[發(fā)明專利]第Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體生長基板、第Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體外延基板、第Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體元件、第Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體自立基板及它們的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980157430.1
• 申請日: 2009-12-25
• 公開（公告）號: CN102326228A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鳥羽隆一;宮下雅仁;豐田達(dá)憲
• 申請（專利權(quán)）人: 同和控股(集團(tuán))有限公司;同和電子科技有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;C30B29/38;H01L21/205
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及第III族氮化物半導(dǎo)體生長基板、第III族氮化物半導(dǎo)體外延基板、第III族氮化物半導(dǎo)體元件、第III族氮化物半導(dǎo)體自立基板及它們的制造方法。

背景技術(shù)

通常，例如，包括由Al或Ga等和N的化合物組成的第III族氮化物半導(dǎo)體的第III族氮化物半導(dǎo)體元件廣泛地用作發(fā)光元件或電子器件用元件。目前，此類第III族氮化物半導(dǎo)體通常通過MOCVD法形成在由例如藍(lán)寶石組成的晶體生長基板上。

然而，由于第III族氮化物半導(dǎo)體和晶體生長基板(通常是藍(lán)寶石)的晶格常數(shù)明顯不同，所以存在以下問題：由于晶格常數(shù)不同導(dǎo)致位錯(cuò)，這能夠劣化在晶體生長基板上生長的任意第III族氮化物半導(dǎo)體層的晶體品質(zhì)。

為了解決該問題，存在例如在藍(lán)寶石基板上隔著處于低溫多晶或無定形狀態(tài)的緩沖層生長GaN層的常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)。然而，因?yàn)橛纱诵纬傻腉aN層包括大至10⁹-10¹⁰cm^-2的位錯(cuò)密度，所以難以獲得充分的結(jié)晶性。

此外，如在以下專利文獻(xiàn)1-3中公開的，存在在藍(lán)寶石基板上隔著金屬氮化物層生長GaN層的其它常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)。與上述技術(shù)相比，該方法使得GaN層的位錯(cuò)密度減少和高品質(zhì)GaN層的生長。這是因?yàn)樽鳛榻饘俚飳拥腃rN層等和GaN層具有相對小的其晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的差。此外，可將能夠通過化學(xué)蝕刻液選擇性蝕刻的該CrN層用于利用化學(xué)剝離(lift-off)的方法中。

專利文獻(xiàn)1：WO2006/126330

專利文獻(xiàn)2：JP-A-2008-91728

專利文獻(xiàn)3：JP-A-2008-91729

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

然而，在用于產(chǎn)生處于比藍(lán)光的波長區(qū)域更短波長區(qū)域(例如，波長為400nm以下)的光的氮化物半導(dǎo)體元件中，因?yàn)樗a(chǎn)生的光具有較短波長，因此氮化物半導(dǎo)體元件應(yīng)當(dāng)包括具有更高Al組成的Al_xGa_1-xN層。具有通常大于30原子％的Al組成的Al_xGa_1-xN具有比約1050℃(CrN的熔點(diǎn))高的生長溫度。因此，如果將包含具有通常大于30原子％的Al組成的Al_xGa_1-xN的第III族氮化物半導(dǎo)體層借助CrN生長，則CrN熔融并失去其結(jié)晶性。這能夠降低其上要形成的第III族氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性。因此，CrN不能夠用作用于生長具有較高Al組成并因而具有更高生長溫度的Al_xGa_1-xN的緩沖層。因此，需要使用能夠承受在高于1050℃的高溫下的熱處理的此類材料。此外，當(dāng)形成CrN層作為金屬氮化物層時(shí)，引起另一問題：產(chǎn)量和生產(chǎn)能力會由于其進(jìn)行氮化處理而降低，導(dǎo)致更高的生產(chǎn)成本。

本發(fā)明的目的在于解決這些問題，并提供不僅在生長溫度為1050℃下或低于1050℃的AlGaN、GaN或GaInN的情況下，而且在生長溫度高且具有高的Al組成的Al_xGa_1-xN的情況下，都具有良好的結(jié)晶性的第III族氮化物半導(dǎo)體外延基板、第III族氮化物半導(dǎo)體元件和第III族氮化物半導(dǎo)體自立基板，以及制造這些的第III族氮化物半導(dǎo)體生長基板和有效地制造這些的方法。

用于解決問題的方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有如下主要特征：

(1)一種第III族氮化物半導(dǎo)體生長基板，其包括：晶體生長基板，基板的至少表面部分包括含Al的第III族氮化物半導(dǎo)體；和在所述表面部分上形成的單一金屬層，單一金屬層由Zr或Hf制成。

(2)根據(jù)(1)所述的第III族氮化物半導(dǎo)體生長基板，基板進(jìn)一步包括：在單一金屬層上包含至少一層由Al_xGa_1-xN(0≤x≤1)制成的緩沖層的初期生長層。

(3)根據(jù)(1)或(2)所述的第III族氮化物半導(dǎo)體生長基板，其中單一金屬層具有5-100nm的厚度。

(4)根據(jù)(1)、(2)或(3)所述的第III族氮化物半導(dǎo)體生長基板，其中至少表面部分由具有50原子％以上Al組成的Al_xGa_1-xN(0.5≤x≤1)制成。

(5)根據(jù)(1)、(2)或(3)所述的第III族氮化物半導(dǎo)體生長基板，其中至少表面部分由AlN制成。