III族氮化物半导体器件及其制造方法技术

在本发明专利技术中，用（Ｔｉ＃－［１－ｘ］Ａ＃－［ｘ］）Ｎ（其中，Ａ是选自Ａｌ、Ｇａ和Ｉｎ中的至少一种金属）作为金属氮化物层，以在金属氮化物层上形成ＩＩＩ族氮化物半导体层。当在具有足够厚度的金属氮化物层和衬底之间形成钛层和除去钛层时，可以得到用金属氮化物作为衬底的ＩＩＩ族氮化物半导体器件。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及III族氮化物半导体器件。
技术介绍
日本未审公开专利平-09-237938中公开了用具有氯化钠结构作为底涂层的金属氮化物的(111)面作为衬底，以得到具有良好结晶度的III族氮化物半导体层。即，在该政府公报中，用具有氯化钠结构的金属氮化物作为衬底，在金属氮化物的(111)面上生长III族氮化物半导体层。日本未审公开专利平-10-321954中也公开了在衬底和III族氮化物半导体层之间插入具有氯化钠型或六方形晶体结构的过渡金属氮化物导电层。作为过渡金属氮化物的例子，其中示出TiN、VN、ZrN、NbN、HfN和TaN。本专利技术人在注意金属氮化物，特别是TiN的同时进行了认真研究。结果发现TiN和III族氮化物半导体层之间的晶格常数差对III族氮化物半导体的结晶度有令人担心的影响。顺便提及，TiN的c面的晶格常数是0.299nm，而作为III族氮化物半导体的GaN的晶格常数是0.319nm。另一方面，用于半导体器件的衬底需要有保持半导体器件的功能的特性(如刚度、耐冲击性等)。当衬底是由金属氮化物制成时，可以想象，为了保持这些特性，衬底的厚度必须是50μm或更大。具有如此厚度的金属氮化物从来没有用作用于生产半导体的工业产品的原料。本专利技术的一个目的是使其氮化物在III族氮化物半导体层下面用作底涂层的金属氮化物的晶格常数更接近III族氮化物半导体的晶格常数，从而改善III族氮化物半导体层的结晶度。本专利技术的另一个目的是使用工业上易于得到的原料形成具有良好晶体结构的III族氮化物半导体层成为可能。因此，本专利技术的半导体器件具有良好晶体结构的半导体层，并且可以低成本地生产。本专利技术的再一个目的是提供一种新型结构的III族氮化物半导体器件及其生产方法。
技术实现思路
本专利技术人经过认真研究，至少达到了上述目的中的一个目的。结果构思了如下专利技术一种III族氮化物半导体器件，其具有由(Ti1-XAX)N制成的金属氮化物层，其中，A是选自Al、Ga和In中的至少一种金属；和形成在金属氮化物层上的III族氮化物半导体层。在具有上述构成的本专利技术的半导体器件中，III族氮化物半导体层形成在(Ti1-XAX)N的金属氮化物层上。该金属氮化物层与两种元素的金属氮化物层如TiN相比，其与在该金属氮化物层上形成的III族氮化物半导体层的晶格错配小。因此可以改善III族氮化物半导体层的结晶度。可以在诸如蓝宝石的衬底上形成具有良好结晶度的(Ti1-XAX)N的金属氮化物层。另外，具有良好结晶度的金属氮化物层可以形成在钛层上，因为金属氮化物层含有Ti组分，而具有良好结晶度的钛层可以形成在诸如蓝宝石的衬底上。另外，因为可以得到保持器件功能所需厚度的衬底，所以金属氮化物层可以制得很薄。因此可以容易而廉价地形成金属氮化物层。当用通用材料如蓝宝石作为衬底时，总体上来说可以廉价地生产该器件。附图简述附图说明图1是示出本专利技术一个实施方案的发光二极管的结构的视图；图2是示出本专利技术另一个实施方案的发光二极管的结构的视图；图3是示出本专利技术再一个实施方案的发光二极管的结构的视图；图4是示出本专利技术另一个实施方案的发光二极管的结构的视图；图5是示出本专利技术一个实施方案的发光二极管的结构的视图；图6是示出本专利技术另一个实施方案的发光二极管的结构的视图； 图7是示出本专利技术再一个实施方案的发光二极管的结构的视图；具体实施方式下面详述构成本专利技术的III族氮化物半导体器件的各项技术。首先，六方形材料如蓝宝石、SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)或ZrB2(二硼化锆)，或立方形材料如Si(硅)、GaP(磷化镓)或GaAs(砷化镓)可以用作衬底。在使用六方形材料的情况下，底涂层生长在六方形材料上。在使用立方形材料的情况下，使用立方形材料的(111)面。当用SiC、GaN、硅、GaP或GaAs作为衬底时，可以赋予衬底导电性。还可以赋予(Ti1-XAX)N的金属氮化物以导电性。在这种情况下，可以在半导体器件的两个表面上形成电极。可以减少器件的生产步骤，从而可以降低生产成本。顺便提及，当金属A的组成x选择为0.01-0.6时，金属氮化物具有必需的导电性。金属A的组成x更优选是0.1-0.6。金属A的组成x特别优选是0.2-0.6。当用蓝宝石作为衬底生产LED时，其亮度有望改善，因为金属氮化物具有的金属光泽能够使LED发射的光被氮化钛、氮化铪、氮化锆等反射。金属氮化物还具有减弱由于蓝宝石衬底和III族氮化物半导体层之间的晶格常数或热膨胀系数差所造成的变形(内应力)的功能，因为金属氮化物比蓝宝石更柔软。衬底需要有保持半导体器件的功能的特性(硬度和耐冲击性)。因此，选择的衬底厚度优选不小于50μm，更优选不小于100μm。如果能够保持刚度，衬底可以任意薄。至少一种选自铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)的III族元素可选作金属氮化物(Ti1-XAX)N中含有的金属A组分。特别优选Al，因为晶格常数的差值小。III族元素可部分被硼(B)、铊(Tl)等取代。金属氮化物的生长方法没有特别限定。可以使用CVD(化学气相沉积)法如等离子体CVD、热CVD或光学CVD，或PVD(物理气相沉积)法如溅射法、反应溅射法、激光烧蚀法、离子电镀法、蒸发法或ECR法。当在钛层上形成金属氮化物层时，特别优选溅射法。这是因为可以改善金属氮化物单晶的结晶性。在存在有衬底和/或钛层的情况下，金属氮化物层的厚度优选为5nm-10μm。当除去钛层以将金属氮化物层和衬底分离时，金属氮化物层的厚度优选不小于50μm，更优选不小于100μm，因为金属氮化物层需要具有衬底的性能。当在金属氮化物层和衬底之间插入钛层时，可以用蒸发法或溅射法在衬底上形成钛层。钛层的厚度没有特别限定，但是优选为0.1μm-10μm，更优选为0.1μm-5μm，最优选为0.2μm-3μm。根据本专利技术人的研究，当在作为衬底的硅的(111)面上生长氮化钛时，优选在(111)面和氮化钛层之间插入Al层。Al层的厚度没有特别限定，但是可以选择为约100。形成Al层的方法没有特别限定，但是可以用如蒸发法或溅射法形成Al层。可以用酸(如氢氟酸)将钛层化学蚀刻。结果使衬底和金属氮化物层分离。因为金属氮化物层具有导电性，所以金属氮化物层可以用作电极，所以只需要在III族氮化物半导体层侧上形成一个电极。每一种III族氮化物半导体都用通式AlXGaYIn1-X-YN(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤X+Y≤1)表示，其包括所谓的的二元化合物如AlN、GaN和InN及所谓的三元化合物如AlXGa1-XN、AlXIn1-XN和GaXIn1-XN(在上式中，0＜X＜1)。III族元素可以部分被硼(B)、铊(Tl)等取代，氮(N)可以部分被磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)等取代。III族氮化物半导体层可以含有任选的掺杂剂。Si、Ge、Se、Te、C等可用作n型杂质。Mg、Zn、Be、Ca、Sr、Ba等可用作p型杂质。顺便提及，掺杂p型杂质后，III族氮化物半导体可以进行电子束照射、等离子体照射或用炉子加热。III族氮化物半导体层的形成方法没有特别限定，除金属有机化学气相沉积法(MOCVD法)外，可以用已知方法如分子束外延成长法(MBE法，也称为“分子束结晶生长法”)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物半导体器件，其包括： 由（Ｔｉ↓［１－Ｘ］Ａ↓［Ｘ］）Ｎ制成的金属氮化物层，其中，Ａ是选自Ａｌ、Ｇａ和Ｉｎ中的至少一种金属；和 形成在所说的金属氮化物层上的Ⅲ族氮化物半导体层。

【技术特征摘要】
JP 2001-1-15 7038/011.一种III族氮化物半导体器件，其包括由(Ti1-XAX)N制成的金属氮化物层，其中，A是选自A1、Ga和In中的至少一种金属；和形成在所说的金属氮化物层上的III族氮化物半导体层。2.根据权利要求1的III族氮化物半导体器件，其中，所说的金属A是Al。3.根据权利要求1的III族氮化物半导体器件，其中，所说的金属A的组成x是0.01-0.6。4.根据权利要求1的III族氮化物半导体器件，其还包括衬底和形成在所说的衬底和所说的金属氮化物层之间的Ti层。5.根据权利要求1的III族氮化物半导体器件，其中，所说的III族氮化物半导体器件是发光器件或光电探测器。6.一种生产III族氮化物半导体器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：千代敏明，伊藤润，柴田直树，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]