膜沉积第Ⅲ族氮化物如氮化镓的方法

专利名称：膜沉积第Ⅲ族氮化物如氮化镓的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车的控制元件，特别是一按钮，它包括至少 一个以电容为基础工作的、接触感应的按钮和一外壳，其中所述按钮在外壳中可推移地固定。
技术背景已知的是，设计具有电容元件的按键或者控制元件，使得在接触按 键时借助 一 电子评价装置能够选择和/或操纵一与该按键有关的功能。例如，在DE 203 11 127中说明一接触感应的以电容为基础的按键作为在电 脑系统或者电子设备上的输入可能性。在此，在一支撑板背面安装一个 用于以自发光的显示器为形式的按键表面的点照明装置，并且在正面设 置一电容的接触感应的输入可能性作为掩睫表面。另一接触感应的皿在EP 0 780 865中说明。描述一种具有通过电 容作用的感应的按键、用于通过一电绝缘的平板探测一元件的存在，其 中按键由一印刷电路板支撑，它基本上与所述板平行且与一在印刷电路 板上设置的电子测量电路电连接。所述电组件的一个电极由一由可导电 的材料构成的簧片构成，它具有一固定在印刷电路板上的底板。发明内容本发明的目的在于，提供一种在一控制元件中可移动固定的按钮， 它结构简单且可廉价地制造。另一目的在于，提供一种按钮，其电子触点接通不影响或者仅轻微影响按钮的触觉。本发明的目的由此实现，即一构成电容的电容器由一个在一面向使 用者的表面的内侧和/或外侧上施加的金属区域构成，该金属区域构成电 容器的一个电极，它在外壳内电接触。通过按钮的按本发明的结构实现闺8]图8是实施方案2的样品的阴极发光光谱图，其中(a)显示了在膜厚度 大的样品位置处的测量结果， 一个是在室温下获得的，另一个是在20K的 温度获得的，(b)显示了在室温下的测量结果的比较， 一个在膜厚度大的样 5品的位置处，另一个在膜厚度小的样品的位置处，并且(c)显示了在膜厚度 小的位置处，各个测量温度的测量结果。 [图9]图9是实施方案2的样品的横截面TEM照片，(a)显示了比例相对放 大的照片，并且(b)显示了比例相对縮小的照片。 io[

图10]图10是实施方案2的样品的横截面TEM照片，但是是在不同于图9 的样品位置处拍摄的。 闺11]图ll显示了x-射线衍射照片，(a)在图10的a-点拍摄，(b)在图10的 15b-点拍摄，(c)在图10的c-点拍摄，并且(d)图10的d-点拍摄。 闺12]图12是显示在根据参考实验2进行氮等离子体辐射后，在蓝宝石衬 底上各个点处的半带宽(co摆动曲线(lockingcurve))的图。 闺13]20 图13是显示在实施方案3中，在400摄氏度的衬底温度进行膜沉积处理的样品的极图的照片。 闺14]图14是显示图13的样品的光发射的测量结果的图。 [图15]25 图15是在实施方案3中，在350摄氏度的衬底温度进行膜沉积处理的样品的co-2e扫描衍射图。 闺16]图16是图15样品的二维X-射线衍射图。 闺17]30 图17(a)是显示通过改变参考实验3-1中的衬底温度和工艺气体，可以获得稳定放电的下限施加电压的测量结果的图，而图17(b)是显示在图17(a)的下限电压中的供应电流的图。闺18]图18是来自参考实验3-1中的放电空间的光发射的光谱图。 5闺19]图19显示了参考实验3-2的结果，(a)是在将没有被等离子体化的工 艺气体喷射到处于500摄氏度的衬底温度的衬底上的情况下，衬底表面的 显微照片，(b)是在(a)中的衬底温度为650摄氏度的情况下的显微照片，并 且(c)是与(b)中相同的样品的二维X-射线衍射图。10附图标记的描述
10.....膜沉积装置11.....反应器 15lla.....电极之间的放电空间12…,.室13.....上热电极14.....下接地电极15.....加热器 20 20....气体进料系统21.....N2罐22.....N2罐进料通路23.....主质量流量控制器(主MFC)V22.....节流阀 2524.....载体进料通路25.....载体质量流量控制器(载体MFC)V24.....节流阀26.....恒温槽27.....TMG添加通路 30V27.....节流阀28.....N2进料通路和TMG添加通路之间的汇合部 29.....共同进料通路 V29.....开口控制阀 30…"电源 541.....出口通路 V41.....开口控制阀 40.....旋转泵 42.....吹扫通路 43.....排气通路 io44.....涡轮分子泵 V42.....节流阀 50.....光谱分析仪 90.....蓝宝石衬底15实施本发明的最佳方式
本发明应用于通过CVD方法将第III族氮化物如GaN、 AlGaN、 A1N 或InN膜沉积在衬底上的技术。在此实施方案中，在由c-面蓝宝石或a-面蓝宝石(Al203)组成的衬底上 20膜沉积GaN。
使用N2作为第V族材料。
例如，将TMG用作第ni族材料。25 在io至iooooo的范围内选择v/ni比率。
以由V/III比率限定的量将作为第III族材料的TMG添加到作为第V 族材料的N2中。作为该添加手段，可以采用使用N2的鼓泡法。将如此得 到的由N2和TMG的混合气体组成的工艺气体引入到等离子态空间中。这 30样做，N2被分解并且获得N自由基等。据估计，不仅N2而且TMG也被分解，结果，产生Ga自由基、Ga离子等这样的活性物种。含有这些活性 物种的等离子体气体与蓝宝石衬底接触，从而可以生长GaN层。将更加详细地描述此实施方案。
5 图1显示了用于进行本发明方法的直接型常压氮等离子体CVD装置10的一个实例。CVD装置10包括反应器11和用于将反应气体进料到反 应器ll的气体进料系统20。
反应器11包括室12， 一对电极13, 14和加热器15。室12内部的空 io间11a充满纯氮气(N2)。将室12内部的氮气压力设置在约40kPa。
电极13, 14对和加热器15被封装在室12中。电极13, 14对以垂直相对的关系安置，因此它们构成平行板状电极。 上电极13连接至电源30，因此它构成热电极。下电极14在电学上是接地 15的，因此它构成接地电极。热电极13的下表面和接地电极14的上表面分 别设有固体电介质层(未示出)。每个固体电介质层的厚度优选为约lmm。 至少一个电极可以设有固体电介质层。
电源30输出双极脉冲波形的，Vpp = 500V，约30kHz频率的电压。 20电源30的电压波形、电压、频率等不限于上述的那些，而是在需要时可 以改变它们。通过由电源30供应到电极13的电压，在电极13, 14对之间形成电场， 并且极间空间lla用作放电空间。
25 将由c-面蓝宝石或a-面蓝宝石组成的衬底90安置在接地电极14上表面上的中心部分，该衬底90是进行处理的对象。接地电极14还用作其上 放置衬底90的基底。
在上下电极13, 14的固体电介质层的表面之间形成的间隙为例如1 30mm，衬底90的厚度为例如0.5 mm，并且在热电极13的固体电介质层的下表面和衬底90的上表面之间形成的间隙为例如0.5 mm。这些尺寸在需 要时可以改变。在接地电极14的上表面中可以形成用于接纳衬底90的浅槽。
5 将加热器15安置在接地电极14的下面。可以将加热器15嵌入在接地电极14内部。由加热器15加热接地电极14，并且通过该接地电极14 加热衬底90。优选将衬底90加热到约650摄氏度。
反应器11用的气体进料系统20用以下所述方式构成。 io N2进料通路22从第V族材料N2罐21伸出。N2进料通路22设有主质量流量控制器23 (以下称作"主MFC")和节流阔V22，它们是从上游依次安置的。
载体进料通路24从在主MFC23上游侧的N2进料通路22分支。载体 15进料通路24设有载体质量流量控制器25 (以下称作"载体MFC")和节流阀 V24,它们是从上游依次安置的。载体进料通路24的下游端插入恒温槽 26内部并在那里开口。
将作为第III族材料的TMG储存在恒温槽26中。恒温槽26将TMG 20的温度保持在例如O摄氏度。附带说明，TMG在常压下的沸点为55.7摄 氏度并且熔点为-15.9摄氏度。恒温槽26内的O摄氏度的TMG处于液相。 载体进料通路24的下游端开口位于恒温槽26内的TMG的液面之下。
TMG添加通路27从恒温槽26内的TMG的液相之上伸出。TMG添 25加通路27设有节流阀V27。TMG添加通路27的下游端与位于节流阀V22 下游的&进料通路22汇合。
共同进料通路29从&进料通路22和TMG添加通路27之间的汇合 部28伸出。共同进料通路29设有开口控制阀V29。共同进料通路29的 30下游端插入反应器11的室12内部，并且以面对极间空间lla的一端的方式开口。
出口通路41从极间空间lla的另一端伸出。出口通路41设有开口控 制阀V41。将旋转泵40连接至出口通路41的下游端。 5 吹扫通路28从汇合部28伸出并且连接至旋转泵40。排气通路43从反应器11的室12伸出并且通过涡轮分子泵44连接至 旋转泵40。
由此构造的常压氮等离子体CVD装置10以如下方式使用。 io 通过打幵吹扫通路42，预先吹扫气体进料系统20的内部。在吹扫操作后，由节流阀V42关闭吹扫通路42。将反应器11的室12内的空气通过涡轮分子泵44排出，并且将N2从 N2罐21供应到室12中，使得室12的内部充满纯氮。将室12的氮气压力 保持在处于接近常压的40 kPa。 15 因此，不再必需产生高真空，从而不再需要大型真空设施。
将蓝宝石衬底90设置在接地电极14的中心部分。通过加热器15将 该衬底90加热到650摄氏度。
20 然后，使N2从N2罐21流到N2进料通路22中。将部分N2分流到载体进料通路24。 N2进料通路22的N2流速由主MFC 23控制，而载体进料 通路24的N2流速由载体MFC 25控制。N2进料通路22的N2 (不包括分 流到载体进料通路24的部分)的流速为例如200 sccm至500 sccm，而载体 进料通路24的N2流速为例如0.5 sccm至1 sccm。25
将载体进料通路24的N2吹入恒温槽26的液相TMG中。结果，TMG 起泡并且蒸发。TMG的蒸发量取决于载体进料通路24中的N2流速。因 为TMG在恒温槽26中被冷却到0摄氏度，因而没有通过鼓泡而蒸发的蒸 发量几乎可以忽略，因此可以恰当地控制蒸发量。 30
由于线圈块5放置在一对彼此相对且分开的I型芯定位部分le的中间，所以I型芯定位部分le防止线圈块轴向松动。此外，I型芯3 的下表面接触第一 O型芯2的上表面。接下来，第二0型芯6从上面叠放在线圈块5的I型芯3上，从 而第二0型芯6接触I型芯3，并形成闭合的磁路。这样，由于芯固定 部分lg的上部部分位于第二 O型芯6的窗口 6a中，可以防止第二 O 型芯6位置偏移和松动。图3和图4分别示出了装配后的变压器的透视图和中心纵向截面 图。通过将带子T缠绕在周围可以防止元件松动。可选地，如图5中所示，可以通过采用从芯固定部分lg的端部向 第二 0型芯延伸出的粘合物来防止向上方向的松动。可选地，如图6和图7中所示，可以在芯固定区域lg的端部形成 勾爪lg'，从而在第二O型芯按压合适后，勾爪lg，防止向上方向的 松动。,此外，线圈4的引线被适当地折入到端子7，并通过焊接连接到块 7，焊接技术为本领域所熟知，在此没有详细描述。 第二实施例图8示出了根据本发明的第二实施例。根据该实施例，变压器包 括端子L型针的7A并设置成使得第一 O型芯2、第二 O型芯6和线 圈块5相对于端子块1从上面和下面叠放。此外革新了第一 O型芯2 和线圈块5等的装配以实现薄型变压器。即，适当数量的L型端子7A被安放在形成于端子块1两端的端子 部分lb中。L型端子7A的弯曲部分安放在端子部分lb和端部7a以 从端子部分lb的外表面折起引线凸起。从端子部分lb'的底面安装其 它端7b。第一 O型固定部分包括凹部lc'，其形成于在两端连接端子部分 lb，的连接部分lc的底部。第一 O型固定部分的形状包括适于在端子块1下面容纳第一 O型 芯2的凹部lc'。形状基本上与线圈块5相同的窗口 lf形成于端子块1中，而线圈 块5放置于该窗口 lf中。此外，线圈块5配置为与上述实施例中相似。并且排出。
加热衬底卯所需的温度仅为约650摄氏度。与使用氨的常规膜沉积 方法中采用的1000摄氏度相比，该衬底温度相当低，因此可以简化高温 5 设施。另外，不需要解毒设施。该方法还可以应用于具有低耐热性这样的 衬底，因此可以扩展衬底的选择范围。其应用能力扩展到由高分子材料组 成的这样的衬底如柔性膜。
根据常压氮等离子体CVD装置10， N2进料通路22的N2流速可由主 io MFC 23控制，而载体进料通路24的N2流速并且由此TMG的添加量可由 载体MFC25控制。因此，通过两个MFC23，25，可以控制蓝宝石衬底卯 上的V/III比率，从而使得可以选择GaN的晶体结构。也就是说，通过设置使得在蓝宝石衬底90上的V/III比率在约10000 至100000范围内，可以在衬底90上外延生长GaN。通过设置使得V/III 15比率在约10至1000范围内，可以获得多晶GaN。优选将反应时的衬底温度设置在约400摄氏度以上以获得外延晶体， 并且优选在约300摄氏度以上以获得多晶。
本发明不限于上述实施方案。 20 代替c-面或a-面蓝宝石衬底，可以将ZnO、 SiC、 GaAs等用作衬底。合适的衬底相对于要获得的膜的晶格失配小。优选晶格失配百分比小，例 如为约0至20%。附带说明，c-面蓝宝石和GaN之间的晶格失配百分比为 16%。
25 代替TMG，可以将TEG、 QUG或l-MPG用作Ga材料。而且，可以将TCG、 DMEGA等用作Ga材料。在将TEG、 QUG或l-MPG用作Ga材料的情况下，可使衬底温度范 围的下限比使用TMG的情况降低约100摄氏度。在外延晶体是要获得的 物质的情况下，可使衬底温度至约300摄氏度以上，并且在多晶是要获得30的物质的情况下，可使衬底温度至约200摄氏度以上。
在工艺气体(N2 + TMG)从放电空间lla的一端流动到蓝宝石衬底90 所处的中心部分的过程中TMG被消耗的情况下，考虑到上述消耗量，可 以控制初始V/III比率，使得刚好在衬底90上可以获得所需的V/III比率。 5 可以这样安排，通过调节工艺气体(N2 + TMG)被引入到放电空间lla的时间至工艺气体到达衬底90上的时间的长度，使得刚好在衬底卯上可 以获得所需的V/III比率。还可以这样安排，通过控制放电空间lla中的气体流量，使得V/III 比率在衬底90上的任何位置基本上恒定。 io 在除V/III比率处于所需范围内的位置外的任何其它位置，可以将掩膜应用在衬底90上。
代替预先将N2与TMG混合并且将混合物引到电极之间，可以将N2 和TMG分别经由单独的路径引到电极之间。 15 作为等离子体辐射结构，可以采用所谓的远程系统，其中将衬底安置在等离子体空间的外部。在此情况下，可以进行这样的安排，使得只有 N2在电极之间通过并且喷射到衬底上，而将TMG单独喷射到衬底上。实施方案1 20
现在将描述一个实施方案。然而，应当指出，本发明不限于此实施方案。使用图1的装置10，在以下条件下进行膜沉积处理。25 N2进料通路22的N2流速300 sccm载体进料通路24的N2流速1 sccm衬底C-面蓝宝石 衬底温度650摄氏度 处理压力40kPa30 电压模式双极脉冲波充电电压Vpp = 500V 频率30 kHz 生长时间30min5
将通过此实施方案1的处理获得的样品按照X-射线衍射方法进行 co-2e扫描分析。结果，如图2所示，证实了来自GaN的0002面的衍射。 此外，根据极图方法分析上述样品。结果，证实了归因于GaN单晶的六 方晶系结构的6倍对称性。由上述，证实了在蓝宝石衬底上、在0001方 io 向上外延生长GaN膜。
[参考实验1-1]在图l的装置10中，通过光谱分析仪50分析来自极间空间lla的光 发射。将衬底温度(Tsub)设置在650摄氏度并且只将氮进料到极间空间 15 lla。结果，如图4所示出现归因于氮的第二正系统的峰并且证实了氮等 离子体的产生。据证实，由于等离子体是常压等离子体，在比减压等离子 体的情况(414 nm = 2.997 eV)高的高能侧等于或小于337 nm的第二正区域 中出现主峰。图4中虚线框围绕的插图是覆盖从350 nm到400 nm的波长的部分的 20放大图。证实没有对膜造成损伤的离子物种的峰(390nm)。
使用单独的光谱分析仪，在以下条件下分析来自极间空间lla的光发射。25处理压力(氮气常压)40kPa士2kPa 进料气体只有氮气，400sccm 衬底温度室温30 结果示于图5中。如左下方放大比例的图所示，在对应氮离子的391nm波长处没有出现峰，因而证实没有氮离子。另一方面，如右下方放大 比例的图所示，在对应氮自由基的822 nm波长处出现峰，因而证实氮自 由基的存在。5 实施方案2
作为实施方案2，使用具有与图1相同构造的装置，在以下条件下进 行膜沉积处理。io N2进料通路22的N2流速400 sccm载体进料通路24的N2流速0.5 ccm衬底c-面蓝宝石衬底温度650摄氏度处理压力40kPa士2kPa 15 频率30 kHz生长时间30min
图6显示了通过实施方案2的处理获得的样品的二维X-射线衍射图。 中心处的白色点是c-面蓝宝石的图像。在其右侧，证实了显示外延GaN 20 的图像。
此外，测量了实施方案2中获得的样品的光致发光光谱。测量条件如下。25 激发光源HeCd激光器(325 nm)滤光器370 nm 激光器功率3mW 测量波长350 nm至700nm 测量温度在5K至300K范围内的IO个点如图7所示，证实了 GaN能带边缘处的光发射。在室温条件下也证 实了该GaN能带边缘处的光发射。测量温度变得越低，光谱变得越尖锐。
而且，在c-面蓝宝石衬底和GaN层之间的界面处证实了估计为AlGaN 5的层。图8显示了实施方案2的样品的阴极发光光谱。将束能量设置在5 keV。如图8(a)所示，在非常低的测量温度(②20K)下，在对应GaN能带 边缘的3.4eV附近出现尖峰。在使测量温度为室温(⑨R,T.)时，该峰移动 到3.7 eV附近。这可归因于来自在膜中深度处除GaN外的物质的光发射 io 的效应。由光发射能量等判断，估计该物质是AlGaN。
图8(b)下侧的光谱是图8(a)在室温下的峰周围的光谱的放大图。对膜 厚度小于图8(a)的测量点的样品的点进行阴极发光测量。结果，如图8(b) 上侧光谱所示，该峰略微移动到高能侧。可以认为，AlGaN的光发射在膜 15厚度小的点变得更加占优势。
阴极发光在侵入深度方面大于光致发光，因而适合用于分析在该深度 的AIGaN层。另一方面，光致发光适合用于只分析GaN层，该GaN层是 表面层并且不受AlGaN层影响。
25 用透射电子显微镜观察上述样品的横截面。结果，如图9(a)和9(b)所示，在蓝宝石衬底和GaN膜之间观察到黑色界面层，推测其是AlGaN。 界面层的厚度在约2 nm至3 nm范围内。
拍摄上述样品的X-射线衍射图(图11)。如图10所示，拍摄点是在直 30线上的多个点a至d,该直线跨越将蓝宝石衬底和GaN膜之间的界面夹在之间的两侧。在图10中，蓝宝石衬底和GaN膜之间的界面是右上对角线 形式的。拍摄点b通常位于该界面上。界面的上侧(拍摄点a侧)是GaN膜， 界面的下侧(拍摄点c、 d侧)是蓝宝石衬底。
5 图ll(a)是拍摄点a的衍射图，图ll(b)是拍摄点b的衍射图，图ll(c)是拍摄点c的衍射图，并且图ll(d)是拍摄点d的衍射图。据证实，在拍摄 点a，获得单晶衍射图像并且GaN是外延生长的。拍摄点b的衍射图与拍 摄点a的衍射图不同。由此证实，在界面层处产生了不同于GaN的晶体。 据估计该界面晶体AlGaN。 io
据证实，在蓝宝石衬底内、接近界面的一侧上的拍摄点c处，与比拍 摄点c深的拍摄点d相比，图像略微模糊，并且结晶度降低。推测这是因 为拍摄点c在形成GaN膜时暴露于等离子体而发生的。
is [参考实验2]为了参考，仅将氮气引入到极间空间lla中并且产生氮等离子体。将 该氮等离子体直接辐射到蓝宝石衬底的中心部分。之后，测量蓝宝石衬底 的co摆动曲线。
20 结果示于图12中。图12中的斜线部分是在衬底中心部分直接暴露于氮等离子体的区域，即，直接等离子体区域。斜线部分的左右外侧是没有 直接辐射等离子体的远程等离子体区域。据证实，在直接等离子体区域的 半带宽大于远程等离子体区域的半带宽，并且结晶度下降。可以认为通过结晶度降低的牺牲，蓝宝石衬底含有的Al有助于在界25面上的AlGaN层的产生。实施方案3
在实施方案3中，将衬底温度设置在400摄氏度，低于实施方案l和 302的衬底温度(650摄氏度)，并且进行膜沉积处理。其它处理条件如下。处理压力40kPa土2kPa N2进料通路22的N2流速400 sccm 载体进料通路24的N2流速0.5 sccm 5 生长时间30min衬底c-面蓝宝石
图13显示了通过上述处理获得的样品的极图。出现6倍对称性，尽 io管清晰度与650摄氏度的情况(图3)相比不均匀。测量了该样品的光发射。 结果，如图14所示，在外延GaN的能带边缘(波长360nm)附近观察到缓 和的梯度。籍此，证实在400摄氏度的衬底温度也可以外延生长GaN。据证实， 考虑到结晶度，优选将衬底温度设置在约650摄氏度。 15
此外，在350摄氏度的衬底温度进行膜沉积处理，其它所有条件保持 与上述400摄氏度的情况相同。将处理后的衬底co-29扫描。结果，如图 15所示，出现了来自GaN的0002面的衍射峰，尽管其与650摄氏度衬底 温度的情况(图2)相比相当模糊。此外，拍摄了二维X-射线衍射图。结果， 20 如图16所示，出现GaN晶体的图像，尽管其与650摄氏度衬底温度的情 况(图6)相比是不清楚的。籍此，证实即使衬底温度为约350摄氏度，也可以获得GaN的膜沉积。
25 [参考实验3-1]为了参考，测量了衬底温度、施加电压和电流之间的关系。测量条件 如下处理压力(氮气常压)40kPa士2kPa 30 N2进料通路22的N2流速400 sccm衬底C-面蓝宝石准备了载体进料通路24的N2流速的两种情况，0.5 sccm和0 sccm。 在N2流速为0.5 sccm的情况下，引入到等离子体空间lla中的工艺气体 5是氮气和TMG的混合气体(N2 + TMG)。在N2流速为0 sccm的情况下， 工艺气体仅是氮气。对于每个衬底温度，测量了电极13, 14之间的放电处于稳定状态时的 下限电压和在施加电压时供应给电极B的供应电流。
io 在工艺气体仅是氮气的情况下，如图17(a)所示，衬底温度越高，可获得稳定放电的施加电压越低。另一方面，如图17(b)所示，无论衬底温 度如何，供应电流保持通常恒定的值。
在工艺气体是是氮气和TMG的混合气体(N2 + TMG)的情况下，如图 15 17(a)所示，在衬底温度处于室温至300摄氏度附近的范围内时，随着温度 的升高，获得稳定放电的施加电压越低，但是在衬底温度高于300摄氏度 附近时，所需的电压变得几乎恒定。此外，如图17(b)所示，在衬底温度 处于200至300摄氏度附近时，供应电流变得最小，并且随着衬底温度进 一步升高，供应电流也进一步增大。 20
分析了在放电时来自等离子体空间lla的光发射。结果示于图18中。 在工艺气体是氮气和TMG的混合气体(N2 + TMG)并且衬底温度为650摄氏度的情况下，在403 nm和417 nm波长处证实Ga自由基的产生。
25 另一方面，在工艺气体是氮气和TMG的混合气体(N2 + TMG)并且衬底温度是室温(@ R.T.)的情况下，几乎无法证实表示Ga自由基的产生的 403 nm和417 nm波长的峰。相反，出现对应碳化氮(CN)的415nm和419nm波长的峰。显然，考 虑到在工艺气体仅是氮气的情况下不出现415nm和419nm波长的峰的事30实，碳化氮(nitrogencarbonate)是由TMG分解产生的。
由上述变得清楚的是，即使在室温，TMG也被等离子体分解，但是 为了进一步使Ga自由基化，要求一定的温度。
据认为，如果温度低，等离子体的能量大多被消耗用于TMG的分解， 5并且没有保持足以使Ga自由基化的能量。相反，如果衬底温度升高到一 定程度，由于该热量而发生TMG的分解，因此可以有足够的等离子体能 量分配用于Ga的自由基化。
在图17(b)中工艺气体为N2 + TMG的情况下，电流在300摄氏度附近 io达到拐点，然后向上至右侧。由上述可估计，等离子体能量的分配作用发 生在温度高于300摄氏度附近的区域。因此，在将TMG用作第III族材料 的情况下，优选将衬底温度的下限设置在约300摄氏度。
TEG、 QUG、 l-MPG等即使在比TMG低约IOO摄氏度的温度也可热 分解。因此，在将它们用作第III族材料的情况下，可以将衬底温度的下 15 限设置在200摄氏度附近。
停止在电极13, 14之间施加电压，并且将没有被等离子体化的工艺气 体(氮气和TMG的混合气体)喷射到衬底上。观察衬底表面。如图19(a)和 2019(b)所示，在500摄氏度以上的衬底温度证实Ga小滴。如图19(c)的二维 X-射线衍射图所示，即使在650摄氏度的衬底温度，也证实没有GaN的 产生。
结果，变得清楚的是，如果使衬底温度达到高温，TMG可能热分解， 但是为了产生GaN，这是不足够的，并且为了产生GaN，需要Ga的活化
25如氮等离子体和氮化方法。
工业适用性
本发明可应用于用于制造半导体元件例如光发射元件和高频元件的
30 技术。
权利要求
1、一种在衬底上生长第III族氮化物的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤通过在处于接近常压的氮气氛下，在一对电极之间施加电场，形成放电空间；和使引入所述放电空间的氮和含有第III族金属的金属化合物接触所述衬底，以使V/III比率在10至100000的范围内。
2、 一种在衬底上生长氮化镓的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤通过在处于接近常压的氮气氛下，在一对电极之间施加电场，形成放 电空间；禾口使引入所述放电空间的氮和含镓化合物接触所述衬底，以使V/III比 15率在10至100000的范围内。
3、 一种在c-面或a-面蓝宝石衬底上外延生长氮化镓的方法，其特征 在于所述方法包括以下步骤通过在处于接近常压的氮气氛下，在一对电极之间施加电场，形成放 电空间；禾口20 使引入所述放电空间的氮和含镓化合物接触所述衬底，以使V/III比率在10000至100000范围内。
4、 一种在含铝衬底上生长氮化铝镓的方法，其特征在于所述方法包 括以下步骤通过在处于接近常压的氮气氛下，在一对电极之间施加电场，形成放25 电空间；禾口使引入所述放电空间的氮和含镓化合物接触所述含铝衬底，以使V/III比率在10至100000的范围内。
5、 根据权利要求4所述的膜沉积方法，其中所述含铝衬底是蓝宝石 衬底。
6、权利要求2 5之一所述的膜沉积方法，其中所述含镓化合物选自由三甲基镓、三乙基镓、奎宁环镓烷和1-甲基吡咯烷镓烷组成的组。
7、 根据权利要求1 6之一所述的膜沉积方法，其特征在于所述方法 还包括使所述衬底的温度处于500摄氏度至700摄氏度的范围内。
8、 根据权利要求2、 4或5所述的膜沉积方法，其中所述含镓化合物是 5三甲基镓，并且该方法还包括使所述衬底的温度处于300摄氏度至700摄氏度范围内的步骤。
9、 根据权利要求3 5之一所述的膜沉积方法，其中所述含镓化合物 是三甲基镓，并且该方法还包括使所述衬底的温度处于400摄氏度至700摄 氏度范围内的步骤。
10、根据权利要求2、 4或5所述的膜沉积方法，其中所述含镓化合物是三乙基镓、奎宁环镓垸或l-甲基吡咯烷镓烷，并且该方法还包括使所述 衬底的温度处于200摄氏度至700摄氏度范围内的步骤。
11、 根据权利要求3 5之一所述的膜沉积方法，其中所述含镓化合物 是三乙基镓、奎宁环镓垸或l-甲基吡咯烷镓烷，并且该方法还包括使所述15 衬底的温度处于300摄氏度至700摄氏度范围内的步骤。
12、 根据权利要求1 11之一所述的膜沉积方法，其中所述常压在40 kPa至100 kPa的范围内。
全文摘要
通过使用常压等离子体形成第III族氮化物如GaN的薄膜。将反应室(12)充满在约40kPa的接近常压下的纯氮。将c-面蓝宝石衬底(90)置于电极(14)上。通过加热器(15)使衬底温度达到650℃。在电极(13，14)之间施加电场以形成放电空间(11a)。在气体进料系统(20)中，将少量三甲基镓加到N2中，将生成物进料到放电空间(11a)中并且使其与蓝宝石衬底(90)接触。使衬底(90)上的V/III比率处于10-100,000的范围内。
文档编号C23C16/34GK101233602SQ20068002793
公开日2008年7月30日 申请日期2006年8月3日 优先权日2005年8月5日
发明者上原刚, 知京丰裕, 长田贵弘 申请人:积水化学工业株式会社