JP6906205B2 - Manufacturing method of semiconductor laminate and manufacturing method of nitride crystal substrate - Google Patents
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Description
本発明は、半導体積層物の製造方法および窒化物結晶基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a semiconductor laminate and a method for producing a nitride crystal substrate.
III族窒化物半導体からなる半導体積層物または窒化物結晶基板を製造する方法として、所定の種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる方法が開示されている(例えば、特許文献1)。 As a method for producing a semiconductor laminate or a nitride crystal substrate made of a group III nitride semiconductor, a method of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on a predetermined seed crystal substrate by a vapor phase growth method is disclosed. (For example, Patent Document 1).
近年では、従来方法よりもさらに結晶品質が良好な半導体積層物または窒化物結晶基板を製造することが望まれている。 In recent years, it has been desired to produce a semiconductor laminate or a nitride crystal substrate having better crystal quality than the conventional method.
本発明の目的は、結晶品質が良好な半導体積層物または窒化物結晶基板を製造することができる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of producing a semiconductor laminate or a nitride crystal substrate having good crystal quality.
本発明の一態様によれば、
少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなり、該表層が洞を含む種結晶基板を用意する工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の前記洞内に残留した残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体積層物の製造方法、およびそれに関連する技術が提供される。
According to one aspect of the invention
A step of preparing a seed crystal substrate in which at least the surface layer is made of a group III nitride semiconductor and the surface layer contains a sinus.
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
Have,
In the etching step,
A method for producing a semiconductor laminate in which residual impurities remaining in the sinus of the seed crystal substrate in the step of preparing the seed crystal substrate are removed together with at least the group III nitride semiconductor constituting the surface layer of the seed crystal substrate. , And related techniques are provided.
本発明によれば、結晶品質が良好な半導体積層物または窒化物結晶基板を製造することができる。 According to the present invention, a semiconductor laminate or a nitride crystal substrate having good crystal quality can be produced.
<発明者等の得た知見>
まず、発明者等の得た知見について説明する。
<Knowledge obtained by inventors>
First, the findings obtained by the inventors will be described.
III族窒化物半導体からなる結晶を成長させる方法として、例えば、液相成長法および気相成長法が知られている。液相成長法では、熱力学的に平衡状態に近い状態で結晶成長が進むことから、低転位密度の結晶が得られる。現在では、少なくとも部分的に転位密度が103個/cm2程度である結晶を得ることが可能である。しかしながら、液相成長法では、成長レートを高くすることが困難となる傾向がある。一方で、気相成長法では、成長レートを高くすることができるものの、結晶中の転位密度を低くすることが困難となる傾向がある。 As a method for growing a crystal made of a group III nitride semiconductor, for example, a liquid phase growth method and a vapor phase growth method are known. In the liquid phase growth method, crystals with a low dislocation density can be obtained because the crystal growth proceeds thermodynamically in a state close to an equilibrium state. Currently, it is possible to obtain an at least partially crystalline dislocation density of 10 3 / cm 2 approximately. However, in the liquid phase growth method, it tends to be difficult to increase the growth rate. On the other hand, in the vapor phase growth method, although the growth rate can be increased, it tends to be difficult to reduce the dislocation density in the crystal.
そこで、これらの課題を解決するため、液相成長法と気相成長法とをこの順で用いた方法が知られている(例えば、上述の特許文献1)。液相成長法と気相成長法とをこの順で用いることにより、低転位密度を有する結晶を得ることができるとともに、その生産性を向上させることができる。
Therefore, in order to solve these problems, a method using a liquid phase growth method and a vapor phase growth method in this order is known (for example,
発明者等は、鋭意検討により、液相成長法および気相成長法をこの順で用いた従来の方法では、結晶品質をさらに向上させる上で、以下のような課題が生じる可能性があることを見出した。 The inventors, etc., have studied diligently, and the conventional methods using the liquid phase growth method and the vapor phase growth method in this order may cause the following problems in further improving the crystal quality. I found.
ここで、液相成長法および気相成長法等による結晶成長過程について説明する。結晶成長過程では、まず、原料の分子または原子が基板の上面に付着する。基板の上面に付着した原料の分子または原子は、基板の上面上を移動(マイグレーション)する。基板上を移動する原料の分子または原子のうち一部は基板から脱離し、他部は基板上で集まってクラスタ化し、結晶核となる。結晶核のエッジ(キンク)には原料の分子または原子がさらに付着し、結晶核が大きくなっていく。結晶核の面積が所定以上となったときに、当該結晶核は基板から脱離し難くなる。結晶核は、基板の沿面方向に拡大し、原子状ステップを形成する。その間、原子状ステップのテラス上にも結晶核が形成される。これらを繰り返すことにより、結晶がステップフロー成長していく。 Here, the crystal growth process by the liquid phase growth method, the vapor phase growth method, and the like will be described. In the crystal growth process, first, the molecules or atoms of the raw material adhere to the upper surface of the substrate. Raw material molecules or atoms adhering to the upper surface of the substrate move (migrate) on the upper surface of the substrate. Some of the raw material molecules or atoms that move on the substrate are desorbed from the substrate, and the other parts gather on the substrate to form clusters and become crystal nuclei. Molecules or atoms of the raw material are further attached to the edges (kinks) of the crystal nuclei, and the crystal nuclei become larger. When the area of the crystal nuclei becomes equal to or larger than a predetermined value, the crystal nuclei become difficult to detach from the substrate. The crystal nuclei expand in the creeping direction of the substrate to form atomic steps. Meanwhile, crystal nuclei are also formed on the terrace of the atomic step. By repeating these steps, the crystal grows in a step flow.
液相成長法では、結晶がステップフロー成長する際に、複数の原子状ステップのそれぞれの成長速度に差が生じると、複数の原子状ステップが集合し、ミクロンオーダーのステップバンチングが生じることがある。結晶中にステップバンチングが生じると、液相成長法の原料が当該ステップバンチングの端部に溜まり始める。結晶中に液相成長法の原料が溜まったまま結晶成長が継続されると、溜まった原料上にせり出すように結晶が成長し、当該溜まった原料が閉じ込められる。このため、液相成長法の原料に由来するインクルージョンが形成される。結晶成長がさらに進行すると、インクルージョン上にせり出すように成長した結晶部分と、インクルージョンに隣接して基板の沿面方向に成長した結晶部分との間に、インクルージョンが閉じ込められながら、基板の法線方向に対して斜めの方向に延びていく。このため、当該結晶中には、インクルージョンによって、複雑に入り組んだ洞(キャビティ、ボイド、溝等を含む)が形成されることとなる。 In the liquid phase growth method, when a crystal is step-flow-grown, if there is a difference in the growth rate of each of the plurality of atomic steps, the plurality of atomic steps may be aggregated and step bunching on the order of microns may occur. .. When step bunching occurs in the crystal, the raw material of the liquid phase growth method begins to accumulate at the end of the step bunching. If the crystal growth is continued while the raw materials of the liquid phase growth method are accumulated in the crystal, the crystals grow so as to protrude onto the accumulated raw materials, and the accumulated raw materials are confined. Therefore, inclusions derived from the raw material of the liquid phase growth method are formed. As the crystal growth progresses further, the inclusion is confined between the crystal portion that has grown so as to protrude onto the inclusion and the crystal portion that has grown in the creeping direction of the substrate adjacent to the inclusion, and in the normal direction of the substrate. On the other hand, it extends in an oblique direction. Therefore, intricately intricate cavities (including cavities, voids, grooves, etc.) are formed in the crystal by inclusion.
このような洞が形成された結晶からなるインゴットを得た後、当該インゴットを所定の支持部材にワックスで固定した状態で切削液を用いスライスして複数の種結晶基板を作製すると、種結晶基板の上面または下面に洞が開口し、種結晶基板の洞内にワックスまたは切削液が浸入し残留してしまう可能性がある。また、当該種結晶基板を所定の支持部材にワックスで固定した状態で研磨液および研磨材を用い研磨すると、種結晶基板の洞内にワックス、研磨液または研磨材が浸入し残留してしまう可能性がある。また、当該種結晶基板を所定の洗浄液で洗浄すると、種結晶基板の洞内に洗浄液が浸入し残留してしまう可能性がある。また、洗浄が不充分であると、種結晶基板の洞内にインクルージョン等が残留してしまう可能性がある。 After obtaining an ingot composed of crystals in which such a cavity is formed, the ingot is fixed to a predetermined support member with wax and sliced with a cutting fluid to prepare a plurality of seed crystal substrates. There is a possibility that a cavity opens on the upper surface or the lower surface of the seed crystal substrate, and wax or cutting fluid may infiltrate and remain in the cavity of the seed crystal substrate. Further, when the seed crystal substrate is fixed to a predetermined support member with wax and polished with a polishing liquid and an abrasive, the wax, the polishing liquid or the polishing material may infiltrate and remain in the sinus of the seed crystal substrate. There is sex. Further, when the seed crystal substrate is washed with a predetermined cleaning liquid, the cleaning liquid may infiltrate into the sinus of the seed crystal substrate and remain. Further, if the cleaning is insufficient, inclusions and the like may remain in the sinus of the seed crystal substrate.
その後、上記工程を経た種結晶基板上に半導体層を気相成長法により成長させると、種結晶基板の洞内に残留したインクルージョン、ワックス、切削液、研磨液、研磨材および洗浄液のうち少なくともいずれかを含む残留不純物(汚染物質)から、アウトガスが生じうる。アウトガスとなって種結晶基板の洞から排出された残留不純物の少なくとも一部は、種結晶基板の上面で再付着して析出しうる。 Then, when the semiconductor layer is grown on the seed crystal substrate that has undergone the above steps by the vapor phase growth method, at least one of inclusions, waxes, cutting fluids, polishing liquids, abrasives, and cleaning liquids remaining in the sinus of the seed crystal substrate is used. Outgas can be generated from residual impurities (contaminants) including cutting fluid. At least a part of the residual impurities discharged from the sinus of the seed crystal substrate as outgas can be redeposited and precipitated on the upper surface of the seed crystal substrate.
種結晶基板の上面で析出した残留不純物の表面エネルギーは、種結晶基板の上面の表面エネルギーと異なる。このため、種結晶基板の上面で析出した残留不純物を起点として、結晶核が種結晶基板の結晶方位と異なる方位に成長する可能性がある。このように結晶核の成長方位に変化が生じると、ステップフロー成長した原子状ステップの会合部では、会合する結晶面同士に傾きが生じたり、会合する結晶の格子同士がずれたりする可能性がある。その結果、当該会合部において、転位が発生する可能性がある。 The surface energy of the residual impurities deposited on the upper surface of the seed crystal substrate is different from the surface energy of the upper surface of the seed crystal substrate. Therefore, the crystal nuclei may grow in a direction different from the crystal orientation of the seed crystal substrate, starting from the residual impurities precipitated on the upper surface of the seed crystal substrate. When the growth direction of the crystal nuclei changes in this way, there is a possibility that the associating crystal planes may be tilted or the lattices of the associating crystals may be displaced at the meeting part of the atomic step that has grown in the step flow. be. As a result, dislocations may occur at the meeting site.
また、種結晶基板の上面で析出した残留不純物上には、優先的に結晶核が形成される可能性がある。このため、当該析出した残留不純物を起点として、半導体層が異常成長する可能性がある。 Further, there is a possibility that crystal nuclei are preferentially formed on the residual impurities precipitated on the upper surface of the seed crystal substrate. Therefore, the semiconductor layer may grow abnormally starting from the precipitated residual impurities.
一方で、種結晶基板の上面で析出した残留不純物上には、結晶核が形成され難くなる可能性がある。このため、当該析出した残留不純物を起点として、半導体層が成長しない非成長領域が形成される可能性がある。 On the other hand, it may be difficult for crystal nuclei to be formed on the residual impurities precipitated on the upper surface of the seed crystal substrate. Therefore, there is a possibility that a non-growth region in which the semiconductor layer does not grow is formed starting from the precipitated residual impurities.
また、種結晶基板の上面に残留不純物が析出すると、通常のステップフロー成長が阻害され、3次元島状成長が生じうる。このため、結晶核が大きくなって島状結晶同士が会合する際に、その会合面で引張応力が生じる可能性がある。その結果、半導体層の結晶面に反りが生じてしまう可能性がある。なお、島状結晶の会合時に引張応力が導入されるモデルについては、R.W. Hoffman, Surf. Interface Anal., 3 (1981) 62に記載されている。 Further, when residual impurities are deposited on the upper surface of the seed crystal substrate, normal step flow growth is inhibited and three-dimensional island-like growth may occur. Therefore, when the crystal nuclei become large and the island-shaped crystals associate with each other, tensile stress may occur at the meeting surface. As a result, the crystal plane of the semiconductor layer may be warped. For the model in which tensile stress is introduced at the time of association of island-shaped crystals, refer to R. W. Hoffman, Surf. Interface Anal. , 3 (1981) 62.
半導体層の成長中における上記現象を抑制するため、半導体層の成長前に、種結晶基板の洞内に残留した残留不純物を直接的にエッチング(除去)することが考えられる。しかしながら、残留不純物を直接的にエッチングしようとしても残留不純物を完全に除去することは困難である。 In order to suppress the above phenomenon during the growth of the semiconductor layer, it is conceivable to directly etch (remove) the residual impurities remaining in the sinus of the seed crystal substrate before the growth of the semiconductor layer. However, even if an attempt is made to directly etch the residual impurities, it is difficult to completely remove the residual impurities.
というのも、種結晶基板の洞内に残留した残留不純物には、上述のように様々な材料が含まれている可能性がある。このため、残留不純物を構成する材料を事前に特定することが困難であり、その適したエッチング方法や条件を選択することが困難である。また、種結晶基板の洞は複雑に入り組んでいるため、その洞の奥に残留した残留不純物までエッチング媒体(溶媒またはエッチングガス)を行き届かせることが困難である。これらの結果、残留不純物を直接的にエッチングしようとしても残留不純物を完全に除去することが困難となる。 This is because the residual impurities remaining in the sinus of the seed crystal substrate may contain various materials as described above. Therefore, it is difficult to specify the material constituting the residual impurities in advance, and it is difficult to select an etching method and conditions suitable for the material. Further, since the sinus of the seed crystal substrate is complicatedly intricate, it is difficult to reach the etching medium (solvent or etching gas) to the residual impurities remaining in the depth of the cavity. As a result, even if an attempt is made to directly etch the residual impurities, it becomes difficult to completely remove the residual impurities.
以下で説明する本発明は、本発明者等が見出した上記新規課題に基づくものである。 The present invention described below is based on the above-mentioned new problems found by the present inventors and the like.
<本発明の第1実施形態>
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。
<First Embodiment of the present invention>
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1)半導体積層物の製造方法または窒化物結晶基板の製造方法
図1〜図8を用い、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または窒化物結晶基板の製造方法について説明する。図1は、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または窒化物結晶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2は、本実施形態に係る製造方法に用いられる液相成長装置の概略構成図である。図3(a)〜(e)は、基板用意工程を示す概略断面図である。図4(a)は、スライス工程後の種結晶基板を示す概略断面図であり、(b)は、研磨工程での種結晶基板を示す概略断面図であり、(c)は、洗浄工程後の種結晶基板を示す概略断面図である。図5は、本実施形態に係る製造方法に用いられる気相成長装置の概略構成図である。図6は、本実施形態のエッチング工程から気相成長工程までの種結晶基板の温度変化を示す図である。図7(a)は、種結晶基板の洞内から残留不純物を気化させる様子を示す概略断面図であり、(b)は、種結晶基板の表面に析出した残留不純物をGaNとともに除去する様子を示す概略断面図であり、(c)は、エッチング工程後の種結晶基板を示す概略断面図である。図8(a)は、気相成長工程での半導体積層物を示す概略断面図であり、(b)は、スライス工程で作製される窒化物結晶基板を示す概略断面図である。
(1) Method for Manufacturing Semiconductor Laminate or Method for Manufacturing Nitride Crystal Substrate With reference to FIGS. 1 to 8, a method for manufacturing a semiconductor laminate or a method for manufacturing a nitride crystal substrate according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor laminate or a method for manufacturing a nitride crystal substrate according to the present embodiment. The step is abbreviated as S. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a liquid phase growth apparatus used in the production method according to the present embodiment. 3A to 3E are schematic cross-sectional views showing a substrate preparation process. FIG. 4A is a schematic cross-sectional view showing the seed crystal substrate after the slicing step, FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing the seed crystal substrate in the polishing step, and FIG. 4C is a schematic cross-sectional view showing the seed crystal substrate after the cleaning step. It is a schematic cross-sectional view which shows the seed crystal substrate of. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a vapor phase growth apparatus used in the manufacturing method according to the present embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the temperature change of the seed crystal substrate from the etching step to the vapor phase growth step of the present embodiment. FIG. 7 (a) is a schematic cross-sectional view showing how residual impurities are vaporized from the inside of the seed crystal substrate, and FIG. 7 (b) shows how residual impurities deposited on the surface of the seed crystal substrate are removed together with GaN. It is a schematic cross-sectional view which shows, and (c) is a schematic cross-sectional view which shows the seed crystal substrate after an etching process. FIG. 8A is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor laminate in the vapor phase growth step, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view showing a nitride crystal substrate produced in the slicing step.
なお、以下では、本実施形態で用いられる各種基板等において、上側主面(表面)を「上面」といい、下側主面(裏面)を「下面」という。 In the following, in various substrates and the like used in the present embodiment, the upper main surface (front surface) is referred to as "upper surface", and the lower main surface (back surface) is referred to as "lower surface".
本実施形態では、III族窒化物半導体として、例えば、窒化ガリウム(GaN)からなる半導体積層物1または窒化物結晶基板2を製造する場合について説明する。
In the present embodiment, a case where, for example, a
(S110:基板用意工程)
まず、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなり、該表層が洞20aを含む種結晶基板20(以下、「基板20」と略す)を用意する基板用意工程S110を行う。本実施形態では、一例として、少なくとも表層が液相成長法により形成されたIII族窒化物半導体からなる基板20を用意する。
(S110: Substrate preparation process)
First, a substrate preparation step S110 is performed in which at least the surface layer is made of a group III nitride semiconductor, and the seed crystal substrate 20 (hereinafter, abbreviated as “
本実施形態の基板用意工程S110は、例えば、液相成長工程S112と、スライス工程S114と、研磨工程S116と、洗浄工程S118と、を有している。なお、スライス工程S114と、研磨工程S116と、洗浄工程S118と、は結晶の加工工程を構成している。本実施形態では、例えば、以下のようにして、マルチポイントシード結合法により基板20を作製する。
The substrate preparation step S110 of the present embodiment includes, for example, a liquid phase growth step S112, a slicing step S114, a polishing step S116, and a cleaning step S118. The slicing step S114, the polishing step S116, and the cleaning step S118 constitute a crystal processing step. In the present embodiment, for example, the
(S112:液相成長工程)
まず、図3(a)に示すように、例えば、マルチポイントシード基板10(MPS基板10)を用意する。MPS基板10は、支持基板11と、ポイントシード部12(PS部12)と、を有している。支持基板11は、例えば、サファイアからなっている。PS部12は、支持基板11上に所定の間隔で配置されている。PS部12は、例えば、気相成長法により形成されている。また、PS部12の上面は、例えば、(0001)面(+c面)、或いは、(0001)面に対して所定のオフ角を有する面である。なお、オフ角の大きさ(オフ量)は、例えば、2°以内である。また、PS部12の上面における転位密度(平均転位密度)は、例えば、1×107個/cm2以上1×109個/cm2以下である。
(S112: Liquid phase growth step)
First, as shown in FIG. 3A, for example, a multipoint seed substrate 10 (MPS substrate 10) is prepared. The
次に、図2に示す液相成長装置300を用い、MPS基板10上に、III族窒化物半導体からなる液相成長層14を成長させる。
Next, using the liquid
本実施形態の液相成長装置300は、例えば、フラックス法による成長装置として構成されている。液相成長装置300は、ステンレス(SUS)等からなり、加圧室301が内部に構成された耐圧容器303を備えている。加圧室301内は、例えば5MPa程度の高圧状態に昇圧させることが可能なように構成されている。加圧室301内には、坩堝308と、坩堝308内を加熱するヒータ307と、加圧室301内の温度を測定する温度センサ309と、が設けられている。坩堝308は、例えばアルカリ金属または遷移金属を溶媒(フラックス)としたIII族原料溶液を収容するとともに、基板(例えばMPS基板10)を、その主面(結晶成長面)を上向きとした状態で原料溶液中に浸漬させることが可能なように構成されている。耐圧容器303には、加圧室301内へ窒素(N2)ガスやアンモニア(NH3)ガス(あるいはこれらの混合ガス)を供給するガス供給管332が接続されている。ガス供給管332には、上流側から順に、圧力制御装置333、流量制御器341、バルブ343が設けられている。液相成長装置300が備える各部材は、コンピュータとして構成されたコントローラ380に接続されており、コントローラ380上で実行されるプログラムによって、後述する処理手順や処理条件が制御されるように構成されている。
The liquid
液相成長工程S112は、上述の液相成長装置300を用い、例えば以下の処理手順で実施することができる。
The liquid phase growth step S112 can be carried out by using the liquid
MPS基板10を用意したら、坩堝308内に、例えば、フラックス原料としてのナトリウム(Na)と、III族原料としてのGaと、上記のMPS基板10とを収容し、耐圧容器303を封止する。そして、ヒータ307による加熱を開始することで坩堝308内に原料溶液(Naを媒体としたGa溶液)を生成し、原料溶液中にMPS基板10を浸漬させた状態を生成する。この状態で、加圧室301内にN2ガス(あるいはNH3ガスとN2ガスとの混合ガス)を供給し、原料溶液中に窒素(N)を溶け込ませ、この状態を所定時間維持する。
After preparing the
これにより、図3(b)に示すように、MPS基板10のPS部12上に、GaNからなる液相成長層14がエピタキシャル成長する。成長初期では、液相成長層14は、互いに離間した島状結晶となって成長する。液相成長層14の成長が進むにつれて、島状結晶が大きくなり、隣接する結晶同士が会合することで、連続膜としての液相成長層14が形成される(図3(c))。
As a result, as shown in FIG. 3B, the liquid
所定の厚さの液相成長層14の成長が完了したら、耐圧容器303内を大気圧に復帰させ、液相成長層14が形成されたMPS基板10を坩堝308内から取り出す。
When the growth of the liquid
このとき、MPS基板10の温度を低下させる際に、図3(d)に示すように、支持基板11と液相成長層14との線膨張係数差を起因とした応力によって、支持基板11から液相成長層14が自発的に剥離する。その結果、液相成長層14で構成されるインゴット16が作製されることとなる。
At this time, when the temperature of the
液相成長工程S112を実施する際の処理条件としては、以下が例示される。
成膜温度(原料溶液の温度):600〜1200℃、好ましくは、800〜900℃
成膜圧力(加圧室内の圧力):0.1〜10MPa、好ましくは、1〜6MPa
原料溶液中のGa濃度〔Ga/(Na+Ga)〕:5〜70%、好ましくは、10〜50%
The following are examples of processing conditions when the liquid phase growth step S112 is carried out.
Film formation temperature (temperature of raw material solution): 600 to 1200 ° C., preferably 800 to 900 ° C.
Film formation pressure (pressure in the pressurizing chamber): 0.1 to 10 MPa, preferably 1 to 6 MPa
Ga concentration in the raw material solution [Ga / (Na + Ga)]: 5 to 70%, preferably 10 to 50%.
このとき、上記条件で液相成長工程S112を行うことにより、熱力学的に平衡状態に近い状態で液相成長層14の成長が進むことから、MPS基板10のPS部12よりも低転位密度の液相成長層14を得ることができる。具体的には、液相成長層14の上面における転位密度を、例えば、1×106個/cm2以下、好ましくは5×105個/cm2以下とすることができる。なお、液相成長層14の上面における転位密度の下限値は、低ければ低いほどよいため限定されるものではない。しかしながら、PS部12が1つにつき、液相成長層14に少なくとも1つの貫通転位が形成される可能性があるため、例えば、PS部12のピッチが500μmであるMPS基板10を用いた場合では、液相成長層14の上面における転位密度の下限値は、例えば、400個/cm2程度となると考えられる。
At this time, by performing the liquid phase growth step S112 under the above conditions, the growth of the liquid
一方で、このとき、上記条件で液相成長工程S112を行うと、原料溶液へのNの溶解量が少ないことから、液相成長法による液相成長層14の成長レートは、気相成長法による成長レートよりも低くなる。具体的には、液相成長層14の成長レートは、例えば、3μm/h以上30μm/h以下となる。
On the other hand, at this time, when the liquid phase growth step S112 is performed under the above conditions, the amount of N dissolved in the raw material solution is small, so that the growth rate of the liquid
このように液相成長層14の成長レートは低いため、仮に液相成長層14のみから最終的な窒化物結晶基板2を多数枚得ようとすると、かなりの成長時間を要してしまうことになる。そこで、本実施形態では、後述のスライス工程S114において、液相成長工程S112で形成される液相成長層14から、基板20を1枚以上5枚以下切り出すこととする。したがって、液相成長工程S112で形成される液相成長層14の厚さは、例えば、液相成長層14から基板20を1枚以上5枚以下切り出すことが可能な厚さとする。具体的には、液相成長層14の厚さを、例えば、0.5mm以上5mm以下、好ましくは0.5mm以上3mm以下とする。
Since the growth rate of the liquid
(S114:スライス工程)
次に、図3(e)に示すように、インゴット16をワックスで固定した状態で切削液を用いてスライスし(切り出し)、GaN自立基板としての基板20を複数枚作製する。
(S114: Slicing process)
Next, as shown in FIG. 3 (e), the
このとき、液相成長層14からスライスされる基板20の厚さは、基板20の直径に依存するが、例えば、300μm以上1mm以下とする。典型的には、基板20の直径が2インチの場合には、基板20の厚さを300μm以上450μm以下とする。
At this time, the thickness of the
上述のように、MPS基板10の上面上にエピタキシャル成長させた液相成長層14からスライスして基板20を作製することにより、基板20の上面は、MPS基板10のPS部12の上面と同様に、(0001)面、或いは、(0001)面に対して所定のオフ角を有する面となる。
As described above, by forming the
なお、上記した液相成長工程S112では液相成長層14は成長が進むほど低転位密度となることから、基板20をスライスした部分が液相成長層14の上層であるほど、基板20の転位密度は低くなる。したがって、スライス工程S114以降の工程では、液相成長層14の最上層からスライスした基板20を用いることとする。
In the liquid phase growth step S112 described above, the liquid
当該基板20の上面における転位密度は、例えば、1×106個/cm2以下、好ましくは5×105個/cm2以下とすることができる。なお、基板20の上面における転位密度の下限値は、低ければ低いほどよいため限定されるものではないが、液相成長層14の上面における転位密度の下限値と同様に、例えば、400個/cm2程度となると考えられる。
The dislocation density on the upper surface of the
ここで、図4(a)に示すように、基板20には、液相成長法を用いた結晶成長時に生じるインクルージョンによって、複雑に入り組んだ洞20a(溝等を含む)が形成されうる。洞20aの少なくとも一部は、基板20の上面または下面に開口している。また、洞20aは、基板20の上面側から下面側に向けて凹んでいたり、これと反対に基板20の下面側から上面側に向けて凹んでいたり、または、基板20の下面から上面に向けて貫通していたりすることがある。また、複数の洞20aが組み合わさって形成されることがある。このような洞20aは、後工程で結晶品質を低下させる原因となる可能性がある。
Here, as shown in FIG. 4A, intricately
(S116:研磨工程)
スライス工程S114後の基板20の上面および下面は荒れているため、所定の研磨装置を用い、基板20の少なくとも上面を研磨する。
(S116: Polishing process)
Since the upper surface and the lower surface of the
具体的には、まず、図4(b)に示すように、基板20を所定の支持部材500にワックス30で固定する。基板20が支持部材500に固定された状態で、支持部材500を回転させ、研磨液および研磨材を用いて基板20の上面を研磨する。これにより、基板20の上面をエピレディ面(鏡面)とする。具体的には、基板20の上面の表面粗さを、例えば、5nm以下、好ましくは2nm以下とする。
Specifically, first, as shown in FIG. 4B, the
ここで、図4(b)に示すように、例えば、基板20を支持部材500にワックス30で固定させるとき、ワックス30が基板20の洞20a内に毛細管現象によって入り込む。このため、洞20a内の細部に亘ってワックス30が満たされることとなる。
Here, as shown in FIG. 4B, for example, when the
(S118:洗浄工程)
次に、研磨工程S116後の基板20を洗浄する。具体的には、所定の有機溶媒からなる洗浄液を用い基板20を洗浄することで、研磨工程S116で用いたワックス30を除去する。また、所定の酸溶媒またはアルカリ溶媒からなる洗浄液を用い基板20を洗浄することで、基板20の上面に露出したり、基板20の洞20a内に残留したりしたフラックス原料の残留物を除去する。
(S118: Cleaning process)
Next, the
しかしながら、図4(c)に示すように、基板20に形成された洞20aは複雑に入り組んでいることから、上記した洗浄工程S118において所定の洗浄液でウエット洗浄を行ったとしても、基板20の洞20aの細部に残留不純物31が残留してしまう。
However, as shown in FIG. 4C, since the
ここでいう「残留不純物31」は、例えば、液相成長工程S112で基板20内に形成されたインクルージョンの一部(NaまたはGa/Na合金)、スライス工程S114で用いたワックスまたは切削液に由来する不純物、研磨工程S116で用いたワックス30、研磨液または研磨材に由来する残留物、洗浄工程S118で用いた洗浄液に由来する残留物のうち少なくともいずれかを含んでいる。
The "
また、ここでいう「洞20a」は、上述のように、少なくとも一部が基板20の上面または下面に開口した洞だけでなく、開口を有さずに閉ざされた洞も含んでいる。また、「洞20a」は、少なくとも一部に残留不純物31を含む洞、内部全体が残留不純物31で満たされている洞、または空の洞を含んでいる。
Further, as described above, the “
このように基板20の洞20a内に残留不純物31が残留した状態で、基板20に半導体層40を気相成長法により成長させると、残留不純物31からアウトガスが生じうる。アウトガスとなって基板20の洞20aから排出された残留不純物31の少なくとも一部は、基板20の上面で再付着して析出しうる。このため、基板20の上面で析出した残留不純物31を起点として、結晶核が基板20の結晶方位と異なる方位に成長する可能性がある。その結果、ステップフロー成長した原子状ステップの会合部において、結晶格子のずれ等を起因として、転位が発生する可能性がある。または、基板20の上面で析出した残留不純物31を起点として、半導体層40が異常成長してしまったり、逆に半導体層40が成長しない非成長領域が形成されてしまったりする可能性がある。または、基板20の上面に残留不純物31が析出すると、ステップフロー成長が阻害され、3次元島状成長が生じうる。このため、島同士が会合する際に、その会合面で引張応力が生じ、半導体層40の結晶面(c面)に反りが生じてしまう可能性がある。
When the
そこで、本実施形態では、気相成長工程S140の前に、以下のエッチング工程S130を行う。 Therefore, in the present embodiment, the following etching step S130 is performed before the vapor phase growth step S140.
(S130:エッチング工程)
本実施形態では、例えば、図5に示す気相成長装置400を用い、基板20のうちの露出部を気相中でエッチングするエッチング工程S130を行う。
(S130: Etching process)
In the present embodiment, for example, the vapor
気相成長装置400は、例えば、ハイドライド気相成長装置(HVPE装置)として構成されている。気相成長装置400は、石英等の耐熱性材料からなり、処理室401が内部に構成された気密容器403を備えている。処理室401内には、基板20を保持するサセプタ408が設けられている。サセプタ408は、回転機構416が有する回転軸415に接続されており、該サセプタ408上に載置される基板20を周方向(上面に沿った方向)に回転可能に構成されている。気密容器403の一端には、後述するガス生成器433a内へ塩化水素(HCl)ガスを供給するガス供給管432a、処理室401内へ成膜ガスとしてのNH3ガスを供給するガス供給管432b、処理室401内へエッチングガスとしてのHClガスを供給するガス供給管432cがそれぞれ接続されている。なお、ガス供給管432a〜432cは、HClガスやNH3ガスに加えて、キャリアガスまたはエッチングガスとしての水素(H2)ガス、および、不活性ガス、キャリアガスまたはパージガスとしてのN2ガスを供給可能なようにも構成されている。ガス供給管432a〜432cは、流量制御器とバルブと(いずれも図示しない)を、これらガスの種別毎にそれぞれ備えており、各種ガスの流量制御や供給開始/停止を、ガス種別毎に個別に行えるように構成されている。ガス供給管432aの下流には、原料としてのGa融液を収容するガス生成器433aが設けられている。ガス生成器433aには、HClガスとGa融液との反応により生成された成膜ガスとしての塩化ガリウム(GaCl)ガスを、サセプタ408上に保持された基板20に向けて供給するノズル449aが接続されている。ガス供給管432b,432cの下流側には、これらのガス供給管から供給されたガスをサセプタ408上に保持された基板20に向けて供給するノズル449b,449cがそれぞれ接続されている。ノズル449a〜449cは、基板20の上面に対して平行な方向(上面に沿った方向)にガスを流すよう配置されている。一方、気密容器403の他端には、処理室401内を排気する排気管430が設けられている。排気管430には圧力調整器(APC)429を介してポンプ431が設けられている。気密容器403の外周にはガス生成器433a内やサセプタ408上に保持された基板20を所望の温度に加熱するゾーンヒータ407が、気密容器403内には処理室401内の温度を測定する温度センサ409が、それぞれ設けられている。気相成長装置400が備える各部材は、コンピュータとして構成されたコントローラ480に接続されており、コントローラ480上で実行されるプログラムによって、後述する処理手順や処理条件が制御されるように構成されている。
The vapor
エッチング工程S130は、上述の気相成長装置400を用い、例えば以下の処理手順で実施することができる。
The etching step S130 can be carried out by using the above-mentioned vapor
まず、基板20を、気密容器403内へ投入(搬入)し、サセプタ408上に保持する。なお、このとき、後述の気相成長工程S140で用いられる原料としてのGa融液をガス生成器433a内に収容しておく。次に、ガス供給管432a〜432cのうちの少なくともいずれかから処理室401内へN2ガスを供給し、処理室401内の加熱および排気を実施する。このとき、サセプタ408の回転も開始する。
First, the
図6に示すように、処理室401内の加熱によって基板20の温度が徐々に上昇する。基板20の温度が所定の温度Teに到達し、処理室401内の圧力が所定の圧力に到達したら、基板20の上面に対して所定のエッチングガスを供給する。
As shown in FIG. 6, the temperature of the
これにより、基板20のうちの露出部を気相中でエッチングすることができる。ここでいう基板20のうちの露出部とは、基板20の外側雰囲気に露出し、該外側雰囲気(例えばエッチングガス)に触れることが可能な部分のことを意味している。具体的には、基板20の露出部は、基板20の上面および基板20の側面を含んでおり、基板20の洞20aの内壁の少なくとも一部を含んでいてもよい。
As a result, the exposed portion of the
このとき、エッチング工程S130では、例えば、以下のメカニズムにより、基板20の上面に開口された洞20a内に残留した残留不純物31を、基板20を構成するGaNとともに除去する。
At this time, in the etching step S130, for example, the
図7(a)に示すように、エッチング工程S130で基板20を所定の温度Teに加熱することで、基板20の洞20a内から残留不純物31の少なくとも一部を気化させる(湧き出させる)。洞20a内で気化された残留不純物31の少なくとも一部は、洞20aを通って洞20aの開口まで到達する。洞20aの開口に到達した残留不純物31の少なくとも一部は、エッチングガスによって基板20の外側に排出される。一方で、残留不純物31の他部は、基板20の上面のうちの洞20aの開口から噴出して、該開口付近などに再付着し析出される。なお、残留不純物31の他部は、基板20の上面のうち洞20aの開口付近以外の部分にも再付着し析出される可能性がある。
As shown in FIG. 7A, by heating the
また、図7(b)に示すように、エッチング工程S130で供給したエッチングガスにより、基板20の露出部をエッチングする。基板20の上面のエッチングが進むと、基板20の上面に析出した残留不純物31の少なくとも一部と、基板20の上面との間にもエッチングガスが入り込む。基板20の上面のうち残留不純物31と接する部分がエッチングされると、基板20の上面から残留不純物31が徐々に剥離していく。剥離された残留不純物31は、基板20の上面に対するエッチングガスの流れにしたがって基板20の外側に除去(排出)される。
Further, as shown in FIG. 7B, the exposed portion of the
このように、本実施形態では、図7(a)および(b)に示す上記プロセスが連続的または同時に生じることで、基板20の洞20a内の残留不純物31を減少させ、後述の気相成長工程S140において洞20aからアウトガスを放出しない程度に枯れさせることができる。また、基板20の上面に析出した残留不純物31を、基板20のマトリクスを構成するGaNとともに除去することができる。
As described above, in the present embodiment, the processes shown in FIGS. 7A and 7B occur continuously or simultaneously to reduce the
なお、基板10のマトリクスとともに残留不純物31を除去する上記プロセスでは、半導体プロセスにおいて金属膜等のパターニングに用いられる、いわゆる「リフトオフ」に似た原理で、残留不純物31がGaNとともに除去されると考えてもよい。
In the above process of removing the
本実施形態のエッチング工程S130では、例えば、基板20の上面のうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件下で、基板20の露出部をエッチングする。なお、ここでいう基板20の「結晶欠陥部」とは、転位、ピットなどのことである。また、ここでいう「基板20の上面のうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件」とは、基板20の上面のうち結晶欠陥部を除く領域において、すなわち、エッチピットを含まない視野(例えば1μm角の視野)において比較したときに、エッチング工程S130前の表面粗さ(算術平均粗さRa)と、エッチング工程S130後の表面粗さとの差が10nm以内、好ましくは5nm以内となる条件のことである。なお、上記条件下でエッチングを行った場合であっても、基板20の上面のうちの結晶欠陥部では、所定のファセットが生じることがある。このようなマイルドなエッチング条件により基板20の上面を平滑に維持することで、後述の気相成長工程S140において、基板20の上面上に半導体層40を平滑にエピタキシャル成長させることができる。
In the etching step S130 of the present embodiment, for example, the exposed portion of the
具体的なエッチング条件としては、例えば、エッチングガスとしてHClガスおよびH2ガスを含む雰囲気下でエッチングを行う。例えば、ガス供給管432cから基板20の上面に対して、エッチングガスとしてのHClガスおよびH2ガスを供給する。HClガスを含む雰囲気でエッチングを行うことで、以下の反応式(1)により、基板20を構成するGaNをエッチングすることができる。
2GaN+2HCl→2GaCl+H2+N2 ・・・(1)
このとき、反応式(1)以外の反応による副生成物として、Gaドロップレットが生じることがある。ここでは、上述のようにマイルドなエッチング条件を適用することから、上記のGaドロップレットが生じ易い。そこで、HClガスに加えH2ガスを含む雰囲気下でエッチングを行うことで、副生成物としてのGaドロップレットを、Gaの水素化物であるガラン(GaH3)として気化させて除去することができる。
Specific etching conditions, for example, etched in an atmosphere containing HCl gas and H 2 gas as the etching gas. For example, the upper surface of the
2GaN + 2HCl → 2GaCl + H 2 + N 2 ... (1)
At this time, Ga droplets may be generated as a by-product of a reaction other than the reaction formula (1). Here, since the mild etching conditions are applied as described above, the above-mentioned Ga droplets are likely to occur. Therefore, by etching in an atmosphere containing H 2 gas in addition to HCl gas, Ga droplet as a by-product can be vaporized and removed as galan (GaH 3) which is a hydride of Ga. ..
また、例えば、上記したエッチングガスとしてのHClガスおよびH2ガスに加え、不活性ガス(希釈ガス)としてのN2ガスを含む雰囲気下でエッチングを行い、N2ガスの分圧をHClガスおよびH2ガスのそれぞれの分圧よりも高くする。これにより、基板20の露出部をマイルドにエッチングし、基板20の上面のうち結晶欠陥部を除く領域を平滑に維持することができる。
Further, for example, in addition to the above-mentioned HCl gas and H 2 gas as the etching gas, etching is performed in an atmosphere containing N 2 gas as an inert gas (diluting gas), and the partial pressure of the N 2 gas is divided into the HCl gas and the H 2 gas. H 2 higher than the respective partial pressures of the gas. As a result, the exposed portion of the
このとき、N2ガスの分圧に対するHClガスおよびH2ガスのそれぞれの分圧の比率(分圧比率)を、例えば、1%以上10%以下とする。分圧比率が1%未満であると、基板20を構成するGaNのエッチング速度が低くなるため、残留不純物31が除去されるまでの時間が過剰に長くなる可能性がある。これに対し、分圧比率を1%以上とすることにより、基板20を構成するGaNのエッチング速度を所定値以上に確保し、残留不純物31が除去されるまでの時間の長期化を抑制することができる。一方で、分圧比率が10%超であると、基板20を構成するGaNが過剰にエッチングされるため、基板20の上面が荒れてしまう可能性がある。これに対し、分圧比率を10%以下とすることにより、基板20の露出部をマイルドにエッチングし、基板20の上面のうち結晶欠陥部を除く領域を平滑に維持することができる。
At this time, the ratio of the partial pressures of the HCl gas and the H 2 gas to the partial pressure of the N 2 gas (partial pressure ratio) is, for example, 1% or more and 10% or less. If the partial pressure ratio is less than 1%, the etching rate of the GaN constituting the
また、例えば、NH3ガスを非含有とした雰囲気下でエッチングを行う。NH3ガスを含む雰囲気下でエッチングを行うと、基板20を構成するGaNと、HClガスおよびH2ガスのそれぞれとの反応により生成したGa含有ガス(GaClまたはGaH3)と、NH3ガスとが反応して、基板20の露出部にGaNが再成長してしまう。再成長したGaNは不規則な形状で形成されるため、基板20の上面が荒れてしまう可能性がある。これに対し、NH3ガスを非含有とした雰囲気下でエッチングを行うことで、GaNの再成長を抑制することができる。これにより、基板20の上面を平滑に維持することができる。
Further, for example, etching is performed under an atmosphere in which the free NH 3 gas. When etching is performed in an atmosphere containing NH 3 gas, GaN constituting the
また、エッチング工程S130での基板20の温度(エッチング温度)Teを、例えば、基板20を構成するGaNがエッチングされ始める臨界温度以上とする。これにより、基板20のマトリクスを構成するGaNをエッチングしつつ、基板20の洞20a内の残留不純物31を除去することができる。
Further, the temperature (etching temperature) Te of the
一方で、図6に示すように、エッチング工程S130での基板20のエッチング温度Teを、例えば、後述の気相成長工程S140での基板20の温度(成膜温度)Tgよりも低くする。これにより、基板20の露出部をマイルドにエッチングし、基板20の上面のうち結晶欠陥部を除く領域を平滑に維持することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the etching temperature Te of the
エッチング工程S130のより詳細なエッチング条件としては、以下が例示される。
エッチング温度Te:500〜900℃、好ましくは600〜800℃
処理室401内の圧力:90〜105kPa、好ましくは、90〜95kPa
HClガス分圧/N2ガス分圧:1〜10%、好ましくは1〜5%
H2ガス分圧/N2ガス分圧:1〜10%、好ましくは3〜7%
ガスの流速:5〜15cm/s
(なお、ガスの流速は、加熱による体積膨張を考慮せず、ガスの供給量から算出した値である。)
エッチング時間:1〜10h、好ましくは2〜5h
エッチングレート:0.1〜10μm/h、好ましくは0.5〜3μm/h
The following are exemplified as more detailed etching conditions in the etching step S130.
Etching temperature Te: 500-900 ° C, preferably 600-800 ° C
Pressure in processing chamber 401: 90-105 kPa, preferably 90-95 kPa
HCl gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 1-10%, preferably 1-5%
H 2 gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 1-10%, preferably 3-7%
Gas flow velocity: 5 to 15 cm / s
(Note that the gas flow velocity is a value calculated from the amount of gas supplied without considering the volume expansion due to heating.)
Etching time: 1-10h, preferably 2-5h
Etching rate: 0.1 to 10 μm / h, preferably 0.5 to 3 μm / h
以上のエッチングにより、図7(c)に示すように、基板20の洞20a内の残留不純物31を除去することができる。
By the above etching, as shown in FIG. 7C, the
基板20の洞20a内の残留不純物31を除去したら、処理室401内へのエッチングガスとしてのHClガスおよびH2ガスの供給を停止し、エッチング工程S130を終了させる。
After removing
なお、エッチング工程S130では、基板20の洞20a内の残留不純物31が、後述の気相成長工程S140において洞20aからアウトガスを放出しない程度に枯れるとともに、基板20の上面に析出した残留不純物31が基板20のマトリクスを構成するGaNとともに除去されれば充分である。つまり、基板20の洞20a内の残留不純物31が完全に除去されていなくてもよい。
In the etching step S130, the
(S140:気相成長工程)
次に、基板20の上面上に、III族窒化物半導体からなる半導体層(気相成長層)40を気相成長法によりエピタキシャル成長させる気相成長工程S140を行う。例えば、上述の気相成長装置400を用い、HVPE法により半導体層40をエピタキシャル成長させる。
(S140: Vapor deposition process)
Next, a vapor phase growth step S140 is performed on the upper surface of the
本実施形態では、例えば、上述のエッチング工程S130の終了後、気相成長装置400の処理室401を大気開放することなく、また処理室401内から基板20を搬出することなく、そのまま同一の気相成長装置400の処理室401内で、以下の気相成長工程S140を連続的に行う。その意味において、上述のエッチング工程S130は、その場エッチング工程(in−situエッチング工程)と考えることができる。
In the present embodiment, for example, after the completion of the etching step S130 described above, the same vapor is used as it is without opening the
具体的には、気相成長工程S140は、例えば以下の処理手順で実施することができる。 Specifically, the vapor phase growth step S140 can be carried out by, for example, the following processing procedure.
エッチング工程S130で、処理室401内へのエッチングガスとしてのHClガスおよびH2ガスの供給を停止した後、処理室401内へのN2ガスの供給と、処理室401内の排気と、サセプタ408による基板20の保持および回転とを継続させた状態で、ガス供給管432bから処理室401内の基板20の上面に対してNH3ガスを供給する。すなわち、処理室401内の雰囲気をエッチングガス非含有の雰囲気、すなわちNH3ガスおよびN2ガスを含む雰囲気に切り替える。これにより、昇温時において、基板20を構成するGaNの分解を抑制し、基板10の表面の荒れを抑制することができる。処理室401内へNH3ガスを供給したら、処理室401内をさらに加熱する。
In the etching step S130, after stopping the supply of the HCl gas and the H 2 gas as the etching gas into the
図6に示すように、処理室401内の加熱によって基板20の温度がエッチング工程S130での基板20の温度Teよりも上昇する。基板20の温度が所定の温度Tgに到達し、処理室401内の圧力が所定の圧力に到達したら、基板20の上面に対してNH3ガスを供給した状態で、ガス供給管432aからガス生成器433a内にHClガスを供給し、基板20の上面に対してGaClガスを供給する。なお、このとき、処理室401内にH2ガスを供給してもよい。
As shown in FIG. 6, the temperature of the
これにより、図8(a)に示すように、基板20の上面上に、GaNからなる半導体層40がエピタキシャル成長する。
As a result, as shown in FIG. 8A, the
このとき、上述のように、エッチング工程S130において基板20の洞20a内の残留不純物31を、アウトガスを放出しない程度に枯れさせたことで、気相成長工程S140において半導体層40を成長させる際に、基板20の上面への残留不純物31の析出を抑制することができる。これにより、半導体層40中の転位の形成、半導体層40の異常成長、半導体層40の非成長領域の形成、または半導体層40の結晶面の反りの発生を抑制することができる。
At this time, as described above, the
また、このとき、上述のように、エッチング工程S130において基板20の露出部をマイルドにエッチングしたことで、基板20の上面上に半導体層40を平滑にエピタキシャル成長させることができる。このとき、該半導体層40の上面を構成する結晶面((0001)面)以外のファセットの発生を抑制することができる。また、このとき、基板20の洞20a上に半導体層40が横方向成長することで、基板20の洞20aを、半導体層40によって塞ぐことができる。これらにより、平滑な半導体層40を形成することができる。
Further, at this time, as described above, by mildly etching the exposed portion of the
また、このとき、液相成長法による低転位密度の基板20の結晶性を引き継ぎつつ、基板20の上面上に半導体層40を気相成長法によりエピタキシャル成長させることができる。これにより、半導体層40の上面における転位密度を、基板20の上面における転位密度と同等とすることができる。具体的には、半導体層40の上面における転位密度を、例えば、1×106個/cm2以下、好ましくは5×105個/cm2以下とすることができる。なお、半導体層40の上面における転位密度の下限値は、基板20の上面における転位密度の下限値と同等程度である。
Further, at this time, the
また、このとき、気相成長法による半導体層40の成長レートを、上述の液相成長工程S112での液相成長法による液相成長層14の成長レートよりも高くすることができる。具体的には、気相成長法による半導体層40の成長レートを、例えば、100μm/h以上1000μm/h以下とすることができる。
Further, at this time, the growth rate of the
また、このとき、基板20としてGaN自立基板を用い、当該基板20上に、基板20の格子定数と等しい格子定数を有するGaNからなる半導体層40をホモエピタキシャル成長させることで、低応力の状態で半導体層40を形成することができる。また、基板20の線膨張係数と半導体層40の線膨張係数とを等しくすることで、半導体層40の成長後に基板20の温度を下げた際であっても、基板20および半導体層40におけるクラックの発生を抑制することができる。これらの結果、半導体層40を厚膜に形成することができる。具体的には、半導体層40の厚さを、例えば、45μm以上5mm以下、好ましくは150μm以上2mm以下とすることができる。
Further, at this time, a GaN free-standing substrate is used as the
気相成長工程S140を実施する際の成長条件としては、以下が例示される。
成長温度Tg:980〜1100℃、好ましくは1050〜1100℃
処理室401内の圧力:90〜105kPa、好ましくは90〜95kPa
GaClガスの分圧:1.5〜15kPa
NH3ガスの分圧/GaClガスの分圧:2〜6
N2ガスの流量/H2ガスの流量:1〜20
ガスの流速:5〜15cm/s
(なお、ガスの流速は、加熱による体積膨張を考慮せず、ガスの供給量から算出した値である。)
本実施形態では、気相成長工程S140で基板20の上面上に流れるガスの流速を、例えば、エッチング工程S130で基板20の上面上に流れるガスの流速と等しくする。
The following are examples of growth conditions when the vapor phase growth step S140 is carried out.
Growth temperature Tg: 980-1100 ° C, preferably 1050-1100 ° C
Pressure in processing chamber 401: 90-105 kPa, preferably 90-95 kPa
Partial pressure of GaCl gas: 1.5 to 15 kPa
Partial pressures of / GaCl gas of the NH 3 gas: 2-6
Flow rate of N 2 gas / Flow rate of H 2 gas: 1 to 20
Gas flow velocity: 5 to 15 cm / s
(Note that the gas flow velocity is a value calculated from the amount of gas supplied without considering the volume expansion due to heating.)
In the present embodiment, the flow velocity of the gas flowing on the upper surface of the
以上の成長条件で半導体層40を成長させることで、基板20および半導体層40を有する半導体積層物1を作製することができる。
By growing the
半導体層40の成長が完了したら、処理室401内へNH3ガスおよびN2ガスを供給しつつ、処理室401内を排気した状態で、ガス生成器433a内へのHClガスの供給、処理室401内へのH2ガスの供給、ヒータ407による加熱をそれぞれ停止する。処理室401内の温度が500℃以下となったらNH3ガスの供給を停止し、その後、処理室401内の雰囲気をN2ガスへ置換して大気圧に復帰させるとともに、処理室401内を搬出可能な温度にまで低下させた後、処理室401内から半導体積層物1を搬出する。
When the growth of the
(S150:スライス工程)
次に、図8(b)に示すように、半導体積層物1の半導体層40をスライスし、GaN自立基板としての窒化物結晶基板2を複数枚作製する。
(S150: Slicing process)
Next, as shown in FIG. 8B, the
その後、窒化物結晶基板2の少なくとも上面を研磨し、窒化物結晶基板2の上面をエピレディ面とする。窒化物結晶基板2の研磨が完了後、窒化物結晶基板2に対して所定の洗浄を行う。
After that, at least the upper surface of the
以上により、本実施形態の窒化物結晶基板2が製造される。
As described above, the
このように製造された窒化物結晶基板2の上面は、基板20と同様に、(0001)面、或いは、(0001)面に対して所定のオフ角を有する面となる。また、窒化物結晶基板2の上面における転位密度は、上記した半導体層40の上面における転位密度と同様に、例えば、1×106個/cm2以下、好ましくは5×105個/cm2以下となる。なお、窒化物結晶基板2の上面における転位密度の下限値は、上記した半導体層40の上面における転位密度の下限値と同等程度である。
The upper surface of the
なお、窒化物結晶基板2をスライスした後に残された半導体積層物1や、スライスした窒化物結晶基板2を用いて、上述の気相成長工程S140を再実施してもよい。これにより、結晶品質が良好な窒化物結晶基板2を繰り返し製造することができる。
The above-mentioned vapor phase growth step S140 may be re-executed using the
(2)本実施形態により得られる効果
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。
(2) Effects obtained by the present embodiment According to the present embodiment, one or more of the following effects can be obtained.
(a)エッチング工程S130では、基板用意工程S110で基板20の洞20a内に残留した残留不純物31の少なくとも一部を気化させ、気化した残留不純物31の少なくとも一部を基板20の上面に析出させる。そして、基板20の上面に析出した残留不純物31の少なくとも一部を、基板20のマトリクスを構成するGaNとともに除去する。これにより、基板20の洞20a内の残留不純物31を減少させ、気相成長工程S140において洞20aからアウトガスを放出しない程度に枯れさせることができる。エッチング工程S130において基板20の洞20a内の残留不純物31を枯れさせることで、気相成長工程S140において半導体層40を成長させる際に、基板20の上面への残留不純物31の析出を抑制することができる。基板20の上面への残留不純物31の析出を抑制することで、基板20の上面で析出した残留不純物31を起因とした結晶方位のずれ等の発生を抑制することができ、半導体層40中の転位の形成を抑制することができる。また、基板20の上面への残留不純物31の析出を抑制することで、基板20の上面で析出した残留不純物31を起因とした、半導体層40の異常成長や、半導体層40が成長しない非成長領域の形成を抑制することができる。また、基板20の上面への残留不純物31の析出を抑制することで、半導体層40をステップフロー成長させ、3次元島状成長の発生を抑制することができる。これにより、半導体層40の成長時に引張応力が生じることを抑制し、半導体層40の結晶面に反りが生じることを抑制することができる。これらの結果、結晶品質が良好な半導体積層物1または窒化物結晶基板2を製造することが可能となる。つまり、半導体積層物1または窒化物結晶基板2の結晶品質を従来の方法よりもさらに向上させることが可能となる。
(A) In the etching step S130, at least a part of the
(b)エッチング工程S130では、残留不純物31を直接エッチングするのではなく、残留不純物31が付着した基板10のマトリクスをエッチングすることで、残留不純物31を除去する。これにより、たとえ、残留不純物31を構成する材料、残留不純物31の量、または残留不純物31の位置等が不明であったとしても、残留不純物31を基板10のマトリクスとともに確実に除去することができる。また、残留不純物31が加熱により炭化されたり窒化されたりして、いかなる溶媒でも容易に溶けない状態となったとしても、残留不純物31を基板10のマトリクスとともに確実に除去することができる。
(B) In the etching step S130, the
(c)本実施形態のエッチング工程S130では、基板20の洞20a内から残留不純物31の少なくとも一部を気化させ、気化した残留不純物31の少なくとも一部を基板20の上面に析出させる。つまり、基板20の洞20a内に残留した残留不純物31を、基板20のうちエッチングガスに触れ易い位置に移動させる。基板20の上面に残留不純物31を析出させたら、基板20の上面に析出した残留不純物31の少なくとも一部をGaNとともに除去する。このような二段階のプロセスを経ることにより、たとえエッチングガスが基板20の洞20a内に入り込まなかったとしても、また、エッチング条件がマイルドな条件であったとしても、基板20の洞20a内に残留した残留不純物31を確実に除去することができる。
(C) In the etching step S130 of the present embodiment, at least a part of the
(d)基板20に洞20aが形成されていると、基板用意工程S110のうち、スライス工程S114、研磨工程S116または洗浄工程S118で使用した、ワックス、切削液、研磨液、研磨材および洗浄液のうち少なくともいずれかに由来する残留不純物31が基板20の洞20a内に残留し易い。そこで、上記したエッチング工程S130を行うことで、上述の残留不純物31を確実に除去することができる。これにより、基板用意工程S110のプロセスで生じた残留不純物31の影響が、後工程としての気相成長工程S140に及ばないようにすることができる。
(D) When the
(e)液相成長法を用いて基板用意工程S110を行い、エッチング工程S130を経て気相成長工程S140を行うことで、液相成長法による低転位密度の基板20の結晶性を引き継ぎつつ、基板20の上面上に半導体層40をエピタキシャル成長させることができる。これにより、半導体層40の上面における転位密度を、基板20の上面における転位密度と同等とすることができる。一方で、このとき、気相成長工程S140において気相成長法により半導体層40をエピタキシャル成長させることで、気相成長法による半導体層40の成長レートを、液相成長法による液相成長層14の成長レートよりも高くすることができる。これにより、厚膜の半導体層40を容易に形成することができる。これらの結果、半導体積層物1または窒化物結晶基板2の結晶品質を向上させつつ、それらの生産性を向上させることができる。つまり、液相成長法および気相成長法をこの順で用いた方法による効果を、従来よりもさらに向上させることが可能となる。
(E) By performing the substrate preparation step S110 using the liquid phase growth method and performing the vapor phase growth step S140 through the etching step S130, while inheriting the crystallinity of the
(f)エッチング工程S130では、基板20の上面のうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件下で、基板20の露出部をエッチングする。このようなマイルドなエッチング条件により基板20の上面を平滑に維持することで、気相成長工程S140において、基板20の上面上に半導体層40を平滑にエピタキシャル成長させることができる。また、このとき、該半導体層40の上面を構成する結晶面以外のファセットの発生を抑制することができる。仮に半導体層40の成長時に半導体層40の上面を構成する結晶面以外のファセットが生じた場合、半導体層40中への不純物の取り込みが増加することとなる。これに対し、本実施形態では、このようなファセットの発生を抑制することで、半導体層40中への不純物の取り込みを抑制することができる。
(F) In the etching step S130, the exposed portion of the
(g)エッチング工程S130と気相成長工程S140とを、気相成長装置400の処理室401を大気開放することなく、同一の処理室401内で連続的に行う。これにより、エッチング工程S130から気相成長工程S140までの間に、基板20と半導体層40との界面の汚染(コンタミネーション)を抑制することができる。つまり、エッチング工程S130によって浄化された基板20の上面上に、直接、半導体層40を成長させることができる。このように基板20と半導体層40との界面の汚染を抑制することで、基板20の結晶性を低下させずに半導体層40に引き継ぐことができる。
(G) The etching step S130 and the vapor phase growth step S140 are continuously performed in the
(h)基板用意工程S110では、例えば、MPS基板10を用いて基板20を作製する。このようなMPS基板10を用いて作製した基板20では、液相成長工程S112での島状結晶の会合部等に多くの洞20aが形成される傾向がある。このため、基板20の洞20a内に残留不純物31が残留し易い。そこで、当該基板20に対して上述の実施形態のエッチング工程S130を適用することで、多くの洞20aを有する基板20を用いた場合であっても、洞20a内の残留不純物を除去することができる。これにより、気相成長工程S140において半導体層40中への結晶欠陥部の形成を抑制することができる。したがって、本実施形態は、MPS基板10により作製された基板20のように多くの洞20aを有する基板20を用いて半導体積層物1または窒化物結晶基板2を製造する場合に特に有効である。
(H) In the substrate preparation step S110, for example, the
(3)本実施形態の変形例
上述の実施形態のエッチング工程S130は、必要に応じて、以下に示す変形例のように変更することができる。なお、本変形例は、エッチング工程S130が後述する気化工程S120を兼ねる場合に相当する。以下、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明し、上述の実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
(3) Modification Example of This Embodiment The etching step S130 of the above-described embodiment can be modified as in the modification shown below, if necessary. In addition, this modification corresponds to the case where the etching step S130 also serves as the vaporization step S120 described later. Hereinafter, only the elements different from the above-described embodiment will be described, and the elements substantially the same as the elements described in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
(変形例1)
図9は、本実施形態の変形例1のエッチング工程から気相成長工程までの種結晶基板の上面上に流れるガスの流速変化を示す図である。
図9に示す変形例1のように、エッチング工程S130で基板20の上面上に流れるガスの流速Veを、例えば、気相成長工程S140で基板20の上面上に流れるガスの流速Vgよりも高くしてもよい。これにより、ベンチュリ効果により、基板20の洞20a内の残留不純物31を洞20aの外へ吸い出すことができる。
(Modification example 1)
FIG. 9 is a diagram showing a change in the flow velocity of the gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate from the etching step to the vapor phase growth step of the
As in the first modification shown in FIG. 9, the flow velocity Ve of the gas flowing on the upper surface of the
具体的には、気相成長工程S140でのガスの流速Vgに対する、エッチング工程S130でのガスの流速Veの比率(流速比率)を、例えば、1.1倍以上5倍以下、好ましくは、1.5倍以上3倍以下とする。流速比率が1.1倍未満であると、ベンチュリ効果が充分に得られない可能性がある。これに対し、流速比率を1.1倍以上とすることにより、ベンチュリ効果を充分に得ることができる。さらに、流速比率を1.5倍以上とすることにより、ベンチュリ効果を確実に得ることができる。一方で、流速比率が5倍超であると、エッチングガスが基板20の上面に強く吹き付けられるため、基板20の上面が荒れる可能性がある。これに対し、流速比率を5倍以下とすることにより、エッチングガスが基板20の上面に対して強く吹き付けられることを抑制することができ、基板20の上面の荒れを抑制することができる。さらに、流速比率を3倍以下とすることにより、基板20の上面の荒れを確実に抑制することができる。
Specifically, the ratio (flow velocity ratio) of the gas flow velocity Ve in the etching step S130 to the gas flow velocity Vg in the vapor phase growth step S140 is, for example, 1.1 times or more and 5 times or less, preferably 1. .5 times or more and 3 times or less. If the flow velocity ratio is less than 1.1 times, the Venturi effect may not be sufficiently obtained. On the other hand, by setting the flow velocity ratio to 1.1 times or more, the Venturi effect can be sufficiently obtained. Further, by setting the flow velocity ratio to 1.5 times or more, the Venturi effect can be surely obtained. On the other hand, if the flow velocity ratio is more than 5 times, the etching gas is strongly sprayed on the upper surface of the
例えば、気相成長工程S140でのガスの流速Vgを5cm/s以上10cm/s以下としたとき、エッチング工程S130でのガスの流速Veを、5.5cm/s以上50cm/s以下、好ましくは7.5cm/s以上30cm/s以下とする。 For example, when the gas flow velocity Vg in the vapor phase growth step S140 is 5 cm / s or more and 10 cm / s or less, the gas flow velocity Ve in the etching step S130 is 5.5 cm / s or more and 50 cm / s or less, preferably. It shall be 7.5 cm / s or more and 30 cm / s or less.
変形例1によれば、エッチング工程S130で基板20の上面上に流れるガスの流速Veを、気相成長工程S140で基板20の上面上に流れるガスの流速Vgよりも高くすることで、ベンチュリ効果を生じさせ、基板20の洞20a内の圧力を洞20aの外の圧力よりも低下させることができる。これにより、基板20の洞20a内の残留不純物31を、洞20aの外へ吸い出すことができる。その結果、エッチング工程S130での残留不純物31の除去効率を向上させることができる。
According to the first modification, the Venturi effect is obtained by making the flow velocity Ve of the gas flowing on the upper surface of the
(変形例2)
図9(b)は、本実施形態の変形例2のエッチング工程および気相成長工程での処理室内の圧力変化を示す図である。
図9(b)に示す変形例2のように、エッチング工程S130での処理室401内の圧力を上下に変動させてもよい。つまり、エッチング工程S130での処理室401内の圧力を低下させることと、該圧力を上昇させることとを含むサイクルを繰り返し行ってもよい。これにより、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを行うことができる。
(Modification 2)
FIG. 9B is a diagram showing pressure changes in the processing chamber during the etching step and the vapor phase growth step of the
As in the
このとき、エッチング工程S130での処理室401内の最低圧力Pe1を、例えば、気相成長工程S140での処理室401内の圧力Pgよりも低くする。これにより、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを効率よく行うことができる。
At this time, the minimum pressure Pe1 in the
なお、エッチング工程S130での処理室401内の最高圧力Pe2は、特に限定されるものではないが、例えば、気相成長工程S140での処理室401内の圧力Pgと等しくすることができる。なお、エッチング工程S130での処理室401内の最高圧力Pe2を、気相成長工程S140での処理室401内の圧力Pgよりも高くしてもよい。
The maximum pressure Pe2 in the
また、このとき、エッチング工程S130での処理室401内の最高圧力Pe2に対する最低圧力Pe1の比率(圧力比率:Pe1/Pe2)を、例えば、1/10以上1/2以下とする。圧力比率が1/10未満であると、最低圧力Pe1を過剰に低く設定することとなり、エッチング速度が低下してしまう可能性がある。また、当該圧力比率で処理室401内の圧力を変動させるための時間が長くなってしまう可能性がある。これに対し、圧力比率を1/10以上とすることにより、エッチング速度の低下を抑制することができる。また、当該圧力比率で処理室401内の圧力を変動させるための時間を短くすることができる。一方で、圧力比率が1/2超であると、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを充分に行うことができない可能性がある。これに対し、圧力比率を1/2以下とすることにより、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを充分に行うことができる。
At this time, the ratio of the minimum pressure Pe1 to the maximum pressure Pe2 in the
また、このとき、エッチング工程S130において処理室401内の圧力を変動させるサイクルの繰り返し回数を、例えば、6回以上20回以下とする。繰り返し回数が6回未満であると、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを充分に行うことができない可能性がある。これに対し、繰り返し回数を6回以上とすることにより、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを充分に行うことができる。一方で、繰り返し回数が20回超であると、当該繰り返し回数で処理室401内の圧力を変動させるための時間が長くなってしまう可能性がある。これに対し、繰り返し回数を20回以下とすることにより、当該繰り返し回数で処理室401内の圧力を変動させるための時間を短くすることができる。つまり、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを効率よく行うことができる。
At this time, the number of repetitions of the cycle of varying the pressure in the
変形例2によれば、エッチング工程S130での処理室401内の圧力を上下に変動させることで、基板20の洞20a内から外側に残留不純物31のアウトガスを排出し、一方で、基板20の洞20aの外側の清浄な雰囲気を洞20a内に取り込むことができる。これにより、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを行うことができる。つまり、基板20の洞20a内において、いわゆるサイクルパージを行うことができると考えてもよい。その結果、基板20の洞20a内の残留不純物31のアウトガスを速く減少させることができる。
According to the second modification, by changing the pressure in the
<本発明の第2実施形態>
上述の実施形態では、基板用意工程S110の後すぐにエッチング工程S130を行う場合について説明したが、以下の第2実施形態のように、これらの工程の間に、残留不純物31を気化(蒸発)させる気化工程S120を行ってもよい。本実施形態においても、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明する。
<Second Embodiment of the present invention>
In the above-described embodiment, the case where the etching step S130 is performed immediately after the substrate preparation step S110 has been described, but as in the second embodiment below, the
(1)半導体積層物の製造方法または窒化物結晶基板の製造方法
図10および図11を用い、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または窒化物結晶基板の製造方法について説明する。図10は、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または窒化物結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。図11(a)は、本実施形態の気化工程から気相成長工程までの種結晶基板の温度変化を示す図であり、(b)は、本実施形態の気化工程から気相成長工程までの種結晶基板の上面上に流れるガスの流速変化を示す図である。
(1) Method for Manufacturing Semiconductor Laminate or Method for Manufacturing Nitride Crystal Substrate With reference to FIGS. 10 and 11, a method for manufacturing a semiconductor laminate or a method for manufacturing a nitride crystal substrate according to the present embodiment will be described. FIG. 10 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor laminate or a method for manufacturing a nitride crystal substrate according to the present embodiment. FIG. 11A is a diagram showing a temperature change of the seed crystal substrate from the vaporization step to the gas phase growth step of the present embodiment, and FIG. 11B is a diagram showing the temperature change of the seed crystal substrate from the vaporization step to the gas phase growth step of the present embodiment. It is a figure which shows the flow velocity change of the gas flowing on the upper surface of a seed crystal substrate.
(S120:気化工程)
本実施形態では、基板用意工程S110の後でエッチング工程S130の前に、基板20を所定の温度以上に加熱し、基板20の洞20a内における残留不純物31の少なくとも一部を気化させる気化工程S120を行う。なお、ここでいう「残留不純物31の少なくとも一部を気化させる」処理とは、残留不純物31の少なくとも一部を基板20の洞20a内から湧き出させる処理であると考えてもよい。
(S120: Vaporization process)
In the present embodiment, after the substrate preparation step S110 and before the etching step S130, the
気化工程S120は、上述の気相成長装置400を用い、例えば以下の処理手順で実施することができる。
The vaporization step S120 can be carried out by using the above-mentioned vapor
まず、基板20を、気密容器403内へ投入(搬入)し、サセプタ408上に保持する。なお、このとき、気相成長工程S140で用いられる原料としてのGa融液をガス生成器433a内に収容しておく。次に、ガス供給管432a〜432cのうちの少なくともいずれかから処理室401内へ所定のガス(以下、排出ガス)を供給し、処理室401内の加熱および排気を実施する。なお、このとき、サセプタ408の回転も開始する。
First, the
このとき、処理室401内へ供給する排出ガスとしては、例えば、主にN2ガスとする。これにより、基板20を構成するGaNのエッチングを抑制することができる。なお、排出ガスとして、H2ガスを含んでいてもよい。これにより、基板20を構成するGaNからのN抜けによってGaドロップレットが生じた場合に、該GaドロップレットをGaH3として気化させて除去することができる。ただし、基板20を構成するGaNのエッチングを抑制する観点から、排出ガスとしては、エッチングガスとしてのHClガスを含まないことが好ましい。つまり、エッチングガス非含有の雰囲気下で気化工程S120を行うことが好ましい。
At this time, the exhaust gas supplied into the
図11(a)に示すように、処理室401内の加熱によって基板20の温度が徐々に上昇する。本実施形態では、基板20の温度を所定の温度Tdに到達させるとともに、処理室401内の圧力を所定の圧力に到達させ、その後、所定時間、基板20の温度および処理室401内の圧力をそれぞれ一定に維持させる。
As shown in FIG. 11A, the temperature of the
これにより、上述の図7(a)に示したように、気化工程S120で基板20を所定の温度Tdに加熱することで、基板20の洞20a内における残留不純物31の少なくとも一部を気化させる(湧き出させる)。洞20a内で気化された残留不純物31の少なくとも一部は、洞20aを通って洞20aの開口まで到達する。洞20aの開口に到達した残留不純物31の少なくとも一部は、排出ガスによって基板20の外側に排出される。一方で、残留不純物31の他部は、基板20の上面のうちの洞20aの開口から噴出して、該開口付近に析出される。なお、残留不純物31の他部は、基板20の上面のうち洞20aの開口付近以外の部分にも再付着し析出される可能性がある。
As a result, as shown in FIG. 7A described above, by heating the
このとき、図11(a)に示すように、気化工程S120での基板20の温度Tdを、例えば、エッチング工程S130での基板20の温度Teと等しくし、気相成長工程S140での基板20の温度Tgよりも低くする。これにより、気化工程S120において、基板20を構成するGaNの熱分解を抑制することができる。
At this time, as shown in FIG. 11A, the temperature Td of the
また、このとき、図11(a)に示すように、基板20を所定の温度Tdに加熱した後、基板20の温度を一定時間保持する。これにより、気化工程S120において、基板20の洞20a内における所定量の残留不純物31を安定的に気化させることができる。
At this time, as shown in FIG. 11A, after the
また、このとき、図11(b)に示すように、気化工程S120で基板20の上面上に流れるガスの流速Vdを、例えば、エッチング工程S130で基板20の上面上に流れるガスの流速Veよりも高くする。これにより、ベンチュリ効果により、基板20の洞20a内の残留不純物31を洞20aの外へ吸い出すことができる。
At this time, as shown in FIG. 11B, the flow velocity Vd of the gas flowing on the upper surface of the
具体的には、エッチング工程S130でのガスの流速Veに対する、気化工程S120でのガスの流速Vdの比率(流速比率)を、例えば、1.1倍以上、好ましくは1.5倍以上とする。流速比率を1.1倍以上とすることにより、ベンチュリ効果を充分に得ることができる。さらに、流速比率を1.5倍以上とすることにより、ベンチュリ効果を確実に得ることができる。なお、気化工程S120での流速比率の上限値は、高ければ高いほどよいため限定されるものではないが、気相成長装置400の典型的な排気能力を考慮すれば、例えば、5倍程度である。
Specifically, the ratio (flow velocity ratio) of the gas flow velocity Vd in the vaporization step S120 to the gas flow velocity Ve in the etching step S130 is set to, for example, 1.1 times or more, preferably 1.5 times or more. .. By setting the flow velocity ratio to 1.1 times or more, the Venturi effect can be sufficiently obtained. Further, by setting the flow velocity ratio to 1.5 times or more, the Venturi effect can be surely obtained. The upper limit of the flow velocity ratio in the vaporization step S120 is not limited because the higher the value, the better. However, considering the typical exhaust capacity of the vapor
例えば、エッチング工程S130でのガスの流速Veを5cm/s以上10cm/s以下としたとき、気化工程S120でのガスの流速Vdを、5.5cm/s以上50cm/s以下、好ましくは7.5cm/s以上30cm/s以下とする。 For example, when the gas flow velocity Ve in the etching step S130 is 5 cm / s or more and 10 cm / s or less, the gas flow velocity Vd in the vaporization step S120 is 5.5 cm / s or more and 50 cm / s or less, preferably 7. It shall be 5 cm / s or more and 30 cm / s or less.
また、このとき、気化工程S120の時間を、例えば、エッチング工程S130の時間よりも長くする。これにより、エッチング工程S130の前に、残留不純物31を排出ガスによって基板20の外側に排出するか、或いは、残留不純物31を基板20の上面に析出させることができる。その結果、基板20の洞20a内の奥に入り込んだ残留不純物31を少なくすることができる。なお、気化工程S120でのガスの流速Vdの調整により短時間で残留不純物31を排出できる場合などには、気化工程S120の時間をエッチング工程S130の時間以下としてもよい。
Further, at this time, the time of the vaporization step S120 is made longer than the time of, for example, the etching step S130. Thereby, before the etching step S130, the
所定時間経過後、基板20の洞20a内における残留不純物31の所定量を排出ガスにより基板20から排出したら、基板20の温度および処理室401内の圧力をそれぞれ一定に維持しつつ、処理室401内へ供給する排出ガスとしてのN2ガス等の流量を少なくし、ガスの流速をエッチング工程S130でのガスの流速Veとなるように調整する。これにより、気化工程S120を終了させる。なお、処理室401内へのN2ガス等の供給は継続させる。
After a lapse of a predetermined time, when a predetermined amount of
(エッチング工程130以降の工程)
次に、エッチング工程S130および気相成長工程S140を行う。
(Processes after etching process 130)
Next, the etching step S130 and the vapor phase growth step S140 are performed.
エッチング工程S130では、上述の図7(b)に示したように、気化工程S120で基板20の上面に析出した残留不純物31の少なくとも一部を、基板20のマトリクスを構成するGaNとともに除去する。
In the etching step S130, as shown in FIG. 7B described above, at least a part of the
本実施形態では、気相成長装置400の処理室401を大気開放することなく、また処理室401内から基板20を搬出することなく、そのまま同一の気相成長装置400の処理室401内で、気化工程S120、エッチング工程S130および気相成長工程S140を連続的に行う。これにより、気化工程S120から気相成長工程S140までの間において、基板20と半導体層40との界面の汚染(コンタミネーション)を抑制することができる。
In the present embodiment, the
気相成長工程S140以降の工程は、第1実施形態と同様である。 The steps after the vapor phase growth step S140 are the same as those in the first embodiment.
(2)本実施形態により得られる効果
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。
(2) Effects obtained by the present embodiment According to the present embodiment, one or more of the following effects can be obtained.
(a)気化工程S120では、基板用意工程S110の後でエッチング工程S130の前に、基板20を所定の温度以上に加熱し、基板20の洞20a内における残留不純物31の少なくとも一部を気化させ、気化した残留不純物31の少なくとも一部を基板20の上面に析出させる。つまり、エッチング工程S130の前に、基板20の洞20a内に残留した残留不純物31を、基板20のうちエッチングガスに触れ易い位置に移動させる。これにより、基板20の洞20a内の奥に入り込んだ残留不純物31を少なくすることができる。その結果、エッチング工程S130において、たとえエッチングガスが基板20の洞20a内に入り込まなかったとしても、また、エッチング条件がマイルドな条件であったとしても、基板20の洞20a内に残留した残留不純物31を確実に除去することができる。
(A) In the vaporization step S120, after the substrate preparation step S110 and before the etching step S130, the
(b)本実施形態では、残留不純物31を気化させる気化工程S120と、残留不純物31をGaNとともに除去するエッチング工程S130とを別々に行う。これにより、それぞれの工程の作用に適したガスおよび温度等の条件を選択することができる。例えば、気化工程S120に用いる排出ガスにHClガスが含まれないようにしたり、気化工程S120の時間を長くしたりすることができる。これにより、基板20の洞20a内の残留不純物31を確実に気化させることができる。その結果、基板20の洞20a内の奥に入り込んだ残留不純物31を、洞20aの奥から少なくとも洞20aの開口よりも外側に確実に排出することができる。
(B) In the present embodiment, the vaporization step S120 for vaporizing the
(c)気化工程S120で基板20の上面上に流れるガスの流速Vdを、エッチング工程S130で基板20の上面上に流れるガスの流速Veよりも高くする。これにより、ベンチュリ効果を生じさせ、基板20の洞20a内の圧力を洞20aの外の圧力よりも低下させることができる。これにより、基板20の洞20a内の残留不純物31を洞20aの外へ吸い出すことができる。その結果、気化した残留不純物31の少なくとも一部を基板20の洞20aの外に排出し易くすることができる。
(C) The flow velocity Vd of the gas flowing on the upper surface of the
(3)本実施形態の変形例
上述の実施形態の気化工程S120は、必要に応じて、以下に示す変形例のように変更することができる。以下の変形例においても、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明する。
(3) Modified Example of the Present Embodiment The vaporization step S120 of the above-described embodiment can be changed as in the modified example shown below, if necessary. Also in the following modification, only the elements different from the above-described embodiment will be described.
(変形例1)
図12は、本実施形態の変形例1の気化工程から気相成長工程までの種結晶基板の温度変化を示す図である。
図12に示す変形例1のように、気化工程S120での基板20の温度Tdを、例えば、エッチング工程S130での基板20の温度Teよりも高くしてもよい。なお、本変形例では、例えば、気化工程S120での基板20の温度Tdを一定に維持する。このように気化工程S120での基板20の温度Tdを高くすることで、エッチング工程S130前に、基板20の洞20a内における残留不純物31を気化させ易くすることができる。
(Modification example 1)
FIG. 12 is a diagram showing the temperature change of the seed crystal substrate from the vaporization step to the vapor phase growth step of the
As in the first modification shown in FIG. 12, the temperature Td of the
なお、気化工程S120での基板20の温度Tdは、気相成長工程S140での基板20の温度Tgよりも低いことが好ましい。これにより、気化工程S120において、基板20を構成するGaNの熱分解を抑制することができる。
The temperature Td of the
具体的には、気化工程S120での基板20の温度Tdを、例えば、700℃以上900℃以下とする。温度Tdを700℃以上とすることにより、基板20の洞20a内における残留不純物31の重量減少を加熱によって促すことができる。一方で、温度Tdを900℃以下とすることにより、基板20を構成するGaNの熱分解を抑制することができる。
Specifically, the temperature Td of the
変形例1によれば、気化工程S120での基板20の温度Tdをエッチング工程S130での基板20の温度Teよりも高くすることで、エッチング工程S130前に、基板20の洞20a内における残留不純物31を気化させ易くすることができる。その結果、エッチング工程S130において、エッチング条件がマイルドな条件であっても、基板20の洞20a内における残留不純物31を確実に除去することができる。
According to the first modification, by making the temperature Td of the
(変形例2)
図13(a)は、本実施形態の変形例2の気化工程から気相成長工程までの処理室内の圧力変化を示す図である。
図13(a)に示す変形例2のように、気化工程S120での処理室401内の圧力Pdを、例えば、エッチング工程S130での処理室401内の圧力Peよりも低くしてもよい。なお、本変形例では、例えば、気化工程S120での処理室401内の圧力Pdを一定に維持する。このように気化工程S120での処理室401内の圧力Pdを低くすることで、エッチング工程S130前に、基板20の洞20a内における残留不純物31の少なくとも一部の気化を促すことができる。
(Modification 2)
FIG. 13A is a diagram showing a pressure change in the processing chamber from the vaporization step to the vapor phase growth step of the
As in the second modification shown in FIG. 13A, the pressure Pd in the
具体的には、気化工程S120での処理室401内の圧力Pdを、例えば、1kPa以下とする。これにより、基板20の洞20a内における残留不純物31の少なくとも一部の気化を促すことができる。なお、気化工程S120での処理室401内の圧力Pdの下限値は、低ければ低いほどよいため限定されるものではないが、気相成長装置400の典型的な排気能力を考慮すれば、例えば、90Pa程度である。
Specifically, the pressure Pd in the
変形例2によれば、気化工程S120での処理室401内の圧力Pdをエッチング工程S130での処理室401内の圧力Peよりも低くすることで、エッチング工程S130前に、基板20の洞20a内における残留不純物31の少なくとも一部の気化を促すことができる。その結果、エッチング工程S130において、エッチング条件がマイルドな条件であっても、基板20の洞20a内における残留不純物31を確実に除去することができる。
According to the second modification, the pressure Pd in the
(変形例3)
図13(b)は、本実施形態の変形例3の気化工程から気相成長工程までの処理室内の圧力変化を示す図である。
図13(b)に示す変形例3のように、気化工程S120での処理室401内の圧力を上下に変動させてもよい。つまり、気化工程S120での処理室401内の圧力を低下させることと、該圧力を上昇させることとを含むサイクルを繰り返し行ってもよい。これにより、第1実施形態の変形例2のエッチング工程S130と同様に、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを行うことができる。
(Modification example 3)
FIG. 13B is a diagram showing a pressure change in the processing chamber from the vaporization step to the vapor phase growth step of the
As in the
このとき、気化工程S120での処理室401内の最低圧力Pd1を、例えば、エッチング工程S130や気相成長工程S140での処理室401内の圧力Pe,Pgよりも低くする。これにより、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを効率よく行うことができる。なお、この場合、エッチング工程S130での処理室401内の圧力Peは、気相成長工程S140での処理室401内の圧力Pgと等しいものする。
At this time, the minimum pressure Pd1 in the
なお、気化工程S120での処理室401内の最高圧力Pd2は、特に限定されるものではないが、例えば、エッチング工程S130や気相成長工程S140での処理室401内の圧力Pe,Pgと等しくすることができる。なお、気化工程S120での処理室401内の最高圧力Pd2を、エッチング工程S130や気相成長工程S140での処理室401内の圧力Pe,Pgよりも高くしてもよい。
The maximum pressure Pd2 in the
また、このとき、気化工程S120での処理室401内の最高圧力Pd2に対する最低圧力Pd1の比率(圧力比率:Pd1/Pd2)を、例えば、1/10以上1/2以下とする。圧力比率が1/10未満であると、当該圧力比率で処理室401内の圧力を変動させるための時間が長くなってしまう可能性がある。これに対し、圧力比率を1/10以上とすることにより、当該圧力比率で処理室401内の圧力を変動させるための時間を短くすることができる。一方で、圧力比率が1/2超であると、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを充分に行うことができない可能性がある。これに対し、圧力比率を1/2以下とすることにより、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを充分に行うことができる。
At this time, the ratio of the minimum pressure Pd1 to the maximum pressure Pd2 in the
また、このとき、気化工程S120において処理室401内の圧力を変動させるサイクルの繰り返し回数を、例えば、6回以上20回以下とする。繰り返し回数が6回未満であると、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを充分に行うことができない可能性がある。これに対し、繰り返し回数を6回以上とすることにより、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを充分に行うことができる。一方で、繰り返し回数が20回超であると、当該繰り返し回数で処理室401内の圧力を変動させるための時間が長くなってしまう可能性がある。これに対し、繰り返し回数を20回以下とすることにより、当該繰り返し回数で処理室401内の圧力を変動させるための時間を短くすることができる。つまり、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを効率よく行うことができる。
At this time, the number of repetitions of the cycle of varying the pressure in the
変形例3によれば、気化工程S120での処理室401内の圧力を上下に変動させることで、基板20の洞20a内から外側に残留不純物31のアウトガスを排出し、一方で、基板20の洞20aの外側の清浄な雰囲気を洞20a内に取り込むことができる。これにより、基板20の洞20a内の雰囲気の入れ替えを行うことができる。つまり、基板20の洞20a内において、いわゆるサイクルパージを行うことができると考えてもよい。その結果、基板20の洞20a内の残留不純物31のアウトガスを速く減少させることができる。
According to the third modification, by changing the pressure in the
<本発明の第3実施形態>
上述の実施形態では、気相成長工程S140において所定の成長温度Tgで半導体層40を成長させる場合について説明したが、以下の第3実施形態のように気相成長工程S140での成長温度を変化させてもよい。本実施形態においても、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明する。
<Third Embodiment of the present invention>
In the above-described embodiment, the case where the
(1)発明者等の得た知見
上述の実施形態のようにエッチング工程S130を行うことにより、基板用意工程S110で基板20の洞20a内に残留したインクルージョン、ワックス、切削液、研磨液、研磨材および洗浄液のうち少なくともいずれかを含む残留不純物31を、基板20のマトリクスを構成するGaNとともに除去することができる。しかしながら、基板20中のインクルージョンの状態によっては、以下のような課題が生じる可能性がある。
(1) Knowledge obtained by the inventor and the like By performing the etching step S130 as in the above-described embodiment, the inclusion, wax, cutting fluid, abrasive liquid, and polishing remaining in the
ここで、液相成長法等により形成された基板20中には、インクルージョンがランダムに分布していることがある。基板20を研磨すると、基板20中のインクルージョンの位置や深さが、無作為に決まってしまう可能性がある。
Here, inclusions may be randomly distributed in the
基板20の上面に洞20aの開口が形成されている場合には、上述のようにエッチング工程S130を行うことにより、洞20a内の残留不純物31としてのインクルージョンを除去することができる。しかしながら、例えば、基板20の上面に洞20aの開口が形成されていない場合や、基板20における洞20aの開口が小さい場合などには、(たとえエッチング工程S130を行ったとしても、)残留不純物31としてのインクルージョンが内包されたままとなる可能性がある。
When the opening of the
基板20中にインクルージョンが内包されたまま、気相成長工程S140において基板20の温度を所定の成長温度(例えば、1050℃以上1100℃以下)まで上昇させると、基板20中のインクルージョンは、当該成長温度に加熱され、熱膨張することとなる。このとき、液相成長法等により形成された基板20中のインクルージョンは、気相成長工程S140の成長温度よりも低温(例えば850℃以上950℃以下)で閉じ込められたものである。このため、基板20中にインクルージョンが閉じ込められたときの温度と、気相成長工程S140の成長温度との差に応じて、基板20中のインクルージョンの圧力が上昇する。インクルージョンの圧力が過剰に上昇すると、基板20のうちインクルージョンの上部を塞いでいた結晶部分が破壊され、インクルージョンが爆発する可能性がある。
When the temperature of the
また、インクルージョンが爆発すると、基板20のうちインクルージョンを塞いでいた結晶部分に塑性変形が生じる可能性がある。このため、当該基板20の塑性変形が生じた部分上に成長した半導体層40中に転位が導入される可能性がある。
Further, when the inclusion explodes, plastic deformation may occur in the crystal portion of the
また、インクルージョンが爆発すると、基板20のうちインクルージョンを塞いでいた結晶部分が破片となって飛び散る可能性がある。破片は、ランダムな向きで基板20の上面上に載ってしまう可能性がある。このため、破片の大きさに関わらず、基板20の上面上にランダムに載った破片上には、半導体層40が異常成長する可能性がある。
Further, when the inclusion explodes, the crystal portion of the
なお、上述のインクルージョンの爆発に関する課題は、基板20が洞20aを含む場合に限られない。すなわち、基板20がインクルージョンのみ(インクルージョンで満たされた洞20aのみ)を含む場合であっても、上述と同様の課題を生じうる。
The above-mentioned problem regarding the inclusion explosion is not limited to the case where the
以下で説明する本実施形態は、本発明者等が見出した上記新規課題に基づくものである。 The present embodiment described below is based on the above-mentioned new problem found by the present inventors.
(2)半導体積層物の製造方法または窒化物結晶基板の製造方法
図14および図15を用い、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または窒化物結晶基板の製造方法について説明する。図14は、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または窒化物結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。図15は、本実施形態のエッチング工程から気相成長工程までの種結晶基板の温度変化を示す図である。
(2) Method for Manufacturing Semiconductor Laminate or Method for Manufacturing Nitride Crystal Substrate With reference to FIGS. 14 and 15, a method for manufacturing a semiconductor laminate or a method for manufacturing a nitride crystal substrate according to the present embodiment will be described. FIG. 14 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor laminate or a method for manufacturing a nitride crystal substrate according to the present embodiment. FIG. 15 is a diagram showing a temperature change of the seed crystal substrate from the etching step to the vapor phase growth step of the present embodiment.
(S110:基板用意工程)
まず、基板20を用意する。基板20は、例えば、インクルージョンを含んでいる。また、基板20の表面には、研磨加工が施されている。このため、基板20中のインクルージョンの位置や深さが、無作為に決まっている。例えば、上述のように、基板20の上面に洞20aの開口が形成されている場合だけでなく、基板20の上面に洞20aの開口が形成されていない場合、基板20における洞20aの開口が小さい場合、基板20中に洞20aが形成されずにインクルージョンが形成されている場合などがある。つまり、基板20中のインクルージョンの上部が塞がっている場合がある。
(S110: Substrate preparation process)
First, the
(S130:エッチング工程)
次に、気相成長装置400を用い、基板20のうちの露出部を気相中でエッチングするエッチング工程S130を行う。これにより、基板20の洞20a内に残留したインクルージョンを含む残留不純物31の少なくとも一部を気化させ、気化した残留不純物31の少なくとも一部を基板20の上面に析出させる。そして、基板20の上面に析出した残留不純物31の少なくとも一部を、基板20のマトリクスを構成するGaNとともに除去することができる。
(S130: Etching process)
Next, the vapor
ただし、エッチング工程S130を行ったとしても、基板20の上面に洞20aの開口が形成されていない場合などには、インクルージョンを含む残留不純物31が内包されたままとなる可能性がある。
However, even if the etching step S130 is performed, if the opening of the
(S140:気相成長工程)
次に、基板20の上面上に半導体層40を気相成長法によりエピタキシャル成長させる気相成長工程S140を行う。本実施形態では、気相成長工程S140は、例えば、2段階成長工程により構成され、第1層成長工程(爆発抑制層成長工程)S142と、第2層成長工程(本格成長工程)S144と、を有している。
(S140: Vapor deposition process)
Next, a vapor phase growth step S140 is performed in which the
(S142:第1層成長工程)
エッチング工程S130の終了後、基板20の温度をエッチング工程S130での基板20の温度Teよりも上昇させる。基板20の温度が所定の成長温度Tg1に到達したら、基板20の上面上に、III族窒化物半導体として、例えばGaNからなる第1層(爆発抑制層)を成長させる。
(S142: 1st layer growth step)
After the completion of the etching step S130, the temperature of the
このとき、例えば、第1層成長工程S142での成長温度Tg1を、後述の第2層成長工程S144での成長温度Tg2よりも低くする。これにより、第1層によって、インクルージョンの爆発を抑制するように基板20中のインクルージョンの上部を塞ぐ(厚くする)ことができる。すなわち、第1層を、インクルージョンの上部の蓋またはインクルージョンの爆発抑制層として機能させることができる。
At this time, for example, the growth temperature Tg1 in the first layer growth step S142 is set to be lower than the growth temperature Tg2 in the second layer growth step S144 described later. Thereby, the first layer can close (thicken) the upper part of the inclusion in the
また、このとき、第1層成長工程S142での成長温度Tg1を、例えば、インクルージョンの爆発が抑制される臨界温度以下とする。これにより、第1層成長工程S142において、インクルージョンの爆発を抑制しつつ、第1層を成長させることができる。 At this time, the growth temperature Tg1 in the first layer growth step S142 is set to, for example, a critical temperature or less at which the explosion of inclusions is suppressed. As a result, in the first layer growth step S142, the first layer can be grown while suppressing the explosion of inclusions.
具体的には、第1層成長工程S142での成長温度Tg1を、例えば、940℃以上1050℃未満とする。成長温度Tg1が940℃未満であると、第1層を単結晶成長させることができない(第1層が多結晶となってしまう)可能性がある。これに対し、成長温度Tg1を940℃以上とすることにより、第1層を単結晶成長させることができる。一方で、成長温度Tg1が1050℃以上であると、第1層成長工程S142中にインクルージョンが爆発してしまう可能性がある。これに対し、成長温度Tg1を1050℃未満とすることにより、第1層成長工程S142でのインクルージョンの爆発を抑制することができる。 Specifically, the growth temperature Tg1 in the first layer growth step S142 is set to, for example, 940 ° C. or higher and lower than 1050 ° C. If the growth temperature Tg1 is less than 940 ° C., the first layer may not be able to grow as a single crystal (the first layer may become polycrystal). On the other hand, by setting the growth temperature Tg1 to 940 ° C. or higher, the first layer can be grown as a single crystal. On the other hand, if the growth temperature Tg1 is 1050 ° C. or higher, inclusions may explode during the first layer growth step S142. On the other hand, by setting the growth temperature Tg1 to less than 1050 ° C., it is possible to suppress the explosion of inclusions in the first layer growth step S142.
また、このとき、第1層の厚さを、例えば、基板20の温度が後述の第2層成長工程S144での成長温度Tg2に加熱されたときに、インクルージョンの爆発が抑制される臨界厚さ以上とする。これにより、基板20の温度が第2層成長工程S144での成長温度Tg2に加熱され、基板20中のインクルージョンの圧力が上昇したとしても、インクルージョンの上部における第1層が破壊されることを抑制することができる。
Further, at this time, the thickness of the first layer is set to a critical thickness at which the explosion of inclusions is suppressed when, for example, the temperature of the
具体的には、第1層の厚さを、例えば、10μm以上1000μm以下とする。第1層の厚さが10μm未満であると、第2層成長工程S144において、第1層が破壊され、インクルージョンが爆発する可能性がある。これに対し、第1層の厚さを10μm以上とすることにより、第2層成長工程S144において、第1層の破壊を抑制し、インクルージョンの爆発を抑制することができる。一方で、第1層の厚さが1000μm超であると、すなわち、比較的結晶品質が低い第1層の厚さが大きくなると、その影響を受けて第2層の結晶品質も低下する可能性がある。これに対し、第1層の厚さを1000μm以下とすることにより、比較的結晶品質が低い第1層の厚さに起因して第2層の結晶品質が低下することを抑制することができる。 Specifically, the thickness of the first layer is, for example, 10 μm or more and 1000 μm or less. If the thickness of the first layer is less than 10 μm, the first layer may be destroyed and inclusions may explode in the second layer growth step S144. On the other hand, by setting the thickness of the first layer to 10 μm or more, it is possible to suppress the destruction of the first layer and suppress the explosion of inclusions in the second layer growth step S144. On the other hand, if the thickness of the first layer exceeds 1000 μm, that is, if the thickness of the first layer, which has a relatively low crystal quality, increases, the crystal quality of the second layer may also deteriorate due to the influence. There is. On the other hand, by setting the thickness of the first layer to 1000 μm or less, it is possible to suppress the deterioration of the crystal quality of the second layer due to the thickness of the first layer, which has a relatively low crystal quality. ..
(S144:第2層成長工程)
第1層成長工程S142の終了後、基板20の温度を第1層成長工程S142での基板20の温度Tg1よりも上昇させる。基板20の温度が所定の成長温度Tg2に到達したら、第1層の上面上に、III族窒化物半導体として、例えばGaNからなる第2層(本格成長層)を成長させる。
(S144: Second layer growth step)
After the completion of the first layer growth step S142, the temperature of the
このとき、基板20の温度が成長温度Tg2に加熱されたとしても、上述の第1層によって蓋をした状態で第2層を成長させることで、インクルージョンの爆発を抑制しつつ、結晶品質が良好な第2層を安定的に成長させることができる。
At this time, even if the temperature of the
また、このとき、第2層成長工程S144での成長温度Tg2を、例えば、1050℃以上1100℃以下とする。成長温度Tg2が1050℃未満であると、第2層の結晶品質が低下する可能性がある。これに対し、成長温度Tg2を1050℃以上とすることにより、結晶品質が良好な第2層を得ることができる。一方で、成長温度Tg2が1100℃超であると、第2層の表面が荒れる可能性がある。これに対し、成長温度Tg2を1100℃以下とすることにより、第2層の表面荒れを抑制することができる。 At this time, the growth temperature Tg2 in the second layer growth step S144 is set to, for example, 1050 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. If the growth temperature Tg2 is less than 1050 ° C., the crystal quality of the second layer may deteriorate. On the other hand, by setting the growth temperature Tg2 to 1050 ° C. or higher, a second layer having good crystal quality can be obtained. On the other hand, if the growth temperature Tg2 is more than 1100 ° C., the surface of the second layer may be roughened. On the other hand, by setting the growth temperature Tg2 to 1100 ° C. or lower, the surface roughness of the second layer can be suppressed.
(3)本実施形態により得られる効果
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。
(3) Effects obtained by the present embodiment According to the present embodiment, one or more of the following effects can be obtained.
(a)気相成長工程S140は、第1層成長工程S142と、第2層成長工程S144と、を有する。また、第1層成長工程S142では、成長温度Tg1を、第2層成長工程S144での成長温度Tg2よりも低くする。これにより、第1層によって、インクルージョンの爆発を抑制するように基板20中のインクルージョンの上部を塞ぐ(厚くする)ことができる。その後、第2層成長工程S144において、第1層で蓋をした状態で第2層を成長させることによって、インクルージョンの爆発を抑制しつつ、結晶品質が良好な第2層を安定的に成長させることができる。具体的には、インクルージョンの爆発を抑制することで、インクルージョンの上部を塞ぐ結晶部分における塑性変形を抑制することができる。これにより、インクルージョンの上部に転位が生じることを抑制することができる。また、インクルージョンの爆発を抑制することで、インクルージョンの上部を塞ぐ結晶部分の破片の飛散を抑制することができる。これにより、破片を起因とする半導体層40の異常成長を抑制することができる。これらの結果、結晶品質が良好な半導体積層物1または窒化物結晶基板2を製造することが可能となる。つまり、半導体積層物1または窒化物結晶基板2の結晶品質を従来の方法よりもさらに向上させることが可能となる。
(A) The vapor phase growth step S140 includes a first layer growth step S142 and a second layer growth step S144. Further, in the first layer growth step S142, the growth temperature Tg1 is set to be lower than the growth temperature Tg2 in the second layer growth step S144. Thereby, the first layer can close (thicken) the upper part of the inclusion in the
(b)第1層成長工程S142での成長温度Tg1を、インクルージョンの爆発が抑制される臨界温度以下とする。これにより、第1層成長工程S142において、インクルージョンの爆発を抑制しつつ、第1層を成長させることができる。その結果、第1層によって、基板20中のインクルージョンの上部を安定的に塞ぐことができる。
(B) The growth temperature Tg1 in the first layer growth step S142 is set to be equal to or lower than the critical temperature at which inclusion explosion is suppressed. As a result, in the first layer growth step S142, the first layer can be grown while suppressing the explosion of inclusions. As a result, the first layer can stably close the upper part of the inclusion in the
(c)第1層の厚さを、基板20の温度が第2層成長工程S144での成長温度Tg2に加熱されたときに、インクルージョンの爆発が抑制される臨界厚さ以上とする。これにより、基板20の温度が第2層成長工程S144での成長温度Tg2に加熱され、基板20中のインクルージョンの圧力が上昇したとしても、インクルージョンの上部における第1層が破壊されることを抑制することができる。その結果、第2層成長工程S144において、インクルージョンの爆発を抑制することができる。
(C) The thickness of the first layer is set to be equal to or greater than the critical thickness at which the explosion of inclusions is suppressed when the temperature of the
(d)第2層成長工程S144において第1層によってインクルージョンの爆発を抑制しつつ第2層を成長させることで、第2層成長工程S144での成長温度を、III族窒化物半導体の良好な結晶品質が得られる温度まで上昇させることができる。これにより、第2層の上面におけるピットの形成を抑制することができる。 (D) By growing the second layer while suppressing the explosion of inclusions by the first layer in the second layer growth step S144, the growth temperature in the second layer growth step S144 is set to be good for the group III nitride semiconductor. It can be raised to a temperature at which crystal quality is obtained. As a result, the formation of pits on the upper surface of the second layer can be suppressed.
<他の実施形態>
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。
<Other Embodiments>
The embodiments of the present invention have been specifically described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist thereof.
上述の実施形態では、種結晶基板20および窒化物結晶基板2のそれぞれがGaN自立基板である場合について説明したが、種結晶基板20および窒化物結晶基板2のそれぞれは、GaN自立基板に限らず、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、窒化インジウム(InN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)等のIII族窒化物半導体、すなわち、AlxInyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式で表されるIII族窒化物半導体からなる自立基板であってもよい。
In the above embodiment, the case where each of the
また、種結晶基板20は、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板であればよく、例えば、サファイア等からなる支持基板と、AlxInyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式で表されるIII族窒化物半導体からなる半導体層とを有するIII族窒化物半導体テンプレートであってもよい。
The
上述の実施形態では、液相成長工程S112においてMPS基板10を用いる場合について説明したが、液相成長工程S112の下地基板として、III族窒化物半導体自立基板や、III族窒化物半導体テンプレートを用いてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
上述の実施形態では、液相成長工程S112において液相成長法としてフラックス法を用いる場合について説明したが、液相成長工程S112では、例えば、アモノサーマル法または高温高圧合成法を用いてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the flux method is used as the liquid phase growth method in the liquid phase growth step S112 has been described, but in the liquid phase growth step S112, for example, the amonothermal method or the high temperature and high pressure synthesis method may be used. ..
上述の実施形態では、基板用意工程S110において液相成長法により形成された種結晶基板20を用意する方法について説明したが、基板用意工程S110では、他の方法により形成された種結晶基板20を用意してもよい。例えば、特許第3533938号公報に記載の方法などにより形成された種結晶基板20を用意してもよい。
In the above-described embodiment, the method of preparing the
上述の実施形態では、表層が洞20aを含む種結晶基板20を用いる場合について説明したが、表層がインクルージョンのみ(インクルージョンで満たされた洞20aのみ)を含む種結晶基板20を用いてもよい。この場合、基板20の温度を所定の成長温度まで上昇させると、インクルージョンが爆発する可能性がある。したがって、このような場合には、上述の第3実施形態を適用することが有効となる。
In the above-described embodiment, the case where the
上述の実施形態では、エッチング工程S130において、気化した残留不純物31の少なくとも一部を基板20の上面に析出させ、基板20の上面に析出した残留不純物31の少なくとも一部をエッチングガスによりGaNとともに除去する場合について説明したが、基板20の上面に対して供給されたエッチングガスが基板20の洞20a内に入り込んでもよい。この場合、基板20の洞20a内に入り込んだエッチングガスは、洞20aの内壁をエッチングする。このとき、洞20a内に残留した残留不純物31は、エッチングガスによってエッチングされなくてもよい。洞20aの内壁のエッチングが進むと、洞20aの内壁と残留不純物31との間にもエッチングガスが入り込む。洞20aの内壁のうち残留不純物31と接する部分が全てエッチングされると、洞20aの内壁から残留不純物31が剥離する。剥離された残留不純物31は、基板20の上面に対するエッチングガスの流れにしたがって基板20の外側に除去(排出)される。このような場合であっても、基板20の洞20a内に残留した残留不純物31を、基板20のマトリクスを構成するGaNとともに除去することができる。
In the above-described embodiment, in the etching step S130, at least a part of the vaporized
上述の実施形態では、気相成長工程S140において気相成長法としてHVPE法を用いる場合について説明したが、気相成長工程S140では、例えば、有機金属気相成長法(MOVPE:Metalorganic Vapour Phase Epitaxy)を用いてもよい。ただし、半導体層40の成長レートを高くする必要がある場合では、HVPE法を用いたほうが好ましい。
In the above-described embodiment, the case where the HVPE method is used as the vapor phase growth method in the vapor phase growth step S140 has been described. However, in the vapor phase growth step S140, for example, the organic metal vapor deposition method (MOVPE) May be used. However, when it is necessary to increase the growth rate of the
上述の実施形態では、気相成長工程S140でのドーピングに関して説明しなかったが、半導体層40に所定の導電性または絶縁性を付与するために、気相成長工程S140において半導体層40に不純物をドーピングしてもよい。
In the above-described embodiment, doping in the vapor phase growth step S140 has not been described, but in order to impart predetermined conductivity or insulation to the
上述の第1実施形態および第3実施形態では、エッチング工程S130と気相成長工程S140とを同一の気相成長装置400の処理室401内で連続的に行う場合について説明したが、エッチング工程S130と気相成長工程S140とをそれぞれ別の装置で行ってもよい。ただし、エッチング工程S130と気相成長工程S140とを同一の気相成長装置400の処理室401内で連続的に行うほうが、基板20と半導体層40との界面の汚染を抑制できる点で好ましい。
In the first and third embodiments described above, the case where the etching step S130 and the vapor phase growth step S140 are continuously performed in the
上述の第2実施形態では、気化工程S120から気相成長工程S140までを同一の気相成長装置400の処理室401内で連続的に行う場合について説明したが、気化工程S120、エッチング工程S130および気相成長工程S140をそれぞれ別の装置で行ってもよい。ただし、気化工程S120から気相成長工程S140までを同一の気相成長装置400の処理室401内で連続的に行うほうが、基板20と半導体層40との界面の汚染を抑制できる点で好ましい。
In the second embodiment described above, the case where the vaporization step S120 to the vapor phase growth step S140 are continuously performed in the
上述の第3実施形態では、第1層および第2層がそれぞれGaNからなる場合について説明したが、第1層および第2層は、互いに異なるIII族窒化物半導体からなっていてもよい。 In the third embodiment described above, the case where the first layer and the second layer are each made of GaN has been described, but the first layer and the second layer may be made of different group III nitride semiconductors.
上述の実施形態では、半導体積層物1をスライスして窒化物結晶基板2を製造する際に、エッチング工程S130を有する本発明の製造方法を適用する場合について説明したが、ショットキーバリアダイオード(SBD)、高移動度トランジスタ(HEMT)または発光素子などのデバイスを製造するための半導体積層物1を製造する際に、本発明の製造方法を適用してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the manufacturing method of the present invention having the etching step S130 is applied when the
以下、本発明の効果を裏付ける各種実験結果について説明する。 Hereinafter, various experimental results supporting the effects of the present invention will be described.
<1>エッチング工程の効果の確認
<1−1>種結晶基板について
液相成長法としてフラックス法を用い、GaN自立基板からなる種結晶基板を作製した。作製した種結晶基板を劈開し、その断面を微分干渉顕微鏡、蛍光顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、またはカードルミネッセンス(CL)法により観察した。
<1> Confirmation of the effect of the etching process <1-1> Seed crystal substrate A seed crystal substrate made of a GaN free-standing substrate was prepared by using the flux method as a liquid phase growth method. The prepared seed crystal substrate was cleaved and its cross section was observed by a differential interference microscope, a fluorescence microscope, a scanning electron microscope (SEM), or a cathodoluminescence (CL) method.
図16〜図19を用い、結果について説明する。図16(a)は、種結晶基板の断面の微分干渉像であり、(b)は、種結晶基板の断面の蛍光像である。図17は、種結晶基板の断面のSEM像である。図18は、種結晶基板の断面のSEM像およびカソードルミネッセンス像である。図19は、種結晶基板の断面のカソードルミネッセンス像である。 The results will be described with reference to FIGS. 16 to 19. FIG. 16A is a differential interference contrast image of the cross section of the seed crystal substrate, and FIG. 16B is a fluorescence image of the cross section of the seed crystal substrate. FIG. 17 is an SEM image of a cross section of the seed crystal substrate. FIG. 18 is an SEM image and a cathodoluminescence image of a cross section of the seed crystal substrate. FIG. 19 is a cathodoluminescence image of a cross section of the seed crystal substrate.
図16(a)の微分干渉像に示すように、種結晶基板中には、インクルージョンによって、様々な形状の洞が形成されていることを確認した。また、洞の一部が種結晶基板の上面まで到達し、種結晶基板の上面には溝が形成されていることを確認した。 As shown in the differential interference contrast image of FIG. 16A, it was confirmed that sinuses having various shapes were formed in the seed crystal substrate by inclusion. It was also confirmed that a part of the cave reached the upper surface of the seed crystal substrate and a groove was formed on the upper surface of the seed crystal substrate.
また、図16(b)の蛍光像に示すように、種結晶基板の奥行方向(紙面に垂直な方向)の結晶の状態を蛍光像により観察することにより、種結晶基板中の複数の洞が組み合わさり、その洞の一部が種結晶基板の上面に開口していることを確認した。 Further, as shown in the fluorescence image of FIG. 16B, by observing the state of the crystal in the depth direction (direction perpendicular to the paper surface) of the seed crystal substrate by the fluorescence image, a plurality of caves in the seed crystal substrate can be formed. After combining, it was confirmed that a part of the cavity was opened on the upper surface of the seed crystal substrate.
また、図17のSEM像に示すように、種結晶基板中に形成された洞は、種結晶基板の厚さ方向に数百μmに亘って延在していることを確認した。また、この部分では、種結晶基板中に形成された洞は、種結晶基板の上面側から下面側に向けて凹んでいたり、これと反対に種結晶基板の下面側から上面側に向けて凹んでいたりすることを確認した。 Further, as shown in the SEM image of FIG. 17, it was confirmed that the sinus formed in the seed crystal substrate extends over several hundred μm in the thickness direction of the seed crystal substrate. Further, in this portion, the sinus formed in the seed crystal substrate is recessed from the upper surface side to the lower surface side of the seed crystal substrate, or conversely, is recessed from the lower surface side to the upper surface side of the seed crystal substrate. I confirmed that I would go out.
また、図18のSEM像およびCL像に示すように、種結晶基板中のステップバンチング端には、該ステップバンチング端の延在方向に沿って、複数の洞が形成されていることを確認した。 Further, as shown in the SEM image and the CL image of FIG. 18, it was confirmed that a plurality of sinuses were formed at the step bunching end in the seed crystal substrate along the extending direction of the step bunching end. ..
また、図19のCL像に示すように、種結晶基板中のステップバンチングは入り組んで形成されており、ステップバンチング端に形成された洞は、例えれば鍾乳洞や洞窟のようであることを確認した。 Further, as shown in the CL image of FIG. 19, it was confirmed that the step bunching in the seed crystal substrate was intricately formed, and that the cave formed at the step bunching end was like a limestone cave or a cave. ..
このように、液相成長法により作製した種結晶基板中には、複雑な形状を有する洞が形成されていることを確認した。 In this way, it was confirmed that a sinus having a complicated shape was formed in the seed crystal substrate prepared by the liquid phase growth method.
<1−2>残留不純物について
種結晶基板(以下、基板と略すことがある)を加熱したときの残留不純物の影響を確認するため、以下のような実験を行った。
<1-2> Residual Impurities In order to confirm the effect of residual impurities when the seed crystal substrate (hereinafter, may be abbreviated as substrate) is heated, the following experiments were conducted.
(比較例1)
種結晶基板:<1−1>と同じ
気化工程:
ガス:NH3ガス、温度:600℃
エッチング工程1:
溶媒:アセトン、方法:超音波洗浄、時間:5分
エッチング工程2:
溶媒:硝酸、温度:85℃、時間:30分
(Comparative Example 1)
Seed crystal substrate: Same as <1-1> Vaporization process:
Gas: NH 3 gas, temperature: 600 ° C
Etching step 1:
Solvent: Acetone, Method: Ultrasonic cleaning, Time: 5 minutes Etching step 2:
Solvent: Nitric acid, Temperature: 85 ° C, Time: 30 minutes
(実施例1)
種結晶基板:比較例1と同じ
気化工程:
ガス:NH3ガス、温度:600℃
エッチング工程:
装置:HVPE装置
エッチング温度:650℃
処理室内圧力:一定(95kPa)
ガス:N2ガス、HClガス、H2ガス
HClガス分圧/N2ガス分圧:3%
H2ガス分圧/N2ガス分圧:5%
エッチング時間:3h
(Example 1)
Seed crystal substrate: Same as Comparative Example 1 Vaporization step:
Gas: NH 3 gas, temperature: 600 ° C
Etching process:
Equipment: HVPE equipment Etching temperature: 650 ° C
Processing chamber pressure: constant (95 kPa)
Gas: N 2 gas, HCl gas, H 2 gas HCl gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 3%
H 2 gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 5%
Etching time: 3h
図20および図21を用い、結果について説明する。図20(a)は、種結晶基板の上面の微分干渉像であり、(b)は、気化工程後の比較例1の種結晶基板の上面の微分干渉像であり、(c)は、エッチング工程後の比較例1の種結晶基板の上面の微分干渉像である。図21(a)は、気化工程後の実施例1の種結晶基板の上面の微分干渉像であり、(b)は、エッチング工程後の実施例1の種結晶基板の上面の微分干渉像である。 The results will be described with reference to FIGS. 20 and 21. FIG. 20A is a differential interference contrast image of the upper surface of the seed crystal substrate, FIG. 20B is a differential interference contrast image of the upper surface of the seed crystal substrate of Comparative Example 1 after the vaporization step, and FIG. 20C is etching. It is a differential interference contrast image of the upper surface of the seed crystal substrate of Comparative Example 1 after the step. FIG. 21 (a) is a differential interference contrast image of the upper surface of the seed crystal substrate of Example 1 after the vaporization step, and FIG. 21 (b) is a differential interference contrast image of the upper surface of the seed crystal substrate of Example 1 after the etching step. be.
図20(a)に示すように、使用した基板の上面には、複数の洞が開口していた。 As shown in FIG. 20 (a), a plurality of cavities were opened on the upper surface of the substrate used.
図20(b)に示すように、比較例1では、基板の加熱により、該基板の洞内における残留不純物の少なくとも一部が気化していた。また、気化した残留不純物の少なくとも一部は、該基板の洞の開口から噴出し、洞の開口付近に析出していた。 As shown in FIG. 20 (b), in Comparative Example 1, at least a part of the residual impurities in the cavity of the substrate was vaporized by heating the substrate. In addition, at least a part of the vaporized residual impurities was ejected from the opening of the cave of the substrate and precipitated in the vicinity of the opening of the cave.
図20(c)に示すように、気化工程後の比較例1の基板に対して、アセトンや硝酸による洗浄を行ったものの、基板の洞の開口付近に析出した残留不純物を除去することは出来なかった。残留不純物を構成する材料が不明であったため、エッチング工程でのエッチング方法や条件がその材料に適していなかったと考えられる。または、残留不純物が加熱により炭化されたり窒化されたりしたため、残留不純物がいかなる溶媒でも容易に溶けない状態となったとも考えられる。 As shown in FIG. 20 (c), although the substrate of Comparative Example 1 after the vaporization step was washed with acetone or nitric acid, residual impurities precipitated near the opening of the cavity of the substrate could be removed. There wasn't. Since the material constituting the residual impurities was unknown, it is considered that the etching method and conditions in the etching process were not suitable for the material. Alternatively, it is also considered that the residual impurities are not easily dissolved in any solvent because the residual impurities are carbonized or nitrided by heating.
これに対し、実施例1の基板では、以下のように残留不純物が除去されることを確認した。 On the other hand, it was confirmed that residual impurities were removed from the substrate of Example 1 as follows.
図21(a)に示すように、実施例1の基板においても、気化した残留不純物の少なくとも一部が、該基板の洞の開口から噴出し、洞の開口付近に析出していた。 As shown in FIG. 21 (a), also in the substrate of Example 1, at least a part of the vaporized residual impurities was ejected from the opening of the cave of the substrate and deposited in the vicinity of the opening of the cave.
図21(b)に示すように、実施例1では、気相中でのエッチング工程により、基板の上面に析出した残留不純物を、基板のマトリクスを構成するGaNとともに除去することができることを確認した。基板中のインクルージョンパターンがエッチング工程の前後で一致していることから、析出した残留不純物が除去されていることは明らかである。このように、本発明のエッチング工程を行うことにより、基板の上面に析出した残留不純物を除去し、基板の上面を平滑に維持することができることを確認した。 As shown in FIG. 21B, in Example 1, it was confirmed that the residual impurities precipitated on the upper surface of the substrate can be removed together with the GaN constituting the matrix of the substrate by the etching step in the gas phase. .. Since the inclusion patterns in the substrate match before and after the etching process, it is clear that the precipitated residual impurities have been removed. As described above, it was confirmed that by performing the etching step of the present invention, residual impurities precipitated on the upper surface of the substrate can be removed and the upper surface of the substrate can be kept smooth.
<1−3>半導体積層物について
(1)半導体積層物の製造
以下の条件下で、比較例2の半導体積層物と実施例2の半導体積層物とを製造した。
<1-3> Semiconductor Laminates (1) Production of Semiconductor Laminates The semiconductor laminate of Comparative Example 2 and the semiconductor laminate of Example 2 were produced under the following conditions.
(比較例2)
種結晶基板:<1−1>および<1−2>と同じ
エッチング工程:不実施
気相成長工程:
方法:HVPE法
半導体層の材質:GaN
成長温度:1050℃
処理室内圧力:一定(95kPa)
NH3ガスの分圧/GaClガスの分圧:3
N2ガスの流量/H2ガスの流量:5
半導体層の厚さ:200μm
(Comparative Example 2)
Seed crystal substrate: Same as <1-1> and <1-2> Etching step: Not performed Gas phase growth step:
Method: HVPE method Semiconductor layer material: GaN
Growth temperature: 1050 ° C
Processing chamber pressure: constant (95 kPa)
Partial pressure of NH 3 gas / Partial pressure of GaCl gas: 3
Flow rate of N 2 gas / Flow rate of H 2 gas: 5
Semiconductor layer thickness: 200 μm
(実施例2)
種結晶基板:比較例2と同じ
エッチング工程:実施(<1−2>の実施例1と同じ)
装置:気相成長工程と同じHVPE装置
エッチング温度:650℃
処理室内圧力:一定(95kPa)
ガス:N2ガス、HClガス、H2ガス
HClガス分圧/N2ガス分圧:3%
H2ガス分圧/N2ガス分圧:5%
エッチング時間:3h
気相成長工程:
比較例2と同じ
(Example 2)
Seed crystal substrate: Same as Comparative Example 2 Etching step: Implementation (same as Example 1 of <1-2>)
Equipment: HVPE equipment same as the vapor phase growth process Etching temperature: 650 ° C
Processing chamber pressure: constant (95 kPa)
Gas: N 2 gas, HCl gas, H 2 gas HCl gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 3%
H 2 gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 5%
Etching time: 3h
Vapor deposition process:
Same as Comparative Example 2
(2)評価
比較例2および実施例2の半導体積層物について、カソードルミネッセンス法により半導体層の上面における転位密度を測定した。なお、これと同様の方法により種結晶基板の上面における転位密度も測定した。
(2) Evaluation For the semiconductor laminates of Comparative Example 2 and Example 2, the dislocation density on the upper surface of the semiconductor layer was measured by the cathodoluminescence method. The dislocation density on the upper surface of the seed crystal substrate was also measured by the same method.
また、種結晶基板、比較例2の半導体積層物、および実施例2の半導体積層物の上面内において、(0002)面(c面)の回折ピークついてのX線ロッキングカーブの測定を行った。その結果、種結晶基板または半導体積層物の上面での位置に対する回折ピークの角度(ω値)の分布に基づいて、種結晶基板におけるc面の曲率半径、および半導体積層物の半導体層におけるc面の曲率半径を求めた。 Further, the X-ray locking curve of the diffraction peak of the (0002) plane (c plane) was measured in the upper surface of the seed crystal substrate, the semiconductor laminate of Comparative Example 2, and the semiconductor laminate of Example 2. As a result, the radius of curvature of the c-plane in the seed crystal substrate and the c-plane in the semiconductor layer of the semiconductor laminate are based on the distribution of the diffraction peak angle (ω value) with respect to the position on the upper surface of the seed crystal substrate or the semiconductor laminate. The radius of curvature of was calculated.
(3)結果
図22を用い、結果について説明する。図22(a)は、実施例2の半導体積層物の外観を示す写真であり、(b)は、実施例2の半導体積層物のカソードルミネッセンス像であり、(c)は、比較例2の半導体積層物の外観を示す写真であり、(d)は、比較例2の半導体積層物のカソードルミネッセンス像である。なお、CL像での黒い点は転位を示している。
(3) Results The results will be described with reference to FIG. 22. FIG. 22A is a photograph showing the appearance of the semiconductor laminate of Example 2, FIG. 22B is a cathodoluminescence image of the semiconductor laminate of Example 2, and FIG. 22C is of Comparative Example 2. It is a photograph showing the appearance of the semiconductor laminate, and (d) is a cathodoluminescence image of the semiconductor laminate of Comparative Example 2. The black dots in the CL image indicate dislocations.
今回用いた基板の上面における転位密度は、0.5×105〜3×105個/cm2であった。また、基板におけるc面の曲率半径は、30mであった。 The dislocation density on the upper surface of the substrate used this time was 0.5 × 10 5 to 3 × 10 5 pieces / cm 2 . The radius of curvature of the c-plane on the substrate was 30 m.
しかしながら、比較例2の半導体積層物では、図22(c)に示すように、半導体層の上面が荒れていた。比較例2の半導体積層物では、気相成長工程中に基板の上面に析出した残留不純物を起点として、半導体層が異常成長したり、逆に半導体層が成長しない非成長領域が形成されたりしたため、半導体層の上面が荒れていたと考えられる。なお、比較例2の半導体積層物では、基板中におけるインクルージョンの爆発も生じていたと考えられる。 However, in the semiconductor laminate of Comparative Example 2, the upper surface of the semiconductor layer was rough as shown in FIG. 22 (c). In the semiconductor laminate of Comparative Example 2, the semiconductor layer grew abnormally or a non-growth region where the semiconductor layer did not grow was formed starting from the residual impurities deposited on the upper surface of the substrate during the vapor phase growth step. It is probable that the upper surface of the semiconductor layer was rough. In the semiconductor laminate of Comparative Example 2, it is considered that an inclusion explosion occurred in the substrate.
また、比較例2の半導体積層物では、図22(d)に示すように、半導体層中に多くの転位が生じていた。比較例2の半導体積層物では、半導体層の上面における転位密度は、種結晶基板の上面における転位密度よりも高く、1×107個/cm2であった。 Further, in the semiconductor laminate of Comparative Example 2, many dislocations occurred in the semiconductor layer as shown in FIG. 22 (d). The semiconductor multilayer structure of Comparative Example 2, the dislocation density in the upper surface of the semiconductor layer is higher than the dislocation density in the upper surface of the seed crystal substrate was 1 × 10 7 cells / cm 2.
また、比較例2の半導体積層物では、半導体層におけるc面の曲率半径は、3mであった。 Further, in the semiconductor laminate of Comparative Example 2, the radius of curvature of the c-plane in the semiconductor layer was 3 m.
比較例2では、気相成長工程において基板の洞内から上面への残留不純物の析出が生じていたと考えられる。このため、比較例2では、気相成長工程において、基板の上面で析出した残留不純物に起因して、結晶方位のずれ等が生じ、半導体層に多くの転位が形成されてしまったと考えられる。また、比較例2では、基板の上面に析出した残留不純物に起因して、ステップフロー成長が阻害され、3次元島状成長が生じていたと考えられる。このため、半導体層の成長時に引張応力が生じ、半導体層のc面に反りが生じてしまったと考えられる。 In Comparative Example 2, it is considered that the precipitation of residual impurities from the inside of the cavity to the upper surface of the substrate occurred in the vapor phase growth step. Therefore, in Comparative Example 2, it is considered that in the vapor phase growth step, due to the residual impurities precipitated on the upper surface of the substrate, the crystal orientation was deviated and many dislocations were formed in the semiconductor layer. Further, in Comparative Example 2, it is considered that the step flow growth was inhibited and the three-dimensional island-like growth occurred due to the residual impurities deposited on the upper surface of the substrate. Therefore, it is considered that tensile stress is generated during the growth of the semiconductor layer and the c-plane of the semiconductor layer is warped.
これに対し、実施例2の半導体積層物では、図22(a)に示すように、半導体層の上面は、平滑な鏡面となり、その表面状態が比較例2と比較して顕著に改善されていた。 On the other hand, in the semiconductor laminate of Example 2, as shown in FIG. 22A, the upper surface of the semiconductor layer is a smooth mirror surface, and the surface state thereof is remarkably improved as compared with Comparative Example 2. rice field.
また、実施例2の半導体積層物では、図22(b)に示すように、半導体層中の転位が比較例2と比較して顕著に減少していた。実施例2の半導体積層物では、半導体層の上面における転位密度は、基板の上面における転位密度とほぼ同等であり、0.5×105〜3×105個/cm2であった。 Further, in the semiconductor laminate of Example 2, as shown in FIG. 22B, dislocations in the semiconductor layer were remarkably reduced as compared with Comparative Example 2. In the semiconductor laminate of Example 2, the dislocation density on the upper surface of the semiconductor layer was substantially the same as the dislocation density on the upper surface of the substrate, and was 0.5 × 10 5 to 3 × 10 5 pieces / cm 2 .
また、実施例2の半導体積層物では、半導体層におけるc面の曲率半径は、80mであった。 Further, in the semiconductor laminate of Example 2, the radius of curvature of the c-plane in the semiconductor layer was 80 m.
実施例2では、以下のようなメカニズムにより上記結果が得られたと考えられる。すなわち、実施例2では、基板の洞内に残留した残留不純物の少なくとも一部を気化させ、気化した残留不純物の少なくとも一部を基板の上面に析出させることができた。そして、基板の上面に析出した残留不純物の少なくとも一部を、基板のマトリクスを構成するGaNとともに除去することができた。これにより、基板の洞内の残留不純物を減少させ、気相成長工程において洞からアウトガスを放出しない程度に枯れさせることができた。エッチング工程において基板の洞内の残留不純物を枯れさせることで、気相成長工程において半導体層を成長させる際に、基板の上面への残留不純物の析出を抑制することができた。基板の上面への残留不純物の析出を抑制することで、基板の上面で析出した残留不純物を起因とした結晶方位のずれ等の発生を抑制することができ、半導体層中の転位の形成を抑制することができた。また、基板の上面への残留不純物の析出を抑制することで、基板の上面で析出した残留不純物を起因とした、半導体層の異常成長や、半導体層が成長しない非成長領域の形成を抑制することができた。また、基板の上面への残留不純物の析出を抑制することで、半導体層をステップフロー成長させ、3次元島状成長の発生を抑制することができた。これにより、半導体層の成長時に引張応力が生じることを抑制し、半導体層のc面に反りが生じることを抑制することができた。 In Example 2, it is considered that the above result was obtained by the following mechanism. That is, in Example 2, at least a part of the residual impurities remaining in the cavity of the substrate was vaporized, and at least a part of the vaporized residual impurities could be deposited on the upper surface of the substrate. Then, at least a part of the residual impurities precipitated on the upper surface of the substrate could be removed together with the GaN constituting the matrix of the substrate. As a result, the residual impurities in the cavity of the substrate could be reduced, and the outgas could be withered to the extent that it was not released from the cavity in the vapor phase growth step. By withering the residual impurities in the cavity of the substrate in the etching step, it was possible to suppress the precipitation of the residual impurities on the upper surface of the substrate when the semiconductor layer was grown in the vapor phase growth step. By suppressing the precipitation of residual impurities on the upper surface of the substrate, it is possible to suppress the occurrence of deviation of crystal orientation due to the residual impurities deposited on the upper surface of the substrate, and the formation of dislocations in the semiconductor layer is suppressed. We were able to. Further, by suppressing the precipitation of residual impurities on the upper surface of the substrate, abnormal growth of the semiconductor layer and formation of a non-growth region in which the semiconductor layer does not grow due to the residual impurities precipitated on the upper surface of the substrate are suppressed. I was able to. Further, by suppressing the precipitation of residual impurities on the upper surface of the substrate, the semiconductor layer could be grown in a step flow, and the occurrence of three-dimensional island-like growth could be suppressed. As a result, it was possible to suppress the occurrence of tensile stress during the growth of the semiconductor layer and the occurrence of warpage on the c-plane of the semiconductor layer.
以上のように、実施例2では、結晶品質が良好な半導体積層物を製造することができることを確認した。 As described above, in Example 2, it was confirmed that a semiconductor laminate having good crystal quality can be produced.
<2>気相成長工程における2段階成長の効果の確認
(1)半導体積層物の製造
以下の条件下で、比較例3〜4の半導体積層物と実施例3〜4の半導体積層物とを製造した。
<2> Confirmation of the effect of two-step growth in the vapor phase growth step (1) Production of semiconductor laminate Under the following conditions, the semiconductor laminates of Comparative Examples 3 to 4 and the semiconductor laminates of Examples 3 to 4 were used. Manufactured.
(比較例3)
種結晶基板:<1−1>の種結晶インゴットからスライスした基板
エッチング工程:不実施
気相成長工程:
方法:HVPE法
2段階成長:不実施
半導体層の材質:GaN
処理室内圧力:一定(95kPa)
成長温度:1050〜1100℃の範囲内の所定の温度
半導体層の厚さ:600μm
(Comparative Example 3)
Seed crystal substrate: Substrate sliced from the seed crystal ingot of <1-1> Etching step: Not performed Gas phase growth step:
Method: HVPE method Two-step growth: Not implemented Semiconductor layer material: GaN
Processing chamber pressure: constant (95 kPa)
Growth temperature: Predetermined temperature within the range of 1050 to 1100 ° C. Semiconductor layer thickness: 600 μm
(比較例4)
種結晶基板:比較例3と同じ
エッチング工程:不実施
気相成長工程:
方法:HVPE法
2段階成長:不実施
半導体層の材質:GaN
処理室内圧力:一定(95kPa)
成長温度:比較例3よりも低く、940〜1050℃の範囲内の所定の温度
半導体層の厚さ:600μm
(Comparative Example 4)
Seed crystal substrate: Same as Comparative Example 3 Etching step: Not performed Vapor phase growth step:
Method: HVPE method Two-step growth: Not implemented Semiconductor layer material: GaN
Processing chamber pressure: constant (95 kPa)
Growth temperature: A predetermined temperature in the range of 940 to 1050 ° C., which is lower than that of Comparative Example 3. Thickness of semiconductor layer: 600 μm
(実施例3)
種結晶基板:比較例3と同じ
エッチング工程:実施(<1−2>の実施例1と同じ)
気相成長工程:
方法:HVPE法
2段階成長:不実施
半導体層の材質:GaN
処理室内圧力:一定(95kPa)
成長温度:940〜1050℃の範囲内の所定の温度
半導体層の厚さ:600μm
(Example 3)
Seed crystal substrate: Same as Comparative Example 3 Etching step: Implementation (same as Example 1 of <1-2>)
Vapor deposition process:
Method: HVPE method Two-step growth: Not implemented Semiconductor layer material: GaN
Processing chamber pressure: constant (95 kPa)
Growth temperature: Predetermined temperature in the range of 940 to 1050 ° C. Semiconductor layer thickness: 600 μm
(実施例4)
種結晶基板:比較例3と同じ
エッチング工程:実施(<1−2>の実施例1と同じ)
気相成長工程:
方法:HVPE法
2段階成長:実施
第1層の材質:GaN
第1処理室内圧力:一定(95kPa)
第1成長温度:第2層成長温度よりも低く、940〜1050℃の範囲内の所定の温度
第1層の厚さ:200μm
第2層の材質:GaN
第2処理室内圧力:一定(95kPa)
第2成長温度:第1層成長温度よりも高く、1050〜1100℃の範囲内の所定の温度
第2層の厚さ:600μm
(Example 4)
Seed crystal substrate: Same as Comparative Example 3 Etching step: Implementation (same as Example 1 of <1-2>)
Vapor deposition process:
Method: HVPE method Two-stage growth: Implementation First layer material: GaN
First processing chamber pressure: constant (95 kPa)
First layer growth temperature: A predetermined temperature lower than the second layer growth temperature and in the range of 940 to 1050 ° C. Thickness of the first layer: 200 μm
Material of the second layer: GaN
Second processing chamber pressure: constant (95 kPa)
Second growth temperature: A predetermined temperature higher than the growth temperature of the first layer and within the range of 1050 to 1100 ° C. Thickness of the second layer: 600 μm
(2)評価
比較例3〜4および実施例3〜4の半導体積層物について、カソードルミネッセンス法により半導体層の上面における転位密度を測定した。なお、これと同様の方法により種結晶基板の上面における転位密度も測定した。
(2) Evaluation For the semiconductor laminates of Comparative Examples 3 to 4 and Examples 3 to 4, the dislocation density on the upper surface of the semiconductor layer was measured by the cathodoluminescence method. The dislocation density on the upper surface of the seed crystal substrate was also measured by the same method.
(3)結果
図23および図24を用い、結果について説明する。図23(a)は、実施例3の半導体積層物の外観を示す写真であり、(b)は、実施例3の半導体積層物のカソードルミネッセンス像であり、(c)は、実施例4の半導体積層物の外観を示す写真であり、(d)は、実施例4の半導体積層物のカソードルミネッセンス像である。図24(a)は、比較例3の半導体積層物の外観を示す写真であり、(b)は、比較例3の半導体積層物のカソードルミネッセンス像であり、(c)は、比較例4の半導体積層物の外観を示す写真であり、(d)は、比較例4の半導体積層物のカソードルミネッセンス像である。
(3) Results The results will be described with reference to FIGS. 23 and 24. FIG. 23A is a photograph showing the appearance of the semiconductor laminate of Example 3, FIG. 23B is a cathodoluminescence image of the semiconductor laminate of Example 3, and FIG. 23C is a photograph of Example 4. It is a photograph showing the appearance of the semiconductor laminate, and (d) is a cathodoluminescence image of the semiconductor laminate of Example 4. FIG. 24A is a photograph showing the appearance of the semiconductor laminate of Comparative Example 3, FIG. 24B is a cathodoluminescence image of the semiconductor laminate of Comparative Example 3, and FIG. 24C is a photograph of Comparative Example 4. It is a photograph showing the appearance of the semiconductor laminate, and (d) is a cathodoluminescence image of the semiconductor laminate of Comparative Example 4.
今回用いた基板の上面における転位密度は、0.5×105〜3×105個/cm2であった。 The dislocation density on the upper surface of the substrate used this time was 0.5 × 10 5 to 3 × 10 5 pieces / cm 2 .
比較例3の半導体積層物では、図23(a)に示すように、半導体層の上面が荒れていた。比較例3の半導体積層物では、気相成長工程での成長温度が高かったため、インクルージョンの爆発等が生じていたと考えられる。このため、比較例3の半導体積層物では、気相成長工程において、インクルージョンの爆発で生じた結晶の破片を起点として、半導体層が異常成長したため、半導体層の上面が荒れていたと考えられる。 In the semiconductor laminate of Comparative Example 3, the upper surface of the semiconductor layer was rough as shown in FIG. 23 (a). In the semiconductor laminate of Comparative Example 3, it is probable that the inclusion explosion and the like occurred because the growth temperature in the vapor phase growth step was high. Therefore, in the semiconductor laminate of Comparative Example 3, it is considered that the upper surface of the semiconductor layer was roughened because the semiconductor layer grew abnormally starting from the crystal fragments generated by the explosion of inclusion in the vapor phase growth step.
また、比較例3の半導体積層物では、図23(b)に示すように、半導体層中に多くの転位が生じていた。比較例3の半導体積層物では、半導体層の上面における転位密度は、基板の上面における転位密度よりも高く、7.7×106個/cm2であった。 Further, in the semiconductor laminate of Comparative Example 3, many dislocations occurred in the semiconductor layer as shown in FIG. 23 (b). In the semiconductor laminate of Comparative Example 3, the dislocation density on the upper surface of the semiconductor layer was higher than the dislocation density on the upper surface of the substrate, and was 7.7 × 10 6 pieces / cm 2 .
比較例3の半導体積層物では、気相成長工程において、インクルージョンの爆発等が生じ、基板のうちインクルージョンを塞いでいた結晶部分に塑性変形が生じていたと考えられる。このため、基板の塑性変形が生じた部分上に成長した半導体層中に多くの転位が形成されてしまったと考えられる。 In the semiconductor laminate of Comparative Example 3, it is considered that inclusion explosion and the like occurred in the vapor phase growth step, and plastic deformation occurred in the crystal portion of the substrate that blocked the inclusion. Therefore, it is considered that many dislocations have been formed in the semiconductor layer grown on the portion where the plastic deformation of the substrate has occurred.
比較例4の半導体積層物では、図23(c)に示すように、比較例3と比較して、半導体層の上面が平坦であった。比較例4の半導体積層物では、比較例3よりも気相成長工程での成長温度が低かったため、インクルージョンの爆発が抑制されていたと考えられる。このため、比較例4の半導体積層物では、半導体層の上面が平坦であったと考えられる。 In the semiconductor laminate of Comparative Example 4, as shown in FIG. 23 (c), the upper surface of the semiconductor layer was flat as compared with Comparative Example 3. It is considered that the semiconductor laminate of Comparative Example 4 had a lower growth temperature in the vapor phase growth step than that of Comparative Example 3, so that the inclusion explosion was suppressed. Therefore, it is considered that the upper surface of the semiconductor layer was flat in the semiconductor laminate of Comparative Example 4.
しかしながら、比較例4の半導体積層物では、図23(d)に示すように、半導体層の上面における転位密度は低減されていなかった。具体的には、比較例4の半導体積層物では、半導体層の上面における転位密度は、基板の上面における転位密度よりも高く、1.6×106個/cm2であった。 However, in the semiconductor laminate of Comparative Example 4, as shown in FIG. 23 (d), the dislocation density on the upper surface of the semiconductor layer was not reduced. Specifically, in the semiconductor laminate of Comparative Example 4, the dislocation density on the upper surface of the semiconductor layer was 1.6 × 10 6 pieces / cm 2 higher than the dislocation density on the upper surface of the substrate.
比較例4の半導体積層物では、気相成長工程において基板の洞内から上面への残留不純物の析出が生じていたと考えられる。このため、比較例4では、気相成長工程において、基板の上面で析出した残留不純物に起因して、結晶方位のずれ等が生じ、半導体層に多くの転位が形成されてしまったと考えられる。 In the semiconductor laminate of Comparative Example 4, it is considered that the precipitation of residual impurities from the inside of the cavity to the upper surface of the substrate occurred in the vapor phase growth step. Therefore, in Comparative Example 4, it is considered that in the vapor phase growth step, due to the residual impurities precipitated on the upper surface of the substrate, the crystal orientation was deviated and many dislocations were formed in the semiconductor layer.
これに対し、実施例3の半導体積層物では、図22(a)に示すように、比較例3と比較して、半導体層の上面が平坦であった。実施例3の半導体積層物では、エッチング工程において基板の洞内の残留不純物を枯れさせることで、気相成長工程中に残留不純物が基板の上面に析出することを抑制することができた。これにより、基板の上面で析出した残留不純物を起因とした、半導体層の異常成長や、半導体層が成長しない非成長領域の形成を抑制することができた。また、実施例3の半導体積層物では、比較例3よりも気相成長工程での成長温度が低かったため、インクルージョンの爆発を抑制することができ、インクルージョンの上部を塞ぐ結晶部分の破片の飛散を抑制することができた。これにより、破片を起因とする半導体層の異常成長を抑制することができた。 On the other hand, in the semiconductor laminate of Example 3, as shown in FIG. 22 (a), the upper surface of the semiconductor layer was flat as compared with Comparative Example 3. In the semiconductor laminate of Example 3, the residual impurities in the sinus of the substrate were withered in the etching step, so that the residual impurities could be suppressed from being deposited on the upper surface of the substrate during the vapor phase growth step. As a result, it was possible to suppress abnormal growth of the semiconductor layer and formation of a non-growth region in which the semiconductor layer does not grow due to residual impurities precipitated on the upper surface of the substrate. Further, in the semiconductor laminate of Example 3, since the growth temperature in the vapor phase growth step was lower than that of Comparative Example 3, the inclusion explosion could be suppressed, and the scattering of the fragments of the crystal portion blocking the upper part of the inclusion could be suppressed. I was able to suppress it. As a result, it was possible to suppress the abnormal growth of the semiconductor layer caused by the fragments.
また、実施例3の半導体積層物では、図22(b)に示すように、比較例3および4と比較して、半導体層中の転位が顕著に減少していた。実施例3の半導体積層物では、半導体層の上面における転位密度は、基板の上面における転位密度と同等以下であり、5×104個/cm2であった。 Further, in the semiconductor laminate of Example 3, as shown in FIG. 22B, dislocations in the semiconductor layer were remarkably reduced as compared with Comparative Examples 3 and 4. In the semiconductor laminate of Example 3, the dislocation density on the upper surface of the semiconductor layer was equal to or less than the dislocation density on the upper surface of the substrate, and was 5 × 10 4 pieces / cm 2 .
実施例3の半導体積層物では、基板の上面への残留不純物の析出を抑制することで、基板の上面で析出した残留不純物を起因とした結晶方位のずれ等の発生を抑制することができ、半導体層中の転位の形成を抑制することができた。また、実施例3の半導体積層物では、上述のように、比較例3よりも気相成長工程での成長温度を低くし、インクルージョンの爆発を抑制することで、インクルージョンの上部を塞ぐ結晶部分における塑性変形を抑制することができ、インクルージョンの上部に転位が生じることを抑制することができた。これらの結果、半導体層の上面における転位密度を、基板の上面における転位密度と同等以下とすることができた。 In the semiconductor laminate of Example 3, by suppressing the precipitation of residual impurities on the upper surface of the substrate, it is possible to suppress the occurrence of deviation of crystal orientation due to the residual impurities deposited on the upper surface of the substrate. The formation of dislocations in the semiconductor layer could be suppressed. Further, in the semiconductor laminate of Example 3, as described above, the growth temperature in the vapor phase growth step is lower than that of Comparative Example 3 and the explosion of inclusion is suppressed, so that the crystal portion that closes the upper part of inclusion is formed. It was possible to suppress plastic deformation and prevent dislocations from occurring at the top of the inclusions. As a result, the dislocation density on the upper surface of the semiconductor layer could be equal to or less than the dislocation density on the upper surface of the substrate.
ただし、実施例3の半導体積層物では、図22(a)に示すように、半導体層の上面にピットが生じることがあった。実施例3のように成長温度が低いと、成長界面に吸着した原子または分子のマイグレーションが活発にならず、沿面成長(横方向成長)が起こり難くなる。つまり、横方向成長速度が比較的遅くなる。フラックス成長させた種結晶基板の表面には、ステップバンチング端や埋め残し穴などによる洞が高頻度で存在するため、例えば種結晶基板の表面における洞を起点として生じたピットが埋まり難くなることが考えられる。その結果、実施例3の半導体積層物では、半導体層の上面にピットが観察されたと考えられる。 However, in the semiconductor laminate of Example 3, as shown in FIG. 22A, pits may be formed on the upper surface of the semiconductor layer. When the growth temperature is low as in Example 3, the migration of atoms or molecules adsorbed on the growth interface is not active, and creeping growth (lateral growth) is unlikely to occur. That is, the lateral growth rate is relatively slow. Since cavities due to step bunching edges and unfilled holes are frequently present on the surface of the flux-grown seed crystal substrate, for example, it may be difficult to fill the pits generated from the cavities on the surface of the seed crystal substrate. Conceivable. As a result, in the semiconductor laminate of Example 3, it is considered that pits were observed on the upper surface of the semiconductor layer.
実施例4の半導体積層物では、図22(c)に示すように、比較例3と比較して、第2層の上面が平坦であった。実施例4の半導体積層物では、実施例3と同様に、エッチング工程において基板の洞内の残留不純物を枯れさせることで、気相成長工程中に残留不純物が基板の上面に析出することを抑制することができた。これにより、基板の上面で析出した残留不純物を起因とした、半導体層の異常成長や、半導体層が成長しない非成長領域の形成を抑制することができた。さらに、実施例4の半導体積層物では、低温での第1層成長工程の後に第2層成長工程を行うことで、インクルージョンの爆発を抑制しつつ、結晶品質が良好な第2層を安定的に成長させることができた。これにより、インクルージョンの上部を塞ぐ結晶部分の破片の飛散を抑制することができた。その結果、破片を起因とする半導体層の異常成長を抑制することができた。 In the semiconductor laminate of Example 4, as shown in FIG. 22 (c), the upper surface of the second layer was flat as compared with Comparative Example 3. In the semiconductor laminate of Example 4, similarly to Example 3, the residual impurities in the cavity of the substrate are withered in the etching step, so that the residual impurities are suppressed from being deposited on the upper surface of the substrate during the vapor phase growth step. We were able to. As a result, it was possible to suppress abnormal growth of the semiconductor layer and formation of a non-growth region in which the semiconductor layer does not grow due to residual impurities precipitated on the upper surface of the substrate. Further, in the semiconductor laminate of Example 4, by performing the second layer growth step after the first layer growth step at a low temperature, the second layer having good crystal quality is stabilized while suppressing the explosion of inclusions. I was able to grow into. As a result, it was possible to suppress the scattering of debris in the crystal portion that blocks the upper part of the inclusion. As a result, it was possible to suppress the abnormal growth of the semiconductor layer caused by the fragments.
また、実施例4の半導体積層物では、図22(d)に示すように、比較例3および4と比較して、半導体層中の転位が顕著に減少していた。実施例4の半導体積層物では、第2層の上面における転位密度は、基板の上面における転位密度と同等以下であり、4.3×104個/cm2であった。 Further, in the semiconductor laminate of Example 4, as shown in FIG. 22D, dislocations in the semiconductor layer were remarkably reduced as compared with Comparative Examples 3 and 4. In the semiconductor laminate of Example 4, the dislocation density on the upper surface of the second layer was equal to or less than the dislocation density on the upper surface of the substrate, and was 4.3 × 10 4 pieces / cm 2 .
実施例4の半導体積層物では、実施例3と同様に、基板の上面への残留不純物の析出を抑制することで、基板の上面で析出した残留不純物を起因とした結晶方位のずれ等の発生を抑制することができ、半導体層中の転位の形成を抑制することができた。また、実施例4の半導体積層物では、第2層の成長時に第1層によってインクルージョンの爆発を抑制することで、インクルージョンの上部を塞ぐ結晶部分における塑性変形を抑制することができ、インクルージョンの上部に転位が生じることを抑制することができた。これらの結果、半導体層の上面における転位密度を、基板の上面における転位密度と同等以下とすることができた。 In the semiconductor laminate of Example 4, similarly to Example 3, by suppressing the precipitation of residual impurities on the upper surface of the substrate, the occurrence of deviation of the crystal orientation due to the residual impurities deposited on the upper surface of the substrate and the like occurs. Was able to be suppressed, and the formation of dislocations in the semiconductor layer could be suppressed. Further, in the semiconductor laminate of Example 4, the explosion of inclusion is suppressed by the first layer when the second layer is grown, so that the plastic deformation in the crystal portion blocking the upper part of the inclusion can be suppressed, and the upper part of the inclusion can be suppressed. It was possible to suppress the occurrence of dislocations in. As a result, the dislocation density on the upper surface of the semiconductor layer could be equal to or less than the dislocation density on the upper surface of the substrate.
さらに実施例4の半導体積層物では、第2層成長工程での成長温度をIII族窒化物半導体の良好な結晶品質が得られる温度まで上昇させることで、第2層での沿面成長を維持し、第2層の上面におけるピットの形成を抑制することができた。 Further, in the semiconductor laminate of Example 4, creeping growth in the second layer is maintained by raising the growth temperature in the second layer growth step to a temperature at which good crystal quality of the group III nitride semiconductor can be obtained. , The formation of pits on the upper surface of the second layer could be suppressed.
(まとめ)
以上のように、実施例3および4では、結晶品質が良好な半導体積層物を製造することができることを確認した。そのなかでも、2段階成長を行った実施例4では、実施例3よりもさらに結晶品質が良好な半導体積層物を得ることができることを確認した。
(summary)
As described above, in Examples 3 and 4, it was confirmed that the semiconductor laminate having good crystal quality can be produced. Among them, it was confirmed that in Example 4 in which the two-step growth was carried out, a semiconductor laminate having even better crystal quality than in Example 3 could be obtained.
<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferable Aspect of the Present Invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be added.
(付記1)
少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなり、該表層が洞を含む種結晶基板を用意する工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の前記洞内に残留した残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体積層物の製造方法。
(Appendix 1)
A step of preparing a seed crystal substrate in which at least the surface layer is made of a group III nitride semiconductor and the surface layer contains a sinus.
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
Have,
In the etching step,
A method for producing a semiconductor laminate in which residual impurities remaining in the sinus of the seed crystal substrate in the step of preparing the seed crystal substrate are removed together with at least the group III nitride semiconductor constituting the surface layer of the seed crystal substrate. ..
(付記2)
前記種結晶基板を用意する工程は、
所定のインゴットをスライスし、前記種結晶基板を作製する工程と、
前記種結晶基板を研磨する工程と、
前記種結晶基板を洗浄する工程と、
のうち少なくともいずれかの結晶の加工工程を含み、
前記エッチングする工程では、
前記加工工程で使用するワックス、切削液、研磨液、研磨材および洗浄液のうち少なくともいずれかに由来する前記残留不純物を除去する
付記1に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 2)
The step of preparing the seed crystal substrate is
The process of slicing a predetermined ingot to prepare the seed crystal substrate, and
The step of polishing the seed crystal substrate and
The step of cleaning the seed crystal substrate and
Including the processing step of at least one of the crystals
In the etching step,
The method for producing a semiconductor laminate according to
(付記3)
前記エッチングする工程では、
前記表層の上面のうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件下で、前記表層の前記露出部をエッチングする
付記1又は2に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 3)
In the etching step,
The method for producing a semiconductor laminate according to
(付記4)
前記エッチングする工程では、
塩化水素ガスおよび水素ガスを含む雰囲気下で前記エッチングを行う
付記1〜3のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 4)
In the etching step,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記5)
前記エッチングする工程では、
前記塩化水素ガス、前記水素ガスおよび不活性ガスを含む雰囲気下で前記エッチングを行い、
前記不活性ガスの分圧を前記塩化水素ガスおよび前記水素ガスのそれぞれの分圧よりも高くする
付記4に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 5)
In the etching step,
The etching was performed in an atmosphere containing the hydrogen chloride gas, the hydrogen gas and an inert gas.
The method for producing a semiconductor laminate according to Appendix 4, wherein the partial pressure of the inert gas is made higher than the partial pressures of the hydrogen chloride gas and the hydrogen gas.
(付記6)
前記エッチングする工程では、
前記不活性ガスの分圧に対する前記塩化水素ガスおよび前記水素ガスのそれぞれの分圧の比率を、1%以上10%以下とする
付記5に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 6)
In the etching step,
The method for producing a semiconductor laminate according to Appendix 5, wherein the ratio of the partial pressures of the hydrogen chloride gas and the hydrogen gas to the partial pressure of the inert gas is 1% or more and 10% or less.
(付記7)
前記エッチングする工程では、
アンモニアガスを非含有とした雰囲気下で前記エッチングを行う
付記1〜6のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 7)
In the etching step,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記8)
前記エッチングする工程での前記基板の温度を、前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程での前記基板の温度よりも低くする
付記1〜7のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 8)
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記9)
前記エッチングする工程では、
前記種結晶基板の前記洞内から前記残留不純物の少なくとも一部を気化させ、気化した前記残留不純物の少なくとも一部を前記表層の上面に析出させ、
該表層の上面に析出した前記残留不純物の少なくとも一部を前記III族窒化物半導体とともに除去する
付記1〜8のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 9)
In the etching step,
At least a part of the residual impurities is vaporized from the inside of the cave of the seed crystal substrate, and at least a part of the vaporized residual impurities is deposited on the upper surface of the surface layer.
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記10)
前記種結晶基板を用意する工程の後で前記エッチングする工程の前に、前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱し、前記種結晶基板の前記洞内から前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程を有する
付記1〜8のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 10)
After the step of preparing the seed crystal substrate and before the step of etching, the seed crystal substrate is heated to a predetermined temperature or higher, and at least a part of the residual impurities is vaporized from the inside of the cave of the seed crystal substrate. The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記11)
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程では、
気化した前記残留不純物の少なくとも一部を前記表層の上面に析出させ、
前記エッチングする工程では、
前記表層の上面に析出した前記残留不純物の少なくとも一部を前記III族窒化物半導体とともに除去する
付記10に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 11)
In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
At least a part of the vaporized residual impurities is precipitated on the upper surface of the surface layer.
In the etching step,
The method for producing a semiconductor laminate according to
(付記12)
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程では、
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱した後、前記種結晶基板の温度を一定時間保持する
付記10又は11に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 12)
In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
The method for producing a semiconductor laminate according to
(付記13)
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程では、
前記種結晶基板に対して所定のガスを供給し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程で前記種結晶基板の上面上に流れる前記所定のガスの流速を、前記エッチングする工程で前記種結晶基板の上面上に流れるガスの流速よりも高くする
付記10〜12のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 13)
In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
A predetermined gas is supplied to the seed crystal substrate,
The flow velocity of the predetermined gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made higher than the flow velocity of the gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the etching step. The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記14)
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程での前記種結晶基板の最高温度を前記エッチングする工程での前記種結晶基板の温度よりも高くする
付記10〜13のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 14)
The semiconductor according to any one of
(付記15)
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程では、
前記種結晶基板を収容する処理室内の圧力を上下に変動させる
付記10〜14のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 15)
In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記16)
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程での前記種結晶基板を収容する処理室内の最低圧力を前記エッチングする工程での前記処理室内の圧力よりも低くする
付記10〜15のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 16)
Any one of
(付記17)
前記エッチングする工程で前記種結晶基板の上面上に流れるガスの流速を、前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程で前記種結晶基板の上面上に流れるガスの流速よりも高くする
付記1〜16のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 17)
Any of
(付記18)
前記エッチングする工程では、
前記種結晶基板を収容する処理室内の圧力を上下に変動させる
付記1〜17のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 18)
In the etching step,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記19)
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程は、
前記種結晶基板上にIII族窒化物半導体からなる第1層を成長させる工程と、
前記第1層上にIII族窒化物半導体からなる第2層を成長させる工程と、
を有し、
前記第1層を成長させる工程での成長温度を、前記第2層を成長させる工程での成長温度よりも低くする
付記1〜18のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 19)
The step of epitaxially growing the semiconductor layer is
A step of growing a first layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate, and
A step of growing a second layer made of a group III nitride semiconductor on the first layer, and
Have,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記20)
前記種結晶基板を用意する工程では、
前記種結晶基板として、前記表層がインクルージョンを含む基板を用意し、
前記第1層を成長させる工程では、
前記第1層によって、前記インクルージョンの爆発を抑制するように前記種結晶基板中の前記インクルージョンの上部を塞ぐ
付記19に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 20)
In the step of preparing the seed crystal substrate,
As the seed crystal substrate, a substrate having inclusions on the surface layer is prepared.
In the step of growing the first layer,
The method for producing a semiconductor laminate according to Appendix 19, wherein the first layer closes the upper part of the inclusion in the seed crystal substrate so as to suppress the explosion of the inclusion.
(付記21)
前記種結晶基板を用意する工程では、
前記種結晶基板として、前記表層がインクルージョンを含む基板を用意し、
前記第1層を成長させる工程では、
成長温度を前記インクルージョンの爆発が抑制される臨界温度以下とする
付記19又は20に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 21)
In the step of preparing the seed crystal substrate,
As the seed crystal substrate, a substrate having inclusions on the surface layer is prepared.
In the step of growing the first layer,
The method for producing a semiconductor laminate according to
(付記22)
前記種結晶基板を用意する工程では、
前記種結晶基板として、前記表層がインクルージョンを含む基板を用意し、
前記第1層を成長させる工程では、
前記第1層の厚さを、前記種結晶基板の温度が前記第2層を成長させる工程での成長温度に加熱されたときに前記インクルージョンの爆発が抑制される臨界厚さ以上とする
付記19〜21のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 22)
In the step of preparing the seed crystal substrate,
As the seed crystal substrate, a substrate having inclusions on the surface layer is prepared.
In the step of growing the first layer,
Addendum 19 that the thickness of the first layer is equal to or greater than the critical thickness at which the explosion of the inclusion is suppressed when the temperature of the seed crystal substrate is heated to the growth temperature in the step of growing the second layer. The method for producing a semiconductor laminate according to any one of ~ 21.
(付記23)
前記エッチングする工程と前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを、同一の処理室内で連続的に行う
付記1〜22のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 23)
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記24)
前記種結晶基板を用意する工程では、
前記種結晶基板として、少なくとも前記表層が液相成長法により形成された基板を用意する
付記1〜23のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 24)
In the step of preparing the seed crystal substrate,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of
(付記25)
少なくとも結晶内部にインクルージョンを含む結晶の表層に研磨加工を施したIII族窒化物半導体からなる種結晶基板を用意する工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の少なくとも前記表層に残留した前記インクルージョンを含む残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体積層物の製造方法。
(Appendix 25)
A step of preparing a seed crystal substrate made of a group III nitride semiconductor in which at least the surface layer of the crystal containing inclusions in the crystal is polished.
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
Have,
In the etching step,
Semiconductor lamination that removes residual impurities containing the inclusions remaining at least on the surface layer of the seed crystal substrate in the step of preparing the seed crystal substrate together with at least the group III nitride semiconductor constituting the surface layer of the seed crystal substrate. How to make things.
(付記26)
少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなり、該表層が洞を含む種結晶基板を用意する工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物結晶基板を作製する工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の前記洞内に残留した残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
窒化物結晶基板の製造方法。
(Appendix 26)
A step of preparing a seed crystal substrate in which at least the surface layer is made of a group III nitride semiconductor and the surface layer contains a sinus.
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
A step of slicing the semiconductor layer to prepare a nitride crystal substrate, and
Have,
In the etching step,
Production of a nitride crystal substrate that removes residual impurities remaining in the sinus of the seed crystal substrate in the step of preparing the seed crystal substrate together with at least the group III nitride semiconductor constituting the surface layer of the seed crystal substrate. Method.
(付記27)
少なくとも結晶内部にインクルージョンを含む結晶の表層に研磨加工を施したIII族窒化物半導体からなる種結晶基板を用意する工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物結晶基板を作製する工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の少なくとも前記表層に残留した前記インクルージョンを含む残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
窒化物結晶基板の製造方法。
(Appendix 27)
A step of preparing a seed crystal substrate made of a group III nitride semiconductor in which at least the surface layer of the crystal containing inclusions in the crystal is polished.
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
A step of slicing the semiconductor layer to prepare a nitride crystal substrate, and
Have,
In the etching step,
A nitride that removes residual impurities containing the inclusions remaining at least on the surface layer of the seed crystal substrate in the step of preparing the seed crystal substrate together with the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the seed crystal substrate. Method for manufacturing a crystal substrate.
1 半導体積層物
2 窒化物結晶基板
20 種結晶基板(基板)
31 残留不純物
40 半導体層
31
Claims (19)
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱し、前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の前記洞内に残留した残留不純物の少なくとも一部を、該洞内から気化させる工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程では、
前記種結晶基板に対して所定のガスを供給し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程で前記種結晶基板の上面上に流れる前記所定のガスの流速を、前記エッチングする工程で前記種結晶基板の上面上に流れるガスの流速よりも高くし、
前記エッチングする工程では、
前記残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体積層物の製造方法。 A step of preparing a seed crystal substrate in which at least the surface layer is made of a group III nitride semiconductor and the surface layer contains a sinus.
A step of heating the seed crystal substrate to a predetermined temperature or higher and vaporizing at least a part of residual impurities remaining in the cave of the seed crystal substrate from the inside of the cave in the step of preparing the seed crystal substrate.
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
Have,
In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
A predetermined gas is supplied to the seed crystal substrate,
The flow velocity of the predetermined gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made higher than the flow velocity of the gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the etching step. ,
In the etching step,
Method for producing a front chopped distillate impurity, the group III nitride semiconductor semiconductor multilayer structure to remove with constituting at least the surface layer of the seed crystal substrate.
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱し、前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の前記洞内に残留した残留不純物の少なくとも一部を、該洞内から気化させる工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程での前記種結晶基板を収容する処理室内の最低圧力を前記エッチングする工程での前記処理室内の圧力よりも低くし、
前記エッチングする工程では、
前記残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体積層物の製造方法。 A step of preparing a seed crystal substrate in which at least the surface layer is made of a group III nitride semiconductor and the surface layer contains a sinus.
A step of heating the seed crystal substrate to a predetermined temperature or higher and vaporizing at least a part of residual impurities remaining in the cave of the seed crystal substrate from the inside of the cave in the step of preparing the seed crystal substrate.
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
Have,
The minimum pressure in the processing chamber containing the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made lower than the pressure in the processing chamber in the step of etching .
In the etching step,
The residual impurities are removed together with at least the group III nitride semiconductor constituting the surface layer of the seed crystal substrate.
A method for manufacturing a semiconductor laminate.
所定のインゴットをスライスし、前記種結晶基板を作製する工程と、
前記種結晶基板を研磨する工程と、
前記種結晶基板を洗浄する工程と、
のうち少なくともいずれかの結晶の加工工程を含み、
前記エッチングする工程では、
前記加工工程で使用するワックス、切削液、研磨液、研磨材および洗浄液のうち少なくともいずれかに由来する前記残留不純物を除去する
請求項1又は2に記載の半導体積層物の製造方法。 The step of preparing the seed crystal substrate is
The process of slicing a predetermined ingot to prepare the seed crystal substrate, and
The step of polishing the seed crystal substrate and
The step of cleaning the seed crystal substrate and
Including the processing step of at least one of the crystals
In the etching step,
The method for producing a semiconductor laminate according to claim 1 or 2 , wherein the residual impurities derived from at least one of wax, a cutting fluid, an abrasive liquid, an abrasive material, and a cleaning liquid used in the processing step are removed.
前記表層の上面のうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件下で、前記表層の前記露出部をエッチングする
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。 In the etching step,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 3, wherein the exposed portion of the surface layer is etched under the condition that the region of the upper surface of the surface layer excluding the crystal defect portion is smooth.
気化した前記残留不純物の少なくとも一部を前記表層の上面に析出させ、
前記エッチングする工程では、
前記表層の上面に析出した前記残留不純物の少なくとも一部を前記III族窒化物半導体とともに除去する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。 In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
At least a part of the vaporized residual impurities is precipitated on the upper surface of the surface layer.
In the etching step,
At least a part of the residual impurities precipitated on the upper surface of the surface layer is removed together with the group III nitride semiconductor.
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 4.
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱した後、前記種結晶基板の温度を一定時間保持する
請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。 In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
After heating the seed crystal substrate to a predetermined temperature or higher, the temperature of the seed crystal substrate is maintained for a certain period of time.
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。 The maximum temperature of the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made higher than the temperature of the seed crystal substrate in the step of etching.
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 6.
前記種結晶基板を収容する処理室内の圧力を上下に変動させる
請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。 In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
The pressure in the processing chamber containing the seed crystal substrate is changed up and down.
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 7.
前記種結晶基板上にIII族窒化物半導体からなる第1層を成長させる工程と、
前記第1層上にIII族窒化物半導体からなる第2層を成長させる工程と、
を有し、
前記第1層を成長させる工程での成長温度を、前記第2層を成長させる工程での成長温度よりも低くする
請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。 The step of epitaxially growing the semiconductor layer is
A step of growing a first layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate, and
A step of growing a second layer made of a group III nitride semiconductor on the first layer, and
Have,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 8 , wherein the growth temperature in the step of growing the first layer is lower than the growth temperature in the step of growing the second layer.
前記種結晶基板として、前記表層がインクルージョンを含む基板を用意し、
前記第1層を成長させる工程では、
成長温度を前記インクルージョンの爆発が抑制される臨界温度以下とする
請求項9に記載の半導体積層物の製造方法。 In the step of preparing the seed crystal substrate,
As the seed crystal substrate, a substrate having inclusions on the surface layer is prepared.
In the step of growing the first layer,
The method for producing a semiconductor laminate according to claim 9 , wherein the growth temperature is set to be equal to or lower than the critical temperature at which the explosion of the inclusion is suppressed.
前記種結晶基板として、前記表層がインクルージョンを含む基板を用意し、
前記第1層を成長させる工程では、
前記第1層の厚さを、前記種結晶基板の温度が前記第2層を成長させる工程での成長温度に加熱されたときに前記インクルージョンの爆発が抑制される臨界厚さ以上とする
請求項9又は10に記載の半導体積層物の製造方法。 In the step of preparing the seed crystal substrate,
As the seed crystal substrate, a substrate having inclusions on the surface layer is prepared.
In the step of growing the first layer,
Claim that the thickness of the first layer is equal to or greater than the critical thickness at which the explosion of the inclusion is suppressed when the temperature of the seed crystal substrate is heated to the growth temperature in the step of growing the second layer. The method for producing a semiconductor laminate according to 9 or 10.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。 The method for producing a semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 11 , wherein the etching step and the step of epitaxially growing the semiconductor layer are continuously performed in the same processing chamber.
前記種結晶基板として、少なくとも前記表層が液相成長法により形成された基板を用意する
請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。 In the step of preparing the seed crystal substrate,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 12 , wherein a substrate having at least the surface layer formed by a liquid phase growth method is prepared as the seed crystal substrate.
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱し、前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の少なくとも前記表層に残留した前記インクルージョンを含む残留不純物の少なくとも一部を、該表層から気化させる工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程では、
前記種結晶基板に対して所定のガスを供給し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程で前記種結晶基板の上面上に流れる前記所定のガスの流速を、前記エッチングする工程で前記種結晶基板の上面上に流れるガスの流速よりも高くし、
前記エッチングする工程では、
前記残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体積層物の製造方法。 A step of preparing a seed crystal substrate made of a group III nitride semiconductor in which at least the surface layer of the crystal containing inclusions in the crystal is polished.
The seed crystal substrate is heated to a predetermined temperature or higher, and at least a part of residual impurities including the inclusions remaining on the surface layer of the seed crystal substrate is vaporized from the surface layer in the step of preparing the seed crystal substrate. Process and
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
Have,
In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
A predetermined gas is supplied to the seed crystal substrate,
The flow velocity of the predetermined gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made higher than the flow velocity of the gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the etching step. ,
In the etching step,
Method for producing a front chopped distillate impurity, the group III nitride semiconductor semiconductor multilayer structure to remove with constituting at least the surface layer of the seed crystal substrate.
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱し、前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の少なくとも前記表層に残留した前記インクルージョンを含む残留不純物の少なくとも一部を、該表層から気化させる工程と、The seed crystal substrate is heated to a predetermined temperature or higher, and at least a part of residual impurities including the inclusions remaining on the surface layer of the seed crystal substrate is vaporized from the surface layer in the step of preparing the seed crystal substrate. Process and
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
を有し、Have,
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程での前記種結晶基板を収容する処理室内の最低圧力を前記エッチングする工程での前記処理室内の圧力よりも低くし、The minimum pressure in the processing chamber containing the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made lower than the pressure in the processing chamber in the step of etching.
前記エッチングする工程では、In the etching step,
前記残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去するThe residual impurities are removed together with at least the group III nitride semiconductor constituting the surface layer of the seed crystal substrate.
半導体積層物の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor laminate.
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱し、前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の前記洞内に残留した残留不純物の少なくとも一部を、該洞内から気化させる工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物結晶基板を作製する工程と、
を有し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程では、
前記種結晶基板に対して所定のガスを供給し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程で前記種結晶基板の上面上に流れる前記所定のガスの流速を、前記エッチングする工程で前記種結晶基板の上面上に流れるガスの流速よりも高くし、
前記エッチングする工程では、
前記残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
窒化物結晶基板の製造方法。 A step of preparing a seed crystal substrate in which at least the surface layer is made of a group III nitride semiconductor and the surface layer contains a sinus.
A step of heating the seed crystal substrate to a predetermined temperature or higher and vaporizing at least a part of residual impurities remaining in the cave of the seed crystal substrate from the inside of the cave in the step of preparing the seed crystal substrate.
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
A step of slicing the semiconductor layer to prepare a nitride crystal substrate, and
Have,
In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
A predetermined gas is supplied to the seed crystal substrate,
The flow velocity of the predetermined gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made higher than the flow velocity of the gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the etching step. ,
In the etching step,
The pre-chopped distillate impurities, at least the group III nitride crystal substrate manufacturing method of removing with a nitride semiconductor that constitutes the surface layer of the seed crystal substrate.
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱し、前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の前記洞内に残留した残留不純物の少なくとも一部を、該洞内から気化させる工程と、A step of heating the seed crystal substrate to a predetermined temperature or higher and vaporizing at least a part of residual impurities remaining in the cave of the seed crystal substrate from the inside of the cave in the step of preparing the seed crystal substrate.
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
前記半導体層をスライスし、窒化物結晶基板を作製する工程と、A step of slicing the semiconductor layer to prepare a nitride crystal substrate, and
を有し、Have,
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程での前記種結晶基板を収容する処理室内の最低圧力を前記エッチングする工程での前記処理室内の圧力よりも低くし、The minimum pressure in the processing chamber containing the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made lower than the pressure in the processing chamber in the step of etching.
前記エッチングする工程では、In the etching step,
前記残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去するThe residual impurities are removed together with at least the group III nitride semiconductor constituting the surface layer of the seed crystal substrate.
窒化物結晶基板の製造方法。A method for manufacturing a nitride crystal substrate.
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱し、前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の少なくとも前記表層に残留した前記インクルージョンを含む残留不純物の少なくとも一部を、該表層から気化させる工程と、
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物結晶基板を作製する工程と、
を有し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程では、
前記種結晶基板に対して所定のガスを供給し、
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程で前記種結晶基板の上面上に流れる前記所定のガスの流速を、前記エッチングする工程で前記種結晶基板の上面上に流れるガスの流速よりも高くし、
前記エッチングする工程では、
前記残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
窒化物結晶基板の製造方法。 A step of preparing a seed crystal substrate made of a group III nitride semiconductor in which at least the surface layer of the crystal containing inclusions in the crystal is polished.
The seed crystal substrate is heated to a predetermined temperature or higher, and at least a part of residual impurities including the inclusions remaining on the surface layer of the seed crystal substrate is vaporized from the surface layer in the step of preparing the seed crystal substrate. Process and
A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
A step of slicing the semiconductor layer to prepare a nitride crystal substrate, and
Have,
In the step of vaporizing at least a part of the residual impurities,
A predetermined gas is supplied to the seed crystal substrate,
The flow velocity of the predetermined gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made higher than the flow velocity of the gas flowing on the upper surface of the seed crystal substrate in the etching step. ,
In the etching step,
The pre-chopped distillate impurities, at least the group III nitride crystal substrate manufacturing method of removing with a nitride semiconductor that constitutes the surface layer of the seed crystal substrate.
前記種結晶基板を所定の温度以上に加熱し、前記種結晶基板を用意する工程で前記種結晶基板の少なくとも前記表層に残留した前記インクルージョンを含む残留不純物の少なくとも一部を、該表層から気化させる工程と、The seed crystal substrate is heated to a predetermined temperature or higher, and at least a part of residual impurities including the inclusions remaining on the surface layer of the seed crystal substrate is vaporized from the surface layer in the step of preparing the seed crystal substrate. Process and
前記種結晶基板の少なくとも前記表層のうちの露出部を気相中でエッチングする工程と、A step of etching at least the exposed portion of the surface layer of the seed crystal substrate in the gas phase,
前記種結晶基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the seed crystal substrate by a vapor phase growth method.
前記半導体層をスライスし、窒化物結晶基板を作製する工程と、A step of slicing the semiconductor layer to prepare a nitride crystal substrate, and
を有し、Have,
前記残留不純物の少なくとも一部を気化させる工程での前記種結晶基板を収容する処理室内の最低圧力を前記エッチングする工程での前記処理室内の圧力よりも低くし、 The minimum pressure in the processing chamber containing the seed crystal substrate in the step of vaporizing at least a part of the residual impurities is made lower than the pressure in the processing chamber in the step of etching.
前記エッチングする工程では、In the etching step,
前記残留不純物を、前記種結晶基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去するThe residual impurities are removed together with at least the group III nitride semiconductor constituting the surface layer of the seed crystal substrate.
窒化物結晶基板の製造方法。A method for manufacturing a nitride crystal substrate.
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