JP3803606B2 - Method for manufacturing group III nitride semiconductor substrate - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色や紫色等の短波長の光を放出する半導体レーザや高温動作トランジスタに用いられるIII族窒化物半導体基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表されるIII族窒化物半導体(以下単にIII族窒化物半導体という)は、赤色から紫外までの波長の光デバイスに用いられる材料であり、発光デバイスや受光デバイスへの応用が期待されている。これまで、比較的良質のIII族窒化物半導体膜は、主としてサファイア基板上に結晶成長することにより形成されていた。
【0003】
しかしながら、サファイア基板とIII族窒化物半導体膜とは格子整合しないため、III族窒化物半導体膜膜には多くの結晶欠陥が含まれる。その結果、III族窒化物半導体を用いたデバイスの特性が悪いという課題を生じていた。
【0004】
また、サファイア基板は電気を通さない基板、いわゆる絶縁基板であるため、サファイア基板上に形成されたIII族窒化物半導体膜を半導体レーザやトランジスタに用いる場合には、全ての電極をIII族窒化物半導体膜上に形成する必要がある。このため、製造プロセスが複雑になってIII族窒化物半導体よりなるデバイスの製造歩留まりを低下させていた。
【0005】
そこで、III族窒化物半導体を用いたデバイスの製造歩留まりの向上と、高性能化とを図るためには、良質で大面積のIII族窒化物半導体基板(特にGaN基板)を得ることが強く望まれている。このような背景から、III族窒化物半導体膜を異種基板(サファイア基板等)上に成長した後、異種基板を除去する各種方法が提案されている。
【0006】
例えば、強いレーザビームを照射することによってサファイア基板とGaN膜を分離する方法(Michael K. Kelly et al., Japanese Journal of Applied Physics Vol.38 p.L217-L219, 1999)が知られている。以下、この従来の方法について図11を参照しながら説明する。図11は、従来の方法を説明するための工程断面図である。
【0007】
図11(a)に示す工程で、ハイドライド気相成長法(Hydride Vapor Phase Epitaxy、以下HVPEと称する)を用いて、C面を主面とする2インチ径のサファイア基板101上に厚さ200〜300μmのGaN層102を形成する。
【0008】
次に、図11(b)に示す工程で、GaN層102が形成されたサファイア基板101をHVPE反応炉内から取り出した後、波長355nmのレーザビームをサファイア基板101側から、サファイア基板101を介してGaN層102の下面全体に亘って走査しながら照射する。なお、図中の矢印は、レーザビームを表す。このとき、GaN層102のうち、レーザビームが照射された部分では熱が発生し、この熱によってGaN層102の下部が分解される。
【0009】
次に、図11(c)に示す工程で、サファイア基板101とGaN層102とを分離し、自立したGaN基板102aを得る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では以下に示す不具合があった。
【0011】
代表的なIII−V族化合物半導体であるGaAsおよびInPの熱伝導率は、それぞれ0.54W/cm・Kおよび0.68W/cm・Kである。また、放熱用のサブマウントに使用されるSiの熱伝導率は1.5W/cm・Kである。
【0012】
一方、GaNの熱伝導率は1.3W/cm・Kである。つまり、上述の材料の熱伝導率と比較して、GaNは熱を伝えやすい材料である。従って、GaNにレーザビームを照射する上記従来の方法では、レーザビームの吸収によりGaN層102の下部で発生した熱は拡散しやすい。このため、図11(b)に示す工程において、GaN層102のうち、レーザビームが照射された部分を完全に分解するための熱量が不足し、GaNの分解効率が悪くなるという不具合がある。GaNの分解効率が悪くなると、レーザビームの走査回数を増やして、GaN層102のうち、レーザビームが照射された部分を完全に分解するための熱量を供給することによりサファイア基板101とGaN層102を分離しなければならない。従って、図11(b)に示す工程に要する時間が長くなり、生産性が低下する。
【0013】
また、サファイアとGaNとは格子整合しないため、GaN層102には多くの結晶欠陥および歪みが含まれる。このため、GaN分解時に応力が解放される衝撃で、得られるGaN基板102aに割れが生じることがある。特に、レーザビームの走査回数が増えると、GaN基板102aに割れが生じる確率が増えてしまう。
【0014】
さらに、GaN基板102aに割れが生じない場合でも、GaN基板102aの内部にクラックが残留することがある。残留したクラックを有するGaN基板102aを用いて、発光ダイオードやレーザダイオードなどのデバイスを作製した場合、クラックが電流リークの原因となり、デバイスの信頼性が低下するという不具合がある。
【0015】
本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、良質なIII族窒化物半導体基板を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、基板を用意する工程(a)と、上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第1半導体層を形成する工程(b)と、上記第1半導体層上に、上記第1半導体層よりも熱伝導率が低い熱拡散抑制層を形成する工程(c)と、上記熱拡散抑制層上に、III族窒化物半導体からなる第2半導体層を形成する工程(d)と、上記基板を透過し、且つ上記第1半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第1半導体層に照射することによって、上記第1半導体層を分解する工程(e)とを含む。
【0017】
本発明によれば、第1半導体層と第2半導体層との間に、第1半導体層よりも熱伝導率の低い熱拡散抑制層を形成する。このため、第1半導体層における光ビームの吸収により発生した熱は、熱拡散抑制層は熱拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半は第1半導体層の分解に寄与するので、第1半導体層を効率良く分解できる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少なくしても、第1半導体層を完全に分解するための熱量を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第2半導体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割れが生じる危険性を低減できる。
【0018】
上記熱拡散抑制層は、上記第1半導体層を形成するIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いIII族窒化物半導体から形成されていてもよい。
【0019】
上記熱拡散抑制層は、InxGa1-xN(0<x≦1)からなる半導体から形成されていてもよい。
【0020】
上記工程(c)では、上記熱拡散抑制層を形成した後、上記熱拡散抑制層を貫通し上記第1半導体層に到達する開口部を形成することが好ましい。
【0021】
このことによって、第2半導体層の形成の際に、第2半導体層を形成するIII族窒化物半導体結晶が熱拡散抑制層の上面に沿って成長する。従って、第1半導体層に発生した転位が第2半導体層にはほとんど伝播しない。つまり、第2半導体層内には転位が非常に少なくなる。このため、良好な結晶性を有するIII族窒化物半導体基板が得られる。
【0022】
上記熱拡散抑制層は、金属から形成されていてもよい。
【0023】
上記熱拡散抑制層は、Ni、PtおよびTiのうちから選択される少なくともいずれか1つの金属から形成されていてもよい。
【0024】
上記熱拡散抑制層は、誘電体から形成されていてもよい。
【0025】
上記熱拡散抑制層は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のうちから選択される少なくともいずれか1つの誘電体から形成されていてもよい。
【0026】
上記工程(e)の後に、上記熱拡散抑制層を除去する工程(f)を含むことが好ましい。
【0027】
上記工程(f)では、上記熱拡散抑制層をエッチングによって除去してもよい。
【0028】
上記工程(f)では、上記熱拡散抑制層を研磨によって除去してもよい。
【0029】
上記基板は、上記第1のIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いことが好ましい。
【0030】
このことによって、基板への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱を第1半導体層の分解に寄与させることができる。
【0031】
本発明の別のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、基板を用意する工程(a)と、上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第1半導体層を形成する工程(b)と、上記第1半導体層上に、光反射層を形成する工程(c)と、上記光反射層上に、III族窒化物半導体からなる第2半導体層を形成する工程(d)と、上記基板を透過し、且つ上記第1半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第1半導体層に照射することによって、上記第1半導体層を分解する工程(e)とを含み、上記光反射層は、上記工程(e)で照射される上記光ビームを反射する。
【0032】
本発明によれば、光ビーム照射の際に、第1半導体層の下部で吸収されなかったレーザビームが光反射層に反射されて戻り、第1半導体層の熱分解に寄与する。このため、第1半導体層を熱分解させるために必要な光ビームの照射エネルギーのしきい値を従来よりも低下させることができる。また、光ビームの照射エネルギーのしきい値を低下させる手段として、光ビームのビーム径を大きくすることができる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少なくしても、第1半導体層を完全に分解するための熱量を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第2半導体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割れが生じる危険性を低減できる。
【0033】
上記第1半導体層は、上記光ビームのエネルギーよりもバンドギャップの小さいIII族窒化物半導体からなる第1層と、上記第1層上に形成された上記光ビームのエネルギーよりもバンドギャップの大きいIII族窒化物半導体からなる第2層とを有することが好ましい。
【0034】
このことによって、第2層では光ビームが吸収されない。従って、第1半導体層の下部で吸収されなかった光ビームが光反射層に反射される際に、減衰が抑制される。このため、第1半導体層の熱分解に寄与する光ビームの照射エネルギーの利用効率は従来よりも大きくなる。
【0035】
上記工程(c)では、上記光反射層を形成した後、上記光反射層を貫通し上記第1半導体層に到達する開口部を形成することが好ましい。
【0036】
このことによって、第2半導体層の形成の際に、第2半導体層を形成するIII族窒化物半導体結晶が熱拡散抑制層の上面に沿って成長する。従って、第1半導体層に発生した転位が第2半導体層にはほとんど伝播しない。つまり、第2半導体層内には転位が非常に少なくなる。このため、良好な結晶性を有するIII族窒化物半導体基板が得られる。
【0037】
上記光反射層は、誘電体から形成されていてもよい。
【0038】
上記光反射層は、シリコン酸化膜とチタン酸化膜とが交互に積層された積層膜であってもよい。
【0039】
本発明のさらに別のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、基板を用意する工程(a)と、上記基板の内部に光散乱部を形成する工程(b)と、上記基板上にIII族窒化物半導体からなる半導体層を形成する工程(c)と、上記基板を透過し、且つ上記半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記半導体層に照射することによって、上記半導体層の下部を分解する工程(d)とを含む。
【0040】
本発明によれば、光ビームが光散乱部によって散乱され、半導体層に到達したときのビーム径が大きくなる。従って、光ビームの走査回数が従来よりも少なくしても、第1半導体層を完全に分解するための熱量を供給することができ、生産性が向上する。また、光ビームの走査回数が従来よりも少なくなるので、第2半導体層が分離されて得られるIII族窒化物半導体基板に割れが生じる危険性を低減できる。
【0041】
上記工程(b)では、上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形成してもよい。
【0042】
上記工程(a)の後に上記工程(c)を行ない、上記工程(b)において、上記半導体層を介して上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形成し、上記工程(b)と(d)との間に、上記半導体層上にIII族窒化物半導体からなるもう1つの半導体層を形成する工程をさらに含んでもよい。
【0043】
上記工程(b)では、上記光散乱部として上記基板の下部に複数の凹部を形成してもよい。
【0044】
上記複数の凹部をプラズマ照射によって形成してもよい。
【0045】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、簡単のため、各実施形態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
【0046】
(実施形態1)
本発明の実施形態1におけるGaN基板の製造方法を、図1を参照しながら説明する。図1は、本実施形態のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【0047】
まず、図1(a)に示す工程で、C面を主面とするサファイア基板11(直径2インチ、厚さ300μm)をMOVPE炉内に導入する。次に、1050℃でサファイア基板11を水素雰囲気中で熱処理した後、500℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム(TMG)、V族原料にアンモニア、キャリアガスとしてH2を用いて、サファイア基板11上に厚さ20nmのGaN緩衝層(不図示)を形成する。再び温度を1050℃まで上げ、GaN緩衝層の上に厚さ200nmのGaN層12を形成する。次いで、温度を700℃まで下げ、III族原料にトリメチルインジウム(TMI)を、V族原料にアンモニアを用いて、GaN層12上に厚さ50nmのInN層13を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板をMOVPE炉内から取り出す。
【0048】
次に、図1(b)に示す工程で、GaN層12およびInN層13が形成されたサファイア基板11をHVPE炉内に導入する。次いで、III族ラインからGaCl、V族ラインから窒素キャリアガスとともにアンモニアガスを供給することによって、InN層13上にGaN層14を形成する。III族ラインから供給されるGaClは、具体的には、900℃に加熱したGaメタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとしてHClガスを導入することによって生成される。このとき、サファイア基板11を1050℃まで加熱し、GaN層14を50μm/時の形成速度で6時間成長させ、最終的にGaN層14の厚さを300μmにする。この後、基板を室温まで冷却し、HVPE炉内から取り出す。
【0049】
次に、図1(c)に示す工程で、レーザビームをサファイア基板11の下面側から、サファイア基板11を介してGaN層12の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレーザビームは、Nd:YAGレーザの3次高調波(355nm)で、照射エネルギー0.3J/cm2、パルス幅5ns、照射時のレーザビーム径は1mmである。レーザビームの波長に対してサファイア基板11は透明であるので、レーザビームはサファイア基板11を透過する。GaNの吸収端波長は360〜370nmであるので、透過したレーザビームは、サファイア基板11の上に形成されたGaN層12で吸収され、GaN層12が分解される。
【0050】
次に、図1(d)に示す工程で、サファイア基板11と、InN層13およびGaN層14とを分離する。このとき、上記図1(c)に示す工程においてGaN層12が分解されているので、サファイア基板11と、InN層13およびGaN層14とを分離することは容易である。
【0051】
次に、図1(e)に示す工程で、GaN層14の下に形成されているInN層13を研磨により除去する。このことにより、自立したGaN基板14aが得られる。InN層13が除去されていないGaN基板にデバイスを作製した場合、放熱が悪くなり、デバイスの特性に影響を及ぼす可能性がある。従って、InN層13を除去することが好ましい。
【0052】
上述の本実施形態の方法では、GaN層12とGaN層14との間に、GaN層12よりも熱伝導率の低いInN層13形成する。InNの熱伝導率は0.8W/cm・Kであり、GaNの熱伝導率1.3W/cm・Kよりも小さい。このため、GaN層12におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、InN層13を伝導しにくい。つまり、InN層13は熱拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半はGaN層12の分解に寄与するので、GaN層12を効率良く分解できる。
【0053】
さらに本実施形態では、GaN層12よりも熱伝導率が小さいサファイア基板11(熱伝導率0.46W/cm・K)を用いている。このため、サファイア基板11への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をGaN層12の分解に寄与させることができる。
【0054】
従って、レーザビームの走査回数が従来よりも少なくしても、GaN層12を完全に分解するための熱量を供給することができ、生産性が向上する。また、レーザビームの走査回数が従来よりも少なくなるので、GaN基板14aに割れが生じる危険性を低減できる。
【0055】
なお、本実施形態では、GaN層12よりも熱伝導率の低い層としてInN層13を形成したが、代わりにInxGa1-xN層(0<x<1)を形成してもよい。一般に、混晶半導体の熱伝導率は、2元化合物に比べて小さくなる傾向がある。つまり、InxGa1-xNの熱伝導率は、Inの組成比に関わらずGaNの熱伝導率よりも小さいので、GaN層12におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、InN層よりも伝導しにくい。このため、GaN層12をより効率良く分解できる。
【0056】
なお、InN層13の厚さが臨界膜厚を越えると、InN層13の内部に発生する結晶欠陥が増加し、クラックが生じることもある。InN層13の内部に結晶欠陥が増加したり、クラックが発生すると、InN層13の上に形成されるGaN層14に転位が発生しやすくなる。このため、InN層13の厚さは、臨界膜厚を越えないことが好ましい。
【0057】
(実施形態2)
本発明の実施形態2におけるGaN基板の製造方法を、図2を参照しながら説明する。図2は、本実施形態のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【0058】
まず、図2(a)に示す工程で、C面を主面とするサファイア基板11(直径2インチ、厚さ300μm)をMOVPE炉内に導入する。次に、1050℃でサファイア基板11を水素雰囲気中で熱処理した後、500℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム(TMG)、V族原料にアンモニア、キャリアガスとしてH2を用いて、サファイア基板11上に厚さ20nmのGaN緩衝層(不図示)を形成する。再び温度を1050℃まで上げ、GaN緩衝層の上に厚さ200nmのGaN層12を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板をMOVPE炉内から取り出す。
【0059】
次に、図2(b)に示す工程で、蒸着法によりGaN層12上に厚さ200nmのNi層を形成する。続いて、このNi層をパターニングすることによって、開口部23aを有するNi膜23を形成する。このとき、Ni層のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行ない、図3に示すような、GaN層12に到達する直径2.5μmの円形の開口部23aを形成する。開口部23aは、GaN層12の<11-20>方向に一定間隔a(本実施形態では5μm)で1列に並び、GaN層12の<1-100>方向に隣接する各列の開口部は、一定間隔a/2(本実施形態では2.5μm)だけずらして配置されている。なお、本明細書中では、<11-20>方向とは、
【0060】
【数1】

Figure 0003803606
【0061】
のことを指し、<1-100>方向とは、
【0062】
【数2】
Figure 0003803606
【0063】
のことを指す。
【0064】
次に、図2(c)に示す工程で、上記図2(b)に示す工程で得られた基板をHVPE炉内に導入する。次いで、800℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で10分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上にGaN層14を形成する。GaN層14の形成方法は、上記実施形態1の図1(b)に示す工程で行なう方法と同じである。
【0065】
このとき、GaN結晶は、Ni膜23上には成長せず、開口部23a内に露出したGaN層12上から成長を始める。GaN結晶の成長をさらに続けていくと、開口部23a内に露出したGaN層12から成長したGaN結晶は、Ni膜23上をNi膜23の上面に沿って成長し、隣接する開口部23aから成長したGaN結晶と共にNi膜23を覆う。続いて、さらにNi膜23を覆うGaN結晶の上にGaN結晶が成長し、GaN層14は形成される。このようにしてGaN層14の厚さを300μmまで成長させた後、室温まで冷却し、HVPE炉内から取り出す。
【0066】
次に、図2(d)に示す工程で、上記実施形態1と同様に、レーザビームをサファイア基板11の下面側から、サファイア基板11を介してGaN層12の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレーザビームは、Nd:YAGレーザの3次高調波(355nm)で、照射エネルギー0.3J/cm2、パルス幅5ns、照射時のレーザビーム径は1mmである。GaNの吸収端波長は360〜370nmであるので、波長が355nmであるレーザビームはGaN層12で吸収され、発熱する。このことによって、GaN層12が分解される。
【0067】
次に、図2(e)に示す工程で、サファイア基板11と、Ni膜23およびGaN層14とを分離する。このとき、上記図2(d)に示す工程においてGaN層12が分解されているので、サファイア基板11と、Ni膜23およびGaN層14とを分離することは容易である。
【0068】
次に、図2(f)に示す工程で、GaN層14の下に形成されているNi膜23を、硝酸を用いたウエットエッチングにより除去する。このことにより、自立したGaN基板14aが得られる。Ni膜23が除去されていないGaN基板にデバイスを作製した場合、Ni膜23は熱伝導率が小さいので、デバイスの放熱特性が悪くなり、デバイスの性能に影響を及ぼす可能性がある。従って、Ni膜23を除去することが好ましい。なお、Ni膜23の除去は、研磨によって行なってもよい。
【0069】
本実施形態の方法では、GaN層12とGaN層14との間に、GaN層12よりも熱伝導率の低いNi膜23形成する。AgやCuなどの金属は熱伝導率が大きいが、Niは熱伝導率が0.84W/cm・Kであり、GaNの熱伝導率よりも小さい。このため、GaN層12におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、Ni膜23に伝導しにくい。つまり、Ni膜23は熱拡散を抑制する。従って、発生した熱の大半はGaN層12の分解に寄与するので、GaN層12を効率良く分解できる。
【0070】
さらに本実施形態では、GaN層12よりも熱伝導率が小さいサファイア基板11(熱伝導率0.46W/cm・K)を用いている。このため、サファイア基板11への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をGaN層12の分解に寄与させることができる。
【0071】
GaNよりも熱伝導率が小さく、且つGaNの成長温度(1050℃)以上の融点を有する金属材料として、Niの他にPt(0.71W/cm・K)、Ti(0.22W/cm・K)が挙げられる。従って、これらの金属からなる膜を、Ni膜23の代わりに用いてもよい。また、金属材料において、熱は格子振動と自由電子により伝えられるが、一般に自由電子による熱輸送が支配的である。しかし、合金では自由電子の数が減少し、格子振動による熱輸送が支配的になるため、熱伝導率は合金の成分金属よりも小さくなる傾向がある。従って、Ni膜23の代わりに合金膜を用いてもよい。
【0072】
なお、図2(b)に示す工程において、Ni膜23の表面をシリコン酸化膜などで被覆してもよい。このことによって、アンモニアあるいは水素等とNi膜23が化学反応を起こすのを防ぐことができる。勿論、Ni膜23の代わりに上述のPt膜、Ti膜、合金膜を用いた場合も、これらの金属膜の表面をシリコン酸化膜などで被覆してもよい。
【0073】
本実施形態では、GaN層14の形成の際に、GaN結晶がNi膜23上をNi膜23の上面に沿って成長するので、GaN層12に発生した転位がGaN層14にはほとんど伝播しない。つまり、GaN層14内には転位が非常に少なくなる。このため、本実施形態では良好な結晶性を有するGaN基板を作製することが可能である。
【0074】
また、本実施形態では円形の開口部23aを有するNi膜23を形成したが、開口部23aの形状はこれに限定されない。開口部23aの形状として、例えば、ストライプ状、矩形状であっても良い。いずれの形状の開口部を設けた場合においても、開口部内に露出するGaN層12の上面の面積が小さいほど、熱拡散を防止する効果が大きい。
【0075】
さらに、本実施形態では開口部23aが、GaN層12の<11-20>方向に一定間隔a(本実施形態では5μm)で1列に並び、GaN層12の<1-100>方向に隣接する各列の開口部は、一定間隔a/2(本実施形態では2.5μm)だけずらして配置されている。開口部23aをこのように配置にすると、GaN結晶は六方最密構造であるため、結晶の成長面がNi膜23の上では開口部23aを中心とする六角形の各辺となる。従って、互いに隣接する開口部23aから成長したGaN結晶が接触する際には、格子欠陥が生じにくい。つまり、より格子欠陥の少ないGaN層14を形成することができ、良質なGaN基板が得られる。
【0076】
なお、本実施形態では、開口部23aを有するNi膜23bを、GaN層14の横方向成長のためのマスクとしても使用する。このため、新たにGaN層14の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡略化することができる。
【0077】
(実施形態3)
本発明の実施形態3におけるGaN基板の製造方法を、図4を参照しながら説明する。図4は、本実施形態のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【0078】
まず、図4(a)に示す工程で、C面を主面とするサファイア基板11(直径2インチ、厚さ300μm)をMOVPE炉内に導入する。次に、1050℃の水素雰囲気中でサファイア基板11を熱処理した後、500℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム(TMG)、V族原料にアンモニアを用いて、サファイア基板11上に厚さ20nmのGaN緩衝層(不図示)を形成する。再び温度を1050℃まで上げ、GaN緩衝層の上に厚さ200nmのGaN層12を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板をMOVPE炉内から取り出す。
【0079】
次に、図4(b)に示す工程で、スパッタ法により、GaN層12上に厚さ200nmのSiO2層を形成する。続いて、このSiO2層をパターニングすることによって開口部43aを有するシリコン酸化膜43を形成する。このとき、SiO2層のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて行ない、図3に示す上記実施形態2との開口部23aと同様の、GaN層12に到達する直径2.5μmの円形の開口部43aを形成する。開口部23aは、GaN層12の<11-20>方向に一定間隔a(本実施形態では5μm)で1列に並び、GaN層12の<1-100>方向に隣接する各列の開口部は、一定間隔a/2(本実施形態では2.5μm)だけずらして配置されている。
【0080】
次に、図4(c)に示す工程で、上記図4(b)に示す工程で得られた基板をHVPE炉内に導入する。次いで、800℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で10分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上にGaN層14を形成する。GaN層14の形成方法は、上記実施形態1の図1(b)に示す工程で行なう方法と同じである。
【0081】
このとき、GaN結晶は、シリコン酸化膜43上には成長せず、開口部43a内に露出したGaN層12上から成長を始める。GaN結晶の成長をさらに続けていくと、開口部43a内に露出したGaN層12から成長したGaN結晶は、シリコン酸化膜43上をシリコン酸化膜43の上面に沿って成長し、最終的に隣接する開口部43aから成長したGaN結晶と共にシリコン酸化膜43を覆う。続いて、さらにシリコン酸化膜43を覆うGaN結晶の上にGaN結晶が成長し、GaN層14は形成される。このようにしてGaN層14の厚さを300μmまで成長させた後、室温まで冷却し、HVPE炉内から取り出す。
【0082】
次に、図4(d)に示す工程で、上記実施形態1と同様に、レーザビームをサファイア基板11の下面側から、サファイア基板11を介してGaN層12の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレーザビームは、Nd:YAGレーザの3次高調波(355nm)で、照射エネルギー0.3J/cm2、パルス幅5ns、照射時のレーザビーム径は1mmである。GaNの吸収端波長は360〜370nmであるので、波長が355nmであるレーザビームはGaN層12で吸収され、発熱する。このことによって、GaN層12が分解される。
【0083】
次に、図4(e)に示す工程で、サファイア基板11と、シリコン酸化膜43およびGaN層14とを分離する。このとき、上記図4(d)に示す工程においてGaN層12が分解されているので、サファイア基板11と、シリコン酸化膜43およびGaN層14とを分離することは容易である。
【0084】
次に、図4(f)に示す工程で、GaN層14の下に形成されているシリコン酸化膜43を、フッ酸とフッ化アンモニウムからなる溶液を用いたウエットエッチングにより除去する。このことにより、自立したGaN基板14aが得られる。シリコン酸化膜43が除去されていないGaN基板にデバイスを作製した場合、シリコン酸化膜43は熱伝導率が小さいので、デバイスの放熱特性が悪くなり、デバイスの性能に影響を及ぼす可能性がある。従って、シリコン酸化膜43を除去することが好ましい。なお、シリコン酸化膜43の除去は、研磨によって行なってもよい。
【0085】
本実施形態では、GaN層12とGaN層14との間に、GaN層12よりも熱伝導率の低いシリコン酸化膜43を形成する。シリコン酸化膜43を形成しているSiO2の熱伝導率は0.014W/cm・Kであり、GaNよりも熱伝導率が非常に小さく、また、上記実施形態2で用いた金属膜に比べても小さい。このため、GaN層12におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、シリコン酸化膜43を伝導しにくい。つまり、シリコン酸化膜43は熱拡散を抑制する効果が高い。従って、発生した熱の大半はGaN層12の分解に寄与するので、GaN層12を効率良く分解できる。
【0086】
本実施形態のシリコン酸化膜43のような非金属材料では、自由電子による熱伝導がない。さらに、誘電体のような非結晶性材料では原子配列が不規則であるので、熱伝導の効率が悪い。このため、非金属材料であり且つ非結晶性材料の熱伝導率は一般に、金属および結晶性材料にくらべて熱伝導率は小さい。従って、本実施形態のシリコン酸化膜43の代わりに、非金属材料であり且つ非結晶性材料からなる膜として、例えば窒化シリコン(熱伝導率:0.18W/cm・K)からなる膜を用いてもよい。
【0087】
さらに本実施形態では、GaN層12よりも熱伝導率が小さいサファイア基板11(熱伝導率0.46W/cm・K)を用いている。このため、サファイア基板11への熱の伝導も抑えられ、より多くの熱をGaN層12の分解に寄与させることができる。
【0088】
また、本実施形態においても上記実施形態2と同様に、GaN結晶はシリコン酸化膜43上をシリコン酸化膜43の上面に沿って成長するので、GaN層14には転位が伝播しにくい。このため、本実施形態によれば、良好な結晶性を有するGaN基板を作製することができる。
【0089】
また、本実施形態では円形の開口部43aを有するシリコン酸化膜43を形成したが、開口部43aの形状はこれに限定されない。開口部43aの形状として、例えば、ストライプ状、矩形状であっても良い。いずれの形状の開口部を設けた場合においても、開口部内に露出するGaN層12の上面の面積が小さいほど、熱拡散を防止する効果が大きい。
【0090】
さらに本実施形態では、開口部43aが上記実施形態2と同様に設けられているので、より格子欠陥の少ないGaN層14を形成することができ、良質なGaN基板が得られる。
【0091】
なお、本実施形態では、シリコン酸化膜43を、GaN層14の横方向成長のためのマスクとしても使用する。このため、新たにGaN層14の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡略化することができる。
【0092】
上記実施形態1〜3において、GaNおよびGaNよりも熱伝導率の低い材料の例を以下の表1に示す。上記実施形態1〜3における、GaNよりも熱伝導率の低いInN層13、Ni膜23およびシリコン酸化膜43を、それぞれ表1に示す材料から形成される膜にしてもよい。
【0093】
【表1】
Figure 0003803606
【0094】
(実施形態4)
本発明の実施形態4におけるGaN基板の製造方法について、図5を参照しながら説明する。図5は、本実施形態のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【0095】
まず、図5(a)に示す工程で、C面を主面とするサファイア基板11(直径2インチ、厚さ300μm)をMOVPE炉内に導入する。次に、1050℃でサファイア基板11を水素雰囲気中で熱処理した後、500℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム(TMG)、V族原料にアンモニア、キャリアガスとしてH2を用いて、サファイア基板11上に厚さ20nmのGaN緩衝層(不図示)を形成する。再び温度を1050℃まで上げ、GaN緩衝層の上に厚さ300nmのGaN層12を形成する。その後、室温まで冷却し、得られた基板をMOVPE炉内から取り出す。
【0096】
なお、サファイア基板11上に、GaN緩衝層を形成せずにGaN層21を形成してもよい。また、キャリアガスとしてN2や、N2とH2の混合ガスを用いてもよい。
【0097】
次に、図5(b)に示す工程で、スパッタ法により、GaN層12上に厚さ61nmのSiO2層と、厚さ35nmのTiO2層とを交互に形成し、高反射率膜53を形成する。本実施形態では、高反射率膜53は、5層のSiO2層と4層のTiO2層の合計9層からなる膜となっている。なお、本実施形態で形成される高反射率膜53のNd:YAGレーザビームの3次高調波に対する反射率は約97%である。
【0098】
次に、図5(c)に示す工程で、上記実施形態1と同様に、レーザビームをサファイア基板11の下面側から、サファイア基板11を介してGaN層12の下面全体に亘って走査しながら照射する。使用するレーザビームは、Nd:YAGレーザの3次高調波(355nm)であり、照射エネルギー0.26J/cm2、パルス幅5ns、照射時のビーム径は7mmである。
【0099】
GaNの吸収端波長は360〜370nmであるので、レーザビームはサファイア基板11を透過し、GaN層12に吸収される。その結果、GaN層12の下部は加熱され、熱分解される。このことによって、GaN層12の下部にGa金属部54が形成され、窒素ガスが発散する。このとき、サファイア基板11とGaN層12とは、レーザビーム照射後も完全に分離せず、Ga金属部54により弱く接着している。GaN層12は薄く、ハンドリングが困難であるため、サファイア基板11上にGaN層12を載せたまま、以降の工程を行なう。
【0100】
次に、図5(d)に示す工程で、高反射率膜53をパターニングすることによって開口部53aを有する高反射率膜53bを形成する。このとき、高反射率膜53のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて行ない、GaN層12に到達するストライプ状の開口部53aを形成する。本実施形態では、各開口部53aの幅は3μmであり、各開口部53aの間は3μmである。なお、エッチングの際には、高反射率膜53を構成するSiO2層はフッ酸を用い、TiO2層は熱濃硫酸を用いる。なお、開口部53aはストライプ状の他に、ドット状、矩形状などの形状にしてもよい。また、本工程は、レーザビーム照射工程の前に行っても良いが、その場合、開口部53a内に位置するGaN層12が割れて飛んでしまうことがある。そのため、パターニングはレーザビーム照射工程の後に行なうのが好ましい。
【0101】
次に、図5(e)に示す工程で、800℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で10分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上にGaN層14を形成する。GaN層14の形成方法は、上記実施形態1の図1(b)に示す工程で行なう方法と同じである。
【0102】
このとき、GaN結晶は、高反射率膜53b上には成長せず、開口部53a内に露出したGaN層12上から成長を始める。GaN結晶の成長をさらに続けていくと、開口部53a内に露出したGaN層12から成長したGaN結晶は、高反射率膜53bの上面に沿って成長し、最終的に隣接する開口部53aから成長したGaN結晶と共に高反射率膜53を覆う。続いて、高反射率膜53bを覆うGaN結晶の上に、さらに新たなGaN結晶が成長し、GaN層14が形成される。このようにしてGaN層14の厚さを300μmまで成長させる。
【0103】
次に、図5(f)に示す工程で、Ga金属部54を塩酸で除去することによって、自立したGaN基板14aを得る。
【0104】
本実施形態では、図5(d)に示すレーザビーム照射工程において、GaN層12の下部で吸収されなかったレーザビームが高反射率膜53に反射されて戻り、GaN層12の熱分解に寄与する。GaN層12を透過せずにGaN層12の下面に照射されるレーザビーム強度を1とし、レーザビームの3次高調波のGaN層12に対する進入長約0.3μmと、高反射率膜53の反射率97%を考慮すると、反射されてGaN層12の下部に戻ってくるレーザビームの強度は、約0.13となる。つまり、本実施形態ではGaN層12の熱分解に寄与するレーザビームの照射エネルギーの利用効率は、従来の方法の1.13倍となる。従って、GaN層12を効率良く熱分解することができる。
【0105】
また、従来の方法では、GaN層102を熱分解させるためのレーザビームの照射エネルギーのしきい値は約0.30J/cm2である。しかし、本実施形態では、レーザビームの照射エネルギーが0.26J/cm2であるが、GaN層12の熱分解が生じている。つまり、本実施形態によれば、GaN層12を熱分解させるために必要なレーザビームの照射エネルギーのしきい値を、従来の約88%に低下させることができる。
【0106】
ここで、本実施形態におけるGaN層12の厚さとGaN層12の熱分解に寄与するレーザビーム強度との関係を図6に示す。なお、図6の縦軸は、従来方法においてGaN層102の熱分解に寄与するレーザビーム強度に対する比で表されている。
【0107】
図6に示すように、本実施形態では、GaN層12の膜厚が薄いほど、熱分解に寄与するレーザビーム強度は大きくなり、レーザビームの照射エネルギーの閾値も低下させることができる。しかし、GaN層12を過剰に薄くすると、GaN層12全てが熱分解してしまう。従って、GaN層12全てが熱分解しない程度にGaN層12の膜厚を調節する必要がある。
【0108】
また、レーザビームの照射エネルギーのしきい値を低下させる手段として、レーザビームのビーム径を大きくすることができる。ビーム径の大きなレーザビームを用いれば、レーザビームを照射する際の走査回数を少なくすることができ、GaN基板の生産性および歩留の向上が可能となる。
【0109】
また、本実施形態では、高反射率膜53を形成しているSiO2およびTiO2はいずれも誘電体であり、上記実施形態3で述べたようにGaNよりも熱伝導率が非常に小さい。このため、GaN層12におけるレーザビームの吸収により発生した熱は、高反射率膜53を伝導しにくい。従って、高反射率膜53への熱拡散は小さく、発生した熱の大半はGaN層12の分解に寄与するので、GaN層12を効率良く分解できる。
【0110】
さらに、本実施形態では、開口部53aを有する高反射率膜53bを、GaN層14の横方向成長のためのマスクとしても使用する。このため、新たにGaN層14の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡略化することができる。
【0111】
(実施形態5)
本発明の実施形態5におけるIII族窒化物半導体基板の製造方法について、図7を参照しながら説明する。図7は、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法を表す工程断面図である。
【0112】
まず、図7(a)に示す工程で、C面を主面とするサファイア基板11(直径2インチ、厚さ300μm)をMOVPE炉内に導入する。次に、1050℃でサファイア基板11を水素雰囲気中で熱処理した後、500℃まで冷却する。続いて、III族原料にトリメチルガリウム(TMG)、V族原料にアンモニア、キャリアガスとしてH2を用いて、サファイア基板11上に厚さ20nmのGaN緩衝層(不図示)を形成する。再び温度を1050℃まで上げ、GaN緩衝層の上に厚さ50nmのGaN層12を形成する。
【0113】
次に、図7(b)に示す工程で、III族原料にAlの原料ガスとしてトリメチルアルミニウムとトリメチルガリウム(TMG)を、V族原料にアンモニアを用いて、GaN層12上に厚さ4μmのAlGaN層55を形成する。
【0114】
本実施形態では、AlGaN層55は、Al0.1Ga0.9Nから形成されているが、AlとGaとの組成は、レーザビーム照射工程で用いるレーザビームの照射エネルギーよりもバンドギャップが大きくなるように決定すればよい。その後、室温まで冷却し、得られた基板をMOVPE炉内から取り出す。
【0115】
次に、図7(c)に示す工程で、スパッタ法により、AlGaN層55上に厚さ61nmのSiO2層と、厚さ35nmのTiO2層とを交互に形成し、高反射率膜53を形成する。本実施形態では、高反射率膜53は、5層のSiO2層と4層のTiO2層の合計9層からなる膜となっている。なお、本実施形態で形成される高反射率膜53のNd:YAGレーザビームの3次高調波に対する反射率は約96%である。
【0116】
次に、図7(d)に示す工程で、上記実施形態1と同様に、レーザビームをサファイア基板11の下面側から、サファイア基板11を介してGaN層12の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことによって、GaN層12が分解される。使用するレーザビームは、Nd:YAGレーザの3次高調波(355nm)であり、照射エネルギー0.20J/cm2、パルス幅5ns、照射時のビーム径は7mmである。
【0117】
GaNの吸収端波長は360〜370nmであるので、レーザビームはサファイア基板11を透過し、GaN層12に吸収される。その結果、GaN層12の下部は加熱され、熱分解される。本実施形態では、GaN層12が非常に薄いため、GaN層12のほぼ全体がGa金属部54となり、窒素ガスが発散する。このとき、サファイア基板11とAlGaN層55とは、レーザビーム照射後も完全に分離せず、Ga金属部54により弱く接着している。AlGaN層55は薄く、ハンドリングが困難であるため、サファイア基板11上にAlGaN層55を載せたまま、以降の工程を行なう。
【0118】
次に、図7(e)に示す工程で、高反射率膜53をパターニングすることによって開口部53aを有する高反射率膜53bを形成する。このとき、高反射率膜53のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて行ない、AlGaN層55に到達するストライプ状の開口部53aを形成する。本実施形態では、各開口部53aの幅は3μmであり、各開口部53aの間は3μmである。なお、エッチングの際には、高反射率膜53を構成するSiO2層はフッ酸を用い、TiO2層は熱濃硫酸を用いる。なお、開口部はストライプ状の他に、ドット状、矩形状などの形状にしてもよい。また、本工程は、レーザビーム照射工程の前に行っても良いが、その場合、開口部53a内に位置するAlGaN層55が割れて飛んでいってしまうことがある。そのため、パターニングはレーザビーム照射工程の後に行なうのが好ましい。
【0119】
次に、図7(f)に示す工程で、800℃、窒素およびアンモニア雰囲気中で10分間熱処理を行なって、基板表面上の不純物を除去した後、基板上にGaN層14を形成する。GaN層14の形成方法は、上記実施形態1の図1(b)に示す工程で行なう方法と同じである。
【0120】
このとき、GaN結晶は、高反射率膜53b上には成長せず、開口部53a内に露出したAlGaN層55上から成長を始める。GaN結晶の成長をさらに続けていくと、開口部53a内に露出したAlGaN層55から成長したGaN結晶は、高反射率膜53bの上面に沿って成長し、最終的に隣接する開口部53aから成長したGaN結晶と共に高反射率膜53bを覆う。続いて、高反射率膜53bを覆うGaN結晶の上に、さらに新たなGaN結晶が成長し、GaN層14が形成される。このようにしてGaN層14の厚さを300μmまで成長させる。
【0121】
次に、図7(g)に示す工程で、AlGaN層55およびGaN層14とが搭載されたサファイア基板11を塩酸につけることにより、サファイア基板11からAlGaN層55およびGaN層14を分離する。このことによって、AlGaN層55とGaN層14とからなるIII族窒化物半導体基板が得られる。
【0122】
本実施形態では、図7(d)に示すレーザビーム照射工程において、GaN層12の下部で吸収されなかったレーザビームが高反射率膜53に反射されて戻り、GaN層12の熱分解に寄与する。このため、本実施形態よれば、GaN層14の結晶性が非常に良好なIII族窒化物半導体基板が得られる。このことについて、以下に詳細に説明する。
【0123】
AlGaN層55(Al0.1Ga0.9N)のバンドギャップは約4.1eVであり、Nd:YAGレーザビームの3次高調波のエネルギーより大きい。このため、AlGaN層55において、レーザビームは吸収されない。また、レーザビームのGaN層12に対する進入長が約0.3μmであり、高反射率膜の反射率が96%である。上記の条件を考慮すると、GaN層12の下面に照射されるレーザビーム強度を1とした場合、高反射率膜53に反射されてGaN層12の下面に戻ってくるレーザビーム強度は約0.7となる。つまり、本実施形態ではGaN層12の熱分解に寄与するレーザビームの照射エネルギーの利用効率は、従来の方法の1.7倍となる。従って、GaN層12を効率良く熱分解することができる。
【0124】
また、従来の方法では、GaN層102を熱分解させるためのレーザビームの照射エネルギーのしきい値は約0.30J/cm2である。しかし、本実施形態では、レーザビームの照射エネルギーが0.20J/cm2であるが、GaN層12の熱分解が生じている。つまり、本実施形態によれば、GaN層12を熱分解させるために必要なレーザビームの照射エネルギーのしきい値を、従来の約67%に低下させることができる。
【0125】
また、レーザビームの照射エネルギーのしきい値を低下させる手段として、レーザビームのビーム径を大きくすることができる。ビーム径の大きなレーザビームを用いれば、レーザビームを照射する際の走査回数を少なくすることができる。このため、結晶性が良好なIII族窒化物半導体基板が得られ、更にIII族窒化物半導体基板の生産性および歩留の向上も図ることができる。
【0126】
なお、上記実施形態4と同様に、本実施形態においてもGaN層12の膜厚が薄いほど、熱分解に寄与するレーザビーム強度は大きくなり、レーザビームの照射エネルギーの閾値も低下させることができる。しかし、GaN層12を過剰に薄くすると、GaN層12全てが熱分解してしまう。従って、GaN層12全てが熱分解しない程度にGaN層12の膜厚を調節する必要がある。
【0127】
さらに、本実施形態では、開口部53aを有する高反射率膜53bを、GaN層22の横方向成長のためのマスクとしても使用する。このため、新たにGaN層22の横方向成長のためのマスクを製造する必要が無く、製造工程を簡略化することができる。
【0128】
(実施形態6)
本発明の実施形態6におけるGaN基板の製造方法について、図8を参照しながら説明する。図8は、本実施形態のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【0129】
まず、図8(a)に示す工程で、両面研磨した直径2インチのC面を主面とする厚さ300μmのサファイア基板11を用意する。次いで、図中の矢印に示すように、サファイア基板11の下面からプロトン(H+)を注入する。プロトンの注入条件は、イオンエネルギー200keV、平均飛程1.12μm、注入量5.0×1016atoms・cm-2である。
【0130】
次に、図8(b)に示す工程で、上述のイオン注入によって、サファイア基板11の下面から深さ1.12μmを中心として約2μmの厚さを有するイオン注入領域62が形成される。イオン注入領域62は、イオン注入時に損傷を受けるため、非常に欠陥の多い領域となっている。
【0131】
次に、図8(c)に示す工程で、イオン注入領域62が形成されたサファイア基板11をHVPE炉内に導入する。次いで、III族ラインからGaCl、V族ラインから窒素キャリアガスとともにアンモニアガスを供給することによって、サファイア基板11の上面上にGaN層64を形成する。III族ラインから供給されるGaClは、具体的には、900℃に加熱したGaメタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとしてHClガスを導入することによって生成される。このことによって、500℃に加熱されたサファイア基板11の上面上にGaNからなる厚さ30nmのバッファ層(不図示)を形成する。続いて、サファイア基板11を1050℃まで加熱し、GaN層64を50μm/時の形成速度で6時間成長させ、最終的にGaN層64の厚さを300μmにする。この後、基板を室温まで冷却し、HVPE炉内から取り出す。
【0132】
次に、図8(d)に示す工程で、レーザビームをイオン注入領域62の下面側から、イオン注入領域62およびサファイア基板11を介してGaN層64の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことによって、GaN層12が分解される。使用するレーザビームは、Nd:YAGレーザの3次高調波(355nm)であり、照射エネルギー0.3J/cm2、パルス幅5ns、照射時のビーム径は1mmである。
【0133】
このとき、レーザビームは、イオン注入領域62を通過する。イオン注入領域62は、非常に欠陥の多い領域となっており、結晶の均一性は失われている。このため、レーザビームはイオン注入領域62を通過後、図8(d)に示すように散乱し、ビーム径が広がる。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化される。GaNの吸収端波長は360〜370nmであるので、波長が355nmであるレーザビームはGaN層64で吸収され、発熱する。この発熱により、GaN層64の下部が熱分解される。
【0134】
次に、図8(e)に示す工程で、サファイア基板11とGaN層64とを分離する。このとき、上記図8(d)に示す工程においてGaN層64の下部が分解されているので、サファイア基板11とGaN層64とを完全に分離することができ、自立したGaN層64すなわちGaN基板64aを得ることができる。
【0135】
本実施形態の図8(c)に示す基板と、イオン注入領域62を形成しなかったこと以外、図8(c)に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板の下面側から1パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比較した。なお、このときのレーザビーム径は1mmである。
【0136】
イオン注入領域62を形成しなかった場合、GaN層における照射痕は直径約1mmの円状であり、レーザビームはほとんど散乱することなく、GaN層へと到達していた。一方、イオン注入領域62を形成した本実施形態の図8(c)に示す基板では、GaN層64における照射痕は直径約1.5mmの円形状となっっていた。つまり、本実施形態の図8(c)に示す基板では、レーザビームがGaN層64に到達したときに、イオン注入領域62を形成しなかった場合に比べて約1.5倍のビーム径になるまで散乱される。
【0137】
上述のように、本実施形態のGaN基板の製造方法によれば、サファイア基板11に形成されたイオン注入領域62において、レーザビームを効果的に散乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間でGaN基板を作製することができる。
【0138】
なお、本実施形態ではイオン注入をサファイア基板の下面全体に対して行なったが、サファイア基板の下面の一部にイオン注入を行なってもよい。
【0139】
また、サファイア基板11に注入される元素は、特に限定されるものではなく、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Mg、Zn、N、O、C等でも同様の効果が得られる。勿論、これらの複数種類の元素を注入してもよい。
【0140】
また、イオン注入はGaN層の成長前に行なったが、レーザビーム照射工程以前であれば、いつ行なってもよい。
【0141】
なお、GaN層64の形成の際の加熱によって、イオン注入領域62の結晶性が回復してしまうと散乱効果が弱くなるので、イオン注入は照射損傷を実質的に回復できない程度まで行なうことが好ましい。具体的なイオン注入条件は、注入する元素によって変わるので限定することはできないが、イオンを注入して散乱の効果を確実に得るためには、注入量が1×1014〜1×1020atoms・cm-2の範囲内であることが好ましい。
【0142】
また、得られたGaN基板64aの下部は、レーザビーム照射時の熱分解により凹凸が生じているので、必要に応じて研磨によって平坦化を行なってもよい。
【0143】
(実施形態7)
本発明の実施形態7におけるGaN基板の製造方法について、図9を参照しながら説明する。
【0144】
まず、図9(a)に示す工程で、両面研磨した直径2インチのC面を主面とする厚さ300μmのサファイア基板11を用意し、HVPE炉内に導入する。次いで、III族ラインからGaCl、V族ラインから窒素キャリアガスとともにアンモニアガスを供給することによって、サファイア基板11の上面上にGaN層65を形成する。III族ラインから供給されるGaClは、具体的には、900℃に加熱したGaメタルが充填されたボートに、窒素をキャリアガスとしてHClガスを導入することによって生成される。このことによって、500℃に加熱されたサファイア基板11の上面上にGaNからなる厚さ30nmのバッファ層(不図示)を形成する。続いて、サファイア基板11を1050℃まで加熱し、GaN層65を50μm/時の形成速度で約2分間成長させ、最終的にGaN層65の厚さを1μmにする。この後、基板を室温まで冷却し、HVPE炉内から取り出す。
【0145】
次に、図9(b)に示す工程で、図中に示す矢印のようにGaN層65にプロトン(H+)を注入する。イオン(プロトン)の注入条件は、イオンエネルギー180keV、平均飛程1.12μm、注入量5.0×1016atoms・cm-2である。
【0146】
次に、図9(c)に示す工程で、上述のイオン注入によって、サファイア基板11の上部に厚さ約0.5μmのイオン注入領域66が形成される。イオン注入領域66は、イオン注入時に損傷を受けるため、非常に欠陥の多い領域となっている。
【0147】
次に、図9(d)に示す工程で、基板を再度HVPE炉内に導入し、700℃、アンモニアガス雰囲気中で熱処理を行い、GaN層65の表面の不純物を除去する。次いで、サファイア基板11を1050℃まで加熱し、50μm/時で6時間成長を行い、厚さ300μmのGaN層67を成長させる。この後、基板を室温まで冷却し、HVPE炉内から取り出す。
【0148】
次に、図9(e)に示す工程で、レーザビームをサファイア基板11の下面側から、サファイア基板11およびイオン注入領域66を介してGaN層65の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことによって、GaN層65の下部が分解される。使用するレーザビームは、Nd:YAGレーザの3次高調波(355nm)であり、照射エネルギー0.3J/cm2、パルス幅5ns、照射時のビーム径は1mmである。
【0149】
このとき、レーザビームは、イオン注入領域66を通過する。イオン注入領域66は、非常に欠陥の多い領域となっており、結晶の均一性は失われている。このため、レーザビームはイオン注入領域66を通過後、図9(e)に示すように散乱し、ビーム径が広がる。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化される。GaNの吸収端波長は360〜370nmであるので、波長が355nmであるレーザビームはGaN層65で吸収され、発熱する。この発熱により、GaN層65の下部が熱分解される。
【0150】
次に、図9(f)に示す工程で、サファイア基板11およびイオン注入領域66と、GaN層65および67とを分離する。このとき、上記図9(e)に示す工程においてGaN層65の下部が分解されているので、サファイア基板11とGaN層65とを完全に分離することができ、自立したGaN層65および67、すなわちGaN基板67aを得ることができる。
【0151】
なお、図9(f)に示す工程の後、得られたGaN基板67aの下部は、レーザビーム照射時の熱分解により凹凸が生じているので、必要に応じて研磨によって平坦化を行なってもよい。
【0152】
本実施形態の図9(d)に示す基板と、イオン注入領域66を形成しなかったこと以外、図9(d)に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板の下面側から1パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比較した。なお、このときのレーザビーム径は1mmである。
【0153】
イオン注入領域66を形成しなかった場合、GaN層における照射痕は直径約1mmの円状であり、レーザビームはほとんど散乱することなく、GaN層へと到達していた。一方、イオン注入領域66を形成した本実施形態の図9(d)に示す基板では、GaN層65における照射痕は直径約1.3mmの円形状となっっていた。つまり、本実施形態の図9(d)に示す基板では、レーザビームがGaN層65に到達したときに、イオン注入領域66を形成しなかった場合に比べて約1.3倍のビーム径になるまで散乱される。
【0154】
上述のように、本実施形態のGaN基板の製造方法によれば、サファイア基板11に形成されたイオン注入領域66において、レーザビームを効果的に散乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間でGaN基板を作製することができる。
【0155】
なお、本実施形態ではイオン注入をサファイア基板の上面全体に対して行なったが、サファイア基板の上面の一部にイオン注入を行なってもよい。
【0156】
また、サファイア基板11に注入される元素は、特に限定されるものではなく、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Mg、Zn、N、O、C等でも同様の効果が得られる。勿論、これらの複数種類の元素を注入してもよい。
【0157】
なお、本実施形態では、GaN層65を介してイオン注入するので、GaN層65の損傷を低減するためには、イオン注入量を1×1014〜1×1018atoms・cm-2とし、基板に直接注入する上記実施形態6よりも、イオン注入量を減らすことが好ましい。
【0158】
レーザビームの照射によって、GaN層65内に熱分解した部分と熱分解していない部分とが存在する場合、GaN層65内に局所的な応力が発生する。しかしながら、本実施形態では、GaN層65を介してイオン注入を行なうので、GaN層65にもイオン注入による損傷が生じ、原子間の結合が弱くなっている部分が存在する。このため、GaN層65内に発生した局所的な応力は、原子間の結合が弱い部分で緩和される。従って、GaN層65にクラックや割れが発生しにくい。つまり、クラックや割れの少ない良質なGaN基板を得ることができる。
【0159】
(実施形態8)
本発明の実施形態8におけるGaN基板の製造方法について、図10を参照しながら説明する。
【0160】
まず、図10(a)に示す工程で、両面研磨した直径2インチのC面を主面とする厚さ300μmのサファイア基板11を用意し、HVPE炉内に導入する。次いで、蒸着法によりサファイア基板11の下面上に、厚さ100nmのNi層68を形成する。
【0161】
次に、図10(b)に示す工程で、Ni層68をパターニングすることによって、開口部68aを有するNi膜68bを形成する。このとき、Ni層68のパターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行ない、サファイア基板11に到達するストライプ状の開口部68aを形成する。なお本実施形態では、各開口部68aは、開口幅が0.25μm、各開口部68aの間隔が0.25μmであり、サファイア基板11の<11-20>方向に延びるように設けられている。
【0162】
次に、図10(c)に示す工程で、Ni膜68bをマスクとするArガスを用いたドライエッチングによって、サファイア基板11をエッチングを行なう。
【0163】
次に、図10(d)に示す工程で、Ni膜68bをウエットエッチングによって除去する。このことによって、サファイア基板11の下部に溝69を形成する。本実施形態では、溝69の深さは0.25μmである。
【0164】
次に、図10(e)に示す工程で、上記実施形態6と同様の方法で、厚さ300μmのGaN層70をサファイア基板11の上面上に形成する。続いて、得られた基板を室温まで冷却する。
【0165】
次に、図10(f)に示す工程で、レーザビームをサファイア基板11の下面側から、サファイア基板11を介してGaN層70の下面全体に亘って走査しながら照射する。このことによって、GaN層70の下部が熱分解される。使用するレーザビームは、レーザの3次高調波(355nm)であり、照射エネルギー0.3J/cm2、パルス幅5ns、照射時のビーム径は1mmである。
【0166】
このときレーザビームは、図9(e)に示すように溝69によって散乱し、ビーム径が広がる。従って、レーザビームの空間強度分布が均一化される。GaNの吸収端波長は360〜370nmであるので、波長が355nmであるレーザビームはGaN層70で吸収され、発熱する。この発熱により、GaN層65の下部が熱分解される。
【0167】
次に、図10(g)に示す工程で、サファイア基板11と、GaN層70とを分離する。このとき、上記図10(f)に示す工程においてGaN層70の下部が分解されているので、サファイア基板11とGaN層70とを完全に分離することができ、自立したGaN層70、すなわちGaN基板70aを得ることができる。
【0168】
本実施形態の図10(e)に示す基板と、溝69を形成しなかったこと以外、図10(e)に示す基板と全く同様に形成された基板とを用意し、それぞれの基板に、レーザビームをサファイア基板の下面側から1パルスだけ照射し、照射痕の大きさを比較した。なお、このときのレーザビーム径は1mmである。
【0169】
溝69を形成しなかった場合、GaN層における照射痕は直径約1mmの円状であり、レーザビームはほとんど散乱することなく、GaN層へと到達していた。一方、溝69を形成した本実施形態の図10(e)に示す基板では、GaN層70における照射痕は直径約1.5mmの円形状となっていた。つまり、本実施形態の図9(c)に示す基板では、レーザビームがGaN層70に到達したときに、溝69を形成しなかった場合に比べて約1.5倍のビーム径になるまで散乱される。
【0170】
上述のように、本実施形態のGaN基板の製造方法によれば、サファイア基板11に形成された溝69によって、レーザビームを効果的に散乱させ、ビーム径を拡大することができる。このため、レーザビームの走査回数を低減することができ、短時間でGaN基板を作製することができる。
【0171】
なお、本実施形態では溝69をストライプ状に形成したが、これに特に限定されるものではない。例えば、溝69の代わりに、ドット状、格子状に凹部を設けてもよい。また、サンドブラストや切削などで生じる不規則な凹部でもよい。
【0172】
なお、溝69あるいは上述の凹部が密に形成されているほど散乱の効果が大きくなるので好ましい。特に、本実施形態において、散乱の効果を得るためには、各溝69の開口幅および間隔は、入射する光の波長以下の大きさであることが好ましい。また、溝69の側面が斜面となっていてもよい。側面が斜面となっている溝69の形成法としては、サファイア基板11の下面に対して斜め方向からプラズマ照射を行なう、あるいは図10(c)に示すサファイア基板11のエッチング工程で用いるマスクとして、エッチングによって削れ易いマスク材料(例えば、レジスト)を用いる方法等が挙げられる。
【0173】
(実施形態9)
本実施形態では、上記実施形態1〜8で得られるGaN基板14a、64a、67aおよび70aのいずれかを用いて、多数のGaN基板を作製する方法を説明する。
【0174】
例えば、上記実施形態1で得られる、2インチ径のGaN基板14aをHVPE炉内に導入する。750℃でGaN基板14aをアンモニア雰囲気中で熱処理した後、 実施形態1と同様に、1050℃にまで加熱し、厚さが10mmとなるまで成長する。その後、室温まで冷却し、HVPE炉内から取り出す。次いで、スライサーを用いてc軸に直角方向に厚さ300μmでスライスすることによって、30枚のGaN基板を得ることができる。
【0175】
勿論、上記実施形態2〜8で得られたGaN基板14a、64a、67a、70aを用いて、上述の方法で全く同様に複数枚のGaN基板を作製することができる。
【0176】
本実施形態の方法では、上記実施形態1〜8のいずれかで作製したGaN基板を種結晶として、GaN単結晶を厚く成長させ、厚いGaN単結晶をスライサにより切断するので、一挙に複数のGaN基板を作製することが可能である。さらに、本実施形態の方法では、各実施形態1〜8において最初に用いられるサファイア基板11が、1枚だけでよいので低コスト化が可能である。
【0177】
(その他の実施形態)
本実施形態では、上記実施形態1〜8における改変例について説明する。
【0178】
上記実施形態1〜8では、III族窒化物半導体基板の製造方法としてGaN基板の製造方法を例に述べたが、これに限定されるものではない。III族ラインから供給される原料ガスを適宜変更することによって、AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなるIII族窒化物半導体基板を製造することができる。
【0179】
上記実施形態1〜8では、Nd:YAGレーザビームを用いたが、III族窒化物半導体基板の吸収端波長よりも大きく、且つ基板の吸収端波長よりも小さい波長を有するものであれば良い。例えば、KrF:エキシマレーザビーム(248nm)、XeCl:エキシマレーザビーム(308nm)などを用いることも可能である。
【0180】
上記実施形態1〜8では、サファイア基板11の大きさは2インチとしたが、さらに面積の大きい基板であっても、割れや欠けなく、III族窒化物半導体基板を作製することが可能である。
【0181】
また、サファイア基板11の代わりに、Nd:YAGレーザビームやKrFエキシマレーザビームが透過可能な材料(例えば、スピネル等)を用いてもよい。
【0182】
また、III族窒化物半導体基板を形成する際に、II族、IV族またはVI族元素を含む原料を用いて、II族、IV族またはVI族元素をドーピングしてもよい。例えば、GaN基板にSi、Ge、Se等を不純物としてドーピングすれば、n型の導電性を有するIII族窒化物半導体膜が得られる。また、GaN基板にBe、Mg、Zn等を不純物としてドーピングすれば、p型の導電性を有するIII族窒化物半導体膜が得られる。
【0183】
以上説明したように、本発明のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、割れや欠けのない広い面積を有するIII族窒化物半導体基板を短時間で作製でき、それによりIII族窒化物半導体基板の量産が可能となる。
【0184】
本発明の窒化物半導体基板の製造方法により、窒化物半導体層の熱分解に必要なレーザビームの照射エネルギーのしきい値を低下させることが出来る。また、閾値の低下に伴い、レーザビームのビーム径を大きくすることが出来るので、母材基板と窒化物半導体層の分離を行う際に必要なレーザビームの走査回数を減らすことが出来る。そのため、レーザビーム照射工程に要する時間を短縮し、生産性を向上させることができる。また、レーザビームの照射回数が減少するので、歩留の向上にも繋がる。
【0185】
本実施形態で得られたIII族窒化物半導体基板は、半導体レーザや電界効果トランジスタ等の半導体装置を作製するために用いられる。
【0186】
【発明の効果】
本発明によれば、良質な結晶性を有するIII族窒化物半導体基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)〜(e)は、本発明の実施形態1のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図2】図2(a)〜(f)は、本発明の実施形態2のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図3】図3は、図2(b)に示す基板の上面図である。
【図4】図4(a)〜(f)は、本発明の実施形態3のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図5】図5(a)〜(e)は、本発明の実施形態4のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図6】図6は、GaN層の厚さと、GaN層の熱分解に寄与するレーザビーム強度との関係を示す図である。
【図7】図7(a)〜(f)は、本発明の実施形態5のIII族窒化物半導体基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図8】図8(a)〜(e)は、本発明の実施形態6のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図9】図9(a)〜(f)は、本発明の実施形態7のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図10】図10(a)〜(g)は、本発明の実施形態8のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【図11】図11(a)〜(c)は、従来のGaN基板の製造方法を表す工程断面図である。
【符号の説明】
11 サファイア基板
12、65 GaN層
13 InN層
14、64、67 GaN層
14a、64a、67a、70a GaN基板
23 Ni膜
23a、43a、53a、68a 開口部
43 シリコン酸化膜
53、53b 高反射率膜
54 Ga金属部
55 AlGaN層
62、66 イオン注入領域
68 Ni層
68b Ni膜
69 溝
70 GaN層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate used for a semiconductor laser or a high temperature operation transistor that emits light of a short wavelength such as blue or purple.
[0002]
[Prior art]
Al x Ga y In 1-xy A group III nitride semiconductor represented by N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) is an optical device having a wavelength from red to ultraviolet. This material is expected to be applied to light-emitting devices and light-receiving devices. Until now, relatively high-quality group III nitride semiconductor films have been formed mainly by crystal growth on a sapphire substrate.
[0003]
However, since the sapphire substrate and the group III nitride semiconductor film do not lattice match, the group III nitride semiconductor film includes many crystal defects. As a result, there has been a problem that the characteristics of the device using the group III nitride semiconductor are poor.
[0004]
In addition, since the sapphire substrate is a substrate that does not conduct electricity, a so-called insulating substrate, when the group III nitride semiconductor film formed on the sapphire substrate is used for a semiconductor laser or transistor, all the electrodes are group III nitride. It is necessary to form it on the semiconductor film. This complicates the manufacturing process and reduces the manufacturing yield of devices made of group III nitride semiconductors.
[0005]
Therefore, in order to improve the manufacturing yield and performance of devices using Group III nitride semiconductors, it is strongly desired to obtain a Group III nitride semiconductor substrate (especially a GaN substrate) of high quality and large area. It is rare. Against this background, various methods have been proposed for removing a heterogeneous substrate after a group III nitride semiconductor film is grown on a heterogeneous substrate (such as a sapphire substrate).
[0006]
For example, a method of separating a sapphire substrate and a GaN film by irradiating with a strong laser beam (Michael K. Kelly et al., Japanese Journal of Applied Physics Vol. 38 p.L217-L219, 1999) is known. Hereinafter, this conventional method will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a process sectional view for explaining a conventional method.
[0007]
In the step shown in FIG. 11 (a), a hydride vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as HVPE) is used to form a 200-inch thick sapphire substrate 101 having a C-plane as the main surface. A 300 μm GaN layer 102 is formed.
[0008]
Next, in the step shown in FIG. 11B, after the sapphire substrate 101 on which the GaN layer 102 is formed is taken out from the HVPE reactor, a laser beam having a wavelength of 355 nm is passed through the sapphire substrate 101 from the sapphire substrate 101 side. Irradiation is performed while scanning over the entire lower surface of the GaN layer 102. In addition, the arrow in a figure represents a laser beam. At this time, heat is generated in the portion of the GaN layer 102 irradiated with the laser beam, and the lower portion of the GaN layer 102 is decomposed by this heat.
[0009]
Next, in the step shown in FIG. 11C, the sapphire substrate 101 and the GaN layer 102 are separated to obtain a self-standing GaN substrate 102a.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method has the following problems.
[0011]
The thermal conductivities of GaAs and InP, which are typical III-V group compound semiconductors, are 0.54 W / cm · K and 0.68 W / cm · K, respectively. Moreover, the thermal conductivity of Si used for the submount for heat dissipation is 1.5 W / cm · K.
[0012]
On the other hand, the thermal conductivity of GaN is 1.3 W / cm · K. That is, GaN is a material that easily conducts heat, compared to the thermal conductivity of the above-described materials. Therefore, in the conventional method of irradiating GaN with a laser beam, heat generated under the GaN layer 102 due to absorption of the laser beam is likely to diffuse. For this reason, in the step shown in FIG. 11B, there is a problem in that the amount of heat for completely decomposing the portion of the GaN layer 102 irradiated with the laser beam is insufficient and the decomposition efficiency of GaN deteriorates. When the decomposition efficiency of GaN deteriorates, the number of scans of the laser beam is increased, and the sapphire substrate 101 and the GaN layer 102 are supplied by supplying heat for completely decomposing the portion of the GaN layer 102 irradiated with the laser beam. Must be separated. Therefore, the time required for the process shown in FIG. 11B is lengthened and productivity is lowered.
[0013]
In addition, since sapphire and GaN are not lattice matched, the GaN layer 102 includes many crystal defects and strains. For this reason, a crack may occur in the obtained GaN substrate 102a due to an impact that releases the stress during GaN decomposition. In particular, as the number of times the laser beam is scanned increases, the probability that the GaN substrate 102a is cracked increases.
[0014]
Furthermore, even when the GaN substrate 102a is not cracked, the crack may remain inside the GaN substrate 102a. When a device such as a light-emitting diode or a laser diode is manufactured using the GaN substrate 102a having a residual crack, there is a problem that the crack causes current leakage and the reliability of the device is lowered.
[0015]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-quality group III nitride semiconductor substrate.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a group III nitride semiconductor substrate of the present invention includes a step (a) of preparing a substrate, a step (b) of forming a first semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate, and the first step. A step (c) of forming a thermal diffusion suppression layer having a thermal conductivity lower than that of the first semiconductor layer on the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the thermal diffusion suppression layer. Irradiating the first semiconductor layer through the substrate with a light beam that passes through the substrate and is absorbed by the first semiconductor layer. (E).
[0017]
According to the present invention, a thermal diffusion suppression layer having a lower thermal conductivity than the first semiconductor layer is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. For this reason, the heat generated by the absorption of the light beam in the first semiconductor layer is suppressed by the thermal diffusion suppression layer. Therefore, most of the generated heat contributes to the decomposition of the first semiconductor layer, so that the first semiconductor layer can be decomposed efficiently. Therefore, even if the number of scanning times of the light beam is smaller than before, the amount of heat for completely decomposing the first semiconductor layer can be supplied, and the productivity is improved. In addition, since the number of times of scanning with the light beam is smaller than before, the risk of cracking in the group III nitride semiconductor substrate obtained by separating the second semiconductor layer can be reduced.
[0018]
The thermal diffusion suppressing layer may be formed of a group III nitride semiconductor having a lower thermal conductivity than the group III nitride semiconductor forming the first semiconductor layer.
[0019]
The thermal diffusion suppression layer is made of In. x Ga 1-x You may form from the semiconductor which consists of N (0 <x <= 1).
[0020]
In the step (c), it is preferable that after the thermal diffusion suppression layer is formed, an opening that penetrates the thermal diffusion suppression layer and reaches the first semiconductor layer is formed.
[0021]
Thereby, when forming the second semiconductor layer, the group III nitride semiconductor crystal forming the second semiconductor layer grows along the upper surface of the thermal diffusion suppressing layer. Therefore, dislocations generated in the first semiconductor layer hardly propagate to the second semiconductor layer. That is, there are very few dislocations in the second semiconductor layer. Therefore, a group III nitride semiconductor substrate having good crystallinity can be obtained.
[0022]
The thermal diffusion suppressing layer may be formed from a metal.
[0023]
The thermal diffusion suppression layer may be formed of at least one metal selected from Ni, Pt, and Ti.
[0024]
The thermal diffusion suppression layer may be formed from a dielectric.
[0025]
The thermal diffusion suppression layer may be formed of at least one dielectric selected from a silicon oxide film and a silicon nitride film.
[0026]
It is preferable that the process (f) which removes the said thermal-diffusion suppression layer is included after the said process (e).
[0027]
In the step (f), the thermal diffusion suppressing layer may be removed by etching.
[0028]
In the step (f), the thermal diffusion suppressing layer may be removed by polishing.
[0029]
The substrate preferably has a lower thermal conductivity than the first group III nitride semiconductor.
[0030]
As a result, heat conduction to the substrate is also suppressed, and more heat can be contributed to the decomposition of the first semiconductor layer.
[0031]
Another method for producing a group III nitride semiconductor substrate of the present invention includes a step (a) of preparing a substrate, a step (b) of forming a first semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate, A step (c) of forming a light reflecting layer on the first semiconductor layer, a step (d) of forming a second semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the light reflecting layer, and the substrate. A step (e) of decomposing the first semiconductor layer by irradiating the first semiconductor layer with a light beam that is transmitted and absorbed by the first semiconductor layer through the substrate; The light reflecting layer reflects the light beam irradiated in the step (e).
[0032]
According to the present invention, during the light beam irradiation, the laser beam that has not been absorbed in the lower portion of the first semiconductor layer is reflected back to the light reflecting layer, contributing to thermal decomposition of the first semiconductor layer. For this reason, the threshold value of the irradiation energy of the light beam necessary for thermally decomposing the first semiconductor layer can be lowered as compared with the conventional case. Further, the beam diameter of the light beam can be increased as means for lowering the threshold value of the irradiation energy of the light beam. Therefore, even if the number of scanning times of the light beam is smaller than before, the amount of heat for completely decomposing the first semiconductor layer can be supplied, and the productivity is improved. In addition, since the number of times of scanning with the light beam is smaller than before, the risk of cracking in the group III nitride semiconductor substrate obtained by separating the second semiconductor layer can be reduced.
[0033]
The first semiconductor layer has a first layer made of a group III nitride semiconductor having a smaller band gap than the energy of the light beam, and a band gap larger than the energy of the light beam formed on the first layer. It is preferable to have a second layer made of a group III nitride semiconductor.
[0034]
As a result, the light beam is not absorbed in the second layer. Therefore, attenuation is suppressed when the light beam that has not been absorbed by the lower portion of the first semiconductor layer is reflected by the light reflecting layer. For this reason, the utilization efficiency of the irradiation energy of the light beam which contributes to the thermal decomposition of the first semiconductor layer becomes larger than before.
[0035]
In the step (c), after forming the light reflecting layer, it is preferable to form an opening that penetrates the light reflecting layer and reaches the first semiconductor layer.
[0036]
Thereby, when forming the second semiconductor layer, the group III nitride semiconductor crystal forming the second semiconductor layer grows along the upper surface of the thermal diffusion suppressing layer. Therefore, dislocations generated in the first semiconductor layer hardly propagate to the second semiconductor layer. That is, there are very few dislocations in the second semiconductor layer. Therefore, a group III nitride semiconductor substrate having good crystallinity can be obtained.
[0037]
The light reflecting layer may be formed of a dielectric.
[0038]
The light reflecting layer may be a laminated film in which silicon oxide films and titanium oxide films are alternately laminated.
[0039]
Still another method for producing a group III nitride semiconductor substrate of the present invention includes a step (a) of preparing a substrate, a step (b) of forming a light scattering portion inside the substrate, and a group III on the substrate. (C) forming a semiconductor layer made of a nitride semiconductor, and irradiating the semiconductor layer through the substrate with a light beam that passes through the substrate and is absorbed by the semiconductor layer. Decomposing the lower part of the layer (d).
[0040]
According to the present invention, the beam diameter is increased when the light beam is scattered by the light scattering portion and reaches the semiconductor layer. Therefore, even if the number of scanning times of the light beam is smaller than before, the amount of heat for completely decomposing the first semiconductor layer can be supplied, and the productivity is improved. In addition, since the number of times of scanning with the light beam is smaller than before, the risk of cracking in the group III nitride semiconductor substrate obtained by separating the second semiconductor layer can be reduced.
[0041]
In the step (b), a light scattering portion may be formed inside the substrate by implanting ions into the substrate.
[0042]
The step (c) is performed after the step (a), and in the step (b), ions are implanted into the substrate through the semiconductor layer, thereby forming a light scattering portion in the substrate. A step of forming another semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the semiconductor layer may be further included between the steps (b) and (d).
[0043]
In the step (b), a plurality of concave portions may be formed in the lower portion of the substrate as the light scattering portion.
[0044]
The plurality of recesses may be formed by plasma irradiation.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For simplicity, components common to the respective embodiments are denoted by the same reference numerals.
[0046]
(Embodiment 1)
A method for manufacturing a GaN substrate in Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a process cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a GaN substrate according to this embodiment.
[0047]
First, in the step shown in FIG. 1A, a sapphire substrate 11 (diameter 2 inches, thickness 300 μm) having a C surface as a main surface is introduced into a MOVPE furnace. Next, after heat-treating the sapphire substrate 11 in a hydrogen atmosphere at 1050 ° C., it is cooled to 500 ° C. Subsequently, trimethylgallium (TMG) is used as a group III material, ammonia is used as a group V material, and H is used as a carrier gas. 2 Is used to form a GaN buffer layer (not shown) having a thickness of 20 nm on the sapphire substrate 11. The temperature is again raised to 1050 ° C., and a GaN layer 12 having a thickness of 200 nm is formed on the GaN buffer layer. Next, the temperature is lowered to 700 ° C., trimethylindium (TMI) is used as a group III material, and ammonia is used as a group V material, thereby forming an InN layer 13 having a thickness of 50 nm on the GaN layer 12. Then, it cools to room temperature and takes out the obtained board | substrate from the inside of a MOVPE furnace.
[0048]
Next, in the step shown in FIG. 1B, the sapphire substrate 11 on which the GaN layer 12 and the InN layer 13 are formed is introduced into the HVPE furnace. Next, the GaN layer 14 is formed on the InN layer 13 by supplying ammonia gas together with GaCl from the group III line and nitrogen carrier gas from the group V line. Specifically, GaCl supplied from the group III line is generated by introducing HCl gas into a boat filled with Ga metal heated to 900 ° C. using nitrogen as a carrier gas. At this time, the sapphire substrate 11 is heated to 1050 ° C., the GaN layer 14 is grown for 6 hours at a formation rate of 50 μm / hour, and the thickness of the GaN layer 14 is finally set to 300 μm. Thereafter, the substrate is cooled to room temperature and taken out from the HVPE furnace.
[0049]
Next, in the step shown in FIG. 1C, the laser beam is irradiated from the lower surface side of the sapphire substrate 11 while scanning over the entire lower surface of the GaN layer 12 through the sapphire substrate 11. The laser beam used is the third harmonic (355 nm) of an Nd: YAG laser, and the irradiation energy is 0.3 J / cm. 2 The pulse width is 5 ns, and the laser beam diameter during irradiation is 1 mm. Since the sapphire substrate 11 is transparent to the wavelength of the laser beam, the laser beam passes through the sapphire substrate 11. Since the absorption edge wavelength of GaN is 360 to 370 nm, the transmitted laser beam is absorbed by the GaN layer 12 formed on the sapphire substrate 11, and the GaN layer 12 is decomposed.
[0050]
Next, in the step shown in FIG. 1D, the sapphire substrate 11 is separated from the InN layer 13 and the GaN layer 14. At this time, since the GaN layer 12 is decomposed in the step shown in FIG. 1C, it is easy to separate the sapphire substrate 11 from the InN layer 13 and the GaN layer 14.
[0051]
Next, in the step shown in FIG. 1E, the InN layer 13 formed under the GaN layer 14 is removed by polishing. As a result, a self-standing GaN substrate 14a is obtained. When a device is fabricated on a GaN substrate from which the InN layer 13 has not been removed, heat dissipation is worsened and the device characteristics may be affected. Therefore, it is preferable to remove the InN layer 13.
[0052]
In the method of the present embodiment described above, the InN layer 13 having a lower thermal conductivity than the GaN layer 12 is formed between the GaN layer 12 and the GaN layer 14. The thermal conductivity of InN is 0.8 W / cm · K, which is smaller than the thermal conductivity of GaN, 1.3 W / cm · K. For this reason, the heat generated by the absorption of the laser beam in the GaN layer 12 is difficult to conduct through the InN layer 13. That is, the InN layer 13 suppresses thermal diffusion. Therefore, most of the generated heat contributes to the decomposition of the GaN layer 12, so that the GaN layer 12 can be decomposed efficiently.
[0053]
Furthermore, in this embodiment, the sapphire substrate 11 (thermal conductivity 0.46 W / cm · K) having a thermal conductivity smaller than that of the GaN layer 12 is used. For this reason, conduction of heat to the sapphire substrate 11 is also suppressed, and more heat can be contributed to the decomposition of the GaN layer 12.
[0054]
Therefore, even if the number of scans of the laser beam is smaller than before, the amount of heat for completely decomposing the GaN layer 12 can be supplied, and the productivity is improved. In addition, since the number of times of scanning with the laser beam is smaller than before, the risk of cracking in the GaN substrate 14a can be reduced.
[0055]
In this embodiment, the InN layer 13 is formed as a layer having a lower thermal conductivity than the GaN layer 12. x Ga 1-x An N layer (0 <x <1) may be formed. In general, the thermal conductivity of mixed crystal semiconductors tends to be smaller than that of binary compounds. In other words, In x Ga 1-x Since the thermal conductivity of N is smaller than the thermal conductivity of GaN regardless of the In composition ratio, the heat generated by the absorption of the laser beam in the GaN layer 12 is less likely to be conducted than the InN layer. For this reason, the GaN layer 12 can be decomposed more efficiently.
[0056]
If the thickness of the InN layer 13 exceeds the critical film thickness, crystal defects generated inside the InN layer 13 increase and cracks may occur. When crystal defects increase or cracks occur in the InN layer 13, dislocations are likely to occur in the GaN layer 14 formed on the InN layer 13. For this reason, it is preferable that the thickness of the InN layer 13 does not exceed the critical film thickness.
[0057]
(Embodiment 2)
A method for manufacturing a GaN substrate in Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the GaN substrate of the present embodiment.
[0058]
First, in the step shown in FIG. 2A, a sapphire substrate 11 (diameter 2 inches, thickness 300 μm) having a C surface as a main surface is introduced into a MOVPE furnace. Next, after heat-treating the sapphire substrate 11 in a hydrogen atmosphere at 1050 ° C., it is cooled to 500 ° C. Subsequently, trimethylgallium (TMG) is used as a group III material, ammonia is used as a group V material, and H is used as a carrier gas. 2 Is used to form a GaN buffer layer (not shown) having a thickness of 20 nm on the sapphire substrate 11. The temperature is again raised to 1050 ° C., and a GaN layer 12 having a thickness of 200 nm is formed on the GaN buffer layer. Then, it cools to room temperature and takes out the obtained board | substrate from the inside of a MOVPE furnace.
[0059]
Next, in the step shown in FIG. 2B, a Ni layer having a thickness of 200 nm is formed on the GaN layer 12 by vapor deposition. Subsequently, this Ni layer is patterned to form a Ni film 23 having an opening 23a. At this time, the Ni layer is patterned by photolithography and etching to form a circular opening 23a having a diameter of 2.5 μm reaching the GaN layer 12 as shown in FIG. The opening 23 a is formed on the GaN layer 12. The GaN layers 12 are arranged in a row at a constant interval a (5 μm in this embodiment) in the <11-20> direction. The openings of each row adjacent in the <1-100> direction are arranged so as to be shifted by a fixed distance a / 2 (2.5 μm in this embodiment). In this specification, <11-20> direction is
[0060]
[Expression 1]
Figure 0003803606
[0061]
Refers to <1-100> direction is
[0062]
[Expression 2]
Figure 0003803606
[0063]
Refers to that.
[0064]
Next, in the step shown in FIG. 2C, the substrate obtained in the step shown in FIG. 2B is introduced into the HVPE furnace. Next, heat treatment is performed at 800 ° C. in a nitrogen and ammonia atmosphere for 10 minutes to remove impurities on the substrate surface, and then a GaN layer 14 is formed on the substrate. The method for forming the GaN layer 14 is the same as the method performed in the step shown in FIG.
[0065]
At this time, the GaN crystal does not grow on the Ni film 23 but starts growing on the GaN layer 12 exposed in the opening 23a. As the growth of the GaN crystal continues further, the GaN crystal grown from the GaN layer 12 exposed in the opening 23a grows on the Ni film 23 along the upper surface of the Ni film 23, and from the adjacent opening 23a. The Ni film 23 is covered together with the grown GaN crystal. Subsequently, a GaN crystal grows on the GaN crystal further covering the Ni film 23, and the GaN layer 14 is formed. Thus, after growing the thickness of the GaN layer 14 to 300 μm, it is cooled to room temperature and taken out from the HVPE furnace.
[0066]
Next, in the step shown in FIG. 2D, as in the first embodiment, the laser beam is scanned from the lower surface side of the sapphire substrate 11 over the entire lower surface of the GaN layer 12 through the sapphire substrate 11. Irradiate. The laser beam used is the third harmonic (355 nm) of an Nd: YAG laser, and the irradiation energy is 0.3 J / cm. 2 The pulse width is 5 ns, and the laser beam diameter during irradiation is 1 mm. Since the absorption edge wavelength of GaN is 360 to 370 nm, the laser beam having a wavelength of 355 nm is absorbed by the GaN layer 12 and generates heat. As a result, the GaN layer 12 is decomposed.
[0067]
Next, in the step shown in FIG. 2E, the sapphire substrate 11, the Ni film 23, and the GaN layer 14 are separated. At this time, since the GaN layer 12 is decomposed in the step shown in FIG. 2D, it is easy to separate the sapphire substrate 11 from the Ni film 23 and the GaN layer 14.
[0068]
Next, in the step shown in FIG. 2F, the Ni film 23 formed under the GaN layer 14 is removed by wet etching using nitric acid. As a result, a self-standing GaN substrate 14a is obtained. When a device is fabricated on a GaN substrate from which the Ni film 23 has not been removed, the Ni film 23 has a low thermal conductivity, so that the heat dissipation characteristics of the device are deteriorated, which may affect the performance of the device. Therefore, it is preferable to remove the Ni film 23. The Ni film 23 may be removed by polishing.
[0069]
In the method of this embodiment, the Ni film 23 having a lower thermal conductivity than the GaN layer 12 is formed between the GaN layer 12 and the GaN layer 14. Metals such as Ag and Cu have a high thermal conductivity, but Ni has a thermal conductivity of 0.84 W / cm · K, which is smaller than the thermal conductivity of GaN. For this reason, the heat generated by the absorption of the laser beam in the GaN layer 12 is difficult to conduct to the Ni film 23. That is, the Ni film 23 suppresses thermal diffusion. Therefore, most of the generated heat contributes to the decomposition of the GaN layer 12, so that the GaN layer 12 can be decomposed efficiently.
[0070]
Furthermore, in this embodiment, the sapphire substrate 11 (thermal conductivity 0.46 W / cm · K) having a thermal conductivity smaller than that of the GaN layer 12 is used. For this reason, conduction of heat to the sapphire substrate 11 is also suppressed, and more heat can be contributed to the decomposition of the GaN layer 12.
[0071]
In addition to Ni, Pt (0.71 W / cm · K), Ti (0.22 W / cm ·) are used as metal materials having a lower thermal conductivity than GaN and a melting point equal to or higher than the growth temperature (1050 ° C.) of GaN. K). Therefore, a film made of these metals may be used instead of the Ni film 23. In metal materials, heat is transferred by lattice vibration and free electrons, but heat transport by free electrons is generally dominant. However, in an alloy, the number of free electrons decreases, and heat transport by lattice vibration becomes dominant, so that the thermal conductivity tends to be smaller than that of the constituent metals of the alloy. Therefore, an alloy film may be used instead of the Ni film 23.
[0072]
In the step shown in FIG. 2B, the surface of the Ni film 23 may be covered with a silicon oxide film or the like. This prevents chemical reaction between the Ni film 23 and ammonia or hydrogen. Of course, when the above-described Pt film, Ti film, or alloy film is used instead of the Ni film 23, the surface of these metal films may be covered with a silicon oxide film or the like.
[0073]
In this embodiment, since the GaN crystal grows on the Ni film 23 along the upper surface of the Ni film 23 when the GaN layer 14 is formed, dislocations generated in the GaN layer 12 hardly propagate to the GaN layer 14. . That is, there are very few dislocations in the GaN layer 14. For this reason, in this embodiment, it is possible to produce a GaN substrate having good crystallinity.
[0074]
In this embodiment, the Ni film 23 having the circular opening 23a is formed. However, the shape of the opening 23a is not limited to this. The shape of the opening 23a may be, for example, a stripe shape or a rectangular shape. In any case of providing the opening of any shape, the smaller the area of the upper surface of the GaN layer 12 exposed in the opening, the greater the effect of preventing thermal diffusion.
[0075]
Furthermore, in this embodiment, the opening 23a is formed on the GaN layer 12. The GaN layers 12 are arranged in a row at a constant interval a (5 μm in this embodiment) in the <11-20> direction. The openings of each row adjacent in the <1-100> direction are arranged so as to be shifted by a fixed distance a / 2 (2.5 μm in this embodiment). When the openings 23a are arranged in this way, the GaN crystal has a hexagonal close-packed structure, and thus the crystal growth surface is on each side of the hexagon centering on the openings 23a on the Ni film 23. Therefore, lattice defects are less likely to occur when GaN crystals grown from the openings 23a adjacent to each other come into contact with each other. That is, the GaN layer 14 with fewer lattice defects can be formed, and a high-quality GaN substrate can be obtained.
[0076]
In this embodiment, the Ni film 23b having the opening 23a is also used as a mask for lateral growth of the GaN layer 14. For this reason, it is not necessary to newly manufacture a mask for lateral growth of the GaN layer 14, and the manufacturing process can be simplified.
[0077]
(Embodiment 3)
A method for manufacturing a GaN substrate in Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating the GaN substrate manufacturing method of the present embodiment.
[0078]
First, in the step shown in FIG. 4A, a sapphire substrate 11 (diameter 2 inches, thickness 300 μm) having a C surface as a main surface is introduced into a MOVPE furnace. Next, after heat-treating the sapphire substrate 11 in a hydrogen atmosphere at 1050 ° C., it is cooled to 500 ° C. Subsequently, a GaN buffer layer (not shown) having a thickness of 20 nm is formed on the sapphire substrate 11 using trimethyl gallium (TMG) as a group III material and ammonia as a group V material. The temperature is again raised to 1050 ° C., and a GaN layer 12 having a thickness of 200 nm is formed on the GaN buffer layer. Then, it cools to room temperature and takes out the obtained board | substrate from the inside of a MOVPE furnace.
[0079]
Next, in the step shown in FIG. 4B, a 200 nm thick SiO 2 layer is formed on the GaN layer 12 by sputtering. 2 Form a layer. Subsequently, this SiO 2 A silicon oxide film 43 having an opening 43a is formed by patterning the layer. At this time, SiO 2 The patterning of the layer is performed using photolithography and etching to form a circular opening 43a having a diameter of 2.5 μm that reaches the GaN layer 12, similar to the opening 23a in the second embodiment shown in FIG. . The opening 23 a is formed on the GaN layer 12. The GaN layers 12 are arranged in a row at a constant interval a (5 μm in this embodiment) in the <11-20> direction. The openings of each row adjacent in the <1-100> direction are arranged so as to be shifted by a fixed distance a / 2 (2.5 μm in this embodiment).
[0080]
Next, in the step shown in FIG. 4C, the substrate obtained in the step shown in FIG. 4B is introduced into the HVPE furnace. Next, heat treatment is performed at 800 ° C. in a nitrogen and ammonia atmosphere for 10 minutes to remove impurities on the substrate surface, and then a GaN layer 14 is formed on the substrate. The method for forming the GaN layer 14 is the same as the method performed in the step shown in FIG.
[0081]
At this time, the GaN crystal does not grow on the silicon oxide film 43 but starts growing on the GaN layer 12 exposed in the opening 43a. As the growth of the GaN crystal continues further, the GaN crystal grown from the GaN layer 12 exposed in the opening 43a grows on the silicon oxide film 43 along the upper surface of the silicon oxide film 43, and finally adjoins. The silicon oxide film 43 is covered together with the GaN crystal grown from the opening 43a. Subsequently, a GaN crystal grows on the GaN crystal covering the silicon oxide film 43, and the GaN layer 14 is formed. Thus, after growing the thickness of the GaN layer 14 to 300 μm, it is cooled to room temperature and taken out from the HVPE furnace.
[0082]
Next, in the step shown in FIG. 4D, the laser beam is scanned from the lower surface side of the sapphire substrate 11 over the entire lower surface of the GaN layer 12 through the sapphire substrate 11 as in the first embodiment. Irradiate. The laser beam used is the third harmonic (355 nm) of an Nd: YAG laser, and the irradiation energy is 0.3 J / cm. 2 The pulse width is 5 ns, and the laser beam diameter during irradiation is 1 mm. Since the absorption edge wavelength of GaN is 360 to 370 nm, the laser beam having a wavelength of 355 nm is absorbed by the GaN layer 12 and generates heat. As a result, the GaN layer 12 is decomposed.
[0083]
Next, in the step shown in FIG. 4E, the sapphire substrate 11, the silicon oxide film 43, and the GaN layer 14 are separated. At this time, since the GaN layer 12 is decomposed in the step shown in FIG. 4D, it is easy to separate the sapphire substrate 11 from the silicon oxide film 43 and the GaN layer 14.
[0084]
Next, in the step shown in FIG. 4F, the silicon oxide film 43 formed under the GaN layer 14 is removed by wet etching using a solution made of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. As a result, a self-standing GaN substrate 14a is obtained. When a device is fabricated on a GaN substrate from which the silicon oxide film 43 has not been removed, the silicon oxide film 43 has a low thermal conductivity, so that the heat dissipation characteristics of the device are deteriorated, which may affect the performance of the device. Therefore, it is preferable to remove the silicon oxide film 43. The removal of the silicon oxide film 43 may be performed by polishing.
[0085]
In the present embodiment, a silicon oxide film 43 having a lower thermal conductivity than the GaN layer 12 is formed between the GaN layer 12 and the GaN layer 14. SiO forming silicon oxide film 43 2 Has a thermal conductivity of 0.014 W / cm · K, which is much smaller than that of GaN, and smaller than that of the metal film used in the second embodiment. For this reason, the heat generated by the absorption of the laser beam in the GaN layer 12 is difficult to conduct through the silicon oxide film 43. That is, the silicon oxide film 43 is highly effective in suppressing thermal diffusion. Therefore, most of the generated heat contributes to the decomposition of the GaN layer 12, so that the GaN layer 12 can be decomposed efficiently.
[0086]
A non-metallic material such as the silicon oxide film 43 of this embodiment does not conduct heat due to free electrons. Furthermore, since the atomic arrangement is irregular in an amorphous material such as a dielectric, the efficiency of heat conduction is poor. For this reason, the thermal conductivity of non-metallic materials and non-crystalline materials is generally lower than that of metals and crystalline materials. Therefore, instead of the silicon oxide film 43 of the present embodiment, a film made of, for example, silicon nitride (thermal conductivity: 0.18 W / cm · K) is used as a film made of a non-metallic material and made of an amorphous material. May be.
[0087]
Furthermore, in this embodiment, the sapphire substrate 11 (thermal conductivity 0.46 W / cm · K) having a thermal conductivity smaller than that of the GaN layer 12 is used. For this reason, conduction of heat to the sapphire substrate 11 is also suppressed, and more heat can be contributed to the decomposition of the GaN layer 12.
[0088]
Also in the present embodiment, as in the second embodiment, the GaN crystal grows on the silicon oxide film 43 along the upper surface of the silicon oxide film 43, so that dislocations hardly propagate to the GaN layer 14. For this reason, according to the present embodiment, a GaN substrate having good crystallinity can be produced.
[0089]
In this embodiment, the silicon oxide film 43 having the circular opening 43a is formed. However, the shape of the opening 43a is not limited to this. The shape of the opening 43a may be, for example, a stripe shape or a rectangular shape. In the case of providing any shape of opening, the smaller the area of the upper surface of the GaN layer 12 exposed in the opening, the greater the effect of preventing thermal diffusion.
[0090]
Furthermore, in this embodiment, since the opening 43a is provided in the same manner as in the second embodiment, the GaN layer 14 with fewer lattice defects can be formed, and a high-quality GaN substrate can be obtained.
[0091]
In the present embodiment, the silicon oxide film 43 is also used as a mask for lateral growth of the GaN layer 14. For this reason, it is not necessary to newly manufacture a mask for lateral growth of the GaN layer 14, and the manufacturing process can be simplified.
[0092]
In Embodiments 1 to 3, examples of materials having lower thermal conductivity than GaN and GaN are shown in Table 1 below. In the first to third embodiments, the InN layer 13, the Ni film 23, and the silicon oxide film 43, which have lower thermal conductivity than GaN, may be formed from the materials shown in Table 1, respectively.
[0093]
[Table 1]
Figure 0003803606
[0094]
(Embodiment 4)
A method for manufacturing a GaN substrate in Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating the GaN substrate manufacturing method of the present embodiment.
[0095]
First, in the step shown in FIG. 5A, a sapphire substrate 11 (diameter 2 inches, thickness 300 μm) having a C surface as a main surface is introduced into a MOVPE furnace. Next, after heat-treating the sapphire substrate 11 in a hydrogen atmosphere at 1050 ° C., it is cooled to 500 ° C. Subsequently, trimethylgallium (TMG) is used as a group III material, ammonia is used as a group V material, and H is used as a carrier gas. 2 Is used to form a GaN buffer layer (not shown) having a thickness of 20 nm on the sapphire substrate 11. The temperature is again raised to 1050 ° C., and a GaN layer 12 having a thickness of 300 nm is formed on the GaN buffer layer. Then, it cools to room temperature and takes out the obtained board | substrate from the inside of a MOVPE furnace.
[0096]
Note that the GaN layer 21 may be formed on the sapphire substrate 11 without forming the GaN buffer layer. N as carrier gas 2 N 2 And H 2 You may use the mixed gas of.
[0097]
Next, in the step shown in FIG. 5B, a 61 nm thick SiO 2 layer is formed on the GaN layer 12 by sputtering. 2 Layer and TiO with a thickness of 35 nm 2 The high reflectance film 53 is formed by alternately forming layers. In the present embodiment, the high reflectivity film 53 is formed of five layers of SiO. 2 Layers and 4 layers of TiO 2 The film consists of a total of nine layers. The reflectivity of the high reflectivity film 53 formed in this embodiment with respect to the third harmonic of the Nd: YAG laser beam is about 97%.
[0098]
Next, in the step shown in FIG. 5C, as in the first embodiment, the laser beam is scanned from the lower surface side of the sapphire substrate 11 over the entire lower surface of the GaN layer 12 via the sapphire substrate 11. Irradiate. The laser beam used is the third harmonic (355 nm) of an Nd: YAG laser, and the irradiation energy is 0.26 J / cm. 2 The pulse width is 5 ns and the beam diameter during irradiation is 7 mm.
[0099]
Since the absorption edge wavelength of GaN is 360 to 370 nm, the laser beam passes through the sapphire substrate 11 and is absorbed by the GaN layer 12. As a result, the lower part of the GaN layer 12 is heated and thermally decomposed. As a result, a Ga metal portion 54 is formed below the GaN layer 12, and nitrogen gas is diffused. At this time, the sapphire substrate 11 and the GaN layer 12 are not completely separated even after the laser beam irradiation, and are weakly bonded by the Ga metal portion 54. Since the GaN layer 12 is thin and difficult to handle, the subsequent steps are performed with the GaN layer 12 placed on the sapphire substrate 11.
[0100]
Next, in the step shown in FIG. 5D, the high reflectance film 53 is patterned to form a high reflectance film 53b having an opening 53a. At this time, patterning of the high reflectivity film 53 is performed using photolithography and etching to form a stripe-shaped opening 53 a that reaches the GaN layer 12. In the present embodiment, the width of each opening 53a is 3 μm, and the distance between the openings 53a is 3 μm. In the etching, SiO constituting the high reflectivity film 53 is formed. 2 The layer uses hydrofluoric acid and TiO 2 The layer uses hot concentrated sulfuric acid. The opening 53a may have a dot shape, a rectangular shape or the like in addition to the stripe shape. In addition, this step may be performed before the laser beam irradiation step, but in that case, the GaN layer 12 located in the opening 53a may break and fly. Therefore, patterning is preferably performed after the laser beam irradiation process.
[0101]
Next, in the step shown in FIG. 5E, heat treatment is performed at 800 ° C. in a nitrogen and ammonia atmosphere for 10 minutes to remove impurities on the substrate surface, and then a GaN layer 14 is formed on the substrate. The method for forming the GaN layer 14 is the same as the method performed in the step shown in FIG.
[0102]
At this time, the GaN crystal does not grow on the high reflectance film 53b, but starts growing on the GaN layer 12 exposed in the opening 53a. When the growth of the GaN crystal is further continued, the GaN crystal grown from the GaN layer 12 exposed in the opening 53a grows along the upper surface of the high reflectivity film 53b, and finally from the adjacent opening 53a. The high reflectivity film 53 is covered together with the grown GaN crystal. Subsequently, a new GaN crystal is further grown on the GaN crystal covering the high reflectivity film 53b, and the GaN layer 14 is formed. In this way, the thickness of the GaN layer 14 is grown to 300 μm.
[0103]
Next, in the step shown in FIG. 5F, the Ga metal portion 54 is removed with hydrochloric acid to obtain a self-supporting GaN substrate 14a.
[0104]
In the present embodiment, in the laser beam irradiation step shown in FIG. 5D, the laser beam that has not been absorbed at the lower portion of the GaN layer 12 is reflected by the high reflectivity film 53 and contributes to thermal decomposition of the GaN layer 12. To do. The intensity of the laser beam irradiated to the lower surface of the GaN layer 12 without passing through the GaN layer 12 is 1, and the penetration length of the third harmonic of the laser beam into the GaN layer 12 is about 0.3 μm. Considering the reflectivity of 97%, the intensity of the laser beam reflected back to the lower part of the GaN layer 12 is about 0.13. That is, in this embodiment, the utilization efficiency of the irradiation energy of the laser beam contributing to the thermal decomposition of the GaN layer 12 is 1.13 times that of the conventional method. Therefore, the GaN layer 12 can be thermally decomposed efficiently.
[0105]
In the conventional method, the threshold value of the irradiation energy of the laser beam for thermally decomposing the GaN layer 102 is about 0.30 J / cm. 2 It is. However, in this embodiment, the irradiation energy of the laser beam is 0.26 J / cm. 2 However, thermal decomposition of the GaN layer 12 occurs. That is, according to the present embodiment, the threshold value of the laser beam irradiation energy necessary for thermally decomposing the GaN layer 12 can be reduced to about 88% of the conventional value.
[0106]
Here, FIG. 6 shows the relationship between the thickness of the GaN layer 12 and the laser beam intensity contributing to the thermal decomposition of the GaN layer 12 in the present embodiment. Note that the vertical axis in FIG. 6 is expressed as a ratio to the laser beam intensity contributing to the thermal decomposition of the GaN layer 102 in the conventional method.
[0107]
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the thinner the GaN layer 12 is, the greater the intensity of the laser beam that contributes to thermal decomposition, and the lower the threshold of laser beam irradiation energy. However, if the GaN layer 12 is excessively thinned, the entire GaN layer 12 is thermally decomposed. Therefore, it is necessary to adjust the film thickness of the GaN layer 12 so that the entire GaN layer 12 is not thermally decomposed.
[0108]
Further, as a means for lowering the threshold value of the laser beam irradiation energy, the beam diameter of the laser beam can be increased. If a laser beam having a large beam diameter is used, the number of scans when irradiating the laser beam can be reduced, and the productivity and yield of the GaN substrate can be improved.
[0109]
In the present embodiment, the SiO film on which the high reflectivity film 53 is formed. 2 And TiO 2 Are dielectrics and have a much lower thermal conductivity than GaN as described in the third embodiment. For this reason, the heat generated by the absorption of the laser beam in the GaN layer 12 is difficult to conduct through the high reflectivity film 53. Accordingly, the thermal diffusion to the high reflectivity film 53 is small, and most of the generated heat contributes to the decomposition of the GaN layer 12, so that the GaN layer 12 can be decomposed efficiently.
[0110]
Furthermore, in this embodiment, the high reflectance film 53b having the opening 53a is also used as a mask for lateral growth of the GaN layer 14. For this reason, it is not necessary to newly manufacture a mask for lateral growth of the GaN layer 14, and the manufacturing process can be simplified.
[0111]
(Embodiment 5)
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment.
[0112]
First, in the step shown in FIG. 7A, a sapphire substrate 11 (diameter 2 inches, thickness 300 μm) having a C surface as a main surface is introduced into a MOVPE furnace. Next, after heat-treating the sapphire substrate 11 in a hydrogen atmosphere at 1050 ° C., it is cooled to 500 ° C. Subsequently, trimethylgallium (TMG) is used as a group III material, ammonia is used as a group V material, and H is used as a carrier gas. 2 Is used to form a GaN buffer layer (not shown) having a thickness of 20 nm on the sapphire substrate 11. The temperature is again raised to 1050 ° C., and a GaN layer 12 having a thickness of 50 nm is formed on the GaN buffer layer.
[0113]
Next, in the step shown in FIG. 7B, trimethylaluminum and trimethylgallium (TMG) are used as the group III source gas as the Al source gas, and ammonia is used as the group V source. An AlGaN layer 55 is formed.
[0114]
In the present embodiment, the AlGaN layer 55 is made of Al. 0.1 Ga 0.9 Although it is formed of N, the composition of Al and Ga may be determined so that the band gap is larger than the irradiation energy of the laser beam used in the laser beam irradiation step. Then, it cools to room temperature and takes out the obtained board | substrate from the inside of a MOVPE furnace.
[0115]
Next, in the step shown in FIG. 7C, a 61 nm thick SiO 2 layer is formed on the AlGaN layer 55 by sputtering. 2 Layer and TiO with a thickness of 35 nm 2 The high reflectance film 53 is formed by alternately forming layers. In the present embodiment, the high reflectivity film 53 is formed of five layers of SiO. 2 Layers and 4 layers of TiO 2 The film consists of a total of nine layers. The reflectivity of the high reflectivity film 53 formed in this embodiment with respect to the third harmonic of the Nd: YAG laser beam is about 96%.
[0116]
Next, in the step shown in FIG. 7D, as in the first embodiment, the laser beam is scanned from the lower surface side of the sapphire substrate 11 over the entire lower surface of the GaN layer 12 via the sapphire substrate 11. Irradiate. As a result, the GaN layer 12 is decomposed. The laser beam used is the third harmonic (355 nm) of an Nd: YAG laser, and the irradiation energy is 0.20 J / cm. 2 The pulse width is 5 ns and the beam diameter during irradiation is 7 mm.
[0117]
Since the absorption edge wavelength of GaN is 360 to 370 nm, the laser beam passes through the sapphire substrate 11 and is absorbed by the GaN layer 12. As a result, the lower part of the GaN layer 12 is heated and thermally decomposed. In this embodiment, since the GaN layer 12 is very thin, almost the entire GaN layer 12 becomes the Ga metal portion 54, and nitrogen gas is emitted. At this time, the sapphire substrate 11 and the AlGaN layer 55 are not completely separated even after the laser beam irradiation, and are weakly bonded by the Ga metal portion 54. Since the AlGaN layer 55 is thin and difficult to handle, the subsequent steps are performed with the AlGaN layer 55 placed on the sapphire substrate 11.
[0118]
Next, in the step shown in FIG. 7E, the high reflectance film 53 is patterned to form a high reflectance film 53b having an opening 53a. At this time, patterning of the high reflectivity film 53 is performed using photolithography and etching to form a stripe-shaped opening 53 a that reaches the AlGaN layer 55. In the present embodiment, the width of each opening 53a is 3 μm, and the distance between the openings 53a is 3 μm. In the etching, SiO constituting the high reflectivity film 53 is formed. 2 The layer uses hydrofluoric acid and TiO 2 The layer uses hot concentrated sulfuric acid. In addition to the stripe shape, the opening may have a dot shape, a rectangular shape, or the like. In addition, this step may be performed before the laser beam irradiation step, but in that case, the AlGaN layer 55 located in the opening 53a may break and fly. Therefore, patterning is preferably performed after the laser beam irradiation process.
[0119]
Next, in the step shown in FIG. 7F, heat treatment is performed in an atmosphere of nitrogen and ammonia at 800 ° C. for 10 minutes to remove impurities on the substrate surface, and then a GaN layer 14 is formed on the substrate. The method for forming the GaN layer 14 is the same as the method performed in the step shown in FIG.
[0120]
At this time, the GaN crystal does not grow on the high reflectivity film 53b but starts growing on the AlGaN layer 55 exposed in the opening 53a. As the growth of the GaN crystal continues further, the GaN crystal grown from the AlGaN layer 55 exposed in the opening 53a grows along the upper surface of the high reflectivity film 53b, and finally from the adjacent opening 53a. The high reflectance film 53b is covered together with the grown GaN crystal. Subsequently, a new GaN crystal is further grown on the GaN crystal covering the high reflectivity film 53b, and the GaN layer 14 is formed. In this way, the thickness of the GaN layer 14 is grown to 300 μm.
[0121]
Next, in the step shown in FIG. 7G, the AlGaN layer 55 and the GaN layer 14 are separated from the sapphire substrate 11 by attaching the sapphire substrate 11 on which the AlGaN layer 55 and the GaN layer 14 are mounted to hydrochloric acid. As a result, a group III nitride semiconductor substrate composed of the AlGaN layer 55 and the GaN layer 14 is obtained.
[0122]
In this embodiment, in the laser beam irradiation step shown in FIG. 7D, the laser beam that has not been absorbed at the lower part of the GaN layer 12 is reflected back to the high reflectivity film 53 and contributes to thermal decomposition of the GaN layer 12. To do. For this reason, according to the present embodiment, a group III nitride semiconductor substrate having a very good crystallinity of the GaN layer 14 can be obtained. This will be described in detail below.
[0123]
AlGaN layer 55 (Al 0.1 Ga 0.9 The band gap of N) is about 4.1 eV, which is larger than the energy of the third harmonic of the Nd: YAG laser beam. For this reason, the laser beam is not absorbed in the AlGaN layer 55. The penetration length of the laser beam with respect to the GaN layer 12 is about 0.3 μm, and the reflectance of the high reflectance film is 96%. Considering the above conditions, when the intensity of the laser beam applied to the lower surface of the GaN layer 12 is 1, the intensity of the laser beam reflected by the high reflectivity film 53 and returning to the lower surface of the GaN layer 12 is about 0. 7 That is, in this embodiment, the utilization efficiency of the irradiation energy of the laser beam contributing to the thermal decomposition of the GaN layer 12 is 1.7 times that of the conventional method. Therefore, the GaN layer 12 can be thermally decomposed efficiently.
[0124]
In the conventional method, the threshold value of the irradiation energy of the laser beam for thermally decomposing the GaN layer 102 is about 0.30 J / cm. 2 It is. However, in this embodiment, the irradiation energy of the laser beam is 0.20 J / cm. 2 However, thermal decomposition of the GaN layer 12 occurs. That is, according to the present embodiment, the threshold value of the laser beam irradiation energy required for thermally decomposing the GaN layer 12 can be reduced to about 67% of the conventional value.
[0125]
Further, as a means for lowering the threshold value of the laser beam irradiation energy, the beam diameter of the laser beam can be increased. If a laser beam with a large beam diameter is used, the number of scans when irradiating the laser beam can be reduced. Therefore, a group III nitride semiconductor substrate having good crystallinity can be obtained, and further, the productivity and yield of the group III nitride semiconductor substrate can be improved.
[0126]
As in the fourth embodiment, also in this embodiment, the thinner the GaN layer 12, the greater the laser beam intensity contributing to thermal decomposition, and the lower the laser beam irradiation energy threshold. . However, if the GaN layer 12 is excessively thinned, the entire GaN layer 12 is thermally decomposed. Therefore, it is necessary to adjust the film thickness of the GaN layer 12 so that the entire GaN layer 12 is not thermally decomposed.
[0127]
Further, in the present embodiment, the high reflectivity film 53b having the opening 53a is also used as a mask for lateral growth of the GaN layer 22. For this reason, it is not necessary to newly manufacture a mask for lateral growth of the GaN layer 22, and the manufacturing process can be simplified.
[0128]
(Embodiment 6)
A method for manufacturing a GaN substrate in Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a process cross-sectional view illustrating the GaN substrate manufacturing method of the present embodiment.
[0129]
First, in the step shown in FIG. 8A, a sapphire substrate 11 having a thickness of 300 μm is prepared with a C-face having a diameter of 2 inches polished on both sides. Next, as indicated by the arrows in the figure, protons (H + ). The proton implantation conditions are ion energy 200 keV, average range 1.12 μm, implantation amount 5.0 × 10. 16 atoms · cm -2 It is.
[0130]
Next, in the step shown in FIG. 8B, an ion implantation region 62 having a thickness of about 2 μm with a depth of 1.12 μm as the center is formed from the lower surface of the sapphire substrate 11 by the above-described ion implantation. Since the ion implantation region 62 is damaged at the time of ion implantation, it is a region having a large number of defects.
[0131]
Next, in the step shown in FIG. 8C, the sapphire substrate 11 in which the ion implantation region 62 is formed is introduced into the HVPE furnace. Next, a GaN layer 64 is formed on the upper surface of the sapphire substrate 11 by supplying ammonia gas together with GaCl from the group III line and nitrogen carrier gas from the group V line. Specifically, GaCl supplied from the group III line is generated by introducing HCl gas into a boat filled with Ga metal heated to 900 ° C. using nitrogen as a carrier gas. As a result, a buffer layer (not shown) made of GaN and having a thickness of 30 nm is formed on the upper surface of the sapphire substrate 11 heated to 500 ° C. Subsequently, the sapphire substrate 11 is heated to 1050 ° C., and the GaN layer 64 is grown at a formation rate of 50 μm / hour for 6 hours, so that the thickness of the GaN layer 64 is finally set to 300 μm. Thereafter, the substrate is cooled to room temperature and taken out from the HVPE furnace.
[0132]
Next, in the step shown in FIG. 8D, the laser beam is irradiated while scanning over the entire lower surface of the GaN layer 64 from the lower surface side of the ion implantation region 62 through the ion implantation region 62 and the sapphire substrate 11. . As a result, the GaN layer 12 is decomposed. The laser beam used is the third harmonic (355 nm) of an Nd: YAG laser, and the irradiation energy is 0.3 J / cm. 2 The pulse width is 5 ns, and the beam diameter during irradiation is 1 mm.
[0133]
At this time, the laser beam passes through the ion implantation region 62. The ion-implanted region 62 is a region with many defects, and the crystal uniformity is lost. Therefore, the laser beam is scattered after passing through the ion implantation region 62 as shown in FIG. Therefore, the spatial intensity distribution of the laser beam is made uniform. Since the absorption edge wavelength of GaN is 360 to 370 nm, the laser beam having a wavelength of 355 nm is absorbed by the GaN layer 64 and generates heat. Due to this heat generation, the lower portion of the GaN layer 64 is thermally decomposed.
[0134]
Next, in the step shown in FIG. 8E, the sapphire substrate 11 and the GaN layer 64 are separated. At this time, since the lower portion of the GaN layer 64 is decomposed in the step shown in FIG. 8D, the sapphire substrate 11 and the GaN layer 64 can be completely separated, and the self-standing GaN layer 64, that is, the GaN substrate. 64a can be obtained.
[0135]
A substrate shown in FIG. 8C of this embodiment and a substrate formed in the same manner as the substrate shown in FIG. 8C except that the ion implantation region 62 is not formed are prepared. In addition, the laser beam was irradiated by one pulse from the lower surface side of the sapphire substrate, and the sizes of the irradiation marks were compared. The laser beam diameter at this time is 1 mm.
[0136]
When the ion implantation region 62 was not formed, the irradiation trace in the GaN layer was a circle having a diameter of about 1 mm, and the laser beam reached the GaN layer with almost no scattering. On the other hand, in the substrate shown in FIG. 8C of the present embodiment in which the ion implantation region 62 is formed, the irradiation mark on the GaN layer 64 has a circular shape with a diameter of about 1.5 mm. That is, in the substrate shown in FIG. 8C of this embodiment, when the laser beam reaches the GaN layer 64, the beam diameter is about 1.5 times that in the case where the ion implantation region 62 is not formed. Scattered until
[0137]
As described above, according to the GaN substrate manufacturing method of the present embodiment, the laser beam can be effectively scattered in the ion implantation region 62 formed in the sapphire substrate 11 and the beam diameter can be enlarged. For this reason, the number of scans of the laser beam can be reduced, and a GaN substrate can be manufactured in a short time.
[0138]
In this embodiment, the ion implantation is performed on the entire lower surface of the sapphire substrate, but the ion implantation may be performed on a part of the lower surface of the sapphire substrate.
[0139]
The elements implanted into the sapphire substrate 11 are not particularly limited, and the same effect can be obtained with B, Al, Ga, In, Si, Ge, Mg, Zn, N, O, C, or the like. Of course, these plural kinds of elements may be implanted.
[0140]
Ion implantation is performed before the growth of the GaN layer, but may be performed at any time before the laser beam irradiation step.
[0141]
Since the scattering effect is weakened when the crystallinity of the ion implantation region 62 is recovered by heating at the time of forming the GaN layer 64, the ion implantation is preferably performed to such an extent that irradiation damage cannot be substantially recovered. . Specific ion implantation conditions vary depending on the element to be implanted, and thus cannot be limited. However, in order to reliably obtain the effect of scattering by implanting ions, the implantation amount is 1 × 10. 14 ~ 1x10 20 atoms · cm -2 It is preferable to be within the range.
[0142]
Moreover, since the unevenness | corrugation has arisen in the lower part of the obtained GaN board | substrate 64a by the thermal decomposition at the time of laser beam irradiation, you may planarize by grinding | polishing as needed.
[0143]
(Embodiment 7)
A method for manufacturing a GaN substrate in Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0144]
First, in the step shown in FIG. 9A, a 300 μm-thick sapphire substrate 11 having a C-face with a diameter of 2 inches polished on both sides is prepared and introduced into an HVPE furnace. Next, the GaN layer 65 is formed on the upper surface of the sapphire substrate 11 by supplying ammonia gas together with nitrogen carrier gas from the group III line and GaCl from the group V line. Specifically, GaCl supplied from the group III line is generated by introducing HCl gas into a boat filled with Ga metal heated to 900 ° C. using nitrogen as a carrier gas. As a result, a buffer layer (not shown) made of GaN and having a thickness of 30 nm is formed on the upper surface of the sapphire substrate 11 heated to 500 ° C. Subsequently, the sapphire substrate 11 is heated to 1050 ° C., and the GaN layer 65 is grown at a formation rate of 50 μm / hour for about 2 minutes, and finally the thickness of the GaN layer 65 is set to 1 μm. Thereafter, the substrate is cooled to room temperature and taken out from the HVPE furnace.
[0145]
Next, in the step shown in FIG. 9B, protons (H + ). The ion (proton) implantation conditions are as follows: ion energy 180 keV, average range 1.12 μm, implantation amount 5.0 × 10. 16 atoms · cm -2 It is.
[0146]
Next, in the step shown in FIG. 9C, an ion implantation region 66 having a thickness of about 0.5 μm is formed on the sapphire substrate 11 by the above-described ion implantation. Since the ion implantation region 66 is damaged during ion implantation, the ion implantation region 66 is a region with many defects.
[0147]
Next, in the step shown in FIG. 9D, the substrate is again introduced into the HVPE furnace, and heat treatment is performed in an ammonia gas atmosphere at 700 ° C. to remove impurities on the surface of the GaN layer 65. Next, the sapphire substrate 11 is heated to 1050 ° C. and grown at 50 μm / hour for 6 hours to grow a GaN layer 67 having a thickness of 300 μm. Thereafter, the substrate is cooled to room temperature and taken out from the HVPE furnace.
[0148]
Next, in the step shown in FIG. 9E, the laser beam is irradiated from the lower surface side of the sapphire substrate 11 while scanning over the entire lower surface of the GaN layer 65 through the sapphire substrate 11 and the ion implantation region 66. As a result, the lower portion of the GaN layer 65 is decomposed. The laser beam used is the third harmonic (355 nm) of an Nd: YAG laser, and the irradiation energy is 0.3 J / cm. 2 The pulse width is 5 ns, and the beam diameter during irradiation is 1 mm.
[0149]
At this time, the laser beam passes through the ion implantation region 66. The ion implantation region 66 is a region having a large number of defects, and the uniformity of the crystal is lost. For this reason, after passing through the ion implantation region 66, the laser beam is scattered as shown in FIG. Therefore, the spatial intensity distribution of the laser beam is made uniform. Since the absorption edge wavelength of GaN is 360 to 370 nm, the laser beam having a wavelength of 355 nm is absorbed by the GaN layer 65 and generates heat. Due to this heat generation, the lower part of the GaN layer 65 is thermally decomposed.
[0150]
Next, in the step shown in FIG. 9 (f), the sapphire substrate 11 and the ion implantation region 66 are separated from the GaN layers 65 and 67. At this time, since the lower part of the GaN layer 65 is decomposed in the step shown in FIG. 9 (e), the sapphire substrate 11 and the GaN layer 65 can be completely separated, and the GaN layers 65 and 67, which are self-supporting, That is, the GaN substrate 67a can be obtained.
[0151]
After the step shown in FIG. 9 (f), the lower portion of the obtained GaN substrate 67a has irregularities due to thermal decomposition during laser beam irradiation, so that it may be planarized by polishing as necessary. Good.
[0152]
A substrate shown in FIG. 9D of this embodiment and a substrate formed in the same manner as the substrate shown in FIG. 9D except that the ion implantation region 66 is not formed are prepared. In addition, the laser beam was irradiated by one pulse from the lower surface side of the sapphire substrate, and the sizes of the irradiation marks were compared. The laser beam diameter at this time is 1 mm.
[0153]
When the ion implantation region 66 was not formed, the irradiation mark in the GaN layer was a circle having a diameter of about 1 mm, and the laser beam reached the GaN layer with almost no scattering. On the other hand, in the substrate shown in FIG. 9D of the present embodiment in which the ion implantation region 66 is formed, the irradiation mark on the GaN layer 65 has a circular shape with a diameter of about 1.3 mm. That is, in the substrate shown in FIG. 9D of the present embodiment, when the laser beam reaches the GaN layer 65, the beam diameter is about 1.3 times that of the case where the ion implantation region 66 is not formed. Scattered until
[0154]
As described above, according to the GaN substrate manufacturing method of the present embodiment, the laser beam can be effectively scattered in the ion implantation region 66 formed in the sapphire substrate 11 and the beam diameter can be enlarged. For this reason, the number of scans of the laser beam can be reduced, and a GaN substrate can be manufactured in a short time.
[0155]
In this embodiment, ion implantation is performed on the entire top surface of the sapphire substrate, but ion implantation may be performed on a portion of the top surface of the sapphire substrate.
[0156]
The elements implanted into the sapphire substrate 11 are not particularly limited, and the same effect can be obtained with B, Al, Ga, In, Si, Ge, Mg, Zn, N, O, C, or the like. Of course, these plural kinds of elements may be implanted.
[0157]
In this embodiment, since ions are implanted through the GaN layer 65, in order to reduce damage to the GaN layer 65, the ion implantation amount is set to 1 × 10. 14 ~ 1x10 18 atoms · cm -2 In addition, it is preferable to reduce the ion implantation amount as compared with the sixth embodiment in which implantation is directly performed on the substrate.
[0158]
When there are a thermally decomposed portion and a non-thermally decomposed portion in the GaN layer 65 due to laser beam irradiation, local stress is generated in the GaN layer 65. However, in this embodiment, since the ion implantation is performed through the GaN layer 65, the GaN layer 65 is also damaged by the ion implantation, and there is a portion where the bond between atoms is weak. For this reason, the local stress generated in the GaN layer 65 is relaxed at a portion where the bond between atoms is weak. Therefore, cracks and cracks are unlikely to occur in the GaN layer 65. That is, a good quality GaN substrate with few cracks and cracks can be obtained.
[0159]
(Embodiment 8)
A method for manufacturing a GaN substrate according to Embodiment 8 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0160]
First, in the step shown in FIG. 10A, a 300 μm-thick sapphire substrate 11 having a C-face with a diameter of 2 inches polished on both sides is prepared and introduced into an HVPE furnace. Next, a Ni layer 68 having a thickness of 100 nm is formed on the lower surface of the sapphire substrate 11 by vapor deposition.
[0161]
Next, in a step shown in FIG. 10B, the Ni layer 68 is patterned to form a Ni film 68b having an opening 68a. At this time, the Ni layer 68 is patterned by photolithography and etching to form a stripe-shaped opening 68a that reaches the sapphire substrate 11. In the present embodiment, each opening 68a has an opening width of 0.25 μm and an interval between the openings 68a of 0.25 μm. It is provided to extend in the <11-20> direction.
[0162]
Next, in the step shown in FIG. 10C, the sapphire substrate 11 is etched by dry etching using Ar gas using the Ni film 68b as a mask.
[0163]
Next, in the step shown in FIG. 10D, the Ni film 68b is removed by wet etching. As a result, a groove 69 is formed in the lower portion of the sapphire substrate 11. In the present embodiment, the depth of the groove 69 is 0.25 μm.
[0164]
Next, in the step shown in FIG. 10E, a GaN layer 70 having a thickness of 300 μm is formed on the upper surface of the sapphire substrate 11 by the same method as in the sixth embodiment. Subsequently, the obtained substrate is cooled to room temperature.
[0165]
Next, in the step shown in FIG. 10F, the laser beam is irradiated from the lower surface side of the sapphire substrate 11 while scanning over the entire lower surface of the GaN layer 70 via the sapphire substrate 11. As a result, the lower portion of the GaN layer 70 is thermally decomposed. The laser beam used is the third harmonic (355 nm) of the laser, and the irradiation energy is 0.3 J / cm. 2 The pulse width is 5 ns, and the beam diameter during irradiation is 1 mm.
[0166]
At this time, the laser beam is scattered by the groove 69 as shown in FIG. Therefore, the spatial intensity distribution of the laser beam is made uniform. Since the absorption edge wavelength of GaN is 360 to 370 nm, the laser beam having a wavelength of 355 nm is absorbed by the GaN layer 70 and generates heat. Due to this heat generation, the lower part of the GaN layer 65 is thermally decomposed.
[0167]
Next, in the step shown in FIG. 10G, the sapphire substrate 11 and the GaN layer 70 are separated. At this time, since the lower portion of the GaN layer 70 is decomposed in the step shown in FIG. 10F, the sapphire substrate 11 and the GaN layer 70 can be completely separated, and the self-standing GaN layer 70, that is, GaN. The substrate 70a can be obtained.
[0168]
A substrate shown in FIG. 10 (e) of the present embodiment and a substrate formed in the same manner as the substrate shown in FIG. 10 (e) except that the groove 69 is not formed are prepared. The laser beam was irradiated by one pulse from the lower surface side of the sapphire substrate, and the sizes of irradiation marks were compared. The laser beam diameter at this time is 1 mm.
[0169]
When the groove 69 was not formed, the irradiation trace in the GaN layer was circular with a diameter of about 1 mm, and the laser beam reached the GaN layer with almost no scattering. On the other hand, in the substrate shown in FIG. 10E of the present embodiment in which the groove 69 is formed, the irradiation mark on the GaN layer 70 has a circular shape with a diameter of about 1.5 mm. That is, in the substrate shown in FIG. 9C of this embodiment, when the laser beam reaches the GaN layer 70, the beam diameter is about 1.5 times that in the case where the groove 69 is not formed. Scattered.
[0170]
As described above, according to the GaN substrate manufacturing method of the present embodiment, the groove 69 formed in the sapphire substrate 11 can effectively scatter the laser beam and expand the beam diameter. For this reason, the number of scans of the laser beam can be reduced, and a GaN substrate can be manufactured in a short time.
[0171]
In the present embodiment, the grooves 69 are formed in a stripe shape, but the present invention is not particularly limited thereto. For example, in place of the grooves 69, the concave portions may be provided in a dot shape or a lattice shape. Moreover, the irregular recessed part produced by sandblasting, cutting, etc. may be sufficient.
[0172]
In addition, since the effect of a scattering becomes large, it is preferable that the groove | channel 69 or the above-mentioned recessed part is formed densely. In particular, in the present embodiment, in order to obtain the scattering effect, it is preferable that the opening width and interval of each groove 69 have a size equal to or smaller than the wavelength of incident light. Moreover, the side surface of the groove 69 may be a slope. As a method of forming the groove 69 having a sloped side surface, the lower surface of the sapphire substrate 11 is irradiated with plasma from an oblique direction, or as a mask used in the etching process of the sapphire substrate 11 shown in FIG. Examples thereof include a method using a mask material (for example, a resist) that can be easily removed by etching.
[0173]
(Embodiment 9)
In the present embodiment, a method of manufacturing a large number of GaN substrates using any one of the GaN substrates 14a, 64a, 67a, and 70a obtained in the first to eighth embodiments will be described.
[0174]
For example, the 2-inch diameter GaN substrate 14a obtained in the first embodiment is introduced into the HVPE furnace. After the GaN substrate 14a is heat-treated at 750 ° C. in an ammonia atmosphere, it is heated to 1050 ° C. and grown to a thickness of 10 mm as in the first embodiment. Then, it cools to room temperature and takes out from the HVPE furnace. Next, 30 slices of GaN substrates can be obtained by slicing with a thickness of 300 μm in a direction perpendicular to the c-axis using a slicer.
[0175]
Of course, using the GaN substrates 14a, 64a, 67a, and 70a obtained in Embodiments 2 to 8 above, a plurality of GaN substrates can be fabricated in exactly the same manner as described above.
[0176]
In the method of this embodiment, the GaN single crystal produced in any of Embodiments 1 to 8 above is used as a seed crystal, the GaN single crystal is grown thickly, and the thick GaN single crystal is cut by a slicer. It is possible to produce a substrate. Furthermore, in the method of this embodiment, since only one sapphire substrate 11 is used first in each of the first to eighth embodiments, the cost can be reduced.
[0177]
(Other embodiments)
In the present embodiment, modified examples in the first to eighth embodiments will be described.
[0178]
In the first to eighth embodiments described above, the method for manufacturing a GaN substrate is described as an example of the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, but the present invention is not limited to this. By appropriately changing the source gas supplied from the group III line, Al x Ga y In 1-xy A group III nitride semiconductor substrate made of N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) can be manufactured.
[0179]
In the first to eighth embodiments, the Nd: YAG laser beam is used. However, any laser beam having a wavelength larger than the absorption edge wavelength of the group III nitride semiconductor substrate and smaller than the absorption edge wavelength of the substrate may be used. For example, a KrF: excimer laser beam (248 nm), a XeCl: excimer laser beam (308 nm), or the like can be used.
[0180]
In the first to eighth embodiments, the size of the sapphire substrate 11 is 2 inches. However, even if the substrate has a larger area, it is possible to produce a group III nitride semiconductor substrate without cracking or chipping. .
[0181]
Instead of the sapphire substrate 11, a material (for example, spinel) that can transmit an Nd: YAG laser beam or a KrF excimer laser beam may be used.
[0182]
Further, when forming a group III nitride semiconductor substrate, a group II, group IV or group VI element may be doped using a raw material containing a group II, group IV or group VI element. For example, if a GaN substrate is doped with Si, Ge, Se or the like as an impurity, a group III nitride semiconductor film having n-type conductivity can be obtained. Further, if a GaN substrate is doped with Be, Mg, Zn or the like as an impurity, a group III nitride semiconductor film having p-type conductivity can be obtained.
[0183]
As described above, according to the method for producing a group III nitride semiconductor substrate of the present invention, a group III nitride semiconductor substrate having a large area free from cracks and chips can be produced in a short time, whereby the group III nitride is produced. Mass production of semiconductor substrates becomes possible.
[0184]
According to the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention, the threshold value of the laser beam irradiation energy required for thermal decomposition of the nitride semiconductor layer can be lowered. In addition, since the beam diameter of the laser beam can be increased as the threshold value decreases, the number of scans of the laser beam necessary for separating the base material substrate and the nitride semiconductor layer can be reduced. Therefore, the time required for the laser beam irradiation process can be shortened and productivity can be improved. In addition, since the number of times of laser beam irradiation is reduced, the yield is improved.
[0185]
The group III nitride semiconductor substrate obtained in the present embodiment is used for manufacturing a semiconductor device such as a semiconductor laser or a field effect transistor.
[0186]
【The invention's effect】
According to the present invention, a group III nitride semiconductor substrate having good crystallinity can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1E are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN substrate according to Embodiment 1 of the present invention.
FIGS. 2A to 2F are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN substrate according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a top view of the substrate shown in FIG. 2 (b).
4A to 4F are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN substrate according to Embodiment 3 of the present invention.
FIGS. 5A to 5E are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN substrate according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the thickness of a GaN layer and the intensity of a laser beam that contributes to thermal decomposition of the GaN layer.
FIGS. 7A to 7F are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to Embodiment 5 of the present invention.
FIGS. 8A to 8E are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN substrate according to Embodiment 6 of the present invention.
FIGS. 9A to 9F are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN substrate according to Embodiment 7 of the present invention.
FIGS. 10A to 10G are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN substrate according to Embodiment 8 of the present invention.
FIGS. 11A to 11C are process sectional views showing a conventional method for manufacturing a GaN substrate.
[Explanation of symbols]
11 Sapphire substrate
12, 65 GaN layer
13 InN layer
14, 64, 67 GaN layer
14a, 64a, 67a, 70a GaN substrate
23 Ni film
23a, 43a, 53a, 68a Opening
43 Silicon oxide film
53, 53b High reflectivity film
54 Ga metal part
55 AlGaN layer
62, 66 ion implantation region
68 Ni layer
68b Ni film
69 groove
70 GaN layer

Claims (16)

基板を用意する工程(a)と、
上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第1半導体層を形成する工程(b)と、
上記第1半導体層上に、上記第1半導体層を形成する III 族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いIII 族窒化物半導体からなる熱拡散抑制層を形成する工程(c)と、
上記熱拡散抑制層上に、III族窒化物半導体からなる第2半導体層を形成する工程(d)と、
上記基板を透過し、且つ上記第1半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第1半導体層に照射することによって、上記第1半導体層を分解する工程(e)と、
を含むIII族窒化物半導体基板の製造方法。
Preparing a substrate (a);
Forming a first semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate (b);
Forming a thermal diffusion suppression layer made of a group III nitride semiconductor having a lower thermal conductivity than the group III nitride semiconductor forming the first semiconductor layer on the first semiconductor layer;
A step (d) of forming a second semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the thermal diffusion suppressing layer;
(E) decomposing the first semiconductor layer by irradiating the first semiconductor layer through the substrate with a light beam that is transmitted through the substrate and absorbed by the first semiconductor layer;
A method for producing a group III nitride semiconductor substrate comprising:
請求項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記熱拡散抑制層は、InxGa1-xN(0<x≦1)からなる半導体から形成されていることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1 ,
The method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the thermal diffusion suppression layer is formed of a semiconductor made of InxGa1-xN (0 <x ≦ 1).
請求項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程(c)では、上記熱拡散抑制層を形成した後、上記熱拡散抑制層を貫通し上記第1半導体層に到達する開口部を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1 ,
In the step (c), after forming the thermal diffusion suppression layer, an opening that penetrates the thermal diffusion suppression layer and reaches the first semiconductor layer is formed. Production method.
請求項1に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程(e)の後に、上記熱拡散抑制層を除去する工程(f)を含むことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1,
A method for producing a group III nitride semiconductor substrate comprising a step (f) of removing the thermal diffusion suppressing layer after the step (e).
請求項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程(f)では、上記熱拡散抑制層をエッチングによって除去することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 4 ,
In the step (f), the method for producing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the thermal diffusion suppressing layer is removed by etching.
請求項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程(f)では、上記熱拡散抑制層を研磨によって除去することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 4 ,
In the step (f), the thermal diffusion suppressing layer is removed by polishing.
請求項1に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記基板は、上記第1のIII族窒化物半導体よりも熱伝導率が低いことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1,
The method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the substrate has a lower thermal conductivity than the first group III nitride semiconductor.
基板を用意する工程(a)と、
上記基板上にIII族窒化物半導体からなる第1半導体層を形成する工程(b)と、
上記第1半導体層上に、光反射層を形成する工程(c)と、
上記光反射層上に、III族窒化物半導体からなる第2半導体層を形成する工程(d)と、
上記基板を透過し、且つ上記第1半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第1半導体層に照射することによって、上記第1半導体層を分解する工程(e)とを含み、
上記光反射層は、上記工程(e)で照射される上記光ビームを反射することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記第1半導体層は、上記光ビームのエネルギーよりもバンドギャップの小さい III 窒化物半導体からなる第1層と、上記第1層上に形成された上記光ビームのエネルギーよりもバンドギャップの大きい III 族窒化物半導体からなる第2層とを有することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
Preparing a substrate (a);
Forming a first semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate (b);
Forming a light reflecting layer on the first semiconductor layer (c);
Forming a second semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the light reflecting layer (d);
(E) decomposing the first semiconductor layer by irradiating the first semiconductor layer through the substrate with a light beam that is transmitted through the substrate and absorbed by the first semiconductor layer. Including
In the method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, the light reflecting layer reflects the light beam irradiated in the step (e).
The first semiconductor layer has a first layer made of a group III nitride semiconductor having a smaller band gap than the energy of the light beam, and a band gap larger than the energy of the light beam formed on the first layer. A method for producing a group III nitride semiconductor substrate comprising a second layer made of a group III nitride semiconductor.
請求項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程(c)では、上記光反射層を形成した後、上記光反射層を貫通し上記第1半導体層に到達する開口部を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 8 ,
In the step (c), after forming the light reflecting layer, an opening that penetrates the light reflecting layer and reaches the first semiconductor layer is formed. .
請求項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記光反射層は、誘電体から形成されていることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 9 ,
The method for producing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the light reflecting layer is formed of a dielectric.
基板を用意する工程(a)と、
上記基板上に III 族窒化物半導体からなる第1半導体層を形成する工程(b)と、
上記第1半導体層上に、光反射層を形成する工程(c)と、
上記光反射層上に、 III 族窒化物半導体からなる第2半導体層を形成する工程(d)と、
上記基板を透過し、且つ上記第1半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記第1半導体層に照射することによって、上記第1半導体層を分解する工程(e)とを含み、
上記光反射層は、上記工程(e)で照射される上記光ビームを反射することを特徴とする III 族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程(c)では、上記光反射層を形成した後、上記光反射層を貫通し上記第1半導体層に到達する開口部を形成し
上記光反射層は、誘電体であるシリコン酸化膜とチタン酸化膜とが交互に積層された積層膜であることを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
Preparing a substrate (a);
Forming a first semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate (b);
Forming a light reflecting layer on the first semiconductor layer (c);
Forming a second semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the light reflecting layer (d);
(E) decomposing the first semiconductor layer by irradiating the first semiconductor layer through the substrate with a light beam that is transmitted through the substrate and absorbed by the first semiconductor layer. Including
In the method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, the light reflecting layer reflects the light beam irradiated in the step (e) .
In the step (c), after forming the light reflecting layer, an opening that penetrates the light reflecting layer and reaches the first semiconductor layer is formed .
The method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the light reflecting layer is a laminated film in which a silicon oxide film and a titanium oxide film which are dielectrics are alternately laminated.
基板を用意する工程(a)と、
上記基板の内部に光散乱部を形成する工程(b)と、
上記基板上にIII族窒化物半導体からなる半導体層を形成する工程(c)と、
上記基板を透過し、且つ上記半導体層に吸収される光ビームを、上記基板を介して上記半導体層に照射することによって、上記半導体層の下部を分解する工程(d)と、
を含むIII族窒化物半導体基板の製造方法。
Preparing a substrate (a);
Forming a light scattering portion inside the substrate (b);
Forming a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate (c);
(D) disassembling the lower portion of the semiconductor layer by irradiating the semiconductor layer with the light beam transmitted through the substrate and absorbed by the semiconductor layer;
A method for producing a group III nitride semiconductor substrate comprising:
請求項12に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程(b)では、上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 12 ,
In the step (b), a light scattering portion is formed inside the substrate by implanting ions into the substrate, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate.
.
請求項13に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程(a)の後に上記工程(c)を行ない、
上記工程(b)において、上記半導体層を介して上記基板にイオンを注入することによって、上記基板の内部に光散乱部を形成し、
上記工程(b)と(d)との間に、上記半導体層上にIII族窒化物半導体からなるもう1つの半導体層を形成する工程をさらに含むことを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 13 ,
The step (c) is performed after the step (a),
In the step (b), by injecting ions into the substrate through the semiconductor layer, a light scattering portion is formed inside the substrate,
A group III nitride semiconductor substrate further comprising a step of forming another semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the semiconductor layer between the steps (b) and (d). Production method.
請求項12に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記工程(b)では、上記光散乱部として上記基板の下部に複数の凹部を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 12 ,
In the step (b), a plurality of recesses are formed in the lower part of the substrate as the light scattering part.
請求項15に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
上記複数の凹部をプラズマ照射によって形成することを特徴とするIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 15 ,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the plurality of recesses are formed by plasma irradiation.
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