[发明专利]Ⅲ族氮化物半导体衬底及其生产工艺

说明书

本申请是申请日为2003年7月1日、申请号为03815842.6，发明名称为“III族氮化物半导体衬底及其生产工艺”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及III族氮化物半导体的自支持衬底及其生产工艺。

背景技术

GaN基的化合物半导体，例如，氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)和氮化镓铝(AlGaN)，作为蓝色发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的材料引起人们的注意。此外，通过利用耐热和环境抵抗力的出色特性着手对在电子设备的元件中应用GaN基的化合物半导体进行开发。

由于GaN基的化合物半导体的体晶体生长存在困难，所以难以得到能够承受实际使用负荷的由GaN制造的体衬底。到目前为止，广泛实际使用的在其上生长GaN的衬底只有蓝宝石衬底，并且该方法通常采用通过例如有机金属气相外延(MOVPE)的生长技术在单晶蓝宝石衬底上外延生长GaN。

同时，在蓝宝石衬底与GaN之间的晶格常数不同；因此，在蓝宝石衬底上直接生长GaN的情况下，不能生长其单晶膜。因此，所作出的(JP-A-63-188983)是在低温下在蓝宝石衬底上预先生长AlN或GaN缓冲层的工艺，通过使用低温生长的缓冲层导致晶格应变的缓和，然后在其上成功地生长GaN。作为缓冲层的所述低温生长的氮化物层的使用实现了GaN的单晶外延生长。但是，即使在该方法中，对于衬底与GaN晶体之间的晶格失配也没有帮助，因此，其中所得到的GaN存在大量缺陷。有人预测缺陷将在基于GaN的LD生产的道路上成为新的障碍。此外，在最近几年，作为减少由于在蓝宝石与GaN之间的晶格常数的差产生的缺陷密度的方法，存在已经报道的生长技术，例如，ELO[Appl.Phys.Lett.71(18)2638(1997)]、FIELO(Facet-initiatedEpitaxial Lateral Over-growth)[Jpn.J.Appl.Phys.38，Part 2，No.2B，L184(1999)]和pendeo epitaxy[MRS Internet J.Nitride Semicond.Res.4S1，G3.38(1999)]。结果，得到了具有显著改善的晶体质量的GaN外延晶片。

发明内容

另一方面，即使例如ELO、FIELO等的技术能够以低缺陷密度生长单晶体GaN层，对于所述外延晶片仍然要解决由于蓝宝石与GaN之间的晶格常数和热膨胀系数的差别引起的衬底弯曲的问题。当在衬底中存在弯曲时，在处理该衬底的过程中，容易引起破裂。另外，当在器件生产工艺中的例如光刻步骤中在该衬底上印(print)掩模图形时，难以在衬底的整个表面上统一调整焦距，导致在器件生产的工艺中产量降低。因此，非常需要开发缺陷密度低并且不弯曲的GaN外延衬底。相反，更需要得到其中缺陷密度低并且无弯曲的GaN体衬底，但是，由于非常难以进行大尺寸体GaN晶体的制备，所以仍然没有获得这种实际使用的衬底。