JP2018199619A - 窒化ガリウム基板 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
以下、実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
<GaN基板>
図1に、実施形態1のGaN基板の模式的な斜視図を示す。また、図2に、実施形態1のGaN基板の表面の模式的な平面図を示し、図3に、実施形態1のGaN基板の裏面の模式的な平面図を示す。
以下、図7〜図11を参照して、実施形態1のGaN基板1の製造方法の一例について説明する。
まず、図7の模式的断面図に示すように、18cm2以上の面積を有する異種基板である下地基板10の円形の表面上にGaN結晶11を成長させる工程を行なう。ここで、下地基板10としては、たとえばサファイア基板や、GaAs基板などを用いることができる。また、GaN結晶11の成長方法としては、たとえばHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法などの気相法を用いることができる。また、フラックス法などの液相法またはアモノサーマル法によりGaN結晶11を成長させてもよい。GaN結晶11の成長後において、GaN結晶11は、下地基板10から切り離される。
次に、図8の模式的側面図に示すように、GaN結晶11の表面12の重心位置A1におけるE2 Hフォノンモードに対応するラマンシフト量a1、表面2の周縁領域5の少なくとも1点B1におけるE2 Hフォノンモードに対応するラマンシフト量b1、GaN結晶11の裏面14の重心位置C1におけるE2 Hフォノンモードに対応するラマンシフト量c1、および裏面14の周縁領域6の少なくとも1点D1におけるE2 Hフォノンモードに対応するラマンシフト量d1をそれぞれ測定する工程を行なう。
次に、上記で測定したラマンシフト量a1とラマンシフト量c1との差の絶対値が0.5cm-1以下であって、ラマンシフト量b1とラマンシフト量d1との差の絶対値が0.5cm-1以下である部分を確認する工程を行なう。
上記の確認工程において、GaN結晶11のラマンシフト量a1とラマンシフト量c1との差の絶対値およびラマンシフト量b1とラマンシフト量d1との差の絶対値の少なくとも一方が0.5cm-1以下ではないことが判明した場合には、たとえば図9の模式的断面図に示すように、GaN結晶11のラマンシフト量a1とラマンシフト量c1との差の絶対値およびラマンシフト量b1とラマンシフト量d1との差の絶対値がともに0.5cm-1以下となるGaN結晶11の箇所11aを取り出す工程を行なうことが好ましい。箇所11aを取り出すには、たとえば、研削、研磨またはスライスなどの公知の加工法を用いることができる。
次に、上記のようにして作製したラマンシフト量a1とラマンシフト量c1との差の絶対値が0.5cm-1以下であって、ラマンシフト量b1とラマンシフト量d1との差の絶対値が0.5cm-1以下であるGaN結晶11またはGaN結晶11の箇所11aを表面12および裏面14と平行な方向にスライスする工程を行なう。これにより、図10の模式的断面図に示すように、複数の実施形態1のGaN基板1を得ることができる。
次に、上記のスライスする工程を行なった後の図11の模式的断面図に示す実施形態1のGaN基板1を研磨する工程を行なう。このようにして得られた実施形態1のGaN基板1においては、上記のラマンシフト量aとラマンシフト量cとの差の絶対値を0.5cm-1以下とすることができるとともに、ラマンシフト量bとラマンシフト量dとの差の絶対値を0.5cm-1以下とすることができる。
図12に、実施形態1のGaN基板1上に半導体膜31が形成されてなる半導体デバイス41の模式的な断面図を示す。ここで、半導体膜31は、GaN基板1の表面2上および裏面4上の少なくとも一方に形成されていればよい。また、半導体膜31の形成方法は特に限定されず、たとえば従来から公知の有機金属気相成長法を用いることができる。さらに、半導体膜31の成膜後に、電極等の他の部材が形成されていてもよい。
実施形態2のGaN基板1は、実施形態1のGaN基板1に加えて、上記のラマンシフト量aとラマンシフト量bとの差の絶対値が0.5cm-1以下であるとともに、ラマンシフト量cとラマンシフト量dとの差の絶対値が0.5cm-1以下であることを特徴としている。この場合には、GaN基板1の表面2における応力分布がより均一になるとともに、GaN基板1の裏面4における応力分布がより均一になるため、GaN基板1の表面2に垂直な面内で、かつGaN基板1の表面2の中心と外縁とを結ぶ方向にGaN基板1の表面2および裏面4のいずれかの面の一部を起点としてGaN基板1上への半導体膜の成長時にGaN基板1に発生しようとする、GaN基板1のクラックおよび割れの発生を抑制することができる。
実施形態3のGaN基板1は、実施形態1または実施形態2のGaN基板1に加えて、ラマンシフト量bがラマンシフト量aよりも大きく、ラマンシフト量dがラマンシフト量cよりも大きくなっていることを特徴としている。一般に、GaN基板の周縁における引張応力が大きくなるにしたがって、GaN基板にクラックおよび割れが発生しやすくなる。しかしながら、実施形態3のGaN基板1においては、GaN基板1の周縁領域が重心位置よりもGaN基板1に存在する応力が圧縮側となる。そのため、実施形態3のGaN基板1においては、GaN基板1の表面2に垂直な面内で、GaN基板1の表面2の外縁または裏面4の外縁のいずれか一方の一部を起点としてGaN基板1上への半導体膜の成長時にGaN基板1に発生しようとする、GaN基板1のクラックおよび割れの発生を抑制することができる。
図13にその概略を示す成長炉300を使用して、HVPE法により、GaN結晶の成長を行なう。
上記のようにして作製されたサンプルNo.1〜22のGaN基板を有機金属気相成長炉に投入し、1050℃に昇温し、トリメチルガリウム(TMG)ガスおよびトリメチルアルミニウム(TMA)ガスをIII族原料とし、NH3ガスをV族原料とし、H2ガスをキャリアガスをとして、GaN基板上に毎時4μmの成長速度で、HEMT用の半導体膜として厚さ1.5μmのGaN層および厚さ50nmのAl0.2Ga0.8N層の順に成長させ、冷却して、有機金属気相成長炉から取り出す。
表1および表2に示すように、ラマンシフト量aとラマンシフト量cとの差の絶対値が0.5cm-1以下であって、ラマンシフト量bとラマンシフト量dとの差の絶対値が0.5cm-1以下であるサンプルNo.1〜7および11〜22のGaN基板は、その要件を満たしていないサンプルNo.8〜10のGaN基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。また、サンプルNo.1〜7の比較から、GaN基板のクラックおよび割れの発生の抑制率は、ラマンシフト量aとラマンシフト量cとの差の絶対値およびラマンシフト量bとラマンシフト量dとの差の絶対値がそれぞれ小さくなるにしたがって低くなっていくこともわかる。
2 表面
3 内部領域
4 裏面
5 領域
6 周縁領域
7 内部領域
10 下地基板
11 GaN結晶
11a 箇所
12 表面
14 裏面
21 入射光
22 ラマン散乱光
31 半導体膜
41 半導体デバイス
131 HClガス
132 Ga
133 Ga原料ガス
136 N原料ガス
300 成長炉
301 反応室
302 基板ホルダ
303 合成室
304 Gaボート
305,306 ガス導入管
307 排気管
308,309,310 ヒータ。
Claims (5)
- 面積が18cm2以上の表面を有する窒化ガリウム基板であって、
前記窒化ガリウム基板の前記表面の重心位置におけるE2 Hフォノンモードに対応するラマンシフト量aと、前記窒化ガリウム基板の前記表面の反対側の裏面の重心位置におけるE2 Hフォノンモードに対応するラマンシフト量cとの差の絶対値が0.5cm-1以下であって、
前記窒化ガリウム基板の前記表面の周縁から5mm内側の周縁領域の少なくとも1点におけるE2 Hフォノンモードに対応するラマンシフト量bと、前記窒化ガリウム基板の前記裏面の周縁から5mm内側の周縁領域の少なくとも1点におけるE2 Hフォノンモードに対応するラマンシフト量dとの差の絶対値が0.5cm-1以下である、窒化ガリウム基板。 - 前記ラマンシフト量aと前記ラマンシフト量bとの差の絶対値が0.5cm-1以下であって、
前記ラマンシフト量cと前記ラマンシフト量dとの差の絶対値が0.5cm-1以下である、請求項1に記載の窒化ガリウム基板。 - 前記表面の面積および前記裏面の面積がそれぞれ72cm2以上である、請求項1または請求項2に記載の窒化ガリウム基板。
- 前記表面の面積および前記裏面の面積がそれぞれ162cm2以上である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の窒化ガリウム基板。
- 前記ラマンシフト量a〜dは、前記窒化ガリウム基板の温度が20℃の状態でのレーザ光の検出結果に基づいた値である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の窒化ガリウム基板。
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