[发明专利]Ⅲ族氮化物晶体衬底、包含外延层的Ⅲ族氮化物晶体衬底、半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ⅲ族氮化物晶体衬底、包含外延层的Ⅲ族氮化物晶体衬底、半导体器件及其制造方法，更具体地涉及一种生产半导体器件时可以优选用作生长外延晶体半导体层的衬底的Ⅲ族氮化物晶体衬底。

背景技术

众所周知，近年来已经生产了各种使用氮化物半导体晶体（例如，Ⅲ族氮化物晶体）的器件，并且已经生产了氮化物半导体发光器件（例如，Ⅲ族氮化物半导体发光器件）作为这种半导体器件的典型示例。

通常，在制造氮化物半导体器件的工艺中，在衬底上外延生长多个氮化物半导体层（例如，Ⅲ族氮化物半导体层）。外延生长的氮化物半导体层的晶体质量受到用来外延生长的衬底的表面层的状态的影响，并且该质量影响包含氮化物半导体层的半导体器件的性能。因此，在氮化物半导体晶体用作上面类型的衬底的情况下，期望至少提供外延生长基础的衬底主表面具有没有形变的光滑形式。

更具体地，用于外延生长的氮化物半导体衬底的主表面通常会受到光滑处理和形变去除处理。在各种化合物半导体中，氮化镓基半导体是相对较硬的，使得其表面光滑处理不容易进行，并且平滑处理之后的形变去除处理也不容易进行。

美国专利No.6,596,079（专利文献1）已经公开了一种由通过在(AlGaIn)N籽晶上气相外延生长的(AlGaIn)N块状晶体来生产衬底的情况下形成衬底表面的方法，更具体地，公开了一种形成衬底表面的方法，该衬底表面具有1nm或更低的RMS（均方根）表面粗糙度且没有由于在经受机械抛光的衬底表面上实施CMP（化学机械抛光）或蚀刻而造成的表面损伤。美国专利No.6,488,767（专利文献2）公开了一种Al_xGa_yIn_zN(0<y≤1,x+y+z=1)衬底，其具有通过CMP处理实现的0.15nm的RMS表面粗糙度。用于这种CMP的处理试剂包含Al₂O₃颗粒、SiO₂颗粒、pH控制剂和氧化剂。

在现有技术中，如上所述，在机械抛光GaN晶体之后实施CMP处理或干法蚀刻，以便去除由机械抛光形成的处理引起的损伤层，并形成具有抛光的衬底表面的GaN衬底。然而，CMP处理的处理速度很低，导致成本和生产率问题。此外，干法蚀刻会造成表面粗糙度方面的问题。

利用CMP的Si衬底的抛光方法和用于该方法的抛光剂并不适用于硬的氮化物半导体衬底，并且表面层的去除速度降低。具体地，GaN是化学稳定的，并且相对耐受湿法蚀刻，使得不容易进行CMP处理。虽然干法蚀刻能够去除氮化物半导体表面，但是没有在水平方向上使表面平坦化的效果，使得不能获得表面光滑效果。

为了在衬底的主表面上外延生长优良晶体质量的化合物半导体层，必需使用具有如上所述的良好晶体质量且很少工艺损伤和很少形变的表面层的衬底表面。然而，衬底主表面上要求的表面层的晶体质量并不明确。

日本专利特开No.2007-005526（专利文献3），涉及一种氮化物晶体衬底和利用这种衬底制造的半导体器件，已经提到：为了制造半导体器件，氮化物晶体衬底适合于：对GaN晶体或AlN晶体经受机械抛光，然后在预定的条件下进行CMP，并在改变从衬底的晶体表面起的X射线穿透深度落在预定范围内的同时，通过进行X射线衍射测量来评估晶体表面层的平均形变、不规则形变和面取向偏离中的至少一种，。

引用列表

专利文献

PTL 1：美国专利No.6,596,079

PTL 2：美国专利No.6,488,767

PTL 3：日本专利特开No.2007-005526

发明内容

技术问题

在美国专利No.6,596,079（专利文献1）、美国专利No.6,488,767（专利文献2）和日本专利特开No.2007-005526（专利文献3）中示出的每个衬底都是由六方晶纤锌矿Ⅲ族氮化物晶体制成的，主表面采用（0001）面。在作为至少包含一个在这种晶体衬底的主表面上外延生长的半导体层的半导体器件的发光器件中，半导体层的主表面也采用（0001）面，该（0001）面是在该面的法线方向上改变极性的极化面，由这种极化造成的压电极化所导致的量子限制斯塔克效应，致使很大的发光蓝移，并伴随有增大的电流注入量，造成发光强度降低。

为了制造抑制发光蓝移的发光器件，要求减小用于制造发光器件的衬底主表面上的极性，换句话说，用与（0001）面不同的面作为衬底的主表面。