專利名稱：制造iii族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法、晶片以及iii族氮化物基化合物半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造具有所謂纖鋅礦結(jié)構(gòu)的III族氮化物基化合物半導(dǎo)
體。更具體地，本發(fā)明涉及通過外延生長制造具有M-晶面主表面的m族 氮化物基化合物半導(dǎo)體。本發(fā)明還涉及包括具有M-晶面主表面的晶片和
具有M-晶面主表面的層的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體器件。在纖鋅礦結(jié) 構(gòu)(即六方晶體結(jié)構(gòu))中，M-晶面由密勒指數(shù)(1-100)表示。當(dāng)在本文 中使用時(shí)，在密勒指數(shù)的分量上通常所提供的條線由恰好在所述分量之前 所直接提供的符號(hào)" - "來表示.
當(dāng)在本文中使用時(shí)，"III族氮化物基化合物半導(dǎo)體"包括由式 AlxGaylih.x-yN (OSxSl， OSy^l, O^x+y^l)所表示的半導(dǎo)體；該半導(dǎo)體可 以包含預(yù)定的元素以實(shí)現(xiàn)例如n-型/p-型導(dǎo)電性；并且該半導(dǎo)體中的一部分 III族元素被B或Tl所取代，或者一部分V族元素被P、 As、 Sb或Bi所 取代。
背景技術(shù)：
m族氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件已經(jīng)廣泛使用，并且已經(jīng)進(jìn)行了 大量嘗試以改進(jìn)器件的特性.通常，通過在由不同于III族氮化物基化合 物半導(dǎo)體的材料制成的襯底(下文中該襯底可稱為"異質(zhì)襯底")例如藍(lán)寶
物半導(dǎo)體發(fā)光器件。在最普通的外延生長工藝中，生長in族氮化物基化 合物半導(dǎo)體以使得該半導(dǎo)體的厚度方向?yàn)檠豤-軸的方向，并且該半導(dǎo)體具
有c-晶面主表面。
眾所周知，當(dāng)在ni族氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件中，例如在c-軸方向上堆疊具有多量子阱結(jié)構(gòu)的層(即堆疊的各層之間的界面平行于c-晶面)時(shí)，由于發(fā)光器件中的應(yīng)變產(chǎn)生壓電場，并且降低量子效率。在形
成發(fā)光器件以外的其它器件(例如HEMT)時(shí)，也不希望由于內(nèi)部應(yīng)變而產(chǎn)生這種壓電場。
鑒于上述情況，已經(jīng)進(jìn)行了嘗試，以發(fā)展外延生長in族氮化物基化 合物半導(dǎo)體使得半導(dǎo)體的厚度方向不是沿c-軸的技術(shù)。日本專利申請公開
(Kokai) No.2006-036561 (由本發(fā)明的申請人所提交)公開了一種通過形 成掩模來防止在不期望的生長軸方向上生長晶體的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
眾所周知，當(dāng)使用異質(zhì)襯底來外延生長III族氮化物基化合物半導(dǎo)體 時(shí)，對于其上生長良好結(jié)晶性的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的異質(zhì)襯底 的主表面存在局限。因此，從一個(gè)全新的觀點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明A^I思了一種 用于沿著預(yù)定晶軸生長III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，通常在異質(zhì) 村底的所述主表面上沒有III族氮化物基化合物半導(dǎo)體沿著所述預(yù)定晶軸 生長，并且已經(jīng)完成了本發(fā)明。
在本發(fā)明的第一方面，提供一種制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的 方法，包括加工藍(lán)寶石襯底的主表面，所述主表面圍繞由R-晶面和與 R-晶面垂直的A-晶面所形成的相交L 藍(lán)寶石-AM 線相對于R-晶面成30°傾 斜，由此暴露出相對于主表面成30。傾斜的R-晶面表面；和通過緩沖層 的調(diào)節(jié)，主要在藍(lán)寶石襯底的暴露的R-晶面表面上外延生長目標(biāo)III族 氮化物基化合物半導(dǎo)體，使得III族氮化物^&化合物半導(dǎo)體具有平行于藍(lán) 寶石襯底的暴露的R-晶面表面的A-晶面表面，由此形成具有平行于藍(lán)寶 石襯底主表面的M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體層。
在本發(fā)明的第二方面，利用不允許在其上外延生長III族氮化物基化 合物半導(dǎo)體的掩模材料來覆蓋除暴露的R-晶面表面之外的藍(lán)寶石襯底表
面，和隨后通過緩沖層的調(diào)節(jié)，在R-晶面表面上外延生長目標(biāo)m族氮化
物基化合物半導(dǎo)體。
在本發(fā)明的第三方面，掩模材料是二氧化硅。
在本發(fā)明的第四方面，在主要含有氮的載氣氣氛中外延生長目標(biāo)III 族氮化物基化合物半導(dǎo)體。
在本發(fā)明的第五方面，目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的生長在主
6要含有氮的載氣氣氛中開始，并且在外延生長過程中將載氣轉(zhuǎn)換成主要含 氫的氣氛以繼續(xù)外延生長。
在本發(fā)明的第六方面，提供一種晶片，該晶片包括具有至少暴露的
R-晶面部分的藍(lán)寶石襯底和具有M-晶面主表面并且堆疊在藍(lán)寶石襯底 上的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體。當(dāng)在本文中使用時(shí)，藍(lán)寶石襯底的"暴 露的R-晶面部分，，不對應(yīng)于晶片的暴露部分，而是對應(yīng)于藍(lán)寶石襯底和III 族氮化物基化合物半導(dǎo)體之間的界面。
在本發(fā)明的第七方面，提供一種III族氮化物基化合物半導(dǎo)體器件， 包括具有至少暴露的R-晶面部分的藍(lán)寶石襯底和至少一個(gè)具有M-晶面 主表面的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體層。當(dāng)在本文中使用時(shí)，藍(lán)寶石襯 底的"暴露的R-晶面部分，，不對應(yīng)于器件的暴露部分，而是對應(yīng)于藍(lán)寶石襯 底和III族氮化物基化合物半導(dǎo)體之間的界面。
本發(fā)明的第八方面涉及用于制造如本發(fā)明第一至第五方面任意之 一所述的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法的特定實(shí)施方案，其中目標(biāo) III族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長為具有50nm或更大的總厚度，接著 冷卻到室溫，使得由于在藍(lán)寶石襯底與目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體 之間的熱膨脹系數(shù)差異所導(dǎo)致的應(yīng)力，從而在目標(biāo)III族氮化物基化合物 半導(dǎo)體中的M-晶面表面處發(fā)生斷裂，由此至少使藍(lán)寶石襯底分離。
眾所周知，六方晶形的藍(lán)寶石襯底具有例如(0001)-晶面表面(即 C-晶面表面)、(11-20)-晶面表面(即A-晶面表面)、(1-100)-晶面表 面(即M-晶面表面)和(1-102 )-晶面表面(即R-晶面表面)。R-晶面 表面垂直于一個(gè)A-晶面表面，R-晶面表面與A-晶面表面所形成的相交 線表示為"L藍(lán)"-AM"。已知的是，當(dāng)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體在藍(lán)寶 石襯底的R-晶面表面上外延生長時(shí)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的A-晶面 變得平行于藍(lán)寶石襯底的R-晶面表面。在這種情況下，III族氮化物基化 合物半導(dǎo)體的c-軸平行于上i^目交線L 藍(lán)寶石-AM
當(dāng)加工其主表面相對于R-晶面傾斜30。的藍(lán)寶石襯底以使其R-晶面 表面暴露并且在所述暴露的R-晶面表面上外延生長III族氮化物基化合 物半導(dǎo)體時(shí)，由此生長的m族氮化物基化合物半導(dǎo)體的A-晶面變得平行 于藍(lán)寶石襯底的R-晶面表面。在這種情況下，當(dāng)藍(lán)寶石襯底的主表面圍繞由R-晶面和與R-晶面垂直的A-晶面所形成的L 藍(lán)寶石_ AIM 相交線相對于 R-晶面成30。傾斜時(shí)，由于III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的c-軸平行于線 L藍(lán)W-AM，因此III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的M-晶面變成藍(lán)寶石襯底 的主表面，其相對于藍(lán)寶石襯底的R-晶面表面成30。傾斜。
當(dāng)所需要的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體堆疊在通過本發(fā)明的制造方 法獲得的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體上時(shí)，在由此形成的層疊結(jié)構(gòu)中， m族氮化物基化合物半導(dǎo)體之間的界面是M-晶面。因此，本發(fā)明有助于 形成其中不產(chǎn)生由于內(nèi)應(yīng)變所導(dǎo)致的壓電場的III族氮化物基化合物半導(dǎo) 體器件(特別是III族氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件)(笫一方面)。
通過日本專利申請7>開(Kokai) No.2006-036561所^Hf的技術(shù)獲得 的半導(dǎo)體晶體存在如下問題士C-晶面晶體的共存以及由于+ c-軸方向和— c-軸方向之間的生長速率的差異導(dǎo)致表面平坦性不良。相反，通過本發(fā)明 方法制造的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體表現(xiàn)出良好的結(jié)晶度和平坦性， 這是因?yàn)楸景l(fā)明的橫向生M面不是C-晶面。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使在襯底表面上提供緩沖層，也不能在圍繞由R-晶面和 與R-晶面垂直的A-晶面所形成的Ljt^5-AM相交線相對于R-晶面成30。 傾斜的藍(lán)寶石襯底表面上形成具有良好結(jié)晶度的III族氮化物基化合物 半導(dǎo)體。但是，從防止生長混雜晶體的角度出發(fā)，更優(yōu)選的是，利用不允 許III族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長的掩模材料^t蓋除R-晶面表面 之外的藍(lán)寶石襯底表面(第二方面)。
優(yōu)選的是，掩模材料是二氧化硅(第三方面)。但是，掩模材料可 以是預(yù)定材料，例如氮化硅。
僅僅沿著垂直方向在藍(lán)寶石襯底的暴露的R-晶面表面上外延生長 可能無法充分地形成平行于藍(lán)寶石襯底主表面的表面。因此，優(yōu)選III 族氮化物基化合物半導(dǎo)體的外延生長在所謂橫向生長條件下進(jìn)行，直到藍(lán) 寶石襯底的上表面完全被半導(dǎo)體覆蓋。在這種情況下，氮優(yōu)選用作載氣， 但是橫向生長條件不包括使用不含氫的載氣(第四方面)。本發(fā)明的實(shí)質(zhì) 是^Jt過橫向生長具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體而實(shí) 現(xiàn)的。但是，為了促進(jìn)在橫向生長之后快速生長具有良好結(jié)晶度的III族 氨化物基化合物半導(dǎo)體，優(yōu)選利用主要含氫的載氣來替代上述使用的栽氣(第五方面)。
本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了具有暴露的R-晶面部分的藍(lán)寶石襯底以及具有M-晶面主表面并且堆疊在藍(lán)寶石襯底上的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的晶 片(第六方面)。
而且，本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了包括具有暴露的R-晶面部分的藍(lán)寶石襯底和 至少一個(gè)具有M-晶面主表面并且形成在藍(lán)寶石襯底上的III族氮化物基化
合物半導(dǎo)體層的In族氮化物基化合物半導(dǎo)體器件(第七方面)。
當(dāng)目標(biāo)lll族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長為具有50nm或更大的總
厚度、接著冷卻至室溫時(shí)，由于在藍(lán)寶石襯底與目標(biāo)III族氮化物基化合 物半導(dǎo)體之間的熱膨脹系數(shù)差異產(chǎn)生的應(yīng)力而導(dǎo)致在目標(biāo)III族氮化物基
化合物半導(dǎo)體中M-晶面表面處發(fā)生斷裂，由此至少可以分離藍(lán)寶石襯底 (第八方面)。當(dāng)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的總厚度小于50nm時(shí)，在 從藍(lán)寶石襯底上分離III族氮化物基化合物半導(dǎo)R后，該半導(dǎo)體無法具 有允許將其作為例如外延生長的襯底而進(jìn)行處理的厚度?？偤穸葍?yōu)選為 100pm或更大，更優(yōu)選200fun或更大。
當(dāng)以過高的速率進(jìn)行冷卻時(shí)，在III族氮化物基化合物半導(dǎo)體中出現(xiàn) 導(dǎo)致裂縫的溫度差。冷卻速率優(yōu)選為100'C/分鐘到0.5'C/分鐘，更優(yōu)選為 50'C/分鐘到2'C/分鐘。


當(dāng)結(jié)合附圖參考下文對優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明時(shí)，本發(fā)明的各種 其它目的、特征和許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清晰和更易理解，其中
圖l表示具有圍繞由R-晶面表面IOR和與R-晶面表面IOR垂直的 A-晶面表面10A所形成的L藍(lán)寶石-AM相交線相對于R-晶面表面10R成 30。傾斜的主表面10s的藍(lán)寶石襯底10 (兩個(gè)示意圖)；和
圖2表示本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方案，即制造III族氮化物基化合物 半導(dǎo)體40的方法的步驟(截面圖)。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，可以在加工其主表面圍繞由R-晶面和與R-晶面垂直的 A-晶面所形成的相交線相對于R-晶面成30。傾斜的藍(lán)寶石襯底的步驟中 采用千蝕刻(例如ICP蝕刻)或利用熱磷酸/熱^P危酸的濕蝕刻，由此暴 露出相對于主表面成30。傾斜的R-晶面表面。
在III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的外延生長過程中，優(yōu)選利用用作掩 模材料的二氧化硅或氮化硅來掩蔽除了 R-晶面表面之夕卜的藍(lán)寶石襯底表
面。該掩模可以通過公知的光刻技術(shù)來形成。
在襯底上提供的緩沖層通常通過采用所謂MOCVD的低溫生長(600。C 以下)由AlN或GaN形成。但是，緩沖層可以具有AlGaN的三元組成， 或者可以由含In層形成。作為替代方案，緩沖層可以由具有不同組成的多 層形成。這種緩沖層可以通過任意已知的技術(shù)來形成。
III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的外延生長可以通過采用例如氨或III族 元素的三甲基化合物的所謂MOCVD、或者通過采用III族元素囟化物的 HVPE來進(jìn)行。例如，可以在III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的初始生長階 段采用MOCVD，在半導(dǎo)體已完全覆蓋藍(lán)寶石襯底的上表面之后可以利用 HVPE來替代MOCVD。
可以在不偏離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)的前提下，采用任意其它的已知技術(shù)。
接下來將說明其中GaN層形成為具有M-晶面主表面的III族氮化物 基化合物半導(dǎo)體的實(shí)施方案。但是，本發(fā)明的方法也可應(yīng)用于制造具有預(yù) 定組成的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體。
實(shí)施方案1
圖1 (兩個(gè)示意圖)表示本發(fā)明中使用的藍(lán)寶石襯底10，襯底10 具有圍繞由R-晶面表面10R和與R-晶面表面10R垂直的A-晶面表面 10A所形成的L a寶石-AM相交線相對于R-晶面表面10R成30。傾斜的主 表面10s。
圖1A顯示具有由粗箭頭表示的四個(gè)晶格矢量al、 a2、 a3和c的普 通六方晶體。如圖1A所示，利用從左上部到右下部的陰影圖畫出一個(gè) R-晶面表面10R;利用從右上部到左下部的陰影圖畫出垂直于R-晶面表
10面10R的A-晶面表面10A;和由粗線表示R-晶面表面10R與A-晶面表 面IOA所形成的L藍(lán)寶s —am相交線。在圖1A中，六方單位晶胞的所有 邊均由虛線表示，除了限定R-晶面表面IOR或A-晶面表面IOA的由實(shí) 線所示的四個(gè)線段之外。
在圖1A中，R-晶面表面10R由密勒指數(shù)(1-102)表示，即其中表 面IOR與四個(gè)晶格軸al、a2、a3和c相交的倒點(diǎn)(reciprocals of points )。 A-晶面表面10A由密勒指數(shù)(11-20)表示，即其中表面IOA與四個(gè)晶格 軸al、 a2、 a3和c相交的倒點(diǎn)。L藍(lán)±;6-AM線平行于晶格矢量-al、 a2 和c的和，并且由密勒指數(shù)(-1101)表示。
圖1B表示具有圍繞L 藍(lán)寶石甲am 相交線相對于圖1A所示R-晶面表面 IOR成30。傾斜的主表面的藍(lán)寶石襯底10。如圖1B所示，藍(lán)寶石襯底 10的R-晶面表面10R沒有暴露并且由虛線所限定的陰影矩形所表示。 圍繞L藍(lán)寶石—am線相對于主表面10s成30。傾斜的表面(除了 R-晶面表面 10R之外)沒有在圖中示出。沒有示出的表面不是藍(lán)寶石襯底的R-晶面 表面并且與本發(fā)明不相關(guān)。
圖2 (六個(gè)截面圖)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，即采用圖1B中所 示藍(lán)寶石襯底10的制造方法的步驟，該襯底具有圍繞由R-晶面表面10R 和與R-晶面表面10R垂直的A-晶面表面10A所形成的L藍(lán)寶石—am相交 線相對于R-晶面表面10R成30。傾斜的主表面10s。
例如如圖2A所示，圖2的每一個(gè)截面圖均具有圖1B中所示的L藍(lán) 寶石-am相交線，該線垂直于圖2的紙面。
首先，通過已知技術(shù)暴露出圖1B中所示的R-晶面表面10R。每一 個(gè)R-晶面表面10R相對于藍(lán)寶石襯底10的主表面10s成30。傾斜(圖 2B)(下文中相對于主表面10s成30°傾斜的R-晶面表面10R被稱為"精 確的R-晶面表面IOR，，)。下文所描述的外延生長可以在除了精確的R-晶面表面10R之外的表面上進(jìn)行，例如相對于精確的R-晶面表面10R 成±2°傾斜的表面。優(yōu)選的是，在相對于精確的R-晶面表面10R成士0.50 傾斜的表面上進(jìn)行外延生長。
在這種情況下，從有效性的觀點(diǎn)出發(fā)，暴露出R-晶面表面10R，使
ii得從上往下看，該暴露的表面布置為平行的條形。藍(lán)寶石襯底10的五 個(gè)R-晶面表面(除R-晶面表面IOR之外)不平行于圖2A 2F中所示 的L藍(lán)寶石-AM線。因此，從復(fù)雜的布置和加工的觀點(diǎn)出發(fā)，暴露出所述 五個(gè)R-晶面表面和不暴露出圖1B中所示的R-晶面表面IOR是不優(yōu)選 的。
優(yōu)選的是，進(jìn)行這種條形表面的暴露，使得例如暴露的表面具有 3jim的寬度，并且非加工部分具有約3nm的寬度。如果需要，藍(lán)寶石 襯底可以進(jìn)行適當(dāng)加工，以使暴露的表面或非加工部分具有0.5~20jmi 的寬度.
接著，在由此加工的藍(lán)寶石襯底10的主表面10s上形成二氧化珪掩 模20m (圖2C)。掩?？梢酝ㄟ^任意已知的光刻技術(shù)來形成。
之后，在600。C或更低溫度下，在藍(lán)寶石襯底10的暴露的R-晶面 表面IOR上形成AlN緩沖層30b。緩沖層可以通過例如MOCVD形成。 在這種情況下，A1N緩沖層30b不在二氧化硅掩模20m上形成(圖2D )。
然后，在A1N緩沖層30b上形成GaN層40 (圖2E和2F)。通過 MOCVD生長GaN。在初始階段，優(yōu)選在減壓(50 ~ 250托)下在利用 氮作為栽氣的晶體生長設(shè)備中促進(jìn)橫向生長。在藍(lán)寶石襯底10的上表 面被GaN層完全覆蓋之后，優(yōu)選利用氫來替代氮載氣，并且所述設(shè)備 中的壓力回到環(huán)境壓力.
在這種情況下，GaN層40外延生長，使得GaN層40的a-軸(在 圖2E和2F中表示為GaN-a-軸)垂直于藍(lán)寶石襯底10的暴露的R-晶 面表面，并且使得GaN層40的c-軸(在圖2E和2F中表示為GaN-c-軸)平行于藍(lán)寶石襯底10的軸向L藍(lán)寶;s-AM.因此，生長GaN層40使 得相對于GaN層40的a-軸成30。傾斜的GaN層40的m-軸(在圖2F 中表示為GaN-m-軸)垂直于藍(lán)寶石襯底10的主表面10s (相對于暴露 的R-晶面表面成30。傾斜)。即，由此生長的GaN層40(如圖2F所示) 具有M-晶面主表面。圖2F表示包括具有至少暴露的R-晶面表面10R 的藍(lán)寶石襯底10以及具有M-晶面主表面并堆疊在藍(lán)寶石襯底10上的 III族氮化物基化合物半導(dǎo)體(GaN層40 )的晶片50。在晶片50上提 供具有預(yù)定組成的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體可以制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體器件，在該器件中，半導(dǎo)體層之間的界面為M-晶面并 且在厚度方向上不產(chǎn)生壓電場。
變化方案
重復(fù)實(shí)施方案l的過程，只是不提供二氧化硅掩模20m，由此形成 氮化鎵層。通過觀察層的橫截面，沒有發(fā)現(xiàn)在藍(lán)寶石襯底10的主表面 10s上的垂直生長。這表明在不提供掩模的情況下通過橫向生長形成氮 化鎵層，從而覆蓋藍(lán)寶石襯底10的主表面10s。
實(shí)施方案2
在實(shí)施方案1中獲得的包括具有至少暴露的R-晶面表面10R的藍(lán) 寶石襯底10以及具有平坦的M-晶面主表面的GaN層40的晶片50上 形成厚氮化鎵(GaN)層。
具體地，在供給氯化氫(50sccm)和氨(2SLM)的條件下通過采 用氫載氣的HVPE (襯底溫度1050。C )在晶片50的GaN層40 (具有 平坦的M-晶面主表面)上外延生長GaN層(厚度300nm )。之后， 當(dāng)以10。C/分鐘的冷卻速率將所得產(chǎn)品冷卻到室溫時(shí)，具有至少暴露的 R-晶面表面10R的藍(lán)寶石襯底10與包括A1N緩沖層30b和薄GaN層 的產(chǎn)品分離。在這種情況下，分離發(fā)生在GaN層中的M-晶面表面處， 并且發(fā)現(xiàn)分離表面非常平坦。在由此產(chǎn)生的厚GaN襯底中沒有發(fā)現(xiàn)裂 紋。
即4吏在通過MOCVD和HVPE形成GaN層的情況下，當(dāng)GaN層 具有50jim或更大的總厚度時(shí)，產(chǎn)生沒有裂紋的GaN襯底。從容易處 理的觀點(diǎn)出發(fā)，GaN層要求具有200jim或更大(更優(yōu)選300jim或更大) 的厚度。
這種要求也適用于由除GaN之夕卜的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體形成 厚層的情況。
權(quán)利要求
1. 一種制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，包括加工藍(lán)寶石襯底的主表面，所述主表面圍繞由R-晶面和與R-晶面垂直的A-晶面所形成的相交線相對于R-晶面成30°傾斜，由此暴露出相對于所述主表面成30°傾斜的R-晶面表面；和通過緩沖層的調(diào)節(jié)，主要在所述藍(lán)寶石襯底的所述暴露的R-晶面表面上外延生長目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體，使得所述III族氮化物基化合物半導(dǎo)體具有平行于所述藍(lán)寶石襯底的所述暴露的R-晶面表面的A-晶面表面，由此形成具有平行于所述藍(lán)寶石襯底主表面的M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 利用不允許在其上外延生長III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的掩模材料來覆 蓋除所逸暴露的R-晶面表面之外的所述藍(lán)寶石襯底的表面，隨后通過緩沖 層的調(diào)節(jié)，在所述R-晶面表面上外延生長所述目標(biāo)III族氮化物基化合物 半導(dǎo)體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述掩模材料是二氧化硅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 在主要含有氮的載氣氣氛中外延生長所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo) 體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 在主要含有氮的載氣氣氛中外延生長所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo) 體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 在主要含有氮的載氣氣氛中外延生長所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo) 體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的外延生長在主要含有氮的載氣氣 氛中開始，并且在外延生長過程中將載氣轉(zhuǎn)換成主要含氫的載氣以繼續(xù)外 延生長。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的外延生長在主要含有氮的載氣氣 氛中開始，并且在外延生長過程中將載氣轉(zhuǎn)換成主要含氫的載氣以繼續(xù)外 延生長。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的外延生長在主要含有氮的載氣氣 氛中開始，并且在外延生長過程中將載氣轉(zhuǎn)換成主要含氫的載氣以繼續(xù)外 延生長。
10. —種晶片，包括具有至少暴露的R-晶面部分的藍(lán)寶石村底和具有 M-晶面主表面并且堆疊在所述藍(lán)寶石襯底上的III族氮化物基化合物半 導(dǎo)體。
11. 一種III族氮化物基化合物半導(dǎo)體器件，包括具有至少暴露的R-晶面部分的藍(lán)寶石襯底和至少一個(gè)具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合 物半導(dǎo)體層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長為具有50nm或更大的總 厚度，接著冷卻到室溫，使得由于在所述藍(lán)寶石襯底與所述目標(biāo)III族氮 化物基化合物半導(dǎo)體之間的熱膨脹系數(shù)差異所導(dǎo)致的應(yīng)力，從而在所述目 標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體中的M-晶面表面處發(fā)生斷裂，由此至少使 所述藍(lán)寶石村底分離。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長為具有50nm或更大的總 厚度，接著冷卻到室溫，使得由于在所述藍(lán)寶石襯底與所述目標(biāo)III族氮 化物基化合物半導(dǎo)體之間的熱膨脹系數(shù)差異所導(dǎo)致的應(yīng)力，從而在所述目 標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體中的M-晶面表面處發(fā)生斷裂，由此至少使 所述藍(lán)寶石村底分離。
14. 根據(jù)權(quán)利要求3的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長為具有50pm或更大的總 厚度，接著冷卻到室溫，使得由于在所述藍(lán)寶石襯底與所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體之間的熱膨脹系數(shù)差異所導(dǎo)致的應(yīng)力，從而在所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體中的M-晶面表面處發(fā)生斷裂，由此至少使 所述藍(lán)寶石襯底分離。
15. 根據(jù)權(quán)利要求4的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長為具有50fim或更大的總 厚度，接著冷卻到室溫，使得由于在所述藍(lán)寶石襯底與所述目標(biāo)III族氮 化物基化合物半導(dǎo)體之間的熱膨脹系數(shù)差異所導(dǎo)致的應(yīng)力，從而在所述目 標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體中的M-晶面表面處發(fā)生斷裂，由此至少使 所述藍(lán)寶石襯底分離。
16. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長為具有50jim或更大的總 厚度，接著冷卻到室溫，使得由于在所述藍(lán)寶石襯底與所述目標(biāo)III族氮 化物基化合物半導(dǎo)體之間的熱膨脹系數(shù)差異所導(dǎo)致的應(yīng)力，從而在所述目 標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體中的M-晶面表面處發(fā)生斷裂，由此至少使 所述藍(lán)寶石襯底分離。
17. 根據(jù)權(quán)利要求6的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)111族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長為具有50nm或更大的總 厚度，接著冷卻到室溫，使得由于在所述藍(lán)寶石襯底與所述目標(biāo)III族氮 化物基化合物半導(dǎo)體之間的熱膨脹系數(shù)差異所導(dǎo)致的應(yīng)力，從而在所述目 標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體中的M-晶面表面處發(fā)生斷裂，由此至少使 所述藍(lán)寶石襯底分離。
18. 根據(jù)權(quán)利要求7的制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，其中 所述目標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體外延生長為具有50nm或更大的總 厚度，接著冷卻到室溫，使得由于在所述藍(lán)寶石襯底與所述目標(biāo)III族氮 化物基化合物半導(dǎo)體之間的熱膨脹系數(shù)差異所導(dǎo)致的應(yīng)力，從而在所述目 標(biāo)III族氮化物基化合物半導(dǎo)體中的M-晶面表面處發(fā)生斷裂，由此至少使 所述藍(lán)寶石襯底分離。
全文摘要
本發(fā)明提供制造III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法、晶片以及III族氮化物基化合物半導(dǎo)體器件。所述方法制造具有M-晶面主表面的III族氮化物基化合物半導(dǎo)體。所述方法采用具有主表面的藍(lán)寶石襯底，該主表面圍繞由R-晶面和與R-晶面垂直的A-晶面所形成的L_{藍(lán)寶石-AM}相交線相對于R-晶面成30°傾斜。藍(lán)寶石襯底的R-晶面表面被暴露，在襯底的主表面上形成二氧化硅掩模。在暴露的R-晶面表面上形成AlN緩沖層。在AlN緩沖層上形成GaN層。在GaN生長的初始階段，通過橫向生長使GaN層完全覆蓋藍(lán)寶石襯底的上表面。生長GaN層以使所述層的a-軸垂直于藍(lán)寶石襯底的暴露的R-晶面表面；所述層的c-軸平行于藍(lán)寶石襯底的軸向L_{藍(lán)寶石-AM}；所述層的m-軸垂直于藍(lán)寶石襯底的主表面。
文檔編號(hào)H01L33/32GK101499415SQ20091000514
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者五所野尾浩一, 佐藤峻之, 奧野浩司, 山崎史郎, 永井誠二, 藥師康英 申請人:豐田合成株式會(huì)社