[發明專利]氮化物半導體自立基板及其制造方法

有效

• 申請號: 200780048302.4
• 申請日: 2007-12-05
• 公開（公告）號: CN101573480A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 高見澤彰一;渡邊政孝
• 申請（專利權）人: 信越半導體股份有限公司
• 主分類號: C30B29/38
• 分類號: C30B29/38;C23C16/01;H01L21/304;H01L33/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 姜 燕;陳 晨

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵等的III族氮化物半導體自立基板及其制造方法。?

背景技術

近年來，III族氮化物系化合物半導體(氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)及氮化鎵鋁(GaAlN)等，以下也簡稱為氮化物半導體)，開始作為藍色、紫外發光二極管(LED)或激光二極管(LD)的材料來達成重要的任務。又，除了光元件以外，因為氮化物半導體的耐熱性或耐環境性優良、或高頻特性優良，利用該特長的電子元件的開發也積極地進行中。?

但是，因為氮化物半導體的整體結晶成長困難，氮化鎵自立基板被限定只使用于成本不會成為問題的激光二極管用途等。目前已廣泛實用化的氮化鎵成長用基板是藍寶石(Al₂O₃)基板，通常是使用在單結晶藍寶石基板上通過有機金屬氣相成長方法(MOVPE法)等，使氮化鎵進行外延成長的方法。?

此時，因為藍寶石基板的晶格常數與氮化鎵不同，在藍寶石基板上直接使氮化鎵進行外延成長時，無法使單結晶膜成長。因此，有提案(日本特開昭61-188983號公報)公開一種方法，是在藍寶石基板上先暫時以低溫使氮化鋁(AlN)或氮化鎵的緩沖層成長，通過該低溫成長的緩沖層將晶格的應變緩和后，在該緩沖層上使氮化鎵成長的方法。?

但是，即使使用該低溫成長緩沖層的氮化鎵成長，因為藍寶石基板與氮化鎵的熱膨脹系數的差異，在外延成長后的基板，會有產生翹曲，甚至是裂縫或破裂的問題。?

又，外延成長后的基板翹曲，在光微影時的微細圖案的曝光狀態變為不均勻，會成重大問題。?

又，在今后有希望能夠實用化的照明用的藍色、紫外光發光二極管(LED)，必須以高電流密度來使發光二極管高亮度發光，從發光效率及耐用期限的觀點，渴望有氮化鎵發光層的位錯密度低、對基板的熱傳導率良好的?價廉的氮化鎵自立基板。?

如此，雖然期待有結晶性、生產力優良的氮化鎵自立基板的成長法，但是目前尚未有能夠滿足的解決對策。?

為了解決如此的問題，也嘗試在藍寶石基板上較厚地成長而成為氮化鎵外延成長基板后，通過蝕刻或磨削等方法除去藍寶石基板來得到氮化鎵自立基板。若能得到氮化鎵自立基板，在形成發光層的外延成長時，則能夠解決起因于晶格常數差異或熱膨脹系數差異所導致的各種問題。?

但是，若除去藍寶石基板，起因于藍寶石與氮化鎵的熱膨脹系數差異所導致的氮化鎵外延層的內部應變，局部地對外釋放，結果，會有氮化鎵基板的翹曲增大而致使基板破裂掉的問題。也有嘗試通過氫化物氣相外延法(HVPE(Hydride?Vapor?Phase?Epitaxy)法)使氮化鎵在藍寶石基板上較厚地成長，隨后，照射激光脈沖而僅將氮化鎵層剝離的方法的實用化(例如，日本應用物理期刊(Jpn.J.Appl.Phys.)第38卷(1999年).pt.2，No.3A，L127-219)，但是在剝離的過程中，會有基板容易產生裂縫的問題，且為了再現性良好地得到大型的氮化鎵基板，會有必須進行復雜的處理的問題。?

又，也有提案公開一種方法，是將晶格常數與氮化鎵較為接近的鋁酸鋰(LiAlO₂)或氧化鋅(ZnO)的單結晶使用于基板，而使氮化鎵成長的方法。使用此等基板時，雖然基板比較容易剝離，但是因為是異質外延成長而必須有緩沖層，因為基板的成長溫度或熔點等的差異，要使結晶性優良的氮化鎵基板實用化，尚有問題存在。?

又，有進行一種方法(日本特開2000-12900號公報、日本特開2000-22212號公報)，是在砷化鎵(GaAs)基板上，先形成具有窗的氮化硅(Si₃N₄)等的掩模(mask)，并形成低溫緩沖層后，通過氫化物氣相外延法進行橫方向的外延成長，來形成低位錯密度的外延層，再使用蝕刻等除去GaAs基板來得到氮化鎵自立基板的方法。但是，使用該方法時，必須有形成具有窗的氮化硅掩模的工藝、形成低溫緩沖層的工藝等。又，氮化鎵自立基板也會有產生大的翹曲的問題。?

又，因為氫化物氣相外延法，能夠以比較高速來進行氮化鎵外延成長，最近也有進行一種方法(參照日本特開2000-12900號公報、日本特開2000-22212號公報等)，是利用該特征，嘗試將在布雷(BOULE)也即氮化鎵自立基板上，進行1厘米～10厘米左右以上的超厚膜的外延成長，然后將所形成的單結晶錠切片而得到多數片基板(切片基板)，并研磨切片基板的切割面來得到多數片的氮化鎵自立基板(以下，稱為布雷法)。但是使用該方法時，難以穩定地得到高結晶品質的氮化鎵自立基板。