專利名稱：氮化鎵襯底和氮化鎵膜淀積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鎵襯底且涉及形成氮化鎵膜的方法。
背景技術(shù)：
摻入氧、硅或其它n型摻雜劑的n型氮化鎵襯底是公知的，例如， 在日本未審定專利申請公開No. 2000-44400中所公開的。在這些氮化 鎵襯底中載流子的濃度為lxlO"cnTS至lxl02QcnT3。
為了提高載流子濃度而增加n摻雜劑濃度的水平，然而，像在剛 剛提及的氮化鎵襯底中，易于使氮化鎵晶體更容易碎。結(jié)果，有害地 增加了在氮化鎵襯底制造操作中以及在使用GaN襯底的外延生長和器 件制造工藝中的破裂發(fā)生率。氮化鎵襯底中的任何破裂都使其有缺陷。 由此，在氮化鎵襯底中，以及在使用GaN襯底的外延生長和器件制造 領(lǐng)域中，仍然有改進的空間。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上面描述的情形引出的本發(fā)明的目的是，使得可獲得高載 流子濃度、低破裂發(fā)生率的氮化鎵襯底和氮化鎵膜淀積方法。
針對前述的問題，本發(fā)明的一個方面中的氮化鎵淀積方法是形成 具有1><1017 11'3或以上的載流子濃度的氮化鎵層的方法，該方法包括在 襯底上形成包含n型摻雜劑的氮化鎵層的步驟和加熱形成在襯底上的 氮化鎵層的步驟。
在本發(fā)明的氮化鎵淀積方法中，加熱含n型摻雜劑的氮化鎵層能 夠形成具有低破裂發(fā)生率的氮化鎵膜。對此原因還不是十分清楚，但是認為原因如下。n型摻雜劑有高度可能性填隙安置進入鎵(Ga)-和 氮(N)-組成的晶格中，在那里它們給予晶體中應(yīng)力。當(dāng)加熱氮化鎵 膜時，填隙存在的n型摻雜劑移動進入Ga或N晶格點(site)。結(jié)果， 降低了氮化鎵膜中的破裂發(fā)生率。同時，氮化鎵膜中載流子濃度升高 到lxlO"cn^或以上。
此外，氮化鎵層優(yōu)選在80(TC或以上的溫度下加熱5分鐘或以上。 這樣做使得能夠進一步降低破裂發(fā)生率。
而且，氮化鎵層優(yōu)選以5(TC/分鐘或以下的斜坡降溫速率加熱。這 樣做使其能夠更進一步降低破裂發(fā)生率。
另外，氮化鎵膜的表面優(yōu)選以0.03?；蛞陨系慕嵌葟哪さ?0001) 面傾斜。以0.03?；蛞陨系慕嵌葟钠?0001)面傾斜該膜表面進一步降 低了破裂的發(fā)生率。對此原因不是十分清楚，但是認為原因如下。微 小臺階形成在氮化鎵膜的表面上，其中從它們的拐角填充在臺階中的n 型摻雜劑，由此更容易進入Ga或N晶格點。結(jié)果，降低了氮化鎵膜中 的破裂發(fā)生率。
此外，氮化鎵層優(yōu)選具有l(wèi)xl0^ir^或以下的位錯密度。在位錯密 度為lxlO、n^或以下的情況下，能夠進一步降低破裂的發(fā)生率。對此 原因不是十分清楚，但是認為原因如下。通常，n型摻雜劑趨向于集中 在接近位錯的空隙內(nèi)，并且如果n型摻雜劑集中在特定的位置，就增 大了破裂的發(fā)生率。在這里，在氮化鎵層的位錯密度為lxlO、n^或以 下的情況下，在氮化鎵層中n型摻雜劑遍布整個層分散，并因此降低 了破裂的發(fā)生率。
在另一方面，本發(fā)明的氮化鎵膜淀積方法包括在襯底上形成氮化 鎵層的步驟，該氮化鎵層具有l(wèi)xl(^cn^或以上的載流子濃度，并且包 含n型摻雜劑，氮化鎵層的表面從該層的(0001)面以0.03?；蛞陨系慕嵌葍A斜。
本發(fā)明的氮化鎵膜淀積方法使得能夠形成具有低破裂發(fā)生率的氮 化鎵膜。支持該優(yōu)點的原因還不能很好地說明，但是認為原因如下。 微小的臺階形成在氮化鎵膜的表面上，并且n型摻雜劑從它們的拐角
填充該臺階，這使得摻雜劑更可能進入Ga或N晶格點。結(jié)果，氮化鎵 膜中的破裂發(fā)生率降低了。此外，氮化鎵層中的載流子濃度證明為高 lxlO"cm-3或以上。
而且，在本發(fā)明的該方面中氮化鎵層也優(yōu)選具有l(wèi)xlO、n^或以下 的位錯密度。在層位錯密度為lxlO、n^或以下的情況下，可以進一步 降低破裂的發(fā)生率。支持該優(yōu)點的原因還不能很好地說明，但是認為 原因如下。n型摻雜劑通常趨向于集中在接近位錯的空隙內(nèi)，并且如果 n型摻雜劑集中在特定的位置，就提高了破裂的發(fā)生率。在這里，在氮 化鎵層的位錯密度為lxlO、n^或以下的情況下，在氮化鎵層中n型摻 雜劑遍布整個層分散，并因此降低了破裂的發(fā)生率。
在本發(fā)明的另一方面中氮化鎵襯底包含n型摻雜劑，并且其表面 從該襯底的(0001)面以0.03?；蛞陨系慕嵌葍A斜，襯底中的載流子濃 度是lxl0 m'3或以上。
本發(fā)明的氮化鎵襯底中載流子濃度達到lxl(^cn^或以上。此外， 本發(fā)明的氮化鎵襯底中的破裂發(fā)生率低。雖然支持該優(yōu)點的原因還不 能很好地說明，但相信是因為以至少0.03。的角度傾斜襯底表面使GaN 生長成階梯式，使Si (例如)更容易進入Ga晶格點，并且O (例如) 更容易進入N晶格點，減小了晶體中的應(yīng)力。
另外，該氮化鎵襯底優(yōu)選具有l(wèi)xlO、m^或以下的位錯密度。在襯 底位錯密度為lxl0^n^或以下的情況下，可以進一步降低破裂的發(fā)生 率。支持該優(yōu)點的原因還不能很好地說明，但是認為原因如下。n型摻雜劑通常趨向于集中在接近位錯的空隙內(nèi)，并且如果n型摻雜劑集中 在特定的位置，就提高了破裂的發(fā)生率。在這里，在氮化鎵層的位錯
密度為lxlO、n^或以下的情況下，在氮化鎵層中n型摻雜劑遍布整個 層分散，并因此降低了破裂的發(fā)生率。
本發(fā)明提供氮化鎵襯底和形成氮化鎵膜的方法，其中載流子濃度 高，而破裂發(fā)生率低。
從下列結(jié)合附圖的詳細說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā) 明的上述和其它的目的、特征以及優(yōu)點將變得更明顯。


圖1是示意性示出用于在襯底上形成含n型摻雜劑的氮化鎵層的 氫化物VPE反應(yīng)器的視圖。
圖2是示意性表示涉及本發(fā)明的實施例方式的氮化鎵膜淀積方法、 使用該氮化鎵膜的氮化鎵襯底制造方法和使用該氮化鎵襯底的外延襯 底制造方法的過程視圖。
圖3是襯底溫度隨時間變化的特定示例的曲線圖。
圖4是表示氮化鎵層形成階段的視圖。
圖5是表示氮化鎵襯底制造階段的視圖。
圖6是示出當(dāng)在參考示例1-1和1-2以及實施例1-1至2-4中形成 GaN層時的測試結(jié)果的表格。
圖7是示出當(dāng)在實施例3-1和3-2中形成GaN層時的測試結(jié)果的 表格。
圖8是示出當(dāng)在實施例4-1至4-54中形成GaN層時的測試結(jié)果的 表格。
圖9是示出當(dāng)在實施例5-1至5-8中形成GaN層時的測試結(jié)果的 表格。
圖10是示出當(dāng)在實施例6-1至6-10中形成GaN層時的測試結(jié)果 的表格。圖11是示出當(dāng)在實施例7-1至10-2中形成GaN層時的測試結(jié)果 的表格。
圖12是示出當(dāng)在參考示例2-1和2-2以及實施例11-1至12-4中 形成GaN層時的測試結(jié)果的表格。
圖13是示出當(dāng)在實施例13-1和13-2中形成GaN層時的測試結(jié)果 的表格。
圖14是示出當(dāng)在實施例14-1至14-54中形成GaN層時的測試結(jié) 果的表格。
圖15是示出當(dāng)在實施例15-1至15-8中形成GaN層時的測試結(jié)果 的表格。
圖16是示出當(dāng)在實施例16-1至16-10中形成GaN層時的測試結(jié) 果的表格。
圖17是示出當(dāng)在實施例17-1至20-2中形成GaN層時的測試結(jié)果
的表格。
圖18是LED的剖視圖。
圖19是LD的剖視圖。
圖20是HEMT的剖視圖。
圖21是肖特基二極管的剖視圖。
圖22是垂直MIS晶體管的剖視圖。
圖23是示出當(dāng)在參考示例3-1至4-2以及實施例21-1至22-3中
制造半導(dǎo)體器件時的良率的表格。
圖24是示出當(dāng)在參考示例5-1至6-2以及實施例23-1至24-3中
制造半導(dǎo)體器件時的良率的表格。
圖25是示出當(dāng)在參考示例7至9以及實施例25至27中制造半導(dǎo) 體器件時的良率的表格。
具體實施例方式
在下文中，參考附圖，將詳細說明本發(fā)明的實施例方式。應(yīng)當(dāng)理 解的是，在描述附圖時，相同的參考標記用于相同或等價的特征，將 省略重復(fù)描述。圖l是示意性地示出用于將包含n型摻雜劑的氮化鎵層形成到襯底 上的氫化物VPE反應(yīng)器的視圖。圖1中所示的氫化物VPE反應(yīng)器10設(shè)置 有用于生長氮化鎵層51、容納襯底50的生長爐，和用于支承襯底50的 基座14。
用于將NH3氣體GN供給到生長爐12內(nèi)部的氮供給源30被連接至生 長爐12。在生長爐12中，設(shè)置用于將包含鎵的氣體Gc供給到生長爐12 內(nèi)部的鎵供給源16。鎵供給源16是其中例如包含金屬鎵的源舟(source boat)。用于供給與金屬鎵反應(yīng)的HC1氣體GH的HC1供給源28被連接至 鎵供給源16。用于加熱金屬鎵和HC1氣體GH的加熱器18被安裝在鎵供給 源16上。加熱器18將鎵供給源16保持在例如80(TC或以上的溫度。金屬 鎵與HCl氣體GH在高溫下反應(yīng)生成了含鎵的氣體Gc，例如GaCl。下面 給出了化學(xué)反應(yīng)式的示例。
2Ga(l)+2HCl(g)— 2GaCl(g)+H2(g)
將用于供給由硅垸化合物例如二氯甲硅烷組成的含硅氣體Gs的硅 供給源24被連接至生長爐12。含硅氣體Gs的示例包括例如SiH4、 SiH3Cl、 SiH2Cl2、 SiHCl3、 SiCU的氣體；由粒狀Si與HCl反應(yīng)產(chǎn)生的氣
體；和由Si02與HCl或NH3反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。
而且，用于供給含氧氣體Go例如02的氧供給源26可被連接至生長 爐12。含硅氣體Gs或含氧氣體Go中至少一個被供給到生長爐12。
圍繞生長爐12，安裝了用于加熱NH3氣體Gw、含鎵氣體Gc、含硅 氣體Gs和含氧氣體Go的加熱器32。用于監(jiān)測襯底50的溫度的控制器34 被連接至加熱器32?？刂破?4控制加熱器32以將襯底50保持在預(yù)定的 溫度。通過在高溫下使NH3氣體GN、含鎵氣體Gcj、含硅氣體Gs和含氧 氣體Go互相反應(yīng)，在襯底50上形成包含n型摻雜劑的氮化鎵層51。在下面給出了化學(xué)反應(yīng)式的示例。
GaCl(g)+麗3(g)— GaN(s)+HCl(g)+H2(g)
圖2A至2D是示意性地表示涉及本發(fā)明的氮化鎵膜淀積方法、制造 使用氮化鎵層的氮化鎵襯底的方法和制造使用氮化鎵襯底的外延襯底 的方法的過程視圖。
首先，在圖1所示的氫化物VPE反應(yīng)器10中，襯底50被放置在基座 14上。接下來，如圖2A所示，采用氫化物VPE反應(yīng)器10在襯底50上形 成n型氮化鎵膜52，其包含n型摻雜劑。隨后，如圖2B所示，移除襯底 50以制造獨立的氮化鎵膜52。然后，如圖2C所示，例如，用內(nèi)徑鋸將 氮化鎵膜52切分成多個獨立的氮化鎵襯底54。在切分氮化鎵膜52之后 優(yōu)選打磨和拋光氮化鎵襯底54。氮化鎵襯底54的厚度優(yōu)選為100y m或 以上。
接下來，如圖2D所示，在氮化鎵襯底54上順次形成氮化物半導(dǎo)體 層56、 58和60以制造外延襯底62。例如，氮化物半導(dǎo)體層56、 58和60 為AlxIriyGaLx.yN層(0念^， 0多^)。在電子和光學(xué)器件中主要采用 外延襯底62。這種電子器件的示例包括場效應(yīng)晶體管。這種光學(xué)器件 的示例包括半導(dǎo)體激光器和LED。
實施例方式l
涉及實施例方式l的氮化鎵膜淀積方法如下執(zhí)行。
首先，采用圖I中所示的氫化物VPE反應(yīng)器IO，將包含硅、氧或其 它n型摻雜劑的氮化鎵層51形成到襯底50上。為了中斷氮化鎵層51的生 長，例如，停止HC1氣體供給。在氮化鎵層51的形成期間襯底50的溫度 (生長溫度)優(yōu)選從920至1250。C。利用生長溫度從920至125CTC，可 以獲得具有較少結(jié)晶缺陷的高質(zhì)量氮化鎵層51。生長所需要的時間示
10例性地為l小時，且NH3氣體GN和HC1氣體GH的示例性分壓(partial pressure)分別為15200Pa和304Pa。
襯底50的示例包括藍寶石、氮化鎵、GaAs、 SiC、 GaP和InP襯底。 使用藍寶石和SiC襯底，其上生長氮化鎵層的表面優(yōu)選是襯底的(OOOl) 面。使用GaAs、 GaP、 InP襯底，其上生長氮化鎵層的表面優(yōu)選是襯底 的(111) A面(in族面)。如果利用除氮化鎵襯底之外的襯底作為襯 底50，則具有多孔的圖案(perforated pattern)的掩模層優(yōu)選形成在襯 底50上。該掩模層可由絕緣體例如氧化硅組成。掩模層的厚度例如為 100nm。
接下來，對形成在襯底50上的氮化鎵層51加熱(退火)。這使得 氮化鎵膜52，如圖2A所示，能夠被形成在襯底50上。隨后，如圖2B所 示，移除襯底50以獲得獨立的氮化鎵膜52。氮化鎵膜52由六角晶系的 (hexagonal) GaN單晶組成。氮化鎵膜52例如厚為7mm和直徑為50mm。 在氮化鎵層51的加熱期間襯底50的溫度(加熱溫度)優(yōu)選從800至1200 'C。加熱時間優(yōu)選為5至300分鐘。在加熱期間，可將加熱溫度保持在 同一水平，或可逐漸斜坡降溫(rampdown)。
氮化鎵膜52中的載流子濃度優(yōu)選為lXl(^cii^或以上，更優(yōu)選為 達到5X10Wcm人氮化鎵膜52中的載流子濃度例如通過增加氮化鎵膜52 中的n型摻雜劑的濃度而增大。氮化鎵膜52中的載流子濃度是通過霍爾 測量法來表征的。氮化鎵膜52的厚度優(yōu)選100um或以上，更優(yōu)選400 Um或以上。
氮化鎵膜52中的n型摻雜劑的濃度優(yōu)選從3 X 10170111-3或以上至5 X 1019cm-3。由于n型摻雜劑濃度在該范圍內(nèi)，所以可以防止由添加大量n 型摻雜劑而引起的結(jié)晶度(crystallinity)退化。通過次級離子質(zhì)譜法 (SIMS)測量氮化鎵膜52中的n型摻雜劑的濃度。在這里，在形成氮化鎵層51之前可在襯底50上形成由氮化鎵組成 的緩沖層。例如，緩沖層為60nm厚。例如，在緩沖層形成期間襯底50 的溫度為500'C。形成緩沖層提高了氮化鎵層51的結(jié)晶度。
在實施例方式l的氮化鎵膜淀積方法中，加熱氮化鎵層51使得能夠 形成破裂發(fā)生率低的氮化鎵膜52。雖然未明確說明，但認為原因如下。 n型摻雜劑高度可能性地填隙安置到鎵(Ga)-和氮(N)-組成的晶格 中，因為這晶體會變形。當(dāng)加熱氮化鎵層51時，填隙存在的n型摻雜劑 會移動到Ga或N位置。結(jié)果，在氮化鎵膜52中破裂的發(fā)生率會下降。因 此，可以提高制造氮化鎵膜52的良率。通過在顯微鏡下觀察氮化鎵層 52的表面來檢査氮化鎵膜52的表面出現(xiàn)的破裂。此外，氮化鎵膜52中 的載流子濃度為1 X 10170^3或以上。
在這里，具體地，可以通過在差分干涉顯微鏡下觀察來檢查在氮 化鎵膜52的表面中破裂的存在。恰在處理氮化鎵膜52的前面、背面和 外邊緣之前執(zhí)行對破裂的鑒定，并且進行外延生長。氮化鎵膜52的表 面上的觀察區(qū)是除5mm外緣之外的襯底的整個表面，且將物鏡的放大 率設(shè)置為20X。在發(fā)現(xiàn)破裂時，10個或以上的100lim或以上長度的破 裂認為是"存在破裂"，認定該膜不合格，被認定不合格的膜不允許 繼續(xù)最后的處理。
此外，在800。C或以上的溫度下對氮化鎵層51加熱5分鐘或以上能 夠進一步降低破裂發(fā)生率。優(yōu)選在800至120(TC的溫度下對氮化鎵層51 加熱5至300分鐘。而且，以50'C/分鐘或以下的斜坡降溫斜坡降溫速率 加熱氮化鎵層51能夠使得進一步減少破裂發(fā)生率。優(yōu)選以大于(TC/min 至50'C/分鐘或以下的斜坡降溫斜坡降溫速率加熱氮化鎵層51。
圖3A和3B是示出襯底50的溫度隨時間改變的具體示例的曲線圖。 如圖3A和3B所示，通過將襯底50的溫度從時刻0到時刻to保持在生長溫 度To(例如，T『1100。C)，氮化鎵層51形成在襯底50上。時刻O是氮化鎵層51生長開始時的點，時刻t。是氮化鎵層51生長停止時的點。接下來，
如圖3A所示，當(dāng)溫度以5(TC/分鐘或以下的斜坡降溫速率從時刻t。到時 刻t,下降時，加熱氮化鎵層51。結(jié)果，氮化鎵膜52形成在襯底50上。在 時刻t,，襯底50的溫度下降到退火結(jié)束溫度T,(例如，T「50(TC)。在 氮化鎵層51形成在襯底50上之后，從時刻to到時刻t2在生長溫度To下加 熱氮化鎵層51，如圖3B所示。隨后，可加熱氮化鎵層51，同時生長溫
度可從時刻t2到時刻t3以所選的斜坡降溫速率降低。結(jié)果，氮化鎵膜52
形成在襯底50上。在時刻t3襯底50的溫度下降到退火結(jié)束溫度T,。
在氮化鎵膜52形成在襯底50上之后，對其進行圖2B和2C中所示的 步驟以制造氮化鎵襯底54。在氮化鎵襯底54中，載流子濃度為1X 10^cn^或以上，且破裂的發(fā)生率低。通過在差分干涉顯微鏡下觀察氮 化鎵襯底54的表面，來檢查該表面的破裂的發(fā)生。隨后，每個氮化鎵 襯底54經(jīng)過圖2D中所示的工藝，由此得到外延襯底62。
實施例方式2
如下執(zhí)行涉及實施例方式2的氮化鎵膜淀積方法。如圖4所示，采 用氫化物VPE反應(yīng)器10以在襯底50上形成氮化鎵膜52，該氮化鎵膜52 具有l(wèi) X 10卩cm-s或以上的載流子濃度并包含n型摻雜劑。圖4是表示氮化 鎵層形成階段的視圖。在這里，氮化鎵膜52的表面52a從氮化鎵膜52的 (0001)面(也稱為c面)以0.03°或以上的角度傾斜。也就是說，由 表面52a和氮化鎵膜52的(0001)面所形成的角e為0.03°或以上。角
e優(yōu)選從o.5。至60° 。角e是通過x射線衍射而測量的。
氮化鎵膜52的表面52a可以是通過在〈ll-20〉方向上使(0001 )
面的法線傾斜角e而獲得的面，或者可以是通過在<1-100〉方向上使 (0001)面的法線傾斜角0而獲得的面。
襯底50可以是具有以0.03°或以上的角度從(0001)面傾斜的表面 的氮化鎵襯底，或者可以是具有由(111) A面組成的表面的GaAs、 GaP或InP襯底。如下控制形成在具有由(111) A組成的表面的GaAs或其它 襯底上的氮化鎵膜52的表面52a所傾斜的角度。在<1-10〉方向上傾斜 GaAs (111)面0.03。將使所獲得的GaN晶體的(0001)面在< 11-20 〉方向上傾斜0.03。。同時，在〈ll-2〉方向上傾斜GaAs (111)面0.03 °將使所獲得的GaN晶體的(0001)面在<1-100〉方向上傾斜0.03° 。 此外，在〈l-10〉方向上傾斜GaAs (111)面0.03°和在<11-2〉方向 上傾斜GaAs (111)面0.03°將使所獲得的GaN晶體的(0001)面在< 11-20>方向上傾斜0.03°和在<1-100>方向上傾斜0.03° 。
實施例方式2的氮化鎵膜淀積方法能夠形成其中破裂發(fā)生率低的 氮化鎵膜52。雖然不十分清楚與此相關(guān)的原因，但認為原因如下。微 小臺階形成在氮化鎵膜52的表面52a上，其中，ii型摻雜劑，從臺階的拐 角填充臺階的，這樣更易于進入Ga或N晶格點。結(jié)果，降低了氮化鎵膜 中破裂的發(fā)生率。因此，可以提高制造氮化鎵膜52的良率。此外，氮 化鎵膜52的載流子濃度證明是高1乂10170^3或以上。
在形成氮化鎵膜52之后，對其執(zhí)行圖2B和2C中所示的步驟，以制 造氮化鎵襯底54。
涉及實施例方式2的氮化鎵襯底54中的載流子濃度為高1 X 10卩cn^或以上。氮化鎵襯底54包含n型摻雜劑。此外，氮化鎵襯底54 中的破裂發(fā)生率低。如圖5所示，氮化鎵襯底54具有從氮化鎵襯底54的 (0001)面以0.03°或以上的角度傾斜的表面54a。也就是說，由表面 54a和氮化鎵襯底54的(0001)面形成的角6為0.03°或以上。圖5是表 示氮化鎵襯底制造階段的視圖。
隨后，通過圖2D中所示的步驟，制造外延襯底62。
涉及實施例方式2的氮化鎵襯底54可以如下制造。首先，在襯底50 上形成表面為優(yōu)選的晶面例如(0001)面的氮化鎵層51。接下來，在移除襯底50之后，平行于以0.03°或以上的角度從氮化鎵層51的(0001) 面傾斜的面對氮化鎵層51切分或拋光。同樣地，在該實施中，氮化鎵 襯底54中的載流子濃度為高lX10"cn^或以上，并且氮化鎵襯底54中的 破裂發(fā)生率低。
在實施例方式1和2中，氮化鎵膜52的位錯密度優(yōu)選IX10、rr^或以 下，并且優(yōu)選4X10Scn^或以下，更優(yōu)選lX10、n^或以下。氮化鎵膜 52的位錯密度表示為刻蝕坑密度(EPD)。采用掃描電子顯微鏡(SEM) 以通過計算任意位置的六個100um平方內(nèi)的刻蝕坑的數(shù)量來計算刻蝕 坑密度。利用具有l(wèi)X10、n^或以下位錯密度的氮化鎵襯底作為襯底 50，例如，能夠使氮化鎵膜52的位錯密度為lX10、m'z或以下?？蛇x地， 如果利用藍寶石、GaAs、 SiC、 GaP、 InP或其它襯底作為襯底50，在襯 底50上形成具有孔(aperture)的圖案的掩模層并以掩埋圖案化的孔的 方式形成氮化鎵膜52能夠使氮化鎵膜52的位錯密度為lX10、m^或以 下。
在氮化鎵膜52的位錯密度為lX10、n^以下的情況下，可以形成破 裂發(fā)生率低的氮化鎵膜52。不十分清楚與此相關(guān)的原因，但是認為原 因如下。通常，n型摻雜劑易于集中到最接近位錯的空隙中，并且如果 n型摻雜劑集中到特定位置，則破裂發(fā)生率會升高。在這里，在氮化鎵 層中的位錯密度為lX10^n^或以下的情況下，在氮化鎵層中n型摻雜 劑會分散遍及整個膜52，由此破裂發(fā)生率降低。因此，可以提高氮化 鎵膜52的制造良率。
在形成氮化鎵膜52之后，通過圖2B和2C中所示的步驟制造氮化鎵 襯底54。以這種方式制造的氮化鎵襯底54的位錯密度為lX10、m々或以 下。同樣地，在這里，在氮化鎵襯底54中破裂的發(fā)生率低。沒有精確 地說明支持上述情形的原因，但認為原因如下。n型摻雜劑通常易于集 中到接近位錯的空隙中，并且如果ii型摻雜劑集中到特定位置，則破裂 發(fā)生率會升高。在這里，在氮化鎵襯底54的位錯密度為lX10、m—2或以下的情況下，在氮化鎵襯底54中n型摻雜劑會全部分散遍及該襯底，因
此，破裂發(fā)生率降低。
在前文中，說明了用于具體化本發(fā)明的方式，但以上公開的本發(fā)
明的實施例終究是示例性的示例；本發(fā)明的范圍不限于這些實施例。
例如，代替氫化物VPE反應(yīng)器，可采用有機金屬-氫氯化物VPE反 應(yīng)器形成氮化鎵膜52。
此外，在實施例方式l中，氮化鎵膜52的表面52a可從氮化鎵膜52 的(0001)面傾斜0.03°或以上，如在實施例方式2中一樣。在該實施 中，在實施例方式1中可以獲得與實施例方式2相當(dāng)?shù)男Ч托阅堋?br> 實施例1
雖然下面根據(jù)實施例更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于 下列實施例。
圖6是示出當(dāng)在參考示例1-1和1-2以及實施例1-1至2-4中形成 GaN層時的測試結(jié)果的表格。
參考示例1-1
首先，在生長溫度(T。)為IIO(TC的情況下，將具有3.0xlO口cnV3 的硅濃度的GaN層生長到直徑為50.8mm的GaN襯底上。生長之后， 對GaN層退火6分鐘，同時該溫度以10(TC/分鐘的斜坡降溫速率從 IIOO'C降低到500'C。
GaN層的表面被制成為通過使(0001)面的法線在<11-20>方向傾 斜0.01°和在<1-100>方向上傾斜O(jiān).Or而獲得的表面。該GaN層的位錯 密度回到5.0xl07cm_2。該GaN層中的載流子濃度是lxl017cm-3 (激活率33%) 。 GaN 層中沒有出現(xiàn)破裂的百分率(即，GaN層制造良率)為68% (樣品數(shù) 100)。此外，用針式輪廓曲線儀(stylus profilometer)測量沒有出現(xiàn) 破裂的晶體的曲率半徑，結(jié)果是平均85cm。曲率半徑與晶體中的應(yīng)力 密切相關(guān)曲率半徑越小，晶體應(yīng)力越大，其中具體地，認為Fe進入 晶格間隙。應(yīng)該理解，曲率半徑表示晶體在襯底內(nèi)具有的偏軸角 (off-axis angle)的散布，并且應(yīng)該理解，曲率半徑越大，則襯底內(nèi)的 偏軸角分布減小。
參考示例1-2
除了硅濃度為5.0xl0^cm's之外，與參考示例1-1 一樣形成GaN 層。載流子濃度、激活率和良率如圖6所示。此外，沒有出現(xiàn)破裂的 晶體的曲率半徑的平均值為80cm。
實施例1-1至1-10
在實施例1-1至1-10中，對具有兩種硅濃度的GaN層改變斜坡降 溫溫度，并對該GaN層進行測試。
在實施例l-l中，除了斜坡降溫速率為50'C/分鐘，以及退火時間 為12分鐘之外，與參考示例1-1 一樣形成GaN層。載流子濃度、激活 率和良率如圖6所示。
在實施例1-2至1-10中，除了適當(dāng)改變硅濃度、斜坡降溫速率和 退火時間之外，與實施例1-1同樣形成GaN層。載流子濃度、激活率 和良率如圖6所示。
實施例2-1至2-4
在實施例2-1至2-4中，對具有兩種硅濃度的GaN層改變生長溫 度(TQ)，并對GaN層進行測試。在實施例2-1中，除了生長溫度(To)為1050'C以及退火時間為 ll分鐘之外，用與實施例l-l相似的方式形成GaN層。載流子濃度、 激活率和良率如圖6所示。
在實施例2-2至2-4中，除了適當(dāng)改變硅濃度、生長溫度(T。)和 退火時間之外，用與實施例2-l相似的方式形成GaN層。載流子濃度、 激活率和良率如圖6所示。
圖7是示出當(dāng)在實施例3-1和3-2中形成GaN層時的測試結(jié)果的 表格。
實施例3-1和3-2
在實施例3-1和3-2中，對具有兩種硅濃度的GaN層改變退火條 件，并對GaN層進行測試。
在實施例3-l中，在生長了GaN層之后，在IIO(TC的溫度下對其 進行退火，然后以10(TC/分鐘的斜坡降溫速率從UO(TC降低溫度的同 時再對其退火6分鐘，除此之外，與實施例1-1同樣地形成GaN層。 該GaN層具有圖7中所列出的載流子濃度、激活率和良率。
在實施例3-2中，除了使硅濃度達到5.0xl0"cir^之外，用與實施 例3-1相同的方式形成GaN層。載流子濃度、激活率和良率如圖7所 示。
圖8是示出當(dāng)在實施例4-1至4-54中形成GaN層時的測試結(jié)果的 表格。
實施例4-1至4-54
在實施例4-1至4-54中，對具有兩種硅濃度的GaN層改變GaN 層表面偏軸角，并對GaN層進行測試。在實施例4-1中，斜坡降溫速率是6(TC/分鐘，退火時間是10分 鐘，并且GaN層表面是其中GaN層的(0001)面的法線在<1 l-20〉方 向上傾斜0.03。的面，除此之外，用與實施例1-1相似的方式形成GaN 層。載流子濃度、激活率和良率如圖8所示。在實施例4-2至4-54中，除了適當(dāng)改變硅濃度和偏軸角之外，用 與實施例4-1相似的方式形成GaN層。載流子濃度、激活率和良率如 圖8所示。圖9是示出當(dāng)在實施例5-1至5-8中形成GaN層時的測試結(jié)果的 表格。實施例5-1至5-8在實施例5-1至5-8中，對具有兩種硅濃度的GaN層改變GaN層 位錯密度，并對GaN層進行測試。在實施例5-l中，除了斜坡降溫速率是60'C/分鐘，退火時間是10 分鐘，并且位錯密度為1.00xlO、n^之外，用與實施例l-l相似的方式 形成GaN層。載流子濃度、激活率和良率如圖9所示。在實施例5-2至5-8中，除了適當(dāng)改變硅濃度和位錯密度之外，用 與實施例5-1相似的方式形成GaN層。載流子濃度、激活率和良率如 圖9所示。圖10是示出當(dāng)在實施例6-1至6-10中形成GaN層時的測試結(jié)果 的表格。實施例6-1至6-10'在實施例6-1至6-10中，使用由多種材料構(gòu)成的襯底代替GaN襯底，并對由多種材料構(gòu)成的襯底進行測試。在實施例6-l中，藍寶石作為襯底材料，斜坡降溫速率是60'C/分 鐘，退火時間是10分鐘，并且GaN層的表面是通過將GaN層的(OOOI) 面的法線在<11-20〉方向上傾斜0.2°和在<1-100〉方向上傾斜0.2°而獲 得的面，除此之外，用與實施例1-1相同的方式形成GaN層。該GaN 層具有如圖IO所列出的載流子濃度、激活率和良率。在實施例6-2至6-10中，除了適當(dāng)改變襯底材料和偏軸角之外， 用與實施例6-1相似的方式形成GaN層。該GaN層具有如圖10所列 出的載流子濃度、激活率和良率。圖11是示出當(dāng)在參考示例2-1和2-2以及實施例11-1至12-4中 形成GaN層時的測試結(jié)果的表格。實施例7-1和7-2在實施例7-1和7-2中，除了改變偏軸角之外，用與實施例l-2和 1-7相似的方式形成GaN層。載流子濃度、激活率和良率如圖11所示。實施例8-1和8-2在實施例8-1和8-2中，除了改變偏軸角之外，用與實施例7-l和 7-2相似的方式形成GaN層。載流子濃度、激活率和良率如圖11所示。實施例9-1和9-2在實施例9-1和9-2中，除了改變斜坡降溫速率和退火時間之外， 用與實施例7-1和7-2相似的方式形成GaN層。載流子濃度、激活率 和良率如圖11所示。實施例10-1和10-2在實施例10-1和10-2中，除了位錯密度改變之外，用與實施例7-1和7-2相似的方式形成GaN層。載流子密度、激活率和良率如圖 11所示。圖12是示出當(dāng)在參考示例2-1和2-2以及實施例11-1至12-4中 形成GaN層時的測試結(jié)果的表格。參考示例2-l首先，在生長溫度(T。)為IIOO'C的情況下，在GaN襯底上生長 具有3.0xlO卩cnTS的氧濃度的GaN層。在生長了GaN層之后，對它們 退火6分鐘，同時溫度以10(TC/分鐘的斜坡降溫速率從IIO(TC降低到 500 。C。GaN層的表面被制成為通過將(0001)面的法線在<11-20>方向上 傾斜0.01°和在<1-100〉方向上傾斜0.01。而獲得的面。該GaN層位錯密 度為5,0xl0W2。在該GaN層中載流子濃度是1.2xl017cm-3 (激活率40%) 。 GaN 層中沒有出現(xiàn)破裂的百分率(即，GaN層制造良率)為69% (樣品數(shù).-100)。參考示例2-2除了氧濃度為5.0xl0^cm's之夕卜，用與參考示例2-1相似的方式形 成GaN層。該GaN層具有如圖12中所示的載流子濃度、激活率和良 率。實施例11-1至11-10在實施例11-1至11-10中，對于具有兩種氧濃度的GaN層，改變 斜坡降溫速率，并對該GaN層進行測試。在實施例11-1中，除了具有5(TC/分鐘的斜坡降溫速率和退火時間是12分鐘之外，用與參考示例2-1相似的方式形成GaN層。該GaN 層具有如圖12中列出的載流子濃度、激活率和良率。在實施例11-2至11-10中，除了氧濃度、斜坡降溫速率和退火時 間適當(dāng)變化之外，用與實施例11-1相似的方式形成GaN層。該GaN 層具有如圖12所列出的載流子濃度、激活率和良率。實施例12-1至12-4在實施例12-1至12-4中，對于具有兩種氧濃度的GaN層改變生 長溫度(TQ)，并且在該GaN層上進行測試。在實施例12-1中，除了生長溫度(TQ)設(shè)定在1050°C，以及退火 時間為11分鐘之外，用與實施例11-1相似的方式形成GaN層。載流 子濃度、激活率和良率如圖12所示。在實施例12-2至12-4中，除了適當(dāng)改變氧濃度、生長溫度(To) 和退火時間之外，用與實施例12-1相似的方式形成GaN層。該GaN 層具有如圖12所列出的載流子濃度、激活率和生產(chǎn)率。圖13是示出當(dāng)在實施例13-1和13-2中形成GaN層時的測試結(jié)果 的表格。實施例13-1和13-2在實施例13-1和13-2中，對于具有兩種氧濃度的GaN層改變退 火條件，并對GaN層進行測試。在實施例13-1中，在生長了 GaN層之后，在IIO(TC的溫度下對 其退火5分鐘，然后以100'C/分鐘的斜坡降溫速率從IIOO'C降低該溫 度，同時另外再退火六分鐘，除此之外，用與實施例11-1相似的方式 形成GaN層。載流子濃度、激活率和生產(chǎn)率如圖13所示。在實施例13-2中，除了氧濃度為5.0xl(Tcn^之外，用與實施例 13-1相似的方式形成GaN層。載流子濃度、激活率和生產(chǎn)率如圖13 所示。圖14是示出當(dāng)在實施例14-1至14-54中形成GaN層時的測試結(jié) 果的表格。實施例14-1至14-54在實施例14-1至14-54中，對于具有兩種氧濃度的GaN層改變 GaN層表面偏軸角，并對GaN層進行測試。在實施例14-1中，斜坡降溫速率是60'C/分鐘，退火時間是10分 鐘，并且GaN層的表面是通過將GaN層的(0001)面的法線在<11-20〉 方向上傾斜0.03。而獲得的表面，除此之外，用與實施例11-1相似的方 式形成GaN層。該GaN層具有圖14中所列出的載流子濃度、激活率 和良率。在實施例14-2至14-54中，除了適當(dāng)改變氧濃度和偏軸角之外， 用與實施例14-1相似的方式形成GaN層。該GaN層具有圖14中示出 的載流子濃度、激活率和良率。圖15是示出當(dāng)在實施例15-1至15-8中形成GaN層時的測試結(jié)果 的表格。實施例15-1至15-8在實施例15-1至15-8中，對于具有兩種不同氧濃度的GaN層改 變GaN層位錯密度，并對該GaN層進行測試。在實施例15-1中，斜坡降溫速率是60'C/分鐘，退火時間是10分鐘，并且位錯密度是1.0xl07cm—2，除此之外，用與實施例ll-l相似的 方式形成GaN層。載流子密度、激活率和良率如圖15所示。
在實施例15-2至15-8中，除了適當(dāng)改變氧濃度和位錯密度之外， 用與實施例15-1相似的方式形成GaN層。該GaN層具有如圖15所列 出的載流子濃度、激活率和良率。
圖16是示出當(dāng)在實施例16-1至16-10中形成GaN層時的測試結(jié) 果的表格。
實施例16-1至16-10
在實施例16-1至16-10中，利用由多種材料構(gòu)成的襯底代替GaN 襯底，并對由多種材料構(gòu)成的襯底進行測試。
在實施例16-1中，藍寶石作為襯底材料，斜坡降溫速率是60°C/ 分鐘，退火時間是10分鐘，并且GaN層的表面是通過將GaN層的 (0001)面的法線在<11-20>方向上傾斜0.2。和在<1-100〉方向上傾斜 0.2。而獲得的面，除此之外，用與實施例ll-l相似的方式形成GaN層。 該GaN層具有如圖16所列出的載流子濃度、激活率和良率。
在實施例16-2至16-10中，除了適當(dāng)改變襯底材料和偏軸角之外， 用與實施例16-1相似的方式形成GaN層。載流子濃度、激活率和良率 如圖16所示。
圖17是示出當(dāng)在實施例17-1至20-2中形成GaN層時的測試結(jié)果 的表格。
實施例17-1和17-2
在實施例17-1和17-2中，除了改變偏軸角之外，用與實施例11-2 和11-7相似的方式形成GaN層。該GaN層具有如圖17所列出的載流子濃度、激活率和良率。
實施例18-1和18-2
在實施例18-1和18-2中，除了改變偏軸角之外，用與實施例17-1 和17-2相似的方式形成GaN層。該GaN層具有如圖17所列出的載流 子濃度、激活率和良率。
實施例19-1和19-2
在實施例19-1和19-2中，除了改變斜坡降溫速率和退火時間之外， 用與實施例17-1和17-2相似的方式形成GaN層。該GaN層具有如圖 17所列出的載流子濃度、激活率和良率。
實施例20-1和20-2
在實施例20-1和20-2中，除了位錯密度改變之外，用與實施例 17-1和17-2相似的方式形成GaN層。載流子密度、激活率和良率如圖 17所示。
此外，在這些實施例1-1至20-2中，在良率和晶體曲率半徑之間 具有相互關(guān)系——也就是說，具有80%或以上良率的晶體的曲率半徑 為150cm或以上，具有84%或以上良率的晶體的曲率半徑為180cm或 以上，具有90%或以上良率的晶體的曲率半徑為260cm或以上，并且 具有95%或以上良率的晶體的曲率半徑為300cm或以上。
隨后，將說明半導(dǎo)體器件，其中，通過在由上述實施例方式1和2 制造的氮化鎵襯底54上形成氮化物半導(dǎo)體層56、 58和60而制造外延襯 底62。作為半導(dǎo)體器件，在下面引用了LED、 LD、 HEMT、肖特基二 極管和垂直MIS晶體管。
圖18是發(fā)光二極管(LED) IIO的剖視圖。如圖18所示，LED 110 包括半導(dǎo)體層，其中n型GaN層201、n型AlGaN層202、發(fā)射層(emissionlayer) 203、 p型AlGaN層204和p型GaN層205依次形成在外延襯底62的 上表面上；p側(cè)電極251,在p型GaN層205的上表面上；和n側(cè)電極252， 在外延襯底62的下表面上。
發(fā)射層203，例如，可構(gòu)造成其中層疊了多個GaN-Ino.2Gao.sN雙層 結(jié)構(gòu)的多量子阱(MQW)。
例如，以下面的方式制備LEDllO。首先，作為器件制造工藝，在 外延襯底62的上表面上通過MOCVD依次形成n型GaN層201、n型AlGaN 層202、發(fā)射層203、 p型AlGaN層204和p型GaN層205。隨后，在p型GaN 層205的上表面上形成100nm厚的p側(cè)電極251。另外，在外延襯底62的 下表面上形成n側(cè)電極252以制造LED，即LED 110。
圖19是激光二極管(LD) 120的剖視圖。如圖19B所示，LD 120 包括半導(dǎo)體層，其中n型GaN緩沖層206、 n型AlGaN覆蓋層207、 n型 GaN光波導(dǎo)層208、有源層209、未摻雜InGaN抗退化層(undoped InGaN anti-degradation layer) 210、 p型AlGaN保護層(cap layer) 211、 p型GaN 光波導(dǎo)層212、 p型AlGaN覆蓋層213和p型GaN接觸層214依次形成在外 延襯底62的上表面上；p側(cè)電極251，在p型GaN層214的上表面上；禾口n 側(cè)電極252，在外延襯底62的下表面上。
例如，以下面的方式制備LD 120。首先，作為器件制造工藝，如 圖19A所示，在外延襯底62的上表面上依次形成以下層n型GaN緩沖 層206、 n型AlGaN覆蓋層207、 n型GaN光波導(dǎo)層208、有源層209、未摻 雜lnGaN抗退化層210、 p型AlGaN保護層211、 p型GaN光波導(dǎo)層212、 p 型AlGaN覆蓋層213、 p型GaN接觸層214。接下來，在p型GaN接觸層214 的整個上表面上通過CVD形成Si02膜，然后通過光刻形成圖案。隨后， 如圖19B所示，在p型AlGaN覆蓋層213中的厚度方向上形成具有預(yù)定深 度的背脊(ridge) 215。在形成背脊251之后，移除Si02膜，然后在整 個襯下表面上形成Si02絕緣膜216。接下來，通過光刻膠(resist)圖案形成和刻蝕僅在p型GaN接觸層214的上表面上形成p側(cè)電極251。然后， 在外延襯底62的下表面上形成n側(cè)電極252。結(jié)果，制造了LD，即LD 120。
在這里，對于形成Si02膜，可使用真空氣相淀積和濺射以及其它 技術(shù)，并且對于刻蝕Si02膜，可有利地使用采用含氟刻蝕氣體的反應(yīng)離 子刻蝕(RIE)。
HEMT
圖20是高電子遷移率晶體管(HEMT) 130的剖視圖。如圖20所示， 在HEMT 130中，在外延襯底62的上表面上依次形成i型GaN層221a和i 型AlGaN層221b作為至少單層(single-lamina) IH氮化物半導(dǎo)體層221 ， 此外HEMT 130包括在i型AlGaN層221b的上表面上的源電極253、柵電 極254和漏電極255。
例如，以下面的方式制備HEMT130。作為器件制造工藝，如圖20 所示，在將i型GaN層221a和i型AlGaN層221b生長到外延襯底62的上表 面上之后，通過光刻和剝離(liftoff)技術(shù)在i型AlGaN層221b上形成源 電極253和漏電極255，然后還形成柵電極254，以制造HEMT，即HEMT 130。
肖特基二極管
圖21是肖特基二極管140的剖視圖。如圖21所示，肖特基二極 管140在外延襯底62的上表面上具有作為至少單層III氮化物半導(dǎo)體 層的n型GaN層221，并且在外延襯底62的下表面上設(shè)置有歐姆電極 256。此外，肖特基二極管140在n型GaN層221的上表面上設(shè)置有肖 特基電極257。
例如，以下面的方式制備肖特基二極管140。作為器件制造工藝， 如圖21所示，通過MOCVD在外延襯底62上生長n型GaN層221。 接下來，在外延襯底62的上表面的前部上形成歐姆電極256。另外，通過光刻和剝離技術(shù)在n型GaN層221上形成肖特基電極257。通過 這種方式，可以制造肖特基二極管，即肖特基二極管140。
垂直MIS晶體管
圖22是垂直金屬-絕緣-半導(dǎo)體(MIS)晶體管150的剖視圖。如 圖22所示，在垂直MIS晶體管150中，n型GaN層221c形成在外延 襯底26的上表面上，作為至少單層m氮化物半導(dǎo)體層221,并且在n 型GaN層22le的上表面的部分區(qū)域中形成p'型GaN層221d和n+型 GaN層221e。此外，垂直MIS晶體管150在外延襯底62的下表面上 提供有漏電極255，在n+型GaN層22le的上表面上提供有源電極253。
例如，通過下面的方式制備本發(fā)明的實施例方式的垂直MIS晶體 管150。作為器件制造工藝，如圖22所示，通過MOCVD在外延襯底 62上形成n-型GaN層221c。隨后，通過選擇性離子注入，在n—型GaN 層221c的上表面上的部分區(qū)域中依次形成p'型GaN層221d和n+型GaN 層221e。接下來，用Si02膜保護n-型GaN層221c，然后進行退火以 激活注入的離子。在通過等離子體增強化學(xué)氣相淀積(P-CVD)形成 Si02膜作為垂直MIS的絕緣膜之后，通過光刻和通過使用緩沖氫氟酸 的選擇性刻蝕刻蝕一部分垂直MIS的絕緣膜，并通過剝離技術(shù)在n+型 GaN層221e的上表面上形成源電極253。接下來，通過光刻和剝離技 術(shù)在垂直MIS的絕緣膜上形成柵電極254。此外，在外延襯底62的整 個下表面上形成漏電極255。結(jié)果，制造了垂直MIS晶體管，即垂直 MIS晶體管150。
在這里，在完成了外延生長和電極形成之后，進行半導(dǎo)體器件制 造工藝中的破裂鑒定，并通過劃線(dicing)或解理(cleavage)形成
心片o
器件評估
用下面的方式對在該半導(dǎo)體器件制造過程中所制備的半導(dǎo)體器件的性能進行評估。首先，半導(dǎo)體器件的器件特性相當(dāng)于測量每個半導(dǎo)
體器件的比較示例(即，測量LED的發(fā)光強度、LD的激光壽命以及 HEMT、肖特基二極管和垂直MIS晶體管各自的導(dǎo)通電阻)和計算這 些測量的平均值和標準誤差(T。在該基礎(chǔ)上，測量關(guān)于實施例的各個半
導(dǎo)體器件的器件特性，并且其結(jié)果為比較示例器件特性的<平均值-(7〉
或在其以上的半導(dǎo)體器件證明是合格的。對于包括在比較示例中的器
件也一樣具有<平均值-(7〉或在其之上結(jié)果的器件特性的比較示例的 半導(dǎo)體器件證明是合格的。
圖23至25是示出所制備的半導(dǎo)體器件的良率的表格。
首先，在圖23中列出了涉及參考示例3-1至4-2和實施例21-1至 22-3的半導(dǎo)體器件(LED)的良率。
參考示例3-1
在參考示例3-1中，使用在參考示例1-1中形成的GaN層制備外 延襯底，并使用該外延襯底制造半導(dǎo)體器件(LED)。半導(dǎo)體器件(LED) 的制造方法如上所述。生長期間沒有破裂發(fā)生率的GaN層的百分比 (即，GaN層制造良率)是68%。此外，在制造過程中沒有出現(xiàn)破裂 的半導(dǎo)體器件的百分比(即，半導(dǎo)體器件制造良率)是62%,并且依 據(jù)半導(dǎo)體器件性能的評價的良率是45%。因此，制備半導(dǎo)體器件的全 部過程上的總良率是19%。
參考示例3-2、 4-1和4-2
在參考示例3-2、 4-1和4-2中，除了改變使用的外延襯底之外， 用與參考示例3-l相似的方式制造半導(dǎo)體器件。在圖23中列出了 GaN
層制造良率、半導(dǎo)體器件制造良率、依據(jù)制造的半導(dǎo)體器件的性能評 價的良率和在制備半導(dǎo)體器件的全部過程上的總良率。
實施例21-1至22-3在實施例21-1至22-3中，用于制造半導(dǎo)體器件的外延襯底每個都 不同，并對該半導(dǎo)體器件進行測試。
在實施例21-1中，除了使用的襯底是利用在實施例1-5中形成的 GaN層的外延襯底之外，與參考示例3-1中一樣制造半導(dǎo)體器件。在 圖23中列出了 GaN層制造良率、半導(dǎo)體器件制造良率、關(guān)于制造的半 導(dǎo)體器件的性能評定的良率和在制備半導(dǎo)體器件的全部過程上的總良 率。
實施例21-2至22-3
在實施例21-2至22-3，除了改變使用的外延襯底之外，用與實施 例21-1相似的方式制造半導(dǎo)體器件。在圖23中列出了 GaN層制造良 率、半導(dǎo)體器件制造良率、依據(jù)制造的半導(dǎo)體器件的性能評定的產(chǎn)量 和在整個半導(dǎo)體制造過程中的總良率。
在圖24中列出了涉及參考示例5-1至6-2以及實施例23-1至24-3 的半導(dǎo)體器件(LD)的良率。
參考示例5-1
在參考示例5-1中，使用在參考示例1-1中形成的GaN層制備外 延襯底，并使用該外延襯底制造半導(dǎo)體器件(LD)。半導(dǎo)體器件(LD) 的制造方法如上所述。如上所述，在GaN層生長期間沒有破裂發(fā)生率 的百分比(即，GaN層制造良率)是68%。此外，在半導(dǎo)體器件制造 過程中沒有出現(xiàn)破裂的百分比(即，半導(dǎo)體器件制造良率)是41%, 并且依據(jù)半導(dǎo)體器件評價的良率是38。％。因此，制備半導(dǎo)體器件的全 部過程上的總良率是11%。
參考示例5-2、 6-1和6-2
在參考示例5-2、 6-l和6-2中，除了改變使用的外延襯底之外， 用與參考示例5-1相似的方式制造半導(dǎo)體器件。在圖24中列出了 GaN層制造良率、半導(dǎo)體器件制造良率、依據(jù)制造的半導(dǎo)體器件的性能評 定的良率和在整個半導(dǎo)體制造過程中的總良率。
實施例23-1至24-3
在實施例23-1至24-3中，對于半導(dǎo)體器件改變了用于半導(dǎo)體器件 制備的外延襯底，并對該半導(dǎo)體器件進行測試。
在實施例23-1中，除了使用的襯底是利用在實施例1-5中形成的 GaN層的外延襯底之外，用與參考示例5-1相似的方式制造半導(dǎo)體器 件。在圖24中列出了GaN層制造良率、半導(dǎo)體器件制造良率、依據(jù)制 造的半導(dǎo)體器件的性能評定的良率和在整個半導(dǎo)體制造過程中的總良 率。
實施例23-2至24-3
在實施例23-2至24-3中，除了改變使用的外延襯底之外，用與實 施例23-1相似的方式制造半導(dǎo)體器件。在圖24中列出了 GaN層制造 良率、半導(dǎo)體器件制造良率、依據(jù)制造的半導(dǎo)體器件的性能評定的良 率和在整個半導(dǎo)體制造過程中的總良率。
在圖25中列出了涉及參考示例7至9和實施例25至27的半導(dǎo)體 器件(HEMT、肖特基二極管和垂直MIS晶體管)的良率。
參考示例7
在參考示例7中，使用參考示例1-2中形成GaN層制備外延襯底， 并利用該外延襯底制備半導(dǎo)體器件(HEMT)。制造半導(dǎo)體器件(HEMT) 的方法如上所述。如上所述，在GaN層生長期間沒有產(chǎn)生破裂的百分 比(即，GaN層制造良率)是63%。此外，在半導(dǎo)體器件制造過程中 沒有出現(xiàn)破裂的百分比(即，半導(dǎo)體器件制造良率)是62%，并且依 據(jù)半導(dǎo)體器件性能評定的良率是66。％。因此，制備半導(dǎo)體器件的全部 過程上的總良率是26%。實施例25
在實施例25中，對于半導(dǎo)體器件改變了用于半導(dǎo)體器件制備的外 延襯底，并對該半導(dǎo)體器件進行測試。
在實施例25中，除了襯底是利用在實施例l-10中形成的GaN層 的外延襯底之外，用與參考示例7相似的方式制造半導(dǎo)體器件。在圖 25中列出了 GaN層制造良率、半導(dǎo)體器件制造良率、依據(jù)制造的半導(dǎo) 體器件的性能評定的產(chǎn)量和在整個半導(dǎo)體制造過程中的總良率。
參考示例8
在參考示例8中，使用參考示例1-2中形成GaN層制備外延襯底， 并利用該外延襯底制備半導(dǎo)體器件(肖特基二極管)。制造半導(dǎo)體器 件(肖特基二極管)的方法如上所述。如上所述，在GaN層生長期間 沒有產(chǎn)生破裂的百分比(即，GaN層制造良率)是63%。此外，在半 導(dǎo)體器件制造過程中沒有出現(xiàn)破裂的百分比(即，半導(dǎo)體器件制造良 率)是65%，并且依據(jù)半導(dǎo)體器件性能評價的良率是63%。因此，制 備半導(dǎo)體器件的全部過程上的總良率是26%。
實施例26
在實施例26中，對于半導(dǎo)體器件改變了用于半導(dǎo)體器件所制備的 外延襯底，并對該半導(dǎo)體器件進行測試。
在實施例26中，除了使用的襯底是利用在實施例1-10中形成的 GaN層的外延襯底之外，用與參考示例8相似的方式制造半導(dǎo)體器件。 在圖25中列出了 GaN層制造良率、半導(dǎo)體器件制造良率、依據(jù)制造的 半導(dǎo)體器件的性能評定的產(chǎn)量和在整個半導(dǎo)體制造過程中的總良率。
參考示例9
在參考示例9中，使用參考示例1-2中形成GaN層制備外延襯底，并利用該外延襯底制備半導(dǎo)體器件(垂直MIS晶體管)。制造半導(dǎo)體
器件(垂直MIS晶體管)的方法如上所述。如上所述，在GaN層生長 期間沒有產(chǎn)生破裂的百分比(即，GaN層制造良率)是63%。此外， 在半導(dǎo)體器件制造過程中沒有出現(xiàn)破裂的百分比(即，半導(dǎo)體器件制 造良率)是59%，并且關(guān)于制造的半導(dǎo)體器件性能評定的良率是59%。 因此，制備半導(dǎo)體器件的全部過程上的總良率是22%。
實施例27
在實施例27中，對于半導(dǎo)體器件改變了用于半導(dǎo)體器件所制備的 外延襯底，并對該半導(dǎo)體器件進行測試。
在實施例27中，除了使用的襯底是利用在實施例1-10中形成的 GaN層的外延襯底之外，用與參考示例9相似的方式制造半導(dǎo)體器件。 在圖25中列出了 GaN層制造良率、半導(dǎo)體器件制造良率、依據(jù)制造的 半導(dǎo)體器件的性能評定的產(chǎn)量和在整個半導(dǎo)體制造過程中的總良率。
如剛描述的，在上述半導(dǎo)體器件中，使用的襯底是利用通過實施 例方式1和2的形成方法形成的氮化鎵層的外延襯底，這能夠降低半 導(dǎo)體器件制造過程中破裂的產(chǎn)生率。此外，可以提高基于半導(dǎo)體器件 的質(zhì)量評定的產(chǎn)量。結(jié)果，可以提高貫穿半導(dǎo)體器件制造過程的總良 率。
僅選擇所選擇的實施例來說明本發(fā)明。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員來說，由前文的論述應(yīng)該理解，在不脫離隨附權(quán)利要求中所限定 的本發(fā)明的范圍的情況下，在這里可以進行各種變化和修改。此外， 根據(jù)本發(fā)明實施例的上文中的描述僅是為說明而提供的，并不是為了 限制由隨附權(quán)利要求及其等價物限定的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種淀積形成具有至少lX1017cm-3的載流子濃度的氮化鎵膜 的方法，該氮化鎵膜淀積方法包括在襯底上形成包含ii型摻雜劑的氮化鎵層的步驟； 加熱形成在襯底上的所述氮化鎵層的步驟。
2. 如權(quán)利要求1所述的氮化鎵膜淀積方法，其中在80(TC或以上 的溫度加熱所述氮化鎵層5分鐘或以上。
3. 如權(quán)利要求1所述的氮化鎵膜淀積方法，其中以5(TC/分鐘或 以下的斜坡降溫速率加熱所述氮化鎵層。
4. 如權(quán)利要求l所述的氮化鎵膜淀積方法，其中所述氮化鎵層的 表面從所述氮化鎵層的(0001)面以0.03°或以上的角度傾斜。
5. 如權(quán)利要求l所述的氮化鎵膜淀積方法，其中所述氮化鎵層具 有l(wèi)X10、n^或以下的位錯密度。
6. —種氮化鎵膜淀積方法，包括將具有l(wèi) X 1017cm'3或以上的載流子濃度且包括n型摻雜劑的氮化 鎵層形成到襯底上的步驟；其中所述氮化鎵層的表面從所述氮化鎵層的(0001)面以0.03°或以 上的角度傾斜。
7. 如權(quán)利要求6所述的氮化鎵膜淀積方法，其中所述氮化鎵層具 有l(wèi)X10、m'z或以下的位錯密度。
8. —種氮化鎵襯底，其特征在于所述氮化鎵襯底中的載流子濃度為1 X 1017cnT3或以上；摻有n型摻雜劑；和具有從所述氮化鎵襯底的(0001)面以0.03°或以上的角度傾斜 的表面。
9.如權(quán)利要求8所述的氮化鎵襯底，其中所述氮化鎵襯底的位錯 密度為1X107cm'2或以下。
全文摘要
提供高載流子濃度、低破裂發(fā)生率的氮化鎵襯底和形成氮化鎵膜的方法。生成其中載流子濃度為1×10¹⁷cm^-3或以上的氮化鎵膜(52)。最初，將包括n型摻雜劑的氮化鎵層(51)形成到襯底(50)上。然后，加熱形成在襯底(50)上的氮化鎵層(51)以形成氮化鎵膜(52)。
文檔編號H01L21/205GK101311379SQ200810092858
公開日2008年11月26日 申請日期2008年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月2日
發(fā)明者中畑成二 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社