JP2006093584A

JP2006093584A - 窒化物エピタキシャル層構造とその製造方法

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Publication number: JP2006093584A
Application number: JP2004279744A
Authority: JP
Inventors: Tzu-Chi Wen; 子稷温; 如欽 ▲じょ▼; Ru-Chin Tu; Cheng-Tsang Yu; 正璋游; Liang-Wen Wu; 良文武; Honin Kan; 奉任簡
Original assignee: Formosa Epitaxy Inc
Current assignee: Formosa Epitaxy Inc
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】窒化物エピタキシャル層構造とその製造方法の提供。
【解決手段】基材とされる基板と、該基材の上に堆積され高温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）を材料とする第１中間層と、第１中間層の上に堆積され再結晶窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）を材料とする第２中間層と、該第２中間層の上に堆積され窒化物エピタキシャル層材料で形成された窒化物エピタキシャル層と、を具え、低温窒化アルミニウムガリウムインジウムの欠陥密度過多の問題を改善してその装置特性を改善する。
【選択図】図１

Description

本発明は一種の窒化物エピタキシャル層構造とその製造方法に係り、特に、特殊な中間層（ｉｎｔｅｒｍｉｄｉｕｍｌａｙｅｒ）を提供する構造とその製造方法に関する。

伝統的な窒化ガリウム系発光ダイオードのバッファ層構造は、基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の上にバッファ層が形成され、該バッファ層上に窒化ガリウム系の窒化物エピタキシャル層が形成される。そのうち、一般にこのようなバッファ層は低温（摂氏２００度から９００度）窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ｎ）或いは低温窒化インジウムガリウム（Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ）が堆積され、その後、高温の窒化ガリウムが成長させられてその窒化物エピタキシャル層が形成される。しかし、窒化ガリウムの格子定数と基板の格子定数の差異は過大であり、このためこのような低温バッファ層の成長を利用して形成された窒化ガリウムの欠陥密度は１０¹⁰／ｃｍ³ 以上となる。このような窒化ガリウム材料で構成された発光ダイオードバッファ層構造は装置のＥＳＤ許容電圧が低過ぎ、その寿命が短くなり、その装置特性が低くなる。

本発明は上述の従来の窒化物エピタキシャル層バッファ層構造の欠点を改善すべくなされた。本発明は前述の関係技術中の少なくとも一つの制限及び欠点を解決するものである。

本発明は一種の窒化物エピタキシャル層構造とその製造方法を提供し、その主要な目的は、適当な中間層構造とその製造方法を提供し、窒化物エピタキシャル層と基板の格子定数の差異を改善し、窒化物エピタキシャル層の欠陥密度を１０¹⁰／ｃｍ³ より低くすることにある。

この目的を達成するため、本発明は一種の窒化物エピタキシャル層構造とその製造方法を提供する。それは、基板上に、エピタキシャル技術により所定厚さの高温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）の第１中間層と低温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）の第２中間層を堆積させ、且つ該第２中間層を再結晶させて、第２中間層の結晶格子を秩序を有する配列となし、窒化物エピタキシャル層堆積の中間層となす。そのうち、構造が分散し且つアモルファス状配列の第２中間層の形成により第１中間層の不平坦な表面部分が充満され、並びに第２中間層の再結晶（ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅ）により、その結晶格子が秩序を有する配列とされ、これにより低温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）の欠陥密度過多の問題が解決され、その装置特性が改善される。

請求項１の発明は、窒化物エピタキシャル層構造において、
基材とされる基板と、
該基材の上に所定の厚さ堆積され高温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）、そのうちｘ≧０、ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０、を材料とする第１中間層と、
該第１中間層の上に堆積され再結晶窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）を材料とする第２中間層と、
該第２中間層の上に堆積され窒化物エピタキシャル層材料で形成された窒化物エピタキシャル層と、
を具えた窒化物エピタキシャル層構造としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の窒化物エピタキシャル層構造において、第１中間層の厚さが５〜２０Åとされたことを特徴とする、窒化物エピタキシャル層構造としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の窒化物エピタキシャル層構造において、第２中間層の厚さが５〜５００Åとされたことを特徴とする、窒化物エピタキシャル層構造としている。
請求項４の発明は、窒化物エピタキシャル層の製造方法において、
（ａ）エピタキシャル技術により、所定の高温で、基板の上に高温の窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）、そのうちｘ≧０、ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０、で所定の厚さの第１中間層を形成するステップ、
（ｂ）エピタキシャル技術により、所定の低温で、第１中間層の上に低温の窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）で所定の厚さの第２中間層を形成し、第２中間層に分散し且つアモルファス状の結晶配列の構造を形成させるステップ、（ｃ）高温で、第２中間層に対して再結晶（ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅ）を行ない、その結晶を秩序を有する配列となすステップ、
（ｄ）エピタキシャル技術により、所定の成長温度で、第２中間層の上に高温の窒化物エピタキシャル層を形成するステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法としている。
請求項５の発明は、請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、第１中間層の成長温度を摂氏９００度〜１１００度とすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法としている。
請求項６の発明は、請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、第１中間層の厚さを５〜２０Åとすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法としている。
請求項７の発明は、請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、第２中間層の成長温度を摂氏２００度〜９００度とすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法としている。
請求項８の発明は、請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、第２中間層の厚さを５〜５００Åとすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法としている。
請求項９の発明は、請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、窒化物エピタキシャル層の成長温度を摂氏５００度〜１１００度とすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法としている。

本発明は一種の窒化物エピタキシャル層構造とその製造方法を提供する。それは、基板上に、エピタキシャル技術により所定厚さの高温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）の第１中間層と低温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）の第２中間層を堆積させ、且つ該第２中間層を再結晶させて、第２中間層の結晶格子を秩序を有する配列となし、窒化物エピタキシャル層堆積の中間層となす。そのうち、構造が分散し且つアモルファス状配列の第２中間層の形成により第１中間層の不平坦な表面部分が充満され、並びに第２中間層の再結晶（ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅ）により、その結晶格子が秩序を有する配列とされ、これにより低温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）の欠陥密度過多の問題が解決され、その装置特性が改善される。

図１は本発明の窒化物エピタキシャル層構造の好ましい実施例を示し、図２は図１の窒化物エピタキシャル層構造の製造フローチャートである。

図１は、基板１０１の上に順に第１中間層１０２、第２中間層１０３、及び窒化物エピタキシャル層１０４が堆積されてなる窒化物エピタキシャル層構造を示す。その第１中間層１０２及び第２中間層１０３は後続の付着される材料の品質を改善する。図２に示されるように、その製造方法は、ステップ２０１において、エピタキシャル技術により、所定の成長温度で、基板１０１の上に高温の窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）、そのうちｘ≧０、ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０で所定の厚さの第１中間層１０２を形成する。そのうち、基板１０１と第１中間層１０２の格子定数の差異は過大であり、このため基板１０１上の第１中間層１０２は不平坦な平面を形成しうる。ステップ２０２において、エピタキシャル技術により、所定の成長温度で、第１中間層１０２の上に低温の窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）で所定の厚さの第２中間層１０３を形成する。第２中間層１０３の形成する構造は分散し且つアモルファス状の結晶配列であるため、第１中間層１０２の不平坦な表面部分を充満する。ステップ２０３において、高温で、第２中間層１０３に対して再結晶（ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅ）を行ない、その結晶を秩序を有する配列となす。ステップ２０４において、エピタキシャル技術により、所定の成長温度で、第２中間層１０３の上に高温の窒化物エピタキシャル層１０４を形成する。

前述の基板１０１の上に形成される高温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）の第１中間層１０２は、その成長温度が摂氏９００度〜１１００度とされ、且つその膜厚は５〜２０Åとされ、基板１０１と第１中間層１０２の格子定数には相当の差異があるため、第１中間層１０２が基板１０１上で不平坦な表面を形成しうる。

前述の第１中間層１０２の上に形成される低温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）の第２中間層１０３は、その成長温度が摂氏２００〜９００度とされ、且つその膜厚が５〜５００Åとされ、第２中間層１０３が形成する構造は分散し且つアモルファス状の結晶配列であるため、第１中間層１０２の不平坦な表面部分を充満する。

前述の第２中間層１０３の上に形成される高温窒化物エピタキシャル層１０４の成長温度は摂氏８００〜１１００度とされる。

以上は本発明の実施例の説明であって本発明の範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。

本発明の窒化物エピタキシャル層構造の好ましい実施例図である。図１の窒化物エピタキシャル層構造の製造フローチャートである。

符号の説明

１０１基板
１０２第１中間層
１０３第２中間層
１０４窒化物エピタキシャル層
２０１第１中間層堆積
２０２第２中間層堆積
２０３第２中間層再結晶
２０４窒化物エピタキシャル層堆積

Claims

窒化物エピタキシャル層構造において、
基材とされる基板と、
該基材の上に所定の厚さ堆積され高温窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）、そのうちｘ≧０、ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０、を材料とする第１中間層と、
該第１中間層の上に堆積され再結晶窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）を材料とする第２中間層と、
該第２中間層の上に堆積され窒化物エピタキシャル層材料で形成された窒化物エピタキシャル層と、
を具えた窒化物エピタキシャル層構造。
請求項１記載の窒化物エピタキシャル層構造において、第１中間層の厚さが５〜２０Åとされたことを特徴とする、窒化物エピタキシャル層構造。
請求項１記載の窒化物エピタキシャル層構造において、第２中間層の厚さが５〜５００Åとされたことを特徴とする、窒化物エピタキシャル層構造。
窒化物エピタキシャル層の製造方法において、
（ａ）エピタキシャル技術により、所定の高温で、基板の上に高温の窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）、そのうちｘ≧０、ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０、で所定の厚さの第１中間層を形成するステップ、
（ｂ）エピタキシャル技術により、所定の低温で、第１中間層の上に低温の窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ）で所定の厚さの第２中間層を形成し、第２中間層に分散し且つアモルファス状の結晶配列の構造を形成させるステップ、（ｃ）高温で、第２中間層に対して再結晶（ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅ）を行ない、その結晶を秩序を有する配列となすステップ、
（ｄ）エピタキシャル技術により、所定の成長温度で、第２中間層の上に高温の窒化物エピタキシャル層を形成するステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法。
請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、第１中間層の成長温度を摂氏９００度〜１１００度とすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法。
請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、第１中間層の厚さを５〜２０Åとすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法。
請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、第２中間層の成長温度を摂氏２００度〜９００度とすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法。
請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、第２中間層の厚さを５〜５００Åとすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法。
請求項４記載の窒化物エピタキシャル層の製造方法において、窒化物エピタキシャル層の成長温度を摂氏５００度〜１１００度とすることを特徴とする、窒化物エピタキシャル層の製造方法。