JP6437736B2 - 自立基板の製造方法および自立基板 - Google Patents
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Description
III族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、ハイドライド気相成長法により、III族窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、n型不純物の濃度が5×1018cm−3以上であり、厚さが50μm以上である高濃度領域を形成する工程を含み、
前記高濃度領域を形成する工程では、成長温度を1120℃以上とし、ドーピングガスとしてジクロロシランを用い、
貫通転位密度を5×106cm−2以下とする自立基板の製造方法が提供される。
また、本発明によれば、
III族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、ハイドライド気相成長法により、III族窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、n型不純物の濃度が5×1018cm−3以上であり、厚さが50μm以上である高濃度領域を形成する工程を含み、
前記高濃度領域を形成する工程では、成長温度を1120℃以上とし、
貫通転位密度を5×106cm−2以下とし、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、前記n型不純物の濃度が前記下地基板から遠ざかるにつれて連続的に高くなる濃度傾斜領域を形成する工程を含む自立基板の製造方法が提供される。
また、本発明によれば、
III族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、ハイドライド気相成長法により、III族窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、n型不純物の濃度が5×1018cm−3以上であり、厚さが50μm以上である高濃度領域を形成する工程を含み、
前記高濃度領域を形成する工程では、成長温度を1120℃以上とし、
貫通転位密度を5×106cm−2以下とし、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、成長温度を上昇させながら前記III族窒化物半導体層を形成する、昇温形成工程を含む自立基板の製造方法が提供される。
50μm以上の厚さに亘ってn型不純物の濃度が5×1018cm−3以上である高濃度領域を有し、
貫通転位密度が5×106cm−2以下であり、
前記n型不純物の濃度が前記高濃度領域に近づくにつれて連続的に高くなる濃度傾斜領域を有するIII族窒化物半導体の自立基板が提供される。
第1の実施形態によれば、自立基板の製造方法は、III族窒化物半導体からなる下地基板210を準備する工程と、下地基板210上に、ハイドライド気相成長法により、III族窒化物半導体層250を形成する工程とを含む。III族窒化物半導体層250を形成する工程は、n型不純物の濃度が5×1018cm−3以上であり、厚さが50μm以上である高濃度領域220を形成する工程を含む。高濃度領域220を形成する工程では、成長温度を1120℃以上とする。自立基板の貫通転位密度を5×106cm−2以下とする。
図2は、本実施形態に係る自立基板の製造方法の工程について説明するための図である。本実施形態に係る自立基板の製造方法は、III族窒化物半導体からなる下地基板210を準備する工程と、下地基板210上にIII族窒化物半導体層250を形成する工程とを含む。本実施形態において、下地基板210およびIII族窒化物半導体層250はいずれも窒化ガリウム(GaN)からなる。III族窒化物半導体層250は上述したHVPE装置100を用い、ハイドライド気相成長法により形成される。
図3は、第2の実施形態に係る自立基板の製造方法の工程について説明するための図である。本実施形態に係る自立基板の製造方法は、III族窒化物半導体層250を形成する工程が、低濃度領域230を形成する工程をさらに含む点を除いて、第1の実施形態に係る自立基板の製造方法と同様の構成である。ここで、低濃度領域230のn型不純物の濃度は、5×1018cm−3未満である。以下で、詳細に説明する。
図5は、第3の実施形態に係る自立基板の製造方法の工程について説明するための図である。本実施形態に係る自立基板の製造方法は、III族窒化物半導体層250を形成する工程が、成長温度を上昇させながらIII族窒化物半導体層250を形成する、昇温形成工程を含む点を除いて、第2の実施形態に係る自立基板の製造方法と同様の構成である。以下で詳細に説明する。
GaNの自立基板を下地基板210とし、下地基板210上に、HVPE法によってGaN層の形成を行った。窒素原料ガスとしてNH3を、ハロゲン含有ガスとしてHClを、III族原料127としてGaを、ドーピングガスとして、3000ppmの濃度に水素で希釈されたSiH2Cl2を用いた。GaN層の形成時におけるガスの供給流量は、HClについて200cc/min、NH3について3000cc/minとし、GaN層の形成時の成長温度は1040℃とした。ここで、HClの供給流量を200cc/minとした結果として成長領域122にはGaClが200cc/minで供給された。なお、成長速度は180μm/h程度であり、形成したGaN層の膜厚は180μmであった。下地基板210の表面のGaN層を成長させる表面、およびGaN層の成長面はc面(0001)とした。
GaNの自立基板を下地基板210とし、下地基板210上に、HVPE法によってGaN層の形成を行った。窒素原料ガスとしてNH3を、ハロゲン含有ガスとしてHClを、III族原料127としてGaを、ドーピングガスとして3000ppmの濃度に水素で希釈されたSiH2Cl2を用いた。GaN層の形成時におけるガスの供給流量は、HClについて400cc/min、NH3について4000cc/minとした。HClの供給流量を400cc/minとした結果として、成長領域122にはGaClが400cc/minで供給された。成長速度は240μm/h程度であった。
図8は本実施例に係る方法で成長させた、最表面のGaN層(高濃度領域220)の成長表面の微分干渉顕微鏡像である。本図から、平坦な表面を有する層が得られたことが分かる。また、X線回折測定で測定した(0004)ロッキングカーブ半値幅は51arcsecであった。よって、結晶性が良好であることが確かめられた。
以下、参考形態の例を付記する
1. III族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、ハイドライド気相成長法により、III族窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、n型不純物の濃度が5×10 18 cm −3 以上であり、厚さが50μm以上である高濃度領域を形成する工程を含み、
前記高濃度領域を形成する工程では、成長温度を1120℃以上とし、
貫通転位密度を5×10 6 cm −2 以下とする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III族窒化物半導体層を形成する工程は、低濃度領域を形成する工程をさらに含み、
前記低濃度領域の前記n型不純物の濃度は、5×10 18 cm −3 未満である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III族窒化物半導体層を形成する工程は、前記高濃度領域を形成する工程の前に、前記低濃度領域を形成する工程を含み、
前記低濃度領域の前記n型不純物の濃度は、前記下地基板の前記n型不純物の濃度以上である自立基板の製造方法。
4. 1.から3.のいずれか一つに記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程において、前記高濃度領域以外の領域の前記n型不純物の濃度を、くまなく5×10 18 cm −3 未満とするよう、前記III族窒化物半導体層を形成する自立基板の製造方法。
5. 1.から4.のいずれか一つに記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、前記n型不純物の濃度が前記下地基板から遠ざかるにつれて連続的に高くなる濃度傾斜領域を形成する工程を含む自立基板の製造方法。
6. 1.から5.のいずれか一つに記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、成長温度を上昇させながら前記III族窒化物半導体層を形成する、昇温形成工程を含む自立基板の製造方法。
7. 1.から6.のいずれか一つに記載の自立基板の製造方法において、
前記III族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。
8. 7.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、前記下地基板および、前記III族窒化物半導体層の一部を除去する自立基板の製造方法。
9. 7.または8.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、少なくとも一方の面を前記高濃度領域の露出面とする自立基板の製造方法。
10. 1.から6.のいずれか一つに記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程の後に、前記III族窒化物半導体層をスライスする工程をさらに含み、少なくとも一方の面を前記高濃度領域の露出面とする自立基板の製造方法。
11. 1.から10.のいずれか一つに記載の自立基板の製造方法において、
前記下地基板および前記III族窒化物半導体層はいずれも同じIII族窒化物半導体からなる自立基板の製造方法。
12. 11.に記載の自立基板の製造方法において、
前記下地基板および前記III族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。
13. 1.から12.のいずれか一つに記載の自立基板の製造方法において、
前記n型不純物はSiである自立基板の製造方法。
14. 1.から13.のいずれか一つに記載の自立基板の製造方法において、
前記高濃度領域における、前記n型不純物の濃度に対するキャリア濃度の比が25℃にて0.7以上である自立基板の製造方法。
15. 50μm以上の厚さに亘ってn型不純物の濃度が5×10 18 cm −3 以上である高濃度領域を有し、
貫通転位密度が5×10 6 cm −2 以下であるIII族窒化物半導体の自立基板。
16. 15.に記載の自立基板において、
少なくとも一方の面に前記高濃度領域が露出している自立基板。
17. 16.に記載の自立基板において、
他方の面の表面近傍において前記n型不純物の濃度が5×10 18 cm −3 未満である自立基板。
18. 16.に記載の自立基板において、
両方の面に前記高濃度領域が露出している自立基板。
19. 15.から18.のいずれか一つに記載の自立基板において、
前記III族窒化物半導体は窒化ガリウムである自立基板。
20. 15.から19.のいずれか一つに記載の自立基板において、
前記n型不純物はSiである自立基板。
21. 15.から20.のいずれか一つに記載の自立基板において、
前記高濃度領域における前記n型不純物の濃度に対するキャリア濃度の比が25℃にて0.7以上である自立基板。
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 高濃度領域
230 低濃度領域
231,232,241,242 領域
250 III族窒化物半導体層
Claims (24)
- III族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、ハイドライド気相成長法により、III族窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、n型不純物の濃度が5×1018cm−3以上であり、厚さが50μm以上である高濃度領域を形成する工程を含み、
前記高濃度領域を形成する工程では、成長温度を1120℃以上とし、ドーピングガスとしてジクロロシランを用い、
貫通転位密度を5×106cm−2以下とする自立基板の製造方法。 - III族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、ハイドライド気相成長法により、III族窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、n型不純物の濃度が5×1018cm−3以上であり、厚さが50μm以上である高濃度領域を形成する工程を含み、
前記高濃度領域を形成する工程では、成長温度を1120℃以上とし、
貫通転位密度を5×106cm−2以下とし、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、前記n型不純物の濃度が前記下地基板から遠ざかるにつれて連続的に高くなる濃度傾斜領域を形成する工程を含む自立基板の製造方法。 - III族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、ハイドライド気相成長法により、III族窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、n型不純物の濃度が5×1018cm−3以上であり、厚さが50μm以上である高濃度領域を形成する工程を含み、
前記高濃度領域を形成する工程では、成長温度を1120℃以上とし、
貫通転位密度を5×106cm−2以下とし、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、成長温度を上昇させながら前記III族窒化物半導体層を形成する、昇温形成工程を含む自立基板の製造方法。 - 請求項1または3に記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、前記n型不純物の濃度が前記下地基板から遠ざかるにつれて連続的に高くなる濃度傾斜領域を形成する工程を含む自立基板の製造方法。 - 請求項1に記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、成長温度を上昇させながら前記III族窒化物半導体層を形成する、昇温形成工程を含む自立基板の製造方法。 - 請求項5に記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、前記n型不純物の濃度が前記下地基板から遠ざかるにつれて連続的に高くなる濃度傾斜領域を形成する工程を含む自立基板の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の自立基板の製造方法において、
前記n型不純物はSiである自立基板の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の自立基板の製造方法において、
前記高濃度領域における、前記n型不純物の濃度に対するキャリア濃度の比が25℃にて0.7以上である自立基板の製造方法。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、低濃度領域を形成する工程をさらに含み、
前記低濃度領域の前記n型不純物の濃度は、5×1018cm−3未満である自立基板の製造方法。 - 請求項9に記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、前記高濃度領域を形成する工程の前に、前記低濃度領域を形成する工程を含み、
前記低濃度領域の前記n型不純物の濃度は、前記下地基板の前記n型不純物の濃度以上である自立基板の製造方法。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程において、前記高濃度領域以外の領域の前記n型不純物の濃度を、くまなく5×1018cm−3未満とするよう、前記III族窒化物半導体層を形成する自立基板の製造方法。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の自立基板の製造方法において、
前記III族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。 - 請求項12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、前記下地基板および、前記III族窒化物半導体層の一部を除去する自立基板の製造方法。 - 請求項12または13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、少なくとも一方の面を前記高濃度領域の露出面とする自立基板の製造方法。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の自立基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体層を形成する工程の後に、前記III族窒化物半導体層をスライスする工程をさらに含み、少なくとも一方の面を前記高濃度領域の露出面とする自立基板の製造方法。 - 請求項1から15のいずれか一項に記載の自立基板の製造方法において、
前記下地基板および前記III族窒化物半導体層はいずれも同じIII族窒化物半導体からなる自立基板の製造方法。 - 請求項16に記載の自立基板の製造方法において、
前記下地基板および前記III族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。 - 50μm以上の厚さに亘ってn型不純物の濃度が5×1018cm−3以上である高濃度領域を有し、
貫通転位密度が5×106cm−2以下であり、
前記n型不純物の濃度が前記高濃度領域に近づくにつれて連続的に高くなる濃度傾斜領域を有するIII族窒化物半導体の自立基板。 - 請求項18に記載の自立基板において、
前記n型不純物はSiである自立基板。 - 請求項18または19に記載の自立基板において、
前記高濃度領域における前記n型不純物の濃度に対するキャリア濃度の比が25℃にて0.7以上である自立基板。 - 請求項18から20のいずれか一項に記載の自立基板において、
少なくとも一方の面に前記高濃度領域が露出している自立基板。 - 請求項21に記載の自立基板において、
他方の面の表面近傍において前記n型不純物の濃度が5×1018cm−3未満である自立基板。 - 請求項21に記載の自立基板において、
両方の面に前記高濃度領域が露出している自立基板。 - 請求項18から23のいずれか一項に記載の自立基板において、
前記III族窒化物半導体は窒化ガリウムである自立基板。
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