[发明专利]Ⅲ族氮化物晶体的制造方法、Ⅲ族氮化物晶体衬底及Ⅲ族氮化物半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及低位错密度的III族氮化物晶体的制造方法、通过该制 造方法得到的III族氮化物晶体衬底和包含III族氮化物晶体衬底的III 族氮化物半导体器件。

背景技术

III族氮化物晶体应用在发光器件——比如发光二极管(LED)和 激光二极管(LD)、电子器件——比如整流器、双极晶体管、场效应 晶体管和高电子迁移率晶体管(HEMT)、半导体传感器——比如温度 传感器、压力传感器、辐射传感器和可见盲紫外探测器、表面弹性波 器件(SAW器件)、加速度传感器、微机电系统部件(MEMS部件)、 压电振动子、共振器和压电致动器中。为了改进各种器件的性能特性， 在应用到这些部件中之后，寻求位错密度低的III族氮化物晶体。

制造III族氮化物晶体以使其具有低位错密度的推荐方法包括以 下方法。日本专利申请特开2003-183100号公布(下文中称作“专利文 献1”)公开了一种晶面生长方法，在该晶面生长方法中，被构图成规 则的带的掩模被设置在下衬底上，并在形成多晶面的、直线状V凹槽 并保持该凹槽的同时在该掩模的顶上气相沉积GaN晶体，并由此GaN 晶体内的位错被聚集在V凹槽的正下方(位错集中的区域被称作“晶 体缺陷聚集区域”)，从而降低了周围的位错密度。

采用专利文献1的前述的晶面生长方法，除晶体缺陷聚集区域以 外的区域的位错密度可以被降低到1×10⁵cm^-2的水平，而晶体缺陷聚集 区域的位错密度将是高的。此外，在这样的缺陷聚集区域中，沿着 <0001>方向的极性通常相对于除聚集缺陷的区域以为的晶体区域反 转。将III族氮化物半导体层外延生长到通过晶面生长而得到的GaN晶 体衬底上的随后的挑战意指低的半导体器件良率。

同时，日本专利申请特开平H10-312971号公布(下文中的“专利 文献2”)公开了一种外延横向过生长(ELO)法，在该ELO法中， 将GaN薄膜形成到例如蓝宝石上来制备下衬底，从该下衬底的顶上形 成例如具有孔的SiO₂的掩模，通过孔在掩模上横向外延生长GaN晶体。

专利文献2的前述的ELO法使晶体横向生长而不出现应力和裂缝 的可能，由此通过与直接在下衬底上生长GaN晶体的情况相比降低了 位错密度；而新的位错出现在横向生长晶体接合处，这就使得位错密 度难以降低到1×10⁷cm^-2以下。由于这个原因，使这样的GaN衬底实 际作为LD的衬底存在困难。

在另一方案中，美国特许第5,868,837号说明书(下文中的“专利 文献3”)公开了一种钠助熔剂法，在该方法中，在大约600℃至800 ℃的温度下、在处于大约5MPa的压力下的氮气气氛中，将氮气提供到 Ga-Na熔融体以生长GaN晶体。

专利文献3的前述钠助熔剂法使得可以在比较适于液相法的温度 和压力条件下生长低位错密度、低缺陷的GaN晶体，然而晶体生长速 率慢，这就使得难以得到体GaN晶体。

在又一方法中，日本专利特开2004-221480号公布(下文中的“专 利文献4”)公开了：将不同极性A、B域共存的起始衬底形成为骨架 衬底，其中，通过蚀刻已经去除了极性域中的任一个的一部分或全部， 并通过在骨架衬底上生长与衬底相同的材料的晶体、将具有另一极性 的晶体填充在给定的去除部分中从而得到整个表面具有另一极性的晶 体。然而，对于专利文献4的方法而言，因为一个极性的域是其中相 对于另一极性的域而反转<0001>方向的极性的域，所以当利用气相法 通过晶体生长填充这些域时，发生其中这些域的极性(一个极性)得 以继承的生长。因此，就将用具有另一极性的晶体来覆盖整个晶体表 面来说，衬底中的一个极性的域的全部或一部分必须被蚀刻深去除， 这使得制造方法复杂化。

专利文献1：日本专利特开2003-183100号公布

专利文献2：日本专利特开平H10-312971号公布

专利文献3：美国特许第5868837号说明书

专利文献4：日本专利特开2004-221480号公布

发明内容

本发明解决的问题