专利名称：：制造贴合Ⅲ族氮化物半导体层的衬底的方法
技术领域：
：本发明涉及制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法，其中III族氮化物半导体层和异种(different-composition)衬底相互贴合(bonded),所述异种衬底的化学组成不同于所述III族氮化物半导体层。通过本发明的制造方法得到的贴合III族氮化物半导体层的衬底适用于制造半导体装置。
背景技术：
：III族氮化物半导体衬底如Al^GaxN(0《x《l)衬底适用于半导体装置，然而，其制造成本非常高。因此，包括III族氮化物半导体衬底的半导体装置的制造成本非常高，看起来这是由制造in族氮化物晶体半导体衬底的方法引起的。具体地，当使用氢化物气相外延(HVPE)、金属有机化学气相淀积(MOCVD)、升华或其它气相淀积在III族氮化物半导体衬底上生长晶体时，晶体生长得慢。例如，晶体生长大约100小时的时间仅能提供约10mm厚的III族氮化物半导体晶体。具有这样厚度的晶体仅允许从其切割少量(例如，约为10个)约200pm400厚的III族氮化物半导体衬底。然而，如果将从III族氮化物半导体晶体切割的III族氮化物半导体层的厚度降低以提供更多数量的ni族氮化物半导体衬底，则机械强度降低且所述衬底不能自立。因而，需要一种方法以对从in族氮化物半导体晶体切割的薄m族氮化物半导体层进行加固。对in族氮化物半导体层进行加固的示例性方法包括通过将in族3氮化物半导体层与异种衬底进行贴合而制造衬底的方法，所述异种衬底的化学组成不同于所述III族氮化物半导体层(下文中称为贴合III族氮化物半导体层的衬底)。日本专利申请待审2006-210660号公报(专利文献1)公开了制造半导体衬底的方法作为这样的制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法，所述方法包括如下步骤在第一氮化物半导体衬底的表面附近注入离子；在第二衬底上层叠所述第一氮化物半导体衬底使得其表面侧面对所述第二衬底；对所述两个层叠的衬底进行热处理；以及从所述第二衬底上剥离大部分所述第一氮化物半导体衬底使得注入离子的层定义为边界。
发明内容根据上述日本专利申请待审2006-210660号公报(专利文献l)中所公开的制造半导体衬底的方法，得到了在第二衬底上层叠薄氮化物半导体层的半导体衬底，然而，注入的离子穿过且存在于这样的氮化物半导体衬底的薄氮化物半导体层的内部和主面上，且结晶度降低。因此，在这样的半导体衬底上生长的半导体层的结晶度降低，其导致半导体装置的特性较低。本发明的目的是解决上述问题并提供贴合III族氮化物半导体层的衬底，其中所述m族氮化物半导体层的结晶度高。本发明涉及制造贴合m族氮化物半导体层的衬底的方法，其中ni族氮化物半导体层和异种衬底相互贴合，所述异种衬底的化学组成不同于所述m族氮化物半导体层。本发明涉及制造贴合in族氮化物半导体层的衬底的方法，所述方法包括如下步骤在距离in族氮化物半导体衬底的一个主面规定深度的区域中注入至少任意一种氢和氦的离子；将异种衬底与所述m族氮化物半导体衬底的主面贴合；通过在注入离子区域处分离所述III族氮化物半导体衬底而得到贴合III族氮化物半导体层的衬底；以及在含氮气体的气氛中于700°C以上的温度下对所述贴合III族氮化物半导体层的衬底进行退火。4在本发明制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法中，所述含氮的气体可以包括氨气。另外，能够在95(TC以上的温度下实施所述退火步骤。另外，本发明制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法在得到贴合III族氮化物半导体层的衬底的步骤之后并在退火步骤之前，还可以包括如下步骤除去III族氮化物半导体层中注入离子的区域。此外，在本发明制造贴合m族氮化物半导体层的衬底的方法中，在关于III族氮化物半导体层的(0002)面的摇摆曲线(rockingcurve)中X射线衍射峰的半宽度为450弧秒以下。当参考附图时由本发明的下列详细描述，将使得本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点变得更显而易见。图1为显示本发明制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法的一个实施方案的示意性剖视图；(a)显示离子注入步骤；(b)显示贴合步骤；(c)显示得到贴合III族氮化物半导体层的衬底的步骤；以及(d)显示退火步骤。图2为显示本发明制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法的另一个实施方案的示意性剖视图；(a)显示离子注入步骤；(b)显示贴合步骤；(C)显示得到贴合in族氮化物半导体层的衬底的步骤；(d)显示除去注入离子的区域的步骤；以及(e)显示退火步骤。图3为显示本发明包括所述贴合III族氮化物半导体层的衬底的半导体装置的实例的示意性剖视图。具体实施方式实施方案15参考图i，本发明制造贴合m族氮化物半导体层的衬底的方法的一个实施方案涉及制造贴合m族氮化物半导体层的衬底i的方法，其中III族氮化物层20a与异种衬底io相互贴合，所述异种衬底io的化学组成不同于所述III族氮化物半导体层20a，所述制造方法包括如下步骤在距III族氮化物半导体衬底20的一个主面20m规定深度D的区域中注入至少任意一种氢和氦的离子I(图1(a));将异种衬底10与III族氮化物半导体衬底20的主面20m贴合(图1(b));通过在注入离子I的区域20i处将III族氮化物半导体衬底20分离而得到贴合III族氮化物半导体层的衬底l(图1(c));以及在含氮气体N的气氛中于700°C以上的温度下对贴合III族氮化物半导体层的衬底1进行退火。本发明制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法是一种制造贴合III族氮化物半导体层的衬底1的方法，其中III族氮化物半导体层20a与异种衬底10相互贴合，所述异种衬底10的化学组成不同于III族氮化物半导体层20a。参考图l(a)，本实施方案制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法首先包括在距III族氮化物半导体衬底20的一个主面20m规定深度D的区域中注入至少任意一种氢和氦的离子I的步骤。通过这样的注入离子的步骤，将至少任意一种氢和氦的离子I注入距III族氮化物半导体衬底20的一个主面20m的深度为D的区域中且这样的区域(注入离子的区域20i)变脆，所述III族氮化物半导体衬底20将与异种衬底10贴合。未对注入离子I的深度D进行特殊限制，然而，所述深度优选为0.05拜100|am,更优选为0.05{im50(im，还优选为0.05拜~10pm。当注入离子I的深度D小于0.05pm时，在分离衬底中更可能产生裂纹且表面难以平坦化。当所述深度大于100pm时，离子广泛分布且难以控制剥离深度。6注入离子I的区域20i是指已经注入剂量等于或大于有助于分离的剂量的离子的区域，且所述区域20i延伸至距III族氮化物半导体衬底20的一个主面20m的深度D左右士AD的深度。也就是，具体地，注入离子I的区域20i是指距主面20m的深度为深度D-AD深度D+AD的区域，在所述区域中存在的离子量等于或大于有助于分离的剂量(未示出)，且距主面20m的深度D的区域中离子剂量最大。此处，深度AD在约深度0.05D0.5D范围内变化，这取决于离子的种类和注入离子的方法。另外，从抑制III族氮化物半导体衬底20结晶度的降低的观点，使用至少任意一种质量小的氢和氦的离子作为注入离子。未对注入这些离子的方法进行特殊限制，然而，优选使用离子注入设备或等离子体注入设备。参考图l(b)，本实施方案制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法然后包括将异种衬底10与III族氮化物半导体衬底20的主面20m贴合的步骤。未对将异种衬底10与III族氮化物半导体衬底20的主面20m贴合的方法进行特殊限制，然而，从贴合之后在高温下保持贴合强度的观点，优选使用直接贴合法、表面活化法等，所述直接贴合法包括如下步骤洗涤贴合表面、直接将衬底相互贴合、其后将温度升至约600'C1200'C以进行连接；所述表面活化法包括如下步骤用等离子体、离子等活化贴合表面并在室温(例如10'C30'C)约400。C的低温的温度下将衬底相互贴合等。另外，未对与III族氮化物半导体衬底20的主面20m贴合的异种衬底IO进行特殊限制，然而，从异种衬底承受在制造的贴合III族氮化物层的衬底1的III族氮化物半导体层20a上生长III族氮化物半导体外延层的环境的观点，优选其在不低于1200'C的温度下具有耐热性且优选即使在不低于120(TC的温度下也具有耐蚀性。此处，耐蚀性是指对腐蚀性晶体生长气氛气体如氯化氢(HC1)气体、氨(NH3)气体等的耐蚀性。从这样的观点，优选的异种衬底实例包括蓝宝石衬底、A1N衬底、SiC衬底、ZnSe衬底、Si衬底、形成Si02层的Si衬底、ZnO衬底、ZnS衬底、石英衬底、碳衬底、金刚石衬底、Ga203衬底和ZrB2衬底。参考图l(c)，本实施方案制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法接着包括通过在注入离子I的区域20i处分离III族氮化物半导体衬底20而得到贴合III族氮化物半导体层的衬底1的步骤。通过这样的步骤，将III族氮化物半导体衬底20分成与异种衬底10贴合的III族氮化物半导体层20a和剩余的III族氮化物半导体衬底20b。因而，得到了贴合III族氮化物半导体层的衬底1，其中厚度为TD的III族氮化物半导体层20a与异种衬底10贴合。未对在注入离子I的区域20i处分离III族氮化物半导体衬底20的方法进行特殊限制，只要使用提供某种能量的任意方法即可以。可以使用向注入离子的区域20i施加应力的方法或对注入离子的区域20i进行加热的方法。或者，可以使用利用光对注入离子的区域20i进行照射的方法或应用超声的方法。由于注入离子的区域20i变脆，所以通过施加能量如应力、热、光、超声等易于实现分离。此处，注入离子的区域20i延伸至距III族氮化物半导体衬底20的主面20m的深度D-AD深度D+AD的深度，且在距主面20m深度D处的区域(二维区域)中离子的剂量最大且脆性最高。因此，III族氮化物半导体衬底20通常在距III族氮化物半导体衬底20的一个主面20m深度D处的区域(二维区域)处或在所述区域的附近的区域处发生分离。因而，注入离子的深度D基本上等于III族氮化物半导体层的厚度TD。参考图l(d)，本实施方案制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法随后包括在含氮气体N的气氛中于700'C以上的温度下对贴合III中恢复，且得到了包括具有厚度TD和高结晶度的III族氮化物半导体层的贴合III族氮化物半导体层的衬底。未对含氮气体进行特殊限制，只要使用任意一种含氮的气体即可，使用氮(N》气、氨(NH3)气、氮氧化物气体、胺化合物气体等。另外，从在上面退火步骤中良好地保持III族氮化物半导体层主面的形态的观点，所述含氮气体优选包括氨气。而且，未对含氮气体的压力进行特殊限制，然而，从利用所述气体而获得的退火效果的观点，优选将压力设定在1x10—4大气压(10.13Pa)~l大气压(101.3kPa)的范围。另外，从m族氮化物半导体层结晶度的恢复的观点，应将退火温度设定为70(TC以上，优选将温度设定为850'C以上，更优选设定为950'C以上。特别地，通过在包括氨气的含氮气体气氛中于95(TC以上的温度下进行退火，能够良好地保持III族氮化物半导体层主面的形态，且能够明显地恢复所述III族氮化物半导体层的结晶度。此处，例如通过测量关于m族氮化物半导体层的(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度，能够评价所述in族氮化物半导体层的结晶度。当这样的X射线衍射峰的半宽度较小时，结晶度高。如上所述，获得了包括III族氮化物半导体层的贴合III族氮化物半导体层的衬底，所述in族氮化物半导体层具有这样高的结晶度，即关于(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度为450弧秒以下。实施方案2参考图2，本发明制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法的另一个实施方案还包括在实施方案1制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法中，在得到贴合III族氮化物半导体层的衬底1的步骤(图2(c))之后且在退火步骤(图2(e))之前，除去注入离子的区域20i的步骤(图2(d))。具体地，本实施方案中制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法包括如下步骤在距III族氮化物半导体衬底20的一个主面20m规定深度D的区域中注入至少任意一种氢和氦的离子I(图2(a));将异种衬底10与III族氮化物半导体衬底20的主面20m贴合(图2(b));通过在注入离子I的区域20i处分离III族氮化物半导体衬底20而得到贴合III族氮化物半导体层的衬底l(图2(c));除去在III族氮化物半导体层20a中注入离子I的区域20i(图2(d));以及在含氮气体N的气氛中于700°C以上的温度下对贴合III族氮化物半导体层的衬底1进行退火(图2(e》。此处，本实施方案中注入离子I的步骤(图2(a))与实施方案1中注入离子I的步骤(图l(a))相同，本实施方案中贴合步骤(图2(b))与实施方案1中贴合步骤(图l(b))相同，本实施方案中得到贴合III族氮化物半导体层的衬底1的步骤(图2(c))与实施方案1中得到贴合III族氮化物半导体层的衬底1的步骤(图l(c))相同，且本实施方案中退火步骤(图2(e))与实施方案1中退火步骤(图l(d))相同。在本实施方案中，在将III族氮化物半导体层20a(厚度Td)中注入离子I的区域20i(厚度AD)(离子I存在的量等于或大于有助于分离的剂量且结晶度明显降低的区域)除去之后，将III族氮化物半导体层20a(厚度Te)退火，从而能够大大恢复III族氮化物半导体层20a的结晶度。由此，得到贴合III族氮化物半导体层的衬底，所述衬底包括具有厚度Te和高結晶度的III族氮化物半导体层。此处，未对除去III族化合物半导体层中注入离子的区域的方法进行特殊限制，然而，从能够将表面平坦化且能够进行纳米级的除去的观点，优选研磨法、湿法蚀刻或干法蚀刻等。实施例11.在III族氮化物半导体衬底中注入离子的步骤参考图l(a)，准备GaN衬底作为III族氮化物半导体衬底20，所述GaN衬底具有研磨成镜面的相对主面、掺杂氧以及直径为2英寸(5.08cm)且厚度为500|im。这种GaN衬底的电阻率不大于1Q.cm且其载流子密度不低于lxlOncm—3。在这种GaN衬底的氮原子主面(N主面)20m中注入氢离子。在加速电压为90ev下注入氢离子且将剂量设定为7xl017cm—2。注入氢离子的区域20i的氢离子剂量在距N主面约600nm深度D处的二维区域中最局。2.将异种衬底与III族氮化物半导体衬底贴合的步骤参考图l(b)，对注入氢离子的III族氮化物半导体衬底20的N主面进行清洗，其后使用等离子体以得到清洁表面，所述等离子体通过在千法蚀刻设备中于氩(Ar)气中放电而得到。另一方面，准备形成SiC)2层的Si衬底作为异种衬底10，所述形成Si02层的Si衬底具有通过Si衬底的热氧化而在表面上形成的100nm厚的Si02层。使用等离子体来得到该形成Si02层的Si衬底的主面的清洁表面，所述等离子体通过在干法蚀刻设备中于氩(Ar)气中放电而得到。此处，用于清洁上面III族氮化物半导体衬底20和异种衬底10的主面的等离子体的产生条件如下将RF功率设定为100W;将Ar气体流量设定为50sccm(每一分钟内标准状态下的气流体积(cmS/分钟))，并将压力设定为6.7Pa。在大气中将GaN衬底(III族氮化物半导体衬底20)的N主面(清洁表面)和形成Si02层的Si衬底(异种衬底IO)的主面(清洁表面)相互贴3，通过在注入离子的区域处将III族氮化物半导体衬底分离而得到贴合III族氮化物半导体层的衬底的步骤参考图l(c)，将相互贴合的GaN衬底(m族氮化物半导体衬底20)和形成Si02层的Si衬底(异种衬底IO)在N2气气氛中于300°C下进行热处理两小时，使得这些衬底之间的贴合强度提高。然后，在距主面20m约600nm深度的二维区域处分离所述GaN衬底，得到包括厚度TD为约600nm的GaN层(III族氮化物半导体层20a)的贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底1)。4.对贴合m族氮化物半导体层的衬底进行退火的步骤参考图l(d)，在1个大气压(101.3kPa)的N2气(含氮气体N)气氛中于700'C下对贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底l)进行退火。在这样的退火步骤中，以20'C/分钟的速度升温，将退火温度保持30分钟，并以20'C/分钟的速度降温。由此得到的贴合GaN层的衬底中的GaN层(III族氮化物半导体层20a)的结晶度高，关于(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度为435弧秒。5.生长外延层的步骤利用MOCVD，在贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)的GaN层(III族氮化物半导体层)上生长厚度为3nm的n型GaN外延层(外延层)。由此得到的n型GaN外延层的结晶度高，关于(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度为361弧秒。结果总结于表l中。实施例2除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中将退火温度设定为850'C之外，按实施例l制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)并在所述贴合GaN层的衬底的GaN层上生长了厚度为3Hm的n型GaN外延层。关于GaN层和n型GaN外延层的(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度分别为304弧秒和288弧秒。艮卩，GaN层和n型GaN外延层两者的结晶度都高。结果总结于表l中。实施例3除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中将退火温度设定为920'C之外，按实施例1制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)并在所述贴合GaN层的衬底的GaN层上生长了厚度为3nm的n型GaN外延层。关于GaN层和n型GaN外延层的(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度分别为265弧秒和201弧秒。即，GaN层和n型GaN外延层两者的结晶度都高。结果总结于表l中。比较例1除了不实施对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤之外，按实施例1制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)并在所述贴合GaN层的衬底的GaN层上生长了厚度为3|im的n型GaN外延层。关于GaN层和n型GaN外延层的(0002)面的摇摆曲线中X射线衍13射峰的半宽度分别为1033弧秒和1068弧秒。g卩，GaN层和n型GaN外延层两者的结晶度都低。结果总结于表l中。比较例2除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中将退火温度设定为60(TC之外，按实施例l制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)并在所述贴合GaN层的衬底的GaN层上生长了厚度为3pm的n型GaN外延层。关于GaN层和n型GaN外延层的(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度分别为624弧秒和630弧秒。即，GaN层和n型GaN外延层两者的结晶度都低。结果总结于表l中。实施例4除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中使用气体混合物(N2气:NHb气的体积比为6:4)作为含氮气体之外，按实施例1制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)并在所述贴合GaN层的衬底的GaN层上生长了厚度为3nm的n型GaN外延层，其中在所述气体混合物中将所述N2气和NHb气的总压力设定为1个大气压(101.3kPa)。关于GaN层和n型GaN外延层的(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度分别为403弧秒和352弧秒。艮卩，GaN层和n型GaN外延层两者的结晶度都高。结果总结于表l中。实施例5除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中使用气体混合物(N2气:NH3气的体积比为6:4)作为含氮气体并将退火温度设定为850°C之外，按实施例1制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)并在所述贴合GaN层的衬底的GaN层上生长了厚度为3|nm的n型GaN外延层，其中在所述气体混合物中将所述]^2气和NH3气的总压力设定为1个大气压(101.3kPa)。关于GaN层和n型GaN外延层的(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度分别为297弧秒和282弧秒。艮卩，GaN层和n型GaN外延层两者的结晶度都高。结果总结于表l中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>参考表1发现，当不实施退火步骤时(比较例l)和当尽管实施退火步骤但是退火温度低至600'C时(比较例2)，贴合GaN层的衬底的GaN层的结晶度低且在这样的GaN层上进一步生长的n型GaN外延层的结晶度也低。另一方面发现，当在700'C以上的退火温度下实施退火步骤时(实施例13),贴合GaN层的衬底的GaN层的结晶度高且在这样的GaN层上进一步生长的n型GaN外延层的结晶度也高。另外发现，同样当在退火步骤中在70(TC以上的退火温度下使用&气和NH3气的气体混合物(实施例4和5)代替N2气(实施例1和2)作为含氮气体时，贴合GaN层的衬底的GaN层的结晶度高且在这样的GaN层上进一步生长的n型GaN外延层的结晶度高。而且还发现，当使用N2气和NH3气的气体混合物作为含氮气体时(实施例4和5)，贴合GaN层的衬底的GaN层和在所述GaN层上生长的n型GaN外延层的结晶度比使用N2气作为含氮气体的实施例(实施例l和2)中的结晶度高。实施例6除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中将退火温度设定为950'C之外，按实施例1制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)。当用SEM(扫描电子显微镜)观察所述贴合GaN层的衬底的GaN层的主面时，在GaN层的主面中发现由于N原子的损失而产生的Ga原子的小滴(droplet)。结果总结于表2中。实施例7除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中使用气体混合物(N2气:NH3气的体积比为8:2)作为含氮气体之外，按实施例6制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)，其中在所述气体混合物中将N2气和NH3气的总压力设定为l个大气压(101.3kPa)。所述贴合GaN层的衬底的GaN层的主面形态良好。结果总结于表2中。实施例8除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中使用气体混合物(N2气:NHs气的体积比为6:4)作为含氮气体之外，按实施例6制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)，其中在所述气体混合物中将N2气和NH3气的总压力设定为1个大气压(101.3kPa)。所述贴合GaN层的衬底的GaN层的主面形态良好。结果总结于表2中。实施例9除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中使用气体混合物(N2气:NH3气的体积比为4:6)作为含氮气体之外，按实施例6制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)，其中在所述气体混合物中将N2气和NH3气的总压力设定为l个大气压(101.3kPa)。所述贴合GaN层的衬底的GaN层的主面形态良好。结果总结于表2中。实施例10除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中使用气体混合物(N2气:NH3气的体积比为2:8)作为含氮气体之外，按实施例6制造了贴合GaN层的衬底(贴合m族氮化物半导体层的衬底)，其中在所述气体混合物中将N2气和NH3气的总压力设定为1个大气压(101.3kPa)。所述贴合GaN层的衬底的GaN层的主面形态良好。结果总结于表2中。实施例11除了在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤中使用1个大气压(101.3kPa)的NH3气作为含氮气体之外，按实施例6制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)。所述贴合GaN层的衬底的GaN层的主面形态良好。结果总结于表2中。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>2.将异种衬底与m族氮化物半导体衬底贴合的步骤对注入氢离子的III族氮化物半导体衬底的主面进行清洗，其后使用等离子体来得到清洁表面，所述等离子体通过在干法蚀刻设备中于氩(Ar)气中放电而得到。另一方面，准备形成Si02层的Si衬底作为异种衬底，所述形成Si02层的衬底具有通过Si衬底的热氧化而在表面上形成的100nm厚的Si02层。使用等离子体来得到该形成Si02层的Si衬底的主面的清洁表面，所述等离子体通过在干法蚀刻设备中于氩(Ar)气中放电而得到。此处，用于清洁上面III族氮化物半导体衬底和异种衬底的主面的等离子体产生条件与实施例1中相同。在大气中将其上生长AlGaN层的GaN衬底(III族氮化物半导体衬底)的AlGaN层的主面(清洁表面)和形成Si02层的Si衬底(异种衬底)的主面(清洁表面)相互贴合。3.通过在注入离子的区域处将III族氮化物半导体衬底分离而得到贴合III族氮化物半导体层的衬底的步骤在N2气气氛中于400'C下，对相互贴合的其上生长AlGaN层的GaN衬底(III族氮化物半导体衬底)和形成Si02层的Si衬底(异种衬底)进行热处理两小时，使得这些衬底之间的贴合强度提髙。然后，在距主面20m约600nm深度的二维区域处分离在GaN衬底上生长的AlGaN层，得到包括厚度为约600mn的AlGaN层(III族氮化物半导体层)的贴合AlGaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底1)。4.对贴合III族氮化物半导体层的衬底进行退火的步骤在1个大气压(101.3kPa)的N2气(含氮气体N)气氛中于800'C下对贴合AlGaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)进行退火。在这样的退火步骤中，以2(TC/分钟的速度升温，将退火温度保持30分19钟，并以2(TC/分钟的速度降温。由此得到的贴合AlGaN层的衬底中的AlGaN层(III族氮化物半导体层)的结晶度高，关于(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度为477弧秒。结果总结于表3中。比较例3除了不实施对贴合AlGaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)进行退火的步骤之外，按实施例12制造了贴合AlGaN层的衬底。得到的贴合AlGaN层的衬底的AlGaN层(m族氮化物半导体层)的结晶度低，关于(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度为943弧秒。结果总结于表3中。实施例131.在III族氮化物半导体衬底中注入离子的步骤按实施例1准备GaN衬底(III族氮化物半导体衬底)。在该GaN衬底的氮原子主面(N主面)20m中注入氦(He)离子。在加速电压为80keV下注入氦离子并将剂量设定为4xl017crn—2。注入氦离子的区域20i的氦离子剂量在距N主面约370nm深度处的二维区域中最高。2.将异种衬底与III族氮化物半导体衬底贴合的步骤对注入氦离子的III族氮化物半导体衬底的N主面进行清洗，其后使用等离子体来得到清洁表面，所述等离子体通过在干法蚀刻设备中于氩(Ar)气中放电而得到。另一方面，准备形成Si02层的Si衬底作为异种衬底，所述形成Si02层的Si衬底具有通过Si衬底的热氧化而在表面上形成的100nm厚的Si02层。使用等离子体来得到该形成Si02层的Si衬底的主面的清洁表面，所述等离子体通过在干法蚀刻设备中于氩(Ar)气中放电而得到。20此处，用于清洁上面m族氮化物半导体衬底和异种衬底的主面的等离子体产生条件与实施例1中相同。在大气中将GaN衬底(III族氮化物半导体衬底)的N主面(清洁表面)和形成Si02层的Si衬底(异种衬底)的主面(清洁表面)相互贴合。3.通过在注入离子的区域处将III族氮化物半导体衬底分离而得到贴合III族氮化物半导体层的衬底的步骤在N2气气氛中于50(TC下，对相互贴合的GaN衬底(III族氮化物半导体衬底)和形成Si02层的Si衬底(异种衬底)进行热处理两小时，使得这些衬底之间的贴合强度提高。然后，在距主面约410nm深度的二维区域处分离GaN衬底，得到包括厚度为约410nm的GaN层(III族氮化物半导体层)的贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)。4.对贴合III族氮化物半导体层的衬底进行退火的步骤在l个大气压(101.3kPa)的N2气(含氮气体N)气氛中于920'C下对贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)进行退火。在这样的退火步骤中，以20'C/分钟的速度升温，将退火温度保持30分钟，并以20'C/分钟的速度降温。由此得到的贴合GaN层的衬底中的GaN层(m族氮化物半导体层)的结晶度髙，关于(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度为372弧秒。结果总结于表3中。比较例4除了不实施对贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)进行退火的步骤之外，按实施例B制造了贴合GaN层的衬底。所得到的贴合GaN层的衬底的GaN层的结晶度低，关于(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度为1094弧秒。结果总结于表3中。实施例14除了在通过分离GaN衬底(III族氮化物半导体衬底)而得到贴合GaN层的衬底的步骤之后并在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤之前，实施除去GaN层中注入氢离子的区域20i的步骤(图2(d))，并且将在所述退火步骤中的退火温度设定为92(TC之外，按实施例1制造了贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底)并在所述贴合GaN层的衬底的GaN层上生长了厚度为3)Lim的n型GaN外延层。此处，在将注入离子的区域分离之后，利用CMP(化学机械研磨)除去注入氢离子的区域，深度为距GaN层的表面100nm。关于GaN层和n型GaN外延层的(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度分别为221弧秒和163弧秒。艮卩，GaN层和n型GaN外延层两者的结晶度都极高。结果总结于表3中。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>'C以上的温度下对贴合AlGaN层的衬底进行退火而实现AlGaN层的结晶度恢复，因此得到了包括具有高结晶度的AlGaN层的贴合AlGaN层的衬底(实施例12和比较例3)。另外发现，同样当在制造贴合GaN层的衬底中使用氦离子作为注入离子时，通过在70(TC以上的温度下对贴合GaN层的衬底进行退火而实现GaN层的结晶度恢复，从而得到包括具有高结晶度的GaN层的贴合GaN层的衬底(实施例13和比较例4)。此外发现，在制造贴合GaN层的衬底中，在通过分离GaN衬底而得到贴合GaN层的衬底的步骤之后且在对贴合GaN层的衬底进行退火的步骤之前，通过实施除去GaN层中的注入离子的区域20i的步骤，使得贴合GaN层的衬底的GaN层和在所述GaN层上生长的n型GaN外延层的结晶度极高(实施例14)。根据半导体装置而进行的特性评价1.制造半导体装置参考图3，通过使用在比较例1及实施例1和3的各个实施例中制造的各种贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物的半导体衬底1)，以下列方式制造了半导体装置(LED)。具体地，在上面贴合GaN层的衬底(贴合III族氮化物半导体层的衬底l)的GaN层(III族氮化物半导体层20a)上，利用MOCVD，依次生长如下层作为GaN基半导体层30:厚度为5nm的n型GaN层31、厚度为0.5nm的n型Ala05Gao.95N层32、具有由六对Ino.15Gao.85N层和Ino.(nGao.99N层组成的MQW(多量子阱)结构且厚度为100nm的发光层33、厚度为20nm的p型Al,Gao別N层34和厚度为0.15pm的p型GaN层35。其后，通过台面蚀刻使得n型GaN层31的表面部分暴露。其后，利用真空蒸发或电子束蒸发，在p型GaN层35上形成p侧电极51并在表面暴露的n型GaN层31上形成n侧电极52。此处，包括比较例1中的贴合GaN层的衬底的半导体装置称为比较例1的半导体装置，包括实施例1中的贴合GaN层的衬底的半导体23装置称为根据实施例1的半导体装置，且包括实施例3中的贴合GaN层的衬底的半导体装置称为根据实施例3的半导体装置。2.半导体装置的特性评价对于上面比较例1及实施例1和3的各种半导体装置，利用EL(电致发光)测量了峰值波长为450nm且注入电流为80mA下发光光谱的发光强度。实施例1的半导体装置的发光强度与比较例1的半导体装置的发光强度之比为1.5，且实施例3的半导体装置的发光强度与比较例1的半导体装置的发光强度之比为2.6。因而，能够证实，通过使用贴合GaN层的衬底得到了具有高性能的半导体装置，其中所述贴合GaN层的衬底包括具有高结晶度的GaN层。尽管已经对本发明进行了详细的描述和举例说明，但应当清楚地理解，其仅作为举例说明和实施例而不应当作为限制，本发明的范围由所附的权利要求书的各项确定。权利要求1.一种制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法，其中III族氮化物半导体层和与所述III族氮化物半导体层化学组成不同的异种衬底相互贴合，所述方法包括如下步骤在距III族氮化物半导体衬底的一个主面规定深度的区域中注入氢和氦中至少任意一种的离子；将所述异种衬底与所述III族氮化物半导体衬底的所述主面贴合；通过在注入所述离子的所述区域处分离所述III族氮化物半导体衬底，得到所述贴合III族氮化物半导体层的衬底；以及在含氮气体的气氛中在700℃以上的温度下对所述贴合III族氮化物半导体层的衬底进行退火。2.如权利要求i所述的制造贴合m族氮化物半导体层的衬底的方法，其中所述含氮气体包括氨气。3.如权利要求i所述的制造贴合in族氮化物半导体层的衬底的方法，其中在950°C以上的温度下实施所述退火步骤。4.如权利要求1所述的制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法，其中在所述得到所述贴合III族氮化物半导体层的衬底的步骤之后且在所述退火步骤之前，还包括:除去在所述in族氮化物半导体层中注入所述离子的所述区域的步骤。5.如权利要求1所述的制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法，其中在关于所述III族氮化物半导体层的(0002)面的摇摆曲线中X射线衍射峰的半宽度为450弧秒以下。全文摘要本发明的制造贴合III族氮化物半导体层的衬底的方法包括如下步骤在距III族氮化物半导体衬底的一个主面规定深度D的区域中注入至少任意一种氢和氦的离子I；将异种衬底与所述III族氮化物半导体衬底的所述主面贴合；通过在注入所述离子I的区域处分离所述III族氮化物半导体衬底而得到贴合III族氮化物半导体层的衬底；以及在含氮气体N的气氛中在700℃以上的温度下对所述贴合III族氮化物半导体层的衬底进行退火。由此，提供了III族氮化物半导体层的结晶度高的贴合III族氮化物半导体层的衬底。文档编号H01L21/02GK101651091SQ20091016606公开日2010年2月17日申请日期2009年8月11日优先权日2008年8月11日发明者八乡昭广申请人:住友电气工业株式会社