ＩＩＩＡ族氮化物半导体衬底及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种ＩＩＩＡ族氮化物半导体衬底及其制造方法，其直径为２５ｍｍ以上且厚度为２５０μｍ以上，其中，在从所述的ＩＩＩＡ族氮化物半导体衬底的外缘开始５ｍｍ以内的外缘部的至少一个外缘侧部分中，所述的ＩＩＩＡ族氮化物半导体衬底的主面内的应力为拉伸应力，而且与相对于所述的ＩＩＩＡ族氮化物半导体衬底外缘侧部分的中心侧部分的应力相比，所述的拉伸应力相对变大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及IIIA族氮化物半导体衬底及其制造方法，特别地，涉及具有改善的解 理特性(cleavage characteristics)的IIIA族氮化物半导体衬底及其制造方法
技术介绍
例如氮化镓(GaN)、氮化镓铟(InGaN)和氮化铝镓(AlGaN)等IIIA族氮化物半导 体，作为用于蓝色发光二极管(LEDs)和蓝色激光二极管(LDs)的材料而受到关注。进而， 已经通过利用IIIA族氮化物半导体的特性(例如具有优良的耐热性能和耐环境性能)，开 始了对于电子器件的应用开发。目前广泛实际应用的用于GaN生长的衬底是蓝宝石，通常采用在单晶蓝宝石衬底 上通过金属有机气相外延(MOVPE)来外延生长GaN的方法。以下，GaN将作为IIIA族氮化 物半导体的代表示例得到说明。蓝宝石的晶格常数不同于GaN的晶格常数，所以仅通过直接在蓝宝石衬底上生长 GaN不能形成单晶膜。因此，考虑采用如下的方法一旦在较低温度下在蓝宝石衬底上生长 了 AlN或GaN的氮化物缓冲层，就缓和了晶格应变，进而在其上面生长了 GaN。将低温生长 的氮化物层作为缓冲层使用，可以获得GaN的单晶外延生长。但即使是在这种方法中，蓝宝 石和GaN晶体之间晶格常数的差异仍然问题很大，并且形成的GaN具有超高密度的晶体缺 陷。有时，这种晶体缺陷是基于GaN的LD和高亮度LED生产中的障碍。由于上述原因，迫切希望出现自支撑GaN衬底。对于GaN来说，难以像Si和GaAs 那样从熔融液生长形成大型铸块。因此，尝试了例如高温/高压法、Na助熔剂法(Na flux method)和氢化物气相外延(HVPE)等各种方法。其中进展最大的是利用HVPE开发GaN衬 底，已经开始流入市场，并且开发不仅用于LD而且用于高亮度LED的GaN衬底也被寄予了 厚望。通常，LD共振器的端镜面(end face mirror)通过解理形成。常规公开的方法如 下将单色光投射到单晶GaN衬底的整个表面，以通过光弹性效应测定应变值，根据已测定 变形值的GaN衬底表面内最大值是否落入规定值以内来判断单晶GaN衬底的解理性(参见 专利文献1)。专利文献1 日本特开2002-299741号公报如上所述，虽然HVPE法的GaN衬底投入了实际使用，GaN衬底的特性还有很大 的改善余地。本文所要解决的问题是GaN衬底的解理性。通常，LD共振器的端镜面通过 解理形成。理论上，解理面在原子水平上具有平坦性(flatness)，作为镜面应该是理想 的。但是，在实际的解理面上，由于各种各样的原因会产生对于平坦性的干扰，例如高低差 (macro-step)(水平差异(difference-in-level))，进而引起LD产率的降低。图5表示采 用微分干涉显微镜(奥林巴斯公司的“BX11”)通过观察解理由HVPE法制造的常规GaN衬 底形成的解理面而获得的微分干涉相差图像。在图5中，在虚线围成的部分的解理面中观 察到了高低差。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供IIIA族氮化物半导体衬底及其制造方法，所述的IIIA 族氮化物半导体衬底可以获得平坦性干扰(例如高低差)少的平坦的解理面。本专利技术的一个方面是提供一种直径为25mm以上且厚度为250 μ m以上的IIIA族 氮化物半导体衬底，其中，在从所述的IIIA族氮化物半导体衬底的外缘开始5mm以内的外 缘部的至少一个外缘侧部分中，所述的IIIA族氮化物半导体衬底的主面内的应力为拉伸 应力，而且与相对于所述的IIIA族氮化物半导体衬底外缘侧部分的中心侧部分的应力相 比，所述的拉伸应力相对变大。本专利技术的另一个方面是提供IIIA族氮化物半导体衬底的制造方法，其包括如下 步骤制备晶种衬底；以及将原料供给至所述的晶种衬底，并在其上晶体生长IIIA族氮化物半导体层，其中，在所述的晶种衬底上晶体生长所述的IIIA族氮化物半导体层的步骤中，所 述的IIIA族氮化物半导体层在其外周部晶体生长，同时形成了生长面，从而使其朝向晶种 衬底的主面方向的倾斜角度大于0°且小于90°，所述的具有倾斜生长面的外周部的IIIA 族氮化物半导体层的掺杂浓度被设定为高于相对于所述的外周部的中心侧的IIIA族氮化 物半导体层的掺杂浓度。附图说明图Ia至图If为分别表示根据本专利技术的实施例的IIIA族氮化物半导体衬底的制 造方法步骤的步骤图；图2为表示衬底外周部的外周拉伸应力与倾斜的生长部的氧的浓度之间相互关 系的图；图3为表示衬底外周部的外周拉伸应力、解理面中高低差的密度和裂纹(crack) 产生率之间的关系图；图4为表示衬底外周部的外周拉伸应力和LD产率之间的关系图；图5表示通过微分干涉显微镜观察到的显示在解理面中高低差的微分干涉相差 图像；图6a至图6c表示根据本专利技术实施例的IIIA族氮化物半导体层的晶体生长步骤 所得到的生长状态的GaN层的详图，其中，图6a为平面视图，图6b为侧面视图，以及图6c 为GaN层的倾斜表面的局部放大的剖面图(圆锥面部)。 图中，1晶种衬底；2掩模；3GaN层；4倾斜面；5具有倾斜生长部的GaN衬底；6GaN 衬底；7条状的解理的GaN衬底；8检查了高低差密度的解理面。具体实施例方式在对根据本专利技术的IIIA族氮化物半导体衬底及其制造方法的实施方式进行说明 之前，需要对在IIIA族氮化物半导体(例如GaN)解理过程中被认为是解理面中产生高低 差的主要因素进行说明，列举如下。(a)由于晶体结构的原因，解理性的不完全性包括GaN在内的IIIA族氮化物半导体的稳定的晶体结构为六方晶，六方晶的解理 性与立方晶的解理性的区别不是很明显。因此，IIIA族氮化物半导体原本很容易允许在解 理面中产生高低差。(b)内部应力的局部变化包括GaN在内的IIIA族氮化物半导体的晶体大多数情况下都是采用异质衬底 (heterogenous substrate)(异源衬底(foreign substrate))例如蓝宝石或GaAs 为基,通 过异质外延生长进行制造。这是一种晶格失配度很大的异质外延生长，因此在外延层和衬 底之间的界面上会出现高密度的晶体缺陷(位错(dislocation))。为了降低位错的密度， 例如通常采用一种形成在基础衬底上具有开口部的掩模并使GaN层从开口部开始横向生 长以获得位错少的GaN层的技术，或者所谓的EL0(外延横向过度生长，Epitaxial Lateral Overgrowth)技术。但是，虽然获得了位错密度的降低，但形成了低位错密度区和高位错密 度区，从而有时会产生位错密度的不均勻性。可以认为，位错密度的不均勻性通过位错的应 力场导致内部应力发生了局部的变化，结果造成了解理面的高低差。内部应力的局部变化 不仅可在衬底的平面方向上产生，还可以在衬底的厚度方向上产生。(c)施加力的方式在应用解理至GaN衬底的一般方法中，首先沿着解理方向对衬底的边缘部加入小 而锐利的切口。这时，采用所谓的钻石笔或划线器(scriber)。此后，当施加用于加宽所述 衬底边缘部切口的力时，以端部的切口为起点，裂纹延伸至所述衬底的相反一侧，从而完成 了衬底的解理。这时，如果施加的力的方向和强度不合适，就很容易产生高低差，特别是在 边缘部加入的切口附近容易产生高低差。为降本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＩＩＩＡ族氮化物半导体衬底，其直径为２５ｍｍ以上且厚度为２５０μｍ以上，其中，在从所述的ＩＩＩＡ族氮化物半导体衬底的外缘开始５ｍｍ以内的外缘部的至少一个外缘侧部分中，所述的ＩＩＩＡ族氮化物半导体衬底的主面内的应力为拉伸应力，而且与相对于所述的ＩＩＩＡ族氮化物半导体衬底外缘侧部分的中心侧部分的应力相比，所述的拉伸应力相对变大。

【技术特征摘要】
JP 2009-12-18 2009-2875281.一种IIIA族氮化物半导体衬底，其直径为25mm以上且厚度为250 μ m以上，其中， 在从所述的IIIA族氮化物半导体衬底的外缘开始5mm以内的外缘部的至少一个外缘侧部 分中，所述的IIIA族氮化物半导体衬底的主面内的应力为拉伸应力，而且与相对于所述的 IIIA族氮化物半导体衬底外缘侧部分的中心侧部分的应力相比，所述的拉伸应力相对变大。2.根据权利要求1所述的IIIA族氮化物半导体衬底，其中，所述外缘侧部分的拉伸应 力的大小为30MPa以上且150MPa以下。3.根据权利要求1所述的IIIA族氮化物半导体衬底，其中，所述的主面是c面或自该 c面倾斜的倾斜面。4.根据权利要求2所述的IIIA族氮化物半导体衬底，其中，所述的主面是c面或自该 c面倾斜的倾斜面。5.根据权利要求1所述的IIIA族氮化物半导体衬底，其中，所述的IIIA族氮化物半导 体衬底为GaN衬底。6.根据权利要求2所述的IIIA族氮化物半导体衬底，其中，所述的IIIA族氮化物半导 体衬底为GaN衬底。7.根据权利要求3所述的IIIA族氮化物半导体衬底，其中，所述的倾斜面是自该c面 倾斜角度范围为10°的表面。8.根据权利要求1所述的IIIA族氮化物半导体衬底，其中，所述的IIIA族氮化物半导 体衬底的厚度为Imm以下。9.一种IIIA族氮化物半导体衬底的制造方法，其包括如下步骤制备晶种衬底；以及将原料供给至所述的晶种衬底，并在其上晶体生长IIIA族氮化物半导体层，其中，在所述的晶种衬底上晶体生长所述的IIIA族氮化物半导体层的步骤中，所述的 IIIA族氮化物半导体层在其外周部晶体生长，同时形成了生长面，从而其朝向晶种衬底的 主面方向倾斜角度为大于0°且小于90°，所述的具有倾斜的生长面的外周部的IIIA族氮 化物半导体层的掺杂浓度被设定为高于相对于所述的外周部的中心侧的IIIA族氮化物半 导体层的掺杂浓度。10.根据权利要求9所述的IIIA族氮化...

【专利技术属性】
技术研发人员：大岛佑一，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]