氮化镓基板的制造方法技术

本发明专利技术属于制造方法，具体涉及一种氮化镓基板的制造方法。一种氮化镓基板的制造方法，包括下述步骤，单晶基板表面部分覆膜,在未被覆膜覆盖的非覆膜部位实施结晶生长工序使之覆膜,并逐次往复多次操作。本发明专利技术的显著效果是：通过使用该发明专利技术提倡的GaN基板制造工艺,可以实现厚膜GaN结晶的制造。且能够实现实质上内部不含有位错的氮化镓基板的制造。如果将按照本发明专利技术中提倡的制造工艺制得的GaN基板应用在电力半导体模块的构成材料中的话,因为不存在位错,所以不会有漏电问题的发生,不会有绝缘、耐压性能降低的顾虑,实际使用效果将十分优异。

Manufacturing Method of GaN Substrate

The invention belongs to a manufacturing method, in particular to a manufacturing method of a gallium nitride substrate. A method for manufacturing a gallium nitride substrate includes the following steps: a part of the surface of a single crystal substrate is covered with a film, and a crystallization growth process is carried out at the uncovered non-covered part to make the film covered, and the operation is repeated successively. The notable effect of the invention is that the thick film GaN crystallization can be realized by using the manufacturing process of the GaN substrate advocated by the invention. And it can realize the manufacture of GaN substrate without dislocation in essence. If the GaN substrate manufactured according to the manufacturing process advocated in the present invention is applied to the constituent materials of power semiconductor modules, there will be no leakage problem, no fear of loss of insulation and voltage resistance, and the actual application effect will be very excellent.

【技术实现步骤摘要】
氮化镓基板的制造方法
本专利技术属于制造方法，具体涉及一种氮化镓基板的制造方法，该氮化镓基板可以用于光二极管、激光二极管等发光原件；工业用电动机、电动汽车等装置中的电力半导体模块,作为电力转换元件使用。
技术介绍
以往GaN结晶的厚膜生长都是按照以下方法实施的:先在砷化镓(GaAs)基板上形成氮化镓缓冲层。在该缓冲层基础上再利用氢化物气相外延生长法(HVPE)或金属有机化合物化学气相沉淀法(MOCVD)进行制造。该基板中使用到的物质有:砷化镓、蓝宝石、碳化硅(SiC,又名金刚砂)、硅(Si)等。图3是以往GaN的制造工序的截面图。如图3(1)～(4)所示。图3中(1):用覆膜材料对砷化镓基板11的表面整体进行覆膜处理(通过物理蒸镀等方法实现)。通过光刻配置好覆膜12和窗口13。图3中(2)使用HVPE制法,在温度为450摄氏度～500摄氏度的反应环境中形成厚度为数十纳米至100nm左右的GaN缓冲薄膜层14.图3中(3)使用HVPE制法,在温度为800摄氏度～1050摄氏度的反应环境中,形成GaN结晶层15。此时的缓冲层14也会结晶化。图3中(4)将GaAs基板11浸入王水中蚀刻去除。通过研磨基板去除覆膜部分。这样,一枚GaN结晶基板便制造完成了。登载于日本专利申请,公开编号为2000-12900。但是,如前文记述的那样,GaAs基板上的GaN结晶在厚膜生长的过程中,基板和GaN结晶的晶格常数和热膨胀系数并不一致,这就导致了GaN与基板的界面产生相当大的形变,最终导致GaN晶格的断裂,从而无法制得大型基板。或者,只能得到结晶缺陷密度很大(1×109cm-2～1×1010cm-2)的基板。因为结晶缺陷在原件运作时作为非发光再结合的中心,也会成为电流的通道,所以有可能成为漏电的罪魁祸首,如果将该材料用于发光二极管或电力半导体模块的制造,有可能导致原件性能的大幅度降低。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提供一种氮化镓基板的制造方法。本专利技术是这样实现的：一种氮化镓基板的制造方法，包括下述步骤，单晶基板表面部分覆膜,在未被覆膜覆盖的非覆膜部位实施结晶生长工序使之覆膜,并逐次往复多次操作。如上所述的一种氮化镓基板的制造方法，其中，将所述的覆膜配置于氮化镓表面缺陷的正上方。如上所述的一种氮化镓基板的制造方法，其中，所述的氮化镓结晶成长工序中,在制造方法上应用了氢化物气相外延生长法(HVPE)和金属有机化合物化学气相沉淀法(MOCVD)中的一种或两种。本专利技术的显著效果是：通过使用该专利技术提倡的GaN基板制造工艺,可以实现厚膜GaN结晶的制造。且能够实现实质上内部不含有位错的氮化镓基板的制造。如果将按照本法明中提倡的制造工艺制得的GaN基板应用在电力半导体模块的构成材料中的话,因为不存在位错,所以不会有漏电问题的发生,不会有绝缘、耐压性能降低的顾虑,实际使用效果将十分优异。附图说明图1为本专利技术中第一工序中穿透位错的向上转移样态的示意图(断面图)。图2为本专利技术中涉及的第二工序中的穿透位错的向上转移样态的示意图(断面图)。图3为以往GaN制造工艺的示意图(断面图)。图中：1.单晶基板、2.第一覆膜层、22.第一非覆膜层、3.第一氮化镓层、4.第二覆膜层、23.第二非覆膜层、5.第二氮化镓层、6.穿透位错线、11.砷化镓基板、12.覆膜、13.窗口、14.氮化镓缓冲层、15.氮化镓层、16.氮化镓结晶基板。具体实施方式借鉴上述课题中叙述的方法,本专利技术中的GaN基板的制造方法为:单晶基板表面部分覆膜,在未被覆膜覆盖的非覆膜部位实施结晶生长工序使之覆膜,并逐次往复多次操作。以此为特征的GaN基板的制造方法。具体来说,该制造方法的特征描述如下:在单晶基板的一部分表面覆盖上一层表面不能生长结晶的第一层覆膜。在接下来的第一道工序中,让GaN结晶在第一层非覆膜部分生长,直至其厚度可以覆盖第一层覆膜。接着(第二道工序开始),在第一层氮化镓结晶层的表面覆盖上一层表面不能生长结晶的第二层覆膜,覆盖位置为结晶缺陷的正上方。在未被第二层覆膜覆盖到的第二层非覆膜部位,让氮化镓结晶在第二层非覆膜部分生长,直至其厚度可以覆盖第二层覆膜。以此类推,将以上工序逐次往复多次。以此为特征的GaN基板的制造方法。在本专利技术中,氮化镓等六方晶系结晶的晶面采用四个指数(hkil)来表示。当指数为负数时,要在指数数值前用负号标记。除负数指数的标记方法以外,以惯用的指数表示方法为准。穿透位错、结晶缺陷是由于结晶扭曲产生的应力造成的。结晶中的穿透位错、结晶缺陷,有的是从下衬的基板继承而来的,有的则是在生长层中产生,伴随着结晶的生长在结晶层的厚度方向上向上转移。就算穿透位错、结晶缺陷问题依然存在,只要能缓解应力,就可以避免向上转移的发生。下面,对本专利技术的实施形态进行说明。图1是本专利技术的第一工序中的穿透位错的向上转移状态的示意图(断面图)。图中展示了穿透位错线6在非覆膜部位22区域中,自基板1的表面向上方转移的样态。基板1的表面被第一覆膜层2部分覆盖。以第一非覆膜部位22区域为起点,第一氮化镓层3从下衬基板继承的穿透位错线6转移至第一氮化镓层3的表面。图2,在本专利技术的第二工序中,穿透位错的向上转移状况如该图所示。将第一氮化镓层3视作第二层基板,展示了在第二覆膜层4上覆盖第二氮化镓层5的生长样态。以第一非覆膜部位22区域为起始点,从下衬基板继承的穿透位错线6被安置到了第二覆膜层4形成时产生的表面缺陷的上方,所以不会继续继承至第二氮化镓层5上。23为第二非覆膜部位。覆膜的配置原则如下:因为GaN结晶在横向上的结晶生长速度特性为“比起GaN层在<1-100>方向上的生长速度,GaN层在<11-20>方向上的生长速度更快。”所以最好最大限度地利用这一特性进行覆膜配置。关于覆膜的构成材料,要求所选材料的表面具有不能生长结晶的特性。例如:硅(Si)、钛(Ti)、钽(Ta)、锆(Zr)等元素的氧化物或氮化物。也就是如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、二氧化钛(TiO2)、氧化钽(TaO)、氧化锆(ZrO)等非结晶性化合物。另外,也可以选用这类材料的多层复合体。关于覆膜层2及覆膜层4的形成模式,并没有特定的限制。可以是格子状、条纹状、点状、四边形、多边形、圆形等。在本专利技术中,如图1及图2所示,在被第一覆膜层2部分覆盖的单晶基板1上,第一GaN层3经由结晶生长后形成。此时,GaN结晶只以单晶基板1的非覆膜部位22区域为起始点开始生长。也就是说,第一GaN层3和基板1的直接接触部位为第一非覆膜部位22,且仅限于此。如果进一步生长,将会完全填满第一非覆膜部位22区域,接着将会在第一覆膜层2上膨胀溢出。如果此时继续进一步生长,氮化镓结晶将不仅会在厚度方向上生长,同时前文提到的膨胀溢出部位的侧面也会成为新的结晶生长的起点,结晶开始向着横向生长。最终和其他以非覆膜部位为出发点生长的结晶汇合,从而在第一覆膜层2上完成全覆盖,接着结晶开始继续在厚度方向上生长,形成第一氮化镓层3。在已经生长完成的第一氮化镓层3的表面上如工序一中那样,继续配置相同的第二覆膜层4,将该工序往复重复多次,便可制得本专利技术期望得到的具有优良品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓基板的制造方法，其特征在于：包括下述步骤，单晶基板表面部分覆膜,在未被覆膜覆盖的非覆膜部位实施结晶生长工序使之覆膜,并逐次往复多次操作。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基板的制造方法，其特征在于：包括下述步骤，单晶基板表面部分覆膜,在未被覆膜覆盖的非覆膜部位实施结晶生长工序使之覆膜,并逐次往复多次操作。2.如权利要求1所述的一种氮化镓基板的制造方法，其特征在于：将所述的覆膜配...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，
申请(专利权)人：张海涛，
类型：发明
国别省市：江苏,32