高表面质量的GaN晶片及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种含有Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［ｚ］Ｎ的高质量晶片，其中０＜ｙ≤１和ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，其特征在于均方根表面粗糙度在晶片的Ｇａ－侧为在１０×１０μｍ↑［２］面积上小于１ｎｍ。该晶片在所述晶片的Ｇａ－侧用ＣＭＰ浆料进行化学机械抛光（ＣＭＰ），所述的浆料含有研磨颗粒，如二氧化硅或氧化铝，以及酸或碱。制造高质量的Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［ｚ］Ｎ晶片的方法包括如下步骤：研磨、机械抛光和通过热退火或化学蚀刻减少所述晶片的内应力，以进一步提高其表面质量。所述的ＣＭＰ工艺在提高Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［ｚ］Ｎ晶片Ｇａ－侧结晶缺陷的亮度方面非常有用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为拟811414.0、申请日为2002年6月4日、专利技术名称为“”的专利申请的分案申请。专利技术背景I.专利
本专利技术涉及AlxGay^izN(其中0 < y彡1和x+y+z = 1)半导体晶片，该晶片在其 Ga-侧具有优异的表面质量，本专利技术还涉及该晶片的生产方法。II.相关现有技术的描述以通式AlxfeiyInzN，其中0 < y彡1和x+y+z = 1表示的GaN和有关似feiN III-V 氮化物结晶膜，在各种应用中是有用的材料，所述应用例如是温度电子学、动力电子学和光电子学(例如发光二极管(LEDs)和兰光激光二极管(LDs))。发兰光二极管(LED' s)和激光器是启动技术，使磁-光存储器和⑶ROM以及全色发光显示器的构造中有更高的存储密度。发兰光二极管可以代替目前公路和铁路信号中所使用的白炽灯等，可节约实际的成本和能源。目前，由于高质量AlxGiiJnzN衬底的非实用性，AlxGiiJnzN膜通常生长于非-天然的衬底如蓝宝石或碳化硅上。但是，这些异质衬底与在其上外延生长的AlxGiiJnzN结晶之间的膨胀系数和晶格系数不同，在所述生长的AlxGiiy^izN结晶中造成很大的热应力和内应力。所述的热应力和内应力可引起AlxGiiy^izN结晶的微裂、变形和其它缺陷，从而使这些 AlxGiiJnzN结晶容易破裂。在不匹配的异质衬底晶格上的生长造成高密度的晶格缺陷，导致不良的器件性能。为了在生长的AlxGiiy^izN结晶上减少有害的热应力和高的不合格密度，希望提供高质量的无支撑AlxGiiJnzN晶片作为膜生长衬底，以代替上述异质衬底。U. S. P 5，679，152，专利技术名称为〃 Method for Making a Single CrystalGa^N Article"和 U. S. P 5，679，153，专利技术名称为 “Bulk Single CrystalGallium Nitride and Method of Making Same "公开了氢化物蒸发相外延生长方法(HVPE)以制备无支撑的 AlxGiiy^izN结晶，该结晶可有利的用作结晶生长衬底，用于使AlxGiiy^izN结晶在其上同质外延生长。因为后续生长的AlxGiiyInzN结晶的质量直接关系到AlxGiiyInzN结晶在其上生长的衬底表面和接近表面的区域的质量，因此，提供没有任何表面和表面下损伤的高度平滑的初始衬底表面是非常重要的。但是，在机械抛光之后，AlxGiiJnzN结晶的表面质量一般都很差，具有实质性的表面和表面下损伤，以及抛光擦痕。因此，必须有附加的晶片加工工艺，以便能够进一步提高无支撑AlxGayInzN结晶的质量，这样就可以适用于在其上高质量外延生长和制备器件。结晶的AlxGiiJnzN—般以化学稳定的纤锌矿结构存在。AlxGiiJnzN化合物最常见的结晶学取向具有垂直于其C-轴的两极一侧是N-封端的，而另一侧是Ga-封端的(下文中的结晶结构的Ga-侧应理解为通常是说明或表示各种第III族的(AlxGiiyInz)结晶组合物，例如相应于GEixInyN结晶的GEixIny-侧，相应于AlxGEiyInzN结晶的AIxGE^iiz-侧，以及相应于AlxGayN结晶的AlxGay-侧)。结晶的极性对结晶表面的生长形态和化学稳定性影响很大。已经确定AlxGiiJnzN 结晶的N-侧对KOH或NaOH-基的溶液是化学活性的，而该结晶的Ga-侧是很稳定的，不与大多数常规的化学蚀刻剂反应。因此，用KOH或NaOH水溶液很容易将N-侧抛光，以除去机械抛光工艺遗留的表面的损伤和擦痕，从而得到高度平滑的表面。另一方面，AlxGayInzN结晶的 Ga-侧(AlxGiiyInz 侧)在与 KOH 或 NaOH 溶液接触之后基本保持不变，其表面上的损伤和擦痕不会被这些溶液改变。参见Weyher 等人，“Chemical Polishing of Bulk and EpitaxialGaN “，J. CRYSTAL GROWTH, vol. 182，pp. 17-22,1997 ；以及Porowski等人，国际专利申请公开号WO 98/45511，专利技术名禾尔"Mechano-Chemical Polishing of Crystals and Epitaxial Layers of GaN andAlxGayInzN，，。但是，已经确定AlxGiiJnzN结晶的Ga-侧比N-端具有更好的膜生长表面。参见 Miskys 等人，“MOCVD-Epitaxy on Free-StandingHVPE-GaN Substrates"，PHYS. STAT. SOL. (A), vol. 176，pp. 443-46,1999。因此，提供对制备 AlxGiiJnzN 结晶的 Ga-侧，以使其适用于后续的结晶生长的特别有效的晶片加工工艺是很重要的。最近，已经使用反应性离子蚀刻(RIE)由AlxGiiyInzN晶片的Ga-侧除去表面材料层，从而得到更平滑的晶片表面。参见Karouta等人，“Final Polishing of Ga-Polar GaN Substrates Using Reactive Ion Etching" , J. ELECTRONIC MATERIALS, vol. 28, pp. 1448-51,1999。但是，这种RIE工艺不能令人满意，因为它对于除去深层的擦痕无效，并且通过离子轰击引入另外的损伤和通过伴随而来的污染带来另外的表面不规则性，反过来又需要在O2等离子体中对该GaN晶片附加清洁程序。因此，提供没有或几乎没有表面和表面下损伤或污染的，具有高质量Ga-侧的 AlxGayInzN晶片是有利的。同时也希望这些AlxGiiJnzN晶片用经济和有效的表面抛光工艺制备，在抛光工艺期间和之后不需要烦琐的清洁工艺。专利技术概述本专利技术一般涉及六1!^31^(其中0<7彡1和#7+2 = 1)晶片，该晶片在其Ga-侧具有优异的表面质量，本专利技术还涉及该晶片的生产方法。本专利技术一方面涉及这种类型的高质量AlxGiiJnzN晶片，其中该晶片以均方根 (RMS)粗糙度表征的表面粗糙度在Ga-侧的IOX 10 μ m2面积上小于lnm。在逐渐提高的选择范围内，这种晶片Ga-侧的RMS表面粗糙度在下述范围之内 (1)在 10 X 10 μ m2 面积上小于 0. 7nm ； (2)在 10 X 10 μ m2 面积上小于 0. 5nm ； (3)在 2 X 2 μ τα 面积上小于Ojnm ； (4)在2Χ2μπι2面积上小于0. 2nm ；和(5)在2X2 μ m2面积上小于 0. 15nm。在用原子力显微镜(atomic force microscope)观察时，本专利技术的AlxGiiJnzN晶片在其Ga-侧优选以规则的阶跃式结构(st印structure)为特征。本专利技术的AlxGiiJnzN晶片优选具有下述特征在该AlxGiiyInzN晶片Ga-侧的晶体缺陷造成其直径小于Iym的小坑(pits)。这种大小的小坑很容易用原子力显微镜(AFM) 和扫描电子显微镜(SEM)技术看到，与此同时，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
用ＣＭＰ浆料化学机械抛光（ＣＭＰ）Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［ｙ］Ｉｎ↓［ｚ］Ｎ晶片Ｇａ－侧的方法，其中０＜ｙ≤１和ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，所述ＣＭＰ浆料含有：　　　　研磨用无定形二氧化硅颗粒，其颗粒大小小于２００ｎｍ；　　　　至少一种酸；和　　　　选择地含有至少一种氧化剂；　　　　其中ＣＭＰ浆料的ｐＨ值在大约０．５－大约４的范围内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐学平，罗伯特P沃多，
申请(专利权)人：克利公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]