[發明專利]半導體疊層襯底、晶體襯底和半導體器件及其制造方法

無效

• 申請號: 00121630.9
• 申請日: 2000-07-21
• 公開（公告）號: CN1282111A
• 公開（公告）日: 2001-01-31
• 發明（設計）人: 河合弘治
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L21/00;C30B29/38
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王永剛

本發明涉及到在基底襯底和制作在基底襯底上的半導體晶體層之間夾有分隔層的半導體疊層襯底、具有一對相向的表面的半導體晶體襯底、以及包含半導體疊層襯底和半導體晶體襯底的半導體器件及其制造方法。

由氮化鎵(GaN)之類組成的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體是能帶間隙在1．9-6．2eV范圍內的直接能隙半導體，從而氮化鎵作為構成從可見光到紫外光范圍的光學元件的材料受到了注意。氮化鎵具有大約2．5×10⁷cm／s的飽和速率和大約5×10⁶V／cm的擊穿電場，這些都高于任何其它的電子材料。因此，作為構成高頻大功率電子輸運元件的材料，氮化鎵被認為具有極大的潛力。

然而，由于Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體具有高的熔點，而且在熔點附近具有高的氮蒸汽壓，故非常難以從熔體生長體晶體。于是，通常借助于在由藍寶石、碳化硅、尖晶石、鎵酸鋰之類制成的基底襯底上的外延生長來獲得Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體的晶體。但由于這種基底襯底具有與Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體不同的晶格常數，故在這種基底襯底上生長的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體的晶體中，出現大量的晶格缺陷。

因此，新近已經使用了例如利用選擇性生長技術來降低缺陷的方法(見Y．Kato，J．Crystal?Growth，144(1994)133)。此方法例如是，在生長于基底襯底上的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體的薄膜上，制作具有窗口的由二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)之類組成的掩模層，然后通過掩模層的窗口生長Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體的晶體。根據此方法，晶體通過掩模層的窗口橫向生長，從而阻擋了貫穿位錯的傳播，因而減少了缺陷。此方法使用了在硅(Si)制成的襯底上生長砷化鎵(GaAs)晶體的技術，并在Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體的晶體生長中取得了很大的效果。

然而，雖然這樣試圖了降低缺陷，但當使用由藍寶石之類制成的基底襯底時，仍然存在下列問題。在基底襯底由藍寶石制成的情況下，出現下列問題。首先，對于激光器之類的制備，解理方面的困難使得不可能解理形成具有優異重復性的光出射端面。第二，由于絕緣的性質，必須從相同的側面安置二種電極。第三，低的熱導率導致發光器件中的有源層或電子輸運元件中的溝道層的溫度上升，從而引起器件或元件變壞。因此，為了解決這些問題，基底襯底最好僅僅用來生長晶體，然后在晶體生長之后清除基底襯底。

清除基底襯底的方法包括例如機械研磨方法和化學腐蝕方法。機械研磨方法由于生長Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體的基底襯底的彎曲造成的難以保持大面積研磨而不實際。另一方面，化學腐蝕方法由于沒有機械損傷而較好。例如，此方法被提出作為用腐蝕來隔離基底襯底的方法(見未經審查的日本專利申請No．7-165498、N0．10-178202和No．11-35397)，其中，通過由諸如氧化鋅(ZnO)或氧化鎂(MgO)之類的氧化物組成的緩沖層，在基底襯底上生長Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體，然后用腐蝕方法清除緩沖層。

但由于在此方法中，Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體僅僅通過由氧化物組成的緩沖層生長，故基底襯底由于下列原因而無法隔離。首先，若由氧化物組成的緩沖層薄到數十毫微米，則緩沖層在生長Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體時消失，從而無法證實緩沖層的存在。第二，即使緩沖層保持正常氧化物的形式，Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體也沉淀在基底襯底外圍側面上，從而緩沖層被Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體涂敷。因此，腐蝕劑無法接觸到緩沖層，從而緩沖層無法被腐蝕。第三，即使腐蝕劑接觸到了緩沖層，通常的腐蝕速度也僅僅約為每分鐘幾微米，且溶解的組分引起的粘滯度根據腐蝕而提高。因此，需要大量的時間來使腐蝕劑滲透到例如2英寸直徑的基底襯底的中央附近。實際上，在到達大約數百微米之后就停止腐蝕，從而難以隔離基底襯底。

本發明被設計來克服上述問題。本發明的目的是提供一種半導體疊層襯底和一種能夠借助于腐蝕而容易地隔離基底襯底的半導體器件及其制造方法，以及一種用此方法得到的半導體晶體襯底和半導體器件及其制造方法。

本發明的一種在基底襯底和制作在基底襯底上的半導體晶體層之間夾有分隔層的半導體疊層襯底，它包含用來使腐蝕分隔層的腐蝕劑流過其中的流通孔。

本發明的一種具有一對相向的表面的半導體晶體襯底，它在相向表面之一上包含突出或凹下。

在本發明的一種包含具有中間夾有分隔層的基底襯底和制作在基底襯底上的半導體晶體層的半導體疊層襯底的半導體器件中，半導體疊層襯底具有用來使腐蝕分隔層的腐蝕劑流過其中的流通孔。