三族金属氮化物元件的制造方法技术

一种三族金属氮化物元件的制造方法，可以改善Ⅲ族金属氮化物磊晶膜与基板晶格不匹配的问题。本发明专利技术利用卤化物气相磊晶法、分子束磊晶法或有机金属化学气相沉积法在氧化铝基板上成长一层三族金属氮化物缓冲层，厚度在０．５μｍ以上，再用卤化物气相磊晶法或有机金属气相沉积法在缓冲层上成长一层三族金属氮化物厚磊晶层。由于元件是成长在磊晶层上，所以可改善磊晶层与基板晶格不匹配的问题，进而改善元件之特性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，特别涉及改善其中三族金属氮化物磊晶层与氧化铝基板晶格不匹配问题的方法。关于三族金属氮化物磊晶成长的研究由来已久，其优点在于可以有各种不同比例的三元及四元化合物，能够调整能隙宽度、晶格常数及折射率等，所以在光电元件及高速元件的应用中有相当大的潜力，在短波长发光二极管及镭射二极管的应用中都有不错的表现，并且已经开发出了达到批量生产程度的元件。但是，其缺点在于基板价格昂贵，造价偏高，而且基板为氧化铝(sapphire)，与成长的磊晶层有晶格不匹配的问题。1997年底，日亚化学公司推出寿命长达一万小时的蓝光镭射二极管，其秘诀便在于缓解了磊晶层与基板晶格不匹配的问题，从而可以看出，基板的特性严重影响磊晶膜的品质。根据日亚化学公司提出的方法，其缓冲层厚度只有0.001～0.5μm，由于未能完全有效隔绝磊晶层与基板间因晶格常数不同而造成的缺陷延伸，所以晶格不匹配的问题依然存在。针对这种情况，本专利技术者经过悉心研究，发现提供一层厚度大于0.5μm的缓冲层，在该缓冲层上成长一层三族金属氮化物的厚磊晶层(第一磊晶层)，这样，减少磊晶层与基板间因晶格常数不同而造成的缺陷延伸问题，如此一来，在上述厚磊晶层上成长三族金属氮化物磊晶层(第二磊晶层)或元件结构时，由于是同质磊晶，所以没有晶格匹配的问题，从而上述问题得到改善。本专利技术的目的在于提供一种，具体的说，本专利技术的目的在于提供一种改善三族金属氮化物磊晶层与氧化铝基板晶格不匹配问题的三族金属氮化物的制造方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的三族金属氮化物厚磊晶层的制造方法，包括在氧化铝基板上成长三族金属氮化物缓冲层，该缓冲层薄膜例如可以由卤化物化学气相磊晶法(HVPE法)、有机金属化学气相沉积法(MOCVD法)或分子束磊晶法(molecular beam epitaxy，MBE法)在400～1100℃的温度下制造得到，其厚度大于0.5μm。上述缓冲层的材质可以选自氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlxInyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)等三族金属氮化物之一。在600～1200℃的温度下，使用卤化物化学气相磊晶法(HVPE法)或有机金属化学气相沉积法(MOCVD法)，在上述三族金属氮化物缓冲层上成长一层三族金属氮化物厚磊晶层(第一磊晶层)，例如为10μm以上。上述第一磊晶层的材质可以选自氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlxInyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)等三族金属氮化物之一。使用有机金属化学气相沉积法(MOCVD法)、分子束磊晶法(molecularbeam epitaxy，MBE法)或卤化物化学气相磊晶法(HVPE法)，在上述三族金属氮化物磊晶层薄膜上成长三族金属氮化物高品质磊晶层(第二磊晶层)或元件结构。目前最常用成长三族金属氮化物元件的方法是采用日亚化学公司提出的方法。但是，日亚化学公司提出的方法中，其缓冲层只有0.001～0.5μm，不能有效隔绝磊晶层与基板间因晶格常数不同而造成缺陷的延伸，从而晶格不匹配的问题仍然存在。因此，本专利技术提供的制造方法，与传统方法比较，更能改善三族金属氮化物磊晶层与基板晶格不匹配的问题，对于光电产业而言具有一定的实用性。下面通过附图说明本专利技术。图1为第二磊晶层/元件结构、第一磊晶层及基板的结构剖面示意图；图2为三族金属氮化物厚磊晶层的激光频谱图；图3为三族金属氮化物厚磊晶层的X光绕射光谱图。为了进一步详细说明本专利技术的目的、特征和优点，下面通过实施例，并配合附图详细说明。如图1所示，按照本专利技术，包括如下所述的步骤首先，在氧化铝基板10上成长缓冲层11(或缓冲薄膜)，其中，该缓冲层11为厚度大于0.5μm的三族金属氮化物。上述缓冲层11可以使用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、分子束磊晶法(molecular beam epitaxy，MBE法)或卤化物化学气相磊晶法(HVPE)，在400～1100℃的温度下形成。本实施例中，上述缓冲层11使用MOCVD法形成。另外，上述缓冲层11的材质可以选自氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlxInyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)等三族金属氮化物之一。本实施例中，上述缓冲层11的材质采用氮化镓(GaN)。接着，使用MBE法、HVPE法或MOCVD法，在600～1200℃的温度下，再在上述氮化镓缓冲层11上成长第一磊晶层(或厚磊晶层)12。本实施例中，使用具有高成长速率的HVPE法来成长上述第一磊晶层12。上述第一磊晶层12的材质可以选自氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(AlxInyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)等三族金属氮化物之一。本实施例中，上述第一磊晶层12的材质采用氮化镓(GaN)，厚度为10μm以上。上述第一磊晶层(氮化镓厚磊晶层)12，在未掺杂任何杂质(impurity)的情况下，经霍尔量测，其载子浓度可达2×1016cm-3，载子移动速率可达100cm/Vs以上。最后，以上述第一磊晶层(氮化镓厚磊晶层)12为基底，使用MOCVD法，再在上述第一磊晶层12上形成第二磊晶层或元件结构13。上述第二磊晶层13为高品质的三族金属氮化物磊晶层，可以根据应用制成单层结构或多层结构。上述元件结构13，例如发光二极管(LED)结构，也由MOCVD法完成。由图2可以看出，其光谱的半宽高相当小，只有10nm，而且其黄色频带(Yellow band)讯号相当小。由图3可以可看出，其光谱的半高宽相当窄，只有150 arcsec，显示根据本专利技术方法所制造的薄膜品质相当好。上述实施例只是本专利技术的较佳实施例，但并不能用来限定本专利技术，本领域普通技术人员根据本专利技术所做的变化及修改均应包括在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三族金属氮化物元件的制造方法，包括：提供氧化铝基板；在上述氧化铝基板上形成缓冲层，其中，该缓冲层系为厚度大于０．５μｍ的三族金属氮化物；以及在上述缓冲层上形成第一磊晶层，其中，该第一磊晶层为三族金属氮化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种三族金属氮化物元件的制造方法，包括提供氧化铝基板；在上述氧化铝基板上形成缓冲层，其中，该缓冲层系为厚度大于0.5μm的三族金属氮化物；以及在上述缓冲层上形成第一磊晶层，其中，该第一磊晶层为三族金属氮化物。2.如权利要求1所述的三族金属氮化物元件的制造方法，在上述第一磊晶层上再形成第二磊晶层或元件结构，其中，该第二磊晶层为三族金属氮化物。3.如权利要求1所述的三族金属氮化物元件的制造方法，上述缓冲层的材质选自氮化镓、氮化铟镓、氮化铝镓或通式为AlxInyGa(1-x-y)N，其中0≤x≤1，0≤y≤1的氮化铝铟镓之一。4.如权利要求1所述的三族金属氮化物元件的制造方法，其中，上述缓冲层在400～1100℃的温度下形成。5.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾坚信，蔡文忠，陈聪育，
申请(专利权)人：连威磊晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]