[发明专利]第III族氮化物半导体基板的制备方法

说明书

本发明的课题在于，当在Si基板上通过AlN缓冲层使第III族氮化物半导体层生长时抑制第III族原料向Si基板中的扩散。本发明的解决手段在于，第III族氮化物半导体基板的制备方法，所述制备方法具备：在Si基板(10)上使第一AlN缓冲层(21)生长的工序(S12A)、在第一AlN缓冲层(21)上在比第一AlN缓冲层(21)的生长温度高的温度下使第二AlN缓冲层(22)生长的工序(S12B)、和在第二AlN缓冲层(22)上使第III族氮化物半导体层(30)生长的工序(S13)。第一AlN缓冲层(21)的生长温度为400~600℃。

技术领域

本发明涉及第III族氮化物半导体基板的制备方法，特别是涉及在Si基板上通过AlN缓冲层使第III族氮化物半导体层生长的方法。

背景技术

GaN所代表的第III族氮化物半导体，由于与其它的半导体相比带隙大、绝缘击穿电场强度大、且饱和电子迁移率高，所以优选用作LED (Light Emitting Diode，发光二极管)或LD (Laser Diode，激光二极管)等光器件或功率半导体器件的材料。

在现在的制备技术中，由于以低成本难以制备第III族氮化物半导体的块状单晶，所以通常的方法是在蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅(Si)等的单晶基板上使第III族氮化物半导体异质外延生长。特别是最近进行了使用以低成本可制备大口径且高品质的块状单晶的Si基板来量产第III族氮化物半导体的尝试。

在于异种基板上使第III族氮化物半导体外延生长的情况下，通常由于基板材料与第III族氮化物半导体材料的晶格失配而在第III族氮化物半导体层中发生许多的位错。例如在蓝宝石基板上成膜的GaN层的表面的位错密度为5×10⁸/cm²左右，在Si基板上成膜的GaN层的表面的位错密度为1×10⁹~1×10¹⁰/cm²。如上所述的第III族氮化物半导体层中的位错，如果是LED，则导致发光效率降低，如果是功率半导体器件，则导致电流泄漏。

为了降低第III族氮化物半导体层的位错密度，进行了在基板上通过缓冲层形成第III族氮化物半导体层。例如在专利文献1中，记载了在热清洗和氮化处理之后，在950℃的低温下使AlN缓冲层生长，接着在1230℃的高温下使AlN缓冲层进一步生长之后，使第III族氮化物半导体层生长。

另外，在专利文献2中，记载了在1050℃下的基板表面的烘烤之后，在600~900℃的低温下使AlN缓冲层生长，接着在超过900℃的高温下使AlN缓冲层进一步生长之后，使第III族氮化物半导体层生长。此外，在专利文献3中，记载了为了改善在Si基板上生长的氮化物半导体膜的结晶性，使用具有从立方晶的单晶硅的{111}面向任意方向以0.1度以上且1.6度以下的范围内的偏离角(off angle)倾斜的主面的硅基板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-072409号公报；

专利文献2：日本特开2013-69983号公报；

专利文献3：日本特开2003-86837号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

为了使AlN缓冲层的结晶性良好，优选在900℃以上的高温下使AlN生长，但若在如上所述的高温下使AlN生长，则Al原料或残留在炉内的Ga或In等第III族原料扩散至Si基板中，从而有表面电阻率降低的问题。Si基板的表面电阻率的降低导致电流泄漏路径或寄生电容的增加。