GaN基膜的制造方法及为此使用的复合衬底技术

本发明专利技术涉及一种GaN基膜的制造方法，所述方法包括：准备复合衬底(10)的步骤，所述复合衬底(10)包含：在氢氟酸中可溶的支持衬底(11)以及布置在所述支持衬底(11)的主表面(11m)侧的单晶膜(13)，所述支持衬底(11)的主表面(11m)内的热膨胀系数大于GaN晶体的热膨胀系数的0.8倍且小于其1.2倍；在布置在所述支持衬底(11)的主表面(11m)侧的所述单晶膜(13)的主表面(13m)上形成GaN基膜(20)；以及通过将支持衬底(11)溶解在氢氟酸中来除去所述支持衬底(11)。因此，本发明专利技术提供能够有效地获得主表面面积大、翘曲较小且结晶性良好的GaN基膜的GaN基膜的制造方法以及为此使用的复合衬底。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及主表面面积大且翘曲较小的GaN基(GaN系)膜的制造方法及为此使用的复合衬底。
技术介绍
GaN基膜适合用作半导体装置如发光装置和电子装置中的衬底和半导体层。从衬底与GaN基膜之间的晶格常数和热膨胀系数的匹配或基本匹配的观点来看，作为用于制造这样的GaN基膜的衬底，GaN衬底是最好的。然而，GaN衬底非常昂贵，而且难以获得具有主表面直径超过2英寸的大直径的这种GaN衬底。因此，通常使用蓝宝石衬底作为形成GaN基膜的衬底。蓝宝石衬底和GaN晶体的晶格常数和热膨胀系数彼此显著不同。因此，为了缓和蓝宝石衬底和GaN晶体之间的晶格常数的不匹配并生长具有良好结晶性的GaN晶体，例如日本特开平04-297023号公报(专利文献I)公开了，在蓝宝石衬底上生长GaN晶体时，在蓝宝石衬底上形成GaN缓冲层并在所述GaN缓冲层上生长GaN晶体层。另外，为了通过使用具有接近于GaN晶体的热膨胀系数的衬底而得到翘曲较小的GaN膜，例如，日本特表2007-523472号公报(专利文献2)公开了具有一对或多对层的复合支持衬底，所述一对或多对层具有与位于其间的中心层基本相同的热膨胀系数并具有与GaN晶体的热膨胀系数基本相同的整体热膨胀系数。而且，日本特开2003-165798号公报(专利文献3)公开了含锆石陶瓷等的多层衬底。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开04-297023号公报专利文献2:日本特表2007-523472号公报专利文献3:日本特开2003-165798号公报
技术实现思路
技术问题根据上述日本特开平04-297023号公报(专利文献I)，GaN晶体以在晶体生长方向上发生凹进形翘曲的方式生长，这可能是因为在GaN晶体的生长期间晶体缺陷如位错由于会合而消失。然而，如上所述，蓝宝石衬底的热膨胀系数远高于GaN晶体的热膨胀系数，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幅度翘曲并得到了以在晶体生长方向上突出的形状大幅度翘曲的GaN膜。此处，由于蓝宝石衬底的主表面具有更大的直径，所以在上述冷却期间的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，难以得到翘曲较小的GaN膜。上述日本特表2007-523472号公报(专利文献2)中公开的复合支持衬底以及日本特开2003-165798号公报(专利文献3)中公开的多层衬底各自具有与GaN晶体基本相同的热膨胀系数，因此在其上生长的GaN层的翘曲能够较小。然而，这种复合支持衬底和多层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非常高且用于制造GaN膜的成本变得非常高。此外，作为衬底，在日本特开04-297023号公报(专利文献I)中采用蓝宝石衬底，在日本特表2007-523472号公报(专利文献2)中采用复合支持衬底，且在日本特开2003-165798号公报(专利文献3)中采用多层衬底。因此，在衬底上形成GaN膜或GaN层之后除去衬底并由此取得GaN膜或GaN层是困难的。本专利技术的目的是解决上述问题并提供GaN基膜的制造方法以及为此使用的复合衬底,所述方法能够通过使用包含如下支持衬底的复合衬底并随后将所述支持衬底除去而取得主表面面积大、翘曲较小且结晶性良好的GaN基膜，所述支持衬底的热膨胀系数与GaN晶体的热膨胀系数匹配或基本匹配，且易于被除去而形成主表面面积大、翘曲较小且结晶性良好的GaN基膜。解决问题的手段根据一方面，本专利技术涉及一种复合衬底，其包含在氢氟酸中可溶的支持衬底以及布置在支持衬底的主表面侧的单晶膜，并且支持衬底的主表面内的热膨胀系数大于GaN晶体的热膨胀系数的0.8倍且小于其1.2倍。在根据本专利技术的复合衬底中`，支持衬底可以含有氧化锆和二氧化硅以及由氧化锆和二氧化硅形成的ZrO2-SiO2复合氧化物的至少任一种。或者，支持衬底可以含有氧化钇稳定氧化锆以及由氧化铝和二氧化硅形成的Al2O3-SiO2复合氧化物。在此，氧化钇稳定氧化锆相对于Al2O3-SiO2复合氧化物和氧化钇稳定氧化锆的总和的含量可以为20质量％以上且40质量％以下。另外，氧化钇相对于氧化钇稳定氧化锆的含量为5摩尔％以上。而且，根据本专利技术的复合衬底的单晶膜的主表面面积可以为15cm2以上。根据另一方面，本专利技术涉及一种GaN基膜的制造方法，所述方法包括:准备复合衬底的步骤，所述复合衬底包含:在氢氟酸中可溶的支持衬底以及布置在支持衬底的主表面侧的单晶膜，并且支持衬底的主表面内的热膨胀系数大于GaN晶体的热膨胀系数的0.8倍且小于其1.2倍；在布置在支持衬底的主表面侧的单晶膜的主表面上形成GaN基膜的步骤；以及通过将支持衬底溶解在氢氟酸中来除去支持衬底的步骤。在根据本专利技术的GaN基膜的制造方法中，所述支持衬底可以含有氧化锆和二氧化硅以及由氧化锆和二氧化硅形成的ZrO2-SiO2复合氧化物的至少任一种。或者，所述支持衬底可以含有氧化钇稳定氧化锆以及由氧化铝和二氧化硅形成的Al2O3-SiO2复合氧化物。在此，氧化钇稳定氧化锆相对于Al2O3-SiO2复合氧化物和氧化钇稳定氧化锆的总和的含量可以为20质量％以上且40质量％以下。另外，氧化钇相对于氧化钇稳定氧化锆的含量可以为5摩尔％以上。此外，根据本专利技术的复合衬底的单晶膜的主表面面积可以为15cm2以上。形成GaN基膜的步骤可以包含:在单晶膜的主表面上形成GaN基缓冲层的子步骤；以及在GaN基缓冲层的主表面上形成GaN基单晶层的子步骤。专利技术效果根据本专利技术，可以提供一种GaN基膜的制造方法以及为此使用的复合衬底，所述方法能够通过使用包含如下支持衬底的复合衬底并随后将所述支持衬底除去而取得主表面面积大、翘曲较小且结晶性良好的GaN基膜，所述支持衬底的热膨胀系数与GaN晶体的热膨胀系数匹配或基本匹配，且易于被除去而形成主表面面积大、翘曲较小且结晶性良好的GaN基膜。附图说明图1是示意性剖视图，显示根据本专利技术的复合衬底的一个实例。图2是示意性剖视图，显示根据本专利技术的GaN基膜的制造方法的一个实例，(A)显示准备复合衬底的步骤，(B)显示形成GaN基膜的步骤，以及(C)显示除去支持衬底的步骤。图3是 示意性剖视图，显示根据本专利技术的准备复合衬底的步骤的一个实例。具体实施例方式[复合衬底]参考图1，表示本专利技术的一个实施方式的复合衬底10包含在氢氟酸中可溶的支持衬底11以及布置在支持衬底11的主表面IIrn侧的单晶膜13，支持衬底11的主表面Ilm内的热膨胀系数大于GaN晶体的热膨胀系数的0.8倍且小于其1.2倍。因为本实施方式中的复合衬底10在支持衬底11的主表面Ilm内的热膨胀系数大于GaN晶体的热膨胀系数的0.8倍且小于其1.2倍，所以尽管主表面13m的面积大，但是仍然可以在形成在支持衬底11的主表面Ilm上的单晶膜13的主表面13m上形成位错密度低且结晶性优异的GaN基膜。此外，由于支持衬底11可溶于氢氟酸，所以通过在复合衬底10的单晶I旲13的主表面13m上形成GaN基I旲之后使用氧氣酸除去支持衬底11，可以有效地获得形成在单晶膜13的主表面13m上的位错密度低且结晶性优异的GaN基膜。(支持衬底)关于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.07 JP 2011-2229981.一种复合衬底，其包含: 在氢氟酸中可溶的支持衬底(11);以及 布置在所述支持衬底(11)的主表面(Ilm)侧的单晶膜(13)， 所述支持衬底(11)的主表面(Ilm)内的热膨胀系数大于GaN晶体的热膨胀系数的0.8倍且小于其1.2倍。2.根据权利要求1的复合衬底，其中 所述支持衬底(11)含有氧化锆和二氧化硅以及由氧化锆和二氧化硅形成的ZrO2-SiO2复合氧化物的至少任一种。3.根据权利要求1的复合衬底，其中 所述支持衬底(11)含有氧化钇稳定氧化锆以及由氧化铝和二氧化硅形成的Al2O3-SiO2复合氧化物。4.根据权利要求3的复合衬底，其中 所述氧化钇稳定氧化锆相对于所述Al2O3-SiO2复合氧化物和所述氧化钇稳定氧化锆的总和的含量为20质量％以上且40质量％以下。5.根据权利要求4的复合衬底，其中 氧化钇相对于所述氧化钇稳定氧化锆的含量为5摩尔％以上。6.根据权利要求1的复合衬底，其中 所述复合衬底(10)的所述单晶膜(13)的主表面(13m)的面积为15cm2以上。7.—种GaN基膜的制造方法，所述方法包括: 准备复合衬底(10)的步骤，所述复合衬底(10)包含:在氢氟酸中可溶的支持衬底(11)以及布置在所述支持衬底(11)的主表面(Ilm)侧的单晶膜(13)，所述支持衬底(11)的主表面(Ilm)...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤一成，关裕纪，上松康二，山本喜之，松原秀树，藤原伸介，吉村雅司，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：
国别省市：