CN101689523B - 电子器件的制作方法、外延衬底的制作方法、ⅲ族氮化物半导体元件及氮化镓外延衬底 - Google Patents
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Abstract
在工序(S103)中，在n型GaN衬底(11)上生长氮化镓基半导体层(13)。在工序(S104)中，在室温下测定包含黄带波长带的波长区域及包含与氮化镓基半导体层的带边对应的带边波长的波长区域的PL光谱。在工序(S106)中，通过将黄带波长带和带边波长的光致发光光谱强度与基准值比较而挑选外延衬底，制作已经挑选的外延衬底(E1)。在工序(S107)中，在已经挑选的外延衬底(13)上形成用于电子器件的电极(15)。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件的制作方法、用于电子器件的外延衬底的制作方法、III族氮化物半导体元件及氮化镓外延衬底。
背景技术
在专利文献1中，记载了发光效率高的发光二极管、阈值低的半导体激光器这些半导体发光元件。该半导体发光元件使用能够稳定地进行高温的均匀加热的气相生长装置来制造。该气相生长装置中，在用于加热设置在基座上的衬底的电阻加热体的导电部的间隙中接触插入至少二分割以上的绝缘体，因此电阻加热体的寿命显著延长。使用该装置，半导体薄膜中的碳浓度以沿生长方向降低的方式分布。
专利文献1：日本特开平9-92883号公报
发明内容
专利文献1中，提及发光二极管和半导体激光器。在通过有机金属气相生长法得到的半导体薄膜中，混入大量的碳杂质，这与非发光再结合中心的形成相关联。
另一方面，根据本发明人的发现，在与半导体发光元件不同的电子器件、例如肖特基二极管等中，大量的碳杂质的混入认为是电极的欧姆接触变差的原因。例如，在氮化镓薄膜中碳浓度高的情况下，电极不能得到良好的欧姆特性。迄今为止，对在有机金属气相生长炉中生长的外延膜表面进行光学观察，在根据该观察已经挑选的外延衬底的表面上形成用于电子器件的电极(例如，用于肖特基势垒二极管的肖特基电极)。
但是，外延衬底的电特性在有机金属气相生长炉的每次操作中不同。这是因为，有机金属气相生长炉内的环境在每次成膜操作中变化，因此混入的杂质浓度也变化。通过目前的外延技术制作的膜中的碳等杂质浓度为由二次离子发射质谱法分析的检测下限以下。因此，寻求的是用于在有机金属气相生长炉中在变动的生长条件下生长的外延膜的高纯度化的适当指标。
本发明是鉴于这样的情况而进行的，本发明的目的在于提供使用用于在有机金属气相生长炉中在变动的生长条件下生长的外延膜的高纯度化的适当指标来制作使用III族氮化物基化合物半导体的电子器件的方法，另外，本发明的目的在于提供制作用于该电子器件的外延衬底的方法。另外，本发明的目的在于提供包含满足用于高纯度化的适当指标的外延膜的III族氮化物半导体元件，另外，本发明的目的在于提供用于该电子器件的氮化镓外延衬底。
本发明的一个方面是制作使用III族氮化物基化合物半导体的电子器件的方法。该方法包含：(a)利用有机金属气相生长法在衬底上生长包含一个或多个氮化镓基半导体层的半导体区域从而形成外延衬底的工序；(b)对所述氮化镓基半导体层测定包含黄带波长带的波长区域及包含所述氮化镓基半导体层的带边的带边波长的波长区域的光致发光光谱的工序；(c)生成所述黄带波长带的光致发光光谱与带边波长中的光谱强度的强度比的工序；(d)通过将所述黄带波长带与所述带边波长的光致发光光谱的强度比与基准值比较，挑选所述外延衬底以提供已经挑选的外延衬底的工序；和(e)挑选所述外延衬底后，形成用于所述电子器件的电极的工序。
根据该方法，除氮化镓基半导体层的黄带波长带以外包含氮化镓基半导体层的带边波长的波长区域中的光致发光光谱强度提供与外延膜内的杂质量有关的有效指标。因此，通过使用已经挑选的外延衬底，可以抑制在有机金属气相生长炉中在变动的生长条件下生长的外延膜的杂质引起的电子器件的特性波动。另外，通过使用强度比，可以不依赖于黄带波长带的光谱的绝对强度，提供用于判断在有机金属气相生长炉中在变动的生长条件下生长的外延膜的品质的指标。
本发明的一个方面的方法中，在测定光致发光光谱的所述工序中，优选在室温下测定所述光致发光光谱。为了品质管理而管理用于制作电子器件的设备中的环境温度，在该管理的温度即室温下，也进行光致发光光谱的测定。
本发明的一个方面的方法中，换算为室温下的光致发光光谱测定，所述基准值为0.05以下的值。根据本发明人的研究这是合适的范围。
本发明的一个方面的方法中，所述衬底优选包含GaN。可以得到低位错密度的GaN衬底，因此生长品质良好的氮化镓基半导体层。
本发明的一个方面的方法中，所述衬底包含n型GaN，所述氮化镓基半导体层优选包含添加有n型掺杂剂的GaN。其对于低损耗的电子器件是适合的。
本发明的一个方面的方法中，所述n型掺杂剂使用选自甲硅烷、乙硅烷、一甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙基硅烷、四乙基硅烷、甲锗烷、一甲基锗、四甲基锗、四乙基锗、氧、一氧化碳、二氧化碳和H2O中的至少任一种。
本发明的一个方面的方法中，在形成用于该电子器件的电极的工序中，在所述已经挑选的外延衬底上形成肖特基电极，该电子器件是肖特基势垒二极管。其提供低损耗的肖特基势垒二极管。
本发明的一个方面的方法中，所述氮化镓基半导体层是所述肖特基势垒二极管的GaN漂移层，所述带边波长可以是GaN的带边波长。
根据该方法，可以减弱肖特基势垒二极管的漂移层的由杂质引起的特性变差。
本发明的一个方面的方法中，所述衬底可以包含具有导电性的III族氮化物。可以使用III族氮化物衬底，制作使用III族氮化物基化合物半导体的电子器件。本发明的一个方面的方法中，所述III族氮化物可以是具有导电性的氮化镓。通过使用低位错的导电性氮化物镓衬底，可以得到高纯度且结晶性优良的外延膜。
本发明的一个方面的方法中，所述电极在所述氮化镓基半导体层上形成肖特基结，所述氮化镓基半导体层包含氮化镓层，所述氮化镓层的生长温度为1050℃以上、1200℃以下，所述氮化镓层的生长中V族原料与III族原料的供给摩尔比(V/III)可以为500以上。根据该方法，通过该生长条件，可以生长在室温光致发光光谱中黄带发光与带边发光的强度比为0.05以下的氮化物基化合物半导体外延膜。
本发明的一个方面的方法中，所述黄带波长带为2.1eV以上、2.5eV以下的范围。
本发明的另一方面是制作使用III族氮化物基化合物半导体的外延衬底的方法。该方法包含：(a)利用有机金属气相生长法在衬底上生长包含一个或多个氮化镓基半导体层的半导体区域从而形成外延衬底的工序；(b)对所述氮化镓基半导体层测定包含黄带波长带的波长区域及包含所述氮化镓基半导体层的带边的带边波长的波长区域的光致发光光谱的工序；(c)生成所述黄带波长带的光致发光光谱与带边波长中的光谱强度的强度比的工序；和(d)通过将所述黄带波长带与所述带边波长的光致发光光谱的强度比与基准值比较，挑选所述外延衬底以提供已经挑选的外延衬底的工序。
根据该方法，除氮化镓基半导体层的黄带波长带以外，包含氮化镓基半导体层的带边波长的波长区域中的光致发光光谱强度提供与外延膜内的杂质量有关的有效指标。因此，通过提供已经挑选的外延衬底，可以抑制在有机金属气相生长炉中在变动的生长条件下生长的外延膜的杂质引起的电子器件的特性偏差。
该外延衬底适于肖特基势垒二极管。
本发明的另外一方面是具有肖特基结的III族氮化物半导体元件。III族氮化物半导体元件包含：(a)具有导电性的III族氮化物支撑基体；(b)设置在所述III族氮化物支撑基体的主面上、且黄带波长带的光致发光光谱强度IY与带边波长的光谱强度IBE的强度比(IY/IBE)为0.05以下的氮化镓区域；和(c)在所述氮化镓区域中形成肖特基结的肖特基电极。
根据该III族氮化物半导体元件，室温光致发光光谱中黄带发光与带边波长的强度比为0.05以下的氮化物基化合物半导体外延区域具有优良的结晶品质。通过在电子元件中使用该高品质的外延层，可以抑制外延区域中的杂质或固有缺陷引起的肖特基结的漏电流。
本发明的另一方面，是具有肖特基结的III族氮化物半导体元件。III族氮化物半导体元件具备：(a)具有导电性的III族氮化物支撑基体；(b)设置在所述III族氮化物支撑基体的主面上、且包含具有与黄带波长带对应的能级的深能级的氮化镓区域；和(c)在所述氮化镓区域中形成肖特基结的肖特基电极。所述氮化镓区域的所述深能级的浓度，是来自所述黄带波长带的所述深能级的光致发光光谱强度IY与所述氮化镓区域带边波长的光谱强度IBE的强度比(IY/IBE)为0.05的值以下。
根据该III族氮化物半导体元件，与黄带的发光相关联的杂质或固有缺陷的浓度是室温光致发光光谱中的强度比(IY/IBE)为0.05以下的值。因此，氮化镓区域具有优良的结晶品质。在该高品质的外延层中形成肖特基结的电子元件中，可以抑制外延区域中的杂质或固有缺陷引起的肖特基结的漏电流。上述杂质的浓度是非常小的值，为了通过非破坏性测定得到该浓度值的指标，光学测定是有用的。
本发明的III族氮化物半导体元件中，所述深能级可以包含由含有碳、氢和氧中的至少任一种的杂质产生的能级。在该III族氮化物半导体元件中，与碳、氢和氧中的至少任一种杂质相关的能级主要形成对黄带发光有贡献的深能级。
本发明的III族氮化物半导体元件中，所述III族氮化物支撑基体可以包含具有导电性的氮化镓。根据该III族氮化物半导体元件，通过使用低位错的导电性氮化物镓衬底，可以得到高结晶品质的外延膜。
本发明的III族氮化物半导体元件中，所述氮化镓区域的生长温度为1050℃以上、1200℃以下，所述氮化镓区域的生长中V族原料与III族原料的供给摩尔比(V/III)可以为500以上。根据该III族氮化物半导体元件，在室温光致发光光谱中黄带发光与带边发光的强度比为0.05以下的氮化物基化合物半导体外延区域中，可以使用上述生长条件。
本发明的另一方面，是氮化镓外延衬底。该氮化镓外延衬底具备：(a)具有导电性的III族氮化物支撑基体；和(b)设置在所述III族氮化物支撑基体的主面上、且具有黄带波长带的光致发光光谱与带边波长的光谱强度的强度比为0.05以下的特征的氮化镓区域。根据该氮化镓外延衬底，在室温光致发光光谱中黄带发光与带边发光的强度比为0.05以下的氮化物基化合物半导体外延区域，具有优良的结晶品质。通过在具有肖特基结的电子元件中使用该高品质的外延层，可以抑制外延区域中的杂质或固有缺陷引起的肖特基结的漏电流。
本发明的氮化镓外延衬底中，所述III族氮化物支撑基体可以包含具有导电性的氮化镓。根据该氮化镓外延衬底，由于可以得到低位错的导电性氮化物镓衬底，因此可以得到优良的结晶品质的外延膜。
本发明的氮化镓外延衬底中，所述氮化镓区域的生长温度为1050℃以上、1200℃以下，所述氮化镓区域的生长中V族原料与III族原料的供给摩尔比(V/III)为500以上。为了得到用于在室温光致发光光谱中黄带发光与带边发光的强度比为0.05以下的氮化镓区域的外延膜，适合使用该条件。
本发明的上述目的及其它目的、特征以及优点，由以下参考附图进行的本发明的优选实施方式的详细说明更加容易地明确。
根据本发明，提供使用用于在有机金属气相生长炉中在变动的生长条件下生长的外延膜的高纯度化的适当指标，制作使用III族氮化物基化合物半导体的电子器件的方法，另外，提供制作用于该电子器件的外延衬底的方法。另外，根据本发明的另一方面，提供包含满足用于高纯度化的适当指标的外延膜的III族氮化物半导体元件，另外，提供用于该电子器件的氮化镓外延衬底。
附图说明
图1是表示本实施方式的电子器件的制作方法及外延衬底的制作方法的主要工序的流程图。
图2是表示本实施方式的电子器件的制作方法及外延衬底的制作方法的主要工序的流程图。
图3中图3(a)是表示包含黄带波长带的波长区域和包含与氮化镓基半导体层的带边对应的带边波长的波长区域中外延衬底A、B的PL光谱图；图3(b)是表示包含黄带波长带的波长区域中外延衬底A、B的PL光谱图。
图4是表示肖特基势垒二极管C、D的电流-电压特性的图。
图5是表示包含黄带波长带的波长区域和包含与氮化镓基半导体层的带边对应的带边波长的波长区域中外延衬底A1、B1的PL光谱图。
图6是表示本实施方式的用于电子器件的外延衬底的深能级的图。
图7是表示肖特基势垒二极管DA1、DB1的电流-电压特性(正向特性)的图。
图8是表示肖特基势垒二极管DA1、DB1的电流-电压特性(反向特性)的图。
符号说明
E1…已经挑选的外延衬底；11…衬底；13…氮化镓基半导体层；15、17…用于电子器件的电极；19…纵型电子器件
具体实施方式
本发明的发现通过参考作为例示的附图进行以下详细说明可以容易地理解。接下来，参考附图的同时，对本发明的电子器件的制作方法和外延衬底的制作方法的实施方式进行说明。可能的情况下，相同的部分使用相同的符号。
图1是表示本实施方式的电子器件的制作方法、外延衬底的制作方法及外延衬底的检查方法的主要工序的流程图。图2是表示这些上述方法中的主要工序的图。在流程图100中的S101中，准备用于电子器件的衬底11。作为衬底11，可以使用硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底等或者III族氮化物衬底等。优选III族氮化物衬底可以是称为GaN衬底的氮化镓基半导体衬底。在接着的说明中，使用n型GaN衬底(以下记作参考符号11)作为衬底11。由于可以得到低位错密度的GaN衬底，因此在GaN衬底上生长品质良好的氮化镓基半导体层。n型GaN衬底对低损耗的纵型电子器件(例如，肖特基势垒二极管、场控晶体管等)是适合的。如图2(a)所示，更具体地，在n型GaN衬底11的主面(例如c面)11a上在后续工序中进行外延生长。该生长通过使用三甲基镓作为镓原料并且使用氨作为氮原料的有机金属气相生长法来进行。
在工序S102中，通过有机金属气相生长法在III族氮化物衬底上生长包含一个或多个氮化镓基半导体层的半导体区域，从而形成外延衬底。在工序S103中，在n型GaN衬底11的主面11a上外延生长氮化镓基半导体层13。氮化镓基半导体层13可以是例如GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN等。必要的情况下，可以接着通过机金属气相生长法形成追加的氮化镓基半导体层。
III族氮化物衬底11包含n型GaN时，氮化镓基半导体层13优选包含添加有n型掺杂剂的GaN。其对于低损耗的电子器件是适合的。上述n型掺杂剂可以使用选自甲硅烷、乙硅烷、一甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙基硅烷、四乙基硅烷、甲锗烷、一甲基锗、四甲基锗、四乙基锗、氧、一氧化碳、二氧化碳和H2O中的至少任一种。
根据外延衬底的检查方法，在工序S104中，对氮化镓基半导体层13测定包含黄带波长带的波长区域和包含与氮化镓基半导体层的带边对应的带边波长的波长区域的光致发光光谱(以下记作“PL光谱”)。在氮化镓基半导体中，黄带是例如与2.3电子伏特(eV，1eV以1.602×10-19J换算)对应的波长带(例如2.1eV～2.5eV)，该波长区域中观察到宽发光峰。氮化镓的带边波长是与3.4eV对应的波长，观察到比黄带的比较峰更尖的峰。
关于PL光谱的测定，优选在室温下测定PL光谱。为了品质管理而管理制作电子器件的设备中的环境温度，如果在该管理的温度即室温下也进行PL光谱测定，则无需用于测定的温度管理的追加装置，不产生由追加的温度管理引起的温度波动。另外，如果是在该设备内，则PL光谱不依赖于测定装置的设置部位。
在工序S106中，通过将黄带波长带和带边波长的光致发光光谱强度与基准值比较来挑选外延衬底，从而提供已经挑选的外延衬底E1。该外延衬底E1，如图2(b)所示，具有设置在衬底11上的一个或多个氮化镓基半导体层(本实施例中，单一的氮化镓基半导体层13)。通过到此为止的工序，制作外延衬底E1。
本实施例中，在工序S105中，生成黄带波长带的PL光谱与带边波长的光谱强度的强度比。通过该强度比，不依赖于黄带波长带的光谱的绝对强度，可以提供用于判断在有机金属气相生长炉中在变动的生长条件下生长的外延膜的品质的指标。一般而言，黄带的发光弱，因此强度比是小于1的值。该强度比与工序S106中的基准值比较。在测定PL光谱的工序中，在室温下测定PL光谱。
在该方法中，如果换算为室温下光致发光光谱测定，则基准值为0.05以下。这是根据本发明人的研究适合的范围。基于该基准值，挑选外延衬底E1。挑选中，将不满足所需特性的外延衬底与显示所需特性的外延衬底分离。在显示所需特性的外延衬底上，作为已经挑选的外延衬底E1，实施之后的制造工序。
在工序S107中，如图2(c)所示，在已经挑选的外延衬底E1上形成用于电子器件的电极15。在已经挑选的外延衬底E1的背面形成另一电极17，从而得到衬底生产物。由衬底生产物生产多个纵型电子器件19。该纵型电子器件19中，来自电极15、17中一个的电流通过衬底11和氮化镓基半导体层13而流向电极15、17中的另一个。该电子器件，例如为肖特基势垒二极管时，在形成用于电子器件的电极的工序中，在已经挑选的外延衬底E1上形成肖特基电极(与电极15对应)，另外，在已经挑选的外延衬底E1上的背面形成欧姆电极(与电极17对应)。由此，可以提供低损耗的肖特基势垒二极管。
根据该方法，除氮化镓基半导体层13的黄带波长带以外包含带边波长的波长区域中的PL光谱强度，提供与外延膜13内的杂质量相关的有效指标。因此，通过使用已经挑选的外延衬底E1，可以抑制生长炉中在变动的生长条件下生长的外延膜13的杂质引起的电子器件的特性波动。
室温下的PL光谱中，生成黄带发光强度与带边发光强度的比，因此可以减少在外延生长的批次间不可避免地存在的波动。因此，在已经挑选的外延衬底中，可以抑制由杂质引起的电特性的波动。通过使用该外延衬底来制作电子器件，可以抑制杂质的深能级引起的反偏压漏电流，另外，可以对电子器件提供高可靠性。
(实施例1)
使用MOCVD法在衬底上形成氮化镓膜。使用TMG作为Ga原料，使用高纯度氨作为氮原料。使用高纯度化的氢气和氮气作为载气。例如，高纯度氨的纯度为99.999％以上，高纯化氢气和高纯化氮气的纯度为99.999995％以上。
在MOCVD炉中配置c面蓝宝石衬底，首先在1050℃的温度和100托(1托以133Pa换算)的压力下在氢气氛中进行衬底清洁。之后，降温到500℃后，在100托的压力和V/III＝1600的条件下，形成30nm的GaN层。再升温到1070℃后，在200托的压力和V/III＝500的条件下，形成厚度3μm的GaN层，制作两片GaN外延生长用模板。
然后，将其中的一片GaN模板和2英寸大小的c面n型GaN晶圆配置在MOCVD炉中。升温到1050℃后，在200托的压力和V/III＝1250的条件下，形成厚度2μm的GaN漂移层，制作了使用GaN模板的外延衬底A和使用n型GaN晶圆的外延衬底C。
另外，将剩余的一片GaN模板和2英寸大小的另一个c面n型GaN晶圆配置在MOCVD炉中，在与上述相同的生长条件下成膜，制作使用GaN模板的外延衬底B和使用n型GaN晶圆的外延衬底D。
在室温下测定不使用GaN衬底的外延衬底A、B的外延表面的PL光谱。图3(a)是表示外延衬底A、B的PL光谱的图。该PL光谱是对于氮化镓基半导体层的包含黄带波长带的波长区域和包含与带边对应的带边波长的波长区域进行测定。这些外延衬底A、B的PL光谱PLWA、PLWB中，黄带例如是与2.3eV对应的波长带，该波长区域中，观察到宽发光峰。氮化镓的带边波长是与3.4eV对应的波长，观察到比黄带的比较峰更尖锐的峰。图3(a)中，各个PL光谱使用带边波长的峰值进行标准化。图3(b)是表示包含黄带波长带的波长区域中的外延衬底A、B的部分PL光谱的图。
这些外延衬底A、B的PL光谱PLNA、PLNB的黄带发光强度相对于带边发光强度的强度比即黄带发光强度/带边发光强度为：
外延衬底A：0.035，
外延衬底B：0.05。
根据PL光谱PLNA、PLNB的比较，外延衬底B的黄带强度比外延衬底A强。这表示外延衬底A的GaN漂移层中混入了更多的杂质。对黄带发光作出贡献的杂质报道有碳(C)、氢(H)和氧(O)等。据报道，这些原子自身或与结晶中的Ga空穴形成复合缺陷，形成对黄带发光作出贡献的深能级。而且，这些深能级作为电子阱起作用，在反偏压时的耗尽层中成为载流子的发生源，使漏电流增大。根据本实施例，显示出外延衬底的品质与黄带发光强度和带边发光强度相关联。
(实施例2)
使用在实施例1中使用GaN衬底制作的外延衬底C、D，制作肖特基势垒二极管。在外延膜的表面上形成Au肖特基电极，并且在GaN衬底的背面形成Ti/Al/Ti/Au欧姆电极，制作肖特基势垒二极管C、D。这些电极在外延衬底C、D上同时形成。
图4(a)是表示肖特基势垒二极管C、D的电流-电压特性(正向)的图。图4(b)是表示肖特基势垒二极管C、D的电流-电压特性(反向)的图。
肖特基势垒二极管C、D的耐压和开态电阻如下所示。
电子器件 反向耐压正 向开态电阻
肖特基势垒二极管C 200V以上 1.17mΩcm2
肖特基势垒二极管D 175V 0.78mΩcm2
正向开态电阻是上述电压-电流特性(正向)IFC、IFD的1.26V、1.32V(电压值)处的值。上述电压-电流特性(反向)IRC、IRD，表示肖特基势垒二极管D的反偏压时的漏电流比肖特基势垒二极管C大。如前所述，肖特基势垒二极管D的外延衬底D是与外延衬底B在同一批次制作的，因此，黄带发光的强度大。因此，从实施例的光致发光光谱可以看出，该特性的不同是由于外延衬底C的漂移层比外延衬底的漂移层更高纯度而引起的。即，通过减小对由杂质形成的黄带发光作出贡献的深能级，可以抑制由该能级引起的反偏压时的漏电流。
GaN肖特基势垒二极管的制造中，每次操作中有机金属气相生长炉的环境发生变化，混入外延膜中的杂质浓度也变化。因此，生长的外延膜的电特性波动。外延膜中的杂质浓度是在通过二次离子发射质谱(SIMS)法进行的杂质定量分析中检测下限以下的浓度，因此观察不到用于监控有机金属气相生长炉的生长条件变动的指标。另一方面，有望通过改善外延膜的品质来提高GaN肖特基势垒二极管的特性。
如上所述，在称为漂移层的氮化镓基半导体层的外延生长后且电极形成前，测定包含黄带发光和带边发光的PL光谱并考查带边发光强度相对于黄带发光强度的比，由此可以实现用于电子器件的外延衬底的均质化和高品质。另外，可以制作具有良好特性的高耐压纵型电子器件(例如，肖特基势垒二极管)。另外，可以抑制由外延衬底的特性引起的制品特性的波动。
(实施例3)
如下所述，作为外延膜的特性，关注光致发光光谱，来评价器件特性。根据该评价，发现了GaN外延层的PL光谱与肖特基器件特性的关联。衬底中使用n型自立式GaN晶圆，穿透位错密度为1×106cm-2以下。为了进行如下实验准备两片相同品质的n型自立式GaN晶圆。自立式GaN晶圆的n型掺杂剂为氧。
为了使用MOCVD法在一个GaN晶圆上生长氮化镓膜，分别使用TMG和高纯度氨作为Ga原料和氮原料。使用纯化的氢气和氮气作为载气。高纯度氨的纯度为99.999％以上，纯化氢气和纯化氮气的纯度为99.999995％以上。
首先，在1050℃的温度及100托的炉内压力条件下，在含有氢气和氨气的气氛中，进行衬底的表面(c面GaN)的清洁。之后，在1050℃的衬底温度、200托的炉内压力及1250的V/III条件下生长GaN漂移层。GaN漂移层的厚度为2微米，在GaN漂移层中添加有1×1016cm-3的Si。通过这些工序，制作了外延衬底A1。
另外，在另一个n型自立式GaN晶圆上，同样地进行衬底清洁。之后，在1000℃的衬底温度、200托的炉内压力及1250的V/III条件下生长GaN漂移层。GaN漂移层的厚度为2微米，在GaN漂移层中添加有1×1016cm-3的Si。通过这些工序，制作了外延衬底B1。
作为成膜温度的条件，氮化镓层的生长温度为1050℃以上。由此，可以抑制从原料中混入碳杂质。另外，氮化镓层的生长温度可以为1200℃以下。可以抑制成膜中的脱氮。GaN漂移层的厚度可以为1微米以上且20微米以下。GaN漂移层的掺杂剂浓度可以为1×1015cm-3以上且2×1016cm-3以下。
作为供给摩尔比V/III的条件，供给摩尔比(V/III)可以为500以上。由此，可以防止与氮空穴相关联的缺陷、碳杂质的混入。另外，供给摩尔比(V/III)可以为5000以下。由此，可以防止与镓空穴相关联的缺陷导入。
从生长炉中取出外延衬底A1、B1后，在室温下从外延衬底A1、B1的外延膜的表面照射用于测定PL光谱的参照光，测定外延衬底A1、B1的PL光谱。图5是表示外延衬底A1、B1的PL光谱的图。图6是表示外延衬底A1、B1的结构的图。该PL光谱，对于氮化镓基半导体层的包含黄带波长带的波长区域及包含与带边对应的带边波长的波长区域进行测定。这些外延衬底A1、B1的PL光谱PLWA1、PLWB1中，黄带例如是与峰值能量EY(例如2.3eV)的波长对应的波长带，该波长区域中，与先前的实施例同样观察到宽发光峰。黄带的宽峰，如图6所示，是外延膜中的深能级D1导致的发光IY。另一方面，带边发光IB是GaN漂移层中固有的发光。氮化镓的带边波长，是与氮化镓的带隙EBE(3.4eV)对应的波长，观察到比黄带的比较峰更尖锐的峰。图5中，各个PL光谱使用带边波长的峰值进行了标准化。
PL光谱测定中使用波长325nm的He-Cd激光器。其激发光条件如下所示。
光斑径：直径0.5mm
功率：1.2mW(0.6W/cm2)
这些外延衬底A1、B1的PL光谱PLWA1、PLWB1的黄带发光强度相对于带边发光强度的比即黄带发光强度/带边发光强度的比(IY/IB)是：
外延衬底A1：0.05
外延衬底B1：0.7
(IY/IB)如下求出。例如，强度(IB)是带边发光强度的峰值，强度(IY)是黄带的PL光谱中的峰值。
根据外延衬底A1、B1的比较，外延衬底B1的黄带强度比外延衬底A1强。这显示：外延衬底B1的GaN漂移层中混入了更多杂质。作为与黄带发光相关联的杂质，报道有碳(C)、氢(H)和氧(O)等。在对这些元素的SIMS评价中，得到本底水准的信号。根据发明人的计算，碳(C)的浓度为低于1×1016cm-3，氢(H)的浓度为低于7×1016cm-3，另外氧(O)的浓度为低于2×1016cm-3。据报道，含有它们的杂质本身或与结晶中的Ga空穴或N空穴形成复合缺陷，暗示形成与黄带发光相关的深能级的可能性。根据计算，发光性的深能级的浓度低于1×1016cm-3。这些深能级作为电子阱起作用，在电子器件的正向特性中作为许多载流子的散射中心，具有使开态电阻增大的可能性。另外，在反偏压时成为耗尽层中载流子的发生源，具有使漏电流增大的可能性。
使用外延衬底A1、B1制作了肖特基势垒二极管。在外延衬底A1、B1上在同一工序中形成电极。在外延膜上形成肖特基电极(例如Au电极)的同时在GaN晶圆的背面形成欧姆电极(例如Ti/Al/Ti/Au)。测定这些肖特基势垒二极管的DA1、DB1的电流-电压特性。图7是表示肖特基势垒二极管的正向的电流-电压特性的图。使用正向的电流-电压特性，计算二极管的开态电阻。图8是表示肖特基势垒二极管的反向的电流-电压特性的图。使用反向的电流-电压特性，计算二极管的反向耐压。
二极管名 反向耐压 正向特性开态电阻
二极管DA1： 200V以上 0.77mΩcm2
二极管DB1： 181V 1.46mΩcm2
如上说明可以看出，根据本实施方式，生长用于漂移层的外延膜，形成外延衬底。在外延衬底上形成电极之前，测定外延衬底的PL光谱，由该PL光谱求出带边发光强度相对于黄带发光强度的比。该强度比小于基准值时，表示在外延衬底上形成肖特基电极而制作的电子器件(具有肖特基结的半导体元件)具有优良的电特性。本实施例除了肖特基势垒二极管以外，也适用于例如肖特基栅晶体管等具有肖特基结的半导体元件。
在优选的实施方式中图示本发明的原理进行说明，但是，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离这样的原理的情况下可以对配置和细节进行变更。本实施方式中，例如说明了称为肖特基势垒二极管的纵型电子器件，但是，本发明不限于本实施方式公开的特定构成。另外，本实施方式中，对GaN漂移层进行了例示说明，但是，也可以应用于氮化物基半导体场控晶体管的活性层的品质评价。因此，对权利要求书的范围及来自其精神的范围内的所有修正和变更请求权利。
产业实用性
外延膜对功率器件的影响大。迄今，一直在寻求表示用于功率器件的外延膜的品质的指标。根据本实施方式，显示出用于功率器件的外延膜的PL光谱中出现的特征与肖特基特性相关联。
Claims (20)
1.一种制作电子器件的方法，所述电子器件使用III族氮化物基化合物半导体，其特征在于，包含：
利用有机金属气相生长法在衬底上生长包含一个或多个氮化镓基半导体层的半导体区域从而形成外延衬底的工序；
对所述氮化镓基半导体层测定包含黄带波长带的波长区域及包含所述氮化镓基半导体层的带边的带边波长的波长区域的光致发光光谱的工序；
生成所述黄带波长带的光致发光光谱强度与带边波长的光谱强度的强度比的工序；
通过将所述黄带波长带与所述带边波长的光致发光光谱的强度比与基准值比较，挑选所述外延衬底以提供已经挑选的外延衬底的工序；和
挑选所述外延衬底后形成用于所述电子器件的电极的工序，
其中，换算为室温下的光致发光光谱测定，所述基准值为0.05以下。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在测定光致发光光谱的所述工序中，在室温下测定所述光致发光光谱，并将所述基准值与所述强度比进行比较。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，换算为室温下的光致发光光谱测定，所述基准值为0.05。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底包含GaN。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底包含n型GaN，所述氮化镓基半导体层包含添加有n型掺杂剂的GaN。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述n型掺杂剂使用选自甲硅烷、乙硅烷、一甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙基硅烷、四乙基硅烷、甲锗烷、一甲基锗、四甲基锗、四乙基锗、氧、一氧化碳、二氧化碳和H2O中的至少任一种。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在形成用于所述电子器件的电极的工序中，在所述已经挑选的外延衬底上形成肖特基电极，且该电子器件是肖特基势垒二极管。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氮化镓基半导体层是所述肖特基势垒二极管的GaN漂移层，所述带边波长是GaN的带边波长。
9.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底包含具有导电性的III族氮化物。
10.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述电极在所述氮化镓基半导体层中形成肖特基结，
所述氮化镓基半导体层包含氮化镓层，
所述氮化镓层的生长温度为1050℃以上、1200℃以下，
所述氮化镓层的生长中V族原料与III族原料的供给摩尔比V/III为500以上。
11.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述黄带波长带为2.1eV以上、2.5eV以下的范围。
12.一种制作外延衬底的方法，所述外延衬底用于使用III族氮化物基化合物半导体的电子器件，其特征在于，包含：
利用有机金属气相生长法在衬底上生长包含一个或多个氮化镓基半导体层的半导体区域从而形成外延衬底的工序；
对所述氮化镓基半导体层测定包含黄带波长带的波长区域及包含所述氮化镓基半导体层的带边的带边波长的波长区域的光致发光光谱的工序；
生成所述黄带波长带的光致发光光谱强度与带边波长的光谱强度的强度比的工序；和
通过将所述黄带波长带与所述带边波长的光致发光光谱的强度比与基准值比较，挑选所述外延衬底以提供已经挑选的外延衬底的工序，
其中，换算为室温下的光致发光光谱测定，所述基准值为0.05以下。
13.一种III族氮化物半导体元件，其具有肖特基结，其特征在于，具备：
具有导电性的III族氮化物支撑基体；
设置在所述III族氮化物支撑基体的主面上、且黄带波长带的光致发光光谱强度IY与带边波长的光谱强度IBE的强度比IY/IBE为0.05以下的氮化镓区域；和
在所述氮化镓区域中形成肖特基结的肖特基电极。
14.一种III族氮化物半导体元件，其具有肖特基结，其特征在于，具备：
具有导电性的III族氮化物支撑基体；
设置在所述III族氮化物支撑基体的主面上、且包含具有与黄带波长带对应的能级的深能级的氮化镓区域；和
在所述氮化镓区域中形成肖特基结的肖特基电极，
所述氮化镓区域的所述深能级的浓度，是来自所述黄带波长带的所述深能级的光致发光光谱强度IY与所述氮化镓区域带边波长的光谱强度IBE的强度比IY/IBE为0.05的值以下。
15.如权利要求14所述的III族氮化物半导体元件，其特征在于，所述深能级包含与碳、氢和氧中的至少任一种杂质相关联的能级。
16.如权利要求13至15中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其特征在于，所述III族氮化物支撑基体包含具有导电性的氮化镓。
17.如权利要求13至15中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其特征在于，
所述氮化镓区域的生长温度为1050℃以上、1200℃以下，
所述氮化镓区域的生长中V族原料与III族原料的供给摩尔比V/III为500以上。
18.一种氮化镓外延衬底，其特征在于，具备：
具有导电性的III族氮化物支撑基体；和
设置在所述III族氮化物支撑基体的主面上、且具有黄带波长带的光致发光光谱与带边波长的光谱强度的强度比为0.05以下的特征的氮化镓区域。
19.如权利要求18所述的氮化镓外延衬底，其特征在于，所述III族氮化物支撑基体包含具有导电性的氮化镓。
20.如权利要求18或19所述的氮化镓外延衬底，其特征在于，
所述氮化镓区域的生长温度为1050℃以上、1200℃以下，
所述氮化镓区域的生长中V族原料与III族原料的供给摩尔比V/III为500以上。
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