JP2006347786A - Group iii nitride semiconductor substrate and manufacturing method of group iii nitride semiconductor substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III nitride semiconductor substrate capable of reducing the generation of crack at an Al<SB>b</SB>Ga<SB>1-b</SB>N (0<b≤1)layer on the substrate surface and reducing a dislocation density and to provide a manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate. <P>SOLUTION: The group III nitride semiconductor substrate 1 is provided with a mask 19 formed on a ground substrate 10, a first layer 11 composed of Al<SB>a</SB>Ga<SB>1-a</SB>N (0≤a<1) and having a constant composition (a), a second layer 12 formed on the first layer 11 and a third layer 13 composed of Al<SB>b</SB>Ga<SB>1-b</SB>N (0<b≤1) having a constant composition (b). The first layer 11 fills the inside of an opening part 191 of the mask 19 and also covers the upper surface of a coated part 192. The second layer 12 is composed of Al<SB>x</SB>Ga<SB>1-x</SB>N (0<x<1), and a composition (x) changes along the thickness direction of the layer, and a composition (x) of the surface in contact with the third layer 13 has a composition distribution in which the composition (x) of the surface side contacting with the third layer 13 is higher than the composition (x) of the surface side contacting with the first layer 11. The relation (a)<(x)<(b) is established between the compositions (a), (b) and (x). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、III族窒化物半導体基板およびIII族窒化物半導体基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate.

近年、III族窒化物半導体基板は、青色LED、短波長LD、紫外光LED、白色LED等に使用されており、その市場は拡大傾向にある。
III族窒化物半導体基板としては、従来から、GaN基板が使用されている。しかしながら、このGaN基板上にAlGaN層を含む素子構造を形成した場合には、GaN基板の格子定数と、AlGaN層の格子定数との差により、AlGaN層に歪みが生じることがある。たとえば、GaN基板上にレーザ構造体を形成する場合、クラッド層としてAlの組成の高いAlGaN層を使用することがある。Alの組成の高いAlGaN層をクラッド層とすることで、光閉じこめ効果を向上させることができるからである。
この場合には、AlGaN層と、GaN基板との格子定数の差が大きくなり、AlGaN層に大きな歪みが生じる可能性が高い。
そのため、従来のGaN基板にかえて、Alを含んだAlGaN基板を使用することが望まれている。
In recent years, group III nitride semiconductor substrates have been used for blue LEDs, short wavelength LDs, ultraviolet LEDs, white LEDs, and the like, and the market is on an expanding trend.
Conventionally, a GaN substrate has been used as a group III nitride semiconductor substrate. However, when an element structure including an AlGaN layer is formed on the GaN substrate, distortion may occur in the AlGaN layer due to the difference between the lattice constant of the GaN substrate and the lattice constant of the AlGaN layer. For example, when a laser structure is formed on a GaN substrate, an AlGaN layer having a high Al composition may be used as the cladding layer. This is because the light confinement effect can be improved by using an AlGaN layer having a high Al composition as the cladding layer.
In this case, the difference in lattice constant between the AlGaN layer and the GaN substrate becomes large, and there is a high possibility that a large strain will occur in the AlGaN layer.
Therefore, it is desired to use an AlGaN substrate containing Al instead of the conventional GaN substrate.

ここで、従来の典型的なAlGaN基板の製造方法について、図9を使って説明する。有機金属気相成長法(以下MOCVD)や分子線エピタキシー法(MBE)によって、サファイア基板20上に1μm程度のGaNバッファ層21を成長させ、その上に0.1〜2μm程度のAlGaN層22を直接、成長させる(特許文献1参照)。AlGaN層22のAlN組成は、0.3〜0.5の範囲であり、AlGaN層22におけるAlN組成は、一定である。
特開2003−192496号公報
Here, a conventional typical AlGaN substrate manufacturing method will be described with reference to FIG. A GaN buffer layer 21 of about 1 μm is grown on the sapphire substrate 20 by metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE), and an AlGaN layer 22 of about 0.1 to 2 μm is formed thereon. Growing directly (see Patent Document 1). The AlN composition of the AlGaN layer 22 is in the range of 0.3 to 0.5, and the AlN composition in the AlGaN layer 22 is constant.
JP 2003-192896 A

しかしながら、本発明者らが、GaNバッファ層21にAlGaN層22を直接、形成する従来の方法により、AlGaN基板を作製した場合、以下の課題が生じることが、明らかとなった。
すなわち、AlGaN基板のAlGaN層は2μm以上の厚さになると表面にアレイ状のクラックが高密度に発生することがわかった。また、AlN組成が0.1を超えた場合にも、アレイ状のクラックが発生しやすいことも明らかとなった。なお、AlGaN基板で生じるアレイ状のクラックは、GaN基板でのクラックとは異なるものである。
さらには、従来の方法により製造されたAlGaN基板のAlGaN層は、転位密度が高いということも明らかとなった。
クラックが多く、転位密度の高いAlGaN層を有する基板上に、レーザ構造体等を形成した場合には、良好なデバイス特性は得られないと考えられる。
However, it has been clarified that the following problems arise when the present inventors produce an AlGaN substrate by the conventional method of directly forming the AlGaN layer 22 on the GaN buffer layer 21.
That is, it has been found that when the AlGaN layer of the AlGaN substrate has a thickness of 2 μm or more, array-like cracks are generated at a high density on the surface. It was also revealed that array-like cracks are likely to occur even when the AlN composition exceeds 0.1. Note that the array-like cracks generated in the AlGaN substrate are different from the cracks in the GaN substrate.
Furthermore, it has also been clarified that the AlGaN layer of the AlGaN substrate manufactured by the conventional method has a high dislocation density.
It is considered that good device characteristics cannot be obtained when a laser structure or the like is formed on a substrate having an AlGaN layer with many cracks and a high dislocation density.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基板表面のAlGa1−bN(0<b≦1)層におけるクラックの発生を低減させることができ、さらに、基板表面のAlGa1−bN(0<b≦1)層における転位密度の低減を図ることができるIII族窒化物半導体基板およびIII族窒化物半導体基板の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to reduce the occurrence of cracks in the Al b Ga 1-b N (0 <b ≦ 1) layer on the substrate surface, Furthermore, it is possible to provide a group III nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate that can reduce the dislocation density in the Al b Ga 1-b N (0 <b ≦ 1) layer on the substrate surface. It is in.

本発明者は、鋭意検討した結果、従来のAlGaN基板のAlGaN層におけるアレイ状のクラックの発生には、GaNバッファ層とAlGaN層との熱膨張係数の違い、格子定数の違いが大きく影響していると推測した。
GaNバッファ層と、AlGaN層との熱膨張係数の違いによって、引っ張り応力が生じる。この引っ張り応力が、AlGaN層でのアレイ状のクラックの発生に大きく影響していると考えられる。
また、GaNバッファ層と、AlGaN層との格子定数の違いにより、AlGaN層に大きな歪みが生じると考えられ、この歪みもアレイ状のクラックの発生に大きく影響していると考えられる。
さらに、本発明者は、鋭意検討した結果、貫通転位により、AlGaN基板のAlGaN層の転位密度が高くなっていると推測した。
本発明は、このような知見推測に基づくものである。
As a result of intensive studies, the inventor has greatly influenced the occurrence of array-like cracks in the AlGaN layer of the conventional AlGaN substrate by the difference in the thermal expansion coefficient and the lattice constant between the GaN buffer layer and the AlGaN layer. I guessed that.
Tensile stress is generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the GaN buffer layer and the AlGaN layer. It is considered that this tensile stress greatly affects the generation of array-like cracks in the AlGaN layer.
Further, it is considered that a large strain is generated in the AlGaN layer due to a difference in lattice constant between the GaN buffer layer and the AlGaN layer, and this strain is also considered to have a great influence on the generation of array-like cracks.
Furthermore, as a result of intensive studies, the present inventor has presumed that the dislocation density of the AlGaN layer of the AlGaN substrate is increased due to threading dislocations.
The present invention is based on such knowledge estimation.

本発明によれば、開口部が形成された絶縁膜と、組成aが一定のAlGa1−aN(0≦a<1)により構成され、前記絶縁膜の前記開口部内部を埋め込み、前記絶縁膜上を覆う第一層と、この第一層上に形成される第二層と、前記第二層上に形成され、組成bが一定のAlGa1−bN(0<b≦1)により構成される第三層と、
を備え、前記第二層は、AlGa1−xN(0<x<1)層により構成され、組成xが層厚方向に変化し、前記第三層に接する表面の組成xが、前記第一層に接する表面の組成xよりも高くなった組成分布を有し、前記組成a、b、xにおいてa<x<bとなる関係が成立していることを特徴とするIII族窒化物半導体基板が提供される。
According to the present invention, the insulating film in which the opening is formed, and Al a Ga 1-a N (0 ≦ a <1) having a constant composition a are embedded in the opening of the insulating film, A first layer covering the insulating film, a second layer formed on the first layer, and Al b Ga 1-b N (0 <b) having a constant composition b formed on the second layer. A third layer constituted by ≦ 1);
The second layer is composed of an Al x Ga 1-x N (0 <x <1) layer, the composition x changes in the layer thickness direction, and the composition x of the surface in contact with the third layer is A group III nitride having a composition distribution higher than the composition x of the surface in contact with the first layer, and a relation of a <x <b is established in the compositions a, b, and x A physical semiconductor substrate is provided.

ここで、本発明の第二層では、第三層に接する表面の組成xが、第一層に接する表面の組成xよりも高くなっていればよい。すなわち、本発明の第二層では、組成xの値が第一層側から、第三層側に向かって単純増加する組成分布であってもよく、また、組成xが第一層側から、第三層側に向かって増加した後、一旦減少し、再度増加するといった組成分布になっていてもよい。   Here, in the second layer of the present invention, the composition x on the surface in contact with the third layer only needs to be higher than the composition x on the surface in contact with the first layer. That is, in the second layer of the present invention, the composition x may have a composition distribution in which the value of the composition x simply increases from the first layer side toward the third layer side. The composition distribution may be such that after increasing toward the third layer side, it decreases once and then increases again.

さらに、本発明では、AlGa1−aN(0≦a<1)により構成される第一層は、低温成長したバッファ層であってもよく、III族窒化物半導体基板の下地基板であってもよい。
また、本発明では、第一層の組成aは一定であるとしているが、ここでいう一定とは、組成aに対し、−10%〜+10%の範囲内の変動を含む概念であり、−10%〜+10%の範囲内の変動があっても、一定であるとみなされる。同様に第三層において、組成bが一定であるとは、組成bに対し、−10%〜+10%の範囲内の変動を含む概念である。
Furthermore, in the present invention, the first layer composed of Al a Ga 1-a N (0 ≦ a <1) may be a buffer layer grown at a low temperature, and is a base substrate of a group III nitride semiconductor substrate. There may be.
Further, in the present invention, the composition a of the first layer is assumed to be constant, but the term “constant” referred to here is a concept including fluctuation within a range of −10% to + 10% with respect to the composition a, − Any variation within the range of 10% to + 10% is considered constant. Similarly, in the third layer, the fact that the composition b is constant is a concept including fluctuation within a range of −10% to + 10% with respect to the composition b.

本発明では、第一層と、第三層との間に、第二層を設けている。この第二層は、組成xが層厚方向に変化するAlGa1−xN(0<x<1)により、構成されるため、第一層と、第三層との間の熱膨張係数の差を緩和することができる。これにより、第三層に加わる引っ張り応力を低減させることができ、第三層でのアレイ状のクラックの発生を低減させることができる。 In the present invention, the second layer is provided between the first layer and the third layer. Since this second layer is composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) in which the composition x changes in the layer thickness direction, the thermal expansion between the first layer and the third layer The difference in coefficients can be reduced. Thereby, the tensile stress applied to the third layer can be reduced, and the occurrence of array-like cracks in the third layer can be reduced.

これに加え、第二層は、組成xが層厚方向に変化するAlGa1−xN(0<x<1)により構成されるため、第一層と、第三層との間の格子定数の差も緩和することができる。格子定数の差に基づく歪みが第三層で発生しにくくなるため、第三層でのアレイ状のクラックの発生を確実に低減させることができる。 In addition, since the second layer is composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) in which the composition x changes in the layer thickness direction, the second layer is between the first layer and the third layer. The difference in lattice constant can also be reduced. Since distortion based on the difference in lattice constant is less likely to occur in the third layer, the occurrence of array-like cracks in the third layer can be reliably reduced.

また、本発明のIII族窒化物半導体基板を製造する際には、下地基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜の開口部から、第一層を成長させる。下地基板上に絶縁膜を形成することで、第一層のうち、少なくとも絶縁膜上に形成される部分には貫通転位が伝播しない。これにより、第一層の上方に形成される第二層、第三層への貫通転位の伝播を低減させることができ、第三層の転位密度の低減を図ることができる。
ここで、第一層の成長方法は特に限定されるものではなく、例えば、ELO(epitaxial lateral overgrowth)法によって成長してもよく、また、FIELO(facet-initiated epitaxial lateral overgrowth)法により成長してもよい。
FIELO法により第一層を成長させた場合には、第一層は、下地基板に対して傾斜するファセット面を有する構造体を形成しながら成長するため、開口部を通過した貫通転位がファセット面で折れ曲がり、上方の第二層、第三層への貫通転位の伝播を効果的に抑制することができる。
これにより、第三層の転位密度の低減を確実に図ることができる。
Further, when manufacturing the group III nitride semiconductor substrate of the present invention, an insulating film is formed on the base substrate, and the first layer is grown from the opening of the insulating film. By forming the insulating film on the base substrate, threading dislocations do not propagate to at least a portion of the first layer formed on the insulating film. Thereby, propagation of threading dislocations to the second layer and the third layer formed above the first layer can be reduced, and the dislocation density of the third layer can be reduced.
Here, the growth method of the first layer is not particularly limited. For example, the first layer may be grown by an ELO (epitaxial lateral overgrowth) method, or may be grown by a FIELO (facet-initiated epitaxial lateral overgrowth) method. Also good.
When the first layer is grown by the FIELO method, the first layer grows while forming a structure having a facet surface inclined with respect to the base substrate. And the propagation of threading dislocations to the upper second layer and third layer can be effectively suppressed.
Thereby, it is possible to reliably reduce the dislocation density of the third layer.

また、本発明では、III族窒化物半導体基板の製造方法であって、下地基板上に開口部が形成された絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の前記開口部から、組成aが一定のAlGa1−aN(0≦a<1)層を成長させて第一層を形成する工程と、前記第一層上に、組成xが前記組成aよりも大きいAlGa1−xN(0<x<1)により構成される第二層を成長させる工程と、前記第二層上に、組成bが一定で、かつ、組成bが前記組成xよりも大きいAlGa1−bN(0<b≦1)により構成される第三層を成長させる工程とを含み、第二層を成長させる前記工程では、組成xが層厚方向に変化し、第三層に接する表面の組成xが、第一層に接する表面の組成xよりも高くなった組成分布を有する第二層を成長させることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法も提供することができる。 According to the present invention, there is also provided a method for producing a group III nitride semiconductor substrate, the step of forming an insulating film having an opening formed on a base substrate, and a composition a constant from the opening of the insulating film. Forming a first layer by growing an Al a Ga 1-a N (0 ≦ a <1) layer, and Al x Ga 1− having a composition x larger than the composition a on the first layer. growing a second layer composed of x N (0 <x <1 ), the second layer on, the composition b is constant and the composition b is larger than the composition x Al b Ga 1 -B N (0 <b ≦ 1) is grown, and in the step of growing the second layer, the composition x changes in the layer thickness direction and contacts the third layer. It is characterized by growing a second layer having a composition distribution in which the surface composition x is higher than the surface composition x in contact with the first layer. A method for producing a group III nitride semiconductor substrate can also be provided.

本発明によれば、基板表面のAlGa1−bN(0<b≦1)層におけるクラックの発生を低減させることができ、さらに、基板表面のAlGa1−bN(0<b≦1)層における転位密度の低減を図ることができるIII族窒化物半導体基板および、III族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。 According to the present invention, generation of cracks in the Al b Ga 1-b N (0 <b ≦ 1) layer on the substrate surface can be reduced, and further, Al b Ga 1-b N (0 < A group III nitride semiconductor substrate capable of reducing the dislocation density in the b ≦ 1) layer and a method for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate are provided.

本発明のIII族窒化物半導体基板は、下地基板を備えるものであってもよい。
また、下地基板上に前記絶縁膜が直接形成されていてもよく、下地基板上にバッファ層が形成されており、このバッファ層上に絶縁膜が形成されていてもよい。
下地基板上にバッファ層を形成することで、このバッファ層上に形成される第一層〜第三層の結晶性をより一層高めることができる。
The group III nitride semiconductor substrate of the present invention may include a base substrate.
The insulating film may be directly formed on the base substrate, a buffer layer may be formed on the base substrate, and the insulating film may be formed on the buffer layer.
By forming the buffer layer on the base substrate, the crystallinity of the first to third layers formed on the buffer layer can be further enhanced.

本発明では、前記絶縁膜は、所定の配列ピッチでドット状に配列された複数の絶縁膜部、或いは、所定の配列ピッチでストライプ状に配列された複数の絶縁膜部を備え、前記配列ピッチは、2〜15μmであってもよい。
ここで、絶縁膜部の配列ピッチとは、配列方向に沿って隣接する一対の絶縁膜部の幅の中点間の距離をいう。なお、絶縁膜部の幅とは、複数の絶縁膜部の配列方向の幅である。
絶縁膜部の配列ピッチを2〜15μmとすることで、結晶性の高い第一層を形成することができる。
In the present invention, the insulating film includes a plurality of insulating film portions arranged in a dot shape at a predetermined arrangement pitch, or a plurality of insulating film portions arranged in a stripe shape at a predetermined arrangement pitch. May be from 2 to 15 μm.
Here, the arrangement pitch of the insulating film portions refers to the distance between the midpoints of the widths of the pair of insulating film portions adjacent along the arrangement direction. Note that the width of the insulating film portion is the width in the arrangement direction of the plurality of insulating film portions.
By setting the arrangement pitch of the insulating film portions to 2 to 15 μm, the first layer with high crystallinity can be formed.

さらに、本発明では、前記絶縁膜は、酸化シリコン、又は窒化シリコンにより構成されることが好ましい。
なかでも、絶縁膜は、加工しやすいSiOにより構成されることが好ましい。
Furthermore, in the present invention, the insulating film is preferably made of silicon oxide or silicon nitride.
Among them, the insulating film is preferably composed of a workable SiO 2.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

図1には、本実施形態のIII族窒化物半導体基板1の断面図が示されている。
III族窒化物半導体基板1は、下地基板10と、下地基板10上に形成されたGaNバッファ層Bと、このGaNバッファ層B上に形成されたマスク(絶縁膜)19と、AlGa1−aN(0≦a<1)により構成され、組成aが一定である第一層11と、この第一層11上に形成される第二層12と、第二層12上に形成され、組成bが一定のAlGa1−bN(0<b≦1)により構成される第三層13とを備える。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a group III nitride semiconductor substrate 1 of the present embodiment.
The group III nitride semiconductor substrate 1 includes a base substrate 10, a GaN buffer layer B formed on the base substrate 10, a mask (insulating film) 19 formed on the GaN buffer layer B, and Al a Ga 1 -A N (0 ≦ a <1), the first layer 11 having a constant composition a, the second layer 12 formed on the first layer 11, and the second layer 12 formed. And a third layer 13 composed of Al b Ga 1-b N (0 <b ≦ 1) having a constant composition b.

第一層11は、マスク19の開口部191から成長したものであり、マスク19の開口部191内部を埋め込むとともに、マスク19の被覆部192の上面を覆っている。
第二層12は、AlGa1−xN(0<x<1)により構成され、組成xが層厚方向に変化し、第三層13に接する表面の組成xが、第一層11に接する表面の組成xよりも高くなった組成分布を有している。組成a、b、xにおいては、a<x<bなる関係が成立している。
The first layer 11 grows from the opening 191 of the mask 19 and fills the inside of the opening 191 of the mask 19 and covers the upper surface of the covering portion 192 of the mask 19.
The second layer 12 is made of Al x Ga 1-x N (0 <x <1), the composition x changes in the layer thickness direction, and the composition x on the surface in contact with the third layer 13 is the first layer 11. The composition distribution is higher than the composition x of the surface in contact with the surface. In the compositions a, b, and x, the relationship a <x <b is established.

以下に、III族窒化物半導体基板1の構成について、より詳細に説明する。
下地基板10は、単結晶基板が好ましく、例えば、サファイア基板、炭化珪素(SiC)基板、シリコン(Si)基板、ガリウムヒ素(GaAs)基板、ガリウムリン(GaP)基板である。
Hereinafter, the configuration of the group III nitride semiconductor substrate 1 will be described in more detail.
The base substrate 10 is preferably a single crystal substrate, for example, a sapphire substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a silicon (Si) substrate, a gallium arsenide (GaAs) substrate, or a gallium phosphide (GaP) substrate.

なかでも、下地基板10としてサファイア基板を使用することが好ましい。サファイア基板は、安価で、品質がよいからである。また、サファイア基板上には、良質の窒化物エピタキシャル層(第一層11〜第三層13)を形成することができるという点からもサファイア基板を使用することが好ましい。このようなサファイア基板上に、第一層11等を形成する際には、サファイア基板の(0001)c面、(11−20)a面、或いは(10−10)m面で、オフアングルが0〜10°である面が選択される。なかでも、(0001)c面で、オフアングルが0.1〜1°である面が、より好ましい。
また、下地基板10としては、GaN基板を使用してもよい。
Among these, it is preferable to use a sapphire substrate as the base substrate 10. This is because the sapphire substrate is inexpensive and has good quality. Moreover, it is preferable to use a sapphire substrate also on the point that a good quality nitride epitaxial layer (the 1st layer 11-the 3rd layer 13) can be formed on a sapphire substrate. When the first layer 11 or the like is formed on such a sapphire substrate, the off-angle is on the (0001) c plane, (11-20) a plane, or (10-10) m plane of the sapphire substrate. A plane that is 0-10 ° is selected. Of these, a (0001) c plane with an off angle of 0.1 to 1 ° is more preferable.
Further, a GaN substrate may be used as the base substrate 10.

GaNバッファ層Bは、有機金属気相成長法(MOCVD)、分子線エピタキシー法(MBE)、HVPE法等により、形成される。このGaNバッファ層Bは400〜650℃で低温成長したものである。なお、GaNバッファ層B上に1000〜1200℃の高温で成長させたGaN層を形成してもよい。GaNバッファ層Bの層厚は、0.01μm〜50μmであればよく、なかでも、0.05〜20μmであることが好ましい。成長時間を考慮すると、0.05〜3μmであることが特に好ましい。   The GaN buffer layer B is formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), HVPE, or the like. The GaN buffer layer B is grown at a low temperature of 400 to 650 ° C. A GaN layer grown at a high temperature of 1000 to 1200 ° C. may be formed on the GaN buffer layer B. The layer thickness of the GaN buffer layer B may be 0.01 μm to 50 μm, and preferably 0.05 to 20 μm. Considering the growth time, it is particularly preferably 0.05 to 3 μm.

マスク19は、GaNバッファ層B上に形成されたものであり、図2にも示すように、GaNバッファ層Bを覆う複数の被覆部(絶縁膜部)192と、被覆部192間に形成された開口部191とを有する。
図2は、GaNバッファ層B上にマスク19を形成した状態を示す平面図である。
マスク19の厚みは、0.01〜5μmである。このマスク19は、Siを構成元素とする絶縁膜である。マスク19は、SiOあるいは、SiNにより構成されるものであることが好ましい。なかでも、加工の容易さの点から、マスク19は、SiOにより構成されることが特に好ましい。
また、マスク19は、単層構成であってもよく、多層構成であってもよい。
The mask 19 is formed on the GaN buffer layer B. As shown in FIG. 2, the mask 19 is formed between a plurality of covering portions (insulating film portions) 192 that cover the GaN buffer layer B and the covering portion 192. And an opening 191.
FIG. 2 is a plan view showing a state in which the mask 19 is formed on the GaN buffer layer B. FIG.
The thickness of the mask 19 is 0.01 to 5 μm. The mask 19 is an insulating film containing Si as a constituent element. The mask 19 is preferably made of SiO 2 or SiN x . In particular, the mask 19 is particularly preferably made of SiO 2 from the viewpoint of ease of processing.
The mask 19 may have a single layer configuration or a multilayer configuration.

各被覆部192は平面略矩形形状であり、互いに大きさ形状が等しくなっている。この被覆部192は、下地基板10であるサファイア基板の<10−10>方向およびサファイア基板の<10−10>方向に直交する方向に沿って所定の間隔をあけて、ドット状に配置されている。
被覆部192の対向する2辺は、サファイア基板の<10−10>方向に沿っており、被覆部192の対向する他の2辺は、サファイア基板の<10−10>方向と直交する方向に沿っている。
被覆部192の配列ピッチP1,P2は、2〜15μmであり、なかでも、3〜11μmであることが好ましい。配列ピッチP1,P2を3〜11μmとすることで、第一層11の結晶性を向上させることができる。
また、配列ピッチP1に対する被覆部192の幅W1は配列ピッチの30〜70%であることが好ましい。また、配列ピッチP2に対する被覆部192の幅W2も配列ピッチP2の30〜70%であることが好ましい。被覆部192の幅W1,W2を配列ピッチP1,P2の30〜70%とすることで、結晶性のよい第一層11を形成することができる。
ここで、配列ピッチP1は、隣接する被覆部192の幅W1の中点間の距離をいい、配列ピッチP2は、隣接する被覆部192の幅W2の中点間の距離をいう。
また、被覆部192のサファイア基板の<10−10>方向の断面形状、および、サファイア基板の<10−10>方向と直交する方向の断面形状は、特に限定されるものではないが、長方形形状、台形形状等が例示できる。
Each covering portion 192 has a substantially rectangular shape in plan and has the same size and shape. The covering portions 192 are arranged in the form of dots at predetermined intervals along the <10-10> direction of the sapphire substrate as the base substrate 10 and the direction orthogonal to the <10-10> direction of the sapphire substrate. Yes.
Two opposing sides of the covering portion 192 are along the <10-10> direction of the sapphire substrate, and the other two opposing sides of the covering portion 192 are in a direction orthogonal to the <10-10> direction of the sapphire substrate. Along.
The arrangement pitches P1 and P2 of the covering portion 192 are 2 to 15 μm, and preferably 3 to 11 μm. The crystallinity of the first layer 11 can be improved by setting the arrangement pitches P1 and P2 to 3 to 11 μm.
The width W1 of the covering portion 192 with respect to the arrangement pitch P1 is preferably 30 to 70% of the arrangement pitch. Further, the width W2 of the covering portion 192 with respect to the arrangement pitch P2 is preferably 30 to 70% of the arrangement pitch P2. The first layer 11 with good crystallinity can be formed by setting the widths W1 and W2 of the covering portion 192 to 30 to 70% of the arrangement pitches P1 and P2.
Here, the arrangement pitch P1 refers to the distance between the midpoints of the width W1 of the adjacent covering portions 192, and the arrangement pitch P2 refers to the distance between the midpoints of the width W2 of the adjacent covering portions 192.
Further, the cross-sectional shape in the <10-10> direction of the sapphire substrate of the covering portion 192 and the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the <10-10> direction of the sapphire substrate are not particularly limited, but are rectangular. Examples include a trapezoidal shape.

開口部191は、サファイア基板の<10−10>方向およびサファイア基板の<10−10>方向に直交する方向に延びており、格子状に形成されている。この開口部191からは、GaNバッファ層Bが露出する。   The openings 191 extend in a direction perpendicular to the <10-10> direction of the sapphire substrate and the <10-10> direction of the sapphire substrate, and are formed in a lattice shape. The GaN buffer layer B is exposed from the opening 191.

再度、図1を参照して、第一層11〜第三層13について説明する。
第一層11は、AlGa1−aN(0≦a<1)により構成され、組成aは、一定である。この第一層11は、エピタキシャル成長層である。
ここで、第一層11としては、a=0のGaN層であることが好ましい。GaN層は、その初期成長が安定であるからである。また、一般に下地基板10として、表面に0.01〜10μmのGaN層を成長させた基板が使用されることが多いため、第一層11をGaN層とすることが好ましい。
With reference to FIG. 1 again, the first layer 11 to the third layer 13 will be described.
The first layer 11 is composed of Al a Ga 1-a N (0 ≦ a <1), and the composition a is constant. The first layer 11 is an epitaxial growth layer.
Here, the first layer 11 is preferably a GaN layer with a = 0. This is because the initial growth of the GaN layer is stable. In general, since the substrate on which a GaN layer of 0.01 to 10 μm is grown on the surface is often used as the base substrate 10, the first layer 11 is preferably a GaN layer.

この第一層11の層厚は0.01〜100μmである。なかでも、1μm以上であることが好ましい。エピタキシャル成長では、1μm以上成長させると、結晶性が向上するからである。また、第一層11は、20μm以下であることが好ましい。第一層11を20μmを超えるものとすると、コストかかるうえ、第一層11に割れが発生する可能性があるからである。   The layer thickness of the first layer 11 is 0.01 to 100 μm. Especially, it is preferable that it is 1 micrometer or more. This is because, in the epitaxial growth, crystallinity is improved when grown to 1 μm or more. Moreover, it is preferable that the 1st layer 11 is 20 micrometers or less. This is because if the first layer 11 exceeds 20 μm, the cost is increased and cracks may occur in the first layer 11.

第二層12は、エピタキシャル成長した層であり、AlGa1−xN(0<x<1)である。この第二層12では、アレイ状のクラックが発生している。
第二層12は、組成xが層厚方向に変化し、第三層13に接する表面の組成xが、第一層11に接する表面の組成xよりも高くなった組成分布を有する。
本実施形態では、第二層12の組成xは、第一層11から第三層13に向かい5段階にわたって階段状に増加している。本実施形態では、第二層12は、5層構成(層121〜125)となっている。例えば、各層121〜125の組成xが第一層11側から第三層13側に向かい、0.1ずつ増加するような構成を採用することができる。第一層11側の層121をAl0.2Ga0.8N、層122をAl0.3Ga0.7N、層123をAl0.4Ga0.6N、層124をAl0.5Ga0.5N、層125をAl0.6Ga0.4Nとすることができる。
なお、第三層13に接する層125の組成xは、第三層13のAlGa1−bN(0<b≦1)の組成bの30%以上の値であることが好ましい。
The second layer 12 is an epitaxially grown layer and is Al x Ga 1-x N (0 <x <1). In the second layer 12, an array-like crack is generated.
The second layer 12 has a composition distribution in which the composition x changes in the layer thickness direction, and the composition x on the surface in contact with the third layer 13 is higher than the composition x on the surface in contact with the first layer 11.
In the present embodiment, the composition x of the second layer 12 increases stepwise from the first layer 11 toward the third layer 13 over five steps. In the present embodiment, the second layer 12 has a five-layer configuration (layers 121 to 125). For example, it is possible to adopt a configuration in which the composition x of each of the layers 121 to 125 increases from the first layer 11 side to the third layer 13 side by 0.1. The layer 121 on the first layer 11 side is Al 0.2 Ga 0.8 N, the layer 122 is Al 0.3 Ga 0.7 N, the layer 123 is Al 0.4 Ga 0.6 N, and the layer 124 is Al 0. .5 Ga 0.5 N, the layer 125 can be Al 0.6 Ga 0.4 N.
The composition x of the layer 125 in contact with the third layer 13 is preferably 30% or more of the composition b of Al b Ga 1-b N (0 <b ≦ 1) of the third layer 13.

ここで、組成xを階段状に増加させるためには、第二層12を形成する際に、Al原料ガス供給量とGa原料ガス供給量との比を変化させればよい。
また、第二層12の組成xを階段状に増加させる場合には、第二層12が多層構成となるが、第二層12は、2層以上、30層以下であることが好ましい。結晶の品質、コストを考慮すると、2層以上、15層以下であることがより好ましい。
また、第二層12を構成する各層の厚みは0.2〜50μmであることが好ましい。
第二層12全体の層厚は、2〜100μmであることが好ましいが、コスト等を考慮すると、3〜50μmであることがより好ましく、なかでも、3〜25μmであることが特に好ましい。
第二層12の層厚を3μm以上とすることで、第三層13表面でのアレイ状のクラックを確実に減少させることができる。
Here, in order to increase the composition x stepwise, when the second layer 12 is formed, the ratio of the Al source gas supply amount and the Ga source gas supply amount may be changed.
In addition, when the composition x of the second layer 12 is increased stepwise, the second layer 12 has a multilayer structure, and the second layer 12 is preferably 2 layers or more and 30 layers or less. In consideration of the quality and cost of the crystal, it is more preferably 2 layers or more and 15 layers or less.
Moreover, it is preferable that the thickness of each layer which comprises the 2nd layer 12 is 0.2-50 micrometers.
The layer thickness of the entire second layer 12 is preferably 2 to 100 μm, but considering costs and the like, it is more preferably 3 to 50 μm, and particularly preferably 3 to 25 μm.
By setting the layer thickness of the second layer 12 to 3 μm or more, array-like cracks on the surface of the third layer 13 can be reliably reduced.

第三層13は、エピタキシャル成長により形成された層であり、組成bが一定のAlGa1−bN(0<b≦1)層である。
第三層13のAlGa1−bNの組成bは、0.1≦b≦1であることが好ましい。従って、第三層13は、AlNであってもよい。
さらに、0.3≦b≦1であることがより好ましく、さらには、0.5≦b≦1であることが特に好ましい。
The third layer 13 is a layer formed by epitaxial growth, and is an Al b Ga 1-b N (0 <b ≦ 1) layer having a constant composition b.
The composition b of Al b Ga 1-b N in the third layer 13 is preferably 0.1 ≦ b ≦ 1. Therefore, the third layer 13 may be AlN.
Furthermore, it is more preferable that 0.3 ≦ b ≦ 1, and it is particularly preferable that 0.5 ≦ b ≦ 1.

この第三層13の層厚は、3μmを超えることが好ましい。第三層13と、第二層12との界面でミスフィット転位が生じてしまったとしても、第三層13の層厚を3μmを超えるものとしておけば、第三層13表面まで達するミスフィット転位に起因する欠陥を低減することができる。
さらに、第三層13の層厚を3μmを超えるものとすることで、第二層12のクラックが、第三層13表面にまで伝播してしまうことを防止できる。
なお、第二層12のクラックが、第三層13表面にまで伝播してしまうことをより確実に防止し、さらに、第三層13表面まで達するミスフィット転位に起因する欠陥を確実に低減するためには、第三層13の層厚を5μm以上とすることが好ましい。第三層13の成長の安定性およびコスト等を考慮すると、第三層13の層厚は、5〜300μm、さらに好ましくは5〜50μmである。
The layer thickness of the third layer 13 is preferably more than 3 μm. Even if misfit dislocation occurs at the interface between the third layer 13 and the second layer 12, if the layer thickness of the third layer 13 exceeds 3 μm, the misfit reaches the surface of the third layer 13. Defects resulting from dislocations can be reduced.
Furthermore, the crack of the second layer 12 can be prevented from propagating to the surface of the third layer 13 by making the layer thickness of the third layer 13 exceed 3 μm.
In addition, the crack of the second layer 12 is more reliably prevented from propagating to the surface of the third layer 13, and further, defects caused by misfit dislocations reaching the surface of the third layer 13 are reliably reduced. For this purpose, the thickness of the third layer 13 is preferably 5 μm or more. Considering the growth stability and cost of the third layer 13, the layer thickness of the third layer 13 is 5 to 300 μm, more preferably 5 to 50 μm.

以上のようなIII族窒化物半導体基板1は、発光ダイオード、半導体レーザの基板として使用することができる。例えば、III族窒化物半導体基板1上に、n型クラッド層、活性層、p型クラッド層、電極等のレーザ構造体を形成し、半導体レーザを構成することができる。   The group III nitride semiconductor substrate 1 as described above can be used as a substrate for a light emitting diode or a semiconductor laser. For example, a laser structure such as an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and an electrode can be formed on the group III nitride semiconductor substrate 1 to constitute a semiconductor laser.

このようなIII族窒化物半導体基板1は、以下のようにして製造することができる。
まず、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法により、400〜700℃(より好ましくは450〜600℃)で下地基板10上にGaNバッファ層Bを形成する。
なお、良質なGaNバッファ層Bを形成するために、GaNバッファ層Bを形成する前段で、900〜1200℃で下地基板10表面を清浄化してもよい。清浄化する際の温度は、900〜1200℃であればよいが、1000℃以上であれば、確実に清浄化を図ることができる。
Such a group III nitride semiconductor substrate 1 can be manufactured as follows.
First, the GaN buffer layer B is formed on the base substrate 10 at 400 to 700 ° C. (more preferably 450 to 600 ° C.) by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method.
In order to form a high-quality GaN buffer layer B, the surface of the base substrate 10 may be cleaned at 900 to 1200 ° C. before the GaN buffer layer B is formed. Although the temperature at the time of cleaning should just be 900-1200 degreeC, if it is 1000 degreeC or more, cleaning can be aimed at reliably.

次に、GaNバッファ層B上にマスク19を形成する。具体的には、GaNバッファ層B上面を覆うSiO2膜を形成し、このSiO2膜上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクは、マスク19と同じパターンを有する。このレジストマスクが形成された下地基板10をエッチング液に浸すと、レジストマスクの開口部から露出したSiO2膜が除去され、マスク19が形成される。 Next, a mask 19 is formed on the GaN buffer layer B. Specifically, an SiO 2 film that covers the upper surface of the GaN buffer layer B is formed, and a resist mask is formed on the SiO 2 film. This resist mask has the same pattern as the mask 19. When the base substrate 10 on which the resist mask is formed is immersed in an etching solution, the SiO 2 film exposed from the opening of the resist mask is removed, and a mask 19 is formed.

次に、塩化ガリウム(GaCl)およびアンモニア(NH3)、或いは、塩化ガリウム(GaCl)、塩化アルミニウム(AlCl)、およびアンモニア(NH3)を原料とし、HVPE法により、マスク19の開口部191から第一層11を成長させる。第一層11は被覆部192を覆うように横方向成長し、被覆部192上で合体する。そして、第一層11により、マスク19が完全に埋め込まれる。 Next, gallium chloride (GaCl) and ammonia (NH 3 ), or gallium chloride (GaCl), aluminum chloride (AlCl 3 ), and ammonia (NH 3 ) are used as raw materials, and the opening 191 of the mask 19 is formed by the HVPE method. The first layer 11 is grown. The first layer 11 grows laterally so as to cover the covering portion 192, and unites on the covering portion 192. Then, the mask 19 is completely embedded by the first layer 11.

次に、GaCl、AlClの供給量を調整して、第二層12を形成する。さらに、GaCl、AlClの供給量を調整して、第三層13を形成する。
なお、GaNバッファ層B、第一層11〜第三層13を全てHVPE法で製造する必要はなく、例えば、下地基板10上にMOCVD法により、GaNバッファ層Bを形成し、さらに、HVPE法により、第一層11〜第三層13を形成してもよい。
なお、各層11〜13の形成をHVPE法により行えば、各層11〜13の層厚を厚くすることが可能である。
Next, the second layer 12 is formed by adjusting the supply amount of GaCl and AlCl 3 . Further, the third layer 13 is formed by adjusting the supply amount of GaCl and AlCl 3 .
The GaN buffer layer B and the first layer 11 to the third layer 13 are not necessarily manufactured by the HVPE method. For example, the GaN buffer layer B is formed on the base substrate 10 by the MOCVD method, and further, the HVPE method is used. Thus, the first layer 11 to the third layer 13 may be formed.
In addition, if each layer 11-13 is formed by HVPE method, it is possible to increase the layer thickness of each layer 11-13.

以下に、III族窒化物半導体基板1の作用効果について説明する。
本実施形態では、第一層11と第三層13との間に、第二層12を設けている。第二層12は、組成xが層厚方向に変化し、第三層13に接する表面の組成xが、第一層11に接する表面の組成xよりも高くなった組成分布のAlGa1−xN(0<x<1)により構成される層である。この第二層12により、第一層11と、第三層13との間の熱膨張係数の差を緩和することができる。そのため、第三層13に加わる引っ張り応力を低減させることができ、第三層13でのアレイ状のクラックの発生を低減することができる。
これに加え、第二層12を設けることで、第一層11と、第三層13との間の格子定数の差を緩和することができる。格子定数の差に基づく歪みが第三層13で発生しにくくなるため、第三層13でのアレイ状のクラックの発生を確実に低減することができる。
Below, the effect of the group III nitride semiconductor substrate 1 is demonstrated.
In the present embodiment, the second layer 12 is provided between the first layer 11 and the third layer 13. Second layer 12, the composition x is changed in the layer thickness direction, the third layer 13 composition x of the surface in contact with the first layer of composition distribution is higher than the amount x of the surface in contact with the 11 Al x Ga 1 -X N (0 <x <1). The second layer 12 can alleviate the difference in thermal expansion coefficient between the first layer 11 and the third layer 13. Therefore, the tensile stress applied to the third layer 13 can be reduced, and the occurrence of array-like cracks in the third layer 13 can be reduced.
In addition to this, by providing the second layer 12, the difference in lattice constant between the first layer 11 and the third layer 13 can be reduced. Since distortion based on the difference in lattice constant is less likely to occur in the third layer 13, the generation of array-like cracks in the third layer 13 can be reliably reduced.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板1は、第二層12により第一層11および第三層13間の熱膨張係数の差、格子定数の差を緩和するとともに、さらに、第二層12中で発生する欠陥により、第三層13でのクラックの発生を低減することができる。
すなわち、第二層12内では、AlGa1−xN(0<x<1)の組成xが層厚方向に変化しているため、ミスフィット転位によりある程度の欠陥が生じる可能性がある。特に、本実施形態では、組成xが階段状に増加する組成分布としているので、第二層12において、組成xが急激に変化する組成不連続面を形成することができ、組成不連続面において、欠陥を生じさせることが可能となる。
第一層11〜第三層13の熱膨張係数の違い、格子定数の違いにより、ストレスが第二層12に加わると、第二層12の前記欠陥により、組成不連続面に多数のクラックが発生する。この第二層12のクラックの存在により、第三層13に加わる引っ張り応力が低減されることとなり、第三層13表面でのアレイ状のクラックの発生をさらに、低減させることが可能となる。
また、第二層12の組成不連続面には、欠陥やクラックが生じるため、第一層11および第二層12間でミスフィット転位が生じたとしても、第二層12の組成不連続面の欠陥やクラックによりミスフィット転位の伝播が阻害されることとなる。これにより、第三層表面でのアレイ状のクラックの発生を確実に低減させることができる。
In the group III nitride semiconductor substrate 1 of the present embodiment, the second layer 12 reduces the difference in thermal expansion coefficient and the difference in lattice constant between the first layer 11 and the third layer 13, and the second layer 12. The occurrence of cracks in the third layer 13 can be reduced due to the defects generated therein.
That is, in the second layer 12, since the composition x of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) changes in the layer thickness direction, some defects may occur due to misfit dislocations. . In particular, in the present embodiment, since the composition distribution is such that the composition x increases stepwise, in the second layer 12, a composition discontinuous surface in which the composition x changes rapidly can be formed. It becomes possible to cause defects.
When stress is applied to the second layer 12 due to a difference in thermal expansion coefficient between the first layer 11 to the third layer 13 and a difference in lattice constant, a large number of cracks are formed on the composition discontinuous surface due to the defects of the second layer 12. appear. Due to the presence of cracks in the second layer 12, the tensile stress applied to the third layer 13 is reduced, and the generation of array-like cracks on the surface of the third layer 13 can be further reduced.
Moreover, since defects and cracks occur on the composition discontinuous surface of the second layer 12, even if misfit dislocation occurs between the first layer 11 and the second layer 12, the composition discontinuous surface of the second layer 12. The propagation of misfit dislocations is hindered by defects and cracks. Thereby, generation | occurrence | production of the array-like crack in the 3rd layer surface can be reduced reliably.

第三層13のAlGa1−bNの組成bを0.1以上とした場合、従来のように、第三層13を第一層11上に直接、形成すると、第三層13にアレイ状のクラックが発生してしまうが、本実施形態では、第二層12を設けているので、第三層13の組成bを0.1以上としても、第三層13でアレイ状のクラックがほとんど発生することがない。 When the composition b of Al b Ga 1-b N in the third layer 13 is 0.1 or more, if the third layer 13 is formed directly on the first layer 11 as in the prior art, the third layer 13 In this embodiment, since the second layer 12 is provided, even if the composition b of the third layer 13 is 0.1 or more, the third layer 13 has an array of cracks. Almost never occurs.

さらに、本実施形態では、第二層12の第三層13に接する層125の組成xの値を第三層13の組成bの30%以上としているので、第二層12と、第三層13との間に生じる格子定数の差および熱膨張係数の差を小さくすることができる。
これにより、第二層12と、第三層13との格子定数の差による、第三層13でのアレイ状のクラックの発生を低減することができる。また、第二層12と、第三層13との熱膨張係数の差により生じる引っ張り応力を小さくすることができ、第三層13におけるアレイ状のクラックの発生を低減することができる。
Furthermore, in this embodiment, since the value of the composition x of the layer 125 in contact with the third layer 13 of the second layer 12 is 30% or more of the composition b of the third layer 13, the second layer 12 and the third layer Thus, the difference in lattice constant and the difference in thermal expansion coefficient generated with respect to 13 can be reduced.
Thereby, generation | occurrence | production of the array-shaped crack by the 3rd layer 13 by the difference in the lattice constant of the 2nd layer 12 and the 3rd layer 13 can be reduced. Moreover, the tensile stress produced by the difference of the thermal expansion coefficient of the 2nd layer 12 and the 3rd layer 13 can be made small, and generation | occurrence | production of the array-like crack in the 3rd layer 13 can be reduced.

本実施形態では、第一層をマスク19の開口部191から成長させている。下地基板10上にマスク19を形成することで、下地基板10およびGaNバッファ層Bの界面で発生する貫通転位の伝播が、マスク19の被覆部192により阻害されることとなる。これにより、第一層11の上方に形成される第二層12、さらには第三層13に伝播される貫通転位を低減させることができ、転位密度の低い第三層13を形成することが可能となる。   In the present embodiment, the first layer is grown from the opening 191 of the mask 19. By forming the mask 19 on the base substrate 10, the propagation of threading dislocations generated at the interface between the base substrate 10 and the GaN buffer layer B is inhibited by the covering portion 192 of the mask 19. Thereby, the threading dislocations propagated to the second layer 12 and further to the third layer 13 formed above the first layer 11 can be reduced, and the third layer 13 having a low dislocation density can be formed. It becomes possible.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
たとえば、前記実施形態では、下地基板10と、第一層11との間に、GaNバッファ層Bを形成したが、これに限らず、例えば、AlNのバッファ層を形成してもよい。
また、GaNバッファ層Bを形成せずに、下地基板10上に第一層11を直接形成してもよい。さらには、第一層を低温成長させて、バッファ層としてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
For example, in the above-described embodiment, the GaN buffer layer B is formed between the base substrate 10 and the first layer 11. However, the present invention is not limited thereto, and for example, an AlN buffer layer may be formed.
Alternatively, the first layer 11 may be formed directly on the base substrate 10 without forming the GaN buffer layer B. Furthermore, the first layer may be grown at a low temperature to form a buffer layer.

また、前記実施形態では、下地基板10上に第一層11〜第三層13を形成したが、第一層11としてGaN基板を使用し、このGaN基板上に第二層、第三層を形成してもよい。   In the embodiment, the first layer 11 to the third layer 13 are formed on the base substrate 10. However, a GaN substrate is used as the first layer 11, and the second layer and the third layer are formed on the GaN substrate. It may be formed.

前記実施形態では、第二層12は、多層構成であり、AlGa1−xN(0<x<1)の組成xは、第一層11から第三層13に向かい2段階以上にわたって階段状に増加するとしたが、これに限られるものではない。
例えば、図3(A)、(B)に示すように、第二層12を単層構成とし、第一層11から第三層13に向かい、なだらかに組成xが増加するものとしてもよい。
さらに、第一層11から第三層13に向かい直線的に組成xが増加するものとしてもよい。
In the above embodiment, the second layer 12 has a multilayer structure, and the composition x of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) extends from the first layer 11 to the third layer 13 over two or more stages. Although it is assumed to increase stepwise, it is not limited to this.
For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, the second layer 12 may have a single-layer configuration, and the composition x may gradually increase from the first layer 11 toward the third layer 13.
Furthermore, the composition x may increase linearly from the first layer 11 toward the third layer 13.

また、図4に示すように、組成xが第一層側から、第三層側に向かって増加した後、一旦減少し、再度増加するといった繰り返しの組成分布になっていてもよい。
さらに、前記実施形態では、III族窒化物半導体基板1は、下地基板10を備えるものとしたが、これに限らず、下地基板10を有しない構成としてもよい。例えば、下地基板上に第一層〜第三層を形成し、第一層と下地基板との界面からエッチング等により、下地基板を分離してもよい。
Moreover, as shown in FIG. 4, after the composition x increases from the first layer side toward the third layer side, the composition x may once decrease and then increase again.
Furthermore, in the said embodiment, although the group III nitride semiconductor substrate 1 shall be provided with the base substrate 10, it is good not only as this but the structure which does not have the base substrate 10. FIG. For example, the first to third layers may be formed on the base substrate, and the base substrate may be separated from the interface between the first layer and the base substrate by etching or the like.

また、前記実施形態では、第一層11はマスク19の開口部191から成長し、被覆部192を覆うように横方向成長するとしたが、第一層11の成長態様はこれに限られるものではない。
平面多角形形状の被覆部をドット状に配置した場合には、諸条件を調整することで、次のように第一層が成長することがある。
第一層を形成する際に、諸条件を調整する(例えば、HVPE法により第一層を形成し、NH3ガスの供給量と、HClガスの供給量との比であるV/III比を30以上とする)ことで、被覆部の角部に第一層の3次元核を形成することができる。この3次元核を基準として、マスクの開口部や被覆部に第一層が広がり、下地基板の基板面に対して傾斜したファセット面を有する構造体が形成される。
第一層の成長を続けると、マスクの被覆部の角部から成長した構造体同士が、マスクの被覆部上面のほぼ中央で合体する。また、前記構造体同士は、開口部の被覆部に囲まれた部分のほぼ中央でも合体する。
さらに、第一層の成長を続けると、第一層は、マスクの開口部や被覆部を完全に埋め込む。
Moreover, in the said embodiment, although the 1st layer 11 grew from the opening part 191 of the mask 19 and was grown in the horizontal direction so that the coating | coated part 192 was covered, the growth aspect of the 1st layer 11 is not restricted to this. Absent.
When the planar polygonal covering portions are arranged in a dot shape, the first layer may grow as follows by adjusting various conditions.
When forming the first layer, various conditions are adjusted (for example, the first layer is formed by the HVPE method, and the V / III ratio, which is the ratio between the supply amount of NH 3 gas and the supply amount of HCl gas, is adjusted. By setting it to 30 or more, the three-dimensional nucleus of the first layer can be formed at the corner of the covering portion. Using this three-dimensional nucleus as a reference, a first layer extends in the opening and covering of the mask, and a structure having a facet surface inclined with respect to the substrate surface of the base substrate is formed.
When the growth of the first layer is continued, the structures grown from the corners of the covering portion of the mask are united at substantially the center of the upper surface of the covering portion of the mask. Further, the structures are united at substantially the center of the portion surrounded by the covering portion of the opening.
Furthermore, if the growth of the first layer is continued, the first layer completely fills the opening and the covering portion of the mask.

このように、第一層が、下地基板に対して傾斜するファセット面を有する構造体を形成しながら、第一層が成長する場合には、マスクの開口部を通過した貫通転位がファセット面で折れ曲がり、上方の第二層、第三層への貫通転位の伝播を効果的に抑制することができる。これにより、第三層中での結晶欠陥の発生を確実に防止できる。   Thus, when the first layer grows while the first layer forms a structure having a facet surface that is inclined with respect to the base substrate, the threading dislocation that has passed through the opening of the mask is the facet surface. Bending and propagation of threading dislocations to the upper second layer and third layer can be effectively suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of the crystal defect in a 3rd layer can be prevented reliably.

さらに、前記実施形態では、マスク19の被覆部192の対向する2辺は、下地基板10であるサファイア基板の<10−10>方向に沿っており、被覆部192の対向する他の2辺は、サファイア基板の<10−10>方向と直交する方向に沿っているとしたが、マスク19の被覆部192の辺の方向は、これに限られるものではない。例えば、被覆部192の対向する2辺をサファイア基板の<1−100>方向に沿うものとし、他の対向する2辺をサファイア基板の<11−20>方向に沿うものとしてもよい。この場合には、開口部191は、サファイア基板の<1−100>方向およびサファイア基板の<11−20>方向に沿って延びるものとなる。   Furthermore, in the said embodiment, two opposing sides of the covering part 192 of the mask 19 are along the <10-10> direction of the sapphire substrate which is the base substrate 10, and the other two opposing sides of the covering part 192 are Although the direction is perpendicular to the <10-10> direction of the sapphire substrate, the direction of the sides of the covering portion 192 of the mask 19 is not limited to this. For example, the two opposing sides of the covering portion 192 may be along the <1-100> direction of the sapphire substrate, and the other two opposing sides may be along the <11-20> direction of the sapphire substrate. In this case, the opening 191 extends along the <1-100> direction of the sapphire substrate and the <11-20> direction of the sapphire substrate.

このように、被覆部192の対向する2辺をサファイア基板の<1−100>方向に沿うものとし、他の対向する2辺をサファイア基板の<11−20>方向に沿うものとした場合には、次のようにして、第一層11が成長することがある。   As described above, when the two opposing sides of the covering portion 192 are along the <1-100> direction of the sapphire substrate, and the other two opposite sides are along the <11-20> direction of the sapphire substrate. The first layer 11 may grow as follows.

開口部191のうち、サファイア基板の<1−100>方向に沿った部分から、サファイア基板の基板面に対して傾斜するファセット面{1−101}を有する構造体が形成され、第一層11が成長する。
一方、開口部191のうち、サファイア基板の<11−20>方向に沿った部分からは、第一層11が横方向成長し、サファイア基板の<1−100>方向に沿った断面形状がT字型の第一層11が成長する。これらの第一層11は、被覆部192上で合体し、第一層11により、マスク19が完全に埋め込まれる。
この場合においても、第一層11は、下地基板10に対して傾斜するファセット面を有する構造体を形成しながら、成長するため、マスク19の開口部191を通過した貫通転位がファセット面で折れ曲がり、上方の第二層12、第三層13への貫通転位の伝播を効果的に抑制することができる。これにより、第三層13中での結晶欠陥の発生を確実に防止できる。
A structure having a facet surface {1-101} inclined with respect to the substrate surface of the sapphire substrate is formed from a portion of the opening 191 along the <1-100> direction of the sapphire substrate, and the first layer 11 is formed. Grow.
On the other hand, the first layer 11 grows laterally from the portion of the opening 191 along the <11-20> direction of the sapphire substrate, and the cross-sectional shape along the <1-100> direction of the sapphire substrate is T. A letter-shaped first layer 11 grows. These first layers 11 are combined on the covering portion 192, and the mask 19 is completely embedded by the first layer 11.
Also in this case, the first layer 11 grows while forming a structure having a facet surface inclined with respect to the base substrate 10, so that threading dislocations that have passed through the opening 191 of the mask 19 are bent at the facet surface. The propagation of threading dislocations to the upper second layer 12 and third layer 13 can be effectively suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of the crystal defect in the 3rd layer 13 can be prevented reliably.

さらに、前記実施形態では、被覆部192の形状を平面矩形形状としたが、被覆部の形状はこれに限られるものではなく、例えば、平面三角形形状、平面六角形形状、平面円形形状であってもよい。
また、前記実施形態では、被覆部192がドット状に配置されたマスク19を使用したが、これに限らず、例えば、図5に示すように、被覆部392がストライプ状に配置されたマスク39を使用してもよい。マスク39は、平面矩形形状の被覆部392と、平面矩形形状の開口部391とが交互に配置されたものである。被覆部392の長手方向を、下地基板(サファイア基板)の<1−100>方向に沿った方向とすることが好ましい。このように被覆部392を配置することで、ファセット面を有する構造体を形成しながら、第一層11を成長させることができる。
なお、マスク39の被覆部392の配列ピッチは、2〜15μmであることが好ましい。
Furthermore, in the embodiment, the shape of the covering portion 192 is a planar rectangular shape, but the shape of the covering portion is not limited to this, and for example, a planar triangular shape, a planar hexagonal shape, and a planar circular shape Also good.
Moreover, in the said embodiment, although the mask 19 in which the coating | coated part 192 was arrange | positioned at dot shape was used, it is not restricted to this, For example, as shown in FIG. 5, the mask 39 by which the coating | coated part 392 was arrange | positioned at stripe form is used. May be used. The mask 39 is formed by alternately arranging planar rectangular covering portions 392 and planar rectangular opening portions 391. The longitudinal direction of the covering portion 392 is preferably a direction along the <1-100> direction of the base substrate (sapphire substrate). By disposing the covering portion 392 in this manner, the first layer 11 can be grown while forming a structure having a facet surface.
The arrangement pitch of the covering portions 392 of the mask 39 is preferably 2 to 15 μm.

(実施例)
本実施例では、図1に示した構造のIII族窒化物半導体基板をHVPE法により、製造した。
まず、高純度ガリウム(Ga)をHVPE装置の石英製のGaソースボートの中に充填し、高純度アルミニウム(Al)をアルミナ製のAlソースボートの中に充填した。そして、Gaソースボート、Alソースボートを、水平型石英製のリアクタ内の所定配置にそれぞれ配置した。
(Example)
In this example, the group III nitride semiconductor substrate having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by the HVPE method.
First, high purity gallium (Ga) was filled in a quartz Ga source boat of an HVPE apparatus, and high purity aluminum (Al) was filled in an Al source boat made of alumina. Then, a Ga source boat and an Al source boat were respectively arranged in a predetermined arrangement in a horizontal quartz reactor.

下地基板としては、サファイア基板を使用した。サファイア基板は、直径2インチの円形で、(0001)c面で(10−10)方向に0.25°に偏位した面を有するものを用いた。サファイア基板には、有機金属気相成長法により、厚さ2μmのGaNバッファ層があらかじめ形成されている。   A sapphire substrate was used as the base substrate. As the sapphire substrate, a sapphire substrate having a diameter of 2 inches and having a (0001) c plane and a surface displaced by 0.25 ° in the (10-10) direction was used. A GaN buffer layer having a thickness of 2 μm is previously formed on the sapphire substrate by metal organic vapor phase epitaxy.

このサファイア基板上のGaNバッファ層上に前記実施形態と同様のマスクを形成した。マスクは、SiO膜であり、前記実施形態と同様、複数の被覆部がサファイア基板の<10−10>方向およびサファイア基板の<10−10>方向に直交する方向にドット状に配置されている。
サファイア基板の<10−10>方向の被覆部の配列ピッチは、7μmであり、また、サファイア基板の<10−10>方向に直交する方向の配列ピッチも7μmである。また、開口部のサファイア基板の<10−10>方向の幅および、サファイア基板の<10−10>方向に直交する方向の幅は、いずれも4μmであった。
さらに、被覆部は、平面略矩形形状であり、対向する2辺は、サファイア基板の<10−10>方向に沿っている。また、被覆部の対向する他の2辺は、サファイア基板の<10−10>方向と直交する方向に沿っている。
A mask similar to that of the above embodiment was formed on the GaN buffer layer on the sapphire substrate. The mask is a SiO 2 film, and a plurality of covering portions are arranged in a dot shape in the direction perpendicular to the <10-10> direction of the sapphire substrate and the <10-10> direction of the sapphire substrate, as in the above embodiment. Yes.
The arrangement pitch of the covering portions in the <10-10> direction of the sapphire substrate is 7 μm, and the arrangement pitch in the direction orthogonal to the <10-10> direction of the sapphire substrate is also 7 μm. Further, the width of the opening in the <10-10> direction of the sapphire substrate and the width of the sapphire substrate in the direction orthogonal to the <10-10> direction were both 4 μm.
Furthermore, the coating | coated part is a planar substantially rectangular shape, and the 2 sides which oppose are along the <10-10> direction of a sapphire substrate. Further, the other two sides facing the covering portion are along a direction orthogonal to the <10-10> direction of the sapphire substrate.

次に、マスクが形成されたサファイア基板をHVPE装置のホルダー上に配置して回転させた。   Next, the sapphire substrate on which the mask was formed was placed on the holder of the HVPE apparatus and rotated.

以下の説明において、ガスの供給量の単位としては、標準状態に換算した単位であるSCCMを使用する。
窒素(N)ガスを前記リアクタ内に供給してリアクタ内の空気を置換した後、Nガスを10000SCCMで供給した。そして、ヒータによってリアクタ内を加熱した。ここでの加熱方法は、リアクタの外壁をヒータにより加熱する所謂ホットウオール法である。
NHガスを3000SCCMで導入して、GaNバッファ層の表面のGaNの解離を防いだ。Alソースボート、Gaソースボート、サファイア基板の温度が、それぞれ500℃、800℃、1050℃に保持されていることを確認した後、第一層の気相成長を開始した。
In the following description, SCCM, which is a unit converted to a standard state, is used as a unit of gas supply amount.
Nitrogen (N 2 ) gas was supplied into the reactor to replace the air in the reactor, and then N 2 gas was supplied at 10,000 SCCM. And the inside of a reactor was heated with the heater. The heating method here is a so-called hot wall method in which the outer wall of the reactor is heated by a heater.
NH 3 gas was introduced at 3000 SCCM to prevent dissociation of GaN on the surface of the GaN buffer layer. After confirming that the temperatures of the Al source boat, Ga source boat, and sapphire substrate were maintained at 500 ° C., 800 ° C., and 1050 ° C., respectively, vapor phase growth of the first layer was started.

はじめにサファイア基板上に1500SCCMでNHガスを供給した。次にNHの流量を変えることなく、GaソースボートにHClガスを50SCCMで供給して、GaClを50SCCMで生成させた。このGaClをマスクが形成されたサファイア基板上に供給した。10分間、GaClの供給を行った。これにより、GaN層である第一層が形成された。第一層は、エピタキシャル成長した層である。 First, NH 3 gas was supplied onto the sapphire substrate at 1500 SCCM. Next, without changing the flow rate of NH 3 , HCl gas was supplied to the Ga source boat at 50 SCCM to generate GaCl at 50 SCCM. This GaCl was supplied onto the sapphire substrate on which the mask was formed. GaCl was supplied for 10 minutes. Thereby, the 1st layer which is a GaN layer was formed. The first layer is an epitaxially grown layer.

次に、NHガスと、GaClガスの供給量を変えることなく、AlソースボートにHClガスを供給してAlClを生成し、このAlClを第一層が形成されたサファイア基板上に供給した。AlClの供給量を階段状に増加させて、第二層を成長させた。
具体的には、HClガスの供給量を30SCCM(AlCl供給量10SCCM)として、2分間供給した。
次に、HClガスの供給量を60SCCM(AlCl供給量20SCCM)とし、2分間供給した。
Next, without changing the supply amounts of NH 3 gas and GaCl gas, HCl gas is supplied to the Al source boat to generate AlCl 3 , and this AlCl 3 is supplied onto the sapphire substrate on which the first layer is formed. did. The supply amount of AlCl 3 was increased stepwise to grow the second layer.
Specifically, the supply amount of HCl gas was 30 SCCM (AlCl 3 supply amount 10 SCCM), and the supply was performed for 2 minutes.
Next, the supply amount of HCl gas was set to 60 SCCM (AlCl 3 supply amount 20 SCCM), and the supply was performed for 2 minutes.

さらに、HClガスの供給量を90SCCM(AlCl供給量30SCCM)として、2分間供給した。
次に、HClガスの供給量を120SCCM(AlCl供給量40SCCM)とし、2分間供給した。
さらに、HClガスの供給量を150SCCM(AlCl供給量50SCCM)とし、2分間供給した。
以上より、5層からなる第二層が形成された。
Further, the supply amount of HCl gas was 90 SCCM (AlCl 3 supply amount 30 SCCM), and the supply was performed for 2 minutes.
Next, the supply amount of HCl gas was set to 120 SCCM (AlCl 3 supply amount 40 SCCM), and the supply was performed for 2 minutes.
Further, the supply amount of HCl gas was 150 SCCM (AlCl 3 supply amount 50 SCCM), and the supply was continued for 2 minutes.
From the above, a second layer consisting of five layers was formed.

次に、NHガスの供給量とGaClガスの供給量を変えることなく、Alソースボートに供給するHClガスの供給量を180SCCM(AlCl供給量60SCCM)とし、30分間供給して、第三層を形成した。
このようにして形成された第一層、第二層、第三層の層厚は、それぞれ17μm、8μm、28μmであった。
Next, without changing the supply amount of NH 3 gas and the supply amount of GaCl gas, the supply amount of HCl gas supplied to the Al source boat is 180 SCCM (AlCl 3 supply amount 60 SCCM), and is supplied for 30 minutes. A layer was formed.
The layer thicknesses of the first layer, the second layer, and the third layer thus formed were 17 μm, 8 μm, and 28 μm, respectively.

フィリップス社のX線回折装置Xpert-MRDの2θ−ω測定により各層の回折ピーク角度を求め、格子定数から、第一層〜第三層の組成を求めた。   The diffraction peak angle of each layer was determined by 2θ-ω measurement using a Philips X-ray diffractometer Xpert-MRD, and the composition of the first to third layers was determined from the lattice constant.

一般に、組成cをもつAlGa1−cNの格子定数d(c)は、AlNの格子定数0.4981nmとGaNの格子定数0.5185nmとの差に基づいて求めることができる。格子定数d(c)と、AlNの格子定数と、GaNの格子定数とでは、以下の関係が成立する。
d(c)=0.4981+(0.5185−0.4981)×(1−c)…(式1)
この式1に基づいて、第三層の組成bを求めたところ、b=0.72であった。
また、式1に基づいて、第二層の各層の組成を求めたところ、第一層側から順に、Al0.06Ga0.94N、Al0.15Ga0.85N、Al0.23Ga0.77N、Al0.29Ga0.71N、Al0.38Ga0.62Nとなっていた。
In general, the lattice constant d (c) of Al c Ga 1-c N having the composition c can be obtained based on the difference between the lattice constant of AlN of 0.4981 nm and the lattice constant of GaN of 0.5185 nm. The following relationship holds between the lattice constant d (c), the lattice constant of AlN, and the lattice constant of GaN.
d (c) = 0.4981 + (0.5185-0.4981) × (1-c) (Formula 1)
When the composition b of the third layer was determined based on this formula 1, b = 0.72.
Moreover, when the composition of each layer of the second layer was determined based on Formula 1, Al 0.06 Ga 0.94 N, Al 0.15 Ga 0.85 N, Al 0. 23 Ga 0.77 N, Al 0.29 Ga 0.71 N, and Al 0.38 Ga 0.62 N.

光学顕微鏡で、製造したIII族窒化物半導体基板の第三層の表面を観察したところ、図6に示すように、アレイ状のクラックの発生がないことが確認された。
III族窒化物半導体基板の下地基板は、無色透明なサファイア基板であるので、III族窒化物半導体基板の裏側のサファイア基板側から光学顕微鏡で観察したところ、図7に示すように、第一層および第二層にアレイ状のクラックが発生しているのが、確認された。
アレイ状のクラックは第一層および第二層で生じているが、第三層表面にまでは及んでいないことが確認された。
また、電子線加速電圧5kV、観察倍率10000倍で、発光波長220または360nmのカソードルミネッセンス(CL)像から、ダークスポットを数えることで、III族窒化物半導体基板の転位密度を求めた。III族窒化物半導体基板の転位密度は8×10cm−2あった。
When the surface of the third layer of the manufactured group III nitride semiconductor substrate was observed with an optical microscope, it was confirmed that there was no occurrence of array-like cracks as shown in FIG.
Since the base substrate of the group III nitride semiconductor substrate is a colorless and transparent sapphire substrate, the first layer is observed from the back side of the group III nitride semiconductor substrate with an optical microscope as shown in FIG. It was also confirmed that array-like cracks occurred in the second layer.
It was confirmed that array-like cracks occurred in the first layer and the second layer, but did not reach the surface of the third layer.
Further, the dislocation density of the group III nitride semiconductor substrate was determined by counting the dark spots from the cathode luminescence (CL) image having an emission wavelength of 220 or 360 nm at an electron beam acceleration voltage of 5 kV and an observation magnification of 10,000 times. The dislocation density of the group III nitride semiconductor substrate was 8 × 10 8 cm −2 .

(比較例)
表面にGaN層が形成されたサファイア基板(実施例で使用したサファイア基板と同じもの)上に、GaNバッファ層、第一層、第三層を形成した。
GaNバッファ層、第一層、第三層の形成方法は、実施例と同じである。比較例は、第一層と第三層との間に第二層を形成しない点およびマスクを形成しない点において、実施例と異なっている。
比較例において、第一層の層厚は18μm、第三層の層厚は、29μmであった。
(Comparative example)
A GaN buffer layer, a first layer, and a third layer were formed on a sapphire substrate having the GaN layer formed on the surface (the same sapphire substrate used in the examples).
The method for forming the GaN buffer layer, the first layer, and the third layer is the same as in the example. The comparative example is different from the example in that the second layer is not formed between the first layer and the third layer and the mask is not formed.
In the comparative example, the layer thickness of the first layer was 18 μm, and the layer thickness of the third layer was 29 μm.

フィリップス社のX線回折装置Xpert-MRDの2θ−ω測定で各層の回折ピーク角度を求め、格子定数から実施例と同様に組成を計算したところ、第三層の組成bは0.7であった。
顕微鏡で、第三層の表面を観察したところ、図8に示すように、アレイ状のクラックが発生していることが確認できた。このクラックは第三層の表面に高密度で発生していた。
また、実施例と同様の方法で転位密度を求めたところ、比較例における転位密度は、5×10cm−2であった。
The diffraction peak angle of each layer was determined by 2θ-ω measurement using a Philips X-ray diffractometer Xpert-MRD, and the composition was calculated from the lattice constant in the same manner as in the example. The composition b of the third layer was 0.7. It was.
When the surface of the third layer was observed with a microscope, it was confirmed that an array of cracks had occurred as shown in FIG. This crack was generated at a high density on the surface of the third layer.
Moreover, when the dislocation density was calculated | required by the method similar to an Example, the dislocation density in a comparative example was 5 * 10 < 9 > cm <-2> .

本発明の実施形態にかかるIII族窒化物半導体基板の構造およびIII族窒化物半導体基板のAl組成の割合を示す図である。It is a figure which shows the structure of the group III nitride semiconductor substrate concerning embodiment of this invention, and the ratio of Al composition of a group III nitride semiconductor substrate. 前記実施形態のIII族窒化物半導体基板のマスクを示す平面図である。It is a top view which shows the mask of the group III nitride semiconductor substrate of the said embodiment. (A)は、本発明の変形例にかかるIII族窒化物半導体基板の構造およびIII族窒化物半導体基板のAl組成の割合を示す図である。 (B)は、本発明の他の変形例にかかるIII族窒化物半導体基板の構造およびIII族窒化物半導体基板のAl組成の割合を示す図である。(A) is a figure which shows the structure of the group III nitride semiconductor substrate concerning the modification of this invention, and the ratio of Al composition of a group III nitride semiconductor substrate. (B) is a figure which shows the structure of the group III nitride semiconductor substrate concerning the other modification of this invention, and the ratio of Al composition of a group III nitride semiconductor substrate. 本発明の変形例にかかるIII族窒化物半導体基板の構造およびIII族窒化物半導体基板のAl組成の割合を示す図である。It is a figure which shows the structure of the group III nitride semiconductor substrate concerning the modification of this invention, and the ratio of Al composition of a group III nitride semiconductor substrate. 本発明の変形例のマスクを示す平面図である。It is a top view which shows the mask of the modification of this invention. 実施例における第三層表面の顕微鏡写真(観察倍率200倍)を示す図である。It is a figure which shows the microscope picture (observation magnification 200 times) of the 3rd layer surface in an Example. 実施例におけるクラックが発生した第一層および第二層の顕微鏡写真(観察倍率200倍)を示す図である。It is a figure which shows the micrograph (observation magnification 200 times) of the 1st layer and the 2nd layer in which the crack generate | occur | produced in the Example. 比較例の第三層の表面の顕微鏡写真(観察倍率200倍)を示す図である。It is a figure which shows the microscope picture (observation magnification 200 times) of the surface of the 3rd layer of a comparative example. 従来のAlGaN基板の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional AlGaN substrate.

符号の説明Explanation of symbols

1 III族窒化物半導体基板
10 下地基板
11 第一層
12 第二層
13 第三層
19 マスク
20 サファイア基板
21 バッファ層
22 AlGaN層
39 マスク
121 層
122 層
123 層
124 層
125 層
191 開口部
192 被覆部
391 開口部
392 被覆部
B バッファ層
W1 幅
W2 幅
P1 配列ピッチ
P2 配列ピッチ
1 Group III Nitride Semiconductor Substrate 10 Base Substrate 11 First Layer 12 Second Layer 13 Third Layer 19 Mask 20 Sapphire Substrate 21 Buffer Layer 22 AlGaN Layer 39 Mask 121 Layer 122 Layer 123 Layer 124 Layer 125 Layer 191 Opening 192 Covering Portion 391 Opening 392 Covering portion B Buffer layer W1 Width W2 Width P1 Arrangement pitch P2 Arrangement pitch

Claims (6)

開口部が形成された絶縁膜と、
組成aが一定のAlGa1−aN(0≦a<1)により構成され、前記絶縁膜の前記開口部内部を埋め込み、前記絶縁膜上を覆う第一層と、
この第一層上に形成される第二層と、
前記第二層上に形成され、組成bが一定のAlGa1−bN(0<b≦1)により構成される第三層と、
を備え、
前記第二層は、AlGa1−xN(0<x<1)層により構成され、組成xが層厚方向に変化し、前記第三層に接する表面の組成xが、前記第一層に接する表面の組成xよりも高くなった組成分布を有し、
前記組成a、b、xにおいてa<x<bとなる関係が成立していることを特徴とするIII族窒化物半導体基板。
An insulating film having an opening formed therein;
A first layer composed of Al a Ga 1-a N (0 ≦ a <1) having a constant composition a, filling the inside of the opening of the insulating film and covering the insulating film;
A second layer formed on the first layer;
A third layer formed on the second layer and composed of Al b Ga 1-b N (0 <b ≦ 1) having a constant composition b;
With
The second layer is composed of an Al x Ga 1-x N (0 <x <1) layer, the composition x changes in the layer thickness direction, and the composition x of the surface in contact with the third layer is the first Having a composition distribution that is higher than the composition x of the surface in contact with the layer;
A group III nitride semiconductor substrate, wherein a relation of a <x <b is established in the compositions a, b, and x.
請求項1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
下地基板を備え、
前記下地基板上に前記絶縁膜が形成されていることを特徴とするIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1,
With a base substrate,
A group III nitride semiconductor substrate, wherein the insulating film is formed on the base substrate.
請求項2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記下地基板上に形成されたバッファ層を備え、
前記バッファ層上に前記絶縁膜が形成されていることを特徴とするIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to claim 2,
A buffer layer formed on the base substrate;
A group III nitride semiconductor substrate, wherein the insulating film is formed on the buffer layer.
請求項1乃至3のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記絶縁膜は、所定の配列ピッチでドット状に配列した複数の絶縁膜部、或いは、所定の配列ピッチでストライプ状に配列した複数の絶縁膜部を備え、
前記配列ピッチは、2〜15μmであることを特徴とするIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 3,
The insulating film includes a plurality of insulating film portions arranged in a dot shape at a predetermined arrangement pitch, or a plurality of insulating film portions arranged in a stripe shape at a predetermined arrangement pitch,
The group pitch of the group III nitride semiconductor substrate, wherein the array pitch is 2 to 15 μm.
請求項1乃至4のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記絶縁膜は、酸化シリコン、又は窒化シリコンにより構成されることを特徴とするIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 4,
The group III nitride semiconductor substrate, wherein the insulating film is made of silicon oxide or silicon nitride.
III族窒化物半導体基板の製造方法であって、
下地基板上に開口部が形成された絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の前記開口部から、組成aが一定のAlGa1−aN(0≦a<1)層を成長させて第一層を形成する工程と、
前記第一層上に、組成xが前記組成aよりも大きいAlGa1−xN(0<x<1)により構成される第二層を成長させる工程と、
前記第二層上に、組成bが一定で、かつ、組成bが前記組成xよりも大きいAlGa1−bN(0<b≦1)により構成される第三層を成長させる工程とを含み、
第二層を成長させる前記工程では、組成xが層厚方向に変化し、第三層に接する表面の組成xが、第一層に接する表面の組成xよりも高くなった組成分布を有する第二層を成長させることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, comprising:
Forming an insulating film having an opening formed on a base substrate;
A step of growing an Al a Ga 1-a N (0 ≦ a <1) layer having a constant composition a from the opening of the insulating film to form a first layer;
Growing a second layer composed of Al x Ga 1-x N (0 <x <1) having a composition x larger than the composition a on the first layer;
Growing a third layer composed of Al b Ga 1-b N (0 <b ≦ 1) having a constant composition b and a composition b larger than the composition x on the second layer; Including
In the step of growing the second layer, the composition x changes in the layer thickness direction, and the composition x on the surface in contact with the third layer has a composition distribution that is higher than the composition x on the surface in contact with the first layer. A method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, comprising growing two layers.
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