[發明專利]III族氮化物半導體元件制造用基板的制造方法、III族氮化物半導體自支撐基板或III族氮化物半導體元件的制造方法、以及III族氮化物生長用基板

有效

• 申請號: 201610077452.9
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN105529248B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 鳥羽隆一;宮下雅仁;八百隆文;藤井克司
• 申請（專利權）人: 同和電子科技有限公司;同和控股(集團)有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L33/00;H01L33/22;C23C14/16;C23C14/58;C23C16/02;C23C16/30
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,李茂家

本申請是申請日為2011年9月30日、申請號為201180047494.3、發明名稱為“III族氮化物半導體元件制造用基板的制造方法、III族氮化物半導體自支撐基板或III族氮化物半導體元件的制造方法、以及III族氮化物生長用基板”的申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及III族氮化物半導體元件制造用基板的制造方法、III族氮化物半導體自支撐基板或III族氮化物半導體元件的制造方法、以及III族氮化物生長用基板。

背景技術

一般由III族氮化物半導體構成的例如III族氮化物半導體元件被廣泛用作發光元件或電子器件用元件，該III族氮化物半導體由Al、Ga等與N的化合物形成。這樣的III族氮化物半導體現在通常是在例如由藍寶石形成的晶體生長基板上采用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)法形成的。

然而，由于III族氮化物半導體與晶體生長基板(一般為藍寶石)的晶格常數差異大，因而存在下述問題：產生因該晶格常數的差引發的位錯，晶體生長基板上生長的III族氮化物半導體層的晶體品質會降低。

為了解決該問題，現有技術廣泛采用了使GaN層在例如藍寶石基板上隔著低溫多晶或無定形狀態的緩沖層生長的方法。然而，由于藍寶石基板的導熱率小，所以散熱性差，另外，由于絕緣性而無法流通電流，因此采用在氮化物半導體器件層的一面形成n電極及p電極來流通電流的構成，采用該構成難以流通大電流，不適合于制作高輸出功率的發光二極管(LED)。

為此，非專利文獻1和專利文獻1提出了如下激光剝離法等方法，在導電性且導熱率大的另外的支撐基板上貼附生長層，從藍寶石基板的背面對GaN層照射具有大于GaN的能隙的量子能量的激光，使GaN熱分解成Ga和N，從而將藍寶石基板與III族氮化物半導體層剝離。然而仍存在下述課題：這些方式的激光剝離裝置的成本高；還容易給形成在將被剝離的GaN層上的器件層引入熱損傷；等。

另外，作為其它的現有技術，專利文獻2～5公開了使GaN層在藍寶石基板上隔著金屬氮化物層生長的技術。與上述緩沖層技術相比較，采用該方法可以減少GaN層的位錯密度，能夠生長高品質的GaN層。這是由于金屬氮化物層的CrN膜與GaN層的晶格常數及熱膨脹系數的差較小。另外，該CrN膜可以用化學蝕刻液選擇性地蝕刻，對于采用化學剝離法使生長用基板與III族氮化物半導體器件層分離的工藝有用。

這些專利文獻中公開了如下技術，作為氮化鉻層的優選條件，在HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy：氫化物氣相外延法)裝置內，在含氨氣的氣氛下、1000℃以上的溫度下對已成膜在生長用(0001)藍寶石基板上的金屬鉻層實施氮化處理，從而在基板面上部分地形成如圖1(a)所示的三棱錐形狀的氮化鉻微晶。氮化鉻的晶體結構為巖鹽型(立方晶系)，三棱錐的底面為(111)面，底邊平行于藍寶石基板(0001)面內的〔10-10〕、〔01-10〕、〔-1100〕方向，如圖1(b)的X射線衍射2θ-ω掃描結果所顯示地，自底面的重心朝向三棱錐的頂點的方位為〔111〕。

現有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1:W.S.Wong等、Appl.Phys.Lett.72(1998)599.

專利文獻

專利文獻1:日本特表2001-501778號公報

專利文獻2:國際公開第2006/126330號公報

專利文獻3:日本特開2008-91728號公報

專利文獻4:日本特開2008-91729號公報

專利文獻5:WO2007/023911公報

發明內容

發明要解決的問題

如此，鉻層的氮化處理通常在HVPE裝置內進行。其理由可列舉如下：HVPE裝置內的氮化處理為熱壁型，由于氨氣在與作為III族原料的GaCl等III族氯化物氣體混合前被加熱，因此使得氨氣的分解效率好等。然而存在如下問題：對于形成氮化物半導體元件，薄膜生長是不可或缺的，采用HVPE生長爐難以形成氮化物半導體層的薄膜；另外，在HVPE爐中形成CrN層后，需要轉移到MOCVD爐中，而由于此時CrN層表面的氧化等，使得難以在CrN層上外延生長具有良好結晶性的III族氮化物半導體層。