專利名稱：n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶及 其制造方法。
背景技術(shù)：
由于氮化鋁(A1N)的禁帶寬度大，為6.2eV，且為直接躍遷型的半 導(dǎo)體，因此，有希望作為紫外光發(fā)光元件材料。
為了形成發(fā)光元件等半導(dǎo)體元件，需要形成如下層疊結(jié)構(gòu)，即， 在電連接于n電極的n型半導(dǎo)體層和電連接于p電極的p型半導(dǎo)體層 之間包含包覆層、活性層等的疊層結(jié)構(gòu)，從發(fā)光效率的觀點考慮，不 管是哪一層，都要求具備如下特性高結(jié)晶性，即結(jié)晶的位錯及點缺 陷少；與形成疊層結(jié)構(gòu)的氮化鋁鎵(A 1 GaN)的晶格常數(shù)差及熱膨張系數(shù) 差小；而且，從防止元件老化的觀點考慮，還要求其熱傳導(dǎo)率高。因 此，為了制作A1N系半導(dǎo)體元件而在A1N單晶襯底上形成上述層結(jié)構(gòu) 是有益的。
對A1N而言，由于均質(zhì)外延襯底的制作比較困難，因此，通常采 用使A1N單晶在藍寶石等單晶襯底上氣相成長的方法。在氣相成長法 中，作為成膜速度快的方法，已知有氫化物氣相外延(HVPE: Hydride Vapor Phase Epitaxy)法。HVPE法與分子束外延(MBE: Molecular Beam Epitaxy)法、有才幾金屬氣相夕卜延(MOVPE: Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)法相比，不容易精確地控制膜厚，因此，不適合用于半導(dǎo)體 發(fā)光元件的結(jié)晶層形成，但可以以快的成膜速度得到結(jié)晶性良好的單 晶。因此，通過利用HVPE法在藍寶石等襯底上以厚膜形成AIN單晶層 并對其進行分離，也可以制造僅由A1N單晶構(gòu)成的襯底(A1N自立式襯 底)(參照特開2OO5-252248號公報)。在制造A1N系半導(dǎo)體元件時，首先，需要在襯底上形成n型導(dǎo)電 性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層，作為形成n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的方 法，已知有利用MOVPE法形成摻雜了 Si的n型導(dǎo)電性A1N結(jié)晶層的方 法(參照特開2003-273398號公報)。另外，對于InGaN系、AlGaN系 及AlInGaN系結(jié)晶，還已知有在HVPE中形成摻雜了 Si的n型導(dǎo)電性 結(jié)晶層的方法(特開2000-91234號公報)。

發(fā)明內(nèi)容
通常認為，在A1N自立式襯底上形成n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié) 晶層時，可以應(yīng)用上述特開2003-273389號公報或特開2000-91234 號公報所述的方法。用這些方法形成n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層、 再在其上形成各種結(jié)晶層來制造A1N系半導(dǎo)體元件時，由于A1N自立
式襯底自身是絕緣性的，因此，必須利用干蝕刻等對成長層的一部分 蝕刻至n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層，在其上形成n電極。在這種 n型電極結(jié)構(gòu)中，由于其構(gòu)成為電流通路橫穿n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo) 體結(jié)晶層的結(jié)構(gòu)，因此，僅橫向延長的部分就會使電阻成分增加、引 起發(fā)熱等，從而導(dǎo)致設(shè)備特性變差。
通常認為，只要可以利用HVPE法得到包含n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo) 體結(jié)晶的自立式襯底，就可以在該襯底的背面直接形成n電極，從而 解決上述問題。但是，在將上述特開2000-91234號公報公開的方法嘗 試用于A1N系時，由于鋁原料所用的鹵化鋁和氮源所用的氨氣的反應(yīng) 與和卣化鎵的反應(yīng)相比非常快，可知在襯底上成長的A1N的均勻性顯 著變差。另外，對A1N而言，在上述特開2000-91234號公報所述的 1 ， 100。C的溫度形成膜時，得到單晶的結(jié)晶成長速度最快的情況也只有 數(shù)iam/h左右，可知無法有效地制造成為自立式襯底那樣厚的膜。而 且，還可知得到的結(jié)晶層包含有鹵素雜質(zhì)。包含有鹵素雜質(zhì)時，有可 能不僅電特性下降，而且耐久性也下降。
本發(fā)明人等以利用HVPE法得到鹵素雜質(zhì)含量少、具有良好的電特 性的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶為目的進行了深入研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不是在襯底上直接形成n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶，而是暫時 形成A1N結(jié)晶層后，在其上形成n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層，同 時使形成該結(jié)晶層時的襯底溫度為1， 200'C以上，這時不僅可以看出 提高成長速度的效果，而且結(jié)晶品質(zhì)、即結(jié)晶中所包含的位錯密度減 少，進一步卣素雜質(zhì)的含量也顯著下降。而且，對由此得到的n型導(dǎo) 電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的物性進行研究時發(fā)現(xiàn)，該n型導(dǎo)電性氮化鋁 半導(dǎo)體結(jié)晶具有基本上不吸收具有5. 9eV以下能量的光的特征，從而
完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明提供的用于解決上述課題的方法如下所述。
(1) 一種疊層體，其構(gòu)成為在單晶村底(其中，不包括氮化鋁單 晶襯底)上，依次層疊氮化鋁結(jié)晶層及包含n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié) 晶的層，其中，所述n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的Si原子含量為1 x 1018~ 5 x 102°cnf3，基本上不含卣原子，且基本上不吸收具有5.9eV 以下能量的光。
(2) —種疊層體，其構(gòu)成為在氮化鋁單晶襯底上，層疊包含n 型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的層，其中，所述n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo) 體結(jié)晶的Si原子含量為1 x 1018~ 5 x 102°cm—3，基本上不含卣原子，且 基本上不吸收具有5. 9eV以下能量的光。
(3) 用于制造上述(1)的疊層體的方法，其特征在于，包括如下工 序(A)工序，使加熱的單晶襯底(其中，不包括氮化鋁單晶襯底)與包 含Al的卣化物及含有氮原子的化合物的氣體接觸，使A1N結(jié)晶在該單 晶襯底上氣相成長，形成具有0. 5nm以上厚度的A1N結(jié)晶層；(B)工序， 將上述工序得到的表面具有氮化鋁結(jié)晶層的襯底預(yù)先加熱至1， 200°C 以上后，使其與包含Al的卣化物、含有氮原子的化合物及式 SiHxClh(式中，x為0~ 3的整數(shù))所示的化合物的氣體接觸，使摻雜 了 S i原子的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶在該村底的氮化鋁結(jié)晶層上 氣相成長。
(4) 用于制造上述(2)的疊層體的方法，其特征在于，包括如下工 序，即，將氮化鋁單晶襯底預(yù)先加熱至1，20(TC以上后，使其與包含Al的鹵化物、含有氮原子的化合物及式SiHxClh(式中，x為0 3的 整數(shù))所示的化合物的氣體接觸，使摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性氮化 鋁半導(dǎo)體結(jié)晶在該襯底上氣相成長。
(5) —種自立式襯底，其特征在于，其包含n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo) 體結(jié)晶，所述n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的Si原子含量為1 x 1018~ 5xl02°cm—3，基本上不含卣原子，且基本上不吸收具有5. 9eV以下能量 的光。
(6) 用于制造上述(5)所述的自立式襯底的方法，其特征在于，包 括如下工序(A)工序，使加熱的單晶襯底(其中，不包括氮化鋁單晶 襯底)與包含A1的卣化物及含有氮原子的化合物的氣體接觸，使A1N 結(jié)晶在該襯底上氣相成長，形成具有0. 5nm以上厚度的氮化鋁結(jié)晶層； (B，)工序，將上述工序得到的表面具有氮化鋁結(jié)晶層的襯底預(yù)先加熱 至1，20(TC以上后，使其與包含A1的卣化物、含有氮原子的化合物及 式SiHxCl"x(式中，x為0~3的整數(shù))所示的化合物的氣體接觸，在該 襯底的氮化鋁結(jié)晶層上形成摻雜了 Si原子的具有2jam以上厚度的n 型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層；以及(C)工序，由上述工序得到的表面 具有摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層的襯底分離該摻 雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層。
(7) 用于制造上述(5)所述的自立式襯底的方法，其特征在于，包 括如下工序(B，)工序，將氮化鋁單晶襯底預(yù)先加熱至1，20(TC以上 后，使其與包含A1的卣化物、含有氮原子的化合物及式SiHXh-x(式 中，x為0~ 3的整數(shù))所示的化合物的氣體接觸，在該襯底上形成摻 雜了 Si原子的具有2"m以上厚度的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層； 以及(C)工序，由上述工序得到的表面具有摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電 性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層的襯底分離該摻雜了 S i原子的n型導(dǎo)電性氮化 鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層。
(8) —種半導(dǎo)體元件，其特征在于，其含有包含n型導(dǎo)電性氮化鋁 半導(dǎo)體結(jié)晶的層，所述n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的Si原子含量為 1 x 1018~ 5 x l02°cm-3，基本上不含卣原子，且基本上不吸收具有5. 9eV以下能量的光。
(9)用于制造上述(8)的半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于，包括在 上述(5)的自立式襯底的一個面上形成半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的工序。
再有，在上述(3)及(6)的方法中，從可以可靠地得到良好的n型 導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層的觀點考慮，優(yōu)選使上述工序(A)中的襯底 溫度為1， 000 ~ 1， 150°C。


圖1是本發(fā)明使用的代表性的氣相成長裝置的概略圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的疊層體的構(gòu)成為在單晶襯底(其中，不包括氮化鋁單晶 襯底)上，依次層疊氮化鋁結(jié)晶層及包含n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶 的層，其中，所述n型導(dǎo)電性氨化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的Si原子含量為1 x 101S~ 5 x 102°cm—3,基本上不含卣原子，且基本上不吸收具有5. 9eV以 下能量的光。
作為上述單晶襯底，可以使用例如藍寶石、氮化硅、氮化鎵、氧 化鋅、硅、硼化鋯。其中，基于熱穩(wěn)定性良好、在紫外區(qū)域中的透過 性良好的理由，優(yōu)選使用藍寶石。
本發(fā)明的疊層體在上述單晶襯底和包含"Si原子含量為1 x 1018~ 5 x 102°cm—3，基本上不含卣原子，且基本上不吸收具有5. 9eV以下能量 的光的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶"(下面，也稱為本n型導(dǎo)電性氮 化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶)的層(下面，也稱為本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶 層)之間具有"氮化鋁結(jié)晶層，，(下面，也稱為中間層)。對該中間層而 言，在其上使n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶高速成長時，為了將得到 的該結(jié)晶作為本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶來得到，該中間層是必 須的。在不形成這樣的中間層時，難以利用HVPE法形成本n型導(dǎo)電性 氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層。
對構(gòu)成中間層的結(jié)晶而言，優(yōu)選在1，000 1，150。C的溫度范圍內(nèi)利用HVPE法使其成長。在該溫度區(qū)域中，適當調(diào)整作為原料的卣化鋁 和氮源氣體的供給量將成長速度調(diào)節(jié)為2~50ym/h，且調(diào)節(jié)成長時 間，由此可以使具有氮化鋁的單位晶格1層程度以上的膜厚的中間層 在襯底表面上成長。中間層的膜厚優(yōu)選為0. 5 200nm、特別優(yōu)選為5~ 1S0nm的范圍。本發(fā)明人確認，由此形成的中間層具有柱狀的結(jié)晶形 態(tài)?？梢杂迷恿︼@微鏡來觀察結(jié)晶形態(tài)。與結(jié)晶形態(tài)的因果關(guān)系尚 不明確，但可以確認如下效果，即，通過形成具有柱狀的結(jié)晶形態(tài)的 中間層，或通過同樣利用HVPE形成中間層之后馬上形成n型導(dǎo)電性 A1N層，在中間層上形成的n型導(dǎo)電性A1N層的結(jié)晶性和表面的平滑 性得以提高。中間層使用硅襯底作為上層的本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo) 體結(jié)晶層或單晶襯底時，硅原子往往由該硅村底擴散，因此，雖然往 往包含硅原子，但是其濃度通常比本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層 中的硅濃度低。
本發(fā)明的疊層體還可以沒有上述中間層，可以在氮化鋁單晶襯底 上層疊本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層而成。
對上述氮化鋁單晶襯底而言，村底自身包含氮化鋁結(jié)晶是不言而 喻的，也可以在包含氮化鋁以外的原材料的襯底上具有氮化鋁單晶層， 也可以在氮化鋁多晶襯底上具有氮化鋁單晶層。但是，從n型導(dǎo)電性 A1N層的結(jié)晶性和表面的平滑性的觀點考慮，即使在使用氮化鋁單晶 襯底的情況下，也優(yōu)選在1，000 1，15(TC的溫度范圍內(nèi)利用HVPE法 使其成長來形成中間層。
本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶為摻雜了 Si原子的氮化鋁結(jié)晶， Si原子的含量為Ixl018~5xl02°cm—3,包含基本上不含鹵原子、且基 本上不吸收具有5. 9eV以下能量的光的結(jié)晶。
本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶可以是多晶，也可以是單晶，其 為多晶體時，由于晶界作為載流子即電子的補償位置起作用而阻礙導(dǎo) 電性，因此，從作為半導(dǎo)體元件制造用的襯底的有用性方面考慮，優(yōu) 選為單晶。另外，盡管是單晶，但當單晶中存在位錯時，由于位錯作 為栽流子即電子的補償位置發(fā)揮作用而阻礙導(dǎo)電性，因此，該結(jié)晶中所含的位錯密度優(yōu)選為2xio n^以下、特別優(yōu)選為5x 1(Tcn^以下。 本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶中所含的Si原子的含量為lx 101S~ 5 x 102flcnr3。通過包含這樣的量的Si原子，可以顯示出作為n
型半導(dǎo)體的優(yōu)異的特性。通常認為這是因為，如果為如上所述的含量， 則Si原子以占據(jù)Al位置的形式被摻雜，由于Si的置換生成的電子作 為栽流子可有效地促進導(dǎo)電。從導(dǎo)電性的觀點考慮，Si原子的含量優(yōu) 選為1 x 101S~ 5 x lo2°cm—3、特別是5 x 1018~ l x io2°cnr3。再有，Si原 子的含量可以利用二次離子質(zhì)譜法(SIMS: Secondary ion mass spectrometry)進行測定。該方法是在高真空中對被測定物照射作為一 次離子的銫離子，利用質(zhì)量分析儀對被銫離子'減射的由被測定物飛來 的離子種(二次離子)進行定量，測定被測定物所含的元素的組成和濃
度分布圖。
本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶具有基本上不含有氯原子等卣原
子雜質(zhì)的特征。在此，所謂的基本上不含有鹵原子，是指鹵原子雜質(zhì) 的含量為5 x 10"cm」以下。通過抑制卣原子含量，可提高電特性，而
且耐久性也得以提高。從這些效果的觀點考慮，囟原子雜質(zhì)的含量優(yōu) 選為1 x 10"cn^以下。在本發(fā)明中，通過使用如特開2005-252248號 公報所述的那樣的裝置對襯底進行局部加熱，可實現(xiàn)1， 200。C以上的 成長溫度。這是因為，為了使高品質(zhì)的氮化鋁單晶成長，需要1,200 。C以上的高溫。
另一方面，在特開2000-91234號公報所述的方法中，通過從外部 對反應(yīng)管進行加熱，可將村底加熱至I，IO(TC，但使用該方法時，由 于成長溫度受到反應(yīng)管所使用的石英玻璃的耐熱溫度1， 100 ~ 1,200 x:的限制，因此，實際上難以得到高品質(zhì)的氮化鋁單晶。這是因為， 鋁原料所用的卣化鋁和氮源所用的氨氣的反應(yīng)與和卣化鎵的反應(yīng)相比 非?？欤虼?，在襯底表面吸附的鋁化學種的擴散不充分的狀態(tài)下， A1N在襯底上成長，其結(jié)果，所包含的位錯密度達到1(Tcm—2等級，成 為卣素雜質(zhì)混入的原因。而且，由于原料氣的反應(yīng)快，從而導(dǎo)致成長 的A1N的均勻性顯著變差。而且，得到單晶的結(jié)晶成長速度在A1N的情況下最快時也只有數(shù)Mm/h左右，用來制造自立式襯底是不充分 的。
通常認為，通過在1，20(TC以上的溫度使氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶成長， 可促進襯底表面吸附的鋁化學種的擴散，從而改善結(jié)晶品質(zhì)，除此之 外，由于村底表面的卣化鋁氣體和氮源氣體的反應(yīng)充分進行，因此， 半導(dǎo)體結(jié)晶內(nèi)基本上不含殘留的卣原子。再有，卣原子雜質(zhì)的含量可
以和Si濃度同樣地利用二次離子質(zhì)旙法進行測定。
另外，本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶具有基本上不吸收具有 5. 9eV以下能量的光的優(yōu)異特性，這種特性是在InGaN系、AlGaN系及 AlInGaN系的結(jié)晶中摻雜了 Si時無法得到的。因此，在包含本n型導(dǎo) 電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的自立襯底上形成各種結(jié)晶層來制造A1N系半 導(dǎo)體元件時，由于不吸收從元件的底面發(fā)出的光，因此，可以通過采 取使其反射等的手段來提高光強度。
在此，所謂的基本上不吸收具有5. 9eV以下能量的光是指，對于 襯底上成長的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶或n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo) 體結(jié)晶自立式襯底，利用透過法測定其在可見光區(qū)域及紫外區(qū)域、即 1. 59 ~ 5. 9eV范圍的吸收光譜，進一步用測定值、根據(jù)式I / I。 = EXP (-otL)(其中，利用本底測定除去了本底的情況)計算出吸收系數(shù)時，對 具有1.59eV以上5.9eV以下能量的光的吸收系數(shù)為5， 000cm—1以下、 優(yōu)選為2， 000cnT以下。在此，1。表示入射光的強度，I表示透射光的 強度，L表示n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶或其自立式襯底的厚度， a表示吸收系數(shù)。在測定時，優(yōu)選進行本底測定以除去被測定物表面 反射的影響，而且，在A1N的表面發(fā)生漫反射時，為了減少漫反射的 影響，可以預(yù)先進行表面研磨，在研磨困難時，可以在折射率相近的 溶劑內(nèi)設(shè)置被測定物。
另外，對本發(fā)明的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶而言，利用非接 觸電阻率測定法測定的電阻率優(yōu)選為2， 000Q cm以下、特別優(yōu)選為 100Q cm以下。非接觸電阻率測定法是利用如下原理的測定方法， 即，借助探針對被測定物施加高頻時，由于由施加高頻引起的導(dǎo)電性的被測定物的表面發(fā)生的感應(yīng)電流，回到探針的高頻發(fā)生調(diào)制。當然，
也可以在n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶上形成電極，通過進行電流-電壓測定(I-V測定)求出電阻率。
至于本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層的厚度，如果直接將本發(fā) 明的疊層體用于發(fā)光元件用的襯底，使用橫向?qū)щ娦偷陌l(fā)光元件結(jié)構(gòu) (也稱為倒裝片式(7卩少-^少:/夕4:/)),則希望優(yōu)選為2nm 以上、特別優(yōu)選為3iLim以上，從制造自立式襯底的觀點考慮，進一步 優(yōu)選使其成長為厚膜，例如20jam以上、尤其是50/am以上。
本發(fā)明的疊層體可以優(yōu)選利用如下所述的方法來制造。所述方法 包括如下工序(A)工序，使加熱的單晶襯底(其中，不包括氮化鋁單 晶襯底)與包含A1的卣化物及含有氮原子的化合物的氣體接觸，使A1N 結(jié)晶在該單晶襯底上氣相成長，形成具有0. 5nm以上的厚度的氮化鋁 結(jié)晶層(中間層)；(B)工序，將上述工序得到的表面具有A1N結(jié)晶層的 襯底預(yù)先加熱至1，20(TC以上后，使其與包含A1的卣化物、含有氮原 子的化合物及式SiHXlh(式中，x為0~3的整數(shù)。)所示的化合物的 氣體接觸，使摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶在該襯底 的氮化鋁結(jié)晶層上氣相成長(下面，稱為本發(fā)明的第l方法)。
上述工序(A)及(B)均可以利用HVPE法來進行，可以使用目前已知 的HVPE裝置，在不將試料取出到裝置外的情況下連續(xù)進行。作為HVPE 裝置，可以優(yōu)選使用上述特開2005-252248號公報的圖1所示的將襯 底部加熱到900。C ~ 1， 700'C的裝置。在同一裝置內(nèi)連續(xù)進行上述工序 (A)及(B)時，被認為或許是由于在維持(A)工序形成的中間層表面的活 性狀態(tài)的狀態(tài)下開始工序(B)的成長的緣故，可以形成具有位錯密度低 的良好的結(jié)晶性、表面平滑性優(yōu)異的本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶 層。根據(jù)這樣的理由，優(yōu)選在同一裝置內(nèi)連續(xù)進行上述工序(A)及(B)。
另外，本發(fā)明的疊層體也可以利用下述別的方法來制造。所述方 法的特征在于，包括如下(B，)工序，即，將氮化鋁單晶襯底預(yù)先加熱 至1，200。C以上后，使其與包含A1的卣化物、含有氮原子的化合物及 式SiHxCl4—x(式中，x為0~ 3的整數(shù))所示的化合物的氣體接觸，使摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶在該襯底上氣相成長(下 面，稱為本發(fā)明的第2方法)。
在本發(fā)明的第2方法中，不進行本發(fā)明的第1方法的(A)工序，使 用氮化鋁單晶村底作為襯底，進行上述工序(B，)。
下面，使用圖1所示的裝置對利用本發(fā)明的第1方法的疊層體的 制造例進行說明。
圖1所示的裝置具備包含圓筒狀石英玻璃反應(yīng)管11的反應(yīng)器主 體、配置在該反應(yīng)管11的外部的外部加熱裝置12、配置在該反應(yīng)管 11的內(nèi)部的基座13。而且，其構(gòu)成為，從反應(yīng)管11的一端供給載氣 及原料氣，從設(shè)置在另一端附近的側(cè)壁的開口部排出載氣及未反應(yīng)的 反應(yīng)氣。再有，上述外部加熱裝置12不是為了加熱襯底14，主要用 于將反應(yīng)區(qū)域的反應(yīng)氣的溫度保持在所定溫度，不是必須的。作為該 外部加熱裝置12,可以-使用例如電阻加熱式加熱器、高頻加熱裝置、 高頻感應(yīng)加熱裝置、燈加熱器等。另外，上述基座13的上面可以保持 襯底14。
在圖1所示的裝置中的原料氣供給側(cè)的反應(yīng)管中，從噴嘴"供給 用載氣稀釋了的面化鋁氣體，從噴嘴16供給用載氣稀釋的包含 SiHxCl4—x(式中，x為0 3的整數(shù)。)所示的化合物的硅源氣體。另夕卜， 以噴嘴15和噴嘴16之間的空間為流路供給用載氣稀釋了的氮源氣體。
上述卣化鋁氣體的流路通過配管和沒有圖示的"卣化鋁氣體供給 源，，接續(xù)。卣化鋁氣體可以通過使鋁金屬和卣化氫反應(yīng)來得到。也可 以象例如特開2003-303774號公報所述的那樣，將進行這樣的反應(yīng)的 反應(yīng)器設(shè)定為"卣化鋁氣體供給源，，。另外，閨化鋁氣體也可以通過 加熱卣化鋁固體本身而使其氣化來得到。這時，卣化鋁優(yōu)選使用無水 結(jié)晶、且雜質(zhì)少的物質(zhì)。當原料氣中混入雜質(zhì)時，不僅會使形成的結(jié) 晶中產(chǎn)生缺陷，而且還會導(dǎo)致電特性下降，因此，成為氣體原料的物 質(zhì)必須使用高純度品。
關(guān)于硅源氣體也是通過配管和沒有圖示的硅源氣體供給源連接。 作為硅源氣體，在本發(fā)明中，可以使用包含SiHxClh(式中，x為0-3的整數(shù)。)所示的化合物的氣體。使用SiCl^作為硅源氣體時，由于SiCL 常溫下為液體，因此，將SiCl,貯存在被稱為起泡器的金屬容器內(nèi)， 從外部使金屬容器保持在規(guī)定的溫度，使載氣在控制好內(nèi)部的SiCl4
的溫度的狀態(tài)下在金屬容器內(nèi)的液體中一邊冒泡一邊流通，由此，相
當于保持溫度的飽和蒸汽壓和流通的體積的乘積的SiCl4氣體和載氣 一起被輸送。另一方面，由于SiHxClh(式中，x為l 3的整數(shù)。)常 溫下為氣體，因此，通過利用質(zhì)量流量控制器直接調(diào)節(jié)流量來輸送。 使用SiHxCl4—x(式中，x為1~3的整數(shù)。)時，當供給的氣體濃度高時， 也可以將以氮或氬、氦等惰性氣體或氫氣為基礎(chǔ)氣體稀釋而成的氣體 預(yù)先填充在氣瓶中，利用流量調(diào)節(jié)器控制由此而成的氣體的供給量。
另 一方面，氮源氣體流路利用配管經(jīng)由流量調(diào)節(jié)裝置與沒有圖示 的"氮源氣體供給源，，連接，同時，自該流量調(diào)節(jié)裝置下游側(cè)的配管 連接有經(jīng)由流量調(diào)節(jié)裝置與載氣供給源相連接的配管，可以用載氣將 氮源氣體稀釋至所希望的稀釋倍率。作為氮源氣體，可以采用含有氮 的反應(yīng)性氣體，從成本和操作容易的觀點考慮，優(yōu)選氨氣。不管是哪 一種原料氣，根據(jù)同樣的理由，都必須使用高純度品。
作為載氣，可以使用例如氫、氮、氦或氬的單質(zhì)氣體或者它們的 混合氣體，優(yōu)選預(yù)先用精制器除去氧、水蒸汽、 一氧化碳或二氧化碳 等雜質(zhì)氣體成分。
在圖l所示的裝置中，使用用熱分解氮化硼涂敷碳發(fā)熱體而成的 復(fù)合體加熱器作為基座13，對設(shè)置在基座13上的襯底14進行加熱。 加熱器的端面具有電極部分，該基座通過電極從外部施加電力。對該 基座而言，涂敷發(fā)熱體的熱分解氫化硼對氫氣或卣化鋁氣體、氨氣、 硅源氣體的抗蝕性良好，因此，在從作為本發(fā)明的使用溫度區(qū)域的室 溫到1， 70(TC以下的溫度下，可以穩(wěn)定地使用。在本發(fā)明中，使用了 該基座，但如果是象特開2005-252248號公報所述的那樣襯底部分可 以局部加熱至1， 200'C以上，則加熱手段并不限于此。
在本發(fā)明的方法中，使用圖1所示的裝置，將襯底14的溫度保持 在比原料氣的反應(yīng)區(qū)域中的反應(yīng)容器壁的溫度高的溫度，進行氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的成長。結(jié)晶的成長可以優(yōu)選以如下所述的步驟來進行。 即，在反應(yīng)器內(nèi)的基座上固定襯底后，使載氣在反應(yīng)器內(nèi)流通， 從而使反應(yīng)器內(nèi)的氣氛變成載氣氣氛。其后，為了除去襯底表面附著 的有機物，對基座供給電力以加熱基座，或用外部加熱裝置加熱襯底，
由此將襯底保持在1， 000 ~ 1， IO(TC左右的高溫狀態(tài)IO分鐘左右(下面，
也將該處理稱為熱清洗(廿一7^夕i;一-7夕")。熱清洗結(jié)束后， 將襯底溫度調(diào)節(jié)至作為第i層的層、即中間層的成長溫度的1，000 ~
1, 15(TC后，將作為原料氣的卣化鋁及氮源氣體導(dǎo)入反應(yīng)器內(nèi)開始反
應(yīng)，利用這個順序，可以使中間層的氮化鋁結(jié)晶在襯底上成長。 如果進行規(guī)定時間的反應(yīng)、得到了所期望的厚度的中間層，則停
止卣化鋁氣體的供給，中斷成長，調(diào)節(jié)至作為第2階段的層、即n型 導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的成長溫度的1,20(TC以上的溫度、優(yōu)選 1， 200 1，70(TC的溫度，然后再次重新開始卣化鋁氣體的供給，使第 2階段的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶成長。這時，通過同時供給硅 源氣體，可以摻雜硅使n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶成長?？梢哉J為， 通過在上述的高溫區(qū)域進行第2階段的成長，可促進成長表面吸附的 原料氣的擴散，特別是第1階段成長的中間層作為第2階段成長時的 優(yōu)質(zhì)晶種(也稱為成長核)發(fā)揮作用，因此，可以呈現(xiàn)位錯減少或表面 平滑性提高等效果，使高品質(zhì)的n型導(dǎo)電性氮化鋁單晶成長。如果第 2階段的成長結(jié)束，則停止卣化鋁氣體的供給以結(jié)束成長，進行冷卻 并取出襯底即可。作為中間層的成長膜厚，如上所述，使具有0. 5咖 以上、優(yōu)選0. 5~ 200nm、更優(yōu)選5 ~ 150nm的范圍的膜厚的中間層成 長。再有，使用氮化鎵襯底或氮化鋁襯底作為襯底時，在上述熱清洗 或升溫過程中，為了防止村底材料發(fā)生熱分解，對反應(yīng)器供給氨氣， 以將升溫途中的氣氛中的氨氣分壓保持在0. OOOlatm以上為宜。
在不使中間層成長而直接在氮化鋁單晶襯底以外的襯底上進行n 型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的成長時，由于在n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo) 體結(jié)晶成長前暴露在高溫下而導(dǎo)致襯底表面粗糙的原因，成長層產(chǎn)生 了晶域結(jié)構(gòu)(卜'少O)，不僅表面的平滑性喪失，而且硅源的摻雜也不能良好地進行，因此導(dǎo)電性顯著下降。
關(guān)于反應(yīng)時的各種反應(yīng)氣、載氣的分壓和流速等條件，根據(jù)反應(yīng) 器的大小和形狀適當設(shè)定即可。通常情況下，考慮向襯底上的氮化鋁 半導(dǎo)體結(jié)晶的成長速度來確定卣化鋁氣體的供給量。將卣化鋁氣體在 標準狀態(tài)下的體積相對向襯底上所供給的所有氣體(栽氣、面化鋁氣 體、氮源氣體、硅源氣體)在標準狀態(tài)下的總體積的比例定義為卣化鋁
氣體的供給分壓時，通常選擇為1 x l(T6atm~ 1 x 10—itm的范圍?？梢?確認，摻入到n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶中的硅濃度與硅源的供給 量大致呈比例關(guān)系，因而，可以利用硅源氣體的供給量來控制。通常 優(yōu)選卣化鋁氣體的0. 000001 ~ 0. 1倍、特別是0. 00005 ~ 0. 005倍的供 給量，由于受到反應(yīng)器的形狀、氣體流動的速度或壓力的影響，因此 并不限于此。另外，至于氮源氣體的供給量，通常優(yōu)選為供給的上述 卣化鋁氣體的1~100倍、特別是1 20倍的供給量，但并不限于此。 并且體系內(nèi)的壓力可以是減壓狀態(tài)、常壓狀態(tài)、加壓狀態(tài)的任一種情 況。
另外，對本發(fā)明的第2方法而言，應(yīng)該理解為可以在與上述第1 方法的(B)工序同樣的各種條件下實施。
在本發(fā)明中，如下所述進行成長好的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié) 晶的評價。即，對電阻率而言，用非接觸方式電阻率測定器(Lehighton Electronics Inc.制LEI-1510B)來測定。對膜厚而言，根據(jù)襯底面積、 成長前后的村底的重量變化和氮化鋁的密度來算出。對位錯密度而言， 利用電場方丈射型透射電子顯孩i鏡(Philips Electoron Optics 乂>司制 TecnaiF20)，以200kV的加速電壓由樣品的上方進行平面觀察，計量 觀察到的位錯，用位錯個數(shù)除以觀察視野來算出。另外，用原子力顯 微鏡進行表面的形狀觀察。對雜質(zhì)濃度而言，使用將銫離子用作一次 離子的二次離子質(zhì)譜法，對硅及氧的雜質(zhì)量進行定量。另外，用日本 分光社制V-7300測定可見光、紫外區(qū)域中的透過、吸收光諮。
利用本發(fā)明的第1方法及第2方法得到的本發(fā)明的疊層體，可以 直接用作半導(dǎo)體元件用的襯底，也可以由該疊層體分離本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層，作成包含本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的自 立式襯底。
作為由本發(fā)明的疊層體分離本n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層的 方法，可以優(yōu)選釆用例如在形成厚膜后利用激光進行剝離的方法； 通過反應(yīng)性離子蝕刻除去成長用的基礎(chǔ)村底的方法；在界面插入Zn0 或GaN層等熱分解性物質(zhì)，在成長中從襯底層剝離的方法等。
對由此得到的自立式襯底而言，由于其自身具有n型導(dǎo)電性，因 此，可以在該自立式襯底上層疊半導(dǎo)體層來作成半導(dǎo)體元件。使用本 發(fā)明的自立式襯底制造半導(dǎo)體發(fā)光元件時，在該自立式襯底上依次層 疊n型包覆層、活性層、p型包覆層、p型電極即可。這些層的形成與 現(xiàn)有方法沒有特別的不同點，可以利用例如Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44， No. 10， 2005， pp. 7191-7206所述的那樣 的方法來進行。
使用本發(fā)明的自立式襯底制造半導(dǎo)體發(fā)光元件時，可以在自立式 襯底自身的背側(cè)直接形成n電極，作成垂直導(dǎo)電型元件。另外，由于 本發(fā)明的自立式村底透過具有5. 9eV以下能量的光，因此，還可以從 背面取出光。這時，優(yōu)選n電極為透明電極。另外，通過將n型電極 自身用作反射膜，還可以在表面?zhèn)扔行У厝〕鰜碜栽糠值陌l(fā)光。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法，可以使包含卣素雜質(zhì)的含量非常 少、電特性及耐久性高的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的層在襯底上 高速成長。其結(jié)果，從由此形成了包含n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶 的層的襯底上僅分離包含該n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的層，還可 以得到自立式襯底。而且，使用該自立式襯底制造半導(dǎo)體元件時，在 該自立式襯底的背面直接形成n電極，還可以作成以n電極和p電極
對置的方式形成的所謂垂直導(dǎo)電型的元件。在這樣的垂直導(dǎo)電型的元 件中，由于n型電極結(jié)構(gòu)中電流通路沒有橫穿n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo) 體結(jié)晶層，因此，可以降低電阻，不會因發(fā)熱等而導(dǎo)致設(shè)備特性變差。 另外，由于構(gòu)成上述自立式村底的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶相對 具有5. 9eV以下能量的光是透明的，因此，在上述垂直導(dǎo)電型元件中，除了可以從背面取出光之外，還可以通過將n型電極自身用作反射膜 在表面?zhèn)扔行У厝〕鰜碜栽糠值陌l(fā)光。而且，通過作成垂直導(dǎo)電 型，不需要橫向?qū)щ娦偷那闆r下必須的干蝕刻，因此，可以降低發(fā)光 元件的制造成本。
實施例
下面，利用實施例更詳細地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于這 些實施例。 實施例1
本實施例是使用圖1所示的反應(yīng)管使n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié) 晶成長的實施例。再有，在本實施例中，通過使設(shè)置在反應(yīng)管的上游 的金屬鋁和氯化氫氣體在50(TC反應(yīng)來產(chǎn)生三氯化鋁氣體。另外，除 了使用電阻加熱爐作為外部加熱裝置之外，使用反應(yīng)管內(nèi)具有碳發(fā)熱 體的包含熱分解氮化硼的基座，從外部對碳發(fā)熱體供給電力，由此可 以將設(shè)置在基座上的藍寶石(OOOl)襯底加熱至1,20(TC以上。進而， 使用三氯化鋁氣體作為鋁源氣體，使用氨氣作為氮源氣體，使兩者反 應(yīng)而使氮化鋁成長。另外，使用SiCL作為硅源。
首先，在反應(yīng)管內(nèi)的基座上設(shè)置藍寶石(oooi)襯底，在常壓狀態(tài) 下從噴嘴15流通氫氣3QQsccm、從噴嘴16流通氮氣6GGsccm、從噴嘴 15和噴嘴16之間的空間流通氫氣1,700sccm、合計流量2， 600sccm 作為載氣。接下來，使用外部加熱裝置從外部將反應(yīng)管加至50(TC后， 對基座施加電力加熱至1，065°C。在達到1， 065。C的狀態(tài)下保持10分 鐘，對襯底進行熱清洗。接下來,以相對總流量為5x 10、tm的供給 分壓的方式供給三氯化鋁氣體，另外，以相對三氯化鋁氣體的供 給分 壓為2. 5倍的供給分壓的方式供給氨氣，在該狀態(tài)保持5秒鐘，由此 可使作為中間層的氮化鋁結(jié)晶成長。再有，對于本實施例成長的中間 層，另外進行僅使中間層成長的實驗，利用剖面SEM確認其膜厚為 22nm。另外，使用原子力顯微鏡進行觀察的結(jié)果，確認結(jié)晶為柱狀。
使中間層成長后，僅停止三氯化鋁氣體的供給，在供給氨氣的狀態(tài)下用7分鐘將基座升溫至1， 300°C。氨氣的供給量與中間層成長時 的供給量相同。達到1，30(TC后，再次開始三氯化鋁氣體的供給，進 而供給SiCL氣體。使三氯化鋁氣體的供給量相對總流量為5 x 10-Vtm 的供給分壓、相對三氯化鋁氣體的供給分壓氨氣為2.5倍、SiCL氣體 為0. 0005倍的方式供給，在該狀態(tài)保持30分鐘，使n型導(dǎo)電性氮化 鋁半導(dǎo)體結(jié)晶成長。
進行3G分鐘成長后，停止三氯化鋁氣體及SiCh氣體的供給，通 過降低對基座施加的電力來進行降溫，接著對外部加熱裝置進行降溫。 這時，為了防止襯底上成長好的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶分解， 使氨氣在反應(yīng)管中流通至加熱裝置降至500。C的溫度。確認加熱裝置 降至室溫附近，從反應(yīng)器取出襯底。
成長好的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的膜厚為3. 9ym、成長速 度為7. 8jum/h。利用二次離子質(zhì)譜法測定的硅濃度為1 x 1019cnr3、氧 濃度為lxl019cm_3、氯濃度為1 x 10 nf3以下。由透射電子顯微鏡算 出的位錯密度為3. 4 x 109cm-2。利用非接觸電阻率測定器測定的電阻率 為63Q cm。利用原子力顯微鏡對表面進行了觀察，結(jié)果可看到原子 臺階趨于平坦化。另外，根據(jù)可見光、紫外區(qū)域中的吸收光譜，1.59~ 5. 9eV的吸收系數(shù)為1， 700cm1,因此可知5. 9eV以下的能量基本上透 過。
實施例2
該實施例為，使第2階段的成長、即n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié) 晶的成長時供給的SiCL的供給量相對三氯化鋁氣體的供給分壓為 0. 005倍，除此以外，在全部相同的步驟、相同的條件下進行n型導(dǎo) 電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的成長。
成長好的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的膜厚為5.7jam、成長速 度為11.4jam/h。利用二次離子質(zhì)譜法測定的硅濃度為lxl02°cm-3、 氧濃度為lxl019cm—3、氯濃度為1 x I018cm—3以下。由透射電子顯微鏡 算出的位錯密度為lxl(Tcnf2。利用非接觸電阻率測定器測定的電阻 率為38Q .cra。利用原子力顯微鏡對表面進行了觀察，結(jié)果可看到原子臺階趨于平坦化。另外，根據(jù)可見光、紫外區(qū)域中的吸收光譜，1. 59 ~ 5. 9eV的吸收系數(shù)為2， 100cm—、因此可知5. 9eV以下的能量基本上透 過。
實施例3
基于特開2005-252248的"實施方式1"中公開的方法，使用圖1 所示的反應(yīng)管在硅襯底上層疊厚度為130 ju m的氮化鋁外延層后，浸漬 于將50%氫氟酸、濃硝酸、98%醋酸及純水以體積比計為1:2:1:4制備 的蝕刻液中，僅溶解作為初期襯底的硅村底，得到氮化鋁自立襯底。
接著，使用上述氮化鋁自立襯底取代實施例l使用的藍寶石(0001) 村底，除此以外，在全部相同的步驟、相同的條件下進行n形導(dǎo)電性 氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的成長。
成長好的n形導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的膜厚為5. 2)am、成長速 度為10. 4nm/h。利用二次離子質(zhì)譜法測定的硅濃度為7xl0"cm—3、 氧濃度為lxl019cm—3、氯濃度為1 x I018cm—3以下。由透射電子顯微鏡 算出的位錯密度為4. 8 x 109cm—2。利用非接觸電阻率測定器測定的電阻 率為 cm。利用原子力顯微鏡對表面進行了觀察，結(jié)果可看到原
子臺階趨于平坦化。另外，根據(jù)可見光、紫外區(qū)域中的吸收光譜，1. 59~ 5. 9eV的吸收系數(shù)為1， 800cm—、因此可知5. 9eV以下的能量基本上透過。
實施例4
在實施例3中，在沒有形成中間層的情況下直接使n形導(dǎo)電性氮 化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶在氮化鋁自立襯底上成長，除此以外，同樣操作進行 n形導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層的形成。對于得到的n形導(dǎo)電性氮化 鋁半導(dǎo)體結(jié)晶，進行與實施例3同樣的評價，結(jié)果如下所述。n形導(dǎo) 電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的膜厚為4. 7Mm、成長速度為9. 4wm/h。另 外，膜中的雜質(zhì)濃度分別為硅為lxl(Tcm—3、氧濃度為1 x 1019Cm—3、 氯濃度為1 x 10"cii^以下。同樣地，位錯密度為5.8xl09cm—2。另夕卜， 電阻率為86Q cm。另一方面，用AFM觀察了表面平滑性，沒有觀測 到原子臺階，RMS為1.2認，1. 59~ 5. 9eV的吸收系數(shù)為2, 050cm—、比較例1
該比較例為，對藍寶石襯底進行熱清洗后，嘗試在沒有形成中間
層的情況下直接進行n形導(dǎo)電性氳化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的成長。熱清洗條件 及n形導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的成長條件與實施例l同樣。其結(jié)果，n 形導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的膜厚為4. 2jjffl、成長速度為8. 4jLim/h。 但是，膜中的雜質(zhì)濃度分別為硅為5x l019cm-3、氯濃度為l x 1018cm—3 以下，氧濃度為l x 102°cm-3，與沒有插入中間層的情況相比含量增多， 被認為是由于氧補償了載流子的緣故，電阻率為l()7Q'cm，沒有顯示 出導(dǎo)電性。另外，襯底的外觀為鏡面，但利用電子顯微鏡可確認表面 存在許多坑。
權(quán)利要求
1.一種疊層體，其構(gòu)成為在單晶襯底(其中，不包括氮化鋁單晶襯底)上，依次層疊氮化鋁結(jié)晶層及包含n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的層，其中，所述n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的Si原子含量為1×1018～5×1020cm-3，基本上不含鹵原子，且基本上不吸收具有5.9eV以下能量的光。
2. —種疊層體，其構(gòu)成為在氮化鋁單晶襯底上，層疊包含n型 導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的層，其中，所述n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié) 晶的Si原子含量為1 x 1018~ 5 x 102ecnr3,基本上不含卣原子，且基本 上不吸收具有5. 9eV以下能量的光。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的疊層體，其中，所述n型導(dǎo)電性氮化 鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的電阻率為2， 000Q cm以下。
4. 制造權(quán)利要求1所述層疊體的方法，其特征在于，包括如下工序(A) 工序，使加熱好的單晶襯底(其中，不包括氮化鋁單晶襯底)與 包含A1的卣化物及含有氮原子的化合物的氣體接觸，使A1N結(jié)晶在該 單晶襯底上氣相成長，形成具有0. 5nra以上的厚度的氮化鋁結(jié)晶層；(B) 工序，將上述工序得到的表面具有氮化鋁結(jié)晶層的襯底預(yù)先加 熱至1，20(TC以上后，使其與包含A1的卣化物、含有氮原子的化合物及 式SiHxCl"所示的化合物的氣體接觸，使摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性 氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶在該襯底的氮化鋁結(jié)晶層上氣相成長，其中，所述式 SiHxCl"中的x為0~ 3的整數(shù)。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，使所述工序(A)中的單晶襯底 的溫度為1， 000 ~ 1， 150。C。
6. 制造權(quán)利要求2所述層疊體的方法，其特征在于，包括(B，)工 序，即，將氮化鋁單晶村底預(yù)先加熱至1，20(TC以上后，使其與包含A1 的卣化物、含有氮原子的化合物及式SiHxCU斤示的化合物的氣體接觸， 使摻雜了 S i原子的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶在該襯底上氣相成長，其中，所述式Si!LCl4-x中的x為0~ 3的整數(shù)。
7. —種自立式襯底，其包含n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶，所述n 型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的Si原子含量為Ixl018~5xl02°cm—3,基 本上不含卣原子，且基本上不吸收具有5. 9eV以下能量的光。
8. 制造權(quán)利要求7所述自立式襯底的方法，其特征在于，包括如 下工序(A)工序，使加熱的單晶襯底(其中，不包括氮化鋁單晶襯底)與包 含A1的卣化物及含有氮原子的化合物的氣體接觸，使A1N結(jié)晶在該襯 底上氣相成長，形成具有0. 5nm以上的厚度的氮化鋁結(jié)晶層；(B，)工序，將上述工序得到的表面具有氮化鋁結(jié)晶層的襯底預(yù)先 加熱至1，20(TC以上后，使其與包含A1的囟化物、含有氮原子的化合物 及式SiHxCU斤示的化合物的氣體接觸，在該襯底的氮化鋁結(jié)晶層上形 成摻雜了 Si原子的具有2 jam以上厚度的n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶 層，其中，所述式SiHxCl4-x中的x為0~ 3的整數(shù)；以及(C)工序，由上述工序得到的表面具有摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性 氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層的襯底分離該摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性氮化鋁 半導(dǎo)體結(jié)晶層。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，使所述工序(A)中的襯底的溫 度為1, 000 ~ 1， 150X:。
10. 制造權(quán)利要求7所述自立式襯底的方法，其特征在于，包括如 下工序(B，)工序，將氮化鋁單晶村底預(yù)先加熱至1， 200。C以上后，使其與 包含Al的卣化物、含有氮原子的化合物及式SiHxCl^所示的化合物的 氣體接觸，在該襯底上形成摻雜了 Si原子的具有2lim以上厚度的n型 導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層，其中，所述式SiHxCL—x中的x為0~ 3的 整數(shù)；以及(C)工序，由上述工序得到的表面具有摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性 氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶層的襯底分離該摻雜了 Si原子的n型導(dǎo)電性氮化鋁 半導(dǎo)體結(jié)晶層。
11. 一種半導(dǎo)體元件，其特征在于，其含有包含n型導(dǎo)電性氮化鋁 半導(dǎo)體結(jié)晶的層，所述n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的Si原子含量為1 xl018~5xl02°cm—3，基本上不含卣原子，且基本上不吸收具有5JeV以 下能量的光。
12. 制造權(quán)利要求11所述半導(dǎo)體元件的方法，其特征在于，包括 在權(quán)利要求7所述的自立式襯底的一個面上形成半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的工 序。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其還包括在權(quán)利要求7所述的自立 式襯底的另一個面上形成電極層的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種為了制作垂直導(dǎo)電型AlN系半導(dǎo)體元件而有用的包含n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的自立式襯底。在藍寶石等單晶襯底上，利用HVPE法形成AlN結(jié)晶層后，使襯底溫度為1,200℃以上，然后利用HVPE法高速形成包含n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的層而得到疊層體，所述n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的Si原子含量為1×10¹⁸～5×10²⁰cm^-3，基本上不含鹵原子，且基本上不吸收具有5.9eV以下能量的光，由得到的疊層體分離包含上述n型導(dǎo)電性氮化鋁半導(dǎo)體結(jié)晶的層，得到自立式襯底。
文檔編號H01L33/00GK101605930SQ20088000124
公開日2009年12月16日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者柳裕之, 永島徹, 熊谷義直, 纐纈明伯, 高田和哉 申請人:國立大學法人東京農(nóng)工大學;株式會社德山