JPWO2020162346A1 - Method for manufacturing group III nitride semiconductor substrate and group III nitride semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
本発明は、上記課題を解決するため、III族窒化物半導体で構成され、主面が半極性面であり、主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRMSは0.05nm以上1.50nm以下であるIII族窒化物半導体基板を提供する。また、本発明は、さらに主面のCL像における暗点密度が5×106cm−2以下であるIII族窒化物半導体基板を提供することができる。本発明が提供するIII族窒化物半導体基板上にデバイスを形成することで、デバイスの品質を向上させることができる。In order to solve the above problems, the present invention is composed of a group III nitride semiconductor, the main surface is a semipolar surface, and the surface roughness RMS measured in an area of 5 μm × 5 μm square on the main surface is 0.05 nm or more. A group III nitride semiconductor substrate having a diameter of 1.50 nm or less is provided. Further, the present invention can further provide a group III nitride semiconductor substrate having a dark spot density of 5 × 106 cm-2 or less in the CL image of the main surface. By forming the device on the group III nitride semiconductor substrate provided by the present invention, the quality of the device can be improved.
Description
本発明は、III族窒化物半導体基板、及び、III族窒化物半導体基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a group III nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate.
関連する技術が特許文献1及び特許文献2に開示されている。特許文献1及び特許文献2に開示されているように、III族窒化物半導体結晶のc面上にデバイス(例:光デバイス、電子デバイス等)を形成した場合、ピエゾ電界に起因して内部量子効率が低下する。そこで、いわゆる半極性面(極性面及び無極性面と異なる面)上にデバイスを形成する試みがなされている。
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また、関連する技術が特許文献3及び特許文献4に開示されている。特許文献3と特許文献4に開示されているように、バルク状III族窒化物半導体結晶から半極性面を主面として有する結晶片を切り出して、その結晶片を接合することで、半極性面を主面としたIII族窒化物半導体結晶を製造する試みがなされている。
Further, related techniques are disclosed in
また、関連する技術が特許文献5に開示されている。特許文献5に開示されているように、c面からm軸方向に傾斜した半極性面である(20−21)面等を主面としたGaN系半導体光素子を製造する試みがなされている。
Further, the related technique is disclosed in
従来の半極性面を主面とするIII族窒化物半導体基板は、主面の表面粗さが比較的大きかった。基板の主面の表面粗さが大きいと、その上に形成されるデバイス(例:光デバイス、電子デバイス等)の品質が低下する。 The conventional group III nitride semiconductor substrate having a semi-polar surface as the main surface has a relatively large surface roughness on the main surface. If the surface roughness of the main surface of the substrate is large, the quality of the devices (eg, optical devices, electronic devices, etc.) formed on the surface of the substrate deteriorates.
本発明は、半極性面を主面とするIII族窒化物半導体基板上に形成されるデバイスの品質を向上させることを課題とする。 An object of the present invention is to improve the quality of a device formed on a group III nitride semiconductor substrate having a semi-polar surface as a main surface.
本発明によれば、
III族窒化物半導体で構成され、主面が半極性面であり、前記主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRMSは、0.05nm以上1.50nm以下であるIII族窒化物半導体基板が提供される。According to the present invention
It is composed of a group III nitride semiconductor, the main surface is a semipolar surface, and the surface roughness RMS measured in an area of 5 μm × 5 μm square of the main surface is 0.05 nm or more and 1.50 nm or less. A physical semiconductor substrate is provided.
また、本発明によれば、
下地基板を準備する準備工程と、
前記下地基板の主面上にHVPE法でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長してIII族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体層形成工程と、
前記III族窒化物半導体層からIII族窒化物半導体基板を切り出す切出工程と、
前記III族窒化物半導体基板の表面を加工する加工工程と、
を有し、
前記下地基板は、
III族窒化物半導体で構成された第1の層を含み、
前記第1の層の主面が、前記下地基板の前記主面となり、
前記第1の層の前記主面は、ミラー指数(hkml)で表され、lは0未満の半極性面であり、
前記第1の層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRC(X-ray Rocking Curve)の半値幅は、500arcsec以下であるIII族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。Further, according to the present invention,
The preparatory process for preparing the base board and
A group III nitride semiconductor layer forming step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the main surface of the base substrate by the HVPE method to form a group III nitride semiconductor layer.
A cutting process for cutting out a group III nitride semiconductor substrate from the group III nitride semiconductor layer, and
The processing process for processing the surface of the group III nitride semiconductor substrate and
Have,
The base substrate is
Includes a first layer composed of group III nitride semiconductors
The main surface of the first layer becomes the main surface of the base substrate.
The main surface of the first layer is represented by the Miller index (hkml), where l is a semi-polar surface less than 0.
X-rays were incident parallel to the main surface of the first layer in parallel with the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal, and the angle formed by the incident direction of the X-rays and the main surface was scanned and measured {11-22. } A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate is provided in which the half price width of the XRC (X-ray Rocking Curve) with respect to the plane is 500 arcsec or less.
本発明によれば、半極性面を主面とするIII族窒化物半導体基板上に形成されるデバイスの品質を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the quality of a device formed on a group III nitride semiconductor substrate having a semi-polar surface as a main surface.
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。 The above-mentioned objectives and other objectives, features and advantages are further clarified by the preferred embodiments described below and the accompanying drawings below.
<前提事項>
以下、本発明のIII族窒化物半導体基板、及び、III族窒化物半導体基板の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。<Prerequisites>
Hereinafter, embodiments of the group III nitride semiconductor substrate of the present invention and the method for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate will be described with reference to the drawings. It should be noted that the figure is merely a schematic diagram for explaining the configuration of the invention, and the size, shape, number, ratio of different member sizes, etc. of each member are not limited to those shown.
本実施形態では、「ミラー指数(hkml)で表され、lが0を超える半極性面」を「Ga極性側の半極性面」と呼ぶ場合がある。また、「ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の半極性面」を「N極性側の半極性面」と呼ぶ場合がある。 In the present embodiment, a "semipolar surface represented by the Miller index (hkml) and in which l exceeds 0" may be referred to as a "semipolar surface on the Ga polar side". Further, a "semipolar surface represented by the Miller index (hkml) and having l less than 0" may be referred to as a "semipolar surface on the N-polar side".
<概要>
まず、本実施形態の概要について説明する。本実施形態では、III族窒化物半導体で構成され、主面が半極性面であり、主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRMSは0.05nm以上1.50nm以下であるIII族窒化物半導体基板を提供する。このように主面の表面粗さが比較的小さいIII族窒化物半導体基板上にデバイス(例:光デバイス、電子デバイス等)を形成することで、主面の表面粗さが比較的大きい従来のIII族窒化物半導体基板上にデバイスを形成する場合に比べて、デバイスの品質が向上する。<Overview>
First, the outline of the present embodiment will be described. In the present embodiment, it is composed of a group III nitride semiconductor, the main surface is a semipolar surface, and the surface roughness RMS measured in an area of 5 μm × 5 μm square on the main surface is 0.05 nm or more and 1.50 nm or less. A group III nitride semiconductor substrate is provided. By forming a device (eg, optical device, electronic device, etc.) on a group III nitride semiconductor substrate having a relatively small surface roughness of the main surface in this way, the conventional surface roughness of the main surface is relatively large. The quality of the device is improved as compared with the case where the device is formed on the group III nitride semiconductor substrate.
なお、本実施形態では、「露出面である主面がN極性側の半極性面であり、結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を含む下地基板上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる」、「ミラー指数で表される{11−2X}面、又は、{11−2X}面に対し1°以内のオフ角を有する面を主面として基板を製造する(Xは1以上の整数)」({11−2X}面が好ましいが、1°以内程度のオフ角を許容する)等の特徴を有する製造方法でIII族窒化物半導体基板を製造することで、上述のように主面の表面粗さが良好となったIII族窒化物半導体基板を実現する。 In this embodiment, "the main surface, which is an exposed surface, is a semipolar surface on the N-polar side, and a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a base substrate including a group III nitride semiconductor layer having good crystallinity. , "The substrate is manufactured with the {11-2X} surface represented by the mirror index or the surface having an off angle within 1 ° with respect to the {11-2X} surface as the main surface (X is an integer of 1 or more). ) ”({11-2X} surface is preferable, but an off angle of about 1 ° or less is allowed). A group III nitride semiconductor substrate having a good surface roughness is realized.
<III族窒化物半導体基板の製造方法>
次に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の一例を詳細に説明する。<Manufacturing method of group III nitride semiconductor substrate>
Next, an example of the method for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment will be described in detail.
図1に示すように、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、準備工程S10と、III族窒化物半導体層形成工程S20と、切出工程S30と、加工工程S40とを有する。 As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment includes a preparation step S10, a group III nitride semiconductor layer forming step S20, a cutting step S30, and a processing step S40. ..
各工程の概要を説明する。準備工程S10では、図2(1)に示すように、下地基板1を準備する。III族窒化物半導体層形成工程S20では、図2(2)に示すように、下地基板1上にIII族窒化物半導体層2を形成する。切出工程S30では、III族窒化物半導体層2の一部又は全部を、III族窒化物半導体基板として切り出す。加工工程S40では、切出工程S30で切り出したIII族窒化物半導体基板の表面を加工する。以下、各工程を詳細に説明する。
The outline of each process will be described. In the preparation step S10, the
「準備工程S10」
準備工程S10では、III族窒化物半導体層と他の層(例:バッファ層、サファイア基板等)とが積層した下地基板、又は、III族窒化物半導体層の単層からなる下地基板を準備する。"Preparation process S10"
In the preparation step S10, a base substrate in which a group III nitride semiconductor layer and another layer (eg, a buffer layer, a sapphire substrate, etc.) are laminated or a base substrate composed of a single layer of the group III nitride semiconductor layer is prepared. ..
下地基板に含まれるIII族窒化物半導体層は、露出面である主面がN極性側の半極性面である。そして、当該III族窒化物半導体層は、結晶性が良好である。具体的には、当該III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は、500arcsec以下である。 In the group III nitride semiconductor layer included in the base substrate, the main surface, which is an exposed surface, is a semi-polar surface on the N-polar side. The group III nitride semiconductor layer has good crystallinity. Specifically, X-rays are incident on the main surface of the group III nitride semiconductor layer parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal, and the angle formed by the incident direction of the X-rays and the main surface is scanned. The half-price range of XRC with respect to the measured {11-22} plane is 500 arcsec or less.
また、当該III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は、500arcsec以下である。 Further, X-rays are incident on the main surface of the group III nitride semiconductor layer in parallel with the projection axis obtained by projecting the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal onto the main surface, and the incident direction of the X-rays and the main surface thereof. The half-value width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle formed is 500 arcsec or less.
当該III族窒化物半導体層の最大径は、例えばΦ50mm以上Φ6インチ以下である。III族窒化物半導体層の厚さは、例えば50nm以上500μm以下である。 The maximum diameter of the group III nitride semiconductor layer is, for example, Φ50 mm or more and Φ6 inch or less. The thickness of the group III nitride semiconductor layer is, for example, 50 nm or more and 500 μm or less.
ここで、上述のような特徴を有する下地基板の製造方法を説明する。図3のフローチャートは、準備工程S10の処理の流れの一例を示す。図示するように、準備工程S10は、基板準備工程S11と、熱処理工程S12と、先流し工程S13と、バッファ層形成工程S14と、成長工程S15とを有する。 Here, a method for manufacturing a base substrate having the above-mentioned characteristics will be described. The flowchart of FIG. 3 shows an example of the processing flow of the preparation step S10. As shown in the figure, the preparation step S10 includes a substrate preparation step S11, a heat treatment step S12, a prelude step S13, a buffer layer forming step S14, and a growth step S15.
基板準備工程S11では、サファイア基板を準備する。サファイア基板の直径は、例えば、1インチ以上である。また、サファイア基板の厚さは、例えば、250μm以上である。 In the substrate preparation step S11, a sapphire substrate is prepared. The diameter of the sapphire substrate is, for example, 1 inch or more. The thickness of the sapphire substrate is, for example, 250 μm or more.
サファイア基板の主面の面方位は、その上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の1つである。当該要素とIII族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。基板準備工程S11では、主面が所望の面方位であるサファイア基板を準備する。 The plane orientation of the main surface of the sapphire substrate is one of a plurality of elements that control the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the plane orientation. The relationship between this element and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown in the following examples. In the substrate preparation step S11, a sapphire substrate whose main surface has a desired plane orientation is prepared.
サファイア基板の主面は、例えば{10−10}面、又は、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面である。 The main surface of the sapphire substrate is, for example, a {10-10} surface or a surface in which the {10-10} surface is inclined by a predetermined angle in a predetermined direction.
{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、例えば、{10−10}面を任意の方向に0°より大0.5°以下の中の何れかの角度で傾斜した面であってもよい。 A surface in which the {10-10} plane is tilted in a predetermined direction by a predetermined angle is, for example, tilted in any direction in any direction from 0 ° to 0.5 ° or less. It may be a surface.
また、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。または、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、{10−10}面をa面と平行になる方向に0°より大10.5°以下の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。例えば、{10−10}面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、{10−10}面をa面と平行になる方向に0.5°以上1.5°以下、1.5°以上2.5°以下、4.5°以上5.5°以下、6.5°以上7.5°以下、9.5°以上10.5°以下の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。 Further, the surface in which the {10-10} plane is tilted by a predetermined angle in a predetermined direction is any one of those larger than 0 ° and less than 10.5 ° in the direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. It may be a surface inclined at an angle. Alternatively, the surface in which the {10-10} plane is tilted by a predetermined angle in a predetermined direction is any one of those greater than 0 ° and 10.5 ° or less in the direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. It may be a surface inclined at an angle. For example, a surface in which the {10-10} plane is tilted by a predetermined angle in a predetermined direction is 0.5 ° or more and 1.5 ° or less, 1.5 ° in a direction in which the {10-10} plane is parallel to the a plane. A surface inclined at any of the following angles: 2.5 ° or more, 4.5 ° or more and 5.5 ° or less, 6.5 ° or more and 7.5 ° or less, and 9.5 ° or more and 10.5 ° or less. May be.
熱処理工程S12は、基板準備工程S11の後に行われる。熱処理工程S12では、サファイア基板に対して、以下の条件で熱処理を行う。 The heat treatment step S12 is performed after the substrate preparation step S11. In the heat treatment step S12, the sapphire substrate is heat-treated under the following conditions.
温度:800℃以上930℃以下
圧力:30torr以上760torr以下
熱処理時間:5分以上20分以下
キャリアガス:H2、又は、H2とN2(H2比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただし、成長装置のサイズにより供給量は変動する為、これに限定されない。)Temperature: 800 ° C. or higher 930 ° C. or less pressure: 30 torr or more 760torr following heat treatment time: 5 minutes or more 20 minutes or less carrier gas: H 2, or, H 2 and N 2 (H 2
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (However, this is not limited to this because the supply amount varies depending on the size of the growth device).
なお、サファイア基板に対する熱処理は、窒化処理を行いながら行う場合と、窒化処理を行わずに行う場合とがある。窒化処理を行いながら熱処理を行う場合、熱処理時に例えば0.5slm以上20slm以下のNH3がサファイア基板上に供給される(ただし成長装置のサイズにより供給量は変動する為、これに限定されない。)。また、窒化処理を行わずに熱処理を行う場合、熱処理時にNH3が供給されない。The heat treatment for the sapphire substrate may be performed while performing the nitriding treatment or may be performed without performing the nitriding treatment. When the heat treatment is performed while performing the nitriding treatment, for example, NH 3 of 0.5 slm or more and 20 slm or less is supplied onto the sapphire substrate (however, the supply amount varies depending on the size of the growth apparatus and is not limited to this). .. Further, when the heat treatment is performed without performing the nitriding treatment, NH 3 is not supplied during the heat treatment.
熱処理時の窒化処理の有無は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の1つとなる場合がある。当該要素とIII族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。 The presence or absence of nitriding treatment during the heat treatment may be one of a plurality of factors that control the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate. The relationship between this element and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown in the following examples.
熱処理時の温度800℃以上930℃以下は、主面(成長面)がN極性側の半極性面であって、結晶性が良好なIII族窒化物半導体層を形成するための温度条件である。 The temperature at the time of heat treatment of 800 ° C. or higher and 930 ° C. or lower is a temperature condition for forming a group III nitride semiconductor layer having a main surface (growth surface) of a semi-polar surface on the N-polar side and having good crystallinity. ..
先流し工程S13は、熱処理工程S12の後に行われる。先流し工程S13では、サファイア基板の主面上に以下の条件で金属含有ガスを供給する。先流し工程S13は、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置内で行われてもよい。 The pre-flow step S13 is performed after the heat treatment step S12. In the pre-flow step S13, the metal-containing gas is supplied onto the main surface of the sapphire substrate under the following conditions. The pre-flow step S13 may be performed, for example, in a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus.
温度:500℃以上1000℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:20ccm以上500ccm以下、1秒
以上60秒以下
キャリアガス:H2、又は、H2とN2(H2比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)Temperature: 500 ° C or more and 1000 ° C or less Pressure: 30 torr or more and 200 torr or less Trimethylaluminum supply amount, supply time: 20 cm or more and 500 ccm or less, 1 second or more and 60 seconds or less Carrier gas: H 2 or H 2 and N 2 (H 2 ratio) 0-100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (However, the gas supply amount is not limited to this because it varies depending on the size and configuration of the growth device).
上記条件は、金属含有ガスとして有機金属原料であるトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムを供給する場合のものである。当該工程では、トリメチルアルミニウムトリエチルアルミニウムに代えて他の金属を含有する金属含有ガスを供給し、アルミニウム膜に代えて、チタン膜、バナジウム膜や銅膜等の他の金属膜をサファイア基板の主面上に形成してもよい。また、有機金属原料から生成するメタン、エチレン、エタン等の炭化水素化合物との反応膜である炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化バナジウムや炭化銅等の他の炭化金属膜をサファイア基板の主面上に形成してもよい。 The above conditions are for supplying trimethylaluminum and triethylaluminum, which are organic metal raw materials, as the metal-containing gas. In this step, a metal-containing gas containing another metal is supplied instead of trimethylaluminum triethylaluminum, and another metal film such as a titanium film, a vanadium film or a copper film is used instead of the aluminum film on the main surface of the sapphire substrate. It may be formed on top. In addition, other hydrocarbon films such as aluminum carbide, titanium carbide, vanadium carbide and copper carbide, which are reaction films with hydrocarbon compounds such as methane, ethylene and ethane produced from organic metal raw materials, are placed on the main surface of the sapphire substrate. It may be formed.
先流し工程S13により、サファイア基板の主面上に金属膜及び炭化金属膜が形成される。当該金属膜の存在が、その上に成長させる結晶の極性を反転させるための条件となる。すなわち、先流し工程S13の実施は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素の中の1つである。 By the pre-flow step S13, a metal film and a metal carbide film are formed on the main surface of the sapphire substrate. The presence of the metal film is a condition for reversing the polarity of the crystals grown on it. That is, in the implementation of the pre-flow step S13, among a plurality of elements for setting the surface orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate to be the semi-polar surface on the N-polar side. It is one of.
バッファ層形成工程S14は、先流し工程S13の後に行われる。バッファ層形成工程S14では、サファイア基板の主面上にバッファ層を形成する。バッファ層の厚さは、例えば、20nm以上300nm以下である。 The buffer layer forming step S14 is performed after the pre-flow step S13. In the buffer layer forming step S14, the buffer layer is formed on the main surface of the sapphire substrate. The thickness of the buffer layer is, for example, 20 nm or more and 300 nm or less.
バッファ層は、例えば、AlN層である。例えば、以下の条件でAlN結晶をエピタキシャル成長させ、バッファ層を形成してもよい。 The buffer layer is, for example, an AlN layer. For example, an AlN crystal may be epitaxially grown under the following conditions to form a buffer layer.
成長方法:MOCVD法
成長温度:800℃以上950℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
トリメチルアルミニウム供給量:20ccm以上500ccm以下
NH3供給量:0.5slm以上10slm以下
キャリアガス:H2、又は、H2とN2(H2比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)Growth method: MOCVD method Growth temperature: 800 ° C or more and 950 ° C or less Pressure: 30 torr or more and 200 torr or less Trimethylaluminum supply amount: 20 cm cm or more and 500 cm or less NH 3 supply amount: 0.5 slm or more and 10 slm or less Carrier gas: H 2 or H 2 And N 2 (H 2 ratio 0-100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (However, the gas supply amount is not limited to this because it varies depending on the size and configuration of the growth device).
バッファ層形成工程S14の成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の1つとなる場合がある。当該要素とIII族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。 The growth condition of the buffer layer forming step S14 may be one of a plurality of elements that control the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate. The relationship between this element and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown in the following examples.
また、バッファ層形成工程S14における成長条件(比較的低めの所定の成長温度、具体的には800〜950℃、および比較的低い圧力)は、N極性側を維持しながらAlNを成長させるための条件となる。すなわち、バッファ層形成工程S14における成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素の中の1つである。 Further, the growth conditions in the buffer layer forming step S14 (relatively low predetermined growth temperature, specifically 800 to 950 ° C., and relatively low pressure) are for growing AlN while maintaining the N-polar side. It becomes a condition. That is, the growth conditions in the buffer layer forming step S14 are a plurality of elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate to be the semi-polar surface on the N-polar side. It is one of them.
成長工程S15は、バッファ層形成工程S14の後に行われる。成長工程S15では、バッファ層の上に、以下の成長条件でIII族窒化物半導体結晶(例:GaN結晶)をエピタキシャル成長させ、成長面が所定の面方位(N極性側の半極性面)となっているIII族窒化物半導体層を形成する。III族窒化物半導体層の厚さは、例えば、1μm以上20μm以下である。 The growth step S15 is performed after the buffer layer forming step S14. In the growth step S15, a group III nitride semiconductor crystal (eg, GaN crystal) is epitaxially grown on the buffer layer under the following growth conditions, and the growth plane becomes a predetermined plane orientation (semipolar plane on the N polar side). It forms a group III nitride semiconductor layer. The thickness of the group III nitride semiconductor layer is, for example, 1 μm or more and 20 μm or less.
成長方法:MOCVD法
成長温度:800℃以上1025℃以下
圧力:30torr以上200torr以下
TMGa供給量:25sccm以上1000sccm以下
NH3供給量:1slm以上20slm以下
キャリアガス:H2、又は、H2とN2(H2比率0〜100%)
キャリアガス供給量:3slm以上50slm以下(ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。)
成長速度:10μm/h以上Growth method: MOCVD method Growth temperature: 800 ° C or higher and 1025 ° C or lower
Pressure: 30 torr or more and 200 torr or less TMGa supply amount: 25 sccm or more and 1000 sccm or less NH3 supply amount: 1 slm or more and 20 slm or less Carrier gas: H 2 or H 2 and N 2 (H 2 ratio 0 to 100%)
Carrier gas supply amount: 3 slm or more and 50 slm or less (However, the gas supply amount is not limited to this because it varies depending on the size and configuration of the growth device).
Growth rate: 10 μm / h or more
成長工程S15における成長条件(比較的低い成長温度、比較的低い圧力、比較的速い成長速度)は、N極性側を維持しながらGaNを成長させるための条件となる。すなわち、成長工程S15における成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素の中の1つである。 The growth conditions (relatively low growth temperature, relatively low pressure, relatively fast growth rate) in the growth step S15 are conditions for growing GaN while maintaining the N-polar side. That is, the growth condition in the growth step S15 is among a plurality of elements for setting the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the main surface of the sapphire substrate to be the semipolar plane on the N-polar side. It is one of.
以上説明した基板準備工程S11、熱処理工程S12、先流し工程S13、バッファ層形成工程S14及び成長工程S15を有する準備工程S10により、上述のような特徴を有する下地基板、具体的にはIII族窒化物半導体層と他の層(例:バッファ層、サファイア基板等)とが積層した下地基板が得られる。そして、当該積層体から上記他の層を除去することで、III族窒化物半導体層の単層からなる下地基板が得られる。 By the preparation step S10 having the substrate preparation step S11, the heat treatment step S12, the preflow step S13, the buffer layer forming step S14, and the growth step S15 described above, the base substrate having the above-mentioned characteristics, specifically, group III nitride. A base substrate in which a physical semiconductor layer and another layer (eg, a buffer layer, a sapphire substrate, etc.) are laminated can be obtained. Then, by removing the other layer from the laminated body, a base substrate made of a single layer of the group III nitride semiconductor layer can be obtained.
上記他の層を除去する手段は特段制限されない。例えば、サファイア基板とIII族窒化物半導体層との間の線膨張係数差に起因する応力を利用して、これらを分離してもよい。そして、バッファ層を研磨やエッチング等で除去してもよい。 The means for removing the other layers is not particularly limited. For example, the stress caused by the difference in the coefficient of linear expansion between the sapphire substrate and the group III nitride semiconductor layer may be used to separate them. Then, the buffer layer may be removed by polishing, etching or the like.
その他の除去例として、サファイア基板とバッファ層との間に剥離層を形成してもよい。例えば、炭化物(炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタル)が分散した炭素層、及び、炭化物(炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタル)の層の積層体をサファイア基板上に形成した後に、窒化処理を行った層を剥離層として形成してもよい。 As another example of removal, a release layer may be formed between the sapphire substrate and the buffer layer. For example, a carbon layer in which carbides (aluminum carbide, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, vanadium carbide or tantalum carbide) are dispersed, and carbides (aluminum carbide, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, vanadium carbide or tantalum carbide). After forming the laminate of the layers on the sapphire substrate, the layer subjected to the carbide treatment may be formed as a release layer.
このような剥離層の上にバッファ層及びIII族窒化物半導体層を形成した後、当該積層体を、III族窒化物半導体層を形成する際の加熱温度よりも高い温度で加熱すると、剥離層の部分を境界にして、サファイア基板側の部分と、III族窒化物半導体層側の部分とに分離することができる。そして、III族窒化物半導体層側の部分から、バッファ層等を研磨やエッチング等で除去してもよい。 After forming the buffer layer and the group III nitride semiconductor layer on such a peeling layer, when the laminate is heated at a temperature higher than the heating temperature at which the group III nitride semiconductor layer is formed, the peeling layer is formed. It can be separated into a portion on the sapphire substrate side and a portion on the group III nitride semiconductor layer side with the portion of Then, the buffer layer or the like may be removed from the portion on the side of the group III nitride semiconductor layer by polishing, etching or the like.
以下の実施例で示すが、Ga極性側の半極性面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなるほど結晶性が悪化する。結果、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなるほど{11−22}面に対するXRCの半値幅は大きくなる。このため、Ga極性側の半極性面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、結晶性が良好で、かつ、厚膜なIII族窒化物半導体層を製造することが困難である。 As shown in the following examples, when a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a semi-polar plane on the Ga polar side, the crystallinity deteriorates as the thickness of the group III nitride semiconductor layer increases. As a result, the thicker the III-nitride semiconductor layer, the larger the half-value width of XRC with respect to the {11-22} plane. Therefore, when a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on a semi-polar plane on the Ga polar side, it is difficult to produce a group III nitride semiconductor layer having good crystallinity and a thick film.
一方、以下の実施例で示すが、N極性側の半極性面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層の厚さが厚くなっても結晶性がほとんど変化しない。このため、N極性側の半極性面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長する本実施形態の場合、上述のように結晶性が良好で、かつ、厚膜(例:100μm以上)なIII族窒化物半導体層を製造することができる。 On the other hand, as shown in the following examples, when the group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the semi-polar plane on the N-polar side, the crystallinity hardly changes even if the thickness of the group III nitride semiconductor layer is increased. Therefore, in the case of the present embodiment in which the group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the semi-polar plane on the N-polar side, the crystallinity is good as described above and the thick film (eg, 100 μm or more) is formed in the group III nitride. A physical semiconductor layer can be manufactured.
III族窒化物半導体層の単層からなる下地基板の製造方法の他の例として、図3に示すフローでサファイア基板、バッファ層及びIII族窒化物半導体層がこの順に積層した積層体を製造した後、当該積層体の上に(III族窒化物半導体層の上に)、例えばHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法でIII族窒化物半導体を厚膜成長させてHVPE層を形成してもよい。結果、積層体の上に、露出面がN極性側の半極性面となったIII族窒化物半導体のHVPE層が得られる。HVPE法でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる成長条件は特段制限されず、従来技術に準じたものを採用すれば、N極性側の半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体を厚膜成長させることができる。そして、HVPE層からスライスなどして、III族窒化物半導体層の単層からなる下地基板を得てもよい。 As another example of the method for manufacturing a base substrate composed of a single layer of a group III nitride semiconductor layer, a laminate in which a sapphire substrate, a buffer layer and a group III nitride semiconductor layer are laminated in this order was manufactured by the flow shown in FIG. Later, the group III nitride semiconductor may be grown into a thick film on the laminate (on the group III nitride semiconductor layer), for example, by the HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method to form the HVPE layer. As a result, an HVPE layer of a group III nitride semiconductor having an exposed surface as a semi-polar surface on the N-polar side is obtained on the laminated body. The growth conditions for epitaxially growing a group III nitride semiconductor by the HVPE method are not particularly limited. Can be made to. Then, a base substrate made of a single layer of the group III nitride semiconductor layer may be obtained by slicing from the HVPE layer.
「III族窒化物半導体層形成工程S20」
図1に戻り、III族窒化物半導体層形成工程S20では、下地基板の主面上にHVPE法でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長してIII族窒化物半導体層を形成する。図4のフローチャートは、III族窒化物半導体層形成工程S20の処理の流れの一例を示す。図示するように、III族窒化物半導体層形成工程S20は、固着工程S21と、第1の成長工程S22と、冷却工程S23と、第2の成長工程S24とを有する。"Group III nitride semiconductor layer forming step S20"
Returning to FIG. 1, in the group III nitride semiconductor layer forming step S20, the group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the main surface of the base substrate by the HVPE method to form the group III nitride semiconductor layer. The flowchart of FIG. 4 shows an example of the processing flow of the group III nitride semiconductor layer forming step S20. As shown in the figure, the group III nitride semiconductor layer forming step S20 includes a fixing step S21, a first growth step S22, a cooling step S23, and a second growth step S24.
固着工程S21では、下地基板をサセプターに固着させる。例えば、図5(1)に示すような下地基板10を、図5(2)に示すようにサセプター20に固着させる。図示する下地基板10は、III族窒化物半導体層12と、他の層11とを含む積層体である。他の層11は、サファイア基板、バッファ層等を含む。なお、下地基板10は、III族窒化物半導体層12の単層であってもよい。
In the fixing step S21, the base substrate is fixed to the susceptor. For example, the
サセプター20は、第1の成長工程S22や第2の成長工程S24での加熱で反り得る下地基板10の反り力で変形しない特性等を有する。このようなサセプター20の例として、カーボンサセプター、シリコンカーバイドコートカーボンサセプター、ボロンナイトライドコートカーボンサセプター、石英サセプター等が例示されるがこれらに限定されない。
The
次に、下地基板10をサセプター20に固着させる方法について説明する。本実施形態では、図5(2)に示すように、下地基板10の裏面(他の層11の露出面)をサセプター20の面に固着する。これにより、下地基板10の変形を抑制する。固着する方法としては、第1の成長工程S22や第2の成長工程S24での加熱や、当該加熱で反り得る下地基板10の反り力等により剥がれない方法が要求される。例えば、アルミナ系、カーボン系、ジルコニア系、シリカ系、ナイトライド系等の接着剤を用いて固着する方法が例示される。
Next, a method of fixing the
図4に戻り、第1の成長工程S22では、図5(3)に示すように、サセプター20に下地基板10を固着させた状態で、III族窒化物半導体層12の主面上にHVPE法でIII族窒化物半導体を成長させる。これにより、単結晶のIII族窒化物半導体で構成された第1の成長層30を形成する。例えば、以下の成長条件でGaNをエピタキシャル成長させ、GaN層(第1の成長層30)を形成する。
Returning to FIG. 4, in the first growth step S22, as shown in FIG. 5 (3), the HVPE method is performed on the main surface of the group III
成長温度:900℃〜1100℃
成長時間:1h〜50h
V/III比:1〜20
成長膜厚:100μm〜10mmGrowth temperature: 900 ° C to 1100 ° C
Growth time: 1h-50h
V / III ratio: 1 to 20
Growth film thickness: 100 μm to 10 mm
第1の成長工程S22では、サセプター20、下地基板10及び第1の成長層30を含む積層体の側面に沿って、多結晶のIII族窒化物半導体が形成される。多結晶のIII族窒化物半導体は、上記積層体の側面の全部又は大部分に付着する。付着した多結晶のIII族窒化物半導体は互いに繋がり、環状となる。そして、上記積層体は、環状の多結晶のIII族窒化物半導体の内部でホールドされる。
In the first growth step S22, a polycrystalline group III nitride semiconductor is formed along the side surface of the laminate including the
なお、第1の成長工程S22では、上記積層体の側面に加えて、サセプター20の裏面にも、多結晶のIII族窒化物半導体が形成され得る。多結晶のIII族窒化物半導体は、上記積層体の側面及びサセプター20の裏面の全部又は大部分に付着する。付着した多結晶のIII族窒化物半導体は互いに繋がり、カップ状の形状となる。そして、上記積層体は、カップ状の多結晶のIII族窒化物半導体の内部でホールドされる。
In the first growth step S22, a polycrystalline group III nitride semiconductor may be formed on the back surface of the
図4に戻り、冷却工程S23では、サセプター20、下地基板10及び第1の成長層30を含む積層体を冷却する。ここでの冷却の目的は、第1の成長層30とサファイア基板11との線膨張係数差に起因して発生する歪み(応力)を利用して第1の成長層30にクラックを発生させることで、応力を緩和することである。第2の成長工程S24の前に、応力を緩和していることが望まれる。当該目的を達成できれば、その冷却の方法は特段制限されない。例えば、第1の成長工程S22の後、上記積層体をHVPE装置の外に一旦取り出し、室温まで冷却してもよい。
Returning to FIG. 4, in the cooling step S23, the laminate including the
図5(3)に示すように、冷却工程S23の後の第1の成長層30には、クラック(裂け目、ひび割れ等)31が存在する。クラック31は、図示するように、第1の成長層30の表面に存在し得る。なお、クラック31は、第1の成長工程S22の間に発生したものであってもよいし、冷却工程S23の間に発生したものであってもよい。
As shown in FIG. 5 (3), cracks (cracks, cracks, etc.) 31 are present in the
図4に戻り、第2の成長工程S24では、図5(4)に示すように、サセプター20に下地基板10を固着させた状態で、第1の成長層30の上に、HVPE法でIII族窒化物半導体を成長させる。これにより、単結晶のIII族窒化物半導体で構成された第2の成長層40を形成する。例えば、以下の成長条件でGaNをエピタキシャル成長させ、GaN層(第2の成長層40)を形成する。第1の成長層30を形成するための成長条件と第2の成長層40を形成するための成長条件は、同じであってもよいし、異なってもよい。
Returning to FIG. 4, in the second growth step S24, as shown in FIG. 5 (4), the
成長温度:900℃〜1100℃
成長時間:1h〜50h
V/III比:1〜20
成長膜厚:100μm〜10mmGrowth temperature: 900 ° C to 1100 ° C
Growth time: 1h-50h
V / III ratio: 1 to 20
Growth film thickness: 100 μm to 10 mm
第2の成長工程S24では、第1の成長工程S22で形成された環状の多結晶のIII族窒化物半導体を残した状態で、第1の成長層30の上に第2の成長層40を形成する。環状の多結晶のIII族窒化物半導体を残す目的は、クラック31に起因して複数の部分に分離し得る第1の成長層30を外周からホールドすることで、当該分離を抑制することである。第1の成長層30が複数の部分に分離してしまうと、複数の部分ごとの面方位ずれや、ハンドリング性、作業性等が悪くなる。また、一部の部品がなくなったり、粉々になったりすることで、元の形状を再現できなくなる恐れもある。本実施形態によれば面方位ずれや分離を抑制できるので、当該不都合を抑制できる。
In the second growth step S24, the
なお、第1の成長工程S22で形成された多結晶のIII族窒化物半導体の全部をそのまま残してもよいが、上記目的を実現できればよく、必ずしも、第1の成長工程S22で形成された多結晶のIII族窒化物半導体の全部を残さなくてもよい。すなわち、多結晶のIII族窒化物半導体の一部を除去してもよい。 The polycrystalline group III nitride semiconductor formed in the first growth step S22 may be left as it is, but it is sufficient if the above object can be achieved, and the polycrystal formed in the first growth step S22 is not always present. It is not necessary to leave all of the crystalline group III nitride semiconductors. That is, a part of the polycrystalline group III nitride semiconductor may be removed.
第2の成長工程S24においても、多結晶のIII族窒化物半導体が形成される。多結晶のIII族窒化物半導体は、サセプター20、下地基板10、第1の成長層30及び第2の成長層40を含む積層体の側面や、サセプター20の裏面に沿って形成され得る。
Also in the second growth step S24, a polycrystalline group III nitride semiconductor is formed. The polycrystalline group III nitride semiconductor can be formed along the side surface of the laminate including the
また、第2の成長工程S24では、クラック31が存在する第1の成長層30の表面上に、HVPE法でIII族窒化物半導体を成長させ、第2の成長層40を形成する。この場合、成長面(第1の成長層30の表面)は、クラック31部分において不連続となる。クラック31を境に互いに分かれた第1の表面領域及び第2の表面領域各々から成長したIII族窒化物半導体は、成長が進むと互いに接合し、一体化する。
Further, in the second growth step S24, the group III nitride semiconductor is grown on the surface of the
「切出工程S30」
図1に戻り、切出工程S30では、III族窒化物半導体層形成工程S20で形成されたIII族窒化物半導体層(第2の成長層40)からIII族窒化物半導体基板を切り出す。切出工程S30では、主面が{11−2X}面、又は、{11−2X}面に対し1°以内のオフ角を有する面であるIII族窒化物半導体基板を切り出す(Xは1以上の整数)。III族窒化物半導体基板の反対側の主面は{−1−12−X}面、又は、{−1−12−X}面に対し1°以内のオフ角を有する面となる。"Cutout process S30"
Returning to FIG. 1, in the cutting step S30, the group III nitride semiconductor substrate is cut out from the group III nitride semiconductor layer (second growth layer 40) formed in the group III nitride semiconductor layer forming step S20. In the cutting step S30, a group III nitride semiconductor substrate whose main surface is a {11-2X} surface or a surface having an off angle within 1 ° with respect to the {11-2X} surface is cut out (X is 1 or more). Integer). The main surface on the opposite side of the group III nitride semiconductor substrate is a {-112-X} surface or a surface having an off angle within 1 ° with respect to the {-1-12-X} surface.
例えば、図5(5)に示すように、サセプター20、下地基板10、第1の成長層30及び第2の成長層40を含む積層体をスライスして第2の成長層40の少なくとも一部をサセプター20から分離し、III族窒化物半導体基板としてもよい。なお、サセプター20から分離した第2の成長層40の少なくとも一部をスライスして、複数のIII族窒化物半導体基板を得てもよい。また、スライスの他、研削、研磨、燃焼、分解、溶解などの方法を利用して、第2の成長層40の少なくとも一部をサセプター20から分離してもよい。
For example, as shown in FIG. 5 (5), a laminate including the
「加工工程S40」
図1に戻り、加工工程S40では、切出工程S30で切り出したIII族窒化物半導体基板の表面を加工する。例えば、CMP(chemical mechanical polishing)等の表面平坦化技術を利用して、III族窒化物半導体基板の表面を平坦化する。"Processing process S40"
Returning to FIG. 1, in the processing step S40, the surface of the group III nitride semiconductor substrate cut out in the cutting step S30 is processed. For example, the surface of a group III nitride semiconductor substrate is flattened by using a surface flattening technique such as CMP (chemical mechanical polishing).
<III族窒化物半導体基板の構成>
次に、上記III族窒化物半導体基板の製造方法で製造されるIII族窒化物半導体基板(以下、「本実施形態のIII族窒化物半導体基板」と呼ぶ)の構成を説明する。<Structure of group III nitride semiconductor substrate>
Next, the configuration of the group III nitride semiconductor substrate (hereinafter, referred to as “the group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment”) manufactured by the method for manufacturing the group III nitride semiconductor substrate will be described.
本実施形態のIII族窒化物半導体基板はIII族窒化物半導体で構成される。本実施形態のIII族窒化物半導体基板の主面は半極性面であり、{11−2X}面、又は、{11−2X}面に対し1°以内のオフ角を有する面である(Xは1以上の整数)。なお、上記主面と表裏の関係にあるもう一方の主面は{−1−12−X}面、又は、{−1−12−X}面に対し1°以内のオフ角を有する面となる。以下、{11−2X}面、又は、{11−2X}面に対し1°以内のオフ角を有する面である主面を「Ga極性側の主面」と呼ぶ。 The group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment is composed of a group III nitride semiconductor. The main surface of the group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment is a semi-polar surface, which is a surface having an off angle within 1 ° with respect to the {11-2X} surface or the {11-2X} surface (X). Is an integer greater than or equal to 1). The other main surface, which has a front-to-back relationship with the main surface, is a {-112-X} surface or a surface having an off angle within 1 ° with respect to the {-112-X} surface. Become. Hereinafter, the main surface having an off angle within 1 ° with respect to the {11-2X} surface or the {11-2X} surface is referred to as a “main surface on the Ga polar side”.
本実施形態のIII族窒化物半導体基板の直径は10mm以上6インチ以下、厚さは250μm以上2mm以下である。 The group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment has a diameter of 10 mm or more and 6 inches or less, and a thickness of 250 μm or more and 2 mm or less.
そして、本実施形態のIII族窒化物半導体基板は、Ga極性側の主面の表面粗さが、従来の半極性基板の主面の表面粗さに比べて小さいという特徴を有する。 The group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment is characterized in that the surface roughness of the main surface on the Ga polar side is smaller than the surface roughness of the main surface of the conventional semi-polar substrate.
具体的には、Ga極性側の主面の表面粗さRMSは、主面の中心部5μm×5μm角のエリアでの測定結果が0.05nm以上1.50nm以下であり、主面の中心部1μm×1μm角のエリアでの測定結果が0.05nm以上1.50nm以下である。RMSの測定方法は、原子間力顕微鏡(Atomic Force Spectroscopy : AFM)である。 Specifically, the surface roughness RMS of the main surface on the Ga polar side has a measurement result of 0.05 nm or more and 1.50 nm or less in an area of 5 μm × 5 μm square at the center of the main surface, and the central portion of the main surface. The measurement result in the area of 1 μm × 1 μm square is 0.05 nm or more and 1.50 nm or less. The method for measuring RMS is an atomic force microscope (AFM).
また、Ga極性側の主面の表面粗さRaは、主面の中心部5μm×5μm角のエリアでの測定結果が0.05nm以上1.20nm以下であり、主面の中心部1μm×1μm角のエリアでの測定結果が0.05nm以上1.20nm以下である。Raの測定方法は、AFMである。 Further, the surface roughness Ra of the main surface on the Ga polar side is 0.05 nm or more and 1.20 nm or less in the area of the central portion of the main surface of 5 μm × 5 μm square, and the central portion of the main surface is 1 μm × 1 μm. The measurement result in the corner area is 0.05 nm or more and 1.20 nm or less. The method for measuring Ra is AFM.
また、Ga極性側の主面の表面粗さRvは、主面の中心部5μm×5μm角のエリアでの測定結果が−10.0nm以上−0.05nm以下であり、主面の中心部1μm×1μm角のエリアでの測定結果が−6.0nm以上−0.05nm以下である。Rvの測定方法は、AFMである。 The surface roughness Rv of the main surface on the Ga polar side is -10.0 nm or more and -0.05 nm or less in the area of 5 μm × 5 μm square in the center of the main surface, and 1 μm in the center of the main surface. The measurement result in the area of × 1 μm square is −6.0 nm or more and −0.05 nm or less. The method for measuring Rv is AFM.
また、Ga極性側の主面の表面粗さRpは、主面の中心部5μm×5μm角のエリアでの測定結果が0.05nm以上5.0nm以下であり、主面の中心部1μm×1μm角のエリアでの測定結果が0.05nm以上5.0nm以下である。Rpの測定方法は、AFMである。 Further, the surface roughness Rp of the main surface on the Ga polar side is 0.05 nm or more and 5.0 nm or less in the area of the central portion of the main surface of 5 μm × 5 μm square, and the central portion of the main surface is 1 μm × 1 μm. The measurement result in the corner area is 0.05 nm or more and 5.0 nm or less. The method for measuring Rp is AFM.
また、Ga極性側の主面のCL(Cathodoluminescence)像における暗点密度は5×106以下である。暗点は欠陥を示す。すなわち、本実施形態のIII族窒化物半導体基板は、表面の欠陥がこのように十分低減されている。なお、主面の中心部50μm×50μm角のエリアでの暗点密度を算出した。Also, the dark spot density in CL (Cathodoluminescence) image of the main surface of the Ga-polar side is 5 × 10 6 or less. Dark spots indicate defects. That is, the surface defects of the group III nitride semiconductor substrate of the present embodiment are sufficiently reduced in this way. The density of dark spots in an area of 50 μm × 50 μm square at the center of the main surface was calculated.
<第1の評価>
第1の評価では、上述した「下地基板のIII族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たすことで、III族窒化物半導体層の成長面の面方位をN極性側の半極性面にできることを示す。また、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」の中の少なくとも1つを満たさなかった場合、III族窒化物半導体層の成長面の面方位がGa極性側の半極性面になることを示す。<First evaluation>
In the first evaluation, the group III is satisfied by satisfying all of the above-mentioned "multiple elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer of the base substrate to be the semi-polar surface on the N-polar side". It is shown that the plane orientation of the growth plane of the nitride semiconductor layer can be set to the semi-polar plane on the N-polar side. Further, when at least one of the above-mentioned "multiple elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer to be the semi-polar surface on the N-polar side" is not satisfied, the group III nitride It is shown that the plane orientation of the growth plane of the semiconductor layer is the semi-polar plane on the Ga polar side.
まず、主面の面方位がm面((10−10)面)からa面と平行になる方向に2°傾斜した面であるサファイア基板を用意した。サファイア基板の厚さは430μmであり、直径は2インチであった。 First, a sapphire substrate was prepared, which is a surface inclined by 2 ° in a direction in which the surface orientation of the main surface is parallel to the a surface from the m surface ((10-10) surface). The sapphire substrate had a thickness of 430 μm and a diameter of 2 inches.
そして、用意したサファイア基板に対して、以下の条件で熱処理工程S12を実施した。 Then, the heat treatment step S12 was carried out on the prepared sapphire substrate under the following conditions.
温度:1000〜1050℃
圧力:100torr
キャリアガス:H2、N2
熱処理時間:10分または15分
キャリアガス供給量:15slmTemperature: 1000-1050 ° C
Pressure: 100torr
Carrier gas: H 2 , N 2
Heat treatment time: 10 minutes or 15 minutes Carrier gas supply: 15 slm
なお、熱処理工程S12の際に、20slmのNH3を供給し、窒化処理を行った。In the heat treatment step S12, 20 slm of NH 3 was supplied and nitriding treatment was performed.
その後、以下の条件で先流し工程S13を行った。 Then, the pre-emption step S13 was performed under the following conditions.
温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:90sccm、10秒
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slmTemperature: 800-930 ° C
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply amount, supply time: 90 sccm, 10 seconds Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
その後、以下の条件でバッファ層形成工程S14を行い、AlN層を形成した。 Then, the buffer layer forming step S14 was performed under the following conditions to form an AlN layer.
成長方法:MOCVD法
成長温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量:90sccm
NH3供給量:5slm
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slmGrowth method: MOCVD method Growth temperature: 800 to 930 ° C.
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply: 90sccm
NH 3 supply amount: 5 slm
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
その後、以下の条件で成長工程S15を行い、III族窒化物半導体層を形成した。 Then, the growth step S15 was carried out under the following conditions to form a group III nitride semiconductor layer.
成長方法:MOCVD法
圧力:100torr
TMGa供給量:50〜500sccm(連続変化)
NH3供給量:5〜10slm(連続変化)
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slm
成長速度:10μm/h以上Growth method: MOCVD method Pressure: 100torr
TMGa supply: 50-500sccm (continuous change)
NH 3 supply amount: 5 to 10 slm (continuous change)
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
Growth rate: 10 μm / h or more
なお、第1のサンプルの成長温度は900℃±25℃に制御し、第2のサンプルの成長温度は1050℃±25℃に制御した。すなわち、第1のサンプルは、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たすサンプルである。第2のサンプルは、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」の中の一部(成長工程S15における成長温度)を満たさないサンプルである。 The growth temperature of the first sample was controlled to 900 ° C. ± 25 ° C., and the growth temperature of the second sample was controlled to 1050 ° C. ± 25 ° C. That is, the first sample is a sample that satisfies all of the above-mentioned "a plurality of elements for making the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer a semi-polar plane on the N-polar side". The second sample is a part of the above-mentioned "multiple elements for making the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer a semi-polar surface on the N-polar side" (growth temperature in the growth step S15). ) Is not satisfied.
第1のサンプルのIII族窒化物半導体層の成長面の面方位は、(−1−12−4)面から−a面方向5.0°傾斜かつ、m面と平行になる方向に8.5°以下傾斜した面であった。一方、第2のサンプルのIII族窒化物半導体層の成長面の面方位は、(11−24)面からa面方向5.0°傾斜かつ、m面と平行になる方向に8.5°以下傾斜した面であった。すなわち、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」を満たすか否かにより、成長面の面方位がGa極性となるかN極性となるかを調整できることが分かる。 The plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer of the first sample is 5.0 ° in the −a plane direction from the (-1-12-4) plane and in the direction parallel to the m plane. The surface was inclined by 5 ° or less. On the other hand, the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer of the second sample is 5.0 ° in the a-plane direction and 8.5 ° in the direction parallel to the m-plane from the (11-24) plane. It was an inclined surface below. That is, depending on whether or not the above-mentioned "multiple elements for making the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer a semi-polar plane on the N-polar side" is satisfied, the plane orientation of the growth surface is Ga polarity. It can be seen that it is possible to adjust whether it becomes N-polarity or N-polarity.
なお、本発明者らは、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」の中のその他の一部を満たさない場合、また、全部を満たさない場合においても、成長面の面方位がGa極性となることを確認している。 It should be noted that the present inventors do not satisfy the other part of the above-mentioned "plurality of elements for setting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer to the semi-polar plane on the N-polar side". In this case, and even when all of them are not satisfied, it is confirmed that the plane orientation of the growth surface has Ga polarity.
<第2の評価>
第2の評価では、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整できることを示す。<Second evaluation>
In the second evaluation, the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is adjusted by adjusting the above-mentioned "multiple elements for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer". Show that you can.
まず、主面の面方位が様々なサファイア基板を複数用意した。サファイア基板の厚さは430μmであり、直径は2インチであった。 First, we prepared a plurality of sapphire substrates with various surface orientations. The sapphire substrate had a thickness of 430 μm and a diameter of 2 inches.
そして、用意したサファイア基板各々に対して、以下の条件で熱処理工程S12を行った。 Then, the heat treatment step S12 was performed on each of the prepared sapphire substrates under the following conditions.
温度:1000〜1050℃
圧力:200torr
熱処理時間:10分
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slmTemperature: 1000-1050 ° C
Pressure: 200torr
Heat treatment time: 10 minutes Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
なお、熱処理時の窒化処理の有無を異ならせたサンプルを作成した。具体的には、熱処理時に20slmのNH3を供給し、窒化処理を行うサンプルと、熱処理時にNH3を供給せず、窒化処理を行わないサンプルの両方を作成した。Samples were prepared with different presence or absence of nitriding treatment during heat treatment. Specifically, both a sample in which 20 slm of NH 3 was supplied during the heat treatment and subjected to the nitriding treatment and a sample in which NH 3 was not supplied during the heat treatment and the nitriding treatment was not performed were prepared.
その後、以下の条件で先流し工程S13を行った。 Then, the pre-emption step S13 was performed under the following conditions.
温度:880〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:90sccm、10秒
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slmTemperature: 880-930 ° C
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply amount, supply time: 90 sccm, 10 seconds Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
なお、先流し工程S13を行うサンプルと、行わないサンプルの両方を作成した。 In addition, both a sample in which the pre-emption step S13 was performed and a sample in which the pre-flow step S13 was not performed were prepared.
その後、サファイア基板の主面(露出面)上に、以下の条件で、約150nmの厚さのバッファ層(AlNバッファ層)を形成した。 Then, a buffer layer (AlN buffer layer) having a thickness of about 150 nm was formed on the main surface (exposed surface) of the sapphire substrate under the following conditions.
成長方法:MOCVD法
圧力:100torr
V/III比:5184
TMAl供給量:90ccm
NH3供給量:5slm
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slmGrowth method: MOCVD method Pressure: 100torr
V / III ratio: 5184
TMAl supply amount: 90ccm
NH 3 supply amount: 5 slm
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
なお、成長温度は、サンプルごとに、700℃以上1110℃以下の範囲で異ならせた。 The growth temperature was different for each sample in the range of 700 ° C. or higher and 1110 ° C. or lower.
その後、バッファ層の上に、以下の条件で、約15μmの厚さのIII族窒化物半導体層(GaN層)を形成した。 Then, a group III nitride semiconductor layer (GaN layer) having a thickness of about 15 μm was formed on the buffer layer under the following conditions.
成長方法:MOCVD法
成長温度:900〜1100℃
圧力:100torr
V/III比:321
TMGa供給量:50〜500ccm(ランプアップ)
NH3供給量:5〜10slm(ランプアップ)
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slmGrowth method: MOCVD method Growth temperature: 900 to 1100 ° C
Pressure: 100torr
V / III ratio: 321
TMGa supply amount: 50-500ccm (ramp up)
NH 3 supply amount: 5 to 10 slm (ramp up)
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
以上のようにして、サファイア基板と、バッファ層と、III族窒化物半導体層とがこの順に積層したIII族窒化物半導体基板1を製造した。
As described above, the group III
表1乃至7に、「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」と、III族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係を示す。 Tables 1 to 7 show the relationship between "a plurality of elements for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer" and the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer.
表中の「サファイア主面」の欄には、サファイア基板の主面の面方位が示されている。「昇温時の窒化処理」の欄には、熱処理工程1S0の際の昇温時の窒化処理の有無(「有り」または「無し」)が示されている。「トリメチルアルミニウム先流し工程の有無」の欄には、トリメチルアルミニウム先流し工程の有無(「有り」または「無し」)が示されている。「AlNバッファ成長温度」の欄には、バッファ層形成工程における成長温度が示されている。「GaN成長温度」の欄には、GaN層形成工程における成長温度が示されている。「III族窒化物半導体層の成長面」の欄には、III族窒化物半導体層の成長面の面方位が示されている。 In the column of "sapphire main surface" in the table, the surface orientation of the main surface of the sapphire substrate is shown. In the column of "nitriding treatment at the time of temperature rise", the presence / absence (“presence” or “without”) of the nitriding treatment at the time of temperature rise in the heat treatment step 1S0 is indicated. In the column of "presence / absence of trimethylaluminum pre-leading process", the presence / absence ("presence" or "absence") of the trimethylaluminum pre-leading process is indicated. In the column of "AlN buffer growth temperature", the growth temperature in the buffer layer forming step is shown. In the column of "GaN growth temperature", the growth temperature in the GaN layer forming step is shown. In the column of "growth surface of group III nitride semiconductor layer", the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer is shown.
当該結果によれば、上述した「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面をGa極性側の半極性面の中で調整できることが分かる。そして、第1の評価の結果と第2の評価の結果とに基づけば、「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を、N極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たしたうえで、「III族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、III族窒化物半導体層の成長面をN極性側の半極性面の中で調整できることが分かる。 According to the result, by adjusting the above-mentioned "multiple elements for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer", the growth surface of the group III nitride semiconductor layer can be set on the Ga polar side. It can be seen that it can be adjusted in the semi-polar plane. Then, based on the result of the first evaluation and the result of the second evaluation, "a plurality of elements for setting the plane orientation of the growth plane of the group III nitride semiconductor layer to the semipolar plane on the N-polar side". By adjusting "multiple factors for adjusting the plane orientation of the growth surface of the group III nitride semiconductor layer" after satisfying all of the above, the growth surface of the group III nitride semiconductor layer can be set to the N-polar side. It can be seen that it can be adjusted in the semi-polar plane.
<第3の評価>
本手法により作製したサンプル(下地基板のIII族窒化物半導体層)の結晶性について評価した。試料は3種類を準備した。サンプルAは、本実施形態の製造方法(図3のフロー参照)により作製したものであり、{−1−12−3}面を成長面として成長したものである。サンプルB、Cは比較用サンプルであり、サンプルBは{10−10}面を成長面として成長したものである。また、サンプルCは{11−22}面を成長面として成長したものである。<Third evaluation>
The crystallinity of the sample (group III nitride semiconductor layer of the base substrate) prepared by this method was evaluated. Three types of samples were prepared. Sample A was produced by the production method of the present embodiment (see the flow in FIG. 3), and was grown with the {-1-12-3} plane as the growth plane. Samples B and C are comparative samples, and sample B is grown with the {10-10} plane as the growth plane. Further, the sample C was grown with the {11-22} plane as the growth plane.
図6に、各サンプルに対し、各種GaN膜厚時にエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸の投影軸に平行に入射し測定した場合の{11−22}面に対するXRC半値幅を示す。但し、主面が{11−23}面であるサンプルCは、消滅則により{11−23}面のエックス線回折が得られないため、{11−22}面のXRC半値幅を測定した。 FIG. 6 shows the XRC half width with respect to the {11-22} plane when X-rays are incident parallel to the projection axis of the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal at various GaN film thicknesses for each sample. However, in the sample C whose main surface is the {11-23} surface, X-ray diffraction of the {11-23} surface cannot be obtained due to the extinction rule, so the XRC half width of the {11-22} surface was measured.
図6より、サンプルAはGaN層の膜厚が大きくなっても、XRC半値幅がほとんど変化しないことが分かる。これに対し、サンプルB及びCは、GaN層の膜厚が大きくなるにつれて、XRC半値幅が大きくなる傾向が読み取れる。 From FIG. 6, it can be seen that in sample A, the XRC half-value width hardly changes even if the film thickness of the GaN layer increases. On the other hand, in Samples B and C, it can be read that the XRC half-value width tends to increase as the film thickness of the GaN layer increases.
<第4の評価>
本手法により作製したサンプルの結晶性について評価した。サンプルD(実施例)は、本実施形態の製造方法(図3のフロー参照)により作製したものであり、その詳細は以下の通りである。<Fourth evaluation>
The crystallinity of the sample prepared by this method was evaluated. Sample D (Example) was produced by the production method of this embodiment (see the flow of FIG. 3), and the details thereof are as follows.
まず、主面の面方位がm面((10−10)面)からa面と平行になる方向に2°傾斜した面であるサファイア基板を用意した。サファイア基板の厚さは430μmであり、直径は2インチであった。 First, a sapphire substrate was prepared, which is a surface inclined by 2 ° in a direction in which the surface orientation of the main surface is parallel to the a surface from the m surface ((10-10) surface). The sapphire substrate had a thickness of 430 μm and a diameter of 2 inches.
そして、用意したサファイア基板に対して、以下の条件で熱処理工程S12を実施した。 Then, the heat treatment step S12 was carried out on the prepared sapphire substrate under the following conditions.
温度:800〜930℃
圧力:100torr
キャリアガス:H2、N2
熱処理時間:10分
キャリアガス供給量:4slmTemperature: 800-930 ° C
Pressure: 100torr
Carrier gas: H 2 , N 2
Heat treatment time: 10 minutes Carrier gas supply: 4 slm
なお、熱処理工程S12の際に、2slmのNH3を供給し、窒化処理を行った。In the heat treatment step S12, 2 slm of NH 3 was supplied and nitriding treatment was performed.
その後、以下の条件で先流し工程S13を行った。 Then, the pre-emption step S13 was performed under the following conditions.
温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間:50sccm、10秒
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:4slmTemperature: 800-930 ° C
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply amount, supply time: 50 sccm, 10 seconds Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 4 slm
その後、以下の条件でバッファ層形成工程S14を行い、AlN層を形成した。 Then, the buffer layer forming step S14 was performed under the following conditions to form an AlN layer.
成長方法:MOCVD法
成長温度:800〜930℃
圧力:100torr
トリメチルアルミニウム供給量:50sccm
NH3供給量:2slm
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slmGrowth method: MOCVD method Growth temperature: 800 to 930 ° C.
Pressure: 100torr
Trimethylaluminum supply: 50 sccm
NH 3 supply amount: 2 slm
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
その後、以下の条件で成長工程S15を行い、III族窒化物半導体層を形成した。 Then, the growth step S15 was carried out under the following conditions to form a group III nitride semiconductor layer.
成長方法:MOCVD法
成長温度:900℃±25℃
圧力:100torr
TMGa供給量:50〜500sccm(連続変化)
NH3供給量:5〜10slm(連続変化)
キャリアガス:H2、N2
キャリアガス供給量:15slm
成長速度:10μm/h以上Growth method: MOCVD method Growth temperature: 900 ° C ± 25 ° C
Pressure: 100torr
TMGa supply: 50-500sccm (continuous change)
NH 3 supply amount: 5 to 10 slm (continuous change)
Carrier gas: H 2 , N 2
Carrier gas supply: 15 slm
Growth rate: 10 μm / h or more
サンプルE(比較例)は、サンプルDと同様の手法により作製したものであるが、下記の点が異なる。 Sample E (comparative example) was prepared by the same method as sample D, but differs in the following points.
熱処理工程S12では、熱処理温度を1000℃〜1050℃とし、キャリアガス流量を15slmとした。また、NH3供給量は20slmとした。In the heat treatment step S12, the heat treatment temperature was 1000 ° C. to 1050 ° C., and the carrier gas flow rate was 15 slm. The NH 3 supply amount was set to 20 slm.
先流し工程S13では、トリメチルアルミニウム供給量を90sccmとし、キャリアガス流量を15slmとした。 In the prelude step S13, the trimethylaluminum supply amount was 90 sccm and the carrier gas flow rate was 15 slm.
バッファ層形成工程S14では、トリメチルアルミニウム供給量を90sccmとし、NH3供給量を5slmとした。In the buffer layer forming step S14, the supply amount of trimethylaluminum was 90 sccm, and the supply amount of NH 3 was 5 slm.
サンプルD、サンプルEのそれぞれについてX線極点図を測定した。測定の結果、サンプルDの主面、サンプルEの主面のいずれも{−1−12−4}面から10°以内のオフ角を有する面となっていることを確認した。 X-ray pole figures were measured for each of Sample D and Sample E. As a result of the measurement, it was confirmed that both the main surface of the sample D and the main surface of the sample E had an off angle within 10 ° from the {-1-12-4} surface.
そして、サンプルD及びサンプルE各々について、{11−22}面に対するXRCの半値幅を測定した。具体的には以下の手順で測定した。 Then, for each of Sample D and Sample E, the half width of XRC with respect to the {11-22} plane was measured. Specifically, it was measured by the following procedure.
(1)試作した下地基板(サンプルD及びサンプルE各々)の中心部にX線を照射し、(000−2)面回折XRCを測定する。具体的には、下地基板をX線回折装置にセットし、入射X線に対し、ディテクタと下地基板を(000−2)面の回折が得られうる理論角度に設定する。その上で、下地基板を鉛直方向に40°以上50°以下の角度で傾ける。更に、下地基板を面内方向に回転させて(000−2)面回折ピークが得られる回転角を探索する。最後に、(000−2)面回折ピークが最も良好に得られるよう、基板面内回転方向以外の各種角度を調整し、測定を行う。下地基板を上記の手順で測定した場合、(000−2)面回折ピークは、X線をm軸に平行に入射した場合にのみ得られる。つまり、この測定は、m軸方向の軸合わせを兼ねる。 (1) The central portion of the prototype base substrate (sample D and sample E, respectively) is irradiated with X-rays, and (000-2) surface diffraction XRC is measured. Specifically, the substrate is set in the X-ray diffractometer, and the detector and the substrate are set at a theoretical angle at which diffraction of the (000-2) plane can be obtained with respect to the incident X-rays. Then, the substrate is tilted in the vertical direction at an angle of 40 ° or more and 50 ° or less. Further, the base substrate is rotated in the in-plane direction (000-2), and the rotation angle at which the plane diffraction peak is obtained is searched for. Finally, the measurement is performed by adjusting various angles other than the in-plane rotation direction of the substrate so that the (000-2) plane diffraction peak can be obtained best. When the substrate is measured by the above procedure, the (000-2) plane diffraction peak is obtained only when X-rays are incident parallel to the m-axis. That is, this measurement also serves as axis alignment in the m-axis direction.
(2)m軸入射XRCの測定を行う。具体的には、(000−2)面XRCを測定した部分(下地基板の中心部)で{11−22}面の軸立(最も良好な回折が得られるよう、基板面内回転方向以外の各種角度を調整する)を行う。その後、中心部と、中心部からm軸方向に20mm離れた2点との合計3点について、{11−22}面XRCの測定を行う。 (2) Measure the m-axis incident XRC. Specifically, at the portion where the (000-2) plane XRC is measured (the central part of the base substrate), the {11-22} plane is axial (to obtain the best diffraction, other than the in-plane rotation direction of the substrate). Adjust various angles). After that, the {11-22} plane XRC is measured at a total of three points, that is, the central portion and two points separated from the central portion by 20 mm in the m-axis direction.
(3)c投影軸入射XRCの測定を行う。具体的には、(2)記載の測定終了後、下地基板を面内方向に90°回転する。これにより、X線はc投影軸(c軸を主面に投影した投影軸)に対して入射する形になる。その後、中心部で{11−22}面の軸立を行い、中心部と、中心部からc投影軸方向に20mm離れた2点との合計3点について、{11−22}面XRCの測定を行う。
(3) c Measure the projection axis incident XRC. Specifically, after the measurement described in (2) is completed, the base substrate is rotated by 90 ° in the in-plane direction. As a result, the X-rays are incident on the c-projection axis (the projection axis in which the c-axis is projected onto the main surface). After that, the {11-22} plane is axially erected at the center, and the {11-22} plane XRC is measured for a total of three points, the center and two
サンプルDの測定結果を図7に、サンプルEの測定結果を図8に示す。(m)に対応付する値は、エックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であり、「m軸入射」に対応する値は測定点3点の平均値である。(c)に対応する値は、エックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であり、「c軸投影軸入射」に対応する値は測定点3点の平均値である。測定点の概略は図示の通りである。 The measurement result of the sample D is shown in FIG. 7, and the measurement result of the sample E is shown in FIG. The value corresponding to (m) is the half width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by incident X-rays parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal, and corresponds to "m-axis incident". The value to be measured is the average value of three measurement points. The value corresponding to (c) is the half width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by incidenting the X-ray parallel to the projection axis obtained by projecting the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal onto the main plane. , The value corresponding to "c-axis projection axis incident" is the average value of three measurement points. The outline of the measurement points is as shown in the figure.
図7より、本実施形態の製造方法で作製された下地基板のIII族窒化物半導体層は、主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は500arcsec以下となることが分かる。また、III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅も500arcsec以下となることが分かる。 From FIG. 7, in the group III nitride semiconductor layer of the base substrate manufactured by the manufacturing method of the present embodiment, X-rays are incident on the main surface in parallel with the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal, and the X-rays are incident. It can be seen that the half-price width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the direction and the angle formed by the main plane is 500 arcsec or less. Further, X-rays are incident on the main surface of the group III nitride semiconductor layer in parallel with the projection axis obtained by projecting the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal onto the main surface, and the incident direction of the X-rays and the main surface form the X-rays. It can be seen that the half-value width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle is also 500 arcsec or less.
さらに、「III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であって、m軸方向に20mmずつ離れた3点での測定値」、及び、「III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅であって、c軸を主面に投影した投影軸方向に20mmずつ離れた3点での測定値」、における最大値と最小値の差が50arcsec.以内であることがわかる。すなわち、両者間の異方性が小さいことがわかる。 Further, "X-rays were incident on the main surface of the group III nitride semiconductor layer parallel to the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal, and the angle formed by the incident direction of the X-rays and the main surface was scanned and measured {11. -22} Half-value width of XRC with respect to the plane, measured values at three points separated by 20 mm in the m-axis direction "and" Group III nitride X-rays with respect to the main surface of the semiconductor layer of group III nitride. It is the half-value width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle formed by the incident direction of the X-ray and the main plane, incident parallel to the projection axis projected on the main plane of the c-axis of the semiconductor crystal. The difference between the maximum value and the minimum value in "measured values at three points separated by 20 mm in the direction of the projection axis projected on the main surface of the c-axis" is 50 arcsec. It turns out that it is within. That is, it can be seen that the anisotropy between the two is small.
一方、図8より、本実施形態の製造方法で作製されなかった下地基板のIII族窒化物半導体層は、主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅は500arcsecを超えることが分かる。また、III族窒化物半導体層の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のc軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRCの半値幅も500arcsecを超えることが分かる。 On the other hand, as shown in FIG. 8, in the group III nitride semiconductor layer of the base substrate not produced by the manufacturing method of the present embodiment, X-rays are incident on the main surface in parallel with the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal. It can be seen that the half-value width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle formed by the incident direction of the X-ray and the main surface exceeds 500 arcsec. Further, X-rays are incident on the main surface of the group III nitride semiconductor layer in parallel with the projection axis obtained by projecting the c-axis of the group III nitride semiconductor crystal onto the main surface, and the incident direction of the X-rays and the main surface form the X-rays. It can be seen that the half-value width of XRC with respect to the {11-22} plane measured by scanning the angle also exceeds 500 arcsec.
m面サファイア基板上に窒化物半導体を結晶成長した場合、その窒化の有無や窒化温度、成膜温度の違いにより窒化物半導体の成長面や結晶性、結晶軸の配向性が異なることが知られている。実施例と比較例はバッファ層の成膜温度が同じであることから、製造条件のうち、最も大きな影響を与えているのは熱処理工程S12の温度であると考えられる。 It is known that when a nitride semiconductor is crystal-grown on an m-plane sapphire substrate, the growth plane, crystallinity, and crystal axis orientation of the nitride semiconductor differ depending on the presence or absence of nitride, the nitride temperature, and the film formation temperature. ing. Since the film formation temperature of the buffer layer is the same in the examples and the comparative examples, it is considered that the temperature of the heat treatment step S12 has the greatest influence on the production conditions.
実施例の結果から、熱処理工程S12の温度を800℃以上930℃以下に調整することにより、{11−22}面に対するXRCの半値幅が良好となることが分かる。熱処理工程S12の温度がバッファ層およびIII族窒化物半導体結晶の結晶性および結晶軸の配向性に大きな影響を与えていることが分かる。 From the results of the examples, it can be seen that by adjusting the temperature of the heat treatment step S12 to 800 ° C. or higher and 930 ° C. or lower, the half width of XRC with respect to the {11-22} plane becomes good. It can be seen that the temperature of the heat treatment step S12 has a great influence on the crystallinity of the buffer layer and the group III nitride semiconductor crystal and the orientation of the crystal axis.
<第5の評価>
本実施形態の製造方法(図1のフロー参照)により作製したIII族窒化物半導体基板の特性を評価する。<Fifth evaluation>
The characteristics of the group III nitride semiconductor substrate produced by the manufacturing method of this embodiment (see the flow in FIG. 1) are evaluated.
「実施例のサンプルの製造方法」
実施例のサンプルの製造方法を説明する。まず、径がΦ4インチで、主面の面方位がm面のサファイア基板の上に、バッファ層を介して、MOCVD法でIII族窒化物半導体層(GaN層)を形成した下地基板を準備した。この時の成膜条件はサンプルDと同一とした。III族窒化物半導体層の主面の面方位は(−1−12−3)、最大径はΦ4インチ、厚さは15μmであった。"Method of manufacturing a sample of an example"
A method for producing a sample of an example will be described. First, a base substrate having a group III nitride semiconductor layer (GaN layer) formed by the MOCVD method on a sapphire substrate having a diameter of Φ4 inch and a main surface orientation of m was prepared via a buffer layer. .. The film forming conditions at this time were the same as those of sample D. The plane orientation of the main surface of the group III nitride semiconductor layer was (-1-12-3), the maximum diameter was Φ4 inch, and the thickness was 15 μm.
次に、当該下地基板をカーボンサセプターに固着した。具体的には、アルミナ系の接着剤を用いて、サファイア基板の裏面をカーボンサセプターの主面に貼りあわせた。 Next, the base substrate was fixed to the carbon susceptor. Specifically, the back surface of the sapphire substrate was bonded to the main surface of the carbon susceptor using an alumina-based adhesive.
次に、カーボンサセプターに下地基板を固着させた状態で、III族窒化物半導体層の主面上にHVPE法でIII族窒化物半導体(GaN)を成長させた。これにより、単結晶のIII族窒化物半導体で構成された第1の成長層(GaN層)を形成した。成長条件は以下の通りである。 Next, a group III nitride semiconductor (GaN) was grown on the main surface of the group III nitride semiconductor layer by the HVPE method with the base substrate fixed to the carbon susceptor. As a result, a first growth layer (GaN layer) composed of a single crystal group III nitride semiconductor was formed. The growth conditions are as follows.
成長温度:1040℃
成長時間:15時間
V/III比:10
成長膜厚:4.4mmGrowth temperature: 1040 ° C
Growth time: 15 hours V / III ratio: 10
Growth film thickness: 4.4 mm
次に、カーボンサセプター、下地基板及び第1の成長層を含む積層体を、HVPE装置から取り出し、室温まで冷却した。当該冷却後の第1の成長層の表面にはクラックが存在した。 Next, the laminate containing the carbon susceptor, the base substrate and the first growth layer was taken out from the HVPE apparatus and cooled to room temperature. There were cracks on the surface of the first growth layer after the cooling.
次に、クラックが存在する第1の成長層の主面上にHVPE法でIII族窒化物半導体(GaN)を成長させた。これにより、単結晶のIII族窒化物半導体で構成された第2の成長層(GaN層)を形成した。成長条件は以下の通りである。 Next, a group III nitride semiconductor (GaN) was grown on the main surface of the first growth layer in which cracks were present by the HVPE method. As a result, a second growth layer (GaN layer) composed of a single crystal group III nitride semiconductor was formed. The growth conditions are as follows.
成長温度:1040℃
成長時間:14時間
V/III比:10
成長膜厚:3.0mm(第1の成長層30と第2の成長層40との合計膜厚は7.4mm)Growth temperature: 1040 ° C
Growth time: 14 hours V / III ratio: 10
Growth film thickness: 3.0 mm (total film thickness of the
第2の成長層の最大径はおよそΦ4インチであった。また、第2の成長層と、その外周沿いの多結晶のIII族窒化物半導体とを含む面の最大径はおよそ130mmであった。また、第2の成長層に割れは生じていなかった。 The maximum diameter of the second growth layer was about Φ4 inch. The maximum diameter of the surface including the second growth layer and the polycrystalline group III nitride semiconductor along the outer periphery thereof was about 130 mm. Moreover, no crack was generated in the second growth layer.
次に、第2の成長層をスライスし、{11−23}面及び{−1−12−3}面が主面となるようにIII族窒化物半導体基板を取り出した。その後、III族窒化物半導体基板の主面を機械研磨および化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)で研磨した。なお、{11−23}面及び{−1−12−3}面が主面となるようにスライス、研磨等したが、これらの加工後に実際に得られたIII族窒化物半導体基板の主面は、{11−23}面から1°以内のオフ角を有する面、及び、{−1−12−3}面から1°以内のオフ角を有する面となる場合もあった。 Next, the second growth layer was sliced, and the group III nitride semiconductor substrate was taken out so that the {11-23} plane and the {-1-12-3} plane became the main planes. After that, the main surface of the group III nitride semiconductor substrate was polished by mechanical polishing and chemical mechanical polishing (CMP). The {11-23} surface and the {-1-12-3} surface were sliced and polished so as to be the main surface, but the main surface of the group III nitride semiconductor substrate actually obtained after these processing was performed. May be a surface having an off angle within 1 ° from the {11-23} surface and a surface having an off angle within 1 ° from the {-1-12-3} surface.
同様の方法によりバルク結晶を複数個作製し、それぞれのバルクより基板を作製した。 A plurality of bulk crystals were prepared by the same method, and a substrate was prepared from each bulk.
「比較例のサンプルの製造方法」
比較例のサンプルでは、MOCVD法によるIII族窒化物半導体層の成膜時の成膜条件をサンプルEと同一として下地基板を成膜した。サファイア基板の直径はφ2インチとした。"Manufacturing method of comparative sample"
In the sample of the comparative example, the base substrate was formed under the same film formation conditions as that of the sample E at the time of film formation of the group III nitride semiconductor layer by the MOCVD method. The diameter of the sapphire substrate was φ2 inch.
得られた下地基板上に下記の条件でHVPE法によるGaNの結晶成長を行った。成長後、室温への冷却時に熱応力により厚膜をサファイア基板から剥離させることにより、φ2インチの半分サイズ(半円状)のIII族窒化物半導体自立厚膜を得た。 GaN crystals were grown on the obtained substrate by the HVPE method under the following conditions. After growth, the thick film was peeled off from the sapphire substrate by thermal stress when cooled to room temperature to obtain a group III nitride semiconductor self-supporting thick film having a diameter of 2 inches and a half size (semicircular shape).
成長温度:1040℃
成長時間:18時間
V/III比:10Growth temperature: 1040 ° C
Growth time: 18 hours V / III ratio: 10
得られた自立厚膜上に下記条件を用いたHVPE法により2回のGaN結晶成長を行い、III族窒化物半導体バルク結晶を得た。 GaN crystal growth was performed twice on the obtained self-supporting thick film by the HVPE method using the following conditions to obtain a group III nitride semiconductor bulk crystal.
成長温度:1040℃
成長時間:12時間+11.5時間
V/III比:10Growth temperature: 1040 ° C
Growth time: 12 hours + 11.5 hours V / III ratio: 10
得られたバルク結晶をスライスし、{11−23}面及び{−1−12−3}面を主面とするIII族窒化物半導体基板を取り出した。その後、III族窒化物半導体基板の主面を機械研磨および化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)で研磨した。 The obtained bulk crystal was sliced, and a group III nitride semiconductor substrate having a {11-23} plane and a {-1-12-3} plane as main planes was taken out. After that, the main surface of the group III nitride semiconductor substrate was polished by mechanical polishing and chemical mechanical polishing (CMP).
「評価結果(実施例)」
実施例では、上記方法で3枚のIII族窒化物半導体基板を製造した。それぞれの基板について1μm×1μm角のエリアで測定したRMSは1.14nm、1.13nm、1.07nmであった。また、5μm×5μm角のエリアで測定したRMSは1.41nm、0.99nm、0.91nmであった。"Evaluation result (Example)"
In the example, three group III nitride semiconductor substrates were manufactured by the above method. The RMS measured in an area of 1 μm × 1 μm square for each substrate was 1.14 nm, 1.13 nm, and 1.07 nm. The RMS measured in an area of 5 μm × 5 μm square was 1.41 nm, 0.99 nm, and 0.91 nm.
また、1μm×1μm角のエリアで測定したRaは0.84nm、0.89nm、0.85nmであった。また、5μm×5μm角のエリアで測定したRaは1.03nm、0.78nm、0.72nmであった。 The Ra measured in the area of 1 μm × 1 μm square was 0.84 nm, 0.89 nm, and 0.85 nm. Ra measured in an area of 5 μm × 5 μm square was 1.03 nm, 0.78 nm, and 0.72 nm.
また、1μm×1μm角のエリアで測定したRvは−4.60nm、−5.03nm、−4.35nmであった。また、5μm×5μm角のエリアで測定したRvは−7.09nm、−4.43nm、−3.49nmであった。 The Rv measured in the area of 1 μm × 1 μm square was -4.60 nm, −5.03 nm, and -4.35 nm. The Rv measured in the area of 5 μm × 5 μm square was −7.09 nm, -4.43 nm, and -3.49 nm.
また、1μm×1μm角のエリアで測定したRpは9.18nm、4.06nm、4.23nmであった。また、5μm×5μm角のエリアで測定したRpは2.70nm、4.92nm、4.36nmであった。 The Rp measured in an area of 1 μm × 1 μm square was 9.18 nm, 4.06 nm, and 4.23 nm. The Rp measured in an area of 5 μm × 5 μm square was 2.70 nm, 4.92 nm, and 4.36 nm.
次に、図9(1)乃至(3)各々に、複数のIII族窒化物半導体基板各々の中心部50μm×50μm角のエリアのCL画像を示す。図9(1)のサンプルの暗点密度は1.3×106cm−2であり、図9(2)のサンプルの暗点密度は0.88×106cm−2であり、図9(3)のサンプルの暗点密度は1.20×106cm−2であった。Next, each of FIGS. 9 (1) to 9 (3) shows a CL image of an area of 50 μm × 50 μm square at the center of each of the plurality of group III nitride semiconductor substrates. The scotoma density of the sample of FIG. 9 (1) is 1.3 × 10 6 cm- 2 , and the scotoma density of the sample of FIG. 9 (2) is 0.88 × 10 6 cm- 2 . (3) dark spot density of the sample was 1.20 × 10 6 cm -2.
「評価結果(比較例)」
比較例では、1μm×1μm角のエリアで測定したRMSは2.53nm、2.62nmであった。また、5μm×5μm角のエリアで測定したRMSは3.10nm、3.12nmであった。"Evaluation result (comparative example)"
In the comparative example, the RMS measured in an area of 1 μm × 1 μm square was 2.53 nm and 2.62 nm. The RMS measured in an area of 5 μm × 5 μm square was 3.10 nm and 3.12 nm.
また、1μm×1μm角のエリアで測定したRaは2.01nm、2.05nmであった。また、5μm×5μm角のエリアで測定したRaは2.27nm、2.39nmであった。 Ra measured in an area of 1 μm × 1 μm square was 2.01 nm and 2.05 nm. The Ra measured in an area of 5 μm × 5 μm square was 2.27 nm and 2.39 nm.
また、1μm×1μm角のエリアで測定したRvは−8.12nm、−7.95nmであった。また、5μm×5μm角のエリアで測定したRvは−9.1nm、−9.838nmであった。 The Rv measured in the area of 1 μm × 1 μm square was −8.12 nm and −7.95 nm. The Rv measured in an area of 5 μm × 5 μm square was −9.1 nm and −9.838 nm.
また、1μm×1μm角のエリアで測定したRpは1.25nm、1.14nmであった。また、5μm×5μm角のエリアで測定したRpは3.61nm、2.41nmであった。 The Rp measured in the area of 1 μm × 1 μm square was 1.25 nm and 1.14 nm. The Rp measured in an area of 5 μm × 5 μm square was 3.61 nm and 2.41 nm.
次に、図10(1)乃至(2)に、III族窒化物半導体基板における50μm×50μm角のエリアのCL画像を示す。図10(1)のサンプルの暗点密度は8.12×106cm−2であり、図10(2)のサンプルの暗点密度は5.24×106cm−2であった。比較例のサンプルは実施例のサンプルに比べ、多数の暗点、すなわち、結晶欠陥が内包されていた。Next, FIGS. 10 (1) to 10 (2) show CL images of an area of 50 μm × 50 μm square in the group III nitride semiconductor substrate. The scotoma density of the sample of FIG. 10 (1) was 8.12 × 10 6 cm- 2 , and the scotoma density of the sample of FIG. 10 (2) was 5.24 × 10 6 cm- 2 . The sample of the comparative example contained a large number of dark spots, that is, crystal defects, as compared with the sample of the example.
実施例と比較例を比較すると判る通り、自立基板の表面粗さと結晶性には一定の相関が認められる。また、自立基板の結晶性はMOCVD下地基板の結晶性と相関があり、MOCVD下地基板の結晶性を改善することにより、自立基板の表面粗さが改善されることが判る。 As can be seen by comparing the examples and the comparative examples, a certain correlation is observed between the surface roughness and the crystallinity of the self-standing substrate. Further, it can be seen that the crystallinity of the self-supporting substrate has a correlation with the crystallinity of the MOCVD base substrate, and that the surface roughness of the self-supporting substrate is improved by improving the crystallinity of the MOCVD base substrate.
以下、参考形態の例を付記する。
1. III族窒化物半導体で構成され、主面が半極性面であり、前記主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRMSは、0.05nm以上1.50nm以下であるIII族窒化物半導体基板。
2. 1に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRaは0.05nm以上1.20nm以下であるIII族窒化物半導体基板。
3. 1又は2に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRvは−10.0nm以上−0.05nm以下であるIII族窒化物半導体基板。
4. 1から3のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRpは0.05nm以上5.0nm以下であるIII族窒化物半導体基板。
5. 1から4のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記主面のCL像における暗点密度は5×106cm−2以下であるIII族窒化物半導体基板。
6. 1から5のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記主面は、{11−2X}面、又は、{11−2X}面に対し1°以内のオフ角を有する面(Xは1以上の整数)であるIII族窒化物半導体基板。
7. 下地基板を準備する準備工程と、
前記下地基板の主面上にHVPE法でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長してIII族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体層形成工程と、
前記III族窒化物半導体層からIII族窒化物半導体基板を切り出す切出工程と、
前記III族窒化物半導体基板の表面を加工する加工工程と、
を有し、
前記下地基板は、
III族窒化物半導体で構成された第1の層を含み、
前記第1の層の主面が、前記下地基板の前記主面となり、
前記第1の層の前記主面は、ミラー指数(hkml)で表され、lは0未満の半極性面であり、
前記第1の層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRC(X-ray Rocking Curve)の半値幅は、500arcsec以下であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
8. 7に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記切出工程では、主面が{11−2X}面、又は、{11−2X}面に対し1°以内のオフ角を有する面(Xは1以上の整数)である前記III族窒化物半導体基板を切り出すIII族窒化物半導体基板の製造方法。Hereinafter, an example of the reference form will be added.
1. 1. It is composed of a group III nitride semiconductor, the main surface is a semipolar surface, and the surface roughness RMS measured in an area of 5 μm × 5 μm square of the main surface is 0.05 nm or more and 1.50 nm or less. Material semiconductor substrate.
2. 2. In the group III nitride semiconductor substrate according to 1.
A group III nitride semiconductor substrate having a surface roughness Ra measured in an area of 5 μm × 5 μm square on the main surface of 0.05 nm or more and 1.20 nm or less.
3. 3. In the group III nitride semiconductor substrate according to 1 or 2.
A group III nitride semiconductor substrate having a surface roughness Rv measured in an area of 5 μm × 5 μm square on the main surface of -10.0 nm or more and −0.05 nm or less.
4. In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 3.
A group III nitride semiconductor substrate having a surface roughness Rp of 0.05 nm or more and 5.0 nm or less measured in an area of 5 μm × 5 μm square on the main surface.
5. In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 4.
A group III nitride semiconductor substrate having a dark spot density of 5 × 10 6 cm- 2 or less in the CL image of the main surface.
6. In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of 1 to 5.
The main surface is a group III nitride semiconductor substrate which is a {11-2X} surface or a surface having an off angle within 1 ° with respect to the {11-2X} surface (X is an integer of 1 or more).
7. The preparatory process for preparing the base board and
A group III nitride semiconductor layer forming step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the main surface of the base substrate by the HVPE method to form a group III nitride semiconductor layer.
A cutting process for cutting out a group III nitride semiconductor substrate from the group III nitride semiconductor layer, and
The processing process for processing the surface of the group III nitride semiconductor substrate and
Have,
The base substrate is
Includes a first layer composed of group III nitride semiconductors
The main surface of the first layer becomes the main surface of the base substrate.
The main surface of the first layer is represented by the Miller index (hkml), where l is a semi-polar surface less than 0.
X-rays were incident parallel to the main surface of the first layer in parallel with the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal, and the angle formed by the incident direction of the X-rays and the main surface was scanned and measured {11-22. } A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the half price width of the XRC (X-ray Rocking Curve) with respect to the plane is 500 arcsec or less.
8. In the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to 7.
In the cutting step, the group III nitride whose main surface is a {11-2X} surface or a surface having an off angle within 1 ° with respect to the {11-2X} surface (X is an integer of 1 or more). A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate by cutting out a semiconductor substrate.
この出願は、2019年2月7日に出願された日本出願特願2019−020502号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2019-020502 filed on February 7, 2019, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
Claims (8)
前記主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRaは0.05nm以上1.20nm以下であるIII族窒化物半導体基板。In the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1,
A group III nitride semiconductor substrate having a surface roughness Ra measured in an area of 5 μm × 5 μm square on the main surface of 0.05 nm or more and 1.20 nm or less.
前記主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRvは−10.0nm以上−0.05nm以下であるIII族窒化物半導体基板。In the group III nitride semiconductor substrate according to claim 1 or 2.
A group III nitride semiconductor substrate having a surface roughness Rv measured in an area of 5 μm × 5 μm square on the main surface of -10.0 nm or more and −0.05 nm or less.
前記主面の5μm×5μm角のエリアで測定した表面粗さRpは0.05nm以上5.0nm以下であるIII族窒化物半導体基板。In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 3.
A group III nitride semiconductor substrate having a surface roughness Rp of 0.05 nm or more and 5.0 nm or less measured in an area of 5 μm × 5 μm square on the main surface.
前記主面のCL(Cathodoluminescence)像における暗点密度は5×106cm−2以下であるIII族窒化物半導体基板。In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 4.
A group III nitride semiconductor substrate having a dark spot density of 5 × 10 6 cm- 2 or less in the CL (Cathodoluminescence) image of the main surface.
前記主面は、{11−2X}面、又は、{11−2X}面に対し1°以内のオフ角を有する面(Xは1以上の整数)であるIII族窒化物半導体基板。In the group III nitride semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 5.
The main surface is a group III nitride semiconductor substrate which is a {11-2X} surface or a surface having an off angle within 1 ° with respect to the {11-2X} surface (X is an integer of 1 or more).
前記下地基板の主面上にHVPE法でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長してIII族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体層形成工程と、
前記III族窒化物半導体層からIII族窒化物半導体基板を切り出す切出工程と、
前記III族窒化物半導体基板の表面を加工する加工工程と、
を有し、
前記下地基板は、
III族窒化物半導体で構成された第1の層を含み、
前記第1の層の主面が、前記下地基板の前記主面となり、
前記第1の層の前記主面は、ミラー指数(hkml)で表され、lは0未満の半極性面であり、
前記第1の層の前記主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のm軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と前記主面のなす角度を走査して測定した{11−22}面に対するXRC(X-ray Rocking Curve)の半値幅は、500arcsec以下であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。The preparatory process for preparing the base board and
A group III nitride semiconductor layer forming step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the main surface of the base substrate by the HVPE method to form a group III nitride semiconductor layer.
A cutting process for cutting out a group III nitride semiconductor substrate from the group III nitride semiconductor layer, and
The processing process for processing the surface of the group III nitride semiconductor substrate and
Have,
The base substrate is
Includes a first layer composed of group III nitride semiconductors
The main surface of the first layer becomes the main surface of the base substrate.
The main surface of the first layer is represented by the Miller index (hkml), where l is a semi-polar surface less than 0.
X-rays were incident parallel to the main surface of the first layer in parallel with the m-axis of the group III nitride semiconductor crystal, and the angle formed by the incident direction of the X-rays and the main surface was scanned and measured {11-22. } A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate, wherein the half price width of the XRC (X-ray Rocking Curve) with respect to the plane is 500 arcsec or less.
前記切出工程では、主面が{11−2X}面、又は、{11−2X}面に対し1°以内のオフ角を有する面(Xは1以上の整数)である前記III族窒化物半導体基板を切り出すIII族窒化物半導体基板の製造方法。In the method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to claim 7.
In the cutting step, the group III nitride whose main surface is a {11-2X} surface or a surface having an off angle within 1 ° with respect to the {11-2X} surface (X is an integer of 1 or more). A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate by cutting out a semiconductor substrate.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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