制造GaN基膜的方法技术

本发明专利技术提供一种制造GaN基膜的方法，所述方法包括：准备复合衬底(10)的步骤，所述复合衬底包含支持衬底(11)和布置在所述支持衬底(11)的主表面(11m)侧的单晶膜(13)，在所述支持衬底(11)中在主表面(11m)中的热膨胀系数大于GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的0.8倍且小于其1.2倍，所述单晶膜(13)相对于垂直于所述单晶膜(13)的主表面(13m)的轴呈三重对称；和在所述复合衬底(10)中的所述单晶膜(13)的所述主表面(13m)上形成GaN基膜(20)的步骤。由此，提供了一种制造GaN基膜的方法，所述方法能够制造具有大的主表面积和较小翘曲的GaN基膜。

【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，所述方法能够得到具有大的主表面积和较小翘曲的GaN基膜。
技术介绍
GaN基膜适合用作半导体器件如发光器件和电子器件中的衬底和半导体层。从衬底与GaN基膜之间的晶格常数和热膨胀系数的匹配或基本匹配考虑，作为用于制造这种GaN基膜的衬底，GaN衬底是最好的。然而，GaN衬底非常贵，且难以获得主表面的直径超过2英寸的具有大直径的GaN衬底。因此，通常将蓝宝石衬底用作用于形成GaN基膜的衬底。蓝宝石衬底和GaN晶体在晶格常数和热膨胀系数方面相互明显不同。因此，为了缓和蓝宝石衬底与GaN晶体之间的晶格常数的不匹配并生长具有良好结晶性的GaN晶体，例如，日本特开平04-297023号公报公开了，在蓝宝石衬底上形成GaN缓冲层并在所述蓝宝石衬底上生长GaN晶体中在所述GaN缓冲层上生长GaN晶体层。另外，为了通过使用具有接近于GaN晶体的热膨胀系数的衬底而得到翘曲较小的GaN膜，例如，日本特表2007-523472号公报公开了具有一对或多对层的复合支持衬底，所述一对或多对层具有与位于其间的中心层基本相同的热膨胀系数并具有与GaN晶体的热膨胀系数基本相同的总热膨胀系数。引用列表专利文献专利文献I :日本特开平04-297023号公报专利文献2 日本特表2007-523472号公报
技术实现思路
技术问题根据上述日本特开平04-297023号公报，在晶体生长方向上发生凹进形翘曲的同时生长GaN晶体，可能是因为在GaN晶体的生长期间晶体缺陷如位错由于缔合而消失。然而，如上所述，蓝宝石衬底的热膨胀系数远高于GaN晶体的热膨胀系数，因此在晶体生长之后的冷却期间生长的GaN晶体以在晶体生长方向上突出的形状大幅度翘曲并得到了以在晶体生长方向上突出的形状大幅度翘曲的GaN膜。此处，由于蓝宝石衬底的主表面具有更大的直径，所以在上述冷却期间的GaN晶体的翘曲变得更大(具体地，得到的GaN膜的翘曲与蓝宝石衬底主表面的直径的平方基本成比例)。因此，在主表面具有更大的直径时，难以得到翘曲较小的GaN膜。上述日本特表2007-523472号公报中公开的复合支持衬底具有与GaN晶体基本相同的热膨胀系数，因此在其上生长的GaN层的翘曲能够较小。然而，这种复合支持衬底具有复杂的结构，且所述结构的设计和形成困难。因此，用于设计和制造的成本非常高且用于制造GaN膜的成本变得非常高。本专利技术的目的是解决上述问题并提供一种，所述方法能够制造具有大的主表面积和较小翘曲的GaN基膜。解决问题的手段根据一个方面，本专利技术涉及一种，所述方法包括准备复合衬底的步骤，所述复合衬底包含支持衬底和布置在所述支持衬底的主表面侧的单晶膜，在所述支持衬底中在主表面中的热膨胀系数大于GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的O. 8倍且小于其I. 2倍，所述单晶膜相对于垂直于所述单晶膜的主表面的轴呈三重对称；和在所述复合衬底中的所述单晶膜的所述主表面上形成GaN基膜的步骤。·在根据本专利技术的中，所述复合衬底中的所述单晶膜的所述主表面能够具有等于或大于45cm2的面积。另外，所述复合衬底的所述支持衬底能够由含有氧化物的烧结体制成。而且，所述复合衬底的支持衬底能够含有氧化钇稳定的氧化锆和由氧化铝和二氧化硅形成的Al2O3-SiO2复合氧化物。此处，氧化钇稳定的氧化锆相对于Al2O3-SiO2复合氧化物和氧化钇稳定的氧化锆的总量的含量能够为不低于20质量％且不高于40质量％。此外，氧化钇相对于氧化钇稳定的氧化锆的含量为不低于5摩尔％。此外，所述形成GaN基膜的步骤包括在所述单晶膜的所述主表面上形成GaN基缓冲层的分步和在所述GaN基缓冲层的主表面上形成GaN基单晶层的分步。专利技术效果根据本专利技术，能够提供一种，所述方法能够制造具有大的主表面积和较小翘曲的GaN基膜。附图说明图I是显示根据本专利技术的的一个实例的示意性横断面图，(A)显示了准备复合衬底的步骤且(B)显示了形成GaN基膜的步骤。图2是显示在根据本专利技术的中所使用的准备复合衬底的步骤的一个实例的示意性横断面图，(A)显示了准备支持衬底的分步，(B)显示了在底部衬底上形成单晶膜的分步，(C)显示了将单晶膜结合到支持衬底上的分步，且(D)显示了将底部衬底与单晶膜分离的分步。具体实施例方式参考图1，根据本专利技术的的一个实施方案包括准备复合衬底10的步骤，所述复合衬底10包含支持衬底11和布置在支持衬底11的主表面IIm侧的单晶膜13，在支持衬底11中在主表面IIm中的热膨胀系数大于GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的O. 8倍且小于其I. 2倍，单晶膜13相对于垂直于单晶膜13的主表面13m的轴呈三重对称(图1(A));和在复合衬底10中的单晶膜13的主表面13m上形成GaN基膜20的步骤(图1(B))。此处，GaN基膜是指由含Ga作为III族元素的III族氮化物形成的膜，其例示地有例如 GaxInyAU 膜(x>0, y ^ O, x+y ( I)。根据本实施方案中的，通过使用复合衬底，能够得到具有大的主表面积(即大直径)和较小翘曲的GaN基膜，所述复合衬底包含支持衬底和布置在所述支持衬底的主表面侧的单晶膜，在支持衬底中在主表面中的热膨胀系数大于GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的O. 8倍且小于其I. 2倍，单晶膜相对于垂直于单晶膜的主表面的轴呈二重对称。(准备复合衬底的步骤)参考图I (A)，本实施方案中的包括准备复合衬底10的步骤，所述复合衬底10包含支持衬底11和布置在支持衬底11的主表面Ilm侧的单晶膜13，在支持衬底11中在主表面Ilm中的热膨胀系数大于GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的O. 8倍且小于其I. 2倍，单晶膜13相对于垂直于单晶膜13的主表面13m的轴呈三重对称。上述复合衬底10包含支持衬底11和布置在支持衬底11的主表面Ilm侧的单晶膜13，在支持衬底11中在主表面IIm中的热膨胀系数与GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系 数相匹配或接近(具体地，大于其O. 8倍且小于其I. 2倍)，单晶膜13相对于垂直于单晶膜13的主表面13m的轴呈三重对称。因此，能够在复合衬底10的单晶膜13的主表面13m上生长翘曲较小、位错密度低且直径大的GaN基膜。从在复合衬底10的单晶膜13上生长翘曲较小、位错密度低且直径大的GaN基膜考虑，在上述复合衬底10中所包含的支持衬底11在主表面Ilm中的热膨胀系数应大于GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的O. 8倍且小于其I. 2倍，优选大于其O. 9倍且小于其I. 15倍，进一步优选大于其O. 95倍且小于其I. I倍。此处，支持衬底11没有特别限制，只要衬底在主表面Ilm中的热膨胀系数大于GaN晶体在a轴方向上的热膨胀系数的O. 8倍且小于其I. 2倍即可，且衬底可以为单晶、多晶或非晶的。从易于基于原料的类型和比例的变化而调节热膨胀系数、易于得到在上述范围内的热膨胀系数、对生长GaN基膜的气氛的耐性、以及在生长GaN基膜之后可以通过溶剂如氢氟酸(氟化氢)进行选择性腐蚀考虑，支持衬底11优选由含有氧化物的烧结体制成。例如，烧结体的优选实例包括Al2O3-SiO2基烧结体、MgO-SiO2基烧结体、ZrO2-SiO2基烧结体、ZrO2-Al2O3-SiO2 基烧结体、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：佐藤一成，关裕纪，上松康二，山本喜之，松原秀树，藤原伸介，吉村雅司，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：
国别省市：