專利名稱：制造氧化鎵基襯底的方法、發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于制造氧化鎵基襯底的方法、發(fā)光器件、以及用于制造發(fā)光器件的 方法。
背景技術(shù)：
氮化物半導(dǎo)體由于其高熱穩(wěn)定性和寬帶隙能而在光學(xué)器件和高功率電子器件研 發(fā)領(lǐng)域中引起人們的注意。特別地，使用氮化物半導(dǎo)體的藍(lán)色、綠色以及UV發(fā)光器件已經(jīng) 被商業(yè)化并且被廣泛地使用。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件包括氮化物半導(dǎo)體層，該氮化物半導(dǎo)體層被有機(jī)化學(xué)沉積 在作為相異的襯底的藍(lán)寶石襯底上方。藍(lán)寶石襯底具有電氣絕緣性。因此，為了將電壓施加給氮化物半導(dǎo)體層，需要部分 地蝕刻氮化物半導(dǎo)體層或者移除藍(lán)寶石襯底。根據(jù)電極層的位置，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件可以被分成橫向型氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 器件和垂直型氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。在橫向型氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的情況下，氮化物半導(dǎo)體層被形成在藍(lán)寶石襯底 上方，并且兩個(gè)電極層被形成以被布置在氮化物半導(dǎo)體層上方。在垂直型氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的情況下，氮化物半導(dǎo)體層被形成在藍(lán)寶石襯底 上方，藍(lán)寶石襯底與氮化物半導(dǎo)體層分離，并且兩個(gè)電極層被形成以分別被布置在氮化物 半導(dǎo)體層上和下面。同時(shí)，橫向型氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件需要移除氮化物半導(dǎo)體層的一部分以形成兩 個(gè)電極層，并且具有由于非均勻電流分布而降低發(fā)光特性的效率和可靠性的限制。此外，垂直型氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件需要具有分離的藍(lán)寶石襯底。因此，已經(jīng)對(duì)于垂直型半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行許多研究，特別地，對(duì)于由于導(dǎo)電襯底 的使用，導(dǎo)致不需要分離襯底的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件進(jìn)行了許多研究。

發(fā)明內(nèi)容
[技術(shù)問題]實(shí)施例提供用于制造氧化鎵基襯底的方法、發(fā)光器件、以及用于制造發(fā)光器件的 方法。實(shí)施例提供用于制造能夠形成高質(zhì)量氮化物半導(dǎo)體層的氧化鎵基襯底的方法、發(fā) 光器件、以及用于制造發(fā)光器件的方法。[技術(shù)方案]在實(shí)施例中，發(fā)光器件包括氧化鎵基襯底；氧化鎵基襯底上的氮氧化鎵基層；氮 氧化鎵基層上的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的有源層；以及有源層 上的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。在實(shí)施例中，用于制造氧化鎵基襯底的方法包括制備氧化鎵基襯底；并且在氧氣氛圍中對(duì)氧化鎵基襯底執(zhí)行熱處理。在實(shí)施例中，用于制造發(fā)光器件的方法包括制備氧化鎵基襯底；在氧化鎵基襯 底上形成氮氧化鎵基層；在氮氧化鎵基層上形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；在第一導(dǎo)電類型 半導(dǎo)體層上形成有源層；以及在有源層上形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。[有益效果]實(shí)施例能夠提供用于制造氧化鎵襯底的方法、發(fā)光器件、以及用于制造發(fā)光器件 的方法。實(shí)施例能夠提供用于制造能夠形成高質(zhì)量的氮化物半導(dǎo)體層的氧化鎵襯底的方 法、發(fā)光器件、以及用于制造發(fā)光器件的方法。


圖1是用于解釋根據(jù)實(shí)施例的用于制造氧化鎵基襯底的方法、通過用于制造發(fā)光 器件的方法制造的發(fā)光器件的截面圖。圖2是示出根據(jù)實(shí)施例的用于制造發(fā)光器件的方法的流程圖。圖3是用于解釋氧化鎵基襯底的表面劃痕的圖。圖4和圖5是用于解釋在具有劃痕的氧化鎵基襯底上的被生長(zhǎng)到IOOnm厚的氮化 鎵基層的表面的圖。圖6示出了在氧氣氛圍中對(duì)氧化鎵基襯底執(zhí)行熱處理之后的氧化鎵基襯底的表圖7示出在氧氣氛圍中已經(jīng)被熱處理的氧化鎵基襯底上的被生長(zhǎng)到IOOnm厚的氮 化鎵基層的表面。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將會(huì)詳細(xì)地參考本公開的實(shí)施例，在附圖中示出其示例。在實(shí)施例的描述中，將理解的是，當(dāng)層(或膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)被稱為在“另一” 層(或者膜)、區(qū)域、墊、或圖案“上”或“下”時(shí)，術(shù)語(yǔ)“上”和“下”包括“直接”和“間接”的 意義。此外，將會(huì)基于附圖給出關(guān)于在每層“上”和“下”的參考。在附圖中，為了描述的方便和清楚起見，每層的厚度或者尺寸被夸大、省略、或示 意性繪制。而且，每個(gè)元件的尺寸沒有完全反映真實(shí)尺寸。圖1是用于解釋根據(jù)實(shí)施例的用于制造氧化鎵基襯底的方法，和通過用于制造發(fā) 光器件的方法來制造的發(fā)光器件的截面圖。參考圖1，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層20、有源層30、以及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層40被 形成在氧化鎵基襯底10上。第一電極層50被布置在氧化鎵基襯底10下面，并且第二電極 層60被布置在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層40上。此外，氮氧化鎵基層11可以被形成在氧化鎵基襯底10和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層 20之間。氧化鎵基襯底10可以是由氧化鎵(Ga2O3)形成，并且可以由于雜質(zhì)摻雜而具有優(yōu) 秀的導(dǎo)電性。而且，氧化鎵基襯底10可以是由(InGa)203、(AWa) 203、或者(IniUGa) 203中的一個(gè)形成。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層20可以是η型半導(dǎo)體層。例如，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層20 可以是摻雜η型雜質(zhì)的氮化鎵(GaN)基層。而且，η型半導(dǎo)體層可以是由 hGaN、AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaN/GaN SPS(短 周期超晶格)、或者被摻雜η型雜質(zhì)的AWaN/AWaNSPS(短周期超晶格)中的一個(gè)形成。有源層30是如下的層，在其中，來自于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層20和第二導(dǎo)電類型 半導(dǎo)體層40的電子和空穴被復(fù)合以發(fā)射光。有源層30可以包括阻擋層和阱層。例如，有 源層30可以是氮化鎵層或者含銦的氮化鎵層。而且，有源層30可以是由hfeiN/feiN、hfeiN/lnfeiN、或者h(yuǎn)feiN/AlfeiN中的一個(gè) 形成。第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層40可以是ρ型半導(dǎo)體層。例如，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層40 可以是摻雜P型雜質(zhì)的氮化鎵基層。而且，ρ型半導(dǎo)體層可以是由 hGaN、AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaN/GaN SPS(短 周期超晶格)、或者摻雜η型雜質(zhì)的AWaN/AWaNSPS(短周期超晶格)中的一個(gè)形成。第一電極層50和第二電極層60可以是由諸如金屬的導(dǎo)電材料形成。圖1中所示的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)僅是示例性的，并本發(fā)明不限于此。在發(fā)光器件制 造中，在圖1沒有描述的另一半導(dǎo)體層可以進(jìn)一步被包括在圖1中所示的半導(dǎo)體層之間。例 如，η型半導(dǎo)體層可以進(jìn)一步被形成在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層40和第二電極層60之間。同時(shí)，在高溫下，氧化鎵是熱力學(xué)不穩(wěn)定的和容易受到機(jī)械力影響。氧化鎵的晶體結(jié)構(gòu)是單斜晶系，并且相對(duì)于特定的晶面，S卩，(100)平面和(001) 平面具有強(qiáng)大的解理(cleavage)特性。因此，當(dāng)以薄膜形式制造氧化鎵時(shí)，層被容易地被 分離，并且很難進(jìn)行表面處理。因此，根據(jù)實(shí)施例，通過氧化鎵基襯底10的表面處理，能夠在氧化鎵基襯底10上
生長(zhǎng)高質(zhì)量薄膜的氮化鎵基層。圖2是示出根據(jù)實(shí)施例的用于制造發(fā)光器件的方法的流程圖。參考圖2，制備氧化鎵基襯底IO(SlOO)。氧化鎵基襯底10可以是為了提高導(dǎo)電性 而摻雜了諸如硅(Si)的第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的氧化鎵基襯底。對(duì)氧化鎵基襯底10執(zhí)行濕法清潔，以移除殘留在氧化鎵基襯底10上的有機(jī)材料 或者無機(jī)材料。例如，在濕法清潔中，在有機(jī)清潔之后可以執(zhí)行酸洗。有機(jī)清潔是要通過使用丙酮和甲醇，從氧化鎵基襯底10移除外來材料，并且酸洗 是通過使用氟酸、硫酸、以及過氧化氫來移除以突出的形狀存在于氧化鎵基襯底10上的氧 化鎵顆粒。例如，作為有機(jī)清潔方法，氧化鎵基襯底10被浸入丙酮和甲醇中，執(zhí)行超聲波清 潔三分鐘，并且然后，通過脫離子水執(zhí)行超聲波清潔三分鐘。同時(shí)，通過將氧化鎵晶錠機(jī)械地切割成預(yù)定的尺寸，和在預(yù)定的晶體方向中進(jìn)行 切割來制造氧化鎵基襯底10。因此，在切割工藝期間對(duì)氧化鎵基襯底10的表面形成表面劃痕。圖3是用于解釋氧化鎵基襯底的表面劃痕的圖。從圖3中能夠看到，在氧化鎵基 襯底10中出現(xiàn)許多的表面劃痕15。
如果氮化鎵基層被形成在具有表面劃痕15的氧化鎵基襯底10上，那么不能夠獲 得高質(zhì)量的氮化鎵基層。通過濕法清潔不能移除此表面劃痕15。圖4和圖5是用于解釋在具有劃痕的氧化鎵基襯底上的被生長(zhǎng)到IOOnm厚的氮化 鎵基層23的表面的圖。圖4示出如下的氮化鎵基圖案21，所述氮化鎵基圖案21具有不同于它的外圍的狀 態(tài)，以及在氮化鎵基層23的表面上的突出形狀，并且圖5示出如下的氮化鎵基圖案22，因?yàn)?與其外圍相比較生長(zhǎng)率受到阻礙，所述氮化鎵基圖案22具有在氮化鎵基層23的表面上的 谷狀的凹陷的形狀。如圖4和圖5中所示，根據(jù)氧化鎵基襯底10的表面劃痕的形狀，確定氮化鎵基層 23的表面形狀。同時(shí)，為了在氧化鎵基襯底10上生長(zhǎng)高質(zhì)量的氮化鎵基層，需要移除氧化鎵基襯 底10的表面劃痕15。再次參考圖2，根據(jù)實(shí)施例，為了移除在氧化鎵基襯底10的表面上出現(xiàn)的表面劃 痕，在氧氣氛圍中對(duì)氧化鎵基襯底10執(zhí)行熱處理。即，將氧氣或者包含氧氣作為主要?dú)怏w的混合氣體注入到腔室，并且在 900-1400°C的溫度下對(duì)氧化鎵基襯底執(zhí)行熱處理三分鐘到三個(gè)小時(shí)。在這樣的情況下，當(dāng) 熱處理溫度高時(shí)，在較短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行熱處理。相反地，當(dāng)熱處理溫度低時(shí)，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi) 執(zhí)行熱處理。例如，根據(jù)在氧氣氛圍中執(zhí)行熱處理的方法，氧化鎵基襯底10被放入腔室中，并 且腔室的溫度被增加到1100°C，同時(shí)以5 Slm的流動(dòng)速率將高純度的氧氣提供到腔室，并 且然后，執(zhí)行高溫氧氣熱處理一個(gè)小時(shí)。對(duì)在氧氣氛圍中已經(jīng)熱處理的氧化鎵基襯底10再 次執(zhí)行濕法清潔。如果對(duì)氧化鎵基襯底10執(zhí)行熱處理，那么氧化鎵基襯底10的表面上的原子被熱 遷移到最熱力學(xué)穩(wěn)定的位置，使得表面原子被重新布置。因此，氧化鎵基襯底10的表面劃 痕15能夠被減少或者被消除。同時(shí)，因?yàn)檠趸壍娜埸c(diǎn)是1725°C，如果在高于1400°C的溫度下執(zhí)行熱處理，那 么氧化鎵基襯底10上的表面上的晶體原子被熱熔化和被蒸發(fā)，并且因此，氧化鎵基襯底10 的表面的特性被降低。如果在低于900°c的溫度執(zhí)行熱處理，那么因?yàn)檠趸壔r底10的 表面上的晶體原子的低移動(dòng)性，不能夠有效地減少或者消除表面劃痕15。圖6示出在氧氣氛圍中對(duì)氧化鎵基襯底執(zhí)行熱處理之后氧化鎵基襯底的表面。從圖6中能夠看到，當(dāng)在氧氣氛圍中對(duì)氧化鎵基襯底10執(zhí)行熱處理時(shí)，減少或者 消除了氧化鎵基襯底10的大多數(shù)表面劃痕15，并且僅殘留輕微的壓痕。圖7示出了已經(jīng)在氧氣氛圍中熱處理的氧化鎵基襯底上的被生長(zhǎng)到IOOnm的氮化 鎵基層的表面。與圖4和圖5進(jìn)行比較，氮化鎵基層23的表面上的由表面劃痕引起的大多數(shù)壓痕 被移除，并且輕微地殘留了氮化鎵基圖案21。再次參考圖2，在氧氣氛圍中對(duì)氧化鎵基襯底10執(zhí)行熱處理，并且然后，在氨氣氛 圍中對(duì)氧化鎵基襯底10選擇性地執(zhí)行高溫氮化處理(nitridation) (S120)。通過將氨氣、氨氣、和氧氣的混合氣體、或者氨氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w注入到腔室可以執(zhí)行高溫氮化工藝。通過高溫氮化工藝，氧氮化鎵基層11被形成在氧化鎵基襯底10上。氧氮化鎵基 層11可以用作稍后將會(huì)生長(zhǎng)的氮化鎵基層的緩沖層，并且使其能夠在氧化鎵基襯底10上 形成高質(zhì)量的氮化鎵基層。在這樣的情況下，通過將諸如硅烷的含硅的氣體提供給被注入到腔室的氣體，能 夠提高氧氮化稼基層11的導(dǎo)電性。然后，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層20被生長(zhǎng)在氧氮化稼基層11上(S130)，有源層30 被生長(zhǎng)在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層20上(S140)，并且第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層40被生長(zhǎng)在有 源層30上(S150)。例如，通過將三甲基鎵(TMGa)氣體、氨氣(NH3)、氮?dú)?N2)、以及含有諸如硅(Si) 的η型雜質(zhì)的硅烷(SiH4)氣體注入腔室，可以形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層20。此外，通過注入三甲基鎵(TMGa)氣體、氨氣(NH3)、氮?dú)鈵U)、以及三甲基銦(TMh) 氣體，可以以具有hGaN/GaN結(jié)構(gòu)的多量子阱結(jié)構(gòu)來形成有源層30。此外，通過將三甲基鎵(TMGa)氣體、氨氣(NH3)、氮?dú)?N2)、以及雙乙基環(huán)戊二烯鎂 (EtCp2Mg) (Mg(C2H5C5H4)J注入腔室，可以形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層40。第一電極層50被形成在氧化鎵基襯底10下面，第二電極60被形成在第二導(dǎo)電類 型半導(dǎo)體層40上。如上所述，根據(jù)實(shí)施例，通過氧化鎵基襯底10的表面處理，高質(zhì)量的氮化鎵基層 可以被生長(zhǎng)在氧化鎵基襯底10上。此外，通過在氧化鎵基襯底10的表面上形成氮氧化鎵基層11，高質(zhì)量的氮化鎵基 層可以被生長(zhǎng)在氧化鎵基襯底10上。此外，通過將雜質(zhì)注入氮氧化鎵基層11中，能夠進(jìn)一步提高氮氧化鎵基層11的導(dǎo) 電性。通過這些程序在具有導(dǎo)電性的襯底上形成氮化物半導(dǎo)體層，在沒有移除襯底的情 況下能夠制造垂直型發(fā)光器件。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例描述了實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出將落入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)的多個(gè)其它修改和實(shí)施例。更加 具體地，在本說明書、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的主題的組合布置的組成部件和/或 布置中，各種變化和修改都是可能的。除了組成部件和/或布置中的變化和修改之外，對(duì)于 本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，替代使用也將是顯而易見的。 工業(yè)應(yīng)用性
實(shí)施例能夠應(yīng)用到發(fā)光器件。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括 氧化鎵基襯底；所述氧化鎵基襯底上的氮氧化鎵基層； 所述氮氧化鎵基層上的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層； 所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的有源層；以及 所述有源層上的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，包括 所述氧化鎵基襯底下面的第一電極層；以及 所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的第二電極層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中，所述氮氧化鎵基層包括第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中，所述氧化鎵基襯底包含第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括包含η型雜 質(zhì)的氮化鎵基層，并且所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括包含P型雜質(zhì)的氮化鎵基層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中，所述有源層包括氮化鎵基層或者含銦的氮 化鎵基層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其中，所述氧化鎵基襯底的表面幾乎不具有劃痕。
8.一種用于制造氧化鎵基襯底的方法，所述方法包括 制備氧化鎵基襯底；以及在氧氣氛圍中對(duì)氧化鎵基襯底執(zhí)行熱處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括在氧氣氛圍中對(duì)所述氧化鎵基襯底執(zhí)行熱處理之 后，對(duì)所述氧化鎵基襯底執(zhí)行氮化工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括在氧氣氛圍中對(duì)所述氧化鎵基襯底執(zhí)行熱處理 之前，對(duì)所述氧化鎵基襯底執(zhí)行濕法清潔。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在氧氣氛圍中對(duì)所述氧化鎵基襯底執(zhí)行熱處理 包括在所述氧化鎵基襯底被放置的腔室中，引入氧氣或者包含氧氣的混合氣體；以及 在大約900°C至1400°C的溫度下執(zhí)行熱處理三分鐘至三個(gè)小時(shí)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，對(duì)所述氧化鎵基襯底執(zhí)行氮化工藝包括將氨 氣、氨氣和氧氣的混合氣體、或者氨氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w注入到所述氧化鎵基襯底被放置 的腔室中。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，對(duì)所述氧化鎵基襯底執(zhí)行氮化工藝包括注入包 含第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的氣體。
14.一種用于制造發(fā)光器件的方法，所述方法包括 制備氧化鎵基襯底；在所述氧化鎵基襯底上形成氮氧化鎵基層； 在所述氮氧化鎵基層上形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層； 在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成有源層；以及 在所述有源層上形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括在所述氧化鎵基襯底下面形成第一電極層；以及 在所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上形成第二電極層。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，制備所述氧化鎵基襯底包括在氧氣氛圍中對(duì) 所述氧化鎵基襯底執(zhí)行熱處理。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述氧化鎵基襯底包含第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述氮氧化鎵基層包含第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括包含η型雜質(zhì) 的氮化鎵基層，并且所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層包括包含P型雜質(zhì)的氮化鎵基層。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述有源層包括氮化鎵基層或者含銦的氮化 鎵基層。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造氧化鎵基襯底的方法、發(fā)光器件及其制造方法。發(fā)光器件包括氧化鎵基襯底；氧化鎵基襯底上的氮氧化鎵基層；氮氧化鎵基層上的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上的有源層；以及有源層上的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層。
文檔編號(hào)H01L33/12GK102124575SQ200980128346
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
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