成膜方法、半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法、半導(dǎo)體發(fā)光元件和照明裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種成膜方法、半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法、半導(dǎo)體發(fā)光元件和照明
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]金屬有機(jī)化合物氣相沉積(MOCVD)法已經(jīng)用于第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜的外延生長(zhǎng)，這是由于MOCVD法趨于獲得高生產(chǎn)性的原因。雖然通過(guò)MOCVD法生長(zhǎng)的傳統(tǒng)的第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜大部分為具有在19Cm 2量級(jí)的后半部分至10 1Ym 2量級(jí)的范圍內(nèi)的穿透位錯(cuò)密度的低品質(zhì)，但隨著近年來(lái)的技術(shù)開發(fā)的進(jìn)展，其高品質(zhì)的單晶膜已經(jīng)變得可獲得。例如，在現(xiàn)在市購(gòu)可得的藍(lán)色LED中，在具有平坦表面的藍(lán)寶石基板上的厚度為約5至10 μπι的第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜晶體生長(zhǎng)的情況下，穿透位錯(cuò)密度已經(jīng)成功地降低至約lX109cm2。與其它化合物半導(dǎo)體裝置相比，該穿透位錯(cuò)密度是明顯較大的值。然而，作為形成在具有平坦表面的藍(lán)寶石基板上并且用于藍(lán)色LED的第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜，該值表示非常良好的結(jié)晶性。
[0003]考慮未來(lái)裝置性能的進(jìn)一步改善，期望第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜實(shí)現(xiàn)穿透位錯(cuò)密度為約5 X 108cm 2，或甚至更期望其具有穿透位錯(cuò)密度為約I X 108cm 2。然而，在具有平坦表面的藍(lán)寶石基板上，難以使穿透位錯(cuò)密度降低至約5 X 108cm 2，并且甚至更難以使穿透位錯(cuò)密度進(jìn)一步降低至約lX10scm2。就這點(diǎn)而言，例如，通過(guò)使用在其表面上設(shè)置有凹凸的藍(lán)寶石基板和碳化硅基板的任何來(lái)降低穿透位錯(cuò)密度的方法現(xiàn)在正在研究中。然而，上述基板的使用可能導(dǎo)致基板成本增加的問(wèn)題。
[0004]與此同時(shí)，以下的其它方法現(xiàn)在正在研究中:通過(guò)在藍(lán)寶石基板上形成由AlN膜制成并且通過(guò)濺射法沉積的緩沖層，并且在其上通過(guò)MOCVD法形成由第III族氮化物半導(dǎo)體制成的底層，來(lái)獲得高品質(zhì)的第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜(例如，專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)I公開了:在由AlN膜制成的緩沖層中的小于1%的氧含量改善了藍(lán)寶石基板與緩沖層之間的晶格匹配性，改善了緩沖層的取向性，并因此改善了形成在緩沖層上的第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶性。專利文獻(xiàn)I也公開了:為了將具有良好的結(jié)晶性的底層(為根據(jù)專利文獻(xiàn)I的含有Ga的第III族氮化物半導(dǎo)體)形成于含有小于I %的氧的由AlN膜制成的緩沖層上，底層的膜厚度優(yōu)選設(shè)定在0.1至8 μ m的范圍內(nèi)，或從生產(chǎn)性的觀點(diǎn)，優(yōu)選設(shè)定在0.1至2μηι的范圍內(nèi)。
[0005]引用列表
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_N0.2011-82570

【發(fā)明內(nèi)容】

_8]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009]專利文獻(xiàn)I公開了具有良好的結(jié)晶性的底層可以通過(guò)以下來(lái)獲得:將由第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜制成的底層形成在由AlN膜制成并且含有小于I %的氧的緩沖層上，同時(shí)將底層的膜厚度設(shè)定在0.1至8 μπι的范圍內(nèi)。然而，沒(méi)有公開當(dāng)?shù)讓拥哪ず穸仍?.1至8 μπι的范圍內(nèi)時(shí)的底層的結(jié)晶性與膜厚度之間的關(guān)系。
[0010]根據(jù)本申請(qǐng)的發(fā)明人對(duì)專利文獻(xiàn)I中記載的發(fā)明進(jìn)行的驗(yàn)證測(cè)試，當(dāng)膜厚度是5μπι以上時(shí)，底層的結(jié)晶性優(yōu)異。這是由以下現(xiàn)象導(dǎo)致的結(jié)果:因?yàn)樵谒{(lán)寶石與緩沖層之間或在緩沖層與底層之間的界面處發(fā)生的位錯(cuò)在底層生長(zhǎng)時(shí)隨著膜厚度增加而彎曲，傳播至底層的表面的穿透位錯(cuò)密度降低。
[0011]同時(shí)，根據(jù)專利文獻(xiàn)1，高生產(chǎn)性可以通過(guò)以下來(lái)實(shí)現(xiàn):將由第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜制成的底層形成在含有小于I %的氧的由AlN膜制成的緩沖層上，并且將底層的膜厚度設(shè)定在0.1至2μπι的范圍內(nèi)。如上所述，根據(jù)本申請(qǐng)的發(fā)明人對(duì)專利文獻(xiàn)I中公開的發(fā)明進(jìn)行的驗(yàn)證測(cè)試，具有2 μ m的膜厚度的底層，在其穿透位錯(cuò)密度在I X 109cm 2附近時(shí)，具有良好的結(jié)晶性。然而，通過(guò)形成厚度為5 μπι以上的底層，可以實(shí)現(xiàn)穿透位錯(cuò)密度為約5X 108cm 2或甚至更小，以致可以獲得具有甚至更良好的結(jié)晶性的第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜。換言之，為了通過(guò)使用公開于專利文獻(xiàn)I中的技術(shù)，在穿透位錯(cuò)密度在約5X10scm2以下時(shí)，獲得具有優(yōu)異的結(jié)晶性的底層，底層的膜厚度需要為5 μπι以上。因此，存在與形成該底層需要的較長(zhǎng)時(shí)間有關(guān)的生產(chǎn)性明顯損失的問(wèn)題。
[0012]另外，記載于專利文獻(xiàn)I中的技術(shù)具有以下權(quán)衡的關(guān)系。具體地，雖然在AlN/藍(lán)寶石的界面處的晶格失配率可以降低，但另一方面，在GaN層(由第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜制成的底層)與AlN膜(緩沖層)之間的晶格失配率增加。由于該原因，根據(jù)記載于專利文獻(xiàn)I中的技術(shù)，雖然可以抑制由于緩沖層的取向無(wú)序而導(dǎo)致的底層的位錯(cuò)，但難以抑制在GaN/AIN的界面處由晶格失配導(dǎo)致的位錯(cuò)。為了解決在GaN/AIN的界面處由晶格失配導(dǎo)致的位錯(cuò)，底層的膜厚度需要增加至例如如上所述的5 μπι以上。換言之，僅通過(guò)使用記載于專利文獻(xiàn)I中的技術(shù)，難以將由第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜制成的底層保持為薄至如約2 μ m，并且難以同時(shí)保持底層的良好的穿透位錯(cuò)密度。
[0013]鑒于上述問(wèn)題做出本發(fā)明，并且其目的是提供一種成膜技術(shù)，其通過(guò)實(shí)現(xiàn)具有大約2 μπι的小的膜厚度的具有優(yōu)異的結(jié)晶性的底層而具有高的生產(chǎn)性。本發(fā)明的其它目的是提供一種成膜技術(shù)，其能夠形成具有良好的穿透位錯(cuò)密度的底層。
[0014]用于解決問(wèn)題的方案
[0015]作為銳意研究的結(jié)果，本申請(qǐng)的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn):要在形成于藍(lán)寶石基板上并且具有AlxGa1 ΧΝ(其中OSxS I)作為主相的緩沖層上形成的底層的結(jié)晶性可以通過(guò)將C等添加至緩沖層來(lái)改善，因此已經(jīng)完成了本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種成膜方法，其包括以下步驟:在由基板保持件保持的藍(lán)寶石基板上通過(guò)濺射法形成緩沖層。此處，所述緩沖層包括具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的外延膜，所述具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的外延膜通過(guò)將選自由C、S1、Ge、Mg、Zn、Mn和Cr組成的組的至少一種物質(zhì)添加至AlxGa1 ΧΝ(其中O < X < I)來(lái)制備。
[0017]通過(guò)將包括第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜的底層形成在通過(guò)上述成膜方法形成的緩沖層上，可以獲得具有與通過(guò)使用記載于專利文獻(xiàn)I中的技術(shù)形成的具有5 μπι以上的厚度的底層的結(jié)晶性同等的結(jié)晶性的底層。換言之，可以保持具有約2 μπι的厚度的底層的良好的結(jié)晶性。因此，可以以高的生產(chǎn)性獲得高品質(zhì)的第III族氮化物半導(dǎo)體薄膜。
[0018]在上述成膜方法中，更期望的是，所述基板保持件包括能夠?qū)⑺鏊{(lán)寶石基板加熱至期望的溫度的加熱器，以及在將所述藍(lán)寶石基板保持距所述基板保持件的基板相對(duì)面預(yù)定的距離處的狀態(tài)下，將所述緩沖層形成在所述藍(lán)寶石基板上。
[0019]同時(shí)，本發(fā)明的其它方面提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其包括以下步驟:在藍(lán)寶石基板上通過(guò)濺射法形成緩沖層，所述緩沖層包括具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的外延膜；在所述緩沖層上形成底層；并且在所述底層上形成發(fā)光層。此處，所述緩沖層通過(guò)上述成膜方法來(lái)形成。
[0020]發(fā)明的效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)膜厚度低于5 μπι或例如約2 μπι的具有優(yōu)異的結(jié)晶性的底層。因此，可以提供一種技術(shù)，其通過(guò)減少形成底層需要的時(shí)間而具有高生產(chǎn)性。此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種技術(shù)，其能夠形成具有良好的穿透位錯(cuò)密度的底層。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于緩沖層的成膜的濺射裝置的示例性構(gòu)成圖。
[0023]圖2Α是說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的緩沖層中的傾斜的鑲嵌擴(kuò)展的概念圖。
[0024]圖2Β是說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的緩沖層中的扭曲的鑲嵌擴(kuò)展的概念圖。
[0025]圖3Α是說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的緩沖層中的+c極性的概念圖。
[0026]圖3Β是說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的緩沖層中的-C極性的概念圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]組件和配置等僅構(gòu)成體現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)例，因此不會(huì)限制本