[发明专利]氮化物半导体衬底、其制造方法及氮化物半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物半导体衬底、其制造方法及氮化物半导体装置。更详细而言，特别涉及IIIA族氮化物半导体的单晶衬底、其制造方法及使用了这些的氮化物半导体装置。

背景技术

氮化物半导体，例如氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)等IIIA族氮化物半导体作为用于蓝色发光二极管(LED)、激光二极管(LD)的材料，正受到广泛的关注。而且，对于IIIA族氮化物半导体而言，发挥其耐热性、耐环境性优良的特征，也开始了其用于电子装置的元件的应用开发。

为了实现这些装置的高性能化，降低装置的外延层(由外延生长在衬底上形成的半导体层)中的晶体缺陷(主要是位错)是重要的。在制作氮化物半导体装置时，作为上述的衬底，虽然从最初就可以使用蓝宝石等的异种衬底，但与外延层的晶格常数的差异大，产生高位错密度。为了回避这一问题，为了得到高品质的外延晶体(由外延生长在衬底上形成的半导体晶体)，作为衬底，使用与外延层的晶格匹配度高的、氮化物半导体高品质单晶衬底是有效的。

作为这样的氮化物半导体的GaN，由于只在超高压下才能得到熔融态，因此不容易培养其单晶，尝试了超高温高压法、助熔剂法(flux method)、HVPE法等各种方法来培养。其中，由卤化气相外延法(HVPE法)制作GaN衬底是其中开发最深入的方法。具体而言，通过HVPE法形成的GaN自支撑衬底(该衬底具有的强度不仅能保持自己的形状，还能在操作中不发生问题)已市售，主要应用于光盘用LD。今后，不仅用于这样的LD的用途，还期待用于高亮度的LED。

虽然如上所述，由HVPE法制作的GaN衬底实现了实用化，但是其特性仍有很大的改进空间。一则存在表面品质的问题。一般地，即使半导体的单晶衬底的表面(生长面)经过抛光，此时使表面不残存有抛光损伤是很重要的。作为在表面极力不残存抛光损伤的加工方法，已知有化学机械抛光(CMP)，并广泛应用。但是以GaN为首的氮化物半导体晶体的CMP并不容易。这是因为氮化物半导体除了在机械方面硬以外，还脆，并且化学上非常稳定。即使这样，开发了例如如专利文献1所公开的CMP方法，暂且可以得到达到实用程度的表面品质。另外，如专利文献2所公开的，在机械抛光之后通过干法刻蚀除去损伤层也是有效的。但是，基于异质外延技术制作的GaN晶体与硅(Si)、砷化镓(GaAs)等半导体晶体相比，仍存在很多晶体缺陷，即使使用上述的CMP技术，也不能消除其表面上的高密度晶体缺陷的存在，目前仍是阻碍各种装置性能提高的要因。另外，将在后文中讨论专利文献3和非专利文献1、2。

专利文献1：日本特开2004-311575号公报

专利文献2：日本特开2001-322899号公报

专利文献3：日本特开2007-5526号公报

非专利文献1：Appl.Phys.Lett.84(2004)3537

非专利文献2：J.Appl.Phys.50(1979)6927

发明内容

发明要解决的问题

鉴于上述问题，完成了本发明，本发明的目的在于通过研究具有与内部区域相比特别优秀品质的最外表面(表层区域)的氮化物半导体衬底以及表面加工方法，提供释放最外表面的应变、可在最外表面设置高品质层的氮化物半导体衬底的制造方法，以及使用这些的氮化物半导体装置。

解决问题的方案

为了实现上述目的，根据本发明提供如下的氮化物半导体衬底、其制造方法以及氮化物半导体装置。

1.一种氮化物半导体衬底，具有由作为生长面的表面和其反对侧的背面构成的两个主面，利用从相对于所述表面倾斜的特定非对称面的衍射，通过X射线摆动曲线(rocking curve)测定得到距所述表面规定深度的区域的对应的半值宽度，由此所得的距所述表面的深度为0～250nm的表层区域的半值宽度比距所述表面的深度超过5μm的内部区域的半值宽度窄。

2.根据上述1所记载的氮化物半导体衬底，为GaN自支撑衬底、AlN自支撑衬底或Al_xGa_1-xN自支撑衬底，其中0＜x＜1。

3.根据上述2所记载的氮化物半导体衬底，在所述表面区域所测得的半值宽度是在所述内部区域所测得的半值宽度的90％以下。

4.根据上述3所记载的氮化物半导体衬底，其中，所述非对称面是满足如下条件的面：当布拉格衍射角为θ时，顶角为180-2θ度、以所述非对称面的法线为中心轴、顶点在试样表面上的假想的圆锥面的一部分与所述试样表面相交叉。