JP6181474B2 - 窒化物半導体成長用基板の製造方法 - Google Patents
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はじめに、本発明の実施の形態の概要を列挙する。
次に、本発明の実施の形態の詳細について説明する。
実施例1では、窒化珪素膜に対する元素のイオン照射条件が、照射により形成される窒化物半導体層における元素の濃度分布に与える影響を評価した。
下地基板として、(111)面を第1の主面とするSi基板、合成石英ガラス基板、(0001)面を第1の主面とする結晶多形が4H−SiCであるSiC基板を準備した。これらの第1の主面上にMOCVD法によりSiNx膜を成膜した。または、第1の主面上を、アンモニア(NH3)雰囲気中、1200℃で窒化することにより、SiNx膜を形成した。SiNx膜の膜厚は、5nm、10nm、100nmの三通りとした。
評価試料に対して、第2の主面から垂直な方向(深さ方向)に2次イオン質量分析法(SIMS)を用いてGaの濃度プロファイルを評価した。具体的には、窒化物半導体層表面(第2の主面)から窒化物半導体層と下地基板との界面(第1の主面)まで、深さ方向にSIMS測定を行った。さらに、得られた濃度プロファイルから、窒化物半導体層におけるGaの濃度の最大値と最小値を求め、最大値と最小値の差を最大値で割った値(濃度ばらつき(%))を算出した。
表1に試料ID1〜12の評価結果を示す。また、図6に、濃度プロファイルの評価結果の一部(試料ID1および試料ID6の評価結果)を示す。図6の縦軸はGaの濃度(単位:atoms/cc)であり、横軸は窒化物半導体層表面(第2の主面)からの深さ(単位:nm)である。
実施例2では、窒化珪素膜に対するイオンの照射条件が、照射により形成される窒化物半導体層上にエピタキシャル成長された窒化物半導体エピタキシャル層の表面被覆率に与える影響を評価した。
まず、窒化物半導体成長用基板を、実施例1と基本的に同様の方法で準備した。ここで、SiNx膜に照射したイオンは、Gaの他に、In、Alの単一イオン、またはGaとAl、もしくはGaとInの組み合わせとした。これにより、GaN層を備えるGaN成長用基板(試料ID1〜13)、AlN層を備えるAlN成長用基板(試料ID14〜24)、InN層を備えるInN成長用基板(試料ID25〜35)、Al0.5Ga0.5N層を備えるAlGaN成長用基板(試料ID36〜46)、In0.5Ga0.5N層を備えるInGaN成長用基板(試料ID47〜57)を準備した。なお、各試料の下地基板や窒化膜、窒化物膜などの条件は、上記表1および後述する表2〜表5に示している。
窒化物半導体エピタキシャル基板の表面(第3の主面)に対する光学顕微鏡像を取得し、該光学顕微鏡像に対して白黒の二値化処理を行うことにより、窒化物膜(窒化物半導体エピタキシャル層)が成長している面積を計測した。そして、第3の主面全体に対して窒化物膜が成長している面積の割合である、窒化物半導体エピタキシャル層の表面被覆率を求めた。
1.GaNエピタキシャル基板(試料ID1〜13)
表面被覆率の結果を表1に示す。各比較例の試料(試料ID6〜13)の表面被覆率が16%以下であるのに対し、各実施例の試料(試料ID1〜5)の表面被覆率は89%以上と格段に高いことが確認された。つまり、GaNエピタキシャル層の表面被覆率は、SiNx膜の膜厚や、下地基板の種類、Gaイオンのドーズ量に依らず、GaN層の深さ方向におけるGa濃度の均一性の影響を強く受けることが確認された。実施例の試料は、深さ方向においてGaの濃度の均一性に優れたGaN層を有するため、GaNエピタキシャル層の表面被覆率を向上することができたと考えられる。また、下地基板がSi(111)である窒化物半導体成長用基板(試料ID6)と、下地基板がSi(100)である窒化物半導体成長用基板(試料ID7)とでは、表面被覆率に差異は見られなかった。しかし、窒化物半導体エピタキシャル層の表面被覆率は、下地基板の第1の主面の面方位、および該下地基板上に形成される窒化物膜(本実施例におけるGaN膜)の成膜条件にも依存する可能性がある。
表面被覆率の結果を表2に示す。各比較例の試料(試料ID19〜24)の表面被覆率が15%以下であるのに対し、各実施例の試料(試料ID14〜18)の表面被覆率は83%以上と格段に高いことが確認された。つまり、上述したGaNエピタキシャル基板と同様に、AlNエピタキシャル層の表面被覆率は、SiNx膜の膜厚や、下地基板の種類に依らず、AlN層の深さ方向におけるAl濃度の均一性の影響を強く受けることが確認された。また、AlNエピタキシャル層の表面被覆率は、上述したGaNエピタキシャル基板と同様に、Alイオンのドーズ量にも依らなかった。実施例の試料(試料ID14〜18)は、複数の照射エネルギー条件を用いることで、深さ方向においてAlの濃度の均一性に優れるAlN層を有するため、AlNエピタキシャル層の表面被覆率を向上することができたと考えられる。
表面被覆率の結果を表3に示す。各比較例の試料(試料ID30〜35)の表面被覆率が14%以下であるのに対し、各実施例の試料(試料ID25〜29)の表面被覆率は77%以上と格段に高いことが確認された。つまり、上述したGaNエピタキシャル基板と同様に、InNエピタキシャル層の表面被覆率は、SiNx膜の膜厚や、下地基板の種類に依らず、InN層の深さ方向におけるIn濃度の均一性の影響を強く受けることが確認された。また、InNエピタキシャル層の表面被覆率は、上述したGaNエピタキシャル基板と同様に、Inイオンのドーズ量にも依らなかった。実施例の試料(試料ID25〜29)は、複数の照射エネルギー条件を用いることで、深さ方向においてInの濃度の均一性に優れるInN層を有するため、InNエピタキシャル層の表面被覆率を向上することができたと考えられる。
表面被覆率の結果を表4に示す。各比較例の試料(試料ID41〜46)の表面被覆率が15%以下であるのに対し、各実施例の試料(試料ID36〜40)の表面被覆率は85%以上と格段に高いことが確認された。つまり、上述したGaNエピタキシャル基板と同様に、Al0.5Ga0.5Nエピタキシャル層の表面被覆率は、SiNx膜の膜厚や、下地基板の種類に依らず、Al0.5Ga0.5N層の深さ方向におけるAlおよびGa濃度の均一性の影響を強く受けることが確認された。また、Al0.5Ga0.5Nエピタキシャル層の表面被覆率は、上述したGaNエピタキシャル基板と同様に、AlイオンおよびGaイオンの合計ドーズ量にも依らなかった。実施例の試料(試料ID36〜40)は、複数の照射エネルギー条件を用いることで、深さ方向においてAlおよびGaの濃度の均一性に優れるAl0.5Ga0.5N層を有するため、Al0.5Ga0.5Nエピタキシャル層の表面被覆率を向上することができたと考えられる。
表面被覆率の結果を表5に示す。各比較例の試料(試料ID52〜57)の表面被覆率が15%以下であるのに対し、各実施例の試料(試料ID47〜51)の表面被覆率は85%以上と格段に高いことが確認された。つまり、上述したGaNエピタキシャル基板と同様に、In0.5Ga0.5Nエピタキシャル層の表面被覆率は、SiNx膜の膜厚や、下地基板の種類に依らず、In0.5Ga0.5N層の深さ方向におけるInおよびGa濃度の均一性の影響を強く受けることが確認された。また、In0.5Ga0.5Nエピタキシャル層の表面被覆率は、上述したGaNエピタキシャル基板と同様に、InイオンおよびGaイオンの合計ドーズ量にも依らなかった。実施例の試料(試料ID47〜51)は、複数の照射エネルギー条件を用いることで、深さ方向においてInおよびGaの濃度の均一性に優れるIn0.5Ga0.5N層を有するため、In0.5Ga0.5Nエピタキシャル層の表面被覆率を向上することができたと考えられる。
1A 第1の主面
2 窒化物半導体層
2A 第2の主面
3 窒化珪素膜
3A 第3の主面
4 窒化物半導体エピタキシャル層
10 窒化物半導体成長用基板
20 材料基板
30 窒化物半導体エピタキシャル基板。
Claims (4)
- 下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に窒化珪素膜を形成する工程と、
前記窒化珪素膜に対して元素をイオンとして照射することにより前記下地基板上に窒化物半導体層を形成する工程とを備え、
前記窒化物半導体層において、厚み方向における前記元素の濃度の最大値と最小値との差を前記最大値で割った値が40%以下である、窒化物半導体成長用基板の製造方法。 - 前記元素は、ガリウム,インジウム,アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項1に記載の窒化物半導体成長用基板の製造方法。
- 前記窒化物半導体層の組成は、Al1−x−yGaxInyN(x≧0,y≧0,0≦x+y≦1)で表わされる、請求項2に記載の窒化物半導体成長用基板の製造方法。
- 前記窒化物半導体層の膜厚は、10nm以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の窒化物半導体成長用基板の製造方法。
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