生長(zhǎng)氮化鎵基半導(dǎo)體層的方法及用其制造發(fā)光器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例設(shè)及一種生長(zhǎng)氮化嫁基半導(dǎo)體層的方法W及一種制造發(fā) 光器件的方法，更具體地，設(shè)及使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的一種生長(zhǎng)氮化嫁基半導(dǎo)體層 的方法W及一種制造發(fā)光器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，諸如氮化嫁（GaN)的III族氮化物具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和直接躍遷型能帶 結(jié)構(gòu)。因此，為了應(yīng)用于發(fā)射可見(jiàn)光和紫外光的諸如發(fā)光二極管或激光二極管的發(fā)光器件， 已經(jīng)對(duì)氮化嫁化合物半導(dǎo)體進(jìn)行了廣泛地研究。具體地，使用氮化銅嫁（InGaN)的藍(lán)色和 綠色發(fā)光二極管已經(jīng)被用于諸如大尺寸真彩色平板顯示裝置、信號(hào)燈、室內(nèi)照明、高密度光 源、高分辨率輸出系統(tǒng)、光通信等的范圍廣泛的領(lǐng)域中。
[0003] 在半導(dǎo)體器件的制造中，氮化嫁化合物半導(dǎo)體層通常通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)而生長(zhǎng)在基板上。用于MOCVD的設(shè)備包括用于裝載基板的腔室，并且提供源氣和氣 氛氣體（包括載氣）W在預(yù)定的腔室壓強(qiáng)下在基板上生長(zhǎng)外延層。
[0004] 商業(yè)應(yīng)用的MOCVD設(shè)備可通常構(gòu)造成在大約200Torr或更低的低壓下生長(zhǎng)外延 層。該樣的低壓MOCVD設(shè)備可實(shí)現(xiàn)外延層的相對(duì)快的生長(zhǎng)，但會(huì)在外延層中造成高密度的 晶體缺陷，尤其是點(diǎn)缺陷。因此，外延層會(huì)具有低的晶體質(zhì)量。
[000引此外，當(dāng)?shù)蛪篗OCVD設(shè)備用于生長(zhǎng)活性層中的阱層時(shí)，為了增大阱層中In的含量， 生長(zhǎng)溫度可W低至例如大約750°C。
[0006] 此外，當(dāng)在阱層的低生長(zhǎng)溫度下在阱層上生長(zhǎng)壘層時(shí)，會(huì)難W使壘層具有良好的 晶體質(zhì)量。因此，已經(jīng)采用了通過(guò)在阱層的生長(zhǎng)之后提高生長(zhǎng)溫度來(lái)生長(zhǎng)壘層的方法。對(duì) 于包括多個(gè)阱層和多個(gè)壘層的活性層，腔室內(nèi)的基板的溫度需要頻繁地變化，由此增大了 用于活性層的生長(zhǎng)的處理時(shí)間。此外，當(dāng)基板溫度在阱層的生長(zhǎng)之后升高時(shí)，阱層會(huì)分解， 由此導(dǎo)致靠近阱層和壘層之間的界面的阱層的晶體質(zhì)量的劣化。為了解決該個(gè)問(wèn)題，可在 生長(zhǎng)壘層之前形成覆蓋層，但覆蓋層仍然會(huì)不能提供阱層和壘層之間的期望的界面特性。
[0007] 在該【背景技術(shù)】部分中公開(kāi)的上述信息僅用于增強(qiáng)對(duì)發(fā)明的背景的理解，因此它可 包含不形成現(xiàn)有技術(shù)的任何部分也不是現(xiàn)有技術(shù)可建議本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的內(nèi)容的信 息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引技術(shù)問(wèn)題
[0009] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供了一種生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的方法W及一種制造發(fā)光器件 的方法，所述方法可改善在包括具有不同組成的氮化嫁層的半導(dǎo)體堆疊件中（例如，活性 層中）的界面特性。
[0010] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例還提供了一種生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的方法W及一種制造發(fā)光器 件的方法，所述方法可減少用于半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)的處理時(shí)間。
[0011] 發(fā)明的附加特征將在隨后的描述中闡述，并且通過(guò)描述，部分地將是明顯的，或者 可通過(guò)發(fā)明的實(shí)踐來(lái)了解。
[001引 問(wèn)題的解決方案
[0013] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例公開(kāi)了一種通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積來(lái)生長(zhǎng)氮化嫁基 半導(dǎo)體層的方法。所述方法包括；在腔室中設(shè)置基板；在第一腔室壓強(qiáng)下在基板上生長(zhǎng)第 一導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層；在高于第一腔室壓強(qiáng)的第二腔室壓強(qiáng)下在第一導(dǎo)電型氮化嫁 基半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)氮化嫁基活性層；W及在低于第二腔室壓強(qiáng)的第=腔室壓強(qiáng)下在活性層 上生長(zhǎng)第二導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層。第一、第二和第S腔室壓強(qiáng)低于760Torr(托）。
[0014] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例還公開(kāi)了一種通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積來(lái)生長(zhǎng)氮化嫁 基半導(dǎo)體層而制造半導(dǎo)體器件的方法。所述方法包括；在腔室中設(shè)置基板；在第一腔室壓 強(qiáng)下在基板上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層；在高于第一腔室壓強(qiáng)的第二腔室壓強(qiáng)下 在第一導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)氮化嫁基活性層；W及在低于第二腔室壓強(qiáng)的第= 腔室壓強(qiáng)下在活性層上生長(zhǎng)第二導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層。第一、第二和第=腔室壓強(qiáng)低 于 760Torr。
[0015] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例還公開(kāi)了一種通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積來(lái)生長(zhǎng)氮化嫁 基半導(dǎo)體層的方法。所述方法包括；在腔室中設(shè)置基板；在100Torr至300Torr的范圍中 的腔室壓強(qiáng)下在基板上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電型GaN層；在300Torr至700Torr的范圍中的腔室壓 強(qiáng)下在第一導(dǎo)電型GaN層上生長(zhǎng)氮化嫁基活性層；W及在100Torr至300Torr的范圍中 的腔室壓強(qiáng)下在活性層上生長(zhǎng)第二導(dǎo)電型GaN層?；钚詫影ㄚ鍖雍蛪緦印?br>[0016] 將理解的是，上文的一般描述和下文的詳細(xì)描述都是示例性的和解釋性的，并且 意圖提供所要求保護(hù)的發(fā)明的進(jìn)一步解釋。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)下述實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn) 將變得明顯。
[0018] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意剖視圖。
[0019] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的活性層的放大剖視圖。
[0020] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的超晶格層的放大剖視圖。
[0021] 圖4是示意性地描繪在半導(dǎo)體器件的制造中腔室壓強(qiáng)相對(duì)于處理時(shí)間的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 將參照附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該理解的是，通過(guò)舉例說(shuō)明的方 式給出下面的實(shí)施例僅用于向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供發(fā)明的徹底的理解。因此，本發(fā)明不限 于下面的實(shí)施例并且可不同的方式來(lái)實(shí)施。此外，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中同樣的組件將用同 樣的附圖標(biāo)記來(lái)表示，為了清楚起見(jiàn)，可夸大特定元件、層或特征的寬度、長(zhǎng)度和厚度。
[0023] 將理解的是，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為"在"另一元件或?qū)?上"或者"連接到"另一元件 或?qū)訒r(shí)，它可直接在所述另一元件或?qū)由匣蛘咧苯舆B接到所述另一元件或?qū)?，或者可存?中間元件或中間層。相反，當(dāng)元件被稱為"直接在"另一元件或?qū)?上"或者"直接連接到" 另一元件或?qū)訒r(shí)，不存在中間元件或中間層。將理解的是，出于本公開(kāi)的目的，"X、Y和Z中 的至少一個(gè)（種）"可解釋為僅X，僅Y、僅Z，或者兩個(gè)或更多個(gè)項(xiàng)X、Y和Z的任何組合（例 如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。
[0024] 為了便于描述，該里可使用諸如"在……之下"、"在……下面"、"下面的"、"在…… 上面"和"上面的"等的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述如附圖中所示的一個(gè)元件或特征與另一元件或 特征的關(guān)系。將理解的是，除了在附圖中描繪的方位之外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)意圖包括裝置在使 用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則描述為"在"其他元件或特征 "下面"或"之下"的元件隨后將被定位為"在"所述其他元件或特征"上面"。因此，示例性 術(shù)語(yǔ)"在……下面"可包括"在……上面"和"在……下面"兩種方位。裝置可被另外定位 (旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位），并相應(yīng)地解釋該里使用的空間相對(duì)描述語(yǔ)。
[0025] 參照?qǐng)D1至圖3,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可包括基板21、第一導(dǎo)電 型氮化嫁基半導(dǎo)體層23、超晶格層25、活性層27、電子阻擋層29和第二導(dǎo)電型氮化嫁基半 導(dǎo)體層31。
[0026] 基板21用于生長(zhǎng)氮化嫁基半導(dǎo)體層，并且可W是藍(lán)寶石基板、SiC基板、尖晶石基 板、娃基板、氮化嫁基板等，不被局限于此。例如，基板21可W是圖案化的藍(lán)寶石基板（PSS) 或氮化嫁基板。
[0027] 在基板21裝載在MOCVD設(shè)備的腔室中的情況下，將源氣和氣氛氣體（包括載氣） 提供至腔室中W生長(zhǎng)氮化嫁基半導(dǎo)體層23、25、27、29、31。該些氮化嫁基半導(dǎo)體層23、25、 27、29、31可使用諸如低壓版)00)設(shè)備的版)00)設(shè)備在比標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（760 1'〇1^)低的腔室 壓強(qiáng)下生長(zhǎng)。
[002引第一導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層23可在例如范圍從100Torr至300Torr的第一 腔室壓強(qiáng)下生長(zhǎng)在基板21上。第一導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層23可由用例如Si的n型雜 質(zhì)滲雜的氮化嫁基半導(dǎo)體層形成。第一導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層23可包括GaN層，并且可 單層或多層來(lái)形成。
[0029] 第一導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層23可通過(guò)將馬和/或H2載氣與金屬源氣和NH3- 起提供到腔室中來(lái)生長(zhǎng)。S甲基嫁（TMG)或S己基嫁（TEG)可用作Ga的源氣。另外，S甲 基侶（TMA)、S甲基銅（TMI)等可用作A1和In的源氣。畑3可提供為N的源氣。第一導(dǎo)電 型半導(dǎo)體層23可在大約1050°C至1150°C下生長(zhǎng)。
[0030] 當(dāng)基板21為如同藍(lán)寶石基板的異質(zhì)基板時(shí)，低溫緩沖層和高溫緩沖層（未示出） 可在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層23的生長(zhǎng)之前生長(zhǎng)在基板上。
[0031] 超晶格層25可生長(zhǎng)在第一導(dǎo)電型氮化嫁基半導(dǎo)體層23上。如圖2中所示，超晶格 層25具有第一氮化嫁層25a和第二氮化嫁層2化一個(gè)在另一個(gè)上面交替地堆疊的疊層結(jié) 構(gòu)。例如，第一氮化嫁層25a可由GaN或InGaN形成，第二氮化嫁層2化可由InGaN形成。
[0032] 如圖4中所示，超晶格層25可在比第一腔室壓強(qiáng)高的腔室壓強(qiáng)（為了方便，被稱 為"第四腔室壓強(qiáng)"）下形成，例如，范圍從300Torr至700Torr。第四腔室壓強(qiáng)可通過(guò) 增大N&和N2的流量來(lái)增加。當(dāng)超晶格層在相對(duì)高的壓強(qiáng)下生長(zhǎng)時(shí)，第一氮化嫁層25a和 第二氮化嫁層2化之間的生長(zhǎng)溫度的差可設(shè)定成10°C或更小，特別地，超晶格層可在不改 變生長(zhǎng)溫度的情況下生長(zhǎng)。
[0033] 超晶格層25可通過(guò)交替地堆疊GaN層25a和InGaN層2化來(lái)形成，使得每層具有 20a的厚度。盡管在附圖中GaN層25a示出為最下層且InGaN層2化示出為最上層，但超 晶格層25的最下層可由GaN或InGaN形成且最上層可由GaN形成。超晶格層25的最上層 用