Iii族氮化物半导体元件制造用基板的制造方法、iii族氮化物半导体自支撑基板或iii族 ...的制作方法
【专利说明】N I族氮化物半导体元件制造用基板的制造方法、I I I族氮化 物半导体自支撑基板或Μ I族氮化物半导体元件的制造方法、 以及Ml族氮化物生长用基板
[00011 本申请是申请日为2011年9月30日、申请号为201180047494.3、发明名称为"III族 氮化物半导体元件制造用基板的制造方法、III族氮化物半导体自支撑基板或III族氮化物 半导体元件的制造方法、以及III族氮化物生长用基板"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及III族氮化物半导体元件制造用基板的制造方法、III族氮化物半导体 自支撑基板或III族氮化物半导体元件的制造方法、以及III族氮化物生长用基板。
【背景技术】
[0003] -般由III族氮化物半导体构成的例如III族氮化物半导体元件被广泛用作发光 元件或电子器件用元件，该III族氮化物半导体由Al、Ga等与N的化合物形成。这样的III族 氮化物半导体现在通常是在例如由蓝宝石形成的晶体生长基板上采用M0CVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有机金属化学气相沉积)法形成的。
[0004] 然而，由于III族氮化物半导体与晶体生长基板(一般为蓝宝石）的晶格常数差异 大，因而存在下述问题:产生因该晶格常数的差引发的位错，晶体生长基板上生长的III族 氮化物半导体层的晶体品质会降低。
[0005] 为了解决该问题，现有技术广泛采用了使GaN层在例如蓝宝石基板上隔着低温多 晶或无定形状态的缓冲层生长的方法。然而，由于蓝宝石基板的导热率小，所以散热性差， 另外，由于绝缘性而无法流通电流，因此采用在氮化物半导体器件层的一面形成η电极及p 电极来流通电流的构成，采用该构成难以流通大电流，不适合于制作高输出功率的发光二 极管(LED)。
[0006] 为此，非专利文献1和专利文献1提出了如下激光剥离法等方法，在导电性且导热 率大的另外的支撑基板上贴附生长层，从蓝宝石基板的背面对GaN层照射具有大于GaN的能 隙的量子能量的激光，使GaN热分解成Ga和N，从而将蓝宝石基板与III族氮化物半导体层剥 离。然而仍存在下述课题:这些方式的激光剥离装置的成本高;还容易给形成在将被剥离的 GaN层上的器件层引入热损伤;等。
[0007] 另外，作为其它的现有技术，专利文献2~5公开了使GaN层在蓝宝石基板上隔着金 属氮化物层生长的技术。与上述缓冲层技术相比较，采用该方法可以减少GaN层的位错密 度，能够生长高品质的GaN层。这是由于金属氮化物层的CrN膜与GaN层的晶格常数及热膨胀 系数的差较小。另外，该CrN膜可以用化学蚀刻液选择性地蚀刻，对于采用化学剥离法使生 长用基板与III族氮化物半导体器件层分离的工艺有用。
[0008] 这些专利文献中公开了如下技术，作为氮化铬层的优选条件，在HVTO(Hydride Vapor Phase Epitaxy:氢化物气相外延法)装置内，在含氨气的气氛下、1000°C以上的温度 下对已成膜在生长用(0001)蓝宝石基板上的金属铬层实施氮化处理，从而在基板面上部分 地形成如图1(a)所示的三棱锥形状的氮化铬微晶。氮化铬的晶体结构为岩盐型（立方晶 系），三棱锥的底面为（111)面，底边平行于蓝宝石基板(0001)面内的〔10-10〕、〔01-10〕、〔-11〇〇〕方向，如图1 (b)的X射线衍射2Θ- ω扫描结果所显示地，自底面的重心朝向三棱锥的顶 点的方位为〔111〕。
[0009] 现有技术文献
[0010] 非专利文献
[0011] 非专利文献 l:w.s. Wong 等、Appl.Phys. Lett .72( 1998)599.
[0012]专利文献
[0013] 专利文献1:日本特表2001-501778号公报
[0014] 专利文献2:国际公开第2006/126330号公报
[0015] 专利文献3:日本特开2008-91728号公报
[0016] 专利文献4:日本特开2008-91729号公报
[0017] 专利文献 5:W02007/023911 公报
【发明内容】
[0018] 发明要解决的问题
[0019] 如此，络层的氮化处理通常在HVPE装置内进行。其理由可列举如下:HVPE装置内的 氮化处理为热壁型，由于氨气在与作为III族原料的GaCl等III族氯化物气体混合前被加 热，因此使得氨气的分解效率好等。然而存在如下问题:对于形成氮化物半导体元件，薄膜 生长是不可或缺的，采用HVPE生长炉难以形成氮化物半导体层的薄膜;另外，在HVPE炉中形 成CrN层后，需要转移到M0CVD炉中，而由于此时CrN层表面的氧化等，使得难以在CrN层上外 延生长具有良好结晶性的III族氮化物半导体层。
[0020] 本发明人等为了解决这些问题，在M0CVD生长炉内对铬层实施了氮化处理，继而发 现专利文献2~5所记载的制造条件的一部分是必要条件而非充分条件。即，存在如下情况： 如图2(a)所示，不仅含有大致三棱锥形状的氮化铬微晶，而且还含有方位各不相同且近似 四边形的鳞片状或无定形的微晶；此外，如图2(b)、图2(c)所示，观测到基底基板上的基板 面内的形状偏差。另外，由图2(d)显示的X射线衍射的结果暗示了近似四边形的鳞片状的暴 露面为岩盐型结构的{100}面群。
[0021] 为了在氮化铬层上生长结晶性好的III族氮化物半导体结晶层，优选使得氮化铬 层的〔111〕方位与垂直于生长用（0001)蓝宝石基板面的方向一致、并且氮化铬层的面内旋 转的方位集中为蓝宝石(0001)面内的规定方位，因而形成上述鳞片状或无定形且方位各不 相同的微晶有可能降低结晶层的结晶性、均一性。
[0022] 本发明的目的在于提供:111族氮化物半导体元件制造用基板的制造方法以及III 族氮化物半导体自支撑基板或III族氮化物半导体元件的制造方法，该方法在M0CVD生长炉 内氮化铬层时，通过提高已形成的氮化铬层面内的大致三棱锥形状的氮化铬微晶所占的面 积比率，从而可以提高之后生长在氮化铬层上的晶体层的结晶性、均一性。
[0023] 用于解决问题的方案
[0024] 为了实现上述目的，本发明的要点构成如下所述。
[0025] (1)-种III族氮化物半导体元件制造用基板的制造方法，其特征在于，该方法具 备:成膜工序，在生长用基底基板上形成铬层;氮化工序，通过在规定的条件氮化该铬层，从 而形成氮化铬层；晶体层生长工序，在该氮化铬层上外延生长至少一层III族氮化物半导体 层，其中，前述铬层通过溅射法以溅射粒子射程区域的成膜速度为秒的范围、厚 度为50~3 00 A的范围的方式成膜，前述氮化铬层在炉内压力6 · 666kPa以上且66 · 66kPa 以下、温度l〇〇〇°C以上的M0CVD生长炉内、含氨气的气体氛围中形成，前述气体氛围中除了 氨气以外的气体成分为由氮气和氢气组成的载气，氮气在该载气中所占的含有比率为60~ 100体积％的范围。
[0026] (2)根据上述(1)记载的III族氮化物半导体元件制造用基板的制造方法，其中，前 述氮化铬层表面的氮化铬微晶中具有大致三棱锥形状的氮化铬微晶所占的面积比率为 70%以上。
[0027] (3)根据上述（1)或(2)记载的III族氮化物半导体元件制造用基板的制造方法，其 中，前述铬层在多块生长用基底基板上以平均成膜速度各自为卜~ 1 〇A/秒的范围的方式 间歇性地成膜。
[0028] (4)根据上述(2)或(3)记载的III族氮化物半导体元件制造用基板的制造方法，其 中，前述大致三棱锥形状的氮化铬微晶的底边的方位平行于前述III族氮化物半导体层的 <11-20>方向(a轴方向）群。
[0029] (5)根据上述（1)~(4)的任一项记载的III族氮化物半导体元件制造用基板的制 造方法，其中，前述生长用基底基板具有六方晶系或准六方晶系的晶体结构，表面为(0001) 面。
[0030] (6)-种III族氮化物半导体自支撑基板或III族氮化物半导体元件的制造方法， 其特征在于，该方法具备:成膜工序，在生长用基底基板上形成铬层;氮化工序，通过在规定 的条件下氮化该铬层，从而形成氮化铬层；晶体层生长工序，在该氮化铬层上外延生长至少 一层III族氮化物半导体层;分离工序，通过化学蚀刻去除前述氮化铬层，从而使前述生长 用基底基板与前述III族氮化物半导体分离，其中，前述铬层通过溅射法以溅射粒子射程区 域的成膜速度为7~6 5 A /秒的范围、厚度为:5 (K30 0Λ的范围的方式成膜，前述氮化铬 层在炉内压力6.666kPa以上且66.66kPa以下、温度1000°C以上的M0CVD生长炉内、含氨气的 气体氛围中形成，前述气体氛围中除了氨气以外的气体成分为由氮气和氢气组成的载气， 氮气在该载气中所占的含有比率为60~100体积％的范围。
[0031 ] (7)根据上述(6)记载的III族氮化物半导体自支撑基板或III族氮化物半导体元 件的制造方法，其中，前述氮化铬层表面的氮化铬微晶中具有大致三棱锥形状的氮化铬微 晶所占的面积比率为70%以上。
[0032 ] (8)根据上述(6)或(7)记载的III族氮化物半导体自支撑基板或III族氮化物半导 体元件的制造方法，其中，前述铬层在多块生长用基底基板上以平均成膜速度各自为 1~κ) A /秒的范围的方式间歇性地成膜。
[0033 ] (9)根据上述(7)或(8)记载的III族氮化物半导体自支撑基板或III族氮化物半导 体元件的制造方法，其中，前述大致三棱锥形状的氮化铬微晶的底边的方位平行于前述III 族氮化物半导体层的<11_20>方向(a轴方向）群。
[0034] (10)根据上述(6)~(9)的任一项记载的III族氮化物半导体自支撑基板或III族 氮化物半导体元件的制造方法，其中，前述生长用基底基板具有六方晶系或准六方晶系的 晶体结构，表面为(〇〇〇 1)面。
[0035] (11)-种III族氮化物生长用基板，其特征在于，其具有基板及该基板上的氮化铬 层，前述氮化铬层表面的氮化铬微晶中具有大致三棱锥形状的氮化铬微晶所占的面积比率 为70%以上。
[0036] 发明的效果
[0037]根据本发明，可以提供：III族氮化物半导体元件制造用基板的制造方法以及III 族氮化物半导体自支撑基板或III族氮化物半导体元件的制造方法，该方法通过适当设定 用来在生长用基底基板上成膜的铬层的成膜条件、以及用于在M0CVD生长炉内将该铬层氮 化的氮化条件，从而可以提高形成的氮化铬层面内的大致三棱锥形状的氮化铬微晶所占的 比例，由此可以提高在氮化铬层上延续生长的III族氮化物半导体层、III族氮化物半导体 元件结构层的晶体层的结晶性、均一性。
【附图说明】
[0038]图1(a)和图1(b)分别显示对于溅射成膜在蓝宝石(0001)基板上的铬层在HVPE炉 内实施氮化处理后的试样的表面SEM照片和X射线衍射2θ-ω扫描的结果。
[0039]图2(a)~(c)分别显示对于溅射成膜在蓝宝石(0001)基板上的铬层在规定条件下 M0CVD炉内进行氮化处理后的情况下的试样的表面SEM照片，图2(d)显示X射线衍射2θ-ω扫 描的结果。
[0040] 图3(a)~(d)是用于说明遵照本发明的III族氮化物半导体元件制造用基板的制 造方法的示意性截面图。
[0041] 图4(a)和图4(b)是各种溅射装置的示意性立体图，图4(c)是图4(b)所示溅射装置 的示意性截面图。
[0042] 图5(a)和图5(b)是用来说明成膜速度与平均成膜速度的关系的图。
[0043]图6(a)和图6(b)分别是显示铬层的成膜速度与氮化处理后的大致三棱锥形状的 氮化铬微晶