[发明专利]制造第Ⅲ族氮化物半导体的方法和模板衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造其主表面是非极性平面(例如m平面或者a平面)或者半极性平面(例如r平面)的第III族氮化物半导体产品的方法。本发明还涉及一种模板衬底，包括：生长衬底和其主表面是非极性平面或者半极性平面的第III族氮化物半导体，所述第III族氮化物半导体在生长衬底上形成。 

背景技术

迄今，已经通过在生长衬底(例如蓝宝石衬底)上沿c轴方向堆叠第III族氮化物半导体来制造第III族氮化物半导体器件。然而，由于第III族氮化物半导体的晶体结构中的应变，在半导体的c轴方向上产生压电场，这可使器件性能劣化。当例如通过上述工艺制造发光器件时，内部量子效率降低。 

近年来，为避免器件性能因产生压电场而劣化，已经尝试开发其主表面是非极性平面(例如a平面或者m平面)或者半极性平面(例如r平面)的第III族氮化物半导体的晶体生长技术。此外，已经尝试使用其主表面是非极性平面(例如a平面或者m平面)或者半极性平面(例如r平面)的GaN衬底或者GaN模板衬底作为生长衬底。 

在已知的晶体生长技术中，具有m平面或者a平面主表面的GaN衬底用作生长衬底。这种m平面或者a平面的GaN衬底如下制造：在生长衬底(例如蓝宝石)上生长具有c平面主表面的厚GaN层并且平行于m平面或者a平面切割由此生长的GaN层。 

日本公开特许公报No.2006-36561公开了通过以下工艺制造具有a平面或者m平面主表面的GaN晶体或者GaN模板衬底：在具有a平面或者m平面主表面的蓝宝石衬底(即生长衬底)中形成条图案凹槽，使得凹槽的纵向是c轴方向；在生长衬底的表面、每个凹槽的一侧表面、和凹槽底面的一部分上形成SiO₂掩模；仅在凹槽的另一侧表面上形成缓冲层；并且 在其上已形成有缓冲层的凹槽侧表面上生长GaN。 

然而，当通过常规方法制造m平面或者a平面GaN衬底时，不能增加衬底尺寸，其原因是衬底尺寸取决于GaN层的厚度。此外，常规方法不能批量生产这种GaN衬底。当在生长衬底上形成GaN层时，GaN层的靠近衬底的部分表现出差的结晶性，而GaN层的远离衬底的部分表现出良好的结晶性。因此，在通过切割GaN层制造的m平面或者a平面GaN衬底中出现面内结晶性差异。 

日本公开特许公报No.2006-36561中公开的方法在选择性形成掩模或者缓冲层和在以高的可重复性生长表现出良好结晶性且具有a平面或者m平面主表面的第III族氮化物半导体方面存在困难。 

发明内容

鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种制造第III族氮化物半导体产品的方法，所述方法以高的可重复性形成其主表面是非极性平面(例如a平面或者m平面)或者半极性平面(例如r平面)的第III族氮化物半导体产品。本发明的另一目的是提供一种模板衬底，其包括：生长衬底和其主表面是非极性平面或者半极性平面的第III族氮化物半导体，所述第III族氮化物半导体在生长衬底上形成。 

在本发明的第一方面中，提供一种制造第III族氮化物半导体产品的方法，包括如下步骤： 

通过蚀刻在生长衬底的表面中形成凹槽； 

在包含氢和氨的气氛中将具有如此形成的凹槽的生长衬底加热至生长目标第III族氮化物半导体的温度；和 

在生长温度下在凹槽侧表面上外延生长第III族氮化物半导体，其中调节生长温度以使第III族氮化物半导体主要在凹槽的侧表面上沿与生长衬底主表面平行的方向生长。 

通过例如调节生长温度以低于沿垂直于衬底的方向在平面生长衬底上生长第III族氮化物半导体的温度，可以主要在凹槽的侧表面上沿与生长衬底主表面平行的方向生长第III族氮化物半导体。通常，在高于1100℃ 的温度下，沿c轴方向生长第III族氮化物半导体。因此，当生长温度是1100℃或更低时，可以在凹槽的侧表面上主要沿c轴方向生长第III族氮化物半导体。生长温度优选为1020℃或更高。这是因为当生长温度低于1020℃时，所得第III族氮化物半导体表现出差的结晶度。因此，第III族氮化物半导体的生长温度优选调节为1020～1100℃。从更好的第III族氮化物半导体的结晶度和表面平坦度的角度来考虑，生长温度更优选为1020～1060℃。生长温度进一步更优选为1030～1050℃。