[发明专利]用于制备III-N模板及其继续加工的方法和III-N模板

说明书

本发明涉及制备III‑N‑模板和制备III‑N‑单晶，其中III表示元素周期表第三主族中选自Al、Ga和In的至少一种元素。通过在晶体生长过程中调节确定的参数可以获得III‑N‑模板，所述模板赋予在异质衬底上生长的晶体层特性，所述特性使得能够获得模板形式的或甚至具有大的III‑N‑层厚的无裂纹的III‑N单晶。

相关申请

本申请是申请日为2013年3月21日、申请号为201380015538.3、发明名称为“用于制备III-N模板及其继续加工的方法和III-N模板”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及用于制备复合衬底(以下称为“模板”)和用于制备III-N单晶的制备方法。根据本发明的方法能够制备无裂纹的III-N单晶，所述单晶尤其适合用作晶片。III表示元素周期表第三主族中选自Al、Ga和In的至少一种元素。

背景技术

III-N单晶具有重要的技术意义。大量的半导体元器件和光电元器件，如功率元器件、高频元器件、发光二极管和激光器都是以这些材料为基础。在制备这样的装置时通常在起始衬底上进行外延晶体生长，或在起始衬底上首先形成模板，然后通过另外的外延生长可以在所述模板上沉积III-N层或III-N单晶体。作为起始衬底，可以使用III-N-衬底或尤其是异质衬底。在使用异质衬底的情况下，在生长过程中由于起始衬底的和已经生长的层的热膨胀系数的差异可能导致在III-N层内部出现应变或裂纹。较厚的层也可以借助于部分结构化的，通过外部方法施加的由WSiN、TiN或SiO₂形成的中间层生长并且然后作为独立的层剥离，所述层通常具有塑性的，凹曲率的c-晶格平面和表面。在起始衬底与已经生长的III-N层之间的界面处和所述界面上可以产生成垂直的或水平的微裂纹，所述微裂纹随着时间推移而延伸并且可能导致在冷却过程中或之后GaN-层破裂。

从Hearne等，Applied Physics Letters 74,356-358(1999)的研究已知的是，在蓝宝石衬底上沉积GaN期间形成随着生长而逐渐增强的内在拉伸应力(Stress)。原位应力监控表明，由生长产生的拉伸应力能够不可测量地通过退火或热循环松弛。此外这还意味着，在GaN-层生长结束时获得的应力在冷却和重新加热到相同的(生长-)温度之后再次达到相同的值。在Hearne等的情况下也找到遵循背景、关联性和对外在的(即由于在蓝宝石衬底与GaN-层之间产生的不同的热膨胀系数)和内在的(即通过生长产生的)应力的可能性的解释。

为了在异质衬底上的III-N层的多层结构中抵抗随着III-N层结构的生长产生的应力，即拉伸应力，在US 2008/0217645 A1中采取以下措施：首先在成核层上施加AlGaN-梯度层，和其次在氮化物层之间置入松弛的GaAl(In)N-中间层。此外，在US 2008/0217645 A1中，当在多个外延层之后在外延的层结构中位错密度过度上升时，使用具有例如SiN-、MgN-和/或BN-掩膜材料的掩膜层，以便降低位错密度。在其它实例和其它关联中也对掩膜层对位错密度的变化的影响进行了描述，例如在Tanaka等,Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.39,L831-L834(2000)(尤其涉及使用SiC-异质衬底)中，在WO2012035135A1(尤其涉及使用Si-异质衬底)中以及在以下详细讨论的Hertkorn等的出版物(2008)中。