Ⅲ族氮化物半导体的制造方法技术

一种制造ＩＩＩ族氮化物半导体的方法，所述方法包括：制备包括缓冲层的衬底；在所述缓冲层上通过ＭＯＣＶＤ由ＩＩＩ族氮化物半导体在掺杂反表面活性剂的同时形成第一层，其中所述第一层的厚度等于或小于２μｍ；在所述第一层上通过ＭＯＣＶＤ由ＩＩＩ族氮化物半导体在掺杂表面活性剂和反表面活性剂中至少其一的同时形成第二层；和通过在形成所述第二层期间调节所掺杂的表面活性剂和反表面活性剂的量来控制所述第二层的结晶品质和表面平坦性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及几乎没有穿透位错(threading dislocation)的高品质III族氮化物 半导体的制造方法。
技术介绍
III族氮化物半导体例如氮化镓(GaN)用作用于发光二极管(LED)和半导体激光 元件的材料。近来，III族氮化物半导体作为用于高频器件和高功率器件的材料引起了人 们的注意。为了 III族氮化物半导体的晶体生长，使用诸如蓝宝石衬底的异质型衬底。这类 异质型衬底具有与III族氮化物半导体不同的晶格常数。这种晶格常数失配在III族氮化 物半导体中引起大量的穿透位错。穿透位错使电流泄漏增大，并且使基于III族氮化物半 导体的发光器件的发光效率变差。近来，已经开发了降低穿透位错的数量且获得高品质III族氮化物半导体的技 术。这类相关技术的一个例子是JP-A-2003-17420。JP-A-2003-17420公开了一种晶体生 长方法，其中在通过掺杂反表面活性剂硅(Si)引发的III族氮化物半导体的岛式生长(三 维生长)之后，通过减少掺杂Si的量或停止Si掺杂来促进III族氮化物半导体的岛的合 并，从而引发二维生长。在III族氮化物半导体通过Si掺杂以三维生长的方式生长的情况下，Si掺杂的量 越大，晶体品质改善就越多。然而，由此生长的III族氮化物半导体的表面平坦性因其上形 成的凹陷而变差，并且不适合用于器件。因此，有必要生长厚度大于5 μ m的非掺杂III族 氮化物半导体层以获得足够的表面平坦性。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施方案解决上述问题，并且可以解决上文未提到的问题。本发 明的示例性实施方案提供具有高表面平坦性的高品质III族氮化物半导体而不增加其厚度。本专利技术的示例性实施方案的第一方面是一种制造III族氮化物半导体的方法，所 述方法包括制备包括缓冲层的衬底；在所述缓冲层上通过MOCVD由掺杂有反表面活性剂 的III族氮化物半导体形成第一层，其中所述第一层的厚度等于或小于2μπι ；在所述第一 层上通过MOCVD由掺杂有表面活性剂和反表面活性剂中至少其一的III族氮化物半导体形 成第二层；和通过在形成所述第二层期间调节所掺杂的表面活性剂和反表面活性剂的量来 控制所述第二层的结晶品质和表面平坦性。本专利技术的示例性实施方案的第二方面是所述第一方面的制造方法，其中在所述第 二层中的反表面活性剂的浓度低于所述第一层中的反表面活性剂的浓度，或者所述第二层 是未掺杂的。本专利技术的示例性实施方案的第三方面是所述第一方面的制造方法，其中所述第二 层用所述表面活性剂掺杂。本专利技术的示例性实施方案的第四方面是所述第一方面的制造方法，其中形成所述 第二层的步骤包括在所述第一层上由III族氮化物半导体形成未掺杂的第三层；和在所 述第三层上由III族氮化物半导体在掺杂表面活性剂的同时形成第四层。本专利技术的示例性实施方案的第五方面是所述第一方面的制造方法，其中形成所述 第二层的步骤包括在所述第一层上由III族氮化物半导体在掺杂表面活性剂的同时形成 第五层；和在所述第五层上由III族氮化物半导体形成未掺杂的第六层。本专利技术的示例性实施方案的第六方面是一种制造III族氮化物半导体的方法，所 述方法包括制备包括缓冲层的衬底；通过MOCVD由III族氮化物半导体形成未掺杂的第 一层，所述第一层的厚度等于或小于2μπι ；通过MOCVD由掺杂有表面活性剂的III族氮化 物半导体形成第二层。在本专利技术的示例性实施方案中，III族氮化物半导体是由通式AlxGayInzN(x+y+z =1,0 ^x, y, z^ 1)表示的复合材料。III族氮化物半导体的这种表述包括通过将一部 分的Al、Ga或In替代为XIII族元素例如B或Tl所获得的材料和通过将一部分的N替代 为XV族元素例如P、As、Sb或Bi所获得的材料。在本专利技术的示例性实施方案中，表面活性剂是通过限制垂直生长(垂直于衬底主 表面的生长)并促进横向生长(平行于衬底主表面的生长)来引发二维生长的杂质。反表 面活性剂是通过限制横向生长并促进垂直生长来引发三维生长的杂质。用作III族氮化物 半导体的表面活性剂的杂质是P型杂质例如Mg。用作III族氮化物半导体的反表面活性剂 的杂质是η型杂质例如Si。这些杂质作为表面活性剂或反表面活性剂的作用通常随杂质浓 度增加而增强。表面活性剂或反表面活性剂的浓度不必保持恒定。表面活性剂或反表面活性剂的 浓度可以具有梯度。例如，可以在晶体生长进行的同时，通过减少反表面活性剂的量来逐渐 减少三维生长趋势。此外，可以在晶体生长进行的同时，通过增加表面活性剂的量来逐渐增 强二维生长趋势。在掺杂Mg作为表面活性剂的情况下，第二层中Mg浓度的优选范围是IX IO17至 1 X 102°/cm3。在掺杂Si作为反表面活性剂的情况下，第一层中Si浓度的优选范围是1 X IO18 至lX102°/cm3。如果Mg或Si的浓度小于这些范围，则作为表面活性剂或反表面活性剂的 作用太小。如果Mg或Si的浓度大于这些范围，则结晶品质变差。在本专利技术的示例性实施方案中，“未掺杂”是指既不掺杂用作表面活性剂的杂质， 也不掺杂用作反表面活性剂的杂质。在示例性实施方案中，未掺杂并不排除掺杂既不用作 表面活性剂也不用作反表面活性剂的杂质的可能性。此外，“调节掺杂量”的含义包括在一 定范围内调节掺杂量，其中所述范围可以包括以上未掺杂的含义。第一层厚度的优选范围是0. Ιμπι至Ιμπι。在该范围内，可以减少穿透位错的数 目。第二层厚度的优选范围等于或大于0.1 μ m。在该范围内，可以增强第二层表面的平坦性。衬底可以是III族氮化物半导体衬底或异质型衬底如蓝宝石衬底、SiC衬底、尖晶 石衬底或Si衬底。衬底可具有加工为具有凹凸结构的晶体生长表面。还可以在初始形成的第二层上一次或多次交替堆叠所述第一层和所述第二层。结 果，穿透位错的数目减少并且可以获得更高品质的III族氮化物半导体。本专利技术的示例性实施方案的第七方面是根据第一方面的III族氮化物半导体的 制造方法，其中用于所述第一层的反表面活性剂是Si。 本专利技术的示例性实施方案的第八方面是根据第七方面的III族氮化物半导体的 制造方法，其中所述第一层中的Si浓度为1\1018至1\102°/側3。本专利技术的示例性实施方案的第九方面是根据第一方面的III族氮化物半导体的 制造方法，其中用于所述第二层的表面活性剂是Mg。本专利技术的示例性实施方案的第十方面是根据第九方面的III族氮化物半导体的 制造方法，其中所述第二层中的Mg浓度为1 X IO17至1 X 102°/cm3。本专利技术的示例性实施方案的第十一方面是根据第一方面的III族氮化物半导体 的制造方法，其中用于所述第一层的反表面活性剂是Si，用于所述第二层的表面活性剂是 Mg。本专利技术的示例性实施方案的第十二方面是根据第十一方面的III族氮化物半导 体的制造方法，其中所述第一层中的Si浓度为1 X IO18至1 X IO2Vcm3,所述第二层中的Mg 浓度为 IX IO17 至 IX IO2cVcm3。本专利技术的示例性实施方案的第十三方面是根据第一方面的III族氮化物半导体 的制造方法，其包括在首次形成的第二层上重复地交替堆叠所述第一层和所述第二层多 于一次。本专利技术的示例性实施方案的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造Ⅲ族氮化物半导体的方法，所述方法包括：制备包括缓冲层的衬底；在所述缓冲层上通过ＭＯＣＶＤ由掺杂有反表面活性剂的Ⅲ族氮化物半导体形成第一层，其中所述第一层的厚度等于或小于２μｍ；在所述第一层上通过ＭＯＣＶＤ由掺杂有表面活性剂和反表面活性剂中至少其一的Ⅲ族氮化物半导体形成第二层；和通过调节在形成所述第二层期间所掺杂的所述表面活性剂和所述反表面活性剂的量来控制所述第二层的结晶品质和表面平坦性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：奥野浩司，
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]