[發明專利]用于制備III?N模板及其繼續加工的方法和III?N模板

有效

• 申請號: 201380015538.3
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN104364879B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: F·利普斯基;F·肖爾茨;M·克萊恩;F·哈貝爾
• 申請（專利權）人: 弗賴貝格化合物原料有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 柳冀

本發明涉及用于制備復合襯底(以下稱為“模板”)和用于制備III-N單晶的制備方法。根據本發明的方法能夠制備無裂紋的III-N單晶，所述單晶尤其適合用作晶片。III表示元素周期表第三主族中選自Al、Ga和In的至少一種元素。

III-N單晶具有重要的技術意義。大量的半導體元器件和光電元器件，如功率元器件、高頻元器件、發光二極管和激光器都是以這些材料為基礎。在制備這樣的裝置時通常在起始襯底上進行外延晶體生長，或在起始襯底上首先形成模板，然后通過另外的外延生長可以在所述模板上沉積III-N層或III-N單晶體。作為起始襯底，可以使用III-N-襯底或尤其是異質襯底。在使用異質襯底的情況下，在生長過程中由于起始襯底的和已經生長的層的熱膨脹系數的差異可能導致在III-N層內部出現應變或裂紋。較厚的層也可以借助于部分結構化的，通過外部方法施加的由WSiN、TiN或SiO₂形成的中間層生長并且然后作為獨立的層剝離，所述層通常具有塑性的，凹曲率的c-晶格平面和表面。在起始襯底與已經生長的III-N層之間的界面處和所述界面上可以產生成垂直的或水平的微裂紋，所述微裂紋隨著時間推移而延伸并且可能導致在冷卻過程中或之后GaN-層破裂。

從Hearne等，Applied Physics Letters 74，356-358(1999)的研究已知的是，在藍寶石襯底上沉積GaN期間形成隨著生長而逐漸增強的內在拉伸應力(Stress)。原位應力監控表明，由生長產生的拉伸應力能夠不可測量地通過退火或熱循環松弛。此外這還意味著，在GaN-層生長結束時獲得的應力在冷卻和重新加熱到相同的(生長-)溫度之后再次達到相同的值。在Hearne等的情況下也找到遵循背景、關聯性和對外在的(即由于在藍寶石襯底與GaN-層之間產生的不同的熱膨脹系數)和內在的(即通過生長產生的)應力的可能性的解釋。

為了在異質襯底上的III-N層的多層結構中抵抗隨著III-N層結構的生長產生的應力，即拉伸應力，在US 2008/0217645 A1中采取以下措施：首先在成核層上施加AlGaN-梯度層，和其次在氮化物層之間置入松弛的GaAl(In)N-中間層。此外，在US 2008/0217645 A1中，當在多個外延層之后在外延的層結構中位錯密度過度上升時，使用具有例如SiN-、MgN-和/或BN-掩膜材料的掩膜層，以便降低位錯密度。在其它實例和其它關聯中也對掩膜層對位錯密度的變化的影響進行了描述，例如在Tanaka等，Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.39，L831-L834(2000)(尤其涉及使用SiC-異質襯底)中，在WO2012035135A1(尤其涉及使用Si-異質襯底)中以及在以下詳細討論的Hertkorn等的出版物(2008)中。