CN105121693A - 用于GaN基光电与电子器件的控氧PVD AlN缓冲部 - Google Patents

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Abstract

描述了用于GaN基光电与电子器件的控氧PVD？AlN缓冲部。亦描述了以控氧方式形成用于GaN基光电与电子器件的PVD？AlN缓冲部的方法。在实例中，形成用于GaN基光电或电子器件的氮化铝(AlN)缓冲层的方法涉及反应性溅射AlN层于基板上，反应性溅射涉及使置于物理气相沉积(PVD)腔室内的含铝靶材与含氮气体或以含氮气体为基础的等离子体发生反应。该方法进一步涉及将氧并入AlN层中。

Description

用于GaN基光电与电子器件的控氧PVD AlN缓冲部
相关申请的交叉引用
本申请主张享有2013年3月14日提交的美国临时专利申请第61/785,128号的权益，该临时专利申请的全部内容通过引用方式被并入本文中。
背景
技术领域
本发明的实施方式关于第III族-氮化物材料的领域，且尤其关于利用物理气相沉积(PVD)形成的氮化铝缓冲层来制造氮化镓基光电或电子器件。
现有技术的描述
第III-V族材料在半导体和相关的例如发光二极管(LED)产业中正在扮演越来越重要的角色。通常，难以在无缺陷或裂缝形成的情况下将第III-V族材料生长或沉积于异质(foreign)基板上(称作异质外延)。例如，在许多应用中，不能直接以相继制造的材料层的堆叠物对精选的膜(例如氮化镓膜)施以高质量表面保护(preservation)。在基板与器件层之间加入一个或更多缓冲层已经是一种方法。然而，第III-V族材料往往易受工艺条件影响，在制造工艺的特定时期必须小心以避免此类条件。然而，在许多应用中，亦无法直接避免敏感性第III-V族膜与潜在破坏条件发生相互作用。
发明内容
本发明的一个或更多实施方式针对物理气相沉积(PVD)形成的氮化铝缓冲层。
在实施方式中，形成用于氮化镓(GaN)基光电或电子器件的氮化铝(AlN)缓冲层的方法涉及反应性溅射AlN层于基板上，反应性溅射涉及使置于物理气相沉积(PVD)腔室内的含铝靶材与含氮气体或以含氮气体为基础的等离子体发生反应。该方法进一步涉及将氧并入AlN层中。
在另一实施方式中，用于GaN基光电或电子器件的材料堆叠物包括基板和设置于基板上的氮化铝(AlN)缓冲层。AlN层具有约在1E18至1E23cm-3范围内的氧浓度。
在又一实施方式中，发光二极管(LED)装置包括基板和设置于基板上的氮化铝(AlN)缓冲层。AlN层具有约在1E18至1E23cm-3范围内的氧浓度。
在再一实施方式中，GaN基电子器件包括基板和设置于基板上的氮化铝(AlN)缓冲层。AlN层具有约在1E18至1E23cm-3范围内的氧浓度。
在另一实施方式中，用于形成用于GaN基光电或电子器件的氮化铝(AlN)缓冲层的腔室包括使得实现在高温下的低上升率(rate-of-rise)及1E-7托或更低的高本底真空(basevacuum)的腔室冷却设计和泵送系统。腔室亦包括全面侵蚀(fullfaceerosion)磁电管阴极，该全面侵蚀磁电管阴极被配置成使得实现在晶片内与晶片间AlN膜在载具各处的均匀沉积和一致的靶材侵蚀。腔室亦包括被配置成使包括含O气体的处理气体能均匀分布于腔室内以用于获得均匀的AlN成分的气流设计和处理配件。
附图说明
图1图示根据本发明的一个或更多实施方式的基准(benchmark)群集工具示意图、基准LED结构和基准时间对沉积的作图。
图2A图示根据本发明的实施方式的用于LED结构制造的群集工具示意图和对应的温度对时间的作图。
图2B图示根据本发明的实施方式的发光二极管(LED)结构和对应的时间对沉积的作图。
图3A至图3C图示根据本发明的实施方式的用于PVD腔室的处理配件的横截面示意图。
图3D图示根据本发明的实施方式的用于PVD腔室的电力输送源的横截面示意图。
图4为根据本发明的实施方式的适合用于制造第III族-氮化物材料的MOCVD腔室的横截面示意图。
图5为根据本发明的实施方式的适合用于制造第III族-氮化物材料的HVPE腔室的横截面示意图。
图6图示根据本发明的实施方式的示例性计算机系统的方块图。
具体实施方式
描述了利用物理气相沉积(PVD)形成的氮化铝(AlN)缓冲层来制造氮化镓基光电或电子器件。在以下说明中提及许多特定的诸如处理腔室构造和材料体系的细节，以提供对本发明实施方式更彻底的理解。对本领域技术人员而言将明显的是，本发明的实施方式可不按这些特定细节来实践。在其他实例中，不详述诸如特定二极管构造的已知特征，以免不必要地使本发明的实施方式难理解。另外，应理解，图中所示的各种实施方式为示例性说明，而未必按比例绘制。此外，尽管本文的实施方式中未明确公开其他布置和配置，但仍被视为落在本发明的精神和范围内。
一个或更多实施方式针对用于氮化镓(GaN)基光电与电子器件且基于控氧(oxygencontrolled)物理气相沉积(PVD)的氮化铝(AlN)缓冲层。实施方式亦可包括用以于PVDAlN膜上形成层的金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺。实施方式可针对发光二极管(LED)或功率器件(powerdevice)。对应于一个或更多实施方式的特征可包括或暗含蓝宝石基板、图案化的蓝宝石基板、Si基板、XRD、晶片弯曲(waferbowing)、膜应力和位错(dislocation)。
PVDAlN可用作GaN基LED与功率器件的缓冲层，这些GaN基LED与功率器件生长于诸如蓝宝石或硅基板的异质基板上。PVDAlN层的使用可改善生长于AlN缓冲部的顶部上的氮化镓(GaN)层的材料质量。经改善的GaN可用以实现提高的器件性能(例如在LED情况下的亮度、IQE、器件泄漏(deviceleakage)与ESD和在功率器件情况下的较高的击穿电压(breakdownvoltage))及可靠度。
为提供上下文，在典型的GaN在蓝宝石基板上的MOCVD生长中，PVDAlN缓冲部的使用可免除基板预焙、低温GaN缓冲部和大部分变温(ramping)的操作，并能获得快速生长及较薄器件层。总之，处理时间将因节省循环时间而缩短1至3小时。对需要AlN层来保护硅基板免遭镓攻击的硅上GaN的生长而言，PVDAlN层可节省约3至6小时的总的外延处理与腔室清洁时间。这样的处理时间缩短可极大地提高系统产量。因此，根据本发明的实施方式，PVDAlN的结晶质量直接影响生长于AlN顶部的GaN的材料质量。
因此，如本文所述，本发明的一个或更多实施方式提供工艺细节、系统、腔室和硬件构造，以得到重复地获得较佳GaN性质的AlN缓冲层。
更特定言之，本文描述的本发明的实施方式涉及在AlN沉积之前、期间或之后通过引入含氧气体来用氧掺杂AlN层，以改进性质，这些性质包括AlN表面、AlN块膜和AlN/基板界面的形貌、晶粒大小与形状、晶体结构和/或化学键。在一个这样的实施方式中，不只氧浓度、还有将氧载体引入对应PVD腔室的时间和持续时间(例如用于形成AlN)都将影响后续形成的且沉积于上的GaN层的质量。
在实施方式中，可应用的变量根据初始基板是否为平面或经图案化而变化(例如在蓝宝石的情况下)。当优化氧浓度、流率、引入时间和其他参数(例如温度、厚度等)时，使得生长非常高质量的AlN膜。例如，在特定实施方式中，可沉积具有XRD(002)FWHM＜15弧秒且表面粗糙度＜2nm(均方根)的AlN膜。因此，在特定实施方式中，生长于具有此类缓冲层的异质基板上的GaN具有降低很多的位错密度和较窄的XRDFWHM(例如(002)<100弧秒、(102)<150弧秒)。在特定实施方式中，位错密度小于约5E8个缺陷/cm2。在实施方式中，XRD(002)的FWHM约在50-250弧秒的范围内。在实施方式中，XRD(102)的FWHM约在70-250弧秒的范围内。本发明的实施方式亦针对最优化的硬件与气体成分，该硬件使得实现高沉积速率、温度的高精确度控制，该气体成分使得实现均匀改性AlN界面、体与表面性质，以确保在晶片内与晶片至晶片间(wafertowafer)实现同样高质量的GaN。
LED或功率器件制造方法可包括在基板与未掺杂和/或掺杂氮化镓器件层之间形成氮化镓缓冲层。在本文所述的实施方式中，氮化铝缓冲层用于代替介于基板与未掺杂和掺杂氮化镓器件层之间的该氮化镓缓冲层。氮化铝层可通过PVD工艺中的溅射沉积来形成。这与通常在金属有机气相沉积(MOCVD)腔室、分子束外延(MBE)腔室或氢化物气相外延(HVPE)腔室中执行的第III族-氮化物缓冲层的传统制造不同。氮化铝层可通过非反应性溅射从置于PVD腔室中的氮化铝靶材而形成，或者氮化铝层可通过反应性溅射从置于PVD腔室中的且与含氮气体或以含氮气体为基础的等离子体发生反应的铝靶材而形成。
根据一个或更多实施方式，本文描述了用于GaN基器件的PVDAlN缓冲层的工艺条件。本文所述的一个或更多实施方式可使得实现用于LED或功率器件制造的多腔室制造工具中更高的产量。而且，通过包括代替氮化镓缓冲层的PVD形成的氮化铝层，可使未掺杂和掺杂氮化镓器件层整体变薄。在特定实例中，未掺杂部分可变薄或全部消除。另外，可在和用以沉积氮化铝层一样的PVD沉积腔室中对诸如蓝宝石基板的接收基板进行初步溅射清洁。此外，由于PVD氮化铝层可在低于300摄氏度的温度下形成，故可减少LED或功率器件制造的整体热预算。相比之下，典型氮化镓或氮化铝MOCVD缓冲层是在500摄氏度至600摄氏度之间形成的。本文所述的一个或更多实施方式可使得对于诸如未掺杂和/或n-型掺杂的氮化镓的材料实现更快的沉积速率，例如生长速率的两倍。在一些实施方式中，因未掺杂和/或n-型掺杂的氮化镓层形成于氮化铝(AlN)缓冲层上，而该氮化铝缓冲层可提供改善的晶体取向(crystalorientation)和形貌关系(morphologicalrelationship)，以用于使未掺杂和/或n-型掺杂的氮化镓生长于氮化铝缓冲层上，故可获得更快的速率。本文所述的一个或更多实施方式可通过形成氮化镓于PVD形成的氮化铝缓冲层上而实现氮化镓结晶质量的提高。
本发明的实施方式可提供对基准系统或方法的改进，该基准系统和方法形成于对目前描述的系统和方法的研究期间。例如，图1图示根据本发明的一个或更多实施方式的基准群集工具示意图、基准LED结构和基准时间对沉积的作图。
参照图1，基准群集工具100包括未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室102(MOCVD1：u-GaN/n-GaN)、多重量子井(multiplequantumwell；MQW)MOCVD反应腔室104(MOCVD2：MQW)和p-型氮化镓MOCVD反应腔室106(MOCVD3：p-GaN)。基准群集工具100亦可包括用于大量(highvolume)应用的可选择的附加的未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室112、承载盒110和装载锁定108，上述所有部件皆绘于图1中。
基准LED结构120包括各种材料层的堆叠物，许多材料层包括III-V材料。例如，基准LED结构120包括硅或蓝宝石基板122(基板：蓝宝石、Si)、20纳米厚的缓冲层124(LT缓冲部)和约4微米厚的未掺杂/n-型氮化镓组合层126(u-GaN/n-GaN)。缓冲层124可为在相对低的处理温度下形成的氮化镓层。缓冲层124和未掺杂/n-型氮化镓组合层126在基准群集工具100的未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室102中形成。基准LED结构120亦包括具有30-500纳米范围内的厚度的MQW结构128。MQW结构128在基准群集工具100的MQWMOCVD反应腔室104中形成。基准LED结构120亦包括约20纳米厚的p-型氮化铝镓层130(p-AlGaN)和具有50-200纳米范围内的厚度的p-型氮化镓层132(p-GaN)。p-型氮化铝镓层130和p-型氮化镓层132在基准群集工具100的p-型氮化镓MOCVD反应腔室106中形成。
基准时间对沉积的作图140表示基准群集工具100中的腔室使用。在MQWMOCVD反应腔室104中形成MQW结构128，生长时间为约2小时。并且，在p-型氮化镓MOCVD反应腔室106中形成p-型氮化铝镓层130和p-型氮化镓层132，生长时间为约1小时。同时，在未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室102中形成缓冲层124和未掺杂/n-型氮化镓组合层126，生长时间为约3.5小时。另需约1小时用于腔室102的腔室清洁。故总体而言，在基准群集工具100中制造基准LED结构120的循环时间受制于未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室102的循环时间，该循环时间是约4.5小时。应理解，清洁时间可以(但未必)包括关闭时间、加上清洁时间、加上恢复(recovery)时间。亦应理解，以上可代表平均值，这是因为每次腔室使用之间可能不进行清洁。
如结合图1所描述，以下提供用于LED材料沉积的基准时序(timingsequence)，该时序特定于在未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室102中形成缓冲层124和未掺杂/n-型氮化镓组合层126。例如，约3.5小时的生长时间可分成10分钟的高温处理蓝宝石基板、5分钟的低温形成缓冲层、10分钟的缓冲层退火操作、30分钟的生长恢复操作、2小时的未掺杂/n-型氮化镓组合层形成操作和30分钟的变温与稳定化操作(例如以2-3℃/s变温)。
参照结合图1所述的基准系统和方法，基准方式可导致对于LED的各功能层而言不平衡的时间流。例如，在未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室102中形成缓冲层124和未掺杂/n-型氮化镓组合层126为3.5小时，在MQWMOCVD反应腔室104中形成MQW结构128为2小时，而在p-型氮化镓MOCVD反应腔室106中形成p-型氮化铝镓层130和p-型氮化镓层132为1小时。另外，如上所述，在未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室102中，在各次运转之间可另需约1小时的腔室清洁(也许包括抽气降压(pump-down)时间)。可需要这种额外的腔室清洁，以避免基板污染。因此，用三个MOCVD腔室逐步生长结构120造成MQWMOCVD反应腔室104和p-型氮化镓MOCVD反应腔室106的大量空闲时间，这降低了系统100的整体产量。
在本发明的一个方面中，通过用PVD溅射沉积能力或操作代替上述MOCVD材料生长能力或操作之一或一部分，可提高用于制造LED或功率器件结构的群集系统产量。例如，图2A图示根据本发明的实施方式的用于LED结构制造的群集工具示意图和对应的温度对时间的作图。图2B图示根据本发明的实施方式的LED结构和对应的时间对沉积的作图。
参照图2A，群集工具200包括PVD氮化铝溅射腔室202(PVDAlN)、未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室204(MOCVD1：u-GaN/n-GaN)、多重量子井(MQW)MOCVD反应腔室206(MOCVD2：MQW)和p-型氮化镓MOCVD反应腔室208(MOCVD3：p-GaN)。群集工具200亦可包括装载锁定210、承载盒212和传送腔室214，上述所有部件皆绘于图2A中。
故根据本发明的实施方式，多腔室系统包括具有金属或化合物铝靶材的PVD腔室和适于沉积未掺杂和/或n-型氮化镓或这两者的腔室。在一个实施方式中，PVD腔室的靶材由氮化铝组成。在这样的实施方式中，不必使用反应性溅射，因为靶材是由和期望用于沉积一样的材料组成的。然而，在替代实施方式中，使用由铝组成的靶材，及利用氮源或在存在有氮源的情况下从铝靶材反应性溅射氮化铝。在一个实施方式中，如图2A中所示，适于沉积未掺杂或n-型氮化镓的腔室是MOCVD腔室。然而，在替代实施方式中，适于沉积未掺杂或n-型氮化镓的腔室是氢化物气相外延(HVPE)腔室。在一个实施方式中，如图2A中所示，PVD腔室和适于沉积未掺杂或n-型氮化镓的腔室包括在群集工具布置中。然而，在替代实施方式中，PVD腔室和适于沉积未掺杂或n-型氮化镓的腔室包括在线内(in-line)工具布置中。如本文所述的基于PVD的沉积工艺可在接近标准室温的温度下进行，或可在更高温度下进行。
参照图2B，LED结构220包括各种材料层的堆叠物，许多材料层包括III-V材料。例如，LED结构220包括硅或蓝宝石基板222(基板：蓝宝石、Si)和具有约在10-200纳米范围内的厚度的氮化铝层224(AlN)。氮化铝层224在群集工具200的PVD氮化铝溅射腔室202中借助溅射沉积来形成。LED结构220亦包括约4微米厚的未掺杂/n-型氮化镓组合层或仅有n-型氮化镓的层226(n-GaN)。未掺杂/n-型氮化镓组合层或仅有n-型氮化镓的层226在群集工具200的未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室204中形成。LED结构220亦包括厚度在30-500纳米范围内的MQW结构228。MQW结构228在群集工具200的MQWMOCVD反应腔室206中形成。在一个实施方式中，MQW结构228由InGaN井/GaN阻挡材料层的一个或多个场对(fieldpair)组成。LED结构220亦包括约20纳米厚的p-型氮化铝镓层230(p-AlGaN)和厚度在50-200纳米范围内的p-型氮化镓层232(p-GaN)。p-型氮化铝镓层230和p-型氮化镓层232在群集工具200的p-型氮化镓MOCVD反应腔室208中形成。应理解，上述厚度或厚度范围是示例性实施方式，其他适当厚度或厚度范围亦被视为落在本发明的实施方式的精神和范围内。
时间对沉积的作图240表示群集工具200中的腔室使用。在MQWMOCVD反应腔室206中形成MQW结构228，生长时间为约2小时。在p-型氮化镓MOCVD反应腔室208中形成p-型氮化铝镓层230和p-型氮化镓层232，生长时间为约1小时。并且，根据本发明的实施方式，在未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室204中形成未掺杂/n-型氮化镓组合层或仅有n-型氮化镓的层226，生长时间仅为约2小时。可另需约1小时用于腔室204的腔室清洁。然而，应理解，清洁时间可包括用于关闭的时间、加上清洁时间、加上恢复时间。亦应理解，以上可代表平均值，因为在每次腔室使用之间可能不进行清洁。
因此，并不在用以形成氮化镓层126的MOCVD腔室中形成诸如图1的缓冲层124的缓冲层，反而包括氮化铝缓冲层224，且该氮化铝缓冲层224在另一腔室中形成，特别在PVD氮化铝溅射腔室202中形成。虽然排除泵送时间(从约400托至约10-8托)AlN生长可能历经约5分钟，但在与MOCVD腔室1分开的腔室中的形成增加群集工具200的产量。例如，总体而言，用于在群集工具200中制造LED结构220的循环时间再次受制于未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室204的循环时间，对应于基准系统的4.5小时，该循环时间减至约3小时。因此，除三个MOCVD腔室外还使用一个PVD腔室来逐步生长结构220，这致使对于MQWMOCVD反应腔室206和p-型氮化镓MOCVD反应腔室208来说空闲时间少很多，从而提高系统200的整体产量。例如，在一个实施方式中，工具产量从每天约5.3次运转增加至每天约8次运转，这表明产量提高约50％。
再次参照图2A，提供了用于在群集工具200中制造LED结构的代表性温度对时间的作图250。图250的区域252特定于在未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室204中形成未掺杂/n-型氮化镓组合层或仅有n-型氮化镓的层226。在此区域只需变温一次(从约1100摄氏度降温至约400摄氏度)。此单一变温事件需求与如上所述的用于在未掺杂和/或n-型氮化镓MOCVD反应腔室102中形成缓冲层124和未掺杂/n-型氮化镓组合层126的时序成了鲜明对比。在那种情况下，腔室始于用于基板处理的高温，降温用于缓冲层制造，回升温度用于氮化镓沉积，及最后再次降温用于稳定化。然而，应注意在这两种情况下，图250的特定于形成MQW与p-GaN的区域254和256将近乎相同。在实施方式中，参照图250的区域258，用于PVD形成的氮化铝的温度对时间作图可涵盖或者高温(HT)工艺或者低温(LT)工艺，大约在20摄氏度至1200摄氏度的范围内。
除提高群集工具200的产量外，对于一个PVD腔室加上三个MOCVD腔室的工具布置还有另外的益处。例如，由于只需将较少的反应气体输送到第一MOCVD腔室，故可实现节省成本。相较于如基准群集工具100的腔室102的致力于缓冲层与器件层二者的MOCVD腔室的配置时间和复杂度，PVD腔室的加工与设计更简单。在上述工艺能减少器件层226中未掺杂氮化镓部分厚度的情况下，可执行更简单及彻底的回蚀(etch-back)处理。这亦使得节省材料与操作成本，同时缩短循环时间。而且，通过用氮化铝缓冲层来代替氮化镓缓冲层，可实现减少诸如LED器件或功率器件的器件的有源层(activelayer)的缺陷率。
故根据本发明的实施方式，多腔室系统包括具有氮化铝靶材的PVD腔室和用以沉积未掺杂或n-型氮化镓的第一MOCVD腔室。多腔室系统亦包括用以沉积多重量子井(MQW)结构的第二MOCVD腔室和用以沉积p-型氮化铝镓或p-型氮化镓或这二者的第三MOCVD腔室。在一个实施方式中，具有氮化铝靶材的PVD腔室用于非反应性溅射氮化铝。在特定的这样的实施方式中，PVD腔室用于约在20摄氏度至200摄氏度范围内的低温或略微升高的温度下非反应性溅射氮化铝。在另一特定的这样的实施方式中，PVD腔室用于约在200摄氏度至1200摄氏度范围内的高温下非反应性溅射氮化铝。在替代实施方式中，PVD腔室用于使用含氮气体或从含氮气体生成的等离子体来反应性溅射铝靶材。
情况可能是，与沉积温度无关，适于包括在LED结构220中的PVD沉积的氮化铝层在某些时候可能需要被暴露于约在400摄氏度至1400摄氏度范围内的高温，例如约900摄氏度，以实现必要的材料性质(例如适当的缺陷密度、晶粒大小、晶体取向等)。根据本发明的实施方式，在制造附加层于氮化铝层上之前，对PVD沉积的氮化铝层执行快速热处理(RTP)工艺。RTP腔室则在某种程度上可与上述用于LED结构220的制造工艺有关。在一个实施方式中，诸如包括该PVD与三个MOCVD腔室的群集工具或线内工具的工具亦包括RTP腔室。然而，在替代实施方式中，RTP工艺在PVD腔室中执行。在另一替代实施方式中，激光退火能力与上述用于LED结构220的制造工艺有关。
接着在本发明的一个方面中，描述了用于形成物理气相沉积(PVD)氮化铝(AlN)缓冲层的工艺条件。这样的缓冲层可被包括在例如GaN基器件中。在实施方式中，提供了用于沉积具有某些特性与性质的AlN的参数工艺窗。
在制造发光二极管(LED)的情况下，工艺通常包括借助金属有机化学气相沉积(MOCVD)形成低温缓冲层于基板上。在借助MOCVD来沉积缓冲层之后，通常形成有源器件层，例如未掺杂的、Si掺杂的n-型MQW和Mg掺杂的p-型GaN层。基板预焙一般在高温(例如高于约1050摄氏度)下执行。相比之下，沉积缓冲层一般在低温(例如约在500摄氏度-600摄氏度的范围内)下执行。这些工艺可占总体MOCVD工艺时间的约10％-30％。利用经非原位(ex-situ)沉积的缓冲层可提高MOCVD产量。因此，在实施方式中，如下文更详细地描述的，描述了借助PVD所形成的非原位沉积的AlN缓冲层。在一个实施方式中，PVD工艺在单独的腔室中执行。
在实施方式中，提供用于形成具有AlN缓冲部(模板)的基板的工艺条件，该AlN缓冲部适合用于GaN器件制造。在一个这样的实施方式中，执行PVDAlN缓冲部的控氧沉积。
在实施方式中，AlN缓冲层通过反应性溅射从置于PVD腔室中的及与含氮气体或以含氮气体为基础的等离子体发生反应而形成。在一个实施方式中，亦执行氧并入(oxygenincorporation)。在示例性实施方式中，下列操作和条件之一或更多(或这些项的组合)用于执行氧并入：(1)使含氧气体流入PVD腔室中，这些含氧气体诸如是但不限于O2、H2O、CO、CO2、NO、NO2、O3、或上述气体的组合；(2)在开启等离子体用于进行沉积之前、期间和/或之后，使含氧气体流入，以便使用吸收的氧来预调节腔室、处理配件和靶材，和/或使得最佳量的氧被并入AlN/基板界面处、AlN块膜中和AlN表面处，以使之适合高质量GaN生长；及(3)精确控制含氧气体流量、引入时间与持续时间，以确保在AlN表面处、AlN膜中及AlN与异质基板之间的界面的均匀改性。在特定实施方式中，并入AlN膜中的氧(O)量为约在1E18至1E23个原子/cm3的范围内。在实施方式中，具有AlN沉积于上面的基板是诸如但不限于蓝宝石、硅(Si)、碳化硅(SiC)、钻石覆硅(Siondiamond；SOD)、氧化锌(ZnO)、氧化铝锂(LiAlO2)、氧化镁(MgO)、砷化镓(GaAs)、铜、钨(W)等的一种。基板可以是平的或经预图案化的。
在实施方式中，用于控氧沉积PVDAlN缓冲层的最优化的硬件包括下列配置之一或更多：(1)泵送系统、腔室真空整合设计和腔室冷却设计，该泵送系统、腔室真空整合设计和腔室冷却设计协同使得实现在高温(例如350摄氏度或以上)下的低真空泄漏与压力上升率(例如2500纳托/min或更小)和高本底真空(例如1E-7托或更低)；(2)全面侵蚀磁电管阴极，该全面侵蚀磁电管阴极用以确保在晶片内与晶片间AlN膜在样品载具各处的均匀沉积及一致的靶材侵蚀；(3)处理配件和气流设计，以确保包括含O气体的处理气体均匀分布于腔室内，以便能均匀地实现最佳的AlN成分；(4)高温可偏压静电夹盘，该高温可偏压静电夹盘确保快速及均匀加热晶片；及(5)包含掺杂氧的Al靶材，使得最佳量的氧能够被均匀地并入沉积的AlN膜中，以确保高质量GaN生长于顶部(例如在一个实施方式中，铝靶材掺杂有约在1ppm-10000ppm范围内的氧浓度)。在实施方式中，利用腔室通过处理(pastingprocess)以确保均匀、充分调节处理配件和靶材，及在通过循环(pastingcycle)之间提供可重复的PVDAlN性质。应理解，在一个这样的实施方式中，通过循环次数可从每次运转一次至每靶材或处理配件寿命一次而变化。上述方面之一或更多结合图3A至图3D描述于下文。
在一个这样的实施方式中，使用上述条件与硬件来沉积高质量AlN，实现了从一次运转至另一次运转(fromruntorun)、晶片至晶片间的可重复性和晶片内的高均匀度。高质量GaN(XRD(002)FWHM<100弧秒，和/或XRD(102)FWHM<150弧秒)可生长于AlN顶部，该工艺具有被证实的可重复性。在特定实施方式中，GaN具有小于约5E8个缺陷/cm2的位错密度。在实施方式中，XRD(002)的FWHM为约在50-250弧秒的范围内。在实施方式中，XRD(102)的FWHM为约在70-250弧秒的范围内。在实施方式中，上述独特的硬件和工艺提供格外高的AlN与GaN质量及高产量和可重复性。
适合容纳PVD腔室和三个MOCVD腔室的工具平台的示例性实施方式包括OpusTMAdvantEdgeTM系统或CenturaTM系统，二者皆可从SantaClara,CA(美国加州圣克拉拉)的AppliedMaterials,Inc.(应用材料公司)购得。本发明的实施方式进一步包括作为多腔室处理平台部件的集成测量(integratedmetrology；IM)腔室。IM腔室可提供控制信号，以容许适当控制整合沉积工艺，该工艺诸如是多段溅射或诸如本文所述的那些工艺的外延生长工艺。IM腔室可包括测量设备，该设备适于测量各种诸如厚度、粗糙度、成分的膜性质，且可进一步能在真空下以自动方式描述诸如临界尺寸(CD)、侧壁角度(SWA)、特征高度(HT)的光栅参数特性。实例包括但不限于如同反射与散射的光学技术。在特别有益的实施方式中，采用真空内(in-vacuo)光学CD(OCD)技术，其中随着溅射和/或外延生长进行，对形成于起始材料中的光栅的属性进行监测。在其他实施方式中，测量操作是在处理腔室中例如原位在处理腔室中、而非在单独的IM腔室中执行的。
诸如群集工具200的多腔室处理平台可进一步包括可选择的基板对准室以及支承盒的装载锁定腔室，这二者耦接至包括机械搬运机的传送腔室。在本发明的一个实施方式中，控制器提供对多腔室处理平台200的适当控制。控制器可为任意型式的通用数据处理系统中的一种，该通用数据处理系统可用在用于控制各种子处理器和子控制器的工业设定中。通常，控制器包括中央处理单元(CPU)，CPU与存储器和输入/输出(I/O)电路以及其他共用部件通信。作为实例，控制器可执行或以其他方式初始化本文所述任何方法/工艺的操作之一或更多。任何执行和/或初始化此类操作的计算机程序码可体现为计算机程序产品。本文所述各计算机程序产品可由计算机可读取的介质(例如软盘、光盘、DVD、硬盘驱动器(harddrive)、随机存取存储器等)来承载。
用于本文所涵盖的工艺和工具配置的适合的PVD腔室可包括可购自SantaClara,CA(美国加州圣克拉拉)的AppliedMaterials,Inc.(应用材料公司)的应用材料ImpulseTMPVD系统。EnduraPVD系统提供较佳的电迁移抗性(electromigrationresistance)与表面形貌以及低拥有成本与高系统可靠度。在系统内执行的处理可在产生定向的(directional)沉积物种通量(flux)于处理腔体中的适当靶材至晶片(target-to-wafer)距离及必要压力下来完成。与线内系统兼容的诸如ARISTO腔室的腔室亦可从SantaClara,CA(美国加州圣克拉拉)的AppliedMaterials,Inc.(应用材料公司)购得，并且提供自动装载及卸载能力、以及磁性载具运输系统，这使得有可能显著缩短循环时间。AKT-PiVot55KVPVD系统亦可从SantaClara,CA(美国加州圣克拉拉)的AppliedMaterials,Inc.(应用材料公司)购得，并且具有用于溅射沉积的竖直平台。AKT-PiVot系统的模块构造给予显著更快的循环时间，且使得多种配置能将生产效率最大化。不像传统线内系统，AKT-PiVot的平行处理能力消除用于各膜层的不同工艺时间所引起的瓶颈。系统的类群集(cluster-like)布置亦容许在个别模块维修期间的连续操作。所包括的旋转阴极技术使得实现靶材利用率比传统系统高几乎3倍。PiVot系统的沉积模块以预溅射单元为特征，该单元使得只使用一个基板来实现靶材调节，而非其他系统要达到相同结果时所需要的高达50个基板。
在本发明的一个方面中，设计适当的处理配件对于PVD处理腔室中的脉冲DC或RF腔室功能性而言可以是重要的。作为实例，图3A至图3C图示根据本发明的实施方式的用于PVD腔室的处理配件横截面视图。图3D图示根据本发明的实施方式的用于PVD腔室的电力输送源的横截面视图。
参照图3A至图3C，用于PVD腔室的处理配件300包括第一部分(图3A)，该第一部分具有上适配器302、下适配器304、下屏蔽物306和DTESC308。用于PVD腔室的处理配件300亦包括第二部分(图3B)，该第二部分具有靶材310、暗区屏蔽物312和Al分隔物314。用于PVD腔室的处理配件300亦包括第三部分(图3C)，该第三部分具有盖环316和沉积环318。
参照图3D，用于PVD腔室的电力输送源350包括RF匹配件352和RF馈送件354。源分配板356(例如铝源分配板)与接地外壳358(例如铝金属片)连同金属外罩360与环状磁体362一起亦包括在内。电力输送源350亦包括DC滤箱364和DC馈送件366。顶板368与分配板370连同延伸块372、轴374与靶材376一起亦包括在内。
可适合用作上述MOCVD腔室204、206或208之一或更多的MOCVD沉积腔室的实例根据图4进行图示和描述。图4为根据本发明的实施方式的MOCVD腔室的横截面示意图。
图4中所示的设备4100包括腔室4102、气体输送系统4125、远程等离子体源4126和真空系统4112。腔室4102包括腔室主体4103，腔室主体4103围住处理空间4108。喷头组件4104设置在处理空间4108的一端，而基板载具4114设置在处理空间4108的另一端。下圆顶4119设置在下空间4110的一端，而基板载具4114设置在下空间4110的另一端。图示基板载具4114位于处理位置，但基板载具4114可被移动到更低的位置，在该更低的位置，例如可装载或卸除基板4140。排气环420可围绕基板载具4114的周围而设置，以助于防止在下空间4110中发生沉积，并且还助于将排气(exhaustgas)从腔室4102引导至排气口4109。下圆顶4119可由诸如高纯度石英的透明材料制成，以使光得以穿过，以用于辐射加热基板4140。辐射加热可由设置在下圆顶4119下方的多个内部灯具4121A和外部灯具4121B来提供，而反射器4166可被用以帮助控制腔室4102暴露在由内部与外部灯具4121A、4121B所提供的辐射能中。附加灯具环亦可用于对基板4140的更细微的温度控制。
基板载具4114可包括一个或更多凹部4116，在处理期间，一个或更多基板4140可被设置在凹部4116中。基板载具4114可承载六个或更多基板4140。在一个实施方式中，基板载具4114承载八个基板4140。应理解，在基板载具4114上可承载更多或更少个基板4140。典型基板4140可包括蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅或氮化镓(GaN)。应理解，可处理其他类型的诸如玻璃基板4140的基板4140。基板4140的直径尺寸范围可从50mm-100mm或更大。基板载具4114的尺寸可从200mm-750mm。基板载具4114可由各种材料制成，包括SiC或经SiC涂覆的石墨。应理解，根据本文所述工艺，在腔室4102内可处理其他尺寸的基板4140。比起传统MOCVD腔室，喷头组件4104容许更均匀的沉积遍及更多个基板4140和/或更大的基板4140，从而提高产量及降低每个基板4140的处理成本。
在处理期间，基板载具4114可绕轴旋转。在一个实施方式中，基板载具4114可以约2RPM(每分钟转数)至约100RPM旋转。在另一个实施方式中，基板载具4114可以约30RPM旋转。使基板载具4114旋转有助于提供基板4140的均匀加热，及使处理气体均匀接触各基板4140。
多个内部和外部灯具4121A、4121B可排列成同心圆或区(未图示)，每一灯具区可单独被供电。在一个实施方式中，一个或更多诸如高温计(未图示)的温度传感器可设置在喷头组件4104中，以测量基板4140和基板载具4114的温度，且温度数据可被发送到控制器(未图示)，控制器可调整施予各灯具区的电力，以维持预定温度分布遍及基板载具4114。在另一个实施方式中，可调整施予各灯具区的电力，以补偿前驱物流或前驱物浓度的不均匀性。例如，如果在外部灯具区附近的基板载具4114区域的前驱物浓度较低，则可调整施予外部灯具区的电力，以帮助补偿该区域中的前驱物消耗。
内部和外部灯具4121A、4121B可加热基板4140到约400摄氏度至约1200摄氏度的温度。应理解，本发明不限于使用内部与外部灯具4121A、4121B阵列。任何适合的加热源皆可被利用，以确保适当地施加适宜温度至腔室4102和在腔室4102内的基板4140。例如，在另一个实施方式中，加热源可包括电阻式加热元件(未图示)，该元件热接触基板载具4114。
气体输送系统4125可包括多个气源，或者根据正被运行的工艺，一些来源可为液体源、而非气体，在此情况下，气体输送系统可包括液体注入系统或其他用以使液体蒸发的手段(例如起泡器(bubbler))。在输送到腔室4102之前，蒸气接着与载气混合。诸如前驱物气体、载气、净化气体、清洁/蚀刻气体或其他气体的不同气体可从气体输送系统4125被供应到单独的至喷头组件4104的供应线4131、4132、4133。供应线4131、4132、4133可包括关闭阀和质量流量控制器或其他类型的控制器，以监测及调节或关闭各线中的气流。
导管4129可接收来自远程等离子体源4126的清洁/蚀刻气体。远程等离子体源4126可通过供应线4124接收来自气体输送系统4125的气体，而阀4130可设置在喷头组件4104与远程等离子体源4126之间。可打开阀4130以使清洁和/或蚀刻气体或等离子体得以通过供应线4133流入喷头组件4104中，供应线4133可适于起到用于等离子体的导管的作用。在另一个实施方式中，设备4100可不包括远程等离子体源4126，可使用替代供应线配置将清洁/蚀刻气体从用于非等离子体清洁和/或蚀刻的气体输送系统4125输送到喷头组件4104。
远程等离子体源4126可为适用于腔室4102清洁和/或基板4140蚀刻的射频或微波等离子体源。清洁和/或蚀刻气体可通过供应线4124被供应到远程等离子体源4126，以产生等离子体物种，这些等离子体物种经由导管4129和供应线4133以用于分散通过喷头组件4104而被送入腔室4102中。用于清洁应用的气体可包括氟、氯或其他反应元素(reactiveelement)。
在另一个实施方式中，气体输送系统4125和远程等离子体源4126经适当改造，使得前驱物气体被供应到远程等离子体源4126，以产生等离子体物种，这些等离子体物种被发送通过喷头组件4104，以沉积诸如第III-V族膜的CVD层例如于基板4140上。通常，呈物质状态(stateofmatter)的等离子体是通过将电能或电磁波(例如射频波、微波)输送到处理气体(例如前驱物气体)，促使处理气体至少部分地被分解以形成等离子体物种来产生的，这些等离子体物种诸如是离子、电子和中性粒子(例如自由基)。在一个实例中，通过以小于约100千兆赫(GHz)的频率输送电磁能而在等离子体源4126的内部区域产生等离子体。在另一个实例中，等离子体源4126被配置成以小于约4千瓦(kW)的功率级(powerlevel)且以约0.4千赫(kHz)与约200兆赫(MHz)之间诸如约162兆赫(MHz)的频率输送电磁能。据信，所形成的等离子体增强了前驱物气体的形成和活性，使得沉积处理期间到达基板表面的经活化的气体能快速反应，以形成具有改善的物理性能与电性能的层。
净化气体(例如氮气)可从喷头组件4104和/或从设置在基板载具4114下方和腔室主体4103的底部附近的入口端口或管(未图示)被输送到腔室4102内。净化气体进入腔室4102的下空间4110，并向上流过基板载具4114和排气环420并进入多个排气口4109，排气口4109围绕环状排气通道4105而设置。排气导管4106连接环状排气通道4105至真空系统4112，真空系统4112包括真空泵(未图示)。腔室4102的压力是使用阀系统4107来控制的，阀系统4107控制排气从环状排气通道4105被抽出的速率。
可适合用作上述腔室204的替代实施方式(或其他腔室的替代实施方式)的HVPE腔室204的HVPE沉积腔室的实例根据图5来进行说明和描述。图5为根据本发明的实施方式的适合用于制造第III族-氮化物材料的HVPE腔室500的横截面示意图。
设备500包括被盖504围住的腔室502。来自第一气源510的处理气体通过气体分配喷头506被输送到腔室502。在一个实施方式中，气源510包括含氮化合物。在另一个实施方式中，气源510包括氨。在一个实施方式中，也通过气体分配喷头506或通过腔室502的壁508引入诸如氦或二原子氮(diatomicnitrogen)的惰性气体。能量来源512可设置在气源510与气体分配喷头506之间。在一个实施方式中，能量来源512包括加热器。能量来源512可分解来自气源510的诸如氨的气体，使来自含氮气体的氮更具反应性。
为与来自第一来源510的气体发生反应，前驱物材料可从一个或更多第二来源518被输送。借助使反应气体流过和/或流经前驱物源518中的前驱物，可输送前驱物至腔室502。在一个实施方式中，反应气体包括诸如二原子氯(diatomicchlorine)的含氯气体。含氯气体可与前驱物源发生反应以形成氯化物。为了提高用以与前驱物发生反应的含氯气体的效力，含氯气体可蛇行通过腔室532中的舟(boat)区，并被电阻式加热器520加热。通过增加含氯气体蛇行通过腔室532的滞留时间，可控制含氯气体的温度。通过提高含氯气体的温度，氯可更快地与前驱物发生反应。换言之，温度是氯与前驱物之间发生反应的催化剂。
为了提高前驱物的反应性，可用第二腔室532中的电阻式加热器520来加热舟中的前驱物。接着可将氯化物反应产物输送到腔室502。氯化物反应产物先进入管522，在此处氯化物反应产物均匀分散于管522内。管522连接至另一个管524。氯化物反应产物在已于第一管522内被均匀分散之后进入第二管524。氯化物反应产物接着进入腔室502，在此处氯化物反应产物与含氮气体混合，以于设置在基座514上的基板516上形成氮化物层。在一个实施方式中，基座514包含碳化硅。氮化物层可包括例如n-型氮化镓。诸如氮和氯的其他反应产物通过排气装置526被排放。
LED和相关器件可由例如第III-V族膜尤其第III族-氮化物膜的层制成。本发明的一些实施方式关于在制造工具的专用腔室中诸如在专用MOCVD腔室中形成氮化镓(GaN)层。在本发明的一些实施方式中，GaN是二元GaN膜，但在其他实施方式中，GaN是三元膜(例如InGaN、AlGaN)或四元膜(例如InAlGaN)。在至少一些实施方式中，第III族-氮化物材料层是外延形成的。第III族-氮化物材料层可直接形成在基板上或形成在设置于基板上的缓冲层上。其他涵盖的实施方式包括p-型掺杂氮化镓层，该层直接沉积于PVD形成的缓冲层例如PVD形成的氮化铝上。
应理解，本发明的实施方式不限于上文所述的在精选的基板上形成层。其他实施方式可包括使用任何适合的未图案化或图案化的单晶基板，高质量氮化铝层例如以非反应性PVD方式被溅射沉积于该基板上。基板可以是诸如但不限于蓝宝石(Al2O3)基板、硅(Si)基板、碳化硅(SiC)基板、钻石覆硅(SOD)基板、石英(SiO2)基板、玻璃基板、氧化锌(ZnO)基板、氧化镁(MgO)基板和氧化铝锂(LiAlO2)基板的一种。诸如掩模(masking)及蚀刻的任何已知方法可被利用，以从平面基板形成诸如柱(post)的特征，以产生图案化的基板。然而，在特定实施方式中，使用具有(0001)定向的图案化的蓝宝石基板(PSS)。可将图案化的蓝宝石基板优先用于制造某些类型的LED，因为图案化的蓝宝石基板提高光萃取效率(lightextractionefficiency)，这在制造新一代固态发光器件中是极为有用的。基板选择准则可包括用以减缓缺陷形成的晶格(lattice)匹配和用以减轻热应力的热膨胀系数(CTE)匹配。
如上所述，可掺杂第III族-氮化物膜。可使用任何p-型掺杂剂对第III族-氮化物膜进行p-型掺杂，该p-型掺杂剂诸如是但不限于镁(Mg)、铍(Be)、钙(Ca)、锶(Sr)或任何具有两个价电子的第II族或第I族元素。第III族-氮化物膜可经p-型掺杂至1×1016至1×1020个原子/cm3之间的电导率水平(conductivitylevel)。可使用任何n-型掺杂剂对第III族-氮化物膜进行n-型掺杂，该n-型掺杂剂诸如是但不限于硅或氧或任何适合的第IV族或第VI族元素。第III族-氮化物膜可经n-型掺杂至1×1016至1×1020个原子/cm3之间的电导率水平。
应理解，上述工艺可在群集工具中的专用腔室或其他具有不止一个腔室的工具中执行，其他工具例如是被布置成具有用于制造LED各层的专用腔室的线内工具。亦应理解，本发明的实施方式不必限于LED的制造。例如，在另一个实施方式中，可以本文所述方式来制造除LED装置外的装置，这些装置诸如是但不限于场效晶体管(FET)装置或功率器件。在此类实施方式中，层结构的顶部上可能不需要p-型材料。相反地，n-型或未掺杂材料可用于代替p-型层。亦应理解，可在单一处理腔室中执行多个诸如沉积和/或热退火的各种组合的操作。
本发明的实施方式可被提供作为计算机程序产品或软件，该计算机程序产品或软件可包括上面存储有指令的机器可读取介质，使用这些指令以将计算机系统(或其他电子器件)程序化，以执行根据本发明的处理。机器可读取介质包括任何用于存储或传递机器(例如计算机)可读取形式信息的机构。例如，机器可读取(例如计算机可读取)介质包括机器(例如计算机)可读取存储介质(例如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存装置等)、机器(例如计算机)可读取传输介质(电学、光学、声音或其他形式的传播信号(例如红外信号、数字信号等))等。
图6图示了计算机系统600的示例性形式的机器示意图，可在计算机系统600中执行指令集，该指令集使机器执行本文所述的方法之一或更多。在替代实施方式中，机器可连接(例如网络连接)至其他在局域网络(LAN)、内部网络(intranet)、外部网络(extranet)或因特网中的机器。机器可作为主从式网络环境中的服务器或客户机进行操作，或作为对等(peer-to-peer)(或分布式)网络环境中的对等机(peermachine)。机器可为个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、移动电话、网络应用、服务器、网络路由器、交换机或网桥(bridge)，或任何能执行指令集(按顺序的或按其他方式)的机器，指令集指定待由机器执行的动作。另外，虽然只图示单个机器，但术语“机器”亦应视为包括任何机器(例如计算机)的集合，这些机器单独地或共同地执行一组(或多组)指令，以执行本文所述方法之一或更多。在一个实施方式中，计算机系统600适合用作结合上述图1、图2A、图3A、图3B、图4或图5所描述的设备的计算装置。
示例性计算机系统600包括处理器602、主存储器604(例如只读存储器(ROM)、闪存、诸如同步DRAM(SDRAM)或RambusDRAM(RDRAM)等的动态随机存取存储器(DRAM))、静态存储器606(例如闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)和辅助存储器618(例如数据存储装置)，处理器602、存储器604、606、618借助总线630互相通信。
处理器602代表一个或更多诸如微处理器、中央处理单元或类似装置的通用处理装置。更特别地，处理器602可为复杂指令集运算(CISC)微处理器、精简指令集运算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实施其他指令集的处理器或实施指令集组合的处理器。处理器602亦可为一个或更多诸如特殊应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray；FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器或类似装置的特殊用途处理装置。处理器602被配置成执行用于执行本文所述操作的处理逻辑626。
计算机系统600可进一步包括网络接口装置608。计算机系统600亦可包括视频显示单元610(例如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))、字母数字输入装置612(例如键盘)、光标控制装置614(例如鼠标)和信号产生装置616(例如扬声器)。
辅助存储器618可包括机器可存取存储介质(或更特定言之为计算机可读取存储介质)631，机器可存取存储介质631上存储了体现本文所述功能或方法之一或更多的一组或更多组指令(例如软件622)。计算机系统600执行软件622期间，软件622亦可完全或至少部分地常驻在主存储器604和/或处理器602中，主存储器604和处理器602亦构成机器可读取存储介质。软件622可进一步通过网络接口装置608在网络620上被传送或被接收。
虽然在示例性实施方式中，机器可存取存储介质631显示为单一介质，但术语“机器可读取存储介质”应视为包括单一介质或多种介质(例如集中式或分布式数据库和/或相关高速缓冲储存器和服务器)，该单一介质或多种介质存储一组或更多组指令。术语“机器可读取存储介质”亦应视为包括任何能存储或编码由机器执行的指令集且使机器执行本发明的方法之一或更多的介质。因此，术语“机器可读取存储介质”应视为包括但不限于固态存储器和光学与磁性介质。
根据本发明的实施方式，非暂时性机器可存取存储介质具有存储在该存储介质上的指令，这些指令使数据处理系统执行以控氧方式形成用于GaN基光电与电子器件的PVDAlN缓冲部的方法。
因此，已公开了用于GaN基光电与电子器件的控氧PVDAlN缓冲部。

Claims (25)

1.一种形成用于氮化镓(GaN)基光电或电子器件的氮化铝(AlN)缓冲层的方法，所述方法包括下列步骤：
反应性溅射AlN层于基板上，所述反应性溅射步骤包括使置于物理气相沉积(PVD)腔室内的含铝靶材与含氮气体或以含氮气体为基础的等离子体发生反应；及
将氧并入所述AlN层中。
2.如权利要求1所述的方法，其中将氧并入的步骤是通过使含氧气体流入所述PVD腔室中来执行的，所述含氧气体选自由O2、H2O、CO、CO2、NO、NO2、O3和上述物质的组合物所组成的群组。
3.如权利要求1所述的方法，其中将氧并入的步骤是通过在使所述含铝靶材与所述含氮气体或以含氮气体为基础的所述等离子体发生反应之前使含氧气体流入来执行的。
4.如权利要求1所述的方法，其中将氧并入的步骤是通过使含氧气体流入、同时使所述含铝靶材与所述含氮气体或以含氮气体为基础的所述等离子体发生反应来执行的。
5.如权利要求1所述的方法，其中将氧并入的步骤是通过在使所述含铝靶材与所述含氮气体或以含氮气体为基础的所述等离子体发生反应之后使含氧气体流入来执行的。
6.如权利要求1所述的方法，其中将氧并入所述AlN层中的步骤包括将约在1E18至1E23cm-3范围内的氧浓度并入所述AlN层中。
7.一种用于GaN基光电或电子器件的材料堆叠物，所述材料堆叠物包括：
基板；及
氮化铝(AlN)缓冲层，所述AlN缓冲层设置于所述基板上，所述AlN层有约在1E18至1E23cm-3范围内的氧浓度。
8.如权利要求7所述的材料堆叠物，其中一部分所述氧被包括在AlN/基板界面处。
9.如权利要求7所述的材料堆叠物，其中一部分所述氧被包括在所述AlN缓冲层的最外层表面处。
10.如权利要求7所述的材料堆叠物，进一步包括：
高质量GaN层，所述高质量GaN层设置于所述AlN缓冲层上，所述高质量GaN层的XRD(002)FWHM＜100弧秒且XRD(102)FWHM＜150弧秒。
11.如权利要求7所述的材料堆叠物，其中所述基板选自由蓝宝石、Si、SiC、钻石覆Si、ZnO、LiAlO2、MgO、GaAs、铜和W所组成的群组。
12.一种发光二极管(LED)装置，所述装置包括：
基板；及
氮化铝(AlN)缓冲层，所述AlN缓冲层设置于所述基板上，所述AlN层有约在1E18至1E23cm-3范围内的氧浓度。
13.如权利要求12所述的LED装置，其中一部分所述氧被包括在AlN/基板界面处。
14.如权利要求12所述的LED装置，其中一部分所述氧被包括在所述AlN缓冲层的最外层表面处。
15.如权利要求12所述的LED装置，进一步包括：
高质量GaN层，所述高质量GaN层设置于所述AlN缓冲层上，所述高质量GaN层的XRD(002)FWHM＜100弧秒且XRD(102)FWHM＜150弧秒。
16.一种GaN基电子器件，所述器件包括：
基板；及
氮化铝(AlN)缓冲层，所述AlN缓冲层设置于所述基板上，所述AlN层有约在1E18至1E23cm-3范围内的氧浓度。
17.如权利要求16所述的GaN基电子器件，其中所述器件是选自由场效晶体管(FET)和功率器件所组成的群组的一种。
18.如权利要求16所述的GaN基电子器件，其中一部分所述氧被包括在AlN/基板界面处。
19.如权利要求16所述的GaN基电子器件，其中一部分所述氧被包括在所述AlN缓冲层的最外层表面处。
20.如权利要求16所述的GaN基电子器件，进一步包括：
高质量GaN层，所述高质量GaN层设置于所述AlN缓冲层上，所述高质量GaN层的XRD(002)FWHM＜100弧秒且XRD(102)FWHM＜150弧秒。
21.一种用于形成用于GaN基光电或电子器件的氮化铝(AlN)缓冲层的腔室，所述腔室包括：
泵送系统和腔室冷却设计，使得实现在高温下的低上升率及1E-7托或更低的高本底真空；
全面侵蚀磁电管阴极，被配置成使得实现在晶片内与晶片间AlN膜在载具各处的均匀沉积及一致的靶材侵蚀；以及
处理配件和气流设计，被配置成使包括含O气体的处理气体能均匀分布于所述腔室内，以用于获得均匀的AlN成分。
22.如权利要求21所述的腔室，进一步包括：
高温可偏压静电夹盘，所述高温可偏压静电夹盘被配置成使得实现快速及均匀加热多个晶片。
23.如权利要求21所述的腔室，进一步包括：
掺杂氧的Al靶材。
24.如权利要求21所述的腔室，其中所述腔室的真空上升率为2500纳托/min或更小。
25.如权利要求21所述的腔室，其中所述高温为约或高于350摄氏度。
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