本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體晶圓，其包括單晶襯底晶圓，該單晶襯底晶圓基本上由硅和單晶主iiia族(lupac族13，硼族元素)氮化物層組成，特別是inxalzgai-(x+z)n，其中0≤x，z，(x+z)≤1。

背景技術(shù)：

單晶氮化鎵(gan)作為用于生產(chǎn)用于大功率和高頻應(yīng)用的發(fā)光二極管(leds)和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fets)的襯底越來(lái)越重要。襯底的表面積是制造過(guò)程的生產(chǎn)率并因此是led或fet的成本的關(guān)鍵問(wèn)題。高質(zhì)量gan外延層的沉積受到天然或緊密匹配的襯底的可用性的阻礙。

由于目前具有高達(dá)300mm甚至高達(dá)450mm的單晶硅襯底具有高的晶體和表面質(zhì)量，因此正在努力使用單晶硅作為gan外延生長(zhǎng)的襯底。然而，由于gan(0001)和si(111)之間的17％的大的晶格失配和這兩種材料的熱膨脹系數(shù)(tec)的大差異，高質(zhì)量的gan層不能直接在硅(si)上生長(zhǎng)。晶格和熱失配的巨大差異導(dǎo)致許多缺陷，膜中的高機(jī)械應(yīng)力、晶圓翹曲、以及甚至生長(zhǎng)的iiia族氮化物膜的分層。

為此，為了提高外延生長(zhǎng)的gan層的質(zhì)量，已經(jīng)提出了許多類(lèi)型的中間或緩沖層。

在si上生長(zhǎng)gan的主要使用方法之一是沉積aln作為種子層，隨后是工程化緩沖層以減少應(yīng)變。側(cè)向外延生長(zhǎng)(elo)或懸空(pendeo)外延方法使用另外的掩蔽層(例如，非原位的s1o2或原位sin)是減少穿透位錯(cuò)的眾所周知的技術(shù)。然而，在使用這些技術(shù)的同時(shí)，在生長(zhǎng)期間保留gan膜中的壓縮應(yīng)變是非常困難的。

m.mosam等，j.crystalgrowth308(2007)，302-308教導(dǎo)了使用外延(111)取向的鈧氮化物(scn)緩沖層作為gan外延的基礎(chǔ)。使用氣體源分子束外延(gs-mbe)與氨作為氮前體，在n型si(111)晶圓上生長(zhǎng)厚度范圍為50至450nm的scn層。使用thomasswan緊密耦合花灑movpe反應(yīng)器在100托下操作，在scn/si(111)模板上生長(zhǎng)gan層。為了準(zhǔn)備gan生長(zhǎng)，使用的每個(gè)模板以10slm(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)氨(nh3)和10slm氫(h2)的流動(dòng)以1k/s的速率加熱至生長(zhǎng)溫度，以便從scn層的表面去除任何原生氧化物。scn緩沖層粗糙和充滿(mǎn)缺陷。gan以無(wú)位錯(cuò)島的形式在scn表面生長(zhǎng)。通過(guò)改變gan生長(zhǎng)溫度，可以使gan島聚合以產(chǎn)生平滑的gan膜，但同時(shí)在gan層的表面上的穿透位錯(cuò)的密度顯著增加到5×10⁹cm^-2。

w.c.lee等，j.crystalgrowth311(2009)，2006-2009公開(kāi)了單晶鈧氧化物(sc2o3)作為gan外延的模板。從高純度粉末填充燒結(jié)的sc2o3氧化物源使用電子束蒸發(fā)來(lái)沉積sc2o3膜。使用分子束外延(mbe)將幾個(gè)單層的鋁(al)沉積在sc2o3表面上，隨后暴露于氮等離子體進(jìn)行氮化以便形成薄的氮化鋁(aln)層。gan被沉積在該層的頂部。開(kāi)始用于生長(zhǎng)aln的襯底溫度為約645℃并被升高到720℃，這也用于其余的gan生長(zhǎng)。該方法導(dǎo)致sc2o3緩沖部中的高缺陷密度和有限的gan層質(zhì)量。位錯(cuò)發(fā)生于10¹⁰cm^-3范圍內(nèi)的密度。位錯(cuò)從sc2o3/s1界面開(kāi)始遍及整個(gè)層。

ep2779213a1公開(kāi)了一種半導(dǎo)體晶圓，其包括基本上由硅組成并且具有(111)表面取向的單晶襯底晶圓，具有(111)表面取向的sc2o3單晶層，具有(111)表面取向的scn單晶層，以及具有(0001)表面取向的alzga1-zn的單晶層，其中0≤z≤1。

另一種方法是在圖案化的si襯底上沉積以減少線缺陷和晶圓翹曲。d.wang等，j.appl.phys.97，056103(2005)“通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(cvd)在圖案化si(111)上生長(zhǎng)的gan膜中的應(yīng)力分布的微拉曼散射研究”研究了aln，然后將gan直接沉積在si襯底上、具有3.5μm高度和不同側(cè)向尺寸(1-200μm)的正方形和矩形條紋的陣列。

要解決的問(wèn)題

本發(fā)明的目的仍是提供在硅襯底上生長(zhǎng)的具有降低的缺陷密度的單晶iiia族氮化物層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主題是根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的半導(dǎo)體晶圓和用于制造這種半導(dǎo)體晶圓的方法。

半導(dǎo)體晶圓包括基本上由硅組成的單晶襯底晶圓，優(yōu)選為si(111)或si(001)晶圓。單晶襯底晶圓被構(gòu)造為在其頂表面上具有許多單晶硅尖端，單晶硅尖端彼此分離。每個(gè)單晶硅尖端以給定的次序用iiib族硅化物層和iiib族氮化物層生成iiib族氮化物焊盤(pán)或聚結(jié)iiib族氮化物膜來(lái)覆蓋，其中iiib族代表lupac族3，鈧族元素，特別是鈧(sc)和釔(y)。iiib族硅化物層是封閉層，優(yōu)選由yi-zsczsix組成，其中0"z<1。優(yōu)選iiib族硅化物層具有不小于5nm的厚度。iiib族氮化物層優(yōu)選為單層scn或yn，或雙層yn和scn(yn/scn或scn/yn)，或yi-xscxn的(不同化學(xué)計(jì)量的)多重混合或分級(jí)層，其中0≤x≤1。最后，在iiib族氮化物焊盤(pán)或膜上生長(zhǎng)單晶iiia族氮化物層，特別是inxalzgai-(x+z)n，其中0≤x，z，(x+z)≤1。iiia族氮化物層可以是聚結(jié)膜或結(jié)構(gòu)化層，例如，(納米)棒、塊、尖端或金字塔的陣列。

在本發(fā)明中，現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題使用納米異質(zhì)外延技術(shù)(一個(gè)半導(dǎo)體在另一個(gè)半導(dǎo)體的單晶生長(zhǎng))、通過(guò)以如下方式構(gòu)造襯底晶圓來(lái)解決：“納米尖端”，即，產(chǎn)生細(xì)針狀si結(jié)構(gòu)，該細(xì)針狀si結(jié)構(gòu)是例如具有一定彼此中心到中心距離(周期)(100nm-10μm)的幾個(gè)1nm-10μm底部寬和100nm-50μm高的結(jié)構(gòu)。

然后，將納米尖端的最上部分從si轉(zhuǎn)變?yōu)閕iib族硅化物，優(yōu)選scsix或ysix，保持后續(xù)層的外延關(guān)系，隨后沉積外延iiib族氮化物，優(yōu)選scn，特別是scn(111)。最后，iiib族氮化物被沉積在iiib族氮化物的頂部。建議在聚結(jié)iiia族氮化物膜在iiib族氮化物焊盤(pán)上的情況下，在iiib族氮化物焊盤(pán)與聚結(jié)iiia族氮化物膜之間的接觸面積不超過(guò)聚結(jié)iiia族氮化膜的50％。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，iiib族硅化物層的厚度不超過(guò)50nm。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)iiib族硅化物表面(優(yōu)選scsix或ysix表面，特別是scsix(0001)或ysix(0001)表面)的原位氮化，或者通過(guò)mbe技術(shù)，將iiib族氮化物沉積在iiib族硅化物的頂部上，。

本發(fā)明解決了由于si納米尖端以彈性方式吸收部分應(yīng)變的可能性的機(jī)械應(yīng)變問(wèn)題。由于外延層的彈性變形引起的應(yīng)變的吸收取決于si和iiia族氮化物層之間的3d空隙網(wǎng)絡(luò)的體積。優(yōu)化的結(jié)構(gòu)從沉積溫度冷卻時(shí)釋放應(yīng)力并避免iiia族氮化物層的破裂。

本發(fā)明通過(guò)形成中間層來(lái)解決晶格失配。優(yōu)選地，si納米尖端的iiib族硅化物頂部是六方晶yi-zsczsix(0001)，其中0"z<1，具有-4.7％的與si(111)的晶格失配。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，iiib族硅化物頂部的頂部上的iiib族氮化物是有僅-0.1％的與gan的晶格失配的外延scn(111)，導(dǎo)致抑制擴(kuò)展缺陷(例如，失配和穿透位錯(cuò))的形成，這些缺陷可能對(duì)由沉積的iiia族氮化物層制成的器件的操作是有害的。在iiia族氮化膜沉積在si上的傳統(tǒng)方法中，si和氮化物膜界面處的sin形成可能引起外延關(guān)系問(wèn)題。然而，本發(fā)明避免了sin的形成。

c.norenberger等，surf.sci.600，4126(2006)“通過(guò)stm、afm和電子衍射研究的在si(111)上生長(zhǎng)的鈧硅化物的表面結(jié)構(gòu)”研究了在不同溫度下在si(111)上形成scsi，并表明如果硅化鈧層在900-920℃生長(zhǎng)，它們由六方晶scsi2組成，其中(110)和(101)面平行于si(111)表面。在該出版物的序言中指出，當(dāng)在si(111)上生長(zhǎng)scn時(shí)，六方晶scsi2的幾個(gè)單層也被研究為可能的界面層，這是對(duì)于gan在si(111)上生長(zhǎng)的有希望的緩沖層。

本發(fā)明的半導(dǎo)體晶圓可以有利地用作生產(chǎn)發(fā)光元件(激光二極管或led等)和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)的襯底，以用于高功率和高頻應(yīng)用。通過(guò)在本發(fā)明的半導(dǎo)體晶圓的頂部上制造相應(yīng)結(jié)構(gòu)相比于經(jīng)典的在硅上的gan方法，可以提高發(fā)光結(jié)構(gòu)的光提取效率和功率晶體管結(jié)構(gòu)的電擊穿電壓。

本發(fā)明的半導(dǎo)體晶圓也可以被有利地用于微結(jié)構(gòu)印刷，因?yàn)間an的很好地限定的補(bǔ)丁可以通過(guò)分離步驟容易地從尖端轉(zhuǎn)移到另一襯底上。

本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例將從描述和附圖中變得顯而易見(jiàn)。

應(yīng)注意，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，前面提到的特征和在下面將被進(jìn)一步描述的特征不僅可以在分別指明的組合中，而且可以在進(jìn)一步的組合中或單獨(dú)地使用。

附圖說(shuō)明

圖1示意性地示出了用于制造具有硅納米尖端的硅晶圓的優(yōu)選步驟。

圖2示意性地示出了硅納米尖端的硅化的優(yōu)選步驟，以及將scn作為iiib族氮化物沉積在硅化納米尖端上以產(chǎn)生scn焊盤(pán)的不同可能性。

圖3示意性地示出了在scn焊盤(pán)上沉積聚結(jié)膜作為gan層的優(yōu)選步驟。

圖4示意性地示出了在scn焊盤(pán)上沉積納米棒作為gan層的優(yōu)選步驟。

具體實(shí)施方式

在附圖中示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體晶圓的優(yōu)選實(shí)施例，其包括單晶襯底晶圓，該單晶襯底晶圓基本上由硅和作為iiia族氮化物層的單晶gan層組成。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，si納米尖端方法(為了提供靈活的種子面積，因此通過(guò)僅從一個(gè)關(guān)鍵核生長(zhǎng)而在si上的反相域(apd)自由iiia族氮化物生長(zhǎng)的機(jī)會(huì))結(jié)合有創(chuàng)新的層堆疊，而不使用經(jīng)典的aln/algan/gan方法。

根據(jù)圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例并在下面更詳細(xì)地解釋?zhuān)涫窃趕i納米尖端上形成層堆疊：

1)作為yi-zsczsix的優(yōu)選實(shí)施例的scsix層堆疊，其中0"z<1，進(jìn)而作為iiib族硅化物的優(yōu)選實(shí)施例：si納米尖端的外延硅化以避免gan與si的反應(yīng)(退火(燒結(jié))工藝導(dǎo)致金屬si合金(硅化物)的形成)，

2)作為yi-xscxn的優(yōu)選實(shí)施例的scn層堆疊，其中0≤x≤1，進(jìn)而作為iiib族氮化物的優(yōu)選實(shí)施例：外延scn生長(zhǎng)以具有零晶格失配生長(zhǎng)模板，

3)作為inxalzgai-(x+z)n的gan層堆疊，其中0≤x，z，(x+z)≤1，進(jìn)而作為iiia族氮化物的優(yōu)選實(shí)施例：功能gan補(bǔ)丁，例如，通過(guò)elo，

從而所得優(yōu)選的異質(zhì)結(jié)構(gòu)由si/scsix/scn/gan給出。應(yīng)注意，iiib族化學(xué)的作用類(lèi)似于al化學(xué)，這為本文討論的化合物的穩(wěn)定性提供了良好的指導(dǎo)。

參考圖1，在第一步驟中，提供單晶襯底晶圓1，其基本上由單晶硅組成，優(yōu)選地其由90％至100％的硅，更優(yōu)選98％至100％的硅組成。襯底晶圓1可以包括在硅技術(shù)領(lǐng)域中一般已知的通常摻雜物或雜質(zhì)。襯底晶圓1例如具有si(111)的晶體表面取向。襯底晶圓1可以具有100mm至450mm的直徑。襯底晶圓的表面優(yōu)選被拋光。

優(yōu)選地，襯底晶圓1在高溫下退火以獲得高質(zhì)量的硅表面。退火溫度在600與1250℃之間。退火可以在真空或還原氣氛下進(jìn)行(優(yōu)選地包括氫)30秒至30分鐘，優(yōu)選從一到十分鐘。

在第二步驟中，在硅襯底層1的上表面上形成納米尖端2。在現(xiàn)有技術(shù)中，形成納米尖端的不同技術(shù)是已知的，例如，通過(guò)光刻技術(shù)限定尖端，并通過(guò)例如蝕刻，特別是各向異性濕蝕刻的化學(xué)和/或機(jī)械方法去除si。通過(guò)光刻和蝕刻處理可以控制高度h、基底w處的寬度和納米尖端的周期p。

高度h有利地在100nm-50μm的范圍內(nèi)，在納米尖端的基底處的寬度w有利地在幾個(gè)1nm-10μm的范圍內(nèi)，并且周期p有利地在100nm-10μm的范圍內(nèi)。該納米尖端的最大寬度比(基底處的寬度：頂部處寬度)優(yōu)選為1000:1，最大縱橫比(高度：基底處的寬度)為1:1。

在第三步驟中，生長(zhǎng)掩模3，在所示實(shí)施例中非晶態(tài)s1o2被沉積在硅襯底晶圓1上。也可以使用不同的材料，例如sin。

最后，納米尖端的上端上的si區(qū)域是未覆蓋的，其形成隨后的硅化步驟的基礎(chǔ)。這可以如下這樣來(lái)做到

a)通過(guò)拋光步驟，例如，通過(guò)化學(xué)機(jī)械平面化(cmp)工藝的期間，

b)通過(guò)(濕)蝕刻步驟，例如，利用氫氟酸(hf)，或

c)通過(guò)各向異性(濕)蝕刻步驟，例如，利用氫氧化鉀(koh)。

具有如b)和c)中所示的未覆蓋的尖端可以導(dǎo)致gan層中位錯(cuò)的偏轉(zhuǎn)，并且因此提供更好的質(zhì)量。實(shí)例a)和b)導(dǎo)致平面表面，而實(shí)例c)導(dǎo)致具有si尖端凹進(jìn)在s1o2凹口中的粗糙表面。b)和c)提供通過(guò)偏轉(zhuǎn)位錯(cuò)減少的優(yōu)點(diǎn)。a)和b)有利的是它們提供平面生長(zhǎng)。c)由于潛在的粗糙表面或3d生長(zhǎng)，對(duì)于特定應(yīng)用可以是理想的。

在圖2中，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的進(jìn)一步的步驟。所示步驟是在具有根據(jù)圖1實(shí)施例a)的硅納米尖端的硅晶圓上進(jìn)行的，如圖2的第一行中間所示的。

在第一步驟中，薄鈧(在另一未示出的實(shí)施例中，和/或釔)層4被沉積在整個(gè)清潔的圖案化的硅尖端區(qū)域上。可替換地，可以在之前施加koh蝕刻以實(shí)現(xiàn)<111>分面si尖端。

在第二步中，施加更高的溫度以形成scsix5，作為yi-zsczsix的優(yōu)選實(shí)施例，其中0"z<1，成為在si尖端的頂部處的iiib族硅化物(在圖2的第一行的左側(cè)所示)。優(yōu)選地，scsix焊盤(pán)5具有(0001)取向。要注意的是，在周期系統(tǒng)中ti鄰近sc，并且tisix工藝用于低電阻接觸在si微電子技術(shù)中是很成熟的。

由于iiib族硅化物表現(xiàn)出它們的晶體結(jié)構(gòu)中小的晶格失配和變化，因此通過(guò)沉積薄iiib族金屬層和退火，可以在si(001)和si(111)上生長(zhǎng)外延iiib族硅化物(參見(jiàn)c.norenberger等，ib.；baptist等，phys.rev.lett.64,311(1990)；rogero等，phys.rev.b66,235421(2002))。afm、stm和leed研究表明，scsix可以用si(111)上具有4.78％晶格失配的六方晶(0001)結(jié)構(gòu)形成。取決于退火溫度(450℃-920℃)，實(shí)現(xiàn)了具有高達(dá)200nm的平臺(tái)寬度的不同的scsix表面重建。因此，在足夠小的si納米尖端上形成外延單域scsix膜。應(yīng)該注意的是，這種詳細(xì)的表面科學(xué)研究在si(001)上是未知的，然而xrd結(jié)果表明在500℃下的斜方晶scsi結(jié)構(gòu)和在900℃下的六方晶scsil.7結(jié)構(gòu)，這與sc在si(111)上的行為非常相似。

在另一步驟(在第二行左側(cè)示出)中，殘留的sc金屬通過(guò)鹽酸(hcl)蝕刻從s1o2區(qū)域去除，導(dǎo)致scsix焊盤(pán)5仍然嵌入s1o2(實(shí)施例a))。

可選地，可以施加另外的hf蝕刻步驟以完全揭開(kāi)scsix焊盤(pán)5(實(shí)施例b))或甚至幾乎完全去除s1o2(示例c))以減少應(yīng)變。

在下文中，scn島6被沉積在外延scsix鈍化表面(第3行中所示)上，如yi-xscxn作為iiib族氮化物的優(yōu)選實(shí)施例，其中0≤x≤1，例如，通過(guò)mbe或cvd工藝。優(yōu)選地，scn島6具有(111)取向。

(0001)scsix表面的原位氮化提供了幾個(gè)(直到10)nm厚的scn(111)層。由于材料的顯著的粗糙趨勢(shì)，薄層是優(yōu)選的。使用nh3氣體或許多等離子體源之一來(lái)進(jìn)行氮化，包括電子回旋共振(ecr)或射頻(rf)氮等離子體源。

scn(111)外延也可以使用mbe技術(shù)在scsix上生長(zhǎng)(參見(jiàn)例如m.mosam等，j.cryst.growths308,302(2007))。如果需要較厚的scn薄膜，該技術(shù)特別是一種選擇。

形態(tài)(分面等)和尺寸(幾微米的小島直到聚合膜)可以通過(guò)elo參數(shù)來(lái)控制。

這些si/scsix/scn柱結(jié)構(gòu)代表對(duì)于iiia族氮化物結(jié)構(gòu)的低應(yīng)變和低缺陷生長(zhǎng)的理想成核位置。

利用納米圖案化的si襯底，如si晶圓上的si納米尖端，可能外延膜和襯底之間的晶格失配應(yīng)變不僅被存儲(chǔ)在襯底中-就像對(duì)于平面體si襯底不可避免的情況一樣-而且分布在生長(zhǎng)外延膜和納米圖案的si尖端之間。該所謂的兼容效應(yīng)有益于利于在si上的晶格失配的半導(dǎo)體之間形成相干的、僅彈性弛豫的界面。換句話說(shuō)，所謂的外延膜中的塑性弛豫開(kāi)始的臨界厚度被大大地延遲了；甚至在最有利條件下無(wú)窮盡。

在形成scn之后，在最終的可選步驟(第4行中所示)中，可以使用hf化學(xué)從模板蝕刻掉s1o2以沉積gan。然而，薄的s1o2層(<10nm厚)可以有意地留在納米尖端的側(cè)壁之間和側(cè)壁上，以保護(hù)這些上的另外的gan沉積，這有助于形成3d空隙網(wǎng)絡(luò)，如線3的右側(cè)所示。

現(xiàn)在參考圖3和圖4，在下一步驟中，作為具有0≤x，z，(x+z)≤1的inxalzgai-(x+z)n的優(yōu)選實(shí)施例，gan沉積在scn島6上，iiia族氮化物，以制造根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體晶圓10。可以在由沉積工藝參數(shù)控制的scn島6上形成聚結(jié)的gan膜7或gan納米棒8(直徑優(yōu)選幾納米直到10微米；高度優(yōu)選在幾百納米和10微米之間)。

如上所述，si上的高質(zhì)量gan外延層的生長(zhǎng)是困難的。由于的面內(nèi)晶格失配導(dǎo)致的高密度的穿透位錯(cuò)以及由于gan和si之間超過(guò)55％的熱膨脹系數(shù)(cte)失配導(dǎo)致的嚴(yán)重的晶圓弓形和甚至層開(kāi)裂是主要挑戰(zhàn)。此外，si在高溫下與沖擊的ga和nh3劇烈反應(yīng)，這降低了層質(zhì)量和晶圓弓。aln種子和algan緩沖層通常用于克服這些問(wèn)題。與傳統(tǒng)方法不同，根據(jù)本發(fā)明，si的生長(zhǎng)面積被iiib-six族覆蓋，然后被iiib-n族覆蓋。在iiia族氮化膜沉積在si上的常規(guī)方法中，si和氮化物膜界面處的sin形成可能引起外延關(guān)系問(wèn)題。然而，硅化工藝避免了sin的形成。適當(dāng)設(shè)計(jì)的納米尖端之間的間距和高度可以限制反應(yīng)組分在納米尖端之間的未覆蓋區(qū)域內(nèi)的擴(kuò)散?；旧?，納米尖端的窄間距(p<3μm)和較長(zhǎng)尺寸(h>3μm)避免在底部以及結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成核(參見(jiàn)例如m.ali等，j.cryst.growth315,188(2011))。

<0001>分面比gan的<10-11>分面的更快生長(zhǎng)，導(dǎo)致在圖案化襯底上形成眾所周知的金字塔結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)例如a.strittmatter等，appl.phys.lett.78,727(2001)；s.tanaka等，appl.phys.lett.79,955(2001))。然而，由于生長(zhǎng)速度各向異性，可以通過(guò)調(diào)整v-iiia族比率(nh3和mo前體流)、生長(zhǎng)溫度和壓力來(lái)控制側(cè)向或豎直延伸。可以通過(guò)增加的v-iiia族比率和高生長(zhǎng)溫度來(lái)促進(jìn)側(cè)向生長(zhǎng)。可以形成聚結(jié)的gan膜7(圖3)或納米棒結(jié)構(gòu)8(圖4)作為用于進(jìn)一步的設(shè)備結(jié)構(gòu)的模板。gan膜或納米棒結(jié)構(gòu)可以由具有iiia族元素(al，ga和in)組合的結(jié)構(gòu)組成。

本發(fā)明解決si磊晶圓上的gan中的晶圓翹曲問(wèn)題和降低gan外延層中的穿透位錯(cuò)密度的一個(gè)概念是使用納米異質(zhì)外延，其中si襯底和iiia族層之間的接觸面積小于100％，優(yōu)選不大于50％的生長(zhǎng)膜。在si和iiia族氮化物膜之間的接觸區(qū)域上形成iiib-six族和iiib-n族的薄結(jié)構(gòu)，以減少晶格失配，而3d空隙網(wǎng)絡(luò)被嵌入非接觸區(qū)域以吸收從si和氮化物膜之間的熱膨脹系數(shù)失配演化的應(yīng)變。

可以在寬范圍內(nèi)調(diào)整用于iiia族氮化物外延的生長(zhǎng)表面的尺寸和分布，以便匹配用于有效應(yīng)變管理和位錯(cuò)降低的要求?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)納米尖端模板結(jié)構(gòu)和iiia族氮化物的生長(zhǎng)優(yōu)化來(lái)生長(zhǎng)聚結(jié)的iiia族氮化物膜或納米棒結(jié)構(gòu)。

權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)

1.包括基本上由硅組成的單晶襯底晶圓(1)的半導(dǎo)體晶圓(10),

該單晶襯底晶圓(1)被構(gòu)造為在其頂表面上具有尖端(3)，

該尖端(3)中的每個(gè)被以給定的順序用iiib族硅化物層(5)和iiib族氮化物層(6)覆蓋，

該iiib族硅化物層(5)具有不小于5nm的厚度，和

該iiib族氮化物層(6)被用單晶iiia族氮化物層(7,8)覆蓋。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，在聚結(jié)膜的情況下，該iiib族氮化物層(6)和該單晶iiia族氮化物層(7,8)之間的接觸面積不超過(guò)生長(zhǎng)的該iiia族氮化物層的50％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，該尖端具有在100nm至50μm之間的高度，優(yōu)選地為至少3μm。

4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，該尖端具有在1nm和10μm之間的底部寬度。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，該尖端具有在100nm和10μm之間的中心到中心的距離，優(yōu)選地為至多3μm。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，該iiib族氮化物層(6)具有(111)表面取向，和/或是單層的scn或yn、或雙層的scn和yn，或yi-xscxn的多個(gè)混合或分級(jí)層，其中0≤x≤1。

7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，該iiib族硅化物層(5)具有(0001)表面取向，和/或是yi-zsczsix，其中0"z"1。

8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，該單晶iiia族氮化物層(7,8)是聚結(jié)膜或結(jié)構(gòu)化層，尤其是包括棒、塊、尖端或金字塔的陣列。

9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，該單晶iiia族氮化物層(7,8)是單晶inxalzgai-(x+z)n層，其中0"x，z，(x+z)≤1。

10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，該單晶iiia族氮化物層(7,8)具有(0001)表面取向。

11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)，其中，該單晶襯底晶圓(1)是si(111)晶圓或si(001)晶圓。

12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)的用途，用作生產(chǎn)發(fā)光元件、場(chǎng)效應(yīng)晶體管或用于微結(jié)構(gòu)印刷的襯底。

13.一種用于生產(chǎn)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體晶圓(10)的方法，包括以下步驟：

提供單晶襯底晶圓(1)，

構(gòu)造該襯底晶圓(1)以在其頂表面上形成尖端(3)，

以給定的順序用iiib族硅化物層(5)和iiib族氮化物層(6)覆蓋該尖端(3)，

用單晶iiia族氮化物層(7,8)覆蓋該iiib族氮化物層(6)。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，以給定的順序用iiib族硅化物層(5)和iiib族氮化物層(6)覆蓋該尖端(3)的步驟包括通過(guò)硅化工藝來(lái)形成該iiib族硅化物層(5)。

15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，以給定的順序用iiib族硅化物層(5)和iiib族氮化物層(6)覆蓋該尖端(3)的步驟包括通過(guò)iiib族硅化物表面的原位氮化或通過(guò)mbe技術(shù)來(lái)將iiib族氮化物沉積在iiib族硅化物的頂部上。