專(zhuān)利名稱：制造GaN基膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造GaN基膜的方法，所述方法能夠得到具有大主表面積和較少翹曲的GaN基膜。
背景技術(shù)：
GaN基膜適合用作半導(dǎo)體器件如發(fā)光器件和電子器件中的襯底和半導(dǎo)體層。從襯底與GaN基膜之間在晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)方面的匹配或基本匹配考慮，作為用于制造這種GaN基膜的襯底，GaN襯底是最好的。然而，GaN襯底非常貴，且難以獲得主表面的直徑超過(guò)2英寸的這種具有大直徑的GaN襯底。因此，通常將藍(lán)寶石襯底用作用于形成GaN基膜的襯底。藍(lán)寶石襯底和GaN晶體在晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)方面相互明顯不同。因此，為了緩和藍(lán)寶石襯底與GaN晶體之間晶格常數(shù)的不匹配并生長(zhǎng)具有良好結(jié)晶度的GaN晶體，例如，日本特開(kāi)平04-297023號(hào)公報(bào)公開(kāi)了，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN晶體時(shí)，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN緩沖層并在所述GaN緩沖層上生長(zhǎng)GaN晶體層。另外，為了通過(guò)使用熱膨脹系數(shù)接近于GaN晶體的襯底而得到翹曲較少的GaN膜， 例如，日本特表2007-523472號(hào)公報(bào)(對(duì)應(yīng)W02005/076345)公開(kāi)了具有一對(duì)或多對(duì)如下層的復(fù)合支持襯底，所述層的熱膨脹系數(shù)與位于其間的中心層基本相同且總的熱膨脹系數(shù)與 GaN晶體的熱膨脹系數(shù)基本相同。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述日本特開(kāi)平04-297023號(hào)公報(bào)，生長(zhǎng)GaN晶體，同時(shí)在晶體生長(zhǎng)方向上發(fā)生凹進(jìn)形翹曲，這可能是因?yàn)樵贕aN晶體的生長(zhǎng)期間由于締合而消滅晶體缺陷如位錯(cuò)。然而，如上所述，藍(lán)寶石襯底的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)高于GaN晶體，因此，在晶體生長(zhǎng)之后的冷卻期間，生長(zhǎng)的GaN晶體以在晶體生長(zhǎng)方向上突出的形狀大大翹曲并得到了以在晶體生長(zhǎng)方向上突出的形狀而大大翹曲的GaN膜。此處，由于藍(lán)寶石襯底的主表面具有更大的直徑，所以在上述生長(zhǎng)期間GaN晶體的翹曲變得更大(具體地，得到的GaN膜的翹曲與藍(lán)寶石襯底主表面的直徑的平方基本成比例)。因此，在主表面具有更大的直徑時(shí)，難以得到翹曲較少的GaN膜。在上述日本特表2007-523472號(hào)公報(bào)(對(duì)應(yīng)W02005/076345)中公開(kāi)的復(fù)合支持襯底的熱膨脹系數(shù)與GaN晶體的熱膨脹系數(shù)基本相同，因此在其上生長(zhǎng)的GaN層的翹曲能夠較少。然而，這種復(fù)合支持襯底具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且所述結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和形成困難。因此， 用于設(shè)計(jì)和制造的成本變得非常高且用于制造GaN膜的成本變得非常高。本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題并提供一種制造GaN基膜的方法，所述方法能夠制造具有大主表面積和較少翹曲的GaN基膜。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種制造GaN基膜的方法，所述方法包括準(zhǔn)備復(fù)合襯底的步驟，所述復(fù)合襯底包含支持襯底和布置在所述支持襯底的主表面?zhèn)壬系膯尉?，在所述支持襯底中主表面的熱膨脹系數(shù)比GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)的1. 0倍大且比其1.2倍小，所述單晶膜相對(duì)于垂直于所述單晶膜的主表面的軸呈三重對(duì)稱；以及在所述復(fù)合襯底中的所述單晶膜的所述主表面上形成GaN基膜的步驟，所述復(fù)合襯底中的所述單晶膜為SiC膜。在根據(jù)本發(fā)明的制造GaN基膜的方法中，在所述復(fù)合襯底中所述單晶膜的所述主表面可具有等于或大于45cm2的面積。所述形成GaN基膜的步驟可包括在所述單晶膜的所述主表面上形成GaN類(lèi)緩沖層的子步驟和在所述GaN類(lèi)緩沖層的主表面上形成GaN類(lèi)單晶層的子步驟。所述復(fù)合襯底中的所述支持襯底可以由燒結(jié)體制成。根據(jù)本發(fā)明，可提供一種制造GaN基膜的方法，所述方法能夠制造具有大主表面積和較少翹曲的GaN基膜。當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的下列詳細(xì)說(shuō)明，將使得本發(fā)明的上述和其他目的、特征、方面和優(yōu)勢(shì)變得更加顯而易見(jiàn)。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明制造GaN基膜的方法的一個(gè)實(shí)例的示意性橫斷面圖，(A)顯示了準(zhǔn)備復(fù)合襯底的步驟且(B)顯示了形成GaN基膜的步驟。圖2是顯示在根據(jù)本發(fā)明制造GaN基膜的方法中所使用的準(zhǔn)備復(fù)合襯底的步驟的一個(gè)實(shí)例的示意性橫斷面圖，(A)顯示了準(zhǔn)備復(fù)合襯底的子步驟，(B)顯示了在底部襯底上形成單晶膜的子步驟，(C)顯示了將單晶膜結(jié)合到支持襯底上的子步驟，且(D)顯示了將底部襯底從單晶膜分離的子步驟。
具體實(shí)施例方式參考圖1，根據(jù)本發(fā)明制造GaN基膜的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括準(zhǔn)備復(fù)合襯底10 的步驟，所述復(fù)合襯底10包含支持襯底11和布置在所述支持襯底11的主表面Ilm側(cè)上的單晶膜13，在所述支持襯底11中主表面Ilm的熱膨脹系數(shù)比GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)的1. 0倍大且比其1. 2倍小，所述單晶膜13相對(duì)于垂直于所述單晶膜13的主表面13m的軸呈三重對(duì)稱(圖1(A))；以及在所述復(fù)合襯底10中的所述單晶膜13的主表面 13m上形成GaN基膜20的步驟(圖1 (B))。此處，GaN基膜是指由含有( 作為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)。根據(jù)本實(shí)施方案中制造GaN基膜的方法，通過(guò)使用復(fù)合襯底，能夠得到具有大主表面積(即大直徑)和較少翹曲的GaN基膜，所述復(fù)合襯底包含支持襯底和布置在所述支持襯底的主表面?zhèn)壬系膯尉?，在所述支持襯底中主表面的熱膨脹系數(shù)比GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)的1. 0倍大且比其1. 2倍小，所述單晶膜相對(duì)于垂直于所述單晶膜的主表面的軸呈三重對(duì)稱。準(zhǔn)備復(fù)合襯底的步驟參考圖1(A)，本實(shí)施方案中制造GaN基膜的方法包括準(zhǔn)備復(fù)合襯底10的步驟，所述復(fù)合襯底10包含支持襯底11和布置在所述支持襯底11的主表面Ilm側(cè)上的單晶膜13， 在所述支持襯底11中所述主表面11的熱膨脹系數(shù)比GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)的1. 0倍大且比其1. 2倍小，所述單晶膜13相對(duì)于垂直于所述單晶膜13的所述主表面13m的軸呈三重對(duì)稱。上述復(fù)合襯底10包含支持襯底11和布置在所述支持襯底11的主表面Ilm側(cè)上的單晶膜13，在所述支持襯底11中所述主表面Ilm的熱膨脹系數(shù)稍高于GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)(具體地，比其1. 0倍大且比其1. 2倍小)，所述單晶膜13相對(duì)于垂直于單晶膜13的主表面13m的軸呈三重對(duì)稱。因此，能夠在復(fù)合襯底10的單晶膜13的主表面 1 !上生長(zhǎng)翹曲較少、位錯(cuò)密度低且直徑大的GaN基膜。從在復(fù)合襯底10的單晶膜13上生長(zhǎng)翹曲較少、位錯(cuò)密度低且直徑大的GaN基膜考慮，上述復(fù)合襯底10中所包含的支持襯底11在主表面Ilm的熱膨脹系數(shù)應(yīng)比GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)的1. 0倍大且比其1. 2倍小，優(yōu)選比其1. 04倍大且比其1. 15 倍小，進(jìn)一步優(yōu)選比其1.04倍大且比其1. 10倍小。此處，支持襯底11沒(méi)有特別限制，只要襯底在主表面Ilm的熱膨脹系數(shù)比GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)的1.0倍大且比其1.2倍小即可，且襯底可以為單晶、多晶或非晶的。從易于根據(jù)原料的種類(lèi)和比率的變化而調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)并易于得到在上述范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)考慮，支持襯底11優(yōu)選由燒結(jié)體制成。例如，所述燒結(jié)體的優(yōu)選實(shí)例包括 Al2O3-SiO2-基燒結(jié)體、SiO2-MgO燒結(jié)體、和SiO2-^O2燒結(jié)體等。此處，由于支持襯底11和GaN晶體各自的熱膨脹系數(shù)通常隨其溫度而波動(dòng)很大， 所以重要的是，應(yīng)根據(jù)熱膨脹系數(shù)確定溫度或溫度區(qū)域。本發(fā)明的目的是在復(fù)合襯底上制造翹曲較少的GaN基膜。在從室溫升溫的同時(shí)，在用于GaN基膜的成膜溫度下在復(fù)合襯底上形成GaN基膜，其后將溫度降至室溫，然后，將在復(fù)合襯底上形成的GaN基膜取出。因此適當(dāng)考慮，對(duì)支持襯底和GaN晶體各自從室溫到用于GaN基膜的成膜溫度的平均熱膨脹系數(shù)進(jìn)行處理以作為支持襯底和GaN晶體各自的熱膨脹系數(shù)。然而，即使在惰性氣氛中，如果溫度超過(guò)800°C，所述GaN晶體也會(huì)分解。因此，在本發(fā)明中，支持襯底和GaN晶體各自的熱膨脹系數(shù)由從室溫(具體地，25°C )到800°C的平均熱膨脹系數(shù)確定。另外，從在復(fù)合襯底10的單晶膜13上生長(zhǎng)翹曲較少、位錯(cuò)密度低且直徑大的GaN 基膜考慮，布置在上述復(fù)合襯底10中所包含的支持襯底11主表面Ilm側(cè)上的單晶膜13應(yīng)相對(duì)于垂直于單晶膜13的主表面1 !!的軸呈三重對(duì)稱，且所述單晶膜的優(yōu)選實(shí)例包括具有 (0001)面作為主表面1 !!的藍(lán)寶石膜、具有(0001)面作為主表面1 !!的SiC膜、具有(111) 面作為主表面13m的Si膜、具有(111)面作為主表面13m的GaAs膜等。此處，相對(duì)于垂直于單晶膜的主表面的軸呈三重對(duì)稱的單晶膜不是指在晶體幾何學(xué)方面嚴(yán)格呈三重對(duì)稱，而是在實(shí)際單晶膜中基本呈三重對(duì)稱，具體是指，在單晶膜的晶體幾何學(xué)方面嚴(yán)格的三重對(duì)稱軸與垂直于單晶膜主表面的軸之間的角的絕對(duì)值不超過(guò)10°即可。從在復(fù)合襯底10中減少翹曲并降低位錯(cuò)密度考慮，支持襯底11的主表面Ilm和單晶膜13的主表面1 !!優(yōu)選基本相互平行。此處，兩個(gè)表面基本相互平行是指，由這兩個(gè)表面形成的角的絕對(duì)值不超過(guò)10°。另外，在復(fù)合襯底10的支持襯底11的主表面Ilm側(cè)上布置單晶膜13的方法沒(méi)有特別限制，且例示性方法包括在支持襯底11的主表面Ilrn上直接生長(zhǎng)單晶膜13的方法(第一方法)、將在底部襯底的主表面上形成的單晶膜13結(jié)合到支持襯底11的主表面Ilm上并其后將所述底部襯底除去的方法(第二方法)、將單晶(未示出)結(jié)合到支持襯底11的主表面Ilm上并其后在指定深度的平面處將單晶與結(jié)合表面分離以由此在支持襯底11的主表面Ilm上形成單晶膜13的方法(第三方法)等。在支持襯底由多晶燒結(jié)體制成的情況中，上述第一方法困難且因此優(yōu)選使用上述第二和第三方法中的任一種。在上述第二方法中將單晶膜I3結(jié)合到支持襯底11上的方法沒(méi)有特別限制，且例示性方法包括將單晶膜13 直接結(jié)合到支持襯底11的主表面Ilm上的方法、利用插入的膠粘層12將單晶膜13結(jié)合到支持襯底11的主表面Ilm上的方法等。在上述第三方法中將單晶結(jié)合到支持襯底11上的方法沒(méi)有特別限制，且例示性方法包括將單晶直接結(jié)合到支持襯底11的主表面Ilm上的方法、利用插入的膠粘層12將單晶結(jié)合到支持襯底11的主表面Ilm上的方法等。上述準(zhǔn)備復(fù)合襯底10的步驟沒(méi)有特別限制。然而，從有效準(zhǔn)備高品質(zhì)的復(fù)合襯底 10考慮，例如，參考圖2，上述第二方法能夠包括準(zhǔn)備支持襯底11的子步驟(圖2(A))、在底部襯底30的主表面30η上形成單晶膜13的子步驟(圖2(B))、將支持襯底11和單晶膜13 相互結(jié)合的子步驟(圖2 (C))、以及除去底部襯底30的子步驟(圖2 (D))。在圖2(C)中，在將支持襯底11和單晶膜13相互結(jié)合的子步驟中，在支持襯底11 的主表面Ilm上形成膠粘層12a (圖2 (Cl))，在底部襯底30的主表面30η上生長(zhǎng)的單晶膜 13的主表面13η上形成膠粘層12b(圖2(以))，其后將在支持襯底11上形成的膠粘層12a 的主表面12am與在底部襯底30上形成的單晶膜13上形成的膠粘層12b的主表面12bn相互結(jié)合，由此利用通過(guò)插入的膠粘層1 與膠粘層12b之間的接合而形成的膠粘層12將支持襯底11與單晶膜13相互結(jié)合(圖2(C;3))。然而，如果能夠?qū)⒅С忠r底11與單晶膜13 相互接合，則能夠?qū)⒅С忠r底11與單晶膜13直接相互結(jié)合而不插入膠粘層12。用于將支持襯底11和單晶膜13相互結(jié)合的具體技術(shù)沒(méi)有特別限制。然而，從在結(jié)合之后即使在高溫下仍保持接合強(qiáng)度的能力考慮，優(yōu)選使用對(duì)結(jié)合表面進(jìn)行洗滌、實(shí)施結(jié)合、并其后將溫度提高至約600°C 1200°C以用于接合的直接接合法，對(duì)結(jié)合表面進(jìn)行洗滌、利用等離子體或離子等對(duì)結(jié)合表面進(jìn)行活化、并其后在約室溫(例如25°C)到400°C 的低溫下實(shí)施接合的表面活化法等。形成GaN基膜的步驟參考圖1 (B)，在本實(shí)施方案中制造GaN基膜的方法包括在復(fù)合襯底10中的單晶膜 13的主表面1 !上形成GaN基膜20的步驟。在上述準(zhǔn)備復(fù)合襯底的步驟中準(zhǔn)備的復(fù)合襯底10包含支持襯底11和布置在所述支持襯底11主表面Ilrn側(cè)上的單晶膜13，在所述支持襯底11中主表面Ilm的熱膨脹系數(shù)稍高于GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)(具體地，比其1. 0倍大且比其1. 2倍小)，所述單晶膜I3相對(duì)于垂直于單晶膜13的主表面13m的軸呈三重對(duì)稱。因此，能夠在復(fù)合襯底10的單晶膜13的主表面1 !上形成翹曲較少、位錯(cuò)密度低且直徑大的GaN基膜20。盡管形成GaN基膜的方法沒(méi)有特別限制，但是從形成位錯(cuò)密度低的GaN基膜考慮， 優(yōu)選例示性地有氣相外延法如MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)法、HVPE (氫化物氣相外延)法、MBE (分子束外延)法和升華法；液相外延法如助熔劑法和高氮壓溶液法。形成GaN基膜的步驟沒(méi)有特別限制。然而，從形成位錯(cuò)密度低的GaN基膜考慮，所述步驟優(yōu)選包括在復(fù)合襯底10的單晶膜13的主表面1 !上形成GaN類(lèi)緩沖層21的子步驟和在GaN類(lèi)緩沖層21的主表面21m上形成GaN類(lèi)單晶層23的子步驟。此處，GaN類(lèi)緩沖層21是指結(jié)晶度低或非結(jié)晶的層，其為GaN基膜20的一部分且是在低于GaN類(lèi)單晶層 23的生長(zhǎng)溫度的溫度下生長(zhǎng)的，所述GaN類(lèi)單晶層23是GaN基膜20的另一部分。
通過(guò)形成GaN類(lèi)緩沖層21，在GaN類(lèi)緩沖層21上形成的GaN類(lèi)單晶層23與單晶膜13之間的晶格常數(shù)不匹配得到緩和，因此GaN類(lèi)單晶層23的結(jié)晶度提高且其位錯(cuò)密度下降。因此，GaN基膜20的結(jié)晶度提高且其位錯(cuò)密度下降。還能夠?qū)aN類(lèi)單晶層23形成為單晶膜13上的GaN基膜20，而不生長(zhǎng)GaN類(lèi)緩沖層21。這種方法適用于單晶膜13與在其上形成的GaN基膜20之間的晶格常數(shù)不匹配較小的情況。實(shí)施例11.測(cè)量GaN晶體的熱膨脹系數(shù)從利用HVPE法生長(zhǎng)并具有1 X IO6CnT2的位錯(cuò)密度、1 X IO18CnT2的Si濃度、 1 X IO17CnT2的氧濃度和1 X IO16CnT2的碳濃度的GaN單晶切割具有2 X 2 X 20mm尺寸的評(píng)價(jià)用試樣(具有在縱向上的a軸并具有C面和M面中的任一種以作為平行于所述縱向的面， 且面取向的準(zhǔn)確度在士0. 1°內(nèi))。利用TMA (熱機(jī)分析)對(duì)在將溫度從室溫(25°C )升至800°C時(shí)上述評(píng)價(jià)用試樣的平均熱膨脹系數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。具體地，使用由日本理學(xué)株式會(huì)社(Rigaku Corporation)制造的TMA8310，在氮?dú)饬鲃?dòng)的氣氛中利用差示熱膨脹測(cè)量法測(cè)量了評(píng)價(jià)用試樣的熱膨脹系數(shù)。通過(guò)這種測(cè)量得到的GaN晶體在a軸方向上的25°C 800°C的平均熱膨脹系數(shù)α eaN_a 為 5. 84X1(T6,C。2.準(zhǔn)備復(fù)合襯底的步驟(1)準(zhǔn)備支持襯底的子步驟參考圖2 (A)，從八種商購(gòu)可獲得的Al2O3-SiO2基燒結(jié)體A H中的每一種上切割具有2X2X20mm尺寸的測(cè)量用試樣(具有基本平行于從燒結(jié)體切割的支持襯底的主表面的方向以作為縱向)，以作為用于支持襯底11的材料。此處，由于Al2O3-SiO2基燒結(jié)體不具有方向特殊性，所以可設(shè)置任意切割方向。按上述測(cè)量了在將溫度從室溫(25°C )升至 800°C時(shí)這些測(cè)量用試樣各自的平均熱膨脹系數(shù)as。Al2O3-SiO2基燒結(jié)體獲得了 5. 5X 10_7°C的25°C 800°C下的平均熱膨脹系數(shù)α s 且燒結(jié)體的熱膨脹系數(shù)％對(duì)6鄉(xiāng)晶體在a軸方向上的平均熱膨脹系數(shù)α eaN_a之比(下文中稱作 Qs/α GaN_a 比)為 0. 942。Al2O3-SiO2 基燒結(jié)體 B 獲得了 5. 9X 10_7°C的 25°C 800°C 的平均熱膨脹系數(shù)α s且α s/α GaN_a比為1· 010。Al2O3-SiO2基燒結(jié)體C獲得了 6· 1X10_6,C 的25°C 800°C的平均熱膨脹系數(shù)α s且α s/ α GaN_a比為1· 045。Al2O3-SiO2基燒結(jié)體D獲得 T 6. 4X 10-6/oC 的 25°C 800°C 的平均熱膨脹系數(shù) α s 且 α s/ α GaN_a 比為 1. 096。Al2O3-SiO2 基燒結(jié)體E獲得了 6.6X10_7°C的25°C 800°C的平均熱膨脹系數(shù)％且α s/α eaN_a比為 1. 130。Al2O3-SiO2基燒結(jié)體F獲得了 7.0父10_71的251 8001的平均熱膨脹系數(shù)as 且 α s/ α GaN-a 比為 1· 199。Al203_Si02 基燒結(jié)體 G 獲得了 7. 2X10_7°C 的 25°C 800°C 的平均熱膨脹系數(shù)α s且α s/ α GaN_a比為1. 233。Al2O3-SiO2基燒結(jié)體H獲得了 7. 5X 10_6/°C的 25°C 800°C的平均熱膨脹系數(shù)α s且α s/ α GaN_a比為1.沘4。從上述各種Al2O3-SW2基燒結(jié)體A H上切割具有4英寸(101. 6mm)直徑和Imm 厚度的支持襯底，并對(duì)各種支持襯底的相反主表面進(jìn)行鏡面研磨，由此得到支持襯底A H。即，支持襯底A H中各自的25°C 800°C的平均熱膨脹系數(shù)等于Al2O3-SiO2基燒結(jié)體 A H各自的25°C 800°C的平均熱膨脹系數(shù)。表1總結(jié)了所述結(jié)果。
(2)在底部襯底上形成單晶膜的子步驟參考圖2 (B)，準(zhǔn)備具有鏡面研磨的(111)面作為主表面30η并具有5英寸(127mm) 直徑和0. 5mm厚度的Si襯底以作為底部襯底30。利用CVD (化學(xué)氣相沉積)法在上述Si襯底(底部襯底30)的主表面30η上形成具有0. 4 μ m厚度的SiC膜以作為單晶膜13。關(guān)于成膜條件，將SiH4氣和C3H8氣用作源氣體，將H2氣用作載氣，將成膜溫度設(shè)定為1300°C，并將成膜壓力設(shè)定為大氣壓。在由此得到的SiC膜(單晶膜13)的主表面13m中包含Si原子面((0001)面)和C原子面((000-1) 面)以作為混合狀鑲嵌圖案。(3)將支持襯底和單晶膜相互結(jié)合的子步驟參考圖2(C)中的(Cl)，利用CVD法在圖2(A)中的各種支持襯底A H(支持襯底 11)的主表面Ilrn上形成具有2μπι厚度的SiO2膜。然后，通過(guò)利用CeO2漿體對(duì)各種支持襯底A H(支持襯底11)的主表面Ilm上的具有2 μ m厚度的SiO2膜進(jìn)行研磨，使得僅殘留具有0. 2 μ m厚度的S^2膜以充當(dāng)膠粘層12a。由此，掩埋各種支持襯底A H(支持襯底11)的主表面Ilm中的孔，由此得到具有平坦主表面12am和0. 2 μ m厚度的S^2膜(膠粘層1 )。此外，參考圖2(C)中的(02)，在10001的氧氣氛中對(duì)圖2 )中的Si襯底(底部襯底30)上形成的SiC膜(單晶膜1 的主表面13η進(jìn)行氧化，由此在SiC膜(單晶膜13) 的主表面13η上形成具有0. 2 μ m厚度的SW2層(膠粘層12b)。接下來(lái)，參考圖2(C)中的(C3)，通過(guò)氬等離子體對(duì)各種支持襯底A H (支持襯底11)上形成的SiA膜(膠粘層12a)的主表面12am和Si襯底(底部襯底30)上形成的 SiC膜(單晶膜13)上形成的SiO2層(膠粘層12b)的主表面12bn進(jìn)行清潔并活化，其后， 將SW2膜(膠粘層12a)的主表面12am和SW2層(膠粘層12b)的主表面12bn相互結(jié)合， 隨后在300°C的氮?dú)夥罩袩崽幚?小時(shí)。(4)除去底部襯底的子步驟參考圖2 (D)，利用蠟40對(duì)背面?zhèn)?未結(jié)合單晶膜13的側(cè))上的主表面和各種支持襯底A H(支持襯底11)的側(cè)表面進(jìn)行覆蓋和保護(hù)，其后，通過(guò)使用氫氟酸和硝酸的混合酸水溶液進(jìn)行腐蝕而將Si襯底(底部襯底30)除去。由此，得到分別在支持襯底A H(支持襯底11)的主表面Ilm側(cè)上布置SiC膜(單晶膜13)的復(fù)合襯底A H。3.形成GaN基膜的步驟參考圖1(B)，利用MOCVD法在各種復(fù)合襯底A H(復(fù)合襯底10)的SiC膜(單晶膜13)的主表面13m(這種主表面為(0001)面、(000-1)面或這些面的混合)上和在具有4 英寸(101.6mm)直徑和Imm厚度的藍(lán)寶石襯底的主表面(這種主表面為(0001)面)上形成GaN膜(GaN基膜20)。在形成GaN膜(GaN基膜20)中，將TMG (三甲基鎵)氣體和NH3氣用作源氣體，將H2氣用作載氣，并在500°C下生長(zhǎng)GaN緩沖層(GaN類(lèi)緩沖層21)至0. 1 μ m 的厚度，然后在1050°C下生長(zhǎng)GaN單晶層(GaN類(lèi)單晶層23)至5μπι的厚度。此處，GaN單晶層的生長(zhǎng)速率為1 μ m/小時(shí)。其后，在10°C /分鐘的速率下將其中分別在復(fù)合襯底A H和藍(lán)寶石襯底上形成GaN膜的晶片A H和R冷卻至室溫(25°C )。關(guān)于在冷卻至室溫之后從成膜裝置中取出的晶片A H和R，測(cè)量晶片的翹曲以及 GaN膜的外觀和位錯(cuò)密度。此處，利用Corning Tropel的FM200EWafer確定了在GaN膜主表面處晶片的翹曲形狀和翹曲量，利用Nomarski顯微鏡觀察了 GaN膜的外觀，并基于黑點(diǎn)的密度利用CL(陰極發(fā)光)測(cè)量了 GaN膜的位錯(cuò)密度。晶片A在GaN膜側(cè)上以凹進(jìn)方式翹曲，翹曲量為60 μ m,且在GaN膜中產(chǎn)生大量裂紋。晶片B在GaN膜側(cè)上以凹進(jìn)方式翹曲，翹曲量為320 μ m，在GaN膜中未產(chǎn)生裂紋，且GaN 膜的位錯(cuò)密度為3 X 108cm_2。晶片C在GaN膜側(cè)上以凹進(jìn)方式翹曲，翹曲量為10 μ m，在GaN 膜中未產(chǎn)生裂紋，且GaN膜的位錯(cuò)密度為lX108cm_2。晶片D在GaN膜側(cè)上以突出方式翹曲，翹曲量為20 μ m，在GaN膜中未產(chǎn)生裂紋，且GaN膜的位錯(cuò)密度為1 X 108cm_2。晶片E在 GaN膜側(cè)上以突出方式翹曲，翹曲量為110 μ m，在GaN膜中未產(chǎn)生裂紋，且GaN膜的位錯(cuò)密度為2X 108cm_2。晶片F(xiàn)在GaN膜側(cè)上以突出方式翹曲，翹曲量為230 μ m，在GaN膜中未產(chǎn)生裂紋，且GaN膜的位錯(cuò)密度為3X 108cm_2。晶片G在GaN膜側(cè)上以突出方式翹曲，翹曲量為740 μ m，在GaN膜中未產(chǎn)生裂紋，且GaN膜的位錯(cuò)密度為4X IO8CnT2。在晶片H中，在支持襯底中發(fā)生破裂且未得到充分的GaN膜。晶片R在GaN膜側(cè)上以突出方式翹曲，翹曲量為750 μ m，在GaN膜中未產(chǎn)生裂紋，且GaN膜的位錯(cuò)密度為4X 108cm_2。表1總結(jié)了這些結(jié)果。在表1中，“_”指示未測(cè)量其物理性能值。
權(quán)利要求
1.一種制造GaN基膜的方法，所述方法包括準(zhǔn)備復(fù)合襯底的步驟，所述復(fù)合襯底包含支持襯底和布置在所述支持襯底的主表面?zhèn)壬系膯尉?，在所述支持襯底中主表面的熱膨脹系數(shù)比GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)的1. 0倍大且比其1. 2倍小，所述單晶膜相對(duì)于垂直于所述單晶膜的主表面的軸呈三重對(duì)稱；以及在所述復(fù)合襯底中的所述單晶膜的所述主表面上形成GaN基膜的步驟，所述復(fù)合襯底中的所述單晶膜為SiC膜。
2.如權(quán)利要求1所述的制造GaN基膜的方法，其中在所述復(fù)合襯底中所述單晶膜的所述主表面具有等于或大于45cm2的面積。
3.如權(quán)利要求1所述的制造GaN基膜的方法，其中所述形成GaN基膜的步驟包括在所述單晶膜的所述主表面上形成GaN類(lèi)緩沖層的子步驟，以及在所述GaN類(lèi)緩沖層的主表面上形成GaN類(lèi)單晶層的子步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的制造GaN基膜的方法，其中所述復(fù)合襯底中的所述支持襯底由燒結(jié)體制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造GaN基膜的方法，所述方法包括準(zhǔn)備復(fù)合襯底的步驟，所述復(fù)合襯底包含支持襯底和布置在所述支持襯底的主表面?zhèn)壬系膯尉?，在所述支持襯底中主表面的熱膨脹系數(shù)比GaN晶體在a軸方向上的熱膨脹系數(shù)的1.0倍大且比其1.2倍小，所述單晶膜相對(duì)于垂直于所述單晶膜的主表面的軸呈三重對(duì)稱；以及在所述復(fù)合襯底中的所述單晶膜的所述主表面上形成GaN基膜的步驟，所述復(fù)合襯底中的所述單晶膜為SiC膜。由此，提供了一種制造GaN基膜的方法，所述方法能夠制造具有大主表面積和較少翹曲的GaN基膜。
文檔編號(hào)H01L21/20GK102465342SQ201110358558
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者上松康二, 佐藤一成, 山本喜之, 藤原伸介 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社