專利名稱：Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體晶體及其制造方法、Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法以及發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件中使用的III族氮化物半導(dǎo)體晶體及其制造方法、III族氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法，以及包括那些III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備背景技術(shù)III族氮化物半導(dǎo)體晶體廣泛地用于半導(dǎo)體器件如發(fā)光二極管(下面稱作LED)和激光二極管(此后稱作LD)。
通常，包括III族氮化物半導(dǎo)體晶體的III族氮化物半導(dǎo)體器件的制造需要很多工序步驟。有在開始襯底上形成厚的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序、從開始襯底除去該晶體的工序、分割那個晶體的工序、將通過分割獲得的晶體粘附到研磨機和/或拋光機的晶體夾持器的工序、加工晶體的一個主面的表面的工序(通過這些意味著研磨和/或拋光；下面相同)，同時使用越來越小的晶粒尺寸研磨劑、從晶體夾持器除去其一個主面已經(jīng)被加工的晶體的工序、將其一個主面已經(jīng)被加工的晶體粘附到晶體夾持器以便其另一主面可以被加工的工序、加工晶體的另一主面的表面，同時使用逐漸小的直徑研磨晶粒、從晶體夾持器除去兩個主面都被加工的晶體的工序、以及清洗其兩個主面都被加工的晶體并通過執(zhí)行這些工序步驟，獲得具有預(yù)定厚度的高度清潔的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的工序。然后在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上形成一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層，以及該產(chǎn)品被切割為預(yù)定尺寸的芯片，以制造具有預(yù)定尺寸的半導(dǎo)體器件(例如，參見專利文獻1)。
如果開始襯底由不同于將在其上生長的III族氮化物的材料制成，那么為了獲得大的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，需要更多的工序步驟。有在該不相似的襯底頂上生長100至200μm厚度的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序、除去部分不相似襯底的工序、再次生長100至200μm厚度的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序、除去剩下的不相似襯底的工序以及在其上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序(例如，參見專利文獻2)。
因此，如上面所說明，常規(guī)制造方法包括許多工序步驟，以及由于用于分割、研磨/拋光以及切割為芯片、III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序的特定時間密集性質(zhì)，因此是效率低的。
由此，需要更有效的制造具有預(yù)定尺寸的III族氮化物半導(dǎo)體器件。
專利文獻1日本未審查的專利申請公開號2002-261014。
專利文獻2日本未審查的專利申請公開號H11-1399。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于迄今為止的這種環(huán)境，本發(fā)明的目的是提供一種其尺寸適于半導(dǎo)體器件的III族氮化物半導(dǎo)體晶體及有效的制造方法、III族氮化物半導(dǎo)體器件及其有效的制造方法、以及包括那些III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備。
本發(fā)明的一個方面是制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，包括在開始襯底上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序，以及將該III族氮化物半導(dǎo)體晶體從開始襯底分離的工序，其特征在于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體是10μm或以上但是600或μm以下的厚度，以及0.2mm或以上但是50mm或以下的寬度。
在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的該方法中，可以使將被制造的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面的面積小于開始襯底的主面。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法中，生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序可以包括在開始襯底上形成具有至少一個窗口的掩模層的工序，以及至少在掩模層中的窗口下面的開始襯底的開口表面上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的該方法中，該窗口可以由至少兩個微孔徑構(gòu)成的組形成。亦即，生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序可以包括在開始襯底上形成具有由至少兩個微孔徑構(gòu)成的組形成的至少一個窗口的掩模層的工序，以及至少在掩模層中的窗口下面的開始襯底的開口表面上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法中，生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序可以包括在開始襯底上布置至少一種籽晶的工序，以及從該籽晶生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的該方法中，在從開始襯底分離III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序中可以使用刻蝕、激光作用或解理的任何一種方法。
通過根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的這些方法獲得的III族氮化物半導(dǎo)體晶體可以具有六角平板狀、四角平板狀或三角平板狀。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的該方法中，可以以至少10μm/hr但是不超過300μm/hr的速率生長該III族氮化物半導(dǎo)體晶體。該III族氮化物半導(dǎo)體晶體也可以具有不超過5×1019cm-3的雜質(zhì)濃度。此外，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和其(0001)面、(1100)面、(1120)面、(1101)面、(1102)面、(1121)面或(1122)的任何一個之間的偏離角為0°以上但是不超過4°。
本發(fā)明的再一方面是使用上面敘述的制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法制造的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
本發(fā)明的又一方面是制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，包括在開始襯底上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的工序，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的工序，以及從開始襯底分離由該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序，以及其特征在于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體是10μm或以上但是600μm或以下的厚度，以及是0.2mm或以上但是50mm或以下的寬度。
在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的該方法中，可以使該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面面積比開始襯底的主面更小。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的該方法中，生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的工序可以包括在開始襯底上形成具有至少一個窗口的掩模層的工序，以及至少在掩模層中的窗口下面的開始襯底的開口表面上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的工序。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的該方法中，該窗口可以由至少兩個微孔徑構(gòu)成的組形成。亦即，生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的工序可以包括在開始襯底上形成具有至少一個窗口的掩模層的工序，該窗口由至少兩個微孔徑構(gòu)成的組形成，以及至少在掩模層中的窗口下面的開始襯底的開口表面上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的工序。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的該方法中，生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的工序可以包括在開始襯底上布置至少一種籽晶的工序，以及由該籽晶生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的工序。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的該方法中，在從開始襯底分離由III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序中可以使用刻蝕、激光作用或解理的任何一種方法。
通過根據(jù)本發(fā)明的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法獲得的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層可以具有六角平板狀、四角平板狀或三角平板狀。
此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的該方法中，可以以至少10μm/hr但是不超過300μm/hr的速率生長該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底。該III族氮化物晶體襯底也可以具有不超過5×1019cm-3的雜質(zhì)濃度。對于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和其(0001)面、(1100)面、(1120)面、(1101)面、(1102)面、(1121)面或(1122)的任何一個之間的偏離角可以為0°或以上，但是不超過4°。
本發(fā)明的再一方面是使用上面敘述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法制造的III族氮化物半導(dǎo)體器件。
在根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體器件中，可以在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的背面中形成具有波峰和凹部的表面。此外，在根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的該方法中，具有在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的背面中形成的波峰和凹部的表面的表面粗糙度RP-V可以是至少0.01μm但是不超過50μm。這里，該III族半導(dǎo)體襯底的背面是在與其上形成一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的面相對的側(cè)面上的面。
在本發(fā)明的另一方面中，一種發(fā)光設(shè)備包括上面敘述的III族氮化物半導(dǎo)體器件，以及其特征在于該III族氮化物半導(dǎo)體器件包括III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，以及在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的第一主表面?zhèn)壬系膎-型III族氮化物半導(dǎo)體層，與該n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層相比更遠離該III族氮化物半導(dǎo)體襯底設(shè)置的p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層，以及位于該n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層和該p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層之間的發(fā)光層，其中III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底具有0.5Ω·cm或以下的電阻率，以及其中該p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層側(cè)被向下安裝，以及光從第二主表面照射，該第二主表面在與該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的第一主面相對的側(cè)面上。
如上所述，本發(fā)明可以提供尺寸適于半導(dǎo)體器件的III族氮化物半導(dǎo)體晶體及其有效的制造方法、III族氮化物半導(dǎo)體器件及其有效的制造方法以及包括這種III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備。


圖1A是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的一種方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底上形成具有窗口的掩模層的工序。
圖1B是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的一種方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底的開口表面上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖1C是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的一種方法的示意性截面圖，圖示了從開始襯底分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖1D是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的一種方法的示意性截面圖，圖示了從開始襯底分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖2A是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的另一方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底上形成具有窗口的掩模層的工序。
圖2B是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的另一方法的示意性截面圖，圖示了在位于掩模層的窗口下面的開始襯底的開口表面上和圍繞窗口的一些掩模層上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖2C是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的另一方法的示意性截面圖，圖示了除去掩模層的工序。
圖2D是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的另一方法的示意性截面圖，圖示了從開始襯底分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖3A是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底上形成具有窗口的掩模層的工序。
圖3B是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底的開口表面上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體和在該掩模層上生長III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體的工序。
圖3C是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了除去III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體和掩模層的工序。
圖3D是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了從開始襯底分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖4A是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了形成具有窗口的掩模層的工序，每個窗口由開始襯底上的兩個或更多微孔徑的組形成。
圖4B是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底的開口表面上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖4C是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了從開始襯底分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖4D是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，以及圖示了從開始襯底分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖5A示出了在掩模層中形成的窗口和微孔徑之間的關(guān)系，以及是在開始襯底上形成的掩模層的頂視圖。
圖5B示出了在掩模層中的形成的窗口和微孔徑之間的關(guān)系，以及是沿圖5A中的VI-B方向的截面。
圖6A是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底上布置籽晶的工序。
圖6B是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了由該籽晶生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖6C是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了從開始襯底分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖7A是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底上形成開始III族氮化物晶體和具有至少一個窗口的掩模層的工序。
圖7B是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了刻蝕位于窗口2a下面的開始III族氮化物半導(dǎo)體晶體9a的工序。
圖7C是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了除去掩模部分和布置籽晶的工序。
圖7D是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了由該籽晶生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖7E是用于說明根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體和III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法的示意性截面圖，圖示了從開始襯底分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖8A示出了根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的形狀的三維示意圖，以及示出了六角平板狀。
圖8B示出了根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的形狀的三維示意圖，以及示出了四角平板狀。
圖8C示出了根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的形狀的三維示意圖，以及示出了三角平板狀。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的另一III族氮化物半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的另一III族氮化物半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的再一III族氮化物半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光設(shè)備的示意性截面圖。
圖14A是用于說明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底上形成具有窗口的掩模層的工序。
圖14B是用于說明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的示意性截面圖，圖示了在開始襯底和掩模層上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。
圖14C是用于說明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的示意性截面圖，圖示了分割和拋光該III族氮化物半導(dǎo)體晶體，以形成III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的工序。
圖14D是用于說明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的示意性截面圖，圖示了在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上形成III族氮化物半導(dǎo)體晶體層和電極的工序。
圖14E是用于說明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的示意性截面圖，圖示了將該層疊的III族氮化物半導(dǎo)體晶體單元變?yōu)樾酒墓ば颉?br> 1開始襯底；1a開口表面；1s小開口表面；2掩模層；2a窗口；2b掩模層的窗口圍繞部分的上表面；2s微孔徑；2p掩模部分；3III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體；3a下表面；3b上表面；4籽晶；9，9a開始III族氮化物晶體；10III族氮化物半導(dǎo)體晶體；10a下表面；10b上表面；10s側(cè)表面；11III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底；12III族氮化物半導(dǎo)體晶體層；12ai-型GaN層；12bi-型AlxGa1-xN層；12cn-GaN層；12dp-型層；12en+層21n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層；21an-型GaN層；21bn-型AlxGa1-xN層；22發(fā)光層；22aIn0.2Ga0.8N層；22bAl0.2Ga0.8N層；23p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層；23ap-型AlxGa1-xN層；23bp-型GaN層；51n-側(cè)電極；52p-側(cè)電極；53源電極；54柵電極；55漏電極；56歐姆電極；57肖特基電極；60引線框；60a安裝部分；60b引線部分；61導(dǎo)線；62導(dǎo)電樹脂；63環(huán)氧樹脂；90，100，110，120III族氮化物半導(dǎo)體器件；98發(fā)射射線；130發(fā)光設(shè)備。
具體實施例方式
實施例模式1參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的一種方法，包括在開始襯底1上生長一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序，如圖1A和1B所示，以及從開始層1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序，如圖1C和1D所示，以及是制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，以制造對于半導(dǎo)體器件足夠大的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，其厚度至少10μm但是不超過600μm，以及其寬度至少0.2mm但不超過50mm。如果該III族氮化物半導(dǎo)體晶體具有環(huán)形形狀，那么該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的寬度指其直徑，如果它是多邊形形狀，那么指邊緣和相對邊緣或角度之間的距離。該制造方法允許直接和有效地獲得其尺寸適于半導(dǎo)體器件的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，而不執(zhí)行任何處理步驟，以分割、處理其表面和轉(zhuǎn)變成芯片，如常規(guī)制造方法中的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
如圖1所示，該實施例模式的制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法允許使III族半導(dǎo)體晶體的主面面積(這對應(yīng)于圖1中的下表面10或上表面10b)小于開始襯底1的主面1h的面積。因此即使當(dāng)使用大的開始襯底時，也可以直接和有效地制造約半導(dǎo)體器件尺寸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
具體地，該實施例模式的制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法具體包括，作為在開始襯底1上生長至少一種III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序，在圖1A所示的開始襯底1的頂上形成具有至少一個窗口2a的掩模層2的工序，以及在位于圖1B所示的掩模層窗口下面的開始襯底1的開口表面上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序。
在形成具有圖1A所示的窗口2a的掩模層2的工序中，關(guān)于窗口2a的尺寸沒有特定的限制，但是優(yōu)選窗口2a的孔徑寬度W至少是0.2mm但是不超過50mm，因為這允許容易地獲得其寬度至少是0.2mm但是不超過50mm的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。此外，關(guān)于窗口的分配沒有特定的限制；但是，均勻地分布它們允許容易地獲得均勻尺寸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，且因此是優(yōu)選的。關(guān)于窗口的形狀沒有特定的限制，它們可以假定環(huán)形或多邊形形狀，但是，屬于六邊形或立方晶系的III族氮化物半導(dǎo)體晶體容易地采用六角平板、四角平板或三角平板的形式，因此優(yōu)選窗口具有六邊形、矩形或三角形形狀。在環(huán)形窗口的情況下，窗口的孔徑寬度指直徑，以及在多邊形窗口的情況下，指邊緣和相對邊緣或角度之間的距離。此外，關(guān)于掩模層沒有特定的限制，只要掩模層抑制III族氮化物半導(dǎo)體晶體的生長，對于掩模層可以有利地使用SiO2、Si3N4、W、Ni以及Ti，除了別的以外。
在圖1B所示的開始襯底1的開口表面1a上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序中，生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10不局限于單個晶體層，以及它也可以是兩個或更多晶體層。例如，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10可以由III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11和已經(jīng)形成在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11頂上的一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12制成。在此情況下，形成III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序?qū)ㄔ陂_始襯底1的開口表面1a上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的工序以及在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的工序。
關(guān)于生長III族氮化物晶體的方法沒有特定的限制，可以有利地使用各種汽相生長方法，包括HVPE(氫化物汽相處延)、MOCVD(金屬有機化學(xué)氣相淀積)以及MBE(分子束外延)。這些方法當(dāng)中的HVPE具有快速生長速率，以及當(dāng)形成厚層如III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11時是特別優(yōu)選的，以及MOCVD特別適合于生長必須具有平坦表面和薄的III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。
在該實施例模式中，僅僅在開始襯底的開口表面1a上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，以及不生長在掩模層2上。當(dāng)窗口之間的間距Pw和掩模層的窗口的孔徑寬度Ww之間有小的差值時，當(dāng)Si3N4或W被用作用于掩模層的材料時，以及當(dāng)在高溫下生長晶體短生長時間時，可以容易地生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
關(guān)于用于從開始襯底1分離III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的方法沒有特定的限制，但是從幾乎不損壞III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的觀點，優(yōu)選方法包括使用激光或解理將兩者機械地分離，或通過刻蝕將兩者化學(xué)地分離。
根據(jù)圖1C描述使用激光將兩者機械地分離的方法的一個例子，以及利用該方法，III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面(開始襯底側(cè)表面)10a與印刷(printer)襯底1接觸，以及通過激光解理開始襯底的開口表面1a，以將開始襯底1與III族氮化物半導(dǎo)體晶體10分離。
當(dāng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的帶隙能量小于開始襯底1的帶隙能量，可以有利地采用該基于激光的分離方法。在此情況下，從開始襯底1側(cè)面照射激光，允許III族氮化物半導(dǎo)體晶體10和開始襯底1被分離，而不損壞開始襯底，且因此可以再使用開始襯底。
在III族氮化物半導(dǎo)體晶體和開始襯底的帶隙能量相等或它們之間幾乎沒有差異的情況下，一種可能性是預(yù)先形成分離層，該分離層與掩模層形成之后的開始襯底和III族氮化物半導(dǎo)體晶體之間的III族氮化物半導(dǎo)體晶體和開始襯底的帶隙能量相比具有較小的帶隙能量，然后從開始襯底側(cè)面照射激光，以解理該分離層，以及通過做這些工作，III族氮化物晶體和開始襯底可以被分離，而不被損壞。
在通過解理機械地分離兩者的方法中，在特定的密勒指數(shù)面(如(0001)面或(1100)面；下面密勒指數(shù)面指具有那些密勒指數(shù)的表面)下容易斷裂的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的被利用，以將該III族氮化物半導(dǎo)體晶體與開始襯底1分離。例如，在其主面是(1100)面的開始襯底頂上生長其主面是(1100)面的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，然后解理開始襯底和該III族氮化物半導(dǎo)體晶體之間的界面，允許III族氮化物晶體和開始襯底被分離，而不導(dǎo)致?lián)p壞其中任何一個。
在機械地分離兩者的另一方法中，在開始襯底1和生長在開始襯底1上的III族氮化物半導(dǎo)體晶體之間插入機械易碎層。具體地，首先在開始襯底1上形成III族氮化物半導(dǎo)體晶體，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體是幾μm至幾十μm的厚度并用碳(C)摻雜(機械易碎層)，然后生長希望的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。亦即，C-摻雜的III族氮化物半導(dǎo)體晶體比非C-摻雜的晶體更易碎，因此通過施加弱的力可以從開始襯底1分離。碳不是用于獲得易碎層的唯一摻雜劑，以及它僅僅是使晶體易碎的摻雜劑所需的。
圖1D詳述通過刻蝕將兩者化學(xué)地分離的方法的一個例子，這里蝕刻劑用來刻蝕掩模層2和與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的下表面10a，因此從開始襯底1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10。這里，腐蝕酸如氫氟酸被用作用于刻蝕例如由Si3N4或SiO3制成的掩模層2的蝕刻劑，例如，由硝酸、氫氟酸和硫酸銅制成的混合酸被用作用于刻蝕掩模層2的蝕刻劑，該掩模層2由W、Ni或Ti制成，以及強堿如KOH被用作用于刻蝕與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a的蝕刻劑。
這里，III族氮化物半導(dǎo)體晶體具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，其中在晶體的<0001>方向中，以交替的行布置由元素氮構(gòu)成的原子層和由III族元素構(gòu)成的原子層，以及在垂直于晶體的<0001>方向的表面中，包括由元素氮構(gòu)成的原子表面和由III族元素構(gòu)成的原子表面。當(dāng)在開始襯底上的<0001>方向上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體時，通常按照由元素氮構(gòu)成的原子層、由III族元素構(gòu)成的原子層、由元素氮構(gòu)成的原子層、由III族元素構(gòu)成的原子層等等的順序，在晶體的生長方向上從開始襯底生長晶體，因此如圖1D所示，與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a是由元素氮構(gòu)成的原子表面，以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的上表面10b是由III族元素構(gòu)成的原子表面。該III族氮化物半導(dǎo)體晶體是化學(xué)穩(wěn)定的，且不容易從上表面10b刻蝕，上該表面10b是由III族元素構(gòu)成的原子表面，但是可以使用強堿如KOH，從下表面10a容易地執(zhí)行刻蝕，下表面10a是由元素氮構(gòu)成的原子表面。
盡管在附圖中未圖示，但是通過刻蝕用于化學(xué)地分離開始襯底1和III族氮化物半導(dǎo)體晶體的另一可能的方法是通過刻蝕除去開始襯底1。腐蝕酸如氫氟酸可以被用作蝕刻劑，以便刻蝕例如由Si構(gòu)成的開始襯底。
該實施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體生長的速率優(yōu)選是至少10μm，但是不超過300μm。小于10μm的III族氮化物半導(dǎo)體晶體生長速率將降低制造效率，但是如果它超過300μm，諸如孔的缺陷很可能被引入該III族氮化物半導(dǎo)體晶體，并使之更易于解理。
該實施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體中的雜質(zhì)濃度不超過5×1019cm-3。III族氮化物半導(dǎo)體晶體中的雜質(zhì)濃度超過5×1019cm-3導(dǎo)致在III族氮化物半導(dǎo)體晶體中容易發(fā)生缺陷，以及使之更易于解理。
該實施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和其(0001)面、(1100)面、(1120)面、(1101)面、(1102)面、(1121)面或(1122)面的任意一個之間形成的偏離角優(yōu)選是0°或以上，但是不超過4°。0°的偏離角意味著該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面平行于其(0001)面、(1100)面、(1120)面、(1101)面、(1102)面、(1121)面或(1122)面之一。大于4°的偏離角將增加在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體中發(fā)生缺陷的可能性，以及使晶體更易于解理。
當(dāng)該開始襯底具有六方晶系時，通常它容易生長其主面是與開始襯底主面的密勒指數(shù)面相同的密勒指數(shù)面的III族氮化物晶體。當(dāng)該開始襯底不是六方晶系，III族氮化物晶體容易在反映開始襯底表面中的原子布置的面上生長，以及例如(0001)面容易在Si(111)面上生長。此外，開始襯底的主面和特定的密勒指數(shù)面之間的偏離角和III族氮化物晶體的主面和其密勒指數(shù)面之間的偏離角基本上互相匹配。
實施例模式2根據(jù)圖2描述用于根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的分離方法，以及在開始襯底1上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序，包括在圖2A所示的開始襯底1上形成具有至少一個窗口2a的掩模層2的工序，以及在位于圖2B所示的掩模層2的窗口2a下面的開始襯底的開口表面1a上和在圍繞窗口2a的掩模層的一些上表面2b頂上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序。
而在實施例模式1中，III族氮化物半導(dǎo)體晶體僅僅生長在位于掩模層中的窗口下面的開始襯底1的開口表面1a上，在該實施例模式中，III族氮化物半導(dǎo)體晶體10不僅生長在位于掩模層2的窗口2a下面的開始襯底1的開口表面1a上，而且生長在圍繞窗口2a的掩模層2的一些上表面頂上，以及在這方面，實施例模式的兩種模式互相不同。當(dāng)窗口之間的間距Pw和掩模層中的窗口寬度Ww中有大的差異時，以及當(dāng)在高溫下在低原料氣體壓力和短生長時間下生長晶體時，可以容易地生長這種III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
在該實施例模式中，優(yōu)選通過圖2C和2D所示的方法從開始襯底1分離III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，圖2C和2D圖示了通過刻蝕化學(xué)分離的方法。亦即，如圖2C所示，諸如氫氟酸的腐蝕酸用來刻蝕該掩模層2，該掩模層2由SiO2、Si3N4等制成，然后，如圖2D所示，諸如KOH的強堿用來刻蝕與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的下表面10a，由此從開始襯底1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10。在該實施例模式中，掩模層2采用其中在其開始襯底側(cè)它被嵌入III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的部分表面的形式，且因此通過刻蝕除去掩模層2，使之便于刻蝕由元素氮構(gòu)成的原子表面，該原子表面是III族氮化物半導(dǎo)體晶體的下表面10a。
根據(jù)該實施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和密勒指數(shù)面之間的偏離角與實施例模式1中的相同。
實施例模式3根據(jù)圖3描述用于根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的另一方法，以及在開始襯底1上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序，包括在圖3A所示的開始襯底1上形成具有至少一個窗口3A的掩模層2的工序，以及在位于圖3B所示的掩模層2的窗口2a下面的開始襯底的開口表面1a上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，以及在掩模層2上生長其極性已被反相的III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體的工序。當(dāng)窗口之間的間距Pw和掩模層中的窗口的寬度Ww中有大的差異，以及Ni或Ti被用作掩模層的材料時，可以容易地生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10和III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體3，以及當(dāng)在低溫下生長該晶體和原料氣體壓力高時，容易地生長該晶體。
這里，極性的反相意味著III族氮化物半導(dǎo)體晶體的構(gòu)成(hklu)面和(-h-k-l-u)面的原子表面被反相(這里，1＝-h-k)，該兩個面在<hklu>軸周圍垂直相對。如上所述，當(dāng)在開始襯底上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體時，通常在晶體的生長方向上按照由元素氮構(gòu)成的原子層、由III族元素構(gòu)成的原子層、由元素氮構(gòu)成的原子層、由III族元素構(gòu)成的原子層等的順序從開始襯底生長晶體，且因此如圖3B所示，與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a是由元素氮構(gòu)成的原子表面，以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的上表面10b是由III族元素構(gòu)成的原子表面。
相反，當(dāng)在由SiO2、Ni或Ti制成的掩模層上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體時，在晶體的生長方向上，按照由III族元素構(gòu)成的原子層、由元素氮構(gòu)成的原子層、由III族元素構(gòu)成的原子層、由元素氮構(gòu)成的原子層等的順序，從掩模層生長晶體，且因此如圖3B所示，與開始掩模層2接觸的III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體10的下表面3a是由III族元素構(gòu)成的原子表面，以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的上表面10b是由元素氮構(gòu)成的原子表面。如上所述，從由III族元素構(gòu)成的原子表面刻蝕該III族氮化物半導(dǎo)體晶體是困難的，但是使用強堿如KOH，可以容易地從由元素氮構(gòu)成的原子表面刻蝕。
因此，在該實施例模式中，通過從由元素氮構(gòu)成的原子表面刻蝕已經(jīng)在掩模層2上生長的III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體3，從開始襯底1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，亦即，使用強堿如KOH刻蝕上表面3b，然后使用腐蝕酸如氫氟酸或包括硝酸、氫氟酸和硫酸銅的混合酸刻蝕由SiO2、Ni或Ti制成的掩模層2，如圖3C所示。然后，如圖3D所示，強堿如KOH用來刻蝕與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a，以及通過做這些工作，可以從開始襯底1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10。
應(yīng)當(dāng)注意，如果該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的下表面具有大的面積并且不能被容易地刻蝕，那么盡管未示出，可以使用例如激光解理III族氮化物半導(dǎo)體晶體和開始襯底之間的界面，以從開始襯底分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
根據(jù)該實施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和密勒指數(shù)面之間的偏離角與實施例模式1中的相同。
實施例模式4參考圖4描述用于根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的又一方法，在開始襯底1上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序，包括在如圖4A所示的開始襯底上形成掩模層2的工序，該掩模層2具有由至少兩個微孔徑2s的組形成的至少一個窗口2a，以及至少在位于掩模層2的窗口2a下面的開始襯底1的開口表面1a上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序，如圖4B所示。
當(dāng)窗口2a的尺寸增加時，在生長的III族氮化物晶體中越來越可能發(fā)生斷裂，但是，由一組小窗口部分2s形成窗口2a允許III族氮化物半導(dǎo)體晶體的解理被抑制。通過微孔徑抑制III族氮化物半導(dǎo)體晶體中的解理的效果是可以生長其寬度(基本上等于窗口寬度)特別大的III族氮化物晶體，在200μm或以上，以及可以生長其寬度是50,000μm的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，而不允許發(fā)生解理。
如圖5所示，掩模層2的窗口2a由至少兩個微孔徑2s的組形成。關(guān)于微孔徑2s的布置沒有特別的限制，但是，從生長均勻的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的觀點，優(yōu)選它們以微孔徑的中心變?yōu)榈冗吶切位蛞?guī)則正方形的頂點方式，以恒定的間距均勻地布置。微孔徑的寬度WS優(yōu)選是至少0.5μm，但是不超過200μm，以及微孔徑之間的間距PS優(yōu)選至少是1μm，但是不超過250μm。當(dāng)微孔徑的寬度WS小于0.5μm時，不能使用廉價的光刻，這增加制造成本，而當(dāng)超過200μm時，抑制III族氮化物半導(dǎo)體晶體中解理的效果被減小。當(dāng)微孔徑的間距PS小于1μm時，不能使用廉價的光刻，以及這增加制造成本，而當(dāng)超過250μm時，抑制該III族氮化物半導(dǎo)體晶體中解理的效果被減小。
在該實施例模式中，如上所述的微孔徑的小寬度WS和間距PS允許不僅在開口表面1a的區(qū)域內(nèi)的小開口表面1s上形成該III族氮化物半導(dǎo)體晶體，而且在掩模部分2p上也形成。此外，該實施例模式的生長速率、雜質(zhì)濃度以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和密勒指數(shù)面之間的偏離角與實施例模式1中的相同。在實施例模式2和實施例模式3中也可以采用該實施例模式的特點。
實施例模式5參考圖6描述用于根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的又一方法，在開始襯底1上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序，包括在如圖6A所示的開始襯底1上布置至少一種籽晶4的工序，以及使用籽晶4作為晶核生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序，如圖6B所示。應(yīng)當(dāng)注意關(guān)于籽晶沒有特別的限制，但是優(yōu)選它與將生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體相同的晶體類型，因為得到優(yōu)質(zhì)的晶體。
在開始襯底1上放置籽晶是布置籽晶的一種方法(實施例模式5a)，以及允許通過施加小的力簡單地從開始襯底1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體，如圖6C所示，因為由籽晶生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10不緊密地粘附到開始襯底1。應(yīng)當(dāng)注意，如果從開始襯底1分離III族氮化物半導(dǎo)體晶體10是困難的，那么可以使用例如激光，來解理與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a，或用強堿如KOH刻蝕該下表面，以從開始襯底1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10。
布置籽晶(實施例模式5b)的另一方法包括在開始襯底1上形成開始III族氮化物晶體9以及形成具有至少一個窗口2a的掩模層2(掩模部分2p)，如圖7A所示，然后刻蝕位于窗口2a下面的開始III族氮化物晶體9a，如圖7B所示，以及除去該掩模部分2p，如圖7C所示，在開始襯底1上布置剩下的開始III族氮化物晶體作為籽晶4。
在實施例模式5b中，由作為籽晶的剩余的開始III族氮化物晶體生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，以及可以使用例如激光從開始襯底1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，以解理已經(jīng)生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的下表面10a，該下表面10a與開始襯底1的籽晶4接觸，或通過用強堿如KOH刻蝕該下表面10a。
在該實施例模式中(實施例模式5a和5b)，開始襯底和籽晶互相不緊密地粘附，或兩者之間接觸面積是小的，因此可以生長其寬度是50,000μm的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，而不導(dǎo)致解理。
根據(jù)該實施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的生長速率和雜質(zhì)濃度與實施例模式1中的相同。該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和其密勒指數(shù)面之間的偏離角以及籽晶的主面和密勒指數(shù)面之間的偏離角之間有密切的關(guān)系。就是說，當(dāng)籽晶具有六方晶系時，通常它容易生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體，其主面是與籽晶的主面的密勒指數(shù)面相同的密勒指數(shù)面。當(dāng)該籽晶不是六方晶系，III族氮化物晶體容易在反映開始襯底表面中的原子布置的面上生長，以及例如(0001)面容易在Si(111)面上生長。此外，籽晶的主面和特定的密勒指數(shù)面之間的偏離角和III族氮化物晶體的主面和其密勒指數(shù)面之間的偏離角基本上互相匹配。
由于這里III族氮化物半導(dǎo)體晶體屬于六邊形或立方晶系，如圖8所示，實施例模式1至5中生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10容易呈現(xiàn)六角平板狀、四角平板狀或三角平板狀形狀，該六角平板的下表面10a和上表面10b是六邊形形狀(圖8A)，該四角平板的下表面10a和上表面10b是立方體形狀(圖8B)，該三角平板的下表面10a和上表面10b是三角形形狀(圖8C)。這里使用的“四角平板”包括正方形、細長形和平行四邊形的矩形形狀。此外，如圖8所示，六角平板、四角平板或三角平板的下表面10a和側(cè)表面10s之間的角度θ可以是30°至90°的角度，取決于生長晶體的條件。具體，該角度θ的值常常是60°和接近90°。
應(yīng)當(dāng)注意，如圖8所示，III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的寬度W表示下表面10a的一個邊緣和相對邊緣或角度之間的距離，以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的厚度T表示下表面10a和上表面10b之間的距離。
實施例模式6根據(jù)圖1描述根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，包括如圖1A和1B所示，在開始襯底1上生長一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體11的工序，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的工序，如圖1B所示，以及從開始襯底1分離III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體由III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12構(gòu)成，如圖1C和ID所示。該方法制造一種III族氮化物半導(dǎo)體器件，其中該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10至少是10μm并且不超過600μm的厚度，以及至少0.2mm但是不超過50mm的寬度。
利用根據(jù)這實施例模式制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，可以使該III族半導(dǎo)體晶體襯底11的主面(這對應(yīng)于圖1所示的下表面10)的面積小于開始襯底1的主面1h的面積，如圖1所示。因此，即使當(dāng)使用大的開始襯底時，可以直接地制造其尺寸接近半導(dǎo)體器件尺寸的III族氮化物半導(dǎo)體器件。
根據(jù)該實施例模式制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，更具體地說包括在開始襯底1上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的工序，在開始襯底1上形成具有至少一個窗口3A的掩模層2的工序，如圖1A所示，以及在位于掩模層2的窗口2a下面的開始襯底11的開口表面1a上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的步驟，如圖1B所示。這里，用于生長該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的方法和條件與實施例模式1中的用于生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的方法和條件相同。
如圖1B所示，然后在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的頂上生長一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。已經(jīng)以芯片的形式，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，以此方式允許用于處理由III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的表面，以及將該晶體變?yōu)閷⒈蝗コ男酒墓ば虿襟E。關(guān)于生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12方法沒有特別的限制，以及可以優(yōu)選使用各種汽態(tài)生長方法如HVPE、MOCVD和MBE，以及這些方法中MOCVD是特別優(yōu)選的，因為它得到其晶體層具有優(yōu)異的平坦度的產(chǎn)品。
圖1B圖示了在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的頂上生長一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的例子，以及這里在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的頂上依次生長用作n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層21的n-型GaN層、用作發(fā)光層22的In0.2Ga0.8N層22a和Al0.2Ga0.8N層22b以及用作p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23的p-型GaN層。這里，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的主面上，亦即，在基本上平行于開始襯底1的主面1h的主面上生長n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層21、發(fā)光層22以及p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23。
接下來，盡管在附圖中未示出，但是在III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的最上表面上形成p-側(cè)電極(這里，這對應(yīng)于p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23的上表面)，然后，如圖1C和1D所示，從開始襯底1分離由III族氮化物襯底11和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10。用于從開始襯底1分離III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的方法與實施例模式1的相同。以此方式，基本上平行于開始襯底1的主面1h層疊III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11、III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12以及p-側(cè)電極。
接下來，盡管在附圖中未示出，在已經(jīng)從開始襯底1分離的III族氮化物半導(dǎo)體10的下表面10a(這里，這對應(yīng)于III族氮化物半導(dǎo)體襯底11的下表面)上形成n-側(cè)電極，做這些工作，以制造半導(dǎo)體器件。
如圖8所示，該III族氮化物晶體10容易采用六角平板、四角平板或三角平板的形式，以及這些板的下表面10a和側(cè)表面10s之間的角度9可以是30°至90°之間的角度，因此實施例模式5中獲得的半導(dǎo)體器件容易成六角平板、四角平板或三角平板形狀，以及這些板的側(cè)表面和下表面之間的角度θ可以是30°至90°之間的角度。因此，盡管半導(dǎo)體器件的上表面和下表面不必互相匹配，它們顯著地比半導(dǎo)體器件的寬度更薄，因此上表面和下表面以及半導(dǎo)體器件之間有一點尺寸差異，并且該半導(dǎo)體器件可以被用作半導(dǎo)體器件。此外，通過執(zhí)行切割使半導(dǎo)體器件的上表面和下表面是相同尺寸，以便半導(dǎo)體器件的側(cè)表面垂直于其上和下表面也是可以的。應(yīng)當(dāng)注意這些也應(yīng)用于下面論述的實施例模式7至10的半導(dǎo)體器件。
該實施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長速率優(yōu)選允許生長至少10μm但是不超過300μm的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底。制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長率小于10μm將降低制造效率，而當(dāng)該生長率大于300μm時，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底中容易發(fā)生缺陷如孔，以及使之更易于解理。
該實施例模式的III族氮化物晶體襯底中的雜質(zhì)濃度優(yōu)選小于5×1019cm-3。III族氮化物晶體襯底中的雜質(zhì)濃度超過5×1019cm-3導(dǎo)致在III族氮化物晶體襯底中容易發(fā)生缺陷，以及使之更易于解理。
該實施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和其(0001)面、(1100)面、(1120)面、(1101)面、(1102)面、(1121)面或(1122)面的任意一個之間形成的偏離角優(yōu)選是0°以上，但是不超過4°。0°的偏離角意味著該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面平行于其(0001)面、(1100)面、(1120)面、(1101)面、(1102)面、(1121)面或(1122)面之一。大于4°的偏離角將增加在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體中發(fā)生缺陷的可能性，以及使晶體更易于解理。
當(dāng)開始襯底具有六方晶系時，通常它容易生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體，其主面是與開始襯底主面的密勒指數(shù)面相同的密勒指數(shù)面。當(dāng)該開始襯底不是六方晶系，III族氮化物半導(dǎo)體晶體容易在反映開始襯底表面中的原子布置的面上生長，以及例如(0001)面容易生長在Si(111)面上。此外，開始襯底的主面和特定的密勒指數(shù)面之間的偏離角和III族氮化物晶體襯底的主面和其密勒指數(shù)面之間的偏離角基本上互相匹配。
實施例模式7參考圖2描述用于根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的分離方法，在開始襯底1上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體器件的工序，包括在圖2A所示的開始襯底1上形成具有至少一個窗口2a的掩模層2的工序，以及在位于圖2B所示的掩模層2的窗口2a下面的開始襯底的開口表面1a上和在圍繞窗口2a的掩模層的一些上表面2b頂上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序。這里，用于生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底22的方法和條件與實施例模式2中的用于生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體20的方法和條件相同。
接下來，如圖2B所示，與實施例模式5一樣，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生長一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。然后在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的最上表面上形成p-側(cè)電極，在附圖中未示出。接下來，從開始襯底1分離通過該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11和該III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，與圖2C和2D所示的實施例模式2一樣。然后在已經(jīng)從開始襯底1分離的III族氮化物半導(dǎo)體10的下表面10a(這對應(yīng)于該III族氮化物半導(dǎo)體襯底11的下表面)上形成n-側(cè)電極，在附圖中未示出該n-側(cè)電極，制造半導(dǎo)體器件。
根據(jù)該實施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和密勒指數(shù)面之間的偏離角與實施例模式6中的相同。
實施例模式8參考圖3描述用于根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的另一方法，在開始襯底1上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體襯底11的工序，包括在開始襯底1上形成具有至少一個窗口2a的掩模層2的工序，如圖3A所示，以及在位于掩模層2的窗口2a下面的開始襯底11的開口表面1a上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的工序，如圖3B所示，以及在掩模層2的頂上生長其極性已經(jīng)被反相的III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體3。這里，用于生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的方法和條件與實施例模式3中的用于生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的方法和條件相同。
接下來，如圖3B所示，在如實施例模式5中的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生長一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。然后在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的最上表面上形成p-側(cè)電極，在附圖中未示出。接下來，從開始襯底1分離由該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11和該III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，與如圖3C和3D所示的實施例模式3一樣。然后在已經(jīng)從開始襯底分離的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a(這對應(yīng)于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的下表面)上形成n-側(cè)電極，在附圖中未示出該n-側(cè)電極，制造半導(dǎo)體晶體器件。
根據(jù)實施例模式的該模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和密勒指數(shù)面之間的偏離角與實施例模式6中的相同。
實施例模式9參考圖4描述用于根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法，以及在開始襯底1上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的工序，包括在開始襯底上形成掩模層2的工序，掩模層2具有由至少兩個微孔徑2s的組形成的至少一個窗口2a，如圖4A所示，至少在位于圖4B所示的掩模層2的窗口2a下面的開始襯底11的開口表面1a上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的步驟，以及還如圖4B所示，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的工序。
但是，當(dāng)窗口2a的尺寸增加時，在所生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11中越來越可能發(fā)生斷裂，形成窗口2a作為一組微孔徑部分2s，允許該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11中的解理被抑制。通過微孔徑抑制III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底中的解理的效果是其寬度(其基本上等于窗口部分的寬度)特別大的III族氮化物晶體襯底可以被生長，該寬度為200μm或以上，以及可以生長其寬度是50,000μm的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，而不允許發(fā)生解理。
如圖5所示，掩模層2的窗口2a由至少兩個微孔徑2b的組形成。關(guān)于微孔徑2b的布置沒有特別的限制，但是，從生長均勻的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的觀點，優(yōu)選它們以微孔徑的中心是等邊三角形或規(guī)則正方形的頂點方式，以恒定的間距均勻地布置。微孔徑的寬度WS優(yōu)選至少0.5μm但是不超過200μm，以及微孔徑之間的間距PS優(yōu)選至少是1μm但是不超過250μm。當(dāng)微孔徑的寬度WS小于0.5μm時，不能使用廉價的光刻以及增加制造成本，而當(dāng)超過200μm時，抑制III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底中的解理的效果被減小。當(dāng)微孔徑的間距PS小于1μm時，不能使用廉價的光刻，以及這增加制造成本，而當(dāng)超過250μm時，抑制III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底中解理的效果被減小。
在該實施例模式中，如上所述的窗口的小寬度WS和間距PS允許不僅在開口表面1a的區(qū)域內(nèi)的小開口表面1s上形成該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而且在掩模部分2p上形成。此外，該實施例模式的生長速率、雜質(zhì)濃度以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和密勒指數(shù)面之間的偏離角與實施例模式6中的相同。在實施例模式7和實施例模式8中也可以采用該實施例模式的特點。
實施例模式10參考圖6描述用于根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的又一方法，以及在開始襯底1上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的工序，包括在如圖6A所示的開始襯底1上布置至少一種籽晶4的工序，以及使用籽晶4作為晶核生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的工序，如圖6B所示。應(yīng)當(dāng)注意關(guān)于籽晶沒有特別的限制，但是優(yōu)選它是與將被生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底相同的晶體類型，因為得到優(yōu)質(zhì)的晶體。
接下來，如圖6B所示，與實施例模式5一樣，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。然后在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的最上表面上形成p-側(cè)電極，在附圖中未示出。
接下來，從開始襯底1分離由該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底116c和該III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，與如圖6C所示的實施例模式5一樣。在該實施例模式中，如果與實施例模式5a(實施例模式10a)一樣，在開始襯底1上已經(jīng)放置了籽晶2，那么由該籽晶4生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10不緊密地粘附到開始襯底1，且因此通過施加小的力可以從開始襯底1簡單地分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10。
布置籽晶(實施例模式10b)的另一方法包括在開始襯底1上形成開始III族氮化物晶體9以及形成具有至少一個窗口2a的掩模層2(掩模部分2p)，如圖7A所示，然后刻蝕位于窗口2a下面的開始III族氮化物晶體9a，如圖7B所示，以及除去掩模部分2p，如圖7C所示，以及在開始襯底1上布置剩下的開始III族氮化物晶體作為籽晶4。
在實施例模式10b中，由用作籽晶4的剩余開始III族氮化物晶體生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，以形成III族氮化物半導(dǎo)體晶體10(參見圖7D)，以及可以使用例如激光從開始襯底1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，以解理與開始襯底1的籽晶4接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，或用強堿如KOH刻蝕下表面10a(參見圖7E)。
在該實施例模式中(實施例模式10a和10b)，開始襯底和籽晶互相不緊密地粘附，或兩者之間接觸面積是小的，因此可以生長其寬度是50,000μm的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，而不導(dǎo)致解理。
然后在已經(jīng)從開始襯底1分離的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a(這對應(yīng)于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體晶體襯底11的下表面)上形成n-側(cè)電極，在附圖中未示出該n-側(cè)電極，得到半導(dǎo)體晶體晶體器件。
在實施例模式6至10中，當(dāng)通過激光照射或刻蝕從開始襯底1除去III族氮化物半導(dǎo)體晶體10時，在用作分離面的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的后表面中形成尖峰和凹部(這意味著該表面其上沒有形成III族氮化物半導(dǎo)體晶體層，下面相同)(對應(yīng)于圖1至4，6和7中的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a)。其表面中的這些尖峰和凹部的存在增加吸收光的效率。具有尖峰和凹部的這些表面的表面粗糙度RP-V優(yōu)選是至少0.01μm但是不超過50μm。小于0.01μm的RP-V減小光吸收效率增加的效果，而RP-V大于50μm使之難以形成n-側(cè)電極。這里，具有尖峰和凹部的這些表面的表面粗糙度RP-V指該粗糙表面的尖峰和凹部之間的最大垂直距離。應(yīng)當(dāng)注意，具有尖峰和凹部的這些表面的表面粗糙度RP-V可以使用激光干涉儀來測量。
實施例模式11參考圖9描述根據(jù)本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件是III族氮化物半導(dǎo)體器件，包括由III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11和在其上已經(jīng)生長的至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10。具有該結(jié)構(gòu)的III族氮化物半導(dǎo)體器件與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比可以用更少的工序步驟更有效地制造。
如圖9所示，該半導(dǎo)體器件，更具體地說是用作LED的III族氮化物半導(dǎo)體器件90，其中在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的頂上依次生長用作n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層21的n-型GaN層、用作發(fā)光層22的In0.2Ga0.8N層22a和Al0.2Ga0.8N層22b以及用作p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23的p-型GaN層，作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，以及在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面(這對應(yīng)于III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的下表面)上形成n-側(cè)電極51，以及在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的上表面(這對應(yīng)于p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23上表面)上形成形成p-側(cè)電極，以及該III族氮化物半導(dǎo)體器件90發(fā)射射線98。應(yīng)當(dāng)注意該發(fā)光層22也可以具有MQW(多量子阱)結(jié)構(gòu)，該MQW結(jié)構(gòu)通過層疊由GaN層和In0.2Ga0.8N層構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)的多個單元來實現(xiàn)。
實施例模式12根據(jù)本發(fā)明的分離半導(dǎo)體器件具體地是用作HEMT(高電子遷移率晶體管)的半導(dǎo)體器件100，其中，如圖10所示，在用作III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的GaN襯底上依次形成i-型GaN層12a和i-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)12b作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，然后在該i-型AlxGa1-xN層12b的上表面上形成源電極53、柵電極54以及漏電極55。
實施例模式13根據(jù)本發(fā)明的另一分離半導(dǎo)體器件具體地是用作肖特基二極管的半導(dǎo)體器件110，其中，如圖11所示，在用作III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的GaN襯底上形成n-GaN層作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，然后在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的下表面上形成歐姆電極56，以及在n-GaN層的上表面上形成肖特基電極57。
實施例模式14根據(jù)本發(fā)明的再一分離半導(dǎo)體器件具體地是用作垂直MIS(金屬絕緣體半導(dǎo)體)晶體管的半導(dǎo)體器件120，其中，如圖12所示，在用作III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的GaN襯底上形成n-GaN層12c作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，在n-GaN層12c的區(qū)域中形成p-型層12d和n+層12e，然后在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的下表面上形成漏電極55，在該n-GaN層的上表面上形成柵電極54，以及在n+層12e的上表面上形成源電極53。
實施例模式15根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光設(shè)備，如圖13所示，是包括上述III族氮化物半導(dǎo)體器件和III族氮化物半導(dǎo)體器件之一的發(fā)光設(shè)備130，其特征在于它設(shè)有III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，以及，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的第一主面11a側(cè)上，設(shè)有n-型III族氮化物半導(dǎo)體層21、比n-型III族氮化物半導(dǎo)體層21更遠離III族氮化物半導(dǎo)體襯底11的p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23、以及位于該n-型III族氮化物半導(dǎo)體層21和p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23之間的發(fā)光層22，以及其特征還在于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11電阻是0.5Ω·cm或以下，p-型III族氮化物半導(dǎo)體層23側(cè)面被向下安裝，以及從III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的第二主面11b發(fā)射光，第二主面11b是與第一主面相對的主面。
在該結(jié)構(gòu)中，在低阻氮化物半導(dǎo)體襯底的背面(第二主面11b)上設(shè)置n-側(cè)電極，因此即使n-側(cè)電極具有小的覆蓋度，也允許電流流過整個氮化物半導(dǎo)體襯底，亦即，大數(shù)值的窗口。因此被輻射面吸收的光量變小，以及允許光發(fā)射效率增加。當(dāng)然，光從側(cè)面以及第二主面發(fā)射也是可以的。該結(jié)構(gòu)也適用于以下發(fā)光設(shè)備。
由于發(fā)光面不在高阻p-型氮化物半導(dǎo)體層23側(cè)面上，p-側(cè)電極52可以形成在p-型氮化物半導(dǎo)體層23的整個表面上，以及該結(jié)構(gòu)是有利的，因為它抑制大的電流流動產(chǎn)生熱量，以及允許通過傳導(dǎo)逸出已經(jīng)產(chǎn)生的熱量。為了將它不同地放置，該結(jié)構(gòu)允許使得與熱量相關(guān)的限制的要求顯著地減弱。因此，不必采用將引入p-側(cè)和n-側(cè)電極以便降低電阻的梳-狀結(jié)構(gòu)。
實施例模式16根據(jù)本發(fā)明的分離發(fā)光設(shè)備，如圖13所示，是包括上述III族氮化物半導(dǎo)體器件和III族氮化物半導(dǎo)體器件之一的發(fā)光設(shè)備130，其特征在于，它設(shè)有作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的GaN襯底，以及，在GaN襯底的第一主面?zhèn)让嫔?，設(shè)有用作n-型III族氮化物半導(dǎo)體層21的n-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)，用作p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23的p-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)，其比該AlxGa1-xN層更遠離GaN襯底，以及位于n-型AlxGa1-xN層和p-型AlxGa1-xN層之間的發(fā)光層22，以及其特征還在于GaN襯底位錯密度不超過108/cm2，安裝該器件，其p-型AlxGa1-xN層側(cè)向下，以及從第二主面11b發(fā)射光，該第二主面11b是與GaN襯底的第一主面相對的主面。
利用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的GaN襯底假定為導(dǎo)電的，以及其電阻可以被容易降低，因此，除上述發(fā)光設(shè)備的操作和效果之外，該GaN襯底具有108/cm2的位錯密度，且因此具有高結(jié)晶度，以及其高數(shù)值窗口允許從第二主面輸出的光增加。光也從側(cè)表面發(fā)射。
該GaN襯底的優(yōu)異導(dǎo)電性避免提供防止浪涌電壓的保護電路的任何特殊需要，以及它也具有極好的抗壓性。此外，缺少復(fù)雜的工序步驟允許將容易控制制造成本。
在該實施例模式的發(fā)光設(shè)備中，優(yōu)選GaN襯底設(shè)有通過用Si(硅)和/或O(氧)摻雜的n-型特性，該GaN襯底是III族氮化物晶體襯底，O原子密度在1×1017cm-3至5×1019cm-3的范圍之內(nèi)，以及GaN襯底至少是100μm但是不超過600μm厚度。襯底的Si原子和/或O原子密度顯著地影響襯底的電阻率和透光率，以及襯底的厚度顯著地影響其透光率。Si原子和/或O原子密度小于1×1017cm-3導(dǎo)致大的透光率，但是也導(dǎo)致大的電阻率，而當(dāng)該原子密度超過5×1019cm-3時，電阻率變小，但是透光率也變小，在兩種情況下，最終結(jié)果是光發(fā)射效率下降。當(dāng)襯底小于10μm厚度時，其機械強度下降，而襯底厚度超過600μm將導(dǎo)致透光率下降和更低的光發(fā)射效率。
從增加發(fā)射效率的觀點，更優(yōu)選Si原子和/或O原子密度至少是5×1018cm-3，但是不超過2×1017cm-3，襯底是至少200μm，但是不超過600μm的厚度，以及輻射第二主面的光的兩個矩形面的寬度不超過50mm，Si原子和/或O原子密度至少是3×1018cm-3，但是不超過5×1018cm-3，襯底至少是400μm，但是不超過600μm的厚度，以及輻射第二主面的光的兩個矩形面的寬度不超過3mm，以及Si原子和/或O原子密度至少是5×1018cm-3，但是不超過5×1019cm-3，襯底至少是100μm，但是不超過200μm的厚度，以及輻射第二主面的光的兩種矩形面的寬度不超過3mm。
該實施例模式的發(fā)光設(shè)備優(yōu)選還包括與向下側(cè)上的p-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)接觸的p-型GaN緩沖層以及與p-型GaN緩沖層接觸的p-型InyGa1-yN接觸層(0≤y≤1)。提供p-型GaN緩沖層增加空穴密度和隨之增加光發(fā)射效率。提供p-型InyGa1-yN接觸層允許與p-側(cè)電極的接觸電阻被減小。此外，優(yōu)選p-型InyGa1-yN接觸層的Mg原子密度至少是1×1018cm-3，但是不超過1×1021cm-3。Mg原子密度小于1×1018cm-3降低層減小接觸電阻的能力，而當(dāng)該Mg原子密度大于1×1021cm-3時，p-型InyGa1-yN接觸層的結(jié)晶性變差，以及其減小接觸電阻的能力下降。與p-型InyGa1-yN接觸層接觸的p-側(cè)電極優(yōu)選由Ag、Al或Rh任意一種形成。由Ag、Al或Rh的任意一個形成p-側(cè)電極增加從安裝的部分元件的反射率，亦即，發(fā)光元件的底部，這允許光損失量被減少和增加光輸出。
實施例模式17根據(jù)本發(fā)明的分離發(fā)光設(shè)備，如圖13所示，是包括上述III族氮化物半導(dǎo)體器件和III族氮化物半導(dǎo)體器件之一的發(fā)光設(shè)備130，其特征在于，它設(shè)有作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的AlN襯底，以及，在該AlN襯底的第一主面?zhèn)让嫔?，設(shè)有用作n-型III族氮化物半導(dǎo)體層21的n-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)、比AlxGa1-xN層更遠離AlN襯底、用作p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23的p-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)，以及位于該n-型AlxGa1-xN層和p-型AlxGa1-xN層之間的發(fā)光層，以及其特征還在于該AlN襯底具有至少100W/(m·K)的導(dǎo)熱性，p-型AlxGa1-xN層側(cè)被向下安裝，以及光從第二主面發(fā)射，第二主面是與AlN襯底的第一主面相對的主面。
AlN具有特別高的導(dǎo)熱性和優(yōu)異的輻射熱量的能力，因此熱量可以從p-型AlxGa1-xN層傳遞到例如引線框，以保持發(fā)光設(shè)備的溫度上升。熱量也從AlN襯底散逸，這可以有助于抑制升溫。
該實施例模式的發(fā)光設(shè)備優(yōu)選設(shè)有與p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層的表面接觸并離散地布置在p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層的表面上的第一p-側(cè)電極，以及由Ag、Al或Rh的任何一種制成的第二p-側(cè)電極，該第二p-側(cè)電極填充在第一p-電極中的間隙中并覆蓋p-型氮化物半導(dǎo)體層和第一p-側(cè)電極。提供這種第一和第二p-側(cè)電極允許引入p-電極的電流在表面內(nèi)充分地展開，以及增加反射率，隨之提高光輸出。優(yōu)選第一p-電極覆蓋p-型氮化物半導(dǎo)體層表面的至少10％但是不超過40％。當(dāng)?shù)谝籶-電極覆蓋p-型氮化物半導(dǎo)體層的表面小于10％時，在整個外延表面上電流不能均勻地展開，以及當(dāng)大于40％，離散地布置的p-側(cè)電極的光吸收效率不能被忽略。
應(yīng)當(dāng)注意，在所有實施例模式中，為了減小缺陷密度，用于開始襯底1的有效晶體具有與組成器件的晶體層相同的晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)，以及例如，如果GaN晶體被用作開始襯底1，那么最優(yōu)選GaN晶體和GaN層分別被層疊作為III族氮化物晶體11和III族氮化物半導(dǎo)體層12。還優(yōu)選該晶體結(jié)構(gòu)是相同的和晶格常數(shù)是接近的，例如，如果，AlN晶體或SiC晶體被用作開始襯底1，那么優(yōu)選GaN晶體和GaN層分別被層疊作為III族氮化物11和III族氮化物半導(dǎo)體層12。
實施方式下面描述基于根據(jù)本發(fā)明用于制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法制造的半導(dǎo)體器件的特定實施方式和基于制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的常規(guī)方法制造的半導(dǎo)體器件的比較例子。
比較例子參考圖14進行描述，如圖14A所示，在30mm×30mm×400μm厚度的藍寶石襯底上濺射50nm厚度的SiO2層作為掩模層2，該藍寶石襯底用作開始襯底1(第一步驟)，然后接著發(fā)生光刻，以提供矩形窗口，具有以8μm間隔的4μm孔徑寬度(第二步驟)。
接下來，如圖14B所示，通過HVPE在GaCl氣體流速為35sccm(1sccm表示在標準條件(1013hPa，0℃)下，氣體的流速1cm3min-1；下面相同)，NH3氣體流速為6000sccm、生長溫度1050℃以及生長時間15小時，在開始襯底1和掩模層2上生長1300μm厚度的GaN晶體作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11(第三步驟)。然后藍寶石開始襯底1被研磨掉，如圖14C所示(第四步驟)，以及通過內(nèi)刀片將GaN晶體切為兩個550μm厚度的GaN襯底(第五步驟)。
每個GaN襯底被粘附到研磨/拋光機的晶體夾持器(第六步驟)，GaN襯底的Ga表面(由Ga原子構(gòu)成的原子表面)側(cè)被研磨(第七步驟)，從晶體夾持器除去該GaN襯底，上下顛倒并再次放入晶體夾持器中(第八步驟)，GaN襯底的N表面(由N原子構(gòu)成的原子表面)側(cè)被研磨(第九步驟)，GaN襯底的N表面?zhèn)缺粧伖?第十步驟)，從晶體夾持器除去該GaN襯底，上下顛倒并再次放入晶體夾持器中(第十一步驟)，Ga表面?zhèn)缺粧伖?第十二步驟)，從晶體夾持器除去該GaN襯底(第十三步驟)，以及然后GaN襯底被清潔(第十四步驟)，制造400μm厚度的GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。
采用MOCVD，以在400μm厚度的GaN襯底(III族氮化物半導(dǎo)體襯底11)上依次生長5μm厚度的n-型GaN層21、3nm厚度的In0.2Ga0.8N層22、60nm厚度的Al0.2Ga0.8N層23以及150nm厚度的p-型GaN層24作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，如圖14D所示(第十五步驟)。接下來，在當(dāng)分成芯片時將變?yōu)镚aN襯底的下表面中心的位置處形成80μm直徑、100nm厚度的n-側(cè)電極51(第十六步驟)，以及在p-型GaN層24的上表面上形成100nm厚度的p-側(cè)電極52。接下來，如圖14E所示，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10被分為芯片，每個400μm×400μm(第十八步驟)，形成III族氮化物半導(dǎo)體器件50，該半導(dǎo)體器件50是LED。因此，該常規(guī)方法制造LED需要18個工序步驟。通過激光干涉儀測量具有該LED的GaN襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V，并發(fā)現(xiàn)是0.004μm。該LED具有450nm的峰值波長的光發(fā)射光譜。該峰值波長除以主面的面積時光發(fā)射光譜的強度，亦即，每單位面積的強度，被認為是1.0，并被用來評估在以下實施方式中的LED的峰值波長450nm下發(fā)射光譜的每單位面積的相對強度。使用分光光度計測量該LED發(fā)射光譜。在表I中示出了該結(jié)果。
實施方式1該實施方式是實施例模式6的實施方式。參考圖1進行描述，如圖1A所示，在用作開始襯底1的400μm厚度的藍寶石襯底上濺射50nm厚度的SiN層作為掩模層2(第一步驟)，然后，接著進行光刻，以提供矩形窗口，每個窗口在410μm的窗口間距Pw下，具有400μm的孔徑寬度Ww(第二步驟)。
接下來，如圖1B所示，在GaCl氣體流速為100sccm、NH3氣體流速為6000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為20分鐘(0.33小時)的條件之下通過HVPE生長晶體(第三步驟)，僅僅在開始襯底1的開口表面1a上得到400μm×400μm×25μm厚度的GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。然后，與比較例子一樣，使用MOCVD，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上依次生長用作n-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的n-型GaN層、用作發(fā)光層22的In0.2Ga0.8N層22a和Al0.2Ga0.8N層22b以及用作p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的p-型GaN層，作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12(第四步驟)。
接下來，盡管在附圖中未示出，在該p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的上表面上形成100nm厚度的p-側(cè)電極(第五步驟)，然后如圖1C所示，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體10和開始襯底1之間的界面上照射準分子激光(250nm波長)，以分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10和開始襯底1(第六步驟)。接下來，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的GaN襯底的下表面的中心部分中形成80μm直徑、100nm厚度的n-側(cè)電極，該n-側(cè)電極也沒有示出(第七步驟)，制造該實施方式的LED。具有該LED的GaN襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是0.035μm。采取比較例子1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，那么在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.1。在表I中示出了該結(jié)果。
實施方式2該實施方式是對應(yīng)于實施例6的實施方式，以及涉及大于實施方式1的LED的LED。亦即，除了在3010μm的窗口間距Pw和3000μm的孔徑Ww寬度下形成掩模層中的窗口，以在開始層的開口表面上制造3000μm×3000μm×25μm厚度的GaN襯底之外，通過與實施方式1相同的工序形成LED。因此，工序步驟的總數(shù)是7，與實施方式1一樣。具有該LED的GaN襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是0.048μm。采取比較例子1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，那么在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.1。在表I中示出了該結(jié)果，實施方式3該實施方式是實施例7的實施方式。參考圖2進行描述，如圖2A所示，在用作開始襯底1的400μm厚度的GaN襯底上濺射50nm厚度的SiO2層作為掩模層2(第一工序)，然后接著進行光刻，以在400μm的窗口間距Pw下，形成矩形窗口，每個具有100μm的孔徑寬度Ww(第二步驟)。
接下來，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為130sccm、NH3氣體流速為6000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為50分鐘(0.83小時)的條件下，通過HVPE生長晶體(第三步驟)，在位于掩模層2的窗口2a下面的開始襯底1的開口表面1a上和在圍繞該窗口2a的掩模層的某些上表面2b上得到300μm×300μm×85μm厚度的GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。然后，與實施方式1一樣，采用MOCVD，以在III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12上依次生長用作n-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的n-型GaN層、用作發(fā)光層22的In0.2Ga0.8N層22a和Al0.2Ga0.8N層22b以及用作p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的p-型GaN層，作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12(第四步驟)。
接下來，盡管在附圖中未示出，在p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的上表面上形成100nm厚度的p-側(cè)電極(第五步驟)，然后如圖1C所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在氫氟酸(aq)(氫氟酸1wt％)中，以刻蝕掉掩模層2(第六步驟)，此后它被浸泡在含水的KOH(KOH5wt％)中，以刻蝕與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10下表面10a(由氮原子構(gòu)成的原子表面)，以及通過做這些工作，將III族氮化物半導(dǎo)體晶體10和開始襯底1分離(第七步驟)。接下來，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的GaN襯底的下表面的中心部分中形成80μm直徑、100nm厚度的n-側(cè)電極，該n-側(cè)電極也沒有被示出(第八步驟)，制造該實施方式的LED。具有該LED的GaN襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是1.5μm。采取在比較例1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.1。在表I中示出了該結(jié)果。
實施方式4這實施方式是實施例8的實施方式。參考圖3進行描述，如圖3A所示，在用作開始襯底1的350μm厚度的藍寶石襯底上濺射50nm厚度的SiO2層作為掩模層2(第一步驟)，然后接著進行光刻，以提供矩形窗口，在4000μm的窗口間距Pw下，每個窗口具有3000μm的孔徑寬度Ww(第二步驟)。
接下來，如圖3B所示，在GaCl氣體流速為110sccm、NH3氣體流速為6000sccm、生長溫度為980℃以及生長時間為5小時的條件下，通過HVPE生長晶體(第三步驟)，在開始襯底1的開口表面1a上得到3000μm×3000μm×400μm厚度的GaN襯底，作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，以及在掩模層2上得到反極性GaN層，作為III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體3。然后，與實施方式1一樣，采用MOCVD，以在III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12上依次生長用作n-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的n-型GaN層、用作發(fā)光層22的In0.2Ga0.8N層22a、和Al0.2Ga0.8N層22b以及用作p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的p-型GaN層，作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12(第四步驟)。
接下來，盡管在附圖中未示出，但是在p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的上表面上形成100nm厚度的p-側(cè)電極(第五步驟)，然后，如圖1C所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在KOH(KOH5wt％)的水溶液中，以從其上表面3b刻蝕III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體層3，該上表面3b是由元素氮構(gòu)成的原子表面(第六步驟)，然后，浸泡在含水的氫氟酸(氫氟酸1wt％)中，以刻蝕掉掩模層2(第七步驟)，然后，浸泡在含水的KOH溶液(KOH5wt％)中，以從該開始襯底1刻蝕與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a(由元素氮構(gòu)成的原子層)，由此將該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10和開始襯底1分離(第八步驟)。接下來，盡管未示出，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的GaN襯底的下表面的中心部分中形成80μm直徑、100nm厚度的n-側(cè)電極(第九步驟)，制造該實施方式的LED。具有該LED的GaN襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是15μm。采取比較例1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.2。在表I中示出了該結(jié)果。
實施方式5該實施方式是實施例6的實施方式，其中除了使用300μm厚度的Si襯底作為開始襯底，通過在AlCl3氣體流速為150sccm、NH3氣體流速為7000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為30分鐘(0.5小時)的條件下，通過HVPE生長晶體來生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體11，以制造400μm×400μm×15μm厚度的AlN襯底，通過使用氫氟酸和硝酸的水溶液(氫氟酸1wt％；硝酸1wt％)刻蝕Si開始襯底，將III族氮化物半導(dǎo)體晶體和開始襯底分離之外，制造與實施方式1相同的LED。因此，制造該實施方式的LED的工序步驟的總數(shù)是7。具有該LED的GaN襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是0.021μm。采取比較例子1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.2。在表I中示出了該結(jié)果。
實施方式6該實施方式是實施例6的實施方式，其中，除了使用300μm厚度的AlN襯底作為開始襯底，以及在InCl3氣體流速為20sccm、GaCl氣體流速為70sccm、NH3氣體流速為7500sccm、生長溫度為880℃以及生長時間為1個小時的條件下，通過HVPE生長晶體從而生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，以制造400μm×400μm×15μm厚度的In0.1Ga0.9N襯底之外，制造與實施方式1相同的LED。因此，制造該實施方式的LED的工序步驟的總數(shù)是7。具有該LED的In0.1Ga0.9N襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是0.33μm。采取比較例1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.0。在表I中示出了該結(jié)果。
實施方式7該實施方式是實施例7的實施方式，除了使用300μm厚度的SiC襯底作為開始襯底，以及在AlCl3氣體流速為60sccm、GaCl氣體流速為70sccm、NH3氣體分壓為8000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為1.5小時的條件下，通過HVPE生長晶體，從而生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，以制造300μm×300μm×85μm厚度的Al0.4Ga0.6N襯底之外，制造與實施方式3相同的LED。因此，制造該實施方式的LED的工序步驟的總數(shù)是8。具有該LED的Al0.4Ga0.6N襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是3.1μm。采取比較例1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.3。在表I中示出了該結(jié)果。
表I

實施方式8這實施方式是實施例10a的實施方式。亦即，參考圖6進行描述，如圖6A所示，在用作開始襯底1的300nm厚度的藍寶石襯底1上布置200μm×200μm×100μm厚度的AlN微晶體作為籽晶4(第一步驟)。接下來，如圖6B所示，在AlCl3氣體流速為90sccm、NH3氣體流速為8000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為七小時的條件下，利用HVPE，由該AlN微晶體生長晶體(第三步驟)，以制造1000μm×1000μm×400μm厚度的AlN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。然后，與實施方式1一樣，采用MOCVD，以在III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12上依次生長用作n-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的n-型GaN層、用作發(fā)光層22的In0.2Ga0.8N層22a和Al0.2Ga0.8N層22b以及用作p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的p-型GaN層，作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12(第四步驟)。
接下來，盡管在附圖中未示出，在該p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的上表面上形成100nm厚度的p-側(cè)電極(第五步驟)，然后如圖6C所示，小的力被施加到III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，以從開始襯底1分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10(第六步驟)。在III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的GaN襯底的下表面的中心部分中形成80μm直徑、100nm厚度的n-側(cè)電極，該n-側(cè)電極也沒有被示出(第七步驟)，以制造該實施方式的LED。具有該LED的AlN襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是0.014μm。采取在比較例1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.0。在表II中示出了該結(jié)果。
實施方式9該實施方式是實施例10a的實施方式，除了使用300μm厚度的Si襯底作為開始襯底，布置大約80μm×80μm×50μm厚度的GaN微晶體作為籽晶，以及在GaCl氣體流速為80sccm、NH3氣體流速為6000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為五個小時的條件下，利用HVPE，由該GaN微晶體生長晶體，以制造700μm×700μm×300μm厚度的AlN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11以外，制造與實施方式8相同的LED。因此，制造該實施方式的LED的工序步驟的總數(shù)是七。具有該LED的AlN襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是0.018μm。采取在比較例1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.0。在表II中示出了該結(jié)果。
表II

由表I和表II可以理解通過減小用于制造LED的常規(guī)方法中的十一個工序步驟的數(shù)目，在實施方式6和實施方式10的情況下減小至七個工序，在實施方式7的情況下減小至八個工序以及在實施方式8的情況下減小至九個工序，利用本發(fā)明的制造方法，可以更有效地制造LED，沒有不利地影響LED的光發(fā)射特性。
實施方式9-2該實施方式對應(yīng)于實施例10b，如圖7A所示，使用HVPE，在5.08cm(2英寸)直徑的(0001)藍寶石襯底上生長用作開始III族氮化物晶體9的10μm GaN晶體9，然后濺射50μm SiO2層作為掩模層，以制造在3000μm的掩模部分間距PM下其掩模部分寬度WM是1500μm的掩模部分2p(第二步驟)。
接下來，如圖7B所示，在250℃下使用磷酸和硫酸的混合酸溶液執(zhí)行刻蝕，以除去位于窗口2a下面的GaN晶體(開始III族氮化物晶體9a)(第三步驟)。然后，如圖7C所示，通過氫氟酸除去SiO2部分2p(第四步驟)，以及在作為籽晶4的藍寶石襯底上布置用作開始III族氮化物晶體的剩余GaN晶體。
接下來，與實施方式9一樣，使用HVPE，由GaN晶體(籽晶4)生長用作III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的2000μm×2000μm×200μm厚度的GaN晶體襯底(第五步驟)，然后使用MOCVD，在該GaN晶體襯底上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12(第六步驟)，形成p-側(cè)電極(第七步驟)，與象實施方式1一樣，使用激光從籽晶4分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10(第八步驟)，然后形成n-側(cè)電極(第九步驟)，制造LED。因此，制造該實施方式的LED的工序步驟的總數(shù)為9。具有該LED的GaN襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP-V是0.063μm。采取在比較例1的LED的峰值波長450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強度作為1.0，在該實施方式的LED的峰值波長450nm下，發(fā)射光譜的相對強度是1.2。
根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法允許直接大約制造半導(dǎo)體器件的尺寸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，因此避免了傳統(tǒng)地制造半導(dǎo)體器件時必需的分割、拋光和轉(zhuǎn)為芯片、III族氮化物半導(dǎo)體晶體的所有處理，并允許高效地生產(chǎn)III族氮化物半導(dǎo)體器件。
下面的實施方式10至45和比較例2探究了用于根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法的更多優(yōu)選條件。應(yīng)注意，實施方式10至38和42至45對應(yīng)于實施例6。實施方式39至41對應(yīng)于實施例9。
實施方式10如圖1所示，采用與實施方式1相同的方法，在用作開始襯底1的5.08cm直徑×400μm厚度的藍寶石襯底上形成50nm厚度SiO2層作為掩模層，接著在掩模層中設(shè)置具有260μm的窗口間距Pw和230μm的孔徑寬度Ww的窗口。接著在表III所示的條件下，通過HVPE，在藍寶石襯底的開口表面上生長GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而不允許發(fā)生解理。然后，與實施方式1一樣，采用MOCVD，以在GaN層12上依次生長采用作n-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的5μm厚度的n-型GaN層、用作發(fā)光層22的3nm厚度In0.2Ga0.8N層22a和60nm厚度Al0.2Ga0.8N層22b、以及用作p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的150nm厚度p-型GaN層，作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。接下來，與實施方式1一樣，形成p-側(cè)電極，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體和開始襯底被分離，形成n-側(cè)電極，制造LED。評價在峰值波長為450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表III中示出了該結(jié)果。
表III示出了該實施方式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11具有8μm/hr的晶體生長速率、6×1019cm-3的Si的雜質(zhì)濃度、(0001)的主面取向，以及襯底的主面和(0001)面之間8°偏離角。在表III中示出了該結(jié)果。
比較例2在該比較例子中，用和實施方式10一樣的方法，在開始襯底上形成2μm厚度的GaN層作為開始層，形成50nm厚度的SiO2層作為掩模層，然后在260μm的窗口間距GaN下設(shè)置具有230μm的孔徑寬度Ww的窗口。接下來，除了對于GaCl原料氣體流速被設(shè)為80sccm以及對于NH3被設(shè)為6000sccm、晶體生長時間是1.33小時、晶體生長速率是60μm/hr以及雜質(zhì)濃度被設(shè)為Si為4×1018cm-3之外，與實施方式10一樣生長GaN襯底，該GaN襯底是III族氮化物晶體襯底。在該GaN襯底中發(fā)生解理和禁止在GaN襯底上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體層，因此不能獲得LED。表III示出了該結(jié)果。
表III


比較例子2中的開始層便于III族氮化物半導(dǎo)體晶體的生長并將它從開始襯底分離，但是當(dāng)在開始層上形成掩模層時，在該開始層中出現(xiàn)缺陷，以及這很可能在開始層上形成的晶體中導(dǎo)致斷裂。因此，在開始襯底的開口表面上直接生長III族氮化物晶體允許保持斷裂發(fā)生，如實施方式10所示。
實施方式11至14在實施方式11至14中，除了如表IV所示改變掩模層中窗口的間距和寬度、原料氣體GaCl的流速以及生長時間以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長速率之外，用和實施方式10一樣的方法制造LED。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表IV中示出了該結(jié)果。實施方式11至14關(guān)注于III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長速率上。
表IV


比較表III的實施方式10和表IV的實施方式11至14，顯然將該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長速率設(shè)為至少10μm/hr，但是不超過300μm/hr，允許獲得大的2000μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。具體，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長速率固定為至少30μm/hr但是不超過250μm/hr，與實施方式14一樣，允許獲得大的4000μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。
實施方式15至18在實施方式15至18中，用和實施方式10一樣的方法制造LED，除了如表V所示改變掩模層中的窗口的間距和寬度以及雜質(zhì)的濃度之外。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表V中示出了該結(jié)果。實施方式15至18關(guān)注于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的雜質(zhì)濃度。
表V


比較表III的實施方式和表V的實施方式15至18，很明顯將III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底設(shè)為5×1019cm-3以下允許獲得大的2000μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。具體，與實施方式18一樣，將III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的雜質(zhì)濃度設(shè)為9×1018cm-3或以下允許獲得大的4000μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。
實施方式19至22在實施方式19至22中，用和實施方式10一樣的方法制造LED，除了如表VI所示改變掩模層中的窗口的間距和寬度以及該開始襯底的主面和該(0001)面之間的偏離角之外。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表VI中示出了該結(jié)果。實施方式19至22關(guān)注于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角。
表VI


比較表III的實施方式10和表VI的實施方式19至22，很明顯將III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角設(shè)為至少0°但是不超過4°允許獲得大的2000μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。具體，與實施方式22一樣，將偏離角設(shè)為3°以下允許獲得大的4000μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。
實施方式23至25在實施方式23至25中，除了如表VII所示改變掩模層中的窗口的間距和寬度、原料氣體GaCl的流速、該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長時間和生長速率、雜質(zhì)的濃度以及開始襯底的主面和(0001)面之間的偏離角之外，用和實施方式10一樣的方法制造LED。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表VII中示出了該結(jié)果。實施方式23至25關(guān)注于從III族氮化物半導(dǎo)體晶體的生長速率、雜質(zhì)濃度以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角選擇的至少兩個條件。
表VII



由表VII很清楚通過結(jié)合從將III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長速率設(shè)為至少10μm/hr但是不超過300μm/hr、將III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的雜質(zhì)濃度設(shè)置為5×1019cm-3或以下以及將III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面的(0001)面之間的偏離角設(shè)為至少0°但是不超過4°中選擇的至少兩個條件，允許獲得大的15,000μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。
實施方式26至29在實施方式26至29中，除了如表VIII所示改變掩模層中的窗口的間距和寬度以及原料氣體GaCl的流速、III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長時間和生長速率以及開始襯底的主面和(0001)面之間的偏離角之外，用和實施方式10一樣的方法制造LED。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表VIII中示出了該結(jié)果。實施方式26至29關(guān)注于從III族氮化物半導(dǎo)體晶體的生長速率、雜質(zhì)濃度以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角的三個條件的組合。
表VIII


從表VIII很清楚通過組合至少10μm/hr但是不超過300μm/hr的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底生長速率、5×1019cm-3或以下的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的雜質(zhì)濃度以及至少0°但是不超過4°的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角的三個條件，允許獲得大的25,000μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。
實施方式30和31在實施方式30和31中，除了使用10.08cm直徑的硅襯底(主面方向(111))作為開始襯底，以及如表IX所示改變掩模層中的窗口的間距和寬度、原料氣體GaCl的流速、III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長時間和生長速率、雜質(zhì)的濃度以及開始襯底的主面和(0001)面之間的偏離角之外，用和實施方式10一樣的方法制造LED。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表IX中示出了該結(jié)果。實施方式30和31都關(guān)注于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體的生長速率、雜質(zhì)濃度以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角的三個條件的組合。
表IX


由表IX很清楚，即使當(dāng)使用大的10.06cm直徑的開始襯底時，通過使用Si襯底作為開始襯底和結(jié)合至少10μm/hr但是不超過300μm/hr的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底生長速率、5×1019cm-3或以下的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的雜質(zhì)濃度以及至少0°但是不超過4°的III族氮化物晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角的三個條件，也允許獲得大的25,000μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而不發(fā)生解理。
應(yīng)當(dāng)注意在實施方式10至31中，在其主面方向是(0001)的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面方向也是(0001)。此外，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的主面和(0001)面之間的偏離角互相匹配。
實施方式32在實施方式32中，除了使用15mm×15mm×400μm厚度的GaN開始襯底(主面方向(1100))作為開始襯底，如表X所示改變掩模層中的間距和寬度、原料氣體GaCl的流速、III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長時間和生長速率、雜質(zhì)的類型和濃度以及開始襯底的主面和(1100)面之間的偏離角，以及通過解理分離III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和開始襯底之外，用和實施方式10一樣的方法制造LED。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表X中示出了該結(jié)果。實施方式32關(guān)注于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的面方向。在表X中示出了該結(jié)果。
實施方式33在實施方式33中，除了15mm×15mm×400μm厚度的GaN開始襯底(主面方向(1120))被用作開始襯底，如表X所示改變掩模層中的窗口的間距和寬度、原料氣體GaCl的流速、III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長溫度、生長時間以及生長速率、雜質(zhì)的類型和濃度以及開始襯底的主面和(1120)面之間的偏離角，以及在掩模層中設(shè)置窗口之后但是在生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底之前，形成3μm厚度的In0.8Ga0.2N層作為分離層之外，用和實施方式10一樣的方法制造LED。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表X中示出了該結(jié)果。
這里分離層用來意指分離III族氮化物半導(dǎo)體晶體和開始襯底時被分離的分離點。形成具有比開始襯底和III族氮化物晶體的帶隙能量更小帶隙能量的分離層并照射激光，允許該III族氮化物晶體和開始襯底被分離，而不損壞III族氮化物晶體和開始襯底。實施方式33關(guān)注于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的面方向。
實施方式34和實施方式35在實施方式34和35中，除了使用具有表IX所示的材料(化學(xué)成分)、形狀以及面方向的開始襯底，以及如表IX所示改變掩模層中的窗口的間距和寬度、原料氣體GaCl的流速、III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長溫度、生長時間以及生長速率、雜質(zhì)的類型和濃度以及開始襯底的主面和(1120)面之間的偏離角之外，用和實施方式10一樣的方法制造LED。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表X中示出了該結(jié)果。實施方式34和實施方式35關(guān)注于III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的面方向。
表X


實施方式36至38在實施方式36至38中，除了使用具有表II所示的材料(化學(xué)成分)、形狀(15mm×15mm×400μm厚度)以及面方向的開始襯底，以及形成3μm厚度的InN層作為分離層之外，用和實施方式33一樣的方法制造LED。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表XI中示出了該結(jié)果。實施方式36至38關(guān)注于III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的面方向。
應(yīng)當(dāng)注意在實施方式32至38中，在其主面方向是(abdc)的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面方向也是(abdc)(其中abed是滿足關(guān)系d＝-(a+b))的整數(shù)。此外，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和(abdc)面之間的偏離角以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的主面和(abdc)面之間的偏離角互相匹配。
表XI


在表X和XI所示的各種方向中可以生長具有主面的大III族氮化物半導(dǎo)體晶體，而不允許發(fā)生解理。
實施方式39在該實施方式中，使用與實施方式1相同的方法，在5.08cm直徑×400μm厚度的藍寶石襯底上形成50nm厚度的SiO2層作為掩模層，該藍寶石襯底用作開始襯底1，然后設(shè)置由至少兩個或更多微孔徑2b的組構(gòu)成的窗口2a，如圖4所示，這對應(yīng)于實施例9。這里，窗口間距Pw是2200μm，孔徑寬度Ww是2000μm，微孔徑間距PS是2μm，以及微孔徑寬度WS是1μm。接下來，在表XII所示的條件下，通過HVPE在藍寶石襯底的開口表面1a上生長GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，不允許發(fā)生解理。然后，與實施方式1一樣，采用MOCVD，以在GaN層12上依次生長用作n-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的5μm厚度的n-型GaN層、用作發(fā)光層22的3nm厚度的In0.2Ga0.8N層22a和60nm厚度的Al0.2Ga0.8N層22b以及用作p-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的150nm厚度的p-型GaN層，作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。接下來，與實施方式1一樣，形成p-側(cè)電極，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體和開始襯底被分離，形成n-側(cè)電極，制造LED。評價在峰值波長450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對強度。在表XII中示出了該結(jié)果。
實施方式40和實施方式41除了如表XII所示改變微孔徑間距Ps和微孔徑寬度Ws之外，用和實施方式39相同的方法制造LED。評價在這些LED的峰值波長450nm下發(fā)射光譜的相對強度。在表XII中示出了該結(jié)果。
表XII


由表XII很清楚，在掩模層中設(shè)置每個由兩個或更多微孔徑的組形成的窗口以及在開始襯底的開口表面上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體允許生長大的晶體，而不發(fā)生解理。這里，優(yōu)選微孔徑間距PS至少是1μm，但是不超過250μm，以及微孔徑寬度WS至少是0.5μm，但是不超過200μm。
實施方式42和實施方式43在實施方式42和43中，除了如表XIII所示改變窗口間距Pw和孔徑寬度Ww之外，用和實施方式40相同的方法制造LED。評價在這些LED的峰值波長450nm下發(fā)射光譜的相對強度。在表XIII中示出了該結(jié)果。
實施方式44和實施方式45
在實施方式44和45，除了如表XII所示改變開始襯底的材料和直徑以及掩模層中的窗口的間隔和寬度之外，用和實施方式30相同的方法制造LED。評價在這些LED的峰值波長450nm下發(fā)射光譜的相對強度。在表XIII中示出了該結(jié)果。
表XIII


由表XIII很清楚，如實施方式43所示，使用每個由兩個或更多微孔徑(間距Ps至少是1μm但是不超過210μm，微孔徑寬度Ws至少是0.5μm但是不超過200μm)的組構(gòu)成的窗口，以及結(jié)合至少10μm/hr但是不超過300μm/hr的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底生長速率、5×1019cm-3或以下的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的雜質(zhì)濃度以及至少0°但是不超過4°的III族氮化物晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角，允許獲得大的45,030μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，不允許發(fā)生解理。如實施方式45所示，使用Si襯底作為開始襯底，并結(jié)合至少10μm/hr但是不超過300μm/hr的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底生長速率、5×1019cm-3或以下的III族氮化物晶體襯底生長速率以及至少0°但是不超過4°的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面和(0001)面之間的偏離角的三個條件，允許獲得大的45,030μm寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而不發(fā)生解理，即使當(dāng)使用具有15.24cm直徑的大開始襯底時。
比較例3除了原料氣體流速、晶體生長溫度以及晶體生長時間是如表XIV所示之外，用和比較例1的第一至第十四工序步驟相同的方法獲得400μm厚度的GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，如圖14A和14C所示。接下來，如圖10所示，通過MOCVD，在GaN襯底上生長3μm厚度的i-型GaN層12a和30nm厚度的i-型Al0.25Ga0.85N層12b作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12(第十五步驟)。
如圖10所示，接著進行光刻和剝離，以通過在800℃下加熱每個由Ti層(50nm厚度)/Al層(100nm厚度)/Ti層(20nm厚度)/Au層(200nm厚度)構(gòu)成的化合物層30秒，在i-型Al0.25Ga0.85N層12b上形成源電極53和漏電極55，以制造其合金(第十六工序)。然后形成300nm厚度的Au層作為柵電極54(第十七工序)。柵長度是2μm以及柵寬度是150μm。然后由III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體被分成400μm×400μm芯片(第十八工序)，制造HEMT半導(dǎo)體器件100。
實施方式46該實施方式是對應(yīng)于實施例7和實施例12的實施方式。如圖2A所示，在用作開始襯底1的400μm厚度的GaN襯底上濺射50nm厚度的SiO2層作為掩模層2(第一工序)，然后通過光刻，以400μm的窗口間距Pw設(shè)置矩形窗口，每個具有270μm的孔徑寬度Ww(第二步驟)，接下來，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為110sccm、NH3氣體流速為6000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為一小時的條件下，通過HVPE生長晶體(第三步驟)，在位于掩模層2的窗口2a下面的開始襯底的開口表面1a上和在圍繞窗口2a的掩模層的一些上表面2b上得到300μm×300μm×85μm厚度的GaN襯底，作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。然后，如圖10所示，通過MOCVD，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長3μm厚度的i-型GaN層12a和30nm厚度的i-型Al0.25Ga0.85N層12b作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12(第四步驟)。
接下來，如圖10所示，接著進行光刻和剝離，以通過在800℃下加熱每個由Ti層(50nm厚度)/Al層(100nm厚度)/Ti層(20nm厚度)/Au層(200nm厚度)構(gòu)成的化合物層30秒，在該i-型Al0.25Ga0.85N層12b上形成源電極53和漏電極55，以制造合金(第五步驟)。然后形成300nm厚度的Au層作為柵電極54(第六步驟)。柵長度是2μm和柵寬度是150μm。接下來，如圖2C所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在含水的氫氟酸(氫氟酸1wt％)中，以刻蝕掉掩模層2(第七步驟)，此后，如圖2D所示，它被浸泡在含水的KOH(KOH5wt％)中，以刻蝕與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a(由元素氮構(gòu)成的原子層)，以將該III族半導(dǎo)體晶體10和開始襯底1分離(第八步驟)，制造HEMT半導(dǎo)體器件100。
實施方式46-2除了在開始襯底1上生長摻雜至1×1019cm-3的碳(C)濃度的10μmGaN晶體層之后，生長用作III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的85μm厚度GaN晶體，以及在該C-摻雜的GaN晶體層實現(xiàn)從開始襯底1分離之外，與實施方式46一樣制造HEMT。
比較例4除了原料氣體流速、晶體生長溫度以及晶體生長時間是表XIV所示的那些之外，與比較例子的第一至第十四工序步驟一樣，獲得400μm厚度的GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，如圖14A和14C所示。接下來，通過MOCVD，在GaN襯底上生長5μm厚度的n-GaN層(電子濃度1×1016cm-3)作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，如圖11所示(第十五步驟)。
接下來，如圖11所示，在800℃下加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Al層(100nm厚度)/Ti層(20nm厚度)/Au層(200nm厚度)的化合物層30秒，以在GaN襯底的整個第二主面表面上形成用作歐姆電極56的合金(第十六工序)。然后接著進行光刻和剝離，以在該n-GaN層上形成200μm直徑×300nm厚度的Au層作為肖特基電極57(第十七工序)。然后由該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體被分成400μm×400μm芯片(第十八工序)，制造HEMT肖特基二極管作為該半導(dǎo)體器件100。
實施方式47該實施方式對應(yīng)于實施例7和實施例13。如圖2A所示，在用作開始襯底1的400μm厚度的GaN襯底上濺射50nm厚度的SiO2層作為掩模層2(第一工序)，通過光刻，以400μm非窗口間距Pw，設(shè)置矩形窗口2a，每個具有270μm的孔徑寬度Ww(第二步驟)。
接下來，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為110sccm、NH3氣體流速為6000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為一小時的條件下，通過HVPE生長晶體(第三步驟)，在掩模層2的窗口下面的開始襯底1的開口表面1a上和在圍繞窗口2a的掩模層的一些上表面2b上得到300μm×300μm×85μm厚度的GaN襯底，作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。接下來，通過MOCVD，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長5μm的厚度n-GaN層(電子濃度1×1016cm-3)作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，如圖11所示(第四步驟)。
接下來，如圖2C所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在含水的氫氟酸(氫氟酸1wt％)中，以刻蝕掉該掩模層2(第五步驟)，此后，如圖2D所示，它被浸泡在含水的KOH(KOH5wt％)中，以刻蝕與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a(由氮原子構(gòu)成的原子表面)，如圖2D所示，將該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10和開始襯底1分離(第六步驟)。
接下來，如圖11所示，在800℃下加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Al層(100nm厚度)/Ti層(20nm厚度)/Au層(200nm厚度)的化合物層30秒，以在GaN襯底的整個第二主面表面上形成合金作為歐姆電極56，該GaN襯底是III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11(第七步驟)。接下來，接著進行光刻和剝離，以在該n-GaN層上形成200μm直徑×300nm厚度的Au層作為肖特基電極57(第八步驟)，制造肖特基二極管作為半導(dǎo)體器件100。
比較例5除了原料氣體流速、晶體生長溫度以及晶體生長時間是表XIV所示的那些之外，與比較例1的第一至第十四工序步驟一樣，獲得400μm厚度的GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，如圖14A和14C所示。接下來，通過MOCVD，在該GaN襯底的第一主面上生長5μm厚度的n-GaN層(電子濃度1×1016cm-3)，作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，如圖12所示(第十五步驟)。
接下來，通過選擇的離子注入，形成p-層12d和n+層12e，如圖12所示(第十六工序)。這里，通過Mg離子注入形成p-層12d，以及通過Si離子注入形成n-層12e。接下來，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12上形成300nm厚度的SiO2膜作為保護膜(未示出)，然后在1250℃下執(zhí)行退火30秒，以激活注入的離子(第十七工序)。然后用氫氟酸剝離該保護膜，此后通過P-CVD(等離子體-增強的化學(xué)氣相淀積)形成50nm厚度的SiO2膜作為MIS絕緣膜59(第十八工序)。
接下來，使用光刻和使用緩沖氫氟酸的選擇性蝕刻來刻蝕該MIS絕緣膜59，然后通過剝離，在800℃下加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Al層(100nm厚度)/Ti層(20nm厚度)/Au層(200nm厚度)的化合物層30秒，以在該刻蝕區(qū)中形成合金作為源電極53，如圖11所示(第十九工序)。接著進行光刻和剝離，以在該MIS絕緣膜59上形成300nm厚度的Al層作為柵電極54，制造MIS結(jié)構(gòu)(第二十工序)。
然后由III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體被分成400μm×400μm芯片(第二十一工序)。接下來，在800℃下加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Al層(100nm厚度)/Ti層(20nm厚度)/Au層(200nm厚度)的化合物層30秒，以在該GaN襯底的第二主面的整個表面(與第一主面相對的主面，下面相同)上形成合金作為漏電極55，該GaN襯底是III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11(第二十二工序)，制造MIS晶體管作為半導(dǎo)體器件110。
實施方式48該實施方式對應(yīng)于實施例7和實施例13。如圖2A所示，在用作開始襯底1的400μm厚度的GaN襯底上濺射50nm厚度的SiO2層作為掩模層2(第一工序)，通過光刻，以400μm的窗口間距Pw設(shè)置矩形窗口，每個具有270μm的孔徑寬度Ww(第二步驟)。
接下來，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為110sccm、NH3氣體流速為6000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為一小時的條件下，通過HVPE生長晶體(第三步驟)，在掩模層2的窗口下面的開始襯底1的開口表面1a上和在圍繞窗口2a的掩模層的一些上表面2b上得到300μm×300μm×85μm厚度的GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。接下來，通過MOCVD，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底10上生長5μm厚度n-GaN層(電子濃度1×1016cm-3)作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，如圖10所示(第四步驟)。
接下來，通過選擇的離子注入形成p-層12d和n+層12e，如圖12所示(第五步驟)。這里，通過Mg離子注入形成p-層12d，以及通過Si離子注入形成n+層12e。接下來，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12上形成300nm厚度的SiO2膜作為保護膜(未示出)，然后在1250℃下退火30秒，以激活該注入的離子(第六步驟)。然后用氫氟酸剝離該保護膜，此后通過P-CVD(等離子體-增強的化學(xué)氣相淀積)形成50nm厚度的SiO2膜作為MIS絕緣膜59(第七步驟)。
接下來，使用光刻和使用緩沖氫氟酸的選擇性蝕刻，刻蝕該MIS絕緣膜59，然后通過剝離，在800℃下加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Al層(100nm厚度)/Ti層(20nm厚度)/Au層(200nm厚度)的化合物層30秒，以在該刻蝕區(qū)中形成合金作為源電極53(第八步驟)。接著進行光刻和剝離，以在該MIS絕緣膜59上形成300nm厚度的Al層作為柵電極54，形成MIS結(jié)構(gòu)(第九步驟)。
接下來，如圖2C所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在含水的氫氟酸(氫氟酸1wt％)中，以刻蝕掉掩模層2(第十步驟)，此后，如圖2D所示，它被浸泡在含水的KOH(KOH5wt％)中，以刻蝕與開始襯底1接觸的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的下表面10a(由氮原子構(gòu)成的原子表面)，將III族氮化物半導(dǎo)體晶體10和開始襯底1分離(第十一步驟)。接下來，在800℃下，加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Al層(100nm厚度)/Ti層(20nm厚度)/Au層(200nm厚度)的化合物層30秒，以在該GaN襯底的第二主面的整個表面上形成合金作為漏電極55，該GaN襯底是III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11(第十二步驟)，制造MIS晶體管作為半導(dǎo)體器件110。
表XIV示出了制造比較例3至5和實施方式46至48的電子器件的條件。
表XIV

由表14很清楚根據(jù)本發(fā)明制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法允許減少制造工序的數(shù)目，不考慮III族氮化物半導(dǎo)體器件是否是HEMT、肖特基二極管或MIS晶體管，且因此可以有效地制造半導(dǎo)體器件。
實施方式49該實施方式關(guān)于實施例16中發(fā)現(xiàn)的發(fā)光設(shè)備。如圖13所示，該實施例的特點是層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)包括，尤其，在GaN襯底11的第一主面?zhèn)壬闲纬傻膎-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層21、發(fā)光層22以及p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23，該GaN襯底11用作III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，以及在p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23上設(shè)置p-電極12。這實施方式的特征在于其中使用導(dǎo)電粘結(jié)劑62，將其p-側(cè)電極52向下安裝在引線框的安裝部分60a上。
在該實施方式中，由發(fā)光層22發(fā)射的光從GaN襯底的第二主面11b輻射，其上設(shè)置n-側(cè)電極51。n-側(cè)電極51未覆蓋整個第二主面。重要的是保證未被n-側(cè)電極51覆蓋的大面積。增加窗口數(shù)減小被n-側(cè)電極51阻檔的光量，因此增加光被照射到外面的發(fā)射效率。
n-側(cè)電極51被導(dǎo)線61電連接到引線框的引線部分60b。導(dǎo)線61和上述層疊結(jié)構(gòu)被環(huán)氧樹脂63密封。
這里，通過在GaN襯底11上依次順序地生長n-型GaN層21a、n-型AlxGa1-xN層21b、具有由AlxGa1-xN層(0≤x≤1)和AlxInyGa1-x-yN層(0≤x，0≤y，x+y≤1)構(gòu)成的多量子阱(MQW)的發(fā)光層22、p-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)23a以及p-型GaN層23b，獲得層狀結(jié)構(gòu)，該GaN襯底11是III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。此外，如圖13所示，覆蓋p-型GaN層23b的整個表面形成p-側(cè)電極52，該側(cè)電極被向下安裝。
下面描述根據(jù)該實施方式制造發(fā)光設(shè)備的方法。首先根據(jù)圖2進行描述，如圖2A所示，在用作開始襯底1的400μm厚度的GaN襯底(面方向(0001)，開始襯底的主面和(0001)面之間0.5°的偏離角)上濺射50nm厚度的SiO2層作為掩模2，然后通過光刻以400μm的窗口間距Pw提供矩形窗口，每個具有270μm的孔徑寬度Ww。
接下來，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為110sccm、NH3氣體流速為6000sccm、生長溫度為1050℃以及生長時間為一個小時的條件下通過HVPE生長晶體，在位于掩模層2的窗口2a下面的開始襯底1的開口表面1a上和在圍繞窗口2a的掩模層的某些上表面2b上得到300μm×300μm×400μm厚度的GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。GaN襯底的電阻率是0.01Ω·cm，以及其位錯密度小于1×107cm-2。
接下來，與實施方式1一樣，采用MOCVD，以在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上依次生長2μm厚度的Si-摻雜的n-型GaN層21a和50nm厚度的Si-摻雜的Al0.2Ga0.8N層21b(覆層)作為n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層21、具有由GaN層和In0.15Ga0.85N層構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)的三個層構(gòu)成的MQW(多量子阱)的發(fā)光層22以及用作p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23的20nm厚度的Mg-摻雜的p-型Al0.2Ga0.8N層23a(覆層)和20nm厚度的Mg-摻雜的p-型GaN層23b，作為一個或多個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。獲得的元件的發(fā)射波長是450nm，通過比較低溫(4.2K)下的PL(發(fā)光)強度和室溫(298K)下的PL經(jīng)驗地計算內(nèi)量子效率，以及發(fā)現(xiàn)是50％。
然后這元件被激活，以降低Mg-摻雜的p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的電阻。通過孔測量獲得載流子濃度，以及在Mg-摻雜的p-型Al0.2Ga0.8N層中發(fā)現(xiàn)是5×1017cm-3，以及在Mg-摻雜的p-型GaN層中發(fā)現(xiàn)是1×1018cm-3。
接下來，100μm直徑的n-側(cè)電極被粘附到N(氮)面的中心，該N(氮)面是GaN襯底的第二主面。作為n-側(cè)電極，與GaN襯底接觸依次形成其層成分是Ti層(50nm厚度)/Al層(100nm厚度)/Ti層(20nm厚度)/Au層(200nm厚度)的化合物層。該結(jié)構(gòu)在氮(N2)氣氛中加熱，以將接觸電阻設(shè)為1×10-5Ω·cm2或以下。
接下來，形成與p-型GaN層接觸的4nm厚度的Ni層作為p-側(cè)電極，以及在整個表面上形成4nm厚度的Au層。該結(jié)構(gòu)在惰性氣體氣氛中加熱，以將接觸電阻設(shè)為5×10-4Ω·cm2。
接下來，如圖13所示，安裝元件，以便其p-型GaN層23b-側(cè)與引線框的安裝部分a接觸，形成發(fā)光設(shè)備。涂敷到安裝部分的導(dǎo)電樹脂62加固該元件和互相安裝，并允許導(dǎo)電性。
為了提高從發(fā)光設(shè)備的熱輻射，這里該發(fā)光設(shè)備被安裝為其p-型GaN層23b的整個表面與引線框的安裝部分60a接觸。為了其良好的導(dǎo)熱性，選擇Ag-基導(dǎo)電粘結(jié)劑62，以及為了其良好的導(dǎo)熱性，選擇CuW-基引線框60。通過做這些工作，獲得8℃/W的抗熱性。
在通過導(dǎo)線鍵合導(dǎo)電連接n-側(cè)電極51和引線框的引線部分60b之后，使用環(huán)氧樹脂63形成樹脂密封，制造被制成燈的發(fā)光設(shè)備130。
這里公開的實施例和實施方式本質(zhì)上是說明性，不應(yīng)該被認為是限制。本發(fā)明的范圍由其權(quán)利要求而不是上述描述限定，以及應(yīng)該理解除屬于權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有改變之外，包括本發(fā)明的權(quán)利要求的特征及其等效權(quán)利。
工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明可以被廣泛地用于對于半導(dǎo)體器件來說足夠大的III族氮化物半導(dǎo)體晶體及其制造方法、III族氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法以及包括這種III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，包括在開始襯底上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的步驟；以及從所述開始襯底分離所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的步驟，其特征在于所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的厚度是10μm或以上但是600μm或以下，以及寬度是0.2mm或以上但是50mm或以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，其特征在于，所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面面積小于所述開始襯底的主面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，其特征在于，生長至少一個所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的所述步驟包括在所述開始襯底上形成具有至少一個窗口的掩模層的步驟；以及至少在所述掩模層中的窗口下面的所述開始襯底的開口表面上生長所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，其特征在于，所述窗口由至少兩個微孔徑所構(gòu)成的組形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，其特征在于，生長至少一個所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的所述步驟包括在所述開始襯底上布置至少一種籽晶的步驟；以及利用所述籽晶作為其晶核，生長所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任意一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，其特征在于，在從所述開始襯底分離所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的所述步驟中，使用刻蝕、激光作用或解理方法的任何一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，其特征在于，所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的結(jié)構(gòu)是六角平板狀、四角平板狀或三角平板狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，其特征在于，以至少10/hr但是不超過300μm/hr的速率生長所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，其特征在于，所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體具有不超過5×1019cm-3的雜質(zhì)濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法，其特征在于，所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和其(0001)面、(1100)面、(1120)面、(1101)面、(1102)面、(1121)面或(1122)的任何一個之間的偏離角為0°或以上但是不超過4°。
11.一種使用權(quán)利要求1至10的任意一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體制造方法制造的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
12.一種制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，包括在開始襯底上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的步驟；在所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的步驟；以及從所述開始襯底分離由所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體層構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的步驟；其特征在于所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的厚度是10μm或以上但是600μm或以下，以及寬度是0.2mm或以上但是50mm或以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，使所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的主面面積小于所述開始襯底的主面。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，生長至少一個所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的所述步驟包括在所述開始襯底上形成具有至少一個窗口的掩模層的步驟；以及至少在所述掩模層中的所述窗口下面的所述開始襯底的開口表面上生長所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述窗口由至少兩個微孔徑所構(gòu)成的組形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，生長至少一個所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的所述步驟包括在所述開始襯底上布置至少一種籽晶的步驟；以及利用所述籽晶作為其晶核，生長所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16的任意一項所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，在從所述開始襯底分離由所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體層構(gòu)成的所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的所述步驟中，使用刻蝕、激光作用或解理方法的任何一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17的任意一項所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的結(jié)構(gòu)是六角平板狀、四角平板狀或三角平板狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18的任意一項所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，以至少10m/hr但是不超過300μm/hr的速率生長所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底。
20.根據(jù)權(quán)利要求12至18的任意一項所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述III族氮化物晶體襯底具有不超過5×1019cm-3的雜質(zhì)濃度。
21.根據(jù)權(quán)利要求12至18的任意一項所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述III族氮化物晶體襯底的主面和其(0001)面、(1100)面、(1120)面、(1101)面、(1102)面、(1121)面或(1122)的任何一個之間的偏離角為0°或以上但是不超過4°。
22.一種使用權(quán)利要求12至21的任意一項所述的制造III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法制造的III族氮化物半導(dǎo)體器件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的背面上形成粗糙表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的背面上形成的所述粗糙表面的表面粗糙度RP-V至少是0.01μm，但是不超過50μm。
25.一種包括權(quán)利要求22至24的任意一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述III族氮化物半導(dǎo)體器件裝備有所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底、在所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的第一主面?zhèn)壬系膎-型III族氮化物半導(dǎo)體層、與所述n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層相比更遠離所述III族氮化物半導(dǎo)體襯底設(shè)置的p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層、以及位于所述n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層和所述p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層之間的發(fā)光層；所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底具有0.5Ω·cm或以下的電阻率；以及所述p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層側(cè)被向下安裝，以及從第二主面照射光，該第二主面是位于所述第一主面相反側(cè)的所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底一側(cè)上的主面。
26.一種包括權(quán)利要求22至24的任意一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述III族氮化物半導(dǎo)體器件裝備有GaN襯底，該GaN襯底是所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底、n-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)，該n-型AlxGa1-xN層是在所述GaN襯底的第一主面?zhèn)壬系膎-型III族氮化物半導(dǎo)體層、p-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)，該p-型AlxGa1-xN層是比所述n-型AlxGa1-xN層更加遠離所述GaN襯底設(shè)置的p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層、以及位于所述n-型AlxGa1-xN層和所述p-型AlxGa1-xN層之間的發(fā)光層；所述GaN襯底的位錯密度不超過108/cm2；以及所述p-型AlxGa1-xN層側(cè)被向下安裝，以及光從第二主面照射，該第二主面是位于所述第一主面相反側(cè)的所述GaN襯底的側(cè)面上的主面。
27.一種包括權(quán)利要求22至24的任意一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述III族氮化物半導(dǎo)體器件裝備有AlN襯底，該AlN襯底是所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底、n-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)，該n-型AlxGa1-xN層是在所述AlN襯底的第一主面?zhèn)壬系膎-型III族氮化物半導(dǎo)體層、p-型AlxGa1-xN層(0≤x≤1)，該p-型AlxGa1-xN層是比所述n-型AlxGa1-xN層更遠離所述AlN襯底設(shè)置的p-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層、以及位于所述n-型AlxGa1-xN層和所述p-型AlxGa1-xN層之間的發(fā)光層；所述GaN襯底的熱傳導(dǎo)率是100W/(m·K)或以上；以及所述p-型AlxGa1-xN層側(cè)被向下安裝，以及光從第二主面照射，該第二主面是位于所述第一主面相反側(cè)的所述AlN襯底的側(cè)面上的主面。
全文摘要
本發(fā)明提供其尺寸適于半導(dǎo)體器件的III族氮化物半導(dǎo)體晶體及其有效的制造方法、III族氮化物半導(dǎo)體器件及其有效的制造方法、以及發(fā)光設(shè)備。制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法包括在開始襯底上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體的步驟、在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生長至少一個III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的步驟、以及從所述開始襯底分離由III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底和III族氮化物半導(dǎo)體晶體層所構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的步驟，并且其特征在于所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體的厚度是10μm或以上但是600μm或以下，以及寬度是0.2mm或以上但是50mm或以下。
文檔編號C23C16/34GK1957447SQ20058001603
公開日2007年5月2日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者中畑成二, 中幡英章, 上松康二, 木山誠, 永井陽一, 中村孝夫 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社