JP2002316898A - 窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板 - Google Patents
窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 出発基板からの剥離が容易で再現性のよい窒
化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板を提供
する。 【解決手段】 出発基板としてのサファイア基板１上に
窒化アルミニウム層２と、サファイア基板１を除去した
後に自立型窒化物半導体基板３ａとなる、窒化アルミニ
ウム層２と異なる窒化物半導体層３とを順次エピタキシ
ャル成長させ、得られたエピタキシャル基板を水やアル
カリ金属の水酸化物水溶液で処理して窒化アルミニウム
層２を加水分解させることにより、サファイア基板１を
容易に除去することができ、再現性よく自立型の窒化物
半導体基板３ａが得られる。
化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板を提供
する。 【解決手段】 出発基板としてのサファイア基板１上に
窒化アルミニウム層２と、サファイア基板１を除去した
後に自立型窒化物半導体基板３ａとなる、窒化アルミニ
ウム層２と異なる窒化物半導体層３とを順次エピタキシ
ャル成長させ、得られたエピタキシャル基板を水やアル
カリ金属の水酸化物水溶液で処理して窒化アルミニウム
層２を加水分解させることにより、サファイア基板１を
容易に除去することができ、再現性よく自立型の窒化物
半導体基板３ａが得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体基板
の製造方法及び窒化物半導体基板に関する。
の製造方法及び窒化物半導体基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】自立型の窒化物半導体基板の製造方法と
して、サファイア基板上に窒化物半導体厚膜をＨＶＰＥ
法（ハイドライド気相成長方法）によってエピタキシャ
ル成長させた後、サファイア基板を除去することにより
自立型の窒化物半導体基板とする方法がある（例えばＭ
ｉｃｈａｅｌ Ｋ．Ｋｅｌｌｙ ｅｔ ａｌ，Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８（１９９９）Ｐｔ．２，
Ｎｏ．３Ａ，ｐｐ．Ｌ２１７）。
して、サファイア基板上に窒化物半導体厚膜をＨＶＰＥ
法（ハイドライド気相成長方法）によってエピタキシャ
ル成長させた後、サファイア基板を除去することにより
自立型の窒化物半導体基板とする方法がある（例えばＭ
ｉｃｈａｅｌ Ｋ．Ｋｅｌｌｙ ｅｔ ａｌ，Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８（１９９９）Ｐｔ．２，
Ｎｏ．３Ａ，ｐｐ．Ｌ２１７）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術には、サファイア基板を除去するための実用
的な方法が無いという問題があった。
た従来技術には、サファイア基板を除去するための実用
的な方法が無いという問題があった。
【０００４】サファイア基板上に成長したＧａＮをエッ
チングで分離する技術は、現在のところ開発されていな
い。研磨によってサファイア基板を全て削り落とす方法
も試みられているが、研磨の過程で基板の反りが増大
し、基板が割れてしまう不良率が高く、その上サファイ
アは非常に硬く、研磨にかかる時間とコストが膨大なも
のとなり現実的ではない。また、エピタキシャル成長基
板のサファイア基板側からレーザを照射してサファイア
基板を剥離する方法（例えばＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｖｏｌ．３８（１９９９）Ｐｔ．２，Ｎｏ．３
Ａ等）も試みられているが、加熱が局所的に起こるた
め、ほとんどの場合剥離の途中で窒化物半導体層が割れ
てしまう。たとえ割れなかったとしても大面積の基板を
除去するためには、レーザ光のスキャンには非常に時間
がかかり、実用的とは言い難い。
チングで分離する技術は、現在のところ開発されていな
い。研磨によってサファイア基板を全て削り落とす方法
も試みられているが、研磨の過程で基板の反りが増大
し、基板が割れてしまう不良率が高く、その上サファイ
アは非常に硬く、研磨にかかる時間とコストが膨大なも
のとなり現実的ではない。また、エピタキシャル成長基
板のサファイア基板側からレーザを照射してサファイア
基板を剥離する方法（例えばＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｖｏｌ．３８（１９９９）Ｐｔ．２，Ｎｏ．３
Ａ等）も試みられているが、加熱が局所的に起こるた
め、ほとんどの場合剥離の途中で窒化物半導体層が割れ
てしまう。たとえ割れなかったとしても大面積の基板を
除去するためには、レーザ光のスキャンには非常に時間
がかかり、実用的とは言い難い。
【０００５】除去しやすい基板を用いる方法として、特
開２０００−０１２９００号公報にＧａＡｓ基板上にＨ
ＶＰＥ法でＧａＮを厚く成長させ、その後ＧａＡｓ基板
をエッチングで除去する方法が開示されている。この方
法を用いれば、比較的高歩留りで、大型のＧａＮ基板を
得ることができるが、ＧａＮ結晶成長中にＧａＡｓ基板
が分解してしまい、ＧａＮ中にＡｓが不純物として混入
してしまうという問題があった。
開２０００−０１２９００号公報にＧａＡｓ基板上にＨ
ＶＰＥ法でＧａＮを厚く成長させ、その後ＧａＡｓ基板
をエッチングで除去する方法が開示されている。この方
法を用いれば、比較的高歩留りで、大型のＧａＮ基板を
得ることができるが、ＧａＮ結晶成長中にＧａＡｓ基板
が分解してしまい、ＧａＮ中にＡｓが不純物として混入
してしまうという問題があった。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、出発基板からの剥離が容易で再現性のよい窒化物半
導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板を提供するこ
とにある。
し、出発基板からの剥離が容易で再現性のよい窒化物半
導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、出発基板上
に、窒化アルミニウム層と、窒化アルミニウム層と異な
る窒化物半導体層とを順次エピタキシャル成長させ、窒
化アルミニウム層を加水分解させて出発基板を剥離、除
去して自立型の窒化物半導体基板を得るものである。
に本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、出発基板上
に、窒化アルミニウム層と、窒化アルミニウム層と異な
る窒化物半導体層とを順次エピタキシャル成長させ、窒
化アルミニウム層を加水分解させて出発基板を剥離、除
去して自立型の窒化物半導体基板を得るものである。
【０００８】上記構成に加え本発明の窒化物半導体基板
の製造方法は、出発基板としてサファイア基板を用いる
のが好ましい。
の製造方法は、出発基板としてサファイア基板を用いる
のが好ましい。
【０００９】上記構成に加え本発明の窒化物半導体基板
の製造方法は、窒化アルミニウム層を水蒸気で加水分解
させてもよい。
の製造方法は、窒化アルミニウム層を水蒸気で加水分解
させてもよい。
【００１０】上記構成に加え本発明の窒化物半導体基板
の製造方法は、窒化アルミニウム層を熱湯で加水分解さ
せてもよい。
の製造方法は、窒化アルミニウム層を熱湯で加水分解さ
せてもよい。
【００１１】上記構成に加え本発明の窒化物半導体基板
の製造方法は、窒化アルミニウム層を水酸化リチウム、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、過酸化水素からな
る群のうち少なくとも一種類含む水溶液で加水分解させ
てもよい。
の製造方法は、窒化アルミニウム層を水酸化リチウム、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、過酸化水素からな
る群のうち少なくとも一種類含む水溶液で加水分解させ
てもよい。
【００１２】本発明の窒化物半導体基板は、上記いずれ
かに記載の製造方法により得られたものである。
かに記載の製造方法により得られたものである。
【００１３】本発明によれば、出発基板としてのサファ
イア基板上に窒化アルミニウム層と、サファイア基板除
去後に自立型窒化物半導体基板となる、窒化アルミニウ
ムと異なる窒化物半導体層とを順次エピタキシャル成長
させ、得られたエピタキシャル基板を水やアルカリ金属
の水酸化物水溶液で処理して窒化アルミニウム層を加水
分解させることにより、サファイア基板を容易に除去す
ることができ、再現性よく自立型の窒化物半導体基板が
得られる。
イア基板上に窒化アルミニウム層と、サファイア基板除
去後に自立型窒化物半導体基板となる、窒化アルミニウ
ムと異なる窒化物半導体層とを順次エピタキシャル成長
させ、得られたエピタキシャル基板を水やアルカリ金属
の水酸化物水溶液で処理して窒化アルミニウム層を加水
分解させることにより、サファイア基板を容易に除去す
ることができ、再現性よく自立型の窒化物半導体基板が
得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳述
する。
する。
【００１５】本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、
出発基板上に、窒化アルミニウム層と、窒化アルミニウ
ム層と異なる窒化物半導体層とを順次エピタキシャル成
長させ、窒化アルミニウム層を加水分解させて基板を剥
離、除去して自立型の窒化物半導体基板を得るものであ
る。出発基板としてはサファイア基板を用いるのが好ま
しい。また、窒化アルミニウム層を水蒸気、若しくは熱
湯で加水分解させてもよく、窒化アルミニウム層を水酸
化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、過酸
化水素からなる群のうち少なくとも一種類含む水溶液で
加水分解させてもよい。
出発基板上に、窒化アルミニウム層と、窒化アルミニウ
ム層と異なる窒化物半導体層とを順次エピタキシャル成
長させ、窒化アルミニウム層を加水分解させて基板を剥
離、除去して自立型の窒化物半導体基板を得るものであ
る。出発基板としてはサファイア基板を用いるのが好ま
しい。また、窒化アルミニウム層を水蒸気、若しくは熱
湯で加水分解させてもよく、窒化アルミニウム層を水酸
化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、過酸
化水素からなる群のうち少なくとも一種類含む水溶液で
加水分解させてもよい。
【００１６】このように構成したことで、サファイア基
板を容易に除去することができ、再現性よく窒化物半導
体基板が得られる。
板を容易に除去することができ、再現性よく窒化物半導
体基板が得られる。
【００１７】
【実施例】次に具体的な数値を挙げて説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。
明はこれに限定されるものではない。
【００１８】図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の窒化物半導
体基板の製造方法の一実例を示す工程図である。 （実施例１）出発基板としての直径５０．８ｍｍ（２イ
ンチ）のサファイア基板表面に有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ法）を用いてＡｌＮ、ＧａＮを順次積層した。
成長炉には横型常圧ＭＯＶＰＥ炉を用い、原料としてア
ンモニアガスとトリメチルガリウム及びトリメチルアル
ミニウムを用い、キャリアガスとしては水素と窒素との
混合ガスを用いた。 工程１ まず、サファイア基板１を水素雰囲気で１１０
０℃に加熱し、表面の酸化物等をクリーニングした（図
１（ａ））。 工程２ サファイア基板１の温度を５５０℃に下げてサ
ファイア基板１上にＡｌＮ層２を２０ｎｍの厚さに成長
させ、さらにサファイア基板１温度を１０５０℃に上げ
て、ＡｌＮ層２とＧａＮ層３とを２μｍずつ順次成長さ
せた（図１（ｂ））。 工程３ 得られたＧａＮエピタキシャル成長基板上にＨ
ＶＰＥ法を用いてＧａＮ層を３００μｍの厚さの単結晶
３ａにエピタキシャル成長させた。装置には横型常圧Ｈ
ＶＰＥ炉を用いた。原料としてはアンモニアガス及び金
属ＧａとＨＣｌガスとを８５０℃で反応させて得られた
ＧａＣｌを用い、キャリアガスとしては水素ガスを用い
た。成長温度は１０５０℃であり、成長速度は８０μｍ
／ｈである（図１（ｃ））。 工程４ ＨＶＰＥ炉から取り出したエピタキシャル成長
基板を９０℃の熱湯で６時間煮沸したところ、サファイ
ア基板１が剥離し、自立型窒化物半導体基板３ａが得ら
れた（図１（ｄ））。 （実施例２）実施例１の工程３の代わりに、エピタキシ
ャル成長基板を５００℃の水蒸気中に１時間程度さらし
たところ、サファイア基板が剥離し、自立型窒化物半導
体基板が得られた。 （実施例３）実施例１の工程３の代わりに、エピタキシ
ャル成長基板を２０気圧に加圧して沸点を高めた２００
℃の熱湯で２時間程度煮沸したところ、サファイア基板
が剥離し、自立型窒化物半導体基板が得られた。 （実施例４）実施例１の工程３の代わりに、エピタキシ
ャル成長基板を３ｍｏｌ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液
中、８０℃で１時間程度煮沸したところ、サファイア基
板が剥離し、自立型窒化物半導体基板が得られた。
体基板の製造方法の一実例を示す工程図である。 （実施例１）出発基板としての直径５０．８ｍｍ（２イ
ンチ）のサファイア基板表面に有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ法）を用いてＡｌＮ、ＧａＮを順次積層した。
成長炉には横型常圧ＭＯＶＰＥ炉を用い、原料としてア
ンモニアガスとトリメチルガリウム及びトリメチルアル
ミニウムを用い、キャリアガスとしては水素と窒素との
混合ガスを用いた。 工程１ まず、サファイア基板１を水素雰囲気で１１０
０℃に加熱し、表面の酸化物等をクリーニングした（図
１（ａ））。 工程２ サファイア基板１の温度を５５０℃に下げてサ
ファイア基板１上にＡｌＮ層２を２０ｎｍの厚さに成長
させ、さらにサファイア基板１温度を１０５０℃に上げ
て、ＡｌＮ層２とＧａＮ層３とを２μｍずつ順次成長さ
せた（図１（ｂ））。 工程３ 得られたＧａＮエピタキシャル成長基板上にＨ
ＶＰＥ法を用いてＧａＮ層を３００μｍの厚さの単結晶
３ａにエピタキシャル成長させた。装置には横型常圧Ｈ
ＶＰＥ炉を用いた。原料としてはアンモニアガス及び金
属ＧａとＨＣｌガスとを８５０℃で反応させて得られた
ＧａＣｌを用い、キャリアガスとしては水素ガスを用い
た。成長温度は１０５０℃であり、成長速度は８０μｍ
／ｈである（図１（ｃ））。 工程４ ＨＶＰＥ炉から取り出したエピタキシャル成長
基板を９０℃の熱湯で６時間煮沸したところ、サファイ
ア基板１が剥離し、自立型窒化物半導体基板３ａが得ら
れた（図１（ｄ））。 （実施例２）実施例１の工程３の代わりに、エピタキシ
ャル成長基板を５００℃の水蒸気中に１時間程度さらし
たところ、サファイア基板が剥離し、自立型窒化物半導
体基板が得られた。 （実施例３）実施例１の工程３の代わりに、エピタキシ
ャル成長基板を２０気圧に加圧して沸点を高めた２００
℃の熱湯で２時間程度煮沸したところ、サファイア基板
が剥離し、自立型窒化物半導体基板が得られた。 （実施例４）実施例１の工程３の代わりに、エピタキシ
ャル成長基板を３ｍｏｌ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液
中、８０℃で１時間程度煮沸したところ、サファイア基
板が剥離し、自立型窒化物半導体基板が得られた。
【００１９】ここで、窒化アルミニウム層と水との加水
分解反応は、温度が高い程速やかに進行するので、水の
温度は高い程よい。しかし、沸点に達してしまうと窒化
物半導体層とサファイア基板との間に入り込んだ水が急
激に気泡を生じ（突沸）、窒化物半導体層やサファイア
基板が割れてしまうため、気泡の生じない、沸点未満の
温度で処理することが好ましい。
分解反応は、温度が高い程速やかに進行するので、水の
温度は高い程よい。しかし、沸点に達してしまうと窒化
物半導体層とサファイア基板との間に入り込んだ水が急
激に気泡を生じ（突沸）、窒化物半導体層やサファイア
基板が割れてしまうため、気泡の生じない、沸点未満の
温度で処理することが好ましい。
【００２０】上記実施例では窒化物半導体のエピタキシ
ャル成長法としてＭＯＶＰＥ法を用いた場合について説
明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、
ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等すでに公知の様々な方法を用い
てもよい。また、窒化ガリウムや窒化アルミニウム等の
低温バッファ層を用いる２段階成長方法、直接高温で成
長させる方法、成長の途中で微細加工と再成長とを用い
てラテラル成長に転位低減を図るＥＬＯ法（Ｏ．Ｈ．Ｎ
ａｍ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７
１（１９９７）２４７２）、ＦＩＥＬＯ法（Ａ．Ｓａｋ
ａｉ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７
１（１９９７）２２５９）等公知の種々の方法を用いる
ことができる。
ャル成長法としてＭＯＶＰＥ法を用いた場合について説
明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、
ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等すでに公知の様々な方法を用い
てもよい。また、窒化ガリウムや窒化アルミニウム等の
低温バッファ層を用いる２段階成長方法、直接高温で成
長させる方法、成長の途中で微細加工と再成長とを用い
てラテラル成長に転位低減を図るＥＬＯ法（Ｏ．Ｈ．Ｎ
ａｍ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７
１（１９９７）２４７２）、ＦＩＥＬＯ法（Ａ．Ｓａｋ
ａｉ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７
１（１９９７）２２５９）等公知の種々の方法を用いる
ことができる。
【００２１】また、上記実施例ではサファイア基板上に
直接窒化アルミニウム層と窒化ガリウム層とを順次積層
した場合についてのみ説明したが、サファイア基板と窒
化ガリウム層との間に剥離層として窒化アルミニウム層
が存在する構造ならば、サファイア基板と窒化ガリウム
層との間を任意の多層構造としてもよい。また、サファ
イア基板の代わりにＳｉＣ等、他の基板を用いてもよ
い。
直接窒化アルミニウム層と窒化ガリウム層とを順次積層
した場合についてのみ説明したが、サファイア基板と窒
化ガリウム層との間に剥離層として窒化アルミニウム層
が存在する構造ならば、サファイア基板と窒化ガリウム
層との間を任意の多層構造としてもよい。また、サファ
イア基板の代わりにＳｉＣ等、他の基板を用いてもよ
い。
【００２２】窒化アルミニウム層の加水分解は、上記実
施例に示した方法以外にも、エピタキシャルウェハの側
面から熱湯や水蒸気のジェットと吹き付けてもよい。ま
た、水の代わりに水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、過酸化水素等のアルカリ水溶液を用い
ることにより、窒化アルミニウム層の分解速度を上げる
ことができる。
施例に示した方法以外にも、エピタキシャルウェハの側
面から熱湯や水蒸気のジェットと吹き付けてもよい。ま
た、水の代わりに水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、過酸化水素等のアルカリ水溶液を用い
ることにより、窒化アルミニウム層の分解速度を上げる
ことができる。
【００２３】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００２４】出発基板からの剥離が容易で再現性のよい
窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板の提
供を実現できる。
窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板の提
供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の窒化物半導体基板の
製造方法の一実例を示す工程図である。
製造方法の一実例を示す工程図である。
１ サファイア基板 ２ ＡｌＮ層 ３ ＧａＮ層 ３ａ 単結晶（自立型窒化物半導体基板）
Claims (6)
- 【請求項１】 出発基板上に、窒化アルミニウム層と、
該窒化アルミニウム層と異なる窒化物半導体層とを順次
エピタキシャル成長させ、上記窒化アルミニウム層を加
水分解させて上記出発基板を剥離、除去して自立型の窒
化物半導体基板を得ることを特徴とする窒化物半導体基
板の製造方法。 - 【請求項２】 上記出発基板としてサファイア基板を用
いる請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項３】 上記窒化アルミニウム層を水蒸気で加水
分解させる請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方
法。 - 【請求項４】 上記窒化アルミニウム層を熱湯で加水分
解させる請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方
法。 - 【請求項５】 上記窒化アルミニウム層を水酸化リチウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、過酸化水素か
らなる群のうち少なくとも一種類含む水溶液で加水分解
させる請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載の製造
方法により得られた窒化物半導体基板。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001115662A JP2002316898A (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | 窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板 |
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| JP2001115662A JP2002316898A (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | 窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002316898A true JP2002316898A (ja) | 2002-10-31 |
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ID=18966526
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|---|---|---|---|
| JP2001115662A Pending JP2002316898A (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | 窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002316898A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2001
- 2001-04-13 JP JP2001115662A patent/JP2002316898A/ja active Pending
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