專利名稱：氮化物半導(dǎo)體襯底及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在基底襯底上生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體薄膜(諸
如氮化鎵(GaN )薄膜)而獲得的氮化物半導(dǎo)體襯底及其制造方法。
背景技術(shù)：
GaN是具有纖維鋅礦(Wurzite)結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體，并在室 溫下具有與藍(lán)色波長(zhǎng)范圍的可見射線相對(duì)應(yīng)的3.4 eV的直4矣;沃遷 能帶隙，與InN和A1N形成固溶體以控制能帶隙能量，并在固溶體 的整個(gè)組分范圍內(nèi)表現(xiàn)出直接躍遷半導(dǎo)體的特性。因此，GaN廣泛 用作用于發(fā)光器件(特別是藍(lán)色發(fā)光器件)的材料。
通常，GaN薄膜通過MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)或 HVPE (氫化物氣相外延)方法形成在由藍(lán)寶石(A1203 )、碳化硅 (SiC )、或硅(Si)制成的基底襯底上。但是，基底襯底和GaN薄 膜具有不同的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)，這使得難以在基底襯底上外 延地生長(zhǎng)GaN薄膜。這種困難以與GaN同樣的方式發(fā)生在包括 A1N、 InN、 GalnN、 AlGaN、和GaAlInN的氮化物半導(dǎo)體中。
為了克服這種困難以及為了減少晶才各應(yīng)變而建議的一種方法 是，在較低溫度下在基底村底上形成具有近似柵格常數(shù)的緩沖層并 在該緩沖層上生長(zhǎng)GaN薄膜。但是，不利方面是這種方法使用了高成本的基底襯底和額外的
生長(zhǎng)設(shè)備來形成纟爰沖層。并且雖然該方法外延地生長(zhǎng)了 GaN薄膜， 但是GaN薄膜中的位錯(cuò)密度還是很高。因此在應(yīng)用于激光二極管或 發(fā)光二極管時(shí)具有局限性。
在藍(lán)寶石基底襯底的情況下，以當(dāng)前技術(shù)的水平就可以很容易 地在藍(lán)寶石基底襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜，但是，為了利用GaN薄膜 作為其它器件的襯底，藍(lán)寶石基底襯底應(yīng)與生長(zhǎng)有GaN薄膜的襯底 分離開。即，在GaN薄膜生長(zhǎng)在藍(lán)寶石基底襯底上之后，在藍(lán)寶石 基底襯底上照射激光束，并且通過熱分解方式使藍(lán)寶石基底襯底與 GaN薄膜分離。但是，分離藍(lán)寶石基底襯底需要很長(zhǎng)時(shí)間并且分離 率很低。
為了解決上述問題，試圖在低成本的便宜硅基底襯底上生長(zhǎng) GaN薄膜并將硅基底襯底與GaN薄膜分離，從而獲得GaN襯底。 但是，目前為止在石圭基底襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜并不是容易的事，并 且硅基底襯底經(jīng)常在GaN薄膜生長(zhǎng)期間被蝕刻。而且，雖然GaN 薄膜生長(zhǎng)在硅襯底上，但是由于熱膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)的不同可能 會(huì)導(dǎo)致在基底襯底上出現(xiàn)翹曲和裂縫。
同時(shí)，第519326號(hào)韓國(guó)專利建i義了一種4支術(shù)，該才支術(shù)用于沿 預(yù)定晶向、以規(guī)則間隔在藍(lán)寶石基底襯底的下表面上形成多個(gè)凹槽 并在藍(lán)寶石基底4于底的上表面上形成GaN層以降4氐在生長(zhǎng)大量氮 化鎵之后去除藍(lán)寶石基底襯底所需的最小應(yīng)力(stress),從而減少 了對(duì)于大量氮化鎵可能發(fā)生的微小裂紋并改進(jìn)了大量氮化鎵的結(jié) 晶特性。但是，該專利使用了藍(lán)寶石襯底作為用于生長(zhǎng)GaN的基底 襯底，從而需要大量時(shí)間來分離藍(lán)寶石襯底并且具有很低的分離 率。而且，該專利在藍(lán)寶石基底^]"底下表面上形成凹槽以減少分離 基底襯底時(shí)施加的應(yīng)力(stress),但是，本發(fā)明的發(fā)明人確定以規(guī)
則間隔形成的凹槽對(duì)由于生長(zhǎng)GaN薄月莫時(shí)在熱膨月長(zhǎng)系婆t方面的不 同而引起的襯底翹曲和裂縫是沒有效果的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，設(shè)計(jì)本發(fā)明來解決現(xiàn)有才支術(shù)中的上述問題，從而本發(fā)明 的目的在于提供一種氮化物半導(dǎo)體襯底，其中氮化物半導(dǎo)體薄膜生 長(zhǎng)在沒有翹曲或裂縫的基底襯底上，還提供了用于制造氮化物半導(dǎo) 體襯底的方法以及通過所述方法而制造的氮化物半導(dǎo)體。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供一種用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底 的方法，其中該方法無需利用長(zhǎng)時(shí)間來分離基底襯底并且分離率
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在基底襯底下表面上形成多個(gè)溝 槽，具體地，本發(fā)明形成了如下的溝槽，即，該溝槽被構(gòu)造成用于 吸收或降低當(dāng)在基底襯底上生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體薄膜時(shí)朝向基底襯 底周緣部分的方向施加得越來越大的應(yīng)力。換句話說，本發(fā)明形成 多個(gè)溝槽，從而在基底襯底下表面上形成的溝槽的間距沿從基底襯 底中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變小，溝槽的寬度沿從基底襯 底中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變大，或者溝槽的深度沿從基 底襯底中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變大。
沖艮據(jù)本發(fā)明的一方面，氮化物半導(dǎo)體襯底包括基底襯底；以 及生長(zhǎng)在基底襯底表面上的氮化物半導(dǎo)體薄膜，其中，基底襯底的 下表面具有沿第一方向4皮此平行形成的多個(gè)第一溝槽，并且第一溝 槽的間距沿從基底襯底中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變小。
才艮據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，氮化物半導(dǎo)體襯底包括基底襯底； 以及生長(zhǎng)在基底襯底表面上的氮化物半導(dǎo)體薄膜，其中，基底襯底
的下表面具有沿第 一方向;f皮此平4于形成的多個(gè)第 一溝槽，并且第一 溝槽的寬度沿從基底襯底中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變大。
才艮據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，氮化物半導(dǎo)體襯底包括基底襯底以 及生長(zhǎng)在基底襯底表面上的氮化物半導(dǎo)體薄膜，其中，基底襯底的 下表面具有沿第一方向4皮此平4于形成的多個(gè)第一溝槽，并且第一溝 槽的寬度沿從基底襯底中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變大。
在根據(jù)上述每個(gè)實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體襯底中，基底襯底下表 面進(jìn)一步包括沿與第一方向相交的第二方向彼此平行形成的多個(gè) 第二溝沖曹，并JM尤選i也，以與第一溝沖曹相同的方式，第二溝才曹的間 距沿從基底襯底中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變小或者其寬 度或深度逐漸變大。
并且優(yōu)選地，基底襯底由硅制成。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法包 括沿第 一 方向4皮此平行地在基底襯底表面上形成多個(gè)第 一 溝槽； 并且在基底一于底的與第一溝槽形成表面相對(duì)的表面上形成氮化物 半導(dǎo)體薄膜，其中，第一溝槽的間距沿從基底襯底中心部分朝向周 纟彖部分的方向逐漸變小。
才艮據(jù)本發(fā)明另 一 實(shí)施例，用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法包 括沿第 一方向彼此平行地在基底襯底表面上形成多個(gè)第 一溝槽； 并且在基底襯底的與第 一 溝槽形成表面相對(duì)的表面上形成氮化物 半導(dǎo)體薄膜，其中，第一溝槽的寬度沿從基底襯底中心部分朝向周
纟彖部分的方向逐漸變大。
根據(jù)本發(fā)明另 一實(shí)施例，用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法包 括沿第 一方向4皮此平行地在基底襯底表面上形成多個(gè)第 一溝槽；
并且在基底襯底的與第 一 溝槽形成表面相對(duì)的表面上形成氮化物 半導(dǎo)體薄膜，其中，第一溝槽的深度沿從基底襯底中心部分朝向周
^^部分的方向逐漸變大。
一步包括沿與第一方向相交的第二方向彼此平行地在基底襯底的 表面上形成多個(gè)第二溝槽，并且優(yōu)選地，以與第一溝槽相同的方式， 第二溝槽的間距沿從基底襯底中心部分朝向周緣部分的方向逐漸
變小或者其寬度或深度逐漸變大。
這里，可以 <吏用4居切專侖(sawing wheel)或照相平纟反印刷術(shù)形 成第一溝槽和/或第二溝槽。
并且，可利用MOCVD或HVPE形成氮化物半導(dǎo)體薄膜。
用于制造本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體襯底的方法可進(jìn)一 步包括在 形成氮化物半導(dǎo)體薄膜之后去除基底襯底，此時(shí)，在基底襯底由硅 制造的情況下，可利用濕蝕刻法去除基底襯底。
因此，本發(fā)明在基底襯底下表面上形成溝槽，具體地，本發(fā)明 形成溝槽，以使得沿從基底襯底中心部分朝向周緣部分的方向溝槽 間距逐漸變小，或者溝槽寬度或深度逐漸變大，從而充分吸收或降 低沿從基底襯底中心部分朝向周緣部分的方向施加得越來越大的
應(yīng)力。因此，本發(fā)明可獲得高質(zhì)量的氮化物半導(dǎo)體襯底，這些氮化 物半導(dǎo)體襯底即使在使用硅基底襯底的情況下也沒有翹曲或裂縫，
其中公知的是在硅基底襯底上形成氮化物半導(dǎo)體薄膜是難以實(shí)現(xiàn)的。


圖1是示出了才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的GaN襯底的截面圖。 圖2是示出了圖1的GaN襯底的仰一見圖。
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成在基底村底下表面上的溝 槽的實(shí)例的仰視圖。
圖4是示出了才艮據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例制造的GaN襯底的截面圖。
圖5是示出了才艮據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例制造的GaN襯底的截面圖。
圖6示出了 GaN薄膜的裂縫或襯底的翹曲的照片，其中，根 據(jù)本發(fā)明實(shí)例以及對(duì)比實(shí)例，不同形狀的溝槽形成在基底襯底的下 表面上并且GaN薄膜形成在基底襯底的表面上。
具體實(shí)施例方式
下文將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在進(jìn)4亍描述之 前應(yīng)該理解，不應(yīng)將說明書及所附權(quán)利要求中用到的術(shù)語理解為是 局限于普通含義或字典中的含義，而是應(yīng)該根據(jù)與本發(fā)明技術(shù)方面 相對(duì)應(yīng)的含義和概念，并基于為實(shí)現(xiàn)最佳說明經(jīng)由發(fā)明人認(rèn)可而適 當(dāng)限定術(shù)語的原則來解釋這些術(shù)語。當(dāng)以下的描述中表現(xiàn)出 一層存 在于另一層上時(shí)，可以理解為該層可直4妄存在于另一層上，或者可 以理解為可以有第三層介于它們之間。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的氮化鎵(GaN)村底的 截面圖。圖2是示出了圖1的GaN的仰一見圖。參照?qǐng)D1和圖2，才艮
據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GaN襯底包括基底襯底10和形成在基底襯底10 上的GaN薄膜20。
在本實(shí)施例中，基底襯底IO使用單晶體硅晶片。但是，本發(fā) 明不限于此方面，例如可以使用藍(lán)寶石(A1203 )或碳化硅(SiC )。 但是，使用單晶體硅晶片將能容易且方便地通過濕蝕刻法去除基底^M。
在基底襯底10的與GaN薄膜形成表面相對(duì)的表面上形成多個(gè) 溝槽11和12。這里，如圖2所示，溝槽11和12包括第一溝槽11 以及與第一溝槽11相交的第二溝槽12。并且，第一和第二溝沖會(huì)11 和12的間距(P )沿從基底襯底10的中心部分朝向基底襯底10的 周緣部分的方向逐漸變小。即，溝槽11和12沿朝向基底襯底10 的周^象的方向逐漸變密。如將在下文中描述的，當(dāng)生長(zhǎng)GaN薄膜 20時(shí)，沿朝向基底襯底10的周緣部分的方向施加的應(yīng)力越來越大， 因此基底襯底10的周緣部分更易出現(xiàn)翹曲或裂縫。因此，溝槽11 和12 ^皮構(gòu)造成吸收朝向周纟彖部分施加得越來越大的應(yīng)力。
具體地，可以在0.01 cm至1.0 cm的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)第一和第二溝 槽11和12的間距(P)。即，形成在基底襯底10的中心部分上的 溝槽11和12的間距(P)可以是1.0 cm,而形成在基底襯底10的 周緣部分上的溝槽11和12的間距(P)可以是O.Ol cm。并且，可
以^1尋間3巨(P)分組，同組中間3巨相等，而只于于不同的組逐漸調(diào)節(jié) 間3巨?？蒦^4奐:t也，可以——獨(dú)立;也調(diào)節(jié)間-巨(P)。
并且，可以在1 jum至l mm的范圍內(nèi)適當(dāng)；也調(diào)節(jié)第一和第二 溝槽11和12的寬度。進(jìn)一步地，當(dāng)基底襯底10的厚度是50 pm 至1 mm時(shí)，可以在5 jLim至900 jnm的范圍內(nèi)適當(dāng)；也調(diào)節(jié)第一和第 二溝槽11和12的深度，根據(jù)基底襯底10的厚度的不同，調(diào)節(jié)范 圍可能不同。
其中，溝槽11和12的示例性間距、寬度、和深度的特定值僅
是為了"i兌明的目的而限定的。即，4艮據(jù)將在下文中描述的形成GaN 薄膜20的方法、該方法的處理?xiàng)l件或GaN薄膜20的厚度、以及用 作基底村底10的材料類型和基底襯底10的尺寸，施加于基底襯底 10的中心部分禾口周鄉(xiāng)彖部分的應(yīng)力的大小以及兩吾p分之間的應(yīng)力大 小的差異范圍可能不同。因此，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)溝槽11和12的間距、 寬度、和深度以吸收或降低施加到基底襯底10的中心部分和周緣 部分的應(yīng)力以及兩部分之間的應(yīng)力差異，同時(shí)它們并不局限于該示 例性范圍。
而且，雖然該實(shí)施例示出了在溝槽11和12的寬度和深度固定 在特定4直的情況下調(diào)節(jié)溝槽11和12的間3巨(P)，然而，也可如下 文所述，使溝槽11和12的間距(P)固定而調(diào)節(jié)寬度或深度?？?替換地，可以調(diào)節(jié)間距、寬度、和深度之中的任意組合。
進(jìn)一步;也，雖然圖1和2示出了形成在基底^于底10的下表面 上的溝槽11和12是成直角相交的，但是本發(fā)明不限于此方面。并 且，如圖3所示，可以在基底襯底10的下表面上形成各種形狀的 溝槽。即，如圖3(a)所示，溝槽可4又沿一個(gè)方向形成為條帶形狀， 以使間距沿從中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變小。并且如圖3 (c)所示，溝才曹可在三個(gè)方向上相交。
GaN薄膜20形成在基底襯底10的與具有溝槽11和12的下表 面相對(duì)的表面上。通過下文中描述的適當(dāng)?shù)男纬煞椒?，GaN薄膜20 可才艮據(jù)GaN襯底的4吏用目的而具有適當(dāng)厚度，例如，10至500 )um。 并且，當(dāng)GaN薄膜20的厚度改變時(shí)，基底襯底10的溝槽11和12 的寬度和間距可以改變。當(dāng)應(yīng)力根據(jù)GaN薄膜20的厚度而改變時(shí)， 應(yīng)該調(diào)節(jié)溝槽11和12的寬度和間距。 其中，以與純GaN相同的方式，本發(fā)明的原理應(yīng)用于包括A1N、 InN、 GalnN、 AlGaN、和GaAlInN的氮化物半導(dǎo)體。因此，可以利 用這樣的氮化物半導(dǎo)體來代一,GaN薄膜20，此外可將GaN薄膜形 成多層以便層疊包括氮化物半導(dǎo)體薄膜的多個(gè)層。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例制造的GaN襯底的截面 圖。下文中，將集中在與上述實(shí)施例的GaN襯底相區(qū)別的方面來描 述本實(shí)施例的GaN4于底。
本實(shí)施例的GaN襯底與上面實(shí)施例的GaN襯底之間的區(qū)別在 于溝槽的結(jié)構(gòu)。換句話說，在本實(shí)施例中，形成在基底襯底10a的 下表面上的溝槽lla具有相同的間距(P)和深度(d)，而溝槽lla 的寬度(W)沿從基底村底10a的中心部分朝向周緣部分的方向逐 漸變大。該溝槽結(jié)構(gòu)使得可以吸收或降低朝向基底襯底10a的周緣 部分施加得越來越大的應(yīng)力，從而防止襯底發(fā)生翹曲和裂縫。具體 地，溝槽lla的寬度(W)可以在1 pm至1 mm的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。但_ 是，限定這樣的特定值僅是為了說明的目的，并且如上所述，根據(jù) 下文中描述的形成GaN薄膜20的方法、該方法的處理?xiàng)l件或GaN 薄膜20的厚度、用作基底襯底10a的材料類型、以及基底襯底10a 的大小，特定值可以不同。
圖5是示出了才艮據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例制造的GaN襯底的截面 圖。下文中，將集中在與上面實(shí)施例的GaN襯底相區(qū)別的方面來描 述本實(shí)施例的GaN 4于底。
本實(shí)施例的GaN襯底與上面實(shí)施例的GaN襯底之間的區(qū)別在 于溝槽的結(jié)構(gòu)。換句話說，在本實(shí)施例中，形成在基底襯底10b的 下表面上的溝槽lib具有相同的間距(P)和寬度(W),而溝槽lib 的深度(d)沿從基底襯底10b的中心部分朝向周緣部分的方向逐 漸變大。該溝槽結(jié)構(gòu)使得可以吸收或降低朝向基底村底10b的周緣
部分施加得越來越大的應(yīng)力，從而防止襯底發(fā)生翹曲和裂縫。具體
地，當(dāng)基底襯底10b的厚度是50 pm至1 mm時(shí)，溝槽lib的深度 (d)可以在5 lum至900 |Lim的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)范圍可才艮 據(jù)基底襯底10b厚度的不同而不同。但是，限定這樣的特定值僅是 為了說明的目的，并且如上所述，4艮據(jù)下文中描述的形成GaN薄膜 20的方法、該方法的處理?xiàng)l件或GaN薄膜20的厚度、基底襯底10b (硅晶片)的大小等情況，數(shù)值范圍可以不同。
并且，以與圖1的實(shí)施例相同的方式，圖4和圖5的實(shí)施例可 以具有各種形狀的溝槽，并且進(jìn)一步地具有如圖4和圖5所示的形 狀的任意組合。因此，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體襯底^皮構(gòu)造成通過調(diào) 節(jié)形成在基底襯底下表面上的溝槽的間距、寬度、或深度來吸收或 降低朝向基底襯底周緣部分施加得越來越大的應(yīng)力。
隨后，詳細(xì)描述才艮據(jù)本發(fā)明的制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法。 雖然本實(shí)施例示出了單晶體硅晶片作為基底襯底10以及GaN薄膜 20作為氮化物半導(dǎo)體薄膜，^f旦是本發(fā)明不限于此方面。
首先，制備具有(111)表面方向(surface orientation )的石圭晶 片作為基底襯底10。上述結(jié)構(gòu)和形狀的多個(gè)溝槽11、 12、 lla和lib 形成在基底襯底10的下表面上?？赏ㄟ^用于鋸切晶片的鋸切4侖或 在半導(dǎo)體制造工藝中使用的照相平版術(shù)來形成溝槽11、 12、 lla和
llb。在鋸切輪的情況下，鋸切輪的厚度限定了溝槽11、 12、 lla 和lib的寬度?？赏ㄟ^選沖奪地4吏用厚度為0.01至1 mm的鋸切4侖來 調(diào)節(jié)溝槽ll、 12、 lla和llb的寬度?？煞謩e通過鋸切4侖的鋸切深 度以及鋸切輪與基底襯底10之間的相對(duì)位置來調(diào)節(jié)溝槽11、 12、 lla和lib的深度和間3巨。同時(shí)，在照相平X反術(shù)的情況下，所需結(jié) 構(gòu)和形狀的蝕刻掩模(蝕刻膠圖案或氧化硅圖案)形成在基底襯底 10的下表面上，并且利用適當(dāng)?shù)奈g刻氣體或液體來蝕刻基底襯底 10。此時(shí)，照相平版術(shù)可根據(jù)蝕刻掩模的圖案簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)溝槽的間 距或?qū)挾?，并且可形成比使用根?jù)當(dāng)前半導(dǎo)體制造技術(shù)的鋸切輪的 情況更精細(xì)的圖案。但是，圖5所示的溝槽結(jié)構(gòu)是通過重復(fù)進(jìn)行照 相平版印刷過程或蝕刻過程而形成的，因此需要更多的成本。
隨后在基底襯底10的具有所需溝槽結(jié)構(gòu)的表面上形成GaN薄 膜20。 GaN薄膜20可通過i者如MOCVD或HVPE方法的乂>知方法 一直形成為具有需要的厚度。具體地，使得Ga源氣體和N源氣體 同時(shí)流入到處于1000至110(TC的反應(yīng)器中以生長(zhǎng)GaN薄膜。例如， 通過HVPE方法使得GaN薄膜生長(zhǎng)得具有10至500 |am的厚度。 這里，Ga源氣體可使用CaCl3氣體，或者使得作為載體氣體的HC1 氣體流入Ga金屬，并且N源氣體可1"吏用NH3氣體。由于溝才曹形成 在基底襯底10的下表面上以吸收或降低沿從基底襯底10的中心部 分朝向周纟彖部分的方向施加得越來越大的應(yīng)力，所以諸如裂縫或剝 皮或翹曲的缺陷不會(huì)發(fā)生在所生長(zhǎng)的GaN薄膜20或基底襯底10 上，因此獲得了高質(zhì)量的GaN薄膜。
而且，可以在形成GaN薄膜20之前形成適當(dāng)?shù)木彌_層，并且 如果需要的話，可以在GaN薄膜20上形成另 一層薄膜。
通過上述過程獲得了才艮據(jù)本發(fā)明的GaN襯底，并且為了將GaN 襯底用作器件的襯底，可以分離或去除基底襯底10。在該實(shí)施例中， GaN襯底使用由硅制成的基底襯底10,并且可通過濕蝕刻方法簡(jiǎn)單 地去除基底襯底10。即，這樣執(zhí)行硅基底襯底10的去除，即，使 得硝S臾溶液(HN03， 70%)和氫氟酸溶液(HF, 5%)在混合比例 為0.1至10的范圍內(nèi)適當(dāng)混合，以產(chǎn)生蝕刻溶液，并且將圖1、圖 4、或圖5所示的GaN^H"底浸漬到蝕刻溶液中，乂人而以1至100 jum /分鐘的蝕刻速率來去除基底村底10。隨后，將乙酸溶液以10%或 更少的比例加入到蝕刻溶液中，從而去除了剩余的石圭。
其中，在基底襯底10由藍(lán)寶石或石灰化硅制成的情況下，可以 通過另一爿〉知方法(諸如利用激光的熱分解或金剛石研磨)來去除
&A^V^ 10。
隨后將通過具體試-驗(yàn)實(shí)例來描述本發(fā)明的效果。
圖6示出了諸如GaN薄膜的裂縫或襯底的翹曲的缺陷的照片， 其中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例以及對(duì)比實(shí)例，不同形狀的溝槽形成在基 底襯底的下表面上并且GaN薄力莫形成在基底襯底的另一表面上。這 樣制備圖6 (a)至6 (d)所示的每個(gè)樣品，即，將6英寸的硅晶 片(厚度670|am)劃分成六個(gè)矩形區(qū)域，在這六個(gè)區(qū)域上形成相 同結(jié)構(gòu)的溝槽，使得六個(gè)區(qū)域彼此切入(cut into),并且在每個(gè)區(qū) 域的與溝槽結(jié)構(gòu)形成表面相對(duì)的表面上生長(zhǎng)GaN薄膜(厚度60 |um )。在每個(gè)才羊品中，溝沖曹具有150 |am的相同深度和500 |um的相 同寬度。
參照?qǐng)D6(a)，溝槽沿一個(gè)方向形成并具有^L則的間^巨(1 mm)， 并且用凈果眼就可看出^)"底具有翹曲并且GaN薄力莫具有裂t逢以及由 裂縫和翹曲引起的剝皮。
參照?qǐng)D6 (b)，溝槽沿相互垂直的方向以規(guī)則間距形成在基底 襯底的下表面上。水平方向的間距與豎直方向的間^巨不同(水平間 距0.5 mm，豎直間3巨lmm),并且可以看到4于底具有翹曲，GaN 薄膜具有裂縫。
參照?qǐng)D6(c),溝槽沿相互垂直的方向以規(guī)則間距形成在基底 襯底的下表面上。水平方向的間距等于豎直方向的間距(間距0.5 mm)，并且當(dāng)與圖6 (b)對(duì)比時(shí)，防止翹曲的效果得到了改善，但 是還是可以看到襯底具有翹曲并且GaN薄膜在周緣部分處具有裂 縫。參照?qǐng)D6(d),溝槽沿相互垂直的方向形成在基底襯底的下表 面上。根據(jù)本發(fā)明，間距沿從中心部分朝向周緣部分的方向以四個(gè) 間^巨沖弟度(10mm、 4mm、 2 mm、禾口 1 mm )的方式逐洋斤變小，并 且可以看到襯底沒有翹曲，并且不存在GaN薄膜的裂縫。
應(yīng)該理解，^X以示例方式給出了這些詳細(xì)描述和具體實(shí)例，這 些具體實(shí)例同時(shí)能夠表示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，這是因?yàn)閺倪@些詳細(xì)描述中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以明顯地看出在本發(fā)明精神和范圍 之內(nèi)可以有各種^f'務(wù)改和更改。
工業(yè)應(yīng)用
如上所述，本發(fā)明在生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體薄膜之前在基底襯底的下 表面上以如下方式形成溝槽，該方式即為，沿從基底襯底的中心部 分朝向周^彖部分的方向減少間距或增加寬度或深度，從而防止由生 長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體薄膜時(shí)發(fā)生的熱變形而引起的襯底翹曲和GaN薄 膜的裂縫。
因此，即使在使用硅基底襯底的情況下本發(fā)明也可獲得沒有翹曲 或裂縫的高質(zhì)量的氮化物半導(dǎo)體襯底，而公知的是，在硅基底襯底 上形成氮化物半導(dǎo)體薄膜是難以實(shí)現(xiàn)的。
而且，在基底襯底由硅制成的情況下，基底襯底通過諸如濕蝕刻 的化學(xué)方法被簡(jiǎn)單地去除，以便時(shí)間短、成本低、產(chǎn)率高地獲得氮 化物半導(dǎo)體襯底。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體襯底，包括基底襯底；以及氮化物半導(dǎo)體薄膜，生長(zhǎng)在所述基底襯底的表面上，其中，所述基底襯底的下表面具有沿第一方向彼此平行形成的多個(gè)第一溝槽，并且所述第一溝槽的間距沿從所述基底襯底的中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體襯底，其中，所述基底襯底的所述下表面進(jìn)一步具有沿與所述 第一方向相交的第二方向彼此平行形成的多個(gè)第二溝槽，并且 所述第二溝槽的間距沿從所述基底襯底的中心部分朝向周緣 部分的方向逐漸變小。
3. —種氮化物半導(dǎo)體襯底，包括基底^)"底；以及氮化物半導(dǎo)體薄膜，生長(zhǎng)在所述基底襯底的表面上，其中，所述基底襯底的下表面具有沿第一方向4皮此平4亍形成的多個(gè)第一溝槽，所述第一溝槽的寬度沿從所述基底襯底 的中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體襯底，其中，所述基底襯底的所述下表面進(jìn)一步具有沿與所述 第一方向相交的第二方向彼此平行形成的多個(gè)第二溝槽，并且 所述第二溝槽的寬度沿從所述基底襯底的中心部分朝向周緣 吾卩分的方向逐漸變大。
5. —種氮化物半導(dǎo)體襯底，包括基底襯底；以及氮化物半導(dǎo)體薄膜，生長(zhǎng)在所述基底襯底的表面上，其中，所述基底襯底的下表面具有沿第一方向彼此平行 形成的多個(gè)第一溝槽，所述第一溝槽的深度沿從所述基底^H"底 的中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變大。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氮化物半導(dǎo)體襯底，其中，所述基底襯底的所述下表面進(jìn)一步具有沿與所述 第一方向相交的第二方向4皮此平^f于形成的多個(gè)第二溝槽，并且 所述第二溝槽的深度沿從所述基底襯底的中心部分朝向周緣部分的方向逐漸變大。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2、 4、或6所述的氮化物半導(dǎo)體襯底，其中，所述第一和第二方向以直角相交。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體襯底，其中，所述基底襯底由硅制成。
9. 一種用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法，包括在基底襯底的表面上沿第 一方向彼此平行地形成多個(gè)第 一溝纟曹；以及在所述基底襯底的與所述第一溝槽形成表面相對(duì)的表面 上形成氮化物半導(dǎo)體薄膜，其中，所述第 一溝槽的間距沿從所述基底襯底的中心部 分朝向周纟彖部分的方向逐漸變小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法，進(jìn) 一步包4舌在所述基底襯底的所述表面上沿與所述第 一 方向相交的 第二方向彼此平行地形成多個(gè)第二溝槽，其中，所述第二溝槽的間距沿與所述基底襯底的中心部 分朝向周纟彖部分的方向逐漸變小。
11. 一種用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法，包括在基底襯底的表面上沿第一方向彼此平行地形成多個(gè)第 一溝4曹；以及在所述基底襯底的與所述第 一 溝槽形成表面相對(duì)的表面 上形成氮化物半導(dǎo)體薄膜，其中，所述第 一溝槽的寬度沿從所述基底襯底的中心部 分朝向周纟彖部分的方向逐漸變大。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法， 進(jìn)一步包括在所述基底襯底的所述表面上沿與所述第一方向相交的 第二方向;f皮此平^亍地形成多個(gè)第二溝槽，其中，所述第二溝槽的寬度沿從所述基底襯底的中心部 分朝向周纟彖部分的方向逐漸變大。
13. —種用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法，包括在基底襯底的表面上沿第 一方向彼此平行地形成多個(gè)第 一溝纟曹；以及在所述基底襯底的與所述第一溝槽形成表面相對(duì)的表面 上形成氮化物半導(dǎo)體薄膜，其中，所述第 一 溝槽的深度沿乂人所述基底襯底的中心部 分朝向周緣部分的方向逐漸變大。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法， 進(jìn)一步包括在所述基底襯底的所述表面上沿與所述第一方向相交的 第二方向;f皮此平行地形成多個(gè)第二溝槽，其中，所述第二溝槽的深度沿從所述基底襯底的中心部 分朝向周緣部分的方向逐漸變大。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10、 12、或14所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯 底的方法，其中，所述第一和第二方向成直角相交。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9、 11、或13所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體村 底的方法，其中，所述第一溝槽是利用鋸切4侖而形成的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9、 11、或13所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯 底的方法，其中，所述第一溝槽是利用照相平版術(shù)而形成的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求9、 11、或13所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯 底的方法，其中，所述氮化物半導(dǎo)體薄膜是利用MOCVD(金屬有 才幾4匕學(xué)氣相沉積)或HVPE (氫^b物氣相外延)而形成的。
19. 根據(jù)權(quán)利要求9、 11、或13所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯 底的方法，其中，所述基底襯底由硅制成。
20. 根據(jù)權(quán)利要求9、 11、或13所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯 底的方法，進(jìn)一步包括在形成所述氮化物半導(dǎo)體薄膜之后去除所述基底襯底。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法，其中，所述基底襯底由石圭制成并且通過濕蝕刻而被去除。
22. 根據(jù)權(quán)利要求10、 12、或14所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯 底的方法，其中，所述第一溝槽是利用鋸切輪而形成的。
23. 根據(jù)權(quán)利要求10、 12、或14所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯 底的方法，其中，所述第一溝槽是利用照相平;f反術(shù)而形成的。
24. 根據(jù)權(quán)利要求10、 12、或14所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯 底的方法，其中，所述氮化物半導(dǎo)體薄膜是利用MOCVD (金屬有 機(jī)化學(xué)氣相沉積)或HVPE (氫化物氣相外延)而形成的。
25. 根據(jù)權(quán)利要求10、 12、或14所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯 底的方法，進(jìn)一步包括在形成所述氮化物半導(dǎo)體薄膜之后去除所述基底襯底。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的用于制造氮化物半導(dǎo)體襯底的方法，其中，所述基底襯底由硅制成并且通過濕蝕刻而被去除。
全文摘要
本發(fā)明涉及諸如氮化鎵襯底的氮化物半導(dǎo)體襯底以及用于制造該襯底的方法。本發(fā)明在基底襯底的下表面上形成多個(gè)溝槽，所述多個(gè)溝槽被構(gòu)造成吸收或降低當(dāng)在基底襯底上生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體薄膜時(shí)沿從基底襯底中心部分朝向周緣部分的方向施加得越來越大的應(yīng)力。即，本發(fā)明在基底襯底的下表面上形成溝槽，以使沿從基底襯底的中心部分朝向周緣部分的方向，間距逐漸變小或者寬度或深度逐漸變大。
文檔編號(hào)C23C16/34GK101207174SQ20071019538
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者李東鍵, 李浩準(zhǔn), 金容進(jìn), 金杜洙 申請(qǐng)人:斯?fàn)柸鸲鞴?br>