JP5564799B2 - 窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法 - Google Patents
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窒化アルミニウム基板を準備した。窒化アルミニウム基板の裏面には、幅10μm、深さ10μm、ピッチ5000μmで、溝の配列が形成されていた。この窒化アルミニウム基板の主面にフラックス法により、1×1018cm−3のキャリア濃度n+型窒化ガリウム層を形成した。この窒化ガリウム層の厚さは20μmであった。この後に、MOCVD法により、7×1015cm−3のキャリア濃度のn−型窒化ガリウム層を成長した。この窒化ガリウム層の厚さは5μmであった。このエピタキシャル基板を成長炉から取り出した後に、エピタキシャル基板のエピタキシャル膜表面に窒化シリコンのフィールドプレート構造を形成すると共にショットキ電極を形成した。フィールドプレート構造は、窒化シリコン膜からなる。ショットキ電極は例えばAu/Niからなる。ショットキ電極はフィールドプレート構造の開口を介してエピタキシャル膜表面にショットキ接合を成す。モリブデン(Mo)支持基体を準備した。Mo支持基体の主面に、開口を有する絶縁膜を形成した。絶縁膜として例えばシリコン酸化膜を用いた。絶縁膜の開口は、ショットキ電極のサイズに合わせて加工された。この開口は反応性イオンエッチング(RIE)を用いて行った。この開口に、導電性接着剤を塗布して接着層を形成した。導電性接着剤は、例えばAu/Sn接着層を形成した。エピタキシャル膜上のショットキ電極とMo支持基体とを圧着して接合を形成して、Mo支持基体とエピタキシャル基板を貼り付けた。貼り付けた状態を保ち、エピタキシャル基板の裏面からKrFエキシマレーザ光を照射して、基板と窒化物半導体層との界面に溶融を引き起こし窒化アルミニウム基板を分離した。この窒化アルミニウム基板は、再研磨することで再利用が可能である。分離された窒化物半導体層の露出面にオーミック電極を形成した。オーミック電極として例えばTi/Auを形成した。Mo支持基体及び窒化物半導体層をダイシングして、半導体チップを形成した。個々の半導体チップは、ショットキバリアダイオードを含む。
サファイア基板を準備した。サファイア基板の裏面には、幅20μm、深さ50μm、ピッチ1000μmで、溝の配列が形成されていた。サファイア基板上にMOCVD法により、高In組成のInGaN(In組成は0.07であった)層をバッファ層を形成した。この後、キャリア濃度1×1018cm−3及び厚さ10μmのn+型窒化ガリウム層、キャリア濃度7×1015cm−3及び厚さ5μmのn−型窒化ガリウム層、キャリア濃度1×1017cm−3及び厚さ2μmのp型窒化ガリウム層を成長して、層構造を含むエピタキシャル基板を形成した。このエピタキシャル基板をMo支持基体に接合した後に、YAGレーザ光をサファイア基板の裏面に照射した。高In組成のInGaNバッファ層が高い吸収率を示すYAGレーザ光を用いたので、InGaNバッファ層の溶融により、層構造がサファイア基板から分離された。実施例1と同じように電極を形成した。これによって、pn接合ダイオードが作製された。分離されたサファイア基板は再利用可能である。
実施例1において、デバイスサイズに相当するピッチで格子状に溝を形成した裏面を有するサファイア基板を準備した。この実施例では、溝のピッチは1.5mmであった。このサファイア基板の主面に、実施例1と同じく窒化ガリウム系半導体からなる半導体領域を成長した。基板に溝入れ加工が施してあることにより、サファイア基板とエピタキシャル膜との熱膨張係数の違いに起因して、結晶成長後にサファイア基板及びエピタキシャル膜は、ひずみにより反る。このひずみが、サファイア基板の裏面の溝の配列によって低減されて、導電性支持基体への貼り付けの密着性を向上させることができた。これ故に、歩留まりよくダイオードを作成できた。
炭化シリコン基板を準備した。ハライドVPE(HVPE)により、この炭化シリコン基板上に厚さ40μmのn+型窒化ガリウム層を形成した。このn+型窒化ガリウム層は、1×1018cm−3のキャリア濃度を有する。n+型窒化ガリウム層上に、MOCVD法により、厚さ5μmのn−型窒化ガリウム層を形成すると共に、このn−型窒化ガリウム層上に、厚さ3μmのp型窒化ガリウム層を成長した。このエピタキシャル基板を成長炉から取り出した後に、エピタキシャル基板のエピタキシャル膜表面に窒化シリコンのフィールドプレート構造を形成すると共にオーミック電極を形成した。フィールドプレート構造は、窒化シリコン膜からなる。オーミック電極は例えばTi/Auからなる。実施例1と同様にMo支持基体を準備した。Mo支持基体の主面に、開口を有する絶縁膜を形成した。絶縁膜として例えばシリコン酸化膜を用いた。絶縁膜の開口は、オーミック電極のサイズに合わせて加工された。この開口はRIEを用いて行った。この開口に、導電性接着剤を塗布して接着層を形成した。導電性接着剤は、例えばAu/Sn接着層を形成した。エピタキシャル膜上のオーミック電極とMo支持基体とを圧着して接合を形成して、Mo支持基体とエピタキシャル基板を貼り付けた。貼り付けた状態を保ち、エピタキシャル基板の裏面からKrFエキシマレーザ光を照射して、基板と窒化物半導体層との界面において溶融を引き起こし、炭化シリコン基板を分離した。この炭化シリコン基板は、再研磨することで再利用が可能である。分離された窒化物半導体層の露出面にオーミック電極を形成した。オーミック電極として例えばTi/Auを形成した。Mo支持基体及び窒化物半導体層をダイシングして、半導体チップを形成した。個々の半導体チップは、pn接合ダイオードを含む。
Claims (20)
- 窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法であって、
窒化ガリウム系半導体を堆積するための第1の面と該第1の面の反対側の第2の面とを有する基板を準備する工程と、
一または複数の窒化ガリウム系半導体層を含む半導体領域を前記基板の前記第1の面上に成長して、エピタキシャル基板を作製する工程と、
前記エピタキシャル基板の前記半導体領域の主面上に電極構造の配列を形成する工程と、
導電性基板として金属基板を準備する工程と、
前記電極構造の配列を形成した後に、前記基板の前記第1の面と前記導電性基板との間に前記半導体領域が位置するように前記エピタキシャル基板に前記導電性基板を張り付けて、第1の基板生産物を作製する工程と、
前記エピタキシャル基板に前記導電性基板を張り付けた後に、前記基板の前記第2の面にレーザ光を照射するレーザリフトオフによって前記半導体領域と前記基板とを互いに分離して、前記導電性基板及び前記半導体領域を含む第2の基板生産物を作製する工程と、
を備え、
前記窒化ガリウム系半導体電子デバイスはショットキバリアダイオード又はpn接合ダイオードからなり、
前記第2の基板生産物の前記半導体領域に露出面が形成され、
前記基板は、窒化ガリウム系半導体と異なる材料からなる支持体を含み、
前記基板の前記第2の面には前記支持体が露出されており、
前記基板の前記第2の面には、複数の溝及び複数のリッジの少なくともいずれか一方が配列されている、ことを特徴とする方法。 - 前記半導体領域と前記基板とを互いに分離した後に、前記第2の基板生産物の前記露出面に第1の電極を形成する工程を更に備え、
前記半導体領域は、n型ドーパントを添加した窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層を含み、
前記半導体領域の前記露出面には前記コンタクト層が露出している、ことを特徴とする請求項1に記載された方法。 - 前記半導体領域は、窒化ガリウム系半導体からなるドリフト層を含み、
前記コンタクト層は前記ドリフト層と前記支持体との間に設けられ、
前記コンタクト層のキャリア濃度は、前記ドリフト層のキャリア濃度より大きく、
前記ドリフト層の前記キャリア濃度は2×1016cm−3以下である、ことを特徴とする請求項2に記載された方法。 - 前記ドリフト層の厚さは3マイクロメートル以上である、ことを特徴とする請求項3に記載された方法。
- 前記コンタクト層は窒化ガリウムからなり、
前記ドリフト層は窒化ガリウムからなる、ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載された方法。 - 前記露出面は研磨面である、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された方法。
- 前記溝の深さは5マイクロメートル以上であり、
前記溝の深さは300マイクロメートル以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された方法。 - 前記溝の深さは前記支持体の厚さの1/10倍以上であり、
前記溝の深さは前記支持体の厚さの2/3倍以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された方法。 - 前記リッジの高さは5マイクロメートル以上であり、
前記リッジの高さは300マイクロメートル以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された方法。 - 前記リッジの高さは前記支持体の厚さの1/10倍以上であり、
前記リッジの高さは前記支持体の厚さの2/3倍以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項6、及び請求項9のいずれか一項に記載された方法。 - 前記支持体は、サファイア、炭化シリコン及び窒化アルミニウムのいずれか一つである、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載された方法。
- 前記電極構造を形成する前記工程では、前記第1の基板生産物の作製に先だって、前記エピタキシャル基板の前記半導体領域の主面上に絶縁膜が形成され、前記電極構造は、第2の電極を含む電極構造が形成され、
前記電極構造は、前記絶縁膜上に設けられたフィールドプレート電極と、前記絶縁膜の開口を通して前記半導体領域の主面に接触を成す第2の電極を含み、
前記第2の電極及び前記フィールドプレート電極は前記導電性基板に電気的に接続される、ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載された方法。 - 前記第2の電極はショットキ電極を含む、ことを特徴とする請求項12に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム系半導体電子デバイスはショットキバリアダイオードからなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載された方法。
- 前記第2の電極はオーミック電極を含み、
前記半導体領域は、p型窒化ガリウム系半導体層及びn型窒化ガリウム系半導体層を含み、
前記p型窒化ガリウム系半導体層及び前記n型窒化ガリウム系半導体層はpn接合を成し、
前記第2の電極は前記p型窒化ガリウム系半導体層に接合を成す、ことを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体電子デバイスはpn接合ダイオードからなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項12、及び請求項15のいずれか一項に記載された方法。
- 前記半導体領域は、前記支持体のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する半導体層を含む犠牲層を備え、
前記犠牲層の前記半導体層における前記バンドギャップは前記レーザ光の波長に対応するエネルギよりも小さく、
前記犠牲層は前記半導体領域において最も小さいバンドギャップを有し、
前記犠牲層は前記レーザ光の照射により溶融する、ことを特徴とする請求項1〜請求項16のいずれか一項に記載された方法。 - 前記エピタキシャル基板の前記導電性基板への張り付けは、導電性接着剤により行われる、ことを特徴とする請求項1〜請求項17のいずれか一項に記載された方法。
- 前記エピタキシャル基板の前記導電性基板への張り付けは、圧着により行われる、ことを特徴とする請求項1〜請求項17のいずれか一項に記載された方法。
- 前記金属基板はモリブデン、タングステンあるいはそれらの合金からなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項19のいずれか一項に記載された方法。
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