JP2014201505A - Method of producing group iii nitride semiconductor substrate - Google Patents

Method of producing group iii nitride semiconductor substrate Download PDF

Info

Publication number
JP2014201505A
JP2014201505A JP2013081198A JP2013081198A JP2014201505A JP 2014201505 A JP2014201505 A JP 2014201505A JP 2013081198 A JP2013081198 A JP 2013081198A JP 2013081198 A JP2013081198 A JP 2013081198A JP 2014201505 A JP2014201505 A JP 2014201505A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride semiconductor
group iii
iii nitride
growth
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013081198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
裕次郎 石原
Yujiro Ishihara
裕次郎 石原
泰治 藤山
Taiji Fujiyama
泰治 藤山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Co Ltd filed Critical Furukawa Co Ltd
Priority to JP2013081198A priority Critical patent/JP2014201505A/en
Publication of JP2014201505A publication Critical patent/JP2014201505A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing a large-diameter group III nitride semiconductor substrate.SOLUTION: A method of producing a group III nitride semiconductor substrate includes: a preparation step of preparing a first group III nitride semiconductor layer 13 having the c-plane and a diameter expansion growth rate-limiting surface including at least one of the {1-102} plane, the {1-101} plane and the {hkil} plane (h, k and i are integers, other than 0, meeting the condition h+k=-i and l is a positive number) as exposed surfaces; and a first growth step of growing second group III nitride semiconductor layers 11 and 12 from the c-plane and the diameter expansion growth rate-limiting surface having the first group III nitride semiconductor layer 13, with the outer peripheral side surface of the first group III nitride semiconductor layer 13 exposed. In the first growth step, the second group III nitride semiconductor layers 11 and 12 are grown under conditions of accelerating growth from the diameter expansion growth rate-limiting surface.

Description

本発明は、III族窒化物半導体基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate.

特許文献1には、大口径の窒化物半導体自立基板を製造することを1つの課題とした窒化物半導体自立基板製造方法の発明が開示されている。当該発明では、種基板となる窒化物半導体自立基板上に、種基板と同種の窒化物半導体をエピタキシャル成長し、その後、エピタキシャル成長面と平行にスライスして2分割することで、1枚の種基板から2枚の窒化物半導体自立基板を製造する。   Patent Document 1 discloses an invention of a method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate, in which manufacturing a large-diameter nitride semiconductor free-standing substrate is an issue. In the present invention, a nitride semiconductor of the same type as the seed substrate is epitaxially grown on the nitride semiconductor free-standing substrate to be a seed substrate, and then sliced in parallel with the epitaxial growth surface and divided into two to form one seed substrate. Two nitride semiconductor free-standing substrates are manufactured.

特許文献2には、シード上でのGaN成長において、成長温度を高温にしたり、NH/GaNの比率を大にしたり、低圧にしたり、所望の温度勾配にしたり、流量を不均一にしたりしてボウル成長条件を調整することで、シードに垂直な方向とシードに平行な方向との両方に成長し、結果、大きな面積のウエハーが製造できると記載されている(特許文献2の明細書段落[0049])。そして、実施例として、開始時期のGaNシードの結晶面積を目立つほど減少させることなく成長したGaNボウルが示されている。なお、当該実施例では、処理中の塩酸に対するアンモニアの割合は約35に維持されたと記載されている(特許文献2の明細書段落[0116]、[0117])。 In Patent Document 2, in GaN growth on a seed, the growth temperature is increased, the ratio of NH 3 / GaN is increased, the pressure is decreased, a desired temperature gradient is set, or the flow rate is uneven. It is described that by adjusting the bowl growth conditions, the wafer grows in both the direction perpendicular to the seed and in the direction parallel to the seed, and as a result, a wafer with a large area can be manufactured (the paragraph of the specification of Patent Document 2). [0049]). As an example, a GaN bowl grown without significantly reducing the crystal area of the starting GaN seed is shown. In addition, in the said Example, it is described that the ratio of ammonia with respect to the hydrochloric acid under process was maintained at about 35 (patent document 2 specification paragraph [0116], [0117]).

特開2008−156189号公報JP 2008-156189 A 特表2003−527296号公報JP-T-2003-527296

本発明は、大口径のIII族窒化物半導体基板を製造する製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a manufacturing method for manufacturing a large-diameter group III nitride semiconductor substrate.

本発明によれば、
c面と、{1−102}面、{1−101}面及び{hkil}面(h、k、iはh+k=−iを満たす0を除く整数。lは正数。)の中の少なくとも1つを含む口径拡大成長律速面と、を露出面として有する第1のIII族窒化物半導体層を準備する準備工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の外周側面を露出させた状態で、前記第1のIII族窒化物半導体層が有するc面及び前記口径拡大成長律速面から、第2のIII族窒化物半導体層を成長させる第1の成長工程と、を有し、
前記第1の成長工程では、前記口径拡大成長律速面からの成長が促進される条件で、前記第2のIII族窒化物半導体層を成長させるIII族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
According to the present invention,
c-plane, and {1-102} plane, {1-101} plane, and {hkil} plane (h, k, i are integers other than 0 satisfying h + k = −i, l is a positive number). A preparatory step of preparing a first group III nitride semiconductor layer having, as an exposed surface, an enlarged-diameter growth rate limiting surface including one;
With the outer peripheral side surface of the first group III nitride semiconductor layer exposed, a second group III nitride is formed from the c-plane of the first group III nitride semiconductor layer and the diameter-enlarging growth rate controlling surface. A first growth step for growing a semiconductor layer,
In the first growth step, there is provided a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate in which the second group III nitride semiconductor layer is grown under conditions that promote growth from the diameter-enlarged growth rate-determining surface. .

また、本発明によれば、
第3のIII族窒化物半導体層の外周側面を露出させた状態で、前記第3のIII族窒化物半導体層の上に第4のIII族窒化物半導体層を成長させる第2の成長工程を有し、
前記第2の成長工程では、c面と、{1−102}面、{1−101}面及び{hkil}面(h、k、iはh+k=−iを満たす0を除く整数。lは正数。)の中の少なくとも1つを含む口径拡大成長律速面とを露出面として有するIII族窒化物半導体層を成長させた後、前記口径拡大成長律速面からの成長が促進される条件でIII族窒化物半導体層を成長させることで、前記第4のIII族窒化物半導体層を生成するIII族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
A second growth step of growing a fourth group III nitride semiconductor layer on the third group III nitride semiconductor layer with the outer peripheral side surface of the third group III nitride semiconductor layer exposed; Have
In the second growth step, c-plane, {1-102} plane, {1-101} plane, and {hkil} plane (h, k, i are integers excluding 0 satisfying h + k = −i. L is A growth rate-determining surface including at least one of the positive number) is exposed as a group III nitride semiconductor layer, and growth is promoted from the growth-limited surface-limited surface. There is provided a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for producing the fourth group III nitride semiconductor layer by growing a group III nitride semiconductor layer.

本発明によれば、大口径のIII族窒化物半導体基板を製造する製造方法が実現される。   According to the present invention, a manufacturing method for manufacturing a large-diameter group III nitride semiconductor substrate is realized.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板の断面模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional schematic diagram of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の断面模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional schematic diagram of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の断面模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional schematic diagram of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の断面模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional schematic diagram of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の断面模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional schematic diagram of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の断面模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional schematic diagram of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の断面模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional schematic diagram of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の断面模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional schematic diagram of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の断面模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross-sectional schematic diagram of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 図1の第1成長領域11の(0001)面と、III族窒化物半導体層13の(0001)面とを、図1中上から下方向に観察した図の一例である。FIG. 2 is an example of a diagram in which the (0001) plane of the first growth region 11 and the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13 in FIG. 1 are observed from the top to the bottom in FIG. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法に用いる装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the apparatus used for the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 比較例のGaNの断面を蛍光顕微鏡により観察した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the cross section of GaN of a comparative example was observed with the fluorescence microscope. 実施例のGaNの断面を蛍光顕微鏡により観察した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the cross section of GaN of an Example was observed with the fluorescence microscope. キャリアガス流量比と、成長温度と、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between carrier gas flow ratio, growth temperature, and angle (theta) which the 2nd line M and 1st line L 'make. V/III比と、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between V / III ratio and angle (theta) which the 2nd line M and 1st line L 'make. (0001)面及び{1−102}面を露出面として有するIII族窒化物半導体基板の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the group III nitride semiconductor substrate which has (0001) surface and {1-102} surface as an exposed surface. (0001)面、{1−102面}及び{1−101}面を露出面として有するIII族窒化物半導体基板の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram showing an example of a group III nitride semiconductor substrate having (0001) plane, {1-102 plane} and {1-101} plane as exposed surfaces. 参考技術を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a reference technique. キャリアガス流量比と、成長温度と、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between carrier gas flow ratio, growth temperature, and angle (theta) which the 2nd line M and 1st line L 'make.

以下、本発明のIII族窒化物半導体基板およびIII族窒化物半導体基板の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。   Hereinafter, embodiments of a group III nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings are only schematic diagrams for explaining the configuration of the invention, and the size, shape, number, and ratio of different member sizes are not limited to those shown in the drawings.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板は、(0001)面を成長面として成長し、(0001)面を第1主面、(000−1)面を第2主面として有する第1成長領域と、第1成長領域と異なる方向に成長し、第1成長領域の側壁に接している第2成長領域と、を有する。そして、第1主面に垂直な断面の中のいずれかの断面において、当該断面に現れる第1成長領域と第2成長領域との接合面を表す線の両端を通る直線を第1の線とし、当該断面に現れる第2主面を表す線を第2の線とすると、第1の線と第2の線とがなす角が、70°以上かつ180°より小さい状態が観察される。   The group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment grows with the (0001) plane as the growth plane, the first growth region having the (0001) plane as the first principal plane and the (000-1) plane as the second principal plane. And a second growth region grown in a different direction from the first growth region and in contact with the sidewall of the first growth region. Then, in any of the cross sections perpendicular to the first main surface, a straight line passing through both ends of the line representing the bonding surface between the first growth region and the second growth region appearing in the cross section is defined as the first line. When the line representing the second main surface appearing in the cross section is the second line, a state where the angle formed by the first line and the second line is 70 ° or more and smaller than 180 ° is observed.

まず、本実施形態の概念について説明する。   First, the concept of this embodiment will be described.

本発明者は、(0001)面と、{1−102}面、{1−101}面及び{hkil}面(h、k、iはh+k=−iを満たす0を除く整数。lは正数。以下同様。)の中の少なくとも1つを含む口径拡大成長律速面と、を露出面として有する種基板(III族窒化物半導体基板)、好ましくは、(0001)面を主面として有し、(0001)面と垂直な方向に観察した場合、(0001)面(主面)の周囲を連続的に又は断続的に口径拡大成長律速面が囲んでいる種基板の(0001)面及び口径拡大成長律速面を成長面とし、GaN基板の外周側面が露出した状態(口径拡大成長律速面が露出した状態)で、所定の成長条件でIII族窒化物半導体を成長させることで、大口径のIII族窒化物半導体を形成できることを見出した。   The inventor has (0001) plane, {1-102} plane, {1-101} plane, and {hkil} plane (h, k, i are integers excluding 0 satisfying h + k = −i. L is positive. A seed substrate (group III nitride semiconductor substrate) having an exposed surface, and preferably a (0001) surface as a main surface. , When observed in a direction perpendicular to the (0001) plane, the (0001) plane and the aperture of the seed substrate in which the periphery of the (0001) plane (main surface) is continuously or intermittently surrounded by the growth-rate limiting surface. By growing the group III nitride semiconductor under predetermined growth conditions in a state where the growth growth rate-determining surface is the growth surface and the outer peripheral side surface of the GaN substrate is exposed (a state in which the diameter expansion growth rate-limiting surface is exposed), It was found that a group III nitride semiconductor can be formed.

ここで、図16に、上述のような種基板の斜視模式図の一例を示す。図示する種基板は、(0001)面を主面として有し、(0001)面と垂直な方向に観察した場合、(0001)面の周囲を、{hkil}面と{1−102}面とで囲んでいる。{hkil}面はh、k、i、lの組み合わせによる複数の面から構成され、円錐台状となっている。{hkil}面と{1−102}面は交互に位置する。すなわち、{hkil}面は、互いに分離している2つの{1−102}面に挟まれている。なお、{hkil}面は、(0001)面に接している。   Here, FIG. 16 shows an example of a schematic perspective view of the seed substrate as described above. The seed substrate shown in the figure has a (0001) plane as a main surface, and when observed in a direction perpendicular to the (0001) plane, the {hkil} plane and the {1-102} plane around the (0001) plane. Enclosed in The {hkil} surface is composed of a plurality of surfaces by a combination of h, k, i, and l, and has a truncated cone shape. The {hkil} plane and the {1-102} plane are located alternately. That is, the {hkil} plane is sandwiched between two {1-102} planes that are separated from each other. Note that the {hkil} plane is in contact with the (0001) plane.

図17に、他の一例を示す。図示する種基板は、(0001)面を主面として有し、(0001)面と垂直な方向に観察した場合、(0001)面の周囲を、{hkil}面と{1−102}面と{1−101}面とで囲んでいる。{hkil}面はh、k、i、lの組み合わせによる複数の面から構成され、円錐台状となっている。{hkil}面と、{1−102}面及び{1−101}面とは、交互に位置する。すなわち、{hkil}面は、互いに分離している2つの{1−102}面に挟まれている。また、{hkil}面は、互いに分離している2つの{1−101}面に挟まれている。なお、{hkil}面は、(0001)面に接している。   FIG. 17 shows another example. The seed substrate shown in the figure has a (0001) plane as a main surface, and when observed in a direction perpendicular to the (0001) plane, the {hkil} plane and the {1-102} plane around the (0001) plane. Surrounded by the {1-101} plane. The {hkil} surface is composed of a plurality of surfaces by a combination of h, k, i, and l, and has a truncated cone shape. The {hkil} plane, the {1-102} plane, and the {1-101} plane are alternately positioned. That is, the {hkil} plane is sandwiched between two {1-102} planes that are separated from each other. Further, the {hkil} plane is sandwiched between two {1-101} planes that are separated from each other. Note that the {hkil} plane is in contact with the (0001) plane.

これらはあくまで一例であり、その他、種基板は、(0001)面を主面として有し、(0001)面と垂直な方向に観察した場合、(0001)面の周囲を、{hkil}面と{1−101}面とで囲んでいるもの、あるいは{hkil}面の代わりに、複数の微細な{1−102}面で囲んでいるもの、あるいは複数の微細な{1−101}面で構成された面で囲んでいるものであってもよい。また、{hkil}面は、単一の面でもよく、例えば{11−23}面などであってもよい。また、上記種基板の例において、(0001)面と垂直な方向に観察した場合、(0001)面の周囲にさらにその他の面が現れていてもよい。例えば、口径拡大成長律速面として、{1−100}面が現れていてもよい。   These are merely examples. In addition, the seed substrate has a (0001) plane as a main surface, and when observed in a direction perpendicular to the (0001) plane, the periphery of the (0001) plane is the {hkil} plane. What is surrounded by the {1-101} plane, or what is surrounded by a plurality of fine {1-102} planes, or a plurality of fine {1-101} planes, instead of the {hkil} plane It may be enclosed by a configured surface. Further, the {hkil} plane may be a single plane, for example, the {11-23} plane. Further, in the example of the seed substrate, when observed in a direction perpendicular to the (0001) plane, other planes may appear around the (0001) plane. For example, a {1-100} plane may appear as the diameter expansion growth rate limiting surface.

このような種基板を使用し、従来の一般的な成長条件(キャリアガス:水素、成長温度:1050°程度、V/III比:15程度等)でIII族窒化物半導体を成長させた場合、図18に示すように、成長が進むにつれて(0001)面が小さくなっていく。これは、口径拡大成長律速面からの成長速度が遅いため、口径拡大成長律速面が徐々に支配的になるためであると考えられる。   When using such a seed substrate and growing a group III nitride semiconductor under conventional general growth conditions (carrier gas: hydrogen, growth temperature: about 1050 °, V / III ratio: about 15, etc.) As shown in FIG. 18, the (0001) plane becomes smaller as the growth proceeds. This is thought to be because the growth rate-limiting surface is gradually dominant because the growth rate from the growth-rate-limiting surface is slow.

本実施形態では、上述のような種基板を使用し、口径拡大成長律速面からの成長が促進される成長条件でIII族窒化物半導体を成長させることで、成長が進むにつれて(0001)面が小さくなっていく不都合を抑制又は解消し、結果、大口径のIII族窒化物半導体を得る。   In this embodiment, a seed substrate as described above is used, and a group III nitride semiconductor is grown under growth conditions that promote growth from the diameter-enlarged growth rate-determining surface. The disadvantage of becoming smaller is suppressed or eliminated, and as a result, a large-diameter group III nitride semiconductor is obtained.

なお、本発明者は、上記に準じ、(0001)面を有する種基板(III族窒化物半導体基板)から(0001)面及び口径拡大成長律速面を露出面として有するIII族窒化物半導体を成長させた後、好ましくは、(0001)面を主面として有し、(0001)面と垂直な方向に観察した場合、(0001)面(主面)の周囲を連続的に又は断続的に口径拡大成長律速面が囲んでいるIII族窒化物半導体を成長させた後、当該III族窒化物半導体の(0001)面及び口径拡大成長律速面を成長面とし、GaN基板の外周側面が露出した状態(口径拡大成長律速面が露出した状態)で、所定の成長条件でIII族窒化物半導体を成長させることで、同様に、大口径のIII族窒化物半導体を形成できることを確認している。   In accordance with the above, the inventor has grown a group III nitride semiconductor having a (0001) plane and a diameter-enlarged growth rate-determining plane as an exposed surface from a seed substrate (group III nitride semiconductor substrate) having a (0001) plane. Preferably, after having the (0001) plane as a main surface, and when observed in a direction perpendicular to the (0001) plane, the aperture is continuously or intermittently around the (0001) plane (main surface). After the growth of the group III nitride semiconductor surrounded by the expansion growth rate-determining surface, the (0001) plane of the group III nitride semiconductor and the diameter-enlarged growth rate-limiting surface are used as the growth surface, and the outer peripheral side surface of the GaN substrate is exposed. In the same manner, it has been confirmed that a group III nitride semiconductor having a large diameter can be formed by growing a group III nitride semiconductor under predetermined growth conditions in a state where the diameter expansion growth rate controlling surface is exposed.

以下、本実施形態のIII族窒化物半導体基板およびIII族窒化物半導体基板の製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment and the method for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate will be described in detail.

図1に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の断面模式図の一例を示す。   FIG. 1 shows an example of a schematic cross-sectional view of a group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment.

図示するIII族窒化物半導体基板10は、III族窒化物半導体層13と、III族窒化物半導体層13から成長した第1成長領域11及び第2成長領域12とを有する。III族窒化物半導体層13、第1成長領域11及び第2成長領域12は、各々の[0001]方向が略平行となっている。図1に、[0001]方向を示している。   The group III nitride semiconductor substrate 10 shown in the figure has a group III nitride semiconductor layer 13 and a first growth region 11 and a second growth region 12 grown from the group III nitride semiconductor layer 13. In the group III nitride semiconductor layer 13, the first growth region 11, and the second growth region 12, each [0001] direction is substantially parallel. FIG. 1 shows the [0001] direction.

III族窒化物半導体層13は、例えば、GaN、AlGaN、AlN、InN、又は、InGaNである。III族窒化物半導体層13は、第1成長領域11及び第2成長領域12を成長させるための種基板である。   The group III nitride semiconductor layer 13 is, for example, GaN, AlGaN, AlN, InN, or InGaN. The group III nitride semiconductor layer 13 is a seed substrate for growing the first growth region 11 and the second growth region 12.

III族窒化物半導体層13は、(0001)面を有する。III族窒化物半導体層13は、図1に示すように、さらに、口径拡大成長律速面を有してもよい。図では、III族窒化物半導体層13が{1−102}面を露出面として有する例が示されている。(0001)面と垂直な方向にIII族窒化物半導体層13を観察した場合、(0001)面(主面)の周囲を連続的に又は断続的に口径拡大成長律速面が囲んでいるのが好ましい。図16及び17に、このようなIII族窒化物半導体層13の一例の斜視図を示している。   Group III nitride semiconductor layer 13 has a (0001) plane. As shown in FIG. 1, group III nitride semiconductor layer 13 may further have a diameter-enlarging growth rate-determining surface. In the figure, an example in which the group III nitride semiconductor layer 13 has a {1-102} plane as an exposed surface is shown. When the group III nitride semiconductor layer 13 is observed in a direction perpendicular to the (0001) plane, the periphery of the (0001) plane (main surface) is continuously or intermittently surrounded by an aperture-growing growth-controlling plane. preferable. FIGS. 16 and 17 are perspective views of an example of such a group III nitride semiconductor layer 13.

III族窒化物半導体層13の平面形状、平面の大きさ、厚さ等は設計的事項である。しかし、平面が大きいIII族窒化物半導体層13を用いるのが好ましい。このようにすれば、大口径なIII族窒化物半導体基板10が得られ易くなる。   The planar shape, planar size, thickness, etc. of group III nitride semiconductor layer 13 are design matters. However, it is preferable to use the group III nitride semiconductor layer 13 having a large plane. In this way, it becomes easy to obtain a large-diameter group III nitride semiconductor substrate 10.

図1に戻り、第1成長領域11は、III族窒化物半導体層13の(0001)面を成長面として成長し、(0001)面を第1主面、(000−1)面を第2主面として有する。図1に示す例の場合、第1主面は露出しており、第2主面はIII族窒化物半導体層13と接している。図示するように、第2主面は、第1主面の裏側の面(反対側の面)である。   Returning to FIG. 1, the first growth region 11 grows with the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13 as the growth plane, the (0001) plane as the first principal plane, and the (000-1) plane as the second plane. It has as a main surface. In the example shown in FIG. 1, the first main surface is exposed and the second main surface is in contact with the group III nitride semiconductor layer 13. As shown in the drawing, the second main surface is a surface (opposite surface) on the back side of the first main surface.

第1成長領域11は、例えば、GaN、AlGaN、AlN、InN、又は、InGaNである。   The first growth region 11 is, for example, GaN, AlGaN, AlN, InN, or InGaN.

第1成長領域11の厚さは、例えば、1mm以上100mm以下である。第1成長領域は、[0001]方向に進むに従い、m軸方向に拡大していてもよい。また、第1成長領域は、[0001]方向に進むに従い、a軸方向に拡大していてもよい。また、第1成長領域は、[0001]方向に進むに従い、a軸方向及びm軸方向両方に拡大していてもよい。   The thickness of the 1st growth field 11 is 1 mm or more and 100 mm or less, for example. The first growth region may expand in the m-axis direction as it proceeds in the [0001] direction. The first growth region may expand in the a-axis direction as it proceeds in the [0001] direction. Further, the first growth region may expand in both the a-axis direction and the m-axis direction as it proceeds in the [0001] direction.

第2成長領域12は、第1成長領域11と異なる方向に成長し、第1成長領域11の側壁に接している。第2成長領域12は、口径拡大成長律速面を露出面として有する。   The second growth region 12 grows in a different direction from the first growth region 11 and is in contact with the side wall of the first growth region 11. The second growth region 12 has a diameter-enlarged growth rate-limiting surface as an exposed surface.

図1に示す例の場合、第2成長領域12は、III族窒化物半導体層13の{1−102}面を成長面として成長している。そして、第2成長領域12は{1−102}面を露出面として有している。なお、第2成長領域12は、図1に示すように、III族窒化物半導体層13が露出面として有する口径拡大成長律速面と同じ口径拡大成長律速面を露出面として有してもよいし、当該面に代えて他の口径拡大成長律速面を露出面として有してもよいし、同じ口径拡大成長律速面と他の口径拡大成長律速面の両方を有してもよい。さらに、口径拡大成長律速面以外の面が露出面として含まれていてもよい。すなわち、III族窒化物半導体層13が露出面として有する口径拡大成長律速面は、第2成長領域12の成長が進むにつれて小さくなってもよいし、その結果消滅してもよい。第2成長領域12の成長が進むに従いIII族窒化物半導体層13が露出面として有する口径拡大成長律速面が小さくなると、それに伴い、その他の口径拡大成長律速面が現れるとともに、大きくなってもよい。この成長過程で、拡大成長律速面以外の面が露出面として現れ、第2成長領域12の露出面に含まれていてもよい。   In the case of the example shown in FIG. 1, the second growth region 12 is grown with the {1-102} plane of the group III nitride semiconductor layer 13 as the growth plane. The second growth region 12 has a {1-102} plane as an exposed surface. As shown in FIG. 1, the second growth region 12 may have the same enlarged diameter growth growth limiting surface as the exposed surface of the group III nitride semiconductor layer 13 as the exposed surface. Instead of this surface, another diameter expansion growth rate-limiting surface may be provided as the exposed surface, or both the same diameter expansion growth rate-limiting surface and another diameter expansion growth rate-limiting surface may be provided. Furthermore, a surface other than the diameter-enlarging growth rate-limiting surface may be included as the exposed surface. That is, the diameter-enlarging growth rate-determining surface of the group III nitride semiconductor layer 13 as an exposed surface may be reduced as the growth of the second growth region 12 proceeds, or may disappear as a result. As the growth of the second growth region 12 progresses, the diameter-enlarging growth rate-determining surface of the group III nitride semiconductor layer 13 as an exposed surface becomes smaller. . In this growth process, a surface other than the expansion growth rate limiting surface may appear as an exposed surface and may be included in the exposed surface of the second growth region 12.

第2成長領域12は、例えば、GaN、AlGaN、AlN、InN、又は、InGaNである。   The second growth region 12 is, for example, GaN, AlGaN, AlN, InN, or InGaN.

図1に示すIII族窒化物半導体基板10を図中上から下方向に観察(平面視)した場合、第2成長領域12は、第1成長領域11の周囲を連続的に、又は、断続的に囲んでいてもよい。   When the group III nitride semiconductor substrate 10 shown in FIG. 1 is observed from the top to the bottom in the drawing (in plan view), the second growth region 12 is continuously or intermittently around the first growth region 11. It may be surrounded by.

ここで、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10は、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中のいずれかの断面において、以下で説明する特徴的な状態が観察される。なお、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、好ましくはすべての断面において、以下で説明する特徴的な状態が観察されてもよい。   Here, the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment is described below in any one of the cross sections perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. A general state is observed. It should be noted that the characteristic states described below may be observed in most of the cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, preferably all cross sections.

図1は、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面を示している。図1に示すように、当該断面に現れる第1成長領域11と第2成長領域12との接合面を表す線Lの両端(点A1と点B1、点A2と点B2)を通る直線を第1の線L´とし、当該断面に現れる第1成長領域11の第2主面((000−1)面)を表す線を第2の線Mとすると、第1の線L´と第2の線Mとがなす角θ1及びθ2(0°より大、かつ、180°より小)の少なくとも一方、好ましくは両方が、70°以上かつ180°より小さい状態が観察される。以下、当該状態を「上記特徴的な状態」という。   FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. As shown in FIG. 1, straight lines passing through both ends (points A1 and B1, points A2 and B2) of the line L representing the joint surface between the first growth region 11 and the second growth region 12 appearing in the cross section are shown. Assuming that a line representing the second main surface ((000-1) plane) of the first growth region 11 appearing in the cross section is a second line M, the first line L ′ and the second line L ′ It is observed that at least one of the angles θ1 and θ2 (greater than 0 ° and smaller than 180 °), preferably both, formed by the line M is 70 ° or more and less than 180 °. Hereinafter, this state is referred to as “the characteristic state”.

結果、第1成長領域11の第1主面((0001)面)は、種基板であるIII族窒化物半導体層13の(0001)面と同等の大きさ、又は、III族窒化物半導体層13の(0001)面と同じ大きさ、又は、III族窒化物半導体層13の(0001)面よりも大きい状態となっている。   As a result, the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11 has the same size as the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13 that is the seed substrate, or the group III nitride semiconductor layer. 13 is the same size as the (0001) plane or larger than the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13.

なお、1つの断面に現れるθ1とθ2は同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。ちなみに、図1においては、90°<θ1<180°、90°<θ2<180°となっている。第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、例えばすべての断面において90°<θ1<180°、90°<θ2<180°となっている状態が観察される場合、第1成長領域11の第1主面((0001)面)は、III族窒化物半導体層13の(0001)面よりも大きい状態となっている。   Note that θ1 and θ2 appearing in one cross section may be the same value or different values. Incidentally, in FIG. 1, they are 90 ° <θ1 <180 ° and 90 ° <θ2 <180 °. Most of the cross sections perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, for example, 90 ° <θ1 <180 ° and 90 ° <θ2 <180 ° in all cross sections. When the state is observed, the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11 is larger than the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13.

以下の実施例で実際に示すが、蛍光顕微鏡を用いて断面を観察すれば、第1成長領域11と第2成長領域12との接合面を表す線L、及び、第1成長領域11の第2主面((000−1)面)を表す第2の線Mが観察できる。   As actually shown in the following examples, when a cross section is observed using a fluorescence microscope, the line L representing the bonding surface between the first growth region 11 and the second growth region 12 and the first growth region 11 A second line M representing the two principal surfaces ((000-1) surface) can be observed.

図2に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の他の例を示す。   FIG. 2 shows another example of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment.

当該例のIII族窒化物半導体基板10は、図1の例と比べて、III族窒化物半導体層13の構成が異なる。具体的には、III族窒化物半導体層13は、口径拡大成長律速面を有さない。その他の構成は、図1のIII族窒化物半導体基板10と同様である。   The group III nitride semiconductor substrate 10 of this example is different from the example of FIG. 1 in the configuration of the group III nitride semiconductor layer 13. Specifically, the group III nitride semiconductor layer 13 does not have a diameter-enlarging growth rate-determining surface. Other configurations are the same as those of the group III nitride semiconductor substrate 10 of FIG.

III族窒化物半導体層13が口径拡大成長律速面を有さない場合であっても、第1成長領域11及び第2成長領域12を成長させる初期段階で口径拡大成長律速面を露出させ、その後、口径拡大成長律速面からの成長が促進される成長条件でIII族窒化物半導体を成長させることで、図2に示すようなIII族窒化物半導体基板10が得られる。   Even when the group III nitride semiconductor layer 13 does not have a diameter-enlarging growth rate-determining surface, the diameter-enlarging growth rate-limiting surface is exposed in the initial stage of growing the first growth region 11 and the second growth region 12, and then The group III nitride semiconductor substrate 10 as shown in FIG. 2 is obtained by growing the group III nitride semiconductor under the growth conditions that promote the growth from the growth rate limiting surface.

当該例のIII族窒化物半導体基板10も、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中のいずれかの断面において、上記特徴的な状態が観察される。なお、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、好ましくはすべての断面において、上記特徴的な状態が観察されてもよい。   Also in the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example, the characteristic state is observed in any one of the cross sections perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. . It should be noted that the above-mentioned characteristic state may be observed in most of the cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, preferably all cross sections.

図3に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の他の例を示す。   FIG. 3 shows another example of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment.

当該例のIII族窒化物半導体基板10は、図1又は図2に示すIII族窒化物半導体基板10からIII族窒化物半導体層13を除去したものである。なお、III族窒化物半導体層13の除去に起因して、第2成長領域12の一部が除去されてもよいし、さらに、第1成長領域11の一部が除去されてもよい。当該例においては、第1成長領域11の第1主面((0001)面)及び第2主面((000−1)面)が露出している。   The group III nitride semiconductor substrate 10 of this example is obtained by removing the group III nitride semiconductor layer 13 from the group III nitride semiconductor substrate 10 shown in FIG. 1 or FIG. Note that a part of the second growth region 12 may be removed or a part of the first growth region 11 may be removed due to the removal of the group III nitride semiconductor layer 13. In this example, the first main surface ((0001) surface) and the second main surface ((000-1) surface) of the first growth region 11 are exposed.

当該例のIII族窒化物半導体基板10も、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中のいずれかの断面において、上記特徴的な状態が観察される。なお、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、好ましくはすべての断面において、上記特徴的な状態が観察されてもよい。   Also in the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example, the characteristic state is observed in any one of the cross sections perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. . It should be noted that the above-mentioned characteristic state may be observed in most of the cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, preferably all cross sections.

図4に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の他の例を示す。   FIG. 4 shows another example of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment.

当該例のIII族窒化物半導体基板10は、図3の例と比べて、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面に現れる第1成長領域11と第2成長領域12との接合面を表す線Lが、曲線である点で異なる。なお、図示しないが、線Lは曲線と直線が混じっていてもよいし(例:図4に示す左側の線Lが曲線と直線で構成される)、また、曲線の線Lと直線の線Lが混じっていてもよい(例:図4に示す左側の線Lは曲線で、右側の線Lは直線)。その他の構成は、図3の例と同様である。   Compared with the example of FIG. 3, the group III nitride semiconductor substrate 10 of this example has the first growth region 11 and the second growth region 11 appearing in a cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. The line L representing the bonding surface with the growth region 12 is different in that it is a curve. Although not shown, the line L may be a mixture of a curve and a straight line (for example, the left line L shown in FIG. 4 is composed of a curve and a straight line), or the curved line L and the straight line L may be mixed (for example, the left line L shown in FIG. 4 is a curve, and the right line L is a straight line). Other configurations are the same as those in the example of FIG.

図3の例の場合、線Lは直線であったため、線Lの両端を通る直線である第1の線L´は、線Lと重なっていた。図4に示す例の場合、線Lは曲線であるため、線Lと第1の線L´は完全には重ならない。このような場合であっても、図4に示すように、第1の線L´は、線Lの両端(点A1と点B1、点A2と点B2)を通る直線として定義され、第1の線L´と第2の線Mとがなす角θ1、θ2が、70°以上かつ180°より小さい状態が観察される。   In the case of the example in FIG. 3, the line L is a straight line, and thus the first line L ′ that is a straight line passing through both ends of the line L overlaps the line L. In the case of the example shown in FIG. 4, since the line L is a curve, the line L and the first line L ′ do not completely overlap. Even in such a case, as shown in FIG. 4, the first line L ′ is defined as a straight line passing through both ends of the line L (point A1 and point B1, point A2 and point B2). It is observed that the angles θ1 and θ2 formed by the line L ′ and the second line M are 70 ° or more and smaller than 180 °.

すなわち、当該例のIII族窒化物半導体基板10も、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中のいずれかの断面において、上記特徴的な状態が観察される。なお、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、好ましくはすべての断面において、上記特徴的な状態が観察されてもよい。   That is, the group III nitride semiconductor substrate 10 of this example also observes the above characteristic state in any cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. Is done. It should be noted that the above-mentioned characteristic state may be observed in most of the cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, preferably all cross sections.

図5に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の他の例を示す。   FIG. 5 shows another example of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment.

当該例のIII族窒化物半導体基板10は、図3の例と比べて、III族窒化物半導体基板10の側壁が一部除去され、側面が第1成長領域11の第1主面((0001)面)と略垂直になっている点で異なる。その他の構成は、図3の例と同様である。なお、図4の例のように、線Lが曲線を含んでもよい。   Compared to the example of FIG. 3, the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example has a side wall of the group III nitride semiconductor substrate 10 partially removed, and the side surface is the first main surface ((0001) of the first growth region 11. ) Surface) and is substantially perpendicular. Other configurations are the same as those in the example of FIG. Note that, as in the example of FIG. 4, the line L may include a curve.

当該例のIII族窒化物半導体基板10も、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中のいずれかの断面において、上記特徴的な状態が観察される。なお、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、好ましくはすべての断面において、上記特徴的な状態が観察されてもよい。   Also in the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example, the characteristic state is observed in any one of the cross sections perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. . It should be noted that the above-mentioned characteristic state may be observed in most of the cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, preferably all cross sections.

図6に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の他の例を示す。   FIG. 6 shows another example of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment.

当該例のIII族窒化物半導体基板10は、図5の例と比べて、III族窒化物半導体基板10の側壁の除去量が多くなっており、結果、第1成長領域11の一部も削られている。その他の構成は、図5の例と同様である。なお、図4の例のように、線Lが曲線を含んでもよい。   In the group III nitride semiconductor substrate 10 of this example, the amount of removal of the side wall of the group III nitride semiconductor substrate 10 is larger than that of the example of FIG. 5, and as a result, a part of the first growth region 11 is also removed. It has been. Other configurations are the same as those in the example of FIG. Note that, as in the example of FIG. 4, the line L may include a curve.

図6の例の場合、線Lの両端の位置が、図5の例と比べて異なる。しかし、図6の例の場合であっても、線Lは、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面に現れる第1成長領域11と第2成長領域12との接合面を表す線であり、第1の線L´は、線Lの両端(点A1と点B1、点A2と点B2)を通る直線として定義される。   In the case of the example of FIG. 6, the positions of both ends of the line L are different from those of the example of FIG. However, even in the example of FIG. 6, the line L has the first growth region 11 and the second growth region 12 that appear in a cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. The first line L ′ is defined as a straight line passing through both ends of the line L (point A1 and point B1, point A2 and point B2).

当該例のIII族窒化物半導体基板10も、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中のいずれかの断面において、上記特徴的な状態が観察される。なお、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、好ましくはすべての断面において、上記特徴的な状態が観察されてもよい。   Also in the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example, the characteristic state is observed in any one of the cross sections perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. . It should be noted that the above-mentioned characteristic state may be observed in most of the cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, preferably all cross sections.

図7に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の他の例を示す。   FIG. 7 shows another example of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment.

当該例のIII族窒化物半導体基板10は、図3の例と比べて、θ1及びθ2の角度が異なる。具体的には、図3の例では、θ1及びθ2は、90°より大きかったが、当該例では、θ1及びθ2は90°となっている。その他の構成は、図3の例と同様である。なお、図4の例のように、線Lが曲線を含んでもよい。   The group III nitride semiconductor substrate 10 of the example has different angles of θ1 and θ2 compared to the example of FIG. Specifically, in the example of FIG. 3, θ1 and θ2 are larger than 90 °, but in this example, θ1 and θ2 are 90 °. Other configurations are the same as those in the example of FIG. Note that, as in the example of FIG. 4, the line L may include a curve.

当該例のIII族窒化物半導体基板10も、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中のいずれかの断面において、上記特徴的な状態(θ1=90°、θ2=90°)が観察される。第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、例えばすべての断面においてθ1=90°、θ2=90°となっている状態が観察される場合、第1成長領域11の第1主面((0001)面)は、III族窒化物半導体層13の(0001)面と同じ大きさ、又は、ほぼ同じ大きさとなっている。なお、θ1及びθ2のいずれか一方が、90°より大かつ180°より小となっていてもよい。   The group III nitride semiconductor substrate 10 of the example also has the above characteristic state (θ1 = 90) in any cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. °, θ2 = 90 °) is observed. When most of the cross sections perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11 are observed, for example, a state where θ1 = 90 ° and θ2 = 90 ° is observed in all cross sections. The first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11 has the same size or almost the same size as the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13. One of θ1 and θ2 may be larger than 90 ° and smaller than 180 °.

図8に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の他の例を示す。   FIG. 8 shows another example of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment.

当該例のIII族窒化物半導体基板10は、図3の例と比べて、θ1及びθ2の角度が異なる。具体的には、図3の例では、θ1及びθ2は、90°より大きかったが、当該例では、θ1及びθ2は90°より小さくなっている。その他の構成は、図3の例と同様である。なお、図4の例のように、線Lが曲線を含んでもよい。   The group III nitride semiconductor substrate 10 of the example has different angles of θ1 and θ2 compared to the example of FIG. Specifically, in the example of FIG. 3, θ1 and θ2 are larger than 90 °, but in the example, θ1 and θ2 are smaller than 90 °. Other configurations are the same as those in the example of FIG. Note that, as in the example of FIG. 4, the line L may include a curve.

当該例のIII族窒化物半導体基板10も、上記特徴的な状態(70°≦θ1<90°、70°≦θ2<90°)が観察される。第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、好ましくはすべての断面において70°≦θ1<90°、70°≦θ2<90°となっている状態が観察される場合、第1成長領域11の第1主面((0001)面)は、III族窒化物半導体層13の(0001)面とほぼ同等な大きさ(やや小さい)となっている。なお、θ1及びθ2のいずれか一方が、90°以上かつ180°より小となっていてもよい。   In the group III nitride semiconductor substrate 10 of this example, the above characteristic state (70 ° ≦ θ1 <90 °, 70 ° ≦ θ2 <90 °) is observed. Most of the cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, preferably 70 ° ≦ θ1 <90 ° and 70 ° ≦ θ2 <90 ° in all cross sections. When the state is observed, the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11 is substantially the same size (slightly smaller) as the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13. ing. Note that one of θ1 and θ2 may be 90 ° or more and smaller than 180 °.

図9に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の他の例を示す。   FIG. 9 shows another example of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment.

当該例のIII族窒化物半導体基板10は、図8の例と比べて、III族窒化物半導体基板10の側壁が一部除去され、側面の一部が第1成長領域11の第1主面((0001)面)と略垂直になっている点で異なる。その他の構成は、図8の例と同様である。なお、図4の例のように、線Lが曲線を含んでもよい。   Compared with the example of FIG. 8, the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example has a side wall of the group III nitride semiconductor substrate 10 partially removed, and a part of the side surface is the first main surface of the first growth region 11. It differs in that it is substantially perpendicular to ((0001) plane). Other configurations are the same as those in the example of FIG. Note that, as in the example of FIG. 4, the line L may include a curve.

当該例のIII族窒化物半導体基板10は、図8の例と異なり、第1成長領域11及び第2成長領域12の一部が削られている。結果、線Lの両端の位置が、図8の例と比べて異なる。しかし、図9の例の場合であっても、線Lは、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面に現れる第1成長領域11と第2成長領域12との接合面を表す線であり、第1の線L´は、線Lの両端(点A1と点B1、点A2と点B2)を通る直線として定義される。   Unlike the example of FIG. 8, the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example has a part of the first growth region 11 and the second growth region 12 cut away. As a result, the positions of both ends of the line L are different from the example of FIG. However, even in the example of FIG. 9, the line L appears in the first growth region 11 and the second growth region 12 that appear in a cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. The first line L ′ is defined as a straight line passing through both ends of the line L (point A1 and point B1, point A2 and point B2).

当該例のIII族窒化物半導体基板10も、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中のいずれかの断面において、上記特徴的な状態が観察される。なお、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面の中の大部分、好ましくはすべての断面において、上記特徴的な状態が観察されてもよい。   Also in the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example, the characteristic state is observed in any one of the cross sections perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. . It should be noted that the above-mentioned characteristic state may be observed in most of the cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, preferably all cross sections.

なお、上記例いずれにおいても、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面において、第2成長領域12が第1成長領域11を挟みこんでいた。すなわち、図中左右方向から、第2成長領域12が第1成長領域11を挟みこんでいた。しかし、第2成長領域12はいずれか一方の側のみに現れてもよい。すなわち、図中、左端のみ、または右端のみに第2成長領域12が現れてもよい。   In any of the above examples, the second growth region 12 sandwiches the first growth region 11 in a cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11. That is, the second growth region 12 sandwiched the first growth region 11 from the left-right direction in the figure. However, the second growth region 12 may appear only on one side. That is, in the drawing, the second growth region 12 may appear only at the left end or only at the right end.

また、図1、2、3、4、7及び8では、図中左右方向から第1成長領域11を挟みこんでいる2つの第2成長領域12のいずれも、露出面が{1−102}面となっているが、少なくとも一方が、その他の口径拡大成長律速面であってもよいし、又は、2つ以上の口径拡大成長律速面を含んだ面であってもよい。   Further, in FIGS. 1, 2, 3, 4, 7 and 8, the exposed surface of each of the two second growth regions 12 sandwiching the first growth region 11 from the left-right direction in the drawing is {1-102}. Although it is a surface, at least one of them may be another aperture expansion growth rate-limiting surface or a surface including two or more aperture expansion growth rate-limiting surfaces.

また、図3乃至図9に示す例のように、第1成長領域11の第1主面((0001)面)に垂直な断面において2箇所、上記特徴的な状態が観察される場合、2つの上記特徴的な状態は、図3乃至9に示す例を任意に組み合わせたものとすることもできる。例えば、図3に示すIII族窒化物半導体基板10の右側の上記特徴的な状態が、図7のようになっていてもよい。   Further, as in the example shown in FIGS. 3 to 9, when the above characteristic state is observed at two places in the cross section perpendicular to the first main surface ((0001) plane) of the first growth region 11, 2 The above-described characteristic states can be arbitrarily combined with the examples shown in FIGS. For example, the characteristic state on the right side of the group III nitride semiconductor substrate 10 shown in FIG. 3 may be as shown in FIG.

また、図4乃至9に示す例のIII族窒化物半導体基板10が、図1及び2に示すように、III族窒化物半導体層13を含んでいてもよい。   Further, the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example shown in FIGS. 4 to 9 may include a group III nitride semiconductor layer 13 as shown in FIGS.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の斜視図は、第1成長領域11及び第2成長領域12を成長させる種基板(III族窒化物半導体層13)と同様、例えば図16及び17のように示される。   The perspective view of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment is the same as that of the seed substrate (group III nitride semiconductor layer 13) on which the first growth region 11 and the second growth region 12 are grown. As shown.

図10に、図1の第1成長領域11の(0001)面と、III族窒化物半導体層13の(0001)面とを、図1中上から下方向に観察した図の一例を示す。当該例のIII族窒化物半導体基板10は、第1成長領域11が[0001]方向に進むに従いm軸方向及びa軸方向に拡大している。図10に示すように、第1成長領域11の(0001)面は、III族窒化物半導体層13の(0001)面に比べて、m軸方向の幅及びa軸方向の幅いずれもが大きくなっている。結果、第1成長領域11の(0001)面は、III族窒化物半導体層13の(0001)面よりも面積が大きくなっている。   FIG. 10 shows an example of a diagram in which the (0001) plane of the first growth region 11 of FIG. 1 and the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13 are observed from the top to the bottom in FIG. The group III nitride semiconductor substrate 10 of the example expands in the m-axis direction and the a-axis direction as the first growth region 11 proceeds in the [0001] direction. As shown in FIG. 10, the (0001) plane of the first growth region 11 has a larger width in the m-axis direction and a width in the a-axis direction than the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13. It has become. As a result, the (0001) plane of the first growth region 11 has a larger area than the (0001) plane of the group III nitride semiconductor layer 13.

次に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の製造方法の一例を説明する。   Next, an example of the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate 10 of this embodiment is demonstrated.

当該例のIII族窒化物半導体基板10の製造方法は、準備工程と、準備工程の後に行われる第1の成長工程とを有する。   The manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example includes a preparation process and a first growth process performed after the preparation process.

準備工程では、c面及び口径拡大成長律速面を有する第1のIII族窒化物半導体層を準備する。第1のIII族窒化物半導体層は、例えば図1に示すIII族窒化物半導体層13や、図16及び図17に示すような基板が該当する。   In the preparation step, a first group III nitride semiconductor layer having a c-plane and a diameter-enlarging growth rate-determining surface is prepared. The first group III nitride semiconductor layer corresponds to, for example, the group III nitride semiconductor layer 13 shown in FIG. 1 or the substrate shown in FIGS. 16 and 17.

第1のIII族窒化物半導体層は、例えば以下のようにして製造することができる。例えば、同種基板又は異種基板である種基板の(0001)面上にIII族窒化物半導体層を成長させた後、種基板を取り除く。成長方法は特段制限されないが、例えばハイドライド気相成長法で、III族窒化物半導体層を成長させてもよい。   The first group III nitride semiconductor layer can be manufactured, for example, as follows. For example, after a group III nitride semiconductor layer is grown on the (0001) plane of a seed substrate that is the same or different kind of substrate, the seed substrate is removed. The growth method is not particularly limited, but the group III nitride semiconductor layer may be grown by, for example, a hydride vapor phase growth method.

得られたIII族窒化物半導体層にc面及び口径拡大成長律速面が露出面として含まれていれば、これを第1のIII族窒化物半導体層とすることができる。得られたIII族窒化物半導体層にc面が露出面として含まれるが、口径拡大成長律速面が露出面として含まれない場合、研磨等の加工により口径拡大成長律速面を露出させ、これを第1のIII族窒化物半導体層とすることができる。   If the obtained group III nitride semiconductor layer includes the c-plane and the diameter-enlarging growth rate-determining surface as exposed surfaces, this can be used as the first group III nitride semiconductor layer. When the c-plane is included as an exposed surface in the obtained group III nitride semiconductor layer, but the diameter-enlarged growth rate-determining surface is not included as the exposed surface, the diameter-enlarged growth-rate-limiting surface is exposed by processing such as polishing. The first group III nitride semiconductor layer can be formed.

第1の成長工程では、第1のIII族窒化物半導体層が有するc面及び口径拡大成長律速面から、第2のIII族窒化物半導体層を成長させる。第2のIII族窒化物半導体層は、図1を用いて説明した第1成長領域11及び第2成長領域12が該当する。   In the first growth step, the second group III nitride semiconductor layer is grown from the c-plane and the diameter-enlarged growth rate-controlling surface of the first group III nitride semiconductor layer. The second group III nitride semiconductor layer corresponds to the first growth region 11 and the second growth region 12 described with reference to FIG.

なお、第1の成長工程では、第1のIII族窒化物半導体層が有する口径拡大成長律速面からの成長が促進される条件で、第2のIII族窒化物半導体層を成長させる。また、第1のIII族窒化物半導体層の外周側面が露出した状態(口径拡大成長律速面が露出した状態)で、第2のIII族窒化物半導体層を成長させる。成長方法は特段制限されないが、例えば図11に示すような構造の装置を用いたハイドライド気相成長法で、III族窒化物半導体を成長させてもよい。   In the first growth step, the second group III nitride semiconductor layer is grown under the condition that the growth from the diameter-enlarged growth rate-controlling surface of the first group III nitride semiconductor layer is promoted. Further, the second group III nitride semiconductor layer is grown in a state where the outer peripheral side surface of the first group III nitride semiconductor layer is exposed (a state in which the diameter-enlarging growth rate controlling surface is exposed). Although the growth method is not particularly limited, for example, a group III nitride semiconductor may be grown by a hydride vapor phase growth method using an apparatus having a structure as shown in FIG.

本実施形態では、成長温度、キャリアガスの種類(例:NとHの混合ガス、ArとHの混合ガス等)、キャリアガス流量比(例:N/(N+H)、Ar/(Ar+H)等)及び、V/III比を適切に調整する。以下の実施例で示す通り、{1−102}面からの成長を促進させるためには、すなわち、上述した第1の線L´と第2の線Mとがなす角θ1及びθ2(例えば、図1参照)を大きくするためには、成長温度は高い方が好ましく、キャリアガス流量比(例:N/(N+H)、Ar/(Ar+H)等)は大きい方が好ましく(すなわち、キャリアガス中のH割合は少ないのが好ましい)、そして、V/III比は小さい方が好ましい。 In the present embodiment, the growth temperature, the type of carrier gas (eg, a mixed gas of N 2 and H 2, a mixed gas of Ar and H 2 , etc.), the carrier gas flow ratio (eg, N 2 / (N 2 + H 2 )) , Ar / (Ar + H 2 ), etc.) and the V / III ratio are appropriately adjusted. As shown in the following examples, in order to promote the growth from the {1-102} plane, that is, the angles θ1 and θ2 formed by the first line L ′ and the second line M described above (for example, In order to increase (see FIG. 1), the growth temperature is preferably higher, and the carrier gas flow ratio (eg, N 2 / (N 2 + H 2 ), Ar / (Ar + H 2 ), etc.) is preferably higher ( That is, it is preferable that the H 2 ratio in the carrier gas is small), and it is preferable that the V / III ratio is small.

しかし、必ずしもこれらすべてを従来技術に比べて上記好ましい態様にする必要はなく、3つの要素のバランスを適切に調整することで、上記特徴的な状態は得られる。例えば、成長温度を従来技術程度としても、キャリアガス流量比(例:N/(N+H)、Ar/(Ar+H)等)をその分従来技術より十分に大きくしたり、これに加えて又は代えて、V/III比をその分従来技術より十分に小さくすれば、上記特徴的な状態は得られる。 However, it is not always necessary to make all of them preferable as compared with the prior art, and the characteristic state can be obtained by appropriately adjusting the balance of the three elements. For example, even if the growth temperature is set to the level of the prior art, the carrier gas flow rate ratio (eg, N 2 / (N 2 + H 2 ), Ar / (Ar + H 2 ), etc.) is made sufficiently higher than that of the prior art. In addition or alternatively, the above characteristic state can be obtained if the V / III ratio is made sufficiently smaller than that of the prior art.

すなわち、本実施形態では、成長温度、キャリアガスの種類(例:NとHの混合ガス、ArとHの混合ガス等)、キャリアガス流量比(例:N/(N+H)、Ar/(Ar+H)等)、及び、V/III比を適切に調整することで、上記特徴的な状態を含む大口径なIII族窒化物半導体基板10を得る。なお、その他の成長条件は従来技術と同様とすることができる。 That is, in this embodiment, the growth temperature, the type of carrier gas (eg, a mixed gas of N 2 and H 2, a mixed gas of Ar and H 2 , etc.), the carrier gas flow ratio (eg, N 2 / (N 2 + H) 2 ), Ar / (Ar + H 2 ), etc.) and the V / III ratio are appropriately adjusted to obtain a large-diameter group III nitride semiconductor substrate 10 including the above-mentioned characteristic state. The other growth conditions can be the same as those in the prior art.

次に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10の製造方法の他の一例を説明する。   Next, another example of the method for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment will be described.

当該例のIII族窒化物半導体基板10の製造方法は、第2の成長工程を有する。   The manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate 10 of the example has a second growth step.

第2の成長工程では、第3のIII族窒化物半導体層の上に第4のIII族窒化物半導体層を成長させる。   In the second growth step, a fourth group III nitride semiconductor layer is grown on the third group III nitride semiconductor layer.

第3のIII族窒化物半導体層は、例えば図2を用いて説明したIII族窒化物半導体層13が該当する。すなわち、第3のIII族窒化物半導体層はc面を露出面して有するが、口径拡大成長律速面を露出面として有さない。   The third group III nitride semiconductor layer corresponds to, for example, the group III nitride semiconductor layer 13 described with reference to FIG. In other words, the third group III nitride semiconductor layer has the c-plane exposed, but does not have the diameter-enlarged growth-controlling surface as the exposed surface.

第4のIII族窒化物半導体層は、図2を用いて説明した第1成長領域11及び第2成長領域12が該当する。   The fourth group III nitride semiconductor layer corresponds to the first growth region 11 and the second growth region 12 described with reference to FIG.

なお、第2の成長工程では、c面及び口径拡大成長律速面を露出面として有するIII族窒化物半導体層を成長させた後(第1段階)、その口径拡大成長律速面からの成長が促進される条件でIII族窒化物半導体を成長させる(第2段階)ことで、第4のIII族窒化物半導体層を生成する。成長方法は特段制限されないが、例えば図11に示すような構造の装置を用いたハイドライド気相成長法で、III族窒化物半導体を成長させてもよい。   In the second growth step, after the growth of the group III nitride semiconductor layer having the c-plane and the enlarged-diameter growth-determining surface as the exposed surface (first stage), the growth from the enlarged-diameter growth-determining surface is promoted. By growing a group III nitride semiconductor under the above conditions (second stage), a fourth group III nitride semiconductor layer is generated. Although the growth method is not particularly limited, for example, a group III nitride semiconductor may be grown by a hydride vapor phase growth method using an apparatus having a structure as shown in FIG.

第1段階では、例えば、成長条件(キャリアガス:水素、成長温度:1050°程度、V/III比:15程度等)でIII族窒化物半導体層を成長させることで、c面及び口径拡大成長律速面を露出面として有するIII族窒化物半導体層を成長させることができる。   In the first stage, for example, the group III nitride semiconductor layer is grown under the growth conditions (carrier gas: hydrogen, growth temperature: about 1050 °, V / III ratio: about 15), and the c-plane and aperture expansion growth is performed. A group III nitride semiconductor layer having a rate-limiting surface as an exposed surface can be grown.

第2段階における成長条件、すなわち、{1−102}面からの成長が促進される条件は上述の通りであるので、ここでの説明は省略する。なお、第2段階は、III族窒化物半導体層の外周側面が露出した状態(口径拡大成長律速面が露出した状態)で、第4のIII族窒化物半導体層を成長させる。   The growth conditions in the second stage, that is, the conditions for promoting the growth from the {1-102} plane are as described above, and thus the description thereof is omitted here. In the second stage, the fourth group III nitride semiconductor layer is grown in a state where the outer peripheral side surface of the group III nitride semiconductor layer is exposed (a state where the diameter-enlarging growth rate controlling surface is exposed).

以上説明した本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、上述した本実施形態のIII族窒化物半導体基板10を製造することができる。   According to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment described above, the group III nitride semiconductor substrate 10 of the present embodiment described above can be manufactured.

サファイア基板の(0001)面上にGaNを成長し、当該サファイア基板を分離して得られたGaN基板(円状(直径2インチ)、成長過程で外周側面の一部に{1−102}ファセットが形成されたもの)を用意した。そして、当該GaN基板に対して有機洗浄及び酸洗浄を行った。次いで、グラファイト製のサセプターを用意し、GaN(000−1)面とサセプターとを、アルミナを主成分とする接着剤で貼り付け、接着剤を乾燥させた。次いで、GaN基板を貼り付けたサセプターをHVPE装置に投入し、GaN基板の外周側面が露出した状態のまま、GaN基板(0001)上にGaN層を成長させた。成長条件は以下の通りである。   A GaN substrate obtained by growing GaN on the (0001) surface of a sapphire substrate and separating the sapphire substrate (circular (2 inches in diameter), {1-102} facet on a part of the outer peripheral surface during the growth process Prepared). Then, organic cleaning and acid cleaning were performed on the GaN substrate. Next, a susceptor made of graphite was prepared, and the GaN (000-1) surface and the susceptor were attached with an adhesive mainly composed of alumina, and the adhesive was dried. Next, the susceptor with the GaN substrate attached was put into an HVPE apparatus, and a GaN layer was grown on the GaN substrate (0001) while the outer peripheral side surface of the GaN substrate was exposed. The growth conditions are as follows.

比較例1:成長温度=1040℃、キャリアガス種=Hキャリアガス、Hキャリアガス流量=15.7L/min、Nキャリアガス流量=0L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=(Ar/(Ar+H))=0、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Comparative Example 1: Growth temperature = 1040 ° C., carrier gas type = H 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = (Ar / (Ar + H 2 )) = 0, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例1:成長温度=1130℃、キャリアガス種=Hキャリアガス、Hキャリアガス流量=15.7L/min、Nキャリアガス流量=0L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=(Ar/(Ar+H))=0、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 1: Growth temperature = 1130 ° C., carrier gas type = H 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = (Ar / (Ar + H 2 )) = 0, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例2:成長温度=1160℃、キャリアガス種=Hキャリアガス、Hキャリアガス流量=15.7L/min、Nキャリアガス流量=0L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=(Ar/(Ar+H))=0、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 2: Growth temperature = 1160 ° C., carrier gas type = H 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = (Ar / (Ar + H 2 )) = 0, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

比較例2:成長温度=1030℃、キャリアガス種=HとNの混合キャリアガス、Hキャリアガス流量=13.8L/min、Nキャリアガス流量=3.9L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=0.22、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Comparative Example 2: Growth temperature = 1030 ° C., carrier gas type = mixed carrier gas of H 2 and N 2 , H 2 carrier gas flow rate = 13.8 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 3.9 L / min, Ar carrier Gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 0.22, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例3:成長温度=1030℃、キャリアガス種=HとNの混合キャリアガス、Hキャリアガス流量=3.9L/min、Nキャリアガス流量=13.8L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=0.78、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 3: Growth temperature = 1030 ° C., carrier gas type = mixed carrier gas of H 2 and N 2 , H 2 carrier gas flow rate = 3.9 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 13.8 L / min, Ar carrier Gas flow rate = 0 L / min, carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 0.78, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例4:成長温度=1075℃、キャリアガス種=HとNの混合キャリアガス、Hキャリアガス流量=3.9L/min、Nキャリアガス流量=13.8L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=0.78、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 4: Growth temperature = 1075 ° C., carrier gas type = mixed carrier gas of H 2 and N 2 , H 2 carrier gas flow rate = 3.9 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 13.8 L / min, Ar carrier Gas flow rate = 0 L / min, carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 0.78, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例5:成長温度=1120℃、キャリアガス種=HとNの混合キャリアガス、Hキャリアガス流量=3.9L/min、Nキャリアガス流量=13.8L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=0.78、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 5: Growth temperature = 1120 ° C., carrier gas type = mixed carrier gas of H 2 and N 2 , H 2 carrier gas flow rate = 3.9 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 13.8 L / min, Ar carrier Gas flow rate = 0 L / min, carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 0.78, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例6:成長温度=1030℃、キャリアガス種=Nキャリアガス、Hキャリアガス流量=0L/min、Nキャリアガス流量=15.7L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=1、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 6: Growth temperature = 1030 ° C., carrier gas type = N 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 1, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例7:成長温度=1075℃、キャリアガス種=Nキャリアガス、Hキャリアガス流量=0L/min、Nキャリアガス流量=15.7L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=1、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 7: Growth temperature = 1075 ° C, carrier gas type = N 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 1, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例8:成長温度=1120℃、キャリアガス種=Nキャリアガス、Hキャリアガス流量=0L/min、Nキャリアガス流量=15.7L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=1、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 8: Growth temperature = 1120 ° C., carrier gas type = N 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 1, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例9:成長温度=1030℃、キャリアガス種=Nキャリアガス、Hキャリアガス流量=0L/min、Nキャリアガス流量=15.7L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=1、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.5L/min、V/III比=6 Example 9: Growth temperature = 1030 ° C., carrier gas type = N 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 1, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.5 L / min, V / III ratio = 6

実施例10:成長温度=1030℃、キャリアガス種=Nキャリアガス、Hキャリアガス流量=0L/min、Nキャリアガス流量=15.7L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=1、NHガス流量=5L/min、Ga上HClガス流量=0.5L/min、V/III比=10 Example 10: Growth temperature = 1030 ° C., carrier gas type = N 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 1, NH 3 gas flow rate = 5 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.5 L / min, V / III ratio = 10

実施例11:成長温度=1030℃、キャリアガス種=Nキャリアガス、Hキャリアガス流量=0L/min、Nキャリアガス流量=15.7L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=1、NHガス流量=8L/min、Ga上HClガス流量=0.5L/min、V/III比=16 Example 11: Growth temperature = 1030 ° C, carrier gas type = N 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 1, NH 3 gas flow rate = 8 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.5 L / min, V / III ratio = 16

実施例12:成長温度=1030℃、キャリアガス種=Nキャリアガス、Hキャリアガス流量=0L/min、Nキャリアガス流量=15.7L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=1、NHガス流量=1L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=5 Example 12: Growth temperature = 1030 ° C, carrier gas type = N 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 1, NH 3 gas flow rate = 1 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 5

実施例13:成長温度=1030℃、キャリアガス種=Nキャリアガス、Hキャリアガス流量=0L/min、Nキャリアガス流量=15.7L/min、Arキャリアガス流量=0L/min、キャリアガス流量比(N/(N+H))=1、NHガス流量=2L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=10 Example 13: Growth temperature = 1030 ° C, carrier gas type = N 2 carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 15.7 L / min, Ar carrier gas flow rate = 0 L / min, Carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) = 1, NH 3 gas flow rate = 2 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 10

実施例14:成長温度=1030℃、キャリアガス種=HとArの混合キャリアガス、Hキャリアガス流量=13.8L/min、Nキャリアガス流量=0L/min、Arキャリアガス流量=3.9L/min、キャリアガス流量比(Ar/(Ar+H))=0.22、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 14: Growth temperature = 1030 ° C., carrier gas type = mixed carrier gas of H 2 and Ar, H 2 carrier gas flow rate = 13.8 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, Ar carrier gas flow rate = 3.9 L / min, carrier gas flow rate ratio (Ar / (Ar + H 2 )) = 0.22, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例15:成長温度=1030℃、キャリアガス種=HとArの混合キャリアガス、Hキャリアガス流量=3.9L/min、Nキャリアガス流量=0L/min、Arキャリアガス流量=13.8L/min、キャリアガス流量比(Ar/(Ar+H))=0.78、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 15: Growth temperature = 1030 ° C., carrier gas type = mixed carrier gas of H 2 and Ar, H 2 carrier gas flow rate = 3.9 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, Ar carrier gas flow rate = 13.8 L / min, carrier gas flow rate ratio (Ar / (Ar + H 2 )) = 0.78, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例16:成長温度=1030℃、キャリアガス種=Arキャリアガス、Hキャリアガス流量=0L/min、Nキャリアガス流量=0L/min、Arキャリアガス流量=15.7L/min、キャリアガス流量比(Ar/(Ar+H))=1、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 16: Growth temperature = 1030 ° C., carrier gas type = Ar carrier gas, H 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, Ar carrier gas flow rate = 15.7 L / min, carrier Gas flow ratio (Ar / (Ar + H 2 )) = 1, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow over Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

実施例17:成長温度=1075℃、キャリアガス種=HとArの混合キャリアガス、Hキャリアガス流量=3.9L/min、Nキャリアガス流量=0L/min、Arキャリアガス流量=13.8L/min、キャリアガス流量比(Ar/(Ar+H))=0.78、NHガス流量=3L/min、Ga上HClガス流量=0.2L/min、V/III比=15 Example 17: Growth temperature = 1075 ° C., carrier gas type = mixed carrier gas of H 2 and Ar, H 2 carrier gas flow rate = 3.9 L / min, N 2 carrier gas flow rate = 0 L / min, Ar carrier gas flow rate = 13.8 L / min, carrier gas flow rate ratio (Ar / (Ar + H 2 )) = 0.78, NH 3 gas flow rate = 3 L / min, HCl gas flow rate on Ga = 0.2 L / min, V / III ratio = 15

各成長条件で成長した結晶をサセプターから取り外した後、成長速度が遅いことによりファセット面を形成する{1−102}面の成長状態を観察するために、結晶を{11−20}断面が現れるように加工し、蛍光顕微鏡で結晶の外周部付近の断面を観察した。   After removing the crystal grown under each growth condition from the susceptor, a {11-20} cross section appears in the crystal in order to observe the growth state of the {1-102} plane forming the facet plane due to the slow growth rate. The cross section near the outer periphery of the crystal was observed with a fluorescence microscope.

観察例として、比較例1及び実施例8で成長した結晶外周部の断面蛍光顕微鏡像をそれぞれ図12及び図13に示す。   As observation examples, cross-sectional fluorescence microscopic images of the crystal periphery grown in Comparative Example 1 and Example 8 are shown in FIGS. 12 and 13, respectively.

蛍光顕微鏡によるGaNの断面観察では、成長膜(第1成長領域11及び第2成長領域12)とGaN基板(III族窒化物半導体層13)の界面の他、成長面方位による不純物濃度などの差によって生じる可視光の発光強度差により第1成長領域11と第2成長領域12の接合面が観察され、どの位置がどの成長面を主体とした成長であるのか、成長履歴の判別が可能である。   In the cross-sectional observation of GaN with a fluorescence microscope, the difference between the growth film (first growth region 11 and second growth region 12) and the interface between the GaN substrate (group III nitride semiconductor layer 13) and the impurity concentration due to the growth plane orientation. The bonding surface of the first growth region 11 and the second growth region 12 is observed due to the difference in the emission intensity of visible light generated by the above, and it is possible to determine the growth history of which position is the growth mainly of which growth surface. .

破線でGaN基板(III族窒化物半導体層13)と成長膜(第1成長領域11及び第2成長領域12)の界面(第2の線M)を示し、一点鎖線で第1成長領域11と第2成長領域12の接合面に沿った第1の線L´を示している。   The broken line indicates the interface (second line M) between the GaN substrate (group III nitride semiconductor layer 13) and the growth film (first growth region 11 and second growth region 12), and the alternate long and short dash line indicates the first growth region 11 and A first line L ′ along the bonding surface of the second growth region 12 is shown.

GaN基板(III族窒化物半導体層13)上の、可視光発光強度が比較的強い領域が(0001)面を成長面として成長した第1成長領域11であり、可視光発光強度が比較的弱い領域が{1−102}面を成長面として成長した第2成長領域12である。   A region on the GaN substrate (group III nitride semiconductor layer 13) having a relatively strong visible light emission intensity is the first growth region 11 grown with the (0001) plane as a growth surface, and the visible light emission intensity is relatively weak. The region is the second growth region 12 grown using the {1-102} plane as a growth surface.

図12に示すように、比較例1では、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが64°となっている。一方、図13に示すように、実施例8では、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが123°となっている。   As shown in FIG. 12, in Comparative Example 1, the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 64 °. On the other hand, as shown in FIG. 13, in Example 8, the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 123 °.

図14は、実施例1乃至8、及び、比較例1及び2の試験結果のキャリアガス流量比(N/(N+H))と成長温度に対する第2の線Mと第1の線L´とのなす角θをプロットした図である。横軸がキャリアガス流量比(N/(N+H))、縦軸が成長温度、各オブジェクトの横に第2の線Mと第1の線L´とのなす角θを記載している。なお、実施例1乃至8、及び、比較例1及び2は、すべて、V/III比が15となっている。 FIG. 14 shows the second line M and the first line with respect to the carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) and the growth temperature in the test results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2. It is the figure which plotted angle (theta) which L 'makes. The horizontal axis represents the carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )), the vertical axis represents the growth temperature, and the angle θ between the second line M and the first line L ′ is described beside each object. ing. In all of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, the V / III ratio is 15.

図14より、成長温度が高いほど第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが大きくなる傾向が読み取れる。また、キャリアガス流量比(N/(N+H))は大きいほど(Hが少ないほど)第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが大きくなる傾向が読み取れる。 It can be seen from FIG. 14 that the angle θ between the second line M and the first line L ′ increases as the growth temperature increases. Further, it can be seen that the larger the carrier gas flow ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) (the smaller H 2 ), the larger the angle θ formed by the second line M and the first line L ′. .

GaNの長尺バルク結晶のスライスによるウエハー化のためには第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが70°を超えることが好ましく、80°以上がより好ましく、90°以上がさらに好ましく、90°より大きいのがさらに好ましい。   In order to form a wafer by slicing a long bulk crystal of GaN, the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is preferably more than 70 °, more preferably 80 ° or more, and 90 °. The above is more preferable, and it is more preferable that it is larger than 90 °.

第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが70°以上となる成長条件及び80°を超える成長条件は、各々、図中の破線および一点鎖線で示されている。キャリアガス流量比(N/(N+H))をF、成長温度をT(℃)とすると、以下の関係が成り立つ。 The growth condition in which the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 70 ° or more and the growth condition exceeding 80 ° are indicated by a broken line and an alternate long and short dash line in the drawing, respectively. When the carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) is F and the growth temperature is T (° C.), the following relationship is established.

第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが70°以上となる成長条件範囲は、
T≧−130F+1130
と表すことができる。
The growth condition range in which the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 70 ° or more is:
T ≧ −130F + 1130
It can be expressed as.

第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが80°以上となる成長条件範囲は、
T≧−130F+1160
と表すことができる。
The growth condition range in which the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 80 ° or more is:
T ≧ −130F + 1160
It can be expressed as.

図19は、実施例1、2、14乃至17、及び、比較例1の試験結果のキャリアガス流量比(Ar/(Ar+H))と成長温度に対する第2の線Mと第1の線L´とのなす角θをプロットした図である。横軸がキャリアガス流量比(Ar/(Ar+H))、縦軸が成長温度、各オブジェクトの横に第2の線Mと第1の線L´とのなす角θを記載している。なお、実施例1、2、14乃至17、及び、比較例1は、すべて、V/III比が15となっている。 FIG. 19 shows the second line M and the first line L with respect to the carrier gas flow rate ratio (Ar / (Ar + H 2 )) and the growth temperature of the test results of Examples 1, 2, 14 to 17 and Comparative Example 1. It is the figure which plotted angle (theta) which ′ makes. The horizontal axis represents the carrier gas flow rate ratio (Ar / (Ar + H 2 )), the vertical axis represents the growth temperature, and the angle θ between the second line M and the first line L ′ is described beside each object. In all of Examples 1, 2, 14 to 17, and Comparative Example 1, the V / III ratio is 15.

図19より、キャリアガスがArとHの混合ガスの場合も、キャリアガスがNとHの混合ガスの場合と同様(図14参照)、成長温度が高いほど第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが大きくなる傾向が読み取れる。また、キャリアガス流量比(Ar/(Ar+H))は大きいほど(Hが少ないほど)第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが大きくなる傾向が読み取れる。 From FIG. 19, when the carrier gas is a mixed gas of Ar and H 2 , as in the case where the carrier gas is a mixed gas of N 2 and H 2 (see FIG. 14), the higher the growth temperature, the second line M It can be seen that the angle θ formed with the first line L ′ tends to increase. Further, it can be read that the larger the carrier gas flow rate ratio (Ar / (Ar + H 2 )) (the smaller the H 2 ), the greater the angle θ formed by the second line M and the first line L ′.

第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが70°以上となる成長条件及び80°を超える成長条件は、各々、図中の破線および一点鎖線で示されている。キャリアガス流量比(Ar/(Ar+H))をG、成長温度をT(℃)とすると、以下の関係が成り立つ。 The growth condition in which the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 70 ° or more and the growth condition exceeding 80 ° are indicated by a broken line and an alternate long and short dash line in the drawing, respectively. When the carrier gas flow rate ratio (Ar / (Ar + H 2 )) is G and the growth temperature is T (° C.), the following relationship is established.

第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが70°以上となる成長条件範囲は、
T≧−464G+1130
と表すことができる。
The growth condition range in which the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 70 ° or more is:
T ≧ −464G + 1130
It can be expressed as.

第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが80°以上となる成長条件範囲は、
T≧−167G+1160
と表すことができる。
The growth condition range in which the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 80 ° or more is:
T ≧ −167G + 1160
It can be expressed as.

なお、上述したTとFの2つの成長条件範囲、及び、TとGの2つの成長条件範囲はいずれも、V/III比が15の場合の測定データをもとに算出したものである。以下で図15を用いて示すように、V/III比が変化すると第2の線Mと第1の線L´とのなす角θは変化するため、最適な成長条件範囲も変化する。しかし、V/III比が小さくなると、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θは大きくなる傾向になる(図15参照)。このため、上記4つの成長条件範囲は、V/III比が15以下の場合に真となる成長条件範囲と言える。   The two growth condition ranges of T and F and the two growth condition ranges of T and G are calculated based on measurement data when the V / III ratio is 15. As will be described below with reference to FIG. 15, when the V / III ratio changes, the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ changes, so the optimum growth condition range also changes. However, as the V / III ratio decreases, the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ tends to increase (see FIG. 15). Therefore, the above four growth condition ranges can be said to be true growth condition ranges when the V / III ratio is 15 or less.

また、上述したTとFの2つの成長条件範囲、及び、TとGの2つの成長条件範囲はいずれも、Ga上HClガス流量が0.2L/minの場合の測定データをもとに算出したものである。以下で図15を用いて示すように、Ga上HClガス流量が変化すると第2の線Mと第1の線L´とのなす角θは変化するため、最適な成長条件範囲も変化する。しかし、Ga上HClガス流量が小さくなると、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θは大きくなる傾向になる(図15参照)。このため、上記4つの成長条件範囲は、Ga上HClガス流量が0.2L/min以下の場合に真となる成長条件範囲と言える。   The two growth condition ranges T and F and the two growth condition ranges T and G are calculated based on measurement data when the HCl gas flow rate on Ga is 0.2 L / min. It is what you did. As will be described below with reference to FIG. 15, when the HCl gas flow rate on Ga changes, the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ changes, so that the optimum growth condition range also changes. However, when the HCl gas flow rate on Ga decreases, the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ tends to increase (see FIG. 15). Therefore, the above four growth condition ranges can be said to be true growth condition ranges when the HCl gas flow rate on Ga is 0.2 L / min or less.

図15は、実施例6および実施例9から実施例13までの試験結果について、V/III比に対する第2の線Mと第1の線L´とのなす角θをプロットした図である。なお、実施例6および実施例9から実施例13は、すべて、成長温度は1030℃で、キャリアガス流量比(N/(N+H))は1となっている。また、図中四角で示す実施例6、12及び13は、すべて、Ga上HClガス流量が0.2L/minとなっている。そして、図中丸で示す実施例9、10及び11は、すべて、Ga上HClガス流量が0.5L/minとなっている。 FIG. 15 is a graph plotting the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ with respect to the V / III ratio for the test results of Example 6 and Examples 9 to 13. In all of Examples 6 and 9 to 13, the growth temperature is 1030 ° C. and the carrier gas flow rate ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )) is 1. In Examples 6, 12 and 13 indicated by squares in the figure, the HCl gas flow rate on Ga is 0.2 L / min. In Examples 9, 10, and 11 indicated by circles in the figure, the HCl gas flow rate on Ga is 0.5 L / min.

図15から、V/III比が小さいほど、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが大きくなる(口径維持・拡大効果が大きくなる)傾向があることが分かる。V/III比が20以下程度であれば、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが70°以上となる状態が得られることが分かる。また、同一V/III比であっても、原料供給量(原料供給分圧)を小さくした方が、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが大きくなることが分かる。   From FIG. 15, it can be seen that the smaller the V / III ratio, the greater the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ (the effect of maintaining and expanding the diameter increases). If the V / III ratio is about 20 or less, it can be seen that a state is obtained in which the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 70 ° or more. It can also be seen that the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ increases when the raw material supply amount (raw material supply partial pressure) is reduced even at the same V / III ratio. .

なお、図15より、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが70°以上となる成長条件範囲は、「GaCl分圧が2.1×10Pa以下、かつ、V/III比が16以下」と表わすことができる。なお、この成長条件は、キャリアガス種がN(F=1)であり、成長温度Tが1030(℃)である場合の測定データをもとに算出したものである。キャリアガス種及び成長温度が変化すると、図14を用いて示したように第2の線Mと第1の線L´とのなす角θは変化するため、最適な成長条件範囲も変化する。しかし、図14を用いて示したように、成長温度Tが大きくなると、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θは大きくなる傾向になる。このため、上記成長条件範囲は、キャリアガス種がN(F=1)であり、成長温度Tが1030(℃)以上である場合に真となる成長条件範囲と言える。 From FIG. 15, the growth condition range in which the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is 70 ° or more is “GaCl partial pressure is 2.1 × 10 3 Pa or less, and The V / III ratio is 16 or less ". This growth condition is calculated based on measurement data when the carrier gas type is N 2 (F = 1) and the growth temperature T is 1030 (° C.). When the carrier gas type and the growth temperature change, the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ changes as shown in FIG. 14, and the optimum growth condition range also changes. However, as shown in FIG. 14, as the growth temperature T increases, the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ tends to increase. Therefore, the growth condition range can be said to be a true growth condition range when the carrier gas type is N 2 (F = 1) and the growth temperature T is 1030 (° C.) or higher.

以上、図14及び図15の結果より、第1の線L´と第2の線Mとがなす角θを大きくするためには、成長温度は高い方が好ましく、キャリアガス流量比(N/(N+H))は大きい方が好ましく、そして、V/III比は小さい方が好ましいことが分かる。また、さらに、原料供給量(原料供給分圧)を小さくした方がよいことが分かる。 As described above, in order to increase the angle θ formed by the first line L ′ and the second line M based on the results of FIGS. 14 and 15, the growth temperature is preferably higher, and the carrier gas flow rate ratio (N 2 It can be seen that / (N 2 + H 2 )) is preferably large and the V / III ratio is preferably small. Further, it can be seen that it is better to reduce the raw material supply amount (raw material supply partial pressure).

以上の実施例によれば、第1の線L´と第2の線Mとがなす角θを、少なくとも、140°程度まで大きくできることが分かる。   According to the above embodiment, it can be seen that the angle θ formed by the first line L ′ and the second line M can be increased to at least about 140 °.

また、以上の結果によれば、以下のことが読み取れる。すなわち、比較例1及び2の結果に示されるように、GaN基板の外周側面が露出した状態(口径拡大成長律速面が露出した状態)でGaN層を成長させることである程度第2の線Mと第1の線L´とのなす角θを大きくできるが、成長条件を最適化しなければ、せいぜいなす角θは60°台であり、それ以上大きくすることは困難である。これに対し、実施例1乃至17の結果に示されるように、GaN基板の外周側面を露出させるとともに(口径拡大成長律速面が露出した状態)、成長条件を最適化すれば、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θを70°以上にすることができる。すなわち、大口径のIII族窒化物半導体を形成できる。   Moreover, according to the above result, the following can be read. That is, as shown in the results of Comparative Examples 1 and 2, the GaN layer is grown to some extent by growing the GaN layer in a state where the outer peripheral side surface of the GaN substrate is exposed (a state where the diameter-enlarging growth rate-limiting surface is exposed). The angle θ formed with the first line L ′ can be increased. However, unless the growth conditions are optimized, the angle θ formed at most is on the order of 60 °, and it is difficult to increase it further. On the other hand, as shown in the results of Examples 1 to 17, when the outer peripheral side surface of the GaN substrate is exposed (a state in which the diameter-enlarging growth rate-determining surface is exposed) and the growth conditions are optimized, the second line The angle θ formed by M and the first line L ′ can be set to 70 ° or more. That is, a large-diameter group III nitride semiconductor can be formed.

また、以上の実施例に示すように、本実施形態によれば、第2の線Mと第1の線L´とのなす角θが90°より大であるIII族窒化物半導体を形成できる。かかる場合、θが90°以下の場合に比べて、基板と同径のウエハーが数多く製造できる(90°以下では基板の径以下のウエハーしか製造できない)だけでなく、成長結晶の表面部分を基板として再利用することを繰り返すことにより、転位密度を持続的に減らしながら(GaNは厚さを増すと転位密度が下がる)基板と同径のウエハーを製造できる。また、剥離によるGaN基板作製では、GaN基板の直径サイズが、市販されているサファイア基板の直径サイズ以下に決まってしまうが、本実施形態によれば、得られるGaN基板の直径サイズがこれに限定されない。また、転位密度が減少しやすいファセット面の上方にc面が形成されることになるので、c面に転位密度が小さい領域を形成することができる。   Further, as shown in the above examples, according to the present embodiment, a group III nitride semiconductor in which the angle θ formed by the second line M and the first line L ′ is greater than 90 ° can be formed. . In this case, as compared with the case where θ is 90 ° or less, many wafers having the same diameter as that of the substrate can be manufactured (only wafers having a diameter equal to or smaller than the substrate diameter can be manufactured at 90 ° or less), and the surface portion of the grown crystal is formed on the substrate. By repeating the reuse, a wafer having the same diameter as the substrate can be manufactured while the dislocation density is continuously reduced (the dislocation density decreases as the thickness of GaN increases). Further, in the GaN substrate production by peeling, the diameter size of the GaN substrate is determined to be equal to or less than the diameter size of the commercially available sapphire substrate, but according to the present embodiment, the diameter size of the obtained GaN substrate is limited to this. Not. Further, since the c-plane is formed above the facet surface where the dislocation density tends to decrease, a region having a low dislocation density can be formed on the c-plane.

10 III族窒化物半導体基板
11 第1成長領域
12 第2成長領域
13 III族窒化物半導体層
10 Group III nitride semiconductor substrate 11 First growth region 12 Second growth region 13 Group III nitride semiconductor layer

Claims (13)

c面と、{1−102}面、{1−101}面及び{hkil}面(h、k、iはh+k=−iを満たす0を除く整数。lは正数。)の中の少なくとも1つを含む口径拡大成長律速面と、を露出面として有する第1のIII族窒化物半導体層を準備する準備工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の外周側面を露出させた状態で、前記第1のIII族窒化物半導体層が有するc面及び前記口径拡大成長律速面から、第2のIII族窒化物半導体層を成長させる第1の成長工程と、を有し、
前記第1の成長工程では、前記口径拡大成長律速面からの成長が促進される条件で、前記第2のIII族窒化物半導体層を成長させるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
c-plane, and {1-102} plane, {1-101} plane, and {hkil} plane (h, k, i are integers other than 0 satisfying h + k = −i, l is a positive number). A preparatory step of preparing a first group III nitride semiconductor layer having, as an exposed surface, an enlarged-diameter growth rate limiting surface including one;
With the outer peripheral side surface of the first group III nitride semiconductor layer exposed, a second group III nitride is formed from the c-plane of the first group III nitride semiconductor layer and the diameter-enlarging growth rate controlling surface. A first growth step for growing a semiconductor layer,
In the first growth step, the Group III nitride semiconductor substrate is grown by growing the second Group III nitride semiconductor layer on the condition that growth from the diameter-enlarged growth rate-determining surface is promoted.
第3のIII族窒化物半導体層の外周側面を露出させた状態で、前記第3のIII族窒化物半導体層の上に第4のIII族窒化物半導体層を成長させる第2の成長工程を有し、
前記第2の成長工程では、c面と、{1−102}面、{1−101}面及び{hkil}面(h、k、iはh+k=−iを満たす0を除く整数。lは正数。)の中の少なくとも1つを含む口径拡大成長律速面と、を露出面として有するIII族窒化物半導体層を成長させた後、前記口径拡大成長律速面からの成長が促進される条件でIII族窒化物半導体層を成長させることで、前記第4のIII族窒化物半導体層を生成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
A second growth step of growing a fourth group III nitride semiconductor layer on the third group III nitride semiconductor layer with the outer peripheral side surface of the third group III nitride semiconductor layer exposed; Have
In the second growth step, c-plane, {1-102} plane, {1-101} plane, and {hkil} plane (h, k, i are integers excluding 0 satisfying h + k = −i. L is And a growth promoting rate-determining surface including at least one of the positive number)), and the growth of the group III nitride semiconductor layer having the exposed surface as an exposed surface is promoted. A method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the fourth group III nitride semiconductor layer is formed by growing a group III nitride semiconductor layer.
請求項1または2に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記口径拡大成長律速面からの成長が促進される条件でIII族窒化物半導体層を成長させる工程では、キャアガスとしてNとHの混合ガスを用い、成長温度をT(℃)、キャリアガス流量比(N/(N+H))をFとすると、T≧−130F+1130を満たすようにT及びFが設定されるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1 or 2,
In the step of growing the group III nitride semiconductor layer under conditions that promote growth from the above-mentioned growth rate control surface, the mixed gas of N 2 and H 2 is used as the carrier gas, the growth temperature is T (° C.), and the carrier gas. A manufacturing method of a group III nitride semiconductor substrate in which T and F are set so as to satisfy T ≧ −130F + 1130, where F is a flow ratio (N 2 / (N 2 + H 2 )).
請求項1または2に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記口径拡大成長律速面からの成長が促進される条件でIII族窒化物半導体層を成長させる工程では、キャアガスとしてArとHの混合ガスを用い、成長温度をT(℃)、キャリアガス流量比(Ar/(Ar+H))をGとすると、T≧−464G+1130を満たすようにT及びGが設定されるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1 or 2,
In the step of growing the group III nitride semiconductor layer under the condition that the growth from the diameter-enlarged growth rate-determining surface is promoted, a mixed gas of Ar and H 2 is used as the carrier gas, the growth temperature is T (° C.), and the carrier gas flow rate. A group III nitride semiconductor substrate manufacturing method in which T and G are set so as to satisfy T ≧ −464G + 1130, where G is a ratio (Ar / (Ar + H 2 )).
請求項1または2に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記口径拡大成長律速面からの成長が促進される条件でIII族窒化物半導体層を成長させる工程では、GaCl分圧が2.1×10Pa以下、かつ、V/III比が16以下の条件で実施されるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1 or 2,
In the step of growing the group III nitride semiconductor layer under the condition that the growth from the diameter-enlarged growth rate controlling surface is promoted, the GaCl partial pressure is 2.1 × 10 3 Pa or less and the V / III ratio is 16 or less. A method for producing a group III nitride semiconductor substrate performed under conditions.
請求項1から5のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第2のIII族窒化物半導体層は、
(0001)面を成長面として成長し、(0001)面を第1主面、(000−1)面を第2主面として有する第1成長領域と、
前記第1成長領域と異なる方向に成長し、前記第1成長領域の側壁に接している第2成長領域と、を有し、
前記第1主面に垂直な断面の中のいずれかの断面において、
当該断面に現れる前記第1成長領域と前記第2成長領域との接合面を表す線の両端を通る直線を第1の線とし、当該断面に現れる前記第2主面を表す線を第2の線とすると、前記第1の線と前記第2の線とがなす角が、70°以上かつ180°より小さい状態が観察されるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of any one of Claim 1 to 5,
The second group III nitride semiconductor layer includes:
A first growth region having a (0001) plane as a growth plane, a (0001) plane as a first main plane, and a (000-1) plane as a second main plane;
A second growth region grown in a different direction from the first growth region and in contact with a sidewall of the first growth region,
In any one of the cross sections perpendicular to the first main surface,
A straight line passing through both ends of a line representing the bonding surface between the first growth region and the second growth region appearing in the cross section is defined as a first line, and a line representing the second main surface appearing in the cross section is defined as a second line. In the case of a line, the group III nitride semiconductor substrate manufacturing method in which an angle formed by the first line and the second line is observed to be 70 ° or more and smaller than 180 °.
請求項6に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記なす角は、90°より大きいIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 6,
The angle formed is a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate larger than 90 °.
請求項6または7に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記なす角は、140°以下であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 6 or 7,
The method for producing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the angle formed is 140 ° or less.
請求項6から8のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第2成長領域は、{1−102}面、{1−101}面及び{hkil}面(h、k、iはh+k=−iを満たす0を除く整数。lは正数。)の中の少なくとも1つを含む口径拡大成長律速面を成長面として成長するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of any one of Claim 6 to 8,
The second growth region has {1-102} plane, {1-101} plane and {hkil} plane (h, k, i are integers excluding 0 satisfying h + k = −i. L is a positive number). A method for producing a group III nitride semiconductor substrate, wherein a growth limiting surface having an enlarged diameter including at least one of them is used as a growth surface.
請求項9に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第2成長領域は、前記口径拡大成長律速面を露出面として有するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 9,
The method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the second growth region has the diameter-enlarged growth rate-controlling surface as an exposed surface.
請求項6から10のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第1成長領域は、[0001]方向に進むに従い、m軸方向に拡大するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 6 to 10,
The method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the first growth region expands in the m-axis direction as it proceeds in the [0001] direction.
請求項6から11のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第1成長領域は、[0001]方向に進むに従い、a軸方向に拡大するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 6 to 11,
The method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the first growth region expands in the a-axis direction as it proceeds in the [0001] direction.
請求項6から12のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
平面視で、前記第2成長領域が、前記第1成長領域の周囲を連続的に、又は、断続的に囲んでいるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 6 to 12,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the second growth region surrounds the first growth region continuously or intermittently in plan view.
JP2013081198A 2013-04-09 2013-04-09 Method of producing group iii nitride semiconductor substrate Pending JP2014201505A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013081198A JP2014201505A (en) 2013-04-09 2013-04-09 Method of producing group iii nitride semiconductor substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013081198A JP2014201505A (en) 2013-04-09 2013-04-09 Method of producing group iii nitride semiconductor substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014201505A true JP2014201505A (en) 2014-10-27

Family

ID=52352275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013081198A Pending JP2014201505A (en) 2013-04-09 2013-04-09 Method of producing group iii nitride semiconductor substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014201505A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5830973B2 (en) GaN free-standing substrate and method for manufacturing semiconductor light-emitting device
JP2005343713A (en) Group iii-v nitride-based semiconductor self-standing substrate, its producing method, and group iii-v nitride-based semiconductor
JP2005350315A (en) Group iii-v nitride semiconductor self-standing substrate, its producing method, and group iii-v nitride semiconductor
JP2010208899A (en) Production method of group iii nitride semiconductor single crystal and production method of group iii nitride semiconductor single crystal substrate
JP5445105B2 (en) Method for producing group III nitride crystal and group III nitride crystal
WO2016136548A1 (en) Nitride semiconductor template, manufacturing method thereof, and epitaxial wafer
WO2020158571A1 (en) Nitride semiconductor substrate, laminated structure, and method for manufacturing nitride semiconductor substrate
JP5446945B2 (en) Nitride semiconductor single crystal and method for manufacturing nitride semiconductor substrate
JP5898555B2 (en) Group III nitride semiconductor substrate and group III nitride semiconductor substrate manufacturing method
JP2013189368A (en) Group iii nitride semiconductor substrate and method for producing group iii nitride semiconductor substrate
JP5120285B2 (en) III-V nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method
JP5845730B2 (en) Crystal substrate manufacturing method and substrate holder
JP2013075791A (en) Method for producing group iii nitride semiconductor crystal, group iii nitride semiconductor substrate, and group iii nitride semiconductor crystal
JP2017024927A (en) Method of manufacturing group III nitride semiconductor substrate
JP5644796B2 (en) Method for producing group III nitride semiconductor single crystal
JP2014162693A (en) Group III nitride semiconductor substrate
US8715413B2 (en) Method for manufacturing a group III nitride semiconductor crystal and method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate
JP2011195388A (en) Group iii nitride semiconductor crystal, method for producing the same, and ground substrate for growing group iii nitride semiconductor crystal
JP2014201505A (en) Method of producing group iii nitride semiconductor substrate
JP2018065711A (en) Group iii nitride semiconductor substrate, and production method for the same
JP5729221B2 (en) Crystal substrate manufacturing method
JP7084123B2 (en) Group III nitride semiconductor substrate
TWI755507B (en) Method of manufacturing group iii nitride semiconductor substrate, group iii nitride semiconductor substrate, and bulk crystal
JP6773512B2 (en) Substrate and manufacturing method of substrate
JP2017109912A (en) SiC SEED, SiC INGOT, SiC WAFER, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND PRODUCTION METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE