[发明专利]III族氮化物半导体自立基板及其制造方法、III族氮化物半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管(LighT Emitting Diode：LED)、激光二极管(Laser Diode：LD)等的发光装置或高电子迁移率晶体管(HighElectron Mobility Transistor：HEMT)等电子装置的结晶生长中使用的III族氮化物半导体自立基板及其制造方法以及在该基板上生长III族氮化物半导体层而成的III族氮化物半导体装置及其制造方法。 

背景技术

作为绿色、蓝色、紫外等的发光装置材料，另外，作为主要用于高输出功率用途的电子装置材料，III族氮化物半导体正受到关注。以往，报告作为装置应用的III族氮化物半导体，其基本上是在蓝宝石、4H-SiC等的异种基板上，通过低温GaN、AlN缓冲层或高温AlN缓冲层进行生长。但是，在这些异种基板上生长了III族氮化物半导体层时，由于异种基板的晶格常数与III族氮化物半导体层的晶格常数不同、或热膨胀率的不同，因而在III族氮化物半导体层中引入高密度的位错。III族氮化物半导体层中的位错作为非发光再结合中心、或杂质的扩散路径发挥作用，因此利用具有高密度位错的III族氮化物半导体制作的装置不能得到期望的特性，或者，产生特性劣化早这样的问题。 

使用由III族氮化物半导体构成的自立的单结晶基板时，可回避如上述那样由晶格不整齐或热膨胀系数的不整齐引起的问题，使用GaN自立基板形成III族氮化物半导体层的蓝紫色LD、蓝色LD等得以实用化。现在，作为最广泛使用的III族氮化物半导体自立基板的制造方法，采用以下方法：在蓝宝石、SiC、GaAs、Si等与III族氮化物半导体不同的结晶构成的种结晶基板上，使用有机金属气相生长法(MOVPE法)、卤化物气相生长法(HVPE法)、氨热合成法等，以数100μm～数cm的厚度生长III族氮化物半导体层的方法。 但是，使用以现在通常的方法制作的III族氮化物半导体自立基板时，存在所得装置的特性与基板面内的场所相比有较大不同的问题。 

作为这种III族氮化物半导体自立基板的制造方法，已知以下方法，即，在将C面作为表面的蓝宝石基板上的GaN薄膜表面蒸镀Ti，通过将其进行热处理形成GaN的空隙结构，在其上通过HVPE法以数100μm的厚度来生长将C面作为表面的GaN，由该空隙结构剥离蓝宝石基板侧(Void-AssistedSeparation：VAS法)(例如，参照非专利文献1)。另外，作为其他的制造方法，还已知在将施有形成了开口部的SiO₂掩模的(111)面作为表面的GaAs基板(立方晶)上，以数100μm的厚度生长GaN，其后除去GaAs基板的方法(例如，参照非专利文献2)。 

这些方法中，由于在异种基板上的III族氮化物半导体的结晶生长，因此接触异种基板的生长初期的结晶，位错密度变得非常高。生长初期的典型的位错密度为1×10⁹～9×10¹⁰/cm²。伴随结晶生长的进行，位错密度慢慢降低，数100μm生长后的表面的位错密度成为可制作LD的水平的1×10⁶～9×10⁶/cm²。这样，表面的位错密度充分降低后终止结晶生长，除去种结晶后，对基板的正反面实施研磨并将厚度统一至一定，根据需要整理外形，从而制造III族氮化物半导体自立基板。 

这样操作得到的III族氮化物半导体自立基板，沿基板的厚度方向位错密度慢慢变化。由于深度方向的位错密度的变化，基板内部产生变形，由该影响如图12所示在自立基板的表面的面内发生结晶取向不同的情况。在这里，图12表示规定的结晶轴(例如c轴)与表面形成的角在基板面内连续变化的情况的III族氮化物半导体自立基板的模式图。如图12表示的那样，在自立基板850的一端侧形成的角θ1、在基板的中央侧形成的角θ2、在基板的其他端侧形成的角θ3的关系为θ1＜θ2＜θ3。基板的表面与结晶轴形成的角度不同时，基板表面的梯度密度不同，因此在表面生长的III族氮化物半导体层的厚度、掺杂浓度、混晶组成等的生长特性也不同。这成为如上述那样得到的装置的特性基于基板面内的场所而很大不同的原因。 

为了消除该问题，如图13表示的那样，也考虑通过基板表面的球面研磨，实现表面的结晶取向一致的III族氮化物半导体自立基板950。但是，由于III族氮化物半导体硬，难以再现性良好、另外精度也良好地实行球面研磨。