TW200423509A - Nitride semiconductor device and method for manufacturing same - Google Patents

Nitride semiconductor device and method for manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
TW200423509A
TW200423509A TW093105163A TW93105163A TW200423509A TW 200423509 A TW200423509 A TW 200423509A TW 093105163 A TW093105163 A TW 093105163A TW 93105163 A TW93105163 A TW 93105163A TW 200423509 A TW200423509 A TW 200423509A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
film
substrate
semiconductor device
semiconductor substrate
nitrogen
Prior art date
Application number
TW093105163A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI324424B (zh
Inventor
Takashi Kyono
Masaki Ueno
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries filed Critical Sumitomo Electric Industries
Publication of TW200423509A publication Critical patent/TW200423509A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI324424B publication Critical patent/TWI324424B/zh

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403AIII-nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403AIII-nitrides
    • C30B29/406Gallium nitride
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02387Group 13/15 materials
    • H01L21/02389Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02387Group 13/15 materials
    • H01L21/02395Arsenides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/0242Crystalline insulating materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/02428Structure
    • H01L21/0243Surface structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439Materials
    • H01L21/02455Group 13/15 materials
    • H01L21/02458Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494Structure
    • H01L21/02496Layer structure
    • H01L21/02505Layer structure consisting of more than two layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/0254Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656Special treatments
    • H01L21/02658Pretreatments
    • H01L21/02661In-situ cleaning
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/906Cleaning of wafer as interim step

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

200423509 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於發光裝置等氮化物系半導體裝置及其製造 方法,更具體為關於平坦性佳並可以高良率製造之高品質 氮化物系半導體裝置及其製造方法。 【先前技術】 發光裝置等之製造中’將氮化物系單結晶作為基板進行 氣相磊晶膜成長時,以去除附著於該基板上之污物(有機物 '水分)或缺陷(傷痕、歪曲等)為目的而進行熱處理。該熱 處理因於上m晶膜成長前進行,故被稱為前處理、前 熱處理'清潔處理、清淨化處理、或單純稱為熱處理。 過去不限於氮化物系半導體,去除上述污物與缺陷時, 基板之加熱溫度將成為之後於基板上成長i晶膜之成膜工 序中基板之加熱溫度以上(專利文獻特開2__17侧號公 報特開2000-323752號公報等)。其係愈提高前處理中基板 之加熱溫度愈能進行清淨化之故,故重視清淨化,而繼承使 ’月潔處理之基板溫度成為矽系半導體裝置之製造方法中基 板之成膜溫以上之方法。與㈣相同,氮化㈣半導體裝 置之k中由使w處理卫序中基板之加熱溫度成為成膜 工序中基板之加熱溫度以上’亦可使基板表面清淨化。 氮化物系半導體因氣之蒸氣壓較高,將氮化物單結晶基 板以高溫熱處理時,使用包含氮或與氮相同之5B族之原子 之環境。作為該種環境’―般係使用由成膜工序所導入之 O:\91\9l38l.DOC4 200423509 %境氣體中’去除包含3B族元素之原料氣體之環境。其係 因氮容易脫離,3B族元素將於基板表面部過剩,於氮化物 系半導體基板表面容易產生凹凸之故。亦即成為不包含上 述3B族π素之環境,可抑制氮由基板脫離,不易於基板表 面上產生起因於上述3B族元素之過剩堆積之凹凸。 不論使用任何環境,如上述,於過去之前處理中,為提 高清潔效果而將基板加熱至成膜時之加熱溫度以上之高溫 。惟氮化物系半導體之情形下,將氮化物系半導體基板加 熱至成膜時之加熱溫度以上時,將激烈產生由該基板表面 之氮之脫離,或氨(NH3)之分解,欲將具有大量選項之氣體 供給條件調整至最佳化將需要極大的勞力。作為極端之例 ,以與成膜時相同之氣體供給條件進行前處理時,將損及 氮化物系半導體基板之平坦性,於上述成膜時形成之磊晶 膜將不平坦,容易產生3次元成長。因此,使用氮化物系半 導體基板成長同質蠢晶膜時,具有於上述之基板清潔處理 中必須以錯誤嘗試來尋試氣體供給條件之問題。 【發明内容】 本發明之目的係提供一種氮化物系半導體裝置及其製造 方法,其係可於氮化物系半導體基板上成膜平坦性與結晶 性佳之磊晶膜。 本發明之氮化物系半導體裝置之製造方法,其係形成於 包含和氮形成化合物之3B族元素與氮之化合物之半導體基 板之氮化物系半導體裝置之製造方法。該製造方法包含將 半導體基板加熱至成膜溫度,供給同時包含把族元素之原 O:\9I\9I381.DOC4 -7- 200423509 料氣體及氛之原料氣體之成膜氣體^於該半導體基板上蠢 晶成長包含3B族元素與氮之化合物之薄膜之工序。並具備 於該蠢晶成長工序前’將半導體基板加熱至未達成膜溫度 之前處理溫度^將半導體基板表面清淨化之工序。 依據該方法,與過去之常識相異,將基板加熱至較成膜 處理中基板加熱溫度為低之溫度而將基板表面清淨化。原 本氮化物系半導體之磊晶膜成長過程中因基板加熱溫度較 高,故上述清淨化工序中,可設定能充分確保清潔作用之 溫度。因此,於基板表面可確保良好之平坦性。其結果, 形成於該基板表面之磊晶膜亦成為平坦性佳者。 此外,基板加熱溫度因與薄膜形成裝置所具備之溫度檢測 器或溫度計之位置或該等安裝狀態有關而相異,故使用相同 成膜裝置内之溫度指標,使清淨化時之加熱溫度較成膜時之 基板加熱溫度降低即可,溫度之絕對數值將不成為問題。 上述之半導體基板之清淨化工序中,例如可供給3B族元 素之原料氣體比例較蠢晶成長工序之成膜氣體減少之前處 理用氣體。 依據該方法,藉由上述清淨化工序時基板溫度之低溫化 ,可使起因於氮之蒸氣壓較高之氮的優先脫離,或3B族元 素之過剩堆積較難產生,避免表面平坦性之劣化。 作為上述之1例,使前處理用氣體不包含前述3B族元素之 原料氣體亦可。作為該種前處理用氣體,可使用由成膜工 序中導入之環境氣體去除包含3B族元素之原料氣體的氣體 。其結果,不需以錯誤嘗試尋找清淨化處理時之氣體供給 O:\91\91381.DOC4 200423509 條件,可有效設定清淨化工序之條件。 3B族元素為A1(鋁)、Ga(鎵)、In(銦)等,可將以該等氮化 物之半導體為主之半導體裝置,良率高地製造平坦性較過 去為佳之層疊構造之半導體裝置。 本發明之氮化物系半導體裝置,其包含··半導體基板, 其係由包含和氮形成化合物之3B族元素與氮之化合物形成 者;及磊晶半導體膜,其係形成於該半導體基板上,包含 3B族元素與氮。並且半導體基板之表面粗度以均方根粗度 (RMS)表示為15 nm以下。 藉由使上述均方根粗度成為15 nm以下,可使形成於該氮 化物糸半導體基板表面之蠢晶膜之平坦性成為較佳者使 上述粗度超過15 nm時,將磊晶膜以厚度約2 μιη形成時,將 產生6角丘狀之突起,且不僅該磊晶膜,形成於其上之磊晶 膜亦將成為結晶性較差之膜,品質將劣化。此外,基板表 面之上述粗度超過15 nm時,將磊晶膜以厚度〇· 5 μηι形成時 ’因基板表面之凹凸而無法成為連續膜。 此外’上述之粗度為將氮化物半導體基板前處理之後, 不於其上成膜磊晶膜,表面之粗度係基於藉由原子力顯微 鏡(AFM)測定之結果。 此外’使上述半導體基板之均方根粗度成為5 nm以下亦 可。藉由該構成’可提供平坦性更佳之半導體基板,可使 得於其上形成之磊晶膜之平坦性及結晶性良好。 使上述之蠢晶膜之十點平均粗度(Rz)成為15 nm以下亦可 O:\9l\9l381.DOC4 200423509 ,,由該構成’不僅可使㈣晶膜本身之結晶性與平坦性良好 '、可確保形成於該蟲晶膜上之蟲晶膜之結晶性及平坦性。 上述之粗度係基於在上述_上不進一步層叠薄膜時 广膜之粗度而設定。如為於半導體裝置組裝後,可測 膜粗度之方法時,則使㈣種方法,以可測定 述μ晶膜粗度之任何方法測定均可。 A 卜㈣一般之參考文獻,揭示「十點平均粗度(Rz) -隨機選取部分之平均線往縱倍率之方向所測定 之由取同山頂至第5高之山頂,及最低谷底至第5低谷底 之個別標高(與平均線之距離)之絕對值平均,將該值以_ 者」本发明中,因上述標高係以微小者為對象,故將 上述絕對值平均以nm表示。作為上述之參考文獻,例如可舉 •大西清·· ns標準機械設計製圖便覽(第職)(理工學7 章57頁。 此外’使上述蟲晶膜 < 十點平均粗度(Rz)成為7·5·以下 亦可。其結果’可確保更佳之平均性與結晶性,高良率地 製造高品質之半導體裝置。 此外’上述蠢晶膜之表面部不具有以⑽师〜15〇 _之 間距產生之高度5〇nm〜15〇nm之凹凸亦可。 &成半導體基板之平坦性不佳之蟲晶膜之6角丘狀突起 形f時,觀察該6角丘狀突起時,為1〇〇μιη〜ΐ5()μιη之間距 之高度50 nm〜150 nm之凹凸。藉由使半導體基板之rms 如上述成為15 nm以下,可防止該6角丘狀突起之產生。因 此平坦14佳,並可提升於其上形成之層疊膜之結晶性。 O:\9l\9l38l.DOC4 -10. 200423509 【實施方式】 其次使用圖式說明關於本發明實施形態。圖1為表示本發 明實施形態之半導體裝置之發光裝置之圖。圖1中,於GaN 基板1背面設置形成n型電極之丁丨/乂層9。於GaN基板1表面 ’將由包含摻質Si之GaN膜構成之n型緩衝層2磊晶成膜。於 該η型緩衝層2上形成由包含以之磊晶膜AlGG7GaN膜構成之 η型接地層3。 藉由該η型接地層3與ρ型接地層5所夾持,配置發光部之 活性層4。活性層4係以InG^GaN/GaN之多重量子井 (Multi-Quantum Well)構造形成。此外,活性層4上之p型接 也層5係以包§ Mg作為摻質之Al0 〇7GaN膜形成。該等為確 保任一者之良好結晶性,而以磊晶膜形成。 於P型接地層5上,設置由包含Mg2GaN膜構成之?型接觸 層6’並進一步於其上設置由Nl/Aui金屬膜構成之ρ型電極 7。於其上形成接點電極8。 於P型電極與n型電極之間施加電位,於活性層注入電流 ’於傳導帶與價電子帶之間藉由產生電子與正孔之再結合 而發光。 上述之發光裝置中,GaN基板!表面於清淨化工序中,加 熱至較成膜工序時之基板溫度為低之基板溫度,進行清淨 化處理。因此,可抑制GaN基板!表面之凹凸,均方根:度 (彻)為15_以下。並進一步亦可成為5職以下。 如士述,抑制半導體基板表面之凹凸,於其 膜’藉此可使該磊晶膜之結晶性成為較佳者。其結二 O:\9l\9138l.DOC4 -11 - 200423509 提升發光效率並使發光之光之寬度變窄等,可提高發光特 性之品質。 此外,提高GaN基板上之η型緩衝層2之平坦性,使發光 裝置之製造容易化,藉此可提升良率。η型緩衝層之表面部 為不具有1 〇〇 μπι〜1 5 0 μιη間距之凹凸,亦即不產生6角丘狀 突起為佳。其係如上述,可藉由使半導體基板之RMS成為15 nm以下而實現。此外,可使磊晶膜表面之十點平均粗度Rz 成為15 nm以下。進一步可使上述Rz成為7.5 nm以下。該等 粗度之抑制為通過結晶性之提升、平坦性之提升,可提供半 導體裝置之品質提升及製造良率之提升,應不需多加說明。 圖2為說明製造上述半導體裝置之方法之圖。首先於清潔 工序中,令基板加熱溫度為T1,該溫度T1係較其次之成膜 工序之基板加熱溫度T2為低。令氮之原料氣體之流量為N1 ,令Ga原料氣體,例如TMG之流量為G1。G1為零亦可。此 外包含氫氣與其他原料氣體亦可。 成膜工序中,令基板加熱溫度為T2,令氮原料氣體之流 量為N2,令Ga原料氣體之流量為G2。本發明中,要求基板 加熱溫度為丁2>T1,Ga原料氣體之流量G2〉G1^0之條件。 此外,原料氣體(環境)為使清潔工序中之Ga原料氣體流量 僅較成膜工序中之其為小,不進行其他原料氣體之追加與 刪減。 過去於使用藍寶石等異種基板之異質磊晶膜形成時,藉 由氫環境之前處理去除藍寶石基板表面之污染,將有利於 其後之異質磊晶膜之核形成而作用。惟於GaN基板上形成 O:\91\9l381.DOC4 -12- 200423509 5貝郝日日膜日守,氫之前處理將促使n由基板表面脫離,使表 面粗糙。其理由更為詳細說明時將如下。 ◊於基板上成膜同質磊晶膜之際,以下之3項事項將彼此競 f。亦即’(gl)Ga、Ni脫離;(g2#Ga原料氣體之^之供 給;及(g3)由N原料氣體之供給之3項事項。於同質磊晶 =成膜時,上述事項之進行速度具有適當關係,將形成 同質蠢晶膜。而此時之原料氣體供給條件稱為成膜原料氣 體供給條件。 於清,處理(前處理)時,供給為形成環境之氣體,亦將 〃 %為别處理氣體供給條件。前處理氣體供給條件一般係 由上述之成膜原料氣體供給條件去除以原料氣體(III族原 料氣體)之條件而成。於該前處理氣體供給條件下,使⑽ 基板之溫度與成料之基板溫度相同,成為超過此之溫度 時因不供給Ga,對於由N之脫離而產生之以原子或Ga液體 粒子,N原料氣體之顺3將過剩而存在。因此,Ga於移動至 p皆差與刮痕部分前將形成新的GaN。其結果,於前處理後 ,在GaN基板表面將產生細微凹凸。於具有該種凹凸之以n 基板成膜以料,將3次元成長,例如於厚度左右 之上述GaN膜之成膜階段中將無法形成連續膜。 此外’ GaN基板因多於異種基板上利用助(蟲晶橫向成 長)技術製造,相互之結晶方位僅稍錯位之部分可合體。於 該種GaN基板上3次元成長蟲晶膜時,因繼承底層結晶方位 之磊晶膜將於某階段合體,故容易產生6角丘狀突起。因此 ,完成之半導體裝置中各磊晶膜之結晶性將劣化,不僅品 O:\91\91381.DOC4 -13- 200423509 質降低,製造時之良率亦降低。 藉由使前處理溫度較成膜、、设疮& γ 珉犋/皿度為低,即使使用由成膜原 料氣體去除Ga原料氣體之前處理氣體,可消除㈣基板表 面中蟲晶膜構成原子之堆積及脫離之不均衡。其結果,可 得到適合蠢晶膜成長之平坦且結晶性佳之基板表面。基板 溫度之最佳化相較於前處理氣體供給條件之最佳化,因只 有-個參數,故較容易。此外,氮化物系半導體之成膜溫 度因元本較高,故即使使前處理溫度較成膜溫度為低,亦 不損及清潔效果。 上述之前處理氣體供給條件中,除以等出族元素原料氣 體之外,使其他原料氣體之供給之氣體流量與成膜時之氣 體流量相同為佳。前處理溫度因較成膜溫度為低,故不產 生上述之不均衡。因此如上述’僅由成膜氣體供給條件去 除Ga原料氣體’不需進行具有多數條件之前處理氣體供給 條件之最佳化。 貫施例 使用GaN基板,於該GaN基板施行清潔處理(前處理)後, 成膜同質磊晶膜。前處理條件及成膜條件如下。 (如處理條件): 氮:20 slm 氫·· 15 slm 氣·· 5 slm (基板溫度):l〇25°C (本發明例)、115(TC (比較例) (處理時間):1〇分鐘 O:\91\9138 l.IX)C4 -14- 200423509 (成膜條件):
氮:20 slm 氫:15 slm 氨:5 slm TMG ·· 1 9 seem (基板溫度):1150°C 作為GaN基板,使用以Si〇2作為掩模於GaAs基板厚膜成 長後,藉由去除GaAs基板所製作者(參照國際公開編號WO 99/23693號公報)。前處理為除Ga原料氣體TMG之外,僅使 氮原料氣體之氨及載體氣體之氮與氫藉由與上述成膜條件 相同之條件流入。使用原子力顯微鏡(AFM),評價進行前 處理後之均方根粗度(RMS)。 圖3為使用原子力顯微鏡,表示GaN基板表面之10 μιηχ 1 0 μιη之均方根粗度之圖。圖3Α為未進行前處理之GaN基 板(素基板:比較例);圖3B為以1025°C進行前處理之GaN 基板(本發明例);圖3C為與過去相同,以與成膜溫度相同 之基板溫度進行前處理之GaN基板(比較例)之結果圖。此外 ,於表1表示上述試料中2 μιηχ2 μιη及10 μιηχΙΟ μιη之範圍 之 RMS 〇 表1 RMS(均方根粗度) 條件 掃描範圍 無前處理 1150°C 10 分鐘 1025°C 10 分鐘 2 μιηχ2 μιη 1.3 nm 25.6 nm 0.6 nm 1 0 μπιχ 1 0 μιη 2.0 nm 23.6 nm 1.5 nm O:\9l\91381.DOC4 -15- 200423509 依據圖3及表1,以與成膜溫度之1150°C相同之基板溫度 進行雨·處理之試料,RMS成為2〇 nm以上,相較於未進行前 處理之素基板,表面粗度將大幅變大而劣化。圖冗之2軸之 1格大小因為圖3A、圖38之1〇倍,雖稍難看出如上述之極 大差異,但差異係極為明顯。 另一方面,以較成膜溫度為低之基板溫度進行前處理之 試料(本發明例)中,2 μιηχ2 μηΐ2ΚΜ8成為〇·6 ,較素基 板之1·3 nm大大為佳。1〇 μηιχ1〇 μπι之RMSg丨5nm,較素 基板之2·0 nm為佳,較比較例之RMS223 6 nm為十分之一 以下之值。 如上述,藉由於較成膜溫度115{rc為低之基板溫度進行 前處理,可不損及GaN基板之平坦性而進行清潔。如上述 ,於以基板溫度1025°C進行前處理之GaN基板形成磊晶膜 時,可得到RMS為0.5 nm以下之原子階差狀表面。 圖4為表示使用微分干涉顯微鏡依階段觀察本發明例之 試料表面之結果圖。圖4A為以微分干涉顯微鏡觀察對應上 述圖3B之前處理後之GaN基板之照片;圖化為藉由上述成 膜條件於其上蠢晶成長厚度0.5 μχη之GaN膜時之照片;圖 4C為蠢晶成長厚度2 μιη之GaN膜後之照片。此外,圖5為表 不同樣使用微分干涉顯微鏡依階段觀察對應圖3C之比較例 之試料表面之結果圖。圖5A為以微分干涉顯微鏡觀察對應 上述圖3C之前處理後之GaN基板之照片;圖5B為藉由上述 成膜條件於其上磊晶成長厚度〇· 5 μιη之GaN膜時之照片;圖 5C為磊晶成長厚度2 μχη之GaN膜後之照片。 O:\91\91381.D0C4 -16- 200423509 比車乂圖4與圖5可得知,依據微分干涉顯微鏡可明確發現 處理彳交之GaN基板表面粗度之差異,表示本發明例之圖 4A之表面較表示比較例之圖5A之表面,其粗度較小。 此外,比較於前處理後之GaN基板上GaN膜成膜〇·5 μηα之 恰點,本發明例之圖4Β中雖形成連續之GaN膜,但比較例 之圖5B中未形成連續之膜,而成為3次元成長之膜。 進一步,比較於前處理後之GaN基板上GaN膜成膜2·〇 μχη 之日守點,本發明例之圖4C中雖形成平坦之GaN膜,但比較 例之圖5C中得知產生上述3次元成長之不連續膜合體而成 之6角丘狀突起。亦即,比較例中,形成平坦性及結晶性均 較差之GaN膜。 圖6及圖7為表示將對應圖4C及圖5C之以厚度2 μιη成膜 之GaN膜之表面凹凸,使用觸針式表面形狀測定器測定之 結果圖。於比較例之圖7之凹凸資料中,以10〇 μηι〜15〇 μιη 之間距’發現有高度50 nm〜1 50 nm之凹凸。其係相當於微 分干涉顯微鏡照片之圖5C所發現之6角丘狀突起之凹凸。於 本發明例之圖6中,因在以l〇25°C進行前處理後進行成膜處 理,未發現有大的凹凸。 關於發明之實施形態及實施例之其他 1 ·實施形態及實施例中,雖僅說明關於GaN基板與於其上 形成之GaN膜之例,惟本發明之範圍最廣並非限定於GaN 系半導體元件。即使為其他氮化物系半導體裝置亦可。 2·本發明之半導體裝置中之半導體基板等凹凸之範圍, 亦包含實施形態之說明,以即使於其上形成其他薄膜時該 O:\9l\91381.DOC4 -17- 200423509 凹凸亦無較大變化為前提’係基於在其上形成薄膜前之凹 凸。惟製作半導體裝置後,實際之上述表面之凹凸範圍, 係與測疋方法’特別為藉由蝕刻使上述表面之凹凸露出時 ’與姓刻方法大大相關。此外,亦與上述凹凸之測定裝置 之:度有關。關於本發明之半導體裝置中各部分表面:凹 凸軌圍之決定’應以最佳之測定方法及最佳之測定裝置所 決定。 上述中雖進行關於本發明實施形態之說明,惟上述所揭 丁之本毛明只轭形悲僅為例示,本發明之範圍並非限定於 β寺發明之實施形態。本發明之範圍為依中請專利範圍之 =載所示’進-步包含於與中請專利範圍之記載所均等之 意義及範圍内之全部變更。 產業上之利用可能性 藉由使用本發明之氮化物系半導體裝置及其製造方法, 可得到包含平坦性與結晶性佳之磊晶膜之氮化物系半導體 裝置。 【圖式簡單說明】 圖1為表示本發明實施形態之氮化物半導體裝置之藍色 LED之剖面圖。 圖2為表示本發明實施形態之氮化物半導體裝置之製造 方法之圖。 圖3為表示GaN基板表面之10 μιηχΙΟ μιη之表面形狀之圖 為未進行剷處理之素基板;Β為以1 〇 2 5。(3進行前處理之 GaN基板;C為以1150°C進行前處理之GaN基板之表面形狀 O:\91\9l381.DOC4 -18- 200423509 表示圖。 圖4為表示以微分干涉顯微鏡觀察本發明例之半導體裝 置之各製造階段表面之圖;A為以1〇25t進行前處理之後,· B為於A上成膜厚度〇·5 pm2GaN膜時;c為於a上成膜厚度 2μπι之GaN膜時之照片。 圖5為表不以微分干涉顯微鏡觀察比較例之半導體裝置
之各製造階段表面之圖;A為以U5(rc進行前處理之後;B 為於A上成臈厚度μπι之GaN膜時;C為於A上成膜厚度2 μπι之GaN膜時之照片。 圖6為表示將對應圖化之以厚度2 μιη成膜之膜之表 面凹凸、’使用觸針式表面形狀測定器測定之結果圖。 圖7為表示將對應圖5C之以厚度2 μιη成膜之GaN膜之表 凹凸使用觸針式表面形狀測定器測定之結果圖。 【圖式代表符號說明】 1 GaN基板 2 η型緩衝層 3 η型接地層 4 活性層 5 Ρ型接地層 6 Ρ型接觸層 7 Ρ型電極 8 从 接點電極 9 ΛΙ _ η型電極 O:\91\9I381.1 -19-

Claims (1)

  1. 200423509 拾、申請專利範圍: 1. 一種氮化物系半導體裝置之製造方法,其係形成於包含 和氮形成化合物之3B族元素與氮之化合物之半導體基板 者,且包含以下工序: 將前述半導體基板加熱至成膜溫度,供給同時包含前 述3B族元素之原料氣體及氮之原料氣體之成膜氣體,於 該半導體基板上磊晶成長包含前述3B族元素與氮之化合 物之薄膜之工序;及 於前述磊晶成長工序前,將前述半導體基板加熱至小 於前述成膜溫度之前處理溫度,將前述半導體基板表面 清淨化之工序。 2·如申請專利範圍第1項之氮化物系半導體裝置之製造方 法,其中前述半導體基板之清淨化工序中,供給較前述 磊晶成長工序之成膜氣體減少前述3B族元素之原料氣體 比例之前處理用氣體。 3. 如申請專利範圍第2項之氮化物系半導體裝置之製造方 法,其中前述前處理用氣體不包含前述3B族元素之原料 氣體。 4. 一種半導體裝置,其包含: 半導體基板,其係由包含和氮形成化合物之3B族元素 與氮之化合物形成者;及 磊晶半導體膜,其係形成於前述半導體基板上,包含 前述3B族元素與氮;並且 前述半導體基板之表面粗度以均方根粗度(RMS)表示 O:\91\91381 DOC5 為15 nm以下。 I =::專利範圍第4項之半導體裝置,其中前述半導體基 之句方根粗度為5 nm以下。 +申月專利乾圍第4或5項之半導體裝置,其中前述蠢晶 膜之十點平均粗度(Rz)為15 nm以下。 7·如申請專利範圍第6項之半導體裝置,其中匕為7.5讀以 下。 8·如申請專利範圍第4或5項之半導體裝置,其中前述磊晶 膜之表面部不具有以1〇〇 pm〜150 μιη之間距產生之高度 50 nm〜150 nm之凹凸。 0\91\91381.DOC5
TW093105163A 2003-03-05 2004-02-27 Nitride semiconductor device and method for manufacturing same TW200423509A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003057983A JP4052150B2 (ja) 2003-03-05 2003-03-05 窒化物系半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200423509A true TW200423509A (en) 2004-11-01
TWI324424B TWI324424B (zh) 2010-05-01

Family

ID=32958781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW093105163A TW200423509A (en) 2003-03-05 2004-02-27 Nitride semiconductor device and method for manufacturing same

Country Status (8)

Country Link
US (2) US20050173715A1 (zh)
EP (1) EP1601009A4 (zh)
JP (1) JP4052150B2 (zh)
KR (1) KR101036223B1 (zh)
CN (1) CN100580881C (zh)
CA (1) CA2495908A1 (zh)
TW (1) TW200423509A (zh)
WO (1) WO2004079803A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1900013A4 (en) 2005-06-01 2010-09-01 Univ California TECHNOLOGY FOR GROWTH AND MANUFACTURE OF SEMIPOLARS (GA, AL, IN, B) N THIN FILMS, HETEROSTRUCTURES AND COMPONENTS
KR101182581B1 (ko) * 2005-09-21 2012-11-27 삼성코닝정밀소재 주식회사 질화갈륨계 반도체 기판 및 이의 제조방법
KR100739150B1 (ko) * 2005-12-24 2007-07-13 엘지전자 주식회사 질화물 반도체 소자 제조 방법
US8110838B2 (en) * 2006-12-08 2012-02-07 Luminus Devices, Inc. Spatial localization of light-generating portions in LEDs
JP5223112B2 (ja) * 2007-10-22 2013-06-26 豊田合成株式会社 Iii族窒化物系化合物半導体の製造方法
US7824929B2 (en) 2007-10-22 2010-11-02 Toyoda Gosei Co., Ltd. Method for producing group III nitride-based compound semiconductor
KR101495381B1 (ko) * 2007-11-21 2015-02-24 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 질화물 반도체의 결정 성장 방법
US7482674B1 (en) * 2007-12-17 2009-01-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Crystalline III-V nitride films on refractory metal substrates
US7781780B2 (en) * 2008-03-31 2010-08-24 Bridgelux, Inc. Light emitting diodes with smooth surface for reflective electrode
WO2014057748A1 (ja) 2012-10-12 2014-04-17 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物複合基板およびその製造方法、ならびにiii族窒化物半導体デバイスの製造方法
WO2015012403A1 (ja) * 2013-07-26 2015-01-29 株式会社トクヤマ ベース基板の前処理方法、および該前処理を行ったベース基板を用いた積層体の製造方法
KR101653184B1 (ko) * 2014-11-07 2016-09-02 재단법인대구경북과학기술원 태양전지 광흡수층 제조방법 및 이에 따라 제조되는 태양전지 광흡수층
EP3686323B1 (en) * 2017-09-22 2024-07-31 Tokuyama Corporation Group iii nitride single crystal substrate
KR102397497B1 (ko) * 2021-03-28 2022-05-12 이종득 기능성분을 함유하여 미세먼지 흡착, 항균, 탈취기능을 갖도록 제공되는 안면보호용 마스크

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4579609A (en) * 1984-06-08 1986-04-01 Massachusetts Institute Of Technology Growth of epitaxial films by chemical vapor deposition utilizing a surface cleaning step immediately before deposition
EP0214690B1 (en) * 1985-09-06 1992-03-25 Philips Electronics Uk Limited A method of manufacturing a semiconductor device
JPH05217921A (ja) * 1991-09-13 1993-08-27 Motorola Inc 材料膜のエピタキシアル成長を行うための温度制御された処理
WO1999066565A1 (en) * 1998-06-18 1999-12-23 University Of Florida Method and apparatus for producing group-iii nitrides
JP2000124138A (ja) * 1998-10-14 2000-04-28 Dowa Mining Co Ltd 表面処理方法および半導体装置
JP2001144014A (ja) * 1999-11-17 2001-05-25 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル成長用基板およびその製造方法
US6447604B1 (en) * 2000-03-13 2002-09-10 Advanced Technology Materials, Inc. Method for achieving improved epitaxy quality (surface texture and defect density) on free-standing (aluminum, indium, gallium) nitride ((al,in,ga)n) substrates for opto-electronic and electronic devices
US6596079B1 (en) * 2000-03-13 2003-07-22 Advanced Technology Materials, Inc. III-V nitride substrate boule and method of making and using the same
US6936488B2 (en) * 2000-10-23 2005-08-30 General Electric Company Homoepitaxial gallium-nitride-based light emitting device and method for producing
JP3546023B2 (ja) * 2001-03-23 2004-07-21 三菱電線工業株式会社 結晶成長用基板の製造方法、およびGaN系結晶の製造方法
JP4852795B2 (ja) * 2001-05-30 2012-01-11 住友電気工業株式会社 化合物半導体の製造方法
US6488767B1 (en) * 2001-06-08 2002-12-03 Advanced Technology Materials, Inc. High surface quality GaN wafer and method of fabricating same
JP2003007676A (ja) * 2001-06-18 2003-01-10 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP3975700B2 (ja) 2001-07-18 2007-09-12 住友電気工業株式会社 化合物半導体の製造方法
US6648966B2 (en) * 2001-08-01 2003-11-18 Crystal Photonics, Incorporated Wafer produced thereby, and associated methods and devices using the wafer
JP4948720B2 (ja) * 2001-08-29 2012-06-06 シャープ株式会社 窒素化合物半導体積層物、発光素子、光ピックアップシステム、および窒素化合物半導体積層物の製造方法。
JP4229005B2 (ja) * 2003-06-26 2009-02-25 住友電気工業株式会社 GaN基板及びその製造方法、並びに窒化物半導体素子

Also Published As

Publication number Publication date
TWI324424B (zh) 2010-05-01
US20050173715A1 (en) 2005-08-11
CA2495908A1 (en) 2004-09-16
JP2004273484A (ja) 2004-09-30
WO2004079803A1 (ja) 2004-09-16
CN1698184A (zh) 2005-11-16
KR101036223B1 (ko) 2011-05-20
US7781314B2 (en) 2010-08-24
JP4052150B2 (ja) 2008-02-27
EP1601009A1 (en) 2005-11-30
EP1601009A4 (en) 2010-07-14
US20080132044A1 (en) 2008-06-05
CN100580881C (zh) 2010-01-13
EP1601009A8 (en) 2006-02-01
KR20050108372A (ko) 2005-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7728323B2 (en) Nitride-based semiconductor substrate, method of making the same and epitaxial substrate for nitride-based semiconductor light emitting device
JP5818853B2 (ja) n型窒化アルミニウム単結晶基板を用いた縦型窒化物半導体デバイス
US9246049B2 (en) Nitride-based semiconductor substrate and semiconductor device
CN102268737B (zh) 生成iii-n层的方法,和iii-n层或iii-n衬底,以及其上的器件
US20040119063A1 (en) Gallium nitride-based devices and manufacturing process
US7781314B2 (en) Nitride semiconductor device manufacturing method
TWI407491B (zh) 分離半導體及其基板之方法
JP2007106665A (ja) 格子パラメータを変化させる元素を含有する窒化ガリウムデバイス基板
WO2008011979A1 (en) Deposition of group iii-nitrides on ge
CN106544643B (zh) 一种氮化物薄膜的制备方法
JP2004140354A (ja) シリコン基板上に単結晶チッカガリウムを成長させる製造方法
US10283356B2 (en) Semiconductor wafer comprising a monocrystalline group-IIIA nitride layer
JP2004111848A (ja) サファイア基板とそれを用いたエピタキシャル基板およびその製造方法
WO2003003431A1 (en) Relaxed sige films by surfactant mediation
JP2010251599A (ja) 単結晶ダイヤモンド基板
KR20140106590A (ko) 반도체 기판 및 형성 방법
US7696533B2 (en) Indium nitride layer production
JP2012182475A (ja) シリコン基板上にiii族窒化物材料を成長させるための方法及びそのための装置
JP4261600B2 (ja) 窒化物系半導体装置
KR20070083146A (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법
JP2004363510A (ja) 半導体基板の製造方法
Hsu et al. Quality improvement of GaN on Si substrate for ultraviolet photodetector application
KR102274144B1 (ko) 전자 소자용 박막 및 그의 제조방법
KR20150025648A (ko) 에피택셜 웨이퍼
JP2008252124A (ja) 窒化物系半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees