Ⅲ-Ⅴ族氮化物系半导体衬底及其制造方法技术

本发明专利技术是关于具有较低位错密度并且表面的载流子浓度分布基本上均匀的Ⅲ－Ⅴ族氮化物系半导体衬底及其制造方法。本发明专利技术提供了位错密度低，并且具有足够厚度的载流子浓度偏差范围较小的表面层的Ⅲ－Ⅴ族氮化物系半导体自支撑衬底及其制造方法。该半导体衬底是由在与衬底表面大致垂直的方向上存在许多载流子浓度与周围不同的区域的第一层和从表面到至少１０μｍ深度的第二层构成，在第二层中基本上没有形成上述载流子浓度不同的区域，因而载流子浓度分布基本上是均匀的。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于具有较低位错密度并且表面的载流子浓度分布基本上均匀的III-V族氮化物系半导体衬底及其制造方法。
技术介绍
氮化物系半导体材料由于其禁带宽度足够大，带间跃迁又是直接跃迁型的，因而对其在短波长发光元件领域中的应用进行了广泛的研究。另外，由于电子的饱和漂移速度大，可利用由异质结引起的二维载气等，因此，可获得在电子元件方面的应用。构成这些元件的氮化物系半导体层，可以通过采用有机金属气相生长法(MOVPE)、分子束气相生长法(MBE)、氢化物气相生长法(HVPE)等的气相生长法在底层衬底上进行外延生长而获得。然而，由于晶格常数与氮化物系半导体层相匹配的衬底不存在，因而难以获得优质的外延层，所得到的氮化物系半导体层中含有很多晶体缺陷。这些晶体缺陷是妨碍元件性能提高的主要原因，因此，迄今人们对于减少氮化物系半导体层中的晶体缺陷进行了广泛的研究。作为获得晶体缺陷较少的III族元素氮化物系晶体的方法，目前已知的方法是，在蓝宝石等异种衬底上形成低温沉积缓冲层，在其上面形成外延生长层。在使用低温沉积缓冲层的晶体生长方法中，首先，在500℃附近在蓝宝石等衬底上沉积ALN或GaN，形成无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ－Ⅴ族氮化物系半导体衬底，该半导体衬底是自支撑的Ⅲ－Ⅴ族氮化物系半导体衬底，其特征在于，至少在衬底的最外的表面上，载流子浓度分布基本上是均匀的。

【技术特征摘要】
JP 2003-8-28 2003-3040781.一种III-V族氮化物系半导体衬底，该半导体衬底是自支撑的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，至少在衬底的最外的表面上，载流子浓度分布基本上是均匀的。2.如权利要求1所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，在从表面到至少10μm深度的表面层中，载流子浓度分布基本上是均匀的。3.一种III-V族氮化物系半导体衬底，该半导体衬底是自支撑的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，该衬底是由在与衬底表面大致垂直的方向上存在许多载流子浓度与周围不同的区域的第一层和从表面到至少10μm深度的第二层构成，在所述的第二层中基本上没有形成上述载流子浓度不同的区域，因而载流子浓度分布基本上是均匀的。4.一种III-V族氮化物系半导体衬底，该半导体衬底是自支撑的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，在从表面到至少10μm深度的表面层的荧光显微镜图像中，不存在具有清晰边界的高亮度区域和低亮度区域。5.一种III-V族氮化物系半导体衬底，该半导体衬底是自支撑的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，在任意断面的荧光显微镜图像中，是由存在具有清晰边界的高亮度区域和低亮度区域的第一层及从表面到至少10μm深度的高亮度区域组成的第二层构成，上述低亮度区域是载流子浓度与上述高亮度区域不同的区域。6.一种III-V族氮化物系半导体衬底，该半导体衬底是自支撑的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，在从表面到至少10μm深度的表面层中基本上不存在载流子浓度与周围不同的区域。7.如权利要求1所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，所述衬底中的载流子浓度是1×1017cm-3以上，并且，所述的最外的表面的载流子浓度的偏差范围在±25％之内。8.如权利要求2、4或6所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，所述衬底中的载流子浓度是1×1017cm-3以上，并且，所述表面层中的载流子浓度的偏差范围在±25％之内。9.如权利要求3或5所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，所述衬底中的载流子浓度是1×1017cm-3以上，并且，所述第二层的载流子浓度的偏差范围在±25％之内。10.如权利要求1所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，所述衬底中的载流子浓度是1×1017cm-3以下，并且，所述最外的表面的载流子浓度的偏差范围在±100％之内。11.如权利要求2、4或6所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，所述衬底中的载流子浓度是1×1017cm-3以下，并且，所述表面层中的载流子浓度的偏差范围在±100％之内。12.如权利要求3或5所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，所述衬底中的载流子浓度是1×1017cm-3以下，并且，所述第二层中的载流子浓度的偏差范围在±100％之内。13.如权利要求1-12中任一项所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，表面的载流子浓度的偏差不大于背面的载流子浓度的偏差。14.如权利要求3或5所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，所述的载流子浓度不同的区域是断面为楔形的板状。15.如权利要求3或5所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，所述的载流子浓度不同的区域是大致圆锥形状、六角锥形状或十二角锥形状。16.如权利要求14所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，所述的载流子浓度不同的区域的最大尺寸是1mm以下。17.如权利要求1-16中任一项所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，表面经过研磨加工。18.如权利要求1-17中任一项所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，背面经过研磨加工。19.如权利要求1-18中任一项所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，具有200μm以上、1mm以下的厚度。20.如权利要求1-19中任一项所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，衬底表面是(0001)的III族面。21.如权利要求1-20中任一项所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，表面的位错密度低于背面的位错密度。22.如权利要求1-21中任一项所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，包含由GaN或AlGaN构成的层。23.如权利要求1-22中任一项所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，在III-V族氮化物系半导体晶体中掺杂了杂质。24.如权利要求1-23中任一项所述的III-V族氮化物系半导体衬底，其特征在于，III-V族氮化物系半导体晶体的至少一部分是采用HVPE法生长的。25.一种III-V族氮化物系半导体衬底的制造方法，其特征在于，在III-V族氮化物系半导体晶体的生长初期或生长中途的阶段，一面使晶体生长界面上产生许多凹凸，一面进行晶体生长，然后，继续进行晶体生长将上述凹凸填平，使上述晶体生长界面变得平坦，进而在保持平坦化的晶体生长界面的形状的状态下继续晶体生长达到10μm以上的厚度。26.一种III-V族氮化物系半导体衬底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半导体晶体的生长初期或生长中途的阶段，一面使晶体生长界面上产生许多凹凸，一面进行晶体生长，进而，通过进行晶体生长将上述凹凸填平，使上述晶体生长界面变得平坦，从而形成载流子浓度分布不均匀的第一层；(b)通过在保持平坦化的晶体生长界面的形状的状态下继续晶体生长，形成10μm以上厚度的载流子浓度分布基本上均匀的第二层。27.一种III-V族氮化物系半导体衬底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半导体晶体的生长初期或生长中途的阶段，一面使晶体生长界面上产生许多凹凸，一面进行晶体生长，进而，通过进行晶体生长将上述凹凸填平，使上述晶体生长界面变得平坦，从而形成载流子浓度分布不均匀的第一层；(b)通过在保持平坦化的晶体生长界面的形状的状态下继续晶体生长，形成载流子浓度分布基本上均匀的第二层；(c)晶体生长结束后，研磨衬底表面，使上述第二层余留10μm以上的厚度。28.一种III-V族氮化物系半导体衬底的制造方法，该制造方法包含有通过外延生长在异种衬底的上表面形成III-V族氮化物系半导体层，然后将上述III-V族氮化物系半导体层和上述异种衬底分离的工序，其特征在于，在上述III-V族氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴田真佐知，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]