專(zhuān)利名稱(chēng)：采用自剝離用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)無(wú)支撐(free-standing )氮化鎵單晶襯 底的方法，i亥方法在基石出4于底(base substrate )上生長(zhǎng)氮4匕4家(GaN ) 單晶并從基礎(chǔ)襯底上剝離所生長(zhǎng)的氮化鎵單晶以獲得無(wú)支撐氮化 4家單晶襯底。
背景技術(shù)：
氮化鎵(GaN)是具有纖鋅礦型結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體，在室溫 下具有對(duì)應(yīng)于可見(jiàn)光中藍(lán)光波長(zhǎng)范圍的3.4eV直4妄^夭遷型帶隙，與 InN和AIN形成均相固溶體以控制禁帶寬度，并在均相固溶體的整 個(gè)組成范圍內(nèi)表現(xiàn)出直接躍遷型半導(dǎo)體的特性。因此，GaN最廣泛 地用作藍(lán)色顯示和發(fā)光器件的材料。
通常，GaN單晶通過(guò)金屬有沖幾化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或氫 化物氣相外延(HVPE)在由藍(lán)寶石(A1203 )、碳化硅(SiC)或硅 (Si)制成的基礎(chǔ)襯底上形成。然而，基礎(chǔ)襯底和GaN膜具有不同 的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)，而由此晶格失配使之很難在基礎(chǔ)襯底上 外延生長(zhǎng)GaN膜。
為了克服這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)提出了一種技術(shù)，以在相對(duì)低的溫度 下在基礎(chǔ)襯底上形成具有相似晶格常數(shù)的緩沖層，并且在緩沖層上 生長(zhǎng)GaN單晶層，以便減輕晶格應(yīng)變。然而，該技術(shù)需要高成本基 礎(chǔ)襯底和用于形成緩沖層的生長(zhǎng)裝置。而且，雖然該才支術(shù)能夠外延生長(zhǎng)GaN單晶層，但是在GaN單晶層中表現(xiàn)出了高位錯(cuò)密度，由此限制了在激光二才及管或發(fā)光二才及管中的應(yīng)用。
根據(jù)現(xiàn)代技術(shù)，GaN單晶層能夠相對(duì)容易地在藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底上形成，^f旦是GaN單晶層應(yīng)該乂人藍(lán)寶石基礎(chǔ)坤十底上剝離以獲4尋無(wú)支撐GaN單晶襯底。
GaN單晶層從藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底上的剝離，采用藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底的積4戒拋光或激光剝離(laser lift-off )。枳4成拋光對(duì)藍(lán)寶石基礎(chǔ)4于底進(jìn)行拋光以使藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底變薄，這會(huì)導(dǎo)致GaN單晶層生長(zhǎng)之后立即達(dá)到的平衡的破壞，并因此在藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底中產(chǎn)生裂紋。裂紋傳#番到GaN單晶層，4吏之4艮難獲得高質(zhì)量大面積GaN單晶襯底。同時(shí)，激光剝離在藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底上照射紫外激光以在藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底和GaN單晶層之間的界面上將氮化鎵熱分解成4家和氮?dú)狻Ｈ欢?，激光剝離具有耗時(shí)和低產(chǎn)率的缺點(diǎn)。
可替換地，硅襯底可以用作基礎(chǔ)襯底。這種方法能夠以低成本生產(chǎn)大面積襯底，而可以?xún)H僅選擇性地蝕刻和除去硅基礎(chǔ)襯底。因此，優(yōu)點(diǎn)是比使用藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底更容易剝離襯底。然而，在硅基礎(chǔ)襯底上生長(zhǎng)GaN層仍然是很難的，并且在GaN層生長(zhǎng)期間石圭基礎(chǔ)襯底可能會(huì)被蝕刻。而且，盡管GaN層生長(zhǎng)于硅基礎(chǔ)襯底上，但是由于在硅基礎(chǔ)襯底和GaN層之間的熱膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)的差異會(huì)導(dǎo)致硅基礎(chǔ)襯底發(fā)生彎折和開(kāi)裂。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)用于解決以上提及的問(wèn)題，因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其能夠容易地/人基礎(chǔ)襯底上剝離氮化鎵單晶層并生產(chǎn)大面積^3"底。為了實(shí)現(xiàn)上面所提及的目的，本發(fā)明并不采用用于吸收基礎(chǔ)襯
底材料和GaN之間的熱膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)差異的緩沖層，而是積 極地利用基礎(chǔ)襯底材料和GaN之間的熱膨脹系數(shù)的差異以彎折基 礎(chǔ)襯底并在GaN膜中產(chǎn)生裂紋。在冷卻工藝過(guò)程中，生長(zhǎng)在產(chǎn)生裂 紋的GaN膜上的GaN單晶層與基礎(chǔ)襯底自然地相互剝離。
也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明一方面的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方 法包括(a)在由具有比氮化鎵更小熱膨脹系數(shù)的材料制成的平坦 基礎(chǔ)襯底上生長(zhǎng)氮化鎵膜并冷卻氮化鎵膜以使基礎(chǔ)襯底和氮化鎵 膜向上凸起彎曲，同時(shí)在氮化鎵膜中產(chǎn)生裂紋；(b)在位于向上凸 起的基礎(chǔ)襯底上的產(chǎn)生裂紋的氮化鎵膜上生長(zhǎng)氮化鎵單晶層；以及 (c )冷卻具有長(zhǎng)成的氮化鎵單晶層的向上凸起的所得產(chǎn)品以使向 上凸起的所得產(chǎn)品變平或〗吏向上凸起的所得產(chǎn)品向下凸起彎曲并 同時(shí)使基礎(chǔ)襯底和氮化鎵單晶層在插入其間的產(chǎn)生裂紋的氮化鎵 膜處相互自剝離。
優(yōu)選地，在步驟(a)中，通過(guò)MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相 沉積)將氮化鎵膜生長(zhǎng)至在2.5 |am到3.5 jam之間的厚度。
優(yōu)選地，在步驟(a)中在氮化鎵膜中產(chǎn)生的裂紋平行于基礎(chǔ) 邱于底的表面延伸或相只于于基礎(chǔ)邱t底的表面傾4牛地延伸。
優(yōu)選地，在步驟(b)中，通過(guò)HVPE (氫化物氣相外延)將 氮化鎵單晶層生長(zhǎng)至在50 jam到300 |um之間的厚度。
優(yōu)選地，步驟(b)在990。C到1030。C之間的溫度下實(shí)施。
優(yōu)選地，基礎(chǔ)襯底是硅或碳化硅，并且更優(yōu)選地是具有{111} 平面取向(晶面取向，plane orientation )的石圭。同時(shí)，韓國(guó)提前7>開(kāi)(Laid-Open)的專(zhuān)利〃^開(kāi)第2007-31249 號(hào)披露了 一種用于生產(chǎn)氮化鎵單晶厚層的方法。該方法通過(guò)獲得誘 導(dǎo)開(kāi)裂的基礎(chǔ)坤t底和GaN膜的層疊和生長(zhǎng)GaN厚層而生產(chǎn)無(wú)彎折 和裂紋的高質(zhì)量GaN單晶厚層。這種方法與本發(fā)明具有如下區(qū)別。 首先，該方法-使用藍(lán)寶石襯底作為基礎(chǔ)襯底，而不是本發(fā)明〗吏用的 硅襯底作為基礎(chǔ)襯底。其次，該方法誘導(dǎo)裂纟丈，并不是如在本發(fā)明 中用于自剝離，而是為了減輕和除去基礎(chǔ)襯底和GaN膜層疊界面處 的應(yīng)力。也就是說(shuō)，該方法誘導(dǎo)GaN膜開(kāi)裂并使裂紋傳播到GaN 膜之下的藍(lán)寶石基礎(chǔ)襯底，并通過(guò)采用激光的傳統(tǒng)村底剝離技術(shù)剝 離襯底。另外，該方法通過(guò)HVPE生長(zhǎng)i秀導(dǎo)開(kāi)裂的GaN月莫和GaN 單晶厚層，并在930。C到1000。C之間的溫度下誘導(dǎo)長(zhǎng)成的GaN膜 開(kāi)裂，并且在使工藝溫度冷卻到400。C以將裂紋傳播到襯底之后， 再次采用930°C到1100。C之間的溫度加熱襯底以生長(zhǎng)GaN單晶厚 層。因此，該方法需要比本發(fā)明更長(zhǎng)的時(shí)間，由此具有比本發(fā)明更 低的生產(chǎn)率。而且，這種技術(shù)的GaN膜具有50 jum的最小厚度， 而本發(fā)明對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生裂紋的氮化鎵膜具有在2.5 )am到3.5 |Lim之間 的最小厚度。因此，以上提及的技術(shù)由于GaN膜的較厚厚度而導(dǎo)致 需要比本發(fā)明更長(zhǎng)的時(shí)間，由此比本發(fā)明更不經(jīng)濟(jì)。


圖1是示意性地示出了才艮據(jù)本發(fā)明用于生產(chǎn)GaN單晶襯底的 方法的對(duì)黃截面^L圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的生長(zhǎng)在硅基礎(chǔ)襯底上 的GaN膜的照片(對(duì)應(yīng)于圖1 (b));圖2 ( a)是透一見(jiàn)圖4象，而 圖2 (b)是GaN膜表面的顯微圖像。
圖3是當(dāng)生長(zhǎng)和冷卻氮化鎵單晶厚層時(shí)在硅基礎(chǔ)襯底和氮化鎵 單晶層之間自剝離的照片(對(duì)應(yīng)于圖1 (d))。圖4是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
生產(chǎn)的氮化鎵單晶襯底未剝離部分的顯微圖像；圖4 (a)是通過(guò)聚焦在氮化鎵單晶厚層表面上而拍4聶的照片；而圖4 (b )是通過(guò)聚焦在直接位于硅基礎(chǔ)襯底上的產(chǎn)生裂紋的氮化鎵膜上而拍攝的照片。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
獲得的無(wú)支撐氮化鎵單晶的照片。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選的具體實(shí)施方式
。
在描述之前，應(yīng)該理解到，用于說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)該解釋為限于一般的和字典的含義，而應(yīng)該在本發(fā)明人容
術(shù)方面的意義和概念進(jìn)行解釋。因此，此處所提出的描述僅僅是出于舉例說(shuō)明目的的優(yōu)選實(shí)施例，而不用于限制本發(fā)明的范圍，因此應(yīng)該理解到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下能夠?qū)ζ渥鞒銎渌取浇楹蚟務(wù)改。
圖1是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明用于生產(chǎn)GaN單晶襯底的方法的4黃截面4見(jiàn)圖。
如圖1 (a)所示，制備了基礎(chǔ)襯底10。基礎(chǔ)襯底是因?yàn)橐韵略蚨删哂斜菺aN更小的熱膨脹系數(shù)的材料制成。材料可以例如是硅或石友化硅。在通常的半導(dǎo)體工藝中,圭:故最廣泛地用作襯底。石圭是廉價(jià)的，能夠生產(chǎn)大面積晶片，并具有優(yōu)異的熱導(dǎo)率，因此其優(yōu)選作為基礎(chǔ)襯底。而且，如上所述，本發(fā)明積極地利用了硅與GaN之間的熱膨脹系數(shù)的差異，由此具有{111}平面取向的硅更優(yōu)選作為 基石出襯底。
在基礎(chǔ)襯底10上實(shí)施化學(xué)預(yù)處理。換句話說(shuō)，實(shí)施SC1清潔 以除去基礎(chǔ)襯底10的上表面上的有機(jī)污染物或微粒。而且，在硅
基礎(chǔ)襯底的情況下，在石圭基礎(chǔ)襯底上表面上的天然二氧化石圭膜采用
稀HF除去。
隨后，如圖1 ( b )所示，在基礎(chǔ)坤于底10上形成產(chǎn)生裂紋的GaN 月莫12。詳細(xì)描述如下。
首先，GaN具有為5.59xlO^/K的熱膨脹系數(shù)，以及約為3.1891A 的晶格常數(shù)。碳化硅具有為4.2~4.7x 10"/K的熱膨脹系數(shù)，具有{100} 平面取向的硅具有為3.7xl(T6/K的熱膨脹系數(shù)，而具有{111}平面取 向的硅具有為2.6xl(T6/K的熱膨脹系凄史。因此，在GaN和用于基礎(chǔ) 襯底的材料之間的熱膨脹系數(shù)具有相當(dāng)大的差異，例如，在GaN和 碳化硅之間具有約16%~25%的差異，在GaN和具有{100}平面取向 的硅之間具有約34%的差異，而在GaN和具有(lll)平面取向的硅 之間具有約53%的差異。如果GaN膜在沒(méi)有分隔的緩沖層的情況 下直接生長(zhǎng)于硅基礎(chǔ)襯底上，則所長(zhǎng)成的GaN膜就會(huì)具有相當(dāng)大的 位錯(cuò)缺陷密度和超過(guò)極限的應(yīng)力，由此導(dǎo)致開(kāi)裂。因此，傳統(tǒng)技術(shù) 要在硅基礎(chǔ)襯底上形成至少 一層緩沖層或者要嚴(yán)格控制工藝條件。 然而，本發(fā)明既沒(méi)有形成緩沖層，也沒(méi)有控制工藝條件，而在易于 開(kāi)裂的條件下形成GaN膜。
具體而言，通過(guò)MOCVD在1100。C到1200。C之間的溫度下采 用TMGa (三甲基鎵)和NHs流在由具有比GaN更小熱膨脹系數(shù) 的材料制成的基礎(chǔ)襯底10上外延生長(zhǎng)厚度在2.5 pm到3.5 pm之間 的GaN膜。然后，具有相對(duì)更小熱膨脹系數(shù)的基礎(chǔ)襯底10就產(chǎn)生 了拉伸應(yīng)力，而具有相對(duì)更大熱膨脹系凄t的GaN膜12就產(chǎn)生了壓縮應(yīng)力，因此基礎(chǔ)襯底10和GaN膜12的疊層就出現(xiàn)了彎折現(xiàn)象， 使得基礎(chǔ)襯底10和GaN膜12的疊層向下凸起彎曲。隨后，在室溫 下冷卻基礎(chǔ)襯底10和GaN膜12的疊層。此時(shí)，4立伸應(yīng)力施加于基 礎(chǔ)4t底10,而壓縮應(yīng)力施加于GaN膜12,因此基礎(chǔ)4于底10和GaN 膜12的疊層如圖1 (b)所示向上凸起彎曲。
同時(shí)，在GaN膜12中產(chǎn)生了多條裂紋。裂紋平行于硅基礎(chǔ)襯 底10的表面延伸或相對(duì)于娃基礎(chǔ)襯底10的表面傾斜地延伸。產(chǎn)生 裂紋的GaN膜12是其中后來(lái)村底剝離的一部分。如果GaN膜12 形成太薄，則在隨后生長(zhǎng)GaN單晶層14的工藝過(guò)程中GaN膜12 可能^皮蝕刻掉或襯底可能祐 波壞。優(yōu)選地，GaN膜12形成為具有 至少一預(yù)定的厚度。而且，當(dāng)村底剝離時(shí)產(chǎn)生裂紋的GaN膜12被 石皮裂并祐:石皮壞，因jt匕如果GaN力莫12形成太厚，則也是不經(jīng)濟(jì)的。 因此，優(yōu)選GaN月莫12形成為具有上述范圍的厚度。
如上所述，本發(fā)明積極利用了在用于基礎(chǔ)襯底10的材料與GaN 之間的熱膨脹系數(shù)的差異J吏得基礎(chǔ)襯底10和GaN膜12的疊層向 上凸起彎曲，由此優(yōu)選用于基礎(chǔ)襯底10的材沖+具有比GaN更小的 熱膨脹系數(shù)，并與GaN具有較大的熱膨脹系數(shù)的差異。因此，優(yōu)選 基礎(chǔ)襯底10由碳化石圭或^圭制成，并且更優(yōu)選具有{111}平面取向的 硅。
隨后，如圖1 (c)所示，用作用于例如發(fā)光器件的材料的GaN 單晶厚層在基礎(chǔ)襯底10和GaN膜12的疊層上生長(zhǎng)。
具體而言，將圖l ( b )所示的基礎(chǔ)襯底10和GaN膜12的疊 層載入到HVPE設(shè)備上，并在990。C到1030°C之間的溫度下采用 由4家金屬和HC1氣體反應(yīng)產(chǎn)生的GaCl氣體和NH3氣體作為源生長(zhǎng) 相對(duì)較厚的GaN單晶層14。在生長(zhǎng)溫度低于990°C的情況下，鎵 原子的傳播長(zhǎng)度(擴(kuò)展長(zhǎng)度，蔓延長(zhǎng)度，propagation length )減小，由此由于缺少鎵而產(chǎn)生空位型缺陷，并降低生長(zhǎng)速率，這可以表現(xiàn)
出多晶相。在生長(zhǎng)溫度高于1030°C的情況下，蝕刻3見(jiàn)象出J見(jiàn)在GaN層的表面，并且GaCl氣體和NH3氣體之間的反應(yīng)不好，才尤會(huì)導(dǎo)致鎵在村底表面上的黑聚集(dark agglomeration )。因此，優(yōu)選將生長(zhǎng)溫度設(shè)定在上述范圍。而且，GaN單晶層14并不限于特定的厚度，然而，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)GaN單晶層14具有50jLim以上的厚度時(shí)，在隨后的冷卻工藝中自剝離發(fā)生在GaN單晶層14與基礎(chǔ)襯底10之間。因此，優(yōu)選GaN單晶層14的最小厚度為約50|am。同時(shí)，實(shí)際上，GaN單晶層14是用作用于發(fā)光器件的材料，由此GaN單晶層14越厚就越好。然而，隨著GaN單晶層14生長(zhǎng)越厚，GaN單晶層14彎曲越嚴(yán)重，這會(huì)導(dǎo)致襯底的斷裂。優(yōu)選GaN單晶層14生長(zhǎng)至300jum以下的厚度。
4妄著，在GaN單晶層14生長(zhǎng)到所想要的厚度之后，將襯底卸載出并冷卻到室溫。然后，在該冷卻工藝中由于GaN與用于基礎(chǔ)4于底10的材料之間的熱膨脹系數(shù)的差異，襯底如圖1 (d)所示變得平坦或向下凸起彎曲。也就是說(shuō)，GaN單晶層14的應(yīng)力在GaN的c-軸方向?qū)⑾蛏贤蛊鸬囊r底向下拉，使得襯底變得平坦或向下凸起
彎曲。此時(shí)，產(chǎn)生裂紋的GaN膜12就破成碎片12，。因此，基礎(chǔ)襯底10和GaN單晶層14就相互自剝離，以致于獲得了無(wú)支撐氮化鎵單晶襯底。所獲得的氮化鎵單晶經(jīng)過(guò)處理，例如，每個(gè)表面被拋光，并用作發(fā)光器件的村底等等。
隨后，通過(guò)具體實(shí)施例證實(shí)本發(fā)明的效果。
在該實(shí)施例中，制備具有{111}平面取向和2英寸直徑的《圭晶片IO作為基礎(chǔ)襯底。采用MOCVDi殳備在1200。C下外延生長(zhǎng)具有2.5)am厚度的GaN力莫12，然后冷卻至室溫(此時(shí)，并不實(shí)施單獨(dú)的冷卻工藝，而是將具有長(zhǎng)成的GaN膜12的硅晶片10從MOCVD設(shè)備卸載出，按原樣放置并自然冷卻)。因此，如圖2所示，襯底發(fā)生變形，例如向上凸起彎曲，并且在所長(zhǎng)成的GaN膜12中產(chǎn)生 了裂紋。
隨后，將圖2所示的襯底載入到HVPE設(shè)備上，并且在1020°C 下生長(zhǎng)具有100 jum厚度的GaN單晶層14。
接著，將具有GaN單晶厚層14的襯底從HVPE設(shè)備卸載出， 并自然冷卻到室溫。然后，如圖3所示，石圭基礎(chǔ)襯底10和GaN單 晶層14自然:地相互自剝離。
圖4是根據(jù)該實(shí)施例生長(zhǎng)的具有100 ^im厚度的氮化鎵單晶層 14的未剝離部分的顯4效圖像。圖4 (a)是GaN單晶層14的表面圖 像，而圖4 (b)是在GaN單晶層14之下的產(chǎn)生裂紋的GaN膜12 的表面圖4象。如圖4(b)所示，裂紋仫 f又產(chǎn)生在GaN膜12上。在 圖4中，黑斑是由于在夬少鎵而在GaN單晶層14的表面上形成的缺 陷。黑斑是有意包含在圖像中的，目的是為了易于在分別如圖4(a) 和(b)所示的GaN單晶層14的表面和GaN膜12的表面上聚焦。
圖5是如上述獲得的無(wú)支撐GaN單晶的照片。才艮據(jù)該實(shí)施例， 能夠獲得的GaN單晶襯底具有的面積差不多大約是2英寸直徑的襯 底的一半，此時(shí)，如果排除缺陷部分，則能夠獲得的GaN單晶襯底 具有的面積差不多大約是2英寸直徑的襯底的1/6。因此，本發(fā)明 能夠獲得的無(wú)支撐GaN單晶在實(shí)踐中是足夠有用的。
應(yīng)該理解到，盡管指出本發(fā)明的優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，^旦也^f又 ^又通過(guò)說(shuō)明的方式給出詳細(xì)的描述和具體的實(shí)施例，因?yàn)閷?duì)本領(lǐng)域 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和修改根據(jù)該 詳細(xì)描述將變得顯而易見(jiàn)。例如，盡管上述具體實(shí)施方式
示出產(chǎn)生裂紋的GaN膜12是通 過(guò)MOCVD生長(zhǎng)的而GaN單晶厚層14是通過(guò)HVPE生長(zhǎng)的，但是 GaN膜12和GaN單晶層14可以采用本領(lǐng)域中熟知的技術(shù)例如 MBE (分子束外延)形成。然而，優(yōu)選采用易于剝離的不同方法生 長(zhǎng)GaN膜12和GaN單晶層14 。優(yōu)選地，通過(guò)更高生長(zhǎng)速率的HVPE 生長(zhǎng)比GaN力莫12相對(duì)更厚的GaN單晶層14。
而且，
片作為基礎(chǔ)襯底10,然而，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，具有{100} 平面取向的硅晶片或碳化硅也可以用作基礎(chǔ)襯底io，這能產(chǎn)生相同 的歲克果。
本發(fā)明的效果如下。
首先，本發(fā)明積極利用了在用于基礎(chǔ)襯底的材料與GaN之間 的熱膨脹系數(shù)的差異以彎曲基礎(chǔ)襯底并在GaN膜中產(chǎn)生裂紋，由此 GaN單晶層和基礎(chǔ)襯底利用插入其間的產(chǎn)生裂紋的GaN膜自然地 沖目互剝離。
因此，本發(fā)明排除了緩沖層或激光剝離或機(jī)械拋光的需要，由 此能夠很容易地獲得無(wú)支撐GaN單晶襯底，而沒(méi)有增加成本。
而且，本發(fā)明采用了與GaN具有較大熱膨脹系數(shù)和晶格常數(shù) 差異的硅襯底作為基礎(chǔ)襯底，由此能夠很容易地以低成本生產(chǎn)大面 積GaN單晶襯底。
權(quán)利要求
1. 一種用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，包括(a)在由具有比氮化鎵更小熱膨脹系數(shù)的材料制成的平坦基礎(chǔ)襯底上生長(zhǎng)氮化鎵膜并冷卻所述氮化鎵膜以使所述基礎(chǔ)襯底和所述氮化鎵膜向上凸起彎曲，并且同時(shí)在所述氮化鎵膜中產(chǎn)生裂紋；(b)在位于所述向上凸起的基礎(chǔ)襯底上的所述產(chǎn)生裂紋的氮化鎵膜上生長(zhǎng)氮化鎵單晶層；以及(c)冷卻具有長(zhǎng)成的氮化鎵單晶層的所得產(chǎn)品以使所述向上凸起的所得產(chǎn)品變平或使所述向上凸起的所得產(chǎn)品向下凸起彎曲并同時(shí)使所述基礎(chǔ)襯底和所述氮化鎵單晶層在插入其間的所述產(chǎn)生裂紋的氮化鎵膜處相互自剝離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，在所述步驟(a)中，通過(guò)MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相 沉積)將所述氮化鎵膜生長(zhǎng)至在2.5 jam到3.5 之間的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，在所述步驟(a)中在所述氮化鎵膜中產(chǎn)生的所述裂紋平 行于所述基礎(chǔ)襯底的表面延伸或相對(duì)于所述基礎(chǔ)襯底的表面 傾^fi也延伸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，在所述步驟(b)中，通過(guò)HVPE (氫化物氣相外延)將 所述氮化鎵單晶層生長(zhǎng)至在50 pm到300 )Lim之間的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述步驟(b)在990。C到1030。C之間的溫度下實(shí)施。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底物由,圭或-友化石圭制成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底由硅或碳化硅制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底由硅或碳化硅制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底由硅或碳化硅制成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底由石圭或石友化石圭制成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底是具有{111}平面取向的硅襯底。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底是具有{111}平面取向的硅襯底。
13. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底是具有{111}平面取向的硅襯底。
14. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底是具有{111}平面取向的石圭襯底。
15. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，其 中，所述基礎(chǔ)襯底是具有{111}平面取向的硅襯底。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)氮化鎵單晶襯底的方法，包括(a)在由具有比氮化鎵更小熱膨脹系數(shù)的材料制成的平坦基礎(chǔ)襯底上生長(zhǎng)氮化鎵膜并冷卻氮化鎵膜以使基礎(chǔ)襯底和氮化鎵膜向上凸起彎曲，并在氮化鎵膜中產(chǎn)生裂紋；(b)在位于向上凸起的基礎(chǔ)襯底上的產(chǎn)生裂紋的氮化鎵膜上生長(zhǎng)氮化鎵單晶層；以及(c)冷卻具有長(zhǎng)成的氮化鎵單晶層的所得產(chǎn)品以使向上凸起的所得產(chǎn)品變平或使向上凸起的所得產(chǎn)品向下凸起彎曲并同時(shí)使基礎(chǔ)襯底和氮化鎵單晶層在插入其間的產(chǎn)生裂紋的氮化鎵膜處相互自剝離。
文檔編號(hào)C23C16/34GK101459215SQ20081018516
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12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>