氮化物半导体层、氮化物半导体装置和用于制造氮化物半导体层的方法
【专利说明】氮化物半导体层、氮化物半导体装置和用于制造氮化物半导体层的方法
[0001]相关申请的夺叉引用
[0002]本申请是基于2014年6月25日提交的日本专利申请第2014-130358号且要求其优先权权益；该申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
[0003]本文中所描述的实施方案总体上涉及氮化物半导体层、氮化物半导体装置和用于制造氮化物半导体层的方法。
【背景技术】
[0004]使用氮化物半导体的半导体发光装置(例如发光二极管)用于显示装置、照明等。氮化物半导体还用于高速电子装置和电源装置。当在具有不同的晶格常数或热膨胀系数的衬底上形成氮化物半导体层时，衬底容易出现裂缝和弯曲。需要用于提高性能、减少弯曲、抑制裂缝和实现高生产率的技术。
【附图说明】
[0005]图1A和图1B是显示根据第一实施方案的氮化物半导体装置的示意性透视图；
[0006]图2是显示根据第一实施方案的氮化物半导体装置的示意性剖视图；
[0007]图3A至图3C是依工艺顺序的示意性剖视图，其显示用于制造根据第一实施方案的氮化物半导体装置的方法。
[0008]图4A至图4C是显示与氮化物半导体装置相关的实验结果的电子显微镜照片；
[0009]图5A和图5B是显示与氮化物半导体装置相关的实验结果的电子显微镜照片；
[0010]图6A至图6D是氮化物半导体装置的特征的图；
[0011]图7A至图7D是显示氮化物半导体装置的电子显微镜照片和示意图；
[0012]图8A至图8D是显示氮化物半导体装置的电子显微镜照片；
[0013]图9A至图9J是显示氮化物半导体装置的电子显微镜照片和示意性透视图；
[0014]图10A至图10D是显示根据第一实施方案的氮化物半导体装置的示意性剖视图；
[0015]图11是显示根据第一实施方案的另一氮化物半导体装置的示意性剖视图；
[0016]图12是显示氮化物半导体装置的电子显微镜照片；且
[0017]图13是显示用于制造根据第二实施方案的氮化物半导体层的方法的流程图。
[0018]发明详沐
[0019]根据一个实施方案，提供了沿第一表面伸展的氮化物半导体层。所述氮化物半导体层包括第一区和第二区。所述第一区在平行于所述第一表面的第一方向上的长度大于所述第一区在平行于所述第一表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的长度。所述第二区与所述第一区被布置在第二方向上。所述第二区在所述第一方向上的长度大于所述第二区在所述第二方向上的长度。c轴相对于所述第一区和所述第二区的第二方向倾斜。所述c轴与垂直于所述第一表面的第三方向相交。
[0020]根据一个实施方案，氮化物半导体装置包括衬底和氮化物半导体层。所述衬底包括具有上表面和多个斜表面的主表面。所述斜表面相对于所述上表面倾斜。所述斜表面在平行于所述上表面的第一方向上的各个长度大于所述斜表面在平行于所述上表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的各个长度。所述斜表面被布置在所述第二方向上。从所述斜表面生长所述氮化物半导体层。所述氮化物半导体层的c轴相对于所述第二方向倾斜。所述c轴与垂直于所述上表面的第三方向相交。
[0021]根据一个实施方案，氮化物半导体装置包括氮化物半导体层。从衬底的多个斜表面上生长所述氮化物半导体层。所述衬底包括具有上表面和斜表面的主表面。所述斜表面相对于所述上表面倾斜。所述斜表面在平行于所述上表面的第一方向上的各个长度大于所述斜表面在平行于所述上表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的各个长度。所述斜表面被布置在所述第二方向上。所述氮化物半导体层的c轴相对于所述第二方向倾斜。所述C轴与垂直于所述上表面的第三方向相交。
[0022]根据一个实施方案，公开了一种用于制造氮化物半导体层的方法。所述方法包括制备衬底。所述衬底包括具有上表面和多个斜表面的主表面。所述斜表面相对于所述上表面倾斜。所述斜表面在平行于所述上表面的第一方向上的各个长度大于所述斜表面在平行于所述上表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的各个长度。所述斜表面被布置在所述第二方向上。所述方法包括从所述斜表面上生长所述氮化物半导体层。所述氮化物半导体层的C轴相对于所述第二方向倾斜。所述C轴与垂直于所述上表面的第三方向相交。
[0023]下文将参考附图附图描述不同的实施方案。
[0024]这些附图为示意性的或概念性的；且部分的厚度与宽度之间的关系、部分之间的尺寸比例等未必与其实际值相同。此外，在多个附图之间，即使在说明同一部分的情况下，也可能以不同的方式显示尺寸和/或比例。
[0025]在本申请的附图和说明书中，与关于上述附图所描述的组件类似的组件是以相同参考数字标记，且在适当时省略详细描述。
[0026]第一实施方案
[0027]本实施方案涉及一种氮化物半导体装置。根据所述实施方案的氮化物半导体装置包括半导体发光装置、半导体光接收装置和电子装置等。该半导体发光装置包括例如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等。该半导体光接收装置包括光电二极管(PD)等。该单子装置包括例如高电子迀移率晶体管(HEMT)、异质结双极性晶体管(HBT)、场效应晶体管(FET)和肖特基势皇二极管(SBD)等。
[0028]图1A和图1B是显示根据该第一实施方案的氮化物半导体装置的示意性透视图。
[0029]如图1A中所示，根据该实施方案的氮化物半导体装置110包括衬底40和氮化物半导体层15。
[0030]氮化物半导体层15沿第一表面15f (例如X-Y平面)伸展。第一表面15f是平面。氮化物半导体层15的宏观主表面对应于第一表面15f。氮化物半导体层15的主表面平行于X-Y平面。氮化物半导体层15包括第一区15a和第二区15b。
[0031]将平行于X-Y平面的一个方向视作X轴方向。将平行于X-Y平面且垂直于X轴方向的方向视作Y轴方向。将垂直于X-Y平面的方向视作z轴方向。将X轴方向视作第一方向D1。将Y方向视作第二方向D2。将Ζ轴方向视作第三方向D3。
[0032]第一区15a和第二区15b沿第一方向D1延伸。第一方向D1平行于第一表面15f。第二区15b与第一区15a布置在第一表面15f上。第二区15b与第一区15a —起布置在第二方向D2上。第二区15b与第一区15a接触。
[0033]第一区15a在第一方向D1上的长度大于在第一区15a在第二方向D2上的长度。第二区15b在第一方向D1上的长度大于第二区15b在第二方向D2上的长度。
[0034]举例来说，第一区15a在第一方向D1上的长度大于第一区15a第三方向D3上的长度。举例来说，第二区15b在第一方向D1上的长度大于第二区15b在第三方向D3上的长度。
[0035]举例来说，可以通过使用TEM(透射电子显微镜)观察横剖面来观察第一区15a与第二区15b之间的边界17。还可以通过使用原子力显微镜(AFM)或阴极发光(CL)观察前表面(第一表面15f)来观察边界17。
[0036]氮化物半导体层15具有c轴16。第一区15a具有c轴16a。第二区15b具有c轴16b。c轴16a实质上平行于c轴16b。举例来说，可以通过X射线衍射来观察c轴16 (c轴16a和c轴16b)的方向。第一区15a的c轴16a与第二区15b的c轴彼此平行。在第一区15a的TEM图像等中所观察到的明区和暗区的方向平行于在第二区15b的TEM图像等中所观察到的明区和暗区的方向。举例来说，通过X射线衍射来观察氮化物半导体层15的宏观c轴16的方向。在这样的情况下，宏观方向可以视为与c轴16a的方向和c轴16b的方向相匹配。
[0037]氮化物半导体层15的c轴16 (c轴16a和c轴16b)相对于第一方向D1倾斜。c轴16 (c轴16a和c轴16b)既不平行于也不垂直于第一方向D1。
[0038]氮化物半导体层15的c轴16 (c轴16a和c轴16b)相对于第二方向D2倾斜。c轴16 (c轴16a和c轴16b)既不平行于也不垂直于第二方向D2。
[0039]氮化物半导体层15的c轴16 (c轴16a和c轴16b)投影于第一表面15f上的方向(轴)相对于第二方向D2倾斜。第二方向D2与第一区15a的c轴16a投影于第一表面15f上的方向之间的角度Θ 2例如不小于5度且不超过85度。第二方向D2与第一区15b的c轴16b投影于第一表面15f上的方向之间的角度Θ 2例如不小于5度且不超过85度。
[0040]因此，第一区15a的c轴16a和第二区15b的c轴16b投影于第一表面15f上的方向(轴)相对于第一区15a与第二区15b之间的边界17的延伸方向(第一方向D1)倾斜。第一区15a的c轴16a和第二区15b的c轴16b投影于第一表面15f上的方向(轴)相对于与边界17的延伸方向(第一方向D1)垂直的第二方向D2倾斜。
[0041]氮化物半导体层15的c轴16 (c轴16a和c轴16b)与第三方向D3 (与第一表面15f垂直的方向(轴))相交。氮化物半导体层15的c轴16实质上垂直于第三方向D3或相对于第三方向D3倾斜。
[0042]在实例中，氮化物半导体层15的c轴16 (c轴16a和c轴16b)相对于第一表面15f倾斜。第一表面15f与第一区15a的c轴16a之间的角度θ 1不小于0度且不超过85度。举例来说，第一表面15f与第二区15b的c轴16b之间的角度θ 1不小于0度且不超过85度。举例来说，主表面15f与c平面不同。主表面15f与设在跟c平面相距某一偏角(an off angle)处的晶面(误定向衬底或误切割衬底)不同。举例来说，主表面15f是半极性平面。或者，举例来说，主表面15f是非极性平面。
[0043]这样的氮化物半导体层15是使用具有斜表面的衬底40通过晶体生长而获得。
[0044]图1B是显示衬底40的示意性透视图。
[0045]衬底40具有主表面40a。主表面40a是衬底40的宏观主表面。主表面40a实质上平行于第一表面15f。衬底40沿主表面40a伸展。
[0046]主表面40a包括上表面40u (顶表面)和多个斜表面41。多个斜表面41中的每一个相对于上表面40u倾斜。宏观主表面40a被视为平行于上表面40u。多个斜表面41相对于第一表面15f倾斜。多个斜表面41被布置在第二方向D2上。
[0047]斜表面41包括例如斜表面41a和斜表面41b。斜表面41b在第二方向D2上与斜表面41a隔开。
[0048]多个斜表面41中的每一个(例如，斜表面41a和斜表面41b)沿第一方向D1的长度大于多个斜表面41中的每一个(例如，斜表面41a和斜表面41b)沿第二方向D2的长度。多个斜表面41中的每一个(例如，斜表面41a和斜表面41b)沿第一方向D1的长度大于多个斜表面41中的每一个(例如，斜表面41a和斜表面41b)沿第三方向D3的长度。
[0049]从多个斜表面41生长氮化物半导体层15。氮化物半导体层15的c轴16相对于衬底40的上表面40u (主表面40a)倾斜。c轴16与第三方向D3 (与上表面40u垂直的方向)相交。
[0050]在实例中，衬底40具有多个凹部45。多个凹部45被布置在第二方向上。多个斜表面41分别是多个凹部45的侧表面的一部分。
[0051]举例而言，多个凹部45包括第一凹部45a和第二凹部45b。第一凹部45a和第二凹部45b沿第一方向D1延伸。多个凹部45中的每一个(第一凹部45a、第二凹部45b等)在第一方向D1上的长度大于多个凹部45中的每一个在第二方向D2上的长度。多个凹部45中的每一个(第一凹部45a、第二凹部45b等)在第一方向D1上的长度大于多个凹部45中的每一个在第三方向D3上的长度。
[0052]第一凹部45a具有侧表面46as、侧表面46ar和底表面46at。侧表面46ar与侧表面46as相对。底表面46at与侧表面46as和侧表面46ar连接。
[0053]第二凹部45b具有侧表面46bs、侧表面46br和底表面46bt。侧表面46br与侧表面46bs相对。底表面46bt与侧表面46bs和侧表面46br连接。
[0054]侧表面46as、侧表面46ar、侧表面46bs和侧表面46br平行于第一方向D1。
[0055]侧表面46ar被安置在侧表面46as与侧表面46bs之间。侧表面46bs被安置在侧表面46