JP2000357663A - Iii族窒化物系化合物半導体基板の製造方法 - Google Patents
Iii族窒化物系化合物半導体基板の製造方法Info
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Abstract
歩留まり良く、かつ再現性良く製造できるIII族窒化物
系化合物半導体基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 まず、基板11上に、第1のIII族窒化
物系化合物半導体からなり、段差13cを備える第1の
半導体膜13を形成する(図1(b))。その後、第1
のIII族窒化物系化合物半導体とは異なる熱膨張係数を
有する第2のIII族窒化物系化合物半導体からなる第2
の半導体膜14aを形成する(図1(c))。その後、
基板11を冷却し、第2の半導体膜14aを第1の半導
体膜13から分離してIII族窒化物系化合物半導体基板
14を得る。
Description
合物半導体基板の製造方法に関する。
し、0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1である)
で表されるIII族窒化物系化合物半導体は、バンドギャ
ップエネルギーを、1.9eV〜6.2eVという広い
範囲で変化させることができる。このため、III族窒化
物系化合物半導体は、可視域から紫外域までをカバーす
る発光・受光デバイス用の半導体材料として有望であ
る。
製する際の基板として、大面積で良質なIII族窒化物系
化合物半導体基板が求められている。これに対して、従
来から、III族窒化物系化合物半導体基板を製造する方
法が報告されている(たとえば、ジャパニーズ・ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス第37巻(19
98年)L309ページ〜L312ページ、Japan
ese Journal of Applied Ph
ysics Vol.37(1998)pp.L309-
L312)。以下、図8を参照しながら、この従来の製
造方法について説明する。
08cm(2インチ)のサファイア基板1を有機金属気
相エピタキシ装置(以下、MOVPE装置という場合が
ある)内に配置する。そして、サファイア基板1上にM
OVPE法によって、GaNバッファ層2とGaN層3
とを順次形成する(図8(a))。以下、何らかの層が
形成されたサファイア基板1をウェハと呼ぶ場合があ
る。
す。そして、GaN層3の表面にSiO2膜4を形成
し、さらにSiO2膜4に数μmピッチでストライプ状
の窓4aを形成する(図8(b))。
タキシ(以下、HVPEという場合がある)装置内に配
置し、SiO2膜4上にGaN厚膜5a(膜厚約100
μm)を形成する(図8(c))。
す。最後に、サファイア基板1側からGaN厚膜5aに
達するまでウェハを研磨することによって、膜厚約80
μm程度のGaN基板5が得られる(図8(d))。
来の方法では、以下のような課題があった。
厚膜5aとは、格子定数および熱膨張係数が異なるた
め、GaN厚膜5aを結晶成長させたのちウェハの温度
を室温に戻す過程で、サファイア基板1とGaN厚膜5
aとの間に応力がかかる。このため、上記方法では、ウ
ェハが反って、GaN厚膜5aの主面に垂直な方向にク
ラックが生じたり、GaN厚膜5aが部分的に剥離した
りしていた。その結果、従来の方法で得られるGaN基
板5の大きさはせいぜい1cm角程度であり、サファイ
ア基板1と同程度の大面積のGaN基板5を歩留まり良
く、かつ再現性良く得ることが困難であった。特に、上
記従来の方法では、サファイア基板1−GaNバッファ
層2−GaN層3の間に応力が集中し、さらに、これら
は互いに主面全体で密着しているため、無秩序にクラッ
クが形成されるという問題があった。
積のIII族窒化物系化合物半導体基板を歩留まり良く、
かつ再現性良く製造できるIII族窒化物系化合物半導体
基板の製造方法を提供することを目的とする。
め、本発明のIII族窒化物系化合物半導体基板の製造方
法は、(a)基板上に、第1のIII族窒化物系化合物半
導体からなり段差を備える第1の半導体膜を形成する工
程と、(b)第1の半導体膜上に、第1のIII族窒化物
系化合物半導体とは異なる熱膨張係数を有する第2のII
I族窒化物系化合物半導体からなる第2の半導体膜を形
成する工程と、(c)基板を冷却し、第2の半導体膜を
第1の半導体膜から分離する工程とを有することを特徴
とする。上記本発明の製造方法では、(c)の工程にお
いて基板を冷却すると、第1の半導体膜の段差部分か
ら、第2の半導体膜内であって第2の半導体膜の主面に
平行な方向にクラックが生じる。このため、上記本発明
の製造方法によれば、大面積のIII族窒化物系化合物半
導体基板を歩留まり良く、かつ再現性良く製造できる上
記本発明の製造方法では、(a)の工程は、(a−1)
基板上に、第1のIII族窒化物系化合物半導体からなる
膜を形成する工程と、(a−2)膜の一部を除去するこ
とによって複数の溝を備える第1の半導体膜を形成する
工程とを含むことが好ましい。上記構成によれば、段差
を備える第1の半導体膜を容易に形成できる。
の工程は、(a−1)基板上に、第1のIII族窒化物系
化合物半導体からなる膜と絶縁膜とをこの順序で形成す
る工程と、(a−2)膜の一部を除去することによっ
て、複数の溝を備える第1の半導体膜を形成する工程と
を含むことが好ましい。上記構成によれば、第1のIII
族窒化物系化合物半導体からなる膜と絶縁膜との間、ま
たは絶縁膜と第2の半導体膜との間でクラックがより生
じやすくなる。このため、上記構成によれば、特に大面
積のIII族窒化物系化合物半導体基板を容易に製造でき
る。
iO2およびSi3N4から選ばれる少なくとも1つから
なることが好ましい。上記構成によれば、SiO2やS
iNXとその表面に堆積されたIII族窒化物系化合物半導
体とが材料および結晶構造において互いに異なるため、
両者の界面に安定した化学結合が形成されず、第2の半
導体膜の剥離が容易になる。
ののちであって(c)の工程の前に、絶縁膜を選択的に
除去する工程をさらに含むことが好ましい。上記構成に
よれば、第1の半導体膜からIII族窒化物系化合物半導
体基板を分離したときに、III族窒化物系化合物半導体
基板上に絶縁膜が残らないため、III族窒化物系化合物
半導体基板を歩留まりおよび生産性よく製造できる。
工程において、複数の溝をストライプ状に形成すること
が好ましい。上記構成によれば、特に大面積のIII族窒
化物系化合物半導体基板を容易に製造できる。
01)面サファイア基板であり、溝が[11−20]方
向に形成されていることが好ましい。上記構成によれ
ば、結晶性が良好な第2の半導体膜を容易に形成でき
る。
窒化物系化合物半導体の格子定数が第2のIII族窒化物
系化合物半導体の格子定数よりも小さいことが好まし
い。上記構成によれば、第1の半導体膜に対して引っ張
り歪が加わるため、特に大面積のIII族窒化物系化合物
半導体基板を製造できる。
窒化物系化合物半導体がAlXGa1- XN(ただし、0<
X≦1)であり、第2のIII族窒化物系化合物半導体が
GaNであることが好ましい。上記構成によれば、第1
の半導体膜の格子定数を、第2の半導体膜の格子定数よ
りも小さくできる。
は、基板を冷却したのち、さらに基板を加熱し冷却する
工程を含むことが好ましい。上記構成によれば、クラッ
クが確実に形成され、III族窒化物系化合物半導体基板
を歩留まりよく製造できる。
て、図面を参照しながら一例を説明する。
の製造方法について、工程図を図1に示す。なお、図1
の断面図は、基板の一部のみを示している。
にIII族窒化物系化合物半導体からなるバッファ層12
と、第1のIII族窒化物系化合物半導体からなる膜13
aとをこの順序で形成する(図1(a))。基板11に
は、たとえば、サファイア基板、炭化ケイ素基板、スピ
ネル基板、シリコン、ガリウム砒素、インジウム燐など
を用いることができる。具体的には、(0001)面サ
ファイア基板を用いることができる。(0001)面サ
ファイア基板を用いることによって、基板11上にIII
族窒化物系化合物半導体を容易に結晶成長させることが
できる。なお、基板11の種類によってはバッファ層1
2を省略することも可能である。また、バッファ層12
と膜13aとの間に、他のIII族窒化物系化合物半導体
を積層してもよい。
って、第1のIII族窒化物系化合物半導体からなり段差
を備える第1の半導体膜13を形成する。膜13aの一
部の除去は、ドライエッチングやウエットエッチングに
よって行うことができる。たとえば、図1(b)に示す
ように、ストライプ状の溝13bを形成することによっ
て、段差13cを備える第1の半導体膜13を形成すれ
ばよい。図1(b)の工程における第1の半導体膜13
の平面図を図2に示す。図2に示すように、複数の溝1
3bは、略平行に形成されている。ストライプ状の溝1
3bは、基板11が(0001)面サファイア基板から
なる場合には、[11−20]方向に形成されることが
好ましい。なお、「[11−20]方向」という表現の
中の2の前にあるマイナスはバーを意味し、[11−2
0]は、
<11−20>方向ならびにそれと等価な方向すなわち
<1−210>方向および<−2110>方向を表す。
の開口部の幅Wopは、1μm〜10μmであることが
好ましい。また、溝13bの深さDは0.5μm以上で
あることが好ましい。深さDを0.5μm以上とするこ
とによって、第2の半導体膜にかかる応力が大きくな
り、III族窒化物系化合物半導体基板を剥離することが
容易になる。また、溝13bの中心と隣接する溝13b
の中心との距離(周期)Pと、幅Wopとは、P≧0.
5Wopの関係を満たすことが好ましい。これによっ
て、応力が加わる部分の体積が大きくなり、剥離を容易
に行うことができる。また、溝13bでは、開口部の幅
Wopが底の幅Wbtよりも大きいことが好ましい。な
お、図3には、断面形状が順メサ型の溝を示したが、他
の形状の段差を形成してもよい。たとえば、断面形状が
逆メサ型の段差や側面が垂直な段差を形成してもよい。
また、溝13bは、ストライプ状ではなく格子状に形成
してもよい。
第2のIII族窒化物系化合物半導体からなる第2の半導
体膜14aを第1の半導体膜13上に形成する(図1
(c))。ここで、第2のIII族窒化物系化合物半導体
は、第1のIII族窒化物系化合物半導体とは組成および
熱膨張係数が異なる。なお、第2の半導体膜14aの形
成は、基板11を加熱しながら行われる。
た基板11を冷却し、第2の半導体膜14aを第1の半
導体膜13から分離し、III族窒化物系化合物半導体基
板14を得る(図1(d)参照)。なお、図1(d)に
示すように、第2の半導体膜14aのうち溝13b内に
形成された部分15は、溝13b内に残る場合がある。
このようにして、III族窒化物系化合物半導体基板を製
造できる。なお、第2の半導体膜14aの分離を容易に
するために、基板11を冷却したのち、さらに加熱・冷
却を繰り返してもよい。また、必要に応じて、III族窒
化物系化合物半導体基板14の裏面側(第1の半導体膜
13に接していた側)を研磨してもよい。III族窒化物
系化合物半導体基板14の裏面に第2の半導体膜13の
一部が付着しているような場合であっても、それらの膜
は薄いため、研磨によって容易に除去できる。
化合物半導体(第1の半導体膜13)および第2のIII
族窒化物系化合物半導体(第2の半導体膜14a)に
は、それぞれ、組成がAlXGa1-X-YInYN(ただ
し、0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1)で表さ
れる化合物半導体を用いることができる。そして、上述
したように、第1のIII族窒化物系化合物半導体と第2
のIII族窒化物系化合物半導体とは、組成が異なり、熱
膨張係数が異なる。なお、第2の半導体膜14aに不純
物を添加し、p形またはn形の半導体膜を形成してもよ
い。これによって、p形またはn形のIII族窒化物系化
合物半導体基板が得られる。
膜14aとは、熱膨張係数が大きく異なることが好まし
い。たとえば、GaNからなる基板を製造する場合に
は、第2の半導体膜14aがGaNからなり、第1の半
導体膜13がAlXGa1-XN(ただし、0.1≦X≦
0.3)からなることが好ましい。また、AlXGa1-X
N(ただし、0.1≦X≦0.2)からなる基板を製造
する場合には、第2の半導体膜14aがAlXGa1-XN
(ただし、0.1≦X≦0.2)からなり、第1の半導
体膜13がGaNからなることが好ましい。
00μm以上であることが好ましい。厚さを200μm
以上とすることによって、第1の半導体膜13と第2の
半導体膜14aとの界面に応力を集中させることができ
るため、第2の半導体膜14aの剥離が容易になる。
化合物半導体からなる膜13a、および第2の半導体膜
14aは、たとえば、HVPE法、MOVPE法などに
よって形成することができる。
例で説明するように、第1の半導体膜13と第2の半導
体膜14aとの界面の一部に、絶縁膜を形成する工程を
さらに含んでもよい。これによって、第2の半導体膜1
4aをさらに容易に剥離できる。絶縁膜には、たとえ
ば、SiO2、Si3N4、またはAl2O3などを用いる
ことができる。この場合には、第2の半導体膜14aを
形成した後に、絶縁膜を選択的に除去する工程をさらに
含んでもよい。絶縁膜を選択的に除去することよって、
第2の半導体膜14aの剥離がさらに容易になる。
膜13の熱膨張係数と第2の半導体膜14aの熱膨張係
数とが異なり、第1の半導体膜13には段差13cが形
成されている。したがって、段差13cの部分から、第
2の半導体膜14aの表面に平行にクラックが生じる。
このため、本発明の製造方法によれば、大面積のIII族
窒化物系化合物半導体基板を容易に製造できる。
説明する。
方法によってIII族窒化物系化合物半導体基板を製造し
た一例について、図4を参照しながら説明する。
径5.08cm(2インチ)、厚さ300μm)を、リ
ン酸と塩酸の混合溶液(90℃に加熱)中で15分間浸
漬することによって、サファイア基板41の表面をエッ
チングした。次に、サファイア基板41を水洗して乾燥
した。次に、サファイア基板41をMOVPE装置に導
入した。そして、1.013×10-5Pa(1気圧)の
窒素雰囲気下で、サファイア基板41を30分間105
0℃に加熱することによって、サファイア基板41のサ
ーマルクリーニングを行った。
の温度)が500℃の条件で、GaNバッファ層42
(厚さ50nm)をサファイア基板41上にエピタキシ
ャル成長させた。次に、結晶成長温度が1000℃の条
件で、GaN層43とAl0.1Ga0.9N層44aとを、
それぞれが1μmの厚さになるようにエピタキシャル成
長させた(図4(a))。結晶成長には、トリメチルガ
リウム、トリメチルアルミニウムおよびアンモニアを原
料ガスとして用いた。Al0.1Ga0.9N層44aが、図
1の膜13aに対応する。以下、何らかの層が形成され
たサファイア基板41をウェハという。
した。そして、Al0.1Ga0.9N層44aの[11−2
0]方向に、複数の溝44b(開口部の幅Wopが約5
μm、深さDが約0.8μm)をドライエッチングによ
って形成し、Al0.1Ga0.9N層44を形成した(図4
(b))。Al0.1Ga0.9N層44が第1の半導体膜1
3に相当する。このとき、溝44bによって段差44c
が形成された。溝44bはストライプ状に形成し、隣接
する溝44b間の距離P(図3参照)は、10μmとし
た。
置(以下、HVPE装置という場合がある)に導入し、
Al0.1Ga0.9N層44上にGaN膜45a(厚さ20
0μm)をエピタキシャル成長させた(図4(c))。
なお、GaNとAl0.1Ga0 .9Nとは、表1に示すよう
に、線熱膨張係数が異なる。
説明する。HVPE装置の一例について、断面図を図5
に模式的に示す。なお、図5では、理解を容易にするた
め、部分的にハッチングを省略している。図5を参照し
て、HVPE装置は、石英製の反応炉51と、反応炉5
1の内部に配置されたサセプタ52と、反応炉51に取
り付けられた窒素導入管53a、アンモニア導入管53
b、塩化水素導入管53cおよび排気管54と、塩化水
素導入管53cの先端に配置された原料室55とを備え
る。原料室55内には、原料(金属ガリウム)56が入
れられたトレー57が配置されている。HVPE装置
は、さらに、サセプタ52に配置されるウェハ52aを
加熱するための基板加熱ヒータ58と、原料56を加熱
するための原料加熱ヒータ59とを備える。なお、基板
加熱ヒータ58は、反応炉51に対して平行にスライド
できるようになっている。
て、以下に説明する。
室55に対向するようにサセプタ52上にウェハを載置
した。そして、窒素導入管53aから反応炉51に窒素
を導入し、反応炉51内を1.013×10-5Pa(1
気圧)の窒素雰囲気で満たした。
熱ヒータ59を用い、ウェハの温度を1000℃、原料
56の温度を800℃とした。そして、アンモニア導入
管53bからアンモニアを反応炉51に導入した。ま
た、塩化水素導入管53cから塩化水素を原料室55に
導入し、原料室55において原料56の金属ガリウムと
塩化水素とを反応させて塩化ガリウムを発生させた。
ウムとアンモニアとを原料ガスとして、ウェハ上にGa
N膜45aを結晶成長させた(図4(c))。
N層44とを分離することによって、GaN基板45を
得た。具体的には、GaN膜45aを結晶成長させたの
ち、窒素雰囲気のHVPE装置中で20分間自然冷却す
ることによって、ウェハの温度を室温まで下げ、GaN
膜45aをAl0.1Ga0.9N層44から分離した。最後
に、分離されたGaN基板45をHVPE装置より取り
出した。このようにして、GaN基板45を得た。この
とき、GaN膜45aの一部46が溝44b内に残っ
た。
子を見るために、GaN膜45aに代えて、膜厚が2μ
mのGaN層61を結晶成長させたウェハを作製し、上
記実施例1と同様の方法で冷却した。そして、このウェ
ハを劈開し、劈開面を電子顕微鏡で観察して、GaN層
61内に生じた欠陥やクラックの様子を調べた。その結
果を図6に模式的に示す。なお、図6では、GaN層6
1のハッチングを省略する。
貫通転移62とクラック63とが形成されている。クラ
ック63は、Al0.1Ga0.9N層44に形成された段差
部分44cから溝44bの中央方向に向かって、GaN
層61の主面に平行に形成されていた。このクラック6
3は、(1)Al0.1Ga0.9N層44とGaN層61と
で熱膨張係数が異なること、(2)Al0.1Ga0.9Nの
格子定数がGaNの格子定数よりも小さく、Al0.1G
a0.9N層44に対して引っ張り歪が加わったこと、お
よび(3)Al0.1Ga0.9N層44に段差44cが形成
され、段差44cの斜面上にもGaNが結晶成長したこ
と、のためであると考えられる。GaN膜45aの場合
も、GaN層61と同様に、段差44c部分から主面に
平行にクラックが生じ、GaN膜45aが剥離しやすく
なるものと考えられる。
60%の領域において、GaN膜45aの段差44cの
部分にクラックが生じ、GaN膜45aを分離すること
ができた。その結果、直径約2.54cm(約1イン
チ)のGaN基板45を得ることができた。
Al0.1Ga0.9N層44の熱膨張係数とGaN膜45a
の熱膨張係数とが異なり、かつAl0.1Ga0.9N層44
には段差44cが形成された。このため、GaN膜45
a中において、GaN膜45aの表面に対して平行に段
差44cからクラックが生じ、GaN厚膜45aを分離
することができた。その結果面積の大きなGaN基板4
5を得ることができた。
Nの格子定数よりも小さく、Al0. 1Ga0.9N層44に
対して引っ張り歪が加わるので、Al0.1Ga0.9N層4
4とGaN膜45aとの間においてクラックが生じやす
くなり、大面積のGaN膜45aを分離することができ
た。その結果、大面積のGaN基板45が得られた。
方法によってIII族窒化物系化合物半導体基板を製造し
た他の一例について説明する。実施例2の製造方法で
は、実施例1の製造方法とは基板の冷却方法のみが異な
るため、重複する説明は省略する。
l0.1Ga0.9N層44上にGaN膜45a(厚さ200
μm)を結晶成長させた。その後、窒素雰囲気のHVP
E装置中で20分間自然冷却することによって、ウェハ
の温度を室温まで下げた。その後、窒素雰囲気のHVP
E装置中で、30分の時間をかけてウェハの温度を10
00℃まで上げた。1000℃まで加熱したのち室温ま
で冷却する熱サイクルを5回繰り返すことによって、A
l0.1Ga0.9N層44からGaN膜45aを分離し、G
aN基板45を得た(図4(d)参照)。最後に、分離
されたGaN基板45をHVPE装置より取り出した。
このようにして、III族窒化物系化合物半導体基板を得
た。
方法で得られる効果に加え、GaN基板を分離する際に
熱サイクルを行うことによる効果が得られる。したがっ
て、実施例2の製造方法では、実施例1よりも大面積の
GaN膜45aを分離することができ、大面積のGaN
基板を得ることができた。
にわたって、段差44cから溝44bの中央部に向かっ
て、GaN膜45aの表面に平行な方向にGaN膜45
a内にクラックが生じ、GaN膜45aを分離すること
ができた。その結果、直径が約5.08cm(約2イン
チ)のGaN基板45を得ることができた。
積のGaN基板45を分離することができるのは、Al
0.1Ga0.9N層44とGaN膜45aとの界面に繰り返
し応力が加わり、クラックがより生じやすくなったため
であると考えられる。
方法によってIII族窒化物系化合物半導体基板を製造し
たその他の一例について説明する。実施例3の製造方法
は、実施例1の製造方法とは基板の冷却方法のみが異な
るため、重複する説明は省略する。
l0.1Ga0.9N層44上にGaN膜45a(厚さ200
μm)を結晶成長させた。そして、GaN膜45aを結
晶成長させた直後に、基板加熱ヒータ58をスライドさ
せ、窒素ガスをウェハに吹き付けてウェハを急速(3分
以内)に冷却し、ウェハの温度を室温まで下げた。この
窒素ガスによる冷却によってGaN膜45aを分離し、
GaN基板45を得た。そして、得られたGaN基板4
5をHVPE装置より取り出した。
をスライドさせたのは、基板加熱ヒータ58が有する熱
によって、ウェハの冷却に時間がかかるのを防止するた
めである。基板加熱ヒータ58をスライドさせることに
よって、ウェハを室温まで急速に冷却することができ
た。
方法と同様の効果に加え、実施例1に比べてウェハをよ
り急速に冷却する効果が得られる。したがって実施例3
の製造方法では、より大面積のGaN膜45aを分離す
ることができ、その結果、より大面積のGaN基板を得
ることができた。
にわたって、段差44cから溝44bの中央部に向かっ
て、GaN膜45aの表面に平行な方向にGaN膜45
a内にクラックが生じ、GaN膜45aを分離すること
ができた。その結果、直径が約5.08cm(約2イン
チ)のGaN基板45を得ることができた。
が得られるのは、Al0.1Ga0.9N層44とGaN膜4
5aとの界面に応力が急速にかかり、クラックがより生
じやすくなったためであると考えられる。
方法によってIII族窒化物系化合物半導体基板を製造し
たその他の一例について図7を参照しながら説明する。
実施例4の製造方法は、第1の半導体膜と第2の半導体
膜との間に絶縁膜を形成する方法である。なお、実施例
1と同様の部分については、重複する説明を省略する。
(直径5.08cm(2インチ)、厚さ300μm)を
用意し、実施例1と同様の方法で、洗浄、エッチング、
およびサーマルクリーニングを行った。そして、実施例
1と同様の方法で、サファイア基板41上に、GaNバ
ッファ層42(厚さ50nm)、GaN層43(厚さ1
μm)、およびAl0.1Ga0.9N層44a(厚さ1μ
m)を、順次結晶成長させた(図7(a))。
れたサファイア基板41(以下、ウェハという場合があ
る)を、常圧CVD装置内に配置した。そして、CVD
法によって、Al0.1Ga0.9N層44a上に、SiO2
膜71(厚さ約0.3μm)を形成した。
出した。そして、Al0.1Ga0.9N層44aの[11−
20]方向に、幅Wopが5μm、深さDが0.8μ
m、距離(周期)Pが10μmの溝44bをドライエッ
チングによって形成し、Al0. 1Ga0.9N層44を形成
した(図7(b))。
00μmのGaN膜45aを結晶成長させた(図7
(c))。なお、結晶成長温度は、実施例1と同様に1
000℃とした。
20分間ウェハを自然冷却し、ウェハの温度を室温まで
下げ、GaN膜45aを分離した。最後に、分離された
GaN基板45をHVPE装置より取り出し、GaN基
板45を得た(図7(d))。
Ga0.9N層44の熱膨張係数とGaN膜45aの熱膨
張係数とが異なり、(2)Al0.1Ga0.9N層44に、
溝型の段差44cが形成されており、(3)Al0.1G
a0.9N44上にSiO2膜71が形成されている。
を用いているため、溝44b部分のAl0.1Ga0.9N層
44からSiO2膜71に回り込むように結晶が成長す
る。したがって、SiO2膜71とGaN膜45aとの
界面に結晶の歪みによる応力が加わり、この界面でクラ
ックがさらに生じやすくなる。したがって、実施例4の
製造方法によれば、より大面積のGaN基板45を得る
ことができた。
にわたって、段差44cから溝44bの中央部に向かっ
て、GaN膜45aの表面に平行な方向にGaN膜45
a内にクラックが生じ、GaN膜45aを分離すること
ができた。その結果、直径が約5.08cm(約2イン
チ)のGaN基板45を得ることができた。
りウェハを取り出した後に、ウェハを希フッ酸(体積比
でH2O:HF=10:1)に30分間浸漬し、SiO2
膜71のみを選択的にエッチングしてもよい。そして、
さらに熱サイクルを行い、GaN基板を分離してもよ
い。このようにすれば、GaN膜45aを分離する際
に、GaN基板45の表面にSiO2膜71が残留しな
いので、面積の大きなGaN基板45をより歩留まり良
く得ることができる。
実施例と同様に、熱サイクルを行ったり、ウェハを急速
に冷却してもよい。
4からなる膜を用いてもよい。
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用する
ことができる。
0.9N層44に形成する溝44bの深さDを、GaN層
43に達しない深さである0.8μmとした。しかし、
深さDを、GaN層43に達する深さとしてもよく、サ
ファイア基板41が露出する深さとしてもよい。溝を形
成することによってGaN層43またはサファイア基板
41が露出する場合でも、GaN膜45aの成長初期の
ガス流量や成長温度などの成長条件を最適化することに
よって、良好な結晶性を有するGaN膜45aを得るこ
とができる。
化物系化合物半導体基板の製造方法は、第1のIII族窒
化物系化合物半導体からなり段差を備える第1の半導体
膜を形成する工程と、第1の半導体膜上に、第1のIII
族窒化物系化合物半導体とは異なる熱膨張係数を有する
第2のIII族窒化物系化合物半導体からなる第2の半導
体膜を形成する工程と、基板を冷却し、第2の半導体膜
を第1の半導体膜から分離する工程とを有する。したが
って、本発明の製造方法によれば、大面積のIII族窒化
物系化合物半導体基板を歩留まり良く、かつ再現性良く
製造できる。
製造方法について一例を示す工程図である。
一例を示す平面図である。
製造方法について他の一例を示す工程図である。
製造方法に用いるHVPE装置について一例を模式的に
示す断面図である。
境界に生じるクラックの様子を模式的に示す図である。
製造方法についてその他の一例を示す工程図である。
造方法について一例を示す工程図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 III族窒化物系化合物半導体基板の製造
方法であって、 (a)基板上に、第1のIII族窒化物系化合物半導体か
らなり段差を備える第1の半導体膜を形成する工程と、 (b)前記第1の半導体膜上に、前記第1のIII族窒化
物系化合物半導体とは異なる熱膨張係数を有する第2の
III族窒化物系化合物半導体からなる第2の半導体膜を
形成する工程と、 (c)前記基板を冷却し、前記第2の半導体膜を前記第
1の半導体膜から分離する工程とを有することを特徴と
するIII族窒化物系化合物半導体基板の製造方法。 - 【請求項2】 前記(a)の工程は、 (a−1)前記基板上に、前記第1のIII族窒化物系化
合物半導体からなる膜を形成する工程と、 (a−2)前記膜の一部を除去することによって複数の
溝を備える第1の半導体膜を形成する工程とを含む請求
項1に記載のIII族窒化物系化合物半導体基板の製造方
法。 - 【請求項3】 前記(a)の工程は、 (a−1)前記基板上に、前記第1のIII族窒化物系化
合物半導体からなる膜と絶縁膜とをこの順序で形成する
工程と、 (a−2)前記膜の一部を除去することによって、複数
の溝を備える第1の半導体膜を形成する工程とを含む請
求項1に記載のIII族窒化物系化合物半導体基板の製造
方法。 - 【請求項4】 前記絶縁膜が、SiO2およびSi3N4
から選ばれる少なくとも1つからなる請求項3に記載の
III族窒化物系化合物半導体基板の製造方法。 - 【請求項5】 前記(b)の工程ののちであって前記
(c)の工程の前に、前記絶縁膜を選択的に除去する工
程をさらに含む請求項3に記載のIII族窒化物系化合物
半導体基板の製造方法。 - 【請求項6】 前記(a−2)の工程において、前記複
数の溝をストライプ状に形成する請求項2〜5のいずれ
かに記載のIII族窒化物系化合物半導体基板の製造方
法。 - 【請求項7】 前記基板が(0001)面サファイア基
板であり、前記溝が[11−20]方向に形成されてい
る請求項6に記載のIII族窒化物系化合物半導体基板の
製造方法。 - 【請求項8】 前記第1のIII族窒化物系化合物半導体
の格子定数が前記第2のIII族窒化物系化合物半導体の
格子定数よりも小さい請求項1〜7のいずれかに記載の
III族窒化物系化合物半導体基板の製造方法。 - 【請求項9】 前記第1のIII族窒化物系化合物半導体
がAlXGa1-XN(ただし、0<X≦1)であり、前記
第2のIII族窒化物系化合物半導体がGaNである請求
項1〜7のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導
体基板の製造方法。 - 【請求項10】 前記(c)の工程は、前記基板を冷却
したのち、さらに前記基板を加熱し冷却する工程を含む
請求項1〜7のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物
半導体基板の製造方法。
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