III族氮化物半导体及其制造方法技术

在包含基板、和在基板上形成的III族氮化物结晶的III族氮化物半导体中，抑制构成基板的元素向III族氮化物结晶的扩散，且减少III族氮化物结晶的位错。在包含通式RAMO4所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、和Cd中的一个或多个二价元素)的RAMO4基板上，形成包含In和In以外的III族元素的氮化物的缓冲层，在缓冲层上形成III族氮化物结晶。

【技术实现步骤摘要】
III族氮化物半导体及其制造方法
本专利技术涉及III族氮化物半导体及其制造方法。
技术介绍
III族氮化物半导体能够通过改变作为III族元素的Ga、Al、In等的组成来覆盖较宽带隙，因而被广泛用作LED(发光二极管)、LD(半导体激光器)等光半导体器件、高频、高输出用途的电子器件等。一般而言这些器件是通过在蓝宝石基板上使III族氮化物结晶外延生长而制作的。然而，蓝宝石基板与作为III族氮化物半导体的GaN结晶的晶格不匹配度{(GaN的晶格常数-蓝宝石的晶格常数)/GaN的晶格常数}为13.8％，外延生长的III族氮化物结晶的缺陷密度高。因此，存在使用该III族氮化物半导体的器件的特性受到限制的课题。对于这样的课题，以降低上述III族氮化物结晶的缺陷密度为目的，提出了在包含ScAlMgO4的基板上使GaN外延生长的技术(专利文献1)。ScAlMgO4与GaN的晶格不匹配度{(GaN的晶格常数-ScAlMgO4的晶格常数)/GaN的晶格常数}较小为-1.8％。因此，期待在各种器件中展开将包含以ScAlMgO4为代表的RAMO4所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、和Cd中的一个或多个二价元素)的基板(以下，也称“RAMO4基板”)作为III族氮化物结晶的外延生长用基板的III族氮化物半导体。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015-178448号公报
技术实现思路
然而，若将包含RAMO4结晶的基板用于III族氮化物半导体，则存在基板的构成元素的一部分混入III族氮化物的结晶内而使III族氮化物的结晶性降低的课题。本专利技术为了解决以上课题而完成，目的在于提供高品质的III族氮化物半导体。用于解决问题的手段为了解决上述课题，本专利技术涉及的方案提供一种III族氮化物半导体，其具有：包含通式RAMO4所表示的单晶体(通式中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、和Cd中的一个或多个二价元素)的RAMO4基板、在所述RAMO4基板上形成且包含In和In以外的III族元素的氮化物的缓冲层、和在所述缓冲层上形成的III族氮化物结晶。专利技术效果根据本专利技术，能够实现高品质的III族氮化物半导体。附图说明图1为本专利技术的III族氮化物半导体的示意截面图。图2为表示本专利技术的一个实施方式中的III族氮化物半导体的带隙能量与晶格常数的关系的图。图3为表示在本专利技术的一个实施方式中，缓冲层中的In含量、与III族氮化物结晶的Mg浓度改变1个数量级的厚度的关系的图。图4为比较例中的III族氮化物半导体的图。图5为表示比较例中的III族氮化物半导体内的Mg的浓度变化的图。图6为表示实施例1中的III族氮化物半导体内的Mg的浓度变化和In的浓度变化的图。图7为表示实施例1中的III族氮化物半导体的表面阴极发光的结果的图。图8为表示实施例2中的III族氮化物半导体内的Mg的浓度变化和In的浓度变化的图。图9为表示实施例3中的III族氮化物半导体内的Mg的浓度变化和In的浓度变化的图。图10为表示实施例4中的III族氮化物半导体内的Mg的浓度变化和In的浓度变化的图。具体实施方式以下，对本专利技术的III族氮化物半导体参照附图进行说明。(关于III族氮化物半导体)本专利技术的III族氮化物半导体具有包含RAMO4基板、在该基板上形成的缓冲层、和在缓冲层上形成的III族氮化物结晶的结构。本专利技术的III族氮化物半导体的特征在于，缓冲层包含In和III族元素的氮化物。如前所述，在RAMO4基板上直接制作III族氮化物结晶的情况下，RAMO4基板的构成元素的一部分在外延生长中容易混入III族氮化物结晶。因此，存在III族氮化物的结晶性容易降低的课题。与此相对，如果像本专利技术那样，在RAMO4基板上具有包含In和In以外的III族元素的氮化物的缓冲层，则在III族氮化物结晶中，来自RAMO4基板的元素难以混入。也就是说，可以成为高品质的具有III族氮化物结晶的III族氮化物半导体。以下，对于本专利技术的一个实施方式涉及的III族氮化物半导体，以使用ScAlMgO4基板作为RAMO4基板的情况为例进行说明，但是能够适用于本专利技术的RAMO4基板不限于ScAlMgO4基板。将本专利技术的一个实施方式涉及的III族氮化物半导体的示意截面示于图1。III族氮化物半导体1具有：包含ScAlMgO4结晶的ScAlMgO4基板101、在ScAlMgO4基板101上形成且包含In和In以外的III族元素的氮化物的缓冲层102、和在缓冲层102上形成的III族氮化物结晶103。在此，ScAlMgO4基板101为包含ScAlMgO4单晶的基板。ScAlMgO4单晶具有岩盐型结构的ScO2层与六方晶结构的AlMgO2层交替层叠的结构，具有与石墨、六方晶BN同样的在(0001)面(劈界面)劈开的性质。本实施方式的III族氮化物半导体的III族氮化物结晶103可以通过在该ScAlMgO4基板101的劈开面上进行异质外延生长而得到。ScAlMgO4与作为III族氮化物的GaN的晶格不匹配度{(GaN的晶格常数-ScAlMgO4的晶格常数)/GaN的晶格常数}较小为-1.8％。晶格不匹配度小对于降低结晶缺陷有效。另外，ScAlMgO4与GaN的热膨胀系数差{(GaN的热膨胀系数一ScAlMgO4的热膨胀系数)/GaN的热膨胀系数}也充分小为-10.9％左右。因此，通过使用这样的ScAlMgO4基板101，而形成低缺陷的III族氮化物结晶103。本专利技术的III族氮化物半导体中的ScAlMgO4基板101的厚度没有特别限制，根据III族氮化物半导体的用途适当选择，优选为100～1000μm左右，更优选为300～600μm。若ScAlMgO4基板101的厚度为该范围，则含有ScAlMgO4的基板101的强度容易充分提高，在III族氮化物结晶103的制作时难以发生破裂等。另外，ScAlMgO4基板101的形状没有特别限制，但是若考虑工业上的实用性，则优选直径50～150mm左右的晶片状。另外，缓冲层102是包含In和In以外的III族元素的氮化物的层，如后述的实施例所示，可以为包含InGaN所表示的组成的化合物的无定形、单晶或多晶的层。另外，如后述的实施例也示出，缓冲层102优选还包含Al，更优选为包含InAlGaN所表示的化合物的无定形、单晶或多晶的层。缓冲层102在堆积时为无定形或多晶的状态的情况多，但在缓冲层102上形成III族氮化物结晶103时，有时在该温度下，缓冲层102的无定形或多晶还会通过再结晶和粒子生长而单晶化。通过将InAlGaN用于缓冲层102，能够降低ScAlMgO4基板101与III族氮化物结晶103的晶格不匹配度。图2示出GaN单晶、InN单晶、和AlN单晶的a轴的晶格常数与带隙能量的关系。图2的纵轴表示带隙能量(eV)，横轴表示a轴晶格常数另外，用虚线表示ScAlMgO4的a轴的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种III族氮化物半导体，其具有：包含通式RAMO4所表示的单晶体的RAMO4基板、在所述RAMO4基板上形成且包含In和In以外的III族元素的氮化物的缓冲层、和在所述缓冲层上形成的III族氮化物结晶，通式RAMO4中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、和Cd中的一个或多个二价元素。

【技术特征摘要】
2016.05.20 JP 2016-1014561.一种III族氮化物半导体，其具有：包含通式RAMO4所表示的单晶体的RAMO4基板、在所述RAMO4基板上形成且包含In和In以外的III族元素的氮化物的缓冲层、和在所述缓冲层上形成的III族氮化物结晶，通式RAMO4中，R表示选自Sc、In、Y、和镧系元素中的一个或多个三价元素，A表示选自Fe(III)、Ga、和Al中的一个或多个三价元素，M表示选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、和Cd中的一个或多个二价元素。2.如权利要求1所述的III族氮化物半导体，其中，所述缓冲层包含0.5atm％以上且50atm％以下的In。3.如权利要求1所述的III族氮化物半导体，其中，所述R为Sc，所述A为Al，所述M为Mg。4.如权利要求1所述的III族氮化物半导体，其中，所述缓冲层还包含Al。5.如权利要求1所述的III族氮化物半导体，其中，所述III族氮化物结晶为GaN。6.如权利要求1所述的III族氮化物半导体，其中，所述缓冲层的厚度为5nm以上且1000nm以下。7.如权利要求1所述的III族氮化物半导体，其中，所述III族氮化物结晶的表面的所述通式中M表示的元素的浓度比所述III族...

【专利技术属性】
技术研发人员：上田章雄，石桥明彦，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP