[发明专利]复合氮化物半导体结构的外延成长

说明书

技术领域

本发明是有关于复合氮化物半导体结构的外延成长。

背景技术

发光二极管(LED)的沿革有时描绘成“爬升光谱(crawl up thespectrum)”。此是因首度商业化的LED产生光谱中红外线部分的光线，接着发展出使用磷化砷镓(GaAsP)于砷化镓(GaAs)基材上的红光LED。其次为效率较高的磷化镓(GaP)LED，其可同时制造较亮的红光LED和橘光LED。改进GaP LED后则发展出绿光LED，其采用双GaP芯片(一为红光，另一为绿光)来产生黄光。利用磷化砷铝镓(GaAlAsP)材料和磷化铝镓铟(InGaAlP)材料可进一步增进此光谱部分的效率。

因发射光波长较短的LED可提供宽的光谱范围，又因制造发射光波长较短的二极管可增加诸如光盘只读存储器(CD-ROM)等光学装置的信息储存量，故其发展一般倾向制造可提供较短波长光线的LED。借着开发氮化物为基础(nitride-based)的LED，尤其是使用氮化镓(GaN)，可大量制造光谱中蓝光、紫光、和紫外光部分的LED。尽管先前已使用碳化硅(SiC)材料成功制造出蓝光LED，然此类装置的电子结构具有间接能隙，因而发光性不佳。

虽然数十年已知使用GaN可发出光谱中的蓝光，但实际制造上仍有许多障碍。障碍包括缺少合适的基材来生成GaN结构于其上、GaN生长通常需要高热条件，导致各种热传问题产生、及难以有效p型掺杂此类材料。由于蓝宝石约有15％的晶格与GaN不相配，因此采用蓝宝石做为基材并不完全符合要求。许多研发依然相继致力克服这些障碍。例如，采用金属有机气相法形成的氮化铝(AlN)或GaN缓冲层已发现可有效解决晶格不相配的问题。进一步改进GaN基础结构的方法包括使用AlGaN材料形成具有GaN的异质接面，且特别是使用氮化镓铟(InGaN)材料，如此可产生当作量子井的缺陷，用以有效发射短波长的光线。富含铟的区域具有比周围材料小的能隙，且可分布于整个材料而可提供高效率的发射中心。

尽管复合氮化物半导体装置的制作已有若干改善，然目前制程仍有许多不足。再者，因产生短波长光线的装置的利用率高，故亦热切需要制造此类装置。有鉴于此，此技艺普遍需要制造复合氮化物半导体装置的改善方法及系统。

发明内容

本发明的实施例提出制造复合氮化物半导体结构的设备及方法。第一III族前驱物和第一氮前驱物流入第一处理室。第一III族前驱物包含第一III族元素。第一层通过在第一处理室中利用第一III族前驱物与第一氮前驱物的热化学气相沉积制程沉积在基材上，如此第一层包含氮和第一III族元素。沉积第一层后，基材从第一处理室传送到不同于第一处理室的第二处理室。第二III族前驱物和第二氮前驱物流入第二处理室。第二III族前驱物包含第一III族前驱物不含的第二III族元素。第二层通过在第二处理室中利用第二III族前驱物与第二氮前驱物的热化学气相沉积制程沉积在第一层上。

可在不同的条件下将基材从第一处理室传送到第二处理室。例如在一实施例中，是在含有90％以上氮气(N₂)的氛围下进行传送；在另一实施例中，是在含有90％以上氨气(NH₃)的氛围下进行传送；在又一实施例中，是在含有90％以上氢气(H₂)的氛围下进行传送。基材亦可在温度大于200℃的氛围下进行传送。

前驱物的流入可伴随引进载气，例如包括氮气(N₂)和氢气(H₂)。在一实施例中，第三III族前驱物流入具有第二III族前驱物和第二氮前驱物的第二处理室。第三III族前驱物包含第一III族元素。III族元素的使用例子包括第一III族元素采用镓且第二III族元素采用铝，如此形成的第一层包含GaN层，第二层包含AlGaN层。在另一特定实施例中，第一III族元素为镓且第二III族元素为铟，如此形成的第一层包含GaN层，第二层包含InGaN层。在又一特定实施例中，第一III族元素为镓且第二III族元素包括铝与铟，如此形成的第一层包含GaN层，第二层包含AlInGaN层。

在沉积第二层前，过渡层有时可于第二处理室内沉积至第一层上。过渡层的化学组成实质上同于第一层，且厚度小于100000埃。第一处理室有助于包含氮与III族元素的材料快速成长。第二处理室有助于增进含有氮与III族元素的沉积材料的均匀度。