JP6735588B2 - 窒化物半導体テンプレート、窒化物半導体積層物、窒化物半導体テンプレートの製造方法、および窒化物半導体積層物の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体テンプレート、窒化物半導体積層物、窒化物半導体テンプレートの製造方法、および窒化物半導体積層物の製造方法 Download PDFInfo
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Description
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板と、
前記放熱性基板の第1主面側に設けられ、窒化物半導体からなる第1反り抑制層と、
前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に設けられ、前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層と、
前記第1反り抑制層上に設けられ、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層と、を有する窒化物半導体テンプレートが提供される。
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板と、
前記放熱性基板の第1主面側に設けられ、窒化物半導体からなる第1反り抑制層と、
前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に設けられ、前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層と、
前記第1反り抑制層上に設けられ、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層と、
前記成長下地層上に設けられ、少なくとも電子走行層および電子供給層を有する窒化物半導体の積層体と、を有する窒化物半導体積層物が提供される。
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板を用意する工程と、
前記放熱性基板の第1主面側に窒化物半導体からなる第1反り抑制層を形成するとともに、前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層を形成する工程と、
前記第1反り抑制層上に、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層を形成する工程と、を有する窒化物半導体テンプレートの製造方法が提供される。
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板を用意する工程と、
前記放熱性基板の第1主面側に窒化物半導体からなる第1反り抑制層を形成するとともに、前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層を形成する工程と、
前記第1反り抑制層上に、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層を形成する工程と、
前記成長下地層上に、少なくとも電子走行層および電子供給層を有する窒化物半導体の積層体を形成する工程と、を有する窒化物半導体積層物の製造方法が提供される。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、図1を用い、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレートについて説明する。図1は、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレートを示す断面図である。
放熱性基板100は、その上に形成される層(後述の窒化物半導体の積層体200)で生じた熱を外部に効率よく放出するヒートシンクとして機能するとともに、後述する成長下地層120等を支持する支持基板として機能するよう構成されている。なお、以下において、放熱性基板100の第1主面を「表面102」とし、放熱性基板100の第1主面と反対の第2主面を「裏面104」とする。
第1反り抑制層112および第2反り抑制層114は、それらの間に放熱性基板100を挟み込むことにより、放熱性基板100の反りを抑制するよう構成されている。具体的には、第1反り抑制層112は、放熱性基板100の表面102側に設けられ、第2反り抑制層114は、放熱性基板100の裏面104側に設けられている。また、第1反り抑制層112および第2反り抑制層114は、互いに同一の窒化物半導体からなっている。
成長下地層120は、後述する窒化物半導体の積層体をエピタキシャル成長させる下地層として構成され、第1反り抑制層112上に設けられている。成長下地層120は、例えば、単結晶の窒化物半導体からなっており、具体的には、単結晶のGaNからなっている。本実施形態では、成長下地層120は、例えば、後述するように、単結晶のGaN基板としての下地層提供基板の一部を切り出すことにより形成されている。
次に、図1〜図6を用い、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレートの製造方法について説明する。なお、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレートの製造方法は、半導体装置の製造方法の一部を構成している。図2は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。なお、ステップをSと略している。図3は、反り抑制層を形成する成膜装置を示す概略構成図である。図4は、反り抑制層形成工程を示す断面図である。図5は、イオン注入工程を示す断面図である。図6は、基板接合工程を示す断面図である。
図2に示すように、まず、放熱性基板100を用意する。具体的には、放熱性基板100として、例えば、多結晶ダイヤモンド基板を用意する。なお、このとき、例えば、放熱性基板100の表面102と裏面104とを鏡面となるように研磨しておく。これにより、放熱性基板100の表面102側および裏面104側にそれぞれ第1反り抑制層112および第2反り抑制層114を滑らかに形成することができる。その結果、第1反り抑制層112と成長下地層120との密着性を向上させるとともに、第1反り抑制層112を介した熱伝導性を向上させることができる。一方で、例えば、放熱性基板100の表面102と裏面104とを所定の面粗さとなるよう形成してもよい。これにより、アンカー効果により、第1反り抑制層112および第2反り抑制層114のそれぞれの放熱性基板100への密着性を向上させることができる。その結果、第1反り抑制層112および第2反り抑制層114の反り抑制効果を向上させることができる。
次に、例えば図3に示す成膜装置400を用い、放熱性基板100の表面102側に窒化物半導体からなる第1反り抑制層112を形成するとともに、放熱性基板100の裏面104側に第1反り抑制層112と同じ材料からなる第2反り抑制層114を形成する。
次に、以下の成長下地層形成工程S130により、第1反り抑制層112上に、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層120を形成する。本実施形態の成長下地層形成工程S130は、例えば、イオン注入工程S132と、基板接合工程S134と、基板切断工程S136と、を有している。
図5に示すように、まず、成長下地層120の基となる下地層提供基板130を用意する。下地層提供基板130は、単結晶の窒化物半導体からなる基板とし、例えば、単結晶のGaN基板(自立GaN基板)とする。なお、下地層提供基板130の主面を、c面((0001)面)とする。
次に、図6に示すように、イオン注入後の下地層提供基板130を、放熱性基板100上の第1反り抑制層112に接合させる。このとき、例えば、プラズマ活性化接合法(表面活性化接合法)により、下地層提供基板130を第1反り抑制層112に接合させる。プラズマ活性化接合法では、例えば、高真空中でArプラズマ等を生成させ、Arイオンを第1反り抑制層112に照射させる。これにより、第1反り抑制層112の表面を、ダングリングボンドが露出した状態とする。そして、下地層提供基板130を第1反り抑制層112の活性化された表面と接合する。これにより、原子レベルで下地層提供基板130と第1反り抑制層112とを接合することができる。なお、このとき、下地層提供基板130のN極性面と第1反り抑制層112とを接合させる。
次に、下地層提供基板130において、イオン注入領域132での剥離を行う。具体的には、下地層提供基板130と放熱性基板100との接合体に対して熱処理を行うことで、下地層提供基板130内の結晶の結合をイオン注入領域132で切断する。これにより、下地層提供基板130の一部を第1反り抑制層112に接合させた状態で残存させつつ、下地層提供基板130の他部を剥離する。このように、下地層提供基板130の一部を第1反り抑制層112から所定の厚さで切断することで、単結晶のGaNからなる成長下地層120を形成する(図1参照)。なお、このとき、成長下地層120の表面(第1反り抑制層112との接合面と反対側の面)は、Ga極性面となる。
次に、図2および図7を用い、本実施形態に係る窒化物半導体積層物の製造方法について説明する。なお、本実施形態に係る窒化物半導体積層物の製造方法は、半導体装置の製造方法の一部を構成している。図7は、本実施形態に係る窒化物半導体積層物を示す断面図である。
図7に示すように、例えば、有機金属気相成長(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)装置を用い、以下の手順により、上述した窒化物半導体テンプレート10を基体とし、窒化物半導体テンプレート10の成長下地層120上に窒化物半導体の積層体200を形成する。
図7に示すように、本実施形態の窒化物半導体積層物20は、例えば、放熱性基板100、第1反り抑制層112、第2反り抑制層114、および成長下地層120を有する窒化物半導体テンプレート10と、中間層210、電子走行層220、および電子供給層230を有する積層体200と、を備えている。
次に、図2および図8を用い、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図8は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図8に示すように、窒化物半導体積層物20の電子供給層230上に、例えば、所定パターンのフォトレジスト層を形成し、次いで、ニッケル(Ni)および金(Au)の複層構造を形成し、次いで、フォトレジスト層をリフトオフにより除去する。これにより、電子供給層230上に、Ni/Auからなるゲート電極310が形成される。また、窒化物半導体積層物20の電子供給層230上に、例えば、所定パターンのフォトレジスト層を形成し、次いで、チタン(Ti)およびアルミニウム(Al)の複層構造を形成し、次いで、フォトレジスト層をリフトオフにより除去する。これにより、電子供給層230上において、ゲート電極310から所定距離離れた位置に、Ti/Alからなるソース電極320およびドレイン電極330が形成される。
次に、図8に示すように、例えばRIE(Reactive Ion Etching)により、窒化物半導体積層物20から第2反り抑制層114のみを選択的に除去する。これにより、放熱性基板100の裏面104側からの放熱性を向上させることができる。
図8に示すように、本実施形態の半導体装置30は、例えば、放熱性基板100と、第1反り抑制層112と、中間層210、電子走行層220、および電子供給層230を有する積層体200と、ゲート電極310と、ソース電極320と、ドレイン電極330と、を備えている。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板と、
前記放熱性基板の第1主面側に設けられ、窒化物半導体からなる第1反り抑制層と、
前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に設けられ、前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層と、
前記第1反り抑制層上に設けられ、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層と、を有する窒化物半導体テンプレート。
前記放熱性基板は、多結晶ダイヤモンド基板である付記1に記載の窒化物半導体テンプレート。
前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層は、窒化アルミニウムからなる付記1又は2に記載の窒化物半導体テンプレート。
前記第1反り抑制層の厚さと前記第2反り抑制層の厚さとの差の絶対値は、1.4μm以下である付記1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。
前記第1反り抑制層の厚さ及び前記成長下地層の厚さの合計と前記第2反り抑制層の厚さとの差の絶対値は、1.4μm以下である付記1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。
前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層は、アモルファスまたは多結晶である付記1〜5のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。
前記成長下地層の表面の平均転位密度は、1×107個/cm2未満である付記1〜6のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。
前記成長下地層の抵抗率は、105Ω・cm以上である付記1〜7のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。
前記成長下地膜の膜厚は、10μm未満である付記1〜8のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板と、
前記放熱性基板の第1主面側に設けられ、窒化物半導体からなる第1反り抑制層と、
前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に設けられ、前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層と、
前記第1反り抑制層上に設けられ、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層と、
前記成長下地層上に設けられ、少なくとも電子走行層および電子供給層を有する窒化物半導体の積層体と、を有する窒化物半導体積層物。
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板と、
前記放熱性基板の第1主面側に設けられ、窒化物半導体からなる第1反り抑制層と、
前記第1反り抑制層上に設けられ、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層と、
前記成長下地層上に設けられ、少なくとも電子走行層および電子供給層を有する窒化物半導体の積層体と、を有する半導体装置。
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板を用意する工程と、
前記放熱性基板の第1主面側に窒化物半導体からなる第1反り抑制層を形成するとともに、前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層を形成する工程と、
前記第1反り抑制層上に、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層を形成する工程と、を有する窒化物半導体テンプレートの製造方法。
前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層を形成する工程では、
前記放熱性基板を所定温度に加熱し、前記放熱性基板の前記第1主面側および前記第2主面側の両方にIII族原料ガスおよびV族原料ガスを同時に供給する付記12に記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
前記成長下地層を形成する工程は、
前記第1反り抑制層上に単結晶の窒化物半導体からなる下地層提供基板を貼り付ける工程と、
前記下地層提供基板の一部を前記第1反り抑制層から所定の厚さで切断することで、前記第1反り抑制層上に前記成長下地層を形成する工程と、を有する付記12又は13に記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板を用意する工程と、
前記放熱性基板の第1主面側に窒化物半導体からなる第1反り抑制層を形成するとともに、前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層を形成する工程と、
前記第1反り抑制層上に、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層を形成する工程と、
前記成長下地層上に、少なくとも電子走行層および電子供給層を有する窒化物半導体の積層体を形成する工程と、を有する窒化物半導体積層物の製造方法。
300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する放熱性基板を用意する工程と、
前記放熱性基板の第1主面側に窒化物半導体からなる第1反り抑制層を形成するとともに、前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層を形成する工程と、
前記第1反り抑制層上に、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層を形成する工程と、
前記成長下地層上に、少なくとも電子走行層および電子供給層を有する窒化物半導体の積層体を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
20 窒化物半導体積層物
30 半導体装置
100 放熱性基板
112 第1反り抑制層
114 第2反り抑制層
120 成長下地層
200 積層体
210 中間層
220 電子走行層
230 電子供給層
Claims (12)
- 300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する多結晶ダイヤモンド基板である放熱性基板と、
前記放熱性基板の第1主面側に設けられ、窒化物半導体からなる第1反り抑制層と、
前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に設けられ、前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層と、
前記第1反り抑制層に接し、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層と、を有し、
前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層は、アモルファス又は多結晶からなる
窒化物半導体テンプレート。 - 前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層は、窒化アルミニウムからなる請求項1に記載の窒化物半導体テンプレート。
- 前記第1反り抑制層の厚さと前記第2反り抑制層の厚さとの差の絶対値は、1.4μm以下である請求項1又は2に記載の窒化物半導体テンプレート。
- 前記第1反り抑制層の厚さ及び前記成長下地層の厚さの合計と前記第2反り抑制層の厚さとの差の絶対値は、1.4μm以下である請求項1又は2に記載の窒化物半導体テンプレート。
- 前記第2反り抑制層の前記放熱性基板と反対側には、他の層が設けられていない
請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。 - 前記放熱性基板の厚さは、0.1mm超1mm以下である
請求項1〜5のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。 - 前記成長下地層の表面の平均転位密度は、1×107個/cm2未満である請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。
- 前記成長下地層の抵抗率は、105Ω・cm以上である請求項1〜7のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。
- 前記成長下地層の膜厚は、10μm未満である請求項1〜8のいずれか1項に記載の窒化物半導体テンプレート。
- 300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する多結晶ダイヤモンド基板である放熱性基板と、
前記放熱性基板の第1主面側に設けられ、窒化物半導体からなる第1反り抑制層と、
前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に設けられ、前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層と、
前記第1反り抑制層に接し、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層と、
前記成長下地層上に設けられ、少なくとも電子走行層および電子供給層を有する窒化物半導体の積層体と、を有し、
前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層は、アモルファス又は多結晶からなる
窒化物半導体積層物。 - 300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する多結晶ダイヤモンド基板である放熱性基板を用意する工程と、
前記放熱性基板の第1主面側に窒化物半導体からなる第1反り抑制層を形成するとともに、前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層を形成する工程と、
前記第1反り抑制層に接し、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層を形成する工程と、を有し、
前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層を形成する工程では、
前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層を、アモルファス又は多結晶とする
窒化物半導体テンプレートの製造方法。 - 300Kにおいて6W/(cm・K)以上の熱伝導率を有する多結晶ダイヤモンド基板である放熱性基板を用意する工程と、
前記放熱性基板の第1主面側に窒化物半導体からなる第1反り抑制層を形成するとともに、前記放熱性基板の前記第1主面と反対の第2主面側に前記第1反り抑制層と同じ材料からなる第2反り抑制層を形成する工程と、
前記第1反り抑制層に接し、単結晶の窒化物半導体からなる成長下地層を形成する工程と、
前記成長下地層上に、少なくとも電子走行層および電子供給層を有する窒化物半導体の積層体を形成する工程と、を有し、
前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層を形成する工程では、
前記第1反り抑制層および前記第2反り抑制層を、アモルファス又は多結晶とする
窒化物半導体積層物の製造方法。
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