專利名稱：Iii族氮化物半導(dǎo)體晶體、iii族氮化物半導(dǎo)體器件以及發(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(gè)晶體的工序、將通過(guò)分割獲得的晶體粘附到研磨機(jī)和/或拋光機(jī)的 晶體夾持器的工序、加工晶體的一個(gè)主面的表面的工序(通過(guò)這些意味著研磨和/或拋光； 下面相同)，同時(shí)使用越來(lái)越小的晶粒尺寸研磨劑、從晶體夾持器除去其一個(gè)主面已經(jīng)被加 工的晶體的工序、將其一個(gè)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(shí)使用逐漸小的直徑研磨晶粒、從晶體夾持 器除去兩個(gè)主面都被加工的晶體的工序、以及清洗其兩個(gè)主面都被加工的晶體并通過(guò)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(gè)或多個(gè)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(xiàn)1) O如果開始襯底由不同于將在其上生長(zhǎng)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(zhǎng)100 至200 μ m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(zhǎng) 100至200 μ m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(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序(例如，參見專利文獻(xiàn)2)。因此，如上面所說(shuō)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(shí)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(xiàn)1 日本未審查的專利申請(qǐng)公開號(hào)2002-261014。專利文獻(xiàn)2 日本未審查的專利申請(qǐng)公開號(hào)H11-1399。

發(fā)明內(nèi)容
[發(fā)明解決的問(wèn)題]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。[解決問(wèn)題的方法]本發(fā)明的一個(gè)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(zhǎng)至少一個(gè)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10 μ m或以上但是600或μ m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(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)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(zhǎng)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(gè)微孔徑構(gòu)成的組形成。亦即，生長(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)微孔徑構(gòu)成的組形成的至少一個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)至少一個(gè)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(zhǎng)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(guò)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 10 μ m/hr但是不超過(guò)300 μ m/hr的速率生長(zhǎng)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(guò)5X IO19CnT3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、(1 00)面、(Ilio)面、(丨 01)面、(1 02)面、(IlIl)面或(1122)
的任何一個(gè)之間的偏離角為0°以上但是不超過(guò)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(zhǎng)至少一個(gè)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(zhǎng)至少一個(gè)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10 μ m或以上但是600 μ m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(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)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(zhǎng)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(gè)微孔徑構(gòu)成的組形成。亦即，生長(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)窗口的掩模層的工序，該窗口由至少兩個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)至少一個(gè)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(zhǎng)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(guò)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 10 μ m/hr但是不超過(guò)300 μ m/hr的速率生長(zhǎng)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(guò)5X IO19CnT3的雜質(zhì)濃度。對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體晶體 的主面和其(0001)面、(Iioo)面、(Ilio)面、(1 01)面、(1 02)面、(ι ι)面或(11 2)
的任何一個(gè)之間的偏離角可以為0°或以上，但是不超過(guò)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. 01 μ m但是不超過(guò)50 μ m。這里，該III族半導(dǎo)體襯底的背面 是在與其上形成一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的面相對(duì)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)壬系摩?型III族氮化物半導(dǎo)體層，與該 η-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層相比更遠(yuǎn)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η-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層和該P(yáng)-型III族氮
5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(yáng)-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(duì)的側(cè)面上。[發(fā)明的有益效果]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IA是用于說(shuō)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IB是用于說(shuō)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(zhǎng)III族氮化物半 導(dǎo)體晶體的工序。圖IC是用于說(shuō)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ID是用于說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。圖2C是用于說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(shuō)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(zhǎng)III族氮化物半 導(dǎo)體晶體和在該掩模層上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體反極性晶體的工序。圖3C是用于說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(gè)窗口由開 始襯底上的兩個(gè)或更多微孔徑的組形成。圖4B是用于說(shuō)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(zhǎng)III族氮化物半 導(dǎo)體晶體的工序。圖4C是用于說(shuō)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(shuō)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 IV-B方向的截面。圖6A是用于說(shuō)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(shuō)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(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。圖6C是用于說(shuō)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(shuō)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(gè)窗口的掩模層的工序。圖7B是用于說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。圖7E是用于說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序。圖14C是用于說(shuō)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(shuō)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(shuō)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?。[參考數(shù)字的說(shuō)明]1 開始襯底；Ia 開口表面；Is 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；3 =III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；10 =III族氮化物半導(dǎo)體晶 體；IOa 下表面；IOb 上表面；IOs 側(cè)表面；11 =III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底；12 =III族 氮化物半導(dǎo)體晶體層；12a:i-型GaN層；12b 型AlxGa1J層；12c m—GaN層；12d :p-型 層；12e :n+層21 :n-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層；21a :n-型GaN層；21b :n-型AlxGa1J 層；22 發(fā)光層；22a :In0.2Ga0.8NM ；22b =Ala2Gaa8N層；23 :p_型III族氮化物半導(dǎo)體晶體 層；23a :p-型AlxGai_xN層；23b :p_型GaN層；51 :n_側(cè)電極；52 :p_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；90，100，110，120 =III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(shí)施例方式實(shí)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(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序，如圖IA和IB所示，以及從開始層ι分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序，如圖IC和ID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(duì)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10 μ m但是不超過(guò)600 μ m,以及其寬度至少0. 2mm但不超過(guò)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(duì)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(shí)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(duì)應(yīng)于圖1中的下表面IOa或上表面IOb)小于開始襯底1的 主面Ih的面積。因此即使當(dāng)使用大的開始襯底時(shí)，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(shí)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(zhǎng)至少一種III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序，在圖IA所示的開始襯底1 的頂上形成具有至少一個(gè)窗口 2a的掩模層2的工序，以及在位于圖IB所示的掩模層窗口 下面的開始襯底1的開口表面上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序。在形成具有圖IA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(guò)50mm，因?yàn)檫@允許容易 地獲得其寬度至少是0. 2mm但是不超過(guò)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?cè)试S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(duì)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(zhǎng)，對(duì)于掩模層可以有利地使用Si02、Si3N4、W、Ni以及Ti，除了別的以外。在圖IB所示的開始襯底1的開口表面Ia上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體的工序 中，生長(zhǎng)的III族氮化物半導(dǎo)體晶體10不局限于單個(gè)晶體層，以及它也可以是兩個(gè)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(gè)或多個(gè)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Ia上生長(zhǎng)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(zhǎng)至少一個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的工序。關(guān)于生長(zhǎng)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(zhǎng)方法，包括HVPE (氫化物汽相處延)、MOCVD (金屬有機(jī)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(zhǎng)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(shí)是特別優(yōu)選的，以及MOCVD特別適合于生長(zhǎng)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(shí)施例模式中，僅僅在開始襯底的開口表面Ia上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶 體10，以及不生長(zhǎng)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(shí)，當(dāng)Si3N4或W被用作用于掩模層的材料時(shí)，以及當(dāng)在高溫下生長(zhǎng)晶體短生 長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，可以容易地生長(zhǎng)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(diǎn)，優(yōu)選方法包括使用激光或解理將兩 者機(jī)械地分離，或通過(guò)刻蝕將兩者化學(xué)地分離。根據(jù)圖IC描述使用激光將兩者機(jī)械地分離的方法的一個(gè)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)IOa與印刷(printer)襯底1接 觸，以及通過(guò)激光解理開始襯底的開口表面la，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(guò)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(guò)解理機(jī)械地分離兩者的方法中，在特定的密勒指數(shù)面(如(0001)面或 (ι οο)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 (IiOO)面的開始襯底頂上生長(zhǎng)其主面是(1 00)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(gè)。在機(jī)械地分離兩者的另一方法中，在開始襯底1和生長(zhǎng)在開始襯底1上的III族 氮化物半導(dǎo)體晶體之間插入機(jī)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μπι至幾十μ m的厚度并用碳(C)摻雜(機(jī) 械易碎層)，然后生長(zhǎng)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(guò)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ID詳述通過(guò)刻蝕將兩者化學(xué)地分離的方法的一個(gè)例子，這里蝕刻劑用來(lái)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(qiáng)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IOa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(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體時(shí)，通常按照由元素氮
10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(zhǎng)方向上從開始襯底生長(zhǎng)晶體，因此如圖ID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IOa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IOb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IOb刻蝕，上該表面IOb是由III族元素構(gòu) 成的原子表面，但是可以使用強(qiáng)堿如Κ0Η，從下表面IOa容易地執(zhí)行刻蝕，下表面IOa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(guò)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(guò)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(shí)施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)的速率優(yōu)選是至少ΙΟμπι/hr，但是 不超過(guò)300 μ m/hr。小于10 μ m/hr的III族氮化物半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)速率將降低制造效率， 但是如果它超過(guò)300 μ m/hr,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(shí)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(guò)5X1019cm_3。III 族氮化物半導(dǎo)體晶體中的雜質(zhì)濃度超過(guò)5 X IO19CnT3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(shí)施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和其(0001)面、(1 00)面、 (1150)面、(1丨01)面、(1丨02)面、(1151)面或(1152)面的任意一個(gè)之間形成的偏離角 優(yōu)選是0°或以上，但是不超過(guò)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、(1 00)面、(Ilio)面、(1 01)面、(1 02)面、(11 1)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(shí)，通常它容易生長(zhǎng)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(zhǎng)，以及例如(0001)面容易在 Si(Ill)面上生長(zhǎng)。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(shí)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(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)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Ia上和在圍繞窗口 2a的掩模層的一些上表面2b頂上生長(zhǎng) III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序。而在實(shí)施例模式1中，III族氮化物半導(dǎo)體晶體僅僅生長(zhǎng)在位于掩模層中的窗口 下面的開始襯底1的開口表面Ia上，在該實(shí)施例模式中，III族氮化物半導(dǎo)體晶體10不僅 生長(zhǎng)在位于掩模層2的窗口 2a下面的開始襯底1的開口表面Ia上，而且生長(zhǎng)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(shí)施例模式的兩種模式互相不同。當(dāng)窗口 之間的間距P1^P掩模層中的窗口寬度Ww中有大的差異時(shí)，以及當(dāng)在高溫下在低原料氣體壓力和短生長(zhǎng)時(shí)間下生長(zhǎng)晶體時(shí)，可以容易地生長(zhǎng)這種III族氮化物半導(dǎo)體晶體。在該實(shí)施例模式中，優(yōu)選通過(guò)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(guò)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(lái)刻蝕該掩模層2，該掩模層2由Si02、Si3N4等制成，然后，如圖2D所 示，諸如KOH的強(qiáng)堿用來(lái)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(shí)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(guò) 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(shí)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(shí)施例模式1中的相同。實(shí)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(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)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Ia上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體10，以及在掩模層2上 生長(zhǎng)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* 掩模層中的窗口的寬度Ww中有大的差異，以及M或Ti被用作掩模層的材料時(shí)，可以容易 地生長(zhǎng)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(zhǎng)該晶體和原料氣體壓力高時(shí)，容易地生長(zhǎng)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-1-u) 面的原子表面被反相(這里，1 = -h-k)，該兩個(gè)面在<hklu>軸周圍垂直相對(duì)。如上所述， 當(dāng)在開始襯底上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體時(shí)，通常在晶體的生長(zhǎng)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(zhǎng)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IOa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IOb是由III族元素構(gòu)成的原子表面。相反，當(dāng)在由Si02、Ni或Ti制成的掩模層上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體時(shí)，在 晶體的生長(zhǎng)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(zhǎng)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IOb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(qiáng)堿如Κ0Η，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(shí)施例模式中，通過(guò)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(zhǎng)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(qiáng)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Si02、Ni或Ti制成的掩模層2，如圖3C所示。然后，如圖3D所示， 強(qiáng)堿如KOH用來(lái)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(guò)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(shí)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(shí)施例模式1中的相同。實(shí)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(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)微孔徑2s的組形成的至少一個(gè)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Ia上生長(zhǎng)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(shí)，在生長(zhǎng)的III族氮化物晶體中越來(lái)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(guò) 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(zhǎng)其寬度(基本上等于窗口 寬度)特別大的III族氮化物晶體，在200 μ m或以上，以及可以生長(zhǎng)其寬度是50，000 μ m 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(gè)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(zhǎng)均勻的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的觀點(diǎn)，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(diǎn)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. 5 μ m，但是不超過(guò)200 μ m,以及微孔徑之間的間距Ps優(yōu)選至少是 1 μ m,但是不超過(guò)250 μ m。當(dāng)微孔徑的寬度Ws小于0. 5 μ m時(shí)，不能使用廉價(jià)的光刻，這增 加制造成本，而當(dāng)超過(guò)200 μ m時(shí)，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1 μ m時(shí)，不能使用廉價(jià)的光刻，以及這增加制造成本，而當(dāng)超過(guò)250 μ m 時(shí)，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(shí)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 Ia的區(qū)域內(nèi)的小開口表面Is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(shí)施例模式的生長(zhǎng)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(shí)施例模式1中的相同。在實(shí)施例模式2和實(shí)施例模式3中也可 以采用該實(shí)施例模式的特點(diǎn)。實(shí)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(zhǎng)至少一個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)的III族氮 化物半導(dǎo)體晶體相同的晶體類型，因?yàn)榈玫絻?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(shí)施例模式5a)，以及允許通過(guò) 施加小的力簡(jiǎn)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?yàn)橛勺?晶生長(zhǎng)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(lái)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(qiáng)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(shí)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(gè)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(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的下表面10a，該下表面IOa與開始襯底1 的籽晶4接觸，或通過(guò)用強(qiáng)堿如KOH刻蝕該下表面10a。在該實(shí)施例模式中(實(shí)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(zhǎng)其寬度是50，000 μ m的III族氮化物半導(dǎo)體晶體， 而不導(dǎo)致解理。根據(jù)該實(shí)施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的生長(zhǎng)速率和雜質(zhì)濃度與實(shí)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(shuō)，當(dāng)籽晶具有六方晶系時(shí)， 通常它容易生長(zhǎng)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(zhǎng)，以及例如(0001)面容易在Si (111)面上生長(zhǎng)。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(shí)施例模 式1至5中生長(zhǎng)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IOa和上表面IOb是六邊形形狀(圖8A)，該四角平板的下 表面IOa和上表面IOb是立方體形狀(圖8B)，該三角平板的下表面IOa和上表面IOb是 三角形形狀(圖8C)。這里使用的“四角平板”包括正方形、細(xì)長(zhǎng)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IOa和側(cè)表面IOs之間的 角度θ可以是30°至90°的角度，取決于生長(zhǎng)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IOa的 一個(gè)邊緣和相對(duì)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IOa和上表面IOb之間的距離。實(shí)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IA和IB 所示，在開始襯底1上生長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)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(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12的工序，如圖IB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IC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10 μ m并且不超過(guò)600 μ m的厚度，以及至少0. 2mm但是不超過(guò)50mm的寬度。利用根據(jù)這實(shí)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(duì)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 Ih的面積，如圖1所示。因此，即使當(dāng)使用大的開始襯底時(shí)，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(shí)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(shuō)包括在開始 襯底1上生長(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)窗口 3A的掩模層2的工序，如圖IA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Ia上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的步驟，如圖IB所示。 這里，用于生長(zhǎng)該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的方法和條件與實(shí)施例模式1中的用于 生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體10的方法和條件相同。如圖IB所示，然后在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的頂上生長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)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(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)方法如HVPE、MOCVD和MBE，以及 這些方法中MOCVD是特別優(yōu)選的，因?yàn)樗玫狡渚w層具有優(yōu)異的平坦度的產(chǎn)品。圖IB圖示了在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的頂上生長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)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(zhǎng)用作η-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層21的η-型GaN層、用作發(fā)光層22的Ina2Gaa8N層 22a和Ala2Gaa8N層22b以及用作ρ-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23的ρ-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 Ih的主面上生長(zhǎng)η-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層21、發(fā)光層22以及ρ-型III族氮化物 半導(dǎo)體晶體層23。接下來(lái)，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(duì)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IC和ID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(shí)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Ih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(lái)，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IOa(這里，這對(duì)應(yīng)于III族氮化物半導(dǎo)體襯底11的下表面)上形成η-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IOa和側(cè)表面IOs之間的角度9可以是30°至90°之間的角 度，因此實(shí)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
15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(diǎn)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(guò)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(shí)施例模式7 至10的半導(dǎo)體器件。該實(shí)施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長(zhǎng)速率優(yōu)選允許生長(zhǎng)至少 10 μ m/hr但是不超過(guò)300 μ m/hr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(zhǎng)率小于10 μ m/hr將降低制造效率，而當(dāng)該生長(zhǎng)率大于300 μ m/hr時(shí)，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(shí)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5X1019cnT3。III 族氮化物晶體襯底中的雜質(zhì)濃度超過(guò)5X IO19CnT3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(shí)施例模式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的主面和其(0001)面、(1 00)面、 (11泛0)面、(1 01)面、(1 02)面、(11 2 1)面或(11 22 )面的任意一個(gè)之間形成的偏離角 優(yōu)選是0°以上，但是不超過(guò)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、(Iioo)面、( ο)面、(1 01)面、(1 02)面、(1151)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(shí)，通常它容易生長(zhǎng)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(zhǎng)，以及例如(0001)面 容易生長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)至少一個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體器件的工序，包括在圖2Α所示的開始襯底1上 形成具有至少一個(gè)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Ia上和在圍繞窗口 2a的掩模層的一些上表面2b頂上生長(zhǎng)III 族氮化物半導(dǎo)體晶體10的工序。這里，用于生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底22的方法 和條件與實(shí)施例模式2中的用于生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體20的方法和條件相同。接下來(lái)，如圖2B所示，與實(shí)施例模式5 —樣，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生 長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)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(lái)，從開始襯底1分離通過(guò)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(shí)施例模式2 —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IOa(這對(duì)應(yīng)于該III族氮化物半導(dǎo)體襯底11的下表面)上形成 η-側(cè)電極，在附圖中未示出該η-側(cè)電極，制造半導(dǎo)體器件。根據(jù)該實(shí)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(shí)施例模式6中的相同。
實(shí)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(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)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Ia上生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的方法和條件與實(shí)施例模式3中的用于生長(zhǎng)III 族氮化物半導(dǎo)體晶體10的方法和條件相同。接下來(lái)，如圖3B所示，在如實(shí)施例模式5中的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生 長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)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(lái)，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(shí)施例模式3 —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IOa(這對(duì)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η-側(cè)電極，在附圖中未示出該η-側(cè)電極，制造半導(dǎo)體晶體器件。根據(jù)實(shí)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(shí)施例模式6中的相同。實(shí)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(zhǎng)至少一個(gè)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(gè)微孔徑2s的組形成的至少一個(gè)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Ia上 生長(zhǎng)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(zhǎng)至少一個(gè)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(shí)，在所生長(zhǎng)的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11中越 來(lái)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(guò)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(zhǎng)， 該寬度為200 μ m或以上，以及可以生長(zhǎng)其寬度是50，000 μ m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(gè)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(zhǎng)均勻的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的觀點(diǎn)，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(diǎn)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. 5 μ m但是不超過(guò)200 μ m,以及微孔徑之間的間距Ps優(yōu)選至少是1 μ m 但是不超過(guò)250 μ m。當(dāng)微孔徑的寬度Ws小于0. 5 μ m時(shí)，不能使用廉價(jià)的光刻以及增加制造 成本，而當(dāng)超過(guò)200 μ m時(shí)，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1 μ m時(shí)，不能使用廉價(jià)的光刻，以及這增加制造成本，而當(dāng)超過(guò)250 μ m 時(shí)，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(shí)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Ia的區(qū)域內(nèi)的小開口表面Is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(shí)施例模式的生長(zhǎng)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(shí)施例模式6中的相同。在實(shí)施例模式7和實(shí)施例模式8中也可 以采用該實(shí)施例模式的特點(diǎn)。實(shí)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(zhǎng)至少一個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底相同的晶體類型，因?yàn)榈玫絻?yōu)質(zhì)的晶體。接下來(lái)，如圖6B所示，與實(shí)施例模式5 —樣，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上 生長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)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(lái)，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(shí)施例模式5 一樣。在該實(shí)施例模式中，如果與實(shí)施例模式5a(實(shí)施例模式IOa) —樣，在開始襯底1上 已經(jīng)放置了籽晶4，那么由該籽晶4生長(zhǎng)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(guò)施加小的力可以從開始襯底1簡(jiǎn)單地分離該III族氮化物半導(dǎo)體晶體 10。布置籽晶(實(shí)施例模式IOb)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(gè)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(shí)施例模式IOb中，由用作籽晶4的剩余開始III族氮化物晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)至少一個(gè)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(qiáng)堿如KOH刻蝕下表面10a(參見圖7E)。在該實(shí)施例模式中(實(shí)施例模式IOa和IOb)，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(zhǎng)其寬度是50，000 μ m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IOa(這對(duì) 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η-側(cè)電極，在附圖中未示 出該η-側(cè)電極，得到半導(dǎo)體晶體晶體器件。在實(shí)施例模式6至10中，當(dāng)通過(guò)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(shí)，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(duì)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IOa)。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R 優(yōu)選是至少O-Olym但是不超過(guò)50 μ m。小于0. 01 μ m的RP_V減小光吸收效率增加的效果，而RP_V大于 50 μ m使之難以形成η-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R 可以使用激光干涉儀來(lái)測(cè)量。實(shí)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(zhǎng)的至少一個(gè)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(shuō)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(zhǎng)用作η-型III族氮化物半 導(dǎo)體晶體層21的η-型GaN層、用作發(fā)光層22的Ina2Gaa8N層22a和Ala2Gaa8N層22b以 及用作P-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23的ρ-型GaN層，作為一個(gè)或多個(gè)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(duì)應(yīng)于III族氮化物 半導(dǎo)體晶體襯底11的下表面)上形成η-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(duì)應(yīng)于P-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23上表面)上形成形成ρ-側(cè)電極52，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(guò)層疊由GaN層和Ina2Gaa8N層構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)的多個(gè)單元來(lái)實(shí) 現(xiàn)。實(shí)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AlxGai_xN層(0彡χ彡1) 12b作為一個(gè)或多個(gè)III族氮化物 半導(dǎo)體晶體層12，然后在該i-型AlxGai_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(shí)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rTGaN 層作為一個(gè)或多個(gè)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rTGaN層的上表面上形成肖特基電極57。實(shí)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rTGaN層12c作為一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，在rTGaN層 12c的區(qū)域中形成ρ-型層12d和η+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rTGaN層的上表面上形成柵電極54，以及在η+層12e的上表 面上形成源電極53。實(shí)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111族氮化物半導(dǎo)體器件和111
19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Ila側(cè)上，設(shè)有η-型III族氮化 物半導(dǎo)體層21、比η-型III族氮化物半導(dǎo)體層21更遠(yuǎn)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η-型III族氮化物半導(dǎo)體層21和ρ-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0.5 Ω · cm或以下，ρ-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lib發(fā)射光，第二主面lib是與第一主 面相對(duì)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lib)上設(shè)置η-側(cè)電極， 因此即使η-側(cè)電極具有小的覆蓋度，也允許電流流過(guò)整個(gè)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ρ-型氮化物半導(dǎo)體層23側(cè)面上，ρ-側(cè)電極52可以形成在 P-型氮化物半導(dǎo)體層23的整個(gè)表面上，以及該結(jié)構(gòu)是有利的，因?yàn)樗种拼蟮碾娏髁鲃?dòng)產(chǎn) 生熱量，以及允許通過(guò)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η-側(cè)電極以便降低電 阻的梳-狀結(jié)構(gòu)。實(shí)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η-型III族 氮化物半導(dǎo)體層21的η-型AlxGai_xN層(0彡χ彡1)，用作ρ-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體 層23的ρ-型AlxGai_xN層(0彡χ彡1)，其比該AlxGa1J層更遠(yuǎn)離GaN襯底，以及位于η-型 AlxGai_xN層和ρ-型AlxGai_xN層之間的發(fā)光層22，以及其特征還在于GaN襯底位錯(cuò)密度不 超過(guò)108/Cm2，安裝該器件，其ρ-型AlxGa1J層側(cè)向下，以及從第二主面lib發(fā)射光，該第二 主面lib是與GaN襯底的第一主面相對(duì)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(cuò)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(hù)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?gòu)?fù)雜的工序步驟允許將容易控制制造成本。在該實(shí)施例模式的發(fā)光設(shè)備中，優(yōu)選GaN襯底設(shè)有通過(guò)用Si (硅)和/或0(氧) 摻雜的η-型特性，該GaN襯底是III族氮化物晶體襯底，0原子密度在IX 1017cm_3至 5 X IO19CnT3的范圍之內(nèi)，以及GaN襯底至少是100 μ m但是不超過(guò)600 μ m厚度。襯底的Si 原子和/或0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0原子密度小于1 X IO17CnT3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(guò)5 X IO19CnT3時(shí)，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100 μ m厚度時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度下降，而襯底厚度超過(guò) 600 μ m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(diǎn)，更優(yōu)選Si原子和/或0原子密度至少是5X 1018cm_3，但 是不超過(guò)2 X IO1W,襯底是至少200 μ m,但是不超過(guò)600 μ m的厚度，以及輻射第二主面的 光的兩個(gè)矩形面的寬度不超過(guò)50mm，Si原子和/或0原子密度至少是3 X 1018cm_3，但是不 超過(guò)5 X IO1W3,襯底至少是400 μ m,但是不超過(guò)600 μ m的厚度，以及輻射第二主面的光的 兩個(gè)矩形面的寬度不超過(guò)3mm，以及Si原子和/或0原子密度至少是5 X 1018cm_3，但是不超 過(guò)5 X IO1W3,襯底至少是100 μ m,但是不超過(guò)200 μ m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(guò)3mm。該實(shí)施例模式的發(fā)光設(shè)備優(yōu)選還包括與向下側(cè)上的ρ-型AlxGai_xN層(0彡χ彡1) 接觸的P-型GaN緩沖層以及與P-型GaN緩沖層接觸的P-型InyGai_yN接觸層(0彡y彡1)。 提供ρ-型GaN緩沖層增加空穴密度和隨之增加光發(fā)射效率。提供ρ-型InyGai_yN接觸層允 許與P-側(cè)電極的接觸電阻被減小。此夕卜，優(yōu)選P-型InyGai_yN接觸層的Mg原子密度至少是 1 X IO18Cm-3,但是不超過(guò)1 X IO21Cm-30 Mg原子密度小于1 X 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 X IO21CnT3時(shí)，ρ-型InyGai_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InyGai_yN接觸層接觸的ρ-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(gè)形成ρ-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(shí)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η-型III 族氮化物半導(dǎo)體層21的η-型AlxGa1J層(0彡χ彡1)、比AlxGa1J層更遠(yuǎn)離AlN襯底、 用作ρ-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層23的ρ-型AlxGai_xN層(0彡χ彡1)，以及位于該 η-型AlxGai_xN層和ρ-型AlxGai_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，ρ-型AlxGai_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(duì)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 AlxGai_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(shí)施例模式的發(fā)光設(shè)備優(yōu)選設(shè)有與ρ-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(guò)40%。當(dāng)?shù)谝?ρ-電極覆蓋ρ-型氮化物半導(dǎo)體 層的表面小于10%時(shí)，在整個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)行描述，如圖14A所示，在30mmX 30mmX400 μ m厚度的藍(lán)寶石襯底上 濺射50nm厚度的SiO2層作為掩模層2，該藍(lán)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8 μ m間隔的4 μ m孔徑寬度(第二步驟)。接下來(lái)，如圖14B所示，通過(guò)HVPE在GaCl氣體流速為35sccm(lsccm表示在標(biāo)準(zhǔn) 條件(1013hPa，0°C )下，氣體的流速Icm3Iiiirr1 ；下面相同)，NH3氣體流速為6000sCCm、生長(zhǎng) 溫度1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間15小時(shí)，在開始襯底1和掩模層2上生長(zhǎng)1300 μ m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(lán)寶石開始襯底1被研磨掉， 如圖14C所示(第四步驟)，以及通過(guò)內(nèi)刀片將GaN晶體切為兩個(gè)550 μ m厚度的GaN襯底 (第五步驟)。每個(gè)GaN襯底被粘附到研磨/拋光機(jī)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400 μ m厚度的GaN襯底作為III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11。采用M0CVD，以在400 μ m厚度的GaN襯底(III族氮化物半導(dǎo)體襯底11)上依次生 長(zhǎng)5 μ m厚度的η-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ρ-型GaN層24作為一個(gè)或多個(gè)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(lái)，在當(dāng)分成芯片時(shí)將變?yōu)镚aN襯底的下表面中心的位置處形 成80 μ m直徑、IOOnm厚度的η-側(cè)電極51 (第十六步驟)，以及在ρ-型GaN層24的上表面 上形成IOOnm厚度的ρ-側(cè)電極52。接下來(lái)，如圖14Ε所示，該III族氮化物半導(dǎo)體晶體10 被分為芯片，每個(gè)400 μ mX400 μ m(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(gè)工序步驟。通過(guò)激光干涉儀測(cè)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0.004 μ m。該 LED具有450nm的峰值波長(zhǎng)的光發(fā)射光譜。該峰值波長(zhǎng)除以主面的面積時(shí)光發(fā)射光譜的強(qiáng) 度，亦即，每單位面積的強(qiáng)度，被認(rèn)為是1. 0，并被用來(lái)評(píng)估在以下實(shí)施方式中的LED的峰值 波長(zhǎng)450nm下發(fā)射光譜的每單位面積的相對(duì)強(qiáng)度。使用分光光度計(jì)測(cè)量該LED發(fā)射光譜。 在表I中示出了該結(jié)果。實(shí)施方式1該實(shí)施方式是實(shí)施例模式6的實(shí)施方式。參考圖1進(jìn)行描述，如圖IA所示，在用作開始襯底ι的400 μ m厚度的藍(lán)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(jìn)行光刻，以提供矩形窗口，每個(gè)窗口在410 μ m的窗口間距Pw下，具有 400 μ m的孔徑寬度Ww (第二步驟)。接下來(lái)，如圖IB所示，在GaCl氣體流速為lOOsccm、NH3氣體流速為6000sccm、生 長(zhǎng)溫度為1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為20分鐘(0. 33小時(shí))的條件之下通過(guò)HVPE生長(zhǎng)晶體(第 三步驟)，僅僅在開始襯底1的開口表面Ia上得到400 μ mX400 μ mX25 μ m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M0CVD，在III族氮 化物半導(dǎo)體晶體襯底11上依次生長(zhǎng)用作η-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的η-型GaN層、用 作發(fā)光層22的Ina2Gaa8N層22a和Ala2Gaa8N層22b以及用作ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層 23的ρ-型GaN層，作為一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12 (第四步驟)。接下來(lái)，盡管在附圖中未示出，在該ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的上表面上形成 IOOnm厚度的ρ-側(cè)電極(第五步驟)，然后如圖IC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(zhǔn)分子激光(250nm波長(zhǎng))，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(lái)，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80 μ m直徑、IOOnm厚度的η-側(cè)電極，該η-側(cè)電極也沒有示出(第 七步驟)，制造該實(shí)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. 035 μ m。采取比較例子1的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每單位 面積的強(qiáng)度作為1. 0，那么在該實(shí)施方式的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度 是1.1。在表I中示出了該結(jié)果。實(shí)施方式2該實(shí)施方式是對(duì)應(yīng)于實(shí)施例6的實(shí)施方式，以及涉及大于實(shí)施方式1的LED的 LED。亦即，除了在3010 μ m的窗口間距Pw和3000 μ m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3000 μ mX 3000 μ mX 25 μ m厚度的GaN襯底之外，通過(guò)與 實(shí)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(shí)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. 048 μ m。采取比較例子1的 LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強(qiáng)度作為1. 0，那么在該實(shí)施方式的 LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度是1. 1。在表I中示出了該結(jié)果，實(shí)施方式3該實(shí)施方式是實(shí)施例7的實(shí)施方式。參考圖2進(jìn)行描述，如圖2A所示，在用作開 始襯底1的400 μ m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(jìn)行光刻，以在400 μ m的窗口間距Pw下，形成矩形窗口，每個(gè)具有100 μ m的孔徑 寬度Ww (第二步驟)。接下來(lái)，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為130sccm、NH3氣體流速為6000sccm、生 長(zhǎng)溫度為1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為50分鐘(0.83小時(shí))的條件下，通過(guò)HVPE生長(zhǎng)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Ia上和在圍繞該窗口 2a 的掩模層的某些上表面2b上得到300 μ mX 300 μ mX85 μ m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(shí)施方式1 一樣，采用M0CVD，以在III族氮化物半導(dǎo)體 晶體層12上依次生長(zhǎng)用作η-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的η-型GaN層、用作發(fā)光層22的 Ina2Gaa8N層22a和Ala2Gaa8N層22b以及用作ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的ρ-型GaN層，作為一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12(第四步驟)。接下來(lái)，盡管在附圖中未示出，在ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的上表面上形成 IOOnm厚度的ρ-側(cè)電極(第五步驟)，然后如圖IC所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在氫氟酸(aq)(氫 氟酸lwt% )中，以刻蝕掉掩模層2 (第六步驟)，此后它被浸泡在含水的K0H(K0H :5wt%) 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(guò)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(lái)，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 80 μ m直徑、IOOnm厚度的η-側(cè)電極，該η-側(cè)電極也沒有被示出(第八步驟)，制造該實(shí)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. 5 μ m。 采取在比較例1的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強(qiáng)度作為1. 0，在 該實(shí)施方式的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度是1. 1。在表I中示出了該結(jié)果。實(shí)施方式4這實(shí)施方式是實(shí)施例8的實(shí)施方式。參考圖3進(jìn)行描述，如圖3A所示，在用作開始 襯底1的350 μ m厚度的藍(lán)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(jìn)行光刻，以提供矩形窗口，在4000 μ m的窗口間距Pw下，每個(gè)窗口具有3000 μ m 的孔徑寬度Ww (第二步驟)。接下來(lái)，如圖3B所示，在GaCl氣體流速為llOsccm、NH3氣體流速為6000sccm、生 長(zhǎng)溫度為980°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為5小時(shí)的條件下，通過(guò)HVPE生長(zhǎng)晶體(第三步驟)，在開始 襯底1的開口表面Ia上得到3000 μ mX 3000 μ mX400 μ m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(shí)施方式1 一樣，采用M0CVD，以在III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12上 依次生長(zhǎng)用作η-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的η-型GaN層、用作發(fā)光層22的Ina2Gaa8N層 22a、和Ala2Gaa8N層22b以及用作ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的ρ-型GaN層，作為一個(gè) 或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12 (第四步驟)。接下來(lái)，盡管在附圖中未示出，但是在ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的上表面上 形成IOOnm厚度的ρ-側(cè)電極(第五步驟)，然后，如圖IC所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在KOH(KOH 5wt% )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lwt%) 中，以刻蝕掉掩模層2(第七步驟)，然后，浸泡在含水的KOH溶液(K0H:5wt%)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(lái)，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 80 μ m直徑、IOOnm厚度的η-側(cè)電極(第九步驟)，制造該實(shí)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15 μ m。采取比較例1的LED的峰值 波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強(qiáng)度作為1. 0，在該實(shí)施方式的LED的峰值波長(zhǎng) 450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度是1.2。在表I中示出了該結(jié)果。實(shí)施方式5該實(shí)施方式是實(shí)施例6的實(shí)施方式，其中除了使用300 μ m厚度的Si襯底作為開始襯底，通過(guò)在AlCl3氣體流速為150sCCm、NH3氣體流速為7000sCCm、生長(zhǎng)溫度為1050°C以 及生長(zhǎng)時(shí)間為30分鐘(0.5小時(shí))的條件下，通過(guò)HVPE生長(zhǎng)晶體來(lái)生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo) 體晶體11，以制造400 μ mX 400 μ mX 15 μ m厚度的AlN襯底，通過(guò)使用氫氟酸和硝酸的水溶 液(氫氟酸；硝酸lwt% )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(shí)施方式1相同的LED。因此，制造該實(shí)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1 是0.021 μ m。采 取比較例子1的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強(qiáng)度作為1. 0，在該 實(shí)施方式的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度是1.2。在表I中示出了該結(jié)^ ο
實(shí)施方式6該實(shí)施方式是實(shí)施例6的實(shí)施方式，其中，除了使用300 μ m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(zhǎng)溫度為880°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為1個(gè)小時(shí)的條件下，通過(guò)HVPE生長(zhǎng)晶體從而生 長(zhǎng) III 族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底 11，IMIt^ 400 μ mX400 μ mX 15 μ m ^ InaiGaa9N 襯 底之外，制造與實(shí)施方式1相同的LED。因此，制造該實(shí)施方式的LED的工序步驟的總數(shù)是 7。具有該LED的InaiGaa9N襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP_V是0. 33 μ m。采 取比較例1的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強(qiáng)度作為1. 0，在該實(shí) 施方式的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度是1.0。在表I中示出了該結(jié)果。實(shí)施方式7該實(shí)施方式是實(shí)施例7的實(shí)施方式，除了使用300 μ m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(zhǎng)溫度為1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為1. 5小時(shí)的條件下，通過(guò)HVPE生長(zhǎng)晶體，從而生長(zhǎng)III 族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11，以制造300 μ mX300 μ mX85 μ m厚度的Ala4Gaa6N襯底之外， 制造與實(shí)施方式3相同的LED。因此，制造該實(shí)施方式的LED的工序步驟的總數(shù)是8。具有 該LED的Ala4Gaa6N襯底的尖峰和凹部的后表面的表面粗糙度RP_V是3. 1 μ m。采取比較例 1的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強(qiáng)度作為1. 0，在該實(shí)施方式的 LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度是1. 3。在表I中示出了該結(jié)果。
用作開始襯底ι的300nm厚度的藍(lán)寶石襯底1上布置200 μ mX 200 μ mX 100 μ m厚度的AlN 微晶體作為籽晶4 (第一步驟)。接下來(lái)，如圖6B所示，在AlCl3氣體流速為90sCCm、NH3氣 體流速為SOOOsccm、生長(zhǎng)溫度為1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為七小時(shí)的條件下，利用HVPE，由該 AlN微晶體生長(zhǎng)晶體(第三步驟)，以制造1000 μ mX 1000 μ mX400 μ m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(shí)施方式1 一樣，采用M0CVD，以在III族氮 化物半導(dǎo)體晶體層12上依次生長(zhǎng)用作η-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的η-型GaN層、用作 發(fā)光層22的Ina2Gaa8N層22a和Ala2Gaa8N層22b以及用作ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23 的ρ-型Ga N層，作為一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12 (第四步驟)。接下來(lái)，盡管在附圖中未示出，在該ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的上表面上形 成IOOnm厚度的ρ-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80 μ m直徑、IOOnm厚度的 η-側(cè)電極，該η-側(cè)電極也沒有被示出(第七步驟)，以制造該實(shí)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. 014 μ m。采取在比較例1的LED 的峰值波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面積的強(qiáng)度作為1. 0，在該實(shí)施方式的LED的峰 值波長(zhǎng)450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度是1.0。在表II中示出了該結(jié)果。實(shí)施方式9該實(shí)施方式是實(shí)施例IOa的實(shí)施方式，除了使用300 μ m厚度的Si襯底作為開始 襯底，布置大約80 μ mX80 μ mX 50 μ m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(zhǎng)溫度為1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為五個(gè)小時(shí)的條件 下，利用HVPE，由該GaN微晶體生長(zhǎng)晶體，以制造700 μ mX 700 μ mX 300 μ m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(shí)施方式8相同的LED。因此，制造該實(shí) 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. 018 μ m。采取在比較例1的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每 單位面積的強(qiáng)度作為1. 0，在該實(shí)施方式的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)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(guò)減小用于制造LED的常規(guī)方法中的十一個(gè)工序步驟 的數(shù)目，在實(shí)施方式6和實(shí)施方式10的情況下減小至七個(gè)工序，在實(shí)施方式7的情況下減 小至八個(gè)工序以及在實(shí)施方式8的情況下減小至九個(gè)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(shí)施方式9-2該實(shí)施方式對(duì)應(yīng)于實(shí)施例10b，如圖7A所示，使用HVPE，在5. 08cm(2英寸)直徑 的(0001)藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)用作開始III族氮化物晶體9的10 μ m GaN晶體9，然后濺射 50 μ m SiO2層作為掩模層，以制造在3000 μ m的掩模部分間距Pm下其掩模部分寬度Wm是 1500 μ m的掩模部分2p (第二步驟)。接下來(lái)，如圖7B所示，在250°C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(guò)氫氟酸除去SiO2部分2p (第四步驟)，以及在作為籽晶4的藍(lán)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(lái)，與實(shí)施方式9 一樣，使用HVPE，由GaN晶體(籽晶4)生長(zhǎng)用作III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的2000 μ mX 2000 μ mX 200 μ m厚度的GaN晶體襯底(第五步驟)，然 后使用M0CVD，在該GaN晶體襯底上生長(zhǎng)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(shí)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η-側(cè)電極(第九步驟)，制造LED。因此，制造該實(shí)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. 063 μ m。采取在比較例1的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，光發(fā)射光譜的每單位面 積的強(qiáng)度作為1. 0，在該實(shí)施方式的LED的峰值波長(zhǎng)450nm下，發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)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(shí)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(shí)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(shí)施方式10至38和42至45對(duì)應(yīng)于實(shí)施例6。 實(shí)施方式39至41對(duì)應(yīng)于實(shí)施例9。實(shí)施方式10如圖1所示，采用與實(shí)施方式1相同的方法，在用作開始襯底1的5. 08cm直 徑X400 μ m厚度的藍(lán)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260 μ m的窗口間距Pw和230 μ m的孔徑寬度Ww的窗口。接著在表III所示的條件 下，通過(guò)HVPE，在藍(lán)寶石襯底的開口表面上生長(zhǎng)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(shí)施方式1 一樣，采用M0CVD，以在GaN層12上依次生長(zhǎng)采 用作η-型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的5 μ m厚度的η-型GaN層、用作發(fā)光層22的3nm厚度 Ina2Gaa8N層22a和60nm厚度Ala2Gaa8N層22b、以及用作ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的 150nm厚度ρ-型GaN層，作為一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。接下來(lái)，與實(shí)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η-側(cè)電 極，制造LED。評(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)為450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表III中示出 了該結(jié)果。表III示出了該實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11具有8 μ m/hr的晶 體生長(zhǎng)速率、6X IO19CnT3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(shí)施方式10—樣的方法，在開始襯底上形成2μπι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260 μ m的窗口間距GaN 下設(shè)置具有230 μ m的孔徑寬度Ww的窗口。接下來(lái)，除了對(duì)于GaCl原料氣體流速被設(shè)為 80sccm以及對(duì)于NH3被設(shè)為6000sccm、晶體生長(zhǎng)時(shí)間是1. 33小時(shí)、晶體生長(zhǎng)速率是60 μ m/ hr以及雜質(zhì)濃度被設(shè)為Si為4 X IO18CnT3之外，與實(shí)施方式10 —樣生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)，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(zhǎng)III族氮化物晶體允許保 持?jǐn)嗔寻l(fā)生，如實(shí)施方式10所示。實(shí)施方式11至14在實(shí)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(zhǎng)時(shí)間以及III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長(zhǎng)速率之外，用和實(shí) 施方式10 —樣的方法制造LED。評(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。 在表IV中示出了該結(jié)果。實(shí)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(zhǎng) 速率上。表 IV
In0 2Ga0 8N In0 2Ga0 SN In0i2Ga0 8N In0 2Ga0 8N /Al0 2Ga0 8 /Al0 2Ga0 g /Al0 2Ga0.8 /Al0 2Ga0 8 N/p" GaN N/p- GaN N/p" GaN N/p- GaN 分離的方法(襯底/開始襯底) 激光照射 激光照射 激光照射 激光照射 襯底反面的 Rp_v(pm) 0.073 0.071 0.069 0.12 LED制造中的步驟數(shù) 7 7 7 7 LED的相對(duì)發(fā)射強(qiáng)度__M__ΙΛ__\Λ__1.1比較表III的實(shí)施方式10和表IV的實(shí)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(zhǎng)速率設(shè)為至少 ο μ m/hr,但是不超過(guò)300 μ m/hr,允許獲得大的 2000 μπι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(zhǎng)速率固定為至少30 μ m/hr但是不超過(guò)250 μ m/hr,與實(shí)施方式14 一樣，允許 獲得大的4000 μ m寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。實(shí)施方式15至18在實(shí)施方式15至18中，用和實(shí)施方式10 —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(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)450nm下該LED的 發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表V中示出了該結(jié)果。實(shí)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(shí)施方式和表V的實(shí)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5X IO19CnT3以下允許獲得大的2000 μ m寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底， 而沒有解理。具體，與實(shí)施方式18 —樣，將III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的雜質(zhì)濃度設(shè)為 9X IO18CnT3或以下允許獲得大的4000 μ m寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。實(shí)施方式19至22在實(shí)施方式19至22中，用和實(shí)施方式10 —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 夕卜。評(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表VI中示出了該結(jié)果。實(shí) 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(shí)施方式10和表VI的實(shí)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(guò)4°允許獲得大的 2000 μ m寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。具體，與實(shí)施方式22—樣，將偏 離角設(shè)為3°以下允許獲得大的4000 μ m寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。實(shí)施方式23至25在實(shí)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(zhǎng)時(shí)間和生長(zhǎng)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(shí)施方式10 —樣的方法制造 LED。評(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表VII中示出了該結(jié)果。 實(shí)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(zhǎng)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(gè)條件。表VII 由表VII很清楚通過(guò)結(jié)合從將III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的生長(zhǎng)速率設(shè)為至 少10 μ m/hr但是不超過(guò)300 μ m/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 5X IO19CnT3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(guò)4°中選擇的至少兩個(gè)條件，允許獲得大的15，000 μ m寬的III族 氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。實(shí)施方式26至29在實(shí)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(zhǎng)時(shí)間和生長(zhǎng)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(shí)施方式10 —樣的方法制造LED。評(píng)價(jià)在峰 值波長(zhǎng)450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表VIII中示出了該結(jié)果。實(shí)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(zhǎng)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(gè)條件的組合。表VIII
以及至少0°但是不超過(guò)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(gè)條件，允許獲得大的25，000 μ m寬的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，而沒有解理。實(shí)施方式30和31在實(shí)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(zhǎng)時(shí)間和生長(zhǎng)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(shí)施方式10 —樣的方法制造LED。評(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)450nm 下該LED的發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表IX中示出了該結(jié)果。實(shí)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(zhǎng)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(gè)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(shí)，通過(guò)使用Si襯底作 為開始襯底和結(jié)合至少10 μ m/hr但是不超過(guò)300 μ m/hr的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底 生長(zhǎng)速率、5X IO19CnT3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(guò)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(gè)條件，也允許 獲得大的25，000 μ m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(shí)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(zhǎng)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(shí)施方式32在實(shí)施方式32中，除了使用15mmX 15mmX400 μ m厚度的GaN開始襯底(主面方 向(1 00))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(zhǎng)時(shí)間和生長(zhǎng)速率、雜質(zhì)的類型和濃度以及開始襯底 的主面和(1 00)面之間的偏離角，以及通過(guò)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(shí)施方式10 —樣的方法制造LED。評(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)450nm下該LED的發(fā) 射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表X中示出了該結(jié)果。實(shí)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(shí)施方式33在實(shí)施方式33中，除了 15mmX15mmX400ym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(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)時(shí)間以及生長(zhǎng)速率、雜質(zhì)的類型和 濃度以及開始襯底的主面和(11 0)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(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底之前，形成3 μ m厚度的Ina8Gaa2N層作為分離層之外， 用和實(shí)施方式10 —樣的方法制造LED。評(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對(duì) 強(qiáng)度。在表X中示出了該結(jié)果。這里分離層用來(lái)意指分離III族氮化物半導(dǎo)體晶體和開始襯底時(shí)被分離的分離 點(diǎn)。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(shí)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(shí)施方式34和實(shí)施方式35在實(shí)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(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)時(shí)間以及生長(zhǎng)速率、雜質(zhì)的類型和濃 度以及開始襯底的主面和(11 50)面之間的偏離角之外，用和實(shí)施方式10 —樣的方法制造 LED。評(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)450nm下該LED的發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表X中示出了該結(jié)果。實(shí) 施方式34和實(shí)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 表 XI 在表X和XI所示的各種方向中可以生長(zhǎng)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(shí)施方式39在該實(shí)施方式中，使用與實(shí)施方式1相同的方法，在5. 08cm直徑X 400 μ m厚度的 藍(lán)寶石襯底上形成50nm厚度的SiO2層作為掩模層，該藍(lán)寶石襯底用作開始襯底1，然后設(shè) 置由至少兩個(gè)或更多微孔徑2s的組構(gòu)成的窗口 2a，如圖4所示，這對(duì)應(yīng)于實(shí)施例9。這里， 窗口間距Pw是2200 μ m,孔徑寬度Ww是2000 μ m,微孔徑間距Ps是2 μ m，以及微孔徑寬度 Ws是1 μ m。接下來(lái)，在表XII所示的條件下，通過(guò)HVPE在藍(lán)寶石襯底的開口表面Ia上生 長(zhǎng)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(shí)施方式1 一 樣，采用M0CVD，以在GaN層12上依次生長(zhǎng)用作n_型氮化物半導(dǎo)體晶體層21的5 μ m厚度 的η-型GaN層、用作發(fā)光層22的3nm厚度的Ina2Gaa8N層22a和60nm厚度的Ala2Gaa8N 層22b以及用作ρ-型氮化物半導(dǎo)體晶體層23的150nm厚度的ρ-型GaN層，作為一個(gè)或多 個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。接下來(lái)，與實(shí)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η-側(cè)電極，制造LED。評(píng)價(jià)在峰值波長(zhǎng)450nm下該 LED的發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表XII中示出了該結(jié)果。 實(shí)施方式40和實(shí)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(shí)施方式39相 同的方法制造LED。評(píng)價(jià)在這些LED的峰值波長(zhǎng)450nm下發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)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(gè)由兩個(gè)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(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體晶體允許生長(zhǎng)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1 μ m,但是不超過(guò)250 μ m,以及微孔徑寬度Ws至少是 0. 5 μ m，但是不超過(guò)200 μ m。實(shí)施方式42和實(shí)施方式43在實(shí)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(shí)施方式40相同的方法制造LED。評(píng)價(jià)在這些LED的峰值波長(zhǎng)450nm下發(fā)射光譜 的相對(duì)強(qiáng)度。在表XIII中示出了該結(jié)果。實(shí)施方式44和實(shí)施方式45在實(shí)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(shí)施方式30相同的方法制造LED。評(píng)價(jià)在這些LED的峰值 波長(zhǎng)450nm下發(fā)射光譜的相對(duì)強(qiáng)度。在表XIII中示出了該結(jié)果。表XIII 由表XIII很清楚，如實(shí)施方式43所示，使用每個(gè)由兩個(gè)或更多微孔徑(間距Ps 至少是1 μ m但是不超過(guò)210 μ m，微孔徑寬度Ws至少是0. 5 μ m但是不超過(guò)200 μ m)的組 構(gòu)成的窗口，以及結(jié)合至少10 μ m/hr但是不超過(guò)300 μ m/hr的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯 底生長(zhǎng)速率、5X IO19CnT3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(guò)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 45，030 μ m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(shí)施方式45所示，使用 Si襯底作為開始襯底，并結(jié)合至少10 μ m/hr但是不超過(guò)300 μ m/hr的III族氮化物半導(dǎo)體 晶體襯底生長(zhǎng)速率、5X IO19CnT3或以下的III族氮化物晶體襯底生長(zhǎng)速率以及至少0°但是 不超過(guò)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(gè)條件， 允許獲得大的45，030 μ m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(shí)。比較例3除了原料氣體流速、晶體生長(zhǎng)溫度以及晶體生長(zhǎng)時(shí)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400 μ m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(lái)，如圖10所示，通過(guò)M0CVD，在GaN 襯底上生長(zhǎng)3μπι厚度的i-型GaN層12a和30nm厚度的i_型Ala25Gaa85N層12b作為一個(gè)或多個(gè)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(jìn)行光刻和剝離，以通過(guò)在800°C下加熱每個(gè)由Ti層(50nm厚 度)/Al層(IOOnm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Ala25Gaa85N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(zhǎng)度是2 μ m以及柵寬度是 150 μ m。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400 μ mX400 μ m芯片(第十八工序)，制造HEMT半導(dǎo)體器件100。實(shí)施方式46該實(shí)施方式是對(duì)應(yīng)于實(shí)施例7和實(shí)施例12的實(shí)施方式。如圖2A所示，在用作開始 襯底1的400 μ m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(guò)光刻，以400 μ m的窗口間距Pw設(shè)置矩形窗口，每個(gè)具有270 μ m的孔徑寬度Ww (第
二步驟)，接下來(lái)，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為llOsccm、NH3氣體流速為6000sccm、生 長(zhǎng)溫度為1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為一小時(shí)的條件下，通過(guò)HVPE生長(zhǎng)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Ia上和在圍繞窗口 2a的掩模層的一些上 表面2b上得到300 μ mX 300 μ mX 85 μ m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(guò)M0CVD，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長(zhǎng)3 μ m 厚度的i_型GaN層12a和30nm厚度的i_型Ala25Gaa85N層12b作為一個(gè)或多個(gè)III族氮 化物半導(dǎo)體晶體層12 (第四步驟)。接下來(lái)，如圖10所示，接著進(jìn)行光刻和剝離，以通過(guò)在800°C下加熱每個(gè)由Ti層 (50nm厚度)/Α1層(IOOnm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Ala25Gaa85N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(zhǎng)度是2μπι和柵寬度 是150μπι。接下來(lái)，如圖2C所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在含水的氫氟酸(氫氟酸lwt%)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K0H(K0H :5wt% )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(shí)施方式46-2除了在開始襯底1上生長(zhǎng)摻雜至1 X IO19CnT3的碳(C)濃度的10 μ mGaN晶體層之 后，生長(zhǎng)用作III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11的85 μ m厚度GaN晶體，以及在該C-摻雜的 GaN晶體層實(shí)現(xiàn)從開始襯底1分離之外，與實(shí)施方式46 —樣制造HEMT。比較例4除了原料氣體流速、晶體生長(zhǎng)溫度以及晶體生長(zhǎng)時(shí)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400 μ m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(lái)，通過(guò)M0CVD，在GaN襯底上生長(zhǎng)5μπι厚 度的n—GaN層(電子濃度IX IO16CnT3)作為一個(gè)或多個(gè)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(lái)，如圖11所示，在800°C下加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Α1層(IOOnm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(gè)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(jìn)行光刻和剝離，以 在該rTGaN層上形成200 μ m直徑X 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400 μ mX 400 μ m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(shí)施方式47該實(shí)施方式對(duì)應(yīng)于實(shí)施例7和實(shí)施例13。如圖2A所示，在用作開始襯底1的 400 μ m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(guò)光刻， 以400 μ m非窗口間距Pw，設(shè)置矩形窗口 2a，每個(gè)具有270 μ m的孔徑寬度Ww (第二步驟)。接下來(lái)，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為llOsccm、NH3氣體流速為6000sccm、生 長(zhǎng)溫度為1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為一小時(shí)的條件下，通過(guò)HVPE生長(zhǎng)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Ia上和在圍繞窗口 2a的掩模層的一些上表面 2b上得到300 μ mX 300 μ mX85 μ m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(lái)，通過(guò)M0CVD，在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上生長(zhǎng)5μπι的厚度rTGaN層(電 子濃度IX IO16CnT3)作為一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，如圖11所示(第四步 驟)ο接下來(lái)，如圖2C所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在含水的氫氟酸(氫氟酸lwt% )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(KOH)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(lái)，如圖11所示，在800°C下加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Α1層(IOOnm 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(gè)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(lái)，接著進(jìn)行光刻和剝離，以在該n_GaN層上形成200 μ m直徑X 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(zhǎng)溫度以及晶體生長(zhǎng)時(shí)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400 μ m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(lái)，通過(guò)M0CVD，在該GaN襯底的第一主面 上生長(zhǎng)5 μ m厚度的rTGaN層(電子濃度1 X 1016cm_3)，作為一個(gè)或多個(gè)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(lái)，通過(guò)選擇的離子注入，形成p—層12d和η+層12e，如圖12所示(第十六 工序)。這里，通過(guò)Mg離子注入形成？_層12(1，以及通過(guò)Si離子注入形成n_層12e。接下 來(lái)，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(hù)膜(未示出)， 然后在1250°C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(hù)膜，此后通過(guò)P-CVD (等離子體-增強(qiáng)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(lái)，使用光刻和使用緩沖氫氟酸的選擇性蝕刻來(lái)刻蝕該MIS絕緣膜59，然后通過(guò)剝離，在800°C下加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Α1層(IOOnm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(jìn)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400 μ mX400 μ m芯片(第二i^一工序)。接下來(lái)，在800°C下加 熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Al層(IOOnm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(gè)表面(與第一主面相對(duì)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(shí)施方式48該實(shí)施方式對(duì)應(yīng)于實(shí)施例7和實(shí)施例13。如圖2A所示，在用作開始襯底1的 400 μ m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(guò)光刻， 以400 μ m的窗口間距Pw設(shè)置矩形窗口，每個(gè)具有270 μ m的孔徑寬度Ww (第二步驟)。接下來(lái)，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為llOsccm、NH3氣體流速為6000sccm、生 長(zhǎng)溫度為1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為一小時(shí)的條件下，通過(guò)HVPE生長(zhǎng)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Ia上和在圍繞窗口 2a的掩模層的一些上表面 2b上得到300 μ mX 300 μ mX 85 μ m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(lái)，通過(guò)M0CVD，在該III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底10上生長(zhǎng)5 μ m厚度rTGaN層(電 子濃度IX IO16CnT3)作為一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12，如圖10所示(第四步 驟)ο接下來(lái)，通過(guò)選擇的離子注入形成p—層12d和η+層12e，如圖12所示(第五步 驟)。這里，通過(guò)Mg離子注入形成ρ—層12d，以及通過(guò)Si離子注入形成η+層12e。接下來(lái)， 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(hù)膜(未示出)， 然后在1250°C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(hù) 膜，此后通過(guò)P-CVD (等離子體-增強(qiáng)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(lái)，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(guò)剝離，在800°C下加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Α1層(IOOnm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(jìn)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(lái)，如圖2C所示，該結(jié)構(gòu)被浸泡在含水的氫氟酸(氫氟酸lwt%)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K0H(K0H )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(lái)，在 800°C下，加熱其層成分是Ti層(50nm厚度)/Α1層(IOOnm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(gè)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(shí)施方式46至48的電子器件的條件。
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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(shí)施方式49該實(shí)施方式關(guān)于實(shí)施例16中發(fā)現(xiàn)的發(fā)光設(shè)備。如圖13所示，該實(shí)施例的特點(diǎn)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)壬闲纬傻摩?型III族氮化物 半導(dǎo)體晶體層21、發(fā)光層22以及ρ-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ρ-電 極12。這實(shí)施方式的特征在于其中使用導(dǎo)電粘結(jié)劑62，將其ρ_側(cè)電極52向下安裝在引線 框的安裝部分60a上。在該實(shí)施方式中，由發(fā)光層22發(fā)射的光從GaN襯底的第二主面lib輻射，其上設(shè) 置η-側(cè)電極51。η-側(cè)電極51未覆蓋整個(gè)第二主面。重要的是保證未被η_側(cè)電極51覆 蓋的大面積。增加窗口數(shù)減小被η-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。η-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(guò)在GaN襯底11上依次順序地生長(zhǎng)n_型GaN層21a、η-型AlxGai_xN層 21b、具有由 AlxGai_xN 層(0 彡 χ 彡 1)和 AlxInyGai_x_yN 層(0 彡 χ,Ο 彡 y, x+y 彡 1)構(gòu)成的 多量子阱(MQW)的發(fā)光層22、ρ-型AlxGai_xN層(O彡χ彡1) 23a以及ρ-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(gè)表面形成ρ-側(cè)電極52，該側(cè)電極被向下安裝。下面描述根據(jù)該實(shí)施方式制造發(fā)光設(shè)備的方法。首先根據(jù)圖2進(jìn)行描述，如圖2A 所示，在用作開始襯底1的400 μ m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(guò)光刻以 400 μ m的窗口間距Pw提供矩形窗口，每個(gè)具有270 μ m的孔徑寬度Ww。接下來(lái)，如圖2B所示，在GaCl氣體流速為llOsccm、NH3氣體流速為6000sccm、生 長(zhǎng)溫度為1050°C以及生長(zhǎng)時(shí)間為一個(gè)小時(shí)的條件下通過(guò)HVPE生長(zhǎng)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Ia上和在圍繞窗口 2a的掩模層的某些上表面2b上 得到300 μ mX 300 μ mX400 μ m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. 01 Ω · cm,以及其位錯(cuò)密度小于IX IO7CnT2。接下來(lái)，與實(shí)施方式1 一樣，采用M0CVD，以在III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底11上 依次生長(zhǎng)2 μ m厚度的Si-摻雜的η-型GaN層21a和50nm厚度的Si-摻雜的Ala2Gaa8N層 21b (覆層)作為η-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層21、具有由GaN層和Intl. 15Gaa85N層構(gòu)成 的雙層結(jié)構(gòu)的三個(gè)層構(gòu)成的MQW(多量子阱)的發(fā)光層22以及用作ρ-型III族氮化物半 導(dǎo)體晶體層23的20nm厚度的Mg-摻雜的ρ-型Ala2Gaa8N層23a(覆層)和20nm厚度的 Mg-摻雜的ρ-型GaN層23b，作為一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體晶體層12。獲得的元件 的發(fā)射波長(zhǎng)是450nm，通過(guò)比較低溫(4. 2K)下的PL(發(fā)光)強(qiáng)度和室溫(298K)下的PL經(jīng) 驗(yàn)地計(jì)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ρ-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體層的電阻。 通過(guò)孔測(cè)量獲得載流子濃度，以及在Mg-摻雜的ρ-型Ala2Gaa8N層中發(fā)現(xiàn)是5X1017cm_3，以 及在Mg-摻雜的ρ-型GaN層中發(fā)現(xiàn)是1 X 1018cm_3。
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接下來(lái)，ΙΟΟμπι直徑的η-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η-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(IOOnm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1Χ10_5Ω · cm2或以下。接下來(lái)，形成與ρ-型GaN層接觸的4nm厚度的Ni層作為ρ-側(cè)電極，以及在 整個(gè)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 Χ1(Γ4 Ω · cm2。接下來(lái)，如圖13所示，安裝元件，以便其ρ-型GaN層23b_側(cè)與引線框的安裝部分 60a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ρ-型GaN層23b的整 個(gè)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(guò)做這些工作，獲得8°C /W的抗熱性。在通過(guò)導(dǎo)線鍵合導(dǎo)電連接η-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(shí)施例和實(shí)施方式本質(zhì)上是說(shuō)明性，不應(yīng)該被認(rèn)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(shí)用性如上所述，本發(fā)明可以被廣泛地用于對(duì)于半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)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
在開始襯底上生長(zhǎng)共存的至少兩個(gè)形成III族氮化物半導(dǎo)體器件的晶體，每個(gè)形成III族氮化物半導(dǎo)體器件的晶體包括在所述開始襯底上生長(zhǎng)的厚度為10μm至600μm、寬度為0.2mm至50mm的III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底，以及在所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底上生長(zhǎng)的至少一個(gè)形成器件的III族氮化物半導(dǎo)體晶體層。
2.—種III族氮化物半導(dǎo)體器件，其通過(guò)將權(quán)利要求1所述的至少兩個(gè)形成III族氮 化物半導(dǎo)體器件的晶體中的一個(gè)從所述開始襯底分離而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件，其中所述III族氮化物半導(dǎo)體晶 體襯底的從所述開始襯底分離的一側(cè)是所述III族氮化物半導(dǎo)體晶體襯底的粗糙背面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述III族氮化物半 導(dǎo)體晶體襯底的所述粗糙背面的表面粗糙度RP-V是至少0. 01 μ m但是不超過(guò)50 μ m。
5.一種包括權(quán)利要求2所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備，其中所述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)壬系摩?型III族氮化物半導(dǎo)體層、與所述η-型III 族氮化物半導(dǎo)體晶體層相比更遠(yuǎn)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η-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. 5 Ω · 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。
6.一種包括權(quán)利要求2所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備，其中所述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；η-型AlxGai_xN層(0彡χ彡1)，該η-型AlxGai_xN層是在所述GaN襯底的第一 主面?zhèn)壬系摩?型III族氮化物半導(dǎo)體層；ρ-型AlxGa1J層(0彡χ彡1)，該ρ-型AlxGa1J 層是比所述η-型AlxGai_xN層更加遠(yuǎn)離所述GaN襯底設(shè)置的ρ-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體 層；以及位于所述η-型AlxGa1J層和所述ρ-型AlxGa1J層之間的發(fā)光層；所述GaN襯底的位錯(cuò)密度不超過(guò)108/Cm2 ；以及所述P-型AlxGai_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。
7.一種包括權(quán)利要求2所述的III族氮化物半導(dǎo)體器件的發(fā)光設(shè)備，其中所述III族氮化物半導(dǎo)體器件裝備有A1N襯底，該AlN襯底是所述III族氮化物半導(dǎo) 體晶體襯底；η-型AlxGai_xN層(0彡χ彡1)，該η-型AlxGai_xN層是在所述AlN襯底的第一 主面?zhèn)壬系摩?型III族氮化物半導(dǎo)體層；ρ-型AlxGapN層(0彡χ彡1)，該ρ-型AlxGai_xN 層是比所述η-型AlxGai_xN層更遠(yuǎn)離所述AlN襯底設(shè)置的ρ-型III族氮化物半導(dǎo)體晶體 層；以及位于所述η-型AlxGa1J層和所述ρ-型AlxGa1J層之間的發(fā)光層；所述GaN襯底的熱傳導(dǎo)率是IOOW/(m · K)或以上；以及 所述P-型AlxGai_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(zhǎng)至少一個(gè)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(zhǎng)至少一個(gè)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(hào)H01L33/16GK101882571SQ201010171268
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者上松康二, 中幡英章, 中村孝夫, 中畑成二, 木山誠(chéng), 永井陽(yáng)一 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社