JP6250368B2 - Method for manufacturing free-standing substrate and free-standing substrate - Google Patents
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Description
本発明は、自立基板の製造方法および自立基板に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a free-standing substrate and a free-standing substrate.
窒化物半導体の自立基板を製造する際に、窒化物半導体層と下地基板との格子不整合や、熱膨張係数の違いに起因して、製造した自立基板が反ってしまうという点が問題となる。 When manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate, a problem arises in that the manufactured free-standing substrate is warped due to lattice mismatch between the nitride semiconductor layer and the base substrate and a difference in thermal expansion coefficient. .
特許文献１には反りや残留歪みの少ない自立窒化物基板の製造方法が記載されているが、ＭＢＥ法（Molecular Beam Epitaxy）を用いて極性を制御したＺｎＯや窒化物からなるバッファー層を形成する必要がある。 Patent Document 1 describes a method of manufacturing a self-supporting nitride substrate with less warpage and residual strain. A buffer layer made of ZnO or nitride whose polarity is controlled by using MBE (Molecular Beam Epitaxy) is formed. There is a need.
本発明は、簡便な工程で、反りを低減した自立基板を提供する。 The present invention provides a self-supporting substrate with reduced warpage by a simple process.
本発明によれば、
窒化物半導体からなる下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に炭素を不純物として導入しながら第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層の上に、厚さが５０μｍ以上である第２の窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
含有される炭素の濃度が、前記下地基板から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなるように前記第１の窒化物半導体層を形成する自立基板の製造方法が提供される。
According to the present invention,
Preparing a base substrate made of a nitride semiconductor;
Forming a first nitride semiconductor layer while introducing carbon as an impurity on the base substrate;
Forming a second nitride semiconductor layer having a thickness of 50 μm or more on the first nitride semiconductor layer,
There is provided a method for producing a self-supporting substrate in which the first nitride semiconductor layer is formed such that the concentration of contained carbon is continuously increased as the concentration of carbon is increased in the thickness direction from the base substrate .
本発明によれば、
窒化物半導体からなる下地基板と、
前記下地基板上に形成され、炭素を不純物として含む第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に形成された、厚さが５０μｍ以上である第２の窒化物半導体層とを含み、
前記第１の窒化物半導体層に含有される炭素の濃度は、前記下地基板から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなっている自立基板が提供される。
According to the present invention,
A base substrate made of a nitride semiconductor;
A first nitride semiconductor layer formed on the base substrate and containing carbon as an impurity;
A second nitride semiconductor layer formed on the first nitride semiconductor layer and having a thickness of 50 μm or more,
A self-supporting substrate is provided in which the concentration of carbon contained in the first nitride semiconductor layer is continuously increased as the distance from the base substrate increases in the thickness direction .
本発明によれば、簡便な工程で、反りを低減した自立基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a self-supporting substrate with reduced warpage by a simple process.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る自立基板の製造方法を説明するための図である。本実施形態によれば、自立基板の製造方法は、窒化物半導体からなる下地基板２１０を準備する工程、下地基板２１０上に炭素を不純物として導入しながら第１の窒化物半導体層２２０を形成する工程、および、第１の窒化物半導体層２２０の上に、厚さが５０μｍ以上である第２の窒化物半導体層２３０を形成する工程を含む。以下で詳細に説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of manufacturing a self-supporting substrate according to the first embodiment. According to this embodiment, the method for manufacturing a self-supporting substrate includes a step of preparing a base substrate 210 made of a nitride semiconductor, and forming the first nitride semiconductor layer 220 on the base substrate 210 while introducing carbon as an impurity. And a step of forming a second nitride semiconductor layer 230 having a thickness of 50 μm or more on the first nitride semiconductor layer 220. This will be described in detail below.
図１（ａ）のように、窒化物半導体からなる下地基板２１０を準備する工程について説明する。はじめに、基材層を用意する、基材層はたとえばサファイア基板である。次に、基材層上に、炭化物層を形成する。炭化物層としては、たとえば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により炭化アルミニウム層を形成しても良い。また、たとえば、スパッタリング法により炭化チタン層を形成しても良い。 A process of preparing a base substrate 210 made of a nitride semiconductor as shown in FIG. First, a base material layer is prepared. The base material layer is, for example, a sapphire substrate. Next, a carbide layer is formed on the base material layer. As the carbide layer, for example, an aluminum carbide layer may be formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Further, for example, the titanium carbide layer may be formed by a sputtering method.
次に、窒化ガス中で加熱することで炭化物層を窒化する。窒化ガスはたとえばアンモニアを用いることができる。 Next, the carbide layer is nitrided by heating in a nitriding gas. For example, ammonia can be used as the nitriding gas.
そして、窒化された炭化物層上に、たとえばハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いてＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる。ＨＶＰＥ法については後述する。ＩＩＩ族窒化物半導体層はたとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）である。ＩＩＩ族窒化物半導体層の厚さは、取り扱い性の観点から、５０μｍ以上であることが好ましい。 Then, a group III nitride semiconductor layer is epitaxially grown on the nitrided carbide layer using, for example, hydride vapor phase epitaxy (HVPE). The HVPE method will be described later. The group III nitride semiconductor layer is, for example, gallium nitride (GaN). The thickness of the group III nitride semiconductor layer is preferably 50 μm or more from the viewpoint of handleability.
そして、基材層、炭化物層、およびＩＩＩ族窒化物半導体層で構成された積層体を、ＩＩＩ族元素の液体に浸漬させた状態で熱処理し、ＩＩＩ族窒化物半導体層から基材層を剥離する。ＩＩＩ族窒化物半導体層がＧａＮからなる場合、ＩＩＩ族元素の液体はＧａの液体である。得られたＩＩＩ族窒化物半導体層を含む基板をリン酸と硫酸の混合液で洗浄し、下地基板２１０とする。ただし、下地基板２１０を準備する方法は上記に限定するものではない。 Then, the laminate composed of the base material layer, the carbide layer, and the group III nitride semiconductor layer is heat-treated while being immersed in the liquid of the group III element, and the base material layer is peeled off from the group III nitride semiconductor layer. To do. When the group III nitride semiconductor layer is made of GaN, the group III element liquid is a Ga liquid. The obtained substrate including the group III nitride semiconductor layer is washed with a mixed solution of phosphoric acid and sulfuric acid to form a base substrate 210. However, the method for preparing the base substrate 210 is not limited to the above.
次に、下地基板２１０上に炭素を不純物として導入しながら第１の窒化物半導体層２２０を形成する工程について説明する。本実施形態では、第１の窒化物半導体層２２０をＭＯＣＶＤ法により形成する。 Next, a process of forming the first nitride semiconductor layer 220 while introducing carbon as an impurity onto the base substrate 210 will be described. In the present embodiment, the first nitride semiconductor layer 220 is formed by the MOCVD method.
下地基板２１０をＭＯＣＶＤ装置内に取り付け、ＩＩＩ族原料ガスおよび窒素原料ガスをキャリアガスと共に下地基板２１０表面へ供給することで、下地基板２１０上へ第１の窒化物半導体層２２０を形成する。この際、たとえば下地基板２１０および第１の窒化物半導体層２２０がいずれもＧａＮの場合、下地基板２１０において、下地基板２１０の反りにより凹となる面に第１の窒化物半導体層２２０を形成する。下地基板２１０の温度はたとえば５００℃に維持しておく。キャリアガスは窒素（Ｎ２）ガスや水素（Ｈ２）ガスである。たとえば、ＩＩＩ族原料ガスとしてトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３、ＴＭＧ）もしくはトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３、ＴＥＧ）を、窒素原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いれば、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層２２０を形成することができる。第１の窒化物半導体層２２０を形成する際に、ＩＩＩ族原料ガスから分解したメチル基もしくはエチル基と、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）もしくはアンモニアから分解した水素（Ｈ２）とから、メタン（ＣＨ４）やエタン（Ｃ２Ｈ６）が生成される。このように生成されたメタンやエタンを用い、第１の窒化物半導体層２２０に炭素を不純物として導入することができる。第１の窒化物半導体層２２０を形成する際に、下地基板２１０の温度およびＩＩＩ族原料ガスの供給量を調整することで、第１の窒化物半導体層２２０に含有させる濃度を制御しつつ炭素を導入できる。 The base substrate 210 is attached to the MOCVD apparatus, and the group III source gas and the nitrogen source gas are supplied to the surface of the base substrate 210 together with the carrier gas, thereby forming the first nitride semiconductor layer 220 on the base substrate 210. At this time, for example, when both the base substrate 210 and the first nitride semiconductor layer 220 are GaN, the first nitride semiconductor layer 220 is formed on the surface of the base substrate 210 that becomes concave due to warpage of the base substrate 210. . The temperature of base substrate 210 is maintained at 500 ° C., for example. The carrier gas is nitrogen (N 2 ) gas or hydrogen (H 2 ) gas. For example, if trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 , TMG) or triethylgallium (Ga (C 2 H 5 ) 3 , TEG) is used as the group III source gas, and ammonia (NH 3 ) gas is used as the nitrogen source gas, A first nitride semiconductor layer 220 made of GaN can be formed. In forming the first nitride semiconductor layer 220, and a methyl or ethyl group were decomposed from group III material gas, since the decomposed hydrogen (H 2) from the hydrogen (H 2) or ammonia as the carrier gas, Methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 6 ) are generated. Carbon can be introduced as an impurity into the first nitride semiconductor layer 220 using methane or ethane thus generated. When the first nitride semiconductor layer 220 is formed, the temperature of the base substrate 210 and the supply amount of the group III source gas are adjusted to control the concentration of carbon contained in the first nitride semiconductor layer 220 while controlling the concentration. Can be introduced.
ここで、第１の窒化物半導体層２２０を形成する工程の後における下地基板２１０の曲率半径の絶対値は、第１の窒化物半導体層２２０を形成する工程の前の下地基板２１０の曲率半径の絶対値よりも大きくなる。つまり、下地基板２１０上に炭素を不純物として含む第１の窒化物半導体層２２０を形成することで、基板の反りを低減できる。基板の曲率半径は後述するように、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により測定することが出来る。なお、反りが低減すること、すなわち反りが小さくなることとは、曲率半径の絶対値が大きくなることを意味する。 Here, the absolute value of the radius of curvature of the base substrate 210 after the step of forming the first nitride semiconductor layer 220 is the radius of curvature of the base substrate 210 before the step of forming the first nitride semiconductor layer 220. Larger than the absolute value of. That is, the warp of the substrate can be reduced by forming the first nitride semiconductor layer 220 containing carbon as an impurity on the base substrate 210. The radius of curvature of the substrate can be measured by X-ray diffraction (XRD) as will be described later. Note that reducing the warpage, that is, reducing the warpage means that the absolute value of the radius of curvature is increased.
確実に、下地基板２１０の反りを低減するためには、第１の窒化物半導体層２２０を１５μｍ以上の厚さで形成することが好ましく、５０μｍ以上の厚さで形成することがより好ましい。 In order to surely reduce the warpage of the base substrate 210, the first nitride semiconductor layer 220 is preferably formed with a thickness of 15 μm or more, and more preferably with a thickness of 50 μm or more.
また、確実に、下地基板２１０の反りを低減するためには、形成した第１の窒化物半導体層２２０における最上面近傍の炭素の濃度は５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましく、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。また、形成した第１の窒化物半導体層２２０における最上面近傍の炭素の濃度は１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましく、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。 In order to surely reduce the warpage of the base substrate 210, the concentration of carbon in the vicinity of the top surface of the formed first nitride semiconductor layer 220 is preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more. More preferably, it is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more. Further, the concentration of carbon in the vicinity of the uppermost surface in the formed first nitride semiconductor layer 220 is preferably 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less, and more preferably 5 × 10 20 atoms / cm 3 or less. preferable.
ここで、図２、図３、図４を参照して、本明細書における下地基板の「反り」の詳細な定義について説明する。 Here, with reference to FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4, the detailed definition of the "warp" of the base substrate in this specification will be described.
本明細書において下地基板の「反り」とは、下地基板の外形に顕在化した反りのみならず、結晶構造上の反りも含む。図２〜図４の各図は断面図であり、下地基板となる層や下地基板において、成長面５０５に対して垂直な結晶軸の方向を点線の矢印で示している。 In this specification, the “warp” of the base substrate includes not only the warp manifested in the outer shape of the base substrate but also the warp on the crystal structure. Each of FIGS. 2 to 4 is a cross-sectional view, and a direction of a crystal axis perpendicular to the growth surface 505 is indicated by a dotted arrow in a layer to be a base substrate or the base substrate.
下地基板を準備する工程として、たとえば基材層５０１の上に下地基板となる層５０２ａ、５０２ｂを結晶成長させ、その後、層５０２ａ、５０２ｂを基材層５０１から剥離する方法や、長尺（厚膜）のバルク結晶５０４から下地基板を切り出す方法などがある。基板の反りは、結晶成長段階での結晶軸の傾き、もしくは結晶軸が傾こうとする力に起因する。 As a step of preparing the base substrate, for example, a method of growing crystals 502a and 502b serving as the base substrate on the base layer 501 and then peeling the layers 502a and 502b from the base layer 501 or a long (thickness) And a base substrate is cut out from the bulk crystal 504 of the film. The warpage of the substrate is caused by the inclination of the crystal axis in the crystal growth stage or the force by which the crystal axis is inclined.
第１の例として、図２（ａ）のように基材層５０１の上に下地基板となる層５０２ａを結晶成長させ、その後、基材層５０１から層５０２ａを剥離して、図２（ｂ）のような剥離した層５０２ａからなる基板５０３ａを下地基板として準備する方法がある。
剥離前の図２（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２（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。
As a first example, as shown in FIG. 2A, a layer 502a serving as a base substrate is crystal-grown on a base material layer 501, and then the layer 502a is peeled from the base material layer 501, and FIG. There is a method of preparing a substrate 503a formed of the peeled layer 502a as a base substrate.
In the state of FIG. 2A before peeling, the crystal axes of the layer 502a laminated on the base material layer 501 are parallel to each other at the center of the base material layer 501 and the outer peripheral edge. However, after peeling, the outer shape of the substrate 503a is warped as shown in FIG. The reason for this is not clear, but it is considered that residual stress is present in the stacked layer 502a or dislocations are present. As a result of the outer shape of the substrate 503a being warped in this manner, the direction of the crystal axis at the outer peripheral edge of the substrate 503a is inclined with respect to the direction of the crystal axis at the center of the substrate 503a. From the magnitude of the inclination of the crystal axis, the curvature radius of the external warp of the substrate 503a, that is, the base substrate is obtained.
また、第２の例として、長尺（厚膜）のバルク結晶５０４（図３（ａ））から所定の厚みの基板５０３ｂを切り出す方法がある。
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３（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３（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。
As a second example, there is a method of cutting a substrate 503b having a predetermined thickness from a long (thick film) bulk crystal 504 (FIG. 3A).
In this case, the direction of the crystal axis at the peripheral edge of the growth surface 505 is inclined with respect to the direction of the crystal axis at the center of the growth surface 505.
For example, in the case where the substrate 503b is cut by cutting the bulk crystal 504 at the positions of two broken lines parallel to each other shown in FIG. 3A, the cut substrate 503b is shown in FIG. It has a flat shape with no warping on the outer shape. However, even in such a flat substrate 503b, paying attention to the crystal axis, the direction of the crystal axis at the outer peripheral edge of the substrate 503b is inclined with respect to the direction of the crystal axis at the center of the substrate 503b. This inclination of the crystal axis is caused by warpage in the long bulk crystal 504. Therefore, in the case of this example, evaluating the inclination of the crystal axis rather than the outer shape of the substrate 503b essentially evaluates the warpage.
さらに、成長段階での結晶軸の傾きに外形上の反りの影響が加わる複合的な状態もあり得る。
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４（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４（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３（ａ）のように切断して基板５０３ｃとしても、応力によって図３（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。
Furthermore, there may be a complex state in which the influence of warpage on the outer shape is added to the inclination of the crystal axis in the growth stage.
For example, when the base substrate is prepared by the same method as in the first example, the growth surface 505 of the layer 502b serving as the base substrate may be a curved surface before the peeling as shown in FIG. . When the layer 502b is peeled from the base material layer 501, the substrate 503d made of the peeled layer 502b has an outer shape warped as shown in FIG. When attention is paid to the crystal axis, the direction of the crystal axis of the layer 502b at the outer peripheral edge of the base material layer 501 is inclined with respect to the direction of the crystal axis of the layer 502b in the vicinity of the center of the base material layer 501 before the peeling. Yes. Then, after the peeling, the substrate 503d is warped externally, so that the inclination of the crystal axis becomes larger.
Further, even when the long bulk crystal 504 is cut as shown in FIG. 3A to form a substrate 503c, the substrate 503c having a warped outer shape as shown in FIG. In this case as well, the inclination of the crystal axis of the cut out substrate 503 c is larger than the inclination of the crystal axis of the long bulk crystal 504.
以上の様に、外形上の反り、成長段階での結晶軸の傾き、およびそれらが複合した結晶軸の傾きのいずれをとっても、基板の中心における結晶軸の方向に対する、基板の外周縁部における結晶軸の方向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。
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。
As described above, the crystal at the outer peripheral edge of the substrate with respect to the direction of the crystal axis at the center of the substrate, regardless of the warpage on the outer shape, the inclination of the crystal axis at the growth stage, and the inclination of the crystal axis where they are combined. Evaluating the tilt in the direction of the axis essentially evaluates warpage.
The tilt of the crystal axis can be measured by, for example, XRD, and can be converted into a radius of curvature of a plane with the crystal axis as a normal line.
次に図１に戻り、図１（ｂ）のように、第１の窒化物半導体層２２０の上に、第２の窒化物半導体層２３０を形成する工程について説明する。本実施形態では、第２の窒化物半導体層２３０をＨＶＰＥ法により形成する。 Next, returning to FIG. 1, a process of forming the second nitride semiconductor layer 230 on the first nitride semiconductor layer 220 as shown in FIG. In the present embodiment, the second nitride semiconductor layer 230 is formed by the HVPE method.
図５は、本実施形態に係る自立基板の製造に用いるＨＶＰＥ装置１００の構造を示す図である。ＨＶＰＥ装置１００は反応管１２１、基板ホルダ１２３、ＩＩＩ族ガス供給部１３９、窒素原料ガス供給部１３７、ドーピングガス供給管１２５、ガス排出管１３５、第１のヒータ１２９および第２のヒータ１３０を備える。基板ホルダ１２３は反応管１２１内に設けられている。ＩＩＩ族ガス供給部１３９は、ＩＩＩ族原料ガスを反応管１２１内のうち基板ホルダ１２３を含む成長領域１２２に供給する。窒素原料ガス供給部１３７は、窒素原料ガスを成長領域１２２に供給する。ドーピングガス供給管１２５は、ドーピングガスを成長領域１２２に供給する。ガス排出管１３５は、反応管１２１内のガスを排出する。 FIG. 5 is a diagram showing a structure of the HVPE apparatus 100 used for manufacturing the self-standing substrate according to the present embodiment. The HVPE apparatus 100 includes a reaction tube 121, a substrate holder 123, a group III gas supply unit 139, a nitrogen source gas supply unit 137, a doping gas supply tube 125, a gas discharge tube 135, a first heater 129 and a second heater 130. . The substrate holder 123 is provided in the reaction tube 121. The group III gas supply unit 139 supplies the group III source gas to the growth region 122 including the substrate holder 123 in the reaction tube 121. The nitrogen source gas supply unit 137 supplies nitrogen source gas to the growth region 122. The doping gas supply pipe 125 supplies doping gas to the growth region 122. The gas discharge pipe 135 discharges the gas in the reaction pipe 121.
ＨＶＰＥ装置１００では、基板ホルダ１２３に保持された基板１３３上に、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる。基板ホルダ１２３は回転軸１３２に取り付けられており、回転自在となっている。 In the HVPE apparatus 100, a group III nitride semiconductor layer is grown on the substrate 133 held by the substrate holder 123. The substrate holder 123 is attached to the rotating shaft 132 and is rotatable.
反応管１２１には、第１のガス供給管１２４および第２のガス供給管１２６が接続され、第１のガス供給管１２４の供給口と第２のガス供給管１２６の供給口の間には遮蔽板１３６が設けられている。以後、反応管１２１のうち、第１のガス供給管１２４、ドーピングガス供給管１２５、および第２のガス供給管１２６の供給口に近い側を上流側と呼び、ガス排出管１３５に近い側を下流側と呼ぶ。遮蔽板１３６は反応管１２１の上流側の空間を上層と下層のふたつの層に分離している。当該下層の領域には、ソースボート１２８が備えられており、ソースボート１２８にはＩＩＩ族原料１２７が保持されている。第１のガス供給管１２４および第２のガス供給管１２６から供給されるガスは、必要に応じて反応管１２１内をパージするパージガスに切り替えることができる。パージガスはたとえば窒素（Ｎ２）ガスである。 A first gas supply pipe 124 and a second gas supply pipe 126 are connected to the reaction pipe 121, and between the supply port of the first gas supply pipe 124 and the supply port of the second gas supply pipe 126. A shielding plate 136 is provided. Hereinafter, in the reaction tube 121, the side close to the supply port of the first gas supply tube 124, the doping gas supply tube 125, and the second gas supply tube 126 is referred to as the upstream side, and the side close to the gas discharge tube 135 is referred to as the upstream side. Called the downstream side. The shield plate 136 separates the space upstream of the reaction tube 121 into two layers, an upper layer and a lower layer. A source boat 128 is provided in the lower region, and the group III raw material 127 is held in the source boat 128. The gas supplied from the first gas supply pipe 124 and the second gas supply pipe 126 can be switched to a purge gas for purging the inside of the reaction pipe 121 as necessary. The purge gas is, for example, nitrogen (N 2 ) gas.
第１のガス供給管１２４からは反応管１２１内へ窒素原料ガスがキャリアガスと共に供給される。第２のガス供給管１２６からは反応管１２１内へハロゲン含有ガスがキャリアガスと共に供給される。ドーピングガス供給管１２５からは反応管１２１内へドーピングガスが供給される。キャリアガスはたとえば窒素（Ｎ２）ガスや水素（Ｈ２）ガスである。 A nitrogen source gas is supplied from the first gas supply pipe 124 into the reaction pipe 121 together with a carrier gas. A halogen-containing gas is supplied from the second gas supply pipe 126 into the reaction pipe 121 together with the carrier gas. A doping gas is supplied from the doping gas supply pipe 125 into the reaction tube 121. The carrier gas is, for example, nitrogen (N 2 ) gas or hydrogen (H 2 ) gas.
窒素原料ガス供給部１３７は、第１のガス供給管１２４と、反応管１２１のうち遮蔽板１３６より上層の領域（ドーピングガス供給管１２５およびその内部を除く）とを含む。ＩＩＩ族ガス供給部１３９は、第２のガス供給管１２６、ソースボート１２８、ＩＩＩ族原料１２７、および反応管１２１のうち遮蔽板１３６より下層の領域を含む。窒素原料ガス供給部１３７およびＩＩＩ族ガス供給部１３９の周囲には第１のヒータ１２９が配置されている。 The nitrogen source gas supply unit 137 includes a first gas supply pipe 124 and a region above the shielding plate 136 in the reaction pipe 121 (excluding the doping gas supply pipe 125 and the inside thereof). The group III gas supply unit 139 includes a region below the shielding plate 136 among the second gas supply pipe 126, the source boat 128, the group III raw material 127, and the reaction pipe 121. A first heater 129 is disposed around the nitrogen source gas supply unit 137 and the group III gas supply unit 139.
第１のガス供給管１２４から供給された窒素原料ガスは窒素原料ガス供給部１３７中を下流に向かって通過し、基板１３３表面に供給される。その際、窒素原料ガス供給部１３７内は第１のヒータ１２９から加えられる熱により、たとえば８００℃以上９００℃以下の温度に維持されている。この熱により、窒素原料ガス供給部１３７では窒素原料ガスの分解が促進される。 The nitrogen source gas supplied from the first gas supply pipe 124 passes through the nitrogen source gas supply unit 137 toward the downstream side and is supplied to the surface of the substrate 133. At that time, the inside of the nitrogen source gas supply unit 137 is maintained at a temperature of, for example, 800 ° C. or more and 900 ° C. or less by heat applied from the first heater 129. Due to this heat, the nitrogen source gas supply unit 137 promotes the decomposition of the nitrogen source gas.
ＩＩＩ族ガス供給部１３９では、第２のガス供給管１２６から供給されたハロゲン含有ガスとソースボート１２８に保持されたＩＩＩ族原料１２７とから、ＩＩＩ族原料ガスが生成される。生成されたＩＩＩ族原料ガスは、基板ホルダ１２３に保持された基板１３３の表面に供給される。その際、ＩＩＩ族ガス供給部１３９内は第１のヒータ１２９から加えられる熱により、たとえば８００℃以上９００℃以下の温度に維持されている。第２のガス供給管１２６から供給されたハロゲン含有ガスは、ＩＩＩ族ガス供給部１３９中を下流に向かって通過する際、ソースボート１２８中に保持されたＩＩＩ族原料１２７の表面または揮発したＩＩＩ族原料１２７と接触する。そして、ＩＩＩ族原料ガスが生成される。 In the group III gas supply unit 139, a group III source gas is generated from the halogen-containing gas supplied from the second gas supply pipe 126 and the group III source 127 held in the source boat 128. The generated group III source gas is supplied to the surface of the substrate 133 held by the substrate holder 123. At this time, the inside of the group III gas supply unit 139 is maintained at a temperature of, for example, 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower by heat applied from the first heater 129. When the halogen-containing gas supplied from the second gas supply pipe 126 passes through the group III gas supply unit 139 downstream, the surface of the group III raw material 127 held in the source boat 128 or the volatilized III Contact with the group raw material 127. Then, a group III source gas is generated.
反応管１２１のうち、窒素原料ガス供給部１３７およびＩＩＩ族ガス供給部１３９の下流側に位置する成長領域１２２には、基板１３３を保持した基板ホルダ１２３が配置されている。成長領域１２２には、窒素原料ガス供給部１３７から窒素原料ガスが供給され、ＩＩＩ族ガス供給部１３９からＩＩＩ族原料ガスが供給される。そして、この基板１３３上にＩＩＩ族窒化物半導体層が形成される。成長領域１２２の周囲には第２のヒータ１３０が配置されており、必要に応じて成長領域１２２に熱を加える。ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成する間、基板ホルダ１２３を、回転軸１３２を軸として回転させることで、基板１３３の面内で均一な層を得ることができる。 In the reaction tube 121, a substrate holder 123 holding the substrate 133 is arranged in the growth region 122 located downstream of the nitrogen source gas supply unit 137 and the group III gas supply unit 139. A nitrogen source gas is supplied from the nitrogen source gas supply unit 137 and a group III source gas is supplied from the group III gas supply unit 139 to the growth region 122. Then, a group III nitride semiconductor layer is formed on the substrate 133. A second heater 130 is disposed around the growth region 122, and heat is applied to the growth region 122 as necessary. While the group III nitride semiconductor layer is formed, the substrate holder 123 is rotated about the rotation shaft 132, whereby a uniform layer can be obtained within the surface of the substrate 133.
次に、ＨＶＰＥ装置１００を用いて第１の窒化物半導体層２２０上に第２の窒化物半導体層２３０を形成する工程について説明する。本実施形態では、第２の窒化物半導体層２３０がＧａＮからなり、第２の窒化物半導体層２３０にｎ型不純物としてＳｉを添加する例について説明する。ただし、これに限定されるものではない。 Next, a process of forming the second nitride semiconductor layer 230 on the first nitride semiconductor layer 220 using the HVPE apparatus 100 will be described. In the present embodiment, an example will be described in which the second nitride semiconductor layer 230 is made of GaN and Si is added to the second nitride semiconductor layer 230 as an n-type impurity. However, it is not limited to this.
ＨＶＰＥ装置１００装置の基板ホルダ１２３に第１の窒化物半導体層２２０を形成した下地基板２１０を取り付ける。窒素原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）を、ＩＩＩ族原料１２７としてガリウム（Ｇａ）を、ハロゲン含有ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）を、ドーピングガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）もしくはモノシラン（ＳｉＨ４）を用いて第２の窒化物半導体層２３０を形成する。ハロゲン含有ガスがＨＣｌであり、ＩＩＩ族原料１２７がＧａである場合、ＩＩＩ族ガス供給部１３９ではガリウム塩化物（ＧａＣｌ）を含むＩＩＩ族原料ガスが生成され、成長領域１２２へ供給される。そして、第１の窒化物半導体層２２０上にＧａＮから成る第２の窒化物半導体層２３０が形成される。 The base substrate 210 on which the first nitride semiconductor layer 220 is formed is attached to the substrate holder 123 of the HVPE apparatus 100. Ammonia (NH 3 ) as a nitrogen source gas, gallium (Ga) as a group III source 127, hydrogen chloride (HCl) as a halogen-containing gas, and dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) or monosilane (SiH 4 ) as a doping gas Is used to form the second nitride semiconductor layer 230. When the halogen-containing gas is HCl and the group III source 127 is Ga, a group III source gas containing gallium chloride (GaCl) is generated in the group III gas supply unit 139 and supplied to the growth region 122. Then, a second nitride semiconductor layer 230 made of GaN is formed on the first nitride semiconductor layer 220.
第２の窒化物半導体層２３０を形成する際、成長領域１２２の温度はたとえば１０００〜１２００℃程度の温度に維持する。このとき、下地基板を除去した際の取り扱い性の観点から、第２の窒化物半導体層２３０を５０μｍ以上の厚さで形成することが好ましく、５００μｍ以上の厚さで形成することがより好ましい。なお、本実施形態では、第２の窒化物半導体層２３０をｎ型不純物を含む層とする例について説明したが、アンドープ（ｕｎ−ｄｏｐｅ）層とすることもできるし、ｐ型不純物を含む層とすることもできる。たとえば、第２の窒化物半導体層２３０をＧａＮとする場合、Ｍｇ，Ｚｎなどをｐ型不純物として含有させることができる。 When forming the second nitride semiconductor layer 230, the temperature of the growth region 122 is maintained at a temperature of about 1000 to 1200 ° C., for example. At this time, from the viewpoint of handleability when the base substrate is removed, the second nitride semiconductor layer 230 is preferably formed with a thickness of 50 μm or more, and more preferably with a thickness of 500 μm or more. In this embodiment, the example in which the second nitride semiconductor layer 230 is a layer containing an n-type impurity has been described. However, the second nitride semiconductor layer 230 may be an undoped layer or a layer containing a p-type impurity. It can also be. For example, when the second nitride semiconductor layer 230 is GaN, Mg, Zn, or the like can be contained as a p-type impurity.
本実施形態では、第２の窒化物半導体層２３０を形成する工程の後に、下地基板２１０を除去する工程をさらに含む。なお、本実施形態では、下地基板２１０を除去する工程において、第２の窒化物半導体層２３０以外の層を除去する例について説明する。図１（ｂ）のように下地基板２１０、第１の窒化物半導体層２２０および第２の窒化物半導体層２３０から成る積層体の、下地基板２１０側の面を研磨し、下地基板２１０および第１の窒化物半導体層２２０を除去することで、図１（ｃ）のように第２の窒化物半導体層２３０からなる自立基板を作製することができる。 The present embodiment further includes a step of removing the base substrate 210 after the step of forming the second nitride semiconductor layer 230. In the present embodiment, an example in which layers other than the second nitride semiconductor layer 230 are removed in the step of removing the base substrate 210 will be described. As shown in FIG. 1B, the surface on the base substrate 210 side of the laminated body including the base substrate 210, the first nitride semiconductor layer 220, and the second nitride semiconductor layer 230 is polished, and the base substrate 210 and the first nitride semiconductor layer 230 are polished. By removing the single nitride semiconductor layer 220, a free-standing substrate made of the second nitride semiconductor layer 230 can be manufactured as shown in FIG.
本実施形態の変形例として、第１の窒化物半導体層２２０と第２の窒化物半導体層２３０との間や、第２の窒化物半導体層２３０の上にはさらに他の層をエピタキシャル成長させて形成しても良い。 As a modification of the present embodiment, another layer is epitaxially grown between the first nitride semiconductor layer 220 and the second nitride semiconductor layer 230 or on the second nitride semiconductor layer 230. It may be formed.
本実施形態では、下地基板２１０を除去する工程において、第２の窒化物半導体層２３０以外の層を除去する例について説明したが、下地基板２１０のみを除去し、第１の窒化物半導体層２２０と第２の窒化物半導体層２３０からなる自立基板を作製することもできる。その場合、第１の窒化物半導体層２２０は、自立基板をもとに作製するデバイスにおいて高抵抗層として機能する。 In the present embodiment, the example of removing the layers other than the second nitride semiconductor layer 230 in the step of removing the base substrate 210 has been described, but only the base substrate 210 is removed and the first nitride semiconductor layer 220 is removed. In addition, a free-standing substrate made of the second nitride semiconductor layer 230 can be manufactured. In that case, the first nitride semiconductor layer 220 functions as a high resistance layer in a device manufactured based on a self-supporting substrate.
下地基板２１０、第１の窒化物半導体層２２０、および第２の窒化物半導体層２３０はいずれも同じ窒化物半導体からなることが好ましい。格子定数や熱膨張率の違いが小さいため、結晶性の良い層が形成できるためである。たとえば、下地基板２１０、第１の窒化物半導体層２２０、および第２の窒化物半導体層２３０はいずれもＧａＮからなることが好ましい。 Preferably, base substrate 210, first nitride semiconductor layer 220, and second nitride semiconductor layer 230 are all made of the same nitride semiconductor. This is because the difference in lattice constant and coefficient of thermal expansion is small, so that a layer with good crystallinity can be formed. For example, all of base substrate 210, first nitride semiconductor layer 220, and second nitride semiconductor layer 230 are preferably made of GaN.
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態では、下地基板２１０上に炭素を不純物として導入しながら第１の窒化物半導体層２２０を形成することで、下地基板２１０に生じていた基板の反りを低減できる。 Next, the operation and effect of this embodiment will be described. In the present embodiment, the warpage of the substrate that has occurred in the base substrate 210 can be reduced by forming the first nitride semiconductor layer 220 while introducing carbon as an impurity onto the base substrate 210.
下地基板２１０は異種基板の上に成長して準備されるため、格子定数の不整合や熱膨張率の違いにより反りが生じる。下地基板２１０がＧａＮの場合、この反りは凹形状となる。このときたとえば、下地基板２１０の凹形状に沿った面上に直接、第２の窒化物半導体層２３０のようにｎ型不純物を含む窒化物半導体層の厚膜を形成した場合、反りが維持される、または反りが更に顕著になる。そこで、本実施形態のように、第１の窒化物半導体層２２０を形成することで反りを低減した上で、第２の窒化物半導体層２３０を形成することによって、反りを低減した自立基板を作製することができる。 Since the base substrate 210 is prepared by being grown on a different substrate, warpage occurs due to mismatch of lattice constants or differences in thermal expansion coefficients. When the base substrate 210 is GaN, this warp has a concave shape. At this time, for example, when a thick film of a nitride semiconductor layer containing an n-type impurity is formed like the second nitride semiconductor layer 230 directly on the surface along the concave shape of the base substrate 210, the warp is maintained. Or warpage becomes more prominent. Therefore, as in the present embodiment, the first nitride semiconductor layer 220 is formed to reduce the warpage, and the second nitride semiconductor layer 230 is formed to reduce the warpage. Can be produced.
この方法では、炭素を不純物として含む第１の窒化物半導体層２２０を形成するという簡便な方法で、反りを低減した自立基板を作製することができる。 In this method, a self-supporting substrate with reduced warpage can be manufactured by a simple method of forming the first nitride semiconductor layer 220 containing carbon as an impurity.
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る自立基板の製造方法は、第１の窒化物半導体層２２０をＨＶＰＥ法により形成する点、含有される炭素の濃度が、下地基板２１０から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなるように第１の窒化物半導体層２２０を形成する点を除いて、第１の実施形態に係る自立基板の製造方法と同様である。以下に詳細に説明する。
(Second Embodiment)
The method for manufacturing a self-supporting substrate according to the second embodiment is such that the first nitride semiconductor layer 220 is formed by the HVPE method, and the concentration of contained carbon is continuously increased as the distance from the base substrate 210 increases in the thickness direction. Except for forming the first nitride semiconductor layer 220 so as to be higher, the method is the same as the method for manufacturing a self-standing substrate according to the first embodiment. This will be described in detail below.
まず、第１の実施形態に係る方法と同様の方法で下地基板２１０を準備する。そして、下地基板２１０をＨＶＰＥ装置１００の基板ホルダ１２３に取り付け、下地基板２１０上に第１の窒化物半導体層２２０を形成する。この際、たとえば下地基板２１０および第１の窒化物半導体層２２０がいずれもＧａＮの場合、下地基板２１０において、下地基板２１０の反りにより凹となる面に第１の窒化物半導体層２２０を形成する。本実施形態では、第１の窒化物半導体層２２０がＧａＮから成る例について説明するが、これに限定されるものではない。第１の窒化物半導体層２２０は、ドーパントとして炭素を含む化合物を原料ガスと共に導入しながら形成する。 First, the base substrate 210 is prepared by a method similar to the method according to the first embodiment. Then, the base substrate 210 is attached to the substrate holder 123 of the HVPE apparatus 100, and the first nitride semiconductor layer 220 is formed on the base substrate 210. At this time, for example, when both the base substrate 210 and the first nitride semiconductor layer 220 are GaN, the first nitride semiconductor layer 220 is formed on the surface of the base substrate 210 that becomes concave due to warpage of the base substrate 210. . In the present embodiment, an example in which the first nitride semiconductor layer 220 is made of GaN will be described, but the present invention is not limited to this. The first nitride semiconductor layer 220 is formed while introducing a compound containing carbon as a dopant together with a source gas.
窒素原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）を、ＩＩＩ族原料１２７としてガリウム（Ｇａ）を、ハロゲン含有ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）を、ドーピングガスとしてたとえばメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）等の炭化水素系化合物を用いることができる。この場合、第１の窒化物半導体層２２０として、炭素を不純物として含むＧａＮ層が形成される。第１の窒化物半導体層２２０を形成する際、成長領域１２２の温度はたとえば１０００〜１２００℃程度の温度に維持する。 Ammonia (NH 3 ) as the nitrogen source gas, gallium (Ga) as the group III source material 127, hydrogen chloride (HCl) as the halogen-containing gas, methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ) as the doping gas, for example , Hydrocarbon compounds such as propane (C 3 H 8 ) and ethylene (C 2 H 4 ) can be used. In this case, a GaN layer containing carbon as an impurity is formed as the first nitride semiconductor layer 220. When forming the first nitride semiconductor layer 220, the temperature of the growth region 122 is maintained at a temperature of about 1000 to 1200 ° C., for example.
第１の窒化物半導体層２２０を形成する際、含有される炭素の濃度が、下地基板２１０から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなるように第１の窒化物半導体層２２０を形成する。具体的には、窒素原料ガスとＩＩＩ族原料ガスを成長領域１２２に供給する際、ドーピングガスの供給量を０ｃｃ／ｍｉｎから所望の値まで連続的に増加させる。含有される炭素の濃度が、下地基板２１０から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなるように第１の窒化物半導体層２２０を形成することによって、下地基板２１０と第１の窒化物半導体層２２０の界面での結晶の格子定数や熱膨張率の変化が小さくなり、結晶性の良い第１の窒化物半導体層２２０および第２の窒化物半導体層２３０を形成することができる。また、クラックの導入を抑制することができる。 When the first nitride semiconductor layer 220 is formed, the first nitride semiconductor layer 220 is formed such that the concentration of contained carbon increases continuously as the distance from the base substrate 210 increases in the thickness direction. Specifically, when the nitrogen source gas and the group III source gas are supplied to the growth region 122, the supply amount of the doping gas is continuously increased from 0 cc / min to a desired value. By forming the first nitride semiconductor layer 220 so that the concentration of contained carbon is continuously increased from the base substrate 210 in the thickness direction, the base substrate 210 and the first nitride semiconductor layer 220 are formed. Changes in the lattice constant and thermal expansion coefficient of the crystal at the interface are reduced, and the first nitride semiconductor layer 220 and the second nitride semiconductor layer 230 with good crystallinity can be formed. Moreover, the introduction of cracks can be suppressed.
ここで、第１の窒化物半導体層２２０を形成する工程の後における下地基板２１０の曲率半径の絶対値は、第１の窒化物半導体層２２０を形成する工程の前における下地基板２１０の曲率半径の絶対値よりも大きくなる。つまり、下地基板２１０上に炭素を不純物として含む第１の窒化物半導体層２２０を形成することで、基板の反りを低減できる。基板の曲率半径は上述したように、ＸＲＤにより測定することが出来る。 Here, the absolute value of the radius of curvature of the base substrate 210 after the step of forming the first nitride semiconductor layer 220 is the radius of curvature of the base substrate 210 before the step of forming the first nitride semiconductor layer 220. Larger than the absolute value of. That is, the warp of the substrate can be reduced by forming the first nitride semiconductor layer 220 containing carbon as an impurity on the base substrate 210. As described above, the radius of curvature of the substrate can be measured by XRD.
確実に、下地基板２１０の反りを低減するためには、第１の窒化物半導体層２２０を１５μｍ以上の厚さで形成することが好ましく、５０μｍ以上の厚さで形成することがより好ましい。 In order to surely reduce the warpage of the base substrate 210, the first nitride semiconductor layer 220 is preferably formed with a thickness of 15 μm or more, and more preferably with a thickness of 50 μm or more.
また、確実に、下地基板２１０の反りを低減するためには、形成した第１の窒化物半導体層２２０における最上面近傍の炭素の濃度は５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましく、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。また、形成した第１の窒化物半導体層２２０における最上面近傍の炭素の濃度は１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましく、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。 In order to surely reduce the warpage of the base substrate 210, the concentration of carbon in the vicinity of the top surface of the formed first nitride semiconductor layer 220 is preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more. More preferably, it is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more. Further, the concentration of carbon in the vicinity of the uppermost surface in the formed first nitride semiconductor layer 220 is preferably 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less, and more preferably 5 × 10 20 atoms / cm 3 or less. preferable.
次に、第１の実施形態に係る方法と同様の方法で、第１の窒化物半導体層２２０上に第２の窒化物半導体層２３０を形成する。第２の窒化物半導体層２３０は第１の窒化物半導体層２２０と同様にＨＶＰＥ法で形成する。このとき、ドーピングガスのみを炭素含有ガスからｎ型不純物を含有するガスに切り替えれば、第１の窒化物半導体層２２０とｎ型不純物を含む第２の窒化物半導体層２３０を連続的に形成することができる。ｎ型不純物を含むガスは、たとえばジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）もしくはモノシラン（ＳｉＨ４）を用いることができる。 Next, the second nitride semiconductor layer 230 is formed on the first nitride semiconductor layer 220 by a method similar to the method according to the first embodiment. Similar to the first nitride semiconductor layer 220, the second nitride semiconductor layer 230 is formed by the HVPE method. At this time, if only the doping gas is switched from the carbon-containing gas to the gas containing the n-type impurity, the first nitride semiconductor layer 220 and the second nitride semiconductor layer 230 containing the n-type impurity are continuously formed. be able to. For example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) or monosilane (SiH 4 ) can be used as the gas containing n-type impurities.
第２の窒化物半導体層２３０を形成する際、成長領域１２２の温度はたとえば１０００〜１２００℃程度の温度に維持する。このとき、下地基板を除去した際の取り扱い性の観点から、第２の窒化物半導体層２３０を５０μｍ以上の厚さで形成することが好ましく、５００μｍ以上の厚さで形成することがより好ましい。本実施形態では、第２の窒化物半導体層２３０をｎ型不純物を含む層とする例について説明したが、アンドープ（ｕｎ−ｄｏｐｅ）の層とすることもできるし、ｐ型不純物を含む層とすることもできる。たとえば、第２の窒化物半導体層２３０をＧａＮとする場合、Ｍｇ，Ｚｎなどをｐ型不純物として含有させることができる。 When forming the second nitride semiconductor layer 230, the temperature of the growth region 122 is maintained at a temperature of about 1000 to 1200 ° C., for example. At this time, from the viewpoint of handleability when the base substrate is removed, the second nitride semiconductor layer 230 is preferably formed with a thickness of 50 μm or more, and more preferably with a thickness of 500 μm or more. In the present embodiment, the example in which the second nitride semiconductor layer 230 is a layer containing an n-type impurity has been described. However, the second nitride semiconductor layer 230 may be an undoped layer or a layer containing a p-type impurity. You can also For example, when the second nitride semiconductor layer 230 is GaN, Mg, Zn, or the like can be contained as a p-type impurity.
本実施形態では、第１の実施形態と同様、第２の窒化物半導体層２３０を形成する工程の後に、下地基板２１０を除去する工程をさらに含んでもよい。また、変形例として、第１の窒化物半導体層２２０と第２の窒化物半導体層２３０との間や、第２の窒化物半導体層２３０の上にはさらに他の層をエピタキシャル成長させて形成しても良い。 In the present embodiment, similarly to the first embodiment, a step of removing the base substrate 210 may be further included after the step of forming the second nitride semiconductor layer 230. As a modification, another layer is formed by epitaxial growth between the first nitride semiconductor layer 220 and the second nitride semiconductor layer 230 or on the second nitride semiconductor layer 230. May be.
下地基板２１０、第１の窒化物半導体層２２０、および第２の窒化物半導体層２３０はいずれも同じ窒化物半導体からなることが好ましい。格子定数や熱膨張率の違いが小さいため、結晶性の良い層が形成できるためである。たとえば、下地基板２１０、第１の窒化物半導体層２２０、および第２の窒化物半導体層２３０はいずれもＧａＮからなることが好ましい。 Preferably, base substrate 210, first nitride semiconductor layer 220, and second nitride semiconductor layer 230 are all made of the same nitride semiconductor. This is because the difference in lattice constant and coefficient of thermal expansion is small, so that a layer with good crystallinity can be formed. For example, all of base substrate 210, first nitride semiconductor layer 220, and second nitride semiconductor layer 230 are preferably made of GaN.
本実施形態では、第１の窒化物半導体層２２０をＨＶＰＥ法により形成し、含有される炭素の濃度が、下地基板２１０から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなるように第１の窒化物半導体層２２０を形成する例について説明したが、この組み合わせに限定されるものではない。第１の窒化物半導体層２２０を形成する際に、ＨＶＰＥ法を用い、炭素を含むドーピングガスを一定の供給量で基板表面へ供給してもよい。また、第１の窒化物半導体層２２０を形成する際に、ＭＯＣＶＤ法を用い、含有される炭素の濃度が下地基板２１０から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなるように調整して第１の窒化物半導体層２２０を形成してもよい。 In the present embodiment, the first nitride semiconductor layer 220 is formed by the HVPE method, and the concentration of the contained carbon is continuously increased as the distance from the base substrate 210 in the thickness direction increases. Although an example in which the layer 220 is formed has been described, the present invention is not limited to this combination. When forming the first nitride semiconductor layer 220, a doping gas containing carbon may be supplied to the substrate surface at a constant supply amount by using the HVPE method. Further, when the first nitride semiconductor layer 220 is formed, the MOCVD method is used to adjust the concentration of the contained carbon so that it continuously increases as the distance from the base substrate 210 increases in the thickness direction. The nitride semiconductor layer 220 may be formed.
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態においては第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。加えて、以下の作用および効果が得られる。 Next, the operation and effect of this embodiment will be described. In this embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained. In addition, the following actions and effects can be obtained.
第１の窒化物半導体層２２０および第２の窒化物半導体層２３０をいずれもＨＶＰＥ法で形成するため、下地基板２１０と第１の窒化物半導体層２２０の積層体を取り出すことなく同一のＨＶＰＥ装置内で第２の窒化物半導体層２３０を形成することができる。つまり、より簡便に自立基板を製造できる。 Since both the first nitride semiconductor layer 220 and the second nitride semiconductor layer 230 are formed by the HVPE method, the same HVPE apparatus can be used without taking out the stacked body of the base substrate 210 and the first nitride semiconductor layer 220. The second nitride semiconductor layer 230 can be formed therein. That is, a self-supporting substrate can be manufactured more easily.
さらに、第１の窒化物半導体層２２０と第２の窒化物半導体層２３０とを同一の装置内で形成することにより、第１の窒化物半導体層２２０と第２の窒化物半導体層２３０の界面に汚染などが生じず、より結晶品質の良い自立基板を製造できる。また、第１の窒化物半導体層２２０を形成する工程と第２の窒化物半導体層２３０を形成する工程の間で積層体を冷却する必要が無いため、製造効率が良く、結晶品質の良い自立基板を製造できる。 Further, by forming the first nitride semiconductor layer 220 and the second nitride semiconductor layer 230 in the same device, the interface between the first nitride semiconductor layer 220 and the second nitride semiconductor layer 230 is obtained. Thus, a self-supporting substrate with better crystal quality can be manufactured without contamination. In addition, since there is no need to cool the stacked body between the step of forming the first nitride semiconductor layer 220 and the step of forming the second nitride semiconductor layer 230, the manufacturing efficiency is high and the self-supporting crystal quality is good. A substrate can be manufactured.
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
第１の実施形態と同様の方法で下地基板２１０上に第１の窒化物半導体層２２０を形成した。ただし、第１の窒化物半導体層２２０を形成する際、含有する炭素の濃度が面内で不均一な傾斜分布を持つようにした。
Next, examples of the present invention will be described.
Example 1
A first nitride semiconductor layer 220 was formed on the base substrate 210 by the same method as in the first embodiment. However, when the first nitride semiconductor layer 220 was formed, the concentration of contained carbon was made to have a non-uniform gradient distribution in the plane.
第１の実施形態と同様の方法で準備した下地基板２１０をＭＯＣＶＤ装置内に取り付け、第１の窒化物半導体層２２０を形成した。下地基板２１０は直径φ５０ｍｍのＧａＮ自立基板とした。準備した下地基板２１０は、下地基板２１０を形成する際の成長方向を上として凹形状に反っていた。ＩＩＩ族原料ガスとしてＴＭＧを、窒素原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを、キャリアガスとしてＨ２およびＮ２を用い、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層２２０を形成した。また、ＩＩＩ族原料ガスとして用いたＴＭＧから分解して生成されたメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）を用い、第１の窒化物半導体層２２０に不純物として炭素を含有させた。この際、成長温度を基板面内で分布を持つように温度バランス設定をすることにより、含有する炭素の濃度が第１の窒化物半導体層２２０の面内で不均一な分布を持つように形成した。 The base substrate 210 prepared by the same method as in the first embodiment was attached in an MOCVD apparatus, and the first nitride semiconductor layer 220 was formed. The base substrate 210 was a GaN free-standing substrate having a diameter of 50 mm. The prepared base substrate 210 warped in a concave shape with the growth direction when forming the base substrate 210 as the top. The first nitride semiconductor layer 220 made of GaN was formed using TMG as a group III source gas, ammonia (NH 3 ) gas as a nitrogen source gas, and H 2 and N 2 as carrier gases. Further, methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 6 ) generated by decomposition from TMG used as the group III source gas were used, and carbon was contained as an impurity in the first nitride semiconductor layer 220. At this time, by setting the temperature balance so that the growth temperature has a distribution in the substrate plane, the concentration of contained carbon is formed to have a non-uniform distribution in the plane of the first nitride semiconductor layer 220. did.
第１の窒化物半導体層２２０の成長条件として、成長温度は９００℃、ＴＭＧの供給量は５００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスの供給量は５ｓｌｍ、キャリアガスの供給量はＨ２について１３．５ｓｌｍ、Ｎ２について１．５ｓｌｍとし、下地基板２１０上に厚さ１５μｍの第１の窒化物半導体層２２０層を形成した。 As growth conditions for the first nitride semiconductor layer 220, the growth temperature is 900 ° C., the supply amount of TMG is 500 sccm, the supply amount of NH 3 gas is 5 slm, the supply amount of carrier gas is 13.5 slm for H 2 , N 2 The first nitride semiconductor layer 220 having a thickness of 15 μm was formed on the base substrate 210.
図６は、本実施例で得られた下地基板２１０と第１の窒化物半導体層２２０の積層体を示す図である。本図の右向き方向をｘ軸方向、上向き方向をｙ軸方向とすると、＋ｘ方向および＋ｙ方向に向かって色が濃く、すなわち炭素の濃度が高くなっていることが分かる。図７は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）により、図６に示した積層体の面内の３点について、第１の窒化物半導体層２２０における炭素（Ｃ）の含有濃度を測定した結果である。水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、珪素（Ｓｉ）の含有濃度、二次イオン強度も合わせて示している。横軸は第１の窒化物半導体層２２０の表面からの深さ、縦軸は各元素の濃度もしくは二次イオン強度を示している。第１の窒化物半導体層２２０の表面近傍の炭素濃度は、（ｘ，ｙ）＝（−２０，０）の位置において５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、（ｘ，ｙ）＝（０，０）の位置において９×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、（ｘ，ｙ）＝（２０，０）の位置において３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。よって、この結果からも、＋ｘ方向に向かって炭素の濃度が高くなっていることが分かる。なお、ＳＩＭＳ測定において、試料の露出した表面近傍では、測定値が凹凸や吸着物などの影響を受ける。そのため、本測定における各元素の濃度は、数値が一定になっている部分の値を最上面近傍の濃度として読み取った。 FIG. 6 is a diagram showing a stacked body of the base substrate 210 and the first nitride semiconductor layer 220 obtained in this example. Assuming that the rightward direction in this figure is the x-axis direction and the upward direction is the y-axis direction, it can be seen that the color is deeper in the + x direction and the + y direction, that is, the carbon concentration is higher. FIG. 7 is a result of measuring the concentration of carbon (C) in the first nitride semiconductor layer 220 at three points in the plane of the stacked body shown in FIG. 6 by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry). . The concentration of hydrogen (H), oxygen (O), and silicon (Si) and the secondary ion intensity are also shown. The horizontal axis represents the depth from the surface of the first nitride semiconductor layer 220, and the vertical axis represents the concentration or secondary ion intensity of each element. The carbon concentration in the vicinity of the surface of the first nitride semiconductor layer 220 is 5 × 10 19 atoms / cm 3 and (x, y) = (0, 0) at the position (x, y) = (− 20, 0). ) At the position of 9 × 10 19 atoms / cm 3 , and at the position of (x, y) = (20, 0), 3 × 10 20 atoms / cm 3 . Therefore, it can be seen from this result that the concentration of carbon increases in the + x direction. In the SIMS measurement, the measurement value is affected by unevenness or adsorbed material in the vicinity of the exposed surface of the sample. Therefore, the concentration of each element in this measurement was read as the concentration in the vicinity of the top surface where the value is constant.
第１の窒化物半導体層２２０を形成する前の下地基板２１０の曲率半径はｘ軸方向に２．２５ｍであり、ｙ軸方向に２．８５ｍであった。一方、第１の窒化物半導体層２２０を形成した後の下地基板２１０の曲率半径、つまり下地基板２１０と第１の窒化物半導体層２２０の積層体の曲率半径はｘ軸方向に４．９９ｍであり、ｙ軸方向に１１．０２ｍであった。曲率半径はＸＲＤによって測定した。このように、第１の窒化物半導体層２２０を形成することにより、曲率半径が大きくなっており、下地基板２１０の反りが低減できたことが分かる。 The curvature radius of the base substrate 210 before forming the first nitride semiconductor layer 220 was 2.25 m in the x-axis direction and 2.85 m in the y-axis direction. On the other hand, the radius of curvature of base substrate 210 after first nitride semiconductor layer 220 is formed, that is, the radius of curvature of the stack of base substrate 210 and first nitride semiconductor layer 220 is 4.99 m in the x-axis direction. Yes, it was 11.02 m in the y-axis direction. The radius of curvature was measured by XRD. Thus, it can be seen that by forming the first nitride semiconductor layer 220, the radius of curvature is large, and the warpage of the base substrate 210 can be reduced.
図８は、この積層体の中心からの位置と反り量との関係を示した図である。横軸をｘまたはｙ座標（基板中心を原点とする）とし、縦軸を反り量として表している。そして、第１の窒化物半導体層２２０を形成する前の下地基板２１０のｘ方向の反り量を実線で、第１の窒化物半導体層２２０を形成する前の下地基板２１０のｙ方向の反り量を破線で、第１の窒化物半導体層２２０を形成した後の下地基板２１０の反り量を実線と丸印で表している。反り量は、ＸＲＤによって測定、算出した。図８から、ｘ軸方向においてもｙ軸方向においても、炭素の濃度が高い領域で、反り量がより小さくなっていることが分かる。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the position from the center of the laminate and the amount of warpage. The horizontal axis represents x or y coordinates (the center of the substrate is the origin), and the vertical axis represents the amount of warpage. Then, the warpage amount in the x direction of the base substrate 210 before forming the first nitride semiconductor layer 220 is indicated by a solid line, and the warpage amount in the y direction of the base substrate 210 before forming the first nitride semiconductor layer 220. Is indicated by a broken line, and the warpage amount of the base substrate 210 after the first nitride semiconductor layer 220 is formed is indicated by a solid line and a circle. The amount of warpage was measured and calculated by XRD. It can be seen from FIG. 8 that the amount of warpage is smaller in the high carbon concentration region both in the x-axis direction and in the y-axis direction.
本実施例により、ＭＯＣＶＤ法で下地基板２１０上に第１の窒化物半導体層２２０を形成することによって下地基板２１０の反りが低減すること、および、反りを低減させる効果が第１の窒化物半導体層２２０に含有する炭素の濃度に依存することが確認できた。 According to this embodiment, the first nitride semiconductor layer 220 is formed on the base substrate 210 by the MOCVD method, whereby the warpage of the base substrate 210 is reduced and the effect of reducing the warp is the first nitride semiconductor. It was confirmed that it depends on the concentration of carbon contained in the layer 220.
（実施例２）
第２の実施形態と同様の方法で下地基板２１０上に第１の窒化物半導体層２２０を形成した。ただし、ＨＶＰＥ法で第１の窒化物半導体層２２０を形成する際、ドーピングガスの供給量は一定とした。
(Example 2)
The first nitride semiconductor layer 220 was formed on the base substrate 210 by the same method as in the second embodiment. However, when the first nitride semiconductor layer 220 is formed by the HVPE method, the supply amount of the doping gas is constant.
第１の実施形態と同様の方法で準備した下地基板２１０をＨＶＰＥ装置１００の基板ホルダ１２３に取り付け、第１の窒化物半導体層２２０を形成した。下地基板２１０は直径２インチのＧａＮ自立基板とした。準備した下地基板２１０は、下地基板２１０を形成する際の成長方向を上として凹形状に反っていた。ハロゲン含有ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガスを、ＩＩＩ族原料としてＧａを、窒素原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを、キャリアガスとしてＨ２を用い、ＧａＮからなる第１の窒化物半導体層２２０を形成した。ドーピングガスとしてメタン（ＣＨ４）を用い、第１の窒化物半導体層２２０に不純物として炭素を含有させた。 The base substrate 210 prepared by the same method as in the first embodiment was attached to the substrate holder 123 of the HVPE apparatus 100 to form the first nitride semiconductor layer 220. The base substrate 210 was a GaN free-standing substrate having a diameter of 2 inches. The prepared base substrate 210 warped in a concave shape with the growth direction when forming the base substrate 210 as the top. First nitride semiconductor layer 220 made of GaN using hydrogen chloride (HCl) gas as a halogen-containing gas, Ga as a group III source material, ammonia (NH 3 ) gas as a nitrogen source gas, and H 2 as a carrier gas. Formed. Methane (CH 4 ) was used as a doping gas, and carbon was contained as an impurity in the first nitride semiconductor layer 220.
第１の窒化物半導体層２２０の成長条件として、成長温度は１０４０℃、ＨＣｌガスの供給量は４００ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ３ガスの供給量は１Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ４ガスの供給量は５０ｃｃ／ｍｉｎ、キャリアガスの供給量は１７．７Ｌ／ｍｉｎとし、下地基板２１０上に厚さ２０μｍの第１の窒化物半導体層２２０を形成した。 As growth conditions for the first nitride semiconductor layer 220, the growth temperature is 1040 ° C., the supply amount of HCl gas is 400 cc / min, the supply amount of NH 3 gas is 1 L / min, and the supply amount of CH 4 gas is 50 cc / min. The supply amount of the carrier gas was 17.7 L / min, and the first nitride semiconductor layer 220 having a thickness of 20 μm was formed on the base substrate 210.
形成した第１の窒化物半導体層２２０の最上面近傍について、ＳＩＭＳ分析により含有する炭素の濃度を測定したところ、３．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。また、Ｘ線回折法における（０００４）ロッキングカーブの半値幅は第１の窒化物半導体層２２０の面内平均で５６ａｒｃｓｅｃであり、良好な結晶性を有することが分かった。 When the concentration of carbon contained in the vicinity of the uppermost surface of the formed first nitride semiconductor layer 220 was measured by SIMS analysis, it was 3.0 × 10 19 atoms / cm 3 . In addition, the half width of the (0004) rocking curve in the X-ray diffraction method was 56 arcsec on the average in the plane of the first nitride semiconductor layer 220, and it was found that the crystal had good crystallinity.
第１の窒化物半導体層２２０を形成する前の下地基板２１０の面内の曲率半径の平均値は４．２ｍであった。そして、第１の窒化物半導体層２２０を形成した後の下地基板２１０の面内の曲率半径の平均値、つまり下地基板２１０と第１の窒化物半導体層２２０の積層体面内の、曲率半径の平均値は５．７ｍであった。曲率半径はＸＲＤによって測定した。このように、第１の窒化物半導体層２２０を形成することにより、曲率半径が大きくなっており、下地基板２１０の反りが低減できたことが分かる。 The average value of the in-plane curvature radii of base substrate 210 before forming first nitride semiconductor layer 220 was 4.2 m. Then, the average value of the radius of curvature in the plane of the base substrate 210 after the first nitride semiconductor layer 220 is formed, that is, the radius of curvature in the plane of the laminate of the base substrate 210 and the first nitride semiconductor layer 220. The average value was 5.7 m. The radius of curvature was measured by XRD. Thus, it can be seen that by forming the first nitride semiconductor layer 220, the radius of curvature is large, and the warpage of the base substrate 210 can be reduced.
本実施例により、ＨＶＰＥ法で下地基板２１０上に第１の窒化物半導体層２２０を形成することによって下地基板２１０の反りが低減することが確認できた。 In this example, it was confirmed that the warpage of the base substrate 210 was reduced by forming the first nitride semiconductor layer 220 on the base substrate 210 by the HVPE method.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 窒化物半導体からなる下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に炭素を不純物として導入しながら第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層の上に、厚さが５０μｍ以上である第２の窒化物半導体層を形成する工程とを含む自立基板の製造方法。
２． １．に記載の自立基板の製造方法において、
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程の後に、前記下地基板を除去する工程をさらに含む自立基板の製造方法。
３． ２．に記載の自立基板の製造方法において、
前記下地基板を除去する工程では、前記第２の窒化物半導体層以外の層を除去する自立基板の製造方法。
４． １．から３．のいずれかに記載の自立基板の製造方法において、
前記第１の窒化物半導体層における最上面近傍の炭素の濃度を５×１０ １８ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上１×１０ ２１ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以下とする自立基板の製造方法。
５． １．から４．のいずれかに記載の自立基板の製造方法において、
前記第２の窒化物半導体層はｎ型不純物を含む層とする自立基板の製造方法。
６． ５．に記載の自立基板の製造方法において、
前記ｎ型不純物をＳｉとする自立基板の製造方法。
７． １．から６．のいずれかに記載の自立基板の製造方法において、
前記下地基板、前記第１の窒化物半導体層、および前記第２の窒化物半導体層はいずれも窒化ガリウムからなる自立基板の製造方法。
８． １．から７．のいずれかに記載の自立基板の製造方法において、
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程の後における前記下地基板の曲率半径の絶対値は、前記第１の窒化物半導体層を形成する工程の前の前記下地基板の曲率半径の絶対値よりも大きい自立基板の製造方法。
９． １．から８．のいずれかに記載の自立基板の製造方法において、
前記第１の窒化物半導体層を１５μｍ以上の厚さで形成する自立基板の製造方法。
１０． １．から９．のいずれかに記載の自立基板の製造方法において、
前記第１の窒化物半導体層を有機金属気相成長法により形成する自立基板の製造方法。
１１． １．から１０．のいずれかに記載の自立基板の製造方法において、
前記第１の窒化物半導体層をハイドライド気相成長法により形成する自立基板の製造方法。
１２． １．から１１．のいずれかに記載の自立基板の製造方法において、
前記第２の窒化物半導体層をハイドライド気相成長法により形成する自立基板の製造方法。
１３． １．から１２．のいずれかに記載の自立基板の製造方法において、
含有される炭素の濃度が、前記下地基板から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなるように前記第１の窒化物半導体層を形成する自立基板の製造方法。
１４． 窒化物半導体からなる下地基板と、
前記下地基板上に形成され、炭素を不純物として含む第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に形成された、厚さが５０μｍ以上である第２の窒化物半導体層とを含む自立基板。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
Hereinafter, examples of the reference form will be added.
1. Preparing a base substrate made of a nitride semiconductor;
Forming a first nitride semiconductor layer while introducing carbon as an impurity on the base substrate;
Forming a second nitride semiconductor layer having a thickness of 50 μm or more on the first nitride semiconductor layer.
2. 1. In the method for manufacturing a self-supporting substrate described in
A method for manufacturing a self-supporting substrate, further comprising the step of removing the base substrate after the step of forming the second nitride semiconductor layer.
3. 2. In the method for manufacturing a self-supporting substrate described in
In the step of removing the base substrate, a method for manufacturing a self-supporting substrate in which layers other than the second nitride semiconductor layer are removed.
4). 1. To 3. In the method of manufacturing a self-standing substrate according to any one of
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the concentration of carbon in the vicinity of the top surface of the first nitride semiconductor layer is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less.
5. 1. To 4. In the method of manufacturing a self-standing substrate according to any one of
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the second nitride semiconductor layer is a layer containing an n-type impurity.
6). 5. In the method for manufacturing a self-supporting substrate described in
A method for manufacturing a self-supporting substrate in which the n-type impurity is Si.
7). 1. To 6. In the method of manufacturing a self-standing substrate according to any one of
The base substrate, the first nitride semiconductor layer, and the second nitride semiconductor layer are all made of gallium nitride.
8). 1. To 7. In the method of manufacturing a self-standing substrate according to any one of
The absolute value of the radius of curvature of the base substrate after the step of forming the first nitride semiconductor layer is the absolute value of the radius of curvature of the base substrate before the step of forming the first nitride semiconductor layer. Larger self-supporting substrate manufacturing method.
9. 1. To 8. In the method of manufacturing a self-standing substrate according to any one of
A method of manufacturing a self-supporting substrate, wherein the first nitride semiconductor layer is formed with a thickness of 15 μm or more.
10. 1. To 9. In the method of manufacturing a self-standing substrate according to any one of
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the first nitride semiconductor layer is formed by metal organic vapor phase epitaxy.
11. 1. To 10. In the method of manufacturing a self-standing substrate according to any one of
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the first nitride semiconductor layer is formed by hydride vapor phase epitaxy.
12 1. To 11. In the method of manufacturing a self-standing substrate according to any one of
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the second nitride semiconductor layer is formed by hydride vapor phase epitaxy.
13. 1. To 12. In the method of manufacturing a self-standing substrate according to any one of
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the first nitride semiconductor layer is formed such that the concentration of contained carbon increases continuously as the distance from the base substrate increases in the thickness direction.
14 A base substrate made of a nitride semiconductor;
A first nitride semiconductor layer formed on the base substrate and containing carbon as an impurity;
A self-supporting substrate including a second nitride semiconductor layer formed on the first nitride semiconductor layer and having a thickness of 50 μm or more.
１００ ＨＶＰＥ装置
１２１ 反応管
１２２ 成長領域
１２３ 基板ホルダ
１２４ 第１のガス供給管
１２５ ドーピングガス供給管
１２６ 第２のガス供給管
１２７ ＩＩＩ族原料
１２８ ソースボート
１２９ 第１のヒータ
１３０ 第２のヒータ
１３２ 回転軸
１３３ 基板
１３５ ガス排出管
１３６ 遮蔽板
１３７ 窒素原料ガス供給部
１３９ ＩＩＩ族ガス供給部
２１０ 下地基板
２２０ 第１の窒化物半導体層
２３０ 第２の窒化物半導体層
100 HVPE apparatus 121 Reaction tube 122 Growth region 123 Substrate holder 124 First gas supply tube 125 Doping gas supply tube 126 Second gas supply tube 127 Group III raw material 128 Source boat 129 First heater 130 Second heater 132 Rotation Shaft 133 Substrate 135 Gas exhaust pipe 136 Shielding plate 137 Nitrogen source gas supply unit 139 Group III gas supply unit 210 Base substrate 220 First nitride semiconductor layer 230 Second nitride semiconductor layer
Claims (14)
前記下地基板上に炭素を不純物として導入しながら第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層の上に、厚さが５０μｍ以上である第２の窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
含有される炭素の濃度が、前記下地基板から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなるように前記第１の窒化物半導体層を形成する自立基板の製造方法。 Preparing a base substrate made of a nitride semiconductor;
Forming a first nitride semiconductor layer while introducing carbon as an impurity on the base substrate;
Forming a second nitride semiconductor layer having a thickness of 50 μm or more on the first nitride semiconductor layer,
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the first nitride semiconductor layer is formed such that the concentration of contained carbon increases continuously as the distance from the base substrate increases in the thickness direction.
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程の後における前記下地基板の曲率半径の絶対値は、前記第１の窒化物半導体層を形成する工程の前の前記下地基板の曲率半径の絶対値よりも大きい自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to claim 1,
The absolute value of the radius of curvature of the base substrate after the step of forming the first nitride semiconductor layer is the absolute value of the radius of curvature of the base substrate before the step of forming the first nitride semiconductor layer. Larger self-supporting substrate manufacturing method.
前記第１の窒化物半導体層における最上面近傍の炭素の濃度を５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to claim 1 or 2,
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the concentration of carbon in the vicinity of the top surface of the first nitride semiconductor layer is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less.
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程の後に、前記下地基板を除去する工程をさらに含む自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to any one of claims 1 to 3,
A method for manufacturing a self-supporting substrate, further comprising the step of removing the base substrate after the step of forming the second nitride semiconductor layer.
前記下地基板を除去する工程では、前記第２の窒化物半導体層以外の層を除去する自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to claim 4,
In the step of removing the base substrate, a method for manufacturing a self-supporting substrate in which layers other than the second nitride semiconductor layer are removed.
前記第２の窒化物半導体層はｎ型不純物を含む層とする自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to any one of claims 1 to 5,
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the second nitride semiconductor layer is a layer containing an n-type impurity.
前記ｎ型不純物をＳｉとする自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to claim 6,
A method for manufacturing a self-supporting substrate in which the n-type impurity is Si.
前記下地基板、前記第１の窒化物半導体層、および前記第２の窒化物半導体層はいずれも窒化ガリウムからなる自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to any one of claims 1 to 7,
The base substrate, the first nitride semiconductor layer, and the second nitride semiconductor layer are all made of gallium nitride.
前記第１の窒化物半導体層を１５μｍ以上の厚さで形成する自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to any one of claims 1 to 8,
A method of manufacturing a self-supporting substrate, wherein the first nitride semiconductor layer is formed with a thickness of 15 μm or more.
前記第１の窒化物半導体層を有機金属気相成長法により形成する自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to any one of claims 1 to 9,
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the first nitride semiconductor layer is formed by metal organic vapor phase epitaxy.
前記第１の窒化物半導体層をハイドライド気相成長法により形成する自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to any one of claims 1 to 10,
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the first nitride semiconductor layer is formed by hydride vapor phase epitaxy.
前記第２の窒化物半導体層をハイドライド気相成長法により形成する自立基板の製造方法。 In the manufacturing method of the self-supporting substrate according to any one of claims 1 to 11,
A method for manufacturing a self-supporting substrate, wherein the second nitride semiconductor layer is formed by hydride vapor phase epitaxy.
前記下地基板上に形成され、炭素を不純物として含む第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に形成された、厚さが５０μｍ以上である第２の窒化物半導体層とを含み、
前記第１の窒化物半導体層に含有される炭素の濃度は、前記下地基板から厚み方向に遠ざかるにつれて連続的に高くなっている自立基板。 A base substrate made of a nitride semiconductor;
A first nitride semiconductor layer formed on the base substrate and containing carbon as an impurity;
A second nitride semiconductor layer formed on the first nitride semiconductor layer and having a thickness of 50 μm or more,
The self-supporting substrate, wherein the concentration of carbon contained in the first nitride semiconductor layer is continuously increased as the distance from the base substrate increases in the thickness direction.
前記第１の窒化物半導体層における最上面近傍の炭素の濃度が５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である自立基板。 The self-supporting substrate according to claim 13,
The self-supporting substrate, wherein the concentration of carbon in the vicinity of the uppermost surface in the first nitride semiconductor layer is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less.
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