JP2010177281A - Gallium nitride-based compound semiconductor substrate and method of manufacturing the same, and semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体基板及びその製造方法、並びにこの窒化ガリウム系化合物半導体基板を用いた半導体素子に関するものである。 The present invention relates to a gallium nitride compound semiconductor substrate, a method for manufacturing the same, and a semiconductor element using the gallium nitride compound semiconductor substrate.
窒化ガリウム(GaN)系化合物半導体は、そのバンドギャップがシリコン等の従来の半導体と比較して大きいことから、発光デバイスや電子デバイスの材料として期待されている。 Gallium nitride (GaN) compound semiconductors are expected as materials for light-emitting devices and electronic devices because of their large band gaps compared to conventional semiconductors such as silicon.
これらのデバイスを作製する際、GaN系化合物半導体の高抵抗化が必要となることがある。例えば、特許文献1には、GaN系FETを製造する際における高抵抗GaN結晶層の製造方法が開示されている。この文献に記載された方法では、サファイア基板等の絶縁性基板上に、C、Mg、及びZnといったp型不純物をドープして高抵抗GaN結晶層を成長させることにより、高抵抗のGaN系化合物半導体から成る表面を有する基板を作製している。
When manufacturing these devices, it may be necessary to increase the resistance of the GaN-based compound semiconductor. For example,
また、特許文献2には、シリコン基板上に窒化物半導体膜を形成する方法が開示されている。この文献に記載された方法では、窒化物半導体基板の表面にイオンを注入し、この窒化物半導体基板の表面にシリコン基板を重ね合わせ、熱処理したのちこれらを引き剥がすことにより、シリコン基板上に窒化物半導体膜を形成している。
一般的に、GaN系化合物半導体から成る基板を製造する際には、その成長過程において不純物を取り込み易い。したがって、製造されたGaN系化合物半導体基板の抵抗率は低くなる傾向がある。しかしながら、発光デバイスや電子デバイスを作製する際には基板表面の抵抗率が高いことが望ましい場合がある。GaN系化合物半導体基板を高抵抗化する際には、例えばその成長時にFeやCといった特定の不純物をドープすることにより高抵抗化できるという報告もある。しかし、これらの不純物のドープ量を増やすと、他の不純物も同時に増えてしまい当該基板の表面における抵抗率が低下したり、或いはクラックが発生して当該基板が割れ易くなるという問題が生じる。従って、このような方法では、半導体基板として良好な品質を持ちつつ、その表面を高抵抗化することは困難であった。 Generally, when manufacturing a substrate made of a GaN-based compound semiconductor, impurities are easily taken in during the growth process. Therefore, the resistivity of the manufactured GaN-based compound semiconductor substrate tends to be low. However, when manufacturing a light-emitting device or an electronic device, it may be desirable that the substrate surface has a high resistivity. When increasing the resistance of a GaN-based compound semiconductor substrate, there is a report that the resistance can be increased by doping a specific impurity such as Fe or C at the time of growth. However, when the doping amount of these impurities is increased, other impurities also increase at the same time, resulting in a problem that the resistivity on the surface of the substrate is lowered or cracks are generated and the substrate is easily broken. Therefore, with such a method, it has been difficult to increase the resistance of the surface while having good quality as a semiconductor substrate.
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、半導体基板として良好な品質を持ち、且つその表面が高抵抗化されたGaN系化合物半導体基板及びその製造方法、並びにこのGaN系化合物半導体基板を用いた半導体素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a good quality as a semiconductor substrate and has a surface with high resistance, a method for manufacturing the same, and the GaN-based compound. An object is to provide a semiconductor element using a semiconductor substrate.
上記した課題を解決するために、本発明による窒化ガリウム系化合物半導体基板は、半導体結晶をエピタキシャル成長させるための主面を有する窒化ガリウム系化合物半導体基板であって、主面の少なくとも一部の領域に所定のイオンが注入されており、該少なくとも一部の領域は主面全域の70%以上を占めており、該領域の表面におけるシート抵抗値の平均が1×104Ω/□以上であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a gallium nitride compound semiconductor substrate according to the present invention is a gallium nitride compound semiconductor substrate having a main surface for epitaxially growing a semiconductor crystal, and is formed in at least a part of the main surface. given ion are implanted, said at least part of the region accounts for 70% or more of the principal surface throughout the average sheet resistance value at the surface of the region is 1 × 10 4 Ω / □ or more It is characterized by.
また、本発明による窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法は、半導体結晶をエピタキシャル成長させるための主面を有する窒化ガリウム系化合物半導体基板を製造する方法であって、主面の少なくとも一部の領域であって主面全域の70%以上を占める領域に所定のイオンを注入することにより、該領域の表面におけるシート抵抗値の平均を1×104Ω/□以上とすることを特徴とする。 A method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor substrate according to the present invention is a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor substrate having a main surface for epitaxially growing a semiconductor crystal, in at least a part of the main surface. In this case, predetermined ions are implanted into a region that occupies 70% or more of the entire main surface, whereby the average sheet resistance value on the surface of the region is set to 1 × 10 4 Ω / □ or more.
イオン注入は、一般的にシリコン系の半導体プロセスには多く用いられている。例えば所望の不純物をイオンとしてシリコン系半導体の所望の領域に注入することにより、当該領域をn型半導体またはp型半導体とし、その領域の抵抗率を低下させることができる。しかしながら、本発明者は、このような技術常識とは逆に、GaN系化合物半導体はシリコンと比べてイオン注入によるダメージが発生しやすく、ドーズ量が多くなると抵抗率が高くなる傾向があることを見出した。そして、イオン注入は既に形成されたGaN系化合物半導体基板に対して行うことができるので、前述したような不純物のドープによる高抵抗化と比較して、割れにくい半導体基板を安定して作製することができることを見出した。 Ion implantation is generally used in many silicon-based semiconductor processes. For example, by implanting a desired impurity as ions into a desired region of a silicon-based semiconductor, the region can be an n-type semiconductor or a p-type semiconductor, and the resistivity of the region can be reduced. However, contrary to such common technical knowledge, the inventor has found that GaN-based compound semiconductors are more likely to be damaged by ion implantation than silicon, and that the resistivity tends to increase as the dose increases. I found it. Since ion implantation can be performed on a GaN-based compound semiconductor substrate that has already been formed, it is possible to stably produce a semiconductor substrate that is difficult to crack compared to the above-described increase in resistance by doping impurities. I found out that I can.
すなわち、本発明によるGaN系化合物半導体基板及びその製造方法によれば、主面の少なくとも一部の領域に所定のイオンが注入されることによって、当該領域が主面全域の70%以上を占め、且つ当該領域の表面におけるシート抵抗値を1×104Ω/□以上といった高抵抗としても、半導体基板として良好な品質を持つことが可能となる。 That is, according to the GaN-based compound semiconductor substrate and the manufacturing method thereof according to the present invention, when predetermined ions are implanted into at least a part of the main surface, the region occupies 70% or more of the entire main surface, In addition, even when the sheet resistance value on the surface of the region is as high as 1 × 10 4 Ω / □ or more, the semiconductor substrate can have good quality.
また、窒化ガリウム系化合物半導体基板及びその製造方法は、所定のイオンが、Ar以下の原子量を有する原子のイオンであることを特徴としてもよい。本発明者の実験によれば、イオンの原子量がAr以下である場合、GaN系化合物半導体基板の表面のダメージを十分に低く抑えることができ、結晶性の回復が極めて容易となることがわかった。すなわち、このようにイオンの原子量をAr以下とすることによって、半導体基板として更に良好な品質を持ち、且つその表面を高抵抗化することが可能となる。 Further, the gallium nitride compound semiconductor substrate and the manufacturing method thereof may be characterized in that the predetermined ions are ions of atoms having an atomic weight of Ar or less. According to the experiments by the present inventors, it was found that when the atomic weight of ions is Ar or less, the damage on the surface of the GaN-based compound semiconductor substrate can be suppressed sufficiently low, and the recovery of crystallinity becomes extremely easy. . That is, by setting the atomic weight of ions to Ar or less in this way, it is possible to have a better quality as a semiconductor substrate and to increase the resistance of the surface.
また、窒化ガリウム系化合物半導体基板及びその製造方法は、上記領域におけるイオン注入量の平均値が1×1014cm−2以上2×1017cm−2以下であることを特徴としてもよい。本発明者の実験によれば、イオン注入量が上記範囲内である場合に、GaN系化合物半導体基板の表面抵抗を十分に高め、且つ表面の剥離を好適に防ぐことができる。 In addition, the gallium nitride compound semiconductor substrate and the manufacturing method thereof may be characterized in that an average value of the ion implantation amount in the region is 1 × 10 14 cm −2 or more and 2 × 10 17 cm −2 or less. According to the experiment of the present inventor, when the ion implantation amount is within the above range, the surface resistance of the GaN-based compound semiconductor substrate can be sufficiently increased and the surface peeling can be suitably prevented.
また、本発明による半導体素子は、半導体結晶をエピタキシャル成長させるための主面を有し、主面に所定のイオンが注入されており、該領域の表面におけるシート抵抗値の平均が1×104Ω/□以上である窒化ガリウム系化合物半導体基板と、窒化ガリウム系化合物半導体基板の主面上に形成された半導体層とを備えることを特徴とする。この半導体素子によれば、GaN系化合物半導体基板の主面に所定のイオンが注入されることによって、基板表面におけるシート抵抗値を1×104Ω/□以上といった高抵抗としても、半導体基板として良好な品質を持つことが可能となる。したがって、基板表面が高抵抗である発光デバイスや電子デバイス等を好適に実現できる。 The semiconductor device according to the present invention has a main surface for epitaxially growing a semiconductor crystal, predetermined ions are implanted into the main surface, and the average sheet resistance value on the surface of the region is 1 × 10 4 Ω. It is characterized by comprising a gallium nitride-based compound semiconductor substrate that is / □ or more and a semiconductor layer formed on the main surface of the gallium nitride-based compound semiconductor substrate. According to this semiconductor element, a predetermined ion is implanted into the main surface of the GaN-based compound semiconductor substrate, so that the sheet resistance value on the substrate surface can be as high as 1 × 10 4 Ω / □ or more. It becomes possible to have good quality. Therefore, a light emitting device or an electronic device having a high resistance substrate surface can be suitably realized.
本発明による窒化ガリウム系化合物半導体基板及びその製造方法によれば、半導体基板として良好な品質を持ちつつ、その表面を高抵抗化することが可能になる。また、本発明による半導体素子によれば、上記窒化ガリウム系化合物半導体基板を用いた発光デバイスや電子デバイス等を好適に実現できる。 According to the gallium nitride compound semiconductor substrate and the method of manufacturing the same according to the present invention, it is possible to increase the resistance of the surface of the semiconductor substrate while having good quality as a semiconductor substrate. In addition, according to the semiconductor element of the present invention, a light emitting device, an electronic device, and the like using the gallium nitride compound semiconductor substrate can be suitably realized.
以下、添付図面を参照しながら本発明による窒化ガリウム系化合物半導体基板及びその製造方法、並びに半導体素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of a gallium nitride-based compound semiconductor substrate, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施の形態)
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係るGaN基板1は、主面10aを有する略円板状といった形状を呈しており、窒化ガリウムから成る。主面10aはGaN系化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させるための面であり、一定以上の結晶性が維持されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
また、GaN基板1の主面10aの全部又は少なくとも一部の領域12は、所定のイオンが注入されて高抵抗化された領域となっている。主面10aと垂直な方向から見た高抵抗化領域12の面積は、主面10a全域の面積の70%以上を占めており、高抵抗化領域12は主面10aの主要な部分を構成している。この高抵抗化領域12の表面におけるシート抵抗値の平均は1×104Ω/□以上であり、イオン注入される原子としては特に制限はないが、例えばH、He、Arといった、Ar以下の原子量を有する原子のイオンが好適である。また、高抵抗化領域12におけるイオン注入量の平均値は、1×1014cm−2以上2×1017cm−2以下であることが好ましい。高抵抗化領域12の厚さ、すなわち主面10aを基準とするイオン注入深さは、例えば30μm程度である。この注入深さは、イオンの種類や加速電圧によって所望の深さに設定される。
Further, the whole or at least a part of the
ここで、本実施形態に係るGaN基板1の製造方法について説明する。図2に示すように、先ずGaN基板1をイオン注入装置100に配置する。そして、GaN基板1の主面10aに所定の原子(H、He、Arといった、Ar以下の原子量を有する原子)のイオン14を注入して、高抵抗化領域12を形成する。このとき、主面10aと垂直な方向から見た高抵抗化領域12の面積を、主面10a全域の面積の70%以上とし、高抵抗化領域12の表面におけるシート抵抗値の平均が1×104Ω/□以上となるようにイオン注入を行う。また、高抵抗化領域12におけるイオン注入量(ドーズ量)の平均値は、1×1014cm−2以上2×1017cm−2以下であることが好ましい。そして、イオン注入の後に、GaN基板1に対して熱処理を行う。
Here, a method for manufacturing the GaN
なお、上述した製造方法において、イオン注入量は多いほど良いというわけではなく、イオン注入量が過大だとGaN基板1の表面が剥離するおそれがあり、このことは後述する実施例において示される。また、イオンとして注入される元素は、GaN基板1の主面10aに対してダメージを与え、高抵抗化できるものであれば特に限定されない。しかし、Au等の重金属をイオンとして注入すると、GaN基板1の主面10aにクレーター状の凹凸が生じたり、またイオン注入後の主面10aの結晶性の回復が軽元素の場合と比較して難しいといった問題がある。したがって、前述したようにAr以下の原子量を有する軽元素をイオン注入することが好ましい。特に、HやHe等はイオン注入後の結晶性の回復が容易であり、より好ましい。また、一つのGaN基板1にイオンとして注入される元素は一種類に限られるものではなく、複数の元素をイオン注入することも可能である。
In the above-described manufacturing method, the larger the ion implantation amount, the better. The excessive amount of ion implantation may cause the surface of the
(第2の実施の形態)
図3は、本発明に係る半導体素子の第2実施形態として、発光ダイオード20の構成を示す側断面図である。図3を参照すると、発光ダイオード20は、第1実施形態のGaN基板1がチップ状に切断されて成るGaN基板10を備えている。GaN基板10の主面10aは、その全面が高抵抗化領域12となっている。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a side sectional view showing a configuration of a
また、発光ダイオード20は、GaN基板10の主面10a上に順に積層された薄膜GaNバッファ層21と、n型GaN層22及びn型AlGaN層23といった第1導電型窒化物半導体層とを備えている。n型GaN層22は、Siといったn型の不純物がドープされたGaNからなり、n型AlGaN層23は、n型の不純物がドープされたAlX1Ga1−X1N(0<X1<1)からなる。また、発光ダイオード20は、n型AlGaN層23上に設けられた活性層24を備えている。また、発光ダイオード20は、活性層24上に順に積層されたp型AlGaN層25及びp型GaN層26といった第2導電型窒化物半導体層を備えている。p型AlGaN層25は、Mgといったp型の不純物がドープされたAlX2Ga1−X2N(0<X2<1)からなり、p型GaN層26は、p型の不純物がドープされたGaNからなる。
In addition, the
活性層24は、電流(キャリア)が注入されることにより光を発生する層である。活性層24は、n型AlGaN層23上に形成されており、多重量子井戸構造を有している。具体的には、活性層24は、複数のバリア層及び井戸層が交互に積層されることにより構成されている。バリア層及び井戸層は、AlX3InYGa1−X3−YN(0≦X3<1、0≦Y<1、0<X3+Y<1)といった窒化物半導体からなる。バリア層及び井戸層の組成は、バリア層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップよりも大きくなるように調整されている。この構成により、活性層24に注入されたキャリアが井戸層に効率よく閉じ込められる。
The
発光ダイオード20は、上記構成に加え、更にアノード電極27及びカソード電極28を備えている。アノード電極27は、p型GaN層26の活性層24と対向する面とは反対側の面上に設けられている。本実施形態では、アノード電極27は、p型GaN層26上のほぼ全面にわたって設けられている。アノード電極27は例えばNi/Au/Al/Auといった金属を順次積層してなり、アノード電極27とp型GaN層26との間でオーミック接触が実現されている。
The
カソード電極28は、n型GaN層22のGaN基板10と対向する面とは反対側の面上において、n型AlGaN層23、活性層24、p型AlGaN層25、及びp型GaN層26が設けられた領域とは別の領域上に設けられている。カソード電極28は、例えばTi/Al/Auといった金属を順次積層してなり、カソード電極28とn型GaN層22との間でオーミック接触が実現されている。
The
(実施例)
以下、本発明に係るGaN系化合物半導体基板および半導体素子の実施例について説明する。
(Example)
Examples of GaN-based compound semiconductor substrates and semiconductor elements according to the present invention will be described below.
<実施例1>
まず、酸素原子がドープされた直径2インチの円板状のGaN結晶からなり、研磨されて鏡面となった主面を有するウェハ状のGaN基板(厚み500μm)を7枚準備した。これらのGaN基板は六方晶からなり、(0001)Ga面が主面である。これらのGaN基板の主面におけるシート抵抗値は、0.2Ω/□以下であった。その主面に対し、加速電圧90keVで水素イオンを注入するとともに、水素イオンのイオン注入量を各基板毎に変化させて、各基板の主面におけるシート抵抗値を評価した。その結果を表1に示す。
表1に示すように、イオン注入量が1×1014cm−2以上であれば、1Ω・cm以上の高い抵抗率が得られることがわかった。
<Example 1>
First, seven wafer-shaped GaN substrates (thickness 500 μm) made of a disk-shaped GaN crystal having a diameter of 2 inches doped with oxygen atoms and having a mirror-polished main surface were prepared. These GaN substrates are composed of hexagonal crystals, and the (0001) Ga surface is the main surface. The sheet resistance value on the main surface of these GaN substrates was 0.2Ω / □ or less. The main surface was implanted with hydrogen ions at an accelerating voltage of 90 keV, and the amount of hydrogen ions implanted was changed for each substrate to evaluate the sheet resistance value on the main surface of each substrate. The results are shown in Table 1.
As shown in Table 1, it was found that when the ion implantation amount was 1 × 10 14 cm −2 or more, a high resistivity of 1 Ω · cm or more was obtained.
<実施例2>
次に、上記実施例1により作製された各GaN基板を、800℃で30分加熱した。そして、加熱後にGaN基板の主面に剥離が生じているか否かを調べた。その結果を表2に示す。
表2に示すように、イオン注入量が2×1017cm−2以下であれば、GaN基板の主面が剥離しないことがわかった。
<Example 2>
Next, each GaN substrate fabricated in Example 1 was heated at 800 ° C. for 30 minutes. Then, it was examined whether or not peeling occurred on the main surface of the GaN substrate after heating. The results are shown in Table 2.
As shown in Table 2, it was found that when the ion implantation amount was 2 × 10 17 cm −2 or less, the main surface of the GaN substrate was not peeled off.
<実施例3>
続いて、実施例1で使用したものと同じ3枚のGaN基板の主面(Ga面)に対し、水素に代えてそれぞれHe、Ar、及びAuのイオン注入を行った。このとき、加速電圧を90keVとし、イオン注入量を5×1016cm−2とした。そして、各基板の主面におけるシート抵抗値を評価した。その結果を表3に示す。いずれの基板もシート抵抗値が高く、測定レンジを超えていた。
Subsequently, ion implantation of He, Ar, and Au was performed on the main surface (Ga surface) of the same three GaN substrates used in Example 1 instead of hydrogen. At this time, the acceleration voltage was 90 keV, and the ion implantation amount was 5 × 10 16 cm −2 . And the sheet resistance value in the main surface of each board | substrate was evaluated. The results are shown in Table 3. All the substrates had high sheet resistance values and exceeded the measurement range.
<実施例4>
続いて、実施例3により作製された各GaN基板を、N2及びNH3からなる混合ガスを導入した加熱炉内に設置し、アニールを行った。このとき、N2及びNH3の分圧を、NH3/(N2+NH3)=0.4とし、炉内の温度を1100℃とした。また、毎分20℃以下の昇温速度で室温から上記温度まで昇温し、上記温度にて1時間保持した。表4は、アニール前およびアニール後に、GaN基板主面のX線測定を行って(0002)面のロッキングカーブを測定し、アニール前とアニール後との半値幅の差を評価した結果である。
表4に示すように、HeまたはArがイオン注入されたGaN基板は、Auがイオン注入されたGaN基板と比較して、アニールによる結晶性の回復が容易であることがわかった。
<Example 4>
Subsequently, each GaN substrate produced in Example 3 was placed in a heating furnace into which a mixed gas composed of N 2 and NH 3 was introduced, and annealed. At this time, the partial pressure of N 2 and NH 3 was NH 3 / (N 2 + NH 3 ) = 0.4, and the temperature in the furnace was 1100 ° C. Further, the temperature was raised from room temperature to the above temperature at a heating rate of 20 ° C. or less per minute, and held at the above temperature for 1 hour. Table 4 shows the results of evaluating the half-value width difference between before and after annealing by performing X-ray measurement of the main surface of the GaN substrate to measure the rocking curve of the (0002) plane before and after annealing.
As shown in Table 4, it was found that the GaN substrate into which He or Ar was ion-implanted was easier to recover the crystallinity by annealing than the GaN substrate into which Au was ion-implanted.
<実施例5>
実施例1で使用したものと同じGaN基板に対し、イオン注入量1×1017cm−2でもって水素原子を主面(Ga面)にイオン注入し、N2雰囲気中で1000℃・30分のアニールを施した。また、これとは別にサファイア基板を準備した。そして、GaN基板及びサファイア基板それぞれの主面上に、図3に示した構造の発光ダイオード素子をMOCVD法により形成した。具体的には、各基板上にn型GaN層、活性層であるIn0.2Ga0.8N層、Al0.2Ga0.8N層、及びp型GaN層を順次成長させた。そして、ドライエッチングによりn型GaN層を露出させ、この露出部分の上にアノード電極を形成するとともに、p型GaN層上にカソード電極を形成した。
<Example 5>
Hydrogen atoms are ion-implanted into the main surface (Ga surface) with an ion implantation amount of 1 × 10 17 cm −2 to the same GaN substrate used in Example 1, and 1000 ° C. for 30 minutes in an N 2 atmosphere. Annealing was performed. Separately, a sapphire substrate was prepared. Then, light emitting diode elements having the structure shown in FIG. 3 were formed on the main surfaces of the GaN substrate and the sapphire substrate by MOCVD. Specifically, n-type GaN layer on each substrate, an In 0.2 Ga 0.8 N layer as an active layer, Al 0.2 Ga 0.8 N layer, and a p-type GaN layer are sequentially grown . Then, the n-type GaN layer was exposed by dry etching, an anode electrode was formed on the exposed portion, and a cathode electrode was formed on the p-type GaN layer.
こうして作製した2つの発光ダイオード素子を比較したところ、水素原子がイオン注入されたGaN基板を使用した素子は、サファイア基板を使用した素子に比べ、ピーク波長450nmにおける発光スペクトル強度が1.4倍となった。このことから、水素原子がイオン注入されたGaN基板を用いた発光ダイオード素子のほうが、サファイア基板を使用した素子よりも発光効率が高いことがわかった。 When comparing the two light-emitting diode devices fabricated in this way, the device using a GaN substrate into which hydrogen atoms were ion-implanted had an emission spectrum intensity at a peak wavelength of 450 nm of 1.4 times that of a device using a sapphire substrate. became. From this, it was found that the light emitting diode element using the GaN substrate into which hydrogen atoms were ion-implanted had higher luminous efficiency than the element using the sapphire substrate.
以上に説明したGaN基板1及びその製造方法により得られる作用及び効果について説明する。前述したように、イオン注入は、一般的にシリコン系の半導体プロセスには多く用いられており、所望の不純物をイオン注入することにより、その領域の抵抗率を低下させることができる。しかしながら、本発明者は、このような技術常識とは逆に、GaN基板はシリコンと比べてイオン注入によるダメージが発生しやすく、ドーズ量が多くなると抵抗率が高くなる傾向があることを見出した。そして、イオン注入は既に形成されたGaN基板に対して行うことができるので、前述したような不純物のドープによる高抵抗化と比較して、割れにくいGaN基板1を安定して作製することができることを見出した。
The operation and effect obtained by the
すなわち、本実施形態によるGaN基板1及びその製造方法によれば、主面10aの少なくとも一部の領域12に所定のイオンが注入されることによって、その高抵抗化領域12が主面10a全域の70%以上を占め、且つ当該領域12の表面におけるシート抵抗値を1×104Ω/□以上といった高抵抗としても、GaN基板として良好な品質を持つことが可能となる。
That is, according to the
また、実施例4において示されたように、上記所定のイオンは、Ar以下の原子量を有する原子のイオンであることが好ましい。すなわち、イオンの原子量がAr以下である場合、GaN基板1の主面10aのダメージを十分に低く抑えることができ、結晶性の回復が極めて容易となる。そして、このようにイオンの原子量をAr以下とすることによって、GaN基板として更に良好な品質を持ち、且つその表面を高抵抗化することが可能となる。
Further, as shown in Example 4, the predetermined ion is preferably an ion of an atom having an atomic weight of Ar or less. That is, when the atomic weight of ions is Ar or less, damage to the
また、実施例1,2において示されたように、高抵抗化領域12におけるイオン注入量の平均値は、1×1014cm−2以上2×1017cm−2以下であることが好ましい。すなわち、イオン注入量が上記範囲内である場合に、GaN基板1の表面抵抗を十分に高め(実施例1)、且つ表面の剥離を好適に防ぐことができる(実施例2)。
Moreover, as shown in Examples 1 and 2, the average value of the ion implantation amount in the
本発明によるGaN系化合物半導体基板及びその製造方法並びに半導体素子は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態および各実施例ではイオン注入の対象となるGaN系化合物半導体基板としてGaN基板を例示したが、本発明はGa及びN以外のIII族元素やV族元素を組成として更に含む基板であっても、同様の効果を奏することができる。 The GaN-based compound semiconductor substrate, the manufacturing method thereof, and the semiconductor element according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, although the GaN substrate is exemplified as the GaN-based compound semiconductor substrate to be ion-implanted in the embodiment and each example, the present invention further includes a group III element or a group V element other than Ga and N as a composition. Even so, the same effect can be obtained.
また、上記実施形態及び実施例では半導体素子の例として発光ダイオードを示したが、本発明に係る半導体素子はこれに限られるものではなく、例えばFETといった電子デバイスやその他のデバイスにも本発明を適用可能である。 Moreover, although the light emitting diode was shown as an example of a semiconductor element in the said embodiment and Example, the semiconductor element which concerns on this invention is not restricted to this, For example, electronic devices, such as FET, and other devices are used for this invention. Applicable.
1,10…GaN基板、10a…主面、12…高抵抗化領域、14…イオン、20…発光ダイオード、21…バッファ層、22…n型GaN層、23…n型AlGaN層、24…活性層、25…p型AlGaN層、26…p型GaN層、27…アノード電極、28…カソード電極。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記主面の少なくとも一部の領域に所定のイオンが注入されており、該少なくとも一部の領域は前記主面全域の70%以上を占めており、該領域の表面におけるシート抵抗値の平均が1×104Ω/□以上であることを特徴とする、窒化ガリウム系化合物半導体基板。 A gallium nitride compound semiconductor substrate having a main surface for epitaxially growing a semiconductor crystal,
Predetermined ions are implanted into at least a part of the main surface, and the at least part of the region occupies 70% or more of the entire main surface, and the average sheet resistance value on the surface of the region is A gallium nitride-based compound semiconductor substrate, which is 1 × 10 4 Ω / □ or more.
前記窒化ガリウム系化合物半導体基板の前記主面上に形成された半導体層と
を備えることを特徴とする、半導体素子。 A gallium nitride system having a main surface for epitaxially growing a semiconductor crystal, in which predetermined ions are implanted into the main surface, and an average sheet resistance value on the surface of the region is 1 × 10 4 Ω / □ or more A compound semiconductor substrate;
And a semiconductor layer formed on the main surface of the gallium nitride compound semiconductor substrate.
前記主面の少なくとも一部の領域であって前記主面全域の70%以上を占める領域に所定のイオンを注入することにより、該領域の表面におけるシート抵抗値の平均を1×104Ω/□以上とすることを特徴とする、窒化ガリウム系化合物半導体基板の製造方法。 A method for producing a gallium nitride compound semiconductor substrate having a main surface for epitaxially growing a semiconductor crystal,
By implanting predetermined ions into a region that is at least a part of the main surface and occupies 70% or more of the entire main surface, the average sheet resistance value on the surface of the region is 1 × 10 4 Ω / A method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor substrate, characterized by being □ or more.
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