JP2006290697A - 窒化物半導体基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 窒化物半導体の結晶成長中に晶癖によって基板外周部にファセット7を形成し、このファセット面と主面との交線をオリエンテーションフラット18とする。又は、窒化物半導体の結晶成長中に晶癖によって基板外周部にファセット7が形成された自立基板16を作製し、さらにその上に気相成長を行うことにより側面にファセット面を持つインゴットを形成し、次に、そのファセット面を残したままインゴットを所定の外形に研削した後スライスして、ファセット面と主面との交線をオリエンテーションフラットとしてもつ窒化物半導体基板とする。
【選択図】 図1
Description
請求項1の発明に係る窒化物半導体基板は、結晶成長中に晶癖によって基板外周部に形成されたファセット面と主面との交線をオリエンテーションフラットとしてもつことを特徴とする。
一般に、結晶はバルク成長をした際には、その結晶および成長条件によって決まる特有の形態をとる。これを晶癖といい、水晶の六角柱状インゴットはその例である。窒化ガリウム(GaN)をはじめとする窒化物単結晶も、その例にもれず、特有の晶癖をもつと考えられる。成長方法や成長条件にもよるが、例えばナトリウムフラックス法(特開2002−201100号公報参照)によって成長された、数100μm程度のGaN微結晶のうちに、M面ファセットで囲まれた六角柱状の形態をもつものの存在が確認されている。しかし、GaNを実用的なサイズにまで大型化したときに、どのような晶癖が発現するのか、確認された例はない。これを確認するためには、少なくとも次の条件を満たすことが必要である。
実用的なサイズでの晶癖を確認したいからである。
異種基板上に成長した結晶の場合、これ以下の厚さでは、異種基板の影響を受けてGaN本来の形態が現れないからである。
これらが存在すると、その付近が不規則に盛り上がるなどして、晶癖が現れにくくなるからである。
多結晶の付着は、晶癖によるファセット形成を阻害する要因となる。
<実施形態1>
図1(a)において、サファイア基板11上にMOCVD法でGaN薄膜12を成長したGaN薄膜/サファイア基板の構造上に、金属膜としてTi膜を形成し、その後に熱処理を行なうことで、Ti/GaN界面に多数のボイド14を有し且つ網目状のTiNナノマスク13を有する形態にする。
この実施形態2の製造方法では、GaN厚膜15の結晶成長中に晶癖によって基板外周部にファセットが形成されたGaN自立基板16を作製した後、さらにこれを成長用基板として用い、その上に気相成長を行うことにより側面にファセット面を持つ窒化物半導体結晶のインゴットを形成する。次に、そのファセット面を残したままインゴットを所定の外形(図7参照)に研削した後、そこから複数枚の単結晶基板をスライスにより切り出す。これにより、ファセット面と主面との交線をオリエンテーションフラットとしてもつGaN自立基板17を得る。
(実施例1)
図1(a)において、直径52mmのc面サファイア単結晶基板(サファイア基板11)上に有機金属化学気相堆積(MOCVD)装置を用いて厚さ300nmのGaN薄膜12を成長後、真空蒸着器を用いてTi薄膜を20nm堆積した。その後アンモニア及び水素の混合雰囲気中において1060℃での熱処理を30分施し、網目状のTiNナノマスク13と、Ti/GaN界面に多数のボイド14を発生させた。
実施例1と同様にして、直径52mmのアズグロウンGaN自立基板16を作製した。このアズグロウンGaN基板を、前記ファセット部を残すように両鏡面研磨および外形研削することにより、従来にない高精度のオリフラ(長さ約8mm)を有する直径50.8mm(2インチ)、厚さ430μmのGaN自立基板17が得られた。さらに、このオリフラを参照面としてさらに研削を行うことにより、長さ15mmのオリフラを形成した。X線測定によってこのオリフラの面精度を確認したところ、±0.02度と充分な精度を保持していた。
実施例1と同様にして、直径52mmのアズグロウンGaN自立基板16を作製した。前記ファセット7のうち少なくとも一つを残すよう、図4の点線部分8(アズグロウンのGaN自立基板16の外周部分)を外形研削し、直径50.8mm(2インチ)、厚さ430μmのGaN自立基板9を得た。この場合、オリフラ(OF)の長さを約14mmとすることができた。
実施例1と同様にして、直径52mmのアズグロウンGaN自立基板16を作製した。これを再びHVPE炉にセットし、成長速度1000μm/hで24時間の成長を行い、長さ約2.4cmのGaNインゴットを得た。このインゴットの側面には(10−10)面からなるファセットが六回対称の位置に形成されていた。
上記実施例ではc面を主面とする基板に<11−20>等価方向を指し示すオリフラの形成方法について紹介したが、窒化物半導体基板の成長条件を変更する等の手段によって<1−100>等価方向を指し示すオリフラを形成することや、c面以外の主面を有する基板に適用することも考えられる。
2 オリフラ(オリエンテーションフラット)
3 インデックスフラット
4 半導体単結晶インゴット
5 フラット
6 劈開面
7 ファセット
8 点線部分
9 GaN自立基板(外形研削後)
11 サファイア基板
12 GaN薄膜
14 ボイド
15 GaN厚膜
16、17 GaN自立基板
18 オリフラ(オリエンテーションフラット)
Claims (15)
- 結晶成長中に晶癖によって基板外周部に形成されたファセット面と主面との交線をオリエンテーションフラットとしてもつことを特徴とする窒化物半導体基板。
- 前記主面が(0001)面と等価な面であり、m、hを整数としたとき、前記ファセットの面指数が(h、h、−2h、m)もしくは(h、0、−h、m)で表されることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体基板。
- 前記交線が[11−20]もしくは[10−10]方向と平行であることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物半導体基板。
- 前記オリエンテーションフラットの方位精度が、所望の結晶方位に対して±0.05度以内であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の窒化物半導体基板。
- 前記オリエンテーションフラットの長さが7mm以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の窒化物半導体基板。
- 前記オリエンテーションフラットを基板外周部の六回対称の位置に有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の窒化物半導体基板。
- 基板の表裏を判別する目印を有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の窒化物半導体基板。
- 前記ファセット面の傾斜を表裏の目印として利用することを特徴とする請求項7記載の窒化物半導体基板。
- 前記交線を方位の基準として形成したオリエンテーションフラットをもつことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の窒化物半導体基板。
- オリエンテーションフラットの形成方法が劈開もしくは研削であることを特徴とする請求項9記載の窒化物半導体基板。
- 前記六回対称のオリエンテーションフラットのうち少なくとも1つを残すように外周研削を施すことを特徴とする請求項6記載の窒化物半導体基板。
- 窒化物半導体の結晶成長中に晶癖によって基板外周部にファセットを形成し、このファセット面と主面との交線をオリエンテーションフラットとすることを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
- 窒化物半導体の結晶成長中に晶癖によって基板外周部にファセットを形成し、このファセット面と主面との交線を方位の基準として劈開もしくは研削することによりオリエンテーションフラットを形成することを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
- 窒化物半導体の結晶成長中に晶癖によって基板外周部の六回対称の位置にファセットを形成し、このファセット面と主面との交線のうち、少なくとも1つをオリエンテーションフラットとして残すように外周研削を施すことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
- 窒化物半導体の結晶成長中に晶癖によって基板外周部にファセットが形成された窒化物半導体の自立基板を作製し、さらにこれを成長用基板として用い、その上に気相成長を行うことにより側面にファセット面を持つ窒化物半導体結晶のインゴットを形成し、次に、そのファセット面を残したままインゴットを所定の外形に研削した後スライスして、ファセット面と主面との交線をオリエンテーションフラットとしてもつ窒化物半導体基板とすることを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
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