外延晶片的形成方法及半导体器件的制作方法技术

本发明专利技术提供可在氧化镓区域上淀积结晶质量良好的氮化镓基半导体的外延晶片的形成方法。在步骤Ｓ１０７中，生长ＡｌＮ缓冲层（１３）。在步骤Ｓ１０８中，在时刻ｔ５，除氮气以外，还向生长炉（１０）内供给含有氢气、三甲基铝和氨气的原料气体Ｇ１，在主面（１１ａ）上生长ＡｌＮ缓冲层（１３）。ＡｌＮ缓冲层（１３）被称作所谓的低温缓冲层。缓冲层（１３）的成膜开始后，在步骤Ｓ１０９中，在时刻ｔ６开始供给氢气（Ｈ２）。在时刻ｔ６，向生长炉（１０）内供给Ｈ２、Ｎ２、ＴＭＡ和ＮＨ３。在时刻ｔ６～ｔ７之间增加氢气的供给量，在时刻ｔ７停止增加氢气而供给一定量的氢气。在时刻ｔ７，向生长炉（１０）内供给Ｈ２、ＴＭＡ和ＮＨ３。

【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
专利文献1中，记载了在Ga2O3衬底上制作发光二极管的技术。向反应器内供给氮气的同时在摄氏800度下对Ga2O3衬底实施热处理后，停止氮气的供给并向反应器内供给氢气。在摄氏400度下，供给氢气、氨气和三甲基镓，生长AlN层。AlN层的成膜结束时，停止氢气的供给并向反应器内供给氮气。在氮气气氛中，使反应器的温度上升，在摄氏1050 度下，在AlN层上生长1. 0 μ m的GaN膜。停止氮气的供给并向反应器内供给氢气，再生长 2. Oym 的 GaN 膜。非专利文献1中，记载了在β -Ga2O3单晶衬底上通过有机金属化学气相沉积法外延生长氮化物的技术。在Ga2O3单晶衬底的(100)面上，在摄氏600度下生长LT-GaN缓冲层。LT-GaN缓冲层中添加有Si。接着，在摄氏1070度下淀积IOOOnm的GaN膜。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2006-310765号公报非专利文献非专利文献1 Jap. J. Appl. Phys. Vol. 44，No. 12005，pp. L7-L8
技术实现思路
非专利文献1中，通入氢气的同时在β-Ga2O3衬底上进行缓冲层的生长。在温度为摄氏600度以上的氢气气氛下，β -Ga2O3衬底的表面会变质而呈现黑色的外观状。专利文献1中，在摄氏400度的温度下，在通入氢气的同时生长LT-AlGaN缓冲层。 缓冲层的生长在摄氏350度 摄氏550度的范围内进行。缓冲层的成膜温度为该温度范围内时，不会产生P-Ga2O3的变质。另一方面，通过在更高的温度下生长缓冲层，可减少缓冲层中混入的杂质。另外，通过在氢气气氛中生长缓冲层，也可减少缓冲层中混入的杂质。缓冲层的质量提高对于提升在其上生长的结晶的质量是有效的。本专利技术的目的在于提供可在氧化镓区域上淀积结晶质量良好的氮化镓基半导体的外延晶片的形成方法，另外，本专利技术的目的在于提供可在氧化镓区域上淀积结晶质量良好的氮化镓基半导体的半导体器件的制作方法。本专利技术的一个方面是一种外延晶片的形成方法。该方法包括如下步骤(a)将氧化镓衬底配置于生长炉内；(b)向上述生长炉内供给氮气使上述氧化镓衬底暴露于氮气气氛中的同时，变更上述氧化镓衬底的衬底温度；(c)在上述衬底温度达到第一成膜温度后， 向上述生长炉内供给氮气的同时，在上述第一成膜温度下形成包含AlxGai_xN(0<X< 1)的缓冲层；和(d)在上述生长炉内，在上述缓冲层上在第二成膜温度下生长氮化镓基半导体层。上述第一成膜温度为摄氏550度以上，在上述缓冲层的生长过程中，开始向上述生长炉内供给氢气。根据该形成方法，不是在缓冲层生长开始之前而是在缓冲层的生长过程中开始供给氢气，因此可防止氧化镓衬底直接暴露于含有氢气的气氛中。由于在缓冲层的生长开始的时刻和生长初期，生长炉内为氮气气氛，因此可在摄氏550度以上的温度下进行缓冲层的成膜。由于在缓冲层的生长过程中开始向生长炉内供给氢气，因此缓冲层的质量得以提尚ο本专利技术的外延晶片的形成方法中，上述缓冲层的厚度可为2nm以上。根据该方法，厚度为2nm以上，因此可生长出质量良好的缓冲层，另外，生长于该缓冲层上的氮化镓基半导体层的质量也良好。本专利技术的外延晶片的形成方法中，可在上述缓冲层的成膜期间，停止向上述生长炉内供给氮气。根据该方法，通过氢气的使用，可减少缓冲层中混入的杂质。本专利技术的外延晶片的形成方法中，用于生长上述缓冲层的氮气原料可包含NH3，用于生长上述缓冲层的III族原料可包含有机金属化合物。根据该方法，为了生长缓冲层，可使用与其上所生长的氮化镓基半导体的原料相同的原料。本专利技术的外延晶片的形成方法中，上述缓冲层的厚度可为IOOnm以下。根据该方法，不会产生氮化镓基半导体的剥离。本专利技术的外延晶片的形成方法中，在变更上述氧化镓衬底的衬底温度的上述步骤中，最高温度为摄氏550度以上且为上述第一成膜温度以下。变更上述氧化镓衬底的衬底温度的上述步骤包括如下步骤在氮气气氛中，将上述衬底温度变更为上述第一成膜温度以下的预处理温度；和在上述衬底温度达到上述预处理温度后，维持上述衬底温度为摄氏 550度以上的温度的同时，将上述氧化镓衬底在上述氮气气氛中放置预定的期间。根据该方法，通过缓冲层成膜前的预处理，可提高缓冲层的质量。本专利技术的外延晶片的形成方法中，变更上述氧化镓衬底的衬底温度的上述步骤包括如下步骤在氮气气氛中，将上述衬底温度变更为摄氏750度以上的预处理温度；在上述衬底温度达到上述预处理温度后，维持上述衬底温度为摄氏750度以上的温度的同时，将上述氧化镓衬底在上述氮气气氛中放置预定的期间；和经过上述预定的期间后，将上述衬底温度变更为上述第一成膜温度。上述第一成膜温度低于摄氏750度。根据该方法，可在高于缓冲层的成膜温度的温度下，进行缓冲层成膜前的预处理。 另外，通过摄氏750度以上的预处理温度，可将氧化镓衬底的表面氮化。本专利技术的外延晶片的形成方法中，上述预处理温度可低于摄氏850度。根据该方法，过高的预处理温度可能会损伤氧化镓衬底的表面。本专利技术的外延晶片的形成方法中，上述氧化镓衬底的主面可为(100)面。根据该方法，生长在氧化镓衬底上的氮化镓基半导体具有大致为c面的表面。本专利技术的外延晶片的形成方法中，上述缓冲层可包含AlxGai_xN(0. 5彡χ < 1)。或者，本专利技术的方法中，上述缓冲层可包含A1N。本专利技术的另一方面是一种半导体器件的制作方法。该方法包括如下步骤(a)将氧化镓衬底配置于生长炉内；(b)将上述氧化镓衬底配置于上述生长炉内之后，向上述生长炉内供给氮气使上述氧化镓衬底暴露于氮气气氛中的同时，变更上述氧化镓衬底的衬底温度；(C)在上述衬底温度达到缓冲成膜温度后，向上述生长炉内供给氮气的同时，在上述缓冲成膜温度下形成包含AlxGai_xN (01)的缓冲层；和(d)在上述生长炉内，在上述缓冲层上形成氮化镓基半导体区域。在上述缓冲层的生长过程中，开始向上述生长炉内供给氢气。根据该方法，不是在缓冲层生长开始之前向生长炉内供给氢气，而是在缓冲层的生长过程中开始供给氢气，因此可防止氧化镓衬底直接暴露于含有氢气的气氛中。由于在缓冲层的生长开始的时刻和生长初期，生长炉内为氮气气氛，因此可在摄氏550度以上的温度下进行缓冲层的成膜。由于在缓冲层的生长过程中开始向生长炉内供给氢气，因此缓冲层的质量得以提高。因此，可在缓冲层上制作出用于半导体器件的良好的氮化镓基半导体区域。本专利技术的半导体器件的制作方法中，上述缓冲层的厚度可为2nm以上。根据该方法，通过2nm以上的厚度，可生长出质量良好的缓冲层，另外，生长在该缓冲层上的氮化镓基半导体层的质量也良好。本专利技术的半导体器件的制作方法中，可在上述缓冲层的成膜期间，停止向上述生长炉内供给氮气。根据该方法，通过氢气的使用，可减少缓冲层中混入杂质，另外，生长于该缓冲层上的氮化镓基半导体层的质量也良好。本专利技术的半导体器件的制作方法中，上述缓冲层的厚度可为IOOnm以下。本专利技术的半导体器件的制作方法中，上述氮化镓基半导体区域包含第一导电型氮化镓基半导体层、第二导电型氮化镓基半导体层和有源层，上述第一导电型氮化镓基半导体层、上述有源层和上述第二导电型氮化镓基半导体层依次排列在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种外延晶片的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：将氧化镓衬底配置于生长炉内；向所述生长炉内供给氮气使所述氧化镓衬底暴露于氮气气氛中的同时，变更所述氧化镓衬底的衬底温度；在所述衬底温度达到第一成膜温度后，向所述生长炉内供给氮气的同时，在所述第一成膜温度下形成包含ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ≤１）的缓冲层；和在所述生长炉内，在所述缓冲层上在第二成膜温度下生长氮化镓基半导体外延层；且所述第一成膜温度为摄氏５５０度以上，在所述缓冲层的生长过程中，开始向所述生长炉内供给氢气。

【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：桥本信，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP