[发明专利]氮化物半导体基板

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体基板。

背景技术

近年来，使用氮化物半导体(GaN、AlGaN、InAlGaN系)的发光 二极管(LED)以及半导体激光器(LD)等被广泛使用。然而，为了 谋求发光波长的短波长化，有必要在包层中使用与活性层的带间隙差 较大的AlN摩尔分数较高的AlGaN等。此外，在LD的情况下，为了 进行光的约束，需要AlN摩尔分数更高且厚度更大的包层。

然而，在用于形成这样的器件的氮化物半导体基板上，AlN摩尔 分数较高的AlGaN的晶格间距较小，与晶格间距相对较大的GaN相比， 晶格间距的差异变大。为此，若在平坦的GaN层上直接使AlGaN层结 晶生长，则由于AlGaN层与GaN层的晶格不匹配，使得在AlGaN层 内产生拉伸应力，当超过某一临界膜厚时，则产生裂纹。此外，由于 作为基底层的GaN层的晶格缺陷较多，因此也会产生诸如在GaN层上 结晶生长的AlGaN层中产生较多结晶缺陷(位错)的问题。

为了解决上述问题，开发了如图23及图24所示的专利文献1所 记载的技术。图23为氮化物半导体基板1′的平面图，图24为图23所 示的氮化物半导体基板1′的XXIV-XXIV箭头方向上的截面图。氮化物 半导体基板1′由基板2′、AlN缓冲层3′、第一GaN层4′、第二GaN层 6′、AlGaN埋入层7′构成。在第一GaN层4′的上面形成条纹的SiO₂掩 模5′的基础上，通过使第二GaN层6′选择性地生长(ELO)，第二GaN 层6′成为沿厚度方向的截面基本上为三角形状的刻面(facet)。另外， 由于结晶缺陷(位错，dislocation)沿着生长方向，因此当GaN从不存 在掩模5′的部分在掩模上进行横向生长时，第二GaN层6′中的位错也 成为沿横向的位错。在埋入生长于该第二GaN层6′上的AlGaN层7′ 的上面，虽然在与第二GaN层6′的凹凸的顶部以及凹部相对应的部分 残留有位错a′，但其它部分成为低缺陷(低位错)区域R，且可以防止 产生裂纹。

专利文献1：日本特开2005-235911号公报

发明内容

然而，在专利文献1中，抑制裂纹的防止效果依然不充分。此外， 虽然探讨了在第二GaN层6′的上面形成低温生长的AlN等中间层的结 构，然而终究不能充分防止裂纹。本发明者们经过潜心的研究发现， 在这些技术中，如图25所示，由于呈条纹状且截面基本上为三角形状 的第二GaN层6′(条纹图案)的斜面61′沿条纹延伸的方向(Y方向) 设置，因此在这里埋入生长的AlN摩尔分数高的AlGaN层7′的结晶的 横向生长向量只有与条纹延伸的方向垂直的方向(X方向)，压缩应力 作用在该方向上，从而基于第二GaN层6′和AlGaN层7′的晶格常数的 差异在AlGaN层7′内产生的伸缩应力得到缓和，然而在Y方向上则没 有得到缓和，由此在X方向上产生裂纹。

本发明者基于这样的见解，进一步深入研究的结果发现：通过在 截面为三角形状的条纹图案的斜面上形成凹凸面，使得埋入层的横向 生长向量还具有在条纹的延伸方向(Y方向)上的分量，就可以抑制 在任意方向上的裂纹，从而得到解决上述问题的本发明。即本发明的 目的在于提供一种可以防止裂纹的产生且位错密度也有能减少的氮化 物半导体基板。

本发明的氮化物半导体基板的特征在于，具备GaN系半导体层和 在GaN系半导体层上形成的由AlGaN或InGaN形成的埋入层，GaN 系半导体层具有多个突出的条纹，在条纹的两个侧面分别具有凹凸面。

换言之，该氮化物半导体基板的特征在于，具备GaN系半导体层 和埋入层，其中，GaN系半导体层在基底层上生长，沿厚度方向的截 面基本上为三角形状，且该GaN系半导体层呈周期性的条纹状，在条 纹的斜面上设置有凹凸面；埋入层形成在GaN系半导体层上且由 AlGaN或InGaN形成。其中，“基本上为三角形状”是指具有三个角部 的图形，这些角部也可以为曲线，也可以通过切掉这些角部当中的一 个角部而形成五边形的梯形。此外，如果含有基本上为三角形状的图 形，只要是将生长的前端部作为上述角部含有且具有2个边的图形， 则通过将相邻的多个三角形状在横向相连，隐藏剩下的一边的轮廓即 可。即，只要GaN系半导体的表面基本上为三角波状即可。