JP2019077601A - Group iii nitride semiconductor substrate and production method of group iii nitride semiconductor substrate - Google Patents

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Abstract

To enhance internal quantum efficiency of a device formed on a group III nitride semiconductor substrate.SOLUTION: A group III nitride semiconductor substrate 20 includes a sapphire substrate 21 and a group III nitride semiconductor layer 23 which is positioned on the sapphire substrate 21 and of which the principal plane (growth plane 24) is a semipolar plane and is represented by a Miller index (hkml), where l is less than 0. A half value width of XRC (X-ray Rocking Curve) of {11-22} plane is 500 arcsec or less, as measured by making X-rays incident on the growth plane 24 of the group III nitride semiconductor layer 23 parallel to m-axis of the group III nitride semiconductor crystal and scanning an angle between the incident direction of the X-rays and the growth plane 24.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

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

関連する技術が特許文献1と特許文献2に開示されている。特許文献1と特許文献2に開示されているように、III族窒化物半導体結晶のc面上にデバイス(例:光デバイス、電子デバイス等)を形成した場合、ピエゾ電界に起因して内部量子効率が低下する。そこで、いわゆる半極性面(極性面及び無極性面と異なる面)上にデバイスを形成する試みがなされている。   Related techniques are disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. As disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, when a device (e.g., an optical device, an electronic device, etc.) is formed on the c-plane of a Group III nitride semiconductor crystal, the internal quantum is caused by the piezoelectric field. Efficiency is reduced. Therefore, attempts have been made to form devices on so-called semipolar surfaces (surfaces different from polar surfaces and nonpolar surfaces).

また、関連する技術が特許文献3と特許文献4に開示されている。特許文献3と特許文献4に開示されているように、バルク状III族窒化物半導体結晶から半極性面を主面として有する結晶片を切り出して、その結晶片を接合して作製した、半極性面を主面としたIII族窒化物半導体結晶を製造する試みがなされている。   Further, related techniques are disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4. As disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4, a semipolar film prepared by cutting out a crystal piece having a semipolar surface as a main surface from bulk III-nitride semiconductor crystal and bonding the crystal pieces An attempt has been made to manufacture a group III nitride semiconductor crystal having a plane as the main surface.

また、関連する技術が特許文献5に開示されている。特許文献5に開示されているように、c面からm軸方向に傾斜した半極性面である(20−21)面及び(20−2−1)面を主面としたGaN系半導体光素子を製造する試みがなされている。   Further, a related technology is disclosed in Patent Document 5. As disclosed in Patent Document 5, a GaN-based semiconductor optical device having a (20-21) plane and a (20-2-1) plane which are semipolar planes inclined in the m-axis direction from the c-plane. Attempts have been made to manufacture.

特開2012−160755号公報JP, 2012-160755, A 特開2016−12717号公報JP, 2016-12717, A 特開2010−13298号公報JP, 2010-13298, A 特開2013−82628号公報JP, 2013-82628, A 特開2012−15555号公報JP 2012-15555 A

本発明は、III族窒化物半導体基板上に形成されたデバイスの内部量子効率を向上させるための技術を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a technique for improving the internal quantum efficiency of a device formed on a group III nitride semiconductor substrate.

本発明によれば、
サファイア基板と、
前記サファイア基板上に位置し、主面が半極性面であるIII族窒化物半導体層と、
を有し、
前記III族窒化物半導体層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRC(X-ray Rocking Curve)の半値幅は、500arcsec以下であるIII族窒化物半導体基板が提供される。
According to the invention
With sapphire substrate,
A Group III nitride semiconductor layer located on the sapphire substrate and whose main surface is a semipolar surface;
Have
X-rays were incident parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the angle between the incident direction of the X-rays and the main surface was scanned and measured {11 There is provided a group III nitride semiconductor substrate in which the half-width of XRC (X-ray Rocking Curve) with respect to the (22) plane is 500 arcsec or less.

本発明によれば、III族窒化物半導体基板上に形成されたデバイスの内部量子効率を向上させることができる。   According to the present invention, the internal quantum efficiency of a device formed on a group III nitride semiconductor substrate can be improved.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板との相違を示す実施例である。It is an Example which shows the difference with the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of a process of the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の一例を示す側面模式図である。It is a side surface schematic diagram which shows an example of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の一例を示す側面模式図である。It is a side surface schematic diagram which shows an example of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板との相違を示す図である。It is a figure which shows the difference with the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 比較例の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of a comparative example. 実施例の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of an Example. XRCの測定点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement point of XRC.

以下、本発明のIII族窒化物半導体基板、及び、III族窒化物半導体基板の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。   Hereinafter, embodiments of a group III nitride semiconductor substrate and a method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings are merely schematics for explaining the configuration of the invention, and the sizes, shapes, numbers, and ratios of sizes of different members are not limited to those illustrated.

まず、本実施形態の概要について説明する。特徴的な複数の工程を含む本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、サファイア基板上に、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させることができる。結果、露出面がN極性側の半極性面となったIII族窒化物半導体層がサファイア基板上に位置するIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板)が得られる。また、当該テンプレート基板から、又は、当該テンプレート基板の上にIII族窒化物半導体を厚膜成長した積層体からサファイア基板を剥離することで、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させることで得られたIII族窒化物半導体層からなるIII族窒化物半導体基板(自立基板)が得られる。   First, an outline of the present embodiment will be described. According to the method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment including a plurality of characteristic steps, a group III nitride semiconductor is grown on a sapphire substrate using a semipolar plane on the N polarity side as a growth plane Can. As a result, a group III nitride semiconductor substrate (template substrate) can be obtained in which the group III nitride semiconductor layer whose exposed surface is a semipolar surface on the N polarity side is located on a sapphire substrate. In addition, by peeling the sapphire substrate from the template substrate or from the laminate in which the group III nitride semiconductor is thick-film grown on the template substrate, group III nitriding is performed with the semipolar plane on the N polarity side as the growth plane. A group III nitride semiconductor substrate (a freestanding substrate) comprising a group III nitride semiconductor layer obtained by growing an oxide semiconductor is obtained.

なお、本実施形態では、「半極性面であって、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える面」を、「Ga極性側の半極性面」と呼ぶ場合がある。また、「半極性面であって、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の面」を、「N極性側の半極性面」と呼ぶ場合がある。   In the present embodiment, “a semipolar surface which is expressed by Miller index (hk ml) and l is more than 0” may be referred to as “a semipolar surface on the Ga polarity side”. In addition, "a semipolar surface, which is expressed by Miller index (hk ml) and l is less than 0" may be referred to as "a semipolar surface on the N polarity side".

また、特徴的な本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の中の一部を調整することで、III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅が500arcsec以下となるIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板)が得られる。   Further, by adjusting a part of the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of the characteristic embodiment, X-rays are made of the group III nitride semiconductor crystal with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer. Group III nitride semiconductor substrate (template substrate) that is incident parallel to the m-axis and the XRC half width at 500 arcsec or less with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle between the X-ray incident direction and the main surface Is obtained.

さらに、特徴的な本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の中の一部を調整することで、III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅が500arcsec以下となるIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板)が得られる。   Furthermore, by adjusting a part of the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of the characteristic embodiment of the present invention, X-rays are made of the group III nitride semiconductor crystal with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer. Group III in which the half width of XRC with respect to the {11-22} plane is 500 arcsec or less, incident parallel to the projection axis obtained by projecting the c axis onto the main surface and scanning the angle formed by the incident direction of the X-ray and the main surface A nitride semiconductor substrate (template substrate) is obtained.

このようなIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)上にデバイスを形成することで、内部量子効率の向上が実現される。以下、詳細に説明する。   By forming devices on such a group III nitride semiconductor substrate (template substrate, freestanding substrate), improvement in internal quantum efficiency is realized. The details will be described below.

まず、III族窒化物半導体基板(テンプレート基板)の製造方法を説明する。図3は、III族窒化物半導体基板(テンプレート基板)の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図示するように、III族窒化物半導体基板(テンプレート基板)の製造方法は、基板準備工程S10と、熱処理工程S20と、先流し工程S30と、バッファ層形成工程S40と、成長工程S50とを有する。   First, a method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate (template substrate) will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of a process flow of a method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate (template substrate). As illustrated, the method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate (template substrate) includes a substrate preparation step S10, a heat treatment step S20, a preflow step S30, a buffer layer formation step S40, and a growth step S50. .

基板準備工程S10では、サファイア基板を準備する。サファイア基板の直径は、例えば、1インチ以上である。また、サファイア基板の厚さは、例えば、250μm以上である。   In the substrate preparation step S10, a sapphire substrate is prepared. The diameter of the sapphire substrate is, for example, 1 inch or more. The thickness of the sapphire substrate is, for example, 250 μm or more.

サファイア基板の主面の面方位は、その上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の1つである。当該要素とIII族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。基板準備工程S10では、主面が所望の面方位であるサファイア基板を準備する。   The plane orientation of the main surface of the sapphire substrate is one of a plurality of elements controlling the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown thereon. The relationship between the element and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown in the following example. In the substrate preparation step S10, a sapphire substrate whose main surface is a desired surface orientation is prepared.

サファイア基板の主面は、例えば{10−10}面、又は、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面である。   The main surface of the sapphire substrate is, for example, a {10-10} plane or a plane in which the {10-10} plane is inclined at a predetermined angle in a predetermined direction.

{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、例えば、{10−10}面を任意の方向に0°より大0.5°以下の中の何れかの角度で傾斜した面であってもよい。   The {10-10} plane is inclined at a predetermined angle in a predetermined direction, for example, the {10-10} plane is inclined at any angle within 0 ° and 0.5 ° or less in any direction. It may be a plane.

また、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。または、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°以下の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。例えば、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、{10−10}面をa面と平行になる方向に0.5°以上1.5°以下、1.5°以上2.5°以下、4.5°以上5.5°以下、6.5°以上7.5°以下、9.5°以上10.5°以下の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。   In addition, a surface in which the {10-10} plane is inclined at a predetermined angle in a predetermined direction is any one of 0 ° to less than 10.5 ° in a direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. It may be a surface inclined at an angle. Alternatively, a surface in which the {10-10} plane is inclined at a predetermined angle in a predetermined direction is any one of 0 ° to 10.5 ° in a direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. It may be a surface inclined at an angle. For example, a plane in which the {10-10} plane is inclined at a predetermined angle in a predetermined direction is 0.5 ° or more and 1.5 ° or less in a direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. A surface inclined at an angle of more than 2.5 ° or less, 4.5 ° or more and 5.5 ° or less, 6.5 ° or more and 7.5 ° or less, and 9.5 ° or more and 10.5 ° or less It may be

熱処理工程S20は、基板準備工程S10の後に行われる。熱処理工程S20では、サファイア基板に対して、以下の条件で熱処理を行う。   The heat treatment step S20 is performed after the substrate preparation step S10. In the heat treatment step S20, heat treatment is performed on the sapphire substrate under the following conditions.

温度:800℃以上1200℃以下、好ましくは800℃以上930℃以下
圧力:30torr以上760torr以下
熱処理時間:5分以上20分以下
キャリアガス:H、又は、HとN(H比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただし、成長装置のサイズにより供給量は変動する為、これに限定されない。)
Temperature: 800 ° C. to 1200 ° C., preferably 800 ° C. to 930 ° C. Pressure: 30 torr to 760 torr Heat treatment time: 5 to 20 minutes Carrier gas: H 2 or H 2 and N 2 (H 2 ratio 0 ~ 100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (However, since the supply amount varies depending on the size of the growth apparatus, it is not limited to this.)

なお、サファイア基板に対する熱処理は、窒化処理を行いながら行う場合と、窒化処理を行わずに行う場合とがある。窒化処理を行いながら熱処理を行う場合、熱処理時に0.5slm以上20slm以下のNHがサファイア基板上に供給される(ただし成長装置のサイズにより供給量は変動する為、これに限定されない。)。また、窒化処理を行わずに熱処理を行う場合、熱処理時にNHが供給されない。 Note that the heat treatment on the sapphire substrate may be performed while performing the nitriding treatment, or may be performed without performing the nitriding treatment. When the heat treatment is performed while performing the nitriding treatment, NH 3 of 0.5 slm or more and 20 slm or less is supplied onto the sapphire substrate during the heat treatment (however, since the supply amount varies depending on the size of the growth apparatus, it is not limited thereto). In addition, when heat treatment is performed without performing nitriding treatment, NH 3 is not supplied at the time of heat treatment.

熱処理時の窒化処理の有無は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の1つとなる場合がある。当該要素とIII族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。   The presence or absence of the nitriding treatment at the time of heat treatment may be one of a plurality of elements controlling the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate. The relationship between the element and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown in the following example.

熱処理時の温度800℃以上1200℃以下は、上述した主面がN極性側の半極性面となったIII族窒化物半導体層を有する本実施形態のテンプレート基板や自立基板を製造するための温度条件である。そして、熱処理時の温度800℃以上930℃は、上述した{11−22}面に対するXRCの半値幅が500arcsec以下となる本実施形態のテンプレート基板を製造するための温度条件である。   The temperature for heat treatment at a temperature of 800 ° C. or more and 1200 ° C. or less is a temperature for manufacturing the template substrate or the self-supporting substrate of the present embodiment having a group III nitride semiconductor layer in which the main surface is a semipolar surface on the N polarity side. It is a condition. The temperature 800 ° C. to 930 ° C. at the time of heat treatment is a temperature condition for manufacturing the template substrate of the present embodiment in which the half width of XRC with respect to the {11-22} plane is 500 arcsec or less.

先流し工程S30は、熱処理工程S20の後に行われる。先流し工程S30では、サファイア基板の主面上に以下の条件で金属含有ガスを供給する。先流し工程S30は、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置内で行われてもよい。   The pre-flow step S30 is performed after the heat treatment step S20. In the pre-flow step S30, the metal-containing gas is supplied on the main surface of the sapphire substrate under the following conditions. The pre-flow step S30 may be performed, for example, in an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus.

温度:500℃以上1000℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:20ccm以上500ccm以下、1秒
以上60秒以下
キャリアガス:H、又は、HとN(H比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
Temperature: 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less Pressure: 30 torr or more to 200 torr or less Trimethylaluminum supply amount, supply time: 20 ccm or more to 500 ccm or less, 1 second to 60 seconds or less Carrier gas: H 2 or H 2 and N 2 (H 2 ratio 0 to 100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (however, the gas supply amount is not limited to this because it varies depending on the size and configuration of the growth apparatus)

上記条件は、金属含有ガスとして有機金属原料であるトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムを供給する場合のものである。当該工程では、トリメチルアルミニウムトリエチルアルミニウムに代えて他の金属を含有する金属含有ガスを供給し、アルミニウム膜に代えて、チタン膜、バナジウム膜や銅膜等の他の金属膜をサファイア基板の主面上に形成してもよい。また、有機金属原料から生成するメタン、エチレン、エタン等の炭化水素化合物との反応膜である炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化バナジウムや炭化銅等の他の炭化金属膜をサファイア基板の主面上に形成してもよい。   The above conditions are for supplying trimethylaluminum and triethylaluminum which are organic metal raw materials as metal-containing gas. In this process, a metal-containing gas containing another metal is supplied instead of trimethylaluminum triethylaluminum, and another metal film such as a titanium film, a vanadium film or a copper film is used as the main surface of the sapphire substrate instead of the aluminum film. It may be formed on top. In addition, other metal carbide films such as aluminum carbide, titanium carbide, vanadium carbide and copper carbide, which are reaction films with hydrocarbon compounds such as methane, ethylene and ethane generated from organic metal raw materials, on the main surface of the sapphire substrate You may form.

先流し工程S30により、サファイア基板の主面上に金属膜及び炭化金属膜が形成される。当該金属膜の存在が、その上に成長させる結晶の極性を反転させるための条件となる。すなわち、先流し工程S30の実施は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素の中の1つである。   In the pre-flowing step S30, a metal film and a metal carbide film are formed on the main surface of the sapphire substrate. The presence of the metal film is a condition for reversing the polarity of the crystal grown thereon. That is, in the implementation of the pre-flowing step S30, the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate is a plurality of elements for making the semipolar plane on the N polarity side. It is one of the

バッファ層形成工程S40は、先流し工程S30の後に行われる。バッファ層形成工程S40では、サファイア基板の主面上にバッファ層を形成する。バッファ層の厚さは、例えば、20nm以上300nm以下である。   The buffer layer formation step S40 is performed after the pre-flow step S30. In the buffer layer forming step S40, a buffer layer is formed on the main surface of the sapphire substrate. The thickness of the buffer layer is, for example, 20 nm or more and 300 nm or less.

バッファ層は、例えば、AlN層である。例えば、以下の条件でAlN結晶をエピタキシャル成長させ、バッファ層を形成してもよい。   The buffer layer is, for example, an AlN layer. For example, an AlN crystal may be epitaxially grown under the following conditions to form a buffer layer.

成長方法:MOCVD法
成長温度:800℃以上950℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
トリメチルアルミニウム供給量:20ccm以上500ccm以下
NH供給量:0.5slm以上10slm以下
キャリアガス:H、又は、HとN(H比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
Growth method: MOCVD Growth temperature: 800 ° C. to 950 ° C. Pressure: 30 torr to 200 torr Trimethylaluminum supply amount: 20 ccm to 500 ccm NH 3 supply amount: 0.5 slm to 10 slm Carrier gas: H 2 or H 2 And N 2 (H 2 ratio 0 to 100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (however, the gas supply amount is not limited to this because it varies depending on the size and configuration of the growth apparatus)

バッファ層形成工程S40の成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の1つとなる場合がある。当該要素とIII族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。   The growth conditions for the buffer layer formation step S40 may be one of a plurality of elements controlling the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate. The relationship between the element and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown in the following example.

また、バッファ層形成工程S40における成長条件(比較的低めの所定の成長温度、具体的には800〜950℃、および比較的低い圧力)は、N極性側を維持しながらAlNを成長させるための条件となる。すなわち、バッファ層形成工程S40における成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素の中の1つである。   Also, the growth conditions (relatively lower predetermined growth temperature, specifically 800 to 950 ° C., and relatively lower pressure) in the buffer layer formation step S40 are for growing AlN while maintaining the N polarity side. It becomes a condition. That is, the growth conditions in the buffer layer formation step S40 are a plurality of elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate to the semipolar plane on the N polarity side. It is one of the

成長工程S50は、バッファ層形成工程S40の後に行われる。成長工程S50では、バッファ層の上に、以下の成長条件でIII族窒化物半導体結晶(例:GaN結晶)をエピタキシャル成長させ、成長面が所定の面方位(N極性側の半極性面)となっているIII族窒化物半導体層を形成する。III族窒化物半導体層30の厚さは、例えば、1μm以上20μm以下である。   The growth step S50 is performed after the buffer layer formation step S40. In the growth step S50, a group III nitride semiconductor crystal (for example: GaN crystal) is epitaxially grown on the buffer layer under the following growth conditions, and the growth surface becomes a predetermined surface orientation (semipolar surface on the N polarity side) Forming a group III nitride semiconductor layer. The thickness of the group III nitride semiconductor layer 30 is, for example, not less than 1 μm and not more than 20 μm.

成長方法:MOCVD法
成長温度:800℃以上1025℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
TMGa供給量:25sccm以上1000sccm以下
NH3供給量:1slm以上20slm以下
キャリアガス:H、又は、HとN(H比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
成長速度:10μm/h以上
Growth method: MOCVD Growth temperature: 800 ° C. or more and 1025 ° C. or less
Pressure: 30 torr to 200 torr TMGa supply amount: 25 sccm to 1000 sccm NH3 supply amount: 1 slm to 20 slm Carrier gas: H 2 or H 2 and N 2 (H 2 ratio 0 to 100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (however, the gas supply amount is not limited to this because it varies depending on the size and configuration of the growth apparatus)
Growth rate: 10 μm / h or more

成長工程S50における成長条件(比較的低い成長温度、比較的低い圧力、比較的速い成長速度)は、N極性側を維持しながらGaNを成長させるための条件となる。すなわち、成長工程S50における成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素の中の1つである。   The growth conditions (relatively low growth temperature, relatively low pressure, relatively fast growth rate) in the growth step S50 are conditions for growing GaN while maintaining the N polarity side. That is, the growth conditions in the growth step S50 are a plurality of elements for making the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate the semipolar plane on the N polarity side. It is one of the

以上の条件で製造することで、図4に示すような、サファイア基板21と、バッファ層22と、III族窒化物半導体層23とがこの順に積層し、III族窒化物半導体層23の成長面24の面方位がN極性側の半極性面となっているIII族窒化物半導体基板20を製造することができる。また、製造条件を上記条件の範囲で調整することで、成長面24の面方位を所望の半極性面とすることができる。   By manufacturing under the above conditions, as shown in FIG. 4, the sapphire substrate 21, the buffer layer 22 and the group III nitride semiconductor layer 23 are stacked in this order, and the growth surface of the group III nitride semiconductor layer 23 is obtained. A group III nitride semiconductor substrate 20 in which the plane orientation of 24 is a semipolar plane on the N polarity side can be manufactured. Further, by adjusting the manufacturing conditions within the range of the above conditions, the plane orientation of the growth surface 24 can be made a desired semipolar plane.

次に、III族窒化物半導体基板(自立基板)の製造方法を説明する。   Next, a method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate (a freestanding substrate) will be described.

例えば、図3に示すフローで図4に示すような積層体(テンプレート基板)を製造した後、当該積層体からサファイア基板21及びバッファ層22を除去する(剥離工程)ことで、図5に示すようなIII族窒化物半導体層23からなるIII族窒化物半導体基板10(自立基板)を製造することができる。サファイア基板21及びバッファ層22を除去する手段は特段制限されない。例えば、サファイア基板21とIII族窒化物半導体層23との間の線膨張係数差に起因する応力を利用して、これらを分離してもよい。そして、バッファ層22を研磨やエッチング等で除去してもよい。   For example, after the laminate (template substrate) as shown in FIG. 4 is manufactured according to the flow shown in FIG. 3, the sapphire substrate 21 and the buffer layer 22 are removed from the laminate (peeling step), as shown in FIG. The group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) which consists of such a group III nitride semiconductor layer 23 can be manufactured. The means for removing the sapphire substrate 21 and the buffer layer 22 is not particularly limited. For example, stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the sapphire substrate 21 and the group III nitride semiconductor layer 23 may be used to separate them. Then, the buffer layer 22 may be removed by polishing, etching or the like.

その他の除去例として、サファイア基板21とバッファ層22との間に剥離層を形成してもよい。例えば、炭化物(炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタル)が分散した炭素層、及び、炭化物(炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタル)の層の積層体をサファイア基板21上に形成した後に、窒化処理を行った層を剥離層として形成してもよい。   As another removal example, a peeling layer may be formed between the sapphire substrate 21 and the buffer layer 22. For example, a carbon layer in which carbide (aluminum carbide, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, vanadium carbide or tantalum carbide) is dispersed, and carbide (aluminum carbide, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, vanadium carbide or tantalum carbide) After forming a laminated body of the above layers on the sapphire substrate 21, the layer subjected to the nitriding treatment may be formed as a peeling layer.

このような剥離層の上にバッファ層22及びIII族窒化物半導体層23を形成した後、当該積層体を、III族窒化物半導体層23を形成する際の加熱温度よりも高い温度で加熱すると、剥離層の部分を境界にして、サファイア基板21側の部分と、III族窒化物半導体層23側の部分とに分離することができる。III族窒化物半導体層23側の部分から、バッファ層22等を研磨やエッチング等で除去することで、図5に示すようなIII族窒化物半導体層23からなるIII族窒化物半導体基板10(自立基板)を得ることができる。   When the buffer layer 22 and the group III nitride semiconductor layer 23 are formed on such a peeling layer, the stack is heated at a temperature higher than the heating temperature at the time of forming the group III nitride semiconductor layer 23 The separation layer can be separated into a part on the sapphire substrate 21 side and a part on the group III nitride semiconductor layer 23 side with the part of the peeling layer as a boundary. By removing the buffer layer 22 and the like from the portion on the side of the group III nitride semiconductor layer 23 by polishing, etching or the like, a group III nitride semiconductor substrate 10 (group III nitride semiconductor layer 23 shown in FIG. It is possible to obtain a free standing substrate).

自立基板のその他の製造方法の例として、図3に示すフローで図4に示すような積層体(テンプレート基板)を製造した後、当該テンプレート基板の上に(III族窒化物半導体層23の上に)、例えばHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法でIII族窒化物半導体を厚膜成長させてHVPE層を形成してもよい。結果、テンプレート基板の上に(III族窒化物半導体層23の上に)、露出面がN極性側の半極性面となったIII族窒化物半導体のHVPE層が得られる。HVPE法でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる成長条件は特段制限されず、従来技術に準じたものを採用すれば、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を厚膜成長させることができる。そして、HVPE層からスライスなどして、III族窒化物半導体基板10(自立基板)を得てもよい。   As an example of another manufacturing method of a self-supporting substrate, a laminate (template substrate) as shown in FIG. 4 is produced according to the flow shown in FIG. 3, and then on the template substrate (on the III-nitride semiconductor layer 23). ), For example, a Group III nitride semiconductor may be thick-film grown by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) to form an HVPE layer. As a result, on the template substrate (on the group III nitride semiconductor layer 23), an HVPE layer of a group III nitride semiconductor in which the exposed surface is a semipolar surface on the N polarity side is obtained. The growth conditions for epitaxially growing a group III nitride semiconductor by the HVPE method are not particularly limited, and if a semipolar plane on the N polarity side is used as a growth plane, thick film growth of the group III nitride semiconductor is possible if adopting the one according to the prior art. It can be done. Then, the group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) may be obtained by slicing or the like from the HVPE layer.

次に、上記製造方法で得られたIII族窒化物半導体基板20(テンプレート基板)及びIII族窒化物半導体基板10(自立基板)の構成及び特徴を説明する。   Next, configurations and features of the group III nitride semiconductor substrate 20 (template substrate) and the group III nitride semiconductor substrate 10 (free-standing substrate) obtained by the above manufacturing method will be described.

図4に示すように、III族窒化物半導体基板20(テンプレート基板)は、サファイア基板21と、サファイア基板21の上に形成されたバッファ層22と、バッファ層22の上に形成されたIII族窒化物半導体層23とを有する。III族窒化物半導体層23の主面(成長面24)は、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の面である。   As shown in FIG. 4, the group III nitride semiconductor substrate 20 (template substrate) includes a sapphire substrate 21, a buffer layer 22 formed on the sapphire substrate 21, and a group III formed on the buffer layer 22. And the nitride semiconductor layer 23. The main surface (growth surface 24) of the group III nitride semiconductor layer 23 is a semipolar surface, is expressed by a Miller index (hk ml), and is a surface where l is less than zero.

III族窒化物半導体層23の膜厚は、1μm以上20μm以下である。そして、III族窒化物半導体層23の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は、500arcsec以下である。   The film thickness of the group III nitride semiconductor layer 23 is 1 μm or more and 20 μm or less. Then, an X-ray is incident parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer 23, and the angle between the incident direction of the X-ray and the main surface is scanned and measured { The half width of XRC with respect to the (11-22) plane is 500 arcsec or less.

また、III族窒化物半導体層23の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は、500arcsec以下である。   Further, X-rays are incident on the main surface of the group III nitride semiconductor layer 23 parallel to the projection axis of the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal projected onto the main surface, and the incident direction of the X-rays and the main surface The half-width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the formed angle is 500 arcsec or less.

以下の実施例で示すが、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなるほど結晶性が悪化する。結果、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなるほど{11−22}面に対するXRCの半値幅は大きくなる。このため、成長面が半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える面の場合、結晶性が良好で、かつ、厚膜なIII族窒化物半導体層を製造することが困難である。 As shown in the following examples, the thickness of the group III nitride semiconductor layer is a semipolar plane, represented by the Miller index (hk ml), and when the group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a growth plane where l exceeds 0, The greater the thickness, the worse the crystallinity. As a result, as the thickness of the group III nitride semiconductor layer increases, the half-width of XRC with respect to the {11-22} plane increases. Therefore, when the growth surface is a semipolar surface, is represented by Miller index (hk ml), and l is a surface exceeding 0, the crystallinity is good and a thick film III nitride semiconductor layer is manufactured. It is difficult.

一方、以下の実施例で示すが、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなっても結晶性がほとんど変化しない。半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長する本実施形態の場合、結晶性が上述のように良好で、かつ、上述のように厚膜(例えば100μm以上)なIII族窒化物半導体層を製造することができる。   On the other hand, as shown in the following examples, when a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a growth surface which is a semipolar surface, is represented by a Miller index (hk ml), and l is less than 0, the group III nitride semiconductor layer The crystallinity hardly changes even when the thickness of In the case of the present embodiment in which a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a growth surface which is a semipolar surface, is represented by a Miller index (hk ml), and l is less than 0, the crystallinity is good as described above and As described above, a thick (for example, 100 μm or more) group III nitride semiconductor layer can be manufactured.

図5に示すように、III族窒化物半導体基板10(自立基板)は、III族窒化物半導体結晶で構成されたIII族窒化物半導体層23からなる。III族窒化物半導体基板10(自立基板)の膜厚は100μm以上である。   As shown in FIG. 5, the group III nitride semiconductor substrate 10 (the free-standing substrate) is composed of a group III nitride semiconductor layer 23 composed of a group III nitride semiconductor crystal. The film thickness of the group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) is 100 μm or more.

自立基板は、III族窒化物半導体結晶で構成され、表裏の関係にある露出した第1の主面11及び第2の主面12はいずれも半極性面である。第1の主面11及び第2の主面12各々に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は、500arcsec以下である。また、第1の主面11及び第2の主面12各々に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は、500arcsec以下である。   The self-supporting substrate is made of a group III nitride semiconductor crystal, and the exposed first and second main surfaces 11 and 12 in a front-back relationship are both semipolar surfaces. X-rays are incident in parallel to the m axis of the group III nitride semiconductor crystal on each of the first main surface 11 and the second main surface 12, and the angle between the X-ray incident direction and the main surface is scanned for measurement The half width of XRC for the {11-22} plane is 500 arcsec or less. In addition, X-rays are incident on the first major surface 11 and the second major surface 12 in parallel to the projection axis of the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal projected onto the major surface, respectively. The half-width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle formed by the main surface is 500 arcsec or less.

なお、サファイア基板上に、成長面が半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超えるIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した後、III族窒化物半導体層からサファイア基板を除去すると、外観は、図5に示す本実施形態のIII族窒化物半導体基板10(自立基板)と同じになる。しかし、このような基板と、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10(自立基板)とは、III族窒化物半導体をエピタキシャル成長する際の成長面が「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える」か「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満」かにおいて、相違する。   Note that after a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a sapphire substrate, the growth surface is a semipolar surface, is represented by a Miller index (hk ml), and l exceeds 0, the sapphire substrate is taken from the group III nitride semiconductor layer. When removed, the appearance becomes the same as the group III nitride semiconductor substrate 10 (the free standing substrate) of the present embodiment shown in FIG. However, such a substrate and the group III nitride semiconductor substrate 10 (the free-standing substrate) of the present embodiment have a growth surface when epitaxially growing a group III nitride semiconductor is “semipolar and the Miller index (hkml Or l) is greater than 0 or "a semipolar surface, is represented by the Miller index (hk ml), and it differs in whether l is less than 0".

当該違いは、膜厚と、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差との関係をみることで確認できる。   The difference can be confirmed by looking at the relationship between the film thickness and the difference in the half-width of XRC of the main surface which is in the relation between the front and back.

上述の通り、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなるほど結晶性が悪化し、XRCの半値幅は大きくなる。すなわち、膜厚が大きくなるほど、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差は大きくなる。   As described above, when a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a growth surface which is a semipolar surface, is represented by a Miller index (hk ml), and l is greater than 0, the thickness of the group III nitride semiconductor layer becomes thicker. The crystallinity deteriorates and the half width of XRC increases. That is, the larger the film thickness, the larger the difference in XRC half value widths of the main surfaces in the relation between the front and back.

一方、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなっても結晶性がほとんど変化しない。すなわち、膜厚が大きくなっても、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差は所定レベル以下となる。   On the other hand, when a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a growth surface which is a semipolar surface, is represented by a Miller index (hk ml), and l is less than 0, the thickness of the group III nitride semiconductor layer becomes large. The crystallinity hardly changes. That is, even if the film thickness is increased, the difference in half-width of XRC of the main surfaces in the relation between the front and back becomes equal to or less than a predetermined level.

以上より、膜厚が所定範囲である際の表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差を確認することで、そのIII族窒化物半導体基板が「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える」成長面上にエピタキシャル成長してできたものか、それとも、「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満」の成長面上にエピタキシャル成長してできたものかを確認することができる。   From the above, the group III nitride semiconductor substrate is a “semipolar surface, and the Miller index ( hkml), "1 is greater than 0" epitaxially grown on a growth surface, or "a semipolar surface, represented by Miller index (hkml), l less than 0" growth surface It can be confirmed whether it has been formed by epitaxial growth.

具体的には、「膜厚が300μm以上である場合、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差が100arcsec以下」を満たす場合、「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満」の成長面上にエピタキシャル成長してできたIII族窒化物半導体基板であるといえる。そして、「膜厚が300μm以上である場合、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差が100arcsecより大」を満たす場合、「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える」成長面上にエピタキシャル成長してできたIII族窒化物半導体基板であるといえる。   Specifically, when the film thickness is 300 μm or more, when the difference in the half width of XRC of the main surfaces in the relationship between the front and back is 100 arcsec or less, the surface is a semipolar surface and Miller index (hkml) It can be said that it is a group III nitride semiconductor substrate formed by epitaxial growth on a growth surface of “l less than 0”. When the film thickness is 300 μm or more and the difference in the half width of XRC of the main surfaces in the front and back relationship is larger than 100 arcsec, it is a semipolar surface and is represented by Miller index (hkml) It can be said that the group III nitride semiconductor substrate is formed by epitaxial growth on a growth surface where l is greater than zero.

次に、本実施形態の作用効果を説明する。   Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、サファイア基板上に、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させることができる。結果、図4に示すように、露出面(成長面24)がN極性側の半極性面となったIII族窒化物半導体層23がサファイア基板21上に位置するIII族窒化物半導体基板20(テンプレート基板)が得られる。また、図5に示すように、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させることで得られたIII族窒化物半導体層23からなるIII族窒化物半導体基板10(自立基板)が得られる。   According to the method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment, a group III nitride semiconductor can be grown on a sapphire substrate using a semipolar plane on the N polarity side as a growth plane. As a result, as shown in FIG. 4, the group III nitride semiconductor substrate 20 in which the group III nitride semiconductor layer 23 whose exposed surface (growth surface 24) is a semipolar surface on the N polarity side is located on the sapphire substrate 21 ( Template substrate is obtained. In addition, as shown in FIG. 5, a group III nitride semiconductor substrate 10 (group III nitride semiconductor layer 23 obtained by growing a group III nitride semiconductor with the semipolar plane on the N A self-supporting substrate is obtained.

このようなIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)上にデバイスを形成することで、内部量子効率の向上が実現される。   By forming devices on such a group III nitride semiconductor substrate (template substrate, freestanding substrate), improvement in internal quantum efficiency is realized.

また、本実施形態のIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)を用いれば、面方位がN極性側の半極性面である主面上にデバイスを形成することができる。かかる場合、半極性面の効果によるピエゾ分極の低減だけでなく、自発分極の低減も実現される。このため、内部電界によっておこるシュタルク効果が抑制できる。   Moreover, if the group III nitride semiconductor substrate (template substrate, self-supporting substrate) of this embodiment is used, a device can be formed on the main surface which is a semipolar surface by the side of N polarity. In such a case, not only the reduction of the piezoelectric polarization due to the effect of the semipolar surface but also the reduction of the spontaneous polarization is realized. Therefore, the Stark effect caused by the internal electric field can be suppressed.

また、本発明者らは、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合、Ga極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合に比べて、表面状態が平坦になりやすいことを確認している。Ga極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合、ピットや、m面成分由来のファセットが発生しやすい。このような点においても、本実施形態のIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)は優れる。   Furthermore, when the group III nitride semiconductor is grown with the semipolar plane on the N polarity side as the growth plane, the present inventors grew the group III nitride semiconductor using the semipolar plane on the Ga polarity side as the growth plane. It has been confirmed that the surface condition tends to be flat compared to the case. When a group III nitride semiconductor is grown with the semipolar plane on the Ga polarity side as the growth plane, pits and facets derived from the m-plane component tend to occur. Also in such a point, the group III nitride semiconductor substrate (template substrate, self-supporting substrate) of the present embodiment is excellent.

また、本発明者らは、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合、Ga極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合に比べて、不純物の取り込みが小さいことを確認している。具体的には、同じ装置及び同じ成長条件で成長させた2種類の極性面(N極性側の半極性面及びGa極性側の半極性面)のHaLL測定を行ったところ、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合、Ga極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合に比べて、キャリア濃度が1ケタ小さいことを確認した。これは、Oの取り込みが低減できたためと推測される。このような点においても、本実施形態のIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)は優れる。   Furthermore, when the group III nitride semiconductor is grown with the semipolar plane on the N polarity side as the growth plane, the present inventors grew the group III nitride semiconductor using the semipolar plane on the Ga polarity side as the growth plane. It has been confirmed that the incorporation of impurities is smaller than in the case. Specifically, HaLL measurements of two polar planes (a semipolar plane on the N polar side and a semipolar plane on the Ga polar side) grown in the same device and under the same growth conditions were carried out. When the group III nitride semiconductor is grown with the polar plane as the growth plane, the carrier concentration is one digit smaller than when the group III nitride semiconductor is grown with the semipolar plane on the Ga polarity side as the growth plane. confirmed. It is presumed that this is because the uptake of O was reduced. Also in such a point, the group III nitride semiconductor substrate (template substrate, self-supporting substrate) of the present embodiment is excellent.

また、本実施形態によれば、サファイア基板上に形成され、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の露出した主面を有するIII族窒化物半導体層と、下地基板としてサファイア基板を有するIII族窒化物半導体基板が提供される。また、上記III族窒化物半導体基板上に結晶成長を行うことにより、表裏の関係にある露出した第1及び第2の主面はいずれも半極性面であるIII族窒化物半導体自立基板が提供される。   Further, according to the present embodiment, a Group III nitride semiconductor layer formed on a sapphire substrate, which is a semipolar surface, is represented by a Miller index (hk ml), and has an exposed main surface where l is less than 0, A group III nitride semiconductor substrate having a sapphire substrate as a base substrate is provided. Further, by performing crystal growth on the group III nitride semiconductor substrate, the group III nitride semiconductor free-standing substrate in which the exposed first and second main surfaces in the relationship between the front and back are both semipolar surfaces is provided. Be done.

本実施形態により提供されるIII族窒化物半導体自立基板の表裏の関係にある露出した第1及び第2の主面は、例えば、一方が、c面からa面方向へ38.0°以上53.0°以下かつ、m面方向に−16.0°以上16.0°以下傾いた半極性面であり、もう一方は、−c面から−a面方向へ38.0°以上53.0°以下かつ、m面方向に−16.0°以上16.0°以下傾いた半極性面である。また、下地基板としてサファイア基板を有するIII族窒化物半導体基板の主面は、例えば−c面からa面方向へ38.0°以上53.0°以下かつ、m面方向に−16.0°以上16.0°以下傾いた半極性面である。   The exposed first and second main surfaces of the group III nitride semiconductor freestanding substrate provided by the present embodiment are, for example, 38.0 ° or more in the a-plane direction from the c-plane, for example. .0 and not more than 16.0 degrees and not more than 16.0 degrees in the m plane direction, and the other is 38.0 degrees to 53.0 degrees in the -a plane direction from the -c plane. It is a semipolar surface inclined by -16.0 ° or more and 16.0 ° or less in the m-plane direction. In addition, the main surface of the group III nitride semiconductor substrate having a sapphire substrate as a base substrate is, for example, 38.0 ° to 53.0 ° in the a-plane direction from the -c plane and -16.0 ° in the m-plane direction. It is a semipolar surface inclined by 16.0 ° or less.

特に主面上に発光デバイス(LED、LD)を形成した場合、c面からa面方向へ39.1°傾いた面((11−24)面)は、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) pp. 413-416にて報告されている図1に示すように、ピエゾ電界が0となる為、無極性面のm面及び、a面と同等のシュタルク効果による内部量子効率の低下の抑制効果によって消費電力の低減、発光効率の向上が得られる。また、−c面から−a面方向へ39.1°傾いた主面((−1−12−4)面)は、半極性面の効果によるピエゾ分極の低減だけでなく、窒素原子からガリウム原子の向きに発生している自発分極の低減も実現される。このため、発光デバイス(LED、LD)の活性層に生じる内部電界によっておこるシュタルク効果を更に抑制できるので、更なる発光デバイス(LED、LD)の性能向上が得られる。   In particular, when a light emitting device (LED, LD) is formed on the main surface, the plane ((11-24) plane) inclined 39.1 ° from the c-plane to the a-plane is Jpn. J. Appl. Phys. Vol. As shown in Fig. 1 reported in Fig. 1 reported in 39 (2000) pp. 413-416, the internal quantum efficiency due to the Stark effect equivalent to the m-plane and a-plane of the nonpolar plane is zero because the piezoelectric field is zero. The reduction effect of the decrease in the power consumption can reduce the power consumption and improve the light emission efficiency. In addition, the principal plane ((-1-12-4) plane) inclined 39.1 ° from the -c plane to the -a plane direction is not only the reduction of the piezoelectric polarization due to the effect of the semipolar plane but Reduction of spontaneous polarization occurring in the direction of atoms is also realized. Therefore, the Stark effect caused by the internal electric field generated in the active layer of the light emitting device (LED, LD) can be further suppressed, so that the performance of the light emitting device (LED, LD) can be further improved.

特許文献1と特許文献2で提供されるIII族窒化物半導体層は共に半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える主面を有しており、本実施形態により提供される半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の主面を有するIII族窒化物半導体層及びサファイア基板を有するIII族窒化物半導体基板と比較して、デバイスの内部量子効率は低い。   The group III nitride semiconductor layers provided in Patent Document 1 and Patent Document 2 are both semipolar planes, represented by Miller index (hk ml), and have a main surface in which l exceeds 0, this embodiment In comparison with a III-nitride semiconductor substrate having a III-nitride semiconductor layer having a main surface with a major surface less than 0 and a sapphire substrate, the semipolar surface being provided by The device's internal quantum efficiency is low.

本実施形態により提供される、下地基板としてサファイア基板を有するIII族窒化物半導体基板を用いれば、サファイア基板を周知技術、慣用技術を含む何らかの方法で除去すれば、用いたサファイア基板の大きさと同等の大口径かつ、基板面内の結晶性、表面平坦性、不純物濃度、面方位の軸ブレが均一かつ、緻密な製造技術を必要としないIII族窒化物半導体自立基板の製造が可能となる。ここでいう周知技術、慣用技術とは、例えば、化学的エッチングや機械研磨、熱応力を利用した結晶剥離などである。   If the group III nitride semiconductor substrate having a sapphire substrate as an underlying substrate provided by the present embodiment is used, the sapphire substrate is equivalent to the size of the sapphire substrate used if it is removed by any method including known techniques and conventional techniques. Thus, it is possible to manufacture a group III nitride semiconductor free-standing substrate which has a large diameter, uniform in-plane crystallinity of the substrate, surface flatness, impurity concentration, and axial deviation of plane orientation and does not require a precise manufacturing technique. The well-known technique and the conventional technique referred to here are, for example, chemical etching, mechanical polishing, crystal peeling using thermal stress, and the like.

特許文献3と特許文献4の方法で提供されるIII族窒化物半導体自立基板は、c面を主面としたIII族窒化物半導体自立基板から任意の面方位に切出した結晶片を接合して作製した、半極性面を主面としたIII族窒化物半導体自立基板である。これを実現するためには、バルク結晶から結晶片を大量に切出す工程や、結晶片を高同じ結晶軸方向に高い精度で揃えた上で接合する工程が必要となる為、高い歩留りを実現するための緻密な技術が必要となる。また、結晶片を接合して基板の口径を大きくする為、接合部に原子位置のずれが生じ、当該部では高密度の転位が発生する。このため、基板の結晶性の低下と転位密度の面内分布むらが発生してしまう。また、接合面がc面、m面、及び、m面からc面方向へ傾斜した面である場合には{11−22}面や{10−11}面などのファセット面が出現し、図2に示すように大きな窪みや結晶成長異常が発生してしまうため、表面平坦性の顕著な悪化と接合強度不足が生じ、基板のハンドリングに困難が生じる。   The group III nitride semiconductor free-standing substrate provided by the methods of Patent Document 3 and Patent Document 4 joins crystal pieces cut out in any plane orientation from the group III nitride semiconductor free-standing substrate whose main surface is c-plane It is a manufactured group III nitride semiconductor free-standing substrate having a semipolar surface as a main surface. In order to realize this, a high yield can be realized because a process of cutting out a large amount of crystal pieces from the bulk crystal and a process of aligning the crystal pieces in the same high crystal axis direction with high accuracy are necessary. Need precise technology to do this. In addition, since the crystal pieces are joined to increase the diameter of the substrate, displacement of atomic positions occurs at the junctions, and high-density dislocations occur in the junctions. As a result, the decrease in the crystallinity of the substrate and the in-plane distribution unevenness of the dislocation density occur. Also, if the bonding surface is a c-face, m-face, or a face inclined from the m-face toward the c-face, facets such as {11-22} or {10-11} appear. As shown in (2), large depressions and crystal growth abnormalities occur, so that the surface flatness is significantly deteriorated and the bonding strength is insufficient, which makes it difficult to handle the substrate.

また、図2に示すような大きな窪みや結晶成長異常に起因する表面平坦性の顕著な悪化と接合強度不足による基板のハンドリングの困難を解決する為、特許文献3と特許文献4の方法を用いて、接合面をa面及びa面からの傾斜面のみにする事が容易に考えられるが、この場合も、接合面での原子位置のずれによる転位発生と、これに伴う転位密度の面内分布むらは解決できない。また、a面またはa面を傾斜させた面で結晶の接合を行うことから、本実施形態により提供される、a面の傾斜面を主面としたIII族窒化物半導体自立基板の製造はできない。   In addition, in order to solve the difficulty in handling of the substrate due to the remarkable deterioration of the surface flatness due to the large depression and the crystal growth abnormality as shown in FIG. 2 and the insufficient bonding strength, the methods of Patent Document 3 and Patent Document 4 are used. It is easy to consider that the bonding surface is only the a-plane and the inclined surface from the a-plane, but also in this case, dislocation generation due to the displacement of the atomic position at the bonding surface and the in-plane of the dislocation density accompanying this Uneven distribution can not be resolved. In addition, since crystal bonding is performed with the a-plane or the a-plane inclined, it is not possible to manufacture the group III nitride semiconductor free-standing substrate with the main plane of the a-plane inclined provided in the present embodiment. .

本実施形態により提供されるIII族窒化物半導体自立基板の第1および第2の主面はいずれも例えばa面の傾斜面である為、側面に劈開面(m面)を有している。劈開面を有した基板を提供することにより、半導体レーザー(LD)において光共振に必要不可欠な、原子が規則的きれいに並んだ、平坦性に優れた反射鏡面を容易に得る事が可能となる。   The first and second main surfaces of the group III nitride semiconductor free-standing substrate provided by the present embodiment are both inclined surfaces of, for example, the a-plane, and thus have cleavage planes (m-planes) on the side surfaces. By providing a substrate having a cleavage plane, it is possible to easily obtain a reflective mirror surface excellent in flatness, in which atoms are regularly and finely arranged, which are essential for optical resonance in a semiconductor laser (LD).

特許文献5で提供される(20−21)面及び(20−2−1)面を主面としたGaN系半導体レーザー素子は、主面がm面の傾斜面である為に、側面に劈開面を有していない。したがって、光共振が得られる平坦性の高い反射鏡面を得る事が出来ない。よって、製品の製造にあたり側面を平坦化するための高度かつ緻密な技術が必要となり、製造工程が煩雑化している。また、平坦性が劣る反射鏡面を用いる為、劈開面を利用しミラー構造を作製したGaN系半導体光レーザー素子に比べ、性能がおとる。   The GaN-based semiconductor laser device having the (20-21) plane and the (20-2-1) plane as the principal planes provided in Patent Document 5 is cleaved at the side surfaces because the principal plane is the m-plane inclined plane. It does not have a face. Therefore, it is not possible to obtain a highly flat reflective mirror that can obtain optical resonance. Therefore, in the manufacture of a product, a high-level and precise technique for flattening the side surface is required, and the manufacturing process is complicated. In addition, since a reflective mirror having inferior flatness is used, the performance is improved as compared to a GaN-based semiconductor optical laser device in which a mirror structure is manufactured using a cleavage plane.

<第1の評価>
第1の評価では、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たすことで、III族窒化物半導体層の成長面の面方位をN極性側の半極性面にできることを確認した。また、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」の中の少なくとも1つを満たさなかった場合、III族窒化物半導体層の成長面の面方位がGa極性側の半極性面になることを確認した。
<First evaluation>
In the first evaluation, the group III nitride semiconductor is satisfied by satisfying all of the “plural elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer to the semipolar plane on the N polarity side” described above. It was confirmed that the plane orientation of the growth surface of the layer can be made a semipolar plane on the N polarity side. In addition, when at least one of the “plural elements for making the growth surface of the group III nitride semiconductor layer a semipolar surface on the N polarity side” is not satisfied, the group III nitride is used. It was confirmed that the plane orientation of the growth surface of the semiconductor layer was a semipolar plane on the Ga polarity side.

まず、主面の面方位がm面((10−10)面)からa面と平行になる方向に2°傾斜した面であるサファイア基板を用意した。サファイア基板の厚さは430μmであり、直径は2インチであった。   First, a sapphire substrate was prepared, which is a plane inclined at 2 ° in the direction parallel to the a-plane from the m-plane ((10-10) plane) from the m-plane ((10-10) plane). The sapphire substrate had a thickness of 430 μm and a diameter of 2 inches.

そして、用意したサファイア基板に対して、以下の条件で熱処理工程S20を実施した。   And with respect to the prepared sapphire substrate, heat processing process S20 was implemented on condition of the following.

温度:1000〜1050℃
圧力:100torr
キャリアガス:H、N
熱処理時間:10分または15分
キャリアガス供給量:15slm
Temperature: 1000 to 1050 ° C.
Pressure: 100 torr
Carrier gas: H 2 , N 2
Heat treatment time: 10 minutes or 15 minutes Carrier gas supply: 15 slm

なお、熱処理工程S20の際に、20slmのNHを供給し、窒化処理を行った。 In the heat treatment step S20, 20 slm of NH 3 was supplied to perform nitriding treatment.

その後、以下の条件で先流し工程S30を行った。
温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:90sccm、10秒
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Thereafter, the pre-flow step S30 was performed under the following conditions.
Temperature: 800 to 930 ° C
Pressure: 100 torr
Trimethylaluminum supply amount, supply time: 90 sccm, 10 seconds Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

その後、以下の条件でバッファ層形成工程S40を行い、AlN層を形成した。   Then, buffer layer formation process S40 was performed on condition of the following, and the AlN layer was formed.

成長方法:MOCVD法
成長温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量:90sccm
NH供給量:5slm
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Growth method: MOCVD growth temperature: 800 to 930 ° C.
Pressure: 100 torr
Trimethylaluminum supply amount: 90 sccm
NH 3 supply amount: 5 slm
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

その後、以下の条件で成長工程S50を行い、III族窒化物半導体層を形成した。   Thereafter, the growth step S50 is performed under the following conditions to form a group III nitride semiconductor layer.

成長方法:MOCVD法
圧力:100torr
TMGa供給量:50〜500sccm(連続変化)
NH供給量:5〜10slm(連続変化)
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
成長速度:10μm/h以上
Growth method: MOCVD pressure: 100 torr
TMGa supply: 50 to 500 sccm (continuous change)
NH 3 supply amount: 5 to 10 slm (continuous change)
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
Growth rate: 10 μm / h or more

なお、第1のサンプルの成長温度は900℃±25℃に制御し、第2のサンプルの成長温度は1050℃±25℃に制御した。すなわち、第1のサンプルは、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たすサンプルである。第2のサンプルは、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」の中の一部(成長工程S50における成長温度)を満たさないサンプルである。   The growth temperature of the first sample was controlled to 900 ° C. ± 25 ° C., and the growth temperature of the second sample was controlled to 1050 ° C. ± 25 ° C. That is, the first sample is a sample that satisfies all the “plural elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer to the semipolar plane on the N polarity side” described above. The second sample is a part of the “plural elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer to the semipolar plane on the N polarity side” described above (the growth temperature in the growth step S50 It is a sample that does not satisfy).

第1のサンプルのIII族窒化物半導体層の成長面の面方位は、(−1−12−4)面から−a面方向5.0°傾斜かつ、m面と平行になる方向に8.5°以下傾斜した面であった。一方、第2のサンプルのIII族窒化物半導体層の成長面の面方位は、(11−24)面からa面方向5.0°傾斜かつ、m面と平行になる方向に8.5°以下傾斜した面であった。すなわち、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」を満たすか否かにより、成長面の面方位がGa極性となるかN極性となるかを調整できることが分かる。   The plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer of the first sample is a direction inclined 5.0 degrees in the -a plane direction from the (-1-12-4) plane and parallel to the m plane. It was a surface inclined below 5 °. On the other hand, the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer of the second sample is inclined by 5.0 ° in the a-plane direction from the (11-24) plane and 8.5 ° in the direction parallel to the m-plane The following was an inclined surface. That is, the plane orientation of the growth plane is Ga polarity depending on whether the above-mentioned “plural elements for setting the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer to the semipolar plane on the N polarity side” are satisfied or not. It can be seen that it can be adjusted whether it becomes or N polarity.

図6に第1のサンプルにおける、(−1−12−4)面、又は、(11−24)面のXRD極点測定結果を示す。回折ピークは極点の中心点から数度ずれた位置であることが確認できる。角度のずれを詳細に測定すると−a面方向5.0°かつ、m面と平行になる方向に8.5°又は、a面方向5.0°かつ、m面と平行になる方向に8.5°の位置であることが確認できる。   FIG. 6 shows the results of measuring the XRD pole points of the (-1-12-4) plane or the (11-24) plane in the first sample. It can be confirmed that the diffraction peak is a position several degrees away from the center point of the pole. Detailed measurement of angular deviation: -a plane direction 5.0 ° and 8.5 ° in the direction parallel to the m plane, or a plane direction 5.0 ° and parallel to the m plane 8 It can be confirmed that the position is .5 °.

図7に第1のサンプルにおける、図4に示す露出面(成長面24)がN極性であることを確認した結果を示す。また、比較として図8に+c面の厚膜成長GaN自立基板から第1のサンプルと同等の面方位になるようにスライスを行って作製したIII族窒化物半導体自立基板の結果を示す。第1のサンプル及び、+c面 GaN自立基板からスライスして作製した半極性自立基板ともに、両面(基板の表と裏)に1.5μmダイヤ研磨を施し、りん酸硫酸混合液を150℃に保ち30分間のエッチングを行った。   FIG. 7 shows the results of confirming that the exposed surface (growth surface 24) shown in FIG. 4 in the first sample is N-polar. Also, as a comparison, FIG. 8 shows the result of a group III nitride semiconductor free-standing substrate fabricated by slicing from a thick film-grown GaN free-standing substrate of + c plane to have the same plane orientation as the first sample. The first sample and the semipolar freestanding substrate prepared by slicing from the + c-plane GaN freestanding substrate were both polished on both sides (front and back of the substrate) by 1.5 μm, and the mixed solution of phosphoric acid and sulfuric acid was maintained at 150 ° C. Etching was performed for 30 minutes.

図7及び図8より、第1のサンプルの露出面(成長面24)と+c面GaN自立基板からスライスして作製した半極性自立基板の裏面(N極性面)のエッチング表面状態が同等であることが確認できる。また、第1のサンプルの剥離面と+c面GaN自立基板からスライスして作製した半極性自立基板の表面(Ga極性面)のエッチング表面状態が同等であることが確認できるので、図4に示す露出面(成長面24)がN極性であることが確認できる。   From FIGS. 7 and 8, the etched surface condition of the back surface (N-polar surface) of the semipolar free-standing substrate fabricated by slicing from the exposed surface (growth surface 24) of the first sample and the + c-plane GaN free-standing substrate is equal. You can confirm that. In addition, since it can be confirmed that the etched surface state of the surface (Ga polar surface) of the semipolar free-standing substrate fabricated by slicing from the peeling surface of the first sample and the + c-plane GaN free-standing substrate is identical, as shown in FIG. It can be confirmed that the exposed surface (growth surface 24) is N-polar.

なお、本発明者らは、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」の中のその他の一部を満たさない場合、また、全部を満たさない場合においても、成長面の面方位がGa極性となることを確認している。   The present inventors do not satisfy the other part of the “plural elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer to the semipolar plane on the N polarity side” described above. In addition, it has been confirmed that the plane orientation of the growth surface is Ga polarity even in the case where the whole is not satisfied.

<第2の評価>
第2の評価では、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整できることを確認した。
<Second evaluation>
In the second evaluation, the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer is adjusted by adjusting the “plural elements for adjusting the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer” described above. I confirmed that I could do it.

まず、主面の面方位が様々なサファイア基板を複数用意した。サファイア基板の厚さは430μmであり、直径は2インチであった。   First, a plurality of sapphire substrates having various principal plane orientations were prepared. The sapphire substrate had a thickness of 430 μm and a diameter of 2 inches.

そして、用意したサファイア基板各々に対して、以下の条件で熱処理工程S20を行った。   And with respect to each prepared sapphire substrate, heat processing process S20 was performed on condition of the following.

温度:1000〜1050℃
圧力:200torr
熱処理時間:10分
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Temperature: 1000 to 1050 ° C.
Pressure: 200 torr
Heat treatment time: 10 minutes Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

なお、熱処理時の窒化処理の有無を異ならせたサンプルを作成した。具体的には、熱処理時に20slmのNHを供給し、窒化処理を行うサンプルと、熱処理時にNHを供給せず、窒化処理を行わないサンプルの両方を作成した。 In addition, the sample which varied the presence or absence of the nitriding treatment at the time of heat processing was created. Specifically, 20 slm of NH 3 was supplied at the time of heat treatment, and a sample to be nitrided was prepared, and a sample not to be supplied with NH 3 at the heat treatment and not to be nitrided was prepared.

その後、以下の条件で先流し工程S30を行った。
温度:880〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:90sccm、10秒
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Thereafter, the pre-flow step S30 was performed under the following conditions.
Temperature: 880-930 ° C
Pressure: 100 torr
Trimethylaluminum supply amount, supply time: 90 sccm, 10 seconds Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

なお、先流し工程S30を行うサンプルと、行わないサンプルの両方を作成した。   In addition, both the sample which performs pre-flow process S30, and the sample which is not performed were created.

その後、サファイア基板の主面(露出面)上に、以下の条件で、約150nmの厚さのバッファ層(AlNバッファ層)を形成した。   Thereafter, a buffer layer (AlN buffer layer) having a thickness of about 150 nm was formed on the main surface (exposed surface) of the sapphire substrate under the following conditions.

成長方法:MOCVD法
圧力:100torr
V/III比:5184
TMAl供給量:90ccm
NH供給量:5slm
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Growth method: MOCVD pressure: 100 torr
V / III ratio: 5184
TMAl supply amount: 90 ccm
NH 3 supply amount: 5 slm
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

なお、成長温度は、サンプルごとに、700℃以上1110℃以下の範囲で異ならせた。   The growth temperature was varied in the range of 700 ° C. or more and 1110 ° C. or less for each sample.

その後、バッファ層の上に、以下の条件で、約15μmの厚さのIII族窒化物半導体層(GaN層)を形成した。   Thereafter, a group III nitride semiconductor layer (GaN layer) having a thickness of about 15 μm was formed on the buffer layer under the following conditions.

成長方法:MOCVD法
成長温度:900〜1100℃
圧力:100torr
V/III比:321
TMGa供給量:50〜500ccm(ランプアップ)
NH供給量:5〜10slm(ランプアップ)
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Growth method: MOCVD growth temperature: 900-1100 ° C.
Pressure: 100 torr
V / III ratio: 321
TMGa supply amount: 50 to 500 ccm (ramp up)
NH 3 supply amount: 5 to 10 slm (ramp up)
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

以上のようにして、サファイア基板と、バッファ層と、III族窒化物半導体層とがこの順に積層したIII族窒化物半導体基板1を製造した。   As described above, the group III nitride semiconductor substrate 1 in which the sapphire substrate, the buffer layer, and the group III nitride semiconductor layer were stacked in this order was manufactured.

表1乃至7に、「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」と、III族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係を示す。   Tables 1 to 7 show the relationship between “plural elements for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer” and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer.

表中の「サファイア主面」の欄には、サファイア基板の主面の面方位が示されている。「昇温時の窒化処理」の欄には、熱処理工程S20の際の昇温時の窒化処理の有無(「有り」または「無し」)が示されている。「トリメチルアルミニウム先流し工程の有無」の欄には、トリメチルアルミニウム先流し工程の有無(「有り」または「無し」)が示されている。「AlNバッファ成長温度」の欄には、バッファ層形成工程における成長温度が示されている。「GaN成長温度」の欄には、GaN層形成工程における成長温度が示されている。「III族窒化物半導体層の成長面」の欄には、III族窒化物半導体層の成長面の面方位が示されている。   In the column of “sapphire main surface” in the table, the plane orientation of the main surface of the sapphire substrate is shown. In the column of "Nitriding treatment at elevated temperature", the presence or absence ("Yes" or "None") of nitriding treatment at elevated temperature in the heat treatment step S20 is shown. The column "presence or absence of the trimethyl aluminum pre-flow process" indicates the presence or absence ("presence" or "none") of the trimethyl aluminum pre-flow process. The column of "AlN buffer growth temperature" indicates the growth temperature in the buffer layer formation step. The growth temperature in the GaN layer formation step is indicated in the column "GaN growth temperature". In the column “Growth of III-nitride semiconductor layer”, the plane orientation of the growth surface of the III-nitride semiconductor layer is shown.

当該結果によれば、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面を半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える面の中で調整できることが分かる。そして、第1の評価の結果と第2の評価の結果とに基づけば、「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たしたうえで、「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面を、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の中で調整できることが分かる。   According to the result, the growth surface of the group III nitride semiconductor layer can be made semipolar by adjusting the “plural elements for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer” described above. Yes, expressed in Miller index (hk ml), it can be seen that l can be adjusted in the plane beyond 0. Then, based on the results of the first evaluation and the results of the second evaluation, “a plurality of elements for making the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer a semipolar surface on the N polarity side” Of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer by adjusting “plural elements for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer”, It can be seen that the Miller index (hkml) can be adjusted and l can be adjusted within 0.

<第3の評価>
本手法により作製したサンプルの結晶性について評価した。試料は3種類を準備した。サンプルAは、本明細記載の手法により作製したものであり、{11−23}面を成長面としている。サンプルB、Cは比較用サンプルであり、サンプルBは{10−10}面を成長面とした。また、サンプルCは{11−22}面を成長面とした。なお、{11−23}面は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面に該当する。
<Third evaluation>
The crystallinity of the sample produced by this method was evaluated. Three kinds of samples were prepared. Sample A was produced by the method described in the present specification, and has a {11-23} plane as a growth plane. Samples B and C are comparative samples, and sample B has a {10-10} plane as a growth surface. Moreover, the sample C made the {11-22} plane the growth surface. The {11-23} plane corresponds to a plane having an off angle of 10 ° or less from the {-1-12-4} plane.

図9に、各サンプルに対し、複数のGaN膜厚時にエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸の投影軸に平行に入射し測定した場合の{11−22}面に対するXRC半値幅を示す。 但し、主面が{11−23}面であるサンプルCは、消滅則により{11−23}面のエックス線回折が得られないため、{11−22}面のXRC半値幅を測定した。   FIG. 9 shows the XRC half value width with respect to the {11-22} plane when X-rays are incident in parallel to the c-axis projection axis of the group III nitride semiconductor crystal at a plurality of GaN film thicknesses for each sample. . However, in Sample C whose main surface is a {11-23} plane, the XRC half width of the {11-22} plane was measured because X-ray diffraction of the {11-23} plane can not be obtained due to the extinction rule.

図9より、サンプルAはGaN層の膜厚が大きくなっても、{11−22}面に対するXRC半値幅がほとんど変化しないことが分かる。これに対し、サンプルB及びCは、GaN層の膜厚が大きくなるにつれて、{11−22}面に対するXRC半値幅が大きくなる傾向が読み取れる。   From FIG. 9, it can be seen that the XRC half width with respect to the {11-22} plane hardly changes even if the film thickness of the GaN layer in the sample A is increased. On the other hand, in the samples B and C, it can be read that the XRC half width with respect to the {11-22} plane tends to increase as the film thickness of the GaN layer increases.

<第4の評価>
本手法により作製したサンプルの結晶性について評価した。サンプルD(実施例)は、本明細記載の手法により作製したものであり、その詳細は以下の通りである。
<Fourth evaluation>
The crystallinity of the sample produced by this method was evaluated. Sample D (Example) was produced by the method described in the present specification, the details of which are as follows.

まず、主面の面方位がm面((10−10)面)からa面と平行になる方向に2°傾斜した面であるサファイア基板を用意した。サファイア基板の厚さは430μmであり、直径は2インチであった。   First, a sapphire substrate was prepared, which is a plane inclined at 2 ° in the direction parallel to the a-plane from the m-plane ((10-10) plane) from the m-plane ((10-10) plane). The sapphire substrate had a thickness of 430 μm and a diameter of 2 inches.

そして、用意したサファイア基板に対して、以下の条件で熱処理工程S20を実施した。   And with respect to the prepared sapphire substrate, heat processing process S20 was implemented on condition of the following.

温度:800〜930℃
圧力:100torr
キャリアガス:H、N
熱処理時間:10分
キャリアガス供給量:4slm
Temperature: 800 to 930 ° C
Pressure: 100 torr
Carrier gas: H 2 , N 2
Heat treatment time: 10 minutes Carrier gas supply amount: 4 slm

なお、熱処理工程S20の際に、2slmのNHを供給し、窒化処理を行った。 In the heat treatment step S20, 2 slm of NH 3 was supplied to perform nitriding treatment.

その後、以下の条件で先流し工程S30を行った。
温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:50sccm、10秒
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:4slm
Thereafter, the pre-flow step S30 was performed under the following conditions.
Temperature: 800 to 930 ° C
Pressure: 100 torr
Trimethylaluminum supply amount, supply time: 50 sccm, 10 seconds Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 4 slm

その後、以下の条件でバッファ層形成工程S40を行い、AlN層を形成した。   Then, buffer layer formation process S40 was performed on condition of the following, and the AlN layer was formed.

成長方法:MOCVD法
成長温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量:50sccm
NH供給量:2slm
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Growth method: MOCVD growth temperature: 800 to 930 ° C.
Pressure: 100 torr
Trimethylaluminum supply amount: 50 sccm
NH 3 supply amount: 2 slm
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

その後、以下の条件で成長工程S50を行い、III族窒化物半導体層を形成した。   Thereafter, the growth step S50 is performed under the following conditions to form a group III nitride semiconductor layer.

成長方法:MOCVD法
成長温度:900℃±25℃
圧力:100torr
TMGa供給量:50〜500sccm(連続変化)
NH供給量:5〜10slm(連続変化)
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
成長速度:10μm/h以上
Growth method: MOCVD Growth temperature: 900 ° C ± 25 ° C
Pressure: 100 torr
TMGa supply: 50 to 500 sccm (continuous change)
NH 3 supply amount: 5 to 10 slm (continuous change)
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
Growth rate: 10 μm / h or more

サンプルE(比較例)は、サンプルDと同様の手法により作製したものであるが、下記の点が異なる。   Sample E (comparative example) is produced by the same method as sample D, but differs in the following points.

熱処理工程S20では、熱処理温度を1000℃〜1050℃とし、キャリアガス流量を15slmとした。また、NH供給量は20slmとした。 In the heat treatment step S20, the heat treatment temperature is set to 1000 ° C. to 1050 ° C., and the carrier gas flow rate is set to 15 slm. In addition, the amount of NH 3 supplied was set to 20 slm.

先流し工程S30では、トリメチルアルミニウム供給量を90sccmとし、キャリアガス流量を15slmとした。   In the pre-flow step S30, the trimethyl aluminum supply amount is 90 sccm, and the carrier gas flow rate is 15 slm.

バッファ層形成工程S40では、トリメチルアルミニウム供給量を90sccmとし、NH供給量を5slmとした。 In the buffer layer forming step S40, the supply amount of trimethylaluminum is 90 sccm, and the supply amount of NH 3 is 5 slm.

テンプレート基板の試作後、サンプルD、サンプルEのそれぞれについてX線極点図を測定した。測定の結果、サンプルDの主面、サンプルEの主面のいずれも{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面となっていることを確認した。   After trial manufacture of the template substrate, X-ray pole figures were measured for sample D and sample E respectively. As a result of the measurement, it was confirmed that both the main surface of Sample D and the main surface of Sample E were surfaces having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface.

そして、サンプルD及びサンプルE各々について、{11−22}面に対するXRCの半値幅を測定した。具体的には以下の手順で測定した(図12参照)。   And about each of the sample D and the sample E, the half value width of XRC with respect to a {11-22} plane was measured. Specifically, it was measured by the following procedure (see FIG. 12).

(1) 試作したテンプレート基板(サンプルD及びサンプルE各々)の中心部にX線を照射し、(000−2)面回折XRCを測定する。具体的には、テンプレート基板をX線回折装置にセットし、入射X線に対し、ディテクタとテンプレート基板を(000−2)面の回折が得られうる理論角度に設定する。その上で、テンプレート基板を鉛直方向に40°以上50°以下の角度で傾ける。更に、テンプレート基板を面内方向に回転させて(000−2)面回折ピークが得られる回転角を探索する。最後に、(000−2)面回折ピークが最も良好に得られるよう、基板面内回転方向以外の各種角度を調整し、測定を行う。本明細に記載の方法で作製したテンプレート基板を上記の手順で測定した場合、(000−2)面回折ピークは、X線をm軸に平行に入射した場合にのみ得られる。つまり、この測定は、m軸方向の軸合わせを兼ねる。
(2) m軸入射XRCの測定を行う。具体的には、(000−2)面XRCを測定した部分(テンプレート基板の中心部)で{11−22}面の軸立(最も良好な回折が得られるよう、基板面内回転方向以外の各種角度を調整する)を行う。その後、中心部と、中心部からm軸方向に20mm離れた2点との合計3点について、{11−22}面XRCの測定を行う。
(3) c投影軸入射XRCの測定を行う。具体的には、(2)記載の測定終了後、テンプレート基板を面内方向に90°回転する。これにより、X線はc投影軸(c軸を主面に投影した投影軸)に対して入射する形になる。その後、中心部で{11−22}面の軸立を行い、中心部と、中心部からc投影軸方向に20mm離れた2点との合計3点について、{11−22}面XRCの測定を行う。
(1) X-rays are irradiated to the central part of the template substrate (sample D and sample E respectively) produced as a prototype, and (000-2) plane diffraction XRC is measured. Specifically, the template substrate is set in an X-ray diffractometer, and the detector and the template substrate are set at theoretical angles at which diffraction of the (000-2) plane can be obtained with respect to incident X-rays. Then, the template substrate is vertically inclined at an angle of 40 ° to 50 °. Furthermore, the template substrate is rotated in the in-plane direction to search for a rotation angle at which a (000-2) plane diffraction peak can be obtained. Finally, measurement is performed by adjusting various angles other than the in-plane rotational direction of the substrate so that the (000-2) plane diffraction peak can be obtained best. When the template substrate produced by the method described in this specification is measured according to the above procedure, a (000-2) plane diffraction peak can be obtained only when X-rays are incident parallel to the m-axis. That is, this measurement also serves as axis alignment in the m-axis direction.
(2) Measure the m-axis incidence XRC. Specifically, in the portion (center portion of the template substrate) where the (000-2) plane XRC is measured (center portion of the template substrate), the rotation in the plane other than the in-plane direction of the substrate is performed so as to obtain the best diffraction. Adjust various angles). Thereafter, the measurement of the {11-22} plane XRC is performed at a total of three points of the central portion and two points separated by 20 mm in the m-axis direction from the central portion.
(3) c Measure the projection axis incidence XRC. Specifically, after the measurement described in (2), the template substrate is rotated by 90 ° in the in-plane direction. As a result, the X-ray enters the c projection axis (the projection axis obtained by projecting the c axis onto the main surface). Then, the {11-22} plane is centered at the center, and the {11-22} plane XRC is measured at a total of three points at the center and two points 20 mm away from the center in the c projection axis direction. I do.

サンプルDの測定結果を図11に、サンプルEの測定結果を図10に示す。(m)に対応付する値は、エックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であり、「m軸入射」に対応する値は測定点3点の平均値である。(c)に対応する値は、エックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であり、「c軸投影軸入射」に対応する値は測定点3点の平均値である。測定点の概略は図示の通りである。   The measurement result of sample D is shown in FIG. 11, and the measurement result of sample E is shown in FIG. The value corresponding to (m) is the half-width of XRC with respect to the {11-22} plane measured with X rays incident parallel to the m axis of the group III nitride semiconductor crystal, corresponding to “m axis incidence” The value to be taken is the average value of 3 measurement points. The value corresponding to (c) is the half-width of XRC with respect to the {11-22} plane measured parallel to the projection axis obtained by projecting the X axis of the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal onto the main surface The value corresponding to “c-axis projection axis incidence” is an average value of three measurement points. The outline of the measurement point is as illustrated.

図11より、本実施形態の製造方法で作製されたIII族窒化物半導体基板は、III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は500arcsec以下となることが分かる。また、III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅も500arcsec以下となることが分かる。   From FIG. 11, in the group III nitride semiconductor substrate manufactured by the manufacturing method of this embodiment, X-rays are incident on the main surface of the group III nitride semiconductor layer in parallel to the m axis of the group III nitride semiconductor crystal. It can be seen that the half-width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle between the incident direction of the X-ray and the main surface is 500 arcsec or less. Further, X ray is incident parallel to the projection axis of the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal projected onto the above main surface with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the incident direction of the x ray and the above main surface It can be seen that the half-width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle is also 500 arcsec or less.

さらに、「III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であって、m軸方向に20mmずつ離れた3点での測定値」、及び、「III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であって、c軸を主面に投影した投影軸方向に20mmずつ離れた3点での測定値」、における最大値と最小値の差が50arcsec.以内であることがわかる。すなわち、両者間の異方性が小さいことがわかる。   Furthermore, “X-rays were incident parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the angle between the X-ray incident direction and the main surface was scanned and measured {11 The measured value at three points separated by 20 mm in the m-axis direction, and “X-ray with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer”; The half width of XRC with respect to the {11-22} plane, which is measured parallel to the projection axis obtained by projecting the c axis of the semiconductor crystal on the main plane, and the angle between the X ray incident direction and the main plane is scanned, The difference between the maximum value and the minimum value in “measurement values at three points separated by 20 mm in the projection axis direction with the c axis projected onto the main surface” is 50 arcsec. It turns out that it is within. That is, it can be seen that the anisotropy between the two is small.

一方、図10より、本実施形態の製造方法で作製されなかったIII族窒化物半導体基板は、III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は500arcsecを超えることが分かる。また、III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅も500arcsecを超えることが分かる。   On the other hand, according to FIG. 10, the group III nitride semiconductor substrate not manufactured by the manufacturing method of the present embodiment is parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer. It can be seen that the half-width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle between the incident direction of the X-ray and the above-mentioned main surface exceeds 500 arcsec. Further, X ray is incident parallel to the projection axis of the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal projected onto the above main surface with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the incident direction of the x ray and the above main surface It can be seen that the half-width of XRC relative to the {11-22} plane measured by scanning the angle also exceeds 500 arcsec.

m面サファイア基板上に窒化物半導体を結晶成長した場合、その窒化の有無や窒化温度、成膜温度の違いにより窒化物半導体の成長面や結晶性、結晶軸の配向性が異なることが知られている。実施例と比較例はバッファ層の成膜温度が同じであることから、製造条件のうち、最も大きな影響を与えているのは熱処理工程S20の温度であると考えられる。   When a nitride semiconductor is crystal-grown on an m-plane sapphire substrate, it is known that the growth surface, the crystallinity, and the orientation of the crystal axis of the nitride semiconductor differ depending on the presence or absence of the nitriding, the nitriding temperature, and the film forming temperature. ing. Since the film formation temperature of the buffer layer is the same as in the embodiment and the comparative example, it is considered that the temperature of the heat treatment step S20 has the largest influence among the manufacturing conditions.

実施例の結果から、熱処理工程S20の温度を800℃以上930℃以下に調整することにより、{11−22}面に対するXRCの半値幅が良好となることが分かる。熱処理工程の温度がバッファ層およびIII族窒化物半導体結晶の結晶性および結晶軸の配向性に大きな影響を与えていることが分かる。   From the results of the example, it can be understood that adjusting the temperature of the heat treatment step S20 to 800 ° C. or more and 930 ° C. or less makes the half width of XRC with respect to the {11-22} plane to be good. It can be seen that the temperature of the heat treatment step has a great influence on the crystallinity of the buffer layer and the Group III nitride semiconductor crystal and the orientation of crystal axes.

以下、参考形態の例を付記する。
1. サファイア基板と、
前記サファイア基板上に位置し、主面が半極性面であって、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の面であるIII族窒化物半導体層と、
を有し、
前記III族窒化物半導体層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRC(X-ray Rocking Curve)の半値幅は、500arcsec以下であるIII族窒化物半導体基板。
2. 1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記III族窒化物半導体層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を前記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は、500arcsec以下であるIII族窒化物半導体基板。
3. 1または2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記III族窒化物半導体層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であって、m軸方向に20mmずつ離れた3点での測定値、及び、
前記III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を前記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であって、c軸を前記主面に投影した投影軸方向に20mmずつ離れた3点での測定値、
における最大値と最小値の差が50arcsec.以内であるIII族窒化物半導体基板。
4. 1から3のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記III族窒化物半導体層の厚さは、1μm以上20μm以下であるIII族窒化物半導体基板。
5. 1から4のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の上に、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法でIII族窒化物半導体を成長させてHVPE層を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
6. 5に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記HVPE層からIII族窒化物半導体基板を切り出すIII族窒化物半導体基板の製造方法。
Hereinafter, an example of a reference form is added.
1. With sapphire substrate,
A group III nitride semiconductor layer located on the sapphire substrate, the main surface being a semipolar surface, represented by a Miller index (hk ml), and a surface where l is less than 0;
Have
X-rays were incident parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the angle between the incident direction of the X-rays and the main surface was scanned and measured {11 III-nitride semiconductor substrate wherein the half-width of XRC (X-ray Rocking Curve) with respect to the (22) plane is 500 arcsec or less.
2. In the group III nitride semiconductor substrate described in 1,
An X-ray is incident parallel to a projection axis obtained by projecting the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal onto the main surface with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the incident direction of the X-ray and the main surface The group III nitride semiconductor substrate whose half-width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle is 500 arcsec or less.
3. In the group III nitride semiconductor substrate described in 1 or 2,
X-rays were incident parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the angle between the incident direction of the X-rays and the main surface was scanned and measured {11 The half value width of XRC with respect to the (22) plane, and measurement values at three points separated by 20 mm in the m-axis direction, and
An x-ray is incident parallel to a projection axis of the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal projected onto the main surface with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and an angle formed by the incident direction of the x-ray and the main surface The half width of the XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the measured values at three points separated by 20 mm in the projection axis direction in which the c axis is projected onto the main surface,
The difference between the maximum value and the minimum value at 50 arcsec. III-nitride semiconductor substrate which is within
4. In the group-III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 3,
The group III nitride semiconductor substrate, wherein the thickness of the group III nitride semiconductor layer is 1 μm or more and 20 μm or less.
5. Production of a group III nitride semiconductor substrate in which a group III nitride semiconductor is grown on the group III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 4 by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) to form an HVPE layer Method.
6. In the method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to 5,
The manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate which cuts out the group III nitride semiconductor substrate from the said HVPE layer.

10 III族窒化物半導体基板
11 第1の主面
12 第2の主面
20 III族窒化物半導体基板
21 サファイア基板
22 バッファ層
23 III族窒化物半導体層
24 成長面
10 group III nitride semiconductor substrate 11 first main surface 12 second main surface 20 group III nitride semiconductor substrate 21 sapphire substrate 22 buffer layer 23 group III nitride semiconductor layer 24 growth surface

Claims (6)

サファイア基板と、
前記サファイア基板上に位置し、主面が半極性面であって、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の面であるIII族窒化物半導体層と、
を有し、
前記III族窒化物半導体層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRC(X-ray Rocking Curve)の半値幅は、500arcsec以下であるIII族窒化物半導体基板。
With sapphire substrate,
A group III nitride semiconductor layer located on the sapphire substrate, the main surface being a semipolar surface, represented by a Miller index (hk ml), and a surface where l is less than 0;
Have
X-rays were incident parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the angle between the incident direction of the X-rays and the main surface was scanned and measured {11 III-nitride semiconductor substrate wherein the half-width of XRC (X-ray Rocking Curve) with respect to the (22) plane is 500 arcsec or less.
請求項1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記III族窒化物半導体層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を前記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は、500arcsec以下であるIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1,
An X-ray is incident parallel to a projection axis obtained by projecting the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal onto the main surface with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the incident direction of the X-ray and the main surface The group III nitride semiconductor substrate whose half-width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle is 500 arcsec or less.
請求項1または2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記III族窒化物半導体層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であって、m軸方向に20mmずつ離れた3点での測定値、及び、
前記III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を前記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であって、c軸を前記主面に投影した投影軸方向に20mmずつ離れた3点での測定値、
における最大値と最小値の差が50arcsec.以内であるIII族窒化物半導体基板。
The group III nitride semiconductor substrate according to claim 1 or 2
X-rays were incident parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and the angle between the incident direction of the X-rays and the main surface was scanned and measured {11 The half value width of XRC with respect to the (22) plane, and measurement values at three points separated by 20 mm in the m-axis direction, and
An x-ray is incident parallel to a projection axis of the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal projected onto the main surface with respect to the main surface of the group III nitride semiconductor layer, and an angle formed by the incident direction of the x-ray and the main surface The half width of the XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the measured values at three points separated by 20 mm in the projection axis direction in which the c axis is projected onto the main surface,
The difference between the maximum value and the minimum value at 50 arcsec. III-nitride semiconductor substrate which is within
請求項1から3のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記III族窒化物半導体層の厚さは、1μm以上20μm以下であるIII族窒化物半導体基板。
The group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 3,
The group III nitride semiconductor substrate, wherein the thickness of the group III nitride semiconductor layer is 1 μm or more and 20 μm or less.
請求項1から4のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板の上に、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法でIII族窒化物半導体を成長させてHVPE層を形成するIII族窒化物半導体基板の製造方法。   A group III nitride, wherein a group III nitride semiconductor is grown on the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 4 by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) to form an HVPE layer. Method of manufacturing a semiconductor substrate 請求項5に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記HVPE層からIII族窒化物半導体基板を切り出すIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to claim 5,
The manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate which cuts out the group III nitride semiconductor substrate from the said HVPE layer.
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