复合衬底、其制造方法与发光组件技术

一种复合衬底的制造方法，包含以下步骤：提供一衬底；交替地提供一含第三族元素前驱物与一含氮前驱物于该衬底上，以原子层沉积工艺及等离子体增强型原子层沉积工艺的其中之一在该衬底上形成一氮化物缓冲层；以及在温度300℃至1600℃的范围下对该氮化物缓冲层执行一退火步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域有关于一种复合衬底、其制造方法与发光组件，尤其涉及一种具有缓冲层的复合衬底、其制造方法与发光组件。
技术介绍
光电组件属于国内近年来的明星产业，半导体、发光二极管的产值高居世界前端，例如氮化镓系化合物半导体材料可应用于做为短波长发光组件的半导体材料而受到快速研发。氮化镓(GaN)系化合物半导体主要以蓝宝石单晶作为为衬底，于其上藉由金属有机化学气相沉积法(metal-organic chemical vapor deposition, M0CVD,又称为有机金属化学汽相淀积)或分子束鱼晶法(molecular beam epitaxy, MBE,又称为分子束外延)等方法而形成多层结构。具体而言，在蓝宝石衬底上先形成缓冲层，再依序垒晶成长η型GaN层、InGaN (氮化铟镓)发光层、P型GaN层的垒晶结构，即可制作出发光二极管。值得说明的是，垒晶结构与衬底之间的缓冲层可以改善垒晶结构的质量，进而提高半导体发光组件的发光效率。在现有技术中，缓冲层大多以金属有机化学气相沉积法所制作，例如将有机金属与一氮来源在前述衬底上反应以生长出氮化物半导体，但金属有机化学气相沉积法系属于高温工艺，故其工艺能源的消耗及设备的损耗相当大；另外，在实际的工艺中，金属有机化学气相沉积法较难成长氮化镓材质的缓冲层，也较难掌握氮化镓材质的缓冲层的质量，故对半导体发光组件的质量/特性造成影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种复合衬底的制造方法，其主要是将原子层沉积工艺/等离子体增强型原子层沉积工艺导入缓冲层的制作，并揭露最佳化的工艺条件，故在具体实施例中，本专利技术制作出良好质量的氮化物缓冲层，并可利用所述复合衬底制造特性较佳的半导体发光组件。本专利技术实施例系提供一种复合衬底的制造方法，包含以下步骤:提供一衬底；交替地提供一含第三族元素前驱物与一含氮前驱物于该衬底上，以原子层沉积工艺及等离子体增强型原子层沉积工艺的其中之一在该衬底上形成一氮化物缓冲层；以及在温度300°C至1600°C的范围下对该氮化物缓冲层执行一退火步骤。本专利技术实施例系提供一种复合衬底，其包括:一衬底及一沉积于该衬底的一表面上的氮化物缓冲层，其中氮化物缓冲层系以原子层沉积工艺及等离子体增强型原子层沉积工艺的其中之一所形成，之后经过一退火步骤处理所得。本专利技术实施例系提供一种发光组件，包含:一复合衬底,该复合衬底包括一衬底及一沉积于该衬底的一表面上的氮化物缓冲层，其中氮化物缓冲层系以原子层沉积工艺及等离子体增强型原子层沉积工艺的其中之一所形成， 之后经过一退火步骤处理所得；以及一形成于该复合衬底的该氮化物缓冲层上的垒晶结构。本专利技术具有以下有益的效果:本专利技术可利用原子层沉积工艺/等离子体增强型原子层沉积工艺的工艺特性，在低温下沉积氮化物以作为缓冲层，藉由原子层沉积工艺的自限成膜及逐层成长的方式沉积出高质量、高稳定性、高均匀性之氮化物薄膜，并应用衬底及氮化物缓冲层所构成的复合衬底制作半导体发光组件，进以提高半导体发光组件的特性。为使能更进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本专利技术加以限制。附图说明图1系显示本专利技术所述复合衬底的示意图。图2系显示本专利技术所述发光组件的示意图。图3系显示本专利技术所述三乙基镓的曝气时间与单一原子层沉积循环的成长速率的实验曲线。图4系显示本专利技术所述氢气流量与单一原子层沉积循环的成长速率的实验曲线。图5系显示本专利技术所述氨气流量与单一原子层沉积循环的成长速率的实验曲线。 图6A系显示本专利技术所述氮化镓缓冲层成长在(100)硅衬底上，衬底温度由200°C变化至500°C的沉积速率图。图6B系显示本专利技术所述氮化镓缓冲层成长在(111)硅衬底上，衬底温度由200°C变化至500°C的沉积速率图。图6C系显示本专利技术所述氮化镓缓冲层成长在蓝宝石衬底上，衬底温度由200°C变化至500°C的沉积速率图。图7A系显示本专利技术所述氮化镓缓冲层在(100)硅衬底上，衬底温度由200°C变化至500°C的低掠角X光绕射图。图7B系显示本专利技术所述氮化镓缓冲层在(111)硅衬底上，衬底温度由200°C变化至500°C的低掠角X光绕射图。图7C系显示本专利技术所述氮化镓缓冲层在蓝宝石衬底上，衬底温度由200°C变化至500°C的低掠角X光绕射图。图8A系显示本专利技术所述氮化镓缓冲层中镓的漫系光谱轨道的X-光光电子能谱图。图SB系显示本专利技术所述氮化镓缓冲层中氮的锐系光谱轨道的X-光光电子能谱图。主要组件符号说明 10、衬底；101、表面；11、氮化物缓冲层；12、垒晶结构； 121、第一型半导体层；122、发光层；123、第二型半导体层； 13、第一电极；14、第二电极。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术提供的复合衬底、其制造方法与发光组件的具体实施方式做详细说明。本专利技术所提出的复合衬底可以供一半导体组件，例如发光二极管、激光二极管、光侦测器进行垒晶之用，而本专利技术所提出的复合衬底的制造方法系采用低温工艺在衬底上形成缓冲层，而所形成的缓冲层本质上为多层原子层结构，其具有排列致密、均匀度高等的优点。请参考图1，本专利技术所提出的复合衬底的制造方法至少包括以下步骤: 步骤一:提供一衬底10。所述衬底10的材料可以是蓝宝石(sapphire)、硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、砷化镓(GaAs)、铝镁酸钪(ScAlMg04)、氧化铜锶(SrCu2O2 )、镓酸锂(LiGaO2 )、偏招酸锂(LiAlO2 )、氧化乾稳定氧化错(Yttria-StabilizedZirconia，YSZ)、玻璃或其它商用供垒晶用的衬底。步骤二:交替地提供一含第三族元素前驱物(precursor)与一含氮(N)前驱物于衬底10上，以原子层沉积(atomic layer deposition, ALD)工艺及等离子体增强型原子层沉积(plasma-enhanced atomic layer deposition, PEALD)工艺的其中之一，在衬底10上形成一氮化物缓冲层11。在此步骤中，主要是利用原子层沉积或等离子体增强型原子层沉积工艺，在衬底10的表面101上形成氮化物缓冲层11 ;其中原子层沉积工艺又可称做加热式原子层沉积工艺(thermal mode ALD),其主要利用热动能驱动前驱物进行化学反应；而等离子体增强型原子层沉积工艺则又称做等离子体辅助原子层沉积工艺(plasma-assisted atomic layer deposition),其主要导入等离子体作为化学反应的能量来源。但不论两者其中的差异，本专利技术主要利用原子层沉积或等离子体增强型原子层沉积工艺所提供的低温反应条件来节省能源消耗，并增进设备的妥善率；且利用原子层沉积工艺/等离子体增强型原子层沉积工艺的自限成膜(self-limiting growth)及逐层成长(layer-by-layer growth)的特点，使得原子层沉积工艺/等离子体增强型原子层沉积工艺可以在每次原子层沉积循环(ALD cycle)中，只成长单层原子层(monolayer),故可在大面积工艺中形成无孔洞结构且均匀度良好的薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合衬底的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：提供一衬底；交替地提供一含第三族元素前驱物与一含氮前驱物于该衬底上，以原子层沉积工艺及等离子体增强型原子层沉积工艺的其中之一在该衬底上形成一氮化物缓冲层；以及对该氮化物缓冲层执行一退火步骤。

【技术特征摘要】
2012.01.18 TW 1011019491.一种复合衬底的制造方法，其特征在于，包含以下步骤: 提供一衬底； 交替地提供一含第三族元素前驱物与一含氮前驱物于该衬底上，以原子层沉积工艺及等离子体增强型原子层沉积工艺的其中之一在该衬底上形成一氮化物缓冲层；以及 对该氮化物缓冲层执行一退火步骤。2.如权利要求1所述复合衬底的制造方法，其特征在于，该衬底系为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底、砷化镓衬底、铝镁酸钪衬底、氧化铜锶衬底、镓酸锂衬底、偏铝酸锂衬底、氧化钇稳定氧化锆衬底或玻璃衬底，在形成氮化物缓冲层的步骤中，系将该衬底加热至200°C至500°C的范围。3.如权利要求1所述复合衬底的制造方法，其特征在于，在交替地提供一含第三族元素前驱物与一含氮前驱物于该衬底上的步骤中，该第三族元素前驱物系为仲丁醇铝、溴化招、氣化招、乙醇二乙基招、二(乙基甲基氣基)招、二乙基招、二异丁基招、二甲基招、二 (二乙基氨基)铝或三(二甲基氨基)铝，该氮前驱物系为氨气、氨气等离子体或氮气与氢气等离子体。4.如权利要求1所述复合衬底的制造方法，其特征在于，在交替地提供一含第三族元素前驱物与一含氮前驱物于该衬底上的步骤中，该第三族元素前驱物系为三甲基镓、三乙基镓、三溴化镓、三氯化镓、三异丙基镓或三(二甲基酰氨基)镓，该氮前驱物系为氨气、氨气等离子体或氮气与氢气等离子体。5.如权利要求1所述复合衬底的制造方法，其特征在于，在交替地提供一含第三族元素前驱物与一含氮前驱物于该衬底上的步骤中，该第三族元素前驱物系为三甲基铟、乙酰丙酮铟、氯化亚铟、醋酸铟水合物、氯化铟或醋酸铟，该氮前驱物系为氨气、氨气等离子体或氮气与氢气等离子体。6.如权利要求1所述复合衬底的制造方法，其特征在于，该退火步骤系在温度300°C至1600°C的范围下对该氮化物缓冲层所执行。7.如权利要求1所述复合衬底的制造方法，其特征在于，该退火步骤系在温度400°C至1200°C的范围下对该氮化物缓冲层所执行。8.如权利要求3、4或5所述复合衬底的制造方法，其特征在于，在交替地提供一第三族元素前驱物与一氮前驱物于该衬底上的步骤中，通入氨气的流量系为15至45标况毫升每分。9.如权利要求8所述复合衬底的制造方法，其特征在于，在交替地提供一第三族元素前驱物与一氮前驱物于该衬底上的步骤中，进一步包括通入氢气，而通入氢气的流量系为大于O、小于10标况毫升每分。10.如权利要求8所述复合衬底的制造方法，其特征在于，在交替地提供一第三族元素前驱物与一氮前驱物于该衬底上的步骤中，该第三族元素前驱物的曝气时间系介于0.03至0.25秒之间。11.一种复合衬底，其包括: 一衬底及一沉积于该衬底的一表面上的氮化物缓冲层，其特征在于，氮化物缓冲层系以原子层沉积工艺及等离子体增强型原子层沉积工艺的其中之一所形成。12.如权利要求11所述复合衬底，其特征在于，该氮化物缓冲层系为一氮化铝层，其系交替地提供一含第三族元素前驱物与一含氮前驱物于该衬底上所沉积者，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏璋，林明志，徐文庆，
申请(专利权)人：陈敏璋，昆山中辰矽晶有限公司，
类型：发明
国别省市：