Iii族氮化物外延基板以及其的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及III族氮化物外延基板以及其的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，通常包含Al、Ga、In等與N的化合物的III族氮化物半導(dǎo)體廣泛用于發(fā)光 元件、電子裝置用元件等。這樣的裝置的特性受III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶性的較大影響， 因此謀求用于使結(jié)晶性高的III族氮化物半導(dǎo)體生長的技術(shù)。
[0003] III族氮化物半導(dǎo)體以往通過使其在藍寶石基板上外延生長而形成。然而，存在藍 寶石基板的熱導(dǎo)率小，因此散熱性差，不適于高輸出裝置的制作的問題。
[0004] 因此，近年來，提出作為III族氮化物半導(dǎo)體的晶體生長基板，使用硅基板（Si基 板）的技術(shù)。Si基板具有與上述藍寶石基板相比散熱性高，因此適于高輸出裝置的制作， 此外，大型基板廉價，因此能夠抑制制造成本的優(yōu)點。然而，與藍寶石基板同樣地、Si基板 與III族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)不同，即便直接使III族氮化物半導(dǎo)體在該Si基板上生 長、也不能期待得到結(jié)晶性高的III族氮化物半導(dǎo)體。
[0005] 此外，直接使III族氮化物半導(dǎo)體在Si基板上生長的情況下，存在如下問題：該 III族氮化物半導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)與Si相比大，因此在從高溫的晶體生長工序冷卻至室溫 的過程中，III族氮化物半導(dǎo)體中產(chǎn)生大的拉伸應(yīng)變，由此引起Si基板翹曲，與此同時III 族氮化物半導(dǎo)體中產(chǎn)生高密度的裂紋。
[0006] 因此，專利文獻1中公開了如下的技術(shù)，通過在Si基板與III族氮化物半 導(dǎo)體之間，設(shè)置交替地分別層疊多層包含AlxGai_xN(0. 5 <X< 1)的第1層和包含 AlyGai_yN(0. 01彡y彡0. 2)的第2層而成的A1N系超晶格緩沖層，從而在Si基板上制造結(jié) 晶性高、并且防止了裂紋的產(chǎn)生的III族氮化物半導(dǎo)體。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :日本特開2007-67077號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的問題
[0011] 專利文獻1中，提及通過形成氮化物半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)，從而防止在其上的III族 氮化物半導(dǎo)體層（主層疊體）中的裂紋的產(chǎn)生。然而，根據(jù)本發(fā)明人等的研宄，確認到如下 情況：對于Si基板形成如專利文獻1那樣的以往的超晶格層疊體，在其上形成包含III族 氮化物半導(dǎo)體層的主層疊體時，所得到的III族氮化物外延基板會發(fā)生Si基板側(cè)凹陷、主 層疊體側(cè)凸起的大的翹曲。需要說明的是，關(guān)于III族氮化物外延基板的翹曲，以下將Si 基板側(cè)凹陷、主層疊體側(cè)凸起而翹曲的情況稱為"向上側(cè)凸起地翹曲"，與之相對，將Si基 板側(cè)凸起、主層疊體側(cè)凹陷而翹曲的情況稱為"向下側(cè)凸起地翹曲"。發(fā)生這種大的向上側(cè) 凸起的翹曲的情況下，給裝置形成工序中對于主層疊體的正確的加工造成障礙，存在產(chǎn)生 裝置不良的可能性，因此成為問題。
[0012] 此外，還謀求提高III族氮化物外延基板的縱向耐壓。
[0013] 因此，本發(fā)明鑒于上述問題，目的在于提供減少形成主層疊體后的翹曲、并且提高 縱向耐壓的III族氮化物外延基板以及其的制造方法。
[0014] 用于解決問題的方案
[0015] 可以達成該目的的本發(fā)明的III族氮化物外延基板的特征在于，具有：Si基板；與 該Si基板連接的初期層；和形成于該初期層上、交替地層疊包含AlaGa^MO.SKa<1)的 第1層以及包含AlpGagNOKe<0. 5)的第2層而成的超晶格層疊體，前述第2層的A1 組成比0越遠離前述Si基板越逐漸增加。
[0016] 本發(fā)明中，優(yōu)選的是，前述超晶格層疊體具有多個超晶格層，所述超晶格層是由前 述第1層和A1組成比0固定的前述第2層交替層疊而成的，對于前述第2層的A1組成比 0，越遠離前述Si基板的位置的超晶格層的0越大。
[0017] 此外，距前述Si基板最近的前述第2層的A1組成比x與距前述Si基板最遠的前 述第2層的A1組成比y之差y-x優(yōu)選為0. 02以上。
[0018] 此外，前述第1層優(yōu)選為A1N。
[0019] 此外，優(yōu)選的是，前述初期層包含A1N層和該A1N層上的A1ZG&1_ZN層（0〈z〈l)，該 AlzGa^N層的A1組成比z大于距前述Si基板最遠的前述第2層的A1組成比y。
[0020] 在前述超晶格層疊體上，優(yōu)選還具有通過使至少包含AlGaN層以及GaN層這2層 的III族氮化物層外延生長從而形成的主層疊體。
[0021] 前述主層疊體形成后的翹曲量優(yōu)選為以下的式（1)的值以下。
[0022] (x/6)2X50ym? ? ? (1)
[0023] 其中，x設(shè)為前述Si基板的英制尺寸。即，前述Si基板為6英寸時，前述主層疊 體形成后的翹曲量優(yōu)選為50ym以下。
[0024] 本發(fā)明的III族氮化物外延基板的制造方法的特征在于，具有：在Si基板上形成 與該Si基板連接的初期層的第1工序，和在該初期層上形成超晶格層疊體的第2工序，所 述超晶格層疊體是由包含AlaGai_aN(0. 5〈a<1)的第1層和包含AlpGa^NOKe<0. 5) 的第2層交替層疊而成的，在前述第2工序中，使前述第2層的A1組成比0越遠離前述Si 基板越逐漸增加。
[0025] 發(fā)明的效果
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，第2層的A1組成比0越遠離前述Si基板越逐漸增加，從而減少形 成主層疊體之后的翹曲、并且可以得到提高了縱向耐壓的III族氮化物外延基板。
【附圖說明】
[0027] 圖1為基于本發(fā)明的III族氮化物外延基板10的示意截面圖。
[0028] 圖2為基于本發(fā)明的其它的III族氮化物外延基板20的示意截面圖。
[0029] 圖3為說明翹曲量（S0RI)的定義的基板的示意截面圖。
【具體實施方式】
[0030] 以下，邊參考附圖邊更詳細地說明本發(fā)明。需要說明的是，在本說明書中，對于作 為本發(fā)明的實施方式的2個III族氮化物外延基板中共通的構(gòu)成要素，原則上對下1位數(shù) 賦予相同的參考編號，省略說明。此外、基板的示意截面圖是為了方便說明而相對于Si基 板夸張地描繪了各層的厚度的圖。此外，在本說明書中，簡記為"AlGaN"的情況，意味著III 族元素（Al、Ga的總計）與N的化學組成比為1 :1、111族元素A1與Ga的比率是不定的任 意的化合物。此外，將該化合物的III族元素中的A1的比例稱為"A1組成比"。
[0031] (實施方式1 :III族氮化物外延基板10)
[0032] 對于作為本發(fā)明的一實施方式的III族氮化物外延基板10,如圖1所示，具有Si 基板11、和形成于該Si基板11上的緩沖層12。并且，在該緩沖層12上可以具有使III 族氮化物層外延生長從而形成的主層疊體13。緩沖層12具有與Si基板11連接的初期層 14,和形成于該初期層14上、交替地層疊包含AlaGai_aN(0. 5〈a彡1)的第1層以及包含 AlpGagMCKe<0.5)的第2層而成的超晶格層疊體15。本實施方式中，超晶格層疊體15 具有第1超晶格層15A以及第2超晶格層15B的這2層的超晶格層，所述第1超晶格層15A 例如為交替地層疊包含A1N的第1層15A1 (a= 1)以及包含A1組成比0取固定值0. 10 的AU%.，的第2層15A2而成的第1超晶格層15A，所述第2超晶格層15B例如為交替 地層疊包含A1N的第1層15Bl(a=1)以及A1組成比0取固定值0. 15的AlQ.15GaQ. 85N的 第2層15B2而成的第2超晶格層15B。
[0033] Si基板11為Si單晶基板，面方位沒有特別指定，可以使用（111)、（100)、（110) 面等，為了使III族氮化物的（〇〇〇1)面生長，（110)、（111)面是理想的，進而，為了表面平 坦性良好地生長，期望使用（111)面。此外，傳導(dǎo)型也可以任意設(shè)為P型、n型，可以應(yīng)用于 0.001~100000D*011的各種電阻率。此外，Si基板內(nèi)也可以包含除目的為控制導(dǎo)電性以 外的雜質(zhì)（C、0、N、Ge等）。