JP2010018516A - ＧａＮ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】特性の高い半導体デバイスを歩留まりよく製造できるＧａＮ基板を提供する。
【解決手段】本ＧａＮ基板は、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍである（０００１）Ｇａ面において、ＧａＮ基板１０の主領域１０ｓに対して［０００１］方向の極性が反転している面積が１μｍ²以上の極性反転領域１０ｔの総面積Ｓ_tｃｍ²の主面１０ｍの全面積Ｓｃｍ²に対する比Ｓ_t／Ｓが０．２以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光デバイス、電子デバイス、半導体センザなどの半導体デバイスを高性能で歩留まりよく製造できるＧａＮ基板に関する。

発光デバイス、電子デバイス、半導体センサなどの各種半導体デバイスに用いられるＧａＮ基板などのＩＩＩ族窒化物基板は、半導体デバイスの特性の向上を図るため、転位密度の低い基板が求められている。

かかる低転位密度のＩＩＩ族窒化物基板を作製する方法として、以下のものが提案されている。X. Xu et al,“Growth and characterization of low defect GaN by hydride vapor phase epitaxy”, J. of Crystal Growth, 246, (2002), pp.223-229（以下、非特許文献１という）では、成長させる結晶の厚さが大きくなるほど転位密度が低減し、たとえば、ＧａＮとは異なる化学組成の異種基板上にＧａＮ結晶を厚さ１ｍｍ以上に成長させると、転位密度が１×１０⁶ｃｍ^-2程度以下にまで低減できることが報告されている。

また、A. Usui et al, “Thick GaN Epitaxial Growth with Low Dislocation Densityby Hydride Vapor Phase Epitaxy”, Jpn. J. Appl. Phys.， Vol.36, (1997), pp.L899-L902（以下、非特許文献２という）では、異種基板上にＧａＮ結晶を成長させる際、開口部を有するマスク層を形成し、ファセットを形成させることにより、転位の伝播方向を制御して、ＧａＮ結晶の転位密度を低減することが報告されている。

X. Xu et al,"Growth and characterization of low defect GaN by hydride vapor phase epitaxy", J. of Crystal Growth, 246, (2002), pp.223-229 A. Usui et al, "Thick GaN Epitaxial Growth with Low Dislocation Density by Hydride Vapor Phase Epitaxy", Jpn. J. Appl. Phys.， Vol.36, (1997), pp.L899-L902

しかし、上記非特許文献１または非特許文献２の結晶成長方法により成長させたＧａＮ結晶およびそれから得られるＧａＮ基板は、転位密度が１×１０⁶ｃｍ^-2程度まで低減されるが、転位以外の大きな欠陥が形成されることがわかった。この欠陥は、ＧａＮ基板のアルカリによるエッチングによりピットを形成するため、容易に検出された。たとえば、ＧａＮ基板の鏡面研磨した（０００１）Ｇａ面を５０℃のＫＯＨ水溶液で数十分間エッチングすると、欠陥が存在する部分のみが数μｍ程度エッチングされてピットを形成された。また、ＧａＮ基板の鏡面研磨した（０００１）Ｇａ面をＫＯＨ融液、ＮａＯＨ融液またはこれらの混合融液でエッチングすると、Ｍ面で囲まれた略六角柱状のピットが形成された。

ここで、ＧａＮ結晶は、［０００１］方向に極性を有する結晶であり、アルカリによって、その（０００１）Ｇａ面がエッチングされにくいのに対し、その（０００−１）Ｎ面がエッチングされやすい性質を有する。かかる観点から、上記ＧａＮ結晶およびＧａＮ基板は、極性の異なる２つの領域を有することがわかる。かかる２つの領域を、ＧａＮ結晶およびＧａＮ基板の極性を決定している大部分の領域である主領域およびこの主領域に対して［０００１］方向の極性が反転している領域である極性反転領域と定義する。すなわち、ＧａＮ基板の主面である（０００１）Ｇａ面には、主領域の（０００１）Ｇａ面および極性反転領域の（０００−１）Ｎ面が現われる。このため、ＧａＮ結晶の主面である（０００１）Ｇａ面をエッチングすると、極性反転領域は主領域に比べてよりエッチングされて、極性反転領域から略六角柱状のピットが形成される。すなわち、上記六角柱状のピットは、極性反転領域に由来するピットである。

なお、ＧａＮ基板の主面において、転位に由来するピットは、５０℃のＫＯＨ水溶液による数十分間のエッチングによっては形成されず、ＫＯＨ融液およびＮａＯＨ融液の混合融液によるエッチングによって形成される。しかし、かかる転位に由来するピットは、稜線を有する六角錘状であることから、上記極性反転領域に由来するピットと容易に区別される。なお、主領域と極性反転領域とは、上記エッチングの他に、カソードルミネッセンス（ＣＬ）または蛍光顕微鏡による観察によっても、２つの領域は明度が明らかに異なるため、容易に区別することができる。

異種基板上にＧａＮ結晶を成長させる場合、非特許文献１および非特許文献２と同様に、一般的に異種基板上に低温バッファ層が形成されるが、このように異種基板上に低温バッファ層を介在させてＧａＮ結晶を成長させると、上記の極性反転領域の形成が避けられない。このため、一般的なＧａＮ結晶には、極性反転領域が含まれている。

本発明は、かかる一般的なＧａＮ結晶の基板上に複数の半導体層を形成して製造される半導体デバイスの特性に及ぼす極性反転領域の有無、大きさなどの影響を評価することにより、特性の高い半導体デバイスを歩留まりよく製造できるＧａＮ基板を提供することを目的とする。

本発明は、ＧａＮ基板の主面である（０００１）Ｇａ面において、ＧａＮ基板の主領域に対して［０００１］方向の極性が反転している面積が１μｍ²以上の極性反転領域の総面積Ｓ_tｃｍ²の主面の全面積Ｓｃｍ²に対する比Ｓ_t／Ｓが０．２以下であるＧａＮ基板である。

本発明にかかるＧａＮ基板において、比Ｓ_t／Ｓを０．０５以下とすることができる。また、比Ｓ_t／Ｓを０とすることができる。また、主面の面積を１０ｃｍ²以上とすることができる。

本発明によれば、特性の高い半導体デバイスを歩留まりよく製造できるＧａＮ基板を提供することができる。

本発明にかかるＧａＮ基板を用いた半導体デバイスの製造方法におけるＧａＮ基板の準備工程を示す概略図である。（ａ）はＧａＮ基板の概略上面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＢにおける概略断面図を示す。 本発明にかかるＧａＮ基板を用いた半導体デバイスの製造方法における半導体層の成長工程を示す概略図である。（ａ）は半導体ウエハの概略上面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＩＢにおける概略断面図を示す。 本発明にかかるＧａＮ基板を用いた半導体デバイスの製造方法における半導体デバイスの形成工程を示す概略図である。（ａ）は半導体ウエハの概略上面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩＢにおける概略断面図を示す。 本発明にかかるＧａＮ基板を用いた半導体デバイスの一実施形態を示す概略断面図である。 半導体デバイスのＧａＮ基板中の極性反転層の有無と耐逆電圧との関係を示す図である。 半導体デバイスのＧａＮ基板の主面における極性反転領域の面積と半導体デバイス特性との関係を示す図である。

（実施形態１）
本発明にかかるＧａＮ基板を用いた半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、図１〜図３を参照して、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍである（０００１）Ｇａ面においてＧａＮ基板１０の主領域１０ｓに対して［０００１］方向の極性が反転している面積が１μｍ²以上の極性反転領域１０ｔの密度がＤｃｍ^-2であり、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍの全面積Ｓｃｍ²に対する極性反転領域の総面積Ｓ_tｃｍ²の比Ｓ_t／Ｓが０．５以下であるＧａＮ基板１０を準備する工程（図１）と、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍ上に少なくとも１層の半導体層２０を成長させて、半導体デバイス４０の主面４０ｍの面積Ｓ_cと極性反転領域１０ｔの密度Ｄとの積Ｓ_c×Ｄが２．３未満となる半導体デバイス４０を形成する工程（図２および図３）とを含む。

かかる工程を含むことにより、特性の高い半導体デバイスを歩留まりよく製造する半導体デバイスの製造方法を提供することができる。以下、この点について、詳細に説明する。

まず、半導体デバイスにおけるＧａＮ基板中の極性反転領域の有無と半導体デバイス特性との関係を調べた。図４を参照して、極性反転領域の位置を把握した厚さ４００μｍのｎ型ＧａＮ基板（この基板の主面における極性反転領域の密度は２０ｃｍ^-2、極性反転領域の面積は１〜１００００μｍ²であった。）（ＧａＮ基板１０）の主面１０ｍ上に、半導体層２０として、厚さ０．６μｍのｎ⁺型ＧａＮ層２２、厚さ７μｍのｎ型ＧａＮ層２４（電子濃度が３×１０¹⁶ｃｍ^-3）および厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＮ層２６（Ｍｇ原子濃度が７×１０¹⁷ｃｍ^-3）を形成した。こうして、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間に半導体デバイスの主面４０ｍであるｐｎ接合面が形成される。次に、ｐ型ＧａＮ層２６上にｐ側電極３２としてＮｉ／Ａｕ積層電極を形成し、ｎ型ＧａＮ基板（ＧａＮ基板１０）の裏面１０ｎ（主面１０ｍの反対側の面をいう、以下同じ）上にｎ側電極３４としてＴｉ／Ａｌ積層電極を形成して、主面４０ｍの面積が１ｃｍ²の半導体デバイス４０を得た。

図５を参照して、上記で得られた半導体デバイス４０について、ＧａＮ基板１０中の極性反転層の有無と耐逆電圧との関係を調べた。ここで、耐逆電圧とは、半導体デバイスの逆方向に電圧を印加する場合に（このように印加される電圧を印加逆電圧という、以下同じ）、半導体デバイスが壊れてリーク電流密度が急激に増大する電圧をいう。図５において、横軸は印加逆電圧（単位：Ｖ）を、縦軸はリーク電流密度（単位：Ａ／ｃｍ²）を示す。

図５に示すように、ＧａＮ基板中に極性反転領域が存在するＡ群の半導体デバイスは、ＧａＮ基板中に極性反転領域が存在しないＢ群の半導体デバイスに比べて、耐逆電圧が著しく低下した。このことから、ＧａＮ基板中にその主面における面積が１〜１００００μｍ²の極性反転領域を有する半導体デバイスは、その特性が著しく低下することがわかった。

次に、図６を参照して、半導体デバイスにおけるＧａＮ基板の主面における極性反転領域の面積と半導体デバイス特性との関係を調べた。図６において、横軸はＧａＮ基板の主面における極性反転領域の面積（単位：μｍ²）を、縦軸はリーク電流密度（単位：Ａ／ｃｍ²）を、一点破線ＥはＧａＮ基板中に極性反転領域がない半導体デバイスのリーク電流密度の平均値を、二点破線Ｆはリーク電流密度のフルスケールを示す。ここで、印加逆電圧は、１００Ｖとした。

図６に示すように、ＧａＮ基板の主面における極性反転領域の面積が１μｍ²以上になると半導体デバイスのリーク電流密度が徐々に増大し、５μｍ²以上になるとリーク電流密度が急激に増大した。極性反転領域の面積が５μｍ²未満であると、ＧａＮ基板に主面上に半導体層をエピタキシャル成長させる際に、その半導体層において、極性反転領域上に成長する低速成長領域（図示せず）が、主領域上に成長する高速成長領域（図示せず）に埋め込まれて、半導体デバイスの機能部分（たとえば、ｐｎ接合面）には極性反転領域が引き継がれないためと考えられる。

上記の図５および図６の結果から、半導体デバイスの主面における面積が１μｍ以上の極性反転領域が存在すると、その半導体デバイスの特性が低下することがわかった。したがって、半導体デバイスの主面における面積が１μｍ以上の極性反転領域に注目して、以下の検討を進める。

図３を参照して、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍにおける面積が１μｍ²以上の極性反転領域の密度Ｄ（単位：ｃｍ^-2）と半導体デバイス４０の主面４０ｍの面積Ｓ_c（単位：ｃｍ²）との関係については、以下のように考えられる。すなわち、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍ上に形成される任意の半導体デバイス４０の主面４０ｍ内に極性反転領域が存在しない確率（すなわち、物性のよい半導体デバイス（製品）が得られる歩留まり）は、半導体デバイス４０の主面４０ｍの面積Ｓ_cｃｍ²とＧａＮ基板１０の主面１０ｍにおける極性反転領域１０ｔの密度Ｄｃｍ^-2との積によって決まり、積Ｓ_c×Ｄが２．３のとき１０％、積Ｓ_c×Ｄが０．７のとき５０％、積Ｓ_c×Ｄが０．１のとき９０％となる。ここで、工業的な利用の観点から、上記歩留まりが１０％を超えることが求められる。したがって、積Ｓ_c×Ｄは２．３未満であることが必要であり、積Ｓ_c×Ｄは０．７未満であることが好ましく、積Ｓ_c×Ｄは０．１未満であることがより好ましい。

上記積Ｓ_c×Ｄの条件は、ＧａＮ基板の主面における極性反転領域の密度のみを考慮したもので、極性反転領域の面積を考慮したものではない。すなわち、各々の極性反転領域の面積が小さい場合は上記積Ｓ_c×Ｄの条件のみによって半導体デバイスの歩留まりを規定することができるが、各々の極性反転領域の面積が大きい場合はその極性反転領域の面積をも評価に含める必要がある。ここで、各々の極性反転領域については、その面積が様々であり、その面積を特定することは困難である。

そこで、ＧａＮ基板の主面上に形成される任意の半導体デバイスの主面内に極性反転領域が存在しない確率（すなわち、物性のよい半導体デバイスが得られる歩留まり）の計算に際して、図１を参照して、ＧａＮ基板の主面の全面積Ｓ（単位：ｃｍ²）とＧａＮ基板の主面における極性反転領域１０ｔの総面積Ｓ_t（単位：ｃｍ²）との関係を考慮した。すなわち、ＧａＮ基板の主面の全面積Ｓｃｍ²に対する極性反転領域の総面積Ｓ_tｃｍ²の比Ｓ_t／Ｓによって、極性反転領域が存在しない確率は変動し、比Ｓ_t／Ｓが大きいほどその確率は低くなり、比Ｓ_t／Ｓが小さいほどその確率は高くなる。

上記の極性反転領域が存在しない確率の計算において、積Ｓ_c×Ｄが２．３のときの確率を１０％とするためには比Ｓ_t／Ｓは０．５以下とする必要があり、積Ｓ_c×Ｄが０．７のときの確率を５０％とするためには比Ｓ_t／Ｓは０．２以下とする必要があり、積Ｓ_c×Ｄが０．１のときの確率を９０％とするためには比Ｓ_t／Ｓは０．０５以下とする必要がある。したがって、比Ｓ_t／Ｓは０．５以下とする必要があり、比Ｓ_t／Ｓは０．２以下とすることが好ましく、比Ｓ_t／Ｓは０．０５以下とすることがより好ましい。

ここで、本実施形態の半導体デバイスの製造方法について、図１〜３に基づいて、具体的に説明する。なお、参考のため、図１および図２に、図３において半導体ウエハ３０をチップ分割する際のチップ分割線４１を２点破線で示した。

まず、図１を参照して、主面１０ｍが（０００１）Ｇａ面であるＧａＮ基板１０を準備する（ＧａＮ基板の準備工程）。このＧａＮ基板１０は、その主面１０ｍにおいてＧａＮ基板１０の主領域１０ｓに対して［０００１］方向の極性が反転している面積が１μｍ²以上の極性反転領域１０ｔの密度がＤｃｍ^-2である。また、このＧａＮ基板１０は、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍの全面積Ｓｃｍ²に対する極性反転領域１０ｔの総面積Ｓ_tｃｍ²の比Ｓ_t／Ｓが０．５以下である。たとえば、図１に示すように、極性反転領域１０ｔは、５つの各極性反転領域１０ｔ₁、１０ｔ₂，１０ｔ₃，１０ｔ₄および１０ｔ₅から構成され、各極性反転領域１０ｔ₁，１０ｔ₂，１０ｔ₃，１０ｔ₄，１０ｔ₅の各面積Ｓ_t1，Ｓ_t2，Ｓ_t3，Ｓ_t4,Ｓ_t5はそれぞれ異なっており、極性反転領域の総面積Ｓ_tは、各極性反転領域の各面積Ｓ_t1，Ｓ_t2，Ｓ_t3，Ｓ_t4およびＳ_t5の和である。

このＧａＮ基板は、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍの全面積Ｓｃｍ²に対する極性反転領域１０ｔの総面積Ｓ_tｃｍ²の比Ｓ_t／Ｓが０．５以下であり、好ましくはる比Ｓ_t／Ｓが０．２以下であり、より好ましくは比Ｓ_t／Ｓが０．１以下であることから、この基板上に形成される半導体デバイスの歩留まりを高めることができる。また、後述するように、このＧａＮ基板１０の主面１０ｍにおける面積が１μｍ²以上の極性反転領域の密度Ｄｃｍ^-2に適した面積の主面を有する半導体デバイスを形成することにより、半導体デバイスの歩留まりを高めることができる。

このＧａＮ基板１０の主面１０ｍの面積は、効率的に多くの半導体デバイスが得られる観点から、１０ｃｍ²以上であることが好ましい。

かかるＧａＮ基板を製造する方法には、特に制限はなく、ＨＶＰＥ法、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などの気相法、フラックス法などの液相法などが挙げられる。上記の液相法により製造されたＧａＮ基板には極性反転領域の存在が認められないが、大型の結晶が高い成長速度で得られる観点から、上記の気相法が好ましく、特にＨＶＰＥ法が好ましい。また、ＨＶＰＥ法により製造されるＧａＮ基板は、極性反転領域が含まれる場合が多く、かかる極性反転領域を制御することにより、特性の高い半導体デバイスを歩留まりよく製造する点に、本発明の特徴がある。

ＨＶＰＥ法によるＧａＮ基板の製造において、ＧａＮ基板中の極性反転領域を低減させる方法として以下の方法が考えられる。液相法で製造された極性反転領域のないＧａＮ下地基板上にＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶を成長させる方法がある。しかし、この方法は、大型のＧａＮ下地基板が得られない。また、ＧａＮ下地基板上の極性反転領域にマスク層を形成した後、ＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶を成長させてマスク層を横方向成長したＧａＮ結晶で覆う方法がある。しかし、この方法は、ＧａＮ下地基板上にランダムに存在する極性反転領域上に対応してマスク層を形成することが困難である。

そこで、気相法で製造された主面に極性反転領域を有するＧａＮ下地基板を、その主面の極性反転領域をエッチングしてピットを形成した後、ＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶を成長させることにより、結晶成長速度の高い主領域による結晶成長速度の低い極性反転領域の埋め込みを促進させて、ＧａＮ結晶内の極性反転領域をより低減する方法が効果的である。ここで、極性反転領域の埋め込みを促進させる観点から、ＧａＮ下地基板における極性反転領域のピットの深さは、極性反転領域の幅（その領域を円に近似できる場合のその近似円の直径をいい、領域がストライプ状の場合はその幅をいう、以下同じ）よりも大きいことが大きいことが好ましい。ここで、上記エッチングの際に、ＧａＮ下地基板の裏面（主面の反対側の面、以下同じ）のエッチングを防止するために、ＧａＮ下地基板の裏面上にＰｔ板などエッチング耐性の材料を配置することが好ましい。

次に、図２を参照して、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍ上に少なくとも１層の半導体層２０を成長させて（半導体層の成長工程）、図３を参照して、半導体デバイス４０の主面の面積Ｓ_cと極性反転領域の密度Ｄとの積Ｓ_c×Ｄが２．３未満となる半導体デバイス４０を形成する（半導体デバイスの形成工程）。かかる積Ｓ_c×Ｄが２．３未満であり、好ましくは積Ｓ_c×Ｄが０．７未満であり、より好ましくは積Ｓ_c×Ｄが０．１未満であることから、半導体デバイスの歩留まりを高めることができる。

ここで、図２の半導体層の成長工程においては、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍ上に、少なくとも１層の半導体層２０として、ｎ⁺型ＧａＮ層２２、ｎ型ＧａＮ層２４およびｐ型ＧａＮ層２６を順次形成する。こうして、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間にｐｎ接合面が形成される。次に、ｐ型ＧａＮ層２６上にｐ側電極３２としてＮｉ／Ａｕ積層電極（Ｎｉ層がｐ型ＧａＮ層に接触）を形成し、ｎ型ＧａＮ基板（ＧａＮ基板１０）の裏面１０ｎ（主面１０ｍの反対側の面）上にｎ側電極３４としてＴｉ／Ａｌ積層電極（Ｔｉ層がｎ型ＧａＮ基板に接触）を形成して、半導体ウエハ３０が得られる。

また、図３の半導体デバイスの形成工程においては、上記半導体ウエハ３０のチップ分割線４１に沿って、ｐ側電極３２、ｐ型ＧａＮ層２６およびｎ型ＧａＮ層２４の一部をメサエッチングする。次いで、半導体ウエハ３０をチップ分割線４１に沿って分割することにより、主面４０ｍの面積がＳ_cｃｍ²である半導体デバイス４０が得られる。たとえば、図３に示すように、１個の半導体ウエハ３０を１０個のチップＣ１〜Ｃ１０に分割することにより、１０個の半導体デバイス４０が得られる。

ここで、半導体デバイス４０の主面４０ｍとは、その半導体デバイスの機能を発現する主要部分（機能部分）の主面を意味し、本実施形態の半導体デバイスにおいてはｐｎ接合面が該当する。製造される半導体デバイス４０の主面４０ｍが小さい場合は、ＧａＮ基板１０中に存在する極性反転領域１０ｔの影響は小さいが、半導体デバイス４０の主面４０ｍが大きくなるほど、極性反転領域１０ｔの影響が大きくなる。したがって、本発明は、主面４０ｍの面積が１ｍｍ²以上の大型の半導体デバイス４０を製造する場合に、特に有用である。

本実施形態においては、半導体デバイス４０のＧａＮ基板１０の主面１０ｍが（０００１）Ｇａ面である場合について記載しているが、実際には、ＧａＮ基板１０の主面１０ｍは、（０００１）Ｇａ面に対して僅かなオフ角（たとえば、１０°以下）を有していても良い。

（実施形態２）
本発明にかかるＧａＮ基板を用いた半導体デバイスの一実施形態は、実施形態１の製造方法により製造された半導体デバイスである。本実施形態の半導体デバイスは、たとえば、図４を参照して、ＧａＮ基板１０上に、１層以上の半導体層２０として、ｎ⁺型ＧａＮ層２２、ｎ型ＧａＮ層２４およびｐ型ＧａＮ層２６が形成されている。また、ｐ型ＧａＮ層２６上にｐ側電極３２としてＮｉ／Ａｕ積層電極が形成され、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｎ上にｎ側電極３４としてＴｉ／Ａｌ積層電極が形成されている。

本実施形態の半導体デバイスは、図１〜４を参照して、主面１０ｍにおける面積が１μｍ²以上の極性反転領域１０ｔの密度がＤｃｍ^-2、主面１０ｍの全面積がＳｃｍ²、極性反転領域１０ｔの総面積がＳ_tｃｍ^-2であるＧａＮ基板１０を用いて形成された主面４０ｍの面積がＳ_cｃｍ^-2である半導体デバイス４０であり、比Ｓ_t／Ｓが０．５以下かつ積Ｓ_c×Ｄが２．３未満、好ましくは比Ｓ_t／Ｓが０．２以下かつ積Ｓ_c×Ｄが０．７未満、より好ましくは比Ｓ_t／Ｓが０．０５以下かつ積Ｓ_c×Ｄが０．１未満であることから、その特性が高くなる。

（実施例１）
１．ＧａＮ基板の準備
下地基板として、直径が２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さが４００μｍの（０００１）Ｇａ面を主面とするＧａＮ基板を用いた。この下地基板の主面を３００℃のＫＯＨとＮａＯＨ（質量比１：１）の混合融液で３０分間エッチングすることにより、主面上の極性反転領域から３５２個の六角柱状のピットが形成された。このエッチングの際、下地基板の裏面（主面の反対側の面）にＰｔ板を密着させて、エッチング液が下地基板の裏面に回り込むのを防止した。このエッチングによって得られた上記六角柱状ピットは、その幅（近似円の直径）が２０μｍから１００μｍであり、その深さが２０μｍから２５０μｍであった。

上記の主面に六角柱状のピットが形成された下地基板の主面上に、ＨＶＰＥ法により厚さ１０ｍｍのＧａＮ結晶層を成長させた。ここで、Ｇａ原料ガスの生成温度を８５０℃とし、ＧａＮ結晶の成長温度は１２００℃とした。ＧａＮ結晶の成長温度を１０００℃以上とすることにより、ＧａＮ結晶の成長とともにその極性反転領域が低減するように工夫した。

得られたＧａＮ結晶層を下地基板の主面に平行に厚さ５００μｍにスライスして、１０枚の主面が（０００１）Ｇａ面のＧａＮ基板が得られた。これらのＧａＮ基板は、下地基板側からＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９およびＳ１０とした。これらのＧａＮ基板は、いずれも主面の直径が２インチ（５．０８ｃｍ）であり、主面の全面積Ｓは２０ｃｍ²であった。

得られた各ＧａＮ基板を、５０℃の２規定のＫＯＨ水溶液で３０分間エッチングして、その主面に形成されたピット（このピットは極性反転領域に対応する）の個数を数えることにより、主面における極性反転領域の密度Ｄｃｍ^-2を求めた。ＧａＮ基板の主面における極性反転領域の密度Ｄｃｍ^-2は、下地基板側からより遠い基板（より成長した結晶部分から得られる基板）ほど低くなっていた。なお、各ＧａＮ基板について、正確な極性反転領域の総面積は測定していないが、各極性反転領域の幅（近似円の直径）が５００μｍ以下（面積が０．１９６ｃｍ²以下）であったため、極性反転領域の総面積Ｓ_tｃｍ²は、各極性反転領域の面積が０．１９６ｃｍ²以下として算出した。結果を表１にまとめた。

２．半導体層の成長
図２を参照して、上記各ＧａＮ基板１０の主面１０ｍを再度研磨した後、再研磨した主面１０ｍ上に、ＭＯＣＶＤ法により、半導体層２０として、厚さ０．６μｍのｎ⁺型ＧａＮ層２２、厚さ７μｍのｎ型ＧａＮ層２４（電子濃度が３×１０¹⁶ｃｍ^-3）および厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＮ層２６（Ｍｇ原子濃度が７×１０¹⁷ｃｍ^-3）を形成した。こうして、ｎ型ＧａＮ層２４とｐ型ＧａＮ層２６との間にｐｎ接合面が形成される。次いで、ｐ型ＧａＮ層２６上に、蒸着法により、ｐ側電極３２として、Ｎｉ層およびＡｕ層を順次形成して、Ｎｉ／Ａｕ積層電極を形成した。次いで、ｎ型ＧａＮ基板（ＧａＮ基板１０）の裏面１０ｎ（主面１０ｍの反対側の面）上に、蒸着法により、ｎ側電極３４として、Ｔｉ層およびＡｌ層を順次形成して、Ｔｉ／Ａｌ積層電極を形成した。こうして、上記各ＧａＮ基板１０について半導体ウエハ３０が得られた。

３．半導体デバイスの形成
図３を参照して、上記各半導体ウエハ３０を、そのチップ分割線４１に沿って、ｐ側電極３２、ｐ型ＧａＮ層２６およびｎ型ＧａＮ層２４の一部をメサエッチングした。次いで、各半導体ウエハ３０をチップ分割線４１に沿って１０個のチップＣ１〜Ｃ１０に分割することにより、各半導体ウエハ３０から主面４０ｍ（本実施例の場合はｐｎ接合面）の面積が１ｃｍ²である半導体デバイス４０をそれぞれ１０個得た。得られた１０個の半導体デバイスについて、耐逆電圧試験を行ない、耐逆電圧が５００Ｖ以上のものを製品とするときの半導体デバイスの歩留まり（単位：％）を評価した。結果を表１にまとめた。

表１から明らかなように、本発明にかかるＧａＮ基板を用いた半導体デバイスの製造方法において、比Ｓ_t／Ｓを０．５以下とし、積Ｓ_c×Ｄを２．３未満とすることにより、半導体デバイスの歩留まりを１０％以上とすることができた。また、比Ｓ_t／Ｓを０．２以下とし、積Ｓ_c×Ｄを０．７未満とすることにより、半導体デバイスの歩留まりを５０％以上とすることができた。さらに、比Ｓ_t／Ｓを０．０５以下とし、積Ｓ_c×Ｄを０．１未満とすることにより、半導体デバイスの歩留まりを９０％以上とすることができた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

１０ ＧａＮ基板、１０ｍ，４０ｍ 主面、１０ｎ 裏面、１０ｓ 主領域、１０ｔ 極性反転領域、２０ 半導体層、２２ ｎ⁺型ＧａＮ層、２４ ｎ型ＧａＮ層、２６ ｐ型ＧａＮ層、３０ 半導体ウエハ、３２ ｐ側電極、３４ ｎ側電極、４０ 半導体デバイス、４１ チップ分割線。

Claims (4)

1. ＧａＮ基板の主面である（０００１）Ｇａ面において、前記ＧａＮ基板の主領域に対して［０００１］方向の極性が反転している面積が１μｍ²以上の極性反転領域の総面積Ｓ_tｃｍ²の前記主面の全面積Ｓｃｍ²に対する比Ｓ_t／Ｓが０．２以下であるＧａＮ基板。
2. 前記比Ｓ_t／Ｓが０．０５以下である請求項１に記載のＧａＮ基板。
3. 前記比Ｓ_t／Ｓが０である請求項１に記載のＧａＮ基板。
4. 前記主面の面積が１０ｃｍ²以上である請求項１から請求項３までのいずれかに記載のＧａＮ基板。

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