專(zhuān)利名稱(chēng)：在單晶基板上形成第三族氮化物外延層方法、制品及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種在單晶基板上形成第三族氮化物外延層的方法，尤指一種利用交替供氣式外延生長(zhǎng)技術(shù)(EGAS)，將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮?dú)怏w輪流地提供給單晶基板表面上進(jìn)行熱分解，而將外延薄膜生長(zhǎng)在低價(jià)格的單晶基板上的方法。本發(fā)明也關(guān)于利用該方法所制的多層及一種利用該方法而在單晶基板上進(jìn)行外延的設(shè)備。
發(fā)光二極管(LED)因具備高照明效率，快速反應(yīng)時(shí)間，及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，故可視為最終的連續(xù)光來(lái)源。發(fā)光二極管能夠用于取代一些傳統(tǒng)燈具及交通訊號(hào)燈具。在半導(dǎo)體裝置應(yīng)用上，第三族氮化物已被認(rèn)為是一種具有展望性的系統(tǒng)，尤其可通過(guò)調(diào)整帶隙自1.9至6.2eV而開(kāi)發(fā)成藍(lán)光、綠光及紫外光(UV光)的發(fā)光二極管。其一個(gè)例子為四元合金系統(tǒng)In-Al-Ga-N。全色顯示器能用藍(lán)光及綠光的氮化物(LED以及GaAs)為基材的紅光LED來(lái)生產(chǎn)。固態(tài)的白色光源能由紫外光LED晶粒及螢光封裝材料來(lái)生產(chǎn)。如果可明顯地降低材料及處理成本，則全色顯示器及白色光LED均具有非常大的市場(chǎng)潛力。
通過(guò)鹵化物汽相外延，也稱(chēng)HVPE方法(Applied Physics Letters,vol.15,pp.327,1969),Mazuska及TietjeN成功地在藍(lán)寶石基材上生長(zhǎng)單晶GaN。也已發(fā)現(xiàn)GaN具有直接躍遷(直遷)帶隙，其帶隙能量約為3.39eV。不久后PaNkove等人宣布以GaN作為基料的第一金屬-絕緣體-半導(dǎo)體型(MIS型)的藍(lán)或綠色的LED(RCA Review,vol.32,pp.283,1971)。在1974年，Akasaki等人成功地通過(guò)分子束外延方法MBE生產(chǎn)單晶GaN膜。之后，通過(guò)HVPE方法生產(chǎn)的第一個(gè)實(shí)用的MIS型藍(lán)-綠LED被發(fā)表出來(lái)(Inst.Phys.Conf.Ser.63,479,1981)。在1993年，S.Nakamura使用雙氣流金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積TF-MOCVD，發(fā)表了第一個(gè)高亮度(＞1000mcd)的藍(lán)色LED。該LED在1994年正式上市(藍(lán)激光二極管，1997)。
現(xiàn)在，非常有效的藍(lán)色及綠色GaN基料的LED已商業(yè)化生產(chǎn)，連續(xù)波操作的藍(lán)色激光也被發(fā)表。雖然有上述的發(fā)展，但仍存在一些技術(shù)上的問(wèn)題，諸如第三族氮化物及藍(lán)寶石基板之間巨大的晶格失配(16％)，基板的硬度、化學(xué)惰性非常大，成本高及電絕緣性能等。
另一種藍(lán)光LED所采用的基板材料為SiC，它是在SiC基板上采用MOCVD技術(shù)制作的GaN型藍(lán)光LED，其亮度遠(yuǎn)低于采用藍(lán)寶石基板的藍(lán)光LED。
以上的傳統(tǒng)技術(shù)仍存在一些缺點(diǎn)，如使用昂貴的藍(lán)寶石或碳化硅作為基板，成本高且有晶格失配的問(wèn)題。故對(duì)于多層而言，確實(shí)存在使用較便宜的基板從而可有效降低晶格失配率的實(shí)際需求。
以上所述，本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用交替供氣式外延生長(zhǎng)技術(shù)，在便宜的單晶基板上形成第三族氮化物外延層的方法。該方法主要是通過(guò)將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮?dú)怏w輪流地提供給單晶基板表面上進(jìn)行熱分解，而將外延薄膜生長(zhǎng)在單晶基板上。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供具有較佳的晶格匹配的多層，主要在于選擇合適的中間層(或稱(chēng)緩沖層)并提供合適的生長(zhǎng)條件來(lái)克服外延層與基板的失配問(wèn)題。
本發(fā)明再一個(gè)目的在于提供一種在單晶基板上進(jìn)行外延的裝置，它主要包括一組合式基座，它包括一中空支撐軸，一設(shè)于中空支撐軸內(nèi)并伸出支撐軸末端的旋轉(zhuǎn)軸，一固設(shè)在支撐軸上具有多個(gè)開(kāi)口及室的遮罩，及一樞設(shè)在旋轉(zhuǎn)軸上并可在遮罩內(nèi)旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)于開(kāi)口及室之間的承載基板的旋轉(zhuǎn)板；以及位于遮罩上方并分別對(duì)應(yīng)于各開(kāi)口的多個(gè)供料管。
上述旋轉(zhuǎn)板旋轉(zhuǎn)時(shí)，將使其上承載的基板交替地露出于遮罩的開(kāi)口間，各供料管則分別將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮的反應(yīng)氣體釋放至單晶基板表面以進(jìn)行熱分解，以便將外延薄膜生長(zhǎng)在基板上。
本發(fā)明的技術(shù)方案在于提供一種在單晶基板上形成第三族氮化物外延層的方法，其特征在于主要步驟如下a．清洗單晶基板并吹干；b．將單晶基板置于一外延裝置中；c．以適當(dāng)?shù)臏囟燃訜釂尉Щ?；d．以適當(dāng)?shù)牧魉?，將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮?dú)怏w輪流提供給單晶基板表面上，發(fā)生兩階段反應(yīng)以形成外延層。
如上所述的方法，其特征在于單晶基板選自如下構(gòu)成的組Al2O3(藍(lán)寶石)、Si、Ge、GaAs、GaP及SiC晶片。
如上所述的方法，其特征在于單晶基板為硅晶片。
如上所述的方法，其特征在于含氮?dú)怏w為氨氣。
如上所述的方法，其特征在于有機(jī)金屬先質(zhì)所含的第三族元素為Al、Ga、In。
如上所述的方法，其特征在于外延層可作為光電子元件的緩沖層。
本發(fā)明的技術(shù)方案還在于提供一種使用EGAS技術(shù)來(lái)制造多層的方法，其特征在于包括以下步驟a．清洗單晶基板并吹干；b．將單晶基板置入一外延裝置中c．以適當(dāng)?shù)臏囟燃訜釂尉Щ澹籨．以適當(dāng)?shù)牧魉?，將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮?dú)怏w輪流提供給單晶基板表面上，發(fā)生兩階段反應(yīng)；以及e．重復(fù)步驟d，但使用含另一種第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)。
如上所述的方法，其特征在于單晶基板選自如下構(gòu)成的組Al2O3(藍(lán)寶石)、Si、Ge、GaAs、GaP及SiC晶片。
如上所述的方法，其特征在于單晶基板為硅晶片。
如上所述的方法，其特征在于含氮?dú)怏w為氨氣。
如上所述的方法，其特征在于步驟d的有機(jī)金屬先質(zhì)所含的第三族元素為Ga、Al、In而形成GaN、AlN、InN外延層及其合金氮化物(AlGaInN)。
如上所述的方法，其特征在于步驟e所用的有機(jī)金屬先質(zhì)所含的第三族元素為Ga，而形成GaN外延層。
如上所述的方法，其特征在于所制成的多層為GaN/AlN/Si。
如上所述的方法，其特征在于所制成的多層為GaN/AlN/Al2O3(藍(lán)寶石)。
如上所述的方法，其特征在于所制成的多層為GaN/AlN/SiC(晶片)。
如上所述的方法，其特征在于GaN層可為p-摻雜、n-摻雜及未摻雜。
如上所述的方法，其特征在于用于p-摻雜的元素為Zn或Mg，且其濃度為1016-1018cm-3。
如上所述的方法，其特征在于用于n-摻雜的元素為Si，且其濃度為1017-1019cm-3。
如上所述的方法，其特征在于多重可用于制造多重量子阱、發(fā)光二極管、激光二極管、光感知元件及高功率高溫型晶體管。
本發(fā)明的技術(shù)方案還在于提供一種用于制造光電子元件的多層的裝置，其特征在于主要包括一具有多個(gè)開(kāi)口17、18、19的可旋轉(zhuǎn)的組合式反應(yīng)基座20及多個(gè)供料管12、14、16；該可旋轉(zhuǎn)的組合式反應(yīng)基座20包括一中空支撐軸29，一設(shè)于中空支撐軸29內(nèi)并伸出支撐軸29末端的旋轉(zhuǎn)軸290，一固設(shè)在支撐軸29上的多瓣石墨基座26，一位于石墨基座26上方而固設(shè)在支撐軸29上的多瓣石墨頂蓋板24，使頂蓋板24的每一瓣相對(duì)應(yīng)于各石墨基座26的每一瓣而形成一個(gè)具有多個(gè)室27的遮罩，并于各瓣之間形成該開(kāi)口17、18、19，一在石墨基座26及石墨頂蓋板24間固設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸290上的用于承載基板的石墨旋轉(zhuǎn)板28，使石墨旋轉(zhuǎn)板28可容納在室27內(nèi)并在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)于開(kāi)口17、18、19露出。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)特征及目的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1本發(fā)明的利用EGAS技術(shù)生長(zhǎng)第三族氮化物的裝置的示意圖。
圖2本發(fā)明的不同TMA流速下AlN(250nm)/Si外延片的X光衍射圖。
圖3本發(fā)明的GaN(200nm)/AlN(20nm)/Si外延片的X光片衍射圖。
圖4本發(fā)明的GaN(200nm)/AlN(20nm)/Si外延片在室溫下所測(cè)量的光激發(fā)光能譜圖(photoluminescence spectra,PL能譜)。
所謂的交替供氣式外延生長(zhǎng)(Epitaxial growth by alternate ofreactants,EGAS)，是利用反應(yīng)氣體分子在基板表面的化學(xué)吸附(chemicaladsorption)和物理吸附(physical adsorption)的差異，將外延薄膜生長(zhǎng)在基板表面上。除了反應(yīng)氣體導(dǎo)入方式有別于傳統(tǒng)的外延工藝，例如分子束外延(MBE)及有機(jī)金屬化學(xué)汽相淀積(MOCVD)均同時(shí)將反應(yīng)氣體導(dǎo)至基板進(jìn)行熱分解。本發(fā)明采用的交替供氣式外延生長(zhǎng)則是輪流地將反應(yīng)氣體導(dǎo)至基板表面進(jìn)行熱分解。其反應(yīng)機(jī)制也不同于傳統(tǒng)外延工藝。EGAS技術(shù)所提供的外延薄膜生長(zhǎng)速率范圍很廣(0.05-10μm/min)，可通過(guò)供氣的流速、供氣組成、外延溫度、石墨旋轉(zhuǎn)板轉(zhuǎn)速等參數(shù)來(lái)調(diào)整，故可使第三族氮化物的外延工藝具有更大的操作靈活性。
在本發(fā)明的第一個(gè)目的中，本發(fā)明提供一種利用EGAS技術(shù)在單晶基板上形成第三族氮化物外延層的方法，它主要是將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮?dú)怏w輪流地提供給單晶基板表面上進(jìn)行熱分解，而將外延薄膜生長(zhǎng)在單晶基板上。更詳細(xì)地說(shuō)，該方法的主要步驟如下a．清洗單晶基板并吹干；b．將單晶基板置于一外延裝置中；c．以合適的溫度加熱單晶基板；d．以合適的流速，將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮?dú)怏w提供給單晶基板表面上。
步驟a中，所用的單晶基板，它相對(duì)于藍(lán)寶石為較便宜的材料，它可選自包含以下的組硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、及碳化硅(SiC)。為了本發(fā)明的目的，其中較佳者為硅(Si)。
在步驟b中所用的外延裝置，它的一個(gè)較佳實(shí)施例的示意圖可見(jiàn)圖1，它基本上是安裝在石英或其他合適材料所形成的真空反應(yīng)腔(圖中未示)中。然而，該反應(yīng)腔的詳細(xì)構(gòu)造是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所公知的，故不在本文中詳述。圖1所示的外延裝置主要包括一具有多個(gè)開(kāi)口17、18、19的可旋轉(zhuǎn)的組合式反應(yīng)基座20及多個(gè)供料管12、14、16?？尚D(zhuǎn)的組合式反應(yīng)基座20包括一中空支撐軸29，一設(shè)于中空支撐軸29內(nèi)并伸出支撐軸29末端的旋轉(zhuǎn)軸290，一固設(shè)在支撐軸29上的多瓣石墨基座26，一位在石墨基座26上方而固設(shè)在支撐軸29上的多瓣石墨頂蓋板24，使頂蓋板24的每一瓣相對(duì)應(yīng)于各石墨基座26的每一瓣而形成一個(gè)具有多個(gè)室27的遮罩，并于各瓣之間形成該開(kāi)口17、18、19，一在石墨基座26及石墨頂蓋板24間樞設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸290上的用于承載基板的石墨旋轉(zhuǎn)板28，使石墨旋轉(zhuǎn)板28可容納在室27內(nèi)，并在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)于開(kāi)口17、18、19露出。在步驟b中，基板安置于石墨旋轉(zhuǎn)板28上。
參閱圖1，在步驟b中，在基板安置于外延裝置20中的旋轉(zhuǎn)板28上之后，接著進(jìn)行加熱步驟c轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)板28，并由一加熱源(未示出)予以加熱。所用的加熱源可為本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所公知的任何適當(dāng)加熱源，如高頻感應(yīng)加熱器。
接著在步驟d中，供料管12、16開(kāi)始供應(yīng)原料氣體，供氣管14則提供氫氣和/或氮?dú)?。?dāng)承載基板的旋轉(zhuǎn)板28行進(jìn)至開(kāi)口18時(shí)，即露出基板，自供料管16導(dǎo)入的第Ⅲ族有機(jī)金屬氣體，使基板上先形成吸附狀態(tài)，之后基板隨旋轉(zhuǎn)板28轉(zhuǎn)至另一開(kāi)口17，由供料管12導(dǎo)入含氮的反應(yīng)氣體并在基板表面上與先前的有機(jī)金屬氣體吸附分子反應(yīng)形成第Ⅲ族氮化物分子。因此，在基板上輪流地提供含第三族元素的有機(jī)金屬及含氮的反應(yīng)氣體。在本發(fā)明中所用的含氮?dú)怏w可為任何合適的含氮?dú)怏w，而較佳者是NH3。在本發(fā)明中，含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)，是可把Al、Ga、In等元素提供給基板以生成AlN、GaN、InN及含Al、In、Ga的合金氮化物AlGaInN。
在本發(fā)明的另一個(gè)目的中，可在上述的步驟d之后，改變進(jìn)料氣體，而將另一第三族氮化物外延膜生長(zhǎng)在原先外延的氮化物外延層上，形成一種多層的結(jié)構(gòu)。在本方法的結(jié)構(gòu)中，此另一氮化物層特別是指氮化鎵GaN。
以下提供二個(gè)實(shí)施例以更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例一AlN緩沖層的外延實(shí)例采用111面的硅單晶片為基板，硅基板經(jīng)高潔凈度的清洗步驟后如注A進(jìn)行處理，再放置在石墨旋轉(zhuǎn)板28上，見(jiàn)圖1。加熱方式是采用高頻感應(yīng)加熱。石墨旋轉(zhuǎn)板28置于石英外壁的反應(yīng)器(圖中未示)內(nèi)。高頻感應(yīng)加熱器的頻率為1-15MHz，而石墨旋轉(zhuǎn)板28的轉(zhuǎn)速則可調(diào)整。當(dāng)旋轉(zhuǎn)板28所承載的硅基板順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至一開(kāi)口18而與第三族金屬有機(jī)氣體供料管16對(duì)應(yīng)時(shí)，有機(jī)金屬氣體分子將化學(xué)吸附在硅基板表面，隨后旋轉(zhuǎn)板28所承載的硅基板旋轉(zhuǎn)至另一開(kāi)口19所對(duì)應(yīng)的氫氣和/或氮?dú)夤夤?4下方時(shí)，氫氣或氮?dú)鈿饬鲗⑦^(guò)剩的有機(jī)金屬氣體分子驅(qū)離開(kāi)基板表面，最后當(dāng)旋轉(zhuǎn)板28所承載的基板旋轉(zhuǎn)到最后一個(gè)開(kāi)口17所對(duì)應(yīng)的氨氣供氣管12下方時(shí)，氨氣分子NH3將吸附在基板表面上并完成AlN外延膜生長(zhǎng)反應(yīng)，兩階段的化學(xué)反應(yīng)如下所示(1)(2)上述AlN的外延溫度為1000-1100℃，在第一階段，如公式(1)所示，先在Si表面形成Si·Al固體中間吸附物(adsorbates)，化學(xué)吸附在基板上。第二階段如公式(2)所示，此吸附物再和氨氣分子反應(yīng)形成AlN化合物分子。所使用的TMA流速為0.14mol/min，而NH3與TMA的流速比值為1.9/105，晶體生長(zhǎng)速率為0.37～1.86μm/h，視TMA流速而定。接著參閱圖2。在該圖中，示出不同TMA流速下外延片的X光衍射圖形。AlN外延層的厚度為250nm，由數(shù)據(jù)顯示，最佳的TMA流速為0.014mol/min，太高或太低的流速均會(huì)降低AlN的X光衍射峰高度，也即影響外延的結(jié)晶品質(zhì)。
(注A首先使用2-丙醇，丙酮，甲醇(2-propanol,acetone,methanol)及去離子水各煮沸5分鐘，并以高純度氮?dú)獯蹈晒杈浯我?％HF水溶液浸蝕，再使用HCl∶H2O2∶H2O=1∶1∶3的水溶液煮沸，最后以5％HF浸泡，使用去離子水清洗，再以高度純度氮?dú)獯蹈珊螅苯又糜贓GAS反應(yīng)器進(jìn)行外延工藝。)實(shí)施例二GaN/AlN/Si外延實(shí)施例由于GaN外延層即單晶層較不易直接生長(zhǎng)在硅晶片上，但如果預(yù)先生長(zhǎng)AlN緩沖層，則可成功地在緩沖層上生長(zhǎng)GaN外延層，而生長(zhǎng)AlN外延層的條件如實(shí)施例一所述。在完成AlN緩沖層的外延生長(zhǎng)之后，隨后提供另一進(jìn)料氣體第三族金屬有機(jī)氣體TMGa(三甲基鎵(trimethyl gallium))，并進(jìn)行后續(xù)的GaN外延工藝，其中TMGa的流速為34μmol/min,NH3的流速為0.2mol/min,GaN外延層的生長(zhǎng)溫度為1000℃。GaN的生長(zhǎng)機(jī)理與AlN相同，也為兩階段式。仍請(qǐng)參閱圖1所示，當(dāng)石墨旋轉(zhuǎn)板28所承載的硅基板旋轉(zhuǎn)至第三族TMGa供料管16下方時(shí)，單一分子層的TMGa氣體分子會(huì)化學(xué)吸附在硅基板表面，隨后旋轉(zhuǎn)板28所承載的硅基板旋轉(zhuǎn)至氮?dú)獾墓┝瞎?2時(shí)，NH3氣體會(huì)再度吸附于硅基板表面，而產(chǎn)生兩階段的化學(xué)反應(yīng)，如下列所示；(3)(4)在第一階段，如公式(3)所示，先形成Si(s)/AlN(s)/Ga固體中間吸附物，并化學(xué)吸附在AlN表面上。第二階段如公式(4)所示，此吸附體繼續(xù)分解形成GaN外延層。
現(xiàn)在參閱圖3，圖中示出所制的GaN(200nm)/AlN(20nm)/Si及GaN(200nm)/AlN(100nm)/Si外延片的X光衍射圖，它示出當(dāng)AlN緩沖層的厚度為20nm時(shí)，GaN(0002)衍射峰最強(qiáng)，故GaN外延層的結(jié)晶品質(zhì)最好。當(dāng)緩沖層的厚度增至100nm時(shí)，因?yàn)榫彌_層已產(chǎn)生應(yīng)力松弛(stress relaxation)效應(yīng)，因此，外延層的GaN(0002)衍射峰強(qiáng)度明顯減弱。
在本實(shí)施例中，GaN可為p-摻雜，n-摻雜或未摻雜其中用于p-摻雜的元素為Mg，且其濃度為1016-1018cm-3；及n-摻雜的元素為Si，且其濃度為1017-1019cm-3。
此外，也可再調(diào)整進(jìn)料而形成異質(zhì)結(jié)(接合)的GaN外延層及多重量子阱。
圖4所示為GaN(200nm)/AlN(100nm)/Si外延片在室溫下所測(cè)量的光激發(fā)光能譜圖PL能譜，顯示此未攙雜(undoped)GaN外延層的PL能譜，是由帶邊(band edge)所主導(dǎo)，其帶邊值為3.406eV，與使用傳統(tǒng)MOCVD工藝在藍(lán)寶石基板上所生長(zhǎng)的GaN外延層的PL能譜近似相等，且能峰的峰寬很窄，僅110meV。更值得一提的是在一般傳統(tǒng)工藝的GaN外延片所常見(jiàn)的黃光區(qū)(yellow luminescene)，在本工藝中已被明顯抑制，由圖4可知，2.2(±)0.2eV的黃光區(qū)，其峰形很弱，比起3.406eV的帶邊主峰，可以忽略不計(jì)，這一特征對(duì)元件在光電領(lǐng)域的應(yīng)用極其重要，例如LED、激光二極管(LD)、光感知元件和高功率高溫型晶體管等。
權(quán)利要求
1．一種在單晶基板上形成第三族氮化物外延層的方法，其特征在于主要步驟如下a．清洗單晶基板并吹干；b．將單晶基板置于一外延裝置中；c．以適當(dāng)?shù)臏囟燃訜釂尉Щ澹籨．以適當(dāng)?shù)牧魉?，將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮?dú)怏w輪流提供給單晶基板表面上，發(fā)生兩階段反應(yīng)以形成外延層。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于單晶基板選自如下構(gòu)成的組Al2O3(藍(lán)寶石)、Si、Ge、GaAs、GaP及SiC晶片。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于單晶基板為硅晶片。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于含氮?dú)怏w為氨氣。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于有機(jī)金屬先質(zhì)所含的第三族元素為Al、Ga、In。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于外延層可作為光電子元件的緩沖層。
7．一種使用EGAS技術(shù)以制造多層的方法，其特征在于包括以下步驟a．清洗單晶基板并吹干；b．將單晶基板置于一外延裝置中；c．以適當(dāng)?shù)臏囟燃訜釂尉Щ澹籨．以適當(dāng)?shù)牧魉?，將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮?dú)怏w輪流提供給單晶基板表面上，發(fā)生兩階段反應(yīng)；以及e．重復(fù)步驟d，但使用含另一種第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于單晶基板選自以下的組Al2O3(藍(lán)寶石)、Si、Ge、GaAs、GaP及SiC晶片。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于單晶基板為硅晶片。
10．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于含氮?dú)怏w為氨氣。
11．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于步驟d的有機(jī)金屬先質(zhì)所含的第三族元素為Ga、Al、In而形成GaN、AlN、InN外延層，及其合金氮化物AlGaInN。
12．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于步驟e所用的有機(jī)金屬先質(zhì)所含的第三族元素為Ga，而形成GaN外延層。
13．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所制成的多層為GaN/AlN/Si。
14．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所制成的多層為GaN/AlN/Al2O3(藍(lán)寶石)。
15．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所制成的多層為GaN/AlN/SiC(晶片)。
16．如權(quán)利要求13項(xiàng)所述的方法，其特征在于GaN層可為p-摻雜/n-摻雜及未摻雜。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于用于p-摻雜的元素為Zn或Mg，且其濃度為1016-1018cm-3。
18．如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于用于n-摻雜的元素為Si，且其濃度為1017-1019cm-3。
19．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于多重可用于制造多重量子阱、發(fā)光二極管、激光二極管、光感知元件及高功率高溫型晶體管。
20．一種用于制造光電子元件的多層的裝置，其特征在于主要包括一具有多個(gè)開(kāi)口(17、18、19)的可旋轉(zhuǎn)的組合式反應(yīng)基座(20)及數(shù)個(gè)供料管(12、14、16)；該可旋轉(zhuǎn)的組合式反應(yīng)基座(20)包括一中空支撐軸(29)，一設(shè)于中空支撐軸(29)內(nèi)并伸出支撐軸(29)末端的旋轉(zhuǎn)軸(290)，一固設(shè)在支撐軸29上的多瓣石墨基座(26)，一位在石墨基座(26)上方而固設(shè)在支撐軸(29)上的多瓣石墨頂蓋板(24)，使頂蓋板(24)的每一瓣相對(duì)應(yīng)于各石墨基座(26)的每一瓣而形成一個(gè)具有多個(gè)室(27)的遮罩，并于各瓣之間形成該開(kāi)口(17、18、19)，一在石墨基座(26)及石墨頂蓋板(24)間固設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸(290)上的用于承載基板的石墨旋轉(zhuǎn)板(28)，使石墨旋轉(zhuǎn)板(28)可容納在室(27)內(nèi)、并在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)于開(kāi)口(17、18、19)露出。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)于一種使用交替供氣式外延生長(zhǎng)技術(shù)(Epitaxial growth byalternate supply of reactants)簡(jiǎn)稱(chēng)EGAS在單晶基板上形成第三族氮化物外延層的方法。它主要是將含第三族元素的有機(jī)金屬先質(zhì)及含氮?dú)怏w輪流地提供給單晶基板表面上進(jìn)行熱分解,而使外延薄膜可生長(zhǎng)在便宜的單晶基板上以形成多層,以降低制造成本,本發(fā)明可應(yīng)用在發(fā)光二極管、激光二極以及高功率高溫型晶體管等光電子元件的制作。本發(fā)明也提供利用該方法所制的多層及一種利用該方法而在單晶基板上進(jìn)行外延的設(shè)備。
文檔編號(hào)C30B25/02GK1313412SQ0010378
公開(kāi)日2001年9月19日 申請(qǐng)日期2000年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月10日
發(fā)明者龔志榮 申請(qǐng)人:廣鎵光電股份有限公司