专利名称：：半导体衬底、电子器件、光学器件及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及制造半导体衬底的方法，所述方法包括通过采用助熔剂的助熔工艺来生长III族氮化物基化合物半导体晶体；涉及通过所述制造方法制造的用于电子器件的半导体衬底；涉及电子器件；涉及晶体管；涉及光学器件衬底；涉及半导体发光器件；和涉及半导体感光器。如本文所用的，术语"电子器件"包括由晶体管、二极管等形成的包括半导体晶体层的半导体器件(例如，放大器、开关器件和整流器件)。术语"电子器件，，还包括具有这种半导体晶体层以及选自电阻器、电容器和感应器中至少一种的半导体集成电路。前述晶体管可以是场效应晶体管或X5U欧晶体管。根据本发明可制造的场效应晶体管的例子包括半导体器件，如MISFET、MOSFET、HFET、MODFET、JFET、HJFET和HEMT;以及用于功率控制的功率晶体管，如功率MOSFET和IGBT。前述III族氮化物基化合物半导体包括具有任意组成比例的两组分、三组分和四组分InAlGaN半导体晶体；以及包含p-型或n-型杂质的这种半导体。
背景技术：
：常规使用的在Na助熔剂中生长氮化镓晶体的钠(Na)助熔工艺可在约5MPa的压力下和在600~800'C的相对低的温度下生长GaN单晶。如在例如以下描述的专利文献1至5中所公开的，在制造III族氮化物基化合物半导体晶体的常规方法中，通过助熔工艺生长晶体。这种常规制造方法通常使用通过在蓝宝石衬底上连续提供緩冲层和半导体层(例如，单晶GaN层)形成的^^;GaN单晶自支撑衬底；或类似的衬底作为基础衬底(种晶)》，其高于晶体管卯0的导通电流(即，0.7[A/mm)；发现晶体管100的方块电阻p是400[ft/方块，其低于晶体管900的方块电阻(即，650[il/方块)；無JU1现晶体管100的沟道迁移率n为约1600[cm2/Vsec，其显著高于晶体管900沟道迁移率(即，约1000[cmVVvsec])。因此，场效应晶体管100表现出极好的电性能，其与约lxl013[(^—2的沟道层(二维电子气)的表面载流子浓度相当。如上所述，根据实施方案3的场效应晶体管ioo的结构及其制造方法，与常规情;;U目比，器件电性能可得到显著改善。前述抑制界面粗糙化的效果也基于晶体生长衬底101由厚度为约400fim的具有极好结晶度的块状未掺杂杂质的半绝缘GaN晶体所形成，所述GaN晶体通过实施方案1中所述的制造方法来制造。即，使用很高晶体品质的晶体生长衬底对于通过晶体生长在衬底上形成的半导体晶体层之间界面的平坦化是非常有效和重要的因素.因此，使用本发明的电子器件形成半导M底是尤其有效的。实施方案4图8是显示实施方案4的场效应晶体管200的层状结构的示意截面图。场效应晶体管200是通过经由晶体生长来连续提供III族氮化物基化合物半导体层形成的半导体器件。晶体管的晶体生长衬底201由厚度为约400jim的具有极好结晶度的块状掺杂杂质(Fe)的半绝缘GaN晶体形成，所述GaN晶体通过在前述实施方案1或2中描述的制造方法来制造。在晶体生长衬底201上形成未掺杂的GaN半导体晶体层203(厚度约2nm)。半导体晶体层203对应于根据本发明的第十一方面的沟道层A。在半导体晶体层203(沟道层A)上形成未掺杂的AlxGa^N(0.15《x《0.20)半导体晶体层204(厚度约400A)，其对应于才艮据本发明的第十一方面的载流子供给层B。半导体晶体层204中铝组成比例x随着与层204和半导体晶体层203的界面的距离增加从0.20单调减少至0.15。调节半导体层204(载流子供给层B)的厚度至约400A，使得当栅极导通时，在下述的欧姆电极205或207和二维电子气体层之间有效地确保载流子(电子)的随道效应，所述二维电子气体层形成在半导体层A和B之间的界面附近。附图标记205、206和207分别表示源电极(欧姆电极)、栅电极(肖特基电极)和漏电极(欧姆电极)。每个欧姆电极(源电极205和漏电极207)均通过以下步骤形成通过气相沉积在层204上提供薄的钛(Ti)层(厚度约100A),和通过气相沉积在所述Ti层上4^供铝(Al)层(厚度约3,000A)。这些欧姆电极良好地沉积并通过在约700~卯0"下进行小于一秒的热处理(快速退火)来^r化。同时，栅电极206(肖特基电极)通过以下步骤形成通过气相沉积在层204上提供镍(Ni)层(厚度约100A)，和通过气相沉积在所述Ni层上提M(Au)层(厚度约3,000A)。以下将描述用于制造前述场效应晶体管200的方法，关注点在于半导体晶体层204(载流子供给层B)。前述场效应晶体管200的每个半导体晶体层203和204均利用金属有机气相外延(MOVPE)通过晶体生长形成。该晶体生长工艺使用例如载气(H2或N2)、氨(NH3)气、三甲基镓(Ga(CH3)3)气体和三甲基铝(Al(CH3)3)气体.更具体地，半导体晶体层在以下条件下通过晶体生长形成。1.沟道层A(半导体晶体层203)(1)晶体生长温度TA:1140[C](2)层状结构单层(厚度约2nm，由本征GaN晶体形成)2.载流子供给层B(半导体晶体层204)(1)晶体生长温度TB:1000[。CJ(2)层状结构多层(六层)第一层:厚度约70A，铝组成比例X:=0.20第二层:厚度约70A，铝组成比例x-=0.19第三层:厚度约60A，铝组成比例x-=0.18第四层:厚度约60A，铝纟且成比例x-=0.17第五层:厚度约70A，铝纟且成比例X:=0.16第六层厚度约70A，铝组成比例X:=0.15图9是显示场效应晶体管200的栅极漏电流特性的图。在图9的图中，曲线i)对应于场效应晶体管200的栅极漏电流特性；曲线ii)对应于载流子供给层B由单一的Al。.15Ga。.85N半导体晶体层(厚度约400A)形成的样品S2的栅极漏电流特性；曲线iii)对应于载流子供给层B由单一的Alo.2oGao.8oN半导体晶体层(厚度约400A)形成的样品S3的栅极漏电流特性。无需说明，每个样品S2和S3(除了栽流子供给层B之外)的组分类似于场效应晶体管200。这些漏电流测量数据表明场效应晶体管200的漏电流等于或低于载流子供给层B由单一的AlQ.lsGa。.85N半导体晶体层(厚度约400A)形成的样品S2.所述数据也表明场效应晶体管200的漏电流是载流子-供给层B由单一的AlQ.2。Ga。.8()N半导体晶体层(厚度约400A)形成的样品S3的1/100或更小，即，场效应晶体管200的漏电流与样品S3的情况相比得到非常有效地减小。在每个场效应晶体管200、样品S2和样品S3中，测量在沟道层A和载流子供给层B之间界面处的方块电阻。测量结果如下。(方块电阻)场效应晶体管加0:约600[ft/方块]样品S2:约700[Q/方块]样品S3:约500[ft/方块前述的试验数据表明与常规的场效应晶体管的情况不同，场效应晶体管200表现出以很好平衡和合理的方式存在的由于有效地减少漏电流所导致的高击穿电压和由于方块电阻(导通电阻)的有效降低所导致的高导电性二者。换言之，常规地，在表现出如图9曲线i)所示的减小的漏电流的场效应晶体管中实现约600[Q/方块的方块电阻未必容易。前述载流子供给层B的多层结构可通过如下步骤形成在用于形成构成所述结构的六个层(第一至第六层)的晶体生长期间，稍微改变铝供给气体(即，三曱基铝(A1(CH3)3气体)的供给量。因此，当场效应晶体管200通过例如前述工序制造时，可容易将产率保持在等于或高于常规场效应晶体管的情况的水平上。前述漏电流减小的效果也基于晶体生长衬底201由厚度为约400jim的具有极好结晶度的块状掺杂杂质(Fe)的半绝缘GaN晶体所形成，所述GaN晶体通过实施方案1中所述的制造方法来制造。即，使用非常高晶体品质的晶体生长衬底对于形成低位错密度的高品质载流子供给层B(半导体晶体层204)是非常有效和重要的因素。因此，本发明的电子器件形成半导体衬底的使用是尤其有效的。实施方案5图IO-A是显示实施方案5的放大器电路300的示意透视图，图10-B显示放大器电路300的图。放大器电路300包括两个对准的场效应晶体管100，每个均通过以类似于实施方案3中描述的方式在晶体生长衬底101上连续提供III族氮化物基化合物半导体层来形成。如图IO-A所示，在晶体生长衬底101上也形成电阻器R和电容器Qn，并且如图10-B所示，这些器件彼此电连接以形成单个放大器。使用该结构，如在前述实施方案中所述，由于晶体生长衬底101的晶体品质非常高，所以每个器件的品质均得到改善。因此，在本发明的操作和效果的基础上，所制造的放大器(半导体集成电路)表现出极好的运行特性。[其它的改变本发明不限于前述实施方案，并且可做出如下举例说明的改变。根据本发明的IMt，通过这样的改变或应用也可以获得本发明的效果。(改变i)在前述实施方案3(图6)中，在本发明的电子器件形成半导体衬底(101)上，通过晶体生长形成沟道层A(103)。然而，由于衬底表现出特别优异的晶体品质，所以电子器件形成半导体衬底(即，晶体生长衬底)(IOI)也可用作沟道层A。在这样的情况下，在彻底清洗电子器件形成半导M底(101)的晶体生长表面后，在用于电子器件的半导体衬底(101)上直接^C供栽流子供给层B(104)。使用这样的改变，可显著简化用于目标电子器件的制造工艺，其就生产率而言是有利的。(改变2)在前述实施方案3或4中描述的FET具有如下类型电流在提供在本发明的半绝缘电子器件形成半导体衬底上的电极之间沿水平方向流动。本发明也可以应用于例如至少在导电晶体生长衬底(导电的电子器件形成半导体衬底)背表面的一部分上提供电极的FET，使得电流在垂直方向流动通过晶体生长衬底或提供在所述衬底上的半导体晶体层。这样的垂直导电型电子器件的例子包括例如在日本专利申请z〉开(kokai)第2004-260140号、第2000-349284号和第H10-294461号中描述的场效应晶体管。当本发明的导电的电子器件形成半导体衬底应用于用于这样的常规电子器件的衬底时，类似于前述实施方案的情况，由于例如漏电流或方块电阻减小的效果，从而可有效地改善电子器件的特性。即，在前述实施方案中获得的效果可在这样的电子器件中获得。尤其是在例如具有前述常规结构的场效应晶体管的情况下，由于在晶体生长衬底(电子器件形成半导体衬底)上形成电极，并且引起电流流过所述衬底，因此由于本发明的电子器件形成半导体衬底的使用导致导电衬底的晶体品质的改善实现了进一步增强的效果。当表现出高于常规衬底的导电性的本发明的导电的电子器件形成半导体衬底应用于常规已知的功率FET时，1milcii^或更小的导通电阻是非常可能或者容易达到的。表现出高于常规衬底的导热性的本发明的电子器件形成半导体衬底可有效地用于减小导通电阻并用于获得热辐射效应。当形成目标电子器件时，不必通过晶体生长处理将杂质加入提供在晶体生长衬底(电子器件形成半导体衬底)上的半导体晶体层中。例如，将杂质加入这样的半导体晶体层可以通过离子注入、热扩散或类似的技术实施。实施方案6在实施方案6中，为了确定对于下述LED的具体(p-型层407)的晶体生长条件，首先，形成p-型AlGaN晶体层样品，并且评估样品的半导体性能。该样品(p-型AlGaN晶体层)利用金属有机气相外延通过晶体生长形成，所述金属有机气相外延采用氢(H2)和氮(N2)的气体混合物作为载气，其中N2的相对分压从0至1进行改变。使用蓝宝石衬底作为晶体生长衬底。该晶体生长工艺使用如下气体作为原料气体氨(NHJ气、三甲基镓(Ga(CH3)3)气体、三甲基铝(A1(CH3)3)气体、三曱基铟(In(CH3)3)气体、硅烷(SiH4)气体和二茂镁(Mg(CsH5)2)气体。氮(N2)用于鼓泡器中以供应金属源气体。通过以下步骤可获得前述样品(p-型AlGaN晶体层)在蓝宝石衬底上提供A1N緩冲层和未掺杂的GaN层，和在所述GaN层上提供Al0.24Ga。.76N:Mg层，随后在相同条件下进行电阻降低处理。目标p-型AlGaN晶体层掺杂有镁(即，受主杂质)。由此获得的样品的半导体性能示于表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>与其中R-1.0的情况相比，O:改善，A:相当，x:受损。如本文所使用，符号"R，，是指在前述载气中氮的相对分压。在表1中，符号"O，，对应于与其中R-1.0的情况相比性能改善；符号"A"对应于与其中R=1.0的情况相比性能相当；并且符号"x，，对应于与其中R=1.0的情况相比性能受损。样品评估的项目如下。(1)PL强度对样品在326nm的波长下测量的光致发光强度进行比较。优选较高的光致发光强度。(2)迁移率对样品的空穴迁移率进行比较。优选较高的空穴迁移率。(3)表面粗糙度对样品的表面WIJL进行比较。优选较小的表面粗糙度，其通过在样品(p-型AlGaN晶体层)的表面上多个位点处测定的相对于作为参考表面的样品平均高度表面的高度变化获得的均方根(r.m.s.)表示。(4)Al比例变化对在样品的多个位点处测量的样品的Al组成比例进行比较。优选更均匀的Al组成比例。(5)厚度变化对在样品(p-型AlGaN晶体层)的多个位点处测量的样品的厚度变化进行比较。优选更均匀的厚度。这些评估数据表明当使用包含氮和氢的栽气并且调节氮的相对分压R以满足关系式0.6《R《0，7时，获得最优的性能。以下将描述制造包括在这样的条件下形成的p-型AlGaN晶体层的LED的一个实施例。图12是显示LED的示意截面图。LED400包括由掺杂有5xl018cnT3的硅(Si)的具有极好结晶度的块状(厚度:约300jim)透明GaN单晶形成的光学器件衬底(晶体生长衬底401)，所述晶体通过实施方案2中所述的制造方法来制造。在光学器件衬底(晶体生长衬底401)上形成包括20层单元的多层405(厚度卯nm)，每个层单元包含未掺杂的In^Ga^N层4051(厚度1.5nm)和未掺杂的GaN层4052(厚度3nm)，其中层4051和层4052交替设置。在多层405上形成包含未掺杂的GaN势垒层4062(厚度均为17nm)和未掺杂的Ino.2Gao.sN阱层4061(厚度均为3nm)的多量子阱层406，其中层4062和层4061交替i殳置。在多量子阱层406上提供由掺杂有2xl019/cm3的Mg的p-型Al0.2Ga。.8N形成的p-型层407(厚度15nm)。在p-型层407上形成未掺杂的Al。.。2Gao.98N层408(厚度300nm)。在层408上提供由掺杂有lxl02°cm3的镁的GaN晶体形成的p-型GaN层410(厚度80nm)。在层410上提供由掺杂有2xl02()cm-3的镁的GaN晶体形成的p-型GaN层411(厚度20nm)。在p-型GaN层411上提供由ITO电极420(厚度约300nm)形成的p-电极。LED的最上面的部分由Si02保护膜430形成。通过气相沉积在晶体生长衬底401的底表面上形成n-电极440。n-电极440具有包含由钒(V)形成的第一层441(厚度约18nm)和由铝(Al)形成的第二层442(厚度约500nm)的多层结构。n-电极440可具有由铑(Rh)或类似的金属形成的单层结构。在具有前述结构的LED400中，p-型Alo.2Ga。.8N层407通过使用氮和氢的气体混合物(氮的相对分压R=2/3)作为用于原料气体的栽气来形成，而用于形成另一个半导体晶体层的晶体生长通过仅使用氮(即R=1.0)作为用于原料气体的栽气来实施。LED400比具有前i^目同结构但包M过仅使用氮(即R=1.0)作为载气形成的p-型层407的LED产品表现出高约20%的发光强度。当在LED或LD的发光层上直接提供通过优化氮的相对分压R形成的包含受主杂质和铝的这样的III族氮化物基化合物半导体层时，半导体层有效地作为在发光层等上的大能带隙层。含铝的III族氮化物基化合物半导体层以非常高的品质形成的另一个可能的原因是衬底401使用由通过实施方案2中所述的制造方法制造的具有极好品质的半导体晶体来形成晶体生长衬底。因此，可以想见，LED400发光强度约20。/。的提高是由于晶体生长衬底的高品质和晶体生长条件(氮的相对分压R)优化的协同效应。对前述LED400进行-1000V静电击穿电压试验，并JL^L现表现出高于常规LED的静电击穿电压。可以想见，这种高静电击穿电压是通过晶体生长衬底401的极低位错密度和厚度为300iim的未掺杂的Al。.。2Gao.98N层408的提供的协同效应实现的。LED400的前述结构也具有以下优点。(1)由于LED使用导电衬底，因此在形成常规!1+-层如A1N緩沖层、未掺杂的GaN层或11+-层的步骤之前，不需要晶体生长步骤。(2)由于LED在其顶部和底部表面上具有电极(以下这样的结构可以称为"顶部-底部电极结构")，因此电极之间很少会发生短路。(3)通过利用顶部-底部电极结构，在11+-层上形成n-电极不需要干蚀刻步骤。(4)通过利用顶部-底部电极结构，在底部表面上的n-电极也可以作为反射金属膜。(5)通过利用顶部-底部电极结构，可从几乎全部上表面来提取光。(6)通过利用顶部-底部电极结构，电流密度得到均匀分布，并且因此很少会发生不均匀发光。实施方案7图13是显示实施方案7的LED500的示意截面图。LED500包括具有极好结晶度的块状透明光学器件衬底501(厚度约400ftm)。在光学器件衬底501上提供由掺杂有lxlO,ci^硅(Si)的GaN形成的n-型接触层504(高载流子浓度11+-层)(厚度约5jtm)。光学器件衬底501由掺杂有5xl018cm-3的硅(Si)的GaN晶体(厚度约400nm)形成，所述晶体通过在前述实施方案2中描述的制造方法制造。在n-型接触层504上提供由掺杂有lxl017/cm3的硅(Si)的n-型Al0.15Ga。.85N形成的n-型层505(厚度25nm)。在n-型层505上形成具有多量子阱结构的发光层506,所述多量子阱结构包含三个层单元，每个层单元均包括未掺杂的In。.2Ga。.8N阱层5061(厚度3nm)和未掺杂的GaN势垒层5062(厚度20nmJ。在发光层506上提供由掺杂有2xl019/cm3的Mg的p-型Ak15Ga。.85N形成的p-型层507(厚度25nm),在p-型层507上形成包含五个层单元的DBR多层508，每个层单元均包括未掺杂的GaN层5081(厚度47nm)和未掺杂的Alo.25Ga0.75N层5082(厚度49nm)。在DBR多层508上提供由掺杂有8xl019/cm3的Mg的p-型GaN形成的p-型接触层509(厚度100nm)。在p-型接触层509上通过金属气相沉积形成薄膜金属层511。M于p-型接触层509的薄膜金属层511由钴(Co)或镍(Ni)层(厚度约10A)形成。正电极520(厚度约3000A)由铑(Rh)形成。正电极520可由银(Ag)、钌(Ru)、铂(Pt)、钯(Pd)或包含这些金属中至少一种的M所组成的金属层形成。通过在n-型接触层504的暴露部分上提供由钒(V)形成的第一层541(厚度约18nm)和由铝(Al)形成的第二层542(厚度约100nm)形成具有多层结构的n-电极540。LED的最上部由Si02保护膜530形成。通过提供DBR多层508,LED500表现出的发光输出为具有与如上所述几乎相同结构但不包含这样的DBR多层508的LED样品的约1.4倍。通过提供具有包含未掺杂半导体晶体层的多层结构的DBR多层508，LED500表现出非常高的击穿电压(即，耐6000V的正向电压)。达到这样的高击穿电压的另一个可能原因是晶体生长衬底(光学器件衬底501)具有低位错密度。因此，可以想见，前述高击穿电压是由于高品质晶体生长衬底和提供包含未掺杂的半导体晶体层的多层结构(DBR多层508)的协同效应的结果。实施方案8图14是显示实施方案8的LED600的截面图。在与前述LED500的光学器件衬底501具有相同结构的光学器件衬底610的晶体生M面上，经由晶体生长，通过连续提供n-型接触层630、耐静电压部件640、n-型覆盖层650、MQW有源层660、p-型覆盖层670和p-型接触层680形成LED600。耐静电压部件640通ii在层630上经由晶体生长依次堆叠未掺杂的半导体层641、掺杂的半导体层642、未掺杂的半导体层643和掺杂的半导体层644而形成.在耐静电压部件640中，未掺杂的半导体层641和掺杂的半导体层642构成才艮据本发明的第一耐电压结构，而未掺杂的半导体层643和掺杂的半导体层644构成根据本发明的第二耐电压结构。然后将参考图14描述LED600的制造方法。构成LED600的每个前述半导体层均通过金属有机气相外延(MOVPE)经由晶体生长形成。该晶体生长工艺使用例如载气(112或N2)、氨(NH3)气、三曱基镓(Ga(CH3)3，以下可称为"TMG")气体、三甲基铟(In(CH3)3，以下可称为"TMI")气体、三曱基铝(A1(CH3)3,以下可称为"TMA")气体、珪烷(SiH4)气体和二茂镁(Mg(C5H5)2，以下可称为"CP2Mg")气体。可通过例如分子束外延(MBE)或卣化物气相外延(HVPE)而不是前述金属有机气相外延(MOVPE)，实施用于形成这些半导体层的晶体生长。(晶体生长表面的清洗)首先，在氢气流下将光学器件衬底610的温度提高至1050n，由此清洗衬底的晶体生M面约五分钟。(n-型接触层630)随后，在氢气流(载气)和氨气流下将光学器件衬底610的温度提高至1100°C。衬底温度达到1100。C后，立刻利用TMG气体和氨气作为原料气体以及硅烷气体作为杂质气体，生长具有Si含量为4.5xl018[cm-3的n-型GaN接触层630至具有4jim的厚度。(耐静电压部件640)(1)未掺杂的半导体层641随后，停止供给^i气体，并且利用TMG气体和氨气，在1100。C下生长由未掺杂的GaN形成的未掺杂的半导体层641至具有200nm的厚度。(2)掺杂的半导体层642，停止供给TMG气体，并且降低温度至850'C。当温度达到850。C时，供给TMG气体和硅烷气体，并且生长由掺杂有4.5xl018[cm-3]Si的GaN形成的掺杂的半导体层642至具有50nm的厚度。这两个半导体层；即未掺杂的半导体层641和掺杂的半导体层642构成根据本发明的第一耐电压结构(从n-型接触层630计)。(3)未掺杂的半导体层643其后，停止供给^气体，并且在相同温度(850。C)下生长由未掺杂的GaN形成的未掺杂的半导体层643至具有200nm的厚度。(4)掺杂的半导体层644最后，供给硅烷气体，并且在相同温度(850。C)下生长由掺杂有Si(4.5xl018[cnT3)的GaN形成的掺杂的半导体层644至具有30nm的厚度。这两个半导体层；即未掺杂的半导体层643和掺杂的半导体层644构成根据本发明的第二耐电压结构(从n-型接触层630计)。(n画型覆盖层650)随后，停止供给a气体和TMG气体，并且升高温度至1050。C。当温度达到1050'C时，供给TMG气体，并且生长由未掺杂的GaN形成的第一氮化物半导体层至具有4nm的厚度。随后，调节温度至800。C，并且利用TMG、TMI和氨气生长由未掺杂的In。.13Ga。.87N形成的第二氮化物半导体层至具有2nm的厚度。重复这些层生长工艺，由此交替提供10个第一氮化物半导体层和10个第二氮化物半导体层。最后，生长第一氮化物半导体层(GaN层)至具有4nm的厚度，由此形成具有多层超晶格结构的n-型覆盖层650(厚度64nm)。(MQW有源层660)随后，调节温度至800。C,并且交替提供未掺杂的GaN势垒层(厚度20nm)和未掺杂的In。.2Ga。.8N阱层(厚度3nm)，由此形成MQW有源层660。(p-型覆盖层670)随后，利用TMG、TMA、氨和CP2Mg(二茂镁)气体，在1050。C下生长由掺杂有Mg(lxlO加cnT3)的p-型Al。.2Ga。.8N形成的第三氮化物半导体层至具有4nm的厚度。随后，调节温度至800。C，利用TMG、TMI、氨和CP2Mg气体，生长由掺杂有Mg(lxl02°[cm-3)的Ino.o3Gao.97N形成的第四氮化物半导体层至具有2.5nm的厚度。重复这些层生长工艺，由此交替堆叠5个第三氮化物半导体层和5个第四氮化物半导体层。最后，生长第三氮化物半导体层至具有4nm的厚度，由此形成具有多层超晶格结构的p-型覆盖层670(厚度:36.5nm)。(p-型接触层680)随后，利用TMG、氨和CP2Mg气体，在1050'C下生长由掺杂有Mg(lxl02°[cm-3)的p-型GaN形成的p-型接触层680至具有70nm的厚度。其后，在最上层(即，p-型接触层680)的表面上形成具有预定图案的掩模，然后通过RIE(反应性离子蚀刻)设备从p-型接触层680侧实施蚀刻，由此暴露出n-型接触层630的一部分，如图14所示。随后，通过气相沉积在p-型接触层680上形成透明p-电极691a，并且通过气相沉积在n-型接触层630上形成n-电极692。p-电极691a通过如下步骤形成在p-型接触层680上直接提供由钴(Co)形成的第一层(厚度约1.5nm)，和在钴层上提供由金(An)形成的第二层(厚度:约6nm)。随后，通过气相沉积在透明p-电极691a上形成p-垫电极691b。通过连续提供由钒(V)形成的第一层(厚度:约18nm)、由金(Au)形成的第二层(厚度:约1.5nm)和由铝(Al)形成的第三层(厚度:约10nm)来形成p-垫电极691b。通过在n-型接触层630的暴露部分上连续地提供由钒(V)形成的第一层(厚度:约18nm)和由铝(Al)形成的第二层(厚度:约100nm)从而形成具有多层结构的n-电极692。在透明p-电极691a的暴露表面上或通过例如蚀刻暴露的半导体层的侧表面上可形成Si02保护膜。蓝宝石衬底610的底表面(即，最下方的表面)可涂有例如通过气相沉积铝(Al)形成的反射金属层(厚度:约500nm)。用于形成这种反射金属层的材料可以是金属(例如，Rh、Ti或W)或可以是氮化物(例如，TiN或HfN)。发现由此制造的LED600具有约470nm(蓝色发光)的发光峰值波长并且在20mA的正向电流下具有约3.5V的驱动电压Vf。LED600在施加1000V~1800V反向静电压下进行耐久试验(利用人体模型(HBM)的ESD试验)。在本范围内的任何不同静电压下，所有未损伤的LED600占超过80%，这与常规情况相比相当高。这种显著改善的击穿电压主要归因于耐静电压部件640。达到这种高击穿电压的另一个可能的原因是晶体生长衬底(光学器件衬底610)具有低位错密度。因此，可以想见，前述高击穿电压是由于晶体生长衬底的高品质与提供耐静电压部件640的协同效应的结果。[其它改变本发明不限于前述实施方案，而是可做出如下举例说明的改变。根据本发明的IMt，通过这样的改变或应用，也可以获得本发明的效果。(改变3)在前述实施方案6中，形成多量子阱层406作为发光层。然而，在包括如在前述实施方案6中所述的p-型AIGaN层的LED中，LED的发光层可具有任意的结构；例如单层结构、单量子阱(SQW)结构或多量子阱(MQW)结构。尤其是当发光层具有多量子阱结构时，发光层优选至少包括阱层，所述阱层由具有合适组成比例的含铟(In)的III族氮化物基化合物半导体AlyGaLylnzN(0《y<l，0<z《l)形成。包括前述p-型AIGaN层的这种结构可应用于其它的光学器件(例如，LD)。(改变4)无需"^兌明，类似于用于实施方案8的前述LED600的耐静电压结构(例如，光学器件衬底610或耐静电压部件640)非常适合用于例如常规半导体激光器。具体地，当类似于前述的耐静电压结构应用于包括已知的电流限制结构、光导层等的这种半导体激光器时，可显著改善半导体激光器的静电击穿电压。在例如制造端面发光激光器的情况下，要点是谐振器的端面通过解理洁净地形成，因此使用高晶体品质的晶体生长衬底(即，本发明的光学器件衬底)是非常有利的。由于从半导体激光器的发光层发出的光在由二极管输出之前在谐振器中进行多次反射，所以从提高谐振器本身透明度的观点来看，使用本发明的光学器件衬底是非常有利的。(改变5)此外，使用本发明的在位错密度、透明度等方面表现出极好晶体品质的光学器件衬底，对于改善具有所谓PIN结构的常规已知半导体感光器的内部量子效率、外部量子效率、静电击穿电压、使用寿命、良品率等是非常有利的，所谓PIN结构如在例如名为"GaNbasedsemiconductorphotorec印tor"的日本专利申请公开(kokai)No.2000-174323中所描述的。由于本发明的光学器件衬底可容易地并且任选地具有导电性，所以当类似于用于实施方案6的前述LED400的顶部-底部电极结构应用于这种感光器时，所述感光器具有以下优点。(1)由于感光器使用导电衬底，因此在形成常规11+-层如入1]\緩冲层、未掺杂的03]\层或11+-层的步骤之前，不需要晶体生长步骤。(2)由于感光器在其顶部和底部表面上具有电极(顶部-底部电极结构)，所以在电极之间很少会发生短路。(3)通过利用顶部-底部电极结构，在11+-层上形成11-电极不需要干蚀刻步骤。(4)通过利用顶部-底部电极结构，在底部表面上的n-电极也可以作为反射金属膜。(5)通过利用顶部-底部电极结构，可从几乎全部上表面来接收光。(6)通过利用顶部-底部电极结构，电流密度得到均匀分布，并且因此不大可能会发生不均匀的光接收。工业实用性本发明适用于由III族氮化物基化合物半导体晶体来制造半导体器件。除前述电子器件之外，这种半导体器件的例子还包括发光器件(例如，LED和LD)、感光器和包括这种器件的光电子集成电路(OEIC)。本发明的晶体管可以是场效应晶体管或双极晶体管。根据本发明可制造的场效应晶体管的例子包括半导体器件，如MISFET、MOSFET、HFET、MODFET、JFET、HJFET和HEMT;以及用于功率控制的功率晶体管，如功率MOSFET和IGBT。权利要求1.一种制造用于电子器件或光学器件的半导体衬底的方法，所述方法包括在包含选自碱金属和碱土金属中的多种金属元素的助熔剂混合物中，使得氮(N)与作为III族元素的镓(Ga)、铝(Al)或铟(In)反应，由此生长III族氮化物基化合物半导体晶体，其特征在于在搅拌下混合所述助熔剂混合物和所述III族元素的同时，生长所述III族氮化物基化合物半导体晶体。2.—种制造用于电子器件或光学器件的半导体衬底的方法，所述方法包括在包含选自碱金属和碱土金属中的多个金属元素的助熔剂混合物中，使得氮(N)与作为III族元素的镓(Ga)、铝(Al)或铟(In)反应，由此生长III族氮化物基化合物半导体晶体，其特征在于其上生长所述III族氮化物基化合物半导体晶体的^fill衬底的至少一部分由助熔剂可溶材料形成，并且在所述半导体晶体的生长过程期间或所述半导体晶体生长完成后，在所迷III族氮化物基化合物半导体晶体的生长温度附近的温度下，所述助熔剂可溶材料溶解于所述助熔剂混合物中。3.根据权利要求2所述的制造半导体衬底的方法，其中所述助熔剂可溶材料的至少一部分包含待加入所述III族氮化物基化合物半导体晶体中的杂质。4.根据权利要求2或3所述的制造半导体衬底的方法，其中在搅拌下混合所述助熔剂混合物和所述III族元素的同时，生长所述III族氮化物基化合物半导体晶体。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的制造半导体衬底的方法，其中所述助熔剂混合物包含钠(Na)、和锂(Li)或钓(Ca)。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的制造半导体衬底的方法，其中在所述III族氮化物基化合物半导体晶体生长之前，通过使用氩(H2)气、氮(N2)气、氨(NH3)气、稀有气体(He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn)或通过以任意比例混合选自这些气体中的两种或更多种气体获得的气体混合物作为清洗气体，使所述基础衬底或种晶的晶体生长表面在900~1100。C温度下进行清洗处理1分钟或更长时间。7.根据权利要求1至6中任意一项所述的制造半导体衬底的方法，其中所述助熔剂混合物包含以下物质作为待加入所述III族氮化物基化合物半导体晶体中的杂质硼(B)、铊(TO、钙(Ca)、含Ca化合物、硅(Si)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、碳(C)、氧(O)、铝(Al)、铟(In)、氧化铝(A1203)、氮化铟(InN)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(Si02)、氧化铟(ln203)、锌(Zn)、铁(Fe)、镁(Mg)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)或锗(Ge).8.—种用于电子器件或光学器件的半导体衬底，其特征在于通过根据权利要求1至7中任意一项所述的制造半导体衬底的方法来制造，所述衬底具有lxl05cm—2或更小的表面位错密度以及1cm或更大的最大尺寸，9.根据权利要求8所述的半导体衬底，其具有300nm或更大的厚度。10.—种包括晶体生长衬底和设置在所述晶体生长衬底上的III族氮化物基化合物半导体晶体层的电子器件，其特征在于所述晶体生长衬底由根据权利要求8或9所述的半导体衬底形成。11.一种包括通过晶体生长形成的III族氮化物基化合物半导体晶体层的场效应晶体管，其特征在于所述晶体管包括根据权利要求8或9所述的半导体衬底；在所述半导M底上通过直接或间接晶体生长形成的沟道层A;和在所述沟道层A上通过直接晶体生长形成的载流子供给层B,其中至少在所述沟道层A和所述栽流子供给层B之间的界面附近，所述载流子供给层B的能带隙(Eb)大于所述沟道层A的能带隙(EA)。12.根据权利要求11所述的场效应晶体管，其中所述沟道层A和所述栽流子供给层B中的至少其一由未掺杂的半导体晶体形成。13.根据权利要求11或12所述的场效应晶体管，其中所述沟道层A由两组分或三组分的AlxGa^N(0《x<1)形成，而所述载流子供给层B由三组分AlyGa^N(x<y《1)形成。14.根据权利要求11至13中任意一项所述的场效应晶体管，其中通过抑制存在于所Hf面附近的所述沟道层A的原子升华来形成具有基本平坦平面的所述界面。15.根据权利要求11至14中任意一项所述的场效应晶体管，其中所述栽流子供给层B由AlyGa^N(0.45>y>0.04)形成，并且所述载流子供给层B中的铝组成比例y通常随着与所H^面的距离的增加而单调减少。16.—种包括晶体生长衬底和设置在所述晶体生长衬底上的多个III族氮化物基化合物半导体晶体层的半导体发光器件，其特征在于所述晶体生长村底由根据权利要求8或9所述的半导体村底形成。17.—种包括晶体生长衬底和设置在所述晶体生长衬底上的多个III族氮化物基化合物半导体晶体层的半导体感光器，其特征在于所述晶体生长衬底由根据权利要求8或9所述的半导M底形成。18.根据权利要求16所述的半导体发光器件，包括由m族氮化物基化合物半导体形成的发光层和设置在所述发光层上的m族氮化物基化合物半导体晶体层，所述半导体晶体层包含铝和受主杂质，并且利用包含氢(H2)和氮(N2)的气体^^物的载气通过晶体生长处理而形成，在所述载气中氮的相对分压是40~80%。19.一种制造半导体发光器件的方法，所述方法包括在晶体生长衬底上提供多个III族氮化物基化合物半导体晶体层，其特征在于所述晶体生长衬底由块状透明的III族氮化物基化合物半导体晶体形成，并且利用包含氢(Hj和氮(N2)的气体混合物的载气，在发光层上通过晶体生长处理提供包含铝和受主杂质的半导体晶体层，在所述载气中氮的相对分压是40~80%。20.根据权利要求16或17所述的光学器件，包括至少一个接触层、有源层和设置在所述至少一个接触层和所述有源层之间的多个耐电压结构，每个所述结构包括以下两层设置在所述接触层侧上的未掺杂的半导体层和设置在所述未掺杂的半导体层上的杂质掺杂的半导体。21.根据权利要求20所述的光学器件，其中所述接触层是n-型接触层，并且所迷杂质是n-型杂质。22.根据权利要求16所述的半导体发光器件，其包括在两个p-型半导体晶体层之间通过以重复的方式交替提供具有不同组成的多个未掺杂的III族氮化物基化合物半导体晶体层而形成的DBR多层。23.根据权利要求22所述的半导体发光器件，其中所述DBR多层包括多个未掺杂的GaN晶体层和多个未掺杂的AlxGa^N晶体(0<x<1)层。24.—种制造半导体光学器件的方法，所述方法包括在晶体生长衬底上提供多个III族氮化物基化合物半导体晶体层，其特征在于所述晶体生长衬底由根据权利要求8或9所述的半导M底形成，并且，在生长所述III族氮化物基化合物半导体晶体层之前，通过使用氢(H2)气、氮(N2)气、氨(NH3)气、稀有气体(He、Ne、Ar、Kr、Xe或Rn)或通过以任意比例混合选自这些气体中的两种或更多种气体获得的气体混合物作为清洗气体，使所述半导体衬底的晶体生长表面在卯0~1100。C温度下进行清洗处理l分钟或更长时间。全文摘要本发明提供制造半导体衬底的方法，所述方法包括在包含选自碱金属和碱土金属中的多种金属元素的助熔剂混合物中，使氮(N)与作为III族元素的镓(Ga)、铝(Al)或铟(In)反应，由此生长III族氮化物基化合物半导体晶体。在搅拌下混合所述助熔剂混合物和所述III族元素的同时，生长III族氮化物基化合物半导体晶体。其上生长所述III族氮化物基化合物半导体晶体的基础衬底的至少一部分由助熔剂可溶材料形成，并且在所述半导体晶体的生长期间，在所述III族氮化物基化合物半导体晶体的生长温度附近的温度下，所述助熔剂可溶材料溶解于所述助熔剂混合物中。文档编号C30B9/10GK101410557SQ20078000879公开日2009年4月15日申请日期2007年3月15日优先权日2006年3月16日发明者今井克宏,佐佐木孝友,山崎史郎,岩井真,川村史朗,平田宏治,柴田直树,森勇介申请人:丰田合成株式会社;日本碍子株式会社;国立大学法人大阪大学