ＧａＮ系氮化物半导体自立基板的制作方法技术

本发明专利技术的课题是通过简单的工序以低成本提供无应力的ＧａＮ系氮化物半导体自立基板的制作方法。该ＧａＮ系氮化物半导体自立基板的制作方法包括下述工序：准备基板的工序；在该基板上形成ＧａＮ点和ＮＨ↓［４］Ｃｌ层的工序；在ＧａＮ点和ＮＨ↓［４］Ｃｌ层上形成低温ＧａＮ缓冲层的工序；在低温ＧａＮ缓冲层上形成ＧａＮ系氮化物半导体层的工序；通过使基板温度恢复到常温而使ＧａＮ系氮化物半导体层从基板上自然剥离的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
为了实现蓝色、紫外线高功率激光二极管、高辉度LED、高功率电 子器件，以氮化物半导体为基础的元件向高性能化发展。现在，在GaN 系的光或电子元件的制作中，主要使用蓝宝石基板作为结晶生长用基板。但是，使用蓝宝石基板的情况下，由于基板与GaN系氮化物半导体 之间较大的晶格失配以及热膨胀系数之差，导致位错密度(dislocation density)为10,ci^左右。并且，由于这种大的缺陷密度而存在元件特性 劣化等问题。 '为了减少位错密度，使用多种缓沖层，并使用LEO(lateral epitaxial overgrowth,横向外延过生长)、悬空外延(pendeo epitaxy)等选择生长、横 向生长技术，能够生长出低缺陷薄膜。但是，这样的生长技术在生长前需要基于多道工艺的基板制作工序， 因此导致生产单价的提高，另外，其在重现性和收率方面也存在问题。 人们寻求解决来自基板的结晶缺陷的问题的对策，正在推进与GaN基板 相关的研究。为了确保元件的高性能化和可靠性，实现良好的单结晶膜 是必须的条件。实际上，大尺寸(口径)GaN块体生长是不可能的，取而代之的是， 利用HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy,氢化物气相外延)法的GaN系 氮化物半导体自立基板已经得到了实用化，HVPE法具有每小时数百微米 的高速生长速度。该方法中，在蓝宝石基板上生成300微米以上的厚膜 GaN系氮化物半导体后，从蓝宝石基板上分离厚膜GaN系氮化物半导体。对于薄膜的缺陷密度非常敏感的蓝紫色激光二极管来说，实用上在这样的GaN系氮化物半导体自立基板上进行元件制作。对于今后具有巨 大市场的照明用高辉度LED来说，为了使元件与激光二极管相同地工作， 也要优先考虑高电流密度和元件可靠性。已提出了多种用于实现优质的GaN系氮化物半导体自立基板的方 法。要实现自立基板，有二个重要的技术，它们是在蓝宝石基板上生长 裂纹和翘曲少的厚膜GaN系氮化物半导体自立基板的技术和将生长后厚 膜GaN系氮化物半导体从蓝宝石基板分离的剥离处理技术。即使在蓝宝 石基板上成功地生长了无裂纹和无翘曲的厚膜，在蓝宝石基板和厚膜 GaN系氮化物半导体的界面也存在巨大的应力。使用普通的机械研磨方法除去蓝宝石基板的情况下，随着存在于界 面的应力的缓解，在厚膜GaN系氮化物半导体的结晶内部容易产生裂纹。 另外，除去蓝宝石基板后，在表面研磨等工艺方面还存在问题。因此，提出了多种分离蓝宝石基板的剥离(Lift Off)技术。作为代表 性的分离技术，已知有激光剥离技术、VAS(Void Assisted Separation,间 隙形成剥离法)、蚀刻技术。激光剥离技术是通过从高功率激光照射下的界面吸收激光而使基板 分离的技术，但是其难以制作大尺寸自立基板。另外，VAS技术是基于 自然剥离现象进行的，但要求GaN模板的准备、金属层的蒸镀等复杂的 工序。另外还有在GaAs基板上生长厚膜GaN，通过化学蚀刻除去GaAs 基板的方法，但在高温生长中，存在GaAs基板的分解、界面处的相互扩 散等问题，需要特別的生长技术。由于存在这样的制作工序的复杂性和 成品率的问题，因此尚未广泛使用。综上所述，现有的GaN系自立基板因复杂的工艺而存在成品率低和 价格高这样的大问题。专利文献1 :日本特开2005-1928号公报专利文献2:日本特开2005-119921号公报专利文献3 :日本特开2006-173147号公报专利文献4 :日本特表2006-527480号公报4专利文献5 :日本特开2008-74671号公报
技术实现思路
本专利技术的课题是通过简单的工艺提供低成本、无应力的GaN系氮化 物半导体自立基板的制作方法。(1) 一种，所述方法包括下 述工序准备基板的工序；在该基板上形成GaN点(K:y卜)和NH4Cl 层的工序；在GaN点和NH4C1层上形成由III-V族氮化物半导体构成的 低温缓冲层的工序;在低温缓冲层上形成GaN系氮化物半导体层的工序； 通过使基板温度恢复到常温而使GaN系氮化物半导体层从基板上自然剥 离的工序。(2) 如(l)所述的，其特征在 于，上述基板是蓝宝石基板。(3) 如(2)所述的，其特征在 于，在上述基板上形成GaN点和NH4Cl层的工序之前，包括对基板表面 进行氮化，局部形成A1NxOlx((KX^1)的工序。(4) 如(1) (3)任一项所述的GaN系氮化物半导体自立基板的制作方 法，其特征在于，上述形成GaN点和NH4Cl层的工序是通过在Ga气体 气氛中通入HC1和,3而形成GaN点和NH4Cl层的工序。(5) 如(1) (4)任一项所述的GaN系氮化物半导体自立基板的制作方 法，其特征在于，上述GaN点在c轴向取向。(6) 如(1) (5)任一项所述的GaN系氮化物半导体自立基板的制作方 法，其特征在于，上述低温缓冲层是以GaN、 A1N、 InN、 BN以及它们 的混晶半导体之中的任意物质为构成材料的层。(7) 如(1) (6)任一项所述的GaN系氮化物半导体自立基板的制作方 法，其特征在于，上述低温缓冲层在40(TC 80(rC的温度形成。(8) 如(1) (7)任一项所述的GaN系氮化物半导体自立基板的制作方 法，其特征在于，上述各工序在单一的HVPE装置内连续进行。本专利技术通过使用NH4C1层能够制作低成本、无应力的GaN自立基板。附图说明通过蓝宝石基板的高温氮化处理而局部形成的A1NxOlx((KX^ l)的示意图GaN点和NH4Cl层的形成示意图NH4C1层和GaN点的SEM照片给出NH4Cl层和GaN点的Q)-29XRD结果H20蚀刻后蓝宝石基板表面的SEM照片H20蚀刻后蓝宝石基板表面的XRD结果低温GaN缓冲层的形成示意图低温GaN缓冲层的端面SEM照片闺9]低温GaN缓冲层的Q)-2eXRD结果高温厚膜GaN层的形成示意图空隙(求,K)的照片热处理后的截面SEM照片热处理后的 -20XRD结果自剥离(七u 7卜才7)的示意图自然剥离形成的GaN自立基板的端面SEM照片 [图16]剥离后的蓝宝石基板的表面侧的SEM照片 [图17]剥离后的蓝宝石基板表面的XRD结果 [图18]GaN自立基板的PL(光致发光)结果 [图19]本专利技术的比较例具体实施例方式对于本专利技术，作为实施例，举出使用HVPE法的GaN自立基板的制 作方法。本实施例以下述的工序1) 5)为基本工序。1) 蓝宝石基板的高温氮化工序2) NH4Cl层和GaN点形成工序3) 低温GaN缓冲层的生长工序4) 高温厚膜GaN层的形成工序5) GaN自立基板的自剥离工序并且，本实施例经过工序1) 5)得到了 c面生长的GaN自立基板。 下面对上述工序1) 5)进行详细说明。1) 蓝宝石基板的高温氮化工序本工序是在HVPE反应炉中通过蓝宝石基板的高温氮化处理在蓝宝 石基板的表面局部地形成A1NX010(((KXS l)的工序。图1是AlNxO,.x((KX^l)的示意图，AlNxCVx是在HVPE反应炉中 将蓝宝石基板用NH3气体气氛进行高温氮化处理而局部地形成的。 AlNxOi.x起到在下一工序中进行的GaN点形成的种子层的作用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧａＮ系氮化物半导体自立基板的制作方法，所述方法包括下述工序：准备基板的工序；在该基板上形成ＧａＮ点和ＮＨ↓［４］Ｃｌ层的工序；在ＧａＮ点和ＮＨ↓［４］Ｃｌ层上形成由Ⅲ－Ⅴ族氮化物半导体构成的低温缓冲层的工序；在低温缓冲层上形成ＧａＮ系氮化物半导体层的工序；和通过使基板温度恢复到常温而使ＧａＮ系氮化物半导体层从基板上自然剥离的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-5-25 138612/2007;JP 2008-5-19 131183/20081、一种GaN系氮化物半导体自立基板的制作方法，所述方法包括下述工序准备基板的工序；在该基板上形成GaN点和NH4Cl层的工序；在GaN点和NH4Cl层上形成由III-V族氮化物半导体构成的低温缓冲层的工序；在低温缓冲层上形成GaN系氮化物半导体层的工序；和通过使基板温度恢复到常温而使GaN系氮化物半导体层从基板上自然剥离的工序。2、 如权利要求1所述的GaN系氮化物半导体自立基板的制作方法，其特征在于，所述基板是蓝宝石基板。3、 如权利要求2所述的GaN系氮化物半导体自立基板的制作方法，其特征在于，在所述基板上形成GaN点和NH4Cl层的工序之前，包括对基板表面进行氮化，局部形成AlNxO,.x...

【专利技术属性】
技术研发人员：八百隆文，曹明焕，
申请(专利权)人：国立大学法人东北大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]