[發(fā)明專利]氮化物半導(dǎo)體元件和氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的生長(zhǎng)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680003331.4
• 申請(qǐng)日: 2006-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101111945A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 中原健;田村謙太郎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅姆股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L21/20;H01L21/205;H01L21/338;H01L29/778;H01L29/812
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 龍淳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管(LED)和激光二極管等的發(fā)光元件，HEMT等的晶體管元件等、使用氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的半導(dǎo)體元件和該氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的生長(zhǎng)方法。更加詳細(xì)來(lái)說(shuō)，即使在使氮化物半導(dǎo)體在與該氮化物半導(dǎo)體晶格不匹配的基板上生長(zhǎng)的情況下，也外延生長(zhǎng)結(jié)晶性優(yōu)異的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的方法和使用該氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的氮化物半導(dǎo)體元件。

背景技術(shù)

近年來(lái)，使用氮化物半導(dǎo)體的藍(lán)色系發(fā)光二極管(LED)和激光二極管等的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件逐漸實(shí)用化。由于作為同型(homo)生長(zhǎng)基板的GaN基板非常昂貴，所以這種氮化物半導(dǎo)體層多在藍(lán)寶石和SiC這樣的與氮化物半導(dǎo)體晶格不匹配的基板上生長(zhǎng)。在此，所謂與氮化物半導(dǎo)體晶格不匹配的基板是指具有(氮化物半導(dǎo)體與基板的a軸方向的晶格常數(shù)之差)/(氮化物半導(dǎo)體的a軸方向晶格常數(shù))≥0.5％這樣關(guān)系的基板。所以，例如有如下方法：在藍(lán)寶石基板上，在比結(jié)晶生長(zhǎng)的溫度更低的低溫下，形成非晶體狀的AlGaN系化合物(意味著可以使Al和Ga之間的混晶比進(jìn)行各種的變化，以下相同)等構(gòu)成的低溫緩沖層，在其上，在結(jié)晶生長(zhǎng)的高溫下，通過(guò)MOCVD法等使氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層外延生長(zhǎng)而形成的方法。

作為設(shè)置有這種低溫緩沖層，再使氮化物半導(dǎo)體層外延生長(zhǎng)的方法，例如有使用MOCVD法在同一反應(yīng)爐內(nèi)，在比為了得到氮化物半導(dǎo)體的單晶薄膜必須的結(jié)晶生長(zhǎng)溫度(例如1020℃)更低的溫度(例如500℃)下，使非晶體狀的AlGaN系化合物層堆積，然后升溫至適于結(jié)晶生長(zhǎng)的溫度，以在這個(gè)過(guò)程中得到的小的結(jié)晶化的核為晶種而使結(jié)晶生長(zhǎng)的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。此外，作為其他方法，還有以濺射法等不使用有機(jī)金屬化合物的方法形成非晶體狀的氮化物半導(dǎo)體層(例如430℃)，在氫氣和氨氣的混合氣體的氣氛下進(jìn)行熱處理(1000～1250℃)，然后生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體層的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)平4-297023號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2000-286202號(hào)公報(bào)

如上所述，目前的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層的生長(zhǎng)，是在與氮化物半導(dǎo)體晶格不匹配的基板上生長(zhǎng)，因此在基板上，首先形成非晶體狀的低溫緩沖層后，使基板溫度升到外延生長(zhǎng)的溫度，在低溫緩沖層上形成結(jié)晶化了的核，以這個(gè)核作為晶種使氮化物半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)。所以，存在高溫下不是在完全的單晶層上外延生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體層，而容易在其上生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體層上生成結(jié)晶缺陷的問(wèn)題，即使形成發(fā)光元件，閾值電流升高等也容易造成內(nèi)部量子效率的降低。

此外，在上述的同一個(gè)反應(yīng)爐內(nèi)，若進(jìn)行低溫緩沖層和高溫外延生長(zhǎng)，由于不需要從空氣中取出基板而可以進(jìn)行結(jié)晶層的生長(zhǎng)，所以具有可以連續(xù)形成緩沖層和外延生長(zhǎng)層的優(yōu)點(diǎn)，另一方面則需要能夠進(jìn)行200～1100℃左右這樣大范圍的溫度控制的裝置構(gòu)成，加熱裝置需要很大，存在裝置昂貴的問(wèn)題。此外，在通過(guò)上述濺射形成低溫緩沖層的方法中，由于在靶上發(fā)生的自偏壓，產(chǎn)生具有數(shù)十eV這樣高能量的粒子，會(huì)對(duì)基板帶來(lái)?yè)p傷，所以只能制造具有空隙、柱狀結(jié)構(gòu)等的特殊缺陷的膜，該缺陷在其上面生長(zhǎng)的氮氧化物半導(dǎo)體層上表現(xiàn)為貫通轉(zhuǎn)移，同樣具有不能外延生長(zhǎng)結(jié)晶性能良好的氮化物半導(dǎo)體層的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是為了解決上述的問(wèn)題而進(jìn)行的發(fā)明，其目的在于提供氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件、晶體管元件等的氮化物半導(dǎo)體元件，其無(wú)須形成非晶體狀的低溫緩沖層，在與氮化物半導(dǎo)體晶格不匹配的基板(也包括通過(guò)氮化處理等在基板表面形成有氮化膜的基板)上直接形成直接氮化物半導(dǎo)體的a軸和c軸兩者均對(duì)齊的單晶層的緩沖層，在該單晶層的緩沖層上使氮化物半導(dǎo)體層外延生長(zhǎng)而得到。

本分明的另一目的在于，提供一種在藍(lán)寶石基板等與氮化物半導(dǎo)體晶格不匹配的基板表面上直接生長(zhǎng)a軸和c軸對(duì)齊的氮化物半導(dǎo)體單晶層的氮化物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)方法。