氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片製造方法和外延晶片的製作方法

2023-06-21 16:45:01 1

專利名稱：：氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片製造方法和外延晶片的製作方法
技術領域：
：本發明涉及氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片製造方法以及外延晶片。
背景技術：
：採用氮化鎵(GaN)晶體作為發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)等半導體器件的襯底。對於氮化鎵晶體，其具有3.4eV的能量帶隙和高導熱率，因為可以在該晶體的背面提供電極，所以可以降低半導體器件的驅動(工作)電壓。這種半導體器件的製造方法的示例包括在日本未審査專利申請公布No.2005-251961(專利文獻l)中提出的以下方法。首先，通過沉積技術，如有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或氫化物氣相外延(HVPE)，將由III族氮化物晶體組成的籽晶層沉積在下襯底的第一主面上。之後，通過液相生長技術在籽晶上生長III族氮化物單晶並移除下襯底，由此製造m族氮化物單晶晶片。接下來，在III族氮化物單晶晶片的第一主面上形成半導體器件。然後，為了例如提高器件的散熱特性，通過研磨、拋光等對III族氮化物單晶晶片的第二主面進行移除處理，以減小晶片的厚度。此外，例如，在日本未審查專利申請公布No.Hll-68156(專利文獻2)中，公開了通過MOCVD在襯底上沉積ni族氮化物半導體層。專利文獻2描述了在該生長中，在露點達到-90'C的精煉氫氣作為載氣的情況下，使用乙矽烷(Si2H6)來生長0.2jLiin厚的摻雜矽(Si)的n型GaN層。然而，如同在專利文獻l中一樣，在III族氮化物單晶晶片的第二主面上執行減小厚度的工藝，具有產生裂縫的問題，在生長期間將雜質引入到該晶體是影響因素。此外，在專利文獻2中，每個層都是通過MOCVD生長的，這使得沉積層的厚度增大受到了抑制。
發明內容因此，本發明的目的是提供氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片和外延晶片製造方法，由此可以抑制在進行減小厚度操作時產生的裂縫，並且可以生長具有相當大厚度的氮化鎵晶體。作為共同研究努力的結果，本發明人發現在通過適於增加晶體厚度的HVPE技術生長晶體並用矽作為摻雜劑進行氮化鎵沉積時，造成裂縫發生的原因是由於載氣中的氧。原因是因為矽具有很容易被包含在載氣中的氧(0)氧化的性質，所以矽與載氣內的氧反應生成二氧化矽(Si02)或其它矽氧化物。如果將矽帶入GaN晶體成為矽氧化物，那麼矽氧化物就會成為不能用作n型雜質的雜質。結果，氮化鎵晶體變硬和變脆，相信當對該氮化鎵晶體進行減小厚度的工藝時，會導致裂縫的產生。本發明人還發現載氣中的氧會導致裂縫的產生是HVPE特有的問題，對於MOCVD沒有出現該問題。此原因是在通過MOCVD的氮化鎵晶體生長時，使用有機金屬作為前驅物氣體。由此載氣中的氧在與矽反應之前先與有機金屬中的碳(C)反應，並作為一氧化碳(CO)或二氧化碳(C02)排放到反應爐的外部。而且，即使將矽氧化物帶入晶體，因為生長的氮化鎵晶體層的厚度在幾Mm厚的等級，所以不太可能產生裂縫。因此，通過MOCVD生長晶體的前述專利文獻2，未解決在矽作為慘雜劑的情況下生長氮化鎵晶體時產生裂縫的問題。因此，儘管使用低露點載氣，專利文獻2也沒有使得矽氧化物產生保持到最小的效果。作為本發明人深入調査的結果，基於上述研究，抑制在生長晶體的氮化鎵HVPE沉積執行中裂縫的發生，其中，在生長晶體的氮化鎵HVPE沉積中矽作為摻雜劑，他們實現了在HVPE情形下在氮化鎵晶體生長期間，如果載氣具有-60'C或以下的露點，則上述裂縫的發生率能保持到最小。因此，生長氮化鎵晶體的本發明的一個方面的一種方法採用載氣、氮化鎵前驅物和含作為摻雜劑的矽的氣體，並且是通過氫化物氣相外延(HVPE)在下襯底上生長氮化鎵晶體的方法。氮化鎵晶體生長方法特徵在於，在氮化鎵晶體生長期間載氣露點為-6(TC或以下。根據本發明的氮化鎵晶體生長方法，利用生長速度比MOCVD快的HVPE，使得能夠很容易地生長厚氮化鎵晶體。此外，使用具有-6(TC或以下露點的載氣充分降低了載氣中的溼氣，以減少載氣中的氧。這使得其能夠保持氧和矽之間的反應造成的矽氧化物產生在控制下，以在生長氮化鎵晶體時能夠使得矽結合為矽氧化物保持到最小。因此能夠抑制生長的氮化鎵晶體變硬和變脆，這使得在氮化鎵晶體經過減小厚度時能夠最小化裂縫的發生率。這裡，本發明中的"露點"意指由冷鏡式露點溼度計進行的測量。在上面的氮化鎵晶體生長方法中，優選在氮化鎵晶體生長期間載氣的分壓強在0.56atm和0.92atm之間。載氣分壓強處於至少為0.56atm，使得能夠將氮化鎵前驅物均勻地提供給下襯底，並且能夠抑制由於包含在源氣體(sourcegas)中的氧使矽反應生成矽氧化物。另一方面，載氣分壓強不超過0.92atm，並允許將氮化鎵前驅物充分地提供到下襯底。本發明的氮化鎵晶體襯底通過上述的氮化鎵晶體生長方法獲得。氮化鎵晶體襯底配備下襯底，並且具有形成於該下襯底上的氮化鎵晶體。艮口，本發明的氮化鎵晶體襯底配備下襯底，並且具有形成於該下襯底上的氮化鎵晶體，在該氮化鎵晶體中抑制了矽結合為氧化矽。因此，可以將在為了減小氮化鎵晶體的厚度而進行的處理中產生的裂縫降到最小。而且，可以獲得具有相當大厚度的氮化鎵晶體。在本發明的外延晶片製造方法中，進行下面的步驟。首先，通過上述的氮化鎵晶體生長方法在下襯底上生長氮化鎵晶體。隨後，移除至少下襯底以形成由氮化鎵晶體構成的襯底。然後，在該襯底上形成外延生長層。之後，在該襯底中，對其上生長外延生長層的表面相對側上的表面進行處理，以減小該襯底的厚度。根據本發明的外延晶片製造方法，為減小厚度進行處理的襯底由氮化鎵晶體組成，在該氮化鎵晶體中將矽結合為氧化矽控制到最小。因此，可以獲得在減小襯底厚度時抑制裂縫發生的外延晶片。本發明的外延晶片是通過根據上述的外延晶片製造方法製造的，並且該外延晶片配備襯底，並具有形成於該襯底上的外延生長層。根據本發明的外延晶片提供了由氮化鎵晶體組成的襯底，其中，在所述氮化鎵晶體中，將矽結合為氧化矽控制到最小，該外延晶片抑制了裂縫的發生。由於在生長氮化鎵晶體時使用具有-6(TC或以下的露點的載氣，所以本發明的氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片製造方法和外延晶片能夠抑制進行減小厚度操作時產生的裂縫，並且能夠生長具有相當大厚度的氮化鎵晶體。從以下結合附圖的詳細描述，對於本領域技術人員來說，本發明的上述和其它目的、特徵、方面和優點將變得更顯而易見。圖l示出了用於本發明的實施例模式l的氮化鎵晶體生長方法的HVPE反應器的外形圖。圖2是表示本發明的實施例模式1的氮化鎵晶體生長方法的流程圖。圖3示出了本發明的實施例模式1中的氮化鎵晶體襯底的外形圖。圖4是表示實施例模式2中的外延晶片製造方法的流程圖。圖5是示出實施例模式2中的襯底的示意圖。圖6是示出實施例模式2中的外延晶片的示意圖。圖7是示出實施例中的氮化鎵晶體襯底的示意圖。圖8是示出實施例中載氣露點和裂縫發生率之間關係的圖。圖9是示出實施例中的載氣分壓強和裂縫發生率之間關係的圖。圖10是示出載氣露點和工作電壓升高程度之間關係的圖。具體實施例方式在下文中，參考附圖，將描述本發明的實施例模式。應該理解，在本發明的附圖中，相同的或等價的部件用相同的附圖標記標示，並不再重複它們的說明。實施例模式l將說明本發明的一個實施例模式中的氮化鎵晶體生長方法。在本實施例模式中的氮化鎵晶體生長方法中，通過氫化物氣相外延(HVPE)，利用載氣、氮化鎵前驅物和含作為摻雜劑的矽的氣體，在下襯底上生長氮化鎵晶體。圖l是示出用於在本發明的一個實施例模式的氮化鎵晶體生長方法的HVPE反應器的外形圖。首先，參考圖l，將說明在本實施模式中的氮化鎵晶體生長方法中使用的HVPE反應器100。如圖1所示，該HVPE反應器100具有第一源氣體氣缸101、第二源氣體氣缸102、第一載氣氣缸103、第二載氣氣缸104、第一氣體引入管105、第二氣體引入管106、源舟(sourceboat)107、基座108、加熱器109、晶體生長容器110、排氣管lll、(未示出)局部加熱裝置、摻雜氣體氣缸112和摻雜氣體引入管1B。例如，該HVPE反應器100是水平反應器。晶體生長容器110是具有支撐在該容器內部的下襯底11，並在該下襯底ll上生長氮化鎵晶體的容器。第一源氣體氣缸101、第二源氣體氣缸102和源舟107分別提供包含組成生長的氮化鎵晶體的元素的前驅物。摻雜氣體氣缸112填充有含作為摻雜劑的矽的氣體。第一氣體引入管105、第二氣體引入管106和摻雜氣體引入管113每個都設置在晶體生長容器110中，以從晶體生長容器110的外部將第一和第二源氣體G1和G2、第一和第二載氣G3和G4以及摻雜氣G12引入到晶體生長容器110的內部。容納氮化鎵的金屬源的源舟107，設置在第二氣體引入管106的下部。在該源舟107中，通過第二氣體引入管106提供的第二源氣體G2和金屬源彼此反應，以形成反應氣體G7。配置第一氣體引入管105、第二引入管106和摻雜氣體引入管113，以便可以將反應氣體G7、第一源氣體G1和摻雜氣體G12提供到下襯底11的表面。基座108支撐下襯底11。設置基座108以便在晶體生長容器110內，其上支撐下襯底11的基座108的表面位於第一和第二氣體引入管105和106以及摻雜氣體引入管113的下方。基座108水平地設置在晶體生長容器110的內部。此外，局部加熱裝置是加熱構件，如用於下襯底ll且嵌入在例如基座108中的電阻加熱器。加熱器109具有將晶體生長容器110的內部完全地加熱到，例如，700'C和150(TC之間的能量，並且設置在晶體生長容器110的外部。將排氣管111提供給晶體生長容器110，以將反應之後的氣體排放到晶體生長容器110的外部。應該理解，配置圖1中示出的HVPE反應器110，以便第一和第二載氣氣缸101和104中的載氣分別經由第一和第二氣體引入管105和106提供到晶體生長容器110的內部，但是HVPE反應器100並不特別限制於這種結構。例如，可以準備一個載氣氣缸，除了第一和第二氣體引入管105和106之外，再給晶體生長容器110提供用於該氣缸中載氣的進料口。在該示例中，配置HVPE反應器IOO，以便從該進料口向下襯底ll提供載氣能夠將第一源氣體G1、第二源氣體G2、反應氣體G7和摻雜氣體傳送給下襯底ll。而且，儘管為摻雜氣體引入管113設置了摻雜氣氣缸112，但是也可採用提供摻雜氣體和載氣的構造。圖2是表示本發明的實施例模式1中的氮化鎵晶體生長方法的流程圖。接著，參考圖2，將說明本實施模式中的氮化鎵晶體生長方法。如圖1所示，首先製備載氣(步驟l)。載氣是用於將源氣體傳送到下襯底ll的氣體。載氣沒有特別限制，但為與源氣體具有低反應率的氣體。載氣的示例包括氫氣(H2)、氮氣(N2)、氬氣(Ar)以及其它惰性氣體。例如，製備可購買到的這種類型的氣體，作為載氣。接下來，進行淨化使得製備的載氣具有-6(TC或以下的露點(步驟2)。橫跨分子膜或吸收劑傳送製備的載氣以去除作為雜質的溼氣。通過這種方式，進行淨化以將製備的載氣的露點降到-6(TC或以下。載氣的露點為-6(TC或以下，並且優選為-8(TC或以下，-90"或以下是更優選的。將露點降低到-6(TC或以下，防止由作為摻雜劑的矽與載氣中的氧反應生成氧化矽。將露點達到-80'C或以下進一步防止了矽反應成氧化矽。使得露點為-9(TC或以下更進一步防止了矽反應成氧化矽。考慮到能夠實現淨化，載氣的露點不應該低於例如-10(TC。在本實施例模式中的載氣淨化時，利用冷鏡式露點溼度計控制載氣的露點，以使得為-6(TC或以下。應該理解，冷鏡指的是在載氣流道中設置小鏡子、並升高或降低鏡子的溫度以監控該鏡子是否變模糊的方法。在鏡子溫度達到-6(TC時，如果鏡子開始變模糊，則確定載氣的露點達到了-6(TC。這裡，在載氣露點為-6(TC的情況下，載氣中包含的溼氣為0.0011%。接下來，製備下襯底ll(步驟3)。下襯底ll是用於在其上生長氮化鎵晶體的襯底。下襯底ll由例如矽、藍寶石、碳化矽、氮化鎵或氮化鋁構成。為了生長滿意結晶度的且在晶格常數之間沒有差異的氮化鎵晶體，優選地，下襯底ll由氮化鎵構成。隨後，通過HVPE，利用具有露點在-60'C或以下的載氣、氮化鎵前驅物和含作為摻雜劑的矽的氣體，在下襯底ll上生長氮化鎵晶體(步驟4)。具體地，如圖1所示，首先，製備分別充有第一源氣體和第二源氣體的第一源氣體氣缸101和第二源氣體氣缸102。此外，將金屬源提供給源舟107。第一和第二源氣體和金屬源是生長的氮化鎵晶體的前驅物。例如，可利用下面的材料；氨氣(NH3)作為第一源氣體；氯化氫氣體(HC1)作為第二源氣體；以及鎵(Ga)作為提供給源舟107的金屬源。此外，製備其內部填充有含矽的摻雜氣體的摻雜氣體氣缸112。作為含矽的摻雜氣體，可利用矽垸(SiH4)、乙矽烷(Si2H6)、氯矽垸(SiHCl3)、二氯甲矽烷(SiH2Cl2)、一氯甲矽垸(SiH3Cl)或四氯化矽(SiCl4)或其它矽烷化合物。作為源氣體的第一和第二源氣體G1和G2以及摻雜氣體G12優選地具有更低的露點。之後，加熱源舟107。並且，通過第二氣體引入管106提供的第二源氣體G2和源舟107中的金屬源彼此反應，以形成反應氣體G7。與第一和第二載氣G3和G4—起，通過第一氣體引入管105提供的第一源氣體Gl、反應氣體G7和摻雜氣體G12流動，以與下襯底ll的表面碰撞使得它們反應。在該反應中，利用加熱器109將HVPE反應器100的內部加熱到氮化鎵晶體以適合的速率生長的溫度(例如，在7(KTC和150(rC之間)。另外，反應後的氣體經由排氣管lll排到外部。這裡，氮化鎵晶體生長時載氣的分壓強(在本實施例模式中，為第一和第二載氣G3和G4的分壓強的和)優選地在0.56atm和0.92atm之間，更優選在0.67atm和0.89atm之間。使載氣的分壓強達到0.56atm或更大能夠將氮化鎵前驅物(在本實施例模式中，為第一源氣體G1和反應氣體G7)均勻地提供給下襯底ll。此外，這樣做，使得能夠保持對由包含在源氣體中的氧導致的矽反應成氧化矽的控制。將載氣的分壓強升高到0.67atm或以上，能夠將氮化鎵前驅物更均勻地提供給下襯底11,並且能夠進一步保持對摻雜氣體中的矽反應成氧化矽的控制。另一方面，使該分壓強為0.92atm或以下，能夠將源氣體充分地提供給下襯底ll。將該分壓強降低到0.89atm或更低能夠將源氣體更充分地提供給下襯底ll。應該理解，載氣和源氣體的分壓強的數目(總壓強)為latm。調節第一源氣體G1的流速、第二源氣體G2的流速、或源舟107中金屬源的數據，能夠適當改變生長的氮化鎵晶體的厚度。該氮化鎵晶體優選地生長為具有200/mi或更大的厚度。在HVPE中，因為晶體生長速度快，所以控制生長時間可以使得晶體的生長具有相當大厚度。將晶體的厚度增加到200Mm或更大，能夠很容易地獲得可單獨用作各種半導體器件的襯底的氮化鎵晶體。圖3是示出本發明的實施例模式1中的氮化鎵晶體襯底的外形圖。如圖3所示，執行上述的氮化鎵晶體生長方法會導致氮化鎵晶體襯底IO具有下襯底ll，並且具有形成在下襯底ll上的且其中結合有作為摻雜劑的矽的氮化鎵晶體12。如上所述，本實施例模式中的氮化鎵晶體生長方法是生長氮化鎵晶體12的方法，即，使用載氣、氮化鎵前驅物、含作為摻雜劑的矽的氣體以通過HVPE在下襯底11上生長氮化鎵晶體12的方法。並且，該氮化鎵晶體生長方法的特徵在於，在氮化鎵晶體12生長期間載氣的露點在-6(TC或以下。根據本發明的GaN晶體生長方法，利用生長速度快於MOCVD中的生長速度的HVPE，能夠很容易地生長厚的氮化鎵晶體12。此外，利用具有-6(TC或以下露點的載氣，充分減少載氣中的溼氣以減少載氣中的氧。因此，可以將生長的氮化鎵晶體12中作為摻雜劑的矽結合為氧化矽降到最低。為此，生長的氮化鎵晶體12不容易變硬和變脆，並由此在減小氮化鎵厚度時可以抑制裂縫的產生。這裡，由矽與氧反應形成的氧化矽具有作為掩模的功能。因此，如果可以將氮化鎵晶體中氧化矽的結合控制在最小，則通過具有掩模功能的氧化矽防止氮化鎵晶體生長能夠得到抑制。因此，根據本實施例模式中的氮化鎵晶體生長方法，可以生長具有更好結晶度和更大厚度的氮化鎵晶體12。此外，將絕緣氧化矽的結合控制到最小的事實，會使得獲得的氮化鎵晶體12的傳導率增加。特別地，進行減小厚度的處理(即，降低厚度的處理，如拋光或研磨襯底的第一主面，其中在所述襯底中，從氮化鎵晶體襯底lO上至少移除下襯底ll)能夠抑制暴露襯底表面上的氧化矽。因此，在執行該表面上形成電極時，可以最小化電極和GaN晶體之間接觸中的退化，由此如果該電極用作半導體器件，則可降低工作電壓的上升。此外，因為作為摻雜劑的矽在未與載氣中的氧反應的情況下結合在氮化鎵晶體12中，所以有效地將矽摻雜到氮化鎵晶體12中。因此，可以獲得載流子濃度升高的氮化鎵晶體12。實施例模式2圖4是表示實施例模式2中的外延晶片製造方法的流程圖。圖5是示出實施例模式2中的襯底的示意圖。圖6是示出實施例模式2中的外延晶片的示意圖。參考圖4至6，將說明本實施模式中外延晶片的製造方法。首先，通過實施例模式l中的氮化鎵晶體生長方法在下襯底ll上生長氮化鎵晶體12(S1至S4)。因此，獲得了如圖3所示的氮化鎵晶體襯底10。接下來，如圖4和5所示以及所說明，從氮化鎵晶體襯底10上移除至少下襯底ll，以形成由氮化鎵晶體12構成的襯底20(步驟S5)。在氮化鎵晶體12和下襯底11之間的界面的附近，結晶度經常不理想。因此，優選地從氮化鎵晶體襯底10上另外移除氮化鎵晶體12的結晶度不好的區域。因此，產生具有主面20a和20b的襯底20。移除方法的示例包括切割和研磨。應該理解，切割是指用電沉積金剛石磨輪外圓周片狀切片機或線鋸從氮化鎵晶體襯底10上機械分割(切割掉)至少下襯底ll。研磨指的是例如用具有金剛石打磨輪的研磨裝置機械地摩擦掉至少下襯底ll。從氮化鎵晶體襯底10移除的面並不限於平行於上述的氮化鎵晶體12表面的面，例如，可切割與該表面具有任意傾角的面。而且，可以對襯底20的主面20a和20b進行例如額外拋光。拋光方法沒有特定限制，所以可以採用任何方法。接下來，如圖6所示，在襯底20上形成外延生長層31(步驟S6)。在本實施例模式中，在襯底20的一個主面20a上形成外延生長層31。在該外延生長層31中，優選地，使用具有露點為-6(TC或以下的載氣，以將其外延生長到襯底20上。此外，外延生長層31優選通過HVPE外延生長而形成。應該理解，外延生長層31可以是多層。隨後，在襯底20中，處理與主面20a相對的側上的主面20b，以減少厚度(步驟S7)，其中在主面20a上形成外延生長層31。作為減少厚度的處理方法，可以使用切割、研磨或其它方法。因為該方法與移除至少下襯底ll時使用的方法相同，所以將不再重複該處理方法的說明(步驟S6)。如剛才所述，執行外延晶片的製造方法能夠製造具有襯底20且具有形成在襯底20上的外延生長層31的外延晶片30，如圖6所示。另外，例如，形成電極，可以使得以這種方式製造的外延晶片30用於半導體器件。在本實施例模式中的外延晶片30的製造方法，如上所述，具有在襯底20中，用於減小主面20b的厚度的處理步驟，其中主面20b位於與其上形成了外延生長層31的主面20a相對的一側上。根據本實施例模式中的外延晶片30的製造方法，當為了減少襯底20的厚度處理主面20b時，將矽結合為氧化矽保持在最小的事實，使得襯底20不容易變硬和變脆。因此，能夠製造出當處理主面20b時抑制出現裂縫的外延晶片。此外，能夠控制由降低襯底20厚度的工藝導致的氧化矽在主面20b上的暴露，並由此能夠防止在主面20b上電極的形成中接觸的惡化。而且，可以防止施加電壓的導電率的降級，其將工作電壓的升高控制在最小。實施例在本實施例中，研究了使用露點為-6(TC或以下的載氣生長氮化鎵晶體的效果。具體地，生產實施例1至15和比較示例1至3的外延晶片來測量外延晶片中裂縫的發生率和工作電壓升高的程度。實施例1至15在實施例1至15中，根據本發明的實施例模式2中的外延晶片製造方法生產外延晶片。更確切地說，首先，製備表I中示出的各種類型的載氣(步驟S1)。接下來，進行淨化以便製備的載氣具有表I中示出的露點(步驟S2)。將製備的載氣傳輸透過分子膜，以具有表I中的露點。接下來，製備2英寸直徑的藍寶石下襯底(步驟S3)。通過光刻，沿著<1-100〉方向，以條紋的形式，在下襯底的(0001)面上，形成由Si02構成的掩模。該掩模寬度是5pm，相鄰條紋之間的間隔為5/mi。隨後，使用露點為-6(TC或以下的載氣；作為氮化鎵前驅物的氯化氫氣體、氨氣和鎵；以及作為包含用作摻雜劑的矽的氣體的二氯甲矽垸，利用圖1中所示的HVPE反應器，通過HVPE法，在下襯底上生長氮化鎵晶體(步驟S4)。具體地，製備氨氣作為第一源氣體G1，並製備氯化氫氣體作為第二源氣體G2。隨後，將鎵提供給源舟107，並加熱源舟107。然後，通過第二氣體引入管106提供的氯化氫氣體與源舟107中的鎵彼此反應，如Ga+HC1—GaCl+l/2H2，以形成氯化鎵(GaCl)氣體，作為反應氣體G7。並且，通過第一氣體引入管105提供的氨氣和氯化鎵氣體流動，使得撞擊其上生長氮化鎵晶體的下襯底ll的表面，以在該表面上發生反應，如GaCl+NH3—GaN+HCl+H2。如圖7所示，在下襯底11上沉積了30mm厚的由氮化鎵構成的緩衝層。這裡，圖7是示出這些實施例中的氮化鎵晶體襯底的示意圖。為了沉積該緩衝層，載氣、HC1氣體和氨氣的分壓強分別達到0.899atm、O.OOlatm和O.latm。利用加熱器109加熱晶體生長容器110的內部，使其達到50(TC。生長緩衝層13需要的時間是0.5小時。之後，使得載氣、氯化氫氣體和氨氣的分壓強每個都達到表I中示出的分壓強，以每種氣體都提供到下襯底ll。此外，利用加熱器109加熱晶體生長容器110的內部，使其為105(TC。生長氮化鎵晶體12需要的時間為80小時。結果，在緩衝層13上生長了具有表I所示厚度的氮化鎵晶體12。通過這種方式，生產氮化鎵晶體襯底，如圖7所示，具有下襯底ll，沉積在下襯底11上的緩衝層13，以及生長在緩衝層13上的氮化鎵晶體12。這裡，對於生產的氮化鎵晶體襯底的氮化鎵晶體12，測量載流子濃度和位錯密度。結果由表n示出。利用霍爾測量器件測量載流子(矽)濃度。位錯密度通過以下方法測量。在350攝氏度的溫度下利用熔化的氫氧化鉀一氫氧化鈉(KOH-NaOH)混合物蝕刻氮化鎵晶體12的表面。在蝕刻的表面上，在對應於位錯的位置形成蝕刻坑，並計算蝕刻坑的數目以估算位錯密度。接下來，通過拋光從生產的氮化鎵晶體襯底移除下襯底ll和緩衝層13，以形成由氮化鎵晶體12構成的襯底(步驟S5)。這裡，當形成由氮化鎵晶體12構成的襯底時，測量產生裂縫的發生率。在表n中列出了結果。裂縫的發生率由如下方法測量，其中在差分幹涉光學顯微鏡的20放大倍數的物鏡下觀察裂縫，並且除了5mm的襯底外圍邊緣上的裂縫之外，如果在2英寸直徑襯底的整個表面上發現了30或更多道100Mm或以上長度的裂縫，則確定該襯底中出現了裂縫。其上出現裂縫的襯底的數目與樣品數目的比率定義為裂縫發生率。隨後，通過MOCVD方法在襯底上順序形成下面的層5/mi厚的n型GaN層；3nm厚的Ino.2Gao.8N層；60nm厚的Alo.2Gao.8N層；以及150nm厚的p型GaN層。接下來，在該襯底中，對與其上沉積了外延生長層的表面相對的一側的表面進行處理，以減小厚度(步驟S7)。在本實施例中，作為用來減小厚度的工藝，將p型GaN層上的表面粘附到用於拋光的固定器上，然後利用包含30/im平均粉末直徑的SiC研磨劑的漿料進行拋光，直到襯底的厚度為100/xm。通過這種方式，外延晶片具有由氮化鎵晶體構成的襯底，並且具有作為外延生長層形成於該襯底上的n型GaN層、Ino.2Gao.sN層、Alo.2Ga(uN層以及p型GaN層。這裡，對於減小厚度工藝之後的外延晶片，測量裂縫的發生率。結果在表II中示出。表II中示出的裂縫的發生率是指通過移除下襯底11和緩衝層13而造成的裂縫發生率和減小厚度工藝之後裂縫的發生率的總和。此外，以與測量由移除下襯底11和緩衝層13導致的裂縫發生率相同的方式測量減小厚度工藝之後裂縫的發生率。接下來，在該襯底中，在其上形成了外延生長層的表面的相對側的表面上，形成100nm厚的沉積了金和鎳的n型電極。另外，在該外延生長層(p型GaN層)上，形成100nm厚的p型電極。通過這種方式，生產出實施例1至15中的半導體器件。這裡，在實施例1至15中生產的半導體器件時，測量工作電壓以及在10(TC的溫度下經過50小時之後的工作電壓。把通過由50小時後的工作電壓減去先前的工作電壓獲得的值定義為工作電壓升高的程度(Av。p)。結果在表n中列出。比較示例1至3比較示例1至3中的外延晶片基本具有與實施例1至15中的外延晶片製造方法相同的結構，但不同之處在於載氣露點比實施例1至15中的高。具體地，在比較示例1至3中的外延晶片中，製備了表I中所示的類型和露點的載氣。接下來，除了釆用具有表I中所示的露點的載氣之外，製備了與實施例1至15中相同的下襯底，且在與實施例1至15相同的條件下沉積了緩衝層。隨後，在露點大於-6(TC的載氣、氯化氫氣體和氨氣處於表l中所列出的分壓強下，生長每個都摻雜矽的氮化鎵晶體。因此，生產比較示例1至3中具有氮化鎵晶體的氮化鎵晶體襯底。接下來，如實施例1至15，移除下襯底和緩衝層以生產襯底。之後，如實施例1至15，在襯底上沉積外延生長層。隨後，如同實施例1至15，在襯底中，對其上生長外延生長層的表面相對側上的表面進行處理，以減小厚度。通過這種方式，生產比較示例1至3中的外延晶片。接下來，如實施例1至15，形成了ti型和p型電極以生產比較示例l至3中的半導體器件。而且在比較示例1至3中，如實施例1至15進行以下測量在氮化鎵晶體中，測量裂縫的發生率、載流子濃度和位錯密度；在外延晶片中，測量裂縫的發生率；以及在半導體器件中，測量工作電壓上升的程度。該結果列於表II中。參考示例1至3參考示例1至3中的外延晶片基本與實施例1至15中的製造方法中的外延晶片具有相同的結構，但不同之處在於使用了氧而沒有利用矽作為摻雜劑，以及其中載氣露點較高。具體地，在參考示例1至3的外延晶片中，製備了表I中所示的類型和露點的載氣。接下來，除了採用具有列於表I中的露點的載氣、以及利用氧氣作為摻雜氣體之外，製備了與實施例1至15中相同的下襯底，且在與實施例1至15相同的條件下沉積了緩衝層。隨後，在具有露點大於-6(TC的載氣、HC1氣體和氨氣處於表1中所示的分壓強下，生長每個都摻雜氧的氮化鎵晶體。因此，參考示例1至3生產具有氮化鎵晶體的氮化鎵晶體襯底。接下來，如實施例1至15，移除了下襯底和緩衝層以得到襯底。之後，如實施例1至15，在襯底上沉積了外延生長層。隨後，如實施例l至15，在襯底中，對其上生長外延生長層的表面相對側上的表面進行處理，用於減小厚度。通過這種方式，生產參考示例1至3中的外延晶片。接下來，如實施例1至15,形成n型和p型電極以生產參考示例l至3中的半導體器件。而且在參考示例1至3中，如實施例1至15:在氮化鎵晶體中，測量裂縫的發生率、載流子濃度和位錯密度；在外延晶片中，測量裂縫的發生率；以及在半導體器件中，測量工作電壓上升的程度。該結果列於表II中。表1complextableseeoriginaldocumentpage20表IItableseeoriginaldocumentpage21測量結果圖8是示出在本實施例中，載氣的露點和裂縫發生率之間關係的圖。如圖8和表II中所示，在其中露點為-6CTC或以下的實施例l至15中，在進行用於減小厚度的工藝之後(步驟S7)的裂縫發生率達到15%或以下，艮卩，低於比較示例1至3中的。尤其是，載氣露點達到-8(TC或以下能夠使得氮化鎵晶體中的裂縫發生率降低到6%或以下，並且用於減小厚度工藝之後的裂縫發生率降低到9%或以下。圖9是示出在本實施例中，載氣分壓強和裂縫發生率之間關係的圖。如圖9和表II中所示，使載氣分壓強達到0.92atm或以下能夠使得氮化鎵晶體中的裂縫發生率降低到6%，並且使得用於減小厚度的工藝之後的裂縫發生率降低到9%。圖10是示出在本實施例中，載氣露點和工作電壓上升程度之間關係的圖。如圖10和表II中所示，在實施例1至15中，其中載氣露點為-60'C或以下，工作電壓上升的程度可達到0.36V或以下，g卩，低於比較示例1至3中的。如表II中所示，不管載氣類型如何，在實施例1至15中，其中載氣露點達到-6(TC或以下，能降低裂縫發生率。此外，在實施例1至15中，通過HVPE生長氮化鎵晶體，能夠增加厚度。而且，如表II中所示，實施例1至15中的載流子濃度高於比較示例1至3中的載流子濃度。這樣的結果證明了保持矽到氧化矽中的反應在控制下，且在氮化鎵晶體中結合了作為載體的矽。此外，在實施例1至15中，可以保持低位錯密度。在此，在呈現在表n中的參考示例l至3中，在利用氧作為摻雜劑的情形下，能抑制裂縫的發生，此外，即使載氣露點高，也與溫度無關。在利用氧作為摻雜劑的情形下這些結果變得更加明顯，在生長的氮化鎵晶體中沒有結合氧作為雜質，意味著參考示例1至3不涉及本發明利用矽作為摻雜劑的問題。應該理解，使用矽作為摻雜劑具有以下優點與使用氧相比，矽更可能被結合在C面({0001}平面)中。以上結果證實，根據本實施例，載氣露點達到-6(TC或以下能夠抑制在用於減小厚度的工藝期間發生的裂縫。本公開的實施例和實施示例在所有方面都應認為是示例性的而不是限制性的。本發明的範圍不是由前面的描述提出而是由專利權利要求的範圍提出，且意在包括本專利權利要求範圍等效物和在該範圍內的所有修改的含義。由本發明的氮化鎵晶體生長方法獲得的氮化鎵晶體能夠抑制在用於減小厚度的工藝期間產生裂縫，以及生長具有相當大厚度的氮化鎵。因此，氮化鎵晶體可以優選地用於例如發光器件，例如發光二極體和雷射二極體；電子器件，例如整流器、雙極電晶體、場效應電晶體和HEMT;半導體傳感器，例如溫度傳感器、壓力傳感器、輻射傳感器、可見-盲紫外光檢測器；和表面聲波(SAW)器件。已選擇僅所選的實施例來說明本發明。然而，對於本領域技術人員來說，從前述公開將顯而易見，在不脫離如由所附權利要求定義的本發明的範圍的情況下，可進行各種改變和修改。此外，提供根據本發明的實施例的前面描述僅用於說明，不是用於限制如由所附權利要求及其等效物所限定的發明。權利要求1.一種氮化鎵晶體生長方法，其中，採用載氣、氮化鎵前驅物和含作為摻雜劑的矽的氣體，通過氫化物氣相外延在下襯底上生長氮化鎵晶體，該方法的特徵在於，在所述氮化鎵晶體生長期間所述載氣的露點為-60℃或以下。2.如權利要求l所述的氮化鎵晶體生長方法，其中，在所述氮化鎵晶體生長期間，所述載氣的分壓強在0.56atm和0.92atm之間。3.—種通過如權利要求1所述的氮化鎵晶體生長方法所獲得的氮化鎵晶體襯底，包括下襯底；以及在所述下襯底上形成的氮化鎵晶體。4.一種外延晶片製造方法，包括通過如權利要求1所述的氮化鎵晶體生長方法在下襯底上生長氮化鎵晶體的步驟；移除至少所述下襯底以形成由氮化鎵晶體組成的襯底的步驟；在所述襯底上形成外延生長層的步驟；以及對其上形成外延生長層的所述襯底的表面的相對側的襯底表面進行處理，用於減小厚度的步驟。5.—種通過如權利要求4所述的外延晶片製造方法製造的外延晶片，包括襯底；以及在所述襯底上形成的外延生長層。全文摘要提供氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片製造方法和外延晶片，其能夠抑制在減小厚度操作期間在晶體上出現裂縫，以及能夠生長具有相當大厚度的氮化鎵晶體。在本發明一個方面的氮化鎵晶體生長方法是，採用載氣、氮化鎵前驅物和含作為摻雜劑的矽的氣體，並且通過氫化物氣相外延(HVPE)在下襯底上生長氮化鎵晶體的方法。該氮化鎵晶體生長方法的特徵在於，在氮化鎵晶體生長期間載氣露點為-60℃或以下。文檔編號C30B29/38GK101353819SQ20081013110公開日2009年1月28日申請日期2008年7月28日優先權日2007年7月27日發明者藤田俊介申請人:住友電氣工業株式會社