外延生長(zhǎng)用模板以及其制作方法、和氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成為使GaN系化合物半導(dǎo)體層(一般式:AlxGayImtyN)外延生長(zhǎng)的基底的外延生長(zhǎng)用模板以及其制作方法、和GaN系氮化物半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]—直以來(lái)，通過(guò)使多層結(jié)構(gòu)的GaN系化合物半導(dǎo)體層在外延生長(zhǎng)用模板上生長(zhǎng)來(lái)制作發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器等的GaN系氮化物半導(dǎo)體裝置(例如參考非專利文獻(xiàn)I)。在圖7示出典型的現(xiàn)有的GaN系發(fā)光二極管的結(jié)晶層結(jié)構(gòu)。在藍(lán)寶石基板101上形成由AlN構(gòu)成的基底層102，在以光刻和反應(yīng)性離子蝕刻形成周期性的槽結(jié)構(gòu)后形成ELO-AlN層103，在該ELO-AlN層103上依次層疊膜厚2μπι的η型AlGaN的η型包覆層104、AlGaN/GaN多重量子阱活性層105、A1組成比高于多重量子阱活性層105的Al組成比的膜厚20nm的P型AlGaN的電子阻擋層106、膜厚50nm的P型AlGaN的P型包覆層107、膜厚20nm的P型GaN的接觸層108，圖7所示的發(fā)光二極管具有這樣的層疊結(jié)構(gòu)。多重量子阱活性層105具有將以膜厚Snm的AlGaN勢(shì)皇層夾著膜厚2nm的GaN阱層的結(jié)構(gòu)層疊5層的結(jié)構(gòu)。在結(jié)晶生長(zhǎng)后，直到η型包覆層104的一部分露出表面為止地蝕刻除去其上的多重量子阱活性層105、電子阻擋層106、ρ型包覆層107、以及接觸層108，分別在接觸層108的表面形成例如Ni/Au的P-電極109，在露出的η型包覆層104的表面形成例如Ti/Al/Ti/Au的η-電極110。將GaN阱層作為AlGaN阱層，通過(guò)使Al組成比或膜厚變化來(lái)進(jìn)行發(fā)光波長(zhǎng)的短波長(zhǎng)化，或者通過(guò)添加In來(lái)進(jìn)行發(fā)光波長(zhǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)化，能制作波長(zhǎng)200nm到400nm程度的紫外區(qū)域的發(fā)光二極管。關(guān)于半導(dǎo)體激光器，也能用類似的構(gòu)成制作。在圖7所示的結(jié)晶層結(jié)構(gòu)中，由藍(lán)寶石基板101、A1N基底層102和ELO-AlN層103形成外延生長(zhǎng)用模板。
[0003]該模板表面的結(jié)晶質(zhì)量給形成于其上層的GaN系化合物半導(dǎo)體層的結(jié)晶質(zhì)量帶來(lái)直接影響，給作為結(jié)果而形成的發(fā)光元件等的特性帶來(lái)大的影響。特別是在紫外線域的發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器的制作中，期望使用穿透位錯(cuò)密度107/cm2以下、優(yōu)選減低到16/cm2程度的模板。如圖7所示那樣，若在具有周期性的槽結(jié)構(gòu)的AlN基底層102上用橫向生長(zhǎng)(ELO:Epitaxial Lateral Overgrowth)法使EL0-A1N層103外延生長(zhǎng)，在從槽與槽間的凸部平坦面生長(zhǎng)的AlN層覆蓋槽上方地橫向生長(zhǎng)的同時(shí)，從該平坦面生長(zhǎng)的穿透位錯(cuò)也由于橫向生長(zhǎng)而匯集在槽上方，因此能大幅減低穿透位錯(cuò)密度。
[0004]但是，在圖7所示的由藍(lán)寶石基板、AlN基底層和ELO-AlN層構(gòu)成的模板中，需要在使AlN基底層生長(zhǎng)后，將試樣(基板)暫時(shí)從外延生長(zhǎng)用的反應(yīng)室內(nèi)取出，以光刻和反應(yīng)性離子蝕刻在AlN基底層的表面形成周期性的槽結(jié)構(gòu)。為此，不能使AlN基底層和ELO-AlN層連續(xù)生長(zhǎng)，招致制造工序的煩雜化以及生產(chǎn)量的降低，成為制造成本高企的要因。
[0005]另一方面，為了省略結(jié)晶生長(zhǎng)工序間的蝕刻加工來(lái)緩和制造工序的煩雜化以及生產(chǎn)量的降低，提出如下方法:在藍(lán)寶石基板的表面直接以光刻和反應(yīng)性離子蝕刻等形成周期性的槽結(jié)構(gòu)，在該藍(lán)寶石基板上直接形成ELO-AlN層來(lái)作為外延生長(zhǎng)用模板(例如參考專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)2、非專利文獻(xiàn)3)。由于為了在槽結(jié)構(gòu)的基板表面使ELO-AlN層生長(zhǎng)，需要使從槽底部生長(zhǎng)的AlN層、和從槽與槽間的凸部平坦面橫向生長(zhǎng)的AlN層分離，因此優(yōu)選形成在藍(lán)寶石基板表面的槽較深，但由于藍(lán)寶石基板蝕刻率，難以加工，因此需要在淺的槽結(jié)構(gòu)中使低穿透位錯(cuò)密度的ELO-AlN層生長(zhǎng)。
[0006]在藍(lán)寶石基板上不用橫向生長(zhǎng)法地使AlN層生長(zhǎng)的情況下，通過(guò)使用橫向生長(zhǎng)法而消除的問(wèn)題顯現(xiàn)，極難制作無(wú)裂紋、低穿透位錯(cuò)密度且結(jié)晶的表面性狀良好的模板。
[0007]為此，作為在藍(lán)寶石基板上不用橫向生長(zhǎng)法地使AlN層生長(zhǎng)、來(lái)制作無(wú)裂紋、低穿透位錯(cuò)密度且結(jié)晶的表面性狀良好的模板的方法，例如提出以下方法(參考非專利文獻(xiàn)4):將下述的AlN層設(shè)為多層結(jié)構(gòu)，交替層疊連續(xù)提供Al原料的TMA(三甲基鋁)并間歇提供N原料的順3(氨)而生長(zhǎng)的脈沖流AlN層、和分別連續(xù)提供TMAl和NH3而生長(zhǎng)的連續(xù)AlN層。
[0008]先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:專利第3455512號(hào)公報(bào)
[0011]非專利文獻(xiàn)
[0012]非專利文獻(xiàn)1:KentaroNagamatsu,et al.，“High-efficiency AlGaN-based UVlight-emitting d1de on laterally overgrown AIN”，Journal of Crystal Growth,310,pp.2326-2329,2008
[0013]非專利文獻(xiàn)2:N.Nakano，et al.，“Epitaxial lateral overgrowth of ALNlayers onpatterned sapphire substrates，，，Phys.Status Sol idi (a)203，N0.7，PP.1632-1635,2006
[0014]非專利文獻(xiàn)3:J.Mei，et al.，“Dislocat1n generat1n at the coalescenceof aluminum nitride lateral epitaxy on shallow-grooved sapphire substrates，，，Applied Physics Letters 90,221909,2007
[0015]非專利文獻(xiàn)4:H.Hirayama，etal.，“222_282nmAlGaN and InAlGaN-based deep-UV LEDs fabricated on high-quality AlN on sapphire”，Phys.Status Solidi A 206，N0.6,1176-1182(2009)
[0016]發(fā)明的概要
[0017]發(fā)明要解決的課題
[0018]如上述那樣，在藍(lán)寶石基板上通過(guò)橫向生長(zhǎng)法使AlN層生長(zhǎng)而形成的模板中，需要以蝕刻等在藍(lán)寶石基板或EL0-A1N層的基底層形成槽結(jié)構(gòu)，不管形成槽結(jié)構(gòu)的對(duì)象怎樣，都存在槽結(jié)構(gòu)的形成所涉及的問(wèn)題。
[0019]另外，在上述非專利文獻(xiàn)4公開的方法中，在藍(lán)寶石基板上不用橫向生長(zhǎng)法地使AlN層生長(zhǎng)，雖然能制作無(wú)裂紋、低穿透位錯(cuò)密度且結(jié)晶的表面性狀良好的模板，但需要在控制NH3的提供方法使核形成AlN層、和強(qiáng)調(diào)橫向生長(zhǎng)來(lái)掩埋該核形成AlN層的微小突起的被覆AlN層生長(zhǎng)后，在其上連續(xù)提供原料來(lái)使AlN層高速生長(zhǎng)，設(shè)為反復(fù)層疊該3層結(jié)構(gòu)的多層結(jié)構(gòu)，A1N層的生長(zhǎng)時(shí)的控制煩雜化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明鑒于上述的問(wèn)題點(diǎn)而提出，其目的在于制作具有在藍(lán)寶石基板上使AlN層生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)用模板，制作不用橫向生長(zhǎng)法或復(fù)雜的生長(zhǎng)控制就能簡(jiǎn)便地使AlN層生長(zhǎng)、并且無(wú)裂紋、低穿透位錯(cuò)密度且結(jié)晶的表面性狀的良好的模板。
[0021]用于解決課題的手段
[0022]本申請(qǐng)發(fā)明者通過(guò)銳意研究，發(fā)現(xiàn)在AlN層的生長(zhǎng)開始前或開始時(shí)，分散于藍(lán)寶石基板的表面存在微量的Ga原子，通過(guò)使該基板與AlN層的界面近旁區(qū)域的Ga濃度為給定的范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上能不用橫向生長(zhǎng)法或復(fù)雜的原料提供法地使AlN層生長(zhǎng)，來(lái)制作出無(wú)裂紋、低穿透位錯(cuò)密度且結(jié)晶的表面性狀良好的模板，作出本申請(qǐng)發(fā)明。
[0023]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供模板的制作方法，是在藍(lán)寶石基板的表面上具有AlN層、成為使GaN系化合物半導(dǎo)體層外延生長(zhǎng)的基底的模板的制作方法，其特征在于，具有:將Ga原子分散提供到藍(lán)寶石基板的表面的表面處理工序;和在所述藍(lán)寶石基板上使AlN層外延生長(zhǎng)的AlN生長(zhǎng)工序，所述AlN層的除去從表面起到深度10nm為止表面近旁區(qū)域以外的所述AlN層的內(nèi)部區(qū)域中的能以二次離子質(zhì)量分析法得到的Ga濃度在與所述藍(lán)寶石基板的表面垂直的深度方向的濃度分布當(dāng)中的得到所述Ga濃度的最大值的所述深度方向的位置，存在于從所述藍(lán)寶石基板的界面起到向所述AlN層側(cè)離開400nm的位置為止的界面近旁區(qū)域內(nèi)，所述Ga濃度的最大值為3X 1017atoms/cm3以上、2X 102Qatoms/cm3以下。
[0024]進(jìn)而，在上述特征的模板的制作方法的基礎(chǔ)上，作為合適的I個(gè)方式，在所述表面處理工序中，對(duì)進(jìn)行所述AlN生長(zhǎng)工序的生長(zhǎng)室內(nèi)提供成為Ga的原料的化合物。
[0025]進(jìn)而，在在上述特征的模板的制作方法的基礎(chǔ)上，作為合適的I個(gè)方式，在所述表面處理工序的結(jié)束后、和所述表面處理工序的開始同時(shí)、或者在所述表面處理工序的中途的任意的定時(shí)，開始所述AlN生長(zhǎng)工序。
[0026]進(jìn)而，作為上述特征的模板的制作方法的合適的I個(gè)方式，在所述二次離子質(zhì)量分析法中使用的一次離子種為O2+。
[0027]進(jìn)而，為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供外延生長(zhǎng)用模板，具備:在表面分散存在Ga原子的藍(lán)寶石基板;和在所述藍(lán)寶石基板上外延生長(zhǎng)而成的AlN層，所述AlN層的除去從表面起到深度10nm為止的表面近旁區(qū)域以外的所述Al