TW550709B - Method of producing III nitride compound semiconductor - Google Patents

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550709 五、發明說明（1) 【發明詳細說明】 【發明所屬技術領域】 法本:;：：：：第111族氮化物系化合物半導體之製造方

GaN、1二=氮化物系化合物半導體係指包括A』、

GaN、InN之類的二元系；AnN、M 、

GaxIrvxN(均為〇 <χ <n 一 x 1一x <! 〇 <v <1 η ^ υ 之類的二兀糸；AlxGayIrwyN(0 <X <i’0<y <i，o<x+y<1)之四元系的一般

AlxGayIrWyN(0 $1，◦ Sy $1，0 Sx + y 所示者。另， 無特別限制的話，單謂第m族氮化物系化 :型 雜有供將導電型形 【習知技術】 切千导體 第皿族氮化物系化合物半導體係譬如當 況時，發光光譜從紫外區橫跨紅色之廣範 、月 半導體，乃應用於發光二極體（LED)或雷、 ^移型 發光元件。P因為其能帶較廣，因二用極/⑽等 的元件更能期待在高溫下進行安定的動作。/、他半導體 FET等電晶體的應用亦正熱烈的展開。此外，’使用於 不含砷（As)，所以就環保觀點而言，亦期 為主成分 種半導體元件。在此第瓜族氮化物系化合物^發應用於各 以藍寶石為基板，再於其上形成元件之^卜，=導體中，除 矽（S i C)基板或矽（S i)基板者。 V有採用碳化 【發明欲解決之課題】 在基板上蠢成長弟瓜族氮化物系化合物、 〇牛導體之際，

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當基板未被完全洗淨主 或者成長條件非屬最# 望或，在旧微傷痕之情況、亦 板受污染或有傷#的：/ t % ’即便隔著緩衝層在基 氮化物系化人f ΐ ΐ 將可能未形成單結晶第m族 ’、σ物半導體的情況。即便此類美你的令、、九i後 痕屬於極微小的區祕 丨使此頰基板的5染或傷 化合物半導轉的^ ί 疋未形成單結晶第111族氮化物系 、、區域，將隨第冚族氮化物系化合物半導體 厚膜蟲晶成長的程产妒展卜 在黛m %度擴展。此種稱為凹坑（pit)的現象， I 1 " n , ^ 系化合物半導體中，一般將出現側面形成 — 101}面之倒立六腳錐狀的現象。該等所形成的角度約 b 2度’依^況亦有可能形成使第族氮化物系化合物半導 肢’磊晶成長之膜厚程度之大小的凹坑。 再者，晶格常數或熱膨脹係數接近第皿族氮化物系化合 物半導體的基板，無法獲得廉價者。因此，一般採用藍寶 石、矽、SiC、尖晶石（MgAl^)等異種基板。但是，若在 藍寶石、矽、SiC、尖晶石（MgAl2〇4)等異種基板上，磊晶 成長第HI族氮化物系化合物半導體的話，將形成具有極多 貝穿差排的第Π族氮化物系化合物半導體。此貫穿差排亦 有形成上述凹坑形成始點的情況。 此樣子如圖4所示。圖4所示係在基板1上，隔著緩衝層2 形成第m族氮化物系化合物半導體層3的樣子。若假設基 板1上S所標示的小面積區域，屬於受污染或有傷痕的話， 便如圖4所示，將有形成此部份未被緩衝層2所覆蓋到的情 況發生。在此情況下，隨第m族氮化物系化合物半導體層 3的蠢晶成長，將形成具有與蠢晶成長面c形成約6 2度角度

550709 -- 一........... ... 五、發明說明（3) 之{ 1 - 1 0 1 }面Μ ’的凹坑Pi。即’原本在磊晶成長面c上應該 幾乎層積第m族氮化物系化合物半導體，但是下層無磊晶 成長面的部分，乃因為無磊晶成長或成長非常遲緩的原因 所致。此外，從與基板1間的晶格常數差，將形成貫穿差 排，D2，D3，D4。如貫穿差排在緩衝層2範圍内消失者，如 貫穿差排d2在第m族氮化物系化合物半導體層3成長中消 失者，如貫穿差排D3在第®族氮化物系化合物半導體層3 成長中雖未消失，但是卻隨成長面C成長，除此之外，尚 有從此時點開始產生四坑5的貫穿差排d4。 如此，若一但形成四坑的話，在通常的磊晶成長中，凹 坑將無消失的情形發生。此外’若形成凹坑的話，在含有 此部份的區域中所形成的第m族氮化物系化合物半導體元 件，其特性將明顯的降低。另外，即便形成第m族氮化物 系化合物半導體多層膜’因為存在有第m族氮化物系化合 物半導體未平坦的部分’因此元件壽命亦將縮短。同時， 亦將導致形成無法兵有如設計所需特性的元件。如此，習 知若形成凹坑的話，在其上層所形成的第瓜族氮化物系化 合物半導體元件，將形成不良品，導致良率的惡化。 有鑑於斯，本發明乃為解決上述課題，其目的在於提供 人f利用磊晶成長，可獲得減少凹坑的第瓜族氮化物系化 【解決課題之手段】 =是，為解決上述課題，依照申請專利範圍第丨項所述 之杈構的話，在採用磊晶成長的第羾族氮化物系化合物半

C:\2D.CODE\91-O8\9llll951.ptd $ 7頁 550709 五、發明說明（4) 導體之製造方法中，包含有·使第】筮 半導體面嶋成長一定^度 化//化合物半導體^第2第们线化物系化 二ΓΪ向成長速度較快於縱向成長速度的既定 Π Ϊ第2步驟，·以及使第1第111族氮化物系 化^勿丰導體進行磊晶成長的第3步驟；其中，纟第2步驟 中，抑晶成長的第2第冚族氮化物系化合物半導體，係將 第1>步驟中所形成第！第m族氮化物系化合物半導體表面的 凹坑予以埋藏。此處所謂「面狀」並非意指完全平面的涵 義。此外’所谓「橫向成長速度較快於縱向成長速度的既 η」’係同時進行縱向成長與橫向成長並進行比較之 時，検向成長速度較快於縱向成長速度的條件。另外，所 謂「埋藏凹坑」並未僅限於完全埋藏凹坑而平滑化，亦可 為「在凹坑埋藏方向上」產生狀態變化的程度。 再者’依照申請專利範圍第2項所述之機構的話，在第2 步驟中所成長的上述第2第瓜族氮化物系化合物半導體， 係含有鋁者。此外，依照申請專利範圍第3項所述之機構 的話，在第2步驟中所成長的上述第2第冚族氮化物系化合 物半導體，係含有較第1第m族氮化物系化合物半導體之 第=族中的鋁組成，高出莫耳比5%以上。此處，所謂鋁組 例如像GaN和A1Q Q5G N ㈣9n和Α10. 並非指所謂的1.05倍以上。 再者，依照申請專利範圍第4項所述之機構的話，第1第 以 類 成南出莫耳比5 %以上，係指全部第瓜族中的鋁組成差在5 % 卜—’ ^ A ! 卜 -—1 Ga0 85 N 之 550709 五、發明說明（5) HL族I化物系斗人 5百分比以下、· '物半導體之第瓜族中的鋁組成比，係在 族中的鋁組成此而第2第瓜族i化物系化合物半導體之第瓜 利範圍第5項所、/.係在10五分比以上。此外，依照申請專 半導體之第m 〃之機構的話，第1第瓜族氬化物系化合物 比以下；而第Π的紹址成比，係在〇百分比以上且2百分 的鋁組成比，係族敗化物系化合物半導體之第m族中 再者，依照 驟中的既定條件。:=;圍第6項所述之機構的話’第2步 再者，依照申請：：/二上的成長溫度。 含有接著第3步驟專Λ犯對員所^之機構的話，係包 體施行蝕刻處理，而妒成 第m鉍乳化物系化合物半導 之後，再以島狀能的條紋狀或格子狀等島狀態 向與橫向磊晶成長第段上面與側面為核，而朝縱 驟。此處，所謂「Ϊ少對第 第職化物系化合物半導體驟中所成長之第1 對在第2步驟中所成長之第2第 的涵義，亦可 施行蝕刻處理，甚至亦可對在^ 糸化合物半導體 族氮化物系化合物半導體施行*刻^處理中所成長之第1第m 【作用及發明效果】 / & 本發明之概要，參照圖丨進

的緣故，而形成具凹坑的第} ^ P ^ 夺因任何小區域S 體層31 (圖l(a))。此處利用H物系化合物半導 既疋條件，切換供應源的量，

C:\2D-C0DE\91-08\91111951.ptd $ 9頁 550709 五、發明說明（6) ^ 一'------ 而形成不同組成的第9势m €儿仏/ 此時，第2第瓜族氮： = 化合物半導體層4。 成長速度較快於縱向 族氮化物系化合物二成上條件，因此第2第瓜 系化合物半導體層at J = , Λ「著第：第111族氮化物 丄所無法覆盍的小區域S (圖1 (b))。如 二Ϊ : 2凹/广氮化物系化合物半導體層4覆蓋著所謂橫 :ίΓ二几皿二(倒立六角錐頂點)s之後，若再度施行 二4 矢虱化物系化合物半導體層32的磊晶成長 的形成第瓜族氮化物=凹部中亦將急速 極平坦的，面⑷⑷，申請專利範圍第…。果便·^成 利用在第2第Η族氮化物系化合物半導體層中含有紹， ，可輕易的設定為橫向成長較快速的成長條件（申請專利 乾圍第⑻。第！、第2第皿族氣化物系化合物(申導月專利 鋁組成差，係在5%以上，最妊,彳nD/ ^ Λ牛V體層的 3項）。孽如若第}第m浐^ 上（申請專利範圍第 咭，則；用將^ : 物系化合物半導體係為⑽的 f ’則利用將第二第m族氮化物系化合物半導： 疋為八1。.^。，0或^15(^8^的話，便可凹成》又 2 i發明者所發現。其中，若第1第Η族氮Γ物藏二’ 物半導體之第Η族中的鋁組成 八：物糸化合 ;:2第瓜族氮化物系化合物半導體之第皿；中：，f :第m私乳化物糸化合物半導體之第瓜族 ，者 如莫耳比0百分比以上且2百分 + 、，、、且成 刀比以下，而右第2第冚族氮

C:\2D-CODH\91.08\91111951.ptd 第10頁 五 、發明說明（7) 化物系化合物半導體之 比以上的話（中請專"利範弟m 1中的銘組成為莫耳比7百分 若第2步驟中的成長=項），均可適用於本發明。 便可使橫向成長變為較:1 90 01c以上之成長溫度的話， 外，藉由接著第3步驟，々至上申，專^利範圍第6項），此 半導體施行银刻處理， /、、苐1第瓜知氮化物糸化合物 狀態之後，再以島狀鲅沾：成點狀、*紋狀或格子狀等島 朝縱向與橫向進行石=低差上段上面與側面為核，而 9猫日日成長，如此便可#古你兰、木I 藏的部分，形成抑制言空呈灿 货」使同低差破埋 項）。 p制貝穿差排的區域（申請專利範圍第7 【發明之實施形態] t述發明的實施形態係可分別從下述中進行選擇。 當在基板上，依序層積第m族氮化物系化合物半 T況時，基板可採用藍寶石、矽（S1)、氮化矽（S1C)、尖勺 晶石（MgAl2 04 )、LiGa02、NdGa〇3、ZnO、MgO 或其他無機二 晶基板；碗化鎵或砷化鎵之類第m族氮化物系化合物半"導 體、氮化鎵（GaN)、或其他第瓜族氮化物系化合物半導體 形成第ΠΙ族氮化物系化合物半導體的方法，最好採用有 機金屬氣相成長法（MOCVD或MOVPE)，亦可採用分子束氣相 成長法（MBE)、_化物氣相成長法（Haiide VPE)等，亦可 各層均採不同的成長方法。 第ΠΙ族氮化物系化合物半導體係可將部分或全部的第m

C:\2D-CODE\91-O8\91111951.ptd 第11頁 550709 五、發明說明（8) 族元素組成取代為獨（B)、蛇（T 1)，或者，將部分氮（N)組 成取代為磷（P)、砷（As)、銻（Sb)、鉍（Bi)，均可實質的 適用於本發明。此外，將該等元素依無法顯示於組成上的 程度進行摻雜者。譬如亦可在組成中未具銦（In)、砷（As) 之第IE族氮化物系化合物半導體的AlxGa^iKO Sx $ 1 )中， 摻雜較铭（A1)、鎵（Ga)具更大原子半徑的銦（In)，或摻雜 較氮（N)具更大原子半徑的坤（As)，而將隨氮原子脫除的 結晶擴張應變，利用壓縮應變進行互補而形成較佳的結晶 性。藉此利用使結晶性變佳，並配合本案發明，便可將♦ 穿差排下降至100至1000分之一程度。另，當作為 件的構造時，最好採用第班族氮化物系化合物半‘導λ體的二 元系或三元系。 當形 可添加 元素。 等第Π 雜，或 亦可 可組合 向蠢晶 呈傾斜 部無底 即， 經減少 成η型第III族氮化物系化合物半導體層的情況時， II型雜質的Si、Ge、Se、Te、c等第JV族元素或贝族 另:亦可添加p型雜質的Zn、Mg、Be、Ca、訏、^、 ΪΪ'或第1V族元素。亦可將該等進行複數種摻 者將11型雜質與P型雜質摻雜於同一層中。 :且：f案施行所謂的橫向磊晶成長之構造。即，亦 i ΐ i ϊ橫向磊晶成長而減少貫通差排的構造。橫 成長雖最好使成長面垂直於基板，但、 的刻面構造狀態下進行成長。 面，且截面呈V字型狀。 使巧度差底 士圖2 (a)所不，在基板J上，將隔著緩衝層所 凹坑之第m族氮化物系化合物半導體層3〇〇，：圖

550709 五、發明說明（9) 2 ( b )所示的進行餘刻處理，而形成點狀、條紋狀或格子狀 等島狀態。第m族氮化物系化合物半導體層3 0 〇係合併顯 示圖1 (d)之第1第π族氮化物系化合物半導體層31、第2第 m族氮化物系化合物半導體層4、第1第in族氮化物系化人 物半導體層3 2。如此，藉由以第ΙΠ族氮化物系化合物半導 體層3 0 0的高低差上面與側面為核，而縱向與橫向蠢b曰成 長第4第]]I族氮化物系化合物半導體33 (圖2(c))，便^埋 藏高低差’同時在高低差上方與下方，以可形成經抑制\ 穿差排的區域（圖2 (d))。 胃 對在基板1上隔著緩衝層所形成經減少凹坑之第m族，

化物系化合物半導體層3 0 〇，進行蝕刻處理而形成點狀氣 條紋狀或格子狀等島狀態的方法，可為如圖3 (a)所示勃^ 至裸露出基板1的方法、或如圖3 ( b )所示利用罩幕5覆蓋= 低差上段的方法、或如圖3 ( c)所示利用罩幕5覆蓋高低阿 上段與下段的方法。 ~ I 在形成經減少上述凹坑之第ΠΙ族氮化物系化合物半導_ 的晶圓上，可形成FET、發光元件等半導體元件。當發光11 元件的情況時，可考慮為多量子井構造（MQW)、單一量子 井構造（SQW)，此外亦可為均質構造、異質構造、雙異質 構造，亦可利用P i n接合p n接合等而形成。 、 第2第m族氮化物系化合物半導體的成長溫度，就由橫 向成長的觀點言之，最好在9 0 0 c以上的成長溫度。此乃 在低於9 0 0 °C的成長溫度下’將形成非晶質層所以較不適 合0

550709

弟2苐瓜族氣化物糸化合物半導體 崎化物系化合物半導體：Λ體成 ::二以的V即’如若第1第®族氮化物系化 半導體便為A1"5Ga"5N，最it弟二氮化物系化合物 土于 ^物牛導體，便可霜苔基 f呂組成較少之第！第Η族氮化物系 以 盍的凹坑底部。藉由取代第m族，改為供岸導二所： Π族το素，即便無鋁’或形成鋁組成較第成又第 =物系化合物半導體之情況下，均可使橫向成長速度二 〔弟1實施例〕 將經有機洗淨與熱處理而洗淨的a面當作主面，在單妙 晶的藍寶石基板1上，將溫度降低至4〇〇艺，將札依1〇L/。 min、ΝΗ3 依5L/min、ΤΜΑ 依2 0 #m〇l/min，供應 分鐘， 而形成約20ηιη厚度的A1N緩衝層2。其次，將^寶石基板1 的溫度保持於110CTC，並將H^20L/min、ΝΗ；Γ依10L/土min、 TMG依30 0 //mol/min進行導入，而形成膜厚約} 的以!^層 3 1。然後’將藍寶石基板1的溫度降至1 〇 〇 〇。〇，並將4依 10L/min、NH3 依 10L/min、TMG 依 100 //m〇l/min、TMA 依10 μιιιοΐ/min進行供應，而形成膜厚約ι〇〇ηιη之由八1。.150〜.83 所構成的層4。接著，將藍寶石基板1的溫度昇溫11 〇 〇 °c， 並將 112依20[/11^11、NH3 依 10L/min、TMG 依300 /zmol/min 進 行導入，而形成膜厚約5 // m的G a N層3 2。如此，在形成的

C:\2D-CODE\91-O8\91111951.ptd 第14頁 550709

550709 五、發明說明（12) 4 鋁組成較高的第m族氮化物系化合物半導體層 5 罩幕 31 第1第DI族氮化物系化合物半導體層 32 第1第m族氮化物系化合物半導體層 33 第4第Π族氮化物系化合物半導體 3 0 0 第m族氮化物系化合物半導體層 C 蟲晶成長面 ，D2，D3，D4貫穿差排 Μ ’ 凹坑側面 Ρ 凹坑

Pi 凹坑 P2 凹坑 S 受污染或凹坑的底部

C:\2D-C0DE\91-08\91111951.ptd 第16頁 550709 圖式簡單說明 圖1 ( a)〜（d)為本發明具體實施例的第ΠΙ族氮化物系化 合物半導體之製造方法的步驟剖面示意圖。 圖2 ( a )〜（d )為本發明另一實施例的第ΠΙ族氮化物系化 合物半導體之製造方法的步驟剖面示意圖。 圖3 ( a)〜（c )為本發明另一實施例的第1Π族氮化物系化 合物半導體之製造方法的步驟剖面示意圖。 圖4為習知之具有凹坑之第m族氮化物系化合物半導體 的剖面示意圖。

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Claims (1)

1. 550709 、申請專利範圍 _ 1 · ~種第π族氮化物系化人 採用…長的第皿族氮體之製造方法，係在 中，包含有： i化物系化合物半導體之製造方法 使第1第m族氮化物系化合物半 异度的第1步驟； -面狀晶成長一定 使組成不同於第1第m族氮化 m族氮化物系化合物半導體，佑，、5物半導體的第2第 成長速度的既定條件進行石a & =向成長速度較快於縱向 使第1第m族長的第2步.驟；以及 從弟1弟m知乳化物糸化合物丰 步驟； 體進行猫晶成長的第3 其中， 在第2步驟中，磊晶成長的第2第冚 導體’係將第1步驟中所形成第丄族=糸化合物半 導體表面的凹坑予以埋藏。知氮化物系化合物半 2 :申請ί利範圍第1項之第m族氮化物系化合物半導 t Μ方法’其中在上述第2步驟中所成長導 m族鼠化物系化合物半導體，係含有鋁者。 a弟/弟 3.如申請專利範圍第2項之第H族氮化物系化 體之製造方法，其中在上述第2步驟中所成長導 m族氮化物系化合物半導體的紹組成，係較上述第丨 弟 族氮化物系化合物半導體之第m族中的鋁組古 比5%以上。 战冋出莫耳 4.如申請專利範圍第2項之第m族氮化物系化合物半 體之製造方法，其中第1第m族氮化物系化合物^導體之

   C:\2D-CODE\91-O8\91in951.ptd 550709 六、申請專利範圍 第m族中的鋁組成比，係在5百分比以下；而上述第2第m 族氮化物系化合物半導體之第m族中的鋁組成比，係在1 〇 百分比以上。 5. 如申請專利範圍第2項之第m族氮化物系化合物半導 體之製造方法，其中第1第π族氮化物系化合物半導體之 第m族中的鋁組成比，係在〇百分比以上且2百分比以下； 而上述第2第Π族氮化物系化合物半導體之第Π族中的鋁 組成比，係在7百分比以上。 6. 如申請專利範圍第1項之第ΠΙ族氮化物系化合物半導 體之製造方法，其中上述第2步驟中的既定條件，係9 0 0 °C 以上的成長溫度。 7 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之第m族氮化物系 化合物半導體之製造方法，係包含有接著第3步驟，至少 對上述第1第ΠΙ族氮化物系化合物半導體施行蝕刻處理， 而形成點狀、條紋狀或格子狀等島狀態之後，再以島狀態 的高低差上段上面與側面為核，而朝縱向與橫向蠢晶成長 第4第ΠΙ族氮化物系化合物半導體的步驟。

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