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TW448249B - Sequential hydride vapor phase epitaxy - Google Patents

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TW448249B
TW448249B TW089107225A TW89107225A TW448249B TW 448249 B TW448249 B TW 448249B TW 089107225 A TW089107225 A TW 089107225A TW 89107225 A TW89107225 A TW 89107225A TW 448249 B TW448249 B TW 448249B
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Taiwan
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epitaxial
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Application number
TW089107225A
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English (en)
Inventor
Glenn S Solomon
David J Miller
Tetsuzo Ueda
Original Assignee
Cbl Technologies Inc
Matsushita Electronics Corp
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Description

A7 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 ____B7_五、發明說明t ) 1 發明之領域 本發明係關於iilv族化合物之磊晶生長’本發明亦關 於藉由連續澱積法，使磊晶膜生長於非自然性底材之方法 。本發明亦關於藉由於膜之磊晶生長期間重覆淸潔生長系 統之方式，使磊晶膜生長之方法。 2 .相關領域之背景 氫化物蒸氣相磊晶術（HV P E )在各種半導體之磊 晶生長上，爲一重要之技術，此類半導體乃如氮化鎵（ G a N )·氮化鎵因充任一重要之科技材料而脫穎而出， 舉例言之，G a N目前被應用於製造藍色光發射二極體， 半導體雷射器，以及其他光電裝置，相關領域之背景將予 以討論如下，此討論係用依Η V P E術進行之G a N磊晶 層之澱積作爲例子來說明。 於氫化物氣相磊晶術（Η V P E )系統中，由於高溫 ，氯化鎵（GaC 1)及氨（ΝΗ3)間之氣相反應，使得 G a Ν之生長得以進行。該二氣相被引導至之受熱底材上 ，在此二氣相相遇而反應以生成固體G a N於底材表面上 ，然而，與Η V P E有關聯之某些困難卻存在著《舉例言 之，反應氣體在到達底材之前自行反應，導致G a Ν之不 成熟澱積，即，GaN澱積於非一標的表面上<典型上， 底材係坐落於一基座上，此基座係以與氣體流相互成某一 角度之方式被安排著（例如，參考圖2 )，整個基座，而 非只是底材，被維持將發生之澱積所需的增溫下。因此， — — — —^ — — — —— — 1— —— — — ——I— — 1 — — — (靖先W讀背面之注項再填寫本頁》 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公爱）-4- 448249 A7 B7 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 五、發明說明？) 固體G a N之生長可發生於底材上游處之基座上。對底材 上之晶體生長來說，此類上游G a N澱積會帶來負效應。 首先，固態G a N之澱積會阻礙適當之反應氣流趨向底材 。又，當不需要之澱積累積而超過某一厚度時，此等澱積 將趨向與磊晶層合倂。不需要之G a N澱積與磊晶層合倂 之結果，會使得G a N磊晶層之均勻性惡化*導致製得之 產物不良。又，發生於上游之不需要G a N澱積會導致粒 子於磊晶層生長期間澱積於底材上，由而使得磊晶層之表 面粗糖'結晶晶質不良。 依據先前技藝之於底材上形成厚G a N之方法，於基 座台階上所爲之過剩澱積會於G a N膜之生長期間到達成 問題的水平。然而藉由重複地間斷生長循環以及於底材上 連續形成磊晶層，則不需要之澱積可依如下方式，於原地 ，由基座及其他系統組份予以移除··移開樣品，並使一蝕 刻劑氣體通過反應器。雖然連續性磊晶生長較爲費時，但 它所提供之磊晶層卻具有改良之表面形態。 又，生長循環之重複間斷（它爲此類連續磊晶生長之 一特徵）具有能解決藉由HVP E進行之G a N磊晶澱積 的第二缺點。目前，在半導體製造上，具有大到可作爲底 材之有用尺寸的整塊G a N晶體仍未能製得。因此， Ό a N膜之製程是於非天然性底材材料上澱積成膜。然而 ，非天然性底材及G a N層間仍存在著熱不相配的問題。 俟G a N層之晶晶生長完全後，_樣品必須由HV P E反應 器中予以移出，此涉及將樣品由生長溫度冷卻至周圍溫度 1 11—1!!— — · · I ! ί I 訂.1111!1 <^ <請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁》 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-5 - ^48249 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明？) 。於冷卻期間’底材及磊晶層間之熱不相配乃造成應力於 樣品中發展。在相對厚之G a N層之場合中，整個樣品通 常會破碎成，小而不能用之碎片。藉由連續形成許多相對 厚之磊晶層’且容許樣品於各層之澱積間冷卻，則由熱不 配合所造成之應力會週期性地被消散，藉此防止整個樣品 之破碎。因此，依據本發明，連續磊晶生長亦解決了生長 在非天然性底材上之磊晶膜崩散之先前技藝問題。 美國專利4，632712號及其追加案 5，091，333 (二者皆頒予Fan等人）揭示於半導 體中，減少變位之方法，於此方法中，使半導體之生長間 斷，並使用熱循，以便於磊晶生長之初階段中，係獲變位 潛能，進而減少活性頂層之變位密度，變位潛能可藉由將 被澱積之部份冷卻或加熱，或藉加熱及冷卻之綜合而予以 俘獲。 頒予Takasaki氏（高崎）之美國專利 5，4 2 4，2 4 3揭示形成一種複合半導體結構之方法 ，其中，由III-V族化合物之一堆疊層乃受一循環式退火處 理。該退火處理使得存在於一 G a A s晶層內之晶體缺陷 轉移至一不定形G a A s層，或被此G a A s層所吸收。 頒予Moustakas氏之美國.專利5，6 8 6 ’ 7 3 8揭不 藉由分子束嘉晶法製造G a N單晶膜之方法。曰曰體之生長 經由利用下列二步驟方法而進行：低溫成核步驟（於 1 00 - 400 °C進行）以及高溫生長步驟（於6 00_ 9 0 0 °C 進行）。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-6 - —-— — ίΊ—— — — — —— — ·1111111 1111111 {請先閱讀背面之注意事項再凑贫本頁) 249 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____B7_五、發明說明f ) 頒與Μ oon氏之美國專利4 ’ 2 4 6 ’ 0 5 0號揭示使 GaAs Sb之一晶格匹配層’透過A 1 GaAs Sb之 分級層，而生長於G a A s底材上之方法。藉由一單一步 驟冷卻程序，可使得變位缺陷更均勻地分佈於生長層之表 面上。 發明之梗槪 本發明提供III- V族化合物（例如G a N )之連續磊晶 生長方法。依照一態樣’本發明所提供之一方法乃涉及使 G a N之一相對薄層，於正常生長溫度下生長’冷卻樣品 至低溫度，或次生長溫度；將樣本角度加熱至生長溫度； 然後重複此等步驟直至生成所欲厚度之G a N爲止。具有 薄磊晶層之樣品，其於冷卻時發展出之應力要小於具有較 厚磊晶層之樣品於冷卻時發展出之應力，使用本發明之連 續澱積法，則應力將傾向於以於磊晶層內形成小裂痕之方 式被舒解，進而防止整個樣品破碎。易言之，藉由容許由 於樣品及磊晶層間之熱不相配所引起之應力，受週期性地 弛解，則樣品之嚴重損壞可得以避免，同時，磊晶生長之 間斷容許系統組件得以於各層之澱積後被淸洗。結果’相 對厚樣品之表面形態重大地受到改良。 因此，本發明乃提供一種使G a N及相關材料之厚磊 晶層生長的方法，此方法卻可同時避免下列二問題：1 ) 由底材上游處之不需要的材料澱積所造成的表面形態變劣 ，以及2 )由磊晶材料及底材間之熱不相配所造成之樣品 II — ΙΊΙΙίι! -1---- -Ά (請先閲讀背面之注Φϊ#項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中圃國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-7 - 249 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 _____B7_____五、發明說明彳) 損壞。本發明之一特徵乃是：本發明係倂合連續磊晶澱積 及週期系統蝕刻，扼言之’厚磊晶層之生長可依本發明， 藉由下列步驟來達成：（1)藉由HVPE法，使相對薄 磊晶層’於生長溫度下生長；（2 )將樣品冷卻至次生長 溫度；（3 )隨意地，由反應器中移開樣品；（4 )假著 樣品已被移開，則藉使蝕刻劑通過反應器而淸洗反應器； 以及，（4)重覆前述步驟直至具期望之總厚度的磊晶膜 形成爲止 前述所摘要之方法係將系統淸潔之正面特徵及連續澱 積合倂成一單一之整體HV P E方法。本發明之方法乃藉 由間歇性地舒解應力來防止樣品之破碎；然而表面形態則 由於週期性地移除不需要之澱積物而得以改良。使用 HC i之系統蝕刻以及連續磊晶生長可予以整合成一單一 程序，蓋因HC 1已被用作蝕刻系統之來源氣體（圖1 ) 〇 因此，本發明方法可使用標準HVP E系統來進行。 本發明之額外益處是：把系統的淸洗當作磊晶生長方法之 一部份，由而免除工作人員必需作之昂貴而危害之人爲淸 潔工作。 鑑於前述，本發明之一目的及提供ΙΠ-ν化合物之連續 氫化物氣相嘉晶生長的一種方法。 本發明之一特徵爲它提供了一經連續生長之磊晶膜。 本發明之另一特點爲它提提了與週期性系統飯刻整合成一 體之連續HV Ρ Ε方法，本發明之另一特點爲它提供了藉 J— — —.— — — — — — — II --— — — — — — ^ ·111111 I <請先閱讀背面之注項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-8- 448249 A7 B7 五、發明說明？) 由HVPE，使相對厚的磊晶 Η V P E系統係於連續之磊晶 本發明之一優點爲它提供了具有一均勻表面之一相對 厚的磊晶膜。本發明之另一特點爲它提供了藉由HV Ρ Ε 法，使一磊晶膜形成在一非天然性底材之一方法，其中， 樣品具有不易破碎之特性，本發明之另一優點爲它提供了 膜生長的一種方法，其中 澱積之間被淸洗。 表面型態受改良之一磊晶膜。 這些及其他係藉提供使一 以得一磊晶膜之方法而完成， 將一底材安置於一 HV Ρ Ε反 法，使一生長溫度下，使一磊晶層形成於底材上，以得
種III-V化合物連續磊晶生長 此方法包括下列步驟：a ) 應器內；b)藉由HVPE 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填” 頁 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 III-V /底材樣品：C )由反應器中移開III-V /底材樣品； d )使一蝕刻氣體通過HV Ρ E反應器，俾由HVP E反 應器中移除固體澱積物，e )將III-V/底材安置於 HVPE反應器內；f)藉由HVPE法，於生長溫度下 ，使一磊晶層形成於III-V /底材樣品上；g )連續重複上 述步驟c )至f )直至磊晶膜到達所需之厚度爲止，以及 h )將磊晶膜冷卻至周圍溫度，其中，當磊晶膜被冷卻至 周圍溫度時，仍保留完整。 這些及其他目的，優點及特點係藉提供依如下方法製 得之一連續形成的磊晶膜而完成：a)將一底材安置於 HVP E反應器內；b )藉由HVP E法，於一生長溫度 下，使一磊晶層形成於底材上’以得一種ιπ-ν /底材樣本 ;c )由反應器中移開III-V /底材樣本；d )使一蝕刻氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 * 297公釐）-9- 訂 線 448243 Α7 Β7 五、發明說明（） 體通過HV P E反應器，俾由HV P E反應器移除固體澱 積體；e )將ΙΠ-V /底材安置於HVPE反應器內：ί) 藉由HV Ρ Ε法，於生長溫度下，使一磊晶層形成於ΠΙ·ν /底材上；以及g)連續重複上述步驟c)至f) ’直至 磊晶膜到達所需之厚度爲止。 本發明之這些及其他目的，優點及特點將予一部份列 示於下列說明，而一部份將被精於此藝之人士於硏讀下列 說明書後得以明白，或可由本發明之實務獲知。本發明之 優點可由附屬之申請專利事項中特點指示之內容得以實現 及達成。 圖之簡要敍述 圖1係以示意方式代表適合形成磊晶層之一Η V P E 系統； 圖2係以示意方式代表圖1之HV Ρ Ε系統的一基座 ———Ι1ΙΙΙ1Ι— — — · t I {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ▲ 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印數 圖3A，3B ’ 3C ’ 3D，及3E係代表，依照本 發明，於形成磊晶膜中之階段； 圖4係以示意方式代表’依照本發明，涉及於形成磊 晶膜之方法中的一系列步驟；.以及 - 圖5係以示意方式代表，依照本發明之另一態樣，涉 及形成磊晶膜之方法中的一系列步驟。 主要元件對照 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公复） 44824 9 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明p ) 1 非 天 然 性 底 材 2 裔 晶 層 4 相 對 薄 晶 晶 層 5 試 劑 氣 流 方 向 8 氫 化物 蒸 氣 相 磊· 晶系統 11 台 階 12 基 座 14 底 材 14 — 底 材 1 4 之 表 面 14A 底 材 1 4 之 高 緣 14B 底 材 1 4 之 低 緣 16 固 體 材 料 1 8 底 材 1 4 之 上 游 處 19 出 □ 21 生 長 室 ( 或 反 m J/lLi·. 器） 22 入 □ 24 爐 26 反 應 裝 配 合宜態樣之詳細敍述 •爲達到說明之目的，本發明將就藉由HV P E法， G a N之連續形成於一非天然性底材而予以解說。然而， 可以瞭解的是：本發明亦可應用於除了 G a N以外之其他 材料的澱積。 · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -11 - I- I 1 I ί— n ^ n I i I t t · I κ ^ t ϋ 1 ^ I I ^ H 1« ^ I— I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7
448249 五、發明說明@ ) 現在請參照各圖’圖1係以示意方式代表一適合於非 天然性底材（例如1 )上形成磊晶層（例如2，4，5 ) 之HVPE系統8 (圖3A — 3£)。適合形成磊晶層之 Η V P E系統（例如8 )爲此領域所週知。扼言之，系統 8包括一帶有入口 22 ’出口 19之一生長管或反應器 2 1 ’以及一反應裝配2 6，系統8可整體被放置在用於 提升反應器溫度之爐2 4內°基材1 4被安置在基座1 2 之台階1 1上（圖2 )。 藉由被引入反應器2 1內之反應氣體的氣相反應，使 磊晶澱積於底材1 4上之作用進行。舉例言之，反應氣體 ，例如氯化鎵，氯化銦，或氯化鋁可由反應裝配2 6投射 向底材1 4 ;此際，氨氣可經由反應器進口 2 1而被引入 生長管21內。反應氣體，例如GaCl ，可藉由使 H C 1通過液態金屬（例如鎵）上方而予以形成。氣體流 之方向以箭頭5予以表示。反應氣體（例如G a C 1 ， InCi ，A1C1)乃與氨氣於生長管21內反應以形 成個別之氮化物，GaN * I nN，A 1 N或其合金，它 係澱積於底材14上。 圖2係以示意方式代表圖1之HVP E系統8的基座 1 2。底材係被安置在台階1 1上°台階1 1乃就試劑氣 -體流之方向（以箭頭5表示）而被安排成一角度。對台階 1 1所作之角度安排使得氣體流5及底材1 4之表面 1 4 —間的接觸區域增加。底材.1 4包括底材之高及低緣 14a ，14b。基座包括底材14上游處之區域18 ’ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -12 - 1-----I! X ---I--— —訂.！· 線 (請先Μ讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 44Β24 9 Α7 _____ Β7 五、發明說明（10 ) 來源氣體在到達底材前，先射到區域18上'•基座1 2之 增溫（例如7 0 0及1 0 0 0 °C)容許試劑氣體在基座1 2之任何表面上起反應。特別地，固體材料之澱積在底材 1 4之上游處1 8上尤其成爲問題。在區域1 8止，入射 氣體流5內之試劑氣體溫度爲極小。藉先前技藝之 HVPE處理期間，澱積物1 6會干擾試劑氣體5之自由 流動。此外，澱積物會與磊晶層，在例如底材低緣1 4 b 處倂合，導致磊晶層之表面形態劣化。又，不需之G a N 澱積會造成粒子於澱積成長步驟期間累積在底材上，導致 磊晶層帶有惡劣之表面品質。本發明克服了與發生在基座 12上及系統8之其他阻件上之不需澱積有關聯的問題， 具詳情將藉由圖3 A - D，4及5加以敍述》 圖3A，3B，3C，3D及3E代表，依照本發明 ，磊晶膜之形成階段。圖3 A代表一非天然性底材1。依 照本發明，底材1宜爲藍寶石，矽，碳化矽，砷化鎵，氧 化鋅或氧化鎂。圖1，3 B代表一最先形成於底材1上之 相對薄磊晶層2。依據本發明，層2係藉由HVPE法， 於一正常生長溫度（央型爲700至1100 °C間）*形 成於底材上。層2可形成於底材上達由1 5至7 5微米範 圍內之厚度（以2 5微米之厚度較宜）。在此表面上被任 何番號之磊晶層（例如2，4，5 )所澱積的底材1可稱 之爲w III-V /底材樣品〃或更方便地稱之爲*樣品# 。 依照本發明，俟層2形成至所欲之厚度後，則停止或 間斷Η V P E生長，且同時使反應器及樣品冷郤至次生長
Illli — - — — — 111 ·1111111 ^ ·11111111 線 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用甲國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐> -13- 44824 9 A7 經濟部智慧財產扃員工消费合作社印製 __ B7__五、發明說明（11 ) 溫度，宜使樣品徐徐冷卻。合宜之冷卻速率爲1至1 0 0 °C / mi η間，而最宜爲10至25 °C/ mi η。 圖3 C代表一已被冷卻至次生長溫度之樣品。於冷卻 期間，由於層2及底材1間之熱不相配（即熱膨脹係數間 之差異），應力乃由而於樣品中發展，典型上，此類應力 引導小型痕3在磊晶層（例如層2 )中發展，俟冷卻至適 宜之次生長溫度後，圖3 C之結構體角度於反應器（例如 反應器2 1 ，圖1 )中受熱至生長溫度。 圖3 D代表一樣品，在此樣品上有一額外之相對薄磊 晶層4形成於層2上，層4 ’以及各隨後澱積之磊晶層可 具有如前述層2所具有之厚度。俟形成層4後，反應器及 樣本再度被冷卻至次生長溫度，其後，再度將樣品加熱至 生長溫度，而進一步之相薄磊晶膜又形成於樣品上。於生 長溫度下，進行磊晶澱積，接著冷卻至次生長溫度之順序 可予以重複直至一多層膜5已形成於底材1上爲止，如圖 3 E所示者。雖然總共六磊晶層被列示於圖3內之膜5所 涵蓋者，此現象並非用來解釋爲限制本發明有關可連續被 澱積之層數》 因爲磊晶層相對薄，而且應力於各層被澱積後得以解 除，故當樣品最後被冷卻至，例如，周圍溫度時，並不會 破碎。此外，由於生成於各新形成之層內的熱不相配所造 成之應變會隨著層總數之增加而減少。結果，俟足夠數之 層被澱積後，裂痕不再於最頂層上形成，而且磊晶膜會帶 有均勻之表面。依照本發明目前合宜之態樣*膜5包含氮 I- I I I 1 n I I I n n I I « I I I I I n » If I I I I f (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14 - 448249 Α7 _ Β7 五、發明說明ί2 ) 化鎵，氮化銦，氮化鋁，或此其合宜中之一。最宜之方式 是：膜5爲氮化鎵，而膜5之總厚度宜介於1 0 0至5 0 0微米間。 俟各層（例如2，4 )已告形成後，將磊晶生長縮短 ，並將反應器及樣品依如前方式冷卻。依照本發明之態樣 品，於完成各順序之磊晶生長時，可將樣品自反應器中移 出，而Η V P E系統8則可藉使蝕刻氣體，於一增溫（例 如生長溫度）下過經反應器2 1而予以淸洗。特別地，於 完成各順序之磊晶生長後，使H C 1通經反應器2 1之結 果，過剩之澱積物1 6並不會集結在基座台1 1上·•結果 ，樣品並小會因與不需之澱積物1 6接觸而受損害。而樣 品之高品質表面形態得以確保，如藉由圖1所述及者， HC i連同系統8已被用於III-V /氮化物之磊晶生長，職 是之故，系統之蝕刻可藉由使用標準（未修飾）之Η V P Ε系統予以輕易達成。俟蝕刻完全後，系統可被冷卻， 而樣品可被再度引入以使膜5之另一磊晶層澱積。 圖4係以示意方式，代表涉及於形成磊晶層之本發明 方法的一系列步驟，其中，步騾4 0涉及將一底材排列於 —HV Ρ Ε反應器內。底材宜被排列於反應器內之一基座 台階上（圖2 )。被提供於步驟4 0內之底材宜爲一非天 激性底材，例如藍寶石，矽，碳化矽，砷化鎵，氧化鋅或 氧化鎂。 步驟4 1涉及於底材上形成_一種ΠΙ_ V化合物（例如氮 化鎵）之第一磊晶層。磊晶層可於一生長溫度（介於由 —-—[ΙΙΙΙΙΙΙ1Ι* · I 層 (請先《讀背面之注$項再填寫本頁) 訂·· -線· 經濟部智慧財產局員工消费合作社印紫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） -15- 44824 9 A7 _B7 五、發明說明（13 > 7 0 0至1 1 0 0°C間）下1藉由HVP E法形成於底材 上*於步驟41內形成之磊晶層具有由15至100微米 之厚度，更宜爲20至50微米；由最宜爲25微米° 步驟4 2涉及將於步驟4 1內形成之磊晶層冷卻至— 較低，或次生長溫度。於此步驟（步驟42內），俟 Η V P E系統（例如爐2 4，圖1 )用之熱源可予以調小 或關掉，次生長溫度宜不超過磊晶澱積用之生長溫度的 5 0%。舉例言之，在生長溫度爲1 〇 〇 〇°C之場合中’ 次生長溫度宜不超過5 0 0°C。更宜的是’次生長溫度乃 介於1 0至2 0 0 °C，而最合宜的是’由周圍溫度至 1 0 0 °C 間。 步驟4 3涉及由Η V P E反應器內移開樣品’俟樣品 由反應器中移開後，步驟4 4涉及使一蝕刻氣體通過反應 器，通過期間，間藉由爐之力，使反應溫度維持於增溫’ 例如1 0 0 0 °C。合宜之蝕刻氣體爲H C 1。藉由使蝕刻 氣體通過反應器，則會不利地磊晶膜品質的不需澱積而得 以由Η V Ρ Ε反應器內中被移出。特別地’步驟4 4係用 於由底材/樣品上游處之基座台階移開過剩的澱積物’例 如G a Ν «俟藉由蝕刻氣體之力，由HVP Ε反應器中移 出不需之沈積物後，於進行步驟4 5之前，將反應器冷卻 步驟4 5涉及將樣品布置於反應器內之基座台階上， 其後，步驟4 6渉及於一增溫（.生長）溫度下，於樣品上 形成進一步之磊晶層。於步驟4 6內形成之磊晶層實質上 本紙張尺度適用中困國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16- 閱 讀 背 面 之 注 項 再 填 寫 \ 本$ 頁 訂 經濟部智慧財產局8工消费合作社印衆 448249 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ___ B7_____五、發明說明04 ) 與於步驟4 1內形成之最先磊晶層相同= 步驟4 7涉及依序重複步驟4 2至4 6，直至磊晶膜 達所欲之厚度及品質爲止。步驟4 7可涉及將步驟4 2至 步驟46重複由（1 )次至多至（20)次。步驟4 8涉 及將於步騾4 7內形成之樣品冷卻至周圍溫度。在各連續 之磊晶層形成之際《由於熱不相配而在各層內生成之應力 會變得較少。結果，俟適當層數之磊晶層澱積後，裂痕不 再於頂部磊晶層內形成，且磊晶層膜之表面呈均一狀。 圖5係以示意方式，代表依照本發明之另一態樣，涉 及於形成磊晶膜之方法的一系列步驟，其中，步驟5 0涉 及提供一底材。於步驟5 0內被提供之底材可爲任何型態 ，如前所述者（例如於步驟40，圖4:圖3A)，步驟 5 1涉及於HVPE反應器（例如反應器2 1 ，圖1 )內 安置底材）。步驟5 2涉及於一生長溫度下，使一磊晶層 形成於底材上，實質上乃如同前述（圖4 )之步驟4 1內 所及者。步驟4 3涉及將樣品冷至至次生長溫度，即低於 生長溫度之溫度，實質上乃如同在步驟4 2 (圖4 )內所 述及者，步驟5 4涉及於生長溫度下，使一額外之磊晶溫 度形成於樣品上，實質上乃如同於步驟4 6 (圖4 )內所 述及者。步驟5 5涉及連續熏複步驟5 3及5 4 ’直至磊 —晶膜到達所需之厚度及品質爲止。 在供說明之目的上，本發明者已就G a N磊晶膜之連 續澱積，對本發明初步之敘述。然而’本發明亦可應用於 G a N以外之磊晶層的連續澱積’此磊晶層包括銦化氮’ --------------良--------訂i ϋ ·κ —a n I 線 (請先M讀背面之注意事項.再填寫本買) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公« ) - 17 -
4482 4 S A7 B7___ 五、發明說明（15 ) 鋁化氮，以及Ga ，In及A 1等合金之氮化物。 前述之態樣僅供說明用’而非被解釋爲限制本發明範 圍D本教示可應用於其他類型之裝置及方法。本發明之敘 述僅意在說明而已，而非用未限制附屬之申請專利項之範 圍。對內行人士而言，許多另外可行之途徑，修飾’以及 變異將爲顯示而易見者。 {請先Mit背面之注意事項再填寫本Ϊ 訂· 線· 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 適 度 尺 張 紙 本 漦 公 97 2 x 10 (2 格 規 A4 5) N (c 準 標 家

Claims (1)

  1. 公告本丨 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 六、申請專利範園 1 .使一種ΠΙ-ν化合物連續磊晶生長於一非天然性底 材上以提供一磊晶膜的方法’此方法包括下列之步驟： a )於一氫化物蒸氣相磊晶術（Η V Ρ Ε )反應器內 ，安置一底材； b )藉由氫化物蒸氣相聶晶術（Η V Ρ Ε )，於一生 長溫度下，使一磊晶層形成於底材上，以提供一種ΠΙ·V / 底材樣品； c )由反應器內移出ΠΙ-V /底材樣品； d )令一種蝕刻氣體通過HV Ρ Ε反應器； e)於HVPE反應器內，安置III-V /底材； f )藉HVP E法，於生長溫度下，使一磊晶層形成 於III-V /底材樣品上； g )依序重複上述步驟c )至f )，直至磊晶膜到達 所欲之厚度爲止；以及 h )冷卻磊晶膜至周圍溫度，其中，多層型磊晶膜當 被冷卻至周圍溫度時，仍保留完整。 2 _如申請專利範圍第1項之方法，其中，所指之步 驟c )包含下列之步驟： j )使ΙΙΙ·ν化合物之磊晶層的形成中斷。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，所指之步驟a ) -包含將底材安置於HV Ρ E反應器內之一基座的台階上， 所指之步驟d )包含使一鈾刻氣體通過HV Ρ E反應器， 直至所有之固體澱積物由基座台階上被移出爲止。 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，所指之步 本紙張尺度適用中®國家標準（CNS > A4规格{ 210X297公釐） ~ ； ' -----------^------ΐτ------Μ. <請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 448249 A8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 驟d)包含使HC1通過反應器》 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，磊晶膜包 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 含選自下列群體之一物質：氮化鎵，氮化銦，以及氮化鋁 〇 6 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，於所指之 步驟b )及f )內形成之磊晶層各帶有介於由1 5至7 5 微米間之厚度。 7 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，所指之步 驟g)包含將所指之步驟c)至ί)重複1次至20次。 8 .如申請專利範圍第1項之方法，此方法進一步包 含下列之步驟： j )於進行步驟ί )前，將ΠΙ-V /底材樣品冷卻至次 生長溫度。 9 .如申請專利範圍第8項之方法，其中，次生長溫 度不大於生長溫度之50%。 1 〇 .如申請專利範圍第8項之方法，其中，次生長 溫度介於由1 0至1 0 0 °C間。 · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 1 .如申請專利範圍第8項之方法，其中，步驟j )包含於III-V /底材樣品中，產生及解除應力，其中，應 力係由於底材及III-V化合物間之熱不相配而造成者。 • 1 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，生長溫 度係介於由7 0 0至1 1 0 0 °c間。 1 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，於所指 之步驟g )內形成之磊晶膜帶有介於由1 0 0至5 〇 〇微 本纸浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20- 448249 經濟部智慧財產局員工涓費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 米間之總厚度。 1 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，底材包 含選自下列群體之物質：藍寶石，矽，碳化矽，砷化鎵， 氧化鋅及氧化鎂。 1 5 .使一種III-V氮化物之磊晶膜連續形成之方法， 此方法包含下列之步驟： a )提供一底材： b)於一氫化物蒸氣相磊晶術（HVPE)系統之一 反應器內，安置底材； c )藉由HVPE法，於一生長溫度下，使III-V氮化 物之最先磊晶層形成於底材上，達1 5至7 5微米間之厚 度； d )將底材以及III-V氮化物之最初磊晶層冷卻至次生 長溫度，其中，次生長溫度不超過生長溫度之5 0% ; e )藉由HVPE法，於生長溫度下，使ΠΙ-V氮化物 之一額外磊晶層形成於已存在之磊晶層上|以提供多數之 磊晶層於底材上，其中，額外之磊晶層帶有介於由1 5至 7 5微米間之厚度； f )將底材以及多數之磊晶層冷卻至次生長溫度；以 及 • g )連續重複步驟e )至f )，直至磊晶膜到達所需 之總厚度爲止。 1 6 .如申請專利範圍第1.5項之方法，此方法進一 步包含下列之步驟： 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐）~" -----------装------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 448249 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 h )於進行所指之步驟d )及f )後，將底材及III-V 氮化物等之溫度上升至生長溫度。 1 7 .如申請專利範圍第1 5項之方法，此方法進一 步包含下列之步驟_ i )於所指之步驟c )及（e )之後’以及於所指之 步驟d )及f )之前，使ΠΙ-V氮化物之磊晶層的形成中斷 〇 1 8 .如申請專利範圍第1 5項之方法，此方法，於 進行所指之步驟c )及（e )後’進一步包含下列之步驟 j )由HVP E反應器中*移出底材及形成於其上之 III-V氮化物；以及 k)使一蝕刻氣體通過反應器。 1 9 .如申請專利範圍第8項之方法，其中，蝕刻氣 體包含H C 1。 2 0 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，底材 包含選自下列群體之物質··藍寶石，矽’碳化矽，砷化鎵 ，氧化鋅以及氧化鎂》 2 1 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，磊晶 膜包含選自下列群體之物質：.氮化鎵’氮化銦，以及氮化 -鋁》 2 2 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，生長 溫度係介於7 0 0至1 1 0 0 t：間。 23.如申請專利範圍第15項之方法，其中，次生 本紙張尺度適用中國國家樣牟（CNS > A4说格（2丨0X297公釐）_ 22 - Μτ. (請先閲讀背面之注意"項再填寫本頁) L T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4482 4 9 A8 B8 ce D8 申請專利範圍 長溫度介於由周圍溫度至1 0 0°C間。 2 4 ·如申請專利範圍第1 5項之方法，其中’於步 驟g )內形成之磊晶層所帶有之總厚度介於由1 〇 0至 5 0 0微米間。 2 5 . —種連續形成之磊晶膜，它係依照帶有下列步 驟之一種方法製得者： a )於一氣化物蒸氣相晶晶術（HV"P E )反應器內 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 安置一底材： b)藉由HVPE法 形成於底材上，以提供一 c )由反應器內移出 d )使一種蝕刻氣體 e )於HVPE反應 ί )藉由Η V P E法 成於III-V/底材樣品上； g)連續重覆所指之 達所需之厚度爲止。 2 6 .如申請專利範 磊晶膜，其中，連續形成 列群體之物質：GaN ’ 2 7 .如申請專利範 磊晶膜，其中，至少三層 之厚度。 2 8 .如申請專利範 ，於一生長溫度內，使一磊晶層 種III-V /底材樣品； ，III-V /底材樣品； 通過HVPE反應器； 器內，安置III-V /底材樣品； ，於生長溫度下，使一磊晶層形 以及 步驟c )至ί )，直至磊晶膜到 m πΓΨ 圍請之連續形成之 之磊晶膜包含至少三層之選自下 InN，以及其合金。 圍第2 6項所申請之連續形成之 中之各層帶有由1 5至7 5微米 圍第2 5項所申請之連續形成之 本紙張尺度適用+國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 23 - I K--L----- n i ί I 丁 I 泉 八 i 勒 零 J {請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 448249 Λ8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 膜，此膜之總厚度介於由1 0 0至5 0 0微米間。 2 9 ·如申請專利範圍第2 6項所申請之連續形成之 膜，其中，至少三層之各層帶有實質相同之組成。 3 0 .如申請專利範圍第2 5項所申請之連續形成之 磊晶膜，其中，連續形成之磊晶膜包含一均一之表面。 3 1 .如申請專利範圍第2 5項所申請之連續形成之 膜，其中，連續形成之膜當由磊晶生長溫度，以1 0至 2 5°C/m i η之速率，被冷卻至周圍溫度時，仍保持完 整。 -----------裝------訂------線 4* (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本I ) 經濟部智慧財產局R工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家橾奉（CNS } Α4規格（2丨Ο X 297公釐）_ 24 _
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