[發明專利]在藍寶石圖形襯底上制備無應力GaN厚膜的方法

無效

• 申請號: 200910235335.0
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN102034693A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 胡強;段瑞飛;魏同波;楊建坤;霍自強;曾一平
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/311;H01L21/306
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及一種在藍寶石圖形襯底上制備無應力GaN厚膜的方法。

背景技術

GaN是繼第一代以硅為代表的半導體材料和第二代以砷化鎵為代表的半導體材料之后，迅速發展起來的第三代半導體材料。GaN具有直接能帶結構，禁帶寬度為3.4eV，還具有熱導率高、電子飽和漂移速率大、擊穿場強高、介電常數小等特性。因此在藍、綠光和紫外光發光二極管(LED)、短波長激光二極管(LD)、紫外探測器和功率電子器件等多個領域都有廣泛的應用前景。

由于GaN體單晶的制備比較困難，難以得到大尺寸和質量比較好的體單晶GaN襯底，所以GaN的外延生長通常是以異質外延的方式進行的。各種異質襯底和氮化物間存在很大的晶格常數失配和熱膨脹系數差異，因此利用金屬有機物化學氣相沉積(MOVPE)、氫化物氣相外延(HVPE)、或分子束外延(MBE)等外延技術生長的氮化物外延層中存在很大的應力和很多晶體缺陷，材料的晶體質量受到很大的影響，因此劣化了器件的性能。而采用圖形化襯底技術可以緩解襯底和氮化物外延層異質外延生長中由于晶格失配引起的應力，避免裂紋的產生。目前常用的圖形襯底通常采用干法刻蝕的工藝技術，工藝成本高，材料表面損傷大，容易引入雜質污染襯底。并且傳統的圖形襯底技術并不能完全釋放應力，當生長100μm以上的厚膜時，其殘余的應力依然使樣品開裂。同時直接外延生長區和側向外延生長區生長的GaN相互影響，不利于GaN厚膜的生長。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種新型的圖形襯底上制備無應力GaN厚膜的方法。通過只在V形槽長邊上生長GaN的方法，制備了厚度超過100μm的無應力、無裂紋GaN厚膜。克服了異質外延GaN厚膜容易開裂的問題，同時也避免了襯底污染和損傷的問題。

本發明提供一種在藍寶石圖形襯底上制備無應力GaN厚膜的方法，包括以下步驟：

步驟1：在C面藍寶石襯底上淀積一層二氧化硅或氮化硅膜；

步驟2：利用常規光刻技術在淀積二氧化硅或氮化硅膜的C面藍寶石襯底上光刻出沿著[11-20]方向的條形二氧化硅或氮化硅掩模圖形；

步驟3：通過濕法刻蝕，將光刻的條形二氧化硅或氮化硅掩模圖形轉移到襯底上；

步驟4：腐蝕去掉二氧化硅或氮化硅膜，清洗襯底，得到清潔的藍寶石圖形襯底；

步驟5：直接采用氫化物氣相外延系統在所得到的藍寶石圖形襯底上外延生長GaN厚膜，完成制備。

其中該藍寶石圖形襯底的表面為平臺和V形槽狀條紋，且周期性相鄰，該V形槽的截面為不等腰三角形，該V形槽為窗口區域，V形槽的兩個斜面均為{1-10k}晶面族的不同晶面，其中短邊對應的是<1-102>晶面，而長邊對應的是<1-104>晶面。

其中二氧化硅或氮化硅膜的厚度為10nm至5μm。

其中條形二氧化硅或氮化硅掩模圖形的條紋寬度為1至50μm，窗口區域寬度為1至50μm。

其中濕法刻蝕是采用硫酸和磷酸混合液對光刻后的樣品進行刻蝕，刻蝕溫度為100-400℃。

其中襯底還可以從尖晶石、GaN、AlN、GaAs、Si、SiC、LiAlO₂、LiGaO₂、ZrB₂或HfB₂形成的族中選擇。

其中V形槽的寬度為1至50μm，深度為0.5至20μm，兩個V形槽之間為0.5至50μm的平臺。

其中兩個V形槽之間不存在平臺。

其中生長GaN厚膜的溫度為600至1400℃。

其中除了選用氫化物氣相外延方法外延生長GaN厚膜外，還可以選用液相外延，金屬有機氣相外延，封閉空間氣相傳送的方法外延生長。

附圖說明

為進一步說明本發明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中：

圖1是本發明第一實施例中在藍寶石圖形襯底上器件制備的示意圖截面示意圖；

圖2是本發明第二實施例中在藍寶石圖形襯底上器件制備的示意圖截面示意圖。

具體實施方式

實施例1

請參閱圖1所示，本發明一種在藍寶石圖形襯底上制備無應力GaN厚膜的方法，包含以下步驟：

步驟1、在C面藍寶石襯底上淀積一層二氧化硅或氮化硅膜(圖未示)；其中所述二氧化硅或氮化硅膜的厚度為10nm至5μm；本實例采用等離子增強的化學氣相淀積技術在C面藍寶石襯底上蒸鍍厚度為300nm的二氧化硅膜。