第Ⅲ族氮化物半导体生长基板、第Ⅲ族氮化物半导体外延基板、第Ⅲ族氮化物半导体元件、第Ⅲ族氮化物半导体自立基板及它们的制造方法

摘要

公开不仅在生长温度为1050℃下或低于1050℃的AlGaN、GaN或GaInN的情况下，而且在生长温度高并且具有高的Al组成的Al

说明书

技术领域

本发明通常涉及第III族氮化物半导体生长基板、第III族氮 化物半导体外延基板、第III族氮化物半导体元件、第III族氮化 物半导体自立基板及它们的制造方法。

背景技术

通常，例如，包括由Al或Ga等和N的化合物组成的第III族 氮化物半导体的第III族氮化物半导体元件广泛地用作发光元 件或电子器件用元件。目前，此类第III族氮化物半导体通常通 过MOCVD法形成在由例如蓝宝石组成的晶体生长基板上。

然而，由于第III族氮化物半导体和晶体生长基板(通常是蓝 宝石)的晶格常数明显不同，所以存在以下问题：由于晶格常数 不同导致位错，这能够劣化在晶体生长基板上生长的任意第III 族氮化物半导体层的晶体品质。

为了解决该问题，存在例如在蓝宝石基板上隔着处于低温 多晶或无定形状态的缓冲层生长GaN层的常规现有技术。然而， 因为由此形成的GaN层包括大至10⁹-10¹⁰cm^-2的位错密度，所以 难以获得充分的结晶性。

此外，如在以下专利文献1-3中公开的，存在在蓝宝石基板 上隔着金属氮化物层生长GaN层的其它常规现有技术。与上述 技术相比，该方法使得GaN层的位错密度减少和高品质GaN层 的生长。这是因为作为金属氮化物层的CrN层等和GaN层具有 相对小的其晶格常数和热膨胀系数的差。此外，可将能够通过 化学蚀刻液选择性蚀刻的该CrN层用于利用化学剥离(lift-off) 的方法中。

专利文献1：WO2006/126330

专利文献2：JP-A-2008-91728

专利文献3：JP-A-2008-91729

发明内容

发明要解决的问题

然而，在用于产生处于比蓝光的波长区域更短波长区域(例 如，波长为400nm以下)的光的氮化物半导体元件中，因为所产 生的光具有较短波长，因此氮化物半导体元件应当包括具有更 高Al组成的Al_xGa_1-xN层。具有通常大于30原子％的Al组成的 Al_xGa_1-xN具有比约1050℃(CrN的熔点)高的生长温度。因此，如 果将包含具有通常大于30原子％的Al组成的Al_xGa_1-xN的第III族 氮化物半导体层借助CrN生长，则CrN熔融并失去其结晶性。这 能够降低其上要形成的第III族氮化物半导体层的结晶性。因 此，CrN不能够用作用于生长具有较高Al组成并因而具有更高 生长温度的Al_xGa_1-xN的缓冲层。因此，需要使用能够承受在高 于1050℃的高温下的热处理的此类材料。此外，当形成CrN层 作为金属氮化物层时，引起另一问题：产量和生产能力会由于 其进行氮化处理而降低，导致更高的生产成本。

本发明的目的在于解决这些问题，并提供不仅在生长温度 为1050℃下或低于1050℃的AlGaN、GaN或GaInN的情况下，而 且在生长温度高且具有高的Al组成的Al_xGa_1-xN的情况下，都具 有良好的结晶性的第III族氮化物半导体外延基板、第III族氮化 物半导体元件和第III族氮化物半导体自立基板，以及制造这些 的第III族氮化物半导体生长基板和有效地制造这些的方法。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明具有如下主要特征：

(1)一种第III族氮化物半导体生长基板，其包括：晶体生 长基板，基板的至少表面部分包括含Al的第III族氮化物半导 体；和在所述表面部分上形成的单一金属层，单一金属层由Zr 或Hf制成。

(2)根据(1)所述的第III族氮化物半导体生长基板，基板进 一步包括：在单一金属层上包含至少一层由Al_xGa_1-xN(0≤x≤1) 制成的缓冲层的初期生长层。

(3)根据(1)或(2)所述的第III族氮化物半导体生长基板，其 中单一金属层具有5-100nm的厚度。

(4)根据(1)、(2)或(3)所述的第III族氮化物半导体生长基 板，其中至少表面部分由具有50原子％以上Al组成的 Al_xGa_1-xN(0.5≤x≤1)制成。

(5)根据(1)、(2)或(3)所述的第III族氮化物半导体生长基 板，其中至少表面部分由AlN制成。

(6)一种第III族氮化物半导体外延基板，其在根据(1)-(5) 任一项所述的第III族氮化物半导体生长基板上包括至少一层 第III族氮化物半导体层。

(7)一种第III族氮化物半导体自立基板，其通过使用根据 (1)-(5)任一项所述的第III族氮化物半导体生长基板制造。

(8)一种第III族氮化物半导体元件，其通过使用根据(1)-(5) 任一项所述的第III族氮化物半导体生长基板制造。

(9)一种第III族氮化物半导体生长基板的制造方法，所述 方法包括：在晶体生长基板上形成由Zr或Hf材料制成的单一金 属层，基板的至少表面部分包括含Al的第III族氮化物半导体； 和在氢气氛下对单一金属层进行热处理。

(10)根据(9)所述的第III族氮化物半导体生长基板的制造 方法，其中所述方法进一步包括：在进行热处理后，在单一金 属层上形成包括至少一层由Al_xGa_1-xN(0≤x≤1)制成的缓冲层的 初期生长层。

(11)一种第III族氮化物半导体元件的制造方法，其包括以 下步骤：在晶体生长基板上形成由Zr或Hf材料制成的单一金属 层，基板的至少表面部分包括含Al的第III族氮化物半导体；在 氢气氛下对单一金属层进行热处理，从而制造第III族氮化物半 导体生长基板；在第III族氮化物半导体生长基板上方外延生长 至少一层第III族氮化物半导体层，以制造第III族氮化物半导体 外延基板；在至少一层第III族氮化物半导体层上进行器件隔离 处理；在第III族氮化物半导体层侧形成支承基板；和选择性蚀 刻单一金属层，以致通过化学剥离(lift-off)使第III族氮化物半 导体层与晶体生长基板分离，从而获得第III族氮化物半导体元 件。

(12)根据(11)所述的第III族氮化物半导体元件的制造方 法，其中制造第III族氮化物半导体外延基板包括在最高温度范 围为900-1300℃内生长第III族氮化物半导体层。

(13)根据(11)所述的第III族氮化物半导体元件的制造方 法，其中制造第III族氮化物半导体外延基板包括在最高温度范 围为1050-1300℃内生长第III族氮化物半导体层。

(14)根据(11)、(12)或(13)所述的第III族氮化物半导体元件 的制造方法，其中所述方法进一步包括：在进行热处理后，在 单一金属层上形成包括至少一层由Al_xGa_1-xN(0≤x≤1)制成的缓 冲层的初期生长层。

(15)根据(14)所述的第III族氮化物半导体元件的制造方 法，其中初期生长层包括第一缓冲层和生长在第一缓冲层上的 第二缓冲层，其中第一缓冲层的生长温度范围为900-1260℃和 第二缓冲层的生长温度范围为1030-1300℃，以及其中第一缓冲 层的生长温度等于或低于第二缓冲层的生长温度。

(16)一种第III族氮化物半导体自立基板的制造方法，其包 括以下步骤：在晶体生长基板上形成由Zr或Hf制成的单一金属 层，基板的至少表面部分包括含Al的第III族氮化物半导体；在 氢气氛下对单一金属层进行热处理，从而制造第III族氮化物半 导体生长基板；在第III族氮化物半导体生长基板上方外延生长 至少一层第III族氮化物半导体层；和选择性蚀刻单一金属层， 以致通过化学剥离使第III族氮化物半导体层与晶体生长基板 分离，从而获得第III族氮化物半导体自立基板。

(17)根据(16)所述的第III族氮化物半导体自立基板的制 造方法，其中制造第III族氮化物半导体外延基板包括在最高温 度范围为900-1300℃内生长第III族氮化物半导体层。

发明的效果

本发明的第III族氮化物半导体生长基板包括：晶体生长基 板，所述基板的至少表面部分包括含Al的第III族氮化物半导 体；和在表面部分上形成的单一金属层，单一金属层由Zr或Hf 制成。这可以抑制单一金属层的表面平坦性降低，改进之后在 其上要形成的第III族氮化物半导体层Al_xGa_yIn_1-x-yN(0≤x≤1， 0≤y≤1，0≤x+y≤1)的结晶性，并使晶体生长基板通过化学剥离从 第III族氮化物半导体层容易地剥离。

此外，根据本发明，第III族氮化物半导体生长基板可以用 于提供第III族氮化物半导体外延基板、第III族氮化物半导体元 件和第III族氮化物半导体自立基板，这些都具有良好的结晶性 并覆盖超出CrN材料的波长限制的能够由第III族氮化物半导体 材料覆盖的整个波长范围(200nm-1.5μm)。

此外，本发明包括：在晶体生长基板上形成由Zr或Hf材料 制成的单一金属层，基板的至少表面部分包括含Al的第III族氮 化物半导体；和在氢气氛下对单一金属层进行热处理。这能够 制造以下第III族氮化物半导体生长基板，所述第III族氮化物半 导体生长基板可以抑制单一金属层的表面平坦性降低，改进之 后在其上要形成的第III族氮化物半导体层Al_xGa_yIn_1-x-yN(0≤x≤1， 0≤y≤1，0≤x+y≤1)的结晶性，并使晶体生长基板通过化学剥离从 第III族氮化物半导体层容易地剥离。

另外，根据本发明，借助第III族氮化物半导体生长基板， 可以进行化学剥离法，所述第III族氮化物半导体生长基板能够 有效地制造第III族氮化物半导体外延基板、第III族氮化物半导 体元件和第III族氮化物半导体自立基板，所述第III族氮化物半 导体外延基板、第III族氮化物半导体元件和第III族氮化物半导 体自立基板具有良好的结晶性并覆盖超出CrN材料的波长限制 的能够由第III族氮化物半导体材料覆盖的整个波长范围(200 nm-1.5μm)。

附图说明

图1为示出根据本发明的氮化物半导体基板的截面结构的 图示；

图2为示出根据本发明的氮化物半导体元件结构的制造工 艺的图示；

图3示出根据本发明的样品的表面SEM图像；

图4示出根据本发明的样品的表面SEM图像；

图5示出根据常规实例的样品的表面SEM图像；

图6为示出利用X射线衍射仪的2θ/ω扫描测量结果的图；

图7为示出利用X射线衍射仪的2θ/ω扫描测量结果的图；

图8示出根据常规实例的样品的表面SEM图像；

图9为示出利用X射线衍射仪的2θ/ω扫描测量结果的图；

图10为示出利用X射线衍射仪的2θ/ω扫描测量结果的图；

图11示出通过AFM的根据本发明的样品的表面图像；和

图12示出通过AFM的根据本发明的样品的表面图像。

附图标记说明

1  第III族氮化物半导体生长基板

2  表面部分

3  晶体生长基板

4  单一金属层

5  初期生长层

5a 第一缓冲层

5b 第二缓冲层

6  基底基板

7  第III族氮化物半导体层

8  第III族氮化物半导体外延基板

9  第III族氮化物半导体元件

10 支承基板

11 n-AlGaN层

12 AlInGaN系量子阱活性层

13 p-AlGaN层

具体实施方式

现将参照附图如下描述根据本发明的第III族氮化物半导 体生长基板的实施方案。如在此使用的，根据本发明，第III族 氮化物半导体外延基板源自上述具有至少一层其上生长的第 III族氮化物半导体层的第III族氮化物半导体生长基板；第III族 氮化物半导体元件源自进行器件处理例如电极蒸镀以实现器件 隔离的第III族氮化物半导体外延基板；和第III族氮化物半导体 自立基板源自具有在第III族氮化物半导体生长基板上生长的 厚度为几百微米以上的第III族氮化物半导体层的第III族氮化 物半导体生长基板，其后将第III族氮化物半导体生长基板剥 离。图1概略地示出根据本发明的第III族氮化物半导体生长基 板的截面结构。

在图1中示出的第III族氮化物半导体生长基板1包括：晶体 生长基板3，该基板的至少表面部分、在图1中为表面部分2包括 至少包含Al的第III族氮化物半导体；和单一金属层4，其形成 于表面部分2上，单一金属层由Zr或Hf材料制成。此类构造可以 抑制单一金属层4的表面平坦性降低，通过后序的热处理改进金 属层的结晶性以及改进其上要形成的第III族氮化物半导体层 的结晶性，并使晶体生长基板3通过化学剥离从第III族氮化物 半导体层剥离。应注意，图中的影线是为了容易说明和方便。

优选地，第III族氮化物半导体生长基板1进一步包括初期 生长层5，初期生长层5包括由Al_xGa_1-xN(0≤x≤1)制成的至少一 层，在图1中为形成于单一金属层4上的两层缓冲层5a、5b。这 为了改进其上要形成的氮化物半导体层的结晶性而设置。这些 缓冲层的Al组成可以根据其上要形成的材料而适合地选择。

晶体生长基板3可以为，例如，在基底基板6上具有至少包 含Al的第III族氮化物半导体2的模板基板或AlN单晶基板如蓝 宝石、Si、SiC或GaN，或者可选择地，通过氮化蓝宝石表面形 成的表面氮化的蓝宝石基板。图1示出晶体生长基板3为在蓝宝 石基板6上具有AlN单晶层2的AlN模板基板。该包括至少包含 Al的第III族氮化物半导体的表面部分2具有减少其上要生长的 AlGaN层的晶体缺陷的优点。

优选地，晶体生长基板3的至少表面部分2由具有50原子％ 以上(0.5≤x≤1)的Al组成的Al_xGa_1-xN，更优选具有80原子％以上 (0.8≤x≤1)的Al_xGa_1-xN制成。这是因为具有与其上要形成的第III 族氮化物半导体层的Al组成的Al组成等同的表面部分2允许均 相外延生长，从而使得此类具有良好的结晶性和位错缺陷密度 降低的层生长。此外，超出(above)其上要形成的第III族氮化物 半导体层的Al组成，至少表面部分2优选由AlN制成。这是因为 可预期由于压缩应力导致位错进一步减少的此类效果，并且因 为在第III族氮化物半导体材料中，AlN具有最高的生长温度而 在其上要生长的第III族氮化物半导体层生长期间没有任何劣 化。

设定单一金属层4由Zr或Hf材料制成。这是因为Zr或Hf材料 具有高熔点并展示优良的作为本发明单一金属层的物理特性。 这还因为，如果晶体生长基板3的至少表面部分2为含Al的第III 族氮化物半导体材料，则其具有与该含Al的第III族氮化物半导 体的晶体结构相同的六方最密堆积(hcp)结构，因此其包括与所 述含Al的第III族氮化物半导体的沿a轴的晶格常数和线性膨胀 系数接近的沿a轴的晶格常数和线性膨胀系数。

优选地，单一金属层4的厚度为5-100nm。低于5nm，单一 金属层4太薄不能接收蚀刻液，或者单一金属层的厚度由于热处 理而变为不连续，导致作为基底基板的晶体生长基板表面的暴 露。这将导致例如晶体生长基板上的第III族氮化物半导体层的 直接形成，这使得难以实现化学剥离。另一方面，超过100nm， 通过单一金属层本身的固相外延不能获得高的结晶化，这导致 其上第III族氮化物半导体层的结晶性降低和缺陷增加。此外， 该单一金属层4可以通过使用方法如溅射或真空蒸发法沉积在 晶体生长基板3上。

尽管未在图1中示出，但是根据本发明的第III族氮化物半 导体外延生长基板可以通过将至少一层第III族氮化物半导体 层设置在具有上述结构的第III族氮化物半导体生长基板1上获 得。

类似地，尽管未在图1中示出，但是具有上述结构的第III 族氮化物半导体生长基板1可以用于获得根据本发明的第III族 氮化物半导体自立基板和第III族氮化物半导体元件。

现将参照附图如下描述本发明的第III族氮化物半导体生 长基板的制造方法的实施方案。

如图1所示，本发明的第III族氮化物半导体生长基板1的制 造方法包括：在晶体生长基板3上形成由Zr或Hf材料制成的单一 金属层4，晶体生长基板3的至少表面部分2包括含Al的第III族 氮化物半导体；和在氢气氛下对单一金属层4进行热处理。此类 构造可以抑制单一金属层4的表面平坦性降低，通过后序的热处 理改进金属层的结晶性以及改进其上要形成的第III族氮化物 半导体层的结晶性，并使晶体生长基板3通过化学剥离从第III 族氮化物半导体层剥离。

优选地，在氢气氛中，在1000-1300℃的温度下，在50-760 托(Torr)的压力下进行热处理1-60分钟的时间。这用于通过固相 外延使单一金属层4结晶化，并改进其后在单一金属层上生长的 第III族氮化物半导体层的结晶性。

在进行热处理步骤后，该方法优选包括在单一金属层4上形 成初期生长层5，所述初期生长层5包括至少一层由Al_xGa_1-xN材 料(0≤x≤1)制成的缓冲层。这用于改进其后要形成的第III族氮化 物半导体层的结晶性。考虑到GaN的优选生长温度为 900-1100℃和AlN的优选生长温度为1000-1300℃，以及因为 Al_xGa_1-xN材料(0＜x＜1)为GaN和AlN的混合晶体，Al_xGa_1-xN材料 (0＜x＜1)优选在900-1300℃的生长温度下形成。

根据本发明的第III族氮化物半导体生长基板1可以通过利 用上述方法制造。

接着，如图2(a)所示，本发明的第III族氮化物半导体外延 基板8的制造方法包括：在通过上述方法制造的第III族氮化物 半导体生长基板1上方外延生长至少一层第III族氮化物半导体 层7。此类结构能够制造具有良好的结晶性并覆盖超出CrN材料 的波长限制的能够由第III族氮化物半导体材料覆盖的整个波 长范围(200nm-1.5μm)的第III族氮化物半导体外延基板。

因为第III族氮化物半导体层7包含GaN、Al_xGa_1-xN材料 (0＜x＜1)或AlN的任一种，其优选通过例如MOCVD、HVPE或 MBE法在900-1300℃的最高温度范围内生长。其甚至可以在 1050-1300℃的最高温度范围内生长。因此，这是更优选的，这 是因为不像使用的CrN材料，对于能够剥离的第III族氮化物半 导体材料及其生长条件没有限定。

优选地，在进行热处理步骤之后，该方法进一步包括在单 一金属层4上形成初期生长层5，所述初期生长层5包括至少一层 由Al_xGa_1-xN材料(0≤x≤1)制成的缓冲层。这用于改进其后要形成 的第III族氮化物半导体层7的结晶性，其生长温度优选在 900-1300℃的范围内。

初期生长层5包括第一缓冲层5a和在第一缓冲层5a上生长 的第二缓冲层5b。优选地，第一缓冲层5a的生长温度在 900-1260℃的范围内，第二缓冲层5b的生长温度在1030-1300℃ 的范围内，以及第一缓冲层5a的生长温度低于第二缓冲层5b的 的生长温度。这用于在初期生长阶段在相对低的生长温度下生 长第一缓冲层5a，在初期生长阶段期间生长第一缓冲层5a，从 而有利于用于改进结晶性的大量初期生长核的形成，接着在生 长第二缓冲层5b时增加生长温度以填平(fill up)在用于改进结 晶性和平坦性的这些大量初期核之间形成的任何沟/凹陷。此 外，可以存在三层以上的缓冲层，在这种情况下，优选顺次增 加生长温度。

根据本发明的第III族氮化物半导体外延基板8可以通过上 述方法制造。

接着，如图2(a)和2(b)所示，本发明的第III族氮化物半导体 元件9的制造方法包括：对于通过上述方法制造的第III族氮化 物半导体外延基板8进行器件隔离工艺，以隔离至少一层第III 族氮化物半导体层7；在第III族氮化物半导体层7侧形成支承基 板10；并选择性蚀刻单一金属层4以致将第III族氮化物半导体 层7(图2(b)中，第III族氮化物半导体层7和缓冲层5)通过化学剥 离从晶体生长基板3分离，从而获得第III族氮化物半导体元件 9。此类构造能够有效地制造具有良好的结晶性并覆盖超出CrN 材料的波长限制的能够由第III族氮化物半导体材料覆盖的整 个波长范围(200nm-1.5μm)的第III族氮化物半导体元件。

如图2(a)和2(b)所示，至少一层第III族氮化物半导体层7可 以为，例如，n-AlGaN层11、AlInGaN系量子阱活性层12和 p-AlGaN层13。应注意，这些第III族氮化物半导体层11、12和 13还可以以导电型的相反顺序层压。此外，支承基板10优选通 过放热性材料形成。

根据本发明的第III族氮化物半导体元件9可以通过利用上 述方法制造。

接着，本发明的第III族氮化物半导体自立基板的制造方法 包括：在通过上述方法制造的第III族氮化物半导体生长基板上 方外延生长至少一层第III族氮化物半导体层；并选择性蚀刻单 一金属层以致将第III族氮化物半导体层通过化学剥离从晶体 生长基板分离，从而获得第III族氮化物半导体自立基板。此类 构造能够有效制造具有良好的结晶性并覆盖超出CrN材料的波 长限制的能够由第III族氮化物半导体材料覆盖的整个波长范 围(200nm-1.5μm)的第III族氮化物半导体自立基板。

设定第III族氮化物半导体层的厚度为50μm以上。这用于确 保处理性(handling ability)。

根据本发明的第III族氮化物半导体自立基板可以通过利 用上述方法制造。

应注意，上述仅用于说明代表性实施方案，不意欲将本发 明限定于这些实施方案。

实施例

(实施例1)

借助MOCVD法在蓝宝石上生长AlN单晶基板(1μm厚)，从 而制造作为氮化物半导体生长基板的AlN模板基板。

采用如下表1中所示的金属种类和厚度通过溅射将单一金 属层沉积在所得AlN模板基板上。然后，在氢气氛下对单一金 属层进行热处理。此外，将由AlN材料制成的缓冲层(1μm厚) 在一定条件下沉积在部分由此形成的这些样品上，以获得样品 1-1至1-6。

(表1)

(评价)

对于样品1-1至1-6，表面采用SEM(扫描型电子显微镜)在 5000倍的放大倍率下观察。结果，如图3和4所示，即使是在氢 气氛下热处理而没有氮化处理后，采用Zr和Hf作为金属种类的 样品1-1和1-3也保持连续且平坦的膜。还通过采用X射线衍射仪 的2θ/ω测量发现这些样品结晶化。相比之下，关于采用Cr作为 金属种类的样品1-5，发现存在如图5所示由Cr的无定形聚集导 致的无规则分散的物体以致下面的AlN表面暴露，这导致由Cr 覆盖的面积显著降低。还通过采用X射线衍射仪的2θ/ω测量发 现Cr为无定形态。

此外，关于各自具有在单一金属层上形成的AlN缓冲层的 样品1-2和1-4，各AlN缓冲层变为单晶且通过AFM(原子力显微 镜)显示良好的原子水平上的平坦性。此外，在浸于氢氟酸中时， 金属层能够容易地蚀刻，并且化学剥离变为可用的。相比之下， 关于样品1-6，在Cr上生长的AlN缓冲层显示非常良好的结晶性 和平坦性。然而，即使当浸入Cr蚀刻液中时它也不能化学剥离。 这是因为如果AlN缓冲层在具有此表面的金属层上生长，则其 由于与下面的AlN层直接接触而均相外延生长，承袭了下面的 AlN的良好的结晶性和平坦性。

(实施例2)

与实施例1相同的情况，采用以下表2中所示的金属种类和 厚度通过溅射将单一金属层沉积在AlN模板基板上。然后，如 表2中汇总的，对由此形成的部分样品在氢气氛下进行热处理， 或在氢和氨气氛下进行氮化处理，或者可选择地，将由AlN材 料制成的缓冲层(1μm)在一定条件下进一步沉积，以获得样品 2-1至2-12。

(表2)

(评价)

为了确定金属层的结晶化和晶体取向，采用X射线衍射仪 进行2θ/ω测量。如图6所示，由于通过溅射沉积单一金属层Zr 而保持完整的样品2-1没有显示Zr的衍射峰，并发现其为无定形 态。相比之下，样品2-3显示了Zr(0002)和(0004)的衍射峰。然 后发现Zr金属通过在氢气氛下的热处理而结晶化。与样品2-3 相比，样品2-2的峰略微向高角度侧偏移。认为这是由于样品2-2 包括痕量的混有Zr的ZrN的事实。

关于由于通过溅射沉积单一金属层Hf而保持完整的样品 2-6，可以发现样品2-6呈现如图7所示的某一晶体取向，而在与 样品2-8的位置不同的位置处显示衍射峰。样品2-7显示许多源 自HfN的衍射峰，并发现其为多晶态。样品2-8显示Hf(0002)和 (0004)的衍射峰。然后发现在氢气氛下通过热处理使Hf金属结 晶化。

在等于或大于CrN的熔点的温度下氮化的样品2-11的表面 用SEM观察的结果示于图8中。将Cr氮化，并存在以三角形和梯 形图案聚集的无规则分散的物体。还发现通过CrN的覆盖率减 少，并且下面的AlN模板大部分暴露。

将借助X射线摇摆曲线测量和AMF对样品2-4、2-5、2-9、 2-10和2-12的AlN缓冲层进行表面平坦性评价的结果示于表3 中。发现，对于Zr和Hf，与当对金属层进行氮化处理时相比， 当在氢气氛下进行热处理时，获得基本上相同或更好的结晶性 并且可以显著改进表面平坦性。此外，在样品2-4、2-5、2-9和 2-10浸于氢氟酸中时，观察到金属分别溶解，并且化学剥离变 为可用的。

相比之下，由Cr至CrN的氮化、接着在等于或大于该CrN 熔点的温度下生长AlN缓冲层产生的样品2-12显示非常良好的 结晶性和表面平坦性。然而，即使当浸入Cr蚀刻液中时它也不 能化学剥离。这是因为如图8所示，通过CrN的覆盖率减少，并 且AlN缓冲层直接承袭下面AlN模板的良好结晶性和平坦性而 生长。

(表3)

(实施例3)

与实施例1相同的情况，采用以下表4中所示的金属种类和 厚度通过溅射将单一金属层沉积在AlN模板基板上。然后，如 表4中汇总的，对由此形成的部分样品在氢气氛下进行热处理， 或者可选择地，将由AlN材料制成的缓冲层(1μm)在一定条件下 进一步沉积，以获得样品3-2、3-4、3-6和3-8。

除此之外，采用表4中所示的金属种类和厚度通过溅射将单 一金属层沉积在表面没有进行氮化处理的蓝宝石基板上。然后， 如表4中汇总的，对由此形成的部分样品在氢气氛下进行热处 理，或者可选择地，将由AlN材料制成的缓冲层(1μm)在一定条 件下进一步沉积，以获得样品3-1、3-3、3-5和3-7。

(表4)

(评价)

为了确定金属层的结晶化和晶体取向，采用X射线衍射仪 对样品3-1、3-2、3-5和3-6进行2θ/ω扫描测量。从图9和10中可 以看出，在没有采用AlN模板的任何金属种类的情况下使金属 膜结晶化。

对样品3-3、3-4、3-7和3-8的AlN缓冲层进行X射线摇摆曲 线评价的结果记载于表5中。在金属层下不存在AlN单晶基板的 情况下，对于金属层上的AlN缓冲层没有观察到X-射线衍射峰， 发现AlN缓冲层为无定形态。因此，仅提供具有晶体取向的金 属层是不充分的，而是当将单一金属层形成在晶体生长基板上 时可以获得具有更好结晶性的初期生长层，所述晶体生长基板 的至少表面部分包括AlN单晶。

(表5)

(实施例4)

与实施例1相同的情况，通过溅射将Hf在AlN模板基板上沉 积至厚度为20nm作为单一金属层。然后，如表6中所示的，对 由此形成的样品在氢气氛下进行热处理。其后，如表6汇总的， 将AlN缓冲层(1μm厚)在一定条件下进一步沉积，以获得样品 4-1和4-2。此外，在样品4-1中获得的AlN缓冲层上在1250℃下 将AlN层经48小时沉积至厚度为100μm。然后将其浸入BHF(缓 冲的氢氟酸)中，以选择性蚀刻Hf金属层和剥离生长的AlN模板 基板，从而获得直径为2英寸的自立AlN单晶基板。

(表6)

(评价)

对AlN缓冲层进行X射线摇摆曲线测量和利用AFM的表面 平坦性评价。如图11所示，在单一条件下生长的样品4-2包括在 其表面上的粗糙部(rough part)以及其上的一些凹点(pit)，而在 生长温度在生长期间改变的情况下生长的样品4-1，提供具有如 图12所示的非常平坦表面的膜。此外，如表7中汇总的，摇摆曲 线的半值宽度在测量误差范围内彼此相等，提供良好的晶体。 如此，虽然通过在单一条件下生长缓冲层可以获得具有良好的 结晶性和原子水平上的平坦性的缓冲层，但是当以阶梯方式增 加生长温度时该表面可以以更好的方式平坦化，同时维持良好 的结晶性。此外，可以在平坦表面上厚厚地沉积膜以获得自立 基板。此外，已蚀刻Hf金属层的AlN模板基板还可以作为下一 个生长基板再利用。

(表7)

(实施例5)

与实施例1相同的情况，通过溅射将Hf在AlN模板基板上沉 积至厚度为10nm。将该样品设置在MOCVD装置中，然后在氢 气氛下、在200托的压力下和在1250℃的基板温度下进行热处理 10分钟。然后，将基板温度降低至1100℃，并供给氨气和TMA(三 乙基铝)以致将AlN层沉积至厚度为50nm，其为初期生长层的 第一缓冲层。然后，将基板温度升至1250℃，以及将AlN层沉 积至厚度为900nm，其为初期生长层的第二缓冲层。

其后，将Si-掺杂的Al_0.32Ga_0.68N层在1070℃下沉积至厚度为 1.3μm作为n包覆层，将AlInGaN MQW(多重量子阱)层沉积至厚 度为0.15μm作为发光层，将Mg-掺杂的Al_0.32Ga_0.68N沉积至厚度 为0.2μm作为p包覆层和将Mg-掺杂的Al_0.25Ga_0.75N至厚度为 0.02μm作为p-接触层。结果，形成具有LED(发光二极管)结构 的层压层。

在LED器件处理中，将Hf金属层从p包覆层侧去除以形成单 个器件(基本上1mm见方)的轮廓部，且通过干法蚀刻进行沟槽 加工以到达蓝宝石基板。通过溅射在单个器件在p包覆层侧的上 表面上将Rh(铑)沉积至厚度为100nm。然后，在600℃下进行热 处理以形成p型欧姆电极。在将所述沟槽加工部用抗蚀剂(resist) 填充后，通过溅射沉积Au，并形成电镀用晶种层(seed layer)。 其后，将Au进行电镀，从而获得具有70μm厚度的厚膜层。

在沟槽加工部的抗蚀剂用丙酮去除，接着用BHF(缓冲的氢 氟酸)选择性蚀刻Hf金属层，以剥离生长基板。然后，将作为要 剥离的表面的AlN层通过干法蚀刻去除，从而暴露下面的n包覆 层(接触层)。然后，Ti/Al的欧姆电极通过溅射在该表面上形成， 接着在500℃下进行热处理，从而获得具有垂直结构的LED器 件。

(评价)

取样20个所得LED器件用于性能评价，有利地发现对于300 mA的顺向电流，平均发光波长为325nm和平均输出为73mW。

虽然已参照实施方案的具体实例和其实施例详细地描述本 发明，但是本发明不限于本发明公开的实施方案或实施例。相 反地，在没有背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行任 何改进或改变。

产业上的可利用性

本发明的第III族氮化物半导体生长基板包括：晶体生长基 板，所述晶体生长基板的至少表面部分包括含Al的第III族氮化 物半导体；和在所述表面部上形成的单一金属层，所述单一金 属层由Zr或Hf制成。这可以抑制单一金属层的表面平坦性降低， 改进通过随后热处理的金属层的结晶性以及在其上要形成的第 III族氮化物半导体层Al_xGa_yIn_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的 结晶性，并使晶体生长基板通过化学剥离从第III族氮化物半导 体层容易地剥离。

此外，根据本发明，第III族氮化物半导体生长基板可以用 于提供具有良好的结晶性并覆盖超出CrN材料的波长限制的能 够由第III族氮化物半导体材料覆盖的整个波长范围(200 nm-1.5μm)的第III族氮化物半导体外延基板、第III族氮化物半 导体元件、和第III族氮化物半导体自立基板。

此外，本发明包括：在晶体生长基板上形成由Zr或Hf材料 制成的单一金属层，所述基板的至少表面部分包括含Al的第III 族氮化物半导体；和在氢气氛下对所述单一金属层进行热处理。 这能够制造以下第III族氮化物半导体生长基板，所述第III族氮 化物半导体生长基板可以抑制单一金属层的表面平坦性降低， 改进其后在其上要形成的第III族氮化物半导体层 Al_xGa_yIn_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的结晶性，并使晶体生 长基板通过化学剥离从第III族氮化物半导体层容易地剥离。

另外，根据本发明，借助第III族氮化物半导体生长基板， 可以进行化学剥离法，所述化学剥离法能够有效制造具有良好 的结晶性并覆盖超出CrN材料的波长限制的能够由第III族氮化 物半导体材料覆盖的整个波长范围(200nm-1.5μm)的第III族氮 化物半导体外延基板、第III族氮化物半导体元件和第III族氮化 物半导体自立基板。