[发明专利]III族氮化物半导体衬底、外延衬底及半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及III族氮化物半导体衬底、外延衬底及半导体器件。

背景技术

近年来，以化合物半导体为代表的半导体的各种特性得到发挥，应用范围进一步扩大。例如，化合物半导体作为用于层叠外延层的基底衬底非常有用，被用于发光二级管、激光二极管等半导体器件中。

使用半导体衬底作为基底衬底时，需要使半导体衬底的表面为无变形的镜面。因此，在对半导体的单晶锭实施预加工(例如，切割、研磨、蚀刻)而得到半导体衬底后，对半导体衬底的表面实施镜面研磨。

作为半导体衬底，已知有例如下述专利文献1～3中记载的半导体衬底。专利文献1中公开了一种半导体衬底，其通过将利用气相外延(VPE)进行结晶生长而得到的结晶性III-V族氮化物(例如(Al、Ga、In)-N)切割后实施预加工而获得。专利文献1中公开了以下内容：作为预加工，对半导体衬底的表面进行机械研磨后，为了除去机械研磨所产生的表面损伤而实施化学研磨(CMP)。

专利文献2中公开了一种半导体衬底，其通过对Al_xGa_yIn_zN(0＜y≤1、x+y+z＝1)晶片的表面进行CMP研磨，使RMS基准的表面粗糙度低于0.15nm，从而减少了表面的缺陷和污染。专利文献2中公开了以下内容：进行CMP时使用Al₂O₃或SiO₂作为磨粒，以及在研磨液中添加氧化剂而调整pH。

专利文献3中公开了一种半导体衬底，其根据堆积(蓄积)在外延层与半导体衬底的界面处的Si会使器件的特性降低的推测，将外延层与半导体衬底的界面处的Si浓度设定为8×10¹⁷cm^-3以下。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利6596079号说明书

专利文献2：美国专利6488767号说明书

专利文献3：日本专利第3183335号公报

发明内容

但是，在使用了在上述专利文献1～3中记载的半导体衬底上配置外延层(阱层)而成的层叠体的发光二极管中，发光强度和成品率的提高存在限度。因此，迫切希望开发出能够高度兼顾发光二极管的发光强度和成品率的半导体衬底。

本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供能够高度兼顾半导体器件的发光强度和成品率的III族氮化物半导体衬底、外延衬底及半导体器件。

本发明人进行了深入研究，结果发现，若半导体衬底的表面存在C(碳)等杂质，则在半导体衬底的表面上形成外延层时C会堆积于界面处，导致外延层/半导体衬底界面处形成电阻高的层(以下称为“高电阻层”)。另外发现，通过形成高电阻层，导致外延层/半导体衬底界面的电阻增加，发光强度和成品率降低。

此外，本发明人发现，在半导体器件中使用的III族氮化物半导体衬底中，通过在衬底表面存在特定量的硫化物和氧化物，在外延层与半导体衬底的界面处能够抑制C堆积。通过这样抑制C的堆积，可抑制外延层与半导体衬底的界面处的高电阻层的形成。由此，能够降低外延层与半导体衬底的界面的电阻，同时能够提高外延层的结晶质量。因此，能够提高发光二极管的发光强度和成品率。

即，本发明为一种用于半导体器件的III族氮化物半导体衬底，其中，在III族氮化物半导体衬底的表面具有表面层，表面层包含以S换算为30×10¹⁰个/cm²～2000×10¹⁰个/cm²的硫化物和以O换算为2原子％～20原子％的氧化物。此处，表面层是具有利用TXRF(全反射荧光X射线分析)能够测量到以S换算为30×10¹⁰个/cm²～2000×10¹⁰个/c^m2的硫化物、利用AES(俄歇电子能谱分析)能够测量到以O换算为2原子％～20原子％的氧化物的厚度的层。

另外，表面层优选包含以S换算为40×10¹⁰个/cm²～1500×10¹⁰个/cm²的硫化物。此时，能够进一步抑制外延层与半导体衬底的界面处的高电阻层的形成，能够进一步提高半导体器件的发光强度和成品率。