JP5598321B2 - 半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
図4を参照して、本発明の一実施形態である半導体デバイスの製造方法は、少なくとも1層のIII族窒化物半導体層40をエピタキシャル成長させることができる下地基板10と、下地基板10上に全面的に配置された中間層20と、中間層20上に部分的に配置されたGaN層30aとを含み、GaN層30aと中間層20の一部とが露出している支持基板2を形成する工程(図4(A))と、支持基板2の中間層20が露出している部分20p,20q,20rを選択的に除去することにより、下地基板10の一部を露出させる工程(図4(B))と、GaN層30a上および下地基板10が露出している部分10p,10q,10r上に、III族窒化物半導体層40をエピタキシャル成長させる工程(図4(C))と、を備える。かかる製造方法により、支持基板のGaN層および下地基板が露出している部分上にIII族窒化物半導体層を均一に成長させることができ、半導体デバイスを歩留まりよく製造できる。
図4(B)を参照して、本発明の別の実施形態であるエピタキシャル成長用の支持基板3は、少なくとも1層のIII族窒化物半導体層40をエピタキシャル成長させることができる下地基板10と、下地基板10上に部分的に配置された中間層20と、中間層20上に全面的に配置されたGaN層30aとを含み、GaN層30aと下地基板10の一部が露出している。
1.支持基板の形成工程
図4(A)に示す支持基板の形成工程を以下に示す。まず、図2(A)を参照して、下地基板10として直径2インチ(5.08cm)で厚さ350μmのサファイア基板を準備した。また、GaN層を形成するためのドナー基板として直径2インチで厚さ350μmのGaN基板30を準備した。次いで、スパッタ法により、サファイア基板(下地基板10)上に中間層20aとして厚さ300nmのSiO2層を形成し、GaN基板30上に中間層20bとして厚さ300nmのSiO2層を形成した。次いで、GaN基板30とSiO2層(中間層20b)との界面からGaN基板30内に300nmの深さDの面にH+イオン(プロトン)を注入した。その後、それぞれの基板のSiO2層(中間層20a,20b)の表面を、CMP(化学機械的研磨)により、表面から50nmの深さまで研磨して、その表面をより平滑な鏡面とした。
次に、図4(B)を参照して、支持基板2のSiO2層(中間層20)が露出している部分20p,20q,20rを、CF4ガスを用いたRIEでドライエッチングすることにより、GaN基板(下地基板10)と、GaN基板(下地基板10)上に部分的に配置されたSiO2層(中間層20)と、SiO2層(中間層20)上に全面的に配置されたGaN層30aとを含み、GaN層30aとGaN基板(下地基板10)の一部とが露出しているエピタキシャル成長用の支持基板3が得られた。RIE条件は、RFパワーが70W、チャンバー圧力が20Pa、ガス流量が50sccm(ここで、1sccmは標準状態の気体の1分間当り1cm3の流量を示す)、エッチング時間が10分間とした。ここで、GaNは、CF4およびそのプラズマ活性種とは反応しないため、GaN層30aを一種のハードマスクとして利用し、SiO2層(中間層20)が露出している部分のみを除去することができた。こうして得られた支持基板3においてSiO2層が露出している部分がないことは、SEM−EDXによる測定で確認した。
次に、図4(C)を参照して、エピタキシャル成長用の支持基板3のGaN層30a上および下地基板10が露出している部分10p,10q,10r上に、III族窒化物半導体層40として、厚さ0.05μmのn型Al0.05Ga0.95N層40na、厚さ2μmのn型GaN層40ngおよび厚さ0.05μmのn型In0.05Ga0.95N層40ni、In0.18Ga0.82N井戸層とGaN障壁層とで構成される6重量子井戸構造を有する厚さ100nmの発光層40e、厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層40pa、および厚さ0.15μmのp型GaN層40pgをエピタキシャル成長させた。このとき、支持基板3のサファイア基板(下地基板10)が露出した部分10p,10q,10r上では、III族窒化物半導体層40が膜状にエピタキシャル成長し、多結晶様のIII族窒化物の成長は見られなかった。
次に、図4(D)を参照して、メサエッチングにより、p型GaN層40pg、p型Al0.2Ga0.8N層40pa、発光層40eおよびn型In0.05Ga0.95N層40niのそれぞれの一部を除去して、n型GaN層40ngの一部を露出させた。次いで、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、p型GaN層40pg上にp側電極50pを形成し、n型GaN層43が露出している部分上にn側電極50nを形成して、図5に示す横型構造の半導体デバイス5Aを得た。このようにして、歩留まりよく半導体デバイス5Aを得ることができた。
1.支持基板の形成工程
図3(A)を参照して、実施例1と同様にして、サファイア基板(下地基板10)上に全面的に配置されたSiO2層(中間層20)と、SiO2層(中間層20)上に部分的配置された厚さが300nmのGaN層30aとを含み、GaN層30aとSiO2層(中間層20)の一部とが露出している支持基板2を得た。また、得られた支持基板2のGaN層30aの表面を、実施例1と同様にして、鏡面とした。
図3(B)を参照して、支持基板2のSiO2層(中間層20)が露出した部分20p,20q,20rを選択的に除去しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、支持基板2上にIII族窒化物半導体層40をエピタキシャル成長させて積層ウエハを得た。得られた積層ウエハにおいて、GaN層30aにおいて近傍に中間層20が露出していない部分上には、所望の厚さのIII族窒化物半導体層40aが得られた。これに対して、GaN層30aにおいて近傍に中間層20が露出している部分上には、所望の厚さに比べて極めて厚いIII族窒化物半導体層40bが形成された。また、中間層20が小さく(たとえば、露出部分の最小径が200μm未満)露出している部分20q上には、III族窒化物半導体層40が成長しなかった。中間層20がある程度の大きさ以上(たとえば、露出部分の最小径が200μm以上)で露出している部分20p,20r上には、その上に堆積したIII族窒化物の微結晶を核としてIII族窒化物多結晶44が成長した。ここで、III族窒化物多結晶44の厚さはIII族窒化物半導体層40の厚さの2倍以上にも達した。
1.支持基板の形成工程
図4(A)を参照して、下地基板10として直径2インチで厚さ350μmのGaN基板を用い、中間層20としてITO層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、GaN基板(下地基板10)上に全面的に配置されたITO層(中間層20)と、ITO層(中間層20)上に部分的配置された厚さが300nmのGaN層30aとを含み、GaN層30aとITO層(中間層20)の一部とが露出している支持基板2を得た。ここで、ITO層(中間層20a,20b,20)の形成方法および厚さは実施例1と同様とした。また、得られた支持基板2のGaN層30aの表面を、実施例1と同様にして、鏡面化した。
次に、図4(B)を参照して、支持基板2のITO層(中間層20)が露出している部分20p,20q,20rを、30質量%塩酸と60質量%硝酸と水との質量比が10:1:10の混合液を用いて、40℃で20分間ウェットエッチングすることにより、サファイア基板(下地基板10)と、サファイア基板(下地基板10)上に部分的に配置されたITO層(中間層20)と、ITO層(中間層20)上に全面的に配置されたGaN層30aとを含み、GaN層30aとサファイア基板の一部とが露出しているエピタキシャル成長用の支持基板3が得られた。支持基板3においてITO層(中間層20)が露出している部分がないことは、実施例1と同様にして確認した。
次に、図4(C)を参照して、支持基板3のGaN層30aおよびGaN基板(下地基板10)が露出している部分10p,10q,10r上に、III族窒化物半導体層40として、厚さ0.05μmのn型Al0.05Ga0.95N層40na、厚さ2μmのn型GaN層40ngおよび厚さ0.05μmのn型In0.05Ga0.95N層40ni、In0.18Ga0.82N井戸層とGaN障壁層とで構成される6重量子井戸構造を有する厚さ100nmの発光層40e、厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層40pa、および厚さ0.15μmのp型GaN層40pgをエピタキシャル成長させた。このとき、支持基板3のサファイア基板(下地基板10)が露出した部分10p,10q,10r上では、III族窒化物半導体層40が膜状にエピタキシャル成長し、多結晶様のIII族窒化物の成長は見られなかった。
次に、図4(D)を参照して、真空蒸着法または電子ビーム蒸着法により、III族窒化物半導体層40の最外層であるp型GaN層40pg上にp側電極50pを形成し、GaN基板(下地基板10)にn側電極50nを形成して、図6に示す縦型構造の半導体デバイス5Bを得た。このようにして、歩留まりよく半導体デバイス5Bを得ることができた。
1.支持基板の形成工程
図3(A)を参照して、実施例2と同様にして、GaN基板(下地基板10)上に全面的に配置されたITO層(中間層20)と、ITO層(中間層20)上に部分的配置された厚さが300nmのGaN層30aとを含み、GaN層30aとITO層(中間層20)の一部とが露出している支持基板2を得た。また、得られた支持基板2のGaN層30aの表面を、実施例2と同様にして、鏡面とした。
図3(B)を参照して、支持基板2のITO層(中間層20)が露出した部分20p,20q,20rを選択的に除去しなかったこと以外は、実施例2と同様にして、支持基板2上にIII族窒化物半導体層40をエピタキシャル成長させて積層ウエハを得た。得られた積層ウエハにおいて、GaN層30aにおいて近傍に中間層20が露出していない部分上には、所望の厚さのIII族窒化物半導体層40aが得られた。これに対して、GaN層30aにおいて近傍に中間層20が露出している部分上には、所望の厚さに比べて極めて厚いIII族窒化物半導体層40bが形成された。また、中間層20が小さく(たとえば、露出部分の最小径が200μm未満)露出している部分20q上には、III族窒化物半導体層40が成長しなかった。中間層20がある程度の大きさ以上(たとえば、露出部分の最小径が200μm以上)で露出している部分20p,20r上には、その上に堆積したIII族窒化物の微結晶を核としてIII族窒化物多結晶44が成長した。ここで、III族窒化物多結晶44の厚さはIII族窒化物半導体層40の厚さの2倍以上にも達した。
Claims (6)
- 少なくとも1層のIII族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる下地基板と、GaN基板と、を中間層を介在させて貼り合わせた後、前記下地基板と前記GaN基板との間に応力を加えて、前記GaN基板を、前記中間層を介在させて前記下地基板に貼り合わされたGaN層と残りのGaN基板とに分離することにより、前記下地基板と、前記下地基板上に全面的に配置された前記中間層と、前記中間層上に部分的に配置された前記GaN層とを含み、前記GaN層と前記中間層の一部とが露出している支持基板を形成する工程と、
前記支持基板の前記中間層が露出している部分を選択的に除去することにより、前記下地基板の一部を露出させる工程と、
前記GaN層上および前記下地基板を露出させた部分上に、前記III族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、を備える半導体デバイスの製造方法。 - 前記中間層が露出している部分を選択的に除去する方法は、ウェットエッチングおよびドライエッチングの少なくともいずれかである請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記ウェットエッチングおよびドライエッチングのマスクとして前記GaN層を用いる請求項2に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記下地基板は、GaN基板、サファイア基板、Si基板、SiC基板、GaAs基板およびInP基板からなる群から選ばれるいずれかを含む請求項1または請求項2に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記中間層は、SiO2、Si3N4、SiおよびSiONからなる群から選ばれるいずれかを含む請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記中間層は、Sn、Zn、Ti、Cr、Ni、Ga、In、Sb、WおよびMoからなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
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