JP2006135032A - Ｉｉｉ族窒化物単結晶ウエハ、それを用いたｉｉｉ族窒化物半導体デバイスの製造方法およびそれにより得られた半導体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエハの均一な加熱が可能で、III族窒化物半導体デバイスの製造に有用なIII族窒化物単結晶ウエハを提供する。
【解決手段】 ウエハ状に加工したIII族窒化物単結晶１１のIII族窒化物結晶層形成面とは反対側の面に、例えば、カーボン（Ｃ）膜、半導体膜および金属膜からなる群から選択される赤外線吸収層１２を形成する。このように赤外線吸収層１２が形成されているため、この赤外線吸収層１２が赤外線光を均一に吸収することができる。その結果、ウエハ１１を均一に加熱可能となり、高品質な半導体デバイスを、安定して高い歩留まりで容易に製造できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、III族窒化物単結晶ウエハ、それを用いたIII族窒化物半導体デバイスの製造方法およびそれにより得られた半導体デバイスに関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）などのIII族窒化物化合物半導体（以下、III族窒化物半導体またはＧａＮ系半導体という場合がある）は、緑色や青色、紫外光を発光する半導体素子の材料として注目されている。青色レーザダイオード(ＬＤ)は、高密度光ディスクやディスプレイに応用され、また青色発光ダイオード（ＬＥＤ）はディスプレイや照明などに応用される。また、紫外線ＬＤはバイオテクノロジーなどへの応用が期待され、紫外線ＬＥＤは蛍光灯の紫外線源として期待されている。

ＬＤやＬＥＤ用のIII族窒化物半導体基板（例えば、ＧａＮ基板）は、通常、サファイア基板上に、気相エピタキシャル成長法を用いて成長させることによって形成されている。また、液相成長による方法も検討されており、最近では、アンモニアを含む窒素ガス雰囲気下においてＧａとＮａとの混合物を８００℃（１０７３Ｋ）、５０気圧（５０×１．０１３２５×１０⁵Ｐａ）で溶融させ、この融解液を用いて９６時間の育成時間で、最大結晶サイズが１．２ｍｍ程度の単結晶が得られている（例えば、特許文献１参照）。

このようにして得られたＧａＮやＡｌＮ単結晶基板を加熱し、様々な薄膜を形成することや、形成した層に熱処理を施すこと等により、ＬＤやＬＥＤ、高周波デバイス等の半導体デバイスが作製されている。
特開２００２−２９３６９６号公報

しかしながら、III族窒化物単結晶ウエハを用いて半導体デバイスを作製する際、ウエハを均一に加熱することが困難であった。

そこで、本発明は、このような事情に鑑み、均一に加熱可能なIII族窒化物単結晶ウエハおよびそれを用いたIII族窒化物半導体デバイスの製造方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のIII族窒化物単結晶ウエハは、III族窒化物半導体デバイスの製造に使用するIII族窒化物単結晶ウエハであって、III族窒化物結晶層の形成面とは反対側の面に赤外線吸収層が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の製造方法は、III族窒化物単結晶ウエハを用いたIII族窒化物半導体デバイスの製造方法であって、III族窒化物結晶層形成面にIII族窒化物結晶層を形成する結晶層形成工程、および前記III族窒化物単結晶ウエハに熱処理を施す熱処理工程の少なくとも一方を含み、前記III族窒化物単結晶ウエハが、前記本発明のIII族窒化物単結晶ウエハであることを特徴とする。

特性に優れ、高品質な半導体デバイス等を作製するためには、ウエハを均一に加熱する必要がある。しかし、ＧａＮ基板等のIII族窒化物単結晶ウエハを用いた場合、ウエハを均一に加熱できないという問題が生じ、特に、ウエハの形状が大きくなればなるほど、その問題は顕著となった。そこで、本発明者等は、ウエハの均一加熱を実現すべく、研究を重ねたところ、III族窒化物単結晶の吸収端が可視光および赤外光よりも短く、これらの光を吸収できないため、ウエハの均一加熱を困難にしていることを見出し、本発明に至ったのである。すなわち、本発明のように、III族窒化物単結晶ウエハに赤外線吸収層を形成することにより、この赤外線吸収層が、例えば、輻射赤外線光等を均一に吸収するため、ウエハ全体を均一に加熱できる。その結果、例えば、均一な組成の薄膜を容易に形成でき、品質に優れるIII族窒化物半導体デバイスが製造できる。

本発明において、前記赤外線吸収層は、特に制限されず、例えば、抵抗加熱や高周波加熱により発生した輻射赤外線光を吸収する層が好ましい。

本発明において、前記赤外線吸収層は、例えば、カーボン（Ｃ）膜、半導体膜、金属膜等があげられる。

本発明において、前記カーボン（Ｃ）は、例えば、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等があげられる。

本発明において、前記半導体としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ等があげられる。

本発明において、前記金属としては、例えば、高融点金属、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ等やそれらの化合物等があげられる。前記高融点金属は、例えば、融点が１５００℃以上の金属であることが好ましく、具体例をあげると、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ等である。前記化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣ等があげられる。これらの金属は単独で使用してもよく、２種類以上で併用してもよい。

次に、本発明のIII族窒化物単結晶ウエハの一例を、図１を用いて説明する。同図に示すように、このIII族窒化物単結晶ウエハ１０は、ウエハ状に加工したIII族窒化物単結晶１１に赤外線吸収層１２が形成されている。

本発明において、前記赤外線吸収層の厚みは特に制限されないが、例えば、０．５μｍ〜１００μｍであり、好ましくは１μｍ〜１０μｍである。

本発明において、III族窒化物単結晶ウエハを構成するIII族元素は、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎであり、好ましくはＡｌおよびＧａである。また、前記III族窒化物単結晶ウエハの組成式は、Ｇａ_xＡｌ_1-xＮ（ただし、０≦ｘ≦１）で表されることが好ましく、その結晶構造が、六方晶系であることが好ましい。使用するIII族窒化物単結晶の製造方法は特に制限されず、例えば、気相成長法や液相成長法等により作製した結晶が使用できる。前記気相成長法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法等があげられ、前記液相成長法としては、例えば、アルカリ金属やアルカリ土類金属等を用いたフラックス法、ＬＰＥ法、チョクラルスキー法等があげられる。前記III族窒化物単結晶ウエハの厚みは、作製する半導体デバイスに応じて適宜決定すればよく、特に制限されないが、例えば、１００μｍ〜１０００μｍであり、好ましくは２００μｍ〜７００μｍである。前記III族窒化物単結晶ウエハの形状は、特に制限されないが、円盤状であることが好ましい。また、前記III族窒化物単結晶ウエハの赤外線吸収層形成面およびIII族窒化物結晶層形成面が、鏡面であることが好ましい。赤外線吸収層形成面を鏡面とすることにより、より一層ウエハを均一に加熱できる。なお、本発明のIII族窒化物単結晶ウエハにおいて、前記III族窒化物結晶層形成面を、第１の主面と、前記赤外線吸収層形成面を第２の主面ともいう。

本発明において、前記赤外線吸収層の形成方法は特に制限されないが、例えば、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタリングやマグネトロンスパッタリング等のスパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、蒸着法等があげられる。例えば、金属膜を形成する場合、蒸着法が好ましく、カーボン（Ｃ）膜を形成する場合、例えば、ＥＣＲスパッタリング、マグネトロンススパッタリング、ＣＶＤ法が好ましい。

本発明において、さらに保護層を含んでいてもよく、前記保護層が前記赤外線吸収層に積層されていることが好ましい。図２に、赤外線吸収層に保護層を形成したIII族窒化物単結晶ウエハの一例を示す。なお、同図において、図１と同一箇所には、同一の符号を付している。保護層１３により、例えば、結晶成長等における前記赤外線吸収層の腐食等を抑制でき、より一層ウエハを均一に加熱できる。前記保護層は、例えば、耐アルカリ性の物質を使用すればよく、好ましくは耐アンモニア性の物質である。中でもシリコンカーバイト（ＳｉＣ）、ＳｉＮ_x、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、ＧａＮ、Ａｌ₂Ｏ₃のいずれかを含むことがより好ましい。前記保護層の厚みは特に制限されないが、例えば、０．１μｍ〜１００μｍであり、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍである。前記保護層の形成方法は特に制限されないが、例えば、ＣＶＤ法等があげられる。

本発明において、前記赤外線吸収層または前記保護層表面に、マーカーを形成してもよい。マーカーを形成した一例を図６に示す。このようにウエハにマーカーを形成することで、例えば、識別や管理等がより一層容易になり、極めて高い作業効率が可能となる。従来、ウエハに直接マーカーを形成した場合、チップ化等の際に、へき開面に沿って基板が割れる場合があった。しかし、本発明のように赤外線吸収層や保護層にマーカーを形成することで、極めて容易にマーカーを形成でき、かつ、チップ化等の際の破損をより一層低減できる。前記マーカーは、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、ＣＯ₂レーザやＹＡＧレーザ等によるレーザ加工等により形成できる。

次に、本発明のIII族窒化物半導体デバイスの製造方法は、III族窒化物結晶層の形成面とは反対側の面に赤外線吸収層が形成された前記本発明のIII族窒化物単結晶ウエハを用い、III族窒化物結晶層形成面にIII族窒化物結晶層を形成する結晶層形成工程、および前記III族窒化物単結晶ウエハに熱処理を施す熱処理工程の少なくとも一方を含む方法である。本発明のIII族窒化物単結晶ウエハを用いることにより、前述のようなウエハの加熱を必要とする工程においてウエハを均一に加熱でき、ウエハ内の温度のバラツキを、例えば、±１０℃以下、さらには±５℃以下にできる。前記温度のバラツキとは、例えば、１０００℃に加熱したウエハ（直径５０ｍｍ）の温度を、中心部１点と周辺部２点との計３点で測定し、その測定した温度の最大値と最小値との差をいう。前記温度の測定は、例えば、サーモビュアーを用いて行うことができる。

前記結晶層形成工程において、気相成長によりIII族窒化物結晶層を形成することが好ましく、前記気相成長としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法等があげられる。前記熱処理工程における熱処理としては、例えば、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）、ホットプレートアニール法等があげられる。また、本発明の製造方法において、さらに、前記赤外線吸収層を除去する除去工程を含むことが好ましい。前記除去方法としては、例えば、研磨加工、ドライエッチングやウェットエッチング等があげられる。

本発明において、前記III族窒化物半導体デバイスとしては、例えば、レーザダイオード、発光ダイオード、電界効果トランジスタ、高周波デバイス、ハイパワーデバイス等があげられる。本発明の製造方法により得られる半導体デバイスは、例えば、発振閾値、発振電圧、スロープ効率、寿命などに優れ高性能である。例えば半導体レーザの場合、その発振波長の範囲を、例えば、±１０ｎｍに抑制でき、さらには±５ｎｍにできる。前記発振波長の範囲とは、中心波長（ＷＬ_cen）と測定された最小波長（ＷＬ_min）若しくは最大波長（ＷＬ_max）との差（（ＷＬ_min−ＷＬ_cen）若しくは（ＷＬ_max−ＷＬ_cen））をいい、前記中心波長は、エネルギー強度が最も強い波長である。前記発振波長とそのエネルギー強度は、例えば、スペクトラムアナライザとパワーメータとにより測定できる。

次に、本発明の赤外線吸収層を形成したIII族窒化物単結晶ウエハの製造方法の一例を示す。

まず、ウエハ状のIII族窒化物単結晶を準備する。前記III族窒化物単結晶は、市販品でも、自家製作した物を使用してもよく、自家製作する場合、例えば、次のようにして作製できる。

III族窒化物結晶からなる種結晶基板を準備する。前記種結晶基板としては、例えば、気相成長法や液相成長法により作製したIII族窒化物結晶等を使用できる。この場合、種結晶基板と成長させるIII族窒化物単結晶との線膨張係数の差がないからである。また、前記種結晶基板は、支持基板上に形成されていてもよく、前記支持基板としては、例えば、表面が（１１１）面であるＧａＡｓ基板、表面が（１１１）面であるＳｉ基板、表面が（０００１）面であるサファイア基板、表面が（０００１）面であるＳｉＣ基板などが使用できる。この中でも、サファイア基板やＳｉＣ基板が好ましい。前記種結晶の形成方法は特に制限されず、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法等があげられる。

III族元素と、アルカリ金属およびアルカリ金属の少なくとも一方とを坩堝に投入し、窒素を含む雰囲気下でこの坩堝を加圧加熱することによって溶融させ、III族元素と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方と、窒素とを含む融液を作製する。前記III族元素としては、結晶成長させる半導体に応じて選択すればよく、例えば、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎがあげられる。これらは、単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。前記アルカリ金属としては、Ｎａ、Ｌｉ、Ｋ、ＲｂおよびＣｓがあげられ、前記アルカリ土類金属としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、ＢａおよびＢｅがあげられ、これらは、１種類で使用しても２種類以上を併用してもよい。これらの中でも、Ｎａ、Ｃａが好ましい。また、前記アルカリ金属やアルカリ土類金属は、精製したものを使用することが好ましい。前記精製方法としては、特に制限されないが、例えば、不活性ガスで置換されたグローブボックス内でアルカリ金属等を加熱して融解し、その表面層に現れる酸化物等を除去する方法等があげられる。前記不活性ガスとしては、例えば、Ｈｅガス、Ｎ₂ガス、Ａｒガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等があげられ、これらは、単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。前記アルカリ金属等の添加量は、特に制限されないが、融液中におけるIII族元素のモル数（Ａ）とIII元素とアルカリ金属およびアルカリ土類金属との合計のモル数（Ｂ）との割合（Ａ／（Ａ＋Ｂ））は、例えば、０．０７〜０．４７であり、好ましくは０．１５〜０．３５である。また、前記アルカリ土類金属は、ドーピング物質として添加してもよく、添加することにより、より低圧での結晶育成が可能となる。前記ドーピング物質の添加量は、前記融液中において、例えば０．０１モル％〜１０モル％であり、好ましくは０．１モル％〜５モル％である。

窒素を含む雰囲気下において、前記融液に種結晶を接触させることにより、種結晶上にIII族窒化物単結晶を成長させる。前記窒素を含む雰囲気としては、例えば、Ｎ₂ガス、ＮＨ₃ガス等があげられ、これらは、１種類で使用しても２種類以上を併用してもよい。Ｎ₂ガスとＮＨ₃ガスとの混合ガスを使用する場合、混合ガス中のＮＨ₃ガスの割合は、例えば、５０体積％以下が好ましく、２０体積％以下がより好ましい。

前記融液作製および結晶成長条件は、使用する材料、雰囲気ガスによって適宜設定すればよく、例えば、７００℃〜１１００℃、１ａｔｍ（１×１．０１３２５×１０⁵Ｐａ）〜１００ａｔｍ（１００×１．０１３２５×１０⁵Ｐａ）であり、好ましくは７００℃〜９００℃、１ａｔｍ（１×１．０１３２５×１０⁵Ｐａ）〜５０ａｔｍ（５０×１．０１３２５×１０⁵Ｐａ）である。

また、結晶成長時間は、目的とする厚み等で適宜設定すればよく、例えば、２５時間〜２００時間である。また、得られる結晶の厚みも、特に制限されず、結晶成長時間を調整することで様々な厚みにできるが、例えば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。また、得られたIII族窒化物単結晶をスライスして、目的とする厚みとしてもよい。

このようにして得られたIII族窒化物単結晶から支持基板等を除去し、ウエハ状に加工することにより、ウエハ状のIII族窒化物単結晶が得られる。前記除去方法は特に制限されず、例えば、研削加工やダイヤモンドを用いた研磨、紫外線の照射によるレーザリフトオフ法等があげられる。そして、前記ウエハ状のIII族窒化物単結晶の両面に鏡面加工を施すことが好ましい。

また、液相成長に代えて、ＨＶＰＥ法によりＧａＮ自立基板を作製してもよい。まず、サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ層を形成する。次に、金属Ｔｉを成膜して、ＮＨ₃の熱処理により熱処理すると、ボイドのあるＴｉＮ膜が形成される。このＴｉＮ膜上に、ＨＶＰＥ法によりＧａＮ結晶を形成する。ＨＶＰＥ法では、ＧａポートにＧａ融液を入れ、このＧａポートに、Ｈ₂ガスとＨＣｌガスとの混合ガスを吹き付けると、ＧａＣｌが生成される。そして、サファイア基板が置かれたサセプタ近くに、Ｈ₂ガスとＮＨ₃ガスとの混合を吹き付けると、ＧａＮ結晶が基板上で成長する。その後、ＧａＮ結晶をサファイア基板から剥離させると、ＧａＮ自立基板が得られる。

次に、ウエハ状に加工したIII族窒化物単結晶（以下、ウエハともいう）に、赤外線吸収層を形成する。赤外線吸収層の形成方法は、前述のように特に制限されないが、例えば、スパッタリング法により形成する場合、ＥＣＲ装置を用いて以下のようにして行うことができる。

ウエハ加熱温度は、特に制限されず、例えば、３００℃前後に加熱し、保持することでＤＬＣ膜が形成でき、４００℃以上とすることで、グラファイト膜が形成できる。ＧａＮ結晶の成長温度が１０００℃前後であることから、ウエハを１０００℃程度に加熱し、グラファイト膜を形成することが好ましい。スパッタリング法によれば、例えば、０．５μｍ／ｈ程度の成長レートで、厚み数μｍ程度の赤外線吸収層を形成できる。また、不活性ガスを用いたイオンビームを併用することにより、より一層緻密な膜を形成できる。前記不活性ガスとしては、例えば、Ｈｅガス、Ｎ₂ガス、Ａｒガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等があげられ、これらは、単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。

前記スパッタリング法に代えて、ＣＶＤ法により形成してもよい。カーボン系ガス雰囲気中に前記ウエハを配置し、負のバイアス電圧を印加することによりＤＬＣ膜等のカーボン膜を形成できる。前記カーボン系ガス雰囲気としては、例えば、ＣＨ₄ガス、Ｃ₂Ｈ₆ガス等があげられる。ウエハ加熱温度は、例えば、室温〜８００℃であり、好ましくは３００℃〜５００℃である。ＣＶＤ法によれば、例えば、数μｍ／ｈ程度の成長レートで、厚み数μｍ程度の赤外線吸収層を形成できる。

前記赤外線吸収層表面に保護層を形成してもよく、前記保護層は、例えば、次のようにして形成できる。

カーボン系ガスとＳｉＨ₄ガスとの雰囲気中で、ウエハ温度を、例えば、１０００℃程度に保持することにより、赤外線吸収層上にＳｉＣ膜（保護層）が形成できる。保護層の厚みは特に制限されないが、例えば、数μｍ〜数１００μｍであることが好ましい。前記カーボン系ガスは、前述のとおりである。また、前記ＳｉＨ₄ガスに代えて、例えば、ＳｉＨＣｌ₃が使用できる。

次に、本発明のIII族窒化物ウエハを用いた半導体デバイスの製造方法の例を、図３（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。

図３（ａ）に示す装置は、抵抗加熱によりウエハを加熱するＭＯＣＶＤ装置の構成の一例である。同図に示すように、石英からなる反応管３０１内に、サセプタ３０３が配置され、サセプタ３０３上には、ウエハ２０が配置可能である。サセプタ３０３の形成材料は、例えば、カーボン等があげられる。まず、サセプタ３０３に通電して、サセプタ３０３を加熱する。加熱後、サセプタ３０３上に、保護層１３とサセプタ３０３とが接するようにウエハ２０を配置し、ウエハ２０を加熱する。そして、反応管３０１内に矢印Ａ方向に反応ガスを供給することによって、ウエハ２０上に薄膜が形成される。前記反応ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ₃）ガス、シラン（ＳｉＨ₄）ガス、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）等があげられ、これらのガスを適宜切り換えることにより、種々の半導体層を形成できる。また、温度としては、例えば、図４に示すような温度条件で行うことが好ましい。

また、図３（ａ）の示す装置に代えて、図３（ｂ）に示す装置を使用してもよい。図３（ｂ）に示す装置は、高周波加熱によりウエハを加熱するＭＯＣＶＤ装置の構成の一例である。同図に示すように、石英からなる反応管３０５内に、サセプタ３０７が配置され、サセプタ３０７が配置された部分を中心に、反応管３０５が高周波コイル３０８により覆われている。なお、サセプタ３０７上には、ウエハ２０が配置可能である。まず、高周波コイル３０８により高周波を発生させることにより、サセプタ３０７を発熱させる。発熱したサセプタ３０７上に、保護層１３とサセプタ３０７とが接するようにウエハ２０を配置し、ウエハ２０を加熱する。そして、反応管３０５内に矢印Ｂ方向に反応ガスを供給することによって、ウエハ２０上に薄膜が形成される。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１は、ＧａＮ結晶ウエハに赤外線吸収層と保護層とを形成し、そのＧａＮ結晶ウエハを用いて、半導体レーザを作製した一例である。

まず、液相成長により作製したＧａＮ自立基板（厚み５００μｍ）を準備した。この基板両面に鏡面加工を施し、ＧａＮ結晶ウエハ（厚み４００μｍ）を得た。次に、ＣＶＤ方法（温度３００℃）により、前記ウエハのＩＩＩ族窒化物結晶層の形成面とは反対側の面に赤外線吸収層としてＤＬＣ膜（厚み５μｍ）を形成した。そして、さらにその上に保護層としてＳｉＣ膜（厚み１μｍ）を形成し（ＣＶＤ方法、温度１０００℃）、ＳｉＣ膜とＤＬＣ膜とを備えるIII族窒化物単結晶ウエハを作製した。

次に、前記III族窒化物単結晶ウエハを、ＭＯＣＶＤ装置内に配置した。そして、前記装置内に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ₃）ガス、シラン（ＳｉＨ₄）ガス、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を適宜供給し、前記III族窒化物単結晶ウエハ上にｎ型グラッド層、ｎ型ガイド層、活性層、ｐ型光ガイド層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層（以下、ｐ型光ガイド層とｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層とを合わせてｐ型層という）を形成した。なお、ウエハ加熱温度は、図４に示すグラフのように変化させた。活性層形成時（ウエハ加熱温度８００℃）に、サーモビュアーにより測定した。その結果、ウエハ内の温度のバラツキが５℃以下であり、ウエハを均一に加熱できたといえる。

次に、前述のようにして各層を形成したIII族窒化物単結晶ウエハに、ＲＴＡ装置を用いて熱処理を施した。その熱処理方法を、図５を用いて説明する。

図５は、ＲＴＡ装置の構成の一例である。同図に示すように、石英管５０１内に、サセプタ５０２が配置され、サセプタ５０２上には、ウエハ５０が配置可能である。サセプタ５０２の側面には、石英管５０１を介して赤外線ランプ５０４が配置されている。また、石英管５０１内は、例えば、Ｎ₂ガス等の不活性ガスを含む雰囲気である。

まず、石英管５０１内に配置されたサセプタ５０２上に、赤外線吸収層と保護層を備えたウエハ５０を配置した。そして、赤外線ランプ５０４を用いて、ウエハ５０に、７５０℃、１５分間熱処理を施した。この熱処理により、ｐ型層中の水素を除去して活性化させ、低抵抗化した。なお、この熱処理は、４００℃以上で行えばよく、本実施例のように７５０℃、１５分間熱処理を施すことで、十分水素を除去できた。

次に、ｐ型コンタクト層上に、Ｐｄを用いて電極（ｐ側電極）を形成した後、前記装置を用いて、さらに、４５０℃、１０分間熱処理を施すことにより、ｐ型コンタクト層と、ｐ側電極とをオーミック接触させた。

次に、前記赤外線吸収層を研磨加工により除去し、さらに、ＧａＮ結晶層を研磨して、１００μｍ程度の厚みとした。そして、ＧａＮ結晶ウエハの加工（研磨）面に、ｎ側電極を形成し、半導体レーザを作製した。

このようにして作製した半導体レーザの発振波長を、スペクトラムアナライザを用いて測定した結果、その波長範囲は±５ｎｍ以内であった。すなわち、本発明のIII族窒化物単結晶ウエハによれば、各種層形成時のみならず、ｐ型活性化等の熱処理においても、均一な加熱が可能となるため、発振波長が抑制され、優れた特性を有する半導体レーザが製造できるといえる。また、本発明のIII族窒化物単結晶ウエハによれば、異なるサンプル間においても、均一な基板温度を実現できた。

（比較例１）
比較例として、赤外線吸収層が形成されていないIII族窒化物単結晶ウエハ（厚み４００μｍ）を用いて、同様の方法で半導体レーザを作製した。その結果、ウエハ内の温度およびサンプル間の基板温度にばらつきがあり、例えば、±２０℃程度であった。また、実施例１と同様にして半導体レーザの発振波長を測定した結果、その波長範囲は±２０ｎｍ〜±３０ｎｍと大きくばらついた。これにより、薄膜形成や熱処理時におけるウエハ内の温度のばらつきが、半導体レーザの特性に影響しているといえる。

本発明のIII族窒化物単結晶ウエハは、半導体デバイス製造に使用でき、これを用いれば、均一な基板加熱が容易に行え、安定に高い歩留まりで高品質な半導体デバイスを提供できる。

図１は、本発明のIII族窒化物単結晶ウエハの構成の一例を示す断面図である。 図２は、本発明のIII族窒化物単結晶ウエハの構成のその他の一例を示す断面図である。 図３（ａ）および（ｂ）は、本発明の製造方法に用いられる製造装置の一例の構成図である。 図４は、本発明の一実施例における温度条件の変化を示すグラフである。 図５は、本発明の製造方法に用いられる製造装置のその他の一例の構成図である。 図６は、本発明のIII族窒化物単結晶ウエハにマーカーを形成した一例を示す上面図である。

符号の説明

１０、２０、５０ III族窒化物単結晶ウエハ
１１ ウエハ
１２ 赤外線吸収層
１３ 保護層
３０１、３０５ 反応管
３０３、３０７ サセプタ
３０８ コイル
Ａ、Ｂ 導入方向
５０１ 石英管
５０２ サセプタ
５０４ 赤外線ランプ

Claims (19)

1. III族窒化物半導体デバイスの製造に使用するIII族窒化物単結晶ウエハであって、III族窒化物結晶層の形成面とは反対側の面に赤外線吸収層が形成されているIII族窒化物単結晶ウエハ。
2. 前記赤外線吸収層が、カーボン（Ｃ）膜、半導体膜および金属膜からなる群から選択される一つである請求項１に記載のウエハ。
3. 前記カーボン（Ｃ）が、グラファイトまたはダイヤモンドライクカーボンである請求項２に記載のウエハ。
4. 前記半導体が、Ｓｉ、ＧｅおよびＧａＡｓからなる群から選択される少なくとも一つである請求項２に記載のウエハ。
5. 前記金属が、高融点金属である請求項２に記載のウエハ。
6. 前記高融点金属が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂおよびそれらの化合物からなる群から選択される少なくとも一つである請求項５に記載のウエハ。
7. 前記金属が、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉおよびそれらの化合物からなる群から選択される少なくとも一つである請求項２に記載のウエハ。
8. III族元素が、ＡｌおよびＧａの少なくとも一方である請求項１から７のいずれかに記載のウエハ。
9. 前記III族窒化物単結晶ウエハの結晶構造が、六方晶系である請求項１から８のいずれかに記載のウエハ。
10. さらに、保護層を含み、前記保護層が前記赤外線吸収層に積層されている請求項１から９のいずれかに記載のウエハ。
11. 前記保護層が、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、ＳｉＮ_x、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、ＧａＮおよびＡｌ₂Ｏ₃からなる群から選択される少なくとも１つを含む請求項１０に記載のウエハ。
12. 前記赤外線吸収層および前記保護層のいずれか一方の表面に、マーカーが形成されている請求項１から１１のいずれかに記載のウエハ。
13. 前記マーカーが、エッチングまたはレーザ加工により形成したものである請求項１２に記載のウエハ。
14. 前記III族窒化物単結晶ウエハの形状が、円盤状である請求項１から１３のいずれかに記載のウエハ。
15. III族窒化物単結晶ウエハを用いたIII族窒化物半導体デバイスの製造方法であって、III族窒化物結晶層形成面にIII族窒化物結晶層を形成する結晶層形成工程、および前記III族窒化物単結晶ウエハに熱処理を施す熱処理工程の少なくとも一方を含み、前記III族窒化物単結晶ウエハが、請求項１から１４のいずれかに記載のウエハである製造方法。
16. 前記結晶層形成工程において、気相成長によりIII族窒化物結晶層を形成する請求項１５に記載の製造方法。
17. さらに、前記赤外線吸収層を除去する除去工程を含む請求項１５または１６に記載の製造方法
18. III族窒化物半導体デバイスであって、請求項１５から１７のいずれかに記載の製造方法により得られるIII族窒化物半導体デバイス。
19. 前記III族窒化物半導体デバイスが、レーザダイオード、発光ダイオード、電界効果トランジスタおよび高周波デバイスからなる群から選択される一つである請求項１８に記載の半導体デバイス。

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