具有偏角的硅单晶和III族氮化物单晶的层叠基板制造技术

得到在硅单晶基板上III族氮化物单晶进行阶梯流动生长的现象。在硅单晶基板的表面上形成取向成硅单晶的<111>轴的氧化物的膜，在该氧化物的膜的表面上使III族氮化物单晶进行结晶。由此，晶体生长的III族氮化物单晶的<0001>轴取向成氧化物的c轴。如果对硅单晶基板赋予偏角，则III族氮化物单晶进行阶梯流动生长。通过将在硅单晶与氧化物的界面上形成的硅氧化物膜还原，氧化物的取向性得到改善。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有偏角的硅单晶和III族氮化物单晶的层叠基板
本说明书中，公开了得到在硅单晶基板的表面上III族氮化物单晶膜进行阶梯流动(ステップフロー)生长的现象的技术。根据该技术，在硅单晶基板的表面上晶体缺陷少的III族氮化物单晶膜进行晶体生长。
技术介绍
如非专利文献1中所公开，在晶体生长的一种模式中已知阶梯流动生长。本说明书中将在阶梯流动模式下进行晶体生长称为阶梯流动生长。在阶梯流动生长中的单晶的表面上，如图8中示意性地所示，观测到阶梯28与台阶(テラス)26的重复形状。晶体生长条件备齐时，在阶梯28的位置处进行晶体生长，阶梯28的位置如箭头30所示行进。阶梯28到达端部32时，单晶24按照阶梯28的高度的量增厚。需要说明的是，图8的阶梯28的高度和台阶26的倾斜角被夸大地示出，实际的阶梯28的高度为1至数个原子层的量，台阶26的倾斜角非常小。除了阶梯流动生长之外，也已知二维成核生长这样的晶体生长模式。图9示意性地示出了二维成核生长中的单晶的表面。二维成核生长中，在平坦的表面的各部位开始晶体生长。晶体生长的开始位置随机地确定，因此，在二维成核生长后的单晶的表面18上共存高度不同的平面18a、18b、18c等，高差20不规则地移动。已知阶梯流动生长后的单晶的表面比二维成核生长后的单晶的表面更平坦。另外，阶梯流动生长与二维成核生长相比更容易控制。例如，在使添加有杂质的单晶生长的情况(本说明书中将通过使晶体生长的条件备齐而得到晶体生长现象称为使晶体生长)下，根据阶梯流动生长，与利用二维成核生长的情况相比，可以严格地管控杂质的浓度和晶体中杂质的存在位置等。非专利文献2中报道了，通过III族氮化物单晶进行阶梯流动生长，晶体表面变得平坦，能够形成陡峭的异质界面。利用III族氮化物单晶的半导体装置由于将表面或异质界面用于沟道或者漂移区，因此平坦的表面、平坦的界面、或者无序(乱れ)少的晶体结构有利地起到了作用。非专利文献2报道了，通过利用阶梯流动生长所得的III族氮化物单晶，半导体装置的特性得到改善。非专利文献3中报道了，通过III族氮化物单晶进行阶梯流动生长，可以抑制深能级的形成，从而可以降低电流崩塌。非专利文献2、4、5中公开了用于得到III族氮化物单晶进行阶梯流动生长的现象的技术。在这些技术中，如图8中示意性地所示，在蓝宝石基板、SiC基板或者GaN自立基板等基板22上使III族氮化物单晶24晶体生长。作为晶体生长基础的基板22，其c轴22a倾斜成使得与基板22的表面22b不正交。即，使与基板22的c轴22a不正交的面22b露出，在该露出表面22b上使III族氮化物单晶24晶体生长。将露出表面22b的法线n与基板22的c轴22a所成的角θ调节成适当值时，在露出表面22b上进行晶体生长的III族氮化物单晶24的c轴24a也相对于法线n倾斜，III族氮化物单晶24进行阶梯流动生长。以下，将从露出表面22b的法线n至基板22的c轴22a的转角θ称为偏角。专利文献1或者非专利文献6中公开了用于得到在硅单晶基板上III族氮化物单晶进行晶体生长的现象的技术。在这些技术中，在硅单晶基板上使AlN或Al(Ga,In)N等混晶生长，在其上使III族氮化物单晶进行晶体生长。关于非专利文献7和8在下文进行说明。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-231550号公报非专利文献非专利文献1：外延生长的机理，中岛一雄编，共立出版，第148-150页(2003)非专利文献2：WeiguoHu等，SuperlatticesandMicrostructures，46，812(2009)非专利文献3：松下景一等，电子信息通信学会技术研究报告，第109卷，第81期，第69-72页(2009)非专利文献4：X.Q.Shen等，J.CrystalGrowth，300，75(2007)非专利文献5：ToshioNishida等，J.CrystalGrowth，195，41(1998)非专利文献6：A.Watanabe等，J.CrystalGrowth，128，391(1993)非专利文献7：F.Reiher等，J.CrystalGrowth，312，180(2010)非专利文献8：S.R.Lee等，“EffectofthreadingdislocationsontheBraggpeakwidthsofGaN,AlGaNandAlNheterolayers”Appl.Phys.Lett.86，241904(2005)
技术实现思路
专利技术要解决的问题即使尝试将非专利文献2、4、5中公开的、得到III族氮化物单晶进行阶梯流动生长的现象的技术，与专利文献1和非专利文献6中公开的、得到在硅单晶基板上III族氮化物单晶进行晶体生长的现象的技术组合，在目前的技术中也无法得到在硅单晶基板上III族氮化物单晶进行阶梯流动生长的现象。图9示意性地示出了：根据非专利文献2、4、5，使硅单晶基板2的未与c轴2a正交的面2b露出、在该露出表面2b上使AlN或Al(Ga，In)N等混晶8生长、并在其上使III族氮化物单晶10进行晶体生长的情况下而产生的现象。如非专利文献7所记载，即使在露出表面2b的法线n与c轴2a之间具有角度(偏角)，在露出表面2b上生长的AlN的混晶8的c轴8a也与露出表面2b正交。因此，III族氮化物单晶10的c轴10a与晶体生长中的表面18正交。因此，III族氮化物单晶10进行二维成核生长，在其表面18上共存高度不同的多个平面18a、18b、18c等。另外，形成不规则移动的高差20。目前的技术中，为了得到III族氮化物单晶进行阶梯流动生长的现象，需要蓝宝石基板、SiC基板或者GaN基板等高价的基板，无法利用廉价的硅基板。本说明书中，公开了得到利用硅单晶基板使III族氮化物单晶进行阶梯流动生长的现象的技术。用于解决问题的方法根据下述的(1)～(5)的方法，可以得到利用硅单晶基板使III族氮化物单晶进行阶梯流动生长的现象。(1)使硅单晶基板的相对于与<111>轴正交的面倾斜的面露出。即，使相对于<111>轴非正交的面(未正交的面)露出。(2)在露出的表面上形成硅氧化物的膜。形成自然氧化物膜的情况下，自然氧化物膜的形成工序对应于该工序。(3)在硅氧化物膜的表面上形成具有比硅氧化物更大的生成焓的氧化物的膜。(4)进行热处理。这样，在硅氧化物膜中含有的氧在生成焓大的氧化物内移动，硅氧化物膜被还原。其结果，失去硅氧化物膜的非晶性，氧化物的c轴在硅单晶基板的<111>轴上取向。(5)在氧化物的膜的表面上使纤维锌矿型的III族氮化物单晶进行晶体生长(将晶体生长的条件备齐)。在具有偏角的氧化物的表面上进行晶体生长，因此，III族氮化物单晶进行阶梯流动生长。通过本说明书中公开的技术，可以形成包含硅单晶基板和纤维锌矿型的III族氮化物单晶膜的新型层叠基板。通过以往技术能够获得的层叠基板，对包含立于硅单晶基板的表面上的法线和硅单晶的<11-2>轴的面进行截面观察时，即使在具有相对于硅单晶的<111>轴倾斜的法线的表面上使III族氮化物单晶进行晶体生长，也无法通过硅单晶的<111>轴的方向控制I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层叠基板，包含硅单晶基板和纤维锌矿型的III族氮化物单晶膜，其特征在于，对包含立于硅单晶基板的表面上的法线和硅单晶的<11‑2>轴的面进行截面观察时，相对于所述法线，硅单晶的<111>轴与III族氮化物单晶的<0001>轴向相同方向倾斜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.28 JP 2012-0741821.一种层叠基板，其依次层叠有硅单晶基板、SiOx膜、α型氧化铝膜和纤维锌矿型的III族氮化物单晶膜，其中x<2，当将与立于硅单晶基板的表面上的法线正交的、且从法线方向观察时与硅单晶的<11-2>轴重合的轴设为y轴；将与法线和y轴一起构成正交3轴的轴设为x轴；将包含法线和y轴的面设为ny面；将包含法线和x轴的面设为nx面；将硅单晶的<111>轴投影至ny面上而得到的轴设为<111>ny轴；将所述<111>轴投影至nx面上而得到的轴设为<111>nx轴；将III族氮化物单晶的<0001>轴投影至ny面上而得到的轴设为<0001>ny轴；将所述<0001>轴投影至nx面上而得到的轴设为<0001>nx轴；将在ny面中测定的从法线到<111>ny轴的转角设为θx0；将在nx面中测定的从法线到<111>nx轴的转角设为θy0；将在ny面中测定的从法线到<0001>ny轴的转角设为θx1；且将在nx面中测定的从法线到<0001>nx轴的转角设为θy1时；其中θx0的绝对值>θy0的绝对值，并且θx1的绝对值>θy1的绝对值，在对ny面进行截面观察时，相对于所述法线，硅单晶的<111>轴与III族氮化物单晶的<0001>轴向相同方向倾斜，并且所述III族氮化物单晶膜是c面生长的膜。2.如权利要求1所述的层叠基板，其中所述III族氮化物单晶是AlN或GaN。3.如权利要求1或权利要求2所述的层叠基板，其中满足θx1/θx0＝0.6～1.0的关系。4.如权利要求1或2所述的层叠基板，其中θx0的绝对值为0.1°以上。5.如权利要求1或2所述的层叠基板，其中θx0的绝对值为1.0°以下。6.如权利要求1或2所述的层叠基板，其中III族氮化物单晶膜的表面为阶梯和台阶形状...

【专利技术属性】
技术研发人员：成田哲生，伊藤健治，冨田一义，大竹伸幸，星真一，松井正树，
申请(专利权)人：株式会社丰田中央研究所，株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本;JP