JP5681937B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、半導体素子およびその製造方法に関し、特に、窒化ガリウム(GaN)系半導体を用いた半導体素子に適用して好適なものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and is particularly suitable for application to a semiconductor device using a gallium nitride (GaN) -based semiconductor.
低価格な異種基板の上に、付加価値の高い半導体が高品質で得られれば産業上の価値は非常に高いことから、その実現のために古くから研究開発が行われてきている。特に、シリコン(Si)基板上のガリウムヒ素(GaAs)系半導体薄膜成長やサファイア基板上のGaN系半導体薄膜成長においては、所謂バッファ層技術を用いて比較的良好な半導体薄膜が得られ、すでに実用化されている。しかしながら、従来のバッファ層技術では、成長された半導体薄膜には欠陥や貫通転位が非常に多く存在するため、発光ダイオード(LED)など限られたデバイスへの適用に止まっている。 If high-value-added semiconductors can be obtained with high quality on low-priced dissimilar substrates, the industrial value is very high, and research and development have been conducted for a long time to realize this. In particular, in the growth of gallium arsenide (GaAs) -based semiconductor thin films on silicon (Si) substrates and GaN-based semiconductor thin films on sapphire substrates, relatively good semiconductor thin films have been obtained using so-called buffer layer technology and have already been put into practical use. It has become. However, in the conventional buffer layer technology, since the grown semiconductor thin film has a large number of defects and threading dislocations, it is limited to application to a limited device such as a light emitting diode (LED).
この状況に新しいブレークスルーをもたらした技術が選択成長(Selective Area Growth 、SAG)技術である。例えば、A.Usuiらは、サファイア基板上に公知のバッファ層技術を適用してGaN層を成長させた基板をベース基板として、その上に成長マスクとして二酸化シリコン(SiO2 )からなる絶縁膜をストライプ状に配置し、この絶縁膜のない部分(ウインドウ)にGaN層を選択的に成長させ、引き続いてGaN層を絶縁膜上に横方向成長させることによりGaN層中の貫通転位を劇的に減少させた(非特許文献1)。この技術は、Si基板上のGaAs成長においてすでに1982年に試みられている(非特許文献2)。この手法は、絶縁膜によって下地層からの貫通転位の伝播を遮断し、この絶縁膜上へのGaN層の横方向成長によって貫通転位を劇的に減少させることを目的としているので、横方向成長を強調するため、この手法をELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)と呼称することが多い。 The technology that brought a new breakthrough to this situation is the selective area growth (SAG) technology. For example, A. Usui et al. Used a substrate obtained by growing a GaN layer on a sapphire substrate by applying a known buffer layer technology as a base substrate, and an insulating film made of silicon dioxide (SiO 2 ) as a growth mask thereon. Threaded dislocations in the GaN layer are dramatically increased by arranging the GaN layer selectively in the stripe-free portion (window) and then growing the GaN layer laterally on the insulating film. (Non-patent document 1). This technique has already been attempted in 1982 in the growth of GaAs on a Si substrate (Non-patent Document 2). The purpose of this method is to block the propagation of threading dislocations from the underlying layer with an insulating film, and to reduce threading dislocations dramatically by lateral growth of the GaN layer on this insulating film. This method is often called ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth).
また、中間層として薄いAlGaN層を積層したSi基板上のGaNの選択成長は1988年に Y.Kawaguchiらによってすでに報告されているが、これによると基本的にELOが可能であり、GaNの結晶方位と下地Si基板との方位関係が与えられている(非特許文献3)。 In addition, selective growth of GaN on a Si substrate with a thin AlGaN layer as an intermediate layer was already reported by Y. Kawaguchi et al. In 1988. According to this, ELO is basically possible, and GaN crystals An orientation relationship between the orientation and the underlying Si substrate is given (Non-Patent Document 3).
さて、GaN系半導体をELO法により成長させる場合に用いる成長マスクは、一般的に、幅が3〜10μmのストライプ状のマスク部と幅がマスク部と同程度のストライプ状のウインドウとにより構成されている。この場合、ウインドウから成長マスク上に横方向成長したGaN層が隣のウインドウから横方向成長したGaN層と突き当たって合体し、成長マスクを覆い、一体のGaN層を形成する。こうして得られるGaN層は、ウインドウ領域では底面からの貫通転位の成長により、また、合体した部分は格子不整合による転位が多いので、これらの部分は素子の活性領域として使用できず、ストライプ上の限られた領域にストライプ形状の活性領域を形成せざるを得ない。この方法は、狭ストライプの半導体レーザの製造に応用する試みがなされているが、実用化には至っていない。 A growth mask used when a GaN-based semiconductor is grown by the ELO method is generally composed of a striped mask portion having a width of 3 to 10 μm and a striped window having a width similar to that of the mask portion. ing. In this case, the GaN layer laterally grown from the window on the growth mask collides with the GaN layer laterally grown from the adjacent window, and covers the growth mask to form an integral GaN layer. In the GaN layer obtained in this way, in the window region, threading dislocations grow from the bottom surface, and the merged portion has many dislocations due to lattice mismatch. Therefore, these portions cannot be used as the active region of the device, and are on the stripe. A stripe-shaped active region must be formed in a limited region. Although this method has been tried to be applied to the production of a narrow stripe semiconductor laser, it has not been put into practical use.
一般に、ベース基板と半導体層とは物質が異なるので、熱膨張係数が互いに異なり、半導体層の成長後に基板温度を室温に復帰させたときに上部の半導体層に圧縮または引っ張り応力が生じ、基板全体が大きく湾曲する。例えば、サファイア基板上にGaN層をELO法により成長させる場合は基板は上に凸となる。逆に、Si基板やシリコンカーバイド(SiC)基板などの上にGaN層をELO法により成長させる場合は基板は下に凸となる。この基板の湾曲は半導体層が厚くなれば非常に顕著となり、甚だしい場合には半導体層にクラック(ひび割れ)が入ってしまう。また、基板の湾曲は、半導体層にクラックが入らないまでも、素子を形成するためのリソグラフィー工程を著しく困難にしてしまう。また、GaN層のうち貫通転位の少ない絶縁膜上の部分は、従来技術では数μm程度の狭い領域に限られているため、半導体レーザなどの数μm幅のストライプ素子しか製造することができなかった。 In general, since the base substrate and the semiconductor layer are made of different materials, their thermal expansion coefficients are different from each other. When the substrate temperature is returned to room temperature after the growth of the semiconductor layer, a compressive or tensile stress is generated in the upper semiconductor layer, and the entire substrate is Is greatly curved. For example, when a GaN layer is grown on the sapphire substrate by the ELO method, the substrate is convex upward. Conversely, when a GaN layer is grown on an Si substrate or a silicon carbide (SiC) substrate by the ELO method, the substrate is convex downward. This curvature of the substrate becomes very prominent as the semiconductor layer becomes thicker, and in a severe case, the semiconductor layer cracks. Further, the curvature of the substrate makes the lithography process for forming the element extremely difficult even if the semiconductor layer is not cracked. In addition, since the portion of the GaN layer on the insulating film with few threading dislocations is limited to a narrow region of about several μm in the prior art, only a stripe device having a width of several μm such as a semiconductor laser can be manufactured. It was.
この発明は、従来技術が有する上記の課題を一挙に解決することを目的とする。
すなわち、この発明が解決しようとする課題は、異種基板上に高品質半導体結晶からなる島状のGaN系半導体層を基板の湾曲を抑えて成長させることができ、しかもGaN系半導体層が極めて厚くてもクラックなどの発生を抑えることができ、大面積の半導体素子を容易に実現することができる半導体素子およびその製造方法を提供することである。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art at once.
That is, the problem to be solved by the present invention is that an island-like GaN-based semiconductor layer made of high-quality semiconductor crystals can be grown on a heterogeneous substrate while suppressing the curvature of the substrate, and the GaN-based semiconductor layer is extremely thick. However, it is an object of the present invention to provide a semiconductor element that can suppress the occurrence of cracks and the like and can easily realize a large-area semiconductor element and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、この発明は、
GaN系半導体と異なる物質からなる基板と、
上記基板上に直接または間接的に設けられ、一つまたは複数のストライプ状の開口を有する成長マスクと、
上記成長マスクを用いて上記基板上に(0001)面方位に成長された一つまたは複数の島状のGaN系半導体層とを有し、
上記成長マスクの上記ストライプ状の開口は上記GaN系半導体層の〈1−100〉方向に平行な方向に延在していることを特徴とする半導体素子である。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A substrate made of a material different from a GaN-based semiconductor;
A growth mask provided directly or indirectly on the substrate and having one or more stripe-shaped openings;
One or more island-shaped GaN-based semiconductor layers grown in the (0001) plane orientation on the substrate using the growth mask,
The stripe-shaped opening of the growth mask extends in a direction parallel to the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer.
この半導体素子において、成長マスクはGaN系半導体と異なる物質からなる基板上に直接、すなわち直接接して設けられ、あるいは、GaN系半導体からなる中間層などを介して間接的に設けられる。GaN系半導体と異なる物質からなる基板の例を挙げると、サファイア基板やSi基板などであるが、これらに限定されるものではなく、GaN系半導体層を(0001)面方位に成長させることができる限り、どのような基板であってもよい。この半導体素子においては、典型的には、島状のGaN系半導体層の側面は(1−10α)面(αは任意の整数)、(11−2β)面(βは任意の整数)もしくはこれらと結晶学的に等価な面により形成され、あるいは、島状のGaN系半導体層の側面は(1−10α)面(αは任意の整数)を含む。成長マスクは、例えばSiO2 膜やSiN膜などの絶縁膜により形成される。成長マスクは、好適な一つの例では、GaN系半導体層の〈11−20〉方向に平行な第1の方向およびGaN系半導体層の〈1−100〉方向に平行な第2の方向にそれぞれ第1の周期および第2の周期で周期的に配列され、第2の方向に延在する複数のストライプ状の開口と、第1の方向の互いに隣接する一対のストライプ状の開口の間の領域の二等分線上に、第2の方向の互いに隣接する一対のストライプ状の開口の互いに対向する末端部とそれぞれ所定距離重なり合うように設けられた補助的なストライプ状の開口とを有する。必要に応じて、補助的なストライプ状の開口を設けなくてもよい。成長マスクは、他の好適な一つの例では、GaN系半導体層の〈11−20〉方向に平行な第1の方向に周期的に配列され、GaN系半導体層の〈1−100〉方向に平行な第2の方向に延在する複数のストライプ状の開口と、第1の方向に上記ストライプ状の開口と同じ周期でかつ上記ストライプ状の開口に対して半周期ずれて周期的に配列され、第2の方向の上記ストライプ状の開口の末端部と所定距離重なり合うように第2の方向に延在する複数のストライプ状の開口とを有する。GaN系半導体層は半導体素子に応じて適宜構成されるが、一般的には、n型層、アンドープ層およびp型層のうちの少なくとも一つを含む2層以上の層で構成される。GaN系半導体層を構成する層は、具体的には、例えば、GaN層、AlGaN層、AlGaInN層、InGaN層などである。半導体素子が複数のGaN系半導体層を有する場合、互いに隣接する島状のGaN系半導体層同士の間隔は一般的には30μm以下、好適には10μm以下であるが、これに限定されるものではない。この半導体素子においては、この半導体素子の種類に応じた数の電極が所定の部位に設けられる。この半導体素子は、例えば、ショットキーダイオード、発光ダイオード、半導体レーザ、フォトダイオード、トランジスタなどであるが、これらに限定されるものではない。 In this semiconductor element, the growth mask is provided directly on the substrate made of a material different from that of the GaN-based semiconductor, that is, in direct contact, or indirectly through an intermediate layer made of the GaN-based semiconductor. Examples of substrates made of a material different from GaN-based semiconductors include sapphire substrates and Si substrates, but are not limited to these, and GaN-based semiconductor layers can be grown in the (0001) plane orientation. As long as it is any substrate. In this semiconductor element, typically, the side surface of the island-shaped GaN-based semiconductor layer has a (1-10α) plane (α is an arbitrary integer), an (11-2β) plane (β is an arbitrary integer) or these Or the side surface of the island-like GaN-based semiconductor layer includes a (1-10α) plane (α is an arbitrary integer). The growth mask is formed of an insulating film such as a SiO 2 film or a SiN film. In a preferred example, the growth mask is respectively in a first direction parallel to the <11-20> direction of the GaN-based semiconductor layer and a second direction parallel to the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer. A region between a plurality of stripe-shaped openings arranged periodically in the first period and the second period and extending in the second direction, and a pair of adjacent stripe-shaped openings in the first direction And auxiliary stripe-shaped openings provided so as to overlap each other by a predetermined distance from the opposite end portions of the pair of stripe-shaped openings adjacent to each other in the second direction. If necessary, an auxiliary stripe-shaped opening may not be provided. In another preferred example, the growth mask is periodically arranged in a first direction parallel to the <11-20> direction of the GaN-based semiconductor layer, and in the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer. A plurality of stripe-shaped openings extending in a parallel second direction and periodically arranged in the first direction at the same period as the stripe-shaped opening and shifted by a half period with respect to the stripe-shaped opening. And a plurality of stripe-like openings extending in the second direction so as to overlap with the end portions of the stripe-like openings in the second direction by a predetermined distance. The GaN-based semiconductor layer is appropriately configured according to the semiconductor element, but is generally configured by two or more layers including at least one of an n-type layer, an undoped layer, and a p-type layer. Specifically, the layers constituting the GaN-based semiconductor layer are, for example, a GaN layer, an AlGaN layer, an AlGaInN layer, an InGaN layer, or the like. When the semiconductor element has a plurality of GaN-based semiconductor layers, the interval between adjacent island-shaped GaN-based semiconductor layers is generally 30 μm or less, preferably 10 μm or less, but is not limited thereto. Absent. In this semiconductor element, the number of electrodes corresponding to the type of the semiconductor element is provided at a predetermined portion. Examples of the semiconductor element include a Schottky diode, a light emitting diode, a semiconductor laser, a photodiode, and a transistor, but are not limited thereto.
また、この発明は、
GaN系半導体と異なる物質からなる基板上に直接または間接的に複数のストライプ状の開口を有する成長マスクを形成する工程と、
上記成長マスクを用いて上記基板上に複数の島状のGaN系半導体層を(0001)面方位に、かつ上記GaN系半導体層の〈1−100〉方向が上記成長マスクの上記ストライプ状の開口に平行な方向に延在するように成長させる工程とを有する半導体素子の製造方法である。
In addition, this invention
Forming a growth mask having a plurality of stripe-shaped openings directly or indirectly on a substrate made of a material different from a GaN-based semiconductor;
Using the growth mask, a plurality of island-shaped GaN-based semiconductor layers are oriented in the (0001) plane on the substrate, and the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer is the stripe-shaped opening of the growth mask. And a step of growing so as to extend in a direction parallel to the semiconductor device.
上記の半導体素子の製造方法の発明においては、その性質に反しない限り、上記の半導体素子の発明に関連して説明したことが成立する。 In the invention of the method for manufacturing a semiconductor element, what has been described in relation to the invention of the semiconductor element is valid as long as the method is not contrary to the nature.
上記の半導体素子の製造方法は、基板上にGaN系半導体層を成長させた後、このGaN系半導体層の上面側に第1の支持基板を接着し、この第1の支持基板およびGaN系半導体層を上記基板から剥離する工程をさらに有することもあり、加えて、第1の支持基板およびGaN系半導体層を上記基板から剥離した後、GaN系半導体層の露出した面に一つまたは複数の電極を形成する工程をさらに有することもある。上記の半導体素子の製造方法は、必要に応じて、基板上にGaN系半導体層を成長させた後、このGaN系半導体層の上面側に第1の支持基板を接着する前に、このGaN系半導体層の上面に一つまたは複数の電極を形成する工程、あるいは、成長マスクの少なくとも一部、好適にはほぼ全部、最も好適には全部を除去する工程、あるいは、それらの両工程をさらに有する。また、必要に応じて、GaN系半導体層と接着される側の第1の支持基板の主面に導体薄膜または導体線路が形成される。上記の半導体素子の製造方法は、必要に応じて、第1の支持基板およびGaN系半導体層を上記基板から剥離した後、このGaN系半導体層の露出した面側に第2の支持基板を接着する工程をさらに有することもある。第1の支持基板および第2の支持基板は、元素半導体、化合物半導体、金属、合金、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、ダイヤモンド、カーボン、プラスチックなどからなり、これらの材料からなる単層構造のものであっても多層構造のものであってもよい。第1の支持基板および第2の支持基板の接着には、はんだなどの接着用金属や有機系の接着剤などを用いることができ、必要に応じて選ばれる。 In the manufacturing method of the semiconductor element, after a GaN-based semiconductor layer is grown on the substrate, a first support substrate is bonded to the upper surface side of the GaN-based semiconductor layer, and the first support substrate and the GaN-based semiconductor are bonded. The method may further include a step of peeling the layer from the substrate. In addition, after peeling the first support substrate and the GaN-based semiconductor layer from the substrate, one or more of the exposed surface of the GaN-based semiconductor layer may be provided. It may further include a step of forming an electrode. In the above semiconductor device manufacturing method, if necessary, the GaN-based semiconductor layer is grown on the substrate, and then the GaN-based semiconductor layer is bonded to the first support substrate on the upper surface side of the GaN-based semiconductor layer. The method further includes the step of forming one or a plurality of electrodes on the upper surface of the semiconductor layer, or the step of removing at least part, preferably almost all, most preferably all of the growth mask, or both of them. . Moreover, a conductor thin film or a conductor line is formed on the main surface of the first support substrate on the side bonded to the GaN-based semiconductor layer as necessary. In the method of manufacturing the semiconductor element, the first support substrate and the GaN-based semiconductor layer are peeled off from the substrate, if necessary, and then the second support substrate is bonded to the exposed surface side of the GaN-based semiconductor layer. It may have the process of carrying out. The first support substrate and the second support substrate are made of an elemental semiconductor, a compound semiconductor, a metal, an alloy, a nitride ceramic, an oxide ceramic, diamond, carbon, plastic, or the like, and a single layer structure made of these materials Or a multilayer structure. For bonding the first support substrate and the second support substrate, an adhesive metal such as solder, an organic adhesive, or the like can be used, and is selected as necessary.
また、この発明は、
GaN系半導体と異なる物質からなる基板上に直接または間接的に複数のストライプ状の開口を有する成長マスクを形成する工程と、
上記成長マスクを用いて上記基板上に複数の島状のGaN系半導体層を(0001)面方位に、かつ上記GaN系半導体層の〈1−100〉方向が上記成長マスクの上記ストライプ状の開口に平行な方向に延在するように成長させる工程と、
上記GaN系半導体層の上面に一つまたは複数の第1の電極を形成する工程と、
上記第1の電極を形成した後、上記成長マスクの少なくとも一部を除去する工程と、
上記成長マスクの少なくとも一部を除去した後、上記GaN系半導体層の上記第1の電極が形成された上記上面側に第1の支持基板を有機系接着層を介して接着する工程と、
上記第1の支持基板および上記GaN系半導体層を上記基板から剥離する工程と、
上記第1の支持基板および上記GaN系半導体層を上記基板から剥離した後、上記GaN系半導体層の露出した面に一つまたは複数の第2の電極を形成する工程と、
上記第1の電極および上記第2の電極が形成された上記GaN系半導体層を上記第1の支持基板から剥離する工程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
In addition, this invention
Forming a growth mask having a plurality of stripe-shaped openings directly or indirectly on a substrate made of a material different from a GaN-based semiconductor;
Using the growth mask, a plurality of island-shaped GaN-based semiconductor layers are oriented in the (0001) plane on the substrate, and the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer is the stripe-shaped opening of the growth mask. Growing so as to extend in a direction parallel to
Forming one or more first electrodes on the upper surface of the GaN-based semiconductor layer;
Removing at least a portion of the growth mask after forming the first electrode;
After removing at least a part of the growth mask, bonding a first support substrate to the top surface of the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed via an organic adhesive layer;
Peeling the first support substrate and the GaN-based semiconductor layer from the substrate;
Forming the one or more second electrodes on the exposed surface of the GaN-based semiconductor layer after peeling the first support substrate and the GaN-based semiconductor layer from the substrate;
And a step of peeling the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode and the second electrode are formed from the first support substrate.
典型的には、第1の電極を形成した後、成長マスクのほぼ全て、最も好適には全てを除去する。こうすることで、第1の支持基板およびGaN系半導体層を基板から剥離しやすくなる。有機系接着層は、第1の支持基板の一方の主面に形成してもよいし、GaN系半導体層の第1の電極が形成された上面側に形成してもよい。典型的には、第2の電極側に第2の支持基板を貼り付けた後、第1の電極および第2の電極が形成されたGaN系半導体層を第1の支持基板から剥離する。第1の支持基板は、元素半導体、化合物半導体、金属、合金、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、ダイヤモンド、カーボン、プラスチックなどからなり、これらの材料からなる単層構造のものであっても多層構造のものであってもよい。第2の支持基板としては、典型的には、ダイシングテープまたは延伸テープが用いられるが、これに限定されるものではない。必要に応じて、第2の電極を形成した後、第1の電極および第2の電極が形成されたGaN系半導体層を第1の支持基板から剥離する前に、第2の電極を含む全面に金属層を形成する工程をさらに有する。この金属層はパッド電極として用いることができる。必要に応じて、金属層を形成した後、第1の電極および第2の電極が形成されたGaN系半導体層を第1の支持基板から剥離する前に、一つまたは複数のGaN系半導体層毎に金属層に溝を形成する工程をさらに有する。その他のことは、その性質に反しない限り、上記の半導体素子および半導体素子の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。 Typically, after forming the first electrode, substantially all of the growth mask, most preferably all, is removed. By doing so, the first support substrate and the GaN-based semiconductor layer can be easily separated from the substrate. The organic adhesive layer may be formed on one main surface of the first support substrate, or may be formed on the upper surface side where the first electrode of the GaN-based semiconductor layer is formed. Typically, after the second support substrate is attached to the second electrode side, the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode and the second electrode are formed is peeled from the first support substrate. The first support substrate is made of an elemental semiconductor, a compound semiconductor, a metal, an alloy, a nitride ceramic, an oxide ceramic, diamond, carbon, plastic, or the like, and has a single layer structure made of these materials. It may have a multilayer structure. Typically, a dicing tape or a stretched tape is used as the second support substrate, but the second support substrate is not limited thereto. If necessary, after forming the second electrode, before peeling the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode and the second electrode are formed from the first support substrate, the entire surface including the second electrode The method further includes forming a metal layer. This metal layer can be used as a pad electrode. If necessary, after forming the metal layer, before separating the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode and the second electrode are formed from the first support substrate, one or more GaN-based semiconductor layers The method further includes a step of forming a groove in the metal layer every time. As long as the other is not contrary to the nature, what has been described in relation to the invention of the semiconductor element and the method for manufacturing the semiconductor element is valid.
また、この発明は、
GaN系半導体と異なる物質からなる基板上に直接または間接的に複数のストライプ状の開口を有する成長マスクを形成する工程と、
上記成長マスクを用いて上記基板上に複数の島状のGaN系半導体層を(0001)面方位に、かつ上記GaN系半導体層の〈1−100〉方向が上記成長マスクの上記ストライプ状の開口に平行な方向に延在するように成長させる工程と、
上記GaN系半導体層の上面に一つまたは複数の第1の電極を形成する工程と、
上記第1の電極を形成した後、上記成長マスクの少なくとも一部を除去する工程と、
上記成長マスクの少なくとも一部を除去した後、上記第1の電極が形成された上記GaN系半導体層を上記基板から剥離する工程と、
上記第1の電極が形成された上記GaN系半導体層を上記基板から剥離した後、上記第1の電極が形成された上記GaN系半導体層の上記第1の電極側を第1の支持基板の一方の主面に形成された第1の有機系接着層に押し付けて接着する工程と、
上記GaN系半導体層の側面に絶縁体からなるサイドウォールスペーサを形成する工程と、
上記サイドウォールスペーサが側面に形成された上記GaN系半導体層を真空吸着により上記第1の支持基板から剥離した後、第2の支持基板の一方の主面に形成された第2の有機系接着層に複数の上記GaN系半導体層を上記サイドウォールスペーサを介して互いに接近した状態で接着する工程と、
上記第2の支持基板の上記第2の有機系接着層に接着した複数の上記GaN系半導体層の露出した面に一つまたは複数の第2の電極を形成する工程と、
上記第1の電極および上記第2の電極が形成された上記GaN系半導体層を上記第2の支持基板から剥離する工程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
In addition, this invention
Forming a growth mask having a plurality of stripe-shaped openings directly or indirectly on a substrate made of a material different from a GaN-based semiconductor;
Using the growth mask, a plurality of island-shaped GaN-based semiconductor layers are oriented in the (0001) plane on the substrate, and the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer is the stripe-shaped opening of the growth mask. Growing so as to extend in a direction parallel to
Forming one or more first electrodes on the upper surface of the GaN-based semiconductor layer;
Removing at least a portion of the growth mask after forming the first electrode;
Removing at least a portion of the growth mask and then peeling the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed from the substrate;
After the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed is peeled from the substrate, the first electrode side of the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed is connected to the first support substrate. A process of pressing and adhering to the first organic adhesive layer formed on one main surface;
Forming a sidewall spacer made of an insulator on the side surface of the GaN-based semiconductor layer;
After the GaN-based semiconductor layer having the sidewall spacer formed on the side surface is peeled off from the first support substrate by vacuum adsorption, a second organic adhesion formed on one main surface of the second support substrate Bonding a plurality of the GaN-based semiconductor layers to each other in a state of being close to each other via the sidewall spacer;
Forming one or a plurality of second electrodes on exposed surfaces of the plurality of GaN-based semiconductor layers bonded to the second organic-based adhesive layer of the second support substrate;
And a step of peeling the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode and the second electrode are formed from the second support substrate.
典型的には、第1の電極を形成した後、成長マスクのほぼ全て、最も好適には全てを除去する。こうすることで、第1の電極が形成されたGaN系半導体層を基板から剥離しやすくなる。第1の電極が形成されたGaN系半導体層を基板から剥離する方法は特に限定されないが、例えば、第1の電極が形成されたGaN系半導体層の第1の電極側を真空吸着し、基板から離れる方向に力を加えることにより剥離することができる。第1の支持基板および第2の支持基板は、元素半導体、化合物半導体、金属、合金、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、ダイヤモンド、カーボン、プラスチックなどからなり、これらの材料からなる単層構造のものであっても多層構造のものであってもよい。必要に応じて、第2の電極を形成した後、第1の電極および第2の電極が形成されたGaN系半導体層を第2の支持基板から剥離する前に、第2の電極を含む全面に金属層を形成する工程をさらに有する。この金属層はパッド電極として用いることができる。また、必要に応じて、金属層を形成した後、第1の電極および第2の電極が形成されたGaN系半導体層を第2の支持基板から剥離する前に、一つまたは複数のGaN系半導体層毎に金属層に溝を形成する工程をさらに有する。さらに、必要に応じて、金属層に溝を形成した後、この金属層側の表面をダイシングテープまたは延伸テープに貼り付け、第2の支持基板を剥離した後、ダイシングテープまたは延伸テープを延伸することによりGaN系半導体層同士の間隔を大きくし、第1の電極および第2の電極が形成されたGaN系半導体層を実装するようにしてもよい。その他のことは、その性質に反しない限り、上記の半導体素子および半導体素子の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。 Typically, after forming the first electrode, substantially all of the growth mask, most preferably all, is removed. By doing so, the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed can be easily peeled from the substrate. The method for peeling the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed from the substrate is not particularly limited. For example, the first electrode side of the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed is vacuum-adsorbed to form a substrate. It can peel by applying force in the direction away from. The first support substrate and the second support substrate are made of an elemental semiconductor, a compound semiconductor, a metal, an alloy, a nitride ceramic, an oxide ceramic, diamond, carbon, plastic, or the like, and a single layer structure made of these materials Or a multilayer structure. If necessary, after forming the second electrode, before peeling the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode and the second electrode are formed from the second support substrate, the entire surface including the second electrode The method further includes forming a metal layer. This metal layer can be used as a pad electrode. In addition, if necessary, after forming the metal layer, before separating the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode and the second electrode are formed from the second support substrate, one or more GaN-based layers The method further includes forming a groove in the metal layer for each semiconductor layer. Furthermore, if necessary, after forming a groove in the metal layer, the surface on the metal layer side is affixed to a dicing tape or a stretched tape, and after peeling the second support substrate, the dicing tape or the stretched tape is stretched. Accordingly, the interval between the GaN-based semiconductor layers may be increased, and the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode and the second electrode are formed may be mounted. As long as the other is not contrary to the nature, what has been described in relation to the invention of the semiconductor element and the method for manufacturing the semiconductor element is valid.
この発明によれば、成長マスクのストライプ状の開口から成長マスク上に横方向成長する島状のGaN系半導体層の結晶性は極めて高く、高品質半導体結晶からなるGaN系半導体層を得ることができる。また、複数の島状のGaN系半導体層を成長させる場合、それらは互いに分離した状態で、すなわち孤立して形成されるため、各GaN系半導体層に発生する引っ張り応力または圧縮応力はこのGaN系半導体層内だけに限定され、他のGaN系半導体層にはこれらの引っ張り応力または圧縮応力の影響が及ばない。また、成長マスクとGaN系半導体層とは化学結合していないので、GaN系半導体層内の応力は、成長マスクとGaN系半導体層との界面で起きる滑りによって緩和することができる。また、島状のGaN系半導体層同士の間に間隙が存在することにより、複数の島状のGaN系半導体層が成長した基板全体として柔軟性があり、外力が加わったときに容易に変形し、撓むことができる。従って、基板に反り、湾曲、変形などが僅かに存在していても、小さな外力によってそれらを容易に矯正することが可能であり、真空チャッキングによる基板のハンドリングなどが可能となり、半導体素子の製造プロセスを容易に実行することができる。以上により、高品質半導体結晶からなる島状のGaN系半導体層を基板の湾曲を抑えて成長させることができ、しかもGaN系半導体層が極めて厚くてもクラックなどの発生を抑えることができ、大面積の半導体素子を容易に実現することができる。
また、GaN系半導体層の両面に電極が形成された半導体素子を容易に製造することができる。
According to this invention, the crystallinity of the island-shaped GaN-based semiconductor layer grown laterally on the growth mask from the stripe-shaped opening of the growth mask is extremely high, and a GaN-based semiconductor layer made of a high-quality semiconductor crystal can be obtained. it can. In addition, when a plurality of island-shaped GaN-based semiconductor layers are grown, they are formed in a state of being separated from each other, that is, isolated, so that the tensile stress or compressive stress generated in each GaN-based semiconductor layer is the GaN-based semiconductor layer. It is limited only within the semiconductor layer, and other GaN-based semiconductor layers are not affected by these tensile stresses or compressive stresses. Further, since the growth mask and the GaN-based semiconductor layer are not chemically bonded, the stress in the GaN-based semiconductor layer can be relieved by the slip that occurs at the interface between the growth mask and the GaN-based semiconductor layer. In addition, since there is a gap between the island-shaped GaN-based semiconductor layers, the entire substrate on which the plurality of island-shaped GaN-based semiconductor layers are grown is flexible and easily deforms when an external force is applied. Can bend. Therefore, even if the substrate is warped, curved or deformed slightly, it can be easily corrected by a small external force, and the substrate can be handled by vacuum chucking. The process can be executed easily. As described above, an island-like GaN-based semiconductor layer made of a high-quality semiconductor crystal can be grown while suppressing the curvature of the substrate, and even if the GaN-based semiconductor layer is extremely thick, the occurrence of cracks can be suppressed. A semiconductor device having an area can be easily realized.
In addition, a semiconductor element in which electrodes are formed on both surfaces of a GaN-based semiconductor layer can be easily manufactured.
以下、発明を実施するための形態(以下、実施の形態と言う。)について説明する。
第1の実施の形態
第1の実施の形態によるGaN系半導体素子およびその製造方法について説明する。
この第1の実施の形態においては、図1Aに示すように、まず、ベース基板11上に、複数のストライプ状の開口(以下、ストライプウインドウと言う)12aおよび、必要に応じてこれに加えて後述の複数の補助的なストライプ状の開口(以下、補助ストライプウインドウと言う)を有する成長マスク12を形成する。ベース基板11としては、GaN系半導体と異なる物質からなる基板、例えばC面サファイア基板や(111)面方位のSi基板などの上に例えばGaN層などのGaN系半導体層を(0001)面方位に成長させたものを用いてもよいし、C面サファイア基板をそのまま用いてもよい。C面サファイア基板や(111)面方位のSi基板などの上に成長させるGaN層などのGaN系半導体層の厚さは例えば1〜2μmとするが、これに限定されるものではない。成長マスク12は、例えば、ベース基板11上に例えばプラズマ化学気相成長(CVD)法などにより絶縁膜、例えばSiO2 膜を形成した後、このSiO2 膜を所定のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすることにより形成することができる。このSiO2 膜の厚さは例えば0.3μmとするが、これに限定されるものではない。この成長マスク12のストライプウインドウ12aおよび補助ストライプウインドウの形状、配置などについては後述する。
Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described.
First Embodiment A GaN-based semiconductor device and a method for manufacturing the same according to a first embodiment will be described.
In the first embodiment, as shown in FIG. 1A, first, a plurality of stripe-shaped openings (hereinafter referred to as stripe windows) 12a on the base substrate 11 and, if necessary, in addition thereto A growth mask 12 having a plurality of auxiliary stripe openings (hereinafter referred to as auxiliary stripe windows) to be described later is formed. As the base substrate 11, for example, a GaN-based semiconductor layer such as a GaN layer is placed in the (0001) plane orientation on a substrate made of a material different from the GaN-based semiconductor, such as a C-plane sapphire substrate or a (111) -plane oriented Si substrate. A grown one may be used, or a C-plane sapphire substrate may be used as it is. The thickness of a GaN-based semiconductor layer such as a GaN layer grown on a C-plane sapphire substrate or a (111) -oriented Si substrate is, for example, 1 to 2 μm, but is not limited thereto. The growth mask 12 is formed, for example, by forming an insulating film such as a SiO 2 film on the base substrate 11 by, for example, a plasma chemical vapor deposition (CVD) method, and then performing photolithography using the SiO 2 film using a predetermined photomask. And it can form by patterning by an etching. The thickness of the SiO 2 film is, for example, 0.3 μm, but is not limited to this. The shape and arrangement of the stripe window 12a and auxiliary stripe window of the growth mask 12 will be described later.
次に、図1Bに示すように、成長マスク12を用いて気相成長法、例えば有機金属化学気相成長(MOCVD)法によりGaN系半導体層13を(0001)面方位に島状に成長させる。この場合、まず、ストライプウインドウ12aに露出したベース基板11の表面にGaN系半導体が選択成長し、引き続いて成長マスク12上に横方向成長することにより成長マスク12上にGaN系半導体層13が成長する。この成長の際には、島状のGaN系半導体層13が隣接する島状のGaN系半導体層13と衝突する前に成長を停止させる。一つの島状のGaN系半導体層13をいくつのストライプウインドウ12aから成長させるかは必要に応じて決めることができる。図1Bにおいては、一つのストライプウインドウ12aから一つの島状のGaN系半導体層13が成長する場合が図示されているが、二つ以上のストライプウインドウ12aから一つの島状のGaN系半導体層13を成長させてもよい。GaN系半導体層13は、製造すべきGaN系半導体素子に応じて、n型層、アンドープ層およびp型層のうちの少なくとも一つを含む2層以上の層で構成されている。
次に、こうして成長マスク12上に成長した島状の各GaN系半導体層13を必要に応じて加工し、さらに必要な電極(図示せず)を形成する。
この後、上述のようにして素子構造が形成されたベース基板11を例えば一つのチップに一つの島状のGaN系半導体層13が含まれるようにチップ化し、目的とするGaN系半導体素子を製造する。
Next, as shown in FIG. 1B, a GaN-based semiconductor layer 13 is grown in an island shape in the (0001) plane orientation by vapor phase growth, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), using the growth mask 12. . In this case, first, a GaN-based semiconductor is selectively grown on the surface of the base substrate 11 exposed in the stripe window 12a, and subsequently grown laterally on the growth mask 12, whereby the GaN-based semiconductor layer 13 is grown on the growth mask 12. To do. During this growth, the growth is stopped before the island-shaped GaN-based semiconductor layer 13 collides with the adjacent island-shaped GaN-based semiconductor layer 13. The number of stripe windows 12a from which one island-like GaN-based semiconductor layer 13 is grown can be determined as necessary. FIG. 1B shows the case where one island-like GaN-based semiconductor layer 13 grows from one stripe window 12a, but one island-shaped GaN-based semiconductor layer 13 is formed from two or more stripe windows 12a. May be grown. The GaN-based semiconductor layer 13 is composed of two or more layers including at least one of an n-type layer, an undoped layer, and a p-type layer, depending on the GaN-based semiconductor element to be manufactured.
Next, the island-like GaN-based semiconductor layers 13 thus grown on the growth mask 12 are processed as necessary, and further necessary electrodes (not shown) are formed.
Thereafter, the base substrate 11 on which the element structure is formed as described above is made into a chip so that, for example, one island-like GaN-based semiconductor layer 13 is included in one chip, and a target GaN-based semiconductor element is manufactured. To do.
成長マスク12の詳細について説明する。成長マスク12の二つの例を図2および図3に示す。
図2に示す成長マスク12は、(0001)面方位のGaN系半導体層13の〈11−20〉方向に平行な第1の方向およびGaN系半導体層13の〈1−100〉方向に平行な第2の方向にそれぞれ周期p1 およびp2 で周期的に配列され、第2の方向に延在する複数のストライプウインドウ12aを有する。成長マスク12はさらに、第1の方向の互いに隣接する一対のストライプウインドウ12aの間の領域の二等分線上に、第2の方向の互いに隣接する一対のストライプウインドウ12aの互いに対向する末端部とそれぞれ長さqだけ重なり合うように設けられた補助ストライプウインドウ12bを有する。この補助ストライプウインドウ12bは、後述のように、GaN系半導体層13の〈1−100〉方向の両端部の盛り上がりを防止するためのものである。ストライプウインドウ12aの長さはa、幅はb、補助ストライプウインドウ12bの長さはc、幅はdである。成長マスク12のうちのストライプウインドウ12aおよび補助ストライプウインドウ12b以外の部分がマスク部12cとなる。ストライプウインドウ12aの長さaは例えば200〜2000μm、幅bは例えば2〜20μm、ストライプウインドウ12aの周期p1 は例えば6〜120μm、周期p2 は例えば505〜1050μm、補助ストライプウインドウ12bの長さcは概略((p2 −a)+(p1 −b−d)÷tan30°)程度で与えられるが、例えばa=800μm、b=5μm、d=5μm、p1 =55μm、p2 =810μmのときは80〜90μmである。幅dは例えば幅bと同じである。マスク部12cの幅は例えば、p1 −bであるので50μm、補助ストライプウインドウ12bとストライプウインドウ12aとの重なり合いの長さqは(p1 −b−d)÷tan30°÷2であるので上記設定の場合、35〜40μmである。
Details of the growth mask 12 will be described. Two examples of the growth mask 12 are shown in FIGS.
The growth mask 12 shown in FIG. 2 is parallel to the first direction parallel to the <11-20> direction of the (0001) plane GaN-based semiconductor layer 13 and to the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer 13. A plurality of stripe windows 12a are arranged periodically in the second direction at periods p 1 and p 2 and extend in the second direction. The growth mask 12 further includes opposite end portions of a pair of adjacent stripe windows 12a in the second direction on a bisector of a region between the pair of adjacent stripe windows 12a in the first direction. The auxiliary stripe windows 12b are provided so as to overlap each other by the length q. As will be described later, the auxiliary stripe window 12b is used to prevent the GaN-based semiconductor layer 13 from rising at both ends in the <1-100> direction. The length of the stripe window 12a is a, the width is b, the length of the auxiliary stripe window 12b is c, and the width is d. A portion of the growth mask 12 other than the stripe window 12a and the auxiliary stripe window 12b becomes a mask portion 12c. The length a of the stripe window 12a is 200 to 2000 μm, the width b is 2 to 20 μm, the period p 1 of the stripe window 12a is 6 to 120 μm, the period p 2 is 505 to 1050 μm, and the length of the auxiliary stripe window 12b. c is approximately given by ((p 2 −a) + (p 1 −b−d) ÷ tan 30 °). For example, a = 800 μm, b = 5 μm, d = 5 μm, p 1 = 55 μm, p 2 = When it is 810 μm, it is 80 to 90 μm. The width d is the same as the width b, for example. The width of the mask portion 12c is, for example, 50 μm because it is p 1 −b, and the overlapping length q of the auxiliary stripe window 12b and the stripe window 12a is (p 1 −b−d) ÷ tan 30 ° ÷ 2, so that In the case of setting, it is 35 to 40 μm.
図3に示す成長マスク12は、(0001)面方位のGaN系半導体層13の〈11−20〉方向に平行な第1の方向に周期p1 で周期的に配列され、GaN系半導体層13の〈1−100〉方向に平行な第2の方向に延在する複数のストライプウインドウ12aを有する。成長マスク12はさらに、後述のようにGaN系半導体層13の〈1−100〉方向の両端部の盛り上がりを防止するために、第1の方向にストライプウインドウ12aと同じ周期p1 でかつストライプウインドウ12aに対して半周期p1 /2ずれて周期的に配列され、第2の方向のストライプウインドウ12aの末端部と長さrだけ重なり合うように第2の方向に延在する複数のストライプウインドウ12aを有する。ストライプウインドウ12aの長さaは例えば200〜2000μm、幅bは例えば2〜20μm、ストライプウインドウ12aの周期p1 は例えば6〜120μm、マスク部12cの幅は例えば、p1 −bであるので、例えばp1 =55μm、b=5μmとするとき50μmである。ストライプウインドウ12aの末端部同士の重なり合いの長さrは(p1 −b−d)÷tan30°÷2であるので、例えばp1 =55μm、b=5μm、d=5μmとするとき35〜40μmである。 The growth mask 12 shown in FIG. 3 is periodically arranged with a period p 1 in a first direction parallel to the <11-20> direction of the (0001) plane oriented GaN-based semiconductor layer 13. A plurality of stripe windows 12a extending in a second direction parallel to the <1-100> direction. The growth mask 12 further has the same period p 1 as that of the stripe window 12a in the first direction and the stripe window in order to prevent the GaN-based semiconductor layer 13 from rising at both ends in the <1-100> direction as will be described later. periodically arranged shifted by half period p 1/2 with respect to 12a, a plurality of stripe windows 12a extending in the second direction so as to overlap only end the length r of the second direction of the stripe windows 12a Have For example, the length a of the stripe window 12a is 200 to 2000 μm, the width b is 2 to 20 μm, the period p 1 of the stripe window 12a is 6 to 120 μm, and the width of the mask portion 12c is p 1 −b, for example. For example, when p 1 = 55 μm and b = 5 μm, it is 50 μm. Since the overlapping length r of the end portions of the stripe window 12a is (p 1 −bd) ÷ tan 30 ° / 2, for example, when p 1 = 55 μm, b = 5 μm, d = 5 μm, 35-40 μm. It is.
図2または図3に示す成長マスク12を用いてGaN系半導体層13を成長させると、次のような効果を得ることができる。
詳細は後述するが、GaN系半導体の(0001)面成長においては、その面に平行な方向の横方向成長速度は〈11−20〉方向が最も大きく、〈1−100〉方向が最も小さい。図2または図3に示す成長マスク12においては、ストライプウインドウ12aの長手方向が〈1−100〉方向であるため、このストライプウインドウ12aの両端ではGaN系半導体の成長速度が小さく、〈1−100〉方向の相対する島状のGaN系半導体層13同士が合体せず、島状のGaN系半導体層13同士を分離することができる。このとき、〈1−100〉方向の島状のGaN系半導体層13の大きさはストライプウインドウ12aの長さaとほぼ等しくなる。
When the GaN-based semiconductor layer 13 is grown using the growth mask 12 shown in FIG. 2 or FIG. 3, the following effects can be obtained.
Although details will be described later, in the (0001) plane growth of a GaN-based semiconductor, the lateral growth rate in the direction parallel to the plane is the largest in the <11-20> direction and the smallest in the <1-100> direction. In the growth mask 12 shown in FIG. 2 or FIG. 3, since the longitudinal direction of the stripe window 12a is the <1-100> direction, the growth rate of the GaN-based semiconductor is low at both ends of the stripe window 12a. The island-shaped GaN-based semiconductor layers 13 facing each other in the> direction do not merge, and the island-shaped GaN-based semiconductor layers 13 can be separated. At this time, the size of the island-shaped GaN-based semiconductor layer 13 in the <1-100> direction is substantially equal to the length a of the stripe window 12a.
他方、ストライプウインドウ12aから〈11−20〉方向への横方向成長速度は非常に大きいので、〈11−20〉方向の島状のGaN系半導体層13同士が合体しないようにする必要がある。そのための第1の方法では、〈11−20〉方向のストライプウインドウ12aとストライプウインドウ12aとの間隔、すなわち〈11−20〉方向のマスク部12cの幅(p1 −b)を設計上の、GaN系半導体層13の〈11−20〉方向の幅よりも大きくする。この方法では、GaN系半導体層13の〈11−20〉方向に直交する方向の側面は(11−20)面または傾斜した(11−2β)面(βは任意の整数)となる。 On the other hand, since the lateral growth rate from the stripe window 12a in the <11-20> direction is very high, it is necessary to prevent the island-like GaN-based semiconductor layers 13 in the <11-20> direction from being combined. In the first method for that purpose, the distance between the stripe window 12a in the <11-20> direction and the stripe window 12a, that is, the width (p 1 -b) of the mask portion 12c in the <11-20> direction is designed. The width of the GaN-based semiconductor layer 13 is made larger than the width in the <11-20> direction. In this method, the side surface in the direction orthogonal to the <11-20> direction of the GaN-based semiconductor layer 13 is a (11-20) plane or an inclined (11-2β) plane (β is an arbitrary integer).
第2の方法では、図4に示すように、〈11−20〉方向の設計上のGaN系半導体層13の両端部の直ぐ内側の部分の成長マスク12に、成長速度が最も小さい〈1−100〉方向と等価な方向の辺を有するジグザグ形状のストライプウインドウ12aを形成する。こうすることで、GaN系半導体層13の〈11−20〉方向への横方向成長速度を大幅に減少させることができ、〈11−20〉方向の島状のGaN系半導体層13同士の合体を防止することができる。この方法では、GaN系半導体層13の〈11−20〉方向の両端部の側面は、ジグザグの(1−100)面または傾斜した(1−10α)面(αは任意の整数)となる。 In the second method, as shown in FIG. 4, the growth rate of the growth mask 12 in the portion immediately inside the both ends of the GaN-based semiconductor layer 13 designed in the <11-20> direction is the smallest <1- A zigzag stripe window 12a having sides in the direction equivalent to the 100> direction is formed. By doing so, the lateral growth rate of the GaN-based semiconductor layer 13 in the <11-20> direction can be significantly reduced, and the island-shaped GaN-based semiconductor layers 13 in the <11-20> direction are combined. Can be prevented. In this method, the side surfaces of both ends of the GaN-based semiconductor layer 13 in the <11-20> direction are zigzag (1-100) planes or inclined (1-10α) planes (α is an arbitrary integer).
第3の方法では、図5に示すように、〈11−20〉方向の設計上のGaN系半導体層13の両端部の直ぐ内側の部分の成長マスク12に、成長速度が最も小さい〈1−100〉方向に平行な直線部と〈11−20〉方向に平行な直線部とを交互に有する段差形状の辺をマスク部12cの両側に有するようにストライプウインドウ12aを形成する。この場合、GaN系半導体層13を成長させると、図6に示すように、ストライプウインドウ12aのマスク部12cの両側の辺の〈1−100〉方向に平行な直線部ではGaN系半導体層13は〈11−20〉方向に成長してゆくが、〈1−100〉方向に平行な直線部と〈11−20〉方向に平行な直線部とが交差する角では〈11−20〉方向の成長ができず、この角では成長の遅い(1−10α)面(αは任意の整数)が支配的に出現する結果、GaN系半導体層13の〈11−20〉方向の両端部の側面はジグザグの(1−100)面となる。図5においては、マスク部12cの両側のストライプウインドウ12aの互いに対向する一対の辺の凹凸は〈1−100〉方向に互いに半周期ずれているが、このずれ量は特に限定されるものではなく、例えば、〈1−100〉方向に互いに1周期ずれてもよい。 In the third method, as shown in FIG. 5, the growth rate is the smallest on the growth mask 12 in the portion immediately inside both ends of the GaN-based semiconductor layer 13 in the <11-20> direction design. The stripe window 12a is formed so as to have step-shaped sides alternately having straight portions parallel to the <100> direction and straight portions parallel to the <11-20> direction on both sides of the mask portion 12c. In this case, when the GaN-based semiconductor layer 13 is grown, as shown in FIG. 6, the GaN-based semiconductor layer 13 is formed in the linear portions parallel to the <1-100> direction on both sides of the mask portion 12 c of the stripe window 12 a. Although it grows in the <11-20> direction, it grows in the <11-20> direction at the angle where the linear part parallel to the <1-100> direction intersects the linear part parallel to the <11-20> direction. As a result, the slow growth (1-10α) plane (α is an arbitrary integer) appears dominantly at this angle, and as a result, the side surfaces of both ends of the GaN-based semiconductor layer 13 in the <11-20> direction are zigzag. (1-100) plane. In FIG. 5, the unevenness of the pair of opposite sides of the stripe window 12a on both sides of the mask portion 12c is shifted by a half cycle in the <1-100> direction. However, the shift amount is not particularly limited. For example, they may be shifted by one period in the <1-100> direction.
第3の方法では、図7に示すように、成長マスク12において、〈1−100〉方向に延在するストライプウインドウ12aに沿って、〈1−100〉方向に平行な辺および〈11−20〉方向に平行な辺からなる正方形または長方形のドット状の開口(以下、ドットウインドウと言う)12dを〈1−100〉方向に、好適には等間隔で、互いに離して複数形成する。この場合、GaN系半導体層13を成長させると、ドットウインドウ12dの位置でGaN系半導体層13の成長が阻害され、その結果、成長の遅い(1−10α)面(αは任意の整数)が支配的に出現する。 In the third method, as shown in FIG. 7, in the growth mask 12, along the stripe window 12a extending in the <1-100> direction, a side parallel to the <1-100> direction and <11-20 A plurality of square or rectangular dot-shaped openings (hereinafter referred to as dot windows) 12d having sides parallel to the> direction are formed in the <1-100> direction, preferably at regular intervals, apart from each other. In this case, when the GaN-based semiconductor layer 13 is grown, the growth of the GaN-based semiconductor layer 13 is hindered at the position of the dot window 12d, and as a result, a slow-growing (1-10α) plane (α is an arbitrary integer). Appears dominantly.
ところで、成長速度の小さい面を含む面で取り囲まれた島状のGaN系半導体層13において、成長速度の小さい面同士が対向するGaN系半導体層13とGaN系半導体層13との間隔が大きいと、次のような不都合が生じる。すなわち、GaN系半導体層13とGaN系半導体層13との間の領域の成長マスク12のマスク部12cでは、原料ガスがそこで消費されないのでガス濃度が高まり、GaN系半導体層13とGaN系半導体層13とを結ぶ方向に濃度勾配が生じ、この濃度勾配による拡散により、GaN系半導体層13のエッジ部分に原料ガスが多く供給される。その結果、GaN系半導体層13のエッジ部分の厚さが他の部分に比べて大きくなり、盛り上がった形状となる。より具体的には、成長速度が最も小さい〈1−100〉方向におけるGaN系半導体層13とGaN系半導体層13との間の領域の成長マスク12のマスク部12cでは、原料ガスがそこで消費されないのでガス濃度が高まり、〈1−100〉方向に濃度勾配が生じ、この濃度勾配による拡散により、GaN系半導体層13の〈1−100〉方向のエッジ部分に原料ガスが多く供給される。その結果、GaN系半導体層13の〈1−100〉方向のエッジ部分の厚さが他の部分に比べて大きくなり、盛り上がった形状となる。このGaN系半導体層13のエッジ部分の特異的な盛り上がりは、GaN系半導体素子の構造上不都合を生じるだけでなく、フォトリソグラフィーなどの後の製造プロセスに支障が生じる。 By the way, in the island-shaped GaN-based semiconductor layer 13 surrounded by the surface including the surface having a low growth rate, when the distance between the GaN-based semiconductor layer 13 and the GaN-based semiconductor layer 13 that faces the surfaces having a low growth rate are large The following inconvenience occurs. That is, in the mask portion 12c of the growth mask 12 in the region between the GaN-based semiconductor layer 13 and the GaN-based semiconductor layer 13, since the source gas is not consumed there, the gas concentration increases, and the GaN-based semiconductor layer 13 and the GaN-based semiconductor layer are increased. A concentration gradient is generated in the direction connecting 13, and a large amount of source gas is supplied to the edge portion of the GaN-based semiconductor layer 13 by diffusion due to the concentration gradient. As a result, the thickness of the edge portion of the GaN-based semiconductor layer 13 becomes larger than the other portions, resulting in a raised shape. More specifically, the source gas is not consumed in the mask portion 12c of the growth mask 12 in the region between the GaN-based semiconductor layer 13 and the GaN-based semiconductor layer 13 in the <1-100> direction where the growth rate is the lowest. Therefore, the gas concentration increases and a concentration gradient is generated in the <1-100> direction. Due to diffusion due to this concentration gradient, a large amount of source gas is supplied to the edge portion of the GaN-based semiconductor layer 13 in the <1-100> direction. As a result, the thickness of the edge portion in the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer 13 becomes larger than the other portions, resulting in a raised shape. The specific rise of the edge portion of the GaN-based semiconductor layer 13 not only causes inconvenience in the structure of the GaN-based semiconductor element, but also hinders subsequent manufacturing processes such as photolithography.
上述のエッジ部分の特異的な盛り上がりによる島状のGaN系半導体層13の厚さの不均一性を防ぐには、GaN系半導体層13とGaN系半導体層13とが極力接近し、成長の初期から原料ガスの面内不均一性が生じないようにする必要がある。このために、図2に示す成長マスク12においては、〈11−20〉方向の互いに隣接する一対のストライプウインドウ12aの間の領域の二等分線上に、〈1−100〉方向の互いに隣接する一対のストライプウインドウ12aの互いに対向する末端部とそれぞれ長さqだけ重なり合うように、言い換えると、四つのストライプウインドウ12aの末端部が四つ近接している領域の中心部に補助ストライプウインドウ12bを形成し、この補助ストライプウインドウ12bからも島状のGaN系半導体層13が成長することによる原料ガスの消費によってガス濃度の面内均一性を得るようにしている。また、図3に示す成長マスク12においては、ストライプウインドウ12aを〈11−20〉方向に互いに半周期p1 /2ずらして配列し、かつ〈1−100〉方向のストライプウインドウ12aの末端部同士が長さrだけ重なり合うように、言い換えると、〈11−20〉方向に互いに半周期p1 /2ずれて配列されたストライプウインドウ12a同士を〈1−100〉方向に長さrだけくい込ませることによってガス濃度の面内均一性を得るようにしている。 In order to prevent the non-uniformity of the thickness of the island-like GaN-based semiconductor layer 13 due to the specific rise of the edge portion described above, the GaN-based semiconductor layer 13 and the GaN-based semiconductor layer 13 are as close as possible, and the initial stage of growth. Therefore, it is necessary to prevent the in-plane non-uniformity of the source gas from occurring. For this reason, in the growth mask 12 shown in FIG. 2, adjacent to each other in the <1-100> direction on a bisector of a region between a pair of adjacent stripe windows 12a in the <11-20> direction. The auxiliary stripe window 12b is formed at the center of the region where the four end portions of the four stripe windows 12a are close to each other so that the end portions of the pair of stripe windows 12a overlap each other by the length q. In addition, the in-plane uniformity of the gas concentration is obtained by the consumption of the raw material gas due to the growth of the island-shaped GaN-based semiconductor layer 13 from the auxiliary stripe window 12b. Further, in the growth mask 12 shown in FIG. 3, the stripe windows 12a are arranged in the <11-20> direction so as to be shifted from each other by a half period p 1/2 , and the end portions of the stripe window 12a in the <1-100> direction are aligned with each other. Are overlapped by the length r, in other words, the stripe windows 12a arranged in the <11-20> direction so as to be shifted from each other by a half period p 1/2 are bitten by the length r in the <1-100> direction. Therefore, in-plane uniformity of gas concentration is obtained.
図2に示す成長マスク12を用いてMOCVD法により島状に成長させたGaN系半導体層13、ここではGaN層の表面の走査型電子顕微鏡像(SEM像)を図8に示す。ただし、ベース基板11としてはC面サファイア基板上に厚さ2μmのGaN層を成長させたものを用いた。成長マスク12は厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成し、ストライプウインドウ12aの長さaは800μm、幅bは5μm、ストライプウインドウ12aの周期p1 は55μm、周期p2 は810μm、マスク部12cの幅は50μm、補助ストライプウインドウ12bの長さcは80μm、幅dは5μm、〈1−100〉方向のストライプウインドウ12aとストライプウインドウ12aとの間隔は10μm、ストライプウインドウ12aの末端部と補助ストライプウインドウ12bとの重なり合いの長さqは35μmである。補助ストライプウインドウ12bの長さc=80μmは、マスク部12cの幅50μmをtan30°で除して求めたものである。島状に成長させたGaN層の厚さは5μmである。このGaN層の成長は温度1100℃、圧力30kPaで行った。このGaN層の成長時には、原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(NH3 )を用い、キャリアガスとして水素(H2 )および窒素(N2 )を用いた。図8に示すように、各ストライプウインドウ12aを中心として細長い六角形の島状にGaN系半導体層13が成長しており、各補助ストライプウインドウ12bを中心として菱形の島状にGaN系半導体層13が成長しており、細長い六角形の島状のGaN系半導体層13の〈1−100〉方向のエッジ部での盛り上がりが抑えられている。図8中の矢印は〈1−100〉方向を示す。一方、補助ストライプウインドウ12bを設けていない成長マスク12を用いて島状に成長させたGaN系半導体層13の表面のSEM像を図9に示す。図9に示すように、細長い六角形の島状のGaN系半導体層13の〈1−100〉方向の両端のエッジ部が盛り上がっている。 FIG. 8 shows a scanning electron microscope image (SEM image) of the surface of the GaN-based semiconductor layer 13, here the GaN layer, grown in an island shape by MOCVD using the growth mask 12 shown in FIG. 2. However, as the base substrate 11, a substrate obtained by growing a GaN layer having a thickness of 2 μm on a C-plane sapphire substrate was used. The growth mask 12 is formed by a SiO 2 film having a thickness of 0.3 μm, the length a of the stripe window 12a is 800 μm, the width b is 5 μm, the period p 1 of the stripe window 12a is 55 μm, the period p 2 is 810 μm, and the mask portion The width 12c is 50 μm, the length c of the auxiliary stripe window 12b is 80 μm, the width d is 5 μm, the distance between the stripe window 12a in the <1-100> direction and the stripe window 12a is 10 μm, and the end of the stripe window 12a and the auxiliary The overlap length q with the stripe window 12b is 35 μm. The length c = 80 μm of the auxiliary stripe window 12b is obtained by dividing the width of 50 μm of the mask portion 12c by tan 30 °. The thickness of the GaN layer grown in an island shape is 5 μm. The GaN layer was grown at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa. During the growth of this GaN layer, trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) were used as source gases, and hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) were used as carrier gases. As shown in FIG. 8, a GaN-based semiconductor layer 13 grows in an elongated hexagonal island shape centering on each stripe window 12a, and a GaN-based semiconductor layer 13 in a diamond island shape centering on each auxiliary stripe window 12b. The swell at the edge portion in the <1-100> direction of the elongated hexagonal island-shaped GaN-based semiconductor layer 13 is suppressed. The arrow in FIG. 8 indicates the <1-100> direction. On the other hand, FIG. 9 shows an SEM image of the surface of the GaN-based semiconductor layer 13 grown in an island shape using the growth mask 12 not provided with the auxiliary stripe window 12b. As shown in FIG. 9, the edge portions at both ends in the <1-100> direction of the elongated hexagonal island-shaped GaN-based semiconductor layer 13 are raised.
〈1−100〉方向と直交する方向の面によって島状のGaN系半導体層13の一側面を形成する場合、上述のように側面成長が停止するのであるから、隣接するGaN系半導体層13同士の間隔が大きい場合、〈1−100〉方向のGaN系半導体層13のエッジ部の厚さが大きくなり、後のフォトリソグラフィー工程において支障が生じる。従って、隣接するGaN系半導体層13同士の間隔を極力小さくする必要がある。実験によれば、その間隔は20μm以下であって、望ましくは10μm以下である。 When one side surface of the island-shaped GaN-based semiconductor layer 13 is formed by a plane perpendicular to the <1-100> direction, the side surface growth stops as described above. When the interval is large, the thickness of the edge portion of the GaN-based semiconductor layer 13 in the <1-100> direction becomes large, which hinders the subsequent photolithography process. Therefore, it is necessary to make the interval between adjacent GaN-based semiconductor layers 13 as small as possible. According to experiments, the interval is 20 μm or less, preferably 10 μm or less.
次に、GaN系半導体の(0001)面成長においては、その面に平行な方向の横方向成長速度は〈11−20〉方向が最も大きく、〈1−100〉方向が最も小さくなることについて詳細に説明する。
ベース基板としてC面サファイア基板上にMOCVD法により厚さ2μmのGaN層を成長させたものを用いた。次に、このベース基板上にプラズマCVD法により厚さ0.3μmのSiO2 膜を形成した。次に、図10に示すように、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより長さ800μm、幅20μmのストライプウインドウ12aを角度10°毎に扇状に形成した。図10の横軸方向が角度0°である。この角度0°の方向はストライプウインドウ12aの長手方向が〈11−20〉方向となる方向であり、ストライプウインドウ12aからGaNがジャスト〈1−100〉方向に成長する方向である。こうしてベース基板上に扇状にストライプウインドウ12aが形成されたものを再びMOCVD装置内に導入し、MOCVD法により、ストライプウインドウ12aからGaN層を選択成長させ、成長マスク12上のGaN層の横方向成長量(長さ)を測定した。このGaN層の成長は温度1100℃、圧力30kPaで行った。このGaN層の成長時には、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用いた。その結果を図11に示す。図11の横軸はストライプウインドウ12aの長手方向の、GaN〈11−20〉方向からの角度、縦軸は成長マスク12上の横方向成長量を示す。図11に示すように、ストライプウインドウ12aの長手方向の、〈11−20〉方向からの角度が30°および90°である場合、言い換えると、ストライプウインドウ12aの長手方向が〈1−100〉方向である場合には、〈11−20〉方向の成長マスク12上のGaN層の横方向成長量は約14μmである。これに対して、ストライプウインドウ12aの長手方向の、〈11−20〉方向からの角度が0°および60°である場合、言い換えると、ストライプウインドウ12aの長手方向が〈11−20〉方向である場合には、〈1−100〉方向の成長マスク12上の横方向成長量は約3μmと極めて小さい。従って、GaN層は〈1−100〉方向には実質的に成長しないと言うことができる。なお、この〈1−100〉方向のGaN層の側面は傾斜している傾向にあり、(1−10α)面で、αは−2から2の間にあった。α=0が垂直面である。従って、島状のGaN系半導体層を成長させる場合には(1−100)面で区画することが可能である。
Next, in the (0001) plane growth of a GaN-based semiconductor, the lateral growth rate in the direction parallel to the plane is the largest in the <11-20> direction and the smallest in the <1-100> direction. Explained.
As the base substrate, a C-plane sapphire substrate having a 2 μm thick GaN layer grown by MOCVD was used. Next, a 0.3 μm thick SiO 2 film was formed on the base substrate by plasma CVD. Next, as shown in FIG. 10, stripe windows 12a having a length of 800 μm and a width of 20 μm were formed in a fan shape at an angle of 10 ° by photolithography and etching. The horizontal axis direction in FIG. 10 is an angle of 0 °. The direction of 0 ° is a direction in which the longitudinal direction of the stripe window 12a is the <11-20> direction, and is a direction in which GaN grows in the just <1-100> direction from the stripe window 12a. In this manner, the fan-shaped stripe window 12a formed on the base substrate is again introduced into the MOCVD apparatus, and a GaN layer is selectively grown from the stripe window 12a by the MOCVD method. The amount (length) was measured. The GaN layer was grown at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa. During the growth of this GaN layer, TMG and NH 3 were used as source gases, and H 2 and N 2 were used as carrier gases. The result is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 11 represents the angle of the longitudinal direction of the stripe window 12a from the GaN <11-20> direction, and the vertical axis represents the lateral growth amount on the growth mask 12. As shown in FIG. 11, when the angle from the <11-20> direction in the longitudinal direction of the stripe window 12a is 30 ° and 90 °, in other words, the longitudinal direction of the stripe window 12a is the <1-100> direction. In this case, the lateral growth amount of the GaN layer on the growth mask 12 in the <11-20> direction is about 14 μm. On the other hand, when the angles of the longitudinal direction of the stripe window 12a from the <11-20> direction are 0 ° and 60 °, in other words, the longitudinal direction of the stripe window 12a is the <11-20> direction. In this case, the lateral growth amount on the growth mask 12 in the <1-100> direction is as extremely small as about 3 μm. Therefore, it can be said that the GaN layer does not substantially grow in the <1-100> direction. The side surface of the GaN layer in the <1-100> direction tends to be inclined, and (1-10α) plane, α is between −2 and 2. α = 0 is the vertical plane. Therefore, when an island-shaped GaN-based semiconductor layer is grown, it can be defined by the (1-100) plane.
この第1の実施の形態によれば、成長マスク12の複数のストライプウインドウ12aから成長マスク12上に成長したGaN系半導体層13の結晶性は極めて良好である。また、複数の島状のGaN系半導体層13は互いに分離した状態で形成されているため、成長時および室温復帰時に各GaN系半導体層13に発生する引っ張り応力または圧縮応力はこのGaN系半導体層13内だけに限定され、他のGaN系半導体層13にはこれらの引っ張り応力または圧縮応力の影響が及ばない。また、成長マスク12とGaN系半導体層13とは化学結合していないので、GaN系半導体層13内の応力は成長マスク12とGaN系半導体層13との界面で起きる滑りによって緩和することができる。また、島状のGaN系半導体層13同士の間に間隙が存在することにより、GaN系半導体層13が成長したベース基板11全体として柔軟性があり、外力が加わったときに容易に変形し、撓むことができる。従って、ベース基板11に反り、湾曲、変形などが僅かに存在していても、小さな外力によってそれらを容易に矯正することが可能となり、真空チャッキングによるベース基板11のハンドリングなどが可能となり、GaN系半導体素子の製造プロセスを容易に実行することができる。
以上により、高品質半導体結晶からなる島状のGaN系半導体層13をベース基板11の湾曲を抑えて成長させることができ、しかもGaN系半導体層13が極めて厚くてもクラックなどの発生を抑えることができ、大面積のGaN系半導体素子を容易に実現することができる。
According to the first embodiment, the crystallinity of the GaN-based semiconductor layer 13 grown on the growth mask 12 from the plurality of stripe windows 12a of the growth mask 12 is very good. Further, since the plurality of island-shaped GaN-based semiconductor layers 13 are formed in a state of being separated from each other, the tensile stress or the compressive stress generated in each GaN-based semiconductor layer 13 during growth and return to room temperature is the GaN-based semiconductor layer. The other GaN-based semiconductor layers 13 are not affected by these tensile stresses or compressive stresses. Further, since the growth mask 12 and the GaN-based semiconductor layer 13 are not chemically bonded, the stress in the GaN-based semiconductor layer 13 can be relieved by a slip that occurs at the interface between the growth mask 12 and the GaN-based semiconductor layer 13. . In addition, since there is a gap between the island-shaped GaN-based semiconductor layers 13, the entire base substrate 11 on which the GaN-based semiconductor layer 13 is grown is flexible and easily deformed when an external force is applied, Can bend. Therefore, even if the base substrate 11 is warped, slightly curved, deformed, or the like, it can be easily corrected by a small external force, and the base substrate 11 can be handled by vacuum chucking. The manufacturing process of the semiconductor device can be easily performed.
As described above, the island-shaped GaN-based semiconductor layer 13 made of a high-quality semiconductor crystal can be grown while suppressing the curvature of the base substrate 11, and even if the GaN-based semiconductor layer 13 is extremely thick, generation of cracks and the like is suppressed. Therefore, a large-area GaN-based semiconductor element can be easily realized.
第2の実施の形態
第2の実施の形態によるGaN系ショットキーダイオードおよびその製造方法について説明する。
まず、第1の実施の形態と同様にして、図12Aに示すように、ベース基板21上に成長マスク22を形成する。ベース基板21としてはC面サファイア基板上に厚さ2μmのGaN層を成長させたものを用いた。成長マスク22は、図2に示す成長マスク12と同様にストライプウインドウ22aおよび補助ストライプウインドウ(図示せず)を有し、〈11−20〉方向の設計上のGaN系半導体層の両端部の直ぐ内側の部分の成長マスク22のストライプウインドウ22aは図4に示すように〈1−100〉方向と等価な方向の辺を有するジグザグ形状を有する。例えば、成長マスク22は厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成し、ストライプウインドウ22aの長さaは800μm、幅bは5μm、ストライプウインドウ22aの周期p1 は55μm、周期p2 は810μm、マスク部の幅は50μm、補助ストライプウインドウの長さcは80μm、幅dは5μm、〈1−100〉方向のストライプウインドウ22aとストライプウインドウ22aとの間隔は5μm、ストライプウインドウ22aの末端部と補助ストライプウインドウ22bとの重なり合いの長さqは35μmである。
Second Embodiment A GaN-based Schottky diode according to a second embodiment and a method for manufacturing the same will be described.
First, as in the first embodiment, a growth mask 22 is formed on the base substrate 21 as shown in FIG. 12A. As the base substrate 21, a substrate obtained by growing a GaN layer having a thickness of 2 μm on a C-plane sapphire substrate was used. Similar to the growth mask 12 shown in FIG. 2, the growth mask 22 has a stripe window 22a and an auxiliary stripe window (not shown), and is directly at both ends of the GaN-based semiconductor layer in the <11-20> direction design. As shown in FIG. 4, the stripe window 22a of the inner growth mask 22 has a zigzag shape having sides in the direction equivalent to the <1-100> direction. For example, the growth mask 22 is formed of a SiO 2 film having a thickness of 0.3 μm, the length a of the stripe window 22a is 800 μm, the width b is 5 μm, the period p 1 of the stripe window 22a is 55 μm, the period p 2 is 810 μm, The width of the mask portion is 50 μm, the length c of the auxiliary stripe window is 80 μm, the width d is 5 μm, the distance between the stripe window 22a and the stripe window 22a in the <1-100> direction is 5 μm, and the end portion of the stripe window 22a and the auxiliary portion The overlap length q with the stripe window 22b is 35 μm.
次に、図12Bに示すように、成長マスク22を用いてMOCVD法によりn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層23を(0001)面方位に島状に成長させる。このn+ 型GaN層23の厚さは例えば8μm、不純物濃度は例えば5×1018cm-3とする。このn+ 型GaN層23とn+ 型GaN層23との間隔は例えば約10μmである。このn+ 型GaN層23の成長は、例えば、温度1100℃、圧力30kPaで行う。このn+ 型GaN層23の成長時には、例えば、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、n型ドーパントとして窒素で希釈したシラン(SiH4 )を用いた。この場合、一つの島状のn+ 型GaN層23は5本のストライプウインドウ22aから成長したものである。また、これらの5本のストライプウインドウ22aのうちの〈11−20〉方向の両側の2本のストライプウインドウ12aは図4に示すようなジグザグ形状を有し、n+ 型GaN層23の〈11−20〉方向への横方向成長を停止させる役目を果たしている。次に、縦方向への成長が促進されるように成長圧力を例えば80kPaに増加させ、結晶成長条件を調節してMOCVD法によりn+ 型GaN層23上にn型GaN層24を成長させる。このn型GaN層24の厚さは例えば5μm、不純物濃度は例えば1×1016cm-3とする。こうしてn型GaN層24を成長させた後のn+ 型GaN層23およびn型GaN層24の全体の〈11−20〉方向の間隔は例えば約5μmである。図12Bに示すように、n+ 型GaN層23およびn型GaN層24には、ストライプウインドウ22aの直上の部分および互いに隣接するストライプウインドウ22aから横方向成長したn+ 型GaN層23同士が会合した部分に貫通転位25が形成される。 Next, as shown in FIG. 12B, an n + -type GaN layer 23 doped with Si as an n-type impurity is grown in an island shape in the (0001) plane direction by MOCVD using the growth mask 22. The thickness of the n + -type GaN layer 23 is, for example, 8 μm, and the impurity concentration is, for example, 5 × 10 18 cm −3 . The distance between the n + -type GaN layer 23 and the n + -type GaN layer 23 is, for example, about 10 μm. The growth of the n + -type GaN layer 23 is performed at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa, for example. During the growth of the n + -type GaN layer 23, for example, TMG and NH 3 were used as source gases, H 2 and N 2 were used as carrier gases, and silane (SiH 4 ) diluted with nitrogen was used as an n-type dopant. . In this case, one island-like n + -type GaN layer 23 is grown from five stripe windows 22a. Also, two stripes window 12a on both sides of the <11-20> direction of these five stripes window 22a has a zigzag shape as shown in FIG. 4, <11 of the n + -type GaN layer 23 It serves to stop lateral growth in the -20> direction. Next, the growth pressure is increased to, for example, 80 kPa so as to promote the growth in the vertical direction, the crystal growth conditions are adjusted, and the n-type GaN layer 24 is grown on the n + -type GaN layer 23 by the MOCVD method. The n-type GaN layer 24 has a thickness of, for example, 5 μm and an impurity concentration of, for example, 1 × 10 16 cm −3 . Thus, after the n-type GaN layer 24 is grown, the entire interval between the n + -type GaN layer 23 and the n-type GaN layer 24 in the <11-20> direction is, for example, about 5 μm. As shown in FIG. 12B, the n + -type GaN layer 23 and the n-type GaN layer 24 are associated with the portion immediately above the stripe window 22a and the n + -type GaN layers 23 grown laterally from the adjacent stripe windows 22a. The threading dislocation 25 is formed in the part.
次に、図13Aに示すように、例えばプラズマCVD法により全面に絶縁膜、例えば厚さが1μmのSiO2 膜26を形成した後、このSiO2 膜26をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングし、n型GaN層24を部分的に露出させる。次に、こうして所定形状にパターニングされたSiO2 膜26をマスクとしてn型GaN層24を例えば塩素系のエッチングガスを用いた誘導結合プラズマ(ICP)−反応性イオンエッチング(RIE)によりエッチング除去し、n+ 型GaN層23を露出させる。 Next, as shown in FIG. 13A, after an insulating film, for example, a 1 μm thick SiO 2 film 26 is formed on the entire surface by, eg, plasma CVD, the SiO 2 film 26 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching. Then, the n-type GaN layer 24 is partially exposed. Next, the n-type GaN layer 24 is etched away by, for example, inductively coupled plasma (ICP) -reactive ion etching (RIE) using a chlorine-based etching gas, using the SiO 2 film 26 thus patterned in a predetermined shape as a mask. The n + -type GaN layer 23 is exposed.
次に、図13Bに示すように、例えば真空蒸着法により全面にオーミック金属膜を形成した後、このオーミック金属膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングし、露出したn+ 型GaN層23上にオーミック電極27を形成する。この後、例えば800℃、30秒のRTA(Rapid thermal annealing)を行い、オーミック電極27をn+ 型GaN層23とオーミック接触させる。オーミック金属膜としては、例えば、下から順にチタン(Ti)/アルミニウム(Al)/チタン(Ti)/金(Au)の多層膜を用い、各膜の厚さは例えば、一層目のTi膜は10nm、Al膜は300nm、三層目のTi膜は30nm、Au膜は500nmとする。 Next, as shown in FIG. 13B, after an ohmic metal film is formed on the entire surface by, for example, vacuum deposition, the ohmic metal film is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching, and is exposed on the exposed n + -type GaN layer 23. An ohmic electrode 27 is formed on the substrate. Thereafter, for example, RTA (Rapid Thermal Annealing) at 800 ° C. for 30 seconds is performed to bring the ohmic electrode 27 into ohmic contact with the n + -type GaN layer 23. As the ohmic metal film, for example, a multilayer film of titanium (Ti) / aluminum (Al) / titanium (Ti) / gold (Au) is used in order from the bottom, and the thickness of each film is, for example, the first Ti film The thickness is 10 nm, the Al film is 300 nm, the third Ti film is 30 nm, and the Au film is 500 nm.
次に、SiO2 膜26をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングし、貫通転位25以外の部分のn型GaN層24を部分的に露出させる。次に、フォトリソグラフィーにより形成されたレジストパターン(図示せず)をそのまま残した状態で、例えば真空蒸着法により全面にショットキー電極形成用の金属膜を形成する。この後、レジストパターンをその上に形成されたショットキー電極形成用の金属膜とともに除去する(リフトオフ)。こうして、n型GaN層24と接触した状態でショットキー電極28が形成される。ショットキー電極形成用の金属膜としては、例えば、ニッケル(Ni)/金(Au)の二層膜を用い、各膜の厚さは例えばNi膜は50nm、Au膜は1000nmとする。ショットキー電極28はSiO2 膜26により貫通転位25と直接接触するのが防止されているため、貫通転位25に沿っての電流リークを防止することができる。 Next, the SiO 2 film 26 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching, so that the n-type GaN layer 24 other than the threading dislocations 25 is partially exposed. Next, a metal film for forming a Schottky electrode is formed on the entire surface by, for example, a vacuum evaporation method while leaving a resist pattern (not shown) formed by photolithography as it is. Thereafter, the resist pattern is removed together with the Schottky electrode forming metal film formed thereon (lift-off). Thus, the Schottky electrode 28 is formed in contact with the n-type GaN layer 24. As the metal film for forming the Schottky electrode, for example, a two-layer film of nickel (Ni) / gold (Au) is used, and the thickness of each film is, for example, 50 nm for the Ni film and 1000 nm for the Au film. Since the Schottky electrode 28 is prevented from being in direct contact with the threading dislocation 25 by the SiO 2 film 26, current leakage along the threading dislocation 25 can be prevented.
次に、図14に示すように、オーミック電極27上にAuからなるパッド電極29を形成し、ショットキー電極28上にAuからなるパッド電極30を形成する。
この後、上述のようにしてダイオード構造が形成されたベース基板21を例えば一つのチップに一つの島状のn+ 型GaN層23およびn型GaN層24が含まれるようにチップ化し、目的とするGaN系ショットキーダイオードを製造する。
第2の実施の形態によれば、GaN系ショットキーダイオードにおいて第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 14, a pad electrode 29 made of Au is formed on the ohmic electrode 27, and a pad electrode 30 made of Au is formed on the Schottky electrode 28.
Thereafter, the base substrate 21 on which the diode structure is formed as described above is formed into a chip so that, for example, one island-shaped n + -type GaN layer 23 and an n-type GaN layer 24 are included in one chip. A GaN-based Schottky diode is manufactured.
According to the second embodiment, the same advantages as the first embodiment can be obtained in the GaN-based Schottky diode.
第3の実施の形態
第3の実施の形態によるGaN系ショットキーダイオードおよびその製造方法について説明する。
まず、第1の実施の形態と同様にして、図15Aに示すように、ベース基板31上に成長マスク32を形成する。ベース基板31としてはC面サファイア基板上に厚さ2μmのGaN層を成長させたものを用いた。成長マスク32は、成長マスク12と同様にストライプウインドウ32aおよび補助ストライプウインドウ(図示せず)を有する。例えば、成長マスク32は厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成し、ストライプウインドウ32aの長さaは1000μm、幅bは10μm、ストライプウインドウ32aの周期p1 は90μm、周期p2 は1010μm、マスク部の幅は80μm、補助ストライプウインドウの長さcは120μm、幅dは10μm、〈1−100〉方向のストライプウインドウ32aとストライプウインドウ32aとの間隔は10μm、ストライプウインドウ32aの末端部と補助ストライプウインドウ32bとの重なり合いの長さqは55μmである。
Third Embodiment A GaN-based Schottky diode and a method for manufacturing the same according to a third embodiment will be described.
First, as in the first embodiment, a growth mask 32 is formed on a base substrate 31 as shown in FIG. 15A. As the base substrate 31, a substrate obtained by growing a GaN layer having a thickness of 2 μm on a C-plane sapphire substrate was used. The growth mask 32 has a stripe window 32a and an auxiliary stripe window (not shown) in the same manner as the growth mask 12. For example, the growth mask 32 is formed by a SiO 2 film having a thickness of 0.3 μm, the length a of the stripe window 32a is 1000 μm, the width b is 10 μm, the period p 1 of the stripe window 32a is 90 μm, the period p 2 is 1010 μm, The width of the mask portion is 80 μm, the length c of the auxiliary stripe window is 120 μm, the width d is 10 μm, the distance between the stripe window 32a in the <1-100> direction and the stripe window 32a is 10 μm, and the end portion of the stripe window 32a and the auxiliary portion The length q of the overlap with the stripe window 32b is 55 μm.
次に、成長マスク32を用いてMOCVD法によりn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層33を(0001)面方位に島状に成長させる。このn+ 型GaN層33の厚さは例えば10μm、不純物濃度は例えば5×1018cm-3とする。このn+ 型GaN層33とn+ 型GaN層33との間隔は例えば約10μmである。このn+ 型GaN層33の成長は、例えば、温度1100℃、圧力30kPaで行う。このn+ 型GaN層33の成長時には、例えば、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、n型ドーパントとして窒素で希釈したSiH4 を用いる。この場合、一つの島状のn+ 型GaN層33は一つのストライプウインドウ32aから成長したものである。次に、縦方向への成長が促進されるように結晶成長条件を調節してMOCVD法によりn+ 型GaN層33上にn型GaN層34を成長させる。このn型GaN層34の厚さは例えば5μm、不純物濃度は例えば1×1016cm-3とする。こうしてn型GaN層34を成長させた後のn+ 型GaN層33およびn型GaN層34の全体の〈11−20〉方向の間隔は例えば約5μmである。n+ 型GaN層33およびn型GaN層34には、ストライプウインドウ32aの直上の部分に貫通転位が形成されるが、その図示は省略する。 Next, an n + -type GaN layer 33 doped with Si as an n-type impurity is grown in an island shape in the (0001) plane orientation by MOCVD using the growth mask 32. The thickness of the n + -type GaN layer 33 is, for example, 10 μm, and the impurity concentration is, for example, 5 × 10 18 cm −3 . The distance between the n + -type GaN layer 33 and the n + -type GaN layer 33 is, for example, about 10 μm. The growth of the n + -type GaN layer 33 is performed at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa, for example. When the n + -type GaN layer 33 is grown, for example, TMG and NH 3 are used as the source gas, H 2 and N 2 are used as the carrier gas, and SiH 4 diluted with nitrogen is used as the n-type dopant. In this case, one island-like n + -type GaN layer 33 is grown from one stripe window 32a. Next, the n-type GaN layer 34 is grown on the n + -type GaN layer 33 by the MOCVD method by adjusting the crystal growth conditions so that the growth in the vertical direction is promoted. The n-type GaN layer 34 has a thickness of 5 μm, for example, and an impurity concentration of 1 × 10 16 cm −3 , for example. Thus, after the growth of the n-type GaN layer 34, the entire interval between the n + -type GaN layer 33 and the n-type GaN layer 34 in the <11-20> direction is, for example, about 5 μm. In the n + -type GaN layer 33 and the n-type GaN layer 34, threading dislocations are formed in a portion immediately above the stripe window 32a, but illustration thereof is omitted.
次に、例えばプラズマCVD法により全面に絶縁膜、例えば厚さが1μmのSiO2 膜35を形成した後、このSiO2 膜35をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングし、n型GaN層34を部分的に露出させる。次に、こうして所定形状にパターニングされたSiO2 膜35をマスクとしてn型GaN層34を例えば塩素系のエッチングガスを用いたICP−RIEによりエッチング除去し、図15Bに示すように、n+ 型GaN層33を露出させる。 Then, for example, after a plasma CVD method on the entire surface by an insulating film, for example, a thickness was formed an SiO 2 film 35 of 1 [mu] m, the SiO 2 film 35 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching, n-type GaN layer 34 Is partially exposed. Next, thus the n-type GaN layer 34 is etched away by ICP-RIE using, for example, a chlorine-based etching gas to the SiO 2 film 35 which is patterned in a predetermined shape as a mask, as shown in FIG. 15B, n + -type The GaN layer 33 is exposed.
次に、例えば真空蒸着法により全面にオーミック金属膜を形成した後、このオーミック金属膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングし、露出したn+ 型GaN層33上にオーミック電極36を形成する。この後、例えば800℃、30秒のRTAを行い、オーミック電極36をn+ 型GaN層33とオーミック接触させる。オーミック金属膜としては、例えば、下から順にTi/Al/Ti/Auの多層膜を用い、各膜の厚さは例えば、一層目のTi膜は10nm、Al膜は300nm、三層目のTi膜は30nm、Au膜は500nmとする。 Next, for example, an ohmic metal film is formed on the entire surface by, for example, vacuum deposition, and then the ohmic metal film is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching to form an ohmic electrode 36 on the exposed n + -type GaN layer 33. . Thereafter, RTA is performed at 800 ° C. for 30 seconds, for example, and the ohmic electrode 36 is brought into ohmic contact with the n + -type GaN layer 33. As the ohmic metal film, for example, a multilayer film of Ti / Al / Ti / Au is used in order from the bottom. The thickness of each film is, for example, 10 nm for the first Ti film, 300 nm for the Al film, and Ti for the third layer. The film is 30 nm and the Au film is 500 nm.
次に、SiO2 膜35をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングし、n型GaN層34を部分的に露出させる。次に、フォトリソグラフィーにより形成されたレジストパターン(図示せず)をそのまま残した状態で、例えば真空蒸着法により全面にショットキー電極形成用の金属膜を形成する。この後、レジストパターンをその上に形成されたショットキー電極形成用の金属膜とともに除去する(リフトオフ)。こうして、n型GaN層34と接触した状態でショットキー電極37が形成される。ショットキー電極形成用の金属膜としては、例えば、Ni/Auの二層膜を用い、各膜の厚さは例えばNi膜は50nm、Au膜は500nmとする。 Next, the SiO 2 film 35 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching, so that the n-type GaN layer 34 is partially exposed. Next, a metal film for forming a Schottky electrode is formed on the entire surface by, for example, a vacuum evaporation method while leaving a resist pattern (not shown) formed by photolithography as it is. Thereafter, the resist pattern is removed together with the Schottky electrode forming metal film formed thereon (lift-off). Thus, the Schottky electrode 37 is formed in contact with the n-type GaN layer 34. As the metal film for forming the Schottky electrode, for example, a Ni / Au bilayer film is used, and the thickness of each film is, for example, 50 nm for the Ni film and 500 nm for the Au film.
次に、ショットキー電極37上にこのショットキー電極37より大きいパッド電極38を形成し、オーミック電極36上にパッド電極39を形成する。
この後、上述のようにしてダイオード構造が形成されたベース基板31を例えば一つのチップに一つの島状のn+ 型GaN層33およびn型GaN層34が含まれるようにチップ化し、目的とするGaN系ショットキーダイオードを製造する。
第3の実施の形態によれば、GaN系ショットキーダイオードにおいて第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
Next, a pad electrode 38 larger than the Schottky electrode 37 is formed on the Schottky electrode 37, and a pad electrode 39 is formed on the ohmic electrode 36.
Thereafter, the base substrate 31 on which the diode structure is formed as described above is formed into a chip so that, for example, one island-shaped n + -type GaN layer 33 and an n-type GaN layer 34 are included in one chip. A GaN-based Schottky diode is manufactured.
According to the third embodiment, the same advantages as the first embodiment can be obtained in the GaN-based Schottky diode.
第4の実施の形態
第4の実施の形態によるGaN系ショットキーダイオードおよびその製造方法について説明する。
まず、図16Aに示すように、(111)面方位のSi基板41a上に、例えば、厚さ5nmのAlN膜と厚さ20nmのGaN膜とを交互に積層した例えば厚さが約1μm程度のAlN/GaN多層膜41bを成長させたベース基板41上に第1の実施の形態と同様にして成長マスク42を形成する。成長マスク42は、成長マスク12と同様にストライプウインドウ42aおよび補助ストライプウインドウ(図示せず)を有する。例えば、成長マスク42は厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成し、ストライプウインドウ42aの長さaは1000μm、幅bは10μm、ストライプウインドウ42aの周期p1 は90μm、周期p2 は1010μm、マスク部の幅は80μm、補助ストライプウインドウの長さcは120μm、幅dは10μm、〈1−100〉方向のストライプウインドウ42aとストライプウインドウ42aとの間隔は10μm、ストライプウインドウ42aの末端部と補助ストライプウインドウ42bとの重なり合いの長さqは55μmである。
Fourth Embodiment A GaN-based Schottky diode and a method for manufacturing the same according to a fourth embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 16A, for example, an AlN film having a thickness of 5 nm and a GaN film having a thickness of 20 nm are alternately stacked on a Si substrate 41a having a (111) orientation, for example, having a thickness of about 1 μm. A growth mask 42 is formed on the base substrate 41 on which the AlN / GaN multilayer film 41b is grown in the same manner as in the first embodiment. The growth mask 42 has a stripe window 42 a and an auxiliary stripe window (not shown), like the growth mask 12. For example, the growth mask 42 is formed of a 0.3 μm thick SiO 2 film, the length a of the stripe window 42 a is 1000 μm, the width b is 10 μm, the period p 1 of the stripe window 42 a is 90 μm, the period p 2 is 1010 μm, The width of the mask portion is 80 μm, the length c of the auxiliary stripe window is 120 μm, the width d is 10 μm, the distance between the stripe window 42a and the stripe window 42a in the <1-100> direction is 10 μm, and the end portion of the stripe window 42a and the auxiliary portion The length q of the overlap with the stripe window 42b is 55 μm.
次に、成長マスク42を用いてMOCVD法によりn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層43を(0001)面方位に島状に成長させる。このn+ 型GaN層43の厚さは例えば8μm、不純物濃度は例えば5×1018cm-3とする。このn+ 型GaN層43とn+ 型GaN層43との間隔は例えば約10μmである。このn+ 型GaN層43の成長は、例えば、温度1100℃、圧力30kPaで行う。このn+ 型GaN層43の成長時には、例えば、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、n型ドーパントとして窒素で希釈したSiH4 を用いる。この場合、一つの島状のn+ 型GaN層43は一つのストライプウインドウ42aから成長したものである。次に、縦方向への成長が促進されるように成長圧力を例えば80kPaに増加させ、結晶成長条件を調節してMOCVD法によりn+ 型GaN層43上にn型GaN層44を成長させる。このn型GaN層44の厚さは例えば5μm、不純物濃度は例えば1×1016cm-3とする。こうしてn型GaN層44を成長させた後のn+ 型GaN層43およびn型GaN層44の全体の〈11−20〉方向の間隔は例えば約5μmである。図16Aに示すように、n+ 型GaN層43およびn型GaN層44には、ストライプウインドウ42aの直上の部分に貫通転位45が形成される。 Next, an n + -type GaN layer 43 doped with Si as an n-type impurity is grown in an island shape in the (0001) plane orientation by MOCVD using the growth mask 42. The thickness of the n + -type GaN layer 43 is, for example, 8 μm, and the impurity concentration is, for example, 5 × 10 18 cm −3 . The distance between the n + -type GaN layer 43 and the n + -type GaN layer 43 is, for example, about 10 μm. The growth of the n + -type GaN layer 43 is performed at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa, for example. When the n + -type GaN layer 43 is grown, for example, TMG and NH 3 are used as the source gas, H 2 and N 2 are used as the carrier gas, and SiH 4 diluted with nitrogen is used as the n-type dopant. In this case, one island-like n + -type GaN layer 43 is grown from one stripe window 42a. Next, the growth pressure is increased to, for example, 80 kPa so as to promote the growth in the vertical direction, the crystal growth conditions are adjusted, and the n-type GaN layer 44 is grown on the n + -type GaN layer 43 by the MOCVD method. The n-type GaN layer 44 has a thickness of, for example, 5 μm and an impurity concentration of, for example, 1 × 10 16 cm −3 . Thus, after the n-type GaN layer 44 is grown, the entire interval between the n + -type GaN layer 43 and the n-type GaN layer 44 in the <11-20> direction is, for example, about 5 μm. As shown in FIG. 16A, threading dislocations 45 are formed in the n + -type GaN layer 43 and the n-type GaN layer 44 immediately above the stripe window 42a.
次に、図16Bに示すように、例えば有機SOG(Spin on glass)液(図示せず)を塗布してn+ 型GaN層43およびn型GaN層44の間の隙間を埋めて表面を平坦化した後、例えばプラズマCVD法により全面に絶縁膜、例えば厚さが1μmのSiO2 膜46を形成した後、このSiO2 膜46をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングし、貫通転位45の上の部分のSiO2 膜46のみ残す。 Next, as shown in FIG. 16B, for example, an organic SOG (Spin on glass) liquid (not shown) is applied to fill the gap between the n + -type GaN layer 43 and the n-type GaN layer 44 and to flatten the surface. after ized, for example, after a plasma CVD method on the entire surface by an insulating film, for example, a thickness was formed an SiO 2 film 46 of 1 [mu] m, the SiO 2 film 46 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching, the threading dislocations 45 Only the upper portion of the SiO 2 film 46 is left.
次に、例えば真空蒸着法により全面にショットキー電極形成用の金属膜を形成してショットキー電極としての上部電極47を形成する。ショットキー電極形成用の金属膜としては、例えば、Ni/Auの二層膜を用い、各膜の厚さは例えばNi膜は50nm、Au膜は500nmとする。
次に、ベース基板41のSi基板41aを裏面側から研磨などにより例えば厚さ50〜100μm程度に薄層化した後、成長マスク42のストライプウインドウ42aに対応する部分のSi基板41aに例えば幅が約20μm程度のストライプ状のビアホール48を形成し、このビアホール48の底部のAlN/GaN多層膜41bを露出させる。
Next, a metal film for forming a Schottky electrode is formed on the entire surface by, for example, a vacuum evaporation method to form an upper electrode 47 as a Schottky electrode. As the metal film for forming the Schottky electrode, for example, a Ni / Au bilayer film is used, and the thickness of each film is, for example, 50 nm for the Ni film and 500 nm for the Au film.
Next, after the Si substrate 41a of the base substrate 41 is thinned to a thickness of, for example, about 50 to 100 μm by polishing or the like from the back surface side, the width of the Si substrate 41a corresponding to the stripe window 42a of the growth mask 42 has a width, for example. A stripe-shaped via hole 48 of about 20 μm is formed, and the AlN / GaN multilayer film 41 b at the bottom of the via hole 48 is exposed.
次に、ビアホール48を通じてAlN/GaN多層膜41bを例えば塩素系エッチングガスを用いたプラズマエッチングにより除去し、引き続いてビアホール48を通じて成長マスク42をエッチング除去してn+ 型GaN層43を露出させる。
次に、Si基板41aの裏面側から例えば真空蒸着法によりオーミック金属膜を形成して下部電極49を形成する。オーミック金属膜としては、例えば、Ti/Al/NiAu多層膜を用いる。
この後、上述のようにしてダイオード構造が形成されたベース基板41を例えば一つのチップに一つの島状のn+ 型GaN層43およびn型GaN層44が含まれるようにチップ化し、目的とするGaN系ショットキーダイオードを製造する。
Next, the AlN / GaN multilayer film 41 b is removed through plasma etching using, for example, a chlorine-based etching gas through the via hole 48, and then the growth mask 42 is etched away through the via hole 48 to expose the n + -type GaN layer 43.
Next, an ohmic metal film is formed from the back surface side of the Si substrate 41a by, for example, a vacuum deposition method to form the lower electrode 49. As the ohmic metal film, for example, a Ti / Al / NiAu multilayer film is used.
Thereafter, the base substrate 41 on which the diode structure is formed as described above is formed into a chip so that, for example, one island-like n + -type GaN layer 43 and an n-type GaN layer 44 are included in one chip. A GaN-based Schottky diode is manufactured.
なお、必要に応じて、ビアホール48の内部を例えばAu、Cuなどをメッキすることにより完全に埋めてSi基板41aの裏面側の表面を平坦化した後に下部電極49を形成するようにしてもよい。このようにビアホール48の内部をAu、Cuなどで埋めることにより熱伝導性を向上させることができ、GaN系ショットキーダイオードの動作時の発熱による温度上昇を抑えることができる。
第4の実施の形態によれば、GaN系ショットキーダイオードにおいて第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
If necessary, the lower electrode 49 may be formed after the inside of the via hole 48 is completely filled by plating, for example, Au or Cu, and the surface on the back surface side of the Si substrate 41a is planarized. . Thus, by filling the via hole 48 with Au, Cu or the like, the thermal conductivity can be improved, and the temperature rise due to heat generation during the operation of the GaN-based Schottky diode can be suppressed.
According to the fourth embodiment, the same advantages as the first embodiment can be obtained in the GaN-based Schottky diode.
第5の実施の形態
第5の実施の形態によるGaN系MIS(金属−絶縁体−半導体)電界効果トランジスタ(FET)およびその製造方法について説明する。
まず、図17Aに示すように、(111)面方位のSi基板51a上に、例えば厚さ5nmのAlN膜と厚さ20nmのGaN膜とを交互に積層した例えば厚さが約1μm程度のAlN/GaN多層膜51bを成長させたベース基板51上に第1の実施の形態と同様にして成長マスク52を形成する。成長マスク52は、成長マスク12と同様にストライプウインドウ52aおよび補助ストライプウインドウ(図示せず)を有する。例えば、成長マスク52は厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成し、ストライプウインドウ52aの長さaは1000μm、幅bは10μm、ストライプウインドウ52aの周期p1 は90μm、周期p2 は1010μm、マスク部の幅は80μm、補助ストライプウインドウの長さcは120μm、幅dは10μm、〈1−100〉方向のストライプウインドウ52aとストライプウインドウ52aとの間隔は10μm、ストライプウインドウ52aの末端部と補助ストライプウインドウ52bとの重なり合いの長さqは55μmである。
Fifth Embodiment A GaN-based MIS (metal-insulator-semiconductor) field effect transistor (FET) according to a fifth embodiment and a method for manufacturing the same will be described.
First, as shown in FIG. 17A, an AlN film having a thickness of, for example, 5 nm and a GaN film having a thickness of 20 nm are alternately stacked on a Si substrate 51a having a (111) plane orientation. A growth mask 52 is formed on the base substrate 51 on which the / GaN multilayer film 51b is grown in the same manner as in the first embodiment. The growth mask 52 has a stripe window 52 a and an auxiliary stripe window (not shown) as in the growth mask 12. For example, the growth mask 52 is formed of an SiO 2 film having a thickness of 0.3 μm, the length a of the stripe window 52a is 1000 μm, the width b is 10 μm, the period p 1 of the stripe window 52a is 90 μm, the period p 2 is 1010 μm, The width of the mask portion is 80 μm, the length c of the auxiliary stripe window is 120 μm, the width d is 10 μm, the distance between the stripe window 52a in the <1-100> direction and the stripe window 52a is 10 μm, and the end portion of the stripe window 52a and the auxiliary portion The length q of the overlap with the stripe window 52b is 55 μm.
次に、成長マスク52を用いてMOCVD法によりn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層53を(0001)面方位に島状に成長させる。このn+ 型GaN層53の厚さは例えば8μm、不純物濃度は例えば5×1018cm-3とする。このn+ 型GaN層53とn+ 型GaN層53との間隔は例えば約10μmである。このn+ 型GaN層53の成長は、例えば、1100℃、30kPaで行う。このn+ 型GaN層53の成長時には、例えば、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、n型ドーパントとして窒素で希釈したSiH4 を用いる。この場合、一つの島状のn+ 型GaN層53は一つのストライプウインドウ52aから成長したものである。次に、縦方向への成長が促進されるように成長圧力を例えば80kPaに増加させ、結晶成長条件を調節してMOCVD法によりn+ 型GaN層53上にn型GaN層54を成長させる。このn型GaN層54の厚さは例えば5μm、不純物濃度は例えば1×1016cm-3とする。こうしてn型GaN層54を成長させた後のn+ 型GaN層53およびn型GaN層54の全体の〈11−20〉方向の間隔は例えば約5μmである。 Next, an n + -type GaN layer 53 doped with Si as an n-type impurity is grown in an island shape in the (0001) plane orientation by MOCVD using the growth mask 52. The n + -type GaN layer 53 has a thickness of 8 μm, for example, and an impurity concentration of 5 × 10 18 cm −3 , for example. The distance between the n + -type GaN layer 53 and the n + -type GaN layer 53 is, for example, about 10 μm. The growth of the n + -type GaN layer 53 is performed at 1100 ° C. and 30 kPa, for example. When the n + -type GaN layer 53 is grown, for example, TMG and NH 3 are used as source gases, H 2 and N 2 are used as carrier gases, and SiH 4 diluted with nitrogen is used as an n-type dopant. In this case, one island-like n + -type GaN layer 53 is grown from one stripe window 52a. Next, the growth pressure is increased to, for example, 80 kPa so as to promote the growth in the vertical direction, the crystal growth conditions are adjusted, and the n-type GaN layer 54 is grown on the n + -type GaN layer 53 by the MOCVD method. The n-type GaN layer 54 has a thickness of 5 μm, for example, and an impurity concentration of 1 × 10 16 cm −3 , for example. Thus, after the growth of the n-type GaN layer 54, the entire interval between the n + -type GaN layer 53 and the n-type GaN layer 54 in the <11-20> direction is, for example, about 5 μm.
次に、図17Bに示すように、n型GaN層54の成長に引き続いて、例えばp型不純物としてマグネシウム(Mg)がドープされたp+ 型GaN層56を全面に成長させた後、このp+ 型GaN層56をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングする。このp+ 型GaN層56の厚さは例えば約500nm、不純物濃度は例えば5×1019cm-3とする。このp+ 型GaN層56の成長は、例えば、温度1100℃、圧力30kPaで行う。このp+ 型GaN層56の成長時には、例えば、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、p型ドーパントとしてビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム(Cp2 Mg)を用いる。このp+ 型GaN層56のエッチングは、例えば塩素系のエッチングガスを用いたICP−RIEにより行う。 Next, as shown in FIG. 17B, following the growth of the n-type GaN layer 54, for example, a p + -type GaN layer 56 doped with magnesium (Mg) as a p-type impurity is grown on the entire surface. The + -type GaN layer 56 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching. The p + -type GaN layer 56 has a thickness of, for example, about 500 nm and an impurity concentration of, for example, 5 × 10 19 cm −3 . The growth of the p + -type GaN layer 56 is performed at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa, for example. When the p + -type GaN layer 56 is grown, for example, TMG and NH 3 are used as source gases, H 2 and N 2 are used as carrier gases, and bis (cyclopentadienyl) magnesium (Cp 2 Mg) is used as a p-type dopant. ) Is used. The p + -type GaN layer 56 is etched by, for example, ICP-RIE using a chlorine-based etching gas.
次に、例えばMOCVD法により、所定形状にパターニングされたp+ 型GaN層56を覆うように全面にn型不純物としてSiがドープされたn型GaN層57を成長させ、引き続いて同じくn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層58を成長させる。n型GaN層57の厚さは例えば1000nm、不純物濃度は例えば1×1017cm-3とし、n+ 型GaN層58の厚さは例えば100nm、不純物濃度は例えば5×1018cm-3とする。
次に、n型GaN層57およびn+ 型GaN層58をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングした後、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりn+ 型GaN層58の一部を除去する。このエッチングは、例えば塩素系のガスを用いたICP−RIEにより行う。
Next, an n-type GaN layer 57 doped with Si as an n-type impurity is grown on the entire surface so as to cover the p + -type GaN layer 56 patterned into a predetermined shape by, for example, MOCVD, and subsequently the same n-type impurity. As a result, an n + -type GaN layer 58 doped with Si is grown. The thickness of the n-type GaN layer 57 is, for example, 1000 nm, the impurity concentration is, for example, 1 × 10 17 cm −3 , the thickness of the n + -type GaN layer 58 is, for example, 100 nm, and the impurity concentration is, for example, 5 × 10 18 cm −3 . To do.
Next, after patterning the n-type GaN layer 57 and the n + -type GaN layer 58 into a predetermined shape by photolithography and etching, a part of the n + -type GaN layer 58 is removed by photolithography and etching. This etching is performed by, for example, ICP-RIE using a chlorine-based gas.
次に、例えばプラズマCVD法により例えばSiO2 膜やSiN膜などの絶縁膜を全面に形成した後、この絶縁膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングしてn型GaN層57上にゲート絶縁膜59を形成する。このゲート絶縁膜59の厚さは例えば約50nm程度とする。
次に、例えば真空蒸着法により全面にNi膜を形成した後、このNi膜を例えばフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングすることによりゲート絶縁膜59上にゲート電極60を形成する。
Next, after an insulating film such as a SiO 2 film or a SiN film is formed on the entire surface by, for example, plasma CVD, the insulating film is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching to insulate the n-type GaN layer 57 on the gate. A film 59 is formed. The thickness of the gate insulating film 59 is about 50 nm, for example.
Next, after a Ni film is formed on the entire surface by, for example, a vacuum deposition method, the Ni film is patterned into a predetermined shape by, for example, photolithography and etching to form the gate electrode 60 on the gate insulating film 59.
次に、例えば真空蒸着法により全面にTi/Al/Au多層膜を形成した後、このTi/Al/Au多層膜を例えばフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングすることによりn+ 型GaN層58上にソース電極61を形成する。
次に、ベース基板51のSi基板51aを裏面側から研磨などにより例えば厚さ50〜100μm程度に薄層化した後、成長マスク52のストライプウインドウ52aに対応する部分のSi基板51aに例えば幅が約20μm程度のストライプ状のビアホール62を形成し、このビアホール62の底部にAlN/GaN多層膜51bを露出させる。
Next, after forming a Ti / Al / Au multilayer film on the entire surface by, for example, a vacuum deposition method, the Ti / Al / Au multilayer film is patterned into a predetermined shape by, for example, photolithography and etching to form an n + -type GaN layer 58. A source electrode 61 is formed thereon.
Next, after the Si substrate 51a of the base substrate 51 is thinned to a thickness of, for example, about 50 to 100 μm by polishing or the like from the back side, the width of the Si substrate 51a corresponding to the stripe window 52a of the growth mask 52 has a width, for example. A striped via hole 62 having a thickness of about 20 μm is formed, and the AlN / GaN multilayer film 51 b is exposed at the bottom of the via hole 62.
次に、ビアホール62を通じてAlN/GaN多層膜51bを例えば塩素系エッチングガスを用いたプラズマエッチングにより除去し、引き続いてビアホール62を通じて成長マスク52をエッチング除去してn+ 型GaN層53を露出させる。
次に、ベース基板51の裏面側から例えば真空蒸着法によりオーミック金属膜を形成してドレイン電極63を形成する。オーミック金属膜としては、例えば、Ti/Al/NiAu多層膜を用いる。
以上により、目的とするGaN系MISFETが製造される。
Next, the AlN / GaN multilayer film 51 b is removed by plasma etching using, for example, a chlorine-based etching gas through the via hole 62, and then the growth mask 52 is etched away through the via hole 62 to expose the n + -type GaN layer 53.
Next, an ohmic metal film is formed from the back surface side of the base substrate 51 by, for example, a vacuum evaporation method to form the drain electrode 63. As the ohmic metal film, for example, a Ti / Al / NiAu multilayer film is used.
Thus, the target GaN-based MISFET is manufactured.
なお、必要に応じて、n+ 型GaN層58は、例えば、n型AlGaN層またはノンドープのAlGaN層で置き換えることができる。
また、必要に応じて、ビアホール62の内部を例えばAu、Cuなどをメッキすることにより完全に埋めてベース基板51の裏面側の表面を平坦化した後にドレイン電極63を形成するようにしてもよい。このようにビアホール62の内部をAu、Cuなどで埋めることにより熱伝導性を向上させることができ、GaN系MISFETの動作時の発熱による温度上昇を抑えることができる。
If necessary, the n + -type GaN layer 58 can be replaced with, for example, an n-type AlGaN layer or a non-doped AlGaN layer.
Further, if necessary, the drain electrode 63 may be formed after the inside of the via hole 62 is completely filled by plating, for example, Au, Cu, etc., and the surface on the back surface side of the base substrate 51 is planarized. . Thus, by filling the inside of the via hole 62 with Au, Cu or the like, the thermal conductivity can be improved, and the temperature rise due to heat generation during the operation of the GaN-based MISFET can be suppressed.
このGaN系MISFETの動作について説明する。
このGaN系MISFETにおいては、n+ 型GaN層58がソース領域、n+ 型GaN層53がドレイン領域、n型GaN層54、57がチャネル領域となる。チャネル領域としてのn型GaN層57の下部には、高不純物濃度のp+ 型GaN層56が設けられている。ゲート電極60のソース電極61側の端部の直下にはn+ 型GaN層58が形成されていないため、チャネル領域としてのn型GaN層57にはp+ 型GaN層56による空乏層が広がる。このため、このGaN系MISFETはノーマリーオフ構造である。ゲート電極60に正(+)のバイアス電圧を印加することにより、このゲート電極60の直下のゲート絶縁膜59との界面付近のn型GaN層57に電子が誘起され、その結果、ソース電極61とドレイン電極63との間にチャネルが形成されるため、このGaN系MISFETはオン状態となり、ソース電極61とドレイン電極63との間に電流が流れる。このGaN系MISFETにおいては、p+ 型GaN層56が持つ高いエネルギー障壁により、高いドレイン耐圧を得ることができる。また、高不純物濃度のn+ 型GaN層58がソース領域を形成しているため、ソース抵抗を小さくすることができる。また、p+ 型GaN層56の下のn型GaN層54の厚さは5μm程度と薄いにもかかわらず、GaNの破壊電圧は300V/μmと十分に大きいため、高いドレイン耐圧を得ることができる。
この第5の実施の形態によれば、GaN系MISFETにおいて第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
The operation of this GaN-based MISFET will be described.
In this GaN-based MISFET, the n + -type GaN layer 58 is a source region, the n + -type GaN layer 53 is a drain region, and the n-type GaN layers 54 and 57 are channel regions. Under the n-type GaN layer 57 serving as a channel region, a high impurity concentration p + -type GaN layer 56 is provided. Since the n + -type GaN layer 58 is not formed immediately below the end of the gate electrode 60 on the source electrode 61 side, a depletion layer due to the p + -type GaN layer 56 spreads in the n-type GaN layer 57 as a channel region. . For this reason, this GaN-based MISFET has a normally-off structure. By applying a positive (+) bias voltage to the gate electrode 60, electrons are induced in the n-type GaN layer 57 near the interface with the gate insulating film 59 immediately below the gate electrode 60, and as a result, the source electrode 61. Since a channel is formed between the source electrode 61 and the drain electrode 63, the GaN-based MISFET is turned on, and a current flows between the source electrode 61 and the drain electrode 63. In this GaN-based MISFET, a high drain breakdown voltage can be obtained by the high energy barrier of the p + -type GaN layer 56. Further, since the high impurity concentration n + -type GaN layer 58 forms the source region, the source resistance can be reduced. In addition, although the thickness of the n-type GaN layer 54 under the p + -type GaN layer 56 is as thin as about 5 μm, the breakdown voltage of GaN is sufficiently large as 300 V / μm, so that a high drain breakdown voltage can be obtained. it can.
According to the fifth embodiment, the same advantages as in the first embodiment can be obtained in the GaN-based MISFET.
第6の実施の形態
第6の実施の形態においては、第3の実施の形態によるGaN系ショットキーダイオードの製造方法において、特に、ベース基板31としてC面サファイア基板を用いる場合について説明する。
まず、第3の実施の形態と同様にして、図15Aに示すように、ベース基板31としてのC面サファイア基板上に直接、成長マスク32を形成する。
次に、こうして成長マスク32を形成したC面サファイア基板をMOCVD装置に導入し、例えば、H2 とN2 との混合ガスからなるキャリアガス中において1100℃で5分間保持することにより表面清浄化を行う。
Sixth Embodiment In the sixth embodiment, a case where a C-plane sapphire substrate is used as the base substrate 31 in the GaN-based Schottky diode manufacturing method according to the third embodiment will be described.
First, as in the third embodiment, a growth mask 32 is formed directly on a C-plane sapphire substrate as the base substrate 31, as shown in FIG. 15A.
Next, the C-plane sapphire substrate thus formed with the growth mask 32 is introduced into an MOCVD apparatus, and, for example, maintained at 1100 ° C. for 5 minutes in a carrier gas composed of a mixed gas of H 2 and N 2 to clean the surface. I do.
次に、例えば、温度を550℃まで下げた後、NH3 およびTMGを供給し、厚さが約30nmのアモルファス状のGaN層を成長させる。
次に、NH3 を流しながら温度を1150℃に上昇させ、この温度で10分間保持した後、例えば1050〜1100℃の温度でTMGおよびSiH4 を供給し、n+ 型GaN層33およびn型GaN層34を成長させる。こうすることで、島状のn+ 型GaN層33およびn型GaN層34を成長させることができる。
この後の工程は第3の実施の形態と同様である。
この第6の実施の形態によれば、第3の実施の形態と同様な利点に加えて、ベース基板31としてC面サファイア基板そのものを用いることができるため、C面サファイア基板上にGaN層を成長させる必要がなく、その分だけGaN系ショットキーダイオードの製造工程の簡略化を図ることができ、GaN系ショットキーダイオードの製造コストの低減を図ることができるという利点も得ることができる。
Next, for example, after the temperature is lowered to 550 ° C., NH 3 and TMG are supplied, and an amorphous GaN layer having a thickness of about 30 nm is grown.
Next, the temperature is raised to 1150 ° C. while flowing NH 3 , and this temperature is maintained for 10 minutes. Then, TMG and SiH 4 are supplied at a temperature of, for example, 1050 to 1100 ° C., and the n + -type GaN layer 33 and the n-type GaN layer 33 are supplied. A GaN layer 34 is grown. By doing so, the island-shaped n + -type GaN layer 33 and the n-type GaN layer 34 can be grown.
The subsequent steps are the same as those in the third embodiment.
According to the sixth embodiment, in addition to the same advantages as those of the third embodiment, since the C-plane sapphire substrate itself can be used as the base substrate 31, a GaN layer is formed on the C-plane sapphire substrate. There is no need for growth, the manufacturing process of the GaN-based Schottky diode can be simplified correspondingly, and the manufacturing cost of the GaN-based Schottky diode can be reduced.
第7の実施の形態
第7の実施の形態によるGaN系半導体素子の製造方法について説明する。
この第7の実施の形態においては、第1の実施の形態と同様にして、図18Aに示すように、ベース基板11上に図3に示す成長マスク12を用いてGaN系半導体層13を(0001)面方位に島状に成長させた後、このGaN系半導体層13の上面(以下、「第1の面13a」と称する。)上に必要な第1の電極14を形成する。この第1の電極14の材料およびこの第1の電極14の形成方法は必要に応じて選ばれる。この第1の電極14の材料は、この第1の電極14がオーミック電極であるかショットキー電極であるか、あるいは、この第1の電極14がコンタクトするGaN系半導体層13の最上層の導電型に応じて適宜選ばれる。具体的には、この第1の電極14は、例えば、下から順にNi/Au/Niの多層膜を用い、各膜の厚さは例えば、一層目のNi膜は5nm、Au膜は500nm、二層目のNi膜は100nmとする。また、この第1の電極14は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などにより全面に第1の電極14の形成用の金属膜または合金膜を形成した後、これらの金属膜または合金膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングすることにより形成する。図18Aにおいては、第1の電極14は、GaN系半導体層13の第1の面13aの周辺部を除いた部分、例えば縁から6μm以上内側の部分に形成されているが、GaN系半導体層13の第1の面13aの全体に形成してもよい。
Seventh Embodiment A method for manufacturing a GaN-based semiconductor device according to the seventh embodiment will be described.
In the seventh embodiment, as in the first embodiment, as shown in FIG. 18A, the GaN-based semiconductor layer 13 is formed on the base substrate 11 using the growth mask 12 shown in FIG. After growing in an island shape in the (0001) plane orientation, a necessary first electrode 14 is formed on the upper surface of the GaN-based semiconductor layer 13 (hereinafter referred to as “first surface 13a”). The material of the first electrode 14 and the method of forming the first electrode 14 are selected as necessary. The material of the first electrode 14 is either an ohmic electrode or a Schottky electrode, or the conductivity of the uppermost layer of the GaN-based semiconductor layer 13 with which the first electrode 14 contacts. It is appropriately selected according to the mold. Specifically, the first electrode 14 uses, for example, a multilayer film of Ni / Au / Ni in order from the bottom, and the thickness of each film is, for example, 5 nm for the first Ni film, 500 nm for the Au film, The second Ni film is 100 nm. In addition, the first electrode 14 is formed by forming a metal film or an alloy film for forming the first electrode 14 on the entire surface by, for example, a vacuum deposition method or a sputtering method, and then using the metal film or the alloy film as a photo film. It is formed by patterning into a predetermined shape by lithography and etching. In FIG. 18A, the first electrode 14 is formed in a portion excluding the peripheral portion of the first surface 13a of the GaN-based semiconductor layer 13, for example, a portion 6 μm or more inside from the edge. You may form in the 13th 1st surface 13a whole.
次に、図18Bに示すように、成長マスク12をウエットエッチング法などにより除去する。例えば、成長マスク12がSiO2 膜からなる場合には、バッファードフッ酸を用いたウエットエッチングにより除去する。この成長マスク12の除去は必須ではないが、後述のGaN系半導体層13の分離の歩留まりを向上させるために有効である。 Next, as shown in FIG. 18B, the growth mask 12 is removed by a wet etching method or the like. For example, when the growth mask 12 is made of an SiO 2 film, the growth mask 12 is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid. The removal of the growth mask 12 is not essential, but is effective for improving the yield of separation of a GaN-based semiconductor layer 13 described later.
次に、図19に示すように、接着用金属15を一方の主面に形成した第1の支持基板16を用意し、この第1の支持基板16の接着用金属15をベース基板11上のGaN系半導体層13の第1の面13a上に形成した第1の電極14と対向させる。接着用金属15としては、はんだを用いることができ、より具体的には、例えばAu/Snはんだ薄膜を用いる。また、第1の支持基板16としては、例えば、Siなどの元素半導体、SiC、 GaAs、GaP、AlN、GaN、ZnOなどの化合物半導体、各種の金属、合金、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、ダイヤモンド、カーボン、プラスチックなどからなるものを用いることができ、必要に応じて選ばれる。第1の支持基板16の典型的な例を挙げると、Si基板である。 Next, as shown in FIG. 19, a first support substrate 16 having an adhesive metal 15 formed on one main surface is prepared, and the adhesive metal 15 of the first support substrate 16 is placed on the base substrate 11. The GaN-based semiconductor layer 13 is opposed to the first electrode 14 formed on the first surface 13a. As the bonding metal 15, solder can be used. More specifically, for example, an Au / Sn solder thin film is used. Examples of the first support substrate 16 include elemental semiconductors such as Si, compound semiconductors such as SiC, GaAs, GaP, AlN, GaN, and ZnO, various metals, alloys, nitride ceramics, and oxide ceramics. , Diamond, carbon, plastic and the like can be used, and is selected as necessary. A typical example of the first support substrate 16 is a Si substrate.
次に、図20に示すように、第1の支持基板16の接着用金属15をベース基板11上のGaN系半導体層13上に形成した第1の電極14と接触させ、この状態で加熱を行って接着用金属15を溶融させることにより第1の電極14と溶着する。こうして、ベース基板11上のGaN系半導体層13の第1の面13a上に形成した第1の電極14に第1の支持基板16が接着される。例えば、接着用金属15としてAu/Snはんだ薄膜を用い、第1の電極14が上述のNi膜、Au膜およびその上のNi膜からなる多層金属膜からなる場合には、第1の支持基板16の接着用金属15を第1の電極14と接触させた状態で約250℃に加熱することにより、接着用金属15を溶融させて第1の電極14と溶着し、この第1の電極14に第1の支持基板16を接着する。 Next, as shown in FIG. 20, the bonding metal 15 of the first support substrate 16 is brought into contact with the first electrode 14 formed on the GaN-based semiconductor layer 13 on the base substrate 11, and heating is performed in this state. Then, the bonding metal 15 is melted to be welded to the first electrode 14. In this way, the first support substrate 16 is bonded to the first electrode 14 formed on the first surface 13 a of the GaN-based semiconductor layer 13 on the base substrate 11. For example, when an Au / Sn solder thin film is used as the bonding metal 15 and the first electrode 14 is formed of a multilayer metal film including the above-described Ni film, Au film, and Ni film thereon, the first support substrate The adhesive metal 15 is heated to about 250 ° C. while being in contact with the first electrode 14, so that the adhesive metal 15 is melted and welded to the first electrode 14. The first support substrate 16 is bonded to the substrate.
次に、図21に示すように、上述のようにして接着により一体となったベース基板11および第1の支持基板16をベース基板11とGaN系半導体層13との間で剥離する。具体的には、例えば、一体となったベース基板11および第1の支持基板16に超音波を当てて刺激することによりベース基板11とGaN系半導体層13との間で剥離する。あるいは、一体となったベース基板11および第1の支持基板16の端面の一部に機械的な力を加えて刺激することによりベース基板11とGaN系半導体層13との間で剥離するようにしてもよい。こうしてベース基板11とGaN系半導体層13との間で剥離されることにより露出するGaN系半導体層13の面を第2の面13bと称する。 Next, as shown in FIG. 21, the base substrate 11 and the first support substrate 16 integrated by bonding as described above are peeled between the base substrate 11 and the GaN-based semiconductor layer 13. Specifically, for example, the base substrate 11 and the GaN-based semiconductor layer 13 are separated by applying ultrasonic waves to the integrated base substrate 11 and the first support substrate 16 for stimulation. Alternatively, a part of the end surfaces of the base substrate 11 and the first support substrate 16 integrated with each other is stimulated by applying a mechanical force so that the base substrate 11 and the GaN-based semiconductor layer 13 are separated. May be. Thus, the surface of the GaN-based semiconductor layer 13 exposed by peeling between the base substrate 11 and the GaN-based semiconductor layer 13 is referred to as a second surface 13b.
次に、図22に示すように、GaN系半導体層13の第2の面13b上に必要な第2の電極17を形成する。この第2の電極17の材料およびこの第2の電極17の形成方法は必要に応じて選ばれる。この第2の電極17の材料は、この第2の電極17がオーミック電極であるかショットキー電極であるか、あるいは、この第2の電極17がコンタクトするGaN系半導体層13の最上層の導電型に応じて適宜選ばれる。具体的には、この第2の電極17は、例えば、下から順にTi/Al/Auの多層膜を用い、各膜の厚さは例えば、Ti膜は5nm、Al膜は45nm、Au膜は10nmとする。また、この第2の電極17は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などにより全面に第2の電極17の形成用の金属膜または合金膜を形成した後、これらの金属膜または合金膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングすることにより形成する。図22においては、第2の電極17は、GaN系半導体層13の第2の面13bの全体に形成されているが、GaN系半導体層13の第2の面13bの周辺部を除いた部分、例えば縁から6μm以上内側の部分に形成してもよい。第2の電極17がオーミック電極である場合には、必要に応じて、GaN系半導体層13の第2の面13b上に第2の電極17を形成した後、この第2の電極17にレーザー光を照射してレーザーアニールを行うことにより、GaN系半導体層13に対して第2の電極17をより低抵抗でオーミック接触させることができる。例えば、第2の電極17が上述のTi膜、Al膜およびAu膜からなる合計の厚さが50nmの多層金属膜からなる場合、波長266nmのレーザー光を用いることにより、この多層金属膜の光透過率は〜20%程度でありレーザー光が十分に吸収されるため、GaN系半導体層13と第2の電極17との界面を十分に加熱することができ、十分なレーザーアニールを行うことができる。 Next, as shown in FIG. 22, the necessary second electrode 17 is formed on the second surface 13 b of the GaN-based semiconductor layer 13. The material of the second electrode 17 and the method of forming the second electrode 17 are selected as necessary. The material of the second electrode 17 is that the second electrode 17 is an ohmic electrode or a Schottky electrode, or the conductivity of the uppermost layer of the GaN-based semiconductor layer 13 with which the second electrode 17 contacts. It is appropriately selected according to the mold. Specifically, the second electrode 17 uses, for example, a Ti / Al / Au multilayer film in order from the bottom, and the thickness of each film is, for example, 5 nm for the Ti film, 45 nm for the Al film, and 10 nm. The second electrode 17 is formed by forming a metal film or an alloy film for forming the second electrode 17 on the entire surface by, for example, a vacuum deposition method or a sputtering method, and then using the metal film or the alloy film as a photo film. It is formed by patterning into a predetermined shape by lithography and etching. In FIG. 22, the second electrode 17 is formed on the entire second surface 13 b of the GaN-based semiconductor layer 13, but a portion excluding the peripheral portion of the second surface 13 b of the GaN-based semiconductor layer 13. For example, you may form in the part inside 6 micrometers or more from an edge. If the second electrode 17 is an ohmic electrode, a second electrode 17 is formed on the second surface 13b of the GaN-based semiconductor layer 13 as necessary, and then a laser is applied to the second electrode 17. By performing laser annealing by irradiating with light, the second electrode 17 can be brought into ohmic contact with the GaN-based semiconductor layer 13 with lower resistance. For example, when the second electrode 17 is made of a multilayer metal film having a total thickness of 50 nm made of the above-described Ti film, Al film, and Au film, the light of the multilayer metal film is obtained by using laser light having a wavelength of 266 nm. Since the transmittance is about 20% and the laser beam is sufficiently absorbed, the interface between the GaN-based semiconductor layer 13 and the second electrode 17 can be sufficiently heated, and sufficient laser annealing can be performed. it can.
次に、図23に示すように、接着用金属(図示せず)を一方の主面に形成した第2の支持基板18を用意し、この第2の支持基板18の接着用金属を第1の支持基板16上のGaN系半導体層13の第2の面13b上に形成した第2の電極17と接触させ、この状態で加熱を行って接着用金属を溶融させることにより第2の電極17と溶着する。こうして、第1の支持基板16上のGaN系半導体層13の第2の面13bに形成した第2の電極17に第2の支持基板18が接着される。例えば、接着用金属としてAu/Snはんだ薄膜を用い、第2の電極14が上述のNi膜、Au膜およびその上のNi膜からなる多層金属膜からなる場合には、第2の支持基板18の接着用金属を第2の電極17と接触させた状態で約250℃に加熱することにより、接着用金属を溶融させて第2の電極17と溶着し、この第2の電極17に第2の支持基板18を接着する。接着用金属としては、はんだを用いることができ、より具体的には、例えばAu/Snはんだ薄膜を用いる。また、第2の支持基板18としては、第1の支持基板16と同様に、例えば、Siなどの元素半導体、SiC、 GaAs、GaP、AlN、GaN、ZnOなどの化合物半導体、各種の金属、合金、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、ダイヤモンド、カーボン、プラスチックなどからなるものを用いることができ、必要に応じて選ばれるが、中でも放熱性に富む、例えばCuなどの金属または合金を用いることが好ましい。第2の支持基板18の典型的な例を挙げると、Cu板(厚さは例えば1mm)にAuメッキおよびAu/Snはんだ薄膜を形成したもの、あるいは、金属線路が形成されたAlNセラミック基板である。 Next, as shown in FIG. 23, a second support substrate 18 in which an adhesive metal (not shown) is formed on one main surface is prepared, and the adhesive metal of the second support substrate 18 is a first metal. The second electrode 17 is brought into contact with the second electrode 17 formed on the second surface 13b of the GaN-based semiconductor layer 13 on the supporting substrate 16 and heated in this state to melt the bonding metal. And weld. In this way, the second support substrate 18 is bonded to the second electrode 17 formed on the second surface 13 b of the GaN-based semiconductor layer 13 on the first support substrate 16. For example, when an Au / Sn solder thin film is used as the bonding metal and the second electrode 14 is made of the above-described Ni film, Au film and a multilayer metal film made of the Ni film thereon, the second support substrate 18 is used. The adhesive metal is heated to about 250 ° C. in contact with the second electrode 17, so that the adhesive metal is melted and welded to the second electrode 17. The support substrate 18 is bonded. As the metal for bonding, solder can be used. More specifically, for example, an Au / Sn solder thin film is used. As the second support substrate 18, as with the first support substrate 16, for example, an elemental semiconductor such as Si, a compound semiconductor such as SiC, GaAs, GaP, AlN, GaN, and ZnO, various metals, and alloys , Nitride-based ceramics, oxide-based ceramics, diamond, carbon, plastics, etc. can be used, and they are selected as necessary. Is preferred. A typical example of the second support substrate 18 is a Cu plate (thickness is, for example, 1 mm) formed by Au plating and an Au / Sn solder thin film, or an AlN ceramic substrate in which a metal line is formed. is there.
以上により、図23に示すように、GaN系半導体層13の第1の面13aに第1の電極14が、第2の面13bに第2の電極17が形成された2端子GaN系半導体素子、具体的にはGaN系ダイオードが、第1の支持基板16と第2の支持基板18との間に挟まれた状態で形成されている。第1の電極14および第2の電極17はアノードまたはカソードである。このGaN系ダイオードは、pn接合ダイオードまたはショットキーダイオードであり、pn接合ダイオードでは第1の電極14および第2の電極17ともにオーミック電極、ショットキーダイオードでは第1の電極14および第2の電極17のうちの一方がショットキー電極、他方がオーミック電極である。第1の支持基板16と第2の支持基板18との間の間隔は例えば20μm程度である。 Thus, as shown in FIG. 23, the two-terminal GaN-based semiconductor device in which the first electrode 14 is formed on the first surface 13a of the GaN-based semiconductor layer 13 and the second electrode 17 is formed on the second surface 13b. Specifically, the GaN-based diode is formed in a state of being sandwiched between the first support substrate 16 and the second support substrate 18. The first electrode 14 and the second electrode 17 are an anode or a cathode. This GaN-based diode is a pn junction diode or a Schottky diode. In the pn junction diode, both the first electrode 14 and the second electrode 17 are ohmic electrodes, and in the Schottky diode, the first electrode 14 and the second electrode 17 are used. One of them is a Schottky electrode, and the other is an ohmic electrode. The distance between the first support substrate 16 and the second support substrate 18 is, for example, about 20 μm.
ベース基板11を剥離した後の第1の支持基板16上のGaN系半導体層13側の表面のSEM像の一例を図24に示す。ただし、ベース基板11としては、C面サファイア基板上に厚さ2μmのGaN層を成長させたものを用いた。GaN系半導体層13としてはGaN層を成長させた。成長マスク12としては図3に示すものと同様なパターンを有するものを用いた。成長マスク12はプラズマCVD法により形成した厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成し、ストライプウインドウ12aの長さaは1200μm、幅bは5μm、ストライプウインドウ12aの周期p1 は85μm、マスク部12cの幅は80μm、ストライプウインドウ12aの末端部同士の重なり合いの長さrは65μmである。第1の支持基板16としてSi基板を用い、その上に接着用金属15としてAu/Snはんだ薄膜を形成した。GaN層の成長に際しては、まず、成長マスク12を形成したベース基板11上に従来公知の技術により低温GaNバッファ層(図示せず)を成長させた。具体的には、MOCVD法により、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、温度530℃で厚さ30nmの低温GaNバッファ層を成長させた。この後、TMGの供給を停止し、例えば、温度を1150℃に上昇させた後、再びTMGを供給し、圧力30kPaでGaNの成長を行った。こうして島状にGaN層を成長させた。このGaN層の厚さは15μmである。図24に示すように、剥離によって出現したストライプ状の島状のGaN層の群が見える。図24のストライプ状の島状のGaN層の端部の拡大図を図25Aに、この島状のGaN層の中央部の拡大図を図25Bに示す。 FIG. 24 shows an example of an SEM image of the surface on the GaN-based semiconductor layer 13 side on the first support substrate 16 after the base substrate 11 is peeled off. However, as the base substrate 11, a substrate obtained by growing a GaN layer having a thickness of 2 μm on a C-plane sapphire substrate was used. As the GaN-based semiconductor layer 13, a GaN layer was grown. As the growth mask 12, a mask having the same pattern as that shown in FIG. 3 was used. The growth mask 12 is formed of a SiO 2 film having a thickness of 0.3 μm formed by a plasma CVD method. The length a of the stripe window 12a is 1200 μm, the width b is 5 μm, the period p 1 of the stripe window 12a is 85 μm, and the mask portion The width 12c is 80 μm, and the overlapping length r of the end portions of the stripe window 12a is 65 μm. An Si substrate was used as the first support substrate 16, and an Au / Sn solder thin film was formed thereon as the bonding metal 15. In growing the GaN layer, first, a low-temperature GaN buffer layer (not shown) was grown on the base substrate 11 on which the growth mask 12 was formed by a conventionally known technique. Specifically, a low temperature GaN buffer layer having a thickness of 30 nm was grown at a temperature of 530 ° C. using TMG and NH 3 as source gases and H 2 and N 2 as carrier gases by MOCVD. Thereafter, the supply of TMG was stopped. For example, after the temperature was raised to 1150 ° C., TMG was supplied again, and GaN was grown at a pressure of 30 kPa. Thus, a GaN layer was grown in an island shape. The thickness of this GaN layer is 15 μm. As shown in FIG. 24, a group of striped island-shaped GaN layers that appear by peeling can be seen. FIG. 25A shows an enlarged view of the end portion of the striped island-shaped GaN layer of FIG. 24, and FIG. 25B shows an enlarged view of the central portion of the island-shaped GaN layer.
図3に示す成長マスク12のストライプウインドウ12aの幅bおよびマスク部12cの幅を種々に変化させて、ベース基板11からのGaN系半導体層13の剥離の程度を調べた結果について説明する。成長マスク12はプラズマCVD法により形成した厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成した。ベース基板11、GaN系半導体層13、このGaN系半導体層13の成長条件、第1の支持基板16および接着用金属15については図24に示す試料と同様である。GaN系半導体層13としてのGaN層の第1の面13aには、第1の電極14としてNi/Au/Niの多層膜(各膜の厚さは、一層目のNi膜は5nm、Au膜は500nm、二層目のNi膜は100nm)を形成した。GaN系半導体層13としてのストライプ状のGaN層とこれに隣接するストライプ状のGaN層との間隔は概ね5〜8μm程度となるようにした。周期p1 が10μm以下であると隣接するGaN層同士が合体しやすいので、これを防止するために、成長マスク12に図5に示すような部分を形成した。ストライプウインドウ12aの幅bは1μm、3μm、5μm、10μm、20μmの5水準に変化させ、マスク部12cの幅は3μm、5μm、10μm、50μm、80μm、100μmの6水準に変化させた。 The results of examining the degree of peeling of the GaN-based semiconductor layer 13 from the base substrate 11 by variously changing the width b of the stripe window 12a and the width of the mask portion 12c of the growth mask 12 shown in FIG. The growth mask 12 was formed of a 0.3 μm thick SiO 2 film formed by plasma CVD. The base substrate 11, the GaN-based semiconductor layer 13, the growth conditions of the GaN-based semiconductor layer 13, the first support substrate 16, and the bonding metal 15 are the same as those of the sample shown in FIG. On the first surface 13a of the GaN layer as the GaN-based semiconductor layer 13, a Ni / Au / Ni multilayer film is used as the first electrode 14 (the thickness of each film is 5 nm for the first Ni film, and the Au film) 500 nm, and the second Ni film is 100 nm). The distance between the striped GaN layer as the GaN-based semiconductor layer 13 and the adjacent striped GaN layer was set to about 5 to 8 μm. When the period p 1 is 10 μm or less, adjacent GaN layers are likely to be combined with each other. Therefore, in order to prevent this, a portion as shown in FIG. The width b of the stripe window 12a was changed to five levels of 1 μm, 3 μm, 5 μm, 10 μm, and 20 μm, and the width of the mask portion 12c was changed to six levels of 3 μm, 5 μm, 10 μm, 50 μm, 80 μm, and 100 μm.
ベース基板11としてのサファイア基板から剥離されたストライプ状のGaN層の本数を数え、総本数に対する割合を計測した。表1にその結果を示す。なお、表1の斜線部は実験を行っていない部分である。 The number of striped GaN layers peeled from the sapphire substrate as the base substrate 11 was counted, and the ratio to the total number was measured. Table 1 shows the results. In addition, the shaded area in Table 1 is a part where no experiment was conducted.
表1より、ストライプウインドウ12aの幅bが20μmではGaN層を殆ど剥離することができないことが分かる。その理由は、GaN層の第1の面13aに対する第1の電極14としてのNi/Au/Ni多層膜の接着強度と幅bが20μmのストライプウインドウ12aにおけるサファイア基板とGaN層との接着強度とを比較した場合、後者の方が前者よりも強いためであると考えられる。ストライプ状のGaN層の幅は実用的には300μm以下であるから、ストライプウインドウ12aの幅bは20μm以下であることが望ましいと言える。また、表1より、マスク部12cの幅がストライプウインドウ12aの幅bよりも小さいときは、GaN層を剥離することができないことが分かる。このことから、成長マスク12における(ストライプウインドウ12aの幅b/マスク部12cの幅)≦1であることが望ましいと言える。 From Table 1, it can be seen that when the width b of the stripe window 12a is 20 μm, the GaN layer can hardly be peeled off. This is because the adhesion strength of the Ni / Au / Ni multilayer film as the first electrode 14 to the first surface 13a of the GaN layer and the adhesion strength between the sapphire substrate and the GaN layer in the stripe window 12a having a width b of 20 μm It is considered that this is because the latter is stronger than the former. Since the width of the striped GaN layer is practically 300 μm or less, it can be said that the width b of the stripe window 12 a is desirably 20 μm or less. Table 1 also shows that the GaN layer cannot be peeled off when the width of the mask portion 12c is smaller than the width b of the stripe window 12a. From this, it can be said that it is desirable that (the width b of the stripe window 12a / the width of the mask portion 12c) ≦ 1 in the growth mask 12.
この第7の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点に加えて、以下のような種々の利点を得ることができる。すなわち、ベース基板11上に成長させたGaN系半導体層13の第1の面13aに第1の支持基板16を接着し、この第1の支持基板16およびGaN系半導体層13をベース基板11から剥離し、その後、GaN系半導体層13の第2の面13bに第2の支持基板18を接着している。このため、例えば、第2の支持基板18として高熱伝導性基板を用いることにより、第1の支持基板16と第2の支持基板18との間に挟まれた2端子GaN系半導体素子の放熱性の大幅な向上を図ることができ、高放熱性2端子GaN系半導体素子を実現することができる。 According to the seventh embodiment, in addition to the same advantages as those of the first embodiment, the following various advantages can be obtained. That is, the first support substrate 16 is bonded to the first surface 13 a of the GaN-based semiconductor layer 13 grown on the base substrate 11, and the first support substrate 16 and the GaN-based semiconductor layer 13 are removed from the base substrate 11. After peeling, the second support substrate 18 is bonded to the second surface 13 b of the GaN-based semiconductor layer 13. Therefore, for example, by using a high thermal conductivity substrate as the second support substrate 18, the heat dissipation of the two-terminal GaN-based semiconductor element sandwiched between the first support substrate 16 and the second support substrate 18. Can be greatly improved, and a high heat dissipation two-terminal GaN-based semiconductor element can be realized.
また、この第7の実施の形態によれば、サファイア基板上にGaN系半導体層を成長させた後にサファイア基板を剥離する方法として従来より用いられているレーザーリフト技術を用いる必要がないため、レーザーリフトオフ技術を用いる場合の種々の問題がない。すなわち、レーザーリフトオフ技術では、パルス高出力レーザーにより発振される波長266nmのレーザー光をサファイア基板側から照射し、サファイア基板とGaN系半導体層との界面から数100nmの深さまでのGaN系半導体層の吸収により、その部分の温度を急激に高温に上昇させて熱分解し、生成した窒素(N2 )ガスの圧力によりサファイア基板とGaN系半導体層との界面でサファイア基板が剥離する。このレーザーリフトオフ技術は、局部的にサファイア基板を剥離するのには有効であるものの、発生する窒素ガスの圧力制御に難点があるため、大面積にわたりサファイア基板を剥離しようとすると、剥離の圧力がサファイア基板の面内で不均一となり、局部的に圧力が上昇することによる不均一な押し上げ効果により、GaN系半導体層にクラックが発生したり破壊が起こってしまう。このため、GaN系半導体層を無傷に保ったまま、レーザー光の照射面積全面にわたってサファイア基板を剥離することは困難であった。これに対し、この第7の実施の形態によれば、GaN系半導体層13を無傷に保ったまま、サファイア基板などのベース基板11をベース基板11の全面にわたってGaN系半導体層13から容易に剥離することができるので、これらの問題がない。また、レーザーリフトオフ技術では、高価なパルス高出力レーザーを用いる必要があるのに対し、この第7の実施の形態によれば、このようなパルス高出力レーザーを用いる必要がないため、GaN系半導体素子の製造コストの低減を図ることができる。 In addition, according to the seventh embodiment, it is not necessary to use a laser lift technique conventionally used as a method for peeling a sapphire substrate after a GaN-based semiconductor layer is grown on the sapphire substrate. There are no various problems when using the lift-off technique. That is, in the laser lift-off technology, a laser beam having a wavelength of 266 nm oscillated by a pulsed high-power laser is irradiated from the sapphire substrate side, and the GaN-based semiconductor layer is formed to a depth of several hundred nm from the interface between the sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer. Due to the absorption, the temperature of the portion is rapidly increased to a high temperature to cause thermal decomposition, and the sapphire substrate is peeled off at the interface between the sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer by the pressure of the generated nitrogen (N 2 ) gas. Although this laser lift-off technology is effective for locally peeling the sapphire substrate, there is a difficulty in controlling the pressure of the generated nitrogen gas. Due to the non-uniformity in the plane of the sapphire substrate and the non-uniform push-up effect caused by the local increase in pressure, the GaN-based semiconductor layer is cracked or broken. For this reason, it was difficult to peel off the sapphire substrate over the entire area irradiated with the laser light while keeping the GaN-based semiconductor layer intact. In contrast, according to the seventh embodiment, the base substrate 11 such as a sapphire substrate is easily peeled from the GaN-based semiconductor layer 13 over the entire surface of the base substrate 11 while keeping the GaN-based semiconductor layer 13 intact. There is no such problem so you can. Further, in the laser lift-off technology, it is necessary to use an expensive pulse high-power laser, but according to the seventh embodiment, it is not necessary to use such a pulse high-power laser. The manufacturing cost of the element can be reduced.
第8の実施の形態
第8の実施の形態による縦伝導型GaN系ショットキーダイオードの製造方法について説明する。
まず、図26に示すように、ベース基板31上に、図3に示す成長マスク12と同様な成長マスク32を形成する。
Eighth Embodiment A method of manufacturing a longitudinal conduction type GaN-based Schottky diode according to the eighth embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 26, a growth mask 32 similar to the growth mask 12 shown in FIG. 3 is formed on the base substrate 31.
次に、成長マスク32を用いてMOCVD法によりn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層33を(0001)面方位に島状に成長させる。この場合、一つの島状のn+ 型GaN層33は一つのストライプウインドウ32aから成長したものである。このn+ 型GaN層33とn+ 型GaN層33との間隔は例えば約10μmである。このn+ 型GaN層33の成長は、例えば、温度は1100℃、圧力は横方向の成長モードが主体となる30kPaで行う。このn+ 型GaN層33の成長時には、例えば、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、n型ドーパントとして窒素で希釈したSiH4 を用いる。原料ガス供給条件(例えば、TMGの供給量とNH3 の供給量との比など)の制御により、例えば、n+ 型GaN層33の幅70μmに対してn+ 型GaN層33の厚さが約15μm程度となるようにする。n+ 型GaN層33の不純物濃度は例えば1×1018cm-3とする。 Next, an n + -type GaN layer 33 doped with Si as an n-type impurity is grown in an island shape in the (0001) plane orientation by MOCVD using the growth mask 32. In this case, one island-like n + -type GaN layer 33 is grown from one stripe window 32a. The distance between the n + -type GaN layer 33 and the n + -type GaN layer 33 is, for example, about 10 μm. The n + -type GaN layer 33 is grown at, for example, a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa mainly composed of a lateral growth mode. When the n + -type GaN layer 33 is grown, for example, TMG and NH 3 are used as the source gas, H 2 and N 2 are used as the carrier gas, and SiH 4 diluted with nitrogen is used as the n-type dopant. By controlling the source gas supply conditions (for example, the ratio between the supply amount of TMG and the supply amount of NH 3 ), for example, the thickness of the n + -type GaN layer 33 with respect to the width of the n + -type GaN layer 33 is 70 μm. The thickness is about 15 μm. The impurity concentration of the n + -type GaN layer 33 is set to 1 × 10 18 cm −3 , for example.
次に、SiH4 の供給量を減少させ、さらに成長圧力を例えば60kPaとし、かつTMG供給量を例えば2倍に増加させ、縦方向成長が主体となる成長条件でMOCVD法によりn+ 型GaN層33上にn型GaN層34を成長させる。このn型GaN層34の厚さは例えば5μm、不純物濃度は例えば3×1016cm-3とする。こうしてn型GaN層34を成長させた後のn+ 型GaN層33の側面からの横方向へのn型GaN層34の張り出し距離は片側で約4μmである。n+ 型GaN層33およびn型GaN層34には、ストライプウインドウ32aの直上の部分に貫通転位が形成される。 Next, the supply amount of SiH 4 is decreased, the growth pressure is set to 60 kPa, for example, and the TMG supply amount is increased, for example, twice, and an n + -type GaN layer is grown by MOCVD under growth conditions mainly composed of vertical growth. An n-type GaN layer 34 is grown on 33. The n-type GaN layer 34 has a thickness of 5 μm, for example, and an impurity concentration of 3 × 10 16 cm −3 , for example. After the n-type GaN layer 34 is grown in this way, the protruding distance of the n-type GaN layer 34 in the lateral direction from the side surface of the n + -type GaN layer 33 is about 4 μm on one side. In the n + -type GaN layer 33 and the n-type GaN layer 34, threading dislocations are formed in a portion immediately above the stripe window 32a.
次に、例えばプラズマCVD法により全面に絶縁膜、例えば厚さが1μmのSiO2 膜35を形成した後、このSiO2 膜35をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングし、n型GaN層34の上面のn型GaN層34の側面から約5μmの範囲の周辺部およびストライプウインドウ32aの直上の幅8μmの部分にストライプ状のSiO2 膜35を形成する。このSiO2 膜35は、後述のショットキー電極37の端部における電界集中を緩和するためのフィールドプレート(field plate)としての役割を果たすために設けられたものである。 Then, for example, after a plasma CVD method on the entire surface by an insulating film, for example, a thickness was formed an SiO 2 film 35 of 1 [mu] m, the SiO 2 film 35 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching, n-type GaN layer 34 A stripe-like SiO 2 film 35 is formed on the peripheral portion in the range of about 5 μm from the side surface of the n-type GaN layer 34 on the upper surface and the portion having a width of 8 μm immediately above the stripe window 32a. The SiO 2 film 35 is provided to serve as a field plate for reducing electric field concentration at the end of a Schottky electrode 37 described later.
次に、例えば真空蒸着法により全面にショットキー電極形成用の金属膜を形成した後、この金属膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングする。この金属膜としては、Ni/Au/Ni/Auの多層膜(各膜の厚さは、一層目のNi膜は20nm、一層目のAu膜は100nm、二層目のNi膜は20nm、二層目のAu膜は500nm)を形成した。こうして、SiO2 膜35の開口部においてn型GaN層34と接触した状態でショットキー電極37が形成される。ここで、Ni/Au/Ni/Au多層膜における二層目のNi膜は、第1の支持基板16の一方の主面に形成する接着用金属15として用いられるAu/Snはんだ薄膜からのSnの拡散を防ぐためのバリア層として設けられている。 Next, a metal film for forming a Schottky electrode is formed on the entire surface by, for example, a vacuum deposition method, and then the metal film is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching. As this metal film, a multilayer film of Ni / Au / Ni / Au (the thickness of each film is 20 nm for the first Ni film, 100 nm for the first Au film, 20 nm for the second Ni film, 2 nm The layer Au film was 500 nm). Thus, the Schottky electrode 37 is formed in contact with the n-type GaN layer 34 in the opening of the SiO 2 film 35. Here, the second Ni film in the Ni / Au / Ni / Au multilayer film is Sn from the Au / Sn solder thin film used as the bonding metal 15 formed on one main surface of the first support substrate 16. It is provided as a barrier layer for preventing the diffusion of.
この後、第7の実施の形態と同様にして、接着用金属15が形成された第1の支持基板16の接着、ベース基板31の剥離、接着用金属が形成された第2の支持基板18の接着などの工程を実行して、目的とするGaN系ショットキーダイオードを製造する。こうして製造されるGaN系ショットキーダイオードにおいては、n型GaN層34の一方の面にショットキー電極37が、n+ 型GaN層33の一方の面にオーミック電極が形成されている。従って、このGaN系ショットキーダイオードでは、ショットキー電極37とオーミック電極との間をn+ 型GaN層33およびn型GaN層34の積層方向、言い換えれば縦方向に電流が流れる。すなわち、このGaN系ショットキーダイオードは縦方向伝導型である。 Thereafter, as in the seventh embodiment, the first support substrate 16 on which the bonding metal 15 is formed is bonded, the base substrate 31 is peeled off, and the second support substrate 18 on which the bonding metal is formed. The target GaN-based Schottky diode is manufactured by performing processes such as bonding. In the GaN-based Schottky diode manufactured in this way, a Schottky electrode 37 is formed on one surface of the n-type GaN layer 34, and an ohmic electrode is formed on one surface of the n + -type GaN layer 33. Therefore, in this GaN-based Schottky diode, a current flows between the Schottky electrode 37 and the ohmic electrode in the stacking direction of the n + -type GaN layer 33 and the n-type GaN layer 34, in other words, in the vertical direction. That is, this GaN-based Schottky diode is of the vertical conduction type.
この第8の実施の形態によれば、縦方向伝導型GaN系ショットキーダイオードにおいて第7の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 According to the eighth embodiment, the longitudinal conduction type GaN-based Schottky diode can obtain the same advantages as those of the seventh embodiment.
第9の実施の形態
第9の実施の形態による大面積パワーGaN系ショットキーダイオードの製造方法について説明する。
まず、図27に示すように、ベース基板(図示せず)上に成長マスク71を形成する。この成長マスク71は、最終的に一つの素子となる長方形のチップ領域72毎に、図2に示す成長マスク12のストライプウインドウ12aと同様なストライプウインドウ71aを有する。一つのチップ領域72には、〈11−20〉方向にストライプウインドウ71aが複数本、例えば600本含まれる。例えば、ストライプウインドウ71aの長さaは1200μm、幅bは1μm、マスク部71cの幅は3μm、ストライプウインドウ71aの周期p1 は4μmである。この場合、例えば、チップ領域72の大きさは、〈11−20〉方向は2400μm、〈1−100〉方向は1300μmである。この場合、成長マスク71は、ストライプウインドウ71aに加えて、互いに隣接するチップ領域72の互いに対向する一対の辺に沿って、各ストライプウインドウ71aから成長する島状のGaN系半導体層13同士が〈11−20〉方向において合体しないようにするための合体防止用ウインドウ71dを有する。この合体防止用ウインドウ71dは、ストライプウインドウ71aと同様な形状のウインドウの一辺に、例えば20μmのピッチで形成され、〈11−20〉方向および〈1−100〉方向に平行な辺を有する大きさs1 ×s2 (例えば、s1 =4μm、s2 =10μm)の長方形のウインドウを設けたものにより構成されている。互いに隣接するチップ領域72の互いに対向する一対の辺に沿って形成された合体防止用ウインドウ71d間の間隔は例えば15μmである。
Ninth Embodiment A method for manufacturing a large area power GaN Schottky diode according to a ninth embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 27, a growth mask 71 is formed on a base substrate (not shown). The growth mask 71 has a stripe window 71a similar to the stripe window 12a of the growth mask 12 shown in FIG. 2 for each rectangular chip region 72 that finally becomes one element. One chip region 72 includes a plurality of, for example, 600 stripe windows 71a in the <11-20> direction. For example, the length a of the stripe window 71a is 1200 μm, the width b is 1 μm, the width of the mask portion 71c is 3 μm, and the period p 1 of the stripe window 71a is 4 μm. In this case, for example, the size of the chip region 72 is 2400 μm in the <11-20> direction and 1300 μm in the <1-100> direction. In this case, in the growth mask 71, in addition to the stripe window 71a, the island-shaped GaN-based semiconductor layers 13 grown from each stripe window 71a along the pair of opposite sides of the chip region 72 adjacent to each other are <11-20> has a coalescence prevention window 71d for preventing coalescence in the direction. The coalescence prevention window 71d is formed on one side of a window having the same shape as the stripe window 71a, for example, at a pitch of 20 μm, and has a size having sides parallel to the <11-20> direction and the <1-100> direction. The rectangular window of s 1 × s 2 (for example, s 1 = 4 μm, s 2 = 10 μm) is provided. An interval between the coalescence prevention windows 71d formed along a pair of opposite sides of the chip regions 72 adjacent to each other is, for example, 15 μm.
次に、成長マスク71を用いてMOCVD法によりn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層73を(0001)面方位に島状に成長させる。このn+ 型GaN層73の成長は、例えば、温度は1100℃、圧力は成長が縦方向および横方向ともに進む成長モードとなる60kPaで行う。この場合、各チップ領域72において各ストライプウインドウ71aから成長するn+ 型GaN層73同士が合体し、全体として一つの大きなn+ 型GaN層73が得られる。このn+ 型GaN層73の成長時には、例えば、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、n型ドーパントとして窒素で希釈したSiH4 を用いた。n+ 型GaN層73の不純物濃度は例えば1×1018cm-3とする。例えば、n+ 型GaN層73の厚さが10μmに達したときに、SiH4 の供給量を減少させ、n型GaN層を厚さ約8μm成長させた。n型GaN層の不純物濃度は例えば1×1016cm-3とする。 Next, an n + -type GaN layer 73 doped with Si as an n-type impurity is grown in an island shape in the (0001) plane orientation by MOCVD using the growth mask 71. The growth of the n + -type GaN layer 73 is performed, for example, at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 60 kPa, which is a growth mode in which the growth proceeds in both the vertical direction and the horizontal direction. In this case, the n + -type GaN layers 73 grown from the stripe windows 71a in each chip region 72 are combined to obtain one large n + -type GaN layer 73 as a whole. During the growth of the n + -type GaN layer 73, for example, TMG and NH 3 were used as source gases, H 2 and N 2 were used as carrier gases, and SiH 4 diluted with nitrogen was used as an n-type dopant. The impurity concentration of the n + -type GaN layer 73 is, eg, 1 × 10 18 cm −3 . For example, when the thickness of the n + -type GaN layer 73 reached 10 μm, the supply amount of SiH 4 was decreased, and the n-type GaN layer was grown to a thickness of about 8 μm. The impurity concentration of the n-type GaN layer is, for example, 1 × 10 16 cm −3 .
合体防止用ウインドウ71dがn+ 型GaN層73の〈11−20〉方向の成長を阻害する理由は、図5に示す成長マスク12を用いた場合と本質的に同様である。すなわち、この合体防止用ウインドウ71dを起点としてn+ 型GaN層73に成長速度の遅い{1−100}面が形成される。{1−100}面は{11−20}面と30°または90°傾いており、図27に示すように三角形状となるため、成長が停止する。この結果、図27に示すように、互いに隣接するチップ領域72の間のn+ 型GaN層73およびn型GaN層が素子分離帯部分を介して互いに分離される。 The reason why the coalescence prevention window 71d inhibits the growth of the n + -type GaN layer 73 in the <11-20> direction is essentially the same as in the case of using the growth mask 12 shown in FIG. That is, a {1-100} plane having a slow growth rate is formed on the n + -type GaN layer 73 starting from the coalescence prevention window 71d. The {1-100} plane is inclined 30 ° or 90 ° with respect to the {11-20} plane and has a triangular shape as shown in FIG. 27, so that the growth stops. As a result, as shown in FIG. 27, the n + -type GaN layer 73 and the n-type GaN layer between the adjacent chip regions 72 are separated from each other via the element isolation band portion.
この後、第7の実施の形態と同様にして、接着用金属15が形成された第1の支持基板16の接着、ベース基板の剥離、接着用金属が形成された第2の支持基板18の接着などの工程を実行して、目的とする大面積パワーGaN系ショットキーダイオードを製造する。こうして製造される大面積パワーGaN系ショットキーダイオードにおいては、n型GaN層74の一方の面にショットキー電極が、n+ 型GaN層73の一方の面にオーミック電極が形成されている。従って、この大面積パワーGaN系ショットキーダイオードでは、ショットキー電極とオーミック電極との間をn+ 型GaN層73およびn型GaN層の積層方向、言い換えれば縦方向に電流が流れる。すなわち、この大面積パワーGaN系ショットキーダイオードは縦方向伝導型である。 Thereafter, in the same manner as in the seventh embodiment, the first support substrate 16 formed with the bonding metal 15 is bonded, the base substrate is peeled off, and the second support substrate 18 formed with the bonding metal is formed. A target large-area power GaN-based Schottky diode is manufactured by performing a process such as bonding. In the large-area power GaN-based Schottky diode thus manufactured, a Schottky electrode is formed on one surface of the n-type GaN layer 74 and an ohmic electrode is formed on one surface of the n + -type GaN layer 73. Therefore, in this large-area power GaN Schottky diode, a current flows between the Schottky electrode and the ohmic electrode in the stacking direction of the n + -type GaN layer 73 and the n-type GaN layer, in other words, in the vertical direction. That is, this large-area power GaN-based Schottky diode is of the longitudinal conduction type.
この第9の実施の形態によれば、縦方向伝導型の大面積パワーGaN系ショットキーダイオードにおいて第7の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 According to the ninth embodiment, the same advantage as that of the seventh embodiment can be obtained in the longitudinal conduction type large-area power GaN-based Schottky diode.
第10の実施の形態
第10の実施の形態によるGaN系ショットキーダイオードの製造方法について説明する。
まず、第4の実施の形態と同様な(111)面方位のSi基板41a上に、例えば厚さ30nmのAlN膜および厚さ20nmのGaN膜を例えばMOCVD法により例えば1100℃の温度で順次成長させ、こうして得られたベース基板上に第1の実施の形態と同様にして成長マスク42を形成する。成長マスク42は、第1の実施の形態の成長マスク12と同様にストライプウインドウ42aおよび補助ストライプウインドウ(図示せず)を有する。例えば、成長マスク42は厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成し、ストライプウインドウ42aの長さaは1000μm、幅bは10μm、ストライプウインドウ42aの周期p1 は90μm、周期p2 は1010μm、マスク部の幅は80μm、補助ストライプウインドウの長さcは120μm、幅dは10μm、〈1−100〉方向のストライプウインドウ42aとストライプウインドウ42aとの間隔は10μm、ストライプウインドウ42aの末端部と補助ストライプウインドウ42bとの重なり合いの長さqは55μmである。
Tenth Embodiment A method for manufacturing a GaN-based Schottky diode according to the tenth embodiment will be described.
First, an AlN film having a thickness of 30 nm and a GaN film having a thickness of 20 nm, for example, are sequentially grown at a temperature of, for example, 1100 ° C. by MOCVD, for example, on a Si substrate 41a having a (111) orientation similar to that of the fourth embodiment. Then, the growth mask 42 is formed on the base substrate thus obtained in the same manner as in the first embodiment. The growth mask 42 has a stripe window 42a and an auxiliary stripe window (not shown) similarly to the growth mask 12 of the first embodiment. For example, the growth mask 42 is formed of a 0.3 μm thick SiO 2 film, the length a of the stripe window 42 a is 1000 μm, the width b is 10 μm, the period p 1 of the stripe window 42 a is 90 μm, the period p 2 is 1010 μm, The width of the mask portion is 80 μm, the length c of the auxiliary stripe window is 120 μm, the width d is 10 μm, the distance between the stripe window 42a and the stripe window 42a in the <1-100> direction is 10 μm, and the end portion of the stripe window 42a and the auxiliary portion The length q of the overlap with the stripe window 42b is 55 μm.
次に、成長マスク42を用いてMOCVD法によりn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層43を(0001)面方位に島状に成長させる。このn+ 型GaN層43の厚さは例えば8μm、不純物濃度は例えば5×1018cm-3とする。このn+ 型GaN層43とn+ 型GaN層43との間隔は例えば約10μmである。このn+ 型GaN層43の成長は、例えば、温度1100℃、圧力30kPaで行う。このn+ 型GaN層43の成長時には、例えば、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、n型ドーパントとして窒素で希釈したSiH4 を用いる。この場合、一つの島状のn+ 型GaN層43は一つのストライプウインドウ42aから成長したものである。次に、縦方向への成長が促進されるように成長圧力を例えば80kPaに増加させ、結晶成長条件を調節してMOCVD法によりn+ 型GaN層43上にn型GaN層44を成長させる。このn型GaN層44の厚さは例えば5μm、不純物濃度は例えば1×1016cm-3とする。こうしてn型GaN層44を成長させた後のn+ 型GaN層43およびn型GaN層44の全体の〈11−20〉方向の間隔は例えば約5μmである。図16Aに示すように、n+ 型GaN層43およびn型GaN層44には、ストライプウインドウ42aの直上の部分に貫通転位45が形成される。 Next, an n + -type GaN layer 43 doped with Si as an n-type impurity is grown in an island shape in the (0001) plane orientation by MOCVD using the growth mask 42. The thickness of the n + -type GaN layer 43 is, for example, 8 μm, and the impurity concentration is, for example, 5 × 10 18 cm −3 . The distance between the n + -type GaN layer 43 and the n + -type GaN layer 43 is, for example, about 10 μm. The growth of the n + -type GaN layer 43 is performed at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa, for example. When the n + -type GaN layer 43 is grown, for example, TMG and NH 3 are used as the source gas, H 2 and N 2 are used as the carrier gas, and SiH 4 diluted with nitrogen is used as the n-type dopant. In this case, one island-like n + -type GaN layer 43 is grown from one stripe window 42a. Next, the growth pressure is increased to, for example, 80 kPa so as to promote the growth in the vertical direction, the crystal growth conditions are adjusted, and the n-type GaN layer 44 is grown on the n + -type GaN layer 43 by the MOCVD method. The n-type GaN layer 44 has a thickness of, for example, 5 μm and an impurity concentration of, for example, 1 × 10 16 cm −3 . Thus, after the n-type GaN layer 44 is grown, the entire interval between the n + -type GaN layer 43 and the n-type GaN layer 44 in the <11-20> direction is, for example, about 5 μm. As shown in FIG. 16A, threading dislocations 45 are formed in the n + -type GaN layer 43 and the n-type GaN layer 44 immediately above the stripe window 42a.
この後、n型GaN層44上にショットキー電極(図示せず)を形成し、さらに、第7の実施の形態と同様にして、接着用金属15が形成された第1の支持基板16の接着、ベース基板の剥離、接着用金属が形成された第2の支持基板の接着などの工程を実行して、目的とするGaN系ショットキーダイオードを製造する。 Thereafter, a Schottky electrode (not shown) is formed on the n-type GaN layer 44, and the first support substrate 16 on which the bonding metal 15 is formed is formed in the same manner as in the seventh embodiment. A target GaN-based Schottky diode is manufactured by performing processes such as bonding, peeling of the base substrate, and bonding of the second support substrate on which the bonding metal is formed.
この第10の実施の形態によれば、GaN系ショットキーダイオードにおいて第7の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 According to the tenth embodiment, the same advantages as in the seventh embodiment can be obtained in the GaN-based Schottky diode.
第11の実施の形態
第11の実施の形態によるGaN系発光ダイオードの製造方法について説明する。
まず、第1の実施の形態と同様にして、図28に示すように、ベース基板81上に成長マスク82を形成する。ベース基板81としては、C面サファイア基板上に厚さ2μmのGaN層を成長させたものを用いる。成長マスク82は、成長マスク12と同様にストライプウインドウ82aおよび補助ストライプウインドウ(図示せず)を有する。例えば、成長マスク82は厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成し、ストライプウインドウ82aの長さaは1000μm、幅bは10μm、ストライプウインドウ82aの周期p1 は90μm、周期p2 は1010μm、マスク部の幅は80μm、補助ストライプウインドウの長さcは120μm、幅dは10μm、〈1−100〉方向のストライプウインドウ32aとストライプウインドウ32aとの間隔は10μm、ストライプウインドウ32aの末端部と補助ストライプウインドウ32bとの重なり合いの長さqは55μmである。
Eleventh Embodiment A method for manufacturing a GaN-based light emitting diode according to the eleventh embodiment will be described.
First, as in the first embodiment, a growth mask 82 is formed on a base substrate 81 as shown in FIG. As the base substrate 81, a substrate obtained by growing a GaN layer having a thickness of 2 μm on a C-plane sapphire substrate is used. The growth mask 82 has a stripe window 82 a and an auxiliary stripe window (not shown), like the growth mask 12. For example, the growth mask 82 is formed of a 0.3 μm thick SiO 2 film, the length a of the stripe window 82a is 1000 μm, the width b is 10 μm, the period p 1 of the stripe window 82a is 90 μm, the period p 2 is 1010 μm, The width of the mask portion is 80 μm, the length c of the auxiliary stripe window is 120 μm, the width d is 10 μm, the distance between the stripe window 32a in the <1-100> direction and the stripe window 32a is 10 μm, and the end portion of the stripe window 32a and the auxiliary portion The length q of the overlap with the stripe window 32b is 55 μm.
次に、成長マスク82を用いてMOCVD法によりn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層83を(0001)面方位に島状に成長させる。このn+ 型GaN層83の厚さは例えば10μm、不純物濃度は例えば5×1018cm-3とする。このn+ 型GaN層83とn+ 型GaN層83との間隔は例えば約10μmである。このn+ 型GaN層83の成長は、例えば、温度1100℃、圧力30kPaで行う。このn+ 型GaN層83の成長時には、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、n型ドーパントとして窒素で希釈したSiH4 を用いる。この場合、一つの島状のn+ 型GaN層83は一つのストライプウインドウ32aから成長したものである。次に、縦方向への成長が促進されるように結晶成長条件を調節してMOCVD法によりn+ 型GaN層83上にn型GaN層84を成長させる。このn型GaN層84の厚さは例えば5μm、不純物濃度は例えば1×1016cm-3とする。こうしてn型GaN層84を成長させた後のn+ 型GaN層83およびn型GaN層84の全体の〈11−20〉方向の間隔は例えば約5μmである。n+ 型GaN層83およびn型GaN層84には、ストライプウインドウ82aの直上の部分に貫通転位が形成されるが、その図示は省略する。 Next, an n + -type GaN layer 83 doped with Si as an n-type impurity is grown in an island shape in the (0001) plane direction by MOCVD using the growth mask 82. The thickness of the n + -type GaN layer 83 is, for example, 10 μm, and the impurity concentration is, for example, 5 × 10 18 cm −3 . The distance between the n + -type GaN layer 83 and the n + -type GaN layer 83 is, for example, about 10 μm. The growth of the n + -type GaN layer 83 is performed at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa, for example. When growing the n + -type GaN layer 83, TMG and NH 3 are used as source gases, H 2 and N 2 are used as carrier gases, and SiH 4 diluted with nitrogen is used as an n-type dopant. In this case, one island-like n + -type GaN layer 83 is grown from one stripe window 32a. Next, the n-type GaN layer 84 is grown on the n + -type GaN layer 83 by the MOCVD method by adjusting the crystal growth conditions so that the growth in the vertical direction is promoted. The n-type GaN layer 84 has a thickness of, for example, 5 μm and an impurity concentration of, for example, 1 × 10 16 cm −3 . Thus, after the n-type GaN layer 84 is grown, the overall interval between the <11-20> direction of the n + -type GaN layer 83 and the n-type GaN layer 84 is, for example, about 5 μm. In the n + -type GaN layer 83 and the n-type GaN layer 84, threading dislocations are formed in a portion immediately above the stripe window 82a, but illustration thereof is omitted.
引き続いて、MOCVD法により、n型GaN層84上に例えばInGaN/GaN多重量子井戸構造(MQW)を有する発光層85およびp+ 型GaN層86を成長させる。発光層85の厚さは一般には50nm以下、p+ 型GaN層86の厚さは例えば100nm程度と非常に薄いので、これらの発光層85およびp+ 型GaN層86のn型GaN層84の側面への成長は殆ど無視できる。 Subsequently, the light emitting layer 85 and the p + -type GaN layer 86 having, for example, an InGaN / GaN multiple quantum well structure (MQW) are grown on the n-type GaN layer 84 by MOCVD. Since the thickness of the light emitting layer 85 is generally 50 nm or less and the thickness of the p + -type GaN layer 86 is very thin, for example, about 100 nm, the light-emitting layer 85 and the n + -type GaN layer 84 of the p + -type GaN layer 86 Side growth is almost negligible.
次に、例えばプラズマCVD法により全面に絶縁膜、例えば厚さが1μmのSiO2 膜35を形成した後、このSiO2 膜87をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングし、p+ 型GaN層86を部分的に露出させる。 Next, an insulating film, for example, a SiO 2 film 35 having a thickness of 1 μm, is formed on the entire surface by, for example, plasma CVD, and this SiO 2 film 87 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching to form a p + -type GaN layer. 86 is partially exposed.
次に、例えば真空蒸着法により全面にオーミック金属膜を形成した後、この金属膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングする。こうして、p+ 型GaN層86と接触した状態でp側電極88が形成される。オーミック金属膜としては、例えば、Ni/Auの二層膜を用い、各膜の厚さは例えばNi膜は50nm、Au膜は500nmとする。 Next, after forming an ohmic metal film on the entire surface by, for example, vacuum deposition, the metal film is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching. Thus, the p-side electrode 88 is formed in contact with the p + -type GaN layer 86. As the ohmic metal film, for example, a Ni / Au bilayer film is used, and the thickness of each film is, for example, 50 nm for the Ni film and 500 nm for the Au film.
この後、第7の実施の形態と同様にして、接着用金属15が形成された第1の支持基板16の接着、ベース基板81の剥離を行う。
次に、ベース基板81の剥離によって露出したn+ 型GaN層83の表面に透明オーミック電極として例えばZnO薄膜を形成する。
以上により、目的とするGaN系発光ダイオードを製造することができる。
第11の実施の形態によれば、GaN系発光ダイオードにおいて第1および第7の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
Thereafter, similarly to the seventh embodiment, the first support substrate 16 on which the bonding metal 15 is formed is bonded and the base substrate 81 is peeled off.
Next, for example, a ZnO thin film is formed as a transparent ohmic electrode on the surface of the n + -type GaN layer 83 exposed by peeling off the base substrate 81.
As described above, a target GaN-based light emitting diode can be manufactured.
According to the eleventh embodiment, the same advantages as those of the first and seventh embodiments can be obtained in the GaN-based light emitting diode.
第12の実施の形態
第12の実施の形態による2端子・3端子GaN系複合半導体素子の製造方法について説明する。
まず、第1の実施の形態と同様にして、図29に示すように、ベース基板91上に成長マスク92を形成する。ベース基板91としては、例えば、C面サファイア基板上に厚さ2μmのGaN層を成長させたものを用いる。成長マスク92は、成長マスク12と同様にストライプウインドウ92aおよび補助ストライプウインドウ(図示せず)を有する。例えば、成長マスク92は厚さ0.3μmのSiO2 膜により形成し、ストライプウインドウ92aの長さaは1000μm、幅bは5μm、ストライプウインドウ92aの周期p1 は90μm、周期p2 は1010μm、マスク部の幅は80μm、補助ストライプウインドウの長さcは120μm、幅dは10μm、〈1−100〉方向のストライプウインドウ92aとストライプウインドウ92aとの間隔は10μm、ストライプウインドウ92aの末端部と補助ストライプウインドウ92bとの重なり合いの長さqは55μmである。
A method for manufacturing the first 12 second terminal-3 terminal GaN-based compound semiconductor device according to an embodiment a twelfth embodiment of the.
First, as in the first embodiment, a growth mask 92 is formed on a base substrate 91 as shown in FIG. As the base substrate 91, for example, a substrate obtained by growing a GaN layer having a thickness of 2 μm on a C-plane sapphire substrate is used. The growth mask 92 has a stripe window 92a and an auxiliary stripe window (not shown) in the same manner as the growth mask 12. For example, the growth mask 92 is formed of a 0.3 μm thick SiO 2 film, the length a of the stripe window 92a is 1000 μm, the width b is 5 μm, the period p 1 of the stripe window 92a is 90 μm, the period p 2 is 1010 μm, The width of the mask portion is 80 μm, the length c of the auxiliary stripe window is 120 μm, the width d is 10 μm, the distance between the stripe window 92a and the stripe window 92a in the <1-100> direction is 10 μm, and the end portion of the stripe window 92a and the auxiliary portion The length q of the overlap with the stripe window 92b is 55 μm.
次に、成長マスク92を用いてMOCVD法によりn型不純物としてSiがドープされたn+ 型GaN層93を(0001)面方位に島状に成長させる。このn+ 型GaN層93の厚さは例えば15μm、不純物濃度は例えば1×1017cm-3とする。このn+ 型GaN層93とn+ 型GaN層93との間隔は例えば約5〜10μmである。このn+ 型GaN層93の成長は、例えば、温度1100℃、圧力30kPaで行う。このn+ 型GaN層93の成長時には、例えば、原料ガスとしてTMGおよびNH3 を用い、キャリアガスとしてH2 およびN2 を用い、n型ドーパントとして窒素で希釈したSiH4 を用いる。この場合、一つの島状のn+ 型GaN層93は一つのストライプウインドウ92aから成長したものである。次に、縦方向への成長が促進されるように結晶成長条件を調節してMOCVD法によりn+ 型GaN層93上にn型GaN層94を成長させる。このn型GaN層94の厚さは例えば4μm、不純物濃度は例えば1×1016cm-3とする。こうしてn型GaN層94を成長させた後のn+ 型GaN層93およびn型GaN層94の全体の〈11−20〉方向の間隔は例えば約5μmである。n+ 型GaN層93およびn型GaN層94には、ストライプウインドウ92aの直上の部分に貫通転位が形成されるが、その図示は省略する。 Next, an n + -type GaN layer 93 doped with Si as an n-type impurity is grown in an island shape in the (0001) plane orientation by MOCVD using the growth mask 92. The thickness of the n + -type GaN layer 93 is, for example, 15 μm, and the impurity concentration is, for example, 1 × 10 17 cm −3 . The distance between the n + -type GaN layer 93 and the n + -type GaN layer 93 is, for example, about 5 to 10 μm. The n + -type GaN layer 93 is grown at a temperature of 1100 ° C. and a pressure of 30 kPa, for example. When the n + -type GaN layer 93 is grown, for example, TMG and NH 3 are used as the source gas, H 2 and N 2 are used as the carrier gas, and SiH 4 diluted with nitrogen is used as the n-type dopant. In this case, one island-like n + -type GaN layer 93 is grown from one stripe window 92a. Next, the n-type GaN layer 94 is grown on the n + -type GaN layer 93 by the MOCVD method by adjusting the crystal growth conditions so that the growth in the vertical direction is promoted. The n-type GaN layer 94 has a thickness of, for example, 4 μm and an impurity concentration of, for example, 1 × 10 16 cm −3 . The distance between the n + -type GaN layer 93 and the n-type GaN layer 94 in the <11-20> direction after the growth of the n-type GaN layer 94 is about 5 μm, for example. In the n + -type GaN layer 93 and the n-type GaN layer 94, threading dislocations are formed in a portion immediately above the stripe window 92a, but illustration thereof is omitted.
引き続いて、MOCVD法により、n型GaN層94上にp+ 型GaN層95を成長させる。このp+ 型GaN層95の厚さは例えば約500nm、不純物濃度は例えば1×1019cm-3とする。次に、このp+ 型GaN層95のうちの後述の3端子素子(トランジスタ)のゲートの直下の部分をエッチングにより除去する。 Subsequently, a p + -type GaN layer 95 is grown on the n-type GaN layer 94 by MOCVD. The p + -type GaN layer 95 has a thickness of, for example, about 500 nm and an impurity concentration of, for example, 1 × 10 19 cm −3 . Next, a portion of the p + -type GaN layer 95 immediately below the gate of a later-described three-terminal element (transistor) is removed by etching.
次に、MOCVD法により、全面にn型GaN層96およびAlGaN層97を順次成長させる。n型GaN層96の厚さは例えば約800nm、不純物濃度は例えば1×1017cm-3とする。AlGaN層97の厚さは例えば30nm、Al組成は例えば0.25とする。 Next, an n-type GaN layer 96 and an AlGaN layer 97 are sequentially grown on the entire surface by MOCVD. The thickness of the n-type GaN layer 96 is, for example, about 800 nm, and the impurity concentration is, for example, 1 × 10 17 cm −3 . The thickness of the AlGaN layer 97 is, for example, 30 nm, and the Al composition is, for example, 0.25.
次に、3端子素子(トランジスタ)をエンハンスモード型とするために、ゲート部分のAlGaN層97をドライエッチングにより除去する。AlGaN層97とn型GaN層96との界面近傍には2次元電子ガスが生成されるが、このようにゲート部分のAlGaN層97を除去することにより、ゲート部分に2次元電子ガスが存在しなくなり、かつ、p+ 型GaN層95によるバンド引き上げ効果により、ゲート下のn型GaN層96が空乏化する。 Next, in order to make the three-terminal element (transistor) an enhancement mode type, the AlGaN layer 97 in the gate portion is removed by dry etching. A two-dimensional electron gas is generated in the vicinity of the interface between the AlGaN layer 97 and the n-type GaN layer 96. By removing the AlGaN layer 97 in the gate portion in this way, the two-dimensional electron gas exists in the gate portion. The n-type GaN layer 96 under the gate is depleted due to the band pulling effect by the p + -type GaN layer 95.
次に、例えばプラズマCVD法により全面に絶縁膜、例えば厚さが20nmのSiO2 膜を形成した後、このSiO2 膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングする。こうして、ゲート部分のn型GaN層96上にSiO2 膜からなるゲート絶縁膜98を形成する。
次に、例えば真空蒸着法により全面にショットキー電極形成用の金属膜を形成した後、この金属膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングする。この金属膜としては、例えば、Ni/Au二層膜(各膜の厚さは、一層目のNi膜は50nm、一層目のAu膜は500nm)を形成する。こうして、ゲート絶縁膜98上にゲート電極99が形成される。
Then, for example, after a plasma CVD method on the entire surface by an insulating film, for example, a thickness was formed an SiO 2 film of 20 nm, patterning the SiO 2 film by photolithography and etching into a predetermined shape. Thus, the gate insulating film 98 made of the SiO 2 film is formed on the n-type GaN layer 96 in the gate portion.
Next, a metal film for forming a Schottky electrode is formed on the entire surface by, for example, a vacuum deposition method, and then the metal film is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching. As this metal film, for example, a Ni / Au bilayer film (the thickness of each film is 50 nm for the first Ni film and 500 nm for the first Au film) is formed. Thus, the gate electrode 99 is formed on the gate insulating film 98.
次に、n型GaN層96をフォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより所定形状にパターニングし、p+ 型GaN層95を部分的に露出させる。
次に、成長マスク92のストライプウインドウ92aの直上の部分のp+ 型GaN層95をエッチング除去する。これは、2端子素子と3端子素子との間の素子分離を行うためである。
Next, the n-type GaN layer 96 is patterned into a predetermined shape by photolithography and dry etching, and the p + -type GaN layer 95 is partially exposed.
Next, the p + -type GaN layer 95 in the portion immediately above the stripe window 92a of the growth mask 92 is removed by etching. This is because element separation is performed between the two-terminal element and the three-terminal element.
次に、例えば真空蒸着法により全面にオーミック金属膜を形成した後、この金属膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングする。この金属膜としては、例えば、Ni/Au二層膜(各膜の厚さは、例えば、一層目のNi膜は50nm、一層目のAu膜は500nm)を形成する。こうして、2端子素子部分においてp+ 型GaN層95上にアノード電極100が形成されるとともに、3端子素子部分においてp+ 型GaN層95上にn型GaN層96と接した状態でオーミック電極101が形成される。 Next, after forming an ohmic metal film on the entire surface by, for example, vacuum deposition, the metal film is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching. As this metal film, for example, a Ni / Au bilayer film (the thickness of each film is, for example, 50 nm for the first Ni film and 500 nm for the first Au film) is formed. Thus, the anode electrode 100 is formed on the p + -type GaN layer 95 in the two-terminal element portion, and the ohmic electrode 101 is in contact with the n-type GaN layer 96 on the p + -type GaN layer 95 in the three-terminal element portion. Is formed.
次に、例えば真空蒸着法により全面にオーミック金属膜を形成した後、この金属膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングする。この金属膜としては、例えば、Ti/Al/Auの多層膜(各膜の厚さは、例えば、Ti膜は5nm、Al膜は45nm、Au膜は10nm)を形成する。こうして、3端子素子部分においてオーミック電極101およびAlGaN層97上にソース電極102が形成される。この3端子素子は縦型のエンハンスメント型絶縁ゲートFETである。また、2端子素子はpn接合ダイオードである。この2端子・3端子GaN系複合半導体素子の等価回路を図30に示す。図30に示すように、回路的には、エンハンスメント型絶縁ゲートFETのドレインとpn接合ダイオードのアノードとが共通接続されている。エンハンスメント型絶縁ゲートFETのソース電極102はp+ 型GaN層95とコンタクトしているので、この部分はダイオードとなっている。 Next, after forming an ohmic metal film on the entire surface by, for example, vacuum deposition, the metal film is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching. As this metal film, for example, a multilayer film of Ti / Al / Au (the thickness of each film is, for example, 5 nm for Ti film, 45 nm for Al film, and 10 nm for Au film) is formed. Thus, the source electrode 102 is formed on the ohmic electrode 101 and the AlGaN layer 97 in the three-terminal element portion. This three-terminal element is a vertical enhancement type insulated gate FET. The two-terminal element is a pn junction diode. FIG. 30 shows an equivalent circuit of this 2-terminal / 3-terminal GaN-based composite semiconductor element. As shown in FIG. 30, in terms of circuit, the drain of the enhancement type insulated gate FET and the anode of the pn junction diode are commonly connected. Since the source electrode 102 of the enhancement type insulated gate FET is in contact with the p + -type GaN layer 95, this portion is a diode.
この後、第7の実施の形態と同様にして、接着用金属15が形成された第1の支持基板16の接着、ベース基板91の剥離、接着用金属が形成された第2の支持基板18の接着を行う。第1の支持基板16としては、例えば、AlN基板を用いる。このAlN基板の主面には、ゲート電極99、ソース電極102に加えてpn接合ダイオードのアノード電極100にコンタクトする線路が形成されており、さらにその上にAu/Snのはんだが約1μm程度の厚さに形成されている。第2の支持基板18としては、例えば、Auめっき銅板を用いる。このAuめっき銅板を、ベース基板91の剥離により露出したn+ 型GaN層93の面に接着する。
以上により、2端子・3端子GaN系複合半導体素子が完成する。
Thereafter, as in the seventh embodiment, the first support substrate 16 on which the bonding metal 15 is formed is bonded, the base substrate 91 is peeled off, and the second support substrate 18 on which the bonding metal is formed. Glue. For example, an AlN substrate is used as the first support substrate 16. On the main surface of the AlN substrate, a line that contacts the anode electrode 100 of the pn junction diode in addition to the gate electrode 99 and the source electrode 102 is formed, and further, Au / Sn solder is about 1 μm. It is formed to a thickness. For example, an Au plated copper plate is used as the second support substrate 18. This Au plated copper plate is bonded to the surface of the n + -type GaN layer 93 exposed by peeling off the base substrate 91.
With the above, a two-terminal / three-terminal GaN-based composite semiconductor element is completed.
なお、第1の支持基板16としてのAlN基板の主面にソース電極102とアノード電極100とを一体に形成してもよい。このようにすると、この2端子・3端子GaN系複合半導体素子により、パワー回路の代表的なユニット回路を構成することができる。
第12の実施の形態によれば、2端子・3端子GaN系複合半導体素子において第1および第7の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
Note that the source electrode 102 and the anode electrode 100 may be integrally formed on the main surface of the AlN substrate as the first support substrate 16. In this way, a typical unit circuit of a power circuit can be configured by the 2-terminal / 3-terminal GaN-based composite semiconductor element.
According to the twelfth embodiment, the same advantages as the first and seventh embodiments can be obtained in the two-terminal / three-terminal GaN-based composite semiconductor element.
第13の実施の形態
第13の実施の形態によるGaN系半導体素子の製造方法について説明する。
この第13の実施の形態においては、第7の実施の形態と同様に工程を進めて、図18Bに示す工程まで実施する。
Thirteenth Embodiment A method for manufacturing a GaN-based semiconductor device according to a thirteenth embodiment will be described.
In the thirteenth embodiment, the process proceeds in the same manner as in the seventh embodiment until the process shown in FIG. 18B.
次に、図31に示すように、有機系接着層111を一方の主面に形成した第1の支持基板16を用意し、この第1の支持基板16の有機系接着層111をベース基板11上のGaN系半導体層13の第1の面13a上に形成した第1の電極14と対向させる。有機系接着層111としては、例えば、熱可塑性の樹脂からなるものを用いることができる。また、第1の支持基板16としては、例えば、Siなどの元素半導体、SiC、 GaAs、GaP、AlN、GaN、ZnOなどの化合物半導体、各種の金属、合金、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、ダイヤモンド、カーボン、プラスチックなどからなるものを用いることができ、必要に応じて選ばれる。第1の支持基板16の典型的な例を挙げると、Si基板である。 Next, as shown in FIG. 31, a first support substrate 16 having an organic adhesive layer 111 formed on one main surface is prepared, and the organic adhesive layer 111 of the first support substrate 16 is attached to the base substrate 11. It is made to oppose with the 1st electrode 14 formed on the 1st surface 13a of the upper GaN-type semiconductor layer 13. FIG. As the organic adhesive layer 111, for example, a layer made of a thermoplastic resin can be used. Examples of the first support substrate 16 include elemental semiconductors such as Si, compound semiconductors such as SiC, GaAs, GaP, AlN, GaN, and ZnO, various metals, alloys, nitride ceramics, and oxide ceramics. , Diamond, carbon, plastic and the like can be used, and is selected as necessary. A typical example of the first support substrate 16 is a Si substrate.
次に、図31に示すように、第1の支持基板16の有機系接着層111をベース基板11上のGaN系半導体層13上に形成した第1の電極14側にプレスし、有機系接着層111がGaN系半導体層13間の隙間に行き渡るようにする。例えば、熱可塑性の樹脂からなる有機系接着層111を用いた場合には、温度をこの樹脂の軟化点付近に上昇させることにより、GaN系半導体層13間の隙間に有機系接着層111を湿潤させることができる。こうして、図32に示すように、ベース基板11上のGaN系半導体層13の第1の面13a上に形成した第1の電極14側に第1の支持基板16が接着される。 Next, as shown in FIG. 31, the organic adhesive layer 111 of the first support substrate 16 is pressed to the first electrode 14 formed on the GaN-based semiconductor layer 13 on the base substrate 11, and organic adhesive The layer 111 is made to reach the gap between the GaN-based semiconductor layers 13. For example, when the organic adhesive layer 111 made of a thermoplastic resin is used, the organic adhesive layer 111 is wetted in the gaps between the GaN-based semiconductor layers 13 by raising the temperature near the softening point of the resin. Can be made. Thus, as shown in FIG. 32, the first support substrate 16 is bonded to the first electrode 14 formed on the first surface 13a of the GaN-based semiconductor layer 13 on the base substrate 11.
次に、図33Aに示すように、上述のようにして接着により一体となったベース基板11および第1の支持基板16をベース基板11とGaN系半導体層13との間で剥離する。具体的には、例えば、一体となったベース基板11および第1の支持基板16に超音波を当てて刺激することによりベース基板11とGaN系半導体層13との間で剥離する。あるいは、一体となったベース基板11および第1の支持基板16の端面の一部に機械的な力を加えて刺激することによりベース基板11とGaN系半導体層13との間で剥離するようにしてもよい。 Next, as shown in FIG. 33A, the base substrate 11 and the first support substrate 16 integrated by bonding as described above are peeled between the base substrate 11 and the GaN-based semiconductor layer 13. Specifically, for example, the base substrate 11 and the GaN-based semiconductor layer 13 are separated by applying ultrasonic waves to the integrated base substrate 11 and the first support substrate 16 for stimulation. Alternatively, a part of the end surfaces of the base substrate 11 and the first support substrate 16 integrated with each other is stimulated by applying a mechanical force so that the base substrate 11 and the GaN-based semiconductor layer 13 are separated. May be.
次に、図33Bに示すように、GaN系半導体層13の第2の面13b上に必要な第2の電極17を形成する。この第2の電極17の材料およびこの第2の電極17の形成方法は必要に応じて選ばれる。この第2の電極17の材料は、この第2の電極17がオーミック電極であるかショットキー電極であるか、あるいは、この第2の電極17がコンタクトするGaN系半導体層13の最上層の導電型に応じて適宜選ばれる。具体的には、この第2の電極17は、例えば、下から順にTi/Al/Auの多層膜を用い、各膜の厚さは例えば、Ti膜は5nm、Al膜は45nm、Au膜は10nmとする。また、この第2の電極17は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などにより全面に第2の電極17の形成用の金属膜または合金膜を形成した後、これらの金属膜または合金膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングすることにより形成する。この場合、GaN系半導体層13間の隙間には有機系接着層111が形成されているため、GaN系半導体層13の側面には金属膜または合金膜は形成されない。好適には、第2の電極17の形成用の金属膜または合金膜を形成する前に、GaN系半導体層13の第2の面13bを清浄化するため、および、縦方向の導通抵抗をさらに低減させるために、第2の面13b側からドライエッチングなどを行うことによりGaN系半導体層13の厚さを小さくするようにしてもよい。図33Bにおいては、第2の電極17は、GaN系半導体層13の第2の面13bの全体に形成されているが、GaN系半導体層13の第2の面13bの周辺部を除いた部分、例えば縁から6μm以上内側の部分に形成してもよい。第2の電極17がオーミック電極である場合には、必要に応じて、GaN系半導体層13の第2の面13b上に第2の電極17を形成した後、この第2の電極17にレーザー光を照射してレーザーアニールを行うことにより、GaN系半導体層13に対して第2の電極17をより低抵抗でオーミック接触させることができる。例えば、第2の電極17が上述のTi膜、Al膜およびAu膜からなる合計の厚さが50nmの多層金属膜からなる場合、GaNのバンドギャップよりも光子エネルギーが高い波長365nm以下のパルスレーザー光を第2の電極17に照射し、第2の電極17に接しているGaN系半導体層13を瞬間加熱することにより、GaN系半導体層13に対して第2の電極17をより低抵抗でオーミック接触させることができる。波長365nm以下のパルスレーザー光としては、具体的には、例えば、YAGレーザによる波長355nmのTHG(3次高調波)パルスレーザー光または波長266nmのQHD(4次高調波)パルスレーザー光を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 33B, the necessary second electrode 17 is formed on the second surface 13 b of the GaN-based semiconductor layer 13. The material of the second electrode 17 and the method of forming the second electrode 17 are selected as necessary. The material of the second electrode 17 is that the second electrode 17 is an ohmic electrode or a Schottky electrode, or the conductivity of the uppermost layer of the GaN-based semiconductor layer 13 with which the second electrode 17 contacts. It is appropriately selected according to the mold. Specifically, the second electrode 17 uses, for example, a Ti / Al / Au multilayer film in order from the bottom, and the thickness of each film is, for example, 5 nm for the Ti film, 45 nm for the Al film, and 10 nm. The second electrode 17 is formed by forming a metal film or an alloy film for forming the second electrode 17 on the entire surface by, for example, a vacuum deposition method or a sputtering method, and then using the metal film or the alloy film as a photo film. It is formed by patterning into a predetermined shape by lithography and etching. In this case, since the organic adhesive layer 111 is formed in the gap between the GaN-based semiconductor layers 13, no metal film or alloy film is formed on the side surfaces of the GaN-based semiconductor layer 13. Preferably, the second surface 13b of the GaN-based semiconductor layer 13 is cleaned before the metal film or alloy film for forming the second electrode 17 is formed, and the vertical conduction resistance is further increased. In order to reduce the thickness, the thickness of the GaN-based semiconductor layer 13 may be reduced by performing dry etching or the like from the second surface 13b side. In FIG. 33B, the second electrode 17 is formed on the entire second surface 13 b of the GaN-based semiconductor layer 13, but the portion excluding the peripheral portion of the second surface 13 b of the GaN-based semiconductor layer 13. For example, you may form in the part inside 6 micrometers or more from an edge. If the second electrode 17 is an ohmic electrode, a second electrode 17 is formed on the second surface 13b of the GaN-based semiconductor layer 13 as necessary, and then a laser is applied to the second electrode 17. By performing laser annealing by irradiating with light, the second electrode 17 can be brought into ohmic contact with the GaN-based semiconductor layer 13 with lower resistance. For example, when the second electrode 17 is made of a multilayer metal film having a total thickness of 50 nm composed of the above-described Ti film, Al film, and Au film, a pulse laser having a wavelength of 365 nm or less having a photon energy higher than the band gap of GaN. By irradiating the second electrode 17 with light and instantaneously heating the GaN-based semiconductor layer 13 in contact with the second electrode 17, the second electrode 17 has a lower resistance than the GaN-based semiconductor layer 13. Can make ohmic contact. Specifically, for example, a THG (third harmonic) pulse laser beam with a wavelength of 355 nm or a QHD (fourth harmonic) pulse laser beam with a wavelength of 266 nm using a YAG laser is used as the pulse laser beam with a wavelength of 365 nm or less. Can do.
次に、図34Aに示すように、第2の電極17側の表面に真空蒸着法や電着(めっき)法などにより金属層112を形成する。この金属層112の厚さは必要に応じて選ばれるが、例えば3〜30μmである。この金属層112の材料としては、例えば、AuやCuなどを用いることができる。この金属層112はパッド電極として用いられる。 Next, as shown in FIG. 34A, a metal layer 112 is formed on the surface on the second electrode 17 side by vacuum vapor deposition, electrodeposition (plating), or the like. Although the thickness of this metal layer 112 is selected as needed, it is 3-30 micrometers, for example. As a material of the metal layer 112, for example, Au or Cu can be used. This metal layer 112 is used as a pad electrode.
次に、後の工程でGaN系半導体層13同士を容易に分離することができるようにするために、金属層112をダイシングし、溝113を形成する。この溝113は、必要に応じて、一つまたは複数のGaN系半導体層13毎に形成する。図34Aにおいては、三つのGaN系半導体層13毎に溝113を形成している。 Next, the metal layer 112 is diced to form the grooves 113 so that the GaN-based semiconductor layers 13 can be easily separated from each other in a later step. The groove 113 is formed for each one or a plurality of GaN-based semiconductor layers 13 as necessary. In FIG. 34A, a groove 113 is formed for every three GaN-based semiconductor layers 13.
次に、図34Bに示すように、金属層112側を延伸テープ114に貼り付け、第1の支持基板16を剥離する。例えば、有機系接着層111として熱可塑性の樹脂からなるものを用いた場合には、加熱を行うことにより有機系接着層111を軟化させた状態で第1の支持基板16を金属層112側から引き離すことにより、第1の支持基板16を剥離することができる。あるいは、有機系接着層111が溶剤可溶性であれば、溶剤中に浸漬して有機系接着層111を溶かすことにより第1の支持基板16を剥離することができる。この後、第1の電極14および第2の電極17が形成されたGaN系半導体層13を延伸テープ114から剥離する。 Next, as shown in FIG. 34B, the metal layer 112 side is attached to the stretched tape 114, and the first support substrate 16 is peeled off. For example, when an organic adhesive layer 111 made of a thermoplastic resin is used, the first support substrate 16 is moved from the metal layer 112 side in a state where the organic adhesive layer 111 is softened by heating. By pulling away, the first support substrate 16 can be peeled off. Alternatively, if the organic adhesive layer 111 is solvent-soluble, the first support substrate 16 can be peeled off by dissolving the organic adhesive layer 111 by immersing it in a solvent. Thereafter, the GaN-based semiconductor layer 13 on which the first electrode 14 and the second electrode 17 are formed is peeled from the stretched tape 114.
以上により、三つのGaN系半導体層13が一体となったGaN系半導体素子を製造することができる。このGaN系半導体素子は、例えばGaN系ダイオードである。このGaN系ダイオードは、pn接合ダイオードまたはショットキーダイオードであり、pn接合ダイオードでは第1の電極14および第2の電極17ともにオーミック電極、ショットキーダイオードでは第1の電極14および第2の電極17のうちの一方がショットキー電極、他方がオーミック電極である。
この第13の実施の形態によれば、第7の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
As described above, a GaN-based semiconductor element in which the three GaN-based semiconductor layers 13 are integrated can be manufactured. This GaN-based semiconductor element is, for example, a GaN-based diode. The GaN-based diode is a pn junction diode or a Schottky diode. In the pn junction diode, both the first electrode 14 and the second electrode 17 are ohmic electrodes, and in the Schottky diode, the first electrode 14 and the second electrode 17 are used. One of them is a Schottky electrode, and the other is an ohmic electrode.
According to the thirteenth embodiment, advantages similar to those of the seventh embodiment can be obtained.
第14の実施の形態
第14の実施の形態によるGaN系半導体素子の製造方法について説明する。
この第14の実施の形態においては、第7の実施の形態と同様に工程を進めて、図18Bに示す工程まで実施する。
Fourteenth Embodiment A method for manufacturing a GaN-based semiconductor device according to the fourteenth embodiment will be described.
In the fourteenth embodiment, the process proceeds in the same manner as in the seventh embodiment until the process shown in FIG. 18B.
次に、図35に示すように、真空ピンセット115により第1の電極14側を真空吸着し、真空ピンセット115をベース基板11から離れる方向に引き離すことにより、ベース基板11からGaN系半導体層13および第1の電極14を剥離する。 Next, as shown in FIG. 35, the first electrode 14 side is vacuum-sucked by the vacuum tweezers 115, and the vacuum tweezers 115 is pulled away from the base substrate 11, whereby the GaN-based semiconductor layer 13 and the base substrate 11 are separated. The first electrode 14 is peeled off.
次に、図36に示すように、真空ピンセット115により真空吸着したGaN系半導体層13および第1の電極14をもう一つの真空ピンセット116に受け渡す。
次に、図37に示すように、真空ピンセット116により真空吸着したGaN系半導体層13および第1の電極14を移送し、第1の支持基板16の一方の主面に形成された有機系接着層111に接着する。GaN系半導体層13同士の間隔は必要に応じて選ばれるが、例えば数μm〜数10μm程度である。
Next, as shown in FIG. 36, the GaN-based semiconductor layer 13 and the first electrode 14 vacuum-adsorbed by the vacuum tweezers 115 are transferred to another vacuum tweezers 116.
Next, as shown in FIG. 37, the GaN-based semiconductor layer 13 and the first electrode 14 that are vacuum-adsorbed by the vacuum tweezers 116 are transferred, and an organic-based adhesive formed on one main surface of the first support substrate 16 is transferred. Adhere to layer 111. The interval between the GaN-based semiconductor layers 13 is selected as necessary, and is, for example, about several μm to several tens of μm.
次に、図38Aに示すように、GaN系半導体層13を覆うようにCVD法などによりSiO2 膜などの絶縁膜を全面に形成した後、この絶縁膜を例えばRIE法により第1の支持基板16の表面に対して垂直方向にエッチングすることにより、GaN系半導体層13の側面に絶縁体からなるサイドウォールスペーサ117を形成する。 Next, as shown in FIG. 38A, after an insulating film such as a SiO 2 film is formed on the entire surface by CVD or the like so as to cover the GaN-based semiconductor layer 13, this insulating film is formed on the first support substrate by RIE, for example. The sidewall spacer 117 made of an insulator is formed on the side surface of the GaN-based semiconductor layer 13 by etching in a direction perpendicular to the surface of 16.
次に、図38Bに示すように、GaN系半導体層13の第2の面13b側を真空ピンセット115により真空吸着して移送し、第2の支持基板18の一方の主面に形成された有機系接着層118に接着し、複数のGaN系半導体層13を配列する。この場合、GaN系半導体層13同士がその側面に形成されたサイドウォールスペーサ117を介して互いに密着して配置されるようにする。 Next, as shown in FIG. 38B, the second surface 13 b side of the GaN-based semiconductor layer 13 is vacuum-adsorbed and transferred by the vacuum tweezers 115, and the organic formed on one main surface of the second support substrate 18. A plurality of GaN-based semiconductor layers 13 are arrayed by bonding to the system-based adhesive layer 118. In this case, the GaN-based semiconductor layers 13 are arranged in close contact with each other via the sidewall spacers 117 formed on the side surfaces thereof.
次に、図39Aに示すように、GaN系半導体層13の第2の面13b上に必要な第2の電極17を形成する。この第2の電極17の材料およびこの第2の電極17の形成方法は必要に応じて選ばれる。この第2の電極17の材料は、この第2の電極17がオーミック電極であるかショットキー電極であるか、あるいは、この第2の電極17がコンタクトするGaN系半導体層13の最上層の導電型に応じて適宜選ばれる。具体的には、この第2の電極17は、例えば、下から順にTi/Al/Auの多層膜を用い、各膜の厚さは例えば、Ti膜は5nm、Al膜は45nm、Au膜は10nmとする。また、この第2の電極17は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などにより全面に第2の電極17の形成用の金属膜または合金膜を形成した後、これらの金属膜または合金膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより所定形状にパターニングすることにより形成する。この場合、GaN系半導体層13間の隙間にはサイドウォールスペーサ117が形成されているため、GaN系半導体層13の側面には金属膜または合金膜は形成されない。好適には、第2の電極17の形成用の金属膜または合金膜を形成する前に、GaN系半導体層13の第2の面13bを清浄化するため、および、縦方向の導通抵抗をさらに低減させるために、第2の面13b側からドライエッチングなどを行うことによりGaN系半導体層13の厚さを小さくするようにしてもよい。図39Aにおいては、第2の電極17は、GaN系半導体層13の第2の面13bの全体に形成されているが、GaN系半導体層13の第2の面13bの周辺部を除いた部分、例えば縁から6μm以上内側の部分に形成してもよい。第2の電極17がオーミック電極である場合には、必要に応じて、GaN系半導体層13の第2の面13b上に第2の電極17を形成した後、この第2の電極17にレーザー光を照射してレーザーアニールを行うことにより、GaN系半導体層13に対して第2の電極17をより低抵抗でオーミック接触させることができる。例えば、第2の電極17が上述のTi膜、Al膜およびAu膜からなる合計の厚さが50nmの多層金属膜からなる場合、GaNのバンドギャップよりも光子エネルギーが高い波長365nm以下のパルスレーザー光を第2の電極17に照射し、第2の電極17に接しているGaN系半導体層13を瞬間加熱することにより、GaN系半導体層13に対して第2の電極17をより低抵抗でオーミック接触させることができる。波長365nm以下のパルスレーザー光としては、具体的には、例えば、YAGレーザによる波長355nmのTHG(3次高調波)パルスレーザー光または波長266nmのQHD(4次高調波)パルスレーザー光を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 39A, the necessary second electrode 17 is formed on the second surface 13b of the GaN-based semiconductor layer 13. The material of the second electrode 17 and the method of forming the second electrode 17 are selected as necessary. The material of the second electrode 17 is that the second electrode 17 is an ohmic electrode or a Schottky electrode, or the conductivity of the uppermost layer of the GaN-based semiconductor layer 13 with which the second electrode 17 contacts. It is appropriately selected according to the mold. Specifically, the second electrode 17 uses, for example, a Ti / Al / Au multilayer film in order from the bottom, and the thickness of each film is, for example, 5 nm for the Ti film, 45 nm for the Al film, and 10 nm. The second electrode 17 is formed by forming a metal film or an alloy film for forming the second electrode 17 on the entire surface by, for example, a vacuum deposition method or a sputtering method, and then using the metal film or the alloy film as a photo film. It is formed by patterning into a predetermined shape by lithography and etching. In this case, since the sidewall spacer 117 is formed in the gap between the GaN-based semiconductor layers 13, no metal film or alloy film is formed on the side surface of the GaN-based semiconductor layer 13. Preferably, the second surface 13b of the GaN-based semiconductor layer 13 is cleaned before the metal film or alloy film for forming the second electrode 17 is formed, and the vertical conduction resistance is further increased. In order to reduce the thickness, the thickness of the GaN-based semiconductor layer 13 may be reduced by performing dry etching or the like from the second surface 13b side. In FIG. 39A, the second electrode 17 is formed on the entire second surface 13b of the GaN-based semiconductor layer 13, but the portion excluding the peripheral portion of the second surface 13b of the GaN-based semiconductor layer 13 For example, you may form in the part inside 6 micrometers or more from an edge. If the second electrode 17 is an ohmic electrode, a second electrode 17 is formed on the second surface 13b of the GaN-based semiconductor layer 13 as necessary, and then a laser is applied to the second electrode 17. By performing laser annealing by irradiating with light, the second electrode 17 can be brought into ohmic contact with the GaN-based semiconductor layer 13 with lower resistance. For example, when the second electrode 17 is made of a multilayer metal film having a total thickness of 50 nm composed of the above-described Ti film, Al film, and Au film, a pulse laser having a wavelength of 365 nm or less having a photon energy higher than the band gap of GaN. By irradiating the second electrode 17 with light and instantaneously heating the GaN-based semiconductor layer 13 in contact with the second electrode 17, the second electrode 17 has a lower resistance than the GaN-based semiconductor layer 13. Can make ohmic contact. Specifically, for example, a THG (third harmonic) pulse laser beam with a wavelength of 355 nm or a QHD (fourth harmonic) pulse laser beam with a wavelength of 266 nm using a YAG laser is used as the pulse laser beam with a wavelength of 365 nm or less. Can do.
次に、図39Bに示すように、第2の電極17側の表面に真空蒸着法や電着(めっき)法などにより金属層112を形成する。この金属層112の厚さは必要に応じて選ばれるが、例えば3〜30μmである。この金属層112の材料としては、例えば、AuやCuなどを用いることができる。この金属層112はパッド電極として用いられる。 Next, as shown in FIG. 39B, a metal layer 112 is formed on the surface on the second electrode 17 side by vacuum vapor deposition, electrodeposition (plating), or the like. Although the thickness of this metal layer 112 is selected as needed, it is 3-30 micrometers, for example. As a material of the metal layer 112, for example, Au or Cu can be used. This metal layer 112 is used as a pad electrode.
次に、図40Aに示すように、後の工程でGaN系半導体層13同士を容易に分離することができるようにするために、金属層112をダイシングし、溝113を形成する。この溝113は、必要に応じて、一つまたは複数のGaN系半導体層13毎に形成する。図40Aにおいては、一つのGaN系半導体層13毎に溝113を形成している。 Next, as shown in FIG. 40A, the metal layer 112 is diced to form grooves 113 so that the GaN-based semiconductor layers 13 can be easily separated from each other in a later step. The groove 113 is formed for each one or a plurality of GaN-based semiconductor layers 13 as necessary. In FIG. 40A, a groove 113 is formed for each GaN-based semiconductor layer 13.
次に、図40Bに示すように、金属層112側を延伸テープ114に貼り付け、第2の支持基板18を剥離する。例えば、有機系接着層118として熱可塑性の樹脂からなるものを用いた場合には、加熱を行うことにより有機系接着層118を軟化させた状態で第2の支持基板18を金属層112側から引き離すことにより、第2の支持基板18を剥離することができる。あるいは、有機系接着層118が溶剤可溶性であれば、溶剤中に浸漬して有機系接着層118を溶かすことにより第2の支持基板18を剥離することができる。この後、第1の電極14および第2の電極17が形成されたGaN系半導体層13を延伸テープ114から剥離する。 Next, as shown in FIG. 40B, the metal layer 112 side is attached to the stretched tape 114, and the second support substrate 18 is peeled off. For example, when an organic adhesive layer 118 made of a thermoplastic resin is used, the second support substrate 18 is moved from the metal layer 112 side while the organic adhesive layer 118 is softened by heating. By pulling apart, the second support substrate 18 can be peeled off. Alternatively, if the organic adhesive layer 118 is soluble in the solvent, the second support substrate 18 can be peeled by dissolving the organic adhesive layer 118 by immersing in the solvent. Thereafter, the GaN-based semiconductor layer 13 on which the first electrode 14 and the second electrode 17 are formed is peeled from the stretched tape 114.
以上により、一つのGaN系半導体層13を用いたGaN系半導体素子を製造することができる。このGaN系半導体素子は、例えばGaN系ダイオードである。このGaN系ダイオードは、pn接合ダイオードまたはショットキーダイオードであり、pn接合ダイオードでは第1の電極14および第2の電極17ともにオーミック電極、ショットキーダイオードでは第1の電極14および第2の電極17のうちの一方がショットキー電極、他方がオーミック電極である。
この第14の実施の形態によれば、第7の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
As described above, a GaN-based semiconductor element using one GaN-based semiconductor layer 13 can be manufactured. This GaN-based semiconductor element is, for example, a GaN-based diode. The GaN-based diode is a pn junction diode or a Schottky diode. In the pn junction diode, both the first electrode 14 and the second electrode 17 are ohmic electrodes, and in the Schottky diode, the first electrode 14 and the second electrode 17 are used. One of them is a Schottky electrode, and the other is an ohmic electrode.
According to the fourteenth embodiment, advantages similar to those of the seventh embodiment can be obtained.
以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構造、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、材料などを用いてもよい。また、必要に応じて、第1〜第14の実施の形態のいずれか二以上を組み合わせてもよい。
また、例えば、第13の実施の形態において、第1の支持基板16の一方の主面に有機系接着層111を形成する代わりに、図18Bに示す状態まで工程を進めた後、第1の電極14側の表面にスピンコートなどにより有機系接着層111を塗布するようにしてもよい。この場合、第1の支持基板16をこの有機系接着層111にプレスし、紫外線照射を行ってキュアリング(UVキュアリング)により有機系接着層111を固化する。
For example, the numerical values, structures, materials, and the like given in the above-described embodiments are merely examples, and different numerical values, structures, materials, and the like may be used as necessary. Moreover, you may combine any 2 or more of 1st-14th embodiment as needed.
Further, for example, in the thirteenth embodiment, instead of forming the organic adhesive layer 111 on one main surface of the first support substrate 16, the process proceeds to the state shown in FIG. The organic adhesive layer 111 may be applied to the surface on the electrode 14 side by spin coating or the like. In this case, the first support substrate 16 is pressed onto the organic adhesive layer 111, irradiated with ultraviolet rays, and the organic adhesive layer 111 is solidified by curing (UV curing).
11、21、31、41、51、81、91…ベース基板、12、22、32、42、52、71、82、92…成長マスク、12a、22a、32a、42a、52a、71a、82a、92a…ストライプウインドウ、12b…補助ストライプウインドウ、12c…マスク部、13…GaN系半導体層、14…第1の電極、15…接着用金属、16…第1の支持基板、17…第2の電極、18…第2の支持基板、111、118…有機系接着層、114…延伸テープ、115、116…真空ピンセット、117…サイドウォールスペーサ 11, 21, 31, 41, 51, 81, 91 ... base substrate, 12, 22, 32, 42, 52, 71, 82, 92 ... growth mask, 12a, 22a, 32a, 42a, 52a, 71a, 82a, 92a ... stripe window, 12b ... auxiliary stripe window, 12c ... mask portion, 13 ... GaN-based semiconductor layer, 14 ... first electrode, 15 ... metal for bonding, 16 ... first support substrate, 17 ... second electrode 18 ... second support substrate, 111, 118 ... organic adhesive layer, 114 ... stretched tape, 115,116 ... vacuum tweezers, 117 ... side wall spacer
Claims (16)
上記成長マスクを用いて上記基板上に複数の島状のGaN系半導体層を(0001)面方位に、かつ上記GaN系半導体層の〈1−100〉方向が上記成長マスクの上記ストライプ状の開口に平行な方向に延在するように成長させる工程と、
上記GaN系半導体層の上面に一つまたは複数の第1の電極を形成する工程と、
上記第1の電極を形成した後、上記成長マスクの少なくとも一部を除去する工程と、
上記成長マスクの少なくとも一部を除去した後、上記GaN系半導体層の上記第1の電極が形成された上記上面側に第1の支持基板を有機系接着層を介して接着する工程と、
上記第1の支持基板および上記GaN系半導体層を上記基板から剥離する工程と、
上記第1の支持基板および上記GaN系半導体層を上記基板から剥離した後、上記GaN系半導体層の露出した面に一つまたは複数の第2の電極を形成する工程と、
上記第1の電極および上記第2の電極が形成された上記GaN系半導体層を上記第1の支持基板から剥離する工程とを有し、
上記成長マスクは、上記GaN系半導体層の〈11−20〉方向に平行な第1の方向および上記GaN系半導体層の〈1−100〉方向に平行な第2の方向にそれぞれ第1の周期および第2の周期で周期的に配列され、上記第2の方向に延在する複数のストライプ状の開口と、上記第1の方向の互いに隣接する一対の上記ストライプ状の開口の間の領域の二等分線上に、上記第2の方向の互いに隣接する一対の上記ストライプ状の開口の互いに対向する末端部とそれぞれ所定距離重なり合うように設けられた補助的なストライプ状の開口とを有し、または、上記GaN系半導体層の〈11−20〉方向に平行な第1の方向に周期的に配列され、上記GaN系半導体層の〈1−100〉方向に平行な第2の方向に延在する複数のストライプ状の開口と、上記第1の方向に上記ストライプ状の開口と同じ周期でかつ上記ストライプ状の開口に対して半周期ずれて周期的に配列され、上記第2の方向の上記ストライプ状の開口の末端部と所定距離重なり合うように上記第2の方向に延在する複数のストライプ状の開口とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。 Forming a growth mask having a plurality of stripe-shaped openings directly or indirectly on a substrate made of a material different from a GaN-based semiconductor;
Using the growth mask, a plurality of island-shaped GaN-based semiconductor layers are oriented in the (0001) plane on the substrate, and the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer is the stripe-shaped opening of the growth mask. Growing so as to extend in a direction parallel to
Forming one or more first electrodes on the upper surface of the GaN-based semiconductor layer;
Removing at least a portion of the growth mask after forming the first electrode;
After removing at least a part of the growth mask, bonding a first support substrate to the top surface of the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed via an organic adhesive layer;
Peeling the first support substrate and the GaN-based semiconductor layer from the substrate;
Forming the one or more second electrodes on the exposed surface of the GaN-based semiconductor layer after peeling the first support substrate and the GaN-based semiconductor layer from the substrate;
The GaN-based semiconductor layer in which the first electrode and the second electrode is formed is closed and a step of peeling from the first support substrate,
The growth mask has a first period in a first direction parallel to the <11-20> direction of the GaN-based semiconductor layer and in a second direction parallel to the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer. And a plurality of stripe-shaped openings periodically arranged in the second period and extending in the second direction, and a region between the pair of adjacent stripe-shaped openings in the first direction. On the bisector, there are auxiliary stripe-shaped openings provided so as to overlap each other by a predetermined distance with the opposite end portions of the pair of stripe-shaped openings adjacent to each other in the second direction, Alternatively, the GaN-based semiconductor layer is periodically arranged in a first direction parallel to the <11-20> direction, and extends in a second direction parallel to the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer. Multiple striped And the ends of the stripe-shaped openings in the second direction are periodically arranged at the same period as the stripe-shaped openings in the first direction and at a half cycle shift with respect to the stripe-shaped openings. And a plurality of stripe-shaped openings extending in the second direction so as to overlap with each other by a predetermined distance .
上記成長マスクを用いて上記基板上に複数の島状のGaN系半導体層を(0001)面方位に、かつ上記GaN系半導体層の〈1−100〉方向が上記成長マスクの上記ストライプ状の開口に平行な方向に延在するように成長させる工程と、Using the growth mask, a plurality of island-shaped GaN-based semiconductor layers are oriented in the (0001) plane on the substrate, and the <1-100> direction of the GaN-based semiconductor layer is the stripe-shaped opening of the growth mask. Growing so as to extend in a direction parallel to
上記GaN系半導体層の上面に一つまたは複数の第1の電極を形成する工程と、Forming one or more first electrodes on the upper surface of the GaN-based semiconductor layer;
上記第1の電極を形成した後、上記成長マスクの少なくとも一部を除去する工程と、Removing at least a portion of the growth mask after forming the first electrode;
上記成長マスクの少なくとも一部を除去した後、上記第1の電極が形成された上記GaN系半導体層を上記基板から剥離する工程と、Removing at least a portion of the growth mask and then peeling the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed from the substrate;
上記第1の電極が形成された上記GaN系半導体層を上記基板から剥離した後、上記第1の電極が形成された上記GaN系半導体層の上記第1の電極側を第1の支持基板の一方の主面に形成された第1の有機系接着層に押し付けて接着する工程と、After the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed is peeled from the substrate, the first electrode side of the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode is formed is connected to the first support substrate. A process of pressing and adhering to the first organic adhesive layer formed on one main surface;
上記GaN系半導体層の側面に絶縁体からなるサイドウォールスペーサを形成する工程と、Forming a sidewall spacer made of an insulator on the side surface of the GaN-based semiconductor layer;
上記サイドウォールスペーサが側面に形成された上記GaN系半導体層を真空吸着により上記第1の支持基板から剥離した後、第2の支持基板の一方の主面に形成された第2の有機系接着層に複数の上記GaN系半導体層を上記サイドウォールスペーサを介して互いに接近した状態で接着する工程と、After the GaN-based semiconductor layer having the sidewall spacer formed on the side surface is peeled off from the first support substrate by vacuum adsorption, a second organic adhesion formed on one main surface of the second support substrate Bonding a plurality of the GaN-based semiconductor layers to each other in a state of being close to each other via the sidewall spacer;
上記第2の支持基板の上記第2の有機系接着層に接着した複数の上記GaN系半導体層の露出した面に一つまたは複数の第2の電極を形成する工程と、Forming one or a plurality of second electrodes on exposed surfaces of the plurality of GaN-based semiconductor layers bonded to the second organic-based adhesive layer of the second support substrate;
上記第1の電極および上記第2の電極が形成された上記GaN系半導体層を上記第2の支持基板から剥離する工程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。And a step of peeling the GaN-based semiconductor layer on which the first electrode and the second electrode are formed from the second support substrate.
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