[发明专利]一种用于生长六方相GaN的矩形图形化硅衬底

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料的外延生长技术，尤其涉及一种用于生长六方相GaN的矩形图形化硅衬底。 

背景技术：

以GaN 为代表的Ⅲ/Ⅴ氮化物半导体材料是继硅和砷化镓之后的第三代半导体材料，近年来获得飞速发展。Ⅲ/Ⅴ氮化物包括GaN、AlN、InN、InGaN和AlGaN等，其具有1.9～6.2eV连续可变的直接带隙，覆盖了从紫外到远红外的发光波长，且具有优异的物理、化学稳定性、高饱和电子迁移率等特点，在蓝、绿和紫外波段的光电子器件方面获得了广泛的应用，特别是在蓝、绿光发光二极管方面。

由于GaN单晶很难获得，GaN的外延生长多在异质衬底上进行。除了最常用的蓝宝石（c面）衬底和6H-SiC衬底，近年来硅（111）面衬底也被广泛关注。硅衬底具有价格便宜、尺寸更大、易于剥离、导电、热导率比较高等优点，且硅材料的加工工艺和集成技术已经相当成熟，使得硅衬底GaN基LED具有易于大规模集成的潜在优势。然而Si与GaN之间具有巨大的晶格失配以及热失配，这在生长过程中会引入巨大的应力，导致在硅衬底上获得高质量的GaN基LED薄膜非常困难。 

目前，业界已有多家单位解决了硅衬底外延生长高质量GaN基LED薄膜的难题，并有高水平的硅衬底GaN基LED产品推出。其中将整个硅衬底分割成多个规则排列的独立的矩形生长平台（即矩形图形化硅衬底）是目前的主流技术路线之一，有多条相互垂直的条状隔离带将硅衬底分割成多个均匀分布的形状大小相同的独立的矩形生长平台，所述隔离带可以是凸起的也可以是凹陷的，GaN材料不能在所述隔离带上直接生长，且所述隔离带有一定的宽度以保证每个生长平台上的外延层与相邻生长平台上的外延层不相接，从而在所述各个生长平台之间形成了没有GaN生长的横沟槽和纵沟槽，所述沟槽可有效释放硅衬底与外延层在异质外延生长过程中由于晶格失配和热失配引入的巨大应力，大大减少了所述外延层中的裂纹，降低了位错密度，从而获得高质量的GaN基LED薄膜材料。 

但是，现有的矩形图形化硅衬底技术，并没有考虑矩形生长平台的边界线相对于硅（111）面的晶向对其上六方相GaN外延生长的影响。所述矩形生长平台的表面为硅（111）面，如果其边界线相对于硅（111）面的晶向设计不合理，将会导致在GaN生长过程中形成的所述横沟槽和纵沟槽的宽度不同，外延层的应力不平衡，裂纹增生，位错密度增加，晶体质量下降，也会给后续的芯片制程的良率和可靠性带来较大的不良影响。之所以产生上述问题，是因为所述边界线相对于硅（111）面的晶向决定着沿边界线的原子排列情况，而六方相GaN沿边界线的侧向生长速率取决于沿边界线的原子排列情况。六方相GaN生长面为（0001）面，与硅（111）面的原子一样呈正六方形排列，GaN沿正六方形各个角的方向生长速率较快，沿正六边形边的方向则生长速率较慢。矩形生长平台具有两两平行的四条边界线，其中相邻边界线相互垂直，对应着相互垂直的晶向。如果所述相邻边界线相对于硅（111）面的晶向设计不合理，则使沿相邻边界线的原子排列情况差别较大，从而导致GaN沿相邻边界线的侧向生长速率则不同，生长速率快的一边，形成的沟槽较窄，生长速率慢的一边，形成的沟槽较宽。 

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于生长六方相GaN的矩形图形化硅衬底，它能使纵沟槽和横沟槽的宽度基本一致，从而为外延层的晶体质量和后续芯片制程的可靠性提供了有力保障，也彻底解决了在现有矩形图形化硅衬底技术中，矩形生长平台方向的不确定性影响GaN晶体质量和芯片良率、可靠性的问题。

本发明的目的是这样实现的： 

一种用于生长六方相GaN的矩形图形化硅衬底，包括硅（111）面衬底本体，在硅（111）面衬底本体的上表面（硅（111）面）加工有条状隔离带，条状隔离带由相互垂直、宽度相同的纵隔离带和横隔离带构成，条状隔离带将硅衬底本体的上表面分割成了多个的矩形生长平台，其特征在于： 

矩形生长平台的任一角平分线与其表面即硅（111）面上六方排列的原子对应的正六边形的任一对角线的夹角在0～5°的范围内。

业界通常采用（110）面作为硅（111）面衬底的主参考面，而主平边在<1-10>的位置，则上述几何关系可描述为：矩形生长平台的任一边界线与主平边的夹角为10～20°、40～50°或70～80°中的一个。 

矩形生长平台的边长在0.1mm～5mm的范围内。 

条状隔离带的宽度大于2um。