[发明专利]利用氢化物气相沉积法的氮化镓基板的制造方法

说明书

本发明涉及利用氢化物气相沉积法的氮化镓基板的制造方法。本发明实施例的氮化镓基板的制造方法的特征在于，包括：向蓝宝石基板上注入氨气的第一表面处理步骤；通过向上述蓝宝石基板上注入上述氨气及氯化氢气体来形成缓冲层的步骤；向上述蓝宝石基板上注入上述氨气的第二表面处理步骤；以及在上述蓝宝石基板上分步降低氨气与氯化氢气体的流量比并使氮化镓生长的步骤。

本申请要求于2018年5月29日提交且申请号为15/991,481的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及利用氢化物气相沉积法(HVPE)的氮化镓基板的制造方法，更加详细地，涉及通过改善氮化镓基板的弯曲现象及防破碎来制造具有低缺陷密度的高质量的氮化镓基板的方法。

背景技术

激光二极管或发光二极管等半导体器件的性能及寿命由构成相应器件的各种因素而定，尤其，严重受到多个器件层叠在其上的基础基板的影响。目前提出了用于制造优质的半导体基板的多种方法。

作为典型的III-V族化合物半导体基板，可举出氮化镓(GaN)基板，上述氮化镓基板与砷化镓(GaAs)基板、磷化铟(InP)基板等一同适当地利用于半导体器件，但制造成本比砷化镓基板及磷化铟基板更昂贵。

氮化镓类半导体在异质基板上通过金属有机化学沉积法(metal organicchemical vapor deposition；MOCVD)、分子束外延法(molecular beam epitaxy)、氢化物气相沉积法(hydride vapor phase epitaxy；HVPE)等气相外延法制造单晶的氮化镓膜。

其中，氢化物气相外延法有利于达到数μm至数百μm的厚膜(thick film)的生长，尤其，根据氢化物气相外延法，可根据生长条件、基板的使用条件等生长至数mm的尺寸(bulk)。

但是，由于异质基板与氮化镓类半导体之间的晶格常数的差异，氮化镓层发生内部应力(strain)，并且在生长后进行冷却时，更多的应力蓄积在表面，从而当生长至规定厚度以上时发生龟裂，为了缓解应力，从蓝宝石和氮化镓表面发生位错(dislocation)。

所发生的位错沿着晶体的生长方向传播，穿透位错传播至生长表面来降低氮化物类半导体基板的结晶性，最终，降低器件的电特性。

为了解决上述问题，韩国授权专利第10-0893360号中公开了如下的方法，即，通过调节HCl∶NH₃的比例来以氢化物气相外延法形成用于氮化镓单晶的缓冲层的方法。以往的形成缓冲层的方法公开了通过在蓝宝石基板与氮化镓之间的界面形成纳米多孔形态的缓冲层来降低氮化镓与蓝宝石基板之间的热膨胀系数的技术。

但是，以往的方法在生长之前利用HCl对蓝宝石基板进行预处理，因而工序复杂，并且因HCl而使蓝宝石基板受损(例：蚀刻)，从而可能增加晶体的缺陷，在工序最后阶段以较高的流量注入NH₃，从而造成氮化镓无法均匀地生长在蓝宝石基板的表面，并且在蓝宝石基板的边缘集中生长聚氮化镓(poly GaN)。

并且，日本公开专利第2009-519202号中公开了如下的技术，即，通过调节NH₃的流量及HCl的流量来以氢化物气相外延法使III族氮化物生长，从而降低III族氮化物的弯曲，尤其调节NH₃流量的技术。

但是，以往的方法造成氮化镓无法均匀地生长在蓝宝石基板的表面，并且在蓝宝石基板的边缘集中生长聚氮化镓。并且，难以在预防所生长的III族氮化物的晶体结构的同时尽可能生长至所需厚度来获得具有高光学质量的低缺陷物质。

并且，日本公开专利第2004-296640号中公开了通过调节V/III比来以氢化物气相外延法生长氮化镓类半导体层，从而制造优质的氮化镓类半导体层的技术。