制备用于生长氮化镓的衬底和制备氮化镓衬底的方法技术

本发明专利技术是有关一种制备用于生长氮化镓的衬底和制备氮化镓衬底的方法。所述方法包含：对硅衬底的表面执行热清洁；以原位方式在硅衬底的表面上形成氮化硅微掩膜；以及使用微掩膜中的开口通过外延横向过生长而生长氮化镓层。根据所述方法，通过改进典型的外延横向过生长，可简化用于制备用于生长氮化镓的衬底和氮化镓衬底的方法且减少加工成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由氮化镓(gallium nitride, GaN )或镓和其它金属 的氮化物形成的单晶层和一种用于形成所述单晶层的方法。本专利技术还涉及 一种制备在制造包含单晶层的电子或光电装置(photo-electronic devices)中所使用的衬底的方法。本专利技术关于在衬底上形成基于氮化物的 半导体材料层的
，且更明确地说，关于制备用于形成高质量的基 于氮化物的半导体层的衬底的

技术介绍
基于III族元素或V族元素的氮化物的半导体已经在电子和光电领域 中占有重要地位，其将越来越重要。实际上，基于氮化物的半导体可用于 广泛范围的领域，从激光二极管(laser diode, LD)到在高频率和高温度 下步骤的晶体管。基于氮化物的半导体还可用于紫外光检测器 (ultraviolet photo-detectors )、表面声波检测器(surface acoustic wave detectors)和发光二极管(light emitting diodes )。明确地说，氮化镓以其在蓝色发光二极管和高频高温晶体管中的可用 性著称。然而，还正对其进行广泛研究以用于微电子装置。如本文中所使 用，氮化镓包含氮化4家合金，例如氮化铝4家(aluminum gallium nitride, AlGaN)、氮化铟镓(indium gallium nitride, InGaN)和氮化铝铟镓 (aluminum indium gallium nitride, AlInGaN)。生长具有低缺陷密度的氮化镓层在制造氮化镓微电子装置中较为重 要。已知产生缺陷的原因之一是上面生长氮化镓的衬底。然而，难以制备 没有缺陷的氮化镓衬底或用于生长氮化镓的衬底。由于氮化镓难以熔化， 所以例如丘克4i斯基(Czochralski )方法等典型方法(其中>^人熔化物生长 晶体)不能用于生产所述衬底的氮化镓单晶体。当然，氮化镓可在极高压 力下熔化，然而由于低生产率的缘故，这在当前不可用于商业用途。因此，在此类装置中，最常用于生长氮化镓层的是蓝宝石衬底 (sapphire substrate), 其,欠是碳4匕石圭(silicon carbide, SiC) ^J"底。 然而，蓝宝石是电绝缘体和不良热导体，且碳化硅较昂贵并具有可变质量。因此，已提议将硅用作蓝宝石和碳化硅的替代物。当然，与蓝宝石和 碳化硅相比，硅在经济和技术上更具吸引力。明确地说，硅是良好热导体 且可易于移除。另外，优选将硅用作衬底材料以实现低成本批量生产(lowcost mass production)。这是因为已经开发出一种基于硅的技术系统，其 可在工业规模中受到完美控制，且可以比蓝宝石衬底和碳化硅衬底低得多 的成本制造硅衬底。然而，由于硅与氮化镓之间的晶格常数和热膨胀系数 上的较大差异的缘故，氮化镓难以在硅衬底上生长。最近，夕卜延横向过生长(epitaxial lateral overgrowth, ELO)方法 广泛用于生长确定内量子效率(internal quantum efficiency)的高质量 氮化镓层。所述EL0方法正用于通过均相外延(homoepitaxy)来制造高速 装置，例如蓝色激光二极管(blue laser diodes )、紫外激光二极管 (ultraviolet laser diodes )、高温/高功率装置、高电子移动性晶体管 (high electron mobility transistor, HEMT )和异质结双才及晶体管 (hetero-junction bipolar transistor, HBT )。在典型的ELO方法中，使用条带状二氧化硅(silicon dioxide, Si02) 掩膜以减少村底与氮化镓层之间的晶格失配和热膨胀系统差异所造成的应 力。下文将参看图1描述典型的ELO方法，图1绘示用于根据典型的ELO 方法生长氮化镓的村底的截面图。在典型的ELO方法中，在熔炉中在衬底1上生长氮化镓层2。接着，从 熔炉中取出衬底l。在沉积设备中在氮化镓层上沉积二氧化硅之后，从沉积 设备中取出衬底1。使用光刻技术(photolithography technique)对二氧 化硅层进行图案化，以在氮化镓层2上形成二氧化硅掩膜3，且接着再次将 衬底1放置在熔炉中，使得在氮化镓层2上生长ELO氮化镓层4。ELO氮化镓层4的在二氧化硅掩膜3上方横向生长的一部分与纵向生长 部分相比具有相对较高的质量。这是因为难以将例如位错(dislocations) 等缺陷传播穿过横向生长部分。因此，通过在ELO氮化镓层4的在二氧化 硅掩膜3上方橫向生长的那部分中形成装置，可获得优良特性。然而，所述ELO方法需要上述复杂过程，例如用于形成二氧化硅掩膜 的额外外部过程，从而增加了加工时间和加工成本。另外，最近，随着使 用多个二氧化硅掩膜来改进并放大ELO的功能，形成二氧化硅掩膜和生长 氮化镓层的过程的数目也相应增加。因此，这可导致加工成本、过程复杂 性、时间损耗和经济损耗增加，且因此导致降低的加工产量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种通过经改进的外延横向过生长 (印itaxial lateral overgrowth, ELO)制备用于生长氮化镓的衬底和氮 化镓衬底的简单且经济的方法。根据示范性实施例，所述用于制备用于生长氮化镓的衬底和氮化镓衬 底的方法包含对硅衬底的表面执行热清洁；以原位方式在硅衬底的表面上形成氮化硅(silicon nitride, Si3N4)樣吏掩膜；以及使用微掩膜中的开 口通过外延冲黄向过生长(epitaxial lateral overgrowth, EL0)而生长氮 化镓层。所述用于制备氮化镓衬底的方法进一步包含通过中断氮化镓层的生 长而获得氮化镓衬底；将上面生长氮化镓层的硅衬底从熔炉中取出；以及 移除所述衬底和所述微掩膜。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方 案，本专利技术至少具有 下列优点及有益效果一、 本专利技术的示范性实施例，可省略典型的ELO方法中的用于制备复 杂的二氧化硅掩膜的过程。二、 本专利技术的示范性实施例，可在整个过程中以原位方式执行ELO方 法，即不需要将衬底从用于生长氮化镓的熔炉中取出。因此，本专利技术的示范性实施例不仅提供原位加工的优点，而且提供消 除用于制备二氧化硅掩膜的复杂过程的经济效应。因而，可减少加工时间 和加工成本，且还可由于简化的过程而增加加工产量。综上所述，本专利技术是有关一种制备用于生长氮化镓的村底和制备氮化 4家衬底的方法。所述方法包含对石圭衬底的表面执行热清洁；以原位方式 在硅衬底的表面上形成氮化硅微掩膜；以及使用微掩膜中的开口通过外延 横向过生长而生长氮化镓层。根据所述方法，通过改进典型的外延横向过 生长，可简化用于制备用于生长氮化镓的衬底和氮化镓衬底的方法且减少 力口工成本。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细i兌明如下。附图说明图l是根据典型EL、0方法生长氮化镓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备用于生长氮化镓的衬底的方法，其特征在于其包括以下步骤：　对硅衬底的表面执行热清洁；　以原位方式在所述硅衬底的表面上形成氮化硅微掩膜；以及　使用所述微掩膜中的开口通过外延横向过生长而生长氮化镓层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金容进，金知勋，李东键，金杜洙，李浩准，
申请(专利权)人：株式会社SILTRON，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]