JP2018118873A - Method for manufacturing nitride semiconductor substrate - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of easily achieving a large diameter and efficiently obtaining a free-standing substrate having low dislocation and high quality when obtaining a free-standing nitride semiconductor substrate having a main surface of a semipolar plane.SOLUTION: The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate comprises: the first step of preparing a plurality of seed crystal substrates consisting of a nitride semiconductor single crystal, having a cross sectional shape rectangularly formed and having at least a main surface of a polar plane and a side surface of a nonpolar plane; the second step of arranging the plurality of seed crystal substrates on a base in the state of inclining the cross sectional shape at a predetermined inclination to form a stair shape by a part of the polar plane and the nonpolar plane on the side opposite to the base side; the third step of growing a nitride semiconductor single crystal on the stair shape to form a nitride semiconductor single crystal layer; and the fourth step of obtaining a free-standing nitride semiconductor substrate having a main surface of a semipolar plane from the nitride semiconductor single crystal layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

一般に発光素子を構成する窒化物半導体層は下地基板の極性面(C面)上に形成されるが、極性面上に形成された窒化物半導体層を用いて発光素子を構成した場合には、その発光素子における発光層内に内部電界が生じ、電子と正孔の存在場所が分離され、これにより発光効率が低下してしまうおそれがある。この点については、極性面ではなくM面等の無極性面または{11−22}面等の半極性面の上に窒化物半導体層を形成することで、発光素子における発光層内の内部電界を弱めて、発光効率が向上することが理論的に予測されている。   In general, the nitride semiconductor layer constituting the light emitting element is formed on the polar face (C face) of the base substrate, but when the light emitting element is constituted using the nitride semiconductor layer formed on the polar face, An internal electric field is generated in the light-emitting layer of the light-emitting element, and the locations where electrons and holes are present are separated, which may reduce the light emission efficiency. Regarding this point, by forming a nitride semiconductor layer on a nonpolar surface such as an M surface or a semipolar surface such as a {11-22} surface instead of a polar surface, an internal electric field in the light emitting layer in the light emitting element is formed. It is theoretically predicted that the luminous efficiency will be improved.

極性面以外の無極性面または半極性面を主面に有する窒化物半導体基板を得る手法としては、例えば、極性面を成長面として厚膜化したバルク結晶を縦方向にスライスして所望の面を切り出す手法が提案されている(例えば特許文献1参照)。また、例えば、高指数面のサファイアやシリコン基板上にGaNを成長することで、無極性面のGaNを実現する手法も検討されている(例えば特許文献2参照)。   As a method for obtaining a nitride semiconductor substrate having a nonpolar surface or semipolar surface other than the polar surface as a main surface, for example, a desired surface can be obtained by slicing a bulk crystal thickened with a polar surface as a growth surface in the vertical direction. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In addition, for example, a method of realizing nonpolar plane GaN by growing GaN on a high index plane sapphire or a silicon substrate has been studied (see, for example, Patent Document 2).

特許第5271489号公報Japanese Patent No. 5271489 特許第5252465号公報Japanese Patent No. 5252465

しかしながら、極性面以外の無極性面または半極性面は結晶成長が困難であるため、これらの面を表面に有する高品質なエピタキシャル成長用基板を効率的に得ることは、上述した従来の技術を利用しても必ずしも容易ではない。
例えば、特許文献1に記載の手法の場合、下地基板として低転位なGaN単結晶を利用できるという利点はあるものの、バルク結晶の厚膜化は数mm厚程度が限度であるため、これをスライスして所望の面を切り出しても、数mm幅の基板しか得られず、基板大口径化の実現が困難である。
また、例えば、特許文献2に記載の手法の場合、大口径な基板を利用できるという利点はあるものの、異種基板上の成長であるため、高品質な結晶が得られないおそれがある。
However, since it is difficult to grow crystals on nonpolar or semipolar surfaces other than polar surfaces, it is possible to efficiently obtain a high-quality epitaxial growth substrate having these surfaces on the surface using the above-described conventional technology. However, it is not always easy.
For example, in the case of the technique described in Patent Document 1, although there is an advantage that a low dislocation GaN single crystal can be used as a base substrate, the bulk crystal thickening is limited to about several millimeters thick. Even if a desired surface is cut out, only a substrate having a width of several mm can be obtained, and it is difficult to realize a large substrate.
For example, in the case of the technique described in Patent Document 2, although there is an advantage that a large-diameter substrate can be used, there is a possibility that high-quality crystals cannot be obtained because the growth is on a different substrate.

本発明は、半極性面の主面を持つ窒化物半導体の自立基板を得る場合に、その自立基板の大口径化を容易に実現することでき、しかも低転位で高品質な自立基板を効率的に得ることができる技術を提供することを目的とする。   In the present invention, when obtaining a nitride semiconductor free-standing substrate having a semipolar principal surface, it is possible to easily increase the diameter of the free-standing substrate, and to efficiently produce a high-quality free-standing substrate with low dislocations. It is an object to provide a technique that can be obtained.

本発明の一態様によれば、
窒化物半導体単結晶からなり、断面形状が矩形状に形成され、少なくとも極性面の主面と無極性面の側面とを有する複数の種結晶基板を用意する第一工程と、
前記複数の種結晶基板を、前記極性面同士が接し、かつ、一方の前記極性面の一部が露出するように、前記断面形状を所定の傾斜角で傾けた状態で基台上に並べて配置して、前記基台の側とは反対側を前記極性面の一部と前記無極性面とによる階段形状とする第二工程と、
前記階段形状の上に窒化物半導体単結晶を成長させて窒化物半導体単結晶層を形成する第三工程と、
前記窒化物半導体単結晶層から半極性面の主面を持つ窒化物半導体の自立基板を得る第四工程と、
を備える窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
A first step of preparing a plurality of seed crystal substrates made of a nitride semiconductor single crystal, having a cross-sectional shape formed in a rectangular shape, and having at least a main surface of a polar surface and a side surface of a nonpolar surface;
The plurality of seed crystal substrates are arranged on a base in a state where the cross-sectional shape is inclined at a predetermined inclination angle so that the polar surfaces are in contact with each other and a part of one of the polar surfaces is exposed. And the second step which makes the side opposite to the base side a stepped shape by a part of the polar surface and the nonpolar surface,
A third step of growing a nitride semiconductor single crystal on the step shape to form a nitride semiconductor single crystal layer;
A fourth step of obtaining a nitride semiconductor free-standing substrate having a semipolar principal surface from the nitride semiconductor single crystal layer;
A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate is provided.

本発明によれば、半極性面の主面を持つ窒化物半導体の自立基板を得る場合に、その自立基板の大口径化を容易に実現することでき、しかも低転位で高品質な自立基板を効率的に得ることができる   According to the present invention, when obtaining a nitride semiconductor free-standing substrate having a semipolar principal surface, it is possible to easily realize a large-diameter free-standing substrate, and to provide a high-quality free-standing substrate with low dislocations. Can be obtained efficiently

本発明の一実施形態に係る窒化物半導体自立基板の製造手順の概要を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the outline | summary of the manufacturing procedure of the nitride semiconductor self-supporting substrate concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体自立基板の製造に用いる成長装置の一構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one structural example of the growth apparatus used for manufacture of the nitride semiconductor self-supporting substrate concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体自立基板を製造する際の結晶成長の概要を模式的に示す説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) which shows typically the outline | summary of the crystal growth at the time of manufacturing the nitride semiconductor self-supporting substrate concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体自立基板を製造する際の結晶成長の概要を模式的に示す説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) which shows typically the outline | summary of the crystal growth at the time of manufacturing the nitride semiconductor self-supporting substrate concerning one Embodiment of this invention.

<本発明の一実施形態>
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
<One Embodiment of the Present Invention>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(1)窒化物半導体基板の製造方法
図1は、本実施形態に係る窒化物半導体自立基板の製造手順の概要を模式的に示す断面図である。
本実施形態では、窒化物半導体の自立基板として、窒化ガリウム(GaN)の単結晶からなる基板(以下、「GaN基板」ともいう)を製造する場合を例に挙げる。
(1) Manufacturing Method of Nitride Semiconductor Substrate FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an outline of a manufacturing procedure of a nitride semiconductor free-standing substrate according to this embodiment.
In the present embodiment, a case where a substrate made of a single crystal of gallium nitride (GaN) (hereinafter also referred to as “GaN substrate”) is manufactured as an example of a free-standing substrate of a nitride semiconductor will be described.

GaN結晶は、六方晶構造(ウルツ鉱型結晶構造)を有している。このような六方晶構造のGaN結晶において、極性を有する面(極性面)としては、{0001}面および{000−1}面が挙げられる。また、極性面と垂直な無極性面としては、{10−10}面および{11−20}面が挙げられる。
本明細書においては、極性面を「C面」と称し、特に{0001}面を「+C面」、{000−1}面を「−C面」と称する場合がある。また、無極性面である{10−10}面を「M面」、同じく無極性面である{11−20}面を「A面」と称する場合がある。なお、本明細書において「C面」や「M面」等といった特定の指数面を称する場合には、±0.01°以内の精度で計測される各結晶軸から10°以内のオフ角を有する範囲内の面、好ましくはオフ角が5°以内、より好ましくは3°以内である面を含むものとする。ここで、オフ角とは、面の法線方向とGaN結晶の軸方向とのなす角をいう。
また、六方晶構造のGaN結晶には、極性面以外の面で無極性面から傾いた面である半極性面がある。半極性面としては、例えば、C面からm軸方向(M面と垂直な軸方向)に傾いた{10−11}面、{10−12}面、{10−13}面、{20−21}面等が挙げられる。これら{10−11}面、{10−12}面、{10−13}面、{20−21}面は、半極性面の中でも例外的に成長により平坦面を得やすい面として知られている。
The GaN crystal has a hexagonal crystal structure (wurtzite crystal structure). In such a hexagonal GaN crystal, examples of the polar face (polar face) include {0001} face and {000-1} face. In addition, examples of the nonpolar plane perpendicular to the polar plane include {10-10} plane and {11-20} plane.
In this specification, the polar plane is sometimes referred to as “C plane”, and in particular, the {0001} plane may be referred to as “+ C plane” and the {000-1} plane may be referred to as “−C plane”. Also, the {10-10} plane that is a nonpolar plane may be referred to as “M plane”, and the {11-20} plane that is also a nonpolar plane may be referred to as “A plane”. In this specification, when a specific index plane such as “C plane” or “M plane” is referred to, an off angle within 10 ° from each crystal axis measured with an accuracy within ± 0.01 ° is used. It is intended to include a surface within a range having an off-angle, preferably a surface having an off angle within 5 °, more preferably within 3 °. Here, the off-angle refers to an angle formed between the normal direction of the surface and the axial direction of the GaN crystal.
Further, the hexagonal GaN crystal has a semipolar plane which is a plane inclined from a nonpolar plane other than the polar plane. As the semipolar plane, for example, a {10-11} plane, a {10-12} plane, a {10-13} plane, {20−, inclined in the m-axis direction (axial direction perpendicular to the M plane) from the C plane 21} surface and the like. These {10-11} planes, {10-12} planes, {10-13} planes, and {20-21} planes are known as planes that are exceptionally easy to obtain flat surfaces by growth among semipolar planes. Yes.

本実施形態では、以下に説明する「第一工程」から「第四工程」までを順に実施することで、半極性面の主面21を持つGaN基板20を製造する。   In this embodiment, the GaN substrate 20 having the semipolar main surface 21 is manufactured by sequentially performing “first step” to “fourth step” described below.

(第一工程:種結晶基板の用意)
第一工程では、図1(b)に示すように、複数の種結晶基板10を用意する。用意する種結晶基板10の数は、特に限定されるものではなく、製造しようとするGaN基板20のサイズや形状等に応じて適宜決定すればよい。
(First step: preparation of seed crystal substrate)
In the first step, a plurality of seed crystal substrates 10 are prepared as shown in FIG. The number of seed crystal substrates 10 to be prepared is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the size, shape, etc. of the GaN substrate 20 to be manufactured.

種結晶基板10は、GaN基板20を製造するための基(種)となるもので、窒化物半導体の一例であるGaNの単結晶からなり、断面形状が矩形状に形成されたものである。そして、矩形状の断面形状を囲う四つの表面11,12のうち、互いに対向する二つの主面11が極性面であるC面となっている。さらに詳しくは、二つの主面11のうちの一方の面が+C面11aであり、他方の面が−C面11bとなっている。また、これらの面11と交差する二つの側面12については、いずれも無極性面であるM面となっている。なお、ここでは、側面12がM面である場合を例に挙げるが、これに限定されることはなく、無極性面であれば例えばA面であっても構わない。つまり、種結晶基板10は、少なくとも極性面の主面11と無極性面の側面12とを有するものであればよい。   The seed crystal substrate 10 is a base (seed) for manufacturing the GaN substrate 20 and is made of a single crystal of GaN, which is an example of a nitride semiconductor, and has a rectangular cross-sectional shape. Of the four surfaces 11 and 12 surrounding the rectangular cross-sectional shape, the two main surfaces 11 facing each other are C-planes that are polar surfaces. More specifically, one of the two main surfaces 11 is a + C surface 11a, and the other surface is a -C surface 11b. Moreover, about the two side surfaces 12 which cross | intersect these surfaces 11, all become the M surface which is a nonpolar surface. In addition, although the case where the side surface 12 is an M surface is mentioned here as an example, the present invention is not limited to this, and may be an A surface as long as it is a nonpolar surface. In other words, the seed crystal substrate 10 only needs to have at least the polar main surface 11 and the nonpolar side surface 12.

矩形状の断面形状は、複数の種結晶基板10のそれぞれについて略同一であり、例えばC面11によって構成される長辺が10〜200mm程度、M面12によって構成される短辺が0.3〜5.0mm程度となるように形成することが考えられる。複数の種結晶基板10のそれぞれの断面形状が略同一であれば、後述するように並べて配置することが容易に実現可能となり、同じく後述する階段形状を構成する上で好適なものとなるからである。なお、ここで挙げた断面形状サイズは、好適な一具体例に過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。   The rectangular cross-sectional shape is substantially the same for each of the plurality of seed crystal substrates 10. For example, the long side constituted by the C plane 11 is about 10 to 200 mm, and the short side constituted by the M plane 12 is 0.3. It can be considered that the thickness is about 5.0 mm. If the cross-sectional shapes of the plurality of seed crystal substrates 10 are substantially the same, it is possible to easily arrange them side by side as described later, and it is suitable for constructing the step shape described later. is there. In addition, the cross-sectional shape size mentioned here is only a suitable specific example, and this invention is not limited to this.

複数の種結晶基板10の平面形状については、それぞれを例えば矩形状とすることが考えられるが、特に限定されるものではなく、後述するように並べて配置可能であれば適宜設定されたもので構わない。   The planar shape of the plurality of seed crystal substrates 10 may be, for example, rectangular, but is not particularly limited, and may be appropriately set as long as they can be arranged side by side as described later. Absent.

このような複数の種結晶基板10を、本実施形態では、主面13が極性面であるGaN基板14を複数片に分割することで得るものとする。さらに詳しくは、GaN基板14を無極性面であるM面で劈開して複数片に分割し、これにより複数の種結晶基板10を得るものとする。   In the present embodiment, such a plurality of seed crystal substrates 10 are obtained by dividing a GaN substrate 14 whose main surface 13 is a polar surface into a plurality of pieces. More specifically, it is assumed that the GaN substrate 14 is cleaved at the M-polar surface and divided into a plurality of pieces, thereby obtaining a plurality of seed crystal substrates 10.

そのために、本実施形態では、第一工程にあたり、先ず、複数の種結晶基板10を得る際に用いられるベース材料として、図1(a)に示すように、主面13がC面であるGaN基板14を用意する。GaN基板14は、公知の手法により、下地基板上にGaN結晶をエピタキシャル成長させ、成長させた結晶をスライスしてその表面を研磨すること等により作製されたものであればよい。現在の技術水準では、直径2インチ程度のものであれば、その主面13内におけるオフ角のばらつき(すなわち、オフ角の最大値と最小値との差)が例えば0.3°以内と比較的小さく、また欠陥密度や不純物濃度の少ない良質な基板を、比較的安価に得ることができる。   Therefore, in this embodiment, in the first step, first, as a base material used when obtaining a plurality of seed crystal substrates 10, as shown in FIG. 1A, GaN whose main surface 13 is a C-plane. A substrate 14 is prepared. The GaN substrate 14 may be any substrate prepared by, for example, epitaxially growing a GaN crystal on a base substrate, slicing the grown crystal and polishing the surface by a known method. In the current technical level, if the diameter is about 2 inches, the variation of the off angle in the main surface 13 (that is, the difference between the maximum value and the minimum value of the off angle) is compared with, for example, within 0.3 °. And a high-quality substrate with a small defect density and a low impurity concentration can be obtained relatively inexpensively.

GaN基板14を用意したら、次いで、そのGaN基板14を無極性面であるM面で劈開して複数片に分割する。劈開は、例えばレーザースクライブ装置による切り込みを利用して行う、といった公知の手法を利用して行えばよい。これにより、図1(b)に示すように、GaN基板14から複数の種結晶基板10が得られることになる。   When the GaN substrate 14 is prepared, the GaN substrate 14 is then cleaved at the M-plane which is a nonpolar surface and divided into a plurality of pieces. The cleavage may be performed using a known method such as cutting using a laser scribing device. As a result, a plurality of seed crystal substrates 10 are obtained from the GaN substrate 14 as shown in FIG.

このように、本実施形態では、GaN基板14を劈開して複数の種結晶基板10を得るので、均質な複数の種結晶基板10を容易に得ることが実現可能となる。   Thus, in this embodiment, since the GaN substrate 14 is cleaved to obtain a plurality of seed crystal substrates 10, it is possible to easily obtain a plurality of homogeneous seed crystal substrates 10.

(第二工程:種結晶基板の配置)
第二工程では、第一工程で用意した複数の種結晶基板10を、後述する成長装置200が備える基台208上に並べて配置する。
(Second step: Arrangement of seed crystal substrate)
In the second step, the plurality of seed crystal substrates 10 prepared in the first step are arranged side by side on a base 208 provided in the growth apparatus 200 described later.

複数の種結晶基板10の配置にあたっては、先ず、図1(c)に示すように、配置する種結晶基板10のそれぞれについて、その断面形状を所定の傾斜角θで傾ける。ここでいう「所定の傾斜角θ」とは、その断面形状におけるc軸方向(C面と垂直な軸方向)と基台208の法線方向とがなす角度のことであり、その断面形状のC面11と基台208の上面とがなす角度と一致する。   In arranging the plurality of seed crystal substrates 10, first, as shown in FIG. 1C, the cross-sectional shape of each of the seed crystal substrates 10 to be arranged is inclined at a predetermined inclination angle θ. The “predetermined inclination angle θ” here is an angle formed by the c-axis direction (axial direction perpendicular to the C-plane) in the cross-sectional shape and the normal direction of the base 208. The angle coincides with the angle formed between the C surface 11 and the upper surface of the base 208.

所定の傾斜角θは、最終的に得られるGaN基板20の主面21となる半極性面を決定する上で重要なパラメータとなるものである。つまり、傾斜角θの設定次第で主面21がどのような半極性面となるかが決定されることになる。なお、所定の傾斜角θの具体例、および、その傾斜角θと半極性面との関係については、詳細を後述する。   The predetermined inclination angle θ is an important parameter in determining the semipolar plane that will be the main surface 21 of the finally obtained GaN substrate 20. That is, depending on the setting of the inclination angle θ, what kind of semipolar surface the main surface 21 becomes is determined. A specific example of the predetermined inclination angle θ and the relationship between the inclination angle θ and the semipolar plane will be described later in detail.

そして、断面形状を所定の傾斜角θで傾けたら、その傾斜角θで傾けた状態のまま、図1(d)に示すように、複数の種結晶基板10のそれぞれを、隣り合う種結晶基板10のC面11同士が接し、かつ、一方のC面11の一部が露出するように、基台208上に並べて配置する。さらに詳しくは、隣り合う種結晶基板10における一方の+C面11aともう一方の−C面11bとが互いに接するように、それぞれの種結晶基板10を基台208の面上に並べる。このとき、平面である基台208の面上に略同一の断面形状を有する複数の種結晶基板10を並べることになるが、それぞれの種結晶基板10がいずれも傾斜角θで傾けた状態であるため、複数の種結晶基板10を並べると、基台208の側とは反対側において、隣り合う種結晶基板10における一方のC面11の一部が覆われずに露出することになるのである。このように複数の種結晶基板10を並べて配置することで、基台208の側とは反対側には、これら複数の種結晶基板10によって、露出した状態のC面11の一部とM面12とによる階段形状15が構成される。   When the cross-sectional shape is tilted at a predetermined tilt angle θ, each of the plurality of seed crystal substrates 10 is adjacent to the adjacent seed crystal substrate as shown in FIG. The ten C-planes 11 are in contact with each other, and are arranged side by side on the base 208 so that a part of one C-plane 11 is exposed. More specifically, the seed crystal substrates 10 are arranged on the surface of the base 208 so that one + C surface 11a and the other −C surface 11b of adjacent seed crystal substrates 10 are in contact with each other. At this time, a plurality of seed crystal substrates 10 having substantially the same cross-sectional shape are arranged on the surface of the base 208 that is a flat surface, but each seed crystal substrate 10 is tilted at an inclination angle θ. Therefore, when a plurality of seed crystal substrates 10 are arranged, a part of one C plane 11 of the adjacent seed crystal substrate 10 is exposed without being covered on the side opposite to the base 208 side. is there. By arranging the plurality of seed crystal substrates 10 side by side in this way, a part of the C surface 11 and the M surface exposed by the plurality of seed crystal substrates 10 are placed on the side opposite to the base 208 side. A staircase shape 15 is formed.

階段形状15を構成するC面11、すなわち複数の種結晶基板10を並べて配置した際に一部が露出することになるC面11は、+C面と−C面のいずれであっても実現可能であるが、後述する理由により+C面(すなわち{0001}面)であることが好ましい。したがって、本実施形態では、階段形状15を構成するC面11が+C面であるように、複数の種結晶基板10の向きを規定しつつそれぞれを並べるものとする。   The C plane 11 constituting the staircase shape 15, that is, the C plane 11 that is partially exposed when the plurality of seed crystal substrates 10 are arranged side by side, can be realized by either the + C plane or the −C plane. However, the + C plane (that is, {0001} plane) is preferable for the reason described later. Therefore, in the present embodiment, the plurality of seed crystal substrates 10 are arranged while defining the directions thereof so that the C plane 11 constituting the staircase shape 15 is the + C plane.

また、階段形状15を構成するC面(本実施形態においては+C面)11については、複数の種結晶基板10のそれぞれにおけるオフ角分布が1°以内であることが好ましい。オフ角分布とは、複数の種結晶基板10の間でのオフ角のばらつき(すなわち、オフ角の最大値と最小値との差)のことをいい、上述したように1°以内であることが好ましいが、より好ましくは0.3°以内、さらに好ましくは0.15°以内であるものとする。このように、階段形状15を構成するC面11のオフ角分布を揃えることで、詳細を後述するように階段形状15の上にGaN結晶を成長させる際に、低転位で高品質な結晶を得ることが可能となるからである。   For the C plane (in the present embodiment, + C plane) 11 constituting the staircase shape 15, the off-angle distribution in each of the plurality of seed crystal substrates 10 is preferably within 1 °. The off-angle distribution means a variation in off-angle between a plurality of seed crystal substrates 10 (that is, a difference between the maximum value and the minimum value of the off-angle), and is within 1 ° as described above. However, it is more preferably within 0.3 °, still more preferably within 0.15 °. Thus, by aligning the off-angle distribution of the C-plane 11 constituting the staircase shape 15, when a GaN crystal is grown on the staircase shape 15 as will be described in detail later, a high-quality crystal with low dislocations is formed. This is because it can be obtained.

複数の種結晶基板10を所定の傾斜角θで傾けた状態で配置する際には、その傾斜角θで傾けた傾斜面を有した配置治具16を用いることが考えられる。配置治具16を用いれば、その配置治具16が有する傾斜面に種結晶基板10のC面11を沿わせるように配置することで、複数の種結晶基板10のそれぞれを容易かつ適切に傾斜角θで傾けて配置することができるようになる。このような種結晶基板10の配置を実現する配置治具16の形成材料としては、例えば、優れた耐熱性や機械的強度等を持つ、パイロリティックグラファイト(PG)、カーボン、石英等を用いることが好ましい。   When arranging the plurality of seed crystal substrates 10 in a state inclined at a predetermined inclination angle θ, it is conceivable to use an arrangement jig 16 having an inclined surface inclined at the inclination angle θ. If the placement jig 16 is used, each of the plurality of seed crystal substrates 10 can be tilted easily and appropriately by arranging the C-plane 11 of the seed crystal substrate 10 along the inclined surface of the placement jig 16. It becomes possible to dispose it at an angle θ. For example, pyrolytic graphite (PG), carbon, quartz or the like having excellent heat resistance and mechanical strength is used as a material for forming the placement jig 16 for realizing the placement of the seed crystal substrate 10. Is preferred.

なお、配置治具16としては、種結晶基板10を支持する側の治具16aと種結晶基板10を抑える側の治具16bとのそれぞれを対にして用いることが考えられるが、少なくとも支持する側の治具16aがあれば、複数の種結晶基板10を傾斜角θで傾けて配置することが可能となる。また、複数の種結晶基板10の配置にあたり、必ずしも配置治具16を要することはなく、例えば、種結晶基板10が配置される基台208の上面を傾斜した階段状にして対応するようにしても構わない。   The placement jig 16 may be a pair of a jig 16a on the side supporting the seed crystal substrate 10 and a jig 16b on the side holding the seed crystal substrate 10, but at least support them. If the side jig 16a is provided, the plurality of seed crystal substrates 10 can be disposed at an inclination angle θ. Further, the placement jig 16 is not necessarily required for the placement of the plurality of seed crystal substrates 10. For example, the upper surface of the base 208 on which the seed crystal substrate 10 is placed is made to have an inclined step shape. It doesn't matter.

(第三工程:GaN結晶の成長)
第三工程では、第二工程において複数の種結晶基板10によって形成した階段形状15の上に、窒化物半導体単結晶であるGaN結晶を成長させて、GaN結晶層22を形成する。
(Third step: GaN crystal growth)
In the third step, a GaN crystal layer 22 is formed by growing a GaN crystal, which is a nitride semiconductor single crystal, on the step shape 15 formed by the plurality of seed crystal substrates 10 in the second step.

本実施形態において、GaN結晶の成長は、ハイドライド気相成長装置(HVPE装置)を用いて行う。
図2は、本実施形態において用いるHVPE装置の一具体例を示す模式図である。
In this embodiment, the growth of the GaN crystal is performed using a hydride vapor phase epitaxy apparatus (HVPE apparatus).
FIG. 2 is a schematic diagram showing a specific example of the HVPE apparatus used in the present embodiment.

HVPE装置200は、石英やアルミナ等の耐熱性材料からなり、成膜室201が内部に構成された気密容器203を備えている。成膜室201内には、複数の種結晶基板10および配置治具16が配置される基台としてのサセプタ208が設けられている。サセプタ208は、回転機構216が有する回転軸215に接続されており、その回転機構216の駆動に合わせて回転可能に構成されている。これらのサセプタ208および回転機構216は、カーボン、またいは炭化ケイ素(SiC)や窒化ホウ素(BN)等のコーティングを施したカーボンで構成されることが好ましく、それ以外の部材であれば不純物の少ない高純度石英で構成されることが好ましい。また、特に1300℃以上の高温にさらされる領域の部材については、高純度石英に代えてアルミナで構成されることが好ましい。   The HVPE apparatus 200 includes an airtight container 203 made of a heat-resistant material such as quartz or alumina and having a film forming chamber 201 formed therein. In the film forming chamber 201, a susceptor 208 is provided as a base on which the plurality of seed crystal substrates 10 and the placement jig 16 are placed. The susceptor 208 is connected to a rotation shaft 215 included in the rotation mechanism 216, and is configured to be rotatable in accordance with the drive of the rotation mechanism 216. These susceptor 208 and rotating mechanism 216 are preferably made of carbon or carbon coated with silicon carbide (SiC), boron nitride (BN), or the like, and other members have less impurities. It is preferably composed of high purity quartz. In particular, members in regions exposed to high temperatures of 1300 ° C. or higher are preferably composed of alumina instead of high-purity quartz.

気密容器203の一端には、ガス生成器233a内へ塩化水素(HCl)ガスを供給するガス供給管232a、成膜室201内へアンモニア(NH)ガスを供給するガス供給管232b、および、成膜室201内へ窒素(N)ガスを供給するガス供給管232cが接続されている。そして、ガス供給管232cには、水素(H)ガスを供給するガス供給管232dが接続されている。ガス供給管232a〜232dには、上流側から順に、流量制御器241a〜241d、バルブ243a〜243dがそれぞれ設けられている。ガス供給管232aの下流には、原料としてのGa融液を収容するガス生成器233aが設けられている。ガス生成器233aには、HClガスとGa融液との反応により生成された塩化ガリウム(GaCl)ガスを、サセプタ208上に配置された種結晶基板10等に向けて供給するノズル249aが接続されている。ガス供給管232b,232cの下流側には、これらのガス供給管から供給された各種ガスをサセプタ208上に配置された種結晶基板10等に向けて供給するノズル249b,249cがそれぞれ接続されている。ノズル249a〜249dは、サセプタ208の表面に対して交差する方向にガスを流すよう配置されている。 At one end of the hermetic vessel 203, a gas supply pipe 232a for supplying hydrogen chloride (HCl) gas into the gas generator 233a, a gas supply pipe 232b for supplying ammonia (NH 3 ) gas into the film forming chamber 201, and A gas supply pipe 232 c for supplying nitrogen (N 2 ) gas into the film formation chamber 201 is connected. A gas supply pipe 232d that supplies hydrogen (H 2 ) gas is connected to the gas supply pipe 232c. The gas supply pipes 232a to 232d are respectively provided with flow rate controllers 241a to 241d and valves 243a to 243d in order from the upstream side. A gas generator 233a for storing Ga melt as a raw material is provided downstream of the gas supply pipe 232a. Connected to the gas generator 233a is a nozzle 249a that supplies gallium chloride (GaCl) gas generated by the reaction of HCl gas and Ga melt toward the seed crystal substrate 10 or the like disposed on the susceptor 208. ing. Nozzles 249b and 249c for supplying various gases supplied from these gas supply pipes toward the seed crystal substrate 10 and the like disposed on the susceptor 208 are connected to the downstream sides of the gas supply pipes 232b and 232c, respectively. Yes. The nozzles 249a to 249d are arranged to flow gas in a direction intersecting the surface of the susceptor 208.

気密容器203の他端には、成膜室201内を排気する排気管230が設けられている。排気管230にはポンプ(あるいはブロワ)231が設けられている。気密容器203の外周にはガス生成器233a内やサセプタ208上の種結晶基板10等を所望の温度に加熱するゾーンヒータ207が、気密容器203内には成膜室201内の温度を測定する温度センサ209が、それぞれ設けられている。HVPE装置200が備える各部材は、コンピュータとして構成されたコントローラ280に接続されており、コントローラ280上で実行されるプログラムによって、後述する処理手順や処理条件が制御されるように構成されている。   An exhaust pipe 230 that exhausts the inside of the film forming chamber 201 is provided at the other end of the hermetic container 203. The exhaust pipe 230 is provided with a pump (or blower) 231. A zone heater 207 for heating the inside of the gas generator 233 a and the seed crystal substrate 10 on the susceptor 208 to a desired temperature is measured on the outer periphery of the hermetic container 203, and the temperature in the film forming chamber 201 is measured in the hermetic container 203. A temperature sensor 209 is provided for each. Each member included in the HVPE apparatus 200 is connected to a controller 280 configured as a computer, and is configured such that processing procedures and processing conditions described later are controlled by a program executed on the controller 280.

第三工程では、上述した構成のHVPE装置200を用いて、例えば以下に説明する処理手順により、複数の種結晶基板10による階段形状15の上にGaN結晶を成長させる。
先ず、HVPE装置200においては、ガス生成器233a内に原料としてGa融液を収容しておく。そして、サセプタ208を回転させるとともに、成膜室201内の加熱および排気を実施しながら、成膜室201内へHガス(あるいはHガスとNガスとの混合ガス)を供給する。さらには、成膜室201内が所望の成長温度、成長圧力に到達し、成膜室201内が所望の雰囲気となった状態で、ガス供給管232a,232bからガス供給を行い、複数の種結晶基板10による階段形状15の上に、成膜ガスとしてGaClガスとNHガスとを供給する。これらの成膜ガスは、Hガス、Nガスまたはこれらの混合ガスからなるキャリアガスと混合して供給してもよい。また、NHガスの供給は、種結晶基板10の劣化を防止する観点から成長温度が500℃に達した段階から開始するのが好ましい。
In the third step, using the HVPE apparatus 200 having the above-described configuration, a GaN crystal is grown on the stepped shape 15 of the plurality of seed crystal substrates 10 by, for example, a processing procedure described below.
First, in the HVPE apparatus 200, Ga melt is accommodated as a raw material in the gas generator 233a. Then, while rotating the susceptor 208 and heating and exhausting the film formation chamber 201, H 2 gas (or a mixed gas of H 2 gas and N 2 gas) is supplied into the film formation chamber 201. Further, in the state in which the inside of the film formation chamber 201 reaches a desired growth temperature and growth pressure and the inside of the film formation chamber 201 is in a desired atmosphere, gas is supplied from the gas supply pipes 232a and 232b, and a plurality of seeds are supplied. GaCl gas and NH 3 gas are supplied as film forming gases onto the stepped shape 15 formed by the crystal substrate 10. These film forming gases may be supplied after being mixed with a carrier gas composed of H 2 gas, N 2 gas, or a mixed gas thereof. Further, the supply of NH 3 gas is preferably started from the stage where the growth temperature reaches 500 ° C. from the viewpoint of preventing the seed crystal substrate 10 from being deteriorated.

これにより、第三工程では、図1(e)に示すように、階段形状15の上に、GaN結晶がエピタキシャル成長し、GaN結晶層22が形成されることとなる。   Thereby, in the third step, as shown in FIG. 1E, the GaN crystal is epitaxially grown on the staircase shape 15, and the GaN crystal layer 22 is formed.

第三工程を実施する際の処理条件としては、以下が例示される。
成膜温度(種結晶基板の温度):980〜1100℃、好ましくは、1050〜1100℃
成膜圧力(成膜室内の圧力):90〜105kPa、好ましくは、90〜95kPa
GaClガスの分圧:1.5〜15kPa
NHガスの分圧/GaClガスの分圧:4〜20
ガスの分圧/Hガスの分圧:0〜1
Examples of the processing conditions for carrying out the third step include the following.
Deposition temperature (seed crystal substrate temperature): 980-1100 ° C., preferably 1050-1100 ° C.
Deposition pressure (pressure in the deposition chamber): 90 to 105 kPa, preferably 90 to 95 kPa
GaCl gas partial pressure: 1.5 to 15 kPa
NH 3 gas partial pressure / GaCl gas partial pressure: 4 to 20
N 2 gas partial pressure / H 2 gas partial pressure: 0 to 1

ここで、階段形状15の上へのGaN結晶のエピタキシャル成長について、さらに詳しく説明する。
図3は、本実施形態に係る窒化物半導体自立基板を製造する際の結晶成長の概要を模式的に示す説明図(その1)である。
Here, the epitaxial growth of the GaN crystal on the step shape 15 will be described in more detail.
FIG. 3 is an explanatory diagram (part 1) schematically showing an outline of crystal growth when the nitride semiconductor free-standing substrate according to the present embodiment is manufactured.

第三工程では、階段形状15の上にGaN結晶をエピタキシャル成長させる。階段形状15は、図3(a)に示すように、種結晶基板10のC面(本実施形態においては+C面)11とM面12とが露出して構成されている。GaN結晶のエピタキシャル成長は、一般に、c軸に沿った方向(図中矢印A方向)に成長する場合のほうがm軸に沿った方向(図中矢印B方向)に成長する場合よりも成長速度が速い。したがって、階段形状15の上へのGaN結晶のエピタキシャル成長にあたっては、C面11による影響の方がM面12による影響よりも支配的となる。   In the third step, a GaN crystal is epitaxially grown on the step shape 15. As shown in FIG. 3A, the staircase shape 15 is configured such that the C plane (+ C plane in the present embodiment) 11 and the M plane 12 of the seed crystal substrate 10 are exposed. Epitaxial growth of GaN crystals generally has a higher growth rate when growing in the direction along the c-axis (arrow A direction in the figure) than when growing in the direction along the m-axis (arrow B direction in the figure). . Therefore, in the epitaxial growth of the GaN crystal on the staircase shape 15, the influence by the C face 11 becomes more dominant than the influence by the M face 12.

その場合において、階段形状15を構成するC面11が+C面(すなわち{0001}面)であれば、階段形状15の上へのGaN結晶のエピタキシャル成長に際して+C面が露出していることになるので、図3(b)に示すように、+C面から支配的な影響を受けつつその+C面に則してエピタキシャル成長させるGaN結晶の極性の向きが揃うことになる。したがって、例えば−C面が露出している場合とは異なり、GaN結晶の極性の向きが揃うことで、周囲の結晶とは極性が反転した領域である極性反転区(インバージョンドメイン)が存在してしまうことがなく、低転位で高品質なGaN結晶を得る上で非常に好適である。   In this case, if the C plane 11 constituting the step shape 15 is the + C plane (ie, {0001} plane), the + C plane is exposed during the epitaxial growth of the GaN crystal on the step shape 15. As shown in FIG. 3B, the polar directions of the GaN crystals to be epitaxially grown along the + C plane are aligned while receiving a dominant influence from the + C plane. Therefore, for example, unlike the case where the -C plane is exposed, there is a polarity inversion domain (inversion domain) in which the polarity of the GaN crystal is aligned and the polarity of the surrounding crystal is reversed. This is very suitable for obtaining a high-quality GaN crystal with low dislocations.

また、その場合に、階段形状15を構成するC面11におけるオフ角分布が1°以内であれば、複数の種結晶基板10の上にGaN結晶をエピタキシャル成長させても、それぞれのC面11におけるオフ角分布が揃うことになり、その結果として低転位で高品質なGaN結晶を得ることが可能となる。   In this case, if the off-angle distribution on the C plane 11 constituting the staircase shape 15 is within 1 °, even if GaN crystals are epitaxially grown on the plurality of seed crystal substrates 10, As a result, it becomes possible to obtain a high quality GaN crystal with low dislocations.

ところで、第三工程において、GaN結晶のエピタキシャル成長によって得られるGaN結晶層22は、階段形状15の上に形成される。そのため、GaN結晶層22は、以下のような過程を経て形成されることになる。
図4は、本実施形態に係る窒化物半導体自立基板を製造する際の結晶成長の概要を模式的に示す説明図(その2)である。
By the way, in the third step, the GaN crystal layer 22 obtained by epitaxial growth of the GaN crystal is formed on the step shape 15. Therefore, the GaN crystal layer 22 is formed through the following process.
FIG. 4 is an explanatory diagram (part 2) schematically showing an outline of crystal growth when the nitride semiconductor free-standing substrate according to the present embodiment is manufactured.

GaN結晶層22は、GaN結晶の成長初期段階では、図4(a)に示すように、その表面の形状が階段形状15に沿ったものとなる。ところが、GaN結晶の成長が続いてGaN結晶層22が厚くなるにつれて、図4(b)に示すように、表面の形状が階段形状15から乖離し、GaN結晶層22がある程度の厚さ(例えば、500μm以上)になると、図4(c)に示すように、表面が平坦化する。平坦化した後におけるGaN結晶層22の表面は、最終的に得られるGaN基板20の主面21と同様の半極性面である。   In the initial stage of GaN crystal growth, the GaN crystal layer 22 has a surface shape that follows the stepped shape 15 as shown in FIG. However, as the growth of the GaN crystal continues and the GaN crystal layer 22 becomes thicker, as shown in FIG. 4B, the surface shape deviates from the stepped shape 15, and the GaN crystal layer 22 has a certain thickness (for example, , 500 μm or more), the surface becomes flat as shown in FIG. The surface of the GaN crystal layer 22 after planarization is a semipolar surface similar to the main surface 21 of the GaN substrate 20 finally obtained.

このような過程を経て得られるGaN結晶層22については、そのGaN結晶層22を構成するGaN結晶のそれぞれの極性の向きが揃っており、低転位で高品質なものであることが好ましい。そのためには、少なくともGaN結晶層22の表面が平坦化するまでの間、GaN結晶のエピタキシャル成長に対して、階段形状15を構成する+C面11aからの影響が及ぶ状態が続くようにすることが考えられる。   About the GaN crystal layer 22 obtained through such a process, it is preferable that each GaN crystal constituting the GaN crystal layer 22 has the same polarity and has a low dislocation and a high quality. For that purpose, at least until the surface of the GaN crystal layer 22 is flattened, the epitaxial growth of the GaN crystal may continue to be affected by the + C plane 11a constituting the stepped shape 15. It is done.

このことから、階段形状15を構成する基になる複数の種結晶基板10については、図4(d)に示すように、第三工程で得ようとするGaN結晶層22の半極性面のジャスト面23に対して階段形状15が傾きαを有する位置関係となるように、第二工程で配置する際の傾斜を傾斜角θ+αに設定するようにしてもよい。つまり、かかる場合には、ジャスト面23に対する傾きαの分だけ、種結晶基板10を配置する際の傾斜の角度が大きくなる方向に傾くように、それぞれの傾斜を傾斜角θ+αに設定しておくのである。   Therefore, for the plurality of seed crystal substrates 10 that form the staircase shape 15, as shown in FIG. 4 (d), just the semipolar plane of the GaN crystal layer 22 to be obtained in the third step is obtained. You may make it set the inclination at the time of arrange | positioning at a 2nd process to inclination | tilt angle (theta) + (alpha) so that the staircase shape 15 may become the positional relationship which has inclination (alpha) with respect to the surface 23. FIG. That is, in such a case, each inclination is set to the inclination angle θ + α so that the inclination angle when the seed crystal substrate 10 is arranged is increased by the inclination α with respect to the just surface 23. It is.

このように、ジャスト面23に対して階段形状15が傾きαを有する位置関係となるように、それぞれの種結晶基板10の傾斜が傾斜角θ+αに設定されていれば(すなわち、ジャスト面23に揃える場合に比べて少し大きめに傾ければ)、階段形状15の上へのGaN結晶のエピタキシャル成長に際して、GaN結晶層22の表面が平坦化するまで、+C面からの成長面が露出し続けることになる。したがって、GaN結晶のエピタキシャル成長に対して、階段形状15を構成する+C面11aからの影響が及ぶ状態が続くことになるので、エピタキシャル成長させるGaN結晶の極性の向きを常に揃えることが可能となり、低転位で高品質な結晶を得る上で非常に好適である。   Thus, if the inclination of each seed crystal substrate 10 is set to the inclination angle θ + α so that the staircase shape 15 has a positional relationship with the inclination α with respect to the just surface 23 (that is, the just surface 23 has If the GaN crystal is epitaxially grown on the staircase shape 15, the growth surface from the + C plane will continue to be exposed until the surface of the GaN crystal layer 22 is flattened. Become. Therefore, since the state in which the influence from the + C plane 11a constituting the staircase shape 15 continues to the epitaxial growth of the GaN crystal, the direction of the polarity of the GaN crystal to be epitaxially grown can always be made uniform, and low dislocations can be obtained. And is very suitable for obtaining high-quality crystals.

つまり、第二工程において、GaN結晶層22の成長表面が平坦化するまで階段形状15の+C面11aからの成長面が露出し続けるように、複数の種結晶基板10を配置する際の傾斜を傾斜角θ+αに設定しておけば、第三工程において、階段形状15の上にGaN結晶をエピタキシャル成長させる際に、そのGaN結晶の極性の向きを常に揃えることが可能となり、低転位で高品質な結晶を得ることが実現可能となるのである。   That is, in the second step, the inclination at the time of arranging the plurality of seed crystal substrates 10 is set so that the growth surface from the + C surface 11a of the step shape 15 continues to be exposed until the growth surface of the GaN crystal layer 22 is flattened. If the inclination angle is set to θ + α, when the GaN crystal is epitaxially grown on the staircase shape 15 in the third step, it is possible to always align the polarity direction of the GaN crystal, and the low-dislocation and high-quality. It becomes feasible to obtain crystals.

傾きαの具体的な大きさについては、例えば0.2〜3°程度とすることが考えられるが、本発明がこれに限定されるものではなく、上述したように+C面11aからの影響が及ぶ状態が続くような大きさであればよい。   The specific magnitude of the inclination α may be about 0.2 to 3 °, for example. However, the present invention is not limited to this, and as described above, the influence from the + C surface 11a is affected. The size may be any size as long as the extended state continues.

なお、第三工程においては、GaN結晶層22の成長表面が平坦化するまでGaN結晶のエピタキシャル成長を続けることが考えられるが、必ずしもその必要はなく、後述する第四工程でGaN結晶層22からの自立基板の切り出しが可能であれば、GaN結晶層22の成長表面が平坦化する前の段階(すなわち、階段形状15による影響が残っている段階)でGaN結晶のエピタキシャル成長を終了してもよい。成長表面が平坦化する前であっても、GaN結晶層22においては、GaN結晶の極性の向きが揃った状態であると考えられ、そこから切り出す自立基板について低転位で高品質なものとなるからである。   In the third step, it is conceivable to continue the epitaxial growth of the GaN crystal until the growth surface of the GaN crystal layer 22 is flattened, but this is not always necessary. If the self-standing substrate can be cut out, the epitaxial growth of the GaN crystal may be terminated at the stage before the growth surface of the GaN crystal layer 22 is flattened (that is, the stage where the influence of the staircase shape 15 remains). Even before the growth surface is flattened, the GaN crystal layer 22 is considered to be in a state in which the polar directions of the GaN crystals are aligned, and the self-standing substrate cut out from the GaN crystal layer 22 has high quality with low dislocations. Because.

GaN結晶のエピタキシャル成長が終了し、階段形状15の上にGaN結晶層22が形成された状態となったら、HVPE装置200では、成膜室201内へNHガス、Nガスを供給し、成膜室201内を排気した状態で、ガス生成器233aへのHClガスの供給、成膜室201内へのHガスの供給、ヒータ207による加熱をそれぞれ停止する。そして、成膜室201内の温度が500℃以下となったらNHガスの供給を停止し、その後、成膜室201内の雰囲気をNガスへ置換して大気圧に復帰させるとともに、成膜室201内を搬出可能な温度にまで低下させ、GaN結晶層22で接合させた状態の複数の種結晶基板10を成膜室201内から搬出する。 After the epitaxial growth of the GaN crystal is completed and the GaN crystal layer 22 is formed on the staircase shape 15, the HVPE apparatus 200 supplies NH 3 gas and N 2 gas into the film forming chamber 201, While the film chamber 201 is evacuated, supply of HCl gas to the gas generator 233a, supply of H 2 gas to the film formation chamber 201, and heating by the heater 207 are stopped. Then, when the temperature in the film formation chamber 201 becomes 500 ° C. or lower, the supply of NH 3 gas is stopped, and then the atmosphere in the film formation chamber 201 is replaced with N 2 gas to return to atmospheric pressure. The temperature inside the film chamber 201 is lowered to a temperature at which the film chamber 201 can be unloaded, and the plurality of seed crystal substrates 10 bonded by the GaN crystal layer 22 are unloaded from the film forming chamber 201.

(第四工程:自立基板の切り出し)
第四工程では、第三工程で得られたGaN結晶層22から自立基板を切り出し、これにより半極性面の主面21を持つGaN基板20を得る。
(Fourth process: Cutting out a self-supporting substrate)
In the fourth step, a self-supporting substrate is cut out from the GaN crystal layer 22 obtained in the third step, thereby obtaining a GaN substrate 20 having a semipolar principal surface 21.

具体的には、HVPE装置200の成膜室201内から搬出した種結晶基板10上のGaN結晶層22を、成長表面が平坦化していればその成長表面と平行にスライスして、裏面側の種結晶基板10を除去する。なお、成長表面が平坦化していなくても、平坦化した場合と同視できる方向にスライスする。このスライス加工は、例えばワイヤーソーや放電加工機等を用いて行うことが可能である。   Specifically, the GaN crystal layer 22 on the seed crystal substrate 10 carried out from the film formation chamber 201 of the HVPE apparatus 200 is sliced in parallel with the growth surface if the growth surface is flattened, The seed crystal substrate 10 is removed. Note that, even if the growth surface is not flattened, the slice is sliced in the direction in which the growth surface can be viewed. This slicing can be performed using, for example, a wire saw or an electric discharge machine.

これにより、図1(f)に示すように、1枚以上の自立基板(すなわち、半極性面の主面21を持つGaN基板20)を得ることができる。その後、GaN基板20の表面(半極性面)に所定の研磨加工を施すことで、この面をエピレディなミラー面とする。なお、GaN基板20の裏面は、ラップ面あるいはミラー面とする。   Thereby, as shown in FIG.1 (f), one or more self-supporting board | substrates (namely, GaN board | substrate 20 with the main surface 21 of a semipolar surface) can be obtained. Thereafter, the surface (semipolar surface) of the GaN substrate 20 is subjected to a predetermined polishing process to make this surface an epi-ready mirror surface. Note that the back surface of the GaN substrate 20 is a lapping surface or a mirror surface.

(2)傾斜角と半極性面との関係
次に、上述した手順の製造方法において、種結晶基板10の傾斜角θと、GaN基板20の主面21を構成する半極性面との関係について、具体的に説明する。
(2) Relationship between Inclination Angle and Semipolar Surface Next, in the manufacturing method of the above-described procedure, the relationship between the inclination angle θ of the seed crystal substrate 10 and the semipolar surface constituting the main surface 21 of the GaN substrate 20. This will be described in detail.

GaN基板20の主面21を構成する半極性面としては、例えば、例外的に成長により平坦面を得やすい面である{10−11}面、{10−12}面、{10−13}面、または、{20−21}面のいずれかが挙げられる。このような半極性面を対象とした場合、以下に述べるように傾斜角θを設定することで、高品質なGaN基板20を実現することが可能となる。   As the semipolar surface constituting the main surface 21 of the GaN substrate 20, for example, a {10-11} plane, a {10-12} plane, a {10-13} plane that are exceptionally easy to obtain a flat surface by growth. Either a plane or a {20-21} plane is mentioned. When such a semipolar plane is targeted, a high-quality GaN substrate 20 can be realized by setting the inclination angle θ as described below.

({10−11}面を対象とした場合)
例えば、{10−11}面を対象とした場合であれば、種結晶基板10の傾斜角θを62°に設定する。そして、62°に設定した傾斜角θで傾けた状態で、複数の種結晶基板10のそれぞれを配置する。このときの傾斜角θの設定値は、上述した傾きαを加味し、傾斜角θの設定値に傾きαの分を加えた状態(例えば、62.2〜65°とした状態)で、複数の種結晶基板10を配置するのが好ましい。
(When targeting {10-11} plane)
For example, if the {10-11} plane is the target, the tilt angle θ of the seed crystal substrate 10 is set to 62 °. And each of the several seed crystal substrate 10 is arrange | positioned in the state inclined by inclination-angle (theta) set to 62 degrees. The setting value of the inclination angle θ at this time is a plurality of values in a state in which the inclination α is added to the setting value of the inclination angle θ and the amount of the inclination α is added (for example, 62.2 to 65 °). It is preferable to arrange the seed crystal substrate 10.

このような設定角で形成される階段形状15の上にGaN結晶をエピタキシャル成長させることで、平坦な{10−11}面を表面に有するGaN結晶層22を得ることが可能となる。そして、十分な厚さにGaN結晶層22を成長させた後に、そのGaN結晶層22をスライスして裏面側の種結晶基板10を除去することで、{10−11}面を主面21に持った大面積かつ低転位な自立基板であるGaN基板20を得ることが実現可能となる。   By epitaxially growing a GaN crystal on the step shape 15 formed at such a set angle, it is possible to obtain a GaN crystal layer 22 having a flat {10-11} plane on the surface. Then, after the GaN crystal layer 22 is grown to a sufficient thickness, the GaN crystal layer 22 is sliced and the seed crystal substrate 10 on the back side is removed, so that the {10-11} plane becomes the main surface 21. It is possible to obtain a GaN substrate 20 that is a large-area and low-dislocation free-standing substrate.

({10−12}面を対象とした場合)
例えば、{10−12}面を対象とした場合であれば、種結晶基板10の傾斜角θを43°に設定する。そして、43°に設定した傾斜角θで傾けた状態で、複数の種結晶基板10のそれぞれを配置する。このときの傾斜角θの設定値は、上述した傾きαを加味し、傾斜角θの設定値に傾きαの分を加えた状態(例えば、43.2〜46°とした状態)で、複数の種結晶基板10を配置するのが好ましい。
(When targeting {10-12} plane)
For example, if the {10-12} plane is targeted, the tilt angle θ of the seed crystal substrate 10 is set to 43 °. And each of the several seed crystal substrate 10 is arrange | positioned in the state inclined by inclination-angle (theta) set to 43 degrees. The setting value of the inclination angle θ at this time is a plurality of values in a state where the inclination α is added to the setting value of the inclination angle θ and the amount of the inclination α is added (for example, in a state of 43.2 to 46 °). It is preferable to arrange the seed crystal substrate 10.

このような設定角で形成される階段形状15の上にGaN結晶をエピタキシャル成長させることで、平坦な{10−12}面を表面に有するGaN結晶層22を得ることが可能となる。そして、十分な厚さにGaN結晶層22を成長させた後に、そのGaN結晶層22をスライスして裏面側の種結晶基板10を除去することで、{10−12}面を主面21に持った大面積かつ低転位な自立基板であるGaN基板20を得ることが実現可能となる。   By epitaxially growing a GaN crystal on the staircase shape 15 formed at such a set angle, it is possible to obtain a GaN crystal layer 22 having a flat {10-12} plane on the surface. Then, after the GaN crystal layer 22 is grown to a sufficient thickness, the GaN crystal layer 22 is sliced and the seed crystal substrate 10 on the back side is removed, so that the {10-12} plane becomes the main surface 21. It is possible to obtain a GaN substrate 20 that is a large-area and low-dislocation free-standing substrate.

({10−13}面を対象とした場合)
例えば、{10−13}面を対象とした場合であれば、種結晶基板10の傾斜角θを32°に設定する。そして、32°に設定した傾斜角θで傾けた状態で、複数の種結晶基板10のそれぞれを配置する。このときの傾斜角θの設定値は、上述した傾きαを加味し、傾斜角θの設定値に傾きαの分を加えた状態(例えば、32.2〜35°とした状態)で、複数の種結晶基板10を配置するのが好ましい。
(When targeting {10-13} plane)
For example, if the {10-13} plane is the target, the tilt angle θ of the seed crystal substrate 10 is set to 32 °. And each of the several seed crystal substrate 10 is arrange | positioned in the state inclined by inclination-angle (theta) set to 32 degrees. The setting value of the inclination angle θ at this time is a plurality of values in a state where the inclination α is added and the inclination α is added to the setting value of the inclination angle θ (for example, a state where the angle is 32.2 to 35 °). It is preferable to arrange the seed crystal substrate 10.

このような設定角で形成される階段形状15の上にGaN結晶をエピタキシャル成長させることで、平坦な{10−13}面を表面に有するGaN結晶層22を得ることが可能となる。そして、十分な厚さにGaN結晶層22を成長させた後に、そのGaN結晶層22をスライスして裏面側の種結晶基板10を除去することで、{10−13}面を主面21に持った大面積かつ低転位な自立基板であるGaN基板20を得ることが実現可能となる。   By epitaxially growing a GaN crystal on the step shape 15 formed at such a set angle, it is possible to obtain a GaN crystal layer 22 having a flat {10-13} plane on the surface. Then, after the GaN crystal layer 22 is grown to a sufficient thickness, the GaN crystal layer 22 is sliced and the seed crystal substrate 10 on the back side is removed, so that the {10-13} plane becomes the main surface 21. It is possible to obtain a GaN substrate 20 that is a large-area and low-dislocation free-standing substrate.

({20−21}面を対象とした場合)
例えば、{20−21}面を対象とした場合であれば、種結晶基板10の傾斜角θを75°に設定する。そして、75°に設定した傾斜角θで傾けた状態で、複数の種結晶基板10のそれぞれを配置する。このときの傾斜角θの設定値は、上述した傾きαを加味し、傾斜角θの設定値に傾きαの分を加えた状態(例えば、75.2〜78°とした状態)で、複数の種結晶基板10を配置するのが好ましい。
(When targeting {20-21} plane)
For example, if the {20-21} plane is targeted, the tilt angle θ of the seed crystal substrate 10 is set to 75 °. And each of the several seed crystal substrate 10 is arrange | positioned in the state inclined by inclination-angle (theta) set to 75 degrees. The setting value of the inclination angle θ at this time is a plurality of values in a state (for example, a state in which the inclination α is added to the setting value of the inclination angle θ and the amount of the inclination α is added). It is preferable to arrange the seed crystal substrate 10.

このような設定角で形成される階段形状15の上にGaN結晶をエピタキシャル成長させることで、平坦な{20−21}面を表面に有するGaN結晶層22を得ることが可能となる。そして、十分な厚さにGaN結晶層22を成長させた後に、そのGaN結晶層22をスライスして裏面側の種結晶基板10を除去することで、{20−21}面を主面21に持った大面積かつ低転位な自立基板であるGaN基板20を得ることが実現可能となる。   By epitaxially growing a GaN crystal on the step shape 15 formed at such a set angle, it is possible to obtain a GaN crystal layer 22 having a flat {20-21} plane on the surface. Then, after the GaN crystal layer 22 is grown to a sufficient thickness, the GaN crystal layer 22 is sliced and the seed crystal substrate 10 on the back side is removed, so that the {20-21} plane becomes the main surface 21. It is possible to obtain a GaN substrate 20 that is a large-area and low-dislocation free-standing substrate.

(3)本実施形態により得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
(3) Effects Obtained by the Present Embodiment According to the present embodiment, one or more effects shown below can be obtained.

(a)本実施形態では、断面形状が矩形状に形成され少なくとも極性面の主面11と無極性面の側面12とを有する複数の種結晶基板10を用意し(第一工程)、これらのそれぞれを所定の傾斜角θで傾けた状態で並べて配置し(第二工程)、これにより形成された階段形状15の上にGaN結晶を成長させてGaN結晶層22を形成し(第三工程)、そのGaN結晶層22から自立基板を切り出して半極性面の主面21を持つGaN基板20を得る(第四工程)。
したがって、半極性面の主面21を持つGaN基板20を得る場合において、複数の種結晶基板10を並べて配置することで(第一工程)、基板大口径化を容易に実現することが可能となる。
また、複数の種結晶基板10を並べる際に、それぞれの種結晶基板10を傾けた状態で配置し、これにより形成された極性面と無極性面とによる階段形状15を利用しつつ、極性面の一部が露出する階段形状15の上へのエピタキシャル成長によりGaN結晶層22を得るので(第二工程〜第三工程)、そのGaN結晶層22について低転位で高品質な結晶が得られる。
また、エピタキシャル成長させる成長面が階段形状15のままで良いので(第三工程)、成長面として半極性面を露出させるための研磨処理等を必要とすることがなく、GaN基板20の生産性向上等を図る上で非常に有用である。
さらには、階段形状15の上にGaN結晶層22を成長させ(第三工程)、そのGaN結晶層22から直接的にGaN基板20を得るので(第四工程)、種結晶基板10同士を結合保持するために多結晶のバインダー等を必要とすることがなく、GaN基板20の生産性向上等を図る上で非常に有用である。しかも、GaN基板20には、バインダー等による多結晶領域が残存しないので、低転位で高品質なGaN基板20を得る上でも非常に有用である。
(A) In the present embodiment, a plurality of seed crystal substrates 10 having a cross-sectional shape formed in a rectangular shape and having at least a polar main surface 11 and a nonpolar surface 12 are prepared (first step). They are arranged side by side in a state inclined at a predetermined inclination angle θ (second step), and a GaN crystal is grown on the stepped shape 15 formed thereby to form a GaN crystal layer 22 (third step). Then, a self-supporting substrate is cut out from the GaN crystal layer 22 to obtain a GaN substrate 20 having a semipolar main surface 21 (fourth step).
Therefore, in the case of obtaining the GaN substrate 20 having the semipolar main surface 21, it is possible to easily realize a large substrate diameter by arranging a plurality of seed crystal substrates 10 side by side (first step). Become.
Further, when arranging a plurality of seed crystal substrates 10, each seed crystal substrate 10 is disposed in an inclined state, and a polar surface is formed using a staircase shape 15 formed by a polar surface and a nonpolar surface formed thereby. Since the GaN crystal layer 22 is obtained by epitaxial growth on the stepped shape 15 where a part of the GaN crystal layer is exposed (second step to third step), a high-quality crystal is obtained with low dislocations.
Moreover, since the growth surface to be epitaxially grown may be the stepped shape 15 (third step), the polishing process for exposing the semipolar surface as the growth surface is not required, and the productivity of the GaN substrate 20 is improved. It is very useful for the purpose.
Furthermore, the GaN crystal layer 22 is grown on the stepped shape 15 (third step), and the GaN substrate 20 is obtained directly from the GaN crystal layer 22 (fourth step). It is very useful for improving the productivity of the GaN substrate 20 without requiring a polycrystalline binder or the like for holding. Moreover, since no polycrystalline region due to a binder or the like remains in the GaN substrate 20, it is very useful for obtaining a high-quality GaN substrate 20 with low dislocations.

(b)本実施形態によれば、複数の種結晶基板10を用意するのにあたり(第一工程)、主面13が極性面であるGaN基板14を無極性面で劈開して複数片に分割することで、複数の種結晶基板10を得る。したがって、均質な複数の種結晶基板10を容易に得ることが実現可能となり、それぞれの種結晶基板10の上に成長させるGaN結晶層22について低転位で高品質な結晶を得る上で非常に好適であり、またGaN基板20の生産性向上等を図る上でも非常に好適である。 (B) According to the present embodiment, when preparing a plurality of seed crystal substrates 10 (first step), the GaN substrate 14 whose main surface 13 is a polar surface is cleaved with a nonpolar surface and divided into a plurality of pieces. Thus, a plurality of seed crystal substrates 10 are obtained. Therefore, it becomes feasible to easily obtain a plurality of homogeneous seed crystal substrates 10 and is very suitable for obtaining high-quality crystals with low dislocations for the GaN crystal layer 22 grown on each seed crystal substrate 10. It is also very suitable for improving the productivity of the GaN substrate 20 and the like.

(c)本実施形態によれば、階段形状15を構成する極性面が{0001}面(すなわち+C面)である。このように、極性面が+C面であれば、階段形状15の上へのエピタキシャル成長に際して+C面が露出していることになるので、その+C面に則してエピタキシャル成長させるGaN結晶の極性の向きが揃うことになり、低転位で高品質な結晶を得る上で非常に好適である。 (C) According to the present embodiment, the polar surface constituting the staircase shape 15 is the {0001} plane (that is, the + C plane). Thus, if the polar plane is the + C plane, the + C plane is exposed during the epitaxial growth on the staircase shape 15. Therefore, the polarity direction of the GaN crystal to be epitaxially grown along the + C plane is determined. This is very suitable for obtaining high-quality crystals with low dislocations.

(d)本実施形態で説明したように、第三工程で得ようとするGaN結晶層22の半極性面のジャスト面23に対して階段形状15が傾きαを有する位置関係となるように、第二工程で配置する際の傾斜を傾斜角θ+αに設定すれば、階段形状15の上へのGaN結晶のエピタキシャル成長に際して、GaN結晶層22の表面が平坦化するまで、+C面からの成長面が露出し続けることになる。したがって、GaN結晶のエピタキシャル成長に対して、階段形状15を構成する+C面からの影響が及ぶ状態が続くことになるので、エピタキシャル成長させるGaN結晶の極性の向きを常に揃えることが可能となり、低転位で高品質な結晶を得る上で非常に好適である。
つまり、第二工程において、GaN結晶層22の成長表面が平坦化するまで階段形状15の+C面からの成長面が露出し続けるように、複数の種結晶基板10を配置する際の傾斜を傾斜角θ+αに設定しておけば、第三工程において、階段形状15の上にGaN結晶をエピタキシャル成長させる際に、そのGaN結晶の極性の向きを常に揃えることが可能となり、低転位で高品質な結晶を得ることが実現可能となるのである。
なお、GaN結晶層22の形成は、その成長表面が平坦化する前の段階(すなわち、階段形状15による影響が残っている段階)で終了してもよい。成長表面が平坦化する前であっても、GaN結晶層22においては、GaN結晶の極性の向きが揃った状態であると考えられ、そこから切り出すGaN基板20について低転位で高品質なものとなるからである。
(D) As described in the present embodiment, the staircase shape 15 is in a positional relationship having an inclination α with respect to the semipolar plane just surface 23 of the GaN crystal layer 22 to be obtained in the third step. If the inclination at the time of arranging in the second step is set to the inclination angle θ + α, during the epitaxial growth of the GaN crystal on the staircase shape 15, the growth surface from the + C plane is maintained until the surface of the GaN crystal layer 22 is flattened. It will continue to be exposed. Therefore, since the state where the influence from the + C plane constituting the staircase shape 15 continues to the epitaxial growth of the GaN crystal, the direction of the polarity of the GaN crystal to be epitaxially grown can always be made uniform, and the low dislocation can be achieved. This is very suitable for obtaining high-quality crystals.
That is, in the second step, the inclination when arranging the plurality of seed crystal substrates 10 is inclined so that the growth surface from the + C plane of the step shape 15 continues to be exposed until the growth surface of the GaN crystal layer 22 is flattened. If the angle θ + α is set, in the third step, when the GaN crystal is epitaxially grown on the stepped shape 15, it becomes possible to always align the polarity direction of the GaN crystal, so that a high-quality crystal with low dislocations. It is feasible to obtain
The formation of the GaN crystal layer 22 may be completed at a stage before the growth surface is flattened (that is, a stage where the influence of the staircase shape 15 remains). Even before the growth surface is flattened, the GaN crystal layer 22 is considered to be in a state in which the polar directions of the GaN crystals are aligned, and the GaN substrate 20 cut out from the GaN crystal layer 22 has a low dislocation and a high quality. Because it becomes.

(e)本実施形態で説明したように、複数の種結晶基板10の+C面のオフ角分布が1°以内であれば、階段形状15を構成するC面のオフ角分布が揃うことになる。したがって、階段形状15の上にGaN結晶を成長させる際に、低転位で高品質な結晶を得ることが可能となる。 (E) As described in the present embodiment, if the off-angle distributions of the + C planes of the plurality of seed crystal substrates 10 are within 1 °, the off-angle distributions of the C planes constituting the staircase shape 15 are aligned. . Therefore, when a GaN crystal is grown on the staircase shape 15, it is possible to obtain a high-quality crystal with low dislocations.

(f)本実施形態で説明したように、複数の種結晶基板10の配置に際して、傾斜角θで傾けた傾斜面を有した配置治具16を用いれば、その配置治具16が有する傾斜面に種結晶基板10のC面11を沿わせるように配置することで、複数の種結晶基板10のそれぞれを容易かつ適切に傾斜角θで傾けて配置することができるようになり、GaN基板20の生産性向上等を図る上で有用である。 (F) As described in the present embodiment, when the arrangement jig 16 having the inclined surface inclined at the inclination angle θ is used when arranging the plurality of seed crystal substrates 10, the inclined surface of the arrangement jig 16 is provided. By disposing the seed crystal substrate 10 along the C surface 11, each of the plurality of seed crystal substrates 10 can be easily and appropriately inclined at the inclination angle θ, and the GaN substrate 20. This is useful for improving productivity of the product.

<他の実施形態>
以上に、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Other embodiments>
Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

上述の実施形態では、複数の種結晶基板10を得るのにあたり、主面13が極性面であるGaN基板14を無極性面であるM面で劈開する場合を例に挙げたが、本発明がこれに限定されることはなく、例えばGaN基板14を他の無極性面であるA面で劈開して複数の種結晶基板10を得るようにしても構わない。A面で劈開して得た種結晶基板10を用いた場合には、C面からa軸方向(A面と垂直な軸方向)に傾いた{11−21}面、{11−22}面、または、{11−23}面等について、これらの半極性面を主面21に持ったGaN基板20を得ることが実現可能となる。   In the above-described embodiment, in order to obtain a plurality of seed crystal substrates 10, the case where the GaN substrate 14 whose main surface 13 is a polar surface is cleaved with the M-plane which is a nonpolar surface is taken as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the GaN substrate 14 may be cleaved with an A-plane that is another nonpolar surface to obtain a plurality of seed crystal substrates 10. When the seed crystal substrate 10 obtained by cleaving on the A plane is used, the {11-21} plane and the {11-22} plane inclined from the C plane in the a-axis direction (axial direction perpendicular to the A plane) Alternatively, it is feasible to obtain the GaN substrate 20 having these semipolar planes on the main surface 21 with respect to the {11-23} plane or the like.

また、上述の実施形態では、階段形状15の上にGaN結晶層22を形成する第三工程において、ハイドライド気相成長法(HVPE法)を用いる場合について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、第三工程では、有機金属気相成長法(MOCVD法)等のHVPE法以外の気相成長法を用いるようにしてもよい。その場合であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。   Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the case where a hydride vapor phase epitaxy method (HVPE method) was used in the 3rd process of forming the GaN crystal layer 22 on the step shape 15, this invention is such an aspect. It is not limited to. For example, in the third step, a vapor phase growth method other than the HVPE method such as a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) may be used. Even in that case, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.

また、上述の実施形態では、窒化物半導体がGaNである場合を例に挙げたが、本発明はこのような態様に限定されない。すなわち、本発明は、GaNに限らず、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、窒化インジウム(InN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)等の窒化物結晶、すなわち、AlInGa1−x−yN(0≦x+y≦1)の組成式で表される窒化物結晶からなる自立基板を製造する際にも、好適に適用可能である。 Moreover, although the case where the nitride semiconductor was GaN was given as an example in the above-described embodiment, the present invention is not limited to such an aspect. That is, the present invention is not limited to GaN, but nitrides such as aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (AlGaN), indium nitride (InN), indium gallium nitride (InGaN), and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN) The present invention can also be suitably applied to manufacturing a self-supporting substrate made of a crystal, that is, a nitride crystal represented by a composition formula of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x + y ≦ 1).

<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

[付記1]
本発明の一態様によれば、
窒化物半導体単結晶からなり、断面形状が矩形状に形成され、少なくとも極性面の主面と無極性面の側面とを有する複数の種結晶基板を用意する第一工程と、
前記複数の種結晶基板を、前記極性面同士が接し、かつ、一方の前記極性面の一部が露出するように、前記断面形状を所定の傾斜角で傾けた状態で基台上に並べて配置して、前記基台の側とは反対側を前記極性面の一部と前記無極性面とによる階段形状とする第二工程と、
前記階段形状の上に窒化物半導体単結晶を成長させて窒化物半導体単結晶層を形成する第三工程と、
前記窒化物半導体単結晶層から半極性面の主面を持つ窒化物半導体の自立基板を得る第四工程と、
を備える窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
[Appendix 1]
According to one aspect of the invention,
A first step of preparing a plurality of seed crystal substrates made of a nitride semiconductor single crystal, having a cross-sectional shape formed in a rectangular shape, and having at least a main surface of a polar surface and a side surface of a nonpolar surface;
The plurality of seed crystal substrates are arranged on a base in a state where the cross-sectional shape is inclined at a predetermined inclination angle so that the polar surfaces are in contact with each other and a part of one of the polar surfaces is exposed. And the second step which makes the side opposite to the base side a stepped shape by a part of the polar surface and the nonpolar surface,
A third step of growing a nitride semiconductor single crystal on the step shape to form a nitride semiconductor single crystal layer;
A fourth step of obtaining a nitride semiconductor free-standing substrate having a semipolar principal surface from the nitride semiconductor single crystal layer;
A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate is provided.

[付記2]
付記1に記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記複数の種結晶基板を、主面が前記極性面である窒化物半導体単結晶基板を前記無極性面で劈開して複数片に分割することで得る。
[Appendix 2]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to appendix 1, preferably,
The plurality of seed crystal substrates are obtained by cleaving a nitride semiconductor single crystal substrate whose main surface is the polar surface at the nonpolar surface and dividing the substrate into a plurality of pieces.

[付記3]
付記1または2に記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記階段形状を構成する前記極性面が{0001}面である。
[Appendix 3]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to appendix 1 or 2, preferably,
The polar surface constituting the staircase shape is a {0001} plane.

[付記4]
付記3に記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記半極性面のジャスト面に対して前記階段形状が傾きを有する位置関係となるように、前記複数の種結晶基板を配置する際の前記傾斜角を設定する。
[Appendix 4]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to attachment 3, preferably,
The inclination angle when the plurality of seed crystal substrates are arranged is set so that the stepped shape has a positional relationship having an inclination with respect to the just plane of the semipolar plane.

[付記5]
付記3または4に記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記窒化物半導体単結晶層の成長表面が平坦になるまで前記階段形状の前記極性面からの成長面が露出し続けるように、前記複数の種結晶基板を配置する際の前記傾斜角を設定する。
[Appendix 5]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to appendix 3 or 4, preferably,
The inclination angle when the plurality of seed crystal substrates are arranged is set so that the growth surface from the stepped polar surface continues to be exposed until the growth surface of the nitride semiconductor single crystal layer becomes flat. .

[付記6]
付記1から4のいずれか一つに記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記窒化物半導体単結晶層の成長表面が階段形状を有した状態で、前記窒化物半導体単結晶層から前記自立基板を切り出す。
[Appendix 6]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to any one of appendices 1 to 4, preferably,
The self-standing substrate is cut out from the nitride semiconductor single crystal layer in a state where the growth surface of the nitride semiconductor single crystal layer has a stepped shape.

[付記7]
付記1から6のいずれか一つに記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記複数の種結晶基板の前記極性面におけるオフ角分布が1°以内である。
[Appendix 7]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to any one of appendices 1 to 6, preferably,
The off-angle distribution at the polar face of the plurality of seed crystal substrates is within 1 °.

[付記8]
付記1から7のいずれか一つに記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記複数の種結晶基板の配置に際して、前記傾斜角で傾けた傾斜面を有した治具を用いる。
[Appendix 8]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to any one of appendices 1 to 7, preferably,
When arranging the plurality of seed crystal substrates, a jig having an inclined surface inclined at the inclination angle is used.

[付記9]
付記1から8のいずれか一つに記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記複数の種結晶基板を配置する際の前記傾斜角が前記基台の面上に対して62〜65°の傾斜を有した角であり、
前記自立基板における前記半極性面が{10−11}面である。
[Appendix 9]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to any one of appendices 1 to 8, preferably,
The inclination angle when arranging the plurality of seed crystal substrates is an angle having an inclination of 62 to 65 ° with respect to the surface of the base,
The semipolar plane in the self-standing substrate is a {10-11} plane.

[付記10]
付記1から8のいずれか一つに記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記複数の種結晶基板を配置する際の前記傾斜角が前記基台の面上に対して43〜46°の傾斜を有した角であり、
前記自立基板における前記半極性面が{10−12}面である。
[Appendix 10]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to any one of appendices 1 to 8, preferably,
The angle of inclination when arranging the plurality of seed crystal substrates is an angle having an inclination of 43 to 46 ° with respect to the surface of the base,
The semipolar plane in the self-standing substrate is a {10-12} plane.

[付記11]
付記1から8のいずれか一つに記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記複数の種結晶基板を配置する際の前記傾斜角が前記基台の面上に対して32〜35°の傾斜を有した角であり、
前記自立基板における前記半極性面が{10−13}面である。
[Appendix 11]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to any one of appendices 1 to 8, preferably,
The inclination angle when arranging the plurality of seed crystal substrates is an angle having an inclination of 32 to 35 ° with respect to the surface of the base,
The semipolar plane in the self-standing substrate is a {10-13} plane.

[付記12]
付記1から8のいずれか一つに記載の窒化物半導体基板の製造方法において、好ましくは、
前記複数の種結晶基板を配置する際の前記傾斜角が前記基台の面上に対して75〜78°の傾斜を有した角であり、
前記自立基板における前記半極性面が{20−21}面である。
[Appendix 12]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to any one of appendices 1 to 8, preferably,
The inclination angle when arranging the plurality of seed crystal substrates is an angle having an inclination of 75 to 78 ° with respect to the surface of the base;
The semipolar plane in the self-standing substrate is a {20-21} plane.

10…種結晶基板、11…主面(極性面、C面)、11a…+C面、11b…−C面、12…側面(無極性面、M面)、14…GaN基板、15…階段形状、16,16a,16b…配置治具、20…GaN基板(窒化物半導体基板)、21…主面(半極性面)、22…GaN結晶層、23…ジャスト面   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Seed crystal substrate, 11 ... Main surface (polar surface, C surface), 11a ... + C surface, 11b ...- C surface, 12 ... Side surface (nonpolar surface, M surface), 14 ... GaN substrate, 15 ... Staircase shape 16, 16a, 16b ... placement jig, 20 ... GaN substrate (nitride semiconductor substrate), 21 ... main surface (semipolar surface), 22 ... GaN crystal layer, 23 ... just surface

Claims (5)

窒化物半導体単結晶からなり、断面形状が矩形状に形成され、少なくとも極性面の主面と無極性面の側面とを有する複数の種結晶基板を用意する第一工程と、
前記複数の種結晶基板を、前記極性面同士が接し、かつ、一方の前記極性面の一部が露出するように、前記断面形状を所定の傾斜角で傾けた状態で基台上に並べて配置して、前記基台の側とは反対側を前記極性面の一部と前記無極性面とによる階段形状とする第二工程と、
前記階段形状の上に窒化物半導体単結晶を成長させて窒化物半導体単結晶層を形成する第三工程と、
前記窒化物半導体単結晶層から半極性面の主面を持つ窒化物半導体の自立基板を得る第四工程と、
を備える窒化物半導体基板の製造方法。
A first step of preparing a plurality of seed crystal substrates made of a nitride semiconductor single crystal, having a cross-sectional shape formed in a rectangular shape, and having at least a main surface of a polar surface and a side surface of a nonpolar surface;
The plurality of seed crystal substrates are arranged on a base in a state where the cross-sectional shape is inclined at a predetermined inclination angle so that the polar surfaces are in contact with each other and a part of one of the polar surfaces is exposed. And the second step which makes the side opposite to the base side a stepped shape by a part of the polar surface and the nonpolar surface,
A third step of growing a nitride semiconductor single crystal on the step shape to form a nitride semiconductor single crystal layer;
A fourth step of obtaining a nitride semiconductor free-standing substrate having a semipolar principal surface from the nitride semiconductor single crystal layer;
A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate comprising:
前記複数の種結晶基板を、主面が前記極性面である窒化物半導体単結晶基板を前記無極性面で劈開して複数片に分割することで得る
請求項1に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
2. The nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein the plurality of seed crystal substrates are obtained by cleaving a nitride semiconductor single crystal substrate whose main surface is the polar surface at the nonpolar surface to divide into a plurality of pieces. Production method.
前記階段形状を構成する前記極性面が{0001}面である
請求項1または2に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein the polar face constituting the step shape is a {0001} plane.
前記半極性面のジャスト面に対して前記階段形状が傾きを有する位置関係となるように、前記複数の種結晶基板を配置する際の前記傾斜角を設定する
請求項3に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
4. The nitride semiconductor according to claim 3, wherein the inclination angle when the plurality of seed crystal substrates is arranged is set so that the stepped shape has a positional relationship having an inclination with respect to the just plane of the semipolar plane. 5. A method for manufacturing a substrate.
前記窒化物半導体単結晶層の成長表面が平坦になるまで前記階段形状の前記極性面からの成長面が露出し続けるように、前記複数の種結晶基板を配置する際の前記傾斜角を設定する
請求項3または4に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
The inclination angle when the plurality of seed crystal substrates are arranged is set so that the growth surface from the stepped polar surface continues to be exposed until the growth surface of the nitride semiconductor single crystal layer becomes flat. The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 3 or 4.
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