制造第III族氮化物半导体的方法技术

提供了一种具有降低的穿透位错密度和均匀的Ga极性表面的第III族氮化物半导体。在比形成构成缓冲层的元素的氧化物的温度低的温度下，在包含作为必要元素的Al的缓冲层上形成盖层。在比体半导体的晶体生长的温度高的温度下，对缓冲层被盖层覆盖的衬底进行热处理而不露出缓冲层的表面。将衬底温度降低至体半导体的晶体进行生长的温度，并且生长所述体半导体。

【技术实现步骤摘要】
制造第111族氮化物半导体的方法
本专利技术涉及一种用于制造具有减少的穿透位错和良好的结晶度的第III族氮化物半导体的方法。
技术介绍
通常，在已知的方法中，通过金属有机化学气相沉积(下文被称为“M0CVD”)，在蓝宝石衬底上形成低温缓冲层，并且在缓冲层上生长GaN。例如，在日本公开特许公报(特开)第2005-19872号中，在1135°C下对蓝宝石衬底进行热处理以清洁其表面之后，在将衬底温度降低至515°C的情况下形成具有20nm厚度的GaN缓冲层，并且在衬底温度上升至1075°C的情况下在蓝宝石衬底上形成GaN的细晶体。随后，在衬底温度保持在1075°C并且在载气中氢的浓度高于氮的浓度的情况下，使用GaN的细晶体作为晶核来小面生长GaN。然后，将衬底温度降低至1005°C，并且使载气中氮的浓度高于氢的浓度以促进在横向上的生长，并且生长GaN以填充面之间的间隙。因而，获得具有降低的穿透位错密度的GaN。在日本公开特许公报(特开)第2005-183524号的实施例3中，在1200°C下对蓝宝石衬底进行热清洁之后，在衬底温度在1200°C的情况下，将AlN外延生长为形成具有0.7 μ m厚度的单晶底层102。随后，在衬底温度降低至1150°C的情况下，将AlGaN层103外延生长为具有IOOnm或更小的厚度，并且在衬底温度保持在1350°C下10分钟的情况下进行退火。然后，在衬底温度降低至1150°C的情况下，进一步生长AlGaN层104。因而，降低了AlGaN层的穿透位错密度。然而，在日本公开特许公报(特开)第2005-19872号的方法中，在低温下形成具有20nm厚度的超薄GaN的低温缓冲层之后，在温度升高至GaN能够生长的温度下形成GaN的细晶体，然后小面生长GaN。在温度升高至GaN生长温度的过程中，在低温下形成的低温缓冲层的GaN的细晶体被再次分解和蒸发。因此，在形成低温缓冲层之后，不能将衬底的温度升高为高于GaN能够生长的温度。这导致细晶核的形成不充分，并且晶核不能长大。因此，在起始点处穿透位错的密度仍是高的。在日本公开特许公报(特开)第2005-183524号的方法中，基底材料11上的底层12被外延生长为0.7μπι的厚度，因此为单晶。此外，AlGaN层103被外延生长在单晶底层102上，因此为单晶。在已形成AlGaN层103的阶段进行退火有助于AlGaN层103中的位错的移动，并从而降低位错密度(第0032段)。因此，日本公开特许公报(特开)第2005-183524号既不增加在多晶、非晶或多晶/非晶混合状态的缓冲层中的晶核的大小，也不抑制待生长的半导体层中的穿透位错的形成。日本公开特许公报(特开)第2005-19872号涉及用于获得小面生长的晶核的热处理，而未降低穿透位错在起始点处的密度。本专利技术人首次发现，当对在低温情况下形成的AlN缓冲层进行高温热处理之后生长GaN时，GaN的表面上的不规则性或粗糙度变大。本专利技术人首次阐明，上述问题的原因为通过高温热处理氧化了缓冲层中含有的Al，形成了 Al氧化物，因此在Al氧化物上生长的GaN的生长表面具有N极性。N极性GaN具有大的表面粗糙度，并且其中结合了较多的杂质。因此，对于器件是不适合的。当形成氧化物时，在氧化物上较可能发生新的晶体缺陷(位错或沉积缺陷)，这降低了待生长的半导体的晶体质量。
技术实现思路
鉴于以上内容，本专利技术的一个目的是通过降低穿透位错在起始点处的密度来均匀并降低待生长的半导体的穿透位错密度。其他目的是获得混合有较少N极性表面并且具有均匀的Ga极性表面作为生长表面的第III族氮化物半导体。在本专利技术的第一方面中，提供一种用于在与第III族氮化物半导体不同的材料的衬底上生长第III族氮化物半导体的方法，所述方法包括:在衬底上形成多晶、非晶或多晶/非晶混合状态的含有作为必要元素的Al的AlN或 AlxInyGa1HN (0〈x〈l,0 ≤ y<l,0<x+y ≤I)的缓冲层；在比形成构成缓冲层的元素的氧化物的温度低的温度下，在缓冲层上形成具有Al组成比比缓冲层的 Al 组成比的 1/2 低的 GaN、InuGai_uN (0〈u ≤I)或 AlvInwGai_v_wN (0<ν<1,O ≤w〈l，0〈v+w≤ I)的盖层；在比包括第III族氮化物半导体的体半导体的晶体生长的温度高的温度下，对所述缓冲层被盖层覆盖的衬底进行热处理而不露出缓冲层的表面；并且在热处理之后，将衬底温度降低至体半导体的晶体生长的温度，并且在被盖层覆盖的缓冲层或露出的缓冲层上生长体半导体。缓冲层包括含有作为必要元素的Al的AlN或AlxInyGa1^N (0〈χ〈1，O≤y〈l，0<x+y≤I).然而，Al组成比X优选地为0.3或更大，并且更优选地为0.5或更大。本专利技术的特征在于在防止构成缓冲层的元素被氧化的情况下进行热处理。此外，构成缓冲层的Al容易受氧化。缓冲层中含有的Al的量越大，用于防止氧化的盖层的意义就越大。因此缓冲层的Al组成比优选地为0.3或更大或者0.5或更大。盖层是用于防止在热处理中，缓冲层中所含有的Al或其他构成元素被氧化的层。因此，当盖层包括作为含有Al的第III族氮化物半导体的AlvInwGamN (0<v<l,0 ≤w<l,0<v+w≤I)时，盖层的Al氧化物的量必须少于在未形成盖层时缓冲层的Al氧化物的量以使盖层的存在有意义。这就是为什么盖层的Al组成比为缓冲层的Al组成比的1/2或更小。然而，盖层的Al组成比越低，其越是优选的。当盖层的Al组成比为缓冲层Al组成比的1/5或更小时，盖层的Al氧化不会产生问题。盖层优选地不含容易被氧化的Al，并且最优选地由GaN形成。盖层优选地至少在热处理期间覆盖缓冲层。盖层可以以当生长体半导体时不抑制缓冲层效果的厚度较薄地覆盖缓冲层的表面。可替代地，如果缓冲层不被其上紧接着生长的体半导体氧化，则盖层可以刚好在生长体半导体之前消失以露出缓冲层。在本专利技术中，构成缓冲层的元素的氧化物包括In氧化物或Ga氧化物。然而，最可能形成Al氧化物。 此外，在本专利技术中，热处理优选地为与缓冲层在热处理之前的晶核密度相比减小缓冲层的晶核密度的工艺。这里，“晶核”是指岛或颗粒，所述岛或颗粒作为待生长的体半导体层的生长起始点。一个核优选地不具有缺陷，但有时包含作为待生长的体半导体的缺陷(如位错或沉积缺陷)的起始点的缺陷(如位错或沉积缺陷)。认为在热处理期间，晶核中所含有的缺陷消失、移动和减少。在本专利技术中，盖层优选地具有使得在热处理中不完全蒸发和消失并且不露出缓冲层的厚度。更具体地，盖层的厚度优选地为从Inm至500nm。当厚度落在该范围内时，防止了盖层在热处理的过程中完全蒸发和消失，并且防止了缓冲层中的Al或其他元素被氧化。此外，优选地在比盖层分解的温度更低的温度下形成盖层。即使在缓冲层中的构成元素如Al不受氧化的温度下，也必须在缓冲层上有效地形成盖层。用于形成构成缓冲层的元素的氧化物的氧源为生长炉中剩余的氧或水分，以及包含在原料气体如NH3中的氧或水分。此外，当衬底包括氧化物时，将由于衬底的分解而分散在生长炉中的氧视为氧源。因此，当衬底包括如蓝宝石、Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在由与第III族氮化物半导体不同的材料制成的衬底上生长第III族氮化物半导体的方法，所述方法包括：在所述衬底上形成多晶、非晶或多晶/非晶混合状态的含有作为必要元素的Al的AlN或AlxInyGa1‑x‑yN（0<x<1，0≤y<1，0<x+y≤1）的缓冲层；在比形成构成所述缓冲层的元素的氧化物的温度低的温度下，在所述缓冲层上形成Al组成比低于所述缓冲层的Al组成比的1/2的AlvInwGa1‑v‑wN（0<v<1，0≤w<1，0<v+w≤1）、InuGa1‑uN（0<u≤1）或GaN的盖层；在比包括第III族氮化物半导体的体半导体的晶体生长的温度高的热处理温度下，对具有被所述盖层覆盖的所述缓冲层的所述衬底进行热处理，而不露出所述缓冲层的表面；以及在所述热处理之后，将所述衬底的温度降低至所述体半导体的晶体生长的温度，并且在被所述盖层覆盖的所述缓冲层或露出的缓冲层上生长所述体半导体。

【技术特征摘要】
2013.02.13 JP 2013-0258371.一种在由与第III族氮化物半导体不同的材料制成的衬底上生长第III族氮化物半导体的方法，所述方法包括: 在所述衬底上形成多晶、非晶或多晶/非晶混合状态的含有作为必要元素的Al的AlN或 AlxInyGa1HN (0〈x〈l,0 ( y<l,0<x+y ( I)的缓冲层； 在比形成构成所述缓冲层的元素的氧化物的温度低的温度下，在所述缓冲层上形成Al组成比低于所述缓冲层的Al组成比的1/2的AlvInwGa1IwN (0〈v〈l,0 ( w<l,0<v+w ( I)、InuGa1^uN (0〈u ≤ I)或 GaN 的盖层； 在比包括第III族氮化物半导体的体半导体的晶体生长的温度高的热处理温度下，对具有被所述盖层覆盖的所述缓冲层的所述衬底进行热处理，而不露出所述缓冲层的表面；以及 在所述热处理之后，将所述衬底的温度降低至所述体半导体的晶体生长的温度，并且在被所述盖层覆盖的所述缓冲层或露出的缓冲层上生长所述体半导体。2.根据权利要求1所述的生长所述第III族氮化物半导体的方法，其中构成所述缓冲层的元素的氧化物为A l氧化物。3.根据权利要求1所述的生长所述第III族氮化物半导体的方法，其中所述热处理为与所述缓冲层在所述热处理之前的晶核密度相比减小所述缓冲层的晶核密度的工艺。4.根据权利要求1所述的生长所述第III族氮化物半导体的方法，其中所述盖层具有使得在所述热处理期间不完全蒸发并且不露出所述缓冲层的厚度。5.根据权利要求1所述的生长所述第III族氮化物半导体的方法，其中在比所述盖层分解的温度低的温度下形...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥野浩司，小盐高英，柴田直树，天野浩，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP