[发明专利]氮化镓系化合物半导体的制造方法

说明书

一、技术领域

本发明是有关于一种氮化镓系化合物半导体的制造方法，特别是于氮化镓系半导体层与氧化锌系半导体层之间加入一过渡层，藉由此方法以提升氮化镓系半导体层的结晶品质。

二、背景技术

现今发光组件中，氮化镓系化合物半导体材料是非常重要的宽能隙材料，其可应用于绿光、蓝光到紫外光的发光组件。但是，形成块材的氮化镓化合物半导体一直技术上是无法克服的瓶颈，因而无法大量地制造大尺寸的基板及有效地降低制造成本。然而，利用蓝宝石或者碳化硅做为基板以磊晶成长氮化镓系层于基板之上的技术虽然已普遍且商用化，但由于蓝宝石及碳化硅基板与氮化镓之间存在晶格不匹配的问题，因此所制得的氮化镓系层仍存在相当高的缺陷密度，特别是应用于发光组件时，将导致发光效率与电子迁移速度无法提升，故此技术具有其缺点。

根据习知的技术，为了解决上述氮化镓系层制造方法所存在高缺陷密度的缺点，美国专利第6252261号揭示利用横向磊晶法(ELOG)来降低氮化镓层缺陷密度，此种方法系先利用光罩微影及蚀刻的制程于蓝宝石基板之上形成具有图案化的二氧化硅层，接着再控制有机金属化学气相沉积法(MOCVD)选择性磊晶成膜(Selectively Epitaxy)的复杂机制，如此而达到有效降低缺陷密度至1×107cm-2以下，但此种方式成长厚度必须达10μm以上，因此导致生产成本相对较高，故仍具有其缺点。

又，美国专利第7125736号曾揭示一种直接于蓝宝石基板之上形成凹凸图案化(patterned sapphire substrate)再配合横向磊晶技术，此专利所揭示的技术虽然可藉由降低成长厚度即可有效降低缺陷密度至1×108cm-2以下，但缺点在于凹凸图案化的均匀性及密度不易控制，导致生产良率控管困难。

又，美国专利第5173751号曾揭示一种氮化镓系发光二极管的结构，其系于氧化锌基板之上形成晶格匹配的氮化铝铟镓层或磷化氮铝镓层的结构。由于氧化锌与氮化镓均属六方晶系的纤维锌矿(wurtzite)结构，其晶格常数分别为氧化锌及氮化镓故适当地加入磷、铟及铝成份所形成的化合物，调变其晶格常数与氧化锌相匹配，可以降低晶格不匹配所造成的缺陷密度。因此，以氧化锌做为形成氮化镓系层的基板具有降低缺陷密度的优点。

再者，依据论文T.Detchprohm et al.(AppliedPhysics Letters vol.61(1992)p.2688)所揭示，于蓝宝石基板之上先行形成一氧化锌层做为缓冲层，接续以气相磊晶法(HVPE)于氧化锌缓冲层之上成长一氮化镓层，所得的氮化镓层于室温下量测其特性，可得到背景浓度9x1015～4x1016cm-3及迁移率420～520cm2V-1S-1的高品质薄膜层。又，依据论文P.Chen etal.(Journal of CrystalGrowth vol.225(2001)p.150)所揭示，于硅基板之上先行以三甲基铝反应前驱物(TMAl precursor)形成一铝层做为沾湿层(wetting layer)，接续通入氨气以氮化该沾湿层，接着磊晶成长一氮化铝缓冲层，之后，于此氮化铝缓冲层之上再接续磊晶成长一氮化镓层，所得的氮化镓层于室温下量测其特性，可得到背景浓度约1.3x1017cm-3及迁移率约210cm2V-1S-1的薄膜层。

又，美国专利第7001791号曾揭示一种于硅基板上磊晶成长氮化镓系层的方法，其系先于硅基板上形成一氧化锌层做为缓冲层，接续步骤系于成长温度低于600℃以下磊晶成长一氮化镓系层，再于成长温度高于600℃以上磊晶成长一氮化镓系层。该专利并揭示另一种方法，其系于成长温度低于600℃以下的磊晶成长步骤之前先于氧化锌层缓冲层之上以三乙基镓(TEG)做表面处理再通入氨气与其反应，接续成长一氮化镓系层。

再者，依据论文R.Paszkiewicz et al.(Journal ofCrystal Growth vol.310(2008)p.4891)所揭示，于硅基板之上先行形成一氧化锌层做为缓冲层，接着形成渐变温度成长的氮化镓及氮化铝多层结构，之后，于1000℃以上的高温下接续磊晶成长一氮化镓层于此渐变温度的多层结构之上，如此可得到厚度大于2μm且无任何龟裂的高品质氮化镓厚膜层。综合上述的习知技术所揭露的特点，为了提升氮化镓层的结晶品质，仍须将磊晶成长温度维持于1000℃以上，但以氧化锌为基板或缓冲层时，如何防止氧化锌表面原子层稳定，将有助于获得高品质的氮化镓层。