JP6693618B2 - エピタキシャル基板の製造方法 - Google Patents
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Description
この工程では、一平面21に当該一平面21の法線方向に突出する複数の突起22がアレイ状に並んでいる単結晶基板2を準備して、薬品及び純水による前処理を行うことにより、単結晶基板2の一平面21及び複数の突起22の表面を含む下地面20を清浄化し、乾燥させる。単結晶基板2を構成するサファイア基板は、所謂PSSである。
この工程では、前処理の終わった単結晶基板2をMOVPE装置の反応炉内に配置する。要するに、初期工程では、一平面21に当該一平面21の法線方向に突出する複数の突起22がアレイ状に並んでいる単結晶基板2をMOVPE装置の反応炉内に配置する。より詳細には、初期工程では、単結晶基板2をMOVPE装置の反応炉内に導入し、その後、反応炉の内部の真空引きを行い、続いて、窒素ガス等を反応炉内へ流すことによって反応炉内を窒素ガスで満たしてから、排気する。なお、単結晶基板2は、エピタキシャル基板1を複数形成することが可能な単結晶ウェハであるのが好ましい。
この工程は、MOVPE装置の反応炉内に配置された単結晶基板2の基板温度を、規定温度まで昇温し、さらに、この規定温度での加熱により単結晶基板2の下地面20を清浄化する。
この工程では、MOVPE装置の反応炉内へAlの原料ガス(tri-methyl aluminum:TMAl)とNの原料ガス(NH3)とを供給することによって単結晶基板2の下地面20上に島状の複数のAlN結晶核34(図3A参照)を形成する。要するに、第1工程は、単結晶基板2を加熱した状態で、Alの原料ガスとNの原料ガスとを反応炉内に供給することによって、単結晶基板2の一平面21及び複数の突起22の表面を含む下地面20上に島状の複数のAlN結晶核34を形成する。ここにおいて、島状の複数のAlN結晶核34は、AlN層3の一部となる。AlN結晶核34は、この工程よりも後の工程での結晶成長の種結晶(seed crystal)として機能すると推考される。島状の複数のAlN結晶核34は、Al極性のAlN結晶核であるのが好ましい。第1工程におけるV/III比は、Al極性のAlN結晶核の形成がN極性のAlN結晶核の形成よりも優先されやすい値である。よって、第1工程において複数のAlN結晶核34それぞれとしてAl極性のAlN結晶核を形成し、かつ、N極性のAlN結晶核の形成を抑制することが可能となる。これにより、第2AlN結晶32及び第3AlN結晶33それぞれの成長時にN極性のAlN結晶が成長するのを抑制することが可能となる。
本明細書では、この工程において形成する第1AlN結晶31と複数の第2AlN結晶32とを含む層を、第1AlN層301と称する。よって、この工程(第2工程)では、単結晶基板2を加熱した状態で、Alの原料ガスとNの原料ガスとをMOVPE装置の反応炉内に供給することによって、複数のAlN結晶核34を元に単結晶基板2の下地面20上に第1AlN層301を形成する。エピタキシャル基板1の製造方法では、第1AlN層301と、その一部となるAlN結晶核34とで材質が同じであるので、最終生成物のエピタキシャル基板1においてAlN結晶核34を区別するのは難しい。
本明細書では、この工程において形成する第3AlN結晶33を、第2AlN層302と称する。よって、この工程(第3工程)では、単結晶基板2を加熱した状態で、Alの原料ガスとNの原料ガスとをMOVPE装置の反応炉内に供給することによって、第1AlN層301上に第2AlN層302を形成する。エピタキシャル基板1の製造方法では、第1AlN層301の第2AlN結晶32と第2AlN層302の第3AlN結晶33とで材質及び結晶構造が同じであるので、最終生成物のエピタキシャル基板1において第1AlN層301と第2AlN層302とを区別するのは難しい。
2 単結晶基板
20 下地面
21 一平面
22 突起
34 AlN結晶核
301 第1AlN層
302 第2AlN層
Claims (4)
- 一平面に前記一平面の法線方向に突出する複数の突起がアレイ状に並んでいる単結晶基板をMOVPE装置の反応炉内に配置する初期工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で、Alの原料ガスとNの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記単結晶基板の前記一平面及び前記複数の突起の表面を含む下地面上に島状の複数のAlN結晶核を形成する第1工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で、前記Alの原料ガスと前記Nの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記複数のAlN結晶核を元に前記単結晶基板の前記下地面上に第1AlN層を形成する第2工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で前記Alの原料ガスと前記Nの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記第1AlN層上に第2AlN層を形成する第3工程と、を含み、
前記第1工程におけるV/III比は、Al極性のAlN結晶核がN極性のAlN結晶核よりも優先して形成される値であり、
前記第2工程におけるV/III比は、前記単結晶基板の前記法線方向に直交するファセットを有するAlN結晶の縦方向成長が促進される値であり、
前記第3工程におけるV/III比は、AlN結晶の横方向成長が促進される値であり、
前記第1AlN層の厚さは2μm以上であり、
前記第2工程におけるV/III比は、51よりも大きく、
前記第3工程におけるV/III比は、51よりも小さい、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 一平面に前記一平面の法線方向に突出する複数の突起がアレイ状に並んでいる単結晶基板をMOVPE装置の反応炉内に配置する初期工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で、Alの原料ガスとNの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記単結晶基板の前記一平面及び前記複数の突起の表面を含む下地面上に島状の複数のAlN結晶核を形成する第1工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で、前記Alの原料ガスと前記Nの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記複数のAlN結晶核を元に前記単結晶基板の前記下地面上に第1AlN層を形成する第2工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で前記Alの原料ガスと前記Nの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記第1AlN層上に第2AlN層を形成する第3工程と、を含み、
前記第1工程におけるV/III比は、Al極性のAlN結晶核がN極性のAlN結晶核よりも優先して形成される値であり、
前記第2工程におけるV/III比は、前記単結晶基板の前記法線方向に直交するファセットを有するAlN結晶の縦方向成長が促進される値であり、
前記第3工程におけるV/III比は、AlN結晶の横方向成長が促進される値であり、
前記第1AlN層の厚さは2μm以上であり、
前記第2工程及び前記第3工程それぞれにおける前記単結晶基板の温度は1300℃よりも高くかつ1390℃未満である、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。 - 前記第2工程及び前記第3工程では、前記Alの原料ガスのキャリアガスはH2ガスのみであり、かつ、前記Nの原料ガスのキャリアガスはH2ガスのみである、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のエピタキシャル基板の製造方法。 - 前記単結晶基板は、サファイア基板、SiC基板、AlN基板又はGaN基板であり、
前記単結晶基板の前記法線方向の結晶軸は、c軸である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
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