JP6824829B2 - 窒化物半導体積層物の製造方法、窒化物半導体自立基板の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
-
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
-
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
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-
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- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
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- H01L29/66196—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices with an active layer made of a group 13/15 material
- H01L29/66204—Diodes
- H01L29/66212—Schottky diodes
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
- H01L21/3245—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering of AIIIBV compounds
-
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- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/47—Schottky barrier electrodes
- H01L29/475—Schottky barrier electrodes on AIII-BV compounds
Description
窒素極性面からなる表面と、前記表面と反対側のIII族元素極性面からなる裏面とを有し、III族窒化物半導体からなる基板と、
少なくとも前記基板の前記裏面側に設けられ、耐熱性が前記基板の前記裏面よりも高い保護層と、
前記基板の前記表面側に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体層と、
を有し、
前記半導体層中のOの濃度は、1×1017at/cm3未満である
窒化物半導体積層物、およびその関連技術が提供される。
窒化物半導体積層物、窒化物半導体自立基板または半導体装置を製造する際に、III族窒化物半導体からなる基板の窒素(N)極性面からなる表面上に、半導体層を形成することがある。N極性面上に半導体層をエピタキシャル成長させる場合では、III族元素極性面上に半導体層をエピタキシャル成長させる場合よりも、半導体層中に酸素(O)等の不純物が混入し易い傾向にある。このため、従来では、非特許文献1等のように、1200℃以上の成長温度で半導体層を成長させていた。
以下、本発明の第1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積層物(以下、「積層物」ともいう)1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積層物を示す断面図である。
基板10は、後述の半導体層30をホモエピタキシャル成長させる下地基板(種結晶基板)として機能するよう構成されている。具体的には、基板10は、III族窒化物半導体からなる窒化物半導体自立基板からなり、本実施形態では、例えば、窒化ガリウム(GaN)自立基板である。なお、以下において、基板10の上面(上側主面、第1主面)を「表面11」とし、基板10の上面と反対側の下面(下側主面、第2主面)を「裏面12」とし、基板10の上面と下面とを繋ぎ、これらに垂直な面を「側面13」とする。
保護層20は、少なくとも基板10の裏面12側に設けられ、耐熱性が基板10の裏面12よりも高い材料により構成されている。ここでいう「耐熱性」とは、所定の温度に加熱された際の熱分解(昇華)に対する耐性のことを意味している。本実施形態では、例えば、1250℃以上の温度で加熱したときの保護層20の熱分解速度が、基板10の裏面12の熱分解速度よりも低くなっている。このような保護層20を少なくとも基板10の裏面12側に設けることにより、後述の半導体層成長工程S160において、基板10の裏面12の熱分解を抑制し、基板10の裏面12からのGa蒸気の発生を抑制することができる。
半導体層30は、基板10の表面11側に設けられ、所定の厚さに切り出すことで、後述の自立基板2を得ることができるように構成されている。本実施形態では、半導体層30は、III族窒化物半導体からなり、具体的には、例えば、基板10と同様にGaNからなっている。また、半導体層30は、基板10の表面11上に直接設けられ(接し)、基板10の表面11上にホモエピタキシャル成長することで単結晶として形成されている。半導体層30の表面は、基板10の表面11と同様に、(000−1)面(−c面)、すなわちN極性面となっている。
As:5×1012at/cm3、Cl:1×1014at/cm3、P:2×1015at/cm3、F:4×1013at/cm3、Na:5×1011at/cm3、K:2×1012at/cm3、Sn:1×1013at/cm3、Ti:1×1012at/cm3、Mn:5×1012at/cm3、Cr:7×1013at/cm3、Mo:1×1015at/cm3、W:3×1016at/cm3、Ni:1×1014at/cm3。
次に、図1〜図6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および窒化物半導体自立基板の製造方法について説明する。図2は、本実施形態に係る窒化物半導体積層物の製造方法または窒化物半導体自立基板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(a)および(b)は、本実施形態の保護層形成工程での基板の載置状態を示す断面図である。図4は、保護層形成工程後の基板を示す断面図である。図5は、気相成長装置の概略構成図であり、反応容器内で結晶成長ステップを実行中の様子を示している。図6は、気相成長装置の概略構成図であり、反応容器の炉口を開放させた状態を示している。図7は、スライス工程を示す断面図である。
まず、III族窒化物半導体からなる基板10を用意する。具体的には、基板10として、例えば、GaN自立基板を用意する。このとき、基板10の表面11をN極性面とし、基板10の裏面12をGa極性面とする。
次に、少なくとも基板10の裏面12側に、耐熱性が基板10の裏面12よりも高い保護層20を形成する。本実施形態では、例えば、基板10の裏面12側だけでなく、基板10の側面13側にも、保護層20を形成する。
次に、1250℃以上の成長温度に加熱された基板10に対してIII族元素含有ガスおよび窒化剤を供給することで、基板10の表面11側に、III族窒化物半導体からなる半導体層30をエピタキシャル成長させる。ここでは、例えば、基板10と同じGaNからなる半導体層30を成長させる。
本ステップは、HVPE装置200のメンテナンスやガス生成器233a内へのGa原料の投入等を行うことで、反応室201内や交換室202内が大気に暴露された場合に実施する。本ステップを行う前に、反応室201および交換室の202の気密が確保されていることを確認する。気密が確認された後、反応室201内および交換室202内をN2ガスでそれぞれ置換し、これら室内を酸素および水分が低い状態としてから、反応容器203内を所定の雰囲気とした状態で、反応室201を構成する各種部材の表面を加熱処理する。この処理は、反応容器203内への基板10の搬入を行っていない状態で、また、ガス生成器233a内へのGa原料の投入を行っている状態で実施する。
上述の高温ベークステップは、反応室201内や交換室202内が大気に暴露された場合に実施する。しかしながら、結晶成長ステップを行う際には、通常、その前後を含めて、反応室201内や交換室202内が大気に暴露されることはないので、高温ベークステップは不要となる。但し、結晶成長ステップを行うことで、ノズル249a〜249cの表面、サセプタ208の表面、遮熱壁211の内壁等に、GaNの多結晶が付着する。GaNの多結晶が残留した状態で次の結晶成長ステップを実施すると、多結晶から分離する等して飛散したGaN多結晶粉やGa液滴等が基板10に付着し、良好な結晶成長を阻害する原因となる。このため、結晶成長ステップの後には、上述のGaN多結晶を除去する目的で通常ベークステップを実施する。通常ベークステップの処理手順、処理条件は、内部ヒータ210をオフの状態とし、サセプタ208付近の温度を結晶成長ステップと同じ温度とする点以外は、高温ベークステップにおけるそれらと同様とすることができる。通常ベークステップを行うことにより、反応室201内からGaN多結晶を除去することができる。
高温ベークステップあるいは通常ベークステップを実施した後、反応容器203内の降温およびパージが完了したら、図6に示すように、反応容器203の炉口221を開放し、サセプタ208上に基板10を載置する。炉口221は、大気から隔離されており、N2ガスで連続的にパージされたグローブボックス220に接続されている。グローブボックス220は、上述したように、透明なアクリル製の壁と、壁を貫通する穴に接続された複数個のゴム製のグローブと、グローブボックス220の内外間での物の出し入れを行うためのパスボックスと、を備えてなる。パスボックス内部の大気をN2ガスに置換することで、グローブボックス220内に大気を引き込むことなく、グローブボックス220の内外での物の出し入れが可能となる。このような機構を用いて基板10の載置作業を行うことで、高温ベークステップを行うことで清浄化および改質処理が完了した反応容器203内の各部材の再汚染や、これら部材への不純物ガスの再付着を防止することができる。なお、サセプタ208上に載置する基板10の表面、すなわち、ノズル249a〜249cに対向する側の主面(結晶成長面、下地面)は、上述のように、例えば、GaN結晶の(000−1)面、すなわち、−c面(N極性面)となるようにする。
処理圧力:0.5〜2気圧
GaClガスの分圧:0.1〜20kPa
NH3ガスの分圧/GaClガスの分圧:1〜100
H2ガスの分圧/GaClガスの分圧:0〜100
基板10上へ所望の厚さの半導体層30を成長させたら、反応室201内へNH3ガス、N2ガスを供給しつつ、また、反応室201内を排気した状態で、反応室201内へのHClガス、H2ガスの供給、ゾーンヒータ207による加熱をそれぞれ停止する。そして、反応室201内の温度が500℃以下に降温したらNH3ガスの供給を停止し、反応室201内の雰囲気をN2ガスへ置換して大気圧に復帰させる。そして、反応室201内を、例えば200℃以下の温度、すなわち、反応容器203内から、半導体層30を形成した基板10(すなわち積層物1)の搬出が可能となる温度へと降温させる。その後、積層物1を反応室201内から、グローブボックス220およびパスボックスを介して、搬出する。
積層物1を搬出したら、図7に示すように、積層物1のうちの半導体層30を例えば成長面に平行にスライスすることにより、1枚以上の自立基板2を作製する。このスライス加工は、例えばワイヤソーや放電加工機等を用いて行うことが可能である。このとき、拡大成長させた半導体層30をスライスすることにより、基板10よりも大径の自立基板2を得ることができる。
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。
本実施形態の構成は、上述の第1実施形態の構成に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
変形例1では、N極性面で成長させた半導体層30がFeを含む点が上述の実施形態と異なる。すなわち、半導体層30中のOおよびCの各濃度は、例えば、1×1017at/cm3未満である。また、半導体層30中のSiおよびGeの各濃度は、例えば、1×1017at/cm3未満である。また、半導体層30中のBの濃度は、例えば、1×1015at/cm3未満である。一方で、半導体層30中のFeの濃度は、例えば、1×1017at/cm3以上である。
変形例2では、N極性面で成長させた半導体層30がn型半導体層である点が上述の実施形態と異なる。すなわち、半導体層30中のOおよびCの各濃度は、例えば、1×1017at/cm3未満である。また、半導体層30中のBおよびFeの各濃度は、例えば、1×1015at/cm3未満である。一方で、半導体層30中のSiの濃度は、例えば、1×1018at/cm3以上である。なお、Siに代えて、またはSiに加えて、Geが添加されていてもよい。
変形例3では、N極性面で成長させた半導体層30がp型半導体層である点が上述の実施形態と異なる。すなわち、半導体層30中のOおよびCの各濃度は、例えば、1×1017at/cm3未満である。また、半導体層30中のSiおよびGeの各濃度は、例えば、1×1017at/cm3未満である。また、半導体層30中のBおよびFeの濃度は、例えば、1×1015at/cm3未満である。一方で、半導体層30中のMgの濃度は、例えば、3×1018at/cm3以上である。
以下、本発明の第2実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、積層物1から半導体装置3を得る点が上述の第1実施形態と異なる。以下、上述の第1実施形態と異なる要素についてのみ説明する。
まず、図8を用い、本実施形態に係る積層物1について説明する。図8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。
本実施形態では、基板10は、例えば、n型不純物を含むn型GaN自立基板として構成されている。基板10中のn型不純物としては、例えば、SiまたはGeが挙げられる。基板10中のn型不純物の濃度は、例えば、1.0×1018at/cm3以上1.0×1019at/cm3以下である。
保護層20は、少なくとも基板10の裏面12側に設けられ、耐熱性が基板10の裏面12よりも高い材料により構成されている。本実施形態においても、保護層20は、例えば、基板10の裏面12側だけでなく、基板10の側面13側にも設けられている。
本実施形態では、基板10のN極性面からなる表面11上に設けられた半導体層30は、例えば、下地n型半導体層31と、ドリフト層32と、を有している。
下地n型半導体層31は、基板10の結晶性を引き継いでドリフト層32を安定的にエピタキシャル成長させるバッファ層として、基板10の表面11に接するよう設けられている。
ドリフト層32は、下地n型半導体層31上に設けられ、低濃度のn型不純物を含み、n型不純物以外の不純物を少なくしたn型GaN層として構成されている。すなわち、ドリフト層32中のOおよびCの各濃度は、例えば、1×1016at/cm3未満、好ましくは5×1015at/cm3未満である。また、ドリフト層32中のBおよびFeの各濃度は、例えば、1×1015at/cm3未満である。一方で、ドリフト層32中のSiの濃度は、基板10および下地n型半導体層31のそれぞれのSiの濃度よりも低く、例えば、1.0×1014at/cm3以上5.0×1016at/cm3以下である。ドリフト層32中のSiの濃度を1.0×1014at/cm3以上とすることにより、半導体装置3のオン抵抗を低減することができる。一方で、ドリフト層32のSiの濃度を5.0×1016at/cm3以下とすることにより、半導体装置3の所定の耐圧を確保することができる。なお、Siに代えて、またはSiに加えて、Geが添加されていてもよい。
次に、図9を用い、本実施形態に係る半導体装置3について説明する。図9は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
次に、図8〜図11を用い、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法および半導体装置の製造方法について説明する。図10は、本実施形態に係る窒化物半導体積層物の製造方法または半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図11(a)は、イオン注入工程を示す断面図であり、(b)は、活性化アニール工程を示す断面図である。なお、図11(a)および(b)は、積層物1の一部を示している。
第1実施形態と同様に、基板用意工程S120および保護層形成工程S140を実施する。保護層形成工程S140により、少なくとも基板10のGa極性面からなる裏面12側に、耐熱性が基板10の裏面12よりも高い保護層20を形成する。本実施形態においても、例えば、基板10の裏面12側だけでなく、基板10の側面13側にも、保護層20を形成する。
次に、第1実施形態と同様に、反応室201のうち少なくとも高温反応領域201aを構成する各種部材の表面を清浄化および改質する高温ベークステップを行った後に、1250℃以上の成長温度に加熱された基板10に対してGaClガスおよびNH3ガスを供給することで、基板10のN極性面からなる表面11側に、GaNからなる半導体層30をエピタキシャル成長させる。
次に、積層物1を用い、以下のように半導体装置3を作製する。
ドリフト層32の表面を覆うように、例えば、スパッタ法により、シリコン窒化膜(SiNx膜)またはAlN膜からなる表面側キャップ層60を形成する。これにより、ドリフト層32へのイオン注入の際に、ドリフト層32へのダメージを抑制することができる。なお、このとき、表面側キャップ層60の厚さを、例えば、20nm以上50nm以下とする。
次に、図11(b)に示すように、例えば、所定の加熱処理装置(不図示)により、不活性ガスの雰囲気下で、積層物1に対して少なくとも赤外線を照射し、積層物1をアニールする。これにより、イオン注入ステップにおいて半導体層30が受けた結晶ダメージを回復させ、不純物注入領域35中のp型不純物を結晶格子中に組み込んで(電気的に)活性化させる。
次に、半導体層30の表面11を覆うように、例えばスパッタ法によりPd/Ni膜を形成し、フォトリソグラフィによりPd/Ni膜を所定の形状にパターニングする。これにより、平面視でp型電極52の外周部が不純物注入領域35と重なるように、p型電極52を形成する。
次に、基板10の裏面12側に、例えばスパッタ法によりTi/Al膜を形成し、フォトリソグラフィによりTi/Al膜を所定の形状にパターニングする。これにより、基板10の裏面12側に、n型電極54を形成する。
次に、例えば、所定の加熱処理装置(不図示)により、不活性ガスの雰囲気下で、積層物1に対して少なくとも赤外線を照射し、積層物1をアニールする。これにより、p型電極52およびn型電極54のそれぞれを構成する各金属膜の密着性を向上させるとともに、ドリフト層32に対するp型電極52の接触抵抗、および基板10に対するn型電極54の接触抵抗を低減させる。
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。
本実施形態の構成は、上述の第2実施形態の構成に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
図12に示す変形例にように、半導体装置3は、いわゆるジャンクションバリアショットキー(JBS)ダイオードとして構成されていてもよい。
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。
以下の窒化物半導体積層物のサンプルを、それぞれ所定数、製造した。
(実施例)
基板:GaN
基板の表面:N極性面
保護層:AlN
保護層の形成方法:HVPE法
保護層の厚さ:300nm
保護層の形成箇所:基板の裏面側および側面側
半導体層:GaN
半導体層の製造装置:上述の実施形態のHVPE装置
半導体層の厚さ:1000μm
半導体層の成長温度:1250℃
(比較例)
基板:GaN
基板の表面:N極性面
保護層:なし
半導体層:GaN
半導体層の製造装置:従来のHVPE装置
半導体層の厚さ:1000μm
半導体層の成長温度:1250℃
(2)評価
半導体層を成長した後の半導体層の表面状態を光学顕微鏡等で観察した。また、SIMSにより、半導体層の組成分析を行った。
(比較例)
比較例の積層物では、半導体層の表面が荒れていた。比較例では、1250℃で半導体層を成長する際に、基板の裏面の熱分解に起因して発生したGa蒸気が基板の表面に回りこみ、Gaの液滴が基板の表面に付着したと考えられる。このため、基板上への半導体層の成長が阻害され、半導体層の表面が荒れてしまったと考えられる。
O:3.5×1018at/cm3
C:2.3×1017at/cm3
Si:4.2×1017at/cm3
B:1.7×1016at/cm3
Fe:1.9×1016at/cm3
比較例では、1250℃で半導体層を成長する際に、基板の裏面の熱分解によって、基板の裏面中に含まれていた不純物が基板の表面に回りこみ、半導体層中に不純物が混入してしまったと考えられる。また、比較例では、1250℃で半導体層を成長する際に、HVPE装置の反応容器等を構成する部材を起因として、半導体層中に不純物が混入してしまったと考えられる。これらの結果、半導体層中の不純物の濃度が高かったと考えられる。
これに対し、実施例の積層物では、半導体層の表面が平滑であり、鏡面の状態であった。実施例では、基板のGa極性面からなる裏面側に保護層を形成することで、1250℃で半導体層を成長する際に、基板の裏面の熱分解を抑制することができ、基板の裏面からのGa蒸気の発生を抑制することができることを確認した。これにより、基板の裏面からのGa蒸気の発生に起因して、基板の表面にGaの液滴が付着することを抑制することができることを確認した。その結果、成長温度が1250℃以上であっても、半導体層の表面を平滑にすることができることを確認した。
O:7.2×1015at/cm3
C:3.6×1015at/cm3
Si:4.3×1015at/cm3
B:1×1015at/cm3未満(SIMS検出下限値未満)
Fe:1×1015at/cm3未満(SIMS検出下限値未満)
実施例では、1250℃で半導体層を成長する際に、1250℃以上の非常に高温の成長温度での半導体層の安定的な成長が可能となること、半導体層をN極性面で成長させたとしても、半導体層への不純物の混入を抑制し、半導体層を高純度に成長させることができることを確認した。また、実施例では、上述の実施形態のHVPE装置を用い、高温ベークステップ実施後に半導体層を成長させることで、非常に高純度な半導体層を成長させることができることを確認した。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
窒素極性面からなる表面と、前記表面と反対側のIII族元素極性面からなる裏面とを有し、III族窒化物半導体からなる基板と、
少なくとも前記基板の前記裏面側に設けられ、耐熱性が前記基板の前記裏面よりも高い保護層と、
前記基板の前記表面側に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体層と、
を有し、
前記半導体層中のOの濃度は、1×1017at/cm3未満である
窒化物半導体積層物。
前記半導体層中のOの濃度は、1×1016at/cm3未満である
付記1に記載の窒化物半導体積層物。
前記半導体層中のOの濃度は、5×1015at/cm3未満である
付記1に記載の窒化物半導体積層物。
前記半導体層中のCの濃度は、1×1017at/cm3未満である
付記1〜3のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記半導体層中のCの濃度は、1×1016at/cm3未満である
付記4に記載の窒化物半導体積層物。
前記半導体層中のCの濃度は、5×1015at/cm3未満である
付記4に記載の窒化物半導体積層物。
前記半導体層中のBおよびFeの各濃度は、1×1015at/cm3未満である
付記1〜6のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
1250℃以上の温度で加熱したときの前記保護層の熱分解速度は、前記基板の前記裏面の熱分解速度よりも低い
付記1〜7のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記保護層は、さらに前記基板の前記側面側に設けられる
付記1〜8のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記保護層の厚さは、20nm以上1000nm以下である
付記1〜9のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記保護層は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムまたは窒化ホウ素からなる
付記1〜10のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記保護層は、アモルファスまたは多結晶からなる
付記1〜11のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記保護層は、単結晶からなる
付記1〜11のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
窒素極性面からなる表面と、前記表面と反対側のIII族元素極性面からなる裏面とを有し、III族窒化物半導体からなる基板と、
前記基板の前記表面側に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体層と、
を有し、
前記半導体層中のOの濃度は、1×1017at/cm3未満である
半導体装置。
前記半導体層中のOの濃度は、1×1016at/cm3未満である
付記14に記載の半導体装置。
前記半導体層中のOの濃度は、5×1015at/cm3未満である
付記14に記載の半導体装置。
前記半導体層中のCの濃度は、1×1017at/cm3未満である
付記14〜16のいずれか1つに記載の半導体装置。
前記半導体層中のCの濃度は、1×1016at/cm3未満である
付記17に記載の半導体装置。
前記半導体層中のCの濃度は、5×1015at/cm3未満である
付記17に記載の半導体装置。
前記半導体層中のBおよびFeの各濃度は、1×1015at/cm3未満である
付記14〜19のいずれか1つに記載の半導体装置。
前記半導体層は、不純物の被注入領域を有する
付記14〜20のいずれか1つに記載の半導体装置。
窒素極性面からなる表面と、前記表面と反対側のIII族元素極性面からなる裏面とを有し、III族窒化物半導体からなる基板を準備する工程と、
少なくとも前記基板の前記裏面側に、耐熱性が前記基板の前記裏面よりも高い保護層を形成する工程
1250℃以上の成長温度に加熱された前記基板に対してIII族元素含有ガスおよび窒化剤を供給することで、前記基板の前記表面側に、III族窒化物半導体からなる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記半導体層中のOの濃度を1×1017at/cm3未満とする
窒化物半導体積層物の製造方法。
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程の前に、前記半導体層をエピタキシャル成長させる反応容器内のうち少なくとも前記成長温度に加熱される領域であって、前記基板が搬入される領域とは仕切られておらず、前記基板に供給されるガスが接触する高温反応領域の温度を1500℃以上の温度に加熱しつつ、前記反応容器内への前記窒化剤の供給を不実施とし、前記反応容器内への水素ガスおよびハロゲン系ガスの供給を実施することで、前記高温反応領域を構成する部材の表面を清浄化および改質させる高温ベーク工程を実施する
付記22に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
前記高温反応領域を構成する部材として、少なくともその表面が石英非含有およびホウ素非含有の材料からなる部材を用いる
付記23に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
前記高温反応領域を構成する部材として、少なくともその表面がアルミナ、炭化ケイ素、およびグラファイトのうち少なくともいずれかからなる部材を用いる
付記24に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
前記高温ベーク工程では、前記反応容器内の圧力を、0.5気圧以上2気圧以下の圧力に維持する。また好ましくは、前記高温ベーク工程では、前記反応容器内のうち少なくとも前記高温反応領域の温度を1500℃以上の温度に維持する。また好ましくは、前記高温ベーク工程では、前記反応容器内を排気しながら行う。また好ましくは、前記高温ベーク処理を30分以上実施する
付記23〜25のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
窒素極性面からなる表面と、前記表面と反対側のIII族元素極性面からなる裏面とを有し、III族窒化物半導体からなる基板を準備する工程と、
少なくとも前記基板の前記裏面側に、耐熱性が前記基板の前記裏面よりも高い保護層を形成する工程
1250℃以上の成長温度に加熱された前記基板に対してIII族元素含有ガスおよび窒化剤を供給することで、前記基板の前記表面側に、III族窒化物半導体からなる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記窒化物半導体層を切り出して窒化物半導体自立基板を作製する工程と、
を有し、
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記半導体層中のOの濃度を1×1017at/cm3未満とする
窒化物半導体自立基板の製造方法。
窒素極性面からなる表面と、前記表面と反対側のIII族元素極性面からなる裏面とを有し、III族窒化物半導体からなる基板を準備する工程と、
少なくとも前記基板の前記裏面側に、耐熱性が前記基板の前記裏面よりも高い保護層を形成する工程
1250℃以上の成長温度に加熱された前記基板に対してIII族元素含有ガスおよび窒化剤を供給することで、前記基板の前記表面側に、III族窒化物半導体からなる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記半導体層中のOの濃度を1×1017at/cm3未満とする
半導体装置の製造方法。
前記半導体層中に不純物をイオン注入する工程と、
前記基板を加熱し、前記半導体層中の前記不純物を活性化させる工程と、
を有し、
前記不純物を活性化させる工程は、前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程で用いた前記保護層が前記基板の少なくとも前記裏面側に設けられた状態で実施する
付記28に記載の半導体装置の製造方法。
2 窒化物半導体自立基板(自立基板)
3 半導体装置
10 基板
20 保護層
30 半導体層
Claims (6)
- 窒素極性面からなる表面と、前記表面と反対側のIII族元素極性面からなる裏面とを有し、III族窒化物半導体からなる基板を準備する工程と、
少なくとも前記基板の前記裏面側に、耐熱性が前記基板の前記裏面よりも高い保護層を形成する工程
1250℃以上の成長温度に加熱された前記基板に対してIII族元素含有ガスおよび窒化剤を供給することで、前記基板の前記表面側に、III族窒化物半導体からなる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記半導体層中のOの濃度を1×1017at/cm3未満とする
窒化物半導体積層物の製造方法。 - 前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程の前に、前記半導体層をエピタキシャル成長させる反応容器内のうち少なくとも前記成長温度に加熱される領域であって、前記基板が搬入される領域とは仕切られておらず、前記基板に供給されるガスが接触する高温反応領域の温度を1500℃以上の温度に加熱しつつ、前記反応容器内への前記窒化剤の供給を不実施とし、前記反応容器内への水素ガスおよびハロゲン系ガスの供給を実施することで、前記高温反応領域を構成する部材の表面を清浄化および改質させる高温ベーク工程を実施する
請求項1に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。 - 前記高温反応領域を構成する部材として、少なくともその表面が石英非含有およびホウ素非含有の材料からなる部材を用いる
請求項2に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。 - 窒素極性面からなる表面と、前記表面と反対側のIII族元素極性面からなる裏面とを有し、III族窒化物半導体からなる基板を準備する工程と、
少なくとも前記基板の前記裏面側に、耐熱性が前記基板の前記裏面よりも高い保護層を形成する工程
1250℃以上の成長温度に加熱された前記基板に対してIII族元素含有ガスおよび窒化剤を供給することで、前記基板の前記表面側に、III族窒化物半導体からなる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記半導体層を切り出して窒化物半導体自立基板を作製する工程と、
を有し、
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記半導体層中のOの濃度を1×1017at/cm3未満とする
窒化物半導体自立基板の製造方法。 - 窒素極性面からなる表面と、前記表面と反対側のIII族元素極性面からなる裏面とを有し、III族窒化物半導体からなる基板を準備する工程と、
少なくとも前記基板の前記裏面側に、耐熱性が前記基板の前記裏面よりも高い保護層を形成する工程
1250℃以上の成長温度に加熱された前記基板に対してIII族元素含有ガスおよび窒化剤を供給することで、前記基板の前記表面側に、III族窒化物半導体からなる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記半導体層中のOの濃度を1×1017at/cm3未満とする
半導体装置の製造方法。 - 前記半導体層中に不純物をイオン注入する工程と、
前記基板を加熱し、前記半導体層中の前記不純物を活性化させる工程と、
を有し、
前記不純物を活性化させる工程は、前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程で用いた前記保護層が前記基板の少なくとも前記裏面側に設けられた状態で実施する
請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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