JP6224424B2 - Iii族窒化物半導体自立基板の製造方法 - Google Patents
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少なくとも第1面がIII族窒化物半導体によって形成されている下地基板を準備する工程と、
前記下地基板の前記第1面の上に積層膜を形成する工程と、
前記積層膜の上に、n型III族窒化物半導体層を形成する工程と、
前記下地基板と、前記積層膜と、前記n型III族窒化物半導体層と、を含む積層体から、少なくとも前記下地基板を除去して、前記積層体を、少なくとも前記n型III族窒化物半導体層を含む基体に加工する工程と、
を含み、
前記積層膜は、n型不純物濃度が相対的に高いIII族窒化物半導体からなる第1半導体層と、n型不純物濃度が相対的に低いIII族窒化物半導体からなる第2半導体層と、が、交互に積層されてなり、
前記積層膜を形成した後かつ前記n型III族窒化物半導体層を形成する前に、前記積層膜の上に、前記第1半導体層よりも低いn型不純物濃度を有するIII族窒化物半導体層を形成する工程をさらに含み、
前記III族窒化物半導体層の膜厚は、前記積層膜に含まれるいずれの前記第1半導体層または前記第2半導体層よりも厚く、
前記III族窒化物半導体層のn型不純物濃度は、前記積層膜に含まれる前記第2半導体層のいずれのn型不純物濃度よりも低いIII族窒化物半導体自立基板の製造方法が提供される。
実施例1として、実施形態に示した方法を用いて、積層体100を製造した。具体的には、下地基板102には、窒化ガリウム(GaN)基板を使用した。なお、下地基板102は、積層膜104を形成する前に、200℃のリン酸および硫酸の混酸に1時間含浸させた。これにより、下地基板102の表面の凹凸が平坦化される。第1半導体層104aおよび第2半導体層104bには、シリコンドープ窒化ガリウム(GaN)およびアンドープ窒化ガリウム(GaN)をそれぞれ使用した。第1半導体層104aの膜厚および第2半導体層104bの膜厚は、それぞれ、700nmおよび500nmである。積層膜104では、第1半導体層104aと第2半導体層104bとのサイクルが20回繰り返されている。III族窒化物半導体層106には、アンドープ窒化ガリウム(GaN)を使用した。III族窒化物半導体層106の膜厚は、0.2mmである。n型III族窒化物半導体層108には、シリコンドープ窒化ガリウム(GaN)を使用した。n型III族窒化物半導体層108の膜厚は、2mmである。
剥離前の図8(a)の状態では、基材層501の中心と、外周縁部とで、基材層501上に積層した層502aの結晶軸は互いに平行である。しかし、剥離後には図8(b)のように基板503aの外形は反った形状となる。この理由は明らかではないが、積層した層502aには残留応力が存在していたり、転位が存在していたりするためであると考えられる。基板503aの外形がこのように反った形状となる結果、基板503aの外周縁部における結晶軸の方向は、基板503aの中心における結晶軸の方向に対して傾く。この結晶軸の傾きの大きさから、基板503aすなわち下地基板の外形的な反りの曲率半径が求められる。
この場合、成長面505の周縁部における結晶軸の方向は、成長面505の中心における結晶軸の方向に対して傾いている。
たとえば、図9(a)に示される互いに並行な2本の破線の位置にてそれぞれバルク結晶504を切断することにより基板503bを切り出した場合、切り出された基板503bは、一例として図9(b)のように外形上の反りが無い平板状をなしている。しかし、このような平板状の基板503bにおいても、結晶軸に注目すると、基板503bの外周縁部における結晶軸の方向は、基板503bの中心における結晶軸の方向に対して傾いている。この結晶軸の傾きは、長尺のバルク結晶504における反りに起因する。よって、本例の場合は、基板503bの外形形状ではなく、結晶軸の傾きを評価することが、反りを本質的に評価することになる。
たとえば、第1の例と同様の方法で下地基板を準備した場合に、図10(a)のように剥離前の段階で、下地基板となる層502bの成長面505が曲面となることがある。この層502bを基材層501から剥離すると、剥離した層502bからなる基板503dは、応力によって図10(b)のように反った外形となる。結晶軸に注目すると、剥離前の段階で、基材層501の外周縁部における層502bの結晶軸の方向は、基材層501の中心付近における層502bの結晶軸の方向に対して傾いている。そして、剥離後には基板503dが外形的に反ることで、結晶軸の傾きはより大きくなる。
また、長尺のバルク結晶504を図9(a)のように切断して基板503cとしても、応力によって図9(c)のような反った外形の基板503cとなる場合もある。この場合も同様に、切り出した基板503cの結晶軸の傾きは、長尺のバルク結晶504の結晶軸の傾きよりも大きくなる。
なお、結晶軸の傾きは、たとえばXRDにより測定することができ、結晶軸を法線とした面の曲率半径に換算することができる。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 少なくとも第1面がIII族窒化物半導体によって形成されている下地基板を準備する工程と、
前記下地基板の前記第1面の上に積層膜を形成する工程と、
前記積層膜の上に、n型III族窒化物半導体層を形成する工程と、
前記下地基板と、前記積層膜と、前記n型III族窒化物半導体層と、を含む積層体から、少なくとも前記下地基板を除去して、前記積層体を、少なくとも前記n型III族窒化物半導体層を含む基体に加工する工程と、
を含み、
前記積層膜は、n型不純物濃度が相対的に高いIII族窒化物半導体からなる第1半導体層と、n型不純物濃度が相対的に低いIII族窒化物半導体からなる第2半導体層と、が、交互に積層されてなるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
2. 1.に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記積層膜を形成した後かつ前記n型III族窒化物半導体層を形成する前に、前記積層膜の上に、前記第1半導体層よりも低いn型不純物濃度を有するIII族窒化物半導体層を形成する工程をさらに含み、
前記III族窒化物半導体層の膜厚は、前記積層膜に含まれるいずれの前記第1半導体層または前記第2半導体層よりも厚いIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
3. 2.に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記III族窒化物半導体層の膜厚は、前記積層膜の全体の膜厚よりも厚いIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
4. 2.または3.に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記III族窒化物半導体層は、アンドープ半導体層または5E17atoms/cm 3 未満のn型不純物を含む層であるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
5. 2.から4.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記III族窒化物半導体層のn型不純物濃度は、前記積層膜に含まれる前記第2半導体層のいずれのn型不純物濃度よりも低いIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
6. 1.から.5までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記積層膜に含まれる前記第1半導体層のいずれの膜厚も、前記積層膜に含まれる前記第2半導体層のいずれの膜厚よりも厚いIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
7. 1.から6.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記第2半導体層は、アンドープ半導体層または5E17atoms/cm 3 未満のn型不純物を含む層であるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
8. 1.から7.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)によって形成されるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
9. 1.から7.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、MOVPE(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)によって形成されるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
10. 1.から9.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記第1半導体層および前記第2半導体層の各々の厚さは、50nm以上であるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
11. 1.から10.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記積層膜では、前記第1半導体層と前記第2半導体層との積層のサイクルが10回以上繰り返されているIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
12. 1.から11.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記n型III族窒化物半導体層および前記第1半導体層には、シリコンがドープされているIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
13. 1.から12.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記下地基板の前記第1面は平坦化されているIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
14. 1.から13.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記積層体を前記基体に加工する前記工程では、前記積層膜の一部が除去され、または前記積層膜が除去されないIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
15. 1.から13.までのいずれかに記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記積層体を前記基体に加工する前記工程では、前記積層膜の全体が除去されるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
102 下地基板
104 積層膜
104a 第1半導体層
104b 第2半導体層
106 III族窒化物半導体層
108 n型III族窒化物半導体層
200 基体
300 HVPE装置
302 チャンバ
304 ステージ
306 ヒータ
308 ボンベ
310 ボンベ
312 ボンベ
314 ガスライン
316 ガスライン
318 ガスライン
320 導入路
322 導入路
324 導入路
326 Gaソース
328 排出管
501 初期下地基板
502a 層
502b 層
503a 基板
503b 基板
503c 基板
503d 基板
504 バルク結晶
505 成長面
Claims (13)
- 少なくとも第1面がIII族窒化物半導体によって形成されている下地基板を準備する工程と、
前記下地基板の前記第1面の上に積層膜を形成する工程と、
前記積層膜の上に、n型III族窒化物半導体層を形成する工程と、
前記下地基板と、前記積層膜と、前記n型III族窒化物半導体層と、を含む積層体から、少なくとも前記下地基板を除去して、前記積層体を、少なくとも前記n型III族窒化物半導体層を含む基体に加工する工程と、
を含み、
前記積層膜は、n型不純物濃度が相対的に高いIII族窒化物半導体からなる第1半導体層と、n型不純物濃度が相対的に低いIII族窒化物半導体からなる第2半導体層と、が、交互に積層されてなり、
前記積層膜を形成した後かつ前記n型III族窒化物半導体層を形成する前に、前記積層膜の上に、前記第1半導体層よりも低いn型不純物濃度を有するIII族窒化物半導体層を形成する工程をさらに含み、
前記III族窒化物半導体層の膜厚は、前記積層膜に含まれるいずれの前記第1半導体層または前記第2半導体層よりも厚く、
前記III族窒化物半導体層のn型不純物濃度は、前記積層膜に含まれる前記第2半導体層のいずれのn型不純物濃度よりも低いIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記III族窒化物半導体層の膜厚は、前記積層膜の全体の膜厚よりも厚いIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1又は2に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記III族窒化物半導体層は、アンドープ半導体層または5E17atoms/cm3未満のn型不純物を含む層であるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から3までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記積層膜に含まれる前記第1半導体層のいずれの膜厚も、前記積層膜に含まれる前記第2半導体層のいずれの膜厚よりも厚いIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から4までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記第2半導体層は、アンドープ半導体層または5E17atoms/cm3未満のn型不純物を含む層であるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から5までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)によって形成されるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から5までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、MOVPE(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)によって形成されるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から7までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記第1半導体層および前記第2半導体層の各々の厚さは、50nm以上であるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から8までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記積層膜では、前記第1半導体層と前記第2半導体層との積層のサイクルが10回以上繰り返されているIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から9までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記n型III族窒化物半導体層および前記第1半導体層には、シリコンがドープされているIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から10までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記下地基板の前記第1面は平坦化されているIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から11までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記積層体を前記基体に加工する前記工程では、前記積層膜の一部が除去され、または前記積層膜が除去されないIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 請求項1から11までのいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体自立基板の製造方法であって、
前記積層体を前記基体に加工する前記工程では、前記積層膜の全体が除去されるIII族窒化物半導体自立基板の製造方法。
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