以碳化硅为基板的发光元件制造技术

一种以碳化硅为基板的发光元件，其主要是以３Ｃ－ＳｉＣ做为一基板，并且利用磷化硼作为此基板与磊晶层之间的缓冲层，其主要包括有：一碳化硅基板；一磷化硼缓冲层覆盖于碳化硅基板的上表面；第一型氮化镓束缚层覆盖于磷化硼缓冲层表面；活性层覆盖于第一型氮化镓束缚层表面及第二型氮化镓束缚层覆盖于活性层表面。具有减少制程复杂度、减少晶格不匹配及避免产生缺陷的功效。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是揭露一种发光元件(light emitting device)，特别是有关于一种以碳化硅(3C-SiC)为一基板并配合一磷化硼为缓冲层的半导体发光元件，即一种以碳化硅为基板的发光元件。
技术介绍
一般而言，半导体发光元件主要包括发光二极管(light emitting diode)与雷射二极管(laser diode)等两种类型的发光元件。其所发出的光的波长可涵盖红外光、可见光及紫外光。主要原理是由化学元素周期表上IIIA族与VA族，或由IIA族与VIA族元素混合形成的化合物半导体所构成。就目前来看，这些发光元件大多将磊晶层成长在以蓝宝石(sapphire)、GaP、InP或GaAs所构成的基板上。参照图1所示，是显示一传统的InGaN发光元件的结构剖面图。该发光元件10是以绝缘的sapphire做为一基板100，在所述sapphire基板100的C{0001}面上磊晶制作发光元件。标号102是显示一缓冲层，通常由氮化镓(GaN)所构成，其主要作用在于降低基板100与后续磊晶层之间的晶格不匹配(latticemismatch)。标号104则为经过掺杂的一第一型GaN磊晶层，以增加其导电性，且在其表面设置有具有相同导电型态的第一型电极116。至于，标号106是显示第一束缚层(cladding layer)，是由六方最密堆积的氮化镓(hexagonal GaN)所构成。标号108是显示一活性层(active layer)，通常是由氮化镓系半导体所构成，例如InGaN，是产生光源的区域。随后，在所述活性层108表面再覆盖一材质为GaN的第二束缚层110，而经过掺杂的第二型磊晶层112则覆盖于所述第二束缚层110表面，且所述第二型GaN磊晶层112表面可设置一第二型电极114，两者的导电型态相同。其中，为了提升导电性，所述基板100、束缚层102与第一束缚层106可被掺杂成具有与第一电极116、第一型GaN磊晶层104相同的导电型态，而第二束缚层110可被掺杂成具有与第一电极116、第二型GaN磊晶层112相同的导电型态。然而，如上所述的发光元件10具有下列缺点一、元件制作复杂由于sapphire基板100是绝缘体，无法直接在其表面制作电极，且为了增加元件内部的导电性，必须经过特殊设计或技术，如蚀刻技术(Etching)后所制作的欧姆接触(ohmic contact)，以制作成第一型电极116与第二型电极114，增加元件制作的复杂度。二、晶格缺陷密度高sapphire基板100与GaN的晶格常数通常相差约13.8％，晶格不匹配看来相当的大，因此在sapphire基底100与GaN 102之间的界面会有相当高密度的线缺陷(defect)产生，其差排(dislocation)密度约为108-1010/cm2，一旦这些差排延伸进入活性层，势必会严重破坏元件的特性，使其发光效率降低，且使用寿命缩短。三、磊晶层具有高电阻值由于所述sapphire基板100是以六方最密堆积结构排列，后续皆形成六方最密堆积结构的GaN磊晶层，然而六方最密堆积晶体的堆迭相当致密，欲通过掺杂方式增加其P型导电性会有困难，因此尚需施加一热处理程序，以促进其导电性，或需要增加一电流散布层(current spreadinglayer)，例如Ni/Au、Ni/Pt/Au或Indium Tin Oxide(ITO)，使得经由电极输入的电流可被均匀分布。为了克服sapphire无法导电的问题，Okumura提出将立方晶体GaN成长在GaAs的{100}面上制作发光元件的方法(见Journal of Crystal Growth，164(1996)，pp(149-153)，然而，仍然会有GaN与GaAs的晶格常数及热膨胀系数(thermal expansion coefficient)差异过大，约为20％，而导致GaN容易产生裂缝的问题发生。如图2所述，另外，目前SiC(例如2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC和3C-SiC)于传统技艺中也曾用来作为发光元件的基板，以克服所述绝缘基板的缺点，亦即将两电极直接分别设于SiC基板的两侧，以制作出一垂直式电极发光元件结构；电极210、212分别位于SiC基板200的两侧。另外，SiC对于可见光与紫外光亦具有高穿透率，更可增加元件发光效率。其主要缺陷在于以3C-SiC为基板，其与GaN的晶格不匹配仍高达3.4％，亦即仍容易产生传统的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种以碳化硅为基板的发光元件，并配合一具有磷化硼缓冲层，克服现有技术的弊端，达到减少传统的晶格不匹配的目的。本专利技术的第二目的是提供一种以碳化硅为基板的发光元件，通过增加基板的导电姓，使电极可分别制作于基板两侧，形成成垂直式结构，达到减少制程复杂度的目的。本专利技术的第三目的是提供一种以碳化硅为基板的发光元件，通过具有一磷化硼缓冲层于基板与磊晶层之间，达到减少两者的晶格不匹配及避免缺陷的产生的目的。本专利技术的目的是这样实现的一种以碳化硅为基板的发光元件，其主要是包括一碳化硅(SiC)基板；一磷化硼(BP)缓冲层设于所述碳化硅基板之上；一第一型氮化镓(GaN)束缚层设于所述磷化硼(BP)缓冲层上；一活性层设于所述第一型氮化镓束缚层上；以及一第二型氮化镓束缚层设于所述活性层上。所述碳化硅基板、磷化硼缓冲层、第一型氮化镓束缚层、活性层及第二型氮化镓束缚层的晶体结构皆为立方晶体(cubic)。尤其，所述基板较佳为3C-SiC。所述活性层包括氮化镓系半导体，例如InyGaN，其中0＜y＜1。本专利技术的发光元件更包括一第一型电极及一第二电极第一电极是设置于所述碳化硅基底之下。第二型电极另设置于所述第二型束缚层上。所述磷化硼缓冲层、第一型氮化镓束缚层与第一型电极皆具有与所述碳化硅基板相同的导电型态。而所述第二型氮化镓束缚层与所述第二型电极皆具有与所述碳化硅基板相反的导电型态。本专利技术的主要特征在于其基板是以3C-SiC为材质，并且利用磷化硼作为基板与磊晶层之间的缓冲层。下面结合较佳实施例和附图进一步说明。附图说明图1是传统发光元件的结构剖面示意图。图2是另一种传统发光元件的结构剖面示意图。图3是本专利技术的发光元件结构剖面示意图。具体实施例方式参阅图3所示，本专利技术的发光元件30可适用于雷射二极管(laser diode)、发光二极管(light emitting diode)、垂直式电极结构或其它类似结构的发光元件，其结构依序包括一碳化硅基底300、一磷化硼缓冲层302、一第一型氮化镓束缚层304、一活性层306、一第二型氮化镓束缚层308、一第一型电极312以及一第二型电极310。本专利技术采用碳化硅作为基底300，以增加元件内部的导电性，使得电极310及312可分别制作于基板300的两侧，形成简单结构的垂直式电极发光元件。另外，碳化硅基底300对于可见光与紫外光的穿透率高，可提升元件发光效率。碳化硅基板300包括2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC和3C-SiC，其中较佳者为3C-SiC，其主要原因为以立方晶体结构的堆叠方式可较六方最密堆积晶体的堆叠容易掺杂成P型导电层。再者，磷化硼缓冲层302的本身具有相当稳定的立方晶体结构，可形成于碳化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以碳化硅为基板的发光元件，其特征是：它包括具有立方晶体结构的碳化硅基板；磷化硼缓冲层设于所述碳化硅基板上，且具有立方晶体结构；第一型氮化镓束缚层设于所述磷化硼缓冲层表面，且具有立方晶体结构；活性层设于所述第一型氮化镓束缚层表面，且具有立方晶体结构；第二型氮化镓束缚层设于所述活性层表面，且具有立方晶体结构；第一型电极设置于所述碳化硅基底之下；第二型电极设置于所述第二型束缚层上；该碳化硅为３Ｃ－ＳｉＣ结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：赖穆人，章烱煜，
申请(专利权)人：威凯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]