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TWI362365B - Semiconductor layer - Google Patents

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TWI362365B TW093123606A TW93123606A TWI362365B TW I362365 B TWI362365 B TW I362365B TW 093123606 A TW093123606 A TW 093123606A TW 93123606 A TW93123606 A TW 93123606A TW I362365 B TWI362365 B TW I362365B
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Description

1362365 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體層，尤有關於可得到—種高結晶品 質的GaN系磊晶層（epitaxial layer)的半導體層。 【先前技術】 第3圖係顯示習知的半導體層。此半導體層具備：Ah〇3基板 1卜由Ah〇3所組成；A1N層12,形成於ΑΙΛ基板Π的表面；GaN 成長層13，在A1N層12上藉由有機金屬氣相沈積磊晶法 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor D印〇siti〇n)法使磊晶成 長而形成。例如請參考日本專利特公昭52-36117號公報。 鲁 根據此半導體層’藉由在Al2〇3基板11與GaN成長層13之間 形成A1N層12的方式，可降低「光柵常數」（grating ^耐3) 的不一致’減少結晶不良的情況產生。 但是，根據習知的半導體層，並無法使A1N層12與GaN成長 層13的光柵常數完全一致，導致GaN成長層13的結晶品質難以--獲得更進一步的提昇。另外，在適用於發光元件的情況下，'發光 層的結晶性質會惡化，導致發光效率降低。 ^ 因此，本發明之目的即在於提供一種半導體層，可得到高結 晶品質的GaN系蟲晶層。 【發明内容】 本發明為了達成上述目的，故提供—種半導體層，其特徵係 具備：第1層’由Ga2〇3系半導體所組成；以及第2層，以氮原子 取代該第1層的氧原子之一部或全部後而得。 ’、 根據本發明之半導體層，在由Ga2〇3系半導體所組成之第丨屏 上’將第1層的氧原孑之-部或全部以氮原子取代後而得到第2曰 層，並且藉由第2層的形成，可無須透過緩衝層而得到由高結曰 度的GaN系化合物半導體所組成之第2層。 。曰曰 ^62365 【實施方式】 务明之最佳型態 '以下說明關於本發明實施型態之半導體層。在此實施型態中 ，半導體層係由第1層、第2層、以及第3層所構成的。其^， 第Ϊ層係由Ga2〇3系半導體所組成；第2層係在第1層的表面施加 氮化處理，將第1層上的第1層氧原子之一部或全部以氮原子取 代而得之GaN系化合物半導體所組成；第3層係在第2層上再加 上GaN系磊晶層所組成。在此’「以2〇3系半導體」中包含：以2〇3、 (InxGaHc)2〇3(其中，〇$x< (其中，〇$χ〈 〇、 (Inx Aly Gai-x-y) 2〇3 (其中 ’ 〇gx< 1，〇gy〈 1，〇$x+y〈 i)等 所構成之物，此外亦包含了相對於此，由於原子取代或是原子缺 陷而顯示出η型導電性或是p型導電性者。另外，在「GaN系丄 :半導體」以及「GaN系磊晶層」中’包含由GaN、ίη“:Ν 中’〇‘Z< 1：)、AlzGa』(其中，〇$z< 1)或 Ι—Ζ-ΡΝ(其中、， ，ζ< ：1 Έρ< 1、GSZ+P<丨）等所組成之物，此外亦包含、 =性:於原子取代或是原子缺陷而顯示出n 型導電性或是p_ 構成C第1p個例子而言’可採用以㈣3構成第1層；以_ =4體:3層般，使第2層與第3層由同-種 -,R , Ν 構成第 2層；以 InzGai-zN (其中，〇$ζ< 1) 成。另外層與第3層由不同種的化合物半導體所構 t< 1構ίί彳i㈣言’可制以（1秦山03 (其中，〇 a机冰J霉成第2層’以AlzGa丨』（其中，〇<Ζ< 1)燼忐笙q 成。 s在第1個例子及第2個例子都由不相同的型態組 由於根據此實施能，- 、 心可使第2層及第3層的光柵常數彼此一 1362365. 致或者是極為近似，因此可得到高結晶品質的GaN系磊晶屛。 (實施例1) a 第1圖係顯示根據本發明之實施例1之半導體層。在此麻於 例1之半導體層具備：β -GaaO3基板1，作為由冷_Ga2〇3單蚨^戶^ 組成的第1層；GaN層2，對基板1的表面施以氮理 所幵|成，作為膜厚度約2舰的第2層’ GaN成長層3，在GaN層2 上藉由例如MOCVD法使蠢晶成長並形成’以作為第3層。在此& 化處理中，藉由以氮原子取代々-GazO3基板1的氧原子之方* ^ 成GaN層2。 形 第2圖係顯示半導體層的製造流程。首先，以浮動帶域法 (floating zone，FZ法）製造沒―（^〇3基板}(步驟A)，並應準 備yS- Ga2〇3種結晶與Ga2〇3多結晶構件。 〜 f-Ga.種結晶，具備藉由從々-以必單結晶裂開（cleavag 面等的利用而截斷的剖面正方形之角柱形狀。其軸方向係&軸〈 100>方位；b軸<〇1〇>方位；或^軸<〇〇ι>方位。 万_ Ga2〇3多結晶材質，係將例如純度4N的Ga^粉末填充到象 膠管中，然後再以500MPa予以常溫壓製（cold compressk)n)， 1500°C的溫度下燒結ι〇小時而得。 其次，在石英管之中，使總壓力在卜2大氣歷力的氣血氧的混 合氣體（在從100%氮到1_氧之間變化）之環境下，藉由使沒一 Ga2〇3種結晶與〇出〇3多結晶的尖端相互接觸，並加熱溶解其接 ，部分’使Ga2〇3多結晶的溶解物冷卻，而生成召_ Ga2〇3單結 晶。因為在/3 - Ga^單結晶中，於使結晶沿著b軸〈〇1〇〉方位^ 長時，在（100)面的裂開性增強，因此在（1〇〇)面將其以平行的面 與垂直的，予以剪切，然後製作万-Ga2〇3基板卜此外，因為如果 使結晶沿著3軸<100>方位或是c-<〇〇1>方位成長的話，在 (100)面以及（GG1)面的裂開性減弱’因此所有的面的加工性都改 善，並無上述的剪切面的限制。 1362365 其6〇它的硝酸水溶液中，透過煮濟的方式，蝕刻/5-Ga2〇3 二，（步驟β);然後將此钱刻後的/?_Ga2〇3基板1浸泡在乙醇中 、（牛料（步驟〇;再將其浸泡在水tJUX超音波洗^ 以innrrr)·!予以乾燥（步驟E);然後在M0CVD設備的成長爐内， Z—C進行真空清洗（步驟f )，使$ -以必基板1的表面潔淨。 1 h、者’對沒~Ga2〇3基板1的表面施以氮化處理（步驟G)。也 ，使々~Ga203基板1在M〇CVD設備的成長爐内，在特定的環 特定的時間。藉由適當選擇環境（含氣壓）、加熱溫度、加 ^方式，可在/5-Ga2〇3基板1的表面得到希望的⑽層2。 歹如藉由將/5-Ga2〇3基板1在300torr的NH3環境中，以1〇5〇。〇 ίϊ 5分鐘的方< ’可在/5-Ga2〇3基板1的表面形成厚度僅有2nm 左右的薄GaN層2。 ，其次，再藉由_CVD法使GaN層成長，而取得GaN成長層3 V驟H)也就疋說，將MOCVD設備成長爐内，減壓到i〇〇t〇rr， 對ΐ長爐内供應氨氣與三曱基鎵（trimethylgallium，TMG)， G、中’前者係作為氮氣供應原料；而後者係作為鎵供應原料。在_ a層2上，例如，使厚度1〇〇nm左右的GaN成長層3成長。 長層3的厚度，可藉由調整供應原料的濃度、加熱溫度 以控制。 在實施例1中，藉由供應三曱基鎵與三曱基鋁 jnmethylalluminum’TMA)，可取代 GaN 層 2 而形成 AlGaN 層’ 乍為第2層。另外，如果同時供應TMG與三曱基銦 ^~imethylindium，TMI)的話，即可取代GaN層2而形成InGaN層， 作為第2層。 根據此實施例1，可得到以下的效果。 (1)因為可獲得高結晶性的$ -Ga.基板1，因此在基板上形成 的層2其穿透位錯（penetration displacement)密度低，因 ^可得到高結晶性的GaN層2。此外，因為此GaN層2與GaN成 長層3的光柵常數一致，而且GaN成長層3可使GaN層2.的高結 性繼續成長，因此可得到穿透位錯少，結晶性高_成長層 式，製造發光二極體、半導體雷射等的 ^因發光树時，可制高結晶性的發光 (4) 因為y3-Ga2〇3基板1具有導雷祕
::用=造的上下方向取出電極的元= 使層構成、生產過程更為簡化。 土傅仏um3 J (5) 因為0-Ga2〇3基板 1 具傷透光性，^ ⑹因為位在M0CVD裝置的鮮愤向5攸基板側獲付先冗。 因此可更有效率地生產半導體層。及Ga^日日成長（步驟Η)4,
InGaA^i 了』f ί長層3之外，亦可使1nGaN、A1GaN或是 InGaAIN成^ ,尤InGaN以及咖的情況而 ;常數大致一致；而就1咖的情況而言，則W 與GaN層2的光柵常數一致。 幻 i上=2，GaN層2上’形成穆雜石夕㈤的㈣層，再於
GalJtH1—層，然後再於其上形成摻雜_g)的 =層，疋Α·層，而得到雙異質(a。—-㈣型的發光元
InGaN^^^ 射^體=構成 即可得到具有順多重量子井層）的雷. iί ’在第1圖中，使GaN成長層3具備特定的厚度，然後， ϊγ开=層2與基板1之後，可得到μ基板。以相同的方i， I—層、A1GaN層、或InG遍層的方式，替代GaN 成長層3，分別得到不同的基板。 另外，就/9-Ga2〇3基板1的成長法而言，前文已說明使用 1362365. 法的方式，但除此之外，亦可使用Ej?g法（Edge-defined Film-fed Growth met^d)等其他的成長方式亦可。另外，就GaN系磊晶層 的成長法而言，已介紹了有機金屬氣相沈積磊晶法（M〇CVD)法， 但亦可使用脈衝雷射蒸鍍製程技術法(Pulsed Lase;r Deposition，PLD)等其他的成長方法。 此外本發明之半導體層並不限於發光元件，亦可適用於各 式各樣的半導體零件。 產業上利用性 根^本％月之半導體層，因為在* —半導體所組成之第 曰上由將第1層的氧原子之—部或全部以氮原子取代的方式 由；^需要透過緩衝層而具有高結晶性的GaN ί曰體所組成之第2層，因此當在第2層上形成GaN系 =曰“日7可使第2層與Gam晶層的光栅常數—致或是極為 近似’而獲得結晶品f高的Gam曰曰層。 【圖式簡單說明】 = 依據本發明的實施例1之半導體層之剖面圖。 二θ依據本發明的實施例1之半導體層之生產流程圖 圖糸,，、、員不習知的半等體詹之剖面圖。 【主要元件符號說明】 1〜/3-Ga2〇3基板 2〜GaN層 3〜GaN成長層 11〜Ah〇3基板 12〜A1N層 13〜GaN成長層

Claims (1)

1362365.
1. 一種半導體層，具備： 年 年 8 诗犯揭嫩全劃疮苟
一基板’其包括冷-Ga2〇3所組成的第一層，及GaN所組成的第 二層’且該第二層為該基板的表面；以及 GaN蟲晶層，成長於該基板之第二層上。 ^ a 2」如申請專利範圍第1項之半導體層，其中，GaN所組成的 §亥第二層係藉由對該基板的表面施以氮化處理而形成。
十一、圖式：
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