JP5287463B2 - Group III nitride substrate with epitaxial layer and semiconductor device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、エピタキシャル層付きIII族窒化物基板、及びそれを用いた半導体デバイスに関するものである。   The present invention relates to a group III nitride substrate with an epitaxial layer and a semiconductor device using the same.

半導体基板としては、下記の特許文献1〜5に記載されたものが知られている。特許文献1には、所望の電気特性を得るように表面処理された半導体基板が開示されている。具体的に、特許文献1には、p型不純物原子をその表面に有するp型化合物半導体基板、n型不純物原子をその表面に有するn型化合物半導体基板、Fe原子又はC原子をその表面に有する半絶縁性の化合物半導体基板、及び、第2導電型不純物をその表面に有する第1導電型の化合物半導体基板が開示されている。   As the semiconductor substrate, those described in Patent Documents 1 to 5 below are known. Patent Document 1 discloses a semiconductor substrate that has been surface-treated so as to obtain desired electrical characteristics. Specifically, Patent Document 1 discloses a p-type compound semiconductor substrate having p-type impurity atoms on its surface, an n-type compound semiconductor substrate having n-type impurity atoms on its surface, and Fe atoms or C atoms on its surface. A semi-insulating compound semiconductor substrate and a first conductivity type compound semiconductor substrate having a second conductivity type impurity on its surface are disclosed.

特許文献2には、GaN基板上の汚染金属物質を10×1010原子/cm以下とすることが開示されている。また、特許文献3には、良好なエピタキシャル成長をIII族窒化物基板に形成するために、当該基板の表面においてSi原子を3×1013原子/cmとし、酸性物質の原子の個数を3×1014原子/cmとすることが開示されている。また、特許文献4には、欠陥や汚染のない基板を得るために、AlGaInN(0<y≦1,x+y+z=1)をCMPによりRMS0.15nmの表面粗さとすることが開示されている。このCMPにおいては、砥粒としてAl又はSiOが用いられ、研磨液に酸化剤を添加してpH調整を行うことが開示されている。また、特許文献5には、窒化ガリウム系化合物半導体のドライエッチングに、Si系ガス及びSi片を使用することが開示されている。 Patent Document 2 discloses that the contamination metal substance on the GaN substrate is 10 × 10 10 atoms / cm 2 or less. Further, in Patent Document 3, in order to form good epitaxial growth on a group III nitride substrate, Si atoms are 3 × 10 13 atoms / cm 2 on the surface of the substrate, and the number of acidic substance atoms is 3 ×. It is disclosed to be 10 14 atoms / cm 2 . Further, in Patent Document 4, Al x Ga y In z N (0 <y ≦ 1, x + y + z = 1) is set to have a surface roughness of RMS 0.15 nm by CMP in order to obtain a substrate free from defects and contamination. It is disclosed. In this CMP, Al 2 O 3 or SiO 2 is used as abrasive grains, and it is disclosed that pH adjustment is performed by adding an oxidizing agent to a polishing liquid. Patent Document 5 discloses that Si gas and Si pieces are used for dry etching of a gallium nitride compound semiconductor.

特開2006−344911号公報JP 2006-344911 A 国際公開第2005/041283号パンフレットInternational Publication No. 2005/041283 Pamphlet 国際公開第2008/047627号パンフレットInternational Publication No. 2008/047627 Pamphlet 米国特許6488767号明細書US Pat. No. 6,488,767 特許第2599250号明細書Japanese Patent No. 2599250

ところで、窒化物基板の表面が酸化すると、当該基板の表面上に形成したエピタキシャル成長層の品質が低下する。その結果、当該基板を用いたデバイスの特性が低下する。また、エピタキシャル成長層は基板表面に格子整合しつつ成長するので、基板表面の結晶品質は高品質であることが求められる。したがって、安定した表面を有する窒化物基板が求められている。   By the way, when the surface of the nitride substrate is oxidized, the quality of the epitaxial growth layer formed on the surface of the substrate is degraded. As a result, the characteristics of the device using the substrate are deteriorated. In addition, since the epitaxial growth layer grows while being lattice-matched to the substrate surface, the crystal quality of the substrate surface is required to be high. Therefore, a nitride substrate having a stable surface is desired.

本発明は、安定した表面を有するIII族窒化物基板を提供することを目的としている。また、本発明は、このようなIII族窒化物基板を備える半導体デバイスを提供することを目的としている。さらに、本発明は、このようなIII族窒化物基板、即ち、表面処理されたIII族窒化物基板を製造する方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a group III nitride substrate having a stable surface. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device including such a group III nitride substrate. Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for producing such a group III nitride substrate, that is, a surface-treated group III nitride substrate.

本発明のIII族窒化物基板は、表面層を有している。この表面層は、3at.%〜25at.%の炭素を含み、且つ、5×1010原子/cm〜200×1010原子/cmのp型金属元素を含んでいる。この表面層は、3at.%〜25at.%の炭素がオージェ電子分光法(AES)で計測され、5×1010原子/cm〜200×1010原子/cmのp型金属元素が全反射蛍光X線分析によって計測され得る厚みを有する層である。このIII族窒化物基板は、安定した表面を有している。表面層は、1×1010原子/cm〜100×1010原子/cmの絶縁性金属元素を更に含むことが好ましい。 The group III nitride substrate of the present invention has a surface layer. This surface layer is 3 at. % To 25 at. % Of containing carbon, and includes a p-type metal element 5 × 10 10 atoms / cm 2 ~200 × 10 10 atoms / cm 2. This surface layer is 3 at. % To 25 at. % Of carbon is measured by Auger Electron Spectroscopy (AES), and a p-type metal element of 5 × 10 10 atoms / cm 2 to 200 × 10 10 atoms / cm 2 can be measured by total reflection X-ray fluorescence analysis. It is a layer having. This group III nitride substrate has a stable surface. The surface layer preferably further contains an insulating metal element of 1 × 10 10 atoms / cm 2 to 100 × 10 10 atoms / cm 2 .

本発明の半導体デバイスは、このような表面層を有するIII族窒化物基板と、当該基板の表面層上に形成された少なくとも一層以上のエピタキシャル成長層と、を備えるものである。かかる半導体デバイスは、III族窒化物基板の表面が安定しているので、良好なデバイス特性を有しており、安定して製造可能である。   The semiconductor device of the present invention includes a group III nitride substrate having such a surface layer, and at least one or more epitaxial growth layers formed on the surface layer of the substrate. Since such a semiconductor device has a stable group III nitride substrate surface, it has good device characteristics and can be manufactured stably.

本発明の化合物半導体基板は、エピタキシャル層付きIII族窒化物基板である。この化合物半導体基板は、III族窒化物基板とエピタキシャル層とを備えており、III族窒化物基板とエピタキシャル層との界面における1cm当たりのC原子の個数が2×1016個以上5×1017個以下であり、1cm当たりのp型金属元素の原子の個数が2×1016個以上1×1017個以下である。上記界面における1cm当たりのC原子の個数は5×1016個以上2×1017個以下であることがより好ましい。 The compound semiconductor substrate of the present invention is a group III nitride substrate with an epitaxial layer. This compound semiconductor substrate includes a group III nitride substrate and an epitaxial layer, and the number of C atoms per 1 cm 3 at the interface between the group III nitride substrate and the epitaxial layer is 2 × 10 16 or more and 5 × 10 5. and at 17 or less, the number of atoms in the p-type metal element per 1 cm 3 is 1 × 10 17 or less 2 × 10 16 or more. The number of C atoms per cm 3 at the interface is more preferably 5 × 10 16 or more and 2 × 10 17 or less.

また、本発明の化合物半導体基板では、III族窒化物基板とエピタキシャル層との界面における1cm当たりのO原子の個数が2×1016個以上1×1018個以下であることが好ましく、5×1016個以上5×1017個以下であることがより好ましい。 In the compound semiconductor substrate of the present invention, the number of O atoms per 1 cm 3 at the interface between the group III nitride substrate and the epitaxial layer is preferably 2 × 10 16 or more and 1 × 10 18 or less. × and more preferably 10 16 or more 5 × 10 17 or less.

また、本発明の化合物半導体基板では、III族窒化物基板とエピタキシャル層との界面における1cm当たりのSi原子の個数が1×1015個以上1×1019個以下であることが好ましく、1×1015個以上5×1018個以下であることがより好ましい。 In the compound semiconductor substrate of the present invention, the number of Si atoms per cm 3 at the interface between the group III nitride substrate and the epitaxial layer is preferably 1 × 10 15 or more and 1 × 10 19 or less. It is more preferable that the number is from 10 × 15 to 5 × 10 18 .

本発明は、別の側面においては、(a)基板の表面をドライエッチングする工程と、(b)基板の表面にp型金属元素を結合させる工程と、を含んでいる。ドライエッチングする工程では、チャンバ内において、混合ガスを用いて、III族窒化物基板の表面がドライエッチングされる。混合ガスは、炭素を含む第1のガスと塩素を含む第2のガスの混合ガスである。ドライエッチングする工程は、チャンバ内の圧力P(Pa)、混合ガスの流量Q(sccm)、及び、チャンバ容積V(l:リットル)が、0.05≦PV/Q≦3.0を満たし、第1のガスと第2のガスの流量比が1:9〜9:1を満たすように行われる。p型金属元素を結合させる工程は、p型金属元素の酸化物を含む溶液であって、2(mPa・s)〜30(mPa・s)の粘度を有する当該溶液をスラリーとして供給したポリッシング装置を用いて、行われる。この製造方法によれば、3at.%の〜25at.%の炭素を含み、且つ、5×1010原子/cm〜200×1010原子/cmのp型金属元素を含む表面層を有するIII族窒化物基板を好適に製造することが可能である。 In another aspect, the present invention includes (a) a step of dry etching the surface of the substrate, and (b) a step of bonding a p-type metal element to the surface of the substrate. In the dry etching step, the surface of the group III nitride substrate is dry etched using a mixed gas in the chamber. The mixed gas is a mixed gas of a first gas containing carbon and a second gas containing chlorine. In the dry etching step, the pressure P (Pa) in the chamber, the flow rate Q (sccm) of the mixed gas, and the chamber volume V (l: liter) satisfy 0.05 ≦ PV / Q ≦ 3.0, The flow rate ratio of the first gas and the second gas is set so as to satisfy 1: 9 to 9: 1. The step of bonding the p-type metal element is a polishing apparatus that is a solution containing an oxide of the p-type metal element and that supplies the solution having a viscosity of 2 (mPa · s) to 30 (mPa · s) as a slurry. It is done using. According to this manufacturing method, 3 at. % To 25 at. It is possible to suitably manufacture a group III nitride substrate having a surface layer containing a p-type metal element containing 5% carbon 10 and 5 × 10 10 atoms / cm 2 to 200 × 10 10 atoms / cm 2. is there.

以上説明したように、本発明によれば、安定した表面を有するIII族窒化物基板が提供され、また、このようなIII族窒化物基板を備える半導体デバイスが提供される。さらに、本発明によれば、このようなIII族窒化物基板を好適に製造する方法が提供される。   As described above, according to the present invention, a group III nitride substrate having a stable surface is provided, and a semiconductor device including such a group III nitride substrate is provided. Furthermore, according to the present invention, a method for suitably producing such a group III nitride substrate is provided.

本発明の一実施形態に係るIII族窒化物基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the group III nitride board | substrate which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るIII族窒化物基板を備える半導体デバイスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a semiconductor device provided with the group III nitride board | substrate which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るIII族窒化物基板を備える半導体デバイスの別の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of a semiconductor device provided with the group III nitride board | substrate which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る表面処理されたIII族窒化物基板を製造する方法の流れ図である。3 is a flowchart of a method for manufacturing a surface-treated group III nitride substrate according to an embodiment of the present invention. ドライエッチング工程に用いることが可能な装置を示す図である。It is a figure which shows the apparatus which can be used for a dry etching process. ポリッシング工程に用いることが可能な装置を示す図である。It is a figure which shows the apparatus which can be used for a polishing process.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、本発明の一実施形態に係るIII族窒化物基板の断面図である。なお、以下では、 III族窒化物基板としてGaN基板を例にとって説明するが、本発明のIII族窒化物基板は、GaN基板に限定されるものではない。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a group III nitride substrate according to an embodiment of the present invention. In the following, a GaN substrate will be described as an example of the group III nitride substrate, but the group III nitride substrate of the present invention is not limited to a GaN substrate.

図1に示すGaN基板10は、表面層10aを備えている。この表面層10aは、3at.%の〜25at.%の炭素を含み、且つ、5×1010原子/cm〜200×1010原子/cmのp型金属元素を含んでいる。 A GaN substrate 10 shown in FIG. 1 includes a surface layer 10a. This surface layer 10a is formed by 3at. % To 25 at. % Of containing carbon, and includes a p-type metal element 5 × 10 10 atoms / cm 2 ~200 × 10 10 atoms / cm 2.

表面層10aは、3at.%以上の炭素を含むことにより、その抵抗を維持することが可能となり、また、25at.%以下の炭素を含むことにより、その抵抗を維持し、且つ当該表面層10a上に形成されるエピタキシャル成長層を高品位のものとすることができる。   The surface layer 10a is 3at. % Of carbon can be maintained, and 25 at. By containing carbon of not more than%, the resistance can be maintained, and the epitaxial growth layer formed on the surface layer 10a can be of high quality.

p型金属元素としては、Cu及びZnが例示される。表面層10aは、Cu及びZnの一方、又は、双方を含んでいてもよい。表面層10aは、5×1010原子/cm以上のp型金属元素を含むことにより、その抵抗を維持することが可能となり、また、200×1010原子/cm以下のp型金属元素を含むことにより、その抵抗を維持し、且つ当該表面層10a上に形成されるエピタキシャル成長層を高品位のものとすることができる。 Examples of the p-type metal element include Cu and Zn. The surface layer 10a may contain one or both of Cu and Zn. The surface layer 10a can maintain its resistance by containing a p-type metal element of 5 × 10 10 atoms / cm 2 or more, and also has a p-type metal element of 200 × 10 10 atoms / cm 2 or less. As a result, the resistance can be maintained, and the epitaxial growth layer formed on the surface layer 10a can be of high quality.

表面層10aは、更に、1×1010原子/cm〜100×1010原子/cmの絶縁性金属元素を含んでいてもよい。絶縁性金属元素としては、Fe及びNiが例示される。表面層10aは、Fe及びNiの一方、又は、双方を含んでいてもよい。このように絶縁性金属元素を含むことにより、表面層10aは、より安定した表面となる。 The surface layer 10a may further contain an insulating metal element of 1 × 10 10 atoms / cm 2 to 100 × 10 10 atoms / cm 2 . Examples of the insulating metal element include Fe and Ni. The surface layer 10a may contain one or both of Fe and Ni. Thus, the surface layer 10a becomes a more stable surface by including an insulating metal element.

III族窒化物基板には、表面の酸化や雰囲気からのSiの付着により、低抵抗層が形成される。本願発明者は、低抵抗層が形成されないようにするためには、III族窒化物基板の表面における酸素及びSiの量が少ないことが必要であることを見出している。表面層の酸素濃度は、3at.%〜15at.%であることが好ましく、5at.%〜10at.%であることがより好ましい。また、表面層のSi濃度は、500×1010原子/cm〜8000×1010原子/cmであることが好ましく、1000×1010原子/cm〜5000×1010原子/cmであることがより好ましい。このような酸素濃度及びSi濃度の表面層は、本実施形態における表面層10aによって実現される。 A low resistance layer is formed on the group III nitride substrate due to surface oxidation or adhesion of Si from the atmosphere. The inventor of the present application has found that the amount of oxygen and Si on the surface of the group III nitride substrate needs to be small so that the low resistance layer is not formed. The oxygen concentration of the surface layer is 3 at. % To 15 at. %, Preferably 5 at. % To 10 at. % Is more preferable. The Si concentration in the surface layer is preferably 500 × 10 10 atoms / cm 2 to 8000 × 10 10 atoms / cm 2 , and preferably 1000 × 10 10 atoms / cm 2 to 5000 × 10 10 atoms / cm. It is more preferable. The surface layer having such oxygen concentration and Si concentration is realized by the surface layer 10a in the present embodiment.

なお、GaN基板10の表面層10aの表面粗さはRMS基準で3nm以下である必要があり、1nm以下であることが好ましく、0.1nm〜0.5nmであることがより好ましい。表面粗さはAFMを用いて10μm角の範囲を基準面積として測定する。表面粗さを3nm以下とすることで、GaN基板上にモフォロジー及び結晶性の良好なエピタキシャル層を形成することができる。また、GaN基板10の表面における加工変質層の厚みは50nm以下である必要があり、20nm以下であることが好ましく、1nm〜10nmであることがより好ましい。加工変質層は結晶表面の研削または研磨によって、結晶の表面領域に形成される結晶格子の乱れた層である。加工変質層は、結晶を劈開面で破断した断面のTEM観察により観察する。加工の影響を受ける表面領域と、加工の影響を受けない内部領域とを対比することにより、加工変質層の存在、およびその厚さを測定する。加工変質層の厚みを50nm以下とすることで、GaN基板上にモフォロジー及び結晶性の良好なエピタキシャル層を形成することができる。   The surface roughness of the surface layer 10a of the GaN substrate 10 needs to be 3 nm or less on the RMS basis, preferably 1 nm or less, and more preferably 0.1 nm to 0.5 nm. The surface roughness is measured using an AFM with a range of 10 μm square as a reference area. By setting the surface roughness to 3 nm or less, an epitaxial layer having good morphology and crystallinity can be formed on the GaN substrate. In addition, the thickness of the work-affected layer on the surface of the GaN substrate 10 needs to be 50 nm or less, preferably 20 nm or less, and more preferably 1 nm to 10 nm. The work-affected layer is a layer having a disordered crystal lattice formed in the surface region of the crystal by grinding or polishing the crystal surface. The work-affected layer is observed by TEM observation of a cross section obtained by breaking the crystal at the cleavage plane. By comparing the surface area affected by processing with the internal area not affected by processing, the presence and thickness of the work-affected layer is measured. By setting the thickness of the work-affected layer to 50 nm or less, an epitaxial layer having good morphology and crystallinity can be formed on the GaN substrate.

以下、本発明の実施形態に係る半導体デバイスについて説明する。図2は、本発明の一実施形態に係るIII族窒化物基板を備える半導体デバイスの一例を示す図である。図2に示すHEMTデバイス1は、上述したGaN基板10と、GaN基板10の表面層10a上に形成された一以上のエピタキシャル層を備えている。即ち、HEMTデバイス1は、GaN基板10とエピタキシャル層とを含む化合物半導体基板を備えている。   Hereinafter, semiconductor devices according to embodiments of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device including a group III nitride substrate according to an embodiment of the present invention. The HEMT device 1 shown in FIG. 2 includes the above-described GaN substrate 10 and one or more epitaxial layers formed on the surface layer 10a of the GaN substrate 10. That is, the HEMT device 1 includes a compound semiconductor substrate including a GaN substrate 10 and an epitaxial layer.

具体的に、HEMTデバイス1は、GaN基板10、GaN層12、AlGaN層14、ゲート電極16、ソース電極18、及び、ドレイン電極20を備えている。   Specifically, the HEMT device 1 includes a GaN substrate 10, a GaN layer 12, an AlGaN layer 14, a gate electrode 16, a source electrode 18, and a drain electrode 20.

HEMTデバイス1では、GaN基板10は、絶縁性のGaN基板である。GaN層12及びAlGaN層14は、表面層10a上に順に形成されている。GaN層12及びAlGaN層14は共にアンドープである。ゲート電極16、ソース電極18、及び、ドレイン電極20は、AlGaN層14上に形成されている。ゲート電極16は、ソース電極18とドレイン電極20の間に設けられている。   In the HEMT device 1, the GaN substrate 10 is an insulating GaN substrate. The GaN layer 12 and the AlGaN layer 14 are sequentially formed on the surface layer 10a. Both the GaN layer 12 and the AlGaN layer 14 are undoped. The gate electrode 16, the source electrode 18, and the drain electrode 20 are formed on the AlGaN layer 14. The gate electrode 16 is provided between the source electrode 18 and the drain electrode 20.

このHEMTデバイス1は、表面層10aが高抵抗を維持することが可能であるので、リーク電流が少ない。また、このHEMTデバイス1は、安定した表面層10aを有するGaN基板10を用いて製造されるので、安定して製造可能である。   The HEMT device 1 has a small leakage current because the surface layer 10a can maintain a high resistance. Moreover, since this HEMT device 1 is manufactured using the GaN substrate 10 having the stable surface layer 10a, it can be manufactured stably.

図3は、本発明の一実施形態に係るIII族窒化物基板を備える半導体デバイスの別の一例を示す図である。図3に示すLED2は、上述したGaN基板10と、GaN基板10の表面層10a上に形成された一以上のエピタキシャル層を備えている。   FIG. 3 is a diagram illustrating another example of a semiconductor device including a group III nitride substrate according to an embodiment of the present invention. The LED 2 shown in FIG. 3 includes the GaN substrate 10 described above and one or more epitaxial layers formed on the surface layer 10 a of the GaN substrate 10.

具体的に、LED2は、GaN基板10と、バッファ層22、第1のクラッド層24、活性層26、第2のクラッド層28、コンタクト層30、第1の電極32、及び、第2の電極34を備えている。   Specifically, the LED 2 includes a GaN substrate 10, a buffer layer 22, a first cladding layer 24, an active layer 26, a second cladding layer 28, a contact layer 30, a first electrode 32, and a second electrode. 34 is provided.

LED2にでは、GaN基板10は、n型のGaN基板である。バッファ層22は、n型GaN層であり、表面層10a上に形成されている。バッファ層22は、Siをドーパントとして含むことができる。第1のクラッド層24は、n型AlGaN層であり、バッファ層22上に形成されている。第1のクラッド層24は、Siをドーパントとして含むことができる。   In the LED 2, the GaN substrate 10 is an n-type GaN substrate. The buffer layer 22 is an n-type GaN layer and is formed on the surface layer 10a. The buffer layer 22 can contain Si as a dopant. The first cladding layer 24 is an n-type AlGaN layer and is formed on the buffer layer 22. The first cladding layer 24 can contain Si as a dopant.

活性層26は、第1のクラッド層24上に形成されている。活性層26には、例えば、GaN障壁層とGaInN井戸層を交互に形成することによって得られる多重量子井戸構造の活性層を用いることができる。   The active layer 26 is formed on the first cladding layer 24. As the active layer 26, for example, an active layer having a multiple quantum well structure obtained by alternately forming GaN barrier layers and GaInN well layers can be used.

第2のクラッド層28は、活性層26上に形成されている。第2のクラッド層28は、p型AlGaN層であり、Mgをドーパントとして含むことができる。コンタクト層30は、第2のクラッド層28上に形成されている。コンタクト層30は、p型GaN層であり、Mgをドーパントとして含むことができる。   The second cladding layer 28 is formed on the active layer 26. The second cladding layer 28 is a p-type AlGaN layer and can contain Mg as a dopant. The contact layer 30 is formed on the second cladding layer 28. The contact layer 30 is a p-type GaN layer and can contain Mg as a dopant.

LED2では、GaN基板10の表面層10aと反対側の表面には、第1の電極32が形成されている。また、コンタクト層30上に第2の電極34が形成されている。   In the LED 2, the first electrode 32 is formed on the surface of the GaN substrate 10 opposite to the surface layer 10 a. A second electrode 34 is formed on the contact layer 30.

このようなLED2は、上述した表面層10aを有するGaN基板10を用いているので、光出力が大きく、安定して製造可能である。   Since such an LED 2 uses the GaN substrate 10 having the surface layer 10a described above, the light output is large and can be manufactured stably.

以下、本発明の一実施形態に係るIII族窒化物基板の製造方法について説明する。図4は、本発明の一実施形態に係る表面処理されたIII族窒化物基板を製造する方法の流れ図である。図4に示す製造方法は、上述した表面層10aを好適に得ることができる製造方法である。   Hereinafter, a method for manufacturing a group III nitride substrate according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a flowchart of a method for manufacturing a surface-treated group III nitride substrate according to an embodiment of the present invention. The manufacturing method shown in FIG. 4 is a manufacturing method capable of suitably obtaining the surface layer 10a described above.

図4に示す表面処理が施されるIII族窒化物基板の元となる結晶は、GaN結晶の場合には、HVPE法、フラックス法、アモノサーマル法により成長させることができる。また、AlN結晶の場合には、HVPE法あるいは昇華法で成長させることができる。成長した結晶に、外周加工を行い窒化物結晶のインゴットを得る。インゴットをスライスしてIII族窒化物基板を得る。スライスは、ワイヤーソー、ブレードソーで実施することができる。基板の平坦化のために研削、ラッピング等の機械加工を行う。ラッピングに使用される硬質砥粒としては、ダイヤモンド、SiC、BN、Al、Cr23等がある。これらは機械的な作用から選定され、レート向上には高硬度、粒径の大きな砥粒が使用される。表面粗さを平滑にし、加工変質層を少なくするためには、低硬度、粒径の小さな砥粒が使用される。研磨時間を短縮して平滑な表面を得るためには、粒度の大きな砥粒から小さな砥粒へと多段階の研磨が行われる。粗さ低減、加工変質層除去のために表面仕上げ処理を行う。表面仕上げとして、機械研磨後に化学機械研磨(CMP)を行うことができる。ドライエッチングにより、加工変質層を除去することもできる。 In the case of a GaN crystal, the crystal serving as the base of the group III nitride substrate subjected to the surface treatment shown in FIG. 4 can be grown by the HVPE method, the flux method, or the ammonothermal method. In the case of AlN crystal, it can be grown by HVPE method or sublimation method. Peripheral processing is performed on the grown crystal to obtain an ingot of nitride crystal. The ingot is sliced to obtain a group III nitride substrate. Slicing can be performed with a wire saw or a blade saw. Machining such as grinding and lapping is performed to flatten the substrate. Examples of hard abrasive grains used for lapping include diamond, SiC, BN, Al 2 O 3 , and Cr 2 O 3 . These are selected from mechanical action, and abrasive grains having high hardness and large particle diameter are used for improving the rate. In order to smooth the surface roughness and reduce the work-affected layer, abrasive grains having a low hardness and a small particle diameter are used. In order to shorten the polishing time and obtain a smooth surface, multi-stage polishing is performed from large abrasive grains to small abrasive grains. Surface finishing treatment is performed to reduce roughness and remove the work-affected layer. As the surface finish, chemical mechanical polishing (CMP) can be performed after mechanical polishing. The work-affected layer can also be removed by dry etching.

以下、図4を再び参照する。図4に示す製造方法は、ドライエッチング工程S1及びポリッシング工程S2を含んでいる。ドライエッチング工程S1では、III族窒化物基板の表面がドライエッチングされる。このドライエッチング工程S1には、例えば、図5に示すドライエッチング装置を用いることができる。なお、図5に示すドライエッチング装置は、RIE(反応性イオンエッチング)装置であるが、本発明のドライエッチング工程に用いることができるドライエッチングは、RIEに限定されるものではなく、誘導結合プラズマRIE(ICP−RIE)、ECR(電子サイクロトロン共鳴)−RIE、CAIBE(化学アシストイオンビームエッチング)、RIBE(反応性イオンビームエッチング)等であってもよい。   Hereinafter, FIG. 4 will be referred to again. The manufacturing method shown in FIG. 4 includes a dry etching step S1 and a polishing step S2. In the dry etching step S1, the surface of the group III nitride substrate is dry etched. For this dry etching step S1, for example, a dry etching apparatus shown in FIG. 5 can be used. The dry etching apparatus shown in FIG. 5 is an RIE (reactive ion etching) apparatus, but the dry etching that can be used in the dry etching process of the present invention is not limited to RIE, and inductively coupled plasma is used. RIE (ICP-RIE), ECR (electron cyclotron resonance) -RIE, CAIBE (chemically assisted ion beam etching), RIBE (reactive ion beam etching), or the like may be used.

ドライエッチング装置50は、チャンバ52を備えている。チャンバ52内には、上部電極54、下部電極56、及び、基板支持台58が設けられている。チャンバ52には、ガス源に接続されたガス供給口60が設けられており、また、真空ポンプに接続されたガス排気口62が設けられている。   The dry etching apparatus 50 includes a chamber 52. In the chamber 52, an upper electrode 54, a lower electrode 56, and a substrate support 58 are provided. The chamber 52 is provided with a gas supply port 60 connected to a gas source, and a gas exhaust port 62 connected to a vacuum pump.

ドライエッチング装置50では、基板支持台58上にIII族窒化物基板10を搭載し、ガス供給口60からガスを供給し、高周波電源64から高周波電力を下部電極56に供給することにより、チャンバ52内にプラズマを発生することができる。これにより、ドライエッチング装置50は、III族窒化物基板10の表面をドライエッチングすることができる。   In the dry etching apparatus 50, the group III nitride substrate 10 is mounted on the substrate support 58, gas is supplied from the gas supply port 60, and high frequency power is supplied from the high frequency power supply 64 to the lower electrode 56, thereby Plasma can be generated inside. Thereby, the dry etching apparatus 50 can dry-etch the surface of the group III nitride substrate 10.

本製造方法では、ドライエッチング工程S1において、チャンバ52内に炭素を含む第1のガス(炭素系ガス)と塩素を含む第2のガス(塩素系ガス)とを含む混合ガスが供給される。炭素系ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、アセチレン等が例示される。塩素系ガスとしては、塩素、BCl、SiCl等が例示される。 In this manufacturing method, in the dry etching step S1, a gas mixture containing a first gas containing carbon (carbon-based gas) and a second gas containing chlorine (chlorine-based gas) is supplied into the chamber 52. Examples of the carbon-based gas include methane, ethane, propane, acetylene, and the like. Examples of the chlorine-based gas include chlorine, BCl 3 , SiCl 4 and the like.

また、ドライエッチング工程S1は、チャンバ内の圧力P(Pa)、混合ガスの流量Q(sccm)、及び、チャンバ容積V(l:リットル)が、
0.05≦PV/Q≦3.0 …(1)
を満たすように行われる。この式(1)の条件を満たすことにより、上述した表面層10aの炭素濃度を好適に得ることが可能である。ここで、1sccmは、1.667×10−8/sである。
In the dry etching step S1, the pressure P (Pa) in the chamber, the flow rate Q (sccm) of the mixed gas, and the chamber volume V (l: liter) are
0.05 ≦ PV / Q ≦ 3.0 (1)
Is done to meet. By satisfying the condition of the formula (1), it is possible to suitably obtain the carbon concentration of the surface layer 10a described above. Here, 1 sccm is 1.667 × 10 −8 m 3 / s.

なお、ドライエッチング工程S1において、平坦な表面層10aを得るためには、チャンバ52内に、Si系ガスやSi片を存在させることが有効である。しかしながら、Siの比率が多い場合には、ドライエッチング後に基板表面に付着するSiの量が増加するという問題が生じる。そこで、SiC、Si3N4、Si6−zAl8−z等のSi元素と、C、Nからなる群の少なくとも一つの元素とを含む化合物を、ドライエッチング工程S1において、チャンバ52内に存在させることができる。このような化合物は、基板支持台58を当該化合物製とするか、又は、基板支持台58上且つ基板10の付近に当該化合物を配置することによって、チャンバ52内に存在させることが可能である。これにより、平坦な表面層10aを得ることができ、且つ、表面層10aへのSiの付着を抑制することができる。 In order to obtain the flat surface layer 10 a in the dry etching step S <b> 1, it is effective to allow Si-based gas or Si pieces to exist in the chamber 52. However, when the ratio of Si is large, there arises a problem that the amount of Si adhering to the substrate surface after dry etching increases. Therefore, the Si element of SiC, Si3 N4, Si or the like 6-z Al z O z N 8-z, C, a compound containing at least one element of the group consisting of N, in the dry etching step S1, the chamber 52 Can be present. Such a compound can be present in the chamber 52 by making the substrate support 58 made of the compound or by placing the compound on the substrate support 58 and in the vicinity of the substrate 10. . Thereby, the flat surface layer 10a can be obtained, and adhesion of Si to the surface layer 10a can be suppressed.

次に、本製造方法においては、ポリッシング工程S2が行われる。ポリッシング工程S2は、例えば、図6に示すポリッシング装置70を用いて行うことができる。ポリッシング装置70は、定盤72と、ポリッシングパッド74、結晶ホルダ76、重り78、及び、スラリー液供給口80を備えている。   Next, in this manufacturing method, a polishing step S2 is performed. Polishing process S2 can be performed using the polishing apparatus 70 shown in FIG. 6, for example. The polishing apparatus 70 includes a surface plate 72, a polishing pad 74, a crystal holder 76, a weight 78, and a slurry liquid supply port 80.

ポリッシングパッド74は、定盤72上に搭載されている。定盤72及びポリッシングパッド74は、定盤72の中心軸線X1中心に回転可能である。結晶ホルダ76は、基板10をその下面に支持するための部品である。基板10には、重り78によって荷重が加えられる。結晶ホルダ76は、軸線X1と略平行であり、且つ、軸線X1から変位した位置に中心軸線X2を有しており、この中心軸線X2中心に回転可能である。スラリー液供給口80は、ポリッシングパッド74上にスラリーSを供給する。   The polishing pad 74 is mounted on the surface plate 72. The surface plate 72 and the polishing pad 74 are rotatable about the center axis X1 of the surface plate 72. The crystal holder 76 is a component for supporting the substrate 10 on its lower surface. A load is applied to the substrate 10 by a weight 78. The crystal holder 76 is substantially parallel to the axis line X1 and has a center axis line X2 at a position displaced from the axis line X1, and is rotatable about the center axis line X2. The slurry liquid supply port 80 supplies the slurry S onto the polishing pad 74.

このポリッシング装置70によれば、定盤72及びポリッシングパッド74を回転させ、結晶ホルダ76を回転させ、スラリーSをポリッシングパッド74上に供給し、基板10の表面層10aをポリッシングパッド74に接触させることによって、基板10の表面層10aのポリッシングを行うことができる。   According to this polishing apparatus 70, the surface plate 72 and the polishing pad 74 are rotated, the crystal holder 76 is rotated, the slurry S is supplied onto the polishing pad 74, and the surface layer 10 a of the substrate 10 is brought into contact with the polishing pad 74. As a result, the surface layer 10a of the substrate 10 can be polished.

本製造方法では、ポリッシング工程S2において、p型金属元素の酸化物を含む溶液がスラリーSとして供給される。p型金属元素の酸化物としては、例えば、CuO及びZnOの一方、又は、双方を用いることができる。また、この溶液の粘度は、2(mPa・s)〜30(mPa・s)である。なお、溶液の粘度は、エチレングリコール等の高粘度の有機化合物やベーマイトなどの無機化合物を添加することにより、調整可能である。   In this manufacturing method, a solution containing an oxide of a p-type metal element is supplied as a slurry S in the polishing step S2. As the oxide of the p-type metal element, for example, one or both of CuO and ZnO can be used. Moreover, the viscosity of this solution is 2 (mPa · s) to 30 (mPa · s). The viscosity of the solution can be adjusted by adding a highly viscous organic compound such as ethylene glycol or an inorganic compound such as boehmite.

このポリッシング工程S2によれば、酸化物のメカノケミカル効果により、基板10の表面層10aに、p型金属元素を結合させることができる。また、上述した粘度の溶液を用いることにより、基板10の表面層10aにおけるp型金属元素の濃度を、5×1010原子/cm〜200×1010原子/cmの範囲に制御することができる。 According to this polishing step S2, the p-type metal element can be bonded to the surface layer 10a of the substrate 10 by the mechanochemical effect of the oxide. Moreover, the concentration of the p-type metal element in the surface layer 10a of the substrate 10 is controlled in the range of 5 × 10 10 atoms / cm 2 to 200 × 10 10 atoms / cm 2 by using the solution having the above-described viscosity. Can do.

なお、金属酸化物のメカノケミカル効果を促進するためには、溶液の溶媒に非極性溶媒を用いることが好ましい。非極性溶媒としては、炭化水素、四塩化炭素、ジエチルエーテル等が例示される。非極性溶媒を用いることにより、金属酸化物と基板の固体接触を促進して反応を促進することができ、効率よく基板表面の金属組成を制御することが可能となる。   In order to promote the mechanochemical effect of the metal oxide, it is preferable to use a nonpolar solvent as the solvent of the solution. Examples of the nonpolar solvent include hydrocarbon, carbon tetrachloride, diethyl ether and the like. By using a non-polar solvent, the solid contact between the metal oxide and the substrate can be promoted to promote the reaction, and the metal composition on the substrate surface can be controlled efficiently.

以下、本発明に係るIII族窒化物基板を製造する方法を用いて製造したIII族窒化物基板、及び、本発明に係るIII族窒化物基板に基づいて作成した半導体デバイスを実施例として、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, a group III nitride substrate manufactured using the method for manufacturing a group III nitride substrate according to the present invention, and a semiconductor device created based on the group III nitride substrate according to the present invention will be described as examples. The present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited to the following examples.

<GaN基板の製造>
上記実施形態の製造方法によりGaN基板を製造した。まず、HVPE法により成長させた絶縁型GaN基板(ドーパント:Fe)を、(0001)面に平行な面でスライスして直径50mm×厚さ0.5mmのGaN基板を得た。
<Manufacture of GaN substrate>
A GaN substrate was manufactured by the manufacturing method of the above embodiment. First, an insulating GaN substrate (dopant: Fe) grown by the HVPE method was sliced along a plane parallel to the (0001) plane to obtain a GaN substrate having a diameter of 50 mm and a thickness of 0.5 mm.

このGaN基板(窒化物結晶)のN原子面側のc面((000−1)面)を、セラミックス製の結晶ホルダにワックスで貼り付けた。ラップ装置に直径380mmの定盤を設置し、スラリー供給口からダイヤモンドの砥粒が分散されたスラリーを定盤に供給しながら、定盤をその中心軸線中心に回転させ、結晶ホルダ上に重りを載せてGaN基板を定盤に押し付けながらGaN基板を結晶ホルダの中心軸線中心に回転させることにより、GaN結晶の表面(Ga原子面側のc面、(0001)面)のラッピングを行った。   The c-plane ((000-1) plane) on the N atom plane side of this GaN substrate (nitride crystal) was affixed to a ceramic crystal holder with wax. A surface plate with a diameter of 380 mm is installed in the lapping machine, and the surface plate is rotated around the center axis while supplying the slurry in which diamond abrasive grains are dispersed from the slurry supply port to the center plate, and a weight is placed on the crystal holder. The surface of the GaN crystal (the c-plane on the Ga atom plane side, the (0001) plane) was lapped by rotating the GaN substrate about the central axis of the crystal holder while placing and pressing the GaN substrate against the surface plate.

ここで、定盤としては銅定盤及び錫定盤を用いた。また、砥粒径が9μm、3μm、2μmの3種類のダイヤモンド砥粒を準備し、ラッピングの進行とともに、砥粒径を段階的に小さくしていった。研磨圧力は100g/cm2〜500g/cm2とし、GaN基板及び定盤の回転数は定盤及び結晶ホルダともに30回/min〜60回/minとした。かかるラッピングによりGaN結晶基板の表面は鏡面となった。 Here, a copper surface plate and a tin surface plate were used as the surface plate. Also, three types of diamond abrasive grains having an abrasive grain size of 9 μm, 3 μm, and 2 μm were prepared, and the abrasive grain size was gradually reduced as lapping progressed. Polishing pressure was 100g / cm 2 ~500g / cm 2 , the rotational speed of the GaN substrate and the surface plate were both platen and crystal holder 30 times / Min~60 times / min. By such lapping, the surface of the GaN crystal substrate became a mirror surface.

次いで、ラッピング後のGaN基板を化学機械研磨(CMP)した。具体的には、ポリッシング装置に設置された直径380mmの定盤上にポリシングパッドを設置した。また、スラリー液供給口から砥粒が分散されたスラリーをポリシングパッドに供給しながら、中心軸線中心にポリシングパッドを回転させた。同時に、結晶ホルダ上に重りを載せることによりGaN基板をポリシングパッドに押し付けながら当該GaN基板を結晶ホルダの中心軸線中心に回転させた。これによって、GaN基板の表面(Ga原子面側のc面、(0001)面)の化学機械研磨(CMP)をおこなった。スラリーは、砥粒として粒径2μmのAl粒子を水に分散させてAl含有量を5質量%とし、pH調整剤としてHNO3を添加して、pHを2〜4に調整することにより作製した。また、ポリシングパッドとしては、ポリウレタンのスウェードパッドを用い、定盤としてはステンレス鋼定盤を用いた。ポリシング圧力は50g/cm2〜600g/cm2とし、GaN基板及びポリシングパッドの回転数はいずれも30回/min〜70回/minとした。 Next, the GaN substrate after lapping was subjected to chemical mechanical polishing (CMP). Specifically, a polishing pad was installed on a surface plate having a diameter of 380 mm installed in the polishing apparatus. Further, the polishing pad was rotated about the center axis while supplying the slurry in which the abrasive grains were dispersed from the slurry liquid supply port to the polishing pad. At the same time, the GaN substrate was rotated around the center axis of the crystal holder while pressing the GaN substrate against the polishing pad by placing a weight on the crystal holder. Thus, chemical mechanical polishing (CMP) was performed on the surface of the GaN substrate (the c plane on the Ga atom plane side, the (0001) plane). In the slurry, Al 2 O 3 particles having a particle diameter of 2 μm are dispersed in water as abrasive grains to make the Al 2 O 3 content 5 mass%, HNO 3 is added as a pH adjuster, and the pH is adjusted to 2-4. It was prepared by adjusting. A polyurethane suede pad was used as the polishing pad, and a stainless steel surface plate was used as the surface plate. Policing pressure was 50g / cm 2 ~600g / cm 2 , and any rotational speed of the GaN substrate and polishing pad is a 30 times / Min~70 times / min.

次いで、CMPを行った後のGaN基板に対して、上述したドライエッチング工程S1に従い、炭素含有ガスと塩素含有ガスを用いて、ICP−RIE装置でドライエッチングを実施した。エッチングガスには、メタン(炭素系ガス)と塩素(塩素系ガス)との混合ガスを用いた。チャンバの容積V、チャンバ内の圧力P、混合ガスの流量Q、PV/Q、炭素系ガスと塩素系ガスの流量比、バイアス電力、アンテナ電力、基板支持台の材質は、表1に示す実施例1〜10の通りとした。また、参考のために、表1に示すように、これらパラメータを比較例1〜2の通りとした。   Next, dry etching was performed on the GaN substrate after CMP using an ICP-RIE apparatus using a carbon-containing gas and a chlorine-containing gas in accordance with the dry etching step S1 described above. As the etching gas, a mixed gas of methane (carbon-based gas) and chlorine (chlorine-based gas) was used. Table 1 shows the chamber volume V, the pressure P in the chamber, the flow rate Q, PV / Q of the mixed gas, the flow rate ratio of the carbon-based gas and the chlorine-based gas, the bias power, the antenna power, and the material of the substrate support. It was as Example 1-10. For reference, as shown in Table 1, these parameters were set as in Comparative Examples 1 and 2.

以上の工程により得られたGaN基板の表面における炭素濃度をオージェ電子分光法(AES)により定量化した。各実施例及び各比較例のGaN基板の炭素濃度は、表1に示す通りであった。実施例1〜10、即ち、PV/Qが0.05以上3.0以下の場合には、炭素系ガスと塩素系ガスの流量比によらず、GaN基板の表面層における炭素濃度が3at.%〜25at.%となった。一方、PV/Qが0.05未満の場合(比較例1)の場合には、GaN基板の表面層における炭素濃度が3at.%未満となり、また、PV/Qが3より大きい場合(比較例2)の場合には、GaN基板の表面層における炭素濃度が25at.%より大きくなった。なお、表面処理で通常適用されるエッチング時間では、表面層の炭素濃度は影響されなかった。また、バイアス電力を50W〜200Wとし、アンテナ電力を100〜400Wとしても、これらの電力の範囲では、表面層の炭素濃度に影響はなかった。

Figure 0005287463

The carbon concentration on the surface of the GaN substrate obtained by the above steps was quantified by Auger electron spectroscopy (AES). The carbon concentrations of the GaN substrates of the examples and the comparative examples are as shown in Table 1. In Examples 1 to 10, that is, when PV / Q is 0.05 or more and 3.0 or less, the carbon concentration in the surface layer of the GaN substrate is 3 at. % To 25 at. %. On the other hand, when PV / Q is less than 0.05 (Comparative Example 1), the carbon concentration in the surface layer of the GaN substrate is 3 at. %, And when PV / Q is greater than 3 (Comparative Example 2), the carbon concentration in the surface layer of the GaN substrate is 25 at. It became larger than%. Note that the carbon concentration of the surface layer was not affected by the etching time normally applied in the surface treatment. Further, even when the bias power was 50 W to 200 W and the antenna power was 100 to 400 W, the carbon concentration of the surface layer was not affected in the range of these powers.
Figure 0005287463

次いで、上述したCMPと同等のポリッシング装置、即ち図6に示したポリッシング装置を用いて、ドライエッチング後のGaN基板の表面層をp型金属元素の酸化物を含む溶液でポリッシングした。具体的には、表2の実施例11〜21のパラメータでドライエッチング後のGaN基板の表面層のポリッシングを行った。即ち、表2の実施例11〜21の金属酸化物及び溶媒を含み、且つ、表2の実施例11〜21の粘度を有する溶液を用い、表2の実施例11〜21のGaN基板に対する圧力で、また、表2の実施例11〜21の定盤及び結晶ホルダの回転数で、GaN基板のポリッシングを行った。また、参考のために、表2の比較例3〜4の金属酸化物及び溶媒を含み、且つ、表2の比較例3〜4の粘度を有する溶液を用い、表2の比較例3〜4のGaN基板に対する圧力で、また、表2の比較例3〜4の定盤及び結晶ホルダの回転数で、GaN基板のポリッシングを行った。ポリシングパッドには、不織布パッド(圧縮率3.0%)を用い、定盤としては表面処理を実施したアルミ定盤を用いた。   Next, the surface layer of the GaN substrate after dry etching was polished with a solution containing an oxide of a p-type metal element using a polishing apparatus equivalent to the above-described CMP, that is, a polishing apparatus shown in FIG. Specifically, the surface layer of the GaN substrate after dry etching was polished with the parameters of Examples 11 to 21 in Table 2. That is, using the solutions containing the metal oxides and solvents of Examples 11 to 21 in Table 2 and having the viscosities of Examples 11 to 21 in Table 2, pressure on the GaN substrates of Examples 11 to 21 in Table 2 In addition, the GaN substrate was polished at the rotational speeds of the surface plates and crystal holders of Examples 11 to 21 in Table 2. For reference, Comparative Examples 3 to 4 in Table 2 were prepared using solutions containing the metal oxides and solvents in Comparative Examples 3 to 4 in Table 2 and having the viscosities in Comparative Examples 3 to 4 in Table 2. Polishing of the GaN substrate was performed at the pressure of the GaN substrate and at the rotation speed of the surface plate and the crystal holder of Comparative Examples 3 to 4 in Table 2. A non-woven pad (compression rate: 3.0%) was used as the polishing pad, and an aluminum surface plate subjected to surface treatment was used as the surface plate.

以上の工程により得られたGaN基板の表面におけるp型金属元素の濃度を全反射蛍光X線分析により定量化した。各実施例及び比較例のCu濃度及びZn濃度は表2に示す通りであった。表2のCu濃度及びZn濃度の加算値から明らかなように、実施例11〜21、即ち、p型金属元素の酸化物を含み、且つ、2(mPa・s)〜30(mPa・s)の粘度を有する溶液を用いることによって、GaN基板の表面層のp型金属元素の濃度を、ポリッシング時の圧力並びに定盤及び結晶ホルダの回転数に依らず、5×1010原子/cm〜200×1010原子/cmの範囲に制御できた。一方、溶液の粘度が2(mPa・s)未満の場合(比較例3)には、p型金属元素の濃度が200×1010原子/cmより大きくなり、溶液の粘度が30(mPa・s)より大きい場合(比較例4)には、p型金属元素の濃度が5×1010原子/cm未満となった。なお、ポリッシング溶液中の砥粒の粒径が大きいと、表面粗さが増加し、加工変質層の厚みが増加する傾向があり、砥粒の粒径が小さいと、表面改質の効果が小さいため、砥粒の粒径は50nm〜2000nmであることが好ましく、200nm〜1000nmであることがより好ましかった。このような砥粒の粒径の範囲では、GaN基板の表面におけるp型金属元素の濃度への影響はなかった。また、溶液中の砥粒の濃度が高いと、表面粗さが増加し、加工変質層の厚みが増加し、砥粒の濃度が低いと、表面改質の効果が小さいため、砥粒の濃度は、1wt.%〜10wt.%であることが好ましく、2wt.%〜5wt.%であることがより好ましかった。このような砥粒の濃度の範囲では、GaN基板の表面におけるp型金属元素の濃度への影響はなかった。また、ポリッシングパッドの圧縮率が小さいと、表面粗さが増加し、加工変質層の厚みが増加する傾向があり、当該圧縮率が大きいと、表面改質の効果が小さいため、ポリッシングパッドの圧縮率は、1%〜20%であることが好ましく、3%〜15%であることがより好ましかった。このようなポリッシングパッドの圧縮率の範囲では、GaN基板の表面におけるp型金属元素の濃度への影響はなかった。また、表面処理において通常適用されるポリッシング時間である3分〜30分では、GaN基板の表面におけるp型金属元素の濃度への影響はなかった。

Figure 0005287463

The concentration of the p-type metal element on the surface of the GaN substrate obtained by the above steps was quantified by total reflection fluorescent X-ray analysis. The Cu concentration and Zn concentration of each example and comparative example were as shown in Table 2. As is apparent from the sum of the Cu concentration and the Zn concentration in Table 2, Examples 11 to 21, that is, containing an oxide of a p-type metal element, and 2 (mPa · s) to 30 (mPa · s). The concentration of the p-type metal element in the surface layer of the GaN substrate can be changed from 5 × 10 10 atoms / cm 2 to 5 × 10 10 atoms / cm 2 regardless of the pressure during polishing and the rotation speed of the surface plate and the crystal holder. It was possible to control in the range of 200 × 10 10 atoms / cm 2 . On the other hand, when the viscosity of the solution is less than 2 (mPa · s) (Comparative Example 3), the concentration of the p-type metal element is greater than 200 × 10 10 atoms / cm 2 and the viscosity of the solution is 30 (mPa · s). In the case of larger than s) (Comparative Example 4), the concentration of the p-type metal element was less than 5 × 10 10 atoms / cm 2 . In addition, when the grain size of the abrasive grains in the polishing solution is large, the surface roughness tends to increase and the thickness of the work-affected layer tends to increase. When the grain diameter of the abrasive grains is small, the effect of surface modification is small. Therefore, the particle size of the abrasive grains is preferably 50 nm to 2000 nm, and more preferably 200 nm to 1000 nm. In such a range of the abrasive grain size, there was no effect on the concentration of the p-type metal element on the surface of the GaN substrate. Also, if the concentration of abrasive grains in the solution is high, the surface roughness increases, the thickness of the work-affected layer increases, and if the concentration of abrasive grains is low, the effect of surface modification is small. 1 wt. % To 10 wt. %, Preferably 2 wt. % To 5 wt. % Was more preferred. In such a range of the abrasive grain concentration, there was no effect on the concentration of the p-type metal element on the surface of the GaN substrate. In addition, if the compression rate of the polishing pad is small, the surface roughness tends to increase and the thickness of the work-affected layer tends to increase. If the compression rate is large, the effect of surface modification is small, so the polishing pad is compressed. The rate is preferably 1% to 20%, more preferably 3% to 15%. In such a range of the compressibility of the polishing pad, there was no influence on the concentration of the p-type metal element on the surface of the GaN substrate. Further, in the polishing time of 3 to 30 minutes that is usually applied in the surface treatment, there was no effect on the concentration of the p-type metal element on the surface of the GaN substrate.
Figure 0005287463

<HEMTデバイスの評価>
上述した実施形態のGaN基板を用いて上述した実施形態のHEMTデバイスを作成した。HEMTデバイスは各実施例について200個準備した。具体的には、まず、実施例22〜28のHEMTデバイス用に、絶縁性のGaN基板(比抵抗1×10Ωcm)であって、表3の実施例22〜28の列に示した炭素濃度及びp型金属元素(Cu及びZn)の表面層を有するものを、各実施例について準備した。
<Evaluation of HEMT device>
The HEMT device of the above-described embodiment was created using the GaN substrate of the above-described embodiment. 200 HEMT devices were prepared for each example. Specifically, first, for the HEMT devices of Examples 22 to 28, an insulating GaN substrate (specific resistance 1 × 10 7 Ωcm), which is the carbon shown in the column of Examples 22 to 28 in Table 3. Those having a concentration and a surface layer of p-type metal elements (Cu and Zn) were prepared for each example.

そして、これらGaN基板をOMVPE装置のリアクタに置き、水素、窒素、及びアンモニアを含むガスをリアクタ内に供給して、GaN基板の温度を1100℃として20分間の熱処理を行なった。   Then, these GaN substrates were placed in a reactor of an OMVPE apparatus, and a gas containing hydrogen, nitrogen, and ammonia was supplied into the reactor, and a heat treatment was performed for 20 minutes with the temperature of the GaN substrate being 1100 ° C.

次に、GaN基板の温度を1130℃に昇温させ、アンモニア及びトリメチルガリウム(TMG)をリアクタに供給して、厚さ1.5μmのGaN層をGaN基板上に成長させた。次いで、トリメチルアルミニウム(TMA)、TMG、及び、アンモニアをリアクタに供給して、厚さ30nm、Al組成20%のAlGaN層をGaN層上に成長させた。   Next, the temperature of the GaN substrate was raised to 1130 ° C., ammonia and trimethylgallium (TMG) were supplied to the reactor, and a GaN layer having a thickness of 1.5 μm was grown on the GaN substrate. Next, trimethylaluminum (TMA), TMG, and ammonia were supplied to the reactor, and an AlGaN layer having a thickness of 30 nm and an Al composition of 20% was grown on the GaN layer.

次いで、AlGaN層上にフォトリソグラフィ、EB蒸着、及び、リフトオフによって、ソース電極、及びドレイン電極を作製した。これら電極には、Ti/Al/Ti/Au(20/100/20/300nm)を用いた。リフトオフ後600℃、1分間の合金化熱処理を行なった。次に、ソース電極、及びドレイン電極の作製と同様の工程によりゲート電極を作製した。ゲート電極には、Ni/Au(50/500nm)を用いた。ゲート長は2μmとした。   Next, a source electrode and a drain electrode were formed on the AlGaN layer by photolithography, EB deposition, and lift-off. Ti / Al / Ti / Au (20/100/20/300 nm) was used for these electrodes. After lift-off, an alloying heat treatment was performed at 600 ° C. for 1 minute. Next, a gate electrode was manufactured through a process similar to that of the source electrode and the drain electrode. Ni / Au (50/500 nm) was used for the gate electrode. The gate length was 2 μm.

なお、参考のために、比較例5〜10のHEMTデバイス用に、表3の比較例5〜10の列に示す炭素濃度及びp型金属元素濃度の表面層を有するGaN基板を準備し、同様にHEMTデバイスを作製した。HEMTデバイスは各比較例について200個準備した。   For reference, a GaN substrate having a surface layer having a carbon concentration and a p-type metal element concentration shown in the columns of Comparative Examples 5 to 10 in Table 3 is prepared for the HEMT devices of Comparative Examples 5 to 10, and the same. A HEMT device was prepared. 200 HEMT devices were prepared for each comparative example.

以上の通りに得たHEMTデバイスのゲートリーク電流を検査した。ここでは、5Vのゲート電圧を与えたときに、ゲート電流密度が1×10-6A/cmであったHEMTデバイスを良好なデバイス特性を有するものと判定する条件を採用した。各実施例及び比較例について、当該条件を満たすHEMTデバイスの歩留まりは、表3に示す通りであった。実施例22〜28、即ち、3at.%〜25at.%の炭素を含み、且つ、5×1010原子/cm〜200×1010原子/cmのp型金属元素を含む表面層を有するGaN基板を用いたHEMTデバイスの歩留は、65%以上であった。一方、比較例5〜10のHEMTデバイスの歩留は、65%を大きく下回った。なお、基板の表面粗さRMSは実施例、比較例とも1.5nmであり、加工変質層は実施例、比較例とも30nmであった。

Figure 0005287463

The gate leakage current of the HEMT device obtained as described above was examined. Here, a condition was adopted in which a HEMT device having a gate current density of 1 × 10 −6 A / cm 2 when having a gate voltage of 5 V was determined to have good device characteristics. For each example and comparative example, the yield of the HEMT device that satisfies the condition was as shown in Table 3. Examples 22-28, ie, 3 at. % To 25 at. The yield of a HEMT device using a GaN substrate having a surface layer containing a p-type metal element containing 5% 10 10 atoms / cm 2 to 200 × 10 10 atoms / cm 2 is 65%. That was all. On the other hand, the yield of the HEMT devices of Comparative Examples 5 to 10 was significantly lower than 65%. The surface roughness RMS of the substrate was 1.5 nm in both the examples and the comparative examples, and the work-affected layer was 30 nm in both the examples and the comparative examples.
Figure 0005287463

上記の実施例22、実施例24、実施例26、比較例5、及び比較例10のHEMTデバイスにおけるIII族窒化物基板とエピタキシャル成長層との界面の組成、即ち、化合物半導体基板におけるIII族窒化物基板とエピタキシャル成長層との界面の組成を、SIMS分析によって調査した結果は、以下の通りであった。
実施例22では、1cm当たりのC原子の個数が2×1016個、1cm当たりのp型金属元素の原子の個数が2×1016個、1cm当たりのO原子の個数が1×1018個、Si原子の個数が1×1019個であった。
実施例24では、1cm当たりのC原子の個数が1×1017個、1cm当たりのp型金属元素の原子の個数が5×1016個、1cm当たりのO原子の個数が1×1017個、1cm当たりのSi原子の個数が5×1017個であった。
実施例26では、1cm当たりのC原子の個数が5×1017個、1cm当たりのp型金属元素の原子の個数が1×1017個、1cm当たりのO原子の個数が2×1016個、1cm当たりのSi原子の個数が2×1017個であった。
比較例5では、1cm当たりのC原子の個数が2×1015個、1cm当たりのp型金属元素の原子の個数が2×1016個、1cm当たりのO原子の個数が1×1019個、1cm当たりのSi原子の個数が1×1020個であった。
比較例10では、1cm当たりのC原子の個数が5×1018個、1cm当たりのp型金属元素の原子の個数が1×1018個、1cm当たりのO原子の個数が1×1016個、1cm当たりのSi原子の個数が2×1017個であった。
このように、化合物半導体基板における界面の組成が良好な実施例22、24、及び26では、HEMTデバイスの良好な歩留が得られた。一方、比較例5及び10のような化合物半導体基板における界面の組成の場合には、HEMTデバイスの歩留が低下した。
Composition of the interface between the group III nitride substrate and the epitaxial growth layer in the HEMT devices of the above-described Example 22, Example 24, Example 26, Comparative Example 5 and Comparative Example 10, that is, the Group III nitride in the compound semiconductor substrate The result of investigating the composition of the interface between the substrate and the epitaxial growth layer by SIMS analysis was as follows.
In Example 22, the number of C atoms per 1 cm 3 is 2 × 10 16, the number of p-type metal element atoms per 1 cm 3 is 2 × 10 16 , and the number of O atoms per 1 cm 3 is 1 ×. 10 18 and the number of Si atoms were 1 × 10 19 .
In Example 24, the number of C atoms per 1 cm 3 is 1 × 10 17, the number of p-type metal element atoms per 1 cm 3 is 5 × 10 16 , and the number of O atoms per 1 cm 3 is 1 ×. The number of Si atoms per 10 17 and 1 cm 3 was 5 × 10 17 .
In Example 26, the number of C atoms per 1 cm 3 is 5 × 10 17, the number of p-type metal element atoms per 1 cm 3 is 1 × 10 17 , and the number of O atoms per 1 cm 3 is 2 ×. The number of Si atoms per 10 16 and 1 cm 3 was 2 × 10 17 .
In Comparative Example 5, the number of C atoms per 1 cm 3 is 2 × 10 15, the number of p-type metal element atoms per 1 cm 3 is 2 × 10 16 , and the number of O atoms per 1 cm 3 is 1 ×. The number of Si atoms per 10 19 and 1 cm 3 was 1 × 10 20 .
In Comparative Example 10, the number of C atoms per 1 cm 3 is 5 × 10 18, the number of p-type metal element atoms per 1 cm 3 is 1 × 10 18 , and the number of O atoms per 1 cm 3 is 1 ×. The number of Si atoms per 10 16 and 1 cm 3 was 2 × 10 17 .
Thus, in Examples 22, 24, and 26 in which the composition of the interface in the compound semiconductor substrate was good, a good yield of the HEMT device was obtained. On the other hand, in the case of the composition of the interface in the compound semiconductor substrate as in Comparative Examples 5 and 10, the yield of the HEMT device was lowered.

次に、実施例29〜36のHEMTデバイス用に、絶縁性のGaN基板(比抵抗1×10Ωcm)であって、表4の実施例29〜36の列に示す炭素濃度、p型金属元素(Cu)濃度、及び絶縁性金属元素(Fe)濃度の表面層を有するものを準備した。そして、これらGaN基板を用いて、実施例22〜28と同様のHEMTデバイスを作成した。HEMTデバイスは各実施例について200個準備した。また、参考のために、比較例11〜15のHEMTデバイス用に、絶縁性のGaN基板(比抵抗1×10Ωcm)であって、表4の比較例11〜15の列に示した炭素濃度、p型金属元素(Cu)濃度、及び絶縁性金属元素(Fe)濃度の表面層を有するものを準備し、同様にHEMTデバイスを作成した。HEMTデバイスは各比較例について200個準備した。そして、実施例29〜36及び比較例11〜15のHEMTデバイスについて、上述した実施例22〜28及び比較例5〜10と同様の条件により歩留を求めた。表4に示すように、1×1010原子/cm〜100×1010原子/cmの絶縁性金属元素をGaN基板の表面層に含めることにより、HEMTデバイスの歩留りは、更に向上した。なお、基板の表面粗さRMSは実施例、比較例とも2.2nmであり、加工変質層は実施例、比較例とも40nmであった。

Figure 0005287463

Next, for the HEMT devices of Examples 29 to 36, an insulating GaN substrate (specific resistance 1 × 10 7 Ωcm), the carbon concentration and p-type metal shown in the columns of Examples 29 to 36 in Table 4 were used. A material having a surface layer having an element (Cu) concentration and an insulating metal element (Fe) concentration was prepared. And the HEMT device similar to Examples 22-28 was created using these GaN substrates. 200 HEMT devices were prepared for each example. For reference, for the HEMT devices of Comparative Examples 11 to 15, an insulating GaN substrate (specific resistance 1 × 10 7 Ωcm), which is the carbon shown in the columns of Comparative Examples 11 to 15 in Table 4. A device having a surface layer having a concentration, a p-type metal element (Cu) concentration, and an insulating metal element (Fe) concentration was prepared, and a HEMT device was similarly prepared. 200 HEMT devices were prepared for each comparative example. And about the HEMT device of Examples 29-36 and Comparative Examples 11-15, the yield was calculated | required on the same conditions as Examples 22-28 and Comparative Examples 5-10 mentioned above. As shown in Table 4, the yield of the HEMT device was further improved by including an insulating metal element of 1 × 10 10 atoms / cm 2 to 100 × 10 10 atoms / cm 2 in the surface layer of the GaN substrate. The surface roughness RMS of the substrate was 2.2 nm in both the examples and the comparative examples, and the work-affected layer was 40 nm in both the examples and the comparative examples.
Figure 0005287463

<LEDの評価>
上述した実施形態のGaN基板を用い、上述した実施形態のLEDを作成した。LEDは各実施例について200個準備した。具体的には、実施例37〜43のLED用に、比抵抗1×10−2Ωcm、キャリア密度3×1018/cmのn型GaN基板を準備した。n型GaN基板としては、表5の実施例37〜43の列に示す炭素濃度及びp型金属元素(Cu及びZn)の濃度をもつ表面層を有するものを、各実施例について準備した。
<Evaluation of LED>
Using the GaN substrate of the embodiment described above, the LED of the embodiment described above was created. 200 LEDs were prepared for each example. Specifically, n-type GaN substrates having a specific resistance of 1 × 10 −2 Ωcm and a carrier density of 3 × 10 18 / cm 2 were prepared for the LEDs of Examples 37 to 43. As an n-type GaN substrate, a substrate having a surface layer having a carbon concentration and a p-type metal element (Cu and Zn) concentration shown in the columns of Examples 37 to 43 in Table 5 was prepared for each example.

これらn型GaN基板をMOCVD装置内に配置して、n型GaN基板の一方の主面((0001)面)側に、MOCVD法により、厚さ1μmのn型GaN層(ドーパント:Si)、厚さ150nmのn型Al0.1Ga0.9N層(ドーパント:Si)、活性層、厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層(ドーパント:Mg)、及び厚さ150nmのp型GaN層(ドーパント:Mg)を順次形成して、エピタキシャル成長層を得た。ここで、活性層は、厚さ10nmのGaN層で形成される4層の障壁層と、厚さ3nmのGa0.85In0.15N層で形成される3層の井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造とした。 These n-type GaN substrates are arranged in an MOCVD apparatus, and an n-type GaN layer (dopant: Si) having a thickness of 1 μm is formed on one main surface ((0001) surface) side of the n-type GaN substrate by MOCVD. 150 nm thick n-type Al 0.1 Ga 0.9 N layer (dopant: Si), active layer, 20 nm thick p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer (dopant: Mg), and 150 nm thick p-type GaN layer (dopant) : Mg) were sequentially formed to obtain an epitaxial growth layer. Here, as the active layer, four barrier layers formed of a GaN layer having a thickness of 10 nm and three well layers formed of a Ga 0.85 In 0.15 N layer having a thickness of 3 nm were alternately stacked. A multiple quantum well structure was adopted.

また、参考のために、比較例16〜21のLED用に、比抵抗1×10−2Ωcm、キャリア密度3×1018/cmのn型GaN基板であって、表5の比較例16〜21の列に示す炭素濃度及びp型金属元素(Cu及びZn)の濃度をもつ表面層を有するものを、各比較例について準備した。LEDは各比較例について200個準備した。そして、比較例16〜21についても、実施例37〜43と同様に、エピタキシャル成長層を得た。 For reference, an n-type GaN substrate having a specific resistance of 1 × 10 −2 Ωcm and a carrier density of 3 × 10 18 / cm 3 for the LEDs of Comparative Examples 16 to 21, which is Comparative Example 16 in Table 5. Those having a surface layer having the carbon concentration and the concentration of the p-type metal element (Cu and Zn) shown in the column of ~ 21 were prepared for each comparative example. 200 LEDs were prepared for each comparative example. And also about Comparative Examples 16-21, the epitaxial growth layer was obtained similarly to Examples 37-43.

以上の通りに得たエピタキシャル成長層について、フォトルミネッセンス法(PL法)によりPL強度評価を行った。PL強度評価は、波長325nmのHe−Cdレーザーを励起光源に用い、レーザー光を試料に照射して励起された波長460nmの発光強度を評価した。その結果は、表5に示す通りであった。   About the epitaxial growth layer obtained as mentioned above, PL intensity | strength evaluation was performed by the photo-luminescence method (PL method). In PL intensity evaluation, a He—Cd laser having a wavelength of 325 nm was used as an excitation light source, and the emission intensity of a wavelength of 460 nm excited by irradiating the sample with laser light was evaluated. The results were as shown in Table 5.

次に、実施例37〜43及び比較例16〜21ともに、n型のGaN結晶基板の他方の主面((000−1)面)側に第1の電極として、厚さ200nmのTi層、厚さ1000nmのAl層、厚さ200nmのTi層、厚さ2000nmのAu層から形成される積層構造を形成し、窒素雰囲気中で加熱することにより、直径100μmのn側電極を形成した。一方、p型GaN層上に第2の電極として、厚さ4nmのNi層、厚さ4nmのAu層から形成される積層構造を形成し、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、p側電極を形成した。以上の工程により製造した生産物を2mm角に加工することにより、実施例37〜43及び比較例16〜21のLEDを得た。   Next, in each of Examples 37 to 43 and Comparative Examples 16 to 21, as a first electrode on the other main surface ((000-1) plane) side of the n-type GaN crystal substrate, a Ti layer having a thickness of 200 nm, A laminated structure formed of an Al layer having a thickness of 1000 nm, a Ti layer having a thickness of 200 nm, and an Au layer having a thickness of 2000 nm was formed, and heated in a nitrogen atmosphere to form an n-side electrode having a diameter of 100 μm. On the other hand, a laminated structure formed of a 4 nm thick Ni layer and a 4 nm thick Au layer is formed as a second electrode on the p-type GaN layer, and heated in an inert gas atmosphere, so that the p side An electrode was formed. The products of the above steps were processed into 2 mm square to obtain LEDs of Examples 37 to 43 and Comparative Examples 16 to 21.

以上の通りに得たLEDの光出力を、積分球を用いて注入電流4Aの条件で測定した。発光素子の光出力は、以下のように測定した。即ち、積分球内に載置された発光素子に所定の電流を注入し、その発光素子から集光された光を受けるディテクタによって光出力を測定した。そして、光出力が2W以上のLEDを良好な特性を有するLEDとする条件により、実施例37〜43及び比較例16〜21のLEDの歩留を求めた。結果は表5に示すとおりであった。   The light output of the LED obtained as described above was measured under the condition of an injection current of 4A using an integrating sphere. The light output of the light emitting element was measured as follows. That is, a predetermined current was injected into the light emitting element placed in the integrating sphere, and the light output was measured by a detector that received the light collected from the light emitting element. And the yield of LED of Examples 37-43 and Comparative Examples 16-21 was calculated | required on the conditions which make LED with light output 2W or more into LED which has a favorable characteristic. The results were as shown in Table 5.

表5に示すように、実施例37〜43のLED、即ち、表面層が、3at.%〜25at.%の炭素を含み、且つ、5×1010原子/cm〜200×1010原子/cmのp型金属元素を含むGaN基板を用いたLEDは、比較例16〜21のLEDに対して、PL強度及び歩留に優れていることが明らかとなった。なお、基板の表面粗さRMSは実施例、比較例とも0.9nmであり、加工変質層は実施例、比較例とも20nmであった。

Figure 0005287463

As shown in Table 5, the LEDs of Examples 37 to 43, that is, the surface layer was 3 at. % To 25 at. % Of carbon and an LED using a GaN substrate containing a p-type metal element of 5 × 10 10 atoms / cm 2 to 200 × 10 10 atoms / cm 2 is compared with the LEDs of Comparative Examples 16 to 21 It was revealed that the PL strength and the yield were excellent. The surface roughness RMS of the substrate was 0.9 nm in both the examples and the comparative examples, and the work-affected layer was 20 nm in both the examples and the comparative examples.
Figure 0005287463

1…HEMTデバイス、2…LED、10…III族窒化物基板(GaN基板)、10a…表面層、12…GaN層、14…AlGaN層、16…ゲート電極、18…ソース電極、20…ドレイン電極、22…バッファ層、24…第1のクラッド層、26…活性層、28…第2のクラッド層、30…コンタクト層、32…第1の電極、34…第2の電極、50…ドライエッチング装置、52…チャンバ、54…上部電極、56…下部電極、58…基板支持台、60…ガス供給口、62…ガス排気口、64…高周波電源、70…ポリッシング装置、72…定盤、74…ポリッシングパッド、76…結晶ホルダ、78…重り、80…スラリー液供給口。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... HEMT device, 2 ... LED, 10 ... Group III nitride substrate (GaN substrate), 10a ... Surface layer, 12 ... GaN layer, 14 ... AlGaN layer, 16 ... Gate electrode, 18 ... Source electrode, 20 ... Drain electrode 22 ... buffer layer, 24 ... first cladding layer, 26 ... active layer, 28 ... second cladding layer, 30 ... contact layer, 32 ... first electrode, 34 ... second electrode, 50 ... dry etching Device: 52 ... Chamber, 54 ... Upper electrode, 56 ... Lower electrode, 58 ... Substrate support, 60 ... Gas supply port, 62 ... Gas exhaust port, 64 ... High frequency power supply, 70 ... Polishing device, 72 ... Surface plate, 74 ... polishing pad, 76 ... crystal holder, 78 ... weight, 80 ... slurry liquid supply port.

Claims (8)

GaN基板であるIII族窒化物基板と、
エピタキシャル層と、
を備え、
前記III族窒化物基板と前記エピタキシャル層との界面における1cm当たりのC原子の個数が2×1016個以上5×1017個以下であり、該界面における1cm当たりのp型金属元素の原子の個数が2×1016個以上1×1017個以下である、
エピタキシャル層付きIII族窒化物基板。
A group III nitride substrate which is a GaN substrate ;
An epitaxial layer;
With
The number of C atoms per cm 3 at the interface between the group III nitride substrate and the epitaxial layer is 2 × 10 16 or more and 5 × 10 17 or less, and the number of p-type metal elements per cm 3 at the interface The number of atoms is 2 × 10 16 or more and 1 × 10 17 or less,
Group III nitride substrate with epitaxial layer.
前記III族窒化物基板と前記エピタキシャル層との界面における1cm  1 cm at the interface between the group III nitride substrate and the epitaxial layer 3 当たりのO原子の個数が2×10The number of O atoms per hit is 2 × 10 1616 個以上1×101 x 10 or more 1818 個以下である、請求項1に記載のエピタキシャル層付きIII族窒化物基板。The group III nitride substrate with an epitaxial layer according to claim 1, wherein the number is not more than one. 前記III族窒化物基板と前記エピタキシャル層との界面における1cm  1 cm at the interface between the group III nitride substrate and the epitaxial layer 3 当たりのSi原子の個数が1×10The number of Si atoms per hit is 1 × 10 1515 個以上1×101 x 10 or more 1919 個以下である、請求項1又は2に記載のエピタキシャル層付きIII族窒化物基板。The group III nitride substrate with an epitaxial layer according to claim 1 or 2, wherein the number is at most. 請求項1〜3の何れか一項に記載のエピタキシャル層付きIII族窒化物基板を備える半導体デバイス。  A semiconductor device provided with the group III nitride board | substrate with an epitaxial layer as described in any one of Claims 1-3. 前記III族窒化物基板がn型GaN基板である請求項4に記載の半導体デバイス。  The semiconductor device according to claim 4, wherein the group III nitride substrate is an n-type GaN substrate. 前記III族窒化物基板が絶縁性GaN基板である請求項4に記載の半導体デバイス。  The semiconductor device according to claim 4, wherein the group III nitride substrate is an insulating GaN substrate. 前記半導体デバイスがLEDである請求項4に記載の半導体デバイス。  The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is an LED. 前記半導体デバイスがHEMTデバイスである請求項4に記載の半導体デバイス。  The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is a HEMT device.
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