JP4714087B2 - ＧａＮ基板の保存方法、および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイスの製造に用いられるＧａＮ基板の保存方法、および半導体デバイスの製造方法に関する。
ＧａＮ基板は、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下ＬＥＤという）、レーザダイオード（Laser Diode、以下ＬＤという）などの半導体デバイスに広く用いられている。
ここで、ＧａＮ基板を製造する工程と製造されたＧａＮ基板を用いて半導体デバイスを製造する工程とは通常別工程であり、製造されたＧａＮ基板は、一定期間保存されその後半導体デバイス製造のために用いられる。このため、製造されたＧａＮ基板を収納し保存するための方法が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
しかし、ＧａＮ基板の従来の保存方法は、クリーンな大気中の雰囲気下で収納され保存されるものであるため、長期の保存により、ＧａＮ基板の表面が酸化され、特性のよい半導体デバイスを製造することが困難となっていた。
特開２０００−３５５３９２号公報
本発明は、上記問題点を解決し、特性のよい半導体デバイスの製造が可能なＧａＮ基板の保存方法、およびその保存方法で保存されたＧａＮ基板を基板として選択する半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、ＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％以上１８体積％以下および水蒸気濃度が１ｇ／ｍ 3 以上２５ｇ／ｍ3以下の水蒸気を含有する不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスの雰囲気下で保存するＧａＮ基板の保存方法である。
本発明にかかるＧａＮ基板の保存方法において、酸素濃度を５体積％以下および／または水蒸気濃度を１７ｇ／ｍ3以下とすることができる。
また、本発明にかかる保存方法により保存されるＧａＮ基板において、第１の主面の表面粗さＲａを２０ｎｍ以下とすることができ、第２の主面の表面粗さＲａを２０μｍ以下とすることができる。また、第１の主面の表面粗さＲａを５ｎｍ以下とすることができ、第２の主面の表面粗さＲａを１０μｍ以下とすることができる。
また、本発明にかかるＧａＮ基板の保存方法において、ＧａＮ基板の主面と（０００１）面とのなすオフ角は、＜１−１００＞方向に０．０５°以上２°以下、＜１１−２０＞方向に０°以上１°以下とすることができる。また、かかるオフ角は、＜１−１００＞方向に０．１°以上０．８°以下、＜１１−２０＞方向に０°以上０．６°以下とすることができる。ここで、主面とは第１の主面および第２の主面の両方を意味する。
また、本発明は、上記保存方法によって保存されたＧａＮ基板を基板として選択し、ＧａＮ基板の第１の主面上に少なくとも１層の半導体層を成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
本発明によれば、特性のよい半導体デバイスの製造が可能なＧａＮ基板の保存方法、およびその保存方法で保存されたＧａＮ基板を基板として選択する半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
（実施形態１）
本発明にかかるＧａＮ基板の保存方法は、ＧａＮ基板を酸素濃度が１８体積％以下および／または水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3以下の雰囲気下で保存することを特徴とする。
本発明にかかるＧａＮ基板の保存方法は、ＧａＮ基板を酸素濃度が１８体積％以下および／または水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3以下の雰囲気下で保存することを特徴とする。
ＧａＮ基板を酸素濃度が１８体積％以下および／または水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3以下の雰囲気下で保存することにより、ＧａＮ基板の表面の酸化を抑制することができ、特性のよい半導体デバイスの製造が可能となる。かかる観点から、酸素濃度が５体積％以下および／または水蒸気濃度が１７ｇ／ｍ3以下であることが好ましく、酸素濃度が１体積％以下および／または水蒸気濃度が４ｇ／ｍ3以下であることがより好ましい。
ここで、ＧａＮ基板を保存する雰囲気の酸素濃度を１８体積％以下および／または水蒸気濃度を２５ｇ／ｍ3以下にする方法には、特に制限はなく、たとえば、図１に示すような保存装置１０を用いることができる。ここで、図１の保存装置１０は、ガス導入管２０、ガス導入弁２９、ガス排出管４０およびガス排出弁４１を備えている。
ＧａＮ基板を保存する雰囲気の酸素濃度を１８体積％以下に低減する方法としては、たとえば、図１を参照して、保存装置１０内にＧａＮ基板１を配置して、ガス導入管２０およびガス導入弁２９を経由して保存装置１０内に酸素濃度が１８体積％以下のガス２１を導入し、保存装置１０内からガス排出管４０およびガス排出弁４９を経由して酸素濃度が１８体積％より高いガス４１を排出する方法（方法Ａ−１という、以下同じ）がある。また、保存装置１０内にＧａＮ基板１とともに脱酸素剤３１を配置する方法（方法Ａ−２という、以下同じ）がある。また、方法Ａ−１および方法Ａ−２を併用することも可能である。
ここで、酸素濃度が１８体積％以下のガスは、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面と化学反応を起こさない観点から、酸素濃度が１８体積％以下の窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスなどが好ましい。また、脱酸素剤は、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面と化学反応を起こさない観点から、活性酸化鉄、活性炭などが好ましい。
また、ＧａＮ基板を保存する雰囲気の水蒸気濃度を２５ｇ／ｍ3以下に低減する方法としては、たとえば、図１を参照して、保存装置１０内にＧａＮ基板１を配置して、この保存装置１０内に水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3以下のガス２２を導入し、保存装置１０から水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3より高いガス４２を排出する方法（方法Ｂ−１という、以下同じ）また、保存装置１０内にＧａＮ基板１とともに脱水剤３２を配置する方法（方法Ｂ−２という、以下同じ）がある。また、方法Ｂ−１および方法Ｂ−２を併用することも可能である。
ここで、水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3以下のガスは、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面と化学反応を起こさない観点から、不純物としての水蒸気の濃度が１体積％以下の窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスなどが好ましい。また、脱水剤は、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面と化学反応を起こさない観点から、シリガゲル、活性炭などが好ましい。
また、ＧａＮ基板を保存する雰囲気の酸素濃度を１８体積％以下および水蒸気濃度を２５ｇ／ｍ3以下とする方法としては、保存装置１０内にＧａＮ基板１を配置して、この保存装置１０内に酸素濃度が１８体積％以下かつ水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3以下の低いガス２３を導入し酸素濃度が１８体積％より高くまたは水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3より高いガス４３を排出する方法（方法Ｃ−１）がある。また、保存装置１０内にＧａＮ基板１とともに脱酸素剤３１と脱水剤３２とを配置する方法（方法Ｃ−２という、以下同じ）がある。また、方法Ｃ−１および方法Ｃ−２を併用することも可能である。
ここで、酸素濃度および水蒸気濃度がそれぞれ１８体積％以下および２５ｇ／ｍ3以下のガスは、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面と化学反応を起こさない観点から、酸素および水蒸気のそれぞれの濃度が１８体積％以下および２５ｇ／ｍ3以下の窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスなどが好ましい。
また、酸素濃度の測定は、特に制限はないが、ガルバニ式酸素濃度計などにより行なうことができる。また、水蒸気濃度の測定は、特に制限はないが、誘電率水分計、カールフィッシャー式水分計などにより行なうことができる。
また、ＧａＮ基板を保存する雰囲気の温度は、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面との化学反応を起こさない観点から、６０℃以下が好ましく、４０℃以下がより好ましい。また、結露を防止する観点から、５℃以上が好ましく、１０℃℃以上がより好ましい。
また、実施形態１の保存方法において保存されるＧａＮ基板は、保存装置内の酸素および／または水蒸気とＧａＮ基板の表面との反応の抑制、またＧａＮ基板の表面への酸素および／または水蒸気の吸着量の低減の観点から、第１の主面の表面粗さＲａが２０ｎｍ以下で第２の主面の表面粗さＲａが２０μｍ以下であることが好ましい。かかる観点から、第１の主面の表面粗さＲａが５ｎｍ以下で第２の主面の表面粗さＲａが１０μｍ以下であることがより好ましい。ＧａＮ基板の主面（第１の主面および第２の主面の両方を意味する、以下同じ）の表面粗さＲａと、ＧａＮ基板の主面に対する酸素および／または水蒸気の反応性ならびに吸着性との関係は、明らかではないが、一つの原因として、表面粗さＲａを小さくすることにより表面積が減少することが関係しているものと考えられる。ここで、第１の主面とはその上に半導体層をエピタキシャル成長させる主面をいい、第２の主面とは上記第１の主面と反対側の主面をいう。また、表面粗さＲａとは、粗さ曲面からその平均面の方向に所定の基準面積を抜き取り、この抜き取り部分の平均面から測定曲面までの偏差の絶対値を合計してそれを基準面積で平均した値をいう。かかる表面粗さＲａは、非接触式光干渉計、３Ｄ−ＳＥＭ（立体映像走査型電子顕微鏡）を用いて測定することができる。
また、実施形態１の保存方法において保存されるＧａＮ基板について、保存装置内の酸素および／または水蒸気とＧａＮ基板の表面との反応の抑制、またＧａＮ基板の表面への酸素および／または水蒸気の吸着量の低減の観点から、ＧａＮ基板の主面と（０００１）面とのなすオフ角は、＜１−１００＞方向に０．０５°以上２°以下であり、＜１１−２０＞方向に０°以上１°以下であることが好ましい。かかる観点から、上記オフ角がは＜１−１００＞方向に０．１°以上０．８°以下であり、＜１１−２０＞方向に０°以上０．６°以下であることがより好ましい。ＧａＮ基板の主面と（０００１）面とのなすオフ角と、ＧａＮ基板の主面に対する酸素および／または水蒸気の反応性ならびに吸着性との関係は、明らかではないが、一つの原因として、所定のオフ角を有することにより、ＧａＮ基板の主面において酸素および／または水蒸気と結合できる点の数が変化することが関係しているものと考えられる。ＧａＮ基板の主面と（０００１）面とのなすオフ角は、ＸＲＤ（Ｘ線回折）法により測定することができる。
なお、上記実施形態１において、図１を参照して、ＧａＮ基板１を収納した保存装置１内の雰囲気を本願発明における保存条件（たとえば、酸素濃度が１８体積％以下および／または水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3以下）とした中で、酸素および水蒸気を遮断できる保存容器（図示せず）（たとえば、アルミニウム製の袋など）にＧａＮ基板１を封入することにより、ＧａＮ基板１を保存することもできる。また、保存容器により密封されたＧａＮ基板は、保存装置１から取り出して保存することも可能である。
（実施形態２）
本発明にかかる半導体デバイスは、図２を参照して、実施形態１の方法で保存されたＧａＮ基板１の第１の主面上に少なくとも１層の半導体層２１０が形成されている。また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法は、図２を参照して、実施形態１の方法で保存されたＧａＮ基板１を基板として選択し、このＧａＮ基板１上に少なくとも１層の半導体層２１０を成長させる工程を含む。
本発明にかかる半導体デバイスは、図２を参照して、実施形態１の方法で保存されたＧａＮ基板１の第１の主面上に少なくとも１層の半導体層２１０が形成されている。また、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法は、図２を参照して、実施形態１の方法で保存されたＧａＮ基板１を基板として選択し、このＧａＮ基板１上に少なくとも１層の半導体層２１０を成長させる工程を含む。
実施形態１の保存方法で保存されたＧａＮ基板は表面の酸化が抑制されており、かかるＧａＮ基板を基板上に少なくとも１層の半導体層６を成長させることにより、特性の高い半導体デバイスが得られる。
ＧａＮ基板上に成長させる半導体層には、特に制限はないが、ＧａＮ基板上には、結晶格子の整合性が高い観点から、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩＩ族窒化物層が好ましい。また、半導体層の成長方法には、特に制限はないが、ＧａＮ基板上に半導体層を容易にエピタキシャル成長させる観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法などが好ましく用いられる。
図２を参照して、より具体的には、本実施形態の半導体デバイス２００は、ＧａＮ基板１上に、半導体層２１０として、ｎ型ＧａＮ層２１１、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１２、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１３、ｐ型ＧａＮ層２１４が順次形成され、さらにＧａＮ基板１１の下面（半導体層２１０が形成されていない面）にｎ側電極２２１、ｐ型ＧａＮ層２１４の上面にはｐ側電極２２２が形成されており、発光２３０を発する。
本発明にかかるＧａＮ基板の保存方法およびこの保存方法により保存されたＧａＮ基板を基板として選択し、前記ＧａＮ基板上に少なくとも１層の半導体層を成長させる工程を含む半導体デバイスについて、以下の実施例および比較例に基づいてさらに具体的に説明する。
（比較例１）
図１を参照して、ＨＶＰＥ法により成長させた直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の表面粗さＲａが３３ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが３２．１μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に２．５°、＜１１−２０＞方向に１．２°のＧａＮ基板１を、保存装置１０に収納し、ガス導入管２０およびガス導入弁２９を介して酸素濃度が２０体積％で水蒸気濃度が３０ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置１０内に導入し、保存装置１０内の酸素濃度および水蒸気濃度の高いガスをガス排出管４０およびガス排出弁４９を介して排出することにより、保存装置１０内の雰囲気の酸素濃度を２０体積％、水蒸気濃度を３０ｇ／ｍ3とした。かかる保存装置１０中で、ＧａＮ基板１をウエハトレイ（図示せず）に入れた後、ＧａＮ基板１をウエハトレイとともにアルミニウム製の袋（図示せず）に封入した後、３５℃で６ヶ月間保存した。
図１を参照して、ＨＶＰＥ法により成長させた直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の表面粗さＲａが３３ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが３２．１μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に２．５°、＜１１−２０＞方向に１．２°のＧａＮ基板１を、保存装置１０に収納し、ガス導入管２０およびガス導入弁２９を介して酸素濃度が２０体積％で水蒸気濃度が３０ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置１０内に導入し、保存装置１０内の酸素濃度および水蒸気濃度の高いガスをガス排出管４０およびガス排出弁４９を介して排出することにより、保存装置１０内の雰囲気の酸素濃度を２０体積％、水蒸気濃度を３０ｇ／ｍ3とした。かかる保存装置１０中で、ＧａＮ基板１をウエハトレイ（図示せず）に入れた後、ＧａＮ基板１をウエハトレイとともにアルミニウム製の袋（図示せず）に封入した後、３５℃で６ヶ月間保存した。
次に、図２を参照して、上記の条件で６ヶ月間保存したＧａＮ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、半導体層２１０として、厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層２１１、厚さ３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１２、厚さ６０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１３、厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層２１４を順次成長させた。次いで、ｐ型ＧａＮ層２４の上面に厚さ１００ｎｍのｐ側電極２２２を形成した後、ＧａＮ基板の下面（半導体層２１０が形成されていない面）の中央部に直径８０μｍ×厚さ１００ｎｍのｎ側電極２２１を形成し、５００μｍ×５００μｍの大きさのチップに分割して、半導体デバイス２００としてＬＥＤを得た。比較例１のＬＥＤのピーク波長４５０ｎｍにおける発光強度を分光光度計により測定し、かかるＬＥＤ１０個における平均発光強度を１として、以下の比較例２および実施例１〜９のＬＥＤの相対発光強度を求めた。結果を表１にまとめた。
（比較例２）
図１を参照して、ＨＶＰＥ法により成長させた直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の表面粗さＲａが１７ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが１５μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に１．１°、＜１１−２０＞方向に０．８°のＧａＮ基板１を、保存装置１０に収納し、ガス導入管２０およびガス導入弁２９を介して酸素濃度が２０体積％で水蒸気濃度が３０ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置１０内に導入し、保存装置１０内の酸素濃度および水蒸気濃度の高いガスをガス排出管４０およびガス排出弁４９を介して排出することにより、保存装置１０内の雰囲気の酸素濃度を２０体積％、水蒸気濃度を３０ｇ／ｍ3とした。かかる保存装置１０中で、ＧａＮ基板１をウエハトレイ（図示せず）に入れた後、ＧａＮ基板１をウエハトレイとともにアルミニウム製の袋（図示せず）に封入した後、３５℃で６ヶ月間保存した。その後、比較例１と同様にして、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．０１であった。結果を表１にまとめた。
図１を参照して、ＨＶＰＥ法により成長させた直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の表面粗さＲａが１７ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが１５μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に１．１°、＜１１−２０＞方向に０．８°のＧａＮ基板１を、保存装置１０に収納し、ガス導入管２０およびガス導入弁２９を介して酸素濃度が２０体積％で水蒸気濃度が３０ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置１０内に導入し、保存装置１０内の酸素濃度および水蒸気濃度の高いガスをガス排出管４０およびガス排出弁４９を介して排出することにより、保存装置１０内の雰囲気の酸素濃度を２０体積％、水蒸気濃度を３０ｇ／ｍ3とした。かかる保存装置１０中で、ＧａＮ基板１をウエハトレイ（図示せず）に入れた後、ＧａＮ基板１をウエハトレイとともにアルミニウム製の袋（図示せず）に封入した後、３５℃で６ヶ月間保存した。その後、比較例１と同様にして、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．０１であった。結果を表１にまとめた。
（実施例１）
酸素濃度が１８体積％で水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置１０内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を１８体積％、水蒸気濃度を２５ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にして、比較例１と同じ面粗さＲａおよびオフ角を有するＧａＮ基板をＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．０５であった。結果を表１にまとめた。
酸素濃度が１８体積％で水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置１０内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を１８体積％、水蒸気濃度を２５ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にして、比較例１と同じ面粗さＲａおよびオフ角を有するＧａＮ基板をＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．０５であった。結果を表１にまとめた。
（実施例２）
保存するＧａＮ基板が、第１の主面が方面粗さＲａが１７ｎｍ、第２の主面の表面粗さが１５μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に２．５°、＜１１−２０＞方向に１．２°である以外は、実施例１と同様の条件でＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．０５であった。結果を表１にまとめた。
保存するＧａＮ基板が、第１の主面が方面粗さＲａが１７ｎｍ、第２の主面の表面粗さが１５μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に２．５°、＜１１−２０＞方向に１．２°である以外は、実施例１と同様の条件でＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．０５であった。結果を表１にまとめた。
（実施例３）
保存するＧａＮ基板が、第１の主面が方面粗さＲａが３３ｎｍ、第２の主面の表面粗さが３２．１μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に１．１°、＜１１−２０＞方向に０．８°である以外は、実施例１と同様の条件でＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１２であった。結果を表１にまとめた。
保存するＧａＮ基板が、第１の主面が方面粗さＲａが３３ｎｍ、第２の主面の表面粗さが３２．１μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に１．１°、＜１１−２０＞方向に０．８°である以外は、実施例１と同様の条件でＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１２であった。結果を表１にまとめた。
（実施例４）
基板の第１の主面の表面粗さＲａが１７ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが１５μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に１．１°、＜１１−２０＞方向に０．８°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が３体積％で水蒸気濃度が１２ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を３体積％、水蒸気濃度を１２ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１５であった。結果を表１にまとめた。
基板の第１の主面の表面粗さＲａが１７ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが１５μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に１．１°、＜１１−２０＞方向に０．８°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が３体積％で水蒸気濃度が１２ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を３体積％、水蒸気濃度を１２ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１５であった。結果を表１にまとめた。
（実施例５）
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．５°、＜１１−２０＞方向に０．２°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％で水蒸気濃度が１ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を０．６体積％、水蒸気濃度を１ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１９であった。結果を表１にまとめた。
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．５°、＜１１−２０＞方向に０．２°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％で水蒸気濃度が１ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を０．６体積％、水蒸気濃度を１ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１９であった。結果を表１にまとめた。
（実施例６）
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．５°、＜１１−２０＞方向に０．２°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％で水蒸気濃度が３０ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を０．６体積％、水蒸気濃度を３０ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．０９であった。結果を表１にまとめた。
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．５°、＜１１−２０＞方向に０．２°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％で水蒸気濃度が３０ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を０．６体積％、水蒸気濃度を３０ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．０９であった。結果を表１にまとめた。
（実施例７）
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．５°、＜１１−２０＞方向に０．２°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が２０体積％で水蒸気濃度が１ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を２０体積％、水蒸気濃度を１ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１２であった。結果を表１にまとめた。
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．５°、＜１１−２０＞方向に０．２°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が２０体積％で水蒸気濃度が１ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を２０体積％、水蒸気濃度を１ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１２であった。結果を表１にまとめた。
（実施例８）
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．１°、＜１１−２０＞方向に０．０５°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％で水蒸気濃度が１ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を０．６体積％、水蒸気濃度を１ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１９であった。結果を表１にまとめた。
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．１°、＜１１−２０＞方向に０．０５°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％で水蒸気濃度が１ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を０．６体積％、水蒸気濃度を１ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１９であった。結果を表１にまとめた。
（実施例９）
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．７°、＜１１−２０＞方向に０．６°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％で水蒸気濃度が１ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を０．６体積％、水蒸気濃度を１ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１９であった。結果を表１にまとめた。
基板の第１の主面の表面粗さＲａが２ｎｍ、第２の主面の表面粗さＲａが２．４μｍ、主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．７°、＜１１−２０＞方向に０．６°であるＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％で水蒸気濃度が１ｇ／ｍ3の窒素および酸素の混合ガスを保存装置内に導入し、保存装置内の雰囲気の酸素濃度を０．６体積％、水蒸気濃度を１ｇ／ｍ3とした以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ基板を保存し、半導体デバイスであるＬＥＤを作製した。得られたＬＥＤの相対発光強度は、比較例１のＬＥＤの相対発光強度１．０に対して、１．１９であった。結果を表１にまとめた。
表１の結果を図３にまとめた。図３は、酸素濃度（体積％）を横軸とし、水蒸気濃度（ｇ／ｍ3）を縦軸とする座標中に、比較例１，２（白丸の点）および実施例１〜９（黒丸の点）をプロットしたものである。また、各点における数値は、比較例１，２、実施例１〜９のいずれかのＬＥＤの相対発光強度を示す。
表１および図３の比較例１，２および実施例１〜９から明らかなように、酸素濃度が１８体積％以下および／または水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3以下の雰囲気下で保存したＧａＮ基板上に少なくとも１層以上の半導体層が形成されている半導体デバイスは、酸素濃度が１８体積％より高くおよび水蒸気濃度が２５ｇ／ｍ3より高い雰囲気下で保存したＧａＮ基板上に少なくとも１層以上の半導体層が形成されている半導体デバイスに比べて、その特性が向上している。また、実施例４〜９から明らかなように、ＧａＮ基板の保存雰囲気を酸素濃度が５体積％以下および／または水蒸気濃度を１７ｇ／ｍ3以下とすることにより半導体デバイスの特性はより向上している。また、ＧａＮ基板の第１の主面の表面粗さＲａを２０ｎｍ以下、第２の主面の表面粗さＲａを２０μｍ以下とすること、または、ＧａＮ基板の主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．０５°以上２°以下であり、＜１１−２０＞方向に０°以上１°以下とすることによっても半導体デバイスの特性は向上している。
なお、上記実施例および比較例は、ＧａＮ基板の保管期間を６ヶ月として行なったが、保管期間が６ヶ月未満であっても、６ヶ月を超えても同様の効果が得られることは確認済みである。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
１ ＧａＮ基板、１０ 保存装置、２０ ガス導入管、２９ ガス導入弁、３１ 脱酸素剤、３２ 脱水剤、２１，２２，２３，４１，４２，４３ ガス、４０ ガス排出管、４９ ガス排出弁、２００ 半導体デバイス、２１０ 半導体層、２１１ ｎ型ＧａＮ層、２１２ Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、２１３ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、２１４ ｐ型ＧａＮ層、２２１ ｎ側電極、２２２ ｐ側電極、２３０ 発光。
Claims (7)
- ＧａＮ基板を、酸素濃度が０．６体積％以上１８体積％以下および水蒸気濃度が１ｇ／ｍ 3 以上２５ｇ／ｍ3以下の水蒸気を含有する不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスの雰囲気下で保存するＧａＮ基板の保存方法。
- 前記酸素濃度が５体積％以下および／または前記水蒸気濃度が１７ｇ／ｍ3以下である請求項１に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記ＧａＮ基板において、第１の主面の表面粗さＲａが２０ｎｍ以下であり、第２の主面の表面粗さＲａが２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記第１の主面の表面粗さＲａが５ｎｍ以下であり、前記第２の主面の表面粗さＲａが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記ＧａＮ基板の主面と（０００１）面とのなすオフ角が、＜１−１００＞方向に０．０５°以上２°以下であり、＜１１−２０＞方向に０°以上１°以下であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記オフ角が、＜１−１００＞方向に０．１°以上０．８°以下であり、＜１１−２０＞方向に０°以上０．６°以下であることを特徴とする請求項５に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 請求項１から請求項６までのいずれかの保存方法で保存されたＧａＮ基板を基板として選択し、前記ＧａＮ基板の前記第１の主面上に少なくとも１層の半導体層を成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法。
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