[發(fā)明專利]在單晶基板上形成第三族氮化物外延層方法、制品及設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00103786.2
• 申請日: 2000-03-10
• 公開（公告）號: CN1313412A
• 公開（公告）日: 2001-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔志榮
• 申請（專利權(quán)）人: 廣鎵光電股份有限公司
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02;C23C16/34
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 張政權(quán)

本發(fā)明有關(guān)于一種在單晶基板上形成第三族氮化物外延層的方法，尤指一種利用交替供氣式外延生長技術(shù)(EGAS)，將含第三族元素的有機金屬先質(zhì)及含氮氣體輪流地提供給單晶基板表面上進(jìn)行熱分解，而將外延薄膜生長在低價格的單晶基板上的方法。本發(fā)明也關(guān)于利用該方法所制的多層及一種利用該方法而在單晶基板上進(jìn)行外延的設(shè)備。

發(fā)光二極管(LED)因具備高照明效率，快速反應(yīng)時間，及壽命長等優(yōu)點，故可視為最終的連續(xù)光來源。發(fā)光二極管能夠用于取代一些傳統(tǒng)燈具及交通訊號燈具。在半導(dǎo)體裝置應(yīng)用上，第三族氮化物已被認(rèn)為是一種具有展望性的系統(tǒng)，尤其可通過調(diào)整帶隙自1.9至6.2eV而開發(fā)成藍(lán)光、綠光及紫外光(UV光)的發(fā)光二極管。其一個例子為四元合金系統(tǒng)In-Al-Ga-N。全色顯示器能用藍(lán)光及綠光的氮化物(LED以及GaAs)為基材的紅光LED來生產(chǎn)。固態(tài)的白色光源能由紫外光LED晶粒及螢光封裝材料來生產(chǎn)。如果可明顯地降低材料及處理成本，則全色顯示器及白色光LED均具有非常大的市場潛力。

通過鹵化物汽相外延，也稱HVPE方法(Applied?Physics?Letters,vol.15,pp.327,1969),Mazuska及TietjeN成功地在藍(lán)寶石基材上生長單晶GaN。也已發(fā)現(xiàn)GaN具有直接躍遷(直遷)帶隙，其帶隙能量約為3.39eV。不久后PaNkove等人宣布以GaN作為基料的第一金屬-絕緣體-半導(dǎo)體型(MIS型)的藍(lán)或綠色的LED(RCA?Review,vol.32,pp.283,1971)。在1974年，Akasaki等人成功地通過分子束外延方法MBE生產(chǎn)單晶GaN膜。之后，通過HVPE方法生產(chǎn)的第一個實用的MIS型藍(lán)-綠LED被發(fā)表出來(Inst.Phys.Conf.Ser.63,479,1981)。在1993年，S.Nakamura使用雙氣流金屬有機物化學(xué)汽相淀積TF-MOCVD，發(fā)表了第一個高亮度(＞1000mcd)的藍(lán)色LED。該LED在1994年正式上市(藍(lán)激光二極管，1997)。

現(xiàn)在，非常有效的藍(lán)色及綠色GaN基料的LED已商業(yè)化生產(chǎn)，連續(xù)波操作的藍(lán)色激光也被發(fā)表。雖然有上述的發(fā)展，但仍存在一些技術(shù)上的問題，諸如：第三族氮化物及藍(lán)寶石基板之間巨大的晶格失配(16％)，基板的硬度、化學(xué)惰性非常大，成本高及電絕緣性能等。

另一種藍(lán)光LED所采用的基板材料為SiC，它是在SiC基板上采用MOCVD技術(shù)制作的GaN型藍(lán)光LED，其亮度遠(yuǎn)低于采用藍(lán)寶石基板的藍(lán)光LED。

以上的傳統(tǒng)技術(shù)仍存在一些缺點，如使用昂貴的藍(lán)寶石或碳化硅作為基板，成本高且有晶格失配的問題。故對于多層而言，確實存在使用較便宜的基板從而可有效降低晶格失配率的實際需求。

以上所述，本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用交替供氣式外延生長技術(shù)，在便宜的單晶基板上形成第三族氮化物外延層的方法。該方法主要是通過將含第三族元素的有機金屬先質(zhì)及含氮氣體輪流地提供給單晶基板表面上進(jìn)行熱分解，而將外延薄膜生長在單晶基板上。

本發(fā)明的另一個目的在于提供具有較佳的晶格匹配的多層，主要在于選擇合適的中間層(或稱緩沖層)并提供合適的生長條件來克服外延層與基板的失配問題。

本發(fā)明再一個目的在于提供一種在單晶基板上進(jìn)行外延的裝置，它主要包括：一組合式基座，它包括一中空支撐軸，一設(shè)于中空支撐軸內(nèi)并伸出支撐軸末端的旋轉(zhuǎn)軸，一固設(shè)在支撐軸上具有多個開口及室的遮罩，及一樞設(shè)在旋轉(zhuǎn)軸上并可在遮罩內(nèi)旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)于開口及室之間的承載基板的旋轉(zhuǎn)板；以及位于遮罩上方并分別對應(yīng)于各開口的多個供料管。

上述旋轉(zhuǎn)板旋轉(zhuǎn)時，將使其上承載的基板交替地露出于遮罩的開口間，各供料管則分別將含第三族元素的有機金屬先質(zhì)及含氮的反應(yīng)氣體釋放至單晶基板表面以進(jìn)行熱分解，以便將外延薄膜生長在基板上。

本發(fā)明的技術(shù)方案在于提供一種在單晶基板上形成第三族氮化物外延層的方法，其特征在于：

主要步驟如下：

a．清洗單晶基板并吹干；

b．將單晶基板置于一外延裝置中；

c．以適當(dāng)?shù)臏囟燃訜釂尉Щ澹?/p>

d．以適當(dāng)?shù)牧魉伲瑢⒑谌逶氐挠袡C金屬先質(zhì)及含氮氣體輪流提供給單晶基板表面上，發(fā)生兩階段反應(yīng)以形成外延層。

如上所述的方法，其特征在于：

單晶基板選自如下構(gòu)成的組：Al₂O₃(藍(lán)寶石)、Si、Ge、GaAs、GaP及SiC晶片。

如上所述的方法，其特征在于：

單晶基板為硅晶片。

如上所述的方法，其特征在于：

含氮氣體為氨氣。