[发明专利]第III族氮化物半导体生长基板、第III族氮化物半导体外延基板、第III族氮化物半导体元件和第III族氮化物半导体自立基板、及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及第III族氮化物半导体生长基板、第III族氮化物半导体外延基板、第III族氮化物半导体元件、和第III族氮化物半导体自立基板；以及它们的制造方法。

背景技术

例如，包括通常由N和如Al或Ga的化合物制成的第III族氮化物半导体的第III族氮化物半导体元件广泛地用作发光元件或电子器件用元件。目前，第III族氮化物半导体通常通过MOCVD法形成在由例如蓝宝石组成的晶体生长基板上。

然而，由于第III族氮化物半导体和晶体生长基板(通常是蓝宝石)具有明显不同的晶格常数，因此将发生由于晶格常数不同导致的位错，这引起在晶体生长基板上生长的第III族氮化物半导体层的晶体品质降低的问题。

为了解决该问题，常规上广泛使用其中在例如蓝宝石基板上生长GaN层的方法，其中低温多晶或无定形缓冲层插入其间。然而，蓝宝石基板具有低的导热率并且由于其绝缘性而不能使电流流动。因此，采用在蓝宝石基板的一个表面上形成n-电极和p-电极以使电流流动的结构。在此类结构的情况下，高电流几乎不流动并消耗很少的热量，这不适合于制造高功率输出发光二极管(LED)。

考虑到此点，采用诸如激光剥离法的方法。该方法使用其中元件迁移并附着到另外的具有足够的导电率和导热率的支持基板的构造，并且电流在垂直方向可以流动。用具有比GaN能隙更高的量子能量的激光照射在蓝宝石基板上形成的GaN层，从而将GaN热分解成Ga和氮，使得第III族氮化物半导体层与蓝宝石基板分离。

此外，作为另一种常规技术，WO 2006/126330、JP2008-91728和JP 2008-91729公开了在具有在蓝宝石基板上生长GaN层的技术，其中金属氮化物层插入其间。根据此方法，与上述技术相比，GaN层的位错密度可以降低，能够生长高质量的GaN层。这是因为金属氮化物层如CrN层与GaN层之间晶格常数与热膨胀系数的差相对小。此外，此CrN层可以用化学蚀刻剂选择性地蚀刻，这在使用化学剥离法的方法中是有用的。

然而，在用于产生比蓝色短的波长区域(例如400nm以下的波长)的光的氮化物半导体元件中，由于产生光的波长较短，因此需要在氮化物半导体元件的Al_xGa_1-xN层的Al组分x较高。具有大于约30原子％的Al组成的Al_xGa_1-xN的生长温度大于约1050℃(其为CrN的熔点)。因此，当包含其Al组成超过约30原子％的Al_xGa_1-xN的第III族氮化物半导体层在CrN层上生长时，CrN在高温环境下熔融，并且由于熔融的CrN的分布不均等而变得难以通过化学蚀刻除去CrN；因此，化学剥离困难。这显示出，当采用化学剥离法时，仅当氮化物半导体元件的Al_xGa_1-xN层的Al组成x为约0.3以下时可以使用CrN层，而且要制造的发光元件具有波长限制。因此，当在器件形成工艺中采用化学剥离法时，CrN不能用作用于生长具有高Al组成的Al_xGa_1-xN的缓冲层，其生长温度高。因此，期待即使在超过1050℃的高温下热处理后仍能容易通过化学蚀刻除去的、且适合于化学剥离法的材料。

尽管可以考虑使用代替CrN的具有高熔点的金属，但必需使用高腐蚀性的氢氟酸蚀刻剂以通过由于化学蚀刻导致的溶解来除去高熔点金属(如Zr或Hf)。当氢氟酸蚀刻剂用于化学剥离时，由于其对基板或电极等如此地腐蚀，从而需要保护手段，这被认为导致因此而增加制造成本，且生产方法的自由度降低。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于通过提供以下来解决上述问题：提供具有良好结晶性的第III族氮化物半导体外延基板、第III族氮化物半导体元件和第III族氮化物半导体自立基板，它们能够用于在使用生长温度高的具有高的Al组成的Al_xGa_1-xN、以及生长温度为1050℃以下的AlGaN、GaN和GaInN的器件生产工艺中的化学剥离；以及用于生产这些的第III族氮化物半导体生长基板。本发明的另一个目的在于提供有效生产这些的方法。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明主要包括以下部分。