形成(111)取向的碳(C)掺杂的Si (111)外延膜的Si (111)基板等。
[0173]为了获得具有+c极性的第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜，一般且经常使用具有称作Si表面的基板表面的4H-SiC (0001)基板或6H-SiC (0001)基板以及具有称作Ga表面的基板表面的GaN(OOOl)基板等。上述具有Si表面和Ga表面的基板各自与第III族氮化物半导体薄膜和ZnO系半导体薄膜具有外延关系，以及还具有有能够控制第III族氮化物半导体薄膜和ZnO系半导体薄膜至+c极性的结晶信息的基板表面。出于该原因，这些基板的特征在于，在不使用能够控制第III族氮化物半导体薄膜和ZnO系半导体薄膜的极性的特定的膜形成技术的情况下，可容易获得具有+c极性的第III族氮化物半导体薄膜和ZnO系半导体薄膜。在此说明书中，与第III族氮化物半导体薄膜和ZnO系半导体薄膜具有外延关系，并且还具有能够控制第III族氮化物半导体薄膜和ZnO系半导体薄膜至+c极性的结晶信息的此类基板称作具有极性表面的基板。
[0174]在具有极性表面的此类基板上，甚至在不使用根据本发明的膜形成方法的情况下也可获得以高比例存在+C极性的具有相对高品质的第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜。然而，甚至在使用此类基板的情况下，使用根据本发明的膜形成方法也使得可以获得更加提高+c极性的统一度的具有高品质的第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜。
[0175]通过使用以上具有极性表面的基板，趋于获得第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜等作为几乎完全为+c极性的外延膜。然而，在一些情况下，在生长的初始阶段或其它阶段部分形成很少的具有-C极性的区域(下文中称作反转域区域(inverteddomain reg1n))。反转域可形成可以蔓延至以上薄膜表面的缺陷例如极性反转边界(polarity invers1n boundary)。换言之，使用根据本发明的膜形成方法进一步降低形成此类反转域的可能性，以及进一步抑制形成缺陷例如极性反转边界。因此，推断出甚至在使用具有极性表面的基板的情况下也可获得本发明的效果。
[0176]与第III族氮化物半导体薄膜与ZnO系半导体薄膜具有外延关系以及具有非极性表面或极性表面的该基板统称为通过使用用于外延生长的基板的术语。
[0177]本发明的主要特征在于集中在以下思想上:通过使用具有纤锌矿型结构的靶或者用于通过沉积形成具有纤锌矿型结构的靶的溅射法，在用于外延生长的基板上形成具有纤锌矿型晶体结构的第III族氮化物半导体薄膜和ZnO系半导体薄膜时，将高频偏置电力施加至偏置电极。以下是没有前例的技术思想:借助于将高频偏置电力施加至偏置电极，在基板的膜形成表面侧上产生鞘区域S的电场，以使得产生的电场对于从靶放出的氮化物分子的极化起作用从而控制其取向，从而利用该取向以获得具有+C极性和纤锌矿型晶体结构的第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜。需要说明的是，具有纤锌矿型结构的靶是例如A1N、GaN或ZnO等的具有纤锌矿型结构的靶，然而用于通过沉积形成具有纤锌矿型结构的膜的靶是例如Al、Ga或Zn等的金属靶，其在O2气和N 2气等反应性气体的存在下通过溅射在基板上形成具有纤锌矿型结构的膜。
[0178]此外，以下也是没有前例的技术思想:通过防止或降低由施加至靶电极的高频电力与施加至偏置电极的高频电力之间的干涉(即，频率干涉)引起的低频差拍，获得具有良好再现性的具有+C极性和纤锌矿型晶体结构的第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜。
[0179]此外，本发明人发现，将前述技术思想应用至使用图8所述的基板间隔载置保持件Illd的情况，对于获得具有+c极性的高品质外延膜也是有效的。图8说明基板间隔载置保持件Illd的局部截面的示意图。基板间隔载置保持件Illd能够以预定距离使基板804与基板保持件(例如，Illc)的基板载置面M离开配置。在图8中，附图标记802表示由绝缘体制成的基板支承部，附图标记803表示与基板支承部802 —体形成的载置部，附图标记P表不基板保持件Illc的基板相对面，附图标记dl表不基板支承部802与基板相对面P之间的间隙，以及附图标记d2表示基板804与基板相对面P之间的间隙。此外，基板间隔载置保持件Illd中的基板相对面P是与图4中的基板保持件Illc的基板载置面M相同的表面，但是该表面称作基板相对面P，这是因为配置于基板间隔载置保持件Illd中的基板804不与基板保持件Illc直接接触。
[0180]如图8所述，通过基板支承部802将基板804保持在其外周部，并且保持有介于基板804与基板相对面P之间的空间和介于基板支承部802与基板相对面P之间的空间。间隙dl的距离优选为0.4mm以上，间隙d2优选为0.5mm以上。此外，间隙dl和间隙d2优选为5mm以下，更优选为2mm以下。这是因为，特别是如果间隙d2设定得太宽，则在基板804与基板相对面P之间的空间中产生等离子体。通过设置具有如上所述适当距离的间隙dl和间隙d2，以及通过使用抑制高频干涉的根据本发明的膜形成方法，可获得具有+c极性的尚品质外延月旲。
[0181](实施例7)
[0182]作为第七实施例，将描述以下实施例，其中通过使用图8所述的基板间隔载置保持件Illd在a -Al2O3(OOOl)基板上形成AlN膜，此后通过MOCVD法形成未掺杂的GaN膜。更具体地，将描述如下实施例，其中通过在基板间隔载置保持件Illd中将高频偏置电力施加至共通电极(未示出)下使用溅射法在α-Α1203(0001)基板上形成AlN膜，此后将基板引入至MOCVD装置中以形成膜厚度为5 μ m的未掺杂的GaN膜。需要说明的是，在第七实施例中，除了使用图8所述的基板间隔载置保持件Illd以外，通过使用与第一实施例中的相同设备和条件形成AlN膜，以及通过与第二实施例的那些相同的膜形成方法和膜形成条件生长未掺杂的GaN膜。
[0183]通过CAICISS测量确定第七实施例中获得的AlN膜形成为具有+c极性的膜，还通过对称面和面内XRC测量确认形成为具有小的倾斜的镶嵌扩展和扭曲的镶嵌扩展的c轴取向外延膜。此外，当在以上AlN膜上生长未掺杂的GaN膜时，获得具有极其优异的结晶性的外延膜。第七实施例中获得的未掺杂的GaN膜具有比在通过使用溅射法而不将高频偏置电力施加至共通电极(未示出)在Ct-Al2O3(OOOl)基板上形成AlN膜后，通过MOCVD法生长的未掺杂的GaN膜更好的晶体品质。
[0184]此处，在如图8所述保持基板的外周部的情况下，优选使用用于基板支承部和载置部的材料的绝缘体。当使用导电性材料时，极性分布趋于在基板的外周部与基板的中心部之间变化。例如，可能引起在基板的中心部获得+c极性而基板的外周部具有混合极性的问题。此外，在靶配置于设备下侧而基板保持件配置于设备上侧的情况下，常用例如以下方法，其中通过基板支承部直接保持基板外周部，或者其中基板配置于具有开口部的托盘上并且通过开口部的外周部保持，以及膜形成于离开托盘开口部的基板的表面上。在这种情况下，还优选用于保持基板的基板支承部由绝缘体制成。
[0185]此外，为了通过溅射法在具有非极性表面的基板上形成具有+C极性的第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜，必须将根据本发明的膜形成方法应用于在基板上形成的至少第一层的膜形成。这是因为，如果不将根据本发明的膜形成方法应用于第一层的膜形成，则第一层可能具有混合极性或具有-C极性。如果-C极性混合于第一层中，则在后续的膜形成时难以获得具有+c极性的第III族氮化物半导体薄膜或ZnO系半导体薄膜。需要说明的是，第一层是直接形成于基板上的膜层且对应于图6中的缓冲层602。
【主权项】
1.一种外延膜形成方法，所述方法通过使用溅射法在基板上形成外延膜，所述方法包括: 将所述基板配置在设置有具有纤锌矿型结构的靶和用于通过成膜形成具有纤锌矿型结构的膜的靶的至少之一的容器中；将高频电力施加至连接所述靶的靶电极，并且以抑制施加的高频电力与施加的高频偏置电力之间的频率干涉的方式将高频偏置电力施加至支承所述基板的基板保持件；以及通过用由所述高频电力产生的等离子体溅射所述靶，在所述基板上形成所述外延膜。
2.根据权利要求1所述的外延膜形成方法，其中在将所述基板通过所述基板保持件加热至预定温度的同时形成膜。
3.根据权利要求1所述的外延膜形成方法，其中通过设定所述高频电力和所述高频偏置电力具有不同的频率而使所述频率干涉受到抑制来施加所述高频电力和所述高频偏置电力。
4.根据权利要求1所述的外延膜形成方法，其中通过设定所述高频电力和所述高频偏置电力具有相同的频率并且通过设定所述高频电力和所述高频偏置电力之间的相位差为约180°而使所述频率干涉受到抑制来施加所述高频电力和所述高频偏置电力。
5.根据权利要求1所述的外延膜形成方法，其中 所述基板保持件包括具有待施加具有第一极性的直流电压的第一电极和待施加具有与所述第一极性不同的第二极性的直流电压的第二电极的偏置电极，并且 以通过将所述直流电压施加至所述第一电极和所述第二电极使所述基板保持件静电吸附所述基板，以及将所述高频偏置电力施加至所述第一电极和所述第二电极的状态，在所述基板上形成所述外延膜。
6.根据权利要求1所述的外延膜形成方法，其中在施加所述高频电力之后并且在用由具有纤锌矿型结构的半导体制成的晶体层覆盖所述基板的膜形成表面之前，施加所述高频偏置电力。
7.一种半导体发光元件的制造方法，所述方法包括以下步骤: 通过根据权利要求1所述的外延膜形成方法形成所述半导体发光元件的缓冲层。
8.—种半导体发光元件，其中在基板上至少依次层压缓冲层、第III族氮化物半导体中间层、η型第III族氮化物半导体层、第III族氮化物半导体活性层、P型第III族氮化物半导体层和透光性电极，其中 通过根据权利要求1所述的外延膜形成方法制作所述缓冲层、所述第III族氮化物半导体中间层、所述η型第III族氮化物半导体层、所述第III族氮化物半导体活性层和所述P型第III族氮化物半导体层中的至少一层。
9.一种照明装置，其包括根据权利要求8所述的半导体发光元件。
10.一种溅射设备，用于执行根据权利要求1所述的外延膜形成方法，所述溅射设备包括: 电源； 靶电极，其上能够配置靶； 基板保持件，其上能够配置基板以面对所述靶电极并且包括加热器电极和偏置电极；以及 频率干涉抑制手段，当通过根据权利要求1所述的外延膜形成方法形成具有纤锌矿型结构的膜时，所述频率干涉抑制手段用于抑制施加至所述靶电极的高频电力与施加至所述偏置电极的高频偏置电力之间的频率干涉。
11.根据权利要求10所述的溅射设备，其中所述频率干涉抑制手段构造为设定所述高频电力和所述高频偏置电力具有不同的频率。
12.根据权利要求10所述的溅射设备，其中所述频率干涉抑制手段构造为设定所述高频电力和所述高频偏置电力具有相同的频率并设定所述高频电力和所述高频偏置电力之间的相位差为约180°。
13.根据权利要求10所述的溅射设备，其中 所述偏置电极具有待施加具有第一极性的直流电压的第一电极以及待施加具有与所述第一极性不同的第二极性的直流电压的第二电极， 所述电源构造为，在通过根据权利要求1所述的外延膜形成方法形成所述具有纤锌矿型结构的膜时，将直流电压施加至所述第一电极和所述第二电极以使所述基板保持件静电吸附所述基板，以及将所述高频偏置电力施加至所述第一电极和所述第二电极。
14.根据权利要求10所述的溅射设备，其中所述电源构造为，在通过根据权利要求1所述的外延膜形成方法形成所述具有纤锌矿型结构的膜时，在施加所述高频电力之后以及在用由具有纤锌矿型结构的半导体制成的晶体层覆盖所述基板的膜形成表面之前，将所述高频偏置电力施加至所述偏置电极。
【专利摘要】本发明的目的是提供外延膜形成方法，在该方法中通过溅射在α-Al2O3基板上外延生长高品质第Ⅲ族氮化物半导体薄膜。根据该外延膜形成方法，当在配置在设置有溅射装置(1)的偏置电极(103)和加热器电极(104)的基板保持件(111)上的α-Al2O3基板上形成第Ⅲ族氮化物半导体薄膜的外延膜时，在α-Al2O3基板通过加热器电极(104)保持在预定温度的状态下，将高频电力施加至靶电极(102)以及高频偏置电力施加至偏置电极(103)，进行所述施加以使得在高频电力与高频偏置电力之间不发生频率干涉。
【IPC分类】H01L21-203, H01L21-363, C23C14-08, H01L33-32, C23C14-34, C23C14-06
【公开号】CN104603913
【申请号】CN201380043537
【发明人】醍醐佳明
【申请人】佳能安内华股份有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年6月24日
【公告号】DE112013003237T5, US20150102371, WO2014002465A1