[发明专利]处理碳化硅衬底改善外延沉积的方法与形成的结构和器件

说明书

本申请是申请号为“03803468.9”、申请日为2003年2月7日、题为“处理碳化硅衬底改善外延沉积的方法与形成的结构和器件”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种处理碳化硅衬底改善外延沉积的方法与形成的结构和器件。

背景技术

目前，制作适合在紫外、蓝、绿电磁波谱下工作的发光器件或“LED”(包括发光二极管，激光二极管，光探测器等)最成功的材料是III族氮化合物半导体材料，尤其是氮化镓基化合物半导体材料。然而，氮化镓在制作工作器件中引出了一系列特殊技术问题。主要问题是缺少大体积的氮化镓单晶，相应地意味着氮化镓或其他III族器件必须在其他材料上形成外延层。蓝宝石(即氧化铝或Al₂O₃)已经普遍用作III族氮化物的衬底。蓝宝石具有与III族材料较好的晶格匹配，热稳定性以及透明性，所有这些在制作发光二极管时通常是非常有用的。然而，作为一种电绝缘材料，蓝宝石也具有其缺点，即经过发光二极管产生光发射的电流不能通过蓝宝石衬底。这样，必须制作其他种类的与LED的连接，例如将器件正负极放在LED芯片同一侧的所谓“平行”结构。一般来说，优选将LED制作在导电衬底上，使得欧姆接触能放在器件相反的两端。这种称为“垂直”的器件由于众多原因而成为优选，包括同平行器件相比，易于制作。

相对于蓝宝石，碳化硅能够进行导电掺杂，因此可以有效地应用于制作垂直III族氮化物LED。另外，碳化硅与氮化镓有相对较小的晶格失配，即可以在上面生长高质量的III族氮材料。碳化硅还具有高热导系数，这对高电流器件如激光二极管的热耗散是重要的。

碳化硅基III族氮化物LED的实例见转让给Cree，Inc.(也是本专利的受让人)的美国专利5523589，6120600和6187606，每一篇在此引用，作为参考。这些器件通常包括一碳化硅衬底，衬底上形成的一缓冲层(区)，以及形成p-n结有源区的多个III族氮化物层。

特别地，美国专利6187606代表了相对于以前技术发展水平的重要进展。该专利’606描述的发明提供了在衬底上形成GaN，InGaN多个分立的晶体部分，亦即“点”，数量足够多的点减小或消除了衬底和缓冲层之间的异质结势垒，因此衬底和有源区之间便可以建立起高导电路径。

LED的一个重要参数是器件在正向偏置工作时，正、负极之间的正向压降(V_f)。尤其是，器件的正向电压(V_f)应尽量低，以降低功率消耗，提高器件的总体效率。尽管专利’606具有其先进性，然而在传统的碳化硅衬底和导电缓冲层界面上仍然存在可测的压降。为了降低器件总的电压V_f，应该降低该界面上的压降。

发明内容

根据本发明实施例的方法包括如下步骤：提供一种具有预定导电类型和第一第二表面的SiC晶片；将预定导电类型的掺杂原子以一种或多种预定的掺杂浓度和注入能量注入到SiC晶片的第一表面，以形成掺杂分布；对注入晶片进行退火；在衬底上的注入第一表面上生长一层外延层。根据本发明实施例的其他方法包括如下步骤：提供一种具有预定导电类型和第一、第二表面的SiC晶片；在晶片的第一表面上形成覆盖层；将预定导电类型的掺杂原子以一种或多种预定的掺杂浓度和注入能量注入到覆盖层和SiC晶片的第一表面，以形成掺杂分布；对注入晶片进行退火；去除掉覆盖层；在衬底上注入第一表面上生长一层外延层。

根据本发明实施例的结构包括一种具有预定导电类型和第一第二表面的碳化硅衬底，在第一表面附近具有预定导电类型注入掺杂剂的第一注入分布，以及生长在第一表面上的外延层。

根据本发明实施例的器件包括一种光发射器件，该器件包括一种预定导电类型和第一第二表面的碳化硅衬底，衬底第一表面上的导电缓冲层，导电缓冲层上的有源区，其中衬底上的第一表面附近具有预定导电类型注入掺杂剂的第一注入分布。