[发明专利]氮化物半导体自立基板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓等的III族氮化物半导体自立基板及其制造方法。 

背景技术

近年来，III族氮化物系化合物半导体(氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)及氮化镓铝(GaAlN)等，以下也简称为氮化物半导体)，开始作为蓝色、紫外发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的材料来达成重要的任务。又，除了光元件以外，因为氮化物半导体的耐热性或耐环境性优良、或高频特性优良，利用该特长的电子元件的开发也积极地进行中。 

但是，因为氮化物半导体的整体结晶成长困难，氮化镓自立基板被限定只使用于成本不会成为问题的激光二极管用途等。目前已广泛实用化的氮化镓成长用基板是蓝宝石(Al₂O₃)基板，通常是使用在单结晶蓝宝石基板上通过有机金属气相成长方法(MOVPE法)等，使氮化镓进行外延成长的方法。 

此时，因为蓝宝石基板的晶格常数与氮化镓不同，在蓝宝石基板上直接使氮化镓进行外延成长时，无法使单结晶膜成长。因此，有提案(日本特开昭61-188983号公报)公开一种方法，是在蓝宝石基板上先暂时以低温使氮化铝(AlN)或氮化镓的缓冲层成长，通过该低温成长的缓冲层将晶格的应变缓和后，在该缓冲层上使氮化镓成长的方法。 

但是，即使使用该低温成长缓冲层的氮化镓成长，因为蓝宝石基板与氮化镓的热膨胀系数的差异，在外延成长后的基板，会有产生翘曲，甚至是裂缝或破裂的问题。 

又，外延成长后的基板翘曲，在光微影时的微细图案的曝光状态变为不均匀，会成重大问题。 

又，在今后有希望能够实用化的照明用的蓝色、紫外光发光二极管(LED)，必须以高电流密度来使发光二极管高亮度发光，从发光效率及耐用期限的观点，渴望有氮化镓发光层的位错密度低、对基板的热传导率良好的 价廉的氮化镓自立基板。 

如此，虽然期待有结晶性、生产力优良的氮化镓自立基板的成长法，但是目前尚未有能够满足的解决对策。 

为了解决如此的问题，也尝试在蓝宝石基板上较厚地成长而成为氮化镓外延成长基板后，通过蚀刻或磨削等方法除去蓝宝石基板来得到氮化镓自立基板。若能得到氮化镓自立基板，在形成发光层的外延成长时，则能够解决起因于晶格常数差异或热膨胀系数差异所导致的各种问题。 

但是，若除去蓝宝石基板，起因于蓝宝石与氮化镓的热膨胀系数差异所导致的氮化镓外延层的内部应变，局部地对外释放，结果，会有氮化镓基板的翘曲增大而致使基板破裂掉的问题。也有尝试通过氢化物气相外延法(HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法)使氮化镓在蓝宝石基板上较厚地成长，随后，照射激光脉冲而仅将氮化镓层剥离的方法的实用化(例如，日本应用物理期刊(Jpn.J.Appl.Phys.)第38卷(1999年).pt.2，No.3A，L127-219)，但是在剥离的过程中，会有基板容易产生裂缝的问题，且为了再现性良好地得到大型的氮化镓基板，会有必须进行复杂的处理的问题。 

又，也有提案公开一种方法，是将晶格常数与氮化镓较为接近的铝酸锂(LiAlO₂)或氧化锌(ZnO)的单结晶使用于基板，而使氮化镓成长的方法。使用此等基板时，虽然基板比较容易剥离，但是因为是异质外延成长而必须有缓冲层，因为基板的成长温度或熔点等的差异，要使结晶性优良的氮化镓基板实用化，尚有问题存在。 

又，有进行一种方法(日本特开2000-12900号公报、日本特开2000-22212号公报)，是在砷化镓(GaAs)基板上，先形成具有窗的氮化硅(Si₃N₄)等的掩模(mask)，并形成低温缓冲层后，通过氢化物气相外延法进行横方向的外延成长，来形成低位错密度的外延层，再使用蚀刻等除去GaAs基板来得到氮化镓自立基板的方法。但是，使用该方法时，必须有形成具有窗的氮化硅掩模的工艺、形成低温缓冲层的工艺等。又，氮化镓自立基板也会有产生大的翘曲的问题。 

又，因为氢化物气相外延法，能够以比较高速来进行氮化镓外延成长，最近也有进行一种方法(参照日本特开2000-12900号公报、日本特开2000-22212号公报等)，是利用该特征，尝试将在布雷(BOULE)也即氮化镓自立基板上，进行1厘米～10厘米左右以上的超厚膜的外延成长，然后将所形成的单结晶锭切片而得到多数片基板(切片基板)，并研磨切片基板的切割面来得到多数片的氮化镓自立基板(以下，称为布雷法)。但是使用该方法时，难以稳定地得到高结晶品质的氮化镓自立基板。