[发明专利]GaN衬底和半导体器件

说明书

本申请是申请号为200710194088.5、申请日为2007年11月30日、申请人为“住友电气工业株式会社”且发明名称为“半导体器件及其制造方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体器件，其包括发光二极管、电子器件以及半导体传感器，并且涉及到制造该半导体器件的方法；特别地，本发明涉及一种结合了降低位错密度的GaN衬底的半导体器件，及这种器件的制造方法。

背景技术

对采用半导体器件如发光二极管、电子器件以及半导体传感器改进各种GaN衬底或者III族氮化物衬底中特性的设计需要衬底的低位错密度。

已经提出怎样制造低位错密度的这种III族衬底的实例包括以下内容。X.Xu等人在Journal of Crystal Growth 246(2002)第223-229页的“Growth and Characterization of Low Defect GaN by Hydride VaporPhase Epitaxy”(以下称作“非专利文献1”)中报道了，通过增加生长晶体的厚度来降低位错密度，并且，例如，在不同于GaN的化学组合物的异种衬底上生长GaN晶体至1mm或更大的厚度来降低位错密度至1×10⁶cm^-2或更少的等级。

同时，A.Usui等人在Japanese Journal of Applied Physics第36卷(1997)第L899-L902页的“Thick GaN Epitaxial Growth with LowDislocation Density by Hydride Vapor Phase Epitaxy”(以下称作“非专利文献2”)报道了：在将GaN晶体生长到异种衬底上时，通过形成具有孔径的掩模层来产生刻面使得可以控制其中位错扩展的取向，并且由此降低了GaN晶体位错密度。

不过，尽管位错密度事实上被降低至约1×10⁶cm^-2，但是由非专利文献1或非专利文献2的生长方法生长的GaN晶体和由该晶体获得的GaN衬底被证实由位错以外的严重缺陷所困扰。用碱蚀刻GaN衬底来使其保持有凹坑，从而容易检测缺陷。特别是，当于50℃在KOH水溶液中蚀刻GaN衬底的镜面抛光(0001)Ga面几十分钟时，存在缺陷的区域被蚀刻至几个μm的深度，形成凹坑。而且，用熔融的KOH、熔融的NaOH熔料或者熔融的KOH/NaOH混合物蚀刻GaN衬底的镜面(0001)Ga面，大致以六角柱形在Ga面形成凹坑，以N面为侧壁。

]方向上具有极性的晶体，并且GaN晶体的特性在于其(0001)Ga面不容易用碱蚀刻，而其N面容易被碱蚀刻。根据这个观点，明显的是，上述的GaN晶体和GaN衬底具有极性不同的两种类型的域。该两种域被限定为主域(矩阵)和反向域，该主域是多数，为GaN晶体和GaN衬底的极性确定域，该反向域是其中[0001]方向上的极性关于矩阵反向的域。这意味着，在作为GaN衬底主面的(0001)Ga面上，显示矩阵的(0001)Ga面以及反向域的N面。因此，当蚀刻作为GaN晶体主面的(0001)Ga面时，反向域比矩阵更多地被蚀刻，以便由反向域形成近似六角柱形的凹坑。换句话说，六角柱形凹坑是在反向域中产生的凹坑。

同时，沿着GaN衬底的主面，在位错中产生的凹坑不是在50℃的KOH溶液中蚀刻GaN衬底几十分钟的结果，而是用熔化的KOH/NaOH混合物蚀刻的结果。又由于其是具有脊线的六棱锥形式，因此从位错产生的凹坑容易与在反向域中产生的凹坑区分开。应注意，除了通过上述蚀刻之外，也可以通过阴极发光(CL)或者通过在荧光显微镜下的观察，将主和反向域容易相互区分开，这是由于两个域的光度明显不同。

在其中于异种衬底上生长GaN晶体的实施方案中，一般将低温缓冲层形成于异种衬底上，正如在非专利文献1和2中的情况，但是，在插入有低温缓冲层的异种衬底上由此来生长GaN晶体的过程中，不可避免地形成反向域。这意味着通常的GaN晶体将含有反向域。

发明内容

因此，本发明的目的是，解决上述的问题，实现可用的半导体器件制造方法，从而评估反向域的存在和尺寸对于通过在典型的GaN晶体衬底上形成多个半导体层所制造的半导体器件特性的影响，致使能够以高成品率制造具有优异特性的半导体器件。