專利名稱：Ⅲ－Ⅴ族氮化物系半導體襯底及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于具有較低位錯密度并且表面的載流子濃度分布基本上均勻的III-V族氮化物系半導體襯底及其制造方法。
背景技術(shù)：
氮化物系半導體材料由于其禁帶寬度足夠大，帶間躍遷又是直接躍遷型的，因而對其在短波長發(fā)光元件領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了廣泛的研究。另外，由于電子的飽和漂移速度大，可利用由異質(zhì)結(jié)引起的二維載氣等，因此，可獲得在電子元件方面的應(yīng)用。
構(gòu)成這些元件的氮化物系半導體層，可以通過采用有機金屬氣相生長法(MOVPE)、分子束氣相生長法(MBE)、氫化物氣相生長法(HVPE)等的氣相生長法在底層襯底上進行外延生長而獲得。然而，由于晶格常數(shù)與氮化物系半導體層相匹配的襯底不存在，因而難以獲得優(yōu)質(zhì)的外延層，所得到的氮化物系半導體層中含有很多晶體缺陷。這些晶體缺陷是妨礙元件性能提高的主要原因，因此，迄今人們對于減少氮化物系半導體層中的晶體缺陷進行了廣泛的研究。
作為獲得晶體缺陷較少的III族元素氮化物系晶體的方法，目前已知的方法是，在藍寶石等異種襯底上形成低溫沉積緩沖層，在其上面形成外延生長層。在使用低溫沉積緩沖層的晶體生長方法中，首先，在500℃附近在藍寶石等襯底上沉積ALN或GaN，形成無定形的膜或含有部分多晶體的連續(xù)膜。通過將其升溫至1000℃左右，使其部分蒸發(fā)或結(jié)晶化，形成密度高的晶核。以該晶核作為生長的核心，可以得到結(jié)晶性較好的GaN膜。但是，即使采用形成低溫沉積緩沖層的方法，在所得到的襯底中仍存在相當數(shù)量的貫通位錯和空位等晶體缺陷，不足以獲得所希望的高性能的元件。
鑒于上述情況，人們對于使用GaN襯底作為晶體生長用的襯底，在其上面形成構(gòu)成元件部的半導體多層膜的方法進行了廣泛深入的研究。在本說明書中，將晶體生長用的GaN襯底稱為自支撐的GaN襯底(GaN自支撐襯底)。作為獲得GaN自支撐襯底的方法，公知的技術(shù)有外延橫向附生法(ELO-Epitaxial Lateral Overgrowth)。ELO法是在基底上形成具有開口部的掩模，通過由開口部橫向生長從而獲得位錯較少的GaN層的技術(shù)。在日本特開平11-251253號公報中提出了一種方案，使用這種ELO法在藍寶石襯底上形成GaN層后，通過腐蝕等除去藍寶石襯底以獲得GaN自支撐襯底。
作為在ELO法的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的方法，人們開發(fā)出小晶面引發(fā)的外延橫向附生(FIELO-Facet-Initiated Epitaxial Lateral Overgrowth)法(A.Usui，et.al.，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp.L.899-L.902)。FIELO法在使用氧化硅掩模進行選擇生長這方面與ELO法相同，但在選擇生長時在掩模開口部形成小晶面這方面則與之不同。通過形成小晶面，改變位錯的傳播方向，減少了到達外延生長層上面的貫通位錯。采用FIELO法，只要例如在藍寶石等底層襯底上生長出厚膜的GaN層，然后除去該底層襯底，就可以得到晶體缺陷較少的優(yōu)質(zhì)的GaN自支撐襯底。
作為獲得低位錯的GaN自支撐襯底的方法，人們研制出帶倒錐坑的外延生長位錯消除法(DEEP-Dislocation Elimination by the Epi-growth withInverted-Pyramidal Pits)，(K.Motoki et.al.，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40、日本特開2003-165799號)。DEEP法是，使用形成圖案的氮化硅等掩模在GaAs襯底上生長GaN，在晶體表面上有意地形成很多被小晶面包圍的坑，使位錯聚集在上述坑的底部，從而減少其它區(qū)域的位錯。
用ELO法或DEEP法得到的GaN襯底，在通常的生成態(tài)下，其表面上出現(xiàn)坑或蝕丘等形態(tài)，如果不加處理保持原狀的話難以生長出用于制作器件的外延層。因此，一般要對襯底表面進行研磨加工，精加工成鏡面狀，然后用于制作器件。
鑒于上述情況，在日本特開2003-178984公報(專利文獻1)中，作為位錯密度低的III族氮化物系半導體襯底的制造方法，提出了在襯底材料上設(shè)置第一III族氮化物系半導體層的底層襯底上或者在由第一III族氮化物系半導體構(gòu)成的底層襯底上形成金屬膜，在含有氫氣或者含有含氫化合物氣體的氣氛中對上述底層襯底進行熱處理，使上述第一III族氮化物系半導體層中形成空隙，再在上述金屬膜上形成第二III族氮化物系半導體層的方法。上述專利文獻1的實施例14和圖16中所記錄的GaN自支撐襯底，在斷面的熒光顯微鏡圖像中，黑色帶狀的條帶消失，在與藍寶石襯底的剝離面附近可以觀察到大致均勻狀態(tài)的黑影。對于這種現(xiàn)象，專利文獻1中指出，由于增加了載氣中的氫混合量，使缺陷不斷發(fā)展到表面上的趨勢受到抑制。
用這種方法制成的GaN自支撐襯底，雖然位錯密度降低，但襯底表面的載流子濃度不均勻。在襯底面內(nèi)的載流子濃度分布，就Si或GaAs等以往使用的半導體襯底而言，單從其制造方法看就不會出現(xiàn)問題，但就GaN自支撐襯底而言，由于使用外延生長較厚的晶體作為襯底，因而在襯底中可能存在局部載流子濃度不均勻的區(qū)域。如果為了實現(xiàn)GaN自支撐襯底的低位錯化、一邊在生長界面上產(chǎn)生小晶面一邊進行晶體生長，那么，在小晶面和其它的面之間由于晶體生長速度產(chǎn)生差異，因而兩者之間的雜質(zhì)的實際的偏析系數(shù)就產(chǎn)生差別，雜質(zhì)的分布即載流子濃度出現(xiàn)不均勻。載流子濃度不同的區(qū)域，由于呈現(xiàn)為小晶面生長的區(qū)域的經(jīng)歷，因而是以在晶體生長方向上延伸的形式分布的。一旦載流子濃度不同的區(qū)域到達襯底表面，襯底表面上必然會產(chǎn)生載流子濃度的不均勻。
如果GaN襯底的表面上存在載流子濃度不均勻的區(qū)域，在其上面生長的GaN外延層上就容易出現(xiàn)表面凹凸。即，作為基底的GaN襯底即使經(jīng)過鏡面研磨，外延層的表面也會產(chǎn)生表面粗糙的現(xiàn)象。如果不是表面形態(tài)均勻的GaN外延層，在其上面形成器件時，就會導致器件的性能劣化及性能差異。
當在晶體生長界面上一邊形成被小晶面包圍的凹坑一邊使晶體生長時，位錯會聚集在坑的底部。這些聚集的位錯不會全部合并，形成模模糊糊擴展的高位錯密度區(qū)域?？梢哉J為，在位錯模模糊糊聚集的區(qū)域，通過雜質(zhì)的擴散，形成了載流子濃度局部不均勻的區(qū)域。
即使是將聚集在坑的底部的位錯數(shù)量抑制到較少的GaN晶體，其表面上有時也會產(chǎn)生載流子濃度的不均勻分布。在這樣的GaN晶體襯底上生長GaN外延層時，表面上出現(xiàn)凹凸的形態(tài)。表面凹凸的程度，與具有位錯大量聚集的區(qū)域的GaN襯底相比沒有很大差別。據(jù)此可以認為，在外延表面上出現(xiàn)的凹凸，不是由于位錯密度而是因為載流子濃度的局部的分布而引起的。
如專利文獻1中所述，若增加載氣中的氫混合量，或者通過在晶體生長過程中改變晶體生長條件等方法，以終止小晶面生長，則可使晶體生長的界面變得平坦，使表面的載流子濃度分布均勻化。但是，由于將襯底表面的載流子濃度分布控制得大致均勻的這種技術(shù)思想以往完全沒有，因而人們通過對襯底表面進行研磨來削去載流子濃度分布均勻的區(qū)域，結(jié)果，在經(jīng)過鏡面精加工的襯底表面上，載流子濃度往往產(chǎn)生很大的偏差。載流子濃度分布均勻的表面層究竟需要多大的厚度，對于這一點以往完全沒有進行過研究，因而，好不容易制成具有載流子濃度分布均勻的表面層的GaN襯底，經(jīng)過鏡面精加工后，表面層往往基本上喪失或者變得過薄。這樣，就不能穩(wěn)定地制造位錯密度低且表面的載流子濃度不均勻較小、在其上面形成的器件不產(chǎn)生缺陷的GaN襯底。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是，提供具有足夠厚度的、低位錯密度且載流子濃度不均勻較小的表面層的III-V族氮化物系半導體的自支撐襯底及其制造方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人進行了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(a)為了在III-V族氮化物系半導體襯底上形成合格率良好的性能一致的發(fā)光元件，致關(guān)重要的是，不僅使位錯密度均勻地減少，而且載流子濃度的面內(nèi)的均勻性要好；(b)只要III-V族氮化物系半導體襯底的表面附近(至少深度達10μm的區(qū)域)的載流子濃度分布基本上是均勻的，在其上面生長的GaN系外延層的表面形態(tài)和性能的均勻性就不會受到損害；反之，(c)如果載流子濃度基本上均勻的表面層厚度小于10μm，在其上面生長GaN系外延層時，就會出現(xiàn)反映出襯底的載流子濃度分布的表面形態(tài)粗糙和混晶組成的不均勻。
若在III-V族氮化物系半導體襯底的生長初期，通過有意地使生長界面上出現(xiàn)小晶面，改變位錯的傳播方向，減少到達襯底表面的位錯的同時，在晶體生長過程中使生長界面平坦化，就可以不增加位錯密度(保持低位錯密度的原狀)，生長出表面的載流子濃度分布均勻的襯底。作為使生長界面平坦化的條件，在氣相外延過程中增加載氣中的氫分壓雖是有效的，但從晶體生長初期開始氫分壓和GaCl分壓保持一定的較高程度的場合，即使在晶體生長過程中不改變生長條件，也可以使生長界面平坦化。此外，采用添加促進III-V族氮化物系半導體橫向外延的雜質(zhì)(Mg等)的方法，也可以使生長界面變得平坦。
本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)而完成的，本發(fā)明提供了III-V族氮化物系半導體襯底及其制造方法，該半導體襯底的位錯密度低并且表面載流子濃度分布均勻，因而可以生長出結(jié)晶性良好、均勻的GaN系的外延層。
即，本發(fā)明的自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，至少在襯底的最外的表面上，載流子濃度分布基本上是均勻的。
本發(fā)明的第一實施方式的自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在從表面到至少10μm深度的表層中，載流子濃度分布基本上是均勻的。
本發(fā)明的第二實施方式的自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在與襯底表面大致垂直的方向上存在許多載流子濃度與周圍不同的區(qū)域的第一層和從表面到至少10μm深度的第二層構(gòu)成，在上述第二層中基本上沒有形成上述載流子濃度不同的區(qū)域，因而載流子濃度分布基本上是均勻的。
本發(fā)明的第三實施方式的自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在從表面到至少10μm深度的表面層的熒光顯微鏡圖像中，不存在具有清晰邊界的高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域。
本發(fā)明的第四實施方式的自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在任意斷面的熒光顯微鏡圖像中，是由由存在具有清晰邊界的高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域的第一層及從表面到至少10μm深度的高亮度區(qū)域組成的第二層構(gòu)成，上述低亮度區(qū)域是與高亮度區(qū)域的載流子濃度不同的區(qū)域。
本發(fā)明的第五實施方式的自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在從表面到至少10μm深度的表面層中基本上不存在載流子濃度與周圍不同的區(qū)域。
在上述襯底中的載流子濃度為1×1017cm-3以上的場合，上述表面層(或者第二層或最外的表面)中的載流子濃度的偏差范圍在±25％內(nèi)為宜；反之，上述襯底中的載流子濃度為1×1017cm-3以下的場合，上述表面層(或者第二層或最外的表面)中的載流子濃度的偏差范圍在±100％內(nèi)為宜。另外，優(yōu)選的是表面的載流子濃度的偏差不大于背面的載流子濃度偏差。這里所說的載流子濃度偏差，可以用下列值表示(a)載流子濃度的(最大值-最小值)/平均值、(b)與平均值的偏差、或者(c)標準偏差等。本說明書中所述的載流子濃度的偏差是采用上述(a)的(最大值-最小值)/平均值計算出來的。
上述載流子濃度不同的區(qū)域的形狀，例如是斷面為楔形的板狀、大致圓錐形狀、六角錐形狀或十二角錐形狀。上述載流子濃度不同的區(qū)域的最大尺寸在1mm以下為宜。
本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底，優(yōu)選的是，表面和/或背面經(jīng)過研磨加工。
本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底，優(yōu)選的是，具有200μm以上、1mm以下的厚度。
本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底，優(yōu)選的是，其表面為(0001)的III族面。
本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底，優(yōu)選的是，表面的位錯密度低于背面的位錯密度。
本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底，優(yōu)選的是，包含由GaN或ALGaN構(gòu)成的層。另外，優(yōu)選的是，在III-V族氮化物系半導體晶體中摻雜了雜質(zhì)。
本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底，優(yōu)選的是，III-V族氮化物系半導體晶體的至少一部分是采用HVPE法生長的。
本發(fā)明的第一實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，然后，繼續(xù)進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，進而在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長達到10μm以上的厚度。
本發(fā)明的第二實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，形成10μm以上厚度的載流子濃度分布基本上均勻的第二層。
本發(fā)明的第三實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，形成載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，研磨襯底表面，使上述第二層余留10μm以上的厚度。
本發(fā)明的第四實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，包含有通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層和上述異種襯底分離的工序，在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，然后繼續(xù)進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，進而在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長達到形成10μm以上的厚度。
本發(fā)明的第五實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，該制造方法包含有通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層與上述異種襯底分離的工序，其特征在于，(a)在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長形成表面層，從而形成10μm以上厚度的載流子濃度分布均勻的第二層。
本發(fā)明的第六實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，包含通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層與上述異種襯底分離的工序，(a)在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長形成表面層，從而形成載流子濃度分布均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，研磨襯底表面，使上述第二層余留10μm以上的厚度。
本發(fā)明的第七實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，從而形成載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，在上述第一層中，將一面使生長界面上產(chǎn)生許多凹凸一面生長的區(qū)域中的至少一部分除去。
本發(fā)明的第八實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，包含通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層與上述異種襯底分離的工序，(a)在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，從而形成載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，在上述第一層中，將一面使生長界面上產(chǎn)生許多凹凸一面生長的區(qū)域中的至少一部分除去。
本發(fā)明的第九實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，從而形成較厚的載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，通過切斷與晶體生長方向垂直的上述第二層，取得載流子濃度分布均勻的晶體襯底。
本發(fā)明的第十實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，包含通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層與上述異種襯底分離的工序，(a)在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，從而形成較厚的載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，通過切斷與晶體生長方向垂直的上述第二層，取得載流子濃度分布均勻的晶體襯底。
在上述第七和第八實施方式的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法中，優(yōu)選的是，通過對背面進行研磨加工，使襯底厚度不低于200μm，從而在上述第一層中將一面使生長界面上產(chǎn)生許多凹凸一面生長的區(qū)域中的至少一部分除去。更優(yōu)選的是，在晶體生長結(jié)束后，將第一層全部除去。另外，優(yōu)選的是，對表面進行鏡面研磨加工，使襯底厚度不低于200μm。此外，也可以將第一層全部除去。
在本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法中，優(yōu)選的是，晶體生長初期或生長中途的階段在晶體生長界面上形成的凹凸的凹部，(1)與生長方向平行的斷面是被小晶面包圍的V字形或倒梯形，或者(2)具有被小晶面包圍的研缽狀的形狀。
在本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法中，優(yōu)選的是，晶體生長的至少一部分是采用HVPE法進行的。
在本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法中，優(yōu)選的是，在晶體生長的過程中為了將晶體生長界面上的凹凸填平，使生長氣氛氣體的氫濃度或III族原料的分壓比此前提高。
在本發(fā)明的第九和第十實施方式中，優(yōu)選的是，利用研磨加工對從較厚地生長的晶體(第二層)上切出的襯底的正面和背面進行精加工。
在本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底組中，其特征在于，全部襯底都是由上述III-V族氮化物系半導體襯底構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，可以穩(wěn)定地得到位錯密度低且表面的載流子濃度基本上均勻的自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底。通過采用本發(fā)明的自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，可以以良好的合格率制造符合設(shè)計要求的發(fā)光元件和電子元件等器件。


圖1是表示本發(fā)明的GaN自支撐襯底的構(gòu)成的斷面示意圖。
圖2是表示本發(fā)明(實施例1)的GaN自支撐襯底的斷面的熒光顯微鏡照片。
圖3是表示現(xiàn)有技術(shù)(比較例1)的GaN自支撐襯底的斷面的熒光顯微鏡照片。
圖4是表示本發(fā)明的GaN自支撐襯底的制造工藝的一個例子(實施例2)的示意圖。
圖5是表示本發(fā)明的GaN自支撐襯底的制造工藝的另一個例子(實施例3)的示意圖。
圖6是表示本發(fā)明的GaN自支撐襯底的表面的載流子濃度分布的曲線圖。
圖7是表示本發(fā)明的GaN自支撐襯底的背面的載流子濃度分布的曲線圖。
圖8是表示本發(fā)明的GaN自支撐襯底的制造工藝的又一個例子(實施例4)的示意圖。
圖9是表示本發(fā)明的GaN自支撐襯底的制造工藝的再一個例子(實施例5)的示意圖。
圖10是表示本發(fā)明(實施例5)的GaN自支撐襯底的斷面的熒光顯微鏡照片。
圖11是表示本發(fā)明的GaN自支撐襯底的制造工藝的再一個例子(實施例6)的示意圖。
具體實施例方式
本說明書中所述的“自支撐的襯底”，是指不僅可以保持自然的形狀而且具有適合于操作處理那樣的強度的襯底。為了具有這樣的強度，自支撐襯底的厚度在200μm以上為宜。另外，考慮到形成元件后容易劈開等，自支撐襯底的厚度在1mm以下為宜。如果自支撐襯底過厚，則難以劈開，在劈開面上會產(chǎn)生凹凸。結(jié)果，例如在用于半導體激光等的場合，由于反射的損失，導致器件性能劣化等問題。
可適用本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體，可以用下述通式表示InxGayAlZn1-x-yN(式中，0≤x≤1、0≤y≤1以及0≤x+y≤1)。其中，從滿足強度和制造穩(wěn)定性等襯底材料所要求的性能的角度考慮，特別優(yōu)選GaN、AlGaN等半導體。
晶體表面上的載流子濃度不同的區(qū)域，雖無法通過目視判別，但可通過在其表面上照射紫外線，利用晶體的光致發(fā)光能很容易檢測出來。在六方晶系的C軸方向上生長的晶體中，被小晶面包圍的凹坑從C軸方向上看是六角形或十二角形的，因此，其生長結(jié)果雖形成了六角柱或十二角柱，但由于在晶體生長的初期坑的尺寸也較小，因而通常是向襯底表面逐漸變寬的六角錐或十二角錐。如果被小晶面包圍的區(qū)域不是凹坑，而是通過FIELO等的ELO的掩模生長形成的帶狀，其結(jié)果將形成與條帶方向垂直的、斷面形狀為倒三角形的楔形，或者倒梯形的平板狀或類似形狀。
載流子濃度不同的區(qū)域由于具有與周圍明顯不同的邊界，因而只要使用熒光顯微鏡就可以根據(jù)其圖像的反差很容易檢測出來。可以檢測的深度，根據(jù)用作激勵光的紫外線的波長和強度雖有所不同，但檢測出的圖像在試樣的表面上是否能看得見，可根據(jù)圖像聚焦的位置很容易判別。另外，載流子濃度不同的區(qū)域的檢測，還可以使用通常的掃描電子顯微鏡(SEM)或者陰極發(fā)光(CL)很容易地進行。
本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底，載流子濃度不同的各區(qū)域的尺寸在1mm以下為宜。這是因為，使用這樣的襯底制成的器件(例如激光二極管和發(fā)光二極管)的芯片尺寸是1mm以下。載流子濃度不同的區(qū)域的尺寸如果超過1mm，在襯底的整個面上制作芯片時，載流子濃度不同的區(qū)域的邊界處于芯片中的幾率增大，導致器件的合格率大大降低。當然，即使載流子濃度不同的區(qū)域的尺寸超過1mm，如果表面的載流子濃度均勻性高，也不會妨礙本發(fā)明的有效性。
本發(fā)明襯底的表面最好是(0001)的III族面，這是因為，GaN系晶體的極性很強，III族面比V族面(氮面)的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，制作器件比較容易。
本發(fā)明提供了一種在晶體生長過程中傳遞到晶體表面的位錯減少并且晶體表面的載流子濃度均勻這兩方面的性能都良好的襯底，因而具有所得到的襯底的表面位錯密度比背面的位錯密度要低這樣的特征。優(yōu)選的是，例如采用腐蝕坑法等測定位錯密度時，表面的位錯密度是背面的位錯密度的1/2以下。
作為本發(fā)明的生長III-V族氮化物系半導體襯底的方法，最好是采用HVPE(氫化物氣相生長)法。這是因為，HVPE法的晶體生長速度快，適合于制作襯底。
III-V族氮化物系半導體襯底的載流子濃度的絕對值，應(yīng)與所要制作的器件相匹配而適當控制，不能一概而論。因此，載流子濃度的偏差范圍的大小也應(yīng)當根據(jù)載流子濃度的絕對值變化，不可一概而論。例如，要制作摻雜Si的n型GaN襯底的載流子濃度是1×1017cm-3的場合，襯底表面的載流子濃度的偏差范圍在±25％以內(nèi)為宜；在載流子濃度為5×1017cm-3的場合，襯底表面的載流子濃度的偏差范圍在±15％以內(nèi)為宜；另外，在載流子濃度為5×1018cm-3的場合，襯底表面的載流子濃度的偏差范圍在±10％以內(nèi)為宜。此外，在要制作摻雜Si的n型GaN襯底的載流子濃度為1×1017cm-3以下的場合，襯底表面的載流子濃度的偏差范圍在±100％以內(nèi)為宜。這樣，適宜的載流子濃度的偏差范圍隨襯底的載流子濃度而不同是因為，襯底的載流子濃度越低，由于偏差范圍增大而產(chǎn)生的影響越小。
本發(fā)明的襯底的導電型式，應(yīng)與所要制作的器件相匹配來適當控制，不能一概而論。作為本發(fā)明的襯底的導電型式，例如可以舉出摻雜Si、S、O等的n型、摻雜Mg和Zn等的p型、摻雜Fe和Cr等或同時摻雜n型和p型摻雜劑的半絕緣型。
本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底(例如GaN系襯底)，最好是表面經(jīng)過鏡面研磨。一般地說，在生成態(tài)的GaN系外延層表面上存在許多蝕丘等較大的凹凸以及可看作表現(xiàn)為臺階群的較小的凹凸。這些凹凸，不僅導致在其上面生長外延層時的形態(tài)以及膜厚和組成等不均勻，而且在制作器件的過程中，還導致光刻工序的曝光精度降低。因此，希望襯底表面是平坦的鏡面狀。要想通過研磨加工得到鏡面，必須從晶體的表面削去幾μm至幾百μm。在本發(fā)明中，即使通過研磨削去表面層后，也必須使載流子濃度基本上均勻的層保留10μm以上的厚度。因此，在對襯底表面進行研磨精加工時，必須預(yù)先留出研磨余量，在晶體生長時生長出比較厚的載流子濃度均勻的層。
本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底的背面，最好也要研磨加工成平坦狀。一般地說，III-V族氮化物系半導體(GaN等)的自支撐襯底，大多是在異種底層襯底上在異質(zhì)襯底外延生長后剝離而得到的。因此，剝離后的襯底的背面往往如梨皮狀一樣粗糙，或者附著有一部分底層襯底。另外，由于翹曲，襯底有時是不平整的。這些情況，在襯底上生長外延層時，往往導致襯底的溫度分布不均勻，結(jié)果便使外延層的均勻性降低或者再現(xiàn)性惡化。
另外，所述的“從鏡面研磨的表面到至少10μm深度的表面層”，是指鏡面研磨后的深度至少是10μm的表面層。因此，該表面層在鏡面研磨前的深度至少應(yīng)當是10μm+鏡面研磨余量。另外，所述的“載流子濃度分布基本上均勻的”，不是指不管在襯底上的什么位置載流子濃度分布完全是一定的，而是指載流子濃度的偏差范圍較小，從而使得襯底上形成的器件的性能保持恒定。因此，例如摻雜Si的n型GaN襯底(載流子濃度5×1017cm-3)的場合，是指載流子濃度的偏差范圍為±15％以內(nèi)。
在本發(fā)明的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法中，由生長較厚的晶體上切出的襯底，最好是通過研磨對其表面和背面進行精加工。在晶體的切斷面上，一般存在切斷時產(chǎn)生的鋸痕等凹凸，如果不加任何處理而保持原狀則很難進行良好的外延生長。此外，在晶體的切斷時可以使用外周刃切片機、內(nèi)周刃切片機、鋼絲鋸等。其中，優(yōu)先選用鋼絲鋸。
本發(fā)明雖適用于III-V族氮化物系半導體(GaN等)的自支撐襯底，但本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思也可以用于附加有底層襯底的GaN系外延襯底(template)。
下面通過實施例進一步詳細地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實施例的限制。
實施例1在藍寶石襯底上生長GaN外延層，然后除去藍寶石襯底，如圖1所示制成具有包含載流子濃度不同的區(qū)域2的層和載流子濃度基本上均勻的層的GaN自支撐襯底1并進行評價。下面參照圖4說明本實施例的GaN自支撐襯底的制作方法。
首先，使用藍寶石襯底11，采用HVPE法生長GaN外延層12a。所謂HVPE法是，將作為III族元素的鹵化物的GaCl輸送到加熱了的襯底表面上，在襯底區(qū)域中使其與NH3混合并進行反應(yīng)，從而在襯底上氣相生長GaN晶體的方法。原料氣體與H2或N2之類的載氣一起流動。襯底區(qū)域的溫度在電爐中設(shè)定為1000℃。另外，在GaN晶體的生長過程中，作為摻雜原料氣體向襯底區(qū)域供給SiH2Cl2進行摻雜，從而摻雜了Si。
作為原料的GaCl和NH3的分壓在襯底區(qū)域內(nèi)分別為5×10-3atm和0.3atm。載氣使用2％的H2和98％的N2的混合氣體。在這一條件下，藍寶石襯底11上生成三維島狀的GaN晶體12a的晶核，隨后在晶核的側(cè)壁上顯現(xiàn)出小晶面，進行晶體生長(工序(b))。這種情況可以通過顯微鏡觀察改變生長時間后取出爐外的襯底表面和斷面來加以確認。
隨著生長時間延長，GaN晶體12a的頂部變得平坦(工序(c))，然后，晶體開始橫向生長，彼此連接，表面逐漸平坦。但是，生長界面并沒有完全平坦化，而是在表面上存在許多坑13的狀態(tài)下進行晶體生長(工序(d))。從正上方看，坑13是直徑為幾μm至幾十μm的大致圓形。觀察相當于(d)的試樣斷面的熒光顯微鏡圖像時，可以觀察到從藍寶石襯底的界面連接到GaN表面上存在的坑13的底部的暗區(qū)14。可以認為，該區(qū)域14的摻雜劑的攝入量較少，載流子濃度比周圍低。實際上，在熒光顯微鏡圖像中對準暗區(qū)進行SIMS分析，與周圍的區(qū)域相比，暗區(qū)中Si的濃度是3×1017cm-3，而周圍區(qū)域中的Si的濃度為7×1017cm-3，是前者的2倍以上。
使GaN晶體12a生長至(d)的狀態(tài)，然后保持原料氣體流量不變，只是把載氣改換成10％H2和90％N2的混合氣體，繼續(xù)進行GaN晶體的生長。結(jié)果，觀察到GaN晶體12a的生長界面12c趨于平坦的傾向(工序(e))。GaN晶體12a的生長界面平坦化后，進而使GaN晶體12b生長至100μm以上的厚度。用熒光顯微鏡觀察生長界面平坦化后生長的區(qū)域12b的斷面時，發(fā)現(xiàn)沒有產(chǎn)生新的亮度不同的區(qū)域。即，亮度不同的區(qū)域14在GaN晶體12的中途(生長界面12c)終止(工序(f))，沒有到達GaN晶體12的最外面。圖2中示出GaN晶體12的實測熒光顯微鏡圖像。可以確認，一部分坑雖還未終止而到達表面，但大多數(shù)坑在GaN晶體12的中途終止，從晶體表面到至少10μm深度范圍的熒光顯微鏡圖像的亮度大致是均勻的。
這樣，在藍寶石襯底11上生長了總厚度為250μm的GaN晶體12。GaN晶體12的平均生長速度是約50μm/小時。
將如上所述形成了GaN外延層12的藍寶石襯底11從反應(yīng)管中取出，除去藍寶石襯底11，得到GaN自支撐襯底15。作為除去藍寶石襯底的方法，可以采用所謂的激光去除法，即，由藍寶石襯底一側(cè)照射能透過藍寶石襯底但被GaN吸收的波長的高輸出功率的紫外線激光，將GaN晶體的界面附近熔化而除去。除此之外，例如，還可以通過機械研磨或者用強堿性或強酸性的化學藥品腐蝕而除去藍寶石襯底。另外，藍寶石襯底還可以通過用帶電光束或中性光束進行物理腐蝕而去除。
將這樣得到的GaN自支撐襯底15的表面和背面分別除去10μm，通過鏡面研磨加工提高其平坦性。GaN自支撐襯底15的最終厚度是230μm，具有足夠的強度，可以承受用小鑷子等進行操作處理。經(jīng)熒光顯微鏡觀察GaN自支撐襯底15的斷面，可以證實在GaN自支撐襯底15的表面附近(至少到10μm的深度)基本上沒有載流子濃度不同的區(qū)域。
采用van der Pauw法在襯底的直徑方向上以5mm的間隔測定該GaN自支撐襯底15的表面和背面的載流子濃度分布，測定結(jié)果示于圖6和圖7。如圖6所示可以確認，GaN自支撐襯底15的表面的載流子濃度在6.9×1017cm-3～7.6×1017cm-3的范圍內(nèi)，是十分均勻的。與之相反，如圖7所示表明，GaN自支撐襯底15的背面的載流子濃度是2.7×1017cm-3～7.1×1017cm-3，波動范圍很大。
采用MOVPE法在該GaN自支撐襯底15上生長GaN的外延膜1μm，觀察其表面形態(tài)時，結(jié)果證實，在襯底的整個表面上形成均勻的鏡面狀態(tài)。
比較例1在襯底區(qū)域中，將作為原料的GaCl和NH3的分壓分別設(shè)定為5×10-3atm和0.3atm，使用2％H2和98％N2的混合氣體作為載氣，除此之外與實施例1同樣進行操作，在藍寶石襯底上生長GaN的厚膜晶體。結(jié)果，GaN的厚度達到300μm，位于表面上的許多坑未被填平而保留原狀。
從反應(yīng)管中取出該襯底，使用上述激光去除法除去藍寶石襯底，得到GaN自支撐襯底。通過將GaN自支撐襯底的表面和背面分別鏡面研磨達30μm和10μm的深度，以提高其平坦性。經(jīng)過鏡面研磨，襯底表面上殘留的坑基本上消失。GaN自支撐襯底的最終厚度是260μm。
用熒光顯微鏡觀察GaN自支撐襯底的斷面時，如圖3所示可見，在襯底內(nèi)部存在許多連接表面和背面的呈楔形的與周圍亮度不同的區(qū)域。
采用van der Pauw法在襯底的直徑方向上以5mm的間隔測定該GaN自支撐襯底的表面和背面的載流子濃度分布。結(jié)果表明，襯底表面的載流子濃度是2.4×1017cm-3～7.7×1017cm-3，波動范圍很大，與背面的載流子濃度的波動范圍(2.6×1017cm-3～8.1×1017cm-3)沒有很大差別。
使用MOVPE法在該GaN自支撐襯底上生長GaN的外延膜1μm，觀察其表面形態(tài)時，結(jié)果證實，在襯底的整個表面上產(chǎn)生許多直徑10-60μm的梯田狀的凹凸?？梢灶A(yù)見，這些凹凸在實際制作器件時將成為障礙。
實施例2除了對HVPE法的晶體生長條件作少許改變外，其余基本上與實施例1同樣操作，通過在藍寶石襯底上生長GaN外延層，然后除去藍寶石襯底，制成圖1所示的GaN自支撐襯底并進行評價。下面參照圖4說明本實施例的GaN自支撐襯底的制作方法。
首先，使用藍寶石的C面襯底11，采用與實施例1相同的HVPE法生長GaN外延層12a。襯底區(qū)域的溫度在電爐中設(shè)定為1050℃。作為原料的GaCl和NH3的分壓在襯底區(qū)域中分別為6×10-3atm和0.4atm，從一開始就使用10％H2和90％N2的混合氣體作為載氣。在GaN晶體的生長過程中，作為摻雜原料氣體通過向襯底區(qū)域供給SiH2CL2進行摻雜，在GaN晶體中摻雜了Si。
首先，在藍寶石襯底11上生成三維的島狀的GaN晶體12a的核，隨后在晶核12a的側(cè)壁上顯現(xiàn)出小晶面，進行晶體生長(工序(b))。這種情況可以通過顯微鏡觀察改變生長時間后取出到爐外的襯底表面和斷面予以確認。隨著生長時間延長，GaN晶體12a的頂部以上面為(0001)Ga面而變得平坦化，隨后，晶體開始橫向生長，彼此連接，表面逐漸平坦化(工序(c))。進而在相同的條件下繼續(xù)進行晶體生長時，處于GaN晶體12a的生長界面上的坑自然終止，觀察到平坦化的傾向(工序(e))。這樣，GaN晶體12a的生長界面12c變得平坦化后，繼續(xù)GaN晶體12b的生長直至100μm以上的厚度。
在生長界面自然平坦化后生長的區(qū)域12b中，經(jīng)過斷面的熒光顯微鏡觀察確認，沒有產(chǎn)生新的亮度不同的區(qū)域。即，亮度不同的區(qū)域14在GaN晶體12的中途終止(工序(f))，沒有到達晶體的最外面。
這樣，在藍寶石襯底11上生長了總厚度550μm的GaN晶體12。GaN晶體12的平均生長速度是約65μm/小時。
從反應(yīng)管中取出該襯底，采用上述的激光去除法除去藍寶石襯底11，得到GaN自支撐襯底15。通過鏡面研磨加工GaN自支撐襯底15的表面和背面，將表面除去30μm，將背面除去90μm，以提高平坦性。經(jīng)過鏡面研磨，GaN自支撐襯底的最終厚度為430μm。
采用van der Pauw法在襯底的直徑方向上以5mm的間隔測定該GaN自支撐襯底15的表面和背面的載流子濃度分布。結(jié)果確認，襯底表面的載流子濃度在0.9×1018cm-3～1.6×1018cm-3的范圍內(nèi)，是十分均勻的，與此相反表明，襯底背面的載流子濃度是4.7×1017cm-3～13.1×1017cm-3，波動范圍很大。
對所得到的GaN自支撐襯底15的斷面進行熒光顯微鏡觀察時確認，從襯底表面到深度100μm以上的區(qū)域中不存在亮度不同的區(qū)域。
實施例3采用空隙形成剝離法(Void-Assisted Separation Method-VAS法)，通過在藍寶石襯底上生成GaN外延層，然后除去藍寶石襯底，制成GaN自支撐襯底并進行評價。VAS法的詳細情況記載在日本專利申請2002-64345中，簡而言之，就是在藍寶石襯底與GaN生成層之間夾入具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的氮化鈦薄膜進行晶體生長。下面參照圖5說明本實施例的GaN自支撐襯底的制作方法。
采用MOVPE法，以三甲基鎵(TMG)和NH3作為原料，在直徑2英寸的單晶藍寶石C面襯底21上生長未摻雜的GaN層22達300nm厚(工序(b))。然后，在該GaN外延襯底上蒸鍍20nm厚的金屬Ti膜23(工序(c))，將其放入電爐中，在20％NH3與80％H2的混合氣體的氣流中進行1050℃×20分鐘的熱處理。結(jié)果，GaN層22的一部分被腐蝕，變成具有高密度空隙的層24，與此同時金屬Ti膜23被氮化，變成表面上形成高密度亞微型的微細孔穴的TiN層25。結(jié)果，得到(d)所示結(jié)構(gòu)的襯底。
將該襯底放入HVPE爐中，在其整體上沉積400μm厚的GaN晶體26。首先，用于GaN晶體26a生長的原料是NH3和GaCl，使用5％H2和95％N2的混合氣體作為載氣。生長條件是常壓、襯底溫度是1040℃。供給氣體中的GaCl和NH3的分壓，在生長開始時分別是8×10-3atm和5.6×10-2atm，V/III比是7。另外，在GaN晶體26a的生長過程中，通過向襯底區(qū)域供給SiH2CL2作為摻雜原料氣體，進行Si的摻雜。
首先，在襯底21上生成三維的島狀GaN的晶核26a(工序(e))，隨后，晶體開始橫向生長，彼此連接，逐步進行表面的平坦化(工序(f))。這種情況可以通過顯微鏡觀察改變生長時間后取出到爐外的襯底表面和斷面予以確認。隨著生長時間延長，GaN晶體26a的生長界面上的坑27的數(shù)量雖減少，但沒有完全消失，在表面上仍存在許多坑的狀態(tài)下進行晶體生長。從正上方看，坑27是直徑幾μm至幾十μm的大致圓形或十二角形。在相當于(f)的試樣斷面的熒光顯微鏡圖像中，可以看到從襯底21的界面連接到GaN表面上存在的坑27的底部的暗區(qū)28?？梢哉J為，該區(qū)域28的摻雜劑的攝入量較少，載流子濃度比周圍低。
在生長GaN晶體26a達到(f)所示的狀態(tài)后，只增大供給氣體中的GaCl分壓，繼續(xù)進行晶體生長時發(fā)現(xiàn)，坑27終止，GaN晶體26a的生長界面進一步平坦化的傾向(工序(g))。GaN晶體26a的生長界面26c平坦化后，進而繼續(xù)GaN晶體26b的生長至200μm以上的厚度。經(jīng)斷面的熒光顯微鏡觀察表明，在生長界面平坦化后生長的區(qū)域26b中沒有產(chǎn)生新的亮度不同的區(qū)域。即，亮度不同的區(qū)域28在GaN晶體26的中途終止(工序(h))，沒有到達GaN晶體的最外面予以確認。
GaN晶體生長結(jié)束后，在冷卻HVPE裝置的過程中，GaN層26以空隙層為分界線從藍寶石的底層襯底上自然剝離，得到GaN自支撐襯底30(工序(i))。通過對該GaN自支撐襯底30的表面和背面進行鏡面研磨加工，將表面去除20μm，將背面去除50μm，以提高平坦性。經(jīng)過鏡面研磨，GaN自支撐襯底30的最終厚度為330μm(工序(j))。
采用van der Pauw法在襯底的直徑方向上以5mm的間隔測定所得到的GaN自支撐襯底30的表面和背面的載流子濃度分布。結(jié)果證實，襯底表面的載流子濃度在9.2×1017cm-3～10.1×1017cm-3的范圍內(nèi)，是十分均勻的。與此相反表明，襯底背面的載流子濃度是2.8×1017cm-3～8.8×1017cm-3，波動范圍很大。另外，對該GaN自支撐襯底30的斷面進行熒光顯微鏡觀察時確認，從表面到深度100μm以上的區(qū)域中不存在亮度不同的區(qū)域。
測定GaN自支撐襯底30的表面和背面的位錯密度。將GaN自支撐襯底30浸漬在磷酸與硫酸的加熱混合液中，通過計數(shù)腐蝕產(chǎn)生的坑的數(shù)量，以求出表面的位錯密度。另外，由plan-view的透射型電子顯微鏡(TEM)觀察圖像求出背面的位錯密度。結(jié)果表明，該GaN自支撐襯底30的表面的位錯密度是4.2±1×106cm-2，背面的位錯密度是7.2±1×108cm-2。
實施例4與實施例3同樣采用VAS法在藍寶石襯底上生長GaN外延層，然后通過除去藍寶石襯底，制成GaN自支撐襯底并進行評價。下面，參照圖8說明本實施例的GaN自支撐襯底的制作方法。
采用MOVPE法，以TMG和NH3作為原料，在直徑2英寸的單晶藍寶石C面襯底31上生長未摻雜的GaN層32達300nm的厚度(工序(b))。在該GaN外延襯底上蒸鍍20nm厚的金屬Ti膜33(工序(c))，將其放入電爐中，在20％NH3與80％H2的混合氣體的氣流中進行1050℃×20分鐘的熱處理。結(jié)果，GaN層32的一部分被腐蝕，變成具有高密度空隙的層34，與此同時Ti層33被氮化，變成表面上形成高密度亞微型的微細孔穴的TiN層35。結(jié)果，得到(d)所示結(jié)構(gòu)的襯底。
將該襯底放入HVPE爐中，沉積550nm厚的GaN晶體。用于晶體生長的原料是NH3和GaCl，使用5％H2和95％N2的混合氣體作為載氣。生長條件是常壓、襯底溫度是1040℃。供給氣體中的GaCl和NH3的分壓，在晶體生長開始時分別是8×10-3atm和5.6×10-2atm，V/III比是7。另外，在GaN晶體的生長過程中，通過向襯底區(qū)域供給SiH2CL2作為摻雜原料氣體，進行Si的摻雜。
開始時，在襯底31上生成三維的島狀的GaN的晶核36a(工序(e))，隨后，晶體開始橫向生長，彼此連接，表面逐步平坦化(工序(f))。這種情況可以通過顯微鏡觀察改變生長時間后取出到爐外的襯底表面和斷面予以確認。隨著生長時間延長，GaN晶體36a的生長界面上的坑37的數(shù)量雖減少，但沒有完全消失，在表面上仍存在許多坑的狀態(tài)下進行晶體生長。從正上方看，坑37是直徑幾μm至幾十μm的大致圓形或十二角形。在相當于(f)的試樣斷面的熒光顯微鏡圖像中，觀察到從襯底的界面連接到GaN表面上存在的坑37的底部的暗區(qū)38。可以認為，該區(qū)域38的摻雜劑的攝入量較少，載流子濃度比周圍低。
使GaN晶體36a生長達到(f)所示的狀態(tài)后，只將供給氣體中的GaCl分壓增加到12×10-2atm，繼續(xù)進行晶體生長時發(fā)現(xiàn)，坑37終止，GaN晶體36a的生長界面進一步平坦化的傾向(工序(g))。到此時為止，生長出約80μm厚的GaN晶體36a。GaN晶體36a的生長界面平坦化后，進而繼續(xù)GaN晶體36b的生長至470μm厚。在生長界面平坦化后生長的區(qū)域36b中，經(jīng)斷面熒光顯微鏡觀察，沒有發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)生亮度不同的區(qū)域。即，亮度不同的區(qū)域38在GaN晶體36的中途終止(工序(h))，沒有到達GaN晶體的最外面予以證實。
晶體生長結(jié)束后，在冷卻HVPE裝置的過程中，GaN層36以空隙層為分界線從底層襯底31上自然剝離，得到GaN自支撐襯底40(工序(i))。通過對該GaN自支撐襯底40的表面和背面進行鏡面研磨加工，將表面和背面分別去除達20μm和100μm的深度，以提高平坦性。經(jīng)過鏡面研磨GaN自支撐襯底40的最終厚度為430μm。
采用van der Pauw法在襯底的直徑方向上以5mm的間隔測定所得到的GaN自支撐襯底40的表面和背面的載流子濃度分布。結(jié)果證實，襯底表面的載流子濃度在9.2×1017cm-3～10.1×1017cm-3的范圍內(nèi)，是十分均勻的。另外表明，襯底背面的載流子濃度是8.8×1017cm-3～10.8×1017cm-3，與表面沒有大的變化。熒光顯微鏡觀察該GaN自支撐襯底40的斷面時，襯底內(nèi)部不存在亮度不同的區(qū)域予以確認。
實施例5采用FIELO法(A.Usui，et al.，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)，pp.L.889-1.902)在藍寶石襯底上生長GaN外延層，然后通過除去藍寶石襯底，制成GaN自支撐襯底并進行評價。下面，參照圖9說明本實施例的GaN自支撐襯底的制作方法。
采用MOVPE法，以TMG和NH3作為原料，在直徑2英寸的單晶藍寶石C面襯底41上生長未摻雜的GaN層42達600nm的厚(工序(b))。然后，采用熱CVD法在該GaN外延襯底上沉積0.5μm厚的SiO2膜，利用光刻在SiO2膜上開出與<11-20>平行的帶狀的窗口，使GaN層42露出(工序(c))。窗口的寬度是3μm，SiO2掩模43的寬度是7μm。
將該襯底放入HVPE爐中，在其整體上沉積500μm厚的GaN晶體44。用于晶體生長的原料是NH3和GaCl，使用5％H2和95％N2的混合氣體作為載氣。生長條件是常壓、襯底溫度是1040℃。晶體生長開始時供給氣體中的GaCl和NH3的分壓分別是8×10-3atm和5.6×10-2atm，V/III比是7。在GaN晶體的生長過程中，通過向襯底區(qū)域供給SiH2CL2作為摻雜原料氣體，進行Si的摻雜。
GaN晶體44一開始是在窗口部的基底GaN上選擇性地生長，排列成與<11-20>平行的條帶狀。與<11-20>垂直的斷面變成如(d)示意的樣子。
當掩模的溝部填滿時，在SiO2掩模43上GaN晶體44a橫向生長使其覆蓋襯底的整個表面。此時，在呈帶狀延伸的GaN晶體44a的側(cè)面出現(xiàn)小晶面，在與相鄰的晶體匯合的區(qū)域中出現(xiàn)斷面呈V字型的溝45(工序(e))。這種情況可以通過顯微鏡觀察改變生長時間后取出到爐外的襯底表面和斷面得到確認。
在相當于(e)的試樣的斷面的熒光顯微鏡圖像中，觀察到從與SiO2掩模43的界面連接到GaN表面上存在的V字型溝45的底部的暗區(qū)46。該區(qū)域46是摻雜劑的攝入量較少、載流子濃度比周圍低的區(qū)域。
如果就這樣延長晶體生長時間，晶體生長雖在生長界面上殘留上述V字型的溝45的原狀下進行，但隨著生長的進行，這些溝45逐漸被填平，當GaN晶體44a的厚度超過100μm時，則形成具有平坦表面的GaN膜(工序(f))。
使GaN晶體44a的生長界面變得平坦化后，進而繼續(xù)GaN晶體44b的生長直至達到約400μm厚度。GaN晶體斷面的熒光顯微鏡觀察結(jié)果，在生長界面平坦化后生長的區(qū)域中沒有新產(chǎn)生的亮度不同的區(qū)域。即觀測到，亮度不同的區(qū)域46在GaN晶體44的中途終止(工序(g))，而沒有到達GaN晶體的最外面。
這樣，得到總厚度約500μm的GaN晶體44。GaN晶體的平均生長速度是75μm/小時。從反應(yīng)管中取出該襯底，用上述激光去除法除去藍寶石襯底41，得到GaN自支撐襯底50(工序(h))。
通過對GaN自支撐襯底50的表面和背面進行鏡面研磨加工，將表面和背面分別去除20μm和60μm，以提高平坦性(工序(i))。GaN自支撐襯底50的最終厚度是420μm。襯底斷面的熒光顯微鏡觀察結(jié)果表明，在襯底的表面一側(cè)的大部分(380μm厚度)中沒有載流子濃度不同的區(qū)域。
圖10中示出該GaN自支撐襯底50的斷面熒光顯微鏡圖像。
采用van der Pauw法在襯底的直徑方向上以5mm的間隔測定該GaN自支撐襯底50的表面和背面的載流子濃度分布。結(jié)果證實，襯底表面的載流子濃度在6.6×1017cm-3～7.2×1017cm-3的范圍內(nèi)，是十分均勻的。與此相反表明，襯底背面的載流子濃度是1.7×1017cm-3～7.2×1017cm-3，波動范圍很大。
采用MOVPE法在該GaN自支撐襯底50上生長GaN的外延膜至1μm厚，研究其表面形態(tài)時，證實在襯底整個表面上形成均勻的鏡面狀態(tài)。
實施例6按照與實施例1相同的方法和條件，如圖11所示，在直徑50mm的藍寶石襯底11上首先生長包含載流子濃度不同的區(qū)域14的第一GaN層12a(工序(a)～(d))，然后通過使生長界面12c平坦化(工序(e))生長載流子濃度均勻的第二GaN層12b(工序(f))。與實施例1不同之處在于，使載流子濃度均勻的第二GaN層12b連續(xù)生長達到約20mm厚度。
將厚度約20mm的第二GaN層12b在帶有藍寶石襯底11的原狀的狀態(tài)下貼到固定夾具上，用電積金剛石磨粒的鋼絲鋸將其切斷。GaN晶體12b的切斷是與晶體的生長方向垂直(與藍寶石襯底11的表面平行)地進行(工序(g))。這樣，從生長較厚的第二GaN層12b上切出19片直徑50mm、厚度450μm的GaN襯底12d。對切出的各GaN襯底的正面和背面進行鏡面研磨，得到無色透明的GaN自支撐襯底12d(工序(h))。
用熒光顯微鏡觀察這樣得到的各GaN自支撐襯底12d的任意表面和斷面時，完全沒有觀察到亮度不同的區(qū)域。
采用van der Pauw法在襯底的直徑方向上以5mm的間隔測定各GaN自支撐襯底12d的表面的載流子濃度分布時，可確認載流子濃度在6.9×1017cm-3～7.4×1017cm-3的范圍內(nèi)，是十分均勻的。
采用MOVPE法在各GaN自支撐襯底12d上生長GaN的外延膜至2μm厚度，研究其表面形態(tài)時，證實在襯底整個表面上形成均勻的鏡面狀態(tài)。
以上通過實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些實施例只是例示，可以對這些實施例的各工藝進行組合等以做出各種改變，這些改變也都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，這是本行業(yè)的人員所能理解的。例如，在實施例中，對于GaN晶體生長的一部分也可以組合使用MOVPE法。另外，在晶體生長的初期或中途的階段中，為了一面在晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸一面進行生長，也可以組合使用作為現(xiàn)有技術(shù)公知的使用SiO2等掩模的ELO技術(shù)。在實施例中，雖使用藍寶石襯底作為底層襯底，不過，GaAs和Si、ZrB2、ZnO等作為以往的GaN系外延層用襯底曾有記載的襯底都可以適用。
在除去底層襯底后，也可以通過熱處理使GaN襯底的表面的載流子濃度分布均勻化。這種方法是利用了下述現(xiàn)象，即，通過將GaN晶體保持在1000℃左右的高溫下，晶體表面的原子(或分子)通過大量遷移(masstransport)而再構(gòu)成的現(xiàn)象。但是，用這種方法改性的表面的深度有限，因而不能得到像本發(fā)明那樣的均勻化的效果。
在實施例中雖列舉了GaN自支撐襯底的制造方法，當然也可以適用于ALGaN自支撐襯底。
權(quán)利要求
1.一種III-V族氮化物系半導體襯底，該半導體襯底是自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，至少在襯底的最外的表面上，載流子濃度分布基本上是均勻的。
2.如權(quán)利要求1所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在從表面到至少10μm深度的表面層中，載流子濃度分布基本上是均勻的。
3.一種III-V族氮化物系半導體襯底，該半導體襯底是自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，該襯底是由在與襯底表面大致垂直的方向上存在許多載流子濃度與周圍不同的區(qū)域的第一層和從表面到至少10μm深度的第二層構(gòu)成，在所述的第二層中基本上沒有形成上述載流子濃度不同的區(qū)域，因而載流子濃度分布基本上是均勻的。
4.一種III-V族氮化物系半導體襯底，該半導體襯底是自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在從表面到至少10μm深度的表面層的熒光顯微鏡圖像中，不存在具有清晰邊界的高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域。
5.一種III-V族氮化物系半導體襯底，該半導體襯底是自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在任意斷面的熒光顯微鏡圖像中，是由存在具有清晰邊界的高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域的第一層及從表面到至少10μm深度的高亮度區(qū)域組成的第二層構(gòu)成，上述低亮度區(qū)域是載流子濃度與上述高亮度區(qū)域不同的區(qū)域。
6.一種III-V族氮化物系半導體襯底，該半導體襯底是自支撐的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在從表面到至少10μm深度的表面層中基本上不存在載流子濃度與周圍不同的區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，所述襯底中的載流子濃度是1×1017cm-3以上，并且，所述的最外的表面的載流子濃度的偏差范圍在±25％之內(nèi)。
8.如權(quán)利要求2、4或6所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，所述襯底中的載流子濃度是1×1017cm-3以上，并且，所述表面層中的載流子濃度的偏差范圍在±25％之內(nèi)。
9.如權(quán)利要求3或5所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，所述襯底中的載流子濃度是1×1017cm-3以上，并且，所述第二層的載流子濃度的偏差范圍在±25％之內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，所述襯底中的載流子濃度是1×1017cm-3以下，并且，所述最外的表面的載流子濃度的偏差范圍在±100％之內(nèi)。
11.如權(quán)利要求2、4或6所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，所述襯底中的載流子濃度是1×1017cm-3以下，并且，所述表面層中的載流子濃度的偏差范圍在±100％之內(nèi)。
12.如權(quán)利要求3或5所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，所述襯底中的載流子濃度是1×1017cm-3以下，并且，所述第二層中的載流子濃度的偏差范圍在±100％之內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，表面的載流子濃度的偏差不大于背面的載流子濃度的偏差。
14.如權(quán)利要求3或5所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，所述的載流子濃度不同的區(qū)域是斷面為楔形的板狀。
15.如權(quán)利要求3或5所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，所述的載流子濃度不同的區(qū)域是大致圓錐形狀、六角錐形狀或十二角錐形狀。
16.如權(quán)利要求14所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，所述的載流子濃度不同的區(qū)域的最大尺寸是1mm以下。
17.如權(quán)利要求1-16中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，表面經(jīng)過研磨加工。
18.如權(quán)利要求1-17中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，背面經(jīng)過研磨加工。
19.如權(quán)利要求1-18中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，具有200μm以上、1mm以下的厚度。
20.如權(quán)利要求1-19中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，襯底表面是(0001)的III族面。
21.如權(quán)利要求1-20中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，表面的位錯密度低于背面的位錯密度。
22.如權(quán)利要求1-21中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，包含由GaN或AlGaN構(gòu)成的層。
23.如權(quán)利要求1-22中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，在III-V族氮化物系半導體晶體中摻雜了雜質(zhì)。
24.如權(quán)利要求1-23中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底，其特征在于，III-V族氮化物系半導體晶體的至少一部分是采用HVPE法生長的。
25.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，然后，繼續(xù)進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，進而在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長達到10μm以上的厚度。
26.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，形成10μm以上厚度的載流子濃度分布基本上均勻的第二層。
27.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，形成載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，研磨襯底表面，使上述第二層余留10μm以上的厚度。
28.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，該制造方法包含有通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層和上述異種襯底分離的工序，其特征在于，在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，然后繼續(xù)進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，進而在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長達到形成10μm以上的厚度。
29.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，該制造方法包含有通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層與上述異種襯底分離的工序，其特征在于，(a)在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長形成表面層，從而形成10μm以上厚度的載流子濃度分布均勻的第二層。
30.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，該制造方法包含通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層與上述異種襯底分離的工序，其特征在于，(a)在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長形成表面層，從而形成載流子濃度分布均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，研磨襯底表面，使上述第二層余留10μm以上的厚度。
31.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，從而形成載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，在上述第一層中，將一面使生長界面上產(chǎn)生許多凹凸一面進行晶體生長的區(qū)域中的至少一部分除去。
32.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，該制造方法包含通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層與上述異種襯底分離的工序，其特征在于，(a)在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，從而形成載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，在上述第一層中，將一面使生長界面上產(chǎn)生許多凹凸一面進行晶體生長的區(qū)域中的至少一部分除去。
33.如權(quán)利要求31或32所述的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，通過對背面進行研磨加工，使襯底厚度不小于200μm，從而除去上述第一層中一面在生長界面上產(chǎn)生許多凹凸一面進行晶體生長的區(qū)域中的至少一部分。
34.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，(a)在III-V族氮化物系半導體晶體的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，從而形成載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，與晶體生長方向垂直地切斷上述第二層，取得晶體襯底。
35.一種III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，該制造方法包含通過外延生長在異種襯底的上表面形成III-V族氮化物系半導體層，然后將上述III-V族氮化物系半導體層與上述異種襯底分離的工序，其特征在于，(a)在上述III-V族氮化物系半導體層的生長初期或生長中途的階段，一面使晶體生長界面上產(chǎn)生許多凹凸，一面進行晶體生長，進而，通過進行晶體生長將上述凹凸填平，使上述晶體生長界面變得平坦，從而形成載流子濃度分布不均勻的第一層；(b)通過在保持平坦化的晶體生長界面的形狀的狀態(tài)下繼續(xù)晶體生長，從而形成載流子濃度分布基本上均勻的第二層；(c)晶體生長結(jié)束后，與晶體生長方向垂直地切斷上述第二層，取得晶體襯底。
36.如權(quán)利要求31-35中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，對表面進行鏡面研磨加工，使襯底厚度不小于200μm。
37.如權(quán)利要求31-36中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，將上述第一層全部除去。
38.如權(quán)利要求25-37中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，晶體生長的初期或生長中途的階段，在晶體生長界面上形成的凹凸的凹部的、與生長方向平行的斷面的形狀是被小晶面包圍的V字形或倒梯形。
39.如權(quán)利要求25-38中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，晶體生長的初期或生長中途的階段，在晶體生長界面上形成的凹凸的凹部具有被小晶面包圍的研缽狀的形狀。
40.如權(quán)利要求25-39中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，晶體生長的至少一部分是采用HVPE法進行的。
41.如權(quán)利要求25-40中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，在晶體生長的過程中為了將晶體生長界面上的凹凸填平，使生長氣氛氣體的氫濃度比此前提高。
42.如權(quán)利要求25-40中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，在晶體生長的過程中為了將晶體生長界面上的凹凸填平，使III族原料的分壓比此前提高。
43.如權(quán)利要求34或35所述的III-V族氮化物系半導體襯底的制造方法，其特征在于，對切出的襯底的表面和背面進行研磨加工。
44.一種III-V族氮化物系半導體襯底組件，是由許多片III-V族氮化物系半導體襯底構(gòu)成的組件，其特征在于，所有的襯底都是由權(quán)利要求1-24中任一項所述的III-V族氮化物系半導體襯底構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于具有較低位錯密度并且表面的載流子濃度分布基本上均勻的III－V族氮化物系半導體襯底及其制造方法。本發(fā)明提供了位錯密度低，并且具有足夠厚度的載流子濃度偏差范圍較小的表面層的III－V族氮化物系半導體自支撐襯底及其制造方法。該半導體襯底是由在與襯底表面大致垂直的方向上存在許多載流子濃度與周圍不同的區(qū)域的第一層和從表面到至少10μm深度的第二層構(gòu)成，在第二層中基本上沒有形成上述載流子濃度不同的區(qū)域，因而載流子濃度分布基本上是均勻的。
文檔編號C30B29/38GK1590600SQ200410057049
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者柴田真佐知 申請人:日立電線株式會社