JP6499481B2 - Method for manufacturing group III nitride semiconductor substrate - Google Patents

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Description

本発明は、III族窒化物半導体基板、及び、III族窒化物半導体基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate.

特許文献1には、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により、III族窒化物半導体基板の表面を平坦化することが開示されている。   Patent Document 1 discloses that the surface of a group III nitride semiconductor substrate is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing).

特開2013−207108号公報JP 2013-207108 A

従来にない方法で、III族窒化物半導体基板の表面を平坦化することを課題とする。   It is an object of the present invention to planarize the surface of a group III nitride semiconductor substrate by an unprecedented method.

本発明によれば、
III族窒化物半導体で構成された第1のIII族窒化物半導体層と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の第1の面上にIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで形成され、露出している成長面はCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理をなされておらず、かつ、前記成長面は前記第1のIII族窒化物半導体層の前記第1の面よりも平坦性が高い第2のIII族窒化物半導体層と、
を有するIII族窒化物半導体基板が提供される。
According to the present invention,
A first group III nitride semiconductor layer composed of a group III nitride semiconductor;
A group III nitride semiconductor crystal is epitaxially grown on the first surface of the first group III nitride semiconductor layer, and the exposed growth surface is not subjected to CMP (Chemical Mechanical Polishing) treatment. And the growth surface has a second group III nitride semiconductor layer having higher flatness than the first surface of the first group III nitride semiconductor layer, and
There is provided a group III nitride semiconductor substrate having:

また、本発明によれば、
III族窒化物半導体で構成された第1のIII族窒化物半導体層を準備する準備工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の第1の面上に、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させることで、露出している成長面が前記第1のIII族窒化物半導体層の前記第1の面よりも平坦性が高い第2のIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
を有し、
前記成長工程では、互いに膜組成が異なる3つの膜が積層した前記第2のIII族窒化物半導体層を形成し、
最下層の膜の成長速度は、0.5μm/hr以上2.0μm/hr以下であり、
前記最下層の直上の膜の成長速度は、1.5μm/hr以上8.0μm/hr以下であり、
最上層の膜の成長速度は、15.0μm/hr以上40.0μm/hr以下であるIII族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
A preparation step of preparing a first group III nitride semiconductor layer composed of a group III nitride semiconductor;
A group III nitride semiconductor crystal is epitaxially grown on the first surface of the first group III nitride semiconductor layer so that an exposed growth surface is the first surface of the first group III nitride semiconductor layer. A growth step of forming a second group III nitride semiconductor layer having a flatness higher than that of the first surface;
I have a,
In the growth step, the second group III nitride semiconductor layer in which three films having different film compositions are stacked is formed,
The growth rate of the lowermost film is 0.5 μm / hr or more and 2.0 μm / hr or less,
The growth rate of the film immediately above the lowermost layer is 1.5 μm / hr or more and 8.0 μm / hr or less,
A method of manufacturing a group III nitride semiconductor substrate is provided in which the growth rate of the uppermost film is 15.0 μm / hr or more and 40.0 μm / hr or less .

本発明によれば、III族窒化物半導体基板の表面を平坦化する新たな方法が実現される。   According to the present invention, a new method for planarizing the surface of a group III nitride semiconductor substrate is realized.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of a process of the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の一例の側面模式図である。It is a side surface schematic diagram of an example of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の一例の側面模式図である。It is a side surface schematic diagram of an example of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of a process of the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 第1のIII族窒化物半導体層の準備で用いる器具の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the instrument used for preparation of the 1st group III nitride semiconductor layer. 実施例における観察エリアを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the observation area in an Example. 実施例1を示す図である。1 is a diagram illustrating Example 1. FIG. 実施例2を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing Example 2. 比較例1を示す図である。It is a figure which shows the comparative example 1. FIG. 比較例2を示す図である。It is a figure which shows the comparative example 2. FIG. CMP処理をなされたIII族窒化物半導体層の表面画像を示す図である。It is a figure which shows the surface image of the group III nitride semiconductor layer by which CMP process was made. CMP処理をなされていないIII族窒化物半導体層の表面画像を示す図である。It is a figure which shows the surface image of the group III nitride semiconductor layer in which CMP processing is not made. 第1のIII族窒化物半導体層の成長面及び第2のIII族窒化物半導体層の成長面の断面画像を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional image of the growth surface of a 1st group III nitride semiconductor layer, and the growth surface of a 2nd group III nitride semiconductor layer. 第1のIII族窒化物半導体層の成長面及び第2のIII族窒化物半導体層の成長面の断面画像を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional image of the growth surface of a 1st group III nitride semiconductor layer, and the growth surface of a 2nd group III nitride semiconductor layer.

以下、本発明のIII族窒化物半導体基板、及び、III族窒化物半導体基板の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。   Hereinafter, embodiments of a group III nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings are only schematic diagrams for explaining the configuration of the invention, and the size, shape, number, and ratio of different member sizes are not limited to those shown in the drawings.

詳細は後述するが、本発明者らは、平坦化処理の対象のIII族窒化物半導体基板の露出面(成長面)に、所定の成長条件でIII族窒化物半導体の結晶をエピタキシャル成長させてIII族窒化物半導体層(カバー層)を形成した場合、当該カバー層を形成後のIII族窒化物半導体基板の露出面(カバー層の露出面)は、当該カバー層を形成前のIII族窒化物半導体基板の露出面よりも平坦性が高くなる(より平坦になる)ことを新たに見出した。カバー層の露出面に対するCMP等は不要である。   Although details will be described later, the present inventors have epitaxially grown a group III nitride semiconductor crystal on the exposed surface (growth surface) of the group III nitride semiconductor substrate to be planarized under predetermined growth conditions. When a group nitride semiconductor layer (cover layer) is formed, the exposed surface of the group III nitride semiconductor substrate after forming the cover layer (exposed surface of the cover layer) is the group III nitride before forming the cover layer. It was newly found that the flatness is higher (more flat) than the exposed surface of the semiconductor substrate. CMP or the like on the exposed surface of the cover layer is unnecessary.

なお、以下の実施例で示すが、平坦化処理の対象のIII族窒化物半導体基板の露出面(成長面)に、上記所定の成長条件(本実施形態の成長条件)と異なる一般的な成長条件でIII族窒化物半導体の結晶をエピタキシャル成長させてIII族窒化物半導体層を形成した場合、当該III族窒化物半導体層を形成後のIII族窒化物半導体基板の露出面(III族窒化物半導体層の露出面)は、当該III族窒化物半導体層を形成前のIII族窒化物半導体基板の露出面と平坦性がほとんど変わらず、悪化する場合もある。そして、当該一般的な成長条件で形成したIII族窒化物半導体層の露出面は、上記所定の成長条件(本実施形態の成長条件)で形成したIII族窒化物半導体層(カバー層)の露出面よりも平坦性が悪くなる。   As shown in the following examples, general growth different from the predetermined growth conditions (growth conditions of the present embodiment) on the exposed surface (growth surface) of the group III nitride semiconductor substrate to be planarized is shown. When a group III nitride semiconductor layer is formed by epitaxially growing a group III nitride semiconductor crystal under conditions, the exposed surface of the group III nitride semiconductor substrate after the formation of the group III nitride semiconductor layer (group III nitride semiconductor) The exposed surface of the layer) may be deteriorated with almost no change in flatness from the exposed surface of the group III nitride semiconductor substrate before the formation of the group III nitride semiconductor layer. The exposed surface of the group III nitride semiconductor layer formed under the general growth conditions is the exposure of the group III nitride semiconductor layer (cover layer) formed under the predetermined growth conditions (growth conditions of the present embodiment). The flatness is worse than the surface.

本実施形態は、「平坦化処理の対象のIII族窒化物半導体基板の露出面(成長面)に、所定の成長条件でIII族窒化物半導体の結晶をエピタキシャル成長させてIII族窒化物半導体層(カバー層)を形成することで、III族窒化物半導体基板の露出面(成長面)を平坦化する」という新たな平坦化の方法を提供する。以下、詳細に説明する。   In the present embodiment, a group III nitride semiconductor layer is formed by epitaxially growing a group III nitride semiconductor crystal under predetermined growth conditions on an exposed surface (growth surface) of a group III nitride semiconductor substrate to be planarized. By forming the cover layer), a new planarization method of “flattening the exposed surface (growth surface) of the group III nitride semiconductor substrate” is provided. Details will be described below.

図1は、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図1に示すように、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、準備工程S10と、成長工程S20とを有する。   FIG. 1 is a flowchart showing an example of a processing flow of the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment has preparatory process S10 and growth process S20.

準備工程S10では、III族窒化物半導体で構成された第1のIII族窒化物半導体層を準備する。第1のIII族窒化物半導体層の露出面(成長面)が平坦化処理の対象となる。   In the preparation step S10, a first group III nitride semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor is prepared. The exposed surface (growth surface) of the first group III nitride semiconductor layer is the target of the planarization process.

準備工程S10では、例えば、第1のIII族窒化物半導体層を少なくとも一部に含むIII族窒化物半導体基板を準備してもよい。第1のIII族窒化物半導体層を少なくとも一部に含むIII族窒化物半導体基板は、例えば、第1のIII族窒化物半導体層のみからなるIII族窒化物半導体基板であってもよいし、第1のIII族窒化物半導体層と他の層(単層及び積層体を含む)とを含み、表面(成長面)に第1のIII族窒化物半導体層が露出したIII族窒化物半導体基板であってもよい。第1のIII族窒化物半導体層を含むIII族窒化物半導体基板の厚さは、例えば、100μm以上1000μm以下である。第1のIII族窒化物半導体層10の厚さは、例えば、100μm以上900μm以下である。   In the preparation step S10, for example, a group III nitride semiconductor substrate including at least a part of the first group III nitride semiconductor layer may be prepared. The group III nitride semiconductor substrate including at least a part of the first group III nitride semiconductor layer may be, for example, a group III nitride semiconductor substrate composed of only the first group III nitride semiconductor layer, A group III nitride semiconductor substrate comprising a first group III nitride semiconductor layer and other layers (including a single layer and a stacked body), wherein the first group III nitride semiconductor layer is exposed on the surface (growth surface) It may be. The thickness of the group III nitride semiconductor substrate including the first group III nitride semiconductor layer is, for example, not less than 100 μm and not more than 1000 μm. The thickness of the first group III nitride semiconductor layer 10 is, for example, not less than 100 μm and not more than 900 μm.

第1のIII族窒化物半導体層の成長面(露出面)は、+C面、又は、+C面から59°以内の角度で傾いた面である。平坦化処理の対象である第1のIII族窒化物半導体層の成長面(露出面)は平坦でなく、凹凸が存在する。   The growth surface (exposed surface) of the first group III nitride semiconductor layer is a + C plane or a plane inclined at an angle within 59 ° from the + C plane. The growth surface (exposed surface) of the first group III nitride semiconductor layer, which is the target of the planarization treatment, is not flat and has irregularities.

以下、準備工程S10では、第1のIII族窒化物半導体層のみからなるIII族窒化物半導体基板を準備したものとして説明する。なお、第1のIII族窒化物半導体層と他の層からなるIII族窒化物半導体基板を準備した場合も同様の処理で同様な作用効果を実現できる。   Hereinafter, in the preparation step S10, a group III nitride semiconductor substrate composed only of the first group III nitride semiconductor layer will be described as being prepared. In addition, when the group III nitride semiconductor substrate which consists of a 1st group III nitride semiconductor layer and another layer is prepared, the same effect can be implement | achieved by the same process.

図1に戻り、成長工程S20では、図2に示すように、第1のIII族窒化物半導体層10の成長面(第1の面)11上に所定の条件でIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させることで、第2のIII族窒化物半導体層20を形成する。第2のIII族窒化物半導体層20が、上述したカバー層に該当する。図2においては詳細が示されていないが、第2のIII族窒化物半導体層20の成長面21(露出面)は、第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11(第1の面)よりも平坦性が高い。第2のIII族窒化物半導体層20の厚さは、例えば、5μm以上100μm以下である。   Returning to FIG. 1, in the growth step S20, as shown in FIG. 2, a group III nitride semiconductor crystal is grown on the growth surface (first surface) 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10 under predetermined conditions. The second group III nitride semiconductor layer 20 is formed by epitaxial growth. The second group III nitride semiconductor layer 20 corresponds to the cover layer described above. Although details are not shown in FIG. 2, the growth surface 21 (exposed surface) of the second group III nitride semiconductor layer 20 is the growth surface 11 (first surface) of the first group III nitride semiconductor layer 10. Flatness). The thickness of the second group III nitride semiconductor layer 20 is, for example, not less than 5 μm and not more than 100 μm.

なお、図3に示すように、第2のIII族窒化物半導体層20は、互いに膜組成が異なる3つの膜22乃至24で構成されてもよい。その他、図示しないが、第2のIII族窒化物半導体層20は、膜22及び膜24で構成されてもよいし、膜23及び膜24で構成されてもよいし、膜22及び膜23で構成されてもよいし、膜22で構成されてもよいし、膜23で構成されてもよいし、これらにその他の膜をさらに加えてもよい。以下、膜22乃至24各々の製造方法を説明する。   As shown in FIG. 3, the second group III nitride semiconductor layer 20 may be composed of three films 22 to 24 having different film compositions. In addition, although not shown, the second group III nitride semiconductor layer 20 may be composed of the film 22 and the film 24, may be composed of the film 23 and the film 24, or may be composed of the film 22 and the film 23. It may be comprised, the film | membrane 22 may be comprised, the film | membrane 23 may be comprised, and another film | membrane may be further added to these. Hereinafter, a manufacturing method of each of the films 22 to 24 will be described.

膜22乃至24は、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置を用い、ダウンフロー方式でキャリアガスを第1のIII族窒化物半導体層10(基板)に供給しながら、所定の成長条件でIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させることで形成される。図3に示すような膜22乃至24からなる第2のIII族窒化物半導体層20を形成する際の成長条件は、以下の通りである。   The films 22 to 24 are formed by using a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus and supplying a carrier gas to the first group III nitride semiconductor layer 10 (substrate) by a downflow method, under a predetermined growth condition. It is formed by epitaxially growing a nitride semiconductor crystal. The growth conditions for forming the second group III nitride semiconductor layer 20 composed of the films 22 to 24 as shown in FIG. 3 are as follows.

<膜22の成長条件>
TMGa(恒温槽0℃以上45℃以下):200ccm以上500ccm以下、好ましくは250ccm以上350ccm以下
NH:10slm以上30slm以下、好ましくは5slm以上10slm以下
V/III比:200以上1600以下、好ましくは350以上450以下
キャリアガス:HとNの混合ガス
キャリアガス比率:H/(H+N)=0.7以上1.0以下、好ましくは0.8以上0.95以下
キャリアガス流量:15slm以上20slm以下
圧力:400torr以上760torr以下、好ましくは450torr以上600torr以下
成長温度:1180℃以上1300℃以下、好ましくは1200℃以上1300℃以下
成長速度:0.5μm/h以上2.0μm/h以下、好ましくは1.0μm/h以上2.0μm/h以下
膜厚:0.1μm以上0.5μm以下
<Growth condition of film 22>
TMGa (constant temperature bath 0 ° C. to 45 ° C.): 200 ccm to 500 ccm, preferably 250 ccm to 350 ccm NH 3 : 10 slm to 30 slm, preferably 5 slm to 10 slm V / III ratio: 200 to 1600, preferably 350 450 or less Carrier gas: Mixed gas of H 2 and N 2 Carrier gas ratio: H 2 / (H 2 + N 2 ) = 0.7 or more and 1.0 or less, preferably 0.8 or more and 0.95 or less : 15 slm to 20 slm Pressure: 400 to 760 torr, preferably 450 to 600 torr Growth temperature: 1180 ° C to 1300 ° C, preferably 1200 ° C to 1300 ° C Growth rate: 0.5 µm / h to 2.0 µm / h Or less, preferably 1.0 μm / H or more and 2.0 μm / h or less Film thickness: 0.1 μm or more and 0.5 μm or less

<膜23の成長条件>
TMGa(恒温槽0℃以上45℃以下):200ccm以上500ccm以下、好ましくは250ccm以上350ccm以下
NH:10slm以上30slm以下、好ましくは5slm以上10slm以下
V/III比:200以上1600以下、好ましくは350以上450以下
キャリアガス:HとNの混合ガス
キャリアガス比率:H/(H+N)=0.7以上1.0以下、好ましくは0.8以上0.95以下
キャリアガス流量:15slm以上20slm以下
圧力:50torr以上300torr以下、好ましくは150torr以上250torr以下
成長温度:1180℃以上1300℃以下、好ましくは1200℃以上1300℃以下
成長速度:1.5μm/h以上8.0μm/h以下、好ましくは3.0μm/h以上5.0μm/h以下
膜厚:1.0μm以上3.0μm以下
<Growth Conditions for Film 23>
TMGa (constant temperature bath 0 ° C. to 45 ° C.): 200 ccm to 500 ccm, preferably 250 ccm to 350 ccm NH 3 : 10 slm to 30 slm, preferably 5 slm to 10 slm V / III ratio: 200 to 1600, preferably 350 450 or less Carrier gas: Mixed gas of H 2 and N 2 Carrier gas ratio: H 2 / (H 2 + N 2 ) = 0.7 or more and 1.0 or less, preferably 0.8 or more and 0.95 or less : 15 slm to 20 slm Pressure: 50 to 300 torr, preferably 150 to 250 torr Growth temperature: 1180 to 1300 ° C., preferably 1200 to 1300 ° C. Growth rate: 1.5 μm / h to 8.0 μm / h Or less, preferably 3.0 μm / h to 5.0 μm / h Film thickness: 1.0 μm to 3.0 μm

<膜24の成長条件>
TMGa(恒温槽0℃以上45℃以下):400ccm以上750ccm以下、好ましくは400ccm以上600ccm以下
NH:10slm以上30slm以下、好ましくは10slm以上20slm以下
V/III比:200以上1200以下、好ましくは450以上550以下
キャリアガス:HとNの混合ガス
キャリアガス比率:H/(H+N)=0.7以上1.0以下、好ましくは0.8以上0.95以下
キャリアガス流量:15slm以上20slm以下
圧力:30torr以上200torr以下、好ましくは50torr以上150torr以下
成長温度:1180℃以上1300℃以下、好ましくは1200℃以上1300℃以下
成長速度:15.0μm/h以上40.0μm/h以下、好ましくは30.0μm/h以上40.0μm/h以下
膜厚:10.0μm以上15.0μm以下
<Growth Conditions for Film 24>
TMGa (constant temperature bath 0 ° C. to 45 ° C.): 400 ccm to 750 ccm, preferably 400 ccm to 600 ccm NH 3 : 10 slm to 30 slm, preferably 10 slm to 20 slm V / III ratio: 200 to 1200, preferably 450 550 or less Carrier gas: Mixed gas of H 2 and N 2 Carrier gas ratio: H 2 / (H 2 + N 2 ) = 0.7 or more and 1.0 or less, preferably 0.8 or more and 0.95 or less : 15 slm to 20 slm Pressure: 30 to 200 torr, preferably 50 to 150 torr Growth temperature: 1180 ° C to 1300 ° C, preferably 1200 ° C to 1300 ° C Growth rate: 15.0 µm / h to 40.0 µm / h In the following, preferably 30. μm / h or more 40.0μm / h following thickness: 10.0μm more than 15.0μm below

膜22及び膜24で構成された第2のIII族窒化物半導体層20、膜23及び膜24で構成された第2のIII族窒化物半導体層20、膜22及び膜23で構成された第2のIII族窒化物半導体層20、膜22で構成された第2のIII族窒化物半導体層20、膜23で構成された第2のIII族窒化物半導体層20を形成する場合は、上記各膜の成長条件における膜厚以外はそのまま適用し、成長時間を調整して膜厚を所望の値に調整することで実現される。1つの膜、及び、2つの膜で第2のIII族窒化物半導体層20を構成する場合、第2のIII族窒化物半導体層20の厚さを所望の値にするため、各膜の厚さを上記成長条件に示すものよりも厚くすることができる。   The second group III nitride semiconductor layer 20 composed of the film 22 and the film 24, the second group III nitride semiconductor layer 20 composed of the film 23 and the film 24, the second group III nitride semiconductor layer 20 composed of the film 22, and the film 23. In the case of forming the second group III nitride semiconductor layer 20 composed of the second group III nitride semiconductor layer 20 composed of the second group III nitride semiconductor layer 20, the film 22, and the film 23, Other than the film thickness under the growth conditions of each film is applied as it is, and the film thickness is adjusted to a desired value by adjusting the growth time. When the second group III nitride semiconductor layer 20 is composed of one film and two films, the thickness of each film is set in order to set the thickness of the second group III nitride semiconductor layer 20 to a desired value. The thickness can be made thicker than that shown in the above growth conditions.

上記膜22の成長条件によれば、III族窒化物半導体結晶の横方向(a軸方向及びm軸方向)への成長が少し促進される。上記膜23の成長条件によれば、III族窒化物半導体結晶の横方向(a軸方向及びm軸方向)への成長が強く促進される。すなわち、上記膜23の成長条件の方が、上記膜22の成長条件よりも、III族窒化物半導体結晶の横方向(a軸方向及びm軸方向)への成長が強く促進される。上記膜24の成長条件によれば、III族窒化物半導体結晶の縦方向(c軸方向)への成長が促進される。   According to the growth conditions of the film 22, the growth of the group III nitride semiconductor crystal in the lateral direction (a-axis direction and m-axis direction) is slightly promoted. According to the growth conditions of the film 23, the growth of the group III nitride semiconductor crystal in the lateral direction (a-axis direction and m-axis direction) is strongly promoted. That is, the growth condition of the film 23 is more strongly promoted in the lateral direction (a-axis direction and m-axis direction) of the group III nitride semiconductor crystal than the growth condition of the film 22. According to the growth conditions of the film 24, the growth of the group III nitride semiconductor crystal in the vertical direction (c-axis direction) is promoted.

以下の実施例で示すが、このような成長条件で図3に示すような第2のIII族窒化物半導体層20を形成した場合、第2のIII族窒化物半導体層20の成長面21は、第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11よりも平坦性が高くなる。   As shown in the following examples, when the second group III nitride semiconductor layer 20 as shown in FIG. 3 is formed under such growth conditions, the growth surface 21 of the second group III nitride semiconductor layer 20 is The flatness is higher than that of the growth surface 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10.

なお、本発明者らは、第2のIII族窒化物半導体層20の中に、横方向成長が促進される条件(成長温度:1180℃以上1300℃以下、水素キャリア流量:10.5slm以上20.0slm以下)で形成された膜22及び膜23の少なくとも一方を入れることで、第2のIII族窒化物半導体層20の成長面21は、第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11よりも平坦性が高くなることを確認している。詳細は明らかでないが、横方向成長で形成される膜を存在させることで、下地の成長面(第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11)における凹凸が第2のIII族窒化物半導体層20の成長面21に現れにくくなるのではと考えている。   The inventors of the present invention have found that the conditions in which the lateral growth is promoted in the second group III nitride semiconductor layer 20 (growth temperature: 1180 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, hydrogen carrier flow rate: 10.5 slm or higher 20 .. Or less, the growth surface 21 of the second group III nitride semiconductor layer 20 becomes the growth surface of the first group III nitride semiconductor layer 10. It has been confirmed that the flatness is higher than 11. Although details are not clear, the presence of a film formed by lateral growth causes unevenness on the underlying growth surface (growth surface 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10) to be the second group III nitride. It is thought that it will be difficult to appear on the growth surface 21 of the semiconductor layer 20.

また、本実施形態の場合、膜22及び膜23の少なくとも一方を形成後、縦方向にIII族窒化物半導体結晶を成長して得られる膜24を形成することで、グロースピットの発生を抑制する効果が得られる。   In the case of the present embodiment, after forming at least one of the film 22 and the film 23, the film 24 obtained by growing a group III nitride semiconductor crystal in the vertical direction is formed, thereby suppressing the occurrence of growth pits. An effect is obtained.

また、本実施形態の場合、成長速度の制御も重要である。成長速度を適切に制御しないと、結晶性の劣化、グロースピットの発生、結晶中の不純物の増加、及び、所定の膜厚で平坦化できない等の不都合が発生し得る。本実施形態の場合、膜22、膜23及び膜24の成長速度を上述のように制御することで、上述のような不都合を抑制しつつ、所望の面の平坦化を実現することができる。   In the case of this embodiment, control of the growth rate is also important. If the growth rate is not properly controlled, there may be inconveniences such as deterioration of crystallinity, generation of growth pits, increase of impurities in the crystal, and inability to flatten with a predetermined film thickness. In the case of the present embodiment, by controlling the growth rates of the film 22, the film 23, and the film 24 as described above, it is possible to realize flattening of a desired surface while suppressing the above-described disadvantages.

なお、第2のIII族窒化物半導体層20を形成する前に、第1のIII族窒化物半導体層10に対して熱処理を実施してもよい。熱処理の条件は、例えば以下のようにできる。このような熱処理を加えることで、ゴミ等の付着物がなく、加工ダメージ層のない良好な表面を得ることができる。   Note that heat treatment may be performed on the first group III nitride semiconductor layer 10 before forming the second group III nitride semiconductor layer 20. The heat treatment conditions can be as follows, for example. By applying such heat treatment, it is possible to obtain a good surface free from deposits such as dust and having no processing damage layer.

NH:5slm以上15slm以下
:3slm以上6slm以下
:8slm以上12slm以下
圧力:400torr以上600torr以下
温度:1100℃以上1300℃以下
処理時間:5分以上15分以下
NH 3 : 5 slm or more and 15 slm or less H 2 : 3 slm or more and 6 slm or less N 2 : 8 slm or more and 12 slm or less Pressure: 400 torr or more and 600 torr or less Temperature: 1100 ° C or more and 1300 ° C or less Processing time: 5 minutes or more and 15 minutes or less

以上説明した本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、図2に示すように、
III族窒化物半導体で構成された第1のIII族窒化物半導体層10と、
第1のIII族窒化物半導体層10の成長面(第1の面)11上にIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで形成され、露出している成長面21はCMP処理をなされておらず、かつ、成長面21は第1のIII族窒化物半導体層10の成長面(第1の面)11よりも平坦性が高い第2のIII族窒化物半導体層20と、
を有するIII族窒化物半導体基板が実現される。
According to the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment described above, as shown in FIG.
A first group III nitride semiconductor layer 10 composed of a group III nitride semiconductor;
The growth surface 21 formed by epitaxially growing a group III nitride semiconductor crystal on the growth surface (first surface) 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10 is exposed to CMP. In addition, the growth surface 21 has a second group III nitride semiconductor layer 20 having higher flatness than the growth surface (first surface) 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10;
A group III nitride semiconductor substrate having the following structure is realized.

第2のIII族窒化物半導体層20は、互いに膜組成が異なる複数の膜からなってもよい。例えば、図3の例の場合、膜22乃至膜24により第2のIII族窒化物半導体層20が構成されている。   The second group III nitride semiconductor layer 20 may be composed of a plurality of films having different film compositions. For example, in the example of FIG. 3, the second group III nitride semiconductor layer 20 is configured by the films 22 to 24.

なお、「成長面に対してCMP処理をなされているか否か」は、微分干渉顕微鏡画像で表面モホロジーを観測する事で確認できる。図11に、CMP処理をなされた表面画像を示す。また、図12に、CMP処理をなされていない表面画像を示す。図示するように、CMP処理をなされている場合、うねり、ピット、ヒロックのない非常に平坦な表面となる。これに対し、CMP処理をなされていない場合、例えばm面を側面とした多角形が集合した表面が確認できる。このような特徴の違いにより、成長面に対してCMP処理をなされているか否かを確認することができる。   Note that “whether or not the growth surface is subjected to CMP treatment” can be confirmed by observing the surface morphology with a differential interference microscope image. FIG. 11 shows a surface image subjected to the CMP process. FIG. 12 shows a surface image not subjected to the CMP process. As shown in the figure, when the CMP process is performed, a very flat surface without waviness, pits, and hillocks is obtained. On the other hand, when the CMP process is not performed, for example, a surface in which polygons with the m-plane as a side surface can be confirmed. It is possible to confirm whether or not the growth surface is subjected to the CMP process based on the difference in characteristics.

次に、「第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11よりも第2のIII族窒化物半導体層20の成長面の平坦性が高い」ことは、図13で示すように、第1のIII族窒化物半導体層10及び第2のIII族窒化物半導体層20を含む積層体の断面を観察することで確認できる。図13で示す例は、蛍光顕微鏡等を用いて第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11及び第2のIII族窒化物半導体層20の成長面21の断面を観察した画像である。図の場合、成長面11(成長界面)と成長面21(成長最表面)では、明らかに成長面21(成長最表面)の方が、うねり及び、ラフネスが小さい、すなわち平坦性が高いことが確認できる。   Next, “the flatness of the growth surface of the second group III nitride semiconductor layer 20 is higher than that of the growth surface 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10”, as shown in FIG. This can be confirmed by observing the cross section of the laminate including the first group III nitride semiconductor layer 10 and the second group III nitride semiconductor layer 20. The example shown in FIG. 13 is an image obtained by observing cross sections of the growth surface 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10 and the growth surface 21 of the second group III nitride semiconductor layer 20 using a fluorescence microscope or the like. . In the case of the figure, in the growth surface 11 (growth interface) and the growth surface 21 (growth outermost surface), the growth surface 21 (growth outermost surface) clearly has less swell and roughness, that is, higher flatness. I can confirm.

その他、「第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11よりも第2のIII族窒化物半導体層20の成長面の平坦性が高い」ことは、算術平均粗さRaの値の大小で確認してもよい。Raの値が小さい方が、平坦性が高いことを意味する。例えば、図14で示す様に、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さLを定めて、この抜き取り部分の平均線の方向にX軸を、縦方向にY軸を取り、粗さ曲線をY=f(X)で表したときに、以下の式(1)によりRaの値が求められる。図14の例の場合、成長面21(成長最表面)のRaは0.87nmとなり、成長面11(成長界面)のRaは16.22nmとなる。   In addition, “the flatness of the growth surface of the second group III nitride semiconductor layer 20 is higher than the growth surface 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10” means that the value of the arithmetic average roughness Ra is small or large. You can confirm with. A smaller Ra value means higher flatness. For example, as shown in FIG. 14, a reference length L is determined from the roughness curve in the direction of the average line, the X axis is taken in the direction of the average line of the extracted portion, the Y axis is taken in the vertical direction, and the roughness is taken. When the curve is represented by Y = f (X), the value of Ra is obtained by the following equation (1). In the example of FIG. 14, Ra of the growth surface 21 (growth outermost surface) is 0.87 nm, and Ra of the growth surface 11 (growth interface) is 16.22 nm.

以上、本実施形態によれば、III族窒化物半導体基板の表面を平坦化する新たな方法が実現される。   As described above, according to the present embodiment, a new method for flattening the surface of the group III nitride semiconductor substrate is realized.

なお、本実施形態で得られる平坦度は、CMPによる平坦化処理(鏡面研磨等を含む)後の平坦度に比べて劣る。しかし、本実施形態の場合、CMPによる平坦化処理(鏡面研磨等を含む)に比べて、平坦化処理の作業時間を著しく短くすることができる。このため、本実施形態は、CMPによる平坦化処理(鏡面研磨等を含む)ほどの平坦度は要求されないが、作業時間を短くしたいとき等に最適であると考えられる。   Note that the flatness obtained in this embodiment is inferior to the flatness after the flattening process by CMP (including mirror polishing). However, in the case of the present embodiment, it is possible to significantly shorten the work time of the flattening process as compared with the flattening process by CMP (including mirror polishing). For this reason, the present embodiment does not require flatness as high as flattening processing by CMP (including mirror polishing), but is considered optimal when it is desired to shorten the working time.

<変形例1>
図4は、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。図4に示すように、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、準備工程S10と、前処理工程S15と、成長工程S20とを有する。準備工程S10及び成長工程S20は、上述の通りである。
<Modification 1>
FIG. 4 is a flowchart showing another example of the processing flow of the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment. As shown in FIG. 4, the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of this embodiment includes a preparation step S10, a pretreatment step S15, and a growth step S20. The preparation step S10 and the growth step S20 are as described above.

前処理工程S15では、第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11に対して簡易的な平坦化処理を行う。例えば、第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11の凹凸が激しい場合、成長工程S20の前に前処理工程S15を行ってもよい。   In the pretreatment step S <b> 15, a simple planarization process is performed on the growth surface 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10. For example, when the unevenness of the growth surface 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10 is severe, the pretreatment step S15 may be performed before the growth step S20.

前処理工程S15では、例えば、リン酸及び硫酸の混合液を用いた成長面11のエッチングや、CMPによる簡易的な平坦化処理(鏡面研磨を含まない)等を行う。   In the pretreatment step S15, for example, etching of the growth surface 11 using a mixed solution of phosphoric acid and sulfuric acid, simple planarization treatment (not including mirror polishing) by CMP, or the like is performed.

当該変形例によれば簡易的な平坦化処理を行った後に、成長工程S20を行うことができるので、第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11の凹凸が激しい場合であっても、比較的簡易に、所望の平坦状態を得ることができる。   According to the modified example, the growth step S20 can be performed after performing a simple planarization process. Therefore, even if the growth surface 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10 is uneven. A desired flat state can be obtained relatively easily.

また、当該変形例の場合、鏡面研磨を行う必要がない。このため、本変形例の場合、簡易的な平坦化処理(前処理工程S15)、及び、平坦化処理(成長工程S20)を含むが、鏡面研磨を含む平坦化処理に比べて、作業時間を短縮できる。すなわち、上述した実施形態と同様の作用効果を実現できる。   In the case of the modification, it is not necessary to perform mirror polishing. For this reason, in the case of this modification example, a simple flattening process (pre-process step S15) and a flattening process (growth step S20) are included, but the working time is reduced compared to the flattening process including mirror polishing. Can be shortened. That is, the same effect as the above-described embodiment can be realized.

<変形例2>
本実施形態の第2のIII族窒化物半導体層20は、炭素又はシリコンを不純物として含むことができる。第2のIII族窒化物半導体層20が複数の膜で構成される場合、その中の少なくとも1つの膜に、炭素又はシリコンが不純物として含まれていてもよい。炭素を含有させることで、高抵抗な層とすることができる。一方、シリコンを含有させることで、低抵抗な層とすることができる。炭素やシリコンをドープする方法は、従来技術に準じることができる。
<Modification 2>
The second group III nitride semiconductor layer 20 of the present embodiment can contain carbon or silicon as an impurity. When the second group III nitride semiconductor layer 20 is composed of a plurality of films, at least one of them may contain carbon or silicon as an impurity. By containing carbon, a high resistance layer can be obtained. On the other hand, by including silicon, a low resistance layer can be obtained. The method of doping carbon or silicon can be based on the prior art.

このような、本変形例によれば、平坦化を実現するカバー層(第2のIII族窒化物半導体層20)に、さらに、高抵抗又は低抵抗という機能を付与させることができる。すなわち、第2のIII族窒化物半導体層20は、第1のIII族窒化物半導体層10の成長面11を平坦化する機能に加えて、高抵抗又は低抵抗という機能を有することができる。   According to this modification, a function of high resistance or low resistance can be further imparted to the cover layer (second group III nitride semiconductor layer 20) that realizes planarization. That is, the second group III nitride semiconductor layer 20 can have a function of high resistance or low resistance in addition to the function of planarizing the growth surface 11 of the first group III nitride semiconductor layer 10.

<実施例1>
「第1のIII族窒化物半導体層10からなる基板の準備」
厚さ550μmの3インチφのサファイア(Al)基板を下地基板として用意した。そして、このサファイア基板上に、以下の条件で炭化チタンが分散した炭素層(第1の層)を形成した。
<Example 1>
“Preparation of Substrate Consisting of First Group III Nitride Semiconductor Layer 10”
A 3-inch φ sapphire (Al 2 O 3 ) substrate having a thickness of 550 μm was prepared as a base substrate. A carbon layer (first layer) in which titanium carbide was dispersed was formed on the sapphire substrate under the following conditions.

成膜方法:反応性スパッタリング
成膜温度:800℃
成膜時間:24秒
圧力:0.4Pa
印加電力:150W
スパッタガス:Arガス
スパッタガス流量:14.3scc
反応性ガス:炭化水素(CH
反応性ガス流量:10.0sccm
ターゲット:Ti
膜厚:0.3nm
Deposition method: Reactive sputtering Deposition temperature: 800 ° C
Deposition time: 24 seconds Pressure: 0.4 Pa
Applied power: 150W
Sputtering gas: Ar gas Sputtering gas flow rate: 14.3 scc
Reactive gas: Hydrocarbon (CH 4 )
Reactive gas flow rate: 10.0sccm
Target: Ti
Film thickness: 0.3nm

その後、第1の層の上に、以下の条件で炭化チタンの層(第2の層)を形成した。   Thereafter, a titanium carbide layer (second layer) was formed on the first layer under the following conditions.

成膜方法:反応性スパッタリング
成膜温度:800℃
成膜時間:30分
圧力:0.4Pa
印加電力:300W
スパッタガス:Arガス
スパッタガス流量:27.0sccm
反応性ガス:CH
反応性ガス流量:10.0sccm
ターゲット:Ti
膜厚:100nm
Deposition method: Reactive sputtering Deposition temperature: 800 ° C
Deposition time: 30 minutes Pressure: 0.4 Pa
Applied power: 300W
Sputtering gas: Ar gas Sputtering gas flow rate: 27.0 sccm
Reactive gas: CH 4
Reactive gas flow rate: 10.0sccm
Target: Ti
Film thickness: 100nm

その後、第2の層を、以下の条件で窒化した。   Thereafter, the second layer was nitrided under the following conditions.

窒化温度:925℃
窒化時間:30分
窒化ガス:NHガス、Hガス
Nitriding temperature: 925 ° C
Nitriding time: 30 minutes Nitriding gas: NH 3 gas, H 2 gas

その後、窒化した第2の層の上に、以下の条件でGaN層を形成して積層体を得た。   Thereafter, a GaN layer was formed on the nitrided second layer under the following conditions to obtain a laminate.

成膜方法:HVPE(hydride vapor phase epitaxy)法
成膜温度:1040℃
成膜時間:150分
膜厚:400μm
Film formation method: HVPE (hydride vapor phase epitaxy) film formation temperature: 1040 ° C.
Deposition time: 150 minutes Film thickness: 400 μm

次に、熱処理を行なった。ここでは、図5に示す容器6を使用して熱処理を行なった。はじめに、治具63の保持部631の溝に、上記積層体Bの外周縁をはめ込み、20枚の積層体Bを治具63に保持させた。   Next, heat treatment was performed. Here, heat treatment was performed using the container 6 shown in FIG. First, the outer peripheral edge of the laminate B was fitted into the groove of the holding portion 631 of the jig 63, and the 20 laminates B were held by the jig 63.

その後、積層体Bを保持する治具63を、容器本体61内に挿入した。次に、Gaの液体を容器本体61内に充填し、全ての積層体BをGaの液体中に浸した。積層体Bは、完全にGaの液体に浸漬しており、Gaの液体から露出していなかった。次に、容器本体61の開口を蓋62でふさいだ。その後、HVPE装置内に容器6を配置して、容器6を窒素ガス雰囲気下で加熱した。熱処理条件は以下のようである。   Thereafter, a jig 63 for holding the laminate B was inserted into the container main body 61. Next, the container body 61 was filled with Ga liquid, and all the laminates B were immersed in the Ga liquid. The layered product B was completely immersed in the Ga liquid, and was not exposed from the Ga liquid. Next, the opening of the container main body 61 was closed with a lid 62. Then, the container 6 was arrange | positioned in an HVPE apparatus and the container 6 was heated in nitrogen gas atmosphere. The heat treatment conditions are as follows.

温度:1200℃
雰囲気:Nガス
処理時間:8時間
Temperature: 1200 ° C
Atmosphere: N 2 gas treatment time: 8 hours

熱処理の後、積層体Bを常温まで冷却し、観察した。GaN層とサファイア基板は分離していた。分離箇所は、GaN層とサファイア基板との間に位置する第1の層及び第2の層部分に生じていた。   After the heat treatment, the laminate B was cooled to room temperature and observed. The GaN layer and the sapphire substrate were separated. The isolation | separation location had arisen in the 1st layer and 2nd layer part located between a GaN layer and a sapphire substrate.

その後、当該GaN層に対して、リン酸及び硫酸の混合液を用いたエッチング(2時間)、及び、CMPによる簡易的な平坦化処理(鏡面研磨を含まない)をこの順に行った。CMPでは、N極性面(裏面)の簡易的な平坦化処理と、Ga極性面(表面)に対するスクラッチの除去等を行った。CMPの作業時間は、70時間程度であった。   Thereafter, the GaN layer was subjected to etching using a mixed solution of phosphoric acid and sulfuric acid (2 hours) and simple planarization treatment (not including mirror polishing) by CMP in this order. In CMP, a simple flattening process of the N-polar surface (back surface) and removal of scratches on the Ga-polar surface (front surface) were performed. The CMP working time was about 70 hours.

本実施例では、このようにして得られたGaN層を、第1のIII族窒化物半導体層10からなる基板とした。   In this example, the GaN layer thus obtained was used as the substrate made of the first group III nitride semiconductor layer 10.

「第2のIII族窒化物半導体層20の形成」
第1のIII族窒化物半導体層10の成長面上に、MOCVD装置を用い、ダウンフロー方式でキャリアガスを第1のIII族窒化物半導体層10に供給しながら、図3に示すような膜22乃至24からなる第2のIII族窒化物半導体層20を形成した。なお、第2のIII族窒化物半導体層20を形成する前に、第1のIII族窒化物半導体層10に対して熱処理を行った。熱処理及び膜22乃至24各々の成長条件は、以下の通りである。
“Formation of Second Group III Nitride Semiconductor Layer 20”
A film as shown in FIG. 3 is formed on the growth surface of the first group III nitride semiconductor layer 10 while supplying a carrier gas to the first group III nitride semiconductor layer 10 by a downflow method using an MOCVD apparatus. A second group III nitride semiconductor layer 20 composed of 22 to 24 was formed. Note that the first group III nitride semiconductor layer 10 was heat-treated before the second group III nitride semiconductor layer 20 was formed. The growth conditions of the heat treatment and each of the films 22 to 24 are as follows.

<熱処理>
NH:10slm
:4.5slm
:10.5slm3
圧力:500torr
温度:1200℃
<Heat treatment>
NH 3 : 10 slm
H 2 : 4.5 slm
N 2 : 10.5 slm 3
Pressure: 500 torr
Temperature: 1200 ° C

<膜22の成長条件>
TMGa(恒温槽2℃):300ccm
NH:8slm
V/III比:400
キャリアガス:HとNの混合ガス
:13.5slm
:1.5slm
圧力:500torr
成長温度:1250℃
成長速度:1.5μm/h
膜厚:0.3μm
<Growth condition of film 22>
TMGa (constant temperature 2 ° C.): 300 ccm
NH 3 : 8 slm
V / III ratio: 400
Carrier gas: H 2 and N 2 mixed gas H 2 : 13.5 slm
N 2 : 1.5 slm
Pressure: 500 torr
Growth temperature: 1250 ° C
Growth rate: 1.5 μm / h
Film thickness: 0.3 μm

<膜23の成長条件>
TMGa(恒温槽2℃):300ccm
NH:8slm
V/III比:400
キャリアガス:HとNの混合ガス
:13.5slm
:1.5slm
圧力:200torr
成長温度:1250℃
成長速度:4.0μm/h
膜厚:2.0μm
<Growth Conditions for Film 23>
TMGa (constant temperature 2 ° C.): 300 ccm
NH 3 : 8 slm
V / III ratio: 400
Carrier gas: H 2 and N 2 mixed gas H 2 : 13.5 slm
N 2 : 1.5 slm
Pressure: 200 torr
Growth temperature: 1250 ° C
Growth rate: 4.0 μm / h
Film thickness: 2.0μm

<膜24の成長条件>
TMGa(恒温槽2℃):500ccm
NH:16slm
V/III比:500
キャリアガス:HとNの混合ガス
:13.5slm
:1.5slm
圧力:100torr
成長温度:1180℃
成長速度:20.0μm/h
膜厚:15.0μm
<Growth Conditions for Film 24>
TMGa (constant temperature bath 2 ° C.): 500 ccm
NH 3 : 16 slm
V / III ratio: 500
Carrier gas: H 2 and N 2 mixed gas H 2 : 13.5 slm
N 2 : 1.5 slm
Pressure: 100 torr
Growth temperature: 1180 ° C
Growth rate: 20.0 μm / h
Film thickness: 15.0μm

「観察」
図6に示すように、基板の中心を原点(0,0)とし、任意にX軸及びY軸を設定した。そして、(0,0)、(10,0)、(20,0)、(−10,0)、(−20,0)、(0,10)、(0,20)、(0,−10)、(0,−20)の9点各々を中心とする縦横1500μm×1500μmの観察エリアを9点設定した。なお、(M,N)は、中心からX軸方向にMmm移動し、さらに、Y軸方向のNmm移動した位置を示す。
"Observation"
As shown in FIG. 6, the center of the substrate was the origin (0, 0), and the X axis and Y axis were arbitrarily set. And (0,0), (10,0), (20,0), (-10,0), (-20,0), (0,10), (0,20), (0,- Nine observation areas of 1500 μm × 1500 μm in length and width centering on each of 10 points (10) and (0, −20) were set. Note that (M, N) indicates a position moved by M mm in the X-axis direction from the center and further moved by N mm in the Y-axis direction.

図7に、第2のIII族窒化物半導体層20における各観察エリアの平面微分干渉顕微鏡画像、及び、第2のIII族窒化物半導体層20を形成する前の第1のIII族窒化物半導体層10における各観察エリアの平面微分干渉顕微鏡画像(図中、エピ成長前)を示す。平面微分干渉顕微鏡画像より、第2のIII族窒化物半導体層20の成長面の方が、第1の窒化物半導体層の成長面よりも平坦性が高いことが分かる。   FIG. 7 shows a planar differential interference microscope image of each observation area in the second group III nitride semiconductor layer 20 and the first group III nitride semiconductor before the second group III nitride semiconductor layer 20 is formed. The plane differential interference microscope image (in the figure, before epi growth) of each observation area in the layer 10 is shown. From the planar differential interference microscope image, it can be seen that the growth surface of the second group III nitride semiconductor layer 20 has higher flatness than the growth surface of the first nitride semiconductor layer.

また、観察エリアごとにSa(μm)を算出し、その平均を算出した。第2のIII族窒化物半導体層20の平均値は、0.174μmであったのに対し、第1のIII族窒化物半導体層10の平均値は5.113μmであった。この結果からも、第2のIII族窒化物半導体層20の成長面の方が、第1の窒化物半導体層の成長面よりも平坦性が高いことが分かる。   Moreover, Sa (micrometer) was computed for every observation area, and the average was computed. The average value of the second group III nitride semiconductor layer 20 was 0.174 μm, whereas the average value of the first group III nitride semiconductor layer 10 was 5.113 μm. This result also shows that the growth surface of the second group III nitride semiconductor layer 20 has higher flatness than the growth surface of the first nitride semiconductor layer.

<実施例2>
「第1のIII族窒化物半導体層10からなる基板の準備」
実施例1と同様とした。
<Example 2>
“Preparation of Substrate Consisting of First Group III Nitride Semiconductor Layer 10”
Same as Example 1.

「第2のIII族窒化物半導体層20の形成」
第1のIII族窒化物半導体層10のSa平均値が異なる基板を用いた点を除き、実施例1と同様とした。
“Formation of Second Group III Nitride Semiconductor Layer 20”
The same procedure as in Example 1 was performed except that a substrate having a different average Sa value of the first group III nitride semiconductor layer 10 was used.

「観察」
図8に、第2のIII族窒化物半導体層20における各観察エリアの平面微分干渉顕微鏡画像、及び、第2のIII族窒化物半導体層20を形成する前の第1のIII族窒化物半導体層10における各観察エリアの平面微分干渉顕微鏡画像(図中、エピ成長前)を示す。平面微分干渉顕微鏡画像より、第2のIII族窒化物半導体層20の成長面の方が、第1の窒化物半導体層の成長面よりも平坦性が高いことが分かる。
"Observation"
FIG. 8 shows a planar differential interference microscope image of each observation area in the second group III nitride semiconductor layer 20 and the first group III nitride semiconductor before forming the second group III nitride semiconductor layer 20. The plane differential interference microscope image (in the figure, before epi growth) of each observation area in the layer 10 is shown. From the planar differential interference microscope image, it can be seen that the growth surface of the second group III nitride semiconductor layer 20 has higher flatness than the growth surface of the first nitride semiconductor layer.

また、観察エリアごとにSa(μm)を算出し、その平均を算出した。第2のIII族窒化物半導体層20の平均値は、0.132μmであったのに対し、第1のIII族窒化物半導体層10の平均値は3.7561μmであった。この結果からも、第2のIII族窒化物半導体層20の成長面の方が、第1の窒化物半導体層の成長面よりも平坦性が高いことが分かる。   Moreover, Sa (micrometer) was computed for every observation area, and the average was computed. The average value of the second group III nitride semiconductor layer 20 was 0.132 μm, whereas the average value of the first group III nitride semiconductor layer 10 was 3.7561 μm. This result also shows that the growth surface of the second group III nitride semiconductor layer 20 has higher flatness than the growth surface of the first nitride semiconductor layer.

<比較例1>
「第1のIII族窒化物半導体層10からなる基板の準備」
<Comparative Example 1>
“Preparation of Substrate Consisting of First Group III Nitride Semiconductor Layer 10”

実施例1と同様とした。   Same as Example 1.

「第2のIII族窒化物半導体層20に対応する層の形成」
第1のIII族窒化物半導体層10の成長面上に、MOCVD装置を用い、ダウンフロー方式でキャリアガスを第1のIII族窒化物半導体層10に供給しながら、第1膜及び第2膜がこの順に積層した積層体を形成した。なお、第1膜及び第2膜からなる積層体を形成する前に、第1のIII族窒化物半導体層10に対して熱処理を行った。熱処理及び積層体の成長条件は、以下の通りである。
“Formation of Layer Corresponding to Second Group III Nitride Semiconductor Layer 20”
A first film and a second film are formed on the growth surface of the first group III nitride semiconductor layer 10 while supplying a carrier gas to the first group III nitride semiconductor layer 10 by a downflow method using an MOCVD apparatus. Formed a laminated body laminated in this order. Note that the first group III nitride semiconductor layer 10 was subjected to heat treatment before the stacked body including the first film and the second film was formed. The heat treatment and the growth conditions of the laminate are as follows.

<熱処理>
NH:15slm
:10.5slm
:4.5slm
圧力:500torr
温度:1050℃
<第1膜の成長条件>
TMGa(恒温槽2℃):250ccm
NH:15slm
V/III比:1000
キャリアガス:HとNの混合ガス
:10.5slm
:4.5slm
圧力:500torr
成長温度:1100℃
成長速度:1.5μm/h
膜厚:0.5μm
<Heat treatment>
NH 3 : 15 slm
H 2 : 10.5 slm
N 2 : 4.5 slm
Pressure: 500 torr
Temperature: 1050 ° C
<Growth conditions for first film>
TMGa (constant temperature 2 ° C.): 250 ccm
NH 3 : 15 slm
V / III ratio: 1000
Carrier gas: H 2 and N 2 mixed gas H 2 : 10.5 slm
N 2 : 4.5 slm
Pressure: 500 torr
Growth temperature: 1100 ° C
Growth rate: 1.5 μm / h
Film thickness: 0.5μm

<第2膜の成長条件>
TMGa(恒温槽2℃):300ccm
NH:15slm
V/III比:1000
キャリアガス:HとNの混合ガス
:10.5slm
:4.5slm
圧力:200torr
成長温度:1150℃
成長速度:5.0μm/h
膜厚:15.0μm
<Growth conditions for second film>
TMGa (constant temperature 2 ° C.): 300 ccm
NH 3 : 15 slm
V / III ratio: 1000
Carrier gas: H 2 and N 2 mixed gas H 2 : 10.5 slm
N 2 : 4.5 slm
Pressure: 200 torr
Growth temperature: 1150 ° C
Growth rate: 5.0 μm / h
Film thickness: 15.0μm

「観察」
図9に、第2膜における各観察エリアの平面微分干渉顕微鏡画像、及び、第1膜及び第2膜からなる積層体を形成する前の第1のIII族窒化物半導体層10における各観察エリアの平面微分干渉顕微鏡画像(図中、エピ成長前)を示す。平面微分干渉顕微鏡画像より、第1膜及び第2膜からなる積層体を形成する前の第1のIII族窒化物半導体層10の方が、第2膜の成長面よりも平坦性が高いことが分かる。
"Observation"
FIG. 9 shows a planar differential interference microscope image of each observation area in the second film, and each observation area in the first group III nitride semiconductor layer 10 before forming a stacked body composed of the first film and the second film. The plane differential interference microscope image (in the figure before epi growth) is shown. From the plane differential interference microscope image, the flatness of the first group III nitride semiconductor layer 10 before the formation of the stacked body including the first film and the second film is higher than the growth surface of the second film. I understand.

また、観察エリアごとにSa(μm)を算出し、その平均を算出した。第2膜の平均値は、1.407μmであったのに対し、第1のIII族窒化物半導体層10の平均値は3.226μmであった。この結果からも、第1膜及び第2膜からなる積層体を形成する前の第1のIII族窒化物半導体層10の方が、第2膜の成長面よりも平坦性が高いことが分かる。   Moreover, Sa (micrometer) was computed for every observation area, and the average was computed. The average value of the second film was 1.407 μm, whereas the average value of the first group III nitride semiconductor layer 10 was 3.226 μm. Also from this result, it is understood that the first group III nitride semiconductor layer 10 before the formation of the stacked body including the first film and the second film has higher flatness than the growth surface of the second film. .

<比較例2>
「第1のIII族窒化物半導体層10からなる基板の準備」
実施例1と同様とした。
<Comparative example 2>
“Preparation of Substrate Consisting of First Group III Nitride Semiconductor Layer 10”
Same as Example 1.

「第2のIII族窒化物半導体層20に対応する層の形成」
第1のIII族窒化物半導体層10のSa平均値が異なる基板を用いた点を除き、比較例1と同様とした。
“Formation of Layer Corresponding to Second Group III Nitride Semiconductor Layer 20”
Comparative Example 1 was the same as that of Example 1 except that a substrate having a different average Sa value of the first group III nitride semiconductor layer 10 was used.

「観察」
図10に、第2膜における各観察エリアの平面微分干渉顕微鏡画像、及び、第1膜及び第2膜からなる積層体を形成する前の第1のIII族窒化物半導体層10における各観察エリアの平面微分干渉顕微鏡画像(図中、エピ成長前)を示す。平面微分干渉顕微鏡画像より、第1膜及び第2膜からなる積層体を形成する前の第1のIII族窒化物半導体層10の方が、第2膜の成長面よりも平坦性が高いことが分かる。
"Observation"
FIG. 10 shows a planar differential interference microscope image of each observation area in the second film, and each observation area in the first group III nitride semiconductor layer 10 before forming a stacked body composed of the first film and the second film. The plane differential interference microscope image (in the figure before epi growth) is shown. From the plane differential interference microscope image, the flatness of the first group III nitride semiconductor layer 10 before the formation of the stacked body including the first film and the second film is higher than the growth surface of the second film. I understand.

また、観察エリアごとにSa(μm)を算出し、その平均を算出した。第2膜の平均値は、1.099μmであったのに対し、第1のIII族窒化物半導体層10の平均値は4.007μmであった。この結果からも、第1膜及び第2膜からなる積層体を形成する前の第1のIII族窒化物半導体層10の方が、第2膜の成長面よりも平坦性が高いことが分かる。   Moreover, Sa (micrometer) was computed for every observation area, and the average was computed. The average value of the second film was 1.099 μm, whereas the average value of the first group III nitride semiconductor layer 10 was 4.007 μm. Also from this result, it is understood that the first group III nitride semiconductor layer 10 before the formation of the stacked body including the first film and the second film has higher flatness than the growth surface of the second film. .

以下、参考形態の例を付記する。
1. III族窒化物半導体で構成された第1のIII族窒化物半導体層と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の第1の面上にIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで形成され、露出している成長面はCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理をなされておらず、かつ、前記成長面は前記第1のIII族窒化物半導体層の前記第1の面よりも平坦性が高い第2のIII族窒化物半導体層と、
を有するIII族窒化物半導体基板。
2. 1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第2のIII族窒化物半導体層は、炭素を不純物として含むIII族窒化物半導体基板。
3. 1に記載のIII族窒化物半導体基板おいて、
前記第2のIII族窒化物半導体層は、シリコンを不純物として含むIII族窒化物半導体基板。
4. 1から3のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第2のIII族窒化物半導体層は、互いに膜組成が異なる複数の膜からなるIII族窒化物半導体基板。
5. III族窒化物半導体で構成された第1のIII族窒化物半導体層を準備する準備工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の第1の面上に、所定の条件でIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させることで、露出している成長面が前記第1のIII族窒化物半導体層の前記第1の面よりも平坦性が高い第2のIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
6. 5に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程では、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置を用い、成長温度を1180℃以上1300℃以下とした成長条件で、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
7. 5又は6に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程では、MOCVD装置を用い、水素キャリア流量を10.5slm以上20.0slm以下とした成長条件で、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
8. 5から7のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程では、互いに膜組成が異なる3つの膜が積層した前記第2のIII族窒化物半導体層を形成し、
最下層の膜の成長速度は、0.5μm/hr以上2.0μm以下であり、
前記最下層の直上の膜の成長速度は、1.5μm/hr以上8.0μm以下であり、
最上層の膜の成長速度は、15.0μm/hr以上40.0μmであるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
Hereinafter, examples of the reference form will be added.
1. A first group III nitride semiconductor layer composed of a group III nitride semiconductor;
A group III nitride semiconductor crystal is epitaxially grown on the first surface of the first group III nitride semiconductor layer, and the exposed growth surface is not subjected to CMP (Chemical Mechanical Polishing) treatment. And the growth surface has a second group III nitride semiconductor layer having higher flatness than the first surface of the first group III nitride semiconductor layer, and
A group III nitride semiconductor substrate having:
2. In the group III nitride semiconductor substrate according to 1,
The second group III nitride semiconductor layer is a group III nitride semiconductor substrate containing carbon as an impurity.
3. In the group III nitride semiconductor substrate according to 1,
The second group III nitride semiconductor layer is a group III nitride semiconductor substrate containing silicon as an impurity.
4). In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 3,
The second group III nitride semiconductor layer is a group III nitride semiconductor substrate comprising a plurality of films having different film compositions.
5. A preparation step of preparing a first group III nitride semiconductor layer composed of a group III nitride semiconductor;
A group III nitride semiconductor crystal is epitaxially grown on the first surface of the first group III nitride semiconductor layer under a predetermined condition so that an exposed growth surface is the first group III nitride semiconductor. A growth step of forming a second group III nitride semiconductor layer having higher flatness than the first surface of the layer;
A method for producing a group III nitride semiconductor substrate having:
6). In the method for producing a group III nitride semiconductor substrate according to 5,
In the growth step, a Group III nitride semiconductor substrate is produced by epitaxial growth of a Group III nitride semiconductor crystal using a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus under a growth condition of a growth temperature of 1180 ° C. to 1300 ° C. .
7). In the method for producing a group III nitride semiconductor substrate according to 5 or 6,
In the growth step, a Group III nitride semiconductor substrate is produced by epitaxially growing a Group III nitride semiconductor crystal using a MOCVD apparatus under a growth condition in which a hydrogen carrier flow rate is set to 10.5 slm or more and 20.0 slm or less.
8). In the method for producing a group III nitride semiconductor substrate according to any one of 5 to 7,
In the growth step, the second group III nitride semiconductor layer in which three films having different film compositions are stacked is formed,
The growth rate of the lowermost film is 0.5 μm / hr or more and 2.0 μm or less,
The growth rate of the film immediately above the lowermost layer is 1.5 μm / hr or more and 8.0 μm or less,
The method for producing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the growth rate of the uppermost film is 15.0 μm / hr or more and 40.0 μm.

6 容器
10 第1のIII族窒化物半導体層
11 成長面
20 第2のIII族窒化物半導体層
21 成長面
22 膜
23 膜
24 膜
61 容器本体
62 蓋
63 治具
631 保持部
632 固定部
B 積層体
6 Container 10 First Group III Nitride Semiconductor Layer 11 Growth Surface 20 Second Group III Nitride Semiconductor Layer 21 Growth Surface 22 Film 23 Film 24 Film 61 Container Body 62 Lid 63 Jig 631 Holding Part 632 Fixing Part B Stacking body

Claims (4)

III族窒化物半導体で構成された第1のIII族窒化物半導体層を準備する準備工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の第1の面上に、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させることで、露出している成長面が前記第1のIII族窒化物半導体層の前記第1の面よりも平坦性が高い第2のIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
を有し、
前記成長工程では、互いに膜組成が異なる3つの膜が積層した前記第2のIII族窒化物半導体層を形成し、
最下層の膜の成長速度は、0.5μm/hr以上2.0μm/hr以下であり、
前記最下層の直上の膜の成長速度は、1.5μm/hr以上8.0μm/hr以下であり、
最上層の膜の成長速度は、15.0μm/hr以上40.0μm/hr以下であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
A preparation step of preparing a first group III nitride semiconductor layer composed of a group III nitride semiconductor;
A group III nitride semiconductor crystal is epitaxially grown on the first surface of the first group III nitride semiconductor layer so that an exposed growth surface is the first surface of the first group III nitride semiconductor layer. A growth step of forming a second group III nitride semiconductor layer having a flatness higher than that of the first surface;
I have a,
In the growth step, the second group III nitride semiconductor layer in which three films having different film compositions are stacked is formed,
The growth rate of the lowermost film is 0.5 μm / hr or more and 2.0 μm / hr or less,
The growth rate of the film immediately above the lowermost layer is 1.5 μm / hr or more and 8.0 μm / hr or less,
The method for producing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the growth rate of the uppermost film is 15.0 μm / hr or more and 40.0 μm / hr or less .
III族窒化物半導体で構成された第1のIII族窒化物半導体層を準備する準備工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の第1の面上に、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させることで、露出している成長面が前記第1のIII族窒化物半導体層の前記第1の面よりも平坦性が高い第2のIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
を有し、
前記成長工程では、互いに膜組成が異なる2つの膜が積層した前記第2のIII族窒化物半導体層を形成し、
下層の膜の成長速度は、0.5μm/hr以上2.0μm/hr以下、又は、1.5μm/hr以上8.0μm/hr以下であり、
上層の膜の成長速度は、15.0μm/hr以上40.0μm/hr以下であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
A preparation step of preparing a first group III nitride semiconductor layer composed of a group III nitride semiconductor;
A group III nitride semiconductor crystal is epitaxially grown on the first surface of the first group III nitride semiconductor layer so that an exposed growth surface is the first surface of the first group III nitride semiconductor layer. A growth step of forming a second group III nitride semiconductor layer having a flatness higher than that of the first surface;
I have a,
In the growth step, the second group III nitride semiconductor layer in which two films having different film compositions are stacked is formed,
The growth rate of the lower layer film is 0.5 μm / hr or more and 2.0 μm / hr or less, or 1.5 μm / hr or more and 8.0 μm / hr or less,
The method for producing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the growth rate of the upper layer film is 15.0 μm / hr or more and 40.0 μm / hr or less .
請求項1又は2に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程では、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置を用い、成長温度を1180℃以上1300℃以下とした成長条件で、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1 or 2 ,
In the growth step, a Group III nitride semiconductor substrate is produced by epitaxial growth of a Group III nitride semiconductor crystal using a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus under a growth condition of a growth temperature of 1180 ° C. to 1300 ° C. .
請求項1から3のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程では、MOCVD装置を用い、水素キャリア流量を10.5slm以上20.0slm以下とした成長条件で、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of any one of Claim 1 to 3 ,
In the growth step, a Group III nitride semiconductor substrate is produced by epitaxially growing a Group III nitride semiconductor crystal using a MOCVD apparatus under a growth condition in which a hydrogen carrier flow rate is set to 10.5 slm or more and 20.0 slm or less.
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