JP6349101B2 - Iii族窒化物半導体層の製造方法 - Google Patents
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Description
下地基板に、前記下地基板の第1の面から前記下地基板の厚さ方向に伸び、かつ、前記下地基板に形成された転位と繋がり、開口の直径Diが100nm≦Di≦500nmを満たし、開口の深さDeが1000nm≦De≦10000nmを満たす縦長ピットを複数形成するピット形成工程と、
前記ピット形成工程の後、前記下地基板の前記第1の面の上に、前記縦長ピットの少なくとも一部分を空洞として残して、III族窒化物半導体を成長させる成長工程と、
を有し、
前記ピット形成工程は、
前記下地基板の前記第1の面上に、SiO2膜又はSiN膜である保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜形成工程の後、TMGa又はTEGaと、NH3とを供給しながら前記下地基板及び前記保護膜を加熱することで、前記縦長ピットを形成する熱処理工程と、
を有し、
前記熱処理工程では、前記加熱の間、前記NH3の流量を、1slm以上である第1の流量と、0slmである第2の流量との間で交互に切り替えるIII族窒化半導体層の製造方法が提供される。
「熱処理時間」:10分以上600分以下、好ましくは180分以上360分以下
「TMGa(トリメチルガリウム)又はTEGa(トリエチルガリウム)流量」:1ccm/min以上50ccm/min以下、好ましくは5ccm/min以上15ccm/min以下
「NH3流量」:1slm/min以上30slm/min以下、好ましくは4slm/min以上12slm/min以下
「H2流量」:0slm/min以上15slm/min以下、好ましくは10slm/min以上15slm/min以下
「N2流量」:0slm/min以上15slm/min以下、好ましくは0slm/min以上5slm/min以下
以下、実施例により本実施形態の作用効果を示す。
<実施例1>
<縦長ピット20の形成>
下地基板10として、厚さ400μmのGaN自立基板(下地基板10)を用意した。このGaN自立基板の成長面(第1の面11)には、1.0×106cm−2程度の転位30が存在した。このGaN自立基板の成長面に、プラズマCVD法を用いて、膜厚15nmのSiO2膜(保護膜50)を成膜した(図4の状態)。
「熱処理時間」:300分
「TMGa流量」:5ccm/min
「NH3流量」:8slm/min
「H2流量」:10.5slm/min
「N2流量」:4.5slm/min
「NH3の供給・停止サイクル」:供給(8slm/min)を10秒、停止(0slm/min)を5秒の繰り返し
次に、MOCVD装置を用いて、上記処理で得られたGaN自立基板の成長面上にGaNを横方向成長させ、厚さ15μmのGaN層を得た。成長条件は以下の通りである。
「TMGa流量」:500ccm/min
「NH3流量」:16slm/min
「V/III比」:514
「成長速度」:6μm/h
「キャリアガス種」:H2、N2
「キャリアガス流量」:H2=13.5slm/min、N2=1.5slm/min
<実施例2>
<縦長ピット20の形成>
下地基板10として、厚さ400μmのGaN自立基板(下地基板10)を用意した。このGaN自立基板の成長面(第1の面11)には、1.0×106cm−2程度の転位30が存在した。このGaN自立基板の成長面に、プラズマCVD法を用いて、膜厚15nmのSiO2膜(保護膜50)を成膜した(図4の状態)。
「熱処理時間」:180分
「TMGa流量」:5ccm/min
「NH3流量」:8slm/min
「H2流量」:13.5slm/min
「N2流量」:1.5slm/min
「NH3の供給・停止サイクル」:供給(8slm/min)を10秒、停止(0slm/min)を5秒の繰り返し
<縦長ピットの形成>
「NH3の供給方法」を、「8slm/minで連続的に供給」とした点を除き、実施例2と同様にして縦長ピットを形成した。
<実施例3>
実施例2の熱処理条件から「熱処理温度」及び「熱処理時間」を変化させ、N/(M+N)がほぼ1になる条件を探した。結果、「熱処理温度」:1190℃、「熱処理時間」:300分の条件時に、N/(M+N)がほぼ1になった。この時、形成されたピットのほぼ100%は縦長ピット20であった。GaN自立基板の成長面の転位密度は1.0×107cm−2程度であった。すなわち、熱処理温度を高くし、かつ、熱処理時間をながくすることで、新たな転位がわずかに発生していた。
比較例1の熱処理条件から「熱処理温度」及び「熱処理時間」を変化させ、N/(M+N)がほぼ1になる条件を探した。結果、「熱処理温度」:1230℃、「熱処理時間」:360分の条件時に、N/(M+N)がほぼ1になった。この時、形成されたピットの中には、縦長ピット20のほか、逆六角推形状のピットや、これらのピットが一体化したピットなどが混在していた。GaN自立基板の成長面の転位密度は1.0×108cm−2程度であった。すなわち、熱処理温度を高くし、かつ、熱処理時間をながくすることで、新たな転位が大量に発生していた。
1. 下地基板に、前記下地基板の第1の面から前記下地基板の厚さ方向に伸び、かつ、前記下地基板に形成された転位と繋がる縦長ピットを複数形成するピット形成工程と、
前記ピット形成工程の後、前記下地基板の前記第1の面の上に、前記縦長ピットの少なくとも一部分を空洞として残して、III族窒化物半導体を成長させる成長工程と、
を有し、
前記ピット形成工程は、
前記下地基板の前記第1の面上に、SiO2膜又はSiN膜である保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜形成工程の後、TMGa又はTEGaと、NH3とを供給しながら前記下地基板及び前記保護膜を加熱することで、前記縦長ピットを形成する熱処理工程と、
を有し、
前記熱処理工程では、前記加熱の間、前記NH3の流量を、第1の流量と前記第1の流量よりも少ない第2の流量との間で交互に切り替えるIII族窒化半導体層の製造方法。
2. 1に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第2の流量は0であるIII族窒化半導体層の製造方法。
3. 1または2に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第1の流量が継続する時間は10sec以上60sec以下であり、前記第2の流量が継続する時間は1sec以上15sec以下であるIII族窒化半導体層の製造方法。
4. 1から3のいずれかに記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記縦長ピットは、深さをDe、開口の直径をDiとすると、3≦De/Diを満たすIII族窒化半導体層の製造方法。
5. 1から4のいずれかに記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記縦長ピットは、3≦De/Di≦100を満たすIII族窒化半導体層の製造方法。
6. 1から5のいずれかに記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記縦長ピットは、深さDeが、1000nm≦De≦10000nmを満たすIII族窒化半導体層の製造方法。
7. 1から6のいずれかに記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記縦長ピットは、前記縦長ピットの開口の直径Diが、100nm≦Di≦1000nmを満たすIII族窒化半導体層の製造方法。
11 第1の面
20 縦長ピット
30 転位
40 III族窒化物半導体層
50 保護膜
Claims (5)
- 下地基板に、前記下地基板の第1の面から前記下地基板の厚さ方向に伸び、かつ、前記下地基板に形成された転位と繋がり、開口の直径Diが100nm≦Di≦500nmを満たし、開口の深さDeが1000nm≦De≦10000nmを満たす縦長ピットを複数形成するピット形成工程と、
前記ピット形成工程の後、前記下地基板の前記第1の面の上に、前記縦長ピットの少なくとも一部分を空洞として残して、III族窒化物半導体を成長させる成長工程と、
を有し、
前記ピット形成工程は、
前記下地基板の前記第1の面上に、SiO2膜又はSiN膜である保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜形成工程の後、TMGa又はTEGaと、NH3とを供給しながら前記下地基板及び前記保護膜を加熱することで、前記縦長ピットを形成する熱処理工程と、
を有し、
前記熱処理工程では、前記加熱の間、前記NH3の流量を、1slm以上である第1の流量と、0slmである第2の流量との間で交互に切り替えるIII族窒化半導体層の製造方法。 - 請求項1に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第1の流量が継続する時間は10sec以上60sec以下であり、前記第2の流量が継続する時間は1sec以上15sec以下であるIII族窒化半導体層の製造方法。 - 請求項1又は2に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記縦長ピットは、3≦De/Diを満たすIII族窒化半導体層の製造方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記縦長ピットは、3≦De/Di≦100を満たすIII族窒化半導体層の製造方法。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記縦長ピットの形状は六角柱であるIII族窒化半導体層の製造方法。
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