專利名稱：Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體晶體及其制造方法以及Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體外延晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)晶性好的III族氮化物半導(dǎo)體(III族氮化物半導(dǎo)體由InGaAlN表示)晶體及其制造方法，III族氮化物半導(dǎo)體晶體用于制造發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、電子器件等，以及涉及III族氮化物半導(dǎo)體外延晶片，其具有在III族氮化物半導(dǎo)體晶體上形成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體層。具體地說，本發(fā)明涉及制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，該方法可以適用于在藍寶石襯底上外延生長結(jié)晶性好的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
背景技術(shù)：
III族氮化物半導(dǎo)體具有對應(yīng)于從可見光到紫外光區(qū)域的直接躍遷型帶隙，并可以實現(xiàn)高效發(fā)光。因此，它可形成LED或LD。而且，例如，由于III氮化物半導(dǎo)體的壓電效應(yīng)特性，在氮化鋁鎵(AlGaN)和氮化鎵(GaN)之間的異質(zhì)結(jié)界面上出現(xiàn)二維電子層。因此，可能提供具有由常規(guī)III-V族化合物半導(dǎo)體不能獲得的特性的電子器件。
但是，III族氮化物半導(dǎo)體難以生長為單晶，因為在單晶的生長溫度下氮氣的分解壓力高達2,000atm。因此，與III-V族化合物半導(dǎo)體不同，III族氮化物半導(dǎo)體的單晶襯底目前不能用作供外延生長使用的襯底。作為供外延生長使用的襯底，使用由如藍寶石(Al2O3)單晶或碳化硅(SiC)單晶的異質(zhì)材料構(gòu)成的襯底。
在這種異質(zhì)襯底和在其上外延生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體之間存在大的晶格失配。例如，在藍寶石(Al2O3)和氮化鎵(GaN)之間存在16％的晶格失配，在SiC和氮化鎵之間存在6％的晶格失配。當存在如此大的晶格失配時，通常難以在襯底上外延生長晶體。即使生長，也不能獲得結(jié)晶性好的晶體。因此，在通過金屬有機化學(xué)氣相淀積(MOCVD)方法在藍寶石單晶或SiC單晶襯底上外延生長III族氮化物半導(dǎo)體的情況下，通常采用的方法是首先在襯底上淀積由氮化鋁(AlN)或AlGaN構(gòu)成的低溫緩沖層，然后在高溫下在其上外延生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體，如日本專利3,026,087和JP-A平4-297023(在此使用的術(shù)語“JP-A”是“未經(jīng)審查公開的日本專利申請”)所公開。
除了使用低溫緩沖層的生長方法之外，例如，在Applied Physics LettersP.Kung等，66，2958(1995)和JP-A平9-64477公開了一種生長方法，在900至1,200℃左右的高生長溫度下在襯底上形成AlN層，然后在其上生長氮化鎵。
在使用藍寶石作為襯底的情況下，通常如下形成上述低溫緩沖層。
首先，在用于MOCVD方法的生長設(shè)備中將藍寶石襯底加熱到1,000至1,200℃的高溫，以從表面除去氧化膜等。然后，降低生長設(shè)備的溫度，在400至600℃左右的溫度下，通過以3,000至10,000的V/III比同時提供原材料有機金屬和氮源，在襯底上淀積低溫緩沖層。這里，V/III比是在通過MOCVD方法生長III-V族化合物半導(dǎo)體時通入反應(yīng)室的包含III族元素的分子的摩爾數(shù)和包含V族元素的分子的摩爾數(shù)之比。例如，在使用TMGa和氨氣生長氮化鎵的情況下，該比是通入反應(yīng)室中的TMGa的摩爾數(shù)和氨氣的摩爾數(shù)之比。此后，停止原材料有機金屬的提供，再次升高生長設(shè)備的溫度，以進行稱作低溫緩沖層的晶化的熱處理，然后外延生長目標III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
在用于淀積低溫緩沖層的400至600℃溫度下，用作起始材料的原材料有機金屬和氮源，尤其用作氮源的氨氣的熱分解進行地不充分。由此，在這種低溫下淀積并未進一步處理的低溫緩沖層包含許多缺陷。而且，由于起始材料在低溫下反應(yīng)，在原材料有機金屬的烷基和未分解的氮源之間發(fā)生聚合反應(yīng)，其反應(yīng)物及其他雜質(zhì)也大量地包含于低溫緩沖層的晶體中。
為了消除這些缺陷和雜質(zhì)，進行稱作低溫緩沖層的晶化的熱處理步驟。晶化緩沖層的步驟包括在接近III族氮化物半導(dǎo)體晶體的外延生長溫度的高溫下熱處理包含許多雜質(zhì)和缺陷的低溫緩沖層，由此除去雜質(zhì)和缺陷。
由此，在使用低溫緩沖層的生長方法中，襯底溫度必須從用于熱凈化的溫度1,200℃降低到用于生長緩沖層的溫度約500℃，接著在較短時間內(nèi)將約500℃升高到作為退火溫度的接近1,000℃的溫度范圍。此時，通常，伴隨冷卻的溫度改變需要很長時間，以及溫度的突然增加需要大量的能量。
而且，施加到襯底的各種溫度過程使襯底翹曲，且翹曲的襯底可能破裂或微裂。此外，襯底的翹曲影響在其上生長的晶體層，特別在LED結(jié)構(gòu)的制造中，襯底平面中的發(fā)射波長或發(fā)射強度變得不均勻。
除了使用低溫緩沖層的這種生長方法之外，公開了一種生長方法，在900至1,200℃左右的高生長溫下在襯底上形成AlN，然后在其上生長氮化鎵(例如，參見，Applied Physics Letters，P.Kung等，66，2958(1995))。在該公開中，闡述了通過該方法可以制造(0002)面的X射線搖擺曲線為30arc sec的非常好的晶體。但是，根據(jù)本發(fā)明人進行的測試，發(fā)現(xiàn)通過該技術(shù)制造的氮化鎵晶體薄膜具有非常高的柱狀，并在晶體內(nèi)包含大量晶粒邊界。這種晶體從襯底向表面產(chǎn)生高密度的穿透位錯。因此，即使制造了如發(fā)光器件和電子器件的器件結(jié)構(gòu)，也不能獲得好的特性。
此外在JP-A平9-64477中也說明了使用在高溫下制造的AlN層的生長方法。該專利公開闡述了制造的III族氮化物半導(dǎo)體晶體優(yōu)選是結(jié)晶性好的單晶。盡管本發(fā)明人進行了重復(fù)試驗，通過使用在該專利公開中說明的使用好單晶AlN薄膜的生長方法不能生長能夠提供好特性的器件結(jié)構(gòu)的晶體。這是因為當結(jié)晶性好的單晶層被用作緩沖層時，在其上生長III族氮化物半導(dǎo)體的生長的最初階段，粘附原子的遷移不能順利進行，并幾乎不發(fā)生二維生長。
由此，不能獲得具有足以制造器件的高結(jié)晶性的III族氮化物半導(dǎo)體晶體，以及目前通常不使用在高溫下生長的AlN緩沖層來生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法。
本發(fā)明的一個目的是提供制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，該方法可以代替使用低溫緩沖層和需要設(shè)置許多溫度范圍的方法，或使用高溫AlN層和晶體質(zhì)量有問題的方法，并可以通過相對減少溫度變化中的步驟形成高質(zhì)量的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
本發(fā)明的另一目的是提供制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，該方法能夠在藍寶石襯底上外延生長高質(zhì)量的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
本發(fā)明的另一目的是提供可以有利地用于LED、電子器件等的III族氮化物半導(dǎo)體外延晶片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，包括以0至1,000的V/III比提供III族原材料和V族原材料以在熱襯底上形成和生長III族氮化物半導(dǎo)體的第一步驟，以及使用III族原材料和氮原材料在襯底上氣相生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的第二步驟。
在該方法中，襯底是藍寶石(Al2O3)襯底。
在該方法中，在第一步驟中提供的III族原材料至少包含Al。
在該方法中，在第二步驟中在襯底上氣相生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體包括GaN。
在該方法中，在第一步驟和第二步驟的至少一個中，通過金屬有機化學(xué)氣相淀積(MOCVD)方法進行生長。
在該方法中，在第二步驟中使用的氮原材料是氨氣(NH3)。
在該方法中，在第一步驟中形成的III族氮化物半導(dǎo)體是島狀晶粒。
在該方法中，在第一步驟中形成的III族氮化物半導(dǎo)體是柱狀晶體。
在如剛才所述的方法中，將柱狀晶體粘附到襯底上，以便柱狀晶體的側(cè)面近似垂直于襯底的表面。
本發(fā)明還提供一種制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，包括在熱襯底上形成第一III族氮化物半導(dǎo)體，以及在第一III族氮化物半導(dǎo)體上形成第二III族氮化物半導(dǎo)體晶體，其中第一III族氮化物半導(dǎo)體是柱狀晶體或島狀晶體的集合體。
在該方法中，將柱狀晶體粘附到襯底上，以便柱狀晶體的每個側(cè)面近似垂直于襯底的表面。
本發(fā)明也提供一種III族氮化物半導(dǎo)體晶體，通過上述方法的任意一種制造。
本發(fā)明也提供一種III族氮化物半導(dǎo)體外延晶片，具有在剛才所述的III族氮化物半導(dǎo)體晶體上形成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體層。
根據(jù)本發(fā)明的方法，其中如上所述在第一步驟中以1,000或更小的V/III比提供原材料，以形成柱狀或島狀晶體的集合體，可以制造能給器件帶來好特性的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
通過在III族氮化物半導(dǎo)體晶體上形成III族氮化物半導(dǎo)體晶體層，并在晶體層上形成用于制造LED或電子器件的外延晶片，可以獲得各種高質(zhì)量的器件。


圖1示出了用于根據(jù)本發(fā)明的實例5的半導(dǎo)體發(fā)光器件的具有外延層結(jié)構(gòu)的外延晶片截面圖；圖2示出了同一半導(dǎo)體發(fā)光器件的電極結(jié)構(gòu)的平面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的方法用于制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體，該方法包括以1,000或更小的V/III比(包括V/III比是0的情況)提供III族和V族原材料，以在熱襯底上形成和生長III族氮化物半導(dǎo)體的第一步驟，以及使用III族原材料和氮原材料在襯底上氣相生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的第二步驟。通過具有第一和第二步驟的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的這種制造方法，可以在襯底上形成結(jié)晶性好的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。在本發(fā)明中，III族氮化物半導(dǎo)體表示為InGaAlN。
在V/III比是1,000或更小的低V/III比條件下制造的III族氮化物半導(dǎo)體晶體中，晶體中的V族元素和III族元素的化學(xué)計量比不是1∶1，以及III族元素移動到過剩側(cè)以提供過剩金屬態(tài)。在這種III族氮化物半導(dǎo)體晶體層中，以金屬晶體或液滴存在過剩III族元素。因此，當在晶體層上生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體時，生長的最初階段的遷移很有效以能夠進行橫向二維生長。但是，該機制的細節(jié)不是公知的。
以小的V/III比制造的AlN膜優(yōu)選用于生長好的III族氮化物半導(dǎo)體，在JP-A平9-64477中也進行了說明。但是，該專利公開闡述了形成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體優(yōu)選是結(jié)晶性好的單晶。本發(fā)明人進行了重復(fù)試驗和分析，并發(fā)現(xiàn)柱狀晶體或島狀晶體的集合體比單晶膜更成功地用作緩沖層。這是因為金屬晶體或液滴進入了在包括柱狀晶體或島狀晶體的層中存在的顆粒邊界，以及容易產(chǎn)生更多的過剩金屬晶體。但是，其細節(jié)不是公知的。
與使用低溫緩沖層的常規(guī)方法相比較本方法減少了升溫或降溫的場合，因此可以縮短工藝并減小電能消耗。由此，可以減少制造工藝和成本。而且，通過溫度的小變化，襯底的翹曲可以被抑制到最小值，以及器件可以具有好的特性均勻性。此外，與已說明的使用高溫下生長的AlN層的生長方法相比，可以制造對器件產(chǎn)生好特性的晶體。
在本發(fā)明中，玻璃、SiC、Si、GaAs、藍寶石等可以被用作襯底。具體地說，本發(fā)明中使用的襯底優(yōu)選是藍寶石(Al2O3)。使用藍寶石作為襯底是有利的，因為可以以很低的成本得到高質(zhì)量的襯底。
對于藍寶石襯底的平面取向，可以使用m面、a面、c面等，在這些平面取向中，優(yōu)選c面((0001)面)。而且，襯底表面上的垂直軸優(yōu)選從<0001>方向向特定的方向傾斜。此外，在本發(fā)明中使用的襯底優(yōu)選在第一步驟之前經(jīng)受預(yù)處理，如有機清潔或刻蝕，因為襯底表面可以被保持在恒定態(tài)。
可以用作本發(fā)明的第一步驟中提供的III族原材料的例子包括三甲基鋁、三乙基鋁、三丁基鋁、三甲基鎵、三乙基鎵、三丁基鎵、三甲基銦、三乙基銦、三丁基銦和環(huán)戊二烯銦。III族原材料優(yōu)選至少包含Al，如三甲基鋁、三乙基鋁和三丁基鋁，因為包含鋁的氮化物具有高分解溫度，并由此提供了即使在高溫下也幾乎不發(fā)生分解或升華的效應(yīng)，以及晶體容易生長在襯底上。
在本發(fā)明的第一步驟中，與III族原材料同時提供如氨氣、烷基胺和聯(lián)氨的V族原材料，以形成III族氮化物半導(dǎo)體。在本發(fā)明中，在第一步驟中提供III族原材料時，V/III比被設(shè)為1,000或更小，優(yōu)選設(shè)為500或更小，更優(yōu)選設(shè)為100或更小。通過這樣設(shè)置V/III比，提供了容易制造具有更多過剩金屬的化合物半導(dǎo)體晶體的效應(yīng)。
在本發(fā)明中，V/III比可以是0，即，提供的V族原材料的量可以是0。盡管有意提供的V族原材料的量是0，但是，在此情況下，必須使用通過分解粘附到反應(yīng)室的壁面或頂面或粘附到基座的材料產(chǎn)生的氮形成III族氮化物半導(dǎo)體。此時，必須適當?shù)乜刂普掣降椒磻?yīng)室的壁面或頂面或粘附到基座的材料的組分和量。更具體地說，通過在生長完成之后調(diào)整烘焙時間或反應(yīng)室內(nèi)的溫度或通過停止烘焙本身，來控制這些。此外，也調(diào)整被稱作熱清洗的步驟中的時間或溫度或停止步驟本身，該步驟是使用低溫緩沖方法生長的情況下的常規(guī)技術(shù)。
例如，在先生長之后，在600℃下進行10分鐘熱清洗，不進行烘焙，此后進行僅通入含金屬的化合物的第一步驟，襯底被加熱到1,000℃，并進行生長晶體的后續(xù)第二步驟，由此可以制造好的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。
用于獲得好的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的另一條件，在第一步驟中V/III比設(shè)為0，是使用N2作為載氣和使用通過在接近1,000℃的溫度下少量分解N2產(chǎn)生的氮(N)原子作為氮源的方法。
對于本發(fā)明的第一步驟中的氣氛氣體，可以單獨使用如氫氣、稀有氣體或氮氣的氣體或可以使用其混合氣體。在把氮氣作為氣氛氣體的情況下，如上所述，氮氣有時也用作原材料氣體。
在進行第一步驟時氣氛中的壓力從1,000至1×105Pa，優(yōu)選1×105Pa或更小，更優(yōu)選1×104Pa或更小。當?shù)谝徊襟E中的壓力低時，制造的具有過剩金屬的III族氮化物半導(dǎo)體層的表面變得平坦。這提供了可以容易地平坦化將在平坦表面上生長的第一二III族氮化物半導(dǎo)體層的表面的效應(yīng)。
在本發(fā)明中，在進行第一步驟時的襯底溫度和進行第二步驟時的襯底溫度沒有具體規(guī)定，但在第一步驟中的襯底溫度優(yōu)選等于或高于后續(xù)第二步驟中的襯底溫度。當在等于或高于第二步驟中的襯底溫度的溫度下進行第一步驟時，有利地是有效地進行有機金屬化合物分子的分解和沒有如未分解的烷基的雜質(zhì)混入形成的晶體中，其中有機金屬化合物分子III族原材料氣體。
在本發(fā)明的第一步驟中，III族氮化物半導(dǎo)體形成為島狀晶粒。更具體地說，形成島狀晶粒的集合體，其中致密地聚集具有1至500nm寬度和約5至100nm高度的島狀晶粒。通過將III族氮化物形成為島狀晶體，在晶體層中產(chǎn)生大量的晶粒邊界。這提供了金屬晶體或液滴容易留在邊界中以使晶體層作為更多的過剩金屬層的效應(yīng)。晶體層也可以具有其中島狀晶體的分布不是如此致密以及襯底表面出現(xiàn)在晶粒之間的結(jié)構(gòu)。在此情況下，根據(jù)選擇性生長效應(yīng)，表面散布有晶體生長速率不同的區(qū)域，并減小穿透位錯的密度。結(jié)果，可以制造更有利的晶體。
可選地，在本發(fā)明的第一步驟中，III族氮化物半導(dǎo)體形成為柱狀晶體。更具體地說，形成集聚具有0.1至100nm寬度和約10至500nm高度的柱狀晶粒的柱狀晶體。通過將III族氮化物形成為柱狀晶體，在晶體層中產(chǎn)生大量的顆粒邊界。這提供了金屬晶體或液滴容易留在邊界中以使晶體層作為更多的過剩金屬層的效應(yīng)。
在本發(fā)明的第二步驟中，使用III族原材料和氮原材料在襯底上氣相生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體，其中在第一步驟中已形成了III族氮化物。生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體優(yōu)選是GaN，因為在III族氮化物半導(dǎo)體中，GaN容易進行二維生長以及容易形成平坦的晶體膜。當一旦用GaN制造平坦的和好的晶體膜時，它易于使用具有各種組分的III族氮化物半導(dǎo)體晶體層在其上制造半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的第一或第二步驟或兩個步驟中，可以使用金屬有機化學(xué)氣相淀積(MOCVD)方法和氣相外延(VPE)方法作為氣相生長方法。在這些方法中，優(yōu)選MOCVD方法，因為例如可以調(diào)整III族原材料的分解速率和生長速率是合適的。而且，根據(jù)MOCVD方法，可以在晶體上制造好特性的各種器件結(jié)構(gòu)，而不將平坦襯底從反應(yīng)室取出。
在第二步驟中通過MOCVD方法生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的情況下，襯底溫度優(yōu)選從950至1,200℃，以及氣氛壓力優(yōu)選從1,000至1×105Pa。
第二步驟中使用的氮原材料優(yōu)選是氨氣(NH3)，因為氨氣是易于處理的氣體，市場上的許多氨氣產(chǎn)品是可用的，以及其成本低。作為III族原材料，可以使用三甲基鋁、三乙基鋁、三丁基鋁、三甲基鎵、三乙基鎵、三丁基鎵、三甲基銦、三乙基銦、三丁基銦和環(huán)戊二稀銦。在第二步驟中生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體時，V/III比優(yōu)選從500至20,000。
根據(jù)包括本發(fā)明的上述第一和第二步驟的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的制造方法，可以通過減小電能消耗的短時工藝在襯底上形成均勻性高和結(jié)晶性好的III族氮化物半導(dǎo)體晶體。當進一步在上述III族氮化物半導(dǎo)體晶體上形成III族氮化物半導(dǎo)體晶體層時，可以制造具有疊層結(jié)構(gòu)的III族氮化物半導(dǎo)體外延晶片，其用于制造發(fā)光二極管、激光二極管、電子器件等。
下面參考實例更詳細的說明本發(fā)明。
實例1下面說明制造氮化鎵基化合物半導(dǎo)體晶體的本發(fā)明的方法。
在實例1中，第一步驟是在藍寶石襯底上通入包含通過以1∶2的摩爾比混合三甲基鋁(TMAl)蒸氣與三甲基鎵(TMGa)蒸氣獲得的氣體和包含氨氣(NH3)的氣體的處理，第二步驟是通入TMGa和氨氣的同時生長氮化鎵的處理。進行兩個處理以在藍寶石襯底上制造由氮化鎵晶體構(gòu)成的GaN層。在第一步驟中使用的條件中，V/III比為約85。
根據(jù)以下工序通過MOCVD方法制造包含該GaN層的樣品。
在引入藍寶石襯底之前，通過加熱在包含氨氣和氫氣的氣體中氮化粘附到在同一設(shè)備中進行先前生長的反應(yīng)室內(nèi)部的材料，以由此防止其更多地分解。該反應(yīng)室由石英制成。在等反應(yīng)室冷卻到常溫之后，將反應(yīng)室置于感應(yīng)加熱器的RF線圈內(nèi)。將藍寶石襯底引入室中并放置在用氮氣凈化的手套箱中用于加熱的由碳制成的基座上。引入樣品之后，通入氮氣以凈化反應(yīng)室的內(nèi)部。
通入氮氣10分鐘以上，此后啟動感應(yīng)加熱器，在10分鐘以上的時間內(nèi)將襯底溫度升高到1,170℃。將襯底保持在1,170℃的溫度，并在此狀態(tài)下保持9分鐘，同時通入氫氣和氮氣，以進行襯底表面的熱清洗。
在熱清洗過程中，通過包含起始材料，即三甲基鎵(TMGa)和三甲基鋁(TMAl)的容器導(dǎo)管(起泡器)通入氫氣載氣，以開始起泡。這里，導(dǎo)管連接到反應(yīng)室。使用溫度調(diào)節(jié)的熱浴將每個起泡器調(diào)整到恒溫。生長步驟開始時，將通過起泡產(chǎn)生的TMGa蒸氣和TMAl蒸氣連同載氣通入導(dǎo)管到消毒單元，并通過消毒單元排放到系統(tǒng)外部。
在熱清洗完成之后，將氮氣載氣的閥門關(guān)閉，以及氫氣成為提供到反應(yīng)室中唯一氣體。
在改變載氣之后，將襯底溫度降低到1,150℃。在證實溫度穩(wěn)定在1,150℃之后，打開氨氣導(dǎo)管的閥門，以開始將氨氣通入室中。接著，同時改變TMGa和TMAl的導(dǎo)管閥門，并將包含TMGa蒸氣和TMAl蒸氣的氣體提供到反應(yīng)室中，以開始將III族氮化半導(dǎo)體粘附在藍寶石襯底上的第一步驟。通過在導(dǎo)管中設(shè)置的用于起泡的流速控制器，控制提供的TMGa和TMAl以2∶1的摩爾比混合，以及調(diào)整氨氣量到85的V/III比。
在處理6分鐘之后，同時改變TMGa和TMAl的導(dǎo)管閥門，以停止提供包含TMGa蒸氣和TMAl蒸氣的氣體到反應(yīng)室中。接著，也停止提供氨氣，并將系統(tǒng)在此狀態(tài)保持3分鐘。
在退火3分鐘之后，改變氨氣的導(dǎo)管閥門，并再次開始提供氨氣到室中。通入氨氣4分鐘，并在此過程中用流速控制器調(diào)整TMGa的導(dǎo)管中的流速。在4分鐘后，改變TMGa的閥門，以開始提供TMGa到反應(yīng)室中，由此開始GaN的生長。
在生長GaN層約1小時以上之后，改變TMGa的導(dǎo)管閥門以停止提供原材料到反應(yīng)室，由此停止生長。
在完成GaN層的生長之后，停止通入感應(yīng)加熱器的電流，并在20分鐘以上的時間內(nèi)將襯底溫度降低到常溫。在溫度下降過程中，反應(yīng)室內(nèi)部的氣氛由類似于生長過程中的氨氣、氮氣和氫氣構(gòu)成，但是在證實襯底溫度降低到300℃之后，停止提供氨氣和氫氣。此后，將襯底溫度降低到常溫，同時通入氮氣，然后將樣品取出到空氣中。
通過該些步驟，制造樣品，其中在藍寶石襯底在形成具有柱狀結(jié)構(gòu)的過剩金屬III族氮化半導(dǎo)體層，以及在其上形成2μm厚的未摻雜GaN層。取出的襯底呈現(xiàn)帶有類似金屬的黑色的顏色。這表明在與襯底的界面上形成的III族氮化物半導(dǎo)體層處于過剩金屬的化學(xué)計量。生長表面是鏡面。
在X射線搖擺曲線(XRC)上測量通過上述方法生長的未摻雜的GaN層。在測量中，將Cuβ線X射線發(fā)生器作為光源，并對作為對稱面的(0002)面和作為不對稱面的(10-12)面進行測量。通常，在氮化鎵基化合物半導(dǎo)體的情況下，(0002)面的XRC譜的半寬作為平坦(平坦化(mosaicity))指數(shù)，以及(10-12)面的XRC譜的半寬作為位錯密度(扭曲)的指數(shù)。
測量結(jié)果為，通過本發(fā)明的方法制造的未摻雜的GaN層顯示出(0002)面230秒的半寬以及(10-12)面350秒的半寬。
而且，使用常規(guī)原子力顯微鏡(AFM)觀察GaN層的最外層表面，結(jié)果，在表面上沒有觀察到生長凹陷，并證實了表面具有好的形貌。
通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察該樣品的截面，結(jié)果，證實在藍寶石襯底和氮化鎵層之間的界面處，在幾乎垂直于襯底表面的方向AlN膜具有大量的晶粒邊界。薄膜厚度為約60nm和晶粒邊界之間的距離為5至50nm。該層包括高度比寬度更長的柱狀晶體的集合體。根據(jù)元素分析，該薄膜包含約20％的Ga。
實例2在實例2中，除了第一步驟中的III族氮化物半導(dǎo)體的生長時間是2分鐘之外，通過與實例1幾乎相同的步驟進行測試。此外，在此情況下，取出的晶片具有鏡面且是無色和透明的。
通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察樣品的截面，結(jié)果，證實在藍寶石襯底和氮化鎵層之間的界面上存在島狀A(yù)lN晶粒。根據(jù)元素分析，該晶粒包含約15％的Ga。
除了在生長氮化鎵層之前停止工藝以及從生長室取出樣品之外進行與該實驗的工藝相同的生長，由此制造樣品。通過原子力顯微鏡(AFM)觀察表面的形貌，結(jié)果，散布有從上面視察時具有圓的六角形狀并具有梯形截面的氮化鋁晶粒。
實例3在實例3中，藍寶石襯底被引入反應(yīng)室，而在進行先前實驗之后的生長之前不進行烘焙，以及進行通入包含三甲基鋁(TMAl)蒸氣的氣體的第一步驟和通入TMGa和氨氣以生長氮化鎵的第二步驟，以在藍寶石襯底上制造包括氮化鎵晶體的GaN層。在該實例中希望的V/III比是0，但是由于粘附到反應(yīng)室壁面或頂面的材料分解，少量的N原子提供到襯底上。
根據(jù)以下工序使用MOCVD方法制造包含該GaN層的樣品。
將藍寶石襯底引入置于感應(yīng)加熱器的RF線圈內(nèi)的由石英制成的反應(yīng)室。在用氮氣凈化的手套箱中將藍寶石襯底放置在用于加熱的由碳制成的基座上，在引入樣品之后，通入氮氣以凈化反應(yīng)室的內(nèi)部。
通入氮氣10分鐘以上，此后啟動感應(yīng)加熱器，在10分鐘以上的時間內(nèi)將襯底溫度升高到600℃。將襯底保持在600℃的溫度，并在此狀態(tài)下保持9分鐘，同時通入氫氣。
在該過程中，通過包含起始材料，即三甲基鎵(TMGa)和三甲基鋁(TMAl)的容器導(dǎo)管(起泡器)通入氫氣載氣，以開始起泡。這里，導(dǎo)管連接到反應(yīng)室。使用溫度調(diào)節(jié)的熱浴將每個起泡器調(diào)整到恒溫。生長步驟開始時，將通過起泡產(chǎn)生的TMGa蒸氣和TMAl蒸氣連同載氣通入導(dǎo)管到消毒單元，并通過消毒單元排放到系統(tǒng)外部。
此后，關(guān)閉氮氣載氣的閥門，并開始提供氫氣到反應(yīng)室中。
接著改變載氣，將襯底溫度升高到1,150℃。在證實溫度穩(wěn)定在1,150℃之后，改變TMAl的導(dǎo)管閥門，并將包含TMAl蒸氣的氣體提供到反應(yīng)室中。此時，由于粘附到反應(yīng)室的壁面或頂面的材料分解，與TMAl同時提供了少量N到襯底上。
在處理9分鐘之后，改變TMAl的導(dǎo)管閥門，以停止提供包含TMAl蒸氣的氣體到反應(yīng)室中，并將系統(tǒng)在此狀態(tài)保持3分鐘。
在退火3分鐘之后，改變氨氣的導(dǎo)管閥門，并再次開始提供氨氣到室中。
通入氨氣4分鐘，以及在此過程中，用流速控制器調(diào)整TMGa的導(dǎo)管中的流速。在4分鐘后，改變TMGa的閥門，以開始提供TMGa到反應(yīng)室中，由此開始GaN的生長。
在生長GaN層約1小時以上之后，改變TMGa的導(dǎo)管閥門，以停止提供原材料到反應(yīng)室，由此停止生長。
在完成GaN層的生長之后，停止通入感應(yīng)加熱器的電流，并在20分鐘以上的時間內(nèi)將襯底溫度降低到常溫。在溫度下降過程中，反應(yīng)室內(nèi)部的氣氛由類似于生長過程中的氨氣、氮氣和氫氣構(gòu)成，但是在證實襯底溫度降低到300℃之后，停止提供氨氣和氫氣。此后，將襯底溫度降低到常溫，同時通入氮氣，然后將樣品取出到空氣中。
通過這些步驟，制造樣品，其中在第一步驟中在藍寶石襯底上形成具有柱狀結(jié)構(gòu)的過剩金屬III族氮化物半導(dǎo)體層，以及在其上形成2μm厚的未摻雜GaN層。類似于實例1，取出的襯底呈現(xiàn)帶有類似金屬的黑色的顏色。這些表明在與襯底的界面上形成的III族氮化物半導(dǎo)體層處于過剩金屬的化學(xué)計量。生長表面是鏡面。
在XRC上測量通過上述方法生長的未摻雜的GaN層。在測量中，將Cuβ線X射線發(fā)生器用作光源，并對作為對稱面的(0002)面和作為不對稱面的(10-12)面進行測量。測量結(jié)果為，通過本發(fā)明的方法制造的未摻雜的GaN層顯示出(0002)面200秒的半寬以及(10-12)面330秒的半寬。
而且，使用常規(guī)原子力顯微鏡(AFM)觀察GaN層的最外層表面，結(jié)果，在表面上沒有觀察到生長凹陷，并證實了表面具有好的形貌。
通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察該樣品的截面，結(jié)果，證實在藍寶石襯底和氮化鎵層之間的界面處，在幾乎垂直于襯底表面的方向AlN膜具有大量的晶粒邊界。薄膜厚度為約20nm以及顆粒邊界之間的距離為10至50nm。該層包括高度比寬度更長的柱狀晶體的集合體。根據(jù)元素分析，該薄膜包含約5％的Ga。
實例4在實例4中，第一步驟是把氮氣作為載氣在藍寶石襯底上通入包含通過以2∶1的摩爾比混合三甲基鋁(TMA4)蒸氣與三甲基銦(TMGa)蒸氣獲得的氣體的處理，第二步驟是通入TMGa和氨氣的同時生長的GaN層的處理。進行兩個處理以在藍寶石襯底上制造由氮化鎵晶體構(gòu)成的GaN層。在第一步驟中，用作載氣的氮氣被少量分解并提供少量的氮原子。
根據(jù)以下工序通過MOCVD方法制造包含該GaN層的樣品。
在引入藍寶石襯底之前，通過加熱在包含氨氣和氫氣的氣體中氮化粘附到在同一設(shè)備中進行先前生長的反應(yīng)室內(nèi)部的材料，以由此防止其更多地分解。該反應(yīng)室由石英制成。在等反應(yīng)室冷卻到常溫之后，將反應(yīng)室置于感應(yīng)加熱器的RF線圈內(nèi)。將藍寶石襯底引入室中并放置在用氮氣凈化的手套箱中用于加熱的由碳制成的基座上。引入樣品之后，通入氮氣以凈化反應(yīng)室的內(nèi)部。
通入氮氣10分鐘以上，此后啟動感應(yīng)加熱器，在10分鐘以上的時間內(nèi)將襯底溫度升高到1,170℃。將襯底保持在1,170℃的溫度，并在此狀態(tài)下保持9分鐘，同時通入氫氣，以進行襯底表面的熱清洗。
在熱清洗過程中，通過包含起始材料，即三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMAl)和三甲基銦(TMIn)的容器導(dǎo)管(起泡器)通入氫氣載氣，以開始起泡。這里，導(dǎo)管連接到反應(yīng)室。使用溫度調(diào)節(jié)的熱浴將每個起泡器調(diào)整到恒溫。生長步驟開始時，將通過起泡產(chǎn)生的TMGa蒸氣、TMAl蒸汽以及TMIn蒸氣連同載氣通入導(dǎo)管到消毒單元，并通過消毒單元排放到系統(tǒng)外部。
在熱清洗完成之后，關(guān)閉氫氣載氣的閥門并打開氮氣的提供閥門，以將提供到反應(yīng)室中的氣體變?yōu)榈獨狻?br> 在改變載氣之后，將襯底溫度降低到1,150℃。在證實溫度穩(wěn)定在1,150℃之后，同時改變TMIn和TMAl的導(dǎo)管閥門，并將包含TMIn蒸氣和TMAl蒸氣的氣體提供到反應(yīng)室中，以開始將III族氮化物半導(dǎo)體粘附在藍寶石襯底上的第一步驟。通過在導(dǎo)管中設(shè)置的用于起泡的流速控制器，控制提供的TMIn和TMAl以1∶2的摩爾比混合。
在處理6分鐘之后，同時改變TMIn和TMAl的導(dǎo)管閥門，以停止提供包含TMIn蒸氣和TMAl蒸氣的氣體到反應(yīng)室中，并將系統(tǒng)在此狀態(tài)保持3分鐘。
在退火3分鐘之后，改變氨氣的導(dǎo)管閥門并再次開始提供氨氣到室中。
通入氨氣4分鐘，并在此過程中用流速控制器調(diào)整TMGa的導(dǎo)管中的流速。在4分鐘后，改變TMGa的閥門，以開始提供TMGa到室中，并開始GaN的生長。
在生長GaN層約1小時以上之后，改變TMGa的導(dǎo)管閥門，以停止提供原材料到反應(yīng)室，并停止生長。
在完成GaN層的生長之后，停止通入感應(yīng)加熱器的電流，并在20分鐘以上的時間內(nèi)將襯底溫度降低到常溫。在溫度下降過程中，反應(yīng)室內(nèi)部的氣氛由類似于生長過程中的氨氣、氮氣和氫氣構(gòu)成，但是在證實襯底溫度降低到300℃之后，停止提供氨氣和氫氣。此后，將襯底溫度降低到常溫，同時通入氮氣，然后將樣品取出到空氣中。
通過這些步驟，制造樣品，其中在藍寶石襯底上形成具有柱狀結(jié)構(gòu)的過剩金屬III族氮化半導(dǎo)體層，以及在其上形成2μm厚的未摻雜的GaN層。取出的襯底是無色和透明的。生長表面是鏡面。
在XRC上測量通過上述方法生長的未摻雜的GaN層。在測量中，將Cuβ線X射線發(fā)生器用作光源，并對作為對稱面的(0002)面和作為不對稱面的(10-12)面進行測量。
測量結(jié)果為，通過本發(fā)明的方法制造的未摻雜的GaN層顯示出(0002)面350秒的半寬以及(10-12)面400秒的半寬。
而且，使用常規(guī)原子力顯微鏡(AFM)觀察GaN層的最外層表面。結(jié)果，在表面上沒有觀察到生長凹陷，并證實了表面具有好的形貌。
通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察該樣品的截面，結(jié)果，證實在藍寶石襯底和氮化鎵層之間的界面處，在幾乎垂直于襯底表面的方向AlN膜具有大量的晶粒邊界。薄膜厚度為約10nm和晶粒邊界之間的距離為5至50nm。該層包括高度比寬度更長的柱狀晶體的集合體。
實例5在實例5中，說明使用本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法制造氮化鎵基化合物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。
在實例5中，使用與實例3相同的條件制造平坦和低摻硅的GaN晶體，并在其上進一步形成III族氮化物半導(dǎo)體晶體層，以最終產(chǎn)生如圖1所示的外延晶片，該晶片具有用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的外延層結(jié)構(gòu)。即，外延晶片具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中通過與實例3相同的生長方法在具有c面的藍寶石襯底9上形成具有柱狀結(jié)構(gòu)的過剩金屬AlN層8，此后從襯底側(cè)順序?qū)盈B以下的層。這些層包括2μm厚的低摻硅的GaN層7，具有1×1017cm-3的電子濃度，1.8μm厚的高摻硅的GaN層，具有1×1019cm-3的電子濃度，100厚的In0.1Ga0.9N覆蓋層5，具有1×1017cm-3的電子濃度，由70厚的六個GaN阻擋層3和20厚的四個未摻雜的In0.2Ga0.8N阱層4構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)20，該多量子阱結(jié)構(gòu)開始于GaN阻擋層并結(jié)束于GaN阻擋層，30厚的未摻雜的Al0.2Ga0.8N擴散阻擋層2，以及0.15μm厚的摻Mg的GaN層1，該層具有8×1017cm-3的空穴濃度。
圖2示出了實例5中制造的半導(dǎo)體發(fā)光器件的電極結(jié)構(gòu)的平面圖。
根據(jù)以下工序通過MOCVD方法制造在上述半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)中具有外延層的晶片。
在藍寶石襯底上形成具有柱狀結(jié)構(gòu)的AlN層8后，采用與實例3相同的工序。
在藍寶石襯底上形成具有柱狀結(jié)構(gòu)的AlN層8后，用流速控制器調(diào)整TMGa的導(dǎo)管中的流速，同時連續(xù)地通入氨氣。此外，開始將Si2H6通入導(dǎo)管。開始生長低摻Si的GaN層時，將Si2H6連同載氣通入導(dǎo)管到消毒單元，并通過消毒單元排放到系統(tǒng)外部。此后，改變TMGa和Si2H6的閥門，以開始提供TMGa和Si2H6到室中并開始低摻雜的GaN的生長。生長GaN層約1小時15分鐘以上。預(yù)先檢查和控制通入的SiH4量，以提供具有1×1017cm-3的電子濃度的低摻Si的GaN層。
因此，形成2μm厚的低摻Si的GaN層7。
在該低摻Si的GaN層7上，生長高摻Si的n型GaN層6。在生長低摻Si的GaN層之后，停止提供TMGa和Si2H6到室中1分鐘。在該過程中，改變通入的Si2H6量。預(yù)先檢查并調(diào)整通入的量，以提供具有1×1019cm-3的電子濃度的高摻Si的GaN層。連續(xù)地提供氨氣到室中而不改變流速。1分鐘后重新開始提供TMGa和Si2H6，進行生長1小時以上。通過該操作，形成1.8μm厚的高摻Si的GaN層。
在生長高摻Si的GaN層6之后，改變TMGa和Si2H6的閥門并停止提供這些原材料到室中。當繼續(xù)通入氨氣時，改變閥門以將載氣從氫氣變?yōu)榈獨?。此后將襯底溫度從1,160℃降低到800℃。
在等候室內(nèi)的溫度變化的過程中，改變提供的Si2H6量。預(yù)先檢查并調(diào)整通入的量，以提供具有1×1017cm-3的電子濃度的摻Si的InGaN覆蓋層。連續(xù)地提供氨氣到室中而不改變流速。
預(yù)先開始將載氣通入三甲基銦(TMIn)和三乙基鎵(TEGa)的起泡器中。開始覆蓋層的生長步驟時，將Si2H6氣體和通過起泡產(chǎn)生的TMIn蒸氣和TEGa蒸氣連同載氣通入導(dǎo)管到消毒單元，并通過消毒單元排放到系統(tǒng)外部。
此后，當室內(nèi)部的狀態(tài)穩(wěn)定時，同時改變TMIn、TEGa和Si2H6的閥門并開始提供這些原材料到室中。該提供保持約10分鐘以上以形成摻Si的In0.1Ga0.9N覆蓋層5，具有100的厚度。
接著，改變TMIn、TEGa和Si2H6的閥門，并停止提供這些原材料。
然后，制造由GaN阻擋層3和In0.2Ga0.8N阱層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)20。在多量子阱結(jié)構(gòu)的制造中，在摻Si的In0.1Ga0.9N覆蓋層5上首先形成GaN阻擋層3，并在由此形成的GaN阻擋層上形成In0.2Ga0.8N阱層4。重復(fù)該結(jié)構(gòu)5次以層疊各層并在第5In0.2Ga0.8N阱層上形成第6GaN阻擋層，以在多量子阱結(jié)構(gòu)20的兩側(cè)上完成具有GaN阻擋層3的結(jié)構(gòu)。
更具體地說，在完成摻Si的In0.1Ga0.9N覆蓋層的生長之后，停止該提供30秒以上，然后在不改變襯底溫度、室中的壓力、載氣的流速和種類的同時，改變TEGa的閥門以提供TEGa到室中。在提供TEGa 7分鐘以上后，再次改變閥門以停止提供TEGa，并完成GaN阻擋層的生長。結(jié)果，形成70厚的GaN阻擋層3。
在生長GaN阻擋層的過程中，將通入導(dǎo)管到消毒單元的TMIn的流速調(diào)整到相比于覆蓋層的生長的摩爾流速的2倍。
在完成GaN阻擋層的生長之后，停止提供III族原材料30秒以上，并在不改變襯底溫度、室中的壓力、載氣的流速和種類的同時，改變TEGa和TMIn的閥門以提供TEGa和TMIn到室中。在提供TEGa和TMIn 2分鐘以上之后，再次改變閥門以停止提供TEGa和TMIn，并完成In0.2Ga0.8N阱層的生長。結(jié)果，形成20厚的In0.2Ga0.8N阱層4。
在完成In0.2Ga0.8N阱層的生長之后，停止提供III族原材料30秒以上，并在不改變襯底溫度、室中的壓力、載氣的流速和種類的同時，開始提供TEGa到室中，并再次生長GaN阻擋層。
重復(fù)該工序5次以制造五個GaN阻擋層和五個In0.2Ga0.8N阱層。在最后的In0.2Ga0.8N阱層上進一步形成GaN阻擋層。
在結(jié)束于GaN阻擋層的該量子阱結(jié)構(gòu)20上，形成未摻雜的Al0.2Ga0.8N擴散阻擋層2。
預(yù)先開始將載氣通入包含三甲基鋁(TMAl)的起泡器中。開始擴散阻擋層的生長步驟時，將通過起泡產(chǎn)生的TMAl蒸氣連同載氣通入導(dǎo)管到消毒單元，并通過消毒單元排放到系統(tǒng)外開始部。
在等室內(nèi)的壓力穩(wěn)定之后，改變TEGa和TMAl的閥門以開始提供這些原材料到室中。此后，進行生長約3分鐘以上。然后，停止提供TEGa和TMAl以終止未摻雜的Al0.2Ga0.8N擴散阻擋層的生長。結(jié)果，形成30厚的未摻雜的Al0.2Ga0.8N擴散阻擋層2。
這該未摻雜的Al0.2Ga0.8N擴散阻擋層上形成摻Mg的GaN層1。
在停止提供TEGa和TMAl和完成未摻雜的Al0.2Ga0.8N擴散阻擋層的生長之后，在2分鐘以上的時間內(nèi)將襯底溫度升高到1,060℃。而且，將載氣變?yōu)闅錃狻?br> 預(yù)先開始將載氣通入包含雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)的起泡器中。開始摻Mg的GaN層的生長步驟時，將通過起泡產(chǎn)生的Cp2Mg蒸氣連同載氣通入導(dǎo)管到消毒單元，并通過消毒單元排放到系統(tǒng)外開始部。
在改變溫度和壓力并等室中的壓力穩(wěn)定之后，改變TMGa和Cp2Mg的閥門，并開始提供這些原材料到室中。預(yù)先調(diào)整并檢查通入的Cp2Mg量，以提供具有8×1017cm-3的空穴濃度的摻Mg的GaN覆蓋層。此后，進行該生長約6分鐘以上。然后，停止TMGa和Cp2Mg的提供，以終止摻Mg的GaN層的生長。結(jié)果，形成0.15μm厚的摻Mg的GaN層1。
在完成摻Mg的GaN層的生長之后，停止將電流通入感應(yīng)加熱器，并在20分鐘以上的時間內(nèi)將襯底溫度降低到常溫。在從生長溫度降低到300℃的過程中，反應(yīng)室內(nèi)的載氣僅由氮氣構(gòu)成，并通入1％體積的NH3。當證實襯底溫度降低到300℃時，停止通入NH3，以及氣氛氣體變?yōu)橹挥械獨?。在證實襯底溫度降低到常溫之后，將晶片取出到空氣中。
通過這種工序，制造具有用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的外延層的外延晶片。這里，盡管不進行激活p型載流子的退火處理，但是摻Mg的GaN層顯示出P型導(dǎo)電。
接著，使用外延晶片制造作為一種半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光二極管，其中外延晶片包括在其上層疊有外延層結(jié)構(gòu)的藍寶石襯底。
通過已知的光刻在制造的晶片的摻Mg的GaN層的表面14上，形成具有包括從表面?zhèn)纫遭?、鋁和金層的順序?qū)盈B的結(jié)構(gòu)的p電極接合焊盤12和連接到焊盤并僅由金構(gòu)成的透光p電極13，以形成p側(cè)電極。
然后，該晶片經(jīng)受干法刻蝕，以露出在形成n側(cè)電極的部分11中的高摻Si的GaN層，并在露出的部分上形成包括Ni、Al、Ti和Au四層的n電極10。通過這種加工，在晶片上形成每個具有如圖2所示形狀的電極。
在晶片上形成p側(cè)和n側(cè)電極之后，研磨并拋光藍寶石襯底的背面，以提供鏡面。然后，將晶片切割成邊長為350μm的方形芯片，將芯片放置在引線框架上，電極朝上，并將金引線連接到引線框架，由此完成發(fā)光器件。
當在由此制造的發(fā)光二極管的p側(cè)和n側(cè)電極之間通入正向電流時，20mA電流的正向電壓是3.0V。而且，通過透光p側(cè)電極觀察發(fā)光，結(jié)果，發(fā)射波長是470nm和發(fā)射功率是6cd。使用從制造的晶片的幾乎整個表面切割的芯片獲得發(fā)光二極管的這些特性，沒有發(fā)光二極管的散射。
工業(yè)實用性當使用本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的制造方法時，減少了升溫或降溫的情況。因此，縮短了該工藝所需的時間并減小了電能消耗量。這可以減少制造工藝和成本。而且，通過溫度的小變化，可以抑制襯底的翹曲并可以獲得均勻性好的晶體特性。
其結(jié)果是，當使用通過本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體晶體的制造方法制造的氮化鎵基化合物半導(dǎo)體制造半導(dǎo)體發(fā)光器件時，可以制造具有高亮度并在晶片平面內(nèi)特性幾乎均勻的發(fā)光二極管。
此外，根據(jù)上述本發(fā)明的方法，與使用在高溫下生長的AlN的常規(guī)方法相比，可以制造柱狀和位錯密度小并能提供顯示出好器件特性的器件結(jié)構(gòu)的晶體。
權(quán)利要求
1.一種制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，包括以0至1,000的V/III比提供III族原材料和V族原材料以在熱襯底上形成和生長III族氮化物半導(dǎo)體的第一步驟，以及使用III族原材料和氮原材料在襯底上氣相生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的第二步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中襯底是藍寶石(Al2O3)襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中在第一步驟中提供的III族原材料至少包含Al。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項的方法，其中在第二步驟中在襯底上氣相生長的III族氮化物半導(dǎo)體晶體包括GaN。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項的方法，其中在第一步驟和第二步驟的至少一個中，通過金屬有機化學(xué)氣相淀積(MOCVD)方法進行生長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任意一項的方法，其中在第二步驟中使用的氮原材料是氨氣(NH3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項的方法，其中在第一步驟中形成的III族氮化物半導(dǎo)體是島狀晶粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項的方法，其中在第一步驟中形成的III族氮化物半導(dǎo)體是柱狀晶體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中將柱狀晶體粘附到襯底上，以便柱狀晶體的側(cè)面近似垂直于襯底的表面。
10.一種制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，包括在熱襯底上形成第一III族氮化物半導(dǎo)體，以及在第一III族氮化物半導(dǎo)體上形成第二III族氮化物半導(dǎo)體晶體，其中第一III族氮化物半導(dǎo)體是柱狀晶體或島狀晶體的集合體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中將柱狀晶體粘附到襯底上，以便柱狀晶體的每個側(cè)面近似垂直于襯底的表面。
12.一種III族氮化物半導(dǎo)體晶體，通過根據(jù)權(quán)利要求1至11的任意一項的方法制造。
13.一種III族氮化物半導(dǎo)體外延晶片，具有在根據(jù)權(quán)利要求12的III族氮化物半導(dǎo)體晶體上形成的III族氮化物半導(dǎo)體晶體層。
全文摘要
一種制造III族氮化物半導(dǎo)體晶體的方法，包括以0至1,000的V/III比提供III族原材料和V族原材料以在熱襯底上形成并生長III族氮化物半導(dǎo)體的第一步驟，以及使用III族原材料和氮原材料在襯底上氣相生長III族氮化物半導(dǎo)體晶體的第二步驟。
文檔編號H01S5/00GK1639393SQ03805078
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月15日
發(fā)明者三木久幸, 櫻井哲朗, 奧山峰夫 申請人:昭和電工株式會社