專利名稱：Al的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種AlxGayIn1-x-yN(0＜x≤1，0＜y≤1，x+y≤1)襯底和該AlxGayIn1-x-yN(0＜x≤1，0＜y≤1，x+y≤1)襯底的清洗方法。本發(fā)明還涉及一種能夠穩(wěn)定地生長(zhǎng)低濁度水平(haze level)的外延膜的AlN襯底，以及該AlN襯底的清洗方法。本說(shuō)明書中，AlxGayIn1-x-yN(0＜x≤1，0＜y≤1，x+y≤1)簡(jiǎn)寫為AlxGayIn1-x-yN。
背景技術(shù)：
AlxGayIn1-x-yN襯底可以合適地用作各種半導(dǎo)體器件的襯底，例如光學(xué)器件和/或電子器件的襯底。
一種AlxGayIn1-x-yN晶體的代表性生長(zhǎng)方法是HVPE(氫化物汽相取向生長(zhǎng))法，而從AlxGayIn1-x-yN晶體可以制造AlxGayIn1-x-yN襯底。通過(guò)在AlxGayIn1-x-yN襯底表面上生長(zhǎng)各種外延膜，可以獲得半導(dǎo)體器件，例如光學(xué)器件和/或電子器件。
AlxGayIn1-x-yN襯底中，AlN襯底的能帶隙為6.2eV，熱導(dǎo)率約為3.3WK-1cm-1，并且具有高電阻，因此將其用作各種半導(dǎo)體器件的襯底，例如光學(xué)器件和/或電子器件的襯底引起了人們的注意。
可以用通過(guò)HVPE方法或者升華方法生長(zhǎng)出來(lái)的AlN晶體來(lái)制造AlN襯底。通過(guò)在AlN襯底表面上生長(zhǎng)各種外延膜，可以獲得半導(dǎo)體器件，例如光學(xué)器件和/或電子器件。
例如，Toshio Nishida等人在Appl.Phys.Lett.，2003年，82卷，第1期的“GaN-free transparent ultraviolet light-emitting diodes”中公開(kāi)了一種通過(guò)在AlN襯底上生長(zhǎng)AlGaN膜等而獲得的發(fā)光二極管。另外，Toshio Nishida等人的“The Characteristics of UV-LED Grown on Bulk AlN Substrate UnderLarge Current Injection”，the Japan Society of Applied Physics and RelatedSocieties第51屆春季會(huì)議，擴(kuò)展摘要，2004年3月，409頁(yè)，還公開(kāi)了一種在大塊(bulk)AlN襯底上形成的發(fā)光二極管。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明概述當(dāng)在AlxGayIn1-x-yN襯底表面上生長(zhǎng)外延膜時(shí)，有時(shí)生長(zhǎng)出的是有大量缺陷和/或失澤(tarnishes)的低質(zhì)量外延膜。使用這種低質(zhì)量外延膜的半導(dǎo)體器件的器件特性差，所以，需要穩(wěn)定地生長(zhǎng)出很少有缺陷和/或失澤的高質(zhì)量外延膜。
因此，為了穩(wěn)定地生長(zhǎng)很少有缺陷和/或失澤的高質(zhì)量外延膜，附著在AlxGayIn1-x-yN襯底表面上的粒子和/或有機(jī)物已經(jīng)通過(guò)清洗被除去。但是，由于沒(méi)有涉及AlxGayIn1-x-yN襯底表面上粒子和/或有機(jī)物清除程度的常規(guī)技術(shù)參考資料，而且其標(biāo)準(zhǔn)也不清楚，存在AlxGayIn1-x-yN襯底表面條件的變化直接導(dǎo)致外延膜的質(zhì)量變化的問(wèn)題。
另外，當(dāng)在AlN襯底表面上生長(zhǎng)外延膜時(shí)，有時(shí)生長(zhǎng)出高濁度水平的外延膜。使用這種外延膜的半導(dǎo)體器件的器件特性差，所以，需要穩(wěn)定地生長(zhǎng)出低濁度水平的外延膜。
因此，為了穩(wěn)定地生長(zhǎng)低濁度水平的外延膜，AlN襯底是已經(jīng)被清洗過(guò)的。但是，由于可以穩(wěn)定生長(zhǎng)低濁度水平的外延膜的AlN襯底表面的標(biāo)準(zhǔn)不清楚，存在AlxGayIn1-x-yN襯底表面條件的變化直接導(dǎo)致外延膜質(zhì)量變化的問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠穩(wěn)定地生長(zhǎng)高質(zhì)量外延膜的AlxGayIn1-x-yN襯底，以及獲得該AlxGayIn1-x-yN襯底的清洗方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠穩(wěn)定地生長(zhǎng)低濁度水平的外延膜的AlN襯底，以及該AlN襯底的清洗方法。
本發(fā)明涉及一種AlxGayIn1-x-yN襯底，其中當(dāng)AlxGayIn1-x-yN襯底的直徑為2英寸時(shí)，AlxGayIn1-x-yN襯底一個(gè)表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子數(shù)至多為20。此處，在本說(shuō)明書中，AlxGayIn1-x-yN襯底指的是包含鋁(Al)的氮化物晶體襯底，而且除了鋁和氮之外它還可以包含鎵(Ga)和/或銦(In)。
此外，本發(fā)明涉及一種AlxGayIn1-x-yN襯底的清洗方法，其中將AlxGayIn1-x-yN襯底浸泡在一種由選自氨水、氫氧化銨(ammonia hydroxide)/過(guò)氧化氫混合物和有機(jī)堿水溶液中的溶液制成的清洗溶液中，同時(shí)進(jìn)行超聲，從而當(dāng)該AlxGayIn1-x-yN襯底的直徑為兩英寸時(shí)，使AlxGayIn1-x-yN襯底一個(gè)表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子數(shù)至多為20。
此處，在本發(fā)明的AlxGayIn1-x-yN襯底的清洗方法中，優(yōu)選使用氨濃度至少為0.5重量百分比的氨水，過(guò)氧化氫溶液濃度至少為0.1重量百分比且氨濃度至少為0.1重量百分比的氫氧化銨/過(guò)氧化氫混合物，以及有機(jī)堿濃度至少為0.5重量百分比的有機(jī)堿水溶液作為清洗溶液。
在本發(fā)明的AlxGayIn1-x-yN襯底清洗方法中，優(yōu)選有機(jī)堿水溶液是溶解在水中的有機(jī)堿，該有機(jī)堿是氫氧化四甲銨和氫氧化2-羥乙基三甲銨中的一個(gè)。
此外，在本發(fā)明的AlxGayIn1-x-yN襯底清洗方法中，AlxGayIn1-x-yN襯底的浸泡時(shí)間至少為30秒。
另外，本發(fā)明涉及一種AlxGayIn1-x-yN襯底，其中在通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlxGayIn1-x-yN襯底表面光電子能譜中，C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為3。
另外，本發(fā)明涉及一種AlxGayIn1-x-yN襯底的清洗方法，其中將AlxGayIn1-x-yN襯底浸泡在酸溶液中，從而使通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlxGayIn1-x-yN襯底表面光電子能譜中，C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為3。
此處，在本發(fā)明的AlxGayIn1-x-yN襯底的清洗方法中，優(yōu)選酸溶液是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸制成的溶液，或者是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸和過(guò)氧化氫溶液的混合物制成的溶液。
此外，在本發(fā)明的AlxGayIn1-x-yN襯底的清洗方法中，當(dāng)酸溶液是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸制成的溶液時(shí)，優(yōu)選酸溶液中氫氟酸、鹽酸和硫酸的總濃度至少為0.5重量百分比，而當(dāng)酸溶液是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸和過(guò)氧化氫溶液的混合物制成的溶液時(shí)，優(yōu)選酸溶液中氫氟酸、鹽酸和硫酸的總濃度至少為0.1重量百分比，同時(shí)過(guò)氧化氫溶液的濃度至少為0.1重量百分比。
另外，在本發(fā)明的AlxGayIn1-x-yN襯底清洗方法中，優(yōu)選AlxGayIn1-x-yN襯底的浸泡時(shí)間至少為30秒。
本發(fā)明涉及一種AlN襯底，其中在通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlN襯底表面光電子能譜中，Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為0.65。
此外，本發(fā)明涉及一種AlN襯底的清洗方法，其中將AlN襯底浸泡在酸溶液中，從而使通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlN襯底表面光電子能譜中，Al2s電子峰面積和N1s電子峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為0.65。
此處，在本發(fā)明的AlN襯底清洗方法中，優(yōu)選酸溶液是由選自硝酸、磷酸和醋酸的至少一種酸制成的酸溶液。
此外，在本發(fā)明的AlN襯底清洗方法中，優(yōu)選酸溶液的濃度至少為0.5重量百分比。
此外，在本發(fā)明的AlN襯底清洗方法中，優(yōu)選AlN襯底的浸泡時(shí)間至少為40秒。
依照本發(fā)明，可以提供一種能夠穩(wěn)定地生長(zhǎng)高質(zhì)量外延膜的AlxGayIn1-x-yN襯底和獲得該AlxGayIn1-x-yN襯底的清洗方法。
此外，可以提供一種能夠生長(zhǎng)低濁度水平的外延膜的AlN襯底和獲得該AlN襯底的清洗方法。
本發(fā)明的上述和其他目的、特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將隨著如下結(jié)合附圖進(jìn)行的本發(fā)明詳細(xì)描述而變得更加清楚。


圖1和2是圖示本發(fā)明檢測(cè)角為10°的X射線光電子能譜的一個(gè)實(shí)例的示意圖。
圖3是實(shí)施例1中使用的清洗儀器示意性截面圖。
圖4顯示了實(shí)施例1中在AlN襯底表面上生長(zhǎng)的外延膜中的粒子數(shù)和缺陷數(shù)之間的關(guān)系。
圖5是實(shí)施例2中使用的清洗儀器示意性截面圖。
圖6是實(shí)施例3中使用的清洗儀器示意性截面圖。
圖7顯示了實(shí)施例3中清洗過(guò)后的AlN襯底上Al2s電子峰面積和N1s電子峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)和生長(zhǎng)在該AlN襯底表面上的外延膜的濁度水平的關(guān)系。
優(yōu)選實(shí)施方案描述本發(fā)明涉及一種AlxGayIn1-x-yN襯底，其中當(dāng)AlxGayIn1-x-yN襯底的直徑為2英寸時(shí)，AlxGayIn1-x-yN襯底一個(gè)表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子數(shù)至多為20。這是基于本發(fā)明人的如下發(fā)現(xiàn)當(dāng)AlxGayIn1-x-yN襯底表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子被控制在上述數(shù)量之內(nèi)時(shí)，可以生長(zhǎng)出很少有缺陷的高質(zhì)量外延膜。
此處，AlxGayIn1-x-yN襯底表面上的粒子數(shù)是用如下方法計(jì)算的對(duì)AlxGayIn1-x-yN襯底表面上晶粒大小至少為0.2μm的所有粒子進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后將數(shù)出的粒子數(shù)轉(zhuǎn)化成假設(shè)AlxGayIn1-x-yN襯底直徑為2英寸時(shí)的數(shù)值。因此，本發(fā)明中，對(duì)AlxGayIn1-x-yN襯底的大小沒(méi)有限制。例如，直徑為4英寸的AlxGayIn1-x-yN襯底的面積是直徑為2英寸的AlxGayIn1-x-yN襯底面積的四倍。因此，當(dāng)使用直徑為4英寸的AlxGayIn1-x-yN襯底時(shí)，其表面上粒子總數(shù)的1/4相當(dāng)于此處使用的粒子數(shù)。應(yīng)當(dāng)指出，粒子計(jì)數(shù)是用眾所周知的光散射方案等的襯底表面檢查儀器進(jìn)行的。另外，對(duì)粒子的材料沒(méi)有特殊限制。
本發(fā)明涉及一種清洗方法，其中將AlxGayIn1-x-yN襯底浸泡在選自氨水、氫氧化銨/過(guò)氧化氫混合物和有機(jī)堿水溶液中的清洗溶液中，同時(shí)進(jìn)行超聲，從而當(dāng)該AlxGayIn1-x-yN襯底的直徑為兩英寸時(shí)，使AlxGayIn1-x-yN襯底一個(gè)表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子數(shù)至多為20。
此處，氫氧化銨/過(guò)氧化氫混合物指的是過(guò)氧化氫溶液和氨水的混合物。另外，有機(jī)堿水溶液指的是溶解在水中的有機(jī)堿，并且優(yōu)選使用下面結(jié)構(gòu)式(1)表示的氫氧化四甲銨和結(jié)構(gòu)式(2)表示的氫氧化2-羥乙基三甲銨其中之一作為有機(jī)堿
當(dāng)使用氨水作為清洗溶液時(shí)，優(yōu)選氨濃度相對(duì)于整個(gè)清洗溶液而言至少為0.5重量百分比。當(dāng)使用氫氧化銨/過(guò)氧化氫混合物作為清洗溶液時(shí)，優(yōu)選相對(duì)于整個(gè)清洗溶液而言，過(guò)氧化氫溶液的濃度至少為0.1重量百分比，且氨的濃度至少為0.1重量百分比。當(dāng)使用有機(jī)堿作為清洗溶液時(shí)，優(yōu)選有機(jī)堿相對(duì)于整個(gè)清洗溶液的濃度至少為0.5重量百分比。通過(guò)如上限定清洗溶液的濃度，AlxGayIn1-x-yN襯底表面上的粒子數(shù)趨向于被更穩(wěn)定地如上控制。
優(yōu)選AlxGayIn1-x-yN襯底在清洗溶液中的浸泡時(shí)間至少為30秒。在這種情況下，由于AlxGayIn1-x-yN襯底被充分浸泡在清洗溶液中，AlxGayIn1-x-yN襯底表面上的粒子數(shù)趨向于被更穩(wěn)定地如上控制。此處，AlxGayIn1-x-yN襯底的浸泡時(shí)間是從對(duì)清洗液進(jìn)行超聲的時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算的。
此外，本發(fā)明涉及一種AlxGayIn1-x-yN襯底，其中在通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlxGayIn1-x-yN襯底表面光電子能譜中，C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為3。這是基于本發(fā)明人的如下發(fā)現(xiàn)當(dāng)C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例被如上控制時(shí)，可以生長(zhǎng)出高質(zhì)量的沒(méi)有任何失澤的外延膜。此處，通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)(XPS)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlxGayIn1-x-yN襯底表面光電子能譜中C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例指明了AlxGayIn1-x-yN襯底表面上有機(jī)物相對(duì)于接近AlxGayIn1-x-yN襯底表面的氮的數(shù)量。通過(guò)將其比例如上控制，可以生長(zhǎng)出沒(méi)有任何失澤的高質(zhì)量外延膜。
此處，C1s電子指的是C(碳)1s軌道上的電子，而N1s電子指的是N(氮)1s軌道上的電子。如圖1所示，通過(guò)X射線61的輻照，AlxGayIn1-x-yN襯底51表面上的C1s電子和N1s電子以光電子71形式被釋放出來(lái)。此后，以和AlxGayIn1-x-yN襯底51表面成10°的方向釋放出的光電子71被監(jiān)測(cè)器81檢測(cè)到(檢測(cè)角10°)，從而獲得光電子能譜。確定這個(gè)光電子能譜的C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例。
此外，本發(fā)明涉及一種清洗方法，其中將AlxGayIn1-x-yN襯底浸泡在一種酸溶液中，從而使通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlxGayIn1-x-yN襯底表面光電子能譜中，C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為3。
此處，優(yōu)選酸溶液是選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸的溶液。更優(yōu)選酸溶液是選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸和過(guò)氧化氫溶液的混合物。在這種情況下，如上光電子能譜中C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例傾向于被更穩(wěn)定地控制在至多為3。
此外，當(dāng)酸溶液是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸制成的溶液時(shí)，優(yōu)選酸溶液中氫氟酸、鹽酸和硫酸的總濃度至少為0.5重量百分比。此外，當(dāng)酸溶液是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸的至少一種酸和過(guò)氧化氫溶液的混合物制成的溶液時(shí)，優(yōu)選酸溶液中氫氟酸、鹽酸和硫酸的總濃度至少為0.1重量百分比，同時(shí)過(guò)氧化氫溶液的濃度至少為0.1重量百分比。在這種情況下，如上光電子能譜中C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例傾向于被更穩(wěn)定地控制在至多為3。
還優(yōu)選AlxGayIn1-x-yN襯底在酸溶液中的浸泡時(shí)間至少為30秒。在這種情況下，由于AlxGayIn1-x-yN襯底被充分浸泡在酸溶液中，如上C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例傾向于被更穩(wěn)定地如上控制。
此外，本發(fā)明涉及一種AlN襯底，其中在通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)(XPS)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlN襯底表面光電子能譜中，Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為0.65。這是基于本發(fā)明人的如下發(fā)現(xiàn)當(dāng)Al2s電子峰面積和N1s電子峰面積之間的比例被如上控制時(shí)，可以生長(zhǎng)出低濁度水平的外延膜。
當(dāng)使用MOVPE法(金屬有機(jī)汽相外延生長(zhǎng)法)或者M(jìn)BE法(分子束外延法)在AlN襯底生長(zhǎng)外延膜時(shí)，在生長(zhǎng)膜之前加熱AlN襯底的表面。由于通過(guò)加熱AlN襯底表面，AlN襯底表面N(氮)的揮發(fā)量超過(guò)Al(鋁)，當(dāng)生長(zhǎng)外延膜時(shí)，AlN襯底表面的化學(xué)組成中包含大量的Al。因此，通過(guò)使AlN襯底表面預(yù)先在其化學(xué)組成中包含大量的N，可以生長(zhǎng)出低濁度水平的外延膜。這是基于本發(fā)明人的如下發(fā)現(xiàn)可以使用這樣一種AlN襯底，在通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)(XPS)方法以10°檢測(cè)角獲得的該AlN襯底表面的光電子能譜中，Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例至多為0.65，作為AlN襯底表面的標(biāo)準(zhǔn)。
此處，Al2s電子指的是Al(鋁)2s軌道上的電子，而N1s電子指N的1s軌道上的電子。如圖2所示，通過(guò)X射線62的輻照，AlN襯底52表面上的Al2s電子和N1s電子以光電子72形式被釋放出來(lái)。此后，以和AlN襯底52表面成10°的方向釋放出的光電子72被監(jiān)測(cè)器82檢測(cè)到(檢測(cè)角10°)，從而獲得光電子能譜。確定這個(gè)光電子能譜的Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例。
此外，本發(fā)明涉及一種清洗方法，其中將AlN襯底浸泡在酸溶液中，從而使通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlN襯底表面光電子能譜中，Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為0.65。
此處，優(yōu)選酸溶液是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸制成的溶液，或者是由這些酸中至少兩種制成的混合溶液。在這種情況下，如上Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例傾向于被更穩(wěn)定地控制在至多為0.65。
此外，優(yōu)選酸溶液的濃度相對(duì)于整個(gè)酸溶液而言至少為0.5重量百分比。在這種情況下，如上光電子能譜中Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例傾向于被更加穩(wěn)定地控制在至多為0.65。
優(yōu)選AlN襯底在酸溶液中的浸泡時(shí)間至少為40秒。在這種情況下，由于AlN襯底被充分浸泡在酸溶液中，Al2s電子峰的面積和N1s電子的峰面積之間的比例傾向于被更穩(wěn)定地如上控制在至多為0.65。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方案實(shí)施例1首先，制備50片直徑為2英寸的AlN襯底，每個(gè)襯底都是對(duì)通過(guò)HVPE法生長(zhǎng)的AlN晶體進(jìn)行鏡面研磨，然后由于鏡面研磨而除去損壞層而獲得的。此處，50片AlN襯底每一片的厚度都是400μm，而且AlN襯底表面是偏離取向(0001)2°的平面。
接著，使用如圖3示意性截面圖所示的清洗儀器，將50片AlN襯底以各自不同的浸泡時(shí)間進(jìn)行清洗。此處，圖3中所示的清洗浴13充滿各種濃度的氫氧化四甲銨水溶液作為清洗溶液23。將頻率為900kHz的超聲波33應(yīng)用于浸泡了AlN襯底43的清洗液23，超聲條件對(duì)于50片AlN襯底43每一個(gè)都是相同的。
然后，對(duì)于每個(gè)清洗后的AlN襯底，用光散射方案的襯底表面檢查儀器對(duì)AlN襯底表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子進(jìn)行計(jì)數(shù)。
此后，在相同條件下，通過(guò)MOVPE法(金屬有機(jī)汽相外延生長(zhǎng)法)在50片AlN襯底的每一個(gè)襯底表面上生長(zhǎng)出1μm厚的由AlN晶體形成的外延膜。然后，用與上述儀器相同的襯底表面檢查儀器對(duì)外延膜的缺陷數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
圖4顯示了該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。圖4中，橫坐標(biāo)表示用上述方式計(jì)數(shù)的清洗后AlN襯底表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子數(shù)，而縱坐標(biāo)表示與橫坐標(biāo)粒子數(shù)相對(duì)應(yīng)的、數(shù)出的AlN襯底表面上生長(zhǎng)的外延膜的缺陷數(shù)。
如圖4可見(jiàn)，當(dāng)直徑為2英寸的AlN襯底表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子數(shù)至多為20時(shí)，該表面上生長(zhǎng)的外延膜中缺陷數(shù)小于50。因此，與粒子數(shù)超過(guò)20的情況相比，獲得的是缺陷較少的高質(zhì)量外延膜。
表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子數(shù)至多為20的AlN襯底是用清洗溶液清洗的，清洗溶液中氫氧化四甲銨的濃度相對(duì)于整個(gè)清洗溶液而言至少為0.5重量百分比，而且浸泡時(shí)間至少為30秒。
盡管在上述實(shí)施例1中使用的是AlN襯底，但是認(rèn)為使用不同于AlN襯底的AlxGayIn1-x-yN襯底也可以獲得類似的結(jié)果。另外，如上所述，對(duì)AlN襯底的厚度和平面取向沒(méi)有限制，它們?yōu)槿我鈹?shù)值時(shí)都可以獲得類似于實(shí)施例1的結(jié)果。
實(shí)施例2首先，類似于實(shí)施例1，制備50片直徑為2英寸的AlN襯底，每個(gè)襯底都是對(duì)AlN晶體進(jìn)行鏡面研磨，然后由于鏡面研磨除去損壞層而獲得的。此處，50片AlN襯底每一片的厚度都是400μm，而且AlN襯底表面是偏離取向(0001)2°的平面。
接著，使用如圖5示意性截面圖所示的清洗儀器，將50片AlN襯底以各自不同的浸泡時(shí)間進(jìn)行清洗。此處，圖5中所示的清洗浴15充滿各種濃度的鹽酸作為酸溶液25，以浸泡各個(gè)AlN襯底45。
然后，對(duì)于每個(gè)清洗過(guò)的AlN襯底，用X射線光電子能譜儀，采用Mg的Kα射線作為X射線源，以10°檢測(cè)角測(cè)量AlN襯底表面的光電子能譜，計(jì)算C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)。
此后，在相同條件下，通過(guò)MOVPE法在50片AlN襯底的每一個(gè)襯底表面上生長(zhǎng)出1μm厚的由AlN晶體形成的外延膜。然后，對(duì)于每個(gè)以這種方式生長(zhǎng)出的外延膜，基于下面的標(biāo)準(zhǔn)目測(cè)評(píng)估失澤是否存在。對(duì)于如表1所示的每一類(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)，數(shù)出具有失澤的外延膜數(shù)量，結(jié)果見(jiàn)表1。
表1

失澤存在的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)失澤存在——外延膜的一部分未被拋光成為一個(gè)鏡面失澤不存在——外延膜全部被拋光成為一個(gè)鏡面如表1可見(jiàn)，存在C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)越小失澤越少的趨勢(shì)。特別是當(dāng)該比例至多為3時(shí)，外延膜上沒(méi)有失澤，生長(zhǎng)出的是高質(zhì)量外延膜。
C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為3的AlN襯底是用清洗溶液清洗的，所述的清洗溶液中鹽酸的濃度相對(duì)于整個(gè)清洗溶液而言至少為0.5重量百分比，而且浸泡時(shí)間至少為30秒。
盡管在上述實(shí)施例2中使用的是AlN襯底，但是認(rèn)為使用不同于AlN襯底的AlxGayIn1-x-yN襯底也可以獲得類似的結(jié)果。另外，如上所述，對(duì)AlN襯底的厚度和平面取向沒(méi)有限制，它們?yōu)槿我鈹?shù)值時(shí)都可以獲得類似于實(shí)施例2的結(jié)果。
實(shí)施例3首先，制備50片直徑為2英寸的AlN襯底，每個(gè)襯底都是對(duì)通過(guò)HVPE法生長(zhǎng)的AlN晶體進(jìn)行鏡面研磨，然后由于鏡面研磨除去損壞層而獲得的。此處，50片AlN襯底每一片的厚度都是400μm，而且AlN襯底表面是偏離取向(0001)2°的平面。
接著，使用如圖6示意性截面圖所示的清洗儀器，對(duì)50片AlN襯底每一個(gè)都進(jìn)行清洗。此處，圖6中所示的清洗浴16充滿各種濃度的硝酸、磷酸和醋酸混合溶液作為清洗溶液26，以不同的清洗時(shí)間清洗AlN襯底46。
然后，對(duì)于每個(gè)清洗過(guò)的AlN襯底，用X射線光電子能譜儀，采用Mg的Kα射線作為X射線源，以10°檢測(cè)角測(cè)量AlN襯底表面的光電子能譜，計(jì)算Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)。
此后，在相同條件下，通過(guò)MOVPE法在50片AlN襯底的每一個(gè)襯底表面上生長(zhǎng)出1μm厚的由AlN晶體形成的外延膜。然后，用光散射方案的襯底表面檢查儀器，對(duì)每個(gè)以這種方式生長(zhǎng)出的外延膜進(jìn)行濁度水平評(píng)估。結(jié)果見(jiàn)圖7。圖7中，橫坐標(biāo)表示用X射線光電子能譜儀獲得的、清洗后的AlN襯底的Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)，而縱坐標(biāo)表示在具有橫坐標(biāo)所示(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)數(shù)值的每個(gè)AlN襯底上生長(zhǎng)出的外延膜的濁度水平。
如圖7可見(jiàn)，存在Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)越小外延膜的濁度水平越低的趨勢(shì)。特別是當(dāng)該比例至多為0.65時(shí)，外延膜的濁度水平低于2ppm，生長(zhǎng)出的外延膜是極好的。
Al2s電子峰面積和N1s電子峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為0.65的AlN襯底是用酸溶液清洗的，所述的酸溶液中硝酸、磷酸和醋酸的濃度相對(duì)于整個(gè)清洗溶液而言至少為0.5重量百分比，而且浸泡時(shí)間至少為40秒。
盡管在上述實(shí)施例3中使用的是硝酸、磷酸和醋酸的混合溶液，但是認(rèn)為使用硝酸、磷酸和醋酸中的一種酸，或者由這些酸中的兩種制成的混合溶液也可以獲得類似的結(jié)果。
另外，如上所述，對(duì)AlN襯底的厚度和平面取向沒(méi)有限制，它們?yōu)槿我鈹?shù)值時(shí)都可以獲得類似于實(shí)施例3的結(jié)果。
本發(fā)明可以適用于制造使用AlxGayIn1-x-yN襯底的半導(dǎo)體器件。此外，本發(fā)明還適用于制造使用AlN襯底的半導(dǎo)體器件。
盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述和舉例說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)清楚地認(rèn)識(shí)到上述舉例說(shuō)明和實(shí)施例僅僅是說(shuō)明和舉例，沒(méi)有限制含義，本發(fā)明的宗旨和范圍僅受后附權(quán)利要求條款限制。
權(quán)利要求
1.一種AlxGayIn1-x-yN襯底，其中當(dāng)所述AlxGayIn1-x-yN襯底的直徑為2英寸時(shí)，所述AlxGayIn1-x-yN襯底一個(gè)表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子數(shù)至多為20。
2.一種AlxGayIn1-x-yN襯底(43)的清洗方法，其中將所述AlxGayIn1-x-yN襯底(43)浸泡在一種由選自氨水、氫氧化銨/過(guò)氧化氫混合物和有機(jī)堿水溶液中的溶液制成的清洗溶液中，同時(shí)進(jìn)行超聲(33)，從而當(dāng)該AlxGayIn1-x-yN襯底(43)的直徑為兩英寸時(shí)，使AlxGayIn1-x-yN襯底(43)一個(gè)表面上晶粒大小至少為0.2μm的粒子數(shù)至多為20。
3.權(quán)利要求2的AlxGayIn1-x-yN襯底(43)的清洗方法，其中使用氨濃度至少為0.5重量百分比的氨水，過(guò)氧化氫溶液濃度至少為0.1重量百分比且氨濃度至少為0.1重量百分比的氫氧化銨/過(guò)氧化氫混合物，以及有機(jī)堿濃度至少為0.5重量百分比的有機(jī)堿水溶液作為所述清洗溶液(23)。
4.權(quán)利要求2的AlxGayIn1-x-yN襯底(43)的清洗方法，其中所述有機(jī)堿水溶液是溶解在水中的有機(jī)堿，所述的有機(jī)堿是氫氧化四甲銨和氫氧化2-羥乙基三甲銨中的一個(gè)。
5.權(quán)利要求2的AlxGayIn1-x-yN襯底(43)的清洗方法，其中所述AlxGayIn1-x-yN襯底(43)的浸泡時(shí)間至少為30秒。
6.一種AlxGayIn1-x-yN襯底(51)，其中在通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的所述AlxGayIn1-x-yN襯底(51)表面的光電子能譜中，C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為3。
7.一種AlxGayIn1-x-yN襯底(45)的清洗方法，其中將所述AlxGayIn1-x-yN襯底(45)浸泡在酸溶液(25)中，從而在通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlxGayIn1-x-yN襯底(45)表面光電子能譜中，使C1s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(C1s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為3。
8.權(quán)利要求7的AlxGayIn1-x-yN襯底(45)的清洗方法，其中所述酸溶液(25)是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸制成的，或者是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸和過(guò)氧化氫溶液的混合物制成的。
9.權(quán)利要求8的AlxGayIn1-x-yN襯底(45)的清洗方法，其中當(dāng)所述酸溶液(25)是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸制成的時(shí)，所述酸溶液(25)中氫氟酸、鹽酸和硫酸的總濃度至少為0.5重量百分比，且當(dāng)所述酸溶液(25)是由選自氫氟酸、鹽酸和硫酸中的至少一種酸和過(guò)氧化氫溶液的混合物制成的時(shí)，酸溶液(25)中氫氟酸、鹽酸和硫酸的總濃度至少為0.1重量百分比，同時(shí)過(guò)氧化氫溶液的濃度至少為0.1重量百分比。
10.權(quán)利要求7的AlxGayIn1-x-yN襯底(45)的清洗方法，其中所述AlxGayIn1-x-yN襯底(45)的浸泡時(shí)間至少為30秒。
11.一種AlN襯底(52)，其中在通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlN襯底(52)表面的光電子能譜中，Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為0.65。
12.一種AlN襯底(46)的清洗方法，其中將所述的AlN襯底(46)浸泡在酸溶液(26)中，從而在通過(guò)X射線光電子能譜學(xué)方法以10°檢測(cè)角獲得的AlN襯底(46)表面的光電子能譜中，使Al2s電子的峰面積和N1s電子的峰面積之間的比例(Al2s電子峰面積/N1s電子峰面積)至多為0.65。
13.權(quán)利要求12的AlN襯底(46)的清洗方法，其中所述的酸溶液(26)是由選自硝酸、磷酸和醋酸中的至少一種酸制成的。
14.權(quán)利要求12的AlN襯底(46)的清洗方法，其中所述酸溶液(26)的濃度至少為0.5重量百分比。
15.權(quán)利要求12的AlN襯底(46)的清洗方法，其中所述AlN襯底(46)的浸泡時(shí)間至少為40秒。
全文摘要
提供了一種Al
文檔編號(hào)H01L21/306GK1716545SQ20051008219
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月1日
發(fā)明者上村智喜, 石橋惠二, 藤原伸介, 中幡英章 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社