本发明专利技术提供制造半导体衬底的方法，所述方法包括：在包含选自碱金属和碱土金属中的多种金属元素的助熔剂混合物中，使氮（Ｎ）与作为Ⅲ族元素的镓（Ｇａ）、铝（Ａｌ）或铟（Ｉｎ）反应，由此生长Ⅲ族氮化物基化合物半导体晶体。在搅拌下混合所述助熔剂混合物和所述Ⅲ族元素的同时，生长Ⅲ族氮化物基化合物半导体晶体。其上生长所述Ⅲ族氮化物基化合物半导体晶体的基础衬底的至少一部分由助熔剂可溶材料形成，并且在所述半导体晶体的生长期间，在所述Ⅲ族氮化物基化合物半导体晶体的生长温度附近的温度下，所述助熔剂可溶材料溶解于所述助熔剂混合物中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造半导体衬底的方法，所述方法包括通过采用助熔剂的助熔工艺来生长III族氮化物基化合物半导体晶体；涉及通过所述制造方 法制造的用于电子器件的半导体衬底；涉及电子器件；涉及晶体管；涉及 光学器件衬底；涉及半导体发光器件；和涉及半导体感光器。如本文所用的，术语"电子器件"包括由晶体管、二极管等形成的包括 半导体晶体层的半导体器件(例如，放大器、开关器件和整流器件)。术语"电子器件，，还包括具有这种半导体晶体层以及选自电阻器、电容器和感 应器中至少一种的半导体集成电路。前述晶体管可以是场效应晶体管或X5U欧晶体管。根据本专利技术可制造的 场效应晶体管的例子包括半导体器件，如MISFET、 MOSFET、 HFET、 MODFET、 JFET、 HJFET和HEMT;以及用于功率控制的功率晶体管， 如功率MOSFET和IGBT。前述III族氮化物基化合物半导体包括具有任意组成比例的两组分、 三组分和四组分InAlGaN半导体晶体；以及包含p-型或n-型杂质的这种 半导体。
技术介绍
常规使用的在Na助熔剂中生长氮化镓晶体的钠(Na)助熔工艺可在 约5 MPa的压力下和在600 ~ 800 'C的相对低的温度下生长GaN单晶。如在例如以下描述的专利文献1至5中所公开的，在制造III族氮化 物基化合物半导体晶体的常规方法中，通过助熔工艺生长晶体。这种常规 制造方法通常使用通过在蓝宝石衬底上连续提供緩冲层和半导体层(例 如，单晶GaN层)形成的^^; GaN单晶自支撑衬底；或类似的衬底作 为基础衬底(种 晶)》，其高于晶体管卯0的导通电流(即，0.7 )。因此，场效应晶体管100表现出极好的电性能，其与约lxl013[(^—2的沟道层(二维电子气)的表面载流子浓度相当。如上所述，根据实施方案3的场效应晶体管ioo的结构及其制造方法，与常规情;;U目比，器件电 性能可得到显著改善。前述抑制界面粗糙化的效果也基于晶体生长衬底101由厚度为约 400 fim的具有极好结晶度的块状未掺杂杂质的半绝缘GaN晶体所形成， 所述GaN晶体通过实施方案1中所述的制造方法来制造。即，使用很高晶 体品质的晶体生长衬底对于通过晶体生长在衬底上形成的半导体晶体层 之间界面的平坦化是非常有效和重要的因素.因此，使用本专利技术的电子器 件形成半导M底是尤其有效的。实施方案4图8是显示实施方案4的场效应晶体管200的层状结构的示意截面图。场效应晶体管200是通过经由晶体生长来连续提供III族氮化物基化 合物半导体层形成的半导体器件。晶体管的晶体生长衬底201由厚度为约 400 jim的具有极好结晶度的块状掺杂杂质(Fe)的半绝缘GaN晶体形成， 所述GaN晶体通过在前述实施方案1或2中描述的制造方法来制造。在晶体生长衬底201上形成未掺杂的GaN半导体晶体层203(厚度 约2 nm )。半导体晶体层203对应于根据本专利技术的第十一方面的沟道层A。 在半导体晶体层203(沟道层A )上形成未掺杂的AlxGa^N( 0.15《x《0.20 ) 半导体晶体层204 (厚度约400 A)，其对应于才艮据本专利技术的第十一方面 的载流子供给层B。半导体晶体层204中铝组成比例x随着与层204和半导体晶体层203 的界面的距离增加从0.20单调减少至0.15。调节半导体层204 (载流子供给层B)的厚度至约400A，使得当栅 极导通时，在下述的欧姆电极205或207和二维电子气体层之间有效地确 保载流子(电子)的随道效应，所述二维电子气体层形成在半导体层A和 B之间的界面附近。附图标记205、 206和207分别表示源电极(欧姆电极)、栅电极(肖 特基电极)和漏电极(欧姆电极)。每个欧姆电极(源电极205和漏电极 207 )均通过以下步骤形成通过气相沉积在层204上提供薄的钛(Ti)层 (厚度约100 A),和通过气相沉积在所述Ti层上4^供铝(Al)层(厚 度约3,000 A)。这些欧姆电极良好地沉积并通过在约700~卯0"下进 行小于一秒的热处理(快速退火)来^r化。同时，栅电极206 (肖特基 电极)通过以下步骤形成通过气相沉积在层204上提供镍(Ni)层(厚 度约100 A)，和通过气相沉积在所述Ni层上提M (Au)层(厚度 约3,000 A)。以下将描述用于制造前述场效应晶体管200的方法，关注点在于半 导体晶体层204 (载流子供给层B )。前述场效应晶体管200的每个半导体晶体层203和204均利用金属 有机气相外延(MOVPE)通过晶体生长形成。该晶体生长工艺使用例如 载气(H2或N2)、氨(NH3)气、三甲基镓(Ga(CH3)3)气体和三甲基铝 (Al (CH3)3)气体.更具体地，半导体晶体层在以下条件下通过晶体生长形成。1. 沟道层A (半导体晶体层203 ) (1 )晶体生长温度TA: 1140 (2)层状结构单层(厚度约2nm，由本征GaN晶体形成)2. 载流子供给层B (半导体晶体层204 )(1)晶体生长温度TB:1000 [。CJ(2)层状结构多层(六层)第一层:厚度约70 A，铝组成比例X:=0.20第二层:厚度约70 A，铝组成比例x-=0.19第三层:厚度约60 A，铝组成比例x-=0.18第四层:厚度约60 A，铝纟且成比例x-=0.17第五层:厚度约70 A，铝纟且成比例X:=0.16第六层厚度约70 A，铝组成比例X:=0.15图9是显示场效应晶体管200的栅极漏电流特性的图。在图9的图 中，曲线i)对应于场效应晶体管200的栅极漏电流特性；曲线ii)对应于 载流子供给层B由单一的Al。.15Ga。.85N半导体晶体层(厚度约400 A) 形成的样品S2的栅极漏电流特性；曲线iii)对应于载流子供给层B由单 一的Alo.2oGao.8oN半导体晶体层(厚度约400 A)形成的样品S3的栅极 漏电流特性。无需说明，每个样品S2和S3 (除了栽流子供给层B之外) 的组分类似于场效应晶体管200。这些漏电流测量数据表明场效应晶体管200的漏电流等于或低于 载流子供给层B由单一的AlQ.lsGa。.85N半导体晶体层(厚度约400 A) 形成的样品S2.所述数据也表明场效应晶体管200的漏电流是载流子-供 给层B由单一的AlQ.2。Ga。.8()N半导体晶体层(厚度约400 A)形成的样 品S3的1/100或更小，即，场效应晶体管200的漏电流与样品S3的情况 相比得到非常有效地减小。在每个场效应晶体管200、样品S2和样品S3中，测量在沟道层A 和载流子供给层B之间界面处的方块电阻。测量结果如下。(方块电阻)场效应晶体管加0:约600 样品S2:约700 样品S3:约500 [ft/方块前述的试验数据表明与常规的场效应晶体管的情况不同，场效应 晶体管200表现出以很好平衡和合理的方式存在的由于有效地减少漏电流 所导致的高击穿电压和由于方块电阻(导通电阻)的有效降低所导致的高 导电性二者。换言之，常规地，在表现出如图9曲线i)所示的减小的漏 电流的场效应晶体管中实现约600 [Q/方块的方块电阻未必容易。前述载流子供给层B的多层结构可通过如下步骤形成在用于形成 构成所述结构的六个层(第一至第六层)的晶体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造用于电子器件或光学器件的半导体衬底的方法，所述方法包括：在包含选自碱金属和碱土金属中的多种金属元素的助熔剂混合物中，使得氮（Ｎ）与作为Ⅲ族元素的镓（Ｇａ）、铝（Ａｌ）或铟（Ｉｎ）反应，由此生长Ⅲ族氮化物基化合物半导体晶体，其特征在于：在搅拌下混合所述助熔剂混合物和所述Ⅲ族元素的同时，生长所述Ⅲ族氮化物基化合物半导体晶体。
【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：柴田直树，岩井真，平田宏治，佐佐木孝友，山崎史郎，森勇介，今井克宏，川村史朗，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，日本碍子株式会社，国立大学法人大阪大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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