JP2010168273A - Iii族窒化物半導体の製造方法、およびテンプレート基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】a面サファイア基板10の表面10aに、ICPエッチングで長手方向がサファイア基板10のm軸方向に平行なストライプ状に凹部11を形成する(図1(a))。次に、サファイア基板10を、反応性マグネトロンスパッタに導入し、厚さ75〜125ÅのAlN膜12を形成する(図1(b))。次に、サファイア基板10をMOCVD装置に搬入し、水素とアンモニアを含む雰囲気中で、1020〜1060℃まで昇温する。続いて、凹部11の側面11aにGaN結晶13をエピタキシャル成長させる(図1(c))。成長が進むと、サファイア基板10の表面10aはGaN結晶13に覆われていき、平坦なGaN結晶13が形成される(図1(d))。このGaN結晶13の主面はm面である。
【選択図】図1
Description
また、III 族窒化物半導体を平坦なサファイア基板上にバッファ膜を介してc軸方向へ成長させる際の成長温度は、通常1100℃より高い温度であるから、成長温度を1100℃以下とすれば、III 族窒化物半導体を、主として、凹部側面から成長基板の主面に平行な方向へ成長させることができる。また、成長温度は1020℃以上が望ましい。1020℃よりも低いとIII 族窒化物半導体の結晶性が悪化してしまうからである。したがって、III 族窒化物半導体の成長温度は、1020以上、1100℃以下とすることが望ましい。成長温度を1020〜1060℃とすれば、III 族窒化物半導体の結晶性、表面平坦性がより良くなるので、さらに望ましい。さらに望ましいのは1030〜1050℃である。バッファ膜の厚さは、主面に垂直な方向には、III 族窒化物半導体が成長しない厚さ以下であり、結晶性が損なわれない厚さが必要である。バッファ膜として、AlNを用いて、バッファ膜の厚さを150Å以下とすることが最も望ましい。本発明は、バッファ膜は成長基板の平面上にIII 族窒化物半導体を成長させずに凹部の側面から横方向にIII 族窒化物半導体を成長させるものである。
まず、a面を主面とするサファイア基板10(本発明の成長基板に相当)の表面10aに、マスクを用いてICPエッチングすることで、長手方向がサファイア基板10のm軸方向に平行なストライプ状に凹部11を形成する(図1(a))。凹部11のc軸に平行な面での断面は矩形であり、凹部11の側面11aにはサファイアのc面が露出し、凹部11の底面11bには、サファイアのa面が露出する。
次に、凹部を形成したサファイア基板10を、反応性マグネトロンスパッタに導入し、500℃でAlN膜12(本発明のバッファ膜に相当)を形成する(図1(b))。この時、AlN膜11はサファイア基板10の表面10aだけでなく、凹部11の側面11aや凹部11の底面11bにも形成されるが、凹部11の側面11aには、サファイア基板10の表面10aや凹部11の底面11bよりもAlN膜12が薄く形成されている。以下でAlN膜12の厚さという場合、サファイア基板10の表面10a上に形成されるAlN膜12の厚さをいうものとする。
次に、AlN膜12を形成したサファイア基板10をMOCVD装置に搬入し、水素とアンモニアを含む雰囲気中で、成長温度まで昇温する。
続いて、MOCVD装置内にTMG(トリメチルガリウム)を導入し、凹部11の側面11aにGaN結晶13をエピタキシャル成長させる。GaN結晶13は、サファイア基板10のc軸方向と、GaN結晶13のc軸方向が一致するように成長する。このGaN結晶13のc軸方向の極性については、凹部11の側面11aから凹部11内側(中心側)へと向かう方向が−c方向である。すなわち、側面11aから垂直に、GaNは−c軸方向に成長することになり、その成長面は−c面となる。
11:凹部
12:AlN膜
13:GaN結晶
Claims (25)
- 成長基板の表面に、エッチングによって凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部形成工程の後、前記成長基板の表面に、スパッタによりバッファ膜を形成するバッファ膜形成工程と、
前記基板を水素とアンモニアを含む雰囲気中で、III 族窒化物半導体の成長温度まで昇温する昇温工程と、
前記凹部側面に、前記成長温度でIII 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる結晶成長工程と、
を有し、
前記バッファ膜の厚さおよび前記成長温度は、前記III 族窒化物半導体が主として前記凹部側面から前記成長基板の主面に平行な方向へ成長する値である、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記バッファ膜の厚さは、III 族窒化物半導体を平面状の成長基板に一様に成長基板に垂直な方向へエピタキシャル成長させる際に用いるバッファ膜の厚さよりも薄く、
前記成長温度は、III 族窒化物半導体を平面状の成長基板に一様に成長基板に垂直な方向へエピタキシャル成長させる際の成長温度よりも低い温度である、
ことを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記成長基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記凹部側面のうち、少なくとも1つの面は、サファイアのc面であり、
前記結晶成長工程は、サファイアのc面である前記凹部側面に前記III 族窒化物半導体を主としてエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項3に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記成長基板は、a面を主面とするサファイア基板であることを特徴とする請求項4に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記成長基板は、m面を主面とするサファイア基板であることを特徴とする請求項4に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 長手方向側面をサファイアのc面とするストライプ状に前記凹部を形成することを特徴とする請求項4ないし請求項6のいずれか1項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記成長温度は、1020〜1100℃であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記凹部側面のうち、少なくとも1つの面は、サファイアのa面であり、
前記結晶成長工程は、サファイアのa面である前記凹部側面に前記III 族窒化物半導体を主としてエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項3に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記成長基板は、c面を主面とするサファイア基板であることを特徴とする請求項9に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 長手方向側面をサファイアのa面とするストライプ状に前記凹部を形成することを特徴とする請求項9または請求項10に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記バッファ膜は、Alx Ga1-x N(0≦x≦1)であることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記バッファ膜は、AlNであることを特徴とする請求項12に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記バッファ膜はAlNであり、前記バッファ膜の厚さは、150Å以下であることを特徴とする請求項4ないし請求項8のいずれか1項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記エッチングは、ドライエッチングであることを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記ドライエッチングは、ICPエッチングであることを特徴とする請求項15に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記スパッタは、マグネトロンスパッタであることを特徴とする請求項1ないし請求項16のいずれか1項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 表面に凹部が形成された、a面を主面とするサファイア基板と、
前記サファイア基板の表面、前記凹部側面、および前記凹部底面に形成されたバッファ膜と、
前記バッファ膜を介して前記サファイア基板表面上に形成されたIII 族窒化物半導体層と、
を備え、
前記凹部の少なくとも1つの面は、サファイアのc面であり、
前記III 族窒化物半導体層の主面は、m面である、
ことを特徴とするテンプレート基板。 - 表面に凹部が形成された、m面を主面とするサファイア基板と、
前記サファイア基板の表面、前記凹部側面、および前記凹部底面に形成されたバッファ膜と、
前記バッファ膜を介して前記サファイア基板表面上に形成されたIII 族窒化物半導体層と、
を備え、
前記凹部の少なくとも1つの面は、サファイアのc面であり、
前記III 族窒化物半導体層の主面は、a面である、
ことを特徴とするテンプレート基板。 - 長手方向側面をサファイアのc面とするストライプ状に前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項18または請求項19に記載のテンプレート基板。
- 表面に凹部が形成された、c面を主面とするサファイア基板と、
前記サファイア基板の表面、前記凹部側面、および前記凹部底面に形成されたバッファ膜と、
前記バッファ膜を介して前記サファイア基板表面上に形成されたIII 族窒化物半導体層と、
を備え、
前記凹部の少なくとも1つの面は、サファイアのa面であり、
前記III 族窒化物半導体層の主面は、a面である、
ことを特徴とするテンプレート基板。 - 長手方向側面をサファイアのa面とするストライプ状に前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項21に記載のテンプレート基板。
- 前記バッファ膜は、Alx Ga1-x N(0≦x≦1)であることを特徴とする請求項18ないし請求項22のいずれか1項に記載のテンプレート基板。
- 前記バッファ膜は、AlNであることを特徴とする請求項23に記載のテンプレート基板。
- 前記バッファ膜はAlNであり、前記バッファ膜の厚さは、150Å以下であることを特徴とする請求項18ないし請求項20のいずれか1項に記載のテンプレート基板。
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