[发明专利]氮化物半导体衬底的制造方法

说明书

一种氮化物半导体衬底(1)的制造方法，包括包括如下步骤：将在蓝宝石衬底的表面形成有由AlN的晶粒组成的AlN缓冲层的前驱体而成的半导体衬底，以与所述前驱体的间隙为0.5mm以下的方式与罩部件相对地容纳在退火炉内，以抑制由所述半导体衬底的加热引起的AlN成分的离解；以及使所述退火炉内成为惰性气体的气氛，使所述半导体衬底的温度为1600℃以上1750℃以下进行20分钟以上的退火，退火后的(10－12)面的X射线摇摆曲线的半峰全宽为1000arcsec以下。

技术领域

本发明涉及，在基板上形成有由III族氮化物半导体构成的缓冲层的氮化物半导体衬底的制造方法。

背景技术

对于紫外光发光元件，作为照明、杀菌、光刻、激光加工机、医疗设备、荧光体用光源、光谱分布分析、紫外线固化等的下一代的光源，受到广泛关注。该紫外光发光元件，由在蓝宝石等的衬底上成膜的氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝(AlN)等的III族氮化物半导体构成。

例如，对于AlN，半导体材料之中具有非常宽的带隙，能够将紫外光高效率地提取到外部，因此，期待成为高效率的发光元件衬底。但是，对于大批的AlN单晶衬底，结晶性不充分，高价，并且不能获得尺寸大的衬底，因此，作为紫外光发光元件的衬底材料，在结晶性、成本方面存在大的问题。

鉴于这样的状况，若在廉价的蓝宝石衬底上，能够制造高质量的AlN薄膜的层，则利用该半导体衬底使AlGaN进行准同质外延生长，从而能够制造紫外光发光元件以及受光元件。

但是，AlN与蓝宝石的晶格失配大，因此，在蓝宝石衬底上生长的AlN层存在许多贯穿差排。因此，对于在蓝宝石衬底上成膜的AlN层具有的问题是，难以获得平坦的表面，并且，晶体缺陷多。进而，成为发光层的AlGaN的结晶性继承AlN的结晶性，因此，制造缺陷密度低的AlN的技术是非常重要的。

对于获得降低了AlN晶体的缺陷密度的高质量的层(薄膜)的方法有，例如专利文献1、2所记载的技术。并且，虽不是AlN晶体，但是，在使衬底密接的状态下进行高温处理，从而减少衬底的表面粗糙度的技术有，专利文献3的技术。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开2013－21028号公报

专利文献2：日本特开2008－60519号公报

专利文献3：日本特开2006－339396号公报

在专利文献1所记载的制造方法中，氧气从蓝宝石衬底的c面局部脱离，在蓝宝石衬底，形成Al原子暴露的表面和氧原子没有脱离的表面。然后，在氢气、氮气、或它们的混合气体的气氛中，在蓝宝石衬底上形成AlN层。此时，在蓝宝石衬底，Al原子暴露的表面与导入气体急剧反应而氮化后具有N极性，氧气没有脱离的表面具有Al极性。进而，对蓝宝石衬底上形成的AlN层进行退火(热处理)，从而成分从N极性面的区域升华并脱出。因此，在蓝宝石衬底，仅使N极性面的区域升华。据此，在蓝宝石衬底上的AlN层形成凹处，成为粗燥的表面。因此，难以提供形成有表面平坦且高质量的AlN层的衬底。

并且，专利文献2所记载的制造方法是，在添加了含氧元素气体的含氮元素气体气氛中，对AlN外延膜进行热处理，使氧原子扩散在所述外延膜中，从而减少差排的技术，但是，存在的问题是，难以进行含氧元素气体浓度、温度的控制，难以总是获得一定的结晶精度。

而且，专利文献3公开，对密接的碳化硅衬底进行热处理，从而减少衬底的表面粗糙度的技术，但是，针对碳化硅(SiC)的衬底，使SiC分子升华，在基板表面进行气相外延生长的技术为对象，而不是氮化物半导体衬底为对象的技术，因此，是与退火处理技术不同的技术。

发明内容

为了解决所述的问题，本发明的目的在于，提供表面平坦且高质量的氮化物半导体衬底的制造方法。