JP2008277841A - Iii−v族窒化物系半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】III-V族窒化物系半導体結晶の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、次いで前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って前記結晶成長界面を平坦化し、さらに平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま10μm以上の厚さにわたって結晶成長を継続するIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法自立したIII−V族窒化物系半導体基板の製造方法。
【選択図】図1
Description
サファイア基板上にGaNエピタキシャル層を成長させ、その後サファイア基板を除去することにより、図1に示すようにキャリア濃度の異なる領域2を含有する層と、キャリア濃度が実質的に均一な層とを有するGaN自立基板1を作製し、評価した。以下、本実施例のGaN自立基板の作製方法について、図4を参照して説明する。
原料となるGaCl及びNH3の分圧を基板領域でそれぞれ5×10-3atm及び0.3 atmとし、キャリアガスとして2%のH2と98%のN2の混合ガスを用いた以外実施例1と同様にして、サファイア基板上にGaNの厚膜結晶を成長させた。その結果、GaNの厚さが300μmになるまで、表面にある多くのピットは埋まらずに残ったままであった。
HVPE法の結晶成長条件を僅かに変えた以外実質的に実施例1と同様にして、サファイア基板上にGaNエピタキシャル層を成長させ、その後サファイア基板を除去することにより図1に示すGaN自立基板を作製し、評価した。以下、本実施例のGaN自立基板の作製方法を図4を参照して説明する。
ボイド形成剥離法(Void-assisted Separation Method:VAS法)を用いてサファイア基板上にGaNエピタキシャル層を成長させ、その後、サファイア基板を除去することによりGaN自立基板を作製し、評価した。VAS法の詳細は特願2002-64345号に記載されているが、簡単に言うと、サファイア基板とGaN成長層との間に、網目構造を有する窒化チタンの薄膜を挟み込んで結晶成長を行う方法である。以下、本実施例のGaN自立基板の作製方法を図5を参照して説明する。
実施例3と同様にVAS法を用いて、サファイア基板上にGaNエピタキシャル層を成長させ、その後サファイア基板を除去することによりGaN自立基板を作製し、評価した。以下、本実施例のGaN自立基板の作製方法を、図8を参照して説明する。
FIELO法(A. Usui, et al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36 (1997), pp. L.899-L.902)を用いてサファイア基板上にGaNエピタキシャル層を成長させ、その後サファイア基板を除去することによりGaN自立基板を作製し、評価した。以下、本実施例のGaN自立基板の作製方法を、図9を参照して説明する。
実施例1と同じ方法及び条件で、図11に示すように、直径50 mmのサファイア基板11上にまずキャリア濃度が異なる領域14を含む第一のGaN層12aを成長させ(工程(a)〜(d))、次いで成長界面12cを平坦化することにより(工程(e))、キャリア濃度が均一な第二のGaN層12bを成長させた(工程(f))。実施例1と異なる点は、キャリア濃度が均一な第二のGaN層12bを厚さ約20 mmまで連続して成長させたことである。
2,14,28,38,46・・・キャリア濃度の異なる領域
11,21,31,41・・・サファイア基板
12,26,36,44・・・GaN結晶
12a,26a,36a,44a・・・キャリア濃度の異なる領域を含有しない層
12b,26b,36b,44b・・・キャリア濃度が実質的に均一な層
13,27,37・・・ファセット面で囲まれたピット
23,33・・・金属チタン
24,34・・・空隙を有するGaN結晶
25,35・・・網目構造の窒化チタン
42・・・MOVPE成長GaN下地結晶層
43・・・SiO2マスク
45・・・断面V字型の溝
Claims (19)
- III-V族窒化物系半導体結晶の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結う晶成長を行い、次いで前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って前記結晶成長界面を平坦化し、さらに平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま10μm以上の厚さにわたって結晶成長を継続することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- (a)III-V族窒化物系半導体結晶の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、さらに前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って前記結晶成長界面を平坦化することにより、キャリア濃度分布が不均一な第一の層を形成し、(b)平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま結晶成長を継続することにより、キャリア濃度分布が実質的に均一な第二の層を10μm以上の厚さに形成することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- (a)III-V族窒化物系半導体結晶の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、さらに前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って前記結晶成長界面を平坦化することにより、キャリア濃度分布が不均一な第一の層を形成し、(b)平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま結晶成長を継続することにより、キャリア濃度分布が実質的に均一な第二の層を形成し、(c)結晶成長終了後に前記第二の層が10μm以上の厚さで残留するように基板表面を研磨することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 異種基板の上面にIII-V族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長により形成した後、前記III-V族窒化物系半導体層と前記異種基板とを分離する工程を含むIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法であって、前記III-V族窒化物系半導体層の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、次いで前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って結晶成長界面を平坦化し、さらに平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま10μm以上の厚さにわたって結晶成長を継続することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 異種基板の上面にIII-V族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長により形成した後、前記III-V族窒化物系半導体層と前記異種基板とを分離する工程を含むIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法であって、(a)前記III-V族窒化物系半導体層の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、さらに前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って結晶成長界面を平坦化することにより、キャリア濃度分布が不均一な第一の層を形成し、(b)平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま結晶成長を継続して表面層を形成することにより、キャリア濃度分布が均一な第二の層を10μm以上の厚さに形成することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 異種基板の上面にIII-V族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長により形成した後、前記III-V族窒化物系半導体層と前記異種基板とを分離する工程を含むIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法であって、(a)前記III-V族窒化物系半導体層の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、さらに前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って結晶成長界面を平坦化することにより、キャリア濃度分布が不均一な第一の層を形成し、(b)平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま結晶成長を継続して表面層を形成することにより、キャリア濃度分布が均一な第二の層を形成し、(c)結晶成長終了後に前記第二の層が10μm以上の厚さに残留するように基板表面を研磨することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- (a)III-V族窒化物系半導体結晶の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、さらに前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って成長界面を平坦化することにより、キャリア濃度分布が不均一な第一の層を形成し、(b)平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま結晶成長を継続することにより、キャリア濃度分布が実質的に均一な第二の層を形成し、(c)結晶成長終了後に、前記第一の層のうち成長界面に複数の凹凸を出しながら成長した領域の少なくとも一部を除去することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 異種基板の上面にIII-V族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長により形成した後、前記III-V族窒化物系半導体層と前記異種基板とを分離する工程を含むIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法であって、(a)前記III-V族窒化物系半導体層の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、さらに前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って成長界面を平坦化することにより、キャリア濃度分布が不均一な第一の層を形成し、(b)平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま結晶成長を継続することにより、キャリア濃度分布が実質的に均一な第二の層を形成し、(c)結晶成長終了後に、前記第一の層のうち成長界面に複数の凹凸を出しながら成長した領域の少なくとも一部を除去することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 請求項7又は8に記載のIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法において、基板厚さが200μm未満にならないように裏面を研磨加工することにより、前記第一の層のうち成長界面に複数の凹凸を出しながら成長した領域の少なくとも一部を除去することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- (a) III-V族窒化物系半導体結晶の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、さらに前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って成長界面を平坦化することにより、キャリア濃度分布が不均一な第一の層を形成し、(b)平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま結晶成長を継続することにより、キャリア濃度分布が実質的に均一な第二の層を形成し、(c)結晶成長終了後に、前記第二の層を結晶の成長方向と垂直に切断し、結晶基板を取得することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 異種基板の上面にIII-V族窒化物系半導体層をエピタキシャル成長により形成した後、前記III-V族窒化物系半導体層と前記異種基板とを分離する工程を含むIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法であって、(a)前記III-V族窒化物系半導体層の成長の初期又は途中の段階では結晶成長界面に複数の凹凸を出しながら結晶成長を行い、さらに前記凹凸を埋めるように結晶成長を行って成長界面を平坦化することにより、キャリア濃度分布が不均一な第一の層を形成し、(b)平坦化した結晶成長界面の形状を保ったまま結晶成長を継続することにより、キャリア濃度分布が実質的に均一な第二の層を形成し、(c)結晶成長終了後に、前記第二の層を結晶の成長方向と垂直に切断し、結晶基板を取得することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 請求項7〜11のいずれか一項に記載のIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法において、基板厚さが200μm未満にならないように表面に鏡面研磨加工を施すことを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 請求項7〜12のいずれか一項に記載のIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法において、前記第一の層を全て除去することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 請求項1〜13のいずれか一項に記載のIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法において、結晶成長の初期又は途中の段階で結晶成長界面に形成する凹凸の凹部の、成長方向と平行な断面での形状が、ファセット面で囲まれたV字型又は逆台形型であることを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載のIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法において、結晶成長の初期又は途中の段階で結晶成長界面に形成する凹凸の凹部が、ファセット面で囲まれたすり鉢状の形状を有することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載のIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法において、結晶成長の少なくとも一部をHVPE法により行うことを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 請求項1〜16のいずれか一項に記載のIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法において、結晶成長の途中で結晶成長界面の凹凸を埋めるために、成長雰囲気ガスの水素濃度をそれまでより高くすることを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載のIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法において、結晶成長の途中で結晶成長界面の凹凸を埋めるために、III族原料の分圧をそれまでより高くすることを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
- 請求項10又は11に記載のIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法において、切出した基板の表裏両面を研磨加工することを特徴とするIII-V族窒化物系半導体基板の製造方法。
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