TW200811321A - GaxIn1-xN substrate and GaxIn1-xN substrate cleaning method - Google Patents
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Description
200811321 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】
本發明係關於一種GaxIni_xN (0 ^ 基板及GaJni xN (〇Sx$l)基板之洗淨方法。 【先前技術】
GaxIn^xN (O^x^l)基板中之GaN(氮化鎵）基板，因具有 - 3.4 eV的能帶隙、較高的熱傳導率，故作為發出短波長光 之發光元件或動力電子元件等半導體元件的材料而受到業 • 者的關注。 作為GaN結晶之代表性成長方法，有hvpe (Hydride Vapor Phase Epitaxy;氳化物氣相磊晶法）法，GaN基板可 由该GaN結晶而製造。繼而，藉由於GaN基板表面上使各 種磊晶膜成長，而獲得光元件或電子元件等半導體元件。 例如，於專利文獻1中，作為可使無表面皺褶的GaN系磊 曰曰膜成長之基礎基板’提出有最表面之載體密度為均勻之 GaN基板等氮化物結晶基板。 然而，即使於使用專利文獻1記載之基礎基板之情形時 亦存在下述情形，並未顯示其基礎基板最表面之載體密度 的均勻性，有與其無關的缺陷或斑點產生之低品質磊晶膜 " 成長。使用如此低品質磊晶膜之半導體元件，因其元件特 性變差’故期望使缺陷或斑點較少之高品質磊晶膜穩定地 成長。 專利文獻1 ··曰本專利特開2005-101475號公報 【發明内容】 122186.doc 200811321 發明所欲解決之問題 然而，並無關於為了使缺陷或斑點較少之高品質蠢晶膜 穩疋地成長，而去除附著於GaN基板等GaxIn1-xN基板之表 面上的粒子或有機物之先前技術文獻，因其標準不明讀， 故存在由於GaxIn^xN基板的表面狀態不均一而直接導致蠢 晶膜品質不均一之問題。 本發明之目的在於提供一種可使高品質磊晶膜穩定成長 之GaxIn〗-xN基板及用以獲得該GaxIn^xN基板之洗淨方法。 解決問題之技術手段 本發明係關於一種GaxIn^xN基板，其特徵在於：將 GaxIn1-xN基板之口徑設為2英吋時，存在於Gaxini-xN基板 表面上的粒徑為〇·2 μηι以上之粒子數為20個以下。此處， 於本說明書中，所謂GaxIni-xN基板，係指包含鎵（Ga)及銦 (In)中之至少一者之氮化物結晶基板。 又’本發明係關於一種GaxIn^N基板之洗淨方法，其特 徵在於：藉由將GaxIni xN基板於選自由氨水、添加雙氧水 的氨水以及有機鹼水溶液所組成群之任一種洗淨液中一面 施加超音波一面進行浸潰，而將在將GaJni-xN基板之口徑 設為2英吋時存在於GaxIni-xN基板表面上的粒徑為〇.2 以上之粒子數設為20個以下。 此處，較好的是，於本發明之GaxInixN*板之洗淨方法 中，使用氨濃度為0.5質量％以上的氨水、雙氧水濃度為 0.1質量％以上且氨濃度為01質量％以上之添加雙氧水的氨 水、或者有機鹼濃度為〇·5質量％以上之有機鹼水溶液中之 1221B6.doc 200811321 任一者作為洗淨液。 又，#父好的是，於本發明之GaxIni xN基板之洗淨方法 中，有機鹼水溶液係將四甲基氫氧化銨或者羥基乙基三 曱基氫氧化銨中之任一有機鹼溶解於水而成者。 又，較好的是，於本發明之GaxIn^xN基板之洗淨方法 中’ GaxIni_xN基板之浸潰時間為3〇秒以上。 又，本發明係關於一種GaxIn1-xN基板，其特徵在於：於 採用檢測角度為10。之X線光電子分光法而測得之GaxIni_xN 基板表面之光電子光譜中，Cis電子與Nis電子的峰面積之 比（cls電子之峰面積/Nis電子之峰面積）為3以下。 進而，本發明係關於一種GaxInixN*板之洗淨方法，其 、々在於·藉由使GaxinixN基板浸潰於酸溶液中，而於採 用k測角度為1〇。之χ線光電子分光法而測得之基 板表面之光電子光譜中，使電子與As電子的峰面積之 比（Cls電子之峰面積/Nis電子之峰面積）成為3以下。 • 此處’較好的是，於本發明之GaJnixN基板之洗淨方法 (I ’合液包合選自由氫氟酸、鹽酸及硫酸所組成群之至 夕1種、或者選自由氫氟酸、鹽酸及硫酸所組成群之至少1 種與雙氧水之混合液之任一者。 又、’較好的是，本發明之GaJnixN基板之洗淨方法中， 4液係包含選自由氫氟酸、鹽酸及硫酸所組成群之至 、種之^形時，酸溶液中之氫氟酸、鹽酸及硫酸的總濃 :質里以上，於酸溶液包含選自由氫氟酸、鹽酸及 硫酸所組成群的至少i種與雙氧水之混合液之情形時，上 122186.doc 200811321 述酸溶液中之氫氟酸、鹽酸及硫酸的總濃度為〇1質量 上且雙氧水的濃度為0.1質量％以上。 又，較好的是，於本發明之GaxInNxN基板之洗淨方法 中，GaxIni_xN基板之浸潰時間為30秒以上。 發明之效果 根據本發明，可提供一種可使高品質蠢晶膜穩定成長之 GaJnhN基板及用以獲得該GaxIni-xN基板之洗淨方法。 【實施方式】
以下，就本發明之實施形態加以說明。再者，於本申& 案之圖式中，同一參照符號表示同一部分或者等同部分。 本發明係關於一種Gaxlni-XN基板，其特徵在於：將
GaxIni_xN基板之口徑設為2英吋時，存在KGaxinhN基板 表面的粒徑為0.2 μΐη以上之粒子數為2〇個以下。本X發=者 經努力研究結果發現：於如上所述控制GaJnixN基^表面 比粒徑為0.2叫以上之粒子數之情形時，可使缺陷較少 之咼品質蟲晶膜成長。 此處’ GaxIni-xN基板表面上之粒子數，係將存在於 GaxIni.xN基板全體表面上之粒徑為g 2叫以上之全部粒子 加以計數，且將經計數之粒子數換算成假定％ΐηΐχΝ基板 的口桎為2英吋時之值’而算出GaxIni-xN基板表面上之粒 子數。因此，於太恭+ 、本卷明中，並未限定GaxIni_xN基板之大 =如二徑為4英时之Μη』基板的表面面積成為
=f日守之4倍，因此於使用口徑為4英叶之GaxInlxN 土反之h形時’存在於其表面上之粒子總數的1/4倍成為 122186.doc 200811321 此處之粒子數。再者，使用先前公知的光散射方式之基板 表面檢查裝置等對粒子進行計數。又，對粒子之材質並無 特別限定。 又’本發明係關於一種洗淨方法，其特徵在於：藉由將 GaxIni.xN基板於選自由氨水' 添加雙氧水的氨水及有機驗 水溶液所組成群之任一種洗淨液中一面施加超音波一面進 行浸潰，而將在將GaJni_xN基板的口徑設為2英吋時存在
於GaxIni_xN基板表面的粒徑為〇 2 μιη以上之粒子數設為 個以下。 此處，所謂添加雙氧水的氨水’係指雙氧水與氨水之混 合液’然而並不限定於向氨水中添加雙氧水之混合液。 又’所謂有機驗水溶液，係指將有機驗溶解於水而成者； 作為有機驗，較好的是使心下述結構式⑴表*之四甲基 氫氧化銨或者以下述結構式⑺表示之2_經基乙基三甲美^ 氧化銨中之任一者。 土 [化1] (1 CH3—- N—CHq ΐ… 麵.
[化2] _ I22186.doc -10- <2) 200811321 時，較好的是，相對 上。又，於使用添加 車父好的是，相對於全 又，於使用氨水作為洗淨液之情形 於全體洗淨液之氨濃度為0.5質量％以 雙氧水的氨水作為洗淨液之情形時， 體洗淨液之雙氧水濃度為0]質量％以上且氨濃度為〇1質 量％以上。進而，於使用有機鹼水溶液作為洗淨液之情形 時，較好的是，相對於全體洗淨液之有機鹼濃度為05質 量％以上。藉由以如此方式規定洗淨液之濃度，而具有如
上所述可更穩定地控制GaxIni-xN基板表面上的粒子數之傾 向0 又，車父好的是，GaJi^-χΝ基板浸潰於洗淨液中之時間為 30秒以上❶此時，因使GaJni_xN基板充分地浸潰於洗淨液 中，故具有如上所述可更穩定地控制GaJnixN基板表面的 粒子數之傾向。此處，GaxIi^-xN基板之浸潰時間係自於洗 淨液中施加超音波時開始之時間。 進而，本發明係關於一種GaxIni-xN基板，其特徵在於： 於採用檢測角度為10。之X線光電子分光法（xps ; x_ray photoelectron spectrum)而測得之GaxIni xN基板表面之光電 子光譜中，cls電子與Nls電子的峰面積之比（Cis電子之峰 面積/N! s電子之峰面積）為3以下。本發明者經努力研究結 果發現··於檢測角度為10。之X線光電子分光法之GaJnixN 基板表面之光電子光譜中，於如上所述控制Cu電子的峰 面積與Nls電子的峰面積之比之情形時，可使無斑點之高 品質磊晶膜成長。此處，檢測角度為1〇。之χ線光電子分光 法（XPS)之GaxIiH-χΝ基板表面之光電子光譜中cls電子與Nls 122186.doc 200811321 電=峰面積之比，表示相對於GaxInixN基板表面附近的 虱/Λα基板表面上的有機物量；可藉由以上述方式 控制該比，而使無斑點之高品質磊晶膜成長。
此處，所謂Cls電子，係指c(碳）之18軌道的電子，所謂 ^電子’係指N(氮）之Is轨道的電子。繼而，如圖丨所示， 猎由X線6之照射’將GaxInixN基板5表面的l電子以及 Ν“電子作為光電子7而釋放出。其後，以檢測器8檢測（檢 測角度10 )與GaxIni-xN基板5表面成10。角而釋放之光電子 7’而獲得光電子光譜。求得該光電子光譜之Cis電子的峰 面積與Nis電子的峰面積之比。 又，本發明係關於一種GaxIn1-xN基板之洗淨方法，其特 徵在於：藉由使0αχΙηι·χΝ基板浸潰於酸溶液中，而於檢測 角度為1 〇。之X線光電子分光法之（}心1111\]^基板表面之光電 子光譜中，將Cls電子與Nls電子的峰面積之比（Cis電子之 峰面積/Nls電子之峰面積）設為3以下。 此處，酸溶液，較好的是，包含選自由氫氟酸、鹽酸及 硫酸所組成群之至少1種、或者選自由氫氟酸、鹽酸及硫 酸所組成群之至少1種與雙氧水之混合液之任一者。於此 个月形日^* ’具有可更穩定地使上述c 1 s電子的峰面積與N ! s電 子的峰面積之比成為3以下之傾向。 進而’於酸溶液包含選自由氫氟酸、鹽酸及硫酸所組成 群之至少一種之情形時，較好的是，酸溶液中之氫氣酸、 鹽酸及硫酸的總濃度為〇·5質量％以上。又，於酸溶液包含 選自由氫氟酸、鹽酸及硫酸所組成群之至少1種與雙氧水 122186.doc -12· 200811321 之混合液之情形時’較好的是，酸溶液中之氫氟酸、鹽酸 及硫酸的總濃度為O.i質量％以上且雙氡水的濃度為質 量%以上。此時’ 4有可冑一步使上述Cls電子的峰面積： Nls電子的峰面積之比穩定地成為3以下之傾向。 又，GaxIni_xN基板浸潰於酸溶液中之時間，亦較好為％ 秒以上此時，因將GaxIn!-xN基板充分浸潰於酸溶液;， 故具有如上所述可更穩定地控制上述Cls電子的峰面積與 N1 s電子的峰面積之比之傾向。 、 實施例 (實驗例1) 首先’將藉由HVPE法而成長之GaN結晶進行鏡面研 磨，其後準備50張藉由去除由於鏡面研磨所造成的損壞層 而獲得之口徑2英吋之GaN基板。此處，50張GaN基板之厚 度刀別為400 ，GaN基板之表面係自方位（〇〇〇丨）離開 之面。 其次’使用圖2之模式性剖面圖所表示之洗淨裝置，對 50張GaN基板分別一面改變浸潰時間一面進行洗淨。此 處，圖2所示之洗淨槽，容納有各種濃度的四甲基氫氧 化銨水溶液作為洗淨液2。又，於浸潰GaN基板4之洗淨液 2中’以同一條件分別向50張GaN基板4施加頻率為9〇()kHz 之超音波3。 繼而，對洗淨後之各GaN基板，藉由光散射方式之基板 表面檢查裝置對存在於GaN基板表面上之粒徑〇·2 μηι以上 的粒子數進行計數。 122186.doc -13- 200811321 其後’於50張GaN基板之各表面上，以同一條件藉由 MOVPE法（金屬有機氣相磊晶法；Metal-0rganie vap0r phase epitaxy)使由厚度i μηι的GaN結晶所構成之磊晶膜成 長。繼而，使用與上述相同之光散射方式之基板表面檢查 裝置對該蟲晶膜之缺陷數進行計數。 圖3表示該實驗之結果。於圖3中，橫軸表示如上所述將 洗淨後的GaN基板表面上所存在的粒徑〇·2 μιη以上的粒子 數進行計數之數’縱軸表示對與橫軸的粒子數相對應的於 ί GaN基板表面上成長的磊晶膜進行計數之缺陷數。 由圖3可明瞭，於口徑2英吋之GaN基板表面上所存在的 粒徑0·2 μιη以上之粒子數為2〇個以下之情形時，於其表面 上成長的磊晶膜之缺陷數少於5〇個，與其粒子數多於2〇個 之知形相比’可獲得缺陷較少之高品質蠢晶膜。 又’存在於表面上的粒徑〇·2 μπι以上的粒子數為2〇個以 下之GaN基板’係將四曱基氫氧化銨相對於全體洗淨液之 辰度設為0.5質量％以上、且將GaN基板之浸潰時間設為3〇 秒以上進行洗淨者。 再者’雖然上述實驗例1中使用GaN基板，但於使用除 GaN基板以外之GaxIni xN基板之情形時亦獲得同樣的結 果。又’ GaN基板之厚度、面方位並不限定於上述，於任 意情形時均可獲得與上述實驗例丨同樣之結果。 (實驗例2) 首先’以與上述實驗例1同樣之方式將GaN結晶進行鏡 面研磨後’準備50張藉由去除由於鏡面研磨所造成的損壞 122186.doc -14- 200811321 層而獲得之口徑2英吋之GaN基板。此處，50張GaN基板之 厚度分別為400 μπι，GaN基板之表面係自方位（0001)離開 2°之面。 其次’使用圖4之模式性剖面圖所表示之洗淨裝置，對 50張GaN基板分別一面改變浸潰時間一面進行洗淨。此 處，圖4所示之洗淨槽1中容納有各種濃度的鹽酸作為酸溶 液2a，將GaN基板4分別浸潰於該酸溶液2a中。 繼而’對洗淨後之各GaN基板，利用將Mg及A1之Κα線 作為X線源之X線光電子分光裝置，測定光電子於檢測角 度10°之GaN基板表面的光電子光譜，將0ls電子（氧之Is執 道電子）之峰面積作為基準，算出Cls電子的峰面積與Nls電 子的峰面積之比（Cls電子之峰面積/Nls電子之峰面積）。 其後，於50張GaN基板的各表面上，以同一條件藉由 MOVPE法（金屬有機氣相蠢晶法；Metal-Organic vapor phase epitaxy)使由厚度1 μπι的GaN結晶所構成之磊晶膜成 長。繼而，對成長之各磊晶膜，以下述標準以目視評價斑 點出現之有無，將產生斑點之磊晶膜分別計數於表1所示 之（Cis電子之峰面積/Nls電子之峰面積）之各個區。其結果 示於表1。 [表1] (cls電子之峰面積/Nls電子之 峰面積） 3以下 大於3在5以下 大於5 GaN基板之斑點產生張數/ GaN基‘之全體張數 0張/15張 7張/23張 10張/11張 <斑點產生之有無之評價標準> 122186.doc -15- 200811321 有斑點產生…存在磊晶膜未成為鏡面之部分 無斑點產生…磊晶膜全部成為鏡面 由表！可明瞭，存在GaN基板表面的Cis電子的峰面積與 Nls電子的峰面積之比（Cls電子之峰面積％電子之學面則 射越不會產生蟲晶膜的斑點之傾向。尤其於該比為3以 了之情形時，完全無蟲晶膜的斑點產生，可使高品質之蟲 晶膜成長。 X，祕基録面之電+的峰面積與Nls電子的峰面 積之比（cls電子之峰面積/Nis電子之峰面積）為3以下之 基板，係將鹽酸相對於全體洗淨液之濃度設為㈠質量心 上、且將GaN基板之浸潰時間設為3〇秒以上進行洗淨者。 再者’雖然於上述實驗例2中使用GaN基板，但於使用 除GaN基板以外之（^⑽基板之情形時亦獲得同樣的結 果。又，GaN基板之厚度、面方位並不限定於上述，於任 意情形時均可獲得與上述實驗例2同樣的結果。 • 應認為，此次所揭示之實施形態及實驗例全部係例示 ^者’並非限制本發明者。本發明之範圍，意指並非上述^ . ㈣而包含由專财請範圍所揭示、與專利中請範圍具有 同等含義以及範圍内的所有變更。 ’ 產業上之可利用性 本發明可適用於使用G a XI η! - X N基板之半導體元件之製造 中。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明中用以說明檢測角度10。之X線光電子分光 122186.doc -16· 200811321 法之一例的模式圖。 圖2係實驗例1中所使用之洗淨裝置之模式性剖面圖。 圖3係表示實驗例1中粒子數與成長於GaN基板表面上之 磊晶膜的缺陷數之關係之圖。 圖4係實驗例2中所使用之洗淨裝置之模式性剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 洗淨槽 2 洗淨液 2a 酸溶液 3 超音波 4 GaN基板 5 GaJtM.xN 基板 6 X線 7 光電子 8 檢測器 122186.doc -17-
Claims (1)
- 200811321 十、申請專利範圍： 1. 一種GaxIni.xN (0^^1)基板，其特徵在於：將χΝ (〇SXSl)基板之口徑設為2英吋時，存在於上述GaxIn^N (OSxSl)基板表面上之粒徑為0 2 μιη以上之粒子數為汕 個以下。 2· 一種GaJiM-xN (Ogxgl)基板之洗淨方法，其特徵在於： . 藉由將GaxIni-xN 基板於選自由氨水、添加雙氧 水的氨水及有機鹼水溶液所組成群之任一種洗淨液中一 〇 面施加超音波一面進行浸潰，而將上述GaxIni.xN (0gxg 1)基板之口徑設為2英吋時存在於上述GaJnixN (〇gxg 1)基板表面上的粒徑為〇·2 μιη以上之粒子數設為2〇個以 下。 3·如請求項2之GaJm-χΝ (OSx^i)基板之洗淨方法，其中 使用氨?辰度為0.5質量％以上的氨水、雙氧水濃度為〇1質 量％以上且氨濃度為〇 · 1質量％以上之添加雙氧水的氨 _ 水、或者有機鹼濃度為0.5質量❶以上之有機鹼水溶液中 之任一者作為上述洗淨液。 4·如請求項2或3之GaxIrii.xN (OSd)基板之洗淨方法，其 中上述有機驗水溶液係使四甲基氫氧化銨或者羥基乙 . 基三甲基氫氧化銨中之任一有機鹼溶解於水而成者。 5·如請求項2或3之GaxIiM-χΝ (Ogx^i)基板之洗淨方法，其 中上述GaxIn!-xN (O^xSl)基板之浸潰時間為3〇秒以上。 6. 一種GaxIni-xN (O^xgl)基板，其特徵在於：於採用檢測 角度為10。之X線光電子分光法而測得之GaxIniqN (〇 122186.doc 200811321 1)基板表面之光電子光譜中，cls電子與Nls電子@ _面 積之比（Cls電子之峰面積/Nis電子之峰面積）為3以下。 一種GaxInbxN (OSx^l)基板之洗淨方法，其特徵在於· 藉由將GaxIm-χΝ (0$χ$1)基板浸潰於酸溶液中，而於採 用檢測角度為ίο。之X線光電子分光法而測得之GaJni χΝ (〇$x$l)基板表面之光電子光譜中，使Cls電子與電 子的峰面積之比（Cls電子之峰面積/Nls電子之峰面積）成 為3以下。 Ο 8. 9. 10. 如請求項7之GaJm-χΝ (OgxSl)基板之洗淨方法，其中 上述酸溶液包含選自由氫氟酸、鹽酸及硫酸所組成群之 至少1種、或者選自由氫氟酸、鹽酸及硫酸所組成群之 至少1種與雙氧水之混合液之任一者。 如請求項8之GaJm-χΝ (O^xgl)基板之洗淨方法，其中 於上述酸溶液包含選自由氫氟酸、鹽酸及硫酸所組成群 之至父一種之情形時，上述酸溶液中之氫氟酸、鹽酸及 硫酸的總濃度為0.5質量％以上；於上述酸溶液包含選自 气鼠自欠、鹽酸及硫酸所組成群之至少1種與雙氧水之 此&液之情形時，上述酸溶液中之氫氟酸、鹽酸及硫酸 的…/辰度為0·1質量％以上且雙氧水之濃度為0· 1質量％以 上。 如明求項7至9中任一項之GaxIni-xN (Ogxgl)基板之洗淨 方法其中上述GaxIm-χΝ (OSd)基板之浸潰時間為30 秒以上。 122186.doc
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