TWI662597B

TWI662597B - 製造半導體元件的方法

Info

Publication number: TWI662597B
Application number: TW105129210A
Authority: TW
Inventors: 林羿宏; 陳孟揚; 李榮仁; 徐子傑
Original assignee: 晶元光電股份有限公司
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2019-06-11
Also published as: TW201810385A

Abstract

本申請提供一種製造半導體元件的方法。製造半導體元件的方法包含：提供一第一半導體層，其包含一第一區域；形成一第二半導體層於第一區域上，第二半導體層包含一摻雜物，且摻雜物在第二半導體層內的濃度高於摻雜物在第一半導體層內的濃度；以及使第二半導體層的摻雜物進入第一半導體層的第一區域。

Description

製造半導體元件的方法

本申請內容有關於一種製造半導體元件的方法，尤指一種使摻雜物進入一半導體層的方法。

在製造半導體元件的製程中，摻雜為一常見的步驟。既有技術中，若欲摻雜一摻雜物至所需的區域，係利用遮蔽物將不欲摻雜的區域遮蔽而裸露出所需的區域，並將裸露出的區域暴露至一充滿摻雜物的環境中，而使裸露出的區域與摻雜物接觸，進而使摻雜物擴散進入裸露出的區域。

本申請提供一種製造半導體元件的方法，其包含：提供一第一半導體層，其包含一第一區域；形成一第二半導體層於第一區域上，第二半導體層包含一摻雜物，且摻雜物在第二半導體層內的濃度高於摻雜物在第一半導體層內的濃度；以及使第二半導體層的摻雜物進入第一半導體層的第一區域，以提升摻雜物在第一區域內的濃度。

本發明提供一種製造半導體元件的方法，其包含：提供一第一半導體層，其包含一第一區域；形成一第二半導體層於第一區域上，第二半導體層包含一摻雜物，且摻雜物在第二半導體層內的濃度高於摻雜物在第一半導體層內的濃度；使第二半導體層的摻雜物進入第一半導體層的第一區域，以提升摻雜物在第一區域內的濃度；以及形成一發光結構，其包括一第一導電型半導體層、一第二導電型半導體層以及一位於第一導電型半導體層以及第二導電型半導體層之間的活性區域。

本發明提供一種製造半導體發光元件的方法，其包含：提供一第一半導體結構，第一半導體結構包含一第一區域；形成一半導體層於第一半導體結構上，半導體層包含一摻雜物，且摻雜物在半導體層內的濃度高於摻雜物在第一半導體結構內的濃度；以及使半導體層的摻雜物擴散進入第一半導體結構的第一區域，以提升摻雜物在第一區域內的濃度。

以下實施例將伴隨著圖式說明本申請之概念，在圖式或說明中，相似或相同之部分係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是，圖中未繪示或說明書未描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式，且各實施例間為避免贅述而對於相同技術特徵描述可能有所省略。

在本申請內容中，如果沒有特別的說明，本申請所揭露之半導體材料可包含各種元素的組合，例如通式AlGaAs 代表Al_x Ga_(1-x) As，其中0≦x≦1；通式 AlInP代表 Al_x In_(1-x) P，其中0≦x≦1；通式AlGaInP 代表(Al_y Ga_(1-y) )_1-x In_x P，其中0≦x≦1，0≦y≦1；通式AlGaN 代表Al_x Ga_(1-x) N，其中0≦x≦1；通式AlAsSb 代表AlAs_(1-x) Sb_x ，其中0≦x≦1；通式InGaAsP代表In_x Ga_1-x As_1-y P_y ，其中0≦x≦1，0≦y≦1；通式AlGaAsP代表Al_x Ga_1-x As_1-y P_y ，其中0≦x≦1，0≦y≦1; 通式InGaAsN 代表 In_x Ga_1-x As_1-y N_y, ，其中0≦x≦1，0≦y≦1; 通式InGaAs代表In_x Ga_1-x As_, ，其中0≦x≦1; 通式InGaN代表In_x Ga_1–xN ,，其中0≦x≦1;以及通式InGaP 代表In_x Ga_1-x P，其中0≦x≦1。調整元素的含量可以達到不同的目的，例如調整能階或是調整主波長或峰值波長。

第1A圖至第1D圖為本申請內容之製造半導體元件的方法之一實施例。在此實施例中，製造半導體元件的方法包含步驟：

a. 如第1A圖所示，提供一成長基板10，其具有一上表面101；

b. 如第1A圖所示，形成一第一半導體層20於成長基板10的上表面101上，第一半導體層20包含一第一區域21與一第二區域22，其中形成第一半導體層20的方式包含磊晶成長；

c. 如第1A圖所示，形成一第二半導體層30於第一半導體層20上，其中第二半導體層30包含一第一摻雜物，且第一摻雜物在第二半導體層30內的濃度高於第一摻雜物在第一半導體層20內的濃度；在一實施例中，第一摻雜物在第二半導體層30內的濃度不小於1´10¹⁸ /cm³ ，且較佳地，介於1´10¹⁹ /cm³ 至1´10²² /cm³ 之間(兩者皆含)，其中形成第二半導體層30的方式包含磊晶成長；在一實施例中，第二半導體層30的厚度可大於第一半導體層20的厚度，較佳地，第二半導體層30的厚度不小於300埃 (Å)，且較佳地，不大於0.5 微米 (um)；在一實施例中，第二半導體層30的厚度也可小於第一半導體層20的厚度；

d. 如第1B圖所示，對第二半導體層30進行圖案化，以使圖案化的第二半導體層30位於第一半導體層20之第一區域21的正上方，即，第一半導體層20之第一區域21於垂直方向與圖案化的第二半導體層30重疊，而第一半導體層20之第二區域22上並未覆蓋有第二半導體層30，具體地，垂直方向是指垂直於成長基板10的上表面101的方向，其中對第二半導體層30進行圖案化的方式包含，但不限於微影光罩、壓印、電子束或雷射光束；以及

e. 如第1C圖所示，使圖案化的第二半導體層30的第一摻雜物進入第一半導體層20的第一區域21，以提升第一摻雜物在第一區域21內的濃度，其中使圖案化的第二半導體層30的第一摻雜物進入第一半導體層20的第一區域21的方式包含，但不限於加熱處理及/或加壓處理。

於步驟e之後，第一半導體層20的第一區域21中的第一摻雜物之濃度大於第二區域22中第一摻雜物的濃度。在一實施例中，第二區域22中第一摻雜物的濃度可以為零或接近零。在一實施例中，較佳地，第一區域21中的第一摻雜物之濃度與第二區域22中第一摻雜物的濃度之差異大於1´10¹⁶ /cm³ ，又更佳地，大於1´10¹⁸ /cm³ 。在一實施例中，較佳地，第一半導體層20的第一區域21中的第一摻雜物之濃度大於1´10¹⁶ /cm³ ，又更佳地，大於1´10¹⁸ /cm³ 。於前述步驟c的一實施例中，當第二半導體層30的厚度大於第一半導體層20的厚度時，進行步驟e可使第一摻雜物的擴散更有效率，進而更容易使第一摻雜物在第一區域21中之濃度與在第二區域22中之濃度的差異大於1´10¹⁶ /cm³ 。

具體地，於步驟b中，第一區域21為預定於步驟e中使第一摻雜物擴散進入的區域。

於一實施例中，於步驟e之前，第一半導體層20具有一第一導電型態，即，第一區域21以及第二區域22皆具有第一導電型態，第二半導體層30具有一不同於第一導電型態的第二導電型態。例如，第一半導體層20為p型時，第二半導體層30為n型，於此態樣中，第二半導體層30中的第一摻雜物為n型摻雜物，例如矽(Si)或碲(Te)。又例如，第一半導體層20為n型時，第二半導體層30為p型，於此態樣中，第二半導體層30中的第一摻雜物為p型摻雜物，例如鋅(Zn)、鎂(Mg)或碳(C)。接著，於步驟e之後，第一半導體層20的第一區域21被改變為具有一第三導電型態，第三導電型態可相同於第二導電型態，且不同於第一導電型態，而第一半導體層20的第二區域22依然具有第一導電型態。例如，於步驟e之後，第一半導體層20的第一區域21為n型，第一半導體層20的第二區域22為p型，又例如，於步驟e之後，第一半導體層20的第一區域21為p型，第一半導體層20的第二區域22為n型。詳言之，由於圖案化的第二半導體層30位於第一半導體層20之第一區域21的正上方並與第一區域21的上表面間接接觸或直接接觸，而第一半導體層20之第二區域22上並未覆蓋有第二半導體層30，因此，在步驟e中，第二半導體層30的第一摻雜物會進入第一半導體層20的第一區域21，而第一半導體層20之第二區域22實質上並未被影響。故，於步驟e之後，第一半導體層20的第一區域21的導電型態會改變成為第三導電型態，且此第三導電型態可相同於第二半導體層30的第二導電型態，而第一半導體層20的第二區域22依然具有第一導電型態。本申請中所指之「間接接觸」是指第一區域21的上表面和第一半導體層20之間可以有一或複數緩衝層，但第一摻雜物仍能穿過緩衝層進入第一區域21。在第一區域21的第三導電型態不同於第二區域22的第一導電型態的實施例應用於半導體元件時，第一半導體層20可作為一電流限制結構，使電流選擇性地流入第一區域21或第二區域22。

於一實施例中，於步驟e之前，第一半導體層20具有一第一導電型態，即，第一區域21以及第二區域22皆具有第一導電型態，第二半導體層30具有一相同於第一導電型態的第二導電型態，例如第一導電型態及第二導電型態均為p型或均為n型。由於圖案化的第二半導體層30位於第一半導體層20之第一區域21的正上方並與第一區域21的上表面間接接觸或直接接觸，而第一半導體層20之第二區域22上並未覆蓋有第二半導體層30，因此在步驟e中，第二半導體層30的第一摻雜物會進入第一半導體層20的第一區域21，而第一半導體層20之第二區域22實質上並未被影響。本申請中所指之「間接接觸」是指第一區域21的上表面和第一半導體層20之間有一或複數緩衝層，但第一摻雜物仍能穿過緩衝層進入第一區域21。故，於步驟e之後，第一半導體層20的第一區域21的第一摻雜物的濃度會增加，例如，濃度大於於1´10¹⁶ /cm³ ，且第一半導體層20的第一區域21中的第一摻雜物之濃度大於第二區域22中第一摻雜物的濃度，其中第二區域22中第一摻雜物的濃度例如可以為零或接近零。故，於步驟e之後，第一半導體層20的第一區域21以及第二區域22具有不同的電性阻值。在第一區域21以及第二區域22具有不同的電性阻值的實施例應用於半導體元件時，第一半導體層20可作為一電流分佈結構，使流入第一區域21與第二區域22的電流值大小不同。

於一實施例中，在步驟b形成第一半導體層20於成長基板10的上表面101上之前，製造半導體元件的方法更包含藉由磊晶成長形成一第三半導體層(圖未示)於成長基板10的上表面101上，第三半導體層具有一第四導電型態，其相同於在步驟c所形成一第二半導體30所具有的第二導電型態，且不同於第一半導體層20所具有的第一導電型態，例如，第四導電型態為n型時，第一導電型態為p型，第二導電型態為n型。

於一實施例中，於步驟e之後，製造半導體元件的方法更可包含一步驟f，將圖案化的第二半導體層30移除，如第1D圖所示。例如，以蝕刻、研磨或雷射切割等等的方式移除圖案化的第二半導體層30。

第2圖為使用第1A圖至第1D圖所示方法製成之一半導體元件實施例的摻雜物濃度與摻雜深度關係圖，於本實施例中，成長基板10的厚度約為350 um，且成長基板為具有一摻雜物的n型導電型基板，第一半導體層20之厚度約為500埃。第2圖中的圓形記號顯示為成長基板10的摻雜物濃度對摻雜深度關係，三角形記號顯示為第一半導體層20之第一區域21中的第一摻雜物的濃度與摻雜深度的關係。深度 0 um的位置為第一半導體層20之上表面，由圖可得知，本實施例的第一半導體層20的第一區域21中的至少一部份，較佳地，第一區域21中鄰近第一半導體層20之上表面的區域中，第一摻雜物之濃度隨摻雜深度增加而增加，即，於第一區域21中至少有一部分，越遠離第一半導體層20之上表面的位置，第一摻雜物之濃度越高。

於一實施例中，在移除圖案化的第二半導體層30的步驟之後，製造半導體元件的方法更包含形成一發光結構(圖未示)於第一半導體層20之上，發光結構包括一第一導電型半導體層、一第二導電型半導體層以及一位於第一導電型半導體層以及第二導電型半導體層之間的活性區域。第一導電型半導體層和第二導電型半導體層具有不同的導電型態。例如，第一導電型半導體層為提供電子的n型，第二導電型半導體層為提供電子洞的p型，且第一導電型半導體層的能隙與第二導電型半導體層能隙皆大於活性區域的能隙。

於一實施例中，於形成第一半導體層20之前，製造半導體元件的方法更包含形成一發光結構(圖未示)於成長基板10之上，本實施例之發光結構可與前述實施例的發光結構相同或近似。

本申請之活性區域可發出一具有峰值波長(peak wavelength)的輻射。於一實施例中，當發光元件為發光二極體時，輻射為遠場角(far field angle)大於60度的非同調光，較佳地，大於80度。於另一實施例中，當發光元件為雷射發光元件時，輻射為遠場角小於25度的同調光，較佳地，小於20度，又更佳地，小於15度。

於一實施例中，於步驟c中，第二半導體層30是於一第一溫度下形成於第一半導體層20上，較佳地，第一溫度不低於550°C，且不高於700°C，又更佳地，第一溫度不低於580°C，且不高於670°C。

於一實施例中，加熱處理使圖案化的第二半導體層30的第一摻雜物進入第一半導體層20的第一區域21中是操作於一第二溫度中，第二溫度低於形成第二半導體層30的第一溫度。較佳地，第一溫度與第二溫度的差異不大於50°C，且不小於5°C，又更佳地，不大於30°C。具體地，加熱處理的方式包含，但不限於將步驟d形成的結構放入爐管中進行加熱處理，或是將步驟d形成的結構放入有機金屬化學氣相沉積(Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition；MOCVD)的機台之腔室中進行加熱處理。

第一半導體層20、第二半導體層30以及第三半導體層包含三五族半導體材料，例如，包含本質三五族半導體材料或是具有一摻雜物的三五族半導體材料，例如，包含濃度大於1´10¹⁶ /cm³ 之摻雜物的三五族半導體材料，或包含濃度介於1´10¹⁸ /cm³ 至1´10²² /cm³ 之間(兩者皆含)的摻雜物的三五族半導體材料。又例如，三五族半導體材料可包含鋁砷化鎵(AlGaAs)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、磷砷化鎵(GaAsP)、InGaN(氮化銦鎵)或AlGaN(氮化鋁鎵)等。於一實施例中，第一半導體層20包含磷化鋁鎵銦(AlGaInP)，第二半導體層30包含鋁砷化鎵(AlGaAs)，以及第三半導體層包含鋁砷化鎵(AlGaAs)，其中第二半導體層30中的第一摻雜物為鋅(Zn)。

本申請內容的半導體元件可包括，但不限於，發光二極體、雷射元件、光感測器、太陽能電池、場效電晶體或功率元件等等。本申請內容的方法藉由圖案化的第二半導體層30覆蓋第一半導體層20的第一區域21，且於步驟e中，使圖案化的第二半導體層30中的第一摻雜物擴散進入第一半導體層20的第一區域21，進而使第一半導體層20的第一區域21於步驟e之後包含第一摻雜物。本申請內容的方法利用圖案化的半導體層作為摻雜物的來源，可使步驟a至c以及步驟e皆在有機金屬化學氣相沉積(Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition；MOCVD)的機台之腔室中進行，而可減少使用額外的製程設備如蒸鍍機與高溫爐等，因此本申請之技術相較傳統摻雜製程至少包含可大幅減少製造半導體元件的設備成本、同時減少摻雜製程在不同製程設備間的傳遞時間、增加製程便利性與單位時間內的產量等等的效益。

第3A圖至第3G圖為本申請內容之製造半導體元件的方法之一實施例。於本實施例中，半導體元件為半導體發光元件，例如為雷射發光元件。製造半導體發光元件的方法包含步驟：

a. 如第3A圖所示，提供一成長基板40，其具有一上表面401；

b. 如第3A圖所示，於上表面401上形成一磊晶結構50，其包含一第一反射鏡60、一第二反射鏡70以及一位於第一反射鏡60以及第二反射鏡70之間的發光結構80，其中發光結構80大致上可與本申請先前所述實施例中提及的發光結構相同或近似。第一反射鏡60以及第二反射鏡70各具有一導電型態，且第一反射鏡60的導電型態不同於第二反射鏡70的導電型態，例如第一反射鏡60為n型，第二反射鏡70為p型；

c. 如第3A圖所示，形成一第一半導體結構90，第一半導體結構90包含一第一區域91與一第二區域92，其中形成第一半導體結構90的方式包含磊晶成長；較佳地，在執行後續摻雜步驟f之前，第一半導體結構90的導電型態不同於第二反射鏡70的導電型態，例如，第二反射鏡70為p型，第一半導體結構90的導電型態為n型，即，第一半導體結構90的第一區域91以及第二區域92的導電型態均為n型；

d. 如第3A圖所示，形成一半導體層100於第一半導體結構90上，半導體層100包含一第一摻雜物，且第一摻雜物在半導體層100內的濃度高於第一摻雜物在第一半導體結構90內的濃度。在一實施例中，第一摻雜物在半導體層100內的濃度不小於1´10¹⁸ /cm³ ，且較佳地，介於1´10¹⁹ /cm³ 至1´10²² /cm³ 之間(兩者皆含)，其中形成半導體層100的方式包含磊晶成長；在一實施例中，半導體層100的厚度可大於第一半導體結構90的厚度，較佳地，半導體層100的厚度不小於300埃 (Å)，且更佳地，半導體層100的厚度不大於0.5 微米 (um) ；在一實施例中，第二半導體層30的厚度也可小於第一半導體層20的厚度；

e. 如第3B圖所示，對半導體層100進行圖案化，以使圖案化的半導體層100位於第一半導體結構90之第一區域91的正上方，即，第一半導體結構90之第一區域91於垂直方向與圖案化的半導體層100重疊，而第一半導體結構90之第二區域92上並未覆蓋有半導體層100，具體地，垂直方向是指垂直於成長基40板的上表面401的方向，其中對第一半導體層100進行圖案化的方式包含，但不限於微影光罩、壓印、電子束或雷射光束；

f. 如第3C圖所示，使圖案化的半導體層100的第一摻雜物擴散進入第一半導體結構90的第一區域91，以提升第一摻雜物在第一區域91內的濃度，其中使圖案化的半導體層100的第一摻雜物進入第一半導體層的第一區域91的方式包含，但不限於加熱處理及/或加壓處理；

g. 如第3D圖所示，選擇性地，但較佳地，移除圖案化的半導體層100，例如，以蝕刻、研磨或雷射切割等等的方式移除圖案化的半導體層100；

h. 如第3E圖所示，於第一半導體結構90上形成一第三反射鏡110，第三反射鏡110具有一導電型態，其相同於第二反射鏡70的導電型態，例如，於本實施例中，第三反射鏡110為p型，第二反射鏡70為p型；

i. 如第3F圖所示，選擇性地，但較佳地，於第三反射鏡110上形成一半導體接觸層120，其中形成半導體接觸層120的方式包含磊晶成長；以及

j. 如第3G圖所示，選擇性地，但較佳地，於半導體接觸層120上形成一第一電極130以及於成長基板40相反於磊晶結構50的另一側上形成一第二電極140，其中形成第一電極130以及第二電極140的方式包含蒸鍍。

於步驟f之後，第一半導體結構90的第一區域91中的第一摻雜物之濃度大於第一半導體結構90的第二區域92中第一摻雜物的濃度。在一實施例中第二區域92中第一摻雜物的濃度可以為零或接近零。在一實施例中，較佳地，第一區域91中的第一摻雜物之濃度與第二區域92中第一摻雜物的濃度之差異大於1´10¹⁶ /cm³ ，又更佳地，大於1´10¹⁸ /cm³ 。在一實施例中，較佳地，第一半導體結構90的第一區域91中的第一摻雜物之濃度大於1´10¹⁶ /cm³ ，又更佳地，大於1´10¹⁸ /cm³ 。

具體地，於步驟c中，第一區域91為預定於步驟f中使第一摻雜物擴散進入的區域。

第4圖為第3D圖所示之一實施例的第一半導體結構90中的第一摻雜物濃度與深度的關係圖。深度 0 um的位置為第一半導體結構90之上表面，如第4圖所示，於第一區域91中的至少一部份，較佳地，第一區域91中鄰近第一半導體結構90之上表面的區域中，第一摻雜物之濃度隨摻雜深度增加而增加，即，於第一區域91中至少有一部分，越遠離第一半導體結構90之上表面的位置，第一摻雜物之濃度越高。

於一實施例中，於步驟f之前，圖案化的半導體層100的導電型態與第一半導體結構90的導電型態兩者不同，例如，圖案化的半導體層100的導電型態為p型，第一半導體結構90為n型，於此態樣中，圖案化的半導體層100中的第一摻雜物為p型摻雜物，例如鋅(Zn)、鎂(Mg)、碳(C) 或鈹(Be)，在此例中，第一摻雜物為鋅(Zn)。又例如，圖案化的半導體層100的導電型態為n型，第一半導體結構90為p型，於此態樣中，圖案化的半導體層100中的第一摻雜物為n型摻雜物，例如矽(Si) 、碲(Te) 或鍺(Ge)。接著，在步驟f中，由於圖案化的半導體層100位於第一半導體結構90的第一區域91的正上方並與第一區域91的上表面間接接觸或直接接觸，而第一半導體結構90之第二區域92上並未覆蓋有半導體層100，因此，圖案化的半導體層100中的第一摻雜物會進入第一半導體結構90的第一區域91，而第一半導體結構90之第二區域92實質上並未被影響。本申請中所指之「間接接觸」是指第一區域91的上表面和半導體層100之間可以有一或複數緩衝層，但第一摻雜物仍能穿過緩衝層進入第一區域91。故，於步驟f之後，第一半導體結構90的第一區域91的導電型態會改變，進而與第二反射鏡70的導電型態相同，而第一半導體結構90的第二區域92的導電型態依然與第二反射鏡70的導電型態不同。具體地，於步驟e之後，第一半導體結構90的第一區域91的導電型態相同於第二反射鏡70的導電型態，而第一區域91的導電型態不同於第二區域92的導電型態。例如，於步驟e之後，第二反射鏡70的導電型態為p型，第一半導體結構90的第一區域91的導電型態為p型，但第一半導體結構90的第二區域92的導電型態為n型。又例如，第二反射鏡70的導電型態為n型，第一半導體結構90的第一區域91的導電型態為n型，但第一半導體結構90的第二區域92的導電型態為p型。

於一實施例中，於步驟d中，半導體層100是於一第一溫度下形成於第一半導體結構90上，較佳地，第一溫度不低於550°C，且不高於700°C，又更佳地，第一溫度不低於580°C，且不高於670°C。

於一實施例中，加熱處理使圖案化的半導體層100的第一摻雜物進入第一半導體結構90的第一區域91中是操作於一第二溫度中，第二溫度低於形成半導體層100的第一溫度。較佳地，第一溫度與第二溫度的差異不大於50°C，且不小於5°C，又更佳地，不大於30°C。具體地，加熱處理的方式包含，但不限於將步驟e形成的結構放入爐管中進行加熱處理，或是將步驟d形成的結構放入有機金屬化學氣相沉積(Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition；MOCVD)的機台之腔室中進行加熱處理。

於一實施例中，發光結構可更包含一間隔層(圖未示)位於活性區域和第一導電型半導體層之間和/或位於活性區域和第二導電型半導體層之間，藉以調整發光結構的厚度以實質上接近或等於為 nλ/ 2的厚度，其中λ為活性區域發射的輻射之峰值波長，並且n為正整數。間隔層材料為包含一三五族半導體材料，例如鋁砷化鎵(AlGaAs)。

第5圖為第3A圖至第3G圖之方法製造的半導體元件的實施例。當驅動如第5圖所示之雷射發光元件時，由於第一半導體結構90的第一區域91的導電型態相同於分別位於第一半導體結構90兩側的第二反射鏡70以及第三反射鏡110的導電型態，而第一半導體結構90的第二區域92的導電型態不同於分別位於第一半導體結構90兩側的第二反射鏡70以及第三反射鏡110的導電型態，因此電流會被第一半導體結構90的第二區域92限制而不能通過，進而集中由第一半導體結構90的第一區域91通過而流入發光結構80。換言之，第一半導體結構90於本實施例中可作為一電流限制結構，使電流通過預定的第一區域91。

第一反射鏡60 、第二反射鏡70以及第三反射鏡110分別包含複數交替的第一折射率半導體層(圖未標)以及第二折射率半導體層(圖未標)，第一折射率半導體層具有一第一折射率，第二折射率半導體層具有一第二折射率，其中第一折射率高於第二折射率。第一反射鏡60 、第二反射鏡70以及第三反射鏡110的材料包含一三五族半導體材料，例如鋁砷化鎵Al_x Ga_(1-x) As/Al_y Ga_(1-y) As，其中x不等於y，且鋁和鎵的含量可以調整藉以反射一欲反射的波長範圍。第一折射率半導體層以及第二折射率半導體層具有一接近或等於λ/ 4n的厚度，其中λ為活性區域22發射的輻射的峰值波長， n為層的折射率。第一反射鏡60在峰值波長具有一超過99%的反射率。第二反射鏡70以及第三反射鏡110在峰值波長具有一超過98%的反射率。較佳地，對於峰值波長，第一反射鏡60的反射率大於第二反射鏡70以及第三反射鏡110的反射率。第一反射鏡60的對數大於第二反射鏡70與第三反射鏡110對數的總和，其中一第一折射率半導體層與一相鄰第一折射率半導體層的第二折射率半導體層視為一對。在一實施例中，較佳地，第一反射鏡60的對數大於15，且更佳地，大於30且小於80。在一實施例中，較佳地，第二反射鏡70與第三反射鏡110的對數總和大於15，且更佳地，大於20且小於80。

於一實施例中，第一半導體結構90和半導體層100包含三五族半導體材料，例如鋁砷化鎵(AlGaAs)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP) 、磷砷化鎵(GaAsP) 、InGaN(氮化銦鎵) 或AlGaN(氮化鋁鎵)。於一實施例中，第一半導體結構90包含磷化鋁鎵銦(AlGaInP)，半導體層100包含鋁砷化鎵(AlGaAs)。更佳地，於一實施例中，第一半導體結構90包含(Al_y Ga_(1-y) )_1-x In_x P，其中0.4≦x≦1，0≦y≦1。又於一實施例中，第一半導體結構90包含(Al_y Ga_(1-y) )_1-x In_x P，其中0.49≦x≦0.51，0≦y≦0.6。於一實施例中，半導體層100中的第一摻雜物為鋅(Zn)。於一實施例中，第一半導體結構90具有一接近或等於λ/ 4n的厚度，其中λ為活性區域22發射的輻射的峰值波長，並且n為層的折射率。於一實施例中，第一半導體結構90可取代第二反射鏡70或第三反射鏡110的其中一第一折射率半導體層或第二折射率半導體層。

於一實施例中，第二反射鏡70中其中一對中的第一折射率半導體層為一含鋁半導體層，且其鋁含量相較於其他對中的第一折射率半導體層中的鋁含量高。較佳地，含鋁半導體層包含Al_x Ga_(1-x) As，其中0.9≦x≦1.0。於本實施例中，於步驟j之前，製造半導體發光元件的方法更包含氧化含鋁半導體層，使含鋁半導體層的周圍最外邊且裸露的部分開始氧化，並漸漸往內側氧化以使含鋁半導體層包含一未被氧化的半導體部分以及環繞半導體部分的氧化物部分。氧化物部分之材料包含氧化鋁，其化學式係為Al_a O_b ，其中a與b為不為0之自然數。具體地，氧化方法包含濕熱氧化法(wet thermal oxidation)。當驅動本實施例之雷射發光元件時，由於第一半導體結構90的第一區域92的導電型態相同於位於兩側的第二反射鏡70以及第三反射鏡110的導電型態，而第一半導體結構90的第二區域92的導電型態不同於位於兩側的第二反射鏡70以及第三反射鏡110的導電型態，因此電流會被第一半導體結構90的第二區域92限制而不能通過，進而通過第一半導體結構90的第一區域91而進入於第二反射鏡70。進一步地，由於氧化物部分為絕緣材料，進入於第二反射鏡70的電流會再被氧化物部分限制而不能通過，進而從含鋁半導體層中的半導體部分通過而進入發光結構80。換言之，第一半導體結構90於本實施例中可作為一電流限制結構，使電流通過預定的第一區域91。

於一實施例中，第三反射鏡110中其中一對的第一折射率半導體層為一含鋁半導體層，且其鋁含量相較於其他對中的第一折射率半導體層中的鋁含量高。較佳地，含鋁半導體層包含Al_x Ga_(1-x) As，其中0.9≦x≦1.0。於本實施例中，於步驟j之前，製造半導體發光元件的方法更包含氧化含鋁半導體層，使含鋁半導體層的周圍最外邊且裸露的部分開始氧化，並漸漸往內側氧化以使含鋁半導體層包含一未被氧化的半導體部分以及環繞半導體部分的氧化物部分。氧化物部分之材料包含氧化鋁，其化學式係為Al_a O_b ，其中a與b為不為0之自然數。具體地，氧化方法包含濕熱氧化法(wet thermal oxidation)。當驅動本實施例之雷射發光元件時，由於氧化物部分為絕緣材料，進入於第三反射鏡110的電流會被氧化物部分限制而不能通過，進而從含鋁半導體層中的半導體部分通過而進入第一半導體結構90，進一步地，由於第一半導體結構90的第一區域91的導電型態相同於位於兩側的第二反射鏡70以及第三反射鏡110的導電型態，而第一半導體結構90的第二區域92的導電型態不同於位於兩側的第二反射鏡70以及第三反射鏡110的導電型態，因此電流會被第一半導體結構90的第二區域92限制而不能通過，進而通過第一半導體結構90的第一區域91而進入發光結構80。

活性區域包含單異質結構(single heterostructure，SH) 、雙異質結構(double heterostructure，DH)或多重量子井(MQW)。較佳的，活性區域包含多重量子井(MQW)，其包含交替的井層以及阻障層。每一阻障層的能階大於其中一井層的能階。活性區域發出的峰值波長可以藉由改變井層的厚度或是材料而改變。較佳地，井層的材料包含一三五族半導體材料，例如鋁砷化鎵(AlGaAs) 、磷化鋁鎵銦(AlGaInP) 、磷砷化鎵(GaAsP) 或InGaN(氮化銦鎵)。阻障層的材料包含三五族半導體材料，例如鋁砷化鎵(AlGaAs) 、磷化鋁鎵銦(AlGaInP) 或AlGaN(氮化鋁鎵)。

於一實施例中，成長基板10或40具有一足夠的厚度以支撐之後成長在基板10或40上的層或是結構。較佳地，成長基板10或40之厚度不小於100微米，且較佳地，不超過250微米。成長基板10或40是單晶且包含半導體材料，例如，包含一個三五族半導體材料或是四族半導體材料。於一實施例中，成長基板10或40包含一具有一n型或p型的三五族半導體材料。例如，三五族半導體材料包含n型的砷化鎵(GaAs) ，n型摻雜物為矽(Si) 。

第一電極130以及第二電極140用於與一外接電源連接且傳導一在兩者之間的電流。第一電極130以及第二電極140的材料包含透明導電材料或是金屬材料。透明導電材料包含透明導電氧化物，金屬材料包含金(Au) 、鉑(Pt) 、鍺金鎳(GeAuNi) 、鈦(Ti)、鈹金(BeAu)、鍺金(GeAu)、鋁(Al) 、鋅金( ZnAu) 或鎳。

第一電極130藉由半導體接觸層120與第三反射鏡110形成一低電阻接觸或是歐姆接觸，其中第一電極130與第三反射鏡110之間的電阻低於10^-2 ohm-cm。半導體接觸層120的導電型態與第三反射鏡110導電型態相同。於一實施例中，半導體接觸層120為p型且具有一高p型摻雜濃度，例如高於1´10¹⁸ /cm³ ，且較佳地，高於1´10¹⁹ /cm³ ，且更佳地，介於1´10¹⁹ /cm³ 以及5´10²² /cm³ 之間(兩者皆含)。半導體接觸層120的材料包含一三五族半導體材料，例如砷化鎵(GaAs)或鋁砷化鎵(AlGaAs)。

磊晶成長的方法包含，但不限於，金屬有機化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)、氫化物氣相磊晶法(hydride vapor phase epitaxy ，HVPE) 、分子束磊晶(molecular beam epitaxy，MBE)或液相磊晶法(liquid-phase epitaxy，LPE) 。

需注意的是，本申請所列舉之各實施例僅用以說明本申請，並非用以限制本申請之範圍。任何人對本申請所作顯而易見的修飾或變更皆不脫離本申請之精神與範圍。不同實施例中相同或相似的構件，或者不同實施例中具相同標號的構件皆具有相同的物理或化學特性。此外，本申請中上述之實施例在適當的情況下，是可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。在一實施例中詳細描述之特定構件與其他構件的連接關係亦可以應用於其他實施例中，且均落於如後之本申請之權利保護範圍的範疇中。

10、40‧‧‧成長基板

401、101‧‧‧上表面

20‧‧‧第一半導體層

21、91‧‧‧第一區域

22、92‧‧‧第二區域

30‧‧‧第二半導體層

50‧‧‧磊晶結構

60‧‧‧第一反射鏡

70‧‧‧第二反射鏡

80‧‧‧發光結構

90‧‧‧第一半導體結構

100‧‧‧半導體層

110‧‧‧第三反射鏡

120‧‧‧半導體接觸層

130‧‧‧第一電極

140‧‧‧第二電極

第1A圖至第1D圖為本申請內容之製造半導體元件的方法之一實施例；

第2圖為使用第1A圖至第1D圖所示方法製成之一半導體元件實施例的摻雜物濃度與摻雜深度關係圖；

第3A圖至第3G圖為本申請內容之製造半導體元件的方法之另一實施例；

第4圖為第3D圖所示之一實施例的第一半導體結構中的第一摻雜物濃度與摻雜深度關係圖；以及

第5圖為第3A圖至第3G圖之方法製造的半導體元件的實施例。

無。

Claims

一種製造半導體元件的方法，包含：提供一第一半導體層，其包含一第一區域；形成一第二半導體層於該第一區域上，該第二半導體層包含一摻雜物，且該摻雜物在該第二半導體層內的濃度高於該摻雜物在該第一半導體層內的濃度；使該第二半導體層的該摻雜物進入該第一半導體層的該第一區域；以及完全移除該第二半導體層。
如申請專利範圍第1項所述之製造半導體元件的方法，於提供該第一半導體層之前，更包括提供一第三半導體層，且該第一半導體層的導電型態不同於該第三半導體層的導電型態，該第二半導體層的導電型態相同於第三半導體層的導電型態。
如申請專利範圍第1項所述之製造半導體元件的方法，其中該摻雜物在該第二半導體層內的濃度不小於1×10¹⁹/cm³。
如申請專利範圍第1項所述之製造半導體元件的方法，其中該第一區域的位置於垂直方向與該第二半導體層重疊。
如申請專利範圍第1項所述之製造半導體元件的方法，其中該第一半導體層及第二半導體層包含三五族半導體材料。
如申請專利範圍第1項所述之製造半導體元件的方法，其中該半導體元件為一發光元件。
一種製造半導體發光元件的方法，包含：提供一第一半導體層，其包含一第一區域；形成一第二半導體層於該第一區域上，該第二半導體層包含一摻雜物，且該摻雜物在該第二半導體層內的濃度高於該摻雜物在該第一半導體層內的濃度；使該第二半導體層的該摻雜物進入該第一半導體層的該第一區域，以提升該摻雜物在該第一區域內的濃度；以及形成一發光結構，其包括一第一導電型半導體層、一第二導電型半導體層以及一位於該第一導電型半導體層以及該第二導電型半導體層之間的活性區域。
如申請專利範圍第7項所述之製造半導體發光元件的方法，更包括提供一第一反射鏡及一第二反射鏡，分別位於該發光結構兩側，其中該第一反射鏡具有一第一導電形態，該第二反射鏡具有一第二導電形態，且該第一導電型態不同於該第二導電型態。
如申請專利範圍第8項所述之製造半導體發光元件的方法，其更包括於該第一半導體結構上形成一第三反射鏡，該第三反射鏡具有一第三導電型態，其相同於該第二導電型態。
如申請專利範圍第7項所述之製造半導體發光元件的方法，該第一區域的位置於垂直方向與該半導體層重疊。