[发明专利]堆栈半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，特别是涉及一种在非极化半导体单元形成极化增强隧穿结层以使堆栈另一半导体单元在其上的堆栈半导体装置。

背景技术

为了提升发光二极管（LED）的发光效率，方法之一是使用隧穿结（tunnel junction）将两个或多个发光二极管叠加起来。叠加后的发光二极管较单一发光二极管可放射更多的光线，从而提高亮度。使用隧穿结还可强化电流的分散（spreading），使得主动层内更多的载子可进行再结合（recombination）。此外，叠加后的发光二极管较同样数目的单一发光二极管具有较少的电极接触，不但可节省空间，并且可降低所造成的电迁移（electromigration）问题。

传统蓝绿光发光二极管主要是以氮化镓材料为主，其材料结构是六角形（hexagonal）结构，因此单一晶粒具有极性。目前商业化的蓝绿光发光二极管大都将氮化镓等材料生长在C平面（C-plane）的蓝宝石基板上，然而在此生长方式与结构中，沿着载子流动的方向会因为原子电荷的不对称而产生内建电场。产生内建电场问题的成因主要有两种：(1)因结构中三、五族原子所带的电荷不同；(2)由于材料与基板本身的晶格不匹配所造成的压电场效应所致，此特性称之为量子约束斯塔克效应(Quantum Confine Stark Effect,QCSE)。量子约束斯塔克效应会使量子井能带结构产生歪斜，进而影响降低电子、电洞波函数的重叠机率，使得发光效率减弱。

因此，亟需提出一种半导体装置，具有改善的隧穿结并且能避免内建电场问题，用来提升半导体装置的效率。

发明内容

鉴于上述，本发明实施例提出一种在非极化半导体单元形成极化增强隧穿结层的半导体装置及其制造方法。通过极化增强隧穿结层，可有效增强半导体装置的载子传输效率。

根据本发明实施例，首先提供一第一半导体单元，其具有第一表面，且该第一表面不是极化平面。在所述第一表面上形成至少一凹坑，其中凹坑具有第二表面，且该第二表面的延伸方向与所述第一表面的延伸方向具有一夹角。在第二表面上形成一极化增强的隧穿结层。在隧穿结层上形成一第二半导体单元。

一种堆栈半导体装置，包括：一第一半导体单元，其具有一第一表面，且该第一表面不是极化平面；形成在所述第一表面上的至少一凹坑，该凹坑具有一第二表面，该第二表面的延伸方向与所述第一表面的延伸方向具有一夹角；形成在所述第二表面上的一极化增强的隧穿结层；以及形成在所述隧穿结层上的一第二半导体单元。

附图说明

图1A至图1C是示出本发明实施例的半导体装置的制造方法的剖面图。

图2示出C平面、A平面、R平面及N平面的关系。

图3A和图3B示出凹坑的局部放大图。

图4A是示出第一表面是M平面且第二表面是C平面的凹坑的局部剖面图。

图4B是示出第一表面是A平面且第二表面是R平面的凹坑的局部剖面图。

附图标记说明

100：半导体装置

10：基板

11：第一半导体单元

111：第一掺杂层

112：主动层

113：第二掺杂层

114：第一表面

116：凹坑

117、117’：第二表面

12：隧穿结层

13：第二半导体单元

131：第一掺杂层

132：主动层

133：第二掺杂层

14：缓冲层

P、P’：偏极化方向

θ：C平面与R平面的夹角

具体实施方式

图1A至图1C示出本发明实施例的半导体装置100的制造方法的剖面图。图示以发光二极管（LED）或光伏电池（photovoltaic cell）作为例示，且仅示出与实施例相关的组件。