JP7101736B2 - GaN single crystal substrate and semiconductor laminate - Google Patents

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Description

本発明は、窒化物結晶基板、半導体積層物、半導体積層物の製造方法および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a nitride crystal substrate, a semiconductor laminate, a method for manufacturing a semiconductor laminate, and a method for manufacturing a semiconductor device.

III族窒化物半導体は、発光デバイスや電子デバイスなどの半導体装置を構成する材料として広く用いられている。これらの半導体装置を製造する際には、例えば、III族窒化物半導体からなる窒化物結晶基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる工程や、該半導体層中の不純物を活性化させる工程などのように、該窒化物結晶基板を加熱する工程が行われることがある(例えば特許文献1参照)。 Group III nitride semiconductors are widely used as materials for constituting semiconductor devices such as light emitting devices and electronic devices. When manufacturing these semiconductor devices, for example, a step of epitaxially growing a semiconductor layer on a nitride crystal substrate made of a group III nitride semiconductor, a step of activating impurities in the semiconductor layer, and the like. A step of heating the nitride crystal substrate may be performed (see, for example, Patent Document 1).

特開2015-185576号公報JP-A-2015-185576A

上記のような窒化物結晶基板を加熱する工程では、該窒化物結晶基板を精度良くかつ再現性良く加熱することが求められる。 In the step of heating the nitride crystal substrate as described above, it is required to heat the nitride crystal substrate with high accuracy and reproducibility.

本発明の目的は、窒化物結晶基板を精度良くかつ再現性良く加熱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 heating a nitride crystal substrate with high accuracy and reproducibility.

本発明の一態様によれば、
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板であって、
波長をλ(μm)、27℃における前記窒化物結晶基板の吸収係数をα(cm-1)、前記窒化物結晶基板中の自由電子濃度をn(cm-3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αは、以下の式(1)により近似される窒化物結晶基板、およびそれに関連する技術が提供される。
α=nKλ ・・・(1)
(ただし、1.5×10-19≦K≦6.0×10-19、a=3)
According to one aspect of the invention
A nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities.
The wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the nitride crystal substrate at 27 ° C is α (cm -1 ), the free electron concentration in the nitride crystal substrate is n (cm -3 ), and K and a are constants, respectively. When the absorption coefficient α is at least 1 μm or more and 3.3 μm or less, a nitride crystal substrate approximated by the following equation (1) and a technique related thereto are provided.
α = nKλ a ... (1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)

本発明によれば、窒化物結晶基板を精度良くかつ再現性良く加熱することができる。 According to the present invention, the nitride crystal substrate can be heated with high accuracy and reproducibility.

(a)は、本発明の第1実施形態に係る窒化物結晶基板10を示す概略平面図であり、(b)は、本発明の第1実施形態に係る窒化物結晶基板10を示す概略断面図である。(A) is a schematic plan view showing the nitride crystal substrate 10 according to the first embodiment of the present invention, and (b) is a schematic cross section showing the nitride crystal substrate 10 according to the first embodiment of the present invention. It is a figure. ウィーンの変位則を示す図である。It is a figure which shows the displacement law of Wien. 本発明の第1実施形態に係る製造方法によって製造されるGaN結晶における室温(27℃)で測定した吸収係数の、自由電子濃度依存性を示す図である。It is a figure which shows the free electron concentration dependence of the absorption coefficient measured at room temperature (27 degreeC) in the GaN crystal manufactured by the manufacturing method which concerns on 1st Embodiment of this invention. GaN結晶の温度に対する、真性キャリア濃度を示す図である。It is a figure which shows the intrinsic carrier concentration with respect to the temperature of a GaN crystal. (a)は、本発明の第1実施形態に係る製造方法によって製造されるGaN結晶における自由電子濃度に対する波長2μmでの吸収係数の関係を示す図であり、(b)は、自由電子濃度に対する波長2μmでの吸収係数の関係を比較する図である。(A) is a diagram showing the relationship of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm with respect to the free electron concentration in the GaN crystal produced by the production method according to the first embodiment of the present invention, and (b) is a diagram showing the relationship with respect to the free electron concentration. It is a figure which compares the relationship of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm. 本発明の第1実施形態に係る半導体積層物1を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the semiconductor laminate 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention. 気相成長装置200の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a vapor phase growth apparatus 200. (a)は、種結晶基板5上にGaN結晶膜6を厚く成長させた様子を示す図であり、(b)は、厚く成長させたGaN結晶膜6をスライスすることで複数の窒化物結晶基板10を取得した様子を示す図である。(A) is a diagram showing a state in which a GaN crystal film 6 is thickly grown on a seed crystal substrate 5, and (b) is a diagram showing a plurality of nitride crystals by slicing the thickly grown GaN crystal film 6. It is a figure which shows the state which acquired the substrate 10. (a)は、窒化物結晶基板10または半導体積層物1が載置される保持部材300を示す概略上面図であり、(b)は、窒化物結晶基板10または半導体積層物1が載置される保持部材300を示す概略正面図である。(A) is a schematic top view showing a holding member 300 on which the nitride crystal substrate 10 or the semiconductor laminate 1 is placed, and (b) is a schematic top view on which the nitride crystal substrate 10 or the semiconductor laminate 1 is placed. It is a schematic front view which shows the holding member 300. (a)および(b)は、半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。(A) and (b) are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device. (a)および(b)は、半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。(A) and (b) are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置2を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the semiconductor device 2 which concerns on 1st Embodiment of this invention. (a)は、本発明の第2実施形態に係る半導体積層物1を示す概略断面図であり、(b)は、半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。(A) is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor laminate 1 according to the second embodiment of the present invention, and (b) is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device. (a)および(b)は、半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。(A) and (b) are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device. (a)は、半導体装置の製造工程を示す概略断面図であり、(b)は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置2を示す概略断面図である。(A) is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device, and (b) is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor device 2 according to the second embodiment of the present invention.

<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)窒化物結晶基板
図1を用い、本実施形態に係る窒化物結晶基板10について説明する。図1(a)は、本実施形態に係る窒化物結晶基板10を示す概略平面図であり、(b)は、本実施形態に係る窒化物結晶基板10を示す概略断面図である。
(1) Nitride Crystal Substrate The nitride crystal substrate 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic plan view showing a nitride crystal substrate 10 according to the present embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing the nitride crystal substrate 10 according to the present embodiment.

以下において、基板等の主面は、主に基板等の上側主面のことをいい、基板等の表面ということもある。また、基板等の裏面は、基板等の下側主面のことをいう。 In the following, the main surface of the substrate or the like mainly refers to the upper main surface of the substrate or the like, and may be the surface of the substrate or the like. The back surface of the substrate or the like refers to the lower main surface of the substrate or the like.

図1(a)および(b)に示すように、本実施形態の窒化物結晶基板10(以下、基板10ともいう)は、後述の半導体積層物1および半導体装置2を製造する際に用いられる円板状の基板として構成されている。基板10は、III族窒化物半導体の単結晶からなり、本実施形態では、例えば、窒化ガリウム(GaN)の単結晶からなっている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the nitride crystal substrate 10 (hereinafter, also referred to as substrate 10) of the present embodiment is used when manufacturing the semiconductor laminate 1 and the semiconductor device 2 described later. It is configured as a disk-shaped substrate. The substrate 10 is made of a single crystal of a group III nitride semiconductor, and in this embodiment, is made of, for example, a single crystal of gallium nitride (GaN).

基板10の主面の面方位は、例えば、(0001)面(+c面、Ga極性面)である。
なお、基板10を構成するGaN結晶は、基板10の主面に対して所定のオフ角を有していても良い。オフ角とは、基板10の主面の法線方向と、基板10を構成するGaN結晶の主軸(c軸)とのなす角度のことをいう。具体的には、基板10のオフ角は、例えば、0°以上1.2°以下である。
The plane orientation of the main surface of the substrate 10 is, for example, a (0001) plane (+ c plane, Ga polar plane).
The GaN crystal constituting the substrate 10 may have a predetermined off angle with respect to the main surface of the substrate 10. The off-angle refers to the angle formed by the normal direction of the main surface of the substrate 10 and the main axis (c-axis) of the GaN crystal constituting the substrate 10. Specifically, the off angle of the substrate 10 is, for example, 0 ° or more and 1.2 ° or less.

また、基板10の主面における転位密度は、例えば、5×10個/cm以下である。基板10の主面における転位密度が5×10個/cm超であると、基板10上に形成される後述の半導体層20において局所的な耐圧を低下させてしまう可能性がある。これに対して、本実施形態のように、基板10の主面における転位密度を5×10個/cm以下とすることにより、基板10上に形成される半導体層20において局所的な耐圧の低下を抑制することができる。 The dislocation density on the main surface of the substrate 10 is, for example, 5 × 10 6 pieces / cm 2 or less. If the dislocation density on the main surface of the substrate 10 is more than 5 × 10 6 pieces / cm 2 , there is a possibility that the local withstand voltage will be lowered in the semiconductor layer 20 described later formed on the substrate 10. On the other hand, by setting the dislocation density on the main surface of the substrate 10 to 5 × 10 6 pieces / cm 2 or less as in the present embodiment, the semiconductor layer 20 formed on the substrate 10 has a local withstand voltage. Can be suppressed.

なお、基板10の主面は、エピレディ面であり、基板10の主面の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、例えば、10nm以下、好ましくは5nm以下である。 The main surface of the substrate 10 is an epiready surface, and the surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of the main surface of the substrate 10 is, for example, 10 nm or less, preferably 5 nm or less.

また、基板10の直径Dは、特に制限されるものではないが、例えば、25mm以上である。基板10の直径Dが25mm未満であると、後述の半導体装置2の生産性が低下しやすくなる。このため、基板10の直径Dは、25mm以上であることが好ましい。また、基板10の厚さTは、例えば、150μm以上2mm以下である。基板10の厚さTが150μm未満であると、基板10の機械的強度が低下し自立状態の維持が困難となる可能性がある。このため、基板10の厚さTは、150μm以上とすることが好ましい。ここでは、例えば、基板10の直径Dが2インチとし、基板10の厚さTを400μmとする。 The diameter D of the substrate 10 is not particularly limited, but is, for example, 25 mm or more. If the diameter D of the substrate 10 is less than 25 mm, the productivity of the semiconductor device 2 described later tends to decrease. Therefore, the diameter D of the substrate 10 is preferably 25 mm or more. The thickness T of the substrate 10 is, for example, 150 μm or more and 2 mm or less. If the thickness T of the substrate 10 is less than 150 μm, the mechanical strength of the substrate 10 may decrease and it may be difficult to maintain the self-supporting state. Therefore, the thickness T of the substrate 10 is preferably 150 μm or more. Here, for example, the diameter D of the substrate 10 is 2 inches, and the thickness T of the substrate 10 is 400 μm.

また、基板10は、例えば、n型不純物(ドナー)を含んでいる。基板10中に含まれるn型不純物としては、例えば、シリコン(Si)およびゲルマニウム(Ge)が挙げられる。基板10中にn型不純物がドーピングされていることにより、基板10中には、所定濃度の自由電子が生成されている。 Further, the substrate 10 contains, for example, an n-type impurity (donor). Examples of the n-type impurities contained in the substrate 10 include silicon (Si) and germanium (Ge). Since the n-type impurities are doped in the substrate 10, free electrons having a predetermined concentration are generated in the substrate 10.

(吸収係数等について)
本実施形態では、基板10は、赤外域の吸収係数について所定の要件を満たしている。
以下、詳細を説明する。
(About absorption coefficient, etc.)
In the present embodiment, the substrate 10 satisfies a predetermined requirement for the absorption coefficient in the infrared region.
The details will be described below.

半導体積層物1および半導体装置2を製造する際には、例えば、後述のように、基板10上に半導体層20をエピタキシャル成長させる工程や、該半導体層20中の不純物を活性化させる工程などのように、該基板10を加熱する工程が行われることがある。例えば、基板10に対して赤外線を照射して基板10を加熱する場合には、基板10の吸収係数に基づいて加熱条件を設定することが重要となる。 When manufacturing the semiconductor laminate 1 and the semiconductor device 2, for example, as described later, there is a step of epitaxially growing the semiconductor layer 20 on the substrate 10, a step of activating impurities in the semiconductor layer 20, and the like. In addition, a step of heating the substrate 10 may be performed. For example, when the substrate 10 is irradiated with infrared rays to heat the substrate 10, it is important to set the heating conditions based on the absorption coefficient of the substrate 10.

ここで、図2は、ウィーンの変位則を示す図である。図2において、横軸は黒体温度(℃)を示し、縦軸は黒体輻射のピーク波長(μm)を示している。図2に示すウィーンの変位則によれば、黒体温度に対して黒体輻射のピーク波長が反比例する。ピーク波長をλ(μm)、温度をT(℃)としたとき、λ=2896/(T+273)との関係を有する。基板10を加熱する工程における所定の加熱源からの輻射が黒体輻射であると仮定すると、加熱温度に対応するピーク波長を有する赤外線が、加熱源から基板10に対して照射されることとなる。例えば、温度が約1200℃のときに、赤外線のピーク波長λは2μmとなり、温度が約600℃のときに、赤外線のピーク波長λは3.3μmとなる。 Here, FIG. 2 is a diagram showing Wien's displacement law. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the blackbody temperature (° C.), and the vertical axis indicates the peak wavelength (μm) of blackbody radiation. According to Wien's displacement law shown in FIG. 2, the peak wavelength of blackbody radiation is inversely proportional to the blackbody temperature. When the peak wavelength is λ (μm) and the temperature is T (° C.), it has a relationship with λ = 2896 / (T + 273). Assuming that the radiation from a predetermined heating source in the step of heating the substrate 10 is blackbody radiation, infrared rays having a peak wavelength corresponding to the heating temperature will be emitted from the heating source to the substrate 10. .. For example, when the temperature is about 1200 ° C., the infrared peak wavelength λ is 2 μm, and when the temperature is about 600 ° C., the infrared peak wavelength λ is 3.3 μm.

このような波長を有する赤外線を基板10に照射すると、基板10では、自由電子による吸収(自由キャリア吸収)が生じ、これにより、基板10が加熱されることとなる。 When the substrate 10 is irradiated with infrared rays having such a wavelength, absorption by free electrons (free carrier absorption) occurs in the substrate 10, which causes the substrate 10 to be heated.

そこで、本実施形態では、基板10の自由キャリア吸収に基づいて、基板10における赤外域の吸収係数が、以下の所定の要件を満たしている。 Therefore, in the present embodiment, the absorption coefficient in the infrared region of the substrate 10 satisfies the following predetermined requirements based on the free carrier absorption of the substrate 10.

図3は、本実施形態に係る製造方法によって製造されるGaN結晶における室温(27℃)で測定した吸収係数の、自由電子濃度依存性を示す図である。なお、図3は、後述の製造方法によってSiをドープして製造されるGaN結晶からなる基板の測定結果を示している。図3において、横軸は波長(nm)を示し、縦軸はGaN結晶の吸収係数α(cm-1)を示している。また、GaN結晶中の自由電子濃度をnとし、所定の自由電子濃度nごとにGaN結晶の吸収係数αをプロットしている。図3に示すように、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶では、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲において、自由キャリア吸収に起因して、長波長に行くにしたがってGaN結晶における吸収係数αが大きくなる(単調に増加する)傾向を示す。また、GaN結晶中の自由電子濃度nが高くなるにしたがって、GaN結晶における自由キャリア吸収が大きくなる傾向を示す。 FIG. 3 is a diagram showing the dependence of the absorption coefficient of the GaN crystal produced by the production method according to the present embodiment at room temperature (27 ° C.) on the free electron concentration. Note that FIG. 3 shows the measurement results of a substrate made of GaN crystals manufactured by doping with Si by the manufacturing method described later. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the wavelength (nm), and the vertical axis indicates the absorption coefficient α (cm -1 ) of the GaN crystal. Further, the free electron concentration in the GaN crystal is set to n, and the absorption coefficient α of the GaN crystal is plotted for each predetermined free electron concentration n. As shown in FIG. 3, in the GaN crystal manufactured by the manufacturing method described later, the absorption coefficient in the GaN crystal increases toward a longer wavelength due to free carrier absorption in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less. It shows a tendency for α to increase (monotonically increase). Further, as the free electron concentration n in the GaN crystal increases, the free carrier absorption in the GaN crystal tends to increase.

本実施形態で用いられる基板10は、後述の製造方法によって製造されたGaN結晶からなっているため、本実施形態の基板10は、結晶歪みが小さく、また、酸素(O)やn型不純物以外の不純物(例えば、n型不純物を補償する不純物等)をほとんど含んでいない状態となっている。これにより、上記図3のような吸収係数の自由電子濃度依存性を示す。その結果、本実施形態の基板10では、以下のように、赤外域の吸収係数を自由キャリア濃度および波長の関数として近似することができる。 Since the substrate 10 used in this embodiment is made of GaN crystals manufactured by the manufacturing method described later, the substrate 10 of this embodiment has a small crystal strain and is other than oxygen (O) and n-type impurities. (For example, impurities compensating for n-type impurities) are hardly contained. This shows the free electron concentration dependence of the absorption coefficient as shown in FIG. As a result, in the substrate 10 of the present embodiment, the absorption coefficient in the infrared region can be approximated as a function of the free carrier concentration and the wavelength as follows.

具体的には、波長をλ(μm)、27℃における基板10の吸収係数をα(cm-1)、基板10中の自由電子濃度をn(cm-3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、本実施形態の基板10では、少なくとも1μm以上3.3μm以下(好ましくは1μm以上2.5μm以下)の波長範囲における吸収係数αが、以下の式(1)により近似される。
α=nKλ ・・・(1)
(ただし、1.5×10-19≦K≦6.0×10-19、a=3)
Specifically, the wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the substrate 10 at 27 ° C is α (cm -1 ), the free electron concentration in the substrate 10 is n (cm -3 ), and K and a are constants. Then, in the substrate 10 of the present embodiment, the absorption coefficient α in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less (preferably 1 μm or more and 2.5 μm or less) is approximated by the following equation (1).
α = nKλ a ... (1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)

なお、「吸収係数αが式(1)により近似される」とは、吸収係数αが最小二乗法で式(1)により近似されることを意味する。つまり、上記規定は、吸収係数が式(1)と完全に一致する(式(1)を満たす)場合だけでなく、所定の誤差の範囲内で式(1)を満たす場合も含んでいる。なお、所定の誤差は、例えば、波長2μmにおいて±0.1α以内、好ましくは±0.01α以内である。 In addition, "the absorption coefficient α is approximated by the equation (1)" means that the absorption coefficient α is approximated by the equation (1) by the method of least squares. That is, the above provision includes not only the case where the absorption coefficient completely matches the equation (1) (satisfies the equation (1)) but also the case where the equation (1) is satisfied within a predetermined error range. The predetermined error is, for example, within ± 0.1α, preferably within ± 0.01α at a wavelength of 2 μm.

なお、上記波長範囲における吸収係数αは、以下の式(1)’を満たすと考えてもよい。
1.5×10-19nλ≦α≦6.0×10-19nλ ・・・(1)’
The absorption coefficient α in the wavelength range may be considered to satisfy the following equation (1)'.
1.5 × 10 -193 ≦ α ≦ 6.0 × 10 -193 ... (1)'

また、上記規定を満たす基板10のなかでも高品質な基板では、上記波長範囲における吸収係数αは、以下の式(1)’’により近似される(式(1)’’を満たす)。
α=2.2×10-19nλ ・・・(1)’’
Further, in the high-quality substrate among the substrates 10 satisfying the above specifications, the absorption coefficient α in the wavelength range is approximated by the following equation (1)'' (satisfying the equation (1)'').
α = 2.2 × 10-193 ... (1)''

なお、「吸収係数αが式(1)’’により近似される」との規定は、上述の規定と同様に、吸収係数が式(1)’’と完全に一致する(式(1)’’を満たす)場合だけでなく、所定の誤差の範囲内で式(1)’’を満たす場合も含んでいる。なお、所定の誤差は、例えば、波長2μmにおいて±0.1α以内、好ましくは±0.01α以内である。 The provision that "the absorption coefficient α is approximated by the equation (1)" is completely the same as the above-mentioned provision that the absorption coefficient is exactly the same as the equation (1)'(the equation (1)'. It includes not only the case of (satisfying) but also the case of satisfying equation (1)'' within a predetermined error range. The predetermined error is, for example, within ± 0.1α, preferably within ± 0.01α at a wavelength of 2 μm.

上述の図3では、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶における吸収係数αの実測値を細線で示している。具体的には、自由電子濃度nが1.0×1017cm-3のときの吸収係数αの実測値を細い実線で示し、自由電子濃度nが1.2×1018cm-3のときの吸収係数αの実測値を細い点線で示し、自由電子濃度nが2.0×1018cm-3のときの吸収係数αの実測値を細い一点鎖線で示している。一方で、上述の図3では、上記式(1)の関数を太線で示している。具体的には、自由電子濃度nが1.0×1017cm-3のときの式(1)の関数を太い実線で示し、自由電子濃度nが1.2×1018cm-3のときの式(1)の関数を太い点線で示し、自由電子濃度nが2.0×1018cm-3のときの式(1)の関数を太い一点鎖線で示している。図3に示すように、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶における吸収係数αの実測値は、式(1)の関数によって精度良くフィッティングすることができる。なお、図3の場合(Siドープの場合)では、K=2.2×10-19としたときに、吸収係数αが式(1)に精度良く近似される。 In FIG. 3 described above, the measured value of the absorption coefficient α in the GaN crystal manufactured by the manufacturing method described later is shown by a thin line. Specifically, the measured value of the absorption coefficient α when the free electron concentration n is 1.0 × 10 17 cm -3 is shown by a thin solid line, and when the free electron concentration n is 1.2 × 10 18 cm -3 . The measured value of the absorption coefficient α of is shown by a thin dotted line, and the measured value of the absorption coefficient α when the free electron concentration n is 2.0 × 10 18 cm -3 is shown by a thin single point chain line. On the other hand, in FIG. 3 described above, the function of the above equation (1) is shown by a thick line. Specifically, the function of the equation (1) when the free electron concentration n is 1.0 × 10 17 cm -3 is shown by a thick solid line, and when the free electron concentration n is 1.2 × 10 18 cm -3 . The function of Eq. (1) is shown by a thick dotted line, and the function of Eq. (1) when the free electron concentration n is 2.0 × 10 18 cm -3 is shown by a thick alternate long and short dash line. As shown in FIG. 3, the measured value of the absorption coefficient α in the GaN crystal manufactured by the manufacturing method described later can be accurately fitted by the function of the equation (1). In the case of FIG. 3 (in the case of Si doping), the absorption coefficient α is accurately approximated to the equation (1) when K = 2.2 × 10-19 .

このように、基板10の吸収係数が式(1)により近似されることにより、基板10の吸収係数を、基板10中の自由電子の濃度nに基づいて精度良く設計することができる。 By approximating the absorption coefficient of the substrate 10 by the equation (1) in this way, the absorption coefficient of the substrate 10 can be accurately designed based on the concentration n of free electrons in the substrate 10.

また、本実施形態では、例えば、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲において、基板10の吸収係数αは、以下の式(2)を満たす。
0.15λ≦α≦6λ ・・・(2)
Further, in the present embodiment, for example, in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less, the absorption coefficient α of the substrate 10 satisfies the following formula (2).
0.15λ 3 ≤ α ≤ 6λ 3 ... (2)

α<0.15λであると、基板10に対して赤外線を充分に吸収させることができず、基板10の加熱が不安定となる可能性がある。これに対し、0.15λ≦αとすることにより、基板10に対して赤外線を充分に吸収させることができ、基板10を安定的に加熱することができる。一方で、6λ<αであると、後述のように基板10中のn型不純物の濃度が所定値超(1×1019at・cm-3超)であることに相当し、基板10の結晶性が低下する可能性がある。これに対し、α≦6λとすることにより、基板10中のn型不純物の濃度が所定値以下であることに相当し、基板10の良好な結晶性を確保することができる。 If α <0.15λ 3 , the substrate 10 cannot sufficiently absorb infrared rays, and the heating of the substrate 10 may become unstable. On the other hand, by setting 0.15λ 3 ≦ α, infrared rays can be sufficiently absorbed by the substrate 10 and the substrate 10 can be heated stably. On the other hand, when 6λ 3 <α, it corresponds to the concentration of n-type impurities in the substrate 10 exceeding a predetermined value (1 × 10 19 at · cm -3 or more) as described later, and the substrate 10 Crystallinity may decrease. On the other hand, by setting α ≦ 6λ 3 , it corresponds to the concentration of n-type impurities in the substrate 10 being equal to or less than a predetermined value, and good crystallinity of the substrate 10 can be ensured.

なお、基板10の吸収係数αは、以下の式(2)’または(2)’’を満たすことが好ましい。
0.15λ≦α≦3λ ・・・(2)’
0.15λ≦α≦1.2λ ・・・(2)’’
これにより、基板10を安定的に加熱可能としつつ、基板10のより良好な結晶性を確保することができる。
The absorption coefficient α of the substrate 10 preferably satisfies the following formula (2)'or (2)''.
0.15λ 3 ≤ α ≤ 3λ 3 ... (2)'
0.15λ 3 ≤ α ≤ 1.2λ 3 ... (2)''
This makes it possible to stably heat the substrate 10 while ensuring better crystallinity of the substrate 10.

また、本実施形態では、例えば、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲において、基板10の主面内での吸収係数αの最大値と最小値との差(最大値から最小値を引いた差。以下、「基板10の面内吸収係数差」ともいう)をΔαとしたとき、Δα(cm-1)は、式(3)を満たす。
Δα≦1.0 ・・・(3)
Δα>1.0であると、赤外線の照射による加熱効率が基板10の主面内で不均一となる可能性がある。これに対し、Δα≦1.0とすることにより、赤外線の照射による加熱効率を基板10の主面内で均一にすることができる。
Further, in the present embodiment, for example, in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less, the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient α in the main surface of the substrate 10 (the minimum value is subtracted from the maximum value). Difference. When Δα is defined as “difference in in-plane absorption coefficient of the substrate 10”), Δα (cm -1 ) satisfies the equation (3).
Δα ≦ 1.0 ・ ・ ・ (3)
When Δα> 1.0, the heating efficiency due to the irradiation of infrared rays may become non-uniform in the main surface of the substrate 10. On the other hand, by setting Δα ≦ 1.0, the heating efficiency due to the irradiation of infrared rays can be made uniform in the main surface of the substrate 10.

なお、Δαは、式(3)’を満たすことが好ましい。
Δα≦0.5 ・・・(3)’
Δα≦0.5とすることにより、赤外線の照射による加熱効率を基板10の主面内で安定的に均一にすることができる。
It is preferable that Δα satisfies the equation (3)'.
Δα ≦ 0.5 ・ ・ ・ (3)'
By setting Δα ≦ 0.5, the heating efficiency due to the irradiation of infrared rays can be stably made uniform in the main surface of the substrate 10.

上記吸収係数αおよびΔαに関する式(2)および(3)の規定は、例えば、波長2μmにおける規定に置き換えることができる。 The provisions of equations (2) and (3) regarding the absorption coefficients α and Δα can be replaced with, for example, the provisions at a wavelength of 2 μm.

すなわち、本実施形態では、例えば、基板10における波長2μmでの吸収係数は、1.2cm-1以上48cm-1以下である。なお、基板10における波長2μmでの吸収係数は、1.2cm-1以上24cm-1以下であることが好ましく、1.2cm-1以上9.6cm-1以下であることがより好ましい。 That is, in the present embodiment, for example, the absorption coefficient of the substrate 10 at a wavelength of 2 μm is 1.2 cm -1 or more and 48 cm -1 or less. The absorption coefficient of the substrate 10 at a wavelength of 2 μm is preferably 1.2 cm -1 or more and 24 cm -1 or less, and more preferably 1.2 cm -1 or more and 9.6 cm -1 or less.

また、本実施形態では、例えば、基板10の主面内における、波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差は、1.0cm-1以内、好ましくは0.5cm-1以内である。 Further, in the present embodiment, for example, the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm in the main surface of the substrate 10 is within 1.0 cm -1 , preferably within 0.5 cm -1 . be.

なお、基板10の面内吸収係数差の上限値について記載したが、基板10の面内吸収係数差の下限値は、小さければ小さいほどよいため、ゼロであることが好ましい。なお、基板10の面内吸収係数差が0.01cm-1であっても、本実施形態の効果を充分に得ることができる。 Although the upper limit of the in-plane absorption coefficient difference of the substrate 10 has been described, the lower limit of the in-plane absorption coefficient difference of the substrate 10 is preferably zero because the smaller it is, the better. Even if the in-plane absorption coefficient difference of the substrate 10 is 0.01 cm -1 , the effect of this embodiment can be sufficiently obtained.

ここでは、温度が約1200℃であるときの赤外線のピーク波長に相当する波長2μmにおいて、基板10の吸収係数の要件を規定した。しかしながら、基板10の吸収係数について上記要件を満たすことによる効果は、温度が約1200℃であるときに限定されるものではない。というのも、加熱源から照射される赤外線のスペクトルは、ステファン-ボルツマンの法則に従って所定の波長幅を有し、温度が1200℃以外であったとしても波長2μmの成分を有している。このため、温度が1200℃に相当する波長2μmにおいて基板10の吸収係数が上記要件を満たせば、温度が1200℃以外に相当する波長においても、基板10の吸収係数や、基板10の主面内における吸収係数の最大値と最小値との差は、所定の範囲内となる。これにより、温度が1200℃以外であったとしても、基板10を安定的に加熱するとともに、基板10に対する加熱効率を主面内で均一にすることができる。 Here, the requirements for the absorption coefficient of the substrate 10 are defined at a wavelength of 2 μm corresponding to the peak wavelength of infrared rays when the temperature is about 1200 ° C. However, the effect of satisfying the above requirements for the absorption coefficient of the substrate 10 is not limited to when the temperature is about 1200 ° C. This is because the spectrum of infrared rays emitted from the heating source has a predetermined wavelength width according to Stefan-Boltzmann's law, and has a component having a wavelength of 2 μm even if the temperature is other than 1200 ° C. Therefore, if the absorption coefficient of the substrate 10 satisfies the above requirements at a wavelength of 2 μm corresponding to a temperature of 1200 ° C., the absorption coefficient of the substrate 10 and the inside of the main surface of the substrate 10 can be obtained even at a wavelength other than 1200 ° C. The difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient in is within a predetermined range. As a result, even if the temperature is other than 1200 ° C., the substrate 10 can be stably heated and the heating efficiency with respect to the substrate 10 can be made uniform in the main surface.

ところで、上述の図3は、GaN結晶の吸収係数を室温(27℃)で測定した結果である。このため、基板10を加熱する工程での所定の温度条件下における基板10の吸収係数を考える場合には、所定の温度条件下におけるGaN結晶の自由キャリア吸収が、室温の温度条件下におけるGaN結晶の自由キャリア吸収に対してどのように変化するのかを考慮する必要がある。 By the way, FIG. 3 above is the result of measuring the absorption coefficient of the GaN crystal at room temperature (27 ° C.). Therefore, when considering the absorption coefficient of the substrate 10 under a predetermined temperature condition in the step of heating the substrate 10, the free carrier absorption of the GaN crystal under the predetermined temperature condition is the GaN crystal under the temperature condition of room temperature. It is necessary to consider how it changes with respect to the free carrier absorption of.

図4は、GaN結晶の温度に対する、真性キャリア濃度を示す図である。図4に示すように、基板10を構成するGaN結晶では、温度が高くなるにつれて、バンド間(価電子帯と伝導帯との間)で熱励起される真性キャリア濃度nの濃度が高くなる。しかしながら、たとえGaN結晶の温度が1300℃付近となったとしても、GaN結晶のバンド間で熱励起される真性キャリア濃度nの濃度は、7×1015cm-3未満であり、n型不純物のドーピングによってGaN結晶中に生成される自由キャリアの濃度(例えば1×1017cm-3)よりも充分に低い。すなわち、GaN結晶の自由キャリア濃度は、GaN結晶の温度が1300℃未満の温度条件下で、n型不純物のドーピングによって自由キャリア濃度が定まる、いわゆる外因性領域内となっていると言える。 FIG. 4 is a diagram showing the intrinsic carrier concentration with respect to the temperature of the GaN crystal. As shown in FIG. 4, in the GaN crystal constituting the substrate 10, the concentration of the intrinsic carrier concentration ni that is thermally excited between the bands (between the valence band and the conduction band) increases as the temperature increases. .. However, even if the temperature of the GaN crystal is around 1300 ° C., the concentration of the intrinsic carrier concentration ni that is thermally excited between the bands of the GaN crystal is less than 7 × 10 15 cm -3 , and the n -type impurities. It is well below the concentration of free carriers produced in the GaN crystal by the doping of (eg 1 × 10 17 cm -3 ). That is, it can be said that the free carrier concentration of the GaN crystal is within the so-called extrinsic region in which the free carrier concentration is determined by doping with n-type impurities under the temperature condition that the temperature of the GaN crystal is less than 1300 ° C.

つまり、本実施形態では、少なくとも後述の半導体積層物1および半導体装置2の製造工程での温度条件下(室温(27℃)以上1250℃以下の温度条件下)において基板10のバンド間で熱励起される真性キャリアの濃度が、室温の温度条件下においてn型不純物のドーピングによって基板10中に生じる自由電子の濃度よりも低い(例えば1/10倍以下)。これにより、基板10を加熱する工程での所定の温度条件下での基板10の自由キャリア濃度が、室温の温度条件下での基板10の自由キャリア濃度とほぼ等しいと考えることができ、所定の温度条件下での自由キャリア吸収が、室温での自由キャリア吸収とほぼ等しいと考えることができる。つまり、上述したように、室温において、基板10における赤外域の吸収係数が上記所定の要件を満たす場合、所定の温度条件下においても、基板10における赤外域の吸収係数が上記所定の要件をほぼ維持していると考えることができる。 That is, in this embodiment, thermal excitation is performed between the bands of the substrate 10 at least under temperature conditions (room temperature (27 ° C.) or more and 1250 ° C. or less) in the manufacturing process of the semiconductor laminate 1 and the semiconductor device 2 described later. The concentration of the intrinsic carrier to be formed is lower than the concentration of free electrons generated in the substrate 10 by doping with n-type impurities under the temperature condition of room temperature (for example, 1/10 times or less). Thereby, it can be considered that the free carrier concentration of the substrate 10 under the predetermined temperature condition in the step of heating the substrate 10 is substantially equal to the free carrier concentration of the substrate 10 under the temperature condition of room temperature. Free carrier absorption under temperature conditions can be considered to be approximately equal to free carrier absorption at room temperature. That is, as described above, when the absorption coefficient in the infrared region of the substrate 10 satisfies the above-mentioned predetermined requirement at room temperature, the absorption coefficient in the infrared region of the substrate 10 substantially satisfies the above-mentioned predetermined requirement even under a predetermined temperature condition. It can be considered to be maintained.

また、本実施形態の基板10では、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における吸収係数αが式(1)により近似されることから、所定の波長λでは、基板10の吸収係数αは、自由電子濃度nに対してほぼ比例する関係を有している。 Further, in the substrate 10 of the present embodiment, the absorption coefficient α in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the equation (1). Therefore, at a predetermined wavelength λ, the absorption coefficient α of the substrate 10 is determined. It has a relationship that is almost proportional to the free electron concentration n.

図5(a)は、本実施形態に係るに係る製造方法によって製造されるGaN結晶における自由電子濃度に対する波長2μmでの吸収係数の関係を示す図である。図5(a)において、下側の実線(α=1.2×10-18n)は、K=1.5×10-19およびλ=2.0を式(1)に代入した関数であり、上側の実線(α=4.8×10-18n)は、K=6.0×10-19およびλ=2.0を式(1)に代入した関数である。また、図5(a)では、SiをドープしたGaN結晶だけでなく、GeをドープしたGaN結晶も示している。また、透過測定により吸収係数を測定した結果と、分光エリプソメトリ法により吸収係数を測定した結果とを示している。図5(a)に示すように、波長λを2.0μmとしたとき、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶の吸収係数αは、自由電子濃度nに対してほぼ比例する関係を有している。また、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶における吸収係数αの実測値は、1.5×10-19≦K≦6.0×10-19の範囲内で、式(1)の関数によって精度良くフィッティングすることができる。なお、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶は高品質であるため、吸収係数αの実測値は、K=2.2×10-19としたときの式(1)の関数、すなわち、α=1.8×10-18nによって精度よくフィッティングすることができる場合が多い。 FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm and the free electron concentration in the GaN crystal produced by the production method according to the present embodiment. In FIG. 5A, the lower solid line (α = 1.2 × 10-18 n) is a function in which K = 1.5 × 10-19 and λ = 2.0 are substituted into equation (1). Yes, the upper solid line (α = 4.8 × 10-18 n) is a function in which K = 6.0 × 10-19 and λ = 2.0 are substituted into equation (1). Further, FIG. 5A shows not only a Si-doped GaN crystal but also a Ge-doped GaN crystal. Moreover, the result of measuring the absorption coefficient by the transmission measurement and the result of measuring the absorption coefficient by the spectroscopic ellipsometry method are shown. As shown in FIG. 5A, when the wavelength λ is 2.0 μm, the absorption coefficient α of the GaN crystal produced by the production method described later has a relationship substantially proportional to the free electron concentration n. ing. Further, the measured value of the absorption coefficient α in the GaN crystal manufactured by the manufacturing method described later is within the range of 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 by the function of the equation (1). It can be fitted with high accuracy. Since the GaN crystal produced by the production method described later is of high quality, the measured value of the absorption coefficient α is the function of the equation (1) when K = 2.2 × 10-19 , that is, α. In many cases, fitting can be performed accurately by = 1.8 × 10-18 n.

本実施形態では、上記した基板10の吸収係数αが自由電子濃度nに対して比例することに基づいて、基板10中における自由電子濃度nが、以下の所定の要件を満たしている。 In the present embodiment, the free electron concentration n in the substrate 10 satisfies the following predetermined requirements based on the fact that the absorption coefficient α of the substrate 10 described above is proportional to the free electron concentration n.

本実施形態では、例えば、基板10中における自由電子濃度nは、1.0×1018cm-3以上1.0×1019cm-3以下である。これにより、式(1)より、基板10における波長2μmでの吸収係数を1.2cm-1以上48cm-1以下とすることができる。なお、基板10中における自由電子濃度nは、1.0×1018cm-3以上5.0×1018cm-3以下であることが好ましく、1.0×1018cm-3以上2.0×1018cm-3以下であることがより好ましい。これにより、基板10における波長2μmでの吸収係数を、好ましくは1.2cm-1以上24cm-1以下とし、より好ましくは1.2cm-1以上9.6cm-1以下とすることができる。 In the present embodiment, for example, the free electron concentration n in the substrate 10 is 1.0 × 10 18 cm -3 or more and 1.0 × 10 19 cm -3 or less. Thereby, from the equation (1), the absorption coefficient of the substrate 10 at a wavelength of 2 μm can be set to 1.2 cm -1 or more and 48 cm -1 or less. The free electron concentration n in the substrate 10 is preferably 1.0 × 10 18 cm -3 or more and 5.0 × 10 18 cm -3 or less, and 1.0 × 10 18 cm -3 or more 2. It is more preferably 0 × 10 18 cm -3 or less. As a result, the absorption coefficient of the substrate 10 at a wavelength of 2 μm can be preferably 1.2 cm -1 or more and 24 cm -1 or less, and more preferably 1.2 cm -1 or more and 9.6 cm -1 or less.

また、上述のように基板10の主面内における吸収係数αの最大値と最小値との差をΔαとし、基板10の主面内における自由電子濃度nの最大値と最小値との差をΔnとし、波長λを2.0μmしたとき、式(1)を微分することにより、以下の式(4)が求められる。
Δα=8KΔn ・・・(4)
Further, as described above, the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient α in the main surface of the substrate 10 is defined as Δα, and the difference between the maximum value and the minimum value of the free electron concentration n in the main surface of the substrate 10 is defined as Δα. When Δn is set and the wavelength λ is 2.0 μm, the following equation (4) can be obtained by differentiating the equation (1).
Δα = 8KΔn ・ ・ ・ (4)

本実施形態では、例えば、基板10の主面内における自由電子濃度nの最大値と最小値との差Δnは、8.3×1017cm-3以内、好ましくは4.2×1017cm-3以内である。これにより、式(4)より、波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差Δαを、1.0cm-1以内、好ましくは0.5cm-1以内とすることができる。 In the present embodiment, for example, the difference Δn between the maximum value and the minimum value of the free electron concentration n in the main surface of the substrate 10 is 8.3 × 10 17 cm -3 or less, preferably 4.2 × 10 17 cm. It is within -3 . Thereby, from the equation (4), the difference Δα between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm can be set to 1.0 cm -1 or less, preferably 0.5 cm -1 or less.

なお、Δnの上限値について記載したが、Δnの下限値は、小さければ小さいほどよいため、ゼロであることが好ましい。なお、Δnが8.3×1015cm-3であっても、本実施形態の効果を充分に得ることができる。 Although the upper limit of Δn has been described, the lower limit of Δn is preferably zero because the smaller it is, the better. Even if Δn is 8.3 × 10 15 cm -3 , the effect of this embodiment can be sufficiently obtained.

本実施形態では、基板10中の自由電子濃度nは、基板10中のn型不純物の濃度と等しくなっており、基板10中のn型不純物の濃度が、以下の所定の要件を満たしている。 In the present embodiment, the free electron concentration n in the substrate 10 is equal to the concentration of the n-type impurities in the substrate 10, and the concentration of the n-type impurities in the substrate 10 satisfies the following predetermined requirements. ..

本実施形態では、例えば、基板10中におけるn型不純物の濃度は、1.0×1018at・cm-3以上1.0×1019at・cm-3以下である。これにより、基板10中における自由電子濃度nを、1.0×1018cm-3以上1.0×1019cm-3以下とすることができる。なお、基板10中におけるn型不純物の濃度は、1.0×1018at・cm-3以上5.0×1018at・cm-3以下であることが好ましく、1.0×1018at・cm-3以上2.0×1018at・cm-3以下であることがより好ましい。これにより、基板10中における自由電子濃度nを、好ましくは1.0×1018cm-3以上5.0×1018cm-3以下とし、より好ましくは1.0×1018cm-3以上2.0×1018cm-3以下とすることができる。 In the present embodiment, for example, the concentration of n-type impurities in the substrate 10 is 1.0 × 10 18 at · cm -3 or more and 1.0 × 10 19 at · cm -3 or less. As a result, the free electron concentration n in the substrate 10 can be set to 1.0 × 10 18 cm -3 or more and 1.0 × 10 19 cm -3 or less. The concentration of n-type impurities in the substrate 10 is preferably 1.0 × 10 18 at · cm -3 or more and 5.0 × 10 18 at · cm -3 or less, preferably 1.0 × 10 18 at. -It is more preferable that it is cm -3 or more and 2.0 × 10 18 at · cm -3 or less. As a result, the free electron concentration n in the substrate 10 is preferably 1.0 × 10 18 cm -3 or more and 5.0 × 10 18 cm -3 or less, and more preferably 1.0 × 10 18 cm -3 or more. It can be 2.0 × 10 18 cm -3 or less.

また、本実施形態では、例えば、基板10の主面内におけるn型不純物の濃度の最大値と最小値との差(以下、n型不純物の面内濃度差ともいう)は、8.3×1017at・cm-3以内、好ましくは4.2×1017at・cm-3以内である。これにより、基板10の主面内における自由電子濃度nの最大値と最小値との差Δnを、n型不純物の面内濃度差と等しく、8.3×1017cm-3以内、好ましくは4.2×1017cm-3以内とすることができる。 Further, in the present embodiment, for example, the difference between the maximum value and the minimum value of the concentration of n-type impurities in the main surface of the substrate 10 (hereinafter, also referred to as the difference in in-plane concentration of n-type impurities) is 8.3 ×. It is within 10 17 at · cm -3 , preferably within 4.2 × 10 17 at · cm -3 . As a result, the difference Δn between the maximum and minimum free electron concentrations n in the main surface of the substrate 10 is equal to the in-plane concentration difference of the n-type impurities, and is preferably within 8.3 × 10 17 cm -3 . It can be within 4.2 × 10 17 cm -3 .

なお、n型不純物の面内濃度差の上限値について記載したが、n型不純物の面内濃度差の下限値は、小さければ小さいほどよいため、ゼロであることが好ましい。なお、n型不純物の面内濃度差が8.3×1015at・cm-3であっても、本実施形態の効果を充分に得ることができる。 Although the upper limit of the in-plane concentration difference of n-type impurities has been described, the lower limit of the in-plane concentration difference of n-type impurities is preferably zero because the smaller it is, the better. Even if the in-plane concentration difference of the n-type impurities is 8.3 × 10 15 at · cm -3 , the effect of the present embodiment can be sufficiently obtained.

さらに、本実施形態では、基板10中の各元素の濃度が、以下の所定の要件を満たしている。 Further, in the present embodiment, the concentration of each element in the substrate 10 satisfies the following predetermined requirements.

本実施形態では、n型不純物として用いられるSi、GeおよびOのうち、添加量の制御が比較的難しいOの濃度が極限まで低くなっており、基板10中のn型不純物の濃度は、添加量の制御が比較的容易であるSiおよびGeの合計濃度によって決定されている。 In the present embodiment, among Si, Ge and O used as n-type impurities, the concentration of O, whose addition amount is relatively difficult to control, is extremely low, and the concentration of n-type impurities in the substrate 10 is added. The amount is determined by the total concentration of Si and Ge, which is relatively easy to control.

すなわち、基板10中のOの濃度は、基板10中のSiおよびGeの合計の濃度に対して無視できるほど低く、例えば、1/10以下である。具体的には、例えば、基板中10のOの濃度は1×1017at・cm-3未満であり、一方で、基板10中のSiおよびGeの合計の濃度は1×1018at・cm-3以上1.0×1019at・cm-3以下である。これにより、基板10中のn型不純物の濃度を、添加量の制御が比較的容易であるSiおよびGeの合計濃度によって制御することができる。その結果、基板10中の自由電子濃度nを、基板10中のSiおよびGeの合計の濃度と等しくなるよう精度良く制御することができ、基板10の主面内における自由電子の濃度の最大値と最小値との差Δnを、所定の要件を満たすよう精度良く制御することができる。 That is, the concentration of O in the substrate 10 is negligibly low with respect to the total concentration of Si and Ge in the substrate 10, for example, 1/10 or less. Specifically, for example, the concentration of O in the substrate 10 is less than 1 × 10 17 at · cm -3 , while the total concentration of Si and Ge in the substrate 10 is 1 × 10 18 at · cm. -3 or more and 1.0 × 10 19 at · cm -3 or less. Thereby, the concentration of the n-type impurity in the substrate 10 can be controlled by the total concentration of Si and Ge, which is relatively easy to control the addition amount. As a result, the free electron concentration n in the substrate 10 can be accurately controlled to be equal to the total concentration of Si and Ge in the substrate 10, and the maximum value of the free electron concentration in the main surface of the substrate 10 can be controlled. The difference Δn between the minimum value and the minimum value can be accurately controlled so as to satisfy a predetermined requirement.

また、本実施形態では、基板10中のn型不純物以外の不純物の濃度は、基板10中のn型不純物の濃度(すなわちSiおよびGeの合計の濃度)に対して無視できるほど低く、例えば、1/10以下である。具体的には、例えば、基板中10のn型不純物以外の不純物の濃度は1×1017at・cm-3未満である。これにより、n型不純物からの自由電子の生成に対する阻害要因を低減することができる。その結果、基板10中の自由電子濃度nを、基板10中のn型不純物の濃度と等しくなるよう精度良く制御することができ、基板10の主面内における自由電子の濃度の最大値と最小値との差Δnを、所定の要件を満たすよう精度良く制御することができる。 Further, in the present embodiment, the concentration of impurities other than the n-type impurities in the substrate 10 is negligibly low with respect to the concentration of the n-type impurities in the substrate 10 (that is, the total concentration of Si and Ge), for example. It is 1/10 or less. Specifically, for example, the concentration of impurities other than the n-type impurities in the substrate is less than 1 × 10 17 at · cm -3 . This makes it possible to reduce the factors that hinder the generation of free electrons from n-type impurities. As a result, the free electron concentration n in the substrate 10 can be accurately controlled to be equal to the concentration of the n-type impurities in the substrate 10, and the maximum and minimum values of the free electron concentration in the main surface of the substrate 10 can be controlled. The difference Δn from the value can be accurately controlled so as to satisfy a predetermined requirement.

なお、本発明者等は、後述の製造方法を採用することにより、基板10中の各元素の濃度を、上記要件を満たすよう安定的に制御することができることを確認している。 The present inventors have confirmed that the concentration of each element in the substrate 10 can be stably controlled so as to satisfy the above requirements by adopting the manufacturing method described later.

後述の製造方法によれば、基板10中のOおよび炭素(C)の各濃度を5×1015at・cm-3未満まで低減させることができ、さらには、基板10中の鉄(Fe)、クロム(Cr)、ボロン(B)等の各濃度を1×1015at・cm-3未満まで低減させることが可能であることが分かっている。また、この方法によれば、これら以外の元素についても、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)による測定における検出下限値未満の濃度にまで低減させることが可能であることが分かっている。 According to the manufacturing method described later, the concentrations of O and carbon (C) in the substrate 10 can be reduced to less than 5 × 10 15 at · cm -3 , and further, iron (Fe) in the substrate 10 can be reduced. , Chromium (Cr), boron (B), etc., have been found to be able to be reduced to less than 1 × 10 15 at · cm -3 . It was also found that, according to this method, it is possible to reduce the concentration of elements other than these to less than the lower limit of detection in the measurement by the secondary ion mass spectrometry (SIMS). ing.

さらに、本実施形態において後述の製造方法によって製造される基板10では、自由キャリア吸収による吸収係数が従来の基板の吸収係数よりも小さいことから、本実施形態の基板10では、従来の基板よりも、移動度(μ)が高くなっていると推定される。これにより、本実施形態の基板10中の自由電子濃度が従来の基板中の自由電子濃度と等しい場合であっても、本実施形態の基板10の抵抗率(ρ=1/enμ)は、従来の基板の抵抗率よりも低くなっている。具体的には、基板10中における自由電子濃度nが1.0×1018cm-3以上1.0×1019cm-3以下であるとき、基板10の抵抗率は、例えば、2.2mΩ・cm以上17.4mΩ・cm以下である。 Further, in the substrate 10 manufactured by the manufacturing method described later in the present embodiment, the absorption coefficient due to free carrier absorption is smaller than the absorption coefficient of the conventional substrate. Therefore, the substrate 10 of the present embodiment has a higher absorption coefficient than the conventional substrate. , It is estimated that the mobility (μ) is high. As a result, even when the free electron concentration in the substrate 10 of the present embodiment is equal to the free electron concentration in the conventional substrate, the resistivity (ρ = 1 / enμ) of the substrate 10 of the present embodiment is conventional. It is lower than the resistivity of the substrate. Specifically, when the free electron concentration n in the substrate 10 is 1.0 × 10 18 cm -3 or more and 1.0 × 10 19 cm -3 or less, the resistivity of the substrate 10 is, for example, 2.2 mΩ. -Cm or more and 17.4 mΩ-cm or less.

(2)半導体積層物
次に、図6を用い、本実施形態に係る半導体積層物(結晶積層体)1について説明する。図6は、本実施形態に係る半導体積層物1を示す概略断面図である。
(2) Semiconductor Laminates Next, the semiconductor laminate (crystal laminate) 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor laminate 1 according to the present embodiment.

まず、本実施形態の半導体積層物1の概要について説明する。 First, the outline of the semiconductor laminate 1 of the present embodiment will be described.

図6に示すように、本実施形態の半導体積層物1は、後述の半導体装置2を製造する際に用いられる基板状の中間体として構成されている。半導体積層物1は、例えば、基板10と、半導体層(半導体積層構造、半導体積層体、またはエピタキシャル成長層)20と、を有している。 As shown in FIG. 6, the semiconductor laminate 1 of the present embodiment is configured as a substrate-like intermediate used in manufacturing the semiconductor device 2 described later. The semiconductor laminate 1 has, for example, a substrate 10 and a semiconductor layer (semiconductor laminated structure, semiconductor laminate, or epitaxial growth layer) 20.

基板10は、上述の窒化物結晶基板のことであり、基板10における赤外域の吸収係数は、上述の要件を満たしている。 The substrate 10 is the above-mentioned nitride crystal substrate, and the absorption coefficient in the infrared region of the substrate 10 satisfies the above-mentioned requirements.

半導体層20は、基板10の主面上にエピタキシャル成長させることにより形成されている。半導体層20は、III族窒化物半導体の単結晶からなり、本実施形態では、例えば、基板10と同様にGaNの単結晶からなっている。 The semiconductor layer 20 is formed by epitaxially growing on the main surface of the substrate 10. The semiconductor layer 20 is made of a single crystal of a group III nitride semiconductor, and in this embodiment, for example, it is made of a single crystal of GaN like the substrate 10.

本実施形態では、半導体層20の表面(主面)は、赤外域の反射率について所定の要件を満たしている。具体的には、半導体層20の表面の反射率は、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲において、5%以上30%以下である。これにより、基板10(半導体積層物1)を加熱する工程において、基板10に赤外線を充分に行き届かせることができる。その結果、基板10を安定的に加熱することができる。 In the present embodiment, the surface (main surface) of the semiconductor layer 20 satisfies a predetermined requirement for reflectance in the infrared region. Specifically, the reflectance of the surface of the semiconductor layer 20 is 5% or more and 30% or less in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less. As a result, in the process of heating the substrate 10 (semiconductor laminate 1), infrared rays can be sufficiently delivered to the substrate 10. As a result, the substrate 10 can be stably heated.

なお、半導体層20の表面の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、例えば、1nm以上30nm以下である。これにより、半導体層20の表面の反射率を、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲において、5%以上30%以下とすることができる。 The surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of the surface of the semiconductor layer 20 is, for example, 1 nm or more and 30 nm or less. Thereby, the reflectance of the surface of the semiconductor layer 20 can be set to 5% or more and 30% or less in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less.

次に、本実施形態の半導体積層物1の具体的な構成について説明する。 Next, a specific configuration of the semiconductor laminate 1 of the present embodiment will be described.

本実施形態の半導体積層物1は、例えば、高耐圧のpn接合ダイオードとしての半導体装置2を製造する際に用いられる中間体として構成されている。半導体積層物1のうちの半導体層20は、例えば、積層構造を有している。具体的には、半導体層20は、例えば、下地n型半導体層21と、ドリフト層22と、第1p型半導体層23と、第2p型半導体層24と、を有している。 The semiconductor laminate 1 of the present embodiment is configured as an intermediate used, for example, when manufacturing a semiconductor device 2 as a pn junction diode having a high withstand voltage. The semiconductor layer 20 in the semiconductor laminate 1 has, for example, a laminated structure. Specifically, the semiconductor layer 20 includes, for example, a base n-type semiconductor layer 21, a drift layer 22, a first p-type semiconductor layer 23, and a second p-type semiconductor layer 24.

(下地n型半導体層)
下地n型半導体層21は、基板10の結晶性を引き継いでドリフト層22を安定的にエピタキシャル成長させるバッファ層として、基板10の主面に接するよう設けられている。また、下地n型半導体層12は、n型不純物を含むn型GaN層として構成されている。下地n型半導体層12中に含まれるn型不純物としては、基板10と同様に、例えば、SiおよびGeが挙げられる。下地n型半導体層12中のn型不純物の濃度は、基板10とほぼ等しく、例えば、1.0×1018at・cm-3以上1.0×1019at・cm-3以下である。
(Base n-type semiconductor layer)
The base n-type semiconductor layer 21 is provided so as to be in contact with the main surface of the substrate 10 as a buffer layer that inherits the crystallinity of the substrate 10 and stably epitaxially grows the drift layer 22. Further, the base n-type semiconductor layer 12 is configured as an n-type GaN layer containing n-type impurities. Examples of the n-type impurities contained in the base n-type semiconductor layer 12 include Si and Ge, as in the case of the substrate 10. The concentration of n-type impurities in the base n-type semiconductor layer 12 is substantially equal to that of the substrate 10, for example, 1.0 × 10 18 at · cm -3 or more and 1.0 × 10 19 at · cm -3 or less.

下地n型半導体層21の厚さは、ドリフト層22の厚さよりも薄く、例えば、0.1μm以上3μm以下である。 The thickness of the base n-type semiconductor layer 21 is thinner than the thickness of the drift layer 22, for example, 0.1 μm or more and 3 μm or less.

(ドリフト層)
ドリフト層22は、下地n型半導体層21上に設けられ、低濃度のn型不純物を含むn型GaN層として構成されている。ドリフト層22中のn型不純物としては、下地n型半導体層21中のn型不純物と同様に、例えば、SiおよびGeが挙げられる。
(Drift layer)
The drift layer 22 is provided on the base n-type semiconductor layer 21 and is configured as an n-type GaN layer containing a low-concentration n-type impurity. Examples of the n-type impurities in the drift layer 22 include Si and Ge, as in the n-type impurities in the underlying n-type semiconductor layer 21.

ドリフト層22中のn型不純物濃度は、基板10および下地n型半導体層21のそれぞれのn型不純物濃度よりも低く、例えば、1.0×1015at・cm-3以上5.0×1016at・cm-3以下である。ドリフト層22のn型不純物濃度を1.0×1015at・cm-3以上とすることにより、半導体装置2のオン抵抗を低減することができる。一方で、ドリフト層22のn型不純物濃度を5.0×1016at・cm-3以下とすることにより、半導体装置2の所定の耐圧を確保することができる。 The concentration of n-type impurities in the drift layer 22 is lower than the concentration of n-type impurities in the substrate 10 and the underlying n-type semiconductor layer 21, for example, 1.0 × 10 15 at · cm -3 or more 5.0 × 10. It is 16 at · cm -3 or less. By setting the concentration of n-type impurities in the drift layer 22 to 1.0 × 10 15 at · cm -3 or more, the on-resistance of the semiconductor device 2 can be reduced. On the other hand, by setting the concentration of n-type impurities in the drift layer 22 to 5.0 × 10 16 at · cm -3 or less, a predetermined withstand voltage of the semiconductor device 2 can be ensured.

ドリフト層22は、半導体装置2の耐圧を向上させるため、例えば、下地n型半導体層21よりも厚く設けられている。具体的には、ドリフト層22の厚さは、例えば、3μm以上40μm以下である。ドリフト層22の厚さを3μm以上とすることにより、半導体装置2の所定の耐圧を確保することができる。一方で、ドリフト層22の厚さを40μm以下とすることにより、半導体装置2のオン抵抗を低減することができる。 The drift layer 22 is provided thicker than, for example, the base n-type semiconductor layer 21 in order to improve the withstand voltage of the semiconductor device 2. Specifically, the thickness of the drift layer 22 is, for example, 3 μm or more and 40 μm or less. By setting the thickness of the drift layer 22 to 3 μm or more, a predetermined withstand voltage of the semiconductor device 2 can be secured. On the other hand, by setting the thickness of the drift layer 22 to 40 μm or less, the on-resistance of the semiconductor device 2 can be reduced.

(第1p型半導体層)
第1p型半導体層23は、ドリフト層22上に設けられ、p型不純物(アクセプタ)を含むp型GaN層として構成されている。第1p型半導体層23中のp型不純物としては、例えば、マグネシウム(Mg)が挙げられる。また、第1p型半導体層23中のp型不純物濃度は、例えば、1.0×1017at・cm-3以上2.0×1019at・cm-3以下である。
(1st p-type semiconductor layer)
The first p-type semiconductor layer 23 is provided on the drift layer 22 and is configured as a p-type GaN layer containing p-type impurities (acceptors). Examples of the p-type impurity in the first p-type semiconductor layer 23 include magnesium (Mg). The concentration of p-type impurities in the first p-type semiconductor layer 23 is, for example, 1.0 × 10 17 at · cm -3 or more and 2.0 × 10 19 at · cm -3 or less.

なお、第1p型半導体層23の厚さは、ドリフト層22の厚さよりも薄く、例えば、100nm以上500nm以下である。 The thickness of the first p-type semiconductor layer 23 is thinner than the thickness of the drift layer 22, for example, 100 nm or more and 500 nm or less.

(第2p型半導体層)
第2p型半導体層24は、第1p型半導体層23上に設けられ、高濃度のp型不純物を含むp型GaN層として構成されている。第2p型半導体層24中のp型不純物としては、第1p型半導体層23と同様に、例えば、Mgが挙げられる。また、第2p型半導体層24中のp型不純物濃度は、第1p型半導体層23中のp型不純物濃度よりも高く、例えば、5.0×1019at・cm-3以上2.0×1020at・cm-3以下である。
第2p型半導体層24中のp型不純物濃度を上述の範囲内とすることにより、第2p型半導体層24と後述するp型電極とのコンタクト抵抗を低減させることができる。
(2nd p-type semiconductor layer)
The second p-type semiconductor layer 24 is provided on the first p-type semiconductor layer 23 and is configured as a p-type GaN layer containing a high concentration of p-type impurities. Examples of the p-type impurities in the second p-type semiconductor layer 24 include Mg, as in the case of the first p-type semiconductor layer 23. Further, the p-type impurity concentration in the second p-type semiconductor layer 24 is higher than the p-type impurity concentration in the first p-type semiconductor layer 23, for example, 5.0 × 10 19 at · cm -3 or more 2.0 ×. It is 10 20 at · cm -3 or less.
By keeping the concentration of p-type impurities in the second p-type semiconductor layer 24 within the above range, the contact resistance between the second p-type semiconductor layer 24 and the p-type electrode described later can be reduced.

なお、第2p型半導体層24の厚さは、第1p型半導体層23の厚さよりも薄く、例えば、10nm以上50nm以下である。 The thickness of the second p-type semiconductor layer 24 is thinner than the thickness of the first p-type semiconductor layer 23, for example, 10 nm or more and 50 nm or less.

(3)半導体積層物の製造方法および半導体装置の製造方法
次に、図6~図12を用い、本実施形態に係る半導体積層物1の製造方法および半導体装置2の製造方法について説明する。図7は、気相成長装置200の概略構成図である。図8(a)は、種結晶基板5上にGaN結晶膜6を厚く成長させた様子を示す図であり、(b)は、厚く成長させたGaN結晶膜6をスライスすることで複数の窒化物結晶基板10を取得した様子を示す図である。図9(a)は、窒化物結晶基板10または半導体積層物1が載置される保持部材300を示す概略上面図であり、(b)は、窒化物結晶基板10または半導体積層物1が載置される保持部材300を示す概略正面図である。図10(a)、(b)、図11(a)および(b)は、半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。図12は、本実施形態に係る半導体装置2を示す概略断面図である。以下、ステップをSと略す。
(3) Manufacturing Method of Semiconductor Laminate and Manufacturing Method of Semiconductor Device Next, the manufacturing method of the semiconductor laminate 1 and the manufacturing method of the semiconductor device 2 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 12. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the vapor phase growth apparatus 200. FIG. 8A is a diagram showing a state in which a GaN crystal film 6 is thickly grown on a seed crystal substrate 5, and FIG. 8B is a diagram showing a state in which a thickly grown GaN crystal film 6 is sliced to obtain a plurality of nitrides. It is a figure which shows the state which acquired the physical crystal substrate 10. FIG. 9A is a schematic top view showing a holding member 300 on which the nitride crystal substrate 10 or the semiconductor laminate 1 is placed, and FIG. 9B is a schematic top view on which the nitride crystal substrate 10 or the semiconductor laminate 1 is mounted. It is a schematic front view which shows the holding member 300 to be placed. 10 (a), 10 (b), 11 (a) and 11 (b) are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor device 2 according to the present embodiment. Hereinafter, the step is abbreviated as S.

(S110:基板用意工程)
まず、基板10を用意する基板用意工程S110を行う。本実施形態の基板用意工程S110は、例えば、基板作製工程S112と、測定工程S114と、判定工程S116と、を有している。
(S110: Substrate preparation process)
First, the substrate preparation step S110 for preparing the substrate 10 is performed. The substrate preparation step S110 of the present embodiment includes, for example, a substrate manufacturing step S112, a measurement step S114, and a determination step S116.

(S112:基板作製工程)
以下に示すハイドライド気相成長装置(HVPE装置)200を用いて、基板10を作製する。
(S112: Substrate manufacturing process)
The substrate 10 is manufactured by using the hydride vapor phase growth apparatus (HVPE apparatus) 200 shown below.

(HVPE装置の構成)
基板10の製造に用いるHVPE装置200の構成について、図7を参照しながら詳しく説明する。
(Configuration of HVPE device)
The configuration of the HVPE apparatus 200 used for manufacturing the substrate 10 will be described in detail with reference to FIG. 7.

HVPE装置200は、成膜室201が内部に構成された気密容器203を備えている。成膜室201内には、インナーカバー204が設けられているとともに、そのインナーカバー204に囲われる位置に、種結晶基板(以下、種基板ともいう)5が配置される基台としてのサセプタ208が設けられている。サセプタ208は、回転機構216が有する回転軸215に接続されており、その回転機構216の駆動に合わせて回転可能に構成されている。 The HVPE apparatus 200 includes an airtight container 203 in which the film forming chamber 201 is internally configured. An inner cover 204 is provided in the film forming chamber 201, and a susceptor 208 as a base on which a seed crystal substrate (hereinafter, also referred to as a seed substrate) 5 is arranged at a position surrounded by the inner cover 204. Is provided. The susceptor 208 is connected to the rotation shaft 215 of the rotation mechanism 216, and is configured to be rotatable according to the drive of the rotation mechanism 216.

気密容器203の一端には、ガス生成器233a内へ塩化水素(HCl)ガスを供給するガス供給管232a、インナーカバー204内へアンモニア(NH)ガスを供給するガス供給管232b、インナーカバー204内へ後述するドーピングガスを供給するガス供給管232c、インナーカバー204内へパージガスとして窒素(N)ガスおよび水素(H)ガスの混合ガス(N/Hガス)を供給するガス供給管232d、および、成膜室201内へパージガスとしてのNガスを供給するガス供給管232eが接続されている。ガス供給管232a~232eには、上流側から順に、流量制御器241a~241e、バルブ243a~243eがそれぞれ設けられている。ガス供給管232aの下流には、原料としてのGa融液を収容するガス生成器233aが設けられている。ガス生成器233aには、HClガスとGa融液との反応により生成された塩化ガリウム(GaCl)ガスを、サセプタ208上に配置された種基板5等に向けて供給するノズル249aが設けられている。ガス供給管232b,232cの下流側には、これらのガス供給管から供給された各種ガスをサセプタ208上に配置された種基板5等に向けて供給するノズル249b,249cがそれぞれ接続されている。ノズル249a~249cは、サセプタ208の表面に対して交差する方向にガスを流すよう配置されている。ノズル249cから供給されるドーピングガスは、ドーピング原料ガスとN/Hガス等のキャリアガスとの混合ガスである。ドーピングガスについては、ドーピング原料のハロゲン化物ガスの熱分解を抑える目的でHClガスを一緒に流してもよい。ドーピングガスを構成するドーピング原料ガスとしては、例えば、シリコン(Si)ドープの場合であればジクロロシラン(SiHCl)ガスまたはシラン(SiH)ガス、ゲルマニウム(Ge)ドープの場合であればテトラクロロゲルマン(GeCl)ガス,ジクロロゲルマン(GeHCl)ガスまたはゲルマン(GeH)ガスを、それぞれ用いることが考えられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。 At one end of the airtight container 203, a gas supply pipe 232a for supplying hydrogen chloride (HCl) gas into the gas generator 233a, a gas supply pipe 232b for supplying ammonia (NH 3 ) gas into the inner cover 204, and an inner cover 204. A gas supply pipe 232c for supplying the doping gas described later, and a gas supply for supplying a mixed gas (N 2 / H 2 gas) of nitrogen (N 2 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas as a purge gas into the inner cover 204. A pipe 232d and a gas supply pipe 232e that supplies N2 gas as a purge gas into the film forming chamber 201 are connected. The gas supply pipes 232a to 232e are provided with flow rate controllers 241a to 241e and valves 243a to 243e, respectively, in this order from the upstream side. A gas generator 233a for accommodating a Ga melt as a raw material is provided downstream of the gas supply pipe 232a. The gas generator 233a is provided with a nozzle 249a for supplying gallium chloride (GaCl) gas generated by the reaction of HCl gas and Ga melt toward the seed substrate 5 or the like arranged on the susceptor 208. There is. On the downstream side of the gas supply pipes 232b and 232c, nozzles 249b and 249c for supplying various gases supplied from these gas supply pipes to the seed substrate 5 and the like arranged on the susceptor 208 are connected, respectively. .. The nozzles 249a to 249c are arranged so as to allow gas to flow in a direction intersecting the surface of the susceptor 208. The doping gas supplied from the nozzle 249c is a mixed gas of a doping raw material gas and a carrier gas such as N2 / H2 gas. As for the doping gas, HCl gas may be flown together for the purpose of suppressing the thermal decomposition of the halide gas as the doping raw material. The doping raw material gas constituting the doping gas may be, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas or silane (SiH 4 ) gas in the case of silicon (Si) doping, or germanium (Ge) doping in the case of germanium (Ge) doping. It is conceivable to use tetrachlorogerman (GeCl 4 ) gas, dichlorogerman (GeH 2 Cl 2 ) gas or germanium (GeH 4 ) gas, respectively, but the present invention is not limited thereto.

気密容器203の他端には、成膜室201内を排気する排気管230が設けられている。排気管230には、ポンプ(あるいはブロワ)231が設けられている。気密容器203の外周には、ガス生成器233a内やサセプタ208上の種基板5等を領域別に所望の温度に加熱するゾーンヒータ207a,207bが設けられている。また、気密容器203内には成膜室201内の温度を測定する温度センサ(ただし不図示)が設けられている。 At the other end of the airtight container 203, an exhaust pipe 230 for exhausting the inside of the film forming chamber 201 is provided. The exhaust pipe 230 is provided with a pump (or blower) 231. Zone heaters 207a and 207b are provided on the outer periphery of the airtight container 203 to heat the inside of the gas generator 233a and the seed substrate 5 on the susceptor 208 to a desired temperature for each region. Further, a temperature sensor (but not shown) for measuring the temperature in the film forming chamber 201 is provided in the airtight container 203.

上述したHVPE装置200の構成部材、特に各種ガスの流れを形成するための各部材については、後述するような低不純物濃度の結晶成長を行うことを可能にすべく、例えば、以下に述べるように構成されている。 The above-mentioned components of the HVPE device 200, particularly each member for forming various gas flows, are described below, for example, in order to enable crystal growth with a low impurity concentration as described later. It is configured.

具体的には、図7中においてハッチング種類により識別可能に示しているように、気密容器203のうち、ゾーンヒータ207a,207bの輻射を受けて結晶成長温度(例えば1000℃以上)に加熱される領域であって、種基板5に供給するガスが接触する領域である高温領域を構成する部材として、石英非含有およびホウ素非含有の材料からなる部材を用いることが好ましい。具体的には、高温領域を構成する部材として、例えば、炭化ケイ素(SiC)コートグラファイトからなる部材を用いることが好ましい。その一方で、比較的低温領域では、高純度石英を用いて部材を構成することが好ましい。つまり、比較的高温になりHClガス等と接触する高温領域では、高純度石英を用いず、SiCコートグラファイトを用いて各部材を構成する。詳しくは、インナーカバー204、サセプタ208、回転軸215、ガス生成器233a、各ノズル249a~249c等を、SiCコートグラファイトで構成する。なお、気密容器203を構成する炉心管は石英とするしかないので、成膜室201内には、サセプタ208やガス生成器233a等を囲うインナーカバー204が設けられているのである。気密容器203の両端の壁部や排気管230等については、ステンレス等の金属材料を用いて構成すればよい。 Specifically, as shown in FIG. 7 so as to be distinguishable by the hatch type, the airtight container 203 is heated to the crystal growth temperature (for example, 1000 ° C. or higher) by receiving radiation from the zone heaters 207a and 207b. It is preferable to use a member made of a quartz-free and boron-free material as a member that constitutes a high-temperature region that is a region in which the gas supplied to the seed substrate 5 comes into contact. Specifically, as the member constituting the high temperature region, for example, it is preferable to use a member made of silicon carbide (SiC) coated graphite. On the other hand, in a relatively low temperature region, it is preferable to construct the member using high-purity quartz. That is, in the high temperature region where the temperature becomes relatively high and comes into contact with HCl gas or the like, each member is composed of SiC coated graphite instead of high-purity quartz. Specifically, the inner cover 204, the susceptor 208, the rotating shaft 215, the gas generator 233a, the nozzles 249a to 249c, and the like are made of SiC coated graphite. Since the core tube constituting the airtight container 203 can only be made of quartz, an inner cover 204 that surrounds the susceptor 208, the gas generator 233a, and the like is provided in the film forming chamber 201. The walls at both ends of the airtight container 203, the exhaust pipe 230, and the like may be configured by using a metal material such as stainless steel.

例えば、「Polyakov et al. J. Appl. Phys. 115, 183706 (2014)」によれば、950℃で成長することにより、低不純物濃度のGaN結晶の成長が実現可能なことが開示されている。ところが、このような低温成長では、得られる結晶品質の低下を招き、熱物性、電気特性等において良好なものが得られない。 For example, according to "Polyakov et al. J. Poly. Phys. 115, 183706 (2014)", it is disclosed that growth of a GaN crystal having a low impurity concentration can be realized by growing at 950 ° C. .. However, such low-temperature growth causes deterioration of the obtained crystal quality, and good thermal properties, electrical characteristics, and the like cannot be obtained.

これに対し、本実施形態の上述したHVPE装置200によれば、比較的高温になりHClガス等と接触する高温領域では、SiCコートグラファイトを用いて各部材を構成している。これにより、例えば、1050℃以上というGaN結晶の成長に適した温度域においても、石英やステンレス等に起因するSi、O、C、Fe、Cr、Ni等の不純物が結晶成長部へ供給されることを遮断することができる。その結果、高純度で、かつ、熱物性および電気特性においても良好な特性を示すGaN結晶を成長させることが実現可能である。 On the other hand, according to the above-mentioned HVPE apparatus 200 of the present embodiment, each member is configured by using SiC coated graphite in a high temperature region where the temperature becomes relatively high and comes into contact with HCl gas or the like. As a result, impurities such as Si, O, C, Fe, Cr, and Ni caused by quartz, stainless steel, and the like are supplied to the crystal growth portion even in a temperature range suitable for growing GaN crystals, for example, 1050 ° C. or higher. It can be blocked. As a result, it is feasible to grow a GaN crystal having high purity and good thermal and electrical characteristics.

なお、HVPE装置200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280に接続されており、コントローラ280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。 Each member included in the HVPE device 200 is connected to a controller 280 configured as a computer, and is configured so that a processing procedure and processing conditions described later are controlled by a program executed on the controller 280. There is.

(基板10の製造工程)
続いて、上述のHVPE装置200を用いて種基板5上にGaN単結晶をエピタキシャル成長させ、その後、成長させた結晶をスライスして基板10を取得するまでの一連の処理について、図7を参照しながら詳しく説明する。以下の説明において、HVPE装置200を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。
(Manufacturing process of substrate 10)
Subsequently, with reference to FIG. 7, a series of processes from epitaxially growing a GaN single crystal on the seed substrate 5 using the above-mentioned HVPE apparatus 200 and then slicing the grown crystal to obtain the substrate 10. I will explain in detail. In the following description, the operation of each part constituting the HVPE device 200 is controlled by the controller 280.

基板10の製造工程は、搬入ステップと、結晶成長ステップと、搬出ステップと、スライスステップと、を有している。 The manufacturing process of the substrate 10 includes a carry-in step, a crystal growth step, a carry-out step, and a slice step.

(搬入ステップ)
具体的には、先ず、反応容器203の炉口を開放し、サセプタ208上に種基板5を載置する。サセプタ208上に載置する種基板5は、後述する基板10を製造するための基(種)となるもので、窒化物半導体の一例であるGaNの単結晶からなる板状のものである。
(Bring-in step)
Specifically, first, the furnace opening of the reaction vessel 203 is opened, and the seed substrate 5 is placed on the susceptor 208. The seed substrate 5 placed on the susceptor 208 serves as a base (seed) for manufacturing the substrate 10 described later, and is a plate-shaped one made of a single crystal of GaN, which is an example of a nitride semiconductor.

サセプタ208上への種基板5の載置にあたっては、サセプタ208上に載置された状態の種基板5の表面、すなわちノズル249a~249cに対向する側の主面(結晶成長面、下地面)が、GaN結晶の(0001)面、すなわち+C面(Ga極性面)となるようにする。 When placing the seed substrate 5 on the susceptor 208, the surface of the seed substrate 5 mounted on the susceptor 208, that is, the main surface (crystal growth surface, base surface) on the side facing the nozzles 249a to 249c. Is the (0001) plane of the GaN crystal, that is, the + C plane (Ga polar plane).

(結晶成長ステップ)
本ステップでは、反応室201内への種基板5の搬入が完了した後に、炉口を閉じ、反応室201内の加熱および排気を実施しながら、反応室201内へのHガス、或いは、HガスおよびNガスの供給を開始する。そして、反応室201内が所望の処理温度、処理圧力に到達し、反応室201内の雰囲気が所望の雰囲気となった状態で、ガス供給管232a,232bからのHClガス、NHガスの供給を開始し、種基板5の表面に対してGaClガスおよびNHガスをそれぞれ供給する。
(Crystal growth step)
In this step, after the delivery of the seed substrate 5 into the reaction chamber 201 is completed, the furnace opening is closed, and H 2 gas or H 2 gas or H 2 gas into the reaction chamber 201 is carried out while heating and exhausting the inside of the reaction chamber 201. Start supplying H 2 gas and N 2 gas. Then, in a state where the inside of the reaction chamber 201 reaches a desired treatment temperature and treatment pressure and the atmosphere in the reaction chamber 201 becomes a desired atmosphere, the HCl gas and NH3 gas are supplied from the gas supply pipes 232a and 232b. Is started, and GaCl gas and NH3 gas are supplied to the surface of the seed substrate 5, respectively.

これにより、図8(a)に断面図を示すように、種基板5の表面上にc軸方向にGaN結晶がエピタキシャル成長し、GaN結晶6が形成される。このとき、SiHClガスを供給することで、GaN結晶6中に、n型不純物としてのSiを添加することが可能となる。 As a result, as shown in the cross-sectional view in FIG. 8A, the GaN crystal grows epitaxially on the surface of the seed substrate 5 in the c-axis direction, and the GaN crystal 6 is formed. At this time, by supplying the SiH 2 Cl 2 gas, it becomes possible to add Si as an n-type impurity to the GaN crystal 6.

なお、本ステップでは、種基板5を構成するGaN結晶の熱分解を防止するため、種基板5の温度が500℃に到達した時点、或いはそれ以前から、反応室201内へのNHガスの供給を開始するのが好ましい。また、GaN結晶6の面内膜厚均一性等を向上させるため、本ステップは、サセプタ208を回転させた状態で実施するのが好ましい。 In this step, in order to prevent thermal decomposition of the GaN crystals constituting the seed substrate 5, when the temperature of the seed substrate 5 reaches 500 ° C. or before that, the NH3 gas into the reaction chamber 201 is charged. It is preferable to start the supply. Further, in order to improve the uniformity of the in-plane film thickness of the GaN crystal 6, it is preferable to carry out this step in a state where the susceptor 208 is rotated.

本ステップでは、ゾーンヒータ207a,207bの温度は、ガス生成器233aを含む反応室201内の上流側の部分を加熱するヒータ207aでは例えば700~900℃の温度に設定し、サセプタ208を含む反応室201内の下流側の部分を加熱するヒータ207bでは例えば1000~1200℃の温度に設定するのが好ましい。これにより、サセプタ208は1000~1200℃の所定の温度に調整される。本ステップでは、内部ヒータ(ただし不図示)はオフの状態で使用してもよいが、サセプタ208の温度が上述の1000~1200℃の範囲である限りにおいては、内部ヒータを用いた温度制御を実施しても構わない。 In this step, the temperature of the zone heaters 207a and 207b is set to, for example, 700 to 900 ° C. in the heater 207a for heating the upstream portion in the reaction chamber 201 including the gas generator 233a, and the reaction including the susceptor 208 is set. The heater 207b for heating the downstream portion of the chamber 201 is preferably set to a temperature of, for example, 1000 to 1200 ° C. As a result, the susceptor 208 is adjusted to a predetermined temperature of 1000 to 1200 ° C. In this step, the internal heater (but not shown) may be used in the off state, but as long as the temperature of the susceptor 208 is in the above-mentioned range of 1000 to 1200 ° C., the temperature control using the internal heater is performed. You may do it.

本ステップのその他の処理条件としては、以下が例示される。
処理圧力:0.5~2気圧
GaClガスの分圧:0.1~20kPa
NHガスの分圧/GaClガスの分圧:1~100
ガスの分圧/GaClガスの分圧:0~100
SiHClガスの分圧:2.5×10-5~1.3×10-3kPa
The following are exemplified as other processing conditions in this step.
Processing pressure: 0.5 to 2 atmospheres Partial pressure of GaCl gas: 0.1 to 20 kPa
Partial pressure of NH3 gas / Partial pressure of GaCl gas: 1 to 100
Partial pressure of H2 gas / Partial pressure of GaCl gas: 0-100
Partial pressure of SiH 2 Cl 2 gas: 2.5 × 10 -5 to 1.3 × 10 -3 kPa

また、種基板5の表面に対してGaClガスおよびNHガスを供給する際は、ガス供給管232a~232bのそれぞれから、キャリアガスとしてのNガスを添加してもよい。Nガスを添加してノズル249a~249bから供給されるガスの吹き出し流速を調整することで、種基板5の表面における原料ガスの供給量等の分布を適切に制御し、面内全域にわたり均一な成長速度分布を実現することができる。なお、Nガスの代わりにArガスやHeガス等の希ガスを添加するようにしてもよい。 Further, when supplying GaCl gas and NH3 gas to the surface of the seed substrate 5, N2 gas as a carrier gas may be added from each of the gas supply pipes 232a to 232b. By adding N2 gas and adjusting the blowout flow rate of the gas supplied from the nozzles 249a to 249b, the distribution of the supply amount of the raw material gas on the surface of the seed substrate 5 is appropriately controlled and uniform over the entire in-plane. It is possible to realize a stable growth rate distribution. A rare gas such as Ar gas or He gas may be added instead of the N 2 gas.

(搬出ステップ)
種基板5上に所望の厚さのGaN結晶6を成長させたら、反応室201内へNHガス、Nガスを供給しつつ、また、反応室201内を排気した状態で、ガス生成器233aへのHClガスの供給、反応室201内へHガスの供給、ゾーンヒータ207a、207bによる加熱をそれぞれ停止する。そして、反応室201内の温度が500℃以下に降温したらNHガスの供給を停止し、反応室201内の雰囲気をNガスへ置換して大気圧に復帰させる。そして、反応室201内を、例えば200℃以下の温度、すなわち、反応容器203内からのGaNの結晶インゴット(主面上にGaN結晶6が形成された種基板5)の搬出が可能となる温度へと降温させる。その後、結晶インゴットを反応室201内から外部へ搬出する。
(Delivery step)
After growing a GaN crystal 6 having a desired thickness on the seed substrate 5, a gas generator is provided while supplying NH3 gas and N2 gas into the reaction chamber 201 and exhausting the inside of the reaction chamber 201. The supply of HCl gas to 233a, the supply of H2 gas into the reaction chamber 201, and the heating by the zone heaters 207a and 207b are stopped, respectively. Then, when the temperature in the reaction chamber 201 drops to 500 ° C. or lower, the supply of NH 3 gas is stopped, the atmosphere in the reaction chamber 201 is replaced with N 2 gas, and the pressure is restored to atmospheric pressure. Then, in the reaction chamber 201, for example, a temperature of 200 ° C. or lower, that is, a temperature at which the GaN crystal ingot (seed substrate 5 having the GaN crystal 6 formed on the main surface) can be carried out from the reaction vessel 203. To lower the temperature. After that, the crystal ingot is carried out from the inside of the reaction chamber 201 to the outside.

(スライスステップ)
その後、搬出した結晶インゴットを例えばGaN結晶6の成長面と平行な方向にスライスすることにより、図8(b)に示すように、1枚以上の基板10を得ることができる。
基板10の各種組成や各種物性等は、上述した通りであるので説明を割愛する。このスライス加工は、例えばワイヤソーや放電加工機等を用いて行うことが可能である。基板10の厚さは250μm以上、例えば400μm程度の厚さとする。その後、基板10の表面(+c面)に対して所定の研磨加工を施すことで、この面をエピレディなミラー面とする。なお、基板10の裏面(-c面)はラップ面あるいはミラー面とする。
(Slice step)
Then, by slicing the carried-out crystal ingot in a direction parallel to the growth plane of the GaN crystal 6, for example, one or more substrates 10 can be obtained as shown in FIG. 8 (b).
Since the various compositions and various physical properties of the substrate 10 are as described above, the description thereof will be omitted. This slicing process can be performed using, for example, a wire saw, an electric discharge machine, or the like. The thickness of the substrate 10 is 250 μm or more, for example, about 400 μm. After that, the surface (+ c surface) of the substrate 10 is subjected to a predetermined polishing process to make this surface an epiready mirror surface. The back surface (−c surface) of the substrate 10 is a lap surface or a mirror surface.

(S114:測定工程)
複数の基板10が作製されたら、複数の基板10のそれぞれに対して光を照射し、複数の基板10のそれぞれにおいて赤外域の吸収係数を測定する。このとき、基板10の主面内のうち少なくとも2点以上において赤外域の吸収係数を測定する。なお、このとき、基板10の主面内のうちの測定箇所を、例えば、2点以上10点以下とし、好ましくは3点以上5点以下とする。測定箇所が1点のみであると、基板10の主面内における吸収係数差を求めることができない。一方で、測定箇所が10点超であると、測定工程に係る時間が長くなり、基板10の生産性が低下する可能性がある。
(S114: Measurement step)
After the plurality of substrates 10 are manufactured, each of the plurality of substrates 10 is irradiated with light, and the absorption coefficient in the infrared region is measured in each of the plurality of substrates 10. At this time, the absorption coefficient in the infrared region is measured at at least two points or more in the main surface of the substrate 10. At this time, the measurement points in the main surface of the substrate 10 are, for example, 2 points or more and 10 points or less, preferably 3 points or more and 5 points or less. If there is only one measurement point, the difference in absorption coefficient in the main surface of the substrate 10 cannot be obtained. On the other hand, if the number of measurement points exceeds 10, the time required for the measurement step becomes long, and the productivity of the substrate 10 may decrease.

また、少なくとも、基板10の主面の中心と、基板10の主面の中心から径方向に所定距離離れた位置とにおいて、吸収係数を測定することが好ましい。ここで、上記基板作製工程S112では種基板5を回転させながらGaN結晶6を成長させるため、基板10の吸収係数は、基板10の主面の中心に対して同心円状に等しくなる傾向がある。したがって、少なくとも基板10の主面の中心と、基板10の主面の中心から径方向に所定距離離れた位置とにおいて吸収係数を測定することにより、基板10の主面内における吸収係数の分布を正確に把握(予測)することができる。なお、基板10の主面の中心以外の測定位置は、例えば、基板10の主面の中心から径方向に、基板10の半径に対して20%以上80%以下の距離だけ離れた位置とする。 Further, it is preferable to measure the absorption coefficient at least at the center of the main surface of the substrate 10 and a position radially separated from the center of the main surface of the substrate 10 by a predetermined distance. Here, since the GaN crystal 6 is grown while rotating the seed substrate 5 in the substrate manufacturing step S112, the absorption coefficient of the substrate 10 tends to be concentrically equal to the center of the main surface of the substrate 10. Therefore, by measuring the absorption coefficient at least at the center of the main surface of the substrate 10 and at a position radially separated from the center of the main surface of the substrate 10 by a predetermined distance, the distribution of the absorption coefficient in the main surface of the substrate 10 can be obtained. It can be accurately grasped (predicted). The measurement position other than the center of the main surface of the substrate 10 is, for example, a position separated from the center of the main surface of the substrate 10 in the radial direction by a distance of 20% or more and 80% or less with respect to the radius of the substrate 10. ..

(S116:判定工程)
次に、測定された基板10の吸収係数に基づいて、基板10が赤外域の吸収係数について所定の要件を満たしているか否かを判定する。具体的には、例えば、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における吸収係数αが上記式(1)により近似されるかを判定する。また、例えば、基板10における波長2μmでの吸収係数が1.2cm-1以上48cm-1以下であり、且つ、基板10の主面内における波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差が1.0cm-1以内であるかを判定する。このとき、基板作製工程S112で得られた複数の基板10のそれぞれに対して、上記判定を行う。
(S116: Judgment step)
Next, based on the measured absorption coefficient of the substrate 10, it is determined whether or not the substrate 10 satisfies a predetermined requirement for the absorption coefficient in the infrared region. Specifically, for example, it is determined whether the absorption coefficient α in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the above equation (1). Further, for example, the absorption coefficient of the substrate 10 at a wavelength of 2 μm is 1.2 cm -1 or more and 48 cm -1 or less, and the maximum and minimum values of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm in the main surface of the substrate 10 are set. Determine if the difference is within 1.0 cm -1 . At this time, the above determination is performed for each of the plurality of substrates 10 obtained in the substrate manufacturing step S112.

次に、上記判定結果に基づいて、複数の基板10のうち、赤外域の吸収係数についての上記要件を満たす基板10を良品として選別し、上記要件を満たさない基板10を排除する。これにより、後述の基板10を加熱する工程で精度良くかつ再現性良く加熱することが可能な基板10を良品として選別することができ、また、後述の基板10を加熱する工程での加熱効率を均一にすることが可能な基板10を良品として選別することができる。 Next, based on the above determination result, the substrate 10 satisfying the above requirement for the absorption coefficient in the infrared region is selected as a non-defective product from among the plurality of substrates 10, and the substrate 10 not satisfying the above requirement is excluded. As a result, the substrate 10 that can be heated with high accuracy and reproducibility in the step of heating the substrate 10 described later can be selected as a non-defective product, and the heating efficiency in the step of heating the substrate 10 described later can be improved. The substrate 10 that can be made uniform can be selected as a non-defective product.

なお、基板10における波長2μmでの吸収係数が1.2cm-1以上24cm-1以下であり、且つ、基板10の主面内における波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差が0.5cm-1以内であるかを判定し、複数の基板10のうち、赤外域の吸収係数についての上記要件を満たす基板10を最良品として選別してもよい。 The absorption coefficient of the substrate 10 at a wavelength of 2 μm is 1.2 cm -1 or more and 24 cm -1 or less, and the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm in the main surface of the substrate 10 is. It may be determined whether or not it is within 0.5 cm -1 , and among the plurality of substrates 10, the substrate 10 that satisfies the above requirements for the absorption coefficient in the infrared region may be selected as the best product.

以上により、図1に示すように、本実施形態の基板10が製造される。 As a result, as shown in FIG. 1, the substrate 10 of the present embodiment is manufactured.

以下、良品(または最良品)として選別された基板10を用い、半導体積層物1および半導体装置2を製造する。以下の工程では、少なくとも1工程として、基板10に対して少なくとも赤外線を照射し、基板10を加熱する工程を行う。本実施形態において基板10を加熱する工程としては、例えば、半導体層形成工程S120、活性化アニール工程S130、保護膜形成工程S143、オーミックアロイ工程S146などが挙げられる。 Hereinafter, the semiconductor laminate 1 and the semiconductor device 2 are manufactured using the substrate 10 selected as a non-defective product (or the best product). In the following steps, as at least one step, the substrate 10 is irradiated with at least infrared rays to heat the substrate 10. Examples of the step of heating the substrate 10 in the present embodiment include a semiconductor layer forming step S120, an activation annealing step S130, a protective film forming step S143, and an ohmic alloy step S146.

(S120:半導体層形成工程)
次に、例えば、有機金属気相成長法(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)により、基板10に対して少なくとも赤外線を照射し、基板10上に半導体層20をエピタキシャル成長させる。
(S120: Semiconductor layer forming step)
Next, for example, by the organic metal vapor phase growth method (MOVPE: Metalorganic Vapor Phase Epitaxy), the substrate 10 is irradiated with at least infrared rays, and the semiconductor layer 20 is epitaxially grown on the substrate 10.

このとき、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、基板10への赤外線の照射によって基板10を安定的に加熱し、基板10の温度を精度よく制御することができる。また、赤外線の照射による加熱効率を該基板10の主面内で均一にすることができる。その結果、半導体層20の結晶性、厚さ、各種不純物濃度等を精度良く制御し、基板10の主面内で均一にすることができる。 At this time, if the substrate 10 satisfies the above requirements for the absorption coefficient in the infrared region, the substrate 10 can be stably heated by irradiating the substrate 10 with infrared rays, and the temperature of the substrate 10 can be controlled accurately. Further, the heating efficiency due to the irradiation of infrared rays can be made uniform in the main surface of the substrate 10. As a result, the crystallinity, thickness, concentration of various impurities, and the like of the semiconductor layer 20 can be controlled with high accuracy, and can be made uniform in the main surface of the substrate 10.

具体的には、例えば、以下の手順により、本実施形態の半導体層20を形成する。 Specifically, for example, the semiconductor layer 20 of the present embodiment is formed by the following procedure.

まず、MOVPE装置(不図示)の処理室内に基板10を搬入する。 First, the substrate 10 is carried into the processing chamber of the MOVPE apparatus (not shown).

このとき、図9(a)および(b)に示すように、保持部材300上に基板10を載置する。保持部材300は、例えば、3つの凸部300pを有し、当該3つの凸部300pによって基板10を保持するよう構成されている。これにより、基板10を加熱する際、保持部材300から基板10への熱伝達ではなく、主に、基板10に対して赤外線を照射することにより、基板10の加熱を行うことができる。ここで、基板10の加熱を板状の保持部材からの熱伝達によって行う場合(或いは熱伝達を組み合わせて行う場合)、基板10の裏面状態や保持部材の表面状態によっては、基板10をその面内全域にわたって均一に加熱することが困難となる。また、基板10の加熱に伴って基板10に反りが生じ、基板10と保持部材との接触具合が徐々に変化する可能性がある。このため、基板10の加熱条件がその面内全域にわたって不均一になる場合もある。これに対し、本実施形態では、上記のような保持部材300を用い、基板10の加熱を、主に基板10に対して赤外線を照射することによって行うことにより、このような課題を解消することができ、基板10を主面内で安定的に均一に加熱することができる。 At this time, as shown in FIGS. 9A and 9B, the substrate 10 is placed on the holding member 300. The holding member 300 has, for example, three convex portions 300p, and is configured to hold the substrate 10 by the three convex portions 300p. As a result, when the substrate 10 is heated, the substrate 10 can be heated mainly by irradiating the substrate 10 with infrared rays instead of transferring heat from the holding member 300 to the substrate 10. Here, when the substrate 10 is heated by heat transfer from a plate-shaped holding member (or when heat transfer is performed in combination), the substrate 10 is placed on the surface thereof depending on the back surface state of the substrate 10 and the front surface state of the holding member. It becomes difficult to heat uniformly over the entire area. Further, the substrate 10 may be warped as the substrate 10 is heated, and the contact condition between the substrate 10 and the holding member may gradually change. Therefore, the heating conditions of the substrate 10 may become non-uniform over the entire in-plane area. On the other hand, in the present embodiment, such a problem is solved by using the holding member 300 as described above and heating the substrate 10 mainly by irradiating the substrate 10 with infrared rays. The substrate 10 can be heated stably and uniformly in the main surface.

なお、熱伝達による影響を低減するため、凸部300pと基板10との間の接触面積が、基板10の被支持面の5%以下、好ましくは3%以下の大きさとなるように、凸部300pの形状や寸法を適正に選択することが好ましい。 In order to reduce the influence of heat transfer, the convex portion so that the contact area between the convex portion 300p and the substrate 10 is 5% or less, preferably 3% or less of the supported surface of the substrate 10. It is preferable to properly select the shape and dimensions of 300p.

基板10を保持部材300上に載置したら、MOVPE装置の処理室内に、水素ガスおよびNHガス(さらにNガス)を供給し、所定の加熱源(例えばランプヒータ)から基板10に対して赤外線を照射し、基板10を加熱する。基板10の温度が所定の成長温度(例えば1000℃以上1100℃以下)となったら、例えば、III族有機金属原料としてトリメチルガリウム(TMG)と、V族原料としてNHガスとを、基板10に対して供給する。これと同時に、例えば、n型不純物原料としてSiHガスを基板10に対して供給する。これにより、基板10上に、n型GaN層としての下地n型半導体層21をエピタキシャル成長させる。 After the substrate 10 is placed on the holding member 300, hydrogen gas and NH 3 gas (further N 2 gas) are supplied to the processing chamber of the MOVPE apparatus, and the substrate 10 is supplied from a predetermined heating source (for example, a lamp heater). The substrate 10 is heated by irradiating it with infrared rays. When the temperature of the substrate 10 reaches a predetermined growth temperature (for example, 1000 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower), for example, trimethylgallium (TMG) as a group III organometallic raw material and NH3 gas as a group V raw material are added to the substrate 10. Supply to. At the same time, for example, SiH4 gas is supplied to the substrate 10 as an n-type impurity raw material. As a result, the base n-type semiconductor layer 21 as the n-type GaN layer is epitaxially grown on the substrate 10.

次に、下地n型半導体層21上に、下地n型半導体層21よりも低濃度のn型不純物を含むn型GaN層としてのドリフト層22をエピタキシャル成長させる。 Next, the drift layer 22 as an n-type GaN layer containing an n-type impurity having a lower concentration than that of the base n-type semiconductor layer 21 is epitaxially grown on the base n-type semiconductor layer 21.

次に、ドリフト層22上に、p型GaN層としての第1p型半導体層23をエピタキシャル成長させる。このとき、n型不純物原料に代えて、例えば、p型不純物原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を基板10に対して供給する。 Next, the first p-type semiconductor layer 23 as the p-type GaN layer is epitaxially grown on the drift layer 22. At this time, instead of the n-type impurity raw material, for example, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) is supplied to the substrate 10 as a p-type impurity raw material.

次に、第1p型半導体層23上に、第1p型半導体層23よりも高濃度のp型不純物を含むp型GaN層としての第2p型半導体層24をエピタキシャル成長させる。 Next, the second p-type semiconductor layer 24 as a p-type GaN layer containing p-type impurities having a higher concentration than that of the first p-type semiconductor layer 23 is epitaxially grown on the first p-type semiconductor layer 23.

第2p型半導体層24の成長が完了したら、III族有機金属原料の供給と、基板10の加熱とを停止する。そして、基板10の温度が500℃以下となったら、V族原料の供給を停止する。その後、MOVPE装置の処理室内の雰囲気をNガスへ置換して大気圧に復帰させるとともに、処理室内を基板搬出可能な温度にまで低下させた後、成長後の基板10を処理室内から搬出する。 When the growth of the second p-type semiconductor layer 24 is completed, the supply of the group III organometallic raw material and the heating of the substrate 10 are stopped. Then, when the temperature of the substrate 10 becomes 500 ° C. or lower, the supply of the group V raw material is stopped. After that, the atmosphere in the processing chamber of the MOVPE apparatus is replaced with N2 gas to return to atmospheric pressure, the temperature in the processing chamber is lowered to a temperature at which the substrate can be carried out, and then the grown substrate 10 is carried out from the processing chamber. ..

これにより、図6に示すように、本実施形態の半導体積層物1が製造される。 As a result, as shown in FIG. 6, the semiconductor laminate 1 of the present embodiment is manufactured.

(S130:活性化アニール工程)
次に、例えば、所定の加熱処理装置(不図示)により、不活性ガスの雰囲気下で、基板10に対して少なくとも赤外線を照射し、半導体積層物1をアニールする。これにより、第1p型半導体層23および第2p型半導体層24のそれぞれからp型不純物に対して結合した水素(H)を脱離させ、第1p型半導体層23および第2p型半導体層24のそれぞれの中のp型不純物を(電気的に)活性化させる。
(S130: Activation annealing step)
Next, for example, the semiconductor laminate 1 is annealed by irradiating the substrate 10 with at least infrared rays in an atmosphere of an inert gas using a predetermined heat treatment device (not shown). As a result, hydrogen (H) bonded to the p-type impurities is desorbed from each of the first p-type semiconductor layer 23 and the second p-type semiconductor layer 24, and the first p-type semiconductor layer 23 and the second p-type semiconductor layer 24 are separated from each other. It activates (electrically) the p-type impurities in each.

このとき、半導体層20のうち少なくともドリフト層22は、自由電子濃度が低く、赤外域での吸収係数が低いため、加熱され難い。これに対し、本実施形態では、所定の加熱源(例えばランプヒータ)からの赤外線の照射により少なくとも基板10を加熱し、第1p型半導体層23および第2p型半導体層24を加熱する。 At this time, at least the drift layer 22 of the semiconductor layers 20 is difficult to be heated because the free electron concentration is low and the absorption coefficient in the infrared region is low. On the other hand, in the present embodiment, at least the substrate 10 is heated by irradiation with infrared rays from a predetermined heating source (for example, a lamp heater) to heat the first p-type semiconductor layer 23 and the second p-type semiconductor layer 24.

また、このとき、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、基板10への赤外線の照射によって基板10を安定的に加熱し、基板10の温度を精度よく制御することができる。また、赤外線の照射による加熱効率を該基板10の主面内で均一にすることができる。その結果、第1p型半導体層23および第2p型半導体層24のそれぞれの中のp型不純物の活性化具合(活性化率、自由正孔濃度)を精度良く制御し、基板10の主面内で均一にすることができる。 Further, at this time, if the substrate 10 satisfies the above requirements for the absorption coefficient in the infrared region, the substrate 10 can be stably heated by irradiating the substrate 10 with infrared rays, and the temperature of the substrate 10 can be controlled accurately. .. Further, the heating efficiency due to the irradiation of infrared rays can be made uniform in the main surface of the substrate 10. As a result, the activation degree (activation rate, free hole concentration) of the p-type impurities in each of the first p-type semiconductor layer 23 and the second p-type semiconductor layer 24 is accurately controlled, and the inside of the main surface of the substrate 10 is controlled. Can be made uniform with.

また、このとき、図9(a)および(b)に示す保持部材300を用い、基板10を加熱する。これにより、保持部材300から基板10への熱伝達ではなく、主に、基板10に対して赤外線を照射することにより、基板10の加熱を行うことができる。その結果、基板10を主面内で安定的に均一に加熱することができる。 At this time, the holding member 300 shown in FIGS. 9A and 9B is used to heat the substrate 10. As a result, the substrate 10 can be heated mainly by irradiating the substrate 10 with infrared rays instead of transferring heat from the holding member 300 to the substrate 10. As a result, the substrate 10 can be heated stably and uniformly in the main surface.

なお、このとき、不活性ガス雰囲気を、例えば、Nガス、またはアルゴン(Ar)ガス等の希ガスを含む雰囲気とする。また、基板10(半導体積層物1)の温度を、例えば、500℃以上700℃以下とし、アニール時間を、例えば、3分以上30分以下とする。 At this time, the atmosphere of the inert gas is set to be an atmosphere containing a rare gas such as N2 gas or argon (Ar) gas. Further, the temperature of the substrate 10 (semiconductor laminate 1) is set to, for example, 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and the annealing time is set to, for example, 3 minutes or longer and 30 minutes or lower.

(S140:半導体装置作製工程)
次に、上記した半導体積層物1を用いて半導体装置2を作製する半導体装置作製工程S140を行う。本実施形態の半導体装置作製工程S140は、例えば、メサ形成工程S141と、第1p型電極形成工程S142と、保護膜形成工程S143と、第2p型電極形成工程S144と、n型電極形成工程S145と、オーミックアロイ工程S146と、を有している。
(S140: Semiconductor device manufacturing process)
Next, a semiconductor device manufacturing step S140 for manufacturing the semiconductor device 2 using the above-mentioned semiconductor laminate 1 is performed. The semiconductor device manufacturing step S140 of the present embodiment is, for example, a mesa forming step S141, a first p-type electrode forming step S142, a protective film forming step S143, a second p-type electrode forming step S144, and an n-type electrode forming step S145. And the ohmic alloy step S146.

(S141:メサ形成工程)
次に、第2p型半導体層24上に所定のレジストパターン(不図示)が形成された状態で、例えば、反応性イオンエッチング法(RIE:Reactive Ion Etching)により、第2p型半導体層24、第1p型半導体層23、およびドリフト層22の一部をエッチングする。
(S141: Mesa forming step)
Next, in a state where a predetermined resist pattern (not shown) is formed on the second p-type semiconductor layer 24, for example, by a reactive ion etching method (RIE), the second p-type semiconductor layer 24, the second A part of the 1p type semiconductor layer 23 and the drift layer 22 is etched.

これにより、図10(a)に示すように、第2p型半導体層24、第1p型半導体層23、およびドリフト層22にメサ構造29を形成する。その後、レジストパターンを除去する。 As a result, as shown in FIG. 10A, the mesa structure 29 is formed on the second p-type semiconductor layer 24, the first p-type semiconductor layer 23, and the drift layer 22. After that, the resist pattern is removed.

(S142:第1p型電極形成工程)
次に、メサ構造29およびドリフト層22の表面を覆うように、例えばスパッタ法によりパラジウム(Pd)/ニッケル(Ni)膜を形成し、フォトリソグラフィによりPd/Ni膜を所定の形状にパターニングする。
(S142: First p-type electrode forming step)
Next, a palladium (Pd) / nickel (Ni) film is formed by, for example, a sputtering method so as to cover the surfaces of the mesa structure 29 and the drift layer 22, and the Pd / Ni film is patterned into a predetermined shape by photolithography.

これにより、図10(b)に示すように、メサ構造29の上面、すなわち第2p型半導体層24の上に、第1p型電極(第1アノード)320を形成する。 As a result, as shown in FIG. 10B, the first p-type electrode (first anode) 320 is formed on the upper surface of the mesa structure 29, that is, on the second p-type semiconductor layer 24.

(S143:保護膜形成工程)
次に、メサ構造29およびドリフト層22の表面を覆うように、例えばスピンコート法によりSOG(Spin On Glass)膜を形成する。このとき、SOG膜の厚さを、例えば、100nm以上500nm以下とする。
(S143: Protective film forming step)
Next, an SOG (Spin On Glass) film is formed so as to cover the surfaces of the mesa structure 29 and the drift layer 22 by, for example, a spin coating method. At this time, the thickness of the SOG film is set to, for example, 100 nm or more and 500 nm or less.

次に、例えば、所定の加熱処理装置(不図示)により、例えばNガスなどの不活性ガスの雰囲気下で、基板10に対して少なくとも赤外線を照射し、半導体積層物1をアニールする。これにより、SOG膜から有機溶媒成分を揮発させ、SOG膜を硬化させる。 Next, for example, the semiconductor laminate 1 is annealed by irradiating the substrate 10 with at least infrared rays in an atmosphere of an inert gas such as N2 gas by a predetermined heat treatment device (not shown). As a result, the organic solvent component is volatilized from the SOG film, and the SOG film is cured.

このとき、SOG膜における赤外域での吸収係数は低いため、SOG膜自体は、赤外線の照射によって加熱され難い。これに対し、本実施形態では、所定の加熱源(例えばランプヒータ)からの赤外線の照射により少なくとも基板10を加熱し、SOG膜を加熱する。 At this time, since the absorption coefficient of the SOG film in the infrared region is low, the SOG film itself is difficult to be heated by irradiation with infrared rays. On the other hand, in the present embodiment, at least the substrate 10 is heated by irradiation with infrared rays from a predetermined heating source (for example, a lamp heater) to heat the SOG film.

また、このとき、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、基板10への赤外線の照射によって基板10を安定的に加熱し、基板10の温度を精度よく制御することができる。また、赤外線の照射による加熱効率を該基板10の主面内で均一にすることができる。その結果、SOG膜の膜質(SOG膜からの溶媒の揮発具合や硬化具合等)を精度良く制御し、基板10の主面内で均一にすることができる。 Further, at this time, if the substrate 10 satisfies the above requirements for the absorption coefficient in the infrared region, the substrate 10 can be stably heated by irradiating the substrate 10 with infrared rays, and the temperature of the substrate 10 can be controlled accurately. .. Further, the heating efficiency due to the irradiation of infrared rays can be made uniform in the main surface of the substrate 10. As a result, the film quality of the SOG film (the degree of volatilization of the solvent from the SOG film, the degree of curing, etc.) can be accurately controlled and made uniform in the main surface of the substrate 10.

また、このとき、図9(a)および(b)に示す保持部材300を用い、基板10を加熱する。これにより、保持部材300から基板10への熱伝達ではなく、主に、基板10に対して赤外線を照射することにより、基板10の加熱を行うことができる。その結果、基板10を主面内で安定的に均一に加熱することができる。 At this time, the holding member 300 shown in FIGS. 9A and 9B is used to heat the substrate 10. As a result, the substrate 10 can be heated mainly by irradiating the substrate 10 with infrared rays instead of transferring heat from the holding member 300 to the substrate 10. As a result, the substrate 10 can be heated stably and uniformly in the main surface.

なお、このとき、不活性ガス雰囲気を、例えば、Nガス、またはArガス等の希ガスを含む雰囲気とする。また、基板10(半導体積層物1)の温度を、例えば、200℃以上500℃以下とし、アニール時間を、例えば、30分以上3時間以下とする。 At this time, the atmosphere of the inert gas is set to be an atmosphere containing a rare gas such as N2 gas or Ar gas. Further, the temperature of the substrate 10 (semiconductor laminate 1) is set to, for example, 200 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and the annealing time is set to, for example, 30 minutes or longer and 3 hours or lower.

SOG膜を形成したら、SOG膜上に、例えばスパッタ法によりシリコン酸化膜(SiO膜)を形成する。なお、SiO膜の厚さを、例えば、100nm以上500nm以下とする。SOG膜上にSiO膜を形成したら、フォトリソグラフィによりこれらの酸化膜を所定の形状にパターニングする。 After forming the SOG film, a silicon oxide film (SiO 2 film) is formed on the SOG film by, for example, a sputtering method. The thickness of the SiO 2 film is, for example, 100 nm or more and 500 nm or less. After forming the SiO 2 film on the SOG film, these oxide films are patterned into a predetermined shape by photolithography.

これにより、図11(a)に示すように、メサ構造29の外側のドリフト層22の表面、メサ構造29の側面、および第2p型半導体層24の表面の一部(メサ構造29の上面の周囲)を覆うように、保護膜40を形成する。 As a result, as shown in FIG. 11A, the surface of the drift layer 22 outside the mesa structure 29, the side surface of the mesa structure 29, and a part of the surface of the second p-type semiconductor layer 24 (the upper surface of the mesa structure 29). A protective film 40 is formed so as to cover the surrounding area).

(S144:第2p型電極形成工程)
次に、保護膜40の開口内の第1p型電極32および保護膜40を覆うように、例えばスパッタ法によりTi/Al膜を形成し、フォトリソグラフィによりTi/Al膜を所定の形状にパターニングする。
(S144: Second p-type electrode forming step)
Next, a Ti / Al film is formed by, for example, a sputtering method so as to cover the first p-type electrode 32 and the protective film 40 in the opening of the protective film 40, and the Ti / Al film is patterned into a predetermined shape by photolithography. ..

これにより、図11(b)に示すように、保護膜40の開口内で第1p型電極32に接するとともに、保護膜40上において第1p型電極32よりも外側に延在しメサ構造29を覆うように、第2p型電極(p型電極パッド)34を形成する。詳細には、第2p型電極34は、半導体積層物1を上方から平面視したときに、メサ構造29の外側のドリフト層22の表面の一部、メサ構造29の側面、およびメサ構造29の上面と重なるように形成される。これにより、第1p型電極32の端部や、メサ構造29の側面近傍のpn接合界面付近に電界が集中することを抑制することができる。 As a result, as shown in FIG. 11B, the mesa structure 29 is in contact with the first p-type electrode 32 within the opening of the protective film 40 and extends outward from the first p-type electrode 32 on the protective film 40. A second p-type electrode (p-type electrode pad) 34 is formed so as to cover it. Specifically, the second p-type electrode 34 is a part of the surface of the drift layer 22 outside the mesa structure 29, the side surface of the mesa structure 29, and the mesa structure 29 when the semiconductor laminate 1 is viewed from above. It is formed so as to overlap the upper surface. As a result, it is possible to suppress the concentration of the electric field near the end of the first p-type electrode 32 and the pn junction interface near the side surface of the mesa structure 29.

(S145:n型電極形成工程)
次に、基板10の裏面側に、例えばスパッタ法によりTi/Al膜を形成し、フォトリソグラフィによりTi/Al膜を所定の形状にパターニングする。これにより、基板10の裏面側に、n型電極36を形成する。
(S145: n-type electrode forming step)
Next, a Ti / Al film is formed on the back surface side of the substrate 10 by, for example, a sputtering method, and the Ti / Al film is patterned into a predetermined shape by photolithography. As a result, the n-type electrode 36 is formed on the back surface side of the substrate 10.

(S146:オーミックアロイ工程)
次に、例えば、所定の加熱処理装置(不図示)により、不活性ガスの雰囲気下で、半導体積層物1に対して少なくとも赤外線を照射し、半導体積層物1をアニールする。これにより、第1p型電極32、第2p型電極34およびn型電極36のそれぞれを構成する各金属膜の密着性を向上させるとともに、第2p型半導体層24に対する第1p型電極32の接触抵抗、第1p型電極32に対する第2p型電極34の接触抵抗、および基板10に対するn型電極36の接触抵抗を低減させる。
(S146: Ohmic alloy process)
Next, for example, the semiconductor laminate 1 is annealed by irradiating the semiconductor laminate 1 with at least infrared rays in an atmosphere of an inert gas by a predetermined heat treatment device (not shown). As a result, the adhesion of each metal film constituting each of the first p-type electrode 32, the second p-type electrode 34, and the n-type electrode 36 is improved, and the contact resistance of the first p-type electrode 32 with respect to the second p-type semiconductor layer 24 is improved. , The contact resistance of the second p-type electrode 34 with respect to the first p-type electrode 32 and the contact resistance of the n-type electrode 36 with respect to the substrate 10 are reduced.

このとき、所定の加熱源(例えばランプヒータ)からの赤外線の照射により、第1p型電極32、第2p型電極34およびn型電極36を直接加熱する。さらに、赤外線の照射により基板10を加熱し、第1p型電極32、第2p型電極34およびn型電極36を加熱する。 At this time, the first p-type electrode 32, the second p-type electrode 34, and the n-type electrode 36 are directly heated by irradiation with infrared rays from a predetermined heating source (for example, a lamp heater). Further, the substrate 10 is heated by irradiation with infrared rays, and the first p-type electrode 32, the second p-type electrode 34, and the n-type electrode 36 are heated.

また、このとき、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、基板10への赤外線の照射によって基板10を安定的に加熱し、基板10の温度を精度よく制御することができる。また、赤外線の照射による加熱効率を該基板10の主面内で均一にすることができる。その結果、第2p型半導体層24に対する第1p型電極32の接触抵抗、第1p型電極32に対する第2p型電極34の接触抵抗、および基板10に対するn型電極36の接触抵抗を基板10の主面内で均一にすることができる。 Further, at this time, if the substrate 10 satisfies the above requirements for the absorption coefficient in the infrared region, the substrate 10 can be stably heated by irradiating the substrate 10 with infrared rays, and the temperature of the substrate 10 can be controlled accurately. .. Further, the heating efficiency due to the irradiation of infrared rays can be made uniform in the main surface of the substrate 10. As a result, the contact resistance of the first p-type electrode 32 with respect to the second p-type semiconductor layer 24, the contact resistance of the second p-type electrode 34 with respect to the first p-type electrode 32, and the contact resistance of the n-type electrode 36 with respect to the substrate 10 are the main components of the substrate 10. Can be uniform in the plane.

また、このとき、図9(a)および(b)に示す保持部材300を用い、基板10を加熱する。これにより、保持部材300から基板10への熱伝達ではなく、主に、基板10に対して赤外線を照射することにより、基板10の加熱を行うことができる。その結果、基板10を主面内で安定的に均一に加熱することができる。 At this time, the holding member 300 shown in FIGS. 9A and 9B is used to heat the substrate 10. As a result, the substrate 10 can be heated mainly by irradiating the substrate 10 with infrared rays instead of transferring heat from the holding member 300 to the substrate 10. As a result, the substrate 10 can be heated stably and uniformly in the main surface.

なお、このとき、不活性ガス雰囲気を、例えば、Nガス、またはArガス等の希ガスを含む雰囲気とする。また、基板10(半導体積層物1)の温度を、例えば、500℃以上700℃以下とし、アニール時間を、例えば、30分以上3時間以下とする。 At this time, the atmosphere of the inert gas is set to be an atmosphere containing a rare gas such as N2 gas or Ar gas. Further, the temperature of the substrate 10 (semiconductor laminate 1) is set to, for example, 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and the annealing time is set to, for example, 30 minutes or more and 3 hours or lower.

その後、半導体積層物1をダイシングし、所定の大きさのチップに切り分ける。 After that, the semiconductor laminate 1 is diced and cut into chips having a predetermined size.

以上により、図12に示すように、本実施形態の半導体装置2が製造される。 As a result, as shown in FIG. 12, the semiconductor device 2 of the present embodiment is manufactured.

(4)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。
(4) Effects obtained by the present embodiment According to the present embodiment, one or more of the following effects can be obtained.

(a)本実施形態の製造方法により製造される基板10は、結晶歪みが小さく、また、Oやn型不純物以外の不純物(例えば、n型不純物を補償する不純物等)をほとんど含んでいない状態となっている。これにより、本実施形態の基板10では、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における吸収係数αを所定の定数Kおよび定数aを用いて上記式(1)(α=nKλ)により近似することができる。その結果、基板10に対して少なくとも赤外線を照射し基板10を加熱する工程での加熱条件を容易に設定することができ、該基板10を精度良くかつ再現性良く加熱することができる。 (A) The substrate 10 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment has a small crystal strain and contains almost no impurities other than O and n-type impurities (for example, impurities compensating for n-type impurities). It has become. As a result, in the substrate 10 of the present embodiment, the absorption coefficient α in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the above equation (1) (α = nKλ a ) using a predetermined constant K and constant a. be able to. As a result, the heating conditions in the step of irradiating the substrate 10 with at least infrared rays to heat the substrate 10 can be easily set, and the substrate 10 can be heated with high accuracy and reproducibility.

なお、参考までに、従来の製造方法によって製造されるGaN結晶では、吸収係数αを、上記式(1)によって上記規定の定数Kおよび定数aを用いて精度良く近似することが困難である。 For reference, in a GaN crystal manufactured by a conventional manufacturing method, it is difficult to accurately approximate the absorption coefficient α by using the above-defined constant K and the above-mentioned constant a by the above equation (1).

ここで、図5(b)は、自由電子濃度に対する波長2μmでの吸収係数の関係を比較する図である。図5(b)において、本実施形態の製造方法により製造されるGaN結晶の吸収係数だけでなく、論文(A)~(D)に記載されたGaN結晶の吸収係数も示している。
論文(A):A.S. Barker Physical Review B 7 (1973) p743 Fig.8
論文(B):P. Perlin, Physicsl Review Letter
75 (1995) p296 Fig。1 0.3GPaの曲線から推定。
論文(C):G. Bentoumi, Materical Science Engineering B50 (1997) p142-147 Fig.1
論文(D):S. Porowski, J. Crystal Growth 189-190 (1998) p.153-158 Fig.3 ただし、T=12K
Here, FIG. 5B is a diagram comparing the relationship between the free electron concentration and the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm. FIG. 5B shows not only the absorption coefficient of the GaN crystal produced by the production method of the present embodiment but also the absorption coefficient of the GaN crystal described in the papers (A) to (D).
Paper (A): A. S. Barker Physical Review B 7 (1973) p743 Fig. 8
Paper (B): P.M. Perlin, Physics Review Letter
75 (1995) p296 Fig. Estimated from a curve of 1 0.3 GPa.
Paper (C): G.M. Bentoumi, Medical Science Engineering B50 (1997) p142-147 Fig. 1
Paper (D): S. Pourowski, J.M. Crystal Growth 189-190 (1998) p. 153-158 Fig. 3 However, T = 12K

図5(b)に示すように、論文(A)~(D)に記載の従来のGaN結晶における吸収係数αは、本実施形態の製造方法により製造されるGaN結晶の吸収係数αよりも大きかった。また、従来のGaN結晶における吸収係数αの傾きは、本実施形態の製造方法により製造されるGaN結晶の吸収係数αの傾きと異なっていた。なお、論文(A)および(C)では、吸収係数αの傾きが、自由電子濃度nが大きくなるにしたがって変化しているようにも見受けられた。このため、論文(A)~(D)に記載の従来のGaN結晶では、吸収係数αを、上記式(1)によって上記規定の定数Kおよび定数aを用いて精度良く近似することが困難であった。具体的には、例えば、定数Kが上記規定の範囲よりも高くなっていたり、定数aが3以外の値となっていたりする可能性があった。 As shown in FIG. 5 (b), the absorption coefficient α of the conventional GaN crystals described in the papers (A) to (D) is larger than the absorption coefficient α of the GaN crystal produced by the production method of the present embodiment. rice field. Further, the slope of the absorption coefficient α in the conventional GaN crystal was different from the slope of the absorption coefficient α in the GaN crystal manufactured by the manufacturing method of the present embodiment. In the papers (A) and (C), it seems that the slope of the absorption coefficient α changes as the free electron concentration n increases. Therefore, in the conventional GaN crystals described in the papers (A) to (D), it is difficult to accurately approximate the absorption coefficient α by using the above-defined constant K and the above-mentioned constant a by the above equation (1). there were. Specifically, for example, the constant K may be higher than the above-specified range, or the constant a may be a value other than 3.

これは、以下の理由によるものと考えられる。従来のGaN結晶中には、その製造方法に起因して、大きな結晶歪みが生じていたと考えられる。GaN結晶中に結晶歪みが生じていると、GaN結晶中に転位が多くなる。このため、従来のGaN結晶では、転位散乱が生じ、転位散乱に起因して、吸収係数αが大きくなったり、ばらついたりしたと考えられる。または、従来の製造方法によって製造されるGaN結晶では、意図せずに混入するOの濃度が高くなっていたと考えられる。GaN結晶中にOが高濃度に混入すると、GaN結晶の格子定数aおよびcが大きくなる(参考:Chris G. Van de Walle, Physical Review B vol.68, 165209 (2003))。このため、従来のGaN結晶では、Oによって汚染された部分と、比較的純度の高い部分との間で、局所的な格子不整合が生じ、GaN結晶中に結晶歪みが生じていたと考えられる。その結果、従来のGaN結晶では、吸収係数αが大きくなったり、ばらついたりしたと考えられる。または、従来の製造方法によって製造されるGaN結晶では、n型不純物を補償する補償不純物が意図せずに混入し、補償不純物の濃度が高くなっていたと考えられる。補償不純物の濃度が高いと、所定の自由電子濃度を得るために、高濃度のn型不純物が必要となる。このため、従来のGaN結晶では、補償不純物およびn型不純物を含む合計の不純物濃度が高くなり、結晶歪みが大きくなっていたと考えられる。その結果、従来のGaN結晶では、吸収係数αが大きくなったり、ばらついたりしたと考えられる。なお、実際にOを含み格子が歪んだGaN自立基板では、同じ自由電子濃度を有する本実施形態の基板10と比較して、(移動度が低く)吸収係数αが高いことを確認している。 This is considered to be due to the following reasons. It is considered that a large crystal strain was generated in the conventional GaN crystal due to the manufacturing method thereof. When crystal distortion occurs in a GaN crystal, many dislocations occur in the GaN crystal. Therefore, in the conventional GaN crystal, dislocation scattering occurs, and it is considered that the absorption coefficient α becomes large or varies due to the dislocation scattering. Alternatively, it is considered that the concentration of O mixed unintentionally was high in the GaN crystal manufactured by the conventional manufacturing method. When O is mixed in a GaN crystal at a high concentration, the lattice constants a and c of the GaN crystal become large (reference: Fris G. Van de Walle, Physical Review B vol. 68, 165209 (2003)). Therefore, in the conventional GaN crystal, it is considered that a local lattice mismatch occurs between the portion contaminated by O and the portion having a relatively high purity, and crystal strain occurs in the GaN crystal. As a result, in the conventional GaN crystal, it is considered that the absorption coefficient α becomes large or varies. Alternatively, it is considered that in the GaN crystal produced by the conventional production method, the compensating impurities compensating for the n-type impurities were unintentionally mixed, and the concentration of the compensating impurities was high. When the concentration of the compensating impurity is high, a high concentration of n-type impurities is required in order to obtain a predetermined free electron concentration. Therefore, it is considered that in the conventional GaN crystal, the total impurity concentration including the compensating impurity and the n-type impurity is high, and the crystal strain is large. As a result, in the conventional GaN crystal, it is considered that the absorption coefficient α becomes large or varies. It has been confirmed that the GaN free-standing substrate that actually contains O and has a distorted lattice has a higher absorption coefficient α (lower mobility) than the substrate 10 of the present embodiment having the same free electron concentration. ..

このような理由により、従来のGaN結晶では、吸収係数αを、上記式(1)によって上記規定の定数Kおよび定数aを用いて精度良く近似することが困難であった。つまり、従来のGaN結晶では、吸収係数を自由電子の濃度nに基づいて精度良く設計することは困難であった。このため、従来のGaN結晶からなる基板では、基板に対して少なくとも赤外線を照射し基板を加熱する工程において、基板によって加熱効率がばらつき易く、基板の温度を制御することが困難となっていた。その結果、基板ごとの温度の再現性が低くなる可能性があった。 For this reason, in the conventional GaN crystal, it is difficult to accurately approximate the absorption coefficient α by using the above-mentioned constant K and the constant a by the above equation (1). That is, in the conventional GaN crystal, it is difficult to accurately design the absorption coefficient based on the concentration n of free electrons. For this reason, in the conventional substrate made of GaN crystals, in the step of irradiating the substrate with at least infrared rays to heat the substrate, the heating efficiency tends to vary depending on the substrate, and it is difficult to control the temperature of the substrate. As a result, the reproducibility of the temperature of each substrate may be low.

これに対し、本実施形態の製造方法により製造される基板10は、結晶歪みが小さく、また、Oやn型不純物以外の不純物をほとんど含んでいない状態となっている。本実施形態の基板10の吸収係数は、結晶歪み起因の散乱(転位散乱)による影響が小さく、主にイオン化不純物散乱に依存している。これにより、基板10の吸収係数αのばらつきを小さくすことができ、基板10の吸収係数αを所定の定数Kおよび定数aを用いて上記式(1)により近似することができる。基板10の吸収係数αが上記式(1)により近似可能であることで、基板10の吸収係数を、基板10中へのn型不純物のドーピングによって生じる自由電子の濃度nに基づいて精度良く設計することができる。基板10の吸収係数を自由電子の濃度nに基づいて精度良く設計することで、基板10に対して少なくとも赤外線を照射し基板10を加熱する工程において、加熱条件を容易に設定することができ、基板10の温度を精度良く制御することができる。その結果、基板10ごとの温度の再現性を向上させることができる。このようにして、本実施形態では、基板10を精度良くかつ再現性良く加熱することが可能となる。 On the other hand, the substrate 10 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment has a small crystal strain and is in a state of containing almost no impurities other than O and n-type impurities. The absorption coefficient of the substrate 10 of the present embodiment is less affected by scattering (dislocation scattering) caused by crystal strain, and mainly depends on ionized impurity scattering. As a result, the variation in the absorption coefficient α of the substrate 10 can be reduced, and the absorption coefficient α of the substrate 10 can be approximated by the above equation (1) using a predetermined constant K and a constant a. Since the absorption coefficient α of the substrate 10 can be approximated by the above equation (1), the absorption coefficient of the substrate 10 is accurately designed based on the concentration n of free electrons generated by doping the n-type impurity into the substrate 10. can do. By accurately designing the absorption coefficient of the substrate 10 based on the concentration n of free electrons, it is possible to easily set the heating conditions in the step of irradiating the substrate 10 with at least infrared rays to heat the substrate 10. The temperature of the substrate 10 can be controlled with high accuracy. As a result, the temperature reproducibility of each substrate 10 can be improved. In this way, in the present embodiment, the substrate 10 can be heated with high accuracy and reproducibility.

(b)本実施形態では、結晶歪みが小さい基板10上に半導体層30を成長させることで、半導体層30においても結晶歪みを小さくすることができ、半導体層30の結晶性を向上させることができる。また、基板10の温度を精度良く制御することで、基板10上に成長する半導体層20等の結晶性、厚さ、各種不純物濃度等を精度良く制御することができる。これらにより、半導体層2を高品質に製造することができ、半導体装置2ごとの特性を均一にすることができる。 (B) In the present embodiment, by growing the semiconductor layer 30 on the substrate 10 having a small crystal strain, the crystal strain can be reduced also in the semiconductor layer 30, and the crystallinity of the semiconductor layer 30 can be improved. can. Further, by accurately controlling the temperature of the substrate 10, the crystallinity, thickness, concentration of various impurities, and the like of the semiconductor layer 20 and the like growing on the substrate 10 can be controlled with high accuracy. As a result, the semiconductor layer 2 can be manufactured with high quality, and the characteristics of each semiconductor device 2 can be made uniform.

例えば、半導体装置2が発光ダイオードやレーザダイオード等の発光素子である場合には、発光層の結晶歪みを小さくすることで、発光素子としての半導体装置2の発光効率を向上させることができる。また、インジウム(In)の取り込み量が発光層の成長温度に依存するため、基板10の温度を精度良く制御することで、発光層中のInの組成比を精度良く制御することができる。これにより、発光素子としての半導体装置2ごとの発光波長を均一にすることができる。 For example, when the semiconductor device 2 is a light emitting device such as a light emitting diode or a laser diode, the light emitting efficiency of the semiconductor device 2 as the light emitting element can be improved by reducing the crystal distortion of the light emitting layer. Further, since the amount of indium (In) taken up depends on the growth temperature of the light emitting layer, the composition ratio of In in the light emitting layer can be controlled accurately by controlling the temperature of the substrate 10 with high accuracy. As a result, the emission wavelength of each semiconductor device 2 as a light emitting element can be made uniform.

(c)本実施形態の製造方法によって製造される基板10では、自由キャリア吸収による吸収係数が従来の基板の吸収係数よりも小さいことから、本実施形態の基板10の抵抗率は、従来の基板の抵抗率よりも低くなっている。 (C) In the substrate 10 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment, the absorption coefficient due to free carrier absorption is smaller than the absorption coefficient of the conventional substrate. Therefore, the resistivity of the substrate 10 of the present embodiment is the conventional substrate. It is lower than the resistivity of.

ここで、参考までに、従来のGaN結晶では、図5(b)に示すように、所定の自由電子濃度での自由キャリア吸収による吸収係数が大きいことから、移動度(μ)が低くかったと考えられる。このため、従来のGaN結晶では、抵抗率(ρ=1/enμ)が高くなっていたと考えられる。その結果、従来のGaN結晶からなる基板を用いた半導体装置では、オン抵抗が高くなっていたと考えられる。 Here, for reference, in the conventional GaN crystal, as shown in FIG. 5 (b), the mobility (μ) is low because the absorption coefficient due to free carrier absorption at a predetermined free electron concentration is large. Conceivable. Therefore, it is considered that the resistivity (ρ = 1 / enμ) is high in the conventional GaN crystal. As a result, it is considered that the on-resistance was high in the conventional semiconductor device using the substrate made of GaN crystal.

従来のGaN結晶において所望の抵抗率を得るためには、n型不純物の濃度を高くすることが考えられる。しかしながら、n型不純物の濃度を高くしていくと、移動度が低下していく傾向があることから、従来のGaN結晶において所望の抵抗率を得るためには、n型不純物の濃度を過剰に高くする必要があった。このため、従来のGaN結晶では、結晶歪みが大きくなり易かった。その結果、従来のGaN結晶では、吸収係数αが大きくなったり、ばらついたりし易かった。 In order to obtain a desired resistivity in a conventional GaN crystal, it is conceivable to increase the concentration of n-type impurities. However, as the concentration of the n-type impurity increases, the mobility tends to decrease. Therefore, in order to obtain the desired resistivity in the conventional GaN crystal, the concentration of the n-type impurity is excessively increased. It needed to be high. Therefore, in the conventional GaN crystal, the crystal strain tends to be large. As a result, in the conventional GaN crystal, the absorption coefficient α tends to be large or fluctuate.

これに対し、本実施形態の製造方法によって製造される基板10では、自由キャリア吸収による吸収係数が従来の基板の吸収係数よりも小さいことから、本実施形態の基板10では、従来の基板よりも、移動度が高くなっていると推定される。これにより、本実施形態の基板10中の自由電子濃度が従来の基板中の自由電子濃度と等しい場合であっても、本実施形態の基板10の抵抗率は、従来の基板の抵抗率よりも低くなっている。その結果、本実施形態の基板10を用いた半導体装置2のオン抵抗を低くすることができる。 On the other hand, in the substrate 10 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment, the absorption coefficient due to free carrier absorption is smaller than the absorption coefficient of the conventional substrate. Therefore, the substrate 10 of the present embodiment has a higher absorption coefficient than the conventional substrate. , It is estimated that the mobility is high. As a result, even when the free electron concentration in the substrate 10 of the present embodiment is equal to the free electron concentration in the conventional substrate, the resistivity of the substrate 10 of the present embodiment is higher than the resistivity of the conventional substrate. It's getting low. As a result, the on-resistance of the semiconductor device 2 using the substrate 10 of the present embodiment can be reduced.

また、本実施形態の基板10では、所望の抵抗率を得るためのn型不純物の濃度を、従来の基板中のn型不純物濃度よりも低くすることができる。これにより、結晶歪みを小さくし、基板10の結晶性を向上させることができる。その結果、基板10の吸収係数αのばらつきを小さくしつつ、基板10の所望の抵抗率を得ることができる。 Further, in the substrate 10 of the present embodiment, the concentration of n-type impurities for obtaining a desired resistivity can be made lower than the concentration of n-type impurities in the conventional substrate. As a result, the crystal strain can be reduced and the crystallinity of the substrate 10 can be improved. As a result, it is possible to obtain a desired resistivity of the substrate 10 while reducing the variation in the absorption coefficient α of the substrate 10.

(d)本実施形態の基板10の吸収係数αについて、0.15λ≦αとすることで、基板10に対して赤外線を充分に吸収させることができ、基板10を安定的に加熱することができる。また、Δα≦1.0とすることで、基板10を加熱する工程において、赤外線の照射による加熱効率を基板10の主面内で均一にすることができる。これにより、基板10を用いて製造される半導体積層物1の品質を基板10の主面内で均一にすることができる。その結果、半導体積層物1を用いて製造される半導体装置2の品質および歩留りを向上させることができる。 (D) By setting the absorption coefficient α of the substrate 10 of the present embodiment to 0.15λ 3 ≦ α, infrared rays can be sufficiently absorbed by the substrate 10 and the substrate 10 can be heated stably. Can be done. Further, by setting Δα ≦ 1.0, in the step of heating the substrate 10, the heating efficiency by irradiation with infrared rays can be made uniform in the main surface of the substrate 10. Thereby, the quality of the semiconductor laminate 1 manufactured by using the substrate 10 can be made uniform in the main surface of the substrate 10. As a result, the quality and yield of the semiconductor device 2 manufactured by using the semiconductor laminate 1 can be improved.

(e)27℃以上1250℃以下の温度条件下において基板10のバンド間で熱励起される真性キャリアの濃度は、27℃の温度条件下においてn型不純物のドーピングによって基板10中に生じる自由電子の濃度よりも低い。当該条件を満たすことで、基板10を加熱する工程での所定の温度条件下での基板10の自由キャリア濃度が、室温の温度条件下での基板10の自由キャリア濃度とほぼ等しいと考えることができる。これにより、所定の温度条件下での自由キャリア吸収が、室温での自由キャリア吸収とほぼ等しいと考えることができる。つまり、上述したように、室温において、基板10における赤外域の吸収係数が上記所定の要件を満たす場合、所定の温度条件下においても、基板10における赤外域の吸収係数が上記所定の要件をほぼ維持していると考えることができる。 (E) The concentration of intrinsic carriers thermally excited between the bands of the substrate 10 under the temperature condition of 27 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower is the free electron generated in the substrate 10 by doping with n-type impurities under the temperature condition of 27 ° C. Is lower than the concentration of. By satisfying this condition, it can be considered that the free carrier concentration of the substrate 10 under a predetermined temperature condition in the step of heating the substrate 10 is substantially equal to the free carrier concentration of the substrate 10 under the temperature condition of room temperature. can. Thereby, it can be considered that the free carrier absorption under a predetermined temperature condition is almost equal to the free carrier absorption at room temperature. That is, as described above, when the absorption coefficient in the infrared region of the substrate 10 satisfies the above-mentioned predetermined requirement at room temperature, the absorption coefficient in the infrared region of the substrate 10 substantially satisfies the above-mentioned predetermined requirement even under a predetermined temperature condition. It can be considered to be maintained.

(f)n型不純物のドーピングによって基板10中に生じる自由電子の濃度は、27℃の温度条件下において、1×1018cm-3以上であり、基板10の主面内における、自由電子濃度の最大値と最小値との差は、8.3×1017cm-3以内である。これにより、基板10における波長2μmでの吸収係数を1.2cm-1以上とすることができ、基板10の主面内における、波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差を1.0cm-1以内とすることができる。 (F) The concentration of free electrons generated in the substrate 10 by doping with n-type impurities is 1 × 10 18 cm -3 or more under the temperature condition of 27 ° C., and the free electron concentration in the main surface of the substrate 10. The difference between the maximum and minimum values of is within 8.3 × 10 17 cm -3 . As a result, the absorption coefficient of the substrate 10 at a wavelength of 2 μm can be set to 1.2 cm -1 or more, and the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm in the main surface of the substrate 10 is 1. It can be within 0.0 cm -1 .

(g)基板10中のOの濃度は、基板10中のSiおよびGeの合計の濃度に対して1/10倍以下である。これにより、基板10中のn型不純物の濃度を、添加量の制御が比較的容易であるSiおよびGeの合計濃度によって制御することができる。基板10中のn型不純物の濃度を容易に制御可能となることで、基板10中の自由電子濃度nを、所定の要件を満たすよう精度良く制御することができ、基板10の主面内における自由電子の濃度の最大値と最小値との差Δnを、所定の要件を満たすよう精度良く制御することができる。その結果、基板10における吸収係数を精度良くかつ再現性良く調整することができ、基板10の主面内における吸収係数を安定的に均一にすることができる。 (G) The concentration of O in the substrate 10 is 1/10 times or less the total concentration of Si and Ge in the substrate 10. Thereby, the concentration of the n-type impurity in the substrate 10 can be controlled by the total concentration of Si and Ge, which is relatively easy to control the addition amount. By making it possible to easily control the concentration of n-type impurities in the substrate 10, the free electron concentration n in the substrate 10 can be accurately controlled so as to satisfy a predetermined requirement, and the concentration in the main surface of the substrate 10 can be controlled. The difference Δn between the maximum value and the minimum value of the free electron concentration can be accurately controlled so as to satisfy a predetermined requirement. As a result, the absorption coefficient of the substrate 10 can be adjusted accurately and with good reproducibility, and the absorption coefficient in the main surface of the substrate 10 can be stably made uniform.

<本発明の第2実施形態>
上述の実施形態では、半導体積層物1が、pn接合ダイオードとしての半導体装置2を製造するよう構成される場合について説明したが、以下の第2実施形態のように、半導体積層物1は、他のデバイスを製造するよう構成されていてもよい。本実施形態では、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 semiconductor laminate 1 is configured to manufacture the semiconductor device 2 as a pn junction diode has been described, but as in the second embodiment below, the semiconductor laminate 1 is other than the other. Devices may be configured to manufacture. In this embodiment, only the elements different from the above-described embodiment will be described.

(1)半導体積層物
図13(a)を用い、本実施形態に係る半導体積層物1について説明する。図13(a)は、本実施形態に係る半導体積層物1を示す概略断面図である。
(1) Semiconductor Laminate The semiconductor laminate 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 13 (a). FIG. 13A is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor laminate 1 according to the present embodiment.

図13(a)に示すように、本実施形態の半導体積層物1は、例えば、ショットキーバリアダイオード(SBD)としての半導体装置2を製造する際に用いられる中間体として構成されている。半導体積層物1は、例えば、基板10と、半導体層20と、を有している。また、半導体層20は、例えば、下地n型半導体層21と、ドリフト層22と、を有し、p型半導体層を有していない。なお、基板10、下地n型半導体層21およびドリフト層22は、第1実施形態の基板10、下地n型半導体層21およびドリフト層22とそれぞれ同様である。ただし、ドリフト層22は、p型不純物の被注入部(符号不図示)を有している。 As shown in FIG. 13A, the semiconductor laminate 1 of the present embodiment is configured as an intermediate used, for example, when manufacturing a semiconductor device 2 as a Schottky barrier diode (SBD). The semiconductor laminate 1 has, for example, a substrate 10 and a semiconductor layer 20. Further, the semiconductor layer 20 has, for example, a base n-type semiconductor layer 21 and a drift layer 22, and does not have a p-type semiconductor layer. The substrate 10, the base n-type semiconductor layer 21, and the drift layer 22 are the same as the substrate 10, the base n-type semiconductor layer 21, and the drift layer 22 of the first embodiment, respectively. However, the drift layer 22 has a portion to be injected with p-type impurities (not shown).

(2)半導体積層物の製造方法および半導体装置の製造方法
次に、図13~図15を用い、本実施形態に係る半導体積層物1の製造方法および半導体装置2の製造方法について説明する。図13(b)、図14(a)、(b)、図15(a)は、半導体装置の製造工程を示す概略断面図であり、図15(b)は、本実施形態に係る半導体装置2を示す概略断面図である。
(2) Manufacturing Method of Semiconductor Laminate and Manufacturing Method of Semiconductor Device Next, the manufacturing method of the semiconductor laminate 1 and the manufacturing method of the semiconductor device 2 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 15. 13 (b), 14 (a), (b), and 15 (a) are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device, and FIG. 15 (b) is a semiconductor device according to the present embodiment. 2 is a schematic cross-sectional view showing 2.

(S210~S220:基板用意工程および半導体層形成工程)
図13(a)に示すように、p型半導体層を形成しない点を除いて第1実施形態の基板用意工程S110~半導体層形成工程S120と同様にして、半導体積層物1を製造する。
(S210 to S220: Substrate preparation process and semiconductor layer forming process)
As shown in FIG. 13A, the semiconductor laminate 1 is manufactured in the same manner as in the substrate preparation step S110 to the semiconductor layer forming step S120 of the first embodiment except that the p-type semiconductor layer is not formed.

(S240:半導体装置作製工程)
次に、上記した半導体積層物1を用いて半導体装置2を作製する半導体装置作製工程S240を行う。本実施形態の半導体装置作製工程S240は、例えば、イオン注入工程S241と、活性化アニール工程S242と、保護膜形成工程S243と、p型電極形成工程S244と、n型電極形成工程S245と、オーミックアロイ工程S246と、を有している。
(S240: Semiconductor device manufacturing process)
Next, a semiconductor device manufacturing step S240 for manufacturing the semiconductor device 2 using the above-mentioned semiconductor laminate 1 is performed. The semiconductor device manufacturing step S240 of the present embodiment includes, for example, an ion injection step S241, an activation annealing step S242, a protective film forming step S243, a p-type electrode forming step S244, an n-type electrode forming step S245, and an ohmic. It has an alloy step S246.

(S241:イオン注入工程)
まず、図13(b)に示すように、半導体層20上に、例えばスパッタ法によりシリコン窒化膜(SiNx膜)または窒化アルミニウム膜(AlN膜)からなる表面側キャップ層52を形成する。これにより、ドリフト層22へのイオン注入の際に、ドリフト層22へのダメージを抑制することができ、また、後述の活性化アニール工程S242において、ドリフト層22からの窒素(N)抜けを抑制することができる。なお、このとき、表面側キャップ層52の厚さを、例えば、20nm以上50nm以下とする。
(S2411: Ion implantation step)
First, as shown in FIG. 13B, a surface-side cap layer 52 made of a silicon nitride film (SiNx film) or an aluminum nitride film (AlN film) is formed on the semiconductor layer 20 by, for example, a sputtering method. As a result, damage to the drift layer 22 can be suppressed when ions are implanted into the drift layer 22, and nitrogen (N) escape from the drift layer 22 is suppressed in the activation annealing step S242 described later. can do. At this time, the thickness of the surface side cap layer 52 is set to, for example, 20 nm or more and 50 nm or less.

表面側キャップ層52を形成したら、図14(a)に示すように、表面側キャップ層52上に所定のレジストパターン54を形成する。このとき、レジストパターン54において、平面視でドリフト層22の被注入部の位置に開口(符号不図示)を形成する。なお、本実施形態では、レジストパターン54の開口を例えば平面視でリング状とする。 After the surface side cap layer 52 is formed, a predetermined resist pattern 54 is formed on the surface side cap layer 52 as shown in FIG. 14 (a). At this time, in the resist pattern 54, an opening (not shown) is formed at the position of the injected portion of the drift layer 22 in a plan view. In this embodiment, the opening of the resist pattern 54 is formed into a ring shape, for example, in a plan view.

レジストパターン54を形成したら、レジストパターン54の開口を介してドリフト層22の被注入部に対して、p型不純物をイオン注入する。これにより、ドリフト層22中(例えばドリフト層22の表面側領域の一部)に、p型不純物を含むp型領域25を形成する。なお、p型領域25は、例えば、平面視でリング状となる。 After the resist pattern 54 is formed, the p-type impurity is ion-implanted into the implanted portion of the drift layer 22 through the opening of the resist pattern 54. As a result, a p-type region 25 containing p-type impurities is formed in the drift layer 22 (for example, a part of the surface side region of the drift layer 22). The p-shaped region 25 has a ring shape in a plan view, for example.

このとき、イオン注入されるp型不純物を、例えば、Mg、C、鉄(Fe)、ベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)、バナジウム(V)、およびアンチモン(Sb)からなる群より選択される少なくともいずれかとする。また、このとき、p型不純物をイオン注入する際の加速電圧を、例えば、10keV以上100keV以下とし、ドーズ量を、例えば、1×1013cm-2以上1×1015cm-2以下とする。これにより、p型領域25中のp型不純物濃度の最大値は、例えば、1×1018at・cm-3以上1×1020at・cm-3以下となり、ドリフト層22の表面からのp型領域25の深さは、例えば、50nm以上300nm以下となる。 At this time, the p-type impurity to be ion-implanted is selected from the group consisting of, for example, Mg, C, iron (Fe), beryllium (Be), zinc (Zn), vanadium (V), and antimony (Sb). At least one. At this time, the acceleration voltage at the time of ion implantation of the p-type impurity is, for example, 10 keV or more and 100 keV or less, and the dose amount is, for example, 1 × 10 13 cm -2 or more and 1 × 10 15 cm -2 or less. .. As a result, the maximum value of the p-type impurity concentration in the p-type region 25 becomes, for example, 1 × 10 18 at · cm -3 or more and 1 × 10 20 at · cm -3 or less, and p from the surface of the drift layer 22. The depth of the mold region 25 is, for example, 50 nm or more and 300 nm or less.

p型不純物をイオン注入したら、レジストパターン54を除去する。 After ion implantation of the p-type impurity, the resist pattern 54 is removed.

(S242:活性化アニール工程)
次に、図14(b)に示すように、基板10の裏面側に、例えばスパッタ法によりSiNx膜またはAlN膜からなる裏面側キャップ層56を形成する。これにより、後述の活性化アニール工程S242において、基板10からの窒素(N)抜けを抑制することができる。なお、このとき、裏面側キャップ層56の厚さを、例えば、20nm以上50nm以下とする。
(S242: Activation annealing step)
Next, as shown in FIG. 14B, a back surface side cap layer 56 made of a SiNx film or an AlN film is formed on the back surface side of the substrate 10 by, for example, a sputtering method. As a result, nitrogen (N) escape from the substrate 10 can be suppressed in the activation annealing step S242 described later. At this time, the thickness of the back surface side cap layer 56 is set to, for example, 20 nm or more and 50 nm or less.

裏面側キャップ層56を形成したら、例えば、所定の加熱処理装置(不図示)により、不活性ガスの雰囲気下で、基板10に対して少なくとも赤外線を照射し、半導体積層物1をアニールする。これにより、イオン注入工程S241において半導体層20が受けた結晶ダメージを回復させ、p型領域25中のp型不純物を結晶格子中に組み込んで(電気的に)活性化させる。 After the back surface side cap layer 56 is formed, the semiconductor laminate 1 is annealed by irradiating the substrate 10 with at least infrared rays in an atmosphere of an inert gas, for example, by a predetermined heat treatment device (not shown). As a result, the crystal damage received by the semiconductor layer 20 in the ion implantation step S241 is recovered, and the p-type impurities in the p-type region 25 are incorporated into the crystal lattice and activated (electrically).

このとき、半導体層20のうち少なくともドリフト層22は、自由電子濃度が低く、赤外域での吸収係数が低いため、加熱され難い。これに対し、本実施形態では、所定の加熱源(例えばランプヒータ)からの赤外線の照射により少なくとも基板10を加熱して、半導体層20を加熱する。 At this time, at least the drift layer 22 of the semiconductor layers 20 is difficult to be heated because the free electron concentration is low and the absorption coefficient in the infrared region is low. On the other hand, in the present embodiment, at least the substrate 10 is heated by irradiation with infrared rays from a predetermined heating source (for example, a lamp heater) to heat the semiconductor layer 20.

また、このとき、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、基板10への赤外線の照射によって基板10を安定的に加熱し、基板10の温度を精度よく制御することができる。また、赤外線の照射による加熱効率を該基板10の主面内で均一にすることができる。その結果、p型領域25中のp型不純物の活性化具合(活性化率、自由正孔濃度)を精度良く制御し、基板10の主面内で均一にすることができる。 Further, at this time, if the substrate 10 satisfies the above requirements for the absorption coefficient in the infrared region, the substrate 10 can be stably heated by irradiating the substrate 10 with infrared rays, and the temperature of the substrate 10 can be controlled accurately. .. Further, the heating efficiency due to the irradiation of infrared rays can be made uniform in the main surface of the substrate 10. As a result, the activation degree (activation rate, free hole concentration) of the p-type impurities in the p-type region 25 can be accurately controlled and made uniform in the main surface of the substrate 10.

また、このとき、図9(a)および(b)に示す保持部材300を用い、基板10を加熱する。これにより、保持部材300から基板10への熱伝達ではなく、主に、基板10に対して赤外線を照射することにより、基板10の加熱を行うことができる。その結果、基板10を主面内で安定的に均一に加熱することができる。 At this time, the holding member 300 shown in FIGS. 9A and 9B is used to heat the substrate 10. As a result, the substrate 10 can be heated mainly by irradiating the substrate 10 with infrared rays instead of transferring heat from the holding member 300 to the substrate 10. As a result, the substrate 10 can be heated stably and uniformly in the main surface.

また、このとき、アニール処理は、例えば、開始温度からアニール温度までの昇温を3~30秒の範囲内の時間で行い、アニール温度での保持を20秒~3分の範囲内の時間行い、その後、アニール温度から停止温度までの降温を1~10分の範囲内の時間で行うといった処理手順、処理条件で行う。停止温度および開始温度を、それぞれ、例えば500~800℃の範囲内の温度とする。アニール温度を、例えば1100℃以上1250℃以下の範囲内の温度とする。アニール処理の不活性ガス雰囲気を、Nガス、またはArガス等の希ガスを含む雰囲気とし、その圧力を、例えば100~250kPaの範囲内の圧力とする。 Further, at this time, in the annealing treatment, for example, the temperature rise from the start temperature to the annealing temperature is performed in a time within the range of 3 to 30 seconds, and the holding at the annealing temperature is performed for a time within the range of 20 seconds to 3 minutes. After that, the temperature is lowered from the annealing temperature to the stop temperature within a time range of 1 to 10 minutes, which is the treatment procedure and treatment conditions. The stop temperature and the start temperature are set to temperatures in the range of, for example, 500 to 800 ° C., respectively. The annealing temperature is, for example, a temperature within the range of 1100 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower. The atmosphere of the inert gas for the annealing treatment is an atmosphere containing a rare gas such as N2 gas or Ar gas, and the pressure thereof is, for example, a pressure in the range of 100 to 250 kPa.

アニール処理が完了したら、図15(a)に示すように、所定の溶媒で表面側キャップ層52および裏面側キャップ層56を除去する。 When the annealing treatment is completed, the front surface side cap layer 52 and the back surface side cap layer 56 are removed with a predetermined solvent as shown in FIG. 15 (a).

(S244:p型電極形成工程)
次に、半導体層20を覆うように、例えばスパッタ法によりPd/Ni膜を形成し、フォトリソグラフィによりPd/Ni膜を所定の形状にパターニングする。これにより、平面視でp型電極31の外周部がp型領域25と重なるように、p型電極31を形成する。
(S244: p-type electrode forming step)
Next, a Pd / Ni film is formed so as to cover the semiconductor layer 20 by, for example, a sputtering method, and the Pd / Ni film is patterned into a predetermined shape by photolithography. As a result, the p-type electrode 31 is formed so that the outer peripheral portion of the p-type electrode 31 overlaps with the p-type region 25 in a plan view.

(S145:n型電極形成工程)
次に、基板10の裏面側に、例えばスパッタ法によりTi/Al膜を形成し、フォトリソグラフィによりTi/Al膜を所定の形状にパターニングする。これにより、基板10の裏面側に、n型電極36を形成する。
(S145: n-type electrode forming step)
Next, a Ti / Al film is formed on the back surface side of the substrate 10 by, for example, a sputtering method, and the Ti / Al film is patterned into a predetermined shape by photolithography. As a result, the n-type electrode 36 is formed on the back surface side of the substrate 10.

(S246:オーミックアロイ工程)
次に、第1実施形態のオーミックアロイ工程S146と同様にして、オーミックアロイ工程S246を行う。
(S246: Ohmic alloy process)
Next, the ohmic alloy step S246 is performed in the same manner as in the ohmic alloy step S146 of the first embodiment.

その後、半導体積層物1をダイシングし、所定の大きさのチップに切り分ける。 After that, the semiconductor laminate 1 is diced and cut into chips having a predetermined size.

以上により、図15(b)に示すように、本実施形態の半導体装置2が製造される。半導体装置2では、ドリフト層22の表面側にガードリングとしてのp型領域25が形成されていることで、p型電極31周辺の電界集中を抑制することができる。その結果、半導体装置2の耐圧を向上させることができる。 As a result, as shown in FIG. 15B, the semiconductor device 2 of the present embodiment is manufactured. In the semiconductor device 2, since the p-type region 25 as a guard ring is formed on the surface side of the drift layer 22, the electric field concentration around the p-type electrode 31 can be suppressed. As a result, the withstand voltage of the semiconductor device 2 can be improved.

(3)本実施形態により得られる効果
本実施形態では、イオン注入後の活性化アニール工程S242において、赤外域の吸収係数について上記要件を満たす基板10を加熱することで、半導体層20を加熱し、p型領域25中のp型不純物を活性化させる。
(3) Effects obtained by the present embodiment In the present embodiment, in the activation annealing step S242 after ion implantation, the semiconductor layer 20 is heated by heating the substrate 10 that satisfies the above requirements for the absorption coefficient in the infrared region. , Activates p-type impurities in the p-type region 25.

ここで、イオン注入後の活性化アニール工程は、結晶ダメージを抑制しつつp型不純物を活性化させるため、高温で且つ短時間で行われることが多い。このため、従来のGaN結晶からなる基板のように吸収係数を自由電子濃度nによって設計することが困難であると、基板によって加熱効率が大きくばらつく可能性がある。その結果、基板ごとにp型不純物の活性化具合にばらつきが生じたり、基板ごとに半導体層の結晶ダメージ(例えばN抜け)にばらつきが生じたりする可能性がある。また、基板の主面内で加熱効率にばらつきが生じていると、基板の主面内でp型不純物の活性化具合にばらつきが生じたり、半導体層の結晶ダメージが基板の主面内で不均一に生じたりする可能性がある。 Here, the activation annealing step after ion implantation is often performed at a high temperature and in a short time in order to activate p-type impurities while suppressing crystal damage. Therefore, if it is difficult to design the absorption coefficient based on the free electron concentration n as in the case of a conventional substrate made of GaN crystals, the heating efficiency may vary greatly depending on the substrate. As a result, there is a possibility that the degree of activation of p-type impurities varies from substrate to substrate, and the crystal damage (for example, N omission) of the semiconductor layer varies from substrate to substrate. Further, if the heating efficiency varies in the main surface of the substrate, the activation degree of p-type impurities varies in the main surface of the substrate, and the crystal damage of the semiconductor layer does not occur in the main surface of the substrate. It may occur evenly.

これに対し、本実施形態では、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、イオン注入後の活性化アニール工程S242において、赤外線の照射によって加熱される基板10の温度を精度良く制御し、基板10ごとの温度の再現性を向上させることができる。これにより、基板ごとのp型不純物の活性化具合のばらつきを抑制することができる。また、基板ごとの半導体層の結晶ダメージのばらつきを抑制することができ、適切なキャップ層の形成により半導体層の結晶ダメージ自体を容易に抑制することができる。また、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、赤外線の照射による加熱効率を該基板10の主面内で均一にすることができる。これにより、活性化アニール工程S242において、p型不純物の活性化具合を基板10(半導体層20)の主面内で均一にすることができ、半導体層20において局所的な結晶ダメージの発生を抑制することができる。これらの結果、半導体積層物1を用いて製造される半導体装置2の品質および歩留りを向上させることができる。 On the other hand, in the present embodiment, the substrate 10 satisfies the above requirements for the absorption coefficient in the infrared region, so that the temperature of the substrate 10 heated by the irradiation of infrared rays can be accurately measured in the activation annealing step S242 after ion implantation. It can be controlled and the reproducibility of the temperature of each substrate 10 can be improved. As a result, it is possible to suppress variations in the degree of activation of p-type impurities for each substrate. Further, it is possible to suppress the variation in the crystal damage of the semiconductor layer for each substrate, and it is possible to easily suppress the crystal damage of the semiconductor layer itself by forming an appropriate cap layer. Further, when the substrate 10 satisfies the above requirements for the absorption coefficient in the infrared region, the heating efficiency due to the irradiation of infrared rays can be made uniform in the main surface of the substrate 10. As a result, in the activation annealing step S242, the activation degree of the p-type impurities can be made uniform in the main surface of the substrate 10 (semiconductor layer 20), and the occurrence of local crystal damage in the semiconductor layer 20 can be suppressed. can do. As a result, the quality and yield of the semiconductor device 2 manufactured by using the semiconductor laminate 1 can be improved.

<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 embodiment of the present invention has 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、基板10および半導体層20がそれぞれGaNからなっている場合について説明したが、基板10および半導体層20は、GaNに限らず、例えば、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、AlInGa1-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っていてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the substrate 10 and the semiconductor layer 20 are each made of GaN has been described, but the substrate 10 and the semiconductor layer 20 are not limited to GaN, and are, for example, AlN, aluminum gallium nitride (AlGaN), and nitrided. Group III nitride semiconductors such as indium (InN), indium gallium nitride (InGaN), and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN), that is, Al x In y Ga 1-x-y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y). It may be made of a group III nitride semiconductor represented by the composition formula of ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).

上述の実施形態では、半導体層20が基板10と同じIII族窒化物半導体(GaN)からなっている場合について説明したが、半導体層20は、基板10と異なるIII族窒化物半導体からなっていてもよい。 In the above embodiment, the case where the semiconductor layer 20 is made of the same group III nitride semiconductor (GaN) as the substrate 10 has been described, but the semiconductor layer 20 is made of a group III nitride semiconductor different from the substrate 10. May be good.

上述の実施形態では、基板作製工程S112においてGaN単結晶からなる種基板5を用いて基板10を作製する場合について説明したが、基板10を以下の方法により作製してもよい。例えば、サファイヤ基板等の異種基板上に設けられたGaN層を下地層として用い、ナノマスク等を介してGaN層を厚く成長させた結晶インゴットを異種基板から剥離させ、この結晶インゴットから複数の基板10を切り出してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the substrate 10 is manufactured by using the seed substrate 5 made of a GaN single crystal in the substrate manufacturing step S112 has been described, but the substrate 10 may be manufactured by the following method. For example, a GaN layer provided on a dissimilar substrate such as a sapphire substrate is used as an underlayer, and a crystal ingot in which a GaN layer is thickly grown via a nanomask or the like is peeled from the dissimilar substrate, and a plurality of substrates 10 are peeled from the crystal ingot. May be cut out.

上述の実施形態では、半導体層形成工程S120において、MOVPE法により半導体層20を形成する場合について説明したが、HVPE法などの他の気相成長法や、フラックス法やアモノサーマル法などの液相成長法により半導体層20を形成してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the semiconductor layer 20 is formed by the MOVPE method in the semiconductor layer forming step S120 has been described, but other vapor phase growth methods such as the HVPE method and liquids such as the flux method and the amonothermal method have been described. The semiconductor layer 20 may be formed by the phase growth method.

上述の第1実施形態では、半導体装置2がpn接合ダイオードであり、上述の第2実施形態では、半導体装置2がSBDである場合について説明したが、半導体装置2は、n型不純物を含む基板10を用いていれば、他のデバイスとして構成されていてもよい。例えば、半導体装置2は、発光ダイオード、レーザダイオード、ジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)、バイポーラトランジスタ等であってもよい。 In the first embodiment described above, the semiconductor device 2 is a pn junction diode, and in the second embodiment described above, the case where the semiconductor device 2 is an SBD has been described. However, the semiconductor device 2 is a substrate containing an n-type impurity. If 10 is used, it may be configured as another device. For example, the semiconductor device 2 may be a light emitting diode, a laser diode, a junction barrier Schottky diode (JBS), a bipolar transistor, or the like.

上述の第2実施形態では、イオン注入工程S241において半導体層20にp型不純物をイオン注入する場合について説明したが、必要に応じて、半導体層20にn型不純物などの他の不純物をイオン注入してもよい。 In the above-mentioned second embodiment, the case where the p-type impurity is ion-implanted into the semiconductor layer 20 in the ion implantation step S241 has been described, but other impurities such as the n-type impurity are ion-implanted into the semiconductor layer 20 as needed. You may.

<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 described.

(付記1)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板であって、
波長をλ(μm)、27℃における前記窒化物結晶基板の吸収係数をα(cm-1)、前記窒化物結晶基板中の自由電子濃度をn(cm-3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αは、以下の式(1)により近似される
窒化物結晶基板。
α=nKλ ・・・(1)
(ただし、1.5×10-19≦K≦6.0×10-19、a=3)
(Appendix 1)
A nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities.
The wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the nitride crystal substrate at 27 ° C is α (cm -1 ), the free electron concentration in the nitride crystal substrate is n (cm -3 ), and K and a are constants, respectively. The absorption coefficient α in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is a nitride crystal substrate approximated by the following equation (1).
α = nKλ a ... (1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)

(付記2)
少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αは、以下の式(1)’’により近似される
付記1に記載の窒化物結晶基板。
α=2.2×10-19nλ ・・・(1)’’
(Appendix 2)
The nitride crystal substrate according to Appendix 1, wherein the absorption coefficient α in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the following equation (1)''.
α = 2.2 × 10-193 ... (1)''

(付記3)
前記窒化物結晶基板の主面内における前記吸収係数αの最大値と最小値との差をΔαとしたとき、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲において、前記吸収係数αおよび前記Δαは、以下の式(2)および(3)を満たす
付記1又は2に記載の窒化物結晶基板。
α≧0.15λ ・・・(2)
Δα≦1.0 ・・・(3)
(Appendix 3)
When the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient α in the main surface of the nitride crystal substrate is Δα, the absorption coefficient α and the Δα are obtained in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less. The nitride crystal substrate according to Appendix 1 or 2, which satisfies the following formulas (2) and (3).
α ≧ 0.15λ 3 ... (2)
Δα ≦ 1.0 ・ ・ ・ (3)

(付記4)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板であって、
前記窒化物結晶基板における波長2μmでの吸収係数は、1.2cm-1以上であり、
前記窒化物結晶基板の主面内における、波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差は、1.0cm-1以内である
窒化物結晶基板。
(Appendix 4)
A nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities.
The absorption coefficient of the nitride crystal substrate at a wavelength of 2 μm is 1.2 cm -1 or more.
A nitride crystal substrate in which the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm in the main surface of the nitride crystal substrate is within 1.0 cm -1 .

(付記5)
27℃以上1250℃以下の温度条件下において前記窒化物結晶基板のバンド間で熱励起される真性キャリアの濃度は、27℃の温度条件下において前記n型不純物のドーピングによって前記窒化物結晶基板中に生じる自由電子の濃度よりも低い
付記1~4のいずれか1つに記載の窒化物結晶基板。
(Appendix 5)
The concentration of intrinsic carriers thermally excited between the bands of the nitride crystal substrate under the temperature condition of 27 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower is determined in the nitride crystal substrate by doping with the n-type impurity under the temperature condition of 27 ° C. The nitride crystal substrate according to any one of Supplementary note 1 to 4, which is lower than the concentration of free electrons generated in.

(付記6)
前記n型不純物のドーピングによって前記窒化物結晶基板中に生じる自由電子の濃度は、27℃の温度条件下において、1×1018cm-3以上であり、
前記窒化物結晶基板の前記主面内における、自由電子濃度の最大値と最小値との差は、8.3×1017cm-3以内である
付記1~5のいずれか1つに記載の窒化物結晶基板。
(Appendix 6)
The concentration of free electrons generated in the nitride crystal substrate by doping with the n-type impurity is 1 × 10 18 cm -3 or more under the temperature condition of 27 ° C.
The difference between the maximum value and the minimum value of the free electron concentration in the main surface of the nitride crystal substrate is described in any one of Supplementary note 1 to 5 within 8.3 × 10 17 cm -3 . Nitride crystal substrate.

(付記7)
前記窒化物結晶基板中の前記n型不純物の濃度は、1.0×1018at・cm-3以上であり、
前記窒化物結晶基板の前記主面内における、前記n型不純物の濃度の最大値と最小値との差は、8.3×1017at・cm-3以内である
付記1~6のいずれか1つに記載の窒化物結晶基板。
(Appendix 7)
The concentration of the n-type impurity in the nitride crystal substrate is 1.0 × 10 18 at · cm -3 or more.
The difference between the maximum value and the minimum value of the concentration of the n-type impurity in the main surface of the nitride crystal substrate is 8.3 × 10 17 at · cm -3 or less. The nitride crystal substrate according to one.

(付記8)
前記窒化物結晶基板中の酸素の濃度は、前記窒化物結晶基板中のシリコンおよびゲルマニウムの合計の濃度に対して1/10倍以下である
付記1~7のいずれか1つに記載の窒化物結晶基板。
(Appendix 8)
The nitride according to any one of Supplementary note 1 to 7, wherein the concentration of oxygen in the nitride crystal substrate is 1/10 times or less the total concentration of silicon and germanium in the nitride crystal substrate. Crystal substrate.

(付記9)
前記窒化物結晶基板中の酸素の濃度は、1×1017at・cm-3未満であり、
前記窒化物結晶基板中のシリコンおよびゲルマニウムの合計の濃度は、1×1018at・cm-3以上である
付記8に記載の窒化物結晶基板。
(Appendix 9)
The concentration of oxygen in the nitride crystal substrate is less than 1 × 10 17 at · cm -3 .
The nitride crystal substrate according to Appendix 8, wherein the total concentration of silicon and germanium in the nitride crystal substrate is 1 × 10 18 at · cm -3 or more.

(付記10)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板と、
前記窒化物結晶基板上に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体層と、
を有し、
波長をλ(μm)、27℃における前記窒化物結晶基板の吸収係数をα(cm-1)、前記窒化物結晶基板中の自由電子濃度をn(cm-3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αは、以下の式(1)により近似される
半導体積層物。
α=nKλ ・・・(1)(ただし、1.5×10-19≦K≦6.0×10-19、a=3)
(Appendix 10)
A nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities,
A semiconductor layer provided on the nitride crystal substrate and made of a group III nitride semiconductor,
Have,
The wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the nitride crystal substrate at 27 ° C is α (cm -1 ), the free electron concentration in the nitride crystal substrate is n (cm -3 ), and K and a are constants, respectively. The absorption coefficient α in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is a semiconductor laminate approximated by the following equation (1).
α = nKλ a ... (1) (However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)

(付記11)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板と、
前記窒化物結晶基板上に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体層と、
を有し、
前記窒化物結晶基板における波長2μmでの吸収係数は、1.2cm-1以上であり、
前記窒化物結晶基板の主面内における、波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差は、1.0cm-1以内である
半導体積層物。
(Appendix 11)
A nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities,
A semiconductor layer provided on the nitride crystal substrate and made of a group III nitride semiconductor,
Have,
The absorption coefficient of the nitride crystal substrate at a wavelength of 2 μm is 1.2 cm -1 or more.
A semiconductor laminate in which the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm in the main surface of the nitride crystal substrate is within 1.0 cm -1 .

(付記12)
前記半導体層の表面の反射率は、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲において、5%以上30%以下である
付記10又は11に記載の半導体積層物。
(Appendix 12)
The semiconductor laminate according to Appendix 10 or 11, wherein the reflectance of the surface of the semiconductor layer is 5% or more and 30% or less in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less.

(付記13)
前記半導体層は、前記窒化物結晶基板上に設けられp型不純物を含むp型半導体層を有する
付記10~12のいずれか1つに記載の半導体積層物。
(Appendix 13)
The semiconductor laminate according to any one of Supplementary note 10 to 12, wherein the semiconductor layer is provided on the nitride crystal substrate and has a p-type semiconductor layer containing p-type impurities.

(付記14)
前記半導体層は、不純物の被注入部を有する
付記10~12のいずれか1つに記載の半導体積層物。
(Appendix 14)
The semiconductor laminate according to any one of Supplementary note 10 to 12, wherein the semiconductor layer has a portion to be injected with impurities.

(付記15)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板を用意する工程と、
前記窒化物結晶基板に対して少なくとも赤外線を照射し、前記窒化物結晶基板を加熱する工程と、
を有し、
前記窒化物結晶基板を用意する工程では、
前記窒化物結晶基板として、波長をλ(μm)、27℃における前記窒化物結晶基板の吸収係数をα(cm-1)、前記窒化物結晶基板中の自由電子濃度をn(cm-3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αは、以下の式(1)により近似される基板を用意する
半導体積層物の製造方法。
α=nKλ ・・・(1)
(ただし、1.5×10-19≦K≦6.0×10-19、a=3)
(Appendix 15)
A step of preparing a nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities, and
The step of irradiating the nitride crystal substrate with at least infrared rays to heat the nitride crystal substrate, and
Have,
In the step of preparing the nitride crystal substrate,
As the nitride crystal substrate, the wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the nitride crystal substrate at 27 ° C. is α (cm -1 ), and the free electron concentration in the nitride crystal substrate is n (cm -3 ). A method for producing a semiconductor laminate, wherein a substrate is prepared in which the absorption coefficient α in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the following equation (1) when K and a are constants.
α = nKλ a ... (1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)

(付記16)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板を用意する工程と、
前記窒化物結晶基板に対して少なくとも赤外線を照射し、前記窒化物結晶基板を加熱する工程と、
を有し、
前記窒化物結晶基板を用意する工程では、
前記窒化物結晶基板として、波長2μmでの吸収係数が1.2cm-1以上であり、且つ、主面内における波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差が1.0cm-1以内である基板を用意する
半導体積層物の製造方法。
(Appendix 16)
A step of preparing a nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities, and
The step of irradiating the nitride crystal substrate with at least infrared rays to heat the nitride crystal substrate, and
Have,
In the step of preparing the nitride crystal substrate,
As the nitride crystal substrate, the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm is 1.2 cm -1 or more, and the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm in the main surface is 1.0 cm -1 . A method for manufacturing a semiconductor laminate that prepares a substrate that is within the range.

(付記17)
前記窒化物結晶基板を加熱する工程として、前記窒化物結晶基板上にIII族窒化物半導体からなる半導体層をエピタキシャル成長させる工程を有する
付記15又は16に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 17)
The method for producing a semiconductor laminate according to Appendix 15 or 16, wherein the step of heating the nitride crystal substrate includes a step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the nitride crystal substrate.

(付記18)
前記窒化物結晶基板上に、前記半導体層を構成する層としてp型不純物を含むp型半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記窒化物結晶基板を加熱する工程として、前記窒化物結晶基板を加熱して、前記p型半導体層中の前記p型不純物を活性化させる工程と、
を有する
付記17に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 18)
A step of epitaxially growing a p-type semiconductor layer containing p-type impurities as a layer constituting the semiconductor layer on the nitride crystal substrate.
As a step of heating the nitride crystal substrate, a step of heating the nitride crystal substrate to activate the p-type impurities in the p-type semiconductor layer and a step of activating the p-type impurities.
17. The method for manufacturing a semiconductor laminate according to Appendix 17.

(付記19)
前記半導体層中に所定の導電型の不純物をイオン注入する工程と、
前記窒化物結晶基板を加熱する工程として、前記窒化物結晶基板を加熱して、前記半導体層中の前記不純物を活性化させる工程と、
を有する
付記17に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 19)
A step of ion-implanting a predetermined conductive type impurity into the semiconductor layer,
As a step of heating the nitride crystal substrate, a step of heating the nitride crystal substrate to activate the impurities in the semiconductor layer and a step of activating the impurities in the semiconductor layer.
17. The method for manufacturing a semiconductor laminate according to Appendix 17.

(付記20)
前記窒化物結晶基板の裏面および前記半導体層の主面のうち少なくともいずれかに接するように電極を形成する工程と、
前記窒化物結晶基板を加熱する工程として、前記窒化物結晶基板を加熱して、前記電極の接触抵抗を低減させる工程と、
を有する
付記17~19のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 20)
A step of forming an electrode so as to be in contact with at least one of the back surface of the nitride crystal substrate and the main surface of the semiconductor layer.
As a step of heating the nitride crystal substrate, a step of heating the nitride crystal substrate to reduce the contact resistance of the electrode and a step of reducing the contact resistance of the electrode.
The method for manufacturing a semiconductor laminate according to any one of Supplementary note 17 to 19.

(付記21)
前記半導体層上に保護膜を形成する工程と、
前記窒化物結晶基板を加熱する工程として、前記窒化物結晶基板を加熱して、前記保護膜を硬化させる工程と、
を有する
付記17~20のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 21)
The step of forming a protective film on the semiconductor layer and
As a step of heating the nitride crystal substrate, a step of heating the nitride crystal substrate to cure the protective film and a step of curing the protective film.
The method for manufacturing a semiconductor laminate according to any one of Supplementary note 17 to 20 having the above.

(付記22)
前記窒化物結晶基板を用意する工程は、反応容器内に種結晶基板とIII族元素を含む原料とを搬入し、所定の結晶成長温度に加熱された前記種結晶基板に対して前記原料のハロゲン化物と窒化剤とを供給することで、前記種結晶基板上に前記III族元素の窒化物の結晶を成長させる結晶成長工程を有し、
前記結晶成長工程では、
前記反応容器内のうち少なくとも前記結晶成長温度に加熱される領域であって、前記種結晶基板に供給されるガスが接触する領域である高温領域を構成する部材として、少なくともその表面が石英非含有およびホウ素非含有の材料からなる部材を用いる
付記17~21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 nitride crystal substrate, the seed crystal substrate and the raw material containing the Group III element are carried into the reaction vessel, and the halogen of the raw material is brought into the seed crystal substrate heated to a predetermined crystal growth temperature. It has a crystal growth step of growing a crystal of the nitride of the Group III element on the seed crystal substrate by supplying the compound and the nitride.
In the crystal growth step,
As a member constituting the high temperature region in the reaction vessel, which is a region heated to at least the crystal growth temperature and is a region in contact with the gas supplied to the seed crystal substrate, at least the surface thereof does not contain quartz. The method for producing a semiconductor laminate according to any one of Supplementary note 17 to 21, which uses a member made of a boron-free material.

(付記23)
前記高温領域を構成する部材として、炭化ケイ素コートグラファイトからなる部材を用いる
付記22に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 23)
The method for manufacturing a semiconductor laminate according to Appendix 22, wherein a member made of silicon carbide-coated graphite is used as a member constituting the high temperature region.

(付記24)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板を用意する工程と、
前記窒化物結晶基板に対して少なくとも赤外線を照射し、前記窒化物結晶基板を加熱する工程と、
を有し、
前記窒化物結晶基板を用意する工程は、
前記窒化物結晶基板の27℃での赤外域の吸収係数を測定する工程と、
測定された前記窒化物結晶基板の吸収係数に基づいて、波長をλ(μm)、前記窒化物結晶基板の吸収係数をα(cm-1)、前記窒化物結晶基板中の自由電子濃度をn(cm-3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αが、以下の式(1)により近似されるかを判定する工程と、
を有する
半導体積層物の製造方法。
α=nKλ ・・・(1)
(ただし、1.5×10-19≦K≦6.0×10-19、a=3)
(Appendix 24)
A step of preparing a nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities, and
The step of irradiating the nitride crystal substrate with at least infrared rays to heat the nitride crystal substrate, and
Have,
The step of preparing the nitride crystal substrate is
The step of measuring the absorption coefficient of the nitride crystal substrate in the infrared region at 27 ° C.
Based on the measured absorption coefficient of the nitride crystal substrate, the wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the nitride crystal substrate is α (cm -1 ), and the free electron concentration in the nitride crystal substrate is n. A step of determining whether the absorption coefficient α in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the following equation (1) when (cm -3 ), K, and a are constants, respectively. ,
A method for manufacturing a semiconductor laminate having.
α = nKλ a ... (1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)

(付記25)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板を用意する工程と、
前記窒化物結晶基板に対して少なくとも赤外線を照射し、前記窒化物結晶基板を加熱する工程と、
を有し、
前記窒化物結晶基板を用意する工程は、
前記窒化物結晶基板の主面内のうち少なくとも2点以上において赤外域の吸収係数を測定する工程と、
測定された前記窒化物結晶基板の吸収係数に基づいて、前記窒化物結晶基板における波長2μmでの吸収係数が1.2cm-1以上であり、且つ、前記窒化物結晶基板の主面内における波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差が1.0cm-1以内であるかを判定する工程と、
を有する
半導体積層物の製造方法。
(Appendix 25)
A step of preparing a nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities, and
The step of irradiating the nitride crystal substrate with at least infrared rays to heat the nitride crystal substrate, and
Have,
The step of preparing the nitride crystal substrate is
A step of measuring the absorption coefficient in the infrared region at at least two points in the main surface of the nitride crystal substrate, and a step of measuring the absorption coefficient in the infrared region.
Based on the measured absorption coefficient of the nitride crystal substrate, the absorption coefficient of the nitride crystal substrate at a wavelength of 2 μm is 1.2 cm -1 or more, and the wavelength in the main surface of the nitride crystal substrate. The step of determining whether the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at 2 μm is within 1.0 cm -1 .
A method for manufacturing a semiconductor laminate having.

(付記26)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板を用意する工程と、
前記窒化物結晶基板に対して少なくとも赤外線を照射し、前記窒化物結晶基板を加熱する工程と、
を有し、
前記窒化物結晶基板を用意する工程では、
前記窒化物結晶基板として、波長をλ(μm)、27℃における前記窒化物結晶基板の吸収係数をα(cm-1)、前記窒化物結晶基板中の自由電子濃度をn(cm-3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αは、以下の式(1)により近似される基板を用意する
半導体装置の製造方法。
α=nKλ ・・・(1)
(ただし、1.5×10-19≦K≦6.0×10-19、a=3)
(Appendix 26)
A step of preparing a nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities, and
The step of irradiating the nitride crystal substrate with at least infrared rays to heat the nitride crystal substrate, and
Have,
In the step of preparing the nitride crystal substrate,
As the nitride crystal substrate, the wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the nitride crystal substrate at 27 ° C. is α (cm -1 ), and the free electron concentration in the nitride crystal substrate is n (cm -3 ). , K and a are constants, and the absorption coefficient α in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is a method for manufacturing a semiconductor device for preparing a substrate approximated by the following equation (1).
α = nKλ a ... (1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)

(付記27)
III族窒化物の結晶からなり、n型不純物を含む窒化物結晶基板を用意する工程と、
前記窒化物結晶基板に対して少なくとも赤外線を照射し、前記窒化物結晶基板を加熱する工程と、
を有し、
前記窒化物結晶基板を用意する工程では、
前記窒化物結晶基板として、波長2μmでの吸収係数が1.2cm-1以上であり、且つ、主面内における波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値との差が1.0cm-1以内である基板を用意する
半導体装置の製造方法。
(Appendix 27)
A step of preparing a nitride crystal substrate composed of Group III nitride crystals and containing n-type impurities, and
The step of irradiating the nitride crystal substrate with at least infrared rays to heat the nitride crystal substrate, and
Have,
In the step of preparing the nitride crystal substrate,
As the nitride crystal substrate, the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm is 1.2 cm -1 or more, and the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm in the main surface is 1.0 cm -1 . A method for manufacturing a semiconductor device that prepares a substrate that is within the range.

1 半導体積層物
2 半導体装置
10 窒化物結晶基板(基板)
20 半導体層
1 Semiconductor laminate 2 Semiconductor device 10 Nitride crystal substrate (substrate)
20 Semiconductor layer

Claims (7)

n型不純物がドーピングされたGaN単結晶基板であって、
前記n型不純物のドーピングによって前記GaN単結晶基板中に生じる自由電子の濃度は、27℃の温度条件下において、1×1018cm-3以上であり、
前記GaN単結晶基板の主面内における、任意の2点で測定した自由電子濃度の差が、8.3×1017cm-3以内であり、
前記GaN結晶基板中のボロンの濃度が1×1015at・cm-3未満であり、
前記GaN単結晶基板における波長2μmの光の吸収係数が1.2cm-1以上であり、
前記GaN単結晶基板の主面内における、任意の2点で測定した波長2μmの光の吸収係数の差が1.0cm-1以内である
GaN単結晶基板。
A GaN single crystal substrate doped with n-type impurities.
The concentration of free electrons generated in the GaN single crystal substrate by doping with the n-type impurities is 1 × 10 18 cm -3 or more under the temperature condition of 27 ° C.
The difference in free electron concentration measured at any two points in the main surface of the GaN single crystal substrate is within 8.3 × 10 17 cm -3 .
The concentration of boron in the GaN single crystal substrate is less than 1 × 10 15 at · cm -3 .
The absorption coefficient of light having a wavelength of 2 μm in the GaN single crystal substrate is 1.2 cm -1 or more.
A GaN single crystal substrate in which the difference in absorption coefficient of light having a wavelength of 2 μm measured at any two points within the main surface of the GaN single crystal substrate is within 1.0 cm -1 .
n型不純物がドーピングされたGaN単結晶基板であって、
前記GaN単結晶基板中の前記n型不純物の濃度は、1.0×1018at・cm-3以上であり、
前記GaN単結晶基板の主面内における、任意の2点で測定した前記n型不純物の差が、8.3×1017at・cm-3以内であり、
前記GaN結晶基板中のボロンの濃度が1×1015at・cm-3未満であり、
前記GaN単結晶基板における波長2μmの光の吸収係数が1.2cm-1以上であり、
前記GaN単結晶基板の主面内における、任意の2点で測定した波長2μmの光の吸収係数の差が1.0cm-1以内である
GaN単結晶基板。
A GaN single crystal substrate doped with n-type impurities.
The concentration of the n-type impurity in the GaN single crystal substrate is 1.0 × 10 18 at · cm -3 or more.
The difference between the n-type impurities measured at any two points in the main surface of the GaN single crystal substrate is within 8.3 × 10 17 at · cm -3 .
The concentration of boron in the GaN single crystal substrate is less than 1 × 10 15 at · cm -3 .
The absorption coefficient of light having a wavelength of 2 μm in the GaN single crystal substrate is 1.2 cm -1 or more.
A GaN single crystal substrate in which the difference in absorption coefficient of light having a wavelength of 2 μm measured at any two points within the main surface of the GaN single crystal substrate is within 1.0 cm -1 .
27℃以上1250℃以下の温度条件下において、結晶のバンド間で熱励起される真性キャリアの濃度が、27℃の温度条件下において前記n型不純物のドーピングによって前記結晶中に生じる自由電子の濃度よりも低い
請求項1又は2に記載のGaN単結晶基板。
The concentration of intrinsic carriers thermally excited between the bands of the crystal under the temperature condition of 27 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower is the concentration of free electrons generated in the crystal by doping the n-type impurity under the temperature condition of 27 ° C. The GaN single crystal substrate according to claim 1 or 2, which is lower than that.
前記GaN結晶基板中の酸素の濃度は、前記GaN単結晶基板中のシリコンおよびゲルマニウムの合計の濃度に対して1/10倍以下である
請求項1~3のいずれか1項に記載のGaN単結晶基板。
The GaN according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of oxygen in the GaN single crystal substrate is 1/10 times or less the total concentration of silicon and germanium in the GaN single crystal substrate. Single crystal substrate.
前記GaN結晶基板中の酸素および炭素の各濃度が5×1015at・cm-3未満であり、
前記GaN結晶基板中の鉄およびクロムの各濃度が1×1015at・cm-3未満である
請求項1~4のいずれか1項に記載のGaN単結晶基板。
The concentrations of oxygen and carbon in the GaN single crystal substrate are less than 5 × 10 15 at · cm -3 .
The GaN single crystal substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the concentrations of iron and chromium in the GaN single crystal substrate are less than 1 × 10 15 at · cm -3 .
n型不純物がドーピングされたGaN単結晶基板と、
前記GaN結晶基板上に設けられ、III族窒化物半導体の単結晶からなる半導体層と、
を有し、
前記n型不純物のドーピングによって前記GaN単結晶基板中に生じる自由電子の濃度は、27℃の温度条件下において、1×1018cm-3以上であり、
前記GaN単結晶基板の主面内における、任意の2点で測定した自由電子濃度の差が、8.3×1017cm-3以内であり、
前記GaN結晶基板中のボロンの濃度が1×1015at・cm-3未満であり、
前記GaN単結晶基板における波長2μmの光の吸収係数が1.2cm-1以上であり、
前記GaN単結晶基板の主面内における、任意の2点で測定した波長2μmの光の吸収係数の差が1.0cm-1以内である
半導体積層物。
A GaN single crystal substrate doped with n-type impurities,
A semiconductor layer provided on the GaN single crystal substrate and made of a single crystal of a group III nitride semiconductor,
Have,
The concentration of free electrons generated in the GaN single crystal substrate by doping with the n-type impurities is 1 × 10 18 cm -3 or more under the temperature condition of 27 ° C.
The difference in free electron concentration measured at any two points in the main surface of the GaN single crystal substrate is within 8.3 × 10 17 cm -3 .
The concentration of boron in the GaN single crystal substrate is less than 1 × 10 15 at · cm -3 .
The absorption coefficient of light having a wavelength of 2 μm in the GaN single crystal substrate is 1.2 cm -1 or more.
A semiconductor laminate in which the difference in absorption coefficient of light having a wavelength of 2 μm measured at any two points in the main surface of the GaN single crystal substrate is within 1.0 cm -1 .
n型不純物がドーピングされたGaN単結晶基板と、
前記GaN結晶基板上に設けられ、III族窒化物半導体の単結晶からなる半導体層と、
を有し、
前記GaN単結晶基板中の前記n型不純物の濃度は、1.0×1018at・cm-3以上であり、
前記GaN単結晶基板の主面内における、任意の2点で測定した前記n型不純物の差が、8.3×1017at・cm-3以内であり、
前記GaN結晶基板中のボロンの濃度が1×1015at・cm-3未満であり、
前記GaN単結晶基板における波長2μmの光の吸収係数が1.2cm-1以上であり、
前記GaN単結晶基板の主面内における、任意の2点で測定した波長2μmの光の吸収係数の差が1.0cm-1以内である
半導体積層物。
A GaN single crystal substrate doped with n-type impurities,
A semiconductor layer provided on the GaN single crystal substrate and made of a single crystal of a group III nitride semiconductor,
Have,
The concentration of the n-type impurity in the GaN single crystal substrate is 1.0 × 10 18 at · cm -3 or more.
The difference between the n-type impurities measured at any two points in the main surface of the GaN single crystal substrate is within 8.3 × 10 17 at · cm -3 .
The concentration of boron in the GaN single crystal substrate is less than 1 × 10 15 at · cm -3 .
The absorption coefficient of light having a wavelength of 2 μm in the GaN single crystal substrate is 1.2 cm -1 or more.
A semiconductor laminate in which the difference in absorption coefficient of light having a wavelength of 2 μm measured at any two points in the main surface of the GaN single crystal substrate is within 1.0 cm -1 .
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