導體裝置可藉由漸進型吸收層吸收200nm~1.7μm範圍內的可見光與不可見光，因此本發明除了可應用於光偵測器之外，更可廣泛地應用於其他各式吸光型光電裝置(受光元件)，如電荷耦合元件(CCD)、接觸式影像感測器、太陽電池等之光電裝置。

綜上所述，本發明為一種具吸收層之半導體裝置及其製造方法，其利用漸進型吸收層包含AlxInyGa1-x-yN(x≧0,y≧0,1≧x+y≧0)之組成成分，以藉由該漸進型吸收層所包含AlxInyGa1-x-yN(x≧0,y≧0,1≧x+y≧0)之x成份可為由多到少，y成份可為由多到少，或者x成份可為由少到多，y成份可為由少到多，以調整吸收波長之範圍，以提供較接近人眼特性的環境光偵測器。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟，以上所述，僅為本發明最佳之一的具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思 及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

1‧‧‧基板

2‧‧‧第一型半導體層

3‧‧‧第一導電層

4‧‧‧漸進型吸收層

5‧‧‧第二型半導體層

6‧‧‧第二導電層

Claims (15)

1. 一種具吸收層之半導體裝置之製造方法，包括：提供一基板；形成一第一型半導體層，位於該基板上；形成一第二型半導體層，位於該第一型半導體層上；形成一漸進型吸收層，位於該第一型半導體層與第二型半導體層之間，其中該漸進型吸收層包含AlxInyGa1-x-yN(x≧0,y≧0,1≧x+y≧0)；形成一第一導電層，位於該第一型半導體層上；以及形成一第二導電層，位於該第二型半導體層上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該漸進型吸收層包含一半導體材料。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該半導體材料為選自GaAS、lnP、GaN、AlGaN、lnGaN、lnGaAs、lnAlGaAs、InGaAsP、Si、SiGe及上述之任意組合中擇其一者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該第一基板之材料為選自Al₂O₃、SiC、GaAs、GaN、AlN、GaP、Si、ZnO、MnO及上述之任意組合中擇其一者。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該第一型半導體層之材料為選自氮化鋁、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵及由氮與鋁、銦、鎵三種元素中至少 一種元素所組成的化合物中擇其一者。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該第二型半導體層之材料為選自氮化鋁、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵及由氮與鋁、銦、鎵三種元素中至少一種元素所組成的化合物中擇其一者。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，更形成一緩衝層位於該該基板與該第一型半導體層之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該漸進型吸收層之x成份為由多到少。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該漸進型吸收層之y成份為由多到少。
10. 如申請專利範圍第8項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該漸進型吸收層之y成份為由少到多。
11. 如申請專利範圍第1項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該漸進型吸收層之x成份為由少到多。
12. 如申請專利範圍第11項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該漸進型吸收層之y成份為由多到少。
13. 如申請專利範圍第11項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該漸進型吸收層之y成份為由少到多。
14. 如申請專利範圍第1項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該漸進型吸收層之y成份為由多到少。
15. 如申請專利範圍第1項所述之具吸收層之半導體裝置之製造方法，其中該漸進型吸收層之y成份為由少到多。