含有ＧａＮ层的层叠基板及其制造方法与器件技术

一种使用也可以成为大口径的单晶作为基板、含有ＧａＮ层的层叠基板及其制造方法以及使用了所述层叠基板的器件。本发明专利技术的层叠基板的制造方法包括：锗生长工序，其通过化学气相沉积法使锗层在（１１１）硅基板上异质外延生长；热处理工序，其在７００～９００℃的温度范围内对所得到的硅基板上的锗层进行热处理；和ＧａＮ生长工序，其随后使ＧａＮ在锗层上异质外延生长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种含有GaN层的层叠基板及其制造方法以及使用了上述层叠基板 的装置。
技术介绍
近年来，作为发光二极管(LED)用、异质结双极晶体管(HBT)用等的器件用途，GaN 受到关注。通常，GaN的体结晶(bulk crystal)的生长极其困难，价格也极其昂贵，并且基 板的尺寸也为2-3英寸，低成本化困难方面也存在问题。为了避免这个问题，用于LED的 GaN使用在单晶SiC、单晶蓝宝石上异质外延生长而得到的物质。但是，因为单晶SiC、单晶蓝宝石的价格也很高，并且不存在大口径的基板，所以妨 碍了普及。另外，这些材料与GaN之间存在较大的晶格不匹配，有必要在使GaN生长时设置 缓冲层，从而导致生产率大幅下降。近年，为了避免这些问题，提出使用锗(111)的体结晶(非专利文献1)。锗(111) 与GaN具有较大的晶格不匹配度(约20%)，但由于二者的网格(mesh)比为5 4，所以 实质的晶格不匹配度为0.4%左右。S卩，(111)锗的单位晶格重复5次而GaN的单位晶格重 复4次时，晶格的位置再次一致。但是这种方法也有问题。虽说锗与单晶SiC等相比容易 获得大口径的基板，但是由于锗为稀有元素，所以其价格还是非常高而难以获取。非专 利文献 1 :“Germanium-a surprise base for high-quality nitrides (锗-高质量氮化物的惊喜基础)” Compound Semiconductor (化合物半导体)， pp. 14-16, April 200
技术实现思路
本专利技术的要解决的问题在于，提供一种使用也可以形成大口径的单晶作为基板的 含有GaN层的层叠基板及其制造方法、以及使用了该层叠基板的器件。上述课题由以下的手段⑴、(3)以及⑷来达成。一起列举作为优选实施方式的 ⑵和(5)。(1)含有GaN层的层叠基板的制造方法，其特征在于，包括锗生长工序，其通过化 学气相沉积法使锗层在(111)硅基板上异质外延生长；热处理工序，其在700 90(TC的温 度范围内对所得到的硅基板上的锗层进行热处理；和GaN生长工序，其在所述热处理工序 之后使GaN在锗层上异质外延生长。(2)如(1)所记载的含有GaN层的层叠基板的制造方法，在锗生长工序之前，使 SiGe层在硅基板上异质外延生长。(3)含有GaN层的层叠基板，其特征在于，至少具有单晶硅基板、在该硅基板上 异质外延生长的锗层、以及在该锗层上异质外延生长的GaN层；在锗层上不存在穿透位错 (threading dislocation)；在硅基板和锗层的界面附近局部存在位错。(4)使用(3)中所记载的含有GaN层的层叠基板而制成的器件。(5)如(4)中所记载的器件，该器件为LED元件或者HBT元件。根据本专利技术的制造方法，由于将(111)硅晶片作为基板，所以能够以低成本制造8 英寸以上的大口径基板的含有GaN层的层叠基板。另外，可以通过热处理工序消除在异质 外延生长的锗层上所发生的穿透位错。本专利技术的含有GaN层的层叠基板可以用于制造发光 二极管(LED)元件·异质结双极晶体管(HBT)元件等器件。附图说明 图1是表示本专利技术的含有GaN层的层叠基板的一例的简要截面图；图2是表示本专利技术的含有GaN层的层叠基板的制造方法的一个实施方式的流程 图；图3是表示本专利技术的制造方法的热处理工序中位错的变化的示意性截面图。图中含有GaN层的层叠基板，3_(111)硅基板，5-SiGe层，7-锗层，9_GaN层， 11-穿透位错，13-位错。具体实施例方式(含有GaN层的层叠基板及其制造方法)本专利技术的含有GaN层的层叠基板的制造方法，其特征在于，包括锗生长工序，其 通过化学气相沉积法(CVD法)使锗层在(111)硅基板上异质外延生长；热处理工序，其在 700 900°C的温度范围内对所得到的硅基板上的锗层进行热处理；和GaN生长工序，其随 后使GaN在锗层上异质外延生长。下面，边参照附图边对上述的必须的三个工序进行说明。本专利技术的含有GaN层的层叠基板1，如图1(a)中的示意性截面图所示，在(111)硅 基板3上具有锗层7以及GaN层9作为必须的层。需要说明的是，如图1 (b)中的示意性截 面图所示，也可以在硅基板3以及锗层7之间具有SiGe层5作为缓冲层。含有GaN层的层叠基板的制造方法含有上述的锗生长工序、热处理工序以及GaN 生长工序三道工序，并且优选按照此顺序来实施三道工序。但是并不排除在此三道工序的 中途含有其他工序的情况。图2是表示上述的制造方法的一个实施方式的工序图。(锗层生长工序)在本专利技术的制造方法中，使用硅基板作为基板，特别是优选使用(111)硅基板，更 优选使用单晶(111)硅晶片。基板的直径可以选用至8 10英寸的大口径。硅(111)的晶格常数为3.84A,锗(111)的晶格常数为4.00 A。硅和锗的晶格不 匹配度为4%。为了使锗在(111)硅基板上异质外延生长，使用化学气相沉积法(CVD)。锗的生长条件能够以L. Colace et al.，Appl. Phys. Lett. 72 (1998) 3175所记载的 条件为基准。通过利用GeH4作为使用气体、在超高真空下(2X ICT8Pa以下)以600°C进行 生长，能够使生长膜的厚度为约200nm。锗层的厚度优选为50 500nm。(热处理工序)如上所述，因为硅和锗的晶格不匹配度为4%，所以锗层上发生许多穿透位错(向4锗层的穿透方向上发生的位错)。但是，通过追加的热处理，可以使位错集中到硅基板和锗 层的界面附近。 作为此时的热处理条件，可以在N2气氛、常压进行处理，采用700 900°C且0. 5 3小时、优选800°C且约1小时的温度和时间，使用通常的扩散炉来进行。图3示意性地示出热处理所带来的变化。如图3(a)所示，位于锗层7的穿透位 错11，如图3(b)所示，通过上述的热处理向硅基板3和锗层7的界面附近的位错13变性 (modify) 0而且，通过使GaN层9异质外延生长(后述)，如图3(c)所示，能够使锗层9在 锗层7上生长。关于(001)硅基板上的锗膜，在下列参考文献中有报告。(M. Halbwaxet. al.， “UHV-CVD growth and annealing of thin fully relaxed Ge films on (001) Si，，, Optical Materials,27(2005)，pp. 822—825).穿透位错出现在锗(Ge)层的表面时，可以认为这种缺陷也传播到了生长GaN膜 上。因为在该传播的穿透位错的周边发光强度明显减少，所以在制造发光元件时成为大问 题。但是，通过对已异质外延生长的Ge层进行热处理，能够使Ge层中的穿透位错向在硅基 板和Ge层界面附近局部存在的位错变性。由此，通过该热处理工序而使其变性为环状的位 错，不但最终获得高品质的GaN膜，而且硅与SiC、蓝宝石不同，其具有导电性，所以还具有 容易取得接触的优点。(SiGe层的形成工序)当然，在硅基板和锗层之间能够形成用于缓和晶格不匹配的缓冲层。优选将SiGe 层作为缓冲层。该缓冲层能够通过基于化学气相沉积法(CVD)的异质外延生长来形成。将GeH4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有ＧａＮ层的层叠基板的制造方法，其特征在于，包括：锗生长工序，其通过化学气相沉积法使锗层在（１１１）硅基板上异质外延生长；热处理工序，其在７００～９００℃的温度范围内对所得到的硅基板上的锗层进行热处理；和ＧａＮ生长工序，其在所述热处理工序之后使ＧａＮ在锗层上异质外延生长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋山昌次，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]