TW201109488A - Group-iii nitride crystal substrate, group-iii nitride crystal substrate with epitaxial layer, semiconductor device, and method for manufacturing same - Google Patents

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201109488 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種第III族氮化物結晶基板、附磊晶層之 第III族氮化物結晶基板、以及半導體裝置及其製造方法， 尤其係關於一種較適合用作製作半導體裝置時之半導體層 之蟲晶結晶成長用基板的第ΙΠ族氮化物結晶基板。 【先前技術】 眾所周知，近年來，製作利用氮化物半導體結晶（例如 第III族氮化物結晶）之各種半導體裝置，且製作氮化物半 導體發光裝置（例如第III族氮化物半導體發光裝置）作為此 種半導體裝置之典型例。 於氮化物半導體裝置之製作中，通f於基板上使複數個 氮化物半導體層（例ΜϊΠ族氮化物半導體層）結晶成長為 磊晶。蟲晶成長之氮化物半導體層之結晶品質受其蟲晶成 長中所使用之基板之表面層狀態所影響，且對包含該^化 物半導體層之半導體裝置之性能產生影響。因此^使用 氮化物半導料此縣板之情料，較理想 成為蟲晶成長之基底之基板的主表面不含應變且較為平滑^ 即，蟲晶成長中所使用之氮化物半導體基板之主 常於進行其平滑化處理之同時進行應變去除處理。此時， 於化合物半導體中’氮化鎵系半導體相對較 ::::滑化處理，其平滑化處理後之應變去除心 揭示有 於美國專利第6596079號說明書（專利文獻）中 146180.doc 201109488 如下方法：由在（AlGaln)N晶種上藉由氣相磊晶而培育成 之（AlGaln)N大塊結晶（bulk crystal)來製作基板時，對經機 械研磨之基板表面實施 CMP(Chemical Mechanical Polishing， 化學機械研磨）或蝕刻等，藉此去除表面損壞，形成具有1 nm以下之RMS (Root Mean Square，均方根）表面粗糙度之 基板面。於美國專利第6488767號說明書（專利文獻2)中， 揭示有藉由CMP處理而具有0.15 nm之RMS表面粗糙度之 AlxGayInzN(0<y S 1，x+y+z=l)基板，該 CMP 之處理劑中包 含Al2〇3研磨粒、Si02研磨粒、pH調整劑、及氧化劑。 先前，如上所述，對GaN結晶進行機械研磨後，進行 CMP處理或乾式蝕刻，藉此去除機械研磨時之加工變質 層，而獲得基板面經精加工之GaN基板。然而，CMP處理 之處理速度較慢，於成本及生產性方面存在問題。又，於 乾式蝕刻中會產生表面粗糙度之問題。 即，Si基板之利用CMP之精加工方法及該方法中之研磨 劑不適合於硬質之氮化物半導體基板，會降低表面層之去 除速度。尤其是GaN化學性穩定，難以進行濕式蝕刻，故 不容易進行CMP處理。又，雖可藉由乾式蝕刻而去除氮化 物半導體表面，但未有使其表面沿水平方向平坦化之效 果，因此無法獲得表面平滑化。 又，如上所述，為了於基板之主表面上磊晶成長良好結 晶質之化合物半導體層，必需使用具有加工損壞少、應變 少之良好結晶品質之表面層的基板面。然而，基板主表面 上所必需之表面層之結晶品質尚不明了。 146180.doc 201109488 因此’於曰本專利特開2007_005526號公報（專利文獻3) 中提出有：關於氮化物結晶基板及使用該基板之半導體裝 置’對GaN結晶或A1N結晶進行機械研磨後，於預定條件 下進行CMP ’藉由改變來自基板之結晶表面之X射線穿透 深度的X射線繞射測定而評價之結晶之表面層之均勻應 變、非均勻應變及面方位偏移中之至少一者為預定範圍内 的氮化物結晶基板適合於製造半導體裝置。 先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1 :美國專利第6596079號說明書 專利文獻2:美國專利第6488767號說明書 專利文獻3:曰本專利特開2〇〇7_〇〇5526號公報 【發明内容】 發明所欲解決之問題 此處，上述美國專利第6596079號說明書（專利文獻丨）、 美國專利第6488767號說明書（專利文獻2)及曰本專利特開 2〇〇7-0〇5526號公報（㈣文獻3)巾㈣r基板均為六方 晶系纖鋅礦型之第ΙΠ族氮化物結晶，其主表面為（〇〇〇ι) 面。因此，於該結晶基板之主表面上开》成蟲晶成長之至少 1層半導體層的半導體裝置即發光裝置中，半導體層之主 表面亦為_1)面，該（00(H)面係於該面之法線方向上極 性產生變化之極性面’故由於因該極性之壓電極化而產生 里子封入史塔克效應（Stark effect)，隨著電流注入量增 加的發光之藍移（blueshift)變大，發光強度下降。 曰 146180.doc 201109488 另一方面，為了製造發光之藍移得到抑制之發光裝置， 必需降低用於製造發光裝置之基板之主表面之極性，即， 將基板之主表面設為（0001)面以外之面。 然而，關於適合於製造發光之藍移得到抑制之發光裝置 的基板’其主表面之面方位、其主表面之面粗糙度、其表 面層之結晶性等完全不明。 因此，本發明之目的在於提供一種適合於製造發光之藍 移得到抑制之發光裝置的第m族氮化物結晶基板、附磊晶 層之第III知氛化物結晶基板、以及半導體裝置及且製造方 法。 解決問題之技術手段 根據本發明之一實施形態，第出族氮化物結晶基板於由 不僅滿足第III族氮化物結晶基板之任意之特定平行晶格面 之X射線繞射條件，而且使來自結晶基板之主表面之乂射 線穿透深度變化的X射線繞射測定而獲得之特定平行晶格 面之面間隔中，以由〇_3 μιΏ之χ射線穿透深度下之面間隔 di與5 μιη之X射線穿透深度下之面間隔d2而獲得之丨di_d2|/d2 之值所表不的結晶基板之表面層之均勻應變為丨％以 下’並且主表面之面方位自結晶基板之（〇〇〇1)面或（〇〇〇ι) 面朝<10-1 0>方向傾斜10。以上且80。以下。 根據本發明之另一實施形態，第ΙΠ族氮化物結晶基板於 由不僅滿足第III族氮化物結晶基板之任意之特定平行晶格 面之X射線繞射條件，而且使來自結晶基板之主表面之X 射線穿透深度變化的X射線繞射測定而獲得之特定平行晶 146180.doc • 6 - 201109488 格面之繞射強庚八士 又刀布中’以由〇·3 μηι之X射線穿透深度下 射強度波峰之半值寬ν丨與5 μπι之X射線穿透深度下之 射強度波峰之半值寬V2而獲得之丨丨之值所表示的結 ' 曰曰曰基板之表面層之非均勻應變為130 arcsec以T，並且主 . 表面之面方位自結晶基板之（0001)面或（000-1)面朝<10_ 1〇>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下。 根據本發明之進而另一之實施形態，第ιπ族氮化物結晶 基板於對於第111族氮化物肖晶基板之任意之特定平行晶格 面之X射線繞射，改變來自結晶基板之主表面之χ射線穿 透/未度而測疋之搖擺曲線中，以由〇 3 之X射線穿透深 度下之繞射強度波夸之半值寬w 1與5 μιη之χ射線穿透深度 下之繞射強度波峰之半值寬％而獲得之1W1_W2丨之值所表示 的結晶基板之表面層之特定平行晶格面之面方位偏移為 350 arcsec以下，並且主表面之面方位自結晶基板之（〇〇〇1) 面或（000-1)面朝<1〇_1〇>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下。 關於上述第in族氮化物結晶基板，第m族氮化物結晶基 板之主表面可具有3 nm以下之表面粗糙度Ra。又，第ΙΠ族 氮化物結晶基板之主表面之面方位可自結晶基板之（2〇· ' 21)面、U0-11}面、{20-2-1}面及{10-1-1}面中之任一面傾 • 斜±4°以内。此處，主表面之面方位相對於結晶基板之 {20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面及[l〇_M}面中之任一 面的傾斜角之絕對值未達0.1°，實質上為平行。又，主表 面之面方位自結晶基板之{20-21}面、{10-Η }面、{2〇_2 1}面及{10-1 -1}面中之任一面之傾斜角之絕對值可設為 U6J80.doc 201109488 〇·1°以上且4。以下。又，可將存在於第in族氮化物結晶基 板之主表面上之氧之濃度設為2原子％以上且16原子。/〇以 下。又’可將第III族氮化物結晶基板之主表面之錯位密度 設為lxlO7 cm·2以下。又，可將第IU族氮化物結晶基板之 直控設為40 mm以上且15 0 mm以下。又，特定平行晶格面 可不平行於主表面，且平行於（10_10)面、（1〇_u)面、（1〇_ 13)面、（Π-20)面、（11_22)面、（11-24)面、（10-1-1)面、 (10-1-3)面、（11 _2-2)面及（11-2-4)面中之任一面。 根據本發明之進而另一之實.施形態，附磊晶層之第m族 氮化物結晶基板包含於上述第m族氮化物結晶基板之主表 面上藉由蟲晶成長而形成之至少1層半導體層。 根據本發明之進而另一之實施形態，半導體裝置包括上 述附磊晶層之第III族氮化物結晶基板。關於上述半導體裝 置，上述附磊晶層之第m族氮化物結晶基板中所包含之半 導體層可包含發出峰值波長為430 nm以上且550 以下之 光的發光層。 根據本發明之進而另一之實施形態，半導體裝置之製造 方法匕括如下步驟.準備結晶基板，該結晶基板於由不僅 滿足第III族氮化物結晶基板之任意之特定平行晶格面之χ 射線繞射條件，而且使來自結晶基板之主表面之X射線 透深度變化的X射線繞射敎而獲得之特定平行晶格面 面間隔中，以由0.3 射線穿透深度下之面間隔_ μηι之X射線穿透深度下之面 所表示的結晶基板之表面層 間隔1而獲得之|di_d2|/d2之值 之均勻應變為1 ·9χ1 (Γ3以下， 146180.doc 201109488 主表面之面方位自結晶基板之（〇〇〇1)面或（〇〇〇1)面朝 1〇>方向傾斜10。以上且80。以下；以及於該結晶基板之主 表面上磊晶成長至少丨層半導體層’藉此形成附磊晶層之 第III族氮化物結晶基板。 根據本發明之進而另一之實施形態，半導體裝置之製造 方法包括#下步驟“準備結晶基板作為基板，3結晶基板 於由不僅滿足第III族氮化物結晶基板之任意之特定平行晶 格面之X射線繞射條件，而且使來自結晶基板之主表面之 X射線穿透深度變化的x射線繞射測定而獲得之特定平行 晶格面之繞射強度分布中，以由〇3 μηΐ2Χ射線穿透深度 下之繞射強度波峰之半值寬V丨與5㈣之X射線穿透深度下 之繞射強度波峰之半值寬V2而獲得之丨Vi_V2丨之值所表示的 結晶基板之表面層之非均勻應變為13〇 arcsec以下，主表 面之面方位自結晶基板之（0001)面或（000-1)面朝<；1〇_10> 方向傾斜10。以上且8〇。以下；以及於該結晶基板之主表面 上磊晶成長至少1層半導體層，藉此形成附磊晶層之第ιπ 族氮化物結晶基板。 根據本發明之進而另一之實施形態，半導體裝置之製造 方法匕括如下步驟.準備結晶基板作為基板，該結晶基板 於對於第III族氮化物結晶基板之任意之特定平行晶格面之 X射線繞射，改變來自結晶基板之主表面之χ射線穿透深 度而測定之搖擺曲線中，以由〇·3 μιη之χ射線穿透深度下 之繞射強度波峰之半值寬Wi與5 μη1之χ射線穿透深度下之 繞射強度波峰之半值寬W而獲得之|w]-W2|之值所表示的結 146180.doc 201109488 曰曰基板之表面層之特定平行晶格面之面方位偏移為3 5 〇 arcsec以下’主表面之面方位自結晶基板之（〇〇〇1)面或 (000-1)面朝<1〇_1〇>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下；以及於 該結晶基板之主表面上磊晶成長至少丨層半導體層，藉此 形成附遙晶層之第III族氮化物結晶基板。 於上述半導體裝置之製造方法中的形成附磊晶層之第m 族氮化物結晶基板之步驟中，上述半導體層包含發光層， 發光層可以發出峰值波長為430 nm以上且550 nmw下之光 的方式而形成。又，於上述半導體裝置之製造方法中，上 述第III族氮化物結晶基板之特定平行晶格面可不平行於主 表面，且平行於（10_10)面、（1〇11)面、（1〇13)面、 20)面、（11-22)面、（11_24)面、。面、（1(M_ ”面、 (11-2-2)面及（11-2-4)面中之任一面。 發明之效果 根據本發明，可提供一種適合於製造光之藍移得到抑制 且發光強度增大之發光裝置的第m族氮化物結晶基板、附 磊晶層之第III族氮化物結晶基板、以及半導體裝置及其製 造方法。 【實施方式】 [第111族氮化物結晶基板] 於結晶幾何學上， (hkil)等之表示（密勒表示 為了表示晶面之面方位而使用（hld)或 第ΠΙ族氮化物結晶等六 (hkil)表示。此處，h、 形成第III族氮化物結晶基板之 方晶系結晶之晶面之面方位係以 k、1及1為稱作密勒指數（Miller 146180.doc •】0· 201109488 indices)之整數，且具有丨=_(11+]〇之關係。將該面方位（hkil) 之面稱作（hku)面。於本說明書中，將個別面方位以（hkil) 表示’且將包括（hkil)及於結晶幾何學上與其等價之面方 位的總稱之面方位以表示。又，將個別方向以 表示，且將包括[hkil]及於結晶幾何學上與其等價之方向 的方向以<hkil>表示。又，關於負指數，結晶幾何學上通 常將「-」（bar)附加於表示指數之數字上來表示，於本說 明書中’係於表示指數之數字前附加負之符號㈠來表示。 此處’第III族氮化物結晶由於在<〇〇〇1>方向上第⑴族 元素原子面及氮原子面交替排列，故於<〇〇〇丨 > 方向上具有 極性。於本申請案中，以第ΠΙ族元素原子面成為（〇〇〇1) 面，氮原子面成為（〇〇(Μ)面之方式設定結晶軸。 於本發明中’藉由使用X射線繞射法，可直接評價第出 族氮化物結晶基板之表面層之結晶性而不會破壞結晶。此 處，所謂結晶性之評價，係指評價結晶之應變為何種程 度，具體而言，係指評價晶格之應變、晶格面之面方位偏 移為何種程度。又，於晶格之應變中，有晶格均勻變形之 均勻應變、與晶格不均句變形之非均句應變。所謂晶格面 之面方位偏移，係指各晶格之格子面之面方位自晶格整體 之格子面之面方位之平均方位偏移的偏差之大小。 如圖1所示，第m族氮化物結晶基板丨由於自第m族氮化 物結晶體之切出、藉由研削或研磨等之加工，而自結晶基 板之主表面度方向之表面層1{>中產生 均句應變、非均勾應變及/或面方位偏移(即晶格之均勻應 I46I80.doc 201109488 變、非均勻應變及面應變中之至少一者）。又，於鄰接於 表面層lp之表面鄰接層lq中，亦存在產生晶格之均勻應 變、非均勻應變及/或面方位偏移（即晶格之均勻應變、^ 均勻應變及面方位偏移中之至少一者）的情形（圖】表示產生 晶格之面方位偏移之情形）。進而’一般認為，於較表面 鄰接層lq更内侧之内層lr中，具有其結晶原本之結晶結 構。再者，根據表面加工中之研削或研磨之方法、程产 等，表面層lp、表面鄰接層lq之狀態、厚度有所不同。 此處，自結晶基板之主表面起，於其深度方向上評價晶 格之均勻應變、非均勻應變及/或面方位偏移，藉此可直 接且確實地評價表面層之結晶性。 於本發明中，用以評價第ΙΠ族氮化物結晶基板之表面層 之結晶性的X射線繞射測定係不僅滿足第ΙΠ族氮化物結晶 基板之任意之特定平行晶格面之χ射線繞射條件，而且使 來自結晶基板之主表面之X射線穿透深度變化者。 此處，參照圖1及圖2，所謂任意之特定平行晶格面之繞 射條件，係指由經任意指定之該晶格面使χ射線繞射之條 件，若將Bragg角設為θ、χ射線之波長設為λ、特定平行晶 格面Id之面間隔設為d，則χ射線於滿足6]^以之條件式 (2dsine=ra ’其中η為整數）之晶格面上繞射。 又，所謂X射線穿透深度，係指入射X射線之強度達到 l/e(e為自然對數之底）時之自結晶基板之主表面ls朝垂直 深度方向之距離。參照圖2，該χ射線穿透深度τ係由第m 族氮化物結晶基板1之χ射線之線吸收係數μ、結晶基板之 146180.doc •12- 201109488 主表面IS之傾角χ、對結晶基板之主表面1§的χ射線入射角 ω、Bragg角Θ ’以式（1)之方式來表示。再者，乂軸21位於 由入射X射線11與出射Χ射線12所形成之面内，ω*22(2θ 軸）垂直於由入射X射線u與出射χ射線12所形成之面，沴 轴23垂直於結晶基板之主表面ls。$表示結晶基板之主表 面1 s内之旋轉角。 [數1] τ_ 1 .c〇s^*sin6?»sin(2^-^ β siniy + sin(20-iy) 因此，藉由以滿足上述對特定平行晶格面之繞射條件之 方式來调4 ω及^中之至少任—者，可連續地改變X射 線穿透深度Τ。 再者’為了以滿足特定平行晶格面ld之繞射條件之方式 來連續地改變X射線穿透深度T，必需使該特定平行晶格 面id與結晶基板之主表面ls不平行。若特定平行晶格面與 結晶基板之主表面平行，則特定平行晶格面ld與入射乂射 線η所成之角度θ、和結晶基板之主表面13與入射χ射線u 所成之角度ω變得相同’無法於特定平行晶格面μ中改變 X射線穿透深度。如上所述，對於㈣平行晶格面，除了 使其與結晶基板之主表面不平行以外，並無特別限制，就 ㈣==穿透深度下之x射線繞射進行評價之觀點而 吕’較好的疋使用與（叫。）面、⑽⑴面、（1 ⑴】）面、⑴叫面、⑴，面、⑽〜）面）= 面、面等平行之面，進而的是) I46J80.doc -13· 201109488 使用（1〇-1〇)面、uo-u)面、（10_13)面、（112〇)面、 22)面、⑴_24)面、（1〇小1}面、⑽小3)面、⑴_2 2)面、 (11-2-4)面等。 此處，改變X射線穿透深度而對結晶基板之任意之特定 平行晶格面照射X射線，根據關於該特定平行晶格面之$ 射分布中之面間隔之變化來評價晶格之均勻應變，根據繞 射分布中之繞射波峰之半值寬之變化來評價晶格之非均句 應變，且根據搖擺曲線中之半值寬之變化來評價晶格之面 方位偏移。 又，參照圖6，本發明之第ΠΙ族氮化物結晶基板丨的主表 面Is之面方位自結晶基板之（〇〇〇1)面或（〇〇〇1)面ic，以 以上且8〇。以下之傾斜角Μ^<1〇·1〇>方向傾斜。藉由第⑴ 私氮化物結晶基板之主表面之面方位自（〇〇〇1)面或⑺〇〇 ι) 面1C朝<10_10>方向之傾斜角〇1為1〇。以上則於包含於結 B曰基板之主表面上磊晶成長而成之至少〗層半導體層的半 導體裝置即發光裝置中’半導體層中之發光層之壓電極化 又到抑制，量子封入史塔克效應降低，藉此電洞與電子之 再結合變得容易’發光躍遷機率變高，因此發光裝置之藍 移減小’且發光之積分強度變高。藉由第III族氮化物結晶 基板之主表面之面方位自（0001)面或（000-1)面lc朝<10-1〇>方向之傾斜角α為80。以下，則於包含於結晶基板之主 表面上蟲晶成長而成之至少1層半導體層的半導體裝置即 發光裝置中’半導體層中之發光層之錯位密度變低，因此 可提问發光之積分強度。就該觀點而言，主表面之面方位 146180.doc 14 201109488 自第III族氮化物結晶基板中之（0001)面或（〇〇〇1)面1(1朝 <10-10>方向之傾斜角（^較好的是16。以上且8〇。以下，更好 的疋45。以上且79。以下’進而好的是63。以上且79。以下。 此處’主表面自（〇〇〇1)面或（0004)面朝<1〇_1〇>方向之傾 斜角α可藉由X射線繞射法等進行測定。 (實施形態1) 參照圖1、圖2、圖3及圖6，本發明之一實施形態之第in 族氮化物結晶基板1於由不僅滿足第m族氮化物結晶基板【 之任意之特定平行晶格面1 d之X射線繞射條件，而且使來 自結晶基板之主表面Is之X射線穿透深度變化的χ射線繞 射測定而獲得之特定平行晶格面丨d(係指藉由各晶格之特 定平行晶格面31d、32d、33d所形成之特定平行晶格面 1 d。於本貫施形態中，以下相同）之面間隔中，以由〇 3 之X射線穿透深度下之面間隔<11與5 μιη之χ射線穿透深度 下之面間隔t而獲得之丨d^dzl/d2之值所表示的結晶基板之 表面層Ip之均勻應變為丨.9><10-3以下，並且主表面ls之面 方位自結晶基板之（〇〇〇1)面或（〇〇(M)面卜朝<1〇_1〇>方向 傾斜10°以上且80。以下。 本實施形態之第III族氮化物結晶基板丨之表面層lp之均 勻應變為1.9x10 3以下，且主表面13之面方位自其⑶〇〇1)面 或（000-1)面1c朝<1〇-1〇>方向之傾斜角（1為1〇。以上且8〇。以 下’藉此可減小包含於該結晶基板之主表面ls上磊晶成長 而成之至少1層半導體層的半導體裝置即發光裝置之藍 移，並且提尚發光之積分強度。就該觀點而言，表面層ip 146180.doc -15- 201109488 之均勻應變較好的是Μ·〗以下，更好的是} _3以 下。此處’表面層lp之均勻應變越小越好，於本申請案 中，亦如下所述，可藉由調整結晶基板之主表面之加:條 件而減小至0.4X⑽左右。又’主表面&面方位之傾斜 角α較好的是丨6。以上且8〇。以下，更好的是45。以上且79。以 下’進而好的是63。以上且79。以下。 此處參…、圖1 X射線穿透深度〇3叩相當於自第hi族 氮化物結晶基板1之主表面“至表面層lp内之距離，X射線 穿透深度5 μπι相當於自第m族氛化物結晶基板工之主表面

Is至内層li·内之距離。此時，參照圖3⑷，認為又射線穿透 深度5 μιη下之面間隔d2為該第m族氮化物結晶原本之特定 平行晶格面ld之面間隔，χ射線穿透深度Q3㈣下之面間 隔山反映出由結晶基板之表面加工之影響（例如，朝平行於 其特定平行晶格面ld之方向之拉伸應力3〇等）所引起之表 面層1P之晶格之均勻應變，為與χ射線穿透深度5㈣下之 面間隔d2不同之值。 於上述情形時，參照圖3(b)，於關於結晶基板之任意之 特疋平^T4©ld之繞射分布中，出現χ射線穿透深度W ㈣下之面間隔山與X射線穿透深度5 μη下之面間隔d2。因 此可利用七與^之差相對於d2之比例即 示表面層之均勻應變。 (實施形態2) 參π圖1、圖2、圖4及圖6 ’本發明之另一實施形態之第 III族氮化物結晶基板i於由不僅滿足第m族氮化物結晶基 146180.doc •16· 201109488 板1之任意之特定平行晶格面1(1之又射線繞射條件，而且使 來自結晶基板之主表面Is之X射線穿透深度變化的χ射線 繞射測定而獲得之特定平行晶格面ld(係指由各晶格之特 定平行晶格面41d、42d、43d所形成之特定平行晶格面 Id。於本實施形態中，以下相同）之繞射強度分布中，以 由0.3 μιη之X射線穿透深度下之繞射強度波峰之半值寬、與5 μηι之X射線穿透深度下之繞射強度波峰之半值寬h而獲得之 |v〗-V2丨之值所表示的結晶基板之表面層^之非均勻應變為 arcsec以下，主表面13之面方位自結晶基板之（〇〇〇ι)面或 (000-1)面lc朝<1〇_10>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下。 本實施形態之第III族氮化物結晶基板！之表面層邙之非 均勻應變為130 arcsec以下，且主表面ls之面方位自其 (0001)面或（000-1)面1(：朝<10_10>方向之傾斜角〇1為1〇。以上 且80。以下，藉此可減小包含於該結晶基板之主表面Η上 磊晶成長而成之至少1層半導體層的半導體裝置即發光裝 置之藍移，並且提高發光之積分強度。就該觀點而言，表 面層lp之非均勻應變較好的是9〇 arcsec以下，更好的是3〇 arcsec以下。此處，表面層邙之非均勻應變越小越好，於 本申請帛t，亦如下所述，可藉由調整結晶基板之主表面 之加工條件而減小至〇 arcsec。又，主表面]3之面方位之 傾斜角α較好的是16。以上且8〇。以下’更好的是45。以上且 79。以下，進而更好的是63。以上且79。以下。 此處參照圖1，X射線穿透深度0.3 μηι相當於自第ΙΠ族 氮化物'，、σ阳基板1之主表面〗s至表面層〗^内之距離，χ射線 146180.doc •17- 201109488 穿透深度5 μιη相當於自第m族氮化物結晶基板丨之主表面

Is至内層1Γ内之距離。此時，參照圖4(a)，認為χ射線穿透 深度5 μηα下之繞射波峰之半值寬”為該第m族氮化物結晶 原本之半值寬，χ射線穿透深度〇3 μιη下之繞射波峰之半 值寬ν,反映出由結晶基板之表面加工之影響所引起之表面 層lp之晶格之非均勻應變（例如，各晶格之面間隔分別與 七、心〜d5、d6不同），為與X射線穿透深度5 μΓη下之繞射波 峰之半值寬ν2不同之值。 於上述情形時’參照圖4(b)，於關於結晶基板之任意之 特定平行晶格面Id之繞射分布中，出現χ射線穿透深度〇3 μιη下之繞射波峰之半值寬”與χ射線穿透深度$ 下之繞 射波峰之半值寬A。因此，可利用〜與乃之差即h_V2丨之值 表示表面層lp之非均勻應變。 (實施形態3) 參照圖1、圖2、圖5及圖6，本發明之另一實施形態之第 ΙΠ族氮化物結晶基板丨於對於第m族氮化物結晶基板丨之任 意之特定平行晶格面ld(係指由各晶格之特定平行晶格面 5 1 d 52ά 53d所开> 成之特定平行晶格面丨d。於本實施形 態中，以下相同）之X射線繞射，改變來自結晶基板之主表 面Is之X射線穿透深度而測定之搖擺曲線中，以由〇3 之X射線穿透深度下之繞射強度波峰 < 半值寬％與5 μηι之 X射線穿透深度下之繞射強度波峰之半值寬w 2而獲得之 I 1 W21之值所表示的結晶基板之表面層1 p之特定平行晶格 面Id之面方位偏移為350 arcsec以下，並且主表面ls之面 146180.doc -18- 201109488 方位自結晶基板之（0001)面或（〇〇〇」）面1〇朝<1〇_1〇>方向 傾斜10。以上且8〇。以下。 本實施形態之第III族氮化物結晶基板i之表面層lp之特 定平行晶格面之面方位偏移為350 arcsec以下，且主表面 Is之面方位自其（〇〇〇1)面或（〇〇〇_〇面1(；朝<1〇1〇>方向之傾 斜角α為10。以上且80。以下，藉此可減小包含於該結晶基 板之主表面Is上蟲晶成長而成之至少1層半導體層的半導 體裝置即發光裝置之藍移，並且提高發光之積分強度。就 該觀點而言’表面層1 p之特定平行晶格面之面方位偏移較 好的是190 arcsec以下，更好的是50 arcsec以下。此處， 表面層lp之特定平行晶格面之面方位偏移越小越好，於本 申請案中’亦如下所述，可藉由調整結晶基板之主表面之 加工條件減小至0 arcsec。又，主表面1 s之面方位之傾斜 角α較好的是16。以上且80。以下，更好的是45。以上且79。以 下’進而好的是63。以上且79°以下。 此處’參照圖1，X射線穿透深度〇·3 μιη相當於自第 氮化物結晶基板1之主表面Is至表面層lp内之距離，X射線 穿透深度5 μπι相當於自第in族氮化物結晶基板1之主表面 1 s至内層1 r内之距離。此時，參照圖5(a)，認為X射線穿透 深度5 μιη下之半值寬％為該第III族氮化物結晶原本之半值 寬’ X射線穿透深度0.3 μιη下之半值寬％反映出由結晶基 板之表面加工之影響所引起之表面層1 ρ之晶格之特定平行 晶格面1 d之面方位偏移（例如’各晶格之特定平行晶格面 51d、52d、53d之面方位分別不同），為與χ射線穿透深度5 146180.doc •19· 201109488 μιη下之半值寬W2不同之值。 於上述情形時，參照圖5(b)，於關於結晶之任意之特定 平行晶格面之搖擺曲線中，出現X射線穿透深度〇 3 pm下 之半值寬％與又射線穿透深度5 μιη下之半值寬％。因此， 可利用w〗與％之差即|Wl-W2|之值表示結晶表面層之特定平 行晶格面之面方位偏移。 於上述實施形態1〜實施形態3之第in族氮化物結晶基板ι 中，主表面Is較好的是具有30 nm以下之表面粗糙度Ry。 此處，所謂表面粗糙度Ry，係指JIS B 0601 - 1994中所規定 之最大咼度Ry’具體而言係指，自粗縫曲面上，於其平均 面之方向僅抽出10 μΐΏ見方（10 μηΐχ1〇 μιη=1〇〇 μηι2，以下 相同）作為基準面積，自該抽出部分之平均面起至最高之 山頂為止之高度、與至最低之谷底為止之深度的和。藉由 將第III族氮化物結晶基板之主表面之表面粗經度々設為3〇 nm以下，可於該第ΠΙ族氮化物結晶基板之主表面上磊晶 成長錯位密度低且結晶性良好之半導體層，從而獲得發光 之積分強度高之發光裝置等特性良好之半導體裝置。就該 觀點而言，第III族氮化物結晶基板之主表面之表面粗糙度 Ry較好的是10 nm以下。表面粗縫度Ry可藉由AFM(At〇mic Force Microscope，原子力顯微鏡）、光干擾式粗糙度計等 進行測定。 又’於上述實施形態1〜實施形態3之第in族氮化物結晶 基板1中’主表面Is較好的是具有3 nm以下之表面粗糙度 Ra。此處，所謂表面粗糙度Ra，係指JIS b 〇6〇1_1994中所 146180.doc -20· 201109488 規定之算術平均粗糙度Ra，具體而言係指，自粗糙曲面 上，於其平均面之方向僅抽出10 μηι見方作為基準面積， 將自該抽出部分之平均面至測定曲面為止之偏差之絕對值 (p距離）進行合計，並以基準面積將其平均而獲得之值。 藉由將第III族氮化物結晶基板之主表面之表面粗糖度Ra設 為3 nm以下，可於該第πι族氮化物結晶基板之主表面上磊 晶成長錯位密度低且結晶性良好之半導體層，從而獲得發 光之積分強度高之發光裝置等特性良好之半導體裝置。就 ι觀..έ而σ，第Η〗族氮化物結晶基板之主表面之表面粗縫 度Ra更好的是i nm以下。表面粗糙度Ra可藉由(原子 力顯微鏡）、光干擾式粗糙度計等進行測定。 又，參照圖7〜圖10，於上述實施形態卜實施形態3之第 III族氮化物結晶基板i中，主表面丨s之面方位較好的是以 自結晶基板之{20-21}面、{HM”面、{2〇_2_1}面及uo-卜 1}面中之任一面之傾斜角β為±4。以内之方式傾斜。 此處，若主表面Is之面方位相對於結晶基板之{2〇_21) 面、{10-11}面、{20-2-1}面及{1(M_1}面中之任一面的傾 斜角β之絕對值未達0.1。，實質上為平行，則可提高於主表 面Is上磊晶成長而成之至少丨層半導體層中所含之發光層 中的井層中之In(銦）之取入濃度，因此可於不降低成長1 度之情況下貫現所需組成之成長，從而可提高井層之、纟士晶 性。於作為+導體裝置之發光裝置中，藉自提冑井層之結 晶性而減小發光光譜中所出現之發光波峰之半值寬，藉此 獲得良好之發光特性。於上述面方位中，尤其以{2〇二 146180.doc -21 · 201109488 面獲得良好之特性。 又’若主表面Is之面方位自結晶基板之丨2〇 21}面、 11}面、{20-2-1}面及{1〇-1_1}面中之任一面之傾斜角爲之 絕對值為〇.〗。以上且4。以下，則可獲得具有與主表面15之 面方位相對於{20-21}面、{10-11}面、{20_2·1}面及{1〇1_ 1}面中之任一面的傾斜角β之絕對值未達01。而實質上為平 行之情形大致相同之良好發光特性的半導體裝置。又，於 主表面Is之面方位自結晶基板之{2〇_21}面、面、 {20-2-1}面及{10•卜1}面中之任一面的傾斜角p之絕對值為 〇. 1以上且4。以下之情形時，所成長之半導體層（包含發光 層）之形態變得良好，因此所獲得之發光裝置（半導體裝置） 具有良好之發光特性。於上述面方位中，尤其以丨2〇_21) 面獲得良好之特性。 又，參照圖1，於上述實施形態丨〜實施形態3之第m族氮 化物結晶基板丨中，存在於主表面18上之氧之濃度較好的 是2原子％以上且16原子％以下。此處，所謂存在於主表面 Is上之氧，係指由於主表面ls氧化而取入之氧及附著於主 表面Is上之氧等。若存在於第m族氮化物結晶基板t之主 表面Is上之氧之濃度低於2原子％，則所形成之半導體裝置 中之結晶基板與藉由磊晶成長而形成於該結晶基板上之半 導體層之間之界面的電阻變大m積分強度降低。若 存在於結晶基板之主表面ls上之氧之濃度高於16原子％， 則磊晶成長於結晶基板之主表面上之半導體層之結晶性降 低，因此發光之積分強度降低。就該觀點而言，存在於主 146180.doc •22· 201109488 表面Is上之氧之濃度更好的是3原子％以上且1〇原子％以下。 此處’存在於主表面上之氧之濃度係藉由aes(歐傑（Auger)

原子光譜法）、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy，X 射線光電子光譜法）等進行測定。 即，就可藉由上述AES及XPS進行測定之觀點而言，所 謂存在於本申請案發明之主表面ls上之氧，係指附著於主 表面Is上之氧及藉由結晶基板之氧化等而取入至主表面 上之氧，且係指取入至如下區域之氧：通常為自主表面至5 nm左右之深度之區域，至多為至1〇nm左右之深度之區域。 又，參照圖1，關於上述實施形態卜實施形態3之第ΙΠ族 氮化物結晶基板1，主表面ls之錯位密度較好的是ΐχΐ〇7 cm以下。若結晶基板之主表面之錯位密度高於1 a 〇7 ， 則磊晶成長於結晶基板之主表面上之半導體層之結晶性降 低，因此發光之積分強度降低。就該觀點而言，主表面h 之錯位密度更好的是1X106 cm·2以下，進而好的是ΐχΐ〇5 cm2以下。就生產成本及生產性之觀點而言，主表面Η之 錯位密度較好的是1X102 cm-2以上。 就半導體裝置之生產t之成本及提高效率之觀點而言， 第πι族氮化物結晶基板之直徑較好的是4〇 mm以上，更好 的是50 mm以上。於基板之直徑大之情形時可由}片基板 製作之裝置之個數增加。為了製作大口徑之基板，可增大 基底基板之直徑，成長厚度較厚之結晶，以所需之角度切 出而加工。又’將直徑小之第m族氮化物結晶之複數片基 板以其等之側面相互鄰接之方式進行配置，於該等複數片 146180.doc •23· 201109488 基板之主表面上分別成長第_氮化物結晶時，可使該等 第m族氣化物結晶相互接合而成長為單—之結晶，並將所 獲得之單一之第III族氮化物結晶加工成 取大口徑之第III族氮 化物結晶基板。 又

第 就減小勉曲及厚唐分本耸挺古, 度刀布寺扼网形狀精度之觀點而 III紅氣化物結晶基板之直經較好μ a 1 u 平乂野的是150 mm以 下，更好的是100 mm以下。 再者，第III族氮化物結晶基板之主表面之形狀若具有可 製作裝置之大小，則並不限定於圓形，亦可為四角形等多 角形。於主表面之形狀為多角形之情形時，就半導體裝置 之生產中之成本及提高效率之觀點而言，最短邊之長度較 好的是5 mm以上，更好的是1〇麵以上。又，就減小麵曲 及厚度分布等提高形狀精度之觀點而言，最長邊之長度較 好的是150 mm以下，更好的是100 mm以下。作為主表面 為長方形或正方形等所有角均為直角之四角形的第m族氮 化物結晶基板’可列舉主表面例如為5 mmxl5 mm、1〇 mmxl〇 mm . i〇 mmx2〇 mm > 18 mmxl8 mm , 2〇 mmx2〇 mm、30 mmx5 0 mm等之基板。 再者’添加至第III族氮化物結晶基板中之雜質（換雜劑） 並無特別限制，就製作導電性基板、絕緣性基板之觀點而 言’較好的是使用以下者。於比電阻為5x10_5 Q.cm以上且 0.5 Ω.cm以下（較好的是5χ1〇-4 Ω.cm以上且0.05 Ω.cm以 下）、載體濃度為1x10丨6 cnT3以上且lxl02G cm·3以下（較好 的是1χ 10丨7 cm_3以上且1χ 1〇19 cm-3以下）之範圍内之η型導 146180.doc -24· 201109488 電f生基板中，就維持結晶性且於該範圍内獲得所需導電性 之觀點而言，添加至基板中之雜質較好的是〇、si。於比 電阻為1X104 Ω-cm以上且lxl0n n.cm以下(較好的是ΐχΐ〇6 Ω cm以上且1χ1〇ι〇 ft.cm以下）之範圍内之絕緣性基板中’ 就維持結晶性且於該範圍内獲得所需絕緣性之觀點而言， 添加至基板中之雜質較好的是c、Fe。此處，基板之比電 阻可藉由四探針法、二探針法等進行測定。又，基板之载

體濃度可藉由霍耳量測法（Hall measurement method)、C_V 測定法等進行測定。 [第III族氮化物結晶基板之製造方法] 上述實施形態1〜實施形態3之第ΠΙ族氮化物結晶基板之 製造方法並無特別限制，例如可包括如下步驟：使第ΠΙ族 氮化物結晶體成長；將第III族氮化物結晶體，以與自該結 晶體之（0001)面或（000-1)面朝cm 〇>方向之傾斜角〇1為1〇。 以上且80。以下之面平行之複數個面進行切割，藉此形成 具有自（0001)面或（000-1)面朝<10_10>方向之傾斜角agl〇。 以上且80。以下之主表面的第in族氮化物結晶基板；以及 對第III族氮化物結晶基板之主表面進行加工β (第III族氮化物結晶體之製造步驟） 第III族氮化物結晶體之製造方法並無特別限制，適合使 用 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy，氫化物氣相成長） 法、昇華法等氣相成長法；助熔劑法（flux method)、氨熱 法（ammonothermal method)等液相成長法等。例如，於 GaN結晶體之製造時，適合使用HVPE法、助炼劑法、氨 146180.doc -25· 201109488 熱法等，於A1N結晶體之製造時，適合使用HVPE法、昇華 法等，於InN結晶體、AlGaN結晶體及InGaN結晶體之製造 時，適合使用HVPE法等。 於上述第III族氮化物結晶體之製造時，對基底基板並無 特別限制，就使與第ΙΠ族氮化物結晶體之晶格之失配小且 結晶性高之第III族氮化物結晶體成長之觀點而言，適合使 用GaAs基板、藍寶石基板、SiC基板等。 (第III族氮化物結晶基板之形成步驟） 將以上述方式所製造之第III族氮化物結晶體，以與自該 結晶體之（0001)面或（000-1)面朝<10-1 〇>方向之傾斜角α為 1 0°以上且80°以下之面平行之複數個面進行切割之方法並 無特別限制，可使用線鑛、内周刃、外周刃、雷射加工、 放電加工、喷水等各種剪裁方法。 (第III族氮化物結晶基板之主表面加工步驟） 用於使以上述方式所形成之第III族氮化物結晶基板之主 表面平坦化而減少加工變質層的主表面加工方法並無特別 限制，就減少表面粗糙度及加工變質層之兩者之觀點而 言，較好的是於研削及機械研磨中之任一種機械加工後進 行CMP(化學機械研磨）。再者，第III族氮化物結晶基板之 加工變質層無需完全去除，亦可於磊晶成長半導體層之 前，藉由退火處理進行主表面之改質。藉由半導體層成長 前之退火而進行結晶基板之表面層中之結晶之再排列，從 而可貫現結晶性良好之半導體層之蟲晶成長。 以下，對適合於有效率地減少主表面之面方位自（0001) 146180.doc -26- 201109488 面或（000-1)面朝<10-10>方向傾斜10。以上且8〇。以下之第 III族氮化物結晶基板的主表面之表面粗糙度及加工變質層 此兩者的CMP進行說明。 用於CMP之漿料較好的是pH值χ與氧化還原電位值 Y(mV)之關係滿足以下之式（2)及（3)。 -50X+1300 ⑺ YS-50X+1900 若YC-50X+1300，則研磨速度變低，CMp時之機械負荷 增加，因此第III族氮化物結晶基板之表面品質降低。若 Y\50X+1900，則對研磨墊及研磨裝置之腐蝕作用變大， 難以進行穩定之研磨。 又’就進一步提高研磨速度，提高第m族氮化物結晶基 板之表面品質之觀點而言，進而好的是亦滿足以下式（句之 關係。 Y^ -50X+1400 ⑷ 於CMP之漿料中，通常可添加鹽酸、硫酸、硝酸等酸， KOH、NaOH等鹼，但若僅添加該等酸及/或鹼，則將化學 性穩定之氮化鎵之表面氧化之效果較小。因此，較好的是 進而藉由添加氧化劑而增加氧化還原電位，以滿足上述式 (2)及式（3)或上述式（3)及式（4)之關係。 作為添加至CMP之漿料中之氧化劑，並無特別限制，就 提回研磨速度之觀點而言，較好的是使用：次氯酸、三氣 異二聚氰酸等氯化異三聚氰酸；二氣異三聚氰酸鈉等氣化 異二聚氣酸鹽；過錳酸鉀等過錳酸鹽；二鉻酸鉀等二鉻酸 146180.doc -27- 201109488 鹽；溴酸鉀等溴酸鹽；硫代硫酸鈉等硫代硫酸鹽；硝酸、 硫酸、鹽酸、過氧化氫水、臭氧等。再者，該等氧化劑可 單獨使用，亦可併用2種以上。 CMP之漿料之pH值較好的是6以下或8以上。使pH值為6 以下之酸性漿料或pH值為8以上之鹼性漿料與第III族氮化 物結晶相接觸’蝕刻去除第III族氮化物結晶之加工變質 層，藉此可提高研磨速度。就該觀點而言，漿料之pH值更 好的是4以下或10以上。 此處’用於調整漿料之pH值之酸及鹼並無特別限制，例 如除鹽酸、确酸、硫酸、磷酸等無機酸’曱酸、乙酸、草 酸、擰檬酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸、鄰苯二甲酸、反 丁烯二酸等有機酸，KOH、NaOH、NH4OH、胺等鹼以 外，可使用硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽等鹽。又，藉由添加 上述氧化劑，亦可調整pH值。 CMP之漿料中較好的是含有研磨粒。可利用該研磨粒進 一步提南研磨速度。漿料中所含之研磨粒並無特別限制， 可使用硬度低至第III族氮化物結晶基板之硬度以下之低硬 度研磨粒。藉由使用低硬度研磨粒，可減少結晶基板之主 表面之表面粗縫度及加工變質層。 此處，低硬度研磨粒若為硬度低至被研磨物第m族氮化 物結晶之硬度以下之研磨粒，則並無特別限制，較好的是 含有選自由 Si02、Ce02、Ti〇2、Mg〇、Μη〇2、Fe2()3、 Fe304、NiO、ZnO、CoO、C〇3〇4、Cu〇、Cu2〇、

CaO、Ga2〇3、In2〇3所組成之群中之至少i種材質的研磨粒。 146180.doc •28· 201109488 再者，研磨粒並不限定於含有單一金屬元素之氧化物， 亦可為含有2種以上金屬元素之氧化物（例如具有鐵氧體、 鈣鈦礦、尖晶石或鈦鐵礦等之結構者）。又，亦可使用： AIN、GaN、InN等氮化物；CaC03、BaC03等碳酸化物； • Fe、Cii、Ti、Ni等金屬，·碳（具體而言為碳黑、奈米碳 管、C60等）。 又’就於短時間内降低第ΙΠ族氮化物結晶基板之主表面 之表面粗糙度Ra、Ry而不產生刮痕之觀點而言，研磨粒較 好的是設為〗次粒子結合而成之2次粒子。2次粒子之平均 粒徑D2相對於1次粒子之平均粒徑D|之比（dvd〗）較好的是 1.6以上’ 2次粒子之平均粒徑〇2較好的是2〇〇 nm以上，2 次粒子之形狀較好的是繭形、塊狀形及鏈形中之至少任一 種·^/狀較好的疋為燻製二氧化碎（fumed silica)、膠體二 氧化矽且成為1次粒子化學結合而成之2次粒子的Si〇2研磨 粒。1次粒徑可根據利用氣體吸附法之吸附比表面積進行 評價’ 2次粒子可利用動態光散射法進行評價。 又，就減小第III族氮化物結晶基板之表面層之均勻應 變、非均勻應變及/或面方位偏移之觀點而言，CMp之接 . 觸係數C(單位：1〇-6 m)較好的是丨爪⑺-6 m以上且2〇χ1〇.6 . m以下，更好的是1.2XHT6 m以上且丨.8><1〇-6 m以下。此 處，接觸係數c係使用漿料之黏度η(單位·· mPa.s)、cMp

之周速度v(單位：m/s)及CMP之壓力p(單位：kpa)，表示 為下式（5)。 /N

C=r)xV/P 146180.doc •29- (5) 201109488 於漿料之接觸係數C小於1 ·〇χ 1 〇 6 m之情形時，於CMP 中，對第ΙΠ私氮化物結晶基板之負荷變大，故第山族氮化 物結晶基板之表面層之均勻應變、非均勻應變及/或面方 位偏移變大。於漿料之接觸係數C大於2 〇χ1〇.6 m之情形 時，研磨速度降低’故第III族氮化物結晶基板之主表面之 表面粗糙度、表面層之均勻應變、非均勻應變及/或面方 位偏移變大。再者，漿料之黏度可藉由B型黏度計、奥士 華型黏度計（Ostwald viscometer)等進行測定。 進而，於以上述方式所獲得之1個以上之實施形態丨〜實 施形態3之第III族氮化物結晶基板！之主表面13上，進一步 成長第III族氮化物結晶，將所成長之第m族氮化物結晶以 平行於結晶基板之主表面1 s上之面進行切割，而製造第m 族氮化物結晶基板，以與上述相同之方式對該第ΠΙ族氮化 物結晶基板之主表面進行表面加工’藉此可進而製造實施 开> 態1〜實施形態3之第III族氮化物結晶基板。用作上述第 m族氮化物結晶進一步成長（重複成長）之基底基板的第ιπ 族氮化物結晶基板可未必為1片結晶基板，亦可使用複數 片小尺寸之結晶基板。可於重複成長時接合而形成單一之 結晶。進而’亦可將自於重複成長中接合而成之第ΠΙ族氮 化物結晶中切割出之結晶基板用作基底基板，再次進行重 複成長。如此’藉由將第m族氮化物結晶重複使用而成 長’可削減生產成本。 此處’於實施形態丨〜實施形態3之第m族氮化物結晶基 板1之主表面Is上進一步成長第III族氮化物結晶之方法並 146180.doc -30- 201109488 無特別限帝i ’適合使用聊£法、昇華法等氣相成長法， 助溶齊！法、氛熱法寻液相成長法等。例如，於结晶體 之製造時，適合使用HVPE法、助熔劑法、氨熱法等，於 A1N結晶體之製造時，適合使用HvpE法、昇華法等，於

InN結晶體、AlGaN結晶體及inGaN結晶體之製造時，適合 使用HVPE法等。 [附磊晶層之第III族氮化物結晶基板] (實施形態4) 參照圖11，本發明之附磊晶層之第Ιπ族氮化物結晶基板 之一貫施形態包含於實施形態1〜實施形態3之第ΠΙ族氮化 物結晶基板1之主表面Is上藉由磊晶成長而形成之至少1層 半導體層2。 於本實施形態之附磊晶層之第III族氮化物結晶基板3 中’半導體層2於第III族氮化物結晶基板1之主表面丨s上磊 晶成長’故半導體層2之主表面2s之面方位與第in族氮化 物結晶基板1之主表面1 s之面方位相同。實施形態丨〜實施 形態3之第III族氮化物結晶基板1之主表面丨s之面方位自 (0001)面或（000-1)面’以10。以上且80。以下之預定傾斜角α 朝<10-1 0>方向傾斜，因此半導體層2之主表面2s之面方位 自（0001)面或（000-1)面，以10。以上且80。以下之預定傾斜 角α朝<10-10>方向傾斜。如此，可獲得包含結晶性高且主 表面2s之面方位自（0001)面或（000-1)面朝<1〇-1〇>方向具有 10°以上且80。以下之預定傾斜角α之半導體層2的附磊晶層 之第III族氮化物結晶基板。 146180.doc 31 201109488 半導體層2之形成方法並無特別限制，就磊晶成長結晶 性高之半導體層之觀點而言，較好的是使用MOCVD (Metallo Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化 學氣相沈積）法、MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束蟲 晶）法等氣相成長法。 [半導體裝置] (實施形態5) 參照圖12，本發明之半導體裝置之一實施形態包含實施 形態4之附磊晶層之第III族氮化物結晶基板3。 本實施形態之半導體裝置中所包含的實施形態4之附磊 晶層之第III私:氣化物結晶基板3包含1層以上之半導體層 2 ’其係於主表面Is之面方位自（0001)面或（ooo-i)面以1〇〇 以上且8〇。以下之預定傾斜角α朝< 10-1 〇>方向傾斜的實施 形態1〜實施形態3之第III族氮化物結晶基板1之主表面i s 上’藉由磊晶成長而形成。該半導體層2由於結晶性高， 且其主表面之面方位自（0001)面或（000-1)面以1〇。以上且 80。以下之預定傾斜角α_<10_10>方向傾斜，故壓電極化 得到抑制，量子封入史塔克效應亦得到抑制，藉此本實施 形態之半導體裝置之特性變高。例如，於上述半導體層2 中包含發光層21 0之發光裝置中，壓電極化得到抑制，且 量子封入史塔克效應得到抑制，故發光之藍移得到抑制， 發光強度提高。因此’可於半導體層2中形成以高效率發 出峰值波長為430 nm以上且550 nm以下之光的發光層 210。尤其是，波長為500 nm〜5 50 nm之綠色區域之光之發 146180.doc -32- 201109488 光強度顯著提高。 參照圖12 ’本實施形態之半導體裝置包含實施形態4之 附磊晶層之第III族氮化物結晶基板3。附磊晶層之第in族 氮化物結晶基板3包含主表面Is之面方位自（〇〇〇1)面或 (000-1)面’以10。以上且80。以下之預定傾斜角α朝<10_10> 方向傾斜的實施形態1〜實施形態3之第ΙΠ族氮化物結晶基 板1。又’附磊晶層之第III族氮化物結晶基板3包含於上述 第III族氮化物結晶基板i之一主表面ls上依序形成而作為 至少1層半導體層2的如下之層：厚度1〇〇〇 nm之η型GaN層 202、厚度 1200 nm之 η 型 InuAlj^Ga^n (〇<xl，〇<yi， xl+yl<l)包覆層204、厚度200 nm之η型GaN導引層206、 厚度65 nm之非摻雜之inx2Gai.x2N(0<x2<l)導引層208、具 有由厚度15 nm之GaN障壁層及厚度3 之InnGahuN (0<χ3<1)井層所構成之 3 週期之 MQW(Multiple Quantum

Well ’夕重里子井）結構的發先層21〇、厚度η nm之非摻 雜之Ii^GahuNCiXxkl)導引層222、厚度2〇 nm之p型

Alx5Gai_x5N(0<X5<l)阻擋層 224、厚度 2〇〇 nn^p型 GaN 層 226、厚度 400 _之{)型111>16^6(^15{6^(〇<^6,〇<%， x6+y6<l)包覆層228、及厚度5〇 nmip型GaN接觸層23〇。 於P型GaN接觸層230上部分地形成厚度3〇〇 ^^之Si〇2絕緣 層300，於露出之p型GaN接觸層23〇上及Si〇2絕緣層3〇〇之 一部分上形成p側電極4〇〇。於第m族氮化物結晶基板丨之 另一主表面上形成η側電極5〇〇。 [半導體裝置之製造方法] I46180.doc •33· 201109488 參照圖12，作為本發明之半導體裝置之製造方法之實施 形態’包括如下步驟：準備實施形態1〜實施形態3之第III 族氮化物結晶基板；以及於結晶之主表面Is上成長至少1 層半導體層2，藉此形成附磊晶層之第in族氮化物結晶基 板。藉由該製造方法，獲得半導體層之由壓電極化所引起 之量子封入史塔克效應得到抑制的特性較高之半導體裝 置°例如’藉由在上述半導體層2中包含發光層210,發光 層210之由壓電極化所引起之量子封入史塔克效應得到抑 制’藉此獲得發光之藍移得到抑制且發光強度之積分強度 高之發光裝置。 參照圖1 2，本實施形態之半導體裝置4之製造方法具體 而&為’首先準備實施形態丨〜實施形態3之第m族氮化物 B曰基板1。關於該第HI族氮化物結晶基板1之準備，如 [第III私氮化物結晶基板]及[第m族氮化物結晶基板之製 造方法]中所記載，不再重複說明。 繼而，於所準備之第丨„族氮化物結晶基板}之主表面13 上成長至少1層半導體層2,形成附磊晶層之第ιπ族氮化物 =曰曰基板3。半導體層2之成長方法並無特別限制，就磊晶 成長結晶性高之半導體層之觀點而言，較好的是使用 二OCVD(有機金屬化學氣相堆積）法、μβε(分子束蟲晶）法 寺氣相成長法。 例如 於第III族氮化物結 晶基板1之一主表面1S上 例 如藉由MOCVD法 體層2 :厚度1000 ’依序成長如下之層來作為至少1層半導 ⑽之η型GaN層202、厚度12〇〇 ηη^η型 146180.doc •34· 201109488

Inxl AlyIGaNxI.ylN 包覆層 204、厚度 200 nm之 η型 GaN 導弓| 層206 '厚度65 nm之非摻雜之inx2Ga丨·χ2Ν導引層208、具 有由厚度15 nm之GaN障壁層及厚度3 nmiInx3Ga丨χ3Ν井層 所構成之3週期之MQW(多重量子井）結構的發光層21〇、厚 度65 nm之非摻雜之ir^Ga^MN導引層222、厚度20 nm之ρ 型AluGabyN阻檔層224、厚度200 nm之p型GaN層226、厚 度400 nm之p型InKAlwGauMwN包覆層228、及厚度50 nm 之p型GaN接觸層230。 繼而’於p型GaN接觸層230上，藉由蒸鍍法而形成厚度 300 nm之Si〇2絕緣層300❶然後，藉由光微影法及濕式蝕 刻法而形成寬10 μηι之條紋窗。與將<1〇_1〇>方向軸投影至 半導體層之主表面上之方向平行地設置雷射條紋。繼而， 於該條紋窗上及Si〇2絕緣層3〇〇之一部分上，藉由蒸鍍法 而形成Ni/Au電極作為p側電極4〇〇。於第ΠΙ族氮化物結晶 基板之另一主表面上，藉由蒸鍍法而形成Ti/Al/Ti/Au電極 作為η側電極5〇〇。 實施例 (實施例I) 1.第III族氮化物結晶體之製造 使用直徑50 mmiGaAs結晶基板作為基底基板，藉由 HVPE法’成長厚度50 mm之GaN結晶體（第III族氮化物結 晶體）。即’於大氣壓下之HVPe反應爐内，將收納有金屬 Ga之晶舟加熱至800t，於該晶舟中導入HC1氣體與載體 氣體（H2氣體）之混合氣體，藉此使金屬Ga與HC1氣體反 146l80.doc •35- 201109488 應，而生成GaCl氣體。與此同時，於HVPE反應爐内導入 NH3氣體與載體氣體（H2氣體）之混合氣體，藉此使GaCl氣 體與NH3氣體反應，於設置於HVPE反應爐内之GaAs結晶 基板（基底基板）上成長GaN結晶體。此處，GaN結晶體之 成長溫度為1050°C，HVPE反應爐内之HC1氣體分壓為2 kPa，NH3氣體分壓為30 kPa。 2. 第III族氮化物結晶基板之製造 將上述所獲得之GaN結晶體（第III族氮化物結晶體），以 與相對於（0001)面而朝[10-10]方向具有0°〜90°間之傾斜角α 之面平行之面進行切片，藉此製造具有表1所示之面方位 之主表面的GaN結晶基板（第III族氮化物結晶基板）。 3. 第III族氮化物結晶基板之表面加工 對上述所獲得之GaN結晶基板（第III族氮化物結晶基板） 主表面進行磨削（機械研磨）後，進行CMP(化學機械研 磨），藉此獲得半導體裝置用GaN結晶基板。此處，磨削係 準備研磨粒徑為2 μιη、3 μιη及9 μιη之3種鑽石研磨粒，使 用銅壓盤或錫壓盤，階段性地減小鑽石研磨粒之粒徑而進 行。磨削壓力係設為1〇〇 gf/cm2〜500 gf/cm2 (9_8 kPa~49_0 kPa)，GaN結晶基板及壓盤之轉速係設為30轉/分鐘〜60轉/ 分鐘。又，CMP係以如下方式進行使用含有1次粒子化學 結合而形成2次粒子之膠體二氧化矽（1次粒徑為70 nm，2 次粒徑為190 nm)作為研磨粒、含有硝酸作為pH調節劑、 含有三氣異三聚氰酸作為氧化劑、且將pH值及氧化還原電 位（ORP，Oxidation Reduction Potential)調整為表 1戶斤示之 146180.doc •36· 201109488 值的漿料，將接觸係數C調整為表1所示之值。 對於以上述方式進行表面加工之GaN結晶基板，使X射 線穿透深度自0.3 μηι變化至5 μηι而測定來自（1〇_13)面（本 測定中之特定平行晶格面;)之繞射χ射線，藉此求出繞射分 布中之（10-13)面之面間隔及繞射強度波峰之半值寬以及搖 擺曲線中之繞射強度波峰之半值寬，根據該等之值，評價 GaN結晶基板之表面層之均勻應變、非均勻應變及晶格面 之面方位偏移。於X射線繞射測定中，使用平行光學系 統、CuKal之X射線波長。又，χ射線穿透深度係藉由改變 對結晶表面之X射線入射角ω、結晶表面之傾角义及結晶表 面内之旋轉角0中之至少任一者而進行控制。再者，就容 易利用上述X射線穿透深度下之父射線繞射進行評價之觀 點而言’於例1-6、1-7、M3及][_14中，係使用（1〇_η)面作 為特定平行晶格面’於例M5&M6中，係使用00·^)面 作為特定平行晶格面。 再者，關於藉由與本實施例相同之製造方法及表面加工 方法而獲得之其他GaN結晶基板，利用四探針法測定其比 電阻，結果為1X10·2 n.cm，且利用霍耳量測法測定其載體 漢度’結果為2xl〇18cm·3。 4.半導體裝置之製造 參照圖12，於上述所獲得之半導體裝置用之“χ結晶基 板(第in族氮化物結晶基板^之―主表面13上，藉由 MOCVD法而依序成長如下之層來作為至少i層半導體層 2 :厚度 1000 n„^n 型 GaN 層 2〇2、厚度 i2〇〇 nn^n型 146180.doc -37- 201109488

InxiAlyGarjn.yN (xl = 0.03，yi=〇 14)包覆層 204、厚度 200 nm之n型GaN導引層206、厚度65 nm之非摻雜之jnx2GaNx2N (x2=0.03)導引層208、具有由厚度15 nmiGaN障壁層及厚 度3 nm之〜0.3)井層所構成之3週期之 MQW(多重量子井）結構的發光層21〇、厚度65 nmi非摻雜 之111“〇3卜“>^4 = 0.03)導引層222、厚度20 nm之ρ型

Alx5Ga丨_x5N(x5 = 0.11)阻擋層 224、厚度 200 nm之 p 型 GaN 層 220 ' 厚度 400 nm 之 p 型 Inx6Aly6Gai “ y6N(x6=〇 〇3， 丫6 = 0.14)包覆層228、及厚度5〇11111之1)型〇&>1接觸層230。 繼而，於PSGaN接觸層230上，藉由蒸鍍法而形成厚度 300 nm之Si〇2絕緣層3〇〇。繼而，藉由光微影法及濕式蝕 刻法，形成寬10 μιη之條紋窗。與將<〇〇〇〗> 方向軸投影至 半導體層之主表面之方向平行地設置雷射條紋。繼而，於 該條紋窗上及Si〇2絕緣層300之一部分上，藉由蒸鍍法而 形成Ni/Au電極作為p側電極4〇〇。繼而，藉由磨削（機械研 磨），使GaN結晶基板（第m族氮化物結晶基板丨）之另—主 表面成為鏡面。此時，使用接觸式膜厚計，或者藉由利用 光學顯微鏡或SEM(掃描型電子顯微鏡）觀察包括基板之晶 圓剖面，來測定上述晶圓之各層及整體之厚度。 於製作針對雷射條紋之共振腔反射鏡時，利用使用峰值 波長為355 nm之YAG雷射之雷射刻劃器。於使用雷射刻劃 器：使其斷裂之情形時，與使用鑽石刻劃之情形相比較， 可提南振盪晶片良率。㈣溝之形成條件係設為雷射光功 率100 mW、掃描速度5 mm/s。所形成之刻劃溝例如為長 146180.doc • 38 · 201109488 度30叫、寬度Η) _、深度4〇㈣之溝。以綱㈣之間距 通過基板之絕緣膜開σ部位，對半導體層之主表面直接照 射雷射光’藉此形成刻劃溝。共振器長設為600 使用 到刀岡，藉由割斷而製作共振鏡。藉由對基板背面側 按壓而使其斷裂，製作雷射棒。 繼而，藉由真空蒸鍍法’於雷射棒之端面塗佈介電質多 層膜。介電質多層膜係、將Si〇2與叫交替積層而構成。膜 厚係分別於5〇mn〜10〇nm之範圍内調整，係以反射率之峰 值波長達到500 nm〜53G nm之範圍的方式進行設計。將一 端面之反射面設為1G週期，冑反射率之設計值設為約 95/〇而將另糕面之反射面設為6週期，將反射率之設 計值設為約80%。 於室溫（25°C)下，以如下方式進行以上述方式獲得之半 導體裝置之利用通電之評價。電源係使用脈衝寬度為5〇〇 ns、佔空比為〇.1%之脈衝電源，將針落至表面電極上而通 電。電流密度係設為1〇〇 A/cm2。LED模式光之觀察係藉由 將光纖配置於雷射棒之主表面側，測定自主表面射出之發 光光譜而進行。將LED模式光之發光光譜的波長5〇〇 nm〜550 nm之範圍内之發光波峰之積分強度總結於表i 中。又，將LED模式光之發光光譜的波長5〇〇 nm〜55〇 之範圍内之發光波峰之半值寬總結於表丨中。雷射光之觀 測係藉由將光纖配置於雷射棒端面側，測定自端面射出之 發光光譜而進行。LED模式光之發光峰值波長為5〇〇 nm〜550 nm。雷射光之振盪峰值波長為5〇〇 nm〜53〇 nm。 146180.doc •39· 201109488 v〇 二 (20-21) jn (N o § OO Os § 00 CO m (10-11) (N 1200 OO a\ 泛 fn VO 2 二 1 j (10-10) g <N o s (N <N s 〇 ο 2 二 (10-10) s <N o § Ol ON 泛 tn Ό 二 1 (30-31) g CN o ON m oi § 〇 cn (30-31) g (N o § (N ON § JO 00 〇 (20-21) jn <N o § (N OO § R <N ΓΛ 2 (10-11) Q (N o CN fN ON 泛 ΓΟ CO 00 (20-23) (N o § <N § 这 m !2 $ 1 (10-12) CN- o § (N Q\ § 沄 m Ό 2 (10-14) JO (N o CN (N OO § 泛 m vp (10-16) (N 〇 CN (N Os § 沄 m CN 2 1 (10-111) o <N o § <N On § 沄 o 2 i- (10-111) o (N o 〇〇 (N <N § § CN 1 2 [- (0001) o <N 1400 (N ON § m s (0001) o (N i oq cs 〇 寸 〇 1 主表面之面 方位 傾斜角a(°) 漿料pH值 漿料ORP (mV) 接觸係數c (xlO^m) 崔 9 /-*-s π Ξ 不均勻應變 (arcsec) 面方位偏移 (arcsec) LED波峰之 積分強度 (au.) LED波峰之 半值寬(nm) 結晶 級 CMP 條件 結晶 純 Μ -40- 146180.doc 201109488 如表1所明示’關於第ΙΠ族氮化物結晶基板，於表面層 之均勻應變為1.9x1ο·3以下’表面層之非均勻應變為u〇 arcsec以下’及/或表面層之特定平行晶格面之面方位偏移 為350 arcsec以下’且主表面之面方位自（〇〇〇1)面或（〇〇〇1) 面朝<10-10>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下之情形時，使用 該結晶基板之半導體裝置之LED模式光之發光光譜的波長 500 nm〜550 nm之範圍内之發光波峰之積分強度變大。進 而’於主表面之面方位為{10-丨丨}、{20-21}、{10-1-1}及 {20-2-1}中之任一面之情形時，使用該結晶基板之半導體 裝置之LED模式光之發光光譜的波長5〇〇 nm〜550 nm之範 圍内之發光波峰之半值寬減小。 對於例1-2及1-10，分別根據電流密度1 A/Cm2& 100 A/cm2下之LED模式光之發光波長之測定來評價藍移。例j· 2中之藍移為40 nm，例1-10中之藍移為1〇 nm。關於第Ιπ 知氮化物結晶基板’於表面層之均勻應變為1 ·9χ1〇_3以 下’表面層之非均勻應變為13〇 arcsec以下，及/或表面層 之特疋平行晶格面之面方位偏移為350 arcsec以下，且主 表面之面方位自（〇〇01)面或（000-1)面朝<10-10>方向傾斜 1〇0以上且80。以下之情形時，使用該結晶基板之半導體裝 置之藍移極小。 (實施例II) 以如下方式進行CMP :使用含有1次粒子化學結合而形 成2次粒子之膠體二氧化矽（1次粒徑為15 nm，2次粒徑為 40 nm)作為研磨粒、含有檸檬酸作為pH調節劑、含有三氣 146180.doc •41· 201109488 異三聚氰酸作為氧化劑、且將pH值及氧化還原電位（ORP) 調整為表2所示之值之漿料’，將接觸係數C調整為表2所示 之值；除此以外，以與實施例I相同之方式製造GaN結晶基 板（第III族氮化物結晶基板）及半導體裝置，評價經表面加 工之GaN結晶基板之表面層之均勻應變、非均勻應變及晶 格面之面方位偏移，同時測定半導體裝置之LED模式光之 發光光譜的波長500 nm〜550 nm之範圍内之發光波峰之積 分強度及半值寬。將結果總結於表2中。 146180.doc 42- 201109488 II-11 (30-31) § m 1500 d iT) m II-10 (10-11) (Ν 〇 m o 00 O) § ο 寸 as HH (10-11) (Ν 1400 § 00 (20-21) jn o 00 〇\ o m (N § 寸 m ιγ 1 (20-21) 1_ jn m 1200 o Os o m γλ 〇〇 (Ν v〇 (20-21) jn m 1250 r—H 卜 O t—H § (Ν (N (N <Ν Vjl y '(20-21) 1_ JO m 1310 Π-) 冢 m (N s (20-21) jn ΡΊ 1380 <N JO m CN 沄 (20-21) 1_ JO cn 1470 〇 in tri § v〇 (Ν CN (20-21) jn 1540 卜 o 沄 00 (Ν (20-21) JO m 1650 OO o o Ο 主表面之面 方位 傾斜角a(°) 漿料pH值 漿料ORP (mY)_ 接觸係數c (xl0_6m) 激 赠π •JJT ^ E 不均勻應變 (arcsec) 面方位偏移 (arcsec) W 3 R撰 w W s ^ S Q Μ 3 + 結晶 基板 CMP 條件 結晶 基板 裝置 •43- 146180.doc 201109488 如表2所明示，關於第111族氮化物結晶基板’於主表面 之面方位自（〇〇〇1)面或（000_1)面朝<ι〇_ι〇>方向傾斜1〇。以 上且80。以下之情形時，表面層之均勻應變、非均勻應變 及特定平行晶格面之面方位偏移越小’使用該結晶基板之 半導體裝置之LED模式光之發光光谱的波長5〇〇 nm〜550 nm之範圍内之發光波峰之積分強度變得越大。 (實施例III) 將GaN結晶基板（第III族氮化物結晶基板）之主表面之面 方位設為（2〇-21)(自（0001)面之傾斜角α為75〇)，以如下方 式進行CMP :使用含有球狀膠體二氧化矽（表3所示之研磨 粒徑）作為研磨粒、含有碳酸鈉作為pH調節劑、含有二氣 異三聚氰酸鈉作為氧化劑、且將pH值及氧化還原電位 (ORP)調整為表3所示之值之漿料’將接觸係數c調整為表3 所示之值；除此以外，以與實施例丨相同之方式製造GaN結 晶基板（第III族氮化物結晶基板）及半導體裝置，評價經表 面加工之GaN結晶基板之表面層之均勻應變、非均勻應變 及晶格面之面方位偏移，同時測定半導體裝置之模式 光之發光光s普的波長500 nm~5 5 0 nm夕益m r5〇 nm之範圍内之發光波峰 之積分強度及半值寬。將結果總結於表3中。 146180.doc •44· 201109488 [表3] 例 III-1 III-2 III-3 III-4 III-5 III-6 結晶 基板 主表面之面方位 (20-21) (20-21) (20-21) (20-21) (20-21) (20-21) 傾斜角α(°) 75 75 75 75 75 75 CMP 條件 研磨粒徑(nm) 20 50 80 100 200 400 漿料pH值 10 10 10 10 10 10 漿料 ORP (mV) 1000 1000 1020 1020 1100 1100 接觸係數C(xl0_6m) 1.1 1.1 1.1 1.2 1.2 1.2 結晶 基板 均勻應變(xl〇_3) 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 不均勻應變(arcsec) 40 40 40 40 40 55 面方位偏移(arcsec) 70 70 70 70 70 80 表面粗糙度Ra (nm) 0.3 0.7 1 3 5 7 表面粗糙度Ry (nm) 3.1 6.5 10 30 54 83 裝置 LED波峰之積分強度 (a.u.) 35 34 33 32 30 24 LED波峰之半值寬 (nm) 30 31 30 31 30 31 如表3所明示，關於第III族氮化物結晶基板，於表面層 之均勻應變為1.9x10·3以下，表面層之非均勻應變為130 arcsec以下，及/或表面層之特定平行晶格面之面方位偏移 為3 50 arcsec以下，且主表面之面方位自（0001)面或（000-1) 面朝<10-10>方向傾斜10°以上且80°以下之情形時，主表 面之面粗糙度Ra、Ry越小，使用該結晶基板之半導體裝置 之LED模式光之發光光譜的波長500 nm~550 nm之範圍内 之發光波峰之積分強度變得越大。 (實施例IV) 將GaN結晶基板（第III族氮化物結晶基板）之主表面之面 方位設為（10-11)(自（0001)面之傾斜角α為62。），以如下方 式進行CMP :使用含有球狀膠體二氧化矽（研磨粒徑為40 nm)作為研磨粒、含有硫酸作為pH調節劑、含有過氧化氫 水及三氣異三聚氰酸作為氧化劑、且將pH值及氧化還原電 146180.doc -45- 201109488 位（ORP)調整為表4所示之值之漿料，將接觸係數c調整為 表4所示之值，除此以外，以與實施例I相同之方式製造 GaN結晶基板（第ΙΠ族氮化物結晶基板）及半導體裝置，評 彳貝經表面加工之GaN結晶基板之表面層之均勻應變、非均 勻應變及晶格面之面方位偏移，同時測定半導體裝置之 LED模式光之發光光譜的波長5〇〇 nm〜550 nm之範圍内之 發光波峰之積分強度及半值寬。將結果總結於表4中。 [表4] 例 IV-1 IV-2 IV-3 IV-4 IV-5 IV-6 TV 7 結晶 基板 CMP 條件 主表面之面方位 (10-11) (10-11) (10-11) (10-11) (10-11) (10-11) Π0-1 η 傾斜角α (°) 漿料pH值 62 62 62 62 62 62 62 4 4 3 3 2 2 0 8 敬料 ORP (mV) 1100 1200 1300 1350 1500 1600 1700 接觸係數c(xicrbni) 1.8 1.6 1.5 1.4 1.3 1.1 1 〇 結晶 基板 均勻應變(xHT") 】.1 1_】 1.1 】_1 】_1 U 1.1 不均勻應變(arcsec) 60 60 60 60 60 60 60 90 22 面方位偏移(arcsec) 農度(原子％) 90 90 90 90 90 90 1 2 3 5 10 16 裝置 LED波峰之積分強 度(a.u.) 22 34 33 32 30 28 24 LED波峰之半值寬 (nm) 29 30 30 30 30 30 30 如表4所明示，關於第πΐ族氮化物結晶基板，於表面層 之均勻應變為1.9x1 0·3以下，表面層之非均勻應變為13〇 arcsec以下’及/或表面層之特定平行晶格面之面方位偏移 為350 arcsec以下，且主表面之面方位自（0001)面或（〇〇(M) 面朝< 1 0-10>方向傾斜1 〇。以上且8〇。以下之情形時，對存 在於主表面上之氧之濃度，藉由AES(歐傑原子光譜法）進 行測定’結果於氧之濃度為2原子％以上且16原子％以下 時，使用該結晶基板之半導體裝置之LED模式光之發光波 -46· 146180.doc 201109488 峰之積分強度變大。 (實施例V) 1 ·第III族氮化物結晶體及第III族氮化物結晶基板之製造 關於例V-1及V-2，使用實施例I之例I_ 1 〇中製造之主表面 之面方位為（20-21)之GaN結晶基板（第ΙΠ族氮化物結晶基 板）作為基底基板’藉由助熔劑法成長GaN結晶體。即，將 GaN結晶基板（基底基板）、與作為Ga原料之金屬^、及作 為助焊劑之金屬Na ’以莫耳比Ga : Na成為1:1之方式收納 於掛禍中。繼而’藉由加熱坩堝，而獲得與GaN結晶基板 之（20-21)主表面相接觸之8〇〇。〇之Ga_Na^融液。於該Ga_ Na熔融液中溶解5 MPa之N2氣體作為N原料，於GaN結晶 基板之（20-21)主表面上成長厚度為2 mm之GaN結晶。隨著 結晶成長之進行，錯位密度減小》根據自GaN結晶取得 GaN結晶基板之位置之不同而調整GaN結晶基板之主表面 之錯位密度（參照表5)。 關於例V-3〜V-6，HVPE法中之成長係使用實施例t之例^ 10中製造之主表面之面方位為（20_21)2GaN結晶基板（第 πι族氮化物結晶基板）作為基底基板，藉由ΗνρΕ法成長厚 度為5 mm之GaN結晶體。利用HVPE法之GaN結晶之成長 條件與實施例I相同。隨著結晶成長之進行，錯位密度減 小。根據自GaN結晶取得GaN結晶基板之位置之不同而調 整GaN結晶基板之主表面之錯位密度（參照表5)。 2.第III族氮化物結晶基板之表面加工 以如下方式進行CMP :使用含有1次粒子鏈狀地化學結 I46180.doc -47- 201109488 合而形成2次粒子之薰製二氧化石夕（1次粒徑為2 0 nm，2次 粒徑為200 nm)作為研磨粒、含有蘋果酸作為pH調節劑、 含有過錳酸鉀作為氧化劑、且將pH值及氧化還原電位 (ORP)調整為表5所示之值之漿料，將接觸係數C調整為表5 所示之值；除此以外，以與實施例I相同之方式，對GaN結 晶基板（第III族氮化物結晶基板）進行表面加工，從而獲得 半導體裝置用GaN結晶基板。以與實施例I相同之方式評價 以上述方式所獲得之半導體裝置用GaN結晶基板（經表面加 工之GaN結晶基板）之表面層之均勻應變、非均勻應變及晶 格面之面方位偏移。 3.半導體裝置之製造 使用上述所獲得之半導體裝置用之GaN結晶基板，以與 實施例I相同之方式製造半導體裝置，測定半導體裝置之 LED模式光之發光光譜的波長500 nm〜550 nm之範圍内之 發光波峰之積分強度及半值寬。將結果總結於表5中。 [表5] 例 V-1 V-2 V-3 V-4 V-5 V-6 結晶 基板 主表面之面方位 (20-21) (20-21) (20-21) (20-21) (20-21) (20-21) 傾斜角α(°) 75 75 75 75 75 75 CMP 條件 漿料pH值 3 3 3 3 3 3 漿料 ORP(mV) 1300 1300 1300 1300 1300 1300 接觸係數C(xl0_6m) 1.4 1.4 1.4 1.5 1.5 1.5 結晶 基板 均勻應變（xicr3) 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 不均勻應變(arcsec) 100 100 100 100 100 100 面方位偏移(arcsec) 200 200 200 200 200 200 錯位密度(cm-2) lxlO2 lxlO3 lxlO4 IxlO5 lxlO6 lxlO7 裝置 LED波峰之積分強度 (a.u.) 33 33 31 30 28 21 LED波峰之半值寬 (nm) 30 31 30 31 31 32 146180.doc •48- 201109488 如表5所明示’關於第III族氮化物結晶基板，於表面層 之均勻應變為1.9x10·3以下，表面層之非均勻應變為13〇 arcsec以下，及/或表面層之特定平行晶格面之面方位偏移 為3 50 arcsec以下，且主表面之面方位自（〇〇〇1)面或（〇〇(M) 面朝<10-10>方向傾斜10。以上且80。以下之情形時，第ΠΙ 族氮化物結晶基板之主表面之錯位密度越小，例如隨著錯 位密度以lxlO7 cm·2以下、lxi〇6 cni-2以下、進而lxl05 cm-2 以下之方式變小時，使用該結晶基板之半導體裝置之LED 模式光之發光光譜的波長500 nm〜550 nm之範圍内之發光 波峰之積分強度變得越大。再者，於對基底基板使用複數 個GaN結晶基板，於利用助熔劑法、hvpe法之成長中自 基底基板使接合而成之單一之GaN結晶體成長之情形時， 亦可獲得與上述相同之結果。 (實施例VI) 以如下方式進行CMP :使用含有粒子未聚集之球狀膠體 二氧化矽（研磨粒徑為20 nm)作為研磨粒、含有鹽酸作為 PH調節劑、含有過氧化氫水及三氯異三聚氣酸作為氧化 劑、且將pH值' 氧化還原電位(〇Rp)及黏度調整為以所 示之值之t料，將CMP周速度、（:MP壓力及接觸係數⑽ 整為表6所示之值；除此以外，以與實施例ι相同之方式對 GaN結晶基板（第m族氮化物結晶基板）進行表面加工。以 與實施冊目同之方式評價以上述方式進行表面加工之_ 結晶基板之表面層之均句應變、非均勾應變及晶格面之面 方位偏移。將結果總結於表6中。 146180.doc •49- 201109488 VI-13 (30-31) g 1500 o O (N <N s ο VI-12 (20-21) (Ν 1500 o o (N (N O in g VI-11 (10-16) CN 1500 o in o 〇 CN <N g Ο VI-10 (10-111) 〇 (Ν o υο o oo g 茗 VI-9 (10-11) 1_ (N CN 1200 〇 rs VO (N in o r—H Ο VI-8 (10-11) <N Ό (Ν 1800 o o O o 寸 CN oo o VI-7 (10-11) (Ν (Ν 1900 o <N v〇 <N (N oi cn § ο r—^ VI-6 (10-11) CS CN 1800 o 七 2 (N 〇 (N o (N (N Ο Ο) VI-5 (10-11) (Ν (Ν j 1800 o CN 〇 〇 (N o Os VO Ο ο VI-4 (10-11) (Ν ν〇 CN 1500 in o o <N ο ο ,VI-3 (10-11) (Ν Ό (Ν | 1200 O o 〇 o (N Os ο m ο VI-2 1 (10-11) <Ν CN 1200 O o O) o 沄 寸 (N m <N § 410 1 VI-1 (10-11) 1 (Ν <Ν 1000 q o o o ON 〇 m (N Ο r < 主表面之面 方位 傾斜角α(°) 漿料pH值 槳料ORP (mV) 接觸係數c (xl〇-6m) 漿料黏度η (mPa.s) i CMP周速度 V (m/s) CMP壓力P (kPa) CMP速度 (um/hr) 均勻應變 (xl〇-3) 不均勻應變I (arcsec) ι 面方位偏移 (arcsec) 結晶 基板 CMP 條件 結晶 基板 ·50· 146180.doc 201109488 如表6所明示，使用1)11值父與氧化還原電位之值Y(mv) 具有 -50X+1 300 ^ -50Χ+1 900 之關係之漿料，以接觸係數c成為丨0xl0·6 m以上且2 〇χΐ〇-6 m以下之方式進行CMP，藉此即便於主表面之面方位自 (〇〇〇1)面或（000-1)面朝<1〇-10>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下 之第III族氮化物結晶基板中，亦可使其表面層之均勻應變 為1.9χ1〇-3以下，使其表面層之非均勻應變為13〇 arcsec& 下，及/或使其表面層之特定平行晶格面（（1〇_13)面）之面方 位偏移為350 arcsec以下。 (實施例VII) 將例II-3中製作之主表面之面方位為（2〇_21)之GaN結晶 基板（第in族氮化物結晶基板）切斷，而獲得5 mmx2〇 mm〜5 mmx45 mm之尺寸之複數個小片基板。將該複數個 小片基板，以其等之主表面（該主表面均係面方位為ροή)’ 且對於（0001)面具有 75。 之傾斜角）相互平行之方式， 且以其等之[0001]方向相同之方式，且以其等之側面相互 鄰接之方式進行排列，而製成所需尺寸之基底基板，利用 HVPE法’於該等小片基板之各主表面上成長GaN結晶（第 111族氮化物結晶）’使該等第ΠΙ族氮化物結晶相互接合， 並加工外周部，藉此獲得所需尺寸之GaN結晶（第ΙΠ族氮 化物結晶）。 將所獲得之GaN結晶與基底基板之主表面平行地切割， 以與例11-3相同之方式製造主表面之大小分別為20 mmx20 J46180.doc 51 201109488 mm、30 mmx50 mm、直徑40 mm、直徑 100 mm及直徑 150 mm之GaN結晶基板以及半導體裝置。該GaN結晶基板及半 導體裝置均獲得與例Π-3之情形同等之基板特性及裝置特 性。 進而，以該等GaN結晶基板（第III族氮化物結晶基板）為 基底基板，藉由HVPE法而重複進行結晶成長，從而獲得 主.表面分別為20 mmx20 mm、30 mmx50 mm、直徑40 mm、直徑1 00 mm及直徑1 50 mm之GaN結晶（第III族氮化物 結晶）。以與上述相同之方式加工該GaN結晶，藉此獲得具 有與例II-3同等之特性之GaN結晶基板及半導體裝置。 (實施例VIII) 使用直徑1 5 0 mm之GaAs結晶基板作為基底基板，藉由 HVPE法，成長厚度為120 mm之GaN結晶體（第III族氮化物 結晶體）。此處，利用HVPE法之GaN結晶體之成長係以與 實施例I相同之方式進行，重複該結晶成長，藉此獲得厚 度為120 mm之GaN結晶體。將以上述方式所獲得之GaN結 晶體，以相對於（0001)面而朝[10-10]方向具有75°之傾斜 角之面進行切片，並加工外周部，藉此獲得主表面之面方 位為（20-21)且直徑為100 mm之GaN結晶。藉由對該GaN結 晶實施與例II-3相同之加工，而獲得GaN結晶基板（第III族 氮化物結晶基板）。使用該GaN結晶基板，以與例II-3相同 之方式製造半導體裝置。該GaN結晶基板及半導體裝置均 獲得與例II-3之情形同等之基板特性及裝置特性。 應當認為本次所揭示之實施形態及實施例於所有方面均 146180.doc •52- 201109488 為例示，而並無限制。本發明之範圍並非由上述說明，而 疋由申吻專利範圍所表示，意在包括與申請專利範圍均等 之含義及範圍内之所有變更。 【圖式簡單說明】 圖1係表不自第III族氮化物結晶基板之主表面起的深度 方向上之結晶狀態之概略剖面圖； 圖2係表不本發明中所使用之χ射線繞射法中之測定軸、 測定角之概略圖； 圖3係表不χ射線繞射法中之第m族氮化物結晶基板之 晶格之均勻應變與繞射分布中之特定平行晶格面之面間隔 之關係的示意圖；其中，（3)表示晶格之均勻應變，（b)表 示繞射分布中之特定平行晶格面之面間隔； 圖4係表示χ射線繞射法中之第m族氮化物結晶基板之 晶格之非均勻應變與繞射分布中之繞射波峰之半值寬之關 係的不意圖；其中，（a)表示晶格之非均勻應變，（b)表示 繞射分布中之繞射波峰之半值寬； 圖5係表示χ射線繞射法中之第m族氮化物結晶基板之 特定平行晶格面之面方位偏移與搖擺曲線中之半值寬之關 係的不意圖；其中，（a)表示特定平行晶格面之面方位偏 移’（b)表示搖擺曲線中之半值寬； 圖6係表示本發明之第ΠΙ族氮化物結晶基板之一例之概 略圖； 圖7係表示本發明之第III族氮化物結晶基板之主表面之 面方位自（0001)面朝<10-10>方向之傾斜之一例的概略圖； 146180.doc -53- 201109488 圖8係表示本發明之第ΙΠ族氮化物結晶基板之主表面之 面方位自（0001)面朝<10_10>方向之傾斜之其他例的概略 圆， 圖9係表示本發明之第ΠΙ族氮化物結晶基板之主表面之 面方位自（000-1)面朝<10·10>方向之傾斜之一例的概略 圖； 圖10係表示本發明之第III族氮化物結晶基板之主表面之 面方位自（000-1)面朝<1〇_1〇>方向之傾斜之其他例的概略 圖； 圖11係表示本發明之附磊晶層之第III族氮化物結晶基板 之一例之概略剖面圖；及 圖12係表示本發明之半導體裝置之一例之概略剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 第III族氮化物結晶基板 lc (0001)面或（000-1)面

Id、3 1d、32d、 特定平行晶格面 33d、41d、42d、 43d、51d、52d、 53d lp iq lr Is、2s 2 3 表面層 表面鄰接層 内層 主表面 半導體層 附磊晶層之第III族氮化物結晶基板 146180.doc -54- 半導體裝置 入射X射線 出射X射線 χ軸 ω轴（2 Θ轴） 彡轴 拉伸應力 η型GaN層 η型Inx丨AlylGa丨-xl_ylN包覆層 η型GaN導引層 Inx2Gai.x2N導引層 發光層

Inx4GaNx4N導引層 p型AldGardN阻擋層 p型GaN層 p型 IndAlj^Gaj.u.yeN 包覆層 ρ型GaN接觸層 Si02絕緣層 P側電極 η側電極 -55-

Claims (1)

1. 201109488 七、申請專利範圍： 1 · 一種第HI族氮化物結晶基板，其於由不僅滿足第hi族氮 化物結晶基板（1)之任意之特定平行晶格面（丨d)之X射線 繞射條件，而且使來自上述結晶基板之主表面（ls)之χ射 線穿透深度變化的X射線繞射測定而獲得之上述特定平 行晶格面（Id)之面間隔中，以由0.3 μπι之上述X射線穿透 深度之上述面間隔di與5 μπι之上述X射線穿透深度之上 述面間隔I而獲得之H-c^l/d2之值所表示的上述結晶基 板之表面層（lp)之均勻應變為19χ1〇-3以下，並且 上述主表面（1 s)之面方位自上述結晶基板之（〇〇〇丨）面或 (000-1)面（lc)朝<1〇-1〇>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下。 2. —種第III族氮化物結晶基板，其於由不僅滿足第ΠΙ族氮 化物結晶基板（1)之任意之特定平行晶格面（1(1)之χ射線 繞射條件，而且使來自上述結晶基板之主表面（ls)之χ射 線穿透深度變化的X射線繞射測定而獲得之上述特定平 行晶格面（id)之繞射強度分布中，以由〇3 μιη之上述又射 線穿透深度之、繞射強度波峰之半值寬心與5 之上述χ 射線穿透深度之繞射強度波峰之半值寬ν2而獲得之丨 V2丨之值所表示的上述結晶基板之表面層（lp)之非均勻應 變為130 arcsec以下，並且 上述主表面（Is)之面方位自上述結晶基板之（嶋丨）面或 (000-1)面（1〇)朝<1〇_1〇>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下。 3· -種第III族氮化物結晶基&，其於對於第ιπ族氮化物結 晶基板（1)之任意之特定平行晶格面⑽之又射線繞射， 】46】肌doc 201109488 改變來自上述結晶基板之主表面（i s)之X射線穿透深度而 測定之搖擺曲線中，以由0.3 μη!之上述X射線穿透深度 之繞射強度波峰之半值寬〜丨與5 μπι之上述X射線穿透深 度之繞射強度波峰之半值寬〜2而獲得之|Wl_W2丨之值所表 示的上述結晶基板之表面層（Ip)之上述特定平行晶格面 (Id)之面方位偏移為350 arcsec以下，並且 上述主表面（Is)之面方位自上述結晶基板之（〇〇〇1)面或 (000-1)面（lc)朝<1〇-1〇>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下。 4·如請求項1之第III族氮化物結晶基板，其中上述主表面 (Is)具有3 nm以下之表面粗糙度Ra。 5.如請求項1之第III族氮化物結晶基板，其中上述主表面 (Is)之面方位自上述結晶基板之{20-21}面、{1〇_11}面、 {20-2-1}面及{ 10-1-1}面中之任一面傾斜±4。以内。 6·如請求項5之第III族氮化物結晶基板，其中上述主表面 (Is)之面方位相對於上述結晶基板之{20-21}面、{10-11} 面、{20-2-1}面及{ 10-1 -1}面中之任一面的傾斜角之絕對 值未達0.1°，實質上為平行。 7. 如请求項5之第III族氮化物結晶基板，其中上述主表面 (Is)之面方位自上述結晶基板之{20-21}面、{ι〇_ιΐ}面、 {20-2-1}面及{10-1-1}面中之任一面之傾斜角之絕對值為 0.1°以上且4°以下。 8. 如睛求項1之第ΠI族氮化物結晶基板，其中存在於上述 主表面（1 s)上之氧之濃度為2原子％以上且丨6原子。/〇以 下。 146180.doc 201109488 9.如請求項1之第III族氮化物結晶基板，其中上述主表面 (Is)之錯位密度為ΐχΐ〇7 cm_2以下。 10·如請求項1之第III族氮化物結晶基板，其直徑為40 mma 上且150 mm以下。 11 ·如請求項1之第III族氮化物結晶基板，其中上述特定平 行晶格面（1 d)不平行於上述主表面（1 s)，且平行於（J 〇_ 10)面、（10-11)面、（10-13)面、（11-20)面、（11-22)面、 (11-24)面、（lo-i-i)面、qo-u)面、（11_2_2)面及（112_ 4)面中之任一面。 12.種附蟲晶層之第in族氮化物結晶基板，其包含於如請 求項1之第III族氮化物結晶基板（1)之上述主表面（ls)上 藉由磊晶成長而形成之至少i層半導體層（2)。 13. —種半導體裝置’其包括如請求項12之附磊晶層之第⑴ 族氮化物結晶基板（3)。 14.如請求項13之半導體裝置 ’其中上述附磊晶層之第ΠΙ族

   (210) 〇

   晶格面（1 d)之面間隔中， 以由0.3 μηι之上述X射線穿透深 146I80.doc 201109488 度之上述面間隔七與〗μπι之上述χ射線穿透深度之上述 面間隔d2而獲得之ldl_d2丨/d2之值所表示的上述結晶基板 之表面層（lp)之均勻應變為19χ1〇-3以下，並且上述主表 面（Is)之面方位自上述結晶基板之（〇〇〇1)面或（〇〇〇1)面 (lc)朝<1〇-1〇>方向傾斜1〇。以上且8〇。以下；以及 於上述結晶基板之上述主表面（ls)上磊晶成長至少1層 半導體層（2) ’藉此形成附磊晶層之第⑴族氮化物結晶基 板（3)。 16.種半導體裝置之製造方法，其包含如下步驟：準備結 晶基板，該結晶基板於由不僅滿足第m族氮化物結晶基 板（1)之任意之特定平行晶格面（ld)之χ射線繞射條件， 而且使來自上述結晶基板之主表面（丨〇之χ射線穿透深度 變化的χ射線繞射測定而獲得之上述特定平行晶格面（id) 之繞射強度分布中，以由〇 3 μηι之上述χ射線穿透深度 之繞射強度波峰之半值寬”與5 μη1之上述χ射線穿透深 度之繞射強度波峰之半值寬而獲得之丨ν〗_ν2丨之值所表 不的上述結晶基板之表面層（lp)之非均勻應變為13〇 arcsec以下，上述主表面（ls)之面方位自上述結晶基板之 (0001)面或（000-1)面（1幻朝<10_10>方向傾斜1〇。以上且 80°以下；以及 於上述結晶基板之上述主表面（1 s)上磊晶成長至少1層 半導體層（2) ’藉此形成附磊晶層之第m族氮化物結晶基 板（3)。 Π. 一種半導體裝置之製造方法，其包括如下步驟： 146l80.doc 201109488 準備結晶基板，該結晶基板於對於第III族氮化物結晶 基板（1)之任意之特定平行晶格面（Id)之X射線繞射，改 變來自上述結晶基板之主表面（Is)之X射線穿透深度而測 定之搖擺曲線中，以由0.3 μιη之上述X射線穿透深度之 繞射強度波峰之半值寬％與5 μιη之上述X射線穿透深度 之繞射強度波峰之半值寬％而獲得之|Wl_W2|之值所表示 的上述結晶基板之表面層（lp)之上述特定平行晶格面 (Id)之面方位偏移為35〇 arcsec以下，上述主表面（ls)之 面方位自上述結晶基板之（0001)面或㈧⑻-”面（1幻朝<10_ 1〇>方向傾斜10。以上且8〇。以下；以及 於上述結晶基板之上述主表面（ls)上磊晶成長至少1層 半導體層（2) ’藉此形成附磊晶層之第in族氮化物結晶基 板（3) 〇 18. 19. 如請求項15之半導體裝置之製造方法，其中於上述形成 附磊晶層之第III族氮化物結晶基板（3)之步驟中，上述半 導體層（2)包含發光層（21〇)，上述發光層（210)係以發出 峰值波長為430 nm以上且550 nm以下之光的方式而形 成。 如請求項15之半導體裝置之製造方法，其中上述結晶基 板之上述特定平行晶格面（Id)不平行於上述主表面（is)， 且平行於（10-10)面、（10-11)面 ' (1〇_13)面、（11-20)面、 (11-22)面、（11-24)面、面、（1〇_i_3)面、（u_2_ 2)面及（11-2-4)面甲之任一面。 146180.doc