TW463241B - Group III nitride compound semiconductor device and producing method therefor - Google Patents

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Naoki Shibata
Masanobu Senda
Jun Ito
Shizuyo Asami
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Description

463241 五、發明說明（l) - 發明之背景 1. 發明之韻琉 本發明是關於第E[族氮化物半導體裝置及其製造方法。 特別是關於，當經由有機金屬化學氣相沉積法（M〇CVD法 )來製造第m族氮化物半導體裝置時，所使用緩衝層形成 方法的改良》 本申清案是基於日本專利申請案號碼：平成H — 和1 1-315193，是以參考資料納入本文中。 2. 相關技術之描怵 目前已知的是：具有將第皿族氮化物半導體，經由 Α1Χ(^_ΧΜ (0$χ$ι)的緩衝層，層合在藍寶石基板上的結 構之第ΠΙ族氮化物半導體裝置。 例如’在未審查曰本專利公告號碼昭和621 19196中敘 述一種缓衝層形成方法’其中Αΐχ(^_χΝ ( 0 Sx $ 1 )的緩衝 層是經由MOCVD法’ 95 0 °C到1150t的生長溫度下，在加熱 至約1 000 °C的藍寶石基板上生成的。 另一方面’由其後的研究發現：當緩衝層是在約400 t 的低溫下，生成在加熱至約丨〇 〇 〇 °c的藍寶石基板上時， 生成在缓衝層上的GaN化合物半導體層的結晶性被改良 了。參見未審查日本專利公告號碼平成2-229476等等。任 何主要的第瓜族氮化物半導體發光裝置（發光二極體led 等等），目前實用的是利用此類的低溫生長緩衝層。 附帶地，該生長溫度是指在進行MOCVD法，基板被加熱 的溫度。
89112967.ptd 第6頁 463241 月⑵ ' 然而，在緩衝層上形成半導體層的薄膜形成溫度通常約 為1 〇 〇 0 °c。因此，當使用上述的低溫生長緩衝層，則必 貝將加熱至約1 〇 〇 〇 C的基板，為了表面清潔而冷卻至約 400 °c —次，然後再加熱至約1 0 0 0 t。當在上述的方法 中’以尚溫低溫高溫的順序改變該基板溫度條件時，需要 更多時間和勞力來調整基板本身的溫度。因此，對於半導 體裝置的製造效率之改良，大幅改變基板溫度條件是一個 障礙’其中G a N化合物半導體層是經由此類的低溫生長緩 衝層生成的。 為了解決此問題，在未審查日本專利公告號碼平成 9-148626、7-321374、9-64477、和昭和 59-57997 等等中 揭示一種在高溫形成緩衝層的技術。 再者’關於藍寶石基板表面的氮化，參見未審查曰本專 利公告號碼平成5-41541。 另外，用於發光二極體或其他之第皿族氮化物半導體裝 置的一般裝置構造，形成如下。A丨N或GaN的薄緩衝層，在 低溫下形成在藍寶石基板上；然後將構成裝置功能之第m 族氣化物半導體層，像是GaN層，層合在該緩衝層上。在 此類的裝置中，猜測該緩衝層是非晶形或多晶形的。其被 構想為：該緩衝層是作為在高的生長溫度（約丨0 0 〇 。〇) 下’用於形成裝置功能層之單向定向的種晶；並且缓和因 在該裝置功能層和該藍寶石基板之間熱膨脹率的差所引起 之熱變形。 反對於此類的非晶形或多晶形缓衝層，未審查曰本專利
89i12967.ptd 第7頁 463241 五、發明說明（3) 公告號碼平成9-64477提議在藍寶石基板上形成單晶形A1N 緩衝層。 未審查日本專利公告號碼平成9- 64477主張：當條件滿 足時，可以在藍寶石基板上生成良好結晶性的單晶A i N 層’使得在不低於1 3 Ο 0 °C的高溫下，生成厚度達到2 0到 30 0 nm的緩衝層’並且使得該緩衝層的X—射線振動曲線之 半值寬度（half-value width)被定為不大於90秒。 以在未審查日本專利公告號碼平成9-64477中所敘述的 背景技術方法，確定可以在該藍寶石基板上生成具有良好 結晶性之A 1 N作為單晶。如果該緩衝層的結晶性是良好 的’則可以在該緩衝層上生成具有良好結晶性之第m族氮 化物半導體的裝置功能層。 然而’根據本發明人的試驗，在未審查日本專利公告號 碼平成9-64477中所敘述的方法，所形成緩衝層的結晶 性’是不足以形成如此的裝置β 概述 长本發明的一個目的是提供一種A 1 Ν單晶層，作為第m族 ，化物半導體的裝置功能層用之緩衝層是優良的，因而解 決上述的問題。 ^發，的另一個目的是直接在基板上，形成一種結晶性 2 =之單ί層。此類的單晶AiN層同時具有高度的電絕 層氺性和南度的熱傳導特性。同時，可以使用該單晶A 1 N Λ =成像是高頻轉換裝置之各種型式的半導體功能裝 置，其是利用壓電（piexoelectric)特性之聲裝置6
46324 1 玉、發明說明（4) 本發明的另一 如背景技術所提 體層。 本發明人急切 即使在一般的溫 結晶性 物半導 預定值 本發 一種製 在 1000 A的表 體層。 在根 驟到形 驟，而 術中用 改良該 再者 的，在 族氮化 層第m 的該第 層，是 相當於或 體層；即 時，在高 明是以此 造第瓜族 。(：到1180 面氮化物 據本發明 成第ΠΙ族 不需任何 來調整該 半導體裝 ’根據本 第一層第 物半導體 族氮化物 二層第m 優良的。 個目的是提供 議的高溫緩衝 地作研究來完 度下，可以直 更佳於背景技 ，當在預定的 溫下生成第m 知識為基礎所 氮化物半導體 °c的生長溫度 層之基板上， 一種較佳的條件 層上形成第边族 成上面 接在藍 術層的 條件下 族氮化 設想出 裝置的 下，在 生成一 的目的。 寶石基板 結晶性之 ，該層的 物半導體 的。也就 方法，其 具有厚度 層第ΠΙ族 的製造 氮化物 大幅改 基板溫 置的製 發明人 ΠΙ族氮 層，其 半導體 族氮化 方法中 半導體 變溫度 度所需 造效率 的觀察 化物半 在形態 層，作 物半導 ’可以進行從加 層的步驟之一連 。結果，可以降 要的時間和勞力 ，係用於在 氮化物半導 結果發現： 上生成具有 苐瓜族亂化 厚度被定在 層。 是說，提供 步驟包含： 不大於300 氮化物半導 熱基板的步 串的製造步 低在背景技 ，使得可以 ’在上述的條件 導體層上生成之 上是優良的。因此，將第 為重疊在構成裝 體層和該基板之 下所形成 第二層第m 置功能部份 間的緩衝
463241 五、發明說明（5) 再進一步，本發明是被設想來完成至少一個上述的目的 的。根據本發明，是提供一種第冚族氮化物半導體裝置， 係含有一基板，以及在該基板上形成的A1 n單晶層；該a 1 n 單晶層具有厚度從〇, 5到3从m且具有相當平坦表面，其中 該A1N單晶層的X -射線振動曲線之半值寬度不大於秒。 根據如上述結構的第冚族氮化物半導體裝置，形成在該 基板上A1 N單晶層的結晶性變得非常良好。因此，可以在 β衾A1N單晶層本身中建立裝置功能。此外，在當第瓜族氮 化物半導體的裝置功能層是形成在該Α1Ν單晶層上之例子 中，該裝置功能層的結晶性變得等於或較高於在一般使用 的低溫生長緩衝層上所形成裝置功能層的結晶性。 在上面的敘述中，只要可以在該基板上生成該Α丨Ν單晶 層，该基板並無特別地限制。該基板材料的例子可以包括 藍寶石’具有尖晶石結構之材料，石夕，碳化石夕，氧化辞， 磷化鎵，砷化鎵’氧化鎂，氧化錳，第ΠΓ族氮化物半導體 單晶等等。 根據本發明人的試驗，較佳是使用藍寶石基板作為該基 板材料，尤其是藍寶石的面登。 該Α1Ν單晶層的厚度是定在〇_ 5到3 y m的範圍。如果該 厚度小於0. 5以m，則該層不足以形成裝置功能。反之， 該厚度可以不定在大於3 //m。 這是因為用於形成半導體裝置的個別必要層通常不厚於 3 // m ’儘管該層總和可能厚於3 // m。該A1 N單晶層較厚 於在未審查日本專利公告號碼平成9-64477中所敘述的層
89]12967.ptd 第10頁 4 6 32 41 五、發明說明（6) 之原因是A1 N本身顯現的結晶性。如果該層太薄，因為該 基板的影響則該結晶歪曲。反之，當該層變厚，則該結晶 的本質可以可被利用。 作為顯示該A1 N單晶層的結晶性之X-射線振動曲線的半 值見度’被定在不大於50秒。如果該半值寬度大於5〇秒， 則無法確保該結晶性足以適合半導體裝置。另外，從將該 A 1N單晶層的表面相當平坦化’來確保該第皿族氮化物半 ^體層的穩定結晶生私之觀點，當在該A丨N單晶層上生成 第顶族氮化物半導體層時，該A1N單晶層的半值究度，較 佳是定在不大於5〇秒。 在該A 1 N單晶層上所形成的第皿族氮化物半導體，是以 、4^ 化學式AixGayI η 卜x_yN (0$χ$ΐ，〇$x + ygi 物 來表述’其包括像是AIN、GaN和InN的所謂二元化合 ’和像是AlxGai„xN、AlxIrvxN *GaxIni—xN (0 分別） 浐所謂三元化合物。第羾族元素可以部分地以硼（B )、 匕（T1)專等來取代。氮（n)可以部分地以鱗（p)、砷 (As )、銻（Sb )、鉍（Bi )等等來取代。 5亥第m族氮化物半導體可能包括任何選擇的摻質。矽 等 (Sl )，鍺（Ge )，砸（Se )，碲（Te)，碳（C )等 射 可以作為η-型雜質。鎂（Mg )，鋅（Zn )，鈹（Be 鈣（Ca )，鋰（Sr )，鋇（Ba )等等，可以作為p一塑 '質。在摻入p-型雜質之後，可能以電子束輻射、電漿輻 、或以火爐加熱該第冚族氮化物半導體。 儘管形成該第ΠΙ族氮化物半導體層的方法，並無特別地
第11頁 4 6324 1 -_ _ 五、發明說明（7) 限制，但疋可以經由有機金屬化學氣相沉積法 )，或經由像是分子束磊晶法（MBE法）、鹵^ 晶法（Η V P E法）、跑鑛法、離子電鍍法、電子 (electron shower method)或其他的已知方 該層。 以第m族氮化物半導體層所構成裝置的例子 發光二極體、光電探測器、雷射二極體、太陽 光學裝置，像是整流器、半導體閘流器、電晶 極裝置，像是場式效應電晶體（FET )等等的」 以及像是微波裝置等等的電子裝置。本發明也 到作為這些裝置的中間產物之積層板。附帶地 具有金屬絕緣半導體（MIS)接面、Pin接面、 的均勾結構，非均句結構或是雙重的非均勻結 s亥發光裝置的結構。可以使用量子井結構（單 結構或多重的量子井結構）’來作為該發光層 可以將住何的上述裝置建立於該Ain單晶層q 本發明的特色和優點，將會由下列所描述較 詳細說明與所附的圖示來例證。 致佳具體例之娣細說昍 該A 1N單晶層的形成方法，將參照圖示說明a 時，該A丨N單晶層也可以與上述第1族氮化物^ 形成方法之相同方法來形成。 下文主要是說明M0CVD法。 將藍寶石基板固定在一般MOCVD^置中，使名 (M0CVD 法 b物氣相磊 簇射法 法，來形成 ，包括像是 電池等等的 體等等的雙 ‘極裝置， 可以被應用 ，可以使用 或p~n接面 構，來作為 一的量子井 的結構。 I 〇 佳具體例之 下。同 導體層的 其藉由利
89112967.Ptd 第12頁 46324 1 五、發明說明（8) 用有機溶劑之清潔並加熱的方法來清潔的面旦，是位於主 要面上。在該基板溫度定在1 〇 〇 〇到1 2 〇 〇 t：的範圍，較佳 是在1 0 5 0到1 1 5 0 °C的範圍之條件下，將7 X 1 〇_5到4 X 1 〇_4 "mol/cm3之三曱基鋁（TM A )作為鋁來源氣體，以及〇.〇2 到0_ 08 //mol/cm3之氨作為氮材料氣體，幾乎同時導入反 應容器中。從溫度可控制度的觀點，較佳的氣體溫度是相 等於當第m族氮化物半導體的裝置功能層形成時的基板溫 度。使用氫氣作為運載氣體。該反應室的内部壓力是定 在，例如4. 0 X103 到 1· 3 X104 Pa (30 到 100 orr )的範 圍，較佳是6. 7 X 1 03 到1. 2 X 104 Pa (50 到 90 Torr )的範 圍。為運載虱體的流速是定在’例如2到4 m / s e c的範圍， 較佳是2_ 5到3_ 5 m/sec的範圍。調整個別材料氣體的濃 度’使得相對於上述的氣體流速’在該基板表面的碰撞機 率變得最高。例如’將TMA和氨分別定為1 X i〇-4 #m〇i/cm3 和〇. 05 # mol/cml附帶地，較佳是將氨的濃度定的夠 低’來足以避免在生長初期階段中基板之氮化。 圖置是顯示當以上述的方法，將厚〇·5 的Α1Ν單晶層 形成在該藍寶石基板的面§的例子時，其生長速率（生長 速度：0. 1 nm ( 1 A ) /miη )，和結晶性（振動曲線之半 值見度.秒）之間的關係。圖丨中，在該半值寬度被定在 不大於5 0秒的標線上，該生長速率較佳是定在不低於2 〇 nm ( 200 A ) /min。該生長速率的上限並無特別地限制， 但是，例如該生長速率較佳是定在不高於6〇 (6〇〇 a ) “in。如果該生長速率高於6〇 nm ( 60 0 a ) /miri，則所產
89112967.ptd 第13頁 46324 1
生的薄膜幾乎難以平坦化。 更佳是’該生長速率是從30到5〇 nm ( 3〇〇到5 0 0 A ) /min 。 圖2是顯示在生長速率是5〇nm(5〇〇 A)/min下的振動 曲線，其中是呈現圖1中最小的半值寬度。 圖3是顯示在這情形下，該A 1 N單晶層的表面電子顯微照 相。如圖3所示，該A 1 N單晶層的表面是相當平坦。 另一方面，圖4是顯示在生長速率定在1〇11111(1〇〇 A) /min的例子時’該A1N單晶層的表面電子顯微照相。如圖4 所示’當該半值寬度約為9 〇秒（在背景技術中的值）時， 該表面是不平坦的。在如此的表面結構中，則可能在該 A1 N單晶層中建立裝置功能的例子中，也無法達到摻植的 目的。此外’同樣地當藉由第瓜族氮化物半導體層所構成 的另一個裝置功能層，也被生成在該A1 N單晶層上時，則 難以生成具有良好結晶性之裝置功能層α 本發明的一個具體例將描述於下。 使用發光二極體1 0於該具體例中。該發光二極體丨0的結 構顯示於圖5中。 層 成份 摻質 (厚度） 透光電極19 P-型覆蓋層18 p - G aN Mg (0.3// m ) 發光層17 置子井層 障壁層 量子井和障壁層之重複次 數 超晶格結構 In〇.1sG a η.8 sN GaN 1到10 (3 . 5 n m ) (3 . 5 nm ) η-型褪蓋層16 η -GaN Si C 4 // m ) A 1 N單晶層1 5 AIN (0.5// m ) 基板Π 歷寶石（面a ) (300 // m )
89112967.ptd 第14頁 463241 五、發明說明（ίο) 該η -型覆蓋層16，可以是具有在發光層17面之低電子密 度的rr層’和在底塗層15面之高電子密度的η+層之雙層結 構。 該發光層1 7並不限於超晶格結構。單一非均勻麼結構， 雙重非均勻型結構，均勻-接面型結構或其他，可以用作 為該發光層的結構。 以像是鎂的受體來摻入，並具有寬的能帶隙之第族氮 化物半導體層，可以被重疊在該發光層17和該p_型覆蓋層 1 8之間。如此來避免被導入該發光層丨7的電子，擴散進入 該P-型覆蓋層18。 ’ 忒P-型覆蓋層18，可以是具有在發光層面之低空子密 度的P-層，和在電極面之高空子密度的p+層之雙層結構。 、在如上述構造的發光二極體中，該A1N單晶層15的生長 速率約為50 run (500A)/min。其他像是基板溫度之生長 條件是在上述範圍内。 在該η-型覆蓋層16上的第瓜族氮化物半導體層，是在一 般的條件下進行MOCVD法所形成的。 然後，在光罩形成後，該ρ一 層）17和部份的η -型覆蓋層a 移除。因此’將部份的η〜型覆 電極墊21。 型覆蓋層1 8、發光層（活性 ’是經由反應性離子蝕刻來 蓋層16曝光，使得形成η_型 在將光阻劑均勻地應用在半 將部份光阻劑從ρ-型覆蓋層j 8 此’將相對於該電極形成部份 導體表面之後’經由微影， 上的電極形成部分移去。因 之部份的ρ-型覆蓋層18曝
463241 五、發明說明（11) 光。經由蒸發裝置，在該p-型覆蓋層1 8的曝光部份上，形 成金/鈷的透光電極層19。 然後，和上述相同的方法，氣相沉積P-型電極墊20和n-型電極墊2 1。 詳細項目將揭示於下。 (11 ) 一種積層板，係含有一基板，以及在該基板上形 成的A1N單晶層；該A1N單晶層具有厚度從0. 5到3从m且具 有相當平坦表面，其中該A 1 N單晶層的X-射線振動曲線之 半值寬度不大於50秒。 (12) 如項目（11)的積層板，其中，該A1N單晶層是 以MOCVD法所形成。 (13) 如項目（12)的積層板，其中，使用加熱至溫度 1 0 0 0到1 2 0 0 °C的藍寶石面§作為基板。 (14) 如項目（12)或（13)的積層板，其中，當生成 該A1N單晶層時，所使用的壓力從4. 〇 X 1 〇3到1. 3 X 1 〇4 P a ’運載氣體的流速從2到4 m / s e c，鋁材料氣體流速從7 X 1 0—5到4 X 1 〇-ί # mo 1 / cm3 ’以及氮材料氣體流速從〇, 〇 2 到 0. 0 8 e mo 1 / cm3。 (15) 如項目（12)至（14)中任一項的積層板，其 中’該A1N單晶層的生長速度是從2〇到60 nm/min的範圍。 (16) 如項目（11)至（15)中任一項的積層板，其 中’構成裝置功能的第Μ族氮化物半導體層是形成在該 A 1 Ν單晶層上。 現將從另一個觀點來說明本發明。
89112967.ptd 第16頁 4 6324 1 五、發明說明（12) ㈣IK於半導體，則該基板的材料並無 、 使用之基板材料的例子，可以包括藍寶 石 具有大晶石结i# + U， 鎵，碎化鎵，氧Γ匕ί 碳化石夕’氧化辞’❹ 乳化鎂，氧化猛等等。 體層’使得結晶性良好之第瓜族氮化物半導 寶石基板上。適合用Α1Ό (Uxd 、疋A丨N ’來作為該緩衝層的材料。 發明中’第m族氮化物半導體是生成在該 板的面§上較佳。 友f該基板的表面上形成氮化層°為了進行MOCVD法，在 2等的循環之下’該氮化層是藉由：當在加熱該基板且 =潔邊基板的表面之後，該基板的溫度保持加熱時，以氮 氣作為5載氣冑，循環作為第瓜族氮化物半導體的氮材料 來源之第-氣體（氨，肼，有機胺）’而形成的。根據本 發明的第一個觀點，此類表面氮化層的厚度（深度）是定 在lj A到300 A的範圍。儘管可能使用厚度大於3〇〇 A的表 面氮化層，在該例子中則需要長的時間來形成該表面氮化 層。 例如’當含有氫氣（1〇 l/min)和氨氣（3 i/min)的 混合氣體，在被加熱至11 90 t的該藍寶石基板上循環3〇 分鐘時’形成約2 0 0 A的表面氮化層。可以經由調整該含 有氫氣和氨氣的混合氣體之循環時間，來控制該表面氮化 層的厚度。進一步構想為：也可以經由調整該氨氣濃度和 /或該基板溫度，來控制該表面氮化層的厚度。
89112967,ptd 第17頁 463241 五、發明說明（13) 1 Ο A據ΐ發明的第二個觀點’該表面氮化層的厚产是1於 人。在完成清潔該基板的表面之後， ς /、於 定之德S i 在該氮材料來源氣體的循環稃 f 刻楯環像是TMA的第®族金屬元素材料n俨。〜 …發明人的經驗，在開啟導入該氣氣的、門後a =的循環在3"〇秒穩定（通常短於3"〇秒）。J果該 ^具有厚度小於1() A的表面氮化層。在這個例子中，供 ^氣只有很短的時間。®此構想：㈣板表面被 氣化’但疋難以測量該氮化層的厚度。 在本發明的第二個觀點中，在該氨氣的循環穩定之後， 立刻循環該第皿族金屬元素材料氣體之製造步驟本身，β 重要的。 疋 任何第瓜族氮化物半導體，是以一般化學式 A1*Gay Ir^nN (OSxSi，〇$y$l，〇sx + ysi)來表述， 其包括像是A 1 N、GaN和I nN的所謂二元化合物，和像是 A1xGai_xN、AldU 和GaxIivxN (〇 分別）的所謂三元 化合物。第瓜族元素可以部分地以鄉（B)、蛇（T1)等 等來取代。氮（N )可以部分地以磷（P )、砷（As )、'錄 (Sb )、鉍（B i )等等來取代。該發光襞置的裝置功能部 份’較佳是由上述的二元或三元第ΙΠ族氮化物半導體所構 個別的第m族氮化物半導體可能包括任何選擇的摻質 矽（Si)，鍺（Ge)，砸（Se) ’ 碲（Te)，碳（c)等 等’可以作為n-型雜質。鎂（Mg )，鋅（Zn )，鈹（Be
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^舞（Ca) ’錄（Sr)，在貝（Ba)等等，可以作 雜質。在這個例子中，只將此類的?_型雜質摻入該第Μ 亂化物半導體是難以改變該第瓜族氮化物半導體至低 電阻的p-型半導體；在摻岭型雜質之後，較佳是以電子 東鳊射、電漿輻射、或以火爐加熱該第皿族氮化物 體。 五、發明說明（14) 在本發明中，在該基板上形成第一層第m族氮化物半導 體層的方法是有機金屬化學氣相沉積法（在本說明書中， 參照為"MOCVD法"）。可以使用三元化合物Α1χ(Ϊ3ΗΝ (〇 $1 )，作為第一層第m族氮化物半導體較佳。也可以使 用像疋A1 N、GaN或I nN的二元化合物，作為第—异第 氮化物半導體較佳。 巧弟層“族 在第一層第m族氮化物半導體層上形成第二層第冚族 化物半導體層的方法’ i無特別地限制。在考慮到本發明 二在高溫下以嶋法生成該第一層第瓜族氮 化物丰導體層；從改良以MOCVD法形成第二層第羾族氮 物半導體層的製造效率之觀點，其可以使用相等於該— 層第]Π族氮化物半導體層之生長溫度。 該第二層第瓜族氮化物半導體層也可以經由像是分子束 蟲晶法（ΜΒΕ法）、_化物氣相磊晶法（HVPE法）、液才 義晶法等等之已知方法來形成^ 目 ^在本發明的第一個觀點中，形成第一層第Π族氮化物 導體層的必要條件將詳細說明如下，即，在利用具有厚声 1 〇到3 0 ο Α的表面氮化層之基板的例子中。 又
46324 1 五、發明說明（15) (第一層第Π族氮化物半導體層的生長溫度條件） 本發明人在具有厚200A的表面氮化層之藍寶石基板的 面a上，以MOCVD法而改變該生長溫度來形成Ai n層（厚 度：2. 3 )。進一步在該A1N層上，同樣地以MOCVD法 來形成GaN層（厚度：2 //m;生長溫度：與該A 1N層相同 )。在光學顯微鏡下觀察該GaN層的表面。 觀察結果如下。圖9 A到9 F是顯示個別樣品表面的照相 (放大倍率：400 )。 表1
樣品編號 #1 #2 '#3 #4 #5 #6 A1 N生長溫度 (°C ) 1050 1110 1130 1150 1170 1200 1 GaN層表面形態 Δ 〇 ◎ 〇 Δ X 其中◎:鏡面 〇：幾近鏡面 △:非鏡面’但是能夠在其上形成第二層第]Π族氮化 物半導體層 X :形態太差而無法在其上形成第二層第皿族氮化物 半導體層 從表1結果中’以MOCVD法在該藍寶石基板上形成該A1N 層的生長溫度是定在1 0 0 0到1180 °C的範圍，較佳是在 1 0 5 0到1 1 7 0 °c的範圍’更佳是在1 1 〇 〇到11 5 〇 。〇的範圍， 尤其更佳是在11 2 0到11 4 0 °C的範圍，最佳是在11 3 0 °C。 從上面的說明中，以MOCVD法在該基板上形成第m族氮
89112967.ptd 第20頁 463241 五、發明說明（16) 化物半導體層的生長溫度是定在1000到1180 °C的範圍，
較佳是在1 0 5 0到11 7 0 °c的範圍，更佳是在11 ο 0到11 5 0 °C 的範圍，尤其更佳是在1120到1140 °C的範圍，最佳是在 11 3 0 〇C。 (第一層第m族氮化物半導體層的厚度條件）
本發明人在具有厚200A的表面氮化層之藍寶石基板的 面立上’以MOCVD法而改變該A1N層的厚度來形成A1N層（生 長溫度：11 3 0 °C )。進一步在該A 1 N層上，同樣地以 MOCVD法來形成GaN層（厚度：2 生長溫度：與該A1N 層相同）。在光學顯微鏡下觀察該GaN層的表面。觀察結 果如下。圖6 A到6F是顯示個別樣品表面的照相（放大倍 率：400 )。 表2
樣品編號 #7 #8 #9 #10 #11 #12 A1N 厚度（//m ) 0.8 1.0 1.5 2. 3 3. 0 3. 3 GaN層表面形態 X X 〇 ◎ 0 X 其中◎:鏡面 〇：幾近鏡面 △:非鏡面，但是能夠在其上形成第二層第m族氮化 物半導體層 X :形態太差而無法在其上形成第二層第m族氮化物 半導體層 從表2結果中，在1130 C的生長溫度下，以M〇CVD法在 該藍寶石基板上形成該A1 N層的厚度，較佳是定在1 2到
89112967.ptd 第21頁 463241 五、發明說明（17) ----- 3^2ym的範圍’更佳是在15到3〇以^的範圍，尤其更佳 是在2.0到2.7#m的範圍，最佳是在2.3 。 «上面的况明中，在與第一層第冚族氮化物半導體層相 同的生長溫度條件下，以M0CVD法在該基板上形成第瓜族 。化物半，體層的厚度，較佳是定在12到3, 的範 圍’更佳是在1.5到3·〇 //in的範圍，尤其更佳是在2 〇到 2.7//Π1的範圍，最佳是在2 3#m。 (=層第冚族氮化物半導體層的生長速率條件） ^大里製造的觀點，為了形成厚度不小於1"爪的第皿族 氮化物半導體層，該第m族氮化物半導體層的生長速率至 = nm/mirl。另一方面，即使在當該第瓜族元素材 2體的流速增加，使得該生長速率改進的例子時；該第 η鼠化物半導體層的生長速率並不是單調地增加，使得 利用效率降低。因此，從成本的觀點，㈣m族氮 導體層的生長速率之上限是定在250 nm/min。 C弟一層第瓜族氮化物半導體層的壓力條件） =m族元素材料氣體TMA具有高的反應性。因此，如果 於MOCVD裝置的反應室令，則與氣相 ^載氣體”的氨氣尊等反應’而幾乎無法到達基板。 因=，增加ΤΜΑ的流速，幾乎無法増加該第一層第瓜族氮 化物半導體層的生長速率。因此，s 0 , ^ a叫 a，，，， 約f抑制氣相中的反 f，该第-層第瓜族氬化物半導體層是在減壓 “士 則可能形成形態良好的第二層第瓜族氮化物半導體'，。
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463241 五、發明說明（18) 根據本發明人的試驗，當在具有厚2 〇 〇 A的表面氮化層之 藍寶石基板的面旦上進行MOCVD法的例子時，該A 1 N層的最 大生長速率和該反應室的内部壓力之間的關係如下。 表3 反應時壓力 最佳OPTIMAL生長速率 2500 pa (18.8 Torr) 2 5 0 n m/m i η 20000 Pa (150 Torr) 10 0 nm/min 40000 Pa (300 Torr ) 4 2 nm/m i n —101080 Pa (760 Torr ) 0.6 nm/min 換言之’當反應時壓力與生長速率被視為參數時，該 AIN層的最佳生長速率是在上述值的範圍内。 從上面的說明中，為了得到明顯的生長速率，在反應時 壓力較佳定在2 5 0 0到4000 pa的範圍。 碭反應時壓力與生長速率之羚 他非A1N的第Π族氮化物半導體β =本發明的第二個觀點中，第—層“族氮化物半導體 ιθ〇 = = ί細說明如下…在利用具有厚度。到 Α的表面氮化層之基板的例子中。 附帶地*該生長溫度倏伴，吐且，由玄β ,, 件與太㈣Μ二 速率條件和生長壓力條 卞興本發明的苐一個觀點相同。 (第一層第ΠΙ族氮化物半導體層 在本發明的第二個觀點中，第 層的必要厚度條件（相當薄）， 的。 的厚度條件） ~層第m族氮化物半導體 是與第一個觀點中不同
46324 1 五、發明說明（19) 在清潔該藍寶石基板的面g之後，當該基板溫度保持在 1 1 3 0 °c時，將氨氣導入作為運載氣體的氫氣中。約1分鐘 之後（因為該氨氣的循環狀態穩定），進一步導入TMA ’ 使得以MOCVD法生成不同厚度的A1N層。進一步在該A1N層 上’同樣地以MOCVD法來形成GaN層（厚度：2 //m ;生長 溫度：與該A1N層相同）。在光學顯微鏡下觀察該GaN層的 表面。觀察結果如下。圖7A到7F是顯示個別樣品表面的照 相（放大倍率：400)。
, 樣品編號 #13 #14 #15 #16 #17 #18 Α1Ν 厚度（ym) 0.015 0. 30 0.45 0. 90 1. 90 2.30 GaN層表面形態 〇 ◎ ◎ 〇 Δ A 〇 Δ 幾近鏡面 非鏡面’但是能夠在其上形成第二層第m族氮化 物半導體層
X 形態太差而無法在其上形成第二層第羾族氮化物 半導體層 ==4結果中，在1130 °C的生長溫度下，以M〇CVD法， A 1 Μ厚度0到1 〇 A的表面氮化層之藍寶石基板上形成該 度’較佳是定在0·01到2,3㈣的範圍。如果該 =rro_°i/zm，則缺點是生成在糊層上的 ί 層的厚度，更佳是定在0·1到1 圍，尤其更佳是在〇.2到_的範圍，最佳是約
46324 1 i、發明說明（20) 0. 4 5 # m。 從上面的說明中，在上述第一層第瓜族氣化物半 的生長溫度條件下，以M0CVD法在該基板上形成第瓜^層 化物半導體層的厚度，較佳是定在=， 更佳是在0· 1到1. 5 ΑΠ1的範圍，尤其更佳是在〇_ 2 ’ 的範圍，最佳是約〇.45#m。 ’ Um 本發明的·一個具體例將描述於下。 使用發光·一極體1 0於S亥具體例中。該發光-托g as _ ^ , 疋—極體 1 0 的 4士 構顯不於圖8中。 J〜 個別層的說明如下。 層 成份 摻膂 ρ -型層1 8 P -G aN Mg 發光層17 超晶格結構 量子井層 Ino.isGao.esN 障壁層 GaN 量子并和障壁層之重複次 1到10 數 η -型層16 η - G a N sT~~ 緩衝層15 AIN 基板Π 藍寶石（面i) ^
該η 型層16 ’可以是具有在發光層π面之低電 rr層，和在緩衝層15面之高電子密度的η+層之雒 密度的 又層έΐ：据 該發光層1 7並不限於超晶格結構。單一非均句彳’α稱° 雙重非均勻型結構，均勻-接面型結構或其他，結構， 為該發光層的結構。也可以利用任何其他像是时I 乂用作 Ρ IΝ接面功能來構造該發光層。 &面或 以像是鎂的受體來摻入’並具有寬的能帶隙之
89112967.ptd 第25頁 4 6 324 1 五'發明說明（21) A lx G ay I _x—y N (包括Χ = 〇，γ = 〇和χ：=γ = 0)，可以被重疊在該 發光層1 7和該p-型層1 8之間。這是一種來避免被導入該發 光層17的電子’擴散進入該p_型層18之技術。 該P-型層18，可以是具有在發光層17面之低空子密度的 Γ層’和在電極面之高空子密度的p+層之雙層結構。 個別的η-型和p-型層可以是上述的雙層結構（覆蓋層， 接觸層）’並且同時可以是超晶格結構來改良該層的功 能。 如上述結構之發光二極體，如下製造。 首先，當氫氣循環進入MOCVD裝置的反應器時，將藍寶 石基板加熱至1 0 0 0 。(：並保持在1 〇 〇 0 °C 5分鐘。然後，將 該基板11加熱至11 3 0 t ’並僅先將氨氣導入1 5分鐘作為 材料氣體。因此，形成厚（深）1〇〇 A的表面氮化層13。 然後’當該基板溫度維持在11 3 0 °C時，將Τ Μ A導入使得 以MOCVD法來生成A 1N的緩衝層1 5。當該基板溫度持續維持 時，形成η-型層1 6 ’然後以一般的方法（MOCVD法），在 該η-型層16上形成第二層第HI族氮化物半導體層17和18。 在該生長方法中’供給氨氣，以及像是三甲基鎵（TMG )、三曱基鋁（TMA )、和三曱基銦（TMI )的第1族元素 烷基化合物氣體，到被加熱至適當溫度的基板上，且作熱 分解反應，使得理想的晶體生成在該基板上。 在該具體例中因此所形成之第二層第m族氮化物半導體 層，在形態和結晶性都優良。 透光電極19是含金的薄膜。為了覆蓋相當於該p-型層a
463241 五、發明說明（22) 的整個上方表面，該透光電極19被層合在該P-钽層18上。 P-型電極20也是由含金的材料所構成的。該P-型電極20是 經由蒸發法，在該透光電極1 9上形成的。 經由蒸發法，在該η - G a N層1 6受独刻曝光的表面上’形 成η-型電極21。 應用本發明的裝置並不限於上述的發光二極體。本發明 也可被應用在像是光電探測器、雷射二極體、太陽電池等 等的光學裝置，像是整流器、半導體閘流器、電晶體等等 的雙極裝置，像是場式效應電晶體（FET )等等的單極裝 置’以及像是微波裝置等等的電子裝置。 本發明可進一步被應用到作為這些裝置的中間產物之積 層板。 本發明完全不受限於完成本發明及其具體例之模式，任 何熟悉本技藝者，在不離開本專利申請範圍内，可以進 各種修改。 7 詳細項目將揭示於下。 (21 ) —種製造第m族氮化物半導體裝置的 下列步驟： ^含 將藍寶石基板維持在1〇〇〇到118〇 t的溫度； 經由在該基板上循環作為第羾族氮化物半 來源之第-氣ft，而在該基板的表面 不大邛 3 0 0 A的表面氮化層；以及 取厚度不大於 經由作為第m族 斤、何科來源4
巩冗物牛導股ω 第二氣體，與該第~教體一缸低搜 ^ 几京材枓來源 乳體起循環，而形成厚度〇 Q1 J
463241 五、發明說明（23) 3.2只m的第Π族氮化物半導體層。 (22 )如項目（21 )的製造方法t其中，钕 的厚度是在10到3 0 0 A的範圍X表面氮化層 八幻靶圍，而第m族氮化物丰專#房 的厚度是在1‘2到3.2 的範圍。 物牛導體層 (23 )如項目（21 )的製造方法，其中， 的厚度是小於U A ;而第π族氮化物半導體層的面鼠化層 在〇. 0 1到2 . 3 # m的範圍。 牛及 以及項目（2 1 )至 該生長溫度是在1050 以及項目（21 )至 該生長溫度是在1 11 0 以及項目（22 )中 (24 )如申請專利範圍第1至14項 (2 3 )中任一項的製造方法，其中 到11 8 0 °C的範圍。 C 2 5 )如申s青專利範圍第1至1 4項 (2 3 )中任一項的製造方法，其中 到11 5 0 °C的範圍。 (2 6 )如申請專利範圍第2和丨丨項 項的製造方法，其中，該厚度是社5到3:〇㈣的範 圓。 (27)如申。月專利範圍第2和11項，以及項目（μ)中 項的製造方法’其中，該厚度是在2. 〇到2. 的範 圍。 (2 8 )如申β青專利範圍第3和1 2項，以及項目（2 3 )中 任一項的製造方法，其中，該厚度是在〇. 〇1到丨.7 的 範圍。 (2 9 )如申§青專利範圍第3和1 2項，以及項目（2 3 )中 任一項的製造方法，其中，該厚度是在〇· 3到丨.〇 m的範
463241 五、發明說明（24) 圍。 (31 ) —種第m族氮化物半導體裝置’係包含：在1 〇 〇 〇 到1180 °C的生長溫度下，在具有厚度不大於300 A的表 面氮化層之基板上，所形成厚度0.01到3·2 //m的第m族 氮化物半導體層。 (32)如項目（31)的裝置，其中，該表面氮化層的厚 度是在10到300 A的範圍；而第ΠΙ族氮化物半導體層的厚 度是在1. 2到3. 2 /z m的範圍。 (3 3 )如項目（31 )的裝置，其中，該表面氮化層的厚 度是小於10 A ;而第m族氮化物半導體層的厚度是在 0 . 0 1到2. 3 // m的範圍。 (34 )如項目（31 )至（33 )中任一項的裝置，其中， 該第ΠΙ族氮化物半導體層的生長速率是在10到250 nm/min 的範圍。 (3 5 )如項目（31 )至（3 3 )中任一項的裝置，其中， 在該第Μ族氮化物半導體層生長時的壓力是在2 5 0 0到 4 0 0 0 0 Pa的範圍。 (3 6 )如項目（31 )至（3 5 )中任一項的裝置，其中， 該第ΠΙ族氮化物半導體層是由AlxGahN (0 Sx )所製。 (3 7)如項目（3 6 )的裝置，其中，該第ΠΙ族氮化物半 導體層是由A1N所製。 (38 )如項目（37 )的裝置，其中，GaN層是形成在該 A 1 N層上。 (39 )如項目（31 )至（38 )中任一項的裝置，其中，
891]2967.ptd 第29頁 46324 1 五、發明說明（25) 該基板是藍寶石。 (40 )如項目（38 )的裝置，其中，該第m族氮化物半 導體層是形成在該藍寶石基板的面§上。 (41 ) 一種第in族氮化物半導體裝置，係包含：厚度〇. 01到3.2 /zm，且在厚度不大於3 00 A的表面氮化層之藍 寳石基板上’所形成之第一層第瓜族氮化物半導體層；以 及在該第一層第冚族氮化物半導體層上所形成之第二層第 Π族氮化物半導體層，其中個別的第一層和第二層第皿族 氮化物半導體層，是以MOCVD法，在相等或高於該第二層 第Π族氮化物半導體層的生長溫度下形成的。 (42) 如項目（41)的裝置，其中，該表面氮化層的厚 度是在10到300 A的範圍；而第瓜族氮化物半導體層的厚 度是在1.2到3.2 /zm的範圍。 (43) 如項目（41)的裝置，其中，該表面氮化層的厚 度是小於10 A ·，而第瓜族氮化物半導體層的厚度是在 0. 0 1到2，3从m的範圍。 (4 4 ) 一種第羾族氮化物半導體裝置，係包含：被氮化 30到90秒的藍寳石基板，以及在1〇〇〇到118〇它的溫度 下，在3被氮化的藍寶石基板上，所形成的第瓜族氮化物 該氮化所需的時間 ，係經由下列步驟 (45 )如項目（44 )的裝置，其中’ 不短於3 0秒’但是短於6 〇秒。 (51) —種第羾族氮化物半導體裝置 得到：
463241 五、發明說明（26) 將藍寶石基板維持在丨〇 〇 〇到丨丨8 〇 t的溫度； 經由在該基板上循環作為第瓜族氮化 來源之第-氣體’而在該基板的 j導體的氮材料 300 A的表面氮化層；以及 上形成厚度不大於 經由作為第m族氮化物半導體的 第二氣體’與該第一氣體一起循環，=疋素材料來源之 2 Am的第HI族氮化物半導體層。 ）成厚度0.01到3. (52 )如項目（51 )的裝置，其中， 度是在10到30 0 A的範圍；而第m备〜表面氮化層的厚 度是在1_ 2到3. 2 的範圍。 、化物半導體層的厚 (53)如項目（51)的裝置，其中 度是小於10 A ;而第m族氮化物半壤糊該表面氮化層的厚 〇.(H到2.3㈣的範圍。 物+導體層的厚度是在 項的裝置，其中 〇 項的裝置，其中 (5 4 )如項目（31 )至（5 3 )中任_ 該生長溫度是在1 0 5 0到11 8 0 °C的範> _ (55 )如項目（31 )至（53 )中任_ 該生長溫度是在1110到1150 t的範圍。 (56 )如項目（32 ) ’ （41 )和 、丄 置，其中，該厚度是在1.5到3.〇 _的^任一項的较 (57 )如項目（32 ) ， （41 )和、= ° 置，其中，該厚度是在2.0到2.7 _的任一項的敦 (58 )如項目（33 ) ， （42 )和（μ、丄 置，其中，該厚度是在〇·〇1到1.7 任一項的装 (59 )如項目（33 ) ’ （42 )和（53、圍。 、W )中任—項的裴
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置’其中’該厚度是在〇· 3到1. 0 /zm的範圍。 (61) —種製造積層板的方法’包含下列步驟：在⑽ 到U 80 °C的生長溫度下，在具有厚度不大於3〇〇 a的表 ，氮化層之基板上，形成一層厚度0.01到32 的第瓜 埃氮化物半導體層。 C 62 )如項目（61 )的製造方法，其中，該表面氮化層 的厚度是在1 0到3 Ο Ο A的範圍；而第冚族氮化物半導體舞 的厚度是在1·2到3.2 的範圍。 s (63 )如項目（61 )的製造方法，其中，該表面氮化層 的厚度是小於10 A ;而第Π族氮化物半導體層的厚度是 在0 0 1到2 · 3私m的範圍。 X疋 (64) 如項目（61)至（63)中任一項的製造方法，其 中，該第1Π族氮化物半導體層的生長速率是在1〇到250 nm/miη的範圍。 (65) 如項目（61)至（63)中任一項的製造方法，其 中’在該第ΠΙ族氮化物半導體層生長時的壓力是在2500到 4 0 0 0 0 Pa的範圍。 (66) 如項目（61)至（65)中任一項的製造方法，其 中*該第ΙΠ族氮化物半導體層是由AixGabXN (OSxSl)所 製。 C 67 )如項目（66 )的製造方法，其中，該第瓜族氮化 物半導體層是由A1N所製。 (6 8 )如項目（6 1 )至（6 7 )中任一項的製造方法，其 中，該基板是藍寶石。
89112967.ptd 第32頁 4 6324 1 五、發明說明（28) (69) 如項目（68)的製造方法，其申，該第m族氮化 物半導體層是形成在該藍寶石基板的面g上。 (70) —種製造積層板的方法，包含下列步驟：在厚度 不大於300 Α的表面氮化層之藍寶石基板上，形成厚度 0.01到3·2 之第一層第皿族氮化物半導體層；以及在 該第一層第皿族氮化物半導體層上形成第二層第皿族氮化 物半導體層’其中個別的第一層和第二層第皿族氮化物半 導體層’是以MOCVD法，在相等或高於該第二層第m族氮 化物半導體層的生長溫度下形成的。 (71) 如項目（70)的製造方法’其中，該表面氮化層 的厚度是在10到300 A的範圍；而第瓜族氮化物半導體層 的厚度是在1.2到3.2 的範圍。 (72) 如項目（70)的製造方法’其中，該表面氮化層 的厚度是小於10 A ;而第皿族氮化物半導體層的厚度是 在0·01到2.3 的範圍。 (73 )—種製造積層板的方法，包含下列步驟：將藍寶 石基板氮化3 0到9 0秒的時間；以及在1 q q 〇到11 8 〇 。匚的溫 度下，在該被氮化的藍寶石基板上，生成第羾族氮化物^ 導體層。 士 （74)如項目（73)的製造方法，其中，該氮化所需的 日1·間不短於3 0秒’但是短於6 〇秒。 (81) —種製造積層板的方法，包含下列步驟： 將藍寶石基板維持在丨〇 〇 〇到丨丨8 〇它的溫度； 經由在該基板上循環作為第m族氮化物半導體的氮材料
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丘、發明說明（29) 來源之第一氣體，而在該基板的表面上形成厚度不大於 300A的表面氮化層；以及 又 、 經由作為第ΠΙ族氮化物半導體的第m族元素材料來源之 第二氣體，與該第一氣體一起循環，而形成厚度〇 . 〇丨到' 3. 2 的第m族氮化物半導體層。 ^ (82) 如項目（81)的製造方法’其中，該表面氮化層 的厚度是在10到300 A的範圍；而第]π族氮化物半導體層 的厚度是在1. 2到3. 2 # m的範圍。 (83) 如項目（81)的製造方法’其中，該表面氮化層 的厚度是小於10 A ;而第Π族氮化物半導體層的厚度是 在0.01到2.3 /zm的範圍。 (84) 如項目（61)至（83)中任一項的製造方法，其 中，該生長溫度是在1 0 5 0到11 8 0 t的範圍。 、 C 85 )如項目（61 )至（83 )中任一項的製造方法，其 中’該生長溫度是在1110到1150 °C的範圍。 (86) 如項目（62) ’ （71)和（82)中任一項的製造 方法，其中，該厚度是在1. 5到3. 0 v m的範圍。 (87) 如項目（62) ， （71)和（82)中任一項的製造 方法’其中，該厚度是在2. 0到2. 7 # m的範圍。 (88 )如項目（63 )， （72 )和（83 )中任一項的製造 方法，其中，該厚度是在0. 0 1到1. 7 // m的範圍。 (89 )如項目（63 )， （72 )和（83 )中任一項的製造 方法’其中，該厚度是在0. 3到1. 0 μ m的範圍。 (9 1 ) 一種積層板，係包含：在1 〇 〇 〇到11 8 0 °C的生長
S9112967.ptd 第34頁 五、發明說明（30) *- 溫度下，在具有厚度不大於300 A的表面氤化層之基板 上’所形成厚則^到3·2 _的第HI族氮化物半導體 層。 (92)如項目（91)的積層板， 厚度是在10到300 A的範圍；而第 厚度是在1，2到3.2 的範圍。 其中，該表面氮化層的 K族氮化物半導體層的 (93 )如項目（91 )的積層板 厚度是小於10 A ;而第n[族氮化 0 · 0 1到2. 3仁m的範圍《 其中’該表面氮化層的 物半導體層的厚度是在 (94 )如項目（91 )至（93 )中 中，該第JH族氮化物半導體層的生 nm/min的範圍。 任一項的積層板，其 長速率是在1 〇到2 5 0
(95)如項目（91) $ f〇q、j, , ^ .,m ^ ^ J至（93)中任一項的積層板，其 中’在邊弟m族氮化物半導體層生長時的壓 4000 0 Pa的範圍。 J (96 ^如項目（91 )至（95 )中任一項的積層板其 :，該第ffi族氮化物半導體層是(〇q 製。 (97) 如項目（96)的積層板，其中 半導體層是由A1N所製。 (98) 如項目（97)的積層板，其中 該A1N層上。 ’該第n族氮化物 ’ GaN層是形成在 中 巧…97)中任一項的積層板，其
4 6 324 1 五、發明說明（31) (1 00 )如項目（99 )的積層板，其中，該第m族氣化 物半導體層是形成在該藍寶石基板的面§上。 (101) —種積層板，係包含：厚度0.01到3, 2 ，且 在厚度不大於3 00 A的表面氮化層之藍寶石基板上，所形 成之第一層第ΠΙ族氮化物半導體層；以及在該第—層第瓜 族氮化物半導體層上所形成之第二層第m族氮化物^導體 層，其中個別的第一層和第二層第hi族氮化物半導體層， 是以MOCVD法’在相等或高於該第二層第m族氮化物半導 體層的生長溫度下形成的。 (102) 如項目（101)的積層板’其中，該表面氮化層 的厚度是在10到300 A的範圍；而第瓜族氮化物半導體層 的厚度是在1. 2到3. 2 μ m的範圍。 (1〇3)如項目（1〇1 )的積層板’其中，該表面氮化層 的厚度是小於ίο A ;而第m族氮化物半導體層的厚度θ 在〇. 〇 1到2. 3 # in的範圍。 疋 (104 ) —種積層板，係包含：被氮化30到9〇秒的越 石基板，以及在1 000到1180 t的溫度下，在該被氣;^的 藍寶石基板上，所形成的第m族氮化物半導體層/ 、 士 （105 )如項目（104 )的積層板’其中，該氮化所需 時間不短於30秒，但是短於60秒。 的 (111 ) 一種第ΙΠ族氮化物半導體積層板，係經由 步驟得到： n 將藍寶石基板維持在1 00 0到1180 °c的溫度； 經由在該基板上循環作為第m族氮化物^^體的氮材料
89112967.ptd 第36頁 Δ632Α 1 五、發明說明（32) 來源之第-氣體，而在該基板的表面上形成 300A的表面氮化層；以及 經由作為第皿族氛化物半導體的第瓜族元素材 第二氣體，與該第一氣體一起循環，而形成厚度〇 〇1 3.2 //m的第ΠΙ族氮化物半導體層。 二· ' m2) 項目（⑴）&積層板，其中，該表面氮化層 的厚度是在10到3 0 0 A的範圍；而第羾族氮化物半導體声 的厚度是在1. 2到3. 2仁m的範圍。 曰 (113) 如項目（111 )的積層板’其中，該表面氮化層 的厚度是小於1 0 A ;而第Π族氮化物半導體層的厚产曰 在0 ‘ 〇1到2. 3 /zm的範圍。 曰 又 (114) 如項目（91)至（113)中任—項的積層板立 〒’該生長溫度是在1 0 50到1180 °C的範圍。 八 ⑴5)如項目（91 ) s⑴3)中任一項的積層板，豆 甲’該生長溫度是在1 1 1 0到11 5 0 I的範圍。 ’、 藉如項目（92) ’⑴1 )和⑴2)中任-項的 積層板’其中，該厚度是在丨.5到3,〇 的範圍。 如項目（92) ’（101)牙口⑴2)中任一項的 積層板，其中，該厚度是在2.〇到2,7 的範圍。 (Π8 )如項目（93 ) ， （102 )和（113 ) 積層板，其中’該厚度是在UMUm的範圍。項的 (1 1 Θ )如項目（9 3 ) ， （ i 〇 2 )和（ 積層板，且中，哕厘痒a产n q n d )中任一項的 _ ^ r °亥厚度疋在0. 3到1. 〇 的範圍。 之說明
89U2967.ptd 第37頁 Λ63241
89112967.ptd 第38頁 463241 圖式簡單說明 本專利的申請包括至少一張彩色製作的圖示。專利商標 事務所將提供本專利具有彩色圖示之一份以備索取，但需 付清必要費用。 在所附的圖示中： 圖1是顯示A1 N單晶層的生長速率，和其結晶性之間關係 的曲線圖： 圖2是顯示當圖1中的生長速率是5〇nm (5〇〇 A) /min 的例子中x-射線振動曲線； 圖3是同樣在50 nm (500 A) /min的生長速率，該ajn 單晶層的表面電子顯微照相； 圖4是同樣在1〇 nm (100 A ) /min的生長速率，該 單晶層的表面電子顯微照相； 圖5是顯示作為本發明具體例之發光二極體； 圖6A到6F是顯示表2中個別樣品表面的照相； 圖7A到7F是顯示表4中個別樣品表面的照相； 圖8是顯示作為本發明另一個具體例之發光二極體；以 及 圖9A到9F是顯示表1中個別樣品表面的照相。
89112967.ptd 第 39 頁

Claims (1)

  1. 46324 1__ 六、申請專利範圍 〜 1 · 種衣k弟瓜族氣化物半導體裝置的方法，包含下列 步驟： 製備具有厚度不大於3 00 A的表面氮化層之基板；以及 在1000到1180 。(：的生長溫度下’在該基板上生成一層 厚度〇 01到3. 2 /zm的第m族氮化物半導體層。 2. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，該表面氮 化層的厚度是在10到30 0 A的範圍；而該第皿族氮化物半 導體層的厚度是在I 2到3. 2 /zm的範圍。 3. 如申請專利範圍第！項之製造方法，其中，該表面氮 化層的厚度是小於1 〇 A ;而該第ΠΙ族氮化物半導體層的 厚度是在0.01到2.3 的範圍。 4·如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，該第皿族 氮化物半導體層的生長速率是在1〇到250 nm/m in的範圍。 5.如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，在該第皿 族氮化物半導體層生長時的壓力是在2500到40000 Pa的範 圍。 6·如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，該第羾族 氮化物半導體層是由AlxGai_xN (0 Sx )所製。 7·如申請專利範圍第6項之製造方法，其中，該第皿族 氮化物半導體層是由Α1Ν所製。 8.如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，該基板是 藍寶石。 9 ·如申請專利範圍第8項之製造方法，其中，該第m族 氣化物半導體層是形成在該藍寶石基板的面§上。
    89112967.ptd 第40頁 463241 六 、申請專利範圍 10. 一種製造第π族氮化物半導體裝置的方法，白人 列步驟： 々包含下 製備具有厚度不大於300 A的表面氮化層之趑曹 板； 胃石基 在該藍寶石基板上，形成厚度〇.〇1到3.2 第瓜族氮化物半導體層；以及 —層 在该第一層第皿族氮化物半導體層上形成第_ 氮化物半導體層， 弟-層第m族 其中個別的該第一層第m族氮化物半導體層，是以 金屬化學氣相沉積法’在相等或高於該第二妹機 物半導體層的生長溫度下形成的。 層第111族氮化 11 ‘如申請專利範圍第1 〇項之製造方法，盆中，兮生 ^ ” 丁 通表面 亂化層的厚度是在10到300 A的範圍；而該第羾族氮化物 半導體層的厚度是在1·2到3.2 /zm的範圍。 ' 12. 如申請專利範圍第10項之製造方法，其中，該表面 氮化層的厚度是小於10 A ;而該第m族氮&物半°導體層 的厚度是在0.01到2.3 的範圍。 13. —種製造第瓜族氮化物半導體裝置的方法，包人 列步驟： 3 將藍寶石基板氣化3 0到9 0秒的時間；以及 在1 0 0 0到1 1 8 0 °C的溫度下，在該被氮化的藍寳石基 上，生成第ΠΙ族氮化物半導體層。 土 1 4.如申請專利範圍第1 3項之製造方法，其中，該氮化 所需的時間不短於3 0秒，但是短於6 〇秒。
    463241 六、申請專利範圍 15. —種第m族氮化物半導體裝置，係含有 基板；以及 在該基板上形成的A1N單晶層，該A1N單晶層具有厚度從 0, 5到3 // m且具有相當平坦表面， 其中該A1N單晶層的X-射線振動曲線之半值寬度不大於 5 0粆。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之裝置’其中，該A丨n單晶層 是以有機金屬化學氣相沉積法所形成。 17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中，使用加熱至 溫度1000到1200 C的藍寶石面自作為該基板。 18. 如申凊專利範圍第16項之裝置，其中，當生成該ain 單晶層時，所使用的壓力從4. 〇 X 1 〇3到1 _ 3 x丨〇4 Pa，運載 氣體的流速從2到4 m/sec ’鋁材料氣體流速從7 x 1〇-5到4 X104 #mol/cm3，以及氮材料氣體流速從〇〇2到(jog y mo 1 /cm3 。 19.如申請專利範圍第16項之裝置，其中，該AiN單晶層 的生長速度是從20到60 nm/min的範圍。 2 0.如申請專利範圍第1 5項之裝置，其中，構成裝置功 能的第π族氮化物半導體層是形成在該A1N單晶層上。 21. —種生成A1N單晶層的方法，包含下列步驟：在基板 上進行有機金屬化學氣相沉積法來生成A丨N單晶層；其 中’反應容器的内部壓力從4.0 χ103到丨_ 3 Xi〇4 k /運載 氣體的流速從2到4 m/sec ’紹材料氣體流速從7><1〇_5到4 X10—4 #m〇l/Cm3，以及氮材料氣體流速從〇 〇2到〇.〇8
    第42頁 4 6 324 Ί 六、申請專利範圍 ^ mo 1 /cm3。 22. —種積層板製造方法，用來在藍寶石基板上層合第 Π族氮化物半導體層，係包含如申請專利範圍第2 1項之生 成A1N單晶層的步驟。 2 3.—種製造第ΙΠ族氮化物半導體裝置的方法，係包含 如申請專利範圍第2 1項之生成A1 N單晶層的步驟。 2 4,如申請專利範圍第21項之生成方法，其中，使用加 熱至溫度1000到1200 °C的藍寶石面§作為該基板。
    S9112967.ptd 第43頁
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