TW200913322A - Apparatus and method for producing group-III nitride semiconductor layer, method of producing group-III nitride semiconductor light-emitting device, and lamp thereof - Google Patents

Apparatus and method for producing group-III nitride semiconductor layer, method of producing group-III nitride semiconductor light-emitting device, and lamp thereof Download PDF

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Description

200913322 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於生產第三族氮化物半導體層的設備 、生產第三族氮化物半導體層的方法、生產第三族氮化物 半導體發光裝置的方法、該第三族氮化物半導體發光裝置 '及該燈。特別係，本發明係關於能形成具有優秀晶體性 質的第三族氮化物半導體層之用於生產第三族氮化物半導 體層之設備、及生產第三族氮化物半導體層的方法。 【先前技術】 至目前爲止，已硏究藉由濺鍍法（例如反應濺鍍法）形 成包含氮化物化合物半導體晶體等的第三族氮化物半導體 層之生產設備及生產方法。在此種習知反應濺鍍法中，佈 置在該濺鍍設備內側之包含第三族元素（諸如鎵或鋁）的濺 靶在含氮元素（諸如氮氣體）之反應氣體的電槳產生時受濺 鍍，因此該第三族元素與該反應氣體反應以形成第三族氮 化物半導體層。 例如，已提及藉由使用N2氣體之射頻磁控管濺鍍法 在該矽（100)平面上及藍寶石（A1〇3)之（0001)平面上形成氮 化鎵層的方法（例如參閱Yukik〇 Ushiku等：「21st seiki rengo symposium ronbunshyu」vol. 2, p 295,200 3 )。 【發明內容】 然而，在此種習知反應濺鍍法中’該反應氣體的部份 200913322 電漿與該濺靶的表面反應，且氮化物膜頻繁地形成在該濺 靶的表面上。若此種氮化物膜形成在該濺靶的表面上，會 改變該濺鍍率。因此，難以控制所形成之第三族氮化物半 導體層的厚度。此外，因爲出現在濺靶表面上的該氮化物 膜受濺鍍之現象經常發生，可能不會在該基材上形成具有 優秀晶體性質之第三族氮化物半導體層的晶體，且此形成 問題。此種問題在長時間連續形成之第三族氮化物半導體 層中特別明顯。 本發明已解決該上述問題。本發明的目的係提供能防 止此種氮化物膜形成於該濺靶表面上及能精確地控制該膜 厚度之用於生產第三族氮化物半導體層的設備，因此生產 具有優秀晶體性質之第三族氮化物半導體層。 本發明的另一目的係提供能防止此種氮化物膜形成於 該濺靶表面上及能精確地控制該膜厚度之用於生產第三族 氮化物半導體層的方法，因此生產具有優秀晶體性質之第 三族氮化物半導體層。 本發明的另一目的係提供生產第三族氮化物半導體發 光裝置之方法’該方法包含本發明之生產第三族氮化物半 導體層的步驟、由生產第三族氮化物半導體發光裝置之方 法所生產之第三族氮化物半導體發光裝置、及包含本發明 第三族氮化物半導體發光裝置之燈。 知·別係’本發明係相關於以下實施樣態。 π]—種用於生產第三族氮化物半導體層之設備，其 藉由灘鍍法在一基材上形成第三族氮化物半導體層，該設 -6 - 200913322 備包含：第一電漿產生區域’其中佈置包含第三族元素之 濺靶並濺鍍該濺靶以產生由包含在該濺靶中的材料形成之 材料粒子；以及第二電漿產生區域，其中佈置該基材並產 生含氮電漿，其中該第一電漿產生區域及該第二電漿產生 區域係提供於一室內，且該第一電漿產生區域及該第二電 發產生區域係由一遮蔽壁分隔，該遮蔽壁具有一開□部， 該材料粒子自該開口部供應至該基材。 [2] 如第[1]項之用於生產第三族氮化物半導體層的設 備，其中將該濺靶及該基材佈置成經由該開口部彼此面對 〇 [3] 如第[1]或[2]項之用於生產第三族氮化物半導體層 的設備，其中該濺靶包含從鋁、鎵及銦組成之群中所選取 之至少一者。 [4] 一種使用如第[1]至[3]項任一者之用於生產第三族 氮化物半導體層的設備之用於生產第三族氮化物半導體層 的方法，其藉由濺鍍法在一基材上形成第三族氮化物半導 體層’該方法包含：第一電漿產生步驟，其中該材料粒子 係在該第一電漿產生區域中生產；以及第二電漿產生步驟 ’其中該含氮電漿在該第二電漿產生區域中供應至該基材 ’其中該第一電槳產生步驟及該第二電漿產生步驟係同時 執行’且該材料粒子經由該開口部供應至該基材。 [5] 如第[4]項之用於生產第三族氮化物半導體層的方 法’其中該材料粒子係從該濺靶供應至該基材’該濺靶係 佈置成經由該開口面對該基材。 200913322 [6 ]如申請專利範圍第[4 ]或[5 ]項之用於 化物半導體層的方法，其中該濺靶包含從銘 之群中所選取之至少一者。 [7] —種生產第三族氮化物半導體發光 其中該第三族氮化物半導體發光裝置包含一 中第三族氮化物半導體所形成的η-型半導 、及Ρ -型半導體層係層壓於該基材上，本 由如第[4]至[6]項任一者之生產第三族氮化 方法形成該半導體層至少一個部位。 [8] —種生產第三族氮化物半導體發光 其中該第三族氮化物半導體發光裝置包含一 中第三族氮化物半導體所形成的η -型半導 、及ρ-型半導體層係層壓於該基材上；及 物半導體所形成之緩衝層介於該基材及該 間，該方法包含：藉由如第[4]至[6]項任一 族氮化物半導體層的方法形成該緩衝層。 [9] 一種第三族氮化物半導體發光裝置 第[7]或[8]項之生產第三族氮化物半導體發 而得到。 [10] —燈，其包含如第[9]項之第三族氮 光裝置。 如本發明之用於生產第三族氮化物半導 包含：第一電漿產生區域，包含第三族元素 其中並濺鍍該濺靶以產生由包含在該濺靶中 生產第三族氮 、鎵及銦組成 裝置的方法， 半導體層，其 體層、發光層 方法包含：藉 物半導體層的 裝置的方法， 半導體層，其 體層、發光層 由第三族氮化 η-型半導體層 者之生產第三 ，其係藉由如 光裝置之方法 化物半導體發 體層之該設備 之濺靶佈置於 的材料形成之 -8- 200913322 材料粒子；第二電漿產生區域，該基材佈置於其中並產生 含氮電漿，其中該第一電漿產生區域及該第二電漿產生區 域係提供於一室內，且該第一電漿產生區域及該第二電漿 產生區域係由遮蔽壁分隔，該遮蔽壁具有開口部，該材料 粒子自該開口部供應至該基材。因此，該濺靶的表面難以 與氮元素接觸，因此能防止在該濺靶表面上形成該氮化物 膜。所以，根據本發明之用於生產第三族氮化物半導體層 的該設備，能精確地控制該膜厚度，且能形成具有優秀晶 體性質之第三族氮化物半導體層。 再者，如本發明之生產第三族氮化物半導體層的該方 法使用如本發明之用於生產第三族氮化物半導體層的該設 備，且該方法包含：第一電漿產生步驟，其中該材料粒子 係在該第一電漿產生區域中生產；以及第二電漿產生步驟 ，其中該含氮電漿在該第二電漿產生區域中供應至該基材 ，其中該第一電漿產生步驟及該第二電漿產生步驟係同時 執行，且該材料粒子經由該開口部供應至該基材。因此， 該濺靶的表面難以與氮元素接觸，因此能防止在該濺靶表 面上形成該氮化物膜。所以，根據本發明之用於生產第三 族氮化物半導體層的該設備，能精確地控制該膜的厚度， 且能形成具有優秀晶體性質之第三族氮化物半導體層。 另外，如本發明之生產第三族氮化物半導體發光裝置 的該方法採用本發明之生產第三族氮化物半導體層的方法 。因此，能得到包含第三族氮化物半導體層之第三族氮化 物半導體發光裝置，該半導體層具有優秀晶體性質（其中 -9- 200913322 能精確地控制該膜厚度）。 此外’該第三族氮化物半導體發光裝置及本發明之該 燈係藉由本發明之生產第三族氮化物半導體發光裝置的方 法而得到。因此，該第三族氮化物半導體發光裝置及該燈 能具有厚度受精確控制且具有優秀晶體性質之第三族氮化 物半導體層，因此呈現優秀的發光性質。 【實施方式】 在下文中，茲參考該等圖式以詳細描述用於生產第三 族氮化物半導體層的設備、生產第三族氮化物半導體層的 方法、生產第三族氮化物半導體發光裝置的方法該發光裝 置及該燈之實施例。 [濺鍍機（用於生產第三族氮化物半導體層的設備）] 圖1係濺鏟機之示意圖，該濺鍍機係本發明之用於生 產第三族氮化物半導體層的設備之範例。圖1中所示之濺 鍍機40係用於生產由 AlGaN、InGaN、AlInN、InN、 AlInGaN、AIN、GaN等所形成之第三族氮化物半導體層 。在如圖1所示之該濺鍍機40中，第一電漿產生區域45a 及第二電漿產生區域45b係提供於室41中。 將包含第三族元素之濺祀47佈置在第一電獎生產區域 45a中。包含氬之第一電漿在第一電漿產生區域45a中產 生以濺鍍濺靶47，因此產生由包含在濺靶47中的材料所製 成的材料粒子。此外，將基材1 1佈置在第二電漿產生區域 -10- 200913322 45b中。包含氮之第二電漿（含氮電漿）在第二電漿產生區 域45b中產生，並供應至基材11上。 如圖1所示，第一電獎產生區域45a及第二電駿產生 區域45b係由遮蔽壁45所分隔。開口部43提供在遮蔽壁45 中，且佈置在第一電漿產生區域4 5 a中的濺靶4 7經由開口 部43面對佈置在第二電漿產生區域45b中的基材1丨。因此 ，在圖1所示的濺鍍機40中，將第一電漿產生區域45 a中 產生的材料粒子經由該開口部43供應至佈置在第二電漿產 生區域4 5 b中的基材1 1上。 在圖1所示的濺鍍機40中提供產生含氬之第一電漿的 第一電漿產生裝置51、產生含氮之第二電漿的第二電漿產 生裝置52、及控制第一電漿產生裝置51及第二電漿產生裝 置52之控制裝置（未圖示）。 第一電漿產生裝置51包含施用預定電力至濺靶47之匹 配器46b、傳導地連接至匹配器46b之電源48b、及供應氬 氣至第一電漿產生區域45a中的氬氣供應裝置42b。該氬 氣供應裝置42b具有能將氬氣均勻地供應至濺靶47之環狀 進氣口爲佳，如圖1所示。然而，氬氣供應裝置42b可能 不具有此種環狀進氣口。能藉由匹配器46b的控制而調整 供應至濺靶47的電力（供應電力）。此外，匹配器46b及氬 氣供應裝置42b係由控制裝置（未圖示）所控制。 第二電漿產生裝置52包含加熱基材1 1之加熱器44、傳 導地連接至基材1 1之匹配器46a、傳導地連接至匹配器46a 之電源48a、及供應氮氣至第二電漿產生區域4 5b中的氮 -11 - 200913322 氣供應裝置42a。該氮氣供應裝置42a具有能將氮氣均勻 地供應至基材Π之環狀進氣口爲佳，如圖1所示。然而’ 氮氣供應裝置42a可能不具有此種環狀進氣口。能藉由匹 配器4 6 a的控制而調整向基材1 1供應的電力（供應電力）。 此外，匹配器46a及氮氣供應裝置42a係由控制裝置（未圖 示）所控制。 濺靶47所包含之元素與包含在先前形成之第三族氮化 物半導體層中的元素對應，諸如Ga或A1之第三族元素。 若有須要，灑靶47可能包含諸如Si或Mg之摻雜劑，或 可能將以此種摻雜劑元素製成的摻雜劑濺靶佈置在濺靶47 上。 在圖1所示之濺鍍機40的第一電漿產生區域45a中， 在其他裝置間的壓力控制裝置49b包含泵，以將第一電漿 產生區域45a內側的壓力保持在所提供的預定壓力。在第 二電漿產生區域45b中，在其他裝置間的壓力控制裝置 49a包含泵，以將第二電漿產生區域45b內側的壓力保持 在所提供的預定壓力。 在本發明中，從電源48a或48b供應的電力（供應電力 )係在脈衝DC系統或RF(射頻）系統中施用。該施用電力 在RF(射頻）系統中施用爲佳，因爲能輕易地控制該膜形 成率。然而，在此種RF放電中會擴大電漿分佈，且會侵 蝕該室中的裝置，且彼等之組成元素可能會如同雜質般不 利地倂入該已形成之膜中。若須要將此種雜質污染抑制至 低水平’則該DC放電爲佳。此外，當濺靶47連續地曝露 -12- 200913322 在D C系統中的電場時，會將濺靶4 7充電（內建充電）。結 果’該膜形成率難以增加。因此，當該供應電力在D C系 統中供應時，脈衝DC較佳，其中偏壓係以脈衝方式施用 [生產第三族氮化物半導體層的方法] 當第三族氮化物半導體層使用圖1所示之濺鍍機40形 成於基材11上時，第一電漿產生步驟及第二電槳產生步驟 係同時執行，其中在第一電漿產生步驟中，由包含在濺靶 4?中的材料製成的材料粒子係在第一電漿產生區域45a中 產生，而在第二電漿產生步驟中，將含氮之第二電漿供應 至在第二電漿產生區域4 5b中的基材11上，且將第一電漿 產生區域4 5 a中所生產的材料粒子經由遮蔽壁4 5上所提供 之開口部43供應至佈置在第二電漿產生區域45b中的基材 1 1上。 [第一電漿產生步驟] 氬氣係由氬氣供應裝置42b所供應，並藉由使用壓力 控制裝置4 9 b將第一電漿產生區域4 5 a的內側控制在〇 . 1至 1 〇帕氬氣壓爲佳。若第一電漿產生區域4 5 a內側的壓力少 於0.1帕，可能不會達成穩定的電發放電。另一方面’若 第一電漿產生區域4 5 a內側的壓力超過1 〇帕，電漿可能散 佈在基材1 1的上方。 此外，經由匹配器46b從電源48b將〇·2W/cm2至 -13- 200913322 20W/cm2的電力施用至濺靶47爲佳，且該電力在lW/cm2至 lOW/cm2的範圍間更佳。若施用至濺靶47的電力少於 0.2 W/cm2，可能不會達成穩定的電漿放電或該膜形成率將 會較慢。因此，此範圍不佳。另一方面，施用至濺靶47的 電力超過20 W/cm2，濺鍍粒子的能量會增加，因此損傷該 膜形成晶體。 因此，當第一電漿產生區域45a的內側經調整爲預定 壓力之氬氣壓時，將預定電力施用至濺靶4 7。結果，產生 含氬之第一電漿，且由形成濺靶4 7(亦即諸如第三族元素） 之材料所製成的材料粒子在第一電漿產生區域45a中以氣 相從濺靶47釋出。 [第二電漿產生步驟] 氮氣係由氮氣供應裝置42a所供應，並藉由使用壓力 控制裝置49a將第二電漿產生區域45b的內側控制在0.1至 1 〇帕氮氣壓爲佳。若第二電漿產生區域45b內側的壓力少 於0.1帕，可能不會達成穩定的電漿放電。另一方面，若 第二電漿產生區域4 5 b內側的壓力超過1 0帕，電漿可能散 佈在基材1 1的上方。 此外，在本實施例中，氮氣係作爲活性氣體使用。然 而，能無須任何限制地使用一般已知之氮化物材料取代氮 氣。使用氨或氮爲佳，因爲彼等易於運用、廉價及易於·取 得。氨具有足夠的分解效率，因此膜能以較高成長率形成 。因此，從此觀點氨係較佳的。然而，因爲氨具有較高的 -14- 200913322 反應性，必須爲反應器中使用之裝備使用化學穩定材料， 且此種反應器係昂貴的。因此，依據反應器的價格，使用 氮（N2)係比使用氨更佳。 此外，經由匹配器46a從電源48a將0.1 W/cm2至 10W/cm2的電力向基材11施用爲佳，且該電力在0.5W/Cm2 至5 W/cm2的範圍間更佳。若向基材1 1施用的電力少於 O.lW/cm2，可能不會達成穩定的電漿放電，或該氮氣可能 不會充份地分解且不能使該氮氣充份地活性化。另一方面 ，向基材1 1施用的電力超過1 0 W/cm2，濺鍍粒子的能量會 增加，因此損傷該膜形成晶體。 基材1 1的溫度在3 00 °C至1 50(TC的範圍間爲佳，且在 5 0 0 °C至1 2 0 0 °C的範圍間更佳。若基材1 1的溫度低於上述 下限’可能不足以進行材料粒子及含氮第二電漿間的反應 ，該材料粒子係於第一電槳產生區域45a中產生。 另一方面’若基材11的溫度超過上述上限，在基材n 上形成膜之第三族氮化物的分解速度會加速，因此第三族 氮化物的晶體難以在其上充份地成長。因此，此種範圍不 佳。 因此，當第二電漿產生區域4 5 b的內側經調整爲預定 壓力之氮氣壓時’將預定電力向基材11施用。結果，產生 含氮之第二電槳’且供應至基材11上。 在本實施例中’將第一電漿產生區域4 5 a內側產生的 材料粒子經由開口部4 3供應至佈置在第二電漿產生區域 4 5 b中的基材1 1上’使得該材料粒子碰撞基材丨丨的表面。 -15- 200913322 然後，該材料粒子藉由第二電漿產生區域45b中產生的第 二電漿而氮化，因此在基材1 1上形成第三族氮化物半導體 層。 當該第三族氮化物半導體層在本實施例中形成時，其 膜形成率在0.01nm/S至l〇nm/s的範圍間爲佳。若該膜形 成率低於0.01奈米/秒，將會使用長時間以完成該膜形成 製程。因此，此種範圍在工業生產中會係浪費。另一方面 ，若該膜形成率超過1 〇奈米/秒’可能不會得到具有優秀 晶體性質之第三族氮化物半導體層。 如本實施例之濺鍍機40，其包含：第一電漿產生區域 45a，其中產生濺鍍濺靶47之第一電漿以生產材料粒子、 及第二電漿產生區域45b，其中產生含氮之第二電漿，因 此將第二電漿供應至基材1 1上，其中第一電漿產生區域 45a及第二電漿產生區域45b係提供於一室41內，且佈置 濺靶47之第一電漿產生區域45a及佈置基材11之第二電漿 產生區域45b係由遮蔽壁45分隔，該材料粒子自該遮蔽壁 所具有之開口部43供應至基材1 1上。因此，該濺靶的表面 難以與氮接觸，因此能防止氮化物膜在濺靶4 7的表面上形 成。結果，如本實施例之濺鍍機40能精確地控制該膜厚度 ，且能形成具有優秀晶體性質之第三族氮化物半導體層。 如本實施例之濺鍍機40中，將濺靶47及基材1 1佈置成 使彼等經由開口部43彼此面對。因此’能將該等材料粒子 均勻地供應至基材1 1上，因此能生產具有更優秀晶體性質 之第三族氮化物半導體層。 -16- 200913322 再者，如本實施例之濺鍍機40包含具有環狀進氣口之 氬氣供應裝置42b。因此，能將該氬氣均勻地供應至濺靶 47，並也能將材料粒子均勻地供應至基材1 1上，因此能生 產具有更優秀晶體性質之第三族氮化物半導體層。 此外，如本實施例之濺鍍機40包含具有環狀進氣口之 氮氣供應裝置42a。因此，能將該氮氣均勻地供應至基材 1 1，因此能生產具有更優秀晶體性質之第三族氮化物半導 體層。 如本實施例之生產第三族氮化物半導體層的方法包含 :第一電漿產生步驟，其中該材料粒子係在第一電漿產生 區域45 a中生產；以及第二電漿產生步驟，其中該第二電 漿在第二電漿產生區域45b中供應至該基材11，第二電漿 產生區域係藉由遮蔽壁45與第一電漿產生區域45a分隔， 其中該第一電漿產生步驟及該第二電漿產生步驟係同時執 行，且該在第一電漿產生區域45a中產生的材料粒子係經 由遮蔽壁4 5中提供的開口部5 3供應至佈置在第二電漿產生 區域45b中的基材11上。因此，濺靶47的表面難以與氮接 觸，因此能防止氮化物膜在濺靶47的表面上形成。 此外，在如本實施例之生產第三族氮化物半導體層的 方法中，將由包含在濺靶4 7中的材料所形成之材料粒子從 佈置爲經由開口部4 3面對基材1 1之濺靶4 7供應至基材1 1上 。因此，能輕易地將該等材料粒子均勻地供應至基材1 1上 ’因此能生產具有更優秀晶體性質之第三族氮化物半導體 層。 -17- 200913322 在下文中，將描述本發明之該第三族氮化物半導體發 光裝置（在以下部份描述中，簡單地表示爲「發光裝置」） 及其生產方法。 [第三族氮化物半導體發光裝置] 圖2係顯示本發明之該第三族氮化物半導體發光裝置 的範例之橫剖面圖。圖3係顯示圖2所示之該第三族氮化物 半導體發光裝置的平面結構之示意圖。 本實施例之發光裝置1係上仰型，如圖2所示，且緩衝 層12及包含第三族氮化物半導體之半導體層20在基材丨丨上 形成’該第三族氮化物半導體包含第三族元素之Ga。在 半導體層20中’如圖2所示，以該順序層壓n_型半導體層 14、發光層15、及p -型半導體層16。 [該發光裝置之層壓結構] <基材> 只要第三族氮化物半導體晶體能在基材1 1的表面上磊 晶成長，且能選擇適合的材料，用於本實施例之發光裝置 1中的基材1 1之材料並未特別受限。例如，能考慮藍寶石 、S iC、矽、氧化鋅、氧化鎂、氧化錳、氧化锆、氧化鐵 鋅錳、氧化鋁鎂、硼化鉻、氧化鎵、氧化銦 '氧化鎵鋰、 氧化鋁鋰、氧化鎵鈸、氧化鉅鋁緦鑭、氧化鈦緦、氧化鈦 、給、鶴、鉬等。 -18- 200913322 <緩衝層> 在本實施例之發光裝置1中，以第三族氮化物半導體 製成之緩衝層12藉由使用電漿（諸如濺鍍法）之膜形成法在 該基材上形成。 緩衝層1 2可能以柱狀晶體之聚合形式製成或可能係單 晶A1N膜。在任一晶體結構中，緩衝層1 2通常藉由濺鍍 法形成於基材1 1上。 關於用於形成緩衝層1 2之材料，能使用任何以 AlGalnN通式表示之第三族氮化物半導體。再者，可能採 用包含第五族之A s或P的組成物。緩衝層1 2之組成物包 含A1爲佳，且該組成物係GaAIN爲佳。在此例中，該組 成物包含50%或更多的A1爲佳，且該組成物爲A1N更佳 〇 緩衝層1 2的厚度在1 〇至5 0 0奈米的範圍間爲佳，且在 2 〇至1 0 0奈米間更佳。 若緩衝層1 2的厚度少於1 0奈米，上述之緩衝功能會不 充份。另一方面，若緩衝層12的厚度超過500奈米，其膜 形成製程會須要長時間，因此降低其生產率’雖然其作爲 塗佈層的功能並不會改變。此外，緩衝層1 2的厚度能基於 其之剖面TEM相片而輕易地測得。 <半導體層> 如圖2所示，半導體層20包含η -型半導體層14、發光 裝置15、及Ρ-型半導體層16。 -19- 200913322 { η-型半導體層} η_型半導體層14層壓於緩衝層12上，並包含下層14a 、η-型接點層14b、及η-型包覆層14c。此外，該η·型接點 層功能可如同該下層及/或該n_型包覆層。然而’該下層 功能可如同該n_型接點層及/或該n_型包覆層。 (下層） 本實施例之η-型半導體層14之下層14a係以第三族氮 化物半導體製成。用於下層1 4 a的材料可能與緩衝層1 2相 同或與緩衝層1 2不同。用於下層1 4a的該材料係包含Ga( 亦即以GaN爲基底之化合物半導體）之第三族氮化物半導 體爲佳。此外，下層14a係AlxGanN層爲佳（〇sxd，較 佳爲 0 Sx <0.5，更佳爲 0 Sx SO . 1)。 例如，當緩衝層1 2形成爲A1N時，下層丨4 a的轉變藉 由移動而環化爲佳，以免下層1 4 a接收來自緩衝層1 2之相 同晶體性質，其爲柱狀晶體的聚合。此種轉變的環化可能 發生在以GaN爲基底之化合物半導體中。特別係，AlGaN 或GaNa爲佳。 下層14a的厚度爲Ο.ίμηι或以上爲佳，〇. 5 μιη 或以上 更佳，且1 μιη或以上最佳。若該厚度在此範圍間，能輕易 得到具有優秀晶體性質之AIxGai_xN層。 若有須要，下層14a可能以在ΙχΙΟ17至lxi〇19/cm3範 圍間的η-型雜質摻雜。然而，下層14a可能係未摻雜的 -20- 200913322 (<1χ1017)。從保持優秀晶體性質的角度，下層14a未摻雜 爲佳。 例如’若基材1 1係導通的，下層1 4a可能以摻雜劑摻 雜以給予到該基材的導通性，因此電極能在發光裝置1的 上及下側上形成。另一方面，若將絕緣材料使用爲基材j ! ’發光裝置1具有將正電極及負電極提供在發光裝置1的同 側上之晶片結構。在此例中，呈現在基材1 1正上方的該層 形成爲未摻雜晶體爲佳，因爲能改善其晶體性質。 該η-型雜質並未特別受限。例如能考慮Si、Ge、Sn 等。Si及Ge較佳。 (η -型接點層） η -型接點層1 4 b係以第三族氮化物半導體形成。η _型 接點層14b以與下層14a相同的方式形成爲AlxGai.xN層 爲佳（0 2x51，較佳爲OSxSO.5，更佳爲0QS0.1)。 此外，η-型接點層14b以η-型雜質摻雜爲佳。n-型接 點層14b包含濃度爲lxlO17至lxl〇19/cm3之η-型雜質爲佳 ，且從保持充份的具有負電極之電阻接點、防止裂紋產生 、及保持充份的晶體性質的角度，濃度爲1 X 1 0 18至 lxl019/cm3爲佳。該η-型雜質並未特別受限。例如，例如 能考慮Si、Ge、Sn等。Si及Ge較佳。 此外，形成下層14a及η -型接點層14b之以氮化鎵爲 基底的化合物半導體具有相同組成物爲佳。下層1 4 a及η -型接點層14b的總厚度可能在0.1至20μηι間，0.5至15 μιη -21 - 200913322 爲佳，且1至1 2 μιη更佳。當該總厚度在此範圍間時，能保 持該半導體的充份晶體特性。 (η-型包含覆層） 在η-型接點層14b及發光層15間提供η-型包覆層14c 爲佳。若η-型包覆層14c提供於其間，能修復在η-型接點 層14b頂表面之平坦度中的損傷。η-型包覆層Me層能形 成爲 AlGaN、GaN、GalnN等。此外，η -型包覆層14c可 能形成爲此種結構之異質接面或層壓複數層該包覆層的超 晶格結構。當η-型包覆層14c形成爲GalnN，將其能帶隙 調整爲大於發光層15之GalnN的能帶隙爲佳。 <發光層> . 如圖2所示，在發光層1 5中，將以氮化鎵爲基底之化 合物半導體製成的障壁層1 5 a及以含銦之氮化鎵爲基底的 化合物半導體製成之井層15b交錯層壓，且將障壁層15a 佈置在相鄰於η-型半導體層14及p-型半導體層16之二側 上。關於圖2所示之範例，六障壁層15a及五井層15b交錯 層壓在發光層15中，將障壁層15a佈置爲發光層15的頂及 底層，且各井層l5b佈置在障壁層15a之間。 關於障壁層1 5a之範例，使用能帶隙能量大於井層 15b之以氮化鎵爲基底的化合物半導體（諸如AUGa^N， 0 Sc<0.3)爲佳。 關於井層15b，能將氮化鎵銦（諸如 GasIni.sN， -22- 200913322 0 < s < 0.4 )作爲以含銦之氮化鎵爲基底的化合物半導體使用 〇 發光層1 5的總厚度並未特別受限。然而，發光層1 5具 有能得到量子效應的厚度爲佳（亦即，具有臨界厚度爲佳） 。例如，發光層15的厚度在1至500奈米的範圍間爲佳，且 約爲100奈米更佳。若該厚度在此範圍間，有助於發光輸 出的改善。 <P-型半導體層> P-型半導體層16包含P-型包覆層16a及P-型接點層 16b。此外，p-型接點層功能也可能如同該p-型包覆層。 (P-型包覆層） 只要P-型包覆層16a所具有的組成物能達成比發光層 1 5的能帶隙能量更高的能帶隙能量且能限制載子至發光層 1 5，p -型包覆層並未特別受到限制。然而，例如能考慮 入1£1〇3卜(^(0<(1<0.4，且0.1<(1<0.3爲佳）。從限制載子至發 光層15的角度，p-型包覆層16a具有此種AlGaN組成物爲 佳。 P-型包覆層16a的厚度並未特別受限。然而’在1奈米 至400奈米的範圍間爲佳，且在5奈米至1〇〇奈米的範圍間 更佳。 P-型包覆層16a的p-型摻雜濃度在lxl〇18/cm3至lx 1 021 / c m3的範圍間爲佳，且在1 X 1 0 19 / c m3至1 X 1 〇2 G / c m3的範 -23- 200913322 圍間更佳。若該P-型摻雜濃度在此種範圍間，能得到未 損害晶體性質之優秀P-型晶體。該P-型雜質並未特別受 限。例如能較佳地考慮Mg。 (P-型接點層） p-型接點層16b爲至少包含 AleGauNCOSwO.S， 0$e<0.2爲佳、且O^e^O.l更佳）之以氮化鎵爲基底的化合 物半導體。從保持優秀晶體性質、及具有p -電阻電極之 充份的電阻接點（參考下文所述之半透明電極1 7)的角度， A1的比率在上述範圍間爲佳。 P-型接點層16b的厚度並未特別受限。然而，p-型接 點層16b的厚度在10奈米至500奈米的範圍間爲佳，且在 5 0奈米至2 0 0奈米的範圍間更佳。若該厚度在此種範圍間 ，其發光輸出能保持在局水準。 從保持充份的電阻接點、防止裂紋產生、及保持優秀 晶體性質的角度，P-型接點層1 6b包含濃度爲1 X 1 0 18/cm3 至lxl021/cm3的摻雜劑爲佳，且濃度爲5xl019/cm3至5x l〇2G/cm3更佳。該p-型雜質並未特別受限。例如，能考慮 Mg。 此外，本發明之組成發光裝置1的半導體層20並未受 上述實施例所限。 關於本發明之用於該半導體層的材料之範例，相較於 上述材料，以通式 AlxGaYInzN卜AMA(〇SXSl、0SYS1、 0SZS1'且X + Y + Z=l;符號「Μ」代表有別於氮（Ν)之第 -24- 200913322 五族元素；且〇^Α<1)表不之以氮化鎵爲基底之化合物半 導體已爲人所知。此種爲人所知之以氮化鎵爲基底的化合 物半導體能沒有任何限制的使用在本發明中。 包含第三族元素Ga之該第三族氮化物半導體能包含 除了 Al、Ga及In以外的其他第三族元素。再者，該第三 族氮化物半導體能包含此處所須之諸如Ge、Si、Mg、Ca 、Zn、B、P及As元素。此外，其組成物可能不受限於此 種刻意添加的元素，但可能包含不能爲膜形成條件所排除 在外的雜質，及包含在所使用的反應管線或原材料的材料 中的少量雜質。 <半透明正電極> 半透明正電極1 7係形成在具有半透明性之p-型半導 體層1 6上的電極。 用於半透明正電極17的材料並未特別受限。例如，能使 用 IT0(In203-Sn02)、ΑΖη0(Ζη0-Α1203)、ΙΖη0(Ιη203-Ζη0)、 GZO(ZnO-Ga2〇3)等。再者，半透明正電極17能沒有任何限 制的具有任何類型之具有習知結構的結構。 此外’可能形成半透明正電極17以使該電極覆蓋p_ 型半導體層1 6全部表面’或可能將該電極形成爲彼此間有 距離之柵格樣式或樹狀樣式。 <正電極焊墊> 正電極焊塾1 8係形成於半透明正電極1 7上的電路電極 -25- 200913322 ，如圖3所示。 如同用於正電極焊墊1 8之材料的範例，使用 a u、A1 、Ni、或Cu等之不同類型的結構已爲人所知。能沒有任 何限制的使用此種使用普通材料之爲人所知的結構。 正電極焊墊1 8的厚度在1 0 0奈米至1 〇 〇 〇奈米的範圍間 爲佳，再者’該焊墊越厚，從該焊墊性質的角度，能達成 的黏結性越高。因此，正電極焊墊1 8的厚度爲3 0 0奈米或 以上更佳。此外，從生產成本的角度，該厚度爲500奈米 或以下爲佳。 <負電極> 負電極19係與包含在半導體層20中的n-型半導體層 14之η-型接點層14b接觸的電極。因此，將圓形的負電極 19提供在η -型接點層Mb的曝露區域14d中，該區域係藉 由移除P-型半導體層16、發光層15及η-型半導體層14的 部位而形成，如圖2及3所示。 如同用於負電極19之材料的範例，該負電極之不同類 型的組成物及結構已爲人所知，且此種爲人所知之負電極 能沒有任何限制的在本發明中使用。 [生產發光裝置的方法] 對圖2所示之發光裝置1，首先形成圖4所示之層壓半 導體10，其中半導體層20形成於基材1 1上方。爲形成如圖 4所示之層壓半導體10，藉由上述之使用圖1所示之濺鑛機 -26- 200913322 40的生產第三族氮化物半導體層之方法，將緩衝層1 2、下 層14a及η -型接點層14b形成在基材11上。 在本實施例中，基材11在緩衝層12形成於基材11前受 預處理。若基材11受到預處理，該膜形成製程能穩定地處 理。例如，對基材11的預處理可能以下列方式處理。亦即 ，基材11可能佈置在濺鑛機4〇之第二電漿產生區域45b的 內側，且可能在形成緩衝層1 2前受濺鍍。具體地說，基材 1 1可能曝露在第二電漿產生區域45b內側之N2氣體的電漿 中，因此能清理基材11的表面。若N2氣體等的此種電漿 施用在基材1 1的表面上，能移除黏著在基材1 1表面上的有 機物質或氧化物。 在此例中，取代將電力供應至濺靶47，將電壓施用在 基材1 1及室4 1之間。然後，N 2氣體之電漿有效率地作用在 基材1 1上，因此清理基材1 1。 此外，對基材1 1的預處理並未受限於上述方法。例如 ，若使用矽基材作爲基材11，也能使用濕清理方法，諸如 已爲人熟知的RCA清理法，其中使該表面進入氫終結化 狀態。 在基材11受到該預處理後，藉由上述之使用圖1所示 之濺鍍機40的生產第三族氮化物半導體層之方法，將緩衝 層12、未摻雜半導體層之下層Ma、及η-型接點層14b以 此順序形成於基材1 1上。 之後，從膜厚度的可控制性的角度，η-型半導體層i 4 的η-型包覆層14c、包含障壁層15a及井層15b之發光層15 -27- 200913322 、及p-型半導體層16之p-型包覆層16a與P-型接點層16b 藉由該MO CVD(金屬有機物化學氣相沈積）法形成爲佳。 在該MOCVD法中’例如，能使用氫（HO或氮（N2)作 爲載體氣體、三甲基鎵（TMG)或三乙基鎵（TEG)作爲第= 族材料之Ga來源、三甲基鋁（TMA)或三乙基鋁（TEA)作爲 A1來源、三甲基銦（TMI)三乙基銦（TEI)作爲in來源、及 氨（NH3)或聯氨（Ν#4)作爲第五族材料之N來源。 作爲摻雜劑元素的η-型雜質，能使用甲矽烷（SiH4)或 二砂院（Si2He)作爲Si材料、及鍺院氣體（GeH4)或有機錯 化合物（諸如四甲基鍺（（CH3)4Ge)或四乙基鍺（（C2H5)4Ge)) 作爲Ge來源。 關於摻雜劑元素之η -型雜質，例如能使用雙（環戊二 烯）鎂（Cp2Mg)或雙（乙環戊二烯）鎂（EtCp2Mg)作爲Mg材料 〇 在以此方式得到之在圖4中顯示之層壓半導體1〇的p_ 型接點層1 6b上’藉由光微影法以此順序形成半透明正電 極1 7及正電極焊墊1 8。 然後，乾蝕刻半透明正電極1 7及正電極焊墊1 8已形成 之層壓半導體10’因此形成η-型接點層14b的曝露區域 14d 〇 之後’負電極I 9藉由使用光微影法形成在曝露區域 14d上，因此生產圖2及3所示之發光裝置1。 關於本實施例之發光裝置，藉由上述之使用圖1所示 之濺鍍機40的生產第三族氮化物半導體層的方法，形成半 -28- 200913322 導體層20中的η-型半導體層14之下層Ma及η-型接點層 1 4b。因此，該發光裝置係包含具有優秀晶體性質之半導 體層20的第三族氮化物半導體發光裝置。 此外，在本實施例之發光裝置中，由第三族氮化物半 導體形成之緩衝層1 2係藉由上述之使用圖1所示之濺鍍機 40的生產第三族氮化物半導體層的方法形成於基材1 1及 η-型半導體層14間。因此，該發光裝置具有有優秀晶體性 質之緩衝層1 2。當具有優秀晶體性質之緩衝層1 2以此方式 形成在η-型半導體層14下方，具有優秀晶體性質之η-型 半導體層1 4能輕易地形成在緩衝層1 2上。因此本實施例之 發光裝置包含具有非常優秀晶體性質之半導體層20。 此外，在本實施例中，將發光裝置1的半導體層20中 的η -型半導體層14的下層14a及η -型接點層14b描述成與 形成該等層之方法相關，以作爲其範例，該等層係藉由上 述之使用圖1所示之濺鍍機40的生產第三族氮化物半導體 層的方法形成。然而，本發明並不受限於上述範例，且半 導體層20之至少一部位可能藉由本發明之生產第三族氮化 物半導體層的方法形成。 例如，η-型半導體層14的η-型包覆層14c或p-型半導 體層16也能藉由本發明之生產第三族氮化物半導體層的方 法形成。而該等層在本實施例中係藉由該Μ 0 C V D法形成 〇 如上文所提及，本發明之發光裝置1的半導體層20之 至少一部位可能藉由本發明之生產第三族氮化物半導體層 -29- 200913322 的方法形成。爲形成半導體層20，本發明之生產第三族氮 化物半導體層的方法能結合任何能生產該第三族氮化物半 導體層的方法，包含習知的濺鍍法、該MOCVD (金屬有機 物化學氣相沈積）法、該HVPE(氫化物氣相磊晶）法、該 MBE(分子束磊晶）法等。 本發明之第三族氮化物半導體能施用在，例如光電轉 換裝置（諸如雷射裝置或光接收裝置）或電裝置（諸如HBT 或HEMT)上。具有不同結構之許多種類的此種半導體裝 置已爲人所知。本發明之第三族氮化物半導體發光裝置的 結構並未特別受限，且能包含此等已知的裝置結構。 [燈] 本發明的該燈包含本發明之發光裝置。 關於本發明之該燈的範例，能考慮本發明之發光裝置 與磷結合之燈。包含該發光裝置及磷的此種燈能使用已知 方法形成在本技術中普遍爲人所知的結構。此外，根據發 光裝置及磷的組合以修改發光顏色的技術已爲人所習知。 此種技術能沒有任何限制的施用在本發明的該燈上。 例如，藉由選擇適當的使用在該燈中的磷，能達成比 該發光裝置的波長具有更長波長的光。此外，從該發光裝 置所發出之光的波長可能與由該磷所轉換的波長混合，以 提供發出白光的燈。 圖5係顯示包含本發明之該第三族氮化物半導體發光 裝置的該燈之範例的示意圖。圖5所顯示之燈3係貝殼形燈 -30- 200913322 ，且圖5所示之發光裝置1在其內部使用。如圖5所示，發 光裝置1的正電極焊墊（參考圖3所示之符號「18」）以導線 33連接至框架31或32(圖5中的框架31)上，且發光裝置1的 負電極（參考圖3所示之符號「19」）以導線34連接至另一 框架（圖5中的框架32)上，因此形成發光裝置1。此外，發 光裝置1以透明樹脂製成之模具3 5封裝。 因爲本發明的發光裝置包含在本發明的該燈中，該燈 呈現優秀的發光性質。 因此，本發明的燈能配置在不同形式中，諸如普偏使 用的貝殼形類型、作爲行動電話背光使用的側視型、或作 爲指示器使用的頂視型。 範例 在下文中，本發明會以參考至範例及比較範例的方式 詳細描述。然而，本發明並未受範例所限制。 [範例1] 圖2及3所顯示之發光裝置1係由使用圖1所示之濺鍍機 40的生產方法所生產。該製程於下文中解釋。 首先，作爲緩衝層1 2的A1N層使用圖1所示之濺鍍機 4 0在藍寶石基材1 1的c晶面上形成。然後，包含在η-型半 導體層14中的未摻雜GaN層之下層14a及Si摻雜之GaN 層的η-型接點層1 4b以此順序形成於緩衝層上。 更明確地說，製備以藍寶石製成的二英吋基材1 1，該 -31 - 200913322 藍寶石的一側係平面鏡，使得晶膜成長能在其上處理。基 材11佈置在圖1所示之濺鍍機40的第二電漿產生區域45b 內側，無須處理預處理（諸如濕處理）。濺鍍機40包含射頻 (RF)電源，及能移動在以A1製成的濺靶47內側之磁鐵位 置的系統。此外，當清洗基材1 1及膜形成時，旋轉在濺靶 47內側的磁鐵（如下文所述）。 然後，將基材11加熱至5 00 °C。僅將氮氣體以3〇SCCm 的流量注入第二電漿產生區域4 5 b中，且將第二電漿產生 區域45b內側的壓力保持在1.0帕，將50瓦的高頻偏壓施用 至基材1 1，且將基材1 1曝露在氮電漿中，以清理基材Π的 表面。 然而，當該氮氣體繼續注入第二電漿產生區域45 b中 時，將氬氣體注入第一電漿產生區域45a中，且將基材11 的溫度保持在5 00°C。 之後，將第一電漿產生區域45a內側的壓力調整至〇·5 帕，且保持該氬氣體的流量爲5Sccm。將5W/cm2的RF電 力施用至以A1製成的濺靶47上，以產生含氬之第一電漿（ 第一電漿產生步驟）。同時，將第二電漿產生區域45b內 側的壓力調整至0.5帕，且保持該氮的流量爲15SCcm(該氮 對室41中的全部氣體之比例爲75%)，且將〇_5W/cm2的RF 電力施用至基材11上，以將含氮之第二電漿供應至基材11 上（第二電漿產生步驟）。 第一電槳產生步驟及第二電漿產生步驟以預估之膜形 成率（0.1 2nm/s)處理預定時間，以在基材11的c晶面上形 -32- 200913322 成具有5 0奈米厚度之A1N緩衝層1 2。在膜形成後，終止 在室4 1內側的電漿產生，且將基材1 1冷卻至室溫。 然後，將已形成緩衝層1 2的基材1 1從濺鍍機40之第二 電漿產生區域45b中取出’且將基材11輸送至與上述潑鍍 機具有相同結構的其他濺鍍機40的第二電漿產生區域45b 中。用於形成η-型半導體層14之下層14a的濺鍍機40包含 以金屬Ga製成的濺靶47，及循環冷卻劑至濺靶47之管路 。當形成下層1 4 a時’將冷卻至2 0 °C之該冷卻劑在該管路 中循還，以防止該G a受熱融化。 此外，在形成下層1 4 a之前’以與上述之在形成緩衝 層1 2之前的基材1 1清理處理的相同方式清理已形成緩衝層 1 2之基材1 1的表面。 隨後，將基材1 1加熱至1 〇 〇 〇 °c，並穩定地保持該溫度 。然後，當該氮氣體繼續注入第二電漿產生區域45 b中時 ，開始將氬氣體注入第一電漿產生區域45a中。 之後，將第一電漿產生區域45a內側的壓力調整至〇.5 帕，且保持該氬氣體的流量爲5sCCm。將5W/cm2的RF電 力施用至以Ga製成的濺靶47上，以產生含氬之第一電漿（ 第一電漿產生步驟）。同時，將第二電漿產生區域45b內 側的壓力調整至0.5帕，且保持該氮的流量爲1 5 seem(該氮 對室41中的全部氣體之比例爲75%)，且將〇.5W/cm2的RF 電力施用至基材11上，以將含氮之第二電漿供應至基材Η 上（第二電漿產生步驟）。 以此方式，具有厚度爲6 μιη之GaN下層1 4a在形成於 -33- 200913322 基材1 1上的緩衝層1 2上形成。下層1 4 a的膜形成率爲 1 nm/s。在膜形成後，終止在室4 1內側的電漿產生，且將 基材11冷卻至室溫。 以上述方式形成之該未摻雜GaN層（下層Ha)的X射 線回擺曲線（XRC)係使用X射線量測（由PANalytical生產 之四晶X射線量測裝置「X’pert」）裝置所量測。在此量 測中，使用C u β射線X射線產生器作爲光源，且該量測 係相對於該（0002)平面（亦即，對稱平面）及該（10-10)平面（ 亦即，不對稱平面）進行處理。通常，該（〇〇〇 2)平面的 XRC頻譜之半値寬度能係晶體平坦性（鑲嵌性）的指標，且 該（10-10)平面的XRC頻譜之半値寬度能係在第三族氮化 物化合物半導體中的錯置強度（扭曲）之指標。 基於X射線回擺曲線（XRC)的量測結果，藉由範例1 的生產方法所形成的下層14a在該（0002)平面中指出40角 秒之半値寬度並在該（1 0 -1 0)平面量測中指出3 5 0角秒之半 値寬度。 然後，將包含該等層（到下層1 4a)之基材1 1從濺鍍機 40的第二電漿產生區域45b取出，且將基材11另外輸送至 具有相同結構的其他濺鍍機40之第二電漿產生區域45b中 。除了將Si片佈置在Ga濺靶（亦即’如同濺靶47)上外’ 用與用於形成下層14a的濺鍍機40相同的方式，配置形成 η-型接點層14b之濺鍍機40。 此外，在與上述之下層1 4a之形成相同的條件下處理 η-型接點層14b的形成’且具有電子濃度之2Pm -34- 200913322 矽摻雜GaN層的η-型接點層14b在基材1 1的下層14a上形 成。在膜形成後，終止在室4 1內側的電漿產生，且將基材 1 1冷卻至室溫。η-型接點層14b的膜形成率爲lnm/s。 以上所得到的已形成該等層（到η-型接點層1 4b)之範 例1的基材1 1具有無色及半透明鏡狀表面。 隨後，將包含至型接點層14b的層之基材11載入 MOCVD爐中，且包含在半導體層20中的各層形成在η-型 接點層14b的上方，以生產圖4所示之層壓半導體10。 所得之層壓半導體1 0具有以下之層結構：具有柱狀結 構之A1N的5 0奈米緩衝層12、未摻雜GaN之6μιη下層14a 、具有lxl〇19cnT3電子濃度之矽摻雜GaN層的2μιηη-型接 點層14b、具有lxl〇18cnT3電子濃度之Ino.iGao.9N-型包覆 層的20奈米η-型包覆層14c、具有多量子井結構（層壓結構 )之發光層15，其中六層16奈米厚之GaN的障壁層15a與 五層3奈米厚之未摻雜InQ2Ga().8N的井層15b交錯層壓， 且該GaN層在二側出現、及包含Mg摻雜之Al〇^Gao.gN 的5奈米 p-型包覆層16a與200奈米厚之 Mg摻雜之 Alo.tnGao ^N的p-型接點層16b之p-型半導體層16，該二 層以此順序提供於具有c晶面之該藍寶石上。 即使未處理活化p-型載子之退火處理，包含在該已 得到之層壓半導體10中的Α1〇.〇2〇3().98Ν之p -型接點層16b 仍呈現P-型性質。 然後，生產圖2及3所顯示之使用層壓半導體10的發光 裝置1。 -35- 200913322 首先，使用已知之光微影法’將IT〇的半透明正 17形成於層壓半導體10中之ρ-型接點層16b的表面上 在其上形成具有以下結構之正電極焊墊1 8 :將Ti、 及A u以此順序層壓於半透明正電極1 7的表面上。 然後，乾蝕刻已形成半透明正電極1 7及正電極焊 之層壓半導體10，以形成η-型接點層14b之曝露區均 。使用光微影法在曝露區域14d上形成包含Ni、A1 及Au四層之負電極19，因此生產圖2及3所示之發光 1 ° 以上所得到的發光裝置1的基材1 1之背側係磨平 疊的，因此其表面爲鏡面磨光的。會切入3 5 0μιη2的晶 。然後，將該晶片以電極存在側向上的方式載置於引 上，且以金線將該晶片連接至該引線架，以生產發光 raitti 體。 將順向電流施用在該發光二極體的正焊墊18及負 19之間。當該電流爲20mA時，順向電壓爲3.1V。此 其發光狀態係經由該P-側半透明正電極1 7分析。結 顯示發射光的波長爲470奈米，且發光輸出爲14.5mW 該已產生晶圓之任何部份所產生的發光二極體均勻地 此種發光性質，如同單一的發光二極體。 [比較範例1] 圖2及3所顯示之發光裝置1係藉由使用習知濺鍍 生產方法所生產，該濺鍍機不包含存在於圖1所示之 電極 ，並 A1、 墊1 8 Jc 14d 、Ti 裝置 及重 片中 線架 二極 電極 外， 果， 。從 呈現 機的 濺鍍 -36- 200913322 機40中的遮蔽壁45。該製程於下文中描述。 首先，將氬及氮的混合氣體注入該習知濺鍍機的室中 ，並僅將RF電源施用至濺祀，其中A1N的柱形晶體之聚 合形成爲在藍寶石基材丨丨之 <:晶面上的緩衝層12°然後’ 在該η -型半導體層14中的未摻雜之GaN層之下層14a及在 η-型半導體層Μ中的Si摻雜GaN層中的η-型接點層14b 以此順序形成於該緩衝層上。 然後，以與範例1相同的方式量測以上所形成之未摻 雜GaN層（下層14a)的X射線回擺曲線（XRC)。 基於該X射線回擺曲線（XRC)量測的結果，藉由比較 範例1中的生產方法所形成未摻雜GaN層在該（0002)平面 量測中指出1 〇 〇角秒之半値寬度並在該（1 0 -1 0)平面量測中 指出600角秒之半値寬度。 此外，藉由視覺觀察證實包含至η -型接點層1 4 b的層 之基材11具有鏡狀表面。 其次’將包含至η -型接點層14b的層之基材11輸送至 MOCVD爐中，並以與範例1相同的方式形成包含在半導體 層20中的各層’以生產圖4所示之層壓半導體1〇。 然後’藉由使用以上得到的層壓半導體丨〇，以與步驟 1相同的方式生產圖2及3所示之發光裝置1，並使用該發光 裝置1’以與範例1相同的方式生產發光二極體。 將順向電流施用在該發光二極體的正焊墊〗8及負電極 1 9之間。當該電流爲2 〇 m a時，順向電壓爲3.2 v。此外， 其發光狀態係經由該p_側半透明正電極丨7分析。結果， -37- 200913322 顯示發射光的波長爲470奈米’且發光輸出爲14. OmW。從 該已產生晶圓之任何部份所產生的發光二極體均勻地呈現 此種發光性質，如同單一的發光二極體。 然而，在比較範例1中’膜形成率在形成緩衝層1 2、 下層1 4 a、及η -型接點層1 4 b之藉由濺鍍以連續膜形成的 任一製程中逐漸減慢。此外’該濺鍍機的室對大氣開放， 並視覺地觀察該濺靶。結果’已證實用於形成該緩衝層之 A1濺靶的表面及用於形成該下層之Ga濺靶的表面二者均 變得不透明。基於更多分析，顯示此係因氮化物膜的產生 所導致。 【圖式簡單說明】 圖1係灑鑛機的不意圖’該灑'鑛機爲用於生產本發明 之第三族氮化物半導體層的設備之範例。 圖2係顯示本發明之第三族氮化物半導體發光裝置的 範例之剖面圖。 圖3係顯示在圖2中顯示之該第三族氮化物半導體發光 裝置的平面結構之示意圖。 圖4係層壓半導體之剖面圖，該半導體解釋在圖2中顯 示之生產該第三族氮化物半導體發光裝置的方法。 圖5係顯示包含本發明之該第三族氮化物半導體發光 裝置的該燈之範例的示意圖。 【主要元件符號說明】 -38- 200913322 1 :發光裝置 3 :燈 10 :層壓半導體 1 1 :基材 1 2 :緩衝層 I4 : η-型半導體層 14a :下層 14b : η-型接點層 1 4c : η-型包覆層 1 4 d :曝露區域 1 5 :發光層 1 5 a :障壁層 1 5b :井層 16 : p-型半導體層 1 6a : p-型包覆層 16b : p-型接點層 1 7 :半透明電極 1 8 :正電極焊墊 1 9 :負電極 20 :半導體層 3 1、3 2 :框架 3 3、3 4 :導線 3 5 :模具 40 :濺鍍機 -39 200913322 41 :室 42a:氮氣供應裝置 42b :氬氣供應裝置 43 :開口部 4 4 :加熱器 4 5 :遮蔽壁 45a :第一電漿產生區域 45b:第二電漿產生區域 46a、 46b:匹配器 47 :濺靶 48a、 48b:電源 49a、49b :壓力控制裝置 51 :第一電漿產生裝置 52:第二電漿產生裝置 -40-

Claims (1)

  1. 200913322 十、申請專利範圍 1.一種用於生產第三族氮化物半導體層之設備，其藉 由濺鍍法在一基材上形成第三族氮化物半導體層，該設備 包含： 一第一電漿產生區域，其中佈置包含第三族元素之濺 靶並濺鍍該濺靶以產生由包含在該濺靶中的材料形成之材 料粒子；以及 一第二電槳產生區域，其中佈置該基材並產生含氮電 漿， 其中該第一電漿產生區域及該第二電漿產生區域係提 供於一室內，且該第一電漿產生區域及該第二電漿產生區 域係由一遮蔽壁分隔，該遮蔽壁具有一開口部，該材料粒 子自該開口部供應至該基材。 2 .如申請專利範圍第1項之用於生產第三族氮化物半 導體層的設備，其中將該濺靶及該基材佈置成經由該開口 部彼此面對。 3 .如申請專利範圍第1項之用於生產第三族氮化物半 導體層的設備，其中該濺靶包含從鋁、鎵及銦組成之群中 所選取之至少一者。 4 . 一種使用如申請專利範圍第1項之用於生產第三族 氮化物半導體層的設備之用於生產第三族氮化物半導體層 的方法，其藉由濺鍍法在一基材上形成第三族氮化物半導 體層，該方法包含： 一第一電漿產生步驟，其中該材料粒子係在該第一電 -41 - 200913322 漿產生區域中生產；以及 一第二電漿產生步驟，其中該含氮電漿在該第二電漿 產生區域中供應至該基材， 其中該第一電槳產生步驟及該第二電漿產生步驟係同 時執行，且該材料粒子經由該開口部供應至該基材。 5 .如申請專利範圍第4項之用於生產第三族氮化物半 導體層的方法，其中該材料粒子係從該濺靶供應至該基材 ，該濺靶係佈置成經由該開口部面對該基材。 6. 如申請專利範圍第4項之用於生產第三族氮化物半 導體層的方法，其中該濺靶包含從鋁、鎵及銦組成之群中 所選取之至少一者。 7. —種生產第三族氮化物半導體發光裝置的方法，其 中該第三族氮化物半導體發光裝置包含一半導體層，其中 第三族氮化物半導體所形成的η-型半導體層、發光層、 及Ρ-型半導體層係層壓於該基材上，本方法包含：藉由 如申請專利範圍第4項之生產第三族氮化物半導體層的方 法形成該半導體層至少一個部位。 8. —種生產第三族氮化物半導體發光裝置的方法，其 中該第三族氮化物半導體發光裝置包含一半導體層，其中 第三族氮化物半導體所形成的η-型半導體層、發光層、 及Ρ-型半導體層係層壓於該基材上；及由第三族氮化物 半導體所形成之緩衝層介於該基材及該η-型半導體層間 ，該方法包含：藉由如申請專利範圍第4項之生產第三族 氮化物半導體層的方法形成該緩衝層。 -42- 200913322 9 . 一種第二族_ 請專利範圍第7項或 裝置之方法而得到| 1 0 . —燈，其包 化物半導體發光裝標 ΐ化物半導體發光裝置，其係藉由如申 第8項之生產第三族氮化物半導體發光 含如申請專利範圍第9項之第三族氮 -43-
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