JP6831276B2 - Iii族窒化物半導体基板 - Google Patents
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Description
III族窒化物半導体結晶で構成され、表裏の関係にある露出した第1及び第2の主面はいずれも半極性面であり、室温下において、波長が325nmであり、出力が10mW以上40mW以下であるヘリウム−カドミウム(He−Cd)レーザーを照射し、面積1mm2単位でマッピングを行ったPL(photoluminescence)測定における前記第1及び第2の主面各々の発光波長の変動係数はいずれも0.05%以下であるIII族窒化物半導体基板が提供される。
圧力:30torr以上760torr以下
熱処理時間:5分以上20分以下
キャリアガス:H2、又は、H2とN2(H2比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただし、成長装置のサイズにより供給量は変動する為、これに限定されない。)
圧力:30torr以上200torr以下
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:20ccm以上500ccm以下、1秒以上60秒以下
キャリアガス:H2、又は、H2とN2(H2比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
成長温度:800℃以上950℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
トリメチルアルミニウム供給量:20ccm以上500ccm以下
NH3供給量:0.5slm以上10slm以下
キャリアガス:H2、又は、H2とN2(H2比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
成長温度:800℃以上1025℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
TMGa供給量:25sccm以上1000sccm以下
NH3供給量:1slm以上20slm以下
キャリアガス:H2、又は、H2とN2(H2比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
成長速度:10μm/h以上
成長温度:900℃以上1100℃以下
成長時間:1時間以上
V/III比:1以上20以下
成長膜厚:1.0mm以上
<第1の評価>
第1の評価では、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の面とするための複数の要素」のすべてを満たすことで、III族窒化物半導体層の成長面の面方位をN極性側の面にできることを確認する。また、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の面とするための複数の要素」の中の少なくとも1つを満たさなかった場合、III族窒化物半導体層の成長面の面方位がGa極性側の面になることを確認する。
圧力:100torr
キャリアガス:H2、N2
熱処理時間:10分または15分
キャリアガス供給量:15slm
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:90sccm、10秒
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slm
成長温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量:90sccm
NH3供給量:5slm
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slm
圧力:100torr
TMGa供給量:50〜500sccm(連続変化)
NH3供給量:5〜10slm(連続変化)
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slm
成長速度:10μm/h以上
第2の評価では、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整できることを確認する。
圧力:200torr
熱処理時間:10分
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slm
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:90sccm、10秒
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slm
圧力:100torr
V/III比:5184
TMAl供給量:90ccm
NH3供給量:5slm
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slm
成長温度:900〜1100℃
圧力:100torr
V/III比:321
TMGa供給量:50〜500ccm(ランプアップ)
NH3供給量:5〜10slm(ランプアップ)
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slm
第3の評価では、PL測定で自立基板30の光学特性を評価する。
まず、MOCVD法で、a面方向に2°のオフ角を有するφ4インチm面サファイア基板上に、バッファ層を介して、GaN層(第1の成長層23)を形成した。第1の成長層23の主面(露出面)は、N極性側の半極性面であった。具体的には、第1の成長層23の主面(露出面)は、(−1−12−4)面からc面方向に約5°、m面方向に約8°のオフ角を有する面であった。
c面成長したGaNのバルク結晶から、略(11−24)面を主面とする10mm角の小片を切り出した。そして、当該小片9枚を、支持台上に3行×3列で載置した。なお、いずれも略(11−24)面が露出するように載置した。その後、当該小片上に、HVPE法でGaN結晶を成長し、GaN層を形成した。
以下の測定条件で、実施例の得られた自立基板の表面および裏面である2つの主面(略(−1−12−4)面、略(11−24)面)と、比較例1及び比較例2の(11−24)面に対して、PL測定を行った。
マッピング装置 : (株)ワイ・システムズ社製 YWaferMapper GS4
測定温度 : 室温
マッピング単位(測定単位) : 1mm2角
測定波長範囲 : 340〜700nm
測定対象領域(実施例) : 自立基板の略中心に位置するφ46mmの円内
測定対象領域(比較例1及び2) :自立基板の略中心に位置する□25mmの領域
次に、本実施形態の製造方法により、半極性面を主面とし、最大径が50mm以上4インチ以下と大口径の自立基板30を得られることを確認する。
成長時間:15時間
V/III比:10
成長膜厚:4.4mm
成長時間:14時間
V/III比:10
成長膜厚:3.0mm(第2の成長層25ののべ膜厚は7.4mm)
1. III族窒化物半導体結晶で構成され、表裏の関係にある露出した第1及び第2の主面はいずれも半極性面であり、室温下において、波長が325nmであり、出力が10mW以上40mW以下であるヘリウム−カドミウム(He−Cd)レーザーを照射し、面積1mm2単位でマッピングを行ったPL測定における前記第1及び第2の主面各々の発光波長の変動係数はいずれも0.05%以下である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、
前記条件で行ったPL測定における前記第2の主面の発光強度の変動係数は15%以下であるIII族窒化物半導体基板。
3. 2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第2の主面の発光強度の変動係数は10%以下であるIII族窒化物半導体基板。
4. 2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第2の主面は、Ga極性側の半極性面であるIII族窒化物半導体基板。
5. 1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記条件で行ったPL測定における前記第1及び第2の主面各々のPLスペクトルの半値幅の変動係数はいずれも3.0%以下であるIII族窒化物半導体基板。
6. 1から5のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
膜厚が300μm以上1000μm以下であるIII族窒化物半導体基板。
20 テンプレート基板
21 サファイア基板
22 バッファ層
23 第1の成長層
24 成長面
25 第2の成長層
30 自立基板
Claims (6)
- III族窒化物半導体結晶で構成され、表裏の関係にある露出した第1及び第2の主面はいずれも半極性面であり、室温下において、波長が325nmであり、出力が10mW以上40mW以下であるヘリウム−カドミウム(He−Cd)レーザーを照射し、面積1mm2単位でマッピングを行ったPL(photoluminescence)測定における前記第1及び第2の主面各々の発光波長の変動係数はいずれも0.05%以下であるIII族窒化物半導体基板。
- 請求項1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記条件で行ったPL測定における前記第2の主面の発光強度の変動係数は15%以下であるIII族窒化物半導体基板。 - 請求項2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第2の主面の発光強度の変動係数は10%以下であるIII族窒化物半導体基板。 - 請求項2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第2の主面は、Ga極性側の半極性面であるIII族窒化物半導体基板。 - 請求項1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記条件で行ったPL測定における前記第1及び第2の主面各々のPLスペクトルの半値幅の変動係数はいずれも3.0%以下であるIII族窒化物半導体基板。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板において、
膜厚が300μm以上1000μm以下であるIII族窒化物半導体基板。
Priority Applications (8)
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