TWI286391B - Substrate for growing gallium nitride, method for preparing substrate for growing gallium nitride and method for preparing gallium nitride substrate - Google Patents

Description

1286391 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於可利用於藍色發光二極體（LED)或藍光半 導體雷射（LD)之氮化鎵（GaN)單晶基板及其製造方法。氮化 物系之藍色發光元件因活性層係InGaN層故又稱之為 InGaN系發光元件，亦有簡單地稱為GaN系。由於製造GaN 單晶基板困難現在係於六方晶系（hexagonal system)藍寶石 基板之上，成長GaN薄膜、InGaAs薄膜等異質磊晶成長來 製造。藍寶石基板InGaN膜膜-LED有使用的實績且於亮 度、可靠性、壽命之點亦可滿足。現在廣泛地被使用之InGaN 系LED之基板幾乎為藍寶石基板。即可稱為藍寶石基板上 InGaN-LED 〇 但是藍寶石有與GaN之劈開方向相異之劈開，且係絕緣 性等缺點。 於此對以GaN單晶作為基板製作藍色發光元件的需求升 高。GaN單晶基板係與元件的構成要素之GaN薄膜、InGaN 薄膜擁有相同的結晶構造（六方晶系）’且擁有明確的劈開 性。又藉由雜質的滲雜應可成導電性。因此將有可於底面 形成η型電極且可藉由自然劈開將元件分離之可能性。 【先前技術】 但是製造GaN單晶基板不易。GaN固體即使加熱也不會溶 融故無法以由融液成長結晶之通常的布里吉曼（Bridgeman) 或柴氏法（Czochralski)製作結晶。雖施加超高壓加熱也許可 得融液GaN，但其有困難且明顯無法得到大型的結晶。 81970 1286391 現在係耠由氣相成長法於藍寶石基板之上製作1 μπι左右 或者1 μπι以下之GaN層、InGaN層。係為HVPE法、MOC法、 MOCVD法等。以該等薄膜成長用的氣相成長技術製作厚的 GaN結晶的努力被進行中。 但疋違等係原本於監寶石基板上1 pm以下之薄膜成長 一技術’畢竟係會產生大倉座』色者。若僅於藍寶石基板上製 作LED則因GaN層薄故應力也小，但為了製作塊狀結晶將膜 厚增大則應力增大缺陷或歪斜增加使得從基板剥離等而無 法得到厚者。 [A.蟲晶橫向成長法：Epitaxial Lateral OvergrowthO]， 於此系晶橫向成長法（Epitaxial Lateral Overgrowth: EL〇) 之手法被編出。對此之文獻有例如， ① 酒井朗，碓井彰「以GaN選擇橫方向成長之位錯密度的減 低」應用物理第68卷，第7號，p 774 (1999) ② 碓井彰「以氫化物VPE之厚膜GaN結晶之成長」電子情報 通信學會論文誌C-ll，vol. J81-C-11，No. 1，P58-64 (1998) ③ Kensaku Motoki，Takuji Okahisa，Naoki Matsumoto, MasatoMatsushima, Hiroya Kimura, Hitoshi Kasai, Kikurou Takemoto， Koji Uematsu， Tetsuya Hirano, Masahiro Nakayama, Seiji Nakahata, Masaki Ueno, Daijirou Hara, Yoshinao Kumagai， Akinori Koukitu & Hisashi Seki 丨’Preparation of Large Freestanding GaN Substrates by Hydride Vapor Phase Epitaxy Using GaAs as a Starting Substrate’’，Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 40 (2001) pp. L140-L143 81970 1286391 ④ 特開2000-22212「GaN單晶基板及其製造方法」 ⑤ 特開2000-12900「GaN單晶基板及其製造方法」等。 ELO係藉由一邊l (數μηΊ)之正三角形從頭到尾將平面覆 蓋於相當於正三角形之頂點位置如開了窗（直徑Ε)之掩膜f 付於基板，由其上成長GaN以減少位錯的方法。於圖i2 表示掩膜之形狀。圖1係將圓形的窗反覆排列於正三角形的 圖案l頂點者。圖2係將正六角形之窗反覆排列於正三角形 的圖案之頂點者^ EL0掩膜F係具有覆蓋部3與窗部4，惟窗 部4之形狀可為圓、角、帶狀等多種。將如此之反覆正三角 形窗圖案之掩㈣成於藍寶石基板之上，由其上氣相成長 GaN。掩膜之素材以SlN或Sl〇z等不使GaN成長之材質。 於圖3表示EL0之膜成長過程。圖3⑴係表示於基板2上形 成具有覆蓋部3與窗4之ELO掩膜狀態之剖面圖。圖3(2) 係表示藉由氣相成長於窗4上成長⑽之結晶核5之狀態。 於孤立之窗之基板表面成長小的結晶核。與基板整合的方 式決定結晶方位^於掩膜上不產生結晶核。助掩膜之材 料有抑制GaN成長之作用。當成長進行則孤立之結晶核逐 漸肥大相互結合成島。而島連接成薄的膜狀。^窗内部终 究被-樣厚的⑽薄膜覆蓋13(3)係表示㈣成長成薄膜 狀」態。因島的結合’其境界將成複雜的結晶缺陷。由於 如此高密度的缺陷將隨著騰成長該缺陷也跟著向上延仲。 其形成向垂直方向延長之位錯。位錯並不會減少地，就此 延伸。其原本就有的高密度位錯被維持。 當_薄膜成長到掩膜的高度，則雖將成長為較掩膜高 81970 1286391 =因於㈣ό成長GaN如圖3_示成鐘狀地謂吉 曰曰7隆起。傾斜〈面稱為晶面23。晶面23係低面指數之 f-i〇叫.1]2}面等。錘狀的形成進行充滿由鄰接窗的成 長膜窗㈣膜成長成角錐狀8。位錯2〇與成長方向同_向上 延伸。於圖3(5)將其表示。當成角錐則其形狀維持並益法較 此更向上延伸故GaN層將會堆上掩膜之上。此時之晶面稱 為臨界晶面2 4。此次則於掩膜上橫向邊維持晶面進行。位 錯則於臨界晶面24彎曲9〇。成橫向位錯22。此時於該折曲位 錯將減少。_表示該等狀態之⑽角錐合結晶9。 由於同等的晶面有六個故以如正六角形的角錐形狀向水 平方向進行薄膜成長。由於晶面於6方形成故實際上成六角 錐台擴大。當掩膜上的橫向成長進行則由鄰接窗成長之 GaN結晶塊於窗的查直二等分線上以接觸（圖3⑺）。並後如 填充正六角形的境界溝的方式成長_結晶。境界溝㈣ 填无。由兩側延伸之位錯22於境界溝26衝突而大部分將於 此停留。如_由鄰接窗之結晶成長結合而表面成平押 則，再度成長方向變化為向上。成長方向2度變化。位錯22 疋延伸万向再度變化成向上，惟此時多數的位錯打消。由 於位錯密度減少之後成長方向成向上，故可得相對地位錯 為較少的GaN結晶。此為EL0法的特徵。 關於GaN成長Μ-個作為本發明之基礎之先行技術。 其並非如ELO為習知之技術。其係本發明之發明者等之創 作而未發表m上放金屬、介電體等粒子則，於其上 形成封閉的缺陷集合區域（封閉缺陷集合區域h)，於其同心 81970 -9- 1286391 狀周圍形成缺陷少而介電常數高的單晶低位錯伴隨區域 z ’於間隙形成單晶低位錯剩餘區域γ者。一旦形成之位錯 雖不會消失但因會被封閉缺陷集合區域Η吸收，故其他的單 晶低位錯伴隨區域ζ、單晶低位錯剩餘區域γ之位錯將減 少 〇 如此之區域無法以SEM或ΤΕΜ看見，可藉由CL (陰極螢 光）看見單晶低位錯伴隨區域ζ、單晶低位錯剩餘區域Υ之位 錯之區別。圖4係表示於基板2上配置缺陷種掩膜X之狀態之 平面圖。此為高融點金屬、Si〇2、SiN等介電體等之圓形圖 案。將此反覆配置於正三角形的圖案之頂點位置者。但， 缺陷種掩膜X(週期M、直徑B)之週期、直徑遠大於EL〇掩膜 F(週期L、直徑E)(M>>L、B>>E)。藉由圖5說明缺陷種掩膜 法的手法。圖5(1)係表示藍寶石基板2。圖5(2)係表示於藍 寶石基板2上將GaN緩衝層52均勻地形成的狀態。圖5(3)係 表示糸GaN緩衝層52上塗上有成長抑制作用之缺陷種掩膜 X之狀態之剖面圖。 圖5(4)係表示藉由氣相成長法將GaN成長之狀態。缺陷種 掩feX足上成長封閉缺陷集合區域H。於該周圍成長具有單 曰曰低位錯伴隨區域Z之晶面53。於境界之平坦面54成長單晶 低位錯剩餘區域Y。藉由如此之手法可得缺陷局部存在於封 閉缺陷集合區域之結晶。作為全體雖為單晶，因缺陷集中 於封閉缺陷集合區域剩餘的部分（γ、z)成低位錯缺陷。圖 5(5)係表示於其後將背面之基板削落進行研削加工，得到具 有平坦表面的GaN基板之狀態。圖6係表示將(：[(陰極螢光） 81970 •10· 1286391 以顯微鏡觀察者。只有圓盤狀的單晶低位錯伴隨區域z的部 分貫際上黑而可凊楚看見。若不是CL，即使以顯微鏡觀察 因透明而看不見。 EL〇掩膜係於初期成長減少GaN中的位錯者。其係相消以 減少位錯者而實際減少。缺陷種掩膜法（非公知）係於成長中 期將缺陷集中在封閉缺陷集合區域H使其餘區域之位錯減 少者。 【發明内容】 本發明者想併用兩者製造低位錯GaN單晶。如此則，認 為可彳于更低位$曰金度的GaN單晶。基於如此之想法實際製 作Si〇2掩膜§試成長。將具有細微反覆之窗之掩膜，與 具有較大的反覆覆蓋部之缺陷種掩膜以丨層之s ι 〇 2形成。 Sl〇2係於作為EL〇掩膜有實績者。ELO成長以此順利進行， 但作為缺陷種掩膜之種則並不理想。起初成長了缺陷多的 ⑽層，但其終究消失於種上亦成長缺陷少的㈣。此為沒 有作為種的功能。這樣並不理想。 、ELO掩膜必須是可抑制⑽成長的材料。為集中缺陷之種 研係抑制GaN成長者"丨隹集中位錯之作用與單只抑制成長 的2用有所不同。本發明者考慮其理由反覆實驗。其結果， 了月午到因成為缺陷集中之種的材料，與適合於為抑制成 之材料是不同的。 本發明鱼組合則與缺陷種掩膜法，相輔地設減少於灵 气上之初期缺陷之則掩膜F，與成長中引起缺陷集中之二 ^種掩膜X，II由於其上以氣相成長法成長GaN之厚的結 81970 -11 - 1286391 晶。係關於作為JELO掩膜之材料利用Sl〇2、SlN ' Si〇N，於 缺陷種掩膜利用Pt、Ti、Ni。本發明係關於為成長氮化鎵之 基板、為製作該基板之方法、氮化鎵之成長法。 Π ·氮化鎵成長用基板] 本發明之氮化鎵成長用基板係藍寶石、GaAs、Inp、Si、 SiC、尖晶石、GaN等任一單晶之基板，或者於該等單晶基 板形成GaN緩衝層之基板，由Tl、pt、Nl之任一所成於基板 上不具有規律地排列之窗只有覆蓋部分成為產生封閉缺陷 集合區域Η之種之缺陷種掩膜χ ,與相辅地設由Si〇N、 Si〇2、SiN之任一所成於具有覆蓋部分與以小的週期規律地 排列之多數之窗之基板上由缺陷種掩膜又與規律地相輔設 置之ELO掩膜F所成。 EL〇掩膜F之窗之直徑為e，與鄰接窗之中心間距離為L。 當然E<L。窗之排列規律係以規律地反覆排列於多角形之頂 點。例如，排列於正三角形之頂點，排列於規律地反覆之 正方形群之頂點，或者排列於規律地反覆之正六角形之頂 點，等的排列。 缺陷種掩膜X之中心距離Μ與覆蓋部分之直徑（或著寬 幅）Β為當然Β<Μ。Μ、Β均遠大於Ε、L者。但缺陷種掩膜χ 之面積S(X)係，較ELO掩膜之面積s(F)小（S(X)<S(F))。 將缺陷種掩膜X以Ti、Pt、Ni之任一，將el〇掩膜F以 Si〇N、Si〇2、SiN之任一。如此地掩膜材料相異為本發明之 要缔。 一開始就將基板之上分為二，一邊只將缺陷種掩膜材 81970 -12- 1286391 料，另一邊只將EL〇材料覆蓋亦可。 #但’此只是將㈣的手續增加，因此於基板上將EL〇掩 膜材料、缺陷種掩膜材料依序形成（缺陷種掩膜/£]1〇掩膜/ 基板）’再將缺陷種掩膜材料之一部分、EL〇掩膜材料之一 部分去除之方式亦可。 亦可與其相反地於基板切缺陷種掩膜材料、助材料 依序覆蓋（ELO掩膜/缺陷種掩膜/基板），再將EL〇掩膜材料 之一部分、缺陷種掩膜材料之一部分去除。但EL〇掩膜有 必要穿過窗將監實石基板或GaAs基板露出，而缺陷種掩膜 僅需覆蓋部而蝕刻將成複雜。依照材料的組合亦可能會有 無法姓刻的情形。 [2.氮化鎵成長用基板之製造方法] 監寶石、GaAs、InP、Si、SiC、尖晶石、GaN之任一單 曰日之基板，或者於該等單晶基板形成GaN緩衝層之基板 上’形成Si〇2、SiN或SiON之ELO掩膜用薄膜，進一步於其 上形成由Pt、Ti、Ni之任一所成之缺陷種掩膜用薄膜，將成 為ELO掩膜之部分之缺陷掩膜用薄膜藉由蝕刻去除，將於 露出之Si〇2、SiN或SiON薄膜藉由蝕刻將形成以規律排列加 以排列之窗形成者。 藍寶石、GaAs、InP、Si、SiC、尖晶石、GaN之任一單 晶之基板，或者於該等單晶基板形成GaN緩衝層之基板 上，形成Si〇2、SiN或SiON之ELO掩膜用薄膜，將成為el〇 掩膜之部分形成以規律排列加以排列之窗，於Si〇2、SiN或 SiON掩膜成為缺陷掩膜之部分將以Pt、Τι、Ni之任一所成 81970 -13- 1286391 之缺陷種掩膜用薄膜形成者。

SiOz、SiN或Si〇N之任一上沉積_，直接進行則難以沉 積故將Τι層介在於其間。以Sl〇2作為EL〇掩膜時，將成

Pt/Ti/SiO2/基板之構造。此時Tl係為增加密著性者而並非缺 陷種掩膜。當然亦可以Tl單獨作為缺陷種掩膜。有以下9種 的情形。

Pt/Ti/Si02/基板、Pt/Ti/Si⑽/基板、pt/Ti/SiN/基板、 τ·〇2/基板、Tl/Sl0N/基板、Tl/SiN/基板、Ni/Si〇2/基板、 Ni/SiON/基板、Ni/SiN/基板。 [3.氮化嫁基板之製造方法j 本發明之氮化鎵基板之製造方法係於藍寶石、、 InP、Si、SlC、尖晶石、GaN之任_單晶之基板，或者於該 等單晶基板形成GaN緩衝層之基板上，於上形成以〇2、 4Sl0N之EL0掩膜用薄膜，進一步於其上形成由以、乃、 犯之任一所成之缺陷種掩膜用薄膜，將成為el〇掩膜之部 分之缺陷掩膜用薄膜藉由蝕刻去除，將於露出之Si〇2、 或咖之任一薄膜藉由姓刻將形成以規律排列加以排列之 w形成之具有掩膜之藍寶石、GaAs、Inp、si、SiC、尖晶

石、GaN之任一單晶基板放入氣相成長爐，於付有掩膜之 基板上，供給含有Ν%之原料與含有Ga之原料藉由氣相合 成法將GaN單晶成長，於初期露出於則掩戲之窗之基: 上產生GaN之結晶核而於EL〇掩膜覆蓋部與缺陷種掩膜上 不成長GaN結晶，越過窗的GaN結晶於助掩膜覆蓋部上棒 向成長，分別由窗橫向成長之結晶膜結合之後於el〇掩膜F 81970 -14- 1286391 上向上進行低位錯之成長，於缺陷種掩膜X之上，則開始 GaN之沉積以大量含有GaN之封閉缺陷集合區域成長的方 式’开J成充分厚度之GaN單晶’中止GaN之成長，由氣相成 長爐將付有基板之GaN單晶取出，將基板與掩膜F、χ藉由 I虫刻或研磨去除’以得自立之GaN單晶基板者。 EL〇掩膜F上之缺陷並不會增加地持續低位錯之單晶成 長於缺陷種掩膜X之上則成長濃縮了缺陷的GaN。藉由缺陷 集中於封閉缺陷集合區域Η，減少ELO掩膜上GaN之缺陷。 【實施方式】 本發明係，於基板上相輔地設為減少初期缺陷之El〇掩 膜F，與於成長中引起缺陷集中之缺陷種掩膜χ，於其上藉 由氣相成長法成長GaN之厚的結晶者。當成長充分厚的GaN 單晶則’將基板或掩膜藉由姓刻、研磨去除。 (1·基板）利用可成長GaN之單晶基板。藍寶石單晶、GaAs 單晶、尖晶石單晶、Si單晶、InP單晶、SiC單晶、GaN單晶， 或者於該等單晶表面形成薄的GaN緩衝層者。 (2. ELO掩膜）SiN、SiON、Si〇2之任一。該等之介電體層可 以濺鍍、CVD形成。膜厚為3〇 nm〜2〇〇 nm左右。 (3·缺陷種掩膜）Pt、Tl、Nl之任一。該等金屬層可以蒸鍍 或濺鍍、CVD形成。此亦可直接形成於基板上。但重疊於 ELO掩膜上形成將不要的部分去除較為簡單。此時， ΊΠ、沁將乘載於SlN、Sl〇2、Si〇N之上。以時為提高密著性 將丁i層介在。圖9係表示於EL0掩膜F之上如重疊缺陷種掩 膜χ之雙重掩膜之剖面圖。圖10係表示於Si〇2之EL〇掩膜f 81970 -15- 1286391 之上，重疊Pt/Ti之缺陷種掩膜以形成之例。 (4· ELO掩膜之窗）el〇掩膜之窗之直徑e係0.5 μηι〜2叫左 右。ώ以規律地鋪滿正多角形之頂點的方式配置。可為將 正三角形鋪滿之圖案（正三角形]ELO)、將正四角形鋪滿之圖 案（正四角形ELO)、將正六角形鋪滿之圖案（正六角形 ELO)。鄰接窗之中心間之距離乙（L>E)係，ι·5〜5，左右。 ώ之开;^狀係圓、橢圓、正六角形、正三角形、正方形等。 開口比σ(對開口部面積全體之比）係2〇%〜7〇%左右。 於將正三角形鋪滿之圖案之頂點配置圓窗者示於圖1。圖 案之正三角形之一邊以L (圖案週期）、圓窗直徑以ε，開口 比σ係σ = πΕ2/2 · 31/2L2。於鋪滿正三角形之頂點配置正六 角开》窗者示於圖2。圖案之正三角形之一邊以l，正六角形 窗之取長對角線長以E，開口比〇係σ = 3E2/4L2。 (5 ·缺陷種掩膜之形狀）缺陷種掩膜X因僅由覆蓋部所成 之掩膜故無窗。缺陷種掩膜X之圖案的直徑B(帶狀時為寬 幅）、反覆週期Μ係，遠大於ELO掩膜之窗直徑ε或反覆週期 L (B»E、M〉〉L)。形狀係圓、正方形、正六角形、長方形、 帶狀（帶）等。孤立之圓、正方形、正六角形、長方形時以二 維規律地分佈。直徑B、排列週期Μ、排列狀態等成參數。 圖7係於反覆正三角形之頂點設圓的缺陷種掩膜X，於其餘 空間設EL〇掩膜F者。具有細微的窗4與窄的覆蓋部3者為 ELO掩膜之部分。大圓之覆蓋部為缺陷種掩膜X。缺陷種掩 膜X之直徑B係遠大於ELO掩膜窗直徑E或週期L。缺陷種掩 膜X之反覆週期Μ遠大於ELO掩膜窗之週期L。 81970 -16- 1286391 帶狀（帶）的情形則於長邊方向之尺寸具有與基板之一邊 相同的長度，只有寬幅（B)與反覆週期Μ為參數。圖8係表示 設帶狀之缺陷種掩膜之例。缺陷種掩膜圖案之直徑Β係2〇 μιη〜80 μιη左右。50 μπι左右最容易利用、例如帶狀的缺陷 種掩膜X之寬幅為Β = 50 μηι者以週期Μ = 400 0111平行地形 成於GaAs基板上，於其間隔之350μηι之帶狀區域形成El〇 掩膜F。即於基板之上 50 μιη X : 350 μπι F : 50 μιη X : 350 μιη F :…的方式如犁溝狀地連續的ELO、缺陷種掩膜圖案。其 泰 可使用於製造具有400 μπι寬幅之LD元件之基板。將el〇、 缺陷種掩膜圖案平行地延伸的方向與LD之帶配合。 (6.結晶成長方法）與薄膜相同地將GaN基板結晶以氣相成 長法製造。可應用以下所示之任一方法。於任一方法均首 先於低溫將緩衝層薄薄地形成（較掩膜薄）亦可，亦可不用緩 衝層。 1. HVPE法（氫化物氣相成長法：Hydride Vapor Phase

Epitaxy) 馨 於熱壁型的反應爐中，設收納Ga金屬之容器，以設於周 圍之加熱器加熱使Ga成融液，將HC1+氫氣吹過，成Gaci， 將其引導至下部，與Hz+NH3氣體同時與加熱之基板相撞合 成GaN將GaN結晶沉積於基板上。 2· MOC法（有機金屬氯化物氣相成長法：Metaii〇rganic Chloride Method) 將三甲基鎵等含有Ga之有機金屬以氫稀釋之氣體，與以 氫稀釋之HC1氣體於熱壁型爐内反應，一旦合成Gaa，將此 81970 -17- 1286391 與流放於基板附近之NH3( + H2)氣體反應，於加熱之基板上 成長GaN薄膜的手法。 3. MOCVD 法（有機金屬 CVD 法：Metallorganic Chemical Vapor Deposition) 於冷壁型反應爐，將TMG等Ga之有機金屬以氫稀釋之氣 體，與將NH3以氫稀釋之氣體吹相加熱之基板，於基板上合 成GaN，將GaN之結晶沉積於基板上之方法。作為GaN薄膜 成長技術最頻繁地被利用的方法。 由Si〇2所成具有多數正六角形窗寬幅為350 μιη之EL〇掩 膜F，與由Pt/Ti所成寬幅為50 μιη之帶狀缺陷種掩膜以週期 400 μιη形成於2英吋GaAs基板上。藉由HVPE法起初以450 °C的低溫成長100 nm厚的GaN緩衝層。於NH3氣氛中升溫至 95 0°C。於950°C的高溫進一步進行GaN之成長，成長100 μιη 厚的GaN層。於缺陷種掩膜上有封閉缺陷集合區域Η成長， 於將其包圍之同心狀之區域成長單晶低位錯伴隨區域Ζ，於 境界部分成長單晶低位錯剩餘區域Υ。確認了其形成於橫跨 基板之全體（如圖6)。 產業上利用的可能性 本發明係，於藍寶石、GaAs、InP單晶等，或者於其設 GaN緩衝層之基板上相輔地設為減少初期缺陷之ELO掩膜 與引起缺陷集中之缺陷種掩膜。作為ELO掩膜材料可為 Si02、SiON、SiN等，利用GaN極難以於其上成長之材料， 作為缺陷種掩膜材料則Pt、Ni、Ti等，利用GaN難以於其上 成長卻可成長缺陷多的GaN結晶之材料。 81970 -18- 1286391 因此於缺陷種掩膜上集中之GaN缺陷（封閉缺陷集合區域 H)並不會於成長中消滅。相反地於ELO掩膜上亦不會產生 缺陷集中區域。 因於缺陷種掩膜上的一部分區域形成高密度的封閉缺陷 集合區域，那份使其他區域成低缺陷，從其他部分看來可 製造低缺陷密度之GaN單晶。 【圖式簡單說明】 圖1為以於正三角形反覆鋪滿圖案之正三角形之頂點配 籲 置圓形窗之掩膜，其設於藍寶石基板上用以成長缺陷少的 GaN薄膜之EL〇掩膜之一部分之平面圖。 圖2係以於正三角形反覆鋪滿圖案之正三角形之頂點配 置正六角形窗之掩膜，其設於藍寶石基板上用以成長缺陷 少的GaN薄膜之EL〇掩膜之一部分之平面圖。 圖3係說明配置了複數之窗，使GaN難以成長之掩膜設於 基板，將GaN由窗成長之ELO成長法之圖。圖3(1)係表示於 基板形成具有窗之掩膜之狀態之剖面圖。圖3(2)係表示於窗 ® 部分之基板表面產生GaN之結晶核之狀態之剖面圖。圖3(3) 係表示於窗部分之基板表面成長GaN之薄層之狀態之剖面 圖。圖3(4)係表示GaN超越窗的高度成長為具有晶面之角錐 台之形狀之狀態之剖面圖。圖3(5)係表示超越窗的高度具有 晶面之角錐台形狀之GaN結晶成長成具有晶面之角錐之形 狀之狀態之剖面圖。圖3(6)係表示超越窗的邊緣具有晶面之 角錐台形狀之GaN結晶進行橫向成長成角錐台的狀態的剖 面圖。圖3(7)係表示超越窗的邊緣具有晶面之角錐台形狀之 81970 -19- 1286391

GaN結晶進行橫方向成長於由鄰接窗之結晶於垂直二等分 線之境界面接觸之狀態之剖面圖。圖3⑻係表示由幅^ 長足GaN結晶將境界限填滿之狀態之剖面圖。 圖4係藍寶石、GaAs、Inp、Si、SiC、尖晶石、㈣之任 一單晶基板，或者於該等單晶基板形成GaN緩衝層之基板 上，設有將於反覆之正三角形之頂點位置使⑽缺陷集合 成長之材料配置之缺陷種掩膜之狀態之平面圖。 圖5係表示將缺陷種掩膜χ於基板或於基板上形成之 ，·爰衝層上形成，於其上成長GaN結晶以製造GaN基板之過程 之剖面圖。圖5(1)係基板之剖面圖。圖5(2)係於基板上設了 均的GaN緩衝層的狀態之剖面圖。圖5(3)係於緩衝層 上設了缺陷種掩膜X之狀態之剖面圖。圖5(4)係表示於缺陷 種掩膜X之上成長GaN結晶則於缺陷種掩膜X之上成長封閉 缺陷集合區域Η ,於其他部分之上則成長具有傾斜之晶面、 缺卩曰少的單晶低位錯伴隨區域Ζ，於相當於鄰接掩膜X之境 界之部分成長具有平面之單晶低位錯剩餘區域γ之剖面 圖。圖5(5)將成長之GaN之上頂部研磨去除且將基板去除作 成平坦的GaN基板之狀態之剖面圖。 圖6係表示藉由缺陷種掩膜法成長之GaN基板以CL (陰極 螢光）法所觀察所看到的圓案之圖。由種掩膜X所成長者係 封閉缺陷集合區域Η，於其周圍有同心狀成長之部分係缺陷 少之單晶低位錯伴隨區域Ζ，於同心圓之外側者係單晶低位 錯剩餘區域Υ。 圖7係表示雙重掩膜法之本發明之實施例藉由設於正三 81970 -20- 1286391 角形之反覆圖案之頂點之缺陷種掩膜，與設於其以外之大 部分區域之ELO掩膜相輔地覆蓋基板之狀態之平面圖。排 列多數小窗者為ELO掩膜而具有大的覆蓋部者為缺陷種掩 膜。 圖8係表示雙重掩膜法之本發明之實施例以平行的間隔 覆之帶狀圖案之缺陷種掩膜，與設於其以外之大部分 區域之ELO掩膜相輔地覆蓋基板之狀態之平面圖。排列多 數小窗者為ELO掩膜而具有大的覆蓋部者為缺陷種掩膜。 圖9係表示於基板（藍寶石、GaAs、InP、Si、SiC、尖晶 石、GaN之任一單晶之基板，或者於該等單晶基板形成GaN 緩衝層者）上，設由8丨1^、3丨〇2、8丨01^之任一所成之£1〇掩 膜，於ELO上設缺陷種掩膜之本發明（雙重掩膜法）之關於實 施例之GaN成長用基板之構造之剖面圖。 圖10為表示於基板（藍寶石、GaAs、InP、Si、SiC、尖晶 石、GaN之任一單晶之基板，或者於該等單晶基板形成GaN 缓衝層者）上，設由Si〇2所成之ELO掩膜，於ELO上設由Pt/Ti 所成之缺陷種掩膜之本發明（雙重掩膜法）之GaN成長用基 板之構造之剖面圖。 【圖式代表符號說明】 2 基板 20 位錯 22 位錯 24 臨界晶面 25 垂直二等分線上 81970 -21 - 1286391 26 境界溝 3 覆蓋部 4 窗部 5 GaN結晶核 52 GaN緩衝層 53 晶面 54 平坦面 6 薄膜 7 GaN結 8 角錐狀 9 GaN角錐台結晶 B 直徑 E 直徑 F ELO掩膜 Η 封閉缺陷集合區域Η L 週期 Μ 週期 X 缺陷種掩膜 Y 單晶低位錯剩餘區域 Z 單晶低位錯伴隨區域 -22- 81970

Claims (1)

1. 655號專利申請案 一^申碕¥利範圍替換本(95年6月)拾、申請專利範圍·· 料4月％日修(更)正本 • 一種氮化鎵成長用基板，其特徵在於包含··基板，其係藍 寶石、GaAs、InP、Si、SiC、尖晶石、GaN等任一單晶， 或者於該等單晶基板形成GaN緩衝層者；缺陷種掩膜χ， 其係由Τ!、pt、Ni之任一所成於基板上不具有規律地排列 <窗只具有覆蓋部分成為產生封閉缺陷集合區域只之 種，及ELO掩膜F，其係由Si〇N、Si02、SiN之任一所成 具有覆蓋部分與以小的週期規律地排列之多數之窗於基 板上且相辅地與缺陷種掩膜規律地設置。 • 種氮化鎵成長用基板之製造方法，其特徵在於包含··於 監寶石、GaAs、InP、Si、SiC、尖晶石、GaN之任一單晶 义基板，或者於該等單晶基板形成GaN緩衝層之基板上， 形成由si〇2、SiN、Si0N之任一所成之EL〇掩膜用薄膜， 進:步於其上形成由Pt、Ti、Ni之任一所成之缺陷種掩膜 用薄膜，將成為ELO掩膜F之部分之缺陷掩膜用薄膜藉由 蝕刻去除，將於露出之Si〇2、SiN、Si〇N之任一薄膜藉由 姓刻形成以規律排列加以排列之窗。 3· —種氮化鎵成長用基板之製造方法，其特徵在於包含··藍 寶石、 基板’或者於琢等單晶基板形成GaN緩衝層之基板上，形 成、S]N、SiON〈任一之EL〇掩膜用薄膜，將成為 掩膜之部分形成以規律排列加以排列之窗，於s i 〇 2、s; N、 s!on之任一成為缺陷種掩膜又之部分形成以pt、丁丨、州之 任一所成之缺陷種掩膜用薄膜。 4. -種|L化鎵基板之製造方法，其特徵在於包含：藍寶石、 81970 1286391 〇广、二以、扯、尖晶石、训之任-單晶之基板， 或者於該等單晶基板形成GaN緩衝層之基板，及於上形成 Si〇2、SiN、SiON之任一 EL0掩膜用薄膜，進一步於其上 形成由Pt、Ti、Ni之任—所成之缺陷種掩膜用薄膜，將成 為ELO掩膜F之部分之缺陷掩膜用薄膜藉由蝕刻去除，將 於露出之Si〇2、SiN、Si〇N之任—薄膜藉由⑽】形成規律 排列加以排列之窗之付有掩膜之藍寶石、GaAs、inp、^、 Sic、尖晶石、GaN之任一單晶基板放入氣相成長爐，於 付有掩膜之基板上，供給含有NH3之原料與含有Ga之原 料，藉由氣相合成法將GaN單晶成長，於初期°露出於el〇 掩膜F之窗之基板上產生GaN之結晶核而於EL〇掩膜覆蓋 部與缺陷種掩膜上不成長GaN結晶，越過窗的㈣結晶於 ELO掩Μ覆i邵上橫向成長，分別由窗橫向成長之結晶膜 結合之後於ELO掩膜F上向上進行低位錯之成長，於缺陷 種掩膜X之上則開始GaN之沉積，含有大量缺陷之GaN封 閉缺陷集合區域Η成長的方式，形成充分厚度之_結晶 後，中止GaN之成長，由氣相成長爐將付有基板之GaN結 晶取出，將基板與掩膜F、X藉由蝕刻或研磨去除，以得 自立之低位錯·低缺陷之GaN單晶基板。