CN1964088A - Ⅲ族氮化物半导体基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供确保基板加热时的面内匀热性及基板操作容易的III族氮化物半导体基板。在作为III族氮化物半导体基板的GaN基板(1)的外周形成OF部(2)。GaN基板(1)的III族极化面(4)外周侧的倒角部(6)为GaN基板(1)的圆弧部，在OF部(2)没有倒角。GaN基板(1)氮极化面(5)侧外周的倒角部(7)，形成于GaN基板(1)的包括OF部(2)的整个外周，倒角部(7)的倒角角度θ2为大于30°且小于等于60°。通过将氮极化面(5)侧倒角部(7)的倒角角度θ2扩大成上述范围，容易地用镊子等抓起GaN基板(1)，且扩大外延生长时与基座接触的氮极化面(5)面积，从而基板加热时面内匀热性良好。

Description

III族氮化物半导体基板
技术领域
本发明涉及紫外光～蓝色光的半导体激光器或短波长发光二极管等的外延生长所适宜的III族氮化物半导体基板。
背景技术
关于实用的氮化镓(GaN)基板，已知如图7所示形状的基板(参照专利文献1：特开2002-356398号公报)。图7(a)为从III族极化面侧观察的平面图；图7(b)为从氮极化面侧观察的平面图；图7(c)为C倒角时所对应的同图(a)的A-A’线扩大截面图；图7(d)为R倒角时所对应的同图(a)的A-A’线扩大截面图。圆形的GaN基板20上设置有用来表示任意的晶体方位的配向平面(以下简称为OF)22、以及用来在透明的GaN基板20上也能够容易地辨别里外的索引平面(以下简称为IF)。并且，还记载了除OF22、IF23以外，在GaN基板20的整个外周具有倒角部21，倒角部21的形状为θ＝5°～30°的C倒角、或者半径0.1mm～0.5mm的R倒角，从而可以防止GaN基板20破碎，进而可以强调GaN基板20的轮廓。
如果在未实施倒角(将C倒角、R倒角统称为倒角)的硅基板上进行气相外延生长，则在硅基板外周部产生被称为“边缘冠(edge crown)”的外延膜增进生长部，因此需要在硅基板上实施倒角(例如参照专利文献2：特开平7-226349号公报)。
并且，在半导体基板上制作器件时，需要用显微镜观察OF，或者用光学传感器检测OF，来对特定的晶体方位对准角度。已知为了正确地进行这种光学对准角度的操作，而仅在OF部未实施倒角处理的半导体基板(例如参照专利文献3：特开2000-68171号公报)。
发明内容
采用有机金属气相生长法等在III族氮化物半导体基板上进行外延生长。此时，通常在碳基材上实施有碳化硅涂层的基座上安装III族氮化物半导体基板来进行生长。基座上形成有与基板同一尺寸的圆形凹部(收纳部)，在该凹部设置基板。但是，在使用上述图7所示的以往结构的基板20的情况下，在生长过程中，基板20在所述凹部内旋转，使得基板20的圆弧部与OF22或IF23的边界部的角部、或者C倒角部21的角部接触到基座凹部的碳化硅涂层的内壁面，导致受损。如果基座的碳化硅涂层受损而被剥离，则例如使用氨作为III族氮化物半导体外延生长时的氮源时，基座基材的碳被腐蚀，成为附着在基板表面阻碍生长的粒子的产生原因。
此外，当倒角部21的角度θ小至5°～30°时，为了容易地用镊子抓起基板20，需要扩大倒角宽度，如果扩大倒角宽度，则基板20的背面与基座的基础面积变小，在生长时加热基板20之际，基板20内的匀热性变差，导致生长层组成的面内均匀性变差。
在上述的专利文献2中，如果不对硅基板实施倒角，则产生边缘冠，但本发明人等在对于III族氮化物半导体基板进行气相外延生长时也确认有同样的现象，因此想到了对于III族氮化物半导体基板也需要进行倒角处理。并且，如果基板上没有施加倒角，则有可能在基板外周部产生碎裂，因此适宜在不妨碍OF观察的部分尽量施加倒角。进而，如果没有在OF部的背面施加倒角，则无法从OF部使用镊子抓起基板，还存在作业性差的问题。
本发明就是鉴于上述课题而进行，目的为提供在确保基板加热时的面内匀热性的同时，容易操作基板的III族氮化物半导体基板。另外，本发明的目的是提供一种在外延生长时不对基座带来伤害，并且基板周边部不易产生边缘冠或碎裂的III族氮化物半导体基板。
发明一是一种III族氮化物半导体基板，其为在基板圆弧部的III族极化面和氮极化面的两面侧具有倒角的III族氮化物半导体基板，其中，所述氮极化面侧的倒角部，是在所述基板的包括配向平面部的整个外周以大于30°且小于等于60°的角度实施的倒角。
发明二是如发明一所述的III族氮化物半导体基板，其中，在所述配向平面部的全部或者一部分，所述III族极化面与所述配向平面部的配向平面的面正交。
发明三是如发明一或二所述的III族氮化物半导体基板，其中，所述基板的圆弧部的侧面与所述配向平面部的边界部分平滑地相连而没有棱角。
发明四是如发明一～三中的任一项所述的III族氮化物半导体基板，其中，在所述基板圆弧部的侧面，所述III族极化面侧的倒角部与所述氮极化面侧的倒角部是由平滑的曲面相连。
发明五是如发明一～四中的任一项所述的III族氮化物半导体基板，其中，在所述配向平面部的全部或者一部分，所述配向平面与所述氮极化面侧的所述倒角部是由平滑的曲面相连。
发明六是如发明一～五中的任一项所述的III族氮化物半导体基板，其中，所述基板是由GaN、AlN或InN中的任意一种形成。
根据发明一，通过增大氮极化面侧的倒角角度，使倒角宽度变窄，这样在基板上外延生长时，可扩大与基座接触的面积，因此基板加热时的面内匀热性良好。另外，由于在包括配向平面部的氮极化面侧的整个外周实施有大角度倒角，因此从基板的任意方向都容易用镊子抓起，基板的操作变得容易。
根据发明二，在配向平面部的至少一部分，III族极化面和配向平面的面正交，另一方面，在氮极化面侧则整个配向平面部实施了倒角处理，因此即使不形成索引平面或槽口等，也可以根据配向平面部的倒角状态来容易地辨别基板的表背面。
根据发明三～五，通过形成配向平面部或倒角部，在基板侧面不产生有棱角部分或尖锐的部分而成为平滑地相连的形状，因此在外延生长时不会对基座带来伤害，并且基板外周部也不易产生碎裂。
附图说明
图1表示本发明III族氮化物半导体基板的第一个实施方式及实施例1，(a)为从III族极化面侧观察的平面图；(b)为从氮极化面侧观察的平面图。
图2是图1(a)的C-C’线扩大截面图。
图3是图1(a)的D-D’线扩大截面图。
图4是图1(a)的E部的扩大斜视图。
图5表示本发明III族氮化物半导体基板的第二个实施方式及实施例2，(a)为从III族极化面侧观察的平面图；(b)为从氮极化面侧观察的平面图。
图6是图5(a)的F部的扩大斜视图。
图7表示以往的III族氮化物半导体基板的形状，(a)为从III族极化面侧观察的平面图；(b)为从氮极化面侧观察的平面图；(c)为C倒角时所对应的同图(a)的A-A’线扩大截面图；(d)为R倒角时所对应的同图(a)的A-A’线扩大截面图。
图中，1是GaN基板；2是OF部；3是OF面：4是III族极化面；5是氮极化面；6是III族极化面侧的倒角部；7是氮极化面侧的倒角部；8是曲面；9是曲面；10是倒角部；21是倒角部；22是OF；23是IF。
具体实施方式
下面，使用附图说明本发明涉及的III族氮化物半导体基板的实施方式。
以GaN为首的III族氮化物半导体的稳定相为纤锌矿型结构，但是纤锌矿型结构对于C面不具有双重对称性。从而，当晶胞的一端由III族原子终止时，另一方则由氮原子终止。通常将由III族原子终止的面叫做III族极化面(+C面)，将由氮原子终止的面叫做氮极化面(-C面)。虽然III族极化面热化学性稳定，但氮极化面热化学性不稳定。从而，在III族氮化物半导体基板上进行外延生长时，通常是在III族极化面上进行，III族极化面成为所谓的表面，而氮极化面成为所谓的背面。
图1表示第一个实施方式的GaN基板1，图1(a)为从III族(镓)极化面4侧观察GaN基板1时的平面图，图1(b)为从氮极化面5侧观察GaN基板1时的平面图。III族(镓)极化面4是(0001)面，氮极化面5是(000-1)面。
GaN基板1是圆形的自立基板，其外周形成有用来显示晶体方位的配向平面(OF)部2。GaN基板1的III族极化面4侧的外周上具有实施了倒角的倒角部6(图1(a))。III族极化面4侧的倒角部6，呈GaN基板1的圆弧部，OF部2则没有实施倒角。另外，GaN基板1的氮极化面5侧的外周上也具有实施了倒角的倒角部7(图1(b))。氮极化面5侧的倒角部7，形成于GaN基板1的包括OF部2的整个外周。
III族极化面4侧的倒角部6的倒角角度θ1，如图2即图1(a)的C-C’线扩大截面图所示，在5°～30°的范围形成。此外，氮极化面5侧的倒角部7的角度θ2，则在大于30°且小于等于60°的范围形成。之所以使III族极化面4侧的倒角部6的角度θ1处于5°～30°的范围，是因为可以抑制在GaN基板1的III族极化面4按照MOVPE法等进行外延生长时产生的边缘冠。并且，之所以使氮极化面5侧的倒角部7的倒角角度θ2处于大于30°且小于等于60°的范围，是因为在赋予容易地用镊子等抓起GaN基板1这种特性的条件下，尽量扩大外延生长时与基座接触的氮极化面5的接触面积。
在GaN基板1的圆弧部侧面，如图2所示，III族极化面4侧的倒角部6和氮极化面5侧的倒角部7之间被磨削成由曲面8平滑地连接。并且，在GaN基板1的OF部2的侧面，如图3即图1(a)的D-D’线扩大截面图所示，氮极化面5侧的倒角部7和OF部2的OF面3之间被磨削成由曲面9平滑地连接。这样，由倒角产生的棱角部由平滑的曲面8、9连接，因此在使用基板时可以防止基板1破碎，在外延生长时不会对基座带来伤害。
图4表示图1(a)的E部，即基板1圆弧部和OF部2的边界部附近的扩大斜视图。如图4所示，通过以由曲面8、9连接的形状进行倒角处理，在GaN基板1的圆弧部侧面和OF部2的边界部分，减少了直线状有棱角的边界部和棱线部，成为平滑度得以提高的形状。当然，也可以对该边界部分实施磨削和倒角处理，除去有棱角的边界部和棱线部，来制成更加平滑地连接的形状。
接着，说明本发明的第二实施方式。该第二实施方式的GaN基板1，如图5和图6所示，对于上述第一实施方式的GaN基板1进一步实施倒角处理而得到。图5(a)为从III族(镓)极化面4侧观察GaN基板1时的平面图，图5(b)为从氮极化面5侧观察GaN基板1时的平面图，图6是图5(a)的F部扩大斜视图。
在第一实施方式的GaN基板1中，没有对III族极化面4侧的整个OF部2实施倒角处理，但在第二实施方式中，是仅在OF部2的一部分不实施倒角处理。即，在第二实施方式的GaN基板1中，对于上述第一实施方式的GaN基板1，在III族极化面4和OF面3正交的OF部2的两端部分，通过磨削分别形成倒角部10。之所以进一步形成倒角部10，是为了极力减少根据外延生长在GaN基板1上产生边缘冠的未实施倒角处理的部分。
在上述实施方式中，由于在整个或者一部分OF部2上，III族极化面4和OF面3正交，因此在GaN基板1上制作器件时，可以用显微镜等精度良好地检测出显示特定晶体方位的OF，能够正确地对准光学角度。并且在上述实施方式的基板1上，存在未对III族极化面4侧的OF部2实施倒角处理的部分，而氮极化面5侧在整个周围实施了倒角处理，因此可以由此辨别表和背，无需形成IF。
但是，由于未在III族极化面4侧的OF部2的整个或者一部分实施倒角处理，所以在没有实施倒角处理的部分容易产生碎裂。例如，当OF面3为(11-20)面或者与其等价的面时，与OF面3为正交关系的(10-10)面或者与其等价的面，对于GaN等具有纤锌矿型结构的III族氮化物晶体来说，是最容易解理的面，如果在OF部2产生碎裂，则容易以其作为起点导致基板破裂。从而，优选使(10-10)面或者与其等价的面成为OF面3。
在上述实施方式中，自立型GaN基板1，可以采用HVPE(Hydride VaporPhase Epitaxy)法、MOC(Metal Organic Chloride)法、MOVPE(Metal OrganicChemical Vapor Deposition)法等制作。
另外，在上述实施方式中，作为III族氮化物半导体基板，举出GaN基板进行了说明，但本发明同样还可以适用于AlN基板或InN基板。
下面，说明本发明的具体实施例。
实施例1
首先，制作GaN的单晶基板。方法是使用空隙形成剥离法(YuichiOSHIMA et al.Japanese Journal of Applied Physics Vol.42(2003)pp.L1-L3)，在直径62.5mm的蓝宝石基板上生长直径56mm的GaN基板600μm，从蓝宝石基板剥离GaN晶体。对于这样得到的GaN晶体的自立基板，以III族极化面、氮极化面的顺序进行镜面研磨，得到厚度400μm的双面研磨GaN基板。进而，磨削双面研磨GaN基板的外形，整理成为直径2英寸的圆形。
接着，对于得到的直径2英寸的圆形GaN基板1，如图1～图4所示，将其氮极化面5侧的外周部通过磨削制成C倒角。此时，制成C倒角的倒角部7的倒角角度θ2为45°。接着，将III族极化面4侧的外周部通过磨削制成C倒角。此时，制成C倒角的倒角部6的倒角角度θ1为18°。进而，通过磨削对曲面8实施倒角处理，以使III族极化面4侧的倒角部6和氮极化面5侧的倒角部7在GaN基板1的整个周围由平滑的曲线相连。
对于该进行了倒角处理的GaN基板1进行X射线衍射测定，确认<10-10>方向，通过磨削磨出(10-10)面，将(10-10)面作为OF面3。此时，OF长度((0001)面与(10-10)面正交的交线的长度)为17mm。然后，对OF部2的氮极化面5侧以θ2＝45°实施C倒角处理，进而对曲面9实施倒角处理，以使进行了C倒角处理的倒角部7与OF面3之间由平滑的曲线相连。这样，就得到图1～图4所示的GaN基板1。
实施例2
对于由实施例1得到的GaN基板1，进一步从III族极化面4侧的OF部2的两端形成分别以5mm对OF部2的III族极化面4侧进行倒角处理的倒角部10，OF部2中未实施倒角处理的区域即OF长度留出了7mm。这样，就得到图5和图6所示的GaN基板1。
如实施例2，之所以留出OF部2的OF长度7mm来进行倒角处理，是因为未进行倒角处理的部分在外延生长后会产生边缘冠，因此优选极力进行倒角处理。另一方面，使用所得到GaN基板1制作激光二极管等器件的情况，将晶体方位精密地对准于期望方向时，如果要参照的OF长度最低还不到7mm左右，则难以精密地对准晶体方位。

Claims (6)

1.一种III族氮化物半导体基板，其为在基板圆弧部的III族极化面和氮极化面的两面侧具有倒角的III族氮化物半导体基板，其特征在于，所述氮极化面侧的倒角，是在所述基板的包括配向平面部的整个外周以大于30°且小于等于60°的角度实施的倒角。
2.权利要求1所述的III族氮化物半导体基板，其特征在于，在所述配向平面部的全部或者一部分，所述III族极化面与所述配向平面部的配向平面的面正交。
3.权利要求1或2所述的III族氮化物半导体基板，其特征在于，所述基板的圆弧部的侧面与所述配向平面部的边界部分是平滑地相连而没有棱角。
4.权利要求1～3中的任一项所述的III族氮化物半导体基板，其特征在于，在所述基板圆弧部的侧面，所述III族极化面侧的倒角部与所述氮极化面侧的倒角部是由平滑的曲面相连。
5.权利要求1～4中的任一项所述的III族氮化物半导体基板，其特征在于，在所述配向平面部的全部或者一部分，所述配向平面与所述氮极化面侧的所述倒角部是由平滑的曲面相连。
6.权利要求1～5中的任一项所述的III族氮化物半导体基板，其特征在于，所述基板是由GaN、AlN或InN中的任意一种形成。
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