JP6934802B2 - Method for manufacturing group III nitride semiconductor substrate and group III nitride semiconductor substrate - Google Patents

Method for manufacturing group III nitride semiconductor substrate and group III nitride semiconductor substrate Download PDF

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Description

本発明は、III族窒化物半導体基板、及び、III族窒化物半導体基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a group III nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate.

関連する技術が特許文献1と特許文献2に開示されている。特許文献1と特許文献2に開示されているように、III族窒化物半導体結晶のc面上にデバイス(例:光デバイス、電子デバイス等)を形成した場合、ピエゾ電界に起因して内部量子効率が低下する。そこで、いわゆる半極性面(極性面及び無極性面と異なる面)上にデバイスを形成する試みがなされている。 Related techniques are disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. As disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, when a device (eg, optical device, electronic device, etc.) is formed on the c-plane of a group III nitride semiconductor crystal, the internal quantum is caused by the piezo electric field. Efficiency is reduced. Therefore, attempts have been made to form the device on a so-called semi-polar surface (a surface different from the polar surface and the non-polar surface).

また、関連する技術が特許文献3と特許文献4に開示されている。特許文献3と特許文献4に開示されているように、バルク状III族窒化物半導体結晶から半極性面を主面として有する結晶片を切り出して、その結晶片を接合して作製した、半極性面を主面としたIII族窒化物半導体結晶を製造する試みがなされている。 Further, related techniques are disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4. As disclosed in Patent Documents 3 and 4, a semipolar crystal piece having a semipolar plane as a main surface is cut out from a bulk group III nitride semiconductor crystal and the crystal pieces are joined to form a semipolarity. Attempts have been made to produce group III nitride semiconductor crystals with a surface as the main surface.

また、関連する技術が特許文献5に開示されている。特許文献5に開示されているように、c面からm軸方向に傾斜した半極性面である(20−21)面及び(20−2−1)面を主面としたGaN系半導体光素子を製造する試みがなされている。 Further, the related technique is disclosed in Patent Document 5. As disclosed in Patent Document 5, a GaN-based semiconductor optical device having a (20-21) plane and a (20-2-1) plane, which are semipolar planes inclined in the m-axis direction from the c plane, as main planes. Attempts have been made to manufacture.

特開2012−160755号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-160755 特開2016−12717号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-12717 特開2010−13298号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-13298 特開2013−82628号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-82628 特開2012−15555号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-15555

本発明は、III族窒化物半導体基板上に形成されたデバイスの内部量子効率を向上させるための技術を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a technique for improving the internal quantum efficiency of a device formed on a group III nitride semiconductor substrate.

本発明によれば、
主面の面方位が{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であるサファイア基板と、
前記サファイア基板の主面上に位置し、主面が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含む多結晶のバッファ層と、
前記バッファ層の上に位置し、主面が{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面であるIII族窒化物半導体層と、
を有するIII族窒化物半導体基板が提供される。
According to the present invention
A sapphire substrate whose main surface is inclined at any angle of greater than 0 ° and less than 10.5 ° in the direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane.
At least one of the surfaces located on the main surface of the sapphire substrate and having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface and the {-1-12-4} surface, and the other. A polycrystalline buffer layer including faces and
A group III nitride semiconductor layer located above the buffer layer and having a main surface having an off-angle within 10 ° from the {-1-12-4} plane or the {-1-12-4} plane. ,
A group III nitride semiconductor substrate having the above is provided.

また、本発明によれば、
主面の面方位が{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であるサファイア基板の主面上に、主面が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含む多結晶のバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
前記バッファ層の上に、主面が{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面であるIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
Further, according to the present invention.
On the main surface of the sapphire substrate, the surface orientation of the main surface is a surface that is inclined at any angle from 0 ° to less than 10.5 ° in the direction parallel to the a plane. , A polycrystalline buffer layer containing at least one of the {-1-12-4} plane and the {-1-12-4} plane having an off-angle within 10 ° and the other plane. The buffer layer forming step to be formed and
A group III nitride semiconductor layer whose main surface is a surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface or the {-1-12-4} surface is formed on the buffer layer. Growth process and
A method for producing a group III nitride semiconductor substrate having the above is provided.

本発明によれば、III族窒化物半導体基板上に形成されたデバイスの内部量子効率を向上させることができる。 According to the present invention, the internal quantum efficiency of the device formed on the group III nitride semiconductor substrate can be improved.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板との相違を示す実施例である。This is an example showing a difference from the group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process flow of the manufacturing method of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の一例を示す側面模式図である。It is a side schematic diagram which shows an example of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の一例を示す側面模式図である。It is a side schematic diagram which shows an example of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板との相違を示す図である。It is a figure which shows the difference from the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造過程の一例を示す側面模式図である。It is a side schematic diagram which shows an example of the manufacturing process of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の一例を示す側面模式図である。It is a side schematic diagram which shows an example of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特徴を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the feature of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特徴を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the feature of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment. 本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特徴を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the feature of the group III nitride semiconductor substrate of this embodiment.

以下、本発明のIII族窒化物半導体基板、及び、III族窒化物半導体基板の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。 Hereinafter, embodiments of the group III nitride semiconductor substrate of the present invention and the method for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate will be described with reference to the drawings. It should be noted that the figure is merely a schematic view for explaining the configuration of the invention, and the size, shape, number, ratio of different member sizes, etc. of each member are not limited to those shown.

まず、本実施形態の概要について説明する。特徴的な複数の工程を含む本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、サファイア基板上に、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させることができる。結果、露出面(主面)がN極性側の半極性面、具体的には{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面となったIII族窒化物半導体層がサファイア基板上に位置するIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板)が得られる。また、当該テンプレート基板から、又は、当該テンプレート基板の上にIII族窒化物半導体を厚膜成長した積層体からサファイア基板を剥離することで、N極性側の半極性面、具体的には{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面を主面として有するIII族窒化物半導体層からなるIII族窒化物半導体基板(自立基板)が得られる。 First, the outline of the present embodiment will be described. According to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment including a plurality of characteristic steps, a group III nitride semiconductor is grown on a sapphire substrate with the semipolar surface on the N-polar side as a growth surface. Can be done. As a result, the exposed surface (main surface) is a semi-polar surface on the N-polar side, specifically, a surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface or the {-1-12-4} surface. A group III nitride semiconductor substrate (template substrate) in which the group III nitride semiconductor layer is located on the sapphire substrate can be obtained. Further, by peeling the sapphire substrate from the template substrate or from the laminate in which the group III nitride semiconductor is grown as a thick film on the template substrate, the semipolar surface on the N-polar side, specifically {- Group III nitride semiconductor substrate (self-supporting substrate) composed of a group III nitride semiconductor layer having a surface having an off angle within 10 ° from the 1-12-4} surface or the {-1-12-4} surface as the main surface. Is obtained.

なお、本実施形態では、「半極性面であって、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える面」を、「Ga極性側の半極性面」と呼ぶ場合がある。また、「半極性面であって、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の面」を、「N極性側の半極性面」と呼ぶ場合がある。 In the present embodiment, "a semi-polar surface which is represented by the Miller index (hkml) and where l exceeds 0" may be referred to as "a semi-polar surface on the Ga polar side". Further, a "semi-polar surface which is represented by the Miller index (hkml) and whose l is less than 0" may be referred to as a "semi-polar surface on the N-polar side".

このようなIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)上にデバイスを形成することで、内部量子効率の向上が実現される。以下、詳細に説明する。 By forming the device on such a group III nitride semiconductor substrate (template substrate, self-supporting substrate), improvement of internal quantum efficiency is realized. Hereinafter, a detailed description will be given.

まず、III族窒化物半導体基板(テンプレート基板)の製造方法を説明する。図3は、III族窒化物半導体基板(テンプレート基板)の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図示するように、III族窒化物半導体基板(テンプレート基板)の製造方法は、基板準備工程S10と、熱処理工程S20と、先流し工程S30と、バッファ層形成工程S40と、成長工程S50とを有する。 First, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate (template substrate) will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of a processing flow of a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate (template substrate). As shown in the figure, the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate (template substrate) includes a substrate preparation step S10, a heat treatment step S20, a pre-flow step S30, a buffer layer forming step S40, and a growth step S50. ..

基板準備工程S10では、サファイア基板を準備する。サファイア基板の直径は、例えば、1インチ以上である。また、サファイア基板の厚さは、例えば、250μm以上である。 In the substrate preparation step S10, a sapphire substrate is prepared. The diameter of the sapphire substrate is, for example, 1 inch or more. The thickness of the sapphire substrate is, for example, 250 μm or more.

サファイア基板の主面の面方位は、その上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の1つである。当該要素とIII族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。基板準備工程S10では、主面が所望の面方位であるサファイア基板を準備する。 The plane orientation of the main surface of the sapphire substrate is one of a plurality of elements that control the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the sapphire substrate. The relationship between the element and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown in the following examples. In the substrate preparation step S10, a sapphire substrate whose main surface has a desired plane orientation is prepared.

サファイア基板の主面は、例えば{10−10}面、又は、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面である。 The main surface of the sapphire substrate is, for example, a {10-10} surface or a surface in which the {10-10} surface is inclined by a predetermined angle in a predetermined direction.

{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、例えば、{10−10}面を任意の方向に0°より大0.5°以下の中の何れかの角度で傾斜した面であってもよい。 A surface in which the {10-10} plane is tilted in a predetermined direction by a predetermined angle is, for example, a plane in which the {10-10} plane is tilted in any direction from 0 ° to 0.5 ° or less. It may be a surface.

また、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。または、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°以下の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。例えば、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、{10−10}面をa面と平行になる方向に0.5°以上1.5°以下、1.5°以上2.5°以下、4.5°以上5.5°以下、6.5°以上7.5°以下、9.5°以上10.5°以下の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。 Further, the surface in which the {10-10} plane is inclined by a predetermined angle in a predetermined direction is any one of those larger than 0 ° and less than 10.5 ° in the direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. It may be an angled surface. Alternatively, the surface in which the {10-10} plane is tilted by a predetermined angle in a predetermined direction is any one of those greater than 0 ° and 10.5 ° or less in the direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. It may be an angled surface. For example, a surface in which the {10-10} plane is tilted by a predetermined angle in a predetermined direction is 0.5 ° or more and 1.5 ° or less, 1.5 ° in a direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. A surface inclined at any of the following angles: 2.5 ° or more, 4.5 ° or more and 5.5 ° or less, 6.5 ° or more and 7.5 ° or less, and 9.5 ° or more and 10.5 ° or less. It may be.

熱処理工程S20は、基板準備工程S10の後に行われる。熱処理工程S20では、サファイア基板に対して、以下の条件で熱処理を行う。 The heat treatment step S20 is performed after the substrate preparation step S10. In the heat treatment step S20, the sapphire substrate is heat-treated under the following conditions.

温度:800℃以上1200℃以下
圧力:30torr以上760torr以下
熱処理時間:5分以上20分以下
キャリアガス:H、又は、HとN(H比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただし、成長装置のサイズにより供給量は変動する為、これに限定されない。)
Temperature: 800 ° C. or higher 1200 ° C. or less pressure: 30 torr or more 760torr following heat treatment time: 5 minutes or more 20 minutes or less carrier gas: H 2, or, H 2 and N 2 (H 2 ratio 0% to 100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (However, the supply amount varies depending on the size of the growth device, and is not limited to this.)

なお、サファイア基板に対する熱処理は、窒化処理を行いながら行う場合と、窒化処理を行わずに行う場合とがある。窒化処理を行いながら熱処理を行う場合、熱処理時に0.5slm以上20slm以下のNHがサファイア基板上に供給される(ただし成長装置のサイズにより供給量は変動する為、これに限定されない。)。また、窒化処理を行わずに熱処理を行う場合、熱処理時にNHが供給されない。 The heat treatment on the sapphire substrate may be performed while performing the nitriding treatment or may be performed without performing the nitriding treatment. When the heat treatment is performed while performing the nitriding treatment, NH 3 of 0.5 slm or more and 20 slm or less is supplied onto the sapphire substrate during the heat treatment (however, the supply amount varies depending on the size of the growth apparatus and is not limited to this). Further, when the heat treatment is performed without performing the nitriding treatment, NH 3 is not supplied during the heat treatment.

熱処理時の窒化処理の有無は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の1つとなる場合がある。当該要素とIII族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。 The presence or absence of nitriding treatment during the heat treatment may be one of a plurality of factors that control the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate. The relationship between the element and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown in the following examples.

先流し工程S30は、熱処理工程S20の後に行われる。先流し工程S30では、サファイア基板の主面上に以下の条件で金属含有ガスを供給する。先流し工程S30は、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置内で行われてもよい。 The pre-flow step S30 is performed after the heat treatment step S20. In the pre-flow step S30, the metal-containing gas is supplied onto the main surface of the sapphire substrate under the following conditions. The pre-flow step S30 may be performed in, for example, a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus.

温度:500℃以上1000℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:20ccm以上500ccm以下、1秒
以上60秒以下
キャリアガス:H、又は、HとN(H比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
Temperature: 500 ° C or more and 1000 ° C or less Pressure: 30 torr or more and 200 torr or less Trimethylaluminum supply amount, supply time: 20 cm or more and 500 ccm or less, 1 second or more and 60 seconds or less Carrier gas: H 2 or H 2 and N 2 (H 2 ratio) 0-100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (However, the gas supply amount is not limited to this because it varies depending on the size and configuration of the growth apparatus).

上記条件は、金属含有ガスとして有機金属原料であるトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムを供給する場合のものである。当該工程では、トリメチルアルミニウムトリエチルアルミニウムに代えて他の金属を含有する金属含有ガスを供給し、アルミニウム膜に代えて、チタン膜、バナジウム膜や銅膜等の他の金属膜をサファイア基板の主面上に形成してもよい。また、有機金属原料から生成するメタン、エチレン、エタン等の炭化水素化合物との反応膜である炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化バナジウムや炭化銅等の他の炭化金属膜をサファイア基板の主面上に形成してもよい。 The above conditions are for supplying trimethylaluminum and triethylaluminum, which are organic metal raw materials, as the metal-containing gas. In this step, a metal-containing gas containing another metal is supplied instead of trimethylaluminum triethylaluminum, and another metal film such as a titanium film, a vanadium film or a copper film is used instead of the aluminum film on the main surface of the sapphire substrate. It may be formed on top. In addition, other metal carbide films such as aluminum carbide, titanium carbide, vanadium carbide and copper carbide, which are reaction films with hydrocarbon compounds such as methane, ethylene and ethane produced from organic metal raw materials, are placed on the main surface of the sapphire substrate. It may be formed.

先流し工程S30により、サファイア基板の主面上に金属膜及び炭化金属膜が形成される。当該金属膜の存在が、その上に成長させる結晶の極性を反転させるための条件となる。すなわち、先流し工程S30の実施は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素の中の1つである。 By the pre-flow step S30, a metal film and a metal carbide film are formed on the main surface of the sapphire substrate. The presence of the metal film is a condition for reversing the polarity of the crystals grown on it. That is, the implementation of the pre-flow step S30 is among a plurality of elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate as the semi-polar surface on the N-polar side. It is one of.

バッファ層形成工程S40は、先流し工程S30の後に行われる。バッファ層形成工程S40では、サファイア基板の主面上にバッファ層を形成する。バッファ層の厚さは、例えば、20nm以上300nm以下である。 The buffer layer forming step S40 is performed after the pre-flow step S30. In the buffer layer forming step S40, the buffer layer is formed on the main surface of the sapphire substrate. The thickness of the buffer layer is, for example, 20 nm or more and 300 nm or less.

バッファ層は、例えば、AlN層である。例えば、以下の条件でAlN結晶をエピタキシャル成長させ、バッファ層を形成してもよい。 The buffer layer is, for example, an AlN layer. For example, an AlN crystal may be epitaxially grown under the following conditions to form a buffer layer.

成長方法:MOCVD法
成長温度:800℃以上950℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
トリメチルアルミニウム供給量:20ccm以上500ccm以下
NH供給量:0.5slm以上10slm以下
キャリアガス:H、又は、HとN(H比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
Growth method: MOCVD method Growth temperature: 800 ° C or more and 950 ° C or less Pressure: 30 torr or more and 200 torr or less Trimethylaluminum supply amount: 20 cm cm or more and 500 cm or less NH 3 supply amount: 0.5 slm or more and 10 slm or less Carrier gas: H 2 or H 2 And N 2 (H 2 ratio 0-100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (However, the gas supply amount is not limited to this because it varies depending on the size and configuration of the growth apparatus).

バッファ層形成工程S40の成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の1つとなる場合がある。当該要素とIII族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。 The growth condition of the buffer layer forming step S40 may be one of a plurality of elements that control the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate. The relationship between the element and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown in the following examples.

また、バッファ層形成工程S40における成長条件(比較的低めの所定の成長温度、具体的には800〜950℃、および比較的低い圧力)は、N極性側を維持しながらAlNを成長させるための条件となる。すなわち、バッファ層形成工程S40における成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素の中の1つである。 Further, the growth conditions in the buffer layer forming step S40 (relatively low predetermined growth temperature, specifically 800 to 950 ° C., and relatively low pressure) are for growing AlN while maintaining the N polar side. It becomes a condition. That is, the growth condition in the buffer layer forming step S40 is a plurality of elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate to the semi-polar surface on the N-polar side. It is one of them.

また、バッファ層の主面(成長面)の状態は、その上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールするための1つの要素となる。 Further, the state of the main surface (growth surface) of the buffer layer is one element for controlling the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the buffer layer.

具体的には、サファイア基板の主面の面方位を{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面とし、上記条件で熱処理工程S20及び先流し工程S30を行った後、上記条件でバッファ層形成工程S40を行ってAlN層(バッファ層)を形成すると、AlN層の主面は、{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含む状態となる(図10参照)。すなわち、AlN層は多結晶となっている。その他の面は、{10−10}面、{11−21}面、{11−22}面、及び、{10−13}面も中の少なくとも1つを含む。以下の実施例で示すが、バッファ層形成工程S40の後に、以下で説明する成長工程S50を実施し、上述のようなAlN層(バッファ層)の上にIII族窒化物半導体層を形成すると、III族窒化物半導体層の主面を、{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面とすることができる(図11参照)。すなわち、III族窒化物半導体層は単結晶となっている。 Specifically, the surface orientation of the main surface of the sapphire substrate is set to be a surface inclined at any angle of greater than 0 ° and less than 10.5 ° in the direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. When the heat treatment step S20 and the pre-flow step S30 are performed under the above conditions and then the buffer layer forming step S40 is performed under the above conditions to form the AlN layer (buffer layer), the main surface of the AlN layer becomes {-1-12. The state includes at least one of the -4} surface and the surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface, and the other surface (see FIG. 10). That is, the AlN layer is polycrystalline. Other planes include at least one of the {10-10} plane, the {11-21} plane, the {11-22} plane, and the {10-13} plane. As shown in the following examples, when the growth step S50 described below is carried out after the buffer layer forming step S40 to form the group III nitride semiconductor layer on the AlN layer (buffer layer) as described above, The main surface of the group III nitride semiconductor layer can be a surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface or the {-1-12-4} surface (see FIG. 11). .. That is, the group III nitride semiconductor layer is a single crystal.

図3に戻り、成長工程S50は、バッファ層形成工程S40の後に行われる。成長工程S50では、バッファ層の上に、以下の成長条件でIII族窒化物半導体結晶(例:GaN結晶)をエピタキシャル成長させ、成長面が所定の面方位(N極性側の半極性面)となっているIII族窒化物半導体層を形成する。III族窒化物半導体層30の厚さは、例えば、1μm以上20μm以下である。 Returning to FIG. 3, the growth step S50 is performed after the buffer layer forming step S40. In the growth step S50, a group III nitride semiconductor crystal (eg, GaN crystal) is epitaxially grown on the buffer layer under the following growth conditions, and the growth plane becomes a predetermined plane orientation (semipolar plane on the N polar side). It forms a group III nitride semiconductor layer. The thickness of the group III nitride semiconductor layer 30 is, for example, 1 μm or more and 20 μm or less.

成長方法:MOCVD法
成長温度:800℃以上1025℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
TMGa供給量:25sccm以上1000sccm以下
NH3供給量:1slm以上20slm以下
キャリアガス:H、又は、HとN(H比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
成長速度:10μm/h以上
Growth method: MOCVD method Growth temperature: 800 ° C or higher and 1025 ° C or lower
Pressure: 30 torr or more and 200 torr or less TMGa supply amount: 25 sccm or more and 1000 sccm or less NH3 supply amount: 1 slm or more and 20 slm or less Carrier gas: H 2 or H 2 and N 2 (H 2 ratio 0 to 100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (However, the gas supply amount is not limited to this because it varies depending on the size and configuration of the growth apparatus).
Growth rate: 10 μm / h or more

成長工程S50における成長条件(比較的低い成長温度、比較的低い圧力、比較的速い成長速度)は、N極性側を維持しながらGaNを成長させるための条件となる。すなわち、成長工程S50における成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素の中の1つである。 The growth conditions (relatively low growth temperature, relatively low pressure, relatively fast growth rate) in the growth step S50 are conditions for growing GaN while maintaining the N-polar side. That is, the growth condition in the growth step S50 is among a plurality of elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate to the semi-polar surface on the N-polar side. It is one of.

以上の条件で製造することで、図4に示すような、サファイア基板21と、バッファ層22と、III族窒化物半導体層23とがこの順に積層し、III族窒化物半導体層23の成長面24の面方位がN極性側の半極性面となっているIII族窒化物半導体基板20を製造することができる。また、製造条件を上記条件の範囲で調整することで、成長面24の面方位を所望の半極性面(例:−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面)とすることができる。 By manufacturing under the above conditions, the sapphire substrate 21, the buffer layer 22, and the group III nitride semiconductor layer 23 are laminated in this order as shown in FIG. 4, and the growth surface of the group III nitride semiconductor layer 23 is formed. It is possible to manufacture a group III nitride semiconductor substrate 20 in which the plane orientation of 24 is a semipolar plane on the N-polar side. Further, by adjusting the manufacturing conditions within the range of the above conditions, the plane orientation of the growth plane 24 can be changed from the desired semipolar plane (example: -1-12-4} plane or {-1-12-4} plane to 10 A surface having an off angle within °).

次に、III族窒化物半導体基板(自立基板)の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate (self-supporting substrate) will be described.

例えば、図3に示すフローで図4に示すような積層体(テンプレート基板)を製造した後、当該積層体からサファイア基板21及びバッファ層22を除去する(剥離工程)ことで、図5に示すようなIII族窒化物半導体層23からなるIII族窒化物半導体基板10(自立基板)を製造することができる。サファイア基板21及びバッファ層22を除去する手段は特段制限されない。例えば、サファイア基板21とIII族窒化物半導体層23との間の線膨張係数差に起因する応力を利用して、これらを分離してもよい。そして、バッファ層22を研磨やエッチング等で除去してもよい。 For example, after producing a laminate (template substrate) as shown in FIG. 4 by the flow shown in FIG. 3, the sapphire substrate 21 and the buffer layer 22 are removed from the laminate (peeling step), as shown in FIG. A group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) composed of the group III nitride semiconductor layer 23 can be manufactured. The means for removing the sapphire substrate 21 and the buffer layer 22 is not particularly limited. For example, the stress caused by the difference in the coefficient of linear expansion between the sapphire substrate 21 and the group III nitride semiconductor layer 23 may be used to separate them. Then, the buffer layer 22 may be removed by polishing, etching, or the like.

その他の除去例として、サファイア基板21とバッファ層22との間に剥離層を形成してもよい。例えば、炭化物(炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタル)が分散した炭素層、及び、炭化物(炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタル)の層の積層体をサファイア基板21上に形成した後に、窒化処理を行った層を剥離層として形成してもよい。 As another removal example, a release layer may be formed between the sapphire substrate 21 and the buffer layer 22. For example, a carbon layer in which carbides (aluminum carbide, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, vanadium carbide or tantalum carbide) are dispersed, and carbides (aluminum carbide, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, vanadium carbide or tantalum carbide). After forming the laminate of the layers on the sapphire substrate 21, the layer subjected to the carbide treatment may be formed as a release layer.

このような剥離層の上にバッファ層22及びIII族窒化物半導体層23を形成した後、当該積層体を、III族窒化物半導体層23を形成する際の加熱温度よりも高い温度で加熱すると、剥離層の部分を境界にして、サファイア基板21側の部分と、III族窒化物半導体層23側の部分とに分離することができる。III族窒化物半導体層23側の部分から、バッファ層22等を研磨やエッチング等で除去することで、図5に示すようなIII族窒化物半導体層23からなるIII族窒化物半導体基板10(自立基板)を得ることができる。 After forming the buffer layer 22 and the group III nitride semiconductor layer 23 on such a release layer, the laminate is heated at a temperature higher than the heating temperature at which the group III nitride semiconductor layer 23 is formed. It can be separated into a portion on the sapphire substrate 21 side and a portion on the group III nitride semiconductor layer 23 side with the portion of the release layer as a boundary. By removing the buffer layer 22 and the like from the portion on the side of the group III nitride semiconductor layer 23 by polishing, etching, or the like, the group III nitride semiconductor substrate 10 composed of the group III nitride semiconductor layer 23 as shown in FIG. 5 ( A self-supporting substrate) can be obtained.

自立基板のその他の製造方法の例として、図3に示すフローで図4に示すような積層体(テンプレート基板)を製造した後、当該テンプレート基板の上に(III族窒化物半導体層23の上に)、例えばHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法でIII族窒化物半導体を厚膜成長させてHVPE層を形成してもよい。結果、テンプレート基板の上に(III族窒化物半導体層23の上に)、露出面がN極性側の半極性面となったIII族窒化物半導体のHVPE層が得られる。HVPE法でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる成長条件は特段制限されず、従来技術に準じたものを採用すれば、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を厚膜成長させることができる。そして、HVPE層からスライスなどして、III族窒化物半導体基板10(自立基板)を得てもよい。 As an example of another manufacturing method of the self-supporting substrate, after producing a laminate (template substrate) as shown in FIG. 4 by the flow shown in FIG. 3, it is placed on the template substrate (on the group III nitride semiconductor layer 23). In), for example, the HVPE layer may be formed by growing a group III nitride semiconductor as a thick film by the HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method. As a result, an HVPE layer of a group III nitride semiconductor having an exposed surface as a semi-polar surface on the N-polar side is obtained on the template substrate (on the group III nitride semiconductor layer 23). The growth conditions for epitaxially growing a group III nitride semiconductor by the HVPE method are not particularly limited. Can be made to. Then, the group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) may be obtained by slicing or the like from the HVPE layer.

次に、上記製造方法で得られたIII族窒化物半導体基板20(テンプレート基板)及びIII族窒化物半導体基板10(自立基板)の構成及び特徴を説明する。 Next, the configurations and features of the group III nitride semiconductor substrate 20 (template substrate) and the group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) obtained by the above manufacturing method will be described.

図4に示すように、III族窒化物半導体基板20(テンプレート基板)は、サファイア基板21と、サファイア基板21の上に形成されたバッファ層22と、バッファ層22の上に形成されたIII族窒化物半導体層23とを有する。III族窒化物半導体層23の主面(成長面24)は、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の面である。 As shown in FIG. 4, the group III nitride semiconductor substrate 20 (template substrate) includes a sapphire substrate 21, a buffer layer 22 formed on the sapphire substrate 21, and a group III formed on the buffer layer 22. It has a nitride semiconductor layer 23. The main surface (growth surface 24) of the group III nitride semiconductor layer 23 is a semi-polar surface, represented by the Miller index (hkml), and l is less than 0.

サファイア基板21の主面(バッファ層22と接する面)の面方位は、例えば{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面である。この場合、AlN層(バッファ層22)は、主面(III族窒化物半導体層23と接する面)の面方位が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含む。AlN層は多結晶となっている。その他の面は、{10−10}面、{11−21}面、{11−22}面、及び、{10−13}面の中の少なくとも1つを含む。そして、III族窒化物半導体層23の主面(露出面)は、{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面である。III族窒化物半導体層は単結晶となっている。III族窒化物半導体層23の膜厚は、1μm以上20μm以下である。 The plane orientation of the main surface (the surface in contact with the buffer layer 22) of the sapphire substrate 21 is, for example, one of the directions greater than 0 ° and less than 10.5 ° in the direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. It is a surface that is inclined at an angle. In this case, in the AlN layer (buffer layer 22), the plane orientation of the main plane (the plane in contact with the group III nitride semiconductor layer 23) is from the {-1-12-4} plane and the {-1-12-4} plane. Includes at least one of the surfaces having an off angle within 10 ° and the other surface. The AlN layer is polycrystalline. Other planes include at least one of the {10-10} plane, the {11-21} plane, the {11-22} plane, and the {10-13} plane. The main surface (exposed surface) of the group III nitride semiconductor layer 23 is a surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface or the {-1-12-4} surface. The group III nitride semiconductor layer is a single crystal. The film thickness of the group III nitride semiconductor layer 23 is 1 μm or more and 20 μm or less.

以下の実施例で示すが、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなるほど結晶性が悪化する。結果、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなるほどXRCの半値幅は大きくなる。このため、成長面が半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える面の場合、結晶性が良好で、かつ、厚膜なIII族窒化物半導体層を製造することが困難である。 As shown in the following examples, when a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a growth surface which is a semipolar plane, is represented by a Miller index (hkml), and l exceeds 0, the thickness of the group III nitride semiconductor layer is thick. The thicker the thickness, the worse the crystallinity. As a result, the thicker the group III nitride semiconductor layer, the larger the half-value width of XRC. Therefore, when the growth surface is a semi-polar surface, represented by the Miller index (hkml), and l is more than 0, a group III nitride semiconductor layer having good crystallinity and a thick film is produced. Is difficult.

一方、以下の実施例で示すが、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなっても結晶性がほとんど変化しない。半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長する本実施形態の場合、結晶性が上述のように良好で、かつ、厚膜(例えば100μm以上)なIII族窒化物半導体層を製造することができる。 On the other hand, as shown in the following examples, when a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a growth surface which is a semipolar plane, is represented by a Miller index (hkml), and l is less than 0, the group III nitride semiconductor layer The crystallinity hardly changes even if the thickness of the is increased. In the case of the present embodiment, which is a semipolar plane, represented by the Miller index (hkml), and epitaxially grows a group III nitride semiconductor on a growth plane in which l is less than 0, the crystallinity is good as described above, and the crystallinity is good. A group III nitride semiconductor layer having a thick film (for example, 100 μm or more) can be produced.

図5に示すように、III族窒化物半導体基板10(自立基板)は、III族窒化物半導体結晶で構成されたIII族窒化物半導体層23からなる。III族窒化物半導体基板10(自立基板)の膜厚は100μm以上である。自立基板は、III族窒化物半導体結晶で構成され、表裏の関係にある露出した第1の主面11及び第2の主面12はいずれも半極性面、いずれか一方は例えば{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面である。 As shown in FIG. 5, the group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) is composed of a group III nitride semiconductor layer 23 composed of a group III nitride semiconductor crystal. The film thickness of the group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) is 100 μm or more. The self-supporting substrate is composed of a group III nitride semiconductor crystal, and the exposed first main surface 11 and the second main surface 12 which are in a front-to-back relationship are both semi-polar surfaces, and one of them is, for example, {-1-. A surface having an off angle within 10 ° from the 12-4} surface or the {-1-12-4} surface.

なお、サファイア基板上に、成長面が半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超えるIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した後、III族窒化物半導体層からサファイア基板を除去すると、外観は、図5に示す本実施形態のIII族窒化物半導体基板10(自立基板)と同じになる。しかし、このような基板と、本実施形態のIII族窒化物半導体基板10(自立基板)とは、III族窒化物半導体をエピタキシャル成長する際の成長面が「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える」か「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満」かにおいて、相違する。 The growth surface is a semipolar surface on the sapphire substrate, which is represented by a mirror index (hkml), and after epitaxially growing a group III nitride semiconductor in which l exceeds 0, the sapphire substrate is formed from the group III nitride semiconductor layer. When removed, the appearance becomes the same as the group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) of the present embodiment shown in FIG. However, in such a substrate and the group III nitride semiconductor substrate 10 (self-supporting substrate) of the present embodiment, the growth surface when epitaxially growing the group III nitride semiconductor is a "semipolar surface, and the Miller index (hkml). ), Or "a semipolar plane, represented by the Miller index (hkml), and l is less than 0".

当該違いは、膜厚と、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差との関係をみることで確認できる。 The difference can be confirmed by observing the relationship between the film thickness and the difference in the half-value width of the XRC on the main surface, which is in a front-to-back relationship.

上述の通り、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなるほど結晶性が悪化し、XRCの半値幅は大きくなる。すなわち、膜厚が大きくなるほど、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差は大きくなる。 As described above, it is a semipolar surface, represented by the Miller index (hkml), and when a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a growth surface where l exceeds 0, the thicker the thickness of the group III nitride semiconductor layer, the thicker the layer. The crystallinity deteriorates and the half width of XRC increases. That is, the larger the film thickness, the larger the difference in the half-value width of the XRC on the main surface, which is in a front-to-back relationship.

一方、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の成長面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなっても結晶性がほとんど変化しない。すなわち、膜厚が大きくなっても、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差は所定レベル以下となる。 On the other hand, when a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a growth surface having a semipolar surface, represented by the Miller index (hkml), and l is less than 0, even if the thickness of the group III nitride semiconductor layer becomes thicker. Crystallinity hardly changes. That is, even if the film thickness is increased, the difference in the half-value width of the XRC on the main surface, which is in a front-to-back relationship, is equal to or less than a predetermined level.

以上より、膜厚が所定範囲である際の表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差を確認することで、そのIII族窒化物半導体基板が「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える」成長面上にエピタキシャル成長してできたものか、それとも、「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満」の成長面上にエピタキシャル成長してできたものかを確認することができる。 From the above, by confirming the difference in the half-value width of the XRC of the main surface, which is in a front-to-back relationship when the film thickness is within the predetermined range, the group III nitride semiconductor substrate is "a semi-polar surface and has a Miller index (Miller index). It is represented by hkml) and is formed by epitaxial growth on a growth plane in which l exceeds 0, or a growth plane in which it is a semipolar plane and is represented by a Miller index (hkml) and l is less than 0. It can be confirmed whether it is formed by epitaxial growth on the top.

具体的には、「膜厚が300μm以上である場合、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差が100arcsec以下」を満たす場合、「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満」の成長面上にエピタキシャル成長してできたIII族窒化物半導体基板であるといえる。そして、「膜厚が300μm以上である場合、表裏の関係にある主面のXRCの半値幅の差が100arcsecより大」を満たす場合、「半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える」成長面上にエピタキシャル成長してできたIII族窒化物半導体基板であるといえる。 Specifically, when "when the film thickness is 300 μm or more, the difference in half-value width of the XRC of the main surface which is in a front-to-back relationship is 100 arcsec or less" is satisfied, "it is a semi-polar surface and the Miller index (hkml) is used. It can be said that this is a group III nitride semiconductor substrate formed by epitaxially growing on a growth surface in which l is less than 0. Then, when "when the film thickness is 300 μm or more, the difference in the half-value width of the XRC of the main surface which is in a front-to-back relationship is larger than 100 arcsec" is satisfied, it is a "semi-polar surface and is represented by the Miller index (hkml)". It can be said that this is a group III nitride semiconductor substrate formed by epitaxial growth on a growth surface in which l exceeds 0.

次に、本実施形態の作用効果を説明する。 Next, the action and effect of this embodiment will be described.

本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、サファイア基板上に、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させることができる。結果、図4に示すように、露出面(成長面24)がN極性側の半極性面となったIII族窒化物半導体層23がサファイア基板21上に位置するIII族窒化物半導体基板20(テンプレート基板)が得られる。また、図5に示すように、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させることで得られたIII族窒化物半導体層23からなるIII族窒化物半導体基板10(自立基板)が得られる。 According to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment, a group III nitride semiconductor can be grown on a sapphire substrate with the semipolar surface on the N-polar side as a growth surface. As a result, as shown in FIG. 4, the group III nitride semiconductor layer 23 in which the exposed surface (growth surface 24) is a semi-polar surface on the N-polar side is located on the sapphire substrate 21 (group III nitride semiconductor substrate 20 ( Template substrate) is obtained. Further, as shown in FIG. 5, the group III nitride semiconductor substrate 10 (Group III nitride semiconductor substrate 10) composed of the group III nitride semiconductor layer 23 obtained by growing the group III nitride semiconductor with the semipolar surface on the N-polar side as the growth surface. Self-supporting substrate) can be obtained.

また、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、AlN層(バッファ層22)の主面(成長面)の状態を所望の状態にコントロールすることで、その上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を所望の状態にコントロールすることができる。 Further, according to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment, by controlling the state of the main surface (growth surface) of the AlN layer (buffer layer 22) to a desired state, epitaxial growth is performed on the main surface (growth surface). The plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer can be controlled to a desired state.

具体的には、AlN層の主面が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含むようにコントロールすると、III族窒化物半導体層の主面を{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面とすることができる。なお、AlN層の主面に含まれるその他の面は、{10−10}面、{11−21}面、{11−22}面、{10−13}面等を含む。 Specifically, at least one of the surface where the main surface of the AlN layer has an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface and the {-1-12-4} surface, and the other surface. When controlled to include, the main surface of the group III nitride semiconductor layer can be a surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface or the {-1-12-4} surface. .. The other surfaces included in the main surface of the AlN layer include {10-10} surface, {11-21} surface, {11-22} surface, {10-13} surface and the like.

このようなIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)上にデバイスを形成することで、内部量子効率の向上が実現される。 By forming the device on such a group III nitride semiconductor substrate (template substrate, self-supporting substrate), improvement of internal quantum efficiency is realized.

また、本実施形態のIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)を用いれば、面方位がN極性側の半極性面である主面上にデバイスを形成することができる。かかる場合、半極性面の効果によるピエゾ分極の低減だけでなく、自発分極の低減も実現される。このため、内部電界によっておこるシュタルク効果が抑制できる。 Further, by using the group III nitride semiconductor substrate (template substrate, self-supporting substrate) of the present embodiment, the device can be formed on the main surface which is the semi-polar surface on the N-polar side in the plane orientation. In such a case, not only the reduction of piezo polarization due to the effect of the semipolar surface but also the reduction of spontaneous polarization is realized. Therefore, the Stark effect caused by the internal electric field can be suppressed.

また、本発明者らは、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合、Ga極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合に比べて、表面状態が平坦になりやすいことを確認している。Ga極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合、ピットや、m面成分由来のファセットが発生しやすい。このような点においても、本実施形態のIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)は優れる。 Further, when the group III nitride semiconductor was grown with the semipolar surface on the N-polar side as the growth surface, the present inventors grew the group III nitride semiconductor with the semipolar surface on the Ga polar side as the growth surface. It has been confirmed that the surface condition tends to be flatter than in the case. When a group III nitride semiconductor is grown with the semi-polar plane on the Ga polar side as the growth plane, pits and facets derived from the m-plane component are likely to occur. In this respect as well, the group III nitride semiconductor substrate (template substrate, self-supporting substrate) of the present embodiment is excellent.

また、本発明者らは、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合、Ga極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合に比べて、不純物の取り込みが小さいことを確認している。具体的には、同じ装置及び同じ成長条件で成長させた2種類の極性面(N極性側の半極性面及びGa極性側の半極性面)のホール測定を行ったところ、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合、Ga極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を成長させた場合に比べて、キャリア濃度が1ケタ小さいことを確認した。これは、O原子の取り込みが低減できたためと推測される。このような点においても、本実施形態のIII族窒化物半導体基板(テンプレート基板、自立基板)は優れる。 Further, when the group III nitride semiconductor was grown with the semipolar surface on the N-polar side as the growth surface, the present inventors grew the group III nitride semiconductor with the semipolar surface on the Ga polar side as the growth surface. It has been confirmed that the uptake of impurities is smaller than in the case. Specifically, when hole measurements were performed on two types of polar surfaces (semipolar surface on the N-polar side and semipolar surface on the Ga-polar side) grown under the same equipment and under the same growth conditions, the half on the N-polar side was measured. When a group III nitride semiconductor is grown with the polar surface as the growth surface, the carrier concentration is one digit smaller than when the group III nitride semiconductor is grown with the semi-polar surface on the Ga polar side as the growth surface. confirmed. It is presumed that this is because the uptake of O atoms could be reduced. In this respect as well, the group III nitride semiconductor substrate (template substrate, self-supporting substrate) of the present embodiment is excellent.

また、本実施形態によれば、サファイア基板上に形成され、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の露出した主面を有するIII族窒化物半導体層と、下地基板としてサファイア基板を有するIII族窒化物半導体基板が提供される。また、上記III族窒化物半導体基板上に結晶成長を行うことにより、表裏の関係にある露出した第1及び第2の主面はいずれも半極性面であるIII族窒化物半導体自立基板が提供される。 Further, according to the present embodiment, a group III nitride semiconductor layer formed on a sapphire substrate, which is a semipolar surface, is represented by the Miller index (hkml), and has an exposed main surface in which l is less than 0, A group III nitride semiconductor substrate having a sapphire substrate as a base substrate is provided. Further, by performing crystal growth on the group III nitride semiconductor substrate, the group III nitride semiconductor self-supporting substrate is provided in which the exposed first and second main surfaces, which are in a front-to-back relationship, are both semi-polar surfaces. Will be done.

本実施形態により提供されるIII族窒化物半導体自立基板の表裏の関係にある露出した第1及び第2の主面は、例えば、一方が、c面からa面方向へ38.0°以上53.0°以下かつ、m面方向に−16.0°以上16.0°以下傾いた半極性面であり、もう一方は、−c面から−a面方向へ38.0°以上53.0°以下かつ、m面方向に−16.0°以上16.0°以下傾いた半極性面である。また、下地基板としてサファイア基板を有するIII族窒化物半導体基板の主面は、例えば−c面からa面方向へ38.0°以上53.0°以下かつ、m面方向に−16.0°以上16.0°以下傾いた半極性面である。 The exposed first and second main surfaces of the group III nitride semiconductor self-supporting substrate provided by the present embodiment have, for example, one of them 38.0 ° or more in the direction from the c-plane to the a-plane 53. It is a semi-polar surface that is 0.0 ° or less and tilted by -16.0 ° or more and 16.0 ° or less in the m-plane direction, and the other is 38.0 ° or more and 53.0 in the -a-plane direction from the -c plane. It is a semi-polar surface tilted at -16.0 ° or more and 16.0 ° or less in the m-plane direction. The main surface of the group III nitride semiconductor substrate having a sapphire substrate as the base substrate is, for example, 38.0 ° or more and 53.0 ° or less in the a-plane direction from the −c plane and -16.0 ° in the m-plane direction. It is a semi-polar surface tilted by 16.0 ° or less.

特に主面上に発光デバイス(LED、LD)を形成した場合、c面からa面方向へ39.1°傾いた面((11−24)面)は、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) pp. 413-416にて報告されている図1に示すように、ピエゾ電界が0となる為、無極性面のm面及び、a面と同等のシュタルク効果による内部量子効率の低下の抑制効果によって消費電力の低減、発光効率の向上が得られる。また、−c面から−a面方向へ39.1°傾いた主面((−1−12−4)面)は、半極性面の効果によるピエゾ分極の低減だけでなく、窒素原子からガリウム原子の向きに発生している自発分極の低減も実現される。このため、発光デバイス(LED、LD)の活性層に生じる内部電界によっておこるシュタルク効果を更に抑制できるので、更なる発光デバイス(LED、LD)の性能向上が得られる。 In particular, when a light emitting device (LED, LD) is formed on the main surface, the surface tilted by 39.1 ° from the c surface to the a surface ((11-24) surface) is Jpn. J. Appl. Phys. Vol. As shown in Fig. 1 reported in .39 (2000) pp. 413-416, since the piezo electric field becomes 0, the internal quantum efficiency due to the Stark effect equivalent to the m-plane and a-plane of the non-polar plane Power consumption is reduced and luminous efficiency is improved due to the effect of suppressing the decrease in light emission. In addition, the main surface ((-1-12-4) surface) tilted 39.1 ° from the -c plane to the -a plane not only reduces piezo polarization due to the effect of the semipolar plane, but also reduces piezo polarization from nitrogen atoms to gallium. The reduction of spontaneous polarization generated in the direction of atoms is also realized. Therefore, the Stark effect caused by the internal electric field generated in the active layer of the light emitting device (LED, LD) can be further suppressed, so that the performance of the light emitting device (LED, LD) can be further improved.

特許文献1と特許文献2で提供されるIII族窒化物半導体層は共に半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える主面を有しており、本実施形態により提供される半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の主面を有するIII族窒化物半導体層及びサファイア基板を有するIII族窒化物半導体基板と比較して、デバイスの内部量子効率は低い。 Both the group III nitride semiconductor layer provided in Patent Document 1 and Patent Document 2 are semipolar planes, are represented by a mirror index (hkml), and have a main plane in which l exceeds 0. Compared to a group III nitride semiconductor layer having a main surface in which l is less than 0 and a group III nitride semiconductor substrate having a sapphire substrate, which is a semipolar plane provided by The internal quantum efficiency of the device is low.

本実施形態により提供される、下地基板としてサファイア基板を有するIII族窒化物半導体基板を用いれば、サファイア基板を周知技術、慣用技術を含む何らかの方法で除去すれば、用いたサファイア基板の大きさと同等の大口径かつ、基板面内の結晶性、表面平坦性、不純物濃度、面方位の軸ブレが均一かつ、緻密な製造技術を必要としないIII族窒化物半導体自立基板の製造が可能となる。ここでいう周知技術、慣用技術とは、例えば、化学的エッチングや機械研磨、熱応力を利用した結晶剥離などである。 If a group III nitride semiconductor substrate having a sapphire substrate is used as the base substrate provided by the present embodiment, the size of the sapphire substrate is equivalent to that of the sapphire substrate used if the sapphire substrate is removed by some method including well-known techniques and conventional techniques. It is possible to manufacture a group III nitride semiconductor self-supporting substrate that has a large diameter, uniform in-plane crystallinity, surface flatness, impurity concentration, and axial deviation in plane orientation, and does not require precise manufacturing technology. The well-known technique and the conventional technique referred to here are, for example, chemical etching, mechanical polishing, crystal peeling using thermal stress, and the like.

特許文献3と特許文献4の方法で提供されるIII族窒化物半導体自立基板は、c面を主面としたIII族窒化物半導体自立基板から任意の面方位に切出した結晶片を接合して作製した、半極性面を主面としたIII族窒化物半導体自立基板である。これを実現するためには、バルク結晶から結晶片を大量に切出す工程や、結晶片を高同じ結晶軸方向に高い精度で揃えた上で接合する工程が必要となる為、高い歩留りを実現するための緻密な技術が必要となる。また、結晶片を接合して基板の口径を大きくする為、接合部に原子位置のずれが生じ、当該部では高密度の転位が発生する。このため、基板の結晶性の低下と転位密度の面内分布むらが発生してしまう。また、接合面がc面、m面、及び、m面からc面方向へ傾斜した面である場合には{11−22}面や{10−11}面などのファセット面が出現し、図2に示すように大きな窪みや結晶成長異常が発生してしまうため、表面平坦性の顕著な悪化と接合強度不足が生じ、基板のハンドリングに困難が生じる。 The group III nitride semiconductor self-supporting substrate provided by the methods of Patent Document 3 and Patent Document 4 is formed by joining crystal pieces cut out from a group III nitride semiconductor self-supporting substrate having a c-plane as a main surface in an arbitrary plane direction. This is a group III nitride semiconductor self-supporting substrate whose main surface is a semipolar surface. In order to achieve this, a process of cutting out a large amount of crystal pieces from a bulk crystal and a process of aligning the crystal pieces in the same crystal axis direction with high accuracy and then joining them are required, so that a high yield is realized. A precise technique is required to do this. Further, since the crystal pieces are joined to increase the diameter of the substrate, the atomic position is displaced at the joined portion, and high-density dislocations occur at the bonded portion. Therefore, the crystallinity of the substrate is lowered and the dislocation density is unevenly distributed in the plane. Further, when the joint surface is a c-plane, an m-plane, and a plane inclined from the m-plane toward the c-plane, facet planes such as {11-22} plane and {10-11} plane appear. As shown in 2, large dents and abnormal crystal growth occur, so that the surface flatness is remarkably deteriorated and the bonding strength is insufficient, which makes it difficult to handle the substrate.

また、図2に示すような大きな窪みや結晶成長異常に起因する表面平坦性の顕著な悪化と接合強度不足による基板のハンドリングの困難を解決する為、特許文献3と特許文献4の方法を用いて、接合面をa面及びa面からの傾斜面のみにする事が容易に考えられるが、この場合も、接合面での原子位置のずれによる転位発生と、これに伴う転位密度の面内分布むらは解決できない。また、a面またはa面を傾斜させた面で結晶の接合を行うことから、本実施形態により提供される、a面の傾斜面を主面としたIII族窒化物半導体自立基板の製造はできない。 Further, in order to solve the remarkable deterioration of the surface flatness caused by the large dents and the abnormal crystal growth as shown in FIG. 2 and the difficulty in handling the substrate due to the insufficient bonding strength, the methods of Patent Documents 3 and 4 are used. Therefore, it is easily conceivable that the joint surface is only the a-plane and the inclined surface from the a-plane. Uneven distribution cannot be resolved. Further, since the crystals are bonded on the a-plane or the a-plane inclined surface, the group III nitride semiconductor self-supporting substrate provided by the present embodiment with the a-plane inclined surface as the main surface cannot be manufactured. ..

本実施形態により提供されるIII族窒化物半導体自立基板の第1および第2の主面はいずれも例えばa面の傾斜面である為、側面に劈開面(m面)を有している。劈開面を有した基板を提供することにより、半導体レーザー(LD)において光共振に必要不可欠な、原子が規則的きれいに並んだ、平坦性に優れた反射鏡面を容易に得る事が可能となる。 Since the first and second main surfaces of the group III nitride semiconductor self-supporting substrate provided by the present embodiment are both inclined surfaces of surface a, for example, they have cleavage surfaces (m surfaces) on the side surfaces. By providing a substrate having a cleavage plane, it becomes possible to easily obtain a reflector surface having excellent flatness in which atoms are regularly and neatly arranged, which is indispensable for optical resonance in a semiconductor laser (LD).

特許文献5で提供される(20−21)面及び(20−2−1)面を主面としたGaN系半導体レーザー素子は、主面がm面の傾斜面である為に、側面に劈開面を有していない。したがって、光共振が得られる平坦性の高い反射鏡面を得る事が出来ない。よって、製品の製造にあたり側面を平坦化するための高度かつ緻密な技術が必要となり、製造工程が煩雑化している。また、平坦性が劣る反射鏡面を用いる為、劈開面を利用しミラー構造を作製したGaN系半導体光レーザー素子に比べ、性能がおとる。 The GaN-based semiconductor laser device provided in Patent Document 5 having the (20-21) plane and the (20-2-1) plane as main planes is cleaved on the side surface because the main plane is an inclined plane of m plane. Has no face. Therefore, it is not possible to obtain a highly flat reflecting mirror surface from which optical resonance can be obtained. Therefore, in manufacturing a product, an advanced and precise technique for flattening the side surface is required, and the manufacturing process is complicated. In addition, since a reflecting mirror surface having inferior flatness is used, the performance is higher than that of a GaN-based semiconductor optical laser device in which a mirror structure is formed by using a cleavage surface.

<第1の評価>
第1の評価では、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たすことで、III族窒化物半導体層の成長面の面方位をN極性側の半極性面にできることを確認した。また、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」の中の少なくとも1つを満たさなかった場合、III族窒化物半導体層の成長面の面方位がGa極性側の半極性面になることを確認した。
<First evaluation>
In the first evaluation, the group III nitride semiconductor is satisfied by satisfying all of the above-mentioned "plurality of factors for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer to the semi-polar surface on the N-polar side". It was confirmed that the plane orientation of the growth plane of the layer could be set to the semi-polar plane on the N-polar side. Further, when at least one of the above-mentioned "plurality of elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer to the semi-polar surface on the N-polar side" is not satisfied, the group III nitride It was confirmed that the plane orientation of the growth surface of the semiconductor layer was a semi-polar surface on the Ga polar side.

まず、主面の面方位がm面((10−10)面)からa面と平行になる方向に2°傾斜した面であるサファイア基板を用意した。サファイア基板の厚さは430μmであり、直径は2インチであった。 First, a sapphire substrate was prepared, which is a surface whose main surface is inclined by 2 ° in a direction parallel to the a surface from the m surface ((10-10) surface). The thickness of the sapphire substrate was 430 μm and the diameter was 2 inches.

そして、用意したサファイア基板に対して、以下の条件で熱処理工程S20を実施した。 Then, the heat treatment step S20 was carried out on the prepared sapphire substrate under the following conditions.

温度:1000〜1050℃
圧力:100torr
キャリアガス:H、N
熱処理時間:10分または15分
キャリアガス供給量:15slm
Temperature: 1000-1050 ° C
Pressure: 100torr
Carrier gas: H 2 , N 2
Heat treatment time: 10 minutes or 15 minutes Carrier gas supply: 15 slm

なお、熱処理工程S20の際に、20slmのNHを供給し、窒化処理を行った。 During the heat treatment step S20, 20 slm of NH 3 was supplied to perform nitriding treatment.

その後、以下の条件で先流し工程S30を行った。
温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:90sccm、10秒
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Then, the pre-emption step S30 was performed under the following conditions.
Temperature: 800-930 ° C
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply amount, supply time: 90 sccm, 10 seconds Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

その後、以下の条件でバッファ層形成工程S40を行い、AlN層を形成した。 Then, the buffer layer forming step S40 was performed under the following conditions to form an AlN layer.

成長方法:MOCVD法
成長温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量:90sccm
NH供給量:5slm
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Growth method: MOCVD method Growth temperature: 800 to 930 ° C.
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply: 90 sccm
NH 3 supply: 5 slm
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

その後、以下の条件で成長工程S50を行い、III族窒化物半導体層を形成した。 Then, the growth step S50 was carried out under the following conditions to form a group III nitride semiconductor layer.

成長方法:MOCVD法
圧力:100torr
TMGa供給量:50〜500sccm(連続変化)
NH供給量:5〜10slm(連続変化)
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
成長速度:10μm/h以上
Growth method: MOCVD method Pressure: 100torr
TMGa supply: 50-500 sccm (continuous change)
NH 3 supply amount: 5 to 10 slm (continuous change)
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
Growth rate: 10 μm / h or more

なお、第1のサンプルの成長温度は900℃±25℃に制御し、第2のサンプルの成長温度は1050℃±25℃に制御した。すなわち、第1のサンプルは、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たすサンプルである。第2のサンプルは、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」の中の一部(成長工程S50における成長温度)を満たさないサンプルである。 The growth temperature of the first sample was controlled to 900 ° C. ± 25 ° C., and the growth temperature of the second sample was controlled to 1050 ° C. ± 25 ° C. That is, the first sample is a sample that satisfies all of the above-mentioned "plurality of elements for setting the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer to the semi-polar plane on the N-polar side". The second sample is a part of the above-mentioned "plurality of elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer to the semi-polar surface on the N-polar side" (growth temperature in the growth step S50). ) Is not satisfied.

第1のサンプルのIII族窒化物半導体層の成長面の面方位は、(−1−12−4)面から−a面方向5.0°傾斜かつ、m面と平行になる方向に8.5°以下傾斜した面であった。一方、第2のサンプルのIII族窒化物半導体層の成長面の面方位は、(11−24)面からa面方向5.0°傾斜かつ、m面と平行になる方向に8.5°以下傾斜した面であった。すなわち、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」を満たすか否かにより、成長面の面方位がGa極性となるかN極性となるかを調整できることが分かる。 The plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer of the first sample is 8. The surface was inclined by 5 ° or less. On the other hand, the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer of the second sample is 8.5 ° in the direction perpendicular to the m plane and 5.0 ° in the a plane direction from the (11-24) plane. It was an inclined surface below. That is, depending on whether or not the above-mentioned "plurality of factors for setting the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer to the semi-polar plane on the N-polar side" is satisfied, the plane orientation of the growth plane becomes Ga polarity. It can be seen that it is possible to adjust whether the polarity is N or N.

図6に第1のサンプルにおける、(−1−12−4)面、又は、(11−24)面のXRD極点測定結果を示す。回折ピークは極点の中心点から数度ずれた位置であることが確認できる。角度のずれを詳細に測定すると−a面方向5.0°かつ、m面と平行になる方向に8.5°又は、a面方向5.0°かつ、m面と平行になる方向に8.5°の位置であることが確認できる。 FIG. 6 shows the XRD pole measurement results of the (-1-12-4) plane or the (11-24) plane in the first sample. It can be confirmed that the diffraction peak is located at a position deviated from the center point of the pole by several degrees. When the angle deviation is measured in detail, it is 5.0 ° in the -a plane direction and 8.5 ° in the direction parallel to the m plane, or 5.0 ° in the a plane direction and 8 in the direction parallel to the m plane. It can be confirmed that the position is 5.5 °.

図7に第1のサンプルにおける、図4に示す露出面(成長面24)がN極性であることを確認した結果を示す。また、比較として図8に+c面の厚膜成長GaN自立基板から第1のサンプルと同等の面方位になるようにスライスを行って作製したIII族窒化物半導体自立基板の結果を示す。第1のサンプル及び、+c面 GaN自立基板からスライスして作製した半極性自立基板ともに、両面(基板の表と裏)に1.5μmダイヤ研磨を施し、りん酸硫酸混合液を150℃に保ち30分間のエッチングを行った。 FIG. 7 shows the result of confirming that the exposed surface (growth surface 24) shown in FIG. 4 in the first sample is N-polar. For comparison, FIG. 8 shows the results of a group III nitride semiconductor self-supporting substrate produced by slicing a thick film-grown GaN free-standing substrate on the + c-plane so as to have a plane orientation equivalent to that of the first sample. Both the first sample and the semi-polar self-supporting substrate formed by slicing from the + c-plane GaN free-standing substrate were subjected to 1.5 μm diamond polishing on both sides (front and back of the substrate), and the phosphate-sulfuric acid mixed solution was kept at 150 ° C. Etching was performed for 30 minutes.

図7及び図8より、第1のサンプルの露出面(成長面24)と+c面GaN自立基板からスライスして作製した半極性自立基板の裏面(N極性面)のエッチング表面状態が同等であることが確認できる。また、第1のサンプルの剥離面と+c面GaN自立基板からスライスして作製した半極性自立基板の表面(Ga極性面)のエッチング表面状態が同等であることが確認できるので、図4に示す露出面(成長面24)がN極性であることが確認できる。 From FIGS. 7 and 8, the etching surface states of the exposed surface (growth surface 24) of the first sample and the back surface (N-polar surface) of the semipolar self-supporting substrate prepared by slicing from the + c-plane GaN free-standing substrate are the same. Can be confirmed. Further, it can be confirmed that the etching surface states of the peeled surface of the first sample and the surface (Ga polar surface) of the semi-polar self-supporting substrate prepared by slicing from the + c-plane GaN free-standing substrate are the same, which is shown in FIG. It can be confirmed that the exposed surface (growth surface 24) is N-polar.

なお、本発明者らは、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」の中のその他の一部を満たさない場合、また、全部を満たさない場合においても、成長面の面方位がGa極性となることを確認している。 It should be noted that the present inventors do not satisfy the other part of the above-mentioned "plurality of elements for setting the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer to the semi-polar plane on the N-polar side". In some cases, and even when all of them are not satisfied, it is confirmed that the plane orientation of the growth surface has Ga polarity.

<第2の評価>
第2の評価では、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整できることを確認した。
<Second evaluation>
In the second evaluation, the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is adjusted by adjusting the above-mentioned "plurality for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer". I confirmed that I could do it.

まず、主面の面方位が様々なサファイア基板を複数用意した。サファイア基板の厚さは430μmであり、直径は2インチであった。 First, a plurality of sapphire substrates having various surface orientations of the main surface were prepared. The thickness of the sapphire substrate was 430 μm and the diameter was 2 inches.

そして、用意したサファイア基板各々に対して、以下の条件で熱処理工程S20を行った。 Then, the heat treatment step S20 was performed on each of the prepared sapphire substrates under the following conditions.

温度:1000〜1050℃
圧力:200torr
熱処理時間:10分
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Temperature: 1000-1050 ° C
Pressure: 200torr
Heat treatment time: 10 minutes Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

なお、熱処理時の窒化処理の有無を異ならせたサンプルを作成した。具体的には、熱処理時に20slmのNHを供給し、窒化処理を行うサンプルと、熱処理時にNHを供給せず、窒化処理を行わないサンプルの両方を作成した。 Samples were prepared with different nitriding treatments during heat treatment. Specifically, both a sample in which 20 slm of NH 3 was supplied during the heat treatment and subjected to the nitriding treatment and a sample in which NH 3 was not supplied during the heat treatment and the nitriding treatment was not performed were prepared.

その後、以下の条件で先流し工程S30を行った。
温度:880〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:90sccm、10秒
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Then, the pre-emption step S30 was performed under the following conditions.
Temperature: 880-930 ° C
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply amount, supply time: 90 sccm, 10 seconds Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

なお、先流し工程S30を行うサンプルと、行わないサンプルの両方を作成した。 In addition, both a sample in which the pre-flow step S30 was performed and a sample in which the pre-flow step S30 was not performed were prepared.

その後、サファイア基板の主面(露出面)上に、以下の条件で、約150nmの厚さのバッファ層(AlNバッファ層)を形成した。 Then, a buffer layer (AlN buffer layer) having a thickness of about 150 nm was formed on the main surface (exposed surface) of the sapphire substrate under the following conditions.

成長方法:MOCVD法
圧力:100torr
V/III比:5184
TMAl供給量:90ccm
NH供給量:5slm
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Growth method: MOCVD method Pressure: 100torr
V / III ratio: 5184
TMAl supply: 90ccm
NH 3 supply: 5 slm
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

なお、成長温度は、サンプルごとに、700℃以上1110℃以下の範囲で異ならせた。 The growth temperature was different for each sample in the range of 700 ° C. or higher and 1110 ° C. or lower.

その後、バッファ層の上に、以下の条件で、約15μmの厚さのIII族窒化物半導体層(GaN層)を形成した。 Then, a group III nitride semiconductor layer (GaN layer) having a thickness of about 15 μm was formed on the buffer layer under the following conditions.

成長方法:MOCVD法
成長温度:900〜1100℃
圧力:100torr
V/III比:321
TMGa供給量:50〜500ccm(ランプアップ)
NH供給量:5〜10slm(ランプアップ)
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
Growth method: MOCVD method Growth temperature: 900 to 1100 ° C
Pressure: 100torr
V / III ratio: 321
TMGa supply: 50-500ccm (lamp up)
NH 3 supply amount: 5 to 10 slm (lamp up)
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

以上のようにして、サファイア基板と、バッファ層と、III族窒化物半導体層とがこの順に積層したIII族窒化物半導体基板1を製造した。 As described above, the group III nitride semiconductor substrate 1 in which the sapphire substrate, the buffer layer, and the group III nitride semiconductor layer are laminated in this order was manufactured.

表1乃至7に、「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」と、III族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係を示す。 Tables 1 to 7 show the relationship between "a plurality of elements for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer" and the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer.

Figure 0006934802
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表中の「サファイア主面」の欄には、サファイア基板の主面の面方位が示されている。「昇温時の窒化処理」の欄には、熱処理工程S20の際の昇温時の窒化処理の有無(「有り」または「無し」)が示されている。「トリメチルアルミニウム先流し工程の有無」の欄には、トリメチルアルミニウム先流し工程の有無(「有り」または「無し」)が示されている。「AlNバッファ成長温度」の欄には、バッファ層形成工程における成長温度が示されている。「GaN成長温度」の欄には、GaN層形成工程における成長温度が示されている。「III族窒化物半導体層の成長面」の欄には、III族窒化物半導体層の成長面の面方位が示されている。 In the "Sapphire main surface" column in the table, the surface orientation of the main surface of the sapphire substrate is shown. In the column of "nitriding treatment at the time of temperature rise", the presence / absence ("presence" or "absence") of the nitriding treatment at the time of temperature rise in the heat treatment step S20 is indicated. In the column of "presence / absence of trimethylaluminum pre-sinking process", the presence / absence ("presence" or "absence") of the trimethylaluminum pre-sending process is indicated. In the column of "AlN buffer growth temperature", the growth temperature in the buffer layer forming step is shown. In the column of "GaN growth temperature", the growth temperature in the GaN layer forming step is shown. In the column of "growth surface of group III nitride semiconductor layer", the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown.

当該結果によれば、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面を半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える面の中で調整できることが分かる。そして、第1の評価の結果と第2の評価の結果とに基づけば、「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たしたうえで、「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面を、半極性面であり、ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の中で調整できることが分かる。 According to the result, by adjusting the above-mentioned "plurality for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer", the growth surface of the group III nitride semiconductor layer can be changed to a semipolar surface. Yes, it is expressed by the Miller index (hkml), and it can be seen that it can be adjusted in the plane where l exceeds 0. Then, based on the result of the first evaluation and the result of the second evaluation, "a plurality of elements for setting the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer to the semipolar plane on the N-polar side". By adjusting "multiple factors for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer" after satisfying all of the above, the growth surface of the group III nitride semiconductor layer can be changed to a semipolar surface. It can be seen that it is expressed by the Miller index (hkml) and can be adjusted while l is less than 0.

<第3の評価>
本手法により作製したサンプルの結晶性について評価した。試料は3種類を準備した。サンプルAは、本明細記載の手法により作製したものであり、{11−23}面を成長面としている。サンプルB、Cは比較用サンプルであり、サンプルBは{10−10}面を成長面とした。また、サンプルCは{11−22}面を成長面とした。なお、{11−23}面は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面に該当する。
<Third evaluation>
The crystallinity of the sample prepared by this method was evaluated. Three types of samples were prepared. Sample A was prepared by the method described in the present specification, and the {11-23} plane is used as the growth plane. Samples B and C were comparative samples, and sample B had a {10-10} plane as a growth plane. In sample C, the {11-22} plane was used as the growth plane. The {11-23} plane corresponds to a plane having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} plane.

図9に、各サンプルに対し、複数のGaN膜厚時にエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸の投影軸に平行に入射し測定した場合のXRC半値幅を示す。 但し、主面が{11−23}面であるサンプルCは、消滅則により{11−23}面のエックス線回折が得られないため、{11−22}面のXRC半値幅を測定した。 FIG. 9 shows the XRC half width when X-rays are incident on each sample in parallel with the projection axis of the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal at a plurality of GaN film thicknesses and measured. However, in the sample C whose main surface is the {11-23} surface, the X-ray diffraction of the {11-23} surface cannot be obtained due to the annihilation law, so the XRC half width of the {11-22} surface was measured.

図9より、サンプルAはGaN層の膜厚が大きくなっても、XRC半値幅がほとんど変化しないことが分かる。これに対し、サンプルB及びCは、GaN層の膜厚が大きくなるにつれて、XRC半値幅が大きくなる傾向が読み取れる。 From FIG. 9, it can be seen that in sample A, the XRC full width at half maximum hardly changes even if the film thickness of the GaN layer increases. On the other hand, in Samples B and C, it can be seen that the XRC half width increases as the film thickness of the GaN layer increases.

<第4の評価>
本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法により、AlN層(バッファ層22)の主面(III族窒化物半導体層23と接する面)の面方位が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含む状態にできることを確認する。また、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法により、当該AlN層(バッファ層22)の上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させると、主面が{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面であるIII族窒化物半導体層23を形成できることを確認する。
<Fourth evaluation>
According to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment, the plane orientation of the main surface (the surface in contact with the group III nitride semiconductor layer 23) of the AlN layer (buffer layer 22) is {-1-12-4}. And, it is confirmed that at least one of the surfaces having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface and the other surface can be included. Further, when the group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the AlN layer (buffer layer 22) by the method for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment, the main surface becomes a {-1-12-4} surface. Alternatively, it is confirmed that the group III nitride semiconductor layer 23, which is a surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface, can be formed.

まず、主面の面方位がm面((10−10)面)からa面と平行になる方向に2°傾斜した面であるサファイア基板を用意した。サファイア基板の厚さは430μmであり、直径は2インチであった。 First, a sapphire substrate was prepared, which is a surface whose main surface is inclined by 2 ° in a direction parallel to the a surface from the m surface ((10-10) surface). The thickness of the sapphire substrate was 430 μm and the diameter was 2 inches.

上記条件のサファイア基板に対して以下の条件で熱処理工程S20、先流し工程S30及びバッファ層形成工程S40をこの順に行うことで、サファイア基板とAlN層とを積層した積層体を形成した。また、上記条件の他のサファイア基板に対して以下の条件で熱処理工程S20、先流し工程S30、バッファ層形成工程S40及び成長工程S50をこの順に行うことで、サファイア基板とAlN層とIII族窒化物半導体層とをこの順に積層した積層体を形成した。 The heat treatment step S20, the pre-flow step S30, and the buffer layer forming step S40 were performed in this order on the sapphire substrate under the above conditions to form a laminated body in which the sapphire substrate and the AlN layer were laminated. Further, by performing the heat treatment step S20, the pre-flow step S30, the buffer layer forming step S40 and the growth step S50 in this order with respect to the other sapphire substrates under the above conditions, the sapphire substrate, the AlN layer and the group III nitride are formed in this order. A laminate was formed by laminating the physical semiconductor layers in this order.

「熱処理工程S20」
温度:1000〜1050℃
圧力:100torr
キャリアガス:H、N
熱処理時間:10分または15分
キャリアガス供給量:15slm
なお、20slmのNHを供給し、窒化処理を行った。
"Heat treatment step S20"
Temperature: 1000-1050 ° C
Pressure: 100torr
Carrier gas: H 2 , N 2
Heat treatment time: 10 minutes or 15 minutes Carrier gas supply: 15 slm
In addition, 20 slm of NH 3 was supplied and nitriding treatment was performed.

「先流し工程S30」
温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:90sccm、10秒
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
"Pre-emptive process S30"
Temperature: 800-930 ° C
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply amount, supply time: 90 sccm, 10 seconds Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

「バッファ層形成工程S40」
成長方法:MOCVD法
成長温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量:90sccm
NH供給量:5slm
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
"Buffer layer forming step S40"
Growth method: MOCVD method Growth temperature: 800 to 930 ° C.
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply: 90 sccm
NH 3 supply: 5 slm
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm

「成長工程S50」
成長方法:MOCVD法
成長温度:900℃±25℃
圧力:100torr
TMGa供給量:50〜500sccm(連続変化)
NH供給量:5〜10slm(連続変化)
キャリアガス:H、N
キャリアガス供給量:15slm
成長速度:10μm/h以上
膜厚:15μm程度
"Growth process S50"
Growth method: MOCVD method Growth temperature: 900 ° C ± 25 ° C
Pressure: 100torr
TMGa supply: 50-500 sccm (continuous change)
NH 3 supply amount: 5 to 10 slm (continuous change)
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
Growth rate: 10 μm / h or more Film thickness: About 15 μm

図12に、サファイア基板とAlN層とを積層した積層体において、AlN層の主面(露出面)の極点図測定を行った結果((002)回折極点図)を示す。 FIG. 12 shows the result ((002) diffraction pole figure) of the pole figure measurement of the main surface (exposed surface) of the AlN layer in the laminated body in which the sapphire substrate and the AlN layer are laminated.

図示するように、AlN層の主面(露出面)は、(−1−12−4)面、及び、(−1−12−4)面[双晶]に加え、{10−10}面、{11−21}面、{11−21}面[双晶]及び{11−22}面を含んでいた。また、測定原理上、図の結果には現れていないが、発明者は、AlN層の主面(露出面)は{10−13}面をさらに含んでいたことを確認している。 As shown in the figure, the main surface (exposed surface) of the AlN layer is the {10-10} surface in addition to the (-1-12-4) surface and the (-1-12-4) surface [twin]. , {11-21} plane, {11-21} plane [twin] and {11-22} plane. Further, although it does not appear in the result of the figure due to the measurement principle, the inventor has confirmed that the main surface (exposed surface) of the AlN layer further includes the {10-13} surface.

図13に、AlN層の主面(露出面)を原子間力顕微鏡で観察した像を示す。図中の数字は、図の下方向に凹凸構造の側面((001面)またはその傾いた面)を向けるために必要な面内回転角である。図12に示す極点図測定で得られた回折角と一致していた。 FIG. 13 shows an image of the main surface (exposed surface) of the AlN layer observed with an atomic force microscope. The numbers in the figure are in-plane rotation angles required to direct the side surface ((001 surface) or its inclined surface) of the concave-convex structure downward in the figure. It was consistent with the diffraction angle obtained by the pole figure measurement shown in FIG.

以上、極点図測定、及び、表面観察両方において、AlN層(バッファ層22)の主面(露出面)の面方位が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含む状態にできることを確認できた。 As described above, in both the pole figure measurement and the surface observation, the plane orientation of the main surface (exposed surface) of the AlN layer (buffer layer 22) is the {-1-12-4} plane and the {-1-12-4} plane. It was confirmed that at least one of the surfaces having an off angle within 10 ° and the other surface can be included.

図14に、サファイア基板とAlN層とIII族窒化物半導体層とをこの順に積層した積層体において、III族窒化物半導体層の主面(露出面)の極点図測定を行った結果((002)極点図)を示す。 FIG. 14 shows the results of pole figure measurement of the main surface (exposed surface) of the group III nitride semiconductor layer in a laminate in which the sapphire substrate, the AlN layer, and the group III nitride semiconductor layer are laminated in this order ((002). ) Pole diagram) is shown.

図示するように、III族窒化物半導体層の主面において、{−1−12−4}面以外の面からの回折や、{−1−12−4}面[双晶]からの回折はなかった。以上、極点図測定において、III族窒化物半導体層の主面が{−1−12−4}面の単一層となっていることを確認できた。{−1−12−4}面の成長速度が他面に比べて大きく、他面より優先して成長することが原因であると考えられる。 As shown in the figure, in the main plane of the group III nitride semiconductor layer, diffraction from a plane other than the {-1-12-4} plane and diffraction from a {-1-12-4} plane [twin] There wasn't. As described above, it was confirmed that the main surface of the group III nitride semiconductor layer is a single layer of {-1-12-4} planes in the pole figure measurement. It is considered that the cause is that the growth rate of the {-1-12-4} plane is higher than that of the other planes, and the growth is prioritized over the other planes.

また、図12および図14の結果から、図10および図11のような成長モデルが想定されるが、このようなモデルで成長が行われる場合、{−1−12−4}面が他面に覆いかぶさる形での成長が行われる。すなわち、部分的な横方向成長が行われる。このことも本願発明の特徴である。III族窒化物半導体層の成長時に横方向成長の成分が含まれることにより、各種欠陥が低減され、III族窒化物半導体層の結晶性が向上する。 Further, from the results of FIGS. 12 and 14, growth models as shown in FIGS. 10 and 11 are assumed, but when growth is performed with such a model, the {-1-12-4} plane is the other plane. Growth is carried out in a form that covers the area. That is, partial lateral growth occurs. This is also a feature of the present invention. By including a component of lateral growth during the growth of the group III nitride semiconductor layer, various defects are reduced and the crystallinity of the group III nitride semiconductor layer is improved.

以下、参考形態の例を付記する。
1. 主面の面方位が{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であるサファイア基板と、
前記サファイア基板の主面上に位置し、主面が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含むバッファ層と、
前記バッファ層の上に位置し、主面が{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面であるIII族窒化物半導体層と、
を有するIII族窒化物半導体基板。
2. 1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層の前記主面は、{10−10}面を含むIII族窒化物半導体基板。
3. 1または2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層の前記主面は、{11−21}面を含むIII族窒化物半導体基板。
4. 1から3のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層の前記主面は、{11−22}面を含むIII族窒化物半導体基板。
5. 1から4のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層の前記主面は、{10−13}面を含むIII族窒化物半導体基板。
6. 1から5のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記III族窒化物半導体層の厚さは、1μm以上20μm以下であるIII族窒化物半導体基板。
7. 1から6のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層はAlN層であるIII族窒化物半導体基板。
8. 主面の面方位が{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であるサファイア基板の主面上に、主面が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含むバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
前記バッファ層の上に、主面が{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面であるIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
Hereinafter, an example of the reference form will be added.
1. 1. A sapphire substrate whose main surface is inclined at any angle of greater than 0 ° and less than 10.5 ° in the direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane.
At least one of the surfaces located on the main surface of the sapphire substrate, the main surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface and the {-1-12-4} surface, and the other. A buffer layer that includes faces and
A group III nitride semiconductor layer located above the buffer layer and having a main surface having an off-angle within 10 ° from the {-1-12-4} plane or the {-1-12-4} plane. ,
Group III nitride semiconductor substrate having.
2. In the group III nitride semiconductor substrate according to 1.
The main surface of the buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate including a {10-10} surface.
3. 3. In the group III nitride semiconductor substrate according to 1 or 2.
The main surface of the buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate including a {11-21} surface.
4. In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 3.
The main surface of the buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate including a {11-22} surface.
5. In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 4.
The main surface of the buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate including a {10-13} surface.
6. In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 5.
A group III nitride semiconductor substrate having a group III nitride semiconductor layer having a thickness of 1 μm or more and 20 μm or less.
7. In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 6.
The buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate which is an AlN layer.
8. On the main surface of the sapphire substrate, the surface orientation of the main surface is a surface that is inclined at any angle from 0 ° to less than 10.5 ° in the direction parallel to the a plane. , A buffer forming a buffer layer including at least one of a surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface and the {-1-12-4} surface as the main surface and the other surface. Layer formation process and
A group III nitride semiconductor layer whose main surface is a surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface or the {-1-12-4} surface is formed on the buffer layer. Growth process and
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate.

10 III族窒化物半導体基板
11 第1の主面
12 第2の主面
20 III族窒化物半導体基板
21 サファイア基板
22 バッファ層
23 III族窒化物半導体層
24 成長面
10 Group III nitride semiconductor substrate 11 First main surface 12 Second main surface 20 Group III nitride semiconductor substrate 21 Sapphire substrate 22 Buffer layer 23 Group III nitride semiconductor layer 24 Growth surface

Claims (8)

主面の面方位が{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であるサファイア基板と、
前記サファイア基板の主面上に位置し、主面が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含む多結晶のバッファ層と、
前記バッファ層の上に位置し、主面が{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面であるIII族窒化物半導体層と、
を有するIII族窒化物半導体基板。
A sapphire substrate whose main surface is inclined at any angle of greater than 0 ° and less than 10.5 ° in the direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane.
At least one of the surfaces located on the main surface of the sapphire substrate and having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface and the {-1-12-4} surface, and the other. A polycrystalline buffer layer including faces and
A group III nitride semiconductor layer located above the buffer layer and having a main surface having an off-angle within 10 ° from the {-1-12-4} plane or the {-1-12-4} plane. ,
Group III nitride semiconductor substrate having.
請求項1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層の前記主面は、{10−10}面を含むIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1,
The main surface of the buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate including a {10-10} surface.
請求項1または2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層の前記主面は、{11−21}面を含むIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1 or 2.
The main surface of the buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate including a {11-21} surface.
請求項1から3のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層の前記主面は、{11−22}面を含むIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 3,
The main surface of the buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate including a {11-22} surface.
請求項1から4のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層の前記主面は、{10−13}面を含むIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 4.
The main surface of the buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate including a {10-13} surface.
請求項1から5のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記III族窒化物半導体層の厚さは、1μm以上20μm以下であるIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 5,
A group III nitride semiconductor substrate having a group III nitride semiconductor layer having a thickness of 1 μm or more and 20 μm or less.
請求項1から6のいずれか1項に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記バッファ層はAlN層であるIII族窒化物半導体基板。
In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 6.
The buffer layer is a group III nitride semiconductor substrate which is an AlN layer.
主面の面方位が{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であるサファイア基板の主面上に、主面が{−1−12−4}面及び{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面の少なくとも一方と、その他の面とを含む多結晶のバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
前記バッファ層の上に、主面が{−1−12−4}面又は{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面であるIII族窒化物半導体層を形成する成長工程と、
を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
On the main surface of the sapphire substrate, the surface orientation of the main surface is a surface that is inclined at any angle from 0 ° to less than 10.5 ° in the direction parallel to the a plane. , A polycrystalline buffer layer containing at least one of the {-1-12-4} plane and the {-1-12-4} plane having an off-angle within 10 ° and the other plane. The buffer layer forming step to be formed and
A group III nitride semiconductor layer whose main surface is a surface having an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface or the {-1-12-4} surface is formed on the buffer layer. Growth process and
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate.
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