CN103526296A - 制造氮化镓基板的方法和由该方法制造的氮化镓基板 - Google Patents

制造氮化镓基板的方法和由该方法制造的氮化镓基板 Download PDF

Info

Publication number
CN103526296A
CN103526296A CN201310271109.4A CN201310271109A CN103526296A CN 103526296 A CN103526296 A CN 103526296A CN 201310271109 A CN201310271109 A CN 201310271109A CN 103526296 A CN103526296 A CN 103526296A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gallium nitride
nitride film
gan
gan film
gallium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310271109.4A
Other languages
English (en)
Inventor
林圣根
朴甫益
禹广济
金宇理汉
金俊会
朴喆民
裵峻莹
李东龙
李原兆
崔准成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Precision Materials Co Ltd
Original Assignee
Samsung Corning Precision Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020120147987A external-priority patent/KR20140003312A/ko
Application filed by Samsung Corning Precision Materials Co Ltd filed Critical Samsung Corning Precision Materials Co Ltd
Publication of CN103526296A publication Critical patent/CN103526296A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/16—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/02502—Layer structure consisting of two layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02513—Microstructure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

制造氮化镓（GaN）基板的方法和由该方法制造的GaN基板。该方法包括在基底基板上生长GaN膜和从GaN膜分离基底基板的步骤。生长GaN膜的步骤包括在GaN膜中形成凹点，该凹点诱导倒反畴界在GaN膜的内部形成。GaN基板可具有在层转移（LT）工艺过程中可用来操控基板的预定厚度，并且GaN基板的翘曲可达最小化，从而防止由于翘曲引起的裂纹。

Description

制造氮化镓基板的方法和由该方法制造的氮化镓基板
相关申请的交叉引用
本申请要求分别于2012年6月29日和2012年12月18日提交的韩国专利申请第10-2012-0070389号和10-2012-0147987号的优先权，上述申请的全部内容就各方面而言通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及制造氮化镓（GaN）基板的方法和由该方法制造的氮化镓基板，更具体地，涉及制造GaN基板的方法和由该方法制造的GaN基板，其中，GaN基板可具有在层转移（LT）工艺过程中可用来操控基板的预定厚度，并且GaN基板的翘曲可达最小化，从而防止由于翘曲引起的裂纹。
背景技术
氮化镓（GaN）是具有3.39eV带隙能量的直接跃迁型半导体材料，并可用于制造在短波长范围内发光的发光装置（LED）。然而，由于晶体熔点处高的氮蒸气压使得生长液晶需要1,500℃或更高的高温和20,000atm的氮气气氛，因此难以批量生产GaN单晶。此外，由于目前可行的薄板型晶体（thin panel type crystal）具有约100mm2的尺寸，因此难以通过液相外延（LPE）制造GaN。
氮化镓（GaN）是具有3.39eV带隙能量的直接跃迁型半导体材料，并可用于制造发射具有短波长的光的发光装置（LED）。然而，由于晶体熔点处高的氮蒸气压使得生长液晶需要1,500℃或更高的高温和20,000atm的氮气气氛，因此难以批量生产GaN单晶。此外，由于具有约100mm2的尺寸的薄板型晶体是目前可行的，因此难以通过LPE制造GaN。
因此，使用气相生长方法，如金属有机化学气相沉积（MOCVD）或氢化物气相外延（HVPE），在异质基板上生长GaN膜或基板。这里，即使MOCVD可生产高质量的膜，但MOCVD因其非常缓慢的生长速率而不适于制造具有数十至数百微米厚度的GaN基板。基于这个原因，由于高速生长在HVPE中是可能的，因此HVPE主要用于GaN薄膜的制造。
此外，蓝宝石基板由于具有如同GaN的六方晶系，廉价，并且在高温下稳定，因此最普遍地用作基底基板而用于制造GaN基板。然而，蓝宝石与GaN之间晶格常数差（约16%）和热膨胀系数差（约35%）引起蓝宝石与GaN之间的界面应变，转而在晶体中产生晶格缺陷、翘曲和裂纹。因此这使生长高质量的GaN基板困难。这里，GaN的晶格常数a[1100]为
Figure BDA00003443401900021
而蓝宝石的晶格常数为由于GaN的晶格常数大于蓝宝石的晶格常数，因此GaN膜受到压应力，蓝宝石基板受到张应力，以致GaN膜和蓝宝石基板往往引起向上凸的翘曲结构。
如图19所示，当GaN膜1在蓝宝石基板2生长时，GaN膜1因GaN与蓝宝石之间晶格常数与表面能的差而在蓝宝石基板2上以GaN岛2的形状生长。（a）当GaN膜以该状态持续生长时，GaN岛3单独生长。（b）GaN岛3最终合并在一起，从而转变成膜的形状。（c）由于通过岛合并降低的表面能的量超过由GaN岛3生长产生的应变能的量，因此GaN岛3合并在一起。在这种情况下，由于通过GaN岛3的生长施加的张应力，GaN膜1和蓝宝石基板2往往引起向下凹（相对于纸的表面）的翘曲结构。
在该方法中，GaN和蓝宝石受到在相对方向上作用的两种力，即由于晶格常数差使基板翘曲成凸形的力和由于GaN的生长使基板翘曲成凹形的力。施加到GaN和蓝宝石的最终的力由上述两种力的和确定。通常，由于GaN的生长使基板翘曲成凹形的力较大，因此蓝宝石基板和生长于其上的GaN膜最终具有凹-翘曲的结构。
这里，为了制造独立式GaN基板，蓝宝石基板从GaN膜分离后，在以上述方法生长GaN膜的过程中产生的翘曲直接反映在独立式GaN基板上。因此，翘曲劣化了在GaN基板上制造的装置的特性和产率。当GaN基板用于层转移（LT）等时，翘曲使得从GaN基板分离的GaN薄膜与加强GaN薄膜强度的支撑基板之间难以均匀结合，从而使获得结合区域困难。
为了克服这个问题，在现有技术中，低质量的GaN膜作为压力减小层在蓝宝石基板上形成，然后，高质量的GaN厚膜在低质量的GaN膜上形成。在这种情况下，在现有技术中，由于裂纹出现在GaN基板的总厚度为300μm或更大时，因此GaN基板生长使其厚度小于300μm。
这时，为了使具有该多层结构的GaN基板用作层转移（LT）基板，需要N侧(002)面（N-side(002)face）的X射线衍射（XRD）摇摆曲线的半峰全宽（FWHM）为100角秒（arcsec）或更小。为此，去除了具有低结晶质量的低质量GaN膜。然而，当去除了低质量GaN膜时，剩余的高质量GaN膜的厚度变成200μm或更小，难以操控GaN膜，而成为问题。这也是在LT工艺过程中产生裂纹的原因。
本发明背景部分中公开的信息仅用于更好地理解本发明的背景而提供，而不应认为是对该信息构成本领域技术人员已知的现有技术的确认或任何形式的暗示。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开文本第2001-122693号（2001年5月8日）。
发明内容
本发明的各个方面提供了制造氮化镓（GaN）基板的方法和由该方法制造的GaN基板，其中，所述GaN基板可具有在层转移（LT）工艺过程中可用来操控基板的预定厚度，并且所述GaN基板的翘曲可达最小化，从而防止由于翘曲引起的裂纹。
在本发明的一个方面，提供了制造GaN基板的方法。所述方法包括以下步骤：在基底基板上生长GaN膜；和从所述GaN膜分离所述基底基板。生长所述GaN膜的步骤包括在所述GaN膜中形成凹点，所述凹点诱导倒反畴界（inversion domain boundary）在所述GaN膜的内部形成。
根据本发明的实施方式，生长所述GaN膜的步骤可包括设置氮与镓的含量比为20:1或更大，从而增加所述凹点的密度。
生长所述GaN膜的步骤可包括设置所述GaN膜的生长温度为低于970℃，从而增加所述凹点的密度。
生长所述GaN膜的步骤可包括生长所述GaN膜的多层结构。
生长所述GaN膜的步骤可包括：在所述基底基板上生长第一GaN膜；在所述第一GaN膜上生长第二GaN膜，所述第二GaN膜的氮与镓的含量比小于所述第一GaN膜的氮与镓的含量比；和在所述第二GaN膜上生长第三GaN膜，所述第三GaN膜的氮与镓的含量比大于所述第二GaN膜的氮与镓的含量比。
分离所述基底基板的步骤可使用第一GaN膜作为分离边界（separation-boundary）膜。
所述方法可进一步包括在分离所述基底基板的步骤后去除所述第一GaN膜。
所述第一GaN膜可通过设置氮与镓的含量比为20:1或更大而生长，所述第三GaN膜可通过设置氮与镓的含量比为20:1或更大而生长。
所述第二GaN膜可通过设置氮与镓的含量比为2:1或更小而生长。
在生长第三GaN膜的步骤中，所述第三GaN膜可生长至厚度大于所述第一GaN膜的厚度且大于所述第二GaN膜的厚度。
所述方法可进一步包括在分离所述基底基板的步骤后完全去除所述第一GaN膜并部分去除所述第二GaN膜的步骤。
所述方法可进一步包括在分离所述基底基板的步骤后部分去除所述第三GaN膜的步骤。
在部分去除所述第三GaN膜的步骤中，可将所述第二GaN膜和所述第三GaN膜部分去除，以使部分去除的第二GaN膜的厚度和部分去除的第三GaN膜的厚度总计在200μm至400μm的范围内。
所述第二GaN膜可按低于所述第一GaN膜和所述第三GaN膜的生长速率生长。
所述第二GaN膜可在高于所述第一GaN膜和所述第三GaN膜的温度下生长。
在本发明的另一个方面，提供了GaN基板，包含：第一GaN膜；和在所述第一GaN膜上层叠的第二氮化镓膜，所述第二GaN膜的氮与镓的含量比大于所述第一GaN膜的氮与镓的含量比。
所述第一GaN膜的N面的X射线衍射（XRD）摇摆曲线的半峰全宽（FWHM）可为100角秒或更小。
所述第二GaN膜的N面的XRD摇摆曲线的FWHM可为200角秒或更大。
所述GaN基板的厚度可在200μm至400μm的范围内。
所述GaN基板的翘曲可在200μm至300μm的范围内。
根据本发明的实施方式，通过控制GaN膜的生长工艺参数，能够有效地控制在预定值通过设置GaN膜中形成的凹点密度而制造的独立式GaN基板的翘曲。因此，能够减小斜角（off-angle），提高层转移（LT）过程中的转移比例，并改善基于所述独立式GaN基板的半导体装置的特性和产率。
此外，通过形成其中低质量、高质量和低质量的膜在所述基底基板上顺序堆叠的GaN膜结构，能够达到在LT工艺过程中可用来操控GaN基板的厚度。
此外，通过调节每层的厚度使翘曲最小化，能够减少在LT工艺过程中由于GaN基板的翘曲而出现的裂纹。
此外，当制造具有低质量/高质量结构的GaN基板时，由于所述低质量的GaN膜降低了高质量的GaN膜的应力，因此可减少裂纹的出现。同时，所述低质量的GaN膜可充当载体基板。这样可增加使用GaN基板的LT工艺重复的次数，从而提高制造GaN薄膜结合的基板的工艺效率。
本发明的方法和设备具有其它特征和优点，在共同用于解释本发明的某些原理的并入本文的附图和以下的本发明详细说明中，这些特征和优点将变得明显或更详细地叙述。
附图说明
图1、图2、图3和图4为连续地显示根据本发明一个实施方式的制造氮化镓（GaN）基板的方法的过程示意图；
图5A、图5B和图5C为显示取决于在GaN膜上形成的凹点密度的翘曲特性的示意图；
图6A和图6B为显示取决于生长温度的凹点密度变化的电子显微镜照片；
图7A和图7B为显示取决于氮与镓的比例的凹点密度变化的电子显微镜照片；
图8A和图8B为显示取决于镓源气流速的凹点密度变化的电子显微镜照片；
图9为显示根据本发明另一个实施方式的制造GaN基板的方法流程图；
图10、图11、图12、图13、图14和图15为连续地显示根据本发明另一个实施方式的制造GaN基板的方法的过程示意图；
图16为显示根据本发明另一个实施方式的取决于第三GaN膜的厚度的翘曲特性的视图；
图17A和图17B为显示由根据本发明另一个实施方式的制造GaN基板的方法制造的GaN基板的(002)和(102)面的X射线衍射（XRD）摇摆曲线的曲线图；
图18为由根据本发明另一个实施方式的制造GaN基板的方法制造的GaN基板的扫描电子显微镜阴极发光（SEM-CL）图像；和
图19为显示根据现有技术的GaN膜生长工艺的示意图。
具体实施方式
现将详细参考根据本发明的制造氮化镓（GaN）基板的方法和由该方法制造的GaN基板，其实施方式在附图中列举并在下文叙述，以便本发明相关领域的普通技术人员可容易地将本发明付诸实践。
全文中，应参考附图，其中相同的附图标记和符号用于所有不同的附图以表示相同或相似的部件。在本发明的以下说明中，当并入本文的已知功能和部件的详细说明会使本发明的主题不清楚时将被忽略。
根据本发明一个实施方式的制造GaN基板的方法为制造用于层转移（LT）等的独立式GaN基板（图4中100）的方法，并包括GaN膜的生长步骤和基底基板的分离步骤。
首先如图1至图3所示，GaN膜的生长步骤为在基底基板110上生长GaN膜120的步骤。根据本发明的一个实施方式，GaN膜的生长步骤为通过气相外延（VPE）（如氢化物气相外延（HVPE））在基底基板110上生长GaN膜120。具体地，GaN膜的生长步骤为通过在生长炉内的基座上装入由蓝宝石、Si、SiC或GaAs等制成的基底基板110，吹送GaCl气和NH3气或源气（source gases）到生长炉中，然后加热生长炉以便上述气体在基底基板110上沉积，而生长GaN膜120。
这里，如图1所示，当通过气相沉积在由诸如蓝宝石制成的基底基板110上生长GaN膜120时，由于GaN与蓝宝石之间的晶格常数与表面能的差，GaN岛121最初在基底基板110上生长。然后，如图2所示，GaN岛121单独生长，然后如图3所示，GaN岛121合并在一起，形成GaN膜120。由于通过岛合并降低的表面能的量超过由GaN岛生长产生的应变能的量，因此GaN岛121合并在一起。
如图3所示，根据本发明一个实施方式的GaN膜的生长步骤在GaN膜120中形成凹点130，凹点130引起倒反畴界140在GaN膜120内部，具体在GaN岛121的邻近岛相接触的边界形成。
当凹点130在GaN膜120中形成时，GaN以朝着N极（相对于纸表面的右边）的方向和以朝着S极（相对于纸表面的左边）的方向生长，因此以朝着N极的方向和以朝着Ga极的方向为边界的倒反畴界140在凹点130下面形成。
当凹点130存在时，即凹点130在GaN岛121合并在一起时形成，倒反畴界140引起GaN岛121的表面能分成倒反畴能（inversion domain energy）和张应变能，以致张应力比凹点130不存在的情况减小。因此，GaN膜120翘曲使其具有较小的凹形。相反，当不存在凹点130时，所有的表面能转变成张应变能。
这里，当张应力由于大量凹点130存在而进一步减小时，压应力的效果由于晶格常数之间的差而提高，因此GaN膜120翘曲使其具有凸形。也就是说，倒反畴界140的总面积由于在GaN膜120中形成较多凹点130而提高。因此，由于凹点130的密度增加，因此较少的GaN岛121的表面能转变成张应变能。此外，GaN岛121的合并引起翘曲成凸形的趋势强于翘曲成凹形的趋势。
图5A至图5C为显示取决于在GaN膜上形成的凹点密度的翘曲特性的示意图；其中，图5A显示了当凹点130的密度低时的凹翘曲，图5C显示了当凹点130的密度高时的凸翘曲，图5B显示了凹点130的密度在图5A与图5C之间的情况。
在该方法中，GaN膜120的翘曲特性或趋势可由凹点130的密度确定。此时，凹点130的密度可通过控制GaN膜120的生长工艺参数而调节。
因此，根据本发明一个实施方式的GaN膜的生长步骤通过控制生长温度、氮与镓的含量比、Ga源气的流速和生长速率而增加凹点130的密度。
因此，在GaN膜的生长步骤，能够控制GaN膜120的生长温度至小于970℃以增加凹点130的密度。图6A和图6B为显示取决于生长温度的凹点密度变化的电子显微镜照片，其中，图6A显示了生长温度为950℃的情况，图6B显示了生长温度为970℃的情况。比较这些图，可认识到在较低温度生长的图6A中的凹点的密度为图6B中凹点密度的约4倍。
此外，在GaN膜的生长步骤，能够在供给GaN膜120生长的源气中设置氮与镓含量比使氮与镓的含量比变为20:1或更大，以增加凹点130的密度。图7A和图7B为显示取决于氮与镓的比例的凹点密度变化的电子显微镜照片，其中，图7A显示了氮与镓的比例为2的情况，图7B显示了氮与镓的比例为18的情况。比较这些图，可认识到较多的凹点在氮与镓的比例较大时形成。这里，图7A和图7B显示了取决于氮与镓的比例的趋势，该比例根据本发明的实施方式设置为20或更大。
此外，在GaN膜的生长步骤，可提高GaCl气体流速，以增加凹点130的密度。图8A和图8B为显示取决于镓源气流速的凹点密度变化的电子显微镜照片，其中，图8A显示了GaCl气体流速为55sccm的情况，图8B显示了GaCl气体流速为467sccm的情况。比较这些图，可认识到凹点的密度在气体流速提高时增加。
此外，GaN膜的生长步骤可快速地生长GaN膜120，以增加凹点130的密度。
然后，如图4所示，基底基板的分离步骤为从GaN膜120分离基底基板110的步骤。在基底基板的分离步骤，能够通过激光剥离技术分离基底基板100。具体地，当激光束入射到基底基板110与GaN膜120之间的界面上时，通过激光束的能量烧蚀基底基板110与GaN膜120之间的界面，以使基底基板110从GaN膜120分离。
现将参照图9至图18，详细参考根据本发明另一个实施方式的制造GaN基板的方法。
如图9所示，根据本发明另一个实施方式的制造GaN基板的方法与根据本发明前面的实施方式的方法不同为制造具有多层结构的GaN基板（图15中200）的方法，并包括第一GaN膜的生长步骤S1、第二GaN膜的生长步骤S2、第三GaN膜的生长步骤S3、基底基板的分离步骤S4和第一GaN膜的去除步骤S5。
首先，如图10所示，第一GaN膜的生长步骤S1为在基底基板110上生长第一GaN膜221的步骤。第一GaN膜的生长步骤S1通过VPE（如HVPE）生长第一GaN膜221。具体地，第一GaN膜的生长步骤S1通过在生长炉内的基座上装入由蓝宝石、Si、SiC或GaAs等制成的基底基板110，吹送GaCl气和NH3气到生长炉中，然后加热生长炉以便上述气体在基底基板110上沉积，而生长第一GaN膜221。在这种情况下，优选第一GaN膜221在低于将在后续过程中生长第二GaN膜222的温度（例如在970℃之下的温度）下生长。同样优选第一GaN膜221以快于第二GaN膜222的速率生长。
此外，第一GaN膜的生长步骤S1通过在供给第一GaN膜221生长的气体中设置氮与镓的含量比为20:1或更大而生长第一GaN膜221。当将形成第一GaN膜221的氮与镓的含量比设置为20:1或更大时，减小应力的数个凹点在第一GaN膜221的内部形成。第一GaN膜221构造为凹点密度高于将在后续过程中形成的第二GaN膜222。N侧(002)面（即邻近基底基板110的表面）的X射线衍射（XRD）摇摆曲线的半峰全宽（FWHM）为200角秒或更大。这里，XRD摇摆曲线的FWHM为可用来确定结晶度的值。较大的FWHM值表明导致结晶度降低的较多缺陷存在于薄膜内。这因此表明薄膜的质量低。在该方法中，第一GaN膜的生长步骤S1通过设置氮与镓的含量比至相当高而生长低质量的第一GaN膜221，以便使用基底基板分离步骤S4的后续过程中作为分离边界膜的第一GaN膜221可容易地分离基底基板。
此外，在第一GaN膜的生长步骤S1，第一GaN膜可生长至例如100μm的厚度。生长至该厚度的第一GaN膜221在后续过程完全去除。
接下来，如图11所示，第二GaN膜222的生长步骤S2为在第一GaN膜221上生长第二GaN膜222的步骤。在该步骤，第二GaN膜222如生长第一GaN膜221的步骤中通过VPE（如HVPE）在第一GaN膜221上生长。此时，第二GaN膜222作为具有与第一GaN膜221不同的微观结构的高质量的GaN膜生长。也就是，与第一GaN膜221不同，第二GaN膜222具有可用于LT工艺过程中的卓越的结晶度。为此，第二GaN膜222在高于第一GaN膜221的温度（例如970℃或更高的温度）下且以慢于第一GaN膜221的生长速率生长。
在第二GaN膜的生长步骤S2，第二GaN膜222生长以致氮与镓的含量比低于第一GaN膜221。具体地，第二GaN膜的生长步骤S2通过在供给第二GaN膜222生长的源气中设置氮与镓的含量比为2:1或更小而生长第二GaN膜222。当将形成第二GaN膜222的氮与镓之间的含量比在诸如1:1至2:1的范围内设置时，第二GaN膜222形成以致诸如脱位的缺陷在低于第一GaN膜221的密度下出现。因此，第二GaN膜222作为具有优异结晶度的高质量GaN膜生长。这里，第二GaN膜222的N侧(002)面的XRD摇摆曲线的FWHM为100角秒或更小。
同时，在第二GaN膜的生长步骤S2，第二GaN膜222可生长至例如100μm的厚度。一部分生长至该厚度的第二GaN膜222可在第一GaN膜的去除步骤S5的后续过程与第一GaN膜221一起去除。例如，生长至100μm厚度的第二GaN膜222可从其表面去除约30μm，从而具有70μm的最终厚度。
接下来，如图12所示，第三GaN膜的生长步骤S3为在第二GaN膜222上生长第三GaN膜223的步骤。在第三GaN膜的生长步骤S3，第三GaN膜223如生长第一GaN膜221的过程和生长第二GaN膜222的过程中通过VPE（如HVPE）在第二GaN膜222上生长。第三GaN膜223为与第一GaN膜221相同的低质量GaN膜。优选第三GaN膜223在低于第二GaN膜222的生长温度（例如970℃之下的温度）下，且以快于第二GaN膜222的生长速率生长。
此外，第三GaN膜的生长步骤S3通过在供给第三GaN膜223生长的源气中设置氮与镓的含量比为20:1或更大而生长第三GaN膜223，以生长低质量的第三GaN膜223。当将形成第三GaN膜223的氮与镓的含量比设置为20:1或更大时，数个凹点在第三GaN膜223的内部形成，从而形成具有低的结晶度的低质量的GaN膜。
与第一GaN膜221相同，第三GaN膜223用于减小应力，以防止裂纹形成。此时，第一GaN膜221用于在生长过程中减小应力，第三GaN膜223用于在第三GaN膜223生长后生产的GaN基板（图15中200）的LT工艺过程中减小应力。也就是，第三GaN膜223与第二GaN膜222一起形成GaN基板（图15中200）。这里，GaN基板（图15中200）必须具有在LT工艺过程中可用来操控基板的预定厚度。然而，由于高质量的第二GaN膜222的生长厚度受限，因此难以达到用于LT工艺的预定厚度。因此，低质量的第三GaN膜223在第二GaN膜222上持续生长，以致GaN基板（图15中200）可具有在LT工艺过程中可用来操控基板的预定厚度。在这种情况下，由于低质量的第三GaN膜223作为用于高质量的第二GaN膜222的载体基板使用，其对LT工艺过程中转移的GaN膜的质量没有影响。
如上所述，第三GaN膜的生长步骤S3可使第三GaN膜223生长至例如300μm的厚度，以补足第二GaN膜222的厚度。这里，图16为显示根据本发明另一个实施方式的取决于第三GaN膜的厚度的翘曲特性的视图。当充当覆盖层的第三GaN膜生长至200μm的厚度时，N面的翘曲变成310μm。当充当覆盖层的第三GaN膜生长至300μm的厚度时，N面的翘曲变成208μm。因此，可理解翘曲随着第三GaN膜223的厚度增加而减小。
第三GaN膜223可在后续过程部分去除。例如，生长至300μm的厚度的第三GaN膜223可从其表面去除约70μm，从而具有230μm的最终厚度。
接下来，如图13所示，基底基板的分离步骤S4为使用第一GaN膜221作为分离边界膜而分离基底基板110的步骤。在基底基板的分离步骤S4，能够通过激光剥离技术分离基底基板100。具体地，当激光束入射到基底基板110与第一GaN膜221之间的界面上时，通过激光束的能量烧蚀基底基板110与第一GaN膜221之间的界面，以使基底基板110分离。
接下来，如图14所示，第一GaN膜的去除步骤S5为从包含第二GaN膜222和第三GaN膜223的多层结构去除第一GaN膜221的步骤。在第一GaN膜的去除步骤S5，能够通过研磨去除第一GaN膜221。当第一GaN膜221去除时，可将某部分第二GaN膜222去除，也可将一部分第三GaN膜223去除。也就是，根据本发明的另一个实施方式，例如，第一GaN膜221和第二GaN膜222各自生长至100μm的厚度，第三GaN膜223生长至300μm的厚度，以致总厚度变成500μm。然后，将第一GaN膜221完全去除，将第二GaN膜222去除30μm，以使所得厚度变成70μm，将第三GaN膜223去除70μm，以使所得厚度变成230μm。由于该工艺，第二GaN膜222和第三GaN膜223的总厚度变成300μm。
如图15所示，当第一GaN膜的去除步骤S5完成时，产生了通过第二GaN膜222和第三GaN膜223彼此堆叠而实现的GaN基板200。也就是，根据本发明另一个实施方式的GaN基板200包含高质量的第二GaN膜222和低质量的第三GaN膜223。在这种情况下，GaN基板200可按在LT工艺过程中可用来操控的厚度形成，例如200μm至400μm范围内的厚度，优选300μm的厚度。此外，GaN基板200的翘曲可在200μm至300μm的范围内，优选为208μm。
图17A和图17B为显示由根据本发明另一个实施方式的制造GaN基板的方法制造的GaN基板（图15中200）的(002)和(102)面的XRD摇摆曲线的曲线图。观察到N面（即(002)面）的XRD摇摆曲线的FWHM为68角秒，Ga面（即(102)面）的XRD摇摆曲线的FWHM为108角秒。因此，根据本发明另一个实施方式的GaN基板（图15中200）构造为N面的结晶度高于Ga面的结晶度。
此外，图18为由根据本发明另一个实施方式的制造GaN基板的方法制造的GaN基板的扫描电子显微镜阴极发光（SEM-CL）图像。该图显示了N面中缺陷的密度观察为约6.2×106/cm2。
本发明具体示例性实施例的上述说明已经参照附图提供。它们并非意在穷尽或限制本发明至所公开的精确形式，本领域的普通技术人员根据上述教导显然能够进行多种修改和变化。
本发明的范围因此旨在不受上述实施方式限制，而是由所附权利要求和其等效形式限定。

Claims (19)

1.一种制造氮化镓基板的方法，包括：
在基底基板上生长氮化镓膜；和
从所述氮化镓膜分离所述基底基板，
其中，生长所述氮化镓膜包括在所述氮化镓膜中形成凹点，所述凹点诱导倒反畴界在所述氮化镓膜的内部形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，生长所述氮化镓膜包括设置氮与镓的含量比为20:1或更大，从而增加所述凹点的密度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，生长所述氮化镓膜包括设置所述氮化镓膜的生长温度为低于970℃，从而增加所述凹点的密度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，生长所述氮化镓膜包括生长所述氮化镓膜的多层结构。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，生长所述氮化镓膜包括：
在所述基底基板上生长第一氮化镓膜；
在所述第一氮化镓膜上生长第二氮化镓膜，所述第二氮化镓膜的氮与镓的含量比小于所述第一氮化镓膜的氮与镓的含量比；和
在所述第二氮化镓膜上生长第三氮化镓膜，所述第三氮化镓膜的氮与镓的含量比大于所述第二氮化镓膜的氮与镓的含量比。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在分离所述基底基板后去除所述第一氮化镓膜。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一氮化镓膜通过设置氮与镓的含量比为20:1或更大而生长，所述第三氮化镓膜通过设置氮与镓的含量比为20:1或更大而生长。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二氮化镓膜通过设置氮与镓的含量比为2:1或更小而生长。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三氮化镓膜生长至厚度大于所述第一氮化镓膜的厚度且大于所述第二氮化镓膜的厚度。
10.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在分离所述基底基板后完全去除所述第一氮化镓膜并部分去除所述第二氮化镓膜。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在分离所述基底基板后部分去除所述第三氮化镓膜。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述第二氮化镓膜与所述第三氮化镓膜部分去除，以使部分去除的第二氮化镓膜的厚度和部分去除的第三氮化镓膜的厚度总计在200μm至400μm的范围内。
13.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二氮化镓膜以低于所述第一氮化镓膜和所述第三氮化镓膜的生长速率生长。
14.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二氮化镓膜在高于所述第一氮化镓膜和所述第三氮化镓膜的温度下生长。
15.一种氮化镓基板，包含：
第一氮化镓膜；和
在所述第一氮化镓膜上层叠的第二氮化镓膜，所述第二氮化镓膜的氮与镓的含量比大于所述第一氮化镓膜的氮与镓的含量比。
16.根据权利要求15所述的氮化镓基板，其中，所述第一氮化镓膜的N面的X射线衍射（XRD）摇摆曲线的半峰全宽（FWHM）为100角秒或更小。
17.根据权利要求15所述的氮化镓基板，其中，所述第二氮化镓膜的N面的X射线衍射（XRD）摇摆曲线的半峰全宽（FWHM）为200角秒或更大。
18.根据权利要求15所述的氮化镓基板，其中，所述氮化镓基板的厚度在200μm至400μm的范围内。
19.根据权利要求15所述的氮化镓基板，其中，所述氮化镓基板的翘曲在200μm至300μm的范围内。
CN201310271109.4A 2012-06-29 2013-07-01 制造氮化镓基板的方法和由该方法制造的氮化镓基板 Pending CN103526296A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2012-0070389 2012-06-29
KR20120070389 2012-06-29
KR10-2012-0147987 2012-12-18
KR1020120147987A KR20140003312A (ko) 2012-06-29 2012-12-18 질화갈륨 기판 제조방법 및 이에 의해 제조된 질화갈륨 기판

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103526296A true CN103526296A (zh) 2014-01-22

Family

ID=48747368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310271109.4A Pending CN103526296A (zh) 2012-06-29 2013-07-01 制造氮化镓基板的方法和由该方法制造的氮化镓基板

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140001484A1 (zh)
EP (1) EP2679707A1 (zh)
JP (1) JP2014009156A (zh)
CN (1) CN103526296A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107208305A (zh) * 2015-01-22 2017-09-26 希波特公司 裂缝减少的iii族氮化物块状晶体的种晶选择和生长方法
CN107251189A (zh) * 2015-01-21 2017-10-13 国家科研中心 基于第iii族元素氮化物的半导体载体的制造

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9064706B2 (en) * 2006-11-17 2015-06-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Composite of III-nitride crystal on laterally stacked substrates
CN108281378B (zh) * 2012-10-12 2022-06-24 住友电气工业株式会社 Iii族氮化物复合衬底、半导体器件及它们的制造方法
JP6266742B1 (ja) * 2016-12-20 2018-01-24 古河機械金属株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体基板、及び、ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法
JP7117690B2 (ja) 2017-09-21 2022-08-15 国立大学法人大阪大学 Ｉｉｉ－ｖ族化合物結晶の製造方法および半導体装置の製造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1303131A (zh) * 1999-10-22 2001-07-11 日本电气株式会社 用于晶体生长的基底衬底和用其制造衬底的方法
WO2002020880A1 (en) * 2000-09-06 2002-03-14 Cbl Technologies, Inc. Production of low defect epitaxial films
CN1590600A (zh) * 2003-08-28 2005-03-09 日立电线株式会社 Ⅲ－ⅴ族氮化物系半导体衬底及其制造方法
US20060091500A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Nitride based semiconductor device and process for preparing the same
CN1791966A (zh) * 2003-05-21 2006-06-21 卢米洛格股份有限公司 通过掩模用横向过生长来制备氮化镓衬底以及由此制备的器件
EP1788126A1 (en) * 2005-11-22 2007-05-23 Samsung Corning Co., Ltd. Method of manufacturing single crystalline gallium nitride thick film
US20090050915A1 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Hitachi Cable, Ltd. Group III-V nitride semiconductor substrate and method for producing same
CN102479897A (zh) * 2010-11-23 2012-05-30 绿种子能源科技股份有限公司 具有凹坑层的发光二极管装置及其制造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101204029B1 (ko) * 2005-09-14 2012-11-27 삼성코닝정밀소재 주식회사 질화갈륨 단결정 후막의 제조방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1303131A (zh) * 1999-10-22 2001-07-11 日本电气株式会社 用于晶体生长的基底衬底和用其制造衬底的方法
WO2002020880A1 (en) * 2000-09-06 2002-03-14 Cbl Technologies, Inc. Production of low defect epitaxial films
CN1791966A (zh) * 2003-05-21 2006-06-21 卢米洛格股份有限公司 通过掩模用横向过生长来制备氮化镓衬底以及由此制备的器件
CN1590600A (zh) * 2003-08-28 2005-03-09 日立电线株式会社 Ⅲ－ⅴ族氮化物系半导体衬底及其制造方法
US20060091500A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Nitride based semiconductor device and process for preparing the same
EP1788126A1 (en) * 2005-11-22 2007-05-23 Samsung Corning Co., Ltd. Method of manufacturing single crystalline gallium nitride thick film
US20090050915A1 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Hitachi Cable, Ltd. Group III-V nitride semiconductor substrate and method for producing same
CN102479897A (zh) * 2010-11-23 2012-05-30 绿种子能源科技股份有限公司 具有凹坑层的发光二极管装置及其制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107251189A (zh) * 2015-01-21 2017-10-13 国家科研中心 基于第iii族元素氮化物的半导体载体的制造
CN107208305A (zh) * 2015-01-22 2017-09-26 希波特公司 裂缝减少的iii族氮化物块状晶体的种晶选择和生长方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014009156A (ja) 2014-01-20
US20140001484A1 (en) 2014-01-02
EP2679707A1 (en) 2014-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102634849B (zh) GaN单晶生长方法、GaN基板制备方法、GaN系元件制备方法以及GaN系元件
CN103526296A (zh) 制造氮化镓基板的方法和由该方法制造的氮化镓基板
US7621998B2 (en) Single crystalline gallium nitride thick film having reduced bending deformation
KR100969812B1 (ko) 자가 분리를 이용한 질화갈륨 단결정 기판의 제조 방법
CN101378015B (zh) Ⅲ族氮化物半导体和其制造方法
JP5079361B2 (ja) ＡｌＧａＮ結晶層の形成方法
EP1724378A2 (en) Epitaxial substrate, semiconductor element, manufacturing method for epitaxial substrate and method for unevenly distributing dislocations in group III nitride crystal
JP2010251738A (ja) 窒化物半導体エピタキシャル基板
JP2008545261A5 (zh)
US9318660B2 (en) Methods of growing nitride semiconductors and methods of manufacturing nitride semiconductor substrates
WO2014053831A1 (en) Semiconductor material
JP2007053251A (ja) Ｉｉｉ族窒化物結晶の形成方法、積層体、およびエピタキシャル基板
CN105826438A (zh) 一种具有金属缓冲层的发光二极管及其制备方法
KR101928645B1 (ko) 수소화물 기상증착법(hvpe)을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법
US20140151714A1 (en) Gallium nitride substrate and method for fabricating the same
US20100264424A1 (en) GaN LAYER CONTAINING MULTILAYER SUBSTRATE, PROCESS FOR PRODUCING SAME, AND DEVICE
US20050211988A1 (en) Method for production of a layer of silicon carbide or a nitride of a group III element on a suitable substrate
JP5254263B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物結晶の形成方法、積層体、およびエピタキシャル基板
EP2674518A1 (en) Method of manufacturing gallium nitride substrate and gallium nitride substrate manufactured thereby
Lee et al. High Quality AlN Layer Grown on Patterned Sapphire Substrates by Hydride Vapor-Phase Epitaxy: A Route for Cost Efficient AlN Templates for Deep Ultraviolet Light Devices
KR20140003312A (ko) 질화갈륨 기판 제조방법 및 이에 의해 제조된 질화갈륨 기판
JP2002164292A (ja) 化合物半導体基板およびその製造方法
Nouet et al. Characterization of thick HVPE GaN films
JP4689526B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体自立基板の製造方法
JP2005150187A (ja) 化合物半導体エピタキシャル基板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140122