TW490866B - Method of manufacturing group-III nitride compound semiconductor device - Google Patents

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Masanobu Senda
Jun Ito
Toshiaki Chiyo
Naoki Shibata
Shizuyo Asami
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Toyoda Gosei Kk
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Description

490866 五、發明說明ο) 技術题i 本發明係關於一種第π I族氮化物系化合物半導體元件 之製造方法。 背景技術 向來藍色發光元件等之第Ϊ丨丨族氮化物系化合物半導體 元件係於藍寶石基板上以有機金屬化學氣相沈 利說明書中作「咖法」）使由AlxGal_xN(。
緩衝層生長，再於其上以同樣之M0CVD法生長第1丨J族 物系化合物半導體層而得。 、A 此處，在M0CVD法中，係將氨氣與第ΪJ族烷基化合物 體，例如三甲基鋁（TMA)、三曱基鎵（tmg)、三曱基銦” (TMI)供給到加熱至適當溫度的基板上使之熱分解土，、而在 二反上成膜形成所要的結晶。此處，作為 氣體的m等之有機金屬是高價的 ； 系二合物半導體元件之成本居高的原因之―弟。11 ^化物 方！ ίA开;xlVx!i ° μ ‘1)所成的緩衝層以肋⑽法以外的 在日iii，則可避免使用τμα或tmg等有機金屬。例如， 氮氣)之下曰加二η '氣的環境(實施例中係為氨氣與 使第hi族有機'全麗〜1〇〇〇 C)後，供給第111族有機金屬， 進行氣相生長n在經加熱的基板上分解，使氮化物膜 ^1)。以古哺讲 衝層上生長同一組成的AlxGahN(0$x 之際之原；；形轉所成之緩衝層 、係為向純度的金屬鋁與金屬鎵，此等係作為 90109514.ptd 第5頁 五、發明說明（2) 所有的原材：：：：：合；則作為？鍍氣體。此情況， 原材料的MOCVD法來成\播展因與使用高價的有機金屬作為 以降低。 y成衝層之情況相比，元件的成本得 本發明者等，依曰本專^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 的方法試做之下，π招、特a千5~86646唬公報中揭示 )所成之缓衝厚：i 頻濺鍍法形成之Α1χ、Ν(〇 “ 化合物ii=i2rM0CVD法形成之第111族氮化物系 :以Μ= Γ法形成的Α1χ〜Ν(0…1)所成緩衝層上 =C D法形成之第⑴族氮化物系化合 以該方法所得之第⑴族氮化物系化合物半° V體層在結晶性方面較差。 千 發明之掘示 本發明係發明者等就提高以濺鍍法所得之第I I I族氮化 物系化合物半導體層的結晶性加以檢討累積所得之結果， 規定出對使用濺鍍法在基板上形成第丨〗丨族氮化物系化合 物半導體層之際之較佳條件。亦即，本發明申請案之第σ 111族氮化物系化合物半導體元件之製造方法規定如下。 係為於使用濺鍍法形成第1之第][π族氮化物系化合物半 導體層於基板上之際，其濺鍍裝置之初期電壓係為^鍍電 壓之11 0 %以下之一種第I I I族氮化物系化合物半導體元 之製造方法。 依據本發明申請案之關於第丨丨I族氮化物系化合物半導 體元件之製造方法，於使用濺鍍法使第1之第丨丨丨族氮化物
90109514.ptd 490866 發明說明（3) —_ 系化合物半導體層於基板上 電壓係抑制於滅鑛電壓之110二際二其藏鑛裝置之初期 第！之第m族氮化物系化合物1:脚糟此在生長初期階段 而第1之第⑴族氮化物系化合= 安定， 階段所成的單結晶或與其相近者,其“將=為生長初期 氮化物系化合物半導體層全體 ^ ^ 苐I 11族 另-方面，若初期階段的施加電，晶，良好者。 形成生長速度不安定，目此在材質相異的基板上生‘：； 1之第111族氮化物系化合物半導 長之弟 带成夕紝曰十此曰π 土初牛ν體不易形成單結晶，而易 形成夕、、、口日日或非日日形者。此影響會及於第i之第丨丨 物系化合物半導體層全體，並降低第i之第⑴ 化： 化合物半導體層之結晶性。 、、匕物糸 f施發明之最佳形態 以下，就本發明的各要素作詳細說明。 〈基板〉 μ ms質，只要是能使第1之第ιπ族氮化物系化合物 1生長者都可，並無特別限定，彳列舉例如藍寶石、石夕、 =化石夕、*化#、碟化鎵、石巾化鎵、氧化鎮、氧化猛、第 I I I族氮化物糸化合物半導體單結晶等來作 〇 料。 其中以使用藍寶石基板為佳’而利用藍寶石 則更佳。 〈第1之第π I族氮化物系化合物層> 此說明書中之第m族氮化物;、化合物半導體，係為通
490866 五、發明說明（4) 式為 A lx G aY I η卜 χ_γ Ν(0$Χ$1 ’〇$γ$ι，〇$χ + γ<ι)所表 示，包含AIN、GaN及InN的所謂之二元系，及MxGai N : Α 1χ I ηι-χN、Gax I η卜xN (以上之中〇 $ χ $ 1)的所謂之二元系。 第I I I族元素之一部份亦可由硼（B)、鉈（T1)等取代，又5 (Ν)之一部份亦可由石粦（Ρ)、砷（As)、銻（Sb)、鉍（（Bi) 取代。作為η型不純物，可使用Si、Ge、Se、Te、c等。、 為P型不純物，可使用Mg、Zn、Be、Ca、Sr、Ba等。 ^ 本發明中，作為第1之第I丨丨族氮化物系化合物半 層’以採用GaN層或A1N層為佳。而以A1N層更佳。 第1之第I I I族氮化物系化合物半導體層之膜 別的限定’以5~ 30 0nm為佳，1〇〜1〇〇nm更佳。 …特 有關濺鍍法，可採用包含反應性濺鍍法之通 巧別以採用DC賤法為佳。又，使臟 ;^ 错著參數的設定膜質可容易地㈣ 可 射所導致基板面的損傷。依使 P制口4雔子照 金屬铉、入遥伽β 4 的濺鍍法’可用金屬鋁、 化物糸化合物層之原材料。又， ，U 1知虱 化合物本身直接作為靶材的 私氮化物系 有機金屬之情表，此等;、材料=使用，與使用 體之電漿處理(含蝕刻)較氣、氮氣及氧氣的氣 〇议馮有效的情況。 至於濺鍍電壓，係於濺鍍 電壓，在基板上使第I I I族筒、 、土板/、靶材間的施加 時，電漿發生之後的安定;二糸化合物半導體生長之 後之電壓，此電壓為使第III族
90109514.ptd 第8頁 490866 五、發明說明（5) 氮化物系化合物半導體生長所需之最低電壓。X，初 歷係指 >敗鑛開始時之電壓，纟開始算起的3〜1〇秒間須將咳 初期電壓抑制於濺鍍電壓之丨丨〇 %以下是必要的（參照圖〇 3) 圖1表示濺鍍初期電壓與發光二極體的發光輸出之 係。此處，發光二極體10的構成圖如圖2所示 成及膜厚列示如下。 透光性電極1 9 P型包覆層18 發光層1 7 量子井層 障壁層（barrier 組成·摻雜劑（d 〇 p a n t) P-GaN : Mg 超晶袼構造 各層之組 (膜厚） (〇 · 3 // m) A0. 15
Ga 0. 85 (3· i (3· nm; ^ '-…nm) 置子井層（quantum well)層與障壁層之重複層數：卜^ η 型包覆層 16: n~GaN : Si U//n〇 濺鍍生長層15 : AIN r,n 、 (〇ϋ nm) 基板11 · 藍寶石（a面） （300从m) ^作為第1之第I I I族氮化物系化合物層之濺鍍生長層丨5， 係以DC濺鍍裝置形成，其初期電壓係經變化者。此時之濺 鑛條件為基板溫度450 °C，Ar流量：1 8sccm，N2流量： 22SCCm，供與電力與時間：為調整初期電壓而使其變化 (例·· 3KW，95秒），濺鍍槽内壓力：〇· 5Pa。n型包覆層16 之上面的第I I I族氮化物系化合物半導體層係使用一般的 M0CVD法所形成。圖1的縱軸之發光輸出為對發光二極體施
GaN
90109514.ptd 第9頁 490866 五、發明說明（6) 加電流2 0 m A所付光以光谓測器（p匕0 t 〇 d e t e c t 〇 r )測定者。 將所得之最高輸出作為1，舆之相比以比率表示。 如同圖1所明顯地顯示者，若初期電壓對濺鍍電壓（圖j 中之橫軸之100%)的比率超過丨1〇%，則發光輸出成為〇，無 法得到充分的輸出（發光無法以目視觀察）。 ’ 另一方面’圖20係表示濺鍍初期電壓與〇型包覆層之GaN 層之X線鎖定曲線中之半值幅值的關係。此例中，於藍寳 使/長層之A1N層生長至膜厚60nm，再形成二m A:此圖可明白地知道，經由將濺鍍裝置的 化物系化合物層上渺成且古白k J隹弟1之弟111鉍虱 、 s上开y成具有良好的結晶性的層。 2上I知，濺鍍裝置的初期電壓以濺 得…。欲對、L構= 其初期的結晶性對於其上生長的況，由於 別地重要。因此之故， B日有大的衫響，所以特 11 0%以下，第J J τ 曰、刀』電壓設為濺鍍電壓的 化或盥單钍日非虱化物糸化合物半導體材料會單紝日 儿劣/、早Μ晶非常接近。於 Τ曰早、、、口阳 再以濺鍍法所形成之層也容易成為=成：半導體層上 之第⑴族氮化物系化合物半導^；曰’:結果，第1 良好的層。 層全體性地成為結晶性 如此般地，在濺鍍開始的數秒 低是必要W ’其後的施加電壓“：：力:電壓須控制於較 則扶鬲也無妨。藉此，可有 90109514.ptd 第10胃
效率地形成濺鍍層1 5。 :合雖:半2賤鍍生長層的第1之第η!族氮化物 吉果。 干导篮材枓的情況也可得到同樣的 抑制初期電壓於較低的方法加以說明。 =。，在錢開始之後立即需要較大的電|。此乃 表面因有絕緣層被覆，為 此 ，必須用 大的電壓之故。
於此見解之下，為防止靶材的表面形成絕緣膜或即使形 成也能是較薄、較粗，為能如此，在前面的濺鍍，亦即前 面為製造製品使用的濺鍍之後，到下一個濺鍍開始前，須 使滅鍍槽内成為高真空狀態。該高真空狀態以丨〇分鐘以内 為佳。藉此，為了達成於基板與靶材間通電，就不需要對 革巴材表面作絕緣破壞’或以極低的電壓即可作絕緣破壞。 圖3表示錢鑛開始前之丨賤鍵槽内的殘留氣體壓力（壓力） 與濺鍍裝置中的施加電壓之關係。濺鍍條件為基板溫度
450 C ’ Ar里· 18sccni ’N?流 ϊ · 22sccm，供與電力 (例：3 kW(95秒）），濺鍍槽内壓力：〇· 5Pa。施加電壓約 於施加後5秒達於安定，此達安定之電壓為濺鍍電壓。 圖3中（1)的數據係表示將濺錢前的濺艘槽内之壓力維持 於1· 10 X 10-4Pa達60 0秒，而基板為放置於碳載置盤之情況 者。此情況，濺鍍初期電壓約為濺鍍電壓的1 20%。如此般 所得之藏鍵層上再以Μ 〇 C V D法形成苐2之第I I I族氮化物系
90109514.ptd 第11頁 發明說明（8) 化合物半導體層，構成如 輸出比（對庫於岡1 4 所 兔先二極體時之發光 «3t(2 8 · 1 〇 X 1 〇 -5 P a之外Λ 將減鑛前之機錄槽内壓力降低至 的數據中，政铲、、都與上述的（1)為相同條件。於（2) 發明110%以下的Μ 為滅1鑛電壓的、約104%，滿足本 縱軸）為0. 85。、 。而此時之發光輪出比（對應於圖1之 1·:“二的a: Ϊ彳:將濺鍍前之濺鍍槽内壓力降低至 此事實’即使是以Α1Ν以外 導體來形錢鑛層之情況也卜^/⑴^化㈣化合物半 X二t(3)而之且數么？濺鍍前之濺鍍槽内壓力降低至6. 40 上述的（1)為相載置盤為矽單結晶製，而其他都與 滅鑛電壓的約1〇°2/、， 。（3)之數據中，其濺鑛初期電壓為 之發光輸出比（對;⑽以下的要件。而此時 c對應於圖1之縱軸）為1.00。 鍍槽内壓力之並數支據大與的(2以數據相較’由於其於濺鍍前之濺 碳改為石夕單ί:=…斤以’發現使載置盤之材質由 般，相較=降！初期電壓且提高發光輸出。- 此（2)之數摅& r ^阳石厌較易於吸收及放出氣體分子。因 此W )之數據與（3 )之數撼的| 為相同直*序丁 |據的差異，係在於即使濺鍍槽内係 ( A1) ^ ® Γ a λ!載置盤的材料所放出的氣體之與靶材 U1)的表面反應等之影響所致。 圖中I員不將石反製的載置盤與石夕晶圓製的載置盤在大
90109514.ptd 第12頁 490866 五 '發明說明（9) ____ 氣中曝氣3分鐘後’再置入濺鍍裝置内時之槽内之 '由圖4可知’由碳製的載置盤放出的氣體較多^ ’變 置盤Γ基板支V二易出氣體的材料形成的載 形成亦可。破壤#。至少載置盤的表面以該種材料來 ^同樣的見解1鍍槽之至少表面部份也 材料形成（被霜）炎, 丨k夺目關 )為佺。又，相關文獻可參照應用物理fiq 第 1 號20 00. 0 1 pp 22 28 奶理69
圖5〜圖17顯示對各種結晶進行RHEED所得之照片。 圖5及圖6為藍寶石a面之RHEED之照片。 =的濺鍍條件（基板溫度45〇 〇c，Ar流量· ，
N2流量·· 2 2sccm，供與電力：3kw(95秒），濺鍍槽内壓 力：〇· 5Pa)下，初期電壓為濺鍍電壓的1〇2%之例子（（3)的 數據）之下，濺鍍5秒後之A 1N的RHEED照片為圖7，同上之 30度旋轉時之RHEED的照片如圖8所示。圖9為繼續濺鍍使 A1N生長達膜厚3〇nm時之RHEE])照片、圖1〇為同上之旋又轉3〇 度時之RHEED照片。圖11為將膜厚生長達30nm者進行熱處 理後之RHEED照片、圖12為同上之旋轉30度時之RHEED照 片。由以上所述，可得以確認以初期電壓為濺鍍電壓的 102%的例子（（3)之數據）之各階段都可得到良好的結晶 性。 圖1 3是在相同的濺鍍條件下，初期電壓為電鍍電壓的 1 20%之例（（1 )的數據），在濺鍍5秒後之A1N之RHEED照片。
90109514.ptd 第13頁 490866 五、發明說明（ίο) 圖14為繼續濺鍵使A1N生長達膜厚30nm時之RHEED照片、固 15為同上之旋轉30度時之RHEED照片。圖16為將膜厚生長 達30nm者進行熱處理後之RHEED照片、圖17為同上之旋轉 3 0度日守之R Η E E D照片。由以上可知’相較於初期電壓為分 錢電壓的1 0 2 %之例（（3 )之數據），初期電壓為濺鍍電壓的 1 2 0 %之例（（1)之數據）的於各階段的結晶性都較差。 、 通常’滅鑛裝置30為如圖18所示般，係於基板33與乾 31間可控制施加之電力之構造。因此，若增大基板33與靶 材3 1間的流通電流，則兩者間的電壓可維持於較低。以下 之核时，係依於所述之見解將濺鍍初期電壓收斂於 的範圍内。 w 與:===:板3藉7:地由::二基板33 所放出的電力線不只朝向基板33(通常為：地 1接 哕邱a : ▲…、〇果進入基板33的電力線密度，即 二二刀、電场變小致對於靶材的電位差 ί:;:基板33接地的情況，防著板37嫩 電力線的數目會增加則電流增' = 與基板33之間的電位差變小。 』：付粑材 由同樣的考量可知，佶其妃 座）的表/及=二載^盤34(基板支樓 t) 〇, , # ; 490866 五、發明說明（11) 氣體的導電性金屬或TiN等。 尸依本發明者等之檢討，以DC濺鍍法來形成第1之第11 I族 氣化物系化合物半導體層時，較佳的濺鍍條件如後述。經 由滿足所述的條件，在濺鍍進行中可防患異常放電於未 缺0 較佳的DC濺鍍條件為： 氣體流速：0 · 6 7 m / s以上 氣體壓力：1 · 5Pa以上 投與電力：5.7w/cm2以下 氣體比（N2/(Ar + N2) —43% 溫度：4 0 0 °C以上 圖1 9表示因於異常放電之電弧發生次數與各濺鍍條件間 的關係。 〈第2之第I I I族氮化物系化合物半導體層〉 第2之第I I I族氮化物系化合物半導體層為元件機能構成 者。此處之元件可列舉例如發光二極體、受光二極體、雷 射二極體、太陽電池等之光元件，以及其他之整流器、 間流體（thyristor)及電晶體等雙極性元件、FET等單極性 兀件及微波元件等之電子裝置。又，本發明也適用於作為 此等元件之中間材料之積層體。 又’有關發光元件的構成，可為使用具有MIS接面、PIN 接面、或pn接面的同質構造（h〇m〇構造）、異質構造 (hetero構造）或雙異質構造（d〇ubie hetero構造）。而作 為發光層者’可採用量子井構造（quantum wen
第15頁 490866 五、發明說明（12) —一^ structure)(單一量子井構造或多重量子井構造）。 第2之第I I I族氮化物系化合物半導體層之形成材料，可 使用與上述說明的第1之第I Π族氮化物系化合物層相同 者。第2之第I I I族氮化物系化合物半導體也可含有任专的 摻合物。作為n型不純物者，可用Si、Ge、Se、Te、c i。 作為p型不純物者，可用Mg、Zn、Be、Ca、Sr、Ba等。 欲得到更好的結晶性，鄰接第1之第丨；[I族氮化物系化合 物層之作為第2之第11 I族氮化物系化合物半導體層^採; GaN 層或AlxGabXN(0 SX S 1)層為佳。 第2之第I I I族氮化物系化合物半導體層之形成方法，並 無特別限定，除了有機金屬氣相沈積法（M0CVD法）之外，” 周知的分子束結晶生長法（MBE法）、鹵化物氣相沈積法 (HVPE法）、濺鍍法、離子鍍法、電子淋浴法等都可用來形 成。 y 在實行M0CVD法形成第2之第I I I族氮化物系化合物半導 體層時之基板升溫之同時，第1之第I π族氮化物系化合 層也因而被熱處理。
實行M0CVD法時之運載氣體以氫氣或氮氣、或者兩 混合氣為佳。 A 換言之，第1之第11 Ϊ族氮化物系化合物層宜在氫 氣與含氮的氣體（氨、聯氨等）之混合氣的氛圍氣下進，^ 處理為佳。此時之熱處理溫度以丨〇 0 0〜丨2 5 〇 〇c為佳。仃…、 又，於第1之第I I I族氮化物系化合物半導體層形 在该當第1之第I I I族氮化物系化合物半導體層之仍在生長
90109514.ptd 第16頁 490866 五、發明說明（13)
中的狀悲下，於盆上rl·' ^TTT 導體層。 ，、形成第2之弟1 Π族氮化物系化合物半 實行通常的M0CVD之情況，大容右料产& ,丄 S τ τ τ , 大夕有對底層（本件之情況為 弟1之第III力矢氮化物李化合物來道 洗、、參! 丰¥體層）進行洗淨（超音波 明者箄之A4 /先淨4)作為别處理。然而，依本發 右不妁π A aa a、所江之冼乎所侍之發光元件多數會 捭篦1夕笠τ τ T # γ 面’’略所述之洗淨，而維 H能化物系化合物半導體層於仍在生長中的 =ί、兄第2之第111族氮化物系化合物半導體 ΐ;有:二，:？發光元件可得到均-的發光，而幾 知就本發明的實施例作說明如次。 實施例係為發光二極體10，其構 各層的規格如上述者。 于如圖2所不者。 η型包覆層1 6可為由發光層丨7之一 與底心-側的高電子濃細層所構j:的 兔光層1 7並不僅限於超晶格構造者。曰冓仏 成者’可使用單異質型、雙異質型及同構 在發光層1 7與p型包覆層丨8之間可介 '者專 體之能帶隙寬的第11 I族氮化物系化合=雜有鎮等受 防止注入發光層η的電子之擴散到心=:。此可 亦可以p-AlGaN : Mg作為Ρ型包覆層本身设θ 。又， ^包覆層18可為由發光層17之—側的低電洞濃度p-層
^^866
與電極一側的高電洞濃度p +層所構成的2層構造。 上述構成的發光二極體可以如後述進行製造。 首先，將藍寶石基板（載置盤為矽製）固定於DC濺錢裝^ 之槽内，將濺鍍槽内抽真空至6· 4 X 1 〇-5Pa，於上述的丨賤_ · (即為用以製造上述製品所用的濺鍍）終了之1 〇分鐘内_· 行減:鍍，以下述條件形成濺鍍生長層1 5。 基板：藍寶石a面 · 基板溫度·· 4 5 0 °C A1N層的膜厚：30nm 賤鍍氣體：Ar(18sccm)/N2(22sccm) 槽内壓力：〇· 5Pa · DC電力：3kW(惟，電極面積約7〇〇cm2) ，然後，將基板移至MOCVD裝置，不施以任何洗淨，以氫 氣作為載送氣體，用通用的方法在n型包覆層丨6之上形^ 第2之第I I I族氮化物系化合物半導體層。又，n型包^声 1 6形成時的基板溫度為丨3 〇。 4曰 其夂，使形成罩幕，用反應性離子蝕法 光層心型包覆層16之一部份以反應性層 除從將必須形成η電極塾21〇型包覆層曝露出來。 導體上’以光微影術，將ρ型包覆層 層18露出。使用：::的光阻劑去除，使該部份的ρ型包覆 置，於露出之。型包覆㈣上形成 接著 以同樣方法 ，對Ρ電極墊20、η電極墊21進行蒸
鍍。 能性 称=上，於說明書中雖採用發光元件的例子做說明，但本 = 適用於各種半導體元件，也適用於其中間材料之 償屑體。 本t明並不叉限於上述發明之實施形態及實施例之說 二ί是不脫離申請專利範圍的記載，且為熟習該項技 1此句輕易思及的範圍内，各種的實施態樣都屬於本發 明之範疇。
茲揭示後述之事項如下： 21 / —種第111族氮化物系化合物半導體層之製造方法，其 寺徵在於」對基板使用濺鍍法形成第丨之第丨丨丨族氮化物系 化a物半‘體層之際，濺鍍裝置之初期電壓係設為濺鍍電 壓之1 1 0 %以下。 2 2如第2 1項之第11 I族氮化物系化合物半導體層之製造方 法，其特徵在於，上述基板係由藍寶石所成。 2 3如第2 2項之第11 I族氮化物系化合物半導體層之製造方 法，其特徵在於，上述第1之第丨丨丨族氮化物系化合物半導 體層係形成於藍寶石之a面。
24如第21〜23項中任一項之第η I族氮化物系化合物半導 體層之製造方法，其特徵在於，上述第1之第丨丨〗族氮化物 系化合物半導體層係由AlxGai_xN(0 Sx $ 1)所成。 25如第21〜23項中任一項之第丨Π族氮化物系化合物半導 體層之製造方法’其特徵在於，上述第1之第丨丨I族氮化物
90109514.ptd 第19頁 490866 五、發明說明（16) 系化合物半導體層係由A 1 n所成。 26如第21〜25項中任一項之第〗n族氮化物系化合物半導 體層之^製造方法，其特徵在於，上述濺鍍法為DC濺鍍法。 27如第21〜26項中任一項之第nI族氮化物系化合物半導 體層之製造方法，其特徵在於，濺鍍開始前之濺鍍裝置内 之壓力為1 X 10_4Pa以下。 28如第21〜27項中任一項之第nI族氮化物系化合物半導 體層之製造方法，其特徵在於，上述濺鍍裝置中之美 撐座係為金屬製、石英玻璃製或Si製。 n"7項中任一項之第111族氮化物系化合物半導 體層之製造…其特徵在於，上錢鍍裂置中之物/導 /或濺鍍槽内部係以導電材料所形成。 土板及 30如第21〜29項中任一項之第ΠΙ族氮化物系化合 體層之製造方法，其特徵在於，上述 Ό +導 地者。 h <防耆板係接 31如第2卜30項中任一項之第In族氮化物 體層之製造方法，其特徵在於，i述基板的面化&物半導 面積之100%以下。 積係為靶材 32如第21〜31項中任一項之第ηι族氮化物 體層之製造方法，其特徵在於，將以濺㈣成-物半導 之第ΠΙ族氣化物系化合物半導體層維持於成之上述第i 狀態，於其上以MOCVD法形成第2之第⑴族=生長中的 物半導體層。 鼠化物系化合 曰之製造方
90109514.ptd 第20頁 33如第29項之第⑴族氮化物系化合物半導體層， ^0866 五、發明說明（17) 法，其特徵在於，上述導電性材料 T i N。 t+係包含導電金屬或 34如第32項之第11 I族氮化物夺仆入 法，其特徵在於，上述第=體層之製造方 體層之仍在生長中的狀態係不包含& 糸化合物半導 $如第21項之第m族氮化物系化=體層之 / ，其特徵在於’上述濺鍍電壓係為當投愈電^ = =使第!之第⑴族氮化物系化合物4體層 41 一種第III族氮化物系化合物半導體元件，盆 於，係為含有基板與該基板上形成之帛丨 〃二 系化合物半導體層之第⑴族氣化物二T物 述ΓΛ第i11族氮化物系化合物半導體層係以賤鑛 1置的初期電Μ為濺鍍電壓的110%以下進行濺鍍所 42如第41項之第III族氮化物系化合物半導體元件，i 徵在於，上述基板係由藍寶石所成。 /、、 4 3如第4 2項之第I I I族氮化物系化合物半導體元件，其 徵在於’上述第1之第III族氮化物系化合物半導體層係形 成於上述藍寶石之a面。 ' 44如第41〜43項之第II I族氮化物系化合物半導體元件， 其特徵在於，上述第1之第I I I族氮化物系化合物半導體層 係由AlxGahlUO Sx $1)所成。 曰 45如第41〜43項中任一項之第I I I族氮化物系化合物半導 體元件，其特徵在於，上述第1之第I I I族氮化物系化合物
90109514.ptd 第21頁 490866 五、發明說明（18) 半導體層係由A 1 N所成。 46如第41〜45項中任一項之第π I族氮化物系化合物半導 體元件’其特徵在於，上述濺鍍法為DC濺鍍法。 4 7如第4 1〜4 6項中任一項之第π I族氮化物系化合物半導 體元件’其特徵在於，濺鍍開始前、之濺鍍裝置内之壓力為 1 X 1 0 4Pa 以下。 48如第41〜47項中任一項之第1；[1族氮化物系化合物半導 體元件’其特徵在於，上述濺鐘裝置中之基板支樓座係為 金屬製、石英玻璃製或Si製。 49如第41〜47項中任一項之第丨丨j族氮化物系化合物半導 體元件’其特徵在於，上述濺鍍裝置中之基板支撐座及/ 或濺鍵槽内部係以導電材料所形成。 50 一如第41〜49項中任一項之第ΙΠ族氮化物系化合物半導 體兀件’其特徵在&，上述錢槽之防著板 。 5 1如第4 1〜5 0項中钰一诏夕铱τ τ τ #友/…/ 牧t有 體元件，其特科^ 第矢氣化物系化合物半導 一 一 *在於，上述基板的面積係為乾材@ g t 1 0 0 %以下。 7 %何囟檟之 5』元如 氮化物系化合物ΐ;體鍵形成之上述第1之第III族 上以麵法形成+第持於仍在生長中的狀態，於其 廢。 之川1族氮化物“合_ 4體 53如第49項之第III族氮 徵在於，上述導電性材料 化物系化合物半導體元件，其特 係包含導電金屬或TiN。 ’
五 、發明說明（19) — 以，52上項二川。氮，系化合物半導體元件，其特 在生异φ沾Γ弟之弟111奴虱化物系化合物半導體層之仍 1生長中的狀態係不包含洗淨步驟。 仍 徵在第41項之第111族氮化物系化合物半導體元件，1特 1之第⑴族氮化物系化合物體=一使第 56如第41〜5?馆士〃 口籾牛蜍體層生長之最低電壓。 體 、中任一項之第1 Π族氮化物系化合物半導 半導姊呙^ ί徵在於，係以第2之第111族氮化物系化合物 j導體層形成發光元件構造或受光元件構造。 甘μ „種第1 Π族氮化物系化合物半導體元件之製造方法， ^寺徵在於，對基板以不用有機金屬原材料之方法（含反 心性濺鍍法（特別是此濺鍍法、DC磁控管濺鍍法））、離 鑛^雷射燒餘法及ECR法等來形成第1之第111族氮化物系 匕，物半導體層之際，開始後立即使該第1之第I I I族氮化 物系化合物半導體層之生長速度以最低生長速度（於可 的條件下之最慢的生長速度）以内之生長速度進行。 立件編號之說明 10 發光二極體 11 基板 15 濺鍍生長層 16 n型包覆層 17 發光層 18 Ρ型包覆層 19 透光性電極
490866 五、發明說明（20) 20 p電極墊 21 η電極墊 30 濺鍍裝置 31 靶材 33 基板 34 載置盤 36 濺鍍槽 37 防著板 <1
90109514.ptd 第24頁 490866
圖式簡單說明 圖1為表示初期電壓與發光輸出之關係的圖表。 圖2表示本發明的實施例之發光二極體。 圖3為表示殘留氣體壓力（濺鍍槽内壓力）與施加電壓 之關係之圖表。 圖4為表示載置盤的釋放氣體特性之圖表。 圖5為藍寶石a面的RHEED照片。 圖6為藍寶石a面的RHEED照片。 圖7是有關初期電壓為電鍍電壓的1 〇 2%之例（（3 )的數 據），在濺鍍5秒後之A1N之RHEED照片。
圖8為同上之旋轉30度時之RHEED照片。 圖9為繼續濺鍍使A1N生長達膜厚30nm時之RHEED照片。 圖10為同上之旋轉30度時之RHEED照片。 圖11為將膜厚生長達30nm者進行熱處理後之RHEED照 片0 圖12為同上之旋轉30度時之RHEED照片。 圖1 3是有關初期電壓為電鍍電壓的1 2〇%之例（（丨）的數 據），在濺鍍5秒後之A1N之RHEED照片。 圖1 4為繼續錢嫉使A1N生長達膜厚3Onm時之RHEED照片 圖15為同上之旋轉30度時之RHEED照片。
圖16為將膜厚生長達3〇nm者進行熱處理後之rheED A召 片。 …、 圖17為同上之旋轉30度時之RHEED照片。 圖1 8為表示D C濺鑛裝置的概略構成之圖。 圖1 9為表示施加電弧的次數與濺鍍條件的關係之圖表。
490866
\\326\2d-\90-07\90109514.ptd 第26頁

Claims (1)

  1. 490866 六、申請專利範圍 1. 一種第 法，其係包 氮化物系化 壓設為濺鑛 2. 如申請 體元件之製 3. 如申請 體元件之製 物半導體層 4. 如申請 體元件之製 物半導體層 5. 如申請 體元件之製 物半導體層 6. 如申請 體元件之製 7. 如申請 體元件之製 前，將用於 以下的步驟 8. 如申請 體元件之製 板支撐座係 1 乂1Λ氮化物系化合物半導體元件之f迕方 含有利用淼” u丨卞i衣k万 合物半導體二在土板上形成第1個第I Π族 電壓之110%二$ ^驟，並將該步驟中之初期電 圍r項之第ΙΠ族氮化物系化 t =在，其中上述基板係 守 =圍Ϊ2;之第111族“物系=物半導 i Ξ ϊ圍ί1中項之第111族氮化物系化合物半導 述第1之第111族氮化物系化合 係由A xGU(〇 $1)所成。 員之第⑴族氮化物系化合物半導 k万法，其中 係由A1N所成。此弟1之弟111族氮化物系化合 :3 2圍第1項之第111族氮化物系化合物半導 ^ ' ’其中上述濺鍍法係為DC濺鍍法。 ^利範圍第1項之第⑴族氮化物系化合物半導 ί tf更進而包含，於開始進行濺鍍之 述濺鍍法之濺鍍裝置内的壓力設為lx l〇-4Pa ο ^利耗圍第1項之第⑴族氮化物系化合物半導 為+ M p =於上述濺鍍法之濺鍍裝置之基 為屬I石央玻璃製或矽製者。
    490866 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第1項之第丨丨丨族氮化物系化八 體元件之製造方法，其中用於上述濺鍍法之濺鍍=半導 板支撐座及濺鍍槽中之至少一個係以導電性材料^复之基 1 〇.如申請專利範圍9項之第ϊ η族氮化物系化合> 成。 體元件之製造方法，其中上述導電性材 为+導 屬及TiN中至少-種者。 π計係3有導電性金 1 1.如申請專利範圍第9項之第j丨丨族氮化物系 ♦ ^元件之製造方法中上述濺鑛槽内之防°物半 者。 印接地 1 2.如申請專利範圍第丨項之第丨丨J族氮化物系化人 =元件之製造方法，其中上述基板的面積係。物+ 面積之1 0 0 %以下。 ~嘴錄靶 13•如申請專利範圍第丨項之第ιη族氮化物系化 導體元件之製造方法，其更包含有： 物+ 乂 Γ i ί ΐ1之第111族氮化物系化合物半導體層維持於仍 在生長中的狀態之步驟；以及 、 於上述第1之第I π族氮化物系化合物半導體層 MOCVD法形成第2之坌τ τ τ认-几仏么儿 守蔽！上使用 驟。 成弟Ζ之弟1 Π私亂化物糸化合物半導體層之步 導^元如件申Λ專利範圍第13項之第111族氛化物系化合物半 法，其中將上述第1之第111族氮化物系 洗ί:ί:維持於仍在生長中的狀態之步驟係不含有 15.如申請專利範圍第1項之第Π I族氮化物系化合物半
    90109514.ptd 第28頁 490866 六、申請專利範圍 導體元件之製造方法，其中上述濺鍍電壓係為當供與電力 為固定時能使上述第1之第I II族氮化物系化合物半導體層 生長的最低電壓。 1 6.如申請專利範圍第1項之第II I族氮化物系化合物半 導體元件之製造方法，其更包含有使用第2之第I I I族氮化 物系化合物半導體層來形成發光元件構造或受光元件構造 之步驟。
    90109514.ptd 第29頁
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