JP2015529626A - Iii族窒化物ウエハおよびその生産方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年8月28日に出願された、(発明者)Tadao Hashimoto,Edward Letts,およびSierra Hoffの「GROUP III NITRIDE WAFER AND ITS PRODUCTION METHOD」とう題名の米国出願第61/694,119号に対して優先権を主張する。上記文献は、以下に全てを提示するようにその全体として参照することによって援用される。
2005年7月8日に出願された、Kenji Fujito,Tadao Hashimoto,およびShuji Nakamuraの「METHOD FOR GROWING GROUP III−NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA USING AN AUTOCLAVE」という題名のPCT特許出願第US2005/024239号(attorneys’ docket number 30794.0129−WO−01 (2005−339−1))、
米国特許法Section 119(e)下で、2006年4月7日に出願された、Tadao Hashimoto,Makoto Saito,およびShuji Nakamuraの「METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS」という題名の米国仮特許出願第60/790,310号(attorneys docket number 30794.179−US−P1 (2006−204))の利益を主張する、2007年4月6日に出願された、Tadao Hashimoto,Makoto Saito,およびShuji Nakamuraの「METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS」という題名の米国特許出願第11/784,339号(attorneys docket number 30794.179−US−U1 (2006−204))、
2007年9月19日に出願された、Tadao HashimotoおよびShuji Nakamuraの「GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD」という題名の米国特許出願第60/973,662号(attorneys docket number 30794.244−US−P1 (2007−809−1))、
2007年10月25日に出願された、Tadao Hashimotoの「METHOD FOR GROWING GROUP III−NITRIDE CRYSTALS IN A MIXTURE OF SUPERCRITICAL AMMONIA AND NITROGEN, AND GROUP III−NITRIDE CRYSTALS GROWN THEREBY」という題名の米国特許出願第11/977,661号(attorneys docket number 30794.253−US−U1 (2007−774−2))、
2008年2月25日に出願された、Tadao Hashimoto,Edward Letts,Masanori Ikariの「METHOD FOR PRODUCING GROUP III−NITRIDE WAFERS AND GROUP III−NITRIDE WAFERS」という題名の米国特許出願第61/067,117号(attorneys docket number 62158−30002.00)、
2008年6月4日に出願された、Edward Letts,Tadao Hashimoto,Masanori Ikariの「METHODS FOR PRODUCING IMPROVED CRYSTALLINITY GROUP III−NITRIDE CRYSTALS FROM INITIAL GROUP III−NITRIDE SEED BY AMMONOTHERMAL GROWTH」という題名の米国特許出願第61/058,900号(attorneys docket number 62158−30004.00)、
2008年6月4日に出願された、Tadao Hashimoto,Edward Letts,Masanori Ikariの「HIGH−PRESSURE VESSEL FOR GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS AND METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS USING HIGH−PRESSURE VESSEL AND GROUP III NITRIDE CRYSTAL」という題名の米国特許出願第61/058,910号(attorneys docket number 62158−30005.00)、
2008年6月12日に出願された、Tadao Hashimoto, Masanori Ikari, Edward Lettsの「METHOD FOR TESTING III−NITRIDE WAFERS AND III−NITRIDE WAFERS WITH TEST DATA」という題名の米国特許出願第61/131,917号(attorneys docket number 62158−30006.00)
に関連する。上記出願は、以下に全てを提示するようにそれらの全体として参照することによって援用される。
技術分野
本発明は、発光ダイオード、(LED)、レーザダイオード(LD)、光検出器、およびトランジスタ等の光電子および電子素子を含む、種々の素子加工のために使用される、半導体ウエハに関する。より具体的には、本発明は、III族窒化物から成る、化合物半導体ウエハに関する。
(注:本特許出願は、括弧内の数字、例えば、[x]を用いて示されるように、いくつかの刊行物および特許を参照する。これらの刊行物および特許の一覧は、「参考文献」という表題の項に見出すことができる。)
本発明は、他方の表面と視覚的に区別可能な一方の表面を有する、III族窒化物ウエハを開示する。複数のワイヤソー等の機械的方法を用いて、ウエハをIII族窒化物のバルク結晶からスライスした後、ウエハは、ウエハの一方の表面が、他方の表面と視覚的に区別可能であるように、エッチング、好ましくは、化学的にエッチングされる。本発明はまた、そのようなウエハを生産する方法を開示する。
概要
本発明のIII族窒化物ウエハは、他方の表面と視覚的に区別可能な一方の表面を有する、ウエハを提供する。III族窒化物ウエハは、種々の光電子および電子素子を加工するために好適である。気相エピタキシを使用するウエハ加工方法と異なり、GaN、AlN、InN、またはそのようなIII族窒化物の合金等のIII族窒化物のバルク結晶は、アモノサーマル成長等のバルク成長法を用いて成長される。次いで、III族窒化物ウエハは、複数のワイヤソー等の機械的手段を用いて、バルク結晶からスライスされる。スライス後、ウエハの両表面は、表面が、機械的プロセスから粗面となるため、ほぼ同じに見える。一方の表面と他方の表面を識別するために、ウエハは、化学的にエッチングされる。適切な化学エッチング後、ウエハの一方の表面は、他方の表面から視覚的に区別されることができる。
本発明は、さらなる研磨プロセスが、誤った側を処理する誤りを伴わずに実施されるように、一方の表面が他側と視覚的に区別可能なIII族窒化物ウエハを提示する。図1は、本発明の一実施例を表す。高配向多結晶または単結晶III族窒化物(3)のウエハ形状の層が、ウエハが、例えば、ソーまたはレーザを使用して、インゴットから切断されるときに生成される、第1の層(1)と第2の層(2)との間に挟入される。ウエハは、第1の層(1a)の表面が、第2の層(2a)の表面と視覚的に区別可能であるように、化学的にエッチングされる。一方の表面は、典型的には、粗度、光の反射率、または色の差異を用いて、他方の表面と区別される。
GaNのバルク結晶が、栄養成分としての多結晶GaN、溶媒としての超臨界アンモニア、および鉱化剤としてのナトリウム(アンモニア内に対して5mol%)を使用して、アモノサーマル法を用いて、GaNシード結晶上に成長された。温度は、500〜550℃であって、圧力は、170〜240MPaであった。結晶の厚さは、6.9mmであって、表面積は、約100mm2であった。002平面からのX線回折の半値全幅(FWHM)は、900秒角であった。本FWHM数から、線欠陥および粒界の密度は、106cm−2未満であると推定する。結晶は、光学および電気測定を用いて特性評価されなかったが、それらの特性は、GaNのバルク結晶に対して、典型的なものであると予想される。例えば、フォトルミネセンスまたはカソードルミネセンスは、約370nmでバンド端発光、約400nmで青色放出、および/または約600nmで黄色発光の発光を示すと予想される。伝導性タイプは、キャリア濃度1017〜1020cm−3を伴う、n−型またはn+型であると予想される。そのような結晶の光学吸収係数は、50cm−1以下であると予想される。結晶の格子定数は、c−格子に対して51.84790nm、a−格子に対して31.89343nmであった。GaNに対する格子定数は、成長条件に依存して、10%以内で変化し得る。
利点および改良点
好ましい実施形態は、GaN基板を説明するが、基板は、AlN、AlGaN、InN、InGaN、またはGaAlInN等の種々の組成物のIII族窒化物合金であることができる。
以下の参考文献は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
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Claims (35)
- GaxAlyIn1−x−yN(0≦x≦1、0≦x+y≦1)の組成物を有するIII族窒化物ウエハであって、両表面は、機械的プロセスから粗面化され、前記表面は、一方の表面と別の表面を視覚的に区別するように化学的に処理される、III族窒化物ウエハ。
- 前記機械的プロセスは、前記ウエハをIII族窒化物のバルク結晶からスライスすることを含む、請求項1に記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記機械的プロセスは、前記ウエハの研削である、請求項1に記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記ウエハは、複数のワイヤソーを用いて、III族窒化物のバルク結晶からスライスされた、請求項1または請求項2に記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記化学処理は、エッチングである、請求項1から4のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記エッチングは、湿式エッチング液を使用して行われる、請求項5に記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記湿式エッチング液は、リン酸を含む、請求項6に記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記化学処理は、リン酸またはその混合物中において50℃以上でエッチングされる、請求項1から7のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 配向は、−10度〜+10度の配向不整を伴うc−平面である、請求項1から8のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 配向は、−10度〜+10度の配向不整を伴う半極性平面である、請求項1から8のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 配向は、−10度〜−0.1度または+0.1度〜+10度の配向不整を伴う非極性平面である、請求項1から8のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記表面積は、100mm2を上回る、請求項1から11のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記組成物は、GaNである、請求項1から12のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 高配向多結晶または単結晶III族窒化物の第3の層の両面に損傷したIII族窒化物の第1の層および第2の層を備える、III族窒化物ウエハであって、前記第1および第2の層は、機械的プロセスを通して形成され、前記第2の層の表面は、化学エッチングによって、前記第1の層の表面と視覚的に区別可能にされる、III族窒化物ウエハ。
- 前記ウエハは、III族窒化物のバルク結晶からスライスされる、請求項14に記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記ウエハは、複数のワイヤソーを用いて、III族窒化物のバルク結晶からスライスされる、請求項14または請求項15に記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記化学エッチングは、酸または塩基を使用する、請求項14から16のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記化学エッチングは、リン酸またはその混合物を使用する、請求項17に記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記化学エッチングは、50℃以上でリン酸またはその混合物を使用する、請求項17または請求項18に記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記ウエハの表面積は、100mm2を上回る、請求項14から19のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記第3の層の線欠陥および粒界の密度は、106cm−2未満である、請求項14から20のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- 前記III族窒化物は、GaNである、請求項14から21のいずれかに記載のIII族窒化物ウエハ。
- それぞれ、III族窒化物の損傷または部分的に損傷した層を備える、第1の層および第2の層と、高配向多結晶または単結晶III族窒化物を有する第3の層とを有するIII族窒化物ウエハを加工する方法であって、前記方法は、
(a)ウエハをIII族窒化物インゴットのバルク結晶から機械的にスライスすることと、
(b)前記第2の層の表面を前記第1の層の表面と視覚的に区別可能にする条件下において、前記ウエハを化学的にエッチングすることと
を含む、方法。 - 前記ウエハは、複数のワイヤソーを使用して、前記インゴットから切断される、請求項23に記載の方法。
- 前記化学エッチングは、リン酸またはその混合物を使用する、請求項23または請求項24に記載の方法。
- 前記化学エッチングは、50℃以上でリン酸またはその混合物を使用する、請求項23から25のいずれかに記載の方法。
- 前記第3の層の線欠陥および粒界の密度は、106cm−2未満である、請求項23から26のいずれかに記載の方法。
- 前記III族窒化物は、GaNである、請求項23から27のいずれかに記載の方法。
- III族窒化物のバルク結晶を成長させ、前記インゴットを形成するステップを含み、III族窒化物のバルク結晶の前記成長は、超臨界アンモニアを使用し、
(a)Ga含有栄養成分を高圧反応器内に充填するステップと、
(b)少なくとも1つのシード結晶を前記高圧反応器内に充填するステップと、
(c)Ga含有栄養成分の溶解を増加させる化学添加剤を前記超臨界アンモニア中へ充填するステップと、
(d)アンモニアを前記高圧反応器内に充填するステップと、
(e)前記高圧アンモニアを密閉するステップと、
(f)超臨界状態を生成するために十分な熱をアンモ内に提供するステップと、
(g)前記Ga含有栄養成分を前記超臨界アンモニア中に溶解させるステップと、
(h)GaNを前記シード結晶上で結晶化させるステップと
を含む、請求項28に記載の方法。 - III族窒化物ウエハを加工する方法であって、前記方法は、請求項14から22のいずれかに記載のウエハの前記第1の層または前記第2の層を除去することと、素子を加工するために十分な表面品質を伴う前記第3の層を露出させることとを含む、方法。
- 前記除去プロセスは、研削を含む、請求項30に記載の方法。
- 前記除去プロセスは、ラップ仕上げを含む、請求項30に記載の方法。
- 前記除去プロセスは、研磨を含む、請求項30に記載の方法。
- 前記除去プロセスは、化学機械的研磨を含む、請求項30に記載の方法。
- 前記III族窒化物は、GaNである、請求項30から34のいずれかに記載の方法。
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