[發明專利]GaN襯底和半導體器件

無效

• 申請號: 201110006321.9
• 申請日: 2007-11-30
• 公開（公告）號: CN102148141A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 藤原伸介;櫻田隆;木山誠;善積祐介
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業株式會社
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/20;C30B25/02;C30B29/40
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 孫志湧;穆德駿

本申請是申請號為200710194088.5、申請日為2007年11月30日、申請人為“住友電氣工業株式會社”且發明名稱為“半導體器件及其制造方法”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及半導體器件，其包括發光二極管、電子器件以及半導體傳感器，并且涉及到制造該半導體器件的方法；特別地，本發明涉及一種結合了降低位錯密度的GaN襯底的半導體器件，及這種器件的制造方法。

背景技術

對采用半導體器件如發光二極管、電子器件以及半導體傳感器改進各種GaN襯底或者III族氮化物襯底中特性的設計需要襯底的低位錯密度。

已經提出怎樣制造低位錯密度的這種III族襯底的實例包括以下內容。X.Xu等人在Journal?of?Crystal?Growth?246(2002)第223-229頁的“Growth?and?Characterization?of?Low?Defect?GaN?by?Hydride?VaporPhase?Epitaxy”(以下稱作“非專利文獻1”)中報道了，通過增加生長晶體的厚度來降低位錯密度，并且，例如，在不同于GaN的化學組合物的異種襯底上生長GaN晶體至1mm或更大的厚度來降低位錯密度至1×10⁶cm^-2或更少的等級。

同時，A.Usui等人在Japanese?Journal?of?Applied?Physics第36卷(1997)第L899-L902頁的“Thick?GaN?Epitaxial?Growth?with?LowDislocation?Density?by?Hydride?Vapor?Phase?Epitaxy”(以下稱作“非專利文獻2”)報道了：在將GaN晶體生長到異種襯底上時，通過形成具有孔徑的掩模層來產生刻面使得可以控制其中位錯擴展的取向，并且由此降低了GaN晶體位錯密度。

不過，盡管位錯密度事實上被降低至約1×10⁶cm^-2，但是由非專利文獻1或非專利文獻2的生長方法生長的GaN晶體和由該晶體獲得的GaN襯底被證實由位錯以外的嚴重缺陷所困擾。用堿蝕刻GaN襯底來使其保持有凹坑，從而容易檢測缺陷。特別是，當于50℃在KOH水溶液中蝕刻GaN襯底的鏡面拋光(0001)Ga面幾十分鐘時，存在缺陷的區域被蝕刻至幾個μm的深度，形成凹坑。而且，用熔融的KOH、熔融的NaOH熔料或者熔融的KOH/NaOH混合物蝕刻GaN襯底的鏡面(0001)Ga面，大致以六角柱形在Ga面形成凹坑，以N面為側壁。

]方向上具有極性的晶體，并且GaN晶體的特性在于其(0001)Ga面不容易用堿蝕刻，而其N面容易被堿蝕刻。根據這個觀點，明顯的是，上述的GaN晶體和GaN襯底具有極性不同的兩種類型的域。該兩種域被限定為主域(矩陣)和反向域，該主域是多數，為GaN晶體和GaN襯底的極性確定域，該反向域是其中[0001]方向上的極性關于矩陣反向的域。這意味著，在作為GaN襯底主面的(0001)Ga面上，顯示矩陣的(0001)Ga面以及反向域的N面。因此，當蝕刻作為GaN晶體主面的(0001)Ga面時，反向域比矩陣更多地被蝕刻，以便由反向域形成近似六角柱形的凹坑。換句話說，六角柱形凹坑是在反向域中產生的凹坑。

同時，沿著GaN襯底的主面，在位錯中產生的凹坑不是在50℃的KOH溶液中蝕刻GaN襯底幾十分鐘的結果，而是用熔化的KOH/NaOH混合物蝕刻的結果。又由于其是具有脊線的六棱錐形式，因此從位錯產生的凹坑容易與在反向域中產生的凹坑區分開。應注意，除了通過上述蝕刻之外，也可以通過陰極發光(CL)或者通過在熒光顯微鏡下的觀察，將主和反向域容易相互區分開，這是由于兩個域的光度明顯不同。

在其中于異種襯底上生長GaN晶體的實施方案中，一般將低溫緩沖層形成于異種襯底上，正如在非專利文獻1和2中的情況，但是，在插入有低溫緩沖層的異種襯底上由此來生長GaN晶體的過程中，不可避免地形成反向域。這意味著通常的GaN晶體將含有反向域。

發明內容

因此，本發明的目的是，解決上述的問題，實現可用的半導體器件制造方法，從而評估反向域的存在和尺寸對于通過在典型的GaN晶體襯底上形成多個半導體層所制造的半導體器件特性的影響，致使能夠以高成品率制造具有優異特性的半導體器件。