專利名稱：三族金屬氮化物元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三族金屬氮化物元件的制造方法，特別涉及改善其中三族金屬氮化物磊晶層與氧化鋁基板晶格不匹配問題的方法。
關(guān)于三族金屬氮化物磊晶成長的研究由來已久，其優(yōu)點在于可以有各種不同比例的三元及四元化合物，能夠調(diào)整能隙寬度、晶格常數(shù)及折射率等，所以在光電元件及高速元件的應(yīng)用中有相當(dāng)大的潛力，在短波長發(fā)光二極管及鐳射二極管的應(yīng)用中都有不錯的表現(xiàn)，并且已經(jīng)開發(fā)出了達到批量生產(chǎn)程度的元件。
但是，其缺點在于基板價格昂貴，造價偏高，而且基板為氧化鋁(sapphire)，與成長的磊晶層有晶格不匹配的問題。1997年底，日亞化學(xué)公司推出壽命長達一萬小時的藍光鐳射二極管，其秘訣便在于緩解了磊晶層與基板晶格不匹配的問題，從而可以看出，基板的特性嚴(yán)重影響磊晶膜的品質(zhì)。
根據(jù)日亞化學(xué)公司提出的方法，其緩沖層厚度只有0.001～0.5μm，由于未能完全有效隔絕磊晶層與基板間因晶格常數(shù)不同而造成的缺陷延伸，所以晶格不匹配的問題依然存在。
針對這種情況，本發(fā)明者經(jīng)過悉心研究，發(fā)現(xiàn)提供一層厚度大于0.5μm的緩沖層，在該緩沖層上成長一層三族金屬氮化物的厚磊晶層(第一磊晶層)，這樣，減少磊晶層與基板間因晶格常數(shù)不同而造成的缺陷延伸問題，如此一來，在上述厚磊晶層上成長三族金屬氮化物磊晶層(第二磊晶層)或元件結(jié)構(gòu)時，由于是同質(zhì)磊晶，所以沒有晶格匹配的問題，從而上述問題得到改善。
本發(fā)明的目的在于提供一種三族金屬氮化物元件的制造方法，具體的說，本發(fā)明的目的在于提供一種改善三族金屬氮化物磊晶層與氧化鋁基板晶格不匹配問題的三族金屬氮化物的制造方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的三族金屬氮化物厚磊晶層的制造方法，包括在氧化鋁基板上成長三族金屬氮化物緩沖層，該緩沖層薄膜例如可以由鹵化物化學(xué)氣相磊晶法(HVPE法)、有機金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD法)或分子束磊晶法(molecular beam epitaxy，MBE法)在400～1100℃的溫度下制造得到，其厚度大于0.5μm。
上述緩沖層的材質(zhì)可以選自氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦鎵(AlxInyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)等三族金屬氮化物之一。
在600～1200℃的溫度下，使用鹵化物化學(xué)氣相磊晶法(HVPE法)或有機金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD法)，在上述三族金屬氮化物緩沖層上成長一層三族金屬氮化物厚磊晶層(第一磊晶層)，例如為10μm以上。
上述第一磊晶層的材質(zhì)可以選自氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦鎵(AlxInyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)等三族金屬氮化物之一。
使用有機金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD法)、分子束磊晶法(molecularbeam epitaxy，MBE法)或鹵化物化學(xué)氣相磊晶法(HVPE法)，在上述三族金屬氮化物磊晶層薄膜上成長三族金屬氮化物高品質(zhì)磊晶層(第二磊晶層)或元件結(jié)構(gòu)。
目前最常用成長三族金屬氮化物元件的方法是采用日亞化學(xué)公司提出的方法。但是，日亞化學(xué)公司提出的方法中，其緩沖層只有0.001～0.5μm，不能有效隔絕磊晶層與基板間因晶格常數(shù)不同而造成缺陷的延伸，從而晶格不匹配的問題仍然存在。因此，本發(fā)明提供的制造方法，與傳統(tǒng)方法比較，更能改善三族金屬氮化物磊晶層與基板晶格不匹配的問題，對于光電產(chǎn)業(yè)而言具有一定的實用性。
下面通過


本發(fā)明。
圖1為第二磊晶層/元件結(jié)構(gòu)、第一磊晶層及基板的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2為三族金屬氮化物厚磊晶層的激光頻譜圖；圖3為三族金屬氮化物厚磊晶層的X光繞射光譜圖。
為了進一步詳細說明本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點，下面通過實施例，并配合附圖詳細說明。
如圖1所示，按照本發(fā)明三族金屬氮化物元件的制造方法，包括如下所述的步驟首先，在氧化鋁基板10上成長緩沖層11(或緩沖薄膜)，其中，該緩沖層11為厚度大于0.5μm的三族金屬氮化物。
上述緩沖層11可以使用有機金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、分子束磊晶法(molecular beam epitaxy，MBE法)或鹵化物化學(xué)氣相磊晶法(HVPE)，在400～1100℃的溫度下形成。本實施例中，上述緩沖層11使用MOCVD法形成。
另外，上述緩沖層11的材質(zhì)可以選自氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦鎵(AlxInyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)等三族金屬氮化物之一。本實施例中，上述緩沖層11的材質(zhì)采用氮化鎵(GaN)。
接著，使用MBE法、HVPE法或MOCVD法，在600～1200℃的溫度下，再在上述氮化鎵緩沖層11上成長第一磊晶層(或厚磊晶層)12。本實施例中，使用具有高成長速率的HVPE法來成長上述第一磊晶層12。
上述第一磊晶層12的材質(zhì)可以選自氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦鎵(AlxInyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)等三族金屬氮化物之一。本實施例中，上述第一磊晶層12的材質(zhì)采用氮化鎵(GaN)，厚度為10μm以上。
上述第一磊晶層(氮化鎵厚磊晶層)12，在未摻雜任何雜質(zhì)(impurity)的情況下，經(jīng)霍爾量測，其載子濃度可達2×1016cm-3，載子移動速率可達100cm/Vs以上。
最后，以上述第一磊晶層(氮化鎵厚磊晶層)12為基底，使用MOCVD法，再在上述第一磊晶層12上形成第二磊晶層或元件結(jié)構(gòu)13。上述第二磊晶層13為高品質(zhì)的三族金屬氮化物磊晶層，可以根據(jù)應(yīng)用制成單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。上述元件結(jié)構(gòu)13，例如發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)，也由MOCVD法完成。
由圖2可以看出，其光譜的半寬高相當(dāng)小，只有10nm，而且其黃色頻帶(Yellow band)訊號相當(dāng)小。
由圖3可以可看出，其光譜的半高寬相當(dāng)窄，只有150 arcsec，顯示根據(jù)本發(fā)明方法所制造的薄膜品質(zhì)相當(dāng)好。
上述實施例只是本發(fā)明的較佳實施例，但并不能用來限定本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所做的變化及修改均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三族金屬氮化物元件的制造方法，包括提供氧化鋁基板；在上述氧化鋁基板上形成緩沖層，其中，該緩沖層系為厚度大于0.5μm的三族金屬氮化物；以及在上述緩沖層上形成第一磊晶層，其中，該第一磊晶層為三族金屬氮化物。
2.如權(quán)利要求1所述的三族金屬氮化物元件的制造方法，在上述第一磊晶層上再形成第二磊晶層或元件結(jié)構(gòu)，其中，該第二磊晶層為三族金屬氮化物。
3.如權(quán)利要求1所述的三族金屬氮化物元件的制造方法，上述緩沖層的材質(zhì)選自氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵或通式為AlxInyGa(1-x-y)N，其中0≤x≤1，0≤y≤1的氮化鋁銦鎵之一。
4.如權(quán)利要求1所述的三族金屬氮化物元件的制造方法，其中，上述緩沖層在400～1100℃的溫度下形成。
5.如權(quán)利要求1所述的三族金屬氮化物元件的制造方法，其中，上述緩沖層使用有機金屬化學(xué)氣相沉積法、分子束磊晶法或鹵化物化學(xué)氣相磊晶法形成。
6.如權(quán)利要求1所述的三族金屬氮化物元件的制造方法，其中，上述第一磊晶層的材質(zhì)選自氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵或通式為AlxInyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1的氮化鋁銦鎵之一。
7.如權(quán)利要求1所述的三族金屬氮化物元件的制造方法，其中，上述第一磊晶層在600～1200℃的溫度下形成。
8.如權(quán)利要求1所述的三族金屬氮化物元件的制造方法，其中，上述第一磊晶層使用鹵化物化學(xué)氣相磊晶法、有機金屬化學(xué)氣相沉積法或分子束磊晶法形成。
9.如權(quán)利要求2所述的三族金屬氮化物元件的制造方法，其中，上述第二磊晶層為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種三族金屬氮化物元件的制造方法,可以改善III族金屬氮化物磊晶膜與基板晶格不匹配的問題。本發(fā)明利用鹵化物氣相磊晶法、分子束磊晶法或有機金屬化學(xué)氣相沉積法在氧化鋁基板上成長一層三族金屬氮化物緩沖層,厚度在0.5μm以上,再用鹵化物氣相磊晶法或有機金屬氣相沉積法在緩沖層上成長一層三族金屬氮化物厚磊晶層。由于元件是成長在磊晶層上,所以可改善磊晶層與基板晶格不匹配的問題,進而改善元件之特性。
文檔編號H01L21/02GK1372301SQ0110903
公開日2002年10月2日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者曾堅信, 蔡文忠, 陳聰育 申請人:連威磊晶科技股份有限公司