TW575898B - Growth method of epitaxy layer - Google Patents

Description

575898 五、發明說明（1) 發明領域： 本舍明係有關於一種發光元件（1丨g h t e m i 11 i n g device)之製作方法，且特別是有關於一種磊晶層之成長 方法。 相關技術說明：

GaN疋非$重要的覓能隙（^心bandgap)半導體材 料’可以用來做綠光、藍光到紫外線的發光元件◦但是因 為塊材（bulk)GaN的成長一直有困難，所以目前GaN大多成 長在以藍寶石（sapphire)、GaP、Inp、GaAs、SiC 或 Si 構 成之基板上。 由於這些基板皆與GaN之晶格常數（iattice constant)不匹配，所以直接成長在這些基板上的GaN品質 不佳，因此引用一緩衝層（buf f er layer)，於基板與GaN 之間，該緩衝層又稱晶核形成層（nucleati〇n layer)，晶 格常數與基板相近的緩衝層可以提供成核㈧⑽“以“㈧位 置，以利GaN成核、成長，以形成相同的晶體結構，以提 升GaN的結晶《。因Λ，緩衝層品質的優劣對後續蟲晶層 有關鍵性的影響，也間接影響到發光元件的性質。

Takashi曾於西元2 0 0 1年12月27日公開之美國公開號 20010054717專利申諳幸件巾， ^ a J甲明系忏T，一種具有磷化硼緩衝層與 單晶（single crystal)基底之發光元件被揭露出來。 然而，右發光兀件的中間層（緩衝層及GaN結晶層）之 晶體結構含有太多缺陷，例如：差排（disi〇cati〇n)，或有 雜質顆粒（Partlcle)污染，皆會嚴重影響後續活性層的結 575898 五、發明說明（2) 晶，進而降低發 前多數工廠於量 表面之雜質顆粒 I虫，造成緩衝層 有鑑於此， 提供一種減少發 造性質良 發明概述 本發 理緩衝層 雜質，形 晶層。 本發 以提升發 本發 以提升發 其主 層表面以 以利束缚 為獲 方法，此 首先 表面。然 於上述緩 好的發 明之目 表面以 成純度 明之另 光元件 明之又 光元件 要特徵 避免緩 層的形 致上述 方法的 ，提供 後，實 衝層表 光元件的發 產發光元件 ，但是吾人 不平整，且 為了解決上 光元件蠢晶 光元件。 的在於提供 避免緩衝層 局、差排含 光效率與使用壽命。因此，目 時，會通入氮氣以清除緩衝層 發現氮氣會對緩衝層造成侵 具有缺陷。 述問題，本發明主要目的在於 層中雜質之方法，可適用於製 一種磊晶層之成長方法，以處 受侵餘並可去除緩衝層表面的 量少且結晶度佳之氮化鎵系蠢 一目的在於提供一種磊晶層之成長方法 的發光效率。 一目的在於提供一種磊晶層之成長方法 的使用壽命 係在形成蠢 衝層受侵I虫 成。 之目的，本 步驟主要係 一基底。接 行一氫氣處 面〇 晶層之 並可清 發明提 包括： 著，形 理程序 前先利用氫氣處理緩衝 除緩衝層表面之雜質， 出一種發光元件之製作 成一緩衝層於上述基底 。最後，形成一蠢晶層

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如刖所述，上述基底之材質包括矽。上述緩衝層之材 質包括鱗化侧（BP)，且形成上述磷化硼之前驅物包括氯化 硼（BC13)與氣化磷（PC13)或氣化硼（BC13)與磷化氫（ph3)， 利用磊晶法形成。另外，上述磊晶層之材質為

AlxInl-xGayNl-y (0〈二x< = l，〇<:y〈二 1)或是 AlxGa 卜 xNyPl-y (〇< = x< = i，〇<==y<==1)，例如氣化鎵 (GaN)、氮化銦鎵（inGaN)、氮化鋁鎵（AlGaN)或磷氮化鎵 (GaNP)’且形成上述磊晶層之前驅物為甲基聯胺系或是氨 氣（NI);以氮化鎵（G a N )為例，其前驅物包括一甲基聯胺 (monomethyl hydrazine ;TMG)與三曱基鎵（trimethyl gallium，MMH)，利用蠢晶法形成。 如前所述，上述氫氣處理程序係於溫度約3 5 〇〜5 〇 〇它 下進行。 為獲致上述之目的，本發明又提出一種磊晶層之成長 方法，此方法的步驟主要係包括： 首先，提供一基底。接著，形成一緩衝層於上述基底 表面。接著，去除上述基底，以上述之緩衝層作為第二基 底。然後’針對上述第二基底實行一氫氣處理程序。最後 ，形成一束缚層於上述第二基底表面。 實施例： 實施例1 以下請同時配合參照第1圖之流程圖與第2圖之剖面 圖，說明根據本發明之一較佳實施例。 首先’在步驟S100中’提供一基底200。該基底2Q0的

575898 五、發明說明（4) 材質可以為矽單晶（sing le cryStal)、碳化矽（Si C)或氮 化鎵（GaN) ’其中以矽單晶為較佳。其厚度約為其厚度約 為2〜8//m ’較佳者3〜6//Π1。接著，在步驟S102中，形成一 緩衝層202於上述基底2〇〇表面。若上述基底2〇〇的材質為 石夕單晶’則上述緩衝層2 〇 2的材質例如為磷化硼（boron phasphide ; BP)，可利用鹵素氣相成長方法（ha 1 ogen

vapor phase growth)之原理，反應前驅物例如為氣化硼 (BCD與氣化磷（pci3)或氣化硼（BCl3)與磷化氫（pH3)，透 過有找金屬氣相蠢晶法（metai〇rganic chemical vapor deposition ; M0CVD)在矽{100}或{1 η}之晶面上形成BP 緩衝層20 2，其厚度約為2〜8 ，較佳者3〜6 “爪。。Bp緩 衝層係作為晶格轉換層（lattice transfer layer)，可用 以減緩基底與磊晶層之間的晶格不匹配（丨a 11 i c e mismatch) 〇 其中’ B P緩衝層2 〇 2之較佳蠢晶方法如下所述。 先將反應室溫度升高至第一溫度n，例如：約9〇〇〜

1 1 8 0 C，保持約1分鐘。接著，使反應室溫度降至第二溫 度T2，例如：約38 0 °c，再開始供應pCl3 (或Ph3)至反應室内 部二經過約3分鐘後，再進行第一次Bc “供應約4 〇分鐘。 接著^先停止Bc“供應，於第二溫度T2 (約38 0 t：)下保持 一段時間，例如：5分鐘，再將反應室溫度升高至第三溫度 T3，例如：約1 0 3 0艺。期間繼續保持代以或❿）供應。然 後，於第三溫度T3(約1 0 3 0。(：）下再進行第二次队“供應約 60分鐘。期間繼續保持π、（或pi)供應。接著，先停止供

575898 五、發明說明（5) 應PC13(或PH3)與BC13，再於第三溫度T3 (約1 03 0 °C)下經 過一段時間，例如：約1 〇分鐘，便完成BP緩衝層的形成， 可將反應室溫度降至室溫後取出。上述Bp緩衝層之形成過 程中，始終持續供應H2氣體至反應室内部。如此，便完成 B P緩衝層2 0 2之蟲晶程序。 然後，步驟S 1 0 4中，施行一氫氣處理，用以處理緩衝 層表面以避免緩衝層受侵蝕並可清除上述緩衝層表面的雜 質顆粒，有利後續磊晶層在緩衝層表面形成。可延續上述 步驟S1 0 2，保持H2氣體的供應，且其溫度（T4 )約為3 5 0〜 5 0 0 °C。 接著’步驟S 1 0 6中，形成一蠢晶層2 〇 4於上述緩衝層 202表面。上述蠢晶層204的材質為AlxInl-xGayNl-y (0〈二X〈二1，0〈二y< = l)或是AlxGal-xNyP卜y (〇〈二X〈二1，〇 < = y< = l)，例如氮化鎵（GaN)、氮化銦鎵（inGaN)、氮化鋁 鎵（A 1 G a N )或磷氮化鎵（G a N P )，其反應前驅物可為甲基聯 胺系或是氨氣（N H3);以氮化鎵（G a N )為例，其前驅物包括 一甲基聯胺（monomethyl hydrazine ; TMG)與三曱基鎵 (trimethyl gallium ;MMH)，透過有機金屬氣相磊晶法 (M0CVD)在上述緩衝層2 0 2表面形成磊晶層2 04，；[〜30 //m， 較佳者2〜4 // in。 其中，磊晶層2 0 4，以氮化鎵（G a N )磊晶為例，其方法 如下所述。首先，供應一 H2與一 N2氣體，延續上述步驟 S104之溫度（T4)，例如：3 5 0〜5 0 0 °C，開始供應MMH。再經 過一段時間，例如：3分鐘後，開始進行第一次τ μ G供應，

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時=分鐘。接著，停止TMG供應，經過一段時間，例 。： ΐυ將反應室溫度升高至第五溫度丁5，例如:820 τμγΊ0，、/ΜΜΗ供應。接著’於第五溫度下進行第二次 ，、α，％間約為60分鐘。期間保持μμη 與m之供應，於第五溫度下保持一段時間，例： : /再將溫度降至室溫，才完成氮化鎵（GaN)遙晶。 氮化銥（GaN)磊晶期間持續供應&與化氣體。 後，，可再依序續進行，如電極之形成等步驟，以完 成發光元件的製作。 實施例2 以下清同時配合參照第3圖之流程圖與第4圖之剖面 圖，說明根據本發明之一較佳實施例。 首先，在步驟S300中，提供一基底4〇()。該基底“ο的 材1可以為矽單晶（single crystal)、碳化矽（Sic)或氮 化蘇（G a N)，其中以石夕單晶為較佳。其厚度約為2〜8 # m， 較佳者3〜6 // m。 接著’在步驟S302中，請參考第4A圖，形成一緩衝層 402於上述基底4〇〇表面。若上述基底4〇〇的材質為矽單晶 則上述緩衝層4 〇 2的材質例如為麟化删（匕〇 r 0 n p h a s p h i d BP)可利用鹵素氣相成長方法之原理，反應前驅物例 ，為氣化哪（BCI3)與氯化磷（Pci3)或氯化硼（BCl3)與磷化 鼠（PI) ’透過有機金屬氣相蠢晶法（metai〇rganic chemical vapor depositi〇rl ; M〇CVD)在矽{1〇〇 丨或{111} 之晶面上形成BP緩衝層402，其厚度約為2〜8 //m，較佳者3

575898 五、發明說明（7) 可用以減緩基底 〜6 // m。BP緩衝層4 〇 2係作為晶格轉換層 4 0 0與發光層之間的晶格不匹配。 其中’ B P緩衝層4 0 2之磊晶方法如下所述。 先將反應室溫度升高至第一溫度τ丨，例如··約9 〇 〇〜 1 1 8 0 C ’保持約1分鐘。接著，使反應室溫度降至第二溫 度Τ2，例如：約380 °c，再開始供應pci3(或ρη3)至反應室内 部^經過約3分鐘後，再進行第一次Bc丨3供應約4 〇分鐘。 接著’先停止BCI3供應，於第二溫度T2 (約38〇)下保持 一段％間’例如：5分鐘，再將反應室溫度升高至第三溫度 Τ3，例如：約1〇3〇 °c。期間繼續保持pc“（ 供應。然 後，於第三溫度Τ3(約1〇3〇。〇下再進行第二次BCl3供應約 60分鐘。期間繼續保持代丨3(或？113)供應。接著，先停止供 應PCI3與BCI3，再於第三溫度T3 (約1〇3〇。〇下經過一段時 間，例如：約1 〇分鐘，便完成ΒΡ緩衝層的形成，可將反應 室溫度降至室溫後取^屮 u 交取出上述BP緩衝層之形成過程中，始 終持續供應H2氣體至反靡$向μ , lL # 一 1 m 王叹應至内部。如此，便完成B p緩衝層 4 0 2之磊晶程序。 接者’步驟S 3 0 4中，上主a 土>d门 1 干 峋茶考第4Β圖，去除上述基底 40 0，例t以適當酸液，像是HF水溶液，I虫刻上述基底 4 0 0 ’或疋以雷射加熱或研磨法去除上述基底4〇〇。 然後，步驟S3 0 6中，# > . ^ ^ m ^ ^ ^ u ^ 她仃一鼠氣處理，用以避免緩衝 層文彳父钱亚可清除上诚铨& & + , , ^ 工返％衝層表面的雜質顆粒，有利

磊晶層在緩衝層表面开彡士 ^ J 曰双卸七成。先將溫度升高至約45〇 應心氣體。 I 1/、 575898 五、發明說明（8) 接著，步驟S308中，請參考第4C圖，形成一磊晶層 404於上述緩衝層402表面。上述磊晶層404的材質為 AlxInl-xGayNl-y (0< = xOl，〇< = y< = l)或是 AlxGal-xNyPl-y (〇< = x< = l，〇< = y<=l)，例如為氮化鎵 (GaN)、氮化銦鎵（InGaN)、氮化鋁鎵（AlGaN)或磷氮化鎵 (GaNP)，其反應前驅物可為曱基聯胺系或是氨氣（NH3);以 氮化鎵（GaN)為例，其前驅物包括一曱基聯胺（m〇n〇methy } hydrazine ;TMG)與三甲基鎵（trimethyl gallium ; MMH)，透過有機金屬氣相磊晶法（M0CVD)在上述緩衝層4〇2 表面形成氮化鎵磊晶層404，其厚度約為卜30 //m，較佳者 2 〜6 // m 〇 其中，磊晶層404，以氮化鎵（GaN)磊晶為例 如下所述。首先，供應一 與一比氣體，先將溫度升高至 一第四溫度T4，例如：350〜5〇(rc，開始供應MMH。再經土 一段時間，例如：3分鐘後，開始進行第一次TMG供應，時 間約為20分鐘。接著，停止TMG供應，經過一段時間，例 如分鐘，再將反應室溫度升高至第五溫度Τ5，例如82 C。期間保持ΜΜΗ供應。接著’於第五溫度下進行 TMG供應’時間約為60分鐘。期間保持_ 停：八Η謎之供應’於第五溫度下保持一段日』例 如、刀釭。再將溫度降至室溫，才完成氮化鎵磊"^ 化鎵麻晶期間持續供應仏與％氣體。 後續，可再依序續進行’如電 成發光元#的製卩。 《开乂成等步驟 曰曰 以

575898 五、發明說明（9) 本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可做各種的更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

0769-8524^ ； VTERA-91-004-TW ； Felicia.ptd 第12頁 575898 圖式簡單說明 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂， 下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 第1圖係顯示根據本發明之一較佳實施例之一流程 圖。 第2圖係顯示根據本發明之一較佳實施例之製程剖面 圖。 第3圖係顯示根據本發明之另一較佳實施例之一流程 圖。 第4 A圖至第4C圖係顯示根據本發明之另一較佳實施例 之製程剖面圖。 符號說明： 2 0 0、40 0〜基底； 2 0 2、4 0 2〜緩衝層； T卜第一溫度； T2〜第二溫度； T3〜第三溫度； T4〜氫氣處理溫度； 204、404〜磊晶層； T5〜第五溫度。

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Claims (1)

1. 575898

   案號 91120763 六、申請專利範圍 種磊晶層之成長方法，包括： 提供一矽基底； 形成一緩衝層於上述矽基底表面； 以及 對上述緩衝層實行—氣氣處理程序 形成一磊晶層於上述緩衝層表面。 2. —種磊晶層之成長方法，包括： 提供一基底； 形成一鱗化蝴（BP)緩衝層於上述基底表面； 以及 對上述磷化硼（BP)緩衝層實行一氫氣處理程序 形成一蠢晶層於上述磷化硼（Bp )緩衝層表面。 3· —種磊晶層之成長方法，包括： 提供一基底； 形成一緩衝層於上述基底表面； 對上述緩衝層實行一氫氣處理程序；以及 形成一蟲晶層於上述緩衝層表面，該磊晶層之材質為 AlxInl-xGayNl-y (〇〇x〈=i，或是 A 1 x G a 1 x N y P 1 一 y ( 〇 < = χ < = 1，〇 < = y〈 = 1 )。 4:如申請專利範圍第2項所述之磊晶層之成長方法， 其中形成述磷化硼之前驅物包括氯化硼（BC丨3 )與氯化磷 (PC13)或氯化硼（πΐ3)與填化氫（pjj3)。 5·如申請專利範圍第1、2或3項所述之磊晶層之成長 方法，其中上述緩衝層係以磊晶法形成。 、6 ·如申凊專利範圍第丨、2或3項所述之磊晶層之成長 方法’其中形成上述磊晶層之前驅物可為甲基聯胺系或氨

   0769 -8524twfl;VTERA-91-〇〇4-.TW；ice ptc 第14頁 575898 II 修正 案號 91120763 曰 六、申請專利範圍 氣（NH3)。 7·如申請專利範圍第1、2或3項所述之磊晶層之成長 方法’其中形成上述磊晶層之前驅物包括一甲基聯胺 (raonomethyl hydrazine ;TMG)與三 f 基鎵（trimethyl gal 1ium ; MMH) 〇 8 ·如申請專利範圍第1、2或3項所述之磊晶層之成長 方法，其中上述磊晶層係以磊晶法形成。 9 ·如申請專利範圍第1、2或3項所述之磊晶層之成長 方法’其中上述鼠氣處理程序係於溫度約3 5 〇〜5 0 0 °C下進 行。 I 0 · —種蠢晶層之成長方法，包括： 提供一矽基底； 形成一緩衝層於上述矽基底表面； 去除上述矽基底； 對上述緩衝層實行一氫氣處理程序；以及 形成一磊晶層於上述緩衝層表面。 II · 一種蠢晶層之成長方法，包括： 提供一基底； 形成一磷化侧（BP)緩衝層於上述基底表面； 去除上述基底； 對上述填化侧（BP)緩衝層實行一氫氣處理程序；以及 形成一蠢晶層於上述磷化硼（BP )緩衝層表面。 12· —種；&&晶層之成長方法，包括： 提供一基底；

   0769 -8524twfl;VTERA-91-004-TW;ice.ptc 第15頁 575898

   案號 911207R3 六、申請專利範圍 形成一緩衝層於上述基底表面 去除上述基底； 對上述緩衝層實行一氫氣處理程序；以及 形成一蠢晶層於上述緩衝層表面，該磊晶層之材質為 Alxln卜xGayNl-y (0< = x〈 = 1，〇< = y<=1)或是AlxGw_ xNyPl-y (〇<=χ〈二l，〇<=y〈=1)。 1 3 ·如申請專利範圍第丨丨項所述之磊晶層之成長方 法’其中形成上述磷化硼之前驅物包括氯化硼（BC丨3 )與氯 化磷（PC13)或氯化硼（BC13)與磷化氩（PH3)。 14·如申請專利範圍第10、11或12 ：^所述之磊晶層之 成長方法，其中上述緩衝層係以磊晶法形成。 1 5 ·如申請專利範圍第丨〇、1 1或丨2項所述之磊晶層之 成長方法’其中形成上述磊晶層之前驅物可為曱基聯胺系 或是氨氣（NH3)。 1 6 ·如申請專利範圍第丨〇、1 1或丨2項所述之磊晶層之 成長方法，其中形成上述磊晶層之前驅物包括一甲基聯胺 (monomethyl hydrazine ; TMG)與三甲基鎵（trimethyl ga 11 i um ; MMH )。 1 7 ·如申請專利範圍第1 〇、1 1或丨2項所述之磊晶層之 成長方法，其中上述磊晶層係以磊晶法形成。 1 8 ·如申請專利範圍第1 〇、1 1或丨2項所述之磊晶層之 成長方法，其中上述氫氣處理程序係於温度約3 5 0〜5 0 0 °C 下進行。

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