[发明专利]半导体层的形成方法

说明书

本发明涉及半导体层的形成方法，特别涉及适用于在各种材料构成的衬底上等形成例如GaN(氮化镓)等薄膜、厚膜等膜的外延半导体层的半导体层形成方法。

近年来，人们的注意力投向GaN，这是一种作为在例如蓝光波长区至紫外波长区等短波长区发光器件材料的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体，就这一点而言，除了已进行了由例如GaN系薄膜材料制备蓝光激光器的开发之外，已实现了由GaN系薄膜材料制备蓝光发光二极管(LED)。

关于这种GaN系薄膜，不仅已知GaN，还已知例如由InGaN等制备的发光器件材料。

为了提高发光效率或实现由GaN系薄膜材料制备蓝光激光器，认为重要的是很好地控制存在于GaN系薄膜中的例如错配位错、如由错配位错造成的螺形位错(threading dislocation)等位错、晶界等等结构缺陷。

同时，形成于已普遍用作衬底的蓝宝石(Al₂O₃)上的GaN薄膜的缺陷密度(每单位面积的结构缺陷数)有极高的值。

这种GaN系薄膜中的高缺陷密度主要是由于GaN系薄膜与衬底材料(Al₂O₃)的晶格错配及两者间的热膨胀系数差造成的。关于这一点，认为GaN系薄膜中高缺陷密度是实际情况下不可避免的问题，不存在适宜用作GaN衬底且与GaN系薄膜具有良好晶格匹配的衬底。

为了改善GaN薄膜中的高缺陷密度，如图1所示，图1示意说明了一种薄膜结构，迄今已采用了这样一种方式，例如采用SiC衬底型的6H-SiC(0001)衬底。AlN薄膜形成于其上(厚度例如为10nm或更厚)，GaN系薄膜也形成于其上(厚度例如为1.5微米)。

即，由于AlN薄膜与SiC衬底晶格错配率为1％，并且一方面它表现出与GaN薄膜的晶格错配率为2.5％，所以这种AlN薄膜已用作SiC衬底和GaN系薄膜间的缓冲层。

在图1所示薄膜结构中，厚1.5微米的GaN形成于厚10nm或更厚的AlN薄膜上，尽管对于结构缺陷中的螺形位错来说，实现了10⁹cm^-2数量级的位错密度，但仍希望进一步显著降低位错密度。

鉴于这种需求，最近提出了例如图2(a)和2(b)所示的ELO工艺(外延横向过生长)。

在ELO工艺中，首先，在衬底200上通过缓冲层202进行GaN晶体生长，GaN晶体生长的结果是形成第一GaN层204，然后，利用预定掩模图形，在第一GaN层204上形成掩模206(见图2(a))。

然后，在其上已形成有掩模206的第一GaN层204上，进一步进行GaN晶体生长，形成第二GaN层208，从而预计能减小第二GaN层208中螺形位错的位错密度(见图2(b))。

根据上述ELO工艺，第一GaN层204中螺形位错密度为10⁹-10¹⁰cm^-2数量级，而由未被掩模206覆盖的第一GaN层204生长的GaN晶体，在掩模206上发生横向生长(由图2(b)中箭头所示方向)，所以第二GaN层208中螺形位错的位错密度下降到10⁷cm^-2数量级。

然而，在上述ELO工艺中，需要利用预定掩模图形在第一GaN层204上形成掩模206(见图2(a))。因此，存在着需要例如腐蚀等各种不同的工艺操作的问题，所以工时延长，其制造成本等提高，所以最终产品变贵。

另外，还存在着这样一个问题，按照ELO工艺，螺形位错出现在第二GaN层208中边界部分内，在此利用掩模206各自横向生长的GaN晶体彼此熔融(图2(b)中虚线所示部分)，所以在含有边界部分的第二GaN层208不用于例如蓝光LED等器件时，限制了可用于器件等的GaN系薄膜区。

考虑到上述现有技术问题，做出了本发明，本发明的目的是提供一种形成半导体层的方法，利用该方法，可以明显降低所得半导体层中的结构缺陷的缺陷密度特别是螺形位错的位错密度，所以在由各种材料构成的衬底上形成例如GaN(氮化镓)等薄膜、厚膜等半导体层时，可以缩短工时，降低制造成本，并且不需要任何复杂工艺。

为了实现上述目的，本发明中，用于形成半导体层的半导体层形成方法包括供应用于抑制半导体层中的结构缺陷的结构缺陷抑制材料。