JP2019112266A - 窒化物半導体基板、半導体積層物、積層構造体、窒化物半導体基板の製造方法および半導体積層物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
III族窒化物半導体の結晶からなり、最も近い低指数の結晶面が(0001)面である主面を有する窒化物半導体基板であって、
<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面は、前記主面に対して凹の球面状に湾曲し、
前記<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面の曲率半径は、他方の方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径と異なる
窒化物半導体基板、およびそれに関連する技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、図1を用い、本実施形態に係る窒化物半導体基板10(以下、「基板10」と略すことがある)について説明する。図1(a)は、本実施形態に係る窒化物半導体基板を示す概略上面図であり、図1(b)は、本実施形態に係る窒化物半導体基板のm軸に沿った概略断面図であり、図1(c)は、本実施形態に係る窒化物半導体基板のa軸に沿った概略断面図である。なお、m軸に沿った断面およびa軸に沿った断面は、それぞれ、基板の主面の中心を通る断面である。
本実施形態では、基板10の主面10sに対して最も近い低指数の結晶面としてのc面10fは、例えば、後述する基板10の製造方法に起因して、異方性を有している。
0.28≦θ≦0.76
すなわち、
0.0784≦θm 2+θa 2≦0.578 ・・・(1)
0.47≦θm≦0.71 ・・・(2−1)
−0.20≦θa≦0.26 ・・・(2−2)
−0.05≦θm≦0.21 ・・・(3−1)
0.36≦θa≦0.65 ・・・(3−2)
図5を用い、本実施形態の基板10の転位について説明する。図5は、本実施形態に係る窒化物半導体基板の主面を拡大したカソードルミネッセンス像を示す模式図である。なお、図5中の四角枠は、基板を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したときの所定の視野を示している。
次に、図6〜図12を用い、本実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図6は、本実施形態に係る下地基板準備工程を示すフローチャートである。図7は、本実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示すフローチャートである。図8は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図9(a)〜図9(g)は、本実施形態に係る下地基板準備工程を示す概略断面図である。図10(a)〜図10(c)は、本実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。図11(a)および図11(b)は、本実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。図12(a)〜図12(c)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を示す概略断面図である。なお、図10(b)および図10(c)において、細実線は、成長途中の結晶面を示し、図10(b)、図10(c)、図11(a)および図11(b)において、点線は、転位を示している。
まず、下地基板準備工程S100を行う。本実施形態の下地基板準備工程S100では、例えば、VAS(Void−Assisted Separation)法により下地基板7を作製する。
まず、図9(a)に示すように、結晶成長用基板1(以下、「基板1」と略すことがある)を準備する。基板1は、例えば、サファイア基板である。なお、基板1は、例えば、Si基板やガリウム砒素(GaAs)基板であってもよい。基板1は、例えば、成長面となる主面1sを有している。主面1sに対して最も近い低指数の結晶面は、例えば、c面1fである。
次に、図9(b)に示すように、例えば、有機金属気相成長(MOVPE)法により、所定の成長温度に加熱された基板1に対して、トリメチルガリウム(TMG)ガス、アンモニアガス(NH3)およびモノシラン(SiH4)ガスを供給することで、基板1の主面1s上に、第1結晶層(下地成長層)2として、低温成長GaNバッファ層および単結晶のSiドープGaN層をこの順で成長させる。このとき、低温成長GaNバッファ層の厚さおよびSiドープGaN層の厚さを、それぞれ、例えば、20nm、0.5μmとする。
次に、図9(c)に示すように、第1結晶層2上に金属層3を蒸着させる。金属層3としては、例えば、チタン(Ti)層とする。また、金属層3の厚さを例えば20nmとする。
次に、図9(d)に示すように、上述の基板1を電気炉内に投入し、所定のヒータを有するサセプタ上に基板1を載置する。基板1をサセプタ上に載置したら、ヒータにより基板1を加熱し、水素ガスまたは水素化物ガスを含む雰囲気中で熱処理を行う。具体的には、例えば、20%のNH3ガスを含有する水素(H2)ガス気流中において、所定の温度で20分間熱処理を行う。なお、熱処理温度を、例えば、850℃以上1100℃以下とする。このような熱処理を行うことで、金属層3を窒化し、表面に高密度の微細な穴を有する金属窒化層5を形成する。また、上述の熱処理を行うことで、金属窒化層5の穴を介して第1結晶層2の一部をエッチングし、該第1結晶層2中に高密度のボイドを形成する。これにより、ボイド含有第1結晶層4を形成する。
次に、例えば、ハイドライド気相成長(HVPE)法により、所定の成長温度に加熱された基板1に対して、塩化ガリウム(GaCl)ガス、NH3ガスおよびn型ドーパントガスとしてのジクロロシラン(SiH2Cl2)ガスを供給することで、ボイド含有第1結晶層4および金属窒化層5上に第2結晶層(本格成長層)6としてSiドープGaN層をエピタキシャル成長させる。なお、n型ドーパントガスとして、SiH2Cl2ガスの代わりに、テトラクロロゲルマン(GeCl4)ガスなどを供給することで、第2結晶層6としてGeドープGaN層をエピタキシャル成長させてもよい。
第2結晶層6の成長が終了した後、第2結晶層6を成長させるために用いたHVPE装置を冷却する過程において、第2結晶層6は、ボイド含有第1結晶層4および金属窒化層5を境に基板1から自然に剥離する。
次に、図9(f)に示すように、例えば、第2結晶層6の主面6sの中心の法線方向に対して略垂直な切断面SSにワイヤーソーを案内することで、第2結晶層6をスライスする。
次に、研磨装置により下地基板7の両面を研磨する。
下地基板7を準備したら、例えば、スパッタ法により、下地基板7上にマスク層8を形成する。マスク層8は、例えば、酸化シリコン(SiO2)層または窒化シリコン(SiN)層等とする。このとき、マスク層8の厚さは、300nm以上2μm以下とする。マスク層8を形成したら、フォトリソグラフィ法により、マスク層8をパターニングする。
マスク層8を形成したら、半導体層成長工程S220を行う。本実施形態の半導体層成長工程S220では、例えば、いわゆるEpitaxial Lateral Overgrowth(ELO)法により、III族窒化物半導体からなる半導体層9を、下地基板7上にマスク層8の開口部8aを介してエピタキシャル成長させる。
図10(b)に示すように、例えば、HVPE法により、所定の成長温度に加熱された下地基板7に対して、GaClガスおよびNH3ガスを供給することで、半導体層9としてのGaN層を、マスク層8の開口部8a内に露出した下地基板7の主面7s上に選択的にエピタキシャル成長させる。
成長温度:940℃以上1030℃以下
成長圧力:90〜105kPa、好ましくは、90〜95kPa
GaClガスの分圧:1.5〜15kPa
NH3ガスの分圧/GaClガスの分圧:1〜20
N2ガスの流量/H2ガスの流量:0〜1
3次元成長層91からc面91cfを完全に消失させたら、図10(c)に示すように、3次元成長層91上にc面拡大層92を形成する。具体的には、略三角柱状の3次元成長層91のファセット91ffから、ファセット92ffを成長面として、c面拡大層92を横方向成長させる。これにより、一度消失したc面92cfが再度露出し始める。c面92cfを露出させたら、下地基板7の主面7sの上方に行くにしたがってc面92cfを徐々に拡大させながらc面拡大層92を成長させる。c面92cfを徐々に拡大させることで、ファセット92ffが徐々に縮小し、マスク層8の上方に形成されたV字状の凹部(符号不図示)が徐々に小さくなっていく。その後、さらにc面拡大層92を成長させると、ファセット92ffが完全に消失し、c面拡大層92の主面が、c面92cfのみにより構成される平坦面となる。
図10(c)に示すように、c面拡大層92のファセット92ffを完全に消失させたら、図11(a)に示すように、c面93cfを成長面として、半導体層9のc面成長層93を、c面拡大層92上に主面の法線方向(厚さ方向)に成長させる。
次に、図11(b)に示すように、例えば、半導体層9の主面93sと略平行な切断面にワイヤーソーを案内することで、半導体層9のうちのc面成長層93をスライスする。これにより、アズスライス基板としての基板10を形成する。このとき、基板10の厚さを、例えば、300μm以上700μm以下とする。
次に、研磨装置により基板10の両面を研磨する。なお、このとき、最終的な基板10の厚さを、例えば、250μm以上650μm以下とする。
基板10が作製されたら、X線回折のロッキングカーブ測定により、基板10の主面10sのうち複数点においてオフ角(θm,θa)を測定する。このとき、正確な測定を行う観点では、基板10の主面10sのうち5点以上においてオフ角(θm,θa)を測定することが好ましい。このとき、5点以上の測定点は、例えば、中心Oと、m軸に沿った方向の両端付近の2点と、a軸に沿った方向の両端付近の2点と、を含むことが好ましい。また、マスク層8の延在方向に垂直な方向、すなわちm軸に沿った方向のc面10fの周期性を把握するため、該m軸に沿った方向の測定点数を、a軸に沿った方向の測定点数以上とすることが好ましい。
基板10のオフ角を取得したら、当該基板10を作製した製造者は、例えば、基板10の主面10s内においてオフ角(θm,θa)が所定の条件を満たす領域の面積の、主面10sの全面積に対する割合に基づいて、基板10をランク付けして選別する。
次に、基板10上にIII族窒化物半導体からなる半導体機能層50をエピタキシャル成長させ、半導体積層物30を作製する。本実施形態では、半導体積層物30として、例えば、SBDを構成する積層物を作製する。
次に、例えば、半導体積層物30が提供されたユーザ側において、半導体積層物30を用いて、半導体装置40を作製する。
半導体装置40が作製されたら、基板10の主面10s内での位置(x,y)におけるオフ角(θm,θa)に基づいて半導体装置40を選別する半導体装置選別工程S600を行う。例えば、基板10の主面10s内での所定位置(x,y)においてオフ角(θm,θa)が所定の条件を満たすときに、当該所定位置における半導体装置40を選別してピックアップする。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
変形例1では、マスク層形成工程S210において、マスク層8の開口部8aをm軸に沿った方向に沿って延在するストライプ状とする。当該変形例1では、以下のような基板10を得ることができる。
変形例2では、c面成長工程S226において、c面成長層93の厚さを、上述の実施形態での基板10の厚さよりも薄くし、例えば、100μm以上200μm以下とする。その後、スライス工程S230および研磨工程S240を行わない。すなわち、c面成長層93から基板10を得ることなく、下地基板7と、マスク層8と、半導体層9と、を有する積層構造体を作製する(図11(a)の状態)。
変形例3では、c面成長工程S226において、c面成長層93の厚さを、1枚の基板10のみが得られる厚さとし、例えば、300μm以上700μm以下とする。その後、スライス工程S230および研磨工程S240を行うことで、1枚の基板10が得られる。なお、最終的な基板10の厚さは例えば250μm以上650μm以下とする。
(1−1)窒化物半導体基板作製用の積層構造体の作製
上述の実施形態の方法を用い、以下の条件および構成で、下地基板上に半導体層を成長させ、窒化物半導体基板作製用の積層構造体を作製した。
材質:GaN
作製方法:VAS法
直径:1インチ
厚さ:400μm
主面に対して最も近い低指数の結晶面:(0001)面
(マスク層)
マスク層の平面視形状:ストライプ状
マスク層の延在方向:a軸方向
マスク層の厚さ:1μm
マスク層の幅:10μm
マスク層のピッチ:200μm
(半導体層)
材質:GaN
成膜方法:HVPE法
半導体層の厚さ:約400μm
GaClガス流量:NH3ガス流量=1:1
成長温度:1015℃
成長時間:120min
(蛍光顕微鏡観察)
上述の積層構造体をa面からなる断面で劈開し、当該断面を蛍光顕微鏡により観察した。
走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、上述のa面からなる断面におけるカソードルミネッセンス(CL)像を観察した。
半導体層の主面において、X線回折のロッキングカーブ測定を行った。これにより、半導体層のc面の分布を把握するとともに、c面の曲率半径を求めた。なお、実験1で用いた下地基板と同等の下地基板を用い、該下地基板の主面において同様の測定を行い、下地基板のc面の曲率半径を求めた。
上述の積層構造体に対して、溶融KOHによるエッチング処理を施した。そして、半導体層の主面において、転位に対応して発生したエッチピットの密度を顕微鏡観察により測定することで、半導体層の主面における転位密度(平均転位密度)を測定した。
TEMを用いたLACBED法により、半導体層中の転位のバーガースベクトルの大きさを測定した。
(蛍光顕微鏡による観察像)
図13は、実施例に係る積層構造体のa面からなる断面における蛍光顕微鏡による観察像を示す図である。
図13に示すように、フォトルミネッセンス(PL)強度の違いにより、半導体層内に各層の存在を確認した。
図14は、実施例に係る積層構造体のa面からなる断面における走査型電子顕微鏡によるカソードルミネッセンス像を示す図である。
図14に示すように、CL像においても上述の蛍光顕微鏡による観察像と同様に、CL強度の違いにより、半導体層内に3次元成長層、高酸素濃度層、c面拡大層およびc面成長層の存在を確認した。
図15(a)は、下地基板のm軸に沿った方向に対してX線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図であり、図15(b)は、下地基板のa軸に沿った方向に対してX線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図であり、図15(c)は、半導体層のm軸に沿った方向に対してX線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図であり、図15(d)は、半導体層のa軸に沿った方向に対してX線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図である。図16(a)は、半導体層のm軸に沿った方向に対して、狭いピッチでX線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図であり、図16(b)は、半導体層のa軸に沿った方向に対して、狭いピッチでX線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図である。なお、図16の測定では、スリット幅を0.03mmとしたことから、X線のフットプリントは約0.1mmであった。
半導体層の主面における転位密度(の最大値)は、5.2×105cm−2であった。なお、下地基板の主面における転位密度がおよそ3×106cm−2であった。これにより、上述の製造方法により、半導体層の主面における転位密度を、下地基板の主面における転位密度よりも低くすることができたことを確認した。
TEMを用いたLACBED法により、半導体層中の転位のバーガースベクトルの大きさを測定した結果、転位のバーガースベクトルの大きさは、a、a+c、またはcのうちいずれかであった。この結果から、半導体層では、大きいバーガースベクトルを有する転位の生成を抑制することができたことを確認した。
(2−1)窒化物半導体基板および半導体積層物の作製
上述の実施形態の方法を用い、下地基板の構成が以下の構成である点を除いて、上述の(1−1)と同様に、下地基板上に半導体層を成長させた。そして、該半導体層をスライスすることで、窒化物半導体基板を作製した。
材質:GaN
作製方法:VAS法
直径:2インチ
厚さ:400μm
基板の導電型:n型
基板中のn型不純物:Si
基板中のn型不純物濃度:1×1018cm−3
主面に対して最も近い低指数の結晶面:c面
半導体機能層:(基板側から)下地n型半導体層、ドリフト層
下地n型半導体層の構成:SiドープGaN層
下地n型半導体層中のSi濃度:2×1018cm−3
下地n型半導体層の厚さ:2μm
ドリフト層の構成:SiドープGaN層
ドリフト層中のSi濃度:0.9×1016cm−3
ドリフト層の厚さ:13μm
(オフ角分布)
窒化物半導体基板の主面において、X線回折のロッキングカーブ測定を行うことで、窒化物半導体基板におけるオフ角分布を測定した。
原子間力顕微鏡(AFM)により、半導体積層物のうちの半導体機能層の主面の表面粗さを測定した。
(オフ角分布)
図17は、下地基板のオフ角分布と、実施例に係る窒化物半導体基板のオフ角分布と、領域A、領域Bおよび領域Cとの関係を示すオフ角座標マップである。
図17に示すオフ角座標マップに示すように、窒化物半導体基板のオフ角分布は、下地基板のオフ角分布よりも小さいことを確認した。また、該基板の主面全体が、領域B内に含まれ、上記式(2−1)および式(2−2)を満たしていることを確認した。すなわち、該基板の主面の全面積に対する、オフ角(θm,θa)が式(2−1)および式(2−2)を満たす領域(着色領域)の面積の割合は、約100%以上であることを確認した。
半導体積層物のうち、半導体機能層の主面の任意の位置において、表面粗さが約7nmであることを確認した。つまり、基板の全面に亘って、半導体機能層の表面モフォロジが良好となることを確認した。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
III族窒化物半導体の結晶からなり、最も近い低指数の結晶面が(0001)面である主面を有する窒化物半導体基板であって、
<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面は、前記主面に対して凹の球面状に湾曲し、
前記<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面の曲率半径は、他方の方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径と異なる
窒化物半導体基板。
前記<1−100>軸に沿った方向および前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか他方の方向の前記(0001)面は、該他方の方向に交互に配置される凸部および凹部を有する
付記1に記載の窒化物半導体基板。
前記<11−20>軸に沿った方向の前記(0001)面は、前記主面に対して凹の球面状に湾曲し、
前記<1−100>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径は、<11−20>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径よりも大きい
付記1又は2に記載の窒化物半導体基板。
前記<1−100>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径は、前記<11−20>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径の1.5倍以上である
付記3に記載の窒化物半導体基板。
前記<1−100>軸に沿った方向の前記(0001)面は、前記主面に対して凹の球面状に湾曲し、
前記<11−20>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径は、前記<1−100>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径よりも大きい
付記1又は2に記載の窒化物半導体基板。
前記<11−20>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径は、前記<1−100>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径の1.5倍以上である
付記5に記載の窒化物半導体基板。
前記主面は、前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角の大きさが0となる領域を含まない
付記1〜6のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角のうち前記<1−100>軸に沿った方向成分をθm、前記オフ角のうち前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向成分をθaとしたときに、
前記主面の少なくとも一部における前記オフ角(θm,θa)は、以下の式(1)を満たす
付記1〜7のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
0.0784≦θm 2+θa 2≦0.578 ・・・(1)
前記主面の少なくとも中心における前記オフ角(θm,θa)は、前記式(1)を満たす
付記8に記載の窒化物半導体基板。
前記主面の全面積に対する、前記オフ角(θm,θa)が前記式(1)を満たす領域の面積の割合は、50%超である
付記8又は9に記載の窒化物半導体基板。
前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角のうち前記<1−100>軸に沿った方向成分をθm、前記オフ角のうち前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向成分をθaとしたときに、
前記主面の少なくとも一部における前記オフ角(θm,θa)は、以下の式(2−1)および式(2−2)を満たす
付記1〜7のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
0.47≦θm≦0.71 ・・・(2−1)
−0.20≦θa≦0.26 ・・・(2−2)
前記主面の少なくとも中心における前記オフ角(θm,θa)は、前記式(2−1)および前記式(2−2)を満たす
付記11に記載の窒化物半導体基板。
前記主面の全面積に対する、前記オフ角(θm,θa)が前記式(2−1)および前記式(2−2)を満たす領域の面積の割合は、50%超である
付記11又は12に記載の窒化物半導体基板。
前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角のうち前記<1−100>軸に沿った方向成分をθm、前記オフ角のうち前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向成分をθaとしたときに、
前記主面の少なくとも一部における前記オフ角(θm,θa)は、以下の式(3−1)および式(3−2)を満たす
付記1〜7のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
−0.05≦θm≦0.21 ・・・(3−1)
0.36≦θa≦0.65 ・・・(3−2)
前記主面の少なくとも中心における前記オフ角(θm,θa)は、前記式(3−1)および前記式(3−2)を満たす
付記14に記載の窒化物半導体基板。
前記主面の全面積に対する、前記オフ角(θm,θa)が前記式(3−1)および前記(3−2)を満たす領域の面積の割合は、50%超である
付記14又は15に記載の窒化物半導体基板。
前記(0001)面の曲率半径は、10m以上である
付記1〜16のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
前記窒化物半導体基板の直径をD(mm)としたときに、
前記主面内において、前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角の最大最小差は、D/500°以内である
付記1〜17のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
前記<0001>軸に沿った方向に延在する複数の転位を有し、
前記<11−20>軸方向の格子定数をa、前記<0001>軸の格子定数をcとしたときに、
前記複数の転位のそれぞれのバーガースベクトルの大きさは、a、a+c、またはcのうちいずれかである
付記1〜18のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
前記主面内の転位密度は、1×106cm−2未満である
付記1〜19のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
前記主面内に、高転位密度領域と、低転位密度領域と、を有し、
前記低転位密度領域内の転位密度は、1×105cm−2未満である
付記1〜20のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
前記低転位密度領域は、50μm角以上の無転位領域を含む
付記1〜21のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板。
III族窒化物半導体の結晶からなり、最も近い低指数の結晶面が(0001)面である主面を有する窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体機能層と、
を有し、
前記窒化物半導体基板では、
<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面は、前記主面に対して凹の球面状に湾曲し、
前記<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面の曲率半径は、他方の方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径と異なる
半導体積層物。
前記窒化物半導体基板の前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角のうち<1−100>軸に沿った方向成分をθm、前記オフ角のうち前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向成分をθaとしたときに、
前記窒化物半導体基板の前記主面の全面積に対する、前記オフ角(θm,θa)が前記式(2−1)および前記式(2−2)を満たす領域の面積の割合は、50%超であり、
前記半導体機能層の主面の全面積に対する、前記半導体機能層の主面の算術平均粗さRaが30nm以下である領域の面積の割合は、50%超である
付記23に記載の半導体積層物。
0.47≦θm≦0.71 ・・・(2−1)
−0.20≦θa≦0.26 ・・・(2−2)
前記窒化物半導体基板の前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角のうち<1−100>軸に沿った方向成分をθm、前記オフ角のうち前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向成分をθaとしたときに、
前記窒化物半導体基板の前記主面の全面積に対する、前記オフ角(θm,θa)が前記式(3−1)および前記(3−2)を満たす領域の面積の割合は、50%超であり、
前記半導体機能層の主面の全面積に対する、前記半導体機能層の主面の算術平均粗さRaが30nm以下である領域の面積の割合は、50%超である
付記23に記載の半導体積層物。
−0.05≦θm≦0.21 ・・・(3−1)
0.36≦θa≦0.65 ・・・(3−2)
III族窒化物半導体からなり、主面に対して最も近い低指数の結晶面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した(0001)面である下地基板と、
前記下地基板上に設けられ、所定の開口部を有するマスク層と、
III族窒化物半導体からなり、前記下地基板上に前記マスク層の前記開口部を介して設けられる半導体層と、
を有し、
前記半導体層での前記(0001)面の曲率半径は、前記下地基板での前記(0001)面の曲率半径よりも大きい
積層構造体。
III族窒化物半導体からなり、主面に対して最も近い低指数の結晶面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した(0001)面である下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に所定の開口部を有するマスク層を形成する工程と、
III族窒化物半導体からなる半導体層を、前記下地基板上に前記マスク層の前記開口部を介して成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物半導体基板を作製する工程と、
を有し、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層での前記(0001)面の曲率半径を、前記下地基板での前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
窒化物半導体基板の製造方法。
前記マスク層を形成する工程では、
前記マスク層の前記開口部を、<1−100>軸に沿った方向または前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向のうちのいずれかの一方の方向に沿って延在するストライプ状とし、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層において、前記<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面の曲率半径を、他方の方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径と異ならせる
付記27に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層のうち、前記<1−100>軸に沿った方向および前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか他方の方向の前記(0001)面に、該他方の方向に交互に配置される凸部および凹部を形成する
付記28に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
前記マスク層を形成する工程では、
前記マスク層の前記開口部を、前記<11−20>軸に沿った方向に沿って延在するストライプ状とし、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層において、前記<1−100>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径を、前記<11−20>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
付記28又は29に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
前記マスク層を形成する工程では、
前記マスク層の前記開口部を、前記<1−100>軸に沿った方向に沿って延在するストライプ状とし、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層において、前記<11−20>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径を、前記<1−100>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
付記28又は29に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
前記半導体層を成長させる工程は、
前記マスク層の前記開口部内に露出した前記下地基板上に前記半導体層を3次元成長させ、前記(0001)面以外のファセットを露出させる3次元成長工程と、
前記(0001)面を拡大させながら前記半導体層を成長させ、前記(0001)面以外の前記ファセットを消失させるc面拡大工程と、
前記(0001)面を成長面として、前記半導体層を前記下地基板の前記主面の法線方向に成長させるc面成長工程と、
を有し、
前記3次元成長工程および前記c面拡大工程では、
前記(0001)面以外の前記ファセットを成長面として成長させた部分に酸素を取り込み、前記半導体層内に他の部分よりも酸素濃度が高い高酸素濃度層を形成する
付記27〜31のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
前記3次元成長工程では、
前記下地基板の前記主面の上方に行くにしたがって、前記(0001)面を徐々に縮小させ、最終的に前記(0001)面を消失させ、
前記c面拡大工程では、
前記高酸素濃度層を前記半導体層内で前記下地基板の前記主面に沿った方向に連続させて形成する
付記32に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
少なくとも前記3次元成長工程では、
前記下地基板の前記主面の上方に行くにしたがって、該下地基板の前記主面に対する、前記(0001)面以外の前記ファセットがなす傾斜角を徐々に小さくする
付記32又は33に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
前記3次元成長工程、前記c面拡大工程および前記c面成長工程では、
所定の成長温度を維持させる
付記32〜34のいずれか1つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
III族窒化物半導体からなり、主面に対して最も近い低指数の結晶面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した(0001)面である下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に所定の開口部を有するマスク層を形成する工程と、
III族窒化物半導体からなる半導体層を、前記下地基板上に前記マスク層の前記開口部を介して成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物半導体基板を作製する工程と、
前記窒化物半導体基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体機能層をエピタキシャル成長させ、半導体積層物を作製する工程と、
を有し、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層での前記(0001)面の曲率半径を、前記下地基板での前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
半導体積層物の製造方法。
III族窒化物半導体からなり、主面に対して最も近い低指数の結晶面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した(0001)面である下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に所定の開口部を有するマスク層を形成する工程と、
III族窒化物半導体からなる半導体層を、前記下地基板上に前記マスク層の前記開口部を介して成長させ、積層構造体を作製する工程と、
前記積層構造体上に、III族窒化物半導体からなる半導体機能層をエピタキシャル成長させ、半導体積層物を作製する工程と、
を有し、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層での前記(0001)面の曲率半径を、前記下地基板での前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
半導体積層物の製造方法。
10c c軸
10f c面
10s 主面
30 半導体積層物
40 半導体装置
50 半導体機能層
Claims (24)
- III族窒化物半導体の結晶からなり、最も近い低指数の結晶面が(0001)面である主面を有する窒化物半導体基板であって、
<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面は、前記主面に対して凹の球面状に湾曲し、
前記<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面の曲率半径は、他方の方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径と異なる
窒化物半導体基板。 - 前記<1−100>軸に沿った方向および前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか他方の方向の前記(0001)面は、該他方の方向に交互に配置される凸部および凹部を有する
請求項1に記載の窒化物半導体基板。 - 前記<11−20>軸に沿った方向の前記(0001)面は、前記主面に対して凹の球面状に湾曲し、
前記<1−100>軸に沿った方向の前記(0001)面の少なくとも一部の曲率半径は、前記<11−20>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径よりも大きい
請求項1又は2に記載の窒化物半導体基板。 - 前記<1−100>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径は、前記<11−20>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径の1.5倍以上である
請求項3に記載の窒化物半導体基板。 - 前記<1−100>軸に沿った方向の前記(0001)面は、前記主面に対して凹の球面状に湾曲し、
前記<11−20>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径は、前記<1−100>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径よりも大きい
請求項1又は2に記載の窒化物半導体基板。 - 前記<11−20>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径は、前記<1−100>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径の1.5倍以上である
請求項5に記載の窒化物半導体基板。 - 前記(0001)面の曲率半径は、10m以上である
請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板。 - 前記窒化物半導体基板の直径をD(mm)としたときに、
前記主面内において、前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角の最大最小差は、D/500°以内である
請求項1〜7のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板。 - 前記<0001>軸に沿った方向に延在する複数の転位を有し、
前記<11−20>軸方向の格子定数をa、前記<0001>軸の格子定数をcとしたときに、
前記複数の転位のそれぞれのバーガースベクトルの大きさは、a、a+c、またはcのうちいずれかである
請求項1〜8のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板。 - III族窒化物半導体の結晶からなり、最も近い低指数の結晶面が(0001)面である主面を有する窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体機能層と、
を有し、
前記窒化物半導体基板では、
<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面は、前記主面に対して凹の球面状に湾曲し、
前記<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面の曲率半径は、他方の方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径と異なる
半導体積層物。 - 前記窒化物半導体基板の前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角のうち<1−100>軸に沿った方向成分をθm、前記オフ角のうち前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向成分をθaとしたときに、
前記窒化物半導体基板の前記主面の全面積に対する、前記オフ角(θm,θa)が前記式(2−1)および前記式(2−2)を満たす領域の面積の割合は、50%超であり、
前記半導体機能層の主面の全面積に対する、前記半導体機能層の主面の算術平均粗さRaが30nm以下である領域の面積の割合は、50%超である
請求項10に記載の半導体積層物。
0.47≦θm≦0.71 ・・・(2−1)
−0.20≦θa≦0.26 ・・・(2−2) - 前記窒化物半導体基板の前記主面の法線に対する前記結晶の<0001>軸のオフ角のうち<1−100>軸に沿った方向成分をθm、前記オフ角のうち前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向成分をθaとしたときに、
前記窒化物半導体基板の前記主面の全面積に対する、前記オフ角(θm,θa)が前記式(3−1)および前記(3−2)を満たす領域の面積の割合は、50%超であり、
前記半導体機能層の主面の全面積に対する、前記半導体機能層の主面の算術平均粗さRaが30nm以下である領域の面積の割合は、50%超である
請求項10に記載の半導体積層物。
−0.05≦θm≦0.21 ・・・(3−1)
0.36≦θa≦0.65 ・・・(3−2) - III族窒化物半導体からなり、主面に対して最も近い低指数の結晶面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した(0001)面である下地基板と、
前記下地基板上に設けられ、所定の開口部を有するマスク層と、
III族窒化物半導体からなり、前記下地基板上に前記マスク層の前記開口部を介して設けられる半導体層と、
を有し、
前記半導体層での前記(0001)面の曲率半径は、前記下地基板での前記(0001)面の曲率半径よりも大きい
積層構造体。 - III族窒化物半導体からなり、主面に対して最も近い低指数の結晶面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した(0001)面である下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に所定の開口部を有するマスク層を形成する工程と、
III族窒化物半導体からなる半導体層を、前記下地基板上に前記マスク層の前記開口部を介して成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物半導体基板を作製する工程と、
を有し、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層での前記(0001)面の曲率半径を、前記下地基板での前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記マスク層を形成する工程では、
前記マスク層の前記開口部を、<1−100>軸に沿った方向または前記<1−100>軸に直交する<11−20>軸に沿った方向のうちのいずれか一方の方向に沿って延在するストライプ状とし、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層において、前記<1−100>軸に沿った方向および前記<1−100>軸に直交する前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか一方の方向の前記(0001)面の曲率半径を、他方の方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径と異ならせる
請求項14に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層のうち、前記<1−100>軸に沿った方向および前記<11−20>軸に沿った方向のうちいずれか他方の方向の前記(0001)面に、該他方の方向に交互に配置される凸部および凹部を形成する
請求項15に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記マスク層を形成する工程では、
前記マスク層の前記開口部を、前記<11−20>軸に沿った方向に沿って延在するストライプ状とし、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層において、前記<1−100>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径を、前記<11−20>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
請求項15又は16に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記マスク層を形成する工程では、
前記マスク層の前記開口部を、前記<1−100>軸に沿った方向に沿って延在するストライプ状とし、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層において、前記<11−20>軸に沿った方向の少なくとも一部の前記(0001)面の曲率半径を、前記<1−100>軸に沿った方向の前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
請求項15又は16に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記半導体層を成長させる工程は、
前記マスク層の前記開口部内に露出した前記下地基板上に前記半導体層を3次元成長させ、前記(0001)面以外のファセットを露出させる3次元成長工程と、
前記(0001)面を拡大させながら前記半導体層を成長させ、前記(0001)面以外の前記ファセットを消失させるc面拡大工程と、
前記(0001)面を成長面として、前記半導体層を前記下地基板の前記主面の法線方向に成長させるc面成長工程と、
を有し、
前記3次元成長工程および前記c面拡大工程では、
前記(0001)面以外の前記ファセットを成長面として成長させた部分に酸素を取り込み、前記半導体層内に他の部分よりも酸素濃度が高い高酸素濃度層を形成する
請求項15〜18のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記3次元成長工程では、
前記下地基板の前記主面の上方に行くにしたがって、前記(0001)面を徐々に縮小させ、最終的に前記(0001)面を消失させ、
前記c面拡大工程では、
前記高酸素濃度層を前記半導体層内で前記下地基板の前記主面に沿った方向に連続させて形成する
請求項19に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - 少なくとも前記3次元成長工程では、
前記下地基板の前記主面の上方に行くにしたがって、該下地基板の前記主面に対する、前記(0001)面以外の前記ファセットの傾斜角を徐々に小さくする
請求項19又は20に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - 前記3次元成長工程、前記c面拡大工程および前記c面成長工程では、
所定の成長温度を維持させる
請求項19〜21のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - III族窒化物半導体からなり、主面に対して最も近い低指数の結晶面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した(0001)面である下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に所定の開口部を有するマスク層を形成する工程と、
III族窒化物半導体からなる半導体層を、前記下地基板上に前記マスク層の前記開口部を介して成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物半導体基板を作製する工程と、
前記窒化物半導体基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体機能層をエピタキシャル成長させ、半導体積層物を作製する工程と、
を有し、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層での前記(0001)面の曲率半径を、前記下地基板での前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
半導体積層物の製造方法。 - III族窒化物半導体からなり、主面に対して最も近い低指数の結晶面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した(0001)面である下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に所定の開口部を有するマスク層を形成する工程と、
III族窒化物半導体からなる半導体層を、前記下地基板上に前記マスク層の前記開口部を介して成長させ、積層構造体を作製する工程と、
前記積層構造体上に、III族窒化物半導体からなる半導体機能層をエピタキシャル成長させ、半導体積層物を作製する工程と、
を有し、
前記半導体層を成長させる工程では、
前記半導体層での前記(0001)面の曲率半径を、前記下地基板での前記(0001)面の曲率半径よりも大きくする
半導体積層物の製造方法。
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