JP4735949B2 - Iii−v族窒化物半導体結晶の製造方法およびiii−v族窒化物半導体基板の製造方法 - Google Patents

Iii−v族窒化物半導体結晶の製造方法およびiii−v族窒化物半導体基板の製造方法

Info

Publication number
JP4735949B2
JP4735949B2 JP2005112767A JP2005112767A JP4735949B2 JP 4735949 B2 JP4735949 B2 JP 4735949B2 JP 2005112767 A JP2005112767 A JP 2005112767A JP 2005112767 A JP2005112767 A JP 2005112767A JP 4735949 B2 JP4735949 B2 JP 4735949B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group iii
nitride semiconductor
semiconductor crystal
substrate
crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005112767A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006290671A (ja
Inventor
祐一 大島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP2005112767A priority Critical patent/JP4735949B2/ja
Priority to US11/182,074 priority patent/US20060228870A1/en
Publication of JP2006290671A publication Critical patent/JP2006290671A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4735949B2 publication Critical patent/JP4735949B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403AIII-nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02387Group 13/15 materials
    • H01L21/02389Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/02433Crystal orientation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439Materials
    • H01L21/02455Group 13/15 materials
    • H01L21/02458Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/0254Nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

本発明は、III−V族窒化物半導体結晶の製造方法に関するものである。
窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化ガリウムアルミニウム(AlGaN)等のGaN系化合物半導体は、青色発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)用材料として、脚光を浴びている。さらに、GaN系化合物半導体は、耐熱性や耐環境性が良いという特徴を活かして、電子デバイス用素子への応用開発も始まっている。
現在広く実用化されているGaN成長用の基板はサファイアであり、単結晶サファイア基板の上に有機金属気相成長法(MOVPE法)等でGaNをエピタキシャル成長させる方法が一般に用いられている。
しかしながら、サファイア基板はGaNと格子定数が異なるため、サファイア基板上に直接GaNを成長させたのでは単結晶膜を成長させることができない。このため、サファイア基板上に一旦低温でAlNやGaNのバッファ層を成長させ、この低温成長バッファ層で格子の歪みを緩和させてからその上にGaNを成長させる方法が提案されている(特許第302608号、特許第2751963号、特公平8−8217号公報)。
この低温成長窒化物層をバッファ層として用いることで、GaNの単結晶エピタキシャル成長は可能になった。しかし、この方法でも、やはり基板と結晶の格子のずれは如何ともし難く、GaNは無数の欠陥を有している。この欠陥は、GaN系LDを製作する上で障害となることが予想される。
上記のような理由から、GaN自立基板の出現が切に望まれている。GaNは、SiやGaAsのように融液から大型のインゴットを引き上げることが困難なため、例えば(1)超高温高圧法、(2)フラックス法、(3)HVPE法(Hydride Vapor Phase Epitaxy:ハイドライド気相成長法)などの種々の方法が試みられている。
窒化物半導体自立基板を作製する代表的な方法は、サファイア等の異種基板上にHVPE法を用いて厚いGaN層を形成し、成長後に異種基板を除去することで自立GaN基板とする方法である(特許文献4参照)。これは、空隙を有する層を歪み緩和層として機能させ、下地基板とIII族窒化物半導体層との格子定数差や熱膨張係数差に起因する歪みを緩和するものであり、これにより、欠陥密度が低く、結晶品質の良好な反りのないIII族窒化物半導体基板を得ることができ、基板の除去を容易に行うことができるとされている。この技術によって低転位のGaN基板が実現しつつあり、市場にも出回り始めている。
特許第3026087号公報 特許第2751963号公報 特公平8−8217号公報 特開2003−178984号公報
しかしながら、実用に足るような高品質で大型のGaN単結晶はいまだ得られていない。
例えば、超高温高圧法では、数万気圧、数千度の条件を必要とするため、結晶の大型化が困難であり、現在のところ直径数mm厚さ数十mm程度のものしか得られていない。
フラックス法の場合の成長条件は、数百気圧、1000℃程度の条件で済むものの、直径が数mmで厚さが数十mm程度のものしか得られていない。窒素抜けや、フラックスであるNaやCaの結晶中への混入の問題もある。成長初期の核発生の制御が困難なため、多結晶の混入も起こりやすい。
HVPE法では、直径5.08cm(2インチ)程度の結晶が開発されつつあるが、所詮は異種基板を用いたヘテロエピタキシャル成長であり、成長開始界面で無数の転位が生じてしまう。これを克服すべく、サファイア基板上のGaN層にSiO2などの誘電体薄膜のストライプマスクを施し、その上に再成長を行う、いわゆるELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)技術等の転位低減技術が開発されたが、これをもってしても転位密度は依然として1×106cm-2程度の高密度で存在し、デバイス特性改善の妨げとなっている。
そこで、本発明の目的は、上述の問題を解決し、極めて転位密度の低い、これまでにない高品質なIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1の発明に係るIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法は、
工程1として、第一の半導体結晶基板を準備し、
工程2として、前記第一の半導体結晶基板上に、第一の結晶軸方向に第一のIII−V族窒化物系半導体結晶を第一の厚さまで成長させ、
工程3として、前記第一のIII−V族窒化物系半導体結晶を、その内部に存在する最も密度の高い貫通転位の伝播方向に対して平行な面で切断し、
工程4として、前記第一のIII−V族窒化物系半導体結晶の前記切断面上に第二のIII−V族窒化物系半導体結晶を第二の厚さまで成長させ、
前記第二のIII−V族窒化物系半導体結晶を目的のIII−V族窒化物系半導体結晶とすることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載のIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法において前記工程4の後に、前記工程3から前記工程4までの工程と同様の工程を少なくとも1回以上さらに繰り返して行い、最後に成長させたIII−V族窒化物系半導体結晶を目的のIII−V族窒化物系半導体結晶とすることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法において、前記第一の半導体結晶基板が、前記第一のIII−V族窒化物系半導体結晶とは組成が異なる異種基板であり、当該異種基板上に緩衝層を介して前記第一のIII−V族窒化物系半導体結晶を成長させることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1又は2に記載のIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法において、前記第一の半導体結晶基板は、前記第一のIII−V族窒化物系半導体結晶と組成が同じ種結晶基板であることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1から4のいずれかに記載のIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法において、前記工程のうちIII−V族窒化物系半導体結晶を成長させる各工程の少なくとも1つの工程において、開口部を有するマスク層を用いELO成長によりIII−V族窒化物系半導体結晶を成長させることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1から5のいずれかに記載のIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法において、前記各工程で成長させるIII−V族窒化物系半導体結晶の組成がInxAlyGa1-x-yN(x≧0、y≧0、x+y≦1)であることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項1から6のいずれかに記載の最後に成長させる前記III−V族窒化物系半導体結晶をインゴットとして成長させ、当該インゴットをスライスして複数枚の基板とし、当該基板の表面を研磨してIII−V族窒化物系半導体基板とすることを特徴とするIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法である。
<発明の要点>
本発明の特長は、ハイドライド気相成長(HVPE)法による窒化物半導体の成長において、成長方向を適宜変えながら複数回の成長を行うことによって、転位の伝播を抑制し、転位密度の飛躍的に低減したIII−V族窒化物半導体基板を提供できるところにある。
上記したようにELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)という公知技術がある。これは、数ミクロン間隔で交互に窓の開いたストライプマスクを基板上に形成し、その窓部から結晶を生やし、それらをマスク上で横方向成長させる。横方向成長部には転位が伝播しないため、幅10μm程度の低転位領域をつくることができる。ELOの究極は、例えば直径5.08cm(2インチ)基板全面をマスクで覆い、その中心部にナノメートルオーダーの小さな窓を開け、そこから生やした結晶を横方向成長で2インチ全面に広げるというようなものである。
こうすれば、原理的にほぼ無転位のウェハが得られることになる。だが、実際には困難である。マスクの幅が原料種の表面拡散長を超えると、マスク上で多結晶の析出が始まってしまうからである。
これを回避するには、マスクを使わなければよい。しかし、ミクロな結晶を種にしてバルク結晶成長を行うのは現実的でない。
そこで発明者らは、次のような手法を考案した。第1に、例えば直径5.08cm(2インチ)のc面GaN自立基板を準備する。これには、ボイド形成剥離法(特許文献4の特開2003−178984号公報に開示された製造方法)などの公知技術が使用できる。第2に、これを2インチ以上の厚さに成長する。第3に、これを縦方向に切断する。すると、直径5.08cm(2インチ)の面積をもった切断面ができる。切断は劈開を利用しても良いし、ワイヤーソー等を利用してもよい。第4に、この切断面を新たな成長面として、再び直径5.08cm(2インチ)以上の厚さに成長する。
ELOがミクロな横方向成長であるのに対して、これはマクロな横方向成長である。しかし横方向成長であることには変わりが無く、この工程によって転位密度が飛躍的に改善する。この結晶を、所望の結晶面が得られるようにスライスし、研磨すれば、極めて高品質なウェハが得られる。
ただし、第3工程における切断方向には注意が必要である。実は、縦にまっすぐ切ること(c軸と平行に切断すること)は必ずしも望ましくない。なぜなら、実は種結晶中の貫通転位の伝播方向はc軸と平行ではないからである。
図3はGaN自立基板の断面をカソードルミネッセンス法で観察した写真である。転位の部分は非輻射再結合中心なので、何も無い部分に比べるとコントラストが暗く見える。注意しなければならないのは、転位が小さな点状に見えていることである。この断面はc軸と平行な劈開面なので、転位がc軸に平行であるなら、それらは縦にまっすぐ伸びた線状に見えるはずである。点状に見えるということは、転位がc軸とは平行でないということである。
通常のELOに用いられるような、非常に転位密度の大きい、サファイア基板上の薄膜GaNテンプレートなどにおいては、転位はc軸方向に伸びているため、c面方向に横方向成長を行うことで転位低減効果が発揮される。しかし、転位がc軸と平行でない場合には、c軸に平行に切った断面に成長した場合、結局転位がその方向に伝播してしまう恐れがある。つまり、横方向成長の効果を最大限に発揮するには、切断面が転位線と平行になるように切ることが重要である。もちろん、転位の伝播方向は1方向だけではない。六方晶GaNの場合、少なくとも結晶学的に等価な6方向への伝播が考えられる。従って、少なくとも6回の繰り返しが必要になると考えられる。
これは一見非常にコストのかかる成長方法であるように感じるが、実はそうではない。なぜなら、ひとたび高品質なウェハができてしまえば、あとはこれを種にひたすら1方向に厚くし、それをスライスして用いればよいからである。面倒なプロセスをいちいち行う必要はないのである。
本発明によれば、ハイドライド気相成長(HVPE)法による窒化物半導体の成長において、成長方向を適宜変えながら複数回の成長を行うことによって、転位の伝播を抑制し、転位密度の飛躍的に低減したIII−V族窒化物系半導体結晶を得ることができる。その転位密度の低減の程度は劇的であり、これまでのELO等の転位低減技術でも1×106cm-2程度の転位が存在するのに対し、本発明の製造方法による場合は、転位密度は2×102cm-2〜5×102cm-2と桁違いに小さいものとなる。
この高品質なIII−V族窒化物系半導体結晶の基板ができてしまえば、あとはこれを種にひたすら1方向に厚く成長させればインゴットとすることが可能であり、これから多数枚の基板を切り出すことができる。
以下、本発明の実施の形態を、図示の実施例を中心にして説明する。
<実施例1>
はじめに、直径60mm、厚さ330μmのc面単結晶サファイア基板に、厚さ300nmのGaN薄膜を、MOVPE(有機金属気相成長)法を用いて形成した。これに厚さ20nmのTiを真空蒸着した。その後、H2:NH3=4:1の混合気流中、1060℃で30分間の熱処理を施した。すると、Ti層は窒化されてTiNになるのと同時に、数十nm程度の多数の微細孔を有するメッシュ状の構造に変化した。一方、GaN層はエッチングされ、サファイア基板まで到達するボイドが多数形成された。
これをHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)炉にセットし、厚さ600μmのGaN厚膜を成長させた。成長終了後の冷却過程において、サファイアとGaNとの線膨張係数差に起因する熱応力によって、GaN厚膜が自然に分離した。この両面を研磨することによって、厚さ430μmのGaN自立基板(種結晶)が得られた。
以下、この種結晶を用いた本発明の第一の実施例を図1を用いて説明する。
(1)上記方法により得られたGaN自立基板から成る種結晶1(第一の半導体結晶基板)を準備し(図1(a)、工程1)、これをHVPE炉にセットし、GaN(第一のIII−V族窒化物系半導体結晶)を厚さ24mm(第一の厚さ)になるまでさらに成長することにより、GaNのバルク状結晶2を得た(図1(b)、工程2)。
同じ条件で成長した種結晶の断面CL観察結果によれば、転位は(1−101)面およびその等価な面と平行に伝播していた。
(2)そこで、図1(b)で成長したバルク状結晶2を(1−101)面と平行に切断面3で切断することにより(図1(c)、工程3)、58×25×t0.43mmの短冊状の結晶(ウェハ4)に加工した(図1(d)、工程4)。
(3)次に、工程4(図1(d))で切り出した短冊状の結晶(ウェハ4)をHVPE炉にセットし、厚さが24mm(第二の厚さ)になるまで、ウェハ4上つまりバルク状結晶2の切断面上に、GaN(第二のIII−V族窒化物系半導体結晶)を成長してバルク状結晶5を得た(図1(e)、工程5)。
(4)次いで、六方晶GaNにおける結晶学的に等価な6方向のうちの他の5つの面に関しても、上記工程3〜工程5(図1(c)〜(e))と同様な工程を繰り返した(図1(f)、工程6)。ただし、最後の成長では厚さ(第二の厚さ)が55mmになるように成長した。
(5)次に、上記工程6(図1(f))で得られた結晶から、c面が主面となるように、直径5.08cm(2インチ)、厚さ430μmのGaN基板6を切り出した(図1(g)、工程7)。
(6)次に、上記工程7(図1(g))で得られたウェハ(GaN基板6)をHVPE炉にセットし、厚さが40mmになるまで成長し、GaNインゴット7を得た(図1(h)、工程8)。
(7)次に、上記工程8(図1(h))で得られたインゴット7をスライスし、直径が5.08cm(2インチ)で厚さが430μmのGaN基板8を40枚得た(図1(i)、工程9)。
得られたGaN基板8のうち、インゴットの頭部と尾部、およびその中間の位置から切り出された3枚に関して、カソードルミネッセンス法によって転位密度を測定した。その結果、いずれの基板の転位密度も5×102cm-2と極めて少ないことがわかった。また、3枚のウェハ転位密度が同一であったことから、残りのウェハの転位密度も同等に低減されていると考えられる。
<実施例2:ELOと組み合わせる>
本発明に関わる第二の実施例として、ELO技術と組み合わせた実施例を図2を用いて説明する。
(1)実施例1の種結晶1と同様にして作製したGaN自立基板から成る種結晶9を準備した(図2(a)、工程1)。この種結晶9をHVPE炉にセットし、GaN(第一のIII−V族窒化物系半導体結晶)を厚さ24mm(第一の厚さ)になるまでさらに成長し、GaNのバルク状結晶10を得た(図2(b)、工程2)。
同じ条件で成長した種結晶の断面CL観察結果によれば、転位は(1−101)面およびその等価な面と平行に伝播していた。
(2)そこで、図2(b)で成長した結晶を(1−101)面と平行に切断面11で切断することにより(図2(c)、工程3)、58×25×t0.43mmの短冊状の結晶(ウェハ12)に加工した(図2(d))。
また、ELO技術を適用すべく、上記短冊状の結晶(ウェハ12)の表面に、熱CVD法によりSiO2膜を0.5μm堆積し(図2(d))、フォトリソグラフィ工程により、SiO2膜にストライプ状の窓13aを開け、窓13aの幅3μm、マスク13bの幅が7μmであるストライプマスク13を形成した(図2(d)、工程4)。
(3)次に、工程4(図2(d))で作製したウェハ12をHVPE炉にセットし、厚さが24mm(第二の厚さ)になるまで、ウェハ12上つまりバルク状結晶2の切断面上に、GaN(第二のIII−V族窒化物系半導体結晶)を成長してバルク状結晶14を得た(図2(e)、工程5)。
(4)次いで、六方晶GaNにおける結晶学的に等価な6方向のうちの他の等価な5つの面に関しても、上記工程3〜工程5(図2(c)〜(e))と同様な工程を繰り返した(図2(f)、工程6)。ただし、最後の成長では厚さ(第二の厚さ)が55mmになるように成長した。
(5)次に、上記工程6(図2(f))で得られた結晶から、A面が主面となるように、直径5.08cm(2インチ)、厚さ430μmのGaN基板15を切り出した(図2(g)、工程7)。
(6)次に、上記工程7(図2(g))で得られたウェハ(GaN基板15)をHVPE炉にセットし、厚さが40mmになるまで成長し、GaNインゴット16を得た(図1(h)、工程8)。
(7)次に、上記工程8(図2(h))で得られたインゴット16をスライスし、直径が5.08cm(2インチ)で厚さが430μmのGaN基板17を40枚得た(図2(i)、工程9)。
得られたGaN基板17のうち、インゴットの頭部と尾部、およびその中間の位置から切り出された3枚に関して、カソードルミネッセンス法によって転位密度を測定した。その結果、いずれの基板の転位密度も2×102cm-2と極めて少ないことがわかった。これは、SiO2のストライプマスク13によって転位の伝播が抑制されたためと考えられる。また、3枚のウェハ転位密度が同一であったことから、残りのウェハの転位密度も同等に低減されていると考えられる。
<他の実施例・変形例>
上記実施例では、最終的にc面あるいはA面基板が得られる例のみを示したが、いうまでもなく使用目的に合わせて任意方位の基板を切り出すことが可能である。
また上記実施例では、SiO2マスクを用いたELOを併用する例について示したが、SiN等別のマスク素材を使用する方法や、マスクを用いないPENDEOエピタキシー等の他の転位低減手段と組み合わせることももちろん可能である。
また上記実施例では、第一の半導体結晶基板である種結晶が第一のIII−V族窒化物系半導体結晶と組成が同じGaNである場合について述べたが、種結晶基板と第一のIII−V族窒化物系半導体結晶とは組成が異なっていてもよい。この場合、当該異種基板上に緩衝層を介して前記第一のIII−V族窒化物系半導体結晶を成長することが望ましい。
本発明の第一の実施例に係るIII−V族窒化物半導体結晶の製造方法を示した図である。 本発明の第二の実施例に係るIII−V族窒化物半導体結晶の製造方法を示した図である。 GaN自立基板の断面をカソードルミネッセンス法で観察した図面代用写真である。
符号の説明
1 種結晶(第一の半導体結晶基板)
2 バルク状結晶(第一のIII−V族窒化物系半導体結晶)
3 切断面
4 短冊状のウェハ
5 バルク状結晶(第二のIII−V族窒化物系半導体結晶)
6 GaN基板
7 インゴット
8 GaN基板
9 種結晶(第一の半導体結晶基板)
10 バルク状結晶(第一のIII−V族窒化物系半導体結晶)
11 切断面
12 短冊状のウェハ
13 ストライプマスク
13a 窓
13b マスク
14 バルク状結晶(第二のIII−V族窒化物系半導体結晶)
15 GaN基板
16 インゴット
17 GaN基板

Claims (5)

  1. 工程1として、c面サファイア基板上にボイドを有する半導体層を介して成長させた、表面がc面である第一の半導体結晶基板を準備し、
    工程2として、前記第一の半導体結晶基板上に、c軸方向に第一のIII−V族窒化物系
    半導体結晶を第一の厚さまで成長させ、
    工程3として、前記第一のIII−V族窒化物系半導体結晶を、その内部に存在する最も
    密度の高い貫通転位の伝播方向に対して平行な(1−101)面およびこれと等価な面である6面のうち、いずれか一つの面に平行な面を切断面として切断し、
    工程4として、前記第一のIII−V族窒化物系半導体結晶の前記切断面上に第二のIII−V族窒化物系半導体結晶を第二の厚さまで成長させ、
    前記工程のうちIII−V族窒化物系半導体結晶を成長させる各工程の少なくとも1つの
    工程において、開口部を有するマスク層を用いELO成長によりIII−V族窒化物系半導
    体結晶を成長させ、
    前記第二のIII−V族窒化物系半導体結晶を目的のIII−V族窒化物系半導体結晶とすることを特徴とするIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法。
  2. 前記工程4の後に、前記工程3から前記工程4までの工程と同様の工程を少なくとも1回以上さらに繰り返して行い、この繰り返し工程における前記工程3では、(1−101)面およびこれと等価な面である6面に平行な面のうち、既に切断した前記切断面とは異なる面で切断し、
    最後に成長させたIII−V族窒化物系半導体結晶を目的のIII−V族窒化物系半導体結晶とすることを特徴とする請求項1に記載のIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法。
  3. 前記第一の半導体結晶基板は、前記第一のIII−V族窒化物系半導体結晶と組成が同じ
    種結晶基板であることを特徴とする請求項1又は2に記載のIII−V族窒化物系半導体結
    晶の製造方法。
  4. 前記各工程で成長させるIII−V族窒化物系半導体結晶の組成がIn Al Ga 1−
    x−y N(x≧0、y≧0、x+y≦1)であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のIII−V族窒化物系半導体結晶の製造方法。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の最後に成長させる前記III−V族窒化物系半導体結
    晶をインゴットとして成長させ、当該インゴットをスライスして複数枚の基板とし、当該基板の表面を研磨してIII−V族窒化物系半導体基板とすることを特徴とするIII−V族窒化物系半導体基板の製造方法。
JP2005112767A 2005-04-08 2005-04-08 Iii−v族窒化物半導体結晶の製造方法およびiii−v族窒化物半導体基板の製造方法 Expired - Fee Related JP4735949B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005112767A JP4735949B2 (ja) 2005-04-08 2005-04-08 Iii−v族窒化物半導体結晶の製造方法およびiii−v族窒化物半導体基板の製造方法
US11/182,074 US20060228870A1 (en) 2005-04-08 2005-07-15 Method of making group III-V nitride-based semiconductor crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005112767A JP4735949B2 (ja) 2005-04-08 2005-04-08 Iii−v族窒化物半導体結晶の製造方法およびiii−v族窒化物半導体基板の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006290671A JP2006290671A (ja) 2006-10-26
JP4735949B2 true JP4735949B2 (ja) 2011-07-27

Family

ID=37083654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005112767A Expired - Fee Related JP4735949B2 (ja) 2005-04-08 2005-04-08 Iii−v族窒化物半導体結晶の製造方法およびiii−v族窒化物半導体基板の製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20060228870A1 (ja)
JP (1) JP4735949B2 (ja)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4862442B2 (ja) * 2006-03-15 2012-01-25 日立電線株式会社 Iii−v族窒化物系半導体基板の製造方法及びiii−v族窒化物系デバイスの製造方法
US8458262B2 (en) * 2006-12-22 2013-06-04 At&T Mobility Ii Llc Filtering spam messages across a communication network
JP5125098B2 (ja) * 2006-12-26 2013-01-23 信越半導体株式会社 窒化物半導体自立基板の製造方法
KR101488545B1 (ko) * 2007-05-17 2015-02-02 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 Iii 족 질화물 반도체 결정의 제조 방법, iii 족 질화물 반도체 기판 및 반도체 발광 디바이스
JP2009143778A (ja) * 2007-12-17 2009-07-02 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 窒化アルミニウム結晶の成長方法と窒化アルミニウム基板および半導体デバイス
KR20100134577A (ko) * 2008-03-03 2010-12-23 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 질화물 반도체 결정과 그 제조 방법
US8871024B2 (en) 2008-06-05 2014-10-28 Soraa, Inc. High pressure apparatus and method for nitride crystal growth
US8097081B2 (en) * 2008-06-05 2012-01-17 Soraa, Inc. High pressure apparatus and method for nitride crystal growth
US9157167B1 (en) 2008-06-05 2015-10-13 Soraa, Inc. High pressure apparatus and method for nitride crystal growth
US8303710B2 (en) 2008-06-18 2012-11-06 Soraa, Inc. High pressure apparatus and method for nitride crystal growth
US8284810B1 (en) 2008-08-04 2012-10-09 Soraa, Inc. Solid state laser device using a selected crystal orientation in non-polar or semi-polar GaN containing materials and methods
US8124996B2 (en) 2008-08-04 2012-02-28 Soraa, Inc. White light devices using non-polar or semipolar gallium containing materials and phosphors
US10036099B2 (en) 2008-08-07 2018-07-31 Slt Technologies, Inc. Process for large-scale ammonothermal manufacturing of gallium nitride boules
US8430958B2 (en) 2008-08-07 2013-04-30 Soraa, Inc. Apparatus and method for seed crystal utilization in large-scale manufacturing of gallium nitride
US8323405B2 (en) 2008-08-07 2012-12-04 Soraa, Inc. Process and apparatus for growing a crystalline gallium-containing nitride using an azide mineralizer
US8021481B2 (en) * 2008-08-07 2011-09-20 Soraa, Inc. Process and apparatus for large-scale manufacturing of bulk monocrystalline gallium-containing nitride
US8979999B2 (en) 2008-08-07 2015-03-17 Soraa, Inc. Process for large-scale ammonothermal manufacturing of gallium nitride boules
US8148801B2 (en) * 2008-08-25 2012-04-03 Soraa, Inc. Nitride crystal with removable surface layer and methods of manufacture
US8354679B1 (en) 2008-10-02 2013-01-15 Soraa, Inc. Microcavity light emitting diode method of manufacture
US8455894B1 (en) 2008-10-17 2013-06-04 Soraa, Inc. Photonic-crystal light emitting diode and method of manufacture
US8461071B2 (en) 2008-12-12 2013-06-11 Soraa, Inc. Polycrystalline group III metal nitride with getter and method of making
US9543392B1 (en) 2008-12-12 2017-01-10 Soraa, Inc. Transparent group III metal nitride and method of manufacture
US8878230B2 (en) 2010-03-11 2014-11-04 Soraa, Inc. Semi-insulating group III metal nitride and method of manufacture
US8987156B2 (en) 2008-12-12 2015-03-24 Soraa, Inc. Polycrystalline group III metal nitride with getter and method of making
USRE47114E1 (en) 2008-12-12 2018-11-06 Slt Technologies, Inc. Polycrystalline group III metal nitride with getter and method of making
JP5607548B2 (ja) * 2009-01-21 2014-10-15 日本碍子株式会社 3b族窒化物結晶板製造装置
US8299473B1 (en) 2009-04-07 2012-10-30 Soraa, Inc. Polarized white light devices using non-polar or semipolar gallium containing materials and transparent phosphors
US8306081B1 (en) 2009-05-27 2012-11-06 Soraa, Inc. High indium containing InGaN substrates for long wavelength optical devices
US8435347B2 (en) 2009-09-29 2013-05-07 Soraa, Inc. High pressure apparatus with stackable rings
US9175418B2 (en) 2009-10-09 2015-11-03 Soraa, Inc. Method for synthesis of high quality large area bulk gallium based crystals
JP6197897B2 (ja) * 2010-03-15 2017-09-20 株式会社リコー 窒化ガリウム結晶、13族窒化物結晶、結晶基板、およびそれらの製造方法
US9564320B2 (en) 2010-06-18 2017-02-07 Soraa, Inc. Large area nitride crystal and method for making it
US8729559B2 (en) 2010-10-13 2014-05-20 Soraa, Inc. Method of making bulk InGaN substrates and devices thereon
US8786053B2 (en) 2011-01-24 2014-07-22 Soraa, Inc. Gallium-nitride-on-handle substrate materials and devices and method of manufacture
US8482104B2 (en) 2012-01-09 2013-07-09 Soraa, Inc. Method for growth of indium-containing nitride films
JP6030762B2 (ja) * 2013-12-05 2016-11-24 日本碍子株式会社 窒化ガリウム基板および機能素子
US11466384B2 (en) 2019-01-08 2022-10-11 Slt Technologies, Inc. Method of forming a high quality group-III metal nitride boule or wafer using a patterned substrate
JP2020186153A (ja) * 2019-05-15 2020-11-19 トヨタ自動車株式会社 半導体層の成長方法、半導体装置の製造方法、及び、バルク結晶の製造方法
WO2021162727A1 (en) 2020-02-11 2021-08-19 SLT Technologies, Inc Improved group iii nitride substrate, method of making, and method of use
US11721549B2 (en) 2020-02-11 2023-08-08 Slt Technologies, Inc. Large area group III nitride crystals and substrates, methods of making, and methods of use
US12091771B2 (en) 2020-02-11 2024-09-17 Slt Technologies, Inc. Large area group III nitride crystals and substrates, methods of making, and methods of use

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002029897A (ja) * 2000-07-10 2002-01-29 Sumitomo Electric Ind Ltd 単結晶GaN基板の製造方法と単結晶GaN基板
JP2003178984A (ja) * 2001-03-27 2003-06-27 Nec Corp Iii族窒化物半導体基板およびその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3026087B2 (ja) * 1989-03-01 2000-03-27 豊田合成株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法
US5290393A (en) * 1991-01-31 1994-03-01 Nichia Kagaku Kogyo K.K. Crystal growth method for gallium nitride-based compound semiconductor
JP3821232B2 (ja) * 2003-04-15 2006-09-13 日立電線株式会社 エピタキシャル成長用多孔質基板およびその製造方法ならびにiii族窒化物半導体基板の製造方法
JP3888374B2 (ja) * 2004-03-17 2007-02-28 住友電気工業株式会社 GaN単結晶基板の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002029897A (ja) * 2000-07-10 2002-01-29 Sumitomo Electric Ind Ltd 単結晶GaN基板の製造方法と単結晶GaN基板
JP2003178984A (ja) * 2001-03-27 2003-06-27 Nec Corp Iii族窒化物半導体基板およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20060228870A1 (en) 2006-10-12
JP2006290671A (ja) 2006-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4735949B2 (ja) Iii−v族窒化物半導体結晶の製造方法およびiii−v族窒化物半導体基板の製造方法
JP4581490B2 (ja) Iii−v族窒化物系半導体自立基板の製造方法、及びiii−v族窒化物系半導体の製造方法
JP4720125B2 (ja) Iii−v族窒化物系半導体基板及びその製造方法並びにiii−v族窒化物系半導体
JP4816277B2 (ja) 窒化物半導体自立基板及び窒化物半導体発光素子
JP4088111B2 (ja) 多孔質基板とその製造方法、GaN系半導体積層基板とその製造方法
KR100401898B1 (ko) 결정 성장용 기판 및 이를 이용한 기판 제조방법
JP3821232B2 (ja) エピタキシャル成長用多孔質基板およびその製造方法ならびにiii族窒化物半導体基板の製造方法
JP4529846B2 (ja) Iii−v族窒化物系半導体基板及びその製造方法
JP5531983B2 (ja) Iii−v族窒化物系半導体基板の製造方法
JP4597259B2 (ja) Iii族窒化物半導体成長用基板、iii族窒化物半導体エピタキシャル基板、iii族窒化物半導体素子およびiii族窒化物半導体自立基板、ならびに、これらの製造方法
JP5244487B2 (ja) 窒化ガリウム成長用基板及び窒化ガリウム基板の製造方法
US20050048685A1 (en) III-V nitride semiconductor substrate and its production method
US8216869B2 (en) Group III nitride semiconductor and a manufacturing method thereof
JP2002343728A (ja) 窒化ガリウム結晶基板の製造方法及び窒化ガリウム結晶基板
JP2004508268A (ja) 欠陥の少ない、亀裂のないエピタキシャル膜を不整合基板上に形成する方法
JP5056299B2 (ja) 窒化物半導体下地基板、窒化物半導体積層基板および窒化物半導体下地基板の製造方法
JP2007246289A (ja) 窒化ガリウム系半導体基板の作製方法
JP3757339B2 (ja) 化合物半導体装置の製造方法
US6716724B1 (en) Method of producing 3-5 group compound semiconductor and semiconductor element
JP2003257879A (ja) 3−5族化合物半導体の製造方法及び3−5族化合物半導体
JP2010278470A (ja) Iii族窒化物半導体成長用基板、iii族窒化物半導体エピタキシャル基板、iii族窒化物半導体素子およびiii族窒化物半導体自立基板、ならびに、これらの製造方法
KR101094409B1 (ko) 질화갈륨 단결정 후막의 제조 방법
JP4137633B2 (ja) 3−5族化合物半導体の製造方法
JP4369782B2 (ja) 半導体基板の製造方法
WO2010116596A1 (ja) Iii族窒化物半導体自立基板の製造方法及びiii族窒化物半導体層成長用基板

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070615

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090316

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100831

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101008

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110111

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110210

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110331

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110413

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4735949

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140513

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees