JP2009140965A - Epitaxial wafer, and method of fabricating epitaxial wafer - Google Patents
Epitaxial wafer, and method of fabricating epitaxial wafer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009140965A JP2009140965A JP2007312631A JP2007312631A JP2009140965A JP 2009140965 A JP2009140965 A JP 2009140965A JP 2007312631 A JP2007312631 A JP 2007312631A JP 2007312631 A JP2007312631 A JP 2007312631A JP 2009140965 A JP2009140965 A JP 2009140965A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- gan
- buffer layer
- epitaxial
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
本発明は、エピタキシャルウエハ、及びエピタキシャルウエハを作製する方法に関する。 The present invention relates to an epitaxial wafer and a method for producing an epitaxial wafer.
特許文献1には、窒化ガリウムの円形ウエハが記載されている。円形ウエハは、1016cm−3〜1020cm−3の濃度で酸素ドープされた六方晶系で{0001}面方位の窒化ガリウム単結晶よりなり透明であって、独立して自立可能である。円形ウエハは、表面側と裏面側から外周部を5゜〜30゜の傾斜角で面取りされている。或いは、円形ウエハは、0.1〜0.5mmの半径のR面取りされている。円形ウエハは、方位を指定する一つあるいは二つのオリエンテーションフラット(OF)を有する。
実用的なGaNウエハが商業的なルートから入手できる。このGaNウエハは、特許文献1に記載されているように、面取りされている。発明者らの知見によれば、面取り無しのGaNウエハを用いて半導体素子の作製を行うとき、成長、検査、プロセス中のハンドリングや搬送において作製途中のウエハが割れる。ウエハ割れを防ぐためには、ウエハを注意深く取り扱うことが必要であり、GaN系半導体素子の製造は容易ではなくなる。このため、実用的なGaNウエハでは、歩留まり向上のためにウエハの面取りは必要不可欠である。GaNはチッピングが生じ易い材料であり、ウエハ割れは何らかの応力に起因すると考えられる。 Practical GaN wafers are available from commercial routes. The GaN wafer is chamfered as described in Patent Document 1. According to the knowledge of the inventors, when a semiconductor element is manufactured using a GaN wafer without chamfering, the wafer being manufactured is broken during growth, inspection, handling during processing, and conveyance. In order to prevent the wafer from cracking, it is necessary to handle the wafer carefully, and the manufacture of the GaN-based semiconductor element is not easy. For this reason, in a practical GaN wafer, chamfering of the wafer is indispensable for improving the yield. GaN is a material that easily causes chipping, and wafer cracking is considered to be caused by some stress.
半導体発光ダイオードや半導体レーザといったGaN系半導体素子が実用に供されるようになると、GaN系半導体素子の価格を低減することが求められてきた。コスト低減の改善が様々な側面において為されており、その一つとして、GaNウエハの製造の簡略化が検討されている。 When GaN-based semiconductor elements such as semiconductor light emitting diodes and semiconductor lasers are put into practical use, it has been required to reduce the price of GaN-based semiconductor elements. Improvements in cost reduction have been made in various aspects, and as one of them, simplification of the production of GaN wafers is being studied.
既に説明したように、GaNウエハの面取りが行われており、この面取り工程において、面取り角等は所定の製造ばらつきの範囲に収まるように管理されている。このため、当然のことながら、面取り作業のための費用は、GaNウエハの製造コストにおいてある割合を占める。一方、半導体素子の作製に面取り無しのGaNウエハを用いるとき、製造途中におけるウエハ割れの頻度の増大により、結果として、半導体素子の製造コストを押し上げる。 As already described, the GaN wafer is chamfered, and in this chamfering process, the chamfer angle and the like are managed so as to be within a predetermined range of manufacturing variation. For this reason, as a matter of course, the cost for the chamfering operation occupies a certain proportion in the manufacturing cost of the GaN wafer. On the other hand, when a non-chamfered GaN wafer is used for manufacturing a semiconductor device, the wafer cracking frequency increases during the manufacturing process, resulting in an increase in the manufacturing cost of the semiconductor device.
そこで、本発明は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、面取りが施されていないGaNウエハを用いてウエハ割れを低減できるエピタキシャルウエハ、このエピタキシャルウエハを作製する方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above matters, and provides an epitaxial wafer that can reduce wafer cracking using a GaN wafer that has not been chamfered, and a method for producing this epitaxial wafer. Objective.
本発明の一側面に係るエピタキシャルウエハは、(a)面取りが施されていないGaNウエハと、(b)前記GaNウエハの主面上に設けられたInX1AlX2Ga1−X1−X2N(0<X1<1、0≦X2<1、0<X1+X2<1)緩衝層とを備える。前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の厚さは30nm以上である。 An epitaxial wafer according to one aspect of the present invention includes: (a) a GaN wafer that is not chamfered; and (b) In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N (on the main surface of the GaN wafer). 0 <X1 <1, 0 ≦ X2 <1, 0 <X1 + X2 <1). The In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer has a thickness of 30 nm or more.
このエピタキシャルウエハによれば、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層が、面取りが施されていないGaNウエハ上に設けられているので、エピタキシャルウエハの破損の発生を低減できる。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の厚さが30nmよりも薄くなると、破損発生を低減する緩衝効果が低下してしまう。 According to this epitaxial wafer, since the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer is provided on the GaN wafer that has not been chamfered, the occurrence of damage to the epitaxial wafer can be reduced. When the thickness of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer becomes thinner than 30 nm, the buffer effect for reducing the occurrence of breakage is lowered.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層のインジウム組成は0.02以上であることが好ましい。このエピタキシャルウエハでは、インジウム組成が0.02未満になると、緩衝効果は低下する。また、本発明のエピタキシャルウエハでは、前記インジウム組成は0.1以下であることが好ましい。このエピタキシャルウエハでは、インジウム組成が0.1以下であれば、半導体素子のために好適な結晶品質が提供できる。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の成長は、半導体素子のための多数のエピタキシャル膜の成長のうち比較的早く行われるので、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の結晶品質が、無視できない影響を以降の結晶品質に及ぼす。 In the epitaxial wafer of the present invention, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer preferably has an indium composition of 0.02 or more. In this epitaxial wafer, when the indium composition is less than 0.02, the buffering effect is lowered. In the epitaxial wafer of the present invention, the indium composition is preferably 0.1 or less. In this epitaxial wafer, if the indium composition is 0.1 or less, crystal quality suitable for a semiconductor device can be provided. Since the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer is performed relatively quickly among the growth of a large number of epitaxial films for semiconductor elements, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer is used. This crystal quality has a non-negligible effect on the subsequent crystal quality.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層はInGaNであることが好ましい。破損の発生を低減する緩衝効果が好適に提供される。 In the epitaxial wafer of the present invention, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer is preferably InGaN. A buffering effect that reduces the occurrence of breakage is suitably provided.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層のアルミニウム組成は0より大きいことができる。本発明のエピタキシャルウエハでは、前記アルミニウム組成は0.2以下であることができる。上記の範囲にアルミニウム組成のInAlGaNによっても、破損の発生を低減する緩衝効果が提供される。 In the epitaxial wafer of the present invention, the aluminum composition of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer may be greater than zero. In the epitaxial wafer of the present invention, the aluminum composition may be 0.2 or less. In the above range, InAlGaN having an aluminum composition also provides a buffering effect that reduces the occurrence of breakage.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層は前記GaNウエハの前記主面に成長されていることができる。このエピタキシャルウエハによれば、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層はGaNウエハの主面上とヘテロ接合を成す。 In the epitaxial wafer of the present invention, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer may be grown on the main surface of the GaN wafer. According to this epitaxial wafer, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer forms a heterojunction with the main surface of the GaN wafer.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記GaNウエハと前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層との間に設けられたGaN層を更に備えることができる。前記GaN層は前記GaNウエハの前記主面に成長されていることができる。エピタキシャルウエハによれば、GaN層はGaNウエハの主面とホモ接合を成し、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層はGaN層にヘテロ接合を成す。GaNウエハとInX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層との間には、活性層といった光学利得を有する半導体領域は設けられていない。 The epitaxial wafer of the present invention may further include a GaN layer provided between the GaN wafer and the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer. The GaN layer may be grown on the main surface of the GaN wafer. According to the epitaxial wafer, the GaN layer forms a homojunction with the main surface of the GaN wafer, and the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer forms a heterojunction with the GaN layer. A semiconductor region having an optical gain such as an active layer is not provided between the GaN wafer and the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記GaNウエハの厚みは350マイクロメートル未満であることができる。このエピタキシャルウエハによれば、350マイクロメートル未満の厚さの薄い面取り無しのGaNウエハにおいても、ウエハ割れの発生を低減できる。或いは、前記GaNウエハの厚みは230マイクロメートル以下であることができる。より薄い面取り無しのGaNウエハにおいても、ウエハ割れの発生を低減できる。また、前記GaNウエハの厚みは180マイクロメートル以上であることが好ましい。 In the epitaxial wafer of the present invention, the thickness of the GaN wafer may be less than 350 micrometers. According to this epitaxial wafer, the occurrence of wafer cracking can be reduced even in a thin chamfered GaN wafer having a thickness of less than 350 micrometers. Alternatively, the thickness of the GaN wafer may be 230 micrometers or less. Even with a thinner GaN wafer without chamfering, the occurrence of wafer cracking can be reduced. The thickness of the GaN wafer is preferably 180 micrometers or more.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記GaNウエハのエッジ上の2点間の距離の最大値は45ミリメートル以上であることができる。上記の値以上のウエハサイズを有するエピタキシャルウエハにおいて、破損の発生を低減する緩衝効果が有用である。 In the epitaxial wafer of the present invention, the maximum value of the distance between two points on the edge of the GaN wafer may be 45 millimeters or more. In an epitaxial wafer having a wafer size equal to or greater than the above value, a buffering effect that reduces the occurrence of breakage is useful.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記GaNウエハのc軸の方向に延びる軸と前記GaNウエハの前記主面の法線との成す角度θはゼロ度以上であることができる。また、角度θは90度以下であることができる。 In the epitaxial wafer of the present invention, an angle θ formed by an axis extending in the c-axis direction of the GaN wafer and a normal line of the main surface of the GaN wafer may be zero degrees or more. Also, the angle θ can be 90 degrees or less.
また、本発明のエピタキシャルウエハでは、前記GaNウエハの前記主面の前記法線は、前記GaNウエハのm軸及びa軸によって規定される平面に沿う方向を向いていることができる。例えば、前記法線は前記GaNウエハのm軸の方向に向いていることができ、或いはa軸の方向に向いていることができる。また、m軸からa軸にとられた角度がゼロ度より大きく30度より小さくてもよい。 In the epitaxial wafer of the present invention, the normal line of the main surface of the GaN wafer may be oriented along a plane defined by the m-axis and a-axis of the GaN wafer. For example, the normal may be directed in the m-axis direction of the GaN wafer, or may be directed in the a-axis direction. Further, the angle taken from the m-axis to the a-axis may be larger than zero degrees and smaller than 30 degrees.
さらに、本発明のエピタキシャルウエハでは、前記主面はGaNの半極性面であることができる。GaNの半極性面を有するウエハは割れやすいので、本件発明に係る緩衝層が有効である。 Furthermore, in the epitaxial wafer of the present invention, the main surface may be a semipolar surface of GaN. Since a wafer having a semipolar plane of GaN is easily broken, the buffer layer according to the present invention is effective.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の厚さは500nm以下であることが好ましい。このエピタキシャルウエハによれば、500nmを越える厚さでは、結晶品質の低下が観察された。 In the epitaxial wafer of the present invention, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer preferably has a thickness of 500 nm or less. According to this epitaxial wafer, a decrease in crystal quality was observed at a thickness exceeding 500 nm.
本発明のエピタキシャルウエハでは、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層にはn型ドーパントが添加されていることができる。このエピタキシャルウエハによれば、緩衝層をn型領域内に設けることにより、多数の製造工程における早い段階で、面取り無しGaNウエハに、破損の発生を低減する緩衝能力を付与できる。本発明のエピタキシャルウエハでは、前記GaNウエハには、n型ドーパントとして酸素及びシリコンの少なくともいずれか一方が添加されていることができる。このエピタキシャルウエハによれば、n型ドーパントが添加された緩衝層も、破損の発生を低減する緩衝能力を有する。 In the epitaxial wafer of the present invention, an n-type dopant may be added to the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer. According to this epitaxial wafer, by providing the buffer layer in the n-type region, it is possible to impart a buffering capability for reducing the occurrence of breakage to the non-chamfered GaN wafer at an early stage in many manufacturing processes. In the epitaxial wafer of the present invention, at least one of oxygen and silicon can be added to the GaN wafer as an n-type dopant. According to this epitaxial wafer, the buffer layer to which the n-type dopant is added also has a buffering capacity that reduces the occurrence of breakage.
本発明のエピタキシャルウエハは、前記GaNウエハは、1×107cm−2以下の貫通転位密度を有する窒化ガリウム領域を含むことができる。エピタキシャルウエハによれば、緩衝層の貫通転位密度は小さく、これ故に、緩衝層上に成長される一又は複数のGaN系半導体層の貫通転位密度も小さくできる。 In the epitaxial wafer of the present invention, the GaN wafer may include a gallium nitride region having a threading dislocation density of 1 × 10 7 cm −2 or less. According to the epitaxial wafer, the threading dislocation density of the buffer layer is small, and therefore, the threading dislocation density of one or a plurality of GaN-based semiconductor layers grown on the buffer layer can also be decreased.
本発明のエピタキシャルウエハは、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層上に設けられたp型窒化ガリウム系半導体層と、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層上に設けられたn型窒化ガリウム系半導体層と、前記p型窒化ガリウム系半導体層と前記n型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられており多重量子井戸構造のための窒化ガリウム系半導体多層膜とを更に備えることができる。前記窒化ガリウム系半導体多層膜からのフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長は400nm以上であり、前記ピーク波長は550nm以下である。発光素子のためのエピタキシャルウエハが提供される。 Epitaxial wafer of the present invention, the an In X1 Al X2 and Ga 1-X1-X2 N buffer layer p-type gallium nitride based semiconductor layer provided on the In X1 Al X2 Ga 1-X1 -X2 N buffer layer N-type gallium nitride based semiconductor layer provided on the substrate, and a gallium nitride based semiconductor multilayer for a multiple quantum well structure provided between the p-type gallium nitride based semiconductor layer and the n-type gallium nitride based semiconductor layer And a membrane. The peak wavelength of the photoluminescence spectrum from the gallium nitride based semiconductor multilayer film is 400 nm or more, and the peak wavelength is 550 nm or less. An epitaxial wafer for a light emitting device is provided.
本発明の別の側面は、エピタキシャルウエハを作製する方法である。この方法は、(a)面取りが施されていないGaNウエハを準備する工程と、(b)前記GaNウエハをウエハ把持ツールを用いて反応炉に配置した後に、前記反応炉において前記GaNウエハの主面上にInX1AlX2Ga1−X1−X2N(0<X1<1、0≦X2<1、0<X1+X2<1)緩衝層を成長する工程と、(c)前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の成長の後に、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層を含むエピタキシャルウエハをウエハ把持ツールを用いて前記反応炉から取り出す工程とを備える。前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の厚さは30nm以上である。 Another aspect of the present invention is a method of making an epitaxial wafer. This method includes (a) preparing a GaN wafer that has not been chamfered; and (b) placing the GaN wafer in a reaction furnace using a wafer gripping tool, Growing a buffer layer of In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N (0 <X1 <1, 0 ≦ X2 <1, 0 <X1 + X2 <1) on the surface; and (c) the In X1 Al X2 Ga. And after the growth of the 1-X1-X2 N buffer layer, a step of removing the epitaxial wafer including the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer from the reactor using a wafer gripping tool. The In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer has a thickness of 30 nm or more.
この方法によれば、面取りが施されていないGaNウエハ上にInX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層を成長するので、エピタキシャルウエハの破損の発生を低減できる。故に、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の成長の後に、GaNウエハをウエハ把持ツールを用いて反応炉から取り出す際におけるウエハ破損の発生を低減できる。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の厚さが30nmよりも薄くなると、破損の発生を低減する緩衝効果は低下する。 According to this method, since the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1 -X2 N buffer layer on the GaN wafer chamfering is not performed, it is possible to reduce the occurrence of the epitaxial wafer breakage. Therefore, after the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer, it is possible to reduce the occurrence of wafer breakage when the GaN wafer is taken out from the reaction furnace using the wafer gripping tool. When the thickness of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer becomes thinner than 30 nm, the buffering effect for reducing the occurrence of breakage is lowered.
本発明に係る方法では、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層のインジウム組成は0.02以上であることが好ましい。この方法では、インジウム組成が0.02未満になると、緩衝効果は低下する。また、本発明の方法では、前記インジウム組成は0.1以下であることが好ましい。この方法では、インジウム組成が0.1以下であれば、半導体素子のために好適な結晶品質が提供できる。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の成長は、半導体素子のための多数のエピタキシャル膜の成長のうち比較的早く行われるので、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の結晶品質が、無視できない影響を以降の結晶品質に及ぼす。 In the method according to the present invention, the indium composition of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer is preferably 0.02 or more. In this method, when the indium composition is less than 0.02, the buffering effect is lowered. In the method of the present invention, the indium composition is preferably 0.1 or less. In this method, if the indium composition is 0.1 or less, crystal quality suitable for a semiconductor device can be provided. Since the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer is performed relatively quickly among the growth of a large number of epitaxial films for semiconductor elements, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer is used. This crystal quality has a non-negligible effect on the subsequent crystal quality.
本発明に係る方法では、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層はInGaNであることが好ましい。破損の発生を低減する緩衝効果が好適に提供される。 In the method according to the present invention, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer is preferably InGaN. A buffering effect that reduces the occurrence of breakage is suitably provided.
本発明に係る方法では、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層のアルミニウム組成は0より大きいことができる。本発明に係る方法では、前記アルミニウム組成は0.2以下であることができる。上記の範囲にアルミニウム組成のInAlGaNによっても、破損の発生を低減する緩衝効果が提供される。 In the method according to the present invention, the aluminum composition of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer may be greater than zero. In the method according to the present invention, the aluminum composition may be 0.2 or less. In the above range, InAlGaN having an aluminum composition also provides a buffering effect that reduces the occurrence of breakage.
本発明に係る方法では、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層は前記GaNウエハの前記主面上に成長されていることができる。この方法によれば、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層はGaNウエハの主面上とヘテロ接合を成す。 In the method according to the present invention, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer may be grown on the main surface of the GaN wafer. According to this method, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer forms a heterojunction with the main surface of the GaN wafer.
本発明に係る方法は、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の成長に先立って、前記GaNウエハ上にGaN層を成長する工程を更に備えることができる。前記GaN層は前記GaNウエハの前記主面とホモ接合を成し、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層はGaN層にヘテロ接合を成す。この方法によれば、GaNウエハとInX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層との間には、活性層といった光学利得を有する半導体領域は設けられていない。 The method according to the present invention may further include a step of growing a GaN layer on the GaN wafer prior to the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer. The GaN layer forms a homojunction with the main surface of the GaN wafer, and the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer forms a heterojunction with the GaN layer. According to this method, no semiconductor region having an optical gain such as an active layer is provided between the GaN wafer and the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer.
本発明に係る方法では、前記GaNウエハの厚みは350マイクロメートル未満であることができる。この方法によれば、350マイクロメートル未満の厚さの薄い面取り無しのGaNウエハにおいても、ウエハ割れの発生を低減できる。或いは、前記GaNウエハの厚みは230マイクロメートル以下であることができる。より薄い面取り無しのGaNウエハにおいても、ウエハ割れの発生を低減できる。また、前記GaNウエハの厚みは180マイクロメートル以上である。この厚みの値未満では、ウエハ割れは、面取りの有無とあまり関係無くなる。 In the method according to the present invention, the thickness of the GaN wafer may be less than 350 micrometers. According to this method, it is possible to reduce the occurrence of wafer cracking even in a GaN wafer having a thickness of less than 350 micrometers and having a thin chamfer. Alternatively, the thickness of the GaN wafer may be 230 micrometers or less. Even with a thinner GaN wafer without chamfering, the occurrence of wafer cracking can be reduced. The thickness of the GaN wafer is 180 micrometers or more. Below this thickness value, wafer cracking is less relevant with or without chamfering.
本発明に係る方法では、前記GaNウエハのエッジ上の2点間の距離の最大値は45ミリメートル以上であることができる。上記の値以上のサイズを有するエピタキシャルウエハにおいて、破損の発生を低減する緩衝効果が有用である。 In the method according to the present invention, the maximum value of the distance between two points on the edge of the GaN wafer may be 45 millimeters or more. In an epitaxial wafer having a size equal to or larger than the above value, a buffering effect that reduces the occurrence of breakage is useful.
本発明に係る方法では、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の厚さは500nm以下であることが好ましい。この方法によれば、500nmを越える厚さでは、結晶品質の低下が観察された。 In the method according to the present invention, the thickness of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer is preferably 500 nm or less. According to this method, a decrease in crystal quality was observed at a thickness exceeding 500 nm.
本発明に係る方法では、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層にはn型ドーパントが添加されていることができる。緩衝層をn型領域内に設けることにより、多数の製造工程における早い段階で、面取り無しGaNウエハに、破損の発生を低減する緩衝能力を付与できる。前記GaNウエハには、n型ドーパントとして酸素及びシリコンの少なくともいずれか一方が添加されていることができる。n型ドーパントが添加された緩衝層も、破損の発生を低減する緩衝能力を有する。本発明に係る方法では、前記GaNウエハは1×107cm−2以下の貫通転位密度を有する窒化ガリウム領域を含むことができる。緩衝層の貫通転位密度を小さくでき、これ故に、緩衝層上に成長される一又は複数のGaN系半導体層の貫通転位密度も小さくできる。 In the method according to the present invention, an n-type dopant may be added to the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer. By providing the buffer layer in the n-type region, it is possible to impart a buffer capacity to reduce the occurrence of breakage to the chamfered GaN wafer at an early stage in many manufacturing processes. The GaN wafer may contain at least one of oxygen and silicon as an n-type dopant. The buffer layer to which the n-type dopant is added also has a buffer capacity that reduces the occurrence of breakage. In the method according to the present invention, the GaN wafer may include a gallium nitride region having a threading dislocation density of 1 × 10 7 cm −2 or less. The threading dislocation density of the buffer layer can be reduced, and therefore the threading dislocation density of one or more GaN-based semiconductor layers grown on the buffer layer can also be reduced.
本発明に係る方法は、前記GaNウエハを前記反応炉から取り出す前に、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層上にn型窒化ガリウム系半導体層を成長する工程と、前記GaNウエハを前記反応炉から取り出す前に、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層上にp型窒化ガリウム系半導体層を成長する工程と、前記GaNウエハを前記反応炉から取り出す前に、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層上に量子井戸構造のための窒化ガリウム系半導体多層膜を成長する工程と更にを備えることができる。前記窒化ガリウム系半導体多層膜は、前記p型窒化ガリウム系半導体層と前記n型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられており、前記窒化ガリウム系半導体多層膜からのフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長は400nm以上であり、前記ピーク波長は550nm以下である。この方法によれば、発光素子のためのエピタキシャルウエハが作製される。 The method according to the present invention includes growing an n-type gallium nitride based semiconductor layer on the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer before removing the GaN wafer from the reactor; Before removing the wafer from the reactor, growing a p-type gallium nitride based semiconductor layer on the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer, and before removing the GaN wafer from the reactor And a step of growing a gallium nitride based semiconductor multilayer film for a quantum well structure on the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer. The gallium nitride based semiconductor multilayer film is provided between the p-type gallium nitride based semiconductor layer and the n-type gallium nitride based semiconductor layer, and a peak wavelength of a photoluminescence spectrum from the gallium nitride based semiconductor multilayer film Is 400 nm or more, and the peak wavelength is 550 nm or less. According to this method, an epitaxial wafer for a light emitting element is produced.
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
以上説明したように、本発明によれば、面取りが施されていないGaNウエハを用いてウエハ割れを低減できるエピタキシャルウエハが提供される。また、本発明によれば、このエピタキシャルウエハを作製する方法が提供される。さらに。 As described above, according to the present invention, an epitaxial wafer that can reduce wafer cracking using a GaN wafer that has not been chamfered is provided. Further, according to the present invention, a method for producing this epitaxial wafer is provided. further.
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のエピタキシャルウエハ、エピタキシャルウエハを作製する方法、及びエピタキシャルウエハを用いて基板生産物を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
(第1の実施の形態)
The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the epitaxial wafer, the method for producing an epitaxial wafer, and the method for producing a substrate product using the epitaxial wafer according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.
(First embodiment)
図1は、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハの構造を示す図面である。GaNウエハ11のエッジ11aは、図1(a)に示されるように、面取りが全周にわたって施されていない。GaNウエハ11では、エッジ11a上の2点間の最大距離は45ミリメートル以上である。これに該当するものは、例えば直径2インチ以上のGaNウエハである。GaNウエハは、必要な場合には、一又は複数のオリエンテーションフラット(OF)を含むことができる。このサイズのGaNウエハでは反り量が大きくなるので、歩留まりが低下し易い。
FIG. 1 is a drawing showing the structure of an epitaxial wafer according to the present embodiment. As shown in FIG. 1A, the
既に説明したように、これまで、実用的なGaNウエハでは、歩留まり向上のためにウエハの面取りは必要不可欠であると考えられてきた。発明者らの知見によれば、面取り無しのGaNウエハを用いて半導体素子の作製を行うとき、商業的なルートから入手できる実用的なGaNウエハ(面取り済み)と異なって、成長、検査、プロセス中のハンドリングや搬送において作製途中のウエハが割れる。ウエハ割れを防ぐためには、ウエハを注意深く取り扱うことが必要である。発明者らの実験によれば、引き続き説明されるエピタキシャルウエハでは、破損の発生を低減する緩衝効果が提供される。 As described above, until now, it has been considered that chamfering of a wafer is indispensable for practical GaN wafers in order to improve yield. According to the inventor's knowledge, when manufacturing a semiconductor device using a GaN wafer without chamfering, unlike a practical GaN wafer (chamfered) available from a commercial route, growth, inspection, process During handling and transport, the wafer being produced is broken. In order to prevent wafer cracking, it is necessary to handle the wafer carefully. According to the experiments by the inventors, the epitaxial wafer that will be described subsequently provides a buffering effect that reduces the occurrence of breakage.
図1(a)を参照すると、エピタキシャルウエハE1が示されている。このエピタキシャルウエハE1は、GaNウエハ11と、InX1AlX2Ga1−X1−X2N(0<X1<1、0≦X2<1、0<X1+X2<1)緩衝層13とを備える。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13は、GaNウエハ11の主面11b上に設けられている。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13の厚さD2は30nm以上である。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13はGaNウエハ11の主面11a上に直接に成長されている。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13はGaNウエハ11の主面11bb上とヘテロ接合15を成す。
Referring to FIG. 1 (a), an epitaxial wafer E1 is shown. The epitaxial wafer E1 includes a
図1(b)を参照すると、エピタキシャルウエハE2が示されている。このエピタキシャルウエハE2は、エピタキシャルウエハE1にGaN層17を加えることによって提供される。GaN層17は、GaNウエハ11とInX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13との間に設けられている。GaN層17はGaNウエハ11の主面11b上に直接に成長されている。GaN層17はGaNウエハ11の主面11bとホモ接合19を成し、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13はGaN層17にヘテロ接合21を成す。GaNウエハ11とInX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13との間には、活性層といった光学利得を有する半導体領域は設けられていない。
Referring to FIG. 1 (b), an epitaxial wafer E2 is shown. This epitaxial wafer E2 is provided by adding a
図1(c)を参照すると、エピタキシャルウエハE3が示されている。このエピタキシャルウエハE3は、GaNウエハ11と、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13と、n型窒化ガリウム系半導体層23と、窒化ガリウム系半導体多層膜25と、p型窒化ガリウム系半導体層27とを備えており、必要な場合には、エピタキシャルウエハE3は、GaN層17を更に備えることができる。n型窒化ガリウム系半導体層23、窒化ガリウム系半導体多層膜25及びp型窒化ガリウム系半導体層27は、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13上に設けられている。窒化ガリウム系半導体多層膜25は、p型窒化ガリウム系半導体層27とn型窒化ガリウム系半導体層23との間に設けられている。窒化ガリウム系半導体多層膜25は、例えば量子井戸構造を有することができる。好ましくは、エピタキシャルウエハE3からのフォトルミネッセンススペクトルにおけるピーク波長は400nm以上であり、またピーク波長は550nm以下である。エピタキシャルウエハE3は、光素子のためのエピタキシャル積層構造を含む。
Referring to FIG. 1C, an epitaxial wafer E3 is shown. The epitaxial wafer E3 includes a
エピタキシャルウエハE1、E2、E3によれば、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13が、面取りが施されていないGaNウエハ11上に設けられているので、エピタキシャルウエハE1、E2、E3の破損の発生を低減できる。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13の厚さD2が30nmよりも薄くなると、破損の発生を低減する緩衝効果は低下する。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13の厚さD2は500nm以下であることが好ましい。500nmを越える厚さでは、結晶品質の低下が観察された。好適な実施例では、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13は、InGaNまたはInAlGaNからなる。
According to the epitaxial wafers E1, E2, and E3, since the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2
GaNウエハ11の厚みD1は、好ましくは、350マイクロメートル或いは350マイクロメートル未満であることができる。350マイクロメートル未満の厚さの薄い面取り無しのGaNウエハにおいて、ウエハ割れの発生を低減できる。また、GaNウエハ11の厚みD1は230マイクロメートル以下であることができる。より薄い面取り無しのGaNウエハにおいても、ウエハ割れの発生を低減できる。GaNウエハ11の厚みD1は180マイクロメートル以上である。この厚みの値未満では、ウエハ割れは、面取りの有無とあまり関係無くなる。
The thickness D1 of the
GaNウエハ11は、1×107cm−2以下の貫通転位密度を有する窒化ガリウム領域を含むことができる。GaNウエハ11は、例えば、ランダムコアまたはストライプコアと呼ばれる高転位領域と、高転位領域よりも低い転位密度の低転位領域とを含むことができる。低転位領域は1×107cm−2以下の貫通転位密度を有する。これ故に、緩衝層13の貫通転位密度は小さく、これ故に、緩衝層13上に成長される一又は複数のGaN系半導体層の貫通転位密度も小さくできる。
The
InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13はInGaN(X2=0)であることが好ましい。破損の発生を低減する緩衝効果が好適に提供される。また、InGaNの場合は、X線回折やフォトルミネッセンス(PL)測定などの非破壊検査の結果からIn組成を決定でるので、この検査の時に組成決定が可能になり、品質保証が容易になる。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13のインジウム組成X1は0.02以上であることが好ましい。インジウム組成X1が0.02未満になると、緩衝効果は低下する。また、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13のインジウム組成X1は0.1以下であれば、発光ダイオード及び半導体レーザといった半導体素子のために好適な結晶品質が提供できる。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13の成長は、半導体素子のための多数のエピタキシャル膜の成長のうち比較的早く行われるので、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13の結晶品質が、無視できない影響を以降の結晶品質に及ぼす。
The In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2
InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13はInAlGaNであることが好ましい。InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13のインジウム組成X1は上記の範囲であることが好ましい。
The In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2
InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13のアルミニウム組成X2は0より大きいことができる。アルミニウムを含むことで、空間的な組成変調が生じ、その結果、活性層にも空間的な組成変調が促進されて、発光特性が向上するという利点がある。アルミニウム組成X2は0.2以下であることができる。アルミニウム組成X2を0.2以下であれば、表面に発生するクラックを抑制することができるという利点がある。上記の範囲にアルミニウム組成のInAlGaNによっても、破損の発生を低減する緩衝効果が提供される。
The aluminum composition X2 of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2
エピタキシャルウエハE1、E2、E3では、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13にはn型ドーパントが添加されている。この緩衝層13をn型領域内に設けることにより、多数の製造工程における早い段階で、面取り無しGaNウエハ11に、破損の発生を低減する緩衝能力を付与できる。GaNウエハ11用のn型ドーパントは、酸素及びシリコンの少なくともいずれか一方であることができる。n型ドーパントが添加された緩衝層13も、破損の発生を低減する緩衝能力を有する。
In the epitaxial wafers E1, E2, and E3, an n-type dopant is added to the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2
図2は、図1に示されたエピタキシャルウエハを作製する方法、及び基板生産物を作製する方法の主要な工程を示す図面である。図3は、エピタキシャル成長炉を用いて、面取り無しのGaNウエハ上に結晶成長を行うときの工程を示す図面である。製造フロー100を参照すると、工程S101に示されるように、面取り無しのGaNウエハ11を準備する。例えば、GaNウエハ11は、図3(a)に示されるように、ウエハトレイまたはウエハキャリア31に収納されている。工程S102では、図3(b)に示されるように、処理装置35(例えば、反応炉のサセプタ上)に面取り無しのGaNウエハ11を配置する。反応炉としては、例えば有機金属気相成長炉であることができるが、これに限定されるものではない。GaNウエハ11の移動は、ウエハ把持ツール33を用いて行われる。ウエハ把持ツール33としては、例えばピンセット、及び真空チャック等を用いることができる。この後に、図3(c)に示されるように、反応炉においてGaNウエハ11の主面11a上に一又は複数の窒化ガリウム系半導体膜29を成長する。
FIG. 2 is a drawing showing the main steps of the method for producing the epitaxial wafer and the method for producing the substrate product shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a process when crystal growth is performed on a GaN wafer without chamfering using an epitaxial growth furnace. Referring to the
第1実施例では、反応炉においてGaNウエハ11の主面11a上にInX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13を直接に成長する。必要な場合には、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13の成長に先立って、GaNウエハ11上にGaN層17を成長する工程を更に備えることができる。緩衝層13の導電型は、GaNウエハ11の導電型と同じであり、好適な実施例では、この導電性はn型である。
In the first embodiment, the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2
InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13の成長の後に、工程S104では、図3(d)に示されるように、エピタキシャルウエハE1、E2を反応炉から取り出す。取り出されたエピタキシャルウエハE1、E2は、図3(d)に示されるように、ウエハ把持ツール33を用いてウエハトレイ又はウエハキャリア37に収納される。
After the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2
この方法によれば、面取りが施されていないGaNウエハ11上にInX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13を成長するので、エピタキシャルウエハE1、E2の破損の発生を低減できる。故に、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13の成長の後に、GaNウエハ11をウエハ把持ツール33を用いて反応炉から取り出す際におけるウエハ破損の発生を低減できる。
According to this method, since the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1 -X2
第2実施例では、工程S103に続けて、工程S105において、図3(c)に示されるように、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13上にn型窒化ガリウム系半導体領域23を成長炉で成長する。n型窒化ガリウム系半導体領域23は、例えばAlGaN層、GaN層等を含み、n型窒化ガリウム系半導体領域23は例えばクラッド層であることができる。工程S106において、InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13上に活性層を成長炉で成長する。この活性層は、多重量子井戸構造のための窒化ガリウム系半導体多層膜25を含む。工程S107において、活性層上にp型窒化ガリウム系半導体層27を成長炉で成長する。p型窒化ガリウム系半導体領域27は、例えばAlGaN層、GaN層等を含み、p型窒化ガリウム系半導体領域27は例えばクラッド層またはコンタクト層であることができる。この方法によれば、発光素子のためのエピタキシャルウエハE3が作製される。
In the second example, following step S103, in step S105, as shown in FIG. 3C, the n-type gallium nitride based semiconductor region is formed on the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2
InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13の成長の後に、工程S108では、エピタキシャルウエハE3を反応炉から取り出す。取り出されたエピタキシャルウエハE3は、図3(d)に示されるように、ウエハ把持ツール33を用いてウエハトレイ又はウエハキャリア37に収納される。この方法によれば、面取りが施されていないGaNウエハ11上にInX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層13を成長するので、エピタキシャルウエハE3の破損の発生を低減できる。
After the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2
工程S109では、エピタキシャルウエハを用いて基板生産物を作製する。この作製では、上記のエピタキシャルウエハE1、E2、E3のいずれかを準備した後に、半導体素子を作製する処理の為の処理装置に、ウエハ把持ツールを用いてエピタキシャルウエハE1、E2、E3を移動する。この後に、この処理を該処理装置を用いて行って、半導体素子のための基板生産物を作製する。処理としては、例えば、感光剤の塗布、感光剤の露光、露光された感光剤の現像、導電膜の作製、導電膜の加工のためのリフトオフ、エッチング、結晶成長、ウエハキャリアへの収納、ウエハキャリアからの取り出し、及びオーミック形成のための熱処理等がある。以下の実施例を参照しながら、上記の処理に際して行われるウエハの移動において破損の発生を低減できることを説明する。 In step S109, a substrate product is produced using an epitaxial wafer. In this production, after preparing any of the epitaxial wafers E1, E2, and E3, the epitaxial wafers E1, E2, and E3 are moved to a processing apparatus for producing a semiconductor element by using a wafer gripping tool. . This process is then performed using the processing apparatus to produce a substrate product for the semiconductor element. Processing includes, for example, application of a photosensitive agent, exposure of the photosensitive agent, development of the exposed photosensitive agent, production of a conductive film, lift-off for processing the conductive film, etching, crystal growth, storage in a wafer carrier, wafer There is a heat treatment for taking out from the carrier and forming an ohmic. With reference to the following examples, it will be described that the occurrence of breakage can be reduced in the movement of the wafer performed during the above-described processing.
また、エピタキシャルウエハを用いて基板生産物を作製する方法では、顕微鏡観察、フォトルミネッセンス測定及びX線回折測定のいずれか一つの処理のために、ウエハ把持ツールを用いてエピタキシャルウエハE1、E2、E3のいずれかを移動させると共に、該処理をエピタキシャルウエハE1、E2、E3の何れかに対して施す。この工程は、基板生産物の作製に先立って、或いは基板生産物の作製した後に行われる。この方法によれば、上記の処理に際して行われるウエハの移動において、破損の発生を低減できる。 Further, in the method of producing a substrate product using an epitaxial wafer, the epitaxial wafers E1, E2, E3 are used by a wafer gripping tool for any one of microscopic observation, photoluminescence measurement, and X-ray diffraction measurement. Any one of these is moved, and the process is performed on any of the epitaxial wafers E1, E2, and E3. This step is performed prior to the production of the substrate product or after the production of the substrate product. According to this method, it is possible to reduce the occurrence of breakage in the wafer movement performed during the above processing.
(実施例)
有機金属気相成長法により青色発光ダイオード構造を作製した。原料にはトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMI)、アンモニア(NH3)、シラン(SiH4)、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CP2Mg)を用いた。まず、図3(a)を示されるように、20枚の面取りの無い2インチGaNウエハを準備した。これらのGaNウエハは六方晶系のGaN結晶からなり、その主面は、実質的にC面、(0001)面を有することができ、或いは、C面から所望のオフ角を有することができる。図3(b)を示されるように、反応炉内のサセプタ上にGaNウエハを配置した。図3(c)を示されるように、以下のようにエピタキシャル成長を行った。成長炉内の圧力を101kPaにコントロールしながら、成長炉にNH3とH2を供給し、摂氏1050度の基板温度で10分間のクリーニングを行った。その後、TMG及びSiH4を供給して、厚さ2000nmのSiドープGaN層を成長した。TMG及びSiH4の供給を停止した後に、摂氏800度にまで基板温度まで下げて、TMG及びTMIを供給して、厚さ50nmのIn0.05Ga0.95N緩衝層を成長した。次に、厚さ15nmのGaN障壁層、厚さ3nmのIn0.14Ga0.86N井戸層からなる発光層(6周期の多重量子井戸構造)を成長した。その後に、TMGとTMIの供給を停止し、基板温度を摂氏1000度に上昇させた。TMG、TMA、NH3、及びCP2Mgを成長炉に供給して、厚さ20nmのMgドープp型AlGaNを成長した。この後、TMAの供給を停止して、厚さ50nmのp型GaN層を成長した。p型GaN層の成長後に室温まで降温して、図3(d)に示されるように、エピタキシャルウエハAを注意深く成長炉から取り出した。
(Example)
A blue light emitting diode structure was fabricated by metal organic vapor phase epitaxy. Trimethyl gallium (TMG), trimethyl aluminum (TMA), trimethyl indium (TMI), ammonia (NH 3 ), silane (SiH 4 ), and biscyclopentadienyl magnesium (CP 2 Mg) were used as raw materials. First, as shown in FIG. 3A, 20 2-inch GaN wafers without chamfering were prepared. These GaN wafers are made of hexagonal GaN crystals, and their main surfaces can substantially have a C-plane or (0001) plane, or can have a desired off-angle from the C-plane. As shown in FIG. 3B, a GaN wafer was placed on the susceptor in the reaction furnace. As shown in FIG. 3C, epitaxial growth was performed as follows. While controlling the pressure in the growth furnace to 101 kPa, NH 3 and H 2 were supplied to the growth furnace, and cleaning was performed at a substrate temperature of 1050 degrees Celsius for 10 minutes. Thereafter, TMG and SiH 4 were supplied to grow a Si-doped GaN layer having a thickness of 2000 nm. After the supply of TMG and SiH 4 was stopped, the substrate temperature was lowered to 800 degrees Celsius, TMG and TMI were supplied, and an In 0.05 Ga 0.95 N buffer layer having a thickness of 50 nm was grown. Next, a light emitting layer (6-period multiple quantum well structure) composed of a GaN barrier layer having a thickness of 15 nm and an In 0.14 Ga 0.86 N well layer having a thickness of 3 nm was grown. Thereafter, the supply of TMG and TMI was stopped, and the substrate temperature was raised to 1000 degrees Celsius. TMG, TMA, NH 3 , and CP 2 Mg were supplied to the growth furnace to grow 20 nm thick Mg-doped p-type AlGaN. Thereafter, the supply of TMA was stopped, and a p-type GaN layer having a thickness of 50 nm was grown. After the growth of the p-type GaN layer, the temperature was lowered to room temperature, and the epitaxial wafer A was carefully taken out of the growth furnace as shown in FIG.
上記の手順を繰り返し、20枚の面取りの無いGaN基板上のLED構造のエピタキシャルウエハAを作製した。比較のために、InGaN緩衝層を含まない20枚のエピタキシャルウエハBも同様にして作製した。 The above procedure was repeated to produce 20 epitaxial wafers A having an LED structure on a GaN substrate without chamfering. For comparison, 20 epitaxial wafers B not including the InGaN buffer layer were produced in the same manner.
次に、エピタキシャルウエハの検査工程、デパイスプロセス工程を説明する。40枚のエピタキシャルウエハの各々は、1枚づつウエハトレイに収められている。ウエハのハンドリングのためにステンレス製2インチウエハ用ピンセットを用いた。また、ウエハのハンドリングでは、GaNウエハのOF位置周辺のほぼ同じ位置を挟んで持ち上げるよう努めた。 Next, an epitaxial wafer inspection process and a device process process will be described. Each of the 40 epitaxial wafers is stored in a wafer tray one by one. Stainless steel tweezers for 2-inch wafers were used for wafer handling. Also, in handling the wafer, an effort was made to lift the GaN wafer around the same position around the OF position.
エピタキシャルウエハをウエハトレイからピンセットを用いて取り出し、1つのテフロンの平置きウエハトレイに移動した。エピタキシャルウエハの検査工程として主要なものを以下に示す:外観検査、フォトルミネッセンスマッピング測定、X線回折測定。また、発光ダイオード(LED)ブロセス工程として主要なものを以下に示す:p電極形成、メサエッチング、n電極形成、電極アニール、pパッド電極形成。なお、パターニングには、光学露光によるフォトリソグラフィを用いた。これらの工程が上記の順で行われた。 The epitaxial wafer was taken out of the wafer tray using tweezers and moved to a flat Teflon wafer tray. The main epitaxial wafer inspection processes are as follows: appearance inspection, photoluminescence mapping measurement, X-ray diffraction measurement. In addition, the main light emitting diode (LED) process steps are as follows: p electrode formation, mesa etching, n electrode formation, electrode annealing, p pad electrode formation. Note that photolithography by optical exposure was used for patterning. These steps were performed in the above order.
エピタキシャル成長後に、図4(a)を示されるように、20枚のエピタキシャルウエハAはウエハトレイ41に収納された。エピタキシャルウエハAの外観検査を行った。図4(b)を示されるように、ノマルスキー微分干渉顕微鏡といいた顕微鏡43のステージ上にエピタキシャルウエハAを配置した。図4(c)を示されるように、エピタキシャルウエハAの外観検査を行った。顕微鏡観察では、ピンセットを用いてウエハトレイ41から顕微鏡の平置きXYステージにエピタキシャルウエハAを載置した後に、面内5点の観察を行った。観察中には、ウエハの固定は行わず、ステージのみがエピタキシャルウエハに接触していた。観察終後に、図4(d)を示されるように、ピンセットを用いて顕微鏡43のステージからエピタキシャルウエハAを移動して、ウエハトレイ41に収納した。
After the epitaxial growth, 20 epitaxial wafers A were stored in the
比較のために、同様に、20枚のエピタキシャルウエハBの検査を行った。この工程において、観測中に割れるエピタキシャルウエハBは無かったが、ウエハトレイから/ウエハトレイへの出し入れの際に割れるエピタキシャルウエハBがあった。 For comparison, 20 epitaxial wafers B were similarly inspected. In this step, there was no epitaxial wafer B that was broken during observation, but there was an epitaxial wafer B that was broken during loading / unloading from / to the wafer tray.
エピタキシャル成長後に、図4(a)を示されるようにウエハトレイ41に収納されたエピタキシャルウエハAをフォトルミネッセンス(PL)マッピング測定器45のステージ上に配置した。図4(b)を示されるように、PLマッピング測定を行った。図4(c)を示されるように、エピタキシャルウエハAのマッピングを作成した。PLマッピング測定では、ウエハトレイ41からピンセットを用いてPLマッピング装置の平置きXYステージ上にエピタキシャルウエハAを載置した。この後に、エピタキシャルウエハAを真空吸着方式で固定した。励起レーザには、波長325nmのHe−Neレーザを用いて、約30分かけてPLマッピング測定を行った。観察中に、エピタキシャルウエハAに接触するものは、ステージのみである。図4(d)を示されるように、PLマッピング測定器45のステージからエピタキシャルウエハAを移動して、ウエハトレイ41に収納した。
After the epitaxial growth, the epitaxial wafer A accommodated in the
比較のために、同様に、エピタキシャルウエハBのPLマッピングを行った。この工程において、観測中に割れるエピタキシャルウエハBは無かったが、ウエハトレイから/ウエハトレイへの出し入れの際に割れるエピタキシャルウエハBがあった。 For comparison, similarly, PL mapping of the epitaxial wafer B was performed. In this process, there was no epitaxial wafer B that was broken during observation, but there was an epitaxial wafer B that was broken during loading / unloading from / to the wafer tray.
図4(a)を示されるように、エピタキシャル成長後にウエハトレイ41に収納されたエピタキシャルウエハAをX線回折装置47のステージ上にエピタキシャルウエハAを配置した。図4(b)を示されるように、X線回折測定を行った。図4(c)を示されるように、エピタキシャルウエハAのX線回折測定を行った。X線回折測定装置47から着脱可能な板状金属製ステーシを取り出した後に、ウエハトレイ41からピンセットを用いてステージにエピタキシャルウエハAを移動した。X線回折測定では、マグネット及び金属ステージを用いてエピタキシャルウエハAを固定した。エピタキシャルウエハAを固定した板状ステージを垂直に立てて装置に固定した後に、約40分間かけてX腺回折測定を行った。測定中に、ウエハAに接触するものはステージのみである。測定終了後に、板状ステージを装置から取り出して平置きにした後にマグネットを外し、図4(d)を示されるように、X線回折装置47のステージからピンセットを用いてエピタキシャルウエハAをウエハトレイ41に戻した。
As shown in FIG. 4A, the epitaxial wafer A placed on the
比較のために、同様に、エピタキシャルウエハBがX線回折を測定した。この工程において観測中に割れるエピタキシャルウエハは無かったが、ウエハトレイから/ウエハトレイへの出し入れの際に割れるエピタキシャルウエハがあった。 For comparison, similarly, the epitaxial wafer B was measured for X-ray diffraction. In this process, no epitaxial wafer was cracked during observation, but there was an epitaxial wafer that was cracked during loading / unloading from / to the wafer tray.
また、エピタキシャルウエハにデバイスプロセスA、Bを施した。デバイスプロセス工程では、RIEによる500nmのメサ形成、p型透明電極(NiAu)形成、pパッド電極(Au)形成、n電極(TiAl)形成、電極アニール(摂氏550度、1分)がこの順に行われた。これらの工程は、図3に示される手順と同様に行われた。各工程の間では、フォトリソグラフィ(感光剤の塗布、露光、現像)および超音波洗浄等を行った。超音波洗浄等は、図4に示される手順と同様に行われた。 Further, device processes A and B were performed on the epitaxial wafer. In the device process step, 500 nm mesa formation by RIE, p-type transparent electrode (NiAu) formation, p-pad electrode (Au) formation, n-electrode (TiAl) formation, electrode annealing (550 degrees Celsius, 1 minute) are performed in this order. It was broken. These steps were performed in the same manner as the procedure shown in FIG. Between each process, photolithography (application | coating of a photosensitive agent, exposure, development), ultrasonic cleaning, etc. were performed. Ultrasonic cleaning and the like were performed in the same manner as the procedure shown in FIG.
マスク形成のために、最初にエピタキシャルウエハをウエハトレイから一枚ずつピンセットを用いてスピナーの平置きステージに載置した。ステージは真空吸着にてウエハの固定を行った。3500rpmの回転速度でレジストを滴下して、25秒間、回転を保持してレジスト塗布を行って基板生産物を形成した。ステージの回転を止め、基板生産物をウエハトレイに戻した。次いで、摂氏30度のオープンに基板生産物をトレイごと導入して、レジストのプリベークを行った。5分後にウエハトレイを取り出した。次に、露光を行うために、基板生産物をトレイから一枚ずつピンセットを用いてマスクアライナの平置きステージに移動して、ステージは真空吸着でウエハを固定した。顕微鏡を通してアライメントを行うと共にステージを上下に移動させて石英製マスクに基板生産物を密着させた後に、水銀ランプにて露光を行った。露光後に、ピンセットを用いてステージから基板生産物をトレイに戻した。次に、現像を行うために、ピンセットを用いてトレイからテフロン製縦置きバスケットに基板生産物を移動した。バスケット内で現像液を約1分間攪拌しながら現像を行った。現像後に、ピンセットを用いてバスケットから基板生産物をトレイに戻した。これらの工程により、マスクパタンを有する基板生産物が形成された。 In order to form a mask, the epitaxial wafers were first placed on the flat stage of the spinner using tweezers one by one from the wafer tray. The stage fixed the wafer by vacuum suction. A resist was dropped at a rotational speed of 3500 rpm, and the resist was applied while maintaining the rotation for 25 seconds to form a substrate product. The stage rotation was stopped and the substrate product was returned to the wafer tray. Then, the substrate product was introduced into the tray at 30 degrees Celsius and the resist was pre-baked. The wafer tray was taken out after 5 minutes. Next, in order to perform exposure, the substrate product was moved from the tray to the flat stage of the mask aligner using tweezers one by one, and the stage fixed the wafer by vacuum suction. The alignment was performed through a microscope and the stage was moved up and down to bring the substrate product into close contact with the quartz mask, followed by exposure with a mercury lamp. After exposure, the substrate product was returned from the stage to the tray using tweezers. Next, the substrate product was moved from the tray to a Teflon vertical basket using tweezers for development. Development was performed while stirring the developer in the basket for about 1 minute. After development, the substrate product was returned from the basket to the tray using tweezers. Through these steps, a substrate product having a mask pattern was formed.
p電極形成のために、最初に、前処理を行った。ピンセットを用いてトレイからテフロン製縦置きバスケットに基板生産物を移動した。容器内の希塩酸にバスケットを約2分間浸して前処理を行った。次に、純水の入った容器にバスケットを浸して、基板生産物を水洗した。この容器からピンセットを用いて基板生産物を取り出して、窒素ブローで水分を除去した。その後、ピンセットを用いて基板生産物をウエハトレイに基板生産物を戻した。 In order to form a p-electrode, first, pretreatment was performed. The substrate product was transferred from the tray to a Teflon vertical basket using tweezers. The basket was immersed in dilute hydrochloric acid in the container for about 2 minutes for pretreatment. Next, the basket was immersed in a container containing pure water to wash the substrate product. The substrate product was taken out of the container using tweezers, and moisture was removed by nitrogen blowing. Thereafter, the substrate product was returned to the wafer tray using tweezers.
次に、電極蒸着を行った。まず、金属製治具に板バネを用いて基板生産物をしっかりと固定した。その治具を蒸着装置内に配置した。金属膜の蒸着は抵抗加熱法によって行われた。その後、蒸着装置内を真空引きし、厚さ5nmのニッケルと、厚さ10nmの金とを蒸着した。蒸着装置から金属治具を取り出した後に、治具から基板生産物を注意深く取り外した。そして、ビンセットを用いて基板生産物をテフロン製縦置きバスケットに移した。 Next, electrode deposition was performed. First, the substrate product was firmly fixed using a leaf spring on a metal jig. The jig was placed in a vapor deposition apparatus. The metal film was deposited by a resistance heating method. Thereafter, the inside of the vapor deposition apparatus was evacuated to deposit 5 nm thick nickel and 10 nm thick gold. After removing the metal jig from the deposition apparatus, the substrate product was carefully removed from the jig. Then, the substrate product was transferred to a Teflon vertical basket using a bin set.
この後に、金属膜のリフトオフを行った。容器内のアセトンに、基板生産物を収容しているバスケットを浸して、10分問の超音波洗浄を行った。マスク上の電極がリフトオフされたことを目視にて確認した後に、再度アセトンを用いて超音波洗浄を行った。続いて、純水の入った容器にバスケットを移して、基板生産物に5分閥の水洗を施した。水洗後に、ピンセットを用いてバスケットから基板生産物を取り出し、窒素ブローにて基板生産物を乾燥して、p電極を有する基板生産物をウエハトレイに戻した。 Thereafter, the metal film was lifted off. The basket containing the substrate product was immersed in acetone in the container, and ultrasonic cleaning for 10 minutes was performed. After visually confirming that the electrode on the mask was lifted off, ultrasonic cleaning was performed again using acetone. Subsequently, the basket was transferred to a container containing pure water, and the substrate product was washed with water for 5 minutes. After washing with water, the substrate product was taken out of the basket using tweezers, the substrate product was dried by nitrogen blowing, and the substrate product having the p-electrode was returned to the wafer tray.
メサエッチングのレジストマスクを形成するために、既に説明した手順と同様に、レジストマスクを形成した。次に、ピンセントを用いて基板生産物をトレイからカーボン製平置きステージ上に移動して、反応性イオンエッチングを用いてメサ形成を行った。塩索ガスを用いて10分間のエッチングにより深さ500nmのメサ構造が形成された。エッチング後に、既に説明した方法と同様にして、マスクパタンを除去した。 In order to form a resist mask for mesa etching, a resist mask was formed in the same manner as described above. Next, the substrate product was moved from the tray onto a flat carbon stage using Pincent, and mesa formation was performed using reactive ion etching. A mesa structure having a depth of 500 nm was formed by etching for 10 minutes using a salt gas. After the etching, the mask pattern was removed in the same manner as described above.
n電極のマスクを形成するために、既に説明した方法と同様にして、レジストマスクを形成した。次に、前処理を行うために、ピンセットを用いてウエハトレイから基板生産物をテフロン製縦置きバスケットに移動した。このバスケットを容器内の希塩酸に約2分間浸して前処理を行った。次に、容器内の純水に基板生産物を浸して水洗する。ピンセットを用いて基板生産物を容器から取り出し、窒素プローにて水分を除去した。その後に、ピンセットを用いてウエハトレイに基板生産物を戻した。次に、金属膜の蒸着を行うために、金属製治具に板バネを用いて基板生産物をしっかりと固定した。その治具を蒸着装置内に配置した。なお、蒸着は電子ピーム蒸着により行われたが、および抵抗加熱が使用可能である。蒸着装置内を真空引きし、厚さ20nmのチタン膜、300nmのアルミ膜を蒸着した。蒸着装置から金属治具を取り出して、基板生産物を注意深く取り外した。ピンセットを用いてテフロン製縦置きバスケットに基板生産物を移動した。既に説明した方法と同様に電極をリフトオフして、n電極を有する基板生産物を作成した。 In order to form an n-electrode mask, a resist mask was formed in the same manner as described above. Next, the substrate product was moved from the wafer tray to a Teflon vertical basket using tweezers for pretreatment. This basket was immersed in dilute hydrochloric acid in the container for about 2 minutes for pretreatment. Next, the substrate product is immersed in pure water in the container and washed with water. The substrate product was taken out of the container using tweezers, and water was removed with a nitrogen probe. Thereafter, the substrate product was returned to the wafer tray using tweezers. Next, in order to deposit the metal film, the substrate product was firmly fixed to the metal jig using a leaf spring. The jig was placed in a vapor deposition apparatus. In addition, although vapor deposition was performed by electron beam vapor deposition, resistance heating can be used. The inside of the deposition apparatus was evacuated to deposit a 20 nm thick titanium film and a 300 nm aluminum film. The metal jig was taken out from the vapor deposition apparatus, and the substrate product was carefully removed. The substrate product was transferred to a Teflon vertical basket using tweezers. The substrate was lifted off in the same manner as previously described to produce a substrate product with n electrodes.
p電極を半透明化するために及びn電極の接触抵抗低減のために電極アニールを行った。ウエハトレイからピンセットを用いて,カーボン製平置きステージに基板生産物を移動した後、窒素及び酸素(比率:窒素/酸素=4/1)の雰囲気中で、摂氏550度で1分間、アニールを行った。降温後に、ピンセットを用いて。合金化済み基板生産物をウエハトレイに戻した。 Electrode annealing was performed to make the p-electrode translucent and reduce the contact resistance of the n-electrode. After moving the substrate product from the wafer tray to the carbon flat stage using tweezers, annealing is performed at 550 degrees Celsius for 1 minute in an atmosphere of nitrogen and oxygen (ratio: nitrogen / oxygen = 4/1). It was. Use tweezers after cooling down. The alloyed substrate product was returned to the wafer tray.
pパッド電極のマスクを形成するために、既に説明した方法と同様に、レシストマスクを形成した。前処理を行うために、ピンセットを用いてウエハトレイからテフロン製縦置きバスケットに基板生産物を移した。容器内の希塩酸にバスケットを約2分間浸して前処理を行った。次に、バスケットを純水の入った容器に移して基板生産物を水洗し、ピンセットにて基板生産物を取り出し、窒素ブローにより水分を除去した。その後、ピンセットを用いてウエハトレイに基板生産物を戻した。 In order to form a p-pad electrode mask, a resist mask was formed in the same manner as described above. In order to perform the pretreatment, the substrate product was transferred from the wafer tray to a Teflon vertical basket using tweezers. The basket was immersed in dilute hydrochloric acid in the container for about 2 minutes for pretreatment. Next, the basket was transferred to a container containing pure water, the substrate product was washed with water, the substrate product was taken out with tweezers, and moisture was removed by nitrogen blowing. Thereafter, the substrate product was returned to the wafer tray using tweezers.
次に、電極蒸着を行うために、金属製治具に板バネを用いて基板生産物をしっかりと固定した後に、その治具を蒸着装置内に配置した。蒸着は、竃子ビーム蒸着法で行ったが、抵抗加熱法が使用可能である。蒸着装置内を真空排気して、厚さ20nmのTiおよび厚さ200nmの金を蒸着した。蒸着装置から金属治具を取り出し、治具から基板生産物を注意深く取り外した。ピンセットを用いてテフロン製縦置きバスケットに移した後に、既に説明した方法と同様にしてリフトオフを行って、pパッド電極付きの基板生産物を作成した。 Next, in order to perform electrode vapor deposition, the substrate product was firmly fixed to a metal jig using a leaf spring, and then the jig was placed in a vapor deposition apparatus. The vapor deposition was performed by the insulator beam vapor deposition method, but a resistance heating method can be used. The inside of the vapor deposition apparatus was evacuated to deposit 20 nm thick Ti and 200 nm thick gold. The metal jig was removed from the vapor deposition apparatus, and the substrate product was carefully removed from the jig. After moving to a Teflon vertical basket using tweezers, lift-off was performed in the same manner as described above to produce a substrate product with a p-pad electrode.
これらの工程によって、発光ダイオードが作製された。上記のように、評価およびプロセスでは、ピンセットといったウエハ把持ツールを用いてエピタキシャルウエハ及び基板生産物を移動する操作が非常に多く存在し、これらの移動はウエハ割れを引き起こす原因となり得る。 Through these steps, a light emitting diode was produced. As described above, in the evaluation and process, there are a large number of operations for moving the epitaxial wafer and substrate product using a wafer gripping tool such as tweezers, and these movements can cause wafer cracking.
上記工程は全ウエハについて同様の手順で注意深く行われたが、下記のような結果が得られた。
InGaN緩衝層の有無、無いウエハ、有るウエハ
エピ検査後における割れ、6枚、 1枚、(ウエハ20枚中)
プロセス後における割れ、9枚、 1枚、(ウエハ20枚中)
歩留まり、 25%、 90%
The above process was performed carefully in the same procedure for all wafers, and the following results were obtained.
Wafer with or without InGaN buffer layer
Cracks after epitaxial inspection, 6 sheets, 1 sheet (out of 20 wafers)
Cracks after process, 9 sheets, 1 sheet (out of 20 wafers)
Yield, 25%, 90%
この結果に示されるように、InGaNからなる緩衝層を用いることによって、ウエハ割れの発生を低減できる。また、エピタキシャル積層内には、引っ張り応力のAlGaNを含むとき、成長前のGaN基板よりも割れ易いと考えられる。エピタキシャルウエハがInGaN層を含むとき、ウエハの割れ・欠けが低減された。生産歩留まりが大幅に低減された。この理由として、InGaN層がGaNやAlGaNよりも柔らかい材料であるので、エピタキシャルウエハの応力を吸収したものと考えられる。この結果、割れ・欠けが低減した。面取りの無いGaNウエハを用いることによりウエハコストを低減でき、かつ、エピタキシャル構造にInGaN層を追加することによって歩留まりを大幅に向上できた。また、InGaNに替えて、AlInGaN層を用いることができる。 As shown in this result, the occurrence of wafer cracking can be reduced by using a buffer layer made of InGaN. Further, when the epitaxial stack contains tensile stress AlGaN, it is considered that the epitaxial stack is more easily cracked than the GaN substrate before growth. When the epitaxial wafer includes an InGaN layer, cracking and chipping of the wafer were reduced. Production yield has been greatly reduced. This is probably because the InGaN layer is a softer material than GaN or AlGaN, and therefore absorbed the stress of the epitaxial wafer. As a result, cracking and chipping were reduced. By using a GaN wafer without chamfering, the wafer cost can be reduced, and the yield can be significantly improved by adding an InGaN layer to the epitaxial structure. Further, an AlInGaN layer can be used instead of InGaN.
GaN基板の価格を低減させることが望まれている。GaN基板の製造コストの低減が必要である。面取り工程を省略できれば、製造コストの低減が可能になる。しかしながら、面取りが無いGaNウエハは割れ易く、逆に、歩留まり低下を引き起こす。ところが、本実施の形態に係る緩衝層をエピタキシャル構造に追加することによって割れを抑制できることが明らかになった。故に、面取り無しGaNウエハを用いたGaN系半導体素子の作製において歩留まりが向上する。したがって、GaN系半導体素子の製造コストを低減可能になる。 It is desired to reduce the price of the GaN substrate. It is necessary to reduce the manufacturing cost of the GaN substrate. If the chamfering process can be omitted, the manufacturing cost can be reduced. However, a GaN wafer without chamfering is easy to break, and conversely causes a decrease in yield. However, it has become clear that cracks can be suppressed by adding the buffer layer according to the present embodiment to the epitaxial structure. Therefore, the yield is improved in the production of a GaN-based semiconductor element using a non-chamfered GaN wafer. Therefore, the manufacturing cost of the GaN-based semiconductor element can be reduced.
上記の実施例では、GaNウエハの主面の向きは、c軸の方向、或いはc軸から角度が僅かにオフした方向を向いている。本実施の形態に係るエピタキシャルウエハでは、GaNのc軸の方向とGaNウエハの主面の法線との成す角度θはゼロ度以上であることができる。また、この角度θは90度以下であることができる。 In the above embodiment, the orientation of the main surface of the GaN wafer is in the direction of the c-axis or the direction in which the angle is slightly off from the c-axis. In the epitaxial wafer according to the present embodiment, the angle θ formed by the c-axis direction of GaN and the normal line of the main surface of the GaN wafer can be zero degrees or more. Also, this angle θ can be 90 degrees or less.
また、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハでは、GaNウエハの主面の法線は、GaNウエハのm軸及びa軸によって規定される平面に沿う方向を向いていることができる。例えば、法線はGaNウエハのm軸の方向、或いはm軸から角度が僅かにオフした方向に向いていることができる。或いは、法線はa軸の方向、或いはa軸から角度が僅かにオフした方向に向いていることができる。また或いは、ウエハの主面の向きが、m軸及びa軸の一方から他方にとられた角度がゼロ度より大きく30度より小さい方向にとられることができる。 In the epitaxial wafer according to the present embodiment, the normal line of the main surface of the GaN wafer can face the direction along the plane defined by the m-axis and a-axis of the GaN wafer. For example, the normal can be in the direction of the m-axis of the GaN wafer, or in a direction where the angle is slightly off from the m-axis. Alternatively, the normal can be in the direction of the a-axis or in a direction slightly off the angle from the a-axis. Alternatively, the orientation of the main surface of the wafer can be such that the angle taken from one of the m-axis and the a-axis to the other is greater than zero degrees and less than 30 degrees.
さらに、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハでは、ウエハ主面はGaNの半極性面であることができる。GaNの半極性面を有するウエハは、割れやすいので、本実施の形態に係る緩衝層が有効である。発明者らの知見によれば、GaNウエハの内でも、GaNウエハが半極性の主面を有するとき、GaNウエハが割れやすい。例えば、主要な結晶軸(c軸、a軸またはm軸)からのオフ角が10度以上であるとき、GaNウエハが割れやすい。また、オフ角が45度以下であるとき、GaNウエハが割れやすい。このようなウエハでは、本実施の形態に係る緩衝層が有効である。 Furthermore, in the epitaxial wafer according to the present embodiment, the main surface of the wafer can be a semipolar surface of GaN. Since the wafer having the semipolar plane of GaN is easily broken, the buffer layer according to the present embodiment is effective. According to the knowledge of the inventors, even in the GaN wafer, when the GaN wafer has a semipolar main surface, the GaN wafer is easily broken. For example, when the off angle from the main crystal axis (c-axis, a-axis, or m-axis) is 10 degrees or more, the GaN wafer is easily broken. Further, when the off angle is 45 degrees or less, the GaN wafer is easily broken. In such a wafer, the buffer layer according to the present embodiment is effective.
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。本実施の形態では、有機金属気相成長法で結晶成長を行ったが、他の結晶成長法、例えば分子線ビーム成長法を用いることができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. In this embodiment mode, crystal growth is performed by metal organic vapor phase epitaxy, but other crystal growth methods such as molecular beam growth can be used. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
エピタキシャルウエハE1、E2、E3…、11…GaNウエハ、13…InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層、17…GaN層、19…ホモ接合、21…ヘテロ接合、23…n型窒化ガリウム系半導体層、25…窒化ガリウム系半導体多層膜、27…p型窒化ガリウム系半導体層、29…窒化ガリウム系半導体膜、31、37…ウエハトレイまたはウエハキャリア、33…ウエハ把持ツール、35…処理装置、41…ウエハトレイ、43…顕微鏡、45…フォトルミネッセンス(PL)マッピング測定器、47…X線回折装置 Epitaxial wafer E1, E2, E3 ..., 11 ... GaN wafer, 13 ... In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer, 17 ... GaN layer, 19 ... homozygous, 21 ... heterozygous, 23 ... n type nitride Gallium-based semiconductor layer, 25 ... gallium nitride-based semiconductor multilayer film, 27 ... p-type gallium nitride-based semiconductor layer, 29 ... gallium nitride-based semiconductor film, 31, 37 ... wafer tray or wafer carrier, 33 ... wafer gripping tool, 35 ... processing Equipment: 41 ... Wafer tray, 43 ... Microscope, 45 ... Photoluminescence (PL) mapping measuring instrument, 47 ... X-ray diffractometer
Claims (25)
前記GaNウエハの主面上に設けられたInX1AlX2Ga1−X1−X2N(0<X1<1、0≦X2<1、0<X1+X2<1)緩衝層と
を備え、
前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の厚さは30nm以上である、ことを特徴とするエピタキシャルウエハ。 A GaN wafer having an edge that is not chamfered;
In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N (0 <X1 <1, 0 ≦ X2 <1, 0 <X1 + X2 <1) buffer layer provided on the main surface of the GaN wafer,
An epitaxial wafer, wherein the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer has a thickness of 30 nm or more.
前記GaN層は前記GaNウエハの前記主面に成長されている、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。 A GaN layer provided between the GaN wafer and the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer;
The epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 4, wherein the GaN layer is grown on the main surface of the GaN wafer.
前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層上に設けられたn型窒化ガリウム系半導体層と、
前記p型窒化ガリウム系半導体層と前記n型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられており量子井戸構造のための窒化ガリウム系半導体多層膜と
更にを備え、
前記窒化ガリウム系半導体多層膜からのフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長は400nm以上であり、前記ピーク波長は550nm以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。 A p-type gallium nitride based semiconductor layer provided on the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer;
An n-type gallium nitride based semiconductor layer provided on the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer;
A gallium nitride semiconductor multilayer film for a quantum well structure provided between the p-type gallium nitride semiconductor layer and the n-type gallium nitride semiconductor layer;
14. The peak wavelength of a photoluminescence spectrum from the gallium nitride based semiconductor multilayer film is 400 nm or more, and the peak wavelength is 550 nm or less. 14. Epitaxial wafer.
面取りが施されていないGaNウエハを準備する工程と、
前記GaNウエハをウエハ把持ツールを用いて反応炉に配置した後に、前記反応炉において前記GaNウエハの主面上にInX1AlX2Ga1−X1−X2N(0<X1<1、0≦X2<1、0<X1+X2<1)緩衝層を成長する工程と、
前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の成長の後に、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層を含むエピタキシャルウエハをウエハ把持ツールを用いて前記反応炉から取り出す工程と
を備え、
前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層の厚さは30nm以上である、ことを特徴とする方法。 A method for producing an epitaxial wafer, comprising:
Preparing a GaN wafer that has not been chamfered;
After the GaN wafer is placed in a reaction furnace using a wafer gripping tool, In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N (0 <X1 <1, 0 ≦ X2) is formed on the main surface of the GaN wafer in the reaction furnace. <1, 0 <X1 + X2 <1) growing a buffer layer;
Step of removing after the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1 -X2 N buffer layer, an epitaxial wafer including the In X1 Al X2 Ga 1-X1 -X2 N buffer layer from the reactor by using a wafer gripping tool And
The In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer has a thickness of 30 nm or more.
前記GaN層は前記GaNウエハの前記主面とホモ接合を成し、前記GaN層はInAlGaN層にヘテロ接合を成す、ことを特徴とする請求項15〜請求項18のいずれか一項に記載された方法。 A step of growing a GaN layer on the GaN wafer prior to the growth of the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer;
19. The GaN layer according to claim 15, wherein the GaN layer forms a homojunction with the main surface of the GaN wafer, and the GaN layer forms a heterojunction with an InAlGaN layer. Method.
前記GaNウエハを前記反応炉から取り出す前に、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層上にp型窒化ガリウム系半導体層を成長する工程と、
前記GaNウエハを前記反応炉から取り出す前に、前記InX1AlX2Ga1−X1−X2N緩衝層上に量子井戸構造のための窒化ガリウム系半導体多層膜を成長する工程と
更に備え、
前記窒化ガリウム系半導体多層膜は、前記p型窒化ガリウム系半導体層と前記n型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられており、
前記窒化ガリウム系半導体多層膜のフォトルミネッセンススペクトルにおけるピーク波長は400nm以上であり、前記ピーク波長は550nm以下である、ことを特徴とする請求項15〜請求項23のいずれか一項に記載された方法。 Growing an n-type gallium nitride based semiconductor layer on the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer before removing the GaN wafer from the reactor;
Growing a p-type gallium nitride based semiconductor layer on the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer before removing the GaN wafer from the reactor;
A step of growing a gallium nitride based semiconductor multilayer for a quantum well structure on the In X1 Al X2 Ga 1-X1-X2 N buffer layer before removing the GaN wafer from the reactor;
The gallium nitride based semiconductor multilayer film is provided between the p-type gallium nitride based semiconductor layer and the n-type gallium nitride based semiconductor layer,
The peak wavelength in the photoluminescence spectrum of the gallium nitride based semiconductor multilayer film is 400 nm or more, and the peak wavelength is 550 nm or less. Method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007312631A JP4840345B2 (en) | 2007-12-03 | 2007-12-03 | Epitaxial wafer and method for producing epitaxial wafer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007312631A JP4840345B2 (en) | 2007-12-03 | 2007-12-03 | Epitaxial wafer and method for producing epitaxial wafer |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011222175A Division JP5321666B2 (en) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | Epitaxial wafer and method for producing epitaxial wafer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009140965A true JP2009140965A (en) | 2009-06-25 |
JP4840345B2 JP4840345B2 (en) | 2011-12-21 |
Family
ID=40871339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007312631A Expired - Fee Related JP4840345B2 (en) | 2007-12-03 | 2007-12-03 | Epitaxial wafer and method for producing epitaxial wafer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4840345B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011204875A (en) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Toshiba Corp | Light-emitting element |
US8829491B2 (en) | 2011-01-20 | 2014-09-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002009003A (en) * | 2000-06-23 | 2002-01-11 | Ricoh Co Ltd | Semiconductor substrate, its manufacturing method, and light emitting device |
JP2002246698A (en) * | 2001-02-15 | 2002-08-30 | Sharp Corp | Nitride semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same |
JP2003092450A (en) * | 2001-09-19 | 2003-03-28 | Sharp Corp | Semiconductor light emitting unit |
JP2005101533A (en) * | 2003-08-20 | 2005-04-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Light emitting device and manufacturing method therefor |
JP2005206424A (en) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method of manufacturing single crystal gallium nitride substrate, gallium nitride substrate, and nitrided semiconductor epitaxial substrate |
-
2007
- 2007-12-03 JP JP2007312631A patent/JP4840345B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002009003A (en) * | 2000-06-23 | 2002-01-11 | Ricoh Co Ltd | Semiconductor substrate, its manufacturing method, and light emitting device |
JP2002246698A (en) * | 2001-02-15 | 2002-08-30 | Sharp Corp | Nitride semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same |
JP2003092450A (en) * | 2001-09-19 | 2003-03-28 | Sharp Corp | Semiconductor light emitting unit |
JP2005101533A (en) * | 2003-08-20 | 2005-04-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Light emitting device and manufacturing method therefor |
JP2005206424A (en) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method of manufacturing single crystal gallium nitride substrate, gallium nitride substrate, and nitrided semiconductor epitaxial substrate |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011204875A (en) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Toshiba Corp | Light-emitting element |
US8829491B2 (en) | 2011-01-20 | 2014-09-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4840345B2 (en) | 2011-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8471266B2 (en) | Group III nitride semiconductor multilayer structure and production method thereof | |
US7847313B2 (en) | Group III-V nitride-based semiconductor substrate and group III-V nitride-based light emitting device | |
JP5955226B2 (en) | Nitride semiconductor structure, nitride semiconductor light emitting device, nitride semiconductor transistor device, method for manufacturing nitride semiconductor structure, and method for manufacturing nitride semiconductor device | |
US7981713B2 (en) | Group III-V nitride-based semiconductor substrate, group III-V nitride-based device and method of fabricating the same | |
JP4818464B2 (en) | Microstructure manufacturing method | |
JP2011084469A (en) | METHOD AND INGOT FOR MANUFACTURING GaN SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE | |
US10770621B2 (en) | Semiconductor wafer | |
JP2006156958A (en) | Semiconductor element and its manufacture | |
JP2010165817A (en) | Inside modified substrate for epitaxial growth and crystal film formation body fabricated using the same, device, bulk substrate, and fabricating methods thereof | |
JP2009132613A (en) | Group iii-v nitride semiconductor substrate and its manufacturing method, group iii-v nitride semiconductor device, and lot of group iii-v nitride semiconductor substrate | |
US7348278B2 (en) | Method of making nitride-based compound semiconductor crystal and substrate | |
EP2071053B1 (en) | Filming method for iii-group nitride semiconductor laminated structure | |
JP5065625B2 (en) | Manufacturing method of GaN single crystal substrate | |
Liu et al. | Drive high power UVC‐LED wafer into low‐cost 4‐inch era: effect of strain modulation | |
JP2004111848A (en) | Sapphire substrate, epitaxial substrate using it, and its manufacturing method | |
US9812607B2 (en) | Method for manufacturing nitride semiconductor template | |
JP4840345B2 (en) | Epitaxial wafer and method for producing epitaxial wafer | |
US10062807B2 (en) | Method for manufacturing nitride semiconductor template | |
JP5321666B2 (en) | Epitaxial wafer and method for producing epitaxial wafer | |
JP2010021439A (en) | Group iii nitride semiconductor laminate structure, and manufacturing method thereof | |
JP2000188285A (en) | Etching method, crystallinity evaluating method, and manufacture of semiconductor device | |
JP2008117799A (en) | METHOD OF TREATING SEMICONDUCTOR SUBSTRATE, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND ZnO SUBSTRATE | |
JP4873705B2 (en) | Method for forming indium gallium nitride (InGaN) epitaxial thin film having indium nitride (InN) or high indium composition | |
US20130020549A1 (en) | Systems and methods for fabricating longitudinally-shaped structures | |
JP2016533643A (en) | Semiconductor wafer and method for manufacturing a semiconductor wafer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110519 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110614 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110815 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110906 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110919 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141014 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |