[发明专利]用于预处理III族氮化物沉积的方法

说明书

相关申请

本申请要求享有于2011年5月20日申请的第61/488,673号美国临时专利申请案和于2012年5月10日申请的第13/469,048号美国专利申请案的权益，这两项专利申请案以引用方式并入本文中。

技术领域

本公开内容的实施方式涉及半导体器件的制造。更特别地，本公开内容的实施方式涉及预处理基板以制造III族氮化物半导体器件的方法。

背景技术

III族氮化物半导体在开发及制造各种半导体器件方面发现越来越重要，比如短波长发光二极管（LED）、激光二极管（LD）和包括高功率、高频、高温晶体管与集成电路的电子器件。发光二极管和激光二极管通过沉积III族氮化物至最常用的蓝宝石基板上来制造。可利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）、氢化物气相外延（HVPE）、分子束外延（MBE）和/或物理气相沉积（PVD），沉积III族氮化物至含氧化铝的基板上，比如蓝宝石基板。

蓝宝石基板与III族氮化物间显著的晶格失配激发了常见的三个生长步骤的发展以在蓝宝石上获得高品质GaN层：在含NH3的大气中高温氮化蓝宝石表面、沉积低温缓冲层（或初始层或成核层）及生长高温低缺陷密度外延层。开发了使用低温GaN或AlN或高温AlN缓冲层的各种生长模型。缓冲（或初始或成核）层促进III族氮化物的二维（2D）生长。另一方面，直接高温沉积III族氮化物于蓝宝石表面上将导致三维（3D）生长。预期这样的3D生长会导致粗糙的III族氮化物表面和差的晶体品质。

获得高品质III族氮化物的另一方式是预处理具有含铝表面的基板（例如蓝宝石）。可在沉积III族氮化物之前，预处理具有含铝表面的基板，以产生低缺陷密度III族氮化物层，又不需沉积额外的缓冲层。处理具有含铝表面的基板（大多为蓝宝石）的传统方法包括以下步骤：使基板表面暴露在包括氨（NH3）和Cl2或HCl的预处理气体混合物中。Cl2或HCl蚀刻含铝基板的表面且产生氯化铝蒸汽，氯化铝蒸汽可与在处理工艺期间同时输送的氨反应。此化学反应的结果是在含铝基板的顶部发生三维氮化铝（AlN）和/或氮氧化铝（AlON）岛的再生长（沉积）。这些三维AlN和/或AlON岛的出现会加强后续III族氮化物沉积的横向生长，以致螺旋位错(threading dislocation)密度的降低。

然而，传统处理含氧化铝基板的方法无法分开基板蚀刻和AlN或AlON的沉积，以更好地最佳化（例如蓝宝石）。例如，增加Cl2或HCl的输送量将使基板蚀刻及AlN或AlON的沉积都加速。

发明内容

本公开内容的实施方式涉及预处理基板或/和III族氮化物层以制造诸如发光二极管（LED）、激光二极管（LD）或功率电子器件之类的器件的方法。在本公开内容的一个实施方式中，所述方法包括以下步骤：在处理腔室中提供一个或更多个具有含铝表面的基板，且使一个或更多个具有含铝表面的基板中的每一基板的表面暴露至预处理气体混合物而形成预处理表面。在另一实施方式中，形成化合氮化物结构的方法包括以下步骤：使一个或更多个基板上的III族氮化物层的含铝表面暴露至预处理气体混合物而形成预处理表面。在又一实施方式中，形成化合氮化物结构的方法包括以下步骤：使一个或更多个具有含铝表面的基板的第一预处理表面暴露至第二预处理气体混合物而形成第二预处理表面。预处理气体混合物可包括氨气（NH₃）、卤化铝气体（例如AlCl3、AlCl）和含蚀刻剂气体，含蚀刻剂气体包括卤素气体（例如Cl2）或卤化氢气体（例如HCl）。预处理过程可加强后续III族氮化物沉积的横向生长，进而导致后续沉积层中的螺旋位错密度的降低。预处理过程亦可减少或调整后续沉积层和最终器件结构中的应力。

附图说明

为了让本公开内容的上述特征能被更详细地理解，可参考实施方式产生上述简要概括的本发明的更具体的描述，这些实施方式的一些被图示在附图中。然而需注意的是附图仅示出本发明典型的实施方式，因此附图不应被视为对本发明的范围的限制，因为本发明可容许其他等效的实施方式。

图1A为根据本公开内容的一个实施方式的GaN基LED结构的示意性侧截面图。

图1B为根据本公开内容的一个实施方式的GaN基LED结构的示意性侧截面图。

图1C为根据本公开内容的一个实施方式的GaN基LD结构的示意性侧截面图。

图2为根据本公开内容的一个实施方式的用于预处理基板的方法流程图。

图3为根据本公开内容的一个实施方式的方法流程图。