专利名称：局部存在有单晶氮化镓的基底及其制备方法
技术领域：
本发明涉及局部存在有单晶氮化镓的基底，在其单晶硅基底上包括局部生长有单晶氮化镓的区域，以及所述基底的制造方法。
背景技术：
氮化镓(GaN)已经一般用作蓝光发光元件如LED(发光二极管)和激光二极管的材料。通常，兰宝石主要用作基底，而氮化镓通过MOCVD方法生长在其上面。
通常，电子器件如LSI形成在硅基底上。信号的输入/输出由一些电极进行，这些电极位于管壳的周面上或以阵列形式位于管壳的背面上。
发明内容
当前，由电子器件处理的数据量和因此需要的处理能力一直在增加，对更宽的带宽和电子器件上的信号传输更快速度的需求也一直在增加。但是，问题是由于金属导线及传输线之间的寄生电容引起电子器件之间的信号延迟。因此，在目前情况下，性能提高的限制开始出现。
对于上述的问题的解决，提出了下列方法把电子器件和光学器件一起粘结在同一基底上来联合这两种器件的方法；用光学器件连接许多电子器件的方法，以及类似方法。但是，前一个方法具有下述问题，由于所粘结的电子器件和光学器件之间的电连接不可避免地会出现信号延迟，而后一方法的问题是难以减小光学器件的尺寸等。
本发明就是鉴于上述情况下产生的，旨在提供局部存在有单晶氮化镓的基底和其制造方法，所述方法适合制造电子光学联合器件，所述器件中电子器件和光学器件混合装在同一硅基底上。
本发明的局部存在有单晶氮化镓的基底在单晶硅基底上具有生长了单晶氮化镓的局部区域。
另外，本发明的局部存在有单晶氮化镓的基底的制造方法，包括在单晶硅基底上形成碳化硅的步骤和在上述碳化硅上局部形成单晶的氮化镓的步骤，并且使用氮化硅或氧化硅作为形成上述单晶氮化镓的掩模。
图1是显示制备本发明的实施例1的单晶氮化镓局域化基底的方法的步骤简图。
图2是显示制备本发明的实施例2的单晶氮化镓局域化基底的方法的步骤简图。
图中数字表示的部分100硅基底200氮化硅300碳化硅400氮化镓500光刻胶600光掩胶700氧化硅具体实施方式
图1是制备本发明的实施例1的单晶氮化镓局域化基底的方法的步骤简图，图2是制备本发明的实施例2的单晶氮化镓局域化基底的方法的步骤简图。
第一，本发明实施例1的单晶氮化镓局域化基底按如下方法制备。
首先，作为薄膜的氮化硅(Si3N4)200通过CVD方法在整个具有取向晶面(111)的硅基底100上生长薄膜(参见图1(A))。这个氮化硅200作为生长氮化镓400的掩模。即是说，氮化镓400在所形成的氮化硅200表面的一部分上是不生长(因而不会有)的。
接下来，将光刻胶500施加上去，其上面叠有光掩膜600，对应于氮化硅200上不希望生成氮化镓400的地方，掩模图案通过石印平版印刷技术转移之(参见图1(B))。
没有光刻胶500部分的氮化硅200使用经显影的光刻胶500作为掩模通过腐蚀除去(参见图1(C))。将显影过的光刻胶500剥离下来，露出没有氮化硅200的部分210和岛形的氮化硅岛220(参见图1(D))。需要指出的是，作为初始材料的硅基底100的表面露出在没有氮化硅200的部分210。
随后，将没有氮化硅200的部分210的基底硅改变为立方单晶碳化硅300(参见图1(E))。此改变成的单晶碳化硅300的取向晶面为(111)，和作为初始材料的硅基底100相同。
改变硅成为单晶型碳化硅300，是将硅基底100放置到成膜室中，加热成膜室中气氛的温度至1200℃到1405℃，同时流动通入氢气和烃基气体，所述烃基气体占以氢气作为载气的体积百分数为1-5％。同时，成膜室内部设置在大气压力下。需要指出，烃基气体可包括丙烷、甲烷、乙烯、丁烷等气体，丙烷气体和甲烷和乙烯气体相比，在碳含量高上最佳，而目前成本也最低。
随后，通过MOCVD方法在硅基底100的整个表面上外延生长氮化镓400(参见图1(F))。此生长着的氮化镓400的取向晶面为(0001)。在上述的单晶碳化硅300表面上生长的氮化镓410和在氮化硅岛220表面上生长的氮化镓420之间有结晶性上的差异。在单晶碳化硅300表面上生成的氮化镓410比其他情况具有更为配合的结晶性。这是由于单晶碳化硅300的(111)面和氮化镓410的(0001)面的晶格常数很接近。而在氮化硅岛220表面上生长的氮化镓420却是多晶的，因此就包含了大量的晶体缺陷并具有化学不稳定的结构。
上述的氮化硅岛220是提供在不要生长氮化镓400的地方。这样就必须去除这些氮化硅岛220上的氮化镓420。
氮化镓420的去除用下述方法实现。例如，氢氧化钾被用作腐蚀液，将整个样品浸在其中。此腐蚀液也能够溶解在单晶型碳化硅上生长的氮化镓410；但是在氮化硅岛220上生长的氮化镓420是化学不稳定的，所以其腐蚀速度高于氮化镓410，因此在氮化硅岛220上生长的氮化镓420受到选择性的腐蚀。这样，不需要的氮化镓420可以按希望地选择性去除掉(参见图1(G))。
接下来，去除去了不需要的氮化镓420后保留在表面上的氮化硅岛220，用加热的磷酸也腐蚀掉，得到局部存在有单晶氮化镓的基底，在其上面单晶氮化镓410是局部存在的(参见图1(H))。
第二，根据本发明的实施例2的单晶氮化镓局域化基底的制备方法将结合图2进行叙述。
此制造方法如下。为薄膜生成，具有取向晶面(111)的硅基底100表面，先进行热氧化形成氧化硅(SiO2)薄膜700(参见图2(A))。此氧化硅薄膜700在生成氮化镓400过程中作为掩模。即是说，氮化镓400在所生成的氧化硅700表面的一部分上不生成(因而不会有)。
接着，将光刻胶500用于施加上去，其上面叠有光掩模600，对应于氧化硅700上不希望生成氮化镓400的部分，掩模图案通过石印平版印刷技术转移之(参见图2(B))。
没有光刻胶500部分的氧化硅700使用经显影的光刻胶500作为掩模通过腐蚀除去(参见图2(C))。将显影过的光刻胶500剥离下来，露出没有氧化硅700的部分710和岛形的氧化硅岛720(参见图2(D))。需要指出，作为初始材料的硅基底100的表面露出在没有氧化硅700的部分710。
随后，将在没有氧化硅700的部分的露出的硅基底100的硅按上述实施例1中使用的相同方法，改变为立方单晶碳化硅300(参见图2(E))。即将硅基底100放置到成膜室中，加热成膜室内的气体温度至1200℃到1405℃，同时流入氢气和烃基气体如丙烷、甲烷、乙烯、丁烷气体，所述烃基气体占以氢气为载气的体积百分数为1-5％。此时，成膜室的内部设置在大气压力下。
此改变成的单晶碳化硅300的取向晶面也是(111)，和初始的硅基底100相同。
随后，通过MOCVD方法在硅基底100的整个表面上外延生长氮化镓400(参见图2(F))。此生长着的氮化镓400的取向晶面为(0001)。在上述的单晶碳化硅300表面上生长的氮化镓410和在氧化硅岛720表面上生长的氮化镓420之间有结晶性上的差异。在单晶碳化硅300表面上生长的氮化镓410比其他情况具有更为适合的结晶性。这是由于单晶碳化硅300的(111)面和氮化镓410的(0001)面的晶格常数很接近。而在氧化硅岛720表面上生长的氮化镓420却是多晶的，因此就包含了大量的晶体缺陷并具有化学不稳定的结构。
上述的氧化硅岛720是提供在不要生长氮化镓400的地方。这样就必须去除这些氧化硅岛720上的氮化镓420。
氮化镓420的去除用下述方法实现。例如，氢氧化钾被用作腐蚀液，将整个样品浸在其中。此腐蚀液也能够溶解在单晶型碳化硅300上生长的氮化镓410；但是在氧化硅岛720上生长的氮化镓420是化学不稳定的，所以其腐蚀速度高于氮化镓410，因此在氧化硅岛720上生长的氮化镓420受到选择性的腐蚀。这样，不需要的氮化镓420可以按希望地选择性去除掉。
接下来，保留在表面上的氧化硅岛720，用加热的氢氟酸基腐蚀液(参看图2(G)也腐蚀掉，得到局部存在有单晶氮化镓局部存在的基底，在其上面单晶氮化镓410是局部存在的(参见图2(H))。
需要指出；在上述实施例1和2中，硅基底100被用作初始材料，局部存在有单晶氮化镓的基底也可以使用相同方法使用SOI基底代替硅基底来制得。
本发明的单晶氮化镓局域化基底，在单晶硅的基底上具有在其上面生长了单晶氮化镓的部分。
这样的单晶氮化镓局域化基底，与由传统的将电子器件和光学器件粘结在一起的方法制得的相比，可以不引起信号的延迟，因为是在该基底上形成光学器件如LED和激光二极管以及电子器件，而该基底上面分别有形成单晶氮化镓的部分，有未形成单晶氮化镓的部分。同时，此局部存在有单晶氮化镓的基底可以解决在用光学器件连接电子器件的方法中引起的减小光学器件尺寸的问题。
权利要求
1.局部存在有单晶氮化镓的基底，在其单晶硅基底上包括局部生长有单晶氮化镓的区域。
2.权利要求1所述局部存在有单晶氮化镓的基底，其特征在于所述的单晶氮化镓生长在碳化硅上，所述碳化硅是形成在单晶硅基底上的。
3.权利要求1和2中任一项所述局部存在有单晶氮化镓的基底，其特征在于所述单晶氮化镓通过使用氮化硅作为掩模生成。
4.权利要求1和2中任一项所述局部存在有单晶氮化镓的基底，其特征在于所述的单晶氮化镓通过使用氧化硅作为掩模生成。
5.权利要求1-4中任一项所述局部存在有单晶氮化镓的基底，其特征在于所述的单晶硅基底是SOI基底。
6.制备局部存在有单晶氮化镓的基底的方法，所述方法包括如下步骤在单晶硅基底上形成碳化硅；在所述的碳化硅上局部形成单晶氮化镓；其特征在于，在形成所述单晶氮化镓过程中使用氮化硅或氧化硅作为掩模。
全文摘要
本发明提供适用于制造电子－光学联合器件的单晶氮化镓局域化基底，所述联合器件中电子器件和光学器件混合装在同一硅基底上。在硅基底100上局部存在有单晶氮化镓410生长的区域，其形成是在硅基底100上形成碳化硅200，再在此碳化硅200上局部生成单晶氮化镓410。在生成所述单晶氮化镓410过程中氮化硅220用作掩模。
文档编号H01L21/20GK1508843SQ20031011992
公开日2004年6月30日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年11月25日
发明者泉胜俊, 中尾基, 昭, 作, 大林义昭, 峯启治, 彦, 之, 平井诚作, 条边文彦, 田中智之 申请人:大阪府, 星电器制造株式会社