專利名稱：半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體基板及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體基板及它們的制造方法。特別是涉及包含晶格缺陷被抑制了的Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體裝置。
近年，使用了Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體(例如GaN類化合物半導(dǎo)體)的藍(lán)色半導(dǎo)體激光元件和高速動作晶體管等的研究開發(fā)正在積極進(jìn)行。
圖18表示包含Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體層的以往的半導(dǎo)體裝置剖面構(gòu)造。為了清楚地表示構(gòu)造，這里省略了剖面的剖面線。
圖18所示的半導(dǎo)體裝置是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體激光元件，在此半導(dǎo)體裝置中，在藍(lán)寶石基板1上依次形成有由GaN組成的中間層2、n型GaN層3、n型AlGaN包覆層4、n型GaN光導(dǎo)層5、非摻雜InGaN活性層6、p型GaN光導(dǎo)層7、第1p型AlGaN包覆層8、帶有開口部9的電流狹窄層10、第2p型AlGaN包覆層11及p型GaN接觸層12。還有，在n型GaN層3的暴露面上裝有n型電極13，另一方面，在p型GaN接觸層12上裝有p型電極14。還有，中間層2被設(shè)計成用于緩和藍(lán)寶石基板1和n型GaN層3之間的晶格不匹配并使晶體生長容易，因此，與半導(dǎo)體元件的動作沒有直接關(guān)系。
此半導(dǎo)體裝置的非摻雜InGaN活性層6是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的，因此，通過在n型電極13及p型電極14上施加規(guī)定的電壓可以把此半導(dǎo)體裝置用作以藍(lán)色的光振蕩的激光元件。但是，在此以往的半導(dǎo)體裝置中，如圖18所示，晶格缺陷15(例如，貫通轉(zhuǎn)移)以筋狀存在于n型GaN層3中。晶格缺陷15隨著n型GaN層3及n型AlGaN包覆層4等的晶體生長也向上方生長，由此導(dǎo)致在起半導(dǎo)體激光元件的激活區(qū)作用的非摻雜InGaN活性層6上的電流狹窄層10的開口部9上也存在晶格缺陷15。
當(dāng)在需要象半導(dǎo)體激光元件那樣的高電流注入的半導(dǎo)體裝置的情況下存在晶格缺陷15時，從晶格缺陷15的部分開始老化，使半導(dǎo)體裝置的壽命和可靠性顯著降低。還有，不僅在圖18所示的半導(dǎo)體激光元件的活性層的情況下，在比如高速動作的晶體管元件的柵極區(qū)也有晶格缺陷存在的問題。當(dāng)在柵極區(qū)存在晶格缺陷時，載流子的移動速度降低，因此，半導(dǎo)體晶體管元件的性能降低。這樣，在半導(dǎo)體激光元件的活性層或晶體管的柵極區(qū)等起半導(dǎo)體元件的激活區(qū)作用的部分上存在的晶格缺陷成為半導(dǎo)體元件的性能劣化的原因。
最近，有些用于得到抑制晶格缺陷的氮化物半導(dǎo)體層的技術(shù)被提出。例如，提出這樣的技術(shù)，在藍(lán)寶石基板上形成帶有開口部的氧化硅屏蔽層(SiO2屏蔽層)，然后，用MOCVD法使GaN層橫向生長(側(cè)向生長)，得到晶格缺陷少的氮化物半導(dǎo)體層(參照例如特開平11-312825號公報、特開平11-340508號公報、特開2000-21789號公報等)。還有，本發(fā)明申請者還提出了在藍(lán)寶石基板上形成了表面上設(shè)有階差(例如條紋狀的槽)的GaN層后通過在其上沉積氮化物半導(dǎo)體層得到晶格缺陷少的氮化物半導(dǎo)體層(例如參照特開2000-156524號公報)。
但是，在使用前者的SiO2屏蔽層的技術(shù)中，雖然可以得到晶格缺陷被抑制了的氮化物半導(dǎo)體層，但會在半導(dǎo)體裝置中留下SiO2屏蔽層。與氮化物半導(dǎo)體層相比，SiO2屏蔽層其導(dǎo)熱系數(shù)低，因此，如果在半導(dǎo)體裝置中留著SiO2屏蔽層，則半導(dǎo)體裝置的散熱性變差，由此導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的可靠性下降。還有，除了形成氮化物半導(dǎo)體層的工序之外還必須另外進(jìn)行形成SiO2屏蔽層的工序，因此，制造工序變得復(fù)雜了。另一方面，在后者的本發(fā)明申請者提出的技術(shù)中，沒用SiO2屏蔽層，因此，可以回避半導(dǎo)體裝置的散熱性變差等的問題，但如果為了抑制晶格缺陷而使用了條紋狀的槽，則難以減少沿著條紋方向上的晶格缺陷。
本發(fā)明就是根據(jù)這些問題而成的，其主要目的在于提供進(jìn)一步減少晶格缺陷的半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體基板以及它們的制造方法。
基于本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備有在表面上設(shè)置了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的基板和至少借助于來自上述凹陷的內(nèi)表面的晶體生長在上述基板的上述表面上形成的半導(dǎo)體層。
在某實施例中，上述凹陷至少包含不與上述基板的上述表面平行的相互連接的2片內(nèi)表面，上述2片內(nèi)表面和與上述表面平行的面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60°或120°。
在某實施例中，上述凹陷的上述形狀為大致正三角形或大致正六邊形。
在某實施例中，上述基板由具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層構(gòu)成，上述凹陷被設(shè)在該半導(dǎo)體層的表面上。
在某實施例中，構(gòu)成上述基板的上述半導(dǎo)體層和形成于上述基板的上述表面上的上述半導(dǎo)體層都是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的。
在某實施例中，上述凹陷的上述內(nèi)表面是面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面。
在某實施例中，上述n為1。
在某實施例中，多個上述凹陷被設(shè)在上述基板的上述表面上。
在某實施例中，至少包含活性層的多個半導(dǎo)體層被形成于上述基板上。
基于本發(fā)明的其他半導(dǎo)體裝置具備有在表面上設(shè)有凸起的基板和至少借助于來自上述凸起的側(cè)表面的晶體生長在上述基板的上述表面上形成的半導(dǎo)體層，上述凸起至少包含不與上述基板的上述表面平行的相互連接的2片側(cè)表面，上述2片側(cè)表面和與上述主面平行的面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60°或120°。
在某實施例中，上述基板由具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層構(gòu)成，上述凸起被設(shè)在該半導(dǎo)體層的表面上。
在某實施例中，構(gòu)成上述基板的上述半導(dǎo)體層和形成于上述基板的上述表面上的上述半導(dǎo)體層都是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的。
在某實施例中，上述凸起的上述側(cè)面是面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面。
在某實施例中，上述n為1。
在某實施例中，多個上述凸起被設(shè)在上述基板的上述表面上。
在某實施例中，至少包含活性層的多個半導(dǎo)體層被形成于上述基板上。
基于本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括準(zhǔn)備在表面上設(shè)置了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的基板的工序和在上述基板的上述表面上形成具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層的工序。
基于本發(fā)明的其他的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括準(zhǔn)備基板的工序、在上述基板的表面上形成從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的工序和在上述基板的上述表面上形成具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層的工序。
在某實施例中，形成上述凹陷的工序被執(zhí)行，使得面方位為(1，-1，0，1)的面或與此等價的面成為上述凹陷的內(nèi)表面。
在某實施例中，形成上述凹陷的工序是在以(0，0，0，1)面為主面的上述基板的上述主面上形成上述凹陷的底面形狀為正三角形或正六邊形的凹陷的工序。
在某實施例中，形成上述半導(dǎo)體層的工序是以上述凹陷的內(nèi)表面為晶體生長面形成半導(dǎo)體層的工序。
在某實施例中，形成上述半導(dǎo)體層的工序包括在與上述凹陷的上述內(nèi)表面垂直的方向上使上述半導(dǎo)體層晶體生長的工序。
在某實施例中，是以上述凹陷的內(nèi)表面為晶體生長面形成半導(dǎo)體層的工序。
在某實施例中，形成上述半導(dǎo)體層的工序包括在與上述凹陷的上述內(nèi)表面垂直的方向上使上述半導(dǎo)體層晶體生長的工序。
在某實施例中，形成上述半導(dǎo)體層的工序是形成由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
在某實施例中，用有機(jī)金屬氣相生長法形成由上述Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層。
在某實施例中，準(zhǔn)備上述基板的工序是準(zhǔn)備在藍(lán)寶石基板之上形成由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的基板的工序，形成上述凹陷的工序是在由上述Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的表面上形成上述凹陷的工序。
基于本發(fā)明的半導(dǎo)體基板具備有在表面上設(shè)置了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的基板和至少借助于來自上述凹陷的內(nèi)表面的晶體生長在上述基板的上述表面上形成的半導(dǎo)體層。
在某實施例中，上述凹陷至少包含不與上述基板的上述表面平行的相互連接的2片內(nèi)表面，上述2片內(nèi)表面和與上述表面平行的面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60°或120°。
在某實施例中，上述凹陷的上述形狀為大致正三角形或大致正六邊形。
在某實施例中，上述基板由具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層構(gòu)成，上述凹陷被設(shè)在該半導(dǎo)體層的表面上。
在某實施例中，構(gòu)成上述基板的上述半導(dǎo)體層和形成于上述基板的上述表面上的上述半導(dǎo)體層都是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的。
在某實施例中，上述凹陷的上述內(nèi)表面是面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面。
在某實施例中，上述n為1。
在某實施例中，多個上述凹陷被設(shè)在上述基板的上述表面上。
基于本發(fā)明的其他半導(dǎo)體裝基板具備有在表面上設(shè)有凸起的基板和至少借助于來自上述凸起的側(cè)表面的晶體生長在上述基板的上述表面上形成的半導(dǎo)體層，上述凸起至少包含不與上述基板的上述表面平行的相互連接的2片側(cè)表面，上述2片側(cè)表面和與上述主面平行的面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60°或120°。
在某實施例中，上述基板由具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層構(gòu)成，上述凸起被設(shè)在該半導(dǎo)體層的表面上。
在某實施例中，構(gòu)成上述基板的上述半導(dǎo)體層和形成于上述基板的上述表面上的上述半導(dǎo)體層都是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的。
在某實施例中，上述凸起的上述側(cè)面是面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面。
在某實施例中，上述n為1。
在某實施例中，多個上述凸起被設(shè)在上述基板的上述表面上。
基于本發(fā)明的半導(dǎo)體基板的制造方法包括準(zhǔn)備晶體生長用基板的工序、在上述晶體生長用基板上沉積具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的第1半導(dǎo)體層的工序、通過對上述第1半導(dǎo)體層的一部分進(jìn)行蝕刻使面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面外露的工序、在上述外露工序后在上述第1半導(dǎo)體層的表面上沉積具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的第2半導(dǎo)體層的工序。
在某實施例中，上述外露工序包括在上述第1半導(dǎo)體層上設(shè)置從基板的法線方向看具有大致正三角形或大致正六邊形的開口部的抗蝕模樣的工序、以上述抗蝕模樣為掩模對上述第1半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻并形成以面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面為內(nèi)表面的凹陷的工序。
在某實施例中，上述抗蝕模樣各自帶有等間隔排列的多個上述開口部。
在某實施例中，上述外露工序包括在上述第1半導(dǎo)體層上設(shè)置從基板的法線方向看具有大致正三角形或大致正六邊形的開口部的抗蝕模樣的工序、以上述抗蝕模樣為掩模對上述第1半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻并形成以面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面為側(cè)表面的凸起的工序。
在某實施例中，上述抗蝕模樣分別為等間隔排列的多個上述抗蝕模樣。
基于本發(fā)明的其他半導(dǎo)體基板的制造方法包括形成在表面上帶有了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的基板的工序、在上述基板的上述表面上形成具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層的工序和通過除去上述基板取出上述半導(dǎo)體層的工序。
在某實施例中，上述凹陷是以面方位為(1，-1，0，1)的面或與此等價的面為上述凹陷的內(nèi)表面的凹陷。
在某實施例中，上述凹陷是在以(0，0，0，1)面為主面的上述基板的主面上具有正三角形或正六邊形的底面的凹陷。
基于本發(fā)明的另外其他半導(dǎo)體基板的制造方法包括在表面上形成帶有凸起的基板的工序、在上述基板的上述表面上形成具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層的工序和通過除去上述基板取出上述半導(dǎo)體層的工序。
在某實施例中，上述凸起是以面方位為(1，-1，0，1)的面或與此等價的面為上述凸起的側(cè)表面的凸起。
在某實施例中，上述凸起是在以(0，0，0，1)面為主面的上述基板的主面上具有正三角形或正六邊形的底面的凸起。
在某實施例中，形成上述半導(dǎo)體層的工序是形成由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
在某實施例中，用氫化物氣相生長法形成由上述Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層。
在某實施例中，形成上述基板的工序包括準(zhǔn)備藍(lán)寶石基板的工序和在上述藍(lán)寶石基板之形成表面上帶有上述凹陷的由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
在某實施例中，形成上述基板的工序包括準(zhǔn)備藍(lán)寶石基板的工序和在上述藍(lán)寶石基板之形成表面上帶有上述凸起的由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
下面對附圖進(jìn)行簡單說明。
圖1為用于說明與基于本發(fā)明的實施例1的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的圖。
圖2A至C為用于說明與實施例1的制造方法的工序圖。
圖3A及B為用于說明與實施例1的制造方法的工序圖。
圖4為用于說明與實施例1的制造方法的工序圖。
圖5A至C為表示借助于電子顯微鏡觀察半導(dǎo)體層102及103的剖面構(gòu)造的結(jié)果的剖面圖。
圖6為表示半導(dǎo)體層103上的缺陷的樣子的構(gòu)成圖。
圖7為用于說明與基于本發(fā)明的實施例2的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的圖。
圖8A至C為用于說明與實施例2的制造方法的工序圖。
圖9A至C為表示借助于電子顯微鏡觀察半導(dǎo)體層202及203的剖面構(gòu)造的結(jié)果的剖面圖。
圖10為用于說明與基于本發(fā)明的實施例3的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的圖。
圖11為用于說明與基于本發(fā)明的實施例4的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的圖。
圖12為表示與實施例3的構(gòu)成的變化例的俯視圖。
圖13為表示與實施例4的構(gòu)成的變化例的俯視圖。
圖14為表示與實施例5的半導(dǎo)體激光裝置的剖面圖。
圖15為表示與實施例5的半導(dǎo)體激光裝置的變化例的剖面圖。
圖16A至C為用于說明與實施例6的半導(dǎo)體基板的制造方法的工序剖面圖。
圖17為用于說明與實施例6的半導(dǎo)體基板的制造方法的變化例的表示晶體生長條件的曲線圖。
圖18為以往的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖中，101、201藍(lán)寶石基板，102、202第1半導(dǎo)體層，103、203第2半導(dǎo)體層，104凹陷，105、106、107、205、206、207側(cè)表面，108底面，109、209缺陷，204凸起，208上表面。
實施發(fā)明的最佳樣例下面一邊參照附圖一邊對基于本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。還有，本發(fā)明并不限于以下的實施例。
實施例1下面一邊參照圖1至圖6一邊對基于本發(fā)明的實施例1進(jìn)行說明。圖1在模式上表示與實施例1相關(guān)的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。圖1所示的半導(dǎo)體裝置具備有在表面上設(shè)置了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷104的基板102和借助于來自凹陷104的內(nèi)表面(105、106、107)的晶體生長在基板102的表面上形成的半導(dǎo)體層103。半導(dǎo)體層103是借助于來自凹陷104的內(nèi)表面(105等)的晶體生長而形成的，因此，半導(dǎo)體層103中的缺陷(晶格缺陷)朝凹陷104的中心方向集中。也就是說，因半導(dǎo)體層103在與基板102的法線方向不同的方向上(例如與凹陷104的內(nèi)表面垂直的方向上)進(jìn)行晶體生長，因此，半導(dǎo)體層103的缺陷集中了，由此導(dǎo)致半導(dǎo)體層103的缺陷密度減少。在此缺陷密度減少了的半導(dǎo)體層103成為半導(dǎo)體元件的激活區(qū)(半導(dǎo)體激光元件的活性層或半導(dǎo)體晶體管元件的柵極區(qū)等)的情況下，可以實現(xiàn)高可靠性及高性能的半導(dǎo)體裝置(半導(dǎo)體激光裝置、半導(dǎo)體集成電路裝置等)。還有，在圖1中沒表示構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的具體的元件，但那樣的元件可以用眾所周知的技術(shù)制作。
在本實施例中的凹陷(或凹部)104由相互連接的內(nèi)表面105、106、107構(gòu)成。各內(nèi)表面105、106、107不與基板102的表面(主面)平行且內(nèi)表面105、106、107之中的2片內(nèi)表面與基板102的表面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60°。通過設(shè)成60°的夾角可以使內(nèi)表面105、106、107的結(jié)晶性變好，并可以使在基板102上形成的半導(dǎo)體層103的結(jié)晶性變好。由圖1可知，從基板的法線方向看到的凹陷104的形狀為正三角形。還有，基板102的表面(主面)為平面，因此，成為基板102的主面上的凹陷104的輪廓的三角形的三個角的大小各為60°。
設(shè)有凹陷104的基板102由具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層構(gòu)成，在本實施例中，基板102為由以(0，0，0，1)面為主面的六方晶的GaN組成的第1半導(dǎo)體層102。第1半導(dǎo)體層102的厚度為2．0μm，第1半導(dǎo)體層102的凹陷104的深度為1．0μm。第1半導(dǎo)體層102的主面上凹陷104的輪廓(正三角形)的一邊長為1．5μm，凹陷104的內(nèi)表面105、106、107面方位分別為(1，-1，0，1)、(0，1，-1，1)及(-1，0，1，1)。這些面方位各自在六方晶的結(jié)晶構(gòu)造中等價的面方位。(1，-1，0，1)及與此等價的面方位的面為凹陷104的內(nèi)表面(側(cè)表面)，由此，至少可以使從凹陷104的內(nèi)表面進(jìn)行晶體生長而在第1半導(dǎo)體層102上所形成的第2半導(dǎo)體層103的結(jié)晶性變好。面方位(0，0，0，1)的面位于凹陷104的底面。
還有，在本說明書中，用“-1”取代在表示面方位或結(jié)晶方位時通常所用的“1杠”，還有，把(1，-1，0，1)及與此等價的面方位總稱為{1，-1，0，1}。
在本實施例中，第1半導(dǎo)體層(GaN層)102設(shè)在作為晶體生長用基板的藍(lán)寶石基板101上，凹陷104的底面108與藍(lán)寶石基板101的上表面平行。位于第1半導(dǎo)體層102之上的第2半導(dǎo)體層103由Al0．1Ga0．9N構(gòu)成，第2半導(dǎo)體層103的厚度為1．0μm。雖然沒在圖中表示，但在藍(lán)寶石基板101和第1半導(dǎo)體層102之間形成有由非摻雜GaN組成的中間層(厚度50nm左右)。
根據(jù)本實施例，第2半導(dǎo)體層103是由位于設(shè)在第1半導(dǎo)體層102上的凹陷104的內(nèi)部的3片側(cè)表面105、106及107的晶體生長而形成的，因此，第2半導(dǎo)體層103在與第1半導(dǎo)體層102的主面的法線方向不同的方向上進(jìn)行晶體生長并使得缺陷集中在一個地方，其結(jié)果可以使在3片側(cè)表面105、106及107的上部的第2半導(dǎo)體層103的缺陷密度減少。
下面一邊參照圖2A-C一邊說明與本實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置制造方法。
首先，如圖2A所示，用有機(jī)氣相金屬外延生長法(以下稱為MOVPE法)在藍(lán)寶石基板101上形成第1半導(dǎo)體層102。
其次，如圖2B所示，在第1半導(dǎo)體層102之上放置具有正三角形的開口部的抗蝕模樣(未圖示)并以此抗蝕模樣為掩模進(jìn)行干式蝕刻。借助于此干式蝕刻使得位于掩模開口部內(nèi)的部分的第1半導(dǎo)體層102的厚度減小，并使3片側(cè)表面105、106及107和底面108外露。如上所述，3片側(cè)表面105、106及107的面方位為{1，-1，0，1}。
這樣的蝕刻只要依照比如圖3A及B所示那樣的工序進(jìn)行即可。首先，如圖3A所示，在第1半導(dǎo)體層102之上形成抗蝕模樣113。然后，如圖3B所示，用側(cè)面腐蝕的方法除去沒被抗蝕模樣113覆蓋的第1半導(dǎo)體層102的一部分，把面方位為{1，-1，0，1}的面作為凹陷104的側(cè)表面(105、106或107)并使之外露。還有，如圖4所示，在第1半導(dǎo)體層102之上形成抗蝕模樣113后，選擇蝕刻條件使得抗蝕模樣113自身被蝕刻，這樣也可以把面方位為{1，-1，0，1}的面作為凹陷104的側(cè)表面(105、106或107)并使之外露。
然后，在除去抗蝕模樣后，如圖2C所示，借助于MOVPE法在第1半導(dǎo)體層102之上形成第2半導(dǎo)體層103。然后，只要利用眾所周知的技術(shù)執(zhí)行在第2半導(dǎo)體層103上形成半導(dǎo)體元件的激活元件的工序就可以得到半導(dǎo)體裝置。還有，為了形成半導(dǎo)體層使用了MOVPE法，但并不限于此，也可以用氫化物氣相生長法(HVPE法)那樣的其他氣相生長法。
圖5A-C表示通過電子顯微鏡觀察本實施例的第1半導(dǎo)體層102及第2半導(dǎo)體層103的剖面的結(jié)果。還有，圖5A、5B及5C分別表示以與第1半導(dǎo)體層102的主面垂直的面切斷后的情形的剖面的模樣。還有，為了方便起見，在圖5中對部分的層不畫剖面線。
可以看出，在圖5A、5B及5C的任一剖面上都集中著缺陷109。還有，通過用光學(xué)顯微鏡觀察凹陷104附近的表面發(fā)現(xiàn)在凹陷104的幾乎中心附近、缺陷109呈點狀，除了缺陷109之外沒發(fā)現(xiàn)缺陷。
由以上所示的觀察結(jié)果可知，本實施例中的第2半導(dǎo)體層103的中的缺陷109如圖6所示那樣集中于1個地方。對于沒在第1半導(dǎo)體層102的表面上形成凹陷104的構(gòu)成，其缺陷密度為1O8～1010個／cm2，而根據(jù)本實施例的構(gòu)成，可以大幅度減低缺陷密度到106～107個／cm2。
還有，在本實施例中，借助于第1半導(dǎo)體層102的蝕刻形成凹陷104，因此，不需要形成在以往技術(shù)(特開平11-312825號公報等)中所使用的SiO2屏蔽層。因此，可以避免半導(dǎo)體裝置的散熱性變差以及制造工序變得復(fù)雜等問題。
還有，對于上述本實施例的構(gòu)成也可以進(jìn)行以下改變。
在本實施例中，由面方位分別為(1，-1，O，1)、(0，1，-1，1)及(-1，0，1，1)的3片側(cè)表面105、106及107構(gòu)成了凹陷104，但c軸分量并不限于1，也可以取任意值。也就是說，3片側(cè)表面105、106及107的面方位也可以設(shè)成{1，-1，0，n}(這里n為任意的數(shù))。從第2半導(dǎo)體層103的晶體生長面的觀點看，3片側(cè)表面105、106及107的面方位最好為{1，-1，0，1}，但在c軸分量偏離了1的情況下也可以借助于第2半導(dǎo)體層103的晶體生長自發(fā)地形成面方位{1，-1，0，1}的晶體生長面。還有，因制造過程工藝的關(guān)系，也有得不到理想的{1，-1，0，1}面的情況。
還有，從基板的法線方向看到的凹陷104的形狀并不限于正三角形，也可以是正六邊形。也就是說，如果凹陷104的形狀為正六邊形，則可以由{1，-1，0，1}面構(gòu)成凹陷104的側(cè)表面并使側(cè)表面的結(jié)晶性變好。換言之，可以把凹陷104的側(cè)表面設(shè)為(1，-1，0，1)、(-1，1，0，1)、(0，1，-1，1)、(0，-1，1，1)、(-1，0，1，1)及(1，0，-1，1)，因此，可以使側(cè)表面的結(jié)晶性變好，至少可以使從側(cè)表面開始晶體生長的第2半導(dǎo)體層103的結(jié)晶性變好。還有，在此情況下，第1半導(dǎo)體層102的主面上的凹陷104的規(guī)定輪廓的六邊形的6個角的大小當(dāng)然各為120度。
還有，從基板的法線方向看到的凹陷104的形狀只要是封閉的形狀則并不限于正三角形或正六邊形，也可以是大致正三角形或大致正六邊形、四邊形或六邊形等多邊形，還可以是圓或橢圓。如上所述，這是因為借助于第2半導(dǎo)體層103的晶體生長，面方位{1，-1，0，1}的晶體生長面自發(fā)地形成，在具有除正三角形或正六邊形之外的多邊形或圓或橢圓的形狀的凹陷的情況下，通過凹陷104使缺陷109集中在一個地方，可以謀求第2半導(dǎo)體層103的低缺陷化。還有，也可以作成不設(shè)底面108的凹陷104。
還有，凹陷104的深度及寬度(長度)等只要根據(jù)于第2半導(dǎo)體層103的晶體生長條件適時地決定即可。例如，在本實施例中的MOVPE法的情況下，凹陷104的深度可以設(shè)在1μm～3μm程度的范圍內(nèi)，凹陷104的底面108的寬度(長度)可以設(shè)在5μm～20μm程度的范圍內(nèi)。還有，凹陷104的深度和寬度(長度)之比(深度寬度)比如可以設(shè)為1∶2～3。
還有，也可以用由GaN或Al0．1Ga0．9N之外的六方晶的結(jié)晶組成的第1半導(dǎo)體層及第2半導(dǎo)體層構(gòu)成本實施例的半導(dǎo)體裝置。在本實施例中對半導(dǎo)體裝置進(jìn)行了說明，但也可以把本實施例中的第1半導(dǎo)體層102及第2半導(dǎo)體層103就那樣用作半導(dǎo)體基板。在把第1半導(dǎo)體層102及第2半導(dǎo)體層103用作半導(dǎo)體基板的情況下，如果不要藍(lán)寶石基板101，則只要比如磨削并去除藍(lán)寶石基板101即可。還有，還可以把利用由氮化物半導(dǎo)體(比如GaN)組成的基板101取代藍(lán)寶石基板101的構(gòu)成作為本實施例2下面一邊參照圖7-圖9A-C一邊對基于本發(fā)明的實施例2進(jìn)行說明。圖7在模式上表示與實施例2相關(guān)的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。本實施例的半導(dǎo)體裝置在具有在表面上設(shè)了凸起204的基板202方面與具有在表面上設(shè)了凹陷104的基板102的上述實施例1的半導(dǎo)體裝置不同。為了簡化說明，以下主要對與上述實施例1不同的方面進(jìn)行說明，略去或簡化同樣的說明。
如圖7所示，與實施例2相關(guān)的半導(dǎo)體裝置具有在藍(lán)寶石基板201上形成的由以(0，0，0，1)面為主面的六方晶的GaN組成的第1半導(dǎo)體層202(厚度為2．0μm)和在第1半導(dǎo)體層202形成的由Al0．1Ga0．9N組成第2半導(dǎo)體層203(厚度為1．5μm)。在第1半導(dǎo)體層202的表面上形成有高度為為0．5μm的凸起204，在第1半導(dǎo)體層202的主面上的凸起204的形狀為正三角形，其邊長為1．0μm。凸起204由面方位為(1，-1，0，1)、(0，1，-1，1)及(-1，0，1，1)的3片側(cè)表面205、206及207構(gòu)成，面方位(0，0，0，1)的面位于凸起204的上表面。第2半導(dǎo)體層203至少從凸起204的側(cè)表面(205、206及207)開始晶體生長并被形成在第1半導(dǎo)體層202上。還有，與上述實施例1一樣，在藍(lán)寶石基板201和第1半導(dǎo)體層202之間形成有中間層(未圖示)。還有，第1半導(dǎo)體層202的主面上的凸起204的三角形的三個角的的大小當(dāng)然各為60度。
與上述實施例1的構(gòu)成一樣，在本實施例的構(gòu)成中也是借助于來自凸起204的3片側(cè)表面205、206及207的晶體生長而形成的，因此，第2半導(dǎo)體層203在與第1半導(dǎo)體層202的主面的法線方向不同的方向上進(jìn)行晶體生長并使缺陷延伸到凸起204的外側(cè)。其結(jié)果可以使在3片側(cè)表面205、206及207上部的第2半導(dǎo)體層203的缺陷密度減少。
還有，在本實施例的凸起204中，3片側(cè)表面205、206及207之中的2片側(cè)表面和與第1半導(dǎo)體層202的主面平行的面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60度，因此，可以使側(cè)表面205、206及207的結(jié)晶性變好，并可以使在其上形成的第2半導(dǎo)體層203的結(jié)晶性變好。
下面一邊參照圖8A-C一邊對與本實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。
首先，如圖8A所示，用MOVPE法在藍(lán)寶石基板201上形成第1半導(dǎo)體層202。
其次，如圖8B所示，把正三角形的抗蝕模樣(未圖示)放在第1半導(dǎo)體層202之上，以此抗蝕模樣為掩模進(jìn)行干式蝕刻，由此，在第1半導(dǎo)體層202之中沒有掩模部分的厚度減小。3片側(cè)表面205、206及207和上表面208借助于此干式蝕刻暴露出來。
然后，如圖8C所示，除去抗蝕模樣并用MOVPE法在第1半導(dǎo)體層202上形成第2半導(dǎo)體層203。
圖9A-C表示通過顯微鏡觀察到的本實施例中的第1半導(dǎo)體層202及第2半導(dǎo)體層203的剖面的結(jié)果。還有，圖9A、9B及9C表示以與第1半導(dǎo)體層202的主面垂直的面切斷后的情形的剖面的模樣。還有，為了方便起見，在圖9中對部分的層不畫剖面線。
可以看出，缺陷209在圖9A、9B及9C的任一剖面上都由側(cè)表面向外側(cè)延伸。還有，通過用光學(xué)顯微鏡觀察凸起204附近的表面發(fā)現(xiàn)在凸起204的幾乎中心附近看不到缺陷。
由以上所示的觀察結(jié)果可知，本實施例中的第2半導(dǎo)體層203的中的缺陷209從凸起204的側(cè)表面向外側(cè)延伸。
還有，在本實施例中，第1半導(dǎo)體層202的主面上的凸起204形狀并不限于正三角形，也可以是四邊形或六邊形等多邊形，還可以是圓或橢圓。使從側(cè)表面結(jié)晶性好的觀點來看，側(cè)表面最好為{1，-1，0，1}面，但根據(jù)在上述實施例1中所說明的同樣的理由，也可以不是{1，-1，0，1}面。
另外，也可以用由除GaN或Al0．1Ga0．9N以外的六方晶的晶體構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層202及第2半導(dǎo)體層203。并且，也可以沒有凸起204的上表面208。
實施例3下面一邊參照圖10一邊對基于本發(fā)明的實施例3進(jìn)行說明。圖10在模式上表示包含在與實施例3相關(guān)的半導(dǎo)體裝置上的半導(dǎo)體層103的上表面的構(gòu)成。在本實施例中，在設(shè)有多個上述實施例1的凹陷104方面與上述實施例1不同。為了簡化說明，以下主要對與上述實施例1不同的方面進(jìn)行說明，略去或簡化同樣的說明。
如圖10所示，與本實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置在藍(lán)寶石基板101上形成由GaN組成的第1半導(dǎo)體層102(厚度為2．0μm)并在其上具有由Al0．1Ga0．9N組成第2半導(dǎo)體層103(厚度為1．0μm)。在第1半導(dǎo)體層102上形成有多個深度為1．0μm的凹陷104。多個凹陷104以等間隔形成，在<1，-1，0，0>方向(圖中箭頭D的方向)及<1，1，-2，0>方向(圖中箭頭E的方向)上中心間的距離為10μm。與上述實施例1的凹陷104一樣，凹陷104上的被包含在第1半導(dǎo)體層102的主面上的邊長為1．5μm，凹陷104由面方位為(1，-1，0，1)、(0，1，-1，1)及(-1，0，1，1)的3片側(cè)表面105、106及107和面方位為(0，0，0，1)的底面108構(gòu)成。凹陷附近的疊層構(gòu)造與圖1一樣。還有，雖然沒在圖中表示，但在藍(lán)寶石基板101和第1半導(dǎo)體層102之間形成有中間層。
根據(jù)本實施例，可以把缺陷向凹陷104的中央集中在一個地方，且多個凹陷104以等間隔設(shè)置，因此，可以更加有效地使第2半導(dǎo)體層103的缺陷密度減少。在本實施例中設(shè)有106個／cm2程度的凹陷104。
與本實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置的制造方法基本上與上述實施例1一樣，不同點在于只要把三角形的開口部以等間隔排列且中心間的距離為10μm的模樣用作干式蝕刻時所用的抗蝕模樣即可。
通過用光學(xué)顯微鏡觀察與本實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置的表面發(fā)現(xiàn)，缺陷在凹陷104的幾乎中心附近呈點狀，除此之外沒看到明顯的缺陷，可以確認(rèn)，與以往的半導(dǎo)體裝置相比，缺陷密度減少了。
實施例4下面一邊參照圖11一邊對基于本發(fā)明的實施例4進(jìn)行說明。圖11在模式上表示包含在與實施例4相關(guān)的半導(dǎo)體裝置上的半導(dǎo)體層203的上表面的構(gòu)成。本實施例在設(shè)有多個上述實施例2的凸起204方面與上述實施例2不同。為了簡化說明，以下主要對與上述實施例2不同的方面進(jìn)行說明，略去或簡化同樣的說明。
如圖11所示，與本實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置在藍(lán)寶石基板201上形成由GaN組成的第1半導(dǎo)體層202(厚度為2．0μm)并在其上具有由Al0．1Ga0．9N組成第2半導(dǎo)體層203(厚度為1．5μm)。在第1半導(dǎo)體層202上形成有多個深度為0．5μm的凸起204。多個凸起204以等間隔形成，在<1，-1，0，0>方向(圖中箭頭D的方向)及<1，1，-2，0>方向(圖中箭頭E的方向)上中心間的距離為10μm。與上述實施例2的凸起204一樣，凸起204上的被包含在第1半導(dǎo)體層202的主面上的邊長為1．0μm，凸起204由面方位為(1，-1，0，1)、(0，1，-1，1)及(-1，0，1，1)的3片側(cè)表面205、206及207和面方位為(0，0，0，1)的底面208構(gòu)成。凸起204附近的疊層構(gòu)造與圖7一樣。還有，雖然沒在圖中表示，但在藍(lán)寶石基板201和第1半導(dǎo)體層202之間形成有中間層。
根據(jù)本實施例，多個凸起204以等間隔被形成，因此，缺陷朝著相鄰的凸起204的中間方向集中，可以使第2半導(dǎo)體層203的缺陷密度減少。在本實施例中設(shè)有106個／cm2程度的凸起204。
與本實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置的制造方法基本上與上述實施例2一樣，不同點在于只要把三角形的掩模(抗蝕模樣)以等間隔排列且中心間的距離為10μm的模樣用作干式蝕刻時所用的抗蝕模樣即可。
通過用光學(xué)顯微鏡觀察與本實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置的表面發(fā)現(xiàn)，在相鄰的凸起204的大致中心附近呈現(xiàn)稀稀拉拉的缺陷，除此之外沒看到缺陷，可以確認(rèn)，與以往的半導(dǎo)體裝置相比，缺陷密度減少了。
還有，在上述實施例3及4中，凹陷104或凸起204上的包含于第1半導(dǎo)體層的主面上的邊長及排列間隔也可以根據(jù)第1半導(dǎo)體層103或203的厚度等適當(dāng)選擇。還有，凹陷104或凸起204的排列模式并不限于等間隔，也可以適時設(shè)定成所要求的排列模式。
還有，上述實施例3中的凹陷104的形狀也可以如圖12所示那樣設(shè)成正六邊形。還有，上述實施例4中的凸起204的形狀也可以如圖13所示那樣設(shè)成正六邊形。
還有，在上述實施例1～4中，可以把由藍(lán)寶石基板以外的六方晶組成的基板用作基板101或201，例如，也可以用尖晶石基板、SiC基板或GaN基板。
還有，在上述實施例1～4中，也可以在基板101或201上設(shè)置凹陷或凸起來取代在第1半導(dǎo)體層上設(shè)置凹陷或凸起。這樣，也可以在第1半導(dǎo)體層上形成凹陷或凸起。
在上述實施例中，也可以形成半導(dǎo)體激光器等帶有疊層構(gòu)造的器件取代第2半導(dǎo)體層。在形成了這樣的器件的情況下，通過在缺陷密度少的區(qū)域設(shè)置激活區(qū)可以提高器件的特性。
還有，在上述實施例中，也可以形成半導(dǎo)體激光器取代第2半導(dǎo)體層并把半導(dǎo)體激光的條紋方向?qū)?zhǔn)凹陷或凸起的排列方向。這樣可以減少條紋區(qū)上的缺陷并可以提高半導(dǎo)體激光器的特性。
實施例5下面一邊參照圖14一邊對基于本發(fā)明的實施例5進(jìn)行說明。圖14在模式上表示與實施例5相關(guān)的半導(dǎo)體激光裝置的剖面構(gòu)成。本實施例與上述實施例1不同點在于在帶有上述實施例1中的凹陷104的第1半導(dǎo)體層102之上形成有至少含活性層16的多個半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體激光構(gòu)造)114。為了簡化說明，以下主要對與上述實施例1不同的方面進(jìn)行說明，略去或簡化同樣的說明。
如圖14所示，與本實施例相關(guān)的半導(dǎo)體裝置(半導(dǎo)體激光裝置)具有在藍(lán)寶石基板101上形成的第1半導(dǎo)體層102和在第1半導(dǎo)體層102上形成的半導(dǎo)體激光構(gòu)造16。第1半導(dǎo)體層102由以(0，0，0，1)面為主面的六方晶的GaN構(gòu)成，第1半導(dǎo)體層102的厚度為2．0μm。在第1半導(dǎo)體層102的表面上形成有深度為1．0μm程度的凹陷104。凹陷104由面方位為(1，-1，0，1)、(0，1，-1，1)、(1，0，-1，1)、(-1，1，0，1)、(0，-1，1，1)及(-1，0，1，1)的6片側(cè)表面和面方位為(0，0，0，1)的底面構(gòu)成，在第1半導(dǎo)體層102的主面上的凹陷104的邊長各為1．5μm。
半導(dǎo)體激光構(gòu)造16具有從和在第1半導(dǎo)體層102一側(cè)開始依次形成的n型接觸層113、n型包覆層114、n型光導(dǎo)層115、活性層116、p型光導(dǎo)層117、電流阻塞構(gòu)造15及p型接觸層120。電流阻塞構(gòu)造15具有的構(gòu)成是在具有最大寬度10μm的帶狀開口的n型電流阻塞層118上形成有p型包覆層119。此電流阻塞構(gòu)造15是通過形成厚度為500nm的n型電流阻塞層118、然后在設(shè)置了具有寬度10μm的帶狀開口的掩模后通過干式蝕刻形成槽、然后在去除了掩模后形成最大厚度1．0μm的p型包覆層119而充滿該槽而成的。
還有，包含于半導(dǎo)體激光構(gòu)造16中的活性層116具有把由In0．2Ga0．8N組成的3層位井層(厚度3nm)的各層和由In0．05Ga0．95N組成的4層位壘層(厚度5nm)的各層交互疊層而成的3重量子位井構(gòu)造(合計膜厚29nm)。還有，活性層116之外的半導(dǎo)體激光構(gòu)造16中的各層的組成、層厚和載流子濃度等的各條件如以下的表1所示。
表1
還有，為了在n型接觸層113上形成n型電極(未圖示)并接觸，半導(dǎo)體激光構(gòu)造16的一部分借助于比如干式蝕刻從p型接觸層120到n型接觸層113被除去，使得n型接觸層113的一部分外露。還有，在p型接觸層120上形成有p型電極(未圖示)。在本實施例中的半導(dǎo)體激光裝置的發(fā)射波長為410nm。
在本實施例的半導(dǎo)體激光裝置中，在缺陷密度通過凹陷104被減低了的區(qū)域上形成有半導(dǎo)體激光構(gòu)造16。因此，可以得到具有特性比以往的半導(dǎo)體激光裝置更好(長壽命、出色的激光輸出等)的半導(dǎo)體激光裝置。
還有，如圖15所示，用帶有電流阻塞構(gòu)造18的半導(dǎo)體激光構(gòu)造19取代上述半導(dǎo)體激光構(gòu)造16被形成于第1半導(dǎo)體層102上的半導(dǎo)體激光裝置也可以得到同樣的效果。此電流阻塞構(gòu)造18是通過形成厚度為0．8μm的p型包覆層119、然后在留下一部分p型包覆層119的同時通過設(shè)置寬度10μm的帶狀的掩模并進(jìn)行干式蝕刻除去p型包覆層119直至其留下的部分的厚度到300nm為止、并在其上形成了厚度為500nm的n型電流阻塞層118后除去掩模而成的。p型包覆層119及n型電流阻塞層118的組成及載流子濃度分別與圖14所示的半導(dǎo)體激光裝置上的p型包覆層119及n型電流阻塞層118的一樣。
還有，在本實施例中使用了與上述實施例1一樣的第1半導(dǎo)體層102，但也可以改變?yōu)槭褂门c上述實施例2一樣的第1半導(dǎo)體層202。
實施例6下面一邊參照圖16一邊對基于本發(fā)明的實施例6進(jìn)行說明。圖16A-C為用于說明與實施例6相關(guān)的半導(dǎo)體基板的制造方法的工序剖面圖。本實施例與上述實施例1不同點在于在帶有上述實施例1中的凹陷104的第1半導(dǎo)體層102之上形成較厚的第2半導(dǎo)體層103之后得到由第2半導(dǎo)體層103組成的半導(dǎo)體基板。為了簡化說明，以下主要對與上述實施例1不同的方面進(jìn)行說明，略去或簡化同樣的說明。
首先，如圖16A所示，借助于與在上述實施例1中所示的同樣的方法在藍(lán)寶石基板101上形成由以(0，0，0，1)面為主面的六方晶的GaN組成的第1半導(dǎo)體層102(厚度2．0μm)。還有，在第1半導(dǎo)體層102上形成有深度為1．0μm程度的凹陷104。凹陷104由面方位為(1，-1，0，1)、(0，1，-1，1)、(1，0，-1，1)、(-1，1，0，1)、(0，-1，1，1)及(-1，0，1，1)的6片側(cè)表面和面方位為(0，0，0，1)的底面構(gòu)成，在第1半導(dǎo)體層102的主面上的凹陷104的邊長各為1．5μm。以下把在藍(lán)寶石基板101上形成了一些層而成的東西只稱為基板。
其次，如圖16B所示，用氫化物氣相生長法在第1半導(dǎo)體層102上使由GaN組成的第2半導(dǎo)體層103進(jìn)行晶體生長。在本實施例中，以凹陷104的底面為基準(zhǔn)，第2半導(dǎo)體層103的厚度為300μm。在本實施例中所用的氫化物氣相生長法的條件如下面的表2所示。
表2
還有，在生長速度為50μm／h的情況下，把Ⅲ族原料氣體(GaCl3)的流量設(shè)為50sccm，但在生長速度為比如100μm／h的情況下，也可以把Ⅲ族原料氣體(GaCl3)的流量設(shè)為比如100sccm。還有，不僅N2，H2或N2和H2的混合氣體也可以用作載運(yùn)氣體。
然后，如圖16C所示，通過從基板除去藍(lán)寶石基板101分離第2半導(dǎo)體層103并得到由GaN組成的半導(dǎo)體基板(GaN基板)。藍(lán)寶石基板101的去除比如可以通過磨削進(jìn)行。
在本實施例的制造方法中，在帶有凹陷104的第1半導(dǎo)體層102上形成有第2半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體基板)103。因此，與以往的技術(shù)相比，可以得到缺陷密度更低的第2半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體基板)103。
還有，例如如圖17所示那樣，也可以不用表2所示的條件而用生長速度隨時間改變的氫化物氣相生長法代替。以下更詳細(xì)地進(jìn)行說明。首先，當(dāng)在藍(lán)寶石基板101上以生長速度40μm／h(v0)使由GaN組成的半導(dǎo)體層(GaN層)生長時，在GaN層的上表面自發(fā)地產(chǎn)生六角錐的凹陷。此六角錐的內(nèi)表面成為GaN層晶體生長面的{1，-1，0，1}。自發(fā)地形成六角錐的凹陷的真正的原因雖然不知，但可以認(rèn)為當(dāng)以比通常的生長速度快的條件進(jìn)行晶體生長時，這樣的六角錐的凹陷會自發(fā)地產(chǎn)生。還有，可以考慮在不產(chǎn)生這樣的凹陷的條件下決定晶體生長速度，但在本實施例中積極地利用這樣的六角錐產(chǎn)生的條件。
如果把帶有面方位為{1，-1，0，1}的內(nèi)表面的凹陷的GaN層作為第1半導(dǎo)體層102(參照圖16A)并在其上使第2半導(dǎo)體層(GaN基板)103生長，則不用借助于干式蝕刻等進(jìn)行形成凹陷104的工序而只要執(zhí)行使生長速度隨時間適當(dāng)改變的氫化物氣相生長法就可以得到缺陷密度少的半導(dǎo)體層(半導(dǎo)體基板)。在本實施例中采用圖17中的條件，作為氫化物氣相生長經(jīng)過時間(h)t1為1小時、t2為2小時、t3為12小時，于是，采用生長速度(μm／h)v0為40μm／h、v1為50μm／h、v2為10μm／h的條件執(zhí)行氫化物氣相生長法。使用了氫化物氣相生長法的情形的晶體生長速度可以根據(jù)其他各條件適時選擇，但只要是0．5μm／h以上200μm／h以下的晶體生長速度就可以保持所形成的第2半導(dǎo)體層(GaN基板)103的結(jié)晶性良好。還有，在本實施例中使用了與上述實施例1一樣的第1半導(dǎo)體層102，但也可以改變?yōu)槭褂门c上述實施例2一樣的第1半導(dǎo)體層202。
還有，在上述實施例中，為了改善化學(xué)上的浸濕性使用了在藍(lán)寶石基板101上形成中間層的構(gòu)成，但也可以使用不形成中間層而通過進(jìn)行氨包圍氣處理或進(jìn)行氯化鎵處理來改善化學(xué)上的浸濕性的構(gòu)成。還有，在借助于圖17所示那樣的制造方法積極地制作上表面帶有六角錐的凹陷的半導(dǎo)體層(GaN層)的情況下，也可以考慮用采用不形成中間層的藍(lán)寶石基板101對上表面帶有六角錐的凹陷的半導(dǎo)體層選擇最佳的晶體生長條件的手法。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以把缺陷集中在半導(dǎo)體層的特點的地方，由此可以提供能使半導(dǎo)體層的缺陷密度減少的技術(shù)。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于具備有在表面上設(shè)置了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的基板和至少借助于來自上述凹陷的內(nèi)表面的晶體生長在上述基板的上述表面上形成的半導(dǎo)體層。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述凹陷至少包含不與上述基板的上述表面平行的相互連接的2片內(nèi)表面，上述2片內(nèi)表面和與上述表面平行的面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60°或120°。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述凹陷的上述形狀為大致正三角形或大致正六邊形。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述基板由具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層構(gòu)成，上述凹陷被設(shè)在該半導(dǎo)體層的表面上。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于構(gòu)成上述基板的上述半導(dǎo)體層和形成于上述基板的上述表面上的上述半導(dǎo)體層都是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述凹陷的上述內(nèi)表面是面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述n為1。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于多個上述凹陷被設(shè)在上述基板的上述表面上。
9．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于至少包含活性層的多個半導(dǎo)體層被形成于上述基板上。
10．一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于具備有在表面上設(shè)有凸起的基板和至少借助于來自上述凸起的側(cè)表面的晶體生長在上述基板的上述表面上形成的半導(dǎo)體層，上述凸起至少包含不與上述基板的上述表面平行的相互連接的2片側(cè)表面，上述2片側(cè)表面和與上述主面平行的面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60°或120°。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述基板由具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層構(gòu)成，上述凸起被設(shè)在該半導(dǎo)體層的表面上。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于構(gòu)成上述基板的上述半導(dǎo)體層和形成于上述基板的上述表面上的上述半導(dǎo)體層都是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的。
13．根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述凸起的上述側(cè)面是面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述n為1。
15．根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于多個上述凸起被設(shè)在上述基板的上述表面上。
16．根據(jù)權(quán)利要求10至15中任一項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于至少包含活性層的多個半導(dǎo)體層被形成于上述基板上。
17．一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括準(zhǔn)備在表面上設(shè)置了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的基板的工序和在上述基板的上述表面上形成具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層的工序。
18．一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括準(zhǔn)備基板的工序、在上述基板的表面上形成從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的工序和在上述基板的上述表面上形成具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層的工序。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成上述凹陷的工序被執(zhí)行，使得面方位為(1，-1，0，1)的面或與此等價的面成為上述凹陷的內(nèi)表面。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成上述凹陷的工序是在以(0，0，0，1)面為主面的上述基板的上述主面上形成上述凹陷的底面形狀為正三角形或正六邊形的凹陷的工序。
21．根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成上述半導(dǎo)體層的工序是以上述凹陷的內(nèi)表面為晶體生長面形成半導(dǎo)體層的工序。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成上述半導(dǎo)體層的工序包括在與上述凹陷的上述內(nèi)表面垂直的方向上使上述半導(dǎo)體層晶體生長的工序。
23．根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成上述半導(dǎo)體層的工序是以上述凹陷的內(nèi)表面為晶體生長面形成半導(dǎo)體層的工序。
24．根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成上述半導(dǎo)體層的工序包括在與上述凹陷的上述內(nèi)表面垂直的方向上使上述半導(dǎo)體層晶體生長的工序。
25．根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成上述半導(dǎo)體層的工序是形成由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
26．根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成上述半導(dǎo)體層的工序是形成由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
27．根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于用有機(jī)金屬氣相生長法形成由上述Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層。
28．根據(jù)權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于用有機(jī)金屬氣相生長法形成由上述Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層。
29．根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于準(zhǔn)備上述基板的工序是準(zhǔn)備在藍(lán)寶石基板之上形成由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的基板的工序，形成上述凹陷的工序是在由上述Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的表面上形成上述凹陷的工序。
30．一種半導(dǎo)體基板，其特征在于具備有在表面上設(shè)置了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的基板和至少借助于來自上述凹陷的內(nèi)表面的晶體生長在上述基板的上述表面上形成的半導(dǎo)體層。
31．根據(jù)權(quán)利要求30所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于上述凹陷至少包含不與上述基板的上述表面平行的相互連接的2片內(nèi)表面，上述2片內(nèi)表面和與上述表面平行的面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60°或120°。
32．根據(jù)權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于上述凹陷的上述形狀為大致正三角形或大致正六邊形。
33．根據(jù)權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于上述基板由具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層構(gòu)成，上述凹陷被設(shè)在該半導(dǎo)體層的表面上。
34．根據(jù)權(quán)利要求33所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于構(gòu)成上述基板的上述半導(dǎo)體層和形成于上述基板的上述表面上的上述半導(dǎo)體層都是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的。
35．根據(jù)權(quán)利要求33所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于上述凹陷的上述內(nèi)表面是面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面。
36．根據(jù)權(quán)利要求35所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于上述n為1。
37．根據(jù)權(quán)利要求30至36中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于多個上述凹陷被設(shè)在上述基板的上述表面上。
38．一種半導(dǎo)體基板，其特征在于具備有在表面上設(shè)有凸起的基板和至少借助于來自上述凸起的側(cè)表面的晶體生長在上述基板的上述表面上形成的半導(dǎo)體層，上述凸起至少包含不與上述基板的上述表面平行的相互連接的2片側(cè)表面，上述2片側(cè)表面和與上述主面平行的面相交產(chǎn)生的2根線段的夾角為60°或120°。
39．根據(jù)權(quán)利要求38所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于上述基板由具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層構(gòu)成，上述凸起被設(shè)在該半導(dǎo)體層的表面上。
40．根據(jù)權(quán)利要求39所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于構(gòu)成上述基板的上述半導(dǎo)體層和形成于上述基板的上述表面上的上述半導(dǎo)體層都是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的。
41．根據(jù)權(quán)利要求40所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于上述凸起的上述側(cè)面是面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面。
42．根據(jù)權(quán)利要求41所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于上述n為1。
43．根據(jù)權(quán)利要求38至42中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于多個上述凸起被設(shè)在上述基板的上述表面上。
44．一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于包括準(zhǔn)備晶體生長用基板的工序、在上述晶體生長用基板上沉積具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的第1半導(dǎo)體層的工序、通過對上述第1半導(dǎo)體層的一部分進(jìn)行蝕刻使面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面外露的工序、在上述外露工序后在上述第1半導(dǎo)體層的表面上沉積具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的第2半導(dǎo)體層的工序。
45．根據(jù)權(quán)利要求44所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于上述外露工序包括在上述第1半導(dǎo)體層上設(shè)置從基板的法線方向看具有大致正三角形或大致正六邊形的開口部的抗蝕模樣的工序、以上述抗蝕模樣為掩模對上述第1半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻并形成以面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面為內(nèi)表面的凹陷的工序。
46．根據(jù)權(quán)利要求45所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于上述抗蝕模樣各自帶有等間隔排列的多個上述開口部。
47．根據(jù)權(quán)利要求44所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于上述外露工序包括在上述第1半導(dǎo)體層上設(shè)置從基板的法線方向看具有大致正三角形或大致正六邊形的開口部的抗蝕模樣的工序、以上述抗蝕模樣為掩模對上述第1半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻并形成以面方位為(1，-1，0，n)(這里n為任意數(shù))的面或與此等價的面為側(cè)表面的凸起的工序。
48．根據(jù)權(quán)利要求47所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于上述抗蝕模樣分別為等間隔排列的多個上述抗蝕模樣。
49．一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于包括形成在表面上帶有了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷的基板的工序、在上述基板的上述表面上形成具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層的工序和通過除去上述基板取出上述半導(dǎo)體層的工序。
50．根據(jù)權(quán)利要求49所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于上述凹陷是以面方位為(1，-1，0，1)的面或與此等價的面為上述凹陷的內(nèi)表面的凹陷。
51．根據(jù)權(quán)利要求50所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于上述凹陷是在以(0，0，0，1)面為主面的上述基板的主面上具有正三角形或正六邊形的底面的凹陷。
52．一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于包括在表面上形成帶有凸起的基板的工序、在上述基板的上述表面上形成具有六方晶的結(jié)晶構(gòu)造的半導(dǎo)體層的工序和通過除去上述基板取出上述半導(dǎo)體層的工序。
53．根據(jù)權(quán)利要求52所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于上述凸起是以面方位為(1，-1，0，1)的面或與此等價的面為上述凸起的側(cè)表面的凸起。
54．根據(jù)權(quán)利要求52所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于上述凸起是在以(0，0，0，1)面為主面的上述基板的主面上具有正三角形或正六邊形的底面的凸起。
55．根據(jù)權(quán)利要求49所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于形成上述半導(dǎo)體層的工序是形成由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
56．根據(jù)權(quán)利要求52所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于形成上述半導(dǎo)體層的工序是形成由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
57．根據(jù)權(quán)利要求55所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于用氫化物氣相生長法形成由上述Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層。
58．根據(jù)權(quán)利要求56所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于用氫化物氣相生長法形成由上述Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層。
59．根據(jù)權(quán)利要求49所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于形成上述基板的工序包括準(zhǔn)備藍(lán)寶石基板的工序和在上述藍(lán)寶石基板之形成表面上帶有上述凹陷的由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
60．根據(jù)權(quán)利要求52所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其特征在于形成上述基板的工序包括準(zhǔn)備藍(lán)寶石基板的工序和在上述藍(lán)寶石基板之形成表面上帶有上述凸起的由Ⅲ族氮化物類化合物半導(dǎo)體組成的層的工序。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置,具備有在表面上設(shè)置了從基板的法線方向看具有封閉形狀的凹陷104的基板102和至少借助于來自上述凹陷104的內(nèi)表面(105、106、107)的晶體生長在上述基板102的上述表面上形成的半導(dǎo)體層103。并且提供進(jìn)一步減少晶格缺陷的半導(dǎo)體裝置。
文檔編號H01S5/32GK1295365SQ0012958
公開日2001年5月16日 申請日期2000年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月6日
發(fā)明者中村真嗣, 石田昌宏, 折田賢兒, 今藤修, 油利正昭 申請人:松下電子工業(yè)株式會社