[发明专利]制造III族氮化物基化合物半导体的方法、晶片以及III族氮化物基化合物半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及制造具有所谓纤锌矿结构的III族氮化物基化合物半导体。更具体地，本发明涉及通过外延生长制造具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体。本发明还涉及包括具有M-晶面主表面的晶片和具有M-晶面主表面的层的III族氮化物基化合物半导体器件。在纤锌矿结构(即六方晶体结构)中，M-晶面由密勒指数(1-100)表示。当在本文中使用时，在密勒指数的分量上通常所提供的条线由恰好在所述分量之前所直接提供的符号“-”来表示。 

当在本文中使用时，“III族氮化物基化合物半导体”包括由式Al_xGa_yIn_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)所表示的半导体；该半导体可以包含预定的元素以实现例如n-型/p-型导电性；并且该半导体中的一部分III族元素被B或Tl所取代，或者一部分V族元素被P、As、Sb或Bi所取代。 

背景技术

III族氮化物基化合物半导体发光器件已经广泛使用，并且已经进行了大量尝试以改进器件的特性。通常，通过在由不同于HI族氮化物基化合物半导体的材料制成的衬底(下文中该衬底可称为“异质衬底”)例如蓝宝石衬底上外延生长III族氮化物基化合物半导体来制造III族氮化物基化合物半导体发光器件。在最普通的外延生长工艺中，生长III族氮化物基化合物半导体以使得该半导体的厚度方向为沿c-轴的方向，并且该半导体具有C-晶面主表面。 

众所周知，当在HI族氮化物基化合物半导体发光器件中，例如在c-轴方向上堆叠具有多量子阱结构的层(即堆叠的各层之间的界面平行于C-晶面)时，由于发光器件中的应变产生压电场，并且降低量子效率。在形成发光器件以外的其它器件(例如HEMT)时，也不希望由于内部应变而产生这种压电场。 

鉴于上述情况，已经进行了尝试，以发展外延生长III族氮化物基化合物半导体使得半导体的厚度方向不是沿c-轴的技术。日本专利申请公开(Kokai)No.2006-036561(由本发明的申请人所提交)公开了一种通过形成掩模来防止在不期望的生长轴方向上生长晶体的技术。 

发明内容

众所周知，当使用异质衬底来外延生长III族氮化物基化合物半导体时，对于其上生长良好结晶性的III族氮化物基化合物半导体的异质衬底的主表面存在局限。因此，从一个全新的观点出发，本发明人构思了一种用于沿着预定晶轴生长III族氮化物基化合物半导体的方法，通常在异质衬底的所述主表面上没有III族氮化物基化合物半导体沿着所述预定晶轴生长，并且已经完成了本发明。 

在本发明的第一方面，提供一种制造III族氮化物基化合物半导体的方法，包括：加工蓝宝石衬底的主表面，所述主表面围绕由R-晶面和与R-晶面垂直的A-晶面所形成的相交L_蓝宝石-AM线相对于R-晶面成30°倾斜，由此暴露出相对于主表面成30°倾斜的R-晶面表面；和通过缓冲层的调节，主要在蓝宝石衬底的暴露的R-晶面表面上外延生长目标III族氮化物基化合物半导体，使得III族氮化物基化合物半导体具有平行于蓝宝石衬底的暴露的R-晶面表面的A-晶面表面，由此形成具有平行于蓝宝石衬底主表面的M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半导体层。 

在本发明的第二方面，利用不允许在其上外延生长III族氮化物基化合物半导体的掩模材料来覆盖除暴露的R-晶面表面之外的蓝宝石衬底表面，和随后通过缓冲层的调节，在R-晶面表面上外延生长目标III族氮化物基化合物半导体。 

在本发明的第三方面，掩模材料是二氧化硅。 

在本发明的第四方面，在主要含有氮的载气气氛中外延生长目标III族氮化物基化合物半导体。 

在本发明的第五方面，目标III族氮化物基化合物半导体的生长在主 要含有氮的载气气氛中开始，并且在外延生长过程中将载气转换成主要含氢的气氛以继续外延生长。 

在本发明的第六方面，提供一种晶片，该晶片包括具有至少暴露的R-晶面部分的蓝宝石衬底和具有M-晶面主表面并且堆叠在蓝宝石衬底上的III族氮化物基化合物半导体。当在本文中使用时，蓝宝石衬底的“暴露的R-晶面部分”不对应于晶片的暴露部分，而是对应于蓝宝石衬底和III族氮化物基化合物半导体之间的界面。