[發明專利]制造第III族氮化物半導體晶體的方法及制造GaN襯底的方法

有效

• 申請號: 201410250941.0
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN104233457B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 久米川尚平;藥師康英;永井誠二;守山實希
• 申請（專利權）人: 豐田合成株式會社
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 顧晉偉,彭鯤鵬

技術領域

本發明涉及用于制造第III族氮化物半導體晶體的方法以及用于制造GaN襯底的方法。更具體地，本發明涉及采用助熔劑法的用于制造第III族氮化物半導體晶體的方法以及用于制造GaN襯底的方法。

背景技術

用于制造半導體晶體的各種方法是已知的，并且其實例包括氣相生長法(例如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)和氫化物氣相外延(HVPE))、分子束外延(MBE)和液相外延(LPE)。LPE中的一種技術為采用Na助溶劑的助熔劑法。

在助熔劑法中，金屬Na(鈉)和金屬Ga(鎵)的熔融混合物在用于生長GaN晶體的壓力下與氮反應。由于GaN晶體可以在相對低的溫度(最高至1000℃)和低的壓力(最高至10MPa)下生長，所以期望該方法制造便宜且高質量的GaN襯底。

在通過助熔劑法在用作籽晶的下層(GaN或AlN)上生長GaN晶體的情況下，GaN晶體的晶體性質繼承自下層的晶體性質。就是說，待生長的半導體晶體的位錯密度繼承自下層的位錯密度。因此，生長的半導體晶體的位錯密度為與下層的位錯密度的相同量級的約5×10⁶/cm²至1×10⁷/cm²。

對于生長的半導體晶體，優選較小的位錯密度是。例如，優選1×10⁵/cm²或更小的位錯密度。因而，為了制造具有較小位錯密度的GaN晶體，必須在生長GaN晶體期間大幅減小位錯密度。日本公開特許公報(特開)第2005-12171號公開了這樣方法的實例：在籽晶上形成掩模層并且在掩模上橫向生長GaN。

然而，在日本公開特許公報(特開)第2005-12171號中所公開的方法中，雖然可以減小在掩模層上擴展的位錯，但是來自掩模層的應力施加到半導體晶體，引起兩個問題：(1)在生長晶體的接合界面處出現新的位錯；以及(2)出現裂紋。

當在更大直徑晶圓上生長半導體晶體時，更優選地，半導體晶體可以容易分離于生長襯底。這是因為在具有低位錯密度的GaN晶體形成為半導體晶體的情況下，分離的晶體適合于GaN襯底。因此，半導體晶體優選地形成為容易分離于生長襯底。

發明內容

設計本發明來解決在常規技術中遇到的前述問題。因此，本發明的一個目標在于提供一種用于制造第III族氮化物半導體晶體的方法和一種用于制造GaN襯底的方法，其中可以確定地減小生長襯底上位錯的擴展和裂紋的出現，并且第III族氮化物半導體晶體可以容易分離于籽晶。

在本發明的第一方面中，提供了一種用于制造第III族氮化物半導體晶體的方法，該方法包括：

掩模層形成步驟：在下層上形成掩模層以由此形成下層的未被掩模層覆蓋的露出部分和下層的被掩模層覆蓋的未露出部分；

半導體晶體形成步驟：在包含至少第III族金屬和Na的熔融混合物中在下層的露出部分上生長第III族氮化物半導體晶體，并且

其中，在半導體晶體形成步驟中，在下層的露出部分上生長第III族氮化物半導體晶體，并且在掩模層上形成包含熔融混合物的組分的非晶體部分。

在以上用于制造第III族氮化物半導體晶體的方法中，半導體晶體不是生長在覆蓋有掩模層的未露出部分上，而是生長在未覆蓋有掩模層的露出部分上。在此，“掩模層”為抑制半導體晶體生長的層。因此，僅在下層的露出部分上的位錯繼承到生長的半導體晶體。因而，位錯中的一些沒有從下層繼承，并且可以生長具有低位錯密度的半導體晶體。因為非晶體部分在生長溫度下為液體，所以非晶體部分沒有與生長的半導體晶體或下層接觸。因此，半導體晶體在幾乎沒有施加來自掩模層的應力的情況下生長，由此使在融合界面處位錯的出現盡可能少。

本發明的第二方面為第一方面的用于制造第III族氮化物半導體晶體的方法的具體實施方案，其中，在掩模層形成步驟中，作為露出部分，形成離散地設置的多個生長起始區以及連接生長起始區的連接部分。此時，連接部分處的位錯沒有繼承到生長的半導體層。即使生長起始區之間的距離大，仍可以實現均勻橫向生長，就是說，可以有效地減小位錯。

本發明的第三方面為第二方面的用于制造第III族氮化物半導體晶體的方法的具體實施方案，其中，在掩模層形成步驟中，作為露出部分，生長起始區設置在三角形的角頂處，并且連接部分設置在與三角形的邊對應的位置處，以由此形成掩模層。

本發明的第四方面為第三方面的用于制造第III族氮化物半導體晶體的方法的具體實施方案，其中在掩模層形成步驟中，連接部分形成為連接部分的縱向取向成與下層的m軸成5°或更小的角度。