Ⅲ族氮化物半导体及其制造方法技术

一种制造Ⅲ族氮化物半导体的方法，包括以下步骤：在反应容器中安装衬底；在所述衬底上形成Ⅲ族氮化物半导体；使固体氮化合物存在于所述反应容器中作为Ⅲ族氮化物半导体的氮源；以及向所述反应容器中供给作为Ⅲ族元素的源的原材料气体，从而制造所述Ⅲ族氮化物半导体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种结晶性优良并且用于制造发光二极管(LED)、激光二极管(LD)以及电子器件的III族氮化物半导体及其制造方法。尤其涉及一种制造III族氮化物半导体的方法，该方法对于使具有优良结晶性的III族氮化物半导体能够在蓝宝石衬底上外延生长是理想可用的。
技术介绍
因为III族氮化物半导体具有对应于从可见光延伸至紫外光区域的能量的直接跃迁型带隙并可以高效率的发光，所以已经转化为商品，例如LED和LD。如通过由于III族氮化物半导体的压电效应特性而在氮化铝镓(AlGaN)和氮化镓(GaN)之间的异质结界面中形成二维电子层所表明的，III族氮化物半导体还具有获得常规III-V族化合物半导体所不能获得的电子器件的特有特性的潜力。在通常用作生长III族氮化物半导体的衬底的材料与III族氮化物半导体之间存在大的晶格失配。例如，在蓝宝石(Al2O3)与氮化镓(GaN)之间存在16％的晶格失配，而在SiC与氮化镓之间存在6％的晶格失配。通常，当存在像这样的大的晶格失配时，难以在衬底上直接实现晶体的外延生长。即使实现了生长，也得不到优良结晶性的晶体。因此，当通过金属有机化学气相淀积(MOCVD)的方法在蓝宝石单晶衬底或者SiC单晶衬底上外延生长III族氮化物半导体晶体时，已普遍采用这样的方法，该方法包括首先在衬底上淀积由氮化铝(AlN)或者AlGaN形成的并且被称作低温缓冲层的层，随后在升高的温度下在其上外延生长III族氮化物半导体晶体(参考日本专利No.3026087和JP-A HEI 4-297023)。除了上面提及的采用低温缓冲层的生长方法以外，已经公开了这样的方法，该方法包括在衬底上形成在处于900℃至1200℃的大致范围的升高的温度下生长的AlN层，并且在其上生长氮化镓(参考例如JP-A HEI9-64477和P.Kung，et al.，Applied Physics Letters，66(1995)，p.2958)。此外，已经公开了将采用小于等于1000的V/III族元素比率所制造的III族氮化物半导体用作缓冲层来制造III族氮化物半导体晶体层层叠结构的方法(参考JP-A 2003-243302)。当以400℃至600℃的温度作为淀积低温缓冲层的温度时，有机金属原材料或者氮源，尤其是用作氮源的氨的热分解不充分。在这样的低温下淀积的低温缓冲层包含大量的处于其不变的形式的缺陷。由于在低温下使原材料发生反应，因此该反应伴有发生在原材料的有机金属的烷基基团与未分解的氮源之间的聚合作用，所以低温缓冲层的晶体中包含由该反应产生的大量杂质。利用被称为低温缓冲层的结晶化的热处理工艺来消除这样的缺陷和杂质。通过使该低温缓冲层经历在非常接近III族氮化物半导体晶体的外延生长温度的升高的温度下进行的热处理，用于使缓冲层结晶的工艺实现对包含在低温缓冲层晶体中的大量杂质和缺陷的去除。与使用该低温缓冲层的生长方法相比，已可利用如在上述“P.Kung，etal.，Applied Physics Letters，66(1995)，p.2958”中所公开的方法，该方法包括在衬底上形成在处于900℃至1200℃的大致范围的升高的温度下生长的AlN，然后在其上生长氮化镓。该现有技术提及这样的效果，该方法能够在(0002)面上制造X射线摇摆曲线为30arcsec的真正优良的晶体。对该工艺的双检导致产生由具有非常高柱状形成特性并包含大量晶粒边界的晶体形成的氮化镓晶体膜。这种质量的晶体包含高密度的从衬底朝向表面发生的线位错。因此，当将该产物制造成发光器件或者电子器件的器件结构时，器件不能获得令人满意的特有特性。在JP-A HEI 9-64477中也公开了一种使用在升高的温度下类似地制造的AlN层的生长方法。如该文献中所述，将要制造的III族氮化物半导体晶体优选地是结晶性优良的单晶。虽然进行了重复的双检，但与在前述现有技术中描述的方法类似地，没有发现在该现有技术中所述的使用优良单晶AlN膜的生长方法可以生长这样的晶体，以制造器件结构并获得理想的特有特性。可通过这样的假定在逻辑上解释该失败，即当结晶性优良的单晶层用作缓冲层并且随后在缓冲层上生长III族氮化物半导体时，在生长的初始阶段期间附着到缓冲层的原子不能平滑地迁移，且不能容易地实现二维生长。如上所述，由于不能获得具有足以制造器件的结晶性的III族氮化物半导体晶体，因此使用在升高的温度下生长的AlN缓冲层来生长III族氮化物半导体晶体的方法目前不很流行。如在JP-A 2003-243302中所公开的在将V/III比率限制为小于等于1000的条件下形成AlN膜的技术确实能够降低消耗的电功率并减轻衬底的翘曲，然而却伴有由此在AlN膜上形成的GaN的结晶性不足的问题。本专利技术旨在基于在JP-A 2003-243302中所公开的技术，开发一种制造呈现更优良结晶性的III族氮化物半导体晶体，特别地是GaN晶体的方法，即旨在提供一种在不需要设定许多温度范围或者不需要过量的电功率的条件下制造具有优良结晶性的III族氮化物半导体晶体例如GaN的方法。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种制造III族氮化物半导体的方法，包括以下步骤在反应容器中安装衬底，在所述衬底上形成III族氮半导体，使固体氮化合物存在于所述反应容器中作为III族氮化物半导体的氮源，以及向所述反应容器中供给作为III族元素的源的原材料气体，从而制造所述III族氮化物半导体。在本专利技术的包括其第一方面的第二方面中，所述固体氮化合物具有比所述衬底的温度低大于等于400℃的温度。在本专利技术的包括其第一方面的第三方面中，所述固体氮化合物具有处于200℃至700℃的范围的温度。在本专利技术的包括其第一至第三方面中的任何一项的第四方面中，所述固体氮化合物包含选自铝、镓和铟中的一者或多者。在本专利技术的包括其第一至第四方面中的任何一项的第五方面中，所述固体氮化合物是GaN。在本专利技术的包括其第一至第四方面中的任何一项的第六方面中，所述固体氮化合物是AlN。在本专利技术的包括其第一至第六方面中的任何一项的第七方面中，在所述反应容器中具有包含选自石英、碳、碳化硅、硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼、氧化镁、氧化锆、Mo、Ta、W、Ti、B、Ni、Pt、Zr、Ir、V、Fe、以及Cr的至少一者的基体材料，并且所述固体氮化合物存在于所述基体材料上。在本专利技术的包括其第七方面的第八方面中，所述存在于所述基体材料上的固体氮化合物是通过蒸发、分解或者反应在所述基体材料的表面上形成的沉积物。在本专利技术的包括其第一至第八方面中的任何一项的第九方面中，所述固体氮化合物与所述衬底相隔5cm以内的距离。在本专利技术的包括其第一至第九方面中的任何一项的第十方面中，所述衬底由选自蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si以及III-V族化合物半导体的一者形成。在本专利技术的包括其第一至第十方面中的任何一项的第十一方面中，所述在所述衬底上形成所述III族氮半导体的步骤是在所述衬底上形成缓冲层的步骤。在本专利技术的包括其第十一方面的第十二方面中，所述缓冲层由GaN或AlN形成。本专利技术的第十三方面提供一种通过根据其第一至第十二方面中的任何一项的制造III族氮化物半导体的方法获得的III族氮化物半导体。根据本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造Ⅲ族氮化物半导体的方法，包括以下步骤：在反应容器中安装衬底；在所述衬底上形成Ⅲ族氮化物半导体；使固体氮化合物存在于所述反应容器中作为Ⅲ族氮化物半导体的氮源；以及向所述反应容器中供给作为Ⅲ族元素的源的原材料气体，从而制造所述Ⅲ族氮化物半导体。

【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：小早川真人，三木久幸，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]