TW511157B - A III nitride epitaxial wafer and usage of the same - Google Patents

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Description

511157 五、發明說明（1) [發明領域] > 本發明係有關於m族氮化物磊晶基板及其使用方法， ϋ羊細地說’係有關於能夠適用於構成發光二極體元件或是 Τ速I c晶方等的當作是半導體元件的基板之瓜族氮化物蟲 晶基板及其使用方法。 [習知技術說明]
、> m族氮化物膜係被使用於當作是構成發光二極體元件 的半導體臈，近年來，當作是構成被使用於行動電話的高 速1C晶方等的半導體膜，也非常受到注目。還有，特別Z 包含鋁的m族氮化物膜，被當作是場射極（f i e丨d e ^ )的應用材料而非常受到注目。 形成如此般的in族氮化 既定的基材上經由磊晶成長 磊晶基板。該下地膜，係應 的磊晶成長，而最好是由含 有，因為含有鋁的氮化物具 將由該能隙大的材料所構成 板之間，而能使半導體元件 然後，將該蟲晶基板設 上後，經由該基座内外的加 接著’將m族金屬供給原料 應必要的當作是載氣的其他 入該反應管内，也同時地供 MOCVD法而形成I[[族氮化物用 物膜而當作是基板，具備有在 而形成的下地膜，亦即所謂的 該容易地進行該瓜族氮化物膜 有銘的ΠΙ族氮化物所形成。還 有大的能隙（band gap)，經由 的層插入該m族氮化物和該基 的效率提昇。 置在被設計在反應管内的基座 熱機構而加熱至所定的溫度。 及鼠凡素供給原料’並且將對 的元素的供給原料，一同地導 給至该蠢晶基板上，因此經由
五、發明說明（2) ' ------- [發明所欲解決的課題] :q ’暴晶基板的製造和根據該MOCVD法的Π族氮化 闩氣造’因為兩者的製造條件不同’所以必須使用不 5 1 :膜袭置。因此，被製造的磊晶基板，係在該ΠΙ族氮 j #膜的製造時被曝露在大氣中。還有，對於磊晶基板的 "、貝’也有在表面發生缺陷的問題點。 士此^的話’蠢晶基板表面的含有A 1的瓜族氮化物下 土，，被氧化，或是變成具有缺陷，這對該瓜族氮化物膜 的=曰曰成長有不好的影響，而有不能得到具有良好的結晶 品貝的HI族氮化物膜。 ,在此’將該含有A 1的皿族氮化物下地膜形成比較厚之 後’而試試看經由蝕刻除去已氧化的表面層部分。然而， / κ知鼠化物膜的製造時的氫氣或氨氣，是無法除去 4氧化層，而必須使用別的蝕刻裝置。該結果，皿族氮化 物膜的製造工程全體就會變得複雜，操作性也會變得劣 化’而且會有所謂的良率低下的問題發生。 曰本發明係有關於具有含有鋁的m族氮化物下地膜的磊 晶基板，其目的在於提供一種防止該下地膜氧化的方法以 及被賦予如此般的氧化防止效果的磊晶基板的使用方法。 [解決課題的手段] 為了達成上述的目的，本發明係關於一種瓜族氮化物 磊晶基板，其特徵在於包括：由單結晶材料所構成的基材 在4基材上經由磊晶成長所被形成的至少包含鋁的羾族 氮化物下地膜，以及在該m族氮化物下地膜上所被形成的
M1157 五、發明說明（3)
InaGabN 膜（a + b:l) 〇 、還，，關於本發明的一種m族氮化物磊晶基板的使用 方法，是一種具備有由單結晶材料所構成的基材、在該基 材上經由磊晶成長所被形成的至少包含鋁的皿族氮化物下 地Ϊ λ以及甘在該11方矣氮化物下地膜上戶斤㈣成的1膜 (〃a + b=l)，其特徵在於：蝕刻除去該丨〜以,膜的至少表面 :化層部分之後，冑續該蝕刻除去製程而形成瓜族氮化物 产於：t毛明者等’對於防止磊晶基板包含鋁的m族 =物下地膜的氧化進行精心的檢討。該 化物下地膜上形成保護膜…，在ΐ保 遵膜^丄ί要要求不妨礙該m族氮化物膜的蟲晶成長， 的條件，戶斤以找出當作二==表面部分的除去等 組成是相當困難的0曰基板的保護膜的最適的材料 在此’本發明者等’為了找出 a 膜的最適的材料組成，而每浐士 # u乍疋磊日日基板的保濩 於兮俘1Λ τ ，而κ靶大的材料探索。該結果，由 於忒保4膜係由InaGabN膜所構 的磊晶成長，而在後势程中说馆& 阻礙讜亂化物膜 化表面部分的除去。句容易地進行該已氧 經由被使用於瓜族說化物=製；1=臈表面氧，層係 而能容易地蝕刻除去。 私的氧氣或氨氣等， 還有，該InaGabN膜，由上述可 作是保護膜的性質，和對 了·’具有當 <後所形成的Η族氮化物膜的
511157 五、發明說明（4) 下地膜的性 紹的ΠΙ族氮 係使用相同 不會變得複 本發明 現該 InaGabN 膜而當作是 板的使用方 還有， 層膜、多層 勾配膜等的 I呂含有量， 還有， 素所構成， 含在原料和 、Mg、Zn 以 更者， 是該 I na G ab N ，最好是， 的全體。如 生任何的問 發明的實施 以下將 本發明 質。因此，該I na G ab N膜的 化物下地膜的製造條件是 的成膜裝置而形成，而磊 雜了。 者等，進行以上般的廣大 膜係相當適合針對該包含 保護膜，而發現本發明的 法。 Μ族氮化物下地膜係必要 膜或是組成是在厚度方向 型態。因此，關於在該m 係關於在該膜的全體中的 即使在InaGabN膜中，並非 包括在成膜條件中所必須 反應管材質等的微量的Η， 及Be等的不可避免的不純 關於本發明的磊晶基板的 膜的表面氧化層部分，必 為了簡易化蝕刻操作，而 此般地即使除去下地層的 題。 的型態 詳細說明本發明的實施的 的蠢晶基板係在包含紹的 製造條件，和該包含 類似的。因此，兩者 晶基板的製造工程就 研究探索的結果，發 鋁的Π族氮化物下地 磊晶基板以及磊晶基 地能夠採用對應的單 上變化而構成的組成 族氮化物下地膜中的 含有量的意思。 僅是由In、Ga及氮元 被包含的，或是被包 .〇 、 C 、 Al 、 Si 、 Ge 物的場合。 使用方法，並不是僅 要地對應以上的部分 能夠除去該InaGabN膜 表層部分，也不會產 型態。 Μ族氮化物下地膜上
7066-4361-PF » Jacky.ptd 第7頁 511157 五、發明說明（5) '—— ’必須具有InaGabN膜（a + b=l)。該InaGabN膜係如上述般 ’經由和包含鋁的瓜族氮化物下地膜類似的條件，而 形成相同的成膜裝置。例如，使用當作是Ga供應原料$夠 了基鎵（1：1'11^让71以11丨11111)，使用當作是^供應原料的二 氣，而能夠經由以1 0 5 0 °C加熱構成該磊晶基板的基材而氨 得。 门還有，雖然並沒有特別限定該InaGabN膜的厚度，值9 最好是50 Λ以上，更好是1〇〇 A以上。本發明者等，詳飞疋 檢討該InaGabN膜的氧化機構的結果，該inaGabN膜的氧化^ 大可以達到從表面算起約5 〇 A的深度。因此，經由將兮最 InaGabN膜設定成如上述的厚度，就幾乎可以完全地抑 包含鋁的HI族氮化物下地膜的氧化。 ’違 還有，雖然並沒有特別限定該InaGabN膜的厚度的上限 ’但是最好是在約1 // m以下。該I naG、abN膜即使是被形成^ 過1 // m，對於本發明的磊晶基板並不會有任何新的效果，° 更者會因為膜應力的增大而產生龜裂以及剝離。 還有，上述的InaGabN膜最好是GaN膜。經由此，對於 包含鋁的Π族氮化物下地膜而當作是保護層的效果可以更 向上提昇。 關於本發明的蟲晶基板的ΠΙ族氮化物下地膜，係必須 至少含有铭，最好是含有50原子％以上的鋁。雖然上述般、 的下地膜氧化的影響係由於該下地膜是含有鋁而產生，但 是鋁的含有量是50原子％以上的話，下地膜氧化的影響會 變得更顯著。 θ胃 511157
本# Ϊ::” Γ ?的m族氮化物下地膜的厚度係形成在 本毛月的猫日日基板上，雖然為了要得到π族氮化物膜 :而質的程度而被形成，但最好是0.5"m以 ，更子疋1 //m〜3 z/m。為了使所形成的該冚族氮化物膜 的結晶品質向上提昇，形成較厚的該包含銘的瓜族 虱化物下地膜，但是厚度超過3 的話，就 以及剝離的狀況發生。 i m表 因此，經由適用本發明的具有上述般的組成的皿族氮 化物=的磊晶基板，就能夠顯著地發現本發明的效果。
還有，在該磊晶基板上形成用在發光二極體元件的半 導體膜，係具有由人1(1〇361114((1切+ :^1)所構成的組成。因 此，在形成那般的成分的Π[族氮化物膜的場合時，該皿族 氮化物下地膜最好疋具有由A lx G ay I nz N (X + y + z = 1 )所構成的 組成。經由此，該ΠΙ族氮化物膜的磊晶成長係更被助長， 而能夠得到結晶品質優良的膜。
還有，將上述的組成當作是中心，也能夠含有Β、s i 、Ge、Mg、Zn以及Be荨的添加元素。更者，並不限於意識 的添加元素，也可以包括依據成膜條件而所必須被包含的 微量元素，以及被包含在原料和反應管材質等的微量不純 物。 而且’如前述般地，本發明的效果係包含鋁的羾族氮 化物下地膜是在含有比較多的鋁的場合時，由於顯著地被 發現，該包含鋁的DI族氮化物下地膜最好是具有
AlxGayInzN(x + y + z = l，χ^〇·7)，更好是具有 A1N 的組成。
7066-4361-PF ； Jacky.ptd 第9頁
還有 有特別M pp，於構成本發明的蠢晶基板的基材的種類並沒 曰定’例如可，由藍寶石單結晶、Zn〇單結晶、 等的4化：V上早二晶曰、MgA1A單結曰曰曰、Mg〇單結晶 TV-TV α 、、口日日S早結晶、Sic單結晶等的IV族或 以乃Λ1^ ^二晶、GaAS單結晶、A1N單結晶、GaN單結晶、 社曰等的a -單4結晶等的瓜―V族單結晶、ZrB2等的爛化物單 、、、口日日4的写知的基板材料所構成。 採」! ϋ ’和含有比較多的鋁的m族氮化物下地膜的物 膜裎征二好i f為能夠針對該包含鋁的m族氮化物下地 的岔著性以及磊晶成長性等，所以最好是藍寶 S i C早結晶基板。 …使用藍寶石基板的場合，最好是對該藍寶石基板的形 成該包含鋁的m族氮化物下地膜的主面實施氮化處理。經 由該氮化處理，表面氮化層就會被形成於該主面上，而經 由將該包含鋁的皿族氮化物下地膜形成於該表面氮化層上 ，而可以提昇結晶品質。因此，可以提昇在本發明的磊晶 基板上所形成的例如AldGaeInfN(d + e + f = 1)所構成的組成的 ΠΙ族氮化物膜的結晶品質。
更者’經由在該表面氮化層上形成該包含鋁的瓜族氮 化物下地膜，即使增加該下地膜的厚度也幾乎不會發生剝 離或龜裂的現象。因此，不必依存成膜條件等，例如能夠 容易地形成厚度如上述般的3//m的程度。因此，由於該包 含紹的m族氮化物下地膜的表面氮化層的因素的結晶品質 的向上，以及由於增加厚度的結晶品質向上的相成效果，
7066-4361-PF » Jacky.ptd
511157 五、發明說明（8) 而能夠使得形成在本發明的磊晶基板上的冚族氮化物膜的 結晶品質更向上提昇。 上述的表面氮化處理，係將藍寶石單結晶基板配置在 氨氣等的含氮氣氛中，並進行既定時間的加熱。然後，經 由適當地控制氮濃度和氮化溫度、氮化時間，而控制該表 面氮化層的厚度。最好是將該表面氮化層形成為例如是 1 nm以下的比較薄的厚度，或是形成比較厚地例如是變成 從3藍寶石單結晶基板的主面算起1 n ^的深度的含氮量係2 原子％以上。 ,、
使用以上的構成的蟲晶基板時，如上述般地，餘刻除 去位於最上層的InaGabN膜的已氧化的表面層部分。該蝕 刻除去係能夠使用泛用的乾蝕刻法以及溼蝕刻法中豆一 方法。 一 、然而，在包含鋁的瓜族氮化物膜的一連串的製程中， 因為能夠不必實施複雜的製程，所以最好是經由 實施該表面氧化層部分的蝕刻除去。 x〆 使用乾蝕刻法的該表面氧化層部分的除去係將蝕刻 體導入反應腔内，並經由加熱基板至9〇〇以上，
加熱的該蝕刻氣體供給至該表面氧化層部分。 f L
當作是蝕刻氣體，在該ΙΠ族氮化物膜的製 ^ J使用當作是載氣的氫氣’和使用當作是氮元：供；: ^乱。Ή此，就不需要將其他氯系氣體等的 導入該Π族氮化物膜的製程中，因而能夠防瓜j 虱化物膜的腐蝕等的特性的劣化。 牛Ik孩ΠΙ ,
511157 五、發明說明（9) 還有，根據本發明，由於在磊晶基板的最上層設計有 InaGabN(^a + b=l )膜，在該膜的表面上，形成能夠經由氫器 和氨氣等而容易蝕刻除去的氧化物層，經由此，該包含鋁 的ΙΠ族氮化物下地膜就被保護了。 實施例 以下 經由貫施例來具體地說明本發明。在本實施例 中，經由數最終所得到的存在GaN膜表面上的1 以上的 點狀的異常成長部分而算出缺陷密度，而評價結晶品質。 第1實施例 、 、 使用當作是基材的藍寶石· s i c基材，將該基材載置 於放在石英製的反應管内中的基座上，然後吸住固定住。 接著，經由該基座内的加熱器，將該基材加熱至丨2 〇 〇 〇c。 接著，使用當作是A 1供給原料的三曱基鋁 (trimethylaluminum，TMA)，使用當作是n供給原料的氨 氣（NHS)，將該等原料氣體和氫氣載氣，以nH3/TMA摩爾比 二5 0 0的流量，一起導入該反應管内，並供給至該基材上而 形成厚度1 // m的A 1 N下地膜。還有，N H3及Τ Μ A的流量係要 滿足該摩爾比而對應成膜速度而適宜地選擇。 接著’將該基材加熱至1 〇 5 0 °C，同時地，使用當作是 Ga供給原料的三曱基鎵（TMG)，使用當作是n供給原料的氨 氣’將該等原料氣體和氫氣載氣，以NH3/TMG摩爾比= 5000 的流量，一起導入該反應管内，並供給至該A丨N下地膜上 而形成厚度100 A的GaN膜，而得到磊晶基板。 之後，如此般地將已製成的磊晶基板配置在反應管内
511157 五、發明說明（10) ------- ，基座上，以氨氣1〇〇 〇sccm的流量導入，而同時地供給至 該基板上，並加熱該基板至900 1，然後經1〇分鐘蝕刻’°而 除去該基板的表面層部分。 之後，經由該基座内的加熱器而將該磊晶基板加熱至 1050c。接著，使用當作是Ga供給原料的三甲基鎵（TMG) ’、使用當作是N供給原料的氨氣，將該等原料氣體和氫氣 載氣，以NIVTMG摩爾比=50 00的流量，一起導入該反應管 内，並供給至該磊晶基板上而形成厚度】的以1^膜。 調查所得到的GaN膜表面的缺陷密度，其確認結果是 0 · 1 個 / m m2 0 第2實施例 取代當作是基材的藍寶石.SiC基材，而使用c面藍寶 石單結晶當作是基材’將該C面藍寶石單結晶載置於放在' 石英製的反應管内中的基座上，然後吸住固定住，然後加 熱至 1 2 0 0 t：。 ^ 然後’同時地導入氰氣（N )和氫氣載氣5分鐘，使該 基材的主面氮化。還有，經由ESCA的分析的結果，經由該 主面的氮化處理’而在該主面上形成氮化層，而可判定從 該主面到深度lnm的含氮量是7原子％。 接著，和第1實施例同樣地，形成厚度im的人1^^下地 膜，同時地，和第1實施例同樣地，在該A1 N下地膜上形成 厚度100 A的GaN膜，而製作出磊晶基板。之後，和第1實 施例同樣地’對該GaN膜進行餘刻處理，而餘刻除去該表 面層部分。然後，在具有經由蝕刻除去而厚度被減低的該
五、發明說明（11)
GaN膜的蠢晶基板上，再度形成 成厚度1 # m的GaN膜。 實把例同樣條件而形 調查所得到的GaN膜表面的缺陷密度， 0 · 0 1 個 / m m2。 、、、口果疋 還有，在本實施例中，雖然是 族氮化物膜，但是經由適當地_ = 、 《作是m ^ ^ ^ 曰 田地控制η族有機金屬#仏吾、 氰軋供給篁、成膜速度、載氣流 ，、、、、口里 得到所希望的AlGalnN膜。 里以及成膜壓力，而可以 比較例 在上述的實施例中，激作尤 产分石曰表作不形成GaN膜的蠢晶基板，
^該猫日日基板上，以與上述實施例相同的條件，製作GaN ^個調查2所：到的—膜表面的缺陷密度，其確認結果是 ,1.ra, ^ ^ ^ "J tb ^ ^ ^ ^ ^ -1 ^ 二:：ί:經由本發明的蟲晶基板以及蟲晶基板 、’彳以知到具有良好的結晶品質的A】Ν膜。 :t ’列舉具體例，而根據發明的實施的型態來詳細 =本Η，但是本發明並非限定於上述的發明的實施的 型悲，在不脫離本發明之籍抽r a <槓砷乾圍而可做一些修潤變更或 變形。例如，在GaN膜法口石曰甘』^ 你N朕和猫日日基板之間插入緩衝層或是例 如疋變形的超格子（distnrt^rl 说1 々 rted superlattice)等的多層積 品質。 又的成長條件，而能提昇該_膜的結晶 [發明效果] 經由以上的說明，若根據本發明磊晶基板以及磊晶基 第14頁 7066-4361-PF ； Jacky.ptd 511157
7066-4361-PF ； Jacky.ptd 第15頁

Claims (1)

  1. 511157 六、申請專利範圍 1 ·種瓜族氮化物蟲晶基板，包括： 一基材’由單結晶材料所構成； 至少包含銘的皿族氮化物下地膜，經由磊晶成長而 被形成在該基材上；以及 一 InaGabN膜（a + b=l)，被形成在該m族氮化物下地膜 上。 、 2 ·如申請專利範圍第1項所述的瓜族氮化物磊晶基板 ’其中該InaGabN膜具有50 A以上的厚度。 3·如申請專利範圍第1或2項所述的ΠΙ族氮化物磊晶基 板，其中該InaGabN膜係GaN膜。 4 ·如申請專利範圍第1項所述的瓜族氮化物磊晶基板 ，其中該ΠΙ族氮化物下地膜係含有5〇原子％以上的A1。 5 ·如申請專利範圍第4項所述的瓜族氮化物磊晶基板 ，其中該m族氮化物下地膜係具，χ g 0 · 7)的組成。 6 ·如申請專利範圍第5項所述的皿族氮化物磊晶基板 ，其中該ΙΠ族氮化物下地膜係具有A 1 N的組成。 7 ·如申請專利範圍第1項所述的n[族氮化物磊晶基板 ’其中該基材係由藍寶石· S i C單結晶材料所構成。 8·如申請專利範圍第1項所述的in族氮化物磊晶基板 ’其中該基材係由藍寶石單結晶所構成，該藍寶石單結晶 基板的形成該m族氮化物下地膜的主面，係被進行氣化處 理。 9 · 一種Π族氮化物磊晶基板的使用方法，其中該瓜族
    7066-4361-PF ； Jacky.ptd 第16頁 511157 六、申請專利範圍 氣化物蠢晶基板係包括· 一基材’由早結晶材料所構成； 一至少包含鋁的π族氮化物下地膜，經由磊晶成長而 被形成在該基材上；以及 一 InaGabN膜（a + b = l)，被形成在該瓜族氮化物下地膜 上； 而該m族氮化物磊晶基板的使用方法的特徵在於·· 餘刻除去該I naGabN膜的至少表面氧化層部分之後， 使連續該蝕刻除去製程而形成瓜族氮化物膜。 1 0 ·如申請專利範圍第9項所述的皿族氮化物磊晶基板 的使用方法，其中該I G ab N膜（a + b = 1)的該餘刻除去方法 係使用氫氣及/或氨氣中的至少一方。
    7066-4361-PF ； Jacky.ptd 第17頁
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