JP2011037666A - 窒化物半導体自立基板、窒化物半導体自立基板の製造方法、及び窒化物半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直径が40mm以上、厚さが100μm以上の窒化物半導体単結晶を準備しS10,S20、前記窒化物半導体単結晶の表面と、裏面と、側面との全体を保護膜で被覆して被覆基板を形成するS30。前記被覆基板を1300℃より高い温度下において20時間以上の熱処理S40を施した後、前記被覆基板から前記保護膜を除去して窒化物半導体自立基板を形成するS50。これにより、直径が40mm以上、厚さが100μm以上であり、転位密度が5×106/cm2以下であり、不純物濃度が4×1019/cm3以下であり、最大荷重が1mN以上50mN以下の範囲内におけるナノインデンテーション硬さが19.0GPa以上である窒化物半導体自立基板。
【選択図】図1A
Description
デバイスの製造に用いられる窒化物半導体自立基板において、直径が40mm以上、厚さが100μm以上であり、転位密度が5×106/cm2以下であり、不純物濃度が4×1019/cm3以下であり、最大荷重が1mN以上50mN以下の範囲内におけるナノインデンテーション硬さが19.0GPa以上である窒化物半導体自立基板が提供される。また、デバイスの製造に用いられる窒化物半導体自立基板の製造方法において、直径が40mm以上、厚さが100μm以上の窒化物半導体単結晶を準備する単結晶準備工程と、窒化物半導体単結晶の表面と、裏面と、側面との全体を保護膜で被覆して、被覆基板を形成するする被覆工程と、1300℃より高い温度下において20時間以上の熱処理を被覆基板に施す熱処理工程と、熱処理工程を経た被覆基板から保護膜を除去して窒化物半導体自立基板を形成する基板形成工程とを備える窒化物半導体自立基板の製造方法が提供される。
本実施の形態に係る窒化物半導体自立基板、窒化物半導体自立基板の製造方法、及び窒化物半導体デバイスは、本発明者が得た以下の知見によるものである。なお、以下の説明においては、窒化物半導体として窒化ガリウム(GaN)を例として説明する。
以下では、第1の方法及び第2の方法に効果がある理由を、GaN結晶中にGa空孔が導入される機構と併せて説明する。
本実施の形態に係る窒化物半導体自立基板は、直径が40mm以上、厚さが100μm以上であり、転位密度が5×106/cm2以下であり、不純物濃度が4×1019/cm3以下であり、最大荷重が1mN以上50mN以下の範囲内におけるナノインデンテーション硬さが19.0GPa以上である。窒化物半導体としては、例えば、GaN、AlNが挙げられる。本実施の形態に係る窒化物半導体自立基板は、有機金属気相成長法(MOVPE法)等の薄膜成長方法で成長した発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード(LD)、受光素子(PD)、又はトランジスタ構造の成長に適用することができる。すなわち、本実施の形態に係る窒化物半導体自立基板上に所定の構造を有する化合物半導体層を形成することにより、発光デバイス、受光デバイス、又は電子デバイスを製造することができる。また、本実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の最大荷重が1mN以上50mN以下の範囲内におけるナノインデンテーション硬さは、20.0GPa以上であることが好ましく、20.5GPa以上であることがより好ましく、21.0GPa以上であることが更に好ましい。
図1Aは、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造工程の流れの一例を示し、図1Bは、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体単結晶の製造工程の流れの一例を示す。
本実施の形態に係る窒化物半導体自立基板によれば、大面積(すなわち、直径≧40mm)であり、厚く(すなわち、厚さ≧100μm)、低転位(≦5×106/cm2)であり、かつ、低不純物濃度(≦4×1019/cm3)である窒化物半導体単結晶を得ることができる。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体自立基板によれば、実用的な厚さ大きさの窒化物半導体自立基板を加工歩留良く製作することができる。更に、本実施の形態に係る窒化物半導体自立基板によれば、当該窒化物半導体自立基板を用いた発光デバイス、受光デバイス、電子デバイスの低コスト化を実現できる。
比較例では、VAS法を用いて、表面がGa極性のC面に近い面であるSiをドープしたn型のGaN単結晶を製作した。VAS法によるGaN単結晶の製造は、図1Bにおいて説明したとおりである。すなわち、まず、種結晶基板としてボイド基板を準備した。ボイド基板は、サファイア基板上にMOVPE法等で厚さ300nm程度のGaN薄膜を成長した後、GaN薄膜の表面にTiを蒸着して、水素、アンモニア中で熱処理することでTi層をTiNの網目構造に変換しつつ、GaN層をボイド化した基板である。ボイド基板の上にHVPE法によりGaN層を厚く成長して、その後、ボイド部分よりサファイア基板を剥離して自立したGaN単結晶を得た。
HVPE法に代えて、MBE法、MOVPE法、昇華法のそれぞれを用いてGaN単結晶を成長する以外、実施例1〜7と同様にして変形例1に係るGaN自立基板を製造した。いずれの場合にも、実施例1〜7と略同様な結果が得られた。
実施例1、実施例2、実施例4〜7において採用した成長後のGaN単結晶に保護膜を堆積してアニールする手法を、安熱合成法、高圧合成法で成長したGaN単結晶に対して実施した。いずれの場合にも、実施例1、実施例2、及び実施例4〜7と略同様な結果が得られた。
保護膜堆積方法をプラズマCVD法、光CVD法、塗布法に変える以外、実施例1、実施例2、及び実施例4〜7と同様にして変形例3に係るGaN自立基板を製造した。いずれの場合にも、実施例1、実施例2、及び実施例4〜7と略同様な結果が得られた。
GaN結晶をAlN結晶に置き換える以外、実施例1〜7と同様にして、変形例4に係るAlN自立基板を製造した。この場合、AlNはGaNと略同じ挙動を示す結果が得られ、実施例1〜7と略同じ結果を得た。
Claims (11)
- 直径が40mm以上、厚さが100μm以上であり、転位密度が5×106/cm2以下であり、不純物濃度が4×1019/cm3以下であり、最大荷重が1mN以上50mN以下の範囲内におけるナノインデンテーション硬さが19.0GPa以上である窒化物半導体自立基板。
- C面から0°以上5°以下の範囲で傾斜した表面を有する請求項1に記載の窒化物半導体自立基板。
- M面から0°以上5°以下の範囲で傾斜した表面を有する請求項1に記載の窒化物半導体自立基板。
- 基板面内の各点での基板表面に対する法線に最も近い方向を向いた結晶軸の向きが、前記基板表面に沿う長さ10mmあたり0.1°以下のバラツキを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体自立基板。
- 10μm四方の領域のrms値が3nm以下である表面を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物半導体自立基板。
- 直径が40mm以上、厚さが100μm以上の窒化物半導体単結晶を準備する単結晶準備工程と、
前記窒化物半導体単結晶の表面と、裏面と、側面との全体を保護膜で被覆して、被覆基板を形成する被覆工程と、
1300℃より高い温度下において20時間以上の熱処理を前記被覆基板に施す熱処理工程と、
前記熱処理工程を経た前記被覆基板から前記保護膜を除去して窒化物半導体自立基板を形成する基板形成工程と
を備える窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 前記被覆工程は、前記保護膜として、非晶質のAlN膜、BN膜、Si酸化膜、Si窒化膜、及びSiC膜からなる群から選択されるいずれか1つを含む請求項6に記載の窒化物半導体自立基板の製造方法。
- 直径が40mm以上、厚さが100μm以上の窒化物半導体単結晶を加熱状態で成長して形成する単結晶形成工程と、
前記単結晶形成工程の直後、成長温度近傍にて前記窒化物半導体単結晶の表面に0.001分子層以上の厚さを有するSi窒化膜を形成するSi窒化膜形成工程と、
前記Si窒化膜が形成された前記窒化物半導体単結晶を室温まで冷却する冷却工程と、
冷却工程後、前記Si窒化膜を除去することにより窒化物半導体自立基板を形成する基板形成工程と
を備える窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 前記Si窒化膜形成工程は、0.018分子層以上の厚さを有する前記Si窒化膜を形成する請求項8に記載の窒化物半導体自立基板の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の窒化物半導体自立基板を含む窒化物半導体デバイス。
- 請求項6〜9のいずれか1項に記載の窒化物半導体自立基板の製造方法により製造された窒化物半導体自立基板を含む窒化物半導体デバイス。
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012246195A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Hitachi Cable Ltd | 半絶縁性窒化物半導体ウエハ、半絶縁性窒化物半導体自立基板及びトランジスタ、並びに半絶縁性窒化物半導体層の成長方法及び成長装置 |
JP2016117646A (ja) * | 2011-04-15 | 2016-06-30 | 三菱化学株式会社 | Iii族窒化物結晶の製造方法およびiii族窒化物結晶 |
JP2018090444A (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | 株式会社サイオクス | 窒化物結晶基板の製造方法および結晶成長用基板 |
JP2020019663A (ja) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社サイオクス | GaN結晶 |
JP2020019699A (ja) * | 2019-06-27 | 2020-02-06 | 株式会社サイオクス | GaN結晶 |
JP2020125230A (ja) * | 2019-02-06 | 2020-08-20 | 大陽日酸株式会社 | 窒化物半導体基板のアニール方法 |
JP2021031329A (ja) * | 2019-08-23 | 2021-03-01 | 三菱ケミカル株式会社 | c面GaN基板 |
JP2021082789A (ja) * | 2019-11-22 | 2021-05-27 | 株式会社アルバック | 窒化物半導体基板および窒化物半導体基板の製造方法 |
WO2023153154A1 (ja) * | 2022-02-10 | 2023-08-17 | 日本碍子株式会社 | Iii族元素窒化物半導体基板、エピタキシャル基板および機能素子 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012033708A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置の製造方法 |
US9806205B2 (en) * | 2014-08-01 | 2017-10-31 | Tokuyama Corporation | N-type aluminum nitride monocrystalline substrate |
CN108352327B (zh) * | 2015-11-02 | 2021-07-30 | 日本碍子株式会社 | 半导体元件用外延基板、半导体元件和半导体元件用外延基板的制造方法 |
KR102430501B1 (ko) * | 2015-12-29 | 2022-08-09 | 삼성전자주식회사 | 반도체 단결정구조, 반도체 디바이스 및 그 제조방법 |
JP7041461B2 (ja) * | 2016-10-27 | 2022-03-24 | 株式会社サイオクス | 半絶縁性結晶、n型半導体結晶およびp型半導体結晶 |
JP6913626B2 (ja) * | 2017-12-25 | 2021-08-04 | 株式会社サイオクス | 半導体積層物 |
WO2020154674A1 (en) * | 2019-01-24 | 2020-07-30 | The Regents Of The University Of California | Method for processing of semiconductor films with reduced evaporation and degradation |
CN112786743B (zh) * | 2021-01-26 | 2022-04-01 | 中国科学院半导体研究所 | 基于v坑调控的橙黄光led器件及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007217227A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN結晶の製造方法、GaN結晶基板および半導体デバイス |
JP2007534159A (ja) * | 2003-11-14 | 2007-11-22 | クリー インコーポレイテッド | 高品質ホモエピタキシ用微傾斜窒化ガリウム基板 |
JP2009018961A (ja) * | 2007-07-12 | 2009-01-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Iii族窒化物結晶の製造方法、iii族窒化物結晶基板およびiii族窒化物半導体デバイス |
JP2009184847A (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Ngk Insulators Ltd | Iii族窒化物単結晶の製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006044982A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物半導体単結晶基板とその合成方法 |
JP4816277B2 (ja) * | 2006-06-14 | 2011-11-16 | 日立電線株式会社 | 窒化物半導体自立基板及び窒化物半導体発光素子 |
-
2009
- 2009-08-11 JP JP2009186612A patent/JP5170030B2/ja active Active
- 2009-11-19 US US12/591,423 patent/US9779934B2/en active Active
-
2010
- 2010-03-24 CN CN201010148168.9A patent/CN101996862B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007534159A (ja) * | 2003-11-14 | 2007-11-22 | クリー インコーポレイテッド | 高品質ホモエピタキシ用微傾斜窒化ガリウム基板 |
JP2007217227A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN結晶の製造方法、GaN結晶基板および半導体デバイス |
JP2009018961A (ja) * | 2007-07-12 | 2009-01-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Iii族窒化物結晶の製造方法、iii族窒化物結晶基板およびiii族窒化物半導体デバイス |
JP2009184847A (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Ngk Insulators Ltd | Iii族窒化物単結晶の製造方法 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016117646A (ja) * | 2011-04-15 | 2016-06-30 | 三菱化学株式会社 | Iii族窒化物結晶の製造方法およびiii族窒化物結晶 |
JP2012246195A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Hitachi Cable Ltd | 半絶縁性窒化物半導体ウエハ、半絶縁性窒化物半導体自立基板及びトランジスタ、並びに半絶縁性窒化物半導体層の成長方法及び成長装置 |
JP2018090444A (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | 株式会社サイオクス | 窒化物結晶基板の製造方法および結晶成長用基板 |
JP2020019663A (ja) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社サイオクス | GaN結晶 |
JP2020125230A (ja) * | 2019-02-06 | 2020-08-20 | 大陽日酸株式会社 | 窒化物半導体基板のアニール方法 |
JP2020019699A (ja) * | 2019-06-27 | 2020-02-06 | 株式会社サイオクス | GaN結晶 |
JP7170595B2 (ja) | 2019-06-27 | 2022-11-14 | 株式会社サイオクス | GaN結晶 |
JP2021031329A (ja) * | 2019-08-23 | 2021-03-01 | 三菱ケミカル株式会社 | c面GaN基板 |
JP7379931B2 (ja) | 2019-08-23 | 2023-11-15 | 三菱ケミカル株式会社 | c面GaN基板 |
JP2021082789A (ja) * | 2019-11-22 | 2021-05-27 | 株式会社アルバック | 窒化物半導体基板および窒化物半導体基板の製造方法 |
JP7312402B2 (ja) | 2019-11-22 | 2023-07-21 | 株式会社アルバック | 窒化物半導体基板の製造方法 |
WO2023153154A1 (ja) * | 2022-02-10 | 2023-08-17 | 日本碍子株式会社 | Iii族元素窒化物半導体基板、エピタキシャル基板および機能素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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