專利名稱：電子器件的制作方法、外延襯底的制作方法、iii族氮化物半導體元件及氮化鎵外延襯底的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子器件的制作方法、用于電子器件的外延襯底的制作方法、III族氮化物半導體元件及氮化鎵外延襯底。
背景技術：
在專利文獻1中，記載了發光效率高的發光二極管、閾值低的半導體激光器這些半導體發光元件。該半導體發光元件使用能夠穩定地進行高溫的均勻加熱的氣相生長裝置來制造。該氣相生長裝置中，在用于加熱設置在基座上的襯底的電阻加熱體的導電部的間隙中接觸插入至少二分割以上的絕緣體，因此電阻加熱體的壽命顯著延長。使用該裝置，半導體薄膜中的碳濃度以沿生長方向降低的方式分布。專利文獻1 日本特開平9_擬883號公報

發明內容
專利文獻1中，提及發光二極管和半導體激光器。在通過有機金屬氣相生長法得到的半導體薄膜中，混入大量的碳雜質，這與非發光再結合中心的形成相關聯。另一方面，根據本發明人的發現，在與半導體發光元件不同的電子器件、例如肖特基二極管等中，大量的碳雜質的混入認為是電極的歐姆接觸變差的原因。例如，在氮化鎵薄膜中碳濃度高的情況下，電極不能得到良好的歐姆特性。迄今為止，對在有機金屬氣相生長爐中生長的外延膜表面進行光學觀察，在根據該觀察已經挑選的外延襯底的表面上形成用于電子器件的電極(例如，用于肖特基勢壘二極管的肖特基電極)。但是，外延襯底的電特性在有機金屬氣相生長爐的每次操作中不同。這是因為，有機金屬氣相生長爐內的環境在每次成膜操作中變化，因此混入的雜質濃度也變化。通過目前的外延技術制作的膜中的碳等雜質濃度為由二次離子發射質譜法分析的檢測下限以下。 因此，尋求的是用于在有機金屬氣相生長爐中在變動的生長條件下生長的外延膜的高純度化的適當指標。本發明是鑒于這樣的情況而進行的，本發明的目的在于提供使用用于在有機金屬氣相生長爐中在變動的生長條件下生長的外延膜的高純度化的適當指標來制作使用III 族氮化物基化合物半導體的電子器件的方法，另外，本發明的目的在于提供制作用于該電子器件的外延襯底的方法。另外，本發明的目的在于提供包含滿足用于高純度化的適當指標的外延膜的III族氮化物半導體元件，另外，本發明的目的在于提供用于該電子器件的氮化鎵外延襯底。本發明的一個方面是制作使用III族氮化物基化合物半導體的電子器件的方法。該方法包含(a)利用有機金屬氣相生長法在襯底上生長包含一個或多個氮化鎵基半導體層的半導體區域從而形成外延襯底的工序；(b)對所述氮化鎵基半導體層測定包含黃帶波長帶的波長區域及包含所述氮化鎵基半導體層的帶邊的帶邊波長的波長區域的光致發光光譜的工序；(C)生成所述黃帶波長帶的光致發光光譜與帶邊波長中的光譜強度的強度比的工序；(d)通過將所述黃帶波長帶與所述帶邊波長的光致發光光譜的強度比與基準值比較，挑選所述外延襯底以提供已經挑選的外延襯底的工序；和(e)挑選所述外延襯底后，形成用于所述電子器件的電極的工序。根據該方法，除氮化鎵基半導體層的黃帶波長帶以外包含氮化鎵基半導體層的帶邊波長的波長區域中的光致發光光譜強度提供與外延膜內的雜質量有關的有效指標。因此，通過使用已經挑選的外延襯底，可以抑制在有機金屬氣相生長爐中在變動的生長條件下生長的外延膜的雜質引起的電子器件的特性波動。另外，通過使用強度比，可以不依賴于黃帶波長帶的光譜的絕對強度，提供用于判斷在有機金屬氣相生長爐中在變動的生長條件下生長的外延膜的品質的指標。本發明的一個方面的方法中，在測定光致發光光譜的所述工序中，優選在室溫下測定所述光致發光光譜。為了品質管理而管理用于制作電子器件的設備中的環境溫度，在該管理的溫度即室溫下，也進行光致發光光譜的測定。本發明的一個方面的方法中，換算為室溫下的光致發光光譜測定，所述基準值為 0. 05以下的值。根據本發明人的研究這是合適的范圍。本發明的一個方面的方法中，所述襯底優選包含GaN。可以得到低位錯密度的GaN 襯底，因此生長品質良好的氮化鎵基半導體層。本發明的一個方面的方法中，所述襯底包含η型GaN，所述氮化鎵基半導體層優選包含添加有η型摻雜劑的GaN。其對于低損耗的電子器件是適合的。本發明的一個方面的方法中，所述η型摻雜劑使用選自甲硅烷、乙硅烷、一甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙基硅烷、四乙基硅烷、甲鍺烷、一甲基鍺、四甲基鍺、四乙基鍺、氧、一氧化碳、二氧化碳和H2O中的至少任一種。本發明的一個方面的方法中，在形成用于該電子器件的電極的工序中，在所述已經挑選的外延襯底上形成肖特基電極，該電子器件是肖特基勢壘二極管。其提供低損耗的肖特基勢壘二極管。本發明的一個方面的方法中，所述氮化鎵基半導體層是所述肖特基勢壘二極管的 GaN漂移層，所述帶邊波長可以是GaN的帶邊波長。根據該方法，可以減弱肖特基勢壘二極管的漂移層的由雜質引起的特性變差。本發明的一個方面的方法中，所述襯底可以包含具有導電性的III族氮化物。可以使用III族氮化物襯底，制作使用III族氮化物基化合物半導體的電子器件。本發明的一個方面的方法中，所述III族氮化物可以是具有導電性的氮化鎵。通過使用低位錯的導電性氮化物鎵襯底，可以得到高純度且結晶性優良的外延膜。本發明的一個方面的方法中，所述電極在所述氮化鎵基半導體層上形成肖特基結，所述氮化鎵基半導體層包含氮化鎵層，所述氮化鎵層的生長溫度為1050°C以上、1200°C 以下，所述氮化鎵層的生長中V族原料與III族原料的供給摩爾比(V/III)可以為500以上。根據該方法，通過該生長條件，可以生長在室溫光致發光光譜中黃帶發光與帶邊發光的強度比為0. 05以下的氮化物基化合物半導體外延膜。本發明的一個方面的方法中，所述黃帶波長帶為2. IeV以上、2. 5eV以下的范圍。本發明的另一方面是制作使用III族氮化物基化合物半導體的外延襯底的方法。 該方法包含(a)利用有機金屬氣相生長法在襯底上生長包含一個或多個氮化鎵基半導體層的半導體區域從而形成外延襯底的工序；(b)對所述氮化鎵基半導體層測定包含黃帶波長帶的波長區域及包含所述氮化鎵基半導體層的帶邊的帶邊波長的波長區域的光致發光光譜的工序；(c)生成所述黃帶波長帶的光致發光光譜與帶邊波長中的光譜強度的強度比的工序；和(d)通過將所述黃帶波長帶與所述帶邊波長的光致發光光譜的強度比與基準值比較，挑選所述外延襯底以提供已經挑選的外延襯底的工序。根據該方法，除氮化鎵基半導體層的黃帶波長帶以外，包含氮化鎵基半導體層的帶邊波長的波長區域中的光致發光光譜強度提供與外延膜內的雜質量有關的有效指標。因此，通過提供已經挑選的外延襯底，可以抑制在有機金屬氣相生長爐中在變動的生長條件下生長的外延膜的雜質引起的電子器件的特性偏差。該外延襯底適于肖特基勢壘二極管。本發明的另外一方面是具有肖特基結的III族氮化物半導體元件。III族氮化物半導體元件包含(a)具有導電性的III族氮化物支撐基體；(b)設置在所述III族氮化物支撐基體的主面上、且黃帶波長帶的光致發光光譜強度Iy與帶邊波長的光譜強度Ibe的強度比(IY/IBE)為0. 05以下的氮化鎵區域；和(c)在所述氮化鎵區域中形成肖特基結的肖特基電極。根據該III族氮化物半導體元件，室溫光致發光光譜中黃帶發光與帶邊波長的強度比為0.05以下的氮化物基化合物半導體外延區域具有優良的結晶品質。通過在電子元件中使用該高品質的外延層，可以抑制外延區域中的雜質或固有缺陷引起的肖特基結的漏電流。本發明的另一方面，是具有肖特基結的III族氮化物半導體元件。III族氮化物半導體元件具備(a)具有導電性的III族氮化物支撐基體；(b)設置在所述III族氮化物支撐基體的主面上、且包含具有與黃帶波長帶對應的能級的深能級的氮化鎵區域；和(c)在所述氮化鎵區域中形成肖特基結的肖特基電極。所述氮化鎵區域的所述深能級的濃度，是來自所述黃帶波長帶的所述深能級的光致發光光譜強度Iy與所述氮化鎵區域帶邊波長的光譜強度Ibe的強度比(IyAbe)為0. 05的值以下。根據該III族氮化物半導體元件，與黃帶的發光相關聯的雜質或固有缺陷的濃度是室溫光致發光光譜中的強度比(IY/IBE)為0.05以下的值。因此，氮化鎵區域具有優良的結晶品質。在該高品質的外延層中形成肖特基結的電子元件中，可以抑制外延區域中的雜質或固有缺陷引起的肖特基結的漏電流。上述雜質的濃度是非常小的值，為了通過非破壞性測定得到該濃度值的指標，光學測定是有用的。本發明的III族氮化物半導體元件中，所述深能級可以包含由含有碳、氫和氧中的至少任一種的雜質產生的能級。在該III族氮化物半導體元件中，與碳、氫和氧中的至少任一種雜質相關的能級主要形成對黃帶發光有貢獻的深能級。本發明的III族氮化物半導體元件中，所述III族氮化物支撐基體可以包含具有導電性的氮化鎵。根據該III族氮化物半導體元件，通過使用低位錯的導電性氮化物鎵襯底，可以得到高結晶品質的外延膜。本發明的III族氮化物半導體元件中，所述氮化鎵區域的生長溫度為1050°C以上、1200°C以下，所述氮化鎵區域的生長中V族原料與III族原料的供給摩爾比(V/III)可以為500以上。根據該III族氮化物半導體元件，在室溫光致發光光譜中黃帶發光與帶邊發光的強度比為0. 05以下的氮化物基化合物半導體外延區域中，可以使用上述生長條件。本發明的另一方面，是氮化鎵外延襯底。該氮化鎵外延襯底具備(a)具有導電性的III族氮化物支撐基體；和(b)設置在所述III族氮化物支撐基體的主面上、且具有黃帶波長帶的光致發光光譜與帶邊波長的光譜強度的強度比為0. 05以下的特征的氮化鎵區域。根據該氮化鎵外延襯底，在室溫光致發光光譜中黃帶發光與帶邊發光的強度比為0. 05 以下的氮化物基化合物半導體外延區域，具有優良的結晶品質。通過在具有肖特基結的電子元件中使用該高品質的外延層，可以抑制外延區域中的雜質或固有缺陷引起的肖特基結的漏電流。本發明的氮化鎵外延襯底中，所述III族氮化物支撐基體可以包含具有導電性的氮化鎵。根據該氮化鎵外延襯底，由于可以得到低位錯的導電性氮化物鎵襯底，因此可以得到優良的結晶品質的外延膜。本發明的氮化鎵外延襯底中，所述氮化鎵區域的生長溫度為1050°C以上、1200°C 以下，所述氮化鎵區域的生長中V族原料與III族原料的供給摩爾比(V/III)為500以上。 為了得到用于在室溫光致發光光譜中黃帶發光與帶邊發光的強度比為0. 05以下的氮化鎵區域的外延膜，適合使用該條件。本發明的上述目的及其它目的、特征以及優點，由以下參考附圖進行的本發明的優選實施方式的詳細說明更加容易地明確。根據本發明，提供使用用于在有機金屬氣相生長爐中在變動的生長條件下生長的外延膜的高純度化的適當指標，制作使用III族氮化物基化合物半導體的電子器件的方法，另外，提供制作用于該電子器件的外延襯底的方法。另外，根據本發明的另一方面，提供包含滿足用于高純度化的適當指標的外延膜的III族氮化物半導體元件，另外，提供用于該電子器件的氮化鎵外延襯底。


圖1是表示本實施方式的電子器件的制作方法及外延襯底的制作方法的主要工序的流程圖。圖2是表示本實施方式的電子器件的制作方法及外延襯底的制作方法的主要工序的流程圖。圖3中圖3(a)是表示包含黃帶波長帶的波長區域和包含與氮化鎵基半導體層的帶邊對應的帶邊波長的波長區域中外延襯底A、B的PL光譜圖；圖3(b)是表示包含黃帶波長帶的波長區域中外延襯底A、B的PL光譜圖。圖4是表示肖特基勢壘二極管C、D的電流-電壓特性的圖。圖5是表示包含黃帶波長帶的波長區域和包含與氮化鎵基半導體層的帶邊對應的帶邊波長的波長區域中外延襯底Al、Bl的PL光譜圖。圖6是表示本實施方式的用于電子器件的外延襯底的深能級的圖。
圖7是表示肖特基勢壘二極管DAl、DBl的電流-電壓特性(正向特性)的圖。圖8是表示肖特基勢壘二極管DAl、DBl的電流-電壓特性(反向特性)的圖。符號說明EL···已經挑選的外延襯底；11…襯底；13…氮化鎵基半導體層；15、17…用于電子器件的電極；19···縱型電子器件
具體實施例方式本發明的發現通過參考作為例示的附圖進行以下詳細說明可以容易地理解。接下來，參考附圖的同時，對本發明的電子器件的制作方法和外延襯底的制作方法的實施方式進行說明。可能的情況下，相同的部分使用相同的符號。圖1是表示本實施方式的電子器件的制作方法、外延襯底的制作方法及外延襯底的檢查方法的主要工序的流程圖。圖2是表示這些上述方法中的主要工序的圖。在流程圖 100中的S 101中，準備用于電子器件的襯底11。作為襯底11，可以使用硅襯底、藍寶石襯底、碳化硅襯底等或者III族氮化物襯底等。優選III族氮化物襯底可以是稱為GaN襯底的氮化鎵基半導體襯底。在接著的說明中，使用η型GaN襯底(以下記作參考符號11)作為襯底11。由于可以得到低位錯密度的GaN襯底，因此在GaN襯底上生長品質良好的氮化鎵基半導體層。η型GaN襯底對低損耗的縱型電子器件(例如，肖特基勢壘二極管、場控晶體管等)是適合的。如圖2 (a)所示，更具體地，在η型GaN襯底11的主面(例如c面)Ila 上在后續工序中進行外延生長。該生長通過使用三甲基鎵作為鎵原料并且使用氨作為氮原料的有機金屬氣相生長法來進行。在工序S102中，通過有機金屬氣相生長法在III族氮化物襯底上生長包含一個或多個氮化鎵基半導體層的半導體區域，從而形成外延襯底。在工序S103中，在η型GaN襯底11的主面Ila上外延生長氮化鎵基半導體層13。氮化鎵基半導體層13可以是例如GaN、 AlGaN, InGaN, IniUGaN等。必要的情況下，可以接著通過機金屬氣相生長法形成追加的氮化鎵基半導體層。III族氮化物襯底11包含η型GaN時，氮化鎵基半導體層13優選包含添加有η型摻雜劑的GaN。其對于低損耗的電子器件是適合的。上述η型摻雜劑可以使用選自甲硅烷、 乙硅烷、一甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、三乙基硅烷、四乙基硅烷、甲鍺烷、一甲基鍺、四甲基鍺、四乙基鍺、氧、一氧化碳、二氧化碳和H2O中的至少任一種。根據外延襯底的檢查方法，在工序S104中，對氮化鎵基半導體層13測定包含黃帶波長帶的波長區域和包含與氮化鎵基半導體層的帶邊對應的帶邊波長的波長區域的光致發光光譜(以下記作“PL光譜”)。在氮化鎵基半導體中，黃帶是例如與2. 3電子伏特(eV， IeV以1. 602 X 10_19J換算)對應的波長帶(例如2. IeV 2. 5eV)，該波長區域中觀察到寬發光峰。氮化鎵的帶邊波長是與3. 4eV對應的波長，觀察到比黃帶的比較峰更尖的峰。關于PL光譜的測定，優選在室溫下測定PL光譜。為了品質管理而管理制作電子器件的設備中的環境溫度，如果在該管理的溫度即室溫下也進行PL光譜測定，則無需用于測定的溫度管理的追加裝置，不產生由追加的溫度管理引起的溫度波動。另外，如果是在該設備內，則PL光譜不依賴于測定裝置的設置部位。在工序S 106中，通過將黃帶波長帶和帶邊波長的光致發光光譜強度與基準值比較來挑選外延襯底，從而提供已經挑選的外延襯底El。該外延襯底E1，如圖2(b)所示，具有設置在襯底11上的一個或多個氮化鎵基半導體層(本實施例中，單一的氮化鎵基半導體層13)。通過到此為止的工序，制作外延襯底E1。本實施例中，在工序S105中，生成黃帶波長帶的PL光譜與帶邊波長的光譜強度的強度比。通過該強度比，不依賴于黃帶波長帶的光譜的絕對強度，可以提供用于判斷在有機金屬氣相生長爐中在變動的生長條件下生長的外延膜的品質的指標。一般而言，黃帶的發光弱，因此強度比是小于1的值。該強度比與工序S106中的基準值比較。在測定PL光譜的工序中，在室溫下測定PL光譜。在該方法中，如果換算為室溫下光致發光光譜測定，則基準值為0. 05以下。這是根據本發明人的研究適合的范圍。基于該基準值，挑選外延襯底El。挑選中，將不滿足所需特性的外延襯底與顯示所需特性的外延襯底分離。在顯示所需特性的外延襯底上，作為已經挑選的外延襯底E1，實施之后的制造工序。在工序S107中，如圖2 (c)所示，在已經挑選的外延襯底El上形成用于電子器件的電極15。在已經挑選的外延襯底El的背面形成另一電極17，從而得到襯底生產物。由襯底生產物生產多個縱型電子器件19。該縱型電子器件19中，來自電極15、17中一個的電流通過襯底11和氮化鎵基半導體層13而流向電極15、17中的另一個。該電子器件，例如為肖特基勢壘二極管時，在形成用于電子器件的電極的工序中，在已經挑選的外延襯底El 上形成肖特基電極(與電極15對應)，另外，在已經挑選的外延襯底El上的背面形成歐姆電極(與電極17對應)。由此，可以提供低損耗的肖特基勢壘二極管。根據該方法，除氮化鎵基半導體層13的黃帶波長帶以外包含帶邊波長的波長區域中的PL光譜強度，提供與外延膜13內的雜質量相關的有效指標。因此，通過使用已經挑選的外延襯底E1，可以抑制生長爐中在變動的生長條件下生長的外延膜13的雜質引起的電子器件的特性波動。室溫下的PL光譜中，生成黃帶發光強度與帶邊發光強度的比，因此可以減少在外延生長的批次間不可避免地存在的波動。因此，在已經挑選的外延襯底中，可以抑制由雜質引起的電特性的波動。通過使用該外延襯底來制作電子器件，可以抑制雜質的深能級引起的反偏壓漏電流，另外，可以對電子器件提供高可靠性。(實施例1)使用MOCVD法在襯底上形成氮化鎵膜。使用TMG作為( 原料，使用高純度氨作為氮原料。使用高純度化的氫氣和氮氣作為載氣。例如，高純度氨的純度為99. 999%以上，高純化氫氣和高純化氮氣的純度為99. 999995%以上。在MOCVD爐中配置c面藍寶石襯底，首先在1050°C的溫度和100托(1托以133Pa 換算)的壓力下在氫氣氛中進行襯底清潔。之后，降溫到500°C后，在100托的壓力和V/ III = 1600的條件下，形成30nm的GaN層。再升溫到1070°C后，在200托的壓力和V/III =500的條件下，形成厚度3 μ m的GaN層，制作兩片GaN外延生長用模板。然后，將其中的一片GaN模板和2英寸大小的c面η型GaN晶圓配置在MOCVD爐中。升溫到1050°C后，在200托的壓力和V/III = 1250的條件下，形成厚度2 μ m的GaN漂移層，制作了使用GaN模板的外延襯底A和使用η型GaN晶圓的外延襯底C。另外，將剩余的一片GaN模板和2英寸大小的另一個c面η型GaN晶圓配置在MOCVD爐中，在與上述相同的生長條件下成膜，制作使用GaN模板的外延襯底B和使用η型 GaN晶圓的外延襯底D。在室溫下測定不使用GaN襯底的外延襯底Α、Β的外延表面的PL光譜。圖3 (a)是表示外延襯底A、B的PL光譜的圖。該PL光譜是對于氮化鎵基半導體層的包含黃帶波長帶的波長區域和包含與帶邊對應的帶邊波長的波長區域進行測定。這些外延襯底A、B的PL 光譜PLWa、PLWb中，黃帶例如是與2. 3eV對應的波長帶，該波長區域中，觀察到寬發光峰。氮化鎵的帶邊波長是與3. 4eV對應的波長，觀察到比黃帶的比較峰更尖銳的峰。圖3(a)中， 各個PL光譜使用帶邊波長的峰值進行標準化。圖3(b)是表示包含黃帶波長帶的波長區域中的外延襯底A、B的部分PL光譜的圖。這些外延襯底A、B的PL光譜PLNa、PLNb的黃帶發光強度相對于帶邊發光強度的強度比即黃帶發光強度/帶邊發光強度為外延襯底A :0· 0；35，外延襯底B :0.05。根據PL光譜PLNa、PLNb的比較，外延襯底B的黃帶強度比外延襯底A強。這表示外延襯底A的GaN漂移層中混入了更多的雜質。對黃帶發光作出貢獻的雜質報道有碳(C)、 氫(H)和氧(0)等。據報道，這些原子自身或與結晶中的( 空穴形成復合缺陷，形成對黃帶發光作出貢獻的深能級。而且，這些深能級作為電子阱起作用，在反偏壓時的耗盡層中成為載流子的發生源，使漏電流增大。根據本實施例，顯示出外延襯底的品質與黃帶發光強度和帶邊發光強度相關聯。(實施例2)使用在實施例1中使用GaN襯底制作的外延襯底C、D，制作肖特基勢壘二極管。在外延膜的表面上形成Au肖特基電極，并且在GaN襯底的背面形成Ti/Al/Ti/Au歐姆電極， 制作肖特基勢壘二極管C、D。這些電極在外延襯底C、D上同時形成。圖4(a)是表示肖特基勢壘二極管C、D的電流-電壓特性(正向)的圖。圖4(b) 是表示肖特基勢壘二極管C、D的電流-電壓特性(反向)的圖。肖特基勢壘二極管C、D的耐壓和開態電阻如下所示。電子器件反向耐壓正向開態電阻肖特基勢壘二極管C 200V以上1. 17mQcm2肖特基勢壘二極管D 175V0. 78mΩ cm2正向開態電阻是上述電壓-電流特性(正向)IFC、1 的1J6V、1.32V(電壓值) 處的值。上述電壓-電流特性(反向)1&、IRD，表示肖特基勢壘二極管D的反偏壓時的漏電流比肖特基勢壘二極管C大。如前所述，肖特基勢壘二極管D的外延襯底D是與外延襯底B在同一批次制作的，因此，黃帶發光的強度大。因此，從實施例的光致發光光譜可以看出，該特性的不同是由于外延襯底C的漂移層比外延襯底的漂移層更高純度而引起的。艮口， 通過減小對由雜質形成的黃帶發光作出貢獻的深能級，可以抑制由該能級引起的反偏壓時的漏電流。GaN肖特基勢壘二極管的制造中，每次操作中有機金屬氣相生長爐的環境發生變化，混入外延膜中的雜質濃度也變化。因此，生長的外延膜的電特性波動。外延膜中的雜質濃度是在通過二次離子發射質譜(SIMQ法進行的雜質定量分析中檢測下限以下的濃度，因此觀察不到用于監控有機金屬氣相生長爐的生長條件變動的指標。另一方面，有望通過改善外延膜的品質來提高GaN肖特基勢壘二極管的特性。如上所述，在稱為漂移層的氮化鎵基半導體層的外延生長后且電極形成前，測定包含黃帶發光和帶邊發光的PL光譜并考查帶邊發光強度相對于黃帶發光強度的比，由此可以實現用于電子器件的外延襯底的均質化和高品質。另外，可以制作具有良好特性的高耐壓縱型電子器件(例如，肖特基勢壘二極管)。另外，可以抑制由外延襯底的特性引起的制品特性的波動。(實施例3)如下所述，作為外延膜的特性，關注光致發光光譜，來評價器件特性。根據該評價， 發現了 GaN外延層的PL光譜與肖特基器件特性的關聯。襯底中使用η型自立式GaN晶圓， 穿透位錯密度為IXlO6CnT2以下。為了進行如下實驗準備兩片相同品質的η型自立式GaN 晶圓。自立式GaN晶圓的η型摻雜劑為氧。為了使用MOCVD法在一個GaN晶圓上生長氮化鎵膜，分別使用TMG和高純度氨作為( 原料和氮原料。使用純化的氫氣和氮氣作為載氣。高純度氨的純度為99. 999%以上， 純化氫氣和純化氮氣的純度為99. 999995%以上。首先，在1050°C的溫度及100托的爐內壓力條件下，在含有氫氣和氨氣的氣氛中，進行襯底的表面(c面GaN)的清潔。之后，在1050°C的襯底溫度、200托的爐內壓力及 1250的V/III條件下生長GaN漂移層。GaN漂移層的厚度為2微米，在GaN漂移層中添加有IXlO16cnT3的Si。通過這些工序，制作了外延襯底Al。另外，在另一個η型自立式GaN晶圓上，同樣地進行襯底清潔。之后，在1000°C的襯底溫度、200托的爐內壓力及1250的V/III條件下生長GaN漂移層。GaN漂移層的厚度為2微米，在GaN漂移層中添加有IXlO16cnT3的Si。通過這些工序，制作了外延襯底Bi。作為成膜溫度的條件，氮化鎵層的生長溫度為1050°C以上。由此，可以抑制從原料中混入碳雜質。另外，氮化鎵層的生長溫度可以為1200°C以下。可以抑制成膜中的脫氮。GaN漂移層的厚度可以為1微米以上且20微米以下。GaN漂移層的摻雜劑濃度可以為 IXlO1W3 以上且 2 X IO16CnT3 以下。作為供給摩爾比V/III的條件，供給摩爾比(V/III)可以為500以上。由此，可以防止與氮空穴相關聯的缺陷、碳雜質的混入。另外，供給摩爾比(V/III)可以為5000以下。 由此，可以防止與鎵空穴相關聯的缺陷導入。從生長爐中取出外延襯底Al、Bl后，在室溫下從外延襯底Al、Bl的外延膜的表面照射用于測定PL光譜的參照光，測定外延襯底A1、B1的PL光譜。圖5是表示外延襯底Al、 Bl的PL光譜的圖。圖6是表示外延襯底A1、B1的結構的圖。該PL光譜，對于氮化鎵基半導體層的包含黃帶波長帶的波長區域及包含與帶邊對應的帶邊波長的波長區域進行測定。 這些外延襯底Al、Bl的PL光譜PLWai、PLWbi中，黃帶例如是與峰值能量&(例如2. 3eV)的波長對應的波長帶，該波長區域中，與先前的實施例同樣觀察到寬發光峰。黃帶的寬峰，如圖6所示，是外延膜中的深能級Dl導致的發光Ιγ。另一方面，帶邊發光L是GaN漂移層中固有的發光。氮化鎵的帶邊波長，是與氮化鎵的帶隙4eV)對應的波長，觀察到比黃帶的比較峰更尖銳的峰。圖5中，各個PL光譜使用帶邊波長的峰值進行了標準化。PL光譜測定中使用波長325nm的He-Cd激光器。其激發光條件如下所示。
光斑徑直徑0. 5mm功率1.2mW (0. 6ff/cm2)這些外延襯底A1、B1的PL光譜PLWA1、PLWB1的黃帶發光強度相對于帶邊發光強度的比即黃帶發光強度/帶邊發光強度的比(IY/IB)是外延襯底Al :0.05外延襯底Bl 0. 7(IyAb)如下求出。例如，強度(Ib)是帶邊發光強度的峰值，強度(Iy)是黃帶的PL 光譜中的峰值。根據外延襯底A1、B1的比較，外延襯底Bl的黃帶強度比外延襯底Al強。這顯示 外延襯底B 1的GaN漂移層中混入了更多雜質。作為與黃帶發光相關聯的雜質，報道有碳 (C)、氫(H)和氧(0)等。在對這些元素的SIMS評價中，得到本底水準的信號。根據發明人的計算，碳(C)的濃度為低于lX1016cm_3，氫(H)的濃度為低于7X1016cm_3，另外氧(0)的濃度為低于2X 1016cnT3。據報道，含有它們的雜質本身或與結晶中的( 空穴或N空穴形成復合缺陷，暗示形成與黃帶發光相關的深能級的可能性。根據計算，發光性的深能級的濃度低于lX1016cnT3。這些深能級作為電子阱起作用，在電子器件的正向特性中作為許多載流子的散射中心，具有使開態電阻增大的可能性。另外，在反偏壓時成為耗盡層中載流子的發生源，具有使漏電流增大的可能性。使用外延襯底A1、B1制作了肖特基勢壘二極管。在外延襯底A1、B1上在同一工序中形成電極。在外延膜上形成肖特基電極(例如Au電極)的同時在GaN晶圓的背面形成歐姆電極(例如Ti/Al/Ti/Au)。測定這些肖特基勢壘二極管的DAI、DBl的電流-電壓特性。圖7是表示肖特基勢壘二極管的正向的電流-電壓特性的圖。使用正向的電流-電壓特性，計算二極管的開態電阻。圖8是表示肖特基勢壘二極管的反向的電流-電壓特性的圖。使用反向的電流-電壓特性，計算二極管的反向耐壓。二極管名反向耐壓正向特性開態電阻二極管 DAI: 200V 以上0.77m Ω cm2二極管 DBl 181V1. 46m Ω cm2如上說明可以看出，根據本實施方式，生長用于漂移層的外延膜，形成外延襯底。 在外延襯底上形成電極之前，測定外延襯底的PL光譜，由該PL光譜求出帶邊發光強度相對于黃帶發光強度的比。該強度比小于基準值時，表示在外延襯底上形成肖特基電極而制作的電子器件(具有肖特基結的半導體元件)具有優良的電特性。本實施例除了肖特基勢壘二極管以外，也適用于例如肖特基柵晶體管等具有肖特基結的半導體元件。在優選的實施方式中圖示本發明的原理進行說明，但是，對于本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離這樣的原理的情況下可以對配置和細節進行變更。本實施方式中，例如說明了稱為肖特基勢壘二極管的縱型電子器件，但是，本發明不限于本實施方式公開的特定構成。另外，本實施方式中，對GaN漂移層進行了例示說明，但是，也可以應用于氮化物基半導體場控晶體管的活性層的品質評價。因此，對權利要求書的范圍及來自其精神的范圍內的所有修正和變更請求權利。產業實用性外延膜對功率器件的影響大。迄今，一直在尋求表示用于功率器件的外延膜的品質的指標。根據本實施方式，顯示出用于功率器件的外延膜的PL光譜中出現的特征與肖特基特性相關聯。
權利要求
1.一種III族氮化物半導體元件，其具有肖特基結，其特征在于，具備 具有導電性的III族氮化物支撐基體；在室溫下使用波長325nm的He-Cd激光器在光斑徑的直徑0. 5mm以及功率1. 2mff的激發光的條件下測定光致發光光譜時的黃帶波長帶的光致發光光譜強度IY與帶邊波長的光譜強度Ibe的強度比IY/IBE為0. 05以下、且設置在所述III族氮化物支撐基體的主面上的氮化鎵區域；和在所述氮化鎵區域中形成肖特基結的肖特基電極。
2.—種III族氮化物半導體元件，其具有肖特基結，其特征在于，具備 具有導電性的III族氮化物支撐基體；設置在所述III族氮化物支撐基體的主面上、且包含具有與黃帶波長帶對應的能級的深能級的氮化鎵區域；和在所述氮化鎵區域中形成肖特基結的肖特基電極，所述氮化鎵區域的所述深能級的濃度，是來自所述黃帶波長帶的所述深能級的光致發光光譜強度Iy與所述氮化鎵區域帶邊波長的光譜強度Ibe的強度比IY/IBE為0. 05的值以下，所述光致發光光譜強度Iy與所述光譜強度Ibe，是指在室溫下使用波長325nm的He-Cd 激光器在光斑徑的直徑0. 5mm以及功率1. 2mff的激發光的條件下測定光致發光光譜而得到的光致發光光譜中的值。
3.如權利要求2所述的III族氮化物半導體元件，其特征在于，所述深能級包含與碳、 氫和氧中的至少任一種雜質相關聯的能級。
4.如權利要求1至3中任一項所述的III族氮化物半導體元件，其特征在于，所述III 族氮化物支撐基體包含具有導電性的氮化鎵。
5.如權利要求1至4中任一項所述的III族氮化物半導體元件，其特征在于， 所述氮化鎵區域的生長溫度為1050°C以上、1200°C以下，所述氮化鎵區域的生長中V族原料與III族原料的供給摩爾比V/III為500以上。
6.一種氮化鎵外延襯底，其特征在于，具備 具有導電性的III族氮化物支撐基體；和具有在室溫下使用波長325nm的He-Cd激光器在光斑徑的直徑0. 5mm以及功率1. 2mff 的激發光的條件下測定光致發光光譜時的黃帶波長帶的光致發光光譜與帶邊波長的光譜強度的強度比為0. 05以下、且設置在所述III族氮化物支撐基體的主面上的特征的氮化鎵區域。
7.如權利要求6所述的氮化鎵外延襯底，其特征在于，所述III族氮化物支撐基體包含具有導電性的氮化鎵。
8.如權利要求6或7所述的氮化鎵外延襯底，其特征在于， 所述氮化鎵區域的生長溫度為1050°C以上、1200°C以下，所述氮化鎵區域的生長中V族原料與III族原料的供給摩爾比V/III為500以上。
全文摘要
在工序(S103)中，在n型GaN襯底(11)上生長氮化鎵基半導體層(13)。在工序(S104)中，在室溫下測定包含黃帶波長帶的波長區域及包含與氮化鎵基半導體層的帶邊對應的帶邊波長的波長區域的PL光譜。在工序(S106)中，通過將黃帶波長帶和帶邊波長的光致發光光譜強度與基準值比較而挑選外延襯底，制作已經挑選的外延襯底(E1)。在工序(S107)中，在已經挑選的外延襯底(13)上形成用于電子器件的電極(15)。
文檔編號H01L21/02GK102569557SQ20121000562
公開日2012年7月11日 申請日期2008年7月17日 優先權日2007年7月17日
發明者齋藤雄 申請人:住友電氣工業株式會社