[發明專利]用于沉積第III族氮化物半導體膜的方法

在審

• 申請號: 201380031696.8
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN104508795A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 洛倫佐·卡斯塔爾迪;馬丁·克拉策;海因茨·費爾澤;小羅伯特·馬馬扎
• 申請（專利權）人: 歐瑞康高級技術股份公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/02;H01L21/3065
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司11286
• 代理人: 劉燦強;王占杰

在此描述一種用于沉積第III族氮化物半導體膜的方法。

第三族氮化物半導體用在諸如發光二極管、激光二極管、光伏太陽能電池以及諸如高電子遷移率晶體管的功率器件的各種裝置中。

發光二極管(LED)的基本結構對應于pn半導體二極管，使得發光二極管和pn半導體二極管呈現出類似的特性。其差異在于用于LED的半導體材料。在非發光二極管由硅或者有時由鍺或硒制造的同時，用于LED的半導體材料是第III-V族半導體，通常為鎵化合物。

如果沿正向施加電壓，則電子從LED的n摻雜側向p摻雜側遷移，并且發射光。發射的光的波長和由此其顏色取決于形成pn結的材料的帶隙能量。在硅二極管或鍺二極管中，由于它們是間接帶隙材料，因此電子和空穴通過不產生光發射的非輻射躍遷而復合。用于LED的材料具有帶有與近紅外光、可見光或近紫外光的對應的能量的直接帶隙。

LED通常以電極附著到沉積在n型基底的表面上的p型層的方式設置在n型基底上。雖然不常見，也使用p型基底。一些商業LED，尤其是GaN/InGaN，使用藍寶石基底。

在GaN與諸如藍寶石、硅、SiC和石英的基底之間的大的晶格失配能夠通過使用多個生長步驟來匹配，以適應晶格應變并能夠使高質量的GaN膜生長。

由于AlN與各種基底之間的較小的晶格失配，因此中間外延生長AlN層可以沉積在基底上并用作GaN能夠在其上生長的模板。因此，AlN緩沖層的使用可以用于避開MOCVD工藝所需的挑戰性的成核步驟，以在諸如藍寶石的各種基底上生長GaN。

不僅可以調整外延的質量，而且可以調整第III族氮化物膜的極性。

US?2013/0049065?A1公開了一種能夠通過濺射制造由第III族氮化物半導體制成的第III族極性膜(諸如具有Al面極性的AlN膜)的外延膜形成方法。將AlN膜濺射在被加熱器加熱至濺射溫度的藍寶石或α-Al₂O₃基底上，該藍寶石或α-Al₂O₃基底與加熱器分離預定距離。

然而，期望進一步的方法，用該方法能夠制造具有期望的面極性的第III族氮化物半導體膜。

提供了一種用于在基底上沉積第III族氮化物半導體膜的方法，該方法包括：提供諸如<0001>c平面藍寶石基底的藍寶石基底；將基底放置在真空室中；通過蝕刻來修整基底的表面并提供經修整的表面；保持基底與加熱器的基底面對表面分離預定距離；在保持基底與加熱器的基底面對表面分離的同時，通過使用加熱器將基底加熱至溫度T₁；在保持基底與加熱器的基底面對表面分離的同時，通過物理氣相沉積方法在基底的經修整的表面上沉積第III族氮化物半導體膜；并且在基底的經修整的表面上形成具有N面極性的外延第III族氮化物半導體膜。

已經發現了將用于提供經修整的表面的蝕刻工藝與在基底不與加熱器直接接觸的同時在該經修整的表面上沉積第III族氮化物半導體膜的組合，以促進第III族氮化物半導體膜中N面極性的形成。一種可能的機制(通過該機制可以提供這種特征)可以在于，在蝕刻步驟之后形成了Al終結(或終端)的經修整的結構，促進了沉積在這種Al終結的經修整的表面上的第III族氮化物半導體膜中N面極性的形成。

例如，對于一些裝置，因為具有Ga面極性的GaN膜呈現出比N面極性層更光滑的表面，因此期望具有Ga表面極性的GaN膜。一種用于獲得Ga面極性GaN膜的方式是在基底上生長具有N面極性的外延AlN膜。這種具有N面極性的AlN膜促進沉積在N面極性AlN膜上的GaN膜中Ga面極性的形成。

在實施例中，基底表面的修整包括在真空下對該表面進行等離子體軟蝕刻。等離子體軟蝕刻可以包括將基底加熱至溫度T₂、將Ar氣體引入真空室中以及使基底的所述表面經受等離子體。溫度T₂可以處于35℃至70℃的范圍內，例如為50℃。在實施例中，利用包括Ar⁺離子的RF等離子體在2×10^-4mbar至8×10^-4mbar的壓力下執行等離子體軟蝕刻。例如可以使用50W的RF功率。

執行等離子體軟蝕刻時的溫度T₂可以比沉積第III族氮化物膜時的基底的溫度T₁小。T₁可以處于650℃至800℃的范圍內。

在實施例中，在等離子體軟蝕刻過程中，保持基底遠離加熱器的基底面對表面。