JP2002211999A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造方法Info
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- JP2002211999A JP2002211999A JP2001002723A JP2001002723A JP2002211999A JP 2002211999 A JP2002211999 A JP 2002211999A JP 2001002723 A JP2001002723 A JP 2001002723A JP 2001002723 A JP2001002723 A JP 2001002723A JP 2002211999 A JP2002211999 A JP 2002211999A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 転位やクラックの密度が低い高品質の結晶成
長基板を得ること。 【解決手段】 Ｓｉ基板（下地基板）とその上に結晶成
長させたＧａＮ成長層（基板層）より成る基板のサンプ
ルを、下地基板の厚さを可変パラメータとして多数試作
し、その後、この基板を略常温まで冷却して、下地基板
を基板層から剥離・除去することにより得られたＧａＮ
成長層、即ち、基板層のみから成る結晶成長基板の表面
のクラック密度を測定した。例えば、基板層（ＧａＮ成
長層）の膜厚を略７μｍに決めたサンプルに関する測定
結果（◆印）からも判る様に、Ｓｉ基板を薄くする程そ
の減少に伴ってクラック密度は著しく減少する。また、
約２００μｍの下地基板を使用し、基板層の膜厚を７μ
ｍ，５０μｍ、及び２００μｍに設定した際の各サンプ
ルのクラック密度からも判る様に、同じＳｉ基板の厚さ
に対して、基板層を厚くする程クラック密度は著しく減
少する。
長基板を得ること。 【解決手段】 Ｓｉ基板（下地基板）とその上に結晶成
長させたＧａＮ成長層（基板層）より成る基板のサンプ
ルを、下地基板の厚さを可変パラメータとして多数試作
し、その後、この基板を略常温まで冷却して、下地基板
を基板層から剥離・除去することにより得られたＧａＮ
成長層、即ち、基板層のみから成る結晶成長基板の表面
のクラック密度を測定した。例えば、基板層（ＧａＮ成
長層）の膜厚を略７μｍに決めたサンプルに関する測定
結果（◆印）からも判る様に、Ｓｉ基板を薄くする程そ
の減少に伴ってクラック密度は著しく減少する。また、
約２００μｍの下地基板を使用し、基板層の膜厚を７μ
ｍ，５０μｍ、及び２００μｍに設定した際の各サンプ
ルのクラック密度からも判る様に、同じＳｉ基板の厚さ
に対して、基板層を厚くする程クラック密度は著しく減
少する。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶成長基板の下
地となる下地基板としてシリコン（Ｓｉ）、又は炭化珪
素（ＳｉＣ）を用いた、 III族窒化物系化合物半導体の
結晶成長基板の製造方法に関する。
地となる下地基板としてシリコン（Ｓｉ）、又は炭化珪
素（ＳｉＣ）を用いた、 III族窒化物系化合物半導体の
結晶成長基板の製造方法に関する。
【０００１】
【従来の技術】図３に例示する様に、シリコン基板上に
窒化ガリウム（ＧａＮ）を結晶成長させ、その後常温ま
で冷却すると、ＧａＮ成長層に転位やクラックが多数入
ることが一般に知られている。
窒化ガリウム（ＧａＮ）を結晶成長させ、その後常温ま
で冷却すると、ＧａＮ成長層に転位やクラックが多数入
ることが一般に知られている。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】この様に、成長層に転
位やクラックが多数入ると、その上にデバイスを作製し
た場合に、デバイス中に格子欠陥や転位、変形、クラッ
ク等が多数生じる結果となり、デバイス特性の劣化を引
き起こす原因となる。また、シリコン（Ｓｉ）基板を除
去し、成長層のみを残して、独立した基板を得ようとす
る場合、上記の転位やクラック等の作用により、大面積
（１cm2 以上）のものが得られない。
位やクラックが多数入ると、その上にデバイスを作製し
た場合に、デバイス中に格子欠陥や転位、変形、クラッ
ク等が多数生じる結果となり、デバイス特性の劣化を引
き起こす原因となる。また、シリコン（Ｓｉ）基板を除
去し、成長層のみを残して、独立した基板を得ようとす
る場合、上記の転位やクラック等の作用により、大面積
（１cm2 以上）のものが得られない。
【０００３】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、転位やクラックの密度
が低い高品質の結晶成長基板を得ることである。
されたものであり、その目的は、転位やクラックの密度
が低い高品質の結晶成長基板を得ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、以下の手段が有効である。即ち、第１の手段
は、結晶成長基板の下地となる下地基板としてシリコン
（Ｓｉ）、又は炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた、 III族窒
化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造工程におい
て、下地基板の上に III族窒化物系化合物半導体より成
る基板層を成長させ、下地基板と基板層を加熱又は冷却
して、下地基板を基板層から剥離・除去することによ
り、残った基板層を結晶成長基板とすることである。
めには、以下の手段が有効である。即ち、第１の手段
は、結晶成長基板の下地となる下地基板としてシリコン
（Ｓｉ）、又は炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた、 III族窒
化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造工程におい
て、下地基板の上に III族窒化物系化合物半導体より成
る基板層を成長させ、下地基板と基板層を加熱又は冷却
して、下地基板を基板層から剥離・除去することによ
り、残った基板層を結晶成長基板とすることである。
【０００５】また、第２の手段は、上記の第１の手段に
おいて、基板層を約５０μｍ以上成長させることであ
る。
おいて、基板層を約５０μｍ以上成長させることであ
る。
【０００６】また、第３の手段は、上記の第１又は第２
の手段において、下地基板を約５０μｍ以上、３００μ
ｍ以下に形成することである。
の手段において、下地基板を約５０μｍ以上、３００μ
ｍ以下に形成することである。
【０００７】更に、第４の手段は、上記の第１乃至第３
の何れか１つの手段において、基板層を下地基板の略同
等以上の厚さにまで成長させることである。以上の手段
により、前記の課題を解決することができる。
の何れか１つの手段において、基板層を下地基板の略同
等以上の厚さにまで成長させることである。以上の手段
により、前記の課題を解決することができる。
【０００８】
【作用及び発明の効果】下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉ
Ｃ基板）の上に III族窒化物系化合物半導体より成る基
板層を成長させる際、基板層（ III族窒化物系化合物半
導体）の結晶成長温度では、歪の少ない状態で結晶成長
が進む。しかし、シリコンとＧａＮ等のIII族窒化物系
化合物半導体とでは熱膨張係数が大きく異なるため、結
晶成長完了後に基板が略常温まで冷却される際には基板
に大きな歪が生じ、例えば図３に例示した様に基板層に
転位やクラックが発生する。
Ｃ基板）の上に III族窒化物系化合物半導体より成る基
板層を成長させる際、基板層（ III族窒化物系化合物半
導体）の結晶成長温度では、歪の少ない状態で結晶成長
が進む。しかし、シリコンとＧａＮ等のIII族窒化物系
化合物半導体とでは熱膨張係数が大きく異なるため、結
晶成長完了後に基板が略常温まで冷却される際には基板
に大きな歪が生じ、例えば図３に例示した様に基板層に
転位やクラックが発生する。
【０００９】しかしながら、本発明の手段によれば、下
地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基板）に対して、従来よ
りも比較的厚く基板層（ III族窒化物系化合物半導体）
が形成されるため、下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基
板）に対して相対的に基板層が強固となり、基板層の転
位やクラックの発生密度が減少する。
地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基板）に対して、従来よ
りも比較的厚く基板層（ III族窒化物系化合物半導体）
が形成されるため、下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基
板）に対して相対的に基板層が強固となり、基板層の転
位やクラックの発生密度が減少する。
【００１０】この時、従来は比較的薄く形成されていた
基板層（ III族窒化物系化合物半導体）の略全体に略均
等に働いていた引っ張り応力は、厚く強固に形成された
基板層の下地基板側の界面に集中し易くなり、また、厚
く強固に形成された基板層には転位やクラックが発生し
難くなっているため、これらの作用により、下地基板と
基板層を略常温まで冷却すると、圧縮応力を受ける下地
基板は、引っ張り応力を受ける基板層の界面から剥離す
る。
基板層（ III族窒化物系化合物半導体）の略全体に略均
等に働いていた引っ張り応力は、厚く強固に形成された
基板層の下地基板側の界面に集中し易くなり、また、厚
く強固に形成された基板層には転位やクラックが発生し
難くなっているため、これらの作用により、下地基板と
基板層を略常温まで冷却すると、圧縮応力を受ける下地
基板は、引っ張り応力を受ける基板層の界面から剥離す
る。
【００１１】また、これらの作用は熱膨張係数差に基づ
くものであるので、より一般には、下地基板を基板層と
の界面より剥離させる応力は、加熱等による温度変化に
よっても得ることができる。
くものであるので、より一般には、下地基板を基板層と
の界面より剥離させる応力は、加熱等による温度変化に
よっても得ることができる。
【００１２】結晶成長させる基板層（ III族窒化物系化
合物半導体）の厚さは、約５０μｍ以上が望ましい。こ
の厚さが厚い程、基板層に対する引っ張り応力が緩和さ
れて、基板層の転位やクラックの発生密度を減少でき、
同時に基板層を強固にできるため、上記の応力を基板層
と下地基板との界面に集中させ易くなる。
合物半導体）の厚さは、約５０μｍ以上が望ましい。こ
の厚さが厚い程、基板層に対する引っ張り応力が緩和さ
れて、基板層の転位やクラックの発生密度を減少でき、
同時に基板層を強固にできるため、上記の応力を基板層
と下地基板との界面に集中させ易くなる。
【００１３】また、下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基
板）の厚さは、３００μｍ以下が望ましい。この厚さが
薄い程、基板層に対する引っ張り応力が緩和されて、基
板層の転位やクラックの発生密度が減少する。ただし、
下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基板）の厚さを５０μ
ｍ未満とすると、下地基板自身の絶対的な強度に問題が
生じ、高い生産性を維持することが難しくなる。したが
って、製造する結晶成長基板の品質と生産性を確保する
ためには、下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基板）の厚
さは、５０μｍ以上３００μｍ以下が望ましい。
板）の厚さは、３００μｍ以下が望ましい。この厚さが
薄い程、基板層に対する引っ張り応力が緩和されて、基
板層の転位やクラックの発生密度が減少する。ただし、
下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基板）の厚さを５０μ
ｍ未満とすると、下地基板自身の絶対的な強度に問題が
生じ、高い生産性を維持することが難しくなる。したが
って、製造する結晶成長基板の品質と生産性を確保する
ためには、下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基板）の厚
さは、５０μｍ以上３００μｍ以下が望ましい。
【００１４】また、相対的には、結晶成長させる基板層
（ III族窒化物系化合物半導体）の厚さは、下地基板
（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基板）の厚さと略同等とする
か、或いはそれ以上とすることが望ましい。この様な設
定により、基板層に対する引っ張り応力が緩和され易く
なり、基板層の転位やクラックの発生を従来よりも大幅
に抑制することが可能となる。この効果は、相対的に基
板層を厚くする程大きくなる。
（ III族窒化物系化合物半導体）の厚さは、下地基板
（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基板）の厚さと略同等とする
か、或いはそれ以上とすることが望ましい。この様な設
定により、基板層に対する引っ張り応力が緩和され易く
なり、基板層の転位やクラックの発生を従来よりも大幅
に抑制することが可能となる。この効果は、相対的に基
板層を厚くする程大きくなる。
【００１５】尚、結晶成長させる基板層（ III族窒化物
系化合物半導体）と下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基
板）との間には、或いは、結晶成長後の基板層の上に
は、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）や、任意の混晶比
の III族窒化物系化合物半導体より成るバッファ層等を
形成しても良い。これらの基板層やバッファ層は、Ｇａ
ＮやＡｌＮ、ＳｉＣの他、ＧａＮやＡｌＮ、ＳｉＣに対
してその組成比に殆ど影響しない程度のインジウム（Ｉ
ｎ）を添加したものや、或いは、ＩｎＮ，ＡｌxＧａ
1-x Ｎ（０＜ｘ＜１），Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１），Ａｌx Ｉｎ1-xＮ（０＜ｘ＜１），Ａｌx Ｇａy
Ｉｎ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｘ＋ｙ＜
１）等から形成しても良く、その他、一般式がＡｌx Ｇ
ａy Ｉｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋
ｙ≦１）成る２元、３元、若しくは４元の III族窒化物
系半導体において、III 族元素のうちの一部をボロン
（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）等で置換したり、或いは、窒
素の一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓ
ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したりした半導体等か
ら形成しても良い。
系化合物半導体）と下地基板（Ｓｉ基板、又はＳｉＣ基
板）との間には、或いは、結晶成長後の基板層の上に
は、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）や、任意の混晶比
の III族窒化物系化合物半導体より成るバッファ層等を
形成しても良い。これらの基板層やバッファ層は、Ｇａ
ＮやＡｌＮ、ＳｉＣの他、ＧａＮやＡｌＮ、ＳｉＣに対
してその組成比に殆ど影響しない程度のインジウム（Ｉ
ｎ）を添加したものや、或いは、ＩｎＮ，ＡｌxＧａ
1-x Ｎ（０＜ｘ＜１），Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１），Ａｌx Ｉｎ1-xＮ（０＜ｘ＜１），Ａｌx Ｇａy
Ｉｎ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｘ＋ｙ＜
１）等から形成しても良く、その他、一般式がＡｌx Ｇ
ａy Ｉｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋
ｙ≦１）成る２元、３元、若しくは４元の III族窒化物
系半導体において、III 族元素のうちの一部をボロン
（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）等で置換したり、或いは、窒
素の一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓ
ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したりした半導体等か
ら形成しても良い。
【００１６】また、これらの基板層やバッファ層をはじ
めとする、積層される任意の III族窒化物系化合物半導
体層には、Ｓｉ等のｎ型ドーパント、或いは、カルシウ
ム（Ｃａ）やＭｇ等のｐ型ドーパントを添加しても良
い。これらの添加物（ドーパント）は、一つの層に対し
て、ｎ型、ｐ型の両方を好適な比率で添加しても良い。
また、これらの各半導体層は、２種以上の半導体の接合
から成る超格子構造としても良い。
めとする、積層される任意の III族窒化物系化合物半導
体層には、Ｓｉ等のｎ型ドーパント、或いは、カルシウ
ム（Ｃａ）やＭｇ等のｐ型ドーパントを添加しても良
い。これらの添加物（ドーパント）は、一つの層に対し
て、ｎ型、ｐ型の両方を好適な比率で添加しても良い。
また、これらの各半導体層は、２種以上の半導体の接合
から成る超格子構造としても良い。
【００１７】また、バッファ層は、下地基板上に成長さ
せる III族窒化物系化合物半導体、例えば、ＧａＮから
成る基板層中に多重に繰り返して形成しても良い。この
層を中間層といい、多重に繰り返して形成された複数の
中間層を多重中間層という。これらの中間層には、バッ
ファ層と同じ組成を用いることができる。即ち、例え
ば、ＡｌＮ、ＧａＮ、その他、上記の２元、３元、４元
のＡｌＧａＩｎＮ等を用いることができる。
せる III族窒化物系化合物半導体、例えば、ＧａＮから
成る基板層中に多重に繰り返して形成しても良い。この
層を中間層といい、多重に繰り返して形成された複数の
中間層を多重中間層という。これらの中間層には、バッ
ファ層と同じ組成を用いることができる。即ち、例え
ば、ＡｌＮ、ＧａＮ、その他、上記の２元、３元、４元
のＡｌＧａＩｎＮ等を用いることができる。
【００１８】尚、これらのバッファ層は、９００℃〜１
２００℃で形成するものの他、３００℃〜９００℃の低
温で形成しても良い。この温度範囲は、１０００℃〜１
１５０℃が望ましく、更に望ましくは、１０５０℃〜１
１００℃である。
２００℃で形成するものの他、３００℃〜９００℃の低
温で形成しても良い。この温度範囲は、１０００℃〜１
１５０℃が望ましく、更に望ましくは、１０５０℃〜１
１００℃である。
【００１９】或いは、バッファ層は、ＭＯＣＶＤ法の
他、ＨＶＰＥ法やＭＢＥ法等が使用できる。又、スパッ
タリングを使用することも可能である。また、ＤＣマグ
ネトロンスパッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウ
ムと窒素ガスを原材料として、リアクティブスパッタ法
によりＡｌＮから成るバッファ層を形成することもでき
る。
他、ＨＶＰＥ法やＭＢＥ法等が使用できる。又、スパッ
タリングを使用することも可能である。また、ＤＣマグ
ネトロンスパッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウ
ムと窒素ガスを原材料として、リアクティブスパッタ法
によりＡｌＮから成るバッファ層を形成することもでき
る。
【００２０】その他、金属アルミニウム、金属ガリウ
ム、金属インジウム、窒素ガス又はアンモニアガスを用
いて、一般式Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１、組成比は任意）のバッフ
ァ層を形成することができる。スパッタリングの他、蒸
着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション
法、ＥＣＲ法を用いることができる。これらの物理蒸着
法によるバッファ層は、２００〜６００℃で行うのが望
ましい。さらに望ましくは３００〜５００℃であり、さ
らに望ましくは４００〜５００℃である。
ム、金属インジウム、窒素ガス又はアンモニアガスを用
いて、一般式Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１、組成比は任意）のバッフ
ァ層を形成することができる。スパッタリングの他、蒸
着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション
法、ＥＣＲ法を用いることができる。これらの物理蒸着
法によるバッファ層は、２００〜６００℃で行うのが望
ましい。さらに望ましくは３００〜５００℃であり、さ
らに望ましくは４００〜５００℃である。
【００２１】これらのスパッタリング法等の物理蒸着法
を用いた場合には、バッファ層の厚さは、１００〜３０
００Åが望ましい。更に望ましくは、１００〜２０００
Åが望ましく、最も望ましくは、１００〜３００Åであ
る。
を用いた場合には、バッファ層の厚さは、１００〜３０
００Åが望ましい。更に望ましくは、１００〜２０００
Åが望ましく、最も望ましくは、１００〜３００Åであ
る。
【００２２】また、Ｓｉ基板の下地基板の上に成長させ
る任意の半導体層の結晶成長には、横方向成長（ＥＬ
Ｏ）法等を用いることが可能である。これらの横方向成
長（ＥＬＯ）法としては、エッチング等により基板やバ
ッファ層等を部分的に露出させ、エッチングされたバッ
ファ層等の層の上に半導体結晶を横方向成長させる、保
護膜を用いない方法と、基板やバッファ層等の上に保護
膜層を形成し、露出している基板やバッファ層等の上に
半導体結晶を横方向成長させる、保護膜を用いる方法と
がある。
る任意の半導体層の結晶成長には、横方向成長（ＥＬ
Ｏ）法等を用いることが可能である。これらの横方向成
長（ＥＬＯ）法としては、エッチング等により基板やバ
ッファ層等を部分的に露出させ、エッチングされたバッ
ファ層等の層の上に半導体結晶を横方向成長させる、保
護膜を用いない方法と、基板やバッファ層等の上に保護
膜層を形成し、露出している基板やバッファ層等の上に
半導体結晶を横方向成長させる、保護膜を用いる方法と
がある。
【００２３】また、ＥＬＯに使用する保護膜としては、
III族窒化物系化合物半導体が成長し難い材料が有用で
ある。具体的には、例えば、酸化硅素（ＳｉＯX ）、窒
化硅素（ＳｉX ＮY ）、酸化チタン（ＴｉＯX ）、酸化
ジルコニウム（ＺｒＯX ）等の酸化物、窒化物、これら
の多層膜、或いは、１２００℃以上の融点を有する金属
等である。
III族窒化物系化合物半導体が成長し難い材料が有用で
ある。具体的には、例えば、酸化硅素（ＳｉＯX ）、窒
化硅素（ＳｉX ＮY ）、酸化チタン（ＴｉＯX ）、酸化
ジルコニウム（ＺｒＯX ）等の酸化物、窒化物、これら
の多層膜、或いは、１２００℃以上の融点を有する金属
等である。
【００２４】即ち、ＥＬＯに使用する保護膜としては、
６００〜１１００℃における III族窒化物の成長温度に
も耐えることができ、且つ、その上には III族窒化物系
化合物半導体が成長しないか成長し難いものであること
が必要である。また、成膜は、蒸着、ＣＶＤ等の気相成
長法、或いは、スパッタリング等により成膜することが
できる。ＥＬＯに関するこれらの手段により、更にクラ
ックの発生数を低減できる。
６００〜１１００℃における III族窒化物の成長温度に
も耐えることができ、且つ、その上には III族窒化物系
化合物半導体が成長しないか成長し難いものであること
が必要である。また、成膜は、蒸着、ＣＶＤ等の気相成
長法、或いは、スパッタリング等により成膜することが
できる。ＥＬＯに関するこれらの手段により、更にクラ
ックの発生数を低減できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例
に限定されるものではない。図１は、シリコン（Ｓｉ）
より形成された直径約１０cmの略円形の下地基板１０１
の上に、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によ
り、窒化ガリウム（ＧａＮ）より成る基板層（窒化物半
導体層）１０２を結晶成長させて得られたサンプル（基
板１００）の模式的な断面図であり、本実施例における
結晶成長基板の製造過程（１工程）を例示している。
基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例
に限定されるものではない。図１は、シリコン（Ｓｉ）
より形成された直径約１０cmの略円形の下地基板１０１
の上に、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によ
り、窒化ガリウム（ＧａＮ）より成る基板層（窒化物半
導体層）１０２を結晶成長させて得られたサンプル（基
板１００）の模式的な断面図であり、本実施例における
結晶成長基板の製造過程（１工程）を例示している。
【００２６】本気相成長では、アンモニア(NH3) ガス、
キャリアガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)
ガス（以下「TMG 」と記す）、及びトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3 ）ガス（以下「TMA 」と記す）を用い
た。以下、その製造手順の概要を示す。まず、シリコン
（Ｓｉ）より成る単結晶の下地基板１０１を有機洗浄及
び熱処理により洗浄し、MOVPE 装置の反応室に載置され
たサセプタに装着した。ただし、装着した下地基板１０
１の厚さは、約５０μｍ、約１００μｍ、約２００μ
ｍ、約５００μｍの４種類とした。次に、常圧でH2を反
応室に流しながら温度1100℃で下地基板１０１をベーキ
ングした。
キャリアガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)
ガス（以下「TMG 」と記す）、及びトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3 ）ガス（以下「TMA 」と記す）を用い
た。以下、その製造手順の概要を示す。まず、シリコン
（Ｓｉ）より成る単結晶の下地基板１０１を有機洗浄及
び熱処理により洗浄し、MOVPE 装置の反応室に載置され
たサセプタに装着した。ただし、装着した下地基板１０
１の厚さは、約５０μｍ、約１００μｍ、約２００μ
ｍ、約５００μｍの４種類とした。次に、常圧でH2を反
応室に流しながら温度1100℃で下地基板１０１をベーキ
ングした。
【００２７】その後、Ｈ2 ，ＮＨ3 ，ＴＭＧ，ＴＭＡを
供給して、ＡｌＧａＮ層を形成し、下地基板１０１の温
度を１１００℃に保持し、H2、NH3 及びＴＭＧを供給し
て、窒化ガリウム（ＧａＮ）より成る基板層１０２を結
晶成長させ、その後、下地基板１０１と基板層１０２を
５０℃／min 以下の冷却速度で冷却する。
供給して、ＡｌＧａＮ層を形成し、下地基板１０１の温
度を１１００℃に保持し、H2、NH3 及びＴＭＧを供給し
て、窒化ガリウム（ＧａＮ）より成る基板層１０２を結
晶成長させ、その後、下地基板１０１と基板層１０２を
５０℃／min 以下の冷却速度で冷却する。
【００２８】以上の手順により得られたＧａＮ成長層の
クラック密度を測定した。図２は、本実施例におけるこ
の結晶成長基板のクラック密度と、下地基板（Ｓｉ基
板）の厚さとの関係を例示するグラフである。
クラック密度を測定した。図２は、本実施例におけるこ
の結晶成長基板のクラック密度と、下地基板（Ｓｉ基
板）の厚さとの関係を例示するグラフである。
【００２９】例えば、本図２には基板層（ＧａＮ成長
層）の膜厚を略７μｍに決めたサンプルに関する測定結
果（◆印）を例示しているが、本図からも判る様に、Ｓ
ｉ基板の厚さを薄くする程、その減少に伴ってクラック
密度は著しく減少する。また、本図より、膜厚２００μ
ｍの基板層（▲印）ではクラック密度が１cm-1以下とな
り、よって１cm2 以上のＧａＮ基板がえられることが判
る。
層）の膜厚を略７μｍに決めたサンプルに関する測定結
果（◆印）を例示しているが、本図からも判る様に、Ｓ
ｉ基板の厚さを薄くする程、その減少に伴ってクラック
密度は著しく減少する。また、本図より、膜厚２００μ
ｍの基板層（▲印）ではクラック密度が１cm-1以下とな
り、よって１cm2 以上のＧａＮ基板がえられることが判
る。
【００３０】また、例えば、本図２には、基板層（Ｇａ
Ｎ成長層）の膜厚を７μｍ，５０μｍ、及び２００μｍ
に設定し、約２００μｍの下地基板（Ｓｉ基板）を使用
した際の各サンプルのクラック密度の測定結果を例示し
ているが、本図からも判る様に、同じＳｉ基板の厚さに
対して、基板層（ＧａＮ成長層）の厚さを厚くする程、
その増加に伴ってクラック密度は著しく減少することが
判る。
Ｎ成長層）の膜厚を７μｍ，５０μｍ、及び２００μｍ
に設定し、約２００μｍの下地基板（Ｓｉ基板）を使用
した際の各サンプルのクラック密度の測定結果を例示し
ているが、本図からも判る様に、同じＳｉ基板の厚さに
対して、基板層（ＧａＮ成長層）の厚さを厚くする程、
その増加に伴ってクラック密度は著しく減少することが
判る。
【００３１】即ち、基板層の厚さを５０μｍ以上にした
場合には、有用な大面積のＧａＮ基板を得ることが可能
である。また、逆に、基板層の厚さを例えば７μｍ程度
に留めた実験では、基板層は一部が剥離するが、小面積
のものしか得られなかった。更に、従来の様に、基板層
の厚さを２〜３μｍ程度に留めた場合には、基板層は下
地基板から殆ど剥離しなかった。
場合には、有用な大面積のＧａＮ基板を得ることが可能
である。また、逆に、基板層の厚さを例えば７μｍ程度
に留めた実験では、基板層は一部が剥離するが、小面積
のものしか得られなかった。更に、従来の様に、基板層
の厚さを２〜３μｍ程度に留めた場合には、基板層は下
地基板から殆ど剥離しなかった。
【００３２】尚、上記の実施例では、有機金属化合物気
相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、下地基板（Ｓｉ基板）
に窒化ガリウム（ＧａＮ）より成る基板層（窒化物半導
体層）１０２を結晶成長させて得られたサンプル（基板
１００）について、その測定結果を例示したが、例えば
液相成長法（ＬＰＥ）や、ハライド気相成長法（ＨＶＰ
Ｅ）等の結晶成長法も、厚い基板層を形成する上で有効
である。例えばこれらに代表されるその他の結晶成長法
によって得られる基板についても、上記の実施例と略同
様に、本発明の手段による本発明の作用・効果を得るこ
とができる。
相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、下地基板（Ｓｉ基板）
に窒化ガリウム（ＧａＮ）より成る基板層（窒化物半導
体層）１０２を結晶成長させて得られたサンプル（基板
１００）について、その測定結果を例示したが、例えば
液相成長法（ＬＰＥ）や、ハライド気相成長法（ＨＶＰ
Ｅ）等の結晶成長法も、厚い基板層を形成する上で有効
である。例えばこれらに代表されるその他の結晶成長法
によって得られる基板についても、上記の実施例と略同
様に、本発明の手段による本発明の作用・効果を得るこ
とができる。
【図１】本発明の結晶成長基板の製造過程を例示する基
板の模式的な断面図。
板の模式的な断面図。
【図２】基板層（ＧａＮ成長層）のクラック密度と、下
地基板（Ｓｉ基板）の厚さとの関係を例示するグラフ。
地基板（Ｓｉ基板）の厚さとの関係を例示するグラフ。
【図３】従来の結晶成長基板の製造過程を例示する基板
の模式的な断面図。
の模式的な断面図。
１００ … 基板 １０１ … 下地基板（Ｓｉ基板） １０２ … 基板層（窒化物半導体層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 一義 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE15 DA01 ED06 FJ03 5F041 AA40 CA33 CA40 CA65 CA77 5F045 AA04 AA19 AB06 AB09 AB14 AB17 AB18 AC08 AC12 AC19 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AF02 AF03 AF11 BB13 CB02 EB13 EB15 EJ02 HA11
Claims (4)
- 【請求項１】 結晶成長基板の下地となる下地基板とし
てシリコン（Ｓｉ）、又は炭化珪素（ＳｉＣ）を用い
た、 III族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造
方法であって、 前記下地基板の上に III族窒化物系化合物半導体より成
る基板層を成長させ、 前記下地基板と前記基板層を加熱又は冷却して、前記下
地基板を前記基板層から剥離・除去することにより、残
った前記基板層を前記結晶成長基板とすることを特徴と
する III族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造
方法。 - 【請求項２】 前記基板層を約５０μｍ以上成長させる
ことを特徴とする請求項１に記載の III族窒化物系化合
物半導体の結晶成長基板の製造方法。 - 【請求項３】 前記下地基板を約５０μｍ以上、３００
μｍ以下に形成することを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の III族窒化物系化合物半導体の結晶成長基
板の製造方法。 - 【請求項４】 前記基板層を前記下地基板の略同等以上
の厚さにまで成長させることを特徴とする請求項１乃至
請求項３の何れか１項に記載の III族窒化物系化合物半
導体の結晶成長基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001002723A JP4084539B2 (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001002723A JP4084539B2 (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002211999A true JP2002211999A (ja) | 2002-07-31 |
| JP4084539B2 JP4084539B2 (ja) | 2008-04-30 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001002723A Expired - Fee Related JP4084539B2 (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4084539B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073195A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 窒化ガリウム結晶の製造方法および窒化ガリウム結晶 |
| JP2009143796A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Siltron Inc | 自己分離を用いた窒化ガリウム単結晶基板の製造方法 |
| JP2012041269A (ja) * | 2011-11-15 | 2012-03-01 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体基板およびその製造方法 |
-
2001
- 2001-01-10 JP JP2001002723A patent/JP4084539B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2003073195A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 窒化ガリウム結晶の製造方法および窒化ガリウム結晶 |
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| EP2077345A1 (en) * | 2007-12-12 | 2009-07-08 | Siltron Inc. | Method for manufacturing gallium nitride single crystalline substrate using self-split |
| US7723217B2 (en) | 2007-12-12 | 2010-05-25 | Siltron Inc. | Method for manufacturing gallium nitride single crystalline substrate using self-split |
| CN101459215B (zh) * | 2007-12-12 | 2012-07-04 | 斯尔瑞恩公司 | 采用自剥离用于生产氮化镓单晶衬底的方法 |
| JP2012041269A (ja) * | 2011-11-15 | 2012-03-01 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体基板およびその製造方法 |
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|---|---|
| JP4084539B2 (ja) | 2008-04-30 |
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