JP2004244307A - Iii族窒化物基板の製造方法および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の製造方法は、(i)基板上に、組成式AluGavIn1-u-vN(ただし、0≦u≦1、0≦v≦1である)で表される半導体からなり表面に(0001)面が存在する半導体層(シード層12)を形成する工程と、(ii)上記半導体層の(0001)面に対して傾斜した面となるように、上記半導体層の表面を加工する工程と、(iii)窒素を含む雰囲気下において、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる少なくとも1つのIII族元素と溶剤とを含む融液に上記半導体層の表面を接触させることによって、少なくとも1つのIII族元素と窒素とを反応させて上記半導体層上にIII族窒化物結晶(GaN単結晶13)を成長させる工程とを含む。
【選択図】 図1
Description
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、キャリア濃度の面内のばらつきが少なく、かつそのIII族窒化物結晶の成長速度が速いIII族窒化物基板およびその製造方法の提供を、目的とする。
前記半導体層が、組成式AluGavIn1-u-vN(ただし、0≦u≦1、0≦v≦1である)で表される半導体からなり、
前記半導体層の表面が、(0001)面のステップが階段状に配置された一方向に傾斜した面であり、
前記傾斜した面と前記(0001)面とのなす角度が、0.05°以上であり、
さらに、前記半導体層上に形成されたIII族窒化物結晶のキャリア濃度の面内ばらつきが、キャリア濃度の平均値の1/5以上5倍以下であるIII族窒化物基板である。なお、この本発明において、III族窒化物とは、特に限定がない限り、組成式AlxGayIn1-x-yN(ただし0≦x≦1、0≦y≦1)で表される半導体を意味する。なお、組成比が負の値になることはないため、0≦1−x−y≦1を満たすことはいうまでもない(他の組成式においても同様である)。
(1)まず、キャリア濃度とラマンスペクトルとの関係を求め、回帰式または検量線を作成する。前記回帰式または検量線は、予めホール測定したIII族窒化物基板のキャリア濃度と、そのラマンスペクトルとの関係から作成できる。
(2)つぎに、III族窒化物結晶のキャリア濃度の平均値を求める。具体的には、まず、ラマン測定の励起光のビーム径を、直径10〜100μmに集光し、1mm間隔で10〜50箇所についてラマンスペクトルを測定する。つぎに、前記回帰式または検量線を用いて、測定したラマンスペクトルからIII族窒化物結晶のキャリア濃度を求め、その平均値を算出する。
(3)さらに、III族窒化物結晶の任意の場所のラマンスペクトルを測定し、キャリア密度を求める。前記任意の場所は、前記平均値の算出の際に測定した10〜50箇所のうちの1箇所としてもよい。本発明におけるIII族窒化物結晶においては、前記任意の場所のキャリア濃度は、前記平均値の1/5以上5倍以下である。
30〜50μm/時間である。
本発明の製造方法において、前記(ii)の前記半導体表面の処理は、特に制限されないが、研磨加工による処理であることが好ましい。
(比較例1)
種基板のオフ角度を、それぞれ、0.0°および0.03°とした以外は、結晶成長させた。それ以外は、実施例1と同様にして、オフ角度が2種類のIII族窒化物基板を得た。
次にLPE成長としては、図8に示すような2ゾーンの電気炉中にセットした成長炉を用いて、電気炉内部に温度勾配をつけて成長した。図8において、81は基板を示し、82は溶液を示し、83は、上部ヒータを示し、84は下部ヒータを示す。
図7(C)の形状のサンプルを図8のようにルツボ内に設置してGaN厚膜33を成長した。
成長時間100時間で、オフ角度は2゜、膜厚約2mmの結晶を得た。このとき、得られた結晶の表面モホロジーは、光沢のある良好なものであり、6角形の島状成長のほとんどない比較的良好な結晶が得られた。得られた結晶の表面をメカノケミカル研磨を行い面内のキャリア濃度ばらつきを測定した結果、キャリア面内濃度平均値の1桁以内であった。
11 サファイア基板
12 シード層
13 GaN単結晶
Claims (19)
- 基板と、前記基板上に形成された半導体層と、前記半導体層の上方に形成されたIII族窒化物結晶とを備えるIII族窒化物基板であって、
前記半導体層が、組成式AluGavIn1-u-vN(ただし、0≦u≦1、0≦v≦1である)で表される半導体からなり、
前記半導体層の表面が、(0001)面のステップが階段状に配置された一方向に傾斜した面であり、
前記傾斜した面と前記(0001)面とのなす角度が、0.05°以上であり、
さらに、前記半導体層上に形成されたIII族窒化物結晶のキャリア濃度の面内ばらつきが、キャリア濃度の平均値の1/5以上5倍以下であるIII族窒化物基板。 - 前記III族窒化物結晶が、液相成長により形成されたものである請求項1記載のIII族窒化物基板。
- 前記傾斜した面と前記(0001)面とのなす角度が、0.05°以上0.5°以下である請求項1または2記載のIII族窒化物基板。
- III族窒化物結晶の表面と(0001)面とのなす角度が、0.05°以上5°以下である請求項2ないし3のいずれかに記載のIII族窒化物基板。
- 前記III族窒化物結晶が窒化ガリウムである請求項1から4のいずれかに記載のIII族窒化物基板。
- (i)基板上に、組成式AluGavIn1-u-vN(ただし、0≦u≦1、0≦v≦1である)で表される半導体であって、その表面に(0001)面が存在する半導体層を形成する工程と、
(ii)前記半導体層の(0001)面に対して傾斜した面となるように、前記半導体層の表面を処理する工程と、
(iii)窒素を含む雰囲気下において、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる少なくとも1つのIII族元素と溶剤とを含む融液に前記半導体層の表面を接触させることによって、前記少なくとも1つのIII族元素と窒素とを反応させて前記半導体層上にIII族窒化物結晶を成長させる工程とを含むIII族窒化物基板の製造方法。 - 前記少なくとも1つのIII族元素がガリウムであり、前記III族窒化物結晶が窒化ガリウムである請求項6に記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記半導体層上にIII族窒化物結晶を成長させる成長速度が20μm/時間以上である請求項6または7記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記半導体層上に成長したIII族窒化物結晶のキャリア濃度の面内ばらつきが、キャリア濃度の平均値の1/5以上5倍以下である請求項6から8のいずれかに記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記窒素を含む雰囲気が加圧雰囲気である請求項6ないし9のいずれかに記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記溶剤が、アルカリ金属である請求項6ないし10のいずれかに記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記溶剤が、アルカリ金属とアルカリ土類金属とを含む請求項6ないし11のいずれかに記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記アルカリ金属が、ナトリウム、リチウムおよびカリウムからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項11または12に記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記(ii)の前記半導体表面の処理が、研磨加工による処理である請求項6ないし13のいずれかに記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記(i)と前記(ii)の工程を同時に行う請求項6ないし14のいずれかに記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記(i)と前記(ii)の工程が、結晶成長時の温度勾配を利用しておこなう請求項15記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 前記基板が、サファイア製である請求項6ないし16のいずれかに記載のIII族窒化物基板の製造方法。
- 基板と、前記基板上に形成された半導体素子とを備える半導体装置であって、
前記基板が、請求項6ないし17のいずれかに記載の製造方法によって製造されたIII族窒化物基板である半導体装置。 - 前記半導体素子が、レーザダイオードまたは発光ダイオードである請求項18に記載の半導体装置。
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