[发明专利]第III族氮化物外延层压基板

说明书

技术领域

本发明涉及第III族氮化物外延层压基板，特别涉及具有良好结晶品质与较少基板翘曲的第III族氮化物外延层压基板。

背景技术

近来，通常，由Al、Ga、In等和N的化合物制成的第III族氮化物半导体广泛地用于发光元件和电子器件用元件等。此类器件的特性极大地依赖于第III族氮化物半导体的结晶性；因此，需要生长高度结晶的第III族氮化物半导体的技术。

第III族氮化物半导体通常通过在蓝宝石基板上外延生长而形成。然而，蓝宝石基板由于低导热系数而具有不良的散热，这不适于制造高能量输出器件。

因此，近年来，已提出使用硅基板作为用于第III族氮化物半导体晶体生长的基板的技术。硅基板具有比上述蓝宝石基板更好的散热，以致它们适于制造高能量输出器件。此外，因为大的硅基板便宜，它们在减少生产成本方面是有利的。然而，与蓝宝石基板一样，硅基板具有与第III族氮化物半导体不同的晶格常数。因此，不期望第III族氮化物半导体直接在该硅基板上生长，以提供高度结晶的第III族氮化物半导体。

此外，第III族氮化物半导体与硅相比具有显著高的热膨胀系数。因此，在该第III族氮化物半导体直接在硅基板上生长的情况下，在从晶体生长过程的高温冷却至室温的过程中在第III族氮化物半导体中出现大的拉伸应变。这导致在硅基板侧为凸起侧的情况下第III族氮化物外延层压基板的翘曲和其中生成高密度裂纹的问题。

相应地，JP 2007-67077A(专利文献1)公开了一种通过在硅基板和第III族氮化物半导体之间设置AlN-类超晶格缓冲层来生产高结晶性和防止裂纹生成的第III族氮化物半导体的技术。

这里，JP 2007-67077A(专利文献1)是指通过使氮化物半导体层的表面以原子水平来平滑而改进结晶性和防止裂纹生成。然而，没有提及基板翘曲。

另一方面，关于该缓冲层的厚度，其上要形成的第III族氮化物半导体的结晶性可随着厚度越大而改进，而由于第III族氮化物半导体和硅之间的热膨胀系数差异，基板翘曲趋于增加。换言之，当缓冲层厚时，很可能提高结晶性，与之相反，在该情况下，会出现更多的基板翘曲。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]JP2007-67077A

发明内容

发明要解决的问题

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供第III族氮化物外延层压基板，其能够改进第III族氮化物半导体的结晶性而不增加基板翘曲，换言之，所述第III族氮化物外延层压基板能够实现结晶性的改进和基板翘曲的抑制二者。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明主要包括以下组成。

(1)一种第III族氮化物外延层压基板，其包括：基板、在所述基板上形成的缓冲层、和通过在所述缓冲层上外延生长第III族氮化物层而形成的主层压体。所述缓冲层包括与所述基板接触的初始生长层、在所述初始生长层上形成的第一超晶格层压体，和在所述第一超晶格层压体上形成的第二超晶格层压体。所述第一超晶格层压体包括5-20组由AlN材料制成的第一AlN层和由GaN材料制成的第二GaN层，所述第一AlN层和所述第二GaN层交替堆叠，并且每一组所述第一AlN层和所述第二GaN层具有小于44nm的厚度。所述第二超晶格层压体包括多组由AlN材料或AlGaN材料制成的第一层和具有与所述第一层不同带隙的由AlGaN材料制成的第二层，所述第一层和所述第二层交替堆叠。

(2)根据上述(1)所述的第III族氮化物外延层压基板，其中在所述第一超晶格层压体中每一组所述第一AlN层和所述第二GaN层具有24nm以下的厚度，并且各所述第一AlN层具有4nm以下的厚度。

(3)根据上述(2)所述的第III族氮化物外延层压基板，其中在所述第一超晶格层压体中每一组所述第一AlN层和所述第二GaN层具有小于10.5nm的厚度，并且各所述第一AlN层具有小于4nm的厚度。

(4)根据上述(1)-(3)任一项所述的第III族氮化物外延层压基板，其中在所述第二超晶格层压体中的所述第一层由AlN材料制成，所述第二层由Al_xGa_yN(0<x<1,0<y<1,x+y=1)材料制成。