JP4075867B2 - 窒化物半導体基板 - Google Patents
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このようなELOG成長は、保護膜を形成し意図的に窒化物半導体を横方向に成長させることにより、転位が窒化物半導体の成長と共に進行すると、転位は保護膜を有しない部分上にのみ発生するため、保護膜上には転位欠陥の少ない窒化物半導体を形成することができる。
実施の形態1.
本実施の形態においては、本件第1の発明に係る窒化物半導体基板について説明する。図1(a)〜図1(d)は、第1の発明に係る窒化物半導体基板の製造方法の一例を段階的に示した模式図である。
この異種基板1としては、C面、R面、及びA面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(MgAl2O4)のような絶縁性基板、SiC(6H、4H、3C)、ZnS、ZnO、GaAs、Si、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等を用いることができる。
また、上記以外にも1200℃以上の融点を有する金属、例えばタングステンやモリブデンなどの材料も用いることができる。
また、第1の窒化物半導体4の好ましい膜厚は、保護膜3の膜厚、大きさによっても異なる。保護膜の表面を横方向に成長させた結晶性のいい部分を有する必要があるため、第1の窒化物半導体4は、保護膜の膜厚に対して少なくとも1.5倍以上であり、1.5〜2μmの膜厚で成長させるのが好ましい。
また、第2の窒化物半導体5の膜厚としては、GaNの場合は3〜20μm、好ましくは5〜20μmであるのが望ましく、AlxGa1−xNの場合は2〜15μmが好ましい。
さらに、第2の窒化物半導体を、保護膜を完全に除去した状態で第1の窒化物半導体の上面及び側面から成長させる場合でも、第2の窒化物半導体上には、空間が残り結晶欠陥の多い窒化物半導体2からの結晶欠陥の伝播を抑えることができる。
本実施の形態においては、本件第2の発明に係る窒化物半導体基板について説明する。図8(a)〜(c)は、第2の発明に係る窒化物半導体基板の製造方法の一例を示す。図8(a)〜(c)の工程は、実施の形態1における図1(a)〜(c)と同様であり、図1(a)〜(c)について説明した製造条件を同様に適用することができる。図8(a)は、異種基板1上に、窒化物半導体を成長させ、さらに保護膜のストライプを形成させる工程を行った模式的断面図である。異種基板1上に窒化物半導体2を成長させる前に、異種基板1上にバッファ層(図示されていない)を形成してもよい。
図12(a)及び(b)は、本発明の実施の形態3に係る窒化物半導体基板を示す模式断面図である。本実施の形態では、実施の形態1又は2の方法により得られた低転位密度の窒化物半導体層(以下、「第1の横方向成長」)の上に、HVPE法により厚膜の窒化物半導体層8を成長して転位を分散させ、さらに、実施の形態1又は2と同様の方法により窒化物半導体層を成長させて(以下、「第2の横方向成長」)窒化物半導体基板を構成する。
[実施例1]
C面を主面とし、オリフラ面をA面とするサファイア基板1を用い、MOCVD法により、温度を510℃、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)とを用い、サファイア基板1上にGaNよりなるバッファ層を200オングストロームの膜厚で成長させる。
その窒化物半導体2の上にCVD法によりSiO2よりなる保護膜を0.5μmの膜厚で成膜し、ストライプ状のフォトマスクを形成し、エッチングによりストライプ幅14μm、窓部6μmのSiO2よりなる保護膜3を形成する。なお、この保護膜3のストライプ方向はサファイアA面に対して垂直な方向とする。
C面を主面とし、オリフラ面をA面とするサファイア基板1を用い、MOCVD法により、温度を510℃、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)とを用い、サファイア基板1上にGaNよりなるバッファ層を200オングストロームの膜厚で成長させる。
実施例1において、保護膜を第1の窒化物半導体が露出するまでエッチングする他は同様にして第2の窒化物半導体を成長させる。
その結果、実施例1とほぼ同様に良好な結果が得られる。
実施例2において、保護膜を異種基板であるサファイアが露出するまでエッチングする他は同様にして第2の窒化物半導体を成長させる。
その結果、実施例2とほぼ同様に良好な結果が得られる。
実施例2において、サファイアに直接保護膜を形成した後、バッファ層を成長する他は、実施例2と同様にして第2の窒化物半導体を成長させる。即ち、C面を主面とし、オリフラ面をA面とするサファイア基板1を用い、その上にCVD法によりSiO2よりなる保護膜を0.5μmの膜厚で成長させ、ストライプ状のフォトマスクを形成し、エッチングによりストライプ幅14μm、窓部6μmのSiO2よりなる保護膜を形成する。なお、この保護膜3のストライプ方向はサファイアA面に対して垂直な方向とする。
実施例1において、図6に示すように、保護膜3のエッチングを窒化物半導体2が露出するまで行いながら、第1の窒化物半導体4の横方向に成長した傘状部分の下方に保護膜3を柱状に残す他は同様にして窒化物半導体基板を成長させる。第1の窒化物半導体4の両脇に残る保護膜3の幅は片側約3.5μmとする。保護膜3のエッチングは、異方性エッチングにより、温度200℃でエッチングガスにCHF3を用いて行う。得られた第2の窒化物半導体5の表面を、CL(カソードルミネセンス)により観測した結果を図14(a)に示す。保護膜3の窓部上部には結晶欠陥が見られたが、保護膜が形成されていた上部に成長させた第2の窒化物半導体5の表面には、接合部を除いて殆ど結晶欠陥が見られず良好な結晶性を有しており(結晶欠陥の数は、約6×106cm−2)、接合部における結晶欠陥もごく僅かで従来よりも飛躍的に減少している。
実施例6において、保護膜3のパターンを図3(a)に示すような蜂の巣状とする他は同様にして窒化物半導体基板を成長させる。保護膜3は、図3(a)に示す六角形の辺がサファイア基板のオリエンテーションフラット面(A面)に平行になるように配列し、六角形の直径aを20μm、六角形同士の間隔bを5μmとする。この結果、保護膜3が形成されていた上部に成長させた第2の窒化物半導体層の表面には保護膜3の六角形中心にわずかな結晶欠陥が見られた他は全く結晶欠陥が見られず、良好な結晶性を有している。
実施例6において、第1及び第2の窒化物半導体層4及び5のドーパントを変える他は同様にして窒化物半導体基板を成長させる。第1の窒化物半導体層4は、不純物をドーピングせずに成長させ、第2の窒化物半導体層5は、SiH4を原料ガスに加えて成長させてSiをドーピングした。
その結果、実施例6とほぼ同様に良好な結果が得られる。
実施例8において、第2の窒化物半導体層5のドーパントを変える他は同様にして窒化物半導体基板を成長させる。第2の窒化物半導体層5は、CP2Mgを原料ガスに加えて成長させてMgをドーピングした。
その結果、実施例8とほぼ同様に良好な結果が得られる。
実施例8において、第2の窒化物半導体層5のドーパントを変える他は同様にして窒化物半導体基板を成長させる。第2の窒化物半導体層5は、SiH4及びCP2Mgを原料ガスに加えて成長させてSiとMgをドーピングした。
その結果、実施例8とほぼ同様に良好な結果が得られる。
実施例8において、第2の窒化物半導体層5のドーパントを変える他は同様にして窒化物半導体基板を成長させる。第2の窒化物半導体層5は、不純物をドーピングせずに成長させた。
その結果、実施例8とほぼ同様に良好な結果が得られる。
C面を主面とし、オリフラ面をA面とするサファイア基板1を用い、MOCVD法により、温度を510℃、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)とを用い、サファイア基板1上にGaNよりなるバッファ層を200オングストロームの膜厚で成長させる。
その窒化物半導体2の上にCVD法によりSiO2よりなる保護膜を0.5μmの膜厚で成膜し、ストライプ状のフォトマスクを形成し、エッチングによりストライプ幅14μm、窓部6μmのSiO2よりなる保護膜3を形成する。なお、この保護膜3のストライプ方向はサファイアA面に対して垂直な方向とする。
2・・・窒化物半導体
3・・・保護膜
4・・・第1の窒化物半導体
5・・・第2の窒化物半導体
Claims (7)
- 窒化ガリウム又は窒化インジウムガリウムである窒化物半導体層から表面が成る支持基板と、前記支持基板上に窒化物半導体を有する窒化物半導体基板であって、
前記窒化物半導体が、前記支持基板表面の窒化物半導体層上に設けられ、断面が柱状構造を有する第1の窒化物半導体層と、その上を覆う第2の窒化物半導体層とを有し、
該柱状構造が、柱状部とそこから横方向に伸びた傘状部とを該傘状部の間に隙間を有して配列された構造を有し、
前記隙間が前記第2の窒化物半導体層によって埋められており、前記隙間の下方に、空間と、前記支持基板表面の窒化物半導体層に設けられたV字状の溝と、を有する窒化物半導体基板。 - 前記第2の窒化物半導体層は、前記傘状部の側面から成長して前記隙間を埋めるように互いに接合しており、該第2の窒化物半導体同士の接合部が逆V字状溝を有する請求項1記載の窒化物半導体基板。
- 前記傘状部下部のみに保護膜が設けられている請求項1又は2記載の窒化物半導体基板。
- 前記傘状部下部に空間を有する請求項1又は2記載の窒化物半導体基板。
- 前記第1の窒化物半導体層の柱状構造が、前記支持基板表面の窒化物半導体層上において周期的なストライプ状、格子状、又は島状の部分から成長した構造であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板。
- 前記第2の窒化物半導体層の上に、窒化物半導体の素子形成層を有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板。
- 前記第2の窒化物半導体層は、窒化物半導体の素子形成層の一部であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の窒化物半導体基板。
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