KR20130113452A - Method for producing substrate for group iii nitride semiconductor element fabrication, method for producing group iii nitride semiconductor free-standing substrate or group iii nitride semiconductor element, and group iii nitride growth substrate - Google Patents

Method for producing substrate for group iii nitride semiconductor element fabrication, method for producing group iii nitride semiconductor free-standing substrate or group iii nitride semiconductor element, and group iii nitride growth substrate Download PDF

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KR20130113452A
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도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

MOCVD 성장로 내로 크롬층을 질화하는 경우에, 형성된 크롬 질화물층면에 있어서의 삼각뿔 형상의 질화크롬 미결정이 차지하는 면적비율을 향상시키는 것에 의해서, 그 후 크롬 질화물층 상에 성장되는 결정층의 결정성이나 균일성을 향상시킬 수 있는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법을 제공한다. 성장용 하지 기판 상에, 크롬층을 형성하는 성막 공정과 상기 크롬층을, 소정의 조건에서 질화함으로써 크롬 질화물층으로 하는 질화 공정과 상기 크롬 질화물층 상에, 적어도 1층의 III족 질화물 반도체층을 에피택셜 성장시키는 결정층 성장 공정을 구비하는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법이며, 상기 크롬층은, 스퍼터링법에 의해, 스퍼터링 입자 비정 영역에 있어서의 성막 속도가 7~65Å/초의 범위에서, 두께가 50~300Å의 범위가 되도록 성막되어 상기 크롬 질화물층은, 로 내 압력 6.666 kPa 이상 66.66 kPa 이하의, 온도 1000℃ 이상의 MOCVD 성장로 내에 있어서, 암모니아 가스를 포함한 가스 분위기 중에서 형성되어 상기 가스 분위기 중의 암모니아 가스 이외의 가스 성분은, 질소 가스 및 수소 가스로 이루어진 캐리어 가스로 해, 상기 캐리어 가스에 차지하는 질소 가스의 함유 비율은 60~100 체적%의 범위인 것을 특징으로 한다. In the case where the chromium layer is nitrided into the MOCVD growth furnace, by improving the area ratio of the triangular pyramidal chromium nitride crystals on the surface of the formed chromium nitride layer, the crystallinity of the crystal layer grown on the chromium nitride layer thereafter and Provided is a method of manufacturing a substrate for producing a III-nitride semiconductor device that can improve uniformity. A film forming step of forming a chromium layer on the underlying substrate for growth, and a nitride step of forming a chromium nitride layer by nitriding the chromium layer under predetermined conditions, and at least one group III nitride semiconductor layer on the chromium nitride layer. It is a manufacturing method of the group III nitride semiconductor element manufacture board | substrate which has a crystal layer growth process which epitaxially grows, The said chromium layer is the range whose film-forming speed in a sputtering particle amorphous region is 7-65 kPa / sec by sputtering method. In which the chromium nitride layer is formed in a gas atmosphere containing ammonia gas in a MOCVD growth furnace at a temperature of 1000 ° C. or higher, having a furnace pressure of 6.666 kPa or more and 66.66 kPa or less. Gas components other than ammonia gas in gas atmosphere are made into the carrier gas which consists of nitrogen gas and hydrogen gas, and the said carry The content of the nitrogen gas occupying the gas is characterized in that in the range of 60 to 100% by volume.

Description

III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법, III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법, 및 III족 질화물 성장용 기판{METHOD FOR PRODUCING SUBSTRATE FOR GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR ELEMENT FABRICATION, METHOD FOR PRODUCING GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR FREE-STANDING SUBSTRATE OR GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR ELEMENT, AND GROUP III NITRIDE GROWTH SUBSTRATE}A method for manufacturing a group III nitride semiconductor device manufacturing substrate, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor device, and a group III nitride growing substrate. GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR FREE-STANDING SUBSTRATE OR GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR ELEMENT, AND GROUP III NITRIDE GROWTH SUBSTRATE}

본 발명은 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법, III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법, 및 III족 질화물 성장용 기판에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride semiconductor device manufacturing substrate, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor device, and a group III nitride growth substrate.

일반적으로, Al, Ga 등과 N의 화합물로 이루어진 III족 질화물 반도체로 구성되는, 예를 들면 III족 질화물 반도체 소자는, 발광소자 또는 전자 디바이스용 소자로서 널리 이용되고 있다. 이러한 III족 질화물 반도체는, 현재, 예를 들면 사파이어로 이루어진 결정 성장 기판 상에, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:유기 금속 화학 기상 성장)법에 의해 형성되는 것이 일반적이다.
In general, for example, a group III nitride semiconductor element composed of a group III nitride semiconductor composed of Al, Ga, and N compounds is widely used as a light emitting element or an element for an electronic device. Such a group III nitride semiconductor is generally formed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method on a crystal growth substrate made of, for example, sapphire.

그렇지만, III족 질화물 반도체와 결정 성장 기판(일반적으로는 사파이어)은 격자 정수가 크게 다르기 때문에, 이 격자 정수의 차이에 기인하는 전위가 생겨 결정 성장 기판 상에 성장시킨 III족 질화물 반도체층의 결정 품질이 저하해 버린다고 하는 문제가 있다.
However, since the lattice constants of the group III nitride semiconductor and the crystal growth substrate (generally sapphire) are significantly different, the crystal quality of the group III nitride semiconductor layer grown on the crystal growth substrate due to a potential caused by the difference in the lattice constant is generated. There is a problem that this decreases.

이 문제를 해결하기 위해, 종래 기술에서는, 예를 들면 사파이어 기판 상에, 저온 다결정 또는 비정질 상태의 버퍼층을 개재하여 GaN층을 성장시키는 방법이 널리 이용되고 있다. 그러나, 사파이어 기판은 열전도율이 작기 때문에 방열성이 나쁘고, 절연성으로 전류를 흐르게 할 수 없기 때문에, 질화물 반도체 디바이스층의 한 면에 n전극과 p전극을 형성시키고 전류를 흘리는 구성을 취하여, 이 구성에서는 대전류를 흘리기 어렵고, 고출력의 발광 다이오드(LED)의 제작에는 부적당하다.
In order to solve this problem, in the prior art, for example, a method of growing a GaN layer on a sapphire substrate via a low-temperature polycrystalline or amorphous buffer layer is widely used. However, since the sapphire substrate has a low thermal conductivity and poor heat dissipation, and an electric current cannot flow through the insulation, an n-electrode and a p-electrode are formed on one surface of the nitride semiconductor device layer, and a current is taken in this configuration. Is difficult to shed and is inadequate for the production of high power light emitting diodes (LEDs).

이 때문에, 비특허문헌 1 및 특허문헌 1에는, 도전성으로 열전도율이 큰 다른 지지 기판에 성장층을 붙이고, GaN의 에너지 갭보다 큰 양자 에너지를 가지는 레이저 빛을 사파이어 기판의 이면으로부터 GaN 층에 조사하여 Ga과 N으로 열분해시켜, 사파이어 기판과 III족 질화물 반도체층을 박리하는 레이저 리프트 오프법 등의 방법이 제안되고 있다. 그렇지만, 이들 방식은 레이저 리프트 오프 장치의 비용이 높은 것, 박리시키는 GaN층 상에 형성된 디바이스층에도 열 데미지가 도입되기 쉽다는 등의 과제가 있다.
For this reason, non-patent document 1 and patent document 1 attach a growth layer to another support substrate with high thermal conductivity electroconductively, and irradiate a GaN layer from the back surface of a sapphire substrate with laser light which has quantum energy larger than the energy gap of GaN, A method such as a laser lift-off method for thermally decomposing Ga and N to peel a sapphire substrate and a group III nitride semiconductor layer has been proposed. However, these systems have problems such as high cost of the laser lift-off device, and easy thermal damage to the device layer formed on the GaN layer to be peeled off.

또, 다른 종래 기술로서는, 특허문헌 2~5에, 사파이어 기판 상에, 금속 질화물층을 개재시켜 GaN층을 성장시킨 기술이 개시되고 있다. 이 방법에 의하면, GaN층의 전위밀도를 상기 버퍼층 기술과 비교해 저감할 수 있어, 고품질의 GaN층을 성장시키는 것이 가능하다. 이것은, 금속 질화물층인 CrN막과 GaN층과의 격자 정수 및 열팽창 계수의 차이가 비교적 작기 때문이다. 또, 이 CrN막은, 화학 에칭액으로 선택적으로 에칭할 수 있어, 성장용 기판과 III족 질화물 반도체 디바이스층을 케미컬 리프트 오프법을 이용해 분리시키는 프로세스에서 유용하다.
Moreover, as another conventional technique, the technique by which the GaN layer was grown through the metal nitride layer on the sapphire substrate by patent documents 2-5 is disclosed. According to this method, the dislocation density of the GaN layer can be reduced in comparison with the above buffer layer technology, and it is possible to grow a high quality GaN layer. This is because the difference between the lattice constant and the coefficient of thermal expansion between the CrN film and the GaN layer as the metal nitride layer is relatively small. In addition, this CrN film can be selectively etched with a chemical etching solution, and is useful in a process of separating the growth substrate and the group III nitride semiconductor device layer by a chemical lift-off method.

이러한 특허문헌에 있어서는, 크롬 질화물층의 적합한 조건으로서 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy: 하이드라이드 기상성장법) 장치 내에서, 성장용 (0001) 사파이어 기판 상에 성막된 금속 크롬층을 암모니아 가스를 포함한 분위기 하에서 1000℃ 이상의 온도에서 질화 처리를 가해, 기판면 상에 도 1(a)에 나타내는 삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정을 부분적으로 형성시키는 기술이 개시되고 있다. 크롬 질화물의 결정 구조는 암염형(입방정계)이며, 삼각뿔의 저면은 (111) 면이며, 저변은 사파이어 기판 (0001) 면내의 [10-10], [01-10], [-1100] 방향에 평행이고, 저면의 중심으로부터 삼각뿔의 정점으로 향한 방위는 도 1(b)의 X선 회절 2θ-ω 스캔의 결과로 나타낸 바와 같이 [111]이 된다.
In this patent document, as a suitable condition for the chromium nitride layer, the metal chromium layer formed on the sapphire substrate for growth in an HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) device is an atmosphere containing ammonia gas. A technique is disclosed in which a nitriding treatment is applied at a temperature of 1000 DEG C or higher to partially form a triangular pyramidal chromium nitride microcrystal shown in Fig. 1A on a substrate surface. The crystal structure of chromium nitride is rock salt type (cubic system), and the bottom of the triangular pyramid is (111) plane, and the bottom is [10-10], [01-10], [-1100] directions in the sapphire substrate (0001) plane. The orientation parallel to and toward the apex of the triangular pyramid from the center of the bottom becomes [111] as shown by the result of the X-ray diffraction 2θ-ω scan in FIG.

일본 특허공표 2001-501778호 공보Japanese Patent Publication No. 2001-501778 국제 공개 제 2006/126330호 공보International Publication No. 2006/126330 일본 특허공개 2008-91728호 공보Japanese Patent Publication No. 2008-91728 일본 특허공개 2008-91729호 공보Japanese Patent Publication No. 2008-91729 WO2007/023911 공보WO2007 / 023911 publication

W.S.Wong 등, Appl.Phys.Lett.72(1998) 599. W. S. Wong et al., Appl. Phys. Lett. 72 (1998) 599.

이와 같이, 일반적으로, 크롬층의 질화 처리는 HVPE 장치 내에서 행해진다. 그 이유로서는, HVPE 장치 내에서의 질화 처리가 핫 월형(Hot-wall Type)이며, III족 원료인 GaCl 등의 III족 염화물 가스와 혼합하기 전에 암모니아 가스가 가열되기 때문에, 암모니아 가스의 분해 효율이 좋은 것 등을 들 수 있다. 그렇지만, 질화물 반도체 소자 형성에는 박막 성장이 불가결한데, HVPE 성장로(成長爐)에서는, 질화물 반도체층의 박막 형성이 곤란하고, HVPE 로(爐)에서 CrN층을 형성한 후에, MOCVD 로로 옮길 필요가 있지만, 이 때에 CrN층 표면의 산화 등에 의해, CrN층 상에 양호한 결정성을 가지는 III족 질화물 반도체층의 에피택셜 성장이 곤란하다고 하는 문제가 있었다.
As such, generally, nitriding of the chromium layer is performed in an HVPE apparatus. The reason for this is that the nitriding treatment in the HVPE apparatus is a hot-wall type, and since the ammonia gas is heated before mixing with the Group III chloride gas such as GaCl, which is a Group III raw material, the decomposition efficiency of the ammonia gas is increased. Good things are mentioned. However, thin film growth is indispensable for the formation of nitride semiconductor elements. In HVPE growth furnaces, thin film formation of nitride semiconductor layers is difficult, and it is necessary to transfer the MON furnace after forming a CrN layer in the HVPE furnace. However, at this time, there was a problem that epitaxial growth of the group III nitride semiconductor layer having good crystallinity on the CrN layer was difficult due to oxidation of the surface of the CrN layer or the like.

본 발명자 등은, 이들 문제를 해결할 수 있도록, MOCVD 성장로 내에서 크롬층에 질화 처리를 가했는데, 특허문헌 2~5에 기재된 제조 조건은 일부, 필요조건이지만 충분 조건은 아닌 것을 찾아냈다. 즉, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 약(略) 삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정 뿐만이 아니고, 방위가 가지각색으로 사각형에 가까운 인편상(鱗片狀)이나 부정형의 미결정도 포함되고, 도 2(b)나 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 하지 기판 상에서의 기판면내에서의 형상의 격차가 관측되는 경우가 있었다. 또한, 사각형에 가까운 인편상의 노출면(露呈面)은 암염형 구조의{100}면군인 것은, 도 2(d)에 나타내는 X선 회절의 결과로부터 암시된다.
The present inventors applied nitriding treatment to the chromium layer in a MOCVD growth furnace so as to solve these problems, but found that the manufacturing conditions described in Patent Literatures 2 to 5 are some, but not sufficient, conditions. That is, as shown in Fig. 2 (a), not only chromium nitride microcrystals having a weak triangular pyramid shape but also flaky or amorphous microcrystals having various orientations close to a square are included. ) And FIG. 2 (c), there are cases where a difference in shape in the substrate surface on the underlying substrate is observed. In addition, it is implied from the result of the X-ray diffraction shown in FIG.

크롬 질화물층 상에 결정성이 좋은 III족 질화물 반도체 결정층을 성장하기 위해서는, 성장용 (0001) 사파이어 기판면에 수직인 방향으로 크롬 질화물층의 [111] 방위가 일치하는 것, 및 크롬 질화물층의 면내 회전의 방위가 갖추어져 사파이어 (0001) 면내의 소정 방위가 되는 것이 바람직하기 때문에, 상기 인편상이나 부정형으로 방위가 가지각색인 미결정이 형성되는 것은 결정층의 결정성이나 균일성을 저하시킬 우려가 있다.
In order to grow a group III nitride semiconductor crystal layer having good crystallinity on the chromium nitride layer, the [111] orientation of the chromium nitride layer coincides in the direction perpendicular to the surface of the sapphire substrate for growth, and the chromium nitride layer. Since the orientation of the in-plane rotation is preferably provided to be a predetermined orientation in the sapphire (0001) plane, the formation of various microcrystals in the scaly or irregular shape may lower the crystallinity or uniformity of the crystal layer. .

본 발명의 목적은, MOCVD 성장로 내에서 크롬층을 질화하는 경우에, 형성된 크롬 질화물층면에 있어서의 약 삼각뿔 형상의 질화크롬 미결정이 차지하는 면적비율을 향상시키는 것에 의해서, 그 후 크롬 질화물층 상에 성장되는 결정층의 결정성이나 균일성을 향상시킬 수 있는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법, 및 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
An object of the present invention is to improve the area ratio occupied by a weak triangular pyramidal chromium nitride crystal on the surface of a formed chromium nitride layer when nitriding a chromium layer in a MOCVD growth furnace. It is providing the manufacturing method of the group III nitride semiconductor element manufacture board | substrate which can improve the crystallinity and uniformity of the crystalline layer grown, and the manufacturing method of a group III nitride semiconductor independence board | substrate or a group III nitride semiconductor element.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다. In order to achieve the above object, the present invention has the following structure.

(1) 성장용 하지 기판 상에 크롬층을 형성하는 성막 공정과, 상기 크롬층을 소정의 조건에서 질화함으로써 크롬 질화물층으로 하는 질화 공정과, 상기 크롬 질화물층 상에 적어도 1층의 III족 질화물 반도체층을 에피택셜 성장시키는 결정층 성장 공정을 구비하는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법이며, 상기 크롬층은 스퍼터링법에 의해 스퍼터링 입자 비정 영역에서의 성막 속도가 7~65Å/초의 범위에서 두께가 50~300Å의 범위가 되도록 성막되고, 상기 크롬 질화물층은 로(爐) 내 압력 6.666 kPa 이상 66.66 kPa 이하, 온도 1000℃ 이상의 MOCVD 성장로 내에서 암모니아 가스를 포함한 가스 분위기 중에서 형성되고, 상기 가스 분위기 중의 암모니아 가스 이외의 가스 성분은 질소 가스 및 수소 가스로 이루어진 캐리어 가스로 하고, 상기 캐리어 가스에 차지하는 질소 가스의 함유 비율은 60~100 체적%의 범위인 것을 특징으로 하는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
(1) a film forming step of forming a chromium layer on a substrate for growth, a nitriding step of forming a chromium nitride layer by nitriding the chromium layer under predetermined conditions, and at least one group III nitride on the chromium nitride layer It is a manufacturing method of the group III nitride semiconductor element manufacturing substrate provided with the crystal layer growth process which epitaxially grows a semiconductor layer, The said chromium layer is sputtering by the sputtering method in the film-forming rate in the sputtering particle amorphous region in the range of 7-65 GPa / sec. The chromium nitride layer is formed in a gas atmosphere containing ammonia gas in a MOCVD growth furnace having a pressure in the furnace of 6.666 kPa or more and 66.66 kPa or less and a temperature of 1000 ° C. or more. Gas components other than ammonia gas in a gas atmosphere are carrier gas which consists of nitrogen gas and hydrogen gas, and the said carrier gas Content ratio is 60 to method for manufacturing a Group III nitride semiconductor device for manufacturing a substrate, characterized in that in the range of 100% by volume of nitrogen gas accounts.

(2) 상기 크롬 질화물층 표면의 질화크롬 미결정 중, 약(略) 삼각뿔 형상을 가지는 질화크롬 미결정이 차지하는 면적비율이 70% 이상인 상기 (1)에 기재된 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
(2) The manufacturing method of the group III nitride semiconductor element manufacturing substrate as described in said (1) whose area ratio which the chromium nitride microcrystal of a chromium nitride layer surface of the said chromium nitride layer has about trigonal pyramidal shape occupies is 70% or more.

(3) 상기 크롬층은 복수의 성장용 하지 기판 상에 각각 평균 성막 속도가 1~10Å/초의 범위가 되도록 간헐적으로 성막되는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
(3) The chromium layer of the substrate for producing a group III nitride semiconductor device according to (1) or (2), wherein the chromium layer is intermittently formed on a plurality of substrates for growth so as to have an average film forming speed in a range of 1 to 10 Pa / sec. Manufacturing method.

(4) 상기 약 삼각뿔 형상의 질화크롬 미결정의 저변의 방위가 상기 III족 질화물 반도체층의 <11-20> 방향 (a축 방향) 군에 평행인 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
(4) Group III according to the above (2) or (3), wherein the orientation of the lower side of the triangular pyramidal chromium nitride microcrystal is parallel to the group <11-20> direction (a-axis direction) of the group III nitride semiconductor layer. The manufacturing method of the board | substrate for manufacturing nitride semiconductor elements.

(5) 상기 성장용 하지 기판은, 육방정계 또는 유사 육방정계의 결정 구조를 가지고, 표면이 (0001) 면인 상기 (1)~(4) 중 어느 하나에 기재된 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
(5) The substrate for growth has a crystal structure of hexagonal or pseudo hexagonal system, and the substrate for producing a group III nitride semiconductor device manufacturing according to any one of (1) to (4), wherein the surface is a (0001) plane. Way.

(6) 성장용 하지 기판 상에 크롬층을 형성하는 성막 공정과, 상기 크롬층을 소정의 조건에서 질화함으로써 크롬 질화물층으로 하는 질화 공정과, 상기 크롬 질화물층 상에 적어도 1층의 III족 질화물 반도체층을 에피택셜 성장시키는 결정층 성장 공정과, 상기 크롬 질화물층을 케미컬 에칭으로 제거함으로써 상기 성장용 하지 기판과 상기 III족 질화물 반도체를 분리시키는 분리 공정을 구비하는 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법이며, 상기 크롬층은 스퍼터링법에 의해 스퍼터링 입자 비정 영역에서의 성막 속도가 7~65Å/초의 범위에서 두께가 50~300Å의 범위가 되도록 성막되고, 상기 크롬 질화물층은 로 내 압력 6.666 kPa 이상 66.66 kPa 이하, 온도 1000℃ 이상의 MOCVD 성장로 내에서, 암모니아 가스를 포함한 가스 분위기 중에서 형성되고, 상기 가스 분위기 중의 암모니아 가스 이외의 가스 성분은 질소 가스 및 수소 가스로 이루어진 캐리어 가스로 하고, 상기 캐리어 가스에 차지하는 질소 가스의 함유 비율은 60~100 체적%의 범위인 것을 특징으로 하는 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
(6) a film forming step of forming a chromium layer on a substrate for growth, a nitride step of forming a chromium nitride layer by nitriding the chromium layer under predetermined conditions, and at least one group III nitride on the chromium nitride layer. A group III nitride semiconductor self-supporting substrate having a crystal layer growth step of epitaxially growing a semiconductor layer and a separation step of separating the growth substrate and the group III nitride semiconductor by removing the chromium nitride layer by chemical etching; A method of manufacturing a group nitride semiconductor device, wherein the chromium layer is formed by a sputtering method so as to have a thickness of 50 to 300 kPa in the range of 7 to 65 kV / sec in the sputtered grain amorphous region, and the chromium nitride layer is Gas atmosphere containing ammonia gas in a MOCVD growth furnace with a pressure in the furnace of 6.666 kPa or more and 66.66 kPa or less and a temperature of 1000 ° C or higher. And a gas component other than ammonia gas in the gas atmosphere is a carrier gas composed of nitrogen gas and hydrogen gas, and the content ratio of nitrogen gas in the carrier gas is in the range of 60 to 100% by volume. A method of manufacturing a group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor element.

(7) 상기 크롬 질화물층 표면의 질화크롬 미결정 중, 약 삼각뿔 형상을 가지는 질화크롬 미결정이 차지하는 면적비율이 70% 이상인 상기 (6)에 기재된 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
(7) The production of the group III nitride semiconductor self-supporting substrate or the group III nitride semiconductor element according to the above (6), wherein an area ratio of the chromium nitride microcrystals on the surface of the chromium nitride layer is occupied by a chromium nitride microcrystal having a triangular pyramidal shape of 70% or more. Way.

(8) 상기 크롬층은 복수의 성장용 하지 기판 상에 각각 평균 성막 속도가 1~10Å/초의 범위가 되도록 간헐적으로 성막되는 상기 (6) 또는 (7)에 기재된 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
(8) The group III nitride semiconductor self-supporting substrate according to (6) or (7) or III, wherein the chromium layer is formed intermittently to form an average film forming speed on the plurality of growth substrates, respectively, in a range of 1 to 10 Pa / sec. Method of manufacturing a group nitride semiconductor device.

(9) 상기 약 삼각뿔 형상의 질화크롬 미결정의 저변의 방위가 상기 III족 질화물 반도체층의 <11-20> 방향 (a축 방향)군에 평행인 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
(9) Group III according to the above (7) or (8), wherein the orientation of the bottom side of the trigonal pyramidal chromium nitride microcrystal is parallel to the <11-20> direction (a-axis direction) group of the group III nitride semiconductor layer. A method for producing a nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor device.

(10) 상기 성장용 하지 기판은, 육방정계 또는 유사 육방정계의 결정 구조를 가지고, 표면이 (0001) 면인 상기 (6)~(9) 중 어느 하나에 기재된 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
(10) The group III nitride semiconductor self-supporting substrate or group III according to any one of (6) to (9), wherein the growth base substrate has a hexagonal or pseudo hexagonal crystal structure and whose surface is (0001). Method of manufacturing nitride semiconductor device.

(11) 기판과, 상기 기판 위의 크롬 질화물층을 가지는 III족 질화물 성장용 기판에 있어서, 상기 크롬 질화물층 표면의 질화크롬 미결정 중, 약 삼각뿔 형상을 가지는 질화크롬 미결정이 차지하는 면적비율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 III족 질화물 성장용 기판.
(11) In the III-nitride growth substrate having a substrate and a chromium nitride layer on the substrate, a chromium nitride microcrystal having a triangular pyramidal shape occupies 70% of the chromium nitride microcrystal on the surface of the chromium nitride layer. The group III nitride growth substrate characterized by the above.

본 발명에 의하면, 성장용 하지 기판 상에 성막되는 크롬층의 성막 조건, 및 이 크롬층을 MOCVD 성장로 내에서 질화하기 위한 질화 조건을 적절히 설정함으로써, 형성된 크롬 질화물층면에서의 약 삼각뿔 형상의 질화크롬 미결정이 차지하는 비율을 향상시킬 수 있고, 이것에 의해서 크롬 질화물층 상에 계속해 성장되는 III족 질화물 반도체층이나 III족 질화물 반도체 소자 구조층의 결정층의 결정성이나 균일성을 향상시킬 수 있는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법, 및 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
According to the present invention, the formation of a chromium layer formed on a substrate for growth and a nitriding condition for nitriding the chromium layer in a MOCVD growth furnace are appropriately set, thereby forming a triangular pyramidal shape in the surface of the chromium nitride layer formed. III which can improve the ratio which chromium microcrystals occupy, and can improve the crystallinity and uniformity of the crystal layer of the group III nitride semiconductor layer and group III nitride semiconductor element structure layer which continue to grow on a chromium nitride layer by this. A method for producing a substrate for producing a group nitride semiconductor element, and a method for producing a group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor element can be provided.

도 1(a) 및 도 1(b)는 각각 사파이어 (0001) 기판 상에 스퍼터 성막한 크롬층을 HVPE 로 내에서 질화 처리를 가한 시료의 표면 SEM 사진 및 X선 회절 2θ-ω 스캔의 결과를 나타낸다.
도 2(a)~(c)는 각각 사파이어 (0001) 기판 상에 스퍼터 성막한 크롬층을 소정 조건으로 MOCVD 로 내에서 질화 처리했을 경우의 시료의 표면 SEM 사진을 나타내고, 도 2(d)는 X선 회절 2θ-ω 스캔의 결과를 나타낸다.
도 3(a)~(d)는 본 발명에 따르는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 여러가지 스퍼터링 장치의 모식적 사시도이며, 도 4(c)는 도 4(b)에 나타내는 스퍼터링 장치의 모식적 단면도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 성막 속도와 평균 성막 속도와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 각각 크롬층의 성막 속도와 질화 처리 후의 약 삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정의 형성 비율과의 관계, 및 크롬층의 평균 성막 속도와 질화 처리 후의 약 삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정의 형성 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 질화 처리 후의 시료의 표면 SEM 사진을 나타내고, 도 7(c)는 X선 회절 2θ-ω 스캔의 결과를 나타낸다.
도 8(a) 및 도 8(b)는 각각 사파이어 기판 위의 크롬층을 수소·질소 혼합가스 분위기, 질소 가스 분위기 중에서 열처리 했을 경우의 크롬층의 표면 형태를 나타내는 SEM 사진을 나타낸다.
도 9(a)는 캐리어 가스 중 질소의 비율과 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 면적비율과의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 9(b)~(f)는 각각 질화 처리 후 시료의 표면 SEM 사진을 나타낸다.
도 10은 질화 처리시 로 내 압력과 질화 처리후 크롬 질화물층의 표면 상태를 나타내는 SEM 사진을 나타낸다.
도 11은 캐리어 가스가 총 질소인 경우에 있어서, 질화 처리 온도 및 처리 시간을 바꾸었을 경우의 크롬 질화물층의 표면 상태를 나타내는 SEM 사진을 나타낸다.
도 12(a)~(e)는 본 발명에 따르는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판, III족 질화물 반도체 자립 기판 및 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 13(a) 및 도 13(b)는 각각 크롬층의 성막 속도 및 평균 성막 속도와 MOCVD법으로 성장한 GaN층의 X선 록킹 커브의 반치폭과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14(a) 및 도 14(b)는 하지 기판종의 차이에 의한 크롬 질화물층, III족 질화물 반도체층의 결정 방위(에피택셜) 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 크롬층의 두께와 MOCVD법으로 성장한 GaN층의 X선 록킹 커브의 반치폭과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16(a) 및 도 16(b)는 각각 X선 회절 2θ-ω 스캔의 결과 및 질화 처리 후의 시료의 표면 SEM 사진이다.
1 (a) and 1 (b) show the results of surface SEM photographs and X-ray diffraction 2θ-ω scans of samples subjected to nitriding of a chromium layer sputtered on a sapphire substrate in an HVPE furnace, respectively. Indicates.
2 (a) to 2 (c) respectively show surface SEM photographs of samples in the case where the chromium layer sputtered on a sapphire substrate was nitrided in a MOCVD furnace under predetermined conditions, and FIG. The result of the X-ray diffraction 2θ-ω scan is shown.
Fig.3 (a)-(d) is typical sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the board | substrate for group III nitride semiconductor element manufacture which concerns on this invention.
4 (a) and 4 (b) are schematic perspective views of various sputtering apparatuses, and FIG. 4 (c) is a schematic sectional view of the sputtering apparatus shown in FIG. 4 (b).
5 (a) and 5 (b) are graphs for explaining the relationship between the film formation speed and the average film formation speed.
6 (a) and 6 (b) show the relationship between the deposition rate of the chromium layer and the formation rate of the chromium nitride microcrystals of the triangular pyramidal shape after the nitriding treatment, respectively, and the average triangular pyramidal shape after the nitriding treatment with the average deposition rate of the chromium layer. It is a graph which shows the relationship with the formation rate of the chromium nitride microcrystals.
7 (a) and 7 (b) show SEM images of the surface of the sample after nitriding treatment, and FIG. 7 (c) shows the results of the X-ray diffraction 2θ-ω scan.
8 (a) and 8 (b) each show SEM photographs showing the surface shape of the chromium layer when the chromium layer on the sapphire substrate is heat-treated in a hydrogen-nitrogen mixed gas atmosphere or a nitrogen gas atmosphere.
Fig. 9 (a) is a graph showing the relationship between the proportion of nitrogen in the carrier gas and the area ratio occupied by microcrystalline crystals in the shape of a triangular pyramid. Figs. 9 (b) to 9 (f) show surface SEM photographs of the samples after nitriding treatment, respectively. Indicates.
10 is a SEM photograph showing the pressure inside the furnace during nitriding treatment and the surface state of the chromium nitride layer after nitriding treatment.
11 shows a SEM photograph showing the surface state of the chromium nitride layer when the nitriding treatment temperature and treatment time are changed when the carrier gas is total nitrogen.
12 (a) to 12 (e) are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a group III nitride semiconductor element manufacturing substrate, a group III nitride semiconductor independence substrate, and a group III nitride semiconductor element according to the present invention.
13 (a) and 13 (b) are graphs showing the relationship between the film formation speed and average film formation speed of the chromium layer and the half width of the X-ray locking curve of the GaN layer grown by the MOCVD method, respectively.
14 (a) and 14 (b) are diagrams showing the crystal orientation (epitaxial) relationship between the chromium nitride layer and the group III nitride semiconductor layer due to the difference in substrate type.
Fig. 15 is a graph showing the relationship between the thickness of the chromium layer and the half width of the X-ray locking curve of the GaN layer grown by the MOCVD method.
16 (a) and 16 (b) are SEM images of the surface of the sample after the X-ray diffraction 2θ-ω scan and the nitriding treatment, respectively.

본 발명에 따르는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법, 및 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 본 발명에서의 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판이란, 성장용 하지 기판 상에 성막한 크롬 질화물층 상에 적어도 1층의 III족 질화물 반도체층을 성장시킨 것을 말하고, III족 질화물 반도체 자립 기판이란, 성장용 하지 기판 상에 성막한 크롬 질화물층 상에 수백μm 이상의 두께의 III족 질화물 반도체층을 성장시킨 후, 성장용 하지 기판을 분리하여 얻어지는 것을 말한다. 또, III족 질화물 반도체 소자란, 상기 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판에 대해서, 전극 증착 등의 디바이스 프로세스를 실시하여 소자 분리한 것을 말하거나, 혹은, III족 질화물 반도체 자립 기판 상에 III족 질화물 반도체 소자 구조층을 형성하고, 전극 증착 등의 디바이스 프로세스를 실시해 소자 분리한 것을 말한다. 또, III족 질화물 반도체로서는, 예를 들면 GaN계, InGaN계, AlInGaN계, AlGaN계 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 「층」은, 연속한 층이어도 좋고, 불연속인 층이어도 좋은 것으로 한다. 「층」은, 두께를 가지고 형성되고 있는 상태를 나타낸다.
EMBODIMENT OF THE INVENTION The manufacturing method of the board | substrate for manufacturing a group III nitride semiconductor element which concerns on this invention, and the manufacturing method of a group III nitride semiconductor independence board | substrate or a group III nitride semiconductor element are demonstrated, referring drawings. Here, the group III nitride semiconductor element manufacturing substrate in the present invention means that at least one group III nitride semiconductor layer is grown on a chromium nitride layer formed on a substrate for growth, and a group III nitride semiconductor independence substrate is used. After the growth of the group III nitride semiconductor layer having a thickness of several hundred μm or more on the chromium nitride layer formed on the substrate for growth substrate, the substrate for growth is separated. In addition, the group III nitride semiconductor element means that the device is separated by performing a device process such as electrode deposition on the group III nitride semiconductor element manufacturing substrate, or the group III nitride semiconductor on the group III nitride semiconductor independence substrate. An element structure layer is formed, and an element isolation | separation is performed by performing a device process, such as electrode deposition. Examples of the group III nitride semiconductors include, but are not limited to, GaN-based, InGaN-based, AlInGaN-based, AlGaN-based, and the like. In addition, in this specification, a "layer" may be a continuous layer and may be a discontinuous layer. "Layer" shows the state formed with thickness.

도 3(a)~(d)는 본 발명에 따르는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 모식적 단면도이다. 도 3(a)에 나타내는 공정에서는, 성장용 하지 기판(10)을 준비한다. 일례로서 성장용 하지 기판(10)은 사파이어 단결정으로, 성장용 하지 기판의 상면측의 표면(10a)는 (0001) 면이 되고 있다. 사파이어의 단결정은 능면체정(菱面體晶)의 결정 구조이어서, 유사(擬似) 육방정계이다.
Fig.3 (a)-(d) is typical sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the board | substrate for group III nitride semiconductor element manufacture which concerns on this invention. In the step shown in Fig. 3A, a substrate 10 for growth is prepared. As an example, the growth base substrate 10 is a sapphire single crystal, and the surface 10a on the upper surface side of the growth base substrate is a (0001) plane. The sapphire single crystal is a rhombohedral crystal structure, and is a pseudo hexagonal system.

성장용 하지 기판(10)으로서는, 유사 육방정계나 육방정계 및 입방정계의 몇개의 결정 구조를 가지는 재료이면, 사파이어 이외의 재료이어도 좋다. 예를 들면, AlN 단결정이나 각종 성장용 기판 상에 AlN 에피택셜 층을 형성한 템플레이트 기판이어도 좋다.
As the base substrate 10 for growth, a material other than sapphire may be used as long as the material has any crystal structure of a pseudo hexagonal system, a hexagonal system, and a cubic system. For example, it may be a template substrate in which an AlN epitaxial layer is formed on an AlN single crystal or various growth substrates.

도 3(b)에 나타낸 공정에서는, 성장용 하지 기판(10)의 표면(10a)에 소정의 속도로 크롬층(20)을 형성한다. 이 크롬층(20)은, 스퍼터링법에 따라 성막되어 스퍼터링 입자 비정 영역에 있어서의 성막 속도는 7~65Å/초의 범위이다. 또, 스퍼터링 시의 분위기는, 압력 0.05~0.5 Pa의 범위의 Ar 가스이지만, 장치 구성에 의해 압력 범위는 적당히 조정하면 좋다. 또한, 크롬층(20)의 성막 방법으로서는 RF(고주파) 또는 DC(직류) 스퍼터링법 등을 들 수 있고, 크롬층(20)의 두께는 50~300Å의 범위가 되도록 성막된다.
In the step shown in FIG. 3B, the chromium layer 20 is formed on the surface 10a of the growth base substrate 10 at a predetermined speed. The chromium layer 20 is formed by a sputtering method, and the film formation rate in the sputtered particle amorphous region is in the range of 7 to 65 Pa / sec. Moreover, although the atmosphere at the time of sputtering is Ar gas of the range of 0.05-0.5 Pa of pressure, what is necessary is just to adjust a pressure range suitably according to an apparatus structure. Moreover, as a film-forming method of the chromium layer 20, RF (high frequency) or DC (direct current) sputtering method etc. are mentioned, The film thickness of the chromium layer 20 is formed so that it may become the range of 50-300 Hz.

스퍼터링 장치로서는, 타겟 면적과 동등 혹은 그것보다 면적이 작은 대향 위치에 단~수매의 기판을 세트하는 경우도 있지만, 생산성을 향상하기 위해서 다수매의 성장용 하지 기판 상에 성막을 실시하는 경우, 도 4(a)에 나타내는 캡슐 타입이나 도 4(b)에 나타내는 평행 평판 타입으로, 기판 보지(保持) 홀더 혹은 트레이(130)를 회전해 성막한다. 그 경우, 도 4(c)에 나타낸 바와 같이, 타겟(120) 근방의 스퍼터링 입자 비정 영역(140)을 기판(110)이 주기적으로 통과하기 때문에, 도 5(a)에 나타내는 성막 속도로 간헐적으로 성막되게 된다. 배치내의 성막 두께의 불균형을 억제하려면, 각 기판 모두 동일 회수만 성막하는 것, 혹은 1회당 성막 속도를 억제해 동일 회수가 되지 않는 경우에서도, 성막량의 차이를 줄일 필요가 있다.
As a sputtering apparatus, although a single-purchase board | substrate may be set in the opposing position which is equal to or smaller than a target area, in order to improve productivity, when forming into a film on many base substrates for growth, FIG. The substrate holding holder or the tray 130 is rotated and formed into a film by the capsule type shown in 4 (a) or the parallel flat plate type shown in FIG. 4 (b). In this case, as shown in FIG. 4C, since the substrate 110 periodically passes through the sputtered particle amorphous region 140 near the target 120, it is intermittently at the film formation rate shown in FIG. 5A. It will be formed. In order to suppress the unevenness of the film thickness in the batch, it is necessary to reduce the difference in the amount of film formation even in the case where each substrate is formed only by the same number of times, or even when the film formation rate is not suppressed by one time.

여기서, 기판 홀더 혹은 트레이(130)의 회전수를 Arpm으로 했을 경우(도 5(a))로부터, 만일 회전수를 2배의 2×Arpm으로 했을 경우에는, 도 5(b)와 같이, 단위 시간당 성막 회수는 배증하지만, 영역(140)에 머무는 시간이 반감하므로, 회전수를 바꾸어도 단위 시간당 성막 두께는 기본적으로는 변하지 않는다. 여기에서는, 성막 프로세스 시간에 성막 두께를 제거한 것을, 평균 성막 속도라 한다.
Here, from the case where the rotational speed of the substrate holder or the tray 130 is set to Arpm (Fig. 5 (a)), if the rotational speed is set to 2 times 2 x Arpm, the unit is as shown in Fig. 5 (b). Although the number of film formations per hour doubles, the time to stay in the region 140 is halved, so that the film thickness per unit time does not basically change even if the rotation speed is changed. Here, removing the film thickness in the film forming process time is called an average film forming speed.

본 발명의 목적은, III족 질화물 반도체층의 결정성을 향상하기 위해서 적합한 크롬 질화물층을 형성함에 있어, 부정형이나 사각형에 가까운 인편상의 미결정은 아닌 삼각뿔 형상의 미결정을 하지 기판 전면에 걸쳐서 균일하게 형성하는 것에 있다. 이하에, 크롬층(20)의 형성 조건 및 MOCVD 성장로 내에서의 질화 조건에 대해 말한다.
An object of the present invention is to form a chromium nitride layer suitable for improving the crystallinity of a group III nitride semiconductor layer, and to form a triangular pyramid-shaped microcrystal, which is not indeterminate or square, but uniformly over the entire surface of the substrate. It is in doing it. The formation conditions of the chromium layer 20 and the nitriding conditions in the MOCVD growth furnace are described below.

도 4(b)에 나타내는 평행 평판 타입의 RF 스퍼터링 장치에 사파이어 (0001) 기판을 세트해, 고주파 전원을 조정해 평균 성막 속도가 0.25~10Å/초(성막 속도는 1.65~65.9Å/초)의 범위에서, 크롬층(20)을 120Å 성막한 시료를 준비했다. 또한, 트레이의 회전수는 20 rpm로 했다.
A sapphire (0001) substrate is set in the parallel plate type RF sputtering apparatus shown in Fig. 4 (b), and the high frequency power supply is adjusted so that the average film forming speed is 0.25 to 10 kHz / second (film forming speed is 1.65 to 65.9 kHz / second). In the range, the sample which 120-micrometer film was formed into a chromium layer 20 was prepared. In addition, the rotation speed of the tray was 20 rpm.

다음으로, MOCVD 장치 내에 시료를 세트해, 암모니아 가스의 함유 비율이 25 체적%, 유량 6 SLM(Standard Litter Per Minute:0℃, 1기압에서의 유량으로 환산한 유량), 암모니아 가스 이외의 가스로서 수소는 함유 비율이 20 체적% 및 질소는 함유 비율이 55 체적%(캐리어 가스에 차지하는 질소 가스의 비율은 약 73.3 체적%)로 하고, 압력 26.664 kPa로 기판 온도 1080℃에서 10분간 질화 처리를 행해, 크롬층(20)을 도 3(c)의 크롬 질화물층(30)으로 했다. 여기서, 암모니아 가스의 함유 비율은 5 체적% 이상 95 체적% 이하의 범위이다. 함유 비율이 5 체적% 미만의 경우, 질화의 효율이 저하되어 질화 처리 시간이 길어져 버리기 때문이다. 또 95 체적%를 넘으면 장치 보호상 암모니아 가스의 유입을 방지하기 위한 퍼지가스를 충분히 흘릴 수 없게 되어 버리기 때문이다. 또한, 수소 및 질소 혼합가스 분위기 중에서 승온 속도는 30℃/분으로 승온하여 600℃가 된 시점에서부터 암모니아 가스의 공급을 개시했다. 냉각과정에서는 600℃가 된 시점에서 암모니아 가스 및 수소 가스의 공급을 정지하여, 질소 가스 분위기 중에서 냉각했다. 또한, 도 3(c) 및 도 3(d)는 크롬 질화물층을 단면이 약 삼각형의 연속체로서 과장하여 나타내는 것이다.
Next, a sample was set in the MOCVD apparatus, and the content of ammonia gas was 25% by volume, flow rate 6 SLM (Standard Litter Per Minute: flow rate converted to a flow rate at 0 ° C and 1 atmosphere), and gas other than ammonia gas. The content of hydrogen is 20% by volume and the content of nitrogen is 55% by volume (the proportion of nitrogen gas in the carrier gas is about 73.3% by volume), and nitriding is performed at a substrate temperature of 1080 ° C. for 10 minutes at a pressure of 26.664 kPa. And chromium layer 20 were used as the chromium nitride layer 30 of FIG.3 (c). Here, the content rate of ammonia gas is the range of 5 volume% or more and 95 volume% or less. This is because when the content ratio is less than 5% by volume, the efficiency of nitriding decreases and the nitriding treatment time becomes long. If the volume exceeds 95% by volume, purge gas for preventing the inflow of ammonia gas cannot be sufficiently flowed for the protection of the device. In addition, the temperature increase rate was 30 degree-C / min in hydrogen and nitrogen mixed gas atmosphere, and supply of ammonia gas was started from the time point which became 600 degreeC. In the cooling process, supply of ammonia gas and hydrogen gas was stopped at the time of 600 degreeC, and it cooled in nitrogen gas atmosphere. 3 (c) and 3 (d) show the chromium nitride layer exaggerated as a continuum of about triangular cross section.

질화 처리한 시료의 표면을 SEM(주사형 전자현미경)으로 관찰해, 크롬 질화물 미결정의 형상 관찰을 실시하고, 시료면 내에서의 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 비율과 성막 속도 및 평균 성막 속도와의 관계를 조사했다. 시료면 내에 형성된 크롬 질화물 미결정 중 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 비율은, 약 삼각뿔이 차지하는 비율이 적은 경우에는 SEM 사진에서 약 삼각뿔이라고 판단한 미결정에 삼각형의 마크를 겹쳐 쓰고, 그 면적비율을 화상 처리로 산출했다. 또, 약 삼각뿔 형상의 미결정이 대부분을 차지하는 경우에는, 약 삼각뿔 형상이 아니라고 판단된 미결정에 대해서 마크를 겹쳐 써 그 면적비율을 화상 처리로 산출해, 100%에서 공제해 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 비율을 구했다. 또한, 약 삼각뿔의 판단 기준은, SEM 사진의 높이에 기인하는 콘트라스트로부터, 정점 및 3방향에 능선을 관찰할 수 있는 것으로 했다. 또, 미결정이 단독으로는 없고 복수가 이어져 있어도 합체부 이외에 능선이 관찰되는 경우에는 그것도 포함했다. 그러므로, 「약(略)」삼각뿔 형상으로 여기서는 표현한다.
The surface of the nitrided sample was observed by SEM (scanning electron microscope), and the shape of chromium nitride microcrystals was observed, and the ratio of microtriangular microcrystals in the sample surface to the film formation rate and average film formation speed was measured. Investigated the relationship. Among the chromium nitride microcrystals formed in the sample surface, the proportion of the microtriangular microcrystals occupies a small percentage of the triangular pyramids. When the proportion of the microtriangular pyramids is small, the micrographs of the triangular pyramids are superimposed on the microcrystalline pyramids determined by the SEM image. Calculated. In addition, when the microtriangular microcrystals occupy most of the space, the mark is superimposed on the microcrystals determined to be nontriangular pyramidal shape, and the area ratio is calculated by image processing, and the microtriangular microcrystals occupy about 100%. I got the ratio. In addition, the criterion for the determination of the weak triangular pyramid was that the ridgeline can be observed in the vertex and the three directions from the contrast caused by the height of the SEM photograph. In addition, when a ridgeline was observed other than a coalescing part even if a microcrystal was not independently and plurality is continued, it was also included. Therefore, it is represented here as a "weak" triangular pyramid shape.

또한, 각각의 크롬 성막 속도 조건에 대해서는, 2매의 2인치 구경의 사파이어 기판을 이용해 각각의 중심 및 중심으로부터 사방 20 mm의 위치 4점, 합계 5점의 위치에서 면내 분포의 평가를 행해, 2매의 합계로 10점의 평가점을 산출했다. 도 6(a) 및 도 6(b)는 각각의 성막 속도 조건에 대한, 상기 10점의 위치에서의 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 면적비율의 최대와 최소의 범위를 나타내고 있다. 스퍼터링 시의 성막 속도 및 평균 성막 속도가 느린, 예를 들면 도 6(a) 및 도 6(b) 중에서 (I)로 나타내는 성막 속도 1.65Å/초와 평균 성막 속도 0.25Å/초의 경우, 도 7(a)의 SEM 사진에 나타내도록 질화 처리 후에 약 삼각뿔 형상의 미결정이 형성되지 않고, 사각형에 가까운 인편상이나 부정형의 크롬 질화물 미결정이 다수를 차지하는 것을 알 수 있다. 도 7(a)의 SEM 사진의 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 비율은 약 4%이었다. 반대로, 스퍼터링시의 성막 속도 및 평균 성막 속도가 빠른, 예를 들면 도 6(a) 및 도 6(b) 중에서 (II)로 나타내는 성막 속도 30Å/초와 평균 성막 속도 4.5Å/초의 경우, 도 7(b)의 SEM 사진에 나타낸 바와 같이 질화 처리 후에 약 삼각뿔 형상이 대부분을 차지하는 것 알 수 있다. 도 7(b)의 SEM 사진의 크롬 질화물 미결정 중 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 비율은 약 97%이었다. 또한, 도 7(b)에서는 큰 약 삼각뿔 형상의 높이의 영향으로 SEM 사진의 흑백의 콘트라스트가 붙어 있지만, 검은 부분은 반드시 평탄하지 않고, 한층 더 고배율로 보다 작은 약 삼각뿔 형상의 미결정이 관찰되는 경우가 많다. 다만, 본 발명에서는, 도 7의 SEM 사진의 배율로 면적비를 평가하는 것으로 한다.
In addition, about each chromium film-forming speed | rate conditions, in-plane distribution is evaluated in four positions of 20 mm in all directions and 5 points in total from each center and center using two 2-inch diameter sapphire substrates, and 2 Ten points of evaluation were computed by the sum total. 6 (a) and 6 (b) show the maximum and minimum ranges of the area ratios occupied by the approximately triangular pyramid-shaped microcrystals at the positions of the ten points for the respective deposition rate conditions. When the film formation rate and the average film formation rate at the time of sputtering are slow, for example, a film formation rate of 1.65 kV / sec and an average film forming rate of 0.25 kV / sec shown in (I) of Figs. 6 (a) and 6 (b), Fig. 7 It can be seen that, after the nitriding treatment, a weak triangular pyramidal microcrystal was not formed after the nitriding treatment as shown in (a), and a large number of flaky and amorphous chromium nitride microcrystals occupied the quadrangular shape. In the SEM image of FIG. 7 (a), the proportion of microcrystalline pyramidal crystals was about 4%. On the contrary, in the case of the film formation rate and the average film forming speed at the time of sputtering being fast, for example, the film forming speed of 30 s / sec and the average film forming rate of 4.5 s / sec shown by (II) in Figs. 6 (a) and 6 (b), Fig. As shown in the SEM photograph of 7 (b), it can be seen that the shape of the triangular pyramid occupies most of the space after nitriding. The ratio of the microcrystalline triangular crystallites in the chromium nitride microcrystals of the SEM photograph of FIG. 7B was about 97%. In addition, although the black-and-white contrast of a SEM photograph adheres in FIG.7 (b) by the influence of the height of a large triangular pyramid shape, when a black part is not necessarily flat and a microcrystal with a smaller triangular pyramid shape is observed at a higher magnification. There are many. In the present invention, however, the area ratio is evaluated by the magnification of the SEM photograph of FIG. 7.

즉, 도 3(b)에 나타내는 크롬층(20)의 성막 공정에서는, 스퍼터링 입자 비정 영역(140)에서의 성막 속도는 7Å/초 이상, 또 평균 성막 속도를 1Å/초 이상으로 함으로써 사각형에 가까운 인편상이나 부정형의 크롬 질화물 미결정이 격감해, 도 7(b)의 SEM 사진에도 나타낸 바와 같이 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 면적비율을 70% 이상, 90% 이상, 또 95% 이상으로 할 수 있는 것을 알 수 있다. 또 SEM 사진인 도 7(b)의 시료의 X선 회절 2θ-ω 스캔의 결과는, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 크롬 질화물이 하지 기판면에 수직인 [111] 방향으로 배향하고 있어, 상술한 도 2(d)와 같은 CrN{100}방위가 존재하는 상태는 해소되었다. 치밀한 막질을 얻으려고 했을 경우, 일반적으로 성막 속도는 느린 편이 좋다고 여겨지고 있지만, 본 발명의 목적에 맞은 양호한 질화 처리가 이루어지는 관점에서는 성막 속도가 빠른 편이 좋은 것이 발견되었다.
That is, in the film-forming process of the chromium layer 20 shown to FIG. 3 (b), the film-forming rate in the sputtering particle amorphous region 140 is 7 kV / sec or more, and an average film-forming speed is 1 kV / sec or more, and is close to a rectangle. Scaly and amorphous chromium nitride microcrystals are drastically reduced, and as shown in the SEM photograph of FIG. 7 (b), the area ratio occupied by the approximately triangular pyramidal microcrystals can be 70% or more, 90% or more, or 95% or more. Able to know. In addition, as a result of the X-ray diffraction 2θ-ω scan of the sample of Fig. 7 (b), which is an SEM photograph, as shown in Fig. 7 (c), the chromium nitride is oriented in the [111] direction perpendicular to the underlying substrate surface. The state in which CrN # 100 'orientation as shown in FIG. 2 (d) is present has been eliminated. When attempting to obtain a dense film quality, it is generally considered that the film forming speed should be slow. However, it has been found that the film forming speed is better in view of the satisfactory nitriding treatment for the purpose of the present invention.

이러한 질화 처리 후의 크롬 질화물층의 미결정의 형태 변화에 대한 학술적인 이유는 확실하지 않지만, 고속 성막에 의해 금속 크롬층 내에 공공(空孔)·공공 클러스터 등의 원자 레벨로의 불완전함이 생겨 질소의 크롬층 중의 확산속도가 빨라져, 하지의 사파이어 기판 표면의 AlN 중간층의 형성이 효율적으로 행해져 나아가서는 크롬 질화물의 고상 에피택셜 성장 시에 AlN 중간층의 정보를 이어 받아 배향성이 좋은 삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정이 형성되는 것이라고 생각할 수 있다. 또한, 중간층의 형성에 대해서는, 일본 특허공개 2008-110912호 공보의 도 7에 나타나고 있다.
Although the scientific reason for the morphological change of the microcrystals of the chromium nitride layer after such nitriding treatment is unclear, high-speed film formation leads to imperfections at the atomic level such as voids and public clusters in the metal chromium layer. As the diffusion rate in the chromium layer is increased, the AlN intermediate layer on the surface of the underlying sapphire substrate is efficiently formed, and triangular pyramid-shaped chromium nitride microcrystals having good orientation are obtained by inheriting the information of the AlN intermediate layer during solid phase epitaxial growth of chromium nitride. It can be considered to be formed. In addition, formation of an intermediate | middle layer is shown by FIG. 7 of Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-110912.

다만, 후술과 같이 크롬층의 두께는 50~300Å(5~30nm)의 범위가 적정치이며, 바람직하게는 50~180Å의 범위이므로, 만일 10Å/초를 넘는 평균 성막 속도로 성막한다면, 성막 프로세스 시간은 5에서 18초 미만이 되고, 기판 보지 홀더 혹은 트레이(130)의 회전수의 제약도 있어, 그 이상의 속도에서는 성막 배치 내에서의 막 두께의 균일성 확보가 곤란해지기 때문에, 평균 성막 속도는 8Å/초 이하, 또 스퍼터링 입자 비정 영역(140)에서의 성막 속도는 65Å/초 이하가 바람직하다.
However, as described later, the thickness of the chromium layer is in the range of 50 to 300 kPa (5 to 30 nm), and preferably in the range of 50 to 180 kPa. The time is less than 5 to 18 seconds, and the rotation speed of the substrate holding holder or the tray 130 is also limited, and at higher speeds, it becomes difficult to ensure the uniformity of the film thickness in the film formation. Is 8 mV / sec or less, and the film formation rate in the sputtered particle amorphous region 140 is preferably 65 mV / sec or less.

즉, MOCVD 장치 내에서 크롬층을 질화 처리하여 계속 MOCVD 장치 내에서 III족 질화물 반도체층을 성장하는 경우에는, 크롬층의 성막 공정에서는 평균 성막 속도가 1Å/초 이상 10Å/초 이하의 범위가 바람직하고, 평균 성막 속도가 1.8Å/초 이상 8Å/초 이하의 범위가 보다 바람직하고, 평균 성막 속도가 4Å/초 이상 8Å/초 이하의 범위가 더욱 바람직하다. 스퍼터링 입자 비정 영역(140)에서의 성막 속도는 7Å/초 이상 65Å/초 이하의 범위로 한다.
That is, in the case where the chromium layer is nitrided in the MOCVD apparatus and the group III nitride semiconductor layer is continuously grown in the MOCVD apparatus, in the film forming process of the chromium layer, the average film forming speed is preferably in the range of 1 Pa / sec or more to 10 Pa / sec. The average film forming speed is more preferably in the range of 1.8 kV / sec or more and 8 kV / sec, and more preferably in the range of 4 kV / sec or more and 8 kV / sec. The deposition rate in the sputtered particle amorphous region 140 is in the range of 7 ms / sec or more and 65 ms / sec or less.

종래, 크롬층의 질화 처리는 HVPE 장치 내에서 행해지고 있었다. 이것은, HVPE 장치 내에서의 질화 처리가 핫 월형이며, III족 원료인 GaCl 등의 III족 염화물 가스와 혼합하기 전에 암모니아 가스가 가열되는데 대해, MOCVD 장치에서는 기상 반응을 억제하기 위해서, 기판 부분만을 가열하는 구조가 취해지기 때문에 암모니아 가스의 분해 효율이 나쁘고, 주로 질화에 기여하는 원자상 질소의 공급이 HVPE법보다 적게 되어 버리기 때문이라고 생각할 수 있다. 또한, 열평형 상태에서의 암모니아 가스의 분해율은 800℃에서 약 1%, 900℃에서 약 3% 정도로 되어 있다. 그렇지만, 질화물 반도체 소자 형성에는, 박막 성장이 불가결하고, HVPE로에서는, 질화물 반도체층의 박막 형성이 곤란하고, HVPE로에서 CrN층을 형성한 후에, MOCVD 로로 옮길 필요가 있지만, 이 때에 CrN층 표면의 산화 등에 의해, CrN층 상에 양호한 결정성을 가지는 에피택셜 성장이 곤란했다.
Conventionally, nitriding of the chromium layer has been performed in an HVPE apparatus. This is because the nitriding treatment in the HVPE apparatus is hot wall type, and the ammonia gas is heated before mixing with the Group III chloride gas such as GaCl, which is a Group III raw material, but in the MOCVD apparatus, only the substrate portion is heated to suppress the gas phase reaction. It can be considered that since the structure is taken, the decomposition efficiency of ammonia gas is poor, and the supply of atomic nitrogen, which mainly contributes to nitriding, is less than that of the HVPE method. The decomposition rate of ammonia gas in the thermal equilibrium state is about 1% at 800 ° C and about 3% at 900 ° C. However, thin film growth is indispensable for the formation of nitride semiconductor elements, and it is difficult to form a thin film of the nitride semiconductor layer in the HVPE furnace, and after forming the CrN layer in the HVPE furnace, it is necessary to transfer it to the MOCVD furnace. Due to oxidation and the like, epitaxial growth having good crystallinity on the CrN layer was difficult.

일반적으로, 암모니아의 분해 반응은,In general, the decomposition reaction of ammonia,

2NH3⇔N2+3H2···(식 1)2NH 3 ⇔N 2 + 3H 2 (Equation 1)

의 식으로 표기되지만, 암모니아가 해리했을 때에는, 일단 원자상 질소와 원자상 수소가 형성되어 원자상 질소가 금속 크롬층의 질화에 지배적인 영향을 주는 것이라고 생각할 수 있다.
Although expressed by the formula, it can be considered that when ammonia dissociates, atomic nitrogen and atomic hydrogen are once formed and atomic nitrogen has a dominant influence on the nitriding of the metal chromium layer.

그 뒷받침으로서, 사파이어 기판 상에 금속 크롬층을 성막한 후, 암모니아 가스의 공급을 실시하지 않고, 캐리어 가스로서 수소 및 질소의 혼합가스, 혹은 질소 가스만으로 1080℃, 10분의 가열 처리를 실시했을 경우에는, 도 8(a) 및 도 8(b)에 나타낸 바와 같이 금속막이 응집해, 수μm 사이즈의 섬 형상의 불연속막이 되는 것과 동시에, 질화가 대부분 진행하지 않고 크롬 질화물 미결정은 형성되지 않는 것으로부터도 추정된다. 또한, 도 8(a)은 수소 및 질소의 혼합가스, 도 8(b)는 질소 가스의 경우이다. 다만, 수소 가스의 유무로 약간 형태가 다른 것을 알 수 있다.
As a support, after the metal chromium layer was formed on the sapphire substrate, the heating treatment was performed at 1080 DEG C for 10 minutes using only a mixed gas of hydrogen and nitrogen or nitrogen gas as a carrier gas, without supplying ammonia gas. In this case, as shown in Figs. 8A and 8B, the metal film aggregates to form an island-shaped discontinuous film of several μm in size, and most of the nitriding does not proceed and no chromium nitride microcrystals are formed. Is also estimated. 8 (a) shows a mixed gas of hydrogen and nitrogen, and FIG. 8 (b) shows a case of nitrogen gas. However, it can be seen that the form is slightly different due to the presence or absence of hydrogen gas.

그래서, 암모니아 가스 이외의 캐리어 가스인 질소와 수소 가스의 혼합 비율을 바꾸었을 경우의 크롬층의 질화 상태의 차이를 조사했다. 사파이어 기판(10) 상의 금속 크롬층의 두께는 120Å이며, 스퍼터링 성막시의 평균 성막 속도는 1.8Å/초, 스퍼터링 입자 비정 영역(140)에 있어서의 성막 속도는 18.1Å/초로 했다. 암모니아 가스의 함유 비율은 25 체적%, 유량은 6 SLM로 하고, 질소와 수소의 혼합 캐리어 가스 중 질소 가스의 비율을 0, 20, 44, 73, 100 체적%로 하고, 압력 26.664 KPa로 기판 온도 1080℃에서 10분간 질화 처리를 행해, 도 3(c)의 크롬 질화물층(30)을 형성했다. 또한, 수소 및 질소 혼합가스 분위기 중에서 승온 속도는 30℃/분으로 하여 600℃가 된 시점에서부터 암모니아 가스의 공급을 개시했다. 냉각과정에서는 600℃가 된 시점에서 암모니아 가스 및 수소 가스의 공급을 정지해, 질소 가스 분위기 중에서 냉각했다.
Therefore, the difference in the nitriding state of the chromium layer when the mixing ratio of nitrogen and hydrogen gas which are carrier gases other than ammonia gas was changed was investigated. The thickness of the metal chromium layer on the sapphire substrate 10 was 120 kPa, the average film forming speed at the time of sputtering film formation was 1.8 kV / sec, and the film forming rate in the sputtered particle amorphous region 140 was 18.1 kV / second. Ammonia gas content was 25 vol%, flow rate was 6 SLM, the ratio of nitrogen gas in the mixed carrier gas of nitrogen and hydrogen was 0, 20, 44, 73, 100 volume% Nitriding was performed at 1080 占 폚 for 10 minutes to form the chromium nitride layer 30 shown in Fig. 3 (c). Moreover, supply of ammonia gas was started from the time point which became 600 degreeC with the temperature increase rate in 30 degreeC / min in hydrogen and nitrogen mixed gas atmosphere. The cooling process stopped supplying ammonia gas and hydrogen gas at the time of 600 degreeC, and cooled in nitrogen gas atmosphere.

질화 처리한 시료(2인치 구경의 사파이어 기판을 각각의 조건에서 2~3매 제작)의 각 기판의 중심, 중심으로부터 사방 20 mm 위치 4점, 합계 5점의 표면을 SEM(주사형 전자현미경)으로 관찰해, 크롬 질화물 미결정의 형상 관찰을 행했다. 또한, 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 면적비율의 산출 방법은, 상술한 바와 같다. 도 9(a)에 캐리어 가스 중 질소의 함유 비율과 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 면적비율의 관계를 나타낸다. 여기에서는, 각 조건의 시료 관찰점의 최대치와 최소치의 범위를 나타내고 있다. 특히 질소 가스의 비율이 낮은 편으로 시료면 내의 크롬 질화물의 형태의 차이가 커서 모두를 예시할 수 없지만, 대표적인 예를 도 9(b)~(f)에 나타낸다. 또한, 도에는, 각각 상술한 혼합 캐리어 가스 중 질소 가스의 비율이 기재되어 있다.
SEM (Scanning Electron Microscope) on the surface of the center of each substrate of the nitrided sample (2 to 3 sheets of sapphire substrate with 2 inch diameters under each condition), 4 points at 20 mm from the center, and 5 points in total Was observed, and the shape of the chromium nitride microcrystals was observed. In addition, the calculation method of the area ratio which the microcrystalline crystal of a triangular pyramid shape occupies is as above-mentioned. Fig. 9A shows the relationship between the nitrogen content in the carrier gas and the area ratio occupied by the crystals of the triangular pyramid shape. Here, the range of the maximum value and minimum value of the sample observation point of each condition is shown. Although the ratio of nitrogen gas is especially low and the difference in the form of the chromium nitride in a sample surface is large, all cannot be illustrated, but a typical example is shown to FIG. 9 (b)-(f). In addition, the ratio of nitrogen gas in the above-mentioned mixed carrier gas is described in figure, respectively.

캐리어 가스 중 질소의 함유 비율이 50 체적% 이하의 경우, 시료면 내 위치에서의 약 삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정의 형성 면적비율의 불규칙도 크지만, 캐리어 가스 중 질소의 비율이 60 체적% 이상에서는 시료면 내에서의 격차도 큰폭으로 저감하고, 약 삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정이 균일 비교적 면내에 형성되어 면적비율이 적어도 70% 이상이 되는 것을 알 수 있다. 게다가 70 체적% 이상에서는 약 삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정이 면내 전체에 걸쳐, 면적비율이 90% 이상으로 형성되는 것을 알 수 있다.
When the content of nitrogen in the carrier gas is 50 vol% or less, the irregularity of the formation area ratio of the chromium nitride microcrystalline in the shape of a triangular pyramidal shape at the position in the sample plane is large, but when the proportion of nitrogen in the carrier gas is 60 vol% or more, It can be seen that the gap in the sample surface is greatly reduced, and that the trigonal pyramidal chromium nitride microcrystals are uniformly formed in the plane and the area ratio is at least 70% or more. Furthermore, it can be seen that at 70 vol% or more, an approximately trigonal pyramidal chromium nitride microcrystal is formed in an area ratio of 90% or more over the entire surface.

따라서, MOCVD 성장로 내에서 금속 크롬층의 질화 공정에 있어서의, 암모니아 가스를 포함한 가스 분위기의 암모니아 이외의 가스 성분으로서 질소 및 수소를 캐리어 가스로서 이용해 질소의 함유 비율이 60~100 체적%의 범위로 하는 것, 및 상술한 금속 크롬층(10)을 성막할 때의 성막 속도를 소정치 이상으로 함으로써, 질화 후 크롬 질화물층면에서의 질화크롬 미결정 중, 약 삼각뿔 형상의 질화크롬 미결정이 차지하는 면적비율을 70% 이상으로 할 수 있다.
Therefore, in the MOCVD growth furnace, in the nitriding process of the metal chromium layer, nitrogen and hydrogen are used as the carrier gas as a gas component other than ammonia in the gas atmosphere containing ammonia gas, and the content ratio of nitrogen is in the range of 60 to 100% by volume. The ratio of the area of the chromium nitride microcrystals having a triangular pyramidal shape to the chromium nitride microcrystals on the surface of the chromium nitride layer after nitriding is obtained by setting the deposition rate at the time of forming the above-described metal chromium layer 10 to a predetermined value or more. Can be more than 70%.

학술적인 이유는 확실하지 않지만, 압력이 일정한 경우, 암모니아 가스와 질소 가스 및 수소 가스의 혼합가스 중의 수소의 비율을 내리면, 식 1의 반응이 오른쪽, 즉 암모니아의 분해가 촉진되는 것에 의한 것이라고 생각할 수 있다. HVPE 로 내에서의 질화 처리에 대해서는, 캐리어 가스는 수소이지만, 약 삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정을 균일하게 형성할 수 있는 것은, 금속 크롬층에 암모니아 가스가 도달할 때까지의 사이에 가열되어 암모니아의 분해 반응으로 생기는 원자상 질소의 밀도를 높게 할 수 있는데 대해, MOCVD 로에 대해 기판 부분을 반점적으로 가열하는 구조가 취해지고 있어 암모니아의 분해 효율이 낮기 때문에, 본 발명과 같은 질소 가스 첨가가 유효하게 된다.
Although the scientific reason is not clear, it can be considered that when the pressure is constant, the ratio of hydrogen in the mixed gas of ammonia gas, nitrogen gas and hydrogen gas is lowered, and the reaction of Equation 1 is due to the accelerated decomposition of ammonia. have. As to the nitriding treatment in the HVPE furnace, the carrier gas is hydrogen, but it is heated until the ammonia gas reaches the metal chromium layer so as to uniformly form a triangular pyramidal chromium nitride microcrystal, Although the density of the atomic nitrogen produced by the decomposition reaction can be increased, a structure in which the substrate portion is heated in a spot with respect to the MOCVD furnace is taken, and since the decomposition efficiency of ammonia is low, the addition of nitrogen gas as in the present invention is effective. do.

다음으로, 질화 상태에 부여하는 로 내의 압력 의존성을 조사했다. 2인치 구경의 사파이어 기판(10) 상에 120Å의 두께의 금속 크롬층을 스퍼터링법으로 성막했다. 스퍼터링 성막시의 평균 성막 속도는 1.8Å/초, 스퍼터링 입자 비정 영역(140)에 있어서의 성막 속도는 11.9Å/초로 했다. 암모니아 가스의 함유 비율은 25 체적%, 유량은 6 SLM로 하고, 캐리어 가스로서는 총 질소 가스로 하고, 기판 온도 1080℃에서 10분간 질화 처리를 행해, 도 3(c)의 크롬 질화물층(30)을 형성했다. 로 내의 압력은 배기측의 컨덕턴스를 조정해, 6.666 KPa, 26.664 KPa, 66.66 Kpa, 73.326 KPa, 99.99 KPa의 조건에서, 승온·질화·강온중도 동일 압력으로 했다. 또한, 질소 가스 분위기 중에서 승온 속도는 30℃/분으로 하여 600℃가 된 시점에서부터 암모니아 가스의 공급을 개시했다. 냉각과정에서는 600℃가 된 시점에서 암모니아 가스의 공급을 정지해, 질소 가스 분위기 중에서 냉각했다.
Next, the pressure dependence in the furnace provided to nitriding state was investigated. A metal chromium layer having a thickness of 120 ANGSTROM was formed on the sapphire substrate 10 having a diameter of 2 inches by the sputtering method. The average film-forming speed at the time of sputtering film-forming was 1.8 kV / sec, and the film-forming speed | rate in the sputtering particle amorphous region 140 was 11.9 kPa / sec. The content of ammonia gas is 25% by volume, the flow rate is 6 SLM, the total gas is nitrogen gas as the carrier gas, and nitriding is performed at a substrate temperature of 1080 ° C for 10 minutes, and the chromium nitride layer 30 of FIG. Formed. The pressure in the furnace adjusted the conductance on the exhaust side and set the same pressure during the temperature raising, the nitriding, and the low temperature under the conditions of 6.666 KPa, 26.664 KPa, 66.66 Kpa, 73.326 KPa, and 99.99 KPa. In addition, the temperature increase rate was 30 degreeC / min in nitrogen gas atmosphere, and supply of ammonia gas was started from the point which became 600 degreeC. In the cooling process, the supply of ammonia gas was stopped when the temperature reached 600 ° C and cooled in a nitrogen gas atmosphere.

얻어지는 시료 표면의 크롬 질화물층의 형태를 SEM에 의해서 관찰한 결과를 도 10에 나타낸다. 로 내 압력 99.99 kPa의 경우, 약 삼각뿔 형상의 미결정은 부분적으로 밖에 형성되지 않고 이어진 상태이지만, 73.326 kPa까지 압력을 내리면, 약 삼각뿔 형상의 미결정이 출현하기 시작하지만 아직 형태가 무너지고 있다. 로 내 압력이 66.66 kPa 이하에서는 약 삼각뿔 형상의 미결정이 균일하게 형성되는 상황이 된다. 따라서, 로 내의 압력의 적정한 범위로서 66.66 kPa 이하이다. 실험의 압력 범위 이하에서도 균일한 약 삼각뿔 형상의 미결정의 형성은 가능하다고 생각할 수 있지만, 이후 계속 성장하는 III족 질화물 글자 반도체층의 성장 압력 조건에의 변경폭이 증가하는 등의 문제로부터, 확인되고 있는 6.666 kPa를 하한치로 한다.
The result of having observed the form of the chromium nitride layer of the obtained sample surface by SEM is shown in FIG. In the furnace pressure of 99.99 kPa, the triangular pyramidal microcrystals are only partially formed and continued, but when the pressure is lowered to 73.326 kPa, microtriangular microcrystals start to appear, but the shape is still collapsing. If the pressure in the furnace is 66.66 kPa or less, the triangular pyramidal microcrystals are uniformly formed. Therefore, it is 66.66 kPa or less as an appropriate range of pressure in a furnace. Although it can be considered that the formation of uniform triangular pyramid-shaped microcrystals is possible even under the pressure range of the experiment, it is confirmed from problems such as an increase in the change in the growth pressure conditions of the group III nitride letter semiconductor layer which continues to grow. The lower limit of 6.666 kPa.

다음으로, 질화 상태에 부여하는 질화 처리 온도 및 처리 시간 의존성을 조사했다. 2인치 구경의 사파이어 기판(10) 상에 120Å의 두께의 금속 크롬층을 스퍼터링법으로 성막했다. 스퍼터링 성막시의 평균 성막 속도는 1.8Å/초, 스퍼터링 입자 비정 영역(140)에 있어서의 성막 속도는 11.9Å/초로 했다. 암모니아 가스의 함유 비율은 25 체적%, 유량은 6 SLM로 하고, 캐리어 가스로서는 총 질소 가스로 하고, 기판 온도를 900℃~1080℃의 범위, 처리 시간을 10분부터 40 분의 범위로 하고, 로 내 압력은 26.66 KPa로 했다. 또한, 질소 혼합가스 분위기 중에서 승온 속도는 30℃/분으로 승온하여 600℃가 된 시점에서부터 암모니아 가스의 공급을 개시하고, 상기 처리 온도에서 소정의 처리 시간 질화 처리를 가해, 30℃/분의 냉각속도로 강온 했다. 냉각과정에서는 600℃가 된 시점에서 암모니아 가스의 공급을 정지해, 질소 가스 분위기 중에서 냉각했다.
Next, the nitriding treatment temperature and treatment time dependence which are provided to nitriding state were investigated. A metal chromium layer having a thickness of 120 ANGSTROM was formed on the sapphire substrate 10 having a diameter of 2 inches by the sputtering method. The average film-forming speed at the time of sputtering film-forming was 1.8 kV / sec, and the film-forming speed | rate in the sputtering particle amorphous region 140 was 11.9 kPa / sec. The content of ammonia gas is 25% by volume, the flow rate is 6 SLM, the total nitrogen gas is used as the carrier gas, the substrate temperature is in the range of 900 ° C to 1080 ° C, and the processing time is in the range of 10 minutes to 40 minutes, The pressure in the furnace was 26.66 KPa. In addition, in a nitrogen mixed gas atmosphere, the temperature increase rate was raised to 30 ° C./min, and the supply of ammonia gas was started from the point where the temperature reached 600 ° C., followed by nitriding of the predetermined treatment time at the treatment temperature, and cooling at 30 ° C./min. It was cold at speed. In the cooling process, the supply of ammonia gas was stopped when the temperature reached 600 ° C and cooled in a nitrogen gas atmosphere.

도 11은, 질화 처리 온도 및 처리 시간을 바꾸었을 경우의 크롬 질화물층의 형태를 SEM으로 관찰한 결과를 나타내는 것이다. 질화 처리 온도가 900℃의 경우, 10분, 40 분의 처리 시간이라도 약 삼각뿔상의 미결정은 형성되지 않고 당초 무늬인 형태임을 알 수 있다. 질화 처리 온도가 1000℃의 경우, 10 분의 질화 처리에서는 당초 무늬인 형태로부터 일부 약 삼각뿔 형상의 미결정이 형성되기 시작하고, 40 분의 처리 시간에서는 연결은 가지지만 약 삼각뿔의 미결정이 형성되고 있는 것을 알 수 있다. 1080℃의 질화 처리 온도에서는, 전면에 걸쳐 약 삼각뿔 형상의 미결정이 형성되고 있는 것을 알 수 있다. 이 경우, 처리 시간을 길게 하면 표면으로의 크롬 질화물의 재배열이 생겨 미결정의 비대화와 개개의 미결정 사이가 이산적(離散的)이 되는 것이 알 수 있다. 다만 SEM 관찰 시에 더욱 고배율로 하면, 이산적으로 보이는 개소에도 사이즈는 작은 것의 약 삼각뿔 형상의 미결정이 존재하는 경우가 많다. 이러한 결과로부터, 질화 처리 시간을 변경하는 일에 의해서, 크롬 질화물층의 형태 제어가 가능하지만, 약 삼각뿔 형상의 미결정 형성에는 1000℃ 이상의 질화 처리 온도가 바람직하다.
11 shows the results of observing the form of the chromium nitride layer in the case of changing the nitriding treatment temperature and treatment time by SEM. In the case where the nitriding treatment temperature is 900 ° C., even when the treatment time is 10 minutes and 40 minutes, microcrystalline pyramidal crystals are not formed but are in the form of original patterns. In the case where the nitriding treatment temperature is 1000 ° C, some triangular pyramidal microcrystals start to form from the original pattern in the nitriding treatment of 10 minutes, and microtriangular microcrystals of the triangular pyramid are formed in the 40 minute treatment time. It can be seen that. It is understood that at a temperature of 1080 ° C for nitriding treatment, micro triangular pyramidal microcrystals are formed over the entire surface. In this case, it can be seen that when the treatment time is extended, the rearrangement of chromium nitride occurs on the surface, and the enlargement of microcrystals and discrete microcrystals become discrete. However, when the magnification is further increased at the time of SEM observation, microtriangular microcrystals having a small size are often present in discretely visible parts. From such a result, although the shape control of the chromium nitride layer is possible by changing the nitriding process time, the nitriding process temperature of 1000 degreeC or more is preferable for formation of a weak triangular pyramidal microcrystal.

이상은, 금속 크롬층(20)의 형성 조건 및 MOCVD 로 내에서의 크롬 질화물층(30)의 형성 조건에 관한 적합한 조건을 나타냈지만, 계속하여 실시하는 III족 질화물 반도체층의 성장은, 금속 크롬층을 1080℃에서 질화 처리를 가한 후, 예를 들면 GaN의 성막의 경우 기판 온도를 900℃까지 강온하고, 암모니아 가스 유량, 수소 가스 유량, 질소 가스 유량, 압력 조건을 정돈한 후에, TMG(트리메틸갈륨)를 로 내에 도입해, 도 3(d)의 참조 부호 40으로 나타내는 GaN의 버퍼층을 형성한다. 일단 TMG의 공급을 정지하고, 상기 각 가스 유량 및 압력 조건을 변경해 1050℃까지 승온하고, 재차 TMG를 로 내에 도입해 GaN층(50)을 성장한다. 소정 두께로 성장한 시점에서 TMG의 공급 및 분위기 가스 조건 등을 조정해 냉각을 실시해, III족 질화물 반도체 기판을 얻는다. 또한, 강온 도중 600℃까지 암모니아 가스의 공급을 계속한다.
As mentioned above, although suitable conditions regarding the formation conditions of the metal chromium layer 20 and the formation conditions of the chromium nitride layer 30 in a MOCVD furnace were shown, the growth of the group III nitride semiconductor layer performed continuously is a metal chromium. After the layer was subjected to nitriding at 1080 ° C., for example, in the case of GaN film formation, the substrate temperature was lowered to 900 ° C., and the ammonia gas flow rate, hydrogen gas flow rate, nitrogen gas flow rate, and pressure conditions were adjusted, followed by TMG (trimethyl). Gallium) is introduced into the furnace to form a GaN buffer layer indicated by reference numeral 40 in FIG. The supply of TMG is stopped once, the respective gas flow rates and pressure conditions are changed, the temperature is raised to 1050 ° C, and TMG is introduced into the furnace again to grow the GaN layer 50. When it grows to predetermined thickness, it cools by adjusting supply of TMG, atmospheric gas conditions, etc., and obtain a group III nitride semiconductor substrate. Moreover, supply of ammonia gas is continued to 600 degreeC during temperature-fall.

또한, 본례에서는 GaN의 경우를 나타냈지만, 도 3(d)의 참조 부호 40 및 50의 각층은, AlN, AlGaN 등이어도 좋다. 또, 참조 부호 50의 층은 반도체 소자 구조를 가지는 다층 구조의 것이어도 좋다.
In addition, although the case of GaN was shown in this example, each layer of 40 and 50 of FIG. 3 (d) may be AlN, AlGaN, or the like. The layer 50 may be a multilayer structure having a semiconductor element structure.

도 12에 나타낸 바와 같이, 도 12(a)의 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판(90)(도 3(d)에 상당)은 도 12(c)에 나타내는 공정으로 크롬 질화물층(30)을 선택 에칭액, 예를 들면 질산 2세륨 암모늄과 과염소산 혹은 질산과의 혼합 용액에 의해서 선택적으로 용해해, 성장용 하지 기판(10)과 III족 질화물 반도체층(40 및 50)을 분리하여 III족 질화물 반도체 자립 기판(150a)을 얻을 수 있다.
As shown in FIG. 12, the chromium nitride layer 30 is selected by the process shown in FIG. 12 (c) for the board | substrate 90 (corresponding to FIG.3 (d)) of the III-nitride semiconductor element manufacture of FIG. It is selectively dissolved by an etchant, for example, a mixed solution of ammonium dicerium nitrate and perchloric acid or nitric acid, and the underlying substrate 10 for growth and the group III nitride semiconductor layers 40 and 50 are separated to free the group III nitride semiconductor. The substrate 150a can be obtained.

또, III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판 상에 III족 질화물 반도체층(60)을 더 성장시켜, 도 12(b)에 나타내는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판(90a)를 얻을 수 있다. 이 경우, III족 질화물 반도체층(60)은 III족 질화물 반도체층(50)을 성장한 MOCVD 장치 내에서 계속해 성장하거나, 혹은 한 번 MOCVD 장치 밖으로 꺼내, 다른 성장 장치로 성장을 실시해도 좋다. 이 에피택셜 기판을 이용하고, 도 12(d)에 나타내는 공정으로 크롬 질화물층(30)을 선택 에칭액, 예를 들면 질산 2세륨 암모늄과 과염소산 혹은 질산과의 혼합 용액에 의해서 선택적으로 용해 해, 성장용 하지 기판(10)과 III족 질화물 반도체층(40, 50 및 60)을 분리하여 III족 질화물 반도체 자립 기판(150b)을 얻을 수 있다.
Further, the group III nitride semiconductor layer 60 is further grown on the group III nitride semiconductor element manufacturing substrate, whereby the group III nitride semiconductor element manufacturing substrate 90a shown in Fig. 12B can be obtained. In this case, the group III nitride semiconductor layer 60 may continue to grow in the MOCVD apparatus in which the group III nitride semiconductor layer 50 is grown, or once out of the MOCVD apparatus, and may be grown by another growth apparatus. Using this epitaxial substrate, the chromium nitride layer 30 is selectively dissolved in a step shown in FIG. 12 (d) by a selective etching solution, for example, a mixed solution of ammonium dicerium ammonium nitrate and perchloric acid or nitric acid, and grown. The group III nitride semiconductor self-supporting substrate 150b can be obtained by separating the substrate 10 and the group III nitride semiconductor layers 40, 50, and 60.

또한, 도 12(a)의 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 III족 질화물 반도체층(50) 혹은 도 12(b)의 III족 질화물 반도체층(60)이 반도체 디바이스 구조를 가지는 다층 구조이며, 상기에 나타낸 바와 같이 크롬 질화물층(30)을 선택적으로 용해함으로써 성장용 하지 기판(10)을 제거해, 도 12(e)에 나타내는 개별적으로 분리된 III족 질화물 반도체 소자(160)를 얻을 수 있다.
In addition, the group III nitride semiconductor layer 50 of the group III nitride semiconductor element fabrication substrate of FIG. 12 (a) or the group III nitride semiconductor layer 60 of FIG. 12 (b) is a multilayer structure having a semiconductor device structure. By dissolving the chromium nitride layer 30 selectively, as shown in FIG. 12, the underlying substrate 10 for growth can be removed, and the group III nitride semiconductor element 160 separated as shown in Fig. 12E can be obtained.

또한, 반도체 소자를 형성하는 순서로서, III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판으로부터 성장용 하지 기판을 먼저 제거하고 나서 디바이스 제작을 실시해도 좋고, III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 성장 표면 측의 가공, 예를 들면 전극(70) 등의 형성이나, 소자 분리 가공 등을 실시한 후에 크롬 질화물층(30)을 용해함으로써 성장용 하지 기판(10)을 분리해, 분리면에 전극(80) 등의 형성을 실시해도 좋다.
In addition, as a procedure for forming a semiconductor element, the device may be fabricated after first removing the underlying substrate for growth from the group III nitride semiconductor element manufacturing substrate, and may be processed on the growth surface side of the substrate for producing the group III nitride semiconductor element. For example, the substrate 70 for growth may be separated by dissolving the chromium nitride layer 30 after the formation of the electrode 70 or the like, or after the element separation processing, to form the electrode 80 or the like on the separation surface. good.

이상은, 크롬 질화물층 상에 III족 질화물 반도체층을 성장한 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판 및 III족 질화물 반도체 자립 기판의 제조 방법 및 III족 질화물 반도체 소자의 실시형태에 대해 말했지만, 다음으로 금속 크롬의 성막 조건과 그 위에 성장한 III족 질화물 반도체층의 결정성과의 관계에 대해 나타낸다.
The foregoing has described a substrate for the fabrication of a group III nitride semiconductor device on which a group III nitride semiconductor layer is grown on a chromium nitride layer, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor self-supporting substrate, and an embodiment of a group III nitride semiconductor device. Next, And the crystallinity of the Group III nitride semiconductor layer grown thereon.

상술한 것처럼, 사파이어 기판 (0001) 기판(10)에 금속 크롬층(20)을 120Å의 두께로 RF 스퍼터링법으로 성막했다. 그 때의, 평균 성막 속도 및 스퍼터링 입자 비정 영역(140)에서의 성막 속도를, 각각 0.25에서 10Å/초 및 1.65에서 65.9Å/초의 범위로 한 시료를 준비했다.
As described above, the metal chromium layer 20 was formed on the sapphire substrate (10) substrate 10 by an RF sputtering method to a thickness of 120 kPa. At this time, the sample which prepared the average film forming speed and the film forming speed in the sputtering particle amorphous region 140 in the range of 0.25 to 10 kV / sec and 1.65 to 65.9 kV / sec, respectively was prepared.

다음으로, MOCVD 장치에 해당 시료를 세트해, 상술한 순서로 기판 온도 1080℃에서 10분간 금속 크롬층(20)을 질화 처리했다. 이 때의 암모니아 가스의 함유 비율은 25 체적%, 유량은 6 SLM이며, 암모니아 가스 이외의 가스로서 수소는 함유 비율이 20 체적% 및 질소는 함유 비율이 55 체적%(캐리어 가스에 차지하는 질소의 비율은 73.3 체적%)로 하고, 총 압력은 26.664 KPa로 했다.
Next, the sample was set in the MOCVD apparatus, and the metal chromium layer 20 was nitrided for 10 minutes at the substrate temperature of 1080C in the above-described order. At this time, the content of ammonia gas was 25 vol%, the flow rate was 6 SLM, the content of hydrogen was 20 vol% and the content of nitrogen was 55 vol% (ratio of nitrogen in carrier gas 73.3 vol%), and the total pressure was 26.664 KPa.

질화 처리 후, 기판 온도를 900℃로 강온해, 몇 분간 계의 온도 안정을 기다린 후, TMG의 공급을 개시해 GaN 버퍼층을 약 2.5㎛ 성장시켰다. 이 때의 총 압력은 86.658 kPa, V족(암모니아)과 III족(Ga)의 원료 가스 조성비(통칭 V/III비)는 약 1000으로 했다. 일단 TMG의 공급을 정지해, 몇 분간 기판 온도를 1050℃까지 승온 했다.
After the nitriding treatment, the substrate temperature was lowered to 900 ° C., and after a few minutes of temperature stability of the system, the TMG supply was started to grow the GaN buffer layer to about 2.5 μm. The total pressure at this time was 86.658 kPa, and the raw material gas composition ratio (common name V / III ratio) of group V (ammonia) and group III (Ga) was about 1000. Supply of TMG was stopped once, and the board | substrate temperature was heated up to 1050 degreeC for several minutes.

계의 온도의 안정을 몇 분간 기다려, TMG를 재차 공급 개시해 GaN층을 약 3㎛ 더 성장(형편, GaN의 토탈 막 두께는 약 5.5㎛)시킨 후, TMG의 공급을 정지해 냉각을 개시했다. 기판 온도가 600℃까지 내린 시점에서 암모니아 가스의 공급을 정지해 실온 근방까지 냉각한 후, 반도체 기판을 얻었다.
After waiting for a few minutes for the temperature of the system to stabilize, TMG was started to be supplied again, and the GaN layer was further grown by about 3 μm (total thickness of GaN was about 5.5 μm), and then the supply of TMG was stopped to start cooling. . The semiconductor substrate was obtained after stopping supply of ammonia gas and cooling to room temperature vicinity when the board | substrate temperature fell to 600 degreeC.

얻어지는 시료에 대해, (0002) 회절면, (10-12) 회절면에서의 X선 회절 록킹 커브의 반치폭(FWHM)을 측정해, 결정성의 평가를 실시했다. 그 결과, 도 13(a)에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 입자 비정 영역에서의 금속 크롬층의 성막 속도가 느릴수록 (0002) 회절 및 (10-12) 회절로도 반치폭이 커져 GaN 성장층의 결정성이 저하되어 버리는 것을 알 수 있다.
About the sample obtained, the full width at half maximum (FWHM) of the X-ray-diffraction-locking curve in the (0002) diffraction surface and the (10-12) diffraction surface was measured, and crystallinity was evaluated. As a result, as shown in Fig. 13 (a), the slower the deposition rate of the metal chromium layer in the sputtered particle amorphous region is, the larger the half width is obtained by (0002) diffraction and (10-12) diffraction, so that the crystallinity of the GaN growth layer is increased. It turns out that this falls.

도 13(b)은 금속 크롬층의 평균 성막 속도와 각각의 반치폭의 관계를 나타낸 것이고, 마찬가지로 평균 성막 속도가 느려지면 X선 회절의 반치폭이 커져, 결정성이 저하해 버리는 것을 알 수 있다.
FIG. 13 (b) shows the relationship between the average film formation speed of the metal chromium layer and the respective half-value widths. Similarly, when the average film formation speed becomes slow, it can be seen that the half-width of the X-ray diffraction becomes large and the crystallinity decreases.

제품의 종류나 요구 특성에 의해, 요구되는 결정성은 다르지만, 반치폭은 600 arcsec 이하, 보다 바람직하게는 400 arcsec 이하로, 보다 좁은 것이 바람직하다. 따라서, 금속 크롬층 성막시의 스퍼터링 입자 비정 영역에서의 금속 크롬층의 성막 속도는 7Å/초 이상, 보다 바람직하게는 11Å/초 이상, 더욱 바람직하게는 25Å/초 이상인 것이 적정이다. 또한, 평균 성막 속도는 1Å/초 이상, 보다 바람직하게는 1.8Å/초 이상, 더욱 바람직하게는 4Å/초 이상인 것이 적정이다. 이것은 상술한 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타내는, 크롬 질화물의 약 삼각뿔 형상의 미결정이 차지하는 면적비율이 70% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 95% 이상이 되는 조건과 부합하고 있다.
Although the crystallinity required differs depending on the type of product and the required characteristics, the half width is preferably 600 arcsec or less, more preferably 400 arcsec or less, and more preferably narrower. Therefore, the deposition rate of the metal chromium layer in the sputtered particle amorphous region during the deposition of the metal chromium layer is appropriately 7 ms / sec or more, more preferably 11 ms / sec or more, still more preferably 25 ms / sec or more. In addition, the average film forming rate is preferably 1 Å / second or more, more preferably 1.8 Å / second or more, and further preferably 4 Å / second or more. The area ratio occupied by the microcrystalline pyramidal microcrystals of chromium nitride shown in Figs. 6 (a) and 6 (b) described above is 70% or more, more preferably 90% or more, even more preferably 95% or more. It meets the requirements.

(0002) 회절의 반치폭은 성막한 GaN (0001) 면에 수직인 c축의 요동에 관한 지표이며, 이 값이 작을수록 면내에서의 방위 격차가 적은 것을 나타낸다. 크롬 질화물층이 사각형에 가까운 인편상이나 부정형이 아니고, 약 삼각뿔 형상의 것이 주체가 되어, 삼각뿔의 저면의 중심과 정점을 연결하는 방위가 갖추어진 것으로 그 위에 성장한 GaN의 c축의 요동이 저감된 것이라고 생각할 수 있다.
The half width of the (0002) diffraction is an index relating to the fluctuation of the c-axis perpendicular to the GaN (0001) plane formed, and the smaller this value, the smaller the in-plane orientation gap. It is thought that the chromium nitride layer is not a scaly or irregular shape close to a square, but is a triangular pyramid-shaped one mainly, and has an orientation connecting the center and apex of the bottom of the triangular pyramid, and thus the c-axis fluctuation of GaN grown thereon is reduced. Can be.

한편, (10-12) 회절의 반치폭은, c면 내의 결정 방위의 회전 움직임에 관한 지표이지만, 크롬 질화물층이 사각형에 가까운 인편상이나 부정형이 아니고, 삼각뿔 형상의 것이 주체가 되고, 삼각뿔의 저변이 사파이어 기판의 c면 내의 m축(<10-10> 방향군)에 평행 방향으로 갖추어진 것으로, 그 위에 성장한 GaN의 c면 내의 방위의 회전 움직임이 저감된 것이라고 생각할 수 있다.
On the other hand, the half width of the (10-12) diffraction is an index related to the rotational movement of the crystal orientation in the c plane, but the chromium nitride layer is not a scaly or irregular shape close to a square, but is mainly a triangular pyramid, and the base of the triangular pyramid is It is considered that it was provided in parallel with the m-axis (<10-10> direction group) in c plane of a sapphire substrate, and it can be considered that the rotational movement of the orientation in c plane of GaN grown on it was reduced.

또한, 하지 기판인 사파이어 (0001) 면 상의 삼각뿔상의 크롬 질화물 미결정, 성장한 GaN (0001) 등의 III족 질화물 반도체층의 에피택셜 관계는, 도 14(a)에 나타낸 바와 같이, The epitaxial relationship between the group III nitride semiconductor layers such as triangular pyramidal chromium nitride crystals and grown GaN (0001) on the sapphire (0001) plane as the base substrate is shown in Fig. 14 (a),

(0001) 사파이어 //(111) CrN //(0001) III 족 질화물 반도체층 (0001) Sapphire // (111) CrN // (0001) Group III nitride semiconductor layer

및,And

[1-100] 사파이어 // [10-1] CrN // [11-20] III 족 질화물 반도체층 [1-100] Sapphire // [10-1] CrN // [11-20] Group III nitride semiconductor layer

이 된다.
.

또, 하지 기판이 AlN, SiC, GaN 단결정의(0001) 면, 혹은 각종 성장용 기판 상에 AlN, GaN, SiC 등의 육방정의 (0001) 층을 형성한 템플레이트 기판의 경우에는 에피택셜 관계는 도 14(b)에 나타낸 바와 같이, In the case of a template substrate having a hexagonal (0001) layer of AlN, GaN, SiC or the like formed on an AlN, SiC, GaN single crystal (0001) surface or various growth substrates, the epitaxial relationship is shown in FIG. As shown in 14 (b),

(0001) 육방정 //(111) CrN //(0001) III 족 질화물 반도체층 (0001) hexagonal crystal // (111) CrN // (0001) group III nitride semiconductor layer

및,And

[11-20] 육방정 // [10-1] CrN // [11-20] III 족 질화물 반도체층 [11-20] hexagonal crystal // [10-1] CrN // [11-20] group III nitride semiconductor layer

이 된다.
.

따라서, 삼각뿔상의 크롬 질화물 미결정의 저변에 따를 방향이 <10-1> 방향군이며, 그 위에 성장하는 III족 질화물 반도체 결정층의 <11-20> 방향군의 방위는 하지의 기판종에 의하지 않고, 항상 평행되는 것이 특징이 된다.
Therefore, the direction along the base of the triangular pyramid chromium nitride microcrystal is the <10-1> direction group, and the orientation of the <11-20> direction group of the group III nitride semiconductor crystal layer grown thereon is not dependent on the substrate type of the underlying substrate. , Always parallel.

다음으로, 금속 크롬층(10)의 두께와 얻어지는 III족 질화물 반도체층의 결정성의 관계에 대해 설명한다.
Next, the relationship between the thickness of the metal chromium layer 10 and the crystallinity of the obtained group III nitride semiconductor layer will be described.

우선, 사파이어 (0001) 기판(10) 상에 스퍼터링법에 의해서, 금속 크롬층(20)을 0Å(크롬층 없음)부터 500Å의 범위에서 성막한 시료를 준비했다. 그 때의 평균 성막 속도는 4.5Å/초, 스퍼터링 입자 비정 영역에 있어서의 성막 속도는 29.7Å/초이며, 도 4(b)에 나타낸 기판 트레이(130)의 회전수는 20 rpm으로 했다.
First, a sample was formed on the sapphire substrate 10 by sputtering to form a metal chromium layer 20 in the range of 0 kV (no chromium layer) to 500 kV. The average film formation speed at that time was 4.5 kV / sec, the film formation speed in the sputtered particle amorphous region was 29.7 kV / sec, and the rotation speed of the substrate tray 130 shown in Fig. 4B was 20 rpm.

이러한 시료를 MOCVD 장치에 세트하고, 상술한 순서와 마찬가지로 금속 크롬층(20)에 대해서 1080℃, 10분간 질화 처리를 가했다. 이 때의, 암모니아 가스의 함유 비율은 25 체적%이며, 유량은 6 SLM로 했다. 암모니아 가스 이외의 캐리어 가스로서는 총 질소 가스를 이용해 총 압력은 26.664 kPa로 했다.
Such a sample was set in a MOCVD apparatus, and nitriding treatment was performed on the metal chromium layer 20 for 10 minutes at 1080 ° C in the same manner as described above. At this time, the content rate of ammonia gas was 25 volume%, and the flow volume was 6 SLM. As carrier gas other than ammonia gas, total pressure was 26.664 kPa using total nitrogen gas.

다음으로, 로 내 압력의 변경 후, 기판 온도를 900℃까지 강온하고, 몇 분간 계의 온도 안정을 기다린 후, TMG의 공급을 개시해 GaN 버퍼층을 약 2.5㎛ 성장시켰다. 이 때의 총 압력은 86.658 kPa, V족(암모니아 중 N)과 III족(Ga)의 원료 가스 조성비(통칭 V/III비)는 약 1000으로 했다. 여기서 일단 TMG의 공급을 정지하고, 몇 분간 기판 온도를 1050℃까지 승온했다.
Subsequently, after changing the furnace pressure, the substrate temperature was lowered to 900 ° C., and the system was waited for a few minutes to stabilize the temperature. Then, the supply of TMG was started to grow the GaN buffer layer to about 2.5 μm. The total pressure at this time was 86.658 kPa, and the raw material gas composition ratio (common name V / III ratio) of group V (N in ammonia) and group III (Ga) was about 1000. Here, supply of TMG was stopped and the board | substrate temperature was heated up to 1050 degreeC for several minutes.

계의 온도의 안정을 몇 분간 기다려, TMG를 재차 공급 개시해 GaN층을 약 3㎛ 더 성장(형편, GaN의 토탈 막 두께는 약 5.5㎛)시킨 후, TMG의 공급을 정지해 냉각을 개시했다. 기판 온도가 600℃까지 내린 시점에서 암모니아 가스의 공급을 정지해 실온 근방까지 냉각한 후, III족 질화물 반도체 기판을 얻었다.
After waiting for a few minutes for the temperature of the system to stabilize, TMG was started to be supplied again, and the GaN layer was further grown by about 3 μm (total thickness of GaN was about 5.5 μm), and then the supply of TMG was stopped to start cooling. . The supply of ammonia gas was stopped at the time when the substrate temperature dropped to 600 ° C, and cooled to near room temperature to obtain a group III nitride semiconductor substrate.

얻어지는 시료에 대해, (0002) 회절면, (10-12) 회절면에서 X선 회절 록킹 커브(XRD)의 반치폭(FWHM)을 측정해 결정성의 평가를 실시했다. 그 결과를 도 15에 나타내지만, 크롬층의 두께가 50Å 이상 300Å 이하의 범위에서, 양회절면에서의 XRD 반치폭 모두 600 arcsec 이하가 되어 GaN층의 결정성의 면에서 바람직하고, 또한 60Å 이상 180Å 이하인 것이 보다 바람직한 범위이다. 또한, 금속 크롬층의 막 두께가 0Å의 경우, 900℃의 GaN 버퍼 성장시에, 사파이어 기판 상에 GaN 버퍼층이 성장하지 않았다. 이것은 성장 초기 핵이 없는 것에 따른 것으로 추정된다.
About the sample obtained, the half value width (FWHM) of the X-ray-diffraction-locking curve (XRD) was measured on the (0002) diffraction surface and the (10-12) diffraction surface, and crystallinity was evaluated. Although the result is shown in FIG. 15, in the range whose thickness of a chromium layer is 50 kPa or more and 300 kPa or less, the XRD half value width in both surfaces is 600 arcsec or less, and it is preferable at the crystallinity of a GaN layer, and is 60 kPa or more and 180 kPa or less. It is a more preferable range. In the case where the film thickness of the metal chromium layer was 0 GPa, the GaN buffer layer did not grow on the sapphire substrate during the GaN buffer growth at 900 ° C. This is presumed to be due to the lack of early growth nuclei.

MOCVD 로 내에서의 금속 크롬층의 질화와, 계속 III족 질화물 반도체의 GaN층을 성장하는 경우에는, 금속 크롬층의 두께의 적정 범위가 HVPE법의 경우(특허문헌 3)보다 얇은 방향으로 시프트하는 것은, 양제법 사이에서의 질화 상태의 차이나 GaN의 성막 속도의 차이, 성장면에서의 III족 원자의 표면 마이그레이션에 의한 횡방향 성장의 차이 등을 반영한 것이라고 생각할 수 있지만, 자세한 것은 불명하다.
When the nitride of the metal chromium layer in the MOCVD furnace and the GaN layer of the group III nitride semiconductor are grown, the appropriate range of the thickness of the metal chromium layer is shifted in a direction thinner than in the case of the HVPE method (Patent Document 3). Although it can be considered that the thing reflects the difference of the nitriding state between the manufacturing methods, the difference in the film-forming rate of GaN, the difference in the lateral growth by the surface migration of group III atom in a growth surface, etc., the detail is unknown.

또, 얻어지는 시료에 대해, 80℃로 가열한 질산 2세륨 암모늄과 과염소산과의 혼합 용액에 의해서 크롬 질화물층의 선택 에칭 평가를 실시했는데, 금속 크롬층의 두께가 40Å 이하의 경우에는 에칭이 진행하지 않고, 케미컬 리프트 오프(CLO)에 의한 GaN층과 사파이어 기판의 분리를 할 수 없었다. 한편, 금속 크롬층의 두께가 50Å 이상의 경우에는, 크롬 질화물층의 선택 에칭에 의한 GaN층의 분리가 가능했다.
Moreover, about the sample obtained, the selective etching evaluation of the chromium nitride layer was performed by the mixed solution of ammonium dicerium nitrate and perchloric acid heated at 80 degreeC, but when the thickness of a metal chromium layer is 40 GPa or less, etching does not advance. Without this, the GaN layer and the sapphire substrate could not be separated by chemical lift-off (CLO). On the other hand, when the thickness of the metal chromium layer was 50 GPa or more, the GaN layer could be separated by selective etching of the chromium nitride layer.

전자의 두께의 경우, 하지의 사파이어 기판 표면의 노출율이 커져, 크롬 질화물층을 성장 초기핵으로 하는 GaN층이 횡방향 성장할 때에, 사파이어 기판 표면과 직접 GaN층이 접촉해 버리기 때문이라고 생각할 수 있다. 케미컬 리프트 오프의 면에서도, MOCVD법에 있어서의 금속 크롬층의 두께의 하한치는 50Å 이상이다.
In the case of the thickness of the former, it is considered that the exposure ratio of the underlying sapphire substrate surface increases, and the GaN layer directly contacts the surface of the sapphire substrate when the GaN layer having the chromium nitride layer as the growth nucleus grows in the lateral direction. . In terms of chemical lift-off, the lower limit of the thickness of the metal chromium layer in the MOCVD method is 50 kPa or more.

이상과 같이, MOCVD법에 있어서의 케미컬 리프트 오프가 가능하고, III족 질화물 반도체층의 결정성을 양호하게 하기 위해, 금속 크롬층의 성막 속도 조건·질화 처리시의 가스종 조건·삼각뿔 형상의 크롬 질화물 미결정의 방위와 III족 질화물 반도체 결정의 방위 관계의 특징·금속 크롬층의 두께 조건에 대해 설명했지만, 대표적인 실시형태의 예를 나타낸 것이며, 본 발명은 이 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
As described above, the chemical lift-off in the MOCVD method is possible, and in order to improve the crystallinity of the group III nitride semiconductor layer, the deposition rate condition of the metal chromium layer, the gas species condition during the nitriding treatment, and the triangular pyramidal chromium Although the characteristics of the orientation relationship between the nitride microcrystals and the orientation relationship between the group III nitride semiconductor crystals and the thickness conditions of the metal chromium layer have been described, examples of representative embodiments are shown, and the present invention is not limited to this embodiment.

실시예Example

(실시예 1)(Example 1)

상기 기재한 순서로, 2인치 구경의 사파이어 (0001) 기판 상에 RF 스퍼터링법에 의해 평균 성막 속도 4.5Å/초(스퍼터링 입자 비정 영역에 있어서의 성막 속도는 29.7Å/초)로, 120Å 두께의 금속 크롬층을 성막한 후, MOCVD 로 내에서 기판 온도 1080℃, 10분간 질화 처리를 실시했다. 그 때의, 암모니아 가스의 함유 비율은 25 체적%이고, 유량은 6 SLM, 암모니아 가스 이외의 캐리어 가스로서 수소는 함유 비율이 20 체적% 및 질소는 함유 비율이 55 체적%(캐리어 가스 중 질소 가스의 비율은 73.3 체적%)로 하고, 총 압력은 26.664 kPa로 했다. 그 후 기판 온도를 900℃까지 강온해, GaN 버퍼층을 약 2.5㎛ 성장한 후, 1050℃까지 승온해 GaN층을 약 3㎛ 성장했다. 또한, 성장중 로 내의 총 압력은 86.658 kPa, V족(암모니아 중 N)과 III족(Ga)의 원료 가스 조성비(통칭 V/III비)는 약 1000으로 했다. 성장 종료 후 실온 근방까지 냉각해, GaN 에피택셜 층을 가지는 III족 질화물 반도체 기판을 얻었다. GaN층의(0002) 회절 및(10-12) 회절의 X선 록킹 커브(XRD)의 반치폭에 의해서 결정성을 평가한 결과, 각각 290 arcsec, 330 arcsec이며 결정성은 양호했다. (도 12(a)까지의 공정에 상당)
In the order described above, the film formation rate was 4.5 kV / sec (29.7 kV / sec in the sputtered particle amorphous region) by an RF sputtering method on a sapphire (0001) substrate having a 2-inch diameter, and was 120 kW thick. After the metal chromium layer was formed into a film, nitriding treatment was performed for 10 minutes at a substrate temperature of 1080 ° C in a MOCVD furnace. At that time, the content rate of ammonia gas was 25% by volume, and the flow rate was 6 SLM, a carrier gas other than ammonia gas, 20% by volume of hydrogen, and 55% by volume of nitrogen (nitrogen gas in carrier gas). Ratio was 73.3% by volume) and the total pressure was 26.664 kPa. Subsequently, the substrate temperature was lowered to 900 ° C., the GaN buffer layer was grown to about 2.5 μm, and the temperature was raised to 1050 ° C., and the GaN layer was grown to about 3 μm. In addition, the total pressure in the furnace during growth was 86.658 kPa, and the raw material gas composition ratio (common name V / III ratio) of group V (N in ammonia) and group III (Ga) was about 1000. After completion of growth, the mixture was cooled to around room temperature to obtain a group III nitride semiconductor substrate having a GaN epitaxial layer. As a result of evaluating the crystallinity by the half width of the X-ray locking curve (XRD) of the (0002) diffraction and the (10-12) diffraction of the GaN layer, the crystallinity was 290 arcsec and 330 arcsec, respectively. (Equivalent to the process to FIG. 12 (a))

다음으로, 해당 기판 시료를 HVPE로에 세트해, 수소 분위기 중에서 약 30℃/분의 승온 속도로 승온하여 600℃가 된 시점에서, 암모니아 가스의 공급을 개시했다. 1040℃에서 약 5분간 계의 온도의 안정을 기다려, 850℃로 가열한 Ga 소스에 염산(HCl) 가스의 공급을 개시해 GaCl를 발생시켜, 해당 기판 앞에서 암모니아 가스와 혼합해 원료 가스를 기판면에 공급해, GaN의 후막 성장을 개시했다. 또한, 암모니아 가스의 유량은 1 SLM, 염산(HCl) 가스의 유량은 40SCCM(Standard cm3/min:대기압 1.013 Pa, 0℃에서 환산한 유량), 수소 캐리어 가스의 유량은 3.3 SLM로 V/III비는 25로, 총압은 101.3 kPa의 상압이었다. 5시간의 성장에 의해, 약 350㎛ 두께의 GaN 후막 에피택셜 기판을 얻었다. (도 12(b)까지의 공정에 상당)
Next, the board | substrate sample was set in the HVPE furnace, the temperature was raised at the temperature increase rate of about 30 degree-C / min in hydrogen atmosphere, and supply of ammonia gas was started when it became 600 degreeC. Wait for the system temperature to stabilize at 1040 ° C for about 5 minutes, start supplying hydrochloric acid (HCl) gas to the Ga source heated to 850 ° C, generate GaCl, mix it with ammonia gas in front of the substrate, and source gas Was supplied, and GaN thick film growth was started. In addition, the flow rate of ammonia gas is 1 SLM, the flow rate of hydrochloric acid (HCl) gas is 40 SCCM (Standard cm3 / min: atmospheric pressure 1.013 Pa, flow rate converted at 0 ° C), and the flow rate of hydrogen carrier gas is 3.3 SLM at V / III ratio. Was 25, and the total pressure was 101.3 kPa. After 5 hours of growth, a GaN thick film epitaxial substrate having a thickness of about 350 µm was obtained. (Equivalent to the process to FIG. 12 (b))

해당 시료를, 80℃로 가열한 질산 2세륨 암모늄과 과염소산과의 혼합 용액 중에서 크롬 질화물층의 선택 에칭을 실시함으로써, 사파이어 기판과 분리시켜 40mmφ의 자립 기판을 얻을 수 있었다. 얻어지는 자립 기판의 XRD의 반치폭은 (0002) 회절, (10-12) 회절로 각각 85 arcsec, 103 arcsec로 매우 양호했다. (도 12(d)까지의 공정에 상당)
The sample was separated from the sapphire substrate by a selective etching of the chromium nitride layer in a mixed solution of ammonium dicerium nitrate and perchloric acid heated to 80 ° C. to obtain a freestanding substrate having a diameter of 40 mm. The half width of the XRD of the obtained self-supporting substrate was very good at 85 arcsec and 103 arcsec by (0002) diffraction and (10-12) diffraction, respectively. (Equivalent to the process up to FIG. 12 (d))

또한, 자립 기판 상에 디바이스 구조의 에피택셜 층을 성장시킴으로써, 레이저 다이오드 등의 광디바이스나, 쇼트키 배리어 다이오드 등의 전자 디바이스를 제작하는 것이 가능하다. 이상과 같이, 본 발명에 의해서, 양호한 특성을 가지는 III족 질화물 반도체의 자립 기판을 용이하게 얻을 수 있다.
In addition, by growing an epitaxial layer of a device structure on a freestanding substrate, it is possible to manufacture optical devices such as laser diodes and electronic devices such as Schottky barrier diodes. As mentioned above, according to this invention, the self-supporting board | substrate of group III nitride semiconductor which has favorable characteristic can be obtained easily.

(실시예 2)(Example 2)

2인치 구경의 사파이어 (0001) 기판 상에 RF 스퍼터링법에 의해 평균 성막 속도 4.5Å/초로, 120Å 두께의 금속 크롬층을 성막했다. 해당 시료를 MOCVD 로 내에서 기판 온도 1080℃, 10분간 질화 처리를 실시했다. 그 후 기판 온도를 900℃까지 강온하고, GaN 버퍼층을 약 2.5㎛ 성장한 후, 1050℃까지 승온해 GaN층을 약 4㎛ 성장했다. GaN 버퍼층 상의 GaN층에는 Si(실리콘)를 n형 도펀트하여 첨가하고, 캐리어 밀도를 2×1018 cm-3으로 했다.
A 120-inch-thick metal chromium layer was formed on the 2-inch diameter sapphire substrate by the RF sputtering method at an average film forming speed of 4.5 kV / sec. The sample was nitrided at a substrate temperature of 1080 ° C. for 10 minutes in a MOCVD furnace. Subsequently, the substrate temperature was lowered to 900 ° C., the GaN buffer layer was grown to about 2.5 μm, and then heated up to 1050 ° C. to grow the GaN layer to about 4 μm. Si (silicon) was added by n-type dopant to the GaN layer on the GaN buffer layer, and carrier density was made into 2 * 10 <18> cm <-3> .

다음으로, 발광층인 In0 .1Ga0 .9N/GaN의 MQW(다중 양자 우물)를, 기판 온도를 750℃에서 850℃의 범위로 승강온시키면서 형성했다. 다음으로, Mg 도프 p형 AlGaN 전자 블록층을 20 nm, Mg 도프 p형 GaN 클래드층을 0.2㎛ 성장하고, 다음으로 캐리어 밀도가 5×1017 cm-3의 p+형 GaN 컨택트층을 약 100Å 성막해 LED 구조의 III족 질화물 반도체 에피택셜 기판을 얻었다.
Next, the light emitting layer of In 0 .1 Ga 0 .9 N / GaN of the MQW (multiple quantum well), was formed on while elevating the substrate temperature at 750 ℃ in the range of 850 ℃. Next, 20 nm of an Mg-doped p-type AlGaN electron block layer and 0.2 µm of an Mg-doped p-type GaN cladding layer were grown. Next, a p + type GaN contact layer having a carrier density of 5 x 10 17 cm -3 was formed at about 100 Hz. The group III nitride semiconductor epitaxial substrate of the LED structure was obtained.

얻어지는 에피택셜 기판의 에피택셜 층측에서부터 사파이어 기판까지 드라이 에칭해 1 mm각(角)의 소자 분리 틈(溝) 가공을 실시했다. 본 틈은 소자간의 분리와 함께, 화학 에칭액 공급을 위한 채널이 된다. 다음으로, p+GaN층에 Ag계의 반사층겸 오믹 전극을 형성하고, 이면에 오믹 전극이 형성 끝난 p+형 Si 기판에 300℃에서 Au-Au 가압 열압착법으로 접합했다.
Dry etching was carried out from the epitaxial layer side of the obtained epitaxial substrate to the sapphire substrate, and the element isolation gap processing of 1 mm square was performed. This gap becomes a channel for chemical etching solution supply with the separation between the elements. Next, an Ag-based reflective layer and an ohmic electrode were formed on the p + GaN layer, and the p + type Si substrate on which the ohmic electrode was formed was bonded to Au + Au pressurized thermocompression bonding at 300 ° C.

다음으로, 80℃로 가열한 질산 2세륨 암모늄과 질산과의 혼합 용액 중에서 크롬 질화물층의 선택 에칭을 실시해, 사파이어 기판을 분리하여 LED 구조층을 Si지지 기판 측에 전사시켰다. GaN 버퍼층을 드라이 에칭으로 제거하고, n-GaN면에 Ti/Al/Ni/Au의 오믹·패드 전극을 형성한 후, Si지지 기판을 다이서로 절단하고, 종형 구조의 LED 소자를 제작했다. (본 실시예는, 도 12(a), 도 12(b)를 거쳐 도 12(e)에 이르는 공정에 상당함)
Next, the chromium nitride layer was selectively etched in a mixed solution of dicerium ammonium nitrate and nitric acid heated to 80 ° C, the sapphire substrate was separated, and the LED structure layer was transferred to the Si support substrate side. After removing the GaN buffer layer by dry etching and forming the ohmic pad electrode of Ti / Al / Ni / Au on the n-GaN surface, the Si support substrate was cut | disconnected by dicer and the LED element of a vertical structure was produced. (This embodiment corresponds to the process reaching FIG. 12 (e) through FIG. 12 (a) and FIG. 12 (b).)

얻어지는 청색 LED 소자의 베어 칩 상태의 특성은, 순방향 전류(If)가 350 mA일 때, 순방향 전압(Vf)이 3.3 V, 피크 발광 파장(λp)이 455 nm, 출력(Po)은 320 mW이며, 매우 양호한 결과이었다.
The characteristics of the bare chip state of the obtained blue LED element are as follows: when the forward current I f is 350 mA, the forward voltage V f is 3.3 V, the peak emission wavelength λ p is 455 nm, and the output Po is Was 320 mW, which was a very good result.

이상과 같이, 본 발명에 의해서 질화 처리로부터 LED 구조의 에피택셜까지 MOCVD 로 내에서 연속해 실시할 수 있어 양호한 특성을 가지는, III족 질화물 반도체 에피택셜 기판, 및 그것을 가공한 III족 질화물 반도체 소자를 용이하게 얻을 수 있다.
As described above, according to the present invention, a group III nitride semiconductor epitaxial substrate which can be continuously performed in the MOCVD furnace from the nitriding process to the epitaxial structure of the LED structure, and has good characteristics, and the group III nitride semiconductor element processed therein It can be obtained easily.

(실시예 3)(Example 3)

2인치 구경의 사파이어 (0001) 기판 상에 직접 AlN 에피택셜 층을 형성한, AlN (0001) 템플레이트 기판을 준비했다. AlN 층의 두께는 약 1㎛로, XRD의 반치폭은 (0002) 회절, (10-12) 회절로 각각 85 arcsec, 1283 arcsec이었다. 해당 시료에 RF 스퍼터링법으로 평균 성막 속도 4.5Å/초의 조건에서 금속 크롬층을 90Å 성막했다.
An AlN (0001) template substrate was prepared in which an AlN epitaxial layer was formed directly on a 2 inch sapphire (0001) substrate. The AlN layer had a thickness of about 1 μm, and the half widths of the XRDs were 85 arcsec and 1283 arcsec in (0002) diffraction and (10-12) diffraction, respectively. A 90-Hz metal chromium layer was formed into a film by the RF sputtering method on condition of an average film forming speed of 4.5 kPa / sec.

해당 시료를 MOCVD 로에 세트하고, 30℃/분의 속도로 승온해, 1050℃에서 5분간 질화 처리를 실시했다. 질화 처리 온도, 시간이 사파이어 기판 상의 경우와 다른 것은, 사파이어 기판의 경우에는 크롬층과의 사이에 AlN 중간층을 형성하는 일이 되지만, 기판 표면이 처음부터 AlN 단결정이면, 그 형성은 불필요하고 낮은 온도·단시간이어도 삼각뿔 형상의 크롬 질화물층이 형성되기 때문이다. 또한 암모니아 가스 공급은 600℃에서부터 개시하고, 함유 비율은 25 체적%로 유량은 6 SLM로 했다. 암모니아 가스 이외의 캐리어 가스로서는 질소 가스를 이용해 총 압력은 26.664 kPa로 했다.
The sample was set in a MOCVD furnace, the temperature was raised at a rate of 30 ° C / min, and nitriding was performed at 1050 ° C for 5 minutes. The nitriding treatment temperature and time are different from those on the sapphire substrate. In the case of the sapphire substrate, the AlN intermediate layer is formed between the chromium layer. However, if the substrate surface is AlN single crystal from the beginning, the formation is unnecessary and low temperature. This is because a triangular pyramidal chromium nitride layer is formed even for a short time. Moreover, ammonia gas supply was started from 600 degreeC, the content rate was 25 volume%, and the flow volume was 6 SLM. As a carrier gas other than ammonia gas, nitrogen gas was used and the total pressure was 26.664 kPa.

다음으로, 기판 온도를 900℃까지 강온하고, 계의 온도 안정, 가스계의 변환 준비 등을 실시하고, 약 3 분후에 TMG의 공급을 개시해 GaN 버퍼층을 약 2.5㎛ 성막했다. 이 때의 총 압력은 650Torr(86.658KPa), V족(암모니아 중 N)과 III족(Ga)의 원료 가스 조성비(통칭 V/III비)는 약 1000으로 했다. 여기서 일단 TMG의 공급을 정지해, 몇 분간 기판 온도를 1050℃까지 승온했다.
Subsequently, the substrate temperature was lowered to 900 ° C, temperature stabilization of the system, preparation of gas-based conversion, and the like were performed, and after about 3 minutes, TMG was started to supply, and a GaN buffer layer was formed by about 2.5 µm. The total pressure at this time was 650 Torr (86.658 KPa), and the raw material gas composition ratio (common name V / III ratio) of group V (N in ammonia) and group III (Ga) was about 1000. The supply of TMG was stopped here and the board | substrate temperature was heated up to 1050 degreeC for several minutes.

계의 온도의 안정을 몇 분간 기다려, TMG를 재차 공급 개시하고 GaN층을 약 3㎛ 더 성장(형편, GaN의 토탈 막 두께는 약 5.5㎛)시킨 후, TMG의 공급을 정지해 냉각을 개시했다. 기판 온도가 600℃까지 내린 시점에서 암모니아 가스의 공급을 정지해 실온 근방까지 냉각한 후, III족 질화물 반도체 기판을 얻었다.
Waiting for a few minutes for the temperature of the system to stabilize, TMG was started to be supplied again, and the GaN layer was further grown by about 3 µm (the total thickness of GaN was about 5.5 µm), and then the supply of TMG was stopped to start cooling. . The supply of ammonia gas was stopped at the time when the substrate temperature dropped to 600 ° C, and cooled to near room temperature to obtain a group III nitride semiconductor substrate.

얻어지는 GaN층의 결정성을 XRD의 반치폭은 (0002) 회절, (10-12) 회절로 평가했는데, 각각 120 arcsec, 218 arcsec로 매우 양호했다. 특히, 이용한 AlN (0001) 템플레이트의 면내 회전 방위 요동이 인계되지 않고, 큰폭으로 개선된 것을 알 수 있다. 또, 시료로부터 단편을 잘라, 80℃로 가열한 질산 2세륨 암모늄과 질산과의 혼합 용액 중에서 크롬 질화물층의 선택 에칭을 실시해, AlN 템플레이트 기판과 GaN층의 분리를 확인했다. (도 12(a)를 거쳐 도 12(c)에 이르는 공정에 상당함)
The half width of XRD was evaluated by (0002) diffraction and (10-12) diffraction, and the crystallinity of the obtained GaN layer was very good at 120 arcsec and 218 arcsec, respectively. In particular, it can be seen that the in-plane rotational orientation fluctuation of the used AlN template is not turned over and is greatly improved. Moreover, the fragment was cut out from the sample, and the chromium nitride layer was selectively etched in the mixed solution of dicerium ammonium nitrate heated at 80 degreeC, and nitric acid, and separation of the AlN template substrate and GaN layer was confirmed. (Equivalent to the process from FIG. 12 (a) through FIG. 12 (c))

상기와 거의 동등한 XRD 반치폭을 가지는 AlN (0001) 템플레이트 기판을 별도로 준비해, RF 스퍼터링법으로 평균 성막 속도 4.5Å/초의 조건에서 금속 크롬층을 50Å 성막했다. 다음으로, MOCVD 장치 내에서 상기와 동일한 질화 처리를 가한 후, GaN의 성장은 실시하지 않고 냉각을 실시해 실온 근방에서 시료를 꺼냈다. 또한, 냉각중 600℃ 이하가 된 단계에서 암모니아 가스의 공급을 정지했다.
An AlN (0001) template substrate having an XRD half-value width substantially equal to the above was separately prepared, and a 50 nm metal chromium layer was formed by RF sputtering under a condition of an average film forming speed of 4.5 mW / sec. Next, after the same nitriding treatment was applied in the MOCVD apparatus, cooling was performed without growing GaN, and the sample was taken out near the room temperature. Moreover, supply of ammonia gas was stopped at the stage which became 600 degrees C or less during cooling.

해당 시료를 X선 회절 θ-2ω 스캔에 의해서 평가한 결과, 도 16(a)에 나타낸 바와 같이, 크롬 질화물이 AlN (0001) 면에 수직인 [111] 배향이 되고 있는 것을 알 수 있다. 게다가 해당 시료의 표면을 SEM 관찰하면, 도 16(b)와 같이 삼각뿔 형상의 미결정이 형성되어 그 저변의 방향 차이도 매우 적고, AlN의 <11-20> 방향군과 평행방향에 따르는 상태인 것을 알 수 있다. 이러한 상태가 실현되므로, AlN (0001) 템플레이트의 면내 회전 방위 요동이 크롬 질화물층에서 완화되어 GaN층의 면내 회전 방위 요동이 큰 폭으로 개선되어 결정성이 양호한 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판을 얻을 수 있다.
As a result of evaluating the sample by X-ray diffraction θ-2ω scan, it can be seen that the chromium nitride is in a [111] orientation perpendicular to the AlN (0001) plane as shown in Fig. 16A. In addition, SEM observation of the surface of the sample showed that a triangular pyramidal microcrystal was formed as shown in Fig. 16 (b), and there was also a very small difference in the direction of its base, which was in a state parallel to the <11-20> direction group of AlN. Able to know. Since such a state is realized, the in-plane rotational orientation fluctuations of the AlN (0001) template are alleviated in the chromium nitride layer, and the in-plane rotational orientation fluctuations of the GaN layer are greatly improved to obtain a substrate for producing a Group III nitride semiconductor device having good crystallinity. have.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

사파이어 (0001) 기판 상에, RF 스퍼터링법에 의해 평균 성막 속도 0.5Å/초, 스퍼터링 입자 비정 영역에 있어서의 성막 속도 3.3Å/초의 조건에서 금속 크롬층을 120Å 성막했다. 실시예 1과 마찬가지로, MOCVD 로 내에서 기판 온도 1080℃, 10분간 질화 처리를 실시했다. 그 후 기판 온도를 900℃까지 강온하고, GaN 버퍼층을 약 2.5㎛ 성장한 후, 1050℃까지 승온해 GaN층을 약 3㎛ 성장했다. 성장 종료후 실온 근방까지 냉각해, GaN 에피택셜 층을 가지는 반도체 기판을 얻었다.
On the sapphire substrate, 120 상 에 of a metal chromium layer was formed on the sapphire substrate under the conditions of an average film forming speed of 0.5 kPa / sec and a film forming rate of 3.3 kPa / sec in the sputtered particle amorphous region. In the same manner as in Example 1, nitriding was performed for 10 minutes at a substrate temperature of 1080 ° C in a MOCVD furnace. Subsequently, the substrate temperature was lowered to 900 ° C., the GaN buffer layer was grown to about 2.5 μm, and the temperature was raised to 1050 ° C., and the GaN layer was grown to about 3 μm. It cooled to room temperature after completion | finish of growth, and obtained the semiconductor substrate which has a GaN epitaxial layer.

해당 시료의 GaN층의 결정성을 (0002) 회절 및 (10-12) 회절의 X선 록킹 커브(XRD)의 반치폭에 의해서 결정성을 평가한 결과, 각각 764 arcsec, 1005 arcsec로, 실시예 1에 비해 반치폭이 큰폭으로 증가해 버렸다.
The crystallinity of the GaN layer of the sample was evaluated by the full width at half maximum of the X-ray locking curve (XRD) of (0002) diffraction and (10-12) diffraction. As a result, in Example 1, 764 arcsec and 1005 arcsec, respectively, In comparison with this, the half width has increased significantly.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

사파이어 (0001) 기판 상에, RF 스퍼터링법에 의해 평균 성막 속도 4.5Å/초, 스퍼터링 입자 비정 영역에 있어서의 성막 속도 29.7Å/초의 조건에서 금속 크롬층을 25Å및 500Å의 두께로 성막했다. 이 때, 기판 트레이의 회전수는 30 rpm로 했다. 실시예 1과 마찬가지로 MOCVD 로 내에서 기판 온도 1080℃, 10분간 질화 처리를 실시했다. 그 후 기판 온도를 900℃까지 강온하고, GaN 버퍼층을 약 2.5㎛ 성장한 후, 1050℃까지 승온해 GaN층을 약 3㎛ 성장했다. 성장 종료 후 실온 근방까지 냉각해, GaN 에피택셜 층을 가지는 반도체 기판을 얻었다.
On the sapphire (0001) substrate, the metal chromium layer was formed into a film with a thickness of 25 kV and 500 kV by RF sputtering under conditions of an average film forming speed of 4.5 kV / sec and a film forming rate of 29.7 kV / sec in the sputtered grain amorphous region. At this time, the rotation speed of the board | substrate tray was 30 rpm. In the same manner as in Example 1, a nitriding treatment was performed at a substrate temperature of 1080 ° C. for 10 minutes in a MOCVD furnace. Subsequently, the substrate temperature was lowered to 900 ° C., the GaN buffer layer was grown to about 2.5 μm, and the temperature was raised to 1050 ° C., and the GaN layer was grown to about 3 μm. It cooled to room temperature after completion | finish of growth, and obtained the semiconductor substrate which has a GaN epitaxial layer.

금속 크롬층의 두께가 25Å의 시료의 GaN층의 결정성을 (0002) 회절 및 (10-12) 회절의 X선 록킹 커브(XRD)의 반치폭에 의해서 결정성을 평가한 결과, 각각 538 arcsec, 633 arcsec가 되었다. 또 500Å의 두께의 시료에 있어서는, 각각 838 arcsec, 1288 arcsec가 되어, 실시예 1과 비교해 결정성은 악화되었다. 또한, 전자의 시료에 대해서는 500Å의 금속 크롬층 두께의 경우에 비하면 결정성은 좋지만, 80℃로 가열한 질산 2세륨 암모늄과 질산과의 혼합 용액 중에서 크롬 질화물층의 선택 에칭을 하지 못하고, 사파이어 기판과 GaN층의 분리가 불능이었다.
As a result of evaluating the crystallinity of the GaN layer of the sample having the thickness of the metal chromium layer of 25 μs by the half width of the X-ray locking curve (XRD) of the (0002) diffraction and the (10-12) diffraction, the 538 arcsec, 633 arcsec. Moreover, in the sample of 500 micrometers in thickness, it became 838 arcsec and 1288 arcsec, respectively, and the crystallinity worsened compared with Example 1. FIG. In addition, although the crystallinity of the former sample was better than that of the metal chromium layer thickness of 500 kPa, the chromium nitride layer was not selectively etched in the mixed solution of ammonium dicerium nitrate and nitric acid heated to 80 ° C. Separation of the GaN layer was impossible.

이상, 실시형태 및 실시예에 대해서 구체예를 나타내면서 본 발명을 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 발명의 실시형태 및 실시예로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범주를 일탈하지 않는 범위에서 모든 변경이나 변형이 가능하다.
As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, showing specific example about embodiment and an Example, this invention is not limited to embodiment and the Example of the said invention, All the changes in the range which does not deviate from the range of this invention. Or variations are possible.

(산업상의 이용 가능성)(Industrial availability)

본 발명에 의하면, 성장용 하지 기판 상에 성막되는 크롬층의 성막 조건, 및 이 크롬층을 MOCVD 성장로 내에서 질화하기 위한 질화 조건을 적절히 설정함으로써, 형성된 크롬 질화물층면에서의 약 삼각뿔 형상의 질화크롬 미결정이 차지하는 비율을 향상시킬 수 있고, 이것에 의해서 크롬 질화물층 상에 계속해 성장되는 III족 질화물 반도체층이나 III족 질화물 반도체 소자 구조층의 결정층의 결정성이나 균일성을 향상시킬 수 있는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법, 및 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
According to the present invention, the formation of a chromium layer formed on a substrate for growth and a nitriding condition for nitriding the chromium layer in a MOCVD growth furnace are appropriately set, thereby forming a triangular pyramidal shape in the surface of the chromium nitride layer formed. III which can improve the ratio which chromium microcrystals occupy, and can improve the crystallinity and uniformity of the crystal layer of the group III nitride semiconductor layer and group III nitride semiconductor element structure layer which continue to grow on a chromium nitride layer by this. A method for producing a substrate for producing a group nitride semiconductor element, and a method for producing a group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor element can be provided.

10: 성장용 하지 기판
10a: 하지 기판의 표면측의 표면
20: 금속 크롬층
30: 크롬 질화물층
40: III족 질화물 반도체 버퍼층
50: III족 질화물 반도체층
60: III족 질화물 반도체층
70: 전극
80: 전극
90: III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판
90a: III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판
110: 성장용 하지 기판
120: 스퍼터링 타겟
130: 기판 홀더 혹은 기판 트레이
140: 스퍼터링 입자 비정 영역
150a: III족 질화물 반도체 자립 기판
150b: III족 질화물 반도체 자립 기판
160: III족 질화물 반도체 소자
10: not substrate for growth
10a: surface on the surface side of the substrate
20: metal chromium layer
30: chromium nitride layer
40: group III nitride semiconductor buffer layer
50: group III nitride semiconductor layer
60: group III nitride semiconductor layer
70: electrode
80: electrode
90: Substrate for Manufacturing Group III Nitride Semiconductor Device
90a: Substrate for Manufacturing Group III Nitride Semiconductor Devices
110: not substrate for growth
120: sputtering target
130: substrate holder or substrate tray
140: sputtering particle amorphous region
150a: group III nitride semiconductor independence board
150b: group III nitride semiconductor independence board
160: group III nitride semiconductor device

Claims (11)

성장용 하지(下地) 기판 상에 크롬층을 형성하는 성막 공정과,
상기 크롬층을 소정의 조건에서 질화함으로써 크롬 질화물층으로 하는 질화 공정과,
상기 크롬 질화물층 상에, 적어도 1층의 III족 질화물 반도체층을 에피택셜 성장시키는 결정층 성장 공정
을 구비하는 III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법으로서:
상기 크롬층은 스퍼터링법에 의해 스퍼터링 입자 비정(飛程) 영역에서의 성막 속도가 7~65Å/초의 범위이고, 두께가 50~300Å의 범위가 되도록 성막되고,
상기 크롬 질화물층은, 로(爐) 내 압력 6.666 kPa 이상 66.66 kPa 이하, 온도 1000℃ 이상의 MOCVD 성장로 내에서 암모니아 가스를 포함한 가스 분위기 중에서 형성되고, 상기 가스 분위기 중 암모니아 가스 이외의 가스 성분은 질소 가스 및 수소 가스로 이루어진 캐리어 가스로 하고, 상기 캐리어 가스에 차지하는 질소 가스의 함유 비율은 60~100 체적%의 범위인 것을 특징으로 하는, III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
A film forming step of forming a chromium layer on the underlying substrate for growth;
A nitriding step of forming the chromium nitride layer by nitriding the chromium layer under predetermined conditions;
Crystal layer growth step of epitaxially growing at least one group III nitride semiconductor layer on the chromium nitride layer
As a method for producing a substrate for producing a group III nitride semiconductor device comprising:
The said chromium layer is formed into a film by the sputtering method so that the film-forming rate in a sputtered particle amorphous region may be 7-65 kPa / sec, and thickness may be 50-300 kPa,
The chromium nitride layer is formed in a gas atmosphere containing ammonia gas in a MOCVD growth furnace with a pressure in the furnace of 6.666 kPa or more and 66.66 kPa or less and a temperature of 1000 ° C. or higher. A carrier gas comprising a gas and a hydrogen gas, wherein the content ratio of nitrogen gas in the carrier gas is in the range of 60 to 100% by volume.
제1항에 있어서,
상기 크롬 질화물층 표면의 질화크롬 미결정 중, 약(略) 삼각뿔 형상을 가지는 질화크롬 미결정이 차지하는 면적비율이 70% 이상인, III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
The method of claim 1,
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor device manufacturing substrate, wherein an area ratio of the chromium nitride microcrystals on the surface of the chromium nitride layer occupies about 70% or more of the chromium nitride microcrystals having a weak triangular pyramid shape.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 크롬층은 복수의 성장용 하지 기판 상에 각각 평균 성막 속도가 1~10Å/초의 범위가 되도록 간헐적으로 성막되는, III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The chromium layer is formed intermittently on a plurality of growth substrates so as to have an average film forming speed in a range of 1 to 10 Pa / sec, respectively.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 약 삼각뿔 형상의 질화크롬 미결정의 저변의 방위가, 상기 III족 질화물 반도체층의 <11-20> 방향 (a축 방향)군에 평행인, III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
The method according to claim 2 or 3,
A method of manufacturing a substrate for manufacturing a Group III nitride semiconductor device, wherein the orientation of the bottom side of the triangular pyramidal chromium nitride microcrystal is parallel to the <11-20> direction (a-axis direction) group of the Group III nitride semiconductor layer.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성장용 하지 기판은 육방정계 또는 유사 육방정계의 결정 구조를 가지고, 표면이 (0001) 면인, III족 질화물 반도체 소자 제조용 기판의 제조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The substrate for growth has a crystal structure of hexagonal or pseudo hexagonal system, the surface is (0001) surface, the manufacturing method of the group III nitride semiconductor device manufacturing substrate.
성장용 하지 기판 상에 크롬층을 형성하는 성막 공정과,
상기 크롬층을 소정의 조건에서 질화함으로써 크롬 질화물층으로 하는 질화 공정과,
상기 크롬 질화물층 상에 적어도 1층의 III족 질화물 반도체층을 에피택셜 성장시키는 결정층 성장 공정과,
상기 크롬 질화물층을 케미컬 에칭으로 제거함으로써, 상기 성장용 하지 기판과 상기 III족 질화물 반도체를 분리시키는 분리 공정
을 구비하는 III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법으로서:
상기 크롬층은 스퍼터링법에 의해 스퍼터링 입자 비정 영역에서의 성막 속도가 7~65Å/초의 범위에서 두께가 50~300Å의 범위가 되도록 성막되고,
상기 크롬 질화물층은, 로 내 압력 6.666 kPa 이상 66.66 kPa 이하, 온도 1000℃ 이상의 MOCVD 성장로 내에서, 암모니아 가스를 포함한 가스 분위기 중에서 형성되고, 상기 가스 분위기 중의 암모니아 가스 이외의 가스 성분은 질소 가스 및 수소 가스로 이루어진 캐리어 가스로 하고, 상기 캐리어 가스에 차지하는 질소 가스의 함유 비율은 60~100 체적%의 범위인 것을 특징으로 하는, III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
A film forming step of forming a chromium layer on the underlying substrate for growth;
A nitriding step of forming the chromium nitride layer by nitriding the chromium layer under predetermined conditions;
A crystal layer growth step of epitaxially growing at least one Group III nitride semiconductor layer on the chromium nitride layer,
Separation step of separating the growth substrate and the group III nitride semiconductor by removing the chromium nitride layer by chemical etching
As a method for producing a group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor device comprising:
The chromium layer is formed by sputtering so that the film formation rate in the sputtered particle amorphous region is in the range of 50 to 300 kPa in the range of 7 to 65 kPa / sec,
The chromium nitride layer is formed in a gas atmosphere containing ammonia gas in a MOCVD growth furnace having a furnace pressure of 6.666 kPa or more and 66.66 kPa or less and a temperature of 1000 ° C. or more, and the gas components other than ammonia gas in the gas atmosphere are nitrogen gas and A carrier gas made of hydrogen gas, wherein the content ratio of nitrogen gas in the carrier gas is in the range of 60 to 100% by volume, wherein the group III nitride semiconductor self-supporting substrate or the group III nitride semiconductor element is produced.
제6항에 있어서,
상기 크롬 질화물층 표면의 질화크롬 미결정 중, 약 삼각뿔 형상을 가지는 질화크롬 미결정이 차지하는 면적비율이 70% 이상인, III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
The method according to claim 6,
A method for producing a group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor device, wherein an area ratio of the chromium nitride microcrystals on the surface of the chromium nitride layer is 70% or more.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 크롬층은 복수의 성장용 하지 기판 상에, 각각 평균 성막 속도가 1~10Å/초의 범위가 되도록 간헐적으로 성막되는, III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
8. The method according to claim 6 or 7,
The chromium layer is intermittently formed on a plurality of growth substrates so as to have an average film forming speed in a range of 1 to 10 Pa / second, respectively. A method of manufacturing a group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor element.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 약 삼각뿔 형상의 질화크롬 미결정의 저변의 방위가 상기 III족 질화물 반도체층의 <11-20> 방향 (a축 방향)군에 평행인, III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
9. The method according to claim 7 or 8,
Fabrication of a Group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a Group III nitride semiconductor element in which the orientation of the bottom of the triangular pyramidal chromium nitride microcrystal is parallel to the <11-20> direction (a-axis direction) group of the Group III nitride semiconductor layer. Way.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성장용 하지 기판은 육방정계 또는 유사 육방정계의 결정 구조를 가지고, 표면이 (0001) 면인, III족 질화물 반도체 자립 기판 또는 III족 질화물 반도체 소자의 제조 방법.
10. The method according to any one of claims 6 to 9,
The growth substrate has a hexagonal or pseudo hexagonal crystal structure, and the surface is a (0001) surface, the group III nitride semiconductor self-supporting substrate or a group III nitride semiconductor device manufacturing method.
기판과, 상기 기판 상의 크롬 질화물층을 가지는 III족 질화물 성장용 기판으로서:
상기 크롬 질화물층 표면의 질화크롬 미결정 중, 약 삼각뿔 형상을 가지는 질화크롬 미결정이 차지하는 면적비율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는, III족 질화물 성장용 기판.
As a group III nitride growth substrate having a substrate and a chromium nitride layer on the substrate:
A group III nitride growth substrate, characterized in that the area ratio of the chromium nitride microcrystals on the surface of the chromium nitride layer occupies about 70% or more of the chromium nitride microcrystals having a triangular pyramidal shape.
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