[发明专利]GaN单晶衬底及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用氮化镓(GaN)等氮化物系化合物半导体的发光二极管、半导体激光器等发光器件或场效应晶体管等电子器件用的衬底及其制造方法。

背景技术

目前，在采用了氮化物系化合物半导体的发光器件等中，使用了稳定的蓝宝石衬底。

不过，在蓝宝石中，由于没有解理面，将蓝宝石衬底用于半导体激光器时，常有这样的问题：不能制造解理而成的反射面。

另外，在将蓝宝石作为发光器件等的衬底料材采用时，也常发生这样的问题：由于蓝宝石衬底和在该蓝宝石衬底上生长的外延层之间的晶格不匹配和热膨胀系数不同，在外延层中产生错位等晶体缺陷。

作为为解除以这样的蓝宝石为发光器件等的衬底时的问题而开发的技术，特开平8-116090号公报上，刊载有半导体发光器件的制法。该半导体发光器件的制法如下：将氮化镓系化合物半导体层生长在砷化镓(GaAs)衬底等半导体单晶衬底上之后，再除去半导体单晶衬底(GaAs衬底)，以剩下的氮化镓系化合物半导体层为新衬底，使作为工作层的氮化镓系化合物半导体单晶层在其上外延生长，制造半导体发光器件。

根据该特开平8-116090号公报的技术，氮化镓系化合物半导体层和在其上生成的氮化镓系化合物半导体单晶层(外延层)的晶格常数与热膨胀系数非常接近，因此，在半导体单晶层(外延层)处，难于发生由于错位等引起的晶格缺陷。另外，衬底和在其上生长的工作层，由同样的氮化镓系化合物半导体构成，因此，相同的晶体聚集在一起，能够容易地解理。因此，能简单地制作半导体激光器等的反射镜。

发明的概述

但是，用上述特开平8-116090号公报上刊载的制法制造的GaN衬底，由于晶格不匹配等，晶体品质极低，由于晶体缺陷引起的内部应力，衬底发生很大弯曲，故没有达到实用化的效果。并且随着技术进步，要求进一步提高采用氮化镓系化合物半导体的光半导体器件的特性，本发明者们产生了制作更高质量的GaN单晶衬底的需要。为此，必须进一步降低发生在GaN单晶衬底外延层的错位等晶体缺陷。通过降低晶体缺陷，能够得到具有晶体质量高、内部应力低、几乎没有弯曲的GaN单晶衬底。

本发明是鉴于上述情况而完成的，目的是提供错位等晶体缺陷被降低的GaN单晶衬底及其制造方法。

本发明的GaN单晶衬底的制造方法，其特征在于，包括：屏蔽层形成工序，在GaAs衬底上形成具有相互隔离配置的多个开口窗的屏蔽层；和外延层生长工序，在所述屏蔽层上生长由GaN构成的外延层。

根据本发明的GaN单晶衬底的制造方法，在屏蔽层的各个开口窗内形成GaN核，该GaN核依次向屏蔽层上的横向，即：向没有形成屏蔽层的开口窗的屏蔽部上方，毫无障碍地自由地横向生长。并且，由于GaN核横向生长时GaN核内的缺陷不扩大，所以能够形成晶体缺陷大幅度降低的GaN单晶衬底。

另外，在本发明的GaN单晶衬底的制造方法中，理想的是还包括：在所述的屏蔽层形成工序之前，在所述GaAs衬底上形成过渡层的过渡层形成工序；和在所述过渡层上，形成由GaN构成的下层外延层的下层外延层生长工序。

这时，由GaN构成的下层外延层位于屏蔽层的开口窗之下，在该下层外延层之上，形成由GaN构成的上述外延层，因此，该外延层的晶体缺陷被进一步降低。即：错位等晶体缺陷，离过渡层越近，其密度越高，所以，如果预先使下层外延层这样生长，设置距离过渡层的距离而形成屏蔽层，较之没有生长下层外延层的情况，能够实现晶体缺陷的降低。

另外，在本发明的GaN单晶衬底的制造方法中，更为理想的是，还包括：在所述外延层生长工序之前，在所述屏蔽层的所述开口窗内的所述GaAs衬底上形成过渡层的过渡层形成工序。

这时，只让GaN外延层生长一次，就可以形成晶体缺陷大幅度降低的GaN单晶衬底，能谋求成本降低。另外，在GaAs衬底上生长GaN外延层时，在接近非晶层的GaN低温过渡层或AIN过渡层生长之后，再以高温生长GaN，这样，即使晶格严重不匹配，也可得到外延生长。低温过渡层形成时，在由SiO₂、Si₃N₄构成的屏蔽层的屏蔽部上面，低温过渡层不生成，而只在开口窗内形成。

另外，在本发明的GaN单晶衬底的制造方法中，更为理想的是，还包括：GaAs衬底除去工序，所述外延层在厚度为5～300μm范围内生长，在所述外延层生长工序之后，除去所述GaAs衬底；和在所述外延层上，使GaN构成的第二外延层积层生长的工序。