用于GaN基光电与电子器件的控氧PVD AlN缓冲部制造技术

描述了用于GaN基光电与电子器件的控氧PVD AlN缓冲部。亦描述了以控氧方式形成用于GaN基光电与电子器件的PVD AlN缓冲部的方法。在实例中，形成用于GaN基光电或电子器件的氮化铝(AlN)缓冲层的方法涉及反应性溅射AlN层于基板上，反应性溅射涉及使置于物理气相沉积(PVD)腔室内的含铝靶材与含氮气体或以含氮气体为基础的等离子体发生反应。该方法进一步涉及将氧并入AlN层中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于GaN基光电与电子器件的控氧PVDAIN缓冲部 相关申请的交叉引用 本申请主张享有2013年3月14日提交的美国临时专利申请第61/785, 128号的 权益，该临时专利申请的全部内容通过引用方式被并入本文中。 背景
本专利技术的实施方式关于第III族-氮化物材料的领域，且尤其关于利用物理气相 沉积（PVD)形成的氮化铝缓冲层来制造氮化镓基光电或电子器件。 现有技术的描述 第III-V族材料在半导体和相关的例如发光二极管（LED)产业中正在扮演越来越 重要的角色。通常，难以在无缺陷或裂缝形成的情况下将第III-V族材料生长或沉积于异 质（foreign)基板上（称作异质外延）。例如，在许多应用中，不能直接以相继制造的材料 层的堆叠物对精选的膜（例如氮化镓膜）施以高质量表面保护（preservation)。在基板与 器件层之间加入一个或更多缓冲层已经是一种方法。然而，第III-V族材料往往易受工艺 条件影响，在制造工艺的特定时期必须小心以避免此类条件。然而，在许多应用中，亦无法 直接避免敏感性第III-V族膜与潜在破坏条件发生相互作用。
技术实现思路
本专利技术的一个或更多实施方式针对物理气相沉积（PVD)形成的氮化铝缓冲层。 在实施方式中，形成用于氮化镓（GaN)基光电或电子器件的氮化铝（AlN)缓冲层 的方法涉及反应性溅射AlN层于基板上，反应性溅射涉及使置于物理气相沉积（PVD)腔室 内的含铝靶材与含氮气体或以含氮气体为基础的等离子体发生反应。该方法进一步涉及将 氧并入AlN层中。 在另一实施方式中，用于GaN基光电或电子器件的材料堆叠物包括基板和设置于 基板上的氮化铝（AlN)缓冲层。AlN层具有约在1E18至lE23cm 3范围内的氧浓度。 在又一实施方式中，发光二极管（LED)装置包括基板和设置于基板上的氮化铝 (AlN)缓冲层。AlN层具有约在1E18至lE23cm 3范围内的氧浓度。 在再一实施方式中，GaN基电子器件包括基板和设置于基板上的氮化铝（AlN)缓 冲层。AlN层具有约在1E18至lE23cm 3范围内的氧浓度。 在另一实施方式中，用于形成用于GaN基光电或电子器件的氮化铝（AlN)缓冲层 的腔室包括使得实现在高温下的低上升率（rate-of-rise)及1E-7托或更低的高本底真空 (base vacuum)的腔室冷却设计和栗送系统。腔室亦包括全面侵蚀（full face erosion) 磁电管阴极，该全面侵蚀磁电管阴极被配置成使得实现在晶片内与晶片间AlN膜在载具各 处的均匀沉积和一致的靶材侵蚀。腔室亦包括被配置成使包括含0气体的处理气体能均匀 分布于腔室内以用于获得均匀的AlN成分的气流设计和处理配件。【附图说明】 图1图示根据本专利技术的一个或更多实施方式的基准（benchmark)群集工具示意 图、基准LED结构和基准时间对沉积的作图。 图2A图示根据本专利技术的实施方式的用于LED结构制造的群集工具示意图和对应 的温度对时间的作图。 图2B图示根据本专利技术的实施方式的发光二极管（LED)结构和对应的时间对沉积 的作图。 图3A至图3C图示根据本专利技术的实施方式的用于PVD腔室的处理配件的横截面示 意图。 图3D图示根据本专利技术的实施方式的用于PVD腔室的电力输送源的横截面示意图。 图4为根据本专利技术的实施方式的适合用于制造第III族-氮化物材料的MOCVD腔 室的横截面示意图。 图5为根据本专利技术的实施方式的适合用于制造第III族-氮化物材料的HVPE腔 室的横截面示意图。 图6图示根据本专利技术的实施方式的示例性计算机系统的方块图。【具体实施方式】 描述了利用物理气相沉积（PVD)形成的氮化铝（AlN)缓冲层来制造氮化镓基光电 或电子器件。在以下说明中提及许多特定的诸如处理腔室构造和材料体系的细节，以提供 对本专利技术实施方式更彻底的理解。对本领域技术人员而言将明显的是，本专利技术的实施方式 可不按这些特定细节来实践。在其他实例中，不详述诸如特定二极管构造的已知特征，以免 不必要地使本专利技术的实施方式难理解。另外，应理解，图中所示的各种实施方式为示例性说 明，而未必按比例绘制。此外，尽管本文的实施方式中未明确公开其他布置和配置，但仍被 视为落在本专利技术的精神和范围内。 一个或更多实施方式针对用于氮化镓（GaN)基光电与电子器件且基于控氧 (oxygen controlled)物理气相沉积（PVD)的氮化错（AlN)缓冲层。实施方式亦可包括用 以于PVD AlN膜上形成层的金属有机化学气相沉积（MOCVD)工艺。实施方式可针对发光二 极管（LED)或功率器件（power device)。对应于一个或更多实施方式的特征可包括或暗含 蓝宝石基板、图案化的蓝宝石基板、Si基板、XRD、晶片弯曲（wafer bowing)、膜应力和位错 (dislocation)〇 PVD AlN可用作GaN基LED与功率器件的缓冲层，这些GaN基LED与功率器件生长 于诸如蓝宝石或硅基板的异质基板上。PVD AlN层的使用可改善生长于AlN缓冲部的顶部 上的氮化镓（GaN)层的材料质量。经改善的GaN可用以实现提高的器件性能（例如在LED 情况下的亮度、IQE、器件泄漏（device leakage)与ESD和在功率器件情况下的较高的击穿 电压（breakdown voltage))及可靠度。 为提供上下文，在典型的GaN在蓝宝石基板上的MOCVD生长中，PVD AlN缓冲部的 使用可免除基板预焙、低温GaN缓冲部和大部分变温（ramping)的操作，并能获得快速生长 及较薄器件层。总之，处理时间将因节省循环时间而缩短1至3小时。对需要AlN层来保 护硅基板免遭镓攻击的硅上GaN的生长而言，PVD AlN层可节省约3至6小时的总的外延 处理与腔室清洁时间。这样的处理时间缩短可极大地提高系统产量。因此，根据本专利技术的 实施方式，PVD AlN的结晶质量直接影响生长于AlN顶部的GaN的材料质量。 因此，如本文所述，本专利技术的一个或更多实施方式提供工艺细节、系统、腔室和硬 件构造，以得到重复地获得较佳GaN性质的AlN缓冲层。 更特定言之，本文描述的本专利技术的实施方式涉及在AlN沉积之前、期间或之后通 过引入含氧气体来用氧掺杂AlN层，以改进性质，这些性质包括AlN表面、AlN块膜和AlN/ 基板界面的形貌、晶粒大小与形状、晶体结构和/或化学键。在一个这样的实施方式中，不 只氧浓度、还有将氧载体引入对应PVD腔室的时间和持续时间（例如用于形成A1N)都将影 响后续形成的且沉积于上的GaN层的质量。 在实施方式中，可应用的变量根据初始基板是否为平面或经图案化而变化（例如 在蓝宝石的情况下）。当优化氧浓度、流率、引入时间和其他参数（例如温度、厚度等）时， 使得生长非常高质量的AlN膜。例如，在特定实施方式中，可沉积具有XRD (002) FWHM < 15 弧秒且表面粗糙度<2nm(均方根）的AlN膜。因此，在特定实施方式中，生长于具有此类 缓冲层的异质基板上的GaN具有降低很多的位错密度和较窄的XRD FWHM(例如（002)〈100 弧秒、（102)〈150弧秒）。在特定实施方式中，位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成用于氮化镓(GaN)基光电或电子器件的氮化铝(AlN)缓冲层的方法，所述方法包括下列步骤：反应性溅射AlN层于基板上，所述反应性溅射步骤包括使置于物理气相沉积(PVD)腔室内的含铝靶材与含氮气体或以含氮气体为基础的等离子体发生反应；及将氧并入所述AlN层中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱鸣伟，纳格·B·帕蒂班德拉，汪荣军，丹尼尔·李·迪尔，维韦卡·阿格拉沃尔，阿纳塔·苏比玛尼，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US