[发明专利]氮化物半导体材料及氮化物半导体结晶的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于半导体设备的氮化物半导体材料。另外，本发明也涉及用于制造该氮化物半导体材料的氮化物半导体结晶的制造方法。

背景技术

以往，公知有：组成中含有Ga、Al、B、As、In、P或Sb中的至少一种元素和N的化合物半导体(以下称为“氮化物半导体”)的带隙为1.9～6.2eV这样宽的范围，由于具有从紫外线到可见光区域的宽范围的带隙能量，因此，有望作为发光、感光设备用半导体材料。作为该氮化物半导体的代表例，通常有用式B_xAl_yGa_zIn_1-x-y-zN(0≤x≤1、0≤y≤1、0<z<1、0≤x+y+z≤1)表示的化合物半导体。氮化物半导体设备主要以蓝宝石作为生长用衬底而形成，目前，利用在蓝宝石衬底上设置的GaN膜及其上的氮化物半导体膜而制作的发光二极管已在市场上销售。

但是，蓝宝石衬底与GaN的晶格不匹配率较大、约为16％，蓝宝石衬底上生长的GaN膜的缺陷密度也达到10⁹～10¹⁰cm^-2。这样高的缺陷密度尤其成为蓝宝石衬底上形成的蓝色半导体激光的寿命缩短的原因。

另外，若在氮化物半导体可生长的衬底上生长氮化物半导体，则通过增加其膜厚而使结晶缺陷变少。但是，具有如下的问题：当在蓝宝石衬底等上形成GaN的厚膜时，就会在GaN上产生裂纹或破裂，进而GaN从基底衬底剥离的问题(参照非专利文献1及非专利文献2)。

另外，例如即使GaN生长数百μm，生长后的表面也会产生缺陷或者生长的面产生多个(参照非专利文献3及专利文献1～8)。

在此，GaN膜制作可使用的最理想的衬底依然是GaN衬底。但是，GaN中氮的平衡蒸气压力与Ga相比极高，因此，利用以往的拉晶法等使整个结晶生长是困难的。因此，提出有如下的方法，即，在与氮化物半导体不同的材料构成的衬底、即由不同种类的材料构成的衬底(例如蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底、GaAs衬底等，下面称为“不同种类衬底”)上生长较厚的GaN膜之后，将不同种类衬底除去，由此，制作氮化物半导体材料(参照专利文献6～8)。

但是，用这些方法制成的GaN衬底不能说有充分的结晶均匀性或稳定性，品质也不能说是稳定的，相对现有技术中的蓝宝石衬底价格昂贵。

专利文献1：(日本)特开平10-173288号公报

专利文献2：(日本)特开平10-316498号公报

专利文献3：(日本)特开2001-200366号公报

专利文献4：(日本)特开2002-184696号公报

专利文献5：(日本)特表2004-508268号公报

专利文献6：(日本)特开平10-256662号公报

专利文献7：(日本)特开2002-293697号公报

专利文献8：(日本)特开2003-7616号公报

非专利文献1：Japanese Journal of Applied Physics 32(1993) p1528

非专利文献2：Vaudo，R.P.et al.，Proceedings Electrochemical Society，199998-18p79-86

非专利文献3：Crystal Properties and Preparation 32-34(1991)p154

发明内容

本发明的课题在于提供一种氮化物半导体材料，其氮化物半导体结晶具有一定的厚度，并且均匀性或稳定性良好、制造成本低、适用于作为氮化物半导体系设备用衬底。另外，本发明的课题在于提供一种氮化物半导体结晶的制造方法，该制造方法使氮化物半导体结晶生成到一定厚度时也不发生裂纹或破裂，不会从基底衬底剥离，无需表面的研磨工序，并且生长面由单一面构成。

本发明者经过反复的锐意探讨，其结果是得出了具有下面结构的本发明可以解决上述课题。

本发明提供一种氮化物半导体材料，其在半导体或电介质衬底上具有第一氮化物半导体层组，其特征在于，所述第一氮化物半导体层组的表面的RMS为5nm以下，X射线半幅值的变动在±30％以内，表面的光反射率在15％以上，其变动在±10％以下，并且，所述第一氮化物半导体层组的厚度为25μm以上。