JP2007005526A - 窒化物結晶、窒化物結晶基板、エピ層付窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 窒化物結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折条件を満たしながら結晶の表面からのX線侵入深さを変化させるX線回折測定から得られる特定結晶格子面の面間隔において、0.3μmのX線侵入深さにおける面間隔d1と5μmのX線侵入深さにおける面間隔d2とから得られる|d1−d2|/d2の値で表される結晶の表面層の均一歪みが2.1×10-3以下であることを特徴とする窒化物結晶。
【選択図】 図3
Description
本実施形態の窒化物結晶は、結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折条件を満たしながら結晶の表面からのX線侵入深さを変化させるX線回折測定から得られる特定結晶格子面の面間隔において、0.3μmのX線侵入深さにおける面間隔d1と5μmのX線侵入深さにおける面間隔d2とから得られる|d1−d2|/d2の値で表される結晶の表面層の均一歪みが2.1×10-3以下であることを特徴とする。
本実施形態の窒化物結晶は、結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折条件を満たしながら結晶の表面からのX線侵入深さを変化させるX線回折測定から得られる特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、0.3μmのX線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅v1と5μmのX線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅v2とから得られる|v1−v2|の値で表される結晶の表面層の不均一歪みが150arcsec以下であることを特徴とする。
本実施形態の窒化物結晶は、結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折に関して結晶の表面からのX線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、0.3μmのX線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅w1と5μmのX線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅w2とから得られる|w1−w2|の値で表される特定結晶面の面方位ずれが400arcsec以下であることを特徴とする。
本実施形態は、上記実施形態1〜3の窒化物結晶で形成されている窒化物結晶基板である。また、本実施形態の窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面に1層以上の半導体層をエピタキシャル成長させることにより、エピタキシャル層(エピ層ともいう)である1層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板が得られる。ここで、窒化物結晶基板の格子定数(結晶成長面に垂直な軸における格子定数をいう、本実施形態において以下同じ)k0と半導体層の格子定数kとの関係が、(|k−k0|/k)≦0.15であれば、窒化物結晶基板にその半導体層をエピタキシャル成長させることができ、(|k−k0|/k)≦0.05であることが好ましい。かかる観点から、半導体層としては、III族窒化物層が好ましい。
本実施形態は、上記実施形態4の窒化物結晶基板または上記エピ層付窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている1層以上の半導体層を含む半導体デバイスである。こうして得られる半導体デバイスは、基板として用いられている窒化物結晶の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび面方位ずれの少なくともいずれかが小さいことから、窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に形成される半導体層は結晶性が良好であり、良好なデバイス特性が得られる。
本実施形態の半導体デバイスは、図6を参照して、基板610として上記の窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスであって、窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板(基板610)の一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている3層以上の複数の半導体層650と、窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板(基板610)の他方の主面側に形成された第1の電極661と、複数の半導体層650の最外半導体層上に形成された第2の電極662とを含む発光素子を備え、さらに発光素子を搭載する導電体682を備え、発光素子の基板610側が発光面側であり、最外半導体層側が搭載面側であり、複数の半導体層650はp型半導体層630とn型半導体層620とこれらの導電型半導体層の間に形成されている発光層640とを含むことを特徴とする。上記構成を有することにより、窒化物結晶基板側を発光面側とする半導体デバイスを形成することができる。
本実施形態は、基板として窒化物結晶基板または窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている1層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、窒化物結晶基板として、実施形態1の窒化物結晶を選択し、基板の少なくとも一方の主面側に1層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
本実施形態は、基板として窒化物結晶基板または窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている1層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、窒化物結晶基板として、実施形態2の窒化物結晶を選択し、基板の少なくとも一方の主面側に1層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
本実施形態は、基板として窒化物結晶基板または窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている1層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、窒化物結晶基板として、実施形態3の窒化物結晶を選択し、基板の少なくとも一方の主面側に1層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
y≧−50x+1000 (2)
y≦−50x+1900 (3)
のいずれもの関係を満たすことが好ましい。y<−50x+1000であると研磨速度が低くなる。一方、y>−50x+1900であると研磨パッドおよび研磨装置への腐食作用が大きくなり安定した研磨が困難となる。
y≧−50x+1300 (4)
の関係をも満たすことが好ましい。
窒化物結晶としてHVPE法により成長させた厚さ500μmのSiドープされたn型GaN結晶を用いて、このn型GaN結晶を以下のようにして機械研磨した。すなわち、ダイヤモンド砥粒が分散したスラリーをラップ装置の定盤上に供給しながら、定盤に直径50mm×厚さ500μmのn型GaN結晶のGa側C面((0001)面)を押し当てることにより、n型GaN結晶を機械研磨した。定盤は銅定盤または錫定盤を用いた。粒径が6μm、3μm、1μmの3種類の砥粒を準備し、機械研磨の進行とともに砥粒の粒径を段階的に小さくした。機械研磨における研磨圧力は100g/cm2〜500g/cm2、定盤の回転数は30rpm〜100rpmとした。
機械研磨後X線回折前に、表1に示す条件にてCMPを行なったこと以外は比較例1と同様にして、半導体デバイスを作製した。得られた半導体デバイスの光出力を比較例1と同様にして測定した。結果を表1にまとめた。
窒化物結晶として昇華法により成長させた厚さ400μmのSiドープされたn型AlN結晶を用いて、このn型AlN結晶を比較例1と同様にして機械研磨を行なった。
機械研磨後X線回折前に、表2に示す条件にてCMPを行なったこと以外は比較例2と同様にして、半導体デバイスを作製した。得られた半導体デバイスの光出力を比較例2と同様に測定した。結果を表2にまとめた。
Claims (14)
- 窒化物結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのX線侵入深さを変化させるX線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の面間隔において、0.3μmの前記X線侵入深さにおける前記面間隔d1と5μmの前記X線侵入深さにおける前記面間隔d2とから得られる|d1−d2|/d2の値で表される前記結晶の表面層の均一歪みが2.1×10-3以下であることを特徴とする窒化物結晶。
- 窒化物結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのX線侵入深さを変化させるX線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、0.3μmの前記X線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅v1と5μmの前記X線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅v2とから得られる|v1−v2|の値で表される前記結晶の表面層の不均一歪みが150arcsec以下であることを特徴とする窒化物結晶。
- 窒化物結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折に関して前記結晶の表面からのX線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、0.3μmの前記X線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅w1と5μmの前記X線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅w2とから得られる|w1−w2|の値で表される前記特定結晶面の面方位ずれが400arcsec以下であることを特徴とする窒化物結晶。
- 前記結晶の前記表面は30nm以下の表面粗さRyを有す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結晶。
- 前記結晶の前記表面は3nm以下の表面粗さRaを有す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結晶。
- 前記結晶の前記表面はウルツ鉱型構造におけるC面に平行であ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結晶。
- 前記結晶の前記表面はウルツ鉱型構造におけるC面に対して0.05°以上15°以下の範囲内のオフ角を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結晶。
- 請求項1から7のいずれかに記載の窒化物結晶で形成されている窒化物結晶基板。
- 請求項8に記載の窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている1層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板。
- 基板として請求項8に記載の窒化物結晶基板または請求項9に記載のエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスであって、
前記基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている1層以上の半導体層を含む半導体デバイス。 - 基板として請求項8に記載の窒化物結晶基板または請求項9に記載のエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスであって、
前記基板の一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている3層以上の複数の半導体層と、前記窒化物結晶基板または前記エピ層付窒化物結晶基板の他方の主面側に形成された第1の電極と、前記複数の半導体層の最外半導体層上に形成された第2の電極とを含む発光素子を備え、
さらに前記発光素子を搭載する導電体を備え、
前記発光素子の前記基板側が発光面側であり、前記最外半導体層側が搭載面側であり、前記複数の半導体層はp型半導体層とn型半導体層とこれらの導電型半導体層の間に形成されている発光層とを含むことを特徴とする半導体デバイス。 - 基板として窒化物結晶基板または前記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている1層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、
前記窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって前記結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのX線侵入深さを変化させるX線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の面間隔において、0.3μmの前記X線侵入深さにおける前記面間隔d1と5μmの前記X線侵入深さにおける前記面間隔d2とから得られる|d1−d2|/d2の値で表される前記結晶の表面層の均一歪みが2.1×10-3以下である結晶を選択し、
前記基板の少なくとも一方の主面側に1層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法。 - 基板として窒化物結晶基板または前記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている1層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、
前記窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって前記結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのX線侵入深さを変化させるX線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、0.3μmの前記X線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅v1と5μmの前記X線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅v2とから得られる|v1−v2|の値で表される前記結晶の表面層の不均一歪みが150arcsec以下である結晶を選択し、
前記基板の少なくとも一方の主面側に1層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法。 - 基板として窒化物結晶基板または前記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている1層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、
前記窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって前記結晶の任意の特定結晶格子面のX線回折に関して前記結晶の表面からのX線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、0.3μmの前記X線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅w1と5μmの前記X線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅w2とから得られる|w1−w2|の値で表される前記特定結晶格子面の面方位ずれが400arcsec以下である結晶を選択し、
前記基板の少なくとも一方の主面側に1層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法。
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