KR20190122695A - Ⅲ족 질화물 반도체 기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, Ⅲ족 질화물 반도체 결정으로 구성되고, 표리의 관계에 있는 노출된 제1 및 제2 주면은 모두 반극성면이며, 실온하에 있어서 파장이 325 ㎚이고, 출력이 10 mW 이상 40 mW 이하인 헬륨－카드뮴(He－Cd) 레이저를 조사하여, 면적 1 ㎟ 단위로 맵핑을 행한 PL(photoluminescence) 측정에 있어서의 발광 파장의 표준편차를 발광 파장의 평균값으로 나눔으로써 산출되는 제1 및 제2 주면 각각의 발광 파장의 변동계수는 모두 0.05% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판(자립 기판(30)이 제공된다. 당해 자립 기판(30) 상에 디바이스를 제작하면, 디바이스 사이의 품질의 편차가 억제된다.
Description
본 발명은 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 관한 것이다.
반극성면을 주면으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체층을 포함하는 기판의 개발이 이루어지고 있다. 관련된 기술이 특허문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 Ⅲ족 질화물 반도체로 구성된 층으로서, 주면의 법선이 [11－22]축으로부터 ＋c축방향으로 5도 이상 17도 이하의 범위에서 경사진 층을 갖는 기판이 개시되어 있다.
그의 제조방법으로서는, 주면이 소정의 면방위가 된 하지 기판(사파이어 기판, Ⅲ족 질화물 반도체 기판 등) 위에, MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)법, 분자선 에피택시법, HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법 등으로, Ga극성 성분을 갖는 반극성면을 성장면으로 하여 Ⅲ족 질화물 반도체를 에피택셜 성장시킴으로써, 전술한 바와 같은 층을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 반극성면을 주면으로 한 복수의 소편(小片) 각각으로부터 성장한 결정을 접합하여, 반극성면을 주면으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체층을 포함하는 기판을 제조하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 기술과 같이, Ga극성 성분을 갖는 반극성면을 성장면으로 한 성장에서는, 의도하지 않은 산소원자의 흡수량이 커진다. 이 때문에, 두껍게 성장할수록 결정성이 흐트러진다. 또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술의 경우, 복수의 소편의 경계 상의 접합부에 우묵한 곳이나 결손 등이 발생한다. 이들의 결과, 결정의 광학 특성이 흐트러진다(기판 면 내의 광학 특성이 불균일해진다). 이러한 기판 상에 복수의 디바이스(광학 디바이스 등)를 제작하면, 복수의 디바이스 사이에 품질에 편차가 생길 수 있다. 본 발명은 당해 문제를 해결하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 의하면,
Ⅲ족 질화물 반도체 결정으로 구성되고, 표리의 관계에 있는 노출된 제1 및 제2 주면은 모두 반극성면이며, 실온하에 있어서 파장이 325 ㎚이고, 출력이 10 mW 이상 40 mW 이하인 헬륨－카드뮴(He－Cd) 레이저를 조사하여, 면적 1 ㎟ 단위로 맵핑을 행한 PL(photoluminescence) 측정에 있어서의 상기 제1 및 제2 주면 각각의 발광 파장의 변동계수는 모두 0.05% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판이 제공된다.
본 발명에 의하면, Ⅲ족 질화물 반도체 기판 상에 제작된 복수의 디바이스 사이의 품질의 편차를 억제할 수 있다.
전술한 목적 및 기타 목적, 특징 및 이점은 아래에 기술하는 바람직한 실시형태, 및 그것에 부수되는 아래의 도면에 의해 더욱 명확해진다.
도 1은 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법의 처리 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 2는 본 실시형태의 템플레이트 기판(20)의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 실시형태의 자립 기판(10)의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법으로 얻어지는 구조체의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법으로 얻어지는 구조체의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 실시형태의 자립 기판(10) 및 템플레이트 기판(20)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 14는 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 15는 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 16은 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 17은 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 18은 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 19는 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 1은 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법의 처리 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 2는 본 실시형태의 템플레이트 기판(20)의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 실시형태의 자립 기판(10)의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법으로 얻어지는 구조체의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법으로 얻어지는 구조체의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 일례를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 실시형태의 자립 기판(10) 및 템플레이트 기판(20)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 실시형태의 자립 기판(30)의 특성을 나타내는 도면이다.
도 14는 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 15는 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 16은 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 17은 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 18은 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
도 19는 비교예의 기판의 특성을 나타내는 도면이다.
아래에 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법에 대해서 도면을 사용해서 설명한다. 또한, 도면은 어디까지나 발명의 구성을 설명하기 위한 개략도로, 각 부재의 크기, 형상, 수, 다른 부재의 크기의 비율 등은 도시하는 것에 한정되지 않는다.
먼저, Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법의 개요에 대해서 설명한다. 특징적인 복수의 공정을 포함하는 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법에 의하면, MOCVD법으로 사파이어 기판 상에 N극성 측의 반극성면(밀러 지수(hkml)로 표시되며, l이 0 미만인 반극성면)을 성장면으로 하여 Ⅲ족 질화물 반도체를 성장시킬 수 있다. 결과, 노출면이 N극성 측의 반극성면이 된 Ⅲ족 질화물 반도체층이 사파이어 기판 상에 위치하는 템플레이트 기판이나, 당해 템플레이트 기판으로부터 사파이어 기판을 제거하여 얻어지는 Ⅲ족 질화물 반도체의 자립 기판이 얻어진다.
그리고, 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법에 의하면, 상기 템플레이트 기판이나 자립 기판 상에 HVPE법으로 N극성 측의 반극성면을 성장면으로 하여 Ⅲ족 질화물 반도체를 후막(厚膜) 성장시킬 수 있다. 결과, 노출면이 N극성 측의 반극성면이 된 Ⅲ족 질화물 반도체의 벌크 결정이 얻어진다. 그리고, 벌크 결정을 슬라이스 하거나 함으로써 Ⅲ족 질화물 반도체의 자립 기판이 다수 얻어진다.
다음으로, Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법을 상세하게 설명한다. 도 1에 본 실시형태의 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 제조방법의 처리 흐름의 일례를 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 기판 준비공정(S10), 열처리공정(S20), 프리-플로우공정(S30), 버퍼층 형성공정(S40), 제1 성장공정(S50) 및 제2 성장공정(S60)을 갖는다. 도시하지 않으나, 제2 성장공정(S60) 후에 절제공정을 가져도 된다.
기판 준비공정(S10)에서는 사파이어 기판을 준비한다. 사파이어 기판(10)의 직경은 예를 들면 1인치 이상이다. 또한, 사파이어 기판(10)의 두께는 예를 들면 250 ㎛ 이상이다.
사파이어 기판 주면의 면방위는 그 위에 에피택셜 성장되는 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 컨트롤하는 복수의 요소 중 하나이다. 당해 요소와 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위의 관계는 아래의 실시예에서 나타낸다. 기판 준비공정(S10)에서는 주면이 목적하는 면방위인 사파이어 기판을 준비한다.
사파이어 기판의 주면은 예를 들면 {10－10}면, 또는 {10－10}면을 소정의 방향으로 소정 각도 경사지게 한 면이다.
{10－10}면을 소정의 방향으로 소정 각도 경사지게 한 면은, 예를 들면 {10－10}면을 임의의 방향으로 0°보다 크고 0.5°이하 중 어느 하나의 각도로 경사지게 한 면이어도 된다.
또한, {10－10}면을 소정의 방향으로 소정 각도 경사지게 한 면은 {10－10}면을 a면과 평행이 되는 방향으로 0°보다 크고 10.5°미만 중 어느 하나의 각도로 경사지게 한 면이어도 된다. 또는, {10－10}면을 소정의 방향으로 소정 각도 경사지게 한 면은, {10－10}면을 a면과 평행이 되는 방향으로 0°보다 크고 10.5°이하 중 어느 하나의 각도로 경사지게 한 면이어도 된다. 예를 들면 {10－10}면을 소정의 방향으로 소정 각도 경사지게 한 면은, {10－10}면을 a면과 평행이 되는 방향으로 0.5°이상 1.5°이하, 1.5°이상 2.5°이하, 4.5°이상 5.5°이하, 6.5°이상 7.5°이하, 9.5°이상 10.5°이하 중 어느 하나의 각도로 경사지게 한 면이어도 된다.
열처리공정(S20)은 기판 준비공정(S10) 후에 행하여진다. 열처리공정(S20)에서는 사파이어 기판에 대해 아래의 조건에서 열처리를 행한다.
온도：800℃ 이상 1200℃ 이하
압력：30 torr 이상 760 torr 이하
열처리시간：5분 이상 20분 이하
캐리어 가스：H2, 또는 H2와 N2(H2 비율 0~100%)
캐리어 가스 공급량：3 slm 이상 50 slm 이하(단, 성장장치의 사이즈에 따라 공급량은 변동되기 때문에, 이것에 한정되지 않는다.)
또한, 사파이어 기판에 대한 열처리는 질화처리를 행하면서 행하는 경우와, 질화처리를 행하지 않고 행하는 경우가 있다. 질화처리를 행하면서 열처리를 행하는 경우, 열처리 시에 0.5 slm 이상 20 slm 이하의 NH3가 사파이어 기판 상에 공급된다(단, 성장장치의 사이즈에 따라 공급량은 변동되기 때문에, 이것에 한정되지 않는다.). 또한, 질화처리를 행하지 않고 열처리를 행하는 경우, 열처리 시에 NH3가 공급되지 않는다.
열처리 시의 질화처리 유무는 사파이어 기판의 주면 상에 에피택셜 성장되는 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 컨트롤하는 복수의 요소 중 하나가 되는 경우가 있다. 당해 요소와 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위의 관계는 아래의 실시예에서 나타낸다.
프리-플로우공정(S30)은 열처리공정(S20) 후에 행하여진다. 프리-플로우공정(S30)에서는 사파이어 기판의 주면 상에 아래의 조건에서 금속 함유 가스를 공급한다. 프리-플로우공정(S30)은 예를 들면 MOCVD 장치 내에서 행하여져도 된다.
온도：500℃ 이상 1000℃ 이하
압력：30 torr 이상 200 torr 이하
트리메틸알루미늄 공급량, 공급시간：20 ccm 이상 500 ccm 이하, 1초 이상 60초 이하
캐리어 가스：H2, 또는 H2와 N2(H2 비율 0~100%)
캐리어 가스 공급량：3 slm 이상 50 slm 이하(단 가스의 공급량은 성장장치의 사이즈나 구성에 따라 변동되기 때문에, 이것에 한정되지 않는다.)
상기 조건은 금속 함유 가스로서 유기 금속 원료인 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄을 공급하는 경우의 것이다. 당해 공정에서는 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄 대신에 다른 금속을 함유하는 금속 함유 가스를 공급하고, 알루미늄막 대신에 티탄막, 바나듐막이나 동막 등의 다른 금속막을 사파이어 기판의 주면 상에 형성해도 된다. 또한, 유기 금속 원료로부터 생성되는 메탄, 에틸렌, 에탄 등의 탄화수소 화합물과의 반응막인 탄화알루미늄, 탄화티탄, 탄화바나듐이나 탄화구리 등의 다른 탄화금속막을 사파이어 기판의 주면 상에 형성해도 된다.
프리-플로우공정(S30)에 의해 사파이어 기판의 주면 상에 금속막이나 탄화금속막이 형성된다. 당해 금속막의 존재가 그 위에 성장시키는 결정의 극성을 반전시키기 위한 조건이 된다. 즉, 프리-플로우공정(S30)의 실시는 사파이어 기판의 주면 상에 에피택셜 성장되는 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소 중 하나이다.
버퍼층 형성공정(S40)은 프리-플로우공정(S30) 후에 행하여진다. 버퍼층 형성공정(S40)에서는 사파이어 기판의 주면 상에 버퍼층을 형성한다. 버퍼층의 두께는 예를 들면 20 ㎚ 이상 300 ㎚ 이하이다.
버퍼층은 예를 들면 AlN층이다. 예를 들면 아래의 조건에서 AlN 결정을 에피택셜 성장시켜서 버퍼층을 형성해도 된다.
성장방법：MOCVD법
성장온도：800℃ 이상 950℃ 이하
압력：30 torr 이상 200 torr 이하
트리메틸알루미늄 공급량：20 ccm 이상 500 ccm 이하
NH3 공급량：0.5 slm 이상 10 slm 이하
캐리어 가스：H2, 또는 H2와 N2(H2 비율 0~100%)
캐리어 가스 공급량：3 slm 이상 50 slm 이하(단 가스의 공급량은 성장장치의 사이즈나 구성에 따라 변동되기 때문에, 이것에 한정되지 않는다.)
버퍼층 형성공정(S40)의 성장조건은, 사파이어 기판의 주면 상에 에피택셜 성장되는 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 컨트롤하는 복수의 요소 중 하나가 되는 경우가 있다. 당해 요소와 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위의 관계는 아래의 실시예에서 나타낸다.
또한, 버퍼층 형성공정(S40)에 있어서의 성장조건(비교적 낮은 소정의 성장온도, 구체적으로는 800~950℃ 및 비교적 낮은 압력)은 N극성을 유지하면서 AlN을 성장시키기 위한 조건이 된다. 즉, 버퍼층 형성공정(S40)에 있어서의 성장조건은, 사파이어 기판의 주면 상에 에피택셜 성장되는 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소 중 하나이다.
제1 성장공정(S50)은 버퍼층 형성공정(S40) 후에 행하여진다. 제1 성장공정(S50)에서는 버퍼층 위에 아래의 성장조건에서 Ⅲ족 질화물 반도체 결정(예：GaN 결정)을 에피택셜 성장시켜서, 성장면이 소정의 면방위(N극성 측의 반극성면)가 되어 있는 Ⅲ족 질화물 반도체층(제1 성장층)을 형성한다. 제1 성장층의 두께는 예를 들면 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이다.
성장방법：MOCVD법
성장온도：800℃ 이상 1025℃ 이하
압력：30 torr 이상 200 torr 이하
TMGa 공급량：25 sccm 이상 1000 sccm 이하
NH3 공급량：1 slm 이상 20 slm 이하
캐리어 가스：H2, 또는 H2와 N2(H2 비율 0~100%)
캐리어 가스 공급량：3 slm 이상 50 slm 이하(단 가스의 공급량은 성장장치의 사이즈나 구성에 따라 변동되기 때문에, 이것에 한정되지 않는다.)
성장속도：10 ㎛／h 이상
제1 성장공정(S50)에 있어서의 성장조건(비교적 낮은 성장온도, 비교적 낮은 압력, 비교적 빠른 성장속도)은 N극성을 유지하면서 GaN을 성장시키기 위한 조건이 된다. 즉, 제1 성장공정(S50)에 있어서의 성장조건은, 사파이어 기판의 주면 상에 에피택셜 성장되는 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소 중 하나이다.
이상으로부터, 도 2에 나타내는 바와 같은 사파이어 기판(21), 버퍼층(22) 및 Ⅲ족 질화물 반도체층(제1 성장층(23))이 이 순서로 적층되고, 제1 성장층(23)의 성장면(24)의 면방위가 N극성 측의 반극성면이 되어 있는 템플레이트 기판(20)을 제조할 수 있다. 또한, 제조조건을 상기 조건의 범위에서 조정함으로써, 성장면(24)의 면방위를 목적하는 반극성면으로 할 수 있다.
도 2에 나타내는 바와 같은 사파이어 기판(21), 버퍼층(22) 및 Ⅲ족 질화물 반도체층(제1 성장층(23))이 이 순서로 적층된 적층체를 얻은 후, 사파이어 기판(21) 및 버퍼층(22)을 제거함으로써, 도 3에 나타내는 바와 같은 제1 성장층(23)으로 이루어지는 자립 기판(10)을 제조할 수 있다.
사파이어 기판(21) 및 버퍼층(22)을 제거하는 수단은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 사파이어 기판(21)과 제1 성장층(23) 사이의 선팽창계수 차에 기인하는 응력을 이용하여 이들을 분리해도 된다. 그리고, 버퍼층(22)을 연마나 에칭 등으로 제거해도 된다.
기타 제거예로서, 사파이어 기판(21)과 버퍼층(22) 사이에 박리층을 형성해도 된다. 예를 들면 탄화물(탄화알루미늄, 탄화티탄, 탄화지르코늄, 탄화하프늄, 탄화바나듐 또는 탄화탄탈)이 분산된 탄소층 및 탄화물(탄화알루미늄, 탄화티탄, 탄화지르코늄, 탄화하프늄, 탄화바나듐 또는 탄화탄탈) 층의 적층체를 사파이어 기판(21) 상에 형성한 후에, 질화처리를 행한 층을 박리층으로서 형성해도 된다.
이러한 박리층 위에 버퍼층(22) 및 제1 성장층(23)을 형성한 후, 당해 적층체를 제1 성장층(23)을 형성할 때의 가열온도보다도 높은 온도에서 가열하면, 박리층의 부분을 경계로 하여 사파이어 기판(21) 측 부분과 제1 성장층(23) 측 부분으로 분리할 수 있다. 제1 성장층(23) 측 부분으로부터 버퍼층(22) 등을 연마나 에칭 등으로 제거함으로써, 도 3에 나타내는 바와 같은 제1 성장층(23)으로 이루어지는 자립 기판(10)을 얻을 수 있다.
제2 성장공정(S60)은 제1 성장공정(S50) 후에 행하여진다. 제2 성장공정(S60)에서는, 전술한 템플레이트 기판(20)(도 2 참조)의 제1 성장층(23), 또는 자립 기판(10)(도 3 참조)의 제1 성장층(23)의 주면(N극성 측의 반극성면) 상에, 아래의 성장 조건에서 Ⅲ족 질화물 반도체 결정(예：GaN 결정)을 에피택셜 성장시켜, 성장면이 소정의 면방위(N극성 측의 반극성면)이 되어 있는 Ⅲ족 질화물 반도체층(제2 성장층)을 형성한다. 제2 성장층의 두께는 예를 들면 1.0 ㎜ 이상이다.
성장방법：HVPE법
성장온도：900℃ 이상 1100℃ 이하
성장시간：1시간 이상
V／Ⅲ비：1 이상 20 이하
성장 막두께：1.0 ㎜ 이상
또한, 제2 성장공정(S60)은 연속적으로 행하는 것이 아니라, 복수의 스텝으로 나누어 행해도 된다. 예를 들면 HVPE법으로 소정 막두께까지 성장시킨 후, 일단 냉각하고, 그 후 재차 HVPE법으로 소정 막두께까지 성장시켜도 된다. 제1 스텝에서 Ⅲ족 질화물 반도체층을 형성 후, 일단 냉각하면, 당해 Ⅲ족 질화물 반도체층에 크랙이 발생한다. 이로써 내부응력이 완화된다. 그 후, 크랙을 갖는 Ⅲ족 질화물 반도체층 위에 Ⅲ족 질화물 반도체를 에피택셜 성장시키면, 크랙을 사이에 두고 나뉜 결정끼리는 성장하기 어려워 서로 회합한다. 그리고, 상기 냉각에 의해 내부응력이 완화되어 있기 때문에, 후막화해도 벌크 결정에 깨어짐이 발생하기 어렵다.
또한, 제2 성장공정(S60)은 템플레이트 기판(20)이나 자립 기판(10)을 카본 서셉터 등의 서셉터에 고착시킨 상태 그대로 행하여져도 된다. 이것에 의해, 제2 성장공정(S60)에서의 가열에 의한 템플레이트 기판(20)이나 자립 기판(10)의 변형을 억제할 수 있다. 또한, 고착시키는 방법으로서는, 알루미나계의 접착제를 사용하는 방법 등이 예시되는데, 이것에 한정되지 않는다. 이들의 특징적인 방법에 의해, 최대 직경이 50 ㎜ 이상 4인치 이하로 큰 대구경의 벌크 결정이 실현된다.
이상에 의해, 템플레이트 기판(20)과 제2 성장층(25)을 갖는 적층체(도 4 참조), 또는 자립 기판(10)과 제2 성장층(25)을 갖는 적층체(도 5 참조)가 얻어진다.
제2 성장공정(S60) 후에 행하여지는 절제공정에서는, 제1 성장층(23) 및 제2 성장층(25)을 포함하는 벌크 결정으로부터 슬라이스 등으로 Ⅲ족 질화물 반도체층을 잘라냄으로써, Ⅲ족 질화물 반도체층으로 이루어지는 자립 기판(30)(도 6 참조)을 얻는다. 자립 기판(30)의 두께는 예를 들면 300 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하이다. 슬라이스 등으로 잘라내어지는 Ⅲ족 질화물 반도체층은 제2 성장층(25)만으로 이루어져도 되고, 제1 성장층(23)과 제2 성장층(25)을 포함해도 되며, 제1 성장층(23)만으로 이루어져도 된다.
그러나, 슬라이스 등으로 잘라내어지는 Ⅲ족 질화물 반도체층은 제1 성장층(23)과 제2 성장층(25)을 포함하는 벌크 결정 내의 성장 두께(제1 성장층(23)의 성장 개시 시점을 0으로 하여 셈한 두께) 3 ㎜ 이상의 부분인 것이 바람직하다. 그 이유는 결정 내의 전위 결함 밀도가 대략 1×107 ㎝-2나 그 미만이 되어, 디바이스용 기판으로서 적절한 품질이 되기 때문이다.
다음으로, 상기 제조방법으로 얻어진 자립 기판(Ⅲ족 질화물 반도체 기판)(30)의 구성 및 특징을 설명한다.
자립 기판(30)은 Ⅲ족 질화물 반도체 결정으로 구성되고, 표리의 관계에 있는 노출된 제1 및 제2 주면은 모두 반극성면이다. 제1 주면을 N극성 측의 반극성면으로 하고, 제2 주면을 Ga극성 측의 반극성면(밀러 지수(hkml)로 표시되며, l이 0보다 큰 반극성면)으로 한다. 자립 기판(30)은 N극성 측의 반극성면을 성장면으로 하여 에피택셜 성장시킨 Ⅲ족 질화물 반도체 결정으로 구성된다.
아래의 실시예에서 나타내는데, 상기 특징적인 제조방법으로 제조된 자립 기판(30)은 실온(10℃ 이상 30℃ 이하)에 있어서 파장이 325 ㎚이고, 출력이 10 mW 이상 40 mW 이하인 헬륨－카드뮴(He－Cd) 레이저를 조사하여, 면적 1 ㎟ 단위로 맵핑을 행한 PL 측정에 있어서의 제1 및 제2 주면 각각의 발광 파장의 변동계수가 모두 0.05% 이하라고 하는 특징을 갖는다. 즉, 제1 및 제2 주면 모두 발광 파장의 면내 편차가 매우 작다. 또한, 발광 파장의 변동계수는 발광 파장의 표준편차를 발광 파장의 평균값으로 나눔으로써 산출된다.
또한, 아래의 실시예에서 나타내는데, 상기 특징적인 제조방법으로 제조된 자립 기판(30)은 상기 조건에서 행한 PL 측정에 있어서의 제2 주면(Ga극성 측의 반극성면)의 발광 강도의 변동계수가 15% 이하, 바람직하게는 10% 이하라고 하는 특징을 갖는다. 즉, 제2 주면은 PL 측정에 있어서의 발광 강도의 면내 편차가 작다. 또한, 발광 강도의 변동계수는 발광 강도의 표준편차를 발광 강도의 평균값으로 나눔으로써 산출된다.
또한, 아래의 실시예에서 나타내는데, 상기 특징적인 제조방법으로 제조된 자립 기판(30)은 상기 조건에서 행한 PL 측정에 있어서의 제1 및 제2 주면 각각의 PL 스펙트럼의 반치폭의 변동계수가 모두 3.0% 이하라고 하는 특징을 갖는다. 즉, 제1 및 제2 주면 모두 PL 측정에 있어서의 PL 스펙트럼의 반치폭의 면내 편차가 작다. 또한, PL 스펙트럼의 반치폭의 변동계수는 PL 스펙트럼의 반치폭의 표준편차를 PL 스펙트럼의 반치폭의 평균값으로 나눔으로써 산출된다.
이와 같이, 상기 특징적인 제조방법에 의해, 반극성면을 주면으로 하고, 면내 광학 특성의 편차를 억제한 자립 기판(30)(Ⅲ족 질화물 반도체 기판)이 실현된다. 당해 자립 기판(30) 위에 복수의 디바이스(광학 디바이스 등)를 제작함으로써, 복수의 디바이스 사이의 품질 편차를 억제할 수 있다. 또한, 수율을 향상시킬 수 있다. 특히, 자립 기판(30)의 제2 주면(Ga극성 측의 반극성면) 상에 디바이스(광학 디바이스 등)를 제작함으로써, 보다 바람직한 효과가 실현된다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 특징적인 제조방법으로 제조된 벌크 결정은 최대 직경이 50 ㎜ 이상 4인치 이하로 크다. 이러한 대구경의 벌크 결정으로부터 잘라냄으로써 얻어지는 자립 기판(30)도, 최대 직경이 50 ㎜ 이상 4인치 이하로 대구경이 된다.
《실시예》
＜제1 평가＞
제1 평가에서는, 전술한 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소」 모두를 만족시킴으로써, Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 할 수 있는 것을 확인하였다. 또한, 전술한 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소」 중 하나 이상을 만족시키지 않은 경우, Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위가 Ga극성 측의 면이 되는 것을 확인한다.
먼저, 주면의 면방위가 m면((10－10)면)으로부터 a면과 평행이 되는 방향으로 2°경사진 면인 사파이어 기판을 준비하였다. 사파이어 기판의 두께는 430 ㎛이고, 직경은 2인치였다.
그리고, 준비한 사파이어 기판에 대해 아래의 조건에서 열처리공정(S20)을 실시하였다.
온도：1000~1050℃
압력：100 torr
캐리어 가스：H2, N2
열처리시간：10분 또는 15분
캐리어 가스 공급량：15 slm
또한, 열처리공정(S20) 시에 20 slm의 NH3를 공급하여 질화처리를 행하였다.
그 후, 아래의 조건에서 프리-플로우공정(S30)을 행하였다.
온도：800~930℃
압력：100 torr
트리메틸알루미늄 공급량, 공급시간：90 sccm, 10초
캐리어 가스：H2, N2
캐리어 가스 공급량：15 slm
그 후, 아래의 조건에서 버퍼층 형성공정(S40)을 행하여 AlN층을 형성하였다.
성장방법：MOCVD법
성장온도：800~930℃
압력：100 torr
트리메틸알루미늄 공급량：90 sccm
NH3 공급량：5 slm
캐리어 가스：H2, N2
캐리어 가스 공급량：15 slm
그 후, 아래의 조건에서 제1 성장공정(S50)을 행하여 Ⅲ족 질화물 반도체층을 형성하였다.
성장방법：MOCVD법
압력：100 torr
TMGa 공급량：50~500 sccm(연속 변화)
NH3 공급량：5~10 slm(연속 변화)
캐리어 가스：H2, N2
캐리어 가스 공급량：15 slm
성장속도：10 ㎛／h 이상
또한, 제1 샘플의 성장온도는 900℃±25℃로 제어하고, 제2 샘플의 성장온도는 1050℃±25℃로 제어하였다. 즉, 제1 샘플은 전술한 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소」 모두를 만족시키는 샘플이다. 제2 샘플은 전술한 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소」 중 일부(제1 성장공정(S50)에 있어서의 성장온도)를 만족시키지 않는 샘플이다.
제1 샘플의 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위는 (－1－12－4)면으로부터 －a면방향 5.0°경사, m면과 평행이 되는 방향으로 8.5°이하 경사진 면이었다. 한편, 제2 샘플의 Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위는 (11－24)면으로부터 a면방향 5.0°경사, m면과 평행이 되는 방향으로 8.5°이하 경사진 면이었다. 즉, 전술한 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소」를 만족시키는지 여부에 따라, 성장면의 면방위가 Ga극성으로 되는지 N극성으로 되는지를 조정할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 7에 제1 샘플에 있어서의 (－1－12－4)면, 또는 (11－24)면의 XRD 극점 측정결과를 나타낸다. 회절 피크는 극점의 중심점으로부터 몇도 어긋난 위치인 것을 확인할 수 있다. 각도의 어긋남을 상세하게 측정하면 －a면방향 5.0°, m면과 평행이 되는 방향으로 8.5°, 또는 a면방향 5.0°, m면과 평행이 되는 방향으로 8.5°의 위치인 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명자들은 전술한 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소」 중 기타 일부를 만족시키지 않는 경우, 또한, 전부를 만족시키지 않는 경우에 있어서도 성장면의 면방위가 Ga극성이 되는 것을 확인하고 있다.
＜제2 평가＞
제2 평가에서는, 전술한 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 조정하기 위한 복수의 요소」를 조정함으로써, Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 조정할 수 있는 것을 확인한다.
먼저, 주면의 면방위가 다양한 사파이어 기판을 복수 준비하였다. 사파이어 기판의 두께는 430 ㎛이고, 직경은 2인치였다.
그리고, 준비한 사파이어 기판 각각에 대해 아래의 조건에서 열처리공정(S20)을 행하였다.
온도：1000~1050℃
압력：200 torr
열처리시간：10분
캐리어 가스：H2, N2
캐리어 가스 공급량：15 slm
또한, 열처리 시 질화처리 유무를 상이하게 한 샘플을 제작하였다. 구체적으로는, 열처리 시에 20 slm의 NH3를 공급하고 질화처리를 행하는 샘플과, 열처리 시에 NH3를 공급하지 않고 질화처리를 행하지 않는 샘플 양쪽을 제작하였다.
그 후, 아래의 조건에서 프리-플로우공정(S30)을 행하였다.
온도：880~930℃
압력：100 torr
트리메틸알루미늄 공급량, 공급시간：90 sccm, 10초
캐리어 가스：H2, N2
캐리어 가스 공급량：15 slm
또한, 프리-플로우공정(S30)을 행하는 샘플과 행하지 않는 샘플 양쪽을 제작하였다.
그 후, 사파이어 기판의 주면(노출면) 상에 아래의 조건에서 약 150 ㎚ 두께의 버퍼층(AlN 버퍼층)을 형성하였다.
성장방법：MOCVD법
압력：100 torr
V／Ⅲ비：5184
TMAl 공급량：90 ccm
NH3 공급량：5 slm
캐리어 가스：H2, N2
캐리어 가스 공급량：15 slm
또한, 성장온도는 샘플별로 700℃ 이상 1110℃ 이하의 범위에서 상이하게 하였다.
그 후, 버퍼층 위에 아래의 조건에서 약 15 ㎛ 두께의 Ⅲ족 질화물 반도체층(GaN층)을 형성하였다.
성장방법：MOCVD법
성장온도：900~1100℃
압력：100 torr
V／Ⅲ비：321
TMGa 공급량：50~500 ccm(램프업)
NH3 공급량：5~10 slm(램프업)
캐리어 가스：H2, N2
캐리어 가스 공급량：15 slm
이상과 같이 하여, 사파이어 기판, 버퍼층 및 Ⅲ족 질화물 반도체층이 이 순서로 적층된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판(1)을 제조하였다.
표 1 내지 7에, 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 조정하기 위한 복수의 요소」와, Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위의 관계를 나타낸다.
표 중 「사파이어 주면」란에는, 사파이어 기판 주면의 면방위가 나타내어져 있다. 「승온 시 질화처리」란에는, 열처리공정(S20) 시의 승온 시 질화처리 유무(「있음」 또는 「없음」)가 나타내어져 있다. 「트리메틸알루미늄 프리-플로우공정 유무」란에는, 트리메틸알루미늄 프리-플로우공정 유무(「있음」 또는 「없음」)가 나타내어져 있다. 「AlN 버퍼 성장온도」란에는, 버퍼층 형성공정에 있어서의 성장온도가 나타내어져 있다. 「GaN 성장온도」란에는, GaN층 형성공정에 있어서의 성장온도가 나타내어져 있다. 「Ⅲ족 질화물 반도체층의 성장면」란에는, Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위가 나타내어져 있다.
당해 결과에 의하면, 전술한 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 조정하기 위한 복수의 요소」를 조정함으로써, Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 반극성이며 Ga극성 중에서 조정할 수 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 제1 평가의 결과와 제2 평가의 결과에 기초하면, 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 N극성 측의 면으로 하기 위한 복수의 요소」 모두를 만족시키면서, 「Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 조정하기 위한 복수의 요소」를 조정함으로써, Ⅲ족 질화물 반도체층 성장면의 면방위를 반극성이며 N극성 중에서 조정할 수 있는 것을 알 수 있다.
＜제3 평가＞
제3 평가에서는 PL 측정으로 자립 기판(30)의 광학 특성을 평가한다.
「실시예」
먼저, MOCVD법으로 a면방향으로 2°의 오프각을 갖는 φ4인치 m면 사파이어 기판 상에, 버퍼층을 매개로 GaN층(제1 성장층(23))을 형성하였다. 제1 성장층(23)의 주면(노출면)은 N극성 측의 반극성면이었다. 구체적으로는, 제1 성장층(23)의 주면(노출면)은 (－1－12－4)면으로부터 c면방향으로 약 5°, m면방향으로 약 8°의 오프각을 갖는 면이었다.
그 후, 제1 성장층(23) 위에 HVPE법으로 GaN 결정을 성장시켜 GaN층(제2 성장층(25))을 형성하였다. 그 후, 제1 성장층(23) 및 제2 성장층(25)으로 이루어지는 벌크 결정 내의 성장 두께 3 ㎜ 이상의 부분을 성장방향에 수직으로 슬라이스함으로써 φ54 ㎜ 정도의 결정을 잘라내고, 그 후 정형 연마하였다. 그 결과, φ50 ㎜의 대략 (－1－12－4)면을 주면으로 하는 자립 기판이 얻어졌다.
「비교예」
c면 성장시킨 GaN의 벌크 결정으로부터 대략 (11－24)면을 주면으로 하는 10 ㎜ 스퀘어의 소편을 잘라내었다. 그리고, 당해 소편 9장을 지지대 상에 3행×3열로 올려놓았다. 또한, 모두 대략 (11－24)면이 노출되도록 올려놓았다. 그 후, 당해 소편 상에 HVPE법으로 GaN 결정을 성장시켜 GaN층을 형성하였다.
결과, 30 ㎜×30 ㎜×5 ㎜ 정도의 대략 (11－24)면을 주면으로 하는 GaN 결정이 얻어졌다. 당해 GaN 결정을 성장방향에 수직으로 복수 장으로 슬라이스하고 정형 연마함으로써, 약 25 ㎟ 스퀘어의 대략 (11－24)면을 주면으로 하는 자립 기판이 얻어졌다.
이때, 9장의 소편에 가까운 부분으로부터 잘라낸 자립 기판을 비교예 1로 하고, 최종 성장 표면에 가까운 부분(9장의 소편으로부터 먼 부분)으로부터 잘라낸 기판을 비교예 2로 하였다. 또한, 비교예 1은 자립 기판의 일부에 결함이 발생해 있었다. 또한, 비교예 2는 일부에 깨어짐이 발생해 있었다.
이와 같이, 실시예에서는 N극성 측의 반극성면을 성장면으로 하여 HVPE법으로 후막 성장시키고, 비교예에서는 Ga극성 측의 반극성면을 성장면으로 하여 HVPE법으로 후막 성장시켰다.
「PL 측정」
아래의 측정 조건에서 실시예의 얻어진 자립 기판의 표면 및 이면인 2개의 주면(대략 (－1－12－4)면, 대략 (11－24)면)과, 비교예 1 및 비교예 2의 (11－24)면에 대해 PL 측정을 행하였다.
조사 레이저
：He－Cd 레이저(파장 325 ㎚, 정격출력 35 mW)
맵핑장치
：(주)와이·시스템즈사 제조 YWaferMapper GS4
측정온도
：실온
맵핑 단위(측정 단위)
：1 ㎟ 스퀘어
측정 파장범위
：340~700 ㎚
측정 대상 영역(실시예)
：자립 기판의 대략 중심에 위치하는 φ46 ㎜의 원 내
측정 대상 영역(비교예 1 및 2)
：자립 기판의 대략 중심에 위치하는 □25 ㎜의 영역
또한, 비교예 1 및 비교예 2의 측정결과에 있어서의 통계 처리에 있어서, 샘플 영역 외의 맵핑을 행한 것에 의한 에러값은 제외하고 있다. 따라서, 아래에 기술하는 통계 결과는 에러값의 영향은 포함하고 있지 않고, 모두 비교예 샘플의 측정결과이다.
도 8 내지 10은 실시예의 대략 (－1－12－4)면에 대한 PL 측정의 결과를 나타낸다. 도 11 내지 13은 실시예의 대략 (11－24)면에 대한 PL 측정의 결과를 나타낸다. 도 14 내지 16은 비교예 1의 대략 (11－24)면에 대한 PL 측정의 결과를 나타낸다. 도 17 내지 19는 비교예 2의 대략 (11－24)면에 대한 PL 측정의 결과를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 실시예와 비교예는 측정 대상 영역이 상이하다. 이는 이들 도면의 맵핑 데이터로부터 명백하다.
도 8, 도 11, 도 14 및 도 17에서는, 복수의 측정 단위 각각의 발광 파장을 맵핑한 화상과, 발광 파장의 히스토그램을 나타내고 있다. 도면 중 「Av」는 발광 파장의 평균값이고, 「StdDev」는 발광 파장의 표준편차이다. 이들 결과로부터, 실시예의 대략 (－1－12－4)면 및 대략 (11－24)면은 비교예 1 및 비교예 2에 비해 면내 발광 파장의 편차가 작은 것을 알 수 있다.
도 9, 도 12, 도 15 및 도 18에서는, 복수의 측정 단위 각각의 발광 강도를 맵핑한 화상과, 발광 강도의 히스토그램을 나타내고 있다. 도면 중 「Av」는 발광 강도의 평균값이고, 「StdDev」는 발광 강도의 표준편차이다. 또한, 도 15 및 18의 히스토그램에 있어서의 도면 중 아래쪽의 피크는, 측정 대상 영역 이외의 영역의 색을 카운트한 것이다. 이들 결과로부터, 실시예의 대략 (11－24)면은 비교예 1 및 비교예 2에 비해 면내 발광 강도의 편차가 작은 것을 알 수 있다.
도 10, 도 13, 도 16 및 도 19에서는, 복수의 측정 단위 각각의 PL 스펙트럼(파장별 발광 강도의 스펙트럼)의 반치폭을 맵핑한 화상과, 당해 반치폭의 히스토그램을 나타내고 있다. 도면 중 「Av」는 당해 반치폭의 평균값이고, 「StdDev」는 당해반치폭의 표준편차이다. 이들 결과로부터, 실시예의 대략 (－1－12－4)면 및 대략 (11－24)면은 비교예 1 및 비교예 2에 비해 면내의 상기 반치폭의 편차가 작은 것을 알 수 있다.
여기서, 표 8에 실시예의 대략 (－1－12－4)면, 대략 (11－24)면, 비교예 1 및 비교예 2 각각의 측정결과를 나타낸다. 표에서는 각각의 발광 파장의 평균값, 발광 파장의 변동계수, 발광 강도의 평균값, 발광 강도의 변동계수, 상기 반치폭의 평균값, 및 상기 반치폭의 변동계수를 나타내고 있다.
당해 표로부터, 실시예의 대략 (－1－12－4)면 및 대략 (11－24)면 모두 발광 파장의 변동계수가 모두 0.05% 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1 및 비교예 2 모두 발광 파장의 변동계수는 0.05%보다 크다.
또한, 당해 표로부터, 실시예의 대략 (11－24)면은 발광 강도의 변동계수가 15% 이하, 바람직하게는 10% 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1 및 비교예 2 모두 발광 강도의 변동계수는 15%보다 크다.
또한, 당해 표로부터, 실시예의 대략 (－1－12－4)면 및 대략 (11－24)면 모두 상기 반치폭의 변동계수가 모두 3.0% 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1 및 비교예 2 모두 상기 반치폭의 변동계수는 3.0%보다 크다.
이상으로부터, 실시예의 대략 (－1－12－4)면 및 대략 (11－24)면은 비교예 1 및 비교예 2에 비해 면내의 광학 특성의 편차가 작은 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1 및 비교예 2에 있어서의 측정결과에 스트라이프 형상의 특이한 결과가 보이는데, 이들은 결정 성장 전에 올려놓은 소편끼리의 경계 상부에 상당한다. 즉, 소편 접합 성장의 영향이다. 실시예는 이러한 특이점을 갖지 않는 것도 특징 중 하나이다.
＜제4 평가＞
다음으로, 본 실시형태의 제조방법에 의해, 반극성면을 주면으로 하고, 최대 직경이 50 ㎜ 이상 4인치 이하로 대구경의 자립 기판(30)을 얻을 수 있는 것을 확인한다.
먼저, 직경이 Φ4인치이고, 주면의 면방위가 m면의 사파이어 기판(21) 위에, 버퍼층(22)을 매개로 MOCVD법으로 GaN층(제1 성장층(23))을 형성한 템플레이트 기판(20)을 준비하였다. 제1 성장층(23) 주면의 면방위는 (－1－12－4)면으로부터 c면방향으로 약 5°, m면방향으로 약 8°의 오프각을 갖는 면으로, 직경은 Φ4인치였다.
다음으로, 당해 템플레이트 기판(20)을 카본 서셉터에 고착하였다. 구체적으로는, 알루미나계의 접착제를 사용하여 사파이어 기판(21)의 이면을 카본 서셉터의 주면에 첩합하였다.
다음으로, 카본 서셉터에 템플레이트 기판(20)을 고착시킨 상태에서, 제1 성장층(23)의 주면 상에 HVPE법으로 Ⅲ족 질화물 반도체(GaN)를 성장시켰다. 이것에 의해, 단결정의 Ⅲ족 질화물 반도체로 구성된 GaN층(제2 성장층(25)의 일부)을 형성하였다. 성장 조건은 아래와 같다.
성장온도：1040℃
성장시간：15시간
V／Ⅲ비：10
성장 막두께：4.4 ㎜
다음으로, 카본 서셉터, 템플레이트 기판(20) 및 제2 성장층(25)의 일부를 포함하는 적층체를 HVPE장치로부터 꺼내 실온까지 냉각하였다. 냉각 후의 적층체를 관찰하면, 표면에 크랙이 존재하였다. 또한, 상기 적층체의 바깥쪽 둘레를 따라 다결정의 Ⅲ족 질화물 반도체가 부착되고, 이들이 서로 연결되어 고리 형상이 되어, 그 내부에 상기 적층체를 홀드하고 있었다.
다음으로, 다결정의 Ⅲ족 질화물 반도체를 남긴 상태에서, 크랙이 존재하는 GaN층(제2 성장층(25)의 일부)의 주면 상에 HVPE법으로 Ⅲ족 질화물 반도체(GaN)를 성장시켰다. 이것에 의해, 단결정의 Ⅲ족 질화물 반도체로 구성된 GaN층(제2 성장층(25)의 다른 일부)을 형성하였다. 성장 조건은 아래와 같다.
성장온도：1040℃
성장시간：14시간
V／Ⅲ비：10
성장 막두께：3.0 ㎜(제2 성장층(25)의 전체 막두께는 7.4 ㎜)
제2 성장층(25)의 최대 직경은 대략 Φ4인치였다. 또한, 제2 성장층(25)과, 그의 바깥쪽 둘레를 따른 다결정의 Ⅲ족 질화물 반도체를 포함하는 면의 최대 직경은 대략 130 ㎜였다. 또한, 제2 성장층(25)에 깨어짐은 발생해 있지 않았다.
다음으로, 제2 성장층(25)을 슬라이스하여 복수의 자립 기판(30)을 얻었다. 자립 기판(30)에는 깨어짐이 발생해 있지 않고, 최대 직경은 대략 Φ4인치였다.
아래에 참고형태의 예를 부기한다.
1. Ⅲ족 질화물 반도체 결정으로 구성되고, 표리의 관계에 있는 노출된 제1 및 제2 주면은 모두 반극성면이며, 실온하에 있어서 파장이 325 ㎚이고, 출력이 10 mW 이상 40 mW 이하인 헬륨－카드뮴(He－Cd) 레이저를 조사하여, 면적 1 ㎟ 단위로 맵핑을 행한 PL 측정에 있어서의 상기 제1 및 제2 주면 각각의 발광 파장의 변동계수는 모두 0.05% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판.
2. 1에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
상기 조건에서 행한 PL 측정에 있어서의 상기 제2 주면의 발광 강도의 변동계수는 15% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판.
3. 2에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
상기 제2 주면의 발광 강도의 변동계수는 10% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판.
4. 2에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
상기 제2 주면은 Ga극성 측의 반극성면인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판.
5. 1에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
상기 조건에서 행한 PL 측정에 있어서의 상기 제1 및 제2 주면 각각의 PL 스펙트럼의 반치폭의 변동계수는 모두 3.0% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판.
6. 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
막두께가 300 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판.
이 출원은 2017년 3월 17일에 출원된 일본 특허출원 제2017－052384호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시 전부를 여기에 포함시킨다.
Claims (6)
- Ⅲ족 질화물 반도체 결정으로 구성되고, 표리의 관계에 있는 노출된 제1 및 제2 주면은 모두 반극성면이며, 실온하에 있어서 파장이 325 ㎚이고, 출력이 10 mW 이상 40 mW 이하인 헬륨－카드뮴(He－Cd) 레이저를 조사하여, 면적 1 ㎟ 단위로 맵핑을 행한 PL(photoluminescence) 측정에 있어서의 상기 제1 및 제2 주면 각각의 발광 파장의 변동계수는 모두 0.05% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판.
- 제1항에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
상기 조건에서 행한 PL 측정에 있어서의 상기 제2 주면의 발광 강도의 변동계수는 15% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판. - 제2항에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
상기 제2 주면의 발광 강도의 변동계수는 10% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판. - 제2항에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
상기 제2 주면은 Ga극성 측의 반극성면인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판. - 제1항에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
상기 조건에서 행한 PL 측정에 있어서의 상기 제1 및 제2 주면 각각의 PL 스펙트럼의 반치폭의 변동계수는 모두 3.0% 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 Ⅲ족 질화물 반도체 기판에 있어서,
막두께가 300 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하인 Ⅲ족 질화물 반도체 기판.
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