JP2017135240A

JP2017135240A - エピタキシャル基板の製造方法

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Publication number: JP2017135240A
Application number: JP2016013337A
Authority: JP
Inventors: 憲路野口; Norimichi Noguchi
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-08-03

Abstract

【課題】単結晶基板をドライエッチングすることなくエピタキシャル基板の結晶性の向上を図ることが可能なエピタキシャル基板の製造方法を提供する。
【解決手段】エピタキシャル基板１の製造方法は、単結晶基板２の一表面２１上に保護層６を形成し、保護層６を第１のウェットプロセスにより所定パターンにパターニングし、単結晶基板２の一表面２１のうち保護層６で覆われていない部位を改質することにより改質部４を形成し、保護層６を第２のウェットプロセスにより除去し、単結晶基板２の一表面２１及び改質部４の表面４１を含む下地面２０上にＭＯＶＰＥ法により第１のIII族窒化物半導体層３３を形成し、第１のIII族窒化物半導体層３３のうち改質部４の表面４１上の部分をアルカリ系溶液によりエッチングして除去し、第１のIII族窒化物半導体層３３上にＭＯＶＰＥ法により第２のIII族窒化物半導体層３４を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エピタキシャル基板の製造方法に関し、より詳細には、ＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy）装置を用いたエピタキシャル基板の製造方法に関する。

エピタキシャル基板の製造方法としては、一方の面に凸部の配列が形成された単結晶のサファイア基板を準備する工程と、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）ガスとアンモニアガスとを原料とするＭＯＶＰＥ法によりサファイア基板の該一方の面にＡｌＮ結晶のバッファ層を成長させるバッファ層成長工程と、を含む製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

バッファ層成長工程では、まず、結晶核（ＡｌＮ結晶核）を形成し、その後、横エンハンス成長（enhanced lateral growth）の条件でＡｌＮ結晶を成長させることにより下地結晶層を形成し、その後、凸部のそれぞれから、サファイア基板の一方の面の法線方向に延びる複数のピラーを成長させ、更に複数のピラーを一体化させている。

特許文献１には、上述のバッファ層を紫外発光層の結晶成長のためのテンプレートとして利用した紫外線発光ダイオードの製造方法が記載されている。

ところで、特許文献１には、凸部の配列を形成する具体例として、ドライエッチングによって平板のサファイア基板の一表面をパターニングすることが記載されている。

ＷＯ２０１４／０６９２３５

エピタキシャル基板の製造方法では、単結晶基板をドライエッチングすることなく結晶性を向上させたエピタキシャル基板を製造することが望まれる場合もある。

本発明の目的は、単結晶基板をドライエッチングすることなくエピタキシャル基板の結晶性の向上を図ることが可能なエピタキシャル基板の製造方法を提供することにある。

本発明に係る一態様のエピタキシャル基板の製造方法は、単結晶基板の一表面上に保護層を形成する第１工程と、前記保護層を第１のウェットプロセスにより所定パターンにパターニングする第２工程と、前記単結晶基板の前記一表面のうち前記保護層で覆われていない部位を改質することにより改質部を形成する第３工程と、前記保護層を第２のウェットプロセスにより除去する第４工程と、前記単結晶基板の前記一表面及び前記改質部の表面を含む下地面上にＭＯＶＰＥ法により第１のIII族窒化物半導体層を形成する第５工程と、前記第１のIII族窒化物半導体層のうち前記改質部の前記表面上の部分をアルカリ系溶液によりエッチングして除去する第６工程と、前記第１のIII族窒化物半導体層上にＭＯＶＰＥ法により第２のIII族窒化物半導体層を形成する第７工程と、を含む。

本発明のエピタキシャル基板の製造方法は、単結晶基板をドライエッチングすることなくエピタキシャル基板の結晶性の向上を図ることが可能になるという効果がある。

図１Ａ〜１Ｈは、本発明の一実施形態に係るエピタキシャル基板の製造方法を説明する主要工程断面図である。図２は、同上のエピタキシャル基板の製造方法における第４工程までを行った後の単結晶基板の平面図である。図３は、本発明の一実施形態の変形例１に係るエピタキシャル基板の製造方法における第４工程までを行った後の単結晶基板の平面図である。図４は、本発明の一実施形態の変形例２に係るエピタキシャル基板の製造方法における第４工程までを行った後の単結晶基板の平面図である。図５は、本発明の一実施形態の変形例３に係るエピタキシャル基板の製造方法における第４工程までを行った後の単結晶基板の平面図である。図６は、本発明の一実施形態の変形例４に係るエピタキシャル基板の製造方法における第４工程までを行った後の単結晶基板の平面図である。

下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。

（実施形態）
以下では、本実施形態のエピタキシャル基板（epitaxial substrate）１の製造方法について図１及び２に基づいて説明する。図１Ｅは、図２のＸ−Ｘ線断面図に相当する。なお、本実施形態におけるエピタキシャル基板１は、単結晶基板２上にエピタキシャル層３をエピタキシャル成長させた基板である。より詳細には、エピタキシャル基板１は、単結晶基板２上にエピタキシャル層３（図１Ｈ参照）をＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy）装置によりエピタキシャル成長させた基板である。以下では、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置されている単結晶基板２の温度を基板温度という。「基板温度」は、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内において単結晶基板２を保持するサセプタ（susceptor）の温度を熱電対により測定した温度であるが、これに限らない。エピタキシャル基板１のサイズは、例えば、チップサイズ（chip size）でもよいし、ウェハサイズ（wafer size）でもよい。

〔１〕単結晶基板２の準備（図１Ａ参照）
本実施形態のエピタキシャル基板１の製造方法では、まず、単結晶基板２を準備する。エピタキシャル基板１における単結晶基板２は、六方晶（hexagonal crystal）の単結晶基板である。単結晶基板２は、例えば、サファイア基板である。単結晶基板２は、厚さ方向の一表面（第１面）２１と、一表面２１とは反対側の他表面（第２面）２２と、を有する。単結晶基板２の一表面２１及び他表面２２は、平面状である。単結晶基板２の一表面２１は、サファイア基板のｃ面、つまり（０００１）面である。単結晶基板２の厚さは、例えば、１００μｍ〜１０００μｍ程度であるのが好ましく、１２０μｍ〜８００μｍ程度であるのがより好ましく、１５０μｍ〜５００μｍ程度であるのが更に好ましい。単結晶基板２は、（０００１）面からのオフ角が、０°〜０．５°であるのが好ましく、０．０５°〜０．４°であるのがより好ましく、０．１°〜０．３°であるのが更に好ましい。なお、単結晶基板２は、チップサイズのエピタキシャル基板１を複数形成することが可能な単結晶ウェハであるのが好ましい。

〔２〕単結晶基板２上に保護層６を形成する工程（図１Ｂ参照）
この工程（第１工程）では、単結晶基板２の一表面２１の略全面に保護層６を形成する。保護層６は、例えば、ＳｉＯ₂層である。

第１工程では、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置又はＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置により、単結晶基板２の一表面２１の略全面に保護層６を形成する。

保護層６は、ＳｉＯ₂層に限らず、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃層でもよい。保護層６がＡｌ₂Ｏ₃層の場合、第１工程では、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置により、単結晶基板２の一表面２１の略全面に保護層６を形成すればよい。この場合、第１工程では、例えば、ＡＬＤ装置のチャンバ内に単結晶基板２を配置した後、チャンバ内を所定圧力（例えば、１×１０^-3Ｐａ）以下に減圧し、かつ、単結晶基板２の温度を所定温度（例えば、２００℃）に維持する。第１工程では、この状態において、チャンバ内に原料ガスとしてＴＭＡｌ（tri-methyl aluminum）とＨ₂Ｏガスとを交互に供給すればよい。なお、保護層６がＳｉＯ₂層の場合でも、第１工程では、ＡＬＤ法により、保護層６を形成してもよい。この場合には、チャンバ内に原料ガスとして例えばＳｉＣｌ₄ガスとＨ₂Ｏガスとを交互に供給すればよい。一般的に、ＡＬＤ装置は、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置と比べて安価である。

〔３〕保護層６をパターニングする工程（図１Ｃ参照）
この工程（第２工程）では、保護層６を第１のウェットプロセスにより所定パターンにパターニングする。第１のウェットプロセスは、薬液を用いたプロセスである。薬液は、電子工業用薬品（electronic chemicals）であるのが好ましい。

所定パターンは、例えば、ストライプ状のパターンである。言い換えれば、所定パターンは、ラインアンドスペースパターン（line and space pattern）である。

保護層６がＳｉＯ₂層又はＡｌ₂Ｏ₃層の場合、第１のウェットプロセスの前にフォトリソグラフィ技術を利用して保護層６上に所定パターンに対応する形状のレジスト膜を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、第１のウェットプロセスを行うことにより、保護層６のうちレジスト膜に覆われていない部分をエッチングし、その後、レジスト膜を例えば有機溶剤により除去する。レジスト膜は、保護層６を所定パターンにパターニングするためのマスクである。保護層６がＳｉＯ₂層の場合、薬液は、例えば、ＢＨＦ（Buffered Hydrofluoric Acid）である。保護層６がＡｌ₂Ｏ₃層の場合、薬液は、例えば、リン酸と硫酸との混合液である。

保護層６がレジスト層の場合、第１のウェットプロセスの前にレジスト層の一部を露光するリソグラフィ工程を行う必要があり、薬液は、現像液である。

〔４〕単結晶基板２の一表面２１に改質部４を形成する工程（図１Ｄ参照）
この工程（第３工程）では、単結晶基板２の一表面２１のうち保護層６で覆われていない部位を改質することにより改質部４を形成する。ここで、「改質部４を形成する」とは、単結晶基板２の一表面２１において保護層６で覆われていない部位を変質化することを意味し、より詳細には、単結晶基板２の一部を変質化することを意味する。

保護層６がＳｉＯ₂層又はＡｌ₂Ｏ₃層の場合、第３工程では、例えば、単結晶基板２を所定温度に加熱した状態で、単結晶基板２の一表面２１において保護層６に覆われていない部位をＮＨ₃ガスに曝すことにより、改質部４を形成する。所定温度は、例えば、９００℃〜１３００℃であるのが好ましい。単結晶基板２がサファイア基板の場合、改質部４は、例えば、組成式がＡｌＯＮで表される物質であるのが好ましい。ここで、改質部４の窒素含有量が２原子％〜５０原子％である。改質部４の窒素含有量は、例えば、ＥＳＣＡ（electron spectroscopy for chemical analysis）により得られる値である。改質部４の厚さは、例えば、０．５ｎｍ〜５ｎｍである。所定温度の上限は、単結晶基板２の耐熱温度よりも低い温度であればよい。ただし、基板温度を１５００℃よりも高くする場合、ＭＯＶＰＥ装置では、反応炉内の周辺部材の劣化が激しくなる懸念があるので、より高い耐久性を有する周辺部材を使用するのが好ましい。しかしながら、耐久性の高い周辺部材は、一般的に非常に高価である。したがって、基板温度を１５００℃よりも高くする場合には、より高価なＭＯＶＰＥ装置を使用する必要があり、製造コストが増加してしまう懸念がある。

第３工程では、プラズマ処理により改質部４を形成してもよい。より詳細には、第３工程では、単結晶基板２の一表面２１において保護層６に覆われていない部位にＮ₂プラズマを照射するプラズマ処理を行うことにより改質部４を形成するようにしてもよい。このときの単結晶基板２の温度は、例えば、室温（２７℃）〜６００℃程度の範囲で適宜設定すればよい。Ｎ₂プラズマを利用する場合、保護層６は、ＳｉＯ₂層又はＡｌ₂Ｏ₃層でもよいし、レジスト層でもよい。なお、第３工程では、プラズマ処理においてＮ₂プラズマの代わりに、Ｏ₂プラズマを採用してもよい。この場合、改質部４は、Ａｌ₂Ｏ₃よりもＯ−richになる（言い換えれば、ストイキオメトリーからずれた組成となる）。

〔５〕保護層６を除去する工程（図１Ｅ参照）
この工程（第４工程）では、単結晶基板２上の保護層６を第２のウェットプロセスにより除去する。第２のウェットプロセスは、薬液を用いたプロセスである。第１のウェットプロセスは、薬液を用いたプロセスである。薬液は、電子工業用薬品であるのが好ましい。保護層６がＳｉＯ₂層の場合、薬液は、例えば、ＢＨＦである。保護層６がＡｌ₂Ｏ₃層の場合、薬液は、例えば、リン酸と硫酸との混合液である。保護層６がレジスト層の場合、薬液は、例えば、有機溶剤である。

〔６〕単結晶基板２上に第１のIII族窒化物半導体層３３を形成する工程（図１Ｆ参照）
この工程（第５工程）では、単結晶基板２の一表面２１及び改質部４の表面４１を含む下地面２０上に、ＭＯＶＰＥ法により第１のIII族窒化物半導体層３３を形成する。

第５工程では、まず、改質部４が形成されかつ保護層６が除去された単結晶基板２を、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に導入し、その後、反応炉の内部の真空引きを行い、続いて、窒素ガス等を反応炉内へ流すことによって反応炉内を窒素ガスで満たしてから、排気する。その後、基板温度を第１規定温度とするように単結晶基板２を加熱した状態で、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内へIII族元素の原料ガスとＮ（窒素）の原料ガスとを供給する。これにより、第５工程では、単結晶基板２の下地面２０上に第１のIII族窒化物半導体層３３を結晶成長させる。第１のIII族窒化物半導体層３３は、一例として、ＡｌＮ層である。この場合、III族元素の原料ガスは、例えば、ＴＭＡｌである。また、Ｖ族元素であるＮの原料ガスは、例えば、ＮＨ₃である。ＴＭＡｌ及びＮＨ₃それぞれのキャリアガスとしては、Ｈ₂ガスを採用することが好ましい。第１規定温度は、例えば、１１００℃〜１３００℃である。第１のIII族窒化物半導体層３３を結晶成長させているときの反応炉内の圧力（成長圧力）は、例えば、１ｋＰａ〜７０ｋＰａである。第５工程におけるＶ／III比は、例えば、４〜１００００である。第５工程では、第１のIII族窒化物半導体層３３としてＡｌＮを結晶成長させる場合、成長圧力は、例えば１ｋＰａ〜３０ｋＰａである。また、この場合、Ｖ／III比は、例えば、４〜１５０である。「Ｖ／III比」とは、III族元素原料ガスのモル供給量［μmol/min］に対するＶ族元素の原料ガスのモル供給量［μmol/min］との比である。第５工程におけるＶ／III比は、単結晶基板２の一表面２１上へのIII族極性のIII族窒化物半導体結晶核（例えば、Ａｌ極性のＡｌＮ結晶核）の形成がＶ族極性のIII族窒化物半導体結晶核（例えば、Ｎ極性のＡｌＮ結晶核）の形成よりも優先される値である。

第１のIII族窒化物半導体層３３は、下地面２０のうち単結晶基板２の一表面２１上に形成されたIII族極性のIII族窒化物半導体結晶３１と、単結晶基板２の改質部４の表面４１上に形成されたＶ族極性のIII族窒化物半導体結晶３２と、を含んでいる。III族極性のIII族窒化物半導体結晶３１は、Ａｌ極性のＡｌＮ結晶である。Ｖ族極性のIII族窒化物半導体結晶３２は、Ｎ極性のＡｌＮ結晶である。Ａｌ極性のＡｌＮ結晶の表面は、＋ｃ面であり、Ａｌ原子がある。Ｎ極性のＡｌＮ結晶の表面は、−ｃ面であり、Ｎ原子がある。第１のIII族窒化物半導体層３３のうち単結晶基板２の改質部４の表面４１上に形成される部分は、必ずしも全部がＶ族極性のIII族窒化物半導体結晶３２でなくてもよい。例えば、第１のIII族窒化物半導体層３３のうち単結晶基板２の改質部４の表面４１上に形成される部分は、大部分がＶ族極性のIII族窒化物半導体結晶であればよく、Ｖ族極性のIII族窒化物半導体結晶とIII族極性のIII族窒化物半導体結晶が混在していてもよい。

第５工程におけるＶ／III比は、単結晶基板２の一表面２１へのIII族極性のIII族窒化物半導体結晶３１の形成がＶ族極性のIII族窒化物半導体結晶３２の形成よりも優先されやすい値である。

III族極性のIII族窒化物半導体結晶３１は、エピタキシャル層３の一部を構成する。III族極性のIII族窒化物半導体結晶３１は、この工程よりも後の工程での結晶成長の種結晶（seed crystal）又は再成長起点になると推考される。

〔７〕第１のIII族窒化物半導体層３３のうち不要部分を除去する工程（図１Ｇ参照）
この工程（第６工程）では、第１のIII族窒化物半導体層３３のうち改質部４の表面４１上に形成されている部分（不要部分）をエッチングして除去する。不要部分は、Ｖ族極性のIII族窒化物半導体結晶３２であるが、これに限らず、大部分がＶ族極性のIII族窒化物半導体結晶であり、Ｖ族極性のIII族窒化物半導体結晶とIII族極性のIII族窒化物半導体結晶とが混在する場合もある。第６工程では、第１のIII族窒化物半導体層３３のうち改質部４の表面４１上の部分をアルカリ系溶液によりエッチングして除去する。第６工程では、第１のIII族窒化物半導体層３３のうち改質部４の表面４１上の部分をアルカリ系溶液により選択エッチングすることができる。これにより、第６工程では、第１のIII族窒化物半導体層３３を所定パターンに対応する形状にパターニングすることができる。第６工程を行うことにより、第１のIII族窒化物半導体層３３は、単結晶基板２の一表面２１上の部分だけとなり、大部分乃至全部が、III族極性のIII族窒化物半導体結晶３１となる。見方を変えれば、第１のIII族窒化物半導体層３３は、複数のIII族極性のIII族窒化物半導体結晶３１がストライプ状に形成されている。互いに隣り合うIII族極性のIII族窒化物半導体結晶３１間の間隔は、５００ｎｍ〜１０μｍが好ましく、５００ｎｍ〜５μｍがより好ましく、５００ｎｍ〜３μｍが更に好ましい。アルカリ系溶液は、例えば、ＫＯＨ水溶液である。アルカリ系溶液は、ＫＯＨ水溶液に限らず、例えば、ＴＭＡＨ（tetra-methyl-ammonium hydroxide）水溶液、ＮａＯＨ溶液、エチレンジアミンピロカテコール等でもよい。

〔８〕第１のIII族窒化物半導体層３３上に第２のIII族窒化物半導体層３４を形成する工程（図１Ｈ参照）
この工程（第７工程）は、第１のIII族窒化物半導体層３３上にＭＯＶＰＥ法により第２のIII族窒化物半導体層３４を形成する。本実施形態のエピタキシャル基板１の製造方法では、第１のIII族窒化物半導体層３３と第２のIII族窒化物半導体層３４とでエピタキシャル層３が構成される。

第２のIII族窒化物半導体層３４は、第１のIII族窒化物半導体層３３の表面（より詳細には、III族極性のIII族窒化物半導体結晶３１の表面）から結晶成長し第１のIII族窒化物半導体層３３の表面からの距離が長くなるにつれて断面積が大きくなり層状の形状となっている。ここでいう第１のIII族窒化物半導体層３３の表面は、III族極性のIII族窒化物半導体結晶３１の表面である。また、断面積は、単結晶基板２の一表面２１の法線方向に直交する断面の面積である。第２のIII族窒化物半導体層３４は、第１のIII族窒化物半導体層３３に連続している。第２のIII族窒化物半導体層３４は、互いに隣り合うIII族極性のIII族窒化物半導体結晶３１同士が結合（一体化）し、層状に成長したIII族窒化物半導体結晶である。単結晶基板２の一表面２１と互いに隣り合うIII族極性のIII族窒化物半導体結晶３１同士が結合する位置までの距離は、第２のIII族窒化物半導体層３４の面内において、ばらつきがある。第２のIII族窒化物半導体層３４の厚さは、エピタキシャル層３の表面３０が平坦化されるように設定することが好ましい。第２のIII族窒化物半導体層３４の厚さは、例えば、２μｍ〜１５μｍ程度であるのが好ましい。

エピタキシャル基板１では、第２のIII族窒化物半導体層３４と第１のIII族窒化物半導体層３３と改質部４とで囲まれた空洞５がある。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法では、単結晶基板２とエピタキシャル層３との熱膨張係数差等に起因してエピタキシャル層３に発生する応力が空洞５により緩和されると推考される。よって、エピタキシャル基板１の製造方法では、エピタキシャル層３を比較的厚くしながらも、エピタキシャル層３のクラックの発生を抑制することが可能になると推考される。

第７工程では、基板温度を第２規定温度とするように単結晶基板２を加熱した状態で、III族元素の原料ガスとＶ族元素の原料ガスとをＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に供給する。これにより、第７工程では、第１のIII族窒化物半導体層３３上に第２のIII族窒化物半導体層３４を結晶成長させる。第２のIII族窒化物半導体層３４は、一例としてＡｌＮ層である。III族元素の原料ガスは、例えば、ＴＭＡｌである。Ｖ族元素の原料ガスは、例えば、ＮＨ₃である。第１のIII族窒化物半導体層３３と第２のIII族窒化物半導体層３４とで材質が同じ場合、最終生成物のエピタキシャル基板１において第１のIII族窒化物半導体層３３と第２のIII族窒化物半導体層３４との境界の区別は、難しい。

第２のIII族窒化物半導体層３４が一例としてＡｌＮ層の場合、第７工程における成長条件は、ＡｌＮ結晶の横方向成長が促進される条件であるのが好ましい。ここで、第２のIII族窒化物半導体層３４を結晶成長させているときの反応炉内の圧力（成長圧力）は、例えば、１ｋＰａ〜７０ｋＰａである。また、Ｖ／III比は、例えば、４〜８７０である。第２規定温度は、例えば、１２００℃〜１４００℃である。第７工程では、第２のIII族窒化物半導体層３４を結晶成長させるときに、成長条件を一定としてもよいし、成長条件を多段階に変化させてもよい。成長条件を多段階に変化させる場合、例えば、成長圧力、Ｖ／III比及び第２規定温度のうちの少なくとも一つのプロセスパラメータを変化させればよい。また、第２のIII族窒化物半導体層３４の厚さは、第２のIII族窒化物半導体層３４の表面の平坦性、第２のIII族窒化物半導体層３４の結晶性、第２のIII族窒化物半導体層３４の成長時間に応じたコスト等の観点から、適宜設定すればよい。

エピタキシャル基板１の製造方法では、上述の〔１〕〜〔８〕までの工程が終了した後、エピタキシャル基板１は、基板温度を例えば室温付近まで降温させた後にＭＯＶＰＥ装置から取り出せばよい。ＭＯＶＰＥ装置から取り出したエピタキシャル基板１は、エピタキシャル基板１の状態で保管してもよい。また、エピタキシャル基板１は、ＭＯＶＰＥ装置以外の結晶成長装置によりIII族窒化物半導体層を成長するためのテンプレート基板（template substrate）として利用してもよい。ここでいう結晶成長装置は、例えば、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy）装置等である。また、ＭＯＶＰＥ装置により製造したエピタキシャル基板１を直ちに窒化物半導体素子の製造に供する場合には、ＭＯＶＰＥ装置からエピタキシャル基板１を取り出さずに、エピタキシャル基板１上にIII族窒化物半導体層を成長させればよい。

エピタキシャル基板１では、単結晶基板２の一表面２１の面方位とエピタキシャル層３の表面３０の面方位とが同じである。エピタキシャル基板１では、単結晶基板２の一表面２１が（０００１）面であり、エピタキシャル層３の表面３０が（０００１）面である。エピタキシャル層３の表面３０が（０００１）面であることは、例えば、Ｘ線回折、ＴＥＭ（transmission electron microscope）による電子回折像等で確認することが可能である。エピタキシャル層３の表面３０は、III族極性面である。より詳細には、エピタキシャル層３の表面３０は、Ａｌ極性面である。

エピタキシャル基板１は、例えば、窒化物半導体素子の結晶層を成長するためのテンプレート基板として利用することができる。ここで、エピタキシャル基板１のエピタキシャル層３は、例えば発光素子（発光ダイオード、レーザダイオード等）のバッファ層として利用することができる。エピタキシャル基板１のエピタキシャル層３を発光素子のバッファ層として利用する場合、エピタキシャル層３をバッファ層として、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮ層、発光層、電子ブロック層及びｐ型ＡｌＧａＮ層をＭＯＶＰＥ装置により順次成長させればよい。発光素子では、発光層から放射される光（例えば、紫外線）を単結晶基板２の第２面２２から放射させることが可能となる。

本実施形態のエピタキシャル基板１の製造方法は、第１工程と、第２工程と、第３工程と、第４工程と、第５工程と、第６工程と、第７工程と、を含む。第１工程では、単結晶基板２の一表面２１上に保護層６を形成する。第２工程では、保護層６を第１のウェットプロセスにより所定パターンにパターニングする。第３工程では、単結晶基板２の一表面２１のうち保護層６で覆われていない部位を改質することにより改質部４を形成する。第４工程では、保護層６を第２のウェットプロセスにより除去する。第５工程では、単結晶基板２の一表面２１及び改質部４の表面４１を含む下地面２０上にＭＯＶＰＥ法により第１のIII族窒化物半導体層３３を形成する。第６工程では、第１のIII族窒化物半導体層３３のうち改質部４上に形成されている部分をアルカリ系溶液によりエッチングして除去する。第７工程では、第１のIII族窒化物半導体層３３上にＭＯＶＰＥ法により第２のIII族窒化物半導体層３４を形成する。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法は、単結晶基板２をドライエッチングすることなくエピタキシャル基板１の結晶性の向上を図ることが可能になる。ここでいうエピタキシャル基板１の結晶性は、第２のIII族窒化物半導体層３４の結晶性である。

エピタキシャル基板１の製造方法において、単結晶基板２は、サファイア基板である。単結晶基板２の一表面２１は、ｃ面である。第１のIII族窒化物半導体層３３及び第２のIII族窒化物半導体層３４は、ＡｌＮ層である。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法では、紫外線を発光する発光素子の製造に利用可能でありかつ紫外線の取り出しが可能なエピタキシャル基板１を製造することが可能となる。

エピタキシャル基板１の製造方法において、第１工程では、保護層６としてＳｉＯ₂層又はＡｌ₂Ｏ₃層を形成し、第３工程では、単結晶基板２の温度を９００℃以上に保ち、かつＮＨ₃ガスを供給することにより改質部４を形成するのが好ましい。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法では、第５工程において第１のIII族窒化物半導体層３３を形成するときに、改質部４の表面４１上にＶ族極性の窒化物半導体結晶が形成されやすくなり、第６工程において、第１のIII族窒化物半導体層３３のうち改質部４の表面４１上に形成されている部分をアルカリ系溶液により選択的にエッチングしやすくなる。

エピタキシャル基板１の製造方法において、第１工程では、保護層６としてレジスト層を形成し、第３工程では、プラズマ処理により改質部４を形成してもよい。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法では、保護層６を、真空装置を用いることなく形成でき、かつ、改質部４をレジスト層の耐熱温度よりも低い温度条件下で形成することが可能となる。

エピタキシャル基板１の製造方法では、改質部４のパターンが、図２に示すようにストライプ状であるが、これに限らない。例えば、変形例１のエピタキシャル基板１の製造方法では、改質部４は、図３に示すように、１つ１つが正方形状で、仮想的な正方格子の各格子点に１つずつ配置されたパターンでもよい。また、変形例２のエピタキシャル基板１の製造方法では、改質部４は、図４に示すように、正方格子状のパターンでもよい。また、変形例３のエピタキシャル基板１の製造方法では、改質部４は、図５に示すように、三角格子状のパターンでもよい。また、変形例４のエピタキシャル基板１の製造方法では、改質部４は、図６に示すように、１つ１つが六角形で、仮想的な三角格子の各格子点に１つずつ配置されたパターンでもよい。なお、改質部４の１つ１つは六角形状に限らず、例えば、他の多角形状、円形状等でもよい。

また、エピタキシャル基板１の製造方法において、単結晶基板２は、サファイア基板に限らず、例えば、ＳｉＣ基板、Ｇａ₂Ｏ₃基板、スピネル基板又はＳｉ基板でもよい。

エピタキシャル基板１を利用して製造する窒化物半導体素子は、発光ダイオード（例えば、紫外線発光ダイオード等）、レーザダイオードに限らず、例えば、ＡｌＧａＮ系の高電子移動度トランジスタ等でもよい。

１エピタキシャル基板
２単結晶基板
２０下地面
２１一表面
４改質部
４１表面
６保護層
３３第１のIII族窒化物半導体層
３４第２のIII族窒化物半導体層

Claims

単結晶基板の一表面上に保護層を形成する第１工程と、
前記保護層を第１のウェットプロセスにより所定パターンにパターニングする第２工程と、
前記単結晶基板の前記一表面のうち前記保護層で覆われていない部位を改質することにより改質部を形成する第３工程と、
前記保護層を第２のウェットプロセスにより除去する第４工程と、
前記単結晶基板の前記一表面及び前記改質部の表面を含む下地面上にＭＯＶＰＥ法により第１のIII族窒化物半導体層を形成する第５工程と、
前記第１のIII族窒化物半導体層のうち前記改質部の前記表面上の部分をアルカリ系溶液によりエッチングして除去する第６工程と、
前記第１のIII族窒化物半導体層上にＭＯＶＰＥ法により第２のIII族窒化物半導体層を形成する第７工程と、を含む、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。
前記単結晶基板は、サファイア基板である、
前記単結晶基板の前記一表面は、ｃ面であり、
前記第１のIII族窒化物半導体層及び前記第２のIII族窒化物半導体層は、ＡｌＮ層である、
ことを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル基板の製造方法。
前記第１工程では、前記保護層としてＳｉＯ₂層又はＡｌ₂Ｏ₃層を形成し、
前記第３工程では、前記単結晶基板の温度を９００℃以上に保ち、かつＮＨ₃ガスを供給することにより前記改質部を形成する、
ことを特徴とする請求項２記載のエピタキシャル基板の製造方法。
前記第１工程では、前記保護層としてレジスト層を形成し、
前記第３工程では、プラズマ処理により前記改質部を形成する、
ことを特徴とする請求項２記載のエピタキシャル基板の製造方法。