用于制造第Ⅲ族氮化物半导体的方法技术

本发明专利技术涉及用于制造第III族氮化物半导体的方法。具有c面主表面的蓝宝石的表面通过ICP干法蚀刻图案化。在氢或氮气氛中在低于700℃的温度下或者在高于800℃至1100℃的温度下对图案化的蓝宝石衬底进行热处理。通过磁控溅射在蓝宝石衬底的在200℃至低于700℃的温度下加热的图案化侧上的表面上形成AIN缓冲层。在缓冲层上，通过MOCVD将具有c面主表面的第III族氮化物半导体层形成为具有1μm至10μm的厚度。

【技术实现步骤摘要】
用于制造第III族氮化物半导体的方法
本专利技术涉及在通过溅射在图案化的蓝宝石衬底上形成AIN缓冲层之后通过MOCVD形成笫III族氮化物半导体的方法。
技术介绍
由于使用MOCVD在蓝宝石衬底上形成第III族氮化物半导体时蓝宝石的晶格常数与第III族氮化物半导体显著不同，所以在蓝宝石衬底和第III族氮化物半导体之间形成缓冲层来减少晶格失配，由此改善第III族氮化物半导体的结晶性。通常，缓冲层由通过MOCVD在低温下生长的AIN或GaN制成，但通过溅射形成缓冲层的技术也是已知的。在用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法中，第III族氮化物半导体层经由缓冲层形成在图案化的蓝宝石衬底上，由此提高光提取效率。日本公开特许公报(特开)第2010-10363号公开了在具有a面主表面的蓝宝石衬底的热处理之后，通过在氢气氛中在1000°c至1500°c的温度下进行干法蚀刻图案化为凹-凸图形，通过溅射在具有a面主表面的蓝宝石衬底上形成AIN层，以及通过MOCVD在缓冲层上形成第III族氮化物半导体。也公开了这样条件下的热处理允许第III族氮化物半导体的生长具有高的结晶性，甚至在被干法蚀刻损害的具有a面主表面的蓝宝石衬底上也是如此。然而，日本公开特许公报(特开)第2010-10363号公开的方法需要高温下的热处理过程，并且存在制造成本的问题。由于蓝宝石的a面和c面之间的原子排列不同，所以形成具有好的表面平坦性和结晶性的第III族氮化物半导体的热处理条件应当是不同的。然而，日本公开特许公报(特开)第2010-10363号仅仅公开了使用具有a面主表面的蓝宝石衬底的情况。没有描述使用具有c面主表面的蓝宝石衬底的情况下的热条件。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术的一个目的是当在具有c面主表面的蓝宝石衬底上通过溅射形成AIN缓冲层且在缓冲层上形成第III族氮化物半导体时改善第III族氮化物半导体的平坦性和结晶性。本专利技术的一个方面是一种用于制造第III族氮化物半导体的方法，其包括在蓝宝石衬底上通过溅射形成AIN缓冲层之后通过MOCVD生长第III族氮化物半导体，其中使用具有c面主表面和通过干法蚀刻图案化为凹形或凸形图形的表面的蓝宝石衬底，并且在氮气氛或氢气氛中在低于700°C的温度下对蓝宝石衬底进行热处理(退火)之后形成缓冲层。在形成缓冲层之前的热处理中，温度更优选地为500°C至700°C。由此，可进一步改善第III族氮化物半导体的表面平坦性和结晶性。温度进一步优选为500°C至600°C。在形成缓冲层之前，在500°C至700°C的温度范围内的热处理更优选在氮气氛中进行，原因是第III族氮化物半导体的表面平坦性比在氢气氛中更为改善。本专利技术中，缓冲层优选通过溅射形成在从200°C加热到700°C的蓝宝石衬底上。本专利技术的其它方面是用于制造第III族氮化物半导体的方法，包括在蓝宝石衬底上通过溅射形成AIN缓冲层之后通过MOCVD生长第III族氮化物半导体，其中使用具有C面主表面和通过干法蚀刻图案化为凹形或凸形图形的表面的蓝宝石衬底，通过溅射在200°C至低于700°C的温度下加热的蓝宝石衬底上形成缓冲层，并且在形成缓冲层之后至第III族氮化物半导体形成之前的时间期间将蓝宝石衬底保持在常温下。本文所使用的术语“常温”是指未进行加热或冷却得到的温度，例如，在0°C至40°C的范围内。本专利技术的另一方面是用于制造第III族氮化物半导体的方法，其包括在蓝宝石衬底上通过溅射形成AIN缓冲层之后通过MOCVD生长第III族氮化物半导体，其中使用具有c面主表面和通过干法蚀刻图案化为凹形或凸形图形的表面的蓝宝石衬底，并且在氮或氢气氛中在高于800°C且不高于1100°C的温度下对蓝宝石衬底进行热处理之后形成缓冲层。在形成缓冲层之前的热处理中，温度更优选为900°C至1100°C。由此，可进一步改善第III族氮化物半导体的表面平坦性和结晶性。温度进一步优选为900°C至1000°C。在形成缓冲层之前温度范围为800°C至1100°C的热处理更优选在氢气氛中进行，原因是第III族氮化物半导体的表面平坦性比在氮气氛中更为改善。缓冲层优选通过溅射形成在从200°C加热到700°C的蓝宝石衬底上。可以使用磁控溅射、DC溅射、RF溅射、离子束溅射和ECR溅射来形成缓冲层。当通过干法蚀刻所蚀刻的区域大于未蚀刻区域(被掩模保护的区域)时本专利技术特别有效。根据本专利技术，具有良好的表面平坦性和结晶性的第III族氮化物半导体可以经由通过在具有c面主表面的图案化蓝宝石衬底上进行溅射形成的AIN缓冲层来形成。根据本专利技术的制造方法不需要高温下的热处理，由此降低制造成本。【附图说明】本专利技术的各种其它目的、特征和伴随的优点将容易理解，因为它们在结合附图考虑时参考随后优选实施方案的详细描述而变得更好理解，附图中: 图1A到IC示出根据实施方案I的用于制造第III族氮化物半导体的方法的略图。 图2是示出热处理温度和结晶性之间的关系的曲线图。 图3是示出热处理温度和结晶性之间的关系的曲线图。 图4A到41是GaN表面的照片。 图5A到5F是蓝宝石衬底RHEED图案的照片。 图6A到6C示出用于制造根据实施方案3的第III族氮化物半导体的方法的略图。 图7A到7M是GaN表面的照片。【具体实施方式】接下来参考附图描述本专利技术的一个具体实施方案。然而，本专利技术不限于实施方案。 实施方案I首先，制备具有c面主表面的蓝宝石衬底10。蓝宝石衬底的一个表面通过ICP干法蚀刻而图案化(图1A)。图案包括其中凹陷和凸起周期性排列的点图案或条纹图案。在点图案的情况下，每个点具有六边形、矩形、三角形、圆形和其它的平面形状以及在点的顶表面上分别具有上述平面形状的锥体、圆锥、棱柱、圆柱、截棱锥、截圆锥和其它的三维形状。图案的深度(点图案凸起的高度、点图案凹陷的深度、或条纹沟槽的深度)优选为0.1iim到lOiim。当深度小于0.1iim时，在根据本专利技术的发光器件中光提取效率提高不充分。当深度超过IOiim时，在蓝宝石衬底10上形成的第III族氮化物半导体形状未被完全填充，因此不能获得表面平坦的第III族氮化物半导体，这是不优选的。随后，使图案化的蓝宝石衬底10在氢或氮气氛中于低于700°C的温度下经受热处理。压力为常压。在热处理过程中，在加热到设计温度之后立即停止加热以使温度降低到常温。热处理可以利用在后续工艺中使用的磁控溅射或其它装置来完成。热处理温度的下限是常温。接下来，将图案化的蓝宝石衬底10放入磁控溅射装置的室中。随着在从200°C至小于700 °C范围内的任意温度下加热蓝宝石衬底，通过磁控溅射在蓝宝石衬底的图案化表面上形成AIN缓冲层20 (图1B)。通过使用高纯度的金属铝靶和在磁控溅射装置的室中引入氮气来沉积AIN。可以使用DC溅射、RF溅射、离子束溅射和ECR溅射而不是磁控溅射来形成缓冲层20。随后，将蓝宝石衬底10从溅射装置的室中取出并置于MOCVD设备中，并且通过MOCVD在缓冲层20上生具有c面主表面的笫III族氮化物半导体层以具有I y m到10 ii m的厚度(图1C)。用于MOCVD的原材料气体如下:氨气(NH3)作为氮源，三甲基镓(Ga(CH3)3)作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造第III族氮化物半导体的方法，其包括在蓝宝石衬底上通过溅射形成AIN缓冲层之后通过MOCVD生长所述第III族氮化物半导体，其中使用具有c面主表面和通过干法蚀刻图案化为凹形或凸形图形的表面的蓝宝石衬底；以及在低于700℃的温度下、在选自氮气氛和氢气氛中的至少一种中对所述蓝宝石衬底进行热处理之后形成所述缓冲层。

【技术特征摘要】
2012.09.27 JP 2012-213990;2012.09.27 JP 2012-21401.一种用于制造第III族氮化物半导体的方法，其包括在蓝宝石衬底上通过溅射形成AIN缓冲层之后通过MOCVD生长所述第III族氮化物半导体，其中 使用具有c面主表面和通过干法蚀刻图案化为凹形或凸形图形的表面的蓝宝石衬底；以及 在低于700°C的温度下、在选自氮气氛和氢气氛中的至少一种中对所述蓝宝石衬底进行热处理之后形成所述缓冲层。2.根据权利要求1所述的用于制造第III族氮化物半导体的方法，其中所述热处理在500°C至低于700°C的温度下进行。3.根据权利要求 1所述的用于制造第III族氮化物半导体的方法，其中在氮气氛中进行所述热处理。4.根据权利要求2所述的用于制造第III族氮化物半导体的方法，其中在氮气氛中进行所述热处理。5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于制造第III族氮化物半导体的方法，其中利用在200°C至低于700°C的温度下加热的蓝宝石衬底通过溅射形成所述缓冲层。6.根据权利要求1所述的用于制造第III族氮化物半导体的方法，其中在所述缓冲层上生长所述第III族氮化物半导体之前对所述缓冲层进行电中和。7.根据权利要求5所述的用于制造第III族氮化物半导体的方法，其中在所述缓冲层上生长所述第III族氮化物半导体之前对所述缓冲层进行电中和。8.一种用于制造第III族氮化物半导体的方法，其包括在...

【专利技术属性】
技术研发人员：中田尚幸，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：