JP2010192698A - Manufacturing method of ion implantation group iii nitride semiconductor substrate, group iii nitride semiconductor layer junction substrate, and group iii nitride semiconductor device - Google Patents

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Naoki Matsumoto
直樹 松本
Akihiro Yago
昭広 八郷
Yoko Maeda
洋子 前田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method or the like of an ion implantation group III nitride semiconductor substrate with a small warp and a group III nitride semiconductor layer junction substrate using the ion implantation group III nitride semiconductor substrate. <P>SOLUTION: This ion implantation group III nitride semiconductor substrate 20 includes an ion implantation region 20i which resides at one principal plane 20m side and is formed by a predetermined depth D from the principal plane 20, and has a thickness T of 500 μm or larger. Moreover, the manufacturing method of the group III nitride semiconductor layer junction substrate comprises steps of: injecting an ion I into the one principal plane 20m side of the group III nitride semiconductor substrate 20 with a thickness of 500 to 5 cm at a predetermined depth D from the principal plane 20m; connecting a different kind of a substrate 10 to the principal plane 20m of the group III nitride semiconductor substrate 20; and obtaining a group III nitride semiconductor layer junction substrate 1 by separating the group III nitride semiconductor substrate 20 in a region to which the ion I is injected and by forming a group III nitride semiconductor layer 20a connected to the different kind of substrate 10. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオンが注入されたIII族窒化物半導体基板、およびかかるイオン注入III族窒化物半導体基板を用いたIII族窒化物半導体層接合基板およびIII族窒化物半導体デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor substrate into which ions are implanted, a group III nitride semiconductor layer junction substrate using such an ion implanted group III nitride semiconductor substrate, and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor device.

Al1-xGaxN(0≦x≦1)基板などのIII族窒化物半導体基板は、半導体デバイスに好適に用いられているが、製造コストが極めて高い。これにより、III族窒化物半導体基板が用いられている半導体デバイスの製造コストが極めて高くなる。これは、III族窒化物結晶半導体基板の製造方法に由来するものと考えられる。 A group III nitride semiconductor substrate such as an Al 1-x Ga x N (0 ≦ x ≦ 1) substrate is suitably used for a semiconductor device, but its manufacturing cost is extremely high. Thereby, the manufacturing cost of the semiconductor device in which the group III nitride semiconductor substrate is used becomes extremely high. This is considered to be derived from the manufacturing method of the group III nitride crystal semiconductor substrate.

すなわち、III族窒化物半導体基板は、HVPE(ハイドライド気相成長)法、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法、MBE(分子線成長)法、昇華法などの気相法により結晶成長を行なうため、結晶成長速度が低く、たとえば100時間程度の結晶成長時間でも厚さが10mm程度のIII族窒化物半導体結晶しか得られない。かかる厚さの結晶からは、厚さ200μm〜400μm程度のIII族窒化物半導体自立基板は、少量(たとえば、10枚程度)しか切り出せない。   That is, the group III nitride semiconductor substrate is crystal-grown by a vapor phase method such as HVPE (hydride vapor phase epitaxy), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), MBE (molecular beam growth), or sublimation. Therefore, the crystal growth rate is low, and for example, only a group III nitride semiconductor crystal having a thickness of about 10 mm can be obtained even in a crystal growth time of about 100 hours. Only a small amount (for example, about 10) of a group III nitride semiconductor free-standing substrate having a thickness of about 200 μm to 400 μm can be cut out from the crystal having such a thickness.

しかし、III族窒化物半導体基板の切り出し枚数を増加させるため、III族窒化物半導体結晶から切り出すIII族窒化物半導体層の厚さを小さくすると、機械的強度が低下し、自立基板となり得ない。したがって、III族窒化物半導体結晶から切り出される薄いIII族窒化物半導体層を補強する方法が必要となる。   However, if the thickness of the group III nitride semiconductor layer cut out from the group III nitride semiconductor crystal is reduced in order to increase the number of cutouts of the group III nitride semiconductor substrate, the mechanical strength is lowered and the substrate cannot be a self-supporting substrate. Therefore, a method for reinforcing a thin group III nitride semiconductor layer cut from the group III nitride semiconductor crystal is required.

III族窒化物半導体層の補強方法として、III族窒化物半導体層と化学組成の異なる異種基板にIII族窒化物半導体層を接合した基板(以下、III族窒化物半導体層接合基板という)を製造する方法がある。かかるIII族窒化物半導体層接合基板の製造方法として、特開2006−210660号公報(以下、特許文献1という)は、第1の窒化物半導体基板の表面近傍にイオンを注入する工程と、その第1の窒化物半導体基板の表面側を第2の基板に重ね合わせる工程と、重ね合わせた上記2枚の基板を熱処理する工程と、イオン注入された層を境として上記第1の窒化物半導体基板の大部分を上記第2の基板から引き剥がす工程とを含む半導体基板の製造方法を開示する。   As a method for reinforcing a group III nitride semiconductor layer, a substrate in which a group III nitride semiconductor layer is bonded to a dissimilar substrate having a chemical composition different from that of the group III nitride semiconductor layer (hereinafter referred to as a group III nitride semiconductor layer bonded substrate) is manufactured. There is a way to do it. As a method for manufacturing such a group III nitride semiconductor layer bonded substrate, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-210660 (hereinafter referred to as Patent Document 1) includes a step of implanting ions in the vicinity of the surface of the first nitride semiconductor substrate, A step of superimposing the surface side of the first nitride semiconductor substrate on the second substrate, a step of heat-treating the two superimposed substrates, and the first nitride semiconductor with the ion-implanted layer as a boundary A method for manufacturing a semiconductor substrate is disclosed which includes a step of peeling most of the substrate from the second substrate.

また、特開2007−220899号公報(以下、特許文献2という)は、第1の基板上にエピタキシャル成長させた窒化物系半導体結晶の表面側に水素イオン注入層を形成する第1のステップと、第2の基板の表面および窒化物系半導体結晶の少なくとも一方に表面活性化処理を施す第2のステップと、窒化物系半導体結晶の表面と第2の基板の表面とを貼り合わせる第3のステップと、水素イオン注入層に沿って窒化物系半導体結晶を剥離して第2の基板上に窒化物系半導体層を形成する第4のステップと、を備えることを特徴とする半導体基板の製造方法を開示する。   JP 2007-220899 A (hereinafter referred to as Patent Document 2) discloses a first step of forming a hydrogen ion implanted layer on the surface side of a nitride-based semiconductor crystal epitaxially grown on a first substrate; A second step of subjecting at least one of the surface of the second substrate and the nitride-based semiconductor crystal to a surface activation treatment; and a third step of bonding the surface of the nitride-based semiconductor crystal and the surface of the second substrate together And a fourth step of peeling the nitride-based semiconductor crystal along the hydrogen ion implanted layer to form a nitride-based semiconductor layer on the second substrate. Is disclosed.

特開2006−210660号公報JP 2006-210660 A 特開2007−220899号公報JP 2007-220899 A

しかし、特許文献1の製造方法においては、厚さが400μm程度のGaN基板が用いられているため、イオンの注入により基板に大きな反りが発生し、イオンを注入した基板を他の基板に接合する際にGaN基板が割れたり、GaN基板と他の基板とを均一に接合することができないなどの問題があった。   However, in the manufacturing method of Patent Document 1, since a GaN substrate having a thickness of about 400 μm is used, a large warp is generated in the substrate by ion implantation, and the substrate into which ions are implanted is joined to another substrate. In some cases, the GaN substrate is broken or the GaN substrate cannot be bonded to another substrate uniformly.

また、特許文献2の製造方法においては、窒化物系半導体結晶とは結晶構造および組成が異なる異種基板である第1の基板上にMOCVED法によりエピタキシャル成長させた窒化物系半導体結晶が用いられているため、イオンを注入しても結晶に大きな反りは発生しないが、かかるエピタキシャル結晶は、バルク結晶に比べて結晶性が低い、イオン注入後の結晶にクラックが入るなどの問題があった。   In addition, in the manufacturing method of Patent Document 2, a nitride semiconductor crystal epitaxially grown by the MOCVED method on a first substrate which is a different type substrate having a crystal structure and composition different from that of the nitride semiconductor crystal is used. Therefore, even if ions are implanted, the crystal does not warp greatly, but such epitaxial crystals have problems such as low crystallinity compared to bulk crystals and cracks in the crystals after ion implantation.

そこで、本発明は、反りが小さいイオン注入III族窒化物半導体基板およびかかる基板を用いたIII族窒化物半導体層接合基板およびIII族窒化物半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an ion-implanted group III nitride semiconductor substrate having a small warp, a group III nitride semiconductor layer junction substrate using such a substrate, and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor device.

本発明は、一方の主面側であってその主面から所定の深さで形成されているイオン注入領域を含み、500μm以上の厚さを有するイオン注入III族窒化物半導体基板である。ここで、イオン注入領域のc軸の格子定数をイオン注入領域以外の領域のc軸の格子定数に比べて0.02Å(0.002nm)以上大きくすることができる。また、イオン注入領域を着色することができる。   The present invention is an ion-implanted group III nitride semiconductor substrate including an ion-implanted region formed on one main surface side at a predetermined depth from the main surface and having a thickness of 500 μm or more. Here, the c-axis lattice constant of the ion implantation region can be increased by 0.020.0 (0.002 nm) or more compared to the c-axis lattice constant of the region other than the ion implantation region. Further, the ion implantation region can be colored.

また、本発明は、III族窒化物半導体層と、III族窒化物半導体層と化学組成が異なる異種基板とが接合しているIII族窒化物半導体層接合基板の製造方法であって、500μm以上の厚さを有するIII族窒化物半導体基板の一方の主面側であってその主面から所定の深さにイオンを注入する工程と、III族窒化物半導体基板の主面に異種基板を接合する工程と、III族窒化物半導体基板をイオンが注入された領域において分離して異種基板に接合したIII族窒化物半導体層を形成することにより、III族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、を備えるIII族窒化物半導体層接合基板の製造方法である。   The present invention also relates to a method for producing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate in which a group III nitride semiconductor layer and a heterogeneous substrate having a chemical composition different from that of the group III nitride semiconductor layer are bonded. A step of implanting ions to a predetermined depth from one main surface side of a group III nitride semiconductor substrate having a thickness of, and bonding a heterogeneous substrate to the main surface of the group III nitride semiconductor substrate And a step of obtaining a group III nitride semiconductor layer bonded substrate by forming a group III nitride semiconductor layer in which the group III nitride semiconductor substrate is separated in a region where ions are implanted and bonded to a different substrate. And a method for manufacturing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate.

また、本発明は、上記の製造方法により得られたIII族窒化物半導体層接合基板を準備する工程と、III族窒化物半導体層接合基板のIII族窒化物半導体層の主面上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程と、を備えるIII族窒化物半導体デバイスの製造方法である。   Further, the present invention provides a step of preparing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate obtained by the above manufacturing method, and at least 1 on the main surface of the group III nitride semiconductor layer of the group III nitride semiconductor layer bonded substrate Forming a group III nitride semiconductor epitaxial layer. A method for manufacturing a group III nitride semiconductor device.

本発明によれば、反りが小さいイオン注入III族窒化物半導体基板およびかかる基板を用いたIII族窒化物半導体層接合基板およびIII族窒化物半導体デバイスの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the ion implantation group III nitride semiconductor substrate with small curvature, a group III nitride semiconductor layer joining substrate using such a substrate, and a group III nitride semiconductor device can be provided.

本発明にかかるイオン注入窒化物半導体基板の一実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the ion implantation nitride semiconductor substrate concerning this invention. 本発明にかかるIII族窒化物半導体層接合基板の製造方法の一実施形態を示す概略断面図である。ここで、(a)はIII族窒化物半導体基板にイオンを注入する工程を示し、(b)はIII族窒化物半導体基板に異種基板を接合する工程を示し、(c)はIII族窒化物半導体層接合基板を得る工程を示す。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the manufacturing method of the group III nitride semiconductor layer joining substrate concerning this invention. Here, (a) shows the step of implanting ions into the group III nitride semiconductor substrate, (b) shows the step of bonding a heterogeneous substrate to the group III nitride semiconductor substrate, and (c) shows the group III nitride. The process of obtaining a semiconductor layer joining substrate is shown. 本発明において製造されるIII族窒化物半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the group III nitride semiconductor device manufactured in this invention. 本発明において製造されるIII族窒化物半導体デバイスの他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the group III nitride semiconductor device manufactured in this invention. イオン注入III族窒化物半導体基板における基板の厚さと基板の反りとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness of the board | substrate in the ion implantation group III nitride semiconductor substrate, and the curvature of a board | substrate. 370〜500nmの範囲の波長の光に関するイオン注入III族窒化物半導体基板の光吸収係数の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the light absorption coefficient of the ion implantation group III nitride semiconductor substrate regarding the light of the wavelength of the range of 370-500 nm.

(実施形態1)
図1を参照して、本発明にかかるイオン注入III族窒化物半導体基板の一実施形態は、一方の主面20m側であって主面20mから所定の深さDに形成されているイオン注入領域20iを含み、500μm以上の厚さTを有する。
(Embodiment 1)
Referring to FIG. 1, one embodiment of an ion-implanted group III nitride semiconductor substrate according to the present invention is an ion implantation formed on one main surface 20m side and at a predetermined depth D from main surface 20m. The region 20i is included and has a thickness T of 500 μm or more.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板20は、一方の主面20m側であって主面20mから所定の深さDで形成されているイオン注入領域20iを含む。かかるイオン注入領域20iが形成されることにより、イオン注入III族窒化物半導体基板20はイオン注入領域20iにおいて分離され得る。ここで、イオン注入領域20iとは、上記の分離に寄与するドーズ量以上のイオンが存在する領域をいい、主面20mから深さD−ΔD〜D+ΔDの領域であり、主面20mから深さDの領域においてイオンのドーズ量が最大になる。イオンが注入されている深さDは、特に制限はないが、分離を制御する観点から、0.03μm以上100μm以下が好ましく、0.03μm以上50μm以下がより好ましく、0.03μm以上10μm以下がさらに好ましい。深さDが、0.03μmより小さいと基板を分離する際に割れやすくなると共に表面を平坦化することが困難となり、100μmより大きいとイオンの分布が広くなり分離深さを制御することが困難となる。また深さΔDは、イオンの種類および注入方法によって異なるが概ね深さ0.02D〜0.5D程度である。   The group III nitride semiconductor substrate 20 of the present embodiment includes an ion implantation region 20i formed on the one main surface 20m side and at a predetermined depth D from the main surface 20m. By forming such an ion implantation region 20i, the ion implantation group III nitride semiconductor substrate 20 can be separated in the ion implantation region 20i. Here, the ion implantation region 20i refers to a region where ions having a dose amount or more contributing to the above-described separation exist, and is a region having a depth D−ΔD to D + ΔD from the main surface 20m, and having a depth from the main surface 20m. In the region D, the ion dose is maximized. The depth D into which ions are implanted is not particularly limited, but is preferably 0.03 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.03 μm or more and 50 μm or less, and 0.03 μm or more and 10 μm or less from the viewpoint of controlling separation. Further preferred. When the depth D is smaller than 0.03 μm, it becomes easy to break when separating the substrate and it is difficult to flatten the surface, and when it is larger than 100 μm, the distribution of ions becomes wide and it is difficult to control the separation depth. It becomes. The depth ΔD is approximately 0.02D to 0.5D, although it varies depending on the type of ion and the implantation method.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板20は、500μm以上の厚さTを有する。III族窒化物半導体基板20の厚さが500μm以上であることから、基板の剛性が高くなり、イオン注入による基板の反りWが小さくなる。ここで、図1を参照して、III族窒化物半導体基板の反りWは、所定の直径を有する基板における主面20mの最凸部と最凹部との高低差で定義する。したがって、基板の主面20mが球面状に湾曲して反っている場合は、基板の反りは主面の中央部と円周部との高低差となる。基板の反りは、触針式表面粗さ測定機、光干渉式フラットネステスターなどを用いて測定することができる。   The group III nitride semiconductor substrate 20 of this embodiment has a thickness T of 500 μm or more. Since the thickness of group III nitride semiconductor substrate 20 is 500 μm or more, the rigidity of the substrate is increased, and the warpage W of the substrate due to ion implantation is reduced. Here, referring to FIG. 1, warp W of the group III nitride semiconductor substrate is defined by a difference in height between the most convex portion and the most concave portion of main surface 20 m in a substrate having a predetermined diameter. Therefore, when the main surface 20m of the substrate is curved and warped in a spherical shape, the warpage of the substrate is a difference in height between the central portion and the circumferential portion of the main surface. The warpage of the substrate can be measured using a stylus type surface roughness measuring machine, an optical interference type flatness tester, or the like.

たとえば、イオン注入されていない厚さが100〜300μm程度の通常のIII族窒化物半導体基板20は、(0001)面を凹(すなわち(000−1)面を凸)として、球面状に僅かに沿っている場合が多い。かかる通常のIII族窒化物半導体基板20は、(0001)の面方位を有する主面20mの主面側であって主面20mから所定の深さ(たとえば0.7μm程度)にイオン注入すると反りが著しく大きくなる。これに対して、イオン注入を行うIII族窒化物半導体基板20の厚さを500μm以上にすることにより、基板の剛性が高くなり、イオン注入による基板の反りWを小さくすることができる。   For example, an ordinary group III nitride semiconductor substrate 20 having a thickness of about 100 to 300 μm that is not ion-implanted has a (0001) plane as a concave (that is, the (000-1) plane is convex) and is slightly spherical. Often along. Such a normal group III nitride semiconductor substrate 20 warps when ions are implanted at a predetermined depth (for example, about 0.7 μm) from the main surface 20m on the main surface side of the main surface 20m having a (0001) plane orientation. Becomes significantly larger. On the other hand, by setting the thickness of the group III nitride semiconductor substrate 20 on which ion implantation is performed to 500 μm or more, the rigidity of the substrate is increased, and the warpage W of the substrate due to ion implantation can be reduced.

このため、イオンを注入したIII族窒化物半導体基板20(イオン注入III族窒化物半導体基板ともいう、以下同じ)を異種基板(III族窒化物半導体基板20と化学組成が異なる基板をいう、以下同じ)に接合する際に、イオン注入III族窒化物半導体基板が割れたりすることがなく、イオン注入III族窒化物半導体基板と異種基板とを均一に接合することができる。   Therefore, a group III nitride semiconductor substrate 20 into which ions are implanted (also referred to as an ion-implanted group III nitride semiconductor substrate, hereinafter the same) is referred to as a heterogeneous substrate (a substrate having a chemical composition different from that of the group III nitride semiconductor substrate 20). The ion-implanted group III nitride semiconductor substrate is not cracked during bonding to the same), and the ion-implanted group III nitride semiconductor substrate and the dissimilar substrate can be bonded uniformly.

上記の観点から、III族窒化物半導体基板20の厚さは、750μm以上が好ましく、1000μm以上がより好ましい。また、イオン注入の際またはその後の処理における作業性を高める観点から、III族窒化物半導体基板20の厚さは5cm以下が好ましい。   From the above viewpoint, the thickness of the group III nitride semiconductor substrate 20 is preferably 750 μm or more, and more preferably 1000 μm or more. In addition, from the viewpoint of improving workability in ion implantation or in subsequent processing, the thickness of group III nitride semiconductor substrate 20 is preferably 5 cm or less.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板20は、そのイオン注入領域20iにおいて分離するのが容易な観点から、イオン注入領域のc軸の格子定数kcIがイオン注入領域以外の領域のc軸の格子定数kcに比べて0.02Å(0.002nm)以上大きいことが好ましい。イオン注入領域のc軸の格子定数kcIからイオン注入領域以外の領域のc軸の格子定数kcを引いたイオン注入によるc軸の格子定数差ΔkcIが0.02Å未満であると、III族窒化物半導体基板20のイオン注入領域20iの脆化が小さく、イオン注入領域20iにおいてIII族窒化物半導体基板20を分離することが困難となる。ここで、イオン注入によるc軸の格子定数差ΔkcIは、イオン注入領域20iにおけるイオンのドーズ量が多いほど、大きくなる。すなわち、III族窒化物半導体基板20は、イオン注入領域20iにおけるイオンのドーズ量が多いほど、イオン注入によるc軸の格子定数差ΔkcIが大きくなり、イオン注入領域20iの脆化が大きくなるため、イオン注入領域20iにおける分離が容易となる。 From the viewpoint that the group III nitride semiconductor substrate 20 of this embodiment can be easily separated in the ion implantation region 20i, the c-axis lattice constant kc I of the ion implantation region is c-axis of the region other than the ion implantation region. It is preferable that it is 0.020.0 (0.002 nm) or more larger than the lattice constant kc. When the c-axis lattice constant difference Δkc I by ion implantation obtained by subtracting the c-axis lattice constant kc of the region other than the ion implantation region from the c-axis lattice constant kc I of the ion implantation region is less than 0.02 領域, the group III The embrittlement of the ion implantation region 20i of the nitride semiconductor substrate 20 is small, and it becomes difficult to separate the group III nitride semiconductor substrate 20 in the ion implantation region 20i. Here, the c-axis lattice constant difference Δkc I by ion implantation increases as the ion dose in the ion implantation region 20 i increases. That is, in the group III nitride semiconductor substrate 20, as the ion dose in the ion implantation region 20i increases, the c-axis lattice constant difference Δkc I due to ion implantation increases, and the ion implantation region 20i becomes more fragile. The separation in the ion implantation region 20i is facilitated.

たとえば、GaN半導体基板(III族窒化物半導体基板20)の水素イオン注入領域(イオン注入領域20i)において、c軸の格子定数差ΔkcIが0.02Å以上は、イオンのドーズ量が1×1017cm-2以上に相当する。すなわち、分離を容易にする程度に基板を脆化させる観点から、イオン注入領域20iにおけるイオンのドーズ量は1×1017cm-2以上であることが好ましい。 For example, in the hydrogen ion implantation region (ion implantation region 20i) of the GaN semiconductor substrate (group III nitride semiconductor substrate 20), when the c-axis lattice constant difference Δkc I is 0.02Å or more, the ion dose is 1 × 10. It corresponds to 17 cm -2 or more. That is, from the viewpoint of embrittlement of the substrate to the extent that separation is facilitated, the dose amount of ions in the ion implantation region 20i is preferably 1 × 10 17 cm −2 or more.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板20は、イオン注入領域20iを着色することができる。イオン注入領域20iの色(すなわち光吸収する波長領域)は、III族窒化物半導体基板および注入されるイオンの種類によって決まる。たとえば、表と裏の両主面が鏡面研磨されたGaN半導体基板(III族窒化物半導体基板20)に水素イオン(注入イオンI)を注入すると、イオン注入領域20iは黄茶色に着色する。ここで、イオン注入領域20iの色の濃さは、イオン注入領域20iにおけるイオンのドーズ量が多いほど大きくため、イオン注入領域20iにおけるイオンのドーズ量を知る目安となる。   The group III nitride semiconductor substrate 20 of this embodiment can color the ion implantation region 20i. The color of the ion-implanted region 20i (that is, the wavelength region that absorbs light) is determined by the group III nitride semiconductor substrate and the type of ions to be implanted. For example, when hydrogen ions (implanted ions I) are implanted into a GaN semiconductor substrate (group III nitride semiconductor substrate 20) whose both main surfaces are mirror-polished, the ion implantation region 20i is colored yellow brown. Here, since the color density of the ion implantation region 20i increases as the ion dose in the ion implantation region 20i increases, it is a measure for knowing the ion dose in the ion implantation region 20i.

(実施形態2)
図2を参照して、本発明にかかるIII族窒化物半導体層接合基板の製造方法の一実施形態は、III族窒化物半導体層20aと、III族窒化物半導体層20aと化学組成が異なる異種基板10とが接合しているIII族窒化物半導体層接合基板1の製造方法であって、500μm以上5cm以下の厚さを有するIII族窒化物半導体基板20の一方の主面20m側であってその主面20mから所定の深さDにイオンIを注入する工程と、III族窒化物半導体基板20の主面20mに異種基板10を接合する工程と、III族窒化物半導体基板20をイオンIが注入された領域(イオン注入領域20i)において分離して異種基板10に接合したIII族窒化物半導体層20aを形成することにより、III族窒化物半導体層接合基板1を得る工程と、を備える。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 2, one embodiment of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate according to the present invention includes a group III nitride semiconductor layer 20a and a different type of chemical composition different from group III nitride semiconductor layer 20a. A method for manufacturing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 bonded to a substrate 10, which is on the side of one main surface 20 m of a group III nitride semiconductor substrate 20 having a thickness of 500 μm or more and 5 cm or less, A step of implanting ions I from the main surface 20m to a predetermined depth D, a step of bonding the dissimilar substrate 10 to the main surface 20m of the group III nitride semiconductor substrate 20, and a group III nitride semiconductor substrate 20 of the ion I By forming a group III nitride semiconductor layer 20a that is separated and bonded to the heterogeneous substrate 10 in the region where ions are implanted (ion implantation region 20i), the group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 is formed. And a step of obtaining, a.

本実施形態のIII族窒化物半導体層接合基板の製造方法によれば、上記工程を備えることにより、イオンが注入されたIII族窒化物半導体基板20に割れを発生させることなく、イオンが注入されたIII族窒化物半導体基板20と異種基板10とを接合することが可能となり、歩留まりよくIII族窒化物半導体層接合基板1を製造することができる。以下、各工程について、詳細に説明する。   According to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate of the present embodiment, by providing the above steps, ions are implanted without causing cracks in the group III nitride semiconductor substrate 20 into which ions are implanted. Further, the group III nitride semiconductor substrate 20 and the heterogeneous substrate 10 can be bonded, and the group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 can be manufactured with a high yield. Hereinafter, each step will be described in detail.

(III族窒化物半導体基板にイオンを注入する工程)
図2(a)を参照して、本実施形態のIII族窒化物半導体層接合基板1の製造方法は、500μm以上5cm以下の厚さを有するIII族窒化物半導体基板20の一方の主面20m側であって主面20mから所定の深さDにイオンIを注入する工程を備える。
(Step of implanting ions into group III nitride semiconductor substrate)
Referring to FIG. 2A, in the manufacturing method of group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 of this embodiment, one main surface 20m of group III nitride semiconductor substrate 20 having a thickness of 500 μm or more and 5 cm or less. A step of implanting ions I to a predetermined depth D from the main surface 20m.

イオンを注入する工程において用いられるIII族窒化物半導体基板20は、500μm以上5cm以下の厚さを有するため、基板の剛性が高い。このため、イオンIを注入する工程により、反りが小さいまたはほとんど無いイオン注入III族窒化物半導体基板が得られる。なお、図2においては、小さいまたはほとんど無い反りを省略して基板を描いている。   The group III nitride semiconductor substrate 20 used in the ion implantation process has a thickness of 500 μm or more and 5 cm or less, and thus the rigidity of the substrate is high. Therefore, an ion-implanted group III nitride semiconductor substrate with little or almost no warpage can be obtained by the step of implanting ions I. In FIG. 2, the substrate is drawn with a small or almost no warpage.

イオンを注入する工程において、上記のIII族窒化物半導体基板20の一方の主面20m側であって主面20mから所定の深さDにイオンIを注入することにより、III族窒化物半導体基板20の主面20m側であって主面20mから深さD−ΔD〜D+ΔDの領域にイオン注入領域20iが形成される。かかるイオン注入領域20iは基板が脆化されているため、かかるイオン注入領域20iにおいてIII族窒化物半導体基板20を分離することができる。イオンIを注入する深さDは、特に制限はないが、分離を制御する観点から、0.03μm以上100μm以下が好ましく、0.03μm以上50μm以下がより好ましく、0.03μm以上10μm以下がさらに好ましい。深さDが、0.03μmより小さいと基板を分離する際に割れやすくなると共に表面を平坦化することが困難となり、100μmより大きいとイオンの分布が広くなり分離深さを制御することが困難となる。また深さΔDは、イオンIの種類および注入方法によって異なるが概ね深さ0.02D〜0.5D程度である。   In the step of implanting ions, a group III nitride semiconductor substrate is formed by implanting ions I to the predetermined depth D from the main surface 20m on the one main surface 20m side of the group III nitride semiconductor substrate 20 described above. An ion implantation region 20i is formed in a region of depth D−ΔD to D + ΔD from the main surface 20m on the main surface 20m side. Since the substrate is embrittled in the ion implantation region 20i, the group III nitride semiconductor substrate 20 can be separated in the ion implantation region 20i. The depth D for implanting the ions I is not particularly limited, but is preferably 0.03 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.03 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 0.03 μm or more and 10 μm or less from the viewpoint of controlling separation. preferable. When the depth D is smaller than 0.03 μm, it becomes easy to break when separating the substrate and it is difficult to flatten the surface, and when it is larger than 100 μm, the distribution of ions becomes wide and it is difficult to control the separation depth. It becomes. The depth ΔD varies depending on the type of ion I and the implantation method, but is generally about 0.02D to 0.5D.

イオンを注入する工程において、III族窒化物半導体基板20に注入されているイオンは、特に制限はないが、基板の結晶性の低下を抑制する観点から、水素、ヘリウムなどの質量の低いイオンが好ましい。   In the step of implanting ions, the ions implanted into the group III nitride semiconductor substrate 20 are not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing the decrease in crystallinity of the substrate, ions with low mass such as hydrogen and helium are used. preferable.

なお、イオンのドーズ量は、特に制限はないが、分離を容易にする程度に基板を脆化させる観点から、1×1017cm-2以上であることが好ましい。 The dose amount of ions is not particularly limited, but is preferably 1 × 10 17 cm −2 or more from the viewpoint of embrittlement of the substrate to the extent that separation is facilitated.

(III族窒化物半導体基板の主面に異種基板を接合する工程)
図2(b)を参照して、本実施形態のIII族窒化物半導体層接合基板1の製造方法は、イオンが注入されたIII族窒化物半導体基板20の主面20mに異種基板10を接合する工程を備える。
(Step of bonding a heterogeneous substrate to the main surface of the group III nitride semiconductor substrate)
Referring to FIG. 2B, in the method for manufacturing group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 of this embodiment, heterogeneous substrate 10 is bonded to main surface 20m of group III nitride semiconductor substrate 20 into which ions have been implanted. The process of carrying out is provided.

本異種基板10を接合する工程において用いられるイオンが注入されたIII族窒化物半導体基板20は反りが小さいかまたはほとんど無いため、III族窒化物半導体基板20に割れを発生させること無くIII族窒化物半導体基板20の主面20mに異種基板10を接合することができる。   The group III nitride semiconductor substrate 20 implanted with ions used in the step of bonding the heterogeneous substrate 10 has little or almost no warping, so that the group III nitride semiconductor substrate 20 is not cracked. The heterogeneous substrate 10 can be bonded to the main surface 20 m of the physical semiconductor substrate 20.

III族窒化物半導体基板20の主面20mに異種基板10を接合する方法には、特に制限はないが、接合後高温で接合強度を保持できる点から、接合する面の表面を洗浄して直接張り合わせた後600℃〜1200℃程度に昇温して接合することによる直接接合法、プラズマやイオンなどで接合する面を活性化させ室温(たとえば10℃〜30℃)〜400℃程度の低温で接合することによる表面活性化法などが好ましく用いられる。   Although there is no particular limitation on the method of bonding the different substrate 10 to the main surface 20m of the group III nitride semiconductor substrate 20, the surface of the surface to be bonded is directly cleaned by being able to maintain the bonding strength at a high temperature after bonding. After bonding, the surfaces to be joined are activated by a direct joining method in which the temperature is raised to about 600 ° C. to 1200 ° C. for joining, plasma or ions, etc., and at a low temperature of room temperature (for example, 10 ° C. to 30 ° C.) to about 400 ° C. A surface activation method by bonding is preferably used.

また、III族窒化物半導体基板20の主面20mに接合する異種基板10は、特に制限はないが、製造されたIII族窒化物半導体層接合基板1のIII族窒化物半導体層20a上に、III族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる環境に耐え得る観点から、耐熱温度が1200℃以上であることが好ましく、1200℃以上においても耐腐食性を有することが好ましい。ここで、耐腐食性とは、塩化水素(HCl)ガス、アンモニア(NH3)ガスなどの腐食性の結晶成長雰囲気ガスに腐食されないことをいう。かかる観点から、好ましい異種基板として、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、AlN基板、Si34基板、TiN基板、SiC基板、AlSiC基板、AlTiC基板、ZnSe基板、Si基板、SiO2層形成Si基板、ZnO基板、ZnS基板、石英基板、Mo基板、カーボン基板、ダイヤモンド基板、Ga23基板、ZrB2基板などが挙げられる。また、これらの基板の上に、Pt、Ti、Au、Ni、Mo、Wなどの金属膜やこれらの金属の合金膜を保護膜として付けてもよい。なお、GaAs基板、InP基板、GaP基板などは、耐熱性および耐腐食性は上記基板に比べて劣るが、基板表面に上記の保護膜を付けるなどをすれば使用可能である。 The heterogeneous substrate 10 bonded to the main surface 20m of the group III nitride semiconductor substrate 20 is not particularly limited, but on the group III nitride semiconductor layer 20a of the manufactured group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1, From the viewpoint of withstanding the environment in which the group III nitride semiconductor epitaxial layer is grown, the heat resistant temperature is preferably 1200 ° C. or higher, and preferably has corrosion resistance even at 1200 ° C. or higher. Here, the corrosion resistance, hydrogen chloride (HCl) gas, ammonia (NH 3) means that it is not corroded by a corrosive crystal growth atmosphere gas such as a gas. From this point of view, as a preferred heterogeneous substrate, sapphire substrate, alumina substrate, spinel substrate, AlN substrate, Si 3 N 4 substrate, TiN substrate, SiC substrate, AlSiC substrate, AlTiC substrate, ZnSe substrate, Si substrate, SiO 2 layer formed Si Examples include a substrate, a ZnO substrate, a ZnS substrate, a quartz substrate, a Mo substrate, a carbon substrate, a diamond substrate, a Ga 2 O 3 substrate, and a ZrB 2 substrate. Further, a metal film such as Pt, Ti, Au, Ni, Mo, W, or an alloy film of these metals may be attached as a protective film on these substrates. A GaAs substrate, InP substrate, GaP substrate, etc. are inferior in heat resistance and corrosion resistance to the above substrate, but can be used if the above protective film is attached to the substrate surface.

(III族窒化物半導体層接合基板を得る工程)
図2(c)を参照して、本実施形態のIII族窒化物半導体層接合基板1の製造方法は、III族窒化物半導体基板20をイオンが注入された領域(イオン注入領域20i)において分離して異種基板10に接合したIII族窒化物半導体層20aを形成することにより、III族窒化物半導体層接合基板1を得る工程を備える。
(Step of obtaining a group III nitride semiconductor layer bonded substrate)
Referring to FIG. 2C, in the method for manufacturing group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 of this embodiment, group III nitride semiconductor substrate 20 is separated in a region where ions are implanted (ion implantation region 20i). Then, a group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 is obtained by forming the group III nitride semiconductor layer 20a bonded to the dissimilar substrate 10.

かかる工程により、III族窒化物半導体基板20は、異種基板10に接合しているIII族窒化物半導体層20aと残部III族窒化物半導体基板20bとに分離される。こうして、異種基板10に厚さTDのIII族窒化物半導体層20aが接合したIII族窒化物半導体層接合基板1が得られる。 Through this process, the group III nitride semiconductor substrate 20 is separated into a group III nitride semiconductor layer 20a and a remaining group III nitride semiconductor substrate 20b bonded to the different substrate 10. Thus, III-nitride semiconductor layer bonded substrate 1 III nitride semiconductor layer 20a having a thickness of T D to a heterologous substrate 10 are bonded can be obtained.

イオン注入領域20iにおいてIII族窒化物半導体基板20を分離する方法には、何らかのエネルギーを与える方法であれば特に制限はなく、イオン注入領域20iに応力を加える方法であっても、イオン注入領域20iに熱を加える方法であってもよい。また、イオン注入領域20iに、光を照射する方法、または、超音波を印加する方法であってもよい。イオン注入領域20iは、脆化しているため、応力、熱、光、または超音波などによるエネルギーを受けることにより、容易に分離する。   The method of separating the group III nitride semiconductor substrate 20 in the ion implantation region 20i is not particularly limited as long as it is a method of applying some energy, and even if the method is to apply stress to the ion implantation region 20i, the ion implantation region 20i. It may be a method of applying heat to. Moreover, the method of irradiating light to the ion implantation area | region 20i, or the method of applying an ultrasonic wave may be sufficient. Since the ion implantation region 20i is embrittled, it is easily separated by receiving energy from stress, heat, light, or ultrasonic waves.

ここで、イオン注入領域20iは、III族窒化物半導体基板20の一方の主面20mから深さD−ΔD〜深さD+ΔDの広がりを有するが、主面20mから深さDの領域(面領域)においてイオンのドーズ量が最大となり最も脆くなりやすい。したがって、III族窒化物半導体基板20は、通常、III族窒化物半導体基板20の一方の主面20mから深さDの領域(面領域)またはその付近において分離する。したがって、イオンが注入された深さDとIII族窒化物半導体層20aの厚さTDはほぼ同じである。 Here, the ion implantation region 20 i has a depth D−ΔD to a depth D + ΔD from one main surface 20 m of the group III nitride semiconductor substrate 20, but a region (surface region) from the main surface 20 m to the depth D. ), The ion dose is maximized and is most fragile. Therefore, group III nitride semiconductor substrate 20 is usually separated from one main surface 20m of group III nitride semiconductor substrate 20 in a region (plane region) having a depth D or in the vicinity thereof. Accordingly, the thickness T D of the depth ions are implanted, D and Group III nitride semiconductor layer 20a is substantially the same.

(実施形態3)
図3を参照して、本発明にかかるIII族窒化物半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、実施形態2の製造方法により得られたIII族窒化物半導体層接合基板1を準備する工程と、III族窒化物半導体層接合基板1のIII族窒化物半導体層20aの主面上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30を形成する工程と、を備える。
(Embodiment 3)
Referring to FIG. 3, one embodiment of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor device according to the present invention includes a step of preparing group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 obtained by the method for manufacturing according to embodiment 2. Forming at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer 30 on the main surface of the group III nitride semiconductor layer 20a of the group III nitride semiconductor layer bonding substrate 1.

かかる工程により、III族窒化物半導体層接合基板1のIII族窒化物半導体層20aの主面上に、結晶性の高いIII族窒化物半導体エピタキシャル層30を1層以上成長させることができるため、特性の高いIII族窒化物半導体デバイス3が得られる。   With this process, one or more Group III nitride semiconductor epitaxial layers 30 with high crystallinity can be grown on the main surface of the Group III nitride semiconductor layer 20a of the Group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1, The group III nitride semiconductor device 3 having high characteristics is obtained.

少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30を成長させる方法は、特に制限はないが、作業性が良好な観点から、MOCVD法、HVPE法、MBE法などの気相法が好ましく用いられる。高圧溶融法、アモノサーマル法もしくはフラックス法などの液相法、または昇華法でも可能である。   A method for growing at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer 30 is not particularly limited, but a vapor phase method such as MOCVD method, HVPE method, and MBE method is preferably used from the viewpoint of good workability. A high pressure melting method, a liquid phase method such as an ammonothermal method or a flux method, or a sublimation method is also possible.

具体的には、図3を参照して、III族窒化物半導体層接合基板1のIII族窒化物半導体層20aの主面上に、MOCVD法を用いて、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30として、n型Al0.1Ga0.9N中間層31、n型GaNクラッド層32、In0.01Ga0.99N障壁層33bおよびIn0.1Ga0.9N井戸層33wの対を6対重ねて最上層のIn0.1Ga0.9N井戸層33w上にさらにIn0.01Ga0.99N障壁層33bを形成した多重量子井戸構造を有する発光層33、p型Al0.12Ga0.88Nクラッド層34、およびp型GaNコンタクト層35を順次成長させる。次いで、p型GaNコンタクト層35の主面の中央部上に、EB(電子ビーム)蒸着法により、p側電極36としてNi/Au電極を形成する。次いで、III族窒化物半導体層接合基板1の異種基板10の主面上に、EB蒸着法により、n側電極37としてTi/Al/Ti/Au電極を形成する。このようにして、III族窒化物半導体デバイス3として、特性の高い発光デバイス(詳細にはLED(発光ダイオード))が得られる。 Specifically, referring to FIG. 3, at least one group III nitride semiconductor is formed on the main surface of group III nitride semiconductor layer 20a of group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 using MOCVD. As the epitaxial layer 30, six pairs of an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N intermediate layer 31, an n-type GaN cladding layer 32, an In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer 33b and an In 0.1 Ga 0.9 N well layer 33w are stacked to form the uppermost layer. A light emitting layer 33 having a multiple quantum well structure in which an In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer 33b is further formed on an In 0.1 Ga 0.9 N well layer 33w, a p-type Al 0.12 Ga 0.88 N cladding layer 34, and a p-type GaN contact layer 35 Grow sequentially. Next, a Ni / Au electrode is formed as the p-side electrode 36 on the central portion of the main surface of the p-type GaN contact layer 35 by EB (electron beam) vapor deposition. Next, a Ti / Al / Ti / Au electrode is formed as the n-side electrode 37 on the main surface of the heterogeneous substrate 10 of the group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 by EB vapor deposition. In this manner, a light emitting device having high characteristics (specifically, an LED (light emitting diode)) is obtained as the group III nitride semiconductor device 3.

(実施形態4)
図4を参照して、本発明にかかるIII族窒化物半導体デバイスの製造方法の他の実施形態は、実施形態2の製造方法により得られたIII族窒化物半導体層接合基板1を準備する工程と、III族窒化物半導体層接合基板1のIII族窒化物半導体層20aの主面上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層40を形成する工程と、を備える。
(Embodiment 4)
Referring to FIG. 4, in another embodiment of the method for manufacturing a group III nitride semiconductor device according to the present invention, the step of preparing group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 obtained by the method for manufacturing of embodiment 2 is provided. And a step of forming at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer 40 on the main surface of the group III nitride semiconductor layer 20a of the group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1.

かかる工程により、III族窒化物半導体層接合基板1のIII族窒化物半導体層20aの主面上に、結晶性の高いIII族窒化物半導体エピタキシャル層40を1層以上成長させることができるため、特性の高い半導体デバイスが得られる。   By such a process, one or more Group III nitride semiconductor epitaxial layers 40 having high crystallinity can be grown on the main surface of the Group III nitride semiconductor layer 20a of the Group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1. A semiconductor device having high characteristics can be obtained.

少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層40を成長させる方法は、特に制限はないが、作業性が良好な観点から、MOCVD法、HVPE法、MBE法などの気相法が好ましく用いられる。   The method for growing at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer 40 is not particularly limited, but a vapor phase method such as MOCVD method, HVPE method, MBE method is preferably used from the viewpoint of good workability.

具体的には、図4を参照して、III族窒化物半導体層接合基板1のIII族窒化物半導体層20aの主面上に、MOCVD法により、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層40として、n+型GaNバリア層41およびn-型GaNドリフト層42を順次成長させる。次いで、n-型GaNドリフト層42の主面上に、EB蒸着法により、ショットキー電極43としてPt電極を形成する。次いで、III族窒化物半導体層接合基板1の異種基板10の主面上に、EB蒸着法により、オーミック電極44としてTi/Al/Ti/Au電極を形成する。このようにして、III族窒化物半導体デバイス4として、特性の電子デバイスが得られる。 Specifically, referring to FIG. 4, at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer is formed on the main surface of group III nitride semiconductor layer 20a of group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 by MOCVD. 40, an n + -type GaN barrier layer 41 and an n -type GaN drift layer 42 are sequentially grown. Next, a Pt electrode is formed as a Schottky electrode 43 on the main surface of the n -type GaN drift layer 42 by EB vapor deposition. Next, a Ti / Al / Ti / Au electrode is formed as the ohmic electrode 44 on the main surface of the heterogeneous substrate 10 of the group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1 by EB vapor deposition. In this way, a characteristic electronic device is obtained as the group III nitride semiconductor device 4.

(実施例1〜6、比較例1〜3)
[イオン注入III族窒化物半導体基板の作製]
1.GaN基板の準備
HVPE法により成長させた直径2インチ(5.08cm)のGaN母結晶を所定の厚さにスライスして、複数のGaNウエハを切り出し、各GaNウエハの主面を研磨により平坦化して、複数のGaN基板を得た。ここで、GaN基板の厚さは、比較例1では100μm、比較例2では200μm、比較例3では300μm、実施例1では500μm、実施例2では750μm、実施例3では1000μm、実施例4では1200μm、実施例5では、1500μm、実施例6では2000μmとした。なお、上記GaN基板は、いずれも、表面粗さRa(JIS B0601に規定する算術平均粗さRaをいう。以下同じ。)が1nm以下、全厚み変動ばらつきTTV(基板の一方の主面を真空吸着してできた平面を基準面とし、その基準面から他方の主面の最も高い場所と最も低い場所との差をいう。以下同じ。)は10μm以下のものを用いた。ここで、GaN基板の表面粗さRaは菱化システム社のマイクロマップにより80μm角の範囲内で測定し、全厚み変動ばらつきTTVはニデック社のフラットネステスターにより測定した。
(Examples 1-6, Comparative Examples 1-3)
[Production of ion-implanted group III nitride semiconductor substrate]
1. Preparation of GaN substrate A GaN mother crystal having a diameter of 2 inches (5.08 cm) grown by the HVPE method is sliced to a predetermined thickness, a plurality of GaN wafers are cut out, and the main surface of each GaN wafer is planarized by polishing. Thus, a plurality of GaN substrates were obtained. Here, the thickness of the GaN substrate is 100 μm in Comparative Example 1, 200 μm in Comparative Example 2, 300 μm in Comparative Example 3, 500 μm in Example 1, 750 μm in Example 2, 1000 μm in Example 3, and 1000 μm in Example 4. It was 1200 μm, in Example 5, 1500 μm, and in Example 6, 2000 μm. Note that each of the above GaN substrates has a surface roughness Ra (an arithmetic average roughness Ra defined in JIS B0601; the same shall apply hereinafter) of 1 nm or less and a total thickness variation variation TTV (one main surface of the substrate is vacuumed). A flat surface formed by adsorption was used as a reference surface, and the difference between the highest and lowest locations of the other main surface from the reference surface, the same shall apply hereinafter) was 10 μm or less. Here, the surface roughness Ra of the GaN substrate was measured within a range of 80 μm square using a micromap manufactured by Ryoka System, and the total thickness variation variation TTV was measured using a flat tester manufactured by Nidec.

2.GaN基板の主面の洗浄
複数のGaN基板について、以下のような洗浄を行った。まず、基板の主面上に付着している油分などの有機物の除去を目的として、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄を行った(第1洗浄)。次いで、基板の主面上に付着している金属イオンの除去を目的として、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄を行った(第2洗浄)。次いで、基板の主面を親水性にして、主面上に付着している不純物を除去するため、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄を行った(第3洗浄)。
2. Cleaning of main surface of GaN substrate The following cleaning was performed on a plurality of GaN substrates. First, for the purpose of removing organic substances such as oil adhering to the main surface of the substrate, ultrasonic cleaning of the substrate using ethanol as the solvent and ultrasonic cleaning of the substrate using acetone as the solvent were performed (No. 1). 1 wash). Next, for the purpose of removing metal ions adhering to the main surface of the substrate, the substrate was subjected to immersion cleaning using a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide as a solvent (second cleaning). Next, in order to make the main surface of the substrate hydrophilic and remove impurities adhering to the main surface, the substrate was subjected to immersion cleaning using ammonia water as a solvent (third cleaning).

3.GaN基板へのイオン注入
図1および図2(a)を参照して、上記で得られた複数のGaN基板(III族窒化物半導体基板20)の一方の主面20m側にイオンを注入して、複数のイオン注入GaN基板を得た。イオンを注入した主面20mは(000−1)N表面であった。注入したイオンは水素イオンであった。水素イオンのドーズ量は5×1017cm-1であった。イオン注入エネルギーは90keVで、イオン注入時の基板の温度は80℃で、イオン注入角度は0°(すなわち<0001>方向(c軸方向)に平行)であった。複数のGaN基板に注入されたイオンの深さDは、イオン注入GaN基板の断面をTEM(透過型電子顕微鏡)で観察したところ、いずれのイオン注入GaN基板についても約0.7μmであった。
3. Ion Implantation into GaN Substrate With reference to FIGS. 1 and 2A, ions are implanted into one main surface 20m side of the plurality of GaN substrates (group III nitride semiconductor substrate 20) obtained above. A plurality of ion-implanted GaN substrates were obtained. The main surface 20 m into which ions were implanted was a (000-1) N surface. The implanted ions were hydrogen ions. The dose of hydrogen ions was 5 × 10 17 cm −1 . The ion implantation energy was 90 keV, the substrate temperature during ion implantation was 80 ° C., and the ion implantation angle was 0 ° (that is, parallel to the <0001> direction (c-axis direction)). The depth D of ions implanted into a plurality of GaN substrates was about 0.7 μm for any ion-implanted GaN substrate when the cross section of the ion-implanted GaN substrate was observed with a TEM (transmission electron microscope).

なお、今回の実施例および比較例においては、GaN基板においてイオンが注入される(000−1)N表面(主面20m)には、注入イオンによるダメージを低減するための保護膜は形成されていないが、かかる保護膜を形成した後GaN基板にイオンを注入してもよい。かかる保護膜として、SiO2、SiON、TiO2などの酸化膜、Si34、TiNなどの窒化膜、Mo、W、Ti、Ptなどの金属膜などが好適に用いられる。 In the present example and comparative example, a protective film for reducing damage caused by implanted ions is formed on the (000-1) N surface (main surface 20 m) into which ions are implanted in the GaN substrate. However, ions may be implanted into the GaN substrate after such a protective film is formed. As such a protective film, an oxide film such as SiO 2 , SiON, or TiO 2 , a nitride film such as Si 3 N 4 or TiN, a metal film such as Mo, W, Ti, or Pt is preferably used.

また、上記のように、イオン注入による基板のダメージを低減するためにGaN基板の(000−1)N表面(主面20m)上にSiO2膜、Si34膜などの保護膜が形成されている場合は、イオン注入前のGaN基板の主面の洗浄における上記第2洗浄の際にこれらの膜が除去されるのを防止するため、フッ酸に替えて王水を用いる必要がある(すなわち洗浄用溶媒として王水と過酸化水素水との混合液を用いる必要がある)。 Further, as described above, a protective film such as a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film is formed on the (000-1) N surface (main surface 20 m) of the GaN substrate in order to reduce damage to the substrate due to ion implantation. In the case of the above, it is necessary to use aqua regia instead of hydrofluoric acid in order to prevent these films from being removed during the second cleaning in the main surface cleaning of the GaN substrate before ion implantation. (In other words, it is necessary to use a mixture of aqua regia and hydrogen peroxide as a cleaning solvent).

また、今回の実施例および比較例においては、注入イオンとして水素イオンを用いたが、ヘリウム、ネオンまたはアルゴンの単体もしくはイオンならびにこれらを2種類以上混合させたものを用いることができる。また、酸素または水素などの単体もしくはイオンならびにこれらを2種類以上混合させたものを用いることができる。   In this example and comparative example, hydrogen ions are used as implanted ions, but helium, neon, or argon alone or ions, and a mixture of two or more of these may be used. Further, simple substances such as oxygen or hydrogen, or ions, and a mixture of two or more of these may be used.

4.イオン注入GaN基板の反りの測定
図1を参照して、上記で得られた複数のイオン注入GaN基板の大部分が、いずれもイオンが注入された側の主面20mである(000−1)N表面を凸として球面状に1〜10μm程度湾曲していた。直径が2インチ(5.08cm)で厚さの異なる複数のイオン注入GaN基板の反りWは、光干渉式フラットネステスターを用いて測定したところ、それぞれ厚さ100μmの基板の反りが121μm(比較例1)、厚さ200μmの基板の反りが87μm(比較例2)、厚さ300μmの基板の反りが65μm(比較例3)、厚さ500μmの基板の反りが35μm(実施例1)、厚さ750μmの基板の反りが15μm(実施例2)、厚さ1000μmの基板の反りが5μm(実施例3)、厚さ1200μmの基板の反りが3.5μm(実施例4)、厚さ1500μmの基板の反りが2μm(実施例5)、厚さ2000μmの基板の反りが0μm(実施例6)であった。結果を表1にまとめた。
4). Measurement of warpage of ion-implanted GaN substrate Referring to FIG. 1, the majority of the plurality of ion-implanted GaN substrates obtained above are all main surfaces 20m on the side where ions are implanted (000-1). The N surface was convex and curved in a spherical shape about 1 to 10 μm. The warpage W of a plurality of ion-implanted GaN substrates having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and different thicknesses was measured using an optical interference flatness tester. The warpage of a substrate having a thickness of 100 μm was 121 μm (comparison). Example 1), warp of a 200 μm thick substrate is 87 μm (Comparative Example 2), warp of a 300 μm thick substrate is 65 μm (Comparative Example 3), warp of a 500 μm thick substrate is 35 μm (Example 1), thickness A substrate having a thickness of 750 μm is 15 μm (Example 2), a substrate having a thickness of 1000 μm is 5 μm (Example 3), a substrate having a thickness of 1200 μm is 3.5 μm (Example 4), and a thickness is 1500 μm. The warpage of the substrate was 2 μm (Example 5), and the warpage of the substrate having a thickness of 2000 μm was 0 μm (Example 6). The results are summarized in Table 1.

Figure 2010192698
Figure 2010192698

また、実施例1〜6および比較例1〜3における直径2インチ(5.08cm)のイオン注入GaN基板の厚さと反りとの関係を図5に示した。   FIG. 5 shows the relationship between the thickness and warpage of the ion-implanted GaN substrate having a diameter of 2 inches (5.08 cm) in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3.

表1および図5から明かなように、厚さが100μm、200μmまたは300μmのイオン注入GaN基板は大きく反っていた。イオン注入GaN基板は、厚さが500μm以上で反りが35μm以下と小さくなり、厚さが750μm以上で反りが15μm以下とより小さくなり、厚さが1000μm以上で反りが5μm以下とさらに小さくなり、厚さが1500μm以上で反りが2μm以下とさらに小さくなり、厚さが2000μm以上で反りが0μm以下とほとんど無くなった。反りが約80μmより大きくなると、イオン注入中にクラックが入る不良が発生した。   As is clear from Table 1 and FIG. 5, the ion-implanted GaN substrate having a thickness of 100 μm, 200 μm, or 300 μm was greatly warped. The ion-implanted GaN substrate has a thickness of 500 μm or more and a small warp of 35 μm or less, a thickness of 750 μm or more and a warp of 15 μm or less, and a thickness of 1000 μm or more and a warp of 5 μm or less. When the thickness is 1500 μm or more, the warpage is further reduced to 2 μm or less, and when the thickness is 2000 μm or more, the warpage is almost 0 μm or less. When the warp was larger than about 80 μm, a defect that cracks occurred during ion implantation occurred.

[イオン注入III族窒化物半導体基板と異種基板との接合]
1.イオン注入GaN基板の主面の洗浄
上記のようにして得られた複数のイオン注入GaN基板について、以下のような主面((000−1)N表面)の洗浄を行った。まず、基板の主面上に付着している油分などの有機物の除去を目的として、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄を行った(第1洗浄)。次いで、基板の主面上に付着している金属イオンの除去を目的として、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄を行った(第2洗浄)。次いで、基板の主面を親水性にして、主面上に付着している不純物を除去するため、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄を行った(第3洗浄)。
[Junction of Ion Implanted Group III Nitride Semiconductor Substrate and Dissimilar Substrate]
1. Cleaning of the main surface of the ion-implanted GaN substrate The following main surface ((000-1) N surface) was cleaned for the plurality of ion-implanted GaN substrates obtained as described above. First, for the purpose of removing organic substances such as oil adhering to the main surface of the substrate, ultrasonic cleaning of the substrate using ethanol as the solvent and ultrasonic cleaning of the substrate using acetone as the solvent were performed (No. 1). 1 wash). Next, for the purpose of removing metal ions adhering to the main surface of the substrate, the substrate was subjected to immersion cleaning using a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide as a solvent (second cleaning). Next, in order to make the main surface of the substrate hydrophilic and remove impurities adhering to the main surface, the substrate was subjected to immersion cleaning using ammonia water as a solvent (third cleaning).

2.イオン注入GaN基板の主面の活性化
上記洗浄後のイオン注入GaN基板の主面((000−1)N表面)に付着している酸化膜を除去して、原子レベルでの表面の活性化を行う目的で、基板の主面をRIE(反応性イオンエッチング)を用いて表面を改質した。ガスとしてはアルゴン(Ar)ガスを用いた。具体的には、1Paの雰囲気圧力下でアルゴンプラズマを5分間照射することにより、イオン注入GaN基板の(000−1)N表面を活性化させた。ここで、(000−1)N表面が異種基板と接合する面である。
2. Activation of main surface of ion-implanted GaN substrate Activation of surface at atomic level by removing oxide film adhering to main surface ((000-1) N surface) of ion-implanted GaN substrate after cleaning In order to perform the above, the surface of the main surface of the substrate was modified using RIE (reactive ion etching). Argon (Ar) gas was used as the gas. Specifically, the (000-1) N surface of the ion-implanted GaN substrate was activated by irradiating argon plasma for 5 minutes under an atmospheric pressure of 1 Pa. Here, the (000-1) N surface is a surface to be bonded to the dissimilar substrate.

なお、本実施例および比較例においては、アルゴンプラズマを用いたが、アルゴンガスに替えてヘリウム(He)ガスまたはネオン(Ne)ガス(いずれも希ガス)、窒素(N2)ガス(不活性ガス)、またはGaNと反応性を有するアンモニア(NH3)ガス、塩素(Cl2)ガス、塩化ホウ素(BCl4)ガス、塩化ケイ素(SiCl4)ガスなどを用いることもできる。 In this example and comparative example, argon plasma was used, but helium (He) gas, neon (Ne) gas (both are rare gases), nitrogen (N 2 ) gas (inert) instead of argon gas. Gas), or ammonia (NH 3 ) gas reactive with GaN, chlorine (Cl 2 ) gas, boron chloride (BCl 4 ) gas, silicon chloride (SiCl 4 ) gas, or the like.

3.イオン注入GaN基板と異種基板との接合
図2(b)を参照して、上記の各イオン注入GaN基板(イオン注入されたIII族窒化物半導体基板20)と厚さ350μmのSi基板(異種基板10)とを、GaN基板の活性化された(000−1)N表面(主面20m)とSi基板(異種基板)の表面とにおいて、接合させた。具体的には、イオン注入GaN基板の活性化された(000−1)N表面(主面20m)とSi基板(異種基板)の表面とが接触するように、イオン注入GaN基板とSi基板とを配置して、25℃の雰囲気温度下で1000N/cm2の圧力で5分間保持することにより、イオン注入GaN基板とSi基板(異種基板)とを接合させた。このとき、両基板にかかる圧力のばらつきは、最大圧力と最小圧力との圧力差が5N/cm2以下であった。
3. Bonding of Ion Implanted GaN Substrate and Dissimilar Substrate Referring to FIG. 2B, each of the above ion implanted GaN substrates (ion-implanted group III nitride semiconductor substrate 20) and a 350 μm thick Si substrate (dissimilar substrate) 10) were bonded to the activated (000-1) N surface (main surface 20 m) of the GaN substrate and the surface of the Si substrate (heterogeneous substrate). Specifically, the ion-implanted GaN substrate and the Si substrate are contacted so that the activated (000-1) N surface (main surface 20 m) of the ion-implanted GaN substrate is in contact with the surface of the Si substrate (heterogeneous substrate). Was placed at a pressure of 1000 N / cm 2 for 5 minutes under an atmospheric temperature of 25 ° C., thereby bonding the ion-implanted GaN substrate and the Si substrate (different substrate). At this time, the pressure difference between both substrates was such that the pressure difference between the maximum pressure and the minimum pressure was 5 N / cm 2 or less.

イオン注入GaN基板とSi基板との接合の際、イオン注入GaN基板の厚さが100μm(比較例1)の場合はイオン注入GaN基板に割れが発生し、イオン注入GaN基板の厚さが200μm(比較例2)の場合はイオン注入III族窒化物半導体基板の一部分にクラックが発生したため接合させることはできず、イオン注入GaN基板の厚さが300μm以上(比較例3、実施例1〜6)の場合はイオン注入III族窒化物半導体基板およびSi基板のいずれにも割れを発生させることなくイオン注入GaN基板とSi基板とをそれらの主面の少なくとも一部で接合した接合基板が得られた。   When the ion-implanted GaN substrate and the Si substrate are bonded, if the thickness of the ion-implanted GaN substrate is 100 μm (Comparative Example 1), the ion-implanted GaN substrate is cracked, and the thickness of the ion-implanted GaN substrate is 200 μm ( In the case of Comparative Example 2), since a crack occurred in a part of the ion-implanted Group III nitride semiconductor substrate, it cannot be bonded, and the thickness of the ion-implanted GaN substrate is 300 μm or more (Comparative Example 3, Examples 1-6). In this case, a bonded substrate was obtained in which the ion-implanted GaN substrate and the Si substrate were bonded to at least a part of their main surfaces without causing cracks in either the ion-implanted group III nitride semiconductor substrate or the Si substrate. .

イオン注入GaN基板とSi基板との接合面積比は、接合基板のイオン注入GaN基板側から見た主面の色調を画像解析することにより算出した。結果を表1にまとめた。ここで、接合面積比とは、接合基板においてイオン注入GaN基板および異種基板の2つの基板が接合可能な主面の全面積に対するそれらの2つの基板が接合している部分の面積の比をいう。また、接合基板のイオン注入GaN基板側から見た主面において、2つの基板が接合している部分にはSi基板のSi色が現れ、2つの基板が接合していない部分にはSi色と異なる色調が現れ場合により干渉縞が現われる。   The bonding area ratio between the ion-implanted GaN substrate and the Si substrate was calculated by image analysis of the color tone of the main surface of the bonded substrate viewed from the ion-implanted GaN substrate side. The results are summarized in Table 1. Here, the junction area ratio refers to the ratio of the area of the junction substrate to the area where the two substrates are bonded to the total area of the main surface to which the two substrates of the ion-implanted GaN substrate and the heterogeneous substrate can be bonded. . Further, in the main surface of the bonded substrate viewed from the ion-implanted GaN substrate side, the Si color of the Si substrate appears in the portion where the two substrates are bonded, and the Si color appears in the portion where the two substrates are not bonded. Interference fringes appear when different colors appear.

[III族窒化物半導体層接合基板の作製]
図2(b)および(c)を参照して、上記のようにして得られた接合基板(比較例3および実施例1〜6)を、100Pa程度に減圧された窒素雰囲気下で、室温(25℃程度)から1〜50℃/分の昇温速度で400℃まで加熱し20分間保持した後、400℃から1〜50℃/分の降温速度で室温(25℃程度)まで冷却することにより、イオン注入GaN基板(イオン注入されたIII族窒化物半導体基板20)のイオン注入領域20iに熱応力をかけて、イオン注入GaN基板をイオン注入領域20iにおいて分離した。これにより、GaN層(III族窒化物半導体層20a)とSi基板(異種基板10)とが接合されているGaN層接合基板(III族窒化物半導体層接合基板1)が得られた。なお、実施例および比較例においては窒素ガス雰囲気中で行ったが、アルゴンガス、ネオンガスなどの希ガス雰囲気中で行なってもよい。
[Production of Group III Nitride Semiconductor Layer Bonded Substrate]
Referring to FIGS. 2B and 2C, the bonded substrates (Comparative Example 3 and Examples 1 to 6) obtained as described above were subjected to room temperature (in a nitrogen atmosphere reduced to about 100 Pa, at room temperature ( After heating to 400 ° C. at a rate of 1-50 ° C./minute from about 25 ° C. and holding for 20 minutes, cool from 400 ° C. to room temperature (about 25 ° C.) at a rate of 1-50 ° C./minute. Thus, thermal stress was applied to the ion implanted region 20i of the ion implanted GaN substrate (ion-implanted group III nitride semiconductor substrate 20), and the ion implanted GaN substrate was separated in the ion implanted region 20i. As a result, a GaN layer bonded substrate (Group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1) in which the GaN layer (Group III nitride semiconductor layer 20a) and the Si substrate (heterogeneous substrate 10) are bonded was obtained. Although the examples and comparative examples were performed in a nitrogen gas atmosphere, they may be performed in a rare gas atmosphere such as argon gas or neon gas.

イオン注入GaN基板とSi基板との分離面積比は、GaN層接合基板のGaN層側から見た主面の色調を画像解析することにより算出した。結果を表1にまとめた。ここで、分離面積比とは、GaN層接合基板の主面の全面積に対するGaN基板から分離して異種基板上に存在するGaN層の部分の主面の面積比をいう。また、GaN層接合基板のGaN層側から見た主面において、GaN層が存在する部分にはSi基板のSi色と異なる色調が現れ場合により干渉縞が現れ、GaN層が存在しない部分にはSi基板が露出してSi色が現れる。   The separation area ratio between the ion-implanted GaN substrate and the Si substrate was calculated by image analysis of the color tone of the main surface viewed from the GaN layer side of the GaN layer bonded substrate. The results are summarized in Table 1. Here, the separation area ratio refers to the area ratio of the main surface of the portion of the GaN layer that is separated from the GaN substrate and is present on the heterogeneous substrate with respect to the total area of the main surface of the GaN layer bonded substrate. Also, in the main surface of the GaN layer bonded substrate viewed from the GaN layer side, a color tone different from the Si color of the Si substrate appears in the portion where the GaN layer exists, and interference fringes appear in some cases, and in the portion where the GaN layer does not exist The Si substrate is exposed and a Si color appears.

また、III族窒化物半導体層接合基板の製造方法において、分離面積比が、0.85未満のものを不可、0.85以上のものを可、0.9以上のものを良、0.95以上のものを優、0.97以上のものを秀と、評価した。結果を表1にまとめた。   Further, in the method for producing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate, the separation area ratio is not acceptable if it is less than 0.85, acceptable if it is 0.85 or more, acceptable if it is 0.9 or more, 0.95 The above were evaluated as excellent, and those above 0.97 were rated as excellent. The results are summarized in Table 1.

表1を参照して、厚さが500μm以上のイオン注入III族窒化物半導体基板は反りが小さいため、割れを発生させることなく異種基板に均一に接合することができた(実施例1〜6)。このため、イオン注入III族窒化物半導体基板をイオン注入領域において分離して異種基板に接合したIII族窒化物半導体層を形成することにより、歩留まりよくIII族窒化物半導体層接合基板が得られる。   Referring to Table 1, since the ion-implanted group III nitride semiconductor substrate having a thickness of 500 μm or more has small warpage, it could be uniformly bonded to a different substrate without causing cracks (Examples 1 to 6). ). For this reason, the group III nitride semiconductor layer bonded substrate can be obtained with high yield by separating the ion implanted group III nitride semiconductor substrate in the ion implanted region and forming the group III nitride semiconductor layer bonded to the heterogeneous substrate.

(実施例7〜12、比較例4)
[イオン注入III族窒化物半導体基板の作製]
1.GaN基板の準備
実施例2と同様にして、厚さ750μmの複数のGaN基板を準備した。
(Examples 7 to 12, Comparative Example 4)
[Production of ion-implanted group III nitride semiconductor substrate]
1. Preparation of GaN substrate In the same manner as in Example 2, a plurality of GaN substrates having a thickness of 750 μm were prepared.

2.GaN基板の主面の洗浄
実施例2と同様にして、複数のGaN基板について、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄(第1洗浄)、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄(第2洗浄)、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄(第3洗浄)を順次行った。
2. Cleaning of main surface of GaN substrate In the same manner as in Example 2, for a plurality of GaN substrates, ultrasonic cleaning of a substrate using ethanol as a solvent and ultrasonic cleaning of the substrate using acetone as a solvent (first cleaning), Substrate immersion cleaning (second cleaning) using a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide as a solvent, and substrate cleaning (third cleaning) using ammonia water as a solvent were sequentially performed.

3.GaN基板へのイオン注入
図1および図2(a)を参照して、以下のようにイオンのドーズ量を変化させたこと以外は実施例2と同様にして、上記で得られた複数のGaN基板(III族窒化物半導体基板20)の一方の主面20m((000−1)N表面)側に水素イオンを注入して、複数のイオン注入GaN基板を得た。イオン注入エネルギーは120keVで、イオン注入温度は150℃で、イオン注入角度は0°(すなわち<0001>方向(c軸方向)に平行)であった。複数のGaN基板に注入されたイオンの深さDは、いずれのイオン注入GaN基板についても約1μmであった。ここで、水素イオンのドーズ量は、それぞれ0cm-2(すなわちイオン注入せず、比較例4)、0.6×1017cm-2(実施例7)、0.8×1017cm-2(実施例8)、1×1017cm-2(実施例9)、3×1017cm-2(実施例10)、5×1017cm-2(実施例11)、7×1017cm-2(実施例12)とした。なお、イオンのドーズ量は、SIMS(2次イオン質量分析法)により測定した。
3. Ion Implantation into GaN Substrate With reference to FIG. 1 and FIG. 2 (a), a plurality of GaN obtained as described above in the same manner as in Example 2 except that the dose amount of ions was changed as follows. Hydrogen ions were implanted into one main surface 20m ((000-1) N surface) side of the substrate (Group III nitride semiconductor substrate 20) to obtain a plurality of ion-implanted GaN substrates. The ion implantation energy was 120 keV, the ion implantation temperature was 150 ° C., and the ion implantation angle was 0 ° (that is, parallel to the <0001> direction (c-axis direction)). The depth D of ions implanted into a plurality of GaN substrates was about 1 μm for any ion implanted GaN substrate. Here, the dose amount of hydrogen ions is 0 cm −2 (ie, ion implantation is not performed, Comparative Example 4), 0.6 × 10 17 cm −2 (Example 7), and 0.8 × 10 17 cm −2. (Example 8) 1 × 10 17 cm −2 (Example 9), 3 × 10 17 cm −2 (Example 10), 5 × 10 17 cm −2 (Example 11), 7 × 10 17 cm -2 (Example 12). The ion dose was measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry).

4.イオン注入III族窒化物半導体基板のc軸の格子定数の測定
上記の複数のイオン注入GaN基板のイオン注入領域20iにおけるc軸の格子定数は、2結晶X線回折装置を用いて、GaN基板の(0004)面に関するX線回折面の面間隔の測定から算出したところ、それぞれ5.185Å(比較例4)、5.193Å(実施例7)、5.198Å(実施例8)、5.205Å(実施例9)、5.218Å(実施例10)、5.224Å(実施例11)、5.231Å(実施例12)であった。結果を表2にまとめた。
4). Measurement of the c-axis lattice constant of the ion-implanted group III nitride semiconductor substrate The c-axis lattice constant in the ion-implanted region 20i of the plurality of ion-implanted GaN substrates is determined using the two-crystal X-ray diffractometer. It was calculated from the measurement of the spacing of the X-ray diffracting plane with respect to the (0004) plane, and 5.185 mm (Comparative Example 4), 5.193 mm (Example 7), 5.198 mm (Example 8), and 5.205 mm, respectively. (Example 9) It was 5.218 inches (Example 10), 5.224 inches (Example 11), and 5.231 inches (Example 12). The results are summarized in Table 2.

5.イオン注入III族窒化物半導体基板の反りの測定
図1を参照して、上記の複数のイオン注入GaN基板は、いずれもイオンが注入された側の主面20mである(000−1)N表面を凸として球面状に湾曲していた。複数のイオン注入GaN基板の反りWは、光干渉式フラットネステスター(株式会社ニデック製)を用いて測定したところ、それぞれ3μm(比較例4)、10μm(実施例7)、11μm(実施例8)、15μm(実施例9)、16μm(実施例10)、15μm(実施例11)、18μm(実施例12)であった。結果を表2にまとめた。
5). Measurement of Warpage of Ion Implanted Group III Nitride Semiconductor Substrate With reference to FIG. 1, each of the plurality of ion implanted GaN substrates is a main surface 20m on the side where ions are implanted (000-1) N surface Was curved into a spherical shape with a convex shape. The warpage W of the plurality of ion-implanted GaN substrates was measured using an optical interference flatness tester (manufactured by Nidec Co., Ltd.), and was 3 μm (Comparative Example 4), 10 μm (Example 7), and 11 μm (Example 8), respectively. ), 15 μm (Example 9), 16 μm (Example 10), 15 μm (Example 11), and 18 μm (Example 12). The results are summarized in Table 2.

[イオン注入III族窒化物半導体基板と異種基板との接合]
1.イオン注入GaN基板の主面の洗浄
上記の複数のイオン注入GaN基板について、実施例2と同様にして、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄(第1洗浄)、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄(第2洗浄)、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄(第3洗浄)を順次行った。
[Junction of Ion Implanted Group III Nitride Semiconductor Substrate and Dissimilar Substrate]
1. Cleaning the main surface of the ion-implanted GaN substrate For the plurality of ion-implanted GaN substrates, as in Example 2, ultrasonic cleaning of the substrate using ethanol as the solvent and ultrasonic cleaning of the substrate using acetone as the solvent (First cleaning), substrate immersion cleaning (second cleaning) using a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide as a solvent, and substrate immersion cleaning (third cleaning) using ammonia water as a solvent in order. went.

2.イオン注入GaN基板の主面の活性化
上記洗浄後のイオン注入GaN基板の主面((000−1)N表面)の表面を、実施例2と同様にして、活性化させた。ここで、(000−1)N表面が異種基板と接合する面である。
2. Activation of main surface of ion-implanted GaN substrate The surface of the main surface ((000-1) N surface) of the ion-implanted GaN substrate after the cleaning was activated in the same manner as in Example 2. Here, the (000-1) N surface is a surface to be bonded to the dissimilar substrate.

3.イオン注入GaN基板と異種基板との接合
図2(b)を参照して、上記の各イオン注入GaN基板(イオン注入されたIII族窒化物半導体基板20)と厚さ350μmのSi基板(異種基板10)とを、実施例2と同様にして、接合させた。いずれのイオン注入GaN基板(実施例6〜11)についても、およびSi基板のいずれにも割れを発生させることなく、イオン注入GaN基板とSi基板とをそれらの主面の少なくとも一部で接合
した接合基板が得られた。また、イオン注入GaN基板とSi基板との接合面積比を、実施例2と同様にして算出した。結果を表2にまとめた。
3. Bonding of Ion Implanted GaN Substrate and Dissimilar Substrate Referring to FIG. 2B, each of the above ion implanted GaN substrates (ion-implanted group III nitride semiconductor substrate 20) and a 350 μm thick Si substrate (dissimilar substrate) 10) were joined in the same manner as in Example 2. Any of the ion-implanted GaN substrates (Examples 6 to 11) and the Si-implanted GaN substrate and the Si substrate were bonded to each other at least at a part of their main surfaces without causing any cracks in the Si substrate. A bonded substrate was obtained. The junction area ratio between the ion-implanted GaN substrate and the Si substrate was calculated in the same manner as in Example 2. The results are summarized in Table 2.

[III族窒化物半導体層接合基板の作製]
図2(b)および(c)を参照して、上記の接合基板(実施例7〜12)を、実施例2と同様にして、イオン注入GaN基板(イオン注入されたIII族窒化物半導体基板20)のイオン注入領域20iに熱応力をかけて、イオン注入GaN基板をイオン注入領域20iにおいて分離した。これにより、GaN層(III族窒化物半導体層20a)とSi基板(異種基板10)とが接合されているGaN層接合基板(III族窒化物半導体層接合基板1)が得られた。イオン注入GaN基板とSi基板との分離面積比を、実施例2と同様にして算出した。結果を表2にまとめた。
[Production of Group III Nitride Semiconductor Layer Bonded Substrate]
Referring to FIGS. 2B and 2C, the above-described bonding substrate (Examples 7 to 12) is made into an ion-implanted GaN substrate (an ion-implanted group III nitride semiconductor substrate) in the same manner as in Example 2. Thermal stress was applied to the ion implantation region 20i of 20), and the ion-implanted GaN substrate was separated in the ion implantation region 20i. As a result, a GaN layer bonded substrate (Group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1) in which the GaN layer (Group III nitride semiconductor layer 20a) and the Si substrate (heterogeneous substrate 10) are bonded was obtained. The separation area ratio between the ion-implanted GaN substrate and the Si substrate was calculated in the same manner as in Example 2. The results are summarized in Table 2.

Figure 2010192698
Figure 2010192698

表2を参照して、イオン注入III族窒化物半導体基板のイオン注入領域におけるイオンドーズ量が多くなるほど、c軸の格子定数が大きくなり、イオン注入領域における基板の分離が容易になることがわかった(実施例7〜12)。また、基板の分離が容易になる1×1017cm2以上のイオンドーズ量を有するイオン注入領域のc軸の格子定数は、イオン注入領域以外の領域のc軸の格子定数に比べて、0.02Å以上大きくなっていることがわかった(実施例9〜12)。 Referring to Table 2, it can be seen that the greater the ion dose in the ion-implanted region of the ion-implanted group III nitride semiconductor substrate, the greater the c-axis lattice constant and the easier the substrate is separated in the ion-implanted region. (Examples 7 to 12). Further, the c-axis lattice constant of the ion implantation region having an ion dose of 1 × 10 17 cm 2 or more that facilitates the separation of the substrate is 0 as compared with the c-axis lattice constant of the region other than the ion implantation region. It was found to be larger than 0.02 cm (Examples 9 to 12).

なお、表2の実施例7および8においては、イオン注入GaN基板を分離できなかったためGaN層接合基板を作製することができなかった。これは、イオンのドーズ量が少なかったため、本実施例においてかけられた熱応力によってはイオン注入GaN基板を分離できなかったものであり、イオン注入GaN基板にかける応力の種類または程度によっては、分離することが可能と考えられる。かかる観点から、実施例7および8は、比較例4とともに、未評価とした。   In Examples 7 and 8 in Table 2, since the ion-implanted GaN substrate could not be separated, a GaN layer bonded substrate could not be produced. This is because the ion-implanted GaN substrate could not be separated by the thermal stress applied in this example because the ion dose was small, and depending on the type or degree of stress applied to the ion-implanted GaN substrate, It is considered possible to do. From this viewpoint, Examples 7 and 8 were not evaluated together with Comparative Example 4.

(実施例13〜16、比較例5)
1.GaN基板の準備
実施例3と同様にして、厚さ1000μmの複数のGaN基板を準備した。
(Examples 13 to 16, Comparative Example 5)
1. Preparation of GaN substrate In the same manner as in Example 3, a plurality of GaN substrates having a thickness of 1000 μm were prepared.

2.GaN基板の主面の洗浄
実施例3と同様にして、複数のGaN基板について、溶媒にエタノールを用いた基板の超音波洗浄および溶媒にアセトンを用いた基板の超音波洗浄(第1洗浄)、溶媒にフッ酸と過酸化水素水との混合液を用いた基板の浸漬洗浄(第2洗浄)、溶媒にアンモニア水を用いた基板の浸漬洗浄(第3洗浄)を順次行った。
2. Cleaning of main surface of GaN substrate In the same manner as in Example 3, for a plurality of GaN substrates, ultrasonic cleaning of a substrate using ethanol as a solvent and ultrasonic cleaning of the substrate using acetone as a solvent (first cleaning), Substrate immersion cleaning (second cleaning) using a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide as a solvent, and substrate cleaning (third cleaning) using ammonia water as a solvent were sequentially performed.

3.GaN基板へのイオン注入
図1および図2(a)を参照して、以下のようにイオンのドーズ量を変化させたこと以外は実施例3と同様にして、上記で得られた複数のGaN基板(III族窒化物半導体基板20)の一方の主面20m((000−1)N表面)側に水素イオンを注入して、複数のイオン注入GaN基板を得た。イオン注入エネルギーは120keVで、イオン注入温度は150℃で、イオン注入角度は0°(すなわち<0001>方向に平行)であった。複数のGaN基板に注入されたイオンの深さDは、いずれのイオン注入GaN基板についても約1μmであった。ここで、水素イオンのドーズ量は、それぞれ0cm-2(すなわちイオン注入せず、比較例5)、0.8×1017cm-2(実施例13)、1×1017cm-2(実施例14)、5×1017cm-2(実施例15)、7×1017cm-2(実施例16)とした。なお、イオンのドーズ量は、SIMS(2次イオン質量分析法)により測定した。
3. Ion Implantation into GaN Substrate Referring to FIGS. 1 and 2 (a), a plurality of GaN obtained as described above was obtained in the same manner as in Example 3 except that the dose amount of ions was changed as follows. Hydrogen ions were implanted into one main surface 20m ((000-1) N surface) side of the substrate (Group III nitride semiconductor substrate 20) to obtain a plurality of ion-implanted GaN substrates. The ion implantation energy was 120 keV, the ion implantation temperature was 150 ° C., and the ion implantation angle was 0 ° (that is, parallel to the <0001> direction). The depth D of ions implanted into a plurality of GaN substrates was about 1 μm for any ion implanted GaN substrate. Here, the dose amount of hydrogen ions is 0 cm −2 (ie, ion implantation is not performed, Comparative Example 5), 0.8 × 10 17 cm −2 (Example 13), 1 × 10 17 cm −2 (implementation) Example 14) 5 × 10 17 cm −2 (Example 15) and 7 × 10 17 cm −2 (Example 16). The ion dose was measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry).

4.イオン注入GaN基板の光吸収係数の測定
比較例5のイオン無注入GaN基板は、ほぼ無色透明であった。これに対して、実施例13〜16のイオン注入GaN基板は、黄茶色であった。これらの基板の光吸収係数を、ダブルビーム方式の分光光度計を用いて測定した。イオン注入GaN基板の光吸収係数の測定は、1000μmの厚さ方向に光を照射することにより、イオン注入領域およびそれ以外の領域を含めた領域の光吸収係数を測定した。
4). Measurement of light absorption coefficient of ion-implanted GaN substrate The ion-implanted GaN substrate of Comparative Example 5 was almost colorless and transparent. In contrast, the ion-implanted GaN substrates of Examples 13 to 16 were yellowish brown. The light absorption coefficient of these substrates was measured using a double beam type spectrophotometer. The light absorption coefficient of the ion-implanted GaN substrate was measured by irradiating light in the thickness direction of 1000 μm, thereby measuring the light absorption coefficient of the region including the ion-implanted region and other regions.

結果を図6に示した。図6は、イオン注入GaN基板の370〜500nmの範囲の波長の光に関するイオン注入GaN基板の吸収特性に関して、曲線L0は水素イオンのドーズ量が0cm-2の基板(比較例5)の光吸収係数の変化を示し、曲線L1は水素イオンのドーズ量が0.8×1017cm-2の基板(実施例13)の光吸収係数の変化を示し、曲線L2は水素イオンのドーズ量が1×1017cm-2の基板(実施例14)の光吸収係数の変化を示し、曲線L3は水素イオンのドーズ量が5×1017cm-2の基板(実施例15)の光吸収係数の変化を示し、曲線L4は水素イオンのドーズ量が7×1017cm-2の基板(実施例16)の光吸収係数の変化を示す。 The results are shown in FIG. FIG. 6 shows the absorption characteristics of the ion-implanted GaN substrate with respect to light having a wavelength in the range of 370 to 500 nm of the ion-implanted GaN substrate, and the curve L0 shows the light absorption of the substrate having a hydrogen ion dose of 0 cm −2 (Comparative Example 5). The curve L1 shows the change of the light absorption coefficient of the substrate (Example 13) with the hydrogen ion dose of 0.8 × 10 17 cm −2 , and the curve L2 shows the hydrogen ion dose of 1 The change of the light absorption coefficient of the substrate (Example 14) of × 10 17 cm -2 is shown, and the curve L3 shows the light absorption coefficient of the substrate (Example 15) of 5 × 10 17 cm -2 dose of hydrogen ions. The curve L4 shows the change of the light absorption coefficient of the substrate (Example 16) having a hydrogen ion dose of 7 × 10 17 cm −2 .

図6を参照して、イオン注入領域における水素イオンのドーズ量が大きくなるほど、イオン注入GaN基板の光吸収係数が大きくなることがわかった(比較例5、実施例13〜16)。また、また、基板の分離が容易になる1×1017cm-2以上のイオンドーズ量を有するイオン注入領域を含むイオン注入GaN基板の波長400nmの光に関する吸収係数が1×104cm-1以上であることがわかった。 Referring to FIG. 6, it was found that the light absorption coefficient of the ion-implanted GaN substrate increases as the dose of hydrogen ions in the ion-implanted region increases (Comparative Example 5, Examples 13-16). Further, the absorption coefficient for light having a wavelength of 400 nm of an ion-implanted GaN substrate including an ion-implanted region having an ion dose of 1 × 10 17 cm −2 or more that facilitates separation of the substrate is 1 × 10 4 cm −1. It turns out that it is above.

(実施例17)
[III族窒化物半導体デバイスの作製]
1.発光デバイスの作製
図3を参照して、実施例4で得られたGaN層接合基板(III族窒化物半導体層接合基板1)のGaN層(III族窒化物半導体層20a)の主面上に、MOCVD法により、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30を成長させた。III族窒化物半導体エピタキシャル層30成長の際の原料としては、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)、モノシラン(SiH4)、シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)などを用いた。
(Example 17)
[Production of Group III Nitride Semiconductor Device]
1. Production of Light-Emitting Device Referring to FIG. 3, on the main surface of the GaN layer (Group III nitride semiconductor layer 20a) of the GaN layer bonded substrate (Group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1) obtained in Example 4. At least one group III nitride semiconductor epitaxial layer 30 was grown by MOCVD. The raw material for a group III nitride semiconductor epitaxial layer 30 grown, trimethyl gallium (TMG), trimethyl aluminum (TMA), trimethylindium (TMI), ammonia (NH 3), monosilane (SiH 4), cyclopentadienyl Magnesium (Cp 2 Mg) or the like was used.

具体的には、まず、MOCVD炉の反応室内に配置されたサセプタ上にGaN層接合基板を配置した。次いで、1050℃の基板温度および101kPaの雰囲気圧力とした反応室内に原料ガス(TMG、TMA、NH3、SiH4)を供給することにより、GaN層接合基板のGaN層(III族窒化物半導体層20a)の主面上に、厚さ50nmのn型Al0.1Ga0.9N中間層31を成長させた。次いで、反応室内の雰囲気圧力を101kPaに維持して基板温度を1100℃とした後、原料ガス(TMG、NH3、SiH4)を反応室内に供給することにより、n型Al0.1Ga0.9N中間層31上に厚さ2μmのn型GaNクラッド層32を成長させた。 Specifically, first, a GaN layer bonded substrate was placed on a susceptor placed in a reaction chamber of an MOCVD furnace. Next, by supplying a source gas (TMG, TMA, NH 3 , SiH 4 ) into the reaction chamber having a substrate temperature of 1050 ° C. and an atmospheric pressure of 101 kPa, a GaN layer (Group III nitride semiconductor layer) of the GaN layer bonded substrate An n-type Al 0.1 Ga 0.9 N intermediate layer 31 having a thickness of 50 nm was grown on the main surface 20a). Next, after maintaining the atmospheric pressure in the reaction chamber at 101 kPa and setting the substrate temperature to 1100 ° C., a source gas (TMG, NH 3 , SiH 4 ) is supplied into the reaction chamber, whereby n-type Al 0.1 Ga 0.9 N intermediate An n-type GaN cladding layer 32 having a thickness of 2 μm was grown on the layer 31.

次いで、n型GaNクラッド層32上に、以下の様にして、In0.01Ga0.99N障壁層33bおよびIn0.1Ga0.9N井戸層33wの対を6対重ねその最上層のIn0.1Ga0.9N井戸層33w上にさらにIn0.01Ga0.99N障壁層33bを重ねた多重量子井戸構造を有する発光層33を形成した。障壁層の形成においては、反応室内の雰囲気圧力を101kPaに維持して基板温度を900℃とした後、原料ガス(TMG、TMI、NH3)を反応室内に供給することにより、厚さ15nmのノンドープIn0.01Ga0.99N障壁層33bを成長させた。井戸層の形成においては、反応室内の雰囲気圧力を101kPaに維持すると共に、基板温度を800℃とした後、原料ガス(TMG、TMI、NH3)を反応室内に供給することにより、厚さ50nmのノンドープIn0.1Ga0.9N井戸層33wを形成する。かかる井戸層および障壁層の成長は必要な回数だけ繰り返される。 Next, six pairs of In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer 33b and In 0.1 Ga 0.9 N well layer 33w are stacked on the n-type GaN clad layer 32 in the following manner, and the uppermost In 0.1 Ga 0.9 N well is formed. The light emitting layer 33 having a multiple quantum well structure in which an In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer 33b was further stacked on the layer 33w was formed. In the formation of the barrier layer, the atmospheric pressure in the reaction chamber is maintained at 101 kPa and the substrate temperature is set to 900 ° C., and then a raw material gas (TMG, TMI, NH 3 ) is supplied into the reaction chamber to obtain a thickness of 15 nm. A non-doped In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer 33b was grown. In the formation of the well layer, the atmospheric pressure in the reaction chamber is maintained at 101 kPa, the substrate temperature is set to 800 ° C., and then a raw material gas (TMG, TMI, NH 3 ) is supplied into the reaction chamber to obtain a thickness of 50 nm. A non-doped In 0.1 Ga 0.9 N well layer 33w is formed. The growth of such well layers and barrier layers is repeated as many times as necessary.

その後、反応室内の雰囲気圧力を101kPaに維持すると共に基板温度を1050℃にとした後、原料ガス(TMG、TMA、NH3、Cp2Mg)を反応室内に供給して、発光層33上に厚さ20nmのp型Al0.12Ga0.88Nクラッド層34を成長させた。次いで、反応室内の雰囲気圧力を101kPaに維持すると共に基板温度を1050℃に維持して、原料ガス(TMG、NH3、Cp2Mg)を反応室内に供給して、p型Al0.12Ga0.88Nクラッド層34上に厚さ150nmのp型GaNコンタクト層35を成長させた。 Thereafter, the atmospheric pressure in the reaction chamber is maintained at 101 kPa and the substrate temperature is set to 1050 ° C., and then source gases (TMG, TMA, NH 3 , Cp 2 Mg) are supplied into the reaction chamber, A p-type Al 0.12 Ga 0.88 N cladding layer 34 having a thickness of 20 nm was grown. Next, the atmospheric pressure in the reaction chamber is maintained at 101 kPa, the substrate temperature is maintained at 1050 ° C., and source gases (TMG, NH 3 , Cp 2 Mg) are supplied into the reaction chamber, and p-type Al 0.12 Ga 0.88 N A p-type GaN contact layer 35 having a thickness of 150 nm was grown on the cladding layer 34.

次に、p型GaNコンタクト層35の主面の中央部上に、EB(電子ビーム)蒸着法により、p側電極36としてNi/Au電極を形成した。次いで、GaN層接合基板(III族窒化物半導体層接合基板1)のSi基板(異種基板10)の主面上に、EB蒸着法により、n側電極37としてTi/Al/Ti/Au電極を形成した。このようにして、III族窒化物半導体デバイス3である発光デバイス(より具体的にはLED(発光ダイオード))が得られた。   Next, a Ni / Au electrode was formed as the p-side electrode 36 on the central portion of the main surface of the p-type GaN contact layer 35 by EB (electron beam) evaporation. Next, a Ti / Al / Ti / Au electrode as an n-side electrode 37 is formed on the main surface of the Si substrate (different substrate 10) of the GaN layer bonded substrate (Group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1) by EB vapor deposition. Formed. In this way, a light-emitting device (more specifically, an LED (light-emitting diode)) that is the group III nitride semiconductor device 3 was obtained.

上記のようにして得られたLEDに、電流密度が100A/cm2となるように電流を印加して、LEDを発光させて、450nmの波長における発光強度とともに発光波長のばらつきを測定した。本実施例のLEDの発光強度および発光波長のばらつきは、それぞれ基板としてGaN層接合基板を同じ厚さのGaN自立基板に替えたこと以外は本実施例と同様の構造を有する典型的なLEDの発光強度および発光波長のばらつきと同等であった。すなわち、本実施例のLEDは、十分なLED特性を備えていた。 A current was applied to the LED obtained as described above so that the current density was 100 A / cm 2 to cause the LED to emit light, and the variation in emission wavelength was measured together with the emission intensity at a wavelength of 450 nm. The variation in the emission intensity and emission wavelength of the LED of this example is that of a typical LED having the same structure as this example, except that the GaN layer bonded substrate is replaced with a GaN free-standing substrate having the same thickness as the substrate. It was equivalent to the variation in emission intensity and emission wavelength. That is, the LED of this example had sufficient LED characteristics.

(実施例18)
[III族窒化物半導体デバイスの作製]
1.電子デバイスの作製
図4を参照して、実施例4で得られたGaN層接合基板(III族窒化物半導体層接合基板1)のGaN層(III族窒化物半導体層20a)の主面上に、MOCVD法により、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層40を成長させた。III族窒化物半導体エピタキシャル層40成長の際の原料としては、実施例17と同様の原料を用いた。
(Example 18)
[Production of Group III Nitride Semiconductor Device]
1. Production of Electronic Device Referring to FIG. 4, on the main surface of the GaN layer (Group III nitride semiconductor layer 20a) of the GaN layer bonded substrate (Group III nitride semiconductor layer bonded substrate 1) obtained in Example 4 At least one group III nitride semiconductor epitaxial layer 40 was grown by MOCVD. The same raw material as in Example 17 was used as a raw material for the growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer 40.

具体的には、まず、MOCVD炉の反応室内に配置されたサセプタ上にGaN層接合基板を配置した。次いで、1100℃の基板温度および101kPaの雰囲気圧力とした反応室内に原料ガス(TMG、TMA、NH3、SiH4)を供給することにより、GaN層接合基板のGaN層(III族窒化物半導体層20a)の主面上に、厚さ2μmのSiをドープしたn+型GaNバリア層41(キャリア濃度が2×1018cm-3)を成長させた。次いで、反応室内の雰囲気圧力および基板温度をそれぞれ101kPaおよび1100℃に維持して、原料ガス(TMG、NH3、SiH4)を反応室内に供給することにより、n+型GaNバリア層41上に厚さ12μmのn-型GaNドリフト層42(キャリア濃度が2×1016cm-3)を成長させた。 Specifically, first, a GaN layer bonded substrate was placed on a susceptor placed in a reaction chamber of an MOCVD furnace. Next, by supplying a source gas (TMG, TMA, NH 3 , SiH 4 ) into the reaction chamber having a substrate temperature of 1100 ° C. and an atmospheric pressure of 101 kPa, a GaN layer (Group III nitride semiconductor layer) of the GaN layer bonded substrate An n + -type GaN barrier layer 41 (carrier concentration 2 × 10 18 cm −3 ) doped with Si having a thickness of 2 μm was grown on the main surface of 20a). Subsequently, the atmospheric pressure and the substrate temperature in the reaction chamber are maintained at 101 kPa and 1100 ° C., respectively, and a source gas (TMG, NH 3 , SiH 4 ) is supplied into the reaction chamber, whereby the n + -type GaN barrier layer 41 is formed. An n -type GaN drift layer 42 (carrier concentration is 2 × 10 16 cm −3 ) having a thickness of 12 μm was grown.

上記のようにして得られた電子デバイスは、絶縁耐圧が960V、オン抵抗が2mΩ・cm-2であり、優れた特性を有していた。 The electronic device obtained as described above had excellent characteristics, with a withstand voltage of 960 V and an on-resistance of 2 mΩ · cm −2 .

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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 III族窒化物半導体層接合基板、3,4 III族窒化物半導体デバイス、10 異種基板、20 III族窒化物半導体基板、20a III族窒化物半導体層、20b 残部III族窒化物半導体基板、20i イオン注入領域、20m 主面、30,40 III族窒化物半導体エピタキシャル層、31 n型Al0.1Ga0.9N中間層、32 n型GaNクラッド層、33 発光層、33b In0.01Ga0.99N障壁層、33w In0.1Ga0.9N井戸層、34 p型Al0.12Ga0.88Nクラッド層、35 p型GaNコンタクト層、36 p側電極、37 n側電極、41 n+型GaNバリア層、42 n-型GaNドリフト層、43 ショットキー電極、44 オーミック電極。 1 Group III nitride semiconductor layer bonded substrate, 3,4 Group III nitride semiconductor device, 10 Heterogeneous substrate, 20 Group III nitride semiconductor substrate, 20a Group III nitride semiconductor layer, 20b Remaining group III nitride semiconductor substrate, 20i Ion implantation region, 20 m main surface, 30,40 group III nitride semiconductor epitaxial layer, 31 n-type Al 0.1 Ga 0.9 N intermediate layer, 32 n-type GaN cladding layer, 33 light emitting layer, 33b In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer, 33w In 0.1 Ga 0.9 n well layer, 34 p-type Al 0.12 Ga 0.88 n cladding layer, 35 p-type GaN contact layer, 36 p-side electrode, 37 n-side electrode, 41 n + -type GaN barrier layer, 42 n - -type GaN Drift layer, 43 Schottky electrode, 44 ohmic electrode.

Claims (5)

一方の主面側であって前記主面から所定の深さで形成されているイオン注入領域を含み、500μm以上の厚さを有するイオン注入III族窒化物半導体基板。   An ion-implanted group III nitride semiconductor substrate having a thickness of 500 μm or more, including an ion-implanted region formed at a predetermined depth on one main surface side from the main surface. 前記イオン注入領域のc軸の格子定数がイオン注入領域以外の領域のc軸の格子定数に比べて0.02Å以上大きい請求項1に記載のイオン注入III族窒化物半導体基板。   2. The ion-implanted group III nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein the c-axis lattice constant of the ion-implanted region is 0.020.0 or more larger than the c-axis lattice constant of a region other than the ion-implanted region. 前記イオン注入領域が着色している請求項1に記載のイオン注入III族窒化物半導体基板。   The ion-implanted group III nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein the ion-implanted region is colored. III族窒化物半導体層と、前記III族窒化物半導体層と化学組成が異なる異種基板とが接合しているIII族窒化物半導体層接合基板の製造方法であって、
500μm以上5cm以下の厚さを有するIII族窒化物半導体基板の一方の主面側であって前記主面から所定の深さにイオンを注入する工程と、
前記III族窒化物半導体基板の前記主面に前記異種基板を接合する工程と、
前記III族窒化物半導体基板を前記イオンが注入された領域において分離して前記異種基板に接合した前記III族窒化物半導体層を形成することにより、前記III族窒化物半導体層接合基板を得る工程と、を備えるIII族窒化物半導体層接合基板の製造方法。
A method for producing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate in which a group III nitride semiconductor layer and a heterogeneous substrate having a different chemical composition from the group III nitride semiconductor layer are bonded,
A step of implanting ions to a predetermined depth from one main surface side of the group III nitride semiconductor substrate having a thickness of 500 μm or more and 5 cm or less;
Bonding the heterogeneous substrate to the main surface of the group III nitride semiconductor substrate;
A step of obtaining the group III nitride semiconductor layer bonded substrate by forming the group III nitride semiconductor layer in which the group III nitride semiconductor substrate is separated in the region where the ions are implanted and bonded to the heterogeneous substrate. And a method for manufacturing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate.
請求項4の製造方法により得られたIII族窒化物半導体層接合基板を準備する工程と、
前記III族窒化物半導体層接合基板の前記III族窒化物半導体層の主面上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層を形成する工程と、を備えるIII族窒化物半導体デバイスの製造方法。
Preparing a group III nitride semiconductor layer bonded substrate obtained by the manufacturing method of claim 4;
Forming at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer on a main surface of the group III nitride semiconductor layer of the group III nitride semiconductor layer bonded substrate, and a method of manufacturing a group III nitride semiconductor device .
JP2009035706A 2009-02-18 2009-02-18 Manufacturing method of ion implantation group iii nitride semiconductor substrate, group iii nitride semiconductor layer junction substrate, and group iii nitride semiconductor device Withdrawn JP2010192698A (en)

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