JP2017059598A - Wafer and semiconductor device - Google Patents

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光弘 櫛部
Mitsuhiro Kushibe
光弘 櫛部
名古 肇
Hajime Nago
肇 名古
布上 真也
Shinya Nunoue
真也 布上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wafer and a semiconductor device capable of suppressing cracks.SOLUTION: According to an embodiment, a wafer includes a base substance and a foundation part. The base substance includes a plurality of crystal grains. The foundation part includes an amorphous first foundation layer, and a second foundation layer containing silicon. The first foundation layer is provided between the second foundation layer and the base substance. A thickness of the first foundation layer is equal to or less than 140 nanometers. A thickness of the second foundation layer is equal to or less than 70 nanometers. An average grain diameter of the crystal grains is less than 3.1 micrometers.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、ウェーハ及び半導体装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a wafer and a semiconductor device.

窒化物半導体装置において、基板上に、窒化物半導体が形成される。基板と窒化物半導体との間の熱膨張係数の差に起因して、クラックが発生することがある。   In a nitride semiconductor device, a nitride semiconductor is formed on a substrate. Cracks may occur due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the nitride semiconductor.

米国特許第6794276B2号明細書US Pat. No. 6,794,276B2

本発明の実施形態は、クラックを抑制できるウェーハ及び半導体装置を提供する。   Embodiments of the present invention provide a wafer and a semiconductor device capable of suppressing cracks.

本発明の実施形態によれば、ウェーハは、基体と、下地部と、を含む。前記基体は、複数の結晶粒を含む。前記下地部は、非晶質の第1下地層と、シリコンを含む第2下地層と、を含む。前記第1下地層は、前記第2下地層と前記基体との間に設けられる。前記第1下地層の厚さは、140ナノメートル以下である。前記第2下地層の厚さは、70ナノメートル以下である。前記結晶粒の平均の粒径は、3.1マイクロメートル以下である。   According to the embodiment of the present invention, the wafer includes a base and a base portion. The base includes a plurality of crystal grains. The foundation portion includes an amorphous first foundation layer and a second foundation layer containing silicon. The first underlayer is provided between the second underlayer and the base body. The first underlayer has a thickness of 140 nanometers or less. The second underlayer has a thickness of 70 nanometers or less. The average grain size of the crystal grains is 3.1 micrometers or less.

図1(a)〜図1(c)は、第1の実施形態に係るウェーハを例示する模式図である。FIG. 1A to FIG. 1C are schematic views illustrating a wafer according to the first embodiment. 図2(a)〜図2(c)は、第1の実施形態に係る基板の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。2A to 2C are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating the method for manufacturing a substrate according to the first embodiment. 図3(a)及び図3(b)は、基板に生じる剥がれの実験結果を例示する模式図である。FIG. 3A and FIG. 3B are schematic views illustrating experimental results of peeling that occurs on the substrate. 基板に生じる剥がれの実験結果を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the experimental result of the peeling which arises on a board | substrate. 図5(a)及び図5(b)は、基体の表面の凹凸を示す模式図である。FIG. 5A and FIG. 5B are schematic views showing irregularities on the surface of the substrate. 基体の特性を例示するグラフである。It is a graph which illustrates the characteristic of a substrate. シリコン膜の特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the characteristic of a silicon film. 第1の実施形態に係る別のウェーハを例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates another wafer which concerns on 1st Embodiment. 図9(a)及び図9(b)は、第1の実施形態に係る別のウェーハを例示する模式的断面図である。FIG. 9A and FIG. 9B are schematic cross-sectional views illustrating another wafer according to the first embodiment. ウェーハの特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the characteristic of a wafer. 第2の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a second embodiment. 第3の実施形態に係るウェーハを例示する模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a wafer according to a third embodiment. 第4の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a fourth embodiment. 第5の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment. 図15(a)及び図15(b)は、第5の実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式図である。FIG. 15A and FIG. 15B are schematic views illustrating another semiconductor device according to the fifth embodiment. 第5の実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating another semiconductor device according to the fifth embodiment.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Even in the case of representing the same part, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
In the present specification and drawings, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1(a)〜図1(c)は、第1の実施形態に係るウェーハを例示する模式図である。 図1(a)及び図1(b)は、模式的断面図である。図1(c)は、走査型電子顕微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)像である。図1(b)は、図1(c)を基に描いた模式図である。
図1(a)に示すように、本実施形態に係るウェーハ150は、基体60と、下地部65と、を含む。下地部65は、第1下地層61と、第2下地層62と、を含む。基体60及び下地部65(第1下地層61及び第2下地層62)は、基板50に含まれる。第1下地層61は、第2下地層62と基体60との間に設けられる。第1下地層61は、基体60と接する。
(First embodiment)
FIG. 1A to FIG. 1C are schematic views illustrating a wafer according to the first embodiment. FIG. 1A and FIG. 1B are schematic cross-sectional views. FIG. 1C is a scanning electron microscope SEM (Scanning Electron Microscope) image. FIG.1 (b) is the schematic diagram drawn based on FIG.1 (c).
As shown in FIG. 1A, the wafer 150 according to this embodiment includes a base body 60 and a base portion 65. The foundation portion 65 includes a first foundation layer 61 and a second foundation layer 62. The substrate 60 and the base portion 65 (the first base layer 61 and the second base layer 62) are included in the substrate 50. The first foundation layer 61 is provided between the second foundation layer 62 and the base body 60. The first foundation layer 61 is in contact with the base body 60.

基体60から下地部65に向かう方向(例えば基体60から第2下地層62に向かう方向)をZ軸方向(第1方向)とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。   A direction from the base body 60 toward the base portion 65 (for example, a direction from the base body 60 toward the second base layer 62) is defined as a Z-axis direction (first direction). One direction perpendicular to the Z-axis direction is taken as an X-axis direction. A direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction is taken as a Y-axis direction.

本願明細書において、第1要素が第2要素の上に設けられる状態は、第1要素と第2要素とが接する状態と、第1要素と第2要素との間に第3要素が設けられる状態と、を含む。   In the present specification, the state in which the first element is provided on the second element is a state in which the first element and the second element are in contact with each other and a third element is provided between the first element and the second element. State.

基体60は、基体面60s(例えば、基体60の主面)を有する。基体面60sは、例えば、Z軸方向に対して実質的に垂直である。基体面60sは、第1下地層61と接する。第1下地層61は、基体面60sの上に設けられる。第2下地層62は、第1下地層61の上に設けられる。   The base body 60 has a base surface 60s (for example, the main surface of the base body 60). The base surface 60s is substantially perpendicular to the Z-axis direction, for example. The base surface 60 s is in contact with the first base layer 61. The first foundation layer 61 is provided on the base surface 60s. The second foundation layer 62 is provided on the first foundation layer 61.

第1下地層61は、例えば、非晶質である。第1下地層61は、例えば、酸化シリコンを含む。第1下地層61は、例えば、二酸化シリコンを含む。第1下地層61は、例えば、酸化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含んでも良い。第1下地層61は、例えば、酸化シリコン層である。   The first foundation layer 61 is, for example, amorphous. The first foundation layer 61 includes, for example, silicon oxide. The first foundation layer 61 includes, for example, silicon dioxide. The first foundation layer 61 may include, for example, at least one of silicon oxide and silicon oxynitride. The first foundation layer 61 is, for example, a silicon oxide layer.

第1下地層61の厚さt1(Z軸方向の長さ)は、例えば、140ナノメートル(nm)以下である。厚さt1は、例えば、15nm以上である。剥がれ抑制のため、厚さt1は、より望ましくは35nm以上である。厚さt1は、例えば、約100nmである。   The thickness t1 (length in the Z-axis direction) of the first base layer 61 is, for example, 140 nanometers (nm) or less. The thickness t1 is, for example, 15 nm or more. In order to suppress peeling, the thickness t1 is more desirably 35 nm or more. The thickness t1 is, for example, about 100 nm.

第2下地層62は、結晶性である。第2下地層62は、例えば、シリコンを含む。第2下地層62は、例えば、シリコン層である。第2下地層62の厚さt2(Z軸方向の長さ)は、例えば、70nm以下である。厚さt2は、例えば8nm以上である。剥がれ抑制のため、厚さt2は、より望ましくは18nm以上である厚さt2は、例えば、約50nmである。   The second underlayer 62 is crystalline. The second foundation layer 62 includes, for example, silicon. The second foundation layer 62 is, for example, a silicon layer. The thickness t2 (length in the Z-axis direction) of the second base layer 62 is, for example, 70 nm or less. The thickness t2 is, for example, 8 nm or more. In order to suppress peeling, the thickness t2 is more desirably 18 nm or more. The thickness t2 is, for example, about 50 nm.

基体60は、基体面60sに加え、裏面60rを有する。裏面60rは、基体面60sとは反対側の面である。基体60の厚さt0(Z軸方向の長さ)は、例えば、約0.7mm(例えば0.15mm以上1.5mm以下)である。厚さt0は、基体面60sと裏面60rとの間の距離に対応する。   The substrate 60 has a back surface 60r in addition to the substrate surface 60s. The back surface 60r is a surface opposite to the base surface 60s. The thickness t0 (length in the Z-axis direction) of the base body 60 is, for example, about 0.7 mm (for example, 0.15 mm to 1.5 mm). The thickness t0 corresponds to the distance between the base surface 60s and the back surface 60r.

ウェーハ150の平面形状(基板50の平面形状)は、例えば、略円形である。基板50の直径は、例えば、200mm以上である。直径は、例えば、450mm以下である。実施形態において、直径の上限は、任意である。   The planar shape of the wafer 150 (planar shape of the substrate 50) is, for example, a substantially circular shape. The diameter of the substrate 50 is, for example, 200 mm or more. The diameter is, for example, 450 mm or less. In the embodiment, the upper limit of the diameter is arbitrary.

図1(b)に示すように、基体60は、複数の結晶粒60gを含む。複数の結晶粒60gは、例えば、窒化アルミニウム(AlN)を含む。すなわち、基体60は、例えば、多結晶を含む。多結晶は、AlNを含む。多結晶は、例えば、焼結体を含む。基体60は、例えば、AlN多結晶焼結体を含む。結晶粒60gは、粒界60bで囲まれる。   As shown in FIG. 1B, the base 60 includes a plurality of crystal grains 60g. The plurality of crystal grains 60g include, for example, aluminum nitride (AlN). That is, the base body 60 includes, for example, polycrystal. The polycrystal includes AlN. The polycrystal includes, for example, a sintered body. The base 60 includes, for example, an AlN polycrystalline sintered body. The crystal grain 60g is surrounded by a grain boundary 60b.

例えば、基体60の断面において、複数の結晶粒60gが観察される。例えば、SEMにより断面が観察される。観察像において、複数の結晶粒60gのそれぞれは、必ずしも球形ではない。1つの方向における結晶粒60gの長さは、別の1つの方向における結晶粒60gの長さよりも長い。1つの結晶粒60gにおいて、1つの方向において、その結晶粒60gの長さが最も長い。1つの結晶粒60gにおいて、結晶粒60gの最も長い長さをL1とする。この1つの方向に対して直交する方向に沿ったその1つの結晶粒60gの最も長い長さをL2とする。長さL1と長さL2との相乗平均((L1×L2)1/2)を、その1つの結晶粒60gの径とする。複数の結晶粒60gのそれぞれは、このような径を有する。複数の結晶粒60gのそれぞれの径の算術平均を、基体60における平均の粒径d60とする。 For example, in the cross section of the base body 60, a plurality of crystal grains 60g are observed. For example, a cross section is observed by SEM. In the observation image, each of the plurality of crystal grains 60g is not necessarily spherical. The length of the crystal grain 60g in one direction is longer than the length of the crystal grain 60g in another one direction. In one crystal grain 60g, the length of the crystal grain 60g is the longest in one direction. In one crystal grain 60g, the longest length of the crystal grain 60g is L1. L2 is the longest length of the one crystal grain 60g along the direction orthogonal to the one direction. The geometric mean ((L1 × L2) 1/2 ) of the length L1 and the length L2 is taken as the diameter of one crystal grain 60g. Each of the plurality of crystal grains 60g has such a diameter. The arithmetic average of the diameters of the plurality of crystal grains 60 g is defined as an average particle diameter d 60 in the base body 60.

このように、結晶粒60gの平均の粒径d60は、例えば、基体60の断面のSEM像から算出される。算出のための断面の面積は50μmである。 Thus, the average particle diameter d60 of the crystal grains 60g is calculated from, for example, the SEM image of the cross section of the substrate 60. The area of the cross section for calculation is 50 μm 2 .

実施形態においては、結晶粒60gの平均の粒径d60は、例えば、3.1μm(マイクロメートル)未満である。平均の粒径d60は、例えば、2.5μm以上である。   In the embodiment, the average particle diameter d60 of the crystal grains 60g is, for example, less than 3.1 μm (micrometer). The average particle diameter d60 is, for example, 2.5 μm or more.

基体60の基体面60sは、凹凸60dpを有する。凹凸60dpの深さD60(高さ)は、例えば、50nm以上65nm以下である。   The substrate surface 60s of the substrate 60 has irregularities 60dp. The depth D60 (height) of the unevenness 60dp is, for example, not less than 50 nm and not more than 65 nm.

凹凸60dpは、例えば、複数の凹部または複数の凸部を含む。例えば、基体60の断面(Z軸方向を含む断面)から、凹凸60dp(複数の凹部または複数の凸部)が、観察される。凹凸60dpの深さD60は、この断面から得られる。基体60の基体面60sの凹凸dpの複数の凹部または複数の凸部の像(断面像)から、複数の凹部または複数の凸部のそれぞれの深さ(または高さ)が求められる。そして、所定の範囲における複数の凹部または複数の凸部のそれぞれの深さ(または高さ)の最大値が、凹凸60dpの深さD60とされる。凹凸60dpの深さD60は、凹凸60dpの高さでもある。基体面60sの凹凸dpは、複数の観察像から得られても良い。   The unevenness 60dp includes, for example, a plurality of concave portions or a plurality of convex portions. For example, unevenness 60 dp (a plurality of concave portions or a plurality of convex portions) is observed from a cross section of the base body 60 (a cross section including the Z-axis direction). The depth D60 of the unevenness 60dp is obtained from this cross section. The depth (or height) of each of the plurality of concave portions or the plurality of convex portions is obtained from the images (cross-sectional images) of the plurality of concave portions or the plurality of convex portions of the unevenness dp of the base surface 60s of the base body 60. The maximum value of the depth (or height) of each of the plurality of concave portions or the plurality of convex portions in the predetermined range is set as the depth D60 of the unevenness 60dp. The depth D60 of the unevenness 60dp is also the height of the unevenness 60dp. The unevenness dp of the base surface 60s may be obtained from a plurality of observation images.

凹凸60dpの深さD60の算出において、所定の範囲は、7.5μmの長さの範囲とする。すなわち、基体60の断面(Z軸方向を含む断面)のSEM像中において、基体面60sの幅(Z軸方向に対して垂直な方向の長さ)が7.5μmの範囲が、所定の範囲とされる。この幅の基体面60sにおける複数の凹凸60dpの深さ(最大値)が、深さD60とされる。   In the calculation of the depth D60 of the unevenness 60dp, the predetermined range is a range having a length of 7.5 μm. That is, in the SEM image of the cross section of the base body 60 (cross section including the Z-axis direction), the width of the base body surface 60s (the length in the direction perpendicular to the Z-axis direction) is 7.5 μm. It is said. The depth (maximum value) of the plurality of irregularities 60dp on the base surface 60s having this width is defined as the depth D60.

基体面60sは、例えば、研磨により形成される。基体面60sにおける研磨の精度は、裏面60rにおける研磨の精度よりも高い。裏面60rも凹凸を有しても良い。基体面60sにおける凹凸60dpの深さD60は、裏面60rにおける凹凸の深さよりも小さい。   The base surface 60s is formed by polishing, for example. The accuracy of polishing on the base surface 60s is higher than the accuracy of polishing on the back surface 60r. The back surface 60r may also have irregularities. The depth D60 of the unevenness 60dp on the base surface 60s is smaller than the depth of the unevenness on the back surface 60r.

図1(a)に示すように、第2下地層62の上に機能部10Fが形成される。機能部10Fは、例えば、窒化物半導体を含む。機能部10Fは、例えば、GaNなどを含む。   As illustrated in FIG. 1A, the functional unit 10 </ b> F is formed on the second base layer 62. The functional unit 10F includes, for example, a nitride semiconductor. The functional unit 10F includes, for example, GaN.

実施形態に係る基板50においては、基体60は、例えば、AlNを含む。一方、機能部10Fは、窒化物半導体を含む。基体60の熱膨張係数は、機能部10Fの熱膨張係数に比較的近い。このため、基板50の上に、機能部10Fを高温で形成し、その後室温に戻したときの、基板50の反りが抑制できる。   In the substrate 50 according to the embodiment, the base body 60 includes, for example, AlN. On the other hand, the functional unit 10F includes a nitride semiconductor. The thermal expansion coefficient of the base body 60 is relatively close to the thermal expansion coefficient of the functional unit 10F. For this reason, the curvature of the board | substrate 50 when the functional part 10F is formed on the board | substrate 50 at high temperature and it returns to room temperature after that can be suppressed.

例えば、シリコン基板の上に窒化物半導体層を形成する参考例において、基板に大きな反りが生じる。これは、シリコンと窒化物半導体との間の熱膨張係数の差が大きいためである。   For example, in a reference example in which a nitride semiconductor layer is formed on a silicon substrate, the substrate is greatly warped. This is because the difference in thermal expansion coefficient between silicon and nitride semiconductor is large.

実施形態においては、基体60の熱膨張係数は、機能部10Fの熱膨張係数の0.75倍以上1.3倍以下である。これにより、反りが抑制できる。   In the embodiment, the thermal expansion coefficient of the base body 60 is not less than 0.75 times and not more than 1.3 times the thermal expansion coefficient of the functional unit 10F. Thereby, curvature can be suppressed.

基板50の上に機能部10Fを形成したとき、基体60と機能部10Fとの間に、第1下地層61及び第2下地層62が設けられる。これらの下地層の熱膨張係数と、基体60の熱膨張係数と、の差は大きい。しかし、下地層の両側に、熱膨張係数が比較的近い2つの層(基体60及び機能部10F)が設けられるため、反りは抑制される。   When the functional unit 10F is formed on the substrate 50, the first base layer 61 and the second base layer 62 are provided between the base body 60 and the functional unit 10F. The difference between the thermal expansion coefficient of these underlayers and the thermal expansion coefficient of the substrate 60 is large. However, since two layers (base 60 and functional unit 10F) having relatively close thermal expansion coefficients are provided on both sides of the base layer, warping is suppressed.

そして、これらの下地層と基体60との間の熱膨張係数が大きく異なり、これらの下地層と機能部10Fとの間の熱膨張係数が大きく異なっていても、これらの下地層の厚さが薄いため、これらの下地層にクラックなどが生じることが抑制される。   And even if the thermal expansion coefficient between these foundation layers and the base | substrate 60 differs greatly and the thermal expansion coefficients between these foundation layers and the function part 10F differ greatly, the thickness of these foundation layers is different. Since it is thin, the occurrence of cracks or the like in these underlayers is suppressed.

例えば、サファイア基板の上に、窒化物半導体層を形成する第1参考例がある。この場合、サファイアと窒化物半導体との間において、熱膨張係数の差は比較的小さく、格子間隔の差も比較的小さい。このため、第1参考例において、窒化物半導体層にはクラックが生じにくい。しかし、窒化物半導体層における転位密度は比較的高い。これは、サファイアの結晶構造(コランダム構造)と、窒化物半導体層の結晶構造(ウルツァイト構造)と、が、互いに異なることが原因であると考えられる。   For example, there is a first reference example in which a nitride semiconductor layer is formed on a sapphire substrate. In this case, the difference in thermal expansion coefficient between sapphire and the nitride semiconductor is relatively small, and the difference in lattice spacing is also relatively small. For this reason, in the first reference example, the nitride semiconductor layer is hardly cracked. However, the dislocation density in the nitride semiconductor layer is relatively high. This is considered to be because the crystal structure of sapphire (corundum structure) and the crystal structure of the nitride semiconductor layer (wurzeite structure) are different from each other.

一方、シリコン基板の上に、窒化物半導体層を形成する第2参考例がある。大きい面積のシリコン基板が安価に入手できるため、低コスト化に有利であると考えられている。しかしながら、シリコンと窒化物半導体との間において熱膨張係数の差が大きい。このため、第2参考例においては、窒化物半導体層を高温で形成した後に室温に戻したときに、基板に大きな反りが生じる。窒化物半導体層にクラックが生じ易い。シリコンの熱膨張係数が窒化物半導体の熱膨張係数よりも小さく、シリコンの熱膨張係数と窒化物半導体の熱膨張係数の差が大きい。窒化物半導体が引っ張りひずみを受ける。このため、基板が反りやすく、クラックが発生しやすい。   On the other hand, there is a second reference example in which a nitride semiconductor layer is formed on a silicon substrate. Since a silicon substrate having a large area can be obtained at a low cost, it is considered advantageous for cost reduction. However, there is a large difference in thermal expansion coefficient between silicon and nitride semiconductor. For this reason, in the second reference example, when the nitride semiconductor layer is formed at a high temperature and then returned to room temperature, the substrate is greatly warped. Cracks are likely to occur in the nitride semiconductor layer. The thermal expansion coefficient of silicon is smaller than the thermal expansion coefficient of nitride semiconductor, and the difference between the thermal expansion coefficient of silicon and the thermal expansion coefficient of nitride semiconductor is large. Nitride semiconductors are subject to tensile strain. For this reason, the substrate is likely to warp and cracks are likely to occur.

一方、GaN単結晶基板またはAlN単結晶基板の上に、窒化物半導体層を形成する第3参考例がある。この場合には、基板と窒化物半導体層との間において、熱膨張係数の差が小さいため、クラックは生じにくい。そして、結晶構造が同様であるため、転位密度は低く、高い結晶品質が得られる。しかしながら、これらの単結晶基板において、大面積を得ることが困難である。このため、コストの低減に限界がある。   On the other hand, there is a third reference example in which a nitride semiconductor layer is formed on a GaN single crystal substrate or an AlN single crystal substrate. In this case, since the difference in thermal expansion coefficient is small between the substrate and the nitride semiconductor layer, cracks are unlikely to occur. Since the crystal structure is the same, the dislocation density is low and high crystal quality can be obtained. However, it is difficult to obtain a large area in these single crystal substrates. For this reason, there is a limit to cost reduction.

例えば、AlNなどの多結晶基板においては、大面積が、比較的容易に得られる。そして、AlNなどの熱膨張係数と、窒化物半導体層の熱膨張係数と、の差は小さい、または、差がない。このため、AlNなどの多結晶基板の上に、窒化物半導体層を設ける場合には、熱膨張係数の差に起因するクラックは生じ難い。ただし、多結晶基板の上に窒化物半導体層を直接形成すると、窒化物半導体層は、多結晶基板に含まれる複数の結晶粒のそれぞれの結晶方位の影響を受ける。このため、窒化物半導体層において、良好な結晶性を得ることが困難である。   For example, in a polycrystalline substrate such as AlN, a large area can be obtained relatively easily. The difference between the thermal expansion coefficient of AlN or the like and the thermal expansion coefficient of the nitride semiconductor layer is small or no difference. For this reason, when a nitride semiconductor layer is provided on a polycrystalline substrate such as AlN, cracks due to differences in thermal expansion coefficients are unlikely to occur. However, when the nitride semiconductor layer is directly formed on the polycrystalline substrate, the nitride semiconductor layer is affected by the crystal orientation of each of the plurality of crystal grains included in the polycrystalline substrate. For this reason, it is difficult to obtain good crystallinity in the nitride semiconductor layer.

実施形態においては、ウェーハ150(基板50)は、例えば、AlNの多結晶の基体60と、基体60の上に設けられた酸化シリコンの第1下地層61と、第1下地層61の上に設けられたシリコンを含む第2下地層62と、を含む。第2下地層62を設けることで、第2下地層62の上に窒化物半導体層を形成したときに、窒化物半導体層において、基体60の複数の結晶粒のそれぞれの結晶方位の影響が抑制できる。   In the embodiment, the wafer 150 (substrate 50) is formed on, for example, an AlN polycrystalline base 60, a silicon oxide first base layer 61 provided on the base 60, and the first base layer 61. And a second underlayer 62 containing silicon provided. By providing the second underlayer 62, when a nitride semiconductor layer is formed on the second underlayer 62, the influence of the respective crystal orientations of the plurality of crystal grains of the substrate 60 is suppressed in the nitride semiconductor layer. it can.

このとき、AlNの多結晶の基体60の上に、シリコンの第2下地層62を直接設けると、AlNとシリコンとが反応する。このため、所望の下地層を得ることが困難である。   At this time, if the second base layer 62 of silicon is directly provided on the polycrystalline base 60 of AlN, AlN and silicon react. For this reason, it is difficult to obtain a desired underlayer.

実施形態においては、AlNの多結晶の基体60と、シリコンを含む第2下地層62と、の間に、酸化シリコンを含む第1下地層61を設ける。これにより、この反応が抑制され、所望のシリコン層(第2下地層62)が得られる。   In the embodiment, a first underlayer 61 containing silicon oxide is provided between a polycrystalline base 60 of AlN and a second underlayer 62 containing silicon. As a result, this reaction is suppressed, and a desired silicon layer (second base layer 62) is obtained.

このような基板50の上(シリコンの第2下地層62の上)に、窒化物半導体を含む機能部10Fが形成される。シリコンの表面において、転移密度は、低い。このため、シリコンの第2下地層62の上に、窒化物半導体層を形成することで、転位密度が低い窒化物半導体層(機能部10F)が得られる。良好な結晶性の窒化物半導体層(機能部10F)が得られる。シリコンの第2下地層62の上に、例えば、シリコン窒化物(SiN)を含む層を形成し、さらに、その上に、窒化物半導体層を形成しても良い。これにより、転位密度がさらに低い窒化物半導体層(機能部10F)が得られる。   A functional unit 10F including a nitride semiconductor is formed on the substrate 50 (on the second base layer 62 of silicon). At the surface of silicon, the transition density is low. For this reason, a nitride semiconductor layer (functional unit 10F) having a low dislocation density is obtained by forming a nitride semiconductor layer on the second underlayer 62 of silicon. A favorable crystalline nitride semiconductor layer (functional portion 10F) is obtained. For example, a layer containing silicon nitride (SiN) may be formed on the second base layer 62 of silicon, and a nitride semiconductor layer may be further formed thereon. Thereby, a nitride semiconductor layer (functional part 10F) having a lower dislocation density is obtained.

基体60(AlNの多結晶基板)と、機能部10F(窒化物半導体)と、の間において、熱膨張係数の差が小さいため、クラックは生じ難い。そして、多結晶基板を用いることで、大面積が比較的容易に得られる。   Since the difference in coefficient of thermal expansion is small between the base body 60 (AlN polycrystalline substrate) and the functional part 10F (nitride semiconductor), cracks are unlikely to occur. A large area can be obtained relatively easily by using a polycrystalline substrate.

実施形態においては、これらの下地層の厚さを薄くする。これにより、機能部10F(窒化物半導体層)を高温で成長させたときの温度変化に起因する応力が、下地層に加わったときにおいて、多数のクラックを生じさせないで、これらの下地層の変形が可能である。下地層に応力が加わったときに、下地層におけるクラックの発生が抑制される。   In the embodiment, the thickness of these foundation layers is reduced. As a result, when the stress due to the temperature change when the functional unit 10F (nitride semiconductor layer) is grown at a high temperature is applied to the underlayer, the deformation of these underlayers is prevented without causing a large number of cracks. Is possible. When stress is applied to the underlayer, the generation of cracks in the underlayer is suppressed.

後述するように、実施形態において、基体60の多結晶の結晶粒60gの平均の粒径d60が所定の大きさのときに、良好な特性が得られる。適正な平均の粒径d60について説明する前に、実施形態に係る基板50の製造方法の例について説明する。   As will be described later, in the embodiment, when the average grain size d60 of the polycrystalline crystal grains 60g of the substrate 60 is a predetermined size, good characteristics can be obtained. Before describing the appropriate average particle diameter d60, an example of a method for manufacturing the substrate 50 according to the embodiment will be described.

図2(a)〜図2(c)は、第1の実施形態に係る基板の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図2(a)に示すように、第1構造体S1と、第2構造体S2と、が用意される。
2A to 2C are schematic cross-sectional views in order of the processes, illustrating the method for manufacturing a substrate according to the first embodiment.
As shown in FIG. 2A, a first structure S1 and a second structure S2 are prepared.

第1構造体S1は、基体60と、第1酸化シリコン膜61aと、を含む。第1酸化シリコン膜61aは、第1下地層61の一部となる。第1酸化シリコン膜61aは、基体60の基体面60sの上に設けられる。第1酸化シリコン膜61aの厚さt11は、例えば、7nm以上140nm以下(例えば約40nm)である。   The first structure S1 includes a base body 60 and a first silicon oxide film 61a. The first silicon oxide film 61 a becomes a part of the first base layer 61. The first silicon oxide film 61 a is provided on the base surface 60 s of the base 60. The thickness t11 of the first silicon oxide film 61a is, for example, not less than 7 nm and not more than 140 nm (for example, about 40 nm).

基体60となる多結晶基板は、例えば、焼結などにより形成される。この多結晶基板の表面を研磨することで、基体60が得られる。   The polycrystalline substrate to be the base 60 is formed by, for example, sintering. The substrate 60 is obtained by polishing the surface of the polycrystalline substrate.

第2構造体S2は、シリコン基板62sと、第2酸化シリコン膜61bと、を含む。第2酸化シリコン膜61bは、第1下地層61の一部となる。シリコン基板62sは、面62saと、面62sbと、を有する。面62sbは、面62saとは反対側の面である。第2酸化シリコン膜61bは、面62saの上に設けられる。シリコン基板62sの厚さt21は、例えば、0.28mm以上1.2mm以下(例えば約0.65mm)である。第2酸化シリコン膜61bの厚さt22は、例えば5nm以上50nm以下(例えば約30nm)である。   The second structure S2 includes a silicon substrate 62s and a second silicon oxide film 61b. The second silicon oxide film 61 b becomes a part of the first base layer 61. The silicon substrate 62s has a surface 62sa and a surface 62sb. The surface 62sb is a surface opposite to the surface 62sa. The second silicon oxide film 61b is provided on the surface 62sa. The thickness t21 of the silicon substrate 62s is, for example, not less than 0.28 mm and not more than 1.2 mm (for example, about 0.65 mm). The thickness t22 of the second silicon oxide film 61b is, for example, not less than 5 nm and not more than 50 nm (for example, about 30 nm).

図2(a)に示すように、第1構造体S1と、第2構造体S2と、が、互いに対向して配置される。第1酸化シリコン膜61aと、第2酸化シリコン膜61bと、が互いに対向させられる。   As shown in FIG. 2A, the first structure S1 and the second structure S2 are arranged to face each other. The first silicon oxide film 61a and the second silicon oxide film 61b are opposed to each other.

図2(b)に示すように、第1酸化シリコン膜61aと、第2酸化シリコン膜61bと、を接合する。例えば、第1酸化シリコン膜61aと、第2酸化シリコン膜61bと、を接触させて、加熱する。これにより、これらの酸化シリコン膜が接合される。これにより、第1構造体S1と第2構造体S2と、が接合される。接合された、第1酸化シリコン膜61a及び第2酸化シリコン膜61bにより、第1下地層61が形成される。   As shown in FIG. 2B, the first silicon oxide film 61a and the second silicon oxide film 61b are joined. For example, the first silicon oxide film 61a and the second silicon oxide film 61b are brought into contact with each other and heated. Thereby, these silicon oxide films are bonded. Thereby, 1st structure S1 and 2nd structure S2 are joined. The first base layer 61 is formed by the bonded first silicon oxide film 61a and second silicon oxide film 61b.

図2(c)に示すように、シリコン基板62sの厚さt21を減少させる。これにより、シリコン基板62sから第2下地層62が得られる。これにより、基板50が得られる。   As shown in FIG. 2C, the thickness t21 of the silicon substrate 62s is decreased. Thereby, the second underlayer 62 is obtained from the silicon substrate 62s. Thereby, the substrate 50 is obtained.

このような方法で得られる基板50において、下地層の剥がれが生じる場合があることが分かった。下地層の剥がれは、基体60の表面状態に依存する。特に、基体60の表面(基体面60s)の凹凸60dpが剥がれに関係していると考えられる。   It has been found that in the substrate 50 obtained by such a method, the underlayer may be peeled off. The peeling of the underlayer depends on the surface state of the substrate 60. In particular, it is considered that the unevenness 60 dp on the surface of the substrate 60 (substrate surface 60 s) is related to peeling.

上記のように、基体60となる多結晶基板の表面を研磨することで、基体60が得られる。このとき、多結晶の結晶粒60gを含む基体60の基体面60sに凹凸60dpが形成される。基体面60sの凹凸60dpは、結晶粒60gの粒径の影響を受ける。例えば、基体60となる基板が非結晶または単結晶の場合は、基板の表面の凹凸の程度は、研磨の条件により定まる。しかしながら、多結晶基板の場合には、基板の表面を高い精度で研磨したとしても、基板の表面に、凹凸が残る。この凹凸は、多結晶の結晶粒60gに起因している。基体60の基体面60sの凹凸60dpの深さD60は、結晶粒60gのサイズ(粒径)の影響を受ける。   As described above, the base 60 is obtained by polishing the surface of the polycrystalline substrate to be the base 60. At this time, irregularities 60dp are formed on the substrate surface 60s of the substrate 60 including the polycrystalline crystal grains 60g. The unevenness 60 dp on the substrate surface 60 s is affected by the grain size of the crystal grains 60 g. For example, when the substrate serving as the base 60 is amorphous or single crystal, the degree of unevenness on the surface of the substrate is determined by the polishing conditions. However, in the case of a polycrystalline substrate, irregularities remain on the surface of the substrate even if the surface of the substrate is polished with high accuracy. This unevenness is caused by the polycrystalline crystal grains 60 g. The depth D60 of the unevenness 60dp on the base surface 60s of the base body 60 is affected by the size (grain size) of the crystal grains 60g.

以下、本願発明者が行った実験について説明する。実験においては、AlNの多結晶を含む基体60において、結晶粒60gの平均の粒径d60(サイズ)が変更される。サイズの変更は、基体60の焼結条件などによって変更される。結晶粒60gの平均の粒径d60が異なる基体60の上に、酸化シリコンの第1下地層61が形成され、第1構造体S1が形成される。このような第1構造体S1が、第2構造体S2と接合される。   Hereinafter, experiments conducted by the inventors will be described. In the experiment, the average particle diameter d60 (size) of the crystal grains 60g is changed in the base body 60 containing AlN polycrystals. The size is changed depending on the sintering conditions of the substrate 60. A first underlayer 61 of silicon oxide is formed on a base 60 having a different average grain size d60 of crystal grains 60g, thereby forming a first structure S1. Such a first structure S1 is joined to the second structure S2.

実験によると、AlNの結晶粒60gの平均の粒径d60が、約3.1μmを超えるときは(例えば、3.3μmまたは4.7μmのとき)は、第1下地層61の第1酸化シリコン膜61aが剥がれやすい。基体60の基体面60sの上に第1酸化シリコン膜61aを形成したときに、酸化シリコンが、基体面60sの凹部の深い位置を埋め込むことができず、凹部の深い位置に空洞が残ることが原因であると、考えられる。この状態の第1構造体S1(基体60及び第1酸化シリコン膜61a)と、第2構造体S2と、を接合すると、接合処理後に、第1酸化シリコン膜61aが基体60から剥がれやすい。接合の加熱工程(例えば100℃以上300℃以下)において、基体60の基体面60sの凹凸60dpの凹部の空洞に存在するガスが膨張し、剥がれが生じると、考えられる。   According to experiments, when the average grain size d60 of 60 g of AlN crystal grains exceeds about 3.1 μm (for example, when 3.3 μm or 4.7 μm), the first silicon oxide of the first underlayer 61 is used. The film 61a is easily peeled off. When the first silicon oxide film 61a is formed on the base surface 60s of the base body 60, silicon oxide cannot fill the deep position of the concave portion of the base surface 60s, and a cavity remains in the deep position of the concave portion. It is thought to be the cause. When the first structure S1 (base 60 and first silicon oxide film 61a) and the second structure S2 in this state are joined, the first silicon oxide film 61a is easily peeled off from the base 60 after the joining process. In the heating step of bonding (for example, 100 ° C. or more and 300 ° C. or less), it is considered that the gas existing in the cavity of the recesses 60dp of the substrate surface 60s of the substrate 60 expands and peels off.

基体60の結晶粒60gの平均の粒径d60が3.1μm以下の場合(例えば、2.9μmまたは、2.5μmなど)の場合には、第1酸化シリコン膜61aは、剥がれにくいことが分かった。   When the average particle diameter d60 of the crystal grains 60g of the substrate 60 is 3.1 μm or less (for example, 2.9 μm or 2.5 μm), it is found that the first silicon oxide film 61a is difficult to peel off. It was.

図3(a)及び図3(b)は、基板に生じる剥がれの実験結果を例示する模式図である。
これらの図は、第1構造体S1と第2構造体S2とを接合した後の基体60の表面の光学顕微鏡写真を例示している。図3(a)において、基体60の結晶粒60gの平均の粒径d60は、2.9μmである。図3(b)において、基体60の結晶粒60gの平均の粒径d60は、3.3μmである。
FIG. 3A and FIG. 3B are schematic views illustrating experimental results of peeling that occurs on the substrate.
These drawings illustrate optical micrographs of the surface of the substrate 60 after the first structure S1 and the second structure S2 are joined. In FIG. 3A, the average particle diameter d60 of the crystal grains 60g of the substrate 60 is 2.9 μm. In FIG.3 (b), the average particle diameter d60 of the crystal grain 60g of the base | substrate 60 is 3.3 micrometers.

図3(b)に示すように、平均の粒径d60が3.3μmのときは、第2下地層62の一部(シリコン)が観察されているものの、第2下地層62の一部が剥がれ、第1下地層61(酸化シリコン)及び基体60が、表面に露出している。   As shown in FIG. 3B, when the average particle diameter d60 is 3.3 μm, a part (silicon) of the second underlayer 62 is observed, but a part of the second underlayer 62 is observed. The first base layer 61 (silicon oxide) and the base body 60 are exposed on the surface.

図3(a)に示すように、平均の粒径d60が2.9μmのときは、第2下地層62(シリコン)で表面が覆われており、剥がれが抑制されている。   As shown in FIG. 3A, when the average particle diameter d60 is 2.9 μm, the surface is covered with the second underlayer 62 (silicon), and peeling is suppressed.

複数の試料を評価したところ、平均の粒径d60が比較的小さい試料(平均の粒径d60が3.1μm以下)においても、基板上の一部で部分的に剥がれが生じる場合があることが分かった。剥がれが生じている領域と、剥がれが生じていない領域と、を調べると、剥がれが生じている部分における平均の粒径d60は、剥がれが生じていない部分における平均の粒径d60よりも小さいことが分かった。   When a plurality of samples are evaluated, a sample with a relatively small average particle size d60 (average particle size d60 of 3.1 μm or less) may be partially peeled off on the substrate. I understood. When the area where peeling has occurred and the area where peeling has not occurred, the average particle diameter d60 in the part where peeling has occurred is smaller than the average particle diameter d60 in the part where peeling has not occurred. I understood.

図4は、基板に生じる剥がれの実験結果を例示する模式図である。
これらの図は、第1構造体S1と第2構造体S2とを接合した後の基体60の表面の光学顕微鏡写真を例示している。図4において、基体60の結晶粒60gの平均の粒径d60は、2.4μmである。
FIG. 4 is a schematic view illustrating an experimental result of peeling occurring on the substrate.
These drawings illustrate optical micrographs of the surface of the substrate 60 after the first structure S1 and the second structure S2 are joined. In FIG. 4, the average particle diameter d60 of the crystal grains 60g of the substrate 60 is 2.4 μm.

図4に示すように、平均の粒径d60が2.4μmのときは、第1下地層61(酸化シリコン)及び第2下地層62(シリコン)が観察されず、基体60だけが観察される。すなわち、第1下地層61及び第2下地層62の全部が剥がれている。   As shown in FIG. 4, when the average particle size d60 is 2.4 μm, the first base layer 61 (silicon oxide) and the second base layer 62 (silicon) are not observed, and only the base 60 is observed. . That is, the first ground layer 61 and the second ground layer 62 are all peeled off.

このように、基体60の平均の粒径d60が過度に小さいと、基体60と第1下地層61(酸化シリコン)との間の密着力が低下すると考えられる。例えば、基体60の平均の粒径d60が過度に小さい場合(例えば2.4μm以下)には、基体60の表面(基体面60s)の凹凸60dpが過度に小さく、基体面60sは平坦になる。基体面60sが過度に平坦になることで、基体60と第1下地層61との間の密着力が低くなったと考えられる。   Thus, when the average particle diameter d60 of the base 60 is excessively small, it is considered that the adhesion between the base 60 and the first underlayer 61 (silicon oxide) decreases. For example, when the average particle diameter d60 of the substrate 60 is excessively small (for example, 2.4 μm or less), the unevenness 60dp on the surface of the substrate 60 (substrate surface 60s) is excessively small, and the substrate surface 60s becomes flat. It is considered that the adhesive force between the base body 60 and the first base layer 61 is reduced by the base surface 60s being excessively flat.

基体60の多結晶の結晶粒60gの平均の粒径d60が過度に大きい場合、及び、過度に小さい場合に、第1構造体S1と第2構造体S2とを接合した後に、第1下地層61が剥がれ易い。平均の粒径d60が過度に大きい場合には、基体60の基体面60sに形成される凹凸60dpが大きく、第1下地層61により、凹凸60dpの凹部の埋め込みが不十分になる。これにより、凹部に空洞が形成され、ガスの発生などにより剥がれが生じると考えられる。一方、平均の粒径d60が過度に小さい場合は、基体面60sが過度に平坦になり、その結果、基体面60sと第1下地層61との間の接触面積が小さくなる。これにより剥がれが生じると、考えられる。   When the average grain size d60 of the polycrystalline crystal grains 60g of the base body 60 is excessively large or excessively small, the first base layer S1 and the second structural body S2 are joined and then the first underlayer 61 is easy to peel off. When the average particle diameter d60 is excessively large, the unevenness 60dp formed on the base surface 60s of the base body 60 is large, and the first underlayer 61 does not sufficiently fill the concave portions of the unevenness 60dp. Thereby, it is considered that a cavity is formed in the concave portion and peeling occurs due to generation of gas or the like. On the other hand, when the average particle diameter d60 is excessively small, the base surface 60s becomes excessively flat, and as a result, the contact area between the base surface 60s and the first underlayer 61 decreases. This is considered to cause peeling.

基体60において、多結晶(Alの多結晶)の結晶粒60gの平均の粒径d60が3.1μm以下のときに、下地層の剥がれが抑制される。平均の粒径d60が2.5μm以上3.1μm以下のときに、下地層の剥がれが、より安定して抑制できる。   In the substrate 60, when the average grain size d60 of the polycrystalline (Al polycrystalline) crystal grains 60g is 3.1 μm or less, peeling of the underlayer is suppressed. When the average particle size d60 is 2.5 μm or more and 3.1 μm or less, peeling of the underlayer can be more stably suppressed.

図5(a)及び図5(b)は、基体の表面の凹凸を示す模式図である。
図5(a)において、平均の粒径d60は、1.7μmである。図5(b)において、平均の粒径d60は、4.7μmである。図5(a)及び図5(b)は、試料の断面SEM像を基に描いた模式図である。
FIG. 5A and FIG. 5B are schematic views showing irregularities on the surface of the substrate.
In Fig.5 (a), the average particle diameter d60 is 1.7 micrometers. In FIG.5 (b), the average particle diameter d60 is 4.7 micrometers. FIG. 5A and FIG. 5B are schematic diagrams drawn based on a cross-sectional SEM image of a sample.

図5(a)に示すように、平均の粒径d60が1.7μmのときに、基体60の基体面60sの凹凸60dpの深さは浅く、基体面60sの平坦性は高い。平均の粒径d60が1.7μmのとき、基体面60sの凹凸60dpの深さD60は、約40nmである。   As shown in FIG. 5A, when the average particle diameter d60 is 1.7 μm, the depth of the unevenness 60dp of the base surface 60s of the base body 60 is shallow, and the flatness of the base surface 60s is high. When the average particle diameter d60 is 1.7 μm, the depth D60 of the unevenness 60dp on the base surface 60s is about 40 nm.

図5(b)に示すように、平均の粒径d60が4.7μmのときに、基体60の基体面60sの凹凸60dpの深さが深く、基体面60sの平坦性は低い。平均の粒径d60が4.7μmのとき、基体面60sの凹凸60dpの深さD60は、約250nmである。この場合、凹凸60dpの凹部は、大きい。例えば、凹凸60dpの凹部の上端(開口部)の幅は、約3μmである。幅に対する、凹凸60dpの深さの比(深さ/幅)は、約0.083である。   As shown in FIG. 5B, when the average particle diameter d60 is 4.7 μm, the depth of the unevenness 60dp on the base surface 60s of the base body 60 is deep, and the flatness of the base surface 60s is low. When the average particle diameter d60 is 4.7 μm, the depth D60 of the unevenness 60dp on the base surface 60s is about 250 nm. In this case, the concave portion of the unevenness 60 dp is large. For example, the width of the upper end (opening) of the concave portion of the unevenness 60 dp is about 3 μm. The ratio of the depth of the unevenness 60dp to the width (depth / width) is about 0.083.

基体面60sの凹凸60dpの凹部が大きい場合は、第1下地層61となる酸化シリコンによる埋め込み(平坦化)が不十分であると考えられる。基体面60sの凹凸60dpの凹部が小さい場合は、凹凸60dpの凹部は、第1下地層61となる酸化シリコンによって良好に埋め込まれると考えられる。   When the concave portion of the unevenness 60dp on the substrate surface 60s is large, it is considered that the filling (planarization) with silicon oxide serving as the first underlayer 61 is insufficient. When the recesses of the unevenness 60 dp on the base surface 60 s are small, it is considered that the recesses of the unevenness 60 dp are satisfactorily filled with silicon oxide that becomes the first base layer 61.

実施形態において、基体60の基体面60sの凹凸60dpの深さD60の、凹凸60dpの凹部の上端(開口部)の幅に対する比は、例えば、0.05以下である。この比は、例えば、0.02以下である。この比は、例えば、0.015以下である。これにより、第1下地層61による良好な埋め込みが得られる。この比は、0.015以上であることが好ましい。これにより、基体面60sに適正な凹凸60dpが形成され、基体60と第1下地層61との間の接触面積が大きくできる。高い密着性が得られる。   In the embodiment, the ratio of the depth D60 of the unevenness 60dp on the base surface 60s of the base 60 to the width of the upper end (opening) of the concave portion of the unevenness 60dp is, for example, 0.05 or less. This ratio is, for example, 0.02 or less. This ratio is, for example, 0.015 or less. Thereby, satisfactory embedding by the first underlayer 61 is obtained. This ratio is preferably 0.015 or more. Thereby, appropriate irregularities 60dp are formed on the base surface 60s, and the contact area between the base 60 and the first underlayer 61 can be increased. High adhesion can be obtained.

以下、基体60の結晶粒60gの平均の粒径d60と、基体60の表面(基体面60s)の凹凸60dpと、の関係について説明する。   Hereinafter, the relationship between the average particle diameter d60 of the crystal grains 60g of the substrate 60 and the irregularities 60dp on the surface of the substrate 60 (substrate surface 60s) will be described.

図6は、基体の特性を例示するグラフである。
図6の横軸は、基体60に含まれる結晶粒60gの平均の粒径d60(μm)を示す。図6の縦軸は、基体60の基体面60sの凹凸60dpの深さD60(nm)を示す。
FIG. 6 is a graph illustrating characteristics of the substrate.
The horizontal axis of FIG. 6 indicates the average particle diameter d60 (μm) of the crystal grains 60g included in the substrate 60. The vertical axis in FIG. 6 indicates the depth D60 (nm) of the unevenness 60 dp of the base surface 60 s of the base body 60.

図6に示すように、基体60の基体面60sの凹凸60dpの深さD60は、平均の粒径d60が大きいと、大きい。平均の粒径d60が3.3μmのとき、凹凸60dpの深さD60は、約100nmである。平均の粒径d60が3.1μmのとき、凹凸60dpの深さD60は、約50nmである。平均の粒径d60が2.9μmのとき、凹凸60dpの深さD60は、約65nmである。平均の粒径d60が2.5μmのとき、凹凸60dpの深さD60は、約65nmである。平均の粒径d60が2.4μmのとき、凹凸60dpの深さD60は、20nmである。   As shown in FIG. 6, the depth D60 of the unevenness 60dp on the base surface 60s of the base body 60 is large when the average particle diameter d60 is large. When the average particle diameter d60 is 3.3 μm, the depth D60 of the unevenness 60dp is about 100 nm. When the average particle diameter d60 is 3.1 μm, the depth D60 of the unevenness 60dp is about 50 nm. When the average particle size d60 is 2.9 μm, the depth D60 of the unevenness 60dp is about 65 nm. When the average particle size d60 is 2.5 μm, the depth D60 of the unevenness 60dp is about 65 nm. When the average particle diameter d60 is 2.4 μm, the depth D60 of the unevenness 60dp is 20 nm.

平均の粒径d60が3.3μm以上では、深さD60は、100nm以上であり、急激に大きくなる。平均の粒径d60が3.1μmから2.5μmの間では、深さD60は、50nmから65nmの間になる。平均の粒径d60が2.4μm以下では、深さD60は、50nmに達しない。   When the average particle diameter d60 is 3.3 μm or more, the depth D60 is 100 nm or more and increases rapidly. When the average particle diameter d60 is between 3.1 μm and 2.5 μm, the depth D60 is between 50 nm and 65 nm. When the average particle diameter d60 is 2.4 μm or less, the depth D60 does not reach 50 nm.

既に説明したように、基体60の平均の粒径d60が、3.1μmを超えると(領域Re3)、剥がれが生じる。粒径d60が、3.1μm以下のとき(領域Re1及び領域Re2)、剥がれが抑制される。さらに、粒径d60が2.5μm以上3.1μm以下のとき(領域Re2)に、下地層の剥がれがより安定して抑制できる。すなわち、基体60の基体面60sの凹凸60dpの深さD60が、65nm以下のときに、剥がれが抑制できる。深さD60が、50nm以上65nm以下のときに、剥がれがより安定して抑制できる。   As already described, when the average particle diameter d60 of the substrate 60 exceeds 3.1 μm (region Re3), peeling occurs. When the particle size d60 is 3.1 μm or less (region Re1 and region Re2), peeling is suppressed. Furthermore, when the particle size d60 is 2.5 μm or more and 3.1 μm or less (region Re2), peeling of the underlayer can be more stably suppressed. That is, when the depth D60 of the unevenness 60dp on the base surface 60s of the base body 60 is 65 nm or less, peeling can be suppressed. When the depth D60 is 50 nm or more and 65 nm or less, peeling can be more stably suppressed.

図7は、シリコン膜の特性を例示するグラフ図である。
図7は、基体の上にシリコン膜を設けたときのシリコン膜の臨界膜厚を例示している。臨界膜厚は、シリコン膜と基体との間の熱膨張差により生じる熱歪に関する臨界の厚さである。図7の横軸は、基体の熱膨張係数と、シリコンの熱膨張係数と、の差(熱膨張係数差dTE)である。縦軸は、臨界膜厚tc(nm)である。この例において、シリコン膜は、第2下地層62に対応する。この例では、簡単のために、第1下地層61を省略した条件での特性を示す。基体とシリコン膜とを含む積層体が、第1構造体S1に対応する。このような第1構造体S1と、第2構造体S2と、を接合した後に、1000℃(機能部10Fの成長温度に対応)に加熱し、室温に戻す。このとき、熱膨張係数の差に起因してシリコン膜にクラックが生じる場合がある。シリコン膜の厚さが臨界膜tcよりも薄いと、シリコン膜が変形し易いため、熱膨張係数の差が存在していても、クラックが生じ難い。すなわち、所定の熱膨張係数差dTEにおいて、クラックが生じない厚さの最大値が、臨界膜厚tcである。
FIG. 7 is a graph illustrating characteristics of the silicon film.
FIG. 7 illustrates the critical film thickness of the silicon film when a silicon film is provided on the substrate. The critical film thickness is a critical thickness related to thermal strain caused by a difference in thermal expansion between the silicon film and the substrate. The horizontal axis of FIG. 7 is the difference (thermal expansion coefficient difference dTE) between the thermal expansion coefficient of the substrate and the thermal expansion coefficient of silicon. The vertical axis represents the critical film thickness tc (nm). In this example, the silicon film corresponds to the second underlayer 62. In this example, for the sake of simplicity, the characteristics under conditions where the first underlayer 61 is omitted are shown. A laminate including the base and the silicon film corresponds to the first structure S1. After joining such 1st structure S1 and 2nd structure S2, it heats to 1000 degreeC (corresponding to the growth temperature of functional part 10F), and returns to room temperature. At this time, a crack may occur in the silicon film due to a difference in thermal expansion coefficient. If the silicon film is thinner than the critical film tc, the silicon film is likely to be deformed, so that even if there is a difference in thermal expansion coefficient, cracks are unlikely to occur. That is, the critical thickness tc is the maximum thickness at which cracks do not occur at a predetermined thermal expansion coefficient difference dTE.

図7に示すように、熱膨張係数差dTEが大きくなると、臨界膜厚tcは薄くなる。例えば、基体がSiCである場合には、熱膨張係数差dTEは、1.2×10−6/℃(1/K)であり、このとき、臨界膜厚tcは75nmである。例えば、基体がAlNである場合には、熱膨張係数差dTEは、1.3×10−6/℃(1/K)であり、このとき、臨界膜厚tcは70nmである。例えば、基体がAl(サファイア)である場合には、熱膨張係数差dTEは、4.8×10−6/℃(1/K)であり、このとき、臨界膜厚tcは25nmである。 As shown in FIG. 7, when the thermal expansion coefficient difference dTE increases, the critical film thickness tc decreases. For example, when the substrate is SiC, the thermal expansion coefficient difference dTE is 1.2 × 10 −6 / ° C. (1 / K), and at this time, the critical film thickness tc is 75 nm. For example, when the substrate is AlN, the thermal expansion coefficient difference dTE is 1.3 × 10 −6 / ° C. (1 / K), and at this time, the critical film thickness tc is 70 nm. For example, when the substrate is Al 2 O 3 (sapphire), the difference in thermal expansion coefficient dTE is 4.8 × 10 −6 / ° C. (1 / K). At this time, the critical film thickness tc is 25 nm. It is.

図7に示す臨界膜厚tcの観点から、基体60としてAlNの多結晶基板を用いる場合には、第2下地層62(シリコン膜)の厚さt2は、70nm以下であることが好ましい。実用的な許容度を考慮すると、厚さt2は、約85nm以下でも良い。   From the viewpoint of the critical film thickness tc shown in FIG. 7, when an AlN polycrystalline substrate is used as the substrate 60, the thickness t2 of the second underlayer 62 (silicon film) is preferably 70 nm or less. In consideration of practical tolerance, the thickness t2 may be about 85 nm or less.

従って、本実施形態においては、第2下地層62の厚さt2は、70nm以下とする。実用的な許容度を考慮すると、厚さt2は、約85nm以下でも良い。これにより、機能部10F(例えば族窒化物半導体層)が基板50の上に形成される過程において、第2下地層62が、弾性変形する。これにより、クラックが抑制できる。   Therefore, in the present embodiment, the thickness t2 of the second underlayer 62 is set to 70 nm or less. In consideration of practical tolerance, the thickness t2 may be about 85 nm or less. Thereby, in the process in which the functional unit 10F (for example, a group nitride semiconductor layer) is formed on the substrate 50, the second underlayer 62 is elastically deformed. Thereby, a crack can be suppressed.

一方、本実施形態においては、第1下地層61の厚さt1は、140nm以下である。これにより、機能部10F(例えば族窒化物半導体層)が基板50の上に形成される過程において、第1下地層61が変形する。このときクラックは抑制される。例えば、高温での半導体層の成長の後に室温に戻したときに、第1下地層61及び第2下地層62において、クラックの発生が抑制される。   On the other hand, in the present embodiment, the thickness t1 of the first foundation layer 61 is 140 nm or less. Thereby, in the process in which the functional unit 10F (for example, a group nitride semiconductor layer) is formed on the substrate 50, the first foundation layer 61 is deformed. At this time, cracks are suppressed. For example, when the temperature is returned to room temperature after the growth of the semiconductor layer at a high temperature, the occurrence of cracks in the first underlayer 61 and the second underlayer 62 is suppressed.

実施形態において、第1下地層61の厚さt1の、第2下地層62の厚さt2に対する比(t1/t2)は、約0.67以上であることが好ましい。シリコンの弾性定数の、酸化シリコンの弾性定数に対する比は、約2である。一方、シリコンの降伏歪量の酸化シリコンの降伏歪量に対する比は、約1/3である。このため、酸化シリコン層の厚さ(厚さt1)のシリコン層の厚さ(厚さt2)に対する比(t1/t2)が約2/3のときに、酸化シリコン層とシリコン層とが同時に降伏し始める。これにより、これらの層において、応力が効果的に緩和される。実施形態においては、第1下地層61の厚さt1の、第2下地層62の厚さt2に対する比(t1/t2)は、実用的な許容値を考慮すると、比(t1/t2)は、0.55以上であることが好ましい。比(t1/t2)は、0.67以上であることがさらに好ましい。これにより、クラックの発生がより効果的に抑制できる。   In the embodiment, the ratio (t1 / t2) of the thickness t1 of the first foundation layer 61 to the thickness t2 of the second foundation layer 62 is preferably about 0.67 or more. The ratio of the elastic constant of silicon to the elastic constant of silicon oxide is about 2. On the other hand, the ratio of the yield strain of silicon to the yield strain of silicon oxide is about 1/3. Therefore, when the ratio (t1 / t2) of the thickness of the silicon oxide layer (thickness t1) to the thickness of the silicon layer (thickness t2) is about 2/3, the silicon oxide layer and the silicon layer are simultaneously Start surrendering. This effectively relieves stress in these layers. In the embodiment, the ratio (t1 / t2) of the thickness t1 of the first foundation layer 61 to the thickness t2 of the second foundation layer 62 is set in consideration of a practical tolerance value. 0.55 or more is preferable. The ratio (t1 / t2) is more preferably 0.67 or more. Thereby, generation | occurrence | production of a crack can be suppressed more effectively.

例えば、比(t1/t2)が過度に低い場合、第1下地層61において降伏が生じ易い。すなわち、第1下地層61において、熱膨張係数の差に基づく応力が緩和できず、第1下地層61が弾性変形せず、クラックが生じ易くなる。   For example, when the ratio (t1 / t2) is excessively low, the first underlayer 61 is likely to yield. That is, in the first underlayer 61, stress based on the difference in thermal expansion coefficient cannot be relieved, the first underlayer 61 does not elastically deform, and cracks are likely to occur.

一方、第1下地層61の厚さt1の、第2下地層62の厚さt2に対する比(t1/t2)は、約2以下であることが好ましい。この場合に、応力が加わったときの第1下地層61(酸化シリコン)の変形量と、応力が加わったときの第2下地層62(シリコン)の変形量とが、実質的に同じになる。例えば、第2下地層62の厚さは、70nm以下である。このとき、第1下地層61の厚さは、140nmとすると良い。実用的な許容値を考慮すると、比(t1/t2)は、2.4以下でも良い。比(t1/t2)は、2.0以下であることがさらに好ましい。   On the other hand, the ratio (t1 / t2) of the thickness t1 of the first foundation layer 61 to the thickness t2 of the second foundation layer 62 is preferably about 2 or less. In this case, the deformation amount of the first underlayer 61 (silicon oxide) when stress is applied is substantially the same as the deformation amount of the second underlayer 62 (silicon) when stress is applied. . For example, the thickness of the second foundation layer 62 is 70 nm or less. At this time, the thickness of the first underlayer 61 is preferably 140 nm. Considering a practical allowable value, the ratio (t1 / t2) may be 2.4 or less. The ratio (t1 / t2) is more preferably 2.0 or less.

比(t1/t2)が、0.55以上2.4以下である場合には、第1下地層61と第2下地層62との間の相互のひずみによっては、クラックが生じ難い。   When the ratio (t1 / t2) is not less than 0.55 and not more than 2.4, cracks are unlikely to occur due to mutual strain between the first underlayer 61 and the second underlayer 62.

既に説明したように、実施形態において、多結晶の基体60の平均の粒径d60が2.5μm以上3.1μm以下である場合に、基体60の基体面60sの凹凸60dpの深さD60を小さくできる。これにより、第1下地層61及び第2下地層62の剥がれが抑制できる。例えば、第1下地層61の一部となる第1酸化シリコン膜61aの表面において、高い平坦性が得られる。これにより、第1酸化シリコン膜61aと第2酸化シリコン膜61bとの間において、良好な接合が得られると考えられる。   As already described, in the embodiment, when the average particle diameter d60 of the polycrystalline substrate 60 is 2.5 μm or more and 3.1 μm or less, the depth D60 of the unevenness 60dp on the substrate surface 60s of the substrate 60 is reduced. it can. Thereby, peeling of the first underlayer 61 and the second underlayer 62 can be suppressed. For example, high flatness can be obtained on the surface of the first silicon oxide film 61 a that becomes a part of the first base layer 61. Thereby, it is considered that good bonding can be obtained between the first silicon oxide film 61a and the second silicon oxide film 61b.

図6に関して既に説明したように、基体60に用いられるAlNの多結晶基板においては、研磨後の平坦性は、結晶基板の結晶粒60gの平均の粒径d60(サイズ)に依存する。結晶粒60gの平均の粒径d60が大きい場合は、基体面60sの凹凸60dpの深さD60は、結晶粒60gのサイズ(平均の粒径d60)に依存して変化する。結晶粒60gのサイズが大きいと、結晶粒60gの間に隙間ができ、研磨しても基体面60sの平坦化が困難であり、平均の粒径d60に応じた凹凸60dpが形成されると考えられる。   As already described with reference to FIG. 6, in the AlN polycrystalline substrate used for the substrate 60, the flatness after polishing depends on the average grain size d60 (size) of the crystal grains 60g of the crystal substrate. When the average particle diameter d60 of the crystal grains 60g is large, the depth D60 of the unevenness 60dp on the base surface 60s varies depending on the size of the crystal grains 60g (average particle diameter d60). If the size of the crystal grains 60g is large, a gap is formed between the crystal grains 60g, and it is difficult to flatten the substrate surface 60s even if polished, and irregularities 60dp corresponding to the average grain diameter d60 are formed. It is done.

例えば、AlNの多結晶基板を焼結により形成する際に、昇華によりAlNの材料が移動して、結晶粒60gが成長する。結晶粒60gが小さい場合は、複数の結晶粒60gの間の隙間が小さいため、材料の昇華移動により、隙間の間にAlNの材料が埋め込まれ易い。このため、研磨により、多結晶基板の表面において高い平坦性が得られる。これに対して、結晶粒60gが過度に大きい場合は、複数の結晶粒60gの間の隙間が大きいため、AlNの材料の焼結中の移動によっては、この隙間は埋められない。このため、結晶粒60gが過度に大きいと、多結晶基板の表面において高い平坦性が得られない。例えば、結晶粒60gの平均の粒径d60が3.1μm以下の場合に、材料の昇華移動により、複数の結晶粒60gの間の隙間が埋められると考えられる。   For example, when an AlN polycrystalline substrate is formed by sintering, the AlN material moves due to sublimation, and crystal grains 60g grow. When the crystal grains 60g are small, the gaps between the plurality of crystal grains 60g are small, so that the AlN material is easily embedded between the gaps due to the sublimation movement of the material. For this reason, high flatness is obtained on the surface of the polycrystalline substrate by polishing. On the other hand, when the crystal grains 60g are excessively large, the gaps between the plurality of crystal grains 60g are large, so that the gaps are not filled by movement during the sintering of the AlN material. For this reason, when the crystal grain 60g is excessively large, high flatness cannot be obtained on the surface of the polycrystalline substrate. For example, when the average particle diameter d60 of the crystal grains 60g is 3.1 μm or less, it is considered that gaps between the plurality of crystal grains 60g are filled by the sublimation movement of the material.

基体60の基体面60sの凹凸60dpの深さD60が深い場合において、第1下地層61の厚さt1を厚くすると、凹凸60dpの隙間(複数の結晶粒60gの間の隙間)が第1下地層61の材料で埋め込まれる可能性もある。しかしながら、第1下地層61の厚さt1がこのように厚い場合には、基板50の上に機能部10Fを形成する際に、第1下地層61にクラックが生じる。   When the depth D60 of the irregularities 60dp on the substrate surface 60s of the substrate 60 is deep, when the thickness t1 of the first underlayer 61 is increased, the gaps between the irregularities 60dp (gap between the plurality of crystal grains 60g) are the first lower There is also a possibility of being embedded with the material of the formation 61. However, when the thickness t1 of the first foundation layer 61 is thick like this, a crack is generated in the first foundation layer 61 when the functional unit 10F is formed on the substrate 50.

機能部10Fを形成するために、温度を上昇すると、室温との温度差により、基体60及び第1下地層61が膨張する。このとき、基体60と第1下地層61との間の熱膨張係数差により、膨張の程度が異なる。このことが、機能部10Fを形成する際に第1下地層61にクラックが生じる原因であると推定される。   When the temperature is increased to form the functional unit 10F, the base body 60 and the first underlayer 61 expand due to a temperature difference from room temperature. At this time, the degree of expansion differs depending on the difference in thermal expansion coefficient between the base 60 and the first underlayer 61. This is presumed to be a cause of cracks in the first underlayer 61 when the functional part 10F is formed.

実施形態においては、基体60の平均の粒径d60を適正な範囲にすることで、基体60の表面の凹凸60dpの深さD60を所定の範囲にする。これにより、下地層におけるクラックが抑制される薄い下地層によって、下地層の表面を平坦にできる。これにより、下地層が基体60から剥がれることが抑制できる。   In the embodiment, the depth D60 of the unevenness 60dp on the surface of the substrate 60 is set to a predetermined range by setting the average particle diameter d60 of the substrate 60 to an appropriate range. As a result, the surface of the underlayer can be flattened by the thin underlayer in which cracks in the underlayer are suppressed. Thereby, it can suppress that a base layer peels from the base | substrate 60. FIG.

図8は、第1の実施形態に係る別のウェーハを例示する模式図である。
図8に示すように、本実施形態に係る別のウェーハ151においては、基体60は、基体部分60pと、境界部分60qと、を有しても含んでも良い。境界部分60qは、基体部分60pと第1下地層61との間に設けられる。これ以外は、図1(a)に例示した基板50と同様である。
FIG. 8 is a schematic view illustrating another wafer according to the first embodiment.
As shown in FIG. 8, in another wafer 151 according to this embodiment, the base 60 may include or include a base portion 60p and a boundary portion 60q. The boundary portion 60q is provided between the base portion 60p and the first base layer 61. Except this, it is the same as the substrate 50 illustrated in FIG.

図8の例において、基体部分60pは、例えば、AlNの多結晶基板である。多結晶基板の表面には、凹凸がある。この凹凸の凹部に、第1下地層61となる材料の一部が埋め込まれる。例えば、Z軸方向に沿って分析を行った場合に、第1下地層61においては、例えば、シリコン及び酸素が検出される。第1下地層61において、窒素が検出されても良い。一方、基体60としてAlNの多結晶基板を用いた場合には、基体60のうちの基体部分60pにおいては、Al及び窒素とが検出される。一方、境界部分60qにおいては、凹凸の凸部に起因するAl及び窒素と、凹凸の凹部に埋め込まれた材料に起因するシリコン及び酸素(及び窒素)と、が検出される。   In the example of FIG. 8, the base portion 60p is, for example, an AlN polycrystalline substrate. The surface of the polycrystalline substrate is uneven. A part of the material to be the first base layer 61 is embedded in the concave and convex portions. For example, when analysis is performed along the Z-axis direction, for example, silicon and oxygen are detected in the first underlayer 61. Nitrogen may be detected in the first underlayer 61. On the other hand, when an AlN polycrystalline substrate is used as the substrate 60, Al and nitrogen are detected in the substrate portion 60p of the substrate 60. On the other hand, in the boundary portion 60q, Al and nitrogen resulting from the uneven protrusion and silicon and oxygen (and nitrogen) resulting from the material embedded in the uneven recess are detected.

境界部分60qの厚さは、例えば50nm以上65nm以下である。例えば、境界部分60qの厚さは、基体面60sの凹凸の深さ60dpに対応している。境界部分60qは、基体60の一部と見なされても良い。境界部分60qは、第1下地層61の一部と見なされても良い。   The thickness of the boundary portion 60q is, for example, not less than 50 nm and not more than 65 nm. For example, the thickness of the boundary portion 60q corresponds to the unevenness depth 60dp of the base surface 60s. The boundary portion 60q may be regarded as a part of the base body 60. The boundary portion 60q may be regarded as a part of the first foundation layer 61.

例えば、境界部分60qの厚さが、例えば50nm以上65nm以下であり、第1下地層61の厚さt1が35nm以上であり、第2下地層62の厚さt2が18nm以上である。これにより、第1下地層61の剥がれ、及び、第2下地層62の剥がれが抑制できる。例えば、第1下地層61の厚さは、境界部分60qの厚さの1/2以上である。これにより、基体60の表面の凹凸60dpが、第1下地層61で被覆される。例えば、第2下地層62の厚さは、第1下地層61の厚さの1/2以上とすることが望ましい。   For example, the thickness of the boundary portion 60q is, for example, 50 nm or more and 65 nm or less, the thickness t1 of the first foundation layer 61 is 35 nm or more, and the thickness t2 of the second foundation layer 62 is 18 nm or more. Thereby, peeling of the 1st foundation layer 61 and peeling of the 2nd foundation layer 62 can be suppressed. For example, the thickness of the first foundation layer 61 is ½ or more of the thickness of the boundary portion 60q. Thereby, the unevenness 60 dp on the surface of the base body 60 is covered with the first underlayer 61. For example, the thickness of the second foundation layer 62 is desirably set to be 1/2 or more of the thickness of the first foundation layer 61.

図9(a)及び図9(b)は、第1の実施形態に係る別のウェーハを例示する模式的断面図である。
図9(a)は、模式的断面図である。図9(b)は、ウェーハの一部を示す模式的断面図である。
図9(a)に示すように、本実施形態に係る別のウェーハ152は、基板50と、機能部10Fと、を含む。以下では、ウェーハ152において、ウェーハ150及び151と同様の部分についての説明は省略する。
FIG. 9A and FIG. 9B are schematic cross-sectional views illustrating another wafer according to the first embodiment.
FIG. 9A is a schematic cross-sectional view. FIG. 9B is a schematic cross-sectional view showing a part of the wafer.
As shown in FIG. 9A, another wafer 152 according to this embodiment includes a substrate 50 and a functional unit 10F. Hereinafter, in the wafer 152, the description of the same parts as the wafers 150 and 151 is omitted.

基板50は、基体60及び下地部65に加えて中間部55をさらに含む。中間部55と基体60との間に、下地部65が配置される。基体60と機能部10Fとの間に下地部65が設けられる。下地部65と機能部10Fとの間に中間部55が設けられる。基体60の上に上記の下地部65が形成され。形成された下地部65の上に上記の中間部55が形成される。   The substrate 50 further includes an intermediate portion 55 in addition to the base body 60 and the base portion 65. A base portion 65 is disposed between the intermediate portion 55 and the base body 60. A base portion 65 is provided between the base body 60 and the functional portion 10F. An intermediate portion 55 is provided between the base portion 65 and the functional portion 10F. The base portion 65 is formed on the base body 60. The intermediate portion 55 is formed on the formed base portion 65.

この例では、基板50は、第3下地層63をさらに含む。第2下地層62の上に第3下地層63が設けられる。すなわち、第1下地層61と第3下地層63との間に、第2下地層62が配置される。第3下地層63は、例えば窒化シリコン層を含む。第2下地層62は、シリコン層である。すなわち、第3下地層63に含まれる窒素の濃度は、第2下地層62に含まれる窒素の濃度よりも高い。例えば、第2下地層62は、実質的に窒素を含まない。   In this example, the substrate 50 further includes a third foundation layer 63. A third foundation layer 63 is provided on the second foundation layer 62. That is, the second base layer 62 is disposed between the first base layer 61 and the third base layer 63. The third foundation layer 63 includes, for example, a silicon nitride layer. The second foundation layer 62 is a silicon layer. That is, the concentration of nitrogen contained in the third foundation layer 63 is higher than the concentration of nitrogen contained in the second foundation layer 62. For example, the second underlayer 62 does not substantially contain nitrogen.

例えば、第3下地層63は、第2下地層62となるシリコン層の表面を窒化することで形成できる。第2下地層62となるシリコン層の表面を低温(例えば、720℃以上1150℃以下)で窒化する。第2下地層62の表面の窒化された部分が、第3下地層63となる。窒化されない、または、窒化の程度が低い部分が、第2下地層62となる。第3下地層63の厚さは、例えば、0.7nm以上20nm以下である。   For example, the third underlayer 63 can be formed by nitriding the surface of the silicon layer that becomes the second underlayer 62. The surface of the silicon layer that becomes the second underlayer 62 is nitrided at a low temperature (for example, 720 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower). The nitrided portion of the surface of the second foundation layer 62 becomes the third foundation layer 63. A portion that is not nitrided or has a low degree of nitridation becomes the second underlayer 62. The thickness of the third foundation layer 63 is, for example, not less than 0.7 nm and not more than 20 nm.

上記のシリコン層の表面の窒化において、窒化の温度が720℃以下の場合は、シリコン層の表面は不均一に窒化される。これは、窒化速度が遅いために、表面依存性が強くなるためと推定される。一方、窒化の温度が1150℃を超えると、シリコン層(第2下地層62)の上に形成するAlN層(例えば後述する第1中間層など)の結晶性が低下する。例えば、AlN層の(0002)面のX線回折の半値幅が、急激に広くなる。   In nitriding the surface of the silicon layer, when the nitriding temperature is 720 ° C. or lower, the surface of the silicon layer is nitrided non-uniformly. This is presumed to be because the surface dependence becomes strong because the nitriding rate is low. On the other hand, when the nitriding temperature exceeds 1150 ° C., the crystallinity of the AlN layer (for example, a first intermediate layer described later) formed on the silicon layer (second underlayer 62) is lowered. For example, the full width at half maximum of the X-ray diffraction of the (0002) plane of the AlN layer suddenly increases.

例えば、AlN層(例えば後述する第1中間層)の厚さが0.2μmのとき、AlN層の(0002)面のX線回折の半値幅は、1200”(角度の単位のarcsecond)を越える。例えばAlN層(例えば後述する第1中間層)の厚さが0.5μmのとき、AlN層の(0002)面のX線回折の半値幅は、800”を越える。X線回折の半値幅は、測定される層の厚さに反比例する。厚さが0.2μmのAlN層の(0002)面のX線回折の半値幅、及び、厚さが0.5μmのAlN層の(0002)面のX線回折の半値幅は、AlN層の厚さから導出されるX線回折の半値幅よりも広い。このことは、高温での窒化のプロセスがAlN層の質を低下させていることを示す。   For example, when the thickness of the AlN layer (for example, a first intermediate layer described later) is 0.2 μm, the half-value width of the X-ray diffraction of the (0002) plane of the AlN layer exceeds 1200 ″ (arcsecond in angle units). For example, when the thickness of the AlN layer (for example, a first intermediate layer described later) is 0.5 μm, the half width of the X-ray diffraction of the (0002) plane of the AlN layer exceeds 800 ″. The full width at half maximum of X-ray diffraction is inversely proportional to the thickness of the layer being measured. The half width of the X-ray diffraction of the (0002) plane of the AlN layer having a thickness of 0.2 μm and the half width of the X-ray diffraction of the (0002) plane of the AlN layer having a thickness of 0.5 μm are It is wider than the half-value width of X-ray diffraction derived from the thickness. This indicates that the nitridation process at high temperature reduces the quality of the AlN layer.

この例では、中間部55は、第1中間層51、第2中間層52及び第3中間層53を含む。第3中間層53と下地部65との間に第1中間層51が配置される。第3中間層53と第1中間層51との間に第2中間層52が配置される。   In this example, the intermediate portion 55 includes a first intermediate layer 51, a second intermediate layer 52, and a third intermediate layer 53. The first intermediate layer 51 is disposed between the third intermediate layer 53 and the base portion 65. The second intermediate layer 52 is disposed between the third intermediate layer 53 and the first intermediate layer 51.

例えば、第2下地層62の上に第3下地層63が設けられる。第3下地層63の上に第1中間層51が設けられる。第1中間層51の上に第2中間層52が設けられる。第2中間層52の上に第3中間層53が設けられる。   For example, the third foundation layer 63 is provided on the second foundation layer 62. A first intermediate layer 51 is provided on the third underlayer 63. A second intermediate layer 52 is provided on the first intermediate layer 51. A third intermediate layer 53 is provided on the second intermediate layer 52.

第1中間層51は、窒化アルミニウム(AlN)を含む。第2中間層52は、アルミニウムとガリウムと窒素と含む。第3中間層53は、ガリウムと窒素とを含む。第1中間層51は、例えば、AlN層である。第2中間層52は、例えばAlGaN層である。第2中間層52は、AlGa1−xN(0<x<1)層である。第3中間層53は、例えば、GaN層である。第1中間層51は、例えばGaを実質的に含まない。第2中間層52におけるGaの組成比は、第1中間層51におけるGaの組成比よりも高く、第3中間層53におけるGaの組成比よりも低い。第1中間層51は、例えばAlを実質的に含まない。第2中間層52におけるAlの組成比は、第1中間層51におけるAlの組成比よりも低く、第3中間層53におけるAlの組成比よりも高い。 The first intermediate layer 51 includes aluminum nitride (AlN). The second intermediate layer 52 includes aluminum, gallium, and nitrogen. The third intermediate layer 53 includes gallium and nitrogen. The first intermediate layer 51 is, for example, an AlN layer. The second intermediate layer 52 is, for example, an AlGaN layer. The second intermediate layer 52 is an Al x Ga 1-x N (0 <x <1) layer. The third intermediate layer 53 is, for example, a GaN layer. For example, the first intermediate layer 51 does not substantially contain Ga. The Ga composition ratio in the second intermediate layer 52 is higher than the Ga composition ratio in the first intermediate layer 51, and lower than the Ga composition ratio in the third intermediate layer 53. The first intermediate layer 51 does not substantially contain Al, for example. The Al composition ratio in the second intermediate layer 52 is lower than the Al composition ratio in the first intermediate layer 51 and higher than the Al composition ratio in the third intermediate layer 53.

この例では、第3下地層63の上に、中間部55の第1中間層51(AlN層)が形成される。実験によると、シリコン層(第2下地層62)の上に、直接、高温でAlN層を形成すると、AlN層の結晶品質は低くなり易い。これは、アルミニウムがシリコンと反応することが原因であると考えられる。一方、シリコン層(第2下地層62)の上に、低温でAlNを形成し、その後、高温でAlNを形成すると、第1中間層51の結晶品質は改善する。しかしながら、AlN層における転位密度は高い。   In this example, the first intermediate layer 51 (AlN layer) of the intermediate portion 55 is formed on the third foundation layer 63. According to experiments, when an AlN layer is formed directly on a silicon layer (second underlayer 62) at a high temperature, the crystal quality of the AlN layer tends to be low. This is thought to be due to the fact that aluminum reacts with silicon. On the other hand, when AlN is formed on the silicon layer (second base layer 62) at a low temperature and then AlN is formed at a high temperature, the crystal quality of the first intermediate layer 51 is improved. However, the dislocation density in the AlN layer is high.

ウェーハ152においては、第2下地層62となるシリコン層の表面を低温で窒化して第3下地層63(SiN層)を形成する。この第3下地層63の上に、高温でAlN層を形成する。これにより、結晶品質が高く、かつ転位密度の低いAlN層(第1中間層51)が得易い。   In the wafer 152, the surface of the silicon layer that becomes the second underlayer 62 is nitrided at a low temperature to form a third underlayer 63 (SiN layer). An AlN layer is formed on the third underlayer 63 at a high temperature. Thereby, it is easy to obtain an AlN layer (first intermediate layer 51) having high crystal quality and low dislocation density.

中間部55(第1中間層51、第2中間層52及び第3中間層53など)は、例えば、結晶である。中間部55における転位密度が低いと、中間部55の上に形成される機能部10Fにおける転位密度を低くできる。これにより、機能部10Fにおいて高い特性が得られる。一方、熱膨張係数差などに起因する応力が下地部65に加わる場合において、中間部55における転位密度が低いと、応力が緩和されにくい。このため、中間部55における転位密度が低いと、クラックが生じ易い。   The intermediate portion 55 (the first intermediate layer 51, the second intermediate layer 52, the third intermediate layer 53, and the like) is, for example, a crystal. When the dislocation density in the intermediate part 55 is low, the dislocation density in the functional part 10F formed on the intermediate part 55 can be lowered. Thereby, a high characteristic is obtained in the functional unit 10F. On the other hand, when stress due to a difference in thermal expansion coefficient or the like is applied to the base portion 65, if the dislocation density in the intermediate portion 55 is low, the stress is difficult to be relaxed. For this reason, if the dislocation density in the intermediate portion 55 is low, cracks are likely to occur.

実施形態においては、下地部65においてクラックが生じ難い。このため、中間部55における転位密度を低くしても、クラックが生じ難い。例えば、第1中間層51における貫通転位密度は、例えば、1×1010/cm以下である。これにより、クラックを抑制しつつ、高い特性が得られる。第1中間層51における貫通転位密度は、例えば、1×1010/cm以上である。貫通転位密度は、螺旋転移密度と刃状転移密度との和である。螺旋転移密度及び刃状転移密度は、窒化物半導体の(0002)面、(11-20)面、及び、これらの高指数面でのX線回折測定より求められる。 In the embodiment, cracks are unlikely to occur in the base portion 65. For this reason, even if the dislocation density in the intermediate portion 55 is lowered, cracks are hardly generated. For example, the threading dislocation density in the first intermediate layer 51 is, for example, 1 × 10 10 / cm 2 or less. Thereby, a high characteristic is acquired, suppressing a crack. The threading dislocation density in the first intermediate layer 51 is, for example, 1 × 10 10 / cm 2 or more. The threading dislocation density is the sum of the spiral transition density and the edge transition density. The helical transition density and the edge transition density are determined by X-ray diffraction measurement on the (0002) plane, the (11-20) plane, and these high index planes of the nitride semiconductor.

第1中間層51における貫通転位密度を低くすることで、第2中間層52における貫通転位密度を低くできる。第2中間層52における貫通転位密度は、例えば3×10/cm以上0.5×1010/cm以下である。第1中間層51における貫通転位密度を低くすることで、第3中間層53における貫通転位密度を低くできる。第3中間層53における貫通転位密度は、例えば1×10/cm以上3×10/cm以下である。 By reducing the threading dislocation density in the first intermediate layer 51, the threading dislocation density in the second intermediate layer 52 can be reduced. The threading dislocation density in the second intermediate layer 52 is, for example, 3 × 10 9 / cm 2 or more and 0.5 × 10 10 / cm 2 or less. By reducing the threading dislocation density in the first intermediate layer 51, the threading dislocation density in the third intermediate layer 53 can be reduced. The threading dislocation density in the third intermediate layer 53 is, for example, 1 × 10 9 / cm 2 or more and 3 × 10 9 / cm 2 or less.

第1中間層51の上に第2中間層52を形成し、第2中間層52の上に第3中間層53を形成する。第2中間層52を形成する前に、第1中間層51の表面に高濃度のSiを添加しても良い。第3中間層53を形成する前に、第2中間層52の表面に高濃度のSiを添加しても良い。例えば、モノシラン(SiH)を用いた高濃度のSi添加が行われる。 A second intermediate layer 52 is formed on the first intermediate layer 51, and a third intermediate layer 53 is formed on the second intermediate layer 52. Before forming the second intermediate layer 52, high concentration Si may be added to the surface of the first intermediate layer 51. Before forming the third intermediate layer 53, high concentration Si may be added to the surface of the second intermediate layer 52. For example, high concentration Si addition using monosilane (SiH 4 ) is performed.

これにより、第2中間層52の貫通転位密度を、第1中間層51の貫通転位密度よりも低くできる。これにより、第3中間層53の貫通転位密度を、第1中間層51の貫通転位密度よりも低くできる。第3中間層53の貫通転位密度は、例えば、第1中間層51の貫通転位密度の1/20以下である。第3中間層53の貫通転位密度を、例えば、3×10cm-2以下にすることができる。 Thereby, the threading dislocation density of the second intermediate layer 52 can be made lower than the threading dislocation density of the first intermediate layer 51. Thereby, the threading dislocation density of the third intermediate layer 53 can be made lower than the threading dislocation density of the first intermediate layer 51. The threading dislocation density of the third intermediate layer 53 is, for example, 1/20 or less of the threading dislocation density of the first intermediate layer 51. The threading dislocation density of the third intermediate layer 53 can be set to 3 × 10 8 cm −2 or less, for example.

すなわち、第1中間層51と第2中間層52との界面部分、及び、第2中間層52と第3中間層53との界面部分の少なくともいずれかに、高濃度のSi含有領域(δドーピング領域)を設けることで、例えば、転位が屈曲する。これにより、高い濃度のSi含有領域の上に設けられる層において、転位密度(貫通転位密度)を下げることができる。   That is, a high-concentration Si-containing region (δ-doping) is present in at least one of the interface portion between the first intermediate layer 51 and the second intermediate layer 52 and the interface portion between the second intermediate layer 52 and the third intermediate layer 53. By providing the region, for example, the dislocation is bent. Thereby, the dislocation density (threading dislocation density) can be lowered in the layer provided on the high concentration Si-containing region.

例えば、第2中間層52の表面部分に高濃度にSiを添加する。この上に、厚い第3中間層53を設ける。これにより、第3中間層53の表面は平坦化される。例えば、第3中間層53の厚さを、1.5μm以上10μm以下とする。第3中間層53の貫通転位密度は、例えば、3×10cm−2以下になる。第3中間層53の貫通転位密度は、例えば、1×10cm−2以下になる。 For example, Si is added to the surface portion of the second intermediate layer 52 at a high concentration. A thick third intermediate layer 53 is provided thereon. Thereby, the surface of the third intermediate layer 53 is planarized. For example, the thickness of the third intermediate layer 53 is 1.5 μm or more and 10 μm or less. The threading dislocation density of the third intermediate layer 53 is, for example, 3 × 10 8 cm −2 or less. The threading dislocation density of the third intermediate layer 53 is, for example, 1 × 10 8 cm −2 or less.

第1中間層51の厚さは、例えば、0.2nm以上3μm以下である。
第2中間層52の厚さは、例えば、200nm以上1000nm以下である。
第3中間層53の厚さは、例えば、1μm以上10μm以下である。
The thickness of the first intermediate layer 51 is, for example, not less than 0.2 nm and not more than 3 μm.
The thickness of the second intermediate layer 52 is, for example, not less than 200 nm and not more than 1000 nm.
The thickness of the third intermediate layer 53 is not less than 1 μm and not more than 10 μm, for example.

この例では、機能部10Fは、第1半導体層10と、積層体40と、第3半導体層30と、第2半導体層20と、を含む。   In this example, the functional unit 10 </ b> F includes the first semiconductor layer 10, the stacked body 40, the third semiconductor layer 30, and the second semiconductor layer 20.

第1半導体層10は、第1導電形の第1窒化物半導体を含む。第2半導体層20は、第2導電形の第2窒化物半導体を含む。第3半導体層30は、第1半導体層10と第2半導体層20との間に設けられる。第3半導体層30と第1半導体層10との間に、積層体40が設けられる。   The first semiconductor layer 10 includes a first nitride semiconductor of a first conductivity type. The second semiconductor layer 20 includes a second nitride semiconductor of the second conductivity type. The third semiconductor layer 30 is provided between the first semiconductor layer 10 and the second semiconductor layer 20. A stacked body 40 is provided between the third semiconductor layer 30 and the first semiconductor layer 10.

例えば、第1導電形はn形であり、第2導電形はp形である。実施形態において、第1導電形がp形であり、第2導電形がn形でも良い。以下では、第1導電形がn形であり、第2導電形がp形とする。第3半導体層30は、例えば、発光部である。   For example, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. In the embodiment, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. Hereinafter, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type. The third semiconductor layer 30 is, for example, a light emitting unit.

第1半導体層10は、例えば、n形GaN層を含む。   The first semiconductor layer 10 includes, for example, an n-type GaN layer.

この例では、第2半導体層20は、第1p層21と、第2p層22と、第3p層23と、を含む。第3p層23と第3半導体層30との間に、第1p層21が設けられる。第3p層23と第1p層21との間に、第2p層22が設けられる。第1p層21は、例えば、p形AlGaN層である。第1p層21の厚さは、例えば、5nm以上25nm以下(例えば約10nm)である。第1p層21におけるAl組成比は、例えば5%以上30%以下(例えば約15%)である。第2p層22は、例えば、p形GaN層である。第2p層22の厚さは、例えば、30nm以上250nm以下(例えば約100nm)である。第3p層23の厚さは、例えば、3nm以上10nm以下(例えば約5nm)である。第3p層23は、例えばコンタクト層となる。   In this example, the second semiconductor layer 20 includes a first p layer 21, a second p layer 22, and a third p layer 23. A first p layer 21 is provided between the third p layer 23 and the third semiconductor layer 30. A second p layer 22 is provided between the third p layer 23 and the first p layer 21. The first p layer 21 is, for example, a p-type AlGaN layer. The thickness of the first p layer 21 is, for example, 5 nm or more and 25 nm or less (for example, about 10 nm). The Al composition ratio in the first p layer 21 is, for example, 5% or more and 30% or less (for example, about 15%). The second p layer 22 is, for example, a p-type GaN layer. The thickness of the second p layer 22 is, for example, not less than 30 nm and not more than 250 nm (for example, about 100 nm). The thickness of the third p layer 23 is, for example, not less than 3 nm and not more than 10 nm (for example, about 5 nm). The third p layer 23 becomes, for example, a contact layer.

図9(b)に示すように、第3半導体層30は、複数の障壁層31と、複数の井戸層32と、を含む。複数の障壁層31と、複数の井戸層32と、は、Z軸方向に沿って交互に配置される。障壁層31は、例えば、GaN層である。障壁層31の厚さは、例えば2nm以上20nm以下(例えば、約5nm)である。井戸層32は、例えば、GaInN層である。井戸層32の厚さは、例えば、2nm以上9nm以下(例えば約3nm)である。1つの障壁層31及び1つの井戸層32を1ペアとする。第3半導体層30において、ペアの数は、例えば、1以上9以下である。   As illustrated in FIG. 9B, the third semiconductor layer 30 includes a plurality of barrier layers 31 and a plurality of well layers 32. The plurality of barrier layers 31 and the plurality of well layers 32 are alternately arranged along the Z-axis direction. The barrier layer 31 is, for example, a GaN layer. The thickness of the barrier layer 31 is, for example, not less than 2 nm and not more than 20 nm (for example, about 5 nm). The well layer 32 is, for example, a GaInN layer. The thickness of the well layer 32 is 2 nm or more and 9 nm or less (for example, about 3 nm), for example. One barrier layer 31 and one well layer 32 are paired. In the third semiconductor layer 30, the number of pairs is, for example, 1 or more and 9 or less.

図9(b)に示すように、積層体40は、複数の第1層41と、複数の第2層42と、を含む。複数の第1層41と、複数の第2層42と、はZ軸方向に沿って、交互に配置される。第1層41は、例えば、GaN層である。第1層41におけるSi濃度は、例えば、1×1017cm以上5×1019cm以下(例えば約1×1018cm)である。第1層41の厚さは、例えば、0.5nm以上5nm以下(例えば約1nm)である。第1層41は、例えば、AlGaInN層またはAlGaN層でも良い。第2層42は、例えば、GaInN層である。第2層42は、Siを含んでも良い。第2層42の厚さは、例えば0.3nm以上4nm以下(例えば約2nm)である。1つの第1層41及び1つの第2層42を1ペアとする。積層体40において、ペアの数は、例えば、10以上30以下である。 As illustrated in FIG. 9B, the stacked body 40 includes a plurality of first layers 41 and a plurality of second layers 42. The plurality of first layers 41 and the plurality of second layers 42 are alternately arranged along the Z-axis direction. The first layer 41 is, for example, a GaN layer. The Si concentration in the first layer 41 is, for example, 1 × 10 17 cm 3 or more and 5 × 10 19 cm 3 or less (for example, about 1 × 10 18 cm 3 ). The thickness of the first layer 41 is, for example, not less than 0.5 nm and not more than 5 nm (for example, about 1 nm). The first layer 41 may be, for example, an AlGaInN layer or an AlGaN layer. The second layer 42 is, for example, a GaInN layer. The second layer 42 may contain Si. The thickness of the second layer 42 is, for example, not less than 0.3 nm and not more than 4 nm (for example, about 2 nm). One first layer 41 and one second layer 42 are paired. In the stacked body 40, the number of pairs is, for example, 10 or more and 30 or less.

このようなウェーハ152から、例えば半導体発光素子(LEDなど)が得られる。   From such a wafer 152, for example, a semiconductor light emitting element (LED or the like) is obtained.

図9(a)に示すように、第2下地層62は、第1面62lと、第2面62uと、を有する。第1面62lは、第1下地層61の側の面である。第2面62uは、第1面62lと反対側の面である。第2面62uは、例えば、上面である。   As shown in FIG. 9A, the second underlayer 62 has a first surface 62l and a second surface 62u. The first surface 62l is a surface on the first base layer 61 side. The second surface 62u is a surface opposite to the first surface 62l. The second surface 62u is, for example, an upper surface.

第2面62uは、シリコンの(111)面である。第2面62uは、シリコンの(113)面でも良い。第2面62uが、シリコンの(111)面に対して小さい角度で傾斜していても良い。第2面62uと、シリコンの(111)面と、の間の角度は、例えば、1度以下である。第2面62uが、シリコンの(113)面に対して小さい角度で傾斜していても良い。第2面62uと、シリコンの(113)面と、の間の角度は、例えば、1度以下である。   The second surface 62u is a (111) surface of silicon. The second surface 62u may be a (113) surface of silicon. The second surface 62u may be inclined at a small angle with respect to the (111) surface of silicon. The angle between the second surface 62u and the (111) surface of silicon is, for example, 1 degree or less. The second surface 62u may be inclined at a small angle with respect to the (113) surface of silicon. The angle between the second surface 62u and the (113) surface of silicon is, for example, 1 degree or less.

例えば、第2面62uが、(111)面である場合、第1中間層51の面方位は(0001)面となる。   For example, when the second surface 62u is a (111) plane, the plane orientation of the first intermediate layer 51 is a (0001) plane.

第2面62uと、(111)面と、の間の角度が1度以下(0.02度以上0.06度以下)であることが好ましい。例えば、第2下地層62をAr(アルゴン)雰囲気中で、1100℃以上1350℃以下で加熱処理すると、第2下地層62の結晶表面の原子が動く。これにより、結晶面の平坦性が高くなる。このとき、例えば、Bilayerの結晶面が得られる。この後、第2下地層62の表面を、NHガスを用いて、窒化する。これにより、薄い均一な第3下地層63が得られる。第3下地層63は保護層となる。第3下地層63を設けることにより、第1中間層51の結晶の乱れを抑制できる。 The angle between the second surface 62u and the (111) surface is preferably 1 degree or less (0.02 degrees or more and 0.06 degrees or less). For example, when the second underlayer 62 is heat-treated at 1100 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower in an Ar (argon) atmosphere, atoms on the crystal surface of the second underlayer 62 move. This increases the flatness of the crystal plane. At this time, for example, a Bilayer crystal plane is obtained. Thereafter, the surface of the second underlayer 62 is nitrided using NH 3 gas. Thereby, a thin and uniform third underlayer 63 is obtained. The third base layer 63 becomes a protective layer. By providing the third underlayer 63, the crystal disorder of the first intermediate layer 51 can be suppressed.

第1中間層51を第3下地層63の上に設けることで、第1中間層51の結晶品質を向上できる。第1中間層51における(0002)面のロッキングカーブの幅(例えば半値全幅)は、第2下地層62の(例えば半値全幅)と同程度に狭い。   By providing the first intermediate layer 51 on the third underlayer 63, the crystal quality of the first intermediate layer 51 can be improved. The width (for example, full width at half maximum) of the (0002) plane of the first intermediate layer 51 is as narrow as that of the second underlayer 62 (for example, full width at half maximum).

一方、第2下地層62の第2面62uが、シリコンの(113)面である場合、第1中間層51の面方位は、例えば、(11−22)面となる。この場合には、機能部10Fに設けられる井戸層32において、キャリアの再結合確率を上げることができる。これにより、効率の高い半導体装置が得られる。   On the other hand, when the second surface 62u of the second underlayer 62 is a (113) plane of silicon, the plane orientation of the first intermediate layer 51 is, for example, a (11-22) plane. In this case, the carrier recombination probability can be increased in the well layer 32 provided in the functional unit 10F. Thereby, a highly efficient semiconductor device can be obtained.

本実施形態に係るウェーハ150を用いて半導体発光素子を形成することができる。半導体発光素子において、発光色は、例えば、緑色である。実施形態においては、ウェーハ150の基体60の複数の多結晶60gは、例えば、窒化アルミニウムを含む。この場合、Si単結晶基板を用いる場合と比べて、半導体結晶(機能層10F)の成長後に基体60と半導体層との間の熱膨張係数差に伴って半導体結晶に加わる応力を小さくできる。応力を小さくできるため、高い発光効率が得られる。特に、緑色の光を放出する発光層においては、格子不整合が大きく発光層の格子の結合が弱いために、転位等の欠陥が発生しやすい。実施形態によれば、このような発光層の場合においても、発光層での転位が抑制でき、高効率の半導体発光素子が提供できる。   A semiconductor light emitting device can be formed using the wafer 150 according to the present embodiment. In the semiconductor light emitting device, the emission color is, for example, green. In the embodiment, the plurality of polycrystals 60g of the base body 60 of the wafer 150 includes, for example, aluminum nitride. In this case, the stress applied to the semiconductor crystal with the difference in thermal expansion coefficient between the base 60 and the semiconductor layer after the growth of the semiconductor crystal (functional layer 10F) can be reduced as compared with the case where the Si single crystal substrate is used. Since the stress can be reduced, high luminous efficiency can be obtained. In particular, in a light-emitting layer that emits green light, a lattice mismatch is large and a lattice bond of the light-emitting layer is weak, so that defects such as dislocations are easily generated. According to the embodiment, even in the case of such a light emitting layer, dislocations in the light emitting layer can be suppressed, and a highly efficient semiconductor light emitting device can be provided.

第2下地層62(例えばシリコン)の熱膨張係数は、例えば、2.5×10-6/℃(1/K)である。一方、基体60(例えばAlN)の熱膨張係数は、4.8×10-6/℃(1/K)である。このため、第2下地層62を含む下地部65の上に、中間部55及び機能部10Fを1000℃で形成し、この後、室温に戻すと、基体60と第2下地層62との間に、歪みが発生する。歪みは、0.23%を越える。 The thermal expansion coefficient of the second underlayer 62 (for example, silicon) is, for example, 2.5 × 10 −6 / ° C. (1 / K). On the other hand, the thermal expansion coefficient of the substrate 60 (for example, AlN) is 4.8 × 10 −6 / ° C. (1 / K). For this reason, when the intermediate part 55 and the functional part 10F are formed at 1000 ° C. on the base part 65 including the second base layer 62 and then returned to room temperature, the space between the base 60 and the second base layer 62 is reached. In addition, distortion occurs. The strain exceeds 0.23%.

実施形態においては、第2下地層62の厚さt2を70nm以下とすることで、この歪み(0.23%を越える歪み)を弾性的に緩和できる。   In the embodiment, this strain (a strain exceeding 0.23%) can be elastically relaxed by setting the thickness t2 of the second underlayer 62 to 70 nm or less.

一方、第2下地層62の厚さt2が70nm以上である場合において、第2下地層62に結晶欠陥(転位)が存在すると、歪みによる変形を転位で発生させ、歪みを緩和できる。このため、第2下地層62に多くの結晶欠陥(転位)が存在する場合には、第2下地層62の厚さt2が70nm以上の場合でも、第2下地層62は、クラックが入らずに、変形する。   On the other hand, when the thickness t2 of the second underlayer 62 is 70 nm or more and the crystal defects (dislocations) are present in the second underlayer 62, deformation due to distortion is caused by the dislocation, and the distortion can be alleviated. Therefore, when many crystal defects (dislocations) exist in the second underlayer 62, the second underlayer 62 is not cracked even when the thickness t2 of the second underlayer 62 is 70 nm or more. To deform.

図10は、ウェーハの特性を例示するグラフ図である。
図10は、2つの層(下層及び上層)における熱膨張係数の差と転位密度との関係を例示している。上層が下層の上に設けられる。下層は、例えば基体60である。上層は、例えば第2下地層62である。この例では、簡単のために、第1下地層61及び第3下地層63は無視される。
FIG. 10 is a graph illustrating characteristics of the wafer.
FIG. 10 illustrates the relationship between the difference in thermal expansion coefficient between two layers (lower layer and upper layer) and the dislocation density. An upper layer is provided on the lower layer. The lower layer is, for example, the base body 60. The upper layer is the second underlayer 62, for example. In this example, for the sake of simplicity, the first underlayer 61 and the third underlayer 63 are ignored.

図10の横軸は、2つの層のそれぞれの熱膨張係数の差C2(%)である。下層の熱膨張係数をCTE1とし、上層の熱膨張係数をCTE2とする。差C2は、CTE1−CTE2である。図10の縦軸は、上層(第2下地層62)における転位密度C1(/cm)である。図10の例では、上層の厚さは、100nmである。図10において、上層は、無転位の複数の領域を含み、複数の領域の厚さのそれぞれが臨界厚以下の場合においては、複数の領域のそれぞれは弾性変形するとする。そして、転位は、バーガースベクトル(Burger's vector)の長さの範囲で、自由に移動できる、とする。バーガースベクトルの長さの範囲を超えて変形する場合は、クラックが発生する、とする。下層及び上層を形成した後、温度を、機能層10Fを形成するための温度である1000℃に上げる。この時、上層と下層とにおいて、熱膨張係数差C2がある。このため、上層は、下層に対して相対的に変形する。熱膨張係数差C2に応じて、変形によりクラックが発生する場合と発生しない場合がある。 The horizontal axis in FIG. 10 represents the difference C2 (%) in the thermal expansion coefficient between the two layers. The thermal expansion coefficient of the lower layer is CTE1, and the thermal expansion coefficient of the upper layer is CTE2. The difference C2 is CTE1-CTE2. The vertical axis in FIG. 10 represents the dislocation density C1 (/ cm 2 ) in the upper layer (second base layer 62). In the example of FIG. 10, the thickness of the upper layer is 100 nm. In FIG. 10, the upper layer includes a plurality of dislocation-free regions, and each of the plurality of regions is elastically deformed when the thickness of each of the plurality of regions is equal to or less than the critical thickness. And it is assumed that the dislocation can move freely within the range of the length of Burgers' vector. It is assumed that cracks occur when the deformation exceeds the range of the Burgers vector length. After forming the lower layer and the upper layer, the temperature is raised to 1000 ° C., which is a temperature for forming the functional layer 10F. At this time, there is a thermal expansion coefficient difference C2 between the upper layer and the lower layer. For this reason, the upper layer is deformed relative to the lower layer. Depending on the thermal expansion coefficient difference C2, cracks may or may not occur due to deformation.

図10中の曲線の下側(右側)の領域R1では、クラックが発生する。図10中の曲線の上側(左側)の領域R2では、クラックが発生しない。   In the region R1 on the lower side (right side) of the curve in FIG. In the region R2 on the upper side (left side) of the curve in FIG. 10, no crack occurs.

例えば、上層の厚さが臨界厚を越えると、高密度の転位が上層中に導入される。例えば、上層(シリコン)の厚さが100nmのとき、上層中の転位密度は、1.5×10cm−2である。上層(第2下地層62)中に転位が導入されると、その上に形成される中間部55(及び機能部10F)においても転位が導入される。上層(第2下地層62)の厚さを70nm以下にすることで、低転位密度の中間部55及び機能部10Fが得られる。 For example, when the thickness of the upper layer exceeds the critical thickness, high density dislocations are introduced into the upper layer. For example, when the thickness of the upper layer (silicon) is 100 nm, the dislocation density in the upper layer is 1.5 × 10 9 cm −2 . When dislocations are introduced into the upper layer (second base layer 62), the dislocations are also introduced into the intermediate portion 55 (and the functional portion 10F) formed thereon. By setting the thickness of the upper layer (second base layer 62) to 70 nm or less, the intermediate portion 55 and the functional portion 10F having a low dislocation density can be obtained.

実施形態において、第2中間層52を省略しても良い。この場合、例えば、第1中間層51の上に第3中間層53が設けられる。第3中間層53の形成の前に、第1中間層51の上に高い濃度のシリコン含有領域を設けても良い。歪みを抑制しつつ転位密度を低減できる。第1中間層51の転位密度が3×10cm-2以下のときに、第3中間層53の転位密度を例えば、1×10cm−2以下にできる。 In the embodiment, the second intermediate layer 52 may be omitted. In this case, for example, the third intermediate layer 53 is provided on the first intermediate layer 51. Prior to the formation of the third intermediate layer 53, a high concentration silicon-containing region may be provided on the first intermediate layer 51. The dislocation density can be reduced while suppressing the distortion. When the dislocation density of the first intermediate layer 51 is 3 × 10 9 cm −2 or less, the dislocation density of the third intermediate layer 53 can be 1 × 10 8 cm −2 or less, for example.

このような低転位のGaN(第3中間層53)を、厚いシリコン基板上に形成することは困難である。それは、厚いシリコン基板上にGaN層を形成する場合には、シリコンとGaNとの熱膨張係数差に基づく応力を緩和するために、GaN層に転位が発生するためである。一方、サファイア基板上にGaN層を形成する場合にも、結晶構造の違いに加えて、結晶成長プロセスの制御の自由度が狭いため、GaN層において、1×10cm−2以下の貫通転位密度を得ることが困難である。 It is difficult to form such low dislocation GaN (third intermediate layer 53) on a thick silicon substrate. This is because when a GaN layer is formed on a thick silicon substrate, dislocation occurs in the GaN layer in order to relieve stress based on the difference in thermal expansion coefficient between silicon and GaN. On the other hand, even in the case of forming a GaN layer on a sapphire substrate, in addition to the difference in crystal structure, since a narrow degree of freedom in controlling the crystal growth process, the GaN layer, 1 × 10 8 cm -2 or less threading dislocations It is difficult to obtain density.

本実施形態では、AlN層(第1中間層51)を厚くでき、第1中間層51中の貫通転位密度を下げることができる。これにより、第1中間層51の上に形成される第3中間層53の貫通転位密度を、例えば1×10cm−2以下にできる。このような基体60のサイズ(径)は、例えば、200mm以上450mm以下である。このような大面積の基板上に、高品質なデバイスを形成することができる。 In the present embodiment, the AlN layer (first intermediate layer 51) can be thickened, and the threading dislocation density in the first intermediate layer 51 can be reduced. Thereby, the threading dislocation density of the 3rd intermediate | middle layer 53 formed on the 1st intermediate | middle layer 51 can be made into 1 * 10 < 8 > cm <-2> or less, for example. The size (diameter) of the base body 60 is, for example, 200 mm or more and 450 mm or less. A high-quality device can be formed on such a large-area substrate.

ウェーハが大きくなると、ウェーハの反りの効果よりもウェーハの材料の物性の熱変形に与える影響が大きくなる。特に、大きいウェーハにおいて、そりの小さな状態でエピタキシャル膜を成長することができ、プロセス中の面内温度分布、及び、意図しない温度変化を抑制することができる。このため、均質なエピタキシャル膜の成長が可能となる。例えば、GaInN/GaNの多重量子井戸構造(例えば、8つのGaInNの井戸層を含む)の井戸層において、例えば、PLピークの半値幅は、100nm以下となる。   When the wafer becomes larger, the influence of the physical properties of the wafer material on the thermal deformation becomes larger than the effect of warping of the wafer. In particular, an epitaxial film can be grown with a small warp on a large wafer, and an in-plane temperature distribution during the process and unintended temperature changes can be suppressed. For this reason, it is possible to grow a homogeneous epitaxial film. For example, in a well layer having a GaInN / GaN multiple quantum well structure (for example, including eight GaInN well layers), for example, the half width of the PL peak is 100 nm or less.

以下、ウェーハ152の製造方法の例について説明する。
シリコン基板62sの上に、第2酸化シリコン膜61bを形成する(図2(a)参照)。第2酸化シリコン膜61bの厚さは、例えば、約200nmである。1100℃の温度で30分間、加熱処理した後、第2酸化シリコン膜61bの表面を研磨する。この加熱処理により、第2酸化シリコン膜61bにおいて、脱気が進む。第2酸化シリコン膜61bの表面の粗さRaを、例えば1nm以下にする。これにより第2構造体S2が得られる。第2酸化シリコン膜61bの表面の粗さRaが3nm以下のときは、研磨は省略しても良い。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the wafer 152 will be described.
A second silicon oxide film 61b is formed on the silicon substrate 62s (see FIG. 2A). The thickness of the second silicon oxide film 61b is, for example, about 200 nm. After the heat treatment at a temperature of 1100 ° C. for 30 minutes, the surface of the second silicon oxide film 61b is polished. By this heat treatment, deaeration proceeds in the second silicon oxide film 61b. The surface roughness Ra of the second silicon oxide film 61b is set to 1 nm or less, for example. Thereby, the second structure S2 is obtained. The polishing may be omitted when the surface roughness Ra of the second silicon oxide film 61b is 3 nm or less.

一方、基体60の表面に、第1酸化シリコン膜61aを形成する。第1酸化シリコン膜61aの厚さは、例えば、1000nmである。1200℃で30分間、加熱処理する。第1酸化シリコン膜61aの表面を研磨する。第1酸化シリコン膜61aの表面の粗さRaを、例えば2nm以下にする。これにより、第1構造体S1が得られる。基体60と第1酸化シリコン膜61aとの間に、例えば、窒化シリコン領域を形成しても良い。これにより、例えば、第1構造体S1と第2構造体S2とを接合したときに、アルミニウムがシリコン基板62sに向けて拡散することが抑制される。   On the other hand, a first silicon oxide film 61 a is formed on the surface of the substrate 60. The thickness of the first silicon oxide film 61a is, for example, 1000 nm. Heat treatment is performed at 1200 ° C. for 30 minutes. The surface of the first silicon oxide film 61a is polished. The surface roughness Ra of the first silicon oxide film 61a is set to 2 nm or less, for example. Thereby, 1st structure S1 is obtained. For example, a silicon nitride region may be formed between the base 60 and the first silicon oxide film 61a. Thereby, for example, when the first structure body S1 and the second structure body S2 are joined, aluminum is suppressed from diffusing toward the silicon substrate 62s.

第1構造体S1と第2構造体S2とを、減圧中で接合する。接合における減圧雰囲気の気圧は、例えば0.1気圧である。接合は、常圧で行われても良い。接合された第1構造体S1と第2構造体S2とを、窒素雰囲気中で加熱処理する。この加熱における昇降温は、例えば、10℃/min以下である。低速で昇降温することで、接合に伴って発生するガスを脱気でき、接合の剥がれを抑制できる。   The first structure S1 and the second structure S2 are joined in a reduced pressure. The pressure of the reduced pressure atmosphere in the bonding is, for example, 0.1 atmosphere. Bonding may be performed at normal pressure. The bonded first structure S1 and second structure S2 are heat-treated in a nitrogen atmosphere. The temperature rise and fall in this heating is, for example, 10 ° C./min or less. By raising and lowering the temperature at a low speed, the gas generated along with the bonding can be degassed and the peeling of the bonding can be suppressed.

室温に戻した後に、シリコン基板62sの厚さを減少させる。厚さの減少は、例えば、研磨により行われる。厚さの減少は、研削と研磨との組み合わせで行われても良い。研磨は、例えば、スラリーを用いたCMPにより行なわれる。スラリーのpHは、例えば10である。厚さが減少された第2酸化シリコン膜61bの表面を、例えば、スクラブル洗浄する。これにより、基体60、第1下地層61及び第2下地層62が形成される。   After returning to room temperature, the thickness of the silicon substrate 62s is decreased. The thickness is reduced by polishing, for example. The thickness reduction may be performed by a combination of grinding and polishing. Polishing is performed, for example, by CMP using a slurry. The pH of the slurry is 10, for example. The surface of the second silicon oxide film 61b whose thickness has been reduced is, for example, scrabble cleaned. Thereby, the base 60, the first underlayer 61, and the second underlayer 62 are formed.

第2下地層62の上に、第3下地層63を形成する場合には、シリコン基板62sの厚さを減少させたあと、シリコン基板62sの表面(面62sb)を窒化する。例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置中において、シリコン基板62sの表面を1100℃の温度で、アンモニア(NH)と接触させる。これにより、窒化された表面部分が、第3下地層63となる。窒化されなかった部分が、第2下地層62となる。 When forming the third foundation layer 63 on the second foundation layer 62, after reducing the thickness of the silicon substrate 62s, the surface (surface 62sb) of the silicon substrate 62s is nitrided. For example, in a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus, the surface of the silicon substrate 62s is brought into contact with ammonia (NH 3 ) at a temperature of 1100 ° C. Thereby, the nitrided surface portion becomes the third underlayer 63. The portion that has not been nitrided becomes the second underlayer 62.

温度を1200℃として、第2下地層62上(第3下地層63の上)に、第1中間層51(AlN層)を形成する。第1中間層51の厚さは、約0.8μmである。第1中間層51の転位密度は、低い。例えば、第1中間層51における(0002)面のロッキングカーブの半全幅は、例えば、600秒以下である。この値は、シリコンの単結晶基板上に形成したAlNのロッキングカーブの半全幅と、実質的に同じである。Si単結晶基板上でこのような厚さのAlNを成長すると、SiとAlNの熱膨張係数差により、AlN堆積のプロセス温度から室温に温度を下げると、AlNにクラックが生じる。   The first intermediate layer 51 (AlN layer) is formed on the second underlayer 62 (on the third underlayer 63) at a temperature of 1200 ° C. The thickness of the first intermediate layer 51 is about 0.8 μm. The dislocation density of the first intermediate layer 51 is low. For example, the half width of the rocking curve of the (0002) plane in the first intermediate layer 51 is, for example, 600 seconds or less. This value is substantially the same as the half width of the rocking curve of AlN formed on a silicon single crystal substrate. When AlN having such a thickness is grown on a Si single crystal substrate, cracks occur in AlN when the temperature is lowered from the process temperature of AlN deposition to room temperature due to the difference in thermal expansion coefficient between Si and AlN.

実施形態においては、第2下地層62が薄い。熱膨張の観点からは、AlN基体60の上に第1中間層51が直接設けられていると見なせる。このため、第1中間層51を厚くできる。第1中間層51を厚くすることで、転位が低減できる。このため、実施形態においては、Si単結晶基板上と比べて低転位で良質な結晶が得られる。   In the embodiment, the second underlayer 62 is thin. From the viewpoint of thermal expansion, it can be considered that the first intermediate layer 51 is directly provided on the AlN substrate 60. For this reason, the 1st intermediate | middle layer 51 can be thickened. Dislocation can be reduced by increasing the thickness of the first intermediate layer 51. For this reason, in the embodiment, a high-quality crystal can be obtained with lower dislocations than on a Si single crystal substrate.

第1中間層51の上に第2中間層52を形成する。形成の温度は、例えば1050℃である。第2中間層52は、多層構造または傾斜組成構造を有しても良い。例えば、第1中間層51の上に、第1部分として、Al0.5Ga0.5N層(厚さは例えば0.1μm)を形成する。この上に、第2部分として、Al0.25Ga0.75N層(厚さは例えば2μm)を形成する。第2部分は、Al0.2Ga0.8N層(厚さは、例えば0.1μm)でも良い。 A second intermediate layer 52 is formed on the first intermediate layer 51. The formation temperature is, for example, 1050 ° C. The second intermediate layer 52 may have a multilayer structure or a gradient composition structure. For example, an Al 0.5 Ga 0.5 N layer (thickness is 0.1 μm, for example) is formed on the first intermediate layer 51 as the first portion. On top of this, an Al 0.25 Ga 0.75 N layer (thickness is, for example, 2 μm) is formed as a second portion. The second portion may be an Al 0.2 Ga 0.8 N layer (thickness is, for example, 0.1 μm).

第2中間層52の上に、第3中間層53となるGaN層を形成する。形成の温度は、例えば、約1000℃である。例えば、第3中間層53における刃状転位密度は、9×10cm−2である。第3中間層53における螺旋転位密度は、例えば、1×10cm−2である。 A GaN layer to be the third intermediate layer 53 is formed on the second intermediate layer 52. The temperature of formation is about 1000 ° C., for example. For example, the edge dislocation density in the third intermediate layer 53 is 9 × 10 9 cm −2 . The screw dislocation density in the third intermediate layer 53 is, for example, 1 × 10 9 cm −2 .

第1中間層51上に、格子不整の第2中間層52を形成し、第2中間層52の上に第3中間層53を形成することで、格子不整に伴って転位が曲がる。中間部55の上に設けられる層における転位密度を下げることができる。   By forming the second intermediate layer 52 having a lattice irregularity on the first intermediate layer 51 and forming the third intermediate layer 53 on the second intermediate layer 52, the dislocation is bent along with the lattice irregularity. The dislocation density in the layer provided on the intermediate portion 55 can be lowered.

中間部55の上に、第1半導体層10となるn形GaN層を形成する。n形GaN層の上に積層体40を形成する。積層体40の上に、第3半導体層30を形成する。第3半導体層30の上に第2半導体層20を形成する。これにより、ウェーハ152が形成される。   An n-type GaN layer to be the first semiconductor layer 10 is formed on the intermediate portion 55. A stacked body 40 is formed on the n-type GaN layer. A third semiconductor layer 30 is formed on the stacked body 40. The second semiconductor layer 20 is formed on the third semiconductor layer 30. Thereby, the wafer 152 is formed.

ウェーハ152において、反りは小さい。反りの小さい状態で、第3半導体層30を形成できる。これにより、例えば、第3半導体層30から放出される光のピーク波長のウェーハ面内の分布を5nm以内にできる。光の強度は、ピーク波長において最高となる。   In the wafer 152, the warpage is small. The third semiconductor layer 30 can be formed with a small warpage. Thereby, for example, the distribution in the wafer surface of the peak wavelength of the light emitted from the third semiconductor layer 30 can be made within 5 nm. The light intensity is highest at the peak wavelength.

さらに、第2半導体層20の形成において、p形ドーピング条件の面内分布を小さくできる。これにより、駆動電圧の分布が小さくできる。コンタクト抵抗の分布を小さくできる。例えば、駆動電流が350mAのときの動作電圧の面内分布を0.1V以下とすることができる。   Furthermore, in the formation of the second semiconductor layer 20, the in-plane distribution of the p-type doping condition can be reduced. Thereby, the distribution of the driving voltage can be reduced. The distribution of contact resistance can be reduced. For example, the in-plane distribution of the operating voltage when the driving current is 350 mA can be set to 0.1 V or less.

実施形態において、例えば基体60上に、100nmの厚さのSiOの第1下地層61が設けられている。その上に、(113)面Siの第2下地層62が設けられている。基体60上に設けられた第1酸化シリコン膜61aと、(113)面Si基板上に設けられた第2酸化シリコン膜61bと、が、減圧中で150℃に昇温して接合される。これにより、第1下地層61が形成される。 In the embodiment, for example, a first underlayer 61 of SiO 2 having a thickness of 100 nm is provided on the substrate 60. A second base layer 62 of (113) plane Si is provided thereon. The first silicon oxide film 61a provided on the substrate 60 and the second silicon oxide film 61b provided on the (113) plane Si substrate are bonded to each other by raising the temperature to 150 ° C. under reduced pressure. Thereby, the first underlayer 61 is formed.

第2構造体S2のシリコン基板が、研削または研磨により薄膜化される。これにより、第2下地層62が、形成される。第2構造体S2の(113)面Si基板の第2酸化シリコン膜61b側から、(113)Si基板に水素をイオン注入してスマートカットにより、薄膜化を行っても良い。スマートカット後、(113)Si面の表面を研磨しても良い。   The silicon substrate of the second structure S2 is thinned by grinding or polishing. Thereby, the second underlayer 62 is formed. Thinning may be performed by smart cut by ion implantation of hydrogen into the (113) Si substrate from the second silicon oxide film 61b side of the (113) plane Si substrate of the second structure S2. After the smart cut, the (113) Si surface may be polished.

第2下地層62の上に、(11−22)面AlNの第1中間層51を形成しても良い。第1中間層51の厚さは、例えば1μmである。AlNの第1中間層51と、第2下地層62と、の間に、SiNの第3下地層63が設けられても良い。   A first intermediate layer 51 of (11-22) plane AlN may be formed on the second underlayer 62. The thickness of the first intermediate layer 51 is, for example, 1 μm. A third base layer 63 made of SiN may be provided between the first intermediate layer 51 made of AlN and the second base layer 62.

第3下地層63の厚さは、例えば、0.6nm以上1nm以下が、好ましい。第1中間層51の上に設けられる第2中間層52において、例えば、50nmの厚さのAl0.7Ga0.3N層と、70nmの厚さのAl0.1GaN層と、が積層されても良い。第2中間層52の上に、GaNの第3中間層53が設けられても良い。 The thickness of the third underlayer 63 is preferably, for example, not less than 0.6 nm and not more than 1 nm. In the second intermediate layer 52 provided on the first intermediate layer 51, for example, an Al 0.7 Ga 0.3 N layer having a thickness of 50 nm and an Al 0.1 GaN layer having a thickness of 70 nm are formed. It may be laminated. A third intermediate layer 53 of GaN may be provided on the second intermediate layer 52.

第3中間層53の上に、GaNの第1半導体層10が設けられる。第1半導体層10において、Siの濃度は、例えば、4×1018cm−3である。第1半導体層10の厚さは、例えば、2μmである。 A GaN first semiconductor layer 10 is provided on the third intermediate layer 53. In the first semiconductor layer 10, the concentration of Si is, for example, 4 × 10 18 cm −3 . The thickness of the first semiconductor layer 10 is, for example, 2 μm.

第1半導体層10の上に、積層体40が設けられる。積層体40において、3nmの厚さのGaN層と、1nmのGaInN層と、のペアが、30ペア積層される。積層体40の上に、第3半導体層30が設けられる。第3半導体層30において、5nmの厚さのGaN層と、3nmの厚さのGaInN層と、が交互に積層される。第3半導体層30においては、例えば、5nmの厚さのGaN層と、2.5nm以上9nm以下の厚さで25%のIn組成比のGaInN層と、を積層することで、500nm以上550nm以下の発光波長(緑色)が得られる。第3半導体層30は、MQW構造またはSQW構造を有する。   A stacked body 40 is provided on the first semiconductor layer 10. In the stacked body 40, 30 pairs of a 3 nm-thick GaN layer and a 1 nm GaInN layer are stacked. A third semiconductor layer 30 is provided on the stacked body 40. In the third semiconductor layer 30, a GaN layer having a thickness of 5 nm and a GaInN layer having a thickness of 3 nm are alternately stacked. In the third semiconductor layer 30, for example, a GaN layer having a thickness of 5 nm and a GaInN layer having a thickness of 2.5 to 9 nm and an In composition ratio of 25% are stacked to have a thickness of 500 to 550 nm. The emission wavelength (green) is obtained. The third semiconductor layer 30 has an MQW structure or an SQW structure.

第3半導体層30の上に、第2半導体層20が設けられる。第2半導体層20として、AlGaN層及びGaN層が設けられる。電流注入が可能な発光素子が得られる。このような発光素子においては、基板からの応力が小さく、高い発光効率が得られる。   The second semiconductor layer 20 is provided on the third semiconductor layer 30. As the second semiconductor layer 20, an AlGaN layer and a GaN layer are provided. A light emitting element capable of current injection is obtained. In such a light-emitting element, stress from the substrate is small and high light emission efficiency can be obtained.

発光効率が高く、特に、電流注入密度が高い場合における効率低下が抑制される。このような発光素子における発光の波長(例えばピーク波長)は、例えば、510nm以上540nm以下である。   Luminous efficiency is high, and in particular, a decrease in efficiency is suppressed when the current injection density is high. The light emission wavelength (for example, peak wavelength) in such a light emitting element is, for example, 510 nm or more and 540 nm or less.

第3半導体層30のGaInN層は、In組成比が低い第1GaInN層と、In組成比が高い第2GaInN層と、を含んでも良い。第1及び第2GaInN層は、積層される。第1GaInN層において、例えば、厚さは3nmであり、In組成比は5%である。第2GaInN層においては、厚さは2nmであり、In組成比は、30%以上45%以下である。   The GaInN layer of the third semiconductor layer 30 may include a first GaInN layer having a low In composition ratio and a second GaInN layer having a high In composition ratio. The first and second GaInN layers are stacked. In the first GaInN layer, for example, the thickness is 3 nm and the In composition ratio is 5%. In the second GaInN layer, the thickness is 2 nm, and the In composition ratio is 30% or more and 45% or less.

第3半導体層30のGaInN層が、In組成比が低い第1GaInN層と、In組成比が高い第2GaInN層と、を含んでいる場合に、第1GaInN層のIn組成比を5%以下とし、第1GaInN層の厚さを3nm〜5nmとし、第2GaInN層の厚さを0.7nm以上1nm以下とする。このときに、青色の発光波長のLEDが得られる。このような構成のMQWにおいては、通常の青色LEDでオージェ吸収の大きな波長450nm以上460nm以下において、オージェ吸収の大きなバンドのエネルギーが、発光波長の2倍からずれる。このため、このような構成のMQWにおいては、オージェ吸収が抑制できる。これにより、高電流注入密度において光出力のDroopの小さな青色LEDが得られる。多結晶のAlNの基体60を用いると、基体60とエピタキシャル成長層との間の熱膨張係数差が小さく、エピタキシャル成長層に応力が加わり難い。このため、このような基体60の上に高In組成のGaInN成長が容易になる。これにより、上記のようなMQWの形成が容易になる。   When the GaInN layer of the third semiconductor layer 30 includes the first GaInN layer having a low In composition ratio and the second GaInN layer having a high In composition ratio, the In composition ratio of the first GaInN layer is set to 5% or less, The thickness of the first GaInN layer is 3 nm to 5 nm, and the thickness of the second GaInN layer is 0.7 nm to 1 nm. At this time, an LED having a blue emission wavelength is obtained. In the MQW having such a configuration, the energy of a band with a large Auger absorption shifts from twice the emission wavelength at a wavelength of 450 nm to 460 nm with a large Auger absorption in a normal blue LED. For this reason, Auger absorption can be suppressed in the MQW having such a configuration. As a result, a blue LED having a small light output drop at a high current injection density can be obtained. When a polycrystalline AlN substrate 60 is used, the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 60 and the epitaxial growth layer is small, and stress is not easily applied to the epitaxial growth layer. This facilitates the growth of GaInN with a high In composition on such a substrate 60. This facilitates the formation of MQW as described above.

(第2の実施形態)
図11は、第2の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
本実施形態に係る半導体装置110は、第1の実施形態に係るウェーハ(ウェーハ150、151及び152など)を用いて製造される。半導体装置110によれば、クラックを抑制できる半導体装置が得られる。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to the second embodiment.
The semiconductor device 110 according to the present embodiment is manufactured using the wafer according to the first embodiment (wafers 150, 151, 152, etc.). According to the semiconductor device 110, a semiconductor device capable of suppressing cracks can be obtained.

図11に示すように、半導体装置110は、第1半導体層10と、積層体40と、第3半導体層30と、第2半導体層20と、第1電極10eと、第2電極20eと、を有する。半導体装置110においては、基板50の上に機能部10Fが形成された後に、基板50の一部が除去される。この例では、基体60と下地部65が除去され、中間部55の一部がさらに除去されている。除去には、例えば、塩素系イオンエッチングが用いられる。中間部55の一部の除去により露出した第1半導体層10の表面に第1電極10eが設けられている。第2半導体層20の表面(第3p層23の表面)に第2電極20eが設けられている。第1電極10eは、第1半導体層10と電気的に接続される。第2電極20eは、第2半導体層20と電気的に接続される。この他の構成は、ウェーハ150、151及び152に関して説明したものと同様である。   As shown in FIG. 11, the semiconductor device 110 includes a first semiconductor layer 10, a stacked body 40, a third semiconductor layer 30, a second semiconductor layer 20, a first electrode 10e, a second electrode 20e, Have In the semiconductor device 110, after the functional unit 10F is formed on the substrate 50, a part of the substrate 50 is removed. In this example, the base body 60 and the base portion 65 are removed, and a part of the intermediate portion 55 is further removed. For the removal, for example, chlorine ion etching is used. A first electrode 10 e is provided on the surface of the first semiconductor layer 10 exposed by removing a part of the intermediate portion 55. A second electrode 20e is provided on the surface of the second semiconductor layer 20 (the surface of the third p layer 23). The first electrode 10 e is electrically connected to the first semiconductor layer 10. The second electrode 20 e is electrically connected to the second semiconductor layer 20. Other configurations are similar to those described with respect to wafers 150, 151 and 152.

半導体装置110において、第1半導体層10は、第1半導体部分10p及び第2半導体部分10qを含む。第1半導体部分10pから第2半導体部分10qに向かう方向は、Z軸方向に沿う。   In the semiconductor device 110, the first semiconductor layer 10 includes a first semiconductor portion 10p and a second semiconductor portion 10q. The direction from the first semiconductor portion 10p toward the second semiconductor portion 10q is along the Z-axis direction.

第1半導体部分10pは、n形のGaNを含み、Siを含む。第1半導体部分10pにおけるSiの濃度は、例えば、0.5×1018cm−3以上8×1018cm−3以下であり、例えば、3×1018cm−3である。第1半導体部分10pの厚さは、例えば、1μm以下10μm以下であり、例えば、1.5μmである。 The first semiconductor portion 10p includes n-type GaN and includes Si. The concentration of Si in the first semiconductor portion 10p is, for example, not less than 0.5 × 10 18 cm −3 and not more than 8 × 10 18 cm −3 , for example, 3 × 10 18 cm −3 . The thickness of the first semiconductor portion 10p is, for example, 1 μm or less and 10 μm or less, for example, 1.5 μm.

第2半導体部分10qは、n形のGaNを含む。第2半導体部分10qにおけるキャリア濃度は、例えば、3×1018cm−3以下12×1018cm−3以下であり、例えば、8×1018cm−3である。第2半導体部分10qの厚さは、例えば、0.2μm以上1.5μm以下であり、例えば、0.5μmである。第1電極10eは、第2半導体部分10qに接触している。 The second semiconductor portion 10q includes n-type GaN. The carrier concentration in the second semiconductor portion 10q is, for example, 3 × 10 18 cm −3 or less, 12 × 10 18 cm −3 or less, for example, 8 × 10 18 cm −3 . The thickness of the second semiconductor portion 10q is, for example, not less than 0.2 μm and not more than 1.5 μm, for example, 0.5 μm. The first electrode 10e is in contact with the second semiconductor portion 10q.

半導体装置110においては、第1電極10eと第2電極20eとの間に電圧を加えることで、第3半導体層30から光が放出される。半導体装置110は、例えば、LEDである。   In the semiconductor device 110, light is emitted from the third semiconductor layer 30 by applying a voltage between the first electrode 10e and the second electrode 20e. The semiconductor device 110 is, for example, an LED.

半導体装置110においては、第3中間層53における転位密度は低い。これにより、機能部10Fにおいて、低い転位密度が得られる。これにより、高い発光効率が得られる。   In the semiconductor device 110, the dislocation density in the third intermediate layer 53 is low. Thereby, a low dislocation density is obtained in the functional unit 10F. Thereby, high luminous efficiency is obtained.

基体60と第1半導体層10との間において、熱膨張係数差が小さい。反りの小さい状態で第3半導体層30を形成できる。このため、第2半導体層20の形成における形成条件の面内分布を小さくできる。例えば、p形ドーパントのMgを均一に添加できる。駆動電圧の面内分布が小さくできる。コンタクト抵抗の面内分布を小さくできる。   The difference in thermal expansion coefficient between the base body 60 and the first semiconductor layer 10 is small. The third semiconductor layer 30 can be formed with a small warpage. For this reason, the in-plane distribution of the formation conditions in the formation of the second semiconductor layer 20 can be reduced. For example, p-type dopant Mg can be added uniformly. The in-plane distribution of driving voltage can be reduced. The in-plane distribution of contact resistance can be reduced.

(第3の実施形態)
図12は、第3の実施形態に係るウェーハを例示する模式的断面図である。
図12に示すように、本実施形態に係るウェーハ160においては、基体60に、孔60hが設けられる。一方、第3半導体層30及び積層体40のそれぞれにおいて、複数の領域が設けられている。これ以外は、ウェーハ152と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a wafer according to the third embodiment.
As shown in FIG. 12, in the wafer 160 according to the present embodiment, a hole 60 h is provided in the base body 60. On the other hand, each of the third semiconductor layer 30 and the stacked body 40 is provided with a plurality of regions. The rest is the same as the wafer 152.

孔60hは、例えば、後退部である。孔60hは、基体60の裏面60rからZ軸方向に延びる。孔60hの底部60hbは、例えば第1下地層61には達しない。この例では、複数の孔60hが、設けられている。   The hole 60h is, for example, a receding part. The hole 60h extends from the back surface 60r of the base body 60 in the Z-axis direction. The bottom 60hb of the hole 60h does not reach the first foundation layer 61, for example. In this example, a plurality of holes 60h are provided.

第3半導体層30は、第1低In組成比領域30aと、第1高In組成比領域30bと、を含む。第1低In組成比領域30aは、Z軸方向において孔60hと重ならない。第1高In組成比領域30bは、Z軸方向において孔60hと重なる。第1低In組成比領域30aから第1高In組成比領域30bに向かう方向は、Z軸方向と交差する。第1低In組成比領域30aから第1高In組成比領域30bに向かう方向は、例えば、Z軸方向に対して垂直である。   The third semiconductor layer 30 includes a first low In composition ratio region 30a and a first high In composition ratio region 30b. The first low In composition ratio region 30a does not overlap with the hole 60h in the Z-axis direction. The first high In composition ratio region 30b overlaps the hole 60h in the Z-axis direction. The direction from the first low In composition ratio region 30a to the first high In composition ratio region 30b intersects the Z-axis direction. The direction from the first low In composition ratio region 30a to the first high In composition ratio region 30b is, for example, perpendicular to the Z-axis direction.

第1高In組成比領域30bにおける平均のIn組成比は、第1低In組成比領域30aにおける平均のIn組成比よりも高い。   The average In composition ratio in the first high In composition ratio region 30b is higher than the average In composition ratio in the first low In composition ratio region 30a.

例えば、第1低In組成比領域30aは、交互に積層された複数の障壁層31(GaN層)及び複数の井戸層32(GaInN層)を含む。障壁層31は、例えば、AlGaInN層またはAlGaN層である。例えば、第1高In組成比領域30bは、交互に積層された複数の障壁層(GaN層)及び複数の井戸層(GaInN層)を含む。第1高In組成比領域30bに含まれる障壁層は、第1低In組成比領域30aに含まれる障壁層31と連続している。第1高In組成比領域30bに含まれる障壁層と第1低In組成比領域30aに含まれる障壁層との組成比は連続的に変化していても良い。第1高In組成比領域30bに含まれる井戸層は、第1低In組成比領域30aに含まれる井戸層32と連続している。第1高In組成比領域30bに含まれる井戸層(GaInN層)におけるIn組成比は、第1低In組成比領域30aに含まれる井戸層32(GaInN層)におけるIn組成比よりも高い。   For example, the first low In composition ratio region 30a includes a plurality of barrier layers 31 (GaN layers) and a plurality of well layers 32 (GaInN layers) that are alternately stacked. The barrier layer 31 is, for example, an AlGaInN layer or an AlGaN layer. For example, the first high In composition ratio region 30b includes a plurality of barrier layers (GaN layers) and a plurality of well layers (GaInN layers) that are alternately stacked. The barrier layer included in the first high In composition ratio region 30b is continuous with the barrier layer 31 included in the first low In composition ratio region 30a. The composition ratio between the barrier layer included in the first high In composition ratio region 30b and the barrier layer included in the first low In composition ratio region 30a may be continuously changed. The well layer included in the first high In composition ratio region 30b is continuous with the well layer 32 included in the first low In composition ratio region 30a. The In composition ratio in the well layer (GaInN layer) included in the first high In composition ratio region 30b is higher than the In composition ratio in the well layer 32 (GaInN layer) included in the first low In composition ratio region 30a.

第1高In組成比領域30bに含まれる井戸層と第1低In組成比領域30aに含まれる井戸層の組成比は連続的に変化していても良い。   The composition ratio between the well layer included in the first high In composition ratio region 30b and the well layer included in the first low In composition ratio region 30a may be continuously changed.

積層体40は、第2低In組成比領域40aと、第2高In組成比領域40bと、を含む。第2低In組成比領域40aは、Z軸方向において孔60hと重ならない。第2高In組成比領域40bは、Z軸方向において孔60hと重なる。第2低In組成比領域40aから第2高In組成比領域40bに向かう方向は、Z軸方向と交差する。第2低In組成比領域40aから第2高In組成比領域40bに向かう方向は、例えば、Z軸方向に対して垂直である。   The stacked body 40 includes a second low In composition ratio region 40a and a second high In composition ratio region 40b. The second low In composition ratio region 40a does not overlap with the hole 60h in the Z-axis direction. The second high In composition ratio region 40b overlaps the hole 60h in the Z-axis direction. The direction from the second low In composition ratio region 40a to the second high In composition ratio region 40b intersects the Z-axis direction. The direction from the second low In composition ratio region 40a to the second high In composition ratio region 40b is, for example, perpendicular to the Z-axis direction.

第2高In組成比領域40bにおける平均のIn組成比は、第2低In組成比領域40aにおける平均のIn組成比よりも高い。   The average In composition ratio in the second high In composition ratio region 40b is higher than the average In composition ratio in the second low In composition ratio region 40a.

例えば、第2低In組成比領域40aは、交互に積層された複数の第1層41(GaN層、AlGaInN層及びAlGaN層のいずれか)及び複数の第2層42(GaInN層)を含む。例えば、第2高In組成比領域40bは、交互に積層された複数の第3層(GaN層、AlGaInN層及びAlGaN層のいずれか)及び複数の第4層(GaInN層)を含む。第2高In組成比領域40bに含まれる第3層は、第2低In組成比領域40aに含まれる第1層41と連続している。   For example, the second low In composition ratio region 40a includes a plurality of first layers 41 (any of GaN layers, AlGaInN layers, and AlGaN layers) and a plurality of second layers 42 (GaInN layers) that are alternately stacked. For example, the second high In composition ratio region 40b includes a plurality of third layers (any of GaN layers, AlGaInN layers, and AlGaN layers) and a plurality of fourth layers (GaInN layers) that are alternately stacked. The third layer included in the second high In composition ratio region 40b is continuous with the first layer 41 included in the second low In composition ratio region 40a.

第1高In組成比領域40bに含まれる第3層と第1低In組成比領域40aに含まれる第1層の組成比は連続的に変化しても良い。   The composition ratio of the third layer included in the first high In composition ratio region 40b and the first layer included in the first low In composition ratio region 40a may change continuously.

第2高In組成比領域40bに含まれる第4層は、第2低In組成比領域40aに含まれる第2層42と連続している。第2高In組成比領域40bに含まれる第4層(GaInN層)におけるIn組成比は、第2低In組成比領域40aに含まれる第2層42(GaInN層)におけるIn組成比よりも高い。   The fourth layer included in the second high In composition ratio region 40b is continuous with the second layer 42 included in the second low In composition ratio region 40a. The In composition ratio in the fourth layer (GaInN layer) included in the second high In composition ratio region 40b is higher than the In composition ratio in the second layer 42 (GaInN layer) included in the second low In composition ratio region 40a. .

第2高In組成比領域40bに含まれる第4層と第2低In組成比領域40aに含まれる第2層の組成比は連続的に変化しても良い。
ウェーハ160は、例えば、ウェーハ150、151及び152などに関して説明したのと同様に形成できる。ウェーハ160において、クラックを抑制できる。
The composition ratio of the fourth layer included in the second high In composition ratio region 40b and the second layer included in the second low In composition ratio region 40a may change continuously.
The wafer 160 can be formed in the same manner as described with respect to the wafers 150, 151, and 152, for example. In the wafer 160, cracks can be suppressed.

ウェーハ160において、基体60には孔60hbが設けられている。孔60hbは、平坦な基体60の形成後に設けてもよい。孔60hbは、例えば、切削により形成される。孔60hbは、例えば、基体60の上に窒化物半導体層(機能部10F)などを形成した後に、基体60の下面に孔60hbを形成しても良い。例えば、開口部を有するマスクを用いて基体60の一部を除去することで、孔60hbを形成できる。孔60hbは、基体60となる材料(焼結体の母材)を型枠に入れて焼結させることで形成しても良い。型枠に、孔60hb対応する凸部が設けられる。   In the wafer 160, the base 60 is provided with a hole 60hb. The hole 60hb may be provided after the formation of the flat substrate 60. The hole 60hb is formed by cutting, for example. For example, the hole 60hb may be formed on the lower surface of the base 60 after a nitride semiconductor layer (functional unit 10F) or the like is formed on the base 60. For example, the hole 60hb can be formed by removing a part of the base body 60 using a mask having an opening. The hole 60hb may be formed by putting a material (base material of a sintered body) to be the base 60 into a mold and sintering it. The mold is provided with a convex portion corresponding to the hole 60hb.

孔60hが設けられた基体60を含む基板50の上に、半導体結晶層(第1半導体層10、積層体40、第3半導体層30及び第2半導体層20など)が形成される。このとき、基体60に孔60hが設けられているため、半導体結晶層の成長の際に、孔60hと重なる位置における基板50の温度は、孔60hと重ならない位置における基板50の温度よりも低い。一般に、温度が低いとInが取り込まれやすい。このため、孔60hと重ならない領域において、Inが取り込まれ易い。   A semiconductor crystal layer (the first semiconductor layer 10, the stacked body 40, the third semiconductor layer 30, the second semiconductor layer 20, and the like) is formed on the substrate 50 including the base body 60 provided with the holes 60h. At this time, since the hole 60h is provided in the base 60, the temperature of the substrate 50 at a position overlapping with the hole 60h is lower than the temperature of the substrate 50 at a position not overlapping with the hole 60h when the semiconductor crystal layer is grown. . In general, In is easily taken in at a low temperature. For this reason, In is easy to be taken in a region that does not overlap with the hole 60h.

このため、第3半導体層を形成する際の温度の差により、孔60hと重なる第1高In組成比領域30bにおけるIn組成比が、孔60hと重ならない第1低In組成比領域30aにおけるIn組成比よりも高くなる。そして、積層体40を形成する際の温度の差により、孔60hと重なる第2高In組成比領域40bにおけるIn組成比が、孔60hと重ならない第2低In組成比領域40aにおけるIn組成比よりも高くなる。   Therefore, the In composition ratio in the first high In composition ratio region 30b that overlaps the hole 60h is different from the In composition ratio in the first low In composition ratio region 30a that does not overlap the hole 60h due to the temperature difference when forming the third semiconductor layer. It becomes higher than the composition ratio. The In composition ratio in the second low In composition ratio region 40a that does not overlap with the hole 60h is caused by the difference in temperature at the time of forming the stacked body 40, so that the In composition ratio in the second high In composition ratio region 40b that overlaps with the hole 60h. Higher than.

このため、第3半導体層30において第1高In組成比領域30bにおける井戸層のバンドギャップエネルギーは、第1低In組成比領域30aにおける井戸層32のバンドギャップエネルギーよりも低くなる。このため、第3半導体層30の中で、電位差が生じる。すなわち、第3半導体層30において、第1低In組成比領域30aから第1高In組成比領域30bに向かう方向において、キャリアに作用する電界(ドライブ電圧)が加わる。このドライブ電圧は、Z軸方向と交差する方向の成分を有する。これにより、動作時において、第3半導体層30における発光の面内均一性が高まる。   Therefore, the band gap energy of the well layer in the first high In composition ratio region 30b in the third semiconductor layer 30 is lower than the band gap energy of the well layer 32 in the first low In composition ratio region 30a. For this reason, a potential difference is generated in the third semiconductor layer 30. That is, in the third semiconductor layer 30, an electric field (drive voltage) acting on carriers is applied in the direction from the first low In composition ratio region 30a to the first high In composition ratio region 30b. This drive voltage has a component in a direction crossing the Z-axis direction. Accordingly, in-plane uniformity of light emission in the third semiconductor layer 30 is increased during operation.

孔60hの幅(例えばX軸方向に沿った長さ)は、例えば100μm以上350μm以下(例えば、約150μm)である。例えば、孔60hの幅は、素子の辺の長さの約1/6以上約1/3以下である。例えば、孔60hが素子の中央部分に設けられる。孔60hが設けられていない2つの領域の間に孔60hが配置される。孔60hの幅が辺の長さの1/3以上のときに、この2つの領域のそれぞれの幅は、孔60hの幅と実質的に同じになる。これにより、大きな温度差が得られる。孔60hの幅が、辺の1/2以上のときに温度差が得られる。   The width (for example, the length along the X-axis direction) of the hole 60h is, for example, not less than 100 μm and not more than 350 μm (for example, about 150 μm). For example, the width of the hole 60h is not less than about 1/6 and not more than about 1/3 of the side length of the element. For example, the hole 60h is provided in the central portion of the element. The hole 60h is disposed between two regions where the hole 60h is not provided. When the width of the hole 60h is 1/3 or more of the side length, the width of each of the two regions is substantially the same as the width of the hole 60h. Thereby, a big temperature difference is obtained. A temperature difference is obtained when the width of the hole 60h is 1/2 or more of the side.

孔60hの深さ(例えばZ軸方向に沿った長さ)は、例えば200μm以上600μm以下(例えば約350μm)である。   The depth of the hole 60h (for example, the length along the Z-axis direction) is, for example, 200 μm or more and 600 μm or less (for example, about 350 μm).

例えば、基体60の基体面60sと、孔60hの底部60hbと、の間のZ軸方向に沿った距離は、孔60hの幅以下である。この場合、基体60において、孔60hが設けられている領域と、孔60hが設けられていない領域と、の間の温度差が熱拡散によって小さくなったときにも、基体面60sにおいて、温度差が生じる。例えば、基体面60sと、孔60hの底部60hbとの間の距離は、5μm以上である。例えば、基体面60sと、孔60hの底部60hbとの間の距離は、機能部10Fの厚さと同じ程度である。これにより、例えば、機能部10Fにおいて、大きな変形が生じにくくなる。孔60hは、基体60を貫通しても良い。孔60hは、下地部65に到達しても良い。孔65hは、機能部10Fに到達しても良い。   For example, the distance along the Z-axis direction between the base surface 60s of the base body 60 and the bottom 60hb of the hole 60h is equal to or smaller than the width of the hole 60h. In this case, even when the temperature difference between the region in which the hole 60h is provided in the base 60 and the region in which the hole 60h is not provided is reduced by thermal diffusion, the temperature difference on the base surface 60s. Occurs. For example, the distance between the base surface 60s and the bottom 60hb of the hole 60h is 5 μm or more. For example, the distance between the base surface 60s and the bottom 60hb of the hole 60h is about the same as the thickness of the functional unit 10F. Thereby, for example, in the function unit 10F, it is difficult to cause a large deformation. The hole 60 h may penetrate the base body 60. The hole 60 h may reach the base portion 65. The hole 65h may reach the functional unit 10F.

(第4の実施形態)
本実施形態に係る半導体装置は、例えば、第3の実施形態に係るウェーハ160を用いて形成される。
図13は、第4の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
本実施形態に係る半導体装置111においては、上記のウェーハ160を形成した後に、基板50が除去される。除去により露出した第1半導体層10の表面に第1電極10eが形成される。そして、第2半導体層20の表面に第2電極20eが形成される。
(Fourth embodiment)
The semiconductor device according to the present embodiment is formed using, for example, the wafer 160 according to the third embodiment.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to the fourth embodiment.
In the semiconductor device 111 according to the present embodiment, the substrate 50 is removed after the wafer 160 is formed. A first electrode 10e is formed on the surface of the first semiconductor layer 10 exposed by the removal. Then, the second electrode 20 e is formed on the surface of the second semiconductor layer 20.

図13に示すように、第1電極10eは、Z軸方向において、第1低In組成比領域30a及び第2低In組成比領域40aと重なる。第1電極10eは、Z軸方向において、第1高In組成比領域30b及び第2高In組成比領域40bと重ならない。すなわち、第1電極10eは、Z軸方向において、基体60の孔60hと重ならない位置に設けられている。   As shown in FIG. 13, the first electrode 10e overlaps the first low In composition ratio region 30a and the second low In composition ratio region 40a in the Z-axis direction. The first electrode 10e does not overlap the first high In composition ratio region 30b and the second high In composition ratio region 40b in the Z-axis direction. That is, the first electrode 10e is provided at a position that does not overlap the hole 60h of the base body 60 in the Z-axis direction.

第1電極10eと第2電極20eとの間に、第1半導体層10が配置される。第1半導体層10と第2電極20eとの間に、積層体40、第3半導体層30及び第2半導体層20が配置される。   The first semiconductor layer 10 is disposed between the first electrode 10e and the second electrode 20e. The stacked body 40, the third semiconductor layer 30, and the second semiconductor layer 20 are disposed between the first semiconductor layer 10 and the second electrode 20e.

第1電極10eと第2電極20eとの間に、第1低In組成比領域30a及び第2低In組成比領域40aが配置される。   A first low In composition ratio region 30a and a second low In composition ratio region 40a are disposed between the first electrode 10e and the second electrode 20e.

ウェーハ160について説明したように、第3半導体層30において、第1高In組成比領域30bと第1低In組成比領域30aとの間に、バンドギャップエネルギーの差が設けられる。これにより、第3半導体層30の中に電位差が生じ、キャリアに対するドライブ電圧が加わる。このとき、第1電極10eのX−Y平面内の位置が、第1高In組成比領域30bのX−Y平面内の位置に対してシフトしている。このため、第3半導体層30内において、第1高In組成比領域30bの中心領域から、第1低In組成比領域30aの中心領域に向けてキャリアがドライブされる。これにより、第3半導体層30内において、第1電極10eから遠い領域における発光の割合が、第1電極10eに近い領域における発光の割合よりも高くなる。これにより、発光効率の面内の均一性が高まる。   As described for the wafer 160, in the third semiconductor layer 30, a difference in band gap energy is provided between the first high In composition ratio region 30b and the first low In composition ratio region 30a. As a result, a potential difference is generated in the third semiconductor layer 30, and a drive voltage for carriers is applied. At this time, the position of the first electrode 10e in the XY plane is shifted with respect to the position of the first high In composition ratio region 30b in the XY plane. Therefore, in the third semiconductor layer 30, carriers are driven from the central region of the first high In composition ratio region 30b toward the central region of the first low In composition ratio region 30a. Thereby, in the third semiconductor layer 30, the ratio of light emission in a region far from the first electrode 10e is higher than the ratio of light emission in a region near the first electrode 10e. Thereby, the in-plane uniformity of the luminous efficiency is increased.

例えば、膜形成装置において、基板50がヒータの上に配置される。例えば、ヒータからの距離が長くなると、基板50の表面の温度が低下す。例えば、ヒータからの距離の変化が1mmのときに、基板50の表面の温度の変化は80℃である。基体60に孔60hが設けられると、基体60の底面とヒータとの距離が場所によって異なるので、基体60の内部に温度分布が生じる。一方、基体60に孔60hが設けられて温度分布が生じる場合、基体60中の熱伝導により熱の均熱化が生じる。均熱化は、約45度の角度で生じる。これらを考慮すると、孔60hの中央部分と重なる領域の温度と、孔60hと重ならない領域と、における温度の差は約3℃となる。   For example, in the film forming apparatus, the substrate 50 is disposed on the heater. For example, as the distance from the heater increases, the temperature of the surface of the substrate 50 decreases. For example, when the change in the distance from the heater is 1 mm, the change in the temperature of the surface of the substrate 50 is 80 ° C. When the hole 60 h is provided in the base body 60, the distance between the bottom surface of the base body 60 and the heater varies depending on the location, so that a temperature distribution is generated inside the base body 60. On the other hand, when the hole 60 h is provided in the base body 60 and the temperature distribution is generated, the heat is uniformed by heat conduction in the base body 60. Soaking occurs at an angle of about 45 degrees. Considering these, the difference in temperature between the region overlapping the central portion of the hole 60h and the region not overlapping the hole 60h is about 3 ° C.

一方、GaInN層(井戸層32)は、例えば450nmのピーク波長を有する。GaInN層におけるピーク波長は、結晶成長の温度に依存する。例えば、ピーク波長の結晶成長温度に対する依存性は、約1.5nm/℃である。温度の差が約3℃の場合、発光波長(ピーク波長)の差は、約5nmである。発光波長の差の約5nmは、エネルギーの差に換算すると、約60meVに相当する。すなわち、約60meVの電位差が、第3半導体層30の中に生じる。これにより、第1高In組成比領域30bから第1低In組成比領域30aに向かう方向に沿って、ドライブ電圧が生じる。この場合のドライブ電圧は、約60meVである。   On the other hand, the GaInN layer (well layer 32) has a peak wavelength of 450 nm, for example. The peak wavelength in the GaInN layer depends on the temperature of crystal growth. For example, the dependence of the peak wavelength on the crystal growth temperature is about 1.5 nm / ° C. When the difference in temperature is about 3 ° C., the difference in emission wavelength (peak wavelength) is about 5 nm. The difference of about 5 nm in the emission wavelength corresponds to about 60 meV in terms of energy difference. That is, a potential difference of about 60 meV is generated in the third semiconductor layer 30. As a result, a drive voltage is generated along the direction from the first high In composition ratio region 30b toward the first low In composition ratio region 30a. The drive voltage in this case is about 60 meV.

このとき、第1電極10eと、第1高In組成比領域30bと、の間において、X−Y平面内の位置がシフトしている。第1高In組成比領域30bから第1低In組成比領域30aに向かう方向に沿って、キャリアがドライブされる。これにより、第3半導体層30における発光効率が、均一化される。すなわち、電流集中が抑制され、ドループの効果が小さくできる。これにより、発光特性が向上できる。例えば、EQE(External Quantum Efficiency:外部量子効率)が向上できる。第1電極10eと、第1高In組成比領域30bと、の間においてX−Y平面内の位置がシフトしている構成におけるEQEは、例えば、シフトしていない構成におけるEQEよりも高い。EQEの向上は、例えば、約1%である。   At this time, the position in the XY plane is shifted between the first electrode 10e and the first high In composition ratio region 30b. Carriers are driven along the direction from the first high In composition ratio region 30b toward the first low In composition ratio region 30a. Thereby, the luminous efficiency in the third semiconductor layer 30 is made uniform. That is, current concentration is suppressed and the droop effect can be reduced. Thereby, the light emission characteristics can be improved. For example, EQE (External Quantum Efficiency) can be improved. The EQE in the configuration in which the position in the XY plane is shifted between the first electrode 10e and the first high In composition ratio region 30b is higher than, for example, the EQE in the configuration in which the position is not shifted. The improvement in EQE is, for example, about 1%.

例えば、素子サイズ(略正方形の素子の1辺の長さ)が1mmで、電極幅が7μmで、電極間の距離が略240μmの素子の場合に、第1電極10eと、第1高In組成比領域30bと、の間において、X−Y平面内の位置がシフトしていない構成におけるEQEは、80%である。このとき、第1電極10eと、第1高In組成比領域30bと、の間において、X−Y平面内の位置がシフトしている構成におけるEQEは、81%である。損失が、20%から19%に低減する。従来の損失に対して、5%の損失量低減が可能となる。   For example, when the element size (the length of one side of a substantially square element) is 1 mm, the electrode width is 7 μm, and the distance between the electrodes is approximately 240 μm, the first electrode 10e and the first high In composition The EQE in the configuration in which the position in the XY plane is not shifted between the specific region 30b and the specific region 30b is 80%. At this time, the EQE in the configuration in which the position in the XY plane is shifted between the first electrode 10e and the first high In composition ratio region 30b is 81%. Loss is reduced from 20% to 19%. The loss amount can be reduced by 5% with respect to the conventional loss.

基体60において、結晶粒60gの平均の粒径d60は、第1電極10eの幅(Z軸方向と交差する方向の長さ)よりも小さい。これにより、例えば、孔60hにおいて、電極との相対位置において、高い位置精度が得られる。   In the substrate 60, the average grain size d60 of the crystal grains 60g is smaller than the width of the first electrode 10e (the length in the direction intersecting the Z-axis direction). Thereby, for example, in the hole 60h, high positional accuracy can be obtained in the relative position to the electrode.

第1電極10eと第2電極20eとの間において、電流の広がる範囲は、Z軸方向との間の角度が45度以下の範囲である。従って、電流の広がりは、第1半導体層10の厚さと同程度である。電流の広がりの観点では、第1電極10eと孔60hとの相対的な位置関係の精度は、第1半導体層10の厚さの精度と、同程度であることが好ましい。平均の粒径d60は、例えば、第1半導体層10の厚さ以下である。   The range in which the current spreads between the first electrode 10e and the second electrode 20e is a range in which the angle with the Z-axis direction is 45 degrees or less. Therefore, the spread of current is approximately the same as the thickness of the first semiconductor layer 10. From the viewpoint of current spreading, the accuracy of the relative positional relationship between the first electrode 10e and the hole 60h is preferably about the same as the accuracy of the thickness of the first semiconductor layer 10. The average particle diameter d60 is, for example, equal to or less than the thickness of the first semiconductor layer 10.

(第5の実施形態)
図14は、第5の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
本実施形態に係る半導体装置112は、ウェーハ153と、機能部10Fと、を含む。
(Fifth embodiment)
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to the fifth embodiment.
The semiconductor device 112 according to the present embodiment includes a wafer 153 and a functional unit 10F.

ウェーハ153は、基板50を含む。基板50は、基体60と、下地部65と、中間部55と、を含む。後述するように、この例では、下地部65の第2下地層62は、n形である。これを除いて、基板50の構成は、例えば、ウェーハ152について説明した構成と同様である。   Wafer 153 includes a substrate 50. The substrate 50 includes a base body 60, a base part 65, and an intermediate part 55. As will be described later, in this example, the second base layer 62 of the base portion 65 is n-type. Except for this, the configuration of the substrate 50 is the same as the configuration described for the wafer 152, for example.

下地部65と機能部10Fとの間に中間部55が配置される。   An intermediate portion 55 is disposed between the base portion 65 and the functional portion 10F.

機能部10Fは、第1半導体層10を含む。第1半導体層10は、第1導電形の第1窒化物半導体を含む。   The functional unit 10 </ b> F includes the first semiconductor layer 10. The first semiconductor layer 10 includes a first nitride semiconductor of a first conductivity type.

この例では、半導体装置112は、ゲート電極75geと、ソース電極75seと、ドレイン電極75deと、ゲート絶縁膜75giと、をさらに含む。中間部55とゲート電極75geとの間に機能部10Fが配置される。中間部55とソース電極75seとの間に機能部10Fが配置される。中間部55とドレイン電極75deとの間に機能部10Fが配置される。   In this example, the semiconductor device 112 further includes a gate electrode 75ge, a source electrode 75se, a drain electrode 75de, and a gate insulating film 75gi. The functional unit 10F is disposed between the intermediate unit 55 and the gate electrode 75ge. The functional unit 10F is disposed between the intermediate unit 55 and the source electrode 75se. The functional unit 10F is disposed between the intermediate unit 55 and the drain electrode 75de.

機能部10Fは、第1半導体領域71と、第2半導体領域72と、第3半導体領域73と、を含む。第1半導体領域71は、ゲート電極75geと第1半導体層10との間に設けられる。第2半導体領域72は、ゲート電極75geと第1半導体領域71との間に設けられた部分を含む。第3半導体領域73は、ゲート電極75geと第2半導体領域72との間に設けられる。第1半導体領域71、第2半導体領域72及び第3半導体領域73は、窒化物半導体を含む。   The functional unit 10 </ b> F includes a first semiconductor region 71, a second semiconductor region 72, and a third semiconductor region 73. The first semiconductor region 71 is provided between the gate electrode 75ge and the first semiconductor layer 10. The second semiconductor region 72 includes a portion provided between the gate electrode 75ge and the first semiconductor region 71. The third semiconductor region 73 is provided between the gate electrode 75ge and the second semiconductor region 72. The first semiconductor region 71, the second semiconductor region 72, and the third semiconductor region 73 include a nitride semiconductor.

ソース電極75seは、第2半導体領域72と電気的に接続される。ドレイン電極75deは、第2半導体領域72と電気的に接続される。   The source electrode 75se is electrically connected to the second semiconductor region 72. The drain electrode 75de is electrically connected to the second semiconductor region 72.

Z軸方向(基体60から下地部65に向かう第1方向)に対して交差するX軸方向(第2方向)におけるゲート電極75geの位置は、X軸方向(第2方向)におけるソース電極75seの位置と、X軸方向(第2方向)におけるドレイン電極75deの位置との間に位置する。   The position of the gate electrode 75ge in the X-axis direction (second direction) intersecting the Z-axis direction (first direction from the base 60 to the base portion 65) is the position of the source electrode 75se in the X-axis direction (second direction). It is located between the position and the position of the drain electrode 75de in the X-axis direction (second direction).

ゲート電極75geと第3半導体領域73との間にゲート絶縁膜75giが設けられる。   A gate insulating film 75gi is provided between the gate electrode 75ge and the third semiconductor region 73.

第1半導体層10は、例えば、C(炭素)を含むGaNを含む。第1半導体層10は、n形である。   The first semiconductor layer 10 includes, for example, GaN containing C (carbon). The first semiconductor layer 10 is n-type.

第1半導体領域71は、第1半導体層10の上に設けられる。第1半導体領域71は、例えば、GaN層である。   The first semiconductor region 71 is provided on the first semiconductor layer 10. The first semiconductor region 71 is, for example, a GaN layer.

第2半導体領域72は、第1半導体領域71の上に設けられる。第2半導体領域72は、例えば、GaInN層である。第2半導体領域72は、例えば、GaNでも良い。   The second semiconductor region 72 is provided on the first semiconductor region 71. The second semiconductor region 72 is, for example, a GaInN layer. The second semiconductor region 72 may be GaN, for example.

第2半導体領域72は2層構造を有しても良い。第2半導体領域72は、GaN層と、GaInN層と、を含む。このGaN層と第1半導体領域71との間にGaInN層が設けられる。   The second semiconductor region 72 may have a two-layer structure. The second semiconductor region 72 includes a GaN layer and a GaInN layer. A GaInN layer is provided between the GaN layer and the first semiconductor region 71.

第3半導体領域73は、第2半導体領域72の一部の上に設けられる。第3半導体領域73は、例えば、AlGaN層である。第3半導体領域73は、例えば、GaNでも良い。   The third semiconductor region 73 is provided on a part of the second semiconductor region 72. The third semiconductor region 73 is, for example, an AlGaN layer. The third semiconductor region 73 may be GaN, for example.

第1半導体領域71の一部、及び、第2半導体領域72の一部にソース領域75srが設けられる。ソース領域75srの上に、ソース電極75seが設けられる。ソース領域75srを介して、ソース電極75seは、第2半導体領域72及び第1半導体領域71と電気的に接続される。   A source region 75sr is provided in part of the first semiconductor region 71 and part of the second semiconductor region 72. A source electrode 75se is provided on the source region 75sr. The source electrode 75se is electrically connected to the second semiconductor region 72 and the first semiconductor region 71 through the source region 75sr.

第1半導体領域71の別の一部、及び、第2半導体領域72の別の一部にドレイン領域75drが設けられる。ドレイン領域75drの上に、ドレイン電極75deが設けられる。ドレイン領域75drを介して、ドレイン電極75deは、第2半導体領域72及び第1半導体領域71と電気的に接続される。   A drain region 75dr is provided in another part of the first semiconductor region 71 and another part of the second semiconductor region 72. A drain electrode 75de is provided on the drain region 75dr. The drain electrode 75de is electrically connected to the second semiconductor region 72 and the first semiconductor region 71 through the drain region 75dr.

X軸方向において、第3半導体領域73は、ソース電極75seとドレイン電極75deとの間に設けられる。第3半導体領域73の上にゲート絶縁膜75giが設けられる。ゲート絶縁膜75giは、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物、及び、アルミニウム酸化物、の少なくともいずれかを含む。ゲート絶縁膜75giは、例えば、シリコン及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む第1元素と、酸素及び窒素の少なくともいずれかを含む第2元素と、の混合物を含む。   In the X-axis direction, the third semiconductor region 73 is provided between the source electrode 75se and the drain electrode 75de. A gate insulating film 75gi is provided on the third semiconductor region 73. The gate insulating film 75gi includes, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum nitride, and aluminum oxide. The gate insulating film 75gi includes, for example, a mixture of a first element containing at least one of silicon and aluminum and a second element containing at least one of oxygen and nitrogen.

第3半導体領域73は、ソース領域75sr上及びドレイン領域75dr上に広がっていて良い。第3半導体領域73は、高濃度にn形不純物を含んでも良い。n形不純物として、Si、Ge及びSnの少なくともいずれかが用いられる。   The third semiconductor region 73 may extend over the source region 75sr and the drain region 75dr. The third semiconductor region 73 may contain an n-type impurity at a high concentration. As the n-type impurity, at least one of Si, Ge, and Sn is used.

ソース領域75sr及びドレイン領域75drの少なくともいずれかは、高濃度のn形不純物を含んでも良い。第3半導体領域73の内のソース領域75srの上の部分、及び、第3半導体領域73のうちのドレイン領域75drの上の部分、の少なくともいずれかは、高濃度のn形不純物を含んでも良い。   At least one of the source region 75sr and the drain region 75dr may include a high concentration n-type impurity. At least one of the portion of the third semiconductor region 73 above the source region 75sr and the portion of the third semiconductor region 73 above the drain region 75dr may contain high-concentration n-type impurities. .

半導体装置112において、ゲート電極75geに加えられる電圧に応じて、ソース電極75seとドレイン電極75deとの間に流れる電流が制御される。半導体装置112は、例えばトランジスタである。   In the semiconductor device 112, the current flowing between the source electrode 75se and the drain electrode 75de is controlled in accordance with the voltage applied to the gate electrode 75ge. The semiconductor device 112 is a transistor, for example.

この例では、第2下地層62は、導電性である。例えば、第2下地層62は、シリコンに加えて、n形の不純物(As、P、及びSbなど)を含む。第2下地層62は、As及びSbの少なくともいずれかを含む。   In this example, the second underlayer 62 is conductive. For example, the second underlayer 62 includes n-type impurities (such as As, P, and Sb) in addition to silicon. The second underlayer 62 includes at least one of As and Sb.

半導体装置112は、基体側電極76eをさらに含んでいる。基体側電極76eは、第2下地層62と電気的に接続される。基体側電極76eにより、第2下地層62の電位が制御される。   The semiconductor device 112 further includes a base-side electrode 76e. The base-side electrode 76e is electrically connected to the second base layer 62. The potential of the second underlayer 62 is controlled by the substrate side electrode 76e.

例えば、基体60の裏面60rに孔60hが設けられる。孔60hは、第2下地層62に到達する。孔60hの内壁の少なくとも一部の上に導電膜を形成する。この導電膜が基体側電極76eとなる。   For example, the hole 60 h is provided in the back surface 60 r of the base body 60. The hole 60 h reaches the second underlayer 62. A conductive film is formed on at least a part of the inner wall of the hole 60h. This conductive film becomes the base-side electrode 76e.

図14に示すように、基体60は、X−Y平面(Z軸方向(第1方向)と交差する平面)内において、基体側電極76eの少なくとも一部の周りに設けられる。この例では、基板50は、間隙76gを有する。間隙76gは、基体60と、基体側電極76eの上記の少なくとも一部と、の間に設けられている。孔60hの側壁の一部の上に基体側電極76eが設けられており、孔60hの側壁の別の一部の上には基体側電極76eは設けられていない。   As shown in FIG. 14, the base body 60 is provided around at least a part of the base body side electrode 76e in the XY plane (a plane intersecting the Z-axis direction (first direction)). In this example, the substrate 50 has a gap 76g. The gap 76g is provided between the base 60 and at least a part of the base-side electrode 76e. The base-side electrode 76e is provided on a part of the side wall of the hole 60h, and the base-side electrode 76e is not provided on another part of the side wall of the hole 60h.

この例では、孔60hのX軸方向における中心と、孔60h内における基体側電極76eのX軸方向とが、シフトしている。第2方向(例えばX軸方向)における間隙76gの位置は、第2方向(例えばX軸方向)におけるドレイン電極75deの位置と、基体側電極76eと第2下地層62との界面の第2方向(例えばX軸方向)における位置と、の間に位置する。   In this example, the center in the X-axis direction of the hole 60h and the X-axis direction of the base-side electrode 76e in the hole 60h are shifted. The position of the gap 76g in the second direction (for example, the X-axis direction) is the position of the drain electrode 75de in the second direction (for example, the X-axis direction) and the second direction of the interface between the base-side electrode 76e and the second base layer 62. (E.g., in the X-axis direction).

図15(a)及び図15(b)は、第5の実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式図である。
図15(a)は、模式的断面図である。図15(b)は、模式的平面図である。
FIG. 15A and FIG. 15B are schematic views illustrating another semiconductor device according to the fifth embodiment.
FIG. 15A is a schematic cross-sectional view. FIG. 15B is a schematic plan view.

本実施形態に係る半導体装置113も、ウェーハ153と、機能部10Fと、を含む。ウェーハ153の構成は、半導体装置112に関して説明したのと同様の構成を有する。   The semiconductor device 113 according to the present embodiment also includes a wafer 153 and a functional unit 10F. The configuration of the wafer 153 has the same configuration as that described for the semiconductor device 112.

半導体装置113においては、機能部10Fは、第4半導体領域74をさらに含む。第4半導体領域74は、第1半導体領域71と第2半導体領域72との間に設けられる。第4半導体領域74は、窒化物半導体を含む。第4半導体領域74は、ゲート電極75geと第1半導体層10との間に設けられた部分74gと、ソース電極75seと第1半導体層10との間に設けられた部分74rと、を含む。部分74gと部分74rの間には、境界74bが形成される。   In the semiconductor device 113, the functional unit 10 </ b> F further includes a fourth semiconductor region 74. The fourth semiconductor region 74 is provided between the first semiconductor region 71 and the second semiconductor region 72. The fourth semiconductor region 74 includes a nitride semiconductor. The fourth semiconductor region 74 includes a portion 74g provided between the gate electrode 75ge and the first semiconductor layer 10, and a portion 74r provided between the source electrode 75se and the first semiconductor layer 10. A boundary 74b is formed between the portion 74g and the portion 74r.

部分74gは、例えばGaN層である。部分74rは、例えばAlGaN層である。部分74rは、例えばGaNでも良い。部分74rの導電形は、例えばp形である。ソース電極75seと第1半導体層10との間に設けられた上記の部分74rにおけるアルミニウムの組成比は、ゲート電極75geと第1半導体層10との間設けられた上記の部分74gにおけるアルミニウムの組成比よりも高くてもよい。   The portion 74g is, for example, a GaN layer. The portion 74r is, for example, an AlGaN layer. The portion 74r may be GaN, for example. The conductivity type of the portion 74r is, for example, a p-type. The composition ratio of aluminum in the portion 74r provided between the source electrode 75se and the first semiconductor layer 10 is the composition of aluminum in the portion 74g provided between the gate electrode 75ge and the first semiconductor layer 10. It may be higher than the ratio.

基板50の上に、nの導電性の第1半導体層10が設けられる。第1半導体層10の上に、第1半導体領域71(例えばGaN層)が設けられ、その上に、第4半導体領域74が設けられる。第4半導体領域74において、部分74r(AlGaN)及び部分74g(GaN)が設けられる。第4半導体領域74の上に、第2半導体領域72(例えばGaN層)が設けられる。第2半導体領域72の少なくとも一部の上に、第3半導体領域73(例えばAlGaN層)が設けられる。 An n conductive first semiconductor layer 10 is provided on the substrate 50. A first semiconductor region 71 (for example, a GaN layer) is provided on the first semiconductor layer 10, and a fourth semiconductor region 74 is provided thereon. In the fourth semiconductor region 74, a portion 74r (AlGaN) and a portion 74g (GaN) are provided. A second semiconductor region 72 (for example, a GaN layer) is provided on the fourth semiconductor region 74. A third semiconductor region 73 (for example, an AlGaN layer) is provided on at least a part of the second semiconductor region 72.

この例においても、基体側電極76eが設けられている。基体側電極76eは、第2下地層62と電気的に接続され、さらに、第1半導体層10とさらに電気的に接続される。   Also in this example, the substrate side electrode 76e is provided. The base-side electrode 76e is electrically connected to the second base layer 62 and further electrically connected to the first semiconductor layer 10.

半導体装置113において、ソース電極75seから基板側電極76eに電流が流れる。この電流は、ゲート電極75geに印加されるバイアス電圧により制御される。半導体装置113では、孔60hの大きさ及び配置により、電流の広がりと、動作時の熱の広がりと、を制御可能である。これにより、装置の特性の制御が可能である。例えば、電流の広がりの向上と、動作に伴う温度上昇の抑制と、が可能になる。   In the semiconductor device 113, a current flows from the source electrode 75se to the substrate side electrode 76e. This current is controlled by a bias voltage applied to the gate electrode 75ge. In the semiconductor device 113, the spread of current and the spread of heat during operation can be controlled by the size and arrangement of the holes 60h. Thereby, it is possible to control the characteristics of the apparatus. For example, it is possible to improve the spread of current and to suppress the temperature rise associated with the operation.

図16は、第5の実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。
本実施形態に係る半導体装置114も、ウェーハ153と、機能部10Fと、を含む。ウェーハ153の構成は、半導体装置112に関して説明した通りである。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view illustrating another semiconductor device according to the fifth embodiment.
The semiconductor device 114 according to the present embodiment also includes a wafer 153 and a functional unit 10F. The configuration of the wafer 153 is as described for the semiconductor device 112.

半導体装置114においては、第1半導体層10の抵抗は比較的高い。第1半導体層10は、高抵抗のGaN層である。第1半導体領域71中の不純物濃度は、第1半導体層10中の不純物濃度よりも低い。第1半導体領域71は、高純度のGaN層である。   In the semiconductor device 114, the resistance of the first semiconductor layer 10 is relatively high. The first semiconductor layer 10 is a high-resistance GaN layer. The impurity concentration in the first semiconductor region 71 is lower than the impurity concentration in the first semiconductor layer 10. The first semiconductor region 71 is a high-purity GaN layer.

上記の半導体装置112及び114においては、孔60hが設けられた基板50の上に、機能部10Fが形成される。このため、孔60hと重なる領域と、孔60hと重ならない領域と、において、機能部10Fの形成中に温度の差が形成される。例えば、Inを含む層(領域)中のInの組成比が、孔60hと重なる領域と、孔60hと重ならない領域と、の間で変化する。これにより、Z軸方向と交差する方向においてバンドギャップエネルギーの差が形成される。例えば、ソース電極75seからドレイン電極75deに向かう方向に沿った電界が形成される。これにより、キャリアにバイアス電圧が加わる。これにより、例えば、トランジスタのオフ時間が短くなり、動作が高速化する。スイッチングエネルギーの低減が可能になる。   In the semiconductor devices 112 and 114, the functional unit 10F is formed on the substrate 50 provided with the hole 60h. For this reason, in the area | region which overlaps with the hole 60h, and the area | region which does not overlap with the hole 60h, a temperature difference is formed during formation of the function part 10F. For example, the composition ratio of In in the layer (region) containing In changes between a region overlapping with the hole 60h and a region not overlapping with the hole 60h. As a result, a band gap energy difference is formed in the direction intersecting the Z-axis direction. For example, an electric field is formed along the direction from the source electrode 75se to the drain electrode 75de. Thereby, a bias voltage is applied to the carrier. Thereby, for example, the off time of the transistor is shortened, and the operation is speeded up. Switching energy can be reduced.

半導体装置112〜114において、孔60hの位置の精度が高いことが望ましい。実施形態において、孔60hの幅(例えば径)は、基体60の平均の粒径d60以上である。孔60hの幅(例えば径)は、基体60の平均の粒径d60の1.5倍以上でも良い。すなわち、実施形態においては、孔60hのサイズに比べて、平均の粒径d60を小さくする。これにより、孔60hの位置の精度が高まる。これにより、形成されるバイアス電圧の精度が高まる。   In the semiconductor devices 112 to 114, it is desirable that the position accuracy of the hole 60h is high. In the embodiment, the width (for example, diameter) of the hole 60 h is equal to or larger than the average particle diameter d60 of the base body 60. The width (for example, the diameter) of the hole 60 h may be 1.5 times or more the average particle diameter d60 of the base body 60. That is, in the embodiment, the average particle diameter d60 is made smaller than the size of the hole 60h. This increases the accuracy of the position of the hole 60h. This increases the accuracy of the bias voltage that is formed.

例えば、実施形態において、基体側電極76eは、第2方向(X軸方向)において基体60と重なる部分76exを含む。孔60hの幅は、第2方向において基体60と重なるこの部分76exの第2方向の長さと、第2方向に沿った間隙76gの長さと、の和に対応する。実施形態においては、この和は、平均の粒径d60以上である。   For example, in the embodiment, the base-side electrode 76e includes a portion 76ex that overlaps the base 60 in the second direction (X-axis direction). The width of the hole 60h corresponds to the sum of the length in the second direction of the portion 76ex overlapping the base body 60 in the second direction and the length of the gap 76g along the second direction. In the embodiment, this sum is an average particle diameter d60 or more.

実施形態によれば、ウェーハの製造コストを抑えることができる。結晶品質の高い窒化物半導体層を形成できる。   According to the embodiment, the manufacturing cost of the wafer can be suppressed. A nitride semiconductor layer with high crystal quality can be formed.

実施形態によれば、クラックを抑制できるウェーハ及び半導体装置を提供することができる。   According to the embodiment, a wafer and a semiconductor device that can suppress cracks can be provided.

なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、BInAlGa1−x−y−zN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1,x+y+z≦1)なる化学式において組成比x、y及びzをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、N(窒素)以外のV族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。 In this specification, “nitride semiconductor” means B x In y Al z Ga 1-xyz N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z ≦ 1) Semiconductors having all compositions in which the composition ratios x, y, and z are changed within the respective ranges are included. Furthermore, in the above chemical formula, those further containing a group V element other than N (nitrogen), those further containing various elements added for controlling various physical properties such as conductivity type, and unintentionally Those further including various elements included are also included in the “nitride semiconductor”.

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。   In the present specification, “vertical” and “parallel” include not only strictly vertical and strictly parallel, but also include, for example, variations in the manufacturing process, and may be substantially vertical and substantially parallel. It ’s fine.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、ウェーハ及び半導体装置に含まれる基板、基体、下地部、下地層、中間部、中間層、機能部、半導体層、半導体領域及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, a person skilled in the art has a specific configuration of each element such as a substrate, a base, a base portion, a base layer, an intermediate portion, an intermediate layer, a functional portion, a semiconductor layer, a semiconductor region, and an electrode included in a wafer and a semiconductor device. The present invention is similarly implemented by appropriately selecting from known ranges, and is included in the scope of the present invention as long as similar effects can be obtained.

また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。   Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

その他、本発明の実施の形態として上述したウェーハ及び半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのウェーハ及び半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   In addition, all wafers and semiconductor devices that can be implemented by those skilled in the art based on the wafers and semiconductor devices described above as embodiments of the present invention are included in the present invention as long as they include the gist of the present invention. Belongs to the range.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…第1半導体層、 10F…機能部、 10e…第1電極、 10p…第1半導体部分、 10q…第2半導体部分、 20…第2半導体層、 20e…第2電極、 21…第1p層、 22…第2p層、 23…第3p層、 30…第3半導体層、 30a…第1低In組成比領域、 30b…第1高In組成比領域、 31…障壁層、 32…井戸層、 40…積層体、 40a…第2低In組成比領域、 40b…第2高In組成比領域、 41…第1層、 42…第2層、 50…基板、 51…第1中間層、 52…第2中間層、 53…第3中間層、 55…中間部、 60…基体、 60b…粒界、 60dp…凹凸、 60g…結晶粒、 60h…孔、 60hb…底部、 60p…基体部分、 60q…境界部分、 60r…裏面、 60s…基体面、 61…第1下地層、 61a…第1酸化シリコン膜、 61b…第2酸化シリコン膜、 62…第2下地層、 62l…第1面、 62s…シリコン基板、 62sa、62sb…面、 62u…第2面、 63…第3下地層、 65…下地部、 71…第1半導体領域、 72…第2半導体領域、 73…第3半導体領域、 74…第4半導体領域、 74b…境界、 74g、74s…部分、 75de…ドレイン電極、 75dr…ドレイン領域、 75ge…ゲート電極、 75gi…ゲート絶縁膜、 75se…ソース電極、 75sr…ソース領域、 76e…基体側電極、 76ex…部分、 76g…間隙、 110〜114…半導体装置、 150、151、152、153、160…ウェーハ、 C1…転位密度、 C2…差、 D60…深さ、 L1、L2…長さ、 R1、R2…領域、 Re1〜Re3…領域、 S1…第1構造体、 S2…第2構造体、 d60…平均の粒径、 dTE…熱膨張係数差、 t0、t1、t11、t2、t21、t22…厚さ、 tc…臨界膜厚   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st semiconductor layer, 10F ... Functional part, 10e ... 1st electrode, 10p ... 1st semiconductor part, 10q ... 2nd semiconductor part, 20 ... 2nd semiconductor layer, 20e ... 2nd electrode, 21 ... 1st p layer 22 ... 2nd p layer, 23 ... 3rd p layer, 30 ... 3rd semiconductor layer, 30a ... 1st low In composition ratio area | region, 30b ... 1st high In composition ratio area | region, 31 ... barrier layer, 32 ... well layer, 40 ... Laminated body, 40a ... second low In composition ratio region, 40b ... second high In composition ratio region, 41 ... first layer, 42 ... second layer, 50 ... substrate, 51 ... first intermediate layer, 52 ... 2nd intermediate layer, 53 ... 3rd intermediate layer, 55 ... Intermediate part, 60 ... Base, 60b ... Grain boundary, 60dp ... Unevenness, 60g ... Crystal grain, 60h ... Hole, 60hb ... Bottom, 60p ... Base part, 60q ... Boundary part, 60r ... back side, 60s Base surface 61: First base layer 61a: First silicon oxide film 61b: Second silicon oxide film 62 ... Second base layer 62l: First surface 62s: Silicon substrate 62sa, 62sb ... surface 62u ... second surface, 63 ... third underlayer, 65 ... underlying portion, 71 ... first semiconductor region, 72 ... second semiconductor region, 73 ... third semiconductor region, 74 ... fourth semiconductor region, 74b ... boundary, 74g, 74s ... part, 75de ... drain electrode, 75dr ... drain region, 75ge ... gate electrode, 75gi ... gate insulating film, 75se ... source electrode, 75sr ... source region, 76e ... substrate side electrode, 76ex ... part, 76g ... gap 110 to 114 semiconductor device 150, 151, 152, 153, 160 wafer, C1 dislocation density, C2 difference, D60 ... depth, L1, L2 ... length, R1, R2 ... region, Re1-Re3 ... region, S1 ... first structure, S2 ... second structure, d60 ... average particle size, dTE ... thermal expansion coefficient Difference, t0, t1, t11, t2, t21, t22 ... thickness, tc ... critical film thickness

Claims (20)

複数の結晶粒を含む基体と、
下地部と、
を備え、
前記下地部は、
非晶質の第1下地層と、
シリコンを含む第2下地層と、
を含み、
前記第1下地層は、前記第2下地層と前記基体との間に設けられ、
前記第1下地層の厚さは、140ナノメートル以下であり、
前記第2下地層の厚さは、70ナノメートル以下であり、
前記結晶粒の平均の粒径は、3.1マイクロメートル以下である、ウェーハ。
A substrate including a plurality of crystal grains;
A base part,
With
The base portion is
An amorphous first underlayer;
A second underlayer containing silicon;
Including
The first underlayer is provided between the second underlayer and the base body,
The first underlayer has a thickness of 140 nanometers or less;
The second underlayer has a thickness of 70 nanometers or less;
The wafer having an average grain size of 3.1 micrometers or less.
前記平均の粒径は、2.5マイクロメートル以上である、請求項1記載のウェーハ。   The wafer according to claim 1, wherein the average particle size is 2.5 micrometers or more. 前記複数の多結晶は、窒化アルミニウムを含む、請求項1または2に記載のウェーハ。   The wafer according to claim 1, wherein the plurality of polycrystals includes aluminum nitride. 前記第1下地層は、酸化シリコンを含む、請求項1〜3のいずれか1つに記載のウェーハ。   The wafer according to claim 1, wherein the first foundation layer includes silicon oxide. 前記基体は、前記第1下地層と接する基体面を有し、
前記基体面は、凹凸を有し、
前記凹凸の深さは、50ナノメートル以上65ナノメートル以下である、請求項1〜4のいずれか1つに記載のウェーハ。
The substrate has a substrate surface in contact with the first underlayer,
The base surface has irregularities,
The wafer according to any one of claims 1 to 4, wherein a depth of the unevenness is not less than 50 nanometers and not more than 65 nanometers.
前記第1下地層の前記厚さは、15ナノメートル以上であり、
前記第2下地層の前記厚さは、8ナノメートル以上である、請求項1〜5のいずれか1つに記載のウェーハ。
The thickness of the first underlayer is 15 nanometers or more;
The wafer according to claim 1, wherein the thickness of the second underlayer is 8 nanometers or more.
第3下地層をさらに含み、
前記第1下地層と前記第3下地層との間に、前記第2下地層が配置され、
前記第3下地層に含まれる窒素の濃度は、前記第2下地層に含まれる窒素の濃度よりも高い、請求項1〜6のいずれか1つに記載のウェーハ。
A third underlayer,
The second underlayer is disposed between the first underlayer and the third underlayer,
The wafer according to claim 1, wherein a concentration of nitrogen contained in the third foundation layer is higher than a concentration of nitrogen contained in the second foundation layer.
前記第2下地層は、前記第1下地層の側の第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、を有し、
前記第2面は、シリコンの(111)面及びシリコンの(113)面のいずれかである、請求項1〜7のいずれか1つに記載のウェーハ。
The second underlayer has a first surface on the first underlayer side, and a second surface opposite to the first surface,
The wafer according to claim 1, wherein the second surface is any one of a (111) surface of silicon and a (113) surface of silicon.
前記第2下地層は、前記第1下地層の側の第1面と、前記第1面と反対側の第2面と、を有し、
前記第2面と、シリコンの(111)面と、の間の角度は、1度以下である、請求項1〜7のいずれか1つに記載のウェーハ。
The second underlayer has a first surface on the first underlayer side, and a second surface opposite to the first surface,
The wafer according to claim 1, wherein an angle between the second surface and the (111) surface of silicon is 1 degree or less.
中間部をさらに備え、
前記中間部と前記基体との間に前記下地部が配置され、
前記中間部は、
窒化アルミニウムを含む第1中間層と、
アルミニウムとガリウムと窒素と含む第2中間層と、
ガリウムと窒素とを含む第3中間層と、
を含み、
前記第3中間層と前記下地部との間に前記第1中間層が配置され、
前記第3中間層と前記第1中間層との間に前記第2中間層が配置される、請求項1〜9のいずれか1つに記載のウェーハ。
An intermediate part,
The base portion is disposed between the intermediate portion and the base body,
The intermediate part is
A first intermediate layer comprising aluminum nitride;
A second intermediate layer comprising aluminum, gallium and nitrogen;
A third intermediate layer comprising gallium and nitrogen;
Including
The first intermediate layer is disposed between the third intermediate layer and the base portion;
The wafer according to claim 1, wherein the second intermediate layer is disposed between the third intermediate layer and the first intermediate layer.
前記第1中間層における貫通転位密度は、1×1010/cm以下である、請求項10記載のウェーハ。 11. The wafer according to claim 10, wherein a threading dislocation density in the first intermediate layer is 1 × 10 10 / cm 2 or less. 機能部をさらに備え、
前記機能部と前記下地部との間に前記中間部が配置され、
前記機能部は、第1導電形の第1窒化物半導体を含む第1半導体層を含む、請求項10または11に記載のウェーハ。
It further has a functional part,
The intermediate portion is disposed between the functional portion and the base portion,
The wafer according to claim 10, wherein the functional unit includes a first semiconductor layer including a first nitride semiconductor of a first conductivity type.
前記機能部は、
第2導電形の第2窒化物半導体を含む第2半導体層と、
前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた第3半導体層と、
をさらに含む、請求項12記載のウェーハ。
The functional unit is
A second semiconductor layer including a second nitride semiconductor of a second conductivity type;
A third semiconductor layer provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
The wafer of claim 12, further comprising:
請求項10または11に記載のウェーハと、
第1導電形の第1窒化物半導体を含む第1半導体層を含む機能部と、
を備え、
前記下地部と前記機能部との間に前記中間部が配置される、半導体装置。
A wafer according to claim 10 or 11,
A functional unit including a first semiconductor layer including a first nitride semiconductor of a first conductivity type;
With
A semiconductor device, wherein the intermediate portion is disposed between the base portion and the functional portion.
ゲート電極と、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
をさらに備え、
前記中間部と前記ゲート電極との間に前記機能部が配置され、
前記機能部は、
前記ゲート電極と前記第1半導体層との間に設けられた第1半導体領域と、
前記ゲート電極と前記第1半導体領域との間に設けられた部分を含む第2半導体領域と、
前記ゲート電極と前記第2半導体領域との間に設けられた第3半導体領域と、
を含み、
前記ソース電極は、前記第2半導体領域と電気的に接続され、
前記ドレイン電極は、前記第2半導体領域と電気的に接続され、
前記基体から前記下地部に向かう第1方向に対して交差する第2方向における前記ゲート電極の位置は、前記第2方向における前記ソース電極の位置と、前記第2方向における前記ドレイン電極の位置との間に位置する、請求項14記載の半導体装置。
A gate electrode;
A source electrode;
A drain electrode;
Further comprising
The functional part is disposed between the intermediate part and the gate electrode,
The functional unit is
A first semiconductor region provided between the gate electrode and the first semiconductor layer;
A second semiconductor region including a portion provided between the gate electrode and the first semiconductor region;
A third semiconductor region provided between the gate electrode and the second semiconductor region;
Including
The source electrode is electrically connected to the second semiconductor region;
The drain electrode is electrically connected to the second semiconductor region;
The position of the gate electrode in the second direction intersecting the first direction from the base toward the base portion is the position of the source electrode in the second direction and the position of the drain electrode in the second direction. The semiconductor device according to claim 14, which is located between the two.
基体側電極をさらに備え、
前記第2下地層は、導電性であり、
前記基体側電極は、前記第2下地層と電気的に接続される、請求項15記載の半導体装置。
A substrate-side electrode;
The second underlayer is conductive,
The semiconductor device according to claim 15, wherein the base-side electrode is electrically connected to the second base layer.
前記基体は、前記第1方向と交差する平面内において前記基体側電極の少なくとも一部の周りに設けられ、
前記基板は、前記基体と、前記基体側電極の前記少なくとも一部と、の間に設けられた間隙を有し、
前記第2方向における前記間隙の位置は、前記第2方向における前記ドレイン電極の前記位置と、前記基体側電極と前記第2下地層との界面の前記第2方向における位置と、の間に位置する、請求項16記載の半導体装置。
The base is provided around at least a part of the base-side electrode in a plane intersecting the first direction;
The substrate has a gap provided between the base and the at least part of the base-side electrode;
The position of the gap in the second direction is located between the position of the drain electrode in the second direction and the position in the second direction of the interface between the base-side electrode and the second underlayer. The semiconductor device according to claim 16.
前記基体側電極は、前記第1半導体層とさらに電気的に接続される、請求項17記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 17, wherein the base-side electrode is further electrically connected to the first semiconductor layer. 前記基体側電極は、前記第2方向において前記基体と重なる部分を含み、
前記第2方向において前記基体と重なる前記部分の前記第2方向の長さと、記第2方向に沿った前記間隙の長さと、の和は、前記平均の粒径以上である、請求項17または18に記載の半導体装置。
The base-side electrode includes a portion overlapping the base in the second direction,
The sum of the length in the second direction of the portion overlapping the base in the second direction and the length of the gap along the second direction is equal to or greater than the average particle diameter. 18. The semiconductor device according to 18.
前記機能部は、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に設けられた第4半導体領域をさらに含み、
前記第4半導体領域は、
前記ゲート電極と前記第1半導体層との間に設けられた部分と、
前記ドレイン電極と前記第1半導体層との間設けられた部分と、
を含み、
前記ドレイン電極と前記第1半導体層との間設けられた前記部分におけるアルミニウムの組成比は、前記ゲート電極と前記第1半導体層との間設けられた前記部分におけるアルミニウムの組成比よりも高い、請求項17〜19のいずれか1つに記載の半導体装置。
The functional unit further includes a fourth semiconductor region provided between the first semiconductor region and the second semiconductor region,
The fourth semiconductor region is
A portion provided between the gate electrode and the first semiconductor layer;
A portion provided between the drain electrode and the first semiconductor layer;
Including
The aluminum composition ratio in the portion provided between the drain electrode and the first semiconductor layer is higher than the aluminum composition ratio in the portion provided between the gate electrode and the first semiconductor layer. The semiconductor device according to claim 17.
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