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JP2002299254A - Manufacturing method for semiconductor wafer and semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method for semiconductor wafer and semiconductor device

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JP2002299254A
JP2002299254A JP2001099211A JP2001099211A JP2002299254A JP 2002299254 A JP2002299254 A JP 2002299254A JP 2001099211 A JP2001099211 A JP 2001099211A JP 2001099211 A JP2001099211 A JP 2001099211A JP 2002299254 A JP2002299254 A JP 2002299254A
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semiconductor
substrate
crystal
thin film
film portion
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誠二 永井
Kazuyoshi Tomita
一義 冨田
Yoshihiro Irokawa
芳宏 色川
Kenji Ito
健治 伊藤
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Toyoda Gosei Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyoda Gosei Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently produce a high quality semiconductor crystal having little transition and no cracks or polycrystalline lump (high temperature reaction part) by using a comparatively inexpensive silicon as a base wafer. SOLUTION: A reaction-proofing layer (crystalline material B) prevents the reaction of Si with a semiconductor (semiconductor crystal A) of gallium nitride such as GaN. By filming the reaction-proofing layer composed of SiC or AlN, for example, having a fusing point or thermal resistance higher than that of the semiconductor crystal A on the base wafer (Si wafer), even if the crystal A is grown at a high temperature for a long time, the high temperature reaction part is not formed near a silicon interface. Further, stress to be impressed the reaction-proofing layer is relaxed by a void or a membrane part. Therefore, since the reaction-proofing layer through the longitudinal direction can be formed without cracks, and the base wafer and the semiconductor crystal A can be shielded more surely so that the generation of the high temperature reaction part can be prevented more surely. Moreover, the transition density of the semiconductor crystal can be suppressed low by such a stress relaxing operation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン(Si)
より形成された下地基板上に III族窒化物系化合物半導
体から成る結晶を成長させることにより、半導体基板を
得る方法に関する。また、本発明は、この様な半導体基
板を結晶成長基板として製造される III族窒化物系化合
物半導体素子に関する。
[0001] The present invention relates to silicon (Si).
The present invention relates to a method for obtaining a semiconductor substrate by growing a crystal made of a group III nitride compound semiconductor on a base substrate formed by the method. The present invention also relates to a group III nitride compound semiconductor device manufactured using such a semiconductor substrate as a crystal growth substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4に、Si基板(下地基板)上に結晶
成長した従来の半導体結晶の模式的な断面図を例示す
る。この結晶成長工程には、MOCVD法が採用され
た。本図4に例示する様に、従来の技術によりSi基板
(下地基板)上に高温成長した半導体結晶(GaN結晶
等)には、「反応部」や転位、クラック等が生じてい
る。
2. Description of the Related Art FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a conventional semiconductor crystal grown on an Si substrate (base substrate). The MOCVD method was employed for this crystal growth step. As illustrated in FIG. 4, a semiconductor crystal (GaN crystal or the like) grown at a high temperature on a Si substrate (base substrate) by a conventional technique has "reaction portions", dislocations, cracks, and the like.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】転位やクラックは、異
種材料間における熱膨張係数差や格子定数差に基づいて
発生した応力が作用した結果生じたものであり、この様
な結晶成長基板で各種の半導体デバイスを製造した場
合、デバイス特性の劣化を引き起こす。また、例えばシ
リコン(Si)等から成る下地基板を除去し、成長層の
みを残して、独立した基板(結晶)を得ようとする場
合、上記の転位やクラック等の作用により、大面積(1
cm2 以上)のものを得ることは殆ど不可能である。
Dislocations and cracks are generated as a result of the action of stress generated based on a difference in thermal expansion coefficient and a difference in lattice constant between dissimilar materials. When the semiconductor device is manufactured, the device characteristics are deteriorated. Further, when an independent substrate (crystal) is to be obtained by removing the underlying substrate made of, for example, silicon (Si) and leaving only the growth layer, the large area (1
cm 2 ) is almost impossible.

【0004】また、目的の半導体基板(半導体結晶A)
の結晶成長温度である1000℃〜1150℃付近で
は、シリコン(Si)と窒化ガリウム(GaN)とが反
応し、多結晶のGaN(図中の「反応部」)を形成して
しまうことがある。このため、高温の結晶成長過程を経
て単結晶のGaN基板を得ることが容易でない等の問題
がある。
Further, a target semiconductor substrate (semiconductor crystal A)
In the vicinity of the crystal growth temperature of 1000 ° C. to 1150 ° C., silicon (Si) and gallium nitride (GaN) react with each other to form polycrystalline GaN (“reacted portion” in the drawing) in some cases. . Therefore, there is a problem that it is not easy to obtain a single-crystal GaN substrate through a high-temperature crystal growth process.

【0005】また、単結晶のGaN基板を得るために、
上記の応力が生じにくいシリコンの薄膜を単独で結晶成
長基板とした方法も報告されてはいるが、これらの薄膜
は破損し易いので、結晶成長開始前に薄膜を直接ハンド
リングすることは容易でなく、従ってこれらの従来の方
法では、大面積の半導体基板を歩留り良く量産すること
は困難である。
In order to obtain a single crystal GaN substrate,
Although a method of using a silicon thin film that does not easily generate the above stress as a single crystal growth substrate has been reported, these thin films are easily damaged, and it is not easy to directly handle the thin film before starting the crystal growth. Therefore, it is difficult for these conventional methods to mass-produce a large-area semiconductor substrate with high yield.

【0006】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、比較的安価なシリコン
(Si)を下地基板として用いて、クラックや多結晶塊
(反応部)のない高品質の半導体結晶を効率よく生産す
ることである。また、本発明の更なる目的は、高品質に
製造された上記の半導体結晶を結晶成長基板として用い
ることにより、高品質の半導体デバイスを製造すること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to use relatively inexpensive silicon (Si) as a base substrate to form cracks and polycrystalline masses (reaction portions). The objective is to efficiently produce high-quality semiconductor crystals without defects. A further object of the present invention is to manufacture a high-quality semiconductor device by using the above-mentioned semiconductor crystal manufactured with high quality as a crystal growth substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の
効果】上記の課題を解決するためには、以下の手段が有
効である。即ち、本発明の第1の手段は、シリコン(S
i)より形成された下地基板上にIII族窒化物系化合物
半導体から成る半導体結晶Aを成長させる、半導体基板
の製造工程において、上記の下地基板の結晶成長面の直
下に空洞を設けることにより下地基板の結晶成長面をシ
リコン(Si)より成る薄膜部で構成する薄膜部形成工
程と、薄膜部上に半導体結晶Aよりも融点又は耐熱性が
高い晶質材料Bより成る反応防止層を積層する反応防止
層形成工程と、反応防止層の上に半導体結晶Aを成長さ
せる結晶成長工程とを設けることである。
Means for Solving the Problems, Functions and Effects of the Invention In order to solve the above-mentioned problems, the following means are effective. That is, the first means of the present invention is the silicon (S
In the process of manufacturing a semiconductor substrate, a semiconductor crystal A made of a group III nitride compound semiconductor is grown on the underlying substrate formed in i), by providing a cavity directly below the crystal growth surface of the underlying substrate. A thin film portion forming step in which the crystal growth surface of the substrate is formed of a thin film portion made of silicon (Si), and a reaction prevention layer made of a crystalline material B having a higher melting point or heat resistance than the semiconductor crystal A is laminated on the thin film portion. This is to provide a reaction preventing layer forming step and a crystal growth step for growing the semiconductor crystal A on the reaction preventing layer.

【0008】ただし、上記の半導体結晶Aから構成され
る上記の半導体基板は、単層構造であっても複層構造
(多層構造)であっても良い。また、ここで言う「 III
族窒化物系化合物半導体」一般には、2元、3元、又は
4元の「Alx Gay In(1-x-y) N(0≦x≦1,0
≦y≦1,0≦x+y≦1)」成る一般式で表される任
意の混晶比の半導体が含まれ、更に、p型或いはn型の
不純物が添加された半導体も、本明細書の「 III族窒化
物系化合物半導体」の範疇とする。また、上記の III族
元素(Al,Ga,In)の内の一部をボロン(B)や
タリウム(Tl)等で置換したり、或いは、窒素(N)
の一部をリン(P)、砒素(As)、アンチモン(S
b)、ビスマス(Bi)等で置換したりした半導体等も
また、本明細書の「 III族窒化物系化合物半導体」の範
疇とする。
However, the above-mentioned semiconductor substrate composed of the above-mentioned semiconductor crystal A may have a single-layer structure or a multi-layer structure (multi-layer structure). Also, here, "III
The group nitride compound semiconductor "Generally, binary, ternary, or quaternary" Al x Ga y In (1- xy) N (0 ≦ x ≦ 1,0
≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) ”, a semiconductor having an arbitrary mixed crystal ratio and a semiconductor further doped with p-type or n-type impurities are also included in the present specification. It falls under the category of “III-nitride compound semiconductors”. Further, a part of the group III elements (Al, Ga, In) is replaced with boron (B) or thallium (Tl), or nitrogen (N) is used.
Part of phosphorus (P), arsenic (As), antimony (S
Semiconductors substituted with b), bismuth (Bi) or the like are also included in the category of “III-nitride compound semiconductors” in the present specification.

【0009】また、上記のp型の不純物としては、例え
ば、マグネシウム(Mg)や、或いはカルシウム(C
a)等を添加することができる。また、上記のn型の不
純物としては、例えば、シリコン(Si)や、硫黄
(S)、セレン(Se)、テルル(Te)、或いはゲル
マニウム(Ge)等を添加することができる。また、こ
れらの不純物は、同時に2元素以上を添加しても良い
し、同時に両型(p型とn型)を添加しても良い。
The p-type impurities include, for example, magnesium (Mg) or calcium (C
a) and the like can be added. As the n-type impurity, for example, silicon (Si), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), germanium (Ge), or the like can be added. In addition, two or more of these impurities may be added at the same time, or both types (p-type and n-type) may be added at the same time.

【0010】図1は、本発明の基本概念を例示的に説明
する半導体結晶の製造工程における模式的な断面図であ
る。この反応防止層は、Siと窒化ガリウム系の半導体
(半導体結晶A)との反応を防止するためのものであ
り、この様に、下地基板(Si基板)上に窒化ガリウム
系の半導体よりも融点又は耐熱性が高い例えばSiCや
AlN等より成る反応防止層(晶質材料B)を成膜する
ことにより、窒化ガリウム系の半導体(半導体結晶A)
を長時間高温で結晶成長させる場合においても、シリコ
ン界面付近に前記の「反応部」が形成されることが無く
なる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in a manufacturing process of a semiconductor crystal for exemplifying a basic concept of the present invention. This reaction prevention layer is for preventing the reaction between Si and the gallium nitride-based semiconductor (semiconductor crystal A), and thus has a lower melting point than the gallium nitride-based semiconductor on the underlying substrate (Si substrate). Alternatively, a gallium nitride based semiconductor (semiconductor crystal A) is formed by forming a reaction prevention layer (crystalline material B) made of, for example, SiC or AlN having high heat resistance.
Even when crystal is grown at a high temperature for a long time, the above-mentioned “reaction portion” is not formed near the silicon interface.

【0011】また、空洞を形成することにより、シリコ
ン(Si基板)の結晶成長面側に薄膜が形成されるの
で、反応防止層に作用する応力が緩和され、これらの応
力は反応防止層にクラックを形成する様には働き難くな
り、よって、反応防止層には縦方向に貫通したクラック
が発生し難くなる。このため、縦方向に貫通したクラッ
クの無い反応防止層で、下地基板(Si基板)と窒化ガ
リウム系の半導体(半導体結晶A)とをより確実に遮断
することができるので、上記の様な「反応部」の発生を
より確実に防止することができる。
Further, since the thin film is formed on the crystal growth surface side of the silicon (Si substrate) by forming the cavity, the stress acting on the reaction preventing layer is alleviated, and these stresses are cracked on the reaction preventing layer. Is formed, so that cracks penetrating in the vertical direction hardly occur in the reaction preventing layer. For this reason, the base substrate (Si substrate) and the gallium nitride-based semiconductor (semiconductor crystal A) can be more reliably blocked by the reaction prevention layer having no crack penetrating in the vertical direction. The generation of the "reaction portion" can be more reliably prevented.

【0012】また、上記の薄膜部或いは空洞により「下
地基板と半導体基板の間の格子定数差に基づく応力」が
緩和されるため、半導体基板(所望の半導体結晶A)を
成長させる際に、成長中の半導体基板に働く不要な応力
が抑制されて転位やクラックの発生密度が低減される。
即ち、以上の応力緩和作用により、窒化ガリウム系の半
導体(半導体結晶A)には転位が発生し難くなり、ま
た、クラックの発生密度も格段に削減できる。
In addition, since the "stress based on the lattice constant difference between the base substrate and the semiconductor substrate" is reduced by the thin film portion or the cavity, the growth of the semiconductor substrate (desired semiconductor crystal A) can be prevented. Unnecessary stress acting on the inside semiconductor substrate is suppressed, and the occurrence density of dislocations and cracks is reduced.
That is, due to the above-described stress relaxing action, dislocations are less likely to be generated in the gallium nitride-based semiconductor (semiconductor crystal A), and the crack generation density can be significantly reduced.

【0013】以上の作用と相乗効果により、上記の「反
応部」やクラックの無い、転位密度の十分抑制された高
品質の半導体基板(半導体結晶A)を得ることが可能又
は容易となる。
[0013] By the above action and the synergistic effect, it becomes possible or easy to obtain a high-quality semiconductor substrate (semiconductor crystal A) free of the above-mentioned "reaction portion" and cracks and having sufficiently suppressed dislocation density.

【0014】また、第2の手段は、上記の第1の手段に
おいて、上記の半導体結晶Aを、組成式が「Alx Ga
y In(1-x-y) N(0≦x<1,0<y≦1,x+y≦
1)」を満たす III族窒化物系化合物半導体から構成す
ることである。
The second means is the same as the first means, except that the semiconductor crystal A is replaced by a composition formula of “Al x Ga
y In (1-xy) N (0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1, x + y ≦
1) A group III nitride-based compound semiconductor that satisfies the above condition.

【0015】また、第3の手段は、上記の第1又は第2
の手段において、上記の反応防止層を形成する晶質材料
Bを、炭化シリコン(SiC)、窒化アルミニウム(A
lN)、またはスピネル(MgAl2 4 )より構成す
ることである。
[0015] The third means may be the first or second means.
In the means, the crystalline material B for forming the above-mentioned reaction preventing layer is made of silicon carbide (SiC), aluminum nitride (A
1N) or spinel (MgAl 2 O 4 ).

【0016】また、第4の手段は、上記の第1又は第2
の手段において、上記の反応防止層を形成する晶質材料
Bを、アルミニウム組成比が少なくとも0.30以上のA
lGaN、AlInN、或いはAlGaInNより構成
することである。また、更には、晶質材料Bとしては、
結合力の比較的強固な耐熱性(融点)の高い安定した材
料を選択することが望ましい。
Further, the fourth means is the first or the second means.
In the above method, the crystalline material B for forming the above-mentioned reaction-preventing layer is replaced with an aluminum composition ratio of at least 0.30 or more.
It is composed of 1GaN, AlInN or AlGaInN. Further, as the crystalline material B,
It is desirable to select a stable material having relatively strong bonding strength and high heat resistance (melting point).

【0017】また、第5の手段は、上記の第1乃至第4
の何れか1つの手段において、上記の反応防止層の膜厚
を0.1μm以上、2μm以下に形成することである。こ
の厚さが薄過ぎると、膜厚にはムラが伴うため、或い
は、反応防止層を形成する上記の晶質材料Bも十分には
安定な物質ではないため、ガリウム(Ga)若しくは窒
化ガリウム(GaN)とシリコン(Si)とを完全には
遮断することができなくなる。従って、これらの反応に
基づく「反応部(多結晶のGaN)」の形成を防止する
効果が十分には得られなくなる。
Further, the fifth means includes the first to fourth means.
In any one of the means, the thickness of the reaction preventing layer is formed to be 0.1 μm or more and 2 μm or less. If the thickness is too small, the film thickness becomes uneven, or the crystalline material B forming the reaction prevention layer is not a sufficiently stable substance, so that gallium (Ga) or gallium nitride ( GaN) and silicon (Si) cannot be completely cut off. Therefore, the effect of preventing the formation of “reaction portion (polycrystalline GaN)” based on these reactions cannot be sufficiently obtained.

【0018】また、反応防止層の膜厚が厚過ぎると、反
応防止層にクラックが入り易くなり、ガリウム(Ga)
若しくは窒化ガリウム(GaN)とシリコン(Si)と
を完全には遮断することができなくなる。従って、これ
らの反応に基づく「反応部」の形成を防止する効果が十
分には得られなくなる。また、反応防止層の膜厚が厚過
ぎると、その分だけ反応防止層の積層時間や積層材料が
余計に必要となるので、生産コスト等の面でも望ましく
ない。
On the other hand, if the thickness of the reaction preventing layer is too large, cracks tend to occur in the reaction preventing layer, and gallium (Ga)
Alternatively, gallium nitride (GaN) and silicon (Si) cannot be completely cut off. Therefore, the effect of preventing the formation of the “reaction portion” based on these reactions cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the thickness of the reaction preventing layer is too large, the lamination time and the laminating material of the reaction preventing layer are additionally required, which is not desirable in terms of production cost and the like.

【0019】また、第6の手段は、上記の第1乃至第5
の何れか1つの手段の反応防止層形成工程後において、
反応防止層の表面に「Alx Ga1-x N(0<x≦
1)」より成るバッファ層Cを形成する工程を設けるこ
とである。
Further, the sixth means includes the first to fifth means.
After the step of forming a reaction preventing layer by any one of means,
“Al x Ga 1 -xN (0 <x ≦
1)) is to provide a step of forming a buffer layer C consisting of:

【0020】ただし、上記のバッファ層Cとは、凡そ1
100℃付近で成長するAlNやAlGaN等の半導体
層のことであり、このバッファ層Cとは別に、更に、上
記のバッファ層Cと略同組成(例:AlNや、AlGa
N)の中間層(以下、単に「バッファ層」と言う場合が
ある。)を目的の半導体基板(半導体結晶A)中に、周
期的に、又は他の層と交互に、或いは、多層構造が構成
される様に積層しても良い。
However, the buffer layer C is approximately 1
A semiconductor layer such as AlN or AlGaN that grows at about 100 ° C. Aside from the buffer layer C, the semiconductor layer further has substantially the same composition as the above-mentioned buffer layer C (eg, AlN or AlGa).
An N) intermediate layer (hereinafter sometimes simply referred to as a “buffer layer”) is provided in a target semiconductor substrate (semiconductor crystal A) periodically, alternately with other layers, or in a multilayer structure. It may be laminated so as to be configured.

【0021】これらのバッファ層(或いは、中間層)の
積層により、格子定数差に起因する半導体基板(成長
層)に働く応力を緩和できる等の従来と同様の作用原理
により、結晶性を向上させることが可能となる。また、
この様な作用・効果は、反応防止層を構成する晶質材料
Bが炭化シリコン(SiC)等の場合に、特に顕著であ
る。即ち、この場合には、反応防止層の上にバッファ層
Cを成膜することがより望ましい。
By laminating these buffer layers (or intermediate layers), the crystallinity is improved by the same principle of operation as in the prior art such that the stress acting on the semiconductor substrate (growth layer) due to the lattice constant difference can be reduced. It becomes possible. Also,
Such actions and effects are particularly remarkable when the crystalline material B constituting the reaction preventing layer is silicon carbide (SiC) or the like. That is, in this case, it is more desirable to form the buffer layer C on the reaction prevention layer.

【0022】また、第7の手段は、上記の第6の手段に
おいて、バッファ層Cの膜厚を0.01μm以上、1μm以
下に形成することである。より望ましくは、0.02μm以
上、0.5μm以下が良い。
A seventh means is that, in the above-mentioned sixth means, the thickness of the buffer layer C is formed to be 0.01 μm or more and 1 μm or less. More preferably, the thickness is 0.02 μm or more and 0.5 μm or less.

【0023】この膜厚が厚過ぎると、クラックが発生し
易くなり、また、製造時間、材料などの面でもコストア
ップにつながり望ましくない。また、この膜厚を薄くし
過ぎると、略均一にバッファ層を成膜することが困難と
なる。このため、バッファ層の成膜ムラ(十分に成膜さ
れない部位)が生じ易くなり、結晶性にもムラが生じ易
くなるので望ましくない。
If the film thickness is too large, cracks are liable to occur, and the production time, materials, etc. are undesirably increased in cost. If the thickness is too small, it is difficult to form the buffer layer substantially uniformly. For this reason, unevenness in film formation of the buffer layer (a portion where the film is not sufficiently formed) is likely to occur, and unevenness in crystallinity is likely to occur, which is not desirable.

【0024】また、第8の手段は、上記の第1乃至第7
の何れか1つの手段において、半導体結晶Aと下地基板
とを冷却または加熱することにより半導体結晶Aと下地
基板との熱膨張係数差に基づく応力を発生させ、この応
力を利用して空洞の側壁を破断することにより半導体結
晶Aと下地基板とを分離する分離工程を設けることであ
る。
Further, the eighth means includes the first to seventh means.
In any one of the means, the semiconductor crystal A and the underlying substrate are cooled or heated to generate a stress based on a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor crystal A and the underlying substrate, and the stress is used to make use of the side wall of the cavity. To separate the semiconductor crystal A from the underlying substrate by breaking the substrate.

【0025】例えば、半導体基板(半導体結晶A)を十
分に厚くすれば、内部応力または外部応力が上記の空洞
の側壁に集中的に作用し易くなる。その結果、特にこれ
らの応力は、空洞の側壁に対する剪断応力等として作用
し、この応力が大きくなった時に、薄膜部が剥離する。
従って、この応力を利用すれば、容易に下地基板と半導
体基板とを分離することが可能となる。また、上記の
「空洞」が大きく形成される程、空洞の側壁に応力(剪
断応力)が集中し易くなる。即ち、上記の第9の手段に
よれば、上記の応力を容易に生成することができるた
め、半導体結晶Aと下地基板とを容易に分離することが
できる。
For example, if the semiconductor substrate (semiconductor crystal A) is sufficiently thick, the internal stress or the external stress tends to concentrate on the side wall of the cavity. As a result, these stresses in particular act as shear stress or the like on the side wall of the cavity, and when the stress increases, the thin film portion peels off.
Therefore, if this stress is used, the base substrate and the semiconductor substrate can be easily separated. In addition, as the above-mentioned “cavity” becomes larger, stress (shear stress) tends to concentrate on the side wall of the cavity. That is, according to the ninth means, since the stress can be easily generated, the semiconductor crystal A and the base substrate can be easily separated.

【0026】尚、下地基板と半導体基板とを分離(剥
離)する際に、半導体基板側に下地基板の一部(薄膜部
や空洞の側壁の破断残骸など)が残っても良い。即ち、
上記の分離工程は、これらの材料の一部を皆無とする様
な各材料の完全な分離を前提(必要条件)とするもので
はない。この様な破断残骸等の除去は、必要に応じてラ
ッピングやエッチング等の周知の手段を用いて実施する
ことができる。
When the base substrate and the semiconductor substrate are separated (separated), a part of the base substrate (such as a thin film portion or broken debris on the side wall of the cavity) may be left on the semiconductor substrate side. That is,
The above-described separation step does not presuppose (requirement) complete separation of each material such that some of these materials are completely eliminated. Such removal of broken debris and the like can be carried out using known means such as lapping and etching as needed.

【0027】また、第9の手段は、上記の第1乃至第8
の何れか1つの手段の結晶成長工程において、半導体結
晶Aを50μm以上積層することである。この厚さが厚
い程、半導体基板(半導体結晶A)に対する引っ張り応
力が緩和されて、半導体基板の転位やクラックの発生密
度を減少でき、同時に半導体基板を強固にできるため、
上記の応力を上記の側壁に集中させ易くなる。
[0027] The ninth means may be any one of the above-described first to eighth embodiments.
In the crystal growth step of any one of the above means, the semiconductor crystal A is stacked at 50 μm or more. As the thickness increases, the tensile stress on the semiconductor substrate (semiconductor crystal A) is reduced, and the density of dislocations and cracks in the semiconductor substrate can be reduced, and at the same time, the semiconductor substrate can be strengthened.
The above stress is easily concentrated on the side wall.

【0028】また、薄膜部の厚さは、20μm以下が望
ましい。この厚さが薄い程、半導体基板(半導体結晶
A)に対する引っ張り応力が緩和されて、半導体基板の
転位やクラックの発生密度が減少する。ただし、薄膜部
の厚さを0.02μm未満とすると、薄膜部の強度に問題が
生じ、高い生産性を維持することが難しくなる。したが
って、製造する結晶成長基板の品質と生産性を確保する
ためには、薄膜部の厚さは、0.02μm以上20μm以下
が望ましい。
The thickness of the thin film portion is desirably 20 μm or less. As the thickness is smaller, the tensile stress on the semiconductor substrate (semiconductor crystal A) is reduced, and the density of dislocations and cracks in the semiconductor substrate is reduced. However, when the thickness of the thin film portion is less than 0.02 μm, a problem occurs in the strength of the thin film portion, and it becomes difficult to maintain high productivity. Therefore, in order to ensure the quality and productivity of the crystal growth substrate to be manufactured, the thickness of the thin film portion is desirably 0.02 μm or more and 20 μm or less.

【0029】また、相対的には、結晶成長させる目的の
半導体結晶の厚さは、薄膜部の厚さと略同等以上とする
ことが望ましい。この様な設定により、所望の半導体結
晶に対する応力が緩和され易くなり、転位やクラックの
発生を従来よりも大幅に抑制することが可能となる。こ
の応力緩和効果は、目的の半導体結晶を相対的に厚くす
る程大きくなる。また、この応力緩和効果は、薄膜部の
厚さ等にも依存するが、薄膜部の厚さが20μm以下の
場合には、約50〜200μm程度で略飽和する。
In addition, it is relatively desirable that the thickness of the semiconductor crystal for crystal growth be substantially equal to or greater than the thickness of the thin film portion. With such a setting, the stress on the desired semiconductor crystal is easily alleviated, and the occurrence of dislocations and cracks can be significantly suppressed as compared with the related art. This stress relaxation effect increases as the target semiconductor crystal becomes relatively thick. This stress relaxation effect also depends on the thickness of the thin film portion, but when the thickness of the thin film portion is 20 μm or less, it is substantially saturated at about 50 to 200 μm.

【0030】また、第10の手段は、上記の第1乃至第
9の何れか1つの手段の薄膜部形成工程において、下地
基板を構成するシリコン結晶に、上方が開いた空洞を物
理的又は化学的エッチング処理により設ける凹部形成工
程を設け、1000℃〜1350℃の熱処理に基づく下
地基板の表面付近のマイグレーション作用により、空洞
及び薄膜部を形成することである。
In a tenth aspect, in the thin film portion forming step of any one of the first to ninth aspects, a cavity having an open top is formed physically or chemically in a silicon crystal constituting a base substrate. Forming a cavity and a thin film portion by a migration action near the surface of the base substrate based on a heat treatment at 1000 ° C. to 1350 ° C. provided by a selective etching process.

【0031】また、第11の手段は、上記の第1乃至第
9の何れか1つの手段の薄膜部形成工程において、薄膜
部を提供するシリコン結晶にイオンを注入するイオン注
入工程と、下地基板の薄膜部以外の部分を構成するシリ
コン結晶に、上方が開いた空洞を物理的又は化学的エッ
チング処理により設ける凹部形成工程と、熱処理によ
り、薄膜部を凹部に接合する接合工程と、イオンの注入
部を分離境界面として薄膜部を剥離する剥離工程とを設
けることである。
An eleventh means is characterized in that in the thin film part forming step of any one of the first to ninth means, an ion implantation step of implanting ions into a silicon crystal providing the thin film part, A concave portion forming a cavity having an open top in a silicon crystal constituting a portion other than the thin film portion by physical or chemical etching, a bonding process of bonding the thin film portion to the concave portion by heat treatment, and ion implantation. And a peeling step of peeling off the thin film part with the part as a separation boundary surface.

【0032】本発明の「薄膜部形成工程」は、少なくと
も、上記の第10又は第11の手段により、十分に具体
的に実施することが可能又は容易である。ただし、本発
明の「薄膜部形成工程」は、これらの手段に限定して実
施しなければならないものではなく、その他の任意の適
当な方法により実施しても良い。その様な場合において
も、本発明の作用・効果を一定以上に得ることが可能で
ある。
The "thin film portion forming step" of the present invention can be sufficiently or easily carried out by at least the tenth or eleventh means. However, the “thin film portion forming step” of the present invention is not limited to these means, and may be performed by any other appropriate method. Even in such a case, the operation and effect of the present invention can be obtained to a certain degree or more.

【0033】また、第12の手段は、上記の第1乃至第
11の何れか1つの手段の薄膜部形成工程において形成
される上記の空洞の高さを0.1μm以上、10μm以下
とすることである。より望ましくは、この空洞の高さは
0.5〜5μm程度が良い。この値が大き過ぎると、空洞
を構成する穴、溝、又は空洞を支える柱の形成が強度的
に不安定となるか、或いは、加工が徐々に困難又は非効
率となるので、望ましくない。また、加工時間も長くな
り生産性が向上しない。また、この値が小さ過ぎると、
薄膜部が空洞の底面と結合し易くなり、確実に空洞を形
成できなくなるので、望ましくない。
In a twelfth aspect, the height of the cavity formed in the thin film portion forming step of any one of the first to eleventh aspects is set to 0.1 μm or more and 10 μm or less. It is. More preferably, the height of this cavity is
About 0.5 to 5 μm is good. If this value is too large, the formation of the holes, grooves, or columns that support the cavity becomes unstable in terms of strength, or processing becomes gradually difficult or inefficient, which is not desirable. In addition, the processing time is increased, and productivity is not improved. Also, if this value is too small,
This is undesirable because the thin film portion is easily bonded to the bottom surface of the cavity, and the cavity cannot be reliably formed.

【0034】また、第13の手段は、 III族窒化物系化
合物半導体素子において、上記の第1乃至第12の何れ
か1つの手段により製造された半導体基板を結晶成長基
板として備えることである。この手段によれば、結晶性
が良質で、内部応力の少ない半導体より、 III族窒化物
系化合物半導体素子を製造することが可能又は容易とな
る。
According to a thirteenth means, in the group III nitride compound semiconductor device, a semiconductor substrate manufactured by any one of the first to twelfth means is provided as a crystal growth substrate. According to this means, it becomes possible or easy to manufacture a group III nitride compound semiconductor device from a semiconductor having good crystallinity and low internal stress.

【0035】また、第14の手段は、上記の第1乃至第
12の何れか1つの手段により製造された半導体基板を
結晶成長基板として用いた結晶成長により III族窒化物
系化合物半導体素子を製造することである。この手段に
よれば、結晶性が良質で、内部応力の少ない半導体よ
り、 III族窒化物系化合物半導体素子を製造することが
可能又は容易となる。以上の本発明の手段により、前記
の課題を効果的、或いは合理的に解決することができ
る。
A fourteenth means is to manufacture a group III nitride compound semiconductor device by crystal growth using the semiconductor substrate manufactured by any one of the first to twelfth means as a crystal growth substrate. It is to be. According to this means, it becomes possible or easy to manufacture a group III nitride compound semiconductor device from a semiconductor having good crystallinity and low internal stress. By the means of the present invention described above, the above problems can be effectively or rationally solved.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】本発明を実施するに当り、次の中
から個々の製造条件をそれぞれ任意に選択しても良い。
また、これらの各製造条件は、任意に組み合わせても良
い。まず、最初に、III族窒化物系化合物半導体層を形
成する方法としては、有機金属気相成長法(MOCVD又はM
OVPE)が好ましい。しかしながら、分子線気相成長法
(MBE)、ハライド気相成長法(Halide VPE)、液相成
長法(LPE)等を用いても良く、また、各層を各々異な
る成長方法で形成しても良い。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In carrying out the present invention, individual manufacturing conditions may be arbitrarily selected from the following.
These manufacturing conditions may be arbitrarily combined. First, as a method for forming a group III nitride compound semiconductor layer, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD or MCVD) is used.
OVPE) is preferred. However, molecular beam epitaxy (MBE), halide vapor epitaxy (Halide VPE), liquid phase epitaxy (LPE), etc. may be used, and each layer may be formed by a different growth method. .

【0037】また、バッファ層については、格子不整合
を是正する等の理由から、結晶成長基板中、或いは下地
基板等に形成することが好ましい。特に、半導体基板
(半導体結晶A)中にバッファ層(前記の中間層)を積
層する場合、これらのバッファ層としては、低温で形成
させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN(0≦
x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1)、より好ましくはAlxGa 1-x
N(0≦x≦1)を用いることができる。このバッファ層は
単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良い。バ
ッファ層の形成方法は、380〜420℃の低温で形成するも
のでも良く、逆に1000〜1180℃の範囲で、MOCVD法
で形成しても良い。また、DCマグネトロンスパッタ装
置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガスを原材
料として、リアクティブスパッタ法によりAlNから成る
バッファ層を形成することもできる。
The buffer layer has a lattice mismatch.
In the crystal growth substrate or underlayer for reasons such as correcting
It is preferably formed on a substrate or the like. In particular, semiconductor substrates
(Semiconductor crystal A) with buffer layer (intermediate layer)
When forming layers, these buffer layers are formed at low temperature
Group III nitride compound semiconductor AlxGayIn1-xyN (0 ≦
x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), more preferably AlxGa 1-x
N (0 ≦ x ≦ 1) can be used. This buffer layer
It may be a single layer or multiple layers having different compositions and the like. Ba
The buffer layer is formed at a low temperature of 380 to 420 ° C.
On the contrary, in the range of 1000 to 1180 ° C, MOCVD method
May be formed. In addition, DC magnetron sputtering equipment
High-purity metallic aluminum and nitrogen gas
Made of AlN by reactive sputtering
A buffer layer can also be formed.

【0038】同様に一般式AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0
≦y≦1, 0≦x+y≦1、組成比は任意)のバッファ層を形
成することができる。更には蒸着法、イオンプレーティ
ング法、レーザアブレーション法、ECR法を用いるこ
とができる。物理蒸着法によるバッファ層は、200〜600
℃で行うのが望ましい。さらに望ましくは300〜600℃で
あり、さらに望ましくは350〜450℃である。これらのス
パッタリング法等の物理蒸着法を用いた場合には、バッ
ファ層の厚さは、100〜3000Åが望ましい。さらに望ま
しくは、100〜400Åが望ましく、最も望ましくは、100
〜300Åである。
Similarly, the general formula Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0
≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1, the composition ratio is arbitrary). Further, a vapor deposition method, an ion plating method, a laser ablation method, and an ECR method can be used. Buffer layer by physical vapor deposition, 200-600
It is desirable to carry out at ℃. The temperature is more preferably from 300 to 600 ° C, and even more preferably from 350 to 450 ° C. When a physical vapor deposition method such as the sputtering method is used, the thickness of the buffer layer is desirably 100 to 3000 mm. More preferably, 100-400〜, most preferably 100
~ 300Å.

【0039】多重層としては、例えばAlxGa1-xN(0≦x
≦1)から成る層とGaN層とを交互に形成する、組成の同
じ層を形成温度を例えば600℃以下と1000℃以上として
交互に形成するなどの方法がある。勿論、これらを組み
合わせても良く、多重層は3種以上のIII族窒化物系化
合物半導体AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y
≦1)を積層しても良い。一般的には緩衝層は非晶質で
あり、中間層は単結晶である。緩衝層と中間層を1周期
として複数周期形成しても良く、繰り返しは任意周期で
良い。繰り返しは多いほど結晶性が良くなる。
As the multilayer, for example, Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x
≦ 1) and a GaN layer are alternately formed, and layers having the same composition are alternately formed at a formation temperature of, for example, 600 ° C. or lower and 1000 ° C. or higher. Of course, these may be combined, and the multilayer is composed of three or more group III nitride-based compound semiconductors Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y
≦ 1) may be laminated. Generally, the buffer layer is amorphous and the intermediate layer is single crystal. A plurality of cycles may be formed with the buffer layer and the intermediate layer as one cycle, and the repetition may be an arbitrary cycle. The more repetitions, the better the crystallinity.

【0040】バッファ層及び上層のIII族窒化物系化合
物半導体は、III族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タ
リウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部
をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)
で置き換えても本発明を実質的に適用できる。また、こ
れら元素を組成に表示できない程度のドープをしたもの
でも良い。例えば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有
しないIII族窒化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN(0
≦x≦1)に、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原
子半径の大きなインジウム(In)、又は窒素(N)よりも原
子半径の大きなヒ素(As)をドープすることで、窒素原子
の抜けによる結晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性
を良くしても良い。
In the buffer layer and the upper group III nitride compound semiconductor, part of the group III element composition can be replaced by boron (B) or thallium (Tl), or the composition of nitrogen (N) can be reduced. Parts are phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi)
The present invention can be substantially applied even if it is replaced by. Further, these elements may be doped to such an extent that they cannot be displayed in composition. For example, a group III nitride-based compound semiconductor having no indium (In) or arsenic (As) in the composition of Al x Ga 1-x N (0
≦ x ≦ 1), by doping aluminum (Al), indium (In) having a larger atomic radius than gallium (Ga), or arsenic (As) having a larger atomic radius than nitrogen (N), a nitrogen atom The crystal distortion may be improved by compensating for the expansion strain of the crystal due to the loss of the crystal with the compression strain.

【0041】この場合はアクセプタ不純物がIII族原子
の位置に容易に入るため、p型結晶をアズグローンで得
ることもできる。このようにして結晶性を良くすること
で本願発明と合わせて更に貫通転位を100乃至100
0分の1程度にまで下げることもできる。バッファ層と
III族窒化物系化合物半導体層とが2周期以上で形成さ
れている基底層の場合、各III族窒化物系化合物半導体
層に主たる構成元素よりも原子半径の大きな元素をドー
プすると更に良い。なお、発光素子として構成する場合
は、本来III族窒化物系化合物半導体の2元系、若しく
は3元系を用いることが望ましい。
In this case, since the acceptor impurity easily enters the position of the group III atom, a p-type crystal can also be obtained by as-grown. By improving the crystallinity in this way, threading dislocations can be further increased by 100 to 100 in accordance with the present invention.
It can be reduced to about 1/0. Buffer layer and
In the case of a base layer in which the group III nitride compound semiconductor layer is formed in two or more periods, it is more preferable to dope an element having a larger atomic radius than the main constituent element in each group III nitride compound semiconductor layer. When a light-emitting element is used, it is preferable to use a binary or ternary group III nitride-based compound semiconductor.

【0042】n型のIII族窒化物系化合物半導体層を形
成する場合には、n型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、p型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはn型不純物とp型不純物を同一層にドープし
ても良い。
When an n-type group III nitride compound semiconductor layer is formed, Si, Ge, Se, Te,
A group IV element or a group VI element such as C can be added. Examples of p-type impurities include Zn, Mg, Be, Ca, Sr, and Ba.
A Group IV element or a Group IV element can be added. These may be doped with plural or n-type impurities and p-type impurities in the same layer.

【0043】横方向エピタキシャル成長を用いてIII族
窒化物系化合物半導体層の転位を減じることも任意であ
る。この際、マスクを用いるもの、エッチングにより段
差を埋めるもの任意の方法を取ることができる。
It is also optional to reduce dislocations in the group III nitride compound semiconductor layer by using lateral epitaxial growth. At this time, any method using a mask or filling the step by etching can be used.

【0044】エッチングマスクは、多結晶シリコン、多
結晶窒化物半導体等の多結晶半導体、酸化珪素(SiOx)、
窒化珪素(SiNx)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジルコニウム
(ZrO X)等の酸化物、窒化物、チタン(Ti)、タングステン
(W)のような高融点金属、これらの多層膜をもちいるこ
とができる。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、CV
D等の気相成長法の他、任意である。
As an etching mask, polycrystalline silicon, polycrystalline silicon,
Polycrystalline semiconductors such as crystalline nitride semiconductors, silicon oxide (SiOx),
Silicon nitride (SiNx), Titanium oxide (TiOX), Zirconium oxide
(ZrO X), Oxides, nitrides, titanium (Ti), tungsten
High melting point metal such as (W)
Can be. These film forming methods include vapor deposition, sputtering, CV
Any method other than the vapor phase growth method such as D can be used.

【0045】エッチングをする際には、反応性イオンビ
ームエッチング(RIBE)が望ましいが、任意のエッ
チング方法を用いることができる。基板面に垂直な側面
を有する段差を形成するのでないものとして、異方性エ
ッチングにより例えば段差の底部に底面の無い、断面が
V字状のものを形成しても良い。
When etching, reactive ion beam etching (RIBE) is desirable, but any etching method can be used. Instead of forming a step having a side surface perpendicular to the substrate surface, an anisotropic etching may be used to form, for example, a V-shaped section having no bottom surface at the bottom of the step.

【0046】III族窒化物系化合物半導体にFET、発
光素子等の半導体素子を形成することができる。発光素
子の場合は、発光層は多重量子井戸構造(MQW)、単
一量子井戸構造(SQW)の他、ホモ構造、ヘテロ構
造、ダブルヘテロ構造のものが考えられるが、pin接
合或いはpn接合等により形成しても良い。
Semiconductor devices such as FETs and light emitting devices can be formed on group III nitride compound semiconductors. In the case of a light-emitting element, the light-emitting layer may have a homo-structure, a hetero-structure, or a double-hetero structure in addition to a multiple quantum well structure (MQW) and a single quantum well structure (SQW). May be formed.

【0047】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて
説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定さ
れるものではない。 (第1実施例)以下、本発明の実施例における半導体結
晶(結晶成長基板)の製造手順の概要を例示する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described below. (First Embodiment) An outline of a procedure for manufacturing a semiconductor crystal (crystal growth substrate) in an embodiment of the present invention will be described below.

【0048】〔1〕薄膜部形成工程 本製造工程は、下地基板を構成するシリコン結晶に、上
方が開いた空洞を物理的又は化学的エッチング処理によ
り設ける凹部形成工程を設け、更にその後、1000℃
〜1200℃の熱処理に基づく下地基板の表面付近のマ
イグレーション作用により、空洞及び薄膜部を形成する
ものである。
[1] Thin Film Part Forming Step This manufacturing step is provided with a concave part forming step in which a cavity with an open top is formed by physical or chemical etching in a silicon crystal constituting a base substrate.
The cavity and the thin film portion are formed by the migration action near the surface of the base substrate based on the heat treatment at ~ 1200 ° C.

【0049】(a)シリコン基板上の凹部形成 Si(111)基板にプラズマCVD装置を用いて、S
iO2 膜を約1μm成膜し、SiO2 膜の一部とSi基
板とをフォトリソグラフィーとRIEによりパターンニ
ング及びエッチングして、Si(111)基板表面に直
径約0.8μm、深さ約3μmの穴を多数1.2μm周期
(間隔)で作製する。その後、上記のSiO2 膜をB−
HFで除去する。
(A) Formation of a recess on a silicon substrate A silicon (111) substrate was subjected to plasma etching using a plasma CVD apparatus.
iO 2 film approximately 1μm deposited and patterned and etched by photolithography and RIE the part and the Si substrate of SiO 2 film, Si (111) having a diameter of about 0.8μm on the surface of the substrate, a depth of about 3μm Many holes are made at a period (interval) of 1.2 μm. After that, the above SiO 2 film was
Remove with HF.

【0050】(b)マイグレーション 次に、この凹部が形成されたSi基板をH2 雰囲気中
で、1100℃で熱処理することによって、基板表面で
Si原子をマイグレーションさせて、膜厚約1μmの薄
膜部(メンブレン)を凹部上方に形成する。即ち、この
薄膜部D1で上記の凹部の上方を閉じることにより、図
1に例示される様な多数の空洞を形成する。その後、得
られた基板を1150℃でwet酸化させることによ
り、表面をSiO2 に変化させ、残るSi薄膜部の膜厚
を0.1μm程度にする。
(B) Migration Next, the Si substrate on which the concave portions are formed is heat-treated at 1100 ° C. in an H 2 atmosphere to migrate Si atoms on the surface of the substrate, thereby forming a thin film portion having a thickness of about 1 μm. (Membrane) is formed above the concave portion. That is, by closing the upper part of the concave portion with the thin film portion D1, a number of cavities as illustrated in FIG. 1 are formed. Thereafter, the surface of the obtained substrate is changed to SiO 2 by wet oxidation at 1150 ° C., and the thickness of the remaining Si thin film portion is reduced to about 0.1 μm.

【0051】(c)洗浄 その後、上記のSiO2 膜をバッファードフッ酸で除去
する。以上の工程(a)〜(c)により、図1に例示す
る様な空洞と薄膜部D1を有するSi基板Dを製造し
た。
(C) Washing Thereafter, the SiO 2 film is removed with buffered hydrofluoric acid. Through the above steps (a) to (c), a Si substrate D having a cavity and a thin film portion D1 as illustrated in FIG. 1 was manufactured.

【0052】〔2〕反応防止層形成工程 本反応防止層形成工程は、上記の薄膜部D1を有する下
地基板(Si基板D)上に反応防止層を積層する製造工
程である。本反応防止層形成工程では、まず最初に、S
i(111)基板の結晶成長面(薄膜部D1)上に気相
成長法(MOVPE)により、約1100℃で窒化アル
ミニウム(AlN)より成る反応防止層Bを約1μm成
膜する。
[2] Step of Forming Reaction Prevention Layer This step of forming a reaction prevention layer is a manufacturing step of laminating a reaction prevention layer on an undersubstrate (Si substrate D) having the thin film portion D1. In the present reaction preventing layer forming step, first, S
On the crystal growth surface (thin film portion D1) of the i (111) substrate, a reaction prevention layer B made of aluminum nitride (AlN) is formed to a thickness of about 1 μm at about 1100 ° C. by vapor phase epitaxy (MOVPE).

【0053】〔3〕結晶成長工程 その後、本結晶成長工程では、上記の反応防止層Bの上
に、半導体結晶A(GaN)が200μm程度の厚膜に
成長するまでの成長工程を有機金属化合物気相成長法
(MOVPE法)に従って実施する。尚、本結晶成長工
程では、アンモニア(NH3) ガス、キャリアガス(H2,N2)
、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)ガス(以下「TMG 」
と記す)、及びトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3 )ガ
ス(以下「TMA 」と記す)を用いる。
[3] Crystal Growth Step Thereafter, in the present crystal growth step, the growth step until the semiconductor crystal A (GaN) grows on the reaction preventing layer B into a thick film having a thickness of about 200 μm is performed using an organic metal compound. This is performed according to a vapor phase growth method (MOVPE method). In this crystal growth step, ammonia (NH 3 ) gas, carrier gas (H 2 , N 2 )
, Trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ) gas (hereinafter “TMG”)
And trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) gas (hereinafter referred to as “TMA”).

【0054】上記の反応防止層Bの上に、MOVPE法
に従って、GaN層(半導体結晶A)を約200μm程
度結晶成長させた。このMOVPE法におけるGaN層
の結晶成長速度は、凡そ30μm/Hr程度である。
On the reaction preventing layer B, a GaN layer (semiconductor crystal A) was grown by about 200 μm by MOVPE. The crystal growth rate of the GaN layer in this MOVPE method is about 30 μm / Hr.

【0055】〔4〕分離工程 (a)上記の結晶成長工程の後、アンモニア(NH3)ガス
を結晶成長装置の反応室に流したまま、下地基板(Si
基板)を有するウエハを略常温まで冷却する。この時の
冷却速度は、概ね「−50℃/min〜−5℃/mi
n」程度とすれば良い。
[4] Separation Step (a) After the above-mentioned crystal growth step, while the ammonia (NH 3 ) gas is flowing into the reaction chamber of the crystal growth apparatus, the base substrate (Si
The wafer having the substrate is cooled to approximately room temperature. The cooling rate at this time is generally “-50 ° C./min to −5 ° C./mi
n ”.

【0056】(b)その後、これらを結晶成長装置の反
応室から取り出すと、下地基板(Si基板)から剥離し
たGaN結晶(半導体結晶A)が得られた。ただし、こ
の結晶は、GaN層(半導体基板)の裏面に、薄膜部D
1や上記の空洞の側壁の破断残骸とが残留したままのも
のである。
(B) Thereafter, when these were taken out of the reaction chamber of the crystal growing apparatus, a GaN crystal (semiconductor crystal A) separated from the underlying substrate (Si substrate) was obtained. However, this crystal is formed on the back surface of the GaN layer (semiconductor substrate) by the thin film portion D.
No. 1 and broken debris on the side wall of the cavity remain.

【0057】〔5〕残骸除去工程 上記の分離工程の後、ラッピング処理により、GaN結
晶の裏面に残ったSiより成る薄膜部D1や上記の空洞
の側壁の破断残骸を除去する。ただし、本残骸除去工程
は、フッ酸に硝酸を加えた混合液等を用いたエッチング
処理により実施しても良い。また、反応防止層Bまでを
除去しても良い。
[5] Debris Removal Step After the above separation step, lapping treatment is performed to remove the thin film portion D1 made of Si remaining on the back surface of the GaN crystal and broken debris on the side wall of the cavity. However, this debris removal step may be performed by etching using a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid. Further, the reaction prevention layer B may be removed.

【0058】以上の製造方法により、膜厚約200μm
の結晶性の非常に優れた良質のGaN結晶(GaN
層)、即ち、下地基板から独立した所望の半導体基板
(半導体結晶A)を得ることができる。即ち、以上の半
導体結晶の製造方法により、従来よりも結晶性に優れ
た、GaN多結晶(反応部)やクラックのない窒化ガリ
ウム(GaN)の単結晶を得ることができる。
By the above manufacturing method, the film thickness is about 200 μm
Quality GaN crystal (GaN
Layer), that is, a desired semiconductor substrate (semiconductor crystal A) independent of the underlying substrate can be obtained. That is, by the above-described method for manufacturing a semiconductor crystal, a single crystal of gallium nitride (GaN) having excellent crystallinity and a crack-free gallium nitride (GaN) can be obtained.

【0059】従って、この様な良質の単結晶を、例えば
結晶成長基板等の半導体発光素子の一部として用いれ
ば、発光効率が高いか、或いは駆動電圧が従来よりも抑
制された、高品質の半導体発光素子や半導体受光素子等
の半導体製品を製造することが可能又は容易となる。ま
た、この様な良質の単結晶を用いれば、光素子のみなら
ず、耐圧性の高い半導体パワー素子や高い周波数まで動
作する半導体高周波素子等の所謂半導体電子素子の製造
も、可能又は容易にすることができる。
Therefore, when such a high-quality single crystal is used as a part of a semiconductor light emitting device such as a crystal growth substrate, a high-quality single crystal having a high luminous efficiency or a suppressed driving voltage as compared with the conventional one is obtained. It becomes possible or easy to manufacture semiconductor products such as semiconductor light emitting elements and semiconductor light receiving elements. The use of such a high-quality single crystal makes it possible or easy to manufacture not only an optical element but also a so-called semiconductor electronic element such as a semiconductor power element having a high withstand voltage or a semiconductor high-frequency element operating up to a high frequency. be able to.

【0060】尚、反応防止層形成工程と結晶成長工程と
の間に、格子定数不整合を是正する目的で、1000℃
〜1180℃程度の高温で結晶成長を行うバッファ層形
成工程を設けても良い。
In order to correct the lattice constant mismatch between the reaction preventing layer forming step and the crystal growing step, 1000 ° C.
A buffer layer forming step of performing crystal growth at a high temperature of about 1180 ° C. may be provided.

【0061】また、上記の実施例では、図1に例示した
様に、下地基板の結晶成長面の近傍に多数の空洞を設け
ることで、下地基板の薄膜部を形成しているが、これら
は一連の空洞から形成しても良い。従って、例えば、1
本の管状のトンネル型の空洞を細長く渦巻き状に緻密に
形成することにより、本発明の空洞を形成しても良い。
前述の図1は、そのように構成された空洞を持つ下地基
板の断面図として解釈することも可能である。即ち、下
地基板の薄膜部を形成することを目的とした空洞の形成
形態については、一般に、その形状、大きさ、間隔、配
置、配向等は任意である。
In the above embodiment, as illustrated in FIG. 1, a large number of cavities are provided near the crystal growth surface of the underlying substrate to form the thin film portion of the underlying substrate. It may be formed from a series of cavities. Thus, for example, 1
The hollow of the present invention may be formed by forming the tubular tunnel-type hollow into a long and narrow spiral.
FIG. 1 described above can also be interpreted as a cross-sectional view of a base substrate having a cavity configured as described above. That is, the shape, size, spacing, arrangement, orientation, and the like of the cavity for forming the thin film portion of the base substrate are generally arbitrary.

【0062】(第2実施例)本第2実施例は、上記の第
1実施例の薄膜部形成工程を以下の「薄膜部形成工程」
に置き換えたものであり、その他の工程については特段
変更する必要のないものである。以下、本実施例では、
上記の第1実施例とは方法が相異なる「薄膜部形成工
程」についてのみ説明する。
(Second Embodiment) In the second embodiment, the thin film portion forming process of the first embodiment is replaced by the following "thin film portion forming process".
The other steps need not be changed. Hereinafter, in the present embodiment,
Only the “thin film portion forming step”, which is different from the first embodiment, will be described.

【0063】〔1〕薄膜部形成工程 本製造工程は、薄膜部を提供するシリコン結晶にイオン
を注入するイオン注入工程と、下地基板の薄膜部以外の
部分を構成するシリコン結晶に、上方が開いた空洞を物
理的又は化学的エッチング処理により設ける凹部形成工
程と、熱処理により薄膜部を凹部に接合する接合工程
と、イオンの注入部を分離境界面として薄膜部を剥離す
る剥離工程により、空洞及び薄膜部を形成するものであ
る。
[1] Thin Film Part Forming Step This manufacturing step includes an ion implantation step of implanting ions into a silicon crystal that provides a thin film part, and a silicon crystal constituting a part other than the thin film part of the base substrate. Forming a cavity by a physical or chemical etching process, a bonding step of bonding the thin film portion to the recess by heat treatment, and a peeling step of peeling the thin film portion with the ion-implanted portion as a separation boundary surface. This is for forming a thin film portion.

【0064】(a)イオン注入工程 薄膜部D1を提供するシリコン結晶(Si(111)基
板)に、水素イオンを入射エネルギー4keV、ドーズ
量2×1016〜1×1017〔cm-2〕で注入する。図2
は、本第2実施例における、イオンが注入される深さに
対する注入イオン数(密度)を例示したグラフである。
本図からも判る様に、シリコン結晶のイオン注入面の近
傍には、イオン密度が局所的に高いイオン注入層が形成
される。
(A) Ion Implantation Step Hydrogen ions are injected into a silicon crystal (Si (111) substrate) providing the thin film portion D1 at an incident energy of 4 keV and a dose of 2 × 10 16 to 1 × 10 17 [cm −2 ]. inject. FIG.
Is a graph illustrating the number of implanted ions (density) versus the depth at which ions are implanted in the second embodiment.
As can be seen from this figure, an ion implantation layer having a locally high ion density is formed near the ion implantation surface of the silicon crystal.

【0065】(b)凹部形成工程 一方、別のSi(111)基板(図1の符号Dに相当)
にプラズマCVD装置を用いて、SiO2 膜を約1μm
成膜し、SiO2 膜の一部とSi基板とをフォトリソグ
ラフィーとRIEによりパターンニング及びエッチング
して、Si基板表面に直径約0.6μm、高さ約3μmの
柱を多数約2μm周期(間隔)で作成する。
(B) Concavity forming step On the other hand, another Si (111) substrate (corresponding to symbol D in FIG. 1)
Using a plasma CVD device, the SiO 2 film is
After forming a film, a part of the SiO 2 film and the Si substrate are patterned and etched by photolithography and RIE to form a large number of columns having a diameter of about 0.6 μm and a height of about 3 μm on the surface of the Si substrate at intervals of about 2 μm (interval). ).

【0066】(c)接合工程 次に、上記の薄膜部D1を提供するシリコン結晶のイオ
ン注入面を上記のSi基板表面の多数の柱に対して垂直
に接合する。
(C) Joining Step Next, the ion-implanted surface of the silicon crystal for providing the thin film portion D1 is vertically joined to a large number of columns on the surface of the Si substrate.

【0067】(d)剥離工程 500℃で熱処理することにより、イオン注入部で上記
の薄膜部D1を提供するシリコン結晶を分離させ、上方
に薄膜部D1で閉じられた空洞を形成する。
(D) Separation Step By performing heat treatment at 500 ° C., the silicon crystal providing the thin film portion D1 is separated at the ion implantation portion, and a cavity closed by the thin film portion D1 is formed above.

【0068】以上の工程(a)〜(d)により、図1に
例示する様な空洞と薄膜部D1を有するSi基板Dを製
造した。
Through the above steps (a) to (d), a Si substrate D having a cavity and a thin film portion D1 as illustrated in FIG. 1 was manufactured.

【0069】以下、上記の第2実施例の実施形態の変形
可能な範囲に付いて例示する。例えば、水素イオン(H
+ )の代わりに(He+ )を用いても、上記の第2実施
例と略同様の作用・効果を得ることができる。
The following is an example of a range in which the above-described second embodiment can be modified. For example, hydrogen ions (H
Even if (He + ) is used instead of ( + ), substantially the same operation and effect as in the second embodiment can be obtained.

【0070】また、水素イオンのドーズ量は、下地基板
の材質等にも依存するが、概ね1×1015〔/cm2 〕〜
1×1020〔/cm2 〕の範囲において有効で、この条件
下において上記と略同様の作用・効果を得ることができ
る。より望ましくは、水素イオンのドーズ量は、3×1
15〜1×1017〔/cm2 〕程度が良く、更に望ましく
は、8×1015〜2×1016〔/cm2 〕程度が良い。
Although the dose of hydrogen ions depends on the material of the underlying substrate and the like, it is approximately 1 × 10 15 [/ cm 2 ].
It is effective in the range of 1 × 10 20 [/ cm 2 ], and under these conditions, substantially the same operation and effect as described above can be obtained. More preferably, the dose of hydrogen ions is 3 × 1
It is preferably about 0 15 to 1 × 10 17 [/ cm 2 ], and more preferably about 8 × 10 15 to 2 × 10 16 [/ cm 2 ].

【0071】また、この値が小さ過ぎると、薄膜部D1
を提供するシリコン結晶から薄膜部D1を確実に分離さ
せることが困難となる。また、この値が大き過ぎると、
薄膜部D1へのダメージが大きくなり、下地基板から薄
膜部D1を略一様な厚さで綺麗につながった形状に分離
させることが困難となる。
If this value is too small, the thin film portion D1
It is difficult to reliably separate the thin film portion D1 from the silicon crystal that provides the above. Also, if this value is too large,
Damage to the thin film portion D1 is increased, and it becomes difficult to separate the thin film portion D1 from the underlying substrate into a shape that is connected to the thin film portion D1 with a substantially uniform thickness.

【0072】また、入射エネルギーを可変として、下地
基板から分離する薄膜部の厚さを制御することも可能で
ある。図3に、イオンの注入エネルギーに対するイオン
が注入される深さ(最大密度の深さh)の測定結果を例
示する。例えば、この様に、イオンが注入される深さ
(最大密度の深さh)は、イオンの注入エネルギーに略
比例するので、入射エネルギー(加速電圧)を調整する
ことにより、薄膜部の厚さを適当に制御することができ
る。
It is also possible to control the thickness of the thin film portion separated from the underlying substrate by changing the incident energy. FIG. 3 illustrates a measurement result of the depth at which ions are implanted (the maximum density depth h) with respect to the ion implantation energy. For example, as described above, the depth at which ions are implanted (the maximum density depth h) is substantially proportional to the ion implantation energy. Therefore, by adjusting the incident energy (acceleration voltage), the thickness of the thin film portion can be reduced. Can be appropriately controlled.

【0073】また、イオン注入後に熱処理を行うことに
より、予めイオン注入層における部分的な破断部(ボイ
ド)を形成すると同時に、イオン照射によってダメージ
を受けた下地基板のイオン注入部の結晶性を回復させる
ことができる。また、空洞形成時の薄膜部D1に対する
熱処理により、その上に成長する半導体の結晶性を向上
させることができる。
Further, by performing heat treatment after the ion implantation, a partially broken portion (void) is formed in the ion implantation layer in advance, and at the same time, the crystallinity of the ion implantation portion of the underlying substrate damaged by the ion irradiation is recovered. Can be done. Further, the heat treatment of the thin film portion D1 at the time of forming the cavity can improve the crystallinity of the semiconductor grown thereon.

【0074】また、薄膜部D1の厚さは、20μm以下
が望ましい。この厚さが薄い程、目的の半導体結晶に対
する引っ張り応力が緩和されて、転位やクラックの発生
密度が減少する。従って、より望ましくは、薄膜部の厚
さは2μm以下が良く、更に望ましくは200nm以下
が良い。これらの値を実現するためには、前述の図3な
どに従って、注入イオン数のピークがこの程度の深さに
なる様にイオンの注入エネルギー(加速電圧)を調整す
れば良い。ただし、イオン注入層が厚くなってしまう
と、薄膜部の厚さを制御し難くなるため、イオン注入層
の厚さ等にも注意を要する。
The thickness of the thin film portion D1 is desirably 20 μm or less. As the thickness is smaller, the tensile stress on the target semiconductor crystal is reduced, and the density of dislocations and cracks is reduced. Therefore, more preferably, the thickness of the thin film portion is preferably 2 μm or less, and more preferably 200 nm or less. In order to realize these values, the ion implantation energy (acceleration voltage) may be adjusted so that the peak of the number of implanted ions has such a depth according to FIG. However, when the thickness of the ion-implanted layer becomes large, it is difficult to control the thickness of the thin film portion.

【0075】イオン注入層の厚さは、厳密には定義でき
ないが、例えば図2の注入イオン数のピーク値に対する
半値幅等が1つの目安になり得る。上記の薄膜部の厚さ
は、このイオン注入層の厚さを薄くする程制御し易くな
る。従って、イオンの注入エネルギー(加速電圧)を極
力一定値に保つ等の手段が、薄膜部の厚さを正確に制御
する上で有効となる。
Although the thickness of the ion-implanted layer cannot be strictly defined, for example, the half-width with respect to the peak value of the number of implanted ions in FIG. The thickness of the thin film portion is more easily controlled as the thickness of the ion implantation layer is reduced. Therefore, means for maintaining the ion implantation energy (acceleration voltage) at a constant value as much as possible is effective in accurately controlling the thickness of the thin film portion.

【0076】尚、上記の第1実施例以降の各実施例にお
いて、反応防止層を形成する晶質材料Bとしては、Al
x Ga1-x N(0<x<1)等を用いても良い。これら
の晶質材料Bでも、上記の実施例と略同様の作用・効果
が得られる。より一般には、反応防止層を形成する晶質
材料Bとして、炭化シリコン(SiC)、窒化アルミニ
ウム(AlN)、スピネル(MgAl2 4 )、或い
は、アルミニウム組成比が少なくとも0.30以上のAl
GaN、AlInN又はAlGaInNを用いることが
できる。
In each of the embodiments after the first embodiment, the crystalline material B for forming the reaction preventing layer is Al
x Ga 1-x N (0 <x <1) or the like may be used. With these crystalline materials B, substantially the same functions and effects as those of the above embodiment can be obtained. More generally, as the crystalline material B for forming the reaction prevention layer, silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), spinel (MgAl 2 O 4 ), or Al having an aluminum composition ratio of at least 0.30 or more is used.
GaN, AlInN or AlGaInN can be used.

【0077】また、目的の半導体基板を形成する半導体
結晶Aは、窒化ガリウム(GaN)に限定されるもので
はなく、前記の一般の「 III族窒化物系化合物半導体」
を任意に選択することができる。また、目的の半導体基
板(半導体結晶A)は、多層構造を有するものとしても
良い。
Further, the semiconductor crystal A forming the target semiconductor substrate is not limited to gallium nitride (GaN), and is not limited to the above-mentioned general “III-nitride compound semiconductor”.
Can be arbitrarily selected. The target semiconductor substrate (semiconductor crystal A) may have a multilayer structure.

【0078】即ち、本発明は、下地基板や目的の半導体
結晶の種類(材質)に特段の制限が無く、前述の下地基
板及び半導体結晶の各材料同士の任意の組み合わせを含
め、公知或いは任意の種類のヘテロエピタキシャル成長
に適用することができる。
That is, the present invention has no particular limitation on the type (material) of the underlying substrate and the target semiconductor crystal, and includes any known or arbitrary combination of the above-described materials of the underlying substrate and the semiconductor crystal. It can be applied to any kind of heteroepitaxial growth.

【0079】また、上記の実施例においては、有機金属
化合物気相成長法(MOVPE法)を用いたが、本発明
の結晶成長は、ハライド気相成長法(HVPE法)等に
よっても実施可能である。
In the above embodiment, the metal organic compound vapor phase epitaxy (MOVPE) was used. However, the crystal growth of the present invention can also be performed by the halide vapor phase epitaxy (HVPE). is there.

【0080】更に、上記の実施例では、下地基板を分離
し、残骸除去を行った上で半導体結晶Aを半導体素子の
結晶成長基板として用いる方法を例示したが、これらの
分離や残骸除去を行う工程は、半導体素子自身の半導体
層を積層した後に実施しても良いし、或いは、特に分離
工程等を実施しないまま、半導体素子として利用しても
良い。
Further, in the above embodiment, the method of using the semiconductor crystal A as a crystal growth substrate of a semiconductor device after separating the undersubstrate and removing debris has been described, but these separation and debris removal are performed. The process may be performed after laminating the semiconductor layers of the semiconductor element itself, or may be used as a semiconductor element without performing a separation step or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の基本概念を例示的に説明する半導体結
晶の製造工程における模式的な断面図。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in a manufacturing step of a semiconductor crystal for exemplifying a basic concept of the present invention.

【図2】イオンが注入される深さに対する注入イオン数
(密度)を例示するグラフ。
FIG. 2 is a graph illustrating the number of implanted ions (density) with respect to the depth at which ions are implanted.

【図3】イオンの注入エネルギーに対するイオンが注入
される深さ(最大密度の深さh)を例示するグラフ。
FIG. 3 is a graph illustrating the depth at which ions are implanted (the maximum density depth h) with respect to the ion implantation energy.

【図4】Si基板(下地基板)上に結晶成長した従来の
半導体結晶を例示する模式的な断面図。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor crystal grown on an Si substrate (base substrate).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A … 半導体結晶(目的の半導体基板) B … 反応防止層(晶質材料) D … シリコン基板(下地基板) D1… シリコン基板Dの薄膜部 A: Semiconductor crystal (target semiconductor substrate) B: Reaction prevention layer (crystalline material) D: Silicon substrate (base substrate) D1: Thin film portion of silicon substrate D

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 誠二 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 冨田 一義 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 色川 芳宏 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 伊藤 健治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 4G077 AA03 BE11 BE15 DB08 ED06 EE01 EE06 EF03 FJ03 TK04 TK08 TK10 TK11 5F045 AA04 AA05 AA10 AA18 AA19 AB06 AB09 AB14 AB17 AB18 AB38 AD14 AD15 AF03 BB12 CA09 DA53 DA67 HA01 HA03 HA04 HA05 HA06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Seiji Nagai 1 Ochiai Nagahata, Kasuga-cho, Nishi-Kasugai-gun, Aichi Prefecture Inside Toyoda Gosei Co., Ltd. (1) Inside the Toyota Central Research Institute Co., Ltd. 1 at 41, Yokomichi, Yokomichi, Toyoda Central Research Laboratory, F-term (reference) 4G077 AA03 BE11 BE15 DB08 ED06 EE01 EE06 EF03 FJ03 TK04 TK08 TK10 TK11 5F045 AA04 AA05 AA10 AA18 AA19 AB06 AB09 AB14 AB17 AB18 AB38 AD14 CA09 DA53 DA67 HA01 HA03 HA04 HA05 HA06

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン(Si)より形成された下地基
板上に III族窒化物系化合物半導体から成る半導体結晶
Aを成長させることにより、半導体基板を得る方法であ
って、 前記下地基板の結晶成長面の直下に空洞を設けることに
より、前記下地基板の前記結晶成長面をシリコン(S
i)より成る薄膜部で構成する薄膜部形成工程と、 前記薄膜部上に前記半導体結晶Aよりも融点又は耐熱性
が高い晶質材料Bより成る反応防止層を積層する反応防
止層形成工程と、 前記反応防止層の上に前記半導体結晶Aを成長させる結
晶成長工程とを有することを特徴とする半導体基板の製
造方法。
1. A method for obtaining a semiconductor substrate by growing a semiconductor crystal A made of a group III nitride compound semiconductor on an undersubstrate formed of silicon (Si), comprising: By providing a cavity directly below the surface, the crystal growth surface of the underlying substrate is made of silicon (S
i) forming a thin-film portion comprising a thin-film portion; and a reaction-preventing layer forming step of laminating a reaction-preventing layer made of a crystalline material B having a higher melting point or heat resistance than the semiconductor crystal A on the thin-film portion. And a crystal growth step of growing the semiconductor crystal A on the reaction preventing layer.
【請求項2】 前記半導体結晶Aは、 組成式が「Alx Gay In(1-x-y) N(0≦x<1,
0<y≦1,x+y≦1)」を満たす III族窒化物系化
合物半導体から成ることを特徴とする請求項1に記載の
半導体基板の製造方法。
Wherein said semiconductor crystal A has a composition formula "Al x Ga y In (1- xy) N (0 ≦ x <1,
2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made of a group III nitride-based compound semiconductor satisfying 0 <y ≦ 1, x + y ≦ 1).
【請求項3】 前記反応防止層を形成する前記晶質材料
Bは、 炭化シリコン(SiC)、窒化アルミニウム(Al
N)、又はスピネル(MgAl2 4 )より成ることを
特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体基板の
製造方法。
3. The crystalline material B for forming the reaction preventing layer includes silicon carbide (SiC), aluminum nitride (Al
3. The method according to claim 1, wherein the substrate is made of N) or spinel (MgAl 2 O 4 ).
【請求項4】 前記反応防止層を形成する前記晶質材料
Bは、 アルミニウム組成比が少なくとも0.30以上のAlGa
N、AlInN、或いはAlGaInNより成ることを
特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体基板の
製造方法。
4. The crystalline material B for forming the reaction preventing layer, wherein the AlGa having an aluminum composition ratio of at least 0.30 or more.
3. The method according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made of N, AlInN, or AlGaInN.
【請求項5】 前記反応防止層の膜厚を0.1μm以上、
2μm以下に形成することを特徴とする請求項1乃至請
求項4の何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the thickness of the reaction preventing layer is 0.1 μm or more.
The method according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is formed to have a thickness of 2 μm or less.
【請求項6】 前記反応防止層形成工程後、 前記反応防止層の表面に「Alx Ga1-x N(0<x≦
1)」より成るバッファ層Cを形成する工程を有するこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記
載の半導体基板の製造方法。
6. After the step of forming a reaction preventing layer, “Al x Ga 1 -xN (0 <x ≦
6. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising: forming a buffer layer C comprising:
【請求項7】 前記バッファ層Cの膜厚を0.01μm以
上、1μm以下に形成することを特徴とする請求項6に
記載の半導体基板の製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the thickness of the buffer layer C is not less than 0.01 μm and not more than 1 μm.
【請求項8】 前記半導体結晶Aと前記下地基板とを冷
却または加熱することにより、前記半導体結晶Aと前記
下地基板との熱膨張係数差に基づく応力を発生させ、こ
の応力を利用して前記空洞の側壁を破断することによ
り、前記半導体結晶Aと前記下地基板とを分離する分離
工程を有することを特徴とする請求項1乃至請求項7の
何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
8. The semiconductor crystal A and the underlying substrate are cooled or heated to generate a stress based on a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor crystal A and the underlying substrate. 8. The method according to claim 1, further comprising a separation step of separating the semiconductor crystal A from the base substrate by breaking a sidewall of the cavity. 9. .
【請求項9】 前記結晶成長工程において、 前記半導体結晶Aを50μm以上積層することを特徴と
する請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の半導体
基板の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein in the crystal growth step, the semiconductor crystal A is stacked at a thickness of 50 μm or more.
【請求項10】 前記薄膜部形成工程は、 前記下地基板を構成するシリコン結晶に、上方が開いた
前記空洞を物理的又は化学的エッチング処理により設け
る凹部形成工程を有し、 1000℃〜1350℃の熱処理に基づく前記下地基板
の表面付近のマイグレーション作用により、前記空洞及
び前記薄膜部を形成することを特徴とする請求項1乃至
請求項9の何れか1項に記載の半導体基板の製造方法。
10. The thin film portion forming step includes a concave portion forming step of providing the cavity having an open upper side by physical or chemical etching in a silicon crystal constituting the base substrate, and comprising: 1000 ° C. to 1350 ° C. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the cavity and the thin film portion are formed by a migration action near the surface of the base substrate based on the heat treatment.
【請求項11】 前記薄膜部形成工程は、 前記薄膜部を提供するシリコン結晶にイオンを注入する
イオン注入工程と、 前記下地基板の前記薄膜部以外の部分を構成するシリコ
ン結晶に、上方が開いた前記空洞を物理的又は化学的エ
ッチング処理により設ける凹部形成工程と、 熱処理により、前記薄膜部を前記凹部に接合する接合工
程と、 前記イオンの注入部を分離境界面として前記薄膜部を剥
離する剥離工程とを有することを特徴とする請求項1乃
至請求項9の何れか1項に記載の半導体基板の製造方
法。
11. The thin film portion forming step includes: an ion implantation step of implanting ions into a silicon crystal providing the thin film portion; and an upper portion opened to a silicon crystal constituting a portion of the base substrate other than the thin film portion. Forming a concave portion by physically or chemically etching the cavity, bonding a thin film portion to the concave portion by heat treatment, and peeling the thin film portion using the ion-implanted portion as a separation boundary surface. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a peeling step.
【請求項12】 前記薄膜部形成工程において形成され
る前記空洞の高さを0.1μm以上、10μm以下とした
ことを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか1項
に記載の半導体基板の製造方法。
12. The semiconductor according to claim 1, wherein the height of the cavity formed in the step of forming the thin film portion is 0.1 μm or more and 10 μm or less. Substrate manufacturing method.
【請求項13】 請求項1乃至請求項12の何れか1項
に記載の半導体基板の製造方法を用いて製造された、前
記半導体基板を結晶成長基板として有することを特徴と
する III族窒化物系化合物半導体素子。
13. A group III nitride manufactured using the method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 12, comprising the semiconductor substrate as a crystal growth substrate. -Based compound semiconductor devices.
【請求項14】 請求項1乃至請求項12の何れか1項
に記載の半導体基板の製造方法を用いて製造された、前
記半導体基板を結晶成長基板とした結晶成長により製造
されたことを特徴とする III族窒化物系化合物半導体素
子。
14. A semiconductor substrate manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is manufactured by crystal growth using the semiconductor substrate as a crystal growth substrate. Group III nitride compound semiconductor device.
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