TWI351717B - Method for forming group-iii nitride semiconductor - Google Patents
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Description
1351717 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明為一種於半導體基板上形成氮化物半導體層的 方法,特別是一種於梦半導體基板上形成三族it化物半導 體層的方法。 【先前技術】
籲如第1A圖所示,在半導體的習知技術上,如於 r Characterization of Over grown GaN Layers on Nano-Columns Grown by RF-Molecular Beam Epitaxy, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 40 ( 2001 ) pp. L192L-194」文獻中, 其所提出之使用分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy Method,MBE Method )在藍寶石(Sapphire)基板上 101 成 長氮化鎵奈米柱(GaN Nanorods)102後,以作為氮化鎵覆 蓋成長(Overgrowth)的緩衝層。而在氮化鎵奈米柱(GaN # Nanorods)102之間,具有空氣間隙105。 再如第1B圖所示,接著在富含鎵之條件下,以覆蓋 成長方式以形成氮化鎵磊晶層103覆蓋於氮化鎵奈米柱 102上。而如第1B圖之104所示之缺陷為後續氮化鎵覆蓋 成長時產生。這是因覆蓋成長時在奈米柱上側向成長速率 • 慢,奈米柱與奈米柱間尚未形成二維薄膜時,空氣間隙中 - 又有新的氮化鎵薄膜形成,形成晶界,導致氮化鎵磊晶層
103之缺陷形成及應力無法完全釋放。氮化鎵奈米柱(GaN 1351717
Na_ds)1〇2之間,其與空氣間隙1〇5間的相關位置。 故本技術產生實際上缺點,除了無法與半導體技術之 程進行有效整合外,又因藍寶石基板的導熱性較差, &二7C件的特性’此外缺少大面積的藍寶石基板因而無法 進行大面積成I i在後續氮化鎵覆蓋成長時,原本具有 大:氣間隙的奈米不易癒合形成薄膜,新的氮化嫁會於 空氣間隙中 '長’當與原㈣奈錄連在-起時變成了奈 米柱束產生阳界’此現象無法有效降低缺陷及釋放應力。 故爲因應半導體技術之需求,尚需發展三族氮化物半 ^相關技術’ 11以節省人力與時間等成本,且能有效形 成兩品質的三族氮化物半導體層。 【發明内容】 本發明可與❸製程有效整合,且时的導熱性佳,可 件特性’又^夕基板可達12 亦可成為於大面積進 仃蠢日日成長之技術。 修脚扭本發明為一種於半導體基板上形成三族氮化物半導 體層的方法,首先,提供一半導體基板,其半導體基板上 ^有一清潔表面;再形成一三族氮化物奈米柱緩衝層;最 後,覆蓋成長形成一三族氮化物磊晶層於三族氮化物奈米 柱緩衝層上,藉以形成高品質的三族氮化物半導體層二半 導體基板上。 、 本發明所形成之奈米柱應力可以完全釋放,且因接近 一 一維成長每根奈米柱幾乎沒有缺陷。 ^ 本發明可消除氮化鎵之表面裂痕問題,因可降低氮化 錄在矽基板上長成後,因應力及晶格不匹配,所造成的大 量缺陷密度β ,發明於富含IUN_rieh) 長下窄上寬,類似•形狀的奈^件了心基板上成 式長ii^m(Ga-rich)的條件下,以覆蓋成長方 故而,關於本發明之優點與精神可以藉 迹及所附圖式得到進-步_解。 下發明詳 【實施方式】 本發明使㈣崎狀的氮 而成長氮化鎵層於半導體矽μ”為緩衝層,進 氮化物)輕^夕基板上’以消除氮化鎵(三族 及表面裂㈣板上所產生的高賴密度、應力以 半導Π圖之201所示,本發明使用晶向為⑴1)之矽 土板作為成長基板,首先彻氫⑽⑽)去除其 面為=:涛:不浸泡去離子水清洗,使矽半導細反表 ^覆盍’在短時間内不會形成氧化物。再藉高溫 '、氟離子以及去除氧化物及污染物,以利進行半導體 梦基板之表面重構。 接著如第2圖之202所示,在條件為富含氮成分,溫 度約700 C的成長條件下,以分子束磊晶法或有機金屬化 學氣相沈積法(Meta卜Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)’長成如喇0八形狀的氮化鎵奈米柱缓衝層,而其高 度約540奈米(nm)。而在氮化鎵奈米柱之下半部,氮化鎵 奈米柱與空氣間隙的尺寸皆相當均勻,而且分開的很清 楚。而當氮化鎵奈米柱的高度大於540nm時,氮化鎵奈米 1351717 柱的上半部會進行側向成長,而形成如制°八形狀。 接著如第2圖之203所示,在條件為富含鎵成分,溫 度約850°C的成長條件下,以分子束磊晶法或有機金屬化 學氣相沈積法,藉由覆蓋成長方式形成氮化鎵磊晶層 (Epilayer)於氮化鎵奈米柱緩衝層202上,藉以形成氮 化鎵半導體層於矽半導體基板上。而此步驟若使用分子束 蟲晶法,則可在同一成長室(Chamber)中完成。 如第3圖所示,為使用分子束磊晶法,以覆蓋成長形 成氮化鎵層的掃描式電子顯微鏡(SEM)之顯微影像。由影 像可知在富含鎵成分的成長條件下進行覆蓋成長,則氮化 鎵覆蓋層可以很快的形成薄膜。 如第4圖所示,為使用有機金屬化學氣相沈積法覆蓋 成長氮化鎵的掃描式電子顯微鏡(SEM)之顯微影像。由影 像可知,在富含鎵成分的成長條件下進行覆蓋成長,所形 成的氮化鎵層可完全形成薄膜,且其表面相當平坦。 如第5圖所示,為使用分子束磊晶法進行覆蓋成長的 氮化鎵X光繞射分析圖譜,其中20 = 34. 57度。由圖中 可看出其應力已完全釋放。如氮化鎵之c軸間距為5. 185 埃(A),而使用氮化鎵奈米柱緩衝層之氮化鎵,其c軸間 距為5. 1848埃,代表氮化鎵覆蓋層應力完全釋放,單晶品 質良好。 如第6圖所示,為使用有機金屬化學氣相沈積法進行 覆蓋成長的氮化鎵X光繞射分析圖譜。氮化鎵c軸間距為 5. 1921 A ,代表氮化鎵覆蓋層受到壓應力,而尖銳的氮化 鎵主峰代表其單晶品質良好。 1351717 故綜上所述,本發明為一種於半導體基板上形成三族 氮化物半導體層的方法。首先提供一半導體基板,其半導 體基板上具有一清潔表面;再形成一三族氮化物奈米柱緩 . 衝層;最後,覆蓋成長形成一三族氮化物磊晶層於三族氮 化物奈米柱緩衝層上,藉以形成該三族氮化物半導體層於 半導體基板上。 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已,並非用以限 定本發明之申請專利範圍;凡其它未脫離本發明所揭示之 • 精神下所完成之等效改變或修飾,均應包含在下述之申請 專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1A圖至第1B圖所示為習知技術圖。 第2圖所示為本發明之實施流程圖。 第3圖所示為本發明使用分子束磊晶法之掃描式電子顯微 鏡之顯微影像。 • 第4圖所示為本發明使用有機金屬化學氣相沈積法之掃描 式電子顯微鏡之顯微影像。 第5圖所示為本發明使用分子束磊晶法之X光繞射分析圖 譜。 第6圖所示為本發明使用有機金屬化學氣相沈積法之X光 - 繞射分析圖譜。 【主要元件符號說明】 1351717 101藍寶石基板 102氮化鎵奈米柱 103氮化鎵磊晶層 104缺陷 105空氣間隙 201清潔矽基板表面 202形成氮化鎵緩衝層 203形成氣化嫁蟲晶層
Claims (1)
1351717 申請補充、修正之日期:民國100年8月3日 申請專利範圍: 充 年曰雙正 1. 一種在富含氮成分條件下於石夕基半導體基板上形成具 有剩9\形狀之氮化鎵奈米柱緩衝層的方法,至少包含: 提供一石夕半導體基板,該半導體基板上具有一清潔表 面,係以一氫氟酸清洗與高溫除去一氧化物; 使用一有機金屬化學氣相沈積法在一富含氮成分條件 下於700°C形成具有一喇ϋ八形狀之一氮化鎵奈米柱緩衝 層;以及 使用該有機金屬化學氣相沈積法在一富含鎵成分條件 下於850°C以覆蓋成長法形成一氮化鎵磊晶層於該氮化鎵 奈米柱緩衝層上。 2.如申請專利範圍第1項所述之在富含氮成分條件下於矽 基半導體基板上形成具有喇σ八形狀之氮化鎵奈米柱缓 衝層的方法,其中該有機金屬化學氣相沈積法更包含分 子束蠢晶法。 1351717 申請補充、修正之日期:民國100年8月3曰 十一、圖式:
105 105
第1A圖 12 1351717 申請補充、修正之日期:民國100年8月3曰 104
第1B圖 13 1351717 申請補充、修正之日期:民國100年8月3曰
第2圖 14 1351717 申請補充、修正之日期:民國loo年8月3
第3圖 15 1351717 申請補充、修正之日期:民國丨〇〇年8月3曰
第4圖 16 1351717 10(0強度{a.F) 申請補充、修正之日期:民國100年8月3曰
20 30 40 50 60 70 80 2Θ (角度) 第5圖 17 1351717 申請補充、修正之曰期:民國100年8月3曰 log 強度(a.u·)
第6圖 18
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