[发明专利]用于制造第Ⅲ族氮化物半导体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在通过溅射在图案化的蓝宝石衬底上形成AIN缓冲层之后通过MOCVD形成笫III族氮化物半导体的方法。 

背景技术

由于使用MOCVD在蓝宝石衬底上形成第III族氮化物半导体时蓝宝石的晶格常数与第III族氮化物半导体显著不同，所以在蓝宝石衬底和第III族氮化物半导体之间形成缓冲层来减少晶格失配，由此改善第III族氮化物半导体的结晶性。通常，缓冲层由通过MOCVD在低温下生长的AIN或GaN制成，但通过溅射形成缓冲层的技术也是已知的。 

在用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法中，第III族氮化物半导体层经由缓冲层形成在图案化的蓝宝石衬底上，由此提高光提取效率。 

日本公开特许公报(特开)第2010-10363号公开了在具有a面主表面的蓝宝石衬底的热处理之后，通过在氢气氛中在1000℃至1500℃的温度下进行干法蚀刻图案化为凹-凸图形，通过溅射在具有a面主表面的蓝宝石衬底上形成AIN层，以及通过MOCVD在缓冲层上形成第III族氮化物半导体。也公开了这样条件下的热处理允许第III族氮化物半导体的生长具有高的结晶性，甚至在被干法蚀刻损害的具有a面主表面的蓝宝石衬底上也是如此。 

然而，日本公开特许公报(特开)第2010-10363号公开的方法需要高温下的热处理过程，并且存在制造成本的问题。由于蓝宝石的a面和c面之间的原子排列不同，所以形成具有好的表面平坦性和结晶性的第III族氮化物半导体的热处理条件应当是不同的。然而，日本公开特许公报(特开)第2010-10363号仅仅公开了使用具有a面主表面的蓝宝石衬底的情况。没有描述使用具有c面主表面的蓝宝石衬底的情况下的热条件。 

发明内容

鉴于上述，本发明的一个目的是当在具有c面主表面的蓝宝石衬底上 通过溅射形成AIN缓冲层且在缓冲层上形成第III族氮化物半导体时改善第III族氮化物半导体的平坦性和结晶性。 

本发明的一个方面是一种用于制造第III族氮化物半导体的方法，其包括在蓝宝石衬底上通过溅射形成AIN缓冲层之后通过MOCVD生长第III族氮化物半导体，其中使用具有c面主表面和通过干法蚀刻图案化为凹形或凸形图形的表面的蓝宝石衬底，并且在氮气氛或氢气氛中在低于700℃的温度下对蓝宝石衬底进行热处理(退火)之后形成缓冲层。 

在形成缓冲层之前的热处理中，温度更优选地为500℃至700℃。由此，可进一步改善第III族氮化物半导体的表面平坦性和结晶性。温度进一步优选为500℃至600℃。 

在形成缓冲层之前，在500℃至700℃的温度范围内的热处理更优选在氮气氛中进行，原因是第III族氮化物半导体的表面平坦性比在氢气氛中更为改善。 

本发明中，缓冲层优选通过溅射形成在从200℃加热到700℃的蓝宝石衬底上。 

本发明的其它方面是用于制造第III族氮化物半导体的方法，包括在蓝宝石衬底上通过溅射形成AIN缓冲层之后通过MOCVD生长第III族氮化物半导体，其中使用具有c面主表面和通过干法蚀刻图案化为凹形或凸形图形的表面的蓝宝石衬底，通过溅射在200℃至低于700℃的温度下加热的蓝宝石衬底上形成缓冲层，并且在形成缓冲层之后至第III族氮化物半导体形成之前的时间期间将蓝宝石衬底保持在常温下。 

本文所使用的术语“常温”是指未进行加热或冷却得到的温度，例如，在0℃至40℃的范围内。 

本发明的另一方面是用于制造第III族氮化物半导体的方法，其包括在蓝宝石衬底上通过溅射形成AIN缓冲层之后通过MOCVD生长第III族氮化物半导体，其中使用具有c面主表面和通过干法蚀刻图案化为凹形或凸形图形的表面的蓝宝石衬底，并且在氮或氢气氛中在高于800℃且不高于1100℃的温度下对蓝宝石衬底进行热处理之后形成缓冲层。 

在形成缓冲层之前的热处理中，温度更优选为900℃至1100℃。由此，可进一步改善第III族氮化物半导体的表面平坦性和结晶性。温度进一步优选为900℃至1000℃。 

在形成缓冲层之前温度范围为800℃至1100℃的热处理更优选在氢气氛中进行，原因是第III族氮化物半导体的表面平坦性比在氮气氛中更 为改善。 

缓冲层优选通过溅射形成在从200℃加热到700℃的蓝宝石衬底上。 

可以使用磁控溅射、DC溅射、RF溅射、离子束溅射和ECR溅射来形成缓冲层。 

当通过干法蚀刻所蚀刻的区域大于未蚀刻区域(被掩模保护的区域)时本发明特别有效。