制造GaN基膜的方法技术

本发明专利技术提供一种制造GaN基膜的方法，所述方法包括准备复合衬底的步骤，所述复合衬底包含支持衬底和布置在所述支持衬底的主表面侧上的单晶膜，在所述支持衬底中主表面的热膨胀系数比GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的0.8倍大且比其1.0倍小，所述单晶膜相对于垂直于所述单晶膜的主表面的轴呈三重对称；以及在所述复合衬底中的所述单晶膜的所述主表面上形成GaN基膜的步骤，所述复合衬底中的所述单晶膜为SiC膜。由此，提供了一种制造GaN基膜的方法，所述方法能够制造具有大主表面积和较少翘曲而不会在衬底中产生裂纹的GaN基膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，所述方法能够得到具有大主表面积和较少翘曲的GaN基膜。
技术介绍
GaN基膜适合用作半导体器件如发光器件和电子器件中的衬底和半导体层。从衬底与GaN基膜之间在晶格常数和热膨胀系数方面的匹配或基本匹配考虑，作为用于制造这种GaN基膜的衬底，GaN衬底是最好的。然而，GaN衬底非常贵，且难以获得主表面的直径超过2英寸的这种具有大直径的GaN衬底。因此，通常将蓝宝石衬底用作用于形成GaN基膜的衬底。蓝宝石衬底和GaN晶体在晶格常数和热膨胀系数方面相互明显不同。因此，为了缓和蓝宝石衬底与GaN晶体之间晶格常数的不匹配并生长具有良好结晶度的GaN晶体，例如，日本特开平04-297023号公报公开了，在蓝宝石衬底上生长GaN晶体时，在蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层并在所述GaN缓冲层上生长GaN晶体层。另外，为了通过使用热膨胀系数接近于GaN晶体的衬底而得到翘曲较少的GaN膜， 例如，日本特表2007-523472号公报(对应W02005/076345)公开了具有一对或多对如下层的复合支持衬底，所述层的热膨胀系数与位于其间的中心层基本相同且总的热膨胀系数与 GaN晶体的热膨胀系数基本相同。
技术实现思路
根据上述日本特开平04-297023号公报，生长GaN晶体，同时在晶体生长方向上发生凹进形翘曲，这可能是因为在GaN晶体的生长期间由于缔合而消灭晶体缺陷如位错。然而，如上所述，蓝宝石衬底的热膨胀系数远高于GaN晶体，因此，在晶体生长之后的冷却期间，生长的GaN晶体以在晶体生长方向上突出的形状大大翘曲并得到了以在晶体生长方向上突出的形状而大大翘曲的GaN膜。此处，由于蓝宝石衬底的主表面具有更大的直径，所以在上述生长期间GaN晶体的翘曲变得更大(具体地，得到的GaN膜的翘曲与蓝宝石衬底主表面的直径的平方基本成比例)。因此，在主表面具有更大的直径时，难以得到翘曲较少的GaN膜。另外，当对在热膨胀系数远高于GaN晶体的蓝宝石衬底上生长的GaN 晶体进行冷却时，所述蓝宝石衬底经历大的拉伸应力并可能破裂。在上述日本特表2007-523472号公报(对应W02005/076345)中公开的复合支持衬底的热膨胀系数与GaN晶体的热膨胀系数基本相同，因此在其上生长的GaN层的翘曲能够较少。然而，这种复合支持衬底具有复杂的结构，且所述结构的设计和形成困难。因此， 用于设计和制造的成本变得非常高且用于制造GaN膜的成本变得非常高。本专利技术的目的是解决上述问题并提供一种，所述方法能够制造具有大主表面积和较少翘曲而不会在衬底中产生裂纹的GaN基膜。根据一个方面，本专利技术涉及一种，所述方法包括准备复合衬底的步骤，所述复合衬底包含支持衬底和布置在所述支持衬底的主表面侧上的单晶膜，在所述支持衬底中主表面的热膨胀系数比GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的0. 8倍大且比其1. 0倍小，所述单晶膜相对于垂直于所述单晶膜的主表面的轴呈三重对称；以及在所述复合衬底中的所述单晶膜的所述主表面上形成GaN基膜的步骤，所述复合衬底中的所述单晶膜为SiC膜。在根据本专利技术中，在所述复合衬底中所述单晶膜的所述主表面可具有等于或大于45cm2的面积。所述复合衬底中的所述支持衬底可以由含有氧化物的烧结体制成。所述形成GaN基膜的步骤可包括在所述单晶膜的所述主表面上形成GaN类缓冲层的子步骤和在所述GaN类缓冲层的主表面上形成GaN类单晶层的子步骤。根据本专利技术，提供一种，所述方法能够制造具有大主表面积和较少翘曲而不会在衬底中产生裂纹的GaN基膜。当结合附图时，根据本专利技术的下列详细说明，将使得本专利技术的上述和其他目的、特征、方面和优势变得更加显而易见。附图说明图1是显示根据本专利技术的一个实例的示意性横断面图，(A)显示了准备复合衬底的步骤且(B)显示了形成GaN基膜的步骤。图2是显示在根据本专利技术中所使用的准备复合衬底的步骤的一个实例的示意性横断面图，(A)显示了准备复合衬底的子步骤，(B)显示了在底部衬底上形成单晶膜的子步骤，(C)显示了将单晶膜结合到支持衬底上的子步骤，且(D)显示了将底部衬底从单晶膜分离的子步骤。具体实施例方式参考图1，根据本专利技术的一个实施方案包括准备复合衬底10 的步骤，所述复合衬底10包含支持衬底11和布置在所述支持衬底11的主表面Ilm侧上的单晶膜13，在所述支持衬底11中主表面Ilm的热膨胀系数比GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的0. 8倍大且比其1. 0倍小，所述单晶膜13相对于垂直于所述单晶膜13的主表面13m的轴呈三重对称(图1(A))；以及在所述复合衬底10中的所述单晶膜13的主表面 13m上形成GaN基膜20的步骤(图1 (B))。此处，GaN基膜是指由含有( 作为III族元素的III族氮化物形成的膜，其例示性地有例如GiiJnyAlmN膜(χ > 0，y彡0，x+y彡1)。根据本实施方案中，通过使用复合衬底，能够得到具有大主表面积(即大直径)和较少翘曲的GaN基膜，所述复合衬底包含支持衬底和布置在所述支持衬底的主表面侧上的单晶膜，在所述支持衬底中主表面的热膨胀系数比GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的0. 8倍大且比其1. 0倍小，所述单晶膜相对于垂直于所述单晶膜的主表面的轴呈三重对称。准备复合衬底的步骤参考图1(A)，本实施方案中包括准备复合衬底10的步骤，所述复合衬底10包含支持衬底11和布置在所述支持衬底11的主表面Ilm侧上的单晶膜13， 在所述支持衬底11中所述主表面11的热膨胀系数比GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的0. 8倍大且比其1. 0倍小，所述单晶膜13相对于垂直于所述单晶膜13的所述主表面13m 的轴呈三重对称。上述复合衬底10包含支持衬底11和布置在所述支持衬底11的主表面Ilm侧上的单晶膜13，在所述支持衬底11中所述主表面Ilm的热膨胀系数低于GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数(具体地，比其0. 8倍大且比其1. 0倍小)，所述单晶膜13相对于垂直于单晶膜13的主表面13m的轴呈三重对称。因此，能够在复合衬底10的单晶膜13的主表面 1 !上生长翘曲较少、位错密度低且直径大的GaN基膜。从在复合衬底10的单晶膜13上生长翘曲较少、位错密度低且直径大的GaN基膜而不会在复合衬底10(特别地，支持衬底11)中产生裂纹且不会在生长的GaN基膜中产生裂纹考虑，在上述复合衬底10中所包含的支持衬底11在主表面Ilm的热膨胀系数应比GaN 晶体在a轴方向上的热膨胀系数的0. 8倍大且比其1. 0倍小。当在支持衬底11的主表面 Ilm的热膨胀系数为GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的0. 8倍以下时，在GaN基膜的生长期间GaN基膜经历大的拉伸应力且在对生长的GaN基膜进行冷却期间其经历大的压缩应力，从而导致可能在GaN基膜中产生裂纹，且当所述热膨胀系数为上述热膨胀系数的1. 0倍以上时，支持衬底经历拉伸应力且在对生长的GaN基膜进行冷却时可能产生裂纹。从这种观点考虑，支持衬底11在主表面Ilm的热膨胀系数优选比GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的0. 88倍大且比其1. 0倍小，进一步优选比其0. 95倍大且比其1. 0倍小。此处，支持衬底11没有特别限制，只要衬底在主表面Ilm的热膨胀系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：藤原伸介，上松康二，山本喜之，佐藤一成，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：