[发明专利]半导体用氮化物衬底及其制备方法

说明书

本申请是分案申请，其母案申请日为2004年10月27日，申请号为200410087907.2，发明名称为“半导体用氮化物衬底的制备方法及氮化物半导体衬底”。

技术领域

本发明涉及减少翘曲(reduced-warp)的半导体用氮化物衬底的制备方法及由该方法制备的氮化物半导体衬底。

背景技术

在其上制备半导体器件的衬底是圆形晶片，并且假定通过诸如光刻法、掺杂、扩散和包括化学气相沉积(CVD)的气相沉积等方法在衬底的正面上制造器件，所述的正面必须是平坦的，具有最小翘曲。当在具体作为衬底的硅和在砷化镓上制造半导体器件时，采用具有最小翘曲、抛光成为光学光滑的、镜面抛光的Si和GaAs晶片。

将蓝宝石晶片用作发蓝光二极管的衬底，其中氮化铟镓是发光层。在蓝宝石衬底上形成的InGaN/GaN基LEDs性能良好且是可靠的。蓝宝石衬底十分低廉的成本意味着可以低成本地制造InGaN基LEDs。

然而，蓝宝石也有缺陷。缺陷之一，由于蓝宝石是绝缘体，而不是向底部粘附n电极，采用在粘附n电极的表面上的GaN层，由此需要多余的面积。另一个缺陷在于由于蓝宝石是裂开，它不能沿着自然的裂缝而破裂成为芯片。并且由于GaN和InGaN是生长在杂衬底上的，因而不相称，导致重大的缺陷。

于是在这样的情形下，需要GaN本身作为衬底。可以通过使用气相沉积在杂衬底基座上沉积GaN厚薄，且除去基座，得到GaN自立层，来制造GaN衬底。且关于尺寸，长期等待的50-mm直径的衬底同样也是可能的。

但是，将气相生长的GaN晶体晶片用作生长状态的取向附生沉积晶片。在已经气相沉积且不再有显著的粗糙度且翘曲严重的GaN衬底的正面；向这种衬底上生长GaN和InGaN将不是必要地导致对于蓝宝石衬底情况的缺陷降低。且向生长状态的GaN衬底上用实验方法产生LEDs当然不会比在蓝宝石上制造LEDs更好地进行。

由于在GaN衬底上形成半导体器件是通过光刻法进行的，因此需要具有最小翘曲的平坦的、镜面抛光的晶片作为衬底。抛光和蚀刻技术对于赋予晶片表面光学光滑是必须的。对于充分开发的半导体衬底如Si和GaAs而言，已经确定了抛光和蚀刻技术。如在Czochralski方法或Bridgeman方法中，通过逐渐地固化熔融体，可以生长Si和GaAs晶体。长期以来，通过从液相生长，可以制备具有少量位错的柱状锭体，用内径锯切割锭体，制造晶片。这意味着从开始就使翘曲最小化。

另一方面，由GaN从液相不可能的生长是通过气相沉积进行的。而且，仍然未理解应当采取什么形式的最佳抛光和蚀刻方法。如果GaN是在不同种类的晶体上进行杂沉积，如具有三重对称性的晶体，生长将必须是c-轴定向的。表面为(0001)平面和(0001)平面。由于GaN晶体不具有反向对称性，(0001)平面和(0001)平面不是结晶学上相等的。(0001)面是镓原子在外表面(episurface)上整体线性排列的平面，且(0001)面是氮原子在外表面上整体线性排列的平面。

前者可以称作(0001)Ga面，或简称为Ga面，后者为(0001)N面，或简称为N面。Ga面在物理化学上极其竖硬且粗糙的，并且通过化学试剂是不溶解的。N面在物理化学上同样是牢固的，但被某些类型的强酸和碱腐蚀。GaN晶体具有这种非对称性。

当在基础衬底上生长GaN时，正面和背面或成为Ga面，或成为N面。根据如何选择的基础衬底，可以使正面为Ga面或N面。然后背面成为具有相反极性的面。

为了简单起见，将考虑其中正面为(0001)Ga面且背面为(0001)N面的情况。对于相反的情况，可以做出相同的陈述，以及实施相同的设计特征。

由于本发明的主题是翘曲，由给出翘曲的定义开始。可以将翘曲表达为曲率半径或曲率。这是确切的措辞并且可以局部地给出。即使在其中翘曲是复杂的且衬底具有强烈的粗糙度的情况下，使用局部曲率的措辞可以表达确切的翘曲。例如，也可以表达具有鞍点的翘曲和圆柱透镜状翘曲。

但是，由于在圆形晶片中的均匀翘曲，通常由更简单的措辞来表示翘曲。如果粗糙度是均匀的，根据所给出的翘曲值，相对于来自于在凸面中的中央区域表面的平面，取高度H来测量晶片。这是直觉的，并且有利于测量。由此翘曲测量来确定绝对值。

翘曲的正负号将由其方向给出。图1中指出了该定义。将沿着正面向外弯曲的翘曲称为正的(H＞0)；将沿着正面向内弯曲的翘曲称为负的(H＜0)。