本发明专利技术公开了一种半导体元件，其具有变温生长的半导体缓冲层，形成于基板与外延叠层之间；或是将变温生长的半导体缓冲层，形成于两层未掺杂半导体层之间后，再于其中之一未掺杂半导体层上，形成外延叠层。通过上述变温生长的半导体缓冲层的形成，可以使后续形成于其上方的外延叠层，其晶格错位的现象明显减少，并达到提升外延叠层品质的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体元件，特别涉及具有变温生长緩沖层的发光二极 管元件。
技术介绍
半导体元件中，由于氮化物所形成的发光二极管元件的发展一例如氮化镓(GaN)系列，其能隙(energygap)为3.47eV，可以发出短波长如蓝色可见光一 使得发光二极管元件，具备了完整的三原色光源，可以完整涵盖白色光谱， 因而扩展了发光二极管元件的应用领域。因此，氮化物发光二极管元件的发 展与应用相当广泛且极具重要性，包括信号标志灯源、电子产品背光源、户 外全彩看板、白光照明、紫外光、高密度激光应用等。上述的新兴应用领域 能否快速成长，主要取决于发光二极管元件亮度的提升以及外延工艺的稳定 性。传统氮化物元件，通常是在蓝宝石基板上形成AlGalnN系列的氮化物緩 冲层，再于该緩沖层上进行氮化物的外延工艺。但由于晶格常数无法匹配， 导致晶格的差排密度，而影响元件的品质。为了提高氮化物的生长品质，传 统氮化物外延工艺是利用两阶段生长法(two step growth),先以低温工艺 (500 600。C)形成GaN緩冲层，继而经过特定的高温(1000 1200。C)处理使其 结晶(crystallization),以利进行后续各外延叠层的外延生长。由于緩冲层的品质将直接影响后续外延叠层的品质，故緩沖层的厚度、 工艺的温度及各种反应气体的比例，都必须小心地控制。上述工艺步骤的复 杂及困难度高，再加上其生长温度需做高、低温的切换，无形中影响了生产 效率。
技术实现思路
本专利技术提供一种半导体元件，尤其发光二极管元件，其包含变温生长緩 沖层，形成于基板与外延叠层之间，此变温生长緩沖层，可以使后续形成于其上方的外延叠层，其晶格不匹配的现象，相较于一般定温生长的緩冲层， 获得明显的改善。本专利技术亦提供一种半导体元件，其包含变温生长緩沖层，形成于两层未 掺杂半导体层之间，并于其中的未掺杂半导体层上方，形成外延叠层。透过 此结构的设计，可以使得后续形成的外延叠层，获得较佳的晶格生长条件。本专利技术所提出的变温生长的缓冲层，是在连续性的降温生长条件下所形 成。例如形成三五族化合物的半导体緩沖层，在反应气体通入的时间内，温度从100(TC附近，逐渐将低至600。C附近；此时其晶格结构有可能从单晶或 多晶结构，渐渐转换为非晶系结构；再者，该温度变化的最高温度与最低温 度的差异大致上大于IO(TC。附图说明图1显示依本专利技术的第一实施例。图2A为第一实施例的SEM实验对照组照片。图2B为第一实施例的SEM照片。图3显示依本专利技术的第二实施例。图4显示依本专利技术的第三实施例。图5A为第三实施例的SEM实验对照组照片。图5B为第三实施例的SEM照片。图6显示依本专利技术的背光模块装置。图7显示依本专利技术的照明装置。附图标记说明110基板120铝层130緩沖层140未掺杂半导体层150第一緩冲层160第一未掺杂半导体层170第二緩冲层180第二未掺杂半导体层190外延叠层600背光模块装置610光源装置611半导体元件620光学装置630电源供应系统700照明装置710光源装置711半导体元件720电源供应系统730 控制元件具体实施例方式图1显示依本专利技术的第一实施例。其中各标号的涵义分别如下所述110 表示基板；130表示緩冲层；190表示外延叠层。下述其他图式中的相同元 件，将标以相同的标号，且不再赘述，合先述明。本实施例的半导体元件100 包含基板110;緩沖层130,形成于基板110之上；以及外延叠层190形 成于緩沖层130之上，其中外延叠层190是由p型半导体层、发光层与n型 半导体层所組成，并分别于p型及n型半导体层的两侧，设置不同电性的电 极(图未示)，便可以形成具有发光特性的发光二极管元件。在本实施例中， 基板IIO是采用蓝宝石透明基板，也可以由SiC、 GaAs、 CaN、 A1N、 GaP、 Si、 ZnO、 MgO或玻璃等材料所构成的基板所替代；緩沖层130是由氮化铝 (A1N)所形成，也可以由氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、 氮化铟铝(InAlN)、或氮化铟镓铝(AlInGaN)等材料所替代；外延叠层190中 所包含的p型半导体层、发光层与n型半导体层是由三五族化合物半导体氮 化镓(GaN)所形成，也可以是由氮化铝(A1N)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝镓 (AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟镓铝(AlInGaN)等材料所替代。本实施例的外延叠层190与緩冲层130的三五族化合物半导体，是利用 金属有机化学气相沉积法(MOCVD)所形成，但本专利技术并不限于此。其中緩 沖层130是在变温生长条件下所形成的氮化铝(A1N)层，其步骤包含通入有 机铝反应气体三曱基铝(Trimethylaluminum)，使其形成富铝暂态层；再通 入氮反应气体氨气(NH3),并控制温度，在一定时间内，从U7(TC逐渐将低 至600°C 。其间，富铝暂态层中的铝原子会往上方的反应气体氨气(NH3)扩散、 而其上方的氮原子会向下扩散，并与前述铝原子产生键结并重新排列，进而 形成厚度约为300nm的氮化铝緩冲层。其中该温度变化的过程，可以是连续 性的降温过程。通过上述形成温度变化所得的緩冲层130,可以使后续生长 于其上的外延叠层190获得应力释放，进而提升外延叠层190的薄膜品质， 使得半导体元件的光电特性获得良好的提升。其中上述的变温生长条件，是 指形成緩冲层时，在反应气体通入的时间内，其形成温度随时间作连续性或 非连续性的改变。图2A与图2B为针对第一实施例所拍摄的扫描式电子光学显微镜(SEM)的对照实验照片。图2A为对照组，于一定温条件(1170°C )所形成氮化铝 (A1N)的緩冲层的上方，形成氮化镓(GaN)层，其表面的SEM照片；图2B为的緩冲层的上方，形成氮化镓(GaN)层，其表面的SEM照片。比较图2A与 图2B,可以发现图2B较为平坦，显示本实施例的变温生长的緩沖层130, 确实可以使形成于其上方的外延叠层190，其晶格不匹配的现象，获得明显 的改善。图3显示依本专利技术的第二实施例。本实施例的半导体元件200相较于第 一实施例，还包含以高温铝处理所形成的铝原子层120，形成于基板110 与变温条件所形成的緩冲层130之间；以及未掺杂半导体层140,如未掺杂 的氮化镓层(un-doped GaN),形成于緩沖层130与外延叠层190之间。透过 此结构的设计，也可以使得外延叠层l卯的生长品质大幅提升。图4显示依本专利技术的第三实施例。本实施例主要是在两个未掺杂半导体 层之间，形成变温条件下所生长的氮化紹(A1N)緩冲层。本实施例的半导体 元件300，其结构包含基板110;第一緩沖层150，形成于基板110之上； 第一未掺杂半导体层160,形成于第一緩冲层150之上；第二緩冲层170, 形成于第一未掺杂半导体层160之上；第二未掺杂半导体层180形成于第二 緩沖层170之上；以及外延叠层190形成于第二未掺杂半导体层180之上。 其中第一緩冲层150与第二緩冲层170是在变温条件下所形成的氮化铝(A1N〕 层，其温度控制是在一定时间内，从1170。C逐渐将低至60(TC;上述两层緩 沖层的形成温度与时间的控制亦可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一半导体元件，包含 基板； 缓冲层，形成于该基板之上；以及 外延叠层，形成于该缓冲层之上， 其中该缓冲层于至少一反应气体通入时的形成温度随时间而变化。
【技术特征摘要】
1. 一半导体元件，包含基板；缓冲层，形成于该基板之上；以及外延叠层，形成于该缓冲层之上，其中该缓冲层于至少一反应气体通入时的形成温度随时间而变化。2. 如权利要求1所述的半导体元件，其中该形成温度随时间从约1000 。C降低至约600。C。3. 如权利要求1所述的半导体元件，其中该形成温度的最高温度与最低 温度间的差异至少大于100 。C。4. 如权利要求1所述的半导体元件，其中该形成温度为连续性降温过程。5. 如权利要求1所述的半导体元件，其中该緩沖层为单层结构。6. 如权利要求1所述的半导体元件，还包含铝原子层，形成于该基板与 该緩冲层之间。7. 如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：林义杰，许育宾，郭政达，朱瑞溢，王俊凯，
申请(专利权)人：晶元光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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