[發(fā)明專利]用于生長纖鋅礦型晶體的襯底、其制造方法和半導(dǎo)體器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910179050.X
• 申請日: 2009-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN101719483A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 板垣奈穗;巖崎達(dá)哉;星野勝之
• 申請（專利權(quán)）人: 佳能株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L23/00
• 分類號(hào): H01L23/00;H01L21/203;H01L29/72;H01L29/861;H01L33/00;H01L31/0264
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 劉倜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于生長纖鋅礦型晶體的襯底，該襯底包括層疊結(jié) 構(gòu)，該層疊結(jié)構(gòu)的第一層包括具有六重(six-fold)對稱性的晶體，這 例示了纖鋅礦型晶體，且該層疊結(jié)構(gòu)的第二層包括金屬氧氮化物晶 體，并且本發(fā)明涉及該襯底的制造方法以及半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

近年來，使用基于InGaN的半導(dǎo)體的光接收和發(fā)射元件已受到 關(guān)注，因?yàn)檎J(rèn)為，當(dāng)使用InGaN氮化物半導(dǎo)體作為光接收和發(fā)射元 件時(shí)，可以在從紫外區(qū)到紅外區(qū)的非常寬的波段內(nèi)接收和發(fā)射光，這 是因?yàn)镮nN的光學(xué)帶隙是0.7eV(紅外區(qū))，GaN的光學(xué)帶隙是3.4eV (紫外區(qū))。此外，因?yàn)樾〉碾娮佑行з|(zhì)量，當(dāng)考慮應(yīng)用于電子器件 時(shí)，也可以預(yù)期高頻操作。由以上背景，近年來關(guān)于InGaN的研究 與開發(fā)變得活躍。例如，日本專利No.2751963，Applied?Physics Letters?Vol.92，p.262110(2008)，Physica.Status.Solidi.(c)5，No.1， p.143(2008)，以及Proceedings?of?SPIE，Vol.6669，p.66690X(2007) 中描述了這些相關(guān)技術(shù)。

但是，存在這樣的問題，即，不存在與InGaN晶格匹配的晶體 襯底，InGaN是纖鋅礦型晶體。使用了其中如在GaN中那樣，使用 藍(lán)寶石(Al₂O₃)作為襯底，并在藍(lán)寶石上直接生長InGaN的方法， 但是所獲得的膜的結(jié)晶度低。因此，日本專利No.2751963和Applied Physics?Letters?Vol.92，p.262110(2008)，Physica.Status.Solidi.(c)5， No.1，p.143(2008)，提出了這樣的方法，其中首先在藍(lán)寶石上生長GaN 層，然后執(zhí)行InGaN生長。在上述方法中，生長GaN層之后生長 InGaN，因此，具有抑制生長面中的旋轉(zhuǎn)疇(rotation?domain)的形 成的優(yōu)點(diǎn)，從而獲得高結(jié)晶度。

但是，GaN和InN的a-軸晶格常數(shù)分別是0.3189nm和0.3548 nm，且差距較大，以致迄今為止獲得的任意高質(zhì)量InGaN只是具有 富含Ga的成分。為此可以考慮各種因素，一個(gè)因素是當(dāng)在GaN上生 長InGaN時(shí)，由于在生長初期的Ga成分拉入(draw-in)效應(yīng)(In 原子不容易被取入來減小與GaN襯底層的晶格失配的效應(yīng))，因此 難以獲得其晶格常數(shù)大大不同于襯底層的晶格常數(shù)的晶體。

因此，在Proceedings?of?SPIE，Vol.6669，p.66690X(2007)中， 進(jìn)行了在ZnO襯底上形成InGaN的嘗試，因?yàn)閆nO具有比GaN大 的晶格常數(shù)以及與InGaN較小的晶格失配。但是，與ZnO完全晶格 匹配的In的成分是In/(In+Ga)＝18原子％，且仍然難以形成富含 In的高質(zhì)量InGaN膜。

本發(fā)明解決了以上問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種用于生長 纖鋅礦型晶體的襯底，其包括具有期望的晶格常數(shù)和優(yōu)異的結(jié)晶度的 層疊結(jié)構(gòu)，以及提供一種用于制造該襯底的方法。此外，本發(fā)明的另 一目的是提供一種使用上述的包括層疊結(jié)構(gòu)的用于生長纖鋅礦型晶 體的襯底的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人關(guān)注金屬氧氮化物晶體和纖鋅礦型 晶體的層疊結(jié)構(gòu)，并用心地研究。最終，完成了本發(fā)明。

本發(fā)明涉及一種用于生長纖鋅礦型晶體的襯底，其包括層疊結(jié) 構(gòu)，該層疊結(jié)構(gòu)的第一層包括具有六重對稱性的晶體，以及該層疊結(jié) 構(gòu)的第二層包括在第一層上形成的金屬氧氮化物晶體，其中第二層包 括選自由In、Ga、Si、Ge和Al構(gòu)成的組的至少一種元素、N、O和 Zn作為主要元素，以及其中第二層具有面內(nèi)(in-plane)取向。

第一層可以是纖鋅礦型晶體或Al₂O₃晶體。第二層可以是纖鋅礦 型晶體。

第二層的a-軸晶格常數(shù)可以在0.320nm至0.358nm的范圍內(nèi)。

第二層的(002)面的X射線搖擺曲線(rocking?curve)的FWHM 可以是1度或更小。