JP2023092416A - Nitride semiconductor substrate and method for manufacturing the same - Google Patents

Nitride semiconductor substrate and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

To provide a nitride semiconductor substrate having small warp and less dislocation, excellent crystallinity and including a group III nitride semiconductor layer, and a method for manufacturing the same.SOLUTION: A nitride semiconductor substrate includes a group III nitride semiconductor layer including GaN on a support substrate. The support substrate includes: a composite substrate obtained by laminating a plurality of layers including a polycrystal ceramic core, a first adhesive layer bonded to the entire polycrystal ceramic core, a second adhesive layer laminated on the entire first adhesive layer and a barrier layer bonded to the entire second adhesive layer; and a group III nitride semiconductor seed crystal layer bonded on the composite substrate through a planarization layer and including at least GaN. The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the GaN (0002) growth plane of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is 550 arcsec or less in a XRD half value width.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

半導体薄膜製造方法のひとつであるMOCVD法は、大口径化や量産性に優れており、均質な薄膜結晶を成膜できるため、広く用いられている。GaNに代表される窒化物半導体はシリコン単結晶の材料としての限界を超える次世代の半導体材料として期待されている。 The MOCVD method, which is one of semiconductor thin film manufacturing methods, is widely used because it is excellent in large diameter and mass productivity, and can form homogeneous thin film crystals. Nitride semiconductors typified by GaN are expected to be next-generation semiconductor materials that exceed the limits of silicon single crystal materials.

GaNは飽和電子速度が大きいという特性から高周波動作可能なデバイスの作製が可能であり、また絶縁破壊電界も大きいことから、高出力での動作が可能である。また、軽量化や小型化、低消費電力化も見込める。 GaN has a characteristic of a high saturated electron velocity, so it is possible to fabricate a device capable of operating at high frequencies, and since it has a large breakdown electric field, it can operate at a high output. In addition, weight reduction, miniaturization, and low power consumption can be expected.

近年、5G等に代表されるような通信速度の高速化、またそれ伴う高出力化の要求により、高周波、且つ高出力で動作可能なGaN HEMTが注目されている。 In recent years, GaN HEMTs capable of operating at high frequencies and high power have been attracting attention due to the demand for higher communication speeds as typified by 5G and the accompanying demands for higher power.

GaNデバイスを作製するためのGaNエピタキシャルウェーハに用いられる基板としては、シリコン単結晶基板が最も安価であり且つ大口径化に有利である。また、熱伝導率が高く放熱性が良いことから、SiC基板も用いられている。しかし、これらの基板は、GaNとの熱膨張係数が異なるため、エピタキシャル成膜後の冷却工程で応力が印加しクラックが発生しやすい。また強い応力が印加していることで、デバイスプロセス中にウェーハ割れが発生してしまう事がある。また、厚いGaNを成膜する事が不可能であり、エピタキシャル層内に複雑な応力緩和層を成膜してもクラックフリーではせいぜい5μm程度が限界である。 As a substrate used for a GaN epitaxial wafer for fabricating a GaN device, a silicon single crystal substrate is the cheapest and advantageous for increasing the diameter. SiC substrates are also used because of their high thermal conductivity and good heat dissipation. However, since these substrates have different coefficients of thermal expansion from GaN, stress is applied in the cooling process after the epitaxial film formation, and cracks are likely to occur. In addition, the application of strong stress may cause wafer cracking during the device process. In addition, it is impossible to form a thick GaN film, and even if a complicated stress relaxation layer is formed in the epitaxial layer, the crack-free thickness is at most about 5 μm.

GaN基板はGaNエピタキシャル成長層と同じ(または非常に近い)熱膨張係数を有する為、上記のようなクラックの問題や、反りによるウェーハ割れの問題は発生しにくい。また、GaN基板と、エピタキシャル成長させるGaN層は、格子定数差が極めて小さいため、格子定数差による転位の発生・結晶性の悪化という問題も解決される。 Since the GaN substrate has the same (or very close to) thermal expansion coefficient as that of the GaN epitaxial growth layer, the problem of cracks as described above and the problem of wafer breakage due to warpage are less likely to occur. Moreover, since the difference in lattice constant between the GaN substrate and the epitaxially grown GaN layer is extremely small, the problem of generation of dislocations and deterioration of crystallinity due to the difference in lattice constant can be solved.

しかし自立GaN基板は作製が困難であるだけでなく、極めて高価であり口径の大きい基板が作製できない事から、量産化には不適切である。 However, the self-supporting GaN substrate is not only difficult to produce, but also extremely expensive and cannot be produced with a large diameter, so it is not suitable for mass production.

そのため、大口径で且つGaNと熱膨張係数が近いGaNエピタキシャル用の大口径基板(以下、GaN用支持基板、または単に成長基板)が開発されている。一般的なGaN用支持基板は、多結晶セラミックコア、第1の接着層、導電層、第2の接着層、バリア層、を含む支持構造と、該支持構造の片面に積層された平坦化層、該平坦化層に積層された単結晶シリコン層により構成される。尚、導電層は成膜されない、または片側のみに成膜される場合もある。もしくは、バリア層のさらに裏面に導電層が成膜される場合もある。 Therefore, a large-diameter substrate for GaN epitaxial use (hereinafter referred to as a support substrate for GaN or simply a growth substrate) having a large diameter and a coefficient of thermal expansion close to that of GaN has been developed. A typical support substrate for GaN includes a support structure including a polycrystalline ceramic core, a first adhesion layer, a conductive layer, a second adhesion layer, a barrier layer, and a planarization layer laminated on one side of the support structure. , a single-crystal silicon layer stacked on the planarization layer. Incidentally, the conductive layer may not be formed, or may be formed only on one side. Alternatively, a conductive layer may be formed further on the rear surface of the barrier layer.

このGaN用支持基板を用いることで、大口径で且つエピタキシャル膜厚が厚く、且つクラックの発生しないGaNエピタキシャル基板を作製できる。また、GaNと熱膨張係数差が極めて小さい事から、GaN成長中や冷却中に反りが発生しにくいため、成膜後の基板の反りを小さく制御できるだけでなく、エピタキシャル成長層中に複雑な応力緩和層を設ける必要が無いため、エピタキシャル成膜時間が短くなり、エピタキシャル成長に要するコストを大幅に削減できる。 By using this GaN supporting substrate, a GaN epitaxial substrate having a large diameter, a large epitaxial film thickness, and no cracks can be produced. In addition, since the difference in thermal expansion coefficient from GaN is extremely small, it is difficult for warping to occur during GaN growth and cooling. Since there is no need to provide a layer, the epitaxial film formation time is shortened, and the cost required for epitaxial growth can be greatly reduced.

さらに、GaN用支持基板は大部分がセラミックスであるため、基板自体が非常に硬く塑性変形しにくい事に加え、口径の大きいシリコン単結晶基板に窒化物半導体を成長させた際に発生するウェーハ割れが発生しない。 Furthermore, since most of the supporting substrate for GaN is made of ceramics, the substrate itself is very hard and is resistant to plastic deformation. does not occur.

特許文献1には、GaNと熱膨張係数が近い、貼り合わせ基板(GaN用支持基板)の技術が公開されている。 Patent Literature 1 discloses a technology of a bonded substrate (support substrate for GaN) having a coefficient of thermal expansion close to that of GaN.

GaN用支持基板は、熱膨張係数差による成長中の反りの問題は発生しにくいが、表層はシリコン層で構成されているため、GaN層との格子定数差が生じ結晶欠陥(転位)が発生しやすくなる。その結果GaN用支持基板上に成膜したGaNエピタキシャル層の結晶性は、支持基板としてシリコン単結晶基板を用いた場合と大きく変わらない。 The support substrate for GaN is unlikely to warp during growth due to the difference in thermal expansion coefficient, but since the surface layer is composed of a silicon layer, a difference in lattice constant from the GaN layer occurs and crystal defects (dislocations) occur. easier to do. As a result, the crystallinity of the GaN epitaxial layer formed on the supporting substrate for GaN is not significantly different from that in the case of using a silicon single crystal substrate as the supporting substrate.

特許文献2には、パルスレーザー光線を照射することによって、サファイア基板とGaN層とを剥離する方法が記載されている。 Patent Document 2 describes a method for separating a sapphire substrate and a GaN layer by irradiating a pulsed laser beam.

特許文献3には、半導体薄膜をレーザービーム処理等によって剥離し、別基板に張り合わせる方法が記載されている。 Patent Document 3 describes a method of peeling off a semiconductor thin film by laser beam processing or the like and bonding it to another substrate.

特表2019-523994号公報Japanese Patent Publication No. 2019-523994 特開2013-21225号公報JP 2013-21225 A 特開2010-161355号公報JP 2010-161355 A

しかし、特許文献1から3の何れにも、GaN用支持基板上に成膜するGaNエピタキシャル層の結晶性を向上させるための方策は記載も示唆もされていない。 However, none of Patent Documents 1 to 3 describes or suggests measures for improving the crystallinity of a GaN epitaxial layer formed on a GaN support substrate.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、反りが少なく転位の発生が少なく、結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を含む窒化物半導体基板、およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a nitride semiconductor substrate including a Group III nitride semiconductor layer with less warpage, less dislocations, and good crystallinity, and a method for manufacturing the same. for the purpose.

上記課題を解決するために、本発明では、支持基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板であって、
前記支持基板は、
多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に接合された第1の接着層、該第1の接着層全体に積層された第2の接着層、および前記第2の接着層全体に結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板と、
前記複合基板上に平坦化層を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層と
を含み、
前記III族窒化物半導体層は、前記III族窒化物半導体種結晶層上に形成されており、前記III族窒化物半導体種結晶層のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下のものであることを特徴とする窒化物半導体基板を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a nitride semiconductor substrate in which a group III nitride semiconductor layer containing GaN is formed on a support substrate,
The support substrate is
a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a second adhesive layer laminated over the first adhesive layer, and bonded over the second adhesive layer a composite substrate in which a plurality of layers including a barrier layer are laminated;
a Group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN, which is bonded onto the composite substrate via a planarization layer;
The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is the XRD half width Provided is a nitride semiconductor substrate characterized in that it is 550 arcsec or less at .

このように種結晶のGaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層形成された窒化物半導体基板であれば、転位密度が極めて少なく結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を有するものとすることができ、デバイスの特性を向上できる。 Thus, any nitride semiconductor substrate in which a group III nitride semiconductor layer is formed on a group III nitride semiconductor seed crystal layer in which the crystallinity of the (0002) growth surface of GaN of the seed crystal is 550 arcsec or less in XRD half-value width. For example, it is possible to have a Group III nitride semiconductor layer with extremely low dislocation density and excellent crystallinity, thereby improving device characteristics.

また、本発明の窒化物半導体基板であれば、複数の層が積層された複合基板を含む支持基板を含むことにより、熱膨張係数差によるIII族窒化物半導体層のエピタキシャル成長中の反りを小さくすることができるので、クラックを含まずに厚さの大きなIII族窒化物半導体層を有することができる。そのため、III族窒化物半導体層を最終的に支持基板から剥離し、自立基板として使用する事もできる。 Further, if the nitride semiconductor substrate of the present invention includes a support substrate including a composite substrate in which a plurality of layers are laminated, warping during epitaxial growth of the group III nitride semiconductor layer due to a difference in thermal expansion coefficient is reduced. Therefore, it is possible to have a thick Group III nitride semiconductor layer without cracks. Therefore, the group III nitride semiconductor layer can be finally separated from the support substrate and used as a free-standing substrate.

また、本発明では、支持基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板であって、
前記支持基板は、
多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層全体に結合されたバリア層、該バリア層の裏面に結合された第2の接着層、および該第2の接着層の裏面に結合された導電層を含む複数の層が積層された複合基板と、
前記複合基板上に、該複合基板の表面のみに結合された平坦化層を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層と
を含み、
前記III族窒化物半導体層は、前記III族窒化物半導体種結晶層上に形成されており、前記III族窒化物半導体種結晶層のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下のものであることを特徴とする窒化物半導体基板を提供する。
Further, in the present invention, a nitride semiconductor substrate in which a Group III nitride semiconductor layer containing GaN is formed on a support substrate,
The support substrate is
a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a barrier layer bonded over the first adhesive layer, a second adhesive layer bonded to the back surface of the barrier layer; and a composite substrate laminated with a plurality of layers including a conductive layer bonded to the back surface of the second adhesive layer;
a Group III nitride semiconductor seed crystal layer comprising at least GaN, bonded onto the composite substrate via a planarization layer bonded only to the surface of the composite substrate;
The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is the XRD half width Provided is a nitride semiconductor substrate characterized in that it is 550 arcsec or less at .

このように種結晶のGaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層形成された窒化物半導体基板であれば、転位密度が極めて少なく結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を有するものとすることができ、デバイスの特性を向上できる。 Thus, any nitride semiconductor substrate in which a group III nitride semiconductor layer is formed on a group III nitride semiconductor seed crystal layer in which the crystallinity of the (0002) growth surface of GaN of the seed crystal is 550 arcsec or less in XRD half-value width. For example, it is possible to have a Group III nitride semiconductor layer with extremely low dislocation density and excellent crystallinity, thereby improving device characteristics.

また、この窒化物半導体基板であれば、複数の層が積層された複合基板を含む支持基板を含むことにより、熱膨張係数差によるIII族窒化物半導体層のエピタキシャル成長中の反りを小さくすることができるので、クラックを含まずに厚さの大きなIII族窒化物半導体層を有することができる。そのため、III族窒化物半導体層を最終的に支持基板から剥離し、自立基板として使用する事もできる。 In addition, if this nitride semiconductor substrate includes a supporting substrate including a composite substrate in which a plurality of layers are laminated, it is possible to reduce warping during epitaxial growth of the group III nitride semiconductor layer due to a difference in thermal expansion coefficient. Therefore, it is possible to have a thick Group III nitride semiconductor layer without cracks. Therefore, the group III nitride semiconductor layer can be finally separated from the support substrate and used as a free-standing substrate.

そして、上記支持基板を含む本発明の窒化物半導体基板であれば、支持基板の表面側導電層によるリークパスが生じず、高周波特性に優れたものとすることができる。 Further, with the nitride semiconductor substrate of the present invention including the above-described support substrate, no leakage path is generated due to the surface-side conductive layer of the support substrate, and excellent high-frequency characteristics can be obtained.

また、本発明では、支持基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板であって、
前記支持基板は、
多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層の裏面に結合された導電層、該導電層の裏面に結合された第2の接着層、並びに該第1の接着層の表面および側面と前記導電層の側面と前記第2の接着層の側面および裏面とに結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板と、
前記複合基板上に、該複合基板の表面のみに結合された平坦化層を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層と
を含み、
前記III族窒化物半導体層は、前記III族窒化物半導体種結晶層上に形成されており、前記III族窒化物半導体種結晶層のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下のものであることを特徴とする窒化物半導体基板を提供する。
Further, in the present invention, a nitride semiconductor substrate in which a Group III nitride semiconductor layer containing GaN is formed on a support substrate,
The support substrate is
A polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a conductive layer bonded to the back surface of the first adhesive layer, and a second adhesive layer bonded to the back surface of the conductive layer. and a barrier layer bonded to the front and side surfaces of the first adhesive layer, the side surfaces of the conductive layer, and the side and back surfaces of the second adhesive layer;
a Group III nitride semiconductor seed crystal layer comprising at least GaN, bonded onto the composite substrate via a planarization layer bonded only to the surface of the composite substrate;
The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is the XRD half width Provided is a nitride semiconductor substrate characterized in that it is 550 arcsec or less at .

このように種結晶のGaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層形成された窒化物半導体基板であれば、転位密度が極めて少なく結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を有するものとすることができ、デバイスの特性を向上できる。 Thus, any nitride semiconductor substrate in which a group III nitride semiconductor layer is formed on a group III nitride semiconductor seed crystal layer in which the crystallinity of the (0002) growth surface of GaN of the seed crystal is 550 arcsec or less in XRD half-value width. For example, it is possible to have a Group III nitride semiconductor layer with extremely low dislocation density and excellent crystallinity, thereby improving device characteristics.

また、このような窒化物半導体基板であれば、複数の層が積層された複合基板を含む支持基板を含むことにより、熱膨張係数差によるIII族窒化物半導体層のエピタキシャル成長中の反りを小さくすることができるので、クラックを含まずに厚さの大きなIII族窒化物半導体層を有することができる。そのため、III族窒化物半導体層を最終的に支持基板から剥離し、自立基板として使用する事もできる。 Further, if such a nitride semiconductor substrate is used, warping during epitaxial growth of the group III nitride semiconductor layer due to a difference in thermal expansion coefficient is reduced by including a supporting substrate including a composite substrate in which a plurality of layers are laminated. Therefore, it is possible to have a thick Group III nitride semiconductor layer without cracks. Therefore, the group III nitride semiconductor layer can be finally separated from the support substrate and used as a free-standing substrate.

そして、上記支持基板を含む本発明の窒化物半導体基板であれば、支持基板の表面側導電層によるリークパスが生じず、高周波特性に優れたものとすることができる。 Further, with the nitride semiconductor substrate of the present invention including the above-described support substrate, no leakage path is generated due to the surface-side conductive layer of the support substrate, and excellent high-frequency characteristics can be obtained.

前記III族窒化物半導体層は、GaNの他、AlNおよびAlGaNの1種以上を含むものとすることができる。 The Group III nitride semiconductor layer may contain GaN, as well as one or more of AlN and AlGaN.

このように、III族窒化物半導体層は、GaN以外の窒化物を含むこともできる。 Thus, the III-nitride semiconductor layer can also contain nitrides other than GaN.

前記多結晶セラミックコアが、窒化アルミニウムを含むものとすることが好ましい。 The polycrystalline ceramic core preferably contains aluminum nitride.

多結晶セラミックコアが窒化アルミニウムを含むものであれば熱膨張係数差を極めて小さくできる。 If the polycrystalline ceramic core contains aluminum nitride, the difference in thermal expansion coefficient can be made extremely small.

前記第1の接着層および前記第2の接着層のそれぞれは、テトラエチルオルトシリケートおよび/または酸化ケイ素を含み、前記バリア層は窒化ケイ素を含むものであることが好ましい。 Preferably, each of the first adhesion layer and the second adhesion layer contains tetraethylorthosilicate and/or silicon oxide, and the barrier layer contains silicon nitride.

第1の接着層および第2の接着層は、例えば上記化合物を含むことができる。また、バリア層が上記化合物を含むものであれば、複合基板の内部からのIII族窒化物半導体層への不純物の移動を十分にブロックすることができる。 The first adhesive layer and the second adhesive layer can contain, for example, the compounds described above. Moreover, if the barrier layer contains the above compound, it can sufficiently block the movement of impurities from the inside of the composite substrate to the Group III nitride semiconductor layer.

前記第1の接着層および前記第2の接着層のそれぞれは50~200nmの厚さを有し、前記バリア層は100nm~1500nmの厚さを有するものであることが好ましい。 Preferably, each of the first adhesion layer and the second adhesion layer has a thickness of 50-200 nm, and the barrier layer has a thickness of 100 nm-1500 nm.

第1の接着層および第2の接着層のそれぞれの厚さが上記範囲内であれば上下の層を十分な力で接着し、より確実に反りを抑制することができる。また、バリア層の厚さが上記範囲内であれば、複合基板の内部からのIII族窒化物半導体層への不純物の移動を十分にブロックすることができる。 If the thickness of each of the first adhesive layer and the second adhesive layer is within the above range, the upper and lower layers can be adhered with sufficient force, and warping can be suppressed more reliably. Moreover, if the thickness of the barrier layer is within the above range, it is possible to sufficiently block the movement of impurities from the inside of the composite substrate to the Group III nitride semiconductor layer.

前記平坦化層は、テトラエチルオルトシリケート、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、および酸窒化ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種を含み、500nm~3000nmの厚さを有するものであることが好ましい。 The planarization layer preferably contains at least one selected from the group consisting of tetraethylorthosilicate, silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride, and has a thickness of 500 nm to 3000 nm. .

このような平坦化層を含むものであれば、より確実に反りを抑制することができると共に、より良好な結晶性を有するIII族窒化物半導体層を含むことができる。また、表面の凹凸を十分に平坦化できる。 If such a flattening layer is included, it is possible to more reliably suppress warping and include a Group III nitride semiconductor layer having better crystallinity. Moreover, the unevenness of the surface can be sufficiently flattened.

前記III族窒化物半導体種結晶層は、100nm以上の厚さを有するものであってもよい。 The III-nitride semiconductor seed crystal layer may have a thickness of 100 nm or more.

III族窒化物半導体種結晶層は、例えば100nm以上の厚さを有することができる。 The III-nitride semiconductor seed crystal layer can have a thickness of, for example, 100 nm or more.

前記複合基板が、前記第1の接着層と前記第2の接着層との間に、前記第1の接着層の全体もしくは片側に積層された導電層を更に有するものであることが好ましい。 It is preferable that the composite substrate further has a conductive layer laminated on the whole or one side of the first adhesive layer between the first adhesive layer and the second adhesive layer.

このような導電層を含むことにより、導電性を有する部分を含む窒化物半導体基板とすることができる。 By including such a conductive layer, a nitride semiconductor substrate including a conductive portion can be obtained.

前記導電層は、50nm~500nmの厚さを有するものであることが好ましい。 The conductive layer preferably has a thickness of 50 nm to 500 nm.

導電層の厚さがこの範囲であれば、反りの発生を抑制しながら、優れた導電性を有する部分を含む窒化物半導体基板とすることができる。 If the thickness of the conductive layer is within this range, it is possible to obtain a nitride semiconductor substrate including a portion having excellent conductivity while suppressing the occurrence of warpage.

前記複合基板が、前記III族窒化物半導体種結晶層が接合されていない裏面側表面に積層された裏面導電層を更に有するものであることが好ましい。 It is preferable that the composite substrate further includes a back conductive layer laminated on the back surface to which the group III nitride semiconductor seed crystal layer is not bonded.

このような裏面導電層を更に有するものであれば、裏面が導電性を有する窒化物半導体基板とすることができる。 If it further has such a back surface conductive layer, it can be a nitride semiconductor substrate having a conductive back surface.

また、本発明では、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、
(1)接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、シリコン単結晶基板、または複数の層が積層された出発複合基板上に出発平坦化層を介して出発種結晶層としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板を、成長基板として準備する工程、
(2)前記成長基板上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である前記III族窒化物半導体種結晶層を含む接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程、
(3)前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記III族窒化物半導体種結晶層との界面近傍にレーザーを照射して、剥離層を形成する工程、
(4)前記出発複合基板とは別の複合基板として、多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に接合された第1の接着層、該第1の接着層全体に積層された第2の接着層、および前記第2の接着層全体に結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板を準備し、該複合基板上に平坦化層を積層する工程、
(5)工程(4)で準備した前記複合基板上に積層した前記平坦化層と前記接合用III族窒化物半導体基板の前記III族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程、
(6)前記剥離層で前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜を分割して、前記成長基板の一部を前記接合基板から剥離する工程、
(7)剥離面を研磨することで、前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記接合基板に残った部分を除去して、前記複合基板と、前記複合基板上に平坦化層を介して接合された前記III族窒化物半導体種結晶層とを含む支持基板を得る工程、および
(8)前記支持基板の前記III族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程
を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法を提供する。
Further, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate comprising epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN,
(1) In order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, a silicon single crystal thin film is formed as a starting seed crystal layer on a silicon single crystal substrate or a starting composite substrate having a plurality of layers laminated via a starting planarization layer. providing a starting support substrate to which is bonded as a growth substrate;
(2) The group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN is epitaxially grown on the growth substrate so that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for bonding comprising a semiconductor seed crystal layer;
(3) The vicinity of the interface of the group III nitride semiconductor substrate for bonding between the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film and the group III nitride semiconductor seed crystal layer is irradiated with a laser to form a peeling layer. process,
(4) As a composite substrate different from the starting composite substrate, a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded to the entire polycrystalline ceramic core, and a second adhesive layer laminated to the entire first adhesive layer. providing a composite substrate laminated with a plurality of layers including an adhesive layer and a barrier layer bonded over the second adhesive layer, and laminating a planarization layer on the composite substrate;
(5) bonding the planarizing layer laminated on the composite substrate prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the group III nitride semiconductor substrate for bonding to form a bonding substrate; the step of obtaining
(6) separating the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film of the group III nitride semiconductor substrate for bonding by the peeling layer, and peeling a part of the growth substrate from the bonding substrate;
(7) polishing the peeled surface to remove a portion of the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate; (8) a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate; is epitaxially grown to manufacture a nitride semiconductor substrate.

このような窒化物半導体基板の製造方法であれば、GaNを含み、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させるため、種結晶層とエピタキシャル成長層であるIII族窒化物半導体層との格子不整合が発生せず、転位密度の少ない、すなわち結晶性の良いIII族窒化物半導体層を成膜することができる。また、これを繰り返すことによって、より転位の少ないIII族窒化物半導体層を成膜できる。 With such a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, GaN is contained on the group III nitride semiconductor seed crystal layer in which the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. Since the Group III nitride semiconductor layer is epitaxially grown, no lattice mismatch occurs between the seed crystal layer and the Group III nitride semiconductor layer which is the epitaxial growth layer, and the Group III nitride semiconductor has a low dislocation density, that is, good crystallinity. Layers can be deposited. Further, by repeating this, a Group III nitride semiconductor layer with fewer dislocations can be formed.

また、この方法で成膜したIII族窒化物半導体層は転位が少ないので厚く積層できる。そして、複数の層が積層された複合基板を含む支持基板を支持基板として用いるので、熱膨張係数差によるIII族窒化物半導体層の成長中の反りを小さくすることができ、クラックを含まずに厚さの大きなIII族窒化物半導体層を形成することができる。そのため、III族窒化物半導体層を最終的に支持基板から剥離し、自立基板として使用する事ができる。 Moreover, since the group III nitride semiconductor layer formed by this method has few dislocations, it can be laminated thickly. Since the support substrate including the composite substrate in which a plurality of layers are laminated is used as the support substrate, warping during the growth of the group III nitride semiconductor layer due to the difference in thermal expansion coefficient can be reduced, and cracks are not included. A thick Group III nitride semiconductor layer can be formed. Therefore, the group III nitride semiconductor layer can be finally separated from the support substrate and used as a free-standing substrate.

また、成長基板として上記出発支持基板を用いた場合、接合基板からシリコン単結晶薄膜を分割することで出発支持基板を剥離するため、剥離された出発支持基板表層に再度シリコン単結晶を貼り合わせることで得られた基板を、再度出発支持基板として利用可能となり、コスト削減のメリットを得ることができる。 Further, when the starting support substrate is used as the growth substrate, the starting support substrate is separated by separating the silicon single crystal thin film from the bonding substrate. The substrate obtained in (1) can be used again as a starting support substrate, and the merit of cost reduction can be obtained.

工程(4)において、前記複合基板として、前記第1の接着層と前記第2の接着層との間に、前記第1の接着層の全体もしくは片側に積層された導電層を更に有するものを準備することが好ましい。 In step (4), the composite substrate further has a conductive layer laminated on the whole or one side of the first adhesive layer between the first adhesive layer and the second adhesive layer. Preparation is preferred.

このようにすれば、導電性を有する部分を含む窒化物半導体基板を製造することができる。 In this way, a nitride semiconductor substrate including a conductive portion can be manufactured.

また、本発明では、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、
(1)接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、シリコン単結晶基板、または複数の層が積層された出発複合基板上に出発平坦化層を介して出発種結晶層としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板を、成長基板として準備する工程、
(2)前記成長基板上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である前記III族窒化物半導体種結晶層を含む接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程、
(3)前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記III族窒化物半導体種結晶層との界面近傍にレーザーを照射して、剥離層を形成する工程、
(4)前記出発複合基板とは別の複合基板として、多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層全体に結合されたバリア層、該バリア層の裏面に結合された第2の接着層、および該第2の接着層の裏面に結合された導電層を含む複数の層が積層された複合基板を準備し、該複合基板の表面上のみに平坦化層を積層する工程、
(5)工程(4)で準備した前記複合基板上に積層した前記平坦化層と前記接合用III族窒化物半導体基板の前記III族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程、
(6)前記剥離層で前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜を分割して、前記成長基板の一部を前記接合基板から剥離する工程、
(7)剥離面を研磨することで、前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記接合基板に残った部分を除去して、前記複合基板と、前記複合基板上に平坦化層を介して接合された前記III族窒化物半導体種結晶層とを含む支持基板を得る工程、および
(8)前記支持基板の前記III族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程
を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法を提供する。
Further, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate comprising epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN,
(1) In order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, a silicon single crystal thin film is formed as a starting seed crystal layer on a silicon single crystal substrate or a starting composite substrate having a plurality of layers laminated via a starting planarization layer. providing a starting support substrate to which is bonded as a growth substrate;
(2) The group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN is epitaxially grown on the growth substrate so that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for bonding comprising a semiconductor seed crystal layer;
(3) The vicinity of the interface of the group III nitride semiconductor substrate for bonding between the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film and the group III nitride semiconductor seed crystal layer is irradiated with a laser to form a peeling layer. process,
(4) as a composite substrate separate from the starting composite substrate, a polycrystalline ceramic core, a first adhesion layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a barrier layer bonded over the first adhesion layer; providing a composite substrate laminated with a plurality of layers including a second adhesive layer bonded to the back surface of the barrier layer and a conductive layer bonded to the back surface of the second adhesive layer; laminating a planarization layer only on top;
(5) bonding the planarizing layer laminated on the composite substrate prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the group III nitride semiconductor substrate for bonding to form a bonding substrate; the step of obtaining
(6) separating the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film of the group III nitride semiconductor substrate for bonding by the peeling layer, and peeling a part of the growth substrate from the bonding substrate;
(7) polishing the peeled surface to remove a portion of the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate; (8) a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate; is epitaxially grown to manufacture a nitride semiconductor substrate.

このような窒化物半導体基板の製造方法であれば、GaNを含み、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させるため、種結晶層とエピタキシャル成長層であるIII族窒化物半導体層との格子不整合が発生せず、転位密度の少ない、すなわち結晶性の良いIII族窒化物半導体層を成膜することができる。また、これを繰り返すことによって、より転位の少ないIII族窒化物半導体層を成膜できる。 With such a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, GaN is contained on the group III nitride semiconductor seed crystal layer in which the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. Since the Group III nitride semiconductor layer is epitaxially grown, no lattice mismatch occurs between the seed crystal layer and the Group III nitride semiconductor layer which is the epitaxial growth layer, and the Group III nitride semiconductor has a low dislocation density, that is, good crystallinity. Layers can be deposited. Further, by repeating this, a Group III nitride semiconductor layer with fewer dislocations can be formed.

また、この方法で成膜したIII族窒化物半導体層は転位が少ないので厚く積層できる。そして、複数の層が積層された複合基板を含む支持基板を支持基板として用いるので、熱膨張係数差によるIII族窒化物半導体層の成長中の反りを小さくすることができ、クラックを含まずに厚さの大きなIII族窒化物半導体層を形成することができる。そのため、III族窒化物半導体層を最終的に支持基板から剥離し、自立基板として使用する事ができる。 Moreover, since the group III nitride semiconductor layer formed by this method has few dislocations, it can be laminated thickly. Since the support substrate including the composite substrate in which a plurality of layers are laminated is used as the support substrate, warping during the growth of the group III nitride semiconductor layer due to the difference in thermal expansion coefficient can be reduced, and cracks are not included. A thick Group III nitride semiconductor layer can be formed. Therefore, the group III nitride semiconductor layer can be finally separated from the support substrate and used as a free-standing substrate.

また、成長基板として上記出発支持基板を用いた場合、接合基板からシリコン単結晶薄膜を分割することで出発支持基板を剥離するため、剥離された出発支持基板表層に再度シリコン単結晶を貼り合わせることで得られた基板を、再度出発支持基板として利用可能となり、コスト削減のメリットを得ることができる。 Further, when the starting support substrate is used as the growth substrate, the starting support substrate is separated by separating the silicon single crystal thin film from the bonding substrate. The substrate obtained in (1) can be used again as a starting support substrate, and the merit of cost reduction can be obtained.

そして、このような窒化物半導体基板の製造方法であれば、支持基板の表面側導電層によるリークパスが生じず、高周波特性に優れた窒化物半導体基板を製造することができる。 With such a nitride semiconductor substrate manufacturing method, it is possible to manufacture a nitride semiconductor substrate excellent in high-frequency characteristics without causing a leakage path due to the surface-side conductive layer of the supporting substrate.

また、本発明では、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、
(1)接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、シリコン単結晶基板、または複数の層が積層された出発複合基板上に出発平坦化層を介して出発種結晶層としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板を、成長基板として準備する工程、
(2)前記成長基板上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である前記III族窒化物半導体種結晶層を含む接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程、
(3)前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記III族窒化物半導体種結晶層との界面近傍にレーザーを照射して、剥離層を形成する工程、
(4)前記出発複合基板とは別の複合基板として、多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層の裏面に結合された導電層、該導電層の裏面に結合された第2の接着層、並びに該第1の接着層の表面および側面と前記導電層の側面と前記第2の接着層の側面および裏面とに結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板を準備し、該複合基板の表面上のみに平坦化層を積層する工程、
(5)工程(4)で準備した前記複合基板上に積層した前記平坦化層と前記接合用III族窒化物半導体基板の前記III族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程、
(6)前記剥離層で前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜を分割して、前記成長基板の一部を前記接合基板から剥離する工程、
(7)剥離面を研磨することで、前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記接合基板に残った部分を除去して、前記複合基板と、前記複合基板上に平坦化層を介して接合された前記III族窒化物半導体種結晶層とを含む支持基板を得る工程、および
(8)前記支持基板の前記III族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程
を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法を提供する。
Further, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate comprising epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN,
(1) In order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, a silicon single crystal thin film is formed as a starting seed crystal layer on a silicon single crystal substrate or a starting composite substrate having a plurality of layers laminated via a starting planarization layer. providing a starting support substrate to which is bonded as a growth substrate;
(2) The group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN is epitaxially grown on the growth substrate so that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for bonding comprising a semiconductor seed crystal layer;
(3) The vicinity of the interface of the group III nitride semiconductor substrate for bonding between the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film and the group III nitride semiconductor seed crystal layer is irradiated with a laser to form a peeling layer. process,
(4) a composite substrate separate from the starting composite substrate, comprising a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded to the entire polycrystalline ceramic core, and a conductive layer bonded to the back surface of the first adhesive layer; , a second adhesive layer bonded to the back surface of the conductive layer, and a barrier bonded to the front and side surfaces of the first adhesive layer, the side surfaces of the conductive layer, and the side and back surface of the second adhesive layer. preparing a composite substrate in which a plurality of layers including a layer are laminated, and laminating a planarization layer only on the surface of the composite substrate;
(5) bonding the planarizing layer laminated on the composite substrate prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the group III nitride semiconductor substrate for bonding to form a bonding substrate; the step of obtaining
(6) separating the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film of the group III nitride semiconductor substrate for bonding by the peeling layer, and peeling a part of the growth substrate from the bonding substrate;
(7) polishing the peeled surface to remove a portion of the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate; (8) a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate; is epitaxially grown to manufacture a nitride semiconductor substrate.

このような窒化物半導体基板の製造方法であれば、GaNを含み、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させるため、種結晶層とエピタキシャル成長層であるIII族窒化物半導体層との格子不整合が発生せず、転位密度の少ない、すなわち結晶性の良いIII族窒化物半導体層を成膜することができる。また、これを繰り返すことによって、より転位の少ないIII族窒化物半導体層を成膜できる。 With such a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, GaN is contained on the group III nitride semiconductor seed crystal layer in which the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. Since the Group III nitride semiconductor layer is epitaxially grown, no lattice mismatch occurs between the seed crystal layer and the Group III nitride semiconductor layer which is the epitaxial growth layer, and the Group III nitride semiconductor has a low dislocation density, that is, good crystallinity. Layers can be deposited. Further, by repeating this, a Group III nitride semiconductor layer with fewer dislocations can be formed.

また、この方法で成膜したIII族窒化物半導体層は転位が少ないので厚く積層できる。そして、複数の層が積層された複合基板を含む支持基板を支持基板として用いるので、熱膨張係数差によるIII族窒化物半導体層の成長中の反りを小さくすることができ、クラックを含まずに厚さの大きなIII族窒化物半導体層を形成することができる。そのため、III族窒化物半導体層を最終的に支持基板から剥離し、自立基板として使用する事ができる。 Moreover, since the group III nitride semiconductor layer formed by this method has few dislocations, it can be laminated thickly. Since the support substrate including the composite substrate in which a plurality of layers are laminated is used as the support substrate, warping during the growth of the group III nitride semiconductor layer due to the difference in thermal expansion coefficient can be reduced, and cracks are not included. A thick Group III nitride semiconductor layer can be formed. Therefore, the group III nitride semiconductor layer can be finally separated from the support substrate and used as a free-standing substrate.

また、成長基板として上記出発支持基板を用いた場合、接合基板からシリコン単結晶薄膜を分割することで出発支持基板を剥離するため、剥離された出発支持基板表層に再度シリコン単結晶を貼り合わせることで得られた基板を、再度出発支持基板として利用可能となり、コスト削減のメリットを得ることができる。 Further, when the starting support substrate is used as the growth substrate, the starting support substrate is separated by separating the silicon single crystal thin film from the bonding substrate. The substrate obtained in (1) can be used again as a starting support substrate, and the merit of cost reduction can be obtained.

そして、このような窒化物半導体基板の製造方法でも、支持基板の表面側導電層によるリークパスが生じず、高周波特性に優れた窒化物半導体基板を製造することができる。 Also, with such a nitride semiconductor substrate manufacturing method, it is possible to manufacture a nitride semiconductor substrate excellent in high-frequency characteristics without causing a leakage path due to the surface-side conductive layer of the support substrate.

工程(3)において使用する前記レーザーの波長を360nm以上1100nm以下とすることが好ましい。 It is preferable that the wavelength of the laser used in step (3) is 360 nm or more and 1100 nm or less.

このようにすれば、成長基板のシリコン単結晶薄膜またはシリコン単結晶基板の界面付近を狙って確実に剥離層を形成できる。 In this way, the peeling layer can be reliably formed targeting the vicinity of the interface of the silicon single crystal thin film of the growth substrate or the silicon single crystal substrate.

以上のように、本発明の窒化物半導体基板であれば、反りが少なく転位の発生が少なく、結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を含むものとすることができる。 As described above, the nitride semiconductor substrate of the present invention can include a Group III nitride semiconductor layer with less warpage, less dislocations, and better crystallinity.

また、本発明の窒化物半導体基板の製造方法であれば、反りが少なく転位の発生が少なく、結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を含む窒化物半導体基板を製造することができる。 Further, according to the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention, it is possible to manufacture a nitride semiconductor substrate containing a Group III nitride semiconductor layer with less warpage, less occurrence of dislocations, and good crystallinity.

本発明の窒化物半導体基板の一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a nitride semiconductor substrate of the present invention; FIG. 本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第1実施形態の一部のフロー図である。1 is a partial flow diagram of a first embodiment of a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention; FIG. 本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第1実施形態で用いる出発支持基板の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a starting support substrate used in the first embodiment of the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention; FIG. 本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第1実施形態の一部のフロー図である。1 is a partial flow diagram of a first embodiment of a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention; FIG. 本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第1実施形態の一部のフロー図である。1 is a partial flow diagram of a first embodiment of a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention; FIG. 本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第1実施形態の一部のフロー図である。1 is a partial flow diagram of a first embodiment of a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention; FIG. 本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第2実施形態の一部のフロー図である。FIG. 6 is a partial flow diagram of a second embodiment of the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention; 本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第2実施形態の一部のフロー図である。FIG. 6 is a partial flow diagram of a second embodiment of the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention; 本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第2実施形態の一部のフロー図である。FIG. 6 is a partial flow diagram of a second embodiment of the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention; 本発明の窒化物半導体基板の他の例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the nitride semiconductor substrate of the present invention; 本発明の窒化物半導体基板の他の例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the nitride semiconductor substrate of the present invention;

上述のように、反りが少なく転位の発生が少なく、結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を含む窒化物半導体基板、およびその製造方法の開発が求められていた。 As described above, there has been a demand for development of a nitride semiconductor substrate including a Group III nitride semiconductor layer with less warpage, less occurrence of dislocations, and good crystallinity, and a method for manufacturing the same.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、複合基板と、複合基板上に平坦化膜を介して接合され、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層と、III族窒化物半導体種結晶層上に形成されたIII族窒化物半導体層とを含む窒化物半導体基板であれば、転位密度が極めて少なく結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を有することができ、且つ反りが少ない窒化物半導体基板とすることができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN, which is bonded to a composite substrate via a planarizing film on the composite substrate, is 550 arcsec or less in XRD half-value width. and a group III nitride semiconductor layer formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, the dislocation density is extremely low and the crystallinity is high. The inventors have found that a nitride semiconductor substrate having a good group III nitride semiconductor layer and less warpage can be obtained, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、支持基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板であって、
前記支持基板は、
多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に接合された第1の接着層、該第1の接着層全体に積層された第2の接着層、および前記第2の接着層全体に結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板と、
前記複合基板上に平坦化層を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層と
を含み、
前記III族窒化物半導体層は、前記III族窒化物半導体種結晶層上に形成されており、前記III族窒化物半導体種結晶層のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下のものであることを特徴とする窒化物半導体基板である。
That is, the present invention provides a nitride semiconductor substrate having a group III nitride semiconductor layer containing GaN formed on a support substrate,
The support substrate is
a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a second adhesive layer laminated over the first adhesive layer, and bonded over the second adhesive layer a composite substrate in which a plurality of layers including a barrier layer are laminated;
a Group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN, which is bonded onto the composite substrate via a planarization layer;
The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is the XRD half width 1. A nitride semiconductor substrate characterized by being 550 arcsec or less at .

また、本発明は、支持基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板であって、
前記支持基板は、
多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層全体に結合されたバリア層、該バリア層の裏面に結合された第2の接着層、および該第2の接着層の裏面に結合された導電層を含む複数の層が積層された複合基板と、
前記複合基板上に、該複合基板の表面のみに結合された平坦化層を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層と
を含み、
前記III族窒化物半導体層は、前記III族窒化物半導体種結晶層上に形成されており、前記III族窒化物半導体種結晶層のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下のものであることを特徴とする窒化物半導体基板である。
The present invention also provides a nitride semiconductor substrate having a group III nitride semiconductor layer containing GaN formed on a support substrate,
The support substrate is
a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a barrier layer bonded over the first adhesive layer, a second adhesive layer bonded to the back surface of the barrier layer; and a composite substrate laminated with a plurality of layers including a conductive layer bonded to the back surface of the second adhesive layer;
a Group III nitride semiconductor seed crystal layer comprising at least GaN, bonded onto the composite substrate via a planarization layer bonded only to the surface of the composite substrate;
The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is the XRD half width 1. A nitride semiconductor substrate characterized by being 550 arcsec or less at .

また、本発明は、支持基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板であって、
前記支持基板は、
多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層の裏面に結合された導電層、該導電層の裏面に結合された第2の接着層、並びに該第1の接着層の表面および側面と前記導電層の側面と前記第2の接着層の側面および裏面とに結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板と、
前記複合基板上に、該複合基板の表面のみに結合された平坦化層を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層と
を含み、
前記III族窒化物半導体層は、前記III族窒化物半導体種結晶層上に形成されており、前記III族窒化物半導体種結晶層のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下のものであることを特徴とする窒化物半導体基板である
The present invention also provides a nitride semiconductor substrate having a group III nitride semiconductor layer containing GaN formed on a support substrate,
The support substrate is
A polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a conductive layer bonded to the back surface of the first adhesive layer, and a second adhesive layer bonded to the back surface of the conductive layer. and a barrier layer bonded to the front and side surfaces of the first adhesive layer, the side surfaces of the conductive layer, and the side and back surfaces of the second adhesive layer;
a Group III nitride semiconductor seed crystal layer comprising at least GaN, bonded onto the composite substrate via a planarization layer bonded only to the surface of the composite substrate;
The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is the XRD half width A nitride semiconductor substrate characterized by being 550 arcsec or less at

また、本発明は、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、
(1)接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、シリコン単結晶基板、または複数の層が積層された出発複合基板上に出発平坦化層を介して出発種結晶層としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板を、成長基板として準備する工程、
(2)前記成長基板上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である前記III族窒化物半導体種結晶層を含む接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程、
(3)前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記III族窒化物半導体種結晶層との界面近傍にレーザーを照射して、剥離層を形成する工程、
(4)前記出発複合基板とは別の複合基板として、多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に接合された第1の接着層、該第1の接着層全体に積層された第2の接着層、および前記第2の接着層全体に結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板を準備し、該複合基板上に平坦化層を積層する工程、
(5)工程(4)で準備した前記複合基板上に積層した前記平坦化層と前記接合用III族窒化物半導体基板の前記III族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程、
(6)前記剥離層で前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜を分割して、前記成長基板の一部を前記接合基板から剥離する工程、
(7)剥離面を研磨することで、前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記接合基板に残った部分を除去して、前記複合基板と、前記複合基板上に平坦化層を介して接合された前記III族窒化物半導体種結晶層とを含む支持基板を得る工程、および
(8)前記支持基板の前記III族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程
を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法である。
The present invention also provides a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, comprising epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN,
(1) In order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, a silicon single crystal thin film is formed as a starting seed crystal layer on a silicon single crystal substrate or a starting composite substrate having a plurality of layers laminated via a starting planarization layer. providing a starting support substrate to which is bonded as a growth substrate;
(2) The group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN is epitaxially grown on the growth substrate so that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for bonding comprising a semiconductor seed crystal layer;
(3) The vicinity of the interface of the group III nitride semiconductor substrate for bonding between the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film and the group III nitride semiconductor seed crystal layer is irradiated with a laser to form a peeling layer. process,
(4) As a composite substrate different from the starting composite substrate, a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded to the entire polycrystalline ceramic core, and a second adhesive layer laminated to the entire first adhesive layer. providing a composite substrate laminated with a plurality of layers including an adhesive layer and a barrier layer bonded over the second adhesive layer, and laminating a planarization layer on the composite substrate;
(5) bonding the planarizing layer laminated on the composite substrate prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the group III nitride semiconductor substrate for bonding to form a bonding substrate; the step of obtaining
(6) separating the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film of the group III nitride semiconductor substrate for bonding by the peeling layer, and peeling a part of the growth substrate from the bonding substrate;
(7) polishing the peeled surface to remove a portion of the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate; (8) a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate; is epitaxially grown to manufacture a nitride semiconductor substrate.

また、本発明は、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、
(1)接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、シリコン単結晶基板、または複数の層が積層された出発複合基板上に出発平坦化層を介して出発種結晶層としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板を、成長基板として準備する工程、
(2)前記成長基板上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である前記III族窒化物半導体種結晶層を含む接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程、
(3)前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記III族窒化物半導体種結晶層との界面近傍にレーザーを照射して、剥離層を形成する工程、
(4)前記出発複合基板とは別の複合基板として、多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層全体に結合されたバリア層、該バリア層の裏面に結合された第2の接着層、および該第2の接着層の裏面に結合された導電層を含む複数の層が積層された複合基板を準備し、該複合基板の表面上のみに平坦化層を積層する工程、
(5)工程(4)で準備した前記複合基板上に積層した前記平坦化層と前記接合用III族窒化物半導体基板の前記III族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程、
(6)前記剥離層で前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜を分割して、前記成長基板の一部を前記接合基板から剥離する工程、
(7)剥離面を研磨することで、前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記接合基板に残った部分を除去して、前記複合基板と、前記複合基板上に平坦化層を介して接合された前記III族窒化物半導体種結晶層とを含む支持基板を得る工程、および
(8)前記支持基板の前記III族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程
を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法である。
The present invention also provides a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, comprising epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN,
(1) In order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, a silicon single crystal thin film is formed as a starting seed crystal layer on a silicon single crystal substrate or a starting composite substrate having a plurality of layers laminated via a starting planarization layer. providing a starting support substrate to which is bonded as a growth substrate;
(2) The group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN is epitaxially grown on the growth substrate so that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for bonding comprising a semiconductor seed crystal layer;
(3) The vicinity of the interface of the group III nitride semiconductor substrate for bonding between the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film and the group III nitride semiconductor seed crystal layer is irradiated with a laser to form a peeling layer. process,
(4) as a composite substrate separate from the starting composite substrate, a polycrystalline ceramic core, a first adhesion layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a barrier layer bonded over the first adhesion layer; providing a composite substrate laminated with a plurality of layers including a second adhesive layer bonded to the back surface of the barrier layer and a conductive layer bonded to the back surface of the second adhesive layer; laminating a planarization layer only on top;
(5) bonding the planarizing layer laminated on the composite substrate prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the group III nitride semiconductor substrate for bonding to form a bonding substrate; the step of obtaining
(6) separating the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film of the group III nitride semiconductor substrate for bonding by the peeling layer, and peeling a part of the growth substrate from the bonding substrate;
(7) polishing the peeled surface to remove a portion of the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate; (8) a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate; is epitaxially grown to manufacture a nitride semiconductor substrate.

また、本発明は、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、
(1)接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、シリコン単結晶基板、または複数の層が積層された出発複合基板上に出発平坦化層を介して出発種結晶層としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板を、成長基板として準備する工程、
(2)前記成長基板上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である前記III族窒化物半導体種結晶層を含む接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程、
(3)前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記III族窒化物半導体種結晶層との界面近傍にレーザーを照射して、剥離層を形成する工程、
(4)前記出発複合基板とは別の複合基板として、多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層の裏面に結合された導電層、該導電層の裏面に結合された第2の接着層、並びに該第1の接着層の表面および側面と前記導電層の側面と前記第2の接着層の側面および裏面とに結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板を準備し、該複合基板の表面上のみに平坦化層を積層する工程、
(5)工程(4)で準備した前記複合基板上に積層した前記平坦化層と前記接合用III族窒化物半導体基板の前記III族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程、
(6)前記剥離層で前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜を分割して、前記成長基板の一部を前記接合基板から剥離する工程、
(7)剥離面を研磨することで、前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記接合基板に残った部分を除去して、前記複合基板と、前記複合基板上に平坦化層を介して接合された前記III族窒化物半導体種結晶層とを含む支持基板を得る工程、および
(8)前記支持基板の前記III族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程
を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法である。
The present invention also provides a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, comprising epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN,
(1) In order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, a silicon single crystal thin film is formed as a starting seed crystal layer on a silicon single crystal substrate or a starting composite substrate having a plurality of layers laminated via a starting planarization layer. providing a starting support substrate to which is bonded as a growth substrate;
(2) The group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN is epitaxially grown on the growth substrate so that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for bonding comprising a semiconductor seed crystal layer;
(3) The vicinity of the interface of the group III nitride semiconductor substrate for bonding between the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film and the group III nitride semiconductor seed crystal layer is irradiated with a laser to form a peeling layer. process,
(4) a composite substrate separate from the starting composite substrate, comprising a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded to the entire polycrystalline ceramic core, and a conductive layer bonded to the back surface of the first adhesive layer; , a second adhesive layer bonded to the back surface of the conductive layer, and a barrier bonded to the front and side surfaces of the first adhesive layer, the side surfaces of the conductive layer, and the side and back surface of the second adhesive layer. preparing a composite substrate in which a plurality of layers including a layer are laminated, and laminating a planarization layer only on the surface of the composite substrate;
(5) bonding the planarizing layer laminated on the composite substrate prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the group III nitride semiconductor substrate for bonding to form a bonding substrate; the step of obtaining
(6) separating the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film of the group III nitride semiconductor substrate for bonding by the peeling layer, and peeling a part of the growth substrate from the bonding substrate;
(7) polishing the peeled surface to remove a portion of the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate; (8) a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate; is epitaxially grown to manufacture a nitride semiconductor substrate.

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

[窒化物半導体基板]
図1に、本発明の窒化物半導体基板の一例の概略断面図を示す。
[Nitride semiconductor substrate]
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an example of the nitride semiconductor substrate of the present invention.

図1に示す窒化物半導体基板100は、支持基板10と、支持基板10上に形成されたIII族窒化物半導体層20とを含む。 A nitride semiconductor substrate 100 shown in FIG. 1 includes a support substrate 10 and a Group III nitride semiconductor layer 20 formed on the support substrate 10 .

支持基板10は、複合基板6と、この複合基板6上に平坦化膜7を介して接合されたIII族窒化物半導体種結晶層8とを含む。 Support substrate 10 includes composite substrate 6 and group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 bonded onto composite substrate 6 via planarization film 7 .

複合基板6は、多結晶セラミックコア1、該多結晶セラミックコア1全体に接合された第1の接着層2、該第1の接着層2全体に積層された第2の接着層4、および第2の接着層4全体に結合されたバリア層5を含む複数の層が積層されている。図1に示す例では、複合基板6は、任意の層として、第1の接着層2と第2の接着層4との間に、第1の接着層2の全体に積層された導電層3を更に有している。 The composite substrate 6 includes a polycrystalline ceramic core 1, a first adhesive layer 2 bonded to the entire polycrystalline ceramic core 1, a second adhesive layer 4 laminated to the entire first adhesive layer 2, and a second A plurality of layers are laminated including a barrier layer 5 bonded over two adhesive layers 4 . In the example shown in FIG. 1, the composite substrate 6 includes, as an arbitrary layer, a conductive layer 3 laminated over the entire first adhesive layer 2 between the first adhesive layer 2 and the second adhesive layer 4. further has

図1に示す例では、複合基板6の片側のみに、平坦化層7を介してIII族窒化物半導体種結晶層8が接合されている。 In the example shown in FIG. 1 , a Group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 is bonded to only one side of the composite substrate 6 with a planarization layer 7 interposed therebetween.

III族窒化物半導体種結晶層8は、少なくともGaNを含む。また、III族窒化物半導体種結晶層8のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD(X-ray Diffraction:X線回折)半値幅で550arcsec以下である。 Group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 contains at least GaN. In addition, the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 is 550 arcsec or less in XRD (X-ray Diffraction) half width.

このようなIII族窒化物半導体種結晶層8上に、III族窒化物半導体層20が形成されている。III族窒化物半導体層20は、GaNを含む。 A group III nitride semiconductor layer 20 is formed on such a group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 . Group III nitride semiconductor layer 20 contains GaN.

本発明の窒化物半導体基板100では、III族窒化物半導体層20が、種結晶のGaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層8上にエピタキシャル形成されていることにより、転位密度が極めて少なく、良好な結晶性を示すことができる。その結果、本発明の窒化物半導体基板100では、デバイスの特性を向上できる。 In the nitride semiconductor substrate 100 of the present invention, the group III nitride semiconductor layer 20 is a group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 in which the crystallinity of the (0002) growth surface of GaN of the seed crystal is 550 arcsec or less in XRD half width. Due to the epitaxial formation above, the dislocation density is extremely low and good crystallinity can be exhibited. As a result, the nitride semiconductor substrate 100 of the present invention can improve device characteristics.

また、本発明の窒化物半導体基板100は、上記の通り複数の層が積層された複合基板6を含む支持基板10を含むことにより、熱膨張係数差によるIII族窒化物半導体層8のエピタキシャル成長中の反りを小さくすることができるので、クラックを含まずに厚さの大きなIII族窒化物半導体層20を有することができる。そのため、III族窒化物半導体層20を最終的に支持基板10から剥離し、自立基板として使用する事もできる。 In addition, the nitride semiconductor substrate 100 of the present invention includes the support substrate 10 including the composite substrate 6 in which a plurality of layers are laminated as described above, so that during the epitaxial growth of the group III nitride semiconductor layer 8 due to the difference in thermal expansion coefficient warpage can be reduced, a thick group III nitride semiconductor layer 20 can be obtained without cracks. Therefore, the group III nitride semiconductor layer 20 can be finally separated from the support substrate 10 and used as a free-standing substrate.

以下、図1に示す窒化物半導体基板100をより詳細に説明する。 The nitride semiconductor substrate 100 shown in FIG. 1 will be described in more detail below.

多結晶セラミックコア1は、例えば、窒化アルミニウムを含むものとすることができる。多結晶セラミックコア1が窒化アルミニウムを含むものであれば、熱膨張係数差を極めて小さくできる。 The polycrystalline ceramic core 1 may contain, for example, aluminum nitride. If the polycrystalline ceramic core 1 contains aluminum nitride, the difference in thermal expansion coefficient can be made extremely small.

このような多結晶セラミックコア1は、焼結助剤によって例えば1800℃の高温で焼結され、約600~1150μmの厚さを有することができる。基本的にはシリコン基板のSEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)規格の厚さで形成される場合が多い。 Such a polycrystalline ceramic core 1 can be sintered at a high temperature of eg 1800° C. with a sintering aid and have a thickness of about 600-1150 μm. Basically, it is often formed with a thickness of the SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) standard for a silicon substrate.

第1の接着層2および第2の接着層4は、例えば、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)層もしくは酸化ケイ素(SiO)層、またはその両方を含む層であり得る。第1の接着層2および第2の接着層4は、それぞれ、LPCVD(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition:減圧化学気相成長)プロセスやCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)プロセス等によって堆積され、おおよそ50~200nmの厚さを有することができる。 The first adhesion layer 2 and the second adhesion layer 4 can be layers comprising, for example, a tetraethylorthosilicate (TEOS) layer or a silicon oxide ( SiO2 ) layer, or both. The first adhesion layer 2 and the second adhesion layer 4 are respectively deposited by an LPCVD (Low-Pressure Chemical Vapor Deposition) process, a CVD (Chemical Vapor Deposition) process, or the like. , can have a thickness of approximately 50-200 nm.

導電層3は、例えばポリシリコンを含み、例えばLPCVDプロセス等によって堆積される。導電層3は、導電性を付与するための層であり、例えばホウ素(B)やリン(P)等がドープされる。このポリシリコンを含む導電層3は、必要に応じて設けるものであって、無くなくても良く、また第1の接着層2の片面のみに成膜されていても良い。 Conductive layer 3 comprises, for example, polysilicon and is deposited, for example, by an LPCVD process or the like. The conductive layer 3 is a layer for imparting conductivity, and is doped with boron (B), phosphorus (P), or the like, for example. The conductive layer 3 containing polysilicon is provided as required, and may be omitted or may be formed on only one side of the first adhesive layer 2 .

任意の導電層3は、50nm~500nmの厚さを有するものであるが好ましい。導電層3の厚さがこの範囲であれば、反りの発生を抑制しながら、優れた導電性を有する部分を含む窒化物半導体基板100とすることができる。 The optional conductive layer 3 preferably has a thickness between 50 nm and 500 nm. If the thickness of conductive layer 3 is within this range, nitride semiconductor substrate 100 including a portion having excellent conductivity can be obtained while suppressing the occurrence of warpage.

バリア層5は、例えば窒化ケイ素を含み、LPCVDプロセス等によって堆積され、厚さは100nm~1500nm程度である。バリア層5は、セラミックス等の基板内部からの不純物をブロックする層である。 The barrier layer 5 contains, for example, silicon nitride, is deposited by an LPCVD process or the like, and has a thickness of about 100 nm to 1500 nm. The barrier layer 5 is a layer that blocks impurities from inside the substrate such as ceramics.

平坦化層7は、例えばLPCVDプロセス等によって堆積され、例えば厚さは500nm~3000nm程度である。この平坦化層7は、上面の平坦化のために堆積されるものである。平坦化層7の材質としては、例えば、テトラオルトシリケート、または酸化珪素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、窒化ケイ素(Si)、あるいは酸窒化珪素(Si;0<x<1、0<y<2、0≦z≦0.6)等の通常のセラミックスの膜材等が選ばれる。 The planarization layer 7 is deposited, for example, by an LPCVD process or the like, and has a thickness of, for example, approximately 500 nm to 3000 nm. This planarization layer 7 is deposited for planarization of the upper surface. The material of the planarizing layer 7 is, for example, tetraorthosilicate, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or silicon oxynitride (Si x O y N z : 0<x<1, 0<y<2, 0≦z≦0.6), and the like.

本発明の窒化物半導体基板100では、III族窒化物半導体種結晶層8における種結晶のGaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である。種結晶のGaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で300arcsec以下であることがより好ましい。 In the nitride semiconductor substrate 100 of the present invention, the crystallinity of the (0002) growth plane of the seed crystal GaN in the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 is 550 arcsec or less in XRD half width. It is more preferable that the crystallinity of the (0002) growth surface of GaN of the seed crystal is 300 arcsec or less in XRD half width.

III族窒化物半導体種結晶層8は、GaNの他、例えば、AlNおよびAlGaNの1種以上を含むものとすることができる。 Group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 may contain, in addition to GaN, one or more of AlN and AlGaN, for example.

また、III族窒化物半導体種結晶層8の厚さは、用途によって変更されるため特に限定されないが、例えば100nm以上とすることができる。 Also, the thickness of the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 is not particularly limited because it varies depending on the application, but can be, for example, 100 nm or more.

III族窒化物半導体層20は、GaNを含むが、GaNの他、例えば、AlNおよびAlGaNの1種以上を含むものとすることもできる。 The group III nitride semiconductor layer 20 contains GaN, but may contain, for example, one or more of AlN and AlGaN in addition to GaN.

III族窒化物半導体層20におけるGaNは、上記の通り結晶性のよいIII族窒化物半導体種結晶層8上にエピタキシャル成長させたものであるので、III族窒化物半導体種結晶層8のGaNの結晶性と同じく良好な結晶性を示すことができる。また、III族窒化物半導体層20は、クラックを含むことなく、例えば10μm以上の厚さを有することができる。 Since the GaN in the group III nitride semiconductor layer 20 is epitaxially grown on the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 with good crystallinity as described above, the GaN crystal of the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 It can exhibit good crystallinity as well as good crystallinity. Also, the group III nitride semiconductor layer 20 can have a thickness of, for example, 10 μm or more without including cracks.

図示していないが、本発明の窒化物半導体基板100において、複合基板6は、上記導電層3の代わりに、III族窒化物半導体種結晶層8が接合されていない裏面側表面に積層された裏面導電層を更に有してもよい。裏面導電層は、導電層3と同様に、例えばポリシリコンを含み、例えばLPCVDプロセス等によって堆積される。また、裏面導電層は、例えば50nm~500nmの厚さを有することができる。 Although not shown, in the nitride semiconductor substrate 100 of the present invention, the composite substrate 6 is laminated on the rear surface to which the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 is not bonded instead of the conductive layer 3. It may further have a back conductive layer. The backside conductive layer, like the conductive layer 3, comprises, for example, polysilicon and is deposited, for example, by an LPCVD process. Also, the back conductive layer can have a thickness of, for example, 50 nm to 500 nm.

本発明の窒化物半導体基板100は、例えば、以下に例を挙げて説明する、本発明の窒化物半導体基板の製造方法によって製造することができる。ただし、本発明の窒化物半導体基板100は、本発明の窒化物半導体基板の製造方法以外の方法によって製造してもよい。 The nitride semiconductor substrate 100 of the present invention can be manufactured, for example, by the method of manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention, which will be described below with an example. However, the nitride semiconductor substrate 100 of the present invention may be manufactured by a method other than the nitride semiconductor substrate manufacturing method of the present invention.

本発明の窒化物半導体基板は、支持基板として、図10または図11に概略的に示す複合基板10を用いることもできる。 The nitride semiconductor substrate of the present invention can also use a composite substrate 10 schematically shown in FIG. 10 or 11 as a supporting substrate.

図10に示す支持基板10は、複合基板6と、複合基板6上に、この複合基板6の表面(おもて側表面)のみに結合された平坦化層7を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8とを含む。複合基板6は、多結晶セラミックコア1、多結晶セラミックコア1全体に結合された第1の接着層2、第1の接着層2全体に結合されたバリア層5、バリア層5の裏面に結合された第2の接着層4、および第2の接着層4の裏面に結合された導電層3を含む複数の層が積層された複合基板6である。 The support substrate 10 shown in FIG. 10 includes a composite substrate 6 and at least and a group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN. The composite substrate 6 comprises a polycrystalline ceramic core 1 , a first adhesive layer 2 bonded to the entire polycrystalline ceramic core 1 , a barrier layer 5 bonded to the entire first adhesive layer 2 , and bonded to the rear surface of the barrier layer 5 . A composite substrate 6 having a plurality of laminated layers including a second adhesive layer 4 bonded thereto and a conductive layer 3 bonded to the back surface of the second adhesive layer 4 .

図11に示す支持基板10は、複合基板6と、複合基板6上に、この複合基板6の表面(おもて側表面)のみに結合された平坦化層7を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8とを含む。複合基板6は、多結晶セラミックコア1、多結晶セラミックコア1全体に結合された第1の接着層2、第1の接着層2の裏面に結合された導電層3、導電層3の裏面に結合された第2の接着層4、ならびに第1の接着層2の表面および側面と導電層3の側面と第2の接着層4の側面および裏面とに結合されたバリア層5を含む複数の層が積層された複合基板である。 The support substrate 10 shown in FIG. 11 includes a composite substrate 6 and at least a and a group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN. The composite substrate 6 includes a polycrystalline ceramic core 1 , a first adhesive layer 2 bonded to the entire polycrystalline ceramic core 1 , a conductive layer 3 bonded to the back surface of the first adhesive layer 2 , and a conductive layer 3 bonded to the back surface of the conductive layer 3 . A plurality of barrier layers 5 including a bonded second adhesive layer 4 and barrier layers 5 bonded to the front and side surfaces of the first adhesive layer 2, the side surfaces of the conductive layer 3, and the side and back surfaces of the second adhesive layer 4. It is a composite substrate with laminated layers.

図10および図11に示す複合基板6の各層は、先に説明したものと同様であり得る。 Each layer of composite substrate 6 shown in FIGS. 10 and 11 may be similar to those previously described.

図10および図11に示すような導電層3が裏面側にだけに成膜されている構造の支持基板10を含んだ窒化物半導体基板100は、図1を参照しながら先に説明した効果に加え、高周波デバイスを作製する場合に支持基板10の表面側導電層によるリークパスが生じず、高周波特性に優れたものとすることができる。 The nitride semiconductor substrate 100 including the support substrate 10 having the structure in which the conductive layer 3 is formed only on the rear surface side as shown in FIGS. 10 and 11 has the effect described above with reference to FIG. In addition, when fabricating a high-frequency device, no leakage path is generated by the surface-side conductive layer of the supporting substrate 10, and excellent high-frequency characteristics can be obtained.

[窒化物半導体基板の製造方法]
以下、本発明の窒化物半導体基板の製造方法の例として、第1および第2の実施形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、以下に説明する例に限定されない。
[Method for manufacturing nitride semiconductor substrate]
Hereinafter, as examples of the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention, first and second embodiments will be described with reference to the drawings. However, the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention is not limited to the examples described below.

(第1の実施形態)
本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第1の実施形態を、図2~図6を参照しながら、説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6. FIG.

(工程(1):出発支持基板を成長基板として準備する工程)
工程(1)では、接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、図2(a)に示すように、出発複合基板36上に出発平坦化層37を介して出発種結晶層38としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板30を成長基板として準備する。出発支持基板30は、GaN用支持基板と呼ぶこともできる。
(Step (1): Step of preparing a starting support substrate as a growth substrate)
In step (1), in order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, as shown in FIG. A starting support substrate 30 to which a single crystal thin film is bonded is prepared as a growth substrate. The starting support substrate 30 can also be called a support substrate for GaN.

出発複合基板36は、例えば図3に概略断面図を示す構成を有することができる。具体的には、図3に示す出発複合基板36は、多結晶セラミックコア31と、多結晶セラミックコア31に全体に結合された第1の接着層32と、第1の接着層32全体に結合された導電層33と、導電層33全体に結合された第2の接着層34と、第2の接着層34全体に結合されたバリア層35とを含む支持構造である。 Starting composite substrate 36 can have, for example, the configuration shown in schematic cross-section in FIG. Specifically, the starting composite substrate 36 shown in FIG. a support structure including a bonded conductive layer 33 , a second adhesive layer 34 bonded over the conductive layer 33 , and a barrier layer 35 bonded over the second adhesive layer 34 .

多結晶セラミックコア31、第1の接着層32、導電層33、第2の接着層34、およびバリア層35のそれぞれは、例えば、図1を参照しながら説明した本発明の窒化物半導体基板100が含む複合基板6の各層と同様のものとすることができる。出発複合基板36は、複合基板6の説明で述べた方法で製造することができる。尚、出発複合基板36は、複数の層が積層されたものであればよく、図3に示すものに限定されない。例えば、導電層33および第1の接着層32は必要に応じて成膜されるものであり、必ずしも存在するわけではなく、また片面のみに成膜されている場合もある。 Each of the polycrystalline ceramic core 31, the first adhesive layer 32, the conductive layer 33, the second adhesive layer 34, and the barrier layer 35 is, for example, the nitride semiconductor substrate 100 of the present invention described with reference to FIG. can be similar to each layer of the composite substrate 6 included in . Starting composite substrate 36 can be manufactured by the method described in the description of composite substrate 6 . Note that the starting composite substrate 36 is not limited to the one shown in FIG. 3 as long as a plurality of layers are laminated. For example, the conductive layer 33 and the first adhesive layer 32 are formed as required, and do not necessarily exist, and may be formed only on one side.

図2(a)および図3に示す例では、平坦化膜37は、出発複合基板36の片面のみに結合されている。平坦化膜37は、例えば図1を参照しながら説明した平坦化膜7と同じものとすることができるが、これに限定されるものではない。 In the examples shown in FIGS. 2( a ) and 3 , the planarizing film 37 is bonded to only one side of the starting composite substrate 36 . The planarizing film 37 can be, for example, the same as the planarizing film 7 described with reference to FIG. 1, but is not limited to this.

シリコン単結晶薄膜38は、平坦化膜37に結合されており、実質的シリコン層と呼ぶこともできる。シリコン単結晶薄膜38は、例えば50nm~1000nm程度の厚さを有し、工程(2)におけるGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層のエピタキシャル成長のために使用される。 The silicon single crystal thin film 38 is combined with the planarizing film 37 and can also be called a substantial silicon layer. The silicon single crystal thin film 38 has a thickness of about 50 nm to 1000 nm, for example, and is used for epitaxial growth of the group III nitride semiconductor seed crystal layer containing GaN in step (2).

出発種結晶層であるシリコン単結晶薄膜38は、軸方位が〈111〉のシリコン単結晶薄膜であることが好ましいが、抵抗率等は問わない。 The silicon single crystal thin film 38, which is the starting seed crystal layer, is preferably a silicon single crystal thin film with a <111> axis orientation, but the resistivity and the like are not critical.

シリコン単結晶薄膜38は、例えば、貼り合わせ工程によって平坦化層37に貼り合わせ、その後イオン照射法などによって必要な厚みを残して剥離することによって形成することができる。 The silicon single crystal thin film 38 can be formed, for example, by bonding it to the flattening layer 37 by a bonding process, and then peeling it off leaving a required thickness by an ion irradiation method or the like.

(工程(2):接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程)
次に、工程(2)として、図2(b)に示す接合用III族窒化物半導体基板200を製造する工程を行う。この工程(2)では、成長基板である出発支持基板30上、より具体的には出発種結晶層であるシリコン単結晶薄膜38上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層8を含む接合用III族窒化物半導体基板200を製造する。
(Step (2): Step of manufacturing a Group III nitride semiconductor substrate for bonding)
Next, as step (2), the step of manufacturing the group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding shown in FIG. 2B is performed. In step (2), a group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing at least GaN is formed on a starting support substrate 30 as a growth substrate, more specifically, on a silicon single crystal thin film 38 as a starting seed crystal layer. By epitaxially growing, a group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding is manufactured, which includes the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 in which the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width.

この工程(2)は、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相成長法)反応炉において行うことができる。 This step (2) can be performed, for example, in a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) reactor.

この工程(2)では、出発支持基板30のシリコン単結晶薄膜38上にAlN、AlGaNおよびGaN等のIII族窒化物半導体種結晶層(エピタキシャル層)8のエピタキシャル成長を行う。III族窒化物半導体種結晶層8の構造はこれに限らず、AlGaNを成膜しない場合や、AlGaN成膜後さらにAlNを成膜する場合もある。また、Al組成を変化させたAlGaNを複数層成膜させる場合もある。一方で、工程(2)では、GaNは必ず成長させる。膜厚は用途によって変更されるため、特に限定されない。 In this step (2), a Group III nitride semiconductor seed crystal layer (epitaxial layer) 8 such as AlN, AlGaN and GaN is epitaxially grown on the silicon single crystal thin film 38 of the starting support substrate 30 . The structure of the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 is not limited to this, and there are cases in which AlGaN is not formed, and AlN is formed after AlGaN is formed. In some cases, multiple layers of AlGaN with different Al compositions are deposited. On the other hand, in step (2), GaN is always grown. The film thickness is not particularly limited because it is changed depending on the application.

エピタキシャル成長の際、例えば、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMAl)、Ga源としてトリメチルガリウム(TMGa)、N源としてNHを用いる。また、キャリアガスは、例えば、NおよびH、またはそのいずれかとすることができ、プロセス温度は900~1200℃程度とすることができる。 During epitaxial growth, for example, trimethylaluminum (TMAl) is used as an Al source, trimethylgallium (TMGa) as a Ga source, and NH 3 as an N source. Also, the carrier gas can be, for example, N 2 and/or H 2 , and the process temperature can be about 900-1200°C.

工程(2)において条件を制御して、例えば軸方位が〈111〉のシリコン単結晶薄膜38上にIII族窒化物半導体種結晶層8をエピタキシャル成長することにより、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層8を含む接合用III族窒化物半導体基板200を製造することができる。 In step (2), the conditions are controlled to epitaxially grow the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 on the silicon single crystal thin film 38 having the <111> axial orientation, for example, to form a crystal of the (0002) growth plane of GaN. Group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding, which includes group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 having an XRD half width of 550 arcsec or less, can be manufactured.

(工程(3):レーザー照射にてシリコン単結晶薄膜に剥離層を形成する工程)
次に、工程(2)で製造した接合用III族窒化物半導体基板200のシリコン単結晶薄膜38のIII族窒化物半導体種結晶層8との界面近傍に、図2(c)に示すようにレーザーを照射して、図4(d)に示す剥離層38aを形成する。
(Step (3): Step of forming a peeling layer on the silicon single crystal thin film by laser irradiation)
Next, in the vicinity of the interface between the silicon single crystal thin film 38 of the group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding manufactured in step (2) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8, as shown in FIG. 2(c), Laser irradiation is performed to form a release layer 38a shown in FIG. 4(d).

このときのレーザーの波長は、GaNのバンドギャップエネルギーに等しい光の波長よりは長く、シリコン単結晶のバンドギャップエネルギーに等しい光の波長よりは短い方が好ましい。具体的には、約360nm以上1100nm以下が好ましい。そうすることで、シリコン単結晶薄膜38を狙って剥離層38aを形成できるため、GaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8へのダメージを抑制できる。またレーザーのパワーは剥離層38aを形成できれば特に限定されないが、5W~20W程度が適している。レーザーを照射するピッチは、30μm程度以下とすることが好ましい。照射ピッチを30μm以下とすることで、以下に説明する工程(6)での剥離を十分に行うことができる剥離層38aを形成することができる。 The wavelength of the laser at this time is preferably longer than the wavelength of light equal to the bandgap energy of GaN and shorter than the wavelength of light equal to the bandgap energy of silicon single crystal. Specifically, it is preferably about 360 nm or more and 1100 nm or less. By doing so, the separation layer 38a can be formed targeting the silicon single crystal thin film 38, so that damage to the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN can be suppressed. The power of the laser is not particularly limited as long as the release layer 38a can be formed, but about 5 W to 20 W is suitable. The pitch of laser irradiation is preferably about 30 μm or less. By setting the irradiation pitch to 30 μm or less, it is possible to form the peeling layer 38a that can be sufficiently peeled off in step (6) described below.

レーザー照射で剥離層(ダメージ層)38aを形成して剥離する方法を用いることで、GaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8とシリコン単結晶のレーザーの集光しやすさの違いを利用でき、GaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8を透過したレーザーによりシリコン単結晶薄膜38に剥離層38aを形成できるため、GaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8へのダメージを抑制できる。また、レーザーでは表面から深い位置に集光できるため、GaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8が数μm成膜されている場合でも、シリコン単結晶薄膜38のIII族窒化物半導体種結晶層8との界面付近に剥離層38aを形成できる。 By using a method of forming a delamination layer (damage layer) 38a by laser irradiation and detaching, the difference in ease of laser focusing between the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN and the silicon single crystal is utilized. The separation layer 38a can be formed in the silicon single crystal thin film 38 by a laser beam transmitted through the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN, so that damage to the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN is suppressed. can. In addition, since the laser can be focused to a deep position from the surface, even when the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN is formed as a film with a thickness of several μm, the group III nitride semiconductor seed crystal of the silicon single crystal thin film 38 can be used. A release layer 38 a may be formed near the interface with layer 8 .

一方、スマートカット法(登録商標)などのイオン照射による剥離方法では、侵入深さの制限が大きく、数μm以上のIII族窒化物半導体種結晶層が形成されているとイオンが侵入できず剥離ができない場合が多い。また、イオン照射では結晶にダメージが入ってしまう。 On the other hand, in the delamination method using ion irradiation such as the Smart Cut method (registered trademark), the penetration depth is greatly limited, and if the group III nitride semiconductor seed crystal layer is formed with a thickness of several μm or more, the ions cannot penetrate and the delamination is prevented. is often not possible. Also, the ion irradiation damages the crystal.

(工程(4):出発複合基板とは別の複合基板を準備し、該複合基板上に平坦化層を積層する工程)
次に、図4(e)の下方に示す、複合基板6を準備する。この複合基板6は、工程(1)で準備した出発複合基板36とは別の支持用ベース基板である。
(Step (4): Step of preparing a composite substrate different from the starting composite substrate and laminating a planarizing layer on the composite substrate)
Next, a composite substrate 6 shown in the lower part of FIG. 4(e) is prepared. This composite substrate 6 is a supporting base substrate different from the starting composite substrate 36 prepared in step (1).

この工程(4)で準備する複合基板6は、本発明の窒化物半導体基板が含む複合基板と同じである。すなわち、複合基板6は、図1に示した複合基板6と同じく、多結晶セラミックコア1、多結晶セラミックコア1全体に接合された第1の接着層2、第1の接着層2全体に積層された第2の接着層4、および第2の接着層4全体に結合されたバリア層5を含む複数の層が積層された複合基板6である。 The composite substrate 6 prepared in this step (4) is the same as the composite substrate included in the nitride semiconductor substrate of the present invention. That is, the composite substrate 6 includes the polycrystalline ceramic core 1, the first adhesive layer 2 bonded to the entire polycrystalline ceramic core 1, and the first adhesive layer 2 laminated to the entirety, like the composite substrate 6 shown in FIG. A composite substrate 6 having a plurality of laminated layers including a second adhesive layer 4 bonded and a barrier layer 5 bonded over the second adhesive layer 4 .

次に、準備した複合基板6上に平坦化層7を積層する。 Next, a planarization layer 7 is laminated on the prepared composite substrate 6 .

複合基板6および平坦化層7の作製方法については、本発明の窒化物半導体における説明を参照されたい。 For the manufacturing method of the composite substrate 6 and the planarizing layer 7, refer to the description of the nitride semiconductor of the present invention.

(工程(5):平坦化層とIII族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程)
次に、図4(e)に示すように、工程(4)で準備した複合基板6上に積層した平坦化層7と接合用III族窒化物半導体基板200(シリコン単結晶薄膜38に剥離層38aが形成されている)のIII族窒化物半導体種結晶層8とを貼り合わせて、図5(f)に示す接合基板300を得る。
(Step (5): Step of bonding the planarizing layer and the group III nitride semiconductor seed crystal layer to obtain a bonded substrate)
Next, as shown in FIG. 4( e ), the planarizing layer 7 laminated on the composite substrate 6 prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding (a release layer on the silicon single crystal thin film 38 38a) are bonded together with the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 to obtain the bonded substrate 300 shown in FIG. 5(f).

(工程(6):成長基板(出発支持基板)の一部を接合基板から剥離する工程)
次に、工程(5)で作製した接合基板300において、図5(f)に示す剥離層38aで接合用III族窒化物半導体基板200のシリコン単結晶薄膜38を図5(g)に示すように一部分38bと他の一部分38cとに分割して、成長基板である出発支持基板30の一部を接合基板300から剥離する。
(Step (6): Step of peeling a part of the growth substrate (starting support substrate) from the bonding substrate)
Next, in the bonding substrate 300 produced in the step (5), the silicon single crystal thin film 38 of the group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding is formed as shown in FIG. A portion of the starting support substrate 30 as a growth substrate is separated from the bonded substrate 300 by dividing into a portion 38b and another portion 38c.

この剥離については、方法は特に限定されないが、例えば、図5(f)に示す接合基板300の表裏面をそれぞれ接着性のあるもので治具に固定し、逆側に力を加えることで、シリコン単結晶薄膜38を剥離層38aで分割して剥離する事が可能である。 The peeling method is not particularly limited, but for example, the front and back surfaces of the bonding substrate 300 shown in FIG. It is possible to divide the silicon single crystal thin film 38 by the separation layer 38a and separate it.

(工程(7):シリコン単結晶薄膜の接合基板に残った部分を除去して、支持基板を得る工程)
次に、図6(h)に示すシリコン単結晶薄膜の接合基板300に残った部分38cの剥離面を研磨することで、シリコン単結晶薄膜の一部分38cを除去する。こうすることで、図6(i)に示す、複合基板6と、複合基板6上に平坦化層7を介して接合されたIII族窒化物半導体種結晶層としてのIII族窒化物半導体種結晶層8とを含む支持基板10が得られる。図6(i)に示すように、支持基板10の表層は、GaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8である。
(Step (7): Step of removing a portion of the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate to obtain a supporting substrate)
Next, a part 38c of the silicon single crystal thin film is removed by polishing the separated surface of the portion 38c remaining on the bonding substrate 300 of the silicon single crystal thin film shown in FIG. 6(h). In this way, as shown in FIG. 6(i), the composite substrate 6 and the group III nitride semiconductor seed crystal as the group III nitride semiconductor seed crystal layer bonded onto the composite substrate 6 via the planarization layer 7 A support substrate 10 comprising a layer 8 is obtained. As shown in FIG. 6(i), the surface layer of the support substrate 10 is a group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN.

これらの工程を経ることで、GaNを含み、GaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下である窒化物半導体種結晶層8を表層として含む、支持基板10(GaN用支持基板)を作製することができる。 Through these steps, a support substrate 10 (for GaN) containing, as a surface layer, a nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN and having a (0002) growth surface crystallinity of 550 arcsec or less in XRD half-value width support substrate) can be fabricated.

(工程(8):支持基板のIII族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程)
次に、図6(j)に示すように、支持基板10のIII族窒化物半導体種結晶層8上にGaNを含むIII族窒化物半導体層20をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成膜の条件は、工程(2)と同様とすることができる。
(Step (8): Step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate to manufacture a nitride semiconductor substrate)
Next, as shown in FIG. 6( j ), a group III nitride semiconductor layer 20 containing GaN is epitaxially grown on the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 of the support substrate 10 . The conditions for epitaxial film formation can be the same as in step (2).

以上に説明した工程(1)~(8)により、図6(j)に示す窒化物半導体基板100を製造することができる。 Through the steps (1) to (8) described above, the nitride semiconductor substrate 100 shown in FIG. 6(j) can be manufactured.

(第2の実施形態)
次に、本発明の窒化物半導体基板の製造方法の第2の実施形態を、図7~図9を参照しながら、説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG.

第2の実施形態は、成長基板として、出発支持基板30の代わりに、図7(a)に示すシリコン単結晶基板40を用いる点で、第1の実施形態と大きく異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を主として説明する。 The second embodiment is significantly different from the first embodiment in that instead of the starting support substrate 30, a silicon single crystal substrate 40 shown in FIG. 7(a) is used as the growth substrate. Differences from the first embodiment will be mainly described below.

工程(1)では、上記の通り、成長基板として、図7(a)に示すシリコン単結晶基板40を準備する。 In step (1), as described above, the silicon single crystal substrate 40 shown in FIG. 7A is prepared as a growth substrate.

シリコン単結晶基板40は、軸方位が〈111〉のシリコン単結晶基板であることが好ましいが、抵抗率等は特に問わない。 The silicon single crystal substrate 40 is preferably a silicon single crystal substrate having a <111> axis orientation, but the resistivity and the like are not particularly limited.

工程(2)では、成長基板であるシリコン単結晶基板40上に、第1の実施形態と同様にして、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8をエピタキシャル成長させることで、図7(b)に示す、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下であるIII族窒化物半導体種結晶層8を含む接合用III族窒化物半導体基板200を製造する。 In the step (2), a Group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing at least GaN is epitaxially grown on a silicon single crystal substrate 40 as a growth substrate in the same manner as in the first embodiment, thereby forming the structure shown in FIG. A group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding including the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 in which the (0002) growth plane of GaN has a crystallinity of 550 arcsec or less in XRD half-value width is manufactured as shown in b).

工程(3)では、成長基板であるシリコン単結晶基板40のIII族窒化物半導体種結晶層8との界面近傍に図7(c)に示すようにレーザーを照射して、剥離層を形成する。剥離層の形成は、第1の実施形態と同様にして行うことができる。 In step (3), a laser is irradiated to the vicinity of the interface between the silicon single crystal substrate 40, which is the growth substrate, and the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 as shown in FIG. 7C to form a peeling layer. . The release layer can be formed in the same manner as in the first embodiment.

工程(4)は、第1の実施形態と同じである。 Step (4) is the same as in the first embodiment.

工程(5)では、工程(4)で準備した複合基板6上に積層した平坦化層7と接合用III族窒化物半導体基板200(シリコン単結晶基板40に剥離層40aが形成されている)のIII族窒化物半導体種結晶層8とを貼り合わせて、図8(d)に示す接合基板300を得る。 In step (5), planarizing layer 7 laminated on composite substrate 6 prepared in step (4) and group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding (separation layer 40a is formed on silicon single crystal substrate 40). is bonded with the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 to obtain a bonded substrate 300 shown in FIG. 8(d).

工程(6)では、工程(5)で作製した接合基板300において、図8(d)に示す剥離層40aで接合用III族窒化物半導体基板200のシリコン単結晶基板40を図8(e)に示すように一部分40bと他の一部分40cとに分割して、成長基板であるシリコン単結晶基板の一部40bを接合基板300から剥離する。剥離は、第1の実施形態と同様にして行うことができる。 In step (6), in the bonding substrate 300 produced in step (5), the silicon single crystal substrate 40 of the group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding is separated from the silicon single crystal substrate 40 of the bonding group III nitride semiconductor substrate 200 with the peeling layer 40a shown in FIG. As shown in FIG. 2, the silicon single crystal substrate 40b, which is the growth substrate, is separated from the bonding substrate 300 by dividing it into a portion 40b and another portion 40c. Peeling can be performed in the same manner as in the first embodiment.

工程(7)では、図9(f)に示すシリコン単結晶基板の接合基板300に残った部分40cの剥離面を研磨することで、シリコン単結晶薄膜の一部分40cを除去する。こうすることで、図9(g)に示す、複合基板6と、複合基板6上に平坦化層7を介して接合されたIII族窒化物半導体種結晶層としてのIII族窒化物半導体種結晶層8とを含む支持基板10が得られる。図9(g)に示すように、支持基板10の表層は、GaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層8である。 In step (7), a portion 40c of the silicon single crystal thin film is removed by polishing the peeled surface of the portion 40c remaining on the bonded substrate 300 of the silicon single crystal substrate shown in FIG. 9(f). In this way, as shown in FIG. 9G, the composite substrate 6 and the group III nitride semiconductor seed crystal as the group III nitride semiconductor seed crystal layer bonded onto the composite substrate 6 via the planarization layer 7 A support substrate 10 comprising a layer 8 is obtained. As shown in FIG. 9G, the surface layer of the support substrate 10 is a group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 containing GaN.

工程(8)は、第1の実施形態と同じである。 Step (8) is the same as in the first embodiment.

以上に説明した工程(1)~(8)により、図9(h)に示す窒化物半導体基板100を製造することができる。 Through the steps (1) to (8) described above, the nitride semiconductor substrate 100 shown in FIG. 9(h) can be manufactured.

以上に例を挙げて説明した本発明の窒化物半導体基板の製造方法では、GaNを含むIII族窒化物半導体層(例えばGaNエピタキシャル層)20と支持基板10との格子定数差を極めて小さくすることができるため、転位が少なく、結晶性の良いGaNを含むIII族窒化物半導体層20を形成する事ができる。また、これを繰り返すことによって、より転位の少ないIII族窒化物半導体層20を成膜できる。 In the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention, which has been described above with an example, the lattice constant difference between the group III nitride semiconductor layer (for example, a GaN epitaxial layer) 20 containing GaN and the support substrate 10 is made extremely small. Therefore, the group III nitride semiconductor layer 20 containing GaN with few dislocations and good crystallinity can be formed. Further, by repeating this, the group III nitride semiconductor layer 20 with fewer dislocations can be formed.

また、この方法で成膜したIII族窒化物半導体層20は転位が少ないので厚く積層できる。そして、複数の層が積層された複合基板6を含む支持基板10を支持基板として用いるので、熱膨張係数差によるIII族窒化物半導体層20の成長中の反りを小さくすることができ、クラックを含まずに厚さの大きなIII族窒化物半導体層20を形成することができる。そのため、III族窒化物半導体層20を最終的に支持基板10から剥離し、自立基板として使用する事ができる。 In addition, since the group III nitride semiconductor layer 20 formed by this method has few dislocations, it can be laminated thickly. Since the support substrate 10 including the composite substrate 6 in which a plurality of layers are laminated is used as the support substrate, warping during the growth of the group III nitride semiconductor layer 20 due to the difference in thermal expansion coefficient can be reduced, and cracks can be prevented. Group III nitride semiconductor layer 20 having a large thickness can be formed without inclusion. Therefore, the group III nitride semiconductor layer 20 can be finally separated from the support substrate 10 and used as a free-standing substrate.

一方、従来、複数の層が積層された複合基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶を形成しても、格子定数を適切にすることができず、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下のIII族窒化物半導体種結晶層を形成することはできなかった。 On the other hand, conventionally, even if a group III nitride semiconductor seed crystal containing GaN is formed on a composite substrate in which a plurality of layers are laminated, the lattice constant cannot be made appropriate, and the (0002) growth plane of GaN cannot be obtained. It was not possible to form a group III nitride semiconductor seed crystal layer having crystallinity of 550 arcsec or less in XRD half-value width.

また、第1の実施形態では、図5(g)に示すようにシリコン単結晶薄膜38を分割することで接合基板300から出発支持基板30を剥離するため、剥離された出発支持基板30の表層に再度シリコン単結晶を貼り合わせることで得られる基板を、再度出発支持基板として利用可能となり、コスト削減のメリットを得ることができる。必要に応じ、表層に残ったシリコン単結晶薄膜8の一部分38bを除去して、SiOを成膜してからシリコン単結晶を貼り合わせてもよい。バックグラウンド等で除去する場合では、基板の再利用ができない。 Further, in the first embodiment, since the starting support substrate 30 is separated from the bonding substrate 300 by dividing the silicon single crystal thin film 38 as shown in FIG. The substrate obtained by bonding the silicon single crystal again to the substrate can be used again as the starting support substrate, and the merit of cost reduction can be obtained. If necessary, a portion 38b of the silicon single crystal thin film 8 remaining on the surface layer may be removed, and after forming a film of SiO 2 , the silicon single crystal may be attached. If the background is removed, the substrate cannot be reused.

なお、工程(4)で準備する複合基板6として、図1に示した複合基板6の代わりに、図10又は図11に示す複合基板6を準備し、この複合基板6の表面(おもて側表面)上のみに平坦化層7を積層してもよい。 As the composite substrate 6 prepared in step (4), the composite substrate 6 shown in FIG. 10 or 11 is prepared instead of the composite substrate 6 shown in FIG. The flattening layer 7 may be laminated only on the side surface).

この変形例の窒化物半導体基板の製造方法では、支持基板の表面側導電層によるリークパスが生じず、高周波特性にも優れた窒化物半導体基板を製造することができる。 In the nitride semiconductor substrate manufacturing method of this modified example, it is possible to manufacture a nitride semiconductor substrate excellent in high-frequency characteristics without causing a leakage path due to the surface-side conductive layer of the supporting substrate.

また、以上では、出発複合基板36として、図3に示したものを用いる例を説明したが、出発複合基板の構造は、図3のものに限定されず、例えば、図10及び図11に示した複合基板6と同様の構造であってもよい。 3 is used as the starting composite substrate 36, the structure of the starting composite substrate is not limited to that shown in FIG. It may have the same structure as the composite substrate 6 described above.

以下、実施例および比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below using Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these.

(実施例1)
実施例1では、図2、および図4~図6に示す第1の実施形態の製造フローで、窒化物半導体基板を製造した。
(Example 1)
In Example 1, a nitride semiconductor substrate was manufactured according to the manufacturing flow of the first embodiment shown in FIGS. 2 and 4 to 6. FIG.

(工程(1))
まず、先に図2(a)および図3を参照しながら説明した出発支持基板(GaN用支持基板)30を成長基板として作製した。
(Step (1))
First, the starting support substrate (support substrate for GaN) 30 described above with reference to FIGS. 2A and 3 was produced as a growth substrate.

工程(1)では、軸方位が〈111〉のシリコン単結晶を平坦化層37に貼り合わせ、その後イオン照射法によって厚みを残して剥離することによって、シリコン単結晶薄膜38を形成した。 In step (1), a silicon single crystal thin film 38 is formed by bonding a silicon single crystal having an axial orientation of <111> to the flattening layer 37 and then peeling it off by ion irradiation leaving a thickness.

(工程(2))
この出発支持基板30をMOCVD反応炉に載置し、出発支持基板30上にAlN、AlGaNおよびGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層のエピタキシャル成長を行った。出発支持基板30は、サテライトと呼ばれるウェーハポケットに載置した。エピタキシャル成長の際、Al源としてTMAl、Ga源としてTMGa、N源としてNHを用いた。
(Step (2))
This starting support substrate 30 was placed in an MOCVD reactor, and a Group III nitride semiconductor seed crystal layer containing AlN, AlGaN and GaN was epitaxially grown on the starting support substrate 30 . A starting support substrate 30 was placed in a wafer pocket called a satellite. During epitaxial growth, TMAl was used as an Al source, TMGa was used as a Ga source, and NH3 was used as an N source.

また、キャリアガスはNおよびHのいずれも使用した。プロセス温度は1200℃とした。 Both N2 and H2 were used as the carrier gas. The process temperature was 1200°C.

工程(2)では、サテライトの上にGaN用支持基板を載置し、エピタキシャル成長を行う際、エピタキシャル層は基板側から成長方向に向かって順にAlN、AlGaNを成膜し、その後GaNをエピタキシャル成長させた。 In step (2), a supporting substrate for GaN was placed on the satellite, and when epitaxial growth was performed, AlN and AlGaN were deposited in order from the substrate side toward the growth direction as epitaxial layers, and then GaN was epitaxially grown. .

これにより、図2(b)に示すように、出発支持基板30のシリコン単結晶薄膜38上に、III族窒化物半導体種結晶層(エピタキシャル層)8を成膜し、接合用III族窒化物半導体基板(GaN on GaN用支持基板)200を作製した。III族窒化物半導体種結晶層(エピタキシャル層)8の総膜厚は1μmとした。 As a result, as shown in FIG. 2B, a group III nitride semiconductor seed crystal layer (epitaxial layer) 8 is formed on the silicon single crystal thin film 38 of the starting support substrate 30, and a group III nitride for bonding is formed. A semiconductor substrate (supporting substrate for GaN on GaN) 200 was produced. The total film thickness of the group III nitride semiconductor seed crystal layer (epitaxial layer) 8 was set to 1 μm.

(工程(3))
次に、図2(c)に示すように、工程(2)で作製した接合用III族窒化物半導体基板200のシリコン単結晶薄膜38のIII族窒化物半導体種結晶層(エピタキシャル層)8との界面近傍に、レーザーを照射した。
(Step (3))
Next, as shown in FIG. 2C, the group III nitride semiconductor seed crystal layer (epitaxial layer) 8 of the silicon single crystal thin film 38 of the group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding produced in step (2) and The vicinity of the interface of was irradiated with a laser.

このときのレーザーの波長は1064nm、照射のピッチは5μmとした。また、レーザーのパワーは12Wとした。この工程(3)により、図4(d)に示す剥離層38aを形成した。 At this time, the laser wavelength was 1064 nm, and the irradiation pitch was 5 μm. Moreover, the power of the laser was set to 12W. Through this step (3), the release layer 38a shown in FIG. 4D was formed.

(工程(4))
工程(1)で準備した出発複合基板36とは別に、図4(e)の下方に示す、支持用ベース基板としての複合基板6を用意した。また、この複合基板6上に、平坦化層7を積層した。複合基板6および平坦化層7は、工程(1)の出発支持基板30の作製方法の内、表層のシリコン単結晶薄膜38を貼り合わせる工程を行わない方法で作製した。
(Step (4))
Separately from the starting composite substrate 36 prepared in the step (1), a composite substrate 6 as a supporting base substrate shown in the lower part of FIG. 4(e) was prepared. Moreover, a planarization layer 7 was laminated on the composite substrate 6 . The composite substrate 6 and the flattening layer 7 were produced by a method in which the step (1) of producing the starting support substrate 30 did not include the step of bonding the silicon single crystal thin film 38 of the surface layer.

(工程(5))
次に、図4(e)に示すようにこの複合基板6上に形成した平坦化層7に、工程(1)~(3)で作製した接合用III族窒化物半導体基板200を貼り合わせて、図5(f)に示す接合基板300を得た。貼り合わせ工程は室温で実施した。
(Step (5))
Next, as shown in FIG. 4(e), the group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding produced in steps (1) to (3) is attached to the planarizing layer 7 formed on the composite substrate 6. , a bonded substrate 300 shown in FIG. 5( f ) was obtained. The bonding process was performed at room temperature.

(工程(6))
工程(5)で作製した接合基板300において、図5(f)に示す剥離層38aで接合用III族窒化物半導体基板200のシリコン単結晶薄膜38を図5(g)に示すように一部分38bと他の一部分38cとに分割して、成長基板である出発支持基板30の一部を接合基板300から剥離した。ここでは、接合基板300の上下を治具に固定し、反対方向の外力を加えることにより、剥離層でシリコン単結晶薄膜38を分割した。
(Step (6))
In the bonding substrate 300 produced in the step (5), the silicon single crystal thin film 38 of the group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding is partially 38b as shown in FIG. and another portion 38c, and a portion of the starting support substrate 30, which is a growth substrate, was peeled off from the bonded substrate 300. As shown in FIG. Here, the top and bottom of the bonding substrate 300 were fixed to a jig, and an external force was applied in the opposite direction, thereby dividing the silicon single crystal thin film 38 at the separation layer.

(工程(7))
工程(6)での剥離後、図6(h)に示す、接合基板300の表層に残存したシリコン単結晶薄膜の一部分38cを研磨した。100nm程度研磨することで、シリコン単結晶薄膜を完全に除去した。これにより、図6(i)に示す、複合基板6と、複合基板6上に平坦化層7を介して接合されたIII族窒化物半導体種結晶層8とを含む支持基板10を得た。
(Step (7))
After the separation in step (6), a portion 38c of the silicon single crystal thin film remaining on the surface layer of the bonding substrate 300 shown in FIG. 6(h) was polished. By polishing about 100 nm, the silicon single crystal thin film was completely removed. As a result, support substrate 10 including composite substrate 6 and group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 bonded to composite substrate 6 via planarization layer 7 was obtained as shown in FIG. 6(i).

支持基板10の表層のIII族窒化物半導体種結晶層8のGaNの(0002)成長面の結晶性は、XRD半値幅で540arcsecであった。 The crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 on the surface of the support substrate 10 was 540 arcsec in XRD half-value width.

(工程(8))
工程(7)までで作製した支持基板10上に、図6(j)に示すように、GaN層をIII族窒化物半導体層20としてエピタキシャル成長した。この時のエピタキシャル成長条件は、膜厚以外は工程(2)と同様とした。GaN層20の膜厚については、既にIII族窒化物半導体種結晶層8に存在しているGaN層と併せて5μmになるように成膜した。これにより、図6(j)に示す、実施例1の窒化物半導体基板100を製造した。
(Step (8))
As shown in FIG. 6(j), a GaN layer was epitaxially grown as a group III nitride semiconductor layer 20 on the support substrate 10 fabricated up to step (7). The epitaxial growth conditions at this time were the same as in step (2) except for the film thickness. The thickness of the GaN layer 20 was set to 5 μm together with the GaN layer already present in the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 . Thus, the nitride semiconductor substrate 100 of Example 1 shown in FIG. 6(j) was manufactured.

その後、GaN層20に含まれるGaNの結晶性を測定したところ、GaNの(0002)成長面の結晶性は、XRD半値幅で250arcsecであった。 After that, when the crystallinity of GaN contained in the GaN layer 20 was measured, the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN was 250 arcsec in XRD half-value width.

また、GaN層20は、クラックを含んでいなかった。 Also, the GaN layer 20 contained no cracks.

(実施例2)
実施例2では、図7~図9に示すに示す第2の実施形態の製造フローで、窒化物半導体基板を製造した。
(Example 2)
In Example 2, a nitride semiconductor substrate was manufactured according to the manufacturing flow of the second embodiment shown in FIGS.

(工程(1))
まず、成長基板として、図7(a)に示すシリコン単結晶基板40を用意した。シリコン単結晶基板40は軸方位〈111〉のものとした。
(Step (1))
First, a silicon single crystal substrate 40 shown in FIG. 7A was prepared as a growth substrate. The silicon single crystal substrate 40 has an axial orientation of <111>.

(工程(2))
このシリコン単結晶基板40をMOCVD反応炉に載置し、シリコン単結晶基板40上にAlN、AlGaNおよびGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層のエピタキシャル成長を行った。シリコン単結晶基板40は、サテライトと呼ばれるウェーハポケットに載置した。エピタキシャル成長の際、Al源としてTMAl、Ga源としてTMGa、N源としてNHを用いた。
(Step (2))
This silicon single crystal substrate 40 was placed in an MOCVD reactor, and a Group III nitride semiconductor seed crystal layer containing AlN, AlGaN and GaN was epitaxially grown on the silicon single crystal substrate 40 . A silicon single crystal substrate 40 was placed in a wafer pocket called a satellite. During epitaxial growth, TMAl was used as an Al source, TMGa was used as a Ga source, and NH3 was used as an N source.

また、キャリアガスはNおよびHのいずれも使用した。プロセス温度は1200℃とした。 Both N2 and H2 were used as the carrier gas. The process temperature was 1200°C.

工程(2)では、サテライトの上にGaN用支持基板を載置し、エピタキシャル成長を行う際、エピタキシャル層は基板側から成長方向に向かって順にAlN、AlGaNを成膜し、その後GaNをエピタキシャル成長させた。 In step (2), a supporting substrate for GaN was placed on the satellite, and when epitaxial growth was performed, AlN and AlGaN were deposited in order from the substrate side toward the growth direction as epitaxial layers, and then GaN was epitaxially grown. .

これにより、図7(b)に示すように、シリコン単結晶基板40上に、III族窒化物半導体種結晶層(エピタキシャル層)8を成膜し、接合用III族窒化物半導体基板(GaN on Si基板)200を作製した。III族窒化物半導体種結晶層(エピタキシャル層)8の総膜厚は1μmとした。 Thereby, as shown in FIG. 7B, a group III nitride semiconductor seed crystal layer (epitaxial layer) 8 is formed on the silicon single crystal substrate 40, and a group III nitride semiconductor substrate for bonding (GaN on Si substrate) 200 was produced. The total film thickness of the group III nitride semiconductor seed crystal layer (epitaxial layer) 8 was set to 1 μm.

(工程(3))
次に、図7(c)に示すように、工程(2)で作製した接合用III族窒化物半導体基板200のシリコン単結晶基板40のIII族窒化物半導体種結晶層8との界面付近に、レーザーを照射した。
(Step (3))
Next, as shown in FIG. 7C, near the interface between the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 and the silicon single crystal substrate 40 of the group III nitride semiconductor substrate 200 for bonding produced in step (2), , was irradiated with a laser.

このときのレーザーの波長は1064nm、照射のピッチは5μmとした。また、レーザーのパワーは12Wとした。この工程(3)により、シリコン単結晶基板40に剥離層を形成した。 At this time, the laser wavelength was 1064 nm, and the irradiation pitch was 5 μm. Moreover, the power of the laser was set to 12W. Through this step (3), a separation layer was formed on the silicon single crystal substrate 40 .

(工程(4))
実施例1の工程(4)と同様にして、複合基板6および平坦化層7を作製した。
(Step (4))
A composite substrate 6 and a planarizing layer 7 were produced in the same manner as in step (4) of Example 1.

(工程(5))
次に、工程(4)で作製した複合基板6上に形成した平坦化層7に、工程(1)~(3)で作製した接合用III族窒化物半導体基板200を貼り合わせて、図8(d)に示す接合基板300を得た。貼り合わせ工程は室温で実施した。
(Step (5))
Next, the bonding group III nitride semiconductor substrate 200 produced in steps (1) to (3) is attached to the planarization layer 7 formed on the composite substrate 6 produced in step (4), and the substrate shown in FIG. A bonded substrate 300 shown in (d) was obtained. The bonding process was performed at room temperature.

これ以降の工程(6)~(8)は、実施例1と同様とした。 Subsequent steps (6) to (8) were the same as in Example 1.

工程(7)で得られた支持基板10の表層のIII族窒化物半導体種結晶層8のGaNの(0002)成長面の結晶性は、XRD半値幅で540arcsecであった。 The crystallinity of the (0002) growth plane of GaN in the group III nitride semiconductor seed crystal layer 8 on the surface of the support substrate 10 obtained in step (7) was 540 arcsec in XRD half-value width.

また、工程(8)で得られた、図9(h)に示す窒化物半導体基板100の表層であるGaN層20のGaNの結晶性を測定したところ、GaNの(0002)成長面の結晶性は、XRD半値幅で450arcsecであった。 Further, when the crystallinity of GaN in the GaN layer 20, which is the surface layer of the nitride semiconductor substrate 100 shown in FIG. was 450 arcsec in XRD half-width.

また、GaN層20は、クラックを含んでいなかった。 Also, the GaN layer 20 contained no cracks.

(比較例)
比較例では、実施例1の工程(2)において、GaN層を総膜厚5μm成膜して、GaN on GaN用支持基板を作製した。この支持基板を比較例の窒化物半導体基板とした。
(Comparative example)
In a comparative example, a GaN layer having a total thickness of 5 μm was formed in step (2) of Example 1 to prepare a GaN-on-GaN supporting substrate. This supporting substrate was used as a nitride semiconductor substrate of a comparative example.

比較例の窒化物半導体基板の表層のGaNの結晶性を測定したところ、GaNの(0002)成長面の結晶性は、XRD半値幅で600arcsecであった。 When the crystallinity of GaN in the surface layer of the nitride semiconductor substrate of the comparative example was measured, the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN was 600 arcsec in XRD half width.

以上の結果から明らかなように、本発明の実施例1および2の窒化物半導体基板100の表層であるIII族窒化物半導体層20は、転位の発生が抑えられ、GaNの(0002)成長面の結晶性は、XRD半値幅で550arcsec以下であり、比較例の窒化物半導体基板の表層のGaNの結晶性よりも優れていた。 As is clear from the above results, the Group III nitride semiconductor layer 20, which is the surface layer of the nitride semiconductor substrate 100 of Examples 1 and 2 of the present invention, suppresses the occurrence of dislocations, and the (0002) growth plane of GaN. was 550 arcsec or less in XRD half-value width, which was superior to the crystallinity of GaN in the surface layer of the nitride semiconductor substrate of the comparative example.

また、実施例1および2の窒化物半導体基板100の表層であるIII族窒化物半導体層20では、反りの発生は確認されなかった。 Moreover, no warpage was observed in the group III nitride semiconductor layer 20, which is the surface layer of the nitride semiconductor substrates 100 of Examples 1 and 2. FIG.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment. The above-described embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect is the present invention. included in the technical scope of

1、31…多結晶セラミックコア、 2、32…第1の接着層、 3、33…導電層、 4、34…第2の接着層、 5、35…バリア層、 6…複合基板、 7…平坦化層、 8…III族窒化物半導体種結晶層、 10…支持基板、 20…III族窒化物半導体層(GaN層)、 30…出発支持基板(成長基板)、 36…出発複合基板、 37…出発平坦化層、 38…出発種結晶層(シリコン単結晶薄膜)、 38a、40a…剥離層、 38b、38c…出発種結晶層の一部、 40…シリコン単結晶基板、 40b、40c…シリコン単結晶基板の一部、 100…窒化物半導体基板、 200…接合用III族窒化物半導体基板、300…接合基板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31... Polycrystalline ceramic core 2, 32... First adhesive layer 3, 33... Conductive layer 4, 34... Second adhesive layer 5, 35... Barrier layer 6... Composite substrate 7... Planarization layer 8 Group III nitride semiconductor seed crystal layer 10 Support substrate 20 Group III nitride semiconductor layer (GaN layer) 30 Starting support substrate (growth substrate) 36 Starting composite substrate 37 Starting planarization layer 38 Starting seed crystal layer (silicon single crystal thin film) 38a, 40a Separation layer 38b, 38c Part of starting seed crystal layer 40 Silicon single crystal substrate 40b, 40c Silicon Part of the single crystal substrate, 100... Nitride semiconductor substrate, 200... Group III nitride semiconductor substrate for bonding, 300... Bonding substrate.

Claims (17)

支持基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板であって、
前記支持基板は、
多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に接合された第1の接着層、該第1の接着層全体に積層された第2の接着層、および前記第2の接着層全体に結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板と、
前記複合基板上に平坦化層を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層と
を含み、
前記III族窒化物半導体層は、前記III族窒化物半導体種結晶層上に形成されており、前記III族窒化物半導体種結晶層のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下のものであることを特徴とする窒化物半導体基板。
A nitride semiconductor substrate having a group III nitride semiconductor layer containing GaN formed on a support substrate,
The support substrate is
a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a second adhesive layer laminated over the first adhesive layer, and bonded over the second adhesive layer a composite substrate in which a plurality of layers including a barrier layer are laminated;
a Group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN, which is bonded onto the composite substrate via a planarization layer;
The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is the XRD half width 550 arcsec or less at a nitride semiconductor substrate.
支持基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板であって、
前記支持基板は、
多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層全体に結合されたバリア層、該バリア層の裏面に結合された第2の接着層、および該第2の接着層の裏面に結合された導電層を含む複数の層が積層された複合基板と、
前記複合基板上に、該複合基板の表面のみに結合された平坦化層を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層と
を含み、
前記III族窒化物半導体層は、前記III族窒化物半導体種結晶層上に形成されており、前記III族窒化物半導体種結晶層のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下のものであることを特徴とする窒化物半導体基板。
A nitride semiconductor substrate having a group III nitride semiconductor layer containing GaN formed on a support substrate,
The support substrate is
a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a barrier layer bonded over the first adhesive layer, a second adhesive layer bonded to the back surface of the barrier layer; and a composite substrate laminated with a plurality of layers including a conductive layer bonded to the back surface of the second adhesive layer;
a Group III nitride semiconductor seed crystal layer comprising at least GaN, bonded onto the composite substrate via a planarization layer bonded only to the surface of the composite substrate;
The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is the XRD half width 550 arcsec or less at a nitride semiconductor substrate.
支持基板上にGaNを含むIII族窒化物半導体層が形成された窒化物半導体基板であって、
前記支持基板は、
多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層の裏面に結合された導電層、該導電層の裏面に結合された第2の接着層、並びに該第1の接着層の表面および側面と前記導電層の側面と前記第2の接着層の側面および裏面とに結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板と、
前記複合基板上に、該複合基板の表面のみに結合された平坦化層を介して接合された、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層と
を含み、
前記III族窒化物半導体層は、前記III族窒化物半導体種結晶層上に形成されており、前記III族窒化物半導体種結晶層のGaNの(0002)成長面の結晶性が、XRD半値幅で550arcsec以下のものであることを特徴とする窒化物半導体基板。
A nitride semiconductor substrate having a group III nitride semiconductor layer containing GaN formed on a support substrate,
The support substrate is
A polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a conductive layer bonded to the back surface of the first adhesive layer, and a second adhesive layer bonded to the back surface of the conductive layer. and a barrier layer bonded to the front and side surfaces of the first adhesive layer, the side surfaces of the conductive layer, and the side and back surfaces of the second adhesive layer;
a Group III nitride semiconductor seed crystal layer comprising at least GaN, bonded onto the composite substrate via a planarization layer bonded only to the surface of the composite substrate;
The group III nitride semiconductor layer is formed on the group III nitride semiconductor seed crystal layer, and the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN of the group III nitride semiconductor seed crystal layer is the XRD half width 550 arcsec or less at a nitride semiconductor substrate.
前記III族窒化物半導体層は、GaNの他、AlNおよびAlGaNの1種以上を含むものであること特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板。 4. The nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the group III nitride semiconductor layer contains GaN and at least one of AlN and AlGaN. 前記多結晶セラミックコアが、窒化アルミニウムを含むものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板。 5. The nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein said polycrystalline ceramic core contains aluminum nitride. 前記第1の接着層および前記第2の接着層のそれぞれは、テトラエチルオルトシリケートおよび/または酸化ケイ素を含み、前記バリア層は窒化ケイ素を含むものであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。 6. Any one of claims 1 to 5, wherein each of said first adhesion layer and said second adhesion layer comprises tetraethylorthosilicate and/or silicon oxide, and said barrier layer comprises silicon nitride. The nitride semiconductor substrate according to item 1. 前記第1の接着層および前記第2の接着層のそれぞれは50~200nmの厚さを有し、前記バリア層は100nm~1500nmの厚さを有するものであることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。 From claim 1, wherein each of the first adhesion layer and the second adhesion layer has a thickness of 50-200 nm, and the barrier layer has a thickness of 100 nm-1500 nm. 7. The nitride semiconductor substrate according to any one of 6. 前記平坦化層は、テトラエチルオルトシリケート、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、および酸窒化ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種を含み、500nm~3000nmの厚さを有するものであることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。 The planarization layer contains at least one selected from the group consisting of tetraethylorthosilicate, silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride, and has a thickness of 500 nm to 3000 nm. The nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein 前記III族窒化物半導体種結晶層は、100nm以上の厚さを有するものであることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。 9. The nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein said group III nitride semiconductor seed crystal layer has a thickness of 100 nm or more. 前記複合基板が、前記第1の接着層と前記第2の接着層との間に、前記第1の接着層の全体もしくは片側に積層された導電層を更に有するものであることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体基板。 The composite substrate further has a conductive layer laminated on the whole or one side of the first adhesive layer between the first adhesive layer and the second adhesive layer. The nitride semiconductor substrate according to claim 1. 前記導電層は、50nm~500nmの厚さを有するものであることを特徴とする請求項10に記載の窒化物半導体基板。 11. The nitride semiconductor substrate according to claim 10, wherein said conductive layer has a thickness of 50 nm to 500 nm. 前記複合基板が、前記III族窒化物半導体種結晶層が接合されていない裏面側表面に積層された裏面導電層を更に有するものであることを特徴とする請求項1、10および11のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。 12. The composite substrate according to any one of claims 1, 10 and 11, further comprising a back conductive layer laminated on the back surface to which the group III nitride semiconductor seed crystal layer is not bonded. The nitride semiconductor substrate according to item 1. 少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、
(1)接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、シリコン単結晶基板、または複数の層が積層された出発複合基板上に出発平坦化層を介して出発種結晶層としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板を、成長基板として準備する工程、
(2)前記成長基板上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である前記III族窒化物半導体種結晶層を含む接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程、
(3)前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記III族窒化物半導体種結晶層との界面近傍にレーザーを照射して、剥離層を形成する工程、
(4)前記出発複合基板とは別の複合基板として、多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に接合された第1の接着層、該第1の接着層全体に積層された第2の接着層、および前記第2の接着層全体に結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板を準備し、該複合基板上に平坦化層を積層する工程、
(5)工程(4)で準備した前記複合基板上に積層した前記平坦化層と前記接合用III族窒化物半導体基板の前記III族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程、
(6)前記剥離層で前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜を分割して、前記成長基板の一部を前記接合基板から剥離する工程、
(7)剥離面を研磨することで、前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記接合基板に残った部分を除去して、前記複合基板と、前記複合基板上に平坦化層を介して接合された前記III族窒化物半導体種結晶層とを含む支持基板を得る工程、および
(8)前記支持基板の前記III族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程
を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, comprising epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN,
(1) In order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, a silicon single crystal thin film is formed as a starting seed crystal layer on a silicon single crystal substrate or a starting composite substrate having a plurality of layers laminated via a starting planarization layer. providing a starting support substrate to which is bonded as a growth substrate;
(2) The group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN is epitaxially grown on the growth substrate so that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for bonding comprising a semiconductor seed crystal layer;
(3) The vicinity of the interface of the group III nitride semiconductor substrate for bonding between the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film and the group III nitride semiconductor seed crystal layer is irradiated with a laser to form a peeling layer. process,
(4) As a composite substrate different from the starting composite substrate, a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded to the entire polycrystalline ceramic core, and a second adhesive layer laminated to the entire first adhesive layer. providing a composite substrate laminated with a plurality of layers including an adhesive layer and a barrier layer bonded over the second adhesive layer, and laminating a planarization layer on the composite substrate;
(5) bonding the planarizing layer laminated on the composite substrate prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the group III nitride semiconductor substrate for bonding to form a bonding substrate; the step of obtaining
(6) separating the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film of the group III nitride semiconductor substrate for bonding by the peeling layer, and peeling a part of the growth substrate from the bonding substrate;
(7) polishing the peeled surface to remove a portion of the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate; (8) a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate; is epitaxially grown to manufacture a nitride semiconductor substrate.
工程(4)において、前記複合基板として、前記第1の接着層と前記第2の接着層との間に、前記第1の接着層の全体もしくは片側に積層された導電層を更に有するものを準備することを特徴とする請求項13に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 In step (4), the composite substrate further has a conductive layer laminated on the whole or one side of the first adhesive layer between the first adhesive layer and the second adhesive layer. 14. The method of manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 13, further comprising preparing. 少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、
(1)接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、シリコン単結晶基板、または複数の層が積層された出発複合基板上に出発平坦化層を介して出発種結晶層としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板を、成長基板として準備する工程、
(2)前記成長基板上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である前記III族窒化物半導体種結晶層を含む接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程、
(3)前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記III族窒化物半導体種結晶層との界面近傍にレーザーを照射して、剥離層を形成する工程、
(4)前記出発複合基板とは別の複合基板として、多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層全体に結合されたバリア層、該バリア層の裏面に結合された第2の接着層、および該第2の接着層の裏面に結合された導電層を含む複数の層が積層された複合基板を準備し、該複合基板の表面上のみに平坦化層を積層する工程、
(5)工程(4)で準備した前記複合基板上に積層した前記平坦化層と前記接合用III族窒化物半導体基板の前記III族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程、
(6)前記剥離層で前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜を分割して、前記成長基板の一部を前記接合基板から剥離する工程、
(7)剥離面を研磨することで、前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記接合基板に残った部分を除去して、前記複合基板と、前記複合基板上に平坦化層を介して接合された前記III族窒化物半導体種結晶層とを含む支持基板を得る工程、および
(8)前記支持基板の前記III族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程
を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, comprising epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN,
(1) In order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, a silicon single crystal thin film is formed as a starting seed crystal layer on a silicon single crystal substrate or a starting composite substrate having a plurality of layers laminated via a starting planarization layer. providing a starting support substrate to which is bonded as a growth substrate;
(2) The group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN is epitaxially grown on the growth substrate so that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for bonding comprising a semiconductor seed crystal layer;
(3) The vicinity of the interface of the group III nitride semiconductor substrate for bonding between the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film and the group III nitride semiconductor seed crystal layer is irradiated with a laser to form a peeling layer. process,
(4) as a composite substrate separate from the starting composite substrate, a polycrystalline ceramic core, a first adhesion layer bonded over the polycrystalline ceramic core, a barrier layer bonded over the first adhesion layer; providing a composite substrate laminated with a plurality of layers including a second adhesive layer bonded to the back surface of the barrier layer and a conductive layer bonded to the back surface of the second adhesive layer; laminating a planarization layer only on top;
(5) bonding the planarizing layer laminated on the composite substrate prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the group III nitride semiconductor substrate for bonding to form a bonding substrate; the step of obtaining
(6) separating the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film of the group III nitride semiconductor substrate for bonding by the peeling layer, and peeling a part of the growth substrate from the bonding substrate;
(7) polishing the peeled surface to remove a portion of the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate; (8) a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate; is epitaxially grown to manufacture a nitride semiconductor substrate.
少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることを含む窒化物半導体基板の製造方法であって、
(1)接合用III族窒化物半導体基板を製造するため、シリコン単結晶基板、または複数の層が積層された出発複合基板上に出発平坦化層を介して出発種結晶層としてシリコン単結晶薄膜が接合された出発支持基板を、成長基板として準備する工程、
(2)前記成長基板上に、少なくともGaNを含むIII族窒化物半導体種結晶層をエピタキシャル成長させることで、GaNの(0002)成長面の結晶性がXRD半値幅で550arcsec以下である前記III族窒化物半導体種結晶層を含む接合用III族窒化物半導体基板を製造する工程、
(3)前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記III族窒化物半導体種結晶層との界面近傍にレーザーを照射して、剥離層を形成する工程、
(4)前記出発複合基板とは別の複合基板として、多結晶セラミックコア、該多結晶セラミックコア全体に結合された第1の接着層、該第1の接着層の裏面に結合された導電層、該導電層の裏面に結合された第2の接着層、並びに該第1の接着層の表面および側面と前記導電層の側面と前記第2の接着層の側面および裏面とに結合されたバリア層を含む複数の層が積層された複合基板を準備し、該複合基板の表面上のみに平坦化層を積層する工程、
(5)工程(4)で準備した前記複合基板上に積層した前記平坦化層と前記接合用III族窒化物半導体基板の前記III族窒化物半導体種結晶層とを貼り合わせて、接合基板を得る工程、
(6)前記剥離層で前記接合用III族窒化物半導体基板の前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜を分割して、前記成長基板の一部を前記接合基板から剥離する工程、
(7)剥離面を研磨することで、前記シリコン単結晶基板または前記シリコン単結晶薄膜の前記接合基板に残った部分を除去して、前記複合基板と、前記複合基板上に平坦化層を介して接合された前記III族窒化物半導体種結晶層とを含む支持基板を得る工程、および
(8)前記支持基板の前記III族窒化物半導体種結晶層上にGaNを含むIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体基板を製造する工程
を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, comprising epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN,
(1) In order to manufacture a group III nitride semiconductor substrate for bonding, a silicon single crystal thin film is formed as a starting seed crystal layer on a silicon single crystal substrate or a starting composite substrate having a plurality of layers laminated via a starting planarization layer. providing a starting support substrate to which is bonded as a growth substrate;
(2) The group III nitride semiconductor seed crystal layer containing at least GaN is epitaxially grown on the growth substrate so that the crystallinity of the (0002) growth plane of GaN is 550 arcsec or less in XRD half-value width. manufacturing a group III nitride semiconductor substrate for bonding comprising a semiconductor seed crystal layer;
(3) The vicinity of the interface of the group III nitride semiconductor substrate for bonding between the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film and the group III nitride semiconductor seed crystal layer is irradiated with a laser to form a peeling layer. process,
(4) a composite substrate separate from the starting composite substrate, comprising a polycrystalline ceramic core, a first adhesive layer bonded to the entire polycrystalline ceramic core, and a conductive layer bonded to the back surface of the first adhesive layer; , a second adhesive layer bonded to the back surface of the conductive layer, and a barrier bonded to the front and side surfaces of the first adhesive layer, the side surfaces of the conductive layer, and the side and back surface of the second adhesive layer. preparing a composite substrate in which a plurality of layers including a layer are laminated, and laminating a planarization layer only on the surface of the composite substrate;
(5) bonding the planarizing layer laminated on the composite substrate prepared in step (4) and the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the group III nitride semiconductor substrate for bonding to form a bonding substrate; the step of obtaining
(6) separating the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film of the group III nitride semiconductor substrate for bonding by the peeling layer, and peeling a part of the growth substrate from the bonding substrate;
(7) polishing the peeled surface to remove a portion of the silicon single crystal substrate or the silicon single crystal thin film remaining on the bonding substrate; (8) a group III nitride semiconductor layer containing GaN on the group III nitride semiconductor seed crystal layer of the support substrate; is epitaxially grown to manufacture a nitride semiconductor substrate.
工程(3)において使用する前記レーザーの波長を360nm以上1100nm以下とすることを特徴とする請求項13から16のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 17. The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 13, wherein the laser used in step (3) has a wavelength of 360 nm or more and 1100 nm or less.
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