CN108963042B - Ramo4基板及氮化物半导体装置 - Google Patents

Ramo4基板及氮化物半导体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108963042B
CN108963042B CN201810467353.0A CN201810467353A CN108963042B CN 108963042 B CN108963042 B CN 108963042B CN 201810467353 A CN201810467353 A CN 201810467353A CN 108963042 B CN108963042 B CN 108963042B
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
angle
nitride semiconductor
ramo
group iii
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810467353.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108963042A (zh
Inventor
上田章雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN108963042A publication Critical patent/CN108963042A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108963042B publication Critical patent/CN108963042B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/36—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/183—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being provided with a buffer layer, e.g. a lattice matching layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02433—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2214—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides
    • H01S5/2216—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明提供RAMO4基板及氮化物半导体装置，该RAMO4基板及氮化物半导体装置具有适当的偏离角及偏离方向，能够使III族氮化物半导体台阶流动生长。为了实现上述目的，设为由通式RAMO4所表示的单晶体构成的RAMO4基板，通式中，R表示从Sc、In、Y、及镧系元素中选择的一个或多个三价元素，A表示从Fe(III)、Ga、及Al中选择的一个或多个三价元素，M表示从Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、及Cd中选择的一个或多个二价元素。RAMO4基板的主表面具有从C面相对于M轴方向倾斜θa°的偏离角a，并满足0.05°≤|θa|≤0.8°。

Description

RAMO4基板及氮化物半导体装置
技术领域
本发明涉及RAMO4基板及III族氮化物半导体装置。
背景技术
III族氮化物半导体通过III族元素的Ga、Al、In等的组合来覆盖较宽的带隙，广泛地使用于LED(发光二极管)、LD(激光二极管)等光半导体器件、高频、高输出用途的电子器件等。包含这些III族氮化物半导体的器件一般是通过在蓝宝石基板上使III族氮化物半导体层外延生长而制作的。然而，蓝宝石基板的由{(GaN的晶格常数-蓝宝石的晶格常数)/GaN的晶格常数}表示的、与III族氮化物半导体(GaN)的晶格失配较大为13.8％。因此，存在在该基板上使III族氮化物半导体外延生长时的缺陷密度较高的问题。作为使上述的晶格失配降低的新式的基板而提出了ScMgAlO4基板，也公开了使用该基板时的GaN的外延技术(专利文献1)。ScMgAlO4的由{(GaN的晶格常数-ScAlMgO4的晶格常数)/GaN的晶格常数}表示的、与GaN的晶格失配较小为-1.8％。因此，在ScMgAlO4基板上外延生长的III族氮化物半导体易于具备高品质·高性能，期待其向各种III族氮化物半导体器件的展开。
在此，通过将ScMgAlO4单晶体以C面((0001)面)劈开来获得专利文献1 中公开的ScMgAlO4基板。另一方面，已知III族氮化物半导体通过沿着在基板表面上存在的原子层水平的高低差即台阶端外延生长(以下，也称为“台阶流动生长”)，而成为高品质的膜。然而，在以上述的(0001)面劈开的ScMgAlO4基板表面上不存在理想的台阶。因此，在外延生长时，III族氮化物半导体本身在(0001)面上发生随机的成核，诱发沿着这些核的台阶流动生长。对于来自这样的随机的核的生长，其生长方向也成为随机，其结果，存在引起III族氮化物半导体表面具有较大的起伏的、表面形态粗糙的问题。
另外，对于以通过劈开制作出的(0001)面为主表面的ScMgAlO4基板，在其主表面上根据劈开的精度而存在具有数百nm以上的较大的凹凸的部位。这些较大的凹凸在外延生长时会使缺陷形成等不良情况产生。
另一方面，在使用了同样的异质结构的蓝宝石基板的III族氮化物半导体生长中，通过使基板具有偏离角来形成周期性的台阶，使III族氮化物半导体台阶流动生长。而且，公开了将在具有这样的偏离角的基板上制作出的高性能的III族氮化物半导体使用于LD的形成中的情况(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-178448号公报
专利文献2：日本特开2008-98664号公报
发明内容
发明要解决的问题
因此，可以考虑在以ScMgAlO4为代表的RAMO4基板(R表示从Sc、In、 Y、及镧系元素中选择的一个或多个三价元素，A表示从Fe(III)、Ga、及Al 中选择的一个或多个三价元素，M表示从Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、及Cd中选择的一个或多个二价元素)上设置偏离角，形成周期性的台阶。然而，对于RAMO4基板，由于形成的台阶高度、台阶形状都是特殊的，所以若设置与在以往的蓝宝石基板或GaN基板上使III族氮化物半导体生长的情况同样的偏离角，则难以得到良好的III族氮化物半导体层或器件。
本发明是为了解决以上问题而完成的，其目的在于提供具有适当的偏离角及偏离方向的、能够使III族氮化物半导体台阶流动生长的RAMO4基板。另外，本发明还以供给包含III族氮化物半导体、且具有良好的特性的光学器件及电子器件等为目的。
解决问题的方案
为了解决上述问题，设为以下的RAMO4基板，该RAMO4基板是由通式 RAMO4所表示的单晶体(通式中，R表示从Sc、In、Y、及镧系元素中选择的一个或多个三价元素，A表示从Fe(III)、Ga、及Al中选择的一个或多个三价元素，M表示从Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、及Cd中选择的一个或多个二价元素)构成的RAMO4基板，该RAMO4基板中，所述RAMO4基板的主表面具有从C面相对于M轴方向倾斜θa°的偏离角a，并满足0.05°≤|θa|≤0.8°。
另外，设为以下的RAMO4基板，该RAMO4基板是由通式RAMO4所表示的单晶体(通式中，R表示从Sc、In、Y、及镧系元素中选择的一个或多个三价元素，A表示从Fe(III)、Ga、及Al中选择的一个或多个三价元素，M表示从Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、及Cd中选择的一个或多个二价元素) 构成的RAMO4基板，该RAMO4基板中，所述RAMO4基板的主表面具有从 C面相对于A轴方向倾斜θb°的偏离角b，并满足0.05°≤|θb|≤0.4°。
发明效果
根据本发明的RAMO4基板，能够得到结晶性、平整度良好的III族氮化物半导体层，与在以往的蓝宝石基板上通过外延生长而制作的III族氮化物半导体光学器件或电子器件相比，能够实现更高性能的器件。并且，能够活用在RAMO4基板上所形成的高品质的III族氮化物半导体层的特性，而提供组合了各种III族氮化物半导体的氮化物半导体光学元件、电子器件。
附图说明
图1是表示ScMgAlO4结晶的结构的示意图。
图2是表示从ScMgAlO4基板的C面、GaN基板的C面、及蓝宝石基板的C面分别设置偏离角的情况下的偏离角与平台宽度之间的关系的图。
图3是表示本发明的实施方式中的ScMgAlO4基板的制造工序的工序图。
图4是利用原子力显微镜拍摄本发明的实施方式1的ScMgAlO4基板的表面的图。
图5是表示ScMgAlO4基板的主表面、与M轴方向[1-100]及A轴方向 [11-20]所成的角度(偏离角a及偏离角b)的图。
图6是包含本发明的实施方式1的ScMgAlO4基板、缓冲层、III族氮化物半导体的层叠结构体的图。
图7是利用光学显微镜拍摄在本发明的实施方式1的ScMgAlO4基板的主表面上制作出的III族氮化物半导体层的表面的图。
图8是本发明的实施方式1中的ScMgAlO4基板的主表面所具有的偏离角a(θa)、与在该主表面上形成的III族氮化物半导体层的表面的位错密度的相关图。
图9是利用光学显微镜拍摄在本发明的实施方式2的ScMgAlO4基板的主表面上制作出的III族氮化物半导体层的表面的图。
图10是利用原子力显微镜拍摄在本发明的实施方式3的ScMgAlO4基板的主表面(偏离角(θa，θb)＝(0.1°，0.1°))上制作出的III族氮化物半导体层的表面的图。
图11是使用了本发明的实施方式中的ScMgAlO4基板的LED的结构图。
图12是表示使用本发明的实施方式中的ScMgAlO4基板制作出的LED 的I-L特性的图。
图13利用光学显微镜以低倍率拍摄在以往的ScMgAlO4基板的(0001)面上所形成的III族氮化物半导体层的表面的图。
标号说明
101 RAMO4(ScMgAlO4)基板
102 缓冲层
103 III族氮化物半导体层(无掺杂GaN层)
104 n-III族氮化物半导体层(n-GaN层)
105 InGaN活性层
106 p-III族氮化物半导体层(p-GaN层)
107 p-接触层
108 n电极
109 p电极
具体实施方式
以下，对本发明的RAMO4基板、及III族氮化物半导体装置进行说明，但本发明不限于以下的实施方式。此外，米勒指数中的减号在图中在数值之上作为上划线而表示，但在以下的实施方式的说明中，为了便于标记而以减号表示。
1.RAMO4基板
本发明的RAMO4基板是由通式RAMO4所表示的单晶体(通式中，R表示从Sc、In、Y、及镧系元素(原子序数67-71)中选择的一个或多个三价元素， A表示从Fe(III)、Ga、及Al中选择的一个或多个三价元素，M表示从Mg、 Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、及Cd中选择的一个或多个二价元素)构成的基板，其主表面具有从C面相对于M轴方向[1-100]及/或A轴方向[11-20]倾斜的偏离角。在本发明中，形成主表面具有各种偏离角的RAMO4基板，在其主表面上使III族氮化物半导体外延生长，并评价该III族氮化物半导体层的性能，由此发现了适于RAMO4基板的偏离角、及偏离方向。本发明的具有偏离角、及偏离方向的RAMO4基板作为高品质的III族氮化物半导体用异质基板是非常有用的。以下，以RAMO4基板的代表例的ScMgAlO4基板为例进行说明，但本发明的RAMO4基板不限于此。
(实施方式1)
ScMgAlO4的晶体结构如图1所示。ScMgAlO4的结晶选取六方晶的 MgAlO2层和岩盐结构的ScO层在[0001]方向(C轴方向)上层叠而成的结构。通过一般的劈开而形成的(0001)面(C面)由MgAlO2层构成。在ScMgAlO4的结晶中，[0001]方向上的晶格(c)为25.160
Figure BDA0001662250580000051
，通过形成偏离角而出现的台阶高度为25.160÷3＝8.387
Figure BDA0001662250580000052
。该台阶高度与在III族氮化物的GaN基板上出现的台阶高度(2.593
Figure BDA0001662250580000053
)、或在蓝宝石基板(C面)上出现的台阶高度(2.165
Figure BDA0001662250580000054
)相比，是较大的值。而且，台阶高度还对与形成的台阶的(0001)面平行的长度(平台宽度)有影响。如图2所示，对于ScMgAlO4结晶，即使设为与GaN基板或蓝宝石基板相同的偏离角度，也成为具有比它们长的平台宽度的表面形状。
这样，对于ScMgAlO4结晶，在设置偏离角时看到的台阶高度、形状、平台宽度都与GaN基板、或蓝宝石基板等以往使用的基板材料不同。因此，适于使III族氮化物半导体生长的偏离角的范围也不同。
以下，参照附图对本实施方式的ScMgAlO4基板进行说明。图3中示出 ScMgAlO4基板的制造工序的工序图。ScMgAlO4基板的制造工序包括：准备 ScAlMgO4单晶铸锭的工序(单晶准备工序)；以(0001)面将ScMgAlO4单晶铸锭劈开，形成基板的工序(劈开工序)；以及，对该基板的与外延生长面对应的面进行加工的工序(偏离角形成工序)。
例如，在单晶准备工序中，准备使用高频感应加热型切克劳斯基炉而制造出的ScAlMgO4单晶铸锭。作为铸锭的制造方法，例如，将Sc2O3、Al2O3及MgO作为起始原料以规定的摩尔比混合，并投入到直径100mm的铱制的坩埚内，使其加热熔融。接着，将在(0001)方位切下的ScAlMgO4单晶作为籽晶来使用，使该籽晶下降至坩埚内的熔融液附近。然后，使籽晶一边以固定的旋转速度旋转一边缓缓下降，使籽晶的前端与熔融液接触后一边使温度缓缓降低一边以0.5mm/h的提拉速度使籽晶上升。也就是在C轴方向([0001]方向)上提拉来使结晶生长。在将结晶提拉至所希望的长度之后，使结晶从熔融液断开，并冷却。由此，得到直径50mm、长度50mm的单晶ScAlMgO4铸锭。
接着，利用ScAlMgO4单晶能够以(0001)面劈开的性质，进行通过劈开将单晶ScAlMgO4铸锭分割而使之成为基板状的工序(劈开工序)。
接着，作为偏离角形成工序，在ScAlMgO4表面上形成与偏离角对应的 500nm以上的高度的凹凸形状。接下来，通过阶段性地降低研磨时的加压力，来减小研磨时的加压力的偏差的绝对量。而且，通过一边防止在内部的劈开一边缓缓减小凹凸形状，来在表面上形成偏离角。此外，在偏离角形成工序中，以使偏离方向或角度在所希望的范围内的方式，调整研磨方向。
偏离角形成工序的一例如以下所示。首先，在对500nm以上的凹凸形状进行加工的工序(凹凸形成工序)中，进行使用了磨粒尺寸较大的金刚石固定磨粒的磨削加工。作为磨粒，例如使用粒度#600的金刚石磨粒。由此，能够将磨削加工后的加工面的凹凸的高度之差控制在±5μm以下。此外，凹凸形成工序中的加工条件例如可以设为磨石转速1800min-1、ScAlMgO4基板转速 100min-1、加工速度0.3mm/秒、加工除去量20μm左右。接着进行将在凹凸形成工序中所形成的凹凸缓缓除去的工序(凹凸除去工序)。这时，通过进行阶段性地减弱了加压力的研磨，能够在除去通过凹凸形成工序所形成的高度 500nm以上的凹凸的同时，形成高度不到500nm的凹凸。具体而言，这可通过以下加工条件实现：作为磨粒例如使用以硅胶为主要成分的浆料，按照转速60min-1、浆料供给量0.5ml/分，且使用无纺布垫作为研磨垫来进行研磨。此时，加压力在初期从15000Pa左右的范围阶段性地降低，最终将加压力的范围设为3000Pa左右，由此形成与所希望的偏离角相应的台阶高度、平台宽度。通过这样阶段性地降低加压力，能够不产生在内部的劈开而除去凹凸。
图4中示出利用原子力显微镜(AFM，Atomic Force Microscope)拍摄在上述的条件下以使偏离角a形成为0.2°的方式制作出的本实施方式ScAlMgO4基板的表面的图。在偏离角形成工序后的ScAlMgO4基板表面上观测到周期性的结构，基板的台阶高度约为0.8nm而与理论上的ScAlMgO4结晶的台阶高度相等。另外，平台宽度为240nm左右，成为与根据图2的曲线图估计的偏离角(0.20～0.21°)几乎相等的值。这样，经过沿着图3的工序图的工序，能够得到具有所希望的偏离角a的ScAlMgO4基板。
在此，图5中示出对ScAlMgO4基板的偏离方向及偏离角进行说明的图。本发明中的偏离角是指ScAlMgO4基板的主表面的从(0001)面(C面)的倾斜角。另外，本发明中，将相对于与M面(1-100)垂直的方向、即M轴方向[1-100] 倾斜θa°的偏离角设为偏离角a，将相对于与M面(1-100)平行的方向、即A 轴方向[11-20]倾斜θb°的偏离角表示为偏离角b。
而且，本实施方式的ScAlMgO4基板具有偏离角a，不具有偏离角b。例如，图4中得到的本实施方式的ScAlMgO4基板的偏离角设置为与M面(1-100) 大致垂直的方向(与M轴方向[1-100]平行)，θa为0.20°左右。另一方面，未设置与M面(1-110)大致平行的方向的偏离角b。即，θb为0°。
在此，本实施方式中，ScMgAlO4基板的偏离角a的优选范围是0.05°≤|θa| ≤0.8°，更优选为0.2°≤|θa|≤0.6°。以下，对其理由进行说明。
通过在该ScMgAlO4基板上形成III族氮化物半导体层，评价了本实施方式的ScMgAlO4基板的偏离角a。此外，在形成III族氮化物半导体层时，如图6所示，在ScMgAlO4基板101上先形成缓冲层102，之后，形成了III族氮化物半导体层103。
如以下那样形成了图6的缓冲层102及III族氮化物半导体层103。首先，在具有偏离角的ScAlMgO4基板101上使用MOCVD法(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition：有机金属气相生长法)，进行了III族氮化物半导体的外延生长。作为III族原料，使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、三甲基铝(TMA)，作为V族原料，使用氨(NH3)气。另外，作为载气，使用氢或氮。导入到MOCVD炉内的ScMgAlO4基板以1100℃在氢气气氛中进行热清洁10分钟。通过该热清洁除掉了在ScMgAlO4基板表面附着的碳系的污物等。之后，将基板表面温度降到425℃，以低温堆积缓冲层102。通过缓冲层102 的生长时间、及供给的III族原料的比率，对缓冲层102的膜厚和组成进行了调整。在形成缓冲层102后，使ScAlMgO4基板101的温度升温至1125℃，使III族氮化物半导体层103外延生长。在本实施方式中，缓冲层102中使用GaN，将膜厚设为30nm。另外，将缓冲层102上的III族氮化物半导体层103 也设为GaN。并且，将III族氮化物半导体层103的生长速度设为3μm/h，将膜厚设为2μm。
图7中示出在主表面具有从C面(0001)相对于M轴方向([1-100]方向)倾斜的偏离角a的ScAlMgO4基板上，形成上述的缓冲层(GaN层)102及III族氮化物半导体层(GaN膜)103时的表面的光学显微镜照片。即，示出在 ScAlMgO4基板的主表面上使GaN膜外延生长后的GaN膜表面的光学显微镜照片。图7中，偏离角θa为0～1.2°中的某一个。另外，偏离角θb都是0°。根据图7的光学显微镜照片可知，在θa为0.4°～0.8°时得到平坦的良好的表面形态。另一方面，在偏离角a较大的情况下，也就是θa为1.2°的情况下，观测到与偏离方向即M轴方向垂直的波状的表面形态。这可以认为是台阶聚集而多段化的聚束的影响。另外，对于以往例的θa＝0°，虽然在图7中表面看起来是平坦的，但如图13所示那样，在低倍率的光学显微镜照片中在III族氮化物层表面上观察到具有较大的晶粒的粗糙表面。另一方面，在形成了0.05°以上的θa的情况下，消除了具有这样的较大的晶粒的粗糙表面，III族氮化物层(GaN膜)具有良好的表面。
图8中示出ScAlMgO4基板的主表面的偏离角(θa)、与基于在该基板上所形成的GaN膜的表面的阴极发光(CL，Cathodoluminescence)测定的位错密度之间的相关曲线图。在图8中，作为比较，示出了在蓝宝石基板(偏离角度θa＝0.14°)上制作了GaN膜时的位错密度(虚线)。根据图8可知，与在蓝宝石基板上制作GaN膜的情况相比，在ScAlMgO4基板上形成GaN膜的情况下的位错密度更低。也就是，可以说通过外延生长而形成良好的GaN结晶。另外，与ScAlMgO4基板的主表面不具有偏离角的情况(θa＝0°)相比，在具有偏离角a 的情况下位错密度减少。也就是，可知，通过形成偏离角，GaN膜进一步示出良好的结晶性。
这样，可以说，若考虑GaN膜的表面平整度、结晶性，则在设置偏离角 a的情况下，优选设为0.05°≤|θa|≤0.8°。此外，在本实施方式中，使用GaN 作为III族氮化物半导体，并将其生长温度设为1125℃而进行了研究，但在使用AlGaInN作为III族氮化物半导体的情况下等，根据组成调整生长温度，例如700～1170℃左右成为适当的生长温度。而且，例如在以700℃的低生长温度使III族氮化物半导体层生长的情况下，与高温的情况相比，抑制了原料的扩散长度。因此，若偏离角a(θa)变得比0.2°小、即平台宽度变宽，则原料不到达台阶端，而在平台上成核，有可能产生具有图13中观察到的那样的较大的晶粒的表面。另外，在较高的生长温度(例如1170℃)下，原料的扩散被促进，因此容易产生原料聚集在特定的台阶上的聚束。而且，若偏离角a(θa) 变得比0.6°大，则有可能观察到波状的粗糙表面。由此，上述的θa的范围更优选为0.2°≤|θa|≤0.6°。
(实施方式2)
接着，对实施方式2的ScAlMgO4基板进行说明。本实施方式的ScAlMgO4基板中，主表面从C面(0001)在与M面(1-100)大致平行的方向上具有偏离角 b(θb)，不具有偏离角a，即，主表面具有从C面(0001)相对于A轴方向[11-20] 倾斜θb°的偏离角b。具有这样的偏离角b的ScAlMgO4基板的制作方法与上述的实施方式1的ScAlMgO4基板的制作方法相同。但是，在上述的偏离角形成工序中，对偏离方向及偏离角进行调整。
本实施方式的ScAlMgO4基板中的、偏离角b的优选范围为0.05°≤|θb| ≤0.4°，更优选为0.1°≤|θb|≤0.4°，进一步优选为0.1°≤|θb|＜0.4°。以下，对其理由进行说明。
与实施方式1同样地，在ScAlMgO4基板的主表面上利用MOCVD法使 III族氮化物半导体层(GaN膜)外延生长。将外延生长条件设为与实施方式1 相同(缓冲层102的厚度：30nm、III族氮化物半导体层103的厚度：2μm)。图9中示出在具有偏离角b的ScAlMgO4基板上形成了III族氮化物半导体层 (GaN膜)103的情况下的GaN膜表面的光学显微镜照片。图9中，偏离角θb 为0～0.6°中的某一个。另一方面，偏离角θa都是0°。此外，θb＝0°的光学显微镜照片与图7中的θa＝0°的照片相同。而且，对于该GaN膜，如图13所示，在低倍率的光学显微镜照片中，在GaN膜表面观测到具有较大的晶粒的粗糙表面。另一方面，在θb为0.05°以上且0.4°以下的情况下，能够确认到良好的表面形态。另一方面，在θb＝0.6°时，在与偏离方向即A轴方向垂直的方向上观测波状的表面形态，该表面由于聚束而粗糙。根据以上的结果，可以说，在0.05°≤|θb|≤0.4°时，能够得到良好的GaN膜。另外，关于θb，也与实施方式1同样地，在III族氮化物半导体的生长温度范围700～1170℃下进行了研究，其结果，在θb为0.1°≤|θb|≤0.4°的情况下能够得到良好的III族氮化物半导体层。此外，在θb＝0.4°的情况下，若在高温区域(1170℃)使AlGaN等生长，则存在在表面产生少许聚束的倾向。因此，更优选为θb≠0.4，即0.1°≤|θb|＜0.4°。
(实施方式3)
接着对实施方式3的ScAlMgO4基板进行说明。对于本实施方式的 ScAlMgO4基板，主表面从C面(0001面)相对于M轴方向倾斜θa°，相对于A 轴方向倾斜θb°。也就是，具备偏离角a及偏离角b的合成偏离角。具有这样的偏离角a及偏离角b的ScAlMgO4基板的制作方法与上述的实施方式1相同。但是，在上述的偏离角形成工序中，对偏离方向及偏离角进行调整。
本实施方式的ScAlMgO4基板中，偏离角a的优选范围为0.05°≤|θa|≤ 0.8°，更优选为0.2°≤|θa|≤0.6°。另外，偏离角b的优选范围为0.05°≤|θb|≤ 0.4°，更优选为0.1°≤|θb|≤0.4°，进一步优选为0.1°≤|θb|＜0.4°。以下，对其理由进行说明。
与实施方式1同样地，在ScAlMgO4基板的主表面上利用MOCVD法使 III族氮化物半导体层(GaN膜)103外延生长。将外延生长条件、或膜厚等设为与实施方式1相同。以下的表1中示出进行研究而得到的θa及θb的表面形态结果。
针对(θa，θb)＝(0.1°，0.05°)、(0.1°，0.1°)、(0.2°，0.05°)、(0.2°，0.1°)、(0.4°，0.05°)、(0.4°，0.1°)、(0.6°，0.05°)、(0.6°，0.1°)、(0.8°，0.05°)、(0.8°， 0.1°)、(1.2°，0.1°)、(0.05°，0.4°)、(0.1°，0.4°)、(0.1°，0.6°)进行了研究。另外，对所得到的GaN膜的表面形态进行观察，将即使在使外延生长温度为 700～1170℃时表面形态也都良好的情况标记为◎，将在外延生长温度700℃或者1170℃时表面形态稍微变差但在1125℃时表面形态良好的情况标记为○，将在观测到波状的粗糙的形态的情况标记为×。根据表1可以确认以下情况，对于具备偏离角a及偏离角b的ScAlMgO4基板，只要是在具有在实施方式1及2中特定的范围内的合成偏离角的ScAlMgO4基板上，就能得到良好的GaN膜。
[表1]
Figure BDA0001662250580000111
另外，如表1所示，未观测到偏离角a及偏离角b的大小关系的影响。这启示了，在具备合成偏离角的ScAlMgO4基板上的GaN生长中，吸附原子向M面台阶和A面台阶的进入是几乎同等的，该M面台阶存在于从C面 ((0001)面)相对于M面((1-100)面)大致垂直的方向上，该A面台阶存在于从C 面((0001)面)相对于M面((1-100)面)大致平行的方向上。
图10中示出在(θa，θb)＝(0.1°，0.1°)的ScAlMgO4基板上使GaN膜外延生长后的表面的原子力显微镜图。根据图10可知，观测到几乎直线状的台阶形状。另外，该直线状台阶形成为相对于与M轴方向[1-100]及A轴方向[11-20] 呈45°的方向垂直地交叉，且具有与合成偏离角对应的方向。在具有图10所示的(θa，θb)＝(0.1°，0.1°)的合成偏离角的ScAlMgＯ4基板上的GaN表面上形成的台阶的M面台阶和A面台阶所占的比例分别是50％。可预想，当GaN 在M面台阶和在A面台阶的进入速度(生长速度)不同的情况下，出现的台阶形状从直线形状变得扭曲、或者从合成方向上偏斜。然而，由于方向及直线性都良好，因此能够确认GaN向M面台阶和A面台阶的进入速度不存在差异，或者差异非常小。
图10的结果表示，在具有合成偏离角的ScAlMgＯ4基板上的GaN外延生长中，在满足0°＜|θa|≤0.8°及0°＜|θb|≤0.4°的偏离角区域能够得到良好的 GaN膜。另外如上所述，若设想在700～1170℃左右的生长温度条件下形成 III族氮化物半导体层，则偏离角区域优选设为表1中◎所示的满足0.2°≤|θa| ≤0.6°及0.1°≤|θb|≤0.4°的的范围内。只要是在这样的范围内，就能够在 ScAlMgO4基板上得到兼备平整度和结晶性的良好的III族氮化物半导体层，而不会产生台阶的方向和直线性的错乱。另外，在θb＝0.4的情况下，若在高温区域(1170℃)使AlGaN等生长，则有时在表面产生少许聚束。因此，更优选设为θb≠0.4、即0.2°≤|θa|≤0.6°及0.1°≤|θb|＜0.4°。
(其他)
在上述的实施方式1～3中，分别形成厚度2μm的GaN膜，并验证了 ScAlMgO4基板的性能，但只要在ScAlMgO4基板的主表面上形成的III族氮化物半导体层的厚度为1μm以上，III族氮化物半导体层的表面就会平坦化，从而能够得到同样的效果。另外，也可以在ScAlMgO4基板的主表面上使用 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy：氢化物气相外延)法等来形成0.1mm以上的GaN厚膜。
另外，在上述的实施方式1～3中，对ScAlMgO4基板表面的整面进行偏离角加工，并在其上使III族氮化物半导体外延生长，但也可以设为在对整面施加偏离角加工之后对一部分的区域利用SiNx或SiO2施加了掩模的 ScAlMgO4基板、或附加地进行了凸凹形状加工的ScAlMgO4基板等。即使是这样的基板，只要对要使III族氮化物半导体层生长的主表面进行偏离角加工，就能够在使III族氮化物半导体外延生长的情况下得到同样的效果。
另外，在上述的实施方式1～3中，利用MOCVD法形成III族氮化物半导体层，但作为外延生长方法，也可以采用HVPE法、OVPE(Oxide Vapor Phase Epitaxy：氧化物气相外延)法、溅射法、MBE(Molecular Beam Epitaxy：分子束外延)法等中的任意一个。这些方法既可以单独地进行，也可以组合多个来进行。无论以那种方式进行，都能够得到与上述同样的效果。
另外，在上述的实施方式1～3中，仅针对由通式RAMO4所表示的单晶体构成的基板中的、从ScAlMgO4的单晶体得到的基板进行了说明，但本发明不限于此。本发明的基板只要是由通式RAMO4所表示的大致单一结晶材料构成的基板即可。此外，所谓大致单一结晶材料是指，包含90at％以上的构成主表面(III族氮化物半导体层的外延生长面)的RAMO4，且，在关注于任意的晶轴时，在外延生长面的任意部分其方向都相同的结晶质固体。但是，晶轴的方向局部地改变的结晶、和包含局部的晶格缺陷的结晶也视为单晶。此外，O为氧。但是，如上所述，期望R为Sc、A为Al、M为Mg。
另外，对于构成在RAMO4基板上形成的III族氮化物半导体的III族元素金属，最优选为镓(Ga)，但例如也可以是铝(Al)、铟(In)、铊(Tl)等，可以将它们仅使用一种，也可以并用两种以上。例如，作为III族元素金属，也可以使用从铝(Al)、镓(Ga)、及铟(In)中选择的至少一个。在该情况下，制造的III 族氮化物半导体结晶的组成由AlsGatIn｛1-(s+t)}N(其中，0≤s≤1、0≤t≤1、s+t ≤1)表示。另外，也可以例如使掺杂剂材料等与III族元素金属共存并反应。作为所述掺杂剂，不特别地进行限定，作为其例子，包括：甲硅烷(SiH4)、氧化锗(例如Ge2O3、Ge2O等)、二茂镁(CP2Mg)等。
2.III族氮化物半导体装置
对使用了上述的RAMO4基板的III族氮化物半导体装置进行说明。III 族氮化物半导体装置例如可以设为图11所示的III族氮化物半导体LED器件。但是，III族氮化物半导体装置不限于LED器件，可以设为LD等半导体器件、高频、高输出用途的电子器件等。
以下，对实际上使用上述RAMO4基板(ScAlMgO4基板)制作出的LED器件进行说明。首先，在具有偏离角a及/或偏离角b的ScAlMgO4基板101上，利用MOCVD法形成缓冲层102，并且通过外延生长形成了无掺杂GaN层(III 族氮化物半导体层)103。而且进一步依次层叠了n-GaN层(n-III族氮化物半导体层)104、InGaN活性层105、p-GaN层(p-III族氮化物半导体层)106、p-接触层107。使用了甲硅烷(SiH4)作为施主杂质的Si原料，使用了二茂镁(Cp2Mg) 作为受主杂质的Mg原料。将缓冲层102及无掺杂GaN层103分别设为30nm 及3μm。另外，将n-GaN层104、p-GaN层106、及p-接触层107分别设为3μm、 100nm、50nm。使用了InGaN量子阱作为InGaN活性层105，以使发光波长为450nm左右的方式将生长温度设为717℃、将膜厚设为3nm，而进行了外延生长。在所制作的LED器件中从表面侧分别在n-GaN层104上形成了n 电极108、在p-接触层107上形成了p电极109。将LED的尺寸设为0.8mm。
此外，将具有偏离角的ScAlMgO4基板101的偏离角分别设为(θa，θb)＝(0.1°，0.1°)、(0.4°，0.1°)、(0.8°，0.1°)、(0.4°，0°)、(0°，0.1°)。图12 中示出所制作的LED的注入电流时的光输出特性(I-L特性)。图12中还示出了作为以往例的(θa，θb)＝(0°，0°)的ScAlMgO4基板的特性。根据图12可知，在使用具有偏离角的ScAlMgO4基板来制作LED器件的情况下，发光特性与以往的LED器件相比，示出了良好的I-L特性。另外，与ScAlMgO4基板的主表面仅具有偏离角a或偏离角b中的某一个的情况相比，对于具有合成偏离角(偏离角a及偏离角b)的LED器件，确认了更良好的光输出。对于具有合成偏离角的LED器件，在实施方式3中设为优选的范围内，即在ScAlMgO4基板的主表面具有满足0.2°≤|θa|≤0.6°及0.1°≤|θb|＜0.4°的偏离角(θa，θb)＝(0.4°，0.1°)的情况下，确认了LED的最强的发光。根据以上内容能够确认，主表面具有上述的偏离角的ScAlMgO4基板在高性能器件的制作中是非常有用的。
此外，在上述内容中，通过LED确认了III族氮化物半导体装置的性能，但对于激光二极管(LD)，也能够通过使用上述的RAMO4基板，来同样地实现高性能化。另外，对于电子器件，如图8所示，也能够制作具备位错密度较小的高品质的III族氮化物半导体层的器件，因此能够实现高性能化。
工业实用性
本发明的具有偏离角的基板可作为相对于III族氮化物半导体晶格失配较小，且能够制作高品质的III族氮化物半导体膜的异质基板。另外，通过在基板上制作III族氮化物器件，能够提供高品质、高性能的III族氮化物器件。

Claims (8)

1.RAMO4基板，是由通式RAMO4所表示的单晶体构成的RAMO4基板，通式中，R表示从Sc、In、Y、及镧系元素中选择的一个或多个三价元素，A表示从Fe(III)、Ga、及Al中选择的一个或多个三价元素，M表示从Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn、及Cd中选择的一个或多个二价元素，其特征在于，
所述RAMO4基板的主表面具有从C面相对于M轴方向倾斜θa°的偏离角a，并满足0.05°≦|θa|≦0.8°，
且，所述RAMO4基板的主表面具有从C面相对于A轴方向倾斜θb°的偏离角b，并满足0.05°≦|θb|≦0.4°。
2.如权利要求1所述的RAMO4基板，其特征在于，
所述RAMO4基板的主表面具有分别满足0.2°≦|θa|≦0.6°及0.1°≦|θb|≦0.4°的所述偏离角a及所述偏离角b。
3.如权利要求2所述的RAMO4基板，其特征在于，
θb≠0.4°。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的RAMO4基板，其特征在于，
所述通式中的R为Sc、A为Al、M为Mg。
5.如权利要求1～3中任意一项所述的RAMO4基板，其特征在于，
在所述主表面上配置III族氮化物半导体。
6.如权利要求5所述的RAMO4基板，其特征在于，
所述III族氮化物半导体为GaN。
7.III族氮化物半导体装置，其特征在于，具备：
权利要求1～6中任意一项所述的RAMO4基板；以及
III族氮化物半导体元件，配置在所述RAMO4基板上。
8.如权利要求7所述的III族氮化物半导体装置，其特征在于，
所述III族氮化物半导体元件是光学器件或电子器件。
CN201810467353.0A 2017-05-24 2018-05-16 Ramo4基板及氮化物半导体装置 Active CN108963042B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-102862 2017-05-24
JP2017102862A JP6858640B2 (ja) 2017-05-24 2017-05-24 ＳｃＡｌＭｇＯ４基板及び窒化物半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108963042A CN108963042A (zh) 2018-12-07
CN108963042B true CN108963042B (zh) 2022-07-26

Family

ID=64401476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810467353.0A Active CN108963042B (zh) 2017-05-24 2018-05-16 Ramo4基板及氮化物半导体装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10411154B2 (zh)
JP (1) JP6858640B2 (zh)
CN (1) CN108963042B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7182262B2 (ja) * 2018-12-10 2022-12-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｒａｍｏ４基板およびその製造方法、ならびにｉｉｉ族窒化物半導体
WO2023214590A1 (ja) * 2022-05-06 2023-11-09 株式会社福田結晶技術研究所 高品質・低コストＧａＮ自立基板の製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000156348A (ja) * 1998-09-16 2000-06-06 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体基板及びそれを用いた窒化物半導体素子
CN101932756A (zh) * 2008-01-31 2010-12-29 罗姆股份有限公司 ZnO类基板及ZnO类基板的处理方法、以及ZnO类半导体元件
CN103180972A (zh) * 2010-11-02 2013-06-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有提高的提取效率的发光装置
CN107230662A (zh) * 2016-03-25 2017-10-03 松下知识产权经营株式会社 Ramo4基板

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4131293B2 (ja) 2004-04-02 2008-08-13 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体素子
JP2009029688A (ja) * 2007-06-28 2009-02-12 Rohm Co Ltd ＺｎＯ系基板及びＺｎＯ系基板の処理方法
JP2009043920A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Rohm Co Ltd ｐ型ＭｇＺｎＯ系薄膜及び半導体発光素子
TW200933754A (en) * 2007-08-27 2009-08-01 Rohm Co Ltd Zno-based thin film and semiconductor element
JP5392885B2 (ja) * 2007-11-22 2014-01-22 ローム株式会社 ＺｎＯ系半導体素子
WO2012050888A2 (en) * 2010-09-28 2012-04-19 North Carolina State University Gallium nitride based structures with embedded voids and methods for their fabrication
JP6514915B2 (ja) 2014-02-28 2019-05-15 国立大学法人東北大学 単結晶基板の製造方法およびレーザ素子の製造方法
US10202710B2 (en) * 2014-03-03 2019-02-12 Osaka University Process for producing group III nitride crystal and apparatus for producing group III nitride crystal

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000156348A (ja) * 1998-09-16 2000-06-06 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体基板及びそれを用いた窒化物半導体素子
CN101932756A (zh) * 2008-01-31 2010-12-29 罗姆股份有限公司 ZnO类基板及ZnO类基板的处理方法、以及ZnO类半导体元件
CN103180972A (zh) * 2010-11-02 2013-06-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有提高的提取效率的发光装置
CN107230662A (zh) * 2016-03-25 2017-10-03 松下知识产权经营株式会社 Ramo4基板

Also Published As

Publication number Publication date
CN108963042A (zh) 2018-12-07
JP6858640B2 (ja) 2021-04-14
US10411154B2 (en) 2019-09-10
JP2018197179A (ja) 2018-12-13
US20180342644A1 (en) 2018-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5838523B2 (ja) 半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）ＮまたはＩＩＩ族窒化物の結晶
US9343525B2 (en) Aluminum nitride substrate and group-III nitride laminate
JP5638198B2 (ja) ミスカット基板上のレーザダイオード配向
JP4622447B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物結晶基板の製造方法
TWI404122B (zh) 增進半-極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ藉由金屬有機化學氣相沈積生長之方法
WO2012043885A1 (ja) Iii族窒化物半導体素子製造用基板の製造方法、iii族窒化物半導体自立基板またはiii族窒化物半導体素子の製造方法、およびiii族窒化物成長用基板
CN108963042B (zh) Ramo4基板及氮化物半导体装置
JPH07201745A (ja) 半導体ウェハ及びその製造方法
JP6266742B1 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体基板、及び、ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法
US10032958B2 (en) Seed crystal substrates, composite substrates and functional devices
US20150102358A1 (en) Nitride semiconductor multilayer structure, semiconductor light-emitting device, and method for manufacturing nitride semiconductor multilayer structure
JP2011037704A (ja) Ｉｉｉ族窒化物結晶基板の製造方法
JP2005251961A (ja) Ｉｉｉ族窒化物単結晶ウエハおよびそれを用いた半導体装置の製造方法
JP2015032730A (ja) 窒化物半導体構造およびそれを製造する方法
JP6934802B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体基板、及び、ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法
Ryou Gallium nitride (GaN) on sapphire substrates for visible LEDs
JP2018100213A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体基板、及び、ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法
JP2019085290A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体基板
JP2007186361A (ja) 半導体層成長用基板およびそれを用いた半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Osaka, Japan

Patentee after: Panasonic Holding Co.,Ltd.

Address before: Osaka, Japan

Patentee before: Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder