氮化镓外延层的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化镓（ＧａＮ）外延层的制造方法，其特征在于该方法包括在基体上沉积作为屏蔽层使用的电介质层，在外延沉积的条件下使用氮化镓修复屏蔽基体，以便诱导氨化镓花样沉积和所述花样的侧向各向异性生长，侧向生长继续进行直到不同花样聚结为止。可以在现场外通过蚀刻电介质或就地通过处理基体实施氮化镓花样沉积方法，该处理过程包括用厚度为埃数量级的电介质薄膜覆盖基体。本发明专利技术还涉及能够采用该方法得到的氮化镓层。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮化镓(GaN)外延层的制造方法，以及采用所述方法能够得到的氮化镓(GaN)外延层。这样一种方法能够得到质量极佳的氮化镓层。本专利技术还涉及安装这样一层氮化镓外延层的短波长光学设备或高功率、高频电子设备。本专利技术特别涉及用这样的氮化镓层制造的光电元件。人们了解用于获得较厚例如100-200微米GaN层的方法。常用方法是采用氯化物和氢化物的汽相外延(HVPE)法。该方法使用蓝宝石基体，或者采用有机金属化合物热解汽相外延方法(EPVOM)制造的厚度200微米的处在蓝宝石上的GaN层。然而，蓝宝石与GaN之间的晶格参数存在差异，使得这些层中应力积累导致产生裂纹，并妨碍除去蓝宝石基体。任何的试验改进(生长开始时用GaCl处理蓝宝石表面，沉积中间层ZnO)都没有能够解决这个问题。实际上，相对厚的GaN层的双X衍射线(DDX)宽度至多约为300arcsec，这意味着结晶学质量没有超过用EPVOM法或用分子束外延(EJM)法制造的层的结晶学质量。换句话说，对于氮化物外延生长法而言，蓝宝石、ZnO、6H-SiC、LiAlO2均不属于理想的基体(晶格与热膨胀系数差异过大，热不稳定性)。长久以来，人们还知道激光(通过光泵激)对GaN产生的效应。尽管以Ⅲ-Ⅴ氮化物为基的激光二极管已制造出来，但是构成这些激光器结构的氮化物层晶体质量非常一般。测定出位错密度为109-1010厘米-2。事实上，与上述较厚GaN外延层制造过程相关的缺陷明显地延缓了有这样一些外延层的激光二极管的发展，这些缺陷包括高残留n，无合适的单晶和基体，无法实现P掺杂。D．Kalponek等人在《晶体生长杂志》，170(1997)340-343中提到，在屏蔽内生成的开口中定位生长氮化物，以便生成棱锥体结构。不过该文件即没有描述也没有暗示通过花样即小岛聚结而生成光滑氮化镓层的过程。Y．Kato，S．Kitamura，K．Hiramatsu，N．Sawaki在《晶体生长杂志》，144，133(1994)中描述了采用EPVOM法在蓝宝石基体上选择性生长氮化镓，在其蓝宝石基体上已沉积一薄层氮化镓，而该氮化镓层用蚀刻的SiO2层屏蔽，以清除氮化镓连续层。但是，如下面将要描述的，这样进行的定位外延既不能进行侧向生长，也不能各向异性生长，。EP 0 506 146描述了一种起作屏蔽作用的定位侧向生长方法，该方法采用平板印刷成形，以便定位生长。这些光滑层实例均未涉及氮化镓。这些实例提到在GaAs基体上GaAs均相外延，在InP基体上InP均相外延。本专利技术方法的目的是获得能够制造其性能和寿命超过前面所得到的光电设备(具体是激光二极管)的晶体层。本专利技术人已发现，通过沉积适当的电介质，接着沉积氮化镓，再进行退火处理一种基体，可导致生成几乎无缺陷的氮化镓小岛。通过热处理将这样一些生成的小岛聚结起来可得到质量极佳的氮化镓层。本专利技术首先涉及氮化镓(GaN)层的制造方法，其特征在于该方法包括在基体上沉积一层作为屏蔽使用的电介质，在通过外延沉积的条件下，用氮化镓修复屏蔽的基体，以便诱导氮化镓花样沉积和所述花样侧向各向异性生长，侧向生长直到不同花样聚结为止。还可以使用术语小岛代替花样。基体厚度一般是几百微米(具体地约200)，基体可以选自蓝宝石、ZnO、6H-SiC、LiAlO2、LiGaO2、MgAl2O4。该基体优选地预先进行氮化处理。电介质优选地是SixNy类型，具体是Si3N4。还可列举SiO2，但是其他的熟知电介质也能够使用。用硅烷和氨在氮化镓生长室中沉积电介质。优选地，载气是N2与H2的混合物。根据第一种实施方式，电介质层是单原子层，其中具有一原子平面数量级表面层。然后，通过EPVOM外延修复基体。规则花样即小岛成长。高分辨率的电子显微镜研究表明，在规则的花样即小岛中，GaN位错密度(因此被认为没有异质外延应力)大大低于通过在基体上直接沉积氮化镓所产生的位错密度。于是，在电介质表面上按照方向[10-10]侧向进行的，因此与蓝宝石基体不存在外延关系的这种GaN生长比通常方法可得到好得多的GaN晶体质量。在得到所述花样之后，还可以采用EPVOM法或者HVPE法继续生长。侧向生长直到小岛聚结为止。由小岛聚结而成的这些表面呈现优于蓝宝石上异质外延层的结晶质量。一般分两步沉积氮化镓。第一步在温度约600℃沉积将产生GaN花样的缓冲层，然后在更高的温度(约1000-1100℃)下由所述花样生长表层。根据第二种实施方式，本专利技术涉及一种方法，其特征在于蚀刻电介质层，以便确定开口并露出对照基体区域，并将已屏蔽与蚀刻的基体置于通过外延沉积氮化镓的条件下，以便诱导氮化镓花样沉积在对照区域上并且使所述花样侧向和各向异性生长，这种侧向生长则继续进行直到不同花样聚结为止。根据第三种实施方式，本专利技术涉及氮化镓(GaN)外延层的制造方法，该方法包括在基体上沉积一薄层氮化镓，其特征在于在所述氮化镓薄层上沉积一层电介质层，蚀刻该电介质层，以便确定开口，并露出所述氮化镓薄层区域，而该区域是对照的，将已外延、屏蔽与蚀刻的基体置于通过外延沉积氮化镓的条件下，以便诱导氮化镓花样沉积在对照区域上并使所述花样的侧向各向异性生长，侧向生长继续进行直到不同花样聚结为止。本专利技术方法的显著特征在于，通过将定向外延、生长的各向异性与侧向生长结合的方法，本专利技术的方法能够限制因GaN与基体之间参数不一致所产生的缺陷密度，这样便可以削弱外延应力。本专利技术的方法使用本领域技术人员熟知的沉积与蚀刻技术。按照第二种实施方式，在生长室中进行电介质沉积，其厚度为几纳米。然后，采用光刻法，确定电介质层中的开口，于是露出基体表面的微米区域。采用EPVOM法修复已屏蔽并蚀刻的基体。该基体厚度一般为几百微米(具体地，约200微米)，该基体可以选自蓝宝石、ZnO、6H-SiC、LiAlO2、LiGaO2、MgAl2O4。电介质优选地是SixNy，具体地是Si3N4。还可列举SiO2，但也可使用其他熟知的电介质。在氮化镓生长室中，采用硅烷和氨立即在上述基体上沉积电介质。根据第三种实施方式，首先采用EPVOM法在基体上使氮化镓进行外延。然后，在生长室中进行电介质沉积，其厚度为几纳米。其次，采用光刻法，确定电介质层中的开口，于是露出微米区域的氮化镓表面。采用EPVOM修复已外延、屏蔽并蚀刻的基体。该基体厚度一般几百微米(具体地，约200微米)，该基体可以选自蓝宝石、ZnO、6H-SiC、LiAlO2、LiGaO2、MgAl2O4。电介质优选地是SixNy，具体地是Si3N4。还可列举SiO2，但也可使用其他熟知的电介质。在沉积氮化镓之后立刻在氮化镓生长室中采用硅烷和氨沉积电介质。具体地采用光刻法进行电介质蚀刻。确定氮化硅层中点状或呈带状开口，于是在微米花样上露出氮化镓表面。优选地，这些开口是规则的多边形，尤其是六边形。有利地，点状开口内切半径小于10微米的圆，而带状开口的宽度小于10微米，带的长度只受基体尺寸的限制。开口之间的间隔是规则的，应该能够使氮化镓定位外延，然后侧向各向异性生长。一般地，与基体总表面积相比，清除的基体或氮化镓表面积的比例是5-80％，优选地是5-50％。已发现，镓原子没有沉积在电介质上，换句话说，这种电介质蚀刻表面能本文档来自技高网...

【技术保护点】
氮化镓（ＧａＮ）外延层的制造方法，其特征在于该方法包括在基体（１）上沉积作为屏蔽层使用的电介质层（３），在采用外延沉积的条件下，使用氮化镓修复屏蔽的基体，以便诱导氮化镓花样沉积和所述花样的侧向各向异性生长（６），侧向生长继续进行直到不同花样聚结为止。

【技术特征摘要】
FR 1997-10-20 97/130961.氮化镓(GaN)外延层的制造方法，其特征在于该方法包括在基体(1)上沉积作为屏蔽层使用的电介质层(3)，在采用外延沉积的条件下，使用氮化镓修复屏蔽的基体，以便诱导氮化镓花样沉积和所述花样的侧向各向异性生长(6)，侧向生长继续进行直到不同花样聚结为止。2.根据权利要求1的氮化镓(GaN)外延层的制造方法，其特征在于基体选自蓝宝石、ZnO、6H-SiC、LiAlO2。3.根据权利要求1的氮化镓(GaN)外延层的制造方法，其特征在于电介质层是SixNy类层。4.根据权利要求1-3中任一项的氮化镓(GaN)外延层的制造方法，其特征在于电介质层是单原子层或原子平面数量级表面层。5.根据权利要求1-3中任一项的氮化镓(GaN)外延层的制造方法，其特征在于蚀刻电介质层，以便确定开口和露出对照基体区域，并将已蚀刻的屏蔽基体置于外延沉积氮化镓的条件下，以诱导氮化镓花样在对照区域上沉积和所述花样侧向各向异性生长(6)，侧向生长继续进行直到不同花样聚结为止。6.根据权利要求1-3中任一项的氮化镓(GaN)外延层的制造方法，该方法包括在基体(1)上沉积一薄层氮化镓(GaN)(2)，其特征在于-在所述氮化镓(GaN)薄层上沉积一层电介质层(3)，-蚀刻该电介质层以便确定开口(4)和露出所述氮化镓对照薄层的区域(5)，-将蚀刻的屏蔽外延基体置于外延沉积氮化镓的条件下，以便诱导氮化镓花样在对照区域上沉积和所述花样侧向各向异性生长(6)，侧向生长继续进行直到不同花样聚结为止。7.根据权利要求5或6的氮化镓(GaN)外延层的制造方法，其特征在于这些开口呈点状或带状。8.根据权利要求7的氮化镓...

【专利技术属性】
技术研发人员：B比尤蒙特，P吉巴尔特，JC古劳姆，G纳塔夫，M维尔，S哈佛兹，
申请(专利权)人：卢米洛格股份有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]