[发明专利]III族氮化物外延基板以及其的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及III族氮化物外延基板以及其的制造方法。

背景技术

近年来，通常包含Al、Ga、In等与N的化合物的III族氮化物半导体广泛用于发光元件、电子装置用元件等。这样的装置的特性受III族氮化物半导体的结晶性的较大影响，因此谋求用于使结晶性高的III族氮化物半导体生长的技术。

III族氮化物半导体以往通过使其在蓝宝石基板上外延生长而形成。然而，存在蓝宝石基板的热导率小，因此散热性差，不适于高输出装置的制作的问题。

因此，近年来，提出作为III族氮化物半导体的晶体生长基板，使用硅基板(Si基板)的技术。Si基板具有与上述蓝宝石基板相比散热性高，因此适于高输出装置的制作，此外，大型基板廉价，因此能够抑制制造成本的优点。然而，与蓝宝石基板同样地、Si基板与III族氮化物半导体的晶格常数不同，即便直接使III族氮化物半导体在该Si基板上生长、也不能期待得到结晶性高的III族氮化物半导体。

此外，直接使III族氮化物半导体在Si基板上生长的情况下，存在如下问题：该III族氮化物半导体的热膨胀系数与Si相比大，因此在从高温的晶体生长工序冷却至室温的过程中，III族氮化物半导体中产生大的拉伸应变，由此引起Si基板翘曲，与此同时III族氮化物半导体中产生高密度的裂纹。

因此，专利文献1中公开了如下的技术，通过在Si基板与III族氮化物半导体之间，设置交替地分别层叠多层包含Al_xGa_1-xN(0.5≤x≤1)的第1层和包含Al_yGa_1-yN(0.01≤y≤0.2)的第2层而成的AlN系超晶格缓冲层，从而在Si基板上制造结晶性高、并且防止了裂纹的产生的III族氮化物半导体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-67077号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1中，提及通过形成氮化物半导体超晶格结构，从而防止在其上的III族氮化物半导体层(主层叠体)中的裂纹的产生。然而，根据本发明人等的研究，确认到如下情况：对于Si基板形成如专利文献1那样的以往的超晶格层叠体，在其上形成包含III族氮化物半导体层的主层叠体时，所得到的III族氮化物外延基板会发生Si基板侧凹陷、主层叠体侧凸起的大的翘曲。需要说明的是，关于III族氮化物外延基板的翘曲，以下将Si基板侧凹陷、主层叠体侧凸起而翘曲的情况称为“向上侧凸起地翘曲”，与之相对，将Si基板侧凸起、主层叠体侧凹陷而翘曲的情况称为“向下侧凸起地翘曲”。发生这种大的向上侧凸起的翘曲的情况下，给装置形成工序中对于主层叠体的正确的加工造成障碍，存在产生装置不良的可能性，因此成为问题。

此外，还谋求提高III族氮化物外延基板的纵向耐压。

因此，本发明鉴于上述问题，目的在于提供减少形成主层叠体后的翘曲、并且提高纵向耐压的III族氮化物外延基板以及其的制造方法。

用于解决问题的方案

可以达成该目的的本发明的III族氮化物外延基板的特征在于，具有：Si基板；与该Si基板连接的初期层；和形成于该初期层上、交替地层叠包含Al_αGa_1-αN(0.5<α≤1)的第1层以及包含Al_βGa_1-βN(0<β≤0.5)的第2层而成的超晶格层叠体，前述第2层的Al组成比β越远离前述Si基板越逐渐增加。

本发明中，优选的是，前述超晶格层叠体具有多个超晶格层，所述超晶格层是由前述第1层和Al组成比β固定的前述第2层交替层叠而成的，对于前述第2层的Al组成比β，越远离前述Si基板的位置的超晶格层的β越大。

此外，距前述Si基板最近的前述第2层的Al组成比x与距前述Si基板最远的前述第2层的Al组成比y之差y-x优选为0.02以上。

此外，前述第1层优选为AlN。

此外，优选的是，前述初期层包含AlN层和该AlN层上的Al_zGa_1-zN层(0<z<1)，该Al_zGa_1-zN层的Al组成比z大于距前述Si基板最远的前述第2层的Al组成比y。