[發明專利]氮化物半導體基板

有效

• 申請號: 201210300925.9
• 申請日: 2008-03-17
• 公開（公告）號: CN102856455A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 吉田治正;高木康文;桑原正和
• 申請（專利權）人: 浜松光子學株式會社
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01S5/323
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 楊琦

本申請是申請日為2008年3月17日、申請號為200880005796.2、發明名稱為氮化物半導體基板的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及氮化物半導體基板。

背景技術

近年來，使用氮化物半導體（GaN、AlGaN、InAlGaN系）的發光二極管（LED）以及半導體激光器（LD）等被廣泛使用。然而，為了謀求發光波長的短波長化，有必要在包層中使用與活性層的帶間隙差較大的AlN摩爾分數較高的AlGaN等。此外，在LD的情況下，為了進行光的約束，需要AlN摩爾分數更高且厚度更大的包層。

然而，在用于形成這樣的器件的氮化物半導體基板上，AlN摩爾分數較高的AlGaN的晶格間距較小，與晶格間距相對較大的GaN相比，晶格間距的差異變大。為此，若在平坦的GaN層上直接使AlGaN層結晶生長，則由于AlGaN層與GaN層的晶格不匹配，使得在AlGaN層內產生拉伸應力，當超過某一臨界膜厚時，則產生裂紋。此外，由于作為基底層的GaN層的晶格缺陷較多，因此也會產生諸如在GaN層上結晶生長的AlGaN層中產生較多結晶缺陷（位錯）的問題。

為了解決上述問題，開發了如圖23及圖24所示的專利文獻1所記載的技術。圖23為氮化物半導體基板1′的平面圖，圖24為圖23所示的氮化物半導體基板1′的XXIV-XXIV箭頭方向上的截面圖。氮化物半導體基板1′由基板2′、AlN緩沖層3′、第一GaN層4′、第二GaN層6′、AlGaN埋入層7′構成。在第一GaN層4′的上面形成條紋的SiO₂掩模5′的基礎上，通過使第二GaN層6′選擇性地生長（ELO），第二GaN層6′成為沿厚度方向的截面基本上為三角形狀的刻面（facet）。另外，由于結晶缺陷（位錯，dislocation）沿著生長方向，因此當GaN從不存在掩模5′的部分在掩模上進行橫向生長時，第二GaN層6′中的位錯也成為沿橫向的位錯。在埋入生長于該第二GaN層6′上的AlGaN層7′的上面，雖然在與第二GaN層6′的凹凸的頂部以及凹部相對應的部分殘留有位錯a′，但其它部分成為低缺陷（低位錯）區域R，且可以防止產生裂紋。

專利文獻1：日本特開2005-235911號公報

發明內容

然而，在專利文獻1中，抑制裂紋的防止效果依然不充分。此外，雖然探討了在第二GaN層6′的上面形成低溫生長的AlN等中間層的結構，然而終究不能充分防止裂紋。本發明者們經過潛心的研究發現，在這些技術中，如圖25所示，由于呈條紋狀且截面基本上為三角形狀的第二GaN層6′（條紋圖案）的斜面61′沿條紋延伸的方向（Y方向）設置，因此在這里埋入生長的AlN摩爾分數高的AlGaN層7′的結晶的橫向生長向量只有與條紋延伸的方向垂直的方向（X方向），壓縮應力作用在該方向上，從而基于第二GaN層6′和AlGaN層7′的晶格常數的差異在AlGaN層7′內產生的伸縮應力得到緩和，然而在Y方向上則沒有得到緩和，由此在X方向上產生裂紋。

本發明者基于這樣的見解，進一步深入研究的結果發現：通過在截面為三角形狀的條紋圖案的斜面上形成凹凸面，使得埋入層的橫向生長向量還具有在條紋的延伸方向（Y方向）上的分量，就可以抑制在任意方向上的裂紋，從而得到解決上述問題的本發明。即本發明的目的在于提供一種可以防止裂紋的產生且位錯密度也有能減少的氮化物半導體基板。

本發明的氮化物半導體基板的特征在于，具有GaN系半導體層和在GaN系半導體層上形成的由AlGaN或InGaN形成的上表面平坦的埋入層，GaN系半導體層具有多個突出的條紋，在條紋的兩個側面分別具有凹凸面。

換言之，該氮化物半導體基板的特征在于，具有：GaN系半導體層，該GaN系半導體層在基底層上生長，沿厚度方向的截面基本上為三角形狀，且所述GaN系半導體層呈周期性的條紋狀，在該條紋的斜面上設置有凹凸面；以及在所述GaN系半導體層上形成的由AlGaN或InAlGaN形成的上表面平坦的埋入層。其中，“基本上為三角形狀”是指具有三個角部的圖形，這些角部也可以為曲線，也可以通過切掉這些角部當中的一個角部而形成五邊形的梯形。此外，如果含有基本上為三角形狀的圖形，只要是將生長的前端部作為上述角部含有且具有2個邊的圖形，則通過將相鄰的多個三角形狀在橫向相連，隱藏剩下的一邊的輪廓即可。即，只要GaN系半導體的表面基本上為三角波狀即可。