TW589394B - A MOCVD/HVPE hybrid deposition system and method - Google Patents

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Description

589394 A7 _ 五、發明説明（1 ) 發明範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於混合型沉積系統。本發明另係關於沉積 系統，其兼具有機金屬化學蒸鍍法和氫化物蒸汽相磊晶法 的特徵。本發明亦係關於藉由兩個不同沉積技巧，在單一 反應器中形成半導體雜結構的方法。 發明背景 氫化物蒸汽相磊晶（HVPE)是一種用於多種半導體（如 :氮化鎵）之磊晶的重要技巧。氮化鎵（GaN)是一種重要的 工業技術材料。例如，GaN目前用以製造藍光發射二極體 '半導體雷射和其他光電裝置。將特別參考GaN沉積地 討論相關技術背景。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 HVPE因爲生長相當迅速且有效地利用成本，所以是 一種目前用於GaN沉積的受歡迎技巧。此技巧中，GaN 因介於氯化鎵（GaCl)和氨（NH3)之間的高溫、蒸汽相反應 而生長。此氨由標準氣體來源供應，藉由使HC1通過受 熱的液態鎵供料上方而製得GaCl。這兩種氣體（氨和GaCl) 直接導至受熱底質，於此處反應而於底質表面上製得固態 GaN 〇 HVPE提供GaN高生長速率，但在生長其他III-V氮 化物或GaN合金方面，有某些與HVPE有關的問題。例如 ，難藉 HVPE生長如氮化鋁（A1N)或 A1N和GaN合金 (AlGaN)。其問題在於足夠的氯化鋁之供應。後者相當安 定，與低蒸汽壓形成固體，即使於HVPE反應器的提高溫 本纸張尺度適用中.國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 589394 A7 __ _B7_ 五、發明説明（2 ) 度情況下亦然。因此，當HC1通過A1金屬上方時，形成 的氯化鋁會固化且無法被帶到底質處。 許多應用希望能夠利用在相同樣品上生長A1N和GaN 層的技巧。例如，A1N或AlGaN緩衝層生長於磊晶GaN 層和典型底質（如：青玉（Α12〇3))之間，改善了 GaN磊晶層 品質。此改善品質源自於緩衝層和GaN之間的晶格常數 和熱膨脹係數的密切吻合。此外，通常希望形成雜結構， 其中，AIN、GaN和AlGaN層生長於彼此上方。雜結構在 半導體雷射、發光二極體（LED)、高電子運動電晶體和其 他電子和光電裝置上有許多用途。 類似地，也希望在相同系統中生長包括氮化銦（InN) 和相關合金（InGaN、InAIN、InAlGaN)的雜結構。使用InN 提局了可生長的雜結構範圍’導致多種新的裝置應用。但 藉HVPE生長InN有一些問題。例如，難以基本上與 HVPE技巧相關的高生長速率製得InGaN —致薄層。此外 ’大多數的裝置應用上，必須選擇納入的摻雜物，以形成 導電材料。摻入不同摻雜物類型的材料接點幾乎是所有電 子裝置（如：二極體、電晶體和半導體雷射）的關鍵。但一 些摻雜材料以有機金屬形式使用最佳。 以前的HVPE技術和系統的其他缺點在於，除非生長 某些量的磊晶材料，否則某些底質無法摻入Hvpe系統中 。例如’希望在砂（Si)底質上生長GaN或相關材料。或者 ，可能希望使用複合底質（由一種類型以上的材料構成）或 有圖案的底質。如果這些底質中的任何者用於HvpE生長 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)-------—— _ L.——.丨-r丨-.一參I----τ——、玎-----會 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 589394 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) ’它們會受損。這是因爲某些氣體（如·· HC1)在HVPE反 應器中會成爲HVPE敏感性底質（如：Si)的蝕刻劑。例如 ’在 HVPE生長之前，使用金屬-有機物化學蒸鍍 (MOCVD)法，其中，這兩種沉積技巧（MOCVD和HVPE)都 在相同反應器中進行，藉此提供用以生長磊晶材料之保護 層的系統和方法將比較有利。 本發明提出一種混合型沉積系統和方法，其克服許多 前述以前的GaN和相關材料沉積技術衍生的問題。 發明槪述 就前述者，本發明的目的是要提出一種有效生長氮化 銘、氮化姻、氮化嫁、金屬合金氣化物和相關材料的混合 型沉積.系統。本發明之方法使得複合摻雜物和複合摻雜物 混合物得以摻入磊晶層中及提出製造厚度和生長速率變通 性大的膜。此外，本發明之方法適合許多不同基質類型。 根據一個實施例，本發明將金屬-有機化學蒸鍍法（MOCVD) 和HVPE的特點倂成單一、高度變通的混合型沉積系統。 以前技術的MOCVD生長技巧中，氨氣與有機金屬化 合物於高溫在底質上方或底質上反應，導致固態半導體材 料沉積。本發明在混合型反應器中使用有機金屬物來源和 HVPE物劑供應槽（如，液態鎵供應器）。本發明之系統可 以在MOCVD .模式和HVPE模式操作之間作切換，或者可 以合倂MOCVD/HVPE模式p改變供應至反應器的來源或 物劑氣體本質，及藉由反應器操作或生長溫度的任何適當 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） l·.--r — ^---1..0_裝----Ί--訂-----·線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589394 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（4) 改變，能夠簡便地達成模式之間的切換。 簡言之，以MOCVD模式操作本發明之混合型系統時 ’至少一種有機金屬物和氨氣施用於反應器。欲將混合型 系統切換至HVPE模視，停止供應金屬-有機物，藉由使 HC1通過液態金屬（Ga)而供應第二種物劑氣體（如：GaCl) 。通常，在HVPE模式和MOCVD模式之間作切換時，可 以改變反應器溫度，但非皆是如此。 因爲這兩種生長法（MOCVD和HVPE)皆用於單一反應 器系統中，所以能夠在兩種技術間切換而不會中斷於底質 上之沉積或者自反應器移出樣品。此特徵亦提高本發明之 方法的效能並降低成本。根據本發明之系統和方法，A1N 和薄InN層可以便利地在用以生長厚GaN(藉HVPE)所用 之相同.的反應器中生長（藉MOCVD)。類似地，AIN、InN ' GaN和它們的合金可以在相同反應器中藉MOCVD和 HVPE連續或同時生長。因此，使用本發明之系統和方法 ’得以迅速且花費不高地生長 AIN、InN、GaN和它們的 合金之雜結構的多種陣列。 根據本發明的一個特點，提出一種用以在非原生底質 上生長III-V氮化物層的方法，其同時使用 HVPE和 MOCVD生長技巧。至於此情況的一個例子，兩種不同的 來源氣體（如：GaCl和含鋁的有機金屬物）皆與氨一起施用 於系統。此例子中，各來源氣體與氨氣於底質處反應，導 致AIGaN沉積。InGaN或InAlGaN可藉類似的方式以適當 的來源氣體生長。此外，摻雜物可以摻入使用本發明之混 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·
、tT _線 589394 A7 _______B7 五、發明説明（5 ) 合型沉積系統生長的GaN或其合金層中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據本發明的另一特點，提出一種使用Η V P E敏感性 底質來藉HVPE沉積III-V化合物的方法。通常會被HVPE 生長所破壞的底質（如：Si底質或有圖案的底質）適用於 MOCVD生長。在混合型反應器中，藉m〇CVD先在底質 上生長III-V化合物第一個保護層。之後可以將此混合型 反應器切換至以HVPE模式操作，藉HVPE在第一層上形 成至少一個額外層。HVPE的優點在於生長速率較高且成 本比MOCVD來得低。 本發明的一個特點在於其提出混合型沉積系統。本發 明的另一特點在於其提出一個可以兩種不同模式操作的沉 積系統。本發明的另一特徵在於其提出混合型MOCVD / HVPE沉積系統。本發明的另一特點在於其提出一種沉積 系統，包含反應器和用以加熱此反應器的多個加熱單元。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的一個優點在於其提出一種混合型沉積系統， 其能夠切換於MOCVD模式和HVPE模式之間並因此減少 由一個反應器移至另一個反應器而在所製得結構中造成污 染的可能性。本發明的另一個優點是提出一種用以形成第 一和第二個III-V氮化物層的方法，其中，在混合型反應 器中藉MOCVD形成第一層’在相同的混合型反應器中藉 HVPE形成第二層。本發明的另一優點在於其提出一種藉 MOCVD和HVPE同時沉積而形成Πΐ-ν氮化物層的方法。 本發明的另一優點在於其提出一種混合型沉積系統，其包 括可相對於至少一個加熱單元移動的反應器。 本紙張尺度適用中.國國家標準( CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 589394 A7 B7 五、發明説明（6) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的另一優點在於：先藉MOCVD製造薄緩衝層 ，藉HVPE在此薄緩衝層上形成較厚的GaN層，及藉 MOCVD在較厚的GaN層上形成第三個氮化物層，可製得 高品質裝置結構。 藉混合型沉積系統可達到這些和其他目的、優點和特 徵，此系統包括反應器；具物劑輸送槽入口的物劑輸送槽 ，此物劑輸送槽與反應器連接；至少一個加熱單元，用以 供給反應器的熱；及至少一個與反應器連接的有機金屬物 來源。 藉由形成半導體層的方法可達到這些和其他目的、優 點和特徵，此方法包括下列步驟：a)將底質置於反應器中 ;b)將反應器加熱至第一個生長溫度；c)將第一個物劑氣 體和有.機金屬蒸汽供應至反應器，藉MOCVD在底質上形 成第一個III-V氮化物層；d)步驟c)之後，停止將有機金 屬蒸汽供應至反應器；及e)在持續將第一種物劑氣體供 應至反應器的同時，供應第二種物劑氣體，以在第一個 III-V氮化物層上形成至少一個額外的III-V氮化物層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉由形成半導體層的方法可達到這些和其他目的、優 點和特徵，此方法包括下列步驟：a)將底質置於反應器中 ;b)將反應器加熱至第一個生長溫度；c)將第一個物劑氣 體供應至反應器；d)將有機金屬蒸汽供應至反應器以藉 MOCVD在底質上形成第一個III-V氮化物層；e)在步驟d) 之後，在持續將第一種物劑氣體和有機金屬物蒸汽供應至 反應器的同時，在反應器中供應第二種物劑氣體’以在第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ：297公釐） 589394 A7 ____B7________ 五、發明説明（7 ) 一個III-V氮化物層上形成至少一個額外的ΠΙ-ν氮化物 層。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 嫻於此技術者由下文中所述者或由本發明之實施例會 更瞭解前述之關於本發明的這些和其他目的、優點和特徵 。由所附申請專利範圍會更瞭解本發明之優點。 附圖簡述 附圖1所示者是根據以前技術的MOCVD系統； 附圖2所示者是根據以前技術的HVPE系統； 附圖3所示者是根據本發明的混合型沉積系統； 附圖4所示者是根據本發明的一個實施例，其有多個 有機金屬來源和摻雜物來源與沉積系統連接； 附圖5Α所示者是根據本發明之混合型沉積法含括的 一系列步驟； 附圖5Β所示者是根據本發明另一實施例，混合型沉 積法中含括的一系列步驟； 附圖6 Α所不者是根據本發明另一實施例，混合型沉 積法中含括的一系列步驟；而 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 附圖6 B所不者是根據本發明另一實施例，混合型沉 積法中含括的一系列步驟。 主要元件對照表 6 Μ〇C V D系統 8 反應器 本紙張尺度適用中]國國冬標準（CNS ) Α4規格（210 X 29<7公酱） :1。------ 589394 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明説明（ 8) 1 1 底 質 台 1 3 標 準 氣 體 來 源 1 4 底 質 1 5 起 泡 器 1 6 加 熱 單 元 1 7 載 氣 1 8 系 統 1 9 入 □ 2 1 生 長 管 2 2 出 P 2 4 爐 2 6 組 件 3 〇 混 合 型 沈 積 系 統 3 0， 系 統 3 1 內 部 加 熱 單 元 3 2 反 應 器 3 2， 雙 箭 頭 3 4 入 □ 3 6 出 □ 3 8 物 劑 輸 送 槽 3 8 a 入 □ 4 0 第 一 個 加 熱 單 元 4 2 第 二 個 加 熱 單 元 4 4 第 二 個 加 熱 單 元 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -η - 589394 A7 _B7_ 五、發明説明（9 ) 46 第一種物劑氣體來源 48 第二種物劑氣體來源 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 50 載氣來源 52 有機金屬物來源 5 2a 有機金屬物來源 52b 有機金屬物來源 52c 有機金屬物來源 54a 閥單元 54b 閥單元 54c 閥單元 8 1 摻雜劑載氣 83 摻雜劑來源 8 4 閥單元 8 5 入口
54 於底質上進行MOCVD
56 於底質上同時進行HVPE/MOCVD 60 將底質置於反應器中 6 2 加熱此反應器 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 4 供應Μ〇C V D物劑 6 6 形成第一層 6 8 供應Η V Ρ Ε物劑 70 形成額外層 6 0 } 將底質置於反應器中 6 2’ 將反應器加熱至第一個溫度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 589394 A7 B7 五、發明説明（1C)) 6 4， 供 應 Μ 〇 C V D物 劑 6 6， 形 成 第 — 層 7 2 停 止 供 應 有 機 金 屬 7 4 將 反 應 器 調 整 至 第二 個溫度 7 6 供 應 Η V Ρ Ε 物 劑 7 8 形 成 額 外 層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 較佳實施例之詳細描述 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參考附圖，附圖1所示者是根據以前技術的MOCVD 系統6。簡言之，系統6包括反應器8，其至少一部分被 加熱單元1 6所環繞。底質1 4位於反應器8內，被加熱單 元1 6所加熱。標準氣體來源1 3供應氨。藉由載氣1 7 (基 本上是.氮或氫）通過起泡器15中的有機金屬化合物液體供 料而供應有機金屬化合物蒸汽。精確控制有機金屬化合物 供料溫度，調整載氣流1 7以提供含有已知量有機金屬化 合物蒸汽的氣流。氨和有機金屬化合物的蒸汽引至槽8中 。因爲有機金屬化合物與氨氣的高溫蒸汽相反應，InN、 AIN、GaN或In、A1和Ga的合金氮化物沉積在底質14表 面上。例如，用以沉積A1N，起泡器15中的有機金屬（或 有機金屬）化合物是含鋁的有機金屬，而用以沉積GaN時 ，起泡器15中的有機金屬化合物是含鎵的有機金屬。 附圖2所示者是根據以前技術的HVPE系統18。簡言 之，系統18包括具入口 22.、出口 19和物劑輸送槽或反 應組件26的生長管或反應器2 1。系統.1 8可以整個含於 -13: 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 589394 A7 B7 五、發明説明（11) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 熱源（如：爐24)中。受熱底質14的磊晶沉積藉由引至.反 應器21中之來源或物劑氣體的蒸汽相反應而進行。例如 ’物劑氣體（如：氯化鎵、氯化銦或氯化鋁）可以經由反應 組件26導至底質14 ;而氨可以經由反應器入口 22進入 生長管21中。使HC1通過高溫液態金屬（如：鎵）上方， 可於反應組件26中形成物劑氣體（如：GaCl)。氣流方向 以箭頭表示。物劑氣體（如·· GaC卜InCl、A1C1)與氨在生 長管21內反應而形成氮化物（GaN、InN或A1N)，其沉積 於底質1 4上。 附圖3所示者是根據本發明的一的實施例的混合型沉 積系統30。系統30包括有入口 34和出口 36的反應器32 及與反應器32連接的物劑輸送槽38。反應器入口第一種 物劑氣體來源46連接，及與至少一個有機金屬物來源52 連接。氣流方向以箭頭表示。第一種物劑氣體來源46供 應第一種物劑氣體進入反應器32。第一種物劑氣體以氨 爲佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 有機金屬物來源52含有有機金屬物組合物，用以將 有機金屬物蒸汽供應至反應器32。有機金屬物組成物以 含鋁、銦或鎵的有機金屬化合物或混合物或具兩種不同金 屬（選自Ga、In和A1)之至少兩種有機金屬化合物的合金 爲佳。可用以實施本發明之有機金屬化合物的例子有：三 甲基鋁（TMA)、三乙基鋁（TEA)、三甲基銦（TMI)、三乙基 銦（TEI)、三甲基鎵（TMG)和三乙基鎵（TEG)。此處，所謂 的有機金屬和有機金屬物代表相同意義。有機金屬物來源 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X 297公釐） 589394 A7 B7 五、發明説明（12) 52可爲氣泡形式，後者爲此技術中習知者。 物劑輸送槽38與先質氣體來源48和載氣來源50相 連。先質氣體來源48將先質氣體（以HC1爲佳）供應至物 劑輸送槽38。物劑輸送槽38含有液態金屬（如：Ga、In、 A1，以Ga或In爲佳）。HC1氣體通過在槽38內的液態金 屬上方時，會在物劑輸送槽38中生成第二種物劑氣體。 此第二種物劑氣體自物劑輸送槽38通入反應器32中。載 氣來源50供應載氣。載氣來源50與物劑輸送槽入口 38a 和有機金屬物來源52連接。來自載氣來源50的載氣用以 將先質氣體由來源48帶到槽38的入口 38a。來自載氣來 源的載氣亦供應有機金屬物來源5 2中所含有機金屬組成 物的有機金屬蒸汽。 以第一個閥單元54a控制由載氣來源50到達物劑輸 送槽38之入口 38a的載氣流。以第二個閥單元54b控制 由載氣來源5 0到達有機金屬物來源5 2的載氣流。第一和 第二個閥單元54a、54b用以控制自來源50到達物劑輸送 槽38和到達有機金屬物來源52的載氣流。第三個閥單元 54c控制先質氣體自來源48到達物劑輸送槽38的流率。 可以決定系統30的沉積模式並藉第一、第二和第三 個閥單元54a-c調整。因此，系統30完全以MOCVD模式 操作時，關閉閥單元54a和54c，開啓閥單元54b。來自 來源50的載氣使有機金屬物蒸汽經由來源52到達反應器 32，而來源46將第一種物劑氣體（氨）供應至反應器32。 用於特別的III-V化合物或合金之MOCVD沉積時，藉加 —··——：r__-I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 Φ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15 - 589394 A7 __B7 五、發明説明（13) 熱單元40、42、44調整反應器32和底質14的溫度。之 後完全藉MOCVD沉積於底質14上。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 利用下面所描述的方式，可以”切換”系統3 0的沉積 模式，或者將完全MOCVD模式改爲完全HVPE模式，而 不會中斷沉積作用或不必自反應器32移出底質。關閉閥 單元54b，開啓閥單元54a和54c。可以先開啓閥單元54a 和54c，之後關閉閥單元54b。有機金屬物蒸汽不再供應 至反應器32。取而代之的，先質氣體自來源48供應至槽 38，後者供應第二種物劑氣體（如：GaCl、InCl)到達反應 器32 ;來源46持續供應第一種物劑氣體（氨）到達反應器 32。用於特別的III-V化合物或合金沉積時，可以藉由加 熱單元40、42、44調整反應器32和底質14的溫度。之 後完全以HVPE模式沉積在底質14上。精確地適時開啓 和關閉閥單元54a-c至少與設計選擇有某些程度關聯。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 系統30的沉積模式亦可由完全MOCVD模式或完全 HVPE模式切換成爲混合的MOCVD/ HVPE模式。MOCVD/ HVPE模式的特徵在於同時藉MOCVD和HVPE沉積。能 夠在不會中斷沉積作用或不必自反應器3 2移出底質的情 況之下，變化於這些模式的各者之間。因此，用於同時藉 MOCVD和HYPE沉積III-V化合物或其合金時，各個閥單 元54a ' 54b和54c可以開啓至適當程度。此處，氨經由 來源4 6供廬至反應器3 2，有機金屬物蒸汽經由來源5 2 供應至反應器32，同時，第.·二種物劑氣體自槽38供應至 反應器32。之後藉MOCVD和HVPE沉積在底質或樣品上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） :16"~ 589394 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（14) 形成混合的MOCVD/ HVPE層。可以藉由閥單元54a-c地 調整各沉積技巧（MOCVD和HVPE)的相對貢獻。可藉加熱 單兀40、42、44調整反應器32溫度。或者，可以藉由調 整反應器32與加熱單元40、42、44的相對位置而調整反 應器32的溫度。 藉由使得物劑輸送槽3 8 .中有第一種金屬（如：Ga)且 來源52中的有機金屬化合物含有第二種金屬（如：In、A1) ，可以不費力地使具不同組成的III-V化合物沉積在底質 14上。此外，在HVPE生長步驟中，摻雜劑來源（氣泡形 式）、蒸發或昇華來源或外加至載氣流的氣體組份形式， 或摻雜劑氣體和載氣之稀釋的預混合物形式可以經由反應 器入口 34引入，以形成經摻雜的ΙΠ-V氮化物層。III-V 氮化物層（如：GaN)亦可藉由含括摻雜劑來源和物劑輸送 槽3 8內的液態金屬供料或藉由使用藉獨立的摻雜劑入口 與反應器連接的獨立摻雜劑輸送系統（其未與金屬物劑輸 送槽或反應器入口成爲一體，此如附圖4所示者）而摻雜 〇 本發明的系統30在於底質上沉積磊晶層（如：GaN或 其合金）方面特別有用，這樣的磊晶層通常會被HVPE所 破壞，但穩定存在於MOCVD生長條件下。HVPE敏感性 底質的例子有矽和有圖案的底質。此處，先藉MOCVD在 反應器32中形成保護層。之後，可以將系統30的沉積模 式切換（完全切換或部分切換·）成HVPE模式。此使得較迅 速且成本較低的HVPE模式可用以在HVPE敏感底質上磊 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 Φ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 589394 A7 B7 五、發明説明（15) 晶。如前述者，系統30可由MOCVD模式切換成HVPE模 式，反之亦然，且不會中斷沉積，也不須自反應器32移 出樣品。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 系統30可以包括多個不同的加熱單元。因此，系統 30可以包括第一個加熱單元40、第二個加熱單元42和第 三個加熱單元44。第一、第二和第三個加熱單元40、42 、44可以分別爲爐、一或.多個燈或多個無線電波頻率或 微波加熱導熱線圏。第一、第二和第三個加熱單元40、 42、44可以位於不同位置，位於反應器32的側邊或經線 上。之後，根據欲實施的特別沉積模式，使反應器32相 對於第一、第二和第三個加熱單元40、42、44地移動， 可調整反應器溫度。矯正（移動）和/或調整加熱單元40、 42、44.得以細微地調整在反應器32內之沉積。如附圖3 中所示者，反應器32依雙箭頭3 2’縱向移動。或者，第一 、第二和第三個加熱單元40、42、44中的一或多者本身 可相對於反應器3 2地彼此移動，以使反應器3 2內溫度改 變。此外，可以使用位於反應器3 2內的內部加熱單元3 } 控制溫度。此內部加熱單元3 1以位於底質台1 1內並控制 底質台1 1和附著底質14的表面溫度爲佳。 附圖4所不者是根據本發明另一實施例之沉積系統 30’的一部分。系統30,類似於系統30(附圖3)，但前者包 括多個有機金屬物來源52a、52b、52c。雖然附圖4所示 者有三個有機金屬物來源，但更多個有機金屬物來源亦屬 本發明範圍內。各個有機金屬來源52a、52b、52c物來源 本纸張尺度適用巾關家標準（CNS ) A4規格（21()><297公餐） ~ 589394 A7 B7 五、發明説明（16) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 與載氣來源50連接，以供應載氣到達有機金屬物來源 52a、52b、52c。到達各來源52a、52b、52c的載氣供應由 閥（如：54)控制。各有機金屬物來源52a、52b、52c進一 步與反應器32連接以供應有機金屬物蒸汽進入反應器32 。各有機金屬物來源52a、52b、52c可以含有不同的有機 金屬物組成。例如，來源52a、52b、52c可以分別含有含 A1、含In和含Ga的化合物。或者，來源52a、52b、52c 可以含有含A1、含In和含Ga之含或不含各種摻雜劑的 化合物。 再度參考附圖4，反應器32可以配備獨立入口 85用 以在沉積期間內將摻雜劑來源8 3引至反應器3 2中。本發 明之特別的實施例中摻雜劑來源83經由起泡器輸至反應 器3 2。摻雜劑載氣81通入摻雜劑或來源8 3中，其流率 以閥84控制，其方式與前述用以將有機金屬物來源輸至 反應器3 2的方式類似。適當摻雜劑包括有機氮、有機砷 和有機磷。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉由調整閥54和84，能夠長時間精確控制供應至反 應器3 2的各有機金屬組份和摻雜劑的相對量。此以方式 ，可藉MOCVD或藉混合的MOCVD/HVPE在單一底質上生 長AIN、InN、GaN層及其厚度、組成和摻雜劑含量不同 的合金（如·· AlGaN、InAIN、InAlGaN)層。系統 30,以 HVPE模式、MOCVD模式或結合的HVPE/MOCVD模式操 作及提供多種有機金屬物來源52a-c的能力使得操作者更 能控制欲根據本發明形成之各種πι·ν氮化物層的組成和 •19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 589394 A7 B7 五、發明説明（17) 厚度。因此’可以看出系統3〇和3 0，的操作用途廣泛，能 夠使用單一設備形成大型半導體層和雜結構。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 附圖5A所示者是根據本發明之混合型沉積法含括的 一系列步驟’其中’步驟50包含在混合型沉積系統中實 施HVPE，以於底質上形成半導體層或ΙΠ_ν化合物。所 謂的”混合型沉積系統”是指至少兩種不同沉積模式（如·· MOCVD和所能採用的系統，其中，在相同反應器 中連續或同時實施兩種不同模式。較佳情況中，改變沉積 系統的操作模式時’未自反應器移出底質或樣品。樣品可 以是非原生底質，如：矽或青玉。 步驟’5 2包含在如步驟5 0所用的混合型沉積系統之相 同反應器中實施MOCVD。步驟52可於步驟50之前、之 後或之時實施，此視樣品的特別用途、欲藉.HVPE和 MOCVD沉積的材料本質、底質本質...等而定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 附圖5 B所示者是根據本發明另一實施例，混合型沉 積法中含括的一系列步驟，其中，步驟54包含在底質上 實施MOCVD。此底質置於混合型沉積系統的反應器中。 此底質可以是非原生底質’如：矽或青玉，且可以是有圖 案的底質。半導體層（如：III-V氮化物層）可以在底質上 沉積至任何所欲厚度，但以1.0奈米至5.0微米爲佳。根 據本發明的一個實施例，相當薄的保護層（如：A1N)可藉 MOCVD沉積於HVPE敏感底質上。步驟54可藉由將氨氣 和含鋁的有機化合物蒸汽供應至含底質的反應器中的方式 實施。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 589394 A7 ___B7 五、發明説明（18) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 步驟56包含在混合型沉積系統的反應器中實施HVPE 並持續MOCVD沉積。步驟56可以藉由，如··將第二種 物劑氣體（如：GaCl或InCl)和氨氣及來自有機金屬化合物 的蒸汽一起引至裝有底質的反應器，的方式實施。步驟 56可以在不中斷步驟54中引發之沉積的情況下進行。藉 由在步驟56中合倂MOCVD和HVPE沉積法，可以在步驟 54中沉積的層上形成具任何所欲厚度和不同化學組成的 額外半導體層。 附圖6A所示者是根據本發明另一實施例，混合型沉 積法中含括的一系列步驟，其中，步驟60包含將底質置 於混合型沉積系統的反應器中。混合型沉積系統可以是前 述混合型沉積系統中之任何者，或者是嫻於此技術之人士 對其作過修飾者。步驟62包含加熱此反應器。反應器可 藉至少一個加熱單元加熱至任何所欲溫度。加熱單元可爲 ，如：一或多個爐、至少一個燈 '多個無線頻率加熱線圈 或內部加熱單元。可由一些因素（如··沉積模式、欲沉積 的材料、底質本質..等決定）所欲生長溫度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 步驟64包含將適當物劑供應至反應器以在底質上實 施MOCVD。前文中已描述用於MOCVD .的物劑和適用以 將它們供應至混合型沉積系統之反應器的技巧。步驟66 包含藉MOCVD在底質上形成第一層。沉積於底質上的第 一層可以是III-V氮化物，如：AIN、GaN、InN或它們的 合金。步驟66之後，步驟68包含將HVPE物劑供應至混 合型沉積系統的反應器，此通常根據前述技巧和方法。可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 589394 A7 _ _B7__ 五、發明説明（19) 視在第一層上沉積至少一個額外層（步驟7〇)所須地於步驟 68之前調整反應器溫度。可藉至少一個加熱單元或藉由 改變反應器與至少一個加熱單元之相對位置地調整反應器 溫度 ° 步驟70包含在第一層上形成至少一個額外層。此至 少~個額外層可以僅藉HVPE形成或藉由合倂HVPE和 MOCVD而形成。此至少一個額外層可以是III-V氮化物 或二或多種III-V氮化物。根據本發明之目前較佳的實施 例，至少一個額外層包括GaN和/或GaN合金。 附圖6B所示者是根據本發明另一實施例，混合型沉 積法中含括的一系列步驟，其中，步驟6(Τ類似於步驟 60(附圖6Α)。步驟62’包含將反應器加熱至第一個生長溫 度，此.通常如步驟62(附圖6Α)中述者。選擇步·驟62,的第 一個生長溫度，以符合藉特別的技巧（如：MOCVD)沉積特 別材料（如：Α1Ν)所須。步驟64’和66’類似於步驟64和 6 6 (附圖6 A)。步驟7 2包含停止供應有機金屬物劑蒸汽進 入反應器。選用的步驟74包含將反應器溫度調整至第二 個生長溫度，以符合藉特別的技巧（如·· HVPE)(步驟78)) 沉積特別材料（如：GaN)所須。可以藉關於步驟62(附圖 6A)所述方式將反應器調整至第二個生長溫度。步驟76包 含供應HVPE用的物劑（如：氨和Ga或In的氯化物），此 如前述者。步驟78包含在第一層（步驟66’）上形成至少一 個額外層，如：III-V氮化物，。根據附圖6B的實施例，步 驟78可以完全藉由HVPE形成至少一個額外層。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22 - I丨丨 — ^——r—0^—---.I—ir|_.i---# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589394 A7 B7 五、發明説明（20) 前述實施例僅爲例子，不欲限制本發明。所述者可用 於其他類型的設備和方法。本發明之描述僅作說明之用， 不欲限制所附申請專利範圍之範圍。嫻於此技術者不難瞭 解許多變通方式、修飾和變化。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

  1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 589394 公告本 i 修正替換本 —-1-：---IfejLl 月彳日 穴、申請專利範圍 1 1 · 一種混合型沉積系統，其包含： a) 反應器； b) 具物劑輸送槽入口的物劑輸送槽，該物劑輸送槽_ 該反應器相連； c) 至少一個加熱單元，用以供給該反應器熱能；及 d) 至少一個與該反應器相連的有機金屬物來、源，；及 〇 e) 其中該系統可以HVPE模式、以MOCVD模式及以 HVPE模式和MOCVD模式兩者同時操作。 - 2 ·如申§靑專利車B圍第1項之混合型丨几積系統，其中 ，該至少一個加熱單兀在該物劑輸送槽外部且該加熱單元 選自爐、燈、無線電波頻率加熱線圈和電阻型加熱元件。 3.如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統，其中 ，該至少一個加熱單元在該物劑輸送槽外部且該加熱單元· 選自燈、無線電波頻率加熱線圈和電阻型加熱元件。 4 ·如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統，其中 ，含有至少一個加熱單元之混合型沈積系統包含數個加熱 元件，該數個加熱元件中的至少一者是位於該反應器內部 的內部加熱元件，且該數個加熱元件中的至少一者是位於 該反應器外部的外部加熱元件，且，其中，該數個加熱單 元中的各者選自外部爐、燈、無線電波頻率加熱線圈和電 阻型加熱元件。 5 .如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統，另包 含位於該反應器內之用以支撐底質的底質台，且其中，至 ϋ張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    • 24- 589394 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 少一個內部加熱元件位於該底質.台單元內。 6 .如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統，其中 ，該至少一個加熱單元包含爐、至少一個燈和至少—個無 線電波頻率加熱線圈。 7 ·如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統，另包 含第一種物劑氣體來源，及先質氣體來源。 8 ·如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統，另包 含載氣來源，該來源的至少一個出口與該至少一個有機金 屬物來源連接。‘ - 9 ·如申請專利範圍第8項之混合型沉積系統，其中 ，該載氣來源經由該物劑輸送槽入口與該物劑輸送槽連'接 ;及其中，該載氣來源與該至少一個有機金屬物來源連接 〇 1 〇 ·如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統，其. 中，該至少一個有機金屬物來源爲含有鎵、銦及/或鋁的 有機化合物。 1 1 ·如申請專利範圍第丨項之混合型沉積系統，另 包含摻雜劑輸送系統，用以在沉積期間內，將摻雜劑輸送 至該反應器，該摻雜劑輸送系統包含： a) 提供載氣至摻雜劑來源之摻雜劑載氣來源； b) 與該反應器連接的摻雜劑來源。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之混合型沉積系統， 其中，該摻雜劑輸送系統經由該反應器入口與該反應器連 接0 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 丨：----i|_------訂------# (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -25 - 589394 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 3 其中， 1 其中， 劑藉由 該反應 3 ·如申請專利範圍第11項之混合型沉積系統， 該摻雜劑輸送系統經由該物劑輸送槽與該反應器連 4 ·如申請專利範圍第11項之混合型沉積系統， 該摻雜劑來源是含摻雜劑的起泡器，其中，該摻雜 使該摻雜劑載氣來源起泡通過該摻雜劑而被輸送至 器。 1 5 .如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統 中，該反應器相對於該至少一個加熱單元是可移動的。 1 6 ·如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統 中，該至少一個加熱單元相對於該反應器是可移動的。 1 7 ·如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統 其 其 其 請 先 閲 面 之 注 I 旁 裝 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 中，該至少一個有機金屬物來源包含數個起泡器，每一起 泡器包含鎵、銦及/或鋁的有機化合物。 1 8 ·如申請專利範圍第1 0項之混合型沉積系統， 其中，該有機金屬物來源包含至少一種摻雜劑。 1 9 ·如申請專利範圍第1項之混合型沉積系統，其 中，該先質氣體包含HC1，及該物劑輸送槽包含液態鎵、 液態銦或液態鋁。 2 0 . —種混合型沈積方法，包括以下步驟： a) 在反應器內的底質上實施MOVCD;及 b) 在該反應器內的該底質上實施氫化物蒸汽相磊晶， 在步驟a)及b)之間，不用從反應器中移出底質；及 c) 其中氫化物蒸汽相磊晶包括使帶有族V之物劑氣體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 26- 589394 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 通入該反應器，及使第二種物劑氣體通入該反應器，其中 該第二種物劑氣體係藉由使HC1通入物劑輸送槽而產生 的，其中該物劑輸送槽包括選自液態鎵、液態銦及/或液 態鋁的金屬。 2 1 ·申請專利範圍第20項之方法，其中該MOVCD 步驟a)包括以下步驟： 使帶有族V之物劑氣體通入該反應器；及 使第二種物劑氣體通入該反應器，其中該第二種物劑 氣體包括有機金屬蒸汽。 * 2 2 ·申§靑專利fe圍桌21項之方法，其中該有機金 屬蒸汽係由一或多種之TMGa ' TEGa、TMA、TEA及TMln 所組成。 2 3 ·申請專利範圍第20項之方法，其中該帶有 族V之物劑氣體包括氨，及該第二種物劑氣體包括GaCl. 、：[nCl 及 /或 A1C1。 2 4 ·申請專利範圍第2 0項方法，另外包括以下步 驟： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在步驟a)及b)之間，使帶有族v之物劑氣體流入 該反應器。 2 5 ·申請專利範圍第20項之方法，其中步驟a) 及b)分別形成m -V氮化物層。 2 6 ·申請專利範圍第2 5項之方法，其中一或多種 的該m - V氮化物層包括GaN、InN及/或A1N。 2 7 .申請專利範圍第2 0項之方法，其中當繼續該 本&張尺度適用中國國家榇準（〇奶）八4規格（210父297公釐) ' —- -27- 589394 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 步驟a)時，開始該步驟b)。 . 2 8 ·申請專利範圍第20項之方法，其中.該步驟b) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在該步驟a)之前實施，在步驟b)及a)之間，不用從 反應器移出底質。 2 9 ·申請專利範圍第20項之方法，其中該步驟b) 在該步驟a)之前實施，及之後當繼續該步驟b)時，開 始該步驟a)。 3 〇 ·申請專利範圍第20項之方法，另外包括以下 步驟： · c) 在該步驟a)及b)之前，將該底質加熱至第一個 生長溫度；及 ’ d) 在步驟〇及b)之間，將底質溫度調整至第二個 % 生長溫度。 3 1 ·申請專利範圍第25項之方法，其中該m · V氣 化物層具有不同的組成物。 3 2 ·申§靑專利筆E圍第25項之方法，其中該ui_v氮 化物層之至少一者包括摻雜劑。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 3 ·申請專利範圍第20項之方法，其中反應器包 括供步驟a)用之加熱器系統，及供步驟b)用之加熱^ 系統。 3 4 _申請專利範圍第30項之方法，其中該步驟d) 包括改變該反應器相對於至少一個加熱單元的相對位g。 3 5 . —種用以形成半導體層的方法，包含以下步驟 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 589394 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6 a) 將底質置於反應器中； b) 將該反應器加熱至第一個生長溫度； c) 將第一個物劑氣體和有機金屬蒸汽供應至該反應器 ，以藉MOCVD在該底質上形成第一個III-V氮化物層； d) 該步驟c)之後，停止有機金屬蒸汽至該反應器之該 供應；及 e) 在原位，將該第一種物劑氣體供應至該反應器，及 供應第二種物劑氣體至該反應器，以在該第一個III-V氮 化物層上形成至少一個額外的III-V氮化物層。 3 6 ·申請專利範圍第35項之方法，在步驟d)之 後及步驟e)之前，調整底質的溫度及/或加熱方法。 3 7 ·如申請專利範圍第35項之方法，其中.，該第 一種物劑氣體包含氨，及該第二種物劑氣體包含GaCM、 InCl及/或A1C1;及該第二種物劑氣體係藉由使HC1通過· 金屬予以製備的。 3 8 ·如申請專利範圍第35項之方法，其中，該有 機金屬物蒸汽包含含Ga、In及/或A1的化合物，及該第 一種物劑氣體包含氨。 3 9 . —種用以形成半導體層之方法，包含以下步驟 a) 將底質置於反應器中； b) 將該底質加熱至第一個生長溫度； c) 第一種物劑氣體和有機金屬蒸汽供應至該反應器， 以藉MOCVD在該底質上形成第一個III-V氮化物層； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐) -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -29- 589394 A8 B8 C8 D8 Γ、申請專利範圍 7 d)在持續將該第一種物劑氣體供應至該反應器時，供 應第二種物劑氣體至該反應器，以在該第一個ΠΙ-V氮化 物層上形成至少一個額外的ΠΙ·ν氮化物層，其中該第二 種物劑氣體係藉由使HC1通過選自鎵、銦、鋁及其合金 的金屬而製得的。 〇 4 〇 ·如申請專利範圍第39項之方法，其中胃 τΐΐ- V 一個III-V氮化物層包含Α1Ν，及該至少一個額外的 氮化物層包含GaN。 (請先閲讀背面之注意事項存填寫本 1T· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -30
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