CN100337308C - GaN单晶基底、氮化物类半导体外延生长基底、氮化物类半导体器件及其生产方法 - Google Patents

GaN单晶基底、氮化物类半导体外延生长基底、氮化物类半导体器件及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明的GaN单晶基底11具有通过在至少含氨气的混合气氛中在基底温度至少是1020℃的条件下热处理至少10分钟后平整的抛光表面。结果是将因为抛光而形成有大量微小缺陷的基底11表面中的原子重排，从而平整基底11表面。因此可以使形成于基底11上的外延生长层12的表面平整。

Description

GaN单晶基底、氮化物类半导体外延生长基底、氮化物类半导体器件及其生产方法
技术领域
本发明涉及GaN单晶基底、氮化物类半导体外延生长基底(epitaxialsubstrate)、氮化物类半导体器件及其用在发光器件等中的方法。
背景技术
近来人们一直关注使用氮化物类化合物半导体的发光器件，因为它们能够在从紫外线到蓝绿色的区域内发出短波长的光。这些器件如发光二极管和激光二极管在作为发光和显示设备或下一代DVD的光源方面具有广阔的前景。作为这些发光器件中使用的基底，优选使用其晶格常数与GaN层(这是一种主要的氮化物类半导体层)的晶格常数相同的GaN单晶基底。但是传统上认为难以生产GaN单晶基底。
因此，通常使用其晶格常数与GaN的晶格常数相同但化学性能稳定的蓝宝石基底。通常用OMVPE作为在该蓝宝石基底上外延生长GaN基底的方法。在OMVPE中，在氢气气氛中将基底温度保持在约1050℃的同时将蓝宝石基底清洁后，在约450-600℃的基底温度下生长GaN或AlN的缓冲层，然后在至少1000℃的高温下生长GaN层。
但是，使用蓝宝石基底在下述方面存在问题：首先，蓝宝石基底的晶格常数接近但不等于GaN层的晶格常数，因此在蓝宝石基底和GaN层的界面处会导入由于晶格错配所造成的多种缺陷如位错。这些缺陷在生长方向上延伸，以致于看起来象是外延生长层表面上的贯穿缺陷，这将极大地破坏发光器件如激光二极管的性能和寿命。另外，因为蓝宝石基底和GaN层的热膨胀系数有很大的差别，所以外延生长基底有很大的翘曲。另外，因为蓝宝石基底没有解理(cleavage)性能，所以用解理平面作为反射表面生产激光二极管非常困难。
鉴于这些情况，人们已经实现了适用于形成氮化物类化合物半导体层的单晶GaN基底(国际公开专利申请WO99/23693)。在该方法中，在GaAs基底上形成条状或环形掩模，在处于气相中的基底上生长GaN层，然后从中除去GaAs基底，从而得到GaN基底。另外，该方法可以通过下述方式大规模生产GaN基底：在GaN基底上再生长GaN层以制备铸块(ingot)，然后从铸块中切除GaN基底。即，这种新方法能够大规模生产GaN单晶基底。
发明内容
但是，上述传统的GaN基底可能在下述方面存在问题：即，虽然说为了在其上形成外缘生长层而必须将制备的GaN单晶基底的表面进行机械抛光，但是GaN单晶基底的化学性能不稳定，所以利用其它半导体基底使用的化学机械抛光(CMP)法难以抛光。因此，难以使机械抛光的基底达到适于外延生长的平整度，而一般机械抛光后的基底表面的Rms(均方根粗糙度)约为1.0nm。当在如此粗糙表面的基底上形成外延生长层时，在不均匀部分中由于无规核生成而发生三维生长，从而难以生成平整的表面。另外，当生成的成熟核以这样的生长模式结合在一起时，因为核中存在定向移动，所以很可能发生晶体缺陷如位错，这将破坏结晶度。即，为了在GaN单晶基底上生成具有更好质量的半导体设备，必须消除由于表面处理而造成的缺陷(如：损坏或变形)。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供具有平整表面的GaN单晶基底、氮化物类半导体外延生长基底、氮化物类半导体器件及其生产方法。
本发明提供GaN单晶基底，其具有通过在至少含氨气的混合气氛中在基底温度至少是1020℃的条件下热处理至少10分钟后平整的抛光表面。
在该GaN单晶基底中，在氨气气氛中在基底温度至少是1020℃的条件下将预定的热处理工艺进行至少10分钟，将因为抛光而形成有大量微小缺陷的基底表面中的原子重排，从而平整基底表面。因此可以使形成于基底上的外延生长层的表面平整。
另外，因为进行了热处理，所以表面的均方根粗糙度是0.2nm或更小。当基底表面的均方根粗糙度是0.2nm或更小时，对于形成具有良好质量的外延生长层来说，这样的基底具有足够高的平整度。
本发明提供包括上述GaN单晶基底和在GaN单晶基底上外延生长的氮化物类化合物半导体层的氮化物类半导体外延生长基底。
在氮化物类半导体外延生长基底中，在氨气气氛中在基底温度至少是1020℃的条件下将预定的热处理工艺进行至少10分钟的GaN单晶基底上形成氮化物类化合物半导体层。即，在对于形成外延生长层来说足够平整的基底上外延生长氮化物类化合物半导体层，从而得到具有平整表面和良好结晶度的氮化物类化合物半导体层。另外，叠加在氮化物类化合物半导体层上的半导体层的表面平整且具有良好的结晶度，因此，使用该氮化物类化合物外延生长基底的发光器件和半导体器件如晶体管可以得到更高的性能和产率。
氮化物类化合物半导体层优选包括AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)。
氮化物类化合物半导体层优选包括GaN。在这种情况下，该半导体层与基底没有错配，从而能够抑制基底和外延生长层界面中发生的缺陷。
在GaN单晶基底上外延生长的氮化物类化合物半导体层优选具有均方根粗糙度为0.2nm或更小的表面。在这种情况下可以得到具有平整表面和良好结晶度的氮化物类化合物半导体层。另外，当在氮化物类化合物半导体层上外延生长所需的半导体时，可以在层状结构具有良好陡度和结晶度的条件下进行外延生长。这样可以形成具有平整表面的半导体层。
氮化物类化合物半导体层优选具有100秒或更小的X射线衍射半峰宽度。X射线衍射半峰宽度表示外延生长层的晶轴波动(镶嵌性能(mosaicproperty)，如果半峰宽度是100秒或更小，则可以得到具有平整表面和良好结晶度的氮化物类化合物半导体层。叠加在外延生长层上的半导体层也具有良好的结晶度。
氮化物类化合物半导体层优选具有1×106cm-2或更低的攻丝位错密度(threading disclocation density)。即，攻丝位错密度为1×106cm-2或更低的氮化物类化合物半导体层能够抑制叠加在该氮化物类化合物半导体层(外延生长层)上的半导体层内的攻丝位错密度。
本发明提供氮化物类半导体器件，其中，包括AlxGa1-xN(0＜x＜1)的n型包覆层叠加在上述具有n型电导率的GaN单晶基底上，活性层叠加在包覆层上，包括AlxGa1-xN(0＜x＜1)的p型包覆层叠加在活性层上，p型GaN层叠加在p型包覆层上。
在该氮化物类半导体器件中，包覆层和活性层叠加在具有平整表面的GaN单晶基底上，这得到良好的结晶度，从而可以得到具有高发光效率和长寿命的激光二极管器件。
本发明提供包括上述GaN单晶基底和叠加在其上的用AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)表示的多个氮化物类半导体层的氮化物类半导体器件。
在该氮化物类半导体器件中，例如，在具有平整表面和由该平整表面产生的良好结晶度的GaN单晶基底上连续形成由用AlGaInN表示的氮化物类半导体层制成的集电极、基极和发射极层，从而可以得到具有高电流放大倍数的晶体管。
本发明的GaN单晶基底优选具有均方根粗糙度为0.2nm的表面。
当基底表面的均方根粗糙度是0.2nm或更小时，对于形成具有良好质量的外延生长层来说，这样的基底具有足够高的平整度。
本发明提供一种生产GaN单晶基底的方法，其包括下述步骤：在至少含氨气的混合气氛中在基底温度至少是1020℃的条件下将具有抛光表面的GaN单晶热处理至少10分钟，使GaN单晶基底表面的均方根粗糙度是0.2nm或更小。
在这种生产GaN单晶基底的方法中，在氨气气氛中在基底温度至少是1020℃的条件下将GaN单晶基底在预定的热处理工艺中进行至少10分钟，将因为抛光而形成有大量微小缺陷的基底表面中的原子重排，从而平整基底表面。因此可以使形成于基底上的外延生长层的表面平整。当与该平整的外延生长层表面种类不同的单晶层在其上生长以形成异质结时，结点的界面是平整的，因此，由该结点形成的器件具有比没有平整结点界面的器件更高的性能。
混合气体优选含有氢气。在这种情况下，当由于氨气的分解而使氢气短缺时，补充短缺的氢气。
本发明提供一种生产氮化物类半导体外延生长基底的方法，其包括下述步骤：在不氧化GaN单晶基底表面的条件下在用上述生产GaN单晶基底的方法得到的GaN单晶基底上外延生长氮化物类化合物半导体层。
在这种生产氮化物类半导体外延生长基底的方法中，不氧化具有平整表面的GaN单晶基底，所以对于在基底上形成外延生长层来说没有必要进行再加工如热处理。这可以简化生产外延生长基底的工艺。
氮化物类化合物半导体层优选是n型。当外延生长层是n型时，用该n型基底可以生产其中n型半导体、活性层和p型半导体以这种顺序连续叠加的发光器件、npn型双极晶体管器件等。
氮化物类化合物半导体层优选是p型。当外延生长层是p型时，用该p型基底可以生产其中p型半导体、活性层和n型半导体以这种顺序连续叠加的发光器件、pnp型双极晶体管器件等。
优选用OMVPE(有机金属气相外延生长法)、HVPE(氢化物气相外延生长法)和MBE(分子束外延生长法)中的任何一种方法进行外延生长。这样可以在基底上形成良好的外延生长层。
优选地是，GaN单晶基底的热处理和外延生长都是在用于进行外延生长的设备中进行。这样可以在保持基底表面清洁的同时生长具有良好结晶度的外延生长层。
本发明提供一种生产氮化物类半导体器件的方法，其包括下述步骤：在用上述生产GaN单晶基底的方法得到的具有n型电导率的GaN单晶基底上叠加包括AlxGa1-xN(0＜x＜1)的n型包覆层，在包覆层上叠加活性层，在活性层上叠加包括AlxGa1-xN(0＜x＜1)的p型包覆层，在p型包覆层上叠加p型GaN层。
在这种生产氮化物类半导体器件的方法中，包覆层和活性层叠加在具有平整表面和由此产生的良好结晶度的GaN单晶基底上，从而可以得到具有高发光效率和长寿命的激光二极管器件。
本发明提供一种生产氮化物类半导体器件的方法，其包括下述步骤：形成多个用AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)表示的并且叠加在用上述生产GaN单晶基底的方法得到的GaN单晶基底上的氮化物类半导体层。
在这种生产氮化物类半导体器件的方法中，例如，在具有平整表面和由此产生的良好结晶度的GaN单晶基底上连续形成由用AlGaInN表示的氮化物类半导体层制成的集电极、基极和发射极层，从而可以改善异质结界面的平整度，结果可以得到具有高电流放大倍数的晶体管。
附图简述
参考附图更易于描述本发明，其中：
图1是根据本发明的一个实施方案的外延生长基底的示意图；
图2是机械抛光后的GaN单晶基底表面的原子力显微照片；
图3A-3C是示出在表面热处理步骤中平整基底表面的工艺视图；
图4是热处理后的GaN单晶基底表面的原子力显微照片；和
图5是本发明实施例中使用的OMVPE设备中的生长炉的示意图。
具体实施方式
下面参考附图详述GaN单晶基底、氮化物类半导体外延生长基底、氮化物类半导体器件及其生产方法的优选实施方案。
图1是根据一个实施方案的氮化物类半导体外延生长基底的剖面图。这种氮化物类半导体外延生长基底10包括GaN单晶基底11和用OMVPE、HVPE、MBE等方法在其上外延生长的氮化物类化合物半导体层12。这种氮化物类半导体外延生长基底10是发光器件如发光二极管或激光二极管的中间产品，在其上形成合适的pn结，优选是双倍异质结，更优选是量子井结构，然后连接用于供应电流的电极，从而制成发光器件。
用于氮化物类化合物半导体层12的材料选自用AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)表示的二元至四元化合物半导体。其中最优选GaN，因为它能够抑制基底11和氮化物类化合物半导体层12界面中发生的缺陷，因为它能够在GaN单晶基底11上直接均相外延生长，并且二者之间没有错配。
现在说明GaN单晶基底和氮化物类半导体外延生长基底10的生产方法：(A)首先制备GaN单晶基底11，用抛光剂将制得的GaN单晶基底11进行表面抛光，然后用净水等进行液体洗涤(单晶基底制备步骤)。
(B)然后将GaN单晶基底11置于含氨气的预定混合气体G1的气氛中，并且在基底温度T1下加热时间t1(表面热处理步骤)。
(C)然后在基底温度T2的过热状态下将氮化物类化合物半导体层12的原料G2提供到表面上，使氮化物类化合物半导体层12在GaN单晶基底11上外延生长(外延生长步骤)。
现在对其详细说明。
用抛光剂将生产的GaN单晶基底11进行表面抛光，然后用净水等进行液体洗涤。对于液体洗涤来说，不仅可以使用净水，而且可以使用有机溶剂、酸或碱溶液。通过机械抛光加工和改性层面时，在生产的GaN单晶基底11的表面上存在有损伤，但是这些损伤可以通过适当的表面工艺除去。此时，GaN单晶基底11的表面是平整的，以致于可以得到镜面状态。但是，当在显微镜下观察时，在基底11的表面上可以看到由于机械抛光所形成的微小损伤。作为一个一般的例子，图2示出在原子力显微镜下观察到的抛光的GaN单晶基底11的表面图像。如图所示，在基底11上可以看到由于抛光所造成的许多微小缺陷。该表面的均方根粗糙度(Rms)约为1.0nm。
结果，当氮化物类化合物半导体层12直接在具有如此粗糙度的基底11上外延生长时，在具有高度差的区域如损伤内将产生大量无规晶核，这些晶体可能三维生长，从而难以得到具有平整表面的氮化物类化合物半导体层12。
现在说明表面热处理步骤。
在基底11的表面上，热处理使表面粗糙度减小的机理可作如下推断。即，如图3A所示，当氨气供应到基底11上时，氨气首先分解成氮气和氢气。如此形成的氢气和GaN反应，从而生成Ga原子。这些反应可以用下式(1)和(2)表示：
NH3→1/2N2+3/2H2         (1)
GaN+1/2H2→Ga+N.H        (2)
然后，Ga原子在高温下在基底11的表面上移动，然后集中在凹窝处，以降低表面能。然后如图3B所示，Ga原子和氨气反应，生成GaN。这种原子重排填充基底11表面中的凹窝，从而得到平整表面(见图3C)。该反应可以用下式(3)表示：
Ga+NH3→GaN+3/2H2        (3)
图4示出用上述热处理平整后的GaN单晶基底的一般表面观察图像。图4所示的基底11是在混合气体G1的气氛中在基底温度(T1)为1020℃、时间(t1)为10分钟的条件下热处理后的基底。该基底表面的Rms约为0.19nm，从而可以观察到对应于一个原子层的阶梯结构。即，这样的热处理能够使GaN单晶基底11表面的Rms是0.2nm或更小。
在上述步骤中，重要的是使GaN在存在有氢气的条件下分解，以如式(2)所示形成Ga原子。但是，式(1)的反应速度很慢，即使在1000℃下也只有百分之几的氨气分解成氢气和氮气。这种氢气量不足以进行上述表面热处理步骤，因此优选在混合气体G1中加入氢气。所以优选在包括氨气和氢气的混合气体的气氛中进行表面热处理步骤。
在表面热处理步骤中，热处理温度影响上述每一个反应的反应速度、Ga原子的移动长度、Ga原子的解吸附速度等。即，基底温度T1越高，Ga原子的移动长度越长，Ga原子越有可能到达抛光损伤部分(凹窝)。相反，当基底温度T1很低时，Ga原子在到达抛光损伤部分之前与氨气反应，生成GaN，这样将生成晶核，从而不能平整表面。假定表面以此机理被平整，本发明的发明人认真研究了适用温度，结果发现基底温度T1优选是1020℃或更高。因此，在表面热处理步骤中，基底温度T1优选至少是1020℃。
平整基底11表面需要的时间是由于Ga原子的移动和GaN的生成而足以填充抛光损伤部分的时间。本发明的发明人发现：尽管取决于基底11的抛光状态，但是对于通过一般的机械抛光法修整的表面粗糙度约为1.0nm的基底11来说，热处理至少10分钟可以平整其表面。即，热处理时间优选至少是10分钟。
现在说明外延生长步骤。
用上述热处理步骤平整其表面的GaN单晶基底11适用于在其上直接外延生长和GaN同类的材料，即，用AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)表示的二元至四元化合物半导体。这是因为下述事实：如图4所示，对应于一个原子层的阶梯有序地排列在基底11的表面上，因此，晶格常数与其接近的氮化物类化合物半导体层12易于以阶梯流动方式生长。
还优选在热处理后和外延生长前使GaN单晶基底11与大气隔离。这是因为下述事实：当暴露在大气中时，基底11的表面氧化或吸收有机物及其它杂质，从而对后续的外延生长造成负影响。在这种情况下，为了净化基底11的表面，必须在外延生长前再次进行表面处理，这将增加工艺步骤的数目。这表示在热处理的GaN单晶基底11上外延生长氮化物类化合物半导体层12可以生产高质量的外延生长基底10。氮化物类化合物半导体层12特别优选是GaN，因为其晶格常数与GaN单晶基底11的晶格常数一致，因此在界面中不会发生位错，所以不用害怕破坏氮化物类化合物半导体层12的结晶度。
如上所述，制备以Rms为0.2nm或更小的非常平整的表面作为高质量外延生长层12的指标的外延生长基底11有利于其后续器件结构生长中保持表面平整度，并且能够有效改善发光器件如发光二极管和激光二极管如双极晶体管和场效应晶体管的产率。
上述表面热处理步骤还可以降低外延生长层12的晶轴波动。更具体地说，氮化物类化合物半导体层12的X射线衍射半峰宽度是100秒或更小。即，外延生长基底12的表面变得平整，从而可以得到具有良好结晶度的外延生长基底。
上述表面热处理步骤还可以将外延生长层12的攻丝位错密度抑制到1×106cm-2或更低。这能够抑制叠加在外延生长层12上的半导体层的攻丝位错密度。
同样，在减少表面上晶体缺陷的同时还可以改善外延生长层12的结晶度，从而使叠加在外延生长层12上的半导体层的结晶度变得良好，并且可以抑制半导体层内发生晶体缺陷。因此，利用由外延生长层12形成的外延生长基底10可以有效改善发光器件如发光二极管和激光二极管、电子器件如双极晶体管和场效应晶体管等的性能、可靠性和产率。
可以控制形成于外延生长基底10上的外延生长层(未示出)的电导率，使其适应各种导电器件的结构。例如，可以用下述方法制备发光器件如LED和LD：制备外延生长基底10，其中，在n型单晶基底11上生长n型GaN层12，然后在其上生长包括n型包覆层、活性层、p型包覆层和p型接触层的基本结构。其后，在制备激光二极管的情况下，为了完成这样的器件，自然还会进行诸如形成电极、连接电流端子、形成反射反面等步骤。
例如，n型GaN基底11和n型GaN层12的结合适用于npn型双极晶体管器件，而半绝缘GaN基底优选用于场效应晶体管。
实施例
可以从OMVPE、HVPE、MBE等中选择一种用于外延生长的方法，当从中选择任何一种方法时，在用于生长的设备中将GaN单晶基底11热处理，然后，不用取出GaN单晶基底11就在其上外延生长氮化物类化合物半导体层12，从而使基底11的表面免受污染。因此，在表面被氧化或受到污染时所需的表面处理步骤不需要进行，从而易于生产高质量的外延生长基底。
在OMVPE设备中在各种条件下热处理GaN基底11。另外，在同一个设备中外延生长GaN层12。如图5所示，使用的OMVPE设备20包括竖直建造的生长炉(反应室)22，这是为了以与基底11表面垂直的方向喷射材料气体。生长炉22主要由下述部件构成：用于供应材料气体和载气的材料供给管21a-21e、用于排出生长后的剩余气体的废气管23o、用于置放多个基底11的样品台32和从下面加热样品台32的加热器33。在生长炉22的上部设置水冷夹套34，以防止材料气体在到达基底11之前被加热到相互反应的温度。
在在生长炉22的下面设置用于旋转样品台32的驱动机构40。驱动机构40包括马达41和旋转轴43，马达41的转动通过皮带42传送到旋转轴43。旋转轴43利用磁流体封闭44导入生长炉22，使其上端与样品台32的底面连接。磁流体封闭44设置在旋转轴43的周围，密封旋转轴43穿过的生长炉22的通孔。可以使用SiC涂层炭的样品台32被如约1000rpm高速旋转的驱动机构40所驱动。
在热处理时，氨气是11slm，而氢气或氮气是5slm。生长GaN时的条件为：基底温度是1000℃，氨气是11slm，氢气是5slm，三甲基镓是180-400μmol/min，压力约为27kPa(即，200托)。作为一个对比实施例，同时生长用蓝宝石作为基底并且预先生长有GaN层的GaN/蓝宝石基底。
表1示出热处理后在原子力显微镜下基底11表面的观察结果，而表2示出原子力显微镜的评价结果及已生长有2μm的GaN层12的样品的X射线衍射结果。X射线衍射通过各自表示c轴波动的(0002)反射和表示c和a轴波动的(10-11)反射的ω扫描半峰宽度值评价。
                                    表1
  基底  热处理条件   表面状况   表面粗糙度(Rms)   评价
  GaN  没有热处理   抛光损伤   1.0nm   不好(NG)
  GaN  NH3+H2、985℃、5min   大量凸起   0.78nm   不好
  GaN  NH3+H2、985℃、15min   抛光损伤，凸起   1.1nm   不好
  GaN  NH3+H2、1000℃、15min   大量凹坑   0.19nm   不好
  GaN  NH3+H2、1020℃、5min   抛光损伤   0.40nm   不好
  GaN  NH3+H2、1020℃、10min   平整   0.19nm   好
  GaN  NH3+H2、1020℃、15min   平整   0.15nm   好
  GaN  NH3+H2、1040℃、15min   平整   0.13nm   好
                                 表2
基底   热处理条件   表面粗糙度(Rms)   X射线衍射半峰宽度(0002)     X射线衍射半峰宽度(10-11) 评价
GaN   没有热处理   0.35nm   129秒     132秒 不好
GaN   NH3+H2、1000℃、15min   0.14nm   95秒     108秒 不好
GaN   NH3+H2、1000℃、5min   没有测量   159秒     76秒 不好
GaN   NH3+H2、1000℃、15min   0.22nm   88秒     64秒 不好
GaN   NH3+H2、1020℃、10min   0.14nm   91秒     45秒 好
GaN   NH3+H2、1020℃、15min   0.14nm   91秒     46秒 好
蓝宝石   NH3+H2、1000℃、5min   0.58nm   429秒     674秒 不好
表1示出：在基底温度低于1020℃的条件下进行热处理不能改善平整度和表面粗糙度，而在氨气和氢气的混合气氛中在基底温度为1020℃或更高温度下热处理至少10分钟时可以生产平整的、良好的、具有低粗糙度的GaN单晶基底。另一方面，表2示出：在蓝宝石上的对比实施例中，表面粗糙度和X射线衍射值都很大，但是当使用GaN基底时有很大改善。特别是在氨气和氢气的混合气氛中在基底温度为1020℃或更高温度下热处理10分钟可以大幅改善外延生长层的表面粗糙度和晶轴波动。
在本发明中，不仅在NH3+N2的气氛中的热处理，而且在NH3+H2的气氛中热处理少于10分钟或基底温度低于1020℃时都不可取，因为表面粗糙度(Rms)大于0.2nm或X射线衍射半峰宽度大于100秒。尽管表2没有测量热处理后的表面粗糙度(Rms)，但是使外延生长层的表面粗糙度和晶轴波动的条件与使热处理后的表面粗糙度为0.2nm或更小的条件一致。即，为了得到良好的外延生长层，必须使用表面粗糙度为0.2nm或更小的GaN单晶基底。
在原子力显微镜下实际观察，从坑状缺陷测定攻丝位错密度时，在蓝宝石基底上生长的外延生长层中的攻丝位错密度约为108-109cm-2，而在GaN基底11上生长的许多样品中，外延生长层12中的攻丝位错密度是106cm-2或更小，因此是优选的。
本发明可以降低GaN单晶的表面粗糙度，因此能够提供适用于外延生长的GaN单晶基底。当在本发明的GaN单晶基底上外延生长氮化物类化合物半导体层时，可以形成具有良好性能的氮化物类化合物半导体器件。

Claims (12)

1、一种氮化物类半导体外延生长基底，其包括：
GaN单晶基底，其具有通过在至少含氨气的混合气氛中在基底温度至少是1020℃的条件下热处理至少10分钟后平整的抛光表面；以及
氮化物类化合物半导体层，其外延生长在所说GaN单晶基底上；
其中，在所说GaN单晶基底上外延生长的所说氮化物类化合物半导体层具有均方根粗糙度为0.2nm或更小的表面。
2、根据权利要求1所述的氮化物类半导体外延生长基底，其中，所说的氮化物类化合物半导体层具有100秒或更小的X射线衍射半峰宽度。
3、根据权利要求1所述的氮化物类半导体外延生长基底，其中，所说的氮化物类化合物半导体层具有1×106cm-2或更低的攻丝位错密度。
4、根据权利要求1所述的氮化物类半导体外延生长基底，其中所说GaN单晶基底具有n型电导率；并且所说氮化物类化合物半导体层包括：
n型包覆层，其叠加在所说基底上并且包含AlxGa1-xN，其中0＜x＜1；
p型包覆层，其叠加在位于所述包覆层上的活性层之上并且包含AlxGa1-xN，其中0＜x＜1；和
p型GaN层，其叠加在所说的p型包覆层上。
5、根据权利要求1所述的氮化物类半导体外延生长基底，其中所述氮化物类化合物半导体层包括：叠加在所说的基底上并且用AlxGayIn1-x-yN表示的多个氮化物类半导体层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1。
6、一种生产氮化物类半导体外延生长基底的方法，其包括下述步骤：
在至少含氨气的混合气氛中在基底温度至少是1020℃的条件下将具有抛光表面的GaN单晶热处理至少10分钟，使所说的GaN单晶基底的所述表面的均方根粗糙度是0.2nm或更小；以及
在不氧化所说的GaN单晶基底的所述表面的条件下，在所说的GaN单晶基底上外延生长氮化物类化合物半导体层；
其中在所说GaN单晶基底上外延生长的所说氮化物类化合物半导体层具有均方根粗糙度为0.2nm或更小的表面。
7、根据权利要求6所述的生产氮化物类半导体外延生长基底的方法，其中，所说的氮化物类化合物半导体层是n型。
8、根据权利要求6所述的生产氮化物类半导体外延生长基底的方法，其中，所说的氮化物类化合物半导体层是p型。
9、根据权利要求6所述的生产氮化物类半导体外延生长基底的方法，其中，所说的外延生长利用OMVPE、HVPE和MBE中的一种方法。
10、根据权利要求6所述的生产氮化物类半导体外延生长基底的方法，其中，所说的GaN单晶基底的所述热处理和所说的外延生长都是在用于进行所说的外延生长的设备中进行。
11、根据权利要求6所述的生产氮化物类半导体外延生长基底的方法，其中所述外延生长氮化物类化合物半导体层的步骤包括如下步骤：
在具有n型电导率的所说GaN单晶基底上叠加包含AlxGa1-xN的n型包覆层，其中0＜x＜1；
在所说的包覆层上叠加活性层；
在所说的活性层上叠加包含AlxGa1-xN的p型包覆层，其中0＜x＜1；和
在所说的p型包覆层上叠加p型GaN层。
12、根据权利要求6所述的生产氮化物类半导体外延生长基底的方法，其中所述氮化物类半导体层包括叠加在所述GaN单晶基底上并且用AlxGayIn1-x-yN表示的多个氮化物类半导体层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1。
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