[发明专利]III族氮化物晶体衬底、包含外延层的III族氮化物晶体衬底、半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种III族氮化物晶体衬底、包含外延层的III族氮化物晶体衬底、半导体器件及其制造方法，并且特别是涉及一种能够优选用作用于在制作半导体器件时生长外延晶体半导体层的衬底的III族氮化物晶体衬底。

背景技术

众所周知，近年来已经制作了使用氮化物半导体晶体(例如，III族氮化物晶体)的各种器件，并且作为这样的半导体器件的典型示例，已经制作了氮化物半导体发光器件(例如，III族氮化物半导体发光器件)。

通常，在制造氮化物半导体器件的过程中，在衬底上外延生长多个氮化物半导体层(例如，III族氮化物半导体层)。而外延生长的氮化物半导体层的晶体质量受用于外延生长的衬底的表面层的状态影响，并且该质量影响包括氮化物半导体层的半导体器件的性能。因此，在使用氮化物半导体晶体作为以上这种衬底的情况下，期望至少提供外延生长基础的衬底的主表面具有平滑的形态而没有畸变。

更具体地，用于外延生长的氮化物半导体衬底的主表面一般需要经过平滑化处理和畸变去除处理。在各种化合物半导体当中，氮化镓基半导体相对硬，以至于其表面平滑化处理并不容易，并且平滑化处理之后的畸变去除处理也不容易。

美国专利No.6,596,079(专利文献1)公开了一种在衬底是由在(AlGaIn)N籽晶上通过气相外延生长的(AlGaIn)N体晶(bulk crystal)而制得的情况下形成衬底表面的方法，并且更具体地，公开了一种形成具有1nm或更低的RMS(均方根)表面粗糙度并且由于对经过机械抛光的衬底表面施行CMP(化学机械抛光)或蚀刻而不具有表面损伤的衬底表面的方法。美国专利No.6,488,767号(专利文献2)公开了一种具有通过CMP处理而获得的0.15nm的RMS表面粗糙度的Al_xGa_yIn_zN(0＜y≤1，x+y+z＝1)衬底。该CMP的处理剂包含Al₂O₃颗粒、SiO₂颗粒、pH调节剂和氧化剂。

在现有技术中，如上所述，在机械抛光GaN晶体之后施行CMP处理或干法蚀刻，从而去除由机械抛光形成的工艺引入的变质层(degradation layer)，并且形成具有经精加工的衬底表面的GaN衬底。然而，CMP处理的处理速率低，且导致成本和生产率方面的问题。此外，干法蚀刻导致表面粗糙度方面的问题。

使用CMP以及用于该方法的抛光剂的Si衬底精加工方法不适合硬质氮化物半导体衬底，并且会降低表面层的去除速度。特别是，GaN化学性稳定，并且相对耐受湿法蚀刻，因此CMP处理不容易。尽管干法蚀刻可以去除氮化物半导体表面，但其不具有在水平方向上平坦化该表面的效果，从而无法获得表面平滑化的效果。

为了在衬底的主表面上外延生长晶体质量良好的化合物半导体层，如上所述，必需使用具有晶体质量良好的表面层以及较少工艺损伤和较少畸变的衬底表面。然而，衬底的主表面要求的表面层的晶体质量并不清楚。

涉及一种氮化物晶体衬底以及使用该衬底制造的半导体器件的日本专利特开No.2007-005526(专利文献3)已提出，对于制造半导体器件，这样的氮化物晶体衬底是适合的：即其中GaN晶体或AlN晶体经过机械抛光且然后在预定条件下经过CMP，并且通过X射线衍射测量评价的晶体的表面层的均匀畸变(uniform distortion)、不均匀畸变(irregular distortion)和面取向偏差(plane orientation deviation)中的至少一项落入预定范围内，该X射线衍射测量是在改变X射线自衬底的晶体表面透入深度的同时进行的。

引用文件列表

专利文献

PTL 1：美国专利No.6,596,079

PTL 2：美国专利No.6,488,767

PTL 3：日本专利特开No.2007-005526

发明内容

本发明要解决的技术问题