[發(fā)明專利]氮化物半導(dǎo)體模板及其制造方法、以及外延片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680012474.5
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN107251196B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 根本秀圣;今野泰一郎;藤倉序章
• 申請（專利權(quán)）人: 住友化學(xué)株式會社
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;C23C16/34;C30B29/38;H01L21/20;H01L33/32
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 楊宏軍

本發(fā)明的一實(shí)施方式中，提供氮化物半導(dǎo)體模板，其具有：異質(zhì)襯底；由氮化物半導(dǎo)體形成的第一氮化物半導(dǎo)體層13，所述第一氮化物半導(dǎo)體層形成于異質(zhì)襯底11的面11a上，且面內(nèi)厚度偏差為4.0％以下；和由所述氮化物半導(dǎo)體形成的第二氮化物半導(dǎo)體層15，所述第二氮化物半導(dǎo)體層形成于異質(zhì)襯底11的面11b的包括外周在內(nèi)的環(huán)狀區(qū)域上，且厚度為1μm以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體模板(nitride semiconductor template) 及其制造方法、以及外延片(epitaxial wafer)。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)、氮化鎵鋁(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)等氮化物半導(dǎo)體作為能夠發(fā)出從紅色至紫外的光的發(fā)光元件材料而受到關(guān)注。

作為氮化物半導(dǎo)體晶體的生長方法之一，有以金屬氯化物氣體和氨氣為原料的氫化物氣相外延(HVPE：Hydride Vapor Phase Epitaxy)法。利用HVPE法時的晶體生長速度為10μm/hr以上至100 μm/hr以上，較之金屬有機(jī)化合物氣相外延(MOVPE：Metal-OrganicVapor Phase Epitaxy)法、分子束外延(MBE：Molecular Beam Epitaxy) 法的典型的晶體生長速度數(shù)μm/hr而言顯著增大。

因此，HVPE法常用于制造例如GaN自支撐襯底(例如，參見專利文獻(xiàn)1)、AlN自支撐襯底。此處所謂自支撐襯底，是指能夠保持自身的形狀、且具有不會在操作上產(chǎn)生不良情況的程度的強(qiáng)度的襯底。

另外，由氮化物半導(dǎo)體形成的發(fā)光二極管(LED)通常形成于藍(lán)寶石襯底上，在其進(jìn)行晶體生長時，在襯底的表面形成緩沖層后，在其上方依次形成厚度為10～15μm左右的包含n型包覆層(clad layer)的GaN層、InGaN/GaN多量子阱的發(fā)光層(合計(jì)為數(shù)百nm 厚)、p型包覆層(200～500nm厚)。發(fā)光層下側(cè)的GaN層之所以較厚，是為了對藍(lán)寶石襯底上的GaN的結(jié)晶性加以改善等。

在利用MOVPE法進(jìn)行晶體生長的情況下，為了形成上述LED 的結(jié)構(gòu)，典型地需要6小時左右的時間，其中的一半左右是生長出被稱為模板的位于發(fā)光層下側(cè)的GaN層所需要的時間。由此可知，如果可以將生長速度特別快的HVPE法應(yīng)用于模板部分的生長，則能夠大幅縮短生長時間，從而能夠極大地降低LED晶片的制造成本。

另一方面，制造氮化物半導(dǎo)體模板時，無論使用何種晶體生長方法，均存在產(chǎn)生翹曲的問題，所述翹曲是由于藍(lán)寶石與氮化物半導(dǎo)體層的熱膨脹系數(shù)存在較大差異而產(chǎn)生的。例如，使厚度為10～15 μm左右的GaN層在直徑為50.8mm、厚度為430μm±15μm的常規(guī)尺寸的藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行生長時，產(chǎn)生約120～180μm的翹曲；在直徑為100mm、厚度為650μm±20μm的藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行生長時，產(chǎn)生約260～400μm的翹曲；在直徑為150mm、厚度為1300μm±25 μm的藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行生長時，產(chǎn)生約160～240μm的翹曲。

為了減小該翹曲量，可考慮增厚藍(lán)寶石襯底、或減薄氮化物半導(dǎo)體層這樣的應(yīng)對處理方法，但若增厚藍(lán)寶石襯底，則成本增加，若減薄氮化物半導(dǎo)體層，則產(chǎn)生晶體品質(zhì)降低這樣的問題。

另外，作為用于減小氮化物半導(dǎo)體模板的翹曲的其他方法，已知有在襯底的背面形成應(yīng)力抵消層的方法(例如，參見專利文獻(xiàn)2)、在襯底的背面和側(cè)面形成應(yīng)力緩和層的方法(例如，參見專利文獻(xiàn) 3)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第3886341號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2003-113000號公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開2006-278999號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題