JP2011187926A - 半導体基板、その製造方法、半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の半導体基板は、基板と、前記基板上に形成された第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に所定のパターン形状で形成された金属性材料層と、前記第1の半導体層上及び前記金属性材料層上に形成された第2の半導体層と、前記金属性材料層より下層部分の前記第1の半導体層に形成された空洞と、を有する。
【選択図】図1
Description
図1は、実施形態1に係る半導体基板100の製造方法の概略を示す図である。図1(A)は第1のGaN層を形成する工程を示す断面図、(B)はTa層を形成する工程を示す断面図、(C)は第2のGaN層及び空洞の形成途中を示す断面図、(D)は完成した半導体基板の断面図、(E)はサファイア基板を剥離する工程を示す断面図、(F)は完成したGaN基板の断面図である。
次に、上記半導体基板100の製造方法の具体例について、以下に説明する。本実施例1では、MOCVD装置を用いて第2のGaN層104を形成する過程について説明する。原料ガスとしてトリメチルガリウム(以下、TMGという)を用い、TMGを20μmol/minの流量で流しながら加熱温度を1045℃に設定して、結晶成長を5時間行った例を示す。また、本実施例1では、第1のGaN層102上にストライプ状に厚さが50nmのTa層103を形成している。
本実施例2では、MOCVD装置を用いて第2のGaN層104を形成する過程について説明する。原料ガスとしてTMGを用い、TMGを20μmol/minの流量で流しながら加熱温度を1045℃に設定して、結晶成長を5時間行った例を示す。また、本実施例2では、第1のGaN層102上にストライプ状に厚さが30nmのTa層103を形成している。
本実施例3では、MOCVD装置を用いて第2のGaN層104を形成する過程について説明する。原料ガスとしてTMGを用い、TMGを20μmol/minの流量で流しながら加熱温度を1045℃に設定して、結晶成長を5時間行った例を示す。また、本実施例3では、第1のGaN層102上にストライプ状に厚さが50nmのTa層103を形成している。
本実施例4では、MOCVD装置を用いて第2のGaN層104を形成する過程について説明する。原料ガスとしてTMGを用い、TMGを20μmol/minの流量で流しながら加熱温度を1045℃に設定して、結晶成長を5時間行った例を示す。また、本実施例4では、第1のGaN層102上にストライプ状に厚さが100nmのTa層103を形成している。
次に、上述の実施例1に対する比較例について説明する。この比較例では、MOCVD装置の設定条件を変更して、半導体基板100の第2のGaN層104を形成する具体例を説明する。
上記実施例1〜実施例4では、Ta層103の厚さを30nm,50nm,100nmに変更する例を示した。これらのようにTa層103の厚さを変更しても、第1のGaN層104中にはエッチングにより空洞102aが形成されることが確認できた。
上記実施形態1では、第1のGaN層102上にTa層103をストライプ状に形成し、このTa層103をエッチングマスクとして作用させて、Ta層103の下層の第1のGaN層102に空洞102aを形成させる場合を示した。本実施形態2では、エッチングマスクの材料として、TiとCrを用いる場合について説明する。
次に、上記Ti層301を形成した半導体基板300の製造方法の具体例について、以下に説明する。本実施例5では、MOCVD装置を用いて第2のGaN層104を形成する過程について説明する。原料ガスとしてTMGを用い、TMGを80μmol/minの流量で流しながら加熱温度を1045℃に設定して、結晶成長を50分行った例を示す。また、本実施例5では、第1のGaN層102上にストライプ状に厚さが50nmのTi層301を形成している。
次に、上述の実施例5に対する比較例2について説明する。この比較例2では、Ti層301の厚さを変更し、MOCVD装置の設定条件を変更して、半導体基板300の第2のGaN層104を形成する具体例を説明する。
次に、上記Cr層を形成した半導体基板300の製造方法の具体例について、以下に説明する。本実施例6の条件1では、MOCVD装置を用いて第2のGaN層104を形成する過程について説明する。原料ガスとしてTMGを用い、TMGを80μmol/minの流量で流しながら加熱温度を1060℃に設定して、結晶成長を40分行った例を示す。また、本実施例6の条件1では、第1のGaN層102上にストライプ状に厚さが23nmのCr層を形成している。
次に、上記実施例5及び6に示したTi層及びCr層以外の金属性材料層を形成して半導体基板を形成した比較例3について、以下に説明する。
本実施形態3では、第2のGaN層を形成する際に、第1のGaN層とTa層上に第2のGaN層の一部を形成した後、半導体基板を超音波洗浄してTa層を除去し、更に第2のGaN層を形成する製造方法について説明する。
本実施例1では、KOHを用いてTa層の除去に関する実験を行った。KOHを入れたNi坩堝をMOCVD装置(図示せず)内に入れて300℃で加熱した後、図24A(B)の第1のGaN層402上にTa層403を形成した半導体基板400をMOCVD装置内に挿入して3分間放置してエッチングを行った。このエッチング処理前後の半導体基板400表面のSEM鳥瞰写真を図30に示す。図30において、(A)はエッチング処理前の半導体基板400表面のSEM鳥瞰写真であり、(B)はエッチング処理後の半導体基板400表面のSEM鳥瞰写真である。図30(A)では半導体基板400表面にTa粒が残っていた。このエッチング処理後の図30(B)では図30(A)のTa粒は半導体基板400表面からなくなり、その表面は凹凸になった。したがって、このKOHを用いたエッチング処理では、半導体基板400表面からTa粒を除去できることを確認できた。
本実施例2では、KOHを用いてTaマスクの除去に関する実験を行った。KOHを入れたNi坩堝をMOCVD装置(図示せず)内に入れて200℃で加熱した後、図24A(B)の第1のGaN層402上にTaマスク403を形成した半導体基板400をMOCVD装置内に挿入して5分間放置してエッチングを行った。このエッチング処理前後の半導体基板400表面のSEM写真を図31に示す。図31において、(A)はエッチング処理前の半導体基板400表面の光学顕微鏡写真であり、(B)は(A)のA−A´線から見た断面を模式的に示す図、(C)はエッチング処理後の半導体基板400表面の光学顕微鏡写真であり、(D)はエッチング処理後の半導体基板400表面のSEM鳥瞰写真である。図31(A)及び(B)ではTaマスク403の下の第1のGaN層402に空洞402aが形成されている。このエッチング処理後の図31(C)及び(D)では図31(A)の第1のGaN層402の一部とTaマスク403がエッチングにより除去され、残った第1のGaN層402と空洞402aにより半導体基板400表面は凹凸になった。なお、空洞402a部分の底部にはサファイア基板401が露出している。したがって、このKOHを用いたエッチング処理では、Taマスク403を除去できることを確認できた。この場合、Taマスク403の間隔は2μm以下である場合に空洞402aが形成されて、Taマスク403の除去により半導体基板400表面は凹凸になることを確認した。
本実施例3では、HF水溶液を用いてTaマスクの除去に関する実験を行った。50%濃度のHF水溶液内に図24A(B)の第1のGaN層402上にTaマスク403を形成した半導体基板400を浸漬して24時間放置した後、半導体基板400を水で洗浄した。この処理前後の半導体基板400表面のSEM写真を図32に示す。図32において、(A)は処理前の半導体基板400表面の光学顕微鏡写真であり、(B)は処理前の半導体基板400表面のSEM鳥瞰写真であり、(C)は処理前の半導体基板400表面のSEM写真であり、(D)は処理後の半導体基板400表面の光学顕微鏡写真であり、(E)は処理後の半導体基板400表面のSEM鳥瞰写真であり、(F)は処理後の半導体基板400表面のSEM写真である。図32(B)ではTaマスク403の下の第1のGaN層402に空洞402aが形成されている。この処理後の図32(D)〜(F)では図32(A)〜(C)の第1のGaN層402の一部とTaマスク403が除去され、残った第1のGaN層402と空洞402aにより半導体基板400表面は凹凸になった。なお、空洞402a部分の底部にはサファイア基板401が露出している。したがって、このHF水溶液を用いた処理では、Taマスク403を除去できることを確認できた。
本実施例4では、NaOHを用いてTaマスクの除去に関する実験を行った。NaOHを入れたNi坩堝をMOCVD装置(図示せず)内に入れて300℃に加熱して、図24A(B)の第1のGaN層402上にTaマスク403を形成した半導体基板400に対して10分間エッチングを行った。このエッチング処理の後、半導体基板400を水で洗浄した。このエッチング処理前後の半導体基板400表面の光学顕微鏡写真を図34に示す。図34において、(A)はエッチング処理前の半導体基板400表面の光学顕微鏡写真であり、(B)は(A)を拡大した光学顕微鏡写真であり、(C)はエッチング処理後の半導体基板400表面の光学顕微鏡写真であり、(D)は(C)を拡大した光学顕微鏡写真である。このエッチング処理後の図35(C)では図34(A)及び(B)の第1のGaN層402の一部とTaマスク403が除去され、残った第1のGaN層402と空洞402aにより半導体基板400表面は凹凸になった。なお、凹部の底部にはサファイア基板401が露出している。したがって、このNaOHを用いたエッチング処理では、Taマスク403を除去できることを確認できた。
次に、上記実施形態1に示した半導体基板100上、又は、上記実施形態2に示した半導体基板300上、又は、上記実施形態3に示した半導体基板400上に形成した半導体デバイスの例として、LEDを形成した場合について図11を参照して説明する。
Claims (37)
- 基板と、
前記基板上に形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上に所定のパターン形状で形成された金属性材料層と、
前記第1の半導体層上及び前記金属性材料層上に形成された第2の半導体層と、
前記金属性材料層より下層部分の前記第1の半導体層に形成された空洞と、を有することを特徴とする半導体基板。 - 前記第1の半導体層と前記第2の半導体層は、同一又は異なる化合物半導体であり、
前記金属性材料層は、前記第2の半導体層を形成する際の加熱温度より高融点の金属性材料であることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板。 - 前記金属性材料層は、酸化膜を有し、前記酸化膜は前記第1の半導体層に対するマスクを形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体基板。
- 前記金属性材料層は、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に通じる複数の孔を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の半導体基板。
- 前記金属性材料層は、タンタルであり、その膜厚が5nmより厚く、前記第1の半導体層上に形成後、前記タンタルの表面が酸化タンタルで被われており、前記第1の半導体層と前記タンタルとの界面がタンタルと酸化タンタルで被われていることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板。
- 前記金属性材料層は、チタンであり、その膜厚が50nm以上であり、前記第1の半導体層に対するエッチングマスクを形成することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の半導体基板。
- 前記金属性材料層は、クロムであり、その膜厚が23nm以上であり、前記第1の半導体層に対するエッチングマスクを形成することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の半導体基板。
- 基板と、
前記基板上に形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上に形成された第2の半導体層と、
前記第1の半導体層に形成された空洞と、を有することを特徴とする半導体基板。 - 基板と、
前記基板上に形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上に形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層上に形成された第3の半導体層と、
前記第1の半導体層に形成された空洞と、を有することを特徴とする半導体基板。 - 前記基板は、サファイア基板又はシリコン基板等であることを特徴とする請求項1、8又は9に記載の半導体基板。
- 前記第1の半導体層は、GaN又はInGaAlN等のNを含む化合物半導体であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の半導体基板。
- 基板上に第1の半導体層を形成し、
前記第1の半導体層上に所定のパターン形状で金属性材料層を形成し、
前記第1の半導体層上及び前記金属性材料層上に第2の半導体層を形成するとともに、前記金属性材料層より下層部分の前記第1の半導体層に空洞を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 前記金属性材料層は、前記第1の半導体層上に一定の間隔及び幅でストライプ状に形成し、
前記第2の半導体層は、前記金属性材料層の幅の1/2倍以上の層厚に形成することを特徴とする請求項12に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記金属性材料層は、酸化膜を有し、前記酸化膜は前記第1の半導体層に対するマスクを形成することを特徴とする請求項12又は13に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記金属性材料層は、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に通じる複数の孔が形成される厚さに形成されることを特徴とする請求項12乃至14の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記第2の半導体層は、有機金属気相成長法を用いて形成し、前記第2の半導体層を成長させるとともに、前記金属性材料層が形成されていない部分の前記第1の半導体層を上層に向かって成長させることを特徴とする請求項12に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記第1の半導体層と前記第2の半導体層は、同一又は異なる化合物半導体材料を用いて形成し、
前記金属性材料層は、前記第2の半導体層を形成する際の加熱温度より高融点の金属性材料を用いて形成することを特徴とする請求項12乃至16の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記金属性材料層は、酸化膜を有し、前記酸化膜は前記第1の半導体層に対するマスクを形成するとともに、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に通じる複数の孔を形成し、
前記第2の半導体層を前記有機金属気相成長法を用いて形成する際に、前記金属性材料層が形成された部分の下層の前記第1の半導体層を前記金属性材料層及び酸素と反応させて前記複数の孔から蒸発させて、前記空洞を形成することを特徴とする請求項12乃至17の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記金属性材料層は、タンタルであり、その膜厚が5nmより厚く、前記第1の半導体層上に形成後、前記タンタルの表面が酸化タンタルで被われており、前記第1の半導体層と前記タンタルとの界面がタンタルと酸化タンタルで被われていることを特徴とする請求項12乃至18の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記金属性材料層は、チタンであり、その膜厚が50nm以上であり、前記第1の半導体層に対するエッチングマスクを形成することを特徴とする請求項12乃至18の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記金属性材料層は、クロムであり、その膜厚が23nm以上であり、前記第1の半導体層に対するエッチングマスクを形成することを特徴とする請求項12乃至18の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
- 基板上に第1の半導体層を形成し、
前記第1の半導体層上に所定のパターン形状で金属性材料層を形成し、
前記第1の半導体層上及び前記金属性材料層上に第2の半導体層の一部を形成し、
前記第2の半導体層の一部を形成した前記基板を溶液中に浸して前記金属性材料層を除去し、
前記第2の半導体層の一部上に更に当該第2の半導体層を形成するとともに、前記金属性材料層を除去した下層部分の前記第1の半導体層に空洞を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 基板上に第1の半導体層を形成し、
前記第1の半導体層上に所定のパターン形状で金属性材料層を形成し、
前記第1の半導体層上及び前記金属性材料層上に第2の半導体層を形成し、
前記第2の半導体層を形成した前記基板を溶液中に浸して前記金属性材料層を除去し、
前記第2の半導体層上に第3の半導体層を形成するとともに、前記金属性材料層を除去した下層部分の前記第1の半導体層に空洞を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 前記第2の半導体層の一部を形成した前記基板を前記溶液を用いて超音波洗浄して前記金属性材料層を除去することを特徴とする請求項22に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記第2の半導体層を形成した前記基板を前記溶液を用いて超音波洗浄して前記金属性材料層を除去することを特徴とする請求項23に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記溶液は、前記金属性材料層が溶けあるいは破壊され、且つ前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層が溶けない溶液であることを特徴とする請求項22乃至25の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記溶液は水、塩酸、水および塩酸、硫酸、水および硫酸、硝酸、水および硝酸、フッ化水素、水およびフッ化水素酸、水および水酸化ナトリウム、水および水酸化カリウムであることを特徴とする請求項22乃至26の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記第2の半導体層の一部を形成した前記基板を水を用いて超音波洗浄して前記金属性材料層を除去することを特徴とする請求項22に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記第2の半導体層を形成した前記基板を水を用いて超音波洗浄して前記金属性材料層を除去することを特徴とする請求項23に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記第1の半導体層は、GaN又はInGaAlN等のNを含む化合物半導体であることを特徴とする請求項12乃至23の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記基板は、サファイア基板又はシリコン系基板であることを特徴とする請求項12、22又は23に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記第1の半導体層に形成された前記空洞を利用して前記基板を剥離して、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層から形成された半導体基板を製造することを特徴とする請求項12、22又は23に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記基板を剥離する際に、レーザ・リフトオフ法を用いることを特徴とする請求項32に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記基板を剥離する際に、研磨法を用いることを特徴とする請求項32に記載の半導体基板の製造方法。
- 請求項1乃至11の何れか一項に記載の半導体基板上に形成される半導体デバイスであって、
前記第2の半導体層上に形成された第1の化合物半導体層と、
前記第1の化合物半導体層上に形成された活性層と、
前記第活性層上に形成された第2の化合物半導体層と、を少なくとも有することを特徴とする半導体デバイス。 - 請求項1乃至11の何れか一項に記載の半導体基板上に形成される半導体デバイスの製造方法であって、
前記第2の半導体層上に第1の化合物半導体層を形成し、
前記第1の化合物半導体層上に活性層を形成し、
前記第活性層上に第2の化合物半導体層を形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 前記基板を剥離する際に、前記サファイア基板およびSiやSiCといったデバイス用基板の2つに剥離することを特徴とする請求項32に記載の半導体基板の製造方法。
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