第III族氮化物外延基板及其制造方法技术

本发明专利技术提供了第III族氮化物外延基板，其中使用基板抑制在器件形成步骤中产生裂纹；以及所述第III族氮化物外延基板的制造方法。本发明专利技术的第III族氮化物外延基板(10)的特征在于具有：Si基板(11)；与所述Si基板(11)接触的初始层(14)；和形成于所述初始层(14)上的超晶格层压体(15)，并且所述超晶格层压体(15)具有多组如下的层压体：每个层压体顺序地具有由Al组成比大于0.5且1以下的AlGaN构成的第一层(15A1(15B1))和由Al组成比大于0且0.5以下的AlGaN构成的第二层(15A2(15B2))。所述第III族氮化物外延基板的特征还在于，所述第二层的Al组成比朝远离所述基板的一侧逐渐降低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了第III族氮化物外延基板，其中使用基板抑制在器件形成步骤中产生裂纹；以及所述第III族氮化物外延基板的制造方法。本专利技术的第III族氮化物外延基板(10)的特征在于具有：Si基板(11)；与所述Si基板(11)接触的初始层(14)；和形成于所述初始层(14)上的超晶格层压体(15)，并且所述超晶格层压体(15)具有多组如下的层压体：每个层压体顺序地具有由Al组成比大于0.5且1以下的AlGaN构成的第一层(15A1(15B1))和由Al组成比大于0且0.5以下的AlGaN构成的第二层(15A2(15B2))。所述第III族氮化物外延基板的特征还在于，所述第二层的Al组成比朝远离所述基板的一侧逐渐降低。【专利说明】第N I族氮化物外延基板及其制造方法
本专利技术涉及第III族氮化物外延基板及其制造方法。更特别地，本专利技术涉及可抑制在器件形成过程中产生破裂的第III族氮化物外延基板及其制造方法。
技术介绍
近年来，一般而言，由N与Al、Ga和In等的化合物制成的第III族氮化物半导体广泛用于发光元件和电子器件用元件等。此类器件的特性极大地依赖于第III族氮化物半导体的结晶性，使得生长高结晶性第III族氮化物半导体的技术成为需要的。第III族氮化物半导体通常通过在蓝宝石基板上外延生长来形成。然而，蓝宝石基板由于低的导热率而具有差的散热性，这不适用于生产大功率输出器件。因此，近年来已提出了使用硅基板(Si基板)作为第III族氮化物半导体的晶体生长用基板的技术。Si基板具有比上述蓝宝石基板更好的散热性，并因而适用于生产大功率输出器件。此外，由于大基板便宜，因而它们在降低生产成本上是有优势的。然而，像蓝宝石基板一样，Si基板具有与第III族氮化物半导体不同的晶格常数。因此，不预计直接在此类Si基板上生长第III族氮化物半导体来提供高结晶性的第III族氮化物半导体。此外，第III族氮化物半导体与硅相比具有高的热膨胀系数。因此，当该第III族氮化物半导体直接生长 在Si基板上时，在从晶体生长过程的高温冷却至室温的过程中在第III族氮化物半导体中产生大的拉伸应变。这导致Si基板翘曲的问题，并导致第III族氮化物半导体中产生高密度裂纹。因此，JP2007-67077A(PTLl)公开了在Si基板上制造高结晶性第III族氮化物半导体的技术，其中通过在硅基板和第III族氮化物半导体之间设置AlN类超晶格缓冲层而防止裂纹的产生。AlN类超晶格缓冲层具有多个交替堆叠的由AlxGahN(Al组成比x为0.5≤X≤I)制成的第一层和由AlyG&1_yN(Al组成比y为0.01≤y≤0.2)制成的第二层。引用列表专利文献PTLl JP2007-67077A
技术实现思路
专利技术要解决的问题PTLl指出通过在原子水平上使氮化物半导体层的表面平滑来改善结晶性并防止裂纹的产生。在不仅在Si基板上形成包括超晶格的缓冲层而且还形成氮化物半导体层(主层压体)的状态下，意图为防止在氮化物半导体层中的裂纹的产生。通过这种方式，常规地在形成氮化物半导体层之后的基板中防止在氮化物半导体层上的裂纹的产生已成为典型。根据本专利技术人的研究，由于相对于Si基板的晶格常数小且热膨胀系数大的缓冲层而造成的翘曲可通过由晶格常数和热膨胀系数比缓冲层的那些大的主层压体所造成的相反的翘曲抵消，以在无裂纹的状态下在缓冲层上形成主层压体，并减少翘曲。然而，即使在该情况下，本专利技术人发现随后在其中形成电极、在主层压体上形成用于单片化(singulation)的沟和输送元件等的器件形成过程中，出现可能突然发生破裂和基板可能不期望地破裂成多个碎片的问题。换言之，常规的结构仅关注于防止器件形成前的晶片阶段中的裂纹，而未考虑在随后器件形成过程中的破裂。在本公开中，“破裂”字面上是指基板断裂成多个碎片，“裂纹”是指不使基板断裂成碎片的龟裂或裂痕。本专利技术鉴于上述环境来构思，并且其目的为提供可抑制器件形成过程中产生破裂的第III族氮化物外延基板及其制造方法。_4] 用于解决问题的方案在进一步检查如何实现上述目的时，本专利技术人得到了以下发现。具体地，本专利技术人发现，不论在包括超晶格的缓冲层上形成主层压体的状态下的翘曲的量级如何，如果在包括超晶格的缓冲层形成之后、在主层压体的形成之前的翘曲大，则在器件形成过程中容易发生破裂。换言之，在器件形成过程中，例如在光刻时曝光精确度地对晶片施压(外部应力的施加)，或加工氮化物半导体层的一部分而使应力平衡劣化(内部应力的集中)。此外，在输送和定位期间受到冲击，并在热处理期间受到热冲击。为了能够抵挡这类应力，不仅必须专注于减少由于在已形成主层压体的状态下的翘曲造成的外部应力的施加，而且还必须专注于将向主层压体施加的内部应力减少至能够抵抗外部应力的范围以及增强耐冲击性。另外，不能抑制器件形成过程中的破裂。因此，通过专注于缓冲层形成之后、主层压体形成之前的翘曲，本专利技术人设想抑制在形成具有超晶格层压体的缓冲层时的翘曲，以便抑制器件形成过程中的破裂。本专利技术人发现，该目的可利用下述结构来实现，从而完成本专利技术。基于上述发现实现本专利技术，并且其主要特征如下。(I) 一种第III族氮化物外延基板，其包括:Si基板；与Si基板接触的初始层；和形成于初始层上的超晶格层压体，所述超晶格层压体包括多组如下的层压体:各所述层压体顺次包括由Al组成比大于0.5且I以下的AlGaN制成的第一层和由Al组成比大于O且0.5以下的AlGaN制成的第二层，其中第二层的Al组成比随着远离基板而逐渐降低。(2)根据⑴所述的第III族氮化物外延基板，其中超晶格层压体包括多个超晶格层，各所述超晶格层包括多组的第一层和由具有恒定Al组成比的AlGaN制成的第二层，所述第一层和所述第二层交替堆叠，和随着超晶格层的位置距离Si基板越远，所述超晶格层压体中的各超晶格层的第二层的Al组成比越小。(3)根据(I)或⑵所述的第III族氮化物外延基板，其中离Si基板最近的第二层的Al组成比与离Si基板最远的第二层的Al组成比之差为0.02以上。(4)根据(I)至(3)任一项所述的第III族氮化物外延基板，其中所述第一层为A1N。(5)根据⑴至(4)任一项所述的第III族氮化物外延基板，其中所述初始层包括AlN层和在AlN层上的AlGaN层，并且在初始层中的AlGaN层的Al组成比大于在第二层中离基板最近的AlGaN层的Al组成比。(6)根据⑴至(5)任一项所述的第III族氮化物外延基板，其进一步包括通过在超晶格层压体上外延生长至少包括GaN层的第III族氮化物层所形成的主层压体。(7)根据(I)至(6)任一项所述的第III族氮化物外延基板，其中在超晶格层压体作为最上层的状态下，下侧产生凸起的翘曲量为130 μ m以下。(8) 一种第III族氮化物外延基板的制造方法，其包括:第一步，在Si基板上形成与Si基板接触的初始层；和第二步，在初始层上形成超晶格层压体，所述超晶格层压体包括多组如下的层压体:各所述层压体顺次包括由Al组成比大于0.5且I以下的AlGaN制成的第一层和由Al组成比大于O且0.5以下的AlGaN制成的第二层，其中在第二步中，使所述第二层的Al组成比随着远离基板而逐渐降低。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种第III族氮化物外延基板，其包括：Si基板；与所述Si基板接触的初始层；和形成于所述初始层上的超晶格层压体，所述超晶格层压体包括多组如下的层压体：各所述层压体顺次包括由Al组成比大于0.5且1以下的AlGaN制成的第一层和由Al组成比大于0且0.5以下的AlGaN制成的第二层，其中所述第二层的Al组成比随着远离所述Si基板而逐渐降低。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：生田哲也，柴田智彦，
申请(专利权)人：同和电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP