以cvd及hvpe成長氮化鎵的方法

2023-04-23 18:33:11

專利名稱：以cvd及hvpe成長氮化鎵的方法
技術領域：
本發明涉及一種以CVD及HVPE成長氮化鎵的方法，尤指一種串聯高溫 的化學氣相沉積法(Chemical Vapor D印osition， CVD)及氫化物氣相磊晶 法(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)，利用 一奈米結構為新成核點， 進而成長厚膜的氮化鎵的方法。
背景技術：
一般現有的以化學氣相沉積法及氫化物氣相磊晶法以成長氮化鎵的環 境，將使用大量的氨氣(NH3)和氯化氫(HC1)，而由於氯化氫比氨氣有更 高的蝕刻率，故其表面容易被氯化氫腐蝕。
然而，以該法成長氮化鎵的過程過於繁瑣，不僅所獲得的氮化鎵過於單 薄，且若直接地在該氫化物氣相磊晶法裡增長氮化鎵，則在高溫下若使用鋁 酸鋰(LiA102)基板，其鋰原子將有分解擴散進入氮化鎵成核前的基板表面 的問題。
綜上分析而言，現有技術所成長的氮化鎵，於結構上容易有氯化氫堆 積，且又無法防止鋁酸鋰基板的鋰原子擴散進入氮化鎵結構，同時，所成長 的氮化鎵又過於單薄。故， 一般習用者無法符合使用者於實際使用時所需。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種以 CVD及HVPE成長氮化鎵的方法，利用高溫化學氣相沉積法成長一具奈米結 構的氮化鎵，再以該奈米結構的氮化鎵為新成核點，藉氫化物氣相磊晶法成 長一厚膜的氮化鎵。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是 一種以CVD及 HVPE成長氮化鎵的方法，採用一二段式反應爐，該方法至少包括下列步驟
a、 取一鋁酸鋰基板；
b、 將該鋁酸鋰基板送入該反應爐中，且將一鎵金屬加進一可移動的晶 舟中，在高溫下通入至少一氣體，利用該反應爐進行化學氣相沉積法，以在
該鋁酸鋰基板上沉積形成一具奈米結構的氮化鎵；以及C、利用該反應爐，以該具奈米結構的氮化鎵為新成核點，對該鋁酸鋰 基板進行氫化物氣相磊晶法，調整一溫度及該氣體的流速以成長一厚膜的氮 化鎵。
如此，利用高溫化學氣相沉積法成長一具奈米結構的氮化鎵，再以該奈 米結構的氮化鎵為新成核點，藉氫化物氣相磊晶法成長一厚膜的氮化鎵，能 有效改善以往在高溫下以鋁酸鋰為基板時，其鋰原子擴散進入氮化鎵間隙的 缺點。


圖1是本發明的製作流程示意圖。
圖2是本發明的鋁酸鋰基板結構示意圖。
圖3是本發明成長氮化鎵奈米柱的結構示意圖。
圖4是本發明成長厚膜氮化鎵的結構示意圖。
標號說明
步驟1 1 1 3 鋁酸鋰基板2 1
氮化鎵奈米柱2 1 1 薄膜氮化鎵2 1 具體實施例方式
請參閱圖1 圖4所示，分別為本發明的製作流程示意圖、本發明的鋁 酸鋰基板結構示意圖、本發明成長氮化鎵奈米柱的結構示意圖及本發明成長 厚膜氮化鎵的結構示意圖。如圖所示本發明為一種以CVD及HVPE成長氮
化鎵的方法，其至少包括下列步驟
步驟ll:取一鋁酸鋰(LiA102)基板及一反應爐如圖2所示，先選擇 一鋁酸鋰基板2 l及一反應爐(圖中未示)，其中，該鋁酸鋰基板2 l可進 一步為由藍寶石(Al2 03)、鎵酸鋰(Lithium Gallium 0xide， LiGa02)、矽 酸鋰(LithiumSilicon 0xide， Li2SiOA鍺酸鋰(Lithium Germanium 0xide， LiGe03)、鋁酸鈉(Sodium Aluminum Oxide, NaA102)、鍺酸鈉(Sodium Germanium Oxide， Na2Ge03)、矽酸鈉(Sodium Silicon Oxide, Na2Si03)、 磷酸鋰(Lithium Phosphor Oxide, Li3P04)、石申酸鋰(Lithium Arsenic Oxide, Li3As04)、釩酸鋰(Lithium Vanadium Oxide, Li具)、鍺酸鋰鎂(Lithium Magnesium Germanium Oxide, Li2MgGe04 )、 鍺酸鋰鋅 (Lithium Zinc
Germanium 0xide， Li2ZnGe04)、鍺酸鋰鎘(Lithium Cadmium Germanium Oxide: Li2CdGe04)、矽酸鋰鎂(Lithium Magnesium Silicon Oxide, Li2MgSi 04)、 矽酸鋰鋅(Lithium Zinc Silicon Oxide, Li2ZnSi04)、矽酸鋰鎘(Lithium Cadmium Silicon Oxide, Li2CdSi04 )、 鍺酸鈉鎂 (Sodium Magnesium Germanium Oxide, Na2MgGe04)、 鍺酸鈉鋅(Sodium Zinc Germanium Oxide, Na2ZnGe04)或矽酸鈉鋅(Sodium Zinc Silicon Oxide， Na2ZnSi04)所構成 的基板且該反應爐為一串聯化學氣相沉積法(Chemical Vapor D印osition， CVD)及氫化物氣相磊晶法(Hydride V即or Phase Epitaxy, HVPE)的二段 式反應爐；
步驟12:利用高溫化學氣相沉積法生成氮化鎵奈米柱(GaNnanorods): 如圖3所示，將該鋁酸鋰基板2 1置放於一座體上送入該反應爐體中，此時
利用該二段式反應爐體內的第一段化學氣相沉積法，在高溫下以一氨氣 (NH3)及一鎵(Ga)金屬作為氮(N)與鎵來源，並以一氮氣(N2)作為載 體氣體，將該鎵金屬加進一可移動的晶舟，而該氨氣則被引入一石英管穿過 一質量流率控制器，以進行一化學反應成長一氮化鎵奈米柱(GANnanorods) 2 11;以及
步驟13:以氫化物氣相磊晶法成長一厚膜的氮化鎵如圖4所示，將 已成長該氮化鎵奈米柱2 1 l的鋁酸鋰基板2 1，進行該二段式反應爐內的 第二段氫化物氣相磊晶法，以氮氣作為稀釋氣體，並於750 800° C時使該 鎵金屬與所通入的氯化氫(HC1)氣體反應以形成氯化鎵(GaCl)，並以該氮 化鎵奈米柱2 1 l為新成核點，於500 600° C間使該氯化鎵與氨氣在該鋁 酸鋰基板2 1上混合反應形成一薄膜氮化鎵2 1 2，再藉由調整溫度及所通 入氣體的流速以成長一厚膜的氮化鎵。
當本發明於運用時，首先將一鎵金屬加進一可移動的晶舟上，並將一鋁 酸鋰基板2 l置放在一座體上，於高溫下利用一反應爐對該鋁酸鋰基板2 1 進行化學氣相沉積法以成長一氮化鎵奈米柱2 1 1，其中，系以一線型氮化 硼(Boron Nitride, BN)管保護該反應爐體的石英管於成長期間免受汙染， 及減少在該氮化鎵奈米柱2 1 l和該鋁酸鋰基板2 l之間的界面自由能，且 該氮化鎵奈米柱211系經下列化學反應所生成
2Ga+2NH3"2GaN+3H2
接著，以該氮化鎵奈米柱2 1 l為新成核點，利用該反應爐體進行第 二段的氫化物氣相磊晶法，藉由下列化學反應
2Ga+2HC1^2GaCl + H2
GaCl + NH3"GaN+HCl + H2 直接增長氮化鎵在該新成核點上，之後，將該鋁酸鋰基板2 l轉移入一 預先加熱的區域並於室溫下緩慢地冷卻，藉由調整該鋁酸鋰基板2 1的溫 度，並由於該鋁酸鋰基板2 l與周圍之間具小溫度差異，因此可控制其成長 情況，如此可長成厚膜的氮化鎵。如是，藉由該二段式反應爐體具較弱的壓 電場，可使量子局限史塔克效應(Quantum Confined Stark Effect, QCSE) 變小，以有效改善在高溫下以鋁酸鋰為基板時，其鋰原子擴散進入氮化鎵間 隙的問題。
綜上所述，本發明為一種以CVD及HVPE成長氮化鎵的方法，可有效改 善習用的種種缺點，利用高溫化學氣相沉積法成長一具奈米結構的氮化鎵， 再以該奈米結構的氮化鎵為新成核點，藉氫化物氣相磊晶法成長厚膜的氮化 鎵，以有效改善在高溫下以鋁酸鋰為基板時，其鋰原子擴散進入氮化鎵間隙 的問題，進而使本發明能更進步、更實用、更符合使用者的所須，確已符合 發明專利申請的要件，依法提出專利申
權利要求
1、一種以CVD及HVPE成長氮化鎵的方法，採用一二段式反應爐，其特徵在於該方法至少包括下列步驟a、取一鋁酸鋰基板；b、將該鋁酸鋰基板送入該反應爐中，且將一鎵金屬加進一可移動的晶舟中，在高溫下通入至少一氣體，利用該反應爐進行化學氣相沉積法，以在該鋁酸鋰基板上沉積形成一具奈米結構的氮化鎵；以及c、利用該反應爐，以該具奈米結構的氮化鎵為新成核點，對該鋁酸鋰基板進行氫化物氣相磊晶法，調整一溫度及該氣體的流速以成長一厚膜的氮化鎵。
2、 根據權利要求l所述的以CVD及HVPE成長氮化鎵的方法，其特徵在 於所述基板進一步為藍寶石、鎵酸鋰、矽酸鋰、鍺酸鋰、鋁酸鈉、鍺酸鈉、 矽酸鈉、磷酸鋰、砷酸鋰、釩酸鋰、鍺酸鋰鎂、鍺酸鋰鋅、鍺酸鋰鎘、矽酸 鋰鎂、矽酸鋰鋅、矽酸鋰鎘、鍺酸鈉鎂、鍺酸鈉鋅或矽酸鈉鋅基板。
3、 根據權利要求1所述的以CVD及HVPE成長氮化鎵的方法，其特徵在 於所述具奈米結構的氮化鎵為一氮化鎵奈米柱。
全文摘要
本發明公開了一種以CVD及HVPE成長氮化鎵的方法，其由串聯化學氣相沉積法及氫化物氣相磊晶法的二段式反應爐，利用其第一段的高溫化學氣相沉積法成長具較好表面形態的氮化鎵奈米結構，再以該氮化鎵奈米結構為新成核點，藉由第二段的氫化物氣相磊晶法成長厚膜的氮化鎵。如是，藉由串聯後的反應爐有較弱的壓電場，可使量子局限史塔克效應較小，以有效改善以往在高溫下以鋁酸鋰為基板時，其鋰原子可能會擴散進入氮化鎵間隙的問題。
文檔編號C30B29/10GK101353818SQ20071013016
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月23日 優先權日2007年7月23日
發明者周明奇, 徐文慶 申請人:周明奇;中美矽晶製品股份有限公司