專利名稱：Iii族氮化物半導(dǎo)體自立基板及其制造方法、iii族氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LighT Emitting Diode :LED)、激光二極管(Laser Diode :LD)等的發(fā)光裝置或高電子遷移率晶體管(HighElectron Mobility Transistor HEMT)等電子裝置的結(jié)晶生長(zhǎng)中使用的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板及其制造方法以及在 該基板上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體層而成的III族氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為綠色、藍(lán)色、紫外等的發(fā)光裝置材料，另外，作為主要用于高輸出功率用途的 電子裝置材料，III族氮化物半導(dǎo)體正受到關(guān)注。以往，報(bào)告作為裝置應(yīng)用的III族氮化物 半導(dǎo)體，其基本上是在藍(lán)寶石、4H-SiC等的異種基板上，通過低溫GaN、AlN緩沖層或高溫 AlN緩沖層進(jìn)行生長(zhǎng)。但是，在這些異種基板上生長(zhǎng)了 III族氮化物半導(dǎo)體層時(shí)，由于異種 基板的晶格常數(shù)與III族氮化物半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)不同、或熱膨脹率的不同，因而在III 族氮化物半導(dǎo)體層中引入高密度的位錯(cuò)。III族氮化物半導(dǎo)體層中的位錯(cuò)作為非發(fā)光再結(jié) 合中心、或雜質(zhì)的擴(kuò)散路徑發(fā)揮作用，因此利用具有高密度位錯(cuò)的III族氮化物半導(dǎo)體制 作的裝置不能得到期望的特性，或者，產(chǎn)生特性劣化早這樣的問題。使用由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的自立的單結(jié)晶基板時(shí)，可回避如上述那樣由晶 格不整齊或熱膨脹系數(shù)的不整齊引起的問題，使用GaN自立基板形成III族氮化物半導(dǎo)體 層的藍(lán)紫色LD、藍(lán)色LD等得以實(shí)用化。現(xiàn)在，作為最廣泛使用的III族氮化物半導(dǎo)體自立 基板的制造方法，采用以下方法在藍(lán)寶石、SiC、GaAs、Si等與III族氮化物半導(dǎo)體不同的 結(jié)晶構(gòu)成的種結(jié)晶基板上，使用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法(M0VPE法)、鹵化物氣相生長(zhǎng)法(HVPE 法)、氨熱合成法等，以數(shù)100 μ m 數(shù)cm的厚度生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體層的方法。但是， 使用以現(xiàn)在通常的方法制作的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板時(shí)，存在所得裝置的特性與基 板面內(nèi)的場(chǎng)所相比有較大不同的問題。作為這種III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的制造方法，已知以下方法，即，在將C面 作為表面的藍(lán)寶石基板上的GaN薄膜表面蒸鍍Ti，通過將其進(jìn)行熱處理形成GaN的空隙結(jié) 構(gòu)，在其上通過HVPE法以數(shù)100 μ m的厚度來生長(zhǎng)將C面作為表面的GaN，由該空隙結(jié)構(gòu)剝 離藍(lán)寶石基板側(cè)(Void-AssistedS印aration :VAS法)(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。另外，作 為其他的制造方法，還已知在將施有形成了開口部的SiO2掩模的(111)面作為表面的GaAs 基板(立方晶)上，以數(shù)100 μ m的厚度生長(zhǎng)GaN，其后除去GaAs基板的方法(例如，參照非 專利文獻(xiàn)2)。這些方法中，由于在異種基板上的III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶生長(zhǎng)，因此接觸異 種基板的生長(zhǎng)初期的結(jié)晶，位錯(cuò)密度變得非常高。生長(zhǎng)初期的典型的位錯(cuò)密度為IXio9 gXlO^Vcm2。伴隨結(jié)晶生長(zhǎng)的進(jìn)行，位錯(cuò)密度慢慢降低，數(shù)100 μ m生長(zhǎng)后的表面的位錯(cuò)密 度成為可制作LD的水平的IXlO6 9X106/cm2。這樣，表面的位錯(cuò)密度充分降低后終止 結(jié)晶生長(zhǎng)，除去種結(jié)晶后，對(duì)基板的正反面實(shí)施研磨并將厚度統(tǒng)一至一定，根據(jù)需要整理外形，從而制造III族氮化物半導(dǎo)體自立基板。這樣操作得到的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板，沿基板的厚度方向位錯(cuò)密度慢慢 變化。由于深度方向的位錯(cuò)密度的變化，基板內(nèi)部產(chǎn)生變形，由該影響如圖12所示在自立 基板的表面的面內(nèi)發(fā)生結(jié)晶取向不同的情況。在這里，圖12表示規(guī)定的結(jié)晶軸(例如c軸) 與表面形成的角在基板面內(nèi)連續(xù)變化的情況的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的模式圖。如 圖12表示的那樣，在自立基板850的一端側(cè)形成的角θ 1、在基板的中央側(cè)形成的角Θ2、 在基板的其他端側(cè)形成的角θ 3的關(guān)系為Θ1< Θ2< θ 3?；宓谋砻媾c結(jié)晶軸形成的 角度不同時(shí)，基板表面的梯度密度不同，因此在表面生長(zhǎng)的III族氮化物半導(dǎo)體層的厚度、 摻雜濃度、混晶組成等的生長(zhǎng)特性也不同。這成為如上述那樣得到的裝置的特性基于基板 面內(nèi)的場(chǎng)所而很大不同的原因。為了消除該問題，如圖13表示的那樣，也考慮通過基板表面的球面研磨，實(shí)現(xiàn)表 面的結(jié)晶取向一致的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板950。但是，由于III族氮化物半導(dǎo)體 硬，難以再現(xiàn)性良好、另外精度也良好地實(shí)行球面研磨。作為不進(jìn)行球面研磨而獲得自立基板的方法，提出以下方案，使用具有由C面向a 軸方向或m軸方向0.07° 20°傾斜的表面的藍(lán)寶石基板，在該基板上生長(zhǎng)氮化物系半導(dǎo) 體單結(jié)晶的外延層后，由異種基板剝離外延層，得到具有期望的偏離角的氮化物系半導(dǎo)體 的自立基板的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)1]日本特開2007-197276號(hào)公報(bào)[非專利文獻(xiàn)][非專利文獻(xiàn) IjYuichi OSHIMA et al. Japanese Journal of Applied PhysicsVol. 42(2003)pp. L 1-L3[非專利文獻(xiàn) 2]Kensaku Motoki et al. Journal of Crystal Growth Vol. 305(2007)377-383.

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，通過專利文獻(xiàn)1記載的方法中，在III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的表面，出 現(xiàn)起因于多個(gè)小平面(facet)的多個(gè)結(jié)晶面，因此存在生長(zhǎng)于自立基板上的III族氮化物 半導(dǎo)體層的組成變得不均勻的情況。因此，本發(fā)明的目的在于，提供不進(jìn)行球面研磨等、可再現(xiàn)性良好地使表面的單一 結(jié)晶面的面積增大的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板及其制造方法、以及使用該自立基板的 III族氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。解決課題的手段本發(fā)明中，為了達(dá)成上述目的，提供一種III族氮化物半導(dǎo)體自立基板，其中，基 板表面是剛長(zhǎng)成的(as-grown)，基板表面的一半以上區(qū)域包含單一結(jié)晶面，所述單一結(jié)晶 面具有由III族極性的C面向m軸方向或a軸方向、或者由M面向c軸方向或a軸方向傾 斜的偏離角。
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另外，本發(fā)明中，為了達(dá)成上述目的，提供在上述111族氮化物半導(dǎo)體自立基板上 具有III族氮化物半導(dǎo)體層的III族氮化物半導(dǎo)體裝置。進(jìn)而，本發(fā)明中，為了達(dá)成上述目的，提供一種III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的制 造方法，所述方法是在種結(jié)晶基板的表面上利用氣相生長(zhǎng)法形成III族氮化物半導(dǎo)體后， 將種結(jié)晶基板從III族氮化物半導(dǎo)體剝離的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的制造方法，其 中，種結(jié)晶基板為六方晶形或立方晶形的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，種結(jié)晶基板的表面為六方晶形時(shí)，由C 面向m軸方向或a軸方向或者由M面向C軸方向或a軸方向在0.35° 0. 8°的范圍內(nèi)傾 斜，種結(jié)晶基板的表面為立方晶形時(shí)，由(111)面向[211]方向或[110]方向在0.35° 0. 8°的范圍內(nèi)傾斜，在相對(duì)于III族原料的供給量的變化而生長(zhǎng)速度不進(jìn)行線性變化的 條件下，進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)。另外，本發(fā)明為了達(dá)成上述目的，提供一種III族氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法， 所述方法是通過上述制造方法來制造III族氮化物半導(dǎo)體自立基板，在III族氮化物半導(dǎo) 體自立基板上通過外延生長(zhǎng)形成III族氮化物半導(dǎo)體層。另外，本發(fā)明為了達(dá)成上述目的，提供一種III族氮化物半導(dǎo)體裝置，其是通過上 述制造方法制造，在III族氮化物半導(dǎo)體自立基板上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體層的表面的 一半以上區(qū)域包含單一結(jié)晶面，所述單一結(jié)晶面具有由III族極性的C面向m軸方向或a 軸方向、或者由M面向c軸方向或a軸方向傾斜的偏離角。發(fā)明效果通過本發(fā)明，對(duì)于III族氮化物半導(dǎo)體自立基板不用實(shí)施球面研磨等，就可再現(xiàn) 性良好地使表面的單一結(jié)晶面的面積增大。


[圖1]是說明本發(fā)明實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體自立基板的制造方法的模式圖， (a)是表示在藍(lán)寶石基板上的GaN薄膜上形成有空隙結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的圖，(b)是表示通過HVPE 法生長(zhǎng)GaN的狀態(tài)的圖，(c)是表示通過空隙結(jié)構(gòu)由GaN剝離藍(lán)寶石基板側(cè)的狀態(tài)的圖。[圖2]是本發(fā)明的實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的模式截面圖。[圖3]是本發(fā)明的實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的模式平面圖。[圖4]是藍(lán)寶石基板的表面為沒有偏離角的C面時(shí)的III族氮化物半導(dǎo)體自立基 板的模式截面圖。[圖5]是藍(lán)寶石基板的表面為沒有偏離角的C面時(shí)的III族氮化物半導(dǎo)體自立基 板的模式平面圖。[圖6]是藍(lán)寶石基板的表面在由C面起小于0.35°的范圍內(nèi)傾斜時(shí)的III族氮 化物半導(dǎo)體自立基板的模式截面圖。[圖7]是表示實(shí)施例1的種結(jié)晶基板的表面由C面傾斜的角與剛生長(zhǎng)后的自立基 板的單一結(jié)晶面覆蓋區(qū)域的比例關(guān)系的曲線圖。[圖8]是實(shí)施例1中制作的LED的模式圖。[圖9]是表示種結(jié)晶基板的表面的由C面傾斜的角和制作的LED的峰波長(zhǎng)的分散 σ的關(guān)系的曲線圖。[圖10]是實(shí)施例1中制作的HEMT的模式圖。
[圖11]是表示種結(jié)晶基板的表面的由C面傾斜的角和制作的HEMT的閾值電壓的 分散ο的關(guān)系的曲線圖。[圖12]表示以往例，是表示規(guī)定的結(jié)晶軸與表面形成的角在基板面內(nèi)連續(xù)變化 的情況的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的模式圖。[圖13]表示以往例，是將表面進(jìn)行了球面研磨的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的 模式圖。符號(hào)說明10藍(lán)寶石基板20GaN 薄膜22空隙結(jié)構(gòu)30Τ 32 開口40GaN50自立基板52第1小平面54、54a 第 2 小平面60 LED6 In-GaN 層62 多量子結(jié)構(gòu)(multi quantum strrcture)63Mg 摻雜 p-AlGaN 層64Mg 摻雜 p-GaN 層65p側(cè)電極66η側(cè)電極70ΗΕΜΤ71未摻雜GaN層72 未摻雜 Alx Gah N 層73n-AlxGal-xN 層74 未摻雜 Alx Ga1-X N 層75源電極76漏電極77門電極150自立基板250自立基板850自立基板950自立基板Sl第1面積S2第2面積
具體實(shí)施例方式[實(shí)施方式概述]提供在種結(jié)晶基板的表面利用氣相生長(zhǎng)法形成III族氮化物半導(dǎo)體后，將種結(jié)晶 基板從III族氮化物半導(dǎo)體剝離的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的制造方法，該方法中，種 結(jié)晶基板為六方晶形或立方晶形的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，種結(jié)晶基板的表面為六方晶形時(shí)，由C面向m 軸方向或a軸方向或者由M面向a軸方向在0.35° 0. 8°的范圍內(nèi)傾斜，種結(jié)晶基板的 表面為立方晶形時(shí)，由(111)面向[211]方向或[110]方向在0. 35° 0. 8°的范圍內(nèi)傾 斜，在相對(duì)于III族原料的供給量的變化而生長(zhǎng)速度不進(jìn)行線性變化的條件下，進(jìn)行III族 氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)。另外，提供III族氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，該方法中，通過該 III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的制造方法來制造III族氮化物半導(dǎo)體自立基板，在III族氮 化物半導(dǎo)體自立基板上通過外延生長(zhǎng)形成III族氮化物半導(dǎo)體層。另外，在種結(jié)晶基板的表面利用氣相生長(zhǎng)法形成III族氮化物半導(dǎo)體后，由III族氮 化物半導(dǎo)體剝離種結(jié)晶基板而得到的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板中，表面的一半以上區(qū)域包 含單一結(jié)晶面，所述單一結(jié)晶面具有由III族極性的C面向m軸方向或a軸方向、或者由M面 向c軸方向或a軸方向傾斜的偏離角。進(jìn)而，在III族氮化物半導(dǎo)體自立基板上通過外延生長(zhǎng) 形成III族氮化物半導(dǎo)體層的III族氮化物半導(dǎo)體裝置中，III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的生 長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體層的表面的一半以上區(qū)域包含單一結(jié)晶面，所述單一結(jié)晶面具有由III 族極性的C面向m軸方向或a軸方向、或者由M面向c軸方向或a軸方向傾斜的偏離角。[實(shí)施方式](自立基板的概述)本發(fā)明的實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板，是表面為鏡面的III族氮化 物半導(dǎo)體自立基板，該自立基板的表面的至少一半以上的區(qū)域包含具有由III族極性的C 面向m軸方向傾斜的偏離角的單一結(jié)晶面，該結(jié)晶面通過結(jié)晶生長(zhǎng)來形成。上述偏離角優(yōu) 選在0.4° 1.0°的范圍。在這里，所謂自立基板，是指可保持自身的形狀，具有在操作中 不發(fā)生不適情況程度的強(qiáng)度的基板。自立基板的厚度優(yōu)選為250 μ m以上。另外，所謂單一 結(jié)晶面，是指結(jié)晶取向一致的面。III族氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)通過氣相生長(zhǎng)法進(jìn)行，在相對(duì) 于III族原料的供給量的變化而生長(zhǎng)速度不進(jìn)行線性變化的區(qū)域形成。III族氮化物半導(dǎo) 體為GaN時(shí)，單一結(jié)晶面在規(guī)定的范圍內(nèi)由Ga極性的C面向m軸方向傾斜。作為III族氮 化物半導(dǎo)體，可使用GaN、AlN、InN, AlGaN, InGaN, InAlGaN等。另外，在本實(shí)施方式中所謂 “表面”，是結(jié)晶生長(zhǎng)面。(自立基板的制造方法的概述)本實(shí)施方式的自立基板如下制造使用具有由藍(lán)寶石構(gòu)成的六方晶形的結(jié)晶結(jié)構(gòu) 的種結(jié)晶基板，使種結(jié)晶基板的表面由C面向a軸方向在0.35° 0.8°的范圍內(nèi)傾斜，在 相對(duì)于III族原料的供給量的變化而生長(zhǎng)速度不進(jìn)行線性變化的范圍內(nèi)，通過氣相生長(zhǎng) 法在該表面上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體。通過該制造方法，可使剛結(jié)晶生長(zhǎng)后的剛長(zhǎng)成狀 態(tài)下的自立基板的表面成為其一半以上區(qū)域被單一結(jié)晶面覆蓋的狀態(tài)。因此，通過該制造 方法，不需要結(jié)晶生長(zhǎng)后的表面研磨。在這里，作為六方晶形的種結(jié)晶基板，選擇使用SiC、 GaN, AlN, AlGaN, InN, InAlGaN的任一種來代替藍(lán)寶石時(shí)，種結(jié)晶基板可使用其表面具有由 C面向m軸方向在0.35° 0.8°的范圍內(nèi)傾斜的偏離角的基板。
(制造方法的具體例)圖1是說明本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體自立基板的制造方法的模式圖，(a)表示 在藍(lán)寶石基板上的GaN薄膜上形成有空隙結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，(b)表示通過HVPE法生長(zhǎng)了 GaN的 狀態(tài)，(c)表示通過空隙結(jié)構(gòu)由GaN剝離藍(lán)寶石基板側(cè)后的狀態(tài)。關(guān)于該制造方法，具體地說明利用VAS法的例。首先，如圖1(a)表示的那樣，在具 有由C面向a軸方向在0.35° 0.8°的范圍內(nèi)傾斜的表面的藍(lán)寶石基板10上的GaN薄 膜20的表面上，蒸鍍具有開口 32的Ti30，其通過將其熱處理而在GaN薄膜20上形成空隙 結(jié)構(gòu)22。接著，如圖1(b)表示的那樣，在具有空隙結(jié)構(gòu)22的GaN薄膜20及Ti30上，通過 HVPE法以數(shù)100 μ m的厚度生長(zhǎng)具有接近C面的表面的GaMO。關(guān)于GaMO的生長(zhǎng)條件，詳 細(xì)情況如后述，設(shè)定V/III比使得即使增加III族原料的供給也顯示生長(zhǎng)速度飽和的狀況 且不進(jìn)行線性變化。接著，如圖1(c)表示的那樣，通過由該空隙結(jié)構(gòu)40剝離藍(lán)寶石基板10 側(cè)，從而得到由GaMO構(gòu)成的自立基板50。在本實(shí)施方式中，藍(lán)寶石基板10為圓板狀，自立 基板50也呈圓板狀。(自立基板50的表面狀態(tài))圖2為本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的模式截面圖，圖3為本實(shí)施 方式的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的模式平面圖。如圖2表示的那樣，對(duì)于如以上所制造的自立基板50，在表面上觀察到面積比較 大的第1小平面52和面積比較小的第2小平面54。第1小平面52的結(jié)晶面，對(duì)應(yīng)于結(jié)晶 軸朝向的變化而彎曲形成，形成連續(xù)的1個(gè)闊面。如圖3表示的那樣，在本實(shí)施方式中，第 1小平面52的單一結(jié)晶面，雖然包含由幾個(gè)的第2小平面54產(chǎn)生的階差，但作為連續(xù)的面 覆蓋自立基板50的一半以上的區(qū)域。圖3中，白地部分大約是第1小平面52，黑線部分大 約是第2小平面54。(剛長(zhǎng)成的基板表面)自立基板的表面為剛長(zhǎng)成的表面。在這里，所謂剛長(zhǎng)成的表面是表示結(jié)晶生長(zhǎng)后 原始的狀態(tài)，未施加研削或研磨等加工工序的表面。用于除去表面污濁的蝕刻或洗滌，不包 含在這里所述的加工工序中。通過在剛長(zhǎng)成的狀態(tài)下使用基板表面，可防止研磨加工工序中基板的制造合格率 降低。GaN的C面基板正反面的特性有很大差別，作為表面的Ga面比作為背面的N面硬，不 能贏得研磨速度。另外，化學(xué)上非常穩(wěn)定，難以蝕刻，因此容易帶入劃痕這樣的傷。因此，如 果可以省略Ga面的研磨工序，則可提高基板的制造合格率，謀求大幅度降低成本。進(jìn)而，象 這樣Ga面難以研磨，因此也存在容易殘留因研磨產(chǎn)生的加工變形這樣的問題。如果存在殘 留加工變形，則在基板上生長(zhǎng)表層(印i-layer)時(shí)，存在表層表面的形態(tài)混亂，或者表層中 產(chǎn)生新的結(jié)晶缺陷這樣的問題。如果以剛長(zhǎng)成的狀態(tài)使用基板，則不殘留該加工變形，也不 發(fā)生前述的殘留加工變形引起的問題。(藍(lán)寶石基板10的表面為沒有偏離角的C面的場(chǎng)合)圖4為藍(lán)寶石基板的表面為沒有偏離角的C面時(shí)的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板 的模式截面圖，圖5為藍(lán)寶石基板的表面為沒有偏離角的C面時(shí)的III族氮化物半導(dǎo)體自 立基板的模式平面圖。使作為種結(jié)晶基板的藍(lán)寶石基板10的表面不由C面向a軸方向傾斜，而作為沒有
8偏離角的C面時(shí)，得到的自立基板150的剛結(jié)晶剛生長(zhǎng)后的表面雖然被Ga極性的C面覆蓋， 但如圖4表示的那樣，剛結(jié)晶生長(zhǎng)后的自立基板150的表面通過顯微鏡觀察時(shí)不平坦，形成 由結(jié)晶生長(zhǎng)引起的小平面52及小平面54(微小的結(jié)晶面)雜亂配置的狀態(tài)。圖4中，由表 面的端部側(cè)向中央側(cè)向上方傾斜的第1小平面52，不是GaMO的C面，而是由C面以1°以 下的角度稍微傾斜的面。另外，圖4中，由表面的端部側(cè)向中央側(cè)向下方傾斜的第2小平面 54，是由GaMO的C面以小于10°的角度，而且，相對(duì)于C面以比第1小平面的傾斜角大的 角度稍微傾斜的面。在這里，第1小平面52的面積比第2小平面54的面積大。在這里， 所謂小平面，是指相對(duì)于某結(jié)晶取向形成特定的角度的面。例如，C軸與第1小平面形成的 角，在基板面內(nèi)為恒定。(C面以外的結(jié)晶面出現(xiàn)的理由)在GaMO的結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)的氣氛、溫度、壓力等條件的組合下，第1小平面52變得比 C面穩(wěn)定，因此在自立基板150的表面形成第1小平面52及第2小平面54。特定的小平面 變得穩(wěn)定的機(jī)理，可如下說明。對(duì)于結(jié)晶表面的原子來說，不存在可相互結(jié)合的原子，因此 與結(jié)晶內(nèi)部不同，再表面的原子成為結(jié)合鍵過剩的高能量狀態(tài)。該狀態(tài)不穩(wěn)定，在結(jié)晶的最 表面相鄰的原子的結(jié)合鍵相互結(jié)合，或者與生長(zhǎng)氣氛中存在的氫等其他種原子結(jié)合，減少 過剩的結(jié)合鍵而引起表面原子的再構(gòu)成。進(jìn)而，結(jié)晶的面不同時(shí)，再構(gòu)成結(jié)構(gòu)也不同，產(chǎn)生 以下情況，即，一些面的再構(gòu)成結(jié)構(gòu)與其他面的再構(gòu)成結(jié)構(gòu)相比能量上變得穩(wěn)定。因此，考 慮某些特定的生長(zhǎng)條件(氣氛、溫度、壓力等)時(shí)，采用能量上最穩(wěn)定的再構(gòu)成結(jié)構(gòu)的結(jié)晶 面成為最穩(wěn)定的面，在結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)容易出現(xiàn)。特別是像生長(zhǎng)由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的 自立基板150時(shí)那樣，生長(zhǎng)數(shù)100 μ m以上厚度的結(jié)晶時(shí)，結(jié)晶生長(zhǎng)的過程中存在表面的凹 凸進(jìn)行變化的余地，因此例如即使種結(jié)晶基板的表面不是最穩(wěn)定的面，在結(jié)晶生長(zhǎng)中也容 易出現(xiàn)最穩(wěn)定的面。S卩，可理解，在圖4及圖5中，第1小平面52由于是具有在接近種結(jié)晶的表面(C 面)的面中能量上最穩(wěn)定的再構(gòu)成結(jié)構(gòu)的面，因此在結(jié)晶生長(zhǎng)中出現(xiàn)。通過圖4可知，假設(shè) 由第1小平面52覆蓋自立基板150的整面時(shí)，有必要設(shè)置比通過結(jié)晶生長(zhǎng)的膜厚分布大的 膜厚分布。實(shí)際上，不形成這樣的膜厚分布，因此不能僅由第1小平面52構(gòu)成表面，在相鄰 的第1小平面52之間，通過其他種的第2小平面54來連接。(使藍(lán)寶石基板10的表面為沒有偏離角的C面時(shí)的不適合)在圖4及圖5的自立基板150上生長(zhǎng)裝置結(jié)構(gòu)時(shí)，將表面研磨平坦使用的話，與圖 12的情況同樣地，表面的結(jié)晶取向因位置而改變，裝置特性成為不均勻。另外，不研磨自立 基板150的表面而使用的話，1個(gè)裝置內(nèi)包含第1小平面52和第2小平面54雙方，而且不 能控制各小平面52、54的位置或比例，因此也不能使裝置特性均勻化。例如，在自立基板150上將包含InGaN活性層的發(fā)光裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)， 第1小平面52和第2小平面54中的結(jié)晶生長(zhǎng)中的原料原子(Ga，In)的導(dǎo)入方式不同，因 此在各小平面52、54上InGaN層中的In組成不同，在各小平面52、54上以不同波長(zhǎng)進(jìn)行發(fā) 光。在該狀態(tài)下，例如制作成LED時(shí)，對(duì)應(yīng)于晶片面內(nèi)的第1小平面52及第2小平面54的 比率，晶片面內(nèi)的LED的發(fā)光波長(zhǎng)大大不同。進(jìn)而，在該自立基板150上制作了 LD時(shí)，不能 獲得激光振蕩所必要的增益，因此不能使激光振蕩。另外，將自立基板150作為種結(jié)晶，在其表面生長(zhǎng)由GaN/AlGaN構(gòu)成的HEMT結(jié)構(gòu)
9時(shí)，AlGaN層中的Al組成在各小平面52、54中不同。GaN/AlGaNHEMT的電子濃度依賴于 AlGaN層的Al組成，因此每個(gè)場(chǎng)所電子濃度不同，裝置的電阻變得不同。(表面在由C面起小于0.35°的范圍內(nèi)傾斜的場(chǎng)合)圖6表示藍(lán)寶石基板的表面在由C面起小于0.35°的范圍內(nèi)傾斜時(shí)的III族氮化 物半導(dǎo)體自立基板的模式的截面。在這里，如圖6的自立基板250所示，使用表面在由C面起小于0.35°的范圍內(nèi)傾 斜的藍(lán)寶石基板10時(shí)，著眼于第1小平面52，則存在形成較大若干面積的區(qū)域，但表面被第 2小平面54細(xì)分，從這一點(diǎn)來看，沒有發(fā)現(xiàn)與藍(lán)寶石基板10的表面為沒有偏離角的C面時(shí) 有很大不同。(表面在由C面起0.35° 0.8°的范圍內(nèi)傾斜的場(chǎng)合)如本實(shí)施方式，在使藍(lán)寶石基板10的表面在從C面起0.35° 0.8°的范圍內(nèi)向 a軸方向傾斜，而且，如后述那樣，在相對(duì)于III族原料的供給量而生長(zhǎng)速度不進(jìn)行線性變 化的范圍內(nèi)進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí)，表面的狀態(tài)劇烈變化，第1小平面52的面積大幅度擴(kuò)大，由此成為 自立基板50的表面一半以上區(qū)域被單一結(jié)晶面覆蓋的狀態(tài)。在表面具有接近C面的結(jié)晶 面的藍(lán)寶石基板10上生長(zhǎng)GaMO時(shí)，以藍(lán)寶石基板10的a軸與GaMO的m軸一致的形式 生長(zhǎng)GaN40，因此GaMO表面具有由C面向m軸方向傾斜的面。(III族氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)條件)另外，第1小平面52并不是在所有生長(zhǎng)條件下都穩(wěn)定。通過本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn) 可知，為了使第ι小平面52穩(wěn)定，需要在生長(zhǎng)速度不相對(duì)于III族原料的供給量進(jìn)行線性 變化的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行生長(zhǎng)。根據(jù)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，使V/III比為6以下，使V/III比比較低，則 第1小平面52穩(wěn)定。這是這樣的區(qū)域，即，由于V族原料濃度相對(duì)低，因此即使增加III族 原料的供給也顯示生長(zhǎng)速度飽和的狀態(tài)而不進(jìn)行線性變化。即，不是在通常的HVPE生長(zhǎng)中 使用的III族供給限速的區(qū)域，而是在V族供給限速的區(qū)域進(jìn)行生長(zhǎng)，只有在該區(qū)域中生長(zhǎng) 時(shí)可得到基板表面的一半以上的區(qū)域具有由第1小平面52構(gòu)成的單一結(jié)晶面的自立基板。 在III族供給限速的區(qū)域進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí)，第1小平面52不穩(wěn)定，即使使藍(lán)寶石基板10的表面 由C面在0. 35° 0. 8°傾斜，也僅能得到如各小平面52、54進(jìn)入混亂的如圖5，圖6所示 的雜亂的表面形態(tài)。(被單一結(jié)晶面覆蓋的區(qū)域的比例)在這里，對(duì)于自立基板50，將連續(xù)地形成最寬的第1小平面52的結(jié)晶面的區(qū)域的 面積作為第ι面積Si，將晶片上除去第1面積Sl的區(qū)域的面積作為第2面積S2，則被單一 結(jié)晶面覆蓋的區(qū)域的比例為S1/(S1+S2)。另外，第1面積Si，作為原則，選擇晶片上最寬的 第1小平面52，通過在晶片表面上不橫切第2小平面54而可能到達(dá)的區(qū)域求得。最接近的 第2小平面54彼此的距離小于5mm時(shí)，認(rèn)為該第2小平面相互連接。因此，如圖3表示的 那樣，在第1小平面52內(nèi)最接近的第2小平面54間的距離離開5mm以上而獨(dú)立形成第2 小平面54a時(shí)，不認(rèn)為該第2小平面54a進(jìn)行連接，將通過第1小平面52的外緣及認(rèn)為連 接的第2小平面54圍起來的區(qū)域作為第1面積Si。如果有效數(shù)字為一位，則在圖5的自立 基板50中S1/(S1+S2)為0，在圖3的自立基板50中S1/(S1+S2)為0.7。(表面在由C面起超過0.8°的范圍內(nèi)傾斜的場(chǎng)合)在這里，使藍(lán)寶石基板10的表面在由C面超過0.8°較大地向a軸方向傾斜時(shí)，第1小平面52被第2小平面54細(xì)分割，呈現(xiàn)與圖5同樣的表面形態(tài)，SI/(S1+S2) =O0在該 自立基板50上生長(zhǎng)裝置結(jié)構(gòu)時(shí)，與圖5的自立基板150同樣，較大損害了裝置特性的均勻性。(使用本實(shí)施方式的自立基板50的氮化物半導(dǎo)體裝置)在圖2及圖3中表示的自立基板50上形成氮化物半導(dǎo)體層而形成裝置時(shí)，在表面 被單一結(jié)晶面覆蓋的區(qū)域，與雜亂配置小平面的區(qū)域相比，裝置特性特別穩(wěn)定。例如，在自 立基板50上使包含InGaN活性層的發(fā)光裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)，結(jié)晶生長(zhǎng)中的原料原子 (Ga.In)的導(dǎo)入方式在單一結(jié)晶面上均勻且以相同的波長(zhǎng)發(fā)光。在該狀態(tài)下，制作LED時(shí)， 晶片面內(nèi)的發(fā)光波長(zhǎng)的均勻性特別提高，制作LD時(shí)，可容易地使激光振蕩。另外，將自立基 板50作為種結(jié)晶，在其表面生長(zhǎng)由GaN/AlGaN構(gòu)成的HEMT時(shí)，AlGaN層中的Al組成均勻 化，裝置特性變得均勻。(實(shí)施方式的效果)通過本發(fā)明的實(shí)施方式，通過III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶生長(zhǎng)，可在自立基板50 的表面上自動(dòng)形成能量上穩(wěn)定的比較廣范圍的單一結(jié)晶面。因此，通過結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)的膜厚 分布或研磨形狀的精密控制，不需要如圖13表示的那樣人為地、有意識(shí)地形成結(jié)晶軸一致 的面，可以低成本且高再現(xiàn)性制造高質(zhì)量的自立基板50。通過X射線衍射測(cè)定本實(shí)施方式的自立基板50的單一結(jié)晶面的取向時(shí)，得到由C 面向m軸方向在0.4° 1.0°的范圍內(nèi)傾斜的面這樣的測(cè)定結(jié)果。測(cè)定的角度具有一定 寬度，是由于自立基板50的表面不是完全的平坦面，彎曲形成該結(jié)晶面而引起的。(自立基板50的優(yōu)選方式)實(shí)際應(yīng)用本實(shí)施方式的自立基板50時(shí)，優(yōu)選Si/(S1+S2)為0.5以上。由此，自立 基板50的一半以上區(qū)域被單一結(jié)晶面覆蓋，在該結(jié)晶面上制作的裝置的特性穩(wěn)定，同時(shí)保 證了比較高的成品率。(實(shí)施方式的變形例)需要說明的是，在實(shí)施方式中說明了通過HVPE法生長(zhǎng)GaMO的情況，但例如也可 利用MOVPE法、分子束外延法(MBE法)等其他的氣相生長(zhǎng)法生長(zhǎng)GaN40。另外，作為自立 基板50，顯示了由GaMO構(gòu)成的基板，但例如由A1N、InN, AlGaN, InGaN, InAlGaN等其他的 III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，也可得到同樣的結(jié)果。進(jìn)而，在實(shí)施方式中說明了在藍(lán)寶石基板10的C面上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體的 情況，但例如也可在SiC基板的C面上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體，如果是具有六方晶形的結(jié) 晶結(jié)構(gòu)的種結(jié)晶基板則可使用其他的基板。進(jìn)而還可在GaAS、Si等具有立方晶形的結(jié)晶 結(jié)構(gòu)的種結(jié)晶基板的(111)面上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體。使用具有立方晶形的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的種結(jié)晶基板時(shí)，將種結(jié)晶基板的表面由(111)面 向[211]方向在0.35° 0.8°的范圍內(nèi)傾斜，通過在生長(zhǎng)速度不相對(duì)于III族原料的供 給量的變化進(jìn)行線性變化的區(qū)域的氣相生長(zhǎng)法，在該表面上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體，由 此可得到與實(shí)施方式同樣的單一結(jié)晶面。這里所述的(111)面，在種結(jié)晶基板是由Si等單 一的材料構(gòu)成的半導(dǎo)體時(shí)表示(111)面，在GaAs等的二元系化合物半導(dǎo)體時(shí)表示(Ill)A 面或(Ill)B面。另外，本實(shí)施方式的[211]方向，如[211]、[121]、[2-11]、[21-1]等，包含 索引的絕對(duì)值為2、1、1的組合的全部。在這里，作為立方晶形的種結(jié)晶基板，優(yōu)選使用Si、Ge、GaAs、InP、GaP 的任一種。另外，在實(shí)施方式中說明了自立基板50表面的單一結(jié)晶面由C面向m軸方向傾斜 的情況，但也可向a軸方向傾斜。該場(chǎng)合的單一結(jié)晶面，只要形成基板表面的一半以上區(qū) 域，就可得到與實(shí)施方式同樣的效果。另外，也可以是自立基板50的表面由M面向c軸或 a軸方向傾斜的情況，此時(shí)的單一結(jié)晶面與實(shí)施方式同樣地成為基板表面的一半以上即可。 另外，傾斜角，與實(shí)施方式同樣地優(yōu)選為0.4° 0.1°。制造表面由C面a軸方向傾斜的自立基板50時(shí)，使用由藍(lán)寶石構(gòu)成的具有六方晶 形的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的種結(jié)晶基板，使種結(jié)晶基板的表面由C面向?qū)?yīng)于m軸的方向在0.35° 0. 8°的范圍內(nèi)傾斜，通過生長(zhǎng)速度不相對(duì)于III族原料的供給量的變化進(jìn)行線性變化的 區(qū)域的氣相生長(zhǎng)法，在該表面上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體即可。另外，使用具有立方晶形的 結(jié)晶結(jié)構(gòu)的種結(jié)晶基板，使種結(jié)晶基板的表面由(111)面向[110]方向在0.35° 0.8° 的范圍內(nèi)傾斜，通過生長(zhǎng)速度不相對(duì)于III族原料的供給量的變化進(jìn)行線性變化的區(qū)域的 氣相生長(zhǎng)法，在該表面上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體，由此也可得到單一結(jié)晶面。這里所述 (111)面，在種結(jié)晶基板為Si等單一的半導(dǎo)體時(shí)表示(111)面，在GaAs等二元的半導(dǎo)體時(shí) 表示(Ill)A面或(Ill)B面。另外，本實(shí)施方式的所謂[110]方向，如[110], [101], [1-10], [-1-10]等那樣，包含索引的絕對(duì)值為1、1、0的組合的全部。在制造表面由M面向c軸或a軸方向傾斜的自立基板50時(shí)，使用具有六方晶形 的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的種結(jié)晶基板，使種結(jié)晶基板的表面由M面向c軸方向或a軸方向在0. 35° 0. 8°的范圍內(nèi)傾斜，通過生長(zhǎng)速度不相對(duì)于III族原料的供給量的變化而進(jìn)行線性變化 的區(qū)域的氣相生長(zhǎng)法，在該表面上生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體，由此可得到單一結(jié)晶面。實(shí)施例以下，基于實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于這些實(shí)施例。[實(shí)施例1]實(shí)施例1中，通過VAS法，制作具有接近Ga極性的C面的表面的多個(gè)GaN自立基 板。作為種結(jié)晶基板，選擇直徑2英寸的藍(lán)寶石基板10，使用由C面向a軸方向的傾斜不 同的多個(gè)藍(lán)寶石基板10，考察SI/(S1+S2)的值的變化。制作試樣時(shí)，在藍(lán)寶石基板10的C 面上通過MOVPE法形成厚度300nm的GaN薄膜20后，蒸鍍Ti30使得GaN薄膜20的表面具 有開口 32，通過將其進(jìn)行熱處理而在GaN薄膜20形成空隙結(jié)構(gòu)22。在其上，通過HVP E法 生長(zhǎng)500 μ m的GaN40，通過空隙結(jié)構(gòu)22由GaMO剝離藍(lán)寶石基板10側(cè)，得到GaMO的自立 基板50。通過HVPE法的GaN的生長(zhǎng)條件，在常壓下、基板溫度為1100°C，生長(zhǎng)以lX1018/cm3 的濃度摻雜Si原子的η型的GaN層。作為III族原料，使用在HVPE裝置內(nèi)向加熱至800°C 的對(duì)金屬鎵噴射鹽酸而生成的GaCl氣體。另外，作為V族原料使用NH3氣體，作為Si原料 使用二氯硅烷氣體。另外，作為載氣，使用氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w。在實(shí)施例1中，設(shè)定鹽酸的流量為200ccm 2000ccm的同時(shí)，設(shè)定NH3的流量為 400ccm 6000ccm、V/III比為1 6的范圍來制造試樣體。另外，生長(zhǎng)速度為200 μ m/hr 1000 μ m/hr的范圍內(nèi)。另外，將相對(duì)于由C面向a軸方向傾斜的S1/(S1+S2)的值的變化示 于圖7。圖7表示，實(shí)施例1的種結(jié)晶基板的表面的由C面起的傾斜角與剛生長(zhǎng)后的剛長(zhǎng)成 狀態(tài)下的自立基板的由第1小平面構(gòu)成的單一結(jié)晶面覆蓋區(qū)域的比例關(guān)系的曲線圖。
如圖7表示的那樣，藍(lán)寶石基板的由C面的傾斜角在小于0.35°時(shí)及超過0.8° 時(shí)，制作的GaN自立基板表面的單一結(jié)晶面所占比例臨界性降低。具體地說，本實(shí)施例中， SI/(S1+S2)為 10% 以下。相對(duì)于此，如果由C面的傾斜角在0.35° 0.8°，則制作的GaN自立基板的表面 的單一結(jié)晶面所占比例臨界性增大。具體地說，實(shí)施例1中，SI/(S1+S2)為50%以上。特別地由C面向的傾斜角在0.5° 0.6°的范圍內(nèi)，制作的GaN自立基板的表 面，幾乎整面上成為單一結(jié)晶面。具體地說，實(shí)施例1中，S1/(S1+S2)為95%以上。通過原子間力顯微鏡(AFM)考察得到單一結(jié)晶面的區(qū)域的表面粗糙度時(shí)，在 100 μ m四方的區(qū)域的RMS值為1. 5nm 5. Onm以下。另一方面，在小平面雜亂配置的區(qū)域， RMS值為8. Onm以上。另外，通過陰極發(fā)光像的暗轉(zhuǎn)的觀察求得GaN自立基板的表面的位錯(cuò) 密度時(shí)，任一個(gè)試樣體都在5 X IOVcm2 4 X 105/cm2的范圍內(nèi)。另外，通過X射線衍射測(cè)定 藍(lán)寶石基板的由C面的傾斜角為0.35° 0.8時(shí)制作的GaN自立基板的單一結(jié)晶面的取向 時(shí)，測(cè)定出任一個(gè)GaN自立基板在GaN自立基板的由C面向m軸方向在0.4° 1. 0°的范 圍內(nèi)面內(nèi)具有寬度而傾斜的面。測(cè)定的角度具有寬度，是由于單一結(jié)晶面被彎曲形成。另 外，第1小平面與C軸形成的角為α、第2小平面與C軸形成的角為β時(shí)，即使種結(jié)晶基板 的表面的由C面的傾斜角發(fā)生了變化時(shí)，α及β的值也不變，僅是第1小平面面積與第2 小平面面積的面積比率改變。圖8表示實(shí)施例1中制作的LED的模式圖。接著，研磨得到的GaN自立基板的背面，成為中心的厚度為330μπκ背面平坦的直 徑2英寸的GaN自立基板。接著，如圖8表示的那樣，在該GaN自立基板的表面，通過常壓 MOVPE法，生長(zhǎng)由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的藍(lán)色LED結(jié)構(gòu)。具體地說，與GaN自立基板50相接 并在IlOO0C生長(zhǎng)1 μ m厚的n-GaN層(η = 2 X LO1Vcm3) 61，接著生長(zhǎng)6周期的InGaN (3nm) / GaN(IOnm)的多量子結(jié)構(gòu)62。其后，再使生長(zhǎng)溫度為1100°C，生長(zhǎng)30nm的Mg摻雜p-AlGaN 層63、200nm的Mg摻雜p-GaN層64。接著，在Mg摻雜ρ-GaN層64上形成由Ni/Au構(gòu)成的 P側(cè)電極65，在n-GaN層61上形成由Ti/Al構(gòu)成的η側(cè)電極66后，切分為300 μ m見方，制 成 LED 60。接著，對(duì)于由各晶片取得的LED 60，考察進(jìn)行20mA通電時(shí)的發(fā)光波長(zhǎng)，將求峰波 長(zhǎng)的分散ο的結(jié)果示于圖9。圖9表示，種結(jié)晶基板的表面的由C面的傾斜角，與制作的LED的峰波長(zhǎng)的分散σ 的關(guān)系的曲線圖。如圖9表示的那樣，使用SI/(S1+S2)小于50%的GaN自立基板50的LED，發(fā)光波 長(zhǎng)在面內(nèi)有很大偏差，分散σ為20nm以上。另一方面，在Si/(S1+S2)為50%以上的GaN 自立基板50上形成的LED，波長(zhǎng)偏差比較小，分散σ為IOnm以下。由該結(jié)果顯示，通過使 制作GaN自立基板時(shí)的藍(lán)寶石基板的表面由C面的傾斜角在0.35° 0. 8°的范圍，可使 LED的發(fā)光波長(zhǎng)在面內(nèi)均勻。圖10表示實(shí)施例1中制作的HEMT的模式圖。另外，在中心的厚度為330 μ m、背面平坦的直徑2英寸的GaN自立基板的表面，通 過常壓MOVPE法，生長(zhǎng)由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的HEMT結(jié)構(gòu)。具體地說，如圖10表示的那樣， 與GaN自立基板50相接，在1100°C生長(zhǎng)1 μ m厚的未摻雜GaN層71，接著在1100°C生長(zhǎng)5nm
13的未摻雜Alx Ga^N層72、20nm的n-Alx Ga1-^層73、5nm的未摻雜AlxGa1-^層74。本實(shí)施 例中，χ = 0. 25，n-AlxGai_xN層73的載體濃度為2X1018/cm3。此后，在未摻雜AlxGai_xN層 74上，形成Ti/Al的源電極75、Ti/Al的漏電極76，Ni/Au的門電極77，從而制造HEMT70。接著，考察由各晶片取得的HEMT70的閾值電壓，求其分散σ，結(jié)果示于圖11。圖11表示，種結(jié)晶基板的表面的由C面的傾斜角與制作的HEMT的閾值電壓的分 散σ的關(guān)系的曲線圖。如圖11表示的那樣，使用S1/(S1+S2)小于50%的GaN自立基板50的HEMT，閾值 電壓在面內(nèi)有很大偏差，分散σ為5%以上。另一方面，使用SI/(S1+S2)為50%以上的 GaN自立基板50的HEMT，閾值電壓的偏差比較小，分散ο為2%以下。由結(jié)果顯示，通過使 制作GaN自立基板時(shí)的藍(lán)寶石基板的表面由C面的傾斜角為0.35° 0.8°的范圍，可降 低制作的HEMT的閾值電壓的偏差。在這里，對(duì)于生長(zhǎng)后進(jìn)行背面研磨所制作的III屬氮化物半導(dǎo)體自立基板50進(jìn)行 了說明，但作為背面的形態(tài)，也可以是鏡面和粗面的任一種。粗面時(shí)的面的粗糙度的RMS值 為0.2μπι 2μπι，從通過目視容易區(qū)別表面和背面的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選。另外，自立基板50， 剛生長(zhǎng)后呈現(xiàn)大致圓形，也可以進(jìn)一步加工外周并提高圓形的精度，或者對(duì)端面實(shí)施錐形 加工。另外，為了在外周的一部分明視結(jié)晶取向，也可設(shè)置定位板或指示板。[實(shí)施例2]實(shí)施例1中作為種結(jié)晶基板使用藍(lán)寶石基板，但也可使用具有六方晶形的結(jié)晶結(jié) 構(gòu)的SiC、GaN、AlN、InN, AlGaN, InGaN, InAlGaN的各個(gè)基板代替該藍(lán)寶石基板實(shí)施與實(shí)施 例1同樣的實(shí)驗(yàn)。這些種結(jié)晶基板，使用具有由C面向m軸方向傾斜的表面的基板，此外在 與實(shí)施例1同樣的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)施例1同樣。[實(shí)施例3]除了不經(jīng)過利用MOVPE法生長(zhǎng)GaN薄膜并形成空隙結(jié)構(gòu)的工序，而在種結(jié)晶基板 上通過HVPE法直接生長(zhǎng)GaN以外，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的實(shí)驗(yàn)。作為種結(jié)晶基板，除了藍(lán) 寶石基板以外，可使用SiC、GaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、InAl GaN的各個(gè)基板，分別進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)。另外，使用藍(lán)寶石以外的種結(jié)晶基板時(shí)，使用了具有由C面向m軸方向傾斜的表面的種 結(jié)晶基板。使用GaN以外的基板作為種結(jié)晶基板時(shí)，GaN生長(zhǎng)后通過蝕刻或激光剝離除去 種結(jié)晶基板。另外，作為種結(jié)晶基板使用GaN時(shí)，種結(jié)晶基板的GaN與生長(zhǎng)的GaN —體化， 作為整體形成GaN自立基板。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)施例1同樣。[實(shí)施例4]除了作為種結(jié)晶基板分別使用Si、Ge、GaAS、InP、GaP的具有立方晶形的結(jié)晶結(jié)構(gòu) 的基板以外，實(shí)施與實(shí)施例3同樣的實(shí)驗(yàn)。將種結(jié)晶基板的表面作為(111)面，除了使其在 [211]方向傾斜以外，在與實(shí)施例3同樣的條件下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)施例1同樣。[實(shí)施例5]除了使作為種結(jié)晶基板的藍(lán)寶石基板變更為表面由C面向m軸方向傾斜的基板以 外，實(shí)施與實(shí)施例1同樣的實(shí)驗(yàn)。得到的GaN自立基板的由單一結(jié)晶面構(gòu)成的表面成為由C 面向GaN的a軸方向在0.4° 1. 0°的范圍內(nèi)傾斜的面，除此以外，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)施例 1同樣。[實(shí)施例6]
分別使用具有六方晶形的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的SiC、GaN, A1N、InN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 的各個(gè)基板作為種結(jié)晶基板，使該種結(jié)晶基板成為表面由C面向a軸方向傾斜的基板，除此 以外，在與實(shí)施例2及實(shí)施例3相同的條件下分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)施例1同樣。[實(shí)施例7]作為種結(jié)晶基板分別使用Si、Ge、GaAS、InP、GaP的具有立方晶形的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基 板，將種結(jié)晶基板的表面作為(111)面，在[110]方向以同樣的角度傾斜，除此以外，進(jìn)行與 實(shí)施例3同樣的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)施例1同樣。[實(shí)施例8]分別使用具有六方晶形的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的SiC、GaN, A1N、InN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 的各個(gè)基板作為種結(jié)晶基板，使該種結(jié)晶基板成為表面由M面向c軸方向或a軸方向傾斜 的基板，除此以外，在與實(shí)施例2及實(shí)施例3相同的條件下分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí) 施例1同樣。[實(shí)施例9]將通過HVPE法生長(zhǎng)的III族氮化物半導(dǎo)體分別變更為A1N、InN, AlGaN, InGaN, InAlGaN，實(shí)施與實(shí)施例1 8同樣的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)施例1同樣。[實(shí)施例10]將晶片尺寸分別變更為3英寸、4英寸、5英寸、6英寸，實(shí)施與實(shí)施例1 9同樣的 實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)施例1同樣。
權(quán)利要求
一種III族氮化物半導(dǎo)體自立基板，其特征在于，基板表面是剛長(zhǎng)成的，所述基板表面的一半以上區(qū)域包含單一結(jié)晶面，所述單一結(jié)晶面具有由III族極性的C面向m軸方向或a軸方向、或者由M面向c軸方向或a軸方向傾斜的偏離角。
2.—種III族氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo) 體自立基板上具有III族氮化物半導(dǎo)體層。
3.—種III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的制造方法，其是在種結(jié)晶基板的表面利用氣相 生長(zhǎng)法形成III族氮化物半導(dǎo)體后，將所述種結(jié)晶基板從所述III族氮化物半導(dǎo)體剝離的 III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的制造方法，所述種結(jié)晶基板為六方晶形或立方晶形的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，所述種結(jié)晶基板的所述表面為所述六方晶形時(shí)，由C面向m軸方向或a軸方向或者由 M面向c軸方向或a軸方向在0.35° 0.8°的范圍內(nèi)傾斜，所述種結(jié)晶基板的所述表面為 所述立方晶形時(shí)，由(111)面向[211]方向或[110]方向在0.35° 0.8°的范圍內(nèi)傾斜，在生長(zhǎng)速度不相對(duì)于III族原料的供給量的變化而進(jìn)行線性變化的條件下，實(shí)施III 族氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)。
4.一種III族氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，通過權(quán)利要求3所述的制造 方法來制造III族氮化物半導(dǎo)體自立基板，通過外延生長(zhǎng)在所述III族氮化物半導(dǎo)體自立 基板上形成III族氮化物半導(dǎo)體層。
5.一種III族氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于，通過權(quán)利要求4所述的制造方法來制造，所述III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的生長(zhǎng)所述III族氮化物半導(dǎo)體層的表面的一半以 上區(qū)域包含單一結(jié)晶面，所述單一結(jié)晶面具有由III族極性的C面向m軸方向或a軸方向、 或者由M面向c軸方向或a軸方向傾斜的偏離角。
全文摘要
本發(fā)明為III族氮化物半導(dǎo)體自立基板及其制造方法、III族氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。所述III族氮化物半導(dǎo)體自立基板的制造方法可不實(shí)施球面研磨等，再現(xiàn)性良好地使自立基板表面的單一結(jié)晶面的面積增大。本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體自立基板為，基板表面是剛長(zhǎng)成的，所述基板表面的一半以上區(qū)域包含具有由III族極性的C面向m軸方向或a軸方向、或者由M面向c軸方向或a軸方向傾斜的偏離角的單一結(jié)晶面。
文檔編號(hào)C30B25/18GK101949058SQ201010226869
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者江利健, 藤倉序章 申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社