提供一种外延膜形成方法，使用该方法可以借助于溅射法生产由第III族氮化物半导体形成的+c-极性外延膜，还提供一种适用于该外延膜形成方法的真空处理设备。例如，溅射法用于在使用加热器(103)加热至任意温度的α-Al2O3基板(107)上外延生长第III族氮化物半导体薄膜。首先，α-Al2O3基板(107)以该α-Al2O3基板(107)离加热器(103)预定距离(d2)设置这样的方式设置在包括加热器(103)的基板保持器(99)上。接着，在α-Al2O3基板(107)距加热器(103)预定距离(d2)设置的情况下，第III族氮化物半导体薄膜的外延膜形成于α-Al2O3基板(107)上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及外延膜形成方法、真空处理设备、半导体发光元件制造方法、半导体发光元件和照明装置，特别地涉及能够形成高品质外延膜的外延膜形成方法和真空处理设备，以及使用该外延膜的半导体发光元件制造方法、半导体发光装置和照明装置。
技术介绍
第III族氮化物半导体是以任何为第IIIB族元素(下文中，简称为第III族元素)的铝(Al)原子、镓(Ga)原子和铟(In)原子和为第VB族元素(下文中，简称为第V族元素)的氮(N)原子的化合物，即氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)和氮化铟(InN)，以及其混合晶体(AlGaN、InGaN、InAlN和InGaAlN)的形式获得的化合物半导体材料。此类第III族氮 化物半导体是期望应用于以下方面的材料覆盖远紫外线范围-可见光范围-近红外范围的宽波长范围的光学元件如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、太阳能光伏电池(PVSC)和光电二极管(H))，以及高频率、高输出用途的电子元件如高电子迁移率晶体管(HEMT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MO SFET)。通常，为了实现如上所述的应用，有必要在单晶基板上外延生长第III族氮化物半导体薄膜，从而获得晶体缺陷少的高品质单晶膜(外延膜)。为获得这样的外延膜，最期望的是通过使用与外延膜相同的材料制成的基板来进行均匀外延生长。然而，由第III族氮化物半导体制成的单晶基板是极昂贵的，并且除了在一些应用中外迄今为止尚未利用过。反而，单晶膜通过在不同种类材料(主要是蓝宝石(a-Al2O3)或碳化硅(SiC))的基板上异质外延生长而获得。特别地，Ci-Al2O3基板是便宜的，并且大面积和高品质的那些是可得的。因而，Q-Al2O3基板用于在市场上可发现的几乎所有使用第III族氮化物半导体薄膜的LED中。同时，如上所述的第III族氮化物半导体薄膜的外延生长使用能够提供具有高品质和生产性的外延膜的有机金属化学气相沉积法(MOCVD)。然而，MOCVD具有诸如需要高生产成本并具有形成颗粒的趋势的问题，导致难以得到高产率。相比之下，溅射具有能够节省生产成本和具有形成颗粒的低可能性的特性。因此，如果形成第III族氮化物半导体薄膜的工艺的至少一部分可以用溅射取代，则可以解决至少部分以上问题。然而，通过溅射法制造的第III族氮化物半导体薄膜具有它们的晶体品质倾向于比通过MOCVD制造的那些差的问题。例如，NPLl公开了通过使用溅射法制造的第III族氮化物半导体薄膜的结晶性。根据NPLl的记载，C-轴取向的GaN膜通过使用射频磁控溅射而外延生长在a-Al2O3(OOOl)基板上，并且对GaN(0002)面X-射线摇摆曲线(XRC)测量的半高宽(FWHM)为35. I弧分(2106角秒)。该值与目前在市场上发现的a -Al2O3基板上的GaN膜相比是显著大的值，表明稍后将描述的倾斜镶嵌分布(mosaic spread)大且结晶品质差。换言之，为了采用溅射作为形成第III族氮化物半导体薄膜的工艺，必要的是减少由第III族氮化物半导体制成的外延膜的镶嵌分布以致能够得到高结晶品质。同时，存在将倾斜镶嵌分布(结晶取向沿垂直于基板的方向的偏移)和扭曲镶嵌分布(结晶取向沿面内方向的偏移)作为表明由第III族氮化物半导体制成的外延膜的结晶品质的指数。图10A-10D为由第III族氮化物半导体制成并沿C-轴方向外延生长在a -Al2O3 (0001)基板上的晶体的示意图。在图IOA-1OD中，附图标记901是a -Al2O3(OOOl)基板；902-911是由第III族氮化物半导体制成的晶体；cf是由第III族氮化物半导体制成的各晶体的c轴取向；cs是a -Al2O3(0001)基板的c轴取向；af是由第III族氮化物半导体制成的各晶体的a轴取向；和as是a -Al2O3(OOOl)基板的a轴取向。这里，图IOA为示出由第III族氮化物半导体制成的晶体如何形成同时具有倾斜镶嵌分布的鸟瞰图，图IOB示出部分晶体的截面结构。如从这些附图中可见的，由第III族氮化物半导体制成的各晶体902、903和904的c轴取向Cf基本上与基板的c轴取向Cs相平行，并且是沿与基板垂直的方向的最主要结晶取向。另一方面，形成由第III族氮化物半 导体制成的各晶体905和906以致其c轴取向Cf稍微偏离沿与基板垂直的方向的主要结晶取向。此外，图IOC为示出由第III族氮化物半导体制成的晶体如何形成同时具有扭曲镶嵌分布的鸟瞰图，和图IOD示出其平面图。如从这些附图中可见的，由第III族氮化物半导体制成的各晶体907、908和909的a轴取向af是沿面内方向的最主要结晶取向，因为它们相对于α-Α1203(0001)基板的a轴取向\的角度都大约为30°。另一方面，形成由第III族氮化物半导体制成的各晶体910和911以致其a轴取向af稍微偏离沿面内方向的主要结晶取向。如上所述从最主要结晶取向的偏离称为镶嵌分布。具体地，偏离沿与基板垂直的方向的结晶取向是指倾斜镶嵌分布，而偏离沿面内方向的结晶取向称为扭曲镶嵌分布。已知倾斜和扭曲镶嵌分布与在第III族氮化物半导体薄膜内形成的缺陷如螺旋位错(screwdislocation)和刃型位错(edge dislocation)的密度相关联。通过减少倾斜和扭曲镶嵌分布，减少了上述缺陷密度，因而使得更容易获得高品质第III族氮化物半导体薄膜。注意可以借助对平行于基板表面形成的特定具体晶面(对称面)或垂直于基板表面形成的特定晶面的XRC测量来获得衍射峰，通过检测所述衍射峰的FWHM来评价倾斜和扭曲镶嵌分布的水平。注意图10A-10D和上述描述意欲通过简单的概念化的方法来描述倾斜和扭曲镶嵌分布，并且不保证任何严密性(specificity)。例如，并不总是上述沿垂直于基板的方向的最主要结晶取向和上述沿面内方向的最主要结晶取向与a-Al2O3(OOOl)基板的c轴和a轴取向完全一致的情况。此外，并不总是形成如在图IOD中示出的两个晶体之间的间隙的情况。重要的是镶嵌分布表明偏离主要结晶取向的程度。同时，通常，第III族氮化物半导体薄膜包括如在图11中示出的+c极性生长型和-C极性生长型。已知优质的外延膜通过+C极性生长比通过-C极性生长更易于获得。因而，除了使用溅射作为形成第III族氮化物半导体薄膜的工艺之外，还期望获得+C极性外延膜。在本说明书中要注意的是，〃+c极性〃是对于AIN、GaN和InN分别意指Al极性、Ga极性和In极性的术语。此外，〃-c极性〃是意指N极性的术语。迄今为止，已经进行许多方法以获得优质的第III族氮化物半导体薄膜(参见PTLl 和 2)。PTLl公开了其中在第III族氮化物半导体薄膜(PTL1中的AlN)通过使用溅射法形成于基板上之前，使Q-Al2O3基板进行等离子处理以致第III族氮化物半导体薄膜能够实现高品质的方法，即特别地能够获得具有显著小的倾斜镶嵌分布的第III族氮化物半导体薄膜的方法。此外，PTL2公开了制造第III族氮化物半导体(PTL2中的第III族氮化物半导体)发光元件的方法，其中将由第III族氮化物半导体(PTL2中的第III族氮化物)制成的缓冲层(PTL2中的中间层)通过溅射法形成于基板上，然后将包括底层膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：醍醐佳明，石桥启次，
申请(专利权)人：佳能安内华股份有限公司，
类型：
国别省市：
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