JP5056824B2 - GaN基板の保存方法、GaN基板封入保存容器および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
図1および図2を参照して、本発明にかかるGaN基板の保存方法の一実施形態は、平坦な第1の主面1mを有し、第1の主面1m上でその外縁から3mm以上離れた任意の点Pにおける面方位が、任意の点Pにおける(0001)面または(000−1)面に対して50°以上90°以下(図2において傾斜角α)で傾斜している任意に特定される結晶面1aの面方位に対して、−10°以上10°以下のずれ傾斜角(図2においてずれ傾斜角Δα)を有するGaN基板1を、酸素濃度が15体積%以下および水蒸気濃度が20g/m3以下の雰囲気中で保存する。
図1〜図3を参照して、本発明にかかるGaN基板の一実施形態は、酸素濃度が15体積%以下および水蒸気濃度が20g/m3以下の雰囲気中で保存された、平坦な第1の主面1mを有し、第1の主面1m上でその外縁から3mm以上離れた任意の点における面方位が、任意の点における(0001)面または(000−1)面1cに対して50°以上90°以下で傾斜している任意に特定される結晶面1aの面方位に対して、−10°以上10°以下のずれ傾斜角Δαを有するGaN基板1である。実施形態1の方法により保存された本実施形態のGaN基板は、表面の酸化が抑制されているため、第1の主面1m上に少なくとも1層の半導体層を成長させることにより、特性の高い半導体デバイスが得られる。
図4および図5を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの一実施形態は、実施形態の1の方法により保存された実施形態2のGaN基板1と、そのGaN基板1の第1の主面1m上に形成された少なくとも1層の半導体層210と、を含む。本実施形態の半導体デバイスは、表面の酸化が抑制されたGaN基板1の第1の主面1m上に、結晶性の高い半導体層210が形成されているため、特性の高い半導体デバイスが得られる。
図3〜図5を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、実施形態の1の方法により保存された実施形態2のGaN基板1を準備する工程と、GaN基板1の第1の主面1m上に少なくとも1層の半導体層210を成長させる工程と、を含む。かかる工程により、特性の高い半導体デバイスが得られる。
1.GaN基板の作製
図6(A)を参照して、HVPE法により作製した直径が50.8mmで厚さが3mmのGaN母結晶100の両主面である(0001)面および(000−1)面を研削および研磨加工して両主面の平均粗さRaを5nmとした。ここで、面の平均粗さRaは、AFMを用いて測定した。
上記で得られた8枚のGaN基板の内、7枚のGaN基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表1に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、6ヶ月間保存した(例I−1〜例I−6および例I−R1)。残りの1枚のGaN基板は、このような保存を行うことなく、GaN基板の上記作製および洗浄後、10分以内にMOCVD装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した(例I−S)。
図4および図5を参照して、上記の保存後の7枚のGaN基板(例I−1〜例I−6および例I−R1)および非保存の1枚のGaN基板(例I−S)のそれぞれを、MOCVD装置内の結晶成長容器に配置して、それぞれのGaN基板1の第1の主面1m上に、半導体層210として、厚さ5μmのn型GaN層211、厚さ3nmのIn0.2Ga0.8N層212、厚さ60nmのAl0.2Ga0.8N層213、厚さ150nmのp型GaN層214を順次成長させて、半導体ウエハ200uを得た。ここで、半導体ウエハ200uの半導体層210の主面上の点QC、点Q1、点Q2、点Q3および点Q4は、それぞれGaN基板1の第1の主面1m上の点PC、点P1、点P2、点P3および点P4における第1の主面の法線上に位置する。
1.GaN基板の作製
実施例Iと同様にして、GaN母結晶から、複数のGaN母結晶片を切り出した。切り出されたGaN母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は{20−21}に対するずれ傾斜角が−2°以上2°以下であった。次に、実施例Iと同様にして、複数のGaN母結晶を配置して、それらの主面上にGaN結晶をHVPE法により成長させた。GaN結晶は、Ga融液と反応してGa原料ガスであるGa塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が3.3kPa、窒素原料ガスであるアンモニア(NH3)ガスの分圧が15.6kPa、結晶成長温度が1080℃の成長条件で、40時間成長させた。得られたGaN結晶の厚さは、5mmであった。すなわち、結晶成長速度は125μm/hrであった。次に、実施例Iと同様にして、GaN結晶から8枚のGaN基板を切り出し、それらの両主面を研削および研磨することにより、直径50.8mm×厚さ400μm、第1の主面の平均粗さRaが4.3nm、第2の主面の平均粗さRaが9.3μmであり、第1の主面上の点PC、点P1、点P2、点P3および点P4のそれぞれの点における第1の主面と{20−21}面との間のずれ傾斜角であって、<1−210>方向へのずれ傾斜角、および<20−21>方向および<1−210>方向に垂直な方向へのずれ傾斜角が、それぞれ表2で表わされる8枚のGaN基板を得た。
上記で得られた8枚のGaN基板の内、7枚のGaN基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表2に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、6ヶ月間保存した(例II−1〜例II−6および例II−R1)。残りの1枚のGaN基板は、このような保存を行うことなく、GaN基板の上記作製および洗浄後、10分以内にMOCVD装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した(例II−S)。
上記の保存後の7枚のGaN基板(例II−1〜例II−6および例II−R1)および非保存の1枚のGaN基板(例II−S)のそれぞれについて、実施例Iと同様にして、半導体デバイスである40個のLEDを作製した。例II−Sの半導体デバイスの平均発光強度を1.00としたときの例II−1〜例II−6および例II−R1の相対平均発光強度を表2にまとめた。
1.GaN基板の作製
実施例Iと同様にして、GaN母結晶から、複数のGaN母結晶片を切り出した。切り出されたGaN母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は{20−21}に対するずれ傾斜角が−5°以上5°以下であった。次に、実施例Iと同様にして、複数のGaN母結晶を配置して、それらの主面上にGaN結晶をHVPE法により成長させた。GaN結晶は、Ga融液と反応してGa原料ガスであるGa塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が4.3kPa、窒素原料ガスであるアンモニア(NH3)ガスの分圧が15.6kPa、結晶成長温度が1080℃の成長条件で、40時間成長させた。得られたGaN結晶の厚さは、6mmであった。すなわち、結晶成長速度は150μm/hrであった。次に、実施例Iと同様にして、GaN結晶から8枚のGaN基板を切り出し、それらの両主面を研削および研磨することにより、直径50.8mm×厚さ400μm、第1の主面の平均粗さRaが2.3nm、第2の主面の平均粗さRaが3.1μmであり、第1の主面上の点PC、点P1、点P2、点P3および点P4のそれぞれの点における第1の主面と{20−21}面との間のずれ傾斜角であって、<1−210>方向へのずれ傾斜角、および<20−21>方向および<1−210>方向に垂直な方向へのずれ傾斜角が、それぞれ表3で表わされる8枚のGaN基板を得た。
上記で得られた8枚のGaN基板の内、7枚のGaN基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表3に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、6ヶ月間保存した(例III−1〜例III−6および例III−R1)。残りの1枚のGaN基板は、このような保存を行うことなく、GaN基板の上記作製および洗浄後、10分以内にMOCVD装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した(例III−S)。
上記の保存後の7枚のGaN基板(例III−1〜例III−6および例III−R1)および非保存の1枚のGaN基板(例III−S)のそれぞれについて、実施例Iと同様にして、半導体デバイスである40個のLEDを作製した。例III−Sの半導体デバイスの平均発光強度を1.00としたときの例III−1〜例III−6および例III−R1の相対平均発光強度を表3にまとめた。
1.GaN基板の作製
実施例Iと同様にして、GaN母結晶から、複数のGaN母結晶片を切り出した。切り出されたGaN母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は{20−21}に対するずれ傾斜角が−9°以上9°以下であった。次に、実施例Iと同様にして、複数のGaN母結晶を配置して、それらの主面上にGaN結晶をHVPE法により成長させた。GaN結晶は、Ga融液と反応してGa原料ガスであるGa塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が6.4kPa、窒素原料ガスであるアンモニア(NH3)ガスの分圧が15.6kPa、結晶成長温度が1080℃の成長条件で、40時間成長させた。得られたGaN結晶の厚さは、8mmであった。すなわち、結晶成長速度は200μm/hrであった。次に、実施例Iと同様にして、GaN結晶から8枚のGaN基板を切り出し、それらの両主面を研削および研磨することにより、直径50.8mm×厚さ400μm、第1の主面の平均粗さRaが0.6nm、第2の主面の平均粗さRaが0.8μmであり、第1の主面上の点PC、点P1、点P2、点P3および点P4のそれぞれの点における第1の主面と{20−21}面との間のずれ傾斜角であって、<1−210>方向へのずれ傾斜角、および<20−21>方向および<1−210>方向に垂直な方向へのずれ傾斜角が、それぞれ表4で表わされる8枚のGaN基板を得た。
上記で得られた8枚のGaN基板の内、7枚のGaN基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表4に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、6ヶ月間保存した(例IV−1〜例IV−6および例IV−R1)。残りの1枚のGaN基板は、このような保存を行うことなく、GaN基板の上記作製および洗浄後、10分以内にMOCVD装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した(例IV−S)。
上記の保存後の7枚のGaN基板(例IV−1〜例IV−6および例IV−R1)および非保存の1枚のGaN基板(例IV−S)のそれぞれについて、実施例Iと同様にして、半導体デバイスである40個のLEDを作製した。例IV−Sの半導体デバイスの平均発光強度を1.00としたときの例IV−1〜例IV−6および例IV−R1の相対平均発光強度を表4にまとめた。
Claims (11)
- 平坦な第1の主面を有し、前記第1の主面上でその外縁から3mm以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における{20−21}に対して、−10°以上10°以下のずれ傾斜角を有するGaN基板を、酸素濃度が15体積%以下および水蒸気濃度が20g/m3以下の雰囲気中で保存するGaN基板の保存方法。
- 前記酸素濃度が10体積%以下および前記水蒸気濃度が15g/m3以下である請求項1に記載のGaN基板の保存方法。
- 前記酸素濃度が6体積%以下および前記水蒸気濃度が5g/m3以下である請求項1に記載のGaN基板の保存方法。
- 前記雰囲気は、不活性ガスと酸素ガスと水蒸気とを含む混合ガスにより形成され、前記酸素濃度が0.05体積%以上および前記水蒸気濃度が0.1g/m3以上である請求項1から請求項3のいずれかに記載のGaN基板の保存方法。
- 前記第1の主面の平均粗さRaが20nm以下であり、第2の主面の平均粗さRaが20μm以下である請求項1から請求項4までのいずれかに記載のGaN基板の保存方法。
- 前記第1の主面の平均粗さRaが5nm以下であり、前記第2の主面の平均粗さRaが10μm以下であることを特徴とする請求項5に記載のGaN基板の保存方法。
- 前記第1の主面上でその外縁から3mm以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における{20−21}に対して、<1−210>方向に−10°以上10°以下で、<20−21>方向および<1−210>方向に対して垂直な方向に−10°以上10°以下のずれ傾斜角を有する請求項1に記載のGaN基板の保存方法。
- 前記第1の主面上でその外縁から3mm以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における{20−21}に対して、<1−210>方向に−3°以上3°以下で、<20−21>方向および<1−210>方向に対して垂直な方向に−3°以上3°以下のずれ傾斜角を有する請求項1に記載のGaN基板の保存方法。
- 前記第1の主面上でその外縁から3mm以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における{20−21}に対して、<1−210>方向に−0.5°以上0.5°以下で、<20−21>方向および<1−210>方向に対して垂直な方向に−0.5°以上0.5°以下のずれ傾斜角を有する請求項1に記載のGaN基板の保存方法。
- 酸素濃度が15体積%以下および水蒸気濃度が20g/m3以下の雰囲気中に、
平坦な第1の主面を有し、前記第1の主面上でその外縁から3mm以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における{20−21}に対して、−10°以上10°以下のずれ傾斜角を有するGaN基板を封入することにより保存しているGaN基板封入保存容器。 - 平坦な第1の主面を有し、前記第1の主面上でその外縁から3mm以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における{20−21}に対して、−10°以上10°以下のずれ傾斜角を有するGaN基板を、酸素濃度が15体積%以下および水蒸気濃度が20g/m3以下の雰囲気中で保存する工程と、保存されていた前記GaN基板の前記第1の主面上に少なくとも1層の半導体層を成長させる工程と、を含む半導体デバイスの製造方法。
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