TWI753134B

TWI753134B - Iii族氮化物半導體基板

Info

Publication number: TWI753134B
Application number: TW107108617A
Authority: TW
Inventors: 後藤裕輝; 石原裕次郎
Original assignee: 日商古河機械金屬股份有限公司
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2022-01-21
Also published as: KR102464462B1; US11662374B2; JP2018154523A; KR20190122695A; JP6831276B2; PL3597797T3; CN110431258A; TW201900951A; US20200132750A1; EP3597797A1; EP3597797B1; EP3597797A4; WO2018168706A1

Abstract

根據本發明，提供一種III族氮化物半導體基板(獨立基板(30))，其包含III族氮化物半導體結晶，所露出之呈正面及背面之關係之第1及第2主面均為半極性面，於室溫下照射波長為325 nm、輸出為10 mW以上且40 mW以下之氦-鎘(He-Cd)雷射且以面積1 mm² 為單位進行映射之PL(photoluminescence)測定中的藉由將發光波長之標準偏差除以發光波長之平均值而算出之第1及第2主面各者之發光波長之變動係數均為0.05%以下。若於該獨立基板(30)上製作元件，則元件間之品質之差異得到抑制。

Description

III族氮化物半導體基板

本發明係關於一種III族氮化物半導體基板。

業界正在開發包含以半極性面作為主面之III族氮化物半導體層之基板。相關技術揭示於專利文獻1中。於專利文獻1中，揭示有一種基板，其具有包含III族氮化物半導體且主面之法線於5度以上且17度以下之範圍內自[11-22]軸向+c軸方向傾斜之層。作為其製造方法，揭示有以下方法：於主面成為特定之面方位之基底基板(藍寶石基板、III族氮化物半導體基板等)上，利用MOCVD(metal organic chemical vapor deposition，金屬有機化學氣相沈積)法、分子束磊晶法、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氫化物氣相磊晶)法等，以具有Ga極性成分之半極性面作為生長面使III族氮化物半導體進行磊晶生長，藉此形成如上所述之層。於專利文獻2中，揭示有將由以半極性面作為主面之複數個小片各者生長而成之結晶接合，而製造包含以半極性面作為主面之III族氮化物半導體層之基板。先前技術文獻專利文獻專利文獻1：日本專利特開2016-12717號公報專利文獻2：日本專利第5332168號

[發明所欲解決之問題] 於如專利文獻1所揭示之技術般以具有Ga極性成分之半極性面作為生長面之生長中，未意欲之氧原子之取入量變大。因此，生長得越厚則結晶性越混亂。又，於專利文獻2所揭示之技術之情形時，複數個小片之邊界上之接合部產生凹陷或缺陷等。作為該等之結果，結晶之光學特性混亂(基板面內之光學特性變得不均一)。若於此種基板上製作複數個元件(device)(光學元件等)，則會於複數個元件間產生品質差異。本發明將解決該問題作為課題。 [解決問題之技術手段] 根據本發明，提供一種III族氮化物半導體基板，其包含III族氮化物半導體結晶，所露出之呈正面及背面之關係之第1及第2主面均為半極性面，於室溫下照射波長為325 nm、輸出為10 mW以上且40 mW以下之氦-鎘(He-Cd)雷射且以面積1 mm² 為單位進行映射之PL(photoluminescence，光致發光)測定中的上述第1及第2主面各者之發光波長之變動係數均為0.05%以下。 [發明之效果] 根據本發明，可抑制於III族氮化物半導體基板上所製作之複數個元件間之品質差異。

以下，使用圖式對本實施形態之III族氮化物半導體基板之製造方法加以說明。再者，圖僅是用以說明發明之構成之概略圖，各構件之大小、形狀、數量、不同構件之大小之比率等並未限定於圖示者。首先，對III族氮化物半導體基板之製造方法之概要加以說明。根據包含特徵性之複數個步驟之本實施形態之III族氮化物半導體基板之製造方法，可利用MOCVD法，以N極性側之半極性面(由密勒指數(hkml)所表示且l未達0之半極性面)作為生長面使III族氮化物半導體於藍寶石基板上生長。結果，獲得露出面成為N極性側之半極性面之III族氮化物半導體層位於藍寶石基板上之模板基板、或自該模板基板去除藍寶石基板而得之III族氮化物半導體之獨立基板。並且，根據本實施形態之III族氮化物半導體基板之製造方法，可利用HVPE法，以N極性側之半極性面作為生長面使III族氮化物半導體於上述模板基板或獨立基板上進行厚膜生長。結果，獲得露出面成為N極性側之半極性面之III族氮化物半導體之塊狀結晶。然後，藉由對塊狀結晶進行切片等，可獲得多個III族氮化物半導體之獨立基板。其次，對III族氮化物半導體基板之製造方法進行詳細說明。於圖1中，表示本實施形態之III族氮化物半導體基板之製造方法之處理流程之一例。如圖示，具有基板準備步驟S10、熱處理步驟S20、預流延步驟S30、緩衝層形成步驟S40、第1生長步驟S50、及第2生長步驟S60。雖未圖示，但於第2生長步驟S60之後亦可具有切出步驟。於基板準備步驟S10中，準備藍寶石基板。藍寶石基板10之直徑例如為1英吋以上。又，藍寶石基板10之厚度例如為250 μm以上。藍寶石基板之主面之面方位為控制磊晶生長於其上之III族氮化物半導體層之生長面之面方位之複數個要素之一。該要素與III族氮化物半導體層之生長面之面方位之關係於以下之實施例中表示。於基板準備步驟S10中，準備主面為所需之面方位之藍寶石基板。藍寶石基板之主面例如為{10-10}面、或將{10-10}面向特定方向傾斜特定角度而成之面。將{10-10}面向特定方向傾斜特定角度而成之面例如可為將{10-10}面以大於0°且0.5°以下中之任一角度向任意方向傾斜而成之面。又，將{10-10}面向特定方向傾斜特定角度而成之面可為將{10-10}面以大於0°且未達10.5°中之任一角度向與a面平行之方向傾斜而成之面。或者，將{10-10}面向特定方向傾斜特定角度而成之面可為將{10-10}面以大於0°且10.5°以下中之任一角度向與a面平行之方向傾斜而成之面。例如，將{10-10}面向特定方向傾斜特定角度而成之面可為將{10-10}面以0.5°以上且1.5°以下、1.5°以上且2.5°以下、4.5°以上且5.5°以下、6.5°以上且7.5°以下、9.5°以上且10.5°以下中之任一角度向與a面平行之方向傾斜而成之面。熱處理步驟S20係於基板準備步驟S10之後進行。於熱處理步驟S10中，於以下之條件下對藍寶石基板進行熱處理。溫度：800℃以上且1200℃以下壓力：30 torr以上且760 torr以下熱處理時間：5分鐘以上且20分鐘以下載氣：H₂ 、或H₂ 與N₂ (H₂ 比率0～100%) 載氣供給量：3 slm以上且50 slm以下(其中，由於供給量根據生長裝置之尺寸變動，故未限定於此) 再者，對藍寶石基板之熱處理存在一面進行氮化處理一面進行之情形、及不進行氮化處理而進行之情形。於一面進行氮化處理一面進行熱處理之情形時，於熱處理時向藍寶石基板上供給0.5 slm以上且20 slm以下之NH₃ (其中，由於供給量根據生長裝置之尺寸變動，故未限定於此)。又，於不進行氮化處理而進行熱處理之情形時，於熱處理時不供給NH₃ 。存在熱處理時之氮化處理之有無成為控制磊晶生長於藍寶石基板之主面上之III族氮化物半導體層之生長面之面方位之複數個要素之一之情形。該要素與III族氮化物半導體層之生長面之面方位之關係於以下之實施例中表示。預流延步驟S30係於熱處理步驟S20之後進行。於預流延步驟S30中，於以下之條件下向藍寶石基板之主面上供給含金屬氣體。預流延步驟S30例如可於MOCVD裝置內進行。溫度：500℃以上且1000℃以下壓力：30 torr以上且200 torr以下三甲基鋁供給量、供給時間：20 ccm以上且500 ccm以下、1秒鐘以上且60秒鐘以下載氣：H₂ 、或H₂ 與N₂ (H₂ 比率0～100%) 載氣供給量：3 slm以上且50 slm以下(其中，由於氣體之供給量根據生長裝置之尺寸或構成變動，故未限定於此) 上述條件為供給作為有機金屬原料之三甲基鋁、三乙基鋁作為含金屬氣體之情形者。於該步驟中，亦可供給含有其他金屬之含金屬氣體代替三甲基鋁三乙基鋁，而於藍寶石基板之主面上形成鈦膜、釩膜或銅膜等其他金屬膜代替鋁膜。又，亦可於藍寶石基板之主面上形成由有機金屬原料所生成之與甲烷、乙烯、乙烷等烴化合物之反應膜即碳化鋁、碳化鈦、碳化釩或碳化銅等其他碳化金屬膜。藉由預流延步驟S30，於藍寶石基板之主面上形成金屬膜或碳化金屬膜。該金屬膜之存在成為用以使生長於其上之結晶之極性反轉之條件。即，預流延步驟S30之實施為用以將磊晶生長於藍寶石基板之主面上之III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素之一。緩衝層形成步驟S40係於預流延步驟S30之後進行。於緩衝層形成步驟S40中，於藍寶石基板之主面上形成緩衝層。緩衝層之厚度例如為20 nm以上且300 nm以下。緩衝層例如為AlN層。例如，可於以下之條件下使AlN結晶進行磊晶生長，而形成緩衝層。生長方法：MOCVD法生長溫度：800℃以上且950℃以下壓力：30 torr以上且200 torr以下三甲基鋁供給量：20 ccm以上且500 ccm以下 NH₃ 供給量：0.5 slm以上且10 slm以下載氣：H₂ 、或H₂ 與N₂ (H₂ 比率0～100%) 載氣供給量：3 slm以上且50 slm以下(其中，由於氣體之供給量根據生長裝置之尺寸或構成變動，故未限定於此) 存在緩衝層形成步驟S40之生長條件成為控制磊晶生長於藍寶石基板之主面上之III族氮化物半導體層之生長面之面方位之複數個要素之一之情形。該要素與III族氮化物半導體層之生長面之面方位之關係於以下之實施例中表示。又，緩衝層形成步驟S40中之生長條件(相對較低之特定之生長溫度，具體而言為800～950℃，以及相對較低之壓力)成為用以一面維持N極性一面使AlN生長之條件。即，緩衝層形成步驟S40中之生長條件為用以將磊晶生長於藍寶石基板之主面上之III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素之一。第1生長步驟S50係於緩衝層形成步驟S40之後進行。於第1生長步驟S50中，於以下之生長條件下使III族氮化物半導體結晶(例：GaN結晶)磊晶生長於緩衝層上，而形成生長面成為特定之面方位(N極性側之半極性面)之III族氮化物半導體層(第1生長層)。第1生長層之厚度例如為1 μm以上且20 μm以下。生長方法：MOCVD法生長溫度：800℃以上且1025℃以下壓力：30 torr以上且200 torr以下 TMGa供給量：25 sccm以上且1000 sccm以下 NH₃ 供給量：1 slm以上且20 slm以下載氣：H₂ 、或H₂ 與N₂ (H₂ 比率0～100%) 載氣供給量：3 slm以上且50 slm以下(其中，由於氣體之供給量根據生長裝置之尺寸或構成變動，故未限定於此。) 生長速度：10 μm/h以上第1生長步驟S50中之生長條件(相對較低之生長溫度、相對較低之壓力、相對較快之生長速度)為用以一面維持N極性一面使GaN生長之條件。即，第1生長步驟S50中之生長條件為用以將磊晶生長於藍寶石基板之主面上之III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素之一。根據以上，可製造如圖2所示之模板基板20，該模板基板20係依序積層藍寶石基板21、緩衝層22、及III族氮化物半導體層(第1生長層23)且第1生長層23之生長面24之面方位成為N極性側之半極性面者。又，藉由於上述條件之範圍內調整製造條件，可將生長面24之面方位設為所需之半極性面。又，於獲得如圖2所示之依序積層藍寶石基板21、緩衝層22、及III族氮化物半導體層(第1生長層)23而成之積層體之後，藉由去除藍寶石基板21及緩衝層22，可製造如圖3所示之包含第1生長層23之獨立基板10。去除藍寶石基板21及緩衝層22之方法並無特別限制。例如，可利用由藍寶石基板21與第1生長層23之間之線膨脹係數差所引起之應力而分離該等。然後，可藉由研磨或蝕刻等去除緩衝層22。作為其他去除例，可於藍寶石基板21與緩衝層22之間形成剝離層。例如，可形成如下層作為剝離層：於藍寶石基板21上形成分散有碳化物(碳化鋁、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉿、碳化釩或碳化鉭)之碳層、及碳化物(碳化鋁、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉿、碳化釩或碳化鉭)之層之積層體之後進行氮化處理而成之層。於此種剝離層上形成緩衝層22及第1生長層23之後，若將該積層體於高於形成第1生長層23時之加熱溫度之溫度下加熱，則可以剝離層之部分為邊界，將藍寶石基板21側之部分與第1生長層23側之部分分離。利用研磨或蝕刻等自第1生長層23側之部分去除緩衝層22等，藉此可獲得如圖3所示之包含第1生長層23之獨立基板10。第2生長步驟S60係於第1生長步驟S50之後進行。於第2生長步驟S60中，於以下之生長條件下使III族氮化物半導體結晶(例：GaN結晶)磊晶生長於上述模板基板20(參照圖2)之第1生長層23、或獨立基板10(參照圖3)之第1生長層23之主面(N極性側之半極性面)上，而形成生長面成為特定之面方位(N極性側之半極性面)之III族氮化物半導體層(第2生長層)。第2生長層之厚度例如為1.0 mm以上。生長方法：HVPE法生長溫度：900℃以上且1100℃以下生長時間：1小時以上 V/III比：1以上且20以下生長膜厚：1.0 mm以上再者，第2生長步驟S60可不連續進行而分成複數個步驟進行。例如，可於藉由HVPE法使其生長至特定膜厚之後，暫時冷卻，其後再次藉由HVPE法使其生長至特定膜厚。若於第1步驟中形成III族氮化物半導體層之後暫時冷卻，則該III族氮化物半導體層產生龜裂。藉此，內部應力得到緩和。其後，若於具有龜裂之III族氮化物半導體層上使III族氮化物半導體進行磊晶生長，則隔著龜裂而分開之結晶彼此隨著生長而相互締合。而且，藉由上述冷卻內部應力得到緩和，故即便厚膜化，亦難以於塊狀結晶產生破裂。又，第2生長步驟S60可於使模板基板20或獨立基板10固定於碳基座等基座之狀態下進行。藉此，可抑制由第2生長步驟S60中之加熱所導致之模板基板20或獨立基板10之變形。再者，作為固定之方法，可例示使用氧化鋁系接著劑之方法等，但並未限定於此。藉由該等特徵性之方法，可實現最大徑較大為50 mm以上且4英吋以下之大口徑之塊狀結晶。根據以上，獲得具有模板基板20及第2生長層25之積層體(參照圖4)、或具有獨立基板10及第2生長層25之積層體(參照圖5)。於第2生長步驟S60之後所進行之切出步驟中，藉由進行切片等自包含第1生長層23及第2生長層25之塊狀結晶切取III族氮化物半導體層，藉此獲得包含III族氮化物半導體層之獨立基板30(參照圖6)。獨立基板30之厚度例如為300 μm以上且1000 μm以下。藉由進行切片等所切取之III族氮化物半導體層可僅包含第2生長層25，亦可包含第1生長層23及第2生長層25，還可僅包含第1生長層23。然而，藉由進行切片等所切取之III族氮化物半導體層較佳為包含第1生長層23及第2生長層25之塊狀結晶內之生長厚度(將第1生長層23之生長開始時刻設為0而計數之厚度)為3 mm以上之部分。其理由在於，結晶內之位錯缺陷密度大概為1×10⁷ cm^-2 或未達1×10⁷ cm^-2 ，成為適合作為元件用基板之品質。其次，對藉由上述製造方法而得之獨立基板(III族氮化物半導體基板)30之構成及特徵進行說明。獨立基板30包含III族氮化物半導體結晶，所露出之呈正面及背面之關係之第1及第2主面均為半極性面。將第1主面作為N極性側之半極性面，將第2主面作為Ga極性側之半極性面(由密勒指數(hkml)所表示且l大於0之半極性面)。獨立基板30包含以N極性側之半極性面作為生長面進行磊晶生長而成之III族氮化物半導體結晶。於以下之實施例中表示，藉由上述特徵性之製造方法而製造之獨立基板30具有以下特徵：於室溫(10℃以上且30℃以下)下照射波長為325 nm、輸出為10 mW以上且40 mW以下之氦-鎘(He-Cd)雷射且以面積1 mm² 為單位進行映射之PL測定中之第1及第2主面各者之發光波長之變動係數均為0.05%以下。即，第1及第2主面之發光波長之面內差異均極小。再者，發光波長之變動係數係藉由將發光波長之標準偏差除以發光波長之平均值而算出。又，於以下之實施例中表示，藉由上述特徵性之製造方法而製造之獨立基板30具有以下特徵：於上述條件下進行之PL測定中之第2主面(Ga極性側之半極性面)之發光強度之變動係數為15%以下，較佳為10%以下。即，第2主面於PL測定中之發光強度之面內差異較小。再者，發光強度之變動係數係藉由將發光強度之標準偏差除以發光強度之平均值而算出。又，於以下之實施例中表示，藉由上述特徵性之製造方法而製造之獨立基板30具有以下特徵：於上述條件下進行之PL測定中之第1及第2主面各者之PL光譜之半峰全幅值之變動係數均為3.0%以下。即，第1及第2主面於PL測定中之PL光譜之半峰全幅值之面內差異均較小。再者，PL光譜之半峰全幅值之變動係數係藉由將PL光譜之半峰全幅值之標準偏差除以PL光譜之半峰全幅值之平均值而算出。如此，藉由上述特徵性之製造方法，可實現以半極性面作為主面且面內之光學特性之差異得到抑制之獨立基板30(III族氮化物半導體基板)。藉由於該獨立基板30上製作複數個元件(光學元件等)，可抑制複數個元件間之品質差異。又，可提高良率。尤其是，藉由於獨立基板30之第2主面(Ga極性側之半極性面)上製作元件(光學元件等)，可實現更佳之效果。又，如上所述，藉由上述特徵性之製造方法而製造之塊狀結晶之最大徑較大為50 mm以上且4英吋以下。藉由自此種大口徑之塊狀結晶切出而得之獨立基板30亦為最大徑為50 mm以上且4英吋以下之大口徑。＜＜實施例＞＞＜第1評價＞於第1評價中，確認：藉由滿足上述「用以將III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素」之全部，可將III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面。又，確認：於不滿足上述「用以將III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素」中之至少1個之情形時，III族氮化物半導體層之生長面之面方位成為Ga極性側之面。首先，準備主面之面方位為自m面((10-10)面)向與a面平行之方向傾斜2°之面之藍寶石基板。藍寶石基板之厚度為430 μm，直徑為2英吋。然後，於以下之條件下對所準備之藍寶石基板實施熱處理步驟S20。溫度：1000～1050℃ 壓力：100 torr 載氣：H₂ 、N₂ 熱處理時間：10分鐘或15分鐘載氣供給量：15 slm 再者，於熱處理步驟S20時，供給20 slm之NH₃ ，進行氮化處理。其後，於以下之條件下進行預流延步驟S30。溫度：800～930℃ 壓力：100 torr 三甲基鋁供給量、供給時間：90 sccm、10秒鐘載氣：H₂ 、N₂ 載氣供給量：15 slm 其後，於以下之條件下進行緩衝層形成步驟S40，形成AlN層。生長方法：MOCVD法生長溫度：800～930℃ 壓力：100 torr 三甲基鋁供給量：90 sccm NH₃ 供給量：5 slm 載氣：H₂ 、N₂ 載氣供給量：15 slm 其後，於以下之條件下進行第1生長步驟S50，形成III族氮化物半導體層。生長方法：MOCVD法壓力：100 torr TMGa供給量：50～500 sccm(連續變化) NH₃ 供給量：5～10 slm(連續變化) 載氣：H₂ 、N₂ 載氣供給量：15 slm 生長速度：10 μm/h以上再者，第1樣品之生長溫度控制於900℃±25℃，第2樣品之生長溫度控制於1050℃±25℃。即，第1樣品為滿足上述「用以將III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素」之全部之樣品。第2樣品為不滿足上述「用以將III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素」中之一部分(第1生長步驟S50中之生長溫度)之樣品。第1樣品之III族氮化物半導體層之生長面之面方位為自(-1-12-4)面向-a面方向傾斜5.0°且向與m面平行之方向傾斜8.5°以下之面。另一方面，第2樣品之III族氮化物半導體層之生長面之面方位為自(11-24)面向a面方向傾斜5.0°且向與m面平行之方向傾斜8.5°以下之面。即，可知：根據是否滿足上述「用以將III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素」，可調整生長面之面方位為Ga極性或N極性。圖7中表示第1樣品中之(-1-12-4)面、或(11-24)面之XRD(X-ray diffraction，X射線繞射)極點測定結果。繞射峰可確認為自極點之中心點偏移數度之位置。對角度之偏移進行詳細測定，結果可確認為向-a面方向偏移5.0°且向與m面平行之方向偏移8.5°、或向a面方向偏移5.0°且向與m面平行之方向偏移8.5°之位置。再者，本發明者確認：於不滿足上述「用以將III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素」中之另一部分之情形時，又，於不滿足全部之情形時，生長面之面方位亦成為Ga極性。＜第2評價＞於第2評價中，確認：藉由調整上述「用以調整III族氮化物半導體層之生長面之面方位之複數個要素」，可調整III族氮化物半導體層之生長面之面方位。首先，準備複數個主面之面方位不同之藍寶石基板。藍寶石基板之厚度為430 μm，直徑為2英吋。然後，於以下之條件下對所準備之各藍寶石基板進行熱處理步驟S20。溫度：1000～1050℃ 壓力：200 torr 熱處理時間：10分鐘載氣：H₂ 、N₂ 載氣供給量：15 slm 再者，製作使熱處理時之氮化處理之有無不同之樣品。具體而言，製作於熱處理時供給20 slm之NH₃ 而進行氮化處理之樣品、及於熱處理時不供給NH₃ 而不進行氮化處理之樣品之兩者。其後，於以下之條件下進行預流延步驟S30。溫度：880～930℃ 壓力：100 torr 三甲基鋁供給量、供給時間：90 sccm、10秒鐘載氣：H₂ 、N₂ 載氣供給量：15 slm 再者，製作進行預流延步驟S30之樣品、及不進行預流延步驟S30之樣品之兩者。其後，於以下之條件下，於藍寶石基板之主面(露出面)上形成厚度約150 nm之緩衝層(AlN緩衝層)。生長方法：MOCVD法壓力：100 torr V/III比：5184 TMAl供給量：90 ccm NH₃ 供給量：5 slm 載氣：H₂ 、N₂ 載氣供給量：15 slm 再者，生長溫度針對各樣品於700℃以上且1110℃以下之範圍內各不相同。其後，於以下之條件下，於緩衝層上形成厚度約15 μm之III族氮化物半導體層(GaN層)。生長方法：MOCVD法生長溫度：900～1100℃ 壓力：100 torr V/III比：321 TMGa供給量：50～500 ccm(斜線上升(ramp up)) NH₃ 供給量：5～10 slm(斜線上升) 載氣：H₂ 、N₂ 載氣供給量：15 slm 以如上方式製造依序積層藍寶石基板、緩衝層、及III族氮化物半導體層而成之III族氮化物半導體基板1。表1至7中表示「用以調整III族氮化物半導體層之生長面之面方位之複數個要素」與III族氮化物半導體層之生長面之面方位之關係。 [表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

於表中之「藍寶石主面」之欄表示有藍寶石基板之主面之面方位。於「升溫時之氮化處理」之欄表示有熱處理步驟S20時之升溫時之氮化處理之有無(「有」或「無」)。於「三甲基鋁預流延步驟之有無」之欄表示有三甲基鋁預流延步驟之有無(「有」或「無」)。於「AlN緩衝生長溫度」之欄表示有緩衝層形成步驟中之生長溫度。於「GaN生長溫度」之欄表示有GaN層形成步驟中之生長溫度。於「III族氮化物半導體層之生長面」之欄表示有III族氮化物半導體層之生長面之面方位。根據該結果可知，藉由調整上述「用以調整III族氮化物半導體層之生長面之面方位之複數個要素」，可將III族氮化物半導體層之生長面之面方位於半極性且Ga極性之中進行調整。而且，基於第1評價之結果與第2評價之結果可知，藉由於滿足「用以將III族氮化物半導體層之生長面之面方位設為N極性側之面之複數個要素」之全部之基礎上調整「用以調整III族氮化物半導體層之生長面之面方位之複數個要素」，可將III族氮化物半導體層之生長面之面方位於半極性且N極性之中進行調整。＜第3評價＞於第3評價中，藉由PL測定對獨立基板30之光學特性進行評價。「實施例」首先，藉由MOCVD法，於具有向a面方向偏離2°之偏離角之

4英吋m面藍寶石基板上介隔緩衝層形成GaN層(第1生長層23)。第1生長層23之主面(露出面)為N極性側之半極性面。具體而言，第1生長層23之主面(露出面)為具有自(-1-12-4)面向c面方向偏離約5°且向m面方向偏離約8°之偏離角之面。其後，於第1生長層23上藉由HVPE法使GaN結晶生長，形成GaN層(第2生長層25)。其後，與生長方向垂直地對包含第1生長層23及第2生長層25之塊狀結晶內之生長厚度為3 mm以上之部分進行切片，藉此切出

54 mm左右之結晶，其後進行整形研磨。其結果，獲得

50 mm之以大致(-1-12-4)面作為主面之獨立基板。「比較例」自c面生長之GaN之塊狀結晶切出以大致(11-24)面作為主面之10 mm見方之小片。然後，將9片該小片按3列×3行載置於支持台上。再者，均以大致(11-24)面露出之方式載置。其後，於該小片上藉由HVPE法使GaN結晶生長，形成GaN層。結果，獲得30 mm×30 mm×5 mm左右之以大致(11-24)面作為主面之GaN結晶。與生長方向垂直地將該GaN結晶切成複數片，並進行整形研磨，藉此獲得約25 mm² 見方之以大致(11-24)面作為主面之獨立基板。此時，將自靠近9片小片之部分切出之獨立基板作為比較例1，將自靠近最終生長表面之部分(遠離9片小片之部分)切出之基板作為比較例2。再者，比較例1於獨立基板之一部分產生缺損。又，比較例2於一部分產生破裂。如此，於實施例中，以N極性側之半極性面作為生長面藉由HVPE法進行厚膜生長，於比較例中，以Ga極性側之半極性面作為生長面藉由HVPE法進行厚膜生長。「PL測定」於以下之測定條件下，對實施例中所得之獨立基板之表面及背面即2個主面(大致(-1-12-4)面、大致(11-24)面)、比較例1及比較例2之(11-24)面進行PL測定。照射雷射：He-Cd雷射(波長325 nm、額定輸出35 mW) 映射裝置：YSystems(股)公司製 YWaferMapper GS4 測定溫度：室溫映射單位(測定單位)：1 mm² 見方測定波長範圍：340～700 nm 測定對象區域(實施例)：位於獨立基板之大致中心之

46 mm之圓內測定對象區域(比較例1及2)：位於獨立基板之大致中心之□25 mm之區域再者，於比較例1及比較例2之測定結果之統計處理中，因進行樣品區域外之映射所導致之錯誤值除外。因此，以下所記載之統計結果不包含錯誤值之影響，全部為比較例樣品之測定結果。圖8至10表示針對實施例之大致(-1-12-4)面之PL測定之結果。圖11至13表示針對實施例之大致(11-24)面之PL測定之結果。圖14至16表示針對比較例1之大致(11-24)面之PL測定之結果。圖17至19表示針對比較例2之大致(11-24)面之PL測定之結果。如上所述，實施例與比較例之測定對象區域不同。此情況自該等圖之映射資料亦可明確。於圖8、圖11、圖14及圖17中表示有映射複數個測定單位各者之發光波長而成之圖像、及發光波長之柱狀圖。圖中，「Av」為發光波長之平均值，「StdDev」為發光波長之標準偏差。自該等結果可知，實施例之大致(-1-12-4)面及大致(11-24)面與比較例1及比較例2相比，面內之發光波長之差異較小。於圖9、圖12、圖15及圖18中表示有映射複數個測定單位各者之發光強度而成之圖像、及發光強度之柱狀圖。圖中，「Av」為發光強度之平均值，「StdDev」為發光強度之標準偏差。再者，圖15及18之柱狀圖中之圖中下側之峰係計數除測定對象區域以外之區域之色者。自該等結果可知，實施例之大致(11-24)面與比較例1及比較例2相比，面內之發光強度之差異較小。於圖10、圖13、圖16及圖19中表示有映射複數個測定單位各者之PL光譜(各波長之發光強度之光譜)之半峰全幅值而成之圖像、及該半峰全幅值之柱狀圖。圖中，「Av」為該半峰全幅值之平均值，「StdDev」為該半峰全幅值之標準偏差。自該等結果可知，實施例之大致(-1-12-4)面及大致(11-24)面與比較例1及比較例2相比，面內之上述半峰全幅值之差異較小。此處，於表8中表示實施例之大致(-1-12-4)面、大致(11-24)面、比較例1及比較例2各者之測定結果。表中表示各者之發光波長之平均值、發光波長之變動係數、發光強度之平均值、發光強度之變動係數、上述半峰全幅值之平均值、及上述半峰全幅值之變動係數。 [表8]

自該表可知，實施例之大致(-1-12-4)面及大致(11-24)面之發光波長之變動係數均為0.05%以下。再者，比較例1及比較例2之發光波長之變動係數均大於0.05%。又，自該表可知，實施例之大致(11-24)面之發光強度之變動係數為15%以下，較佳為10%以下。再者，比較例1及比較例2之發光強度之變動係數均大於15%。又，自該表可知，實施例之大致(-1-12-4)面及大致(11-24)面之上述半峰全幅值之變動係數均為3.0%以下。再者，比較例1及比較例2之上述半峰全幅值之變動係數均大於3.0%。自以上可確認，實施例之大致(-1-12-4)面及大致(11-24)面與比較例1及比較例2相比，面內之光學特性之差異較小。比較例1及比較例2之測定結果中可見條紋狀之特異之結果，該等相當於結晶生長前所載置之小片彼此之邊界之上部。即，為小片接合生長之影響。實施例不具有此種特異點亦為特徵之一。＜第4評價＞其次，確認藉由本實施形態之製造方法，可獲得以半極性面作為主面且最大徑為50 mm以上且4英吋以下之大口徑之獨立基板30。首先，準備模板20，該模板20係藉由MOCVD法，於直徑為f4英吋且主面之面方位為m面之藍寶石基板21上介隔緩衝層22形成GaN層(第1生長層23)者。第1生長層23之主面之面方位為具有自(-1-12-4)面向c面方向偏離約5°且向m面方向偏離約8°之偏離角之面，直徑為f4英吋。其次，將該模板基板20固定於碳基座。具體而言，使用氧化鋁系接著劑，將藍寶石基板21之背面貼合於碳基座之主面。其次，於使模板基板20固定於碳基座之狀態下，藉由HVPE法使III族氮化物半導體(GaN)於第1生長層23之主面上生長。藉此，形成包含單晶之III族氮化物半導體之GaN層(第2生長層25之一部分)。生長條件如下。生長溫度：1040℃ 生長時間：15小時 V/III比：10 生長膜厚：4.4 mm 其次，將包含碳基座、模板基板20及第2生長層25之一部分之積層體自HVPE裝置取出，冷卻至室溫。觀察冷卻後之積層體，發現表面存在龜裂。又，沿著上述積層體之外周附著有多晶之III族氮化物半導體，該等相互連接成環狀，於其內部保持著上述積層體。其次，於殘留有多晶之III族氮化物半導體之狀態下，藉由HVPE法使III族氮化物半導體(GaN)於存在龜裂之GaN層(第2生長層25之一部分)之主面上生長。藉此，形成包含單晶之III族氮化物半導體之GaN層(第2生長層25之另一部分)。生長條件如下。生長溫度：1040℃ 生長時間：14小時 V/III比：10 生長膜厚：3.0 mm(第2生長層25之流延膜厚為7.4 mm) 第2生長層25之最大徑大致為f4英吋。又，包含第2生長層25、及沿著其外周之多晶之III族氮化物半導體之面之最大徑大致為130 mm。又，第2生長層25未產生破裂。其次，對第2生長層25進行切片，獲得複數個獨立基板30。獨立基板30未產生破裂，最大徑大致為f4英吋。以下，附記參考形態之例。 1.一種III族氮化物半導體基板，其包含III族氮化物半導體結晶，所露出之呈正面及背面之關係之第1及第2主面均為半極性面，於室溫下照射波長為325 nm、輸出為10 mW以上且40 mW以下之氦-鎘(He-Cd)雷射且以面積1 mm² 為單位進行映射之PL測定中之上述第1及第2主面各者之發光波長之變動係數均為0.05%以下。 2.如1之III族氮化物半導體基板，其中於上述條件下進行之PL測定中之上述第2主面之發光強度之變動係數為15%以下。 3.如2之III族氮化物半導體基板，其中上述第2主面之發光強度之變動係數為10%以下。 4.如2之III族氮化物半導體基板，其中上述第2主面為Ga極性側之半極性面。 5.如1之III族氮化物半導體基板，其中於上述條件下進行之PL測定中之上述第1及第2主面各者之PL光譜之半峰全幅值之變動係數均為3.0%以下。 6.如1至5中任一項之III族氮化物半導體基板，其膜厚為300 μm以上且1000 μm以下。該申請案以於2017年3月17日申請之日本申請案特願2017-052384號為基礎而主張優先權，此處併入其揭示之全部內容。

10‧‧‧獨立基板20‧‧‧模板基板21‧‧‧藍寶石基板22‧‧‧緩衝層23‧‧‧第1生長層24‧‧‧第1生長層之生長面25‧‧‧第2生長層30‧‧‧獨立基板

上述目的、及其他目的、特徵及優點藉由以下所說明之較佳之實施形態、及其隨附之以下圖式變得更加明確。圖1係表示本實施形態之III族氮化物半導體基板之製造方法之處理流程之一例之流程圖。圖2係模式性地表示本實施形態之模板基板20之一例之側視圖。圖3係模式性地表示本實施形態之獨立基板10之一例之側視圖。圖4係模式性地表示藉由本實施形態之III族氮化物半導體基板之製造方法而得之構造體之一例之側視圖。圖5係模式性地表示藉由本實施形態之III族氮化物半導體基板之製造方法而得之構造體之一例之側視圖。圖6係模式性地表示本實施形態之獨立基板30之一例之側視圖。圖7係表示本實施形態之獨立基板10及模板基板20之特性之圖。圖8係表示本實施形態之獨立基板30之特性之圖。圖9係表示本實施形態之獨立基板30之特性之圖。圖10係表示本實施形態之獨立基板30之特性之圖。圖11係表示本實施形態之獨立基板30之特性之圖。圖12係表示本實施形態之獨立基板30之特性之圖。圖13係表示本實施形態之獨立基板30之特性之圖。圖14係表示比較例之基板之特性之圖。圖15係表示比較例之基板之特性之圖。圖16係表示比較例之基板之特性之圖。圖17係表示比較例之基板之特性之圖。圖18係表示比較例之基板之特性之圖。圖19係表示比較例之基板之特性之圖。

30‧‧‧獨立基板

Claims

一種III族氮化物半導體基板，其包含III族氮化物半導體結晶，所露出之呈正面及背面之關係之第1及第2主面均為半極性面，於室溫下照射波長為325 nm、輸出為10 mW以上且40 mW以下之氦-鎘(He-Cd)雷射且以面積1 mm² 為單位進行映射之PL(photoluminescence)測定中之上述第1及第2主面各者之發光波長之變動係數均為0.05%以下。
如請求項1之III族氮化物半導體基板，其中於上述條件下進行之PL測定中之上述第2主面之發光強度之變動係數為15%以下。
如請求項2之III族氮化物半導體基板，其中上述第2主面之發光強度之變動係數為10%以下。
如請求項2之III族氮化物半導體基板，其中上述第2主面為Ga極性側之半極性面。
如請求項1之III族氮化物半導體基板，其中於上述條件下進行之PL測定中之上述第1及第2主面各者之PL光譜之半峰全幅值之變動係數均為3.0%以下。
如請求項1至5中任一項之III族氮化物半導體基板，其膜厚為300 μm以上且1000 μm以下。