[發明專利]氮化鎵磊晶生長方法

在審

• 申請號: 201410116061.4
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN104952998A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 鄭克勇;王佑立;楊偉臣;邱紹諺
• 申請（專利權）人: 鄭克勇
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;C30B29/38
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 張德斌

技術領域

本發明為一種氮化鎵磊晶生長方法，特別是一種軟性納米壓印的氮化鎵磊晶生長方法。

背景技術

于同質、物性匹配的GaN磊晶基板上進行功率元件的結構磊晶與工序有助于建立元件指標特性；而采用異質基板（如藍寶石、Si等）則有助于降低研發及生產成本，然受物性失配的影響，須進一步研發“低缺陷”的異質磊晶技術；此源于異質磊晶引入的晶格常數與熱脹系數差異必然影響磊晶結構品質，造成磊晶層的缺陷與應力。于元件應用上，將嚴重影響元件的耐壓性；而磊晶層應力導致晶圓翹曲，影響元件工序精確度，于大晶圓尺寸下，特別是采用高溫生長的MOCVD磊晶技術，此現象益形嚴重。以Si基板為例，其與GaN存在著高達16.2%的晶格失配、113%的熱脹系數差異、以及Si與氮（N）原子間高反應活性等不利因素。因此，采取以較低溫生長的MBE磊晶技術，為實現“低缺陷”異質磊晶技術的關鍵；如以實現垂直式元件，耐壓將與GaN磊晶層厚度（可達4μm以上）與品質極為相關。

無論是分子束磊晶（MBE）或有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）等磊晶技術，都已于Si（111）基板上實現六方晶構氮化鎵（GaN）的磊晶成長。以文獻[C.W.Nieh,Y.J.Lee,W.C.Lee,Z.K.Yang,A.R.Kortan,M.Hong,J.Kwo,and?C.H.Hsu,Appl.Phys.Lett.,92,061914(2008)]為例，借于Si（111）上先行沉積數納米結晶良好的單晶氧化層，并以此作為單晶GaN的磊晶樣底，此樣底不僅有效防止Si與GaN間的相互擴散，亦為成長GaN的關鍵晶種層（Seeding?Layer）。考慮主流硅晶圓技術與未來整合III-N與硅元件的潛力，Si（001）實為較務實、偏好的選擇。此外，相較于當下廣泛使用的六方晶系纖鋅礦（Wurtzite）結構，立方晶系的閃鋅礦（Zinc-blende）結構的III-N具有非極化、高量子效率、高p-型（p-type）導電率等優勢。然于Si（001）上成長GaN，因晶面對稱性的差異促使GaN的成長存在多個偏好晶向，導致多晶結構或粗糙表面；此外，如前述的熱脹系數差異與晶格失配亦導致磊晶層存在高旋線差排（Threading?Dislocation，TD）密度，甚而形成晶裂鏈（Crack?Networks）。為降低TD密度，III-N?LED產業習慣于藍寶石（Sapphire）磊晶基板上先行圖案化（Patterned?Sapphire）。同樣作法亦見用于Si（111）基板上。必須強調的是，此熟知圖案化工序的特征尺寸都屬微米（μm）等級。近來，借由采用納米（nm）等級的圖案化工序，GaN磊晶層的TD密度可以進一步降低，此歸因于納米級的磊晶結構尺寸有助于降低失配晶格累積的應變能（Strain?Energy），降低缺陷的產生機率。

發明內容

本發明所公開是與一種軟性納米壓印有關，特別是與軟性納米壓印具可應用異質基板上(如Si、GaAs等)及其非破壞性原生磊晶基板。應用NIL技術，輔以干式蝕刻，進行納米級圖案化，從而利用非平面基板來控制、沉積III-N的磊晶結構，抑制差排缺陷密度向上延伸，預期將可獲得低缺陷密度。

本發明具體為：

一種氮化鎵磊晶生長方法，包含以下步驟：

（1）提供半導體積層或異質基板；

（2）形成位于該半導體積層或該異質基板上的平臺，以起到軟性納米壓印的作用；

（3）在該半導體積層或該異質基板上形成納米柱或納米洞；以及

（4）在該半導體積層或該異質基板上形成異質磊晶區域；

其中，步驟(3)中的該納米柱與該納米洞的形成又包含：

（i）利用預定周期的該軟性納米壓印于該半導體積層或該異質基板上；

（ii）對該半導體積層或該異質基板上執行一次干式蝕刻，以轉印納米圖案；以及

（iii）進行剝離工序，使該納米圖案以形成該納米柱或該納米洞于該半導體積層或該異質基板上。

如本發明的方法，其中，該半導體積層或該異質基板包含上層區塊與下層區塊，該下層區塊為該平臺并緊鄰該半導體積層或該異質基板上表面；以及，該上層區塊與該半導體積層或該異質基板為一體成型且連續性銜接成該納米柱或該納米洞的圖案化層。

如本發明的方法，其中，該上層區塊是由該軟性納米壓印于納米光阻層后，并移除該半導體積層或該異質基板形成；以及，該納米光阻層則是由氧等離子蝕刻成該納米柱或納米洞。

一種氮化鎵磊晶生長方法，包含：

提供基板；