CN1958887A - 具有定向平面的单晶a－平面氮化物半导体晶片 - Google Patents

具有定向平面的单晶a－平面氮化物半导体晶片 Download PDF

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Abstract

一种单晶a－平面氮化物半导体晶片，其包括在结晶生长方向上的1－3个定向平面，其中a－平面({11－20}平面)形成为主平面。由于可以容易地识别平面定向，因而当在氮化物半导体晶片上形成半导体器件时可以改善精确度。

Description

具有定向平面的单晶A-平面氮化物半导体晶片
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年10月19日递交韩国知识产权局的韩国专利申请No.2005-98379的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及单晶a-平面氮化物半导体晶片，其具有作为平面定向标识的定向平面(orientation flat)以方便识别平面定向。
背景技术
氮化物基单晶晶片如GaN被用作独立盘来制造半导体器件，所述晶片的制造主要是在GaAs晶片上生长GaN厚膜之后移除GaAs晶片，如日本专利公开平成10-114600中所公开，或者在蓝宝石晶片上生长GaN厚膜之后移除蓝宝石晶片，如日本专利公开平成10-256662中所公开。
通常已知的单晶氮化物半导体晶片是生长在{111}平面GaAs晶片上或c-平面({0001})蓝宝石晶片上的c-平面({0001}平面)氮化物膜，并且通过诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或卤化物气相外延(HVPE)的方法生长。
然而，该单晶c-平面氮化物膜具有类似Ga层的极性，并且N层沿c-结晶轴反复层叠。例如，在GaN/AlGaN杂化结构的情况下，由于瞬时极化或压电极化所产生的强电场导致杂化结构中的电子带变化，由此对半导体器件的电光特性产生不利影响。换言之，由于在c-结晶轴生长方向上存在极化不连续，因此在表面和界面上产生固定片电荷，由此产生电场。电场使电子空穴波函数与量子阱中的电子相分离，从而发射红色波长的光并且降低其中的量子效率。
相反，由于a-平面({11-20}平面)氮化物基晶体具有非极性特性，因此其可解决有关单晶c-平面氮化物膜量子效率的前述问题。因为a-平面氮化物基晶体没有极化电场，因而不发生带弯曲。而且，由于在非极性结晶平面上生长AlGaN/GaN量子阱的结构中发现斯塔克(Stark)效应，因而a-平面非极性氮化物基杂化结构可被用于紫外-可见光区高效率发光器件和高输出微波晶体管。
本申请的发明人已经通过在单晶r-平面({1-102}平面)蓝宝石上利用HVPE生长单晶a-平面氮化物之后，分离蓝宝石材料和单晶a-平面氮化物，从而制造了厚度大于300μm的非极性a-平面独立盘。
而且，当在氮化物半导体晶片上形成半导体器件时，有必要通过识别氮化物半导体晶片的平面定向来增强加工精确性。在通常使用的c-平面氮化物半导体晶片的情况中，存在关于平面定向识别的研究，公开在日本专利公开No.2002-222746中。然而，由于在具有不同于c-平面氮化物半导体晶片定向的a-平面氮化物半导体晶片的情况下没有关于平面定向识别的研究，因此需要唯一的平面定向标识。
此外，与c-平面氮化物半导体不同，因为a-平面氮化物半导体具有非极性，因此没有必要区分主平面的内侧和外侧(前和后)。但是，有必要使内侧与外侧的表面粗糙度不同，以形成制造半导体器件所需的电极。因此，还需要另一平面定向标识以区分内侧和外侧。
发明内容
为了解决上述和/或其它问题，本发明提供具有定向平面的单晶a-平面氮化物半导体晶片，所述定向平面方便识别平面取向。
本发明的其它方面和/或优点将在以下说明中部分提出，并且部分将由于说明而变得显而易见，或者可以从本发明的实施中获知。
根据本发明的一个方面，单晶a-平面氮化物半导体晶片包括在结晶方向上的1-3个定向平面，其中a-平面({11-20}平面)形成为主平面。
附图说明
本发明的这些和/或其它方面和优点将通过结合附图对以下实施例的说明而变得清楚和易于理解。
图1示出具有a-平面({11-20}平面)作为主平面的单晶氮化物半导体晶片；
图2A和2B示出在结晶方向上具有3个平面的圆形单晶a-平面氮化物半导体晶片；
图3A-3C示出在结晶方向上具有1个定向平面的椭圆形单晶a-平面氮化物半导体晶片；和
图4A-4C示出在结晶方向上具有2个定向平面的椭圆形单晶a-平面氮化物半导体晶片。
具体实施方式
以下将具体参考本发明的示例性实施方案-附图所示的实施例，其中相同的附图标记始终代表相同元件。以下参考附图描述示例性实施方案以说明本发明。
具有a-平面({11-20}平面)作为主平面的单晶氮化物半导体晶片示于图1。参考图1，a-平面氮化物半导体晶片具有垂直于<1-100>方向的{1-100}平面(“m-平面)、垂直于<0001>方向的{0001}平面(“c-平面”)和作为等效平面的{1-102}平面(“r-平面”)。此外，a-平面氮化物半导体晶片具有{-1100}平面、{000-1}平面和{-110-2}平面，其分别平行于m-平面、c-平面和r-平面(角度相同)。而且，a-平面氮化物半导体晶片具有与r-平面成直角的{1-10-2}平面和{-1102}平面。
如上所述，尽管a-平面氮化物半导体晶片严格具有相互区分的8个等效平面，但是{1-100}平面和平行于{1-100}平面的{-1100}平面全部指定为m-平面，{0001}平面和平行于{0001}平面的{000-1}平面都指定为c-平面，并且{1-102}平面、平行于或垂直于{1-102}平面的{-110-2}平面、{1-10-2}平面和{-1102}平面全部指定为r-平面。这是基于以下事实，即当平面具有相同角度时，即使特定方向或平面被等效方向或平面替代也可以得到相同的效果。
根据本发明的单晶a-平面氮化物半导体晶片具有作为特定标识的1个定向平面、2个定向平面或3个定向平面，以指示m-平面、c-平面和r-平面的等效平面，使得可以识别平面定向或等效方向。
该定向平面优选在晶片末端处形成预定长度。当该定向平面长度短时，优选增加晶片的有效面积。然而，当定向平面过短时，难以通过定向平面来检查解理方向上的平行性。因此，相对于具有2英寸直径的晶片，定向平面优选形成长度为5mm-15mm。
如果根据本发明的晶片具有圆形形状，则可以形成1-3个定向平面。具体而言，在1个定向平面的情况下，定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面中的任意一个上；在2个定向平面的情况下，定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面中的任意一个和其平行等效平面上；在3个定向平面的情况下，定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面上，并且r-平面与m-平面和c-平面中的任意一个接触。
在3个定向平面的情况下，具有相对于m-平面、c-平面和r-平面的定向平面OF1、OF2和OF3并且r-平面与c-平面接触的圆形晶片示于图2A，具有相对于m-平面、c-平面和r-平面的定向平面OF1、OF2和OF3并且r-平面与m-平面接触的圆形晶片示于图2B。
如果有必要区分圆形晶片的内侧和外侧，则应该形成示出m-平面、c-平面和r-平面的3个定向平面，并且r-平面与m-平面和c-平面中任意一个接触。
根据本发明的椭圆形晶片具有矩形形状(长轴和短轴)，其短轴位于<1-100>方向上，而且还可以具有1或2个定向平面。具体而言，在1个定向平面的情况下，定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面中的任意一个上；在2个定向平面的情况下，定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面中的任意两个上。
具有1个定向平面的椭圆形晶片的实施例示于图3A-3C，具有2个定向平面的椭圆形晶片的实施例示于图4A-4C。
如果有必要区分椭圆形晶片的内侧和外侧，则应该形成示出r-平面的1个定向平面或示出m-平面、c-平面和r-平面中任意两个的2个定向平面。
在本发明中，可以得到在结晶方向上具有1-3个定向平面的单晶a-平面氮化物半导体晶片，从而利用HVPE在单晶r-平面蓝宝石材料上生长单晶a-平面氮化物半导体厚膜，随后移除蓝宝石材料。此时，在通过利用X-射线晶体界面角测量器测量m-平面、c-平面和r-平面的定向平面来切割和抛光平面之后，可以在单晶r-平面蓝宝石中形成所期望的定向平面。
如上所述，根据在特定位置具有定向平面的单晶a-平面氮化物半导体晶片，由于可以容易地仅通过晶片来识别平面定向，因此当在氮化物半导体晶片上形成半导体器件时可以改善精确度。
虽然已经示出和描述了本发明的几个示例性实施方案，但是本发明不限于所述的示例性实施方案。相反，本领域技术人员应该理解可对这些示例性实施方案进行变化而不偏离本发明的原理和实质，也就是由权利要求及其等价物所限定的范围。

Claims (14)

1.一种单晶a-平面氮化物半导体晶片，其包含在结晶方向上的1-3个定向平面，其中a-平面({11-20}平面)形成为主平面。
2.权利要求1的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其中定向平面形成在晶片末端。
3.权利要求1的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其具有圆形形状。
4.权利要求3的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其中定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面中的任意一个上。
5.权利要求3的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其中定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面中的任意一个以及m-平面的等效平行平面、c-平面的等效平行平面和r-平面的等效平行平面中的任意一个上。
6.权利要求3的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其中定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面上，其中r-平面与m-平面和c-平面中的任意一个接触。
7.权利要求6的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其中内侧与外侧相区分。
8.权利要求1的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其具有椭圆形形状，其短轴位于<1-100>方向上。
9.权利要求8的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其中定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面中的任意一个上。
10.权利要求9的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其中当定向平面形成在r-平面上时，内侧与外侧相区分。
11.权利要求8的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其中定向平面形成在m-平面、c-平面和r-平面中的任意两个上。
12.权利要求11的单晶a-平面氮化物半导体晶片，其中内侧与外侧相区分。
13.一种制造单晶a-平面氮化物半导体晶片的方法，包括利用卤化物气相外延(HVPE)在具有1-3个定向平面的单晶r-平面蓝宝石材料上生长单晶a-平面氮化物半导体厚膜，并且移除蓝宝石材料。
14.权利要求13的方法，其中在通过利用X-射线晶体界面角测量器测量而切割定向平面之后，通过抛光过程在单晶r-平面蓝宝石材料中形成定向平面。
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