专利名称：供半导体光电元件磊晶用的半导体基板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体基板(semiconductor substrate),特别是一种供一半导体光电元件(semiconductor optoelectronic device)磊晶用的半导体基板。
背景技术：
半导体光电元件(例如，发光二极体、光侦测器)能广泛地使用于多种装置，例如，光学显示装置、交通号志、通讯装置以及照明装置。为了让半导体光电元件尽可能地确保较高的功能可靠性以及较低的能源消耗，因此对于半导体光电元件都要求其本身整体的光电效能。
在现有技术中，半导体光电元件的半导体材料层与基板之间可通过形成一缓冲层以改善半导体材料层的品质。到目前为止，氮化镓半导体光电元件(例如，发光二极体、光侦测器)的基板大多以蓝宝石基板为主，但是由于氮化镓半导体材料层与蓝宝石基板之间并无优良的晶格匹配(lattice match),致使氮化镓半导体材料
层的磊晶品质仍有待改善。因此，氮化镓半导体材料层与蓝宝石基板之间尚欠缺一理想的缓冲层以提高氮化镓半导体材料层的磊晶品质，从而进一步增加半导体光电元件的光电效能。
因此，本发明的主要目的在于提供一种供一半导体光电元件磊晶用的半导体基板，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种供一半导体光电元件磊晶用的半导体基板及其制造方法。
根据本发明的一具体实施例，该半导体光电元件包含一基板(substrate)以及一氮化物缓冲层(nitride-based buffer layer)。
该氮化物缓冲层通过一原子层沉积(atomic layer d印osition， ALD)制程、一电浆增强原子层沉积(plasma-enhanced ALD)制程或 一 电浆辅助原子层沉积(plasma-assisted ALD)制程形成于该基板的一上表面上，该氮化物缓冲层还能通过原子层沉积制程和一电浆增强原子层沉积制程或原子层沉积制程和电浆辅助原子层沉积制程的组合制程形成。该氮化物缓冲层提高该半导体光电元件中的一半导体材料层(semiconductor material layer)的磊晶品质。
根据本发明的另一具体实施例为一种制造供一半导体光电元件磊晶用的一半导体基板的方法。
该方法首先制备一基板。接着，通过一原子层沉积制程、 一电桨增强原子层沉积制程或一电浆辅助原子层沉积制程形成一氮化物缓冲层于该基板的一上表面上，该氮化物缓冲层还能通过原子层沉积制程和一电浆增强原子层沉积制程或原子层沉积制程和电浆辅助原子层沉积制程的组合制程形成。该氮化物缓冲层提高该半导体光电元件中的一半导体材料层的磊晶品质。
相比现有技术，根据本发明的半导体基板中的氮化物缓冲层在半导体光电元件中的半导体材料层(例如，氮化镓层)磊晶的过程中，可以辅助半导体材料层进行良好的磊晶，以提高半导体材料层的磊晶品质，进一步提升半导体光电元件的光电效能。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及
得到进一步的了解。
图1显示了根据本发明的一具体实施例的一半导体基板。图2A及图2B显示了根据本发明的另一具体实施例的制造一半导体基板的方法的截面视图。
具体实施例方式
请参阅图1，图1显示了根据本发明的一具体实施例的一半导体基板1。该半导体基板l可以供一半导体光电元件(例如，发光二极体、光侦测器)磊晶使用。
如图1所示，该半导体基板1包含一基板10及一氮化物缓冲层12。
在实际应用中，该基板10可以通过蓝宝石(sapphire)、硅(Si)、 SiC、 GaN、Zn0、 ScAlMg04、 YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia) 、 SrCu202、 LiGa02、 LiA102、GaAs或其他类似基材中的一种制成。
于一具体实施例中，该氮化物缓冲层12可以由氮化铝(A1N)形成，并且该缓冲层12的厚度可为10nm至500nm之间，但不以此为限。
该氮化物缓冲层12通过一原子层沉积制程、 一电浆增强原子层沉积制程或一电浆辅助原子层沉积制程形成于该基板10的一上表面100上，该氮化物缓冲层12还能通过原子层沉积制程和一电浆增强原子层沉积制程或原子层沉积制程和电浆辅助原子层沉积制程的组合制程形成。该氮化物缓冲层12能够辅助该半导体光电
5元件中的一半导体材料层磊晶。
于一具体实施例中，该半导体材料层可以由氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN) 和氮化铝镓(AlGaN)中的一种材料制成。
于此实施例中，该基板10由蓝宝石制成，该氮化物缓冲层12由氮化铝制成， 并且该半导体材料层由氮化镓制成。
由于氮化铝与氮化镓之间存在优良的晶格匹配，因此氮化铝缓冲层12可以辅 助由氮化镓制成的该半导体材料层的最底层进行磊晶。
于实际应用中，氮化铝的原料可以由一 AlCl3先驱物、一 A1(CH3)3先驱物、一 A1(CH3)2C1先驱物、一 A1(C2H5)3先驱物、一 ((CH3)3N)A1H3先驱物和一 ((CH3) 2 (C2H5) N) A1H3先驱物中的一种先驱物及一 NH3先驱物组成。
于一具体实施例中，氮化铝可以采用一 A1C13先驱物(precursor)与一 NH3先驱 物组成的原料形成，其中A1CL即为Al的来源，NH3为N的来源。
以沉积氮化铝缓冲层12为例，在一个原子层沉积的周期内的反应步骤可分成 四个部分
1. 利用载送气体将NH3分子导入反应腔体，NH3分子在进入腔体后会吸附于基 材表面，在基材表面形成单一层NH基，其曝气时间为0.1秒。
2. 通入载送气体将多余未吸附于基材的NH3分子抽走，其吹气时间为5秒。
3. 利用载送气体将AlCl3分子导入反应腔体中，与原本吸附在基材表面的单一 层NH2基在基材上反应形成单一层的A1N，副产物为有机分子，其曝气时间为0.1 秒。
4. 通入载送气体，带走多余的AlCl3分子以及反应产生的有机分子副产物，其 欢气时间为5秒。
其中载送气体可以采用高纯度的氩气或氮气。以上四个步骤称为一个原子层沉 积的周期。一个原子层沉积的周期可以在基材的全部表面上形成单一原子层厚度的 薄膜，此特性称为『自限成膜』(self-limiting),此特性使得原子层沉积在控制 薄膜厚度上的精准度可达一个原子层(one monolayer)。利用控制原子层沉积的周 期次数即可精准地控制A1N薄膜的厚度。
总结来说，本发明所采用的原子层沉积制程具有以下优点(l)可在原子等级 控制材料的形成；(2)可更精准地控制薄膜的厚度；(3)可大面积量产；(4)有优异 的均匀度(uniformity); (5)有优异的三维包覆性(conformality); (6)无孔洞结构； (7)缺陷密度小；以及(8)沉积温度低等制程优点。
于实际应用中，该氮化物缓冲层12的形成可以于一介于30(TC至120(TC之间 的制程温度下执行。该氮化物缓冲层12形成后，该氮化物缓冲层12可以进一步于 一介于40(TC至120(TC之间的退火温度下执行退火以提升该氮化物缓冲层12的品质。
请参阅图2A及图2B并配合参阅图1。图2A及图2B显示了根据本发明的另一 具体实施例的制造一半导体基板1的方法的截面视图。该半导体基板1可以供一半 导体光电元件(例如，发光二极体、光侦测器)磊晶使用。
首先，如图2A所示，该方法制备一基板IO。
接着，如图2B所示，该方法通过一原子层沉积制程、 一电浆增强原子层沉积 制程或一电浆辅助原子层沉积制程形成一氮化物缓冲层12于该基板10的一上表面 200上，该氮化物缓冲层12还能通过原子层沉积制程和一电浆增强原子层沉积制 程或原子层沉积制程和电浆辅助原子层沉积制程的组合制程形成。该氮化物缓冲层 12能够促进该半导体光电元件中的一半导体材料层的磊晶品质。
于一具体实施例中，该氮化物缓冲层12可以由氮化铝制成，但不以此为限。 相比现有技术，根据本发明的半导体基板中的氮化物缓冲层在半导体光电元件 中的半导体材料层(例如，氮化镓层)磊晶的过程中，可以辅助半导体材料层进行良 好的磊晶，以提高半导体材料层的磊晶品质，进一步提升半导体光电元件的光电效 能。
通过以上优选实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神， 而并非以上述所揭露的优选实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目 的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的 范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广 的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
权利要求
1.一种供一半导体光电元件磊晶用的半导体基板，该半导体基板包含一基板；以及一氮化物缓冲层，该氮化物缓冲层由一原子层沉积制程、一电浆增强原子层沉积制程或一电浆辅助原子层沉积制程形成于该基板的一上表面上，该缓冲层还能通过原子层沉积制程和一电浆增强原子层沉积制程或原子层沉积制程和电浆辅助原子层沉积制程的组合制程形成，其中该氮化物缓冲层提高该半导体光电元件中的半导体材料层的磊晶品质。
2. 如权利要求1所述的半导体基板，其特征在于，该氮化物缓冲层由氮化铝形成。
3. 如权利要求2所述的半导体基板，其特征在于，该氮化物缓冲层的厚度在10nm 至500nm之间。
4. 如权利要求2所述的半导体基板，其特征在于，该半导体材料层由氮化镓、 氮化铟镓及氮化铝镓中的其中一种材料制成。
5. 如权利要求2所述的半导体基板，其特征在于，该氮化物缓冲层的原料由一 AlCl3先驱物、一A1(CH3)3先驱物、一A1(CH3)2C1先驱物、一A1 ((:2仏)3先驱物、一 ((CH3) 3N) A1H3先驱物和一 ((CH3) 2 (C2H5) N) A1H3先驱物中的一种先驱物和一NH3先驱物 组成。
6. 如权利要求2所述的半导体基板，其特征在于，该氮化物缓冲层的形成在介 于300。C至1200。C之间的制程温度下执行。
7. 如权利要求6所述的半导体基板，其特征在于，该氮化物缓冲层在形成后， 进一步在一介于40(TC至120(TC之间的退火温度下执行退火。
8. 如权利要求4所述的半导体基板，其特征在于，该基板为一蓝宝石基板、一 Si基板、一SiC基板、一GaN基板、一 ZnO基板、一 ScAlMg(X基板、一 YSZ(Yttria-StabilizedZirconia)基板、一SrCu202基板、一LiGa02基板、一LiA102 基板、一GaAs基板中的其中一种基板。
9. 如权利要求8所述的半导体基板，其特征在于，该基板由蓝宝石制成，该氮 化物缓冲层系由氮化铝制成，并且该半导体材料层由氮化镓制成。
10. —种制造供一半导体光电元件磊晶用的一半导体基板的方法，该方法包含 下列步骤制备一基板；以及通过一原子层沈积制程、一电浆增强原子层沈积制程或一电浆辅助原子层沈积 制程形成一氮化物缓冲层于该基板的一上表面上，该氮化物缓冲层还能通过原子层沉积制程和一电浆增强原子层沉积制程或原子层沉积制程和电浆辅助原子层沉积 制程的组合制程形成，其中该氮化物缓冲层提高该半导体光电元件中的半导体材料层的磊晶品质o
11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，该氮化物缓冲层由氮化铝形成。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，该氮化物缓冲层的厚度在10nm至 500nra之间。
13. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，该半导体材料层系由选自由氮化 镓、氮化铟镓、及氮化铝镓所组成的一群组中的其一所制成。
14. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，该氮化物缓冲层的原料由一AlCl3 先驱物、一A1 (CH3) 3先驱物、一A1 (CH3) 2C1先驱物、一A1 (C2H5) 3先驱物、一 ((CH3) 3N) A1H3 先驱物和一 ((CH3) 2 (C2H5) N) A1H3先驱物中的一种先驱物和一NH3先驱物组成。
15. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，该氮化物缓冲层的形成在一介于 30(TC至120(TC之间的制程温度下执行。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，该氮化物缓冲层形成后，进一步 在一介于40(TC至120(TC之间的退火温度下执行退火。
17. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，该基板为一蓝宝石基板、一Si基 板、一SiC基板、一GaN基板、一ZnO基板、一ScAlMg04基板、一YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia)基板、一SrCii202基板、一LiGa02基板、一LiA102基板、一GaAs基板中的其 中一种基板。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，该基板由蓝宝石制成，该氮化物 缓冲层由氮化铝制成，并且该半导体材料层由氮化镓制成。
全文摘要
本发明公开了一种供一半导体光电元件磊晶用的半导体基板及其制造方法。根据本发明的半导体基板包含一基板及一氮化物缓冲层。该氮化物缓冲层由一原子层沉积制程、一电浆增强原子层沉积制程或一电浆辅助原子层沉积制程形成于该基板的一上表面上。该氮化物缓冲层提高该半导体光电元件中的一半导体材料层(semiconductor material layer)的磊晶品质。
文档编号H01L33/00GK101651174SQ20081014701
公开日2010年2月17日 申请日期2008年8月12日 优先权日2008年8月12日
发明者何思桦, 徐文庆, 陈敏璋 申请人:昆山中辰硅晶有限公司