[發明專利]氮化鋁基板及III族氮化物層疊體

在審

• 申請號: 201380041307.X
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN104583470A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 弘中啟一郎;木下亨
• 申請（專利權）人: 株式會社德山
• 主分類號: C30B29/38
• 分類號: C30B29/38;C30B25/20;H01L21/205;H01L33/32;H01S5/343
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 呂琳;劉明海

技術領域

本發明涉及一種新型的氮化鋁基板。具體而言，涉及一種具有氮化鋁單晶層的新型的氮化鋁基板，所述氮化鋁單晶層具有特定的傾斜的面作為主面。

背景技術

氮化鋁是禁帶寬度大到約6.2eV、且為直接躍遷型的半導體。由此，氮化鋁與屬于III族氮化物的氮化鎵(GaN)、和氮化銦(InN)的混晶、特別是Al在III族元素中所占的比例為50原子％以上的混晶(以下有時也稱作Al系III族氮化物單晶。)有望被用作紫外光發光元件材料。

為了形成紫外發光元件等半導體元件，需要在與n電極電接合的n形半導體層和與p電極電接合的p形半導體層之間形成包含包層(clad-layer)、活性層等的層疊結構。此外，從發光效率的方面考慮，在任意一層中都為高的晶體品質十分重要，即，晶體的位錯或點缺陷少、以及晶體組成分布均勻、雜質濃度低十分重要。

為了形成具有高的晶體品質的層疊結構，不僅需要晶體排列的單一性，而且晶體生長面的平坦性必須高。如果將生長面保持高平坦性地進行晶體生長，在生長面內就沒有組成的波動，可以得到低雜質濃度的膜。其結果是，可以制作高效率的發光元件。由于作為發光層的量子阱層通常具有數nm單位的微細的結構，因此量子阱層表面的平坦性尤其重要。通過使表面平坦，就有望改善面內的組成分布及雜質濃度。

關于生長面的平坦性，報告過幾個在使III族氮化物單晶在其表面生長的晶體生長用基板中研究其表面(主面)的偏斜角(off?angle)的例子。例如，已知有作為晶體生長用基板使用藍寶石基板、在具有特定的偏斜角的藍寶石基板上使氮化鎵(GaN)生長的方法(例如參照非專利文獻1)。另外，還已知有作為晶體生長用基板規定了碳化硅(SiC)基板的偏斜角的例子(例如參照專利文獻1)。

根據非專利文獻1，如果在以相對于c面((0001)面)傾斜了0.5°～2°的面作為主面的藍寶石基板上生長氮化鋁緩沖層、以及GaN層，則偏斜角越小，生長面的平坦性就越是提高。這是因為，通過將基板表面相對于c面在恰當的范圍內傾斜，就會在表面整齊地排列分子臺階(以下簡稱為臺階)，在基板上生長III族氮化物單晶時，提供給基板表面的原子種容易被納入臺階中，可以得到平坦性高的優質的晶體。

但是，由于藍寶石基板是與III族氮化物組成不同的異種基板，因此作為III族氮化物的晶體生長用基板而言是不利的。這是因為，由于由藍寶石基板與III族氮化物的晶格常數的失配導致的晶體缺陷、裂紋的產生，從而無法得到高品質的晶體層。另外，使III族氮化物在高溫下生長，然而熱膨脹系數與III族氮化物不同的藍寶石會產生熱膨脹差，從這一點考慮也是不利的?；谙嗤睦碛桑琒iC基板也是不利的。特別是，該趨勢在使紫外發光元件形成所必需的III族元素中Al所占的比例為50原子％以上的混晶的Al系III族氮化物單晶生長的情況下會變得明顯。

為此，還報告過將III族氮化物基板作為晶體生長用基板、并限定了其偏斜角的例子(例如參照專利文獻2)。具體而言，記載了在與c面平行(相對于c面具有小于0.05°的范圍的偏斜角)、或相對于c面具有0.05°以上15°以下的范圍內的偏斜角的III族氮化物基板上外延生長半導體層的方法。報告顯示，通過實質性地與c面平行，可以形成結晶性良好的半導體層，獲得特性良好的器件。另一方面，報告顯示，通過設為0.05°以上15°以下，可以形成缺陷少的半導體層。

在該專利文獻2中，針對相對于c面具有0°以上15°以下的范圍內的偏斜角的III族氮化物基板進行了記載，然而在實施例中，卻沒有明示該III族氮化物基板的偏斜角。此外，在實施例中，給出了在利用化學機械研磨(CMP)將表面粗糙度(Ra)設為0.09～0.41nm的氮化鋁單晶基板上層疊了由Al的比例為20原子％以下的混晶構成的半導體層的例子。由于該實施例中得到的器件(在氮化鋁單晶基板上層疊了半導體層的半導體元件)具有高的光輸出(是特性良好的半導體器件)，因此考慮使用與c面平行(相對于c面具有小于0.05°的范圍的偏斜角)的氮化鋁單晶基板。

在專利文獻3中，記載了相對于c面具有0.03～1.0°的偏斜角(θ)、偏斜方向相對于m軸方向的偏移角為0.5～16°、在基板表面不包含的區域的氮化物半導體自立基板，具體而言公開了GaN基板。

現有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1：X.Q.Shen?and?H.Okumura，Journal?of?Crystal?Growth，300(2007)75-78

專利文獻1：日本特開平11-233391號公報