铝氮化物层的制造方法与流程

本公开(disclosure)总体涉及铝氮化物层的制造方法(method ofmanufacturing an aluminum nitride layer)，尤其涉及制造无裂痕、晶体缺陷密度低的铝氮化物(aln)层的方法。如此制造的铝氮化物(aln)层乃至铝氮化物(aln)模板可用于含铝(al)半导体层的生长，具代表性地，可用于发光二极管(led)、激光二极管(ld)、高电子迁移率晶体管(hemt)、压电薄膜等的制造。特别是，可用于紫外线发光元件(uv led)、发射短波紫外线(uvc)或深紫外线(deep uv)的半导体元件。短波紫外线(uvc)或深紫外线(deepuv)通常是指200～340nm波长的光，根据情况，还指200～400nm波长的光。其中，半导体发光元件是指通过电子和空穴的复合产生光的半导体光元件，能够以iii族氮化物半导体发光元件为例。iii族氮化物半导体由alxgayin1-x-yn(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)组成的化合物形成，不排除包含其他元素。半导体发光元件可具有晶圆及芯片的形态。

背景技术：

1、在此，提供关于本公开的背景技术，它们不一定是指公知技术(this sectionprovides background information related to the present disclosure which isnot necessarily prior art)。

2、图1为示出美国授权专利公报us9627580号中提出的紫外线发光半导体元件的一个示例的图，半导体发光元件包括生长基板10(例如蓝宝石基板)、铝氮化物(aln)层20(例如高温(high temperature，ht)生长的aln)、第一半导体区域30(例如n型algan层)、通过电子和空穴的复合产生光的活性区域40(例如algan/algan mqws)、电子阻挡层50(electronblocking layer，例如p型algan)、第二半导体区域60(例如p型(al)gan)、第一欧姆电极70(例如cr/ni)、第一焊盘电极75(例如au)、电流扩散电极80(例如透光性电极(ito)或反射电极(al/ni))以及第二焊盘电极85(例如cr/ni/au或au)。图1示出的形态的半导体发光元件在将透光性材料用作电流扩散电极80，将第一焊盘电极75和第二焊盘电极85用作引线键合焊盘时，被称为水平芯片(lateral chip)，在将反射金属用作电流扩散电极80，将第一焊盘电极75和第二焊盘电极85用作倒装键合焊盘时，被称为倒装芯片(flip chip)。另一方面，去除生长基板10，并将第一焊盘电极75形成在去除了生长基板10的第一半导体区域60中时，被称为垂直芯片(vertical chip；例如美国授权专利第10263140号)。

3、在制造发射紫外线的半导体元件时，随着紫外线的波长变短，半导体区域30、40、50、60的铝(al)含量增加，相应地，从热膨胀系数和晶格常数的角度来看，使用铝氮化物(aln)基板作为生长基板10是理想的。然而，现实上，铝氮化物(aln)基板过于昂贵，而且不具备发光元件所需的透光性，因此在紫外线波长带中具有优秀透光性的作为铝氧化物(al2o3)单晶体的蓝宝石生长基板10的上部形成2微米(micronmeter)以上厚的aln层20，并将其用作铝氮化物模板(aln template)。为了制造这种铝氮化物模板，如果由蓝宝石生长基板10与ht-aln层20之间的晶格常数和热膨胀系数之差异引起的拉伸应力(tensilestress)不能得到适当的释放(relaxation)，则会在2微米以上厚的aln层20内部产生细微的微裂痕(crack)。通常在蓝宝石生长基板10上部，1100℃以上的高温下，形成生长基板的水平方向的二维生长方式(2d growth mode)的ht-aln层20，在此过程中，除能够经常观察到的各种晶体缺陷(crystalline defects；空位(vacancy)、位错(dislocation)、堆垛层错(stacking fault)、纳米管(nanopipe)、倒反畴(inversion domain))之外，发生裂痕现象，为解决此问题，适当结合沿生长基板10的垂直方向的三维生长方式(3d growth mode)的ht-aln层20形成工艺，并将释放拉伸应力的机制(mechanism)的多个空隙(air void)引入ht-aln层20内部或蓝宝石生长基板10之间的界面，以解决细微的微裂痕问题。但是，这种成膜工艺的ht-aln层20具有同时具备铝极性(al polarity)和氮极性(n polarity)的结晶性，特别是，具有粗糙表面的ht-aln层20，因此不仅对后续成膜的发光元件的活性层结晶质量，还对发光元件的可靠性(reliability)和寿命(lifetime)等质量(quality)也会产生负面影响。

4、论文(high quality aln epilayers grown on nitrided sapphire by metalorganic chemical vapor deposition，www.nature.com/scientificreports，published:21february2017)中提出了如下技术，即，在蓝宝石生长基板10上生长ht-aln层20之前，对生长基板10进行氮化处理(nitridation)，抑制ht-aln层20的具有氮极性的aln物质，并克服了蓝宝石生长基板10与ht-aln层20之间的晶格常数和热膨胀系数之差异的无裂痕(crack-freee)ht-aln模板的形成技术。氮化处理可通过如下方法进行，即，利用有机金属化学气相沉积法(mocvd)，在950℃温度下，使2400sccm的nh3流动7秒。ht-aln层20可在850℃以上的温度(例如1200℃)下生长。

5、通过应用这种方法，可以获得厚度达2～3μm的无裂痕aln模板，但目前ht-aln层20的穿透位错密度(threading dislocation density，tdd)达到109～1010cm-2，这仍然在铝极性的ht-aln层20母体(matrix)中混合有不规则分布和形态(dimension；大小和形态)的氮极性的aln物质区域，即，倒反畴(inversion domain，id)，两个极性的aln界面形成倒反畴界(inversion domain boundary，idb)，这就如上所述，不仅对后续成膜的发光元件的活性层结晶质量，还对发光元件的可靠性(reliability)和寿命(lifetime)等质量(quality)会产生极大影响。因此，需要最大限度地抑制ht-aln层20内氮极性的aln的技术。

技术实现思路

1、技术问题

2、对此，在“具体实施方式”的后部进行描述。

3、解决问题的方案

4、在此提供本公开的整体摘要(summary)，并且不应理解为本公开的外延限定于此(this section provides a general summary of the disclosure and is not acomprehensive disclosure of its full scope or all of its features)。

5、根据本公开的一个方面(according to one aspect of the presentdisclosure)，提供铝氮化物层的制造方法，该方法包括：准备生长基板的步骤；在生长基板上生长al1-v-wgavinwn(0≤v＜1，0≤w＜1，v+w＜1)层的步骤；将al1-v-wgavinwn(0≤v＜1，0≤w＜1，v+w＜1)层内的镓(ga)和铟(in)分解和蒸发，蚀刻成具有多个空穴的多孔性al1-v-wgavinwn(0≤v＜1，0≤w＜1，v+w＜1)层的步骤；将多孔性al1-v-wgavinwn(0≤v＜1，0≤w＜1，v+w＜1)层作为蚀刻掩膜以在生长基板形成多个空穴的步骤；以及在多孔性al1-v-wgavinwn(0≤v＜1，0≤w＜1，v+w＜1)层上生长aln层的步骤。

6、发明的效果

7、对此，在“具体实施方式”的后部进行描述。