JP7328230B2 - Manufacturing method for semi-polar self-supporting substrate - Google Patents
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Description
本発明は、半極性自立基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate.
特許文献1には、サファイア基板と、ボイドを高密度に発生させたGaN結晶薄膜とを有する下地基板上にGaN結晶厚膜を成長し、その後、GaN結晶厚膜を剥離し、GaN結晶薄膜を除去した後、サファイア基板を再利用して同工程を行う技術が開示されている。
In
特許文献2には、窒化物半導体基板上に窒化物半導体エピタキシャル層を成長させた後、窒化物半導体基板から窒化物半導体エピタキシャル層を分離し、その後、窒化物半導体基板に対して表面処理し、表面処理した窒化物半導体基板を再利用して同工程を行う技術が開示されている。
In
特許文献3には、窒化物半導体からなる矩形の結晶片を接合した下地基板上に窒化物半導体層を形成した後、下地基板から窒化物半導体層を分離し、その後、下地基板を再利用して同工程を行う技術が開示されている。
In
特許文献4には、窒化物半導体基板の表面近傍にイオンを注入した後、窒化物半導体基板にシリコン基板を熱処理により貼りあわせ、イオン注入された層を境として窒化物半導体基板の大部分をシリコン基板から引きはがし、その後、イオン注入された層を除去した窒化物半導体基板を再利用して同工程を行う技術が開示されている。
In
特許文献5には、窒化物半導体基板の上にデバイスを構成するための複数の窒化物半導体層を積層して上層部を形成した後、窒化物半導体基板から上層部を分離し、その後、窒化物半導体基板を再利用して同工程を行う技術が開示されている。
In
特許文献6及び7には、サファイア基板上に、半極性面を主面とするIII族窒化物半導体層を形成する方法が開示されている。 Patent Documents 6 and 7 disclose a method of forming a Group III nitride semiconductor layer having a semipolar plane as a main surface on a sapphire substrate.
本発明者らは、III族窒化物半導体からなる種基板上にIII族窒化物半導体層を形成し、そして種基板からIII族窒化物半導体層を分離して自立基板を得た後、III族窒化物半導体層を分離した種基板を再利用して同工程を行う技術を検討した結果、次のような課題を見出した。 The present inventors formed a group III nitride semiconductor layer on a seed substrate made of a group III nitride semiconductor, separated the group III nitride semiconductor layer from the seed substrate to obtain a free-standing substrate, then As a result of examining the technique of performing the same process by reusing the seed substrate from which the nitride semiconductor layer was separated, the following problems were found.
詳細は以下の実施例で示すが、上記技術において種基板上にc面成長でIII族窒化物半導体層を形成した場合、III族窒化物半導体層の表面に孔やクラックが発生しやすくなる。結果、得られた自立基板の表面にも孔やクラックが発生しやすくなる。特許文献1乃至7いずれも、当該課題及びその解決手段を開示していない。
Although the details will be described in the following examples, when the group III nitride semiconductor layer is formed on the seed substrate by c-plane growth in the above technique, holes and cracks are likely to occur on the surface of the group III nitride semiconductor layer. As a result, holes and cracks are likely to occur on the surface of the free-standing substrate obtained. None of
本発明は、III族窒化物半導体からなる種基板上にIII族窒化物半導体層を形成し、そして種基板からIII族窒化物半導体層を分離して自立基板を得た後、III族窒化物半導体層を分離した種基板を再利用して同工程を行う技術において、得られる自立基板の表面状態を改善することを課題とする。 The present invention forms a group III nitride semiconductor layer on a seed substrate made of a group III nitride semiconductor, separates the group III nitride semiconductor layer from the seed substrate to obtain a self-supporting substrate, and then forms a group III nitride semiconductor layer on the seed substrate. An object of the present invention is to improve the surface condition of a self-supporting substrate obtained in a technique of reusing a seed substrate from which a semiconductor layer has been separated for the same process.
本発明によれば、
半極性面を主面とし、III族窒化物半導体からなる半極性種基板を準備する準備工程と、
前記半極性種基板の上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長して、III族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体層形成工程と、
前記III族窒化物半導体層から、半極性面を主面とする半極性自立基板を切り出す切出工程と、
前記切出工程の後、前記III族窒化物半導体層の一部が残存する前記半極性種基板から前記III族窒化物半導体層の全てを除去する加工工程と、
を実行した後、前記III族窒化物半導体層を除去した前記半極性種基板を再利用して、前記III族窒化物半導体層形成工程と前記切出工程とを行う半極性自立基板の製造方法が提供される。According to the invention,
a preparation step of preparing a semipolar seed substrate having a semipolar plane as a main surface and made of a group III nitride semiconductor;
a group III nitride semiconductor layer forming step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the semipolar seed substrate to form a group III nitride semiconductor layer;
a cutting step of cutting out a semipolar self-supporting substrate having a semipolar plane as a main surface from the III-nitride semiconductor layer;
After the cutting step, a processing step of removing all of the group III nitride semiconductor layer from the semipolar seed substrate in which a part of the group III nitride semiconductor layer remains;
and then reusing the semipolar seed substrate from which the group III nitride semiconductor layer has been removed, and performing the group III nitride semiconductor layer forming step and the cutting step. is provided.
本発明によれば、III族窒化物半導体からなる種基板上にIII族窒化物半導体層を形成し、そして種基板からIII族窒化物半導体層を分離して自立基板を得た後、III族窒化物半導体層を分離した種基板を再利用して同工程を行う技術において、得られる自立基板の表面状態が良好になる。 According to the present invention, a group III nitride semiconductor layer is formed on a seed substrate made of a group III nitride semiconductor, and the group III nitride semiconductor layer is separated from the seed substrate to obtain a free-standing substrate. In the technique of reusing the seed substrate from which the nitride semiconductor layer has been separated and carrying out the same process, the obtained self-supporting substrate has a good surface condition.
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。 The above objectives, as well as other objectives, features and advantages, will become further apparent from the preferred embodiments described below and the accompanying drawings below.
以下、本発明の半極性自立基板の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。 An embodiment of the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate of the present invention will be described below with reference to the drawings. The drawings are only schematic diagrams for explaining the configuration of the invention, and the size, shape, number, ratio of sizes of different members, etc. are not limited to those illustrated.
<第1の実施形態>
「全体像及び概略」
図1のフローチャートは、本実施形態の半極性自立基板の製造方法の処理の流れの一例を示す。図示するように、本実施形態の半極性自立基板の製造方法では、準備工程S10と、III族窒化物半導体層形成工程S20と、切出工程S30と、加工工程S40とがこの順に行われる。<First Embodiment>
"Overview and Overview"
The flowchart of FIG. 1 shows an example of the flow of processing in the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to this embodiment. As illustrated, in the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate of the present embodiment, a preparation step S10, a group III nitride semiconductor layer forming step S20, a cutting step S30, and a processing step S40 are performed in this order.
ここで、図2の工程図を用いて、各工程の概略を説明する。 Here, the outline of each process is demonstrated using the process drawing of FIG.
準備工程S10では、図2(1)に示すように、半極性面を主面とし、III族窒化物半導体からなる半極性種基板1を準備する。
In the preparation step S10, as shown in FIG. 2(1), a
III族窒化物半導体層形成工程S20では、図2(2)に示すように、半極性種基板1の上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長して、III族窒化物半導体層2を形成する。
In the group III nitride semiconductor layer forming step S20, as shown in FIG. 2B, the group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the
切出工程S30では、図2(3)に示すように、半極性種基板1からIII族窒化物半導体層2の一部(III族窒化物半導体層の分離部2-2)を分離し、半極性面を主面とする半極性自立基板を得る。なお、III族窒化物半導体層の分離部2-2をスライスして複数の半極性自立基板を得てもよい。
In the cutting step S30, as shown in FIG. 2(3), a portion of the group III nitride semiconductor layer 2 (group III nitride semiconductor layer separation portion 2-2) is separated from the
加工工程S40では、III族窒化物半導体層2の一部(III族窒化物半導体層の残存部2-1)が残存する半極性種基板1を加工し、III族窒化物半導体層の残存部2-1を除去する。
In the processing step S40, the
その後、III族窒化物半導体層の残存部2-1を除去した半極性種基板1を再利用して、III族窒化物半導体層形成工程S20と切出工程S30とを実行する。なお、さらに加工工程S40を行い、半極性種基板1を複数回再利用してもよい。
Thereafter, the group III nitride semiconductor layer forming step S20 and the cutting step S30 are performed by reusing the
次に、各工程を詳細に説明する。 Next, each step will be described in detail.
「準備工程S10」
準備工程S10では、図2(1)に示すように、半極性面を主面とし、III族窒化物半導体からなる半極性種基板1を準備する。半極性種基板1の主面は、{-1-12-3}面、{-1-12-3}面から15°以内のオフ角を有する面、{-1-12-4}面、{-1-12-2}面等が例示されるが、これらに限定されない。"Preparation step S10"
In the preparation step S10, as shown in FIG. 2(1), a
準備工程S10では、図3のフローチャートに示す処理を実行することで、半極性種基板1を製造する。図3に示すように、準備工程S10では、固着工程S11と、第1の成長工程S12と、冷却工程S13と、第2の成長工程S14と、種基板切出工程S15とがこの順に行われる。
In the preparation step S10, the
固着工程S11では、下地基板をサセプターに固着させる。例えば、図4(1)に示すような下地基板10を、図4(2)に示すようにサセプター20に固着させる。
In the fixing step S11, the underlying substrate is fixed to the susceptor. For example, the underlying
下地基板10は、半極性面を主面とするIII族窒化物半導体層12を含む。III族窒化物半導体層12は、例えばGaN層である。
Underlying
半極性面は、極性面及び無極性面以外の面である。III族窒化物半導体層12の主面(図中、露出している面)は、+c側の半極性面(Ga極性側の半極性面:ミラー指数(hkml)で表され、lが0より大の半極性面)であってもよいし、-c側の半極性面(N極性側の半極性面:ミラー指数(hkml)で表され、lが0未満の半極性面)であってもよい。
A semipolar plane is a plane other than a polar plane and a nonpolar plane. The main surface (exposed surface in the drawing) of the group III
下地基板10は、III族窒化物半導体層12以外の層を含む積層体であってもよいし、III族窒化物半導体層12のみの単層であってもよい。積層体の例としては、例えば、図4(1)に示すように、サファイア基板11と、バッファ層(図中、省略)と、III族窒化物半導体層12とをこの順に積層した積層体が例示されるが、これに限定されない。例えば、サファイア基板11を他の異種基板に代えてもよい。また、バッファ層を含まなくてもよい。また、その他の層を含んでもよい。
The
下地基板10の製造方法は特段制限されず、あらゆる技術を採用できる。例えば、所定の面方位となったサファイア基板11上に、バッファ層を介してMOCVD(metal organic chemical vapor deposition)法でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させることで、III族窒化物半導体層12を形成してもよい。この場合、サファイア基板11の主面の面方位や、バッファ層を形成する前のサファイア基板11に対して行う熱処理時の窒化処理の有無や、バッファ層を形成する際の成長条件や、III族窒化物半導体層12を形成する際の成長条件や、サファイア基板11の主面上に金属含有ガス(例:トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム)を供給して金属膜及び炭化金属膜を形成する処理や、バッファ層やIII族窒化物半導体層12を形成する際の成長条件等を調整することで、主面がN極性側及びGa極性側いずれかの所望の半極性面となったIII族窒化物半導体層12を形成することができる。詳細は、特許文献6及び7に開示されている。
A method for manufacturing the
下地基板10の製造方法のその他の例として、c面成長して得られたIII族窒化物半導体層を加工し(例:スライス等)、所望の半極性面を主面とするIII族窒化物半導体層(下地基板10)を得てもよい。
As another example of the method for manufacturing the
III族窒化物半導体層12の最大径は、例えばΦ50mm以上Φ6インチ以下である。III族窒化物半導体層12の厚さは、例えば50nm以上1mm以下である。サファイア基板11の径は、例えばΦ50mm以上Φ6インチ以下である。サファイア基板11の厚さは、例えば100μm以上10mm以下である。
The maximum diameter of the group III
次に、サセプター20について説明する。サセプター20は、第1の成長工程S12や第2の成長工程S14での加熱で反り得る下地基板10の応力で変形しない特性等を有する。このようなサセプター20の例として、カーボンサセプター、シリコンカーバイドコートカーボンサセプター、ボロンナイトライドコートカーボンサセプター、石英サセプター等が例示されるがこれらに限定されない。
Next, the
次に、下地基板10をサセプター20に固着させる方法について説明する。本実施形態では、図4(2)に示すように、下地基板10の裏面(サファイア基板11の裏面)をサセプター20の面に固着する。これにより、下地基板10の変形を抑制する。固着する方法としては、第1の成長工程S12や第2の成長工程S14での加熱や、当該加熱で反り得る下地基板10の当該反る力等により剥がれない方法が要求される。例えば、アルミナ系、カーボン系、ジルコニア系、シリカ系、ナイトライド系等の接着剤を用いて固着する方法が例示される。
Next, a method for fixing the underlying
図3に戻り、第1の成長工程S12では、図4(3)に示すように、サセプター20に下地基板10を固着させた状態で、III族窒化物半導体層12の主面上にHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法でIII族窒化物半導体を成長させる。これにより、単結晶のIII族窒化物半導体で構成された第1の成長層30を形成する。例えば、以下の成長条件でGaNをエピタキシャル成長させ、GaN層(第1の成長層30)を形成する。
Returning to FIG. 3, in the first growth step S12, as shown in FIG. 4(3), HVPE (HVPE) is formed on the main surface of the group III
成長温度:900℃~1100℃
成長時間:1h~50h
V/III比:1~20
成長膜厚:100μm~10mmGrowth temperature: 900°C to 1100°C
Growth time: 1h to 50h
V/III ratio: 1-20
Growth film thickness: 100 μm to 10 mm
第1の成長工程S12では、サセプター20、下地基板10及び第1の成長層30を含む積層体の側面に沿って、多結晶のIII族窒化物半導体が形成される。多結晶のIII族窒化物半導体は、上記積層体の側面の全部又は大部分に付着する。付着した多結晶のIII族窒化物半導体は互いに繋がり、環状となる。そして、上記積層体は、環状の多結晶のIII族窒化物半導体の内部でホールドされる。
In the first growth step S<b>12 , a polycrystalline Group III nitride semiconductor is formed along the side surfaces of the laminate including the
なお、第1の成長工程S12では、上記積層体の側面に加えて、サセプター20の裏面にも、多結晶のIII族窒化物半導体が形成され得る。多結晶のIII族窒化物半導体は、上記積層体の側面及びサセプター20の裏面の全部又は大部分に付着する。付着した多結晶のIII族窒化物半導体は互いに繋がり、カップ状の形状となる。そして、上記積層体は、カップ状の多結晶のIII族窒化物半導体の内部でホールドされる。
In addition, in the first growth step S12, a polycrystalline Group III nitride semiconductor can be formed not only on the side surfaces of the laminate but also on the back surface of the
図3に戻り、冷却工程S13では、サセプター20、下地基板10及び第1の成長層30を含む積層体を冷却する。ここでの冷却の目的は、第1の成長層30とサファイア基板11との線膨張係数差に起因して発生する歪み(応力)を利用して第1の成長層30にクラックを発生させることで、応力を緩和することである。第2の成長工程S14の前に、応力を緩和していることが望まれる。当該目的を達成できれば、その冷却の方法は特段制限されない。例えば、第1の成長工程S12の後、上記積層体をHVPE装置の外に一旦取り出し、室温まで冷却してもよい。
Returning to FIG. 3, in the cooling step S13, the laminate including the
図4(3)に示すように、冷却工程S13の後の第1の成長層30には、クラック(裂け目、ひび割れ等)31が存在する。クラック31は、図示するように、第1の成長層30の表面に存在し得る。なお、クラック31は、第1の成長工程S12の間に発生したものであってもよいし、冷却工程S13の間に発生したものであってもよい。
As shown in FIG. 4C, cracks (fissures, fissures, etc.) 31 are present in the
図3に戻り、第2の成長工程S14では、図4(4)に示すように、サセプター20に下地基板10を固着させた状態で、第1の成長層30の上に、HVPE法でIII族窒化物半導体を成長させる。これにより、単結晶のIII族窒化物半導体で構成された第2の成長層40を形成する。例えば、以下の成長条件でGaNをエピタキシャル成長させ、GaN層(第2の成長層40)を形成する。第1の成長層30を形成するための成長条件と第2の成長層40を形成するための成長条件は、同じであってもよいし、異なってもよい。
Returning to FIG. 3, in the second growth step S14, as shown in FIG. 4(4), with the
成長温度:900℃~1100℃
成長時間:1h~50h
V/III比:1~20
成長膜厚:100μm~10mmGrowth temperature: 900°C to 1100°C
Growth time: 1h to 50h
V/III ratio: 1-20
Growth film thickness: 100 μm to 10 mm
第2の成長工程S14では、第1の成長工程S12で形成された環状の多結晶のIII族窒化物半導体を残した状態で、第1の成長層30の上に第2の成長層40を形成する。環状の多結晶のIII族窒化物半導体を残す目的は、クラック31に起因して複数の部分に分離し得る第1の成長層30を外周からホールドすることで、当該分離を抑制することである。第1の成長層30が複数の部分に分離してしまうと、複数の部分ごとの面方位ずれや、ハンドリング性、作業性等が悪くなる。また、一部の部品がなくなったり、粉々になったりすることで、元の形状を再現できなくなる恐れもある。本実施形態によれば面方位ずれや分離を抑制できるので、当該不都合を抑制できる。
In the second growth step S14, the
なお、第1の成長工程S12で形成された多結晶のIII族窒化物半導体の全部をそのまま残してもよいが、上記目的を実現できればよく、必ずしも、第1の成長工程S12で形成された多結晶のIII族窒化物半導体の全部を残さなくてもよい。すなわち、多結晶のIII族窒化物半導体の一部を除去してもよい。 Although the entire polycrystalline group III nitride semiconductor formed in the first growth step S12 may be left as it is, it is sufficient if the above purpose can be achieved, and the polycrystalline group III nitride semiconductor formed in the first growth step S12 does not necessarily need to be left as it is. It is not necessary to leave all of the crystalline Group III nitride semiconductor. That is, part of the polycrystalline Group III nitride semiconductor may be removed.
第2の成長工程S14においても、多結晶のIII族窒化物半導体が形成される。多結晶のIII族窒化物半導体は、サセプター20、下地基板10、第1の成長層30及び第2の成長層40を含む積層体の側面や、サセプター20の裏面に沿って形成され得る。
A polycrystalline Group III nitride semiconductor is also formed in the second growth step S14. The polycrystalline III-nitride semiconductor can be formed along the side surfaces of the laminate including the
また、第2の成長工程S14では、クラック31が存在する第1の成長層30の表面上に、HVPE法でIII族窒化物半導体を成長させ、第2の成長層40を形成する。この場合、成長面(第1の成長層30の表面)は、クラック31部分において不連続となる。クラック31を境に互いに分かれた第1の表面領域及び第2の表面領域各々から成長したIII族窒化物半導体は、成長が進むと互いに接合し、一体化する。
Further, in the second growth step S14, a group III nitride semiconductor is grown by HVPE on the surface of the
図3に戻り、種基板切出工程S15では、第2の成長層40の少なくとも一部を半極性種基板1として切り出す。
Returning to FIG. 3 , in the seed substrate cutting step S<b>15 , at least part of the
例えば、図4(5)に示すように、サセプター20、下地基板10、第1の成長層30及び第2の成長層40を含む積層体をスライスして第2の成長層40の少なくとも一部をサセプター20から分離し、半極性種基板1とする。なお、サセプター20から分離した第2の成長層40の少なくとも一部をスライスして、複数の半極性種基板1を得てもよい。また、スライスの他、研削、研磨、燃焼、分解、溶解などの方法を利用して、第2の成長層40の少なくとも一部をサセプター20から分離してもよい。
For example, as shown in FIG. 4(5), at least a portion of the
以上により、半極性面を主面とし、III族窒化物半導体からなる半極性種基板1が得られる。
As described above, a
当該準備工程S10によれば、応力を緩和した第1の成長層30の上に半導体をエピタキシャル成長させ、第2の成長層40を形成することができる(第2の成長工程S14)。このため、応力を緩和せずに第1の成長層30を厚膜化して同等の厚さにした場合に比べて、第2の成長層40にクラックや割れが生じにくい。
According to the preparation step S10, the
このため、当該準備工程S10によれば、半極性面を主面とし、かつ、十分な口径のIII族窒化物半導体を厚膜成長させることが可能となる。結果、第1の成長層30及び第2の成長層40を含むバルク結晶が得られる。例えば、第2の成長層40の膜厚は500μm以上20mm以下であり、その最大口径はΦ50mm以上Φ6インチ以下である。また、第1の成長層30の膜厚は、100μm以上10mm以下である。第1の成長層30と第2の成長層40をあわせると、その膜厚は600μm以上30mm以下となる。第2の成長層40の表面は凹凸になっており、m面系ファセットが存在する。
Therefore, according to the preparatory step S10, it is possible to grow a thick film of a Group III nitride semiconductor having a semipolar plane as a main surface and a sufficient diameter. As a result, a bulk crystal including the first
上述のように十分な口径及び十分な膜厚のバルク結晶を製造できる当該準備工程S10によれば、当該バルク結晶から一部(III族窒化物半導体層)を切り出したりすることで、半極性面を主面とし、かつ、十分な口径及び厚さを有する半極性種基板1を効率的に製造することができる。例えば、半極性種基板1の最大径はΦ50mm以上Φ6インチ以下であり、半極性種基板1の厚さは100μm以上10mm以下である。
According to the preparatory step S10 capable of manufacturing a bulk crystal with a sufficient diameter and a sufficient film thickness as described above, by cutting out a part (group III nitride semiconductor layer) from the bulk crystal, a semipolar plane main surface, and the
なお、応力を緩和する際に第1の成長層30にはクラック31が発生する。そして、このような第1の成長層30の上に成長する第2の成長層40は、クラック31を境に互いに分かれた第1の成長層30の第1の表面領域及び第2の表面領域各々から成長した結晶が互いに接合することで形成される。ここで、第1の表面領域及び第2の表面領域の界面上には、転位が生じ得る。そして、第1の表面領域及び第2の表面領域の面方位がずれていると、上記界面上の転位が増加する。本実施形態では、環状の多結晶のIII族窒化物半導体により、第1の成長層30を外周からホールドする。このため、上記面方位のずれを抑制できる。結果、上記界面上における転位増加を抑制することができる。
また、下地基板10をサセプター20で拘束した状態で第1の成長工程S12、冷却工程S13を行う当該準備工程S10によれば、当該拘束がない状態で同様の処理を行う場合に比べて、第1の成長層30に発生するクラック31の数を減らすことができる。
In addition, according to the preparation step S10 in which the first growth step S12 and the cooling step S13 are performed while the
また、下地基板10及び第1の成長層30を含む積層体をサセプター20で拘束した状態で第2の成長工程S14を行う当該準備工程S10によれば、当該拘束がない状態で同様の処理を行う場合に比べて、第1の成長層30や第2の成長層40に発生するクラックの数を減らすこと、分離することを抑制することができる。
Further, according to the preparatory step S10 in which the second growth step S14 is performed while the laminate including the
また、当該準備工程S10によれば、図5(1)及び(2)に示すように、単結晶で構成された第1の部分51と、多結晶で構成された第2の部分52とで構成された半極性種基板1を製造することができる。図5(1)及び(2)は、半極性種基板1の平面図であり、主面が示されている。
Moreover, according to the preparation step S10, as shown in FIGS. A structured
第2の部分52は、第1の部分51の外周に付着している。第2の部分52は環状となり、その内部に第1の部分51をホールドする。第2の部分52は、図5(1)に示すようにランダムに付着した状態そのままであってもよいし、図5(2)に示すように研磨や研削等により整えられてもよい。
The
このような本実施形態の半極性種基板1によれば、第2の部分52により径を稼ぐことができる。結果、ハンドリング性や作業性が向上すること、また、半極性種基板1を種基板として利用する際に、単結晶で構成された第1の部分51の成長面積を大きく確保することができる。例えば、第1の部分51の最大径はΦ50mm以上Φ6インチ以下であり、第1の部分51及び第2の部分52を有するIII族窒化物半導体層の最大径はΦ51mm以上Φ6.5インチ以下である。
According to the
なお、多結晶で構成された第2の部分52を除去し、単結晶で構成された第1の部分51のみからなる半極性種基板1を得てもよい。
Alternatively, the
また、本実施形態の当該準備工程S10によれば、図6及び図7に示すように、結晶軸の向きが互いに異なる複数の部分を含む半極性種基板1が製造される。図7は、図6のA-A´の断面図である。図示する領域A及び領域B各々は、クラック31を境に互いに分かれた第1の成長層30の第1の表面領域及び第2の表面領域各々から成長した部分である。
Further, according to the preparatory step S10 of the present embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the
領域A及び領域Bの結晶は、第1の成長層30の第1の表面領域及び第2の表面領域間の結晶軸のずれ(クラック31に起因するずれ)等に起因して、結晶軸の向きが互いに異なる。図示する領域Aの結晶軸の向きYと領域Bの結晶軸の向きZは、同じ結晶軸の向きを示している。当該特徴は、当該準備工程で製造された半極性種基板1に現れる特徴である。なお、上述の通り、本実施形態では、第1の成長層30を外周からホールドする環状の多結晶のIII族窒化物半導体の存在により、面方位のずれを抑制できる。結果、領域Aの結晶軸の向きYと領域Bの結晶軸の向きZとのなす角を2°以下に抑えることができる。
The crystals in the region A and the region B have their crystal axes misaligned between the first surface region and the second surface region of the first growth layer 30 (misalignment caused by the cracks 31). different orientations. The crystal axis direction Y of the illustrated region A and the crystal axis direction Z of the region B indicate the same crystal axis direction. The feature is a feature appearing in the
なお、準備工程S10では、図3のフローチャートに示す処理と異なる処理で半極性種基板1を製造してもよい。例えば、準備工程S10では、c面成長したIII族窒化物半導体のバルク結晶を、スライス面が半極性面となるようにスライスして、半極性種基板1を製造してもよい。
In addition, in the preparation step S10, the
「III族窒化物半導体層形成工程S20」
図1に戻り、III族窒化物半導体層形成工程S20では、図2(2)に示すように、半極性種基板1の上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長して、III族窒化物半導体層2を形成する。例えば、半極性種基板1の主面上にHVPE法でIII族窒化物半導体(例:GaN)を成長させ、III族窒化物半導体層2を形成する。成長条件は以下の通りである。"Group III nitride semiconductor layer forming step S20"
Returning to FIG. 1, in the group III nitride semiconductor layer forming step S20, as shown in FIG. 2B, a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the
成長温度:900℃~1100℃
成長時間:1h~50h
V/III比:1~20
成長膜厚:100μm~20mmGrowth temperature: 900°C to 1100°C
Growth time: 1h to 50h
V/III ratio: 1-20
Growth film thickness: 100 μm to 20 mm
「切出工程S30」
図1に戻り、切出工程S30では、III族窒化物半導体層2から、半極性面を主面とする半極性自立基板を切り出す。"Cut-out step S30"
Returning to FIG. 1 , in the cutting step S<b>30 , a semipolar self-supporting substrate having a semipolar plane as a main surface is cut out from the group III
例えば、切出工程S30では、図2(3)に示すように、半極性種基板1及びIII族窒化物半導体層2からなる積層体をスライスし、半極性種基板1からIII族窒化物半導体層2の一部(III族窒化物半導体層の分離部2-2)を分離することで、半極性面を主面とする半極性自立基板を得ることができる。なお、III族窒化物半導体層の分離部2-2をスライスして複数の半極性自立基板を得てもよい。III族窒化物半導体層の分離部2-2を得るためのスライス位置は、例えば、半極性種基板1とIII族窒化物半導体層2との界面から積層方向に沿ってIII族窒化物半導体層2の方に100μm以上500μm以下移動した位置とすることができるが、これに限定されない。
For example, in the slicing step S30, as shown in FIG. 2(3), the layered body composed of the
半極性自立基板の主面の面方位は半極性種基板1の主面の面方位と同じであってもよい。その他、半極性自立基板の主面の面方位は半極性種基板1の主面の面方位と異なってもよい。いずれも、上記スライスにおけるスライス面の傾きの調整により実現することができる。例えば、半極性種基板1の主面が{hklm}面(例:{-1-12-3}面)から15°以内のオフ角を有する面である場合、半極性自立基板の主面は{hklm}面であってもよい。
The plane orientation of the main surface of the semipolar self-supporting substrate may be the same as the plane orientation of the main surface of the
なお、図2(3)に示すように、半極性種基板1からIII族窒化物半導体層2の一部(III族窒化物半導体層の分離部2-2)を分離した後、III族窒化物半導体層2の他の一部(III族窒化物半導体層の残存部2-1)が半極性種基板1に残存する。
Incidentally, as shown in FIG. 2(3), after a part of the group III nitride semiconductor layer 2 (separation part 2-2 of the group III nitride semiconductor layer) is separated from the
「加工工程S40」
図1に戻り、加工工程S40は、切出工程S30の後、かつ、半極性種基板1を再利用してIII族窒化物半導体層形成工程S20を行う前に実行される。加工工程S40では、III族窒化物半導体層2の一部(III族窒化物半導体層の分離部2-2)が残存する半極性種基板1からIII族窒化物半導体層2の全てを除去する。例えば、研磨により、半極性種基板1からIII族窒化物半導体層2を除去することができる。"Processing step S40"
Returning to FIG. 1, the processing step S40 is performed after the cutting step S30 and before performing the Group III nitride semiconductor layer forming step S20 by reusing the
加工工程S40では、半極性種基板1のIII族窒化物半導体層2に接する面側の一部を除去してもよい。このようにすることで、III族窒化物半導体層2の全ての除去を確実に達成することができる。
In the processing step S<b>40 , a part of the surface of the
なお、加工工程S40は、表面観察により、半極性種基板1からIII族窒化物半導体層2の全てが除去されたことを確認する処理を含んでもよい。ここでの表面観察は、例えば、SEM(Scanning Electron microscope)/CL(Cathodoluminescence)による表面観察である。
In addition, the processing step S40 may include a process of confirming that the entire group III
加工工程S40の後、III族窒化物半導体層2の全てを除去した半極性種基板1を再利用して、III族窒化物半導体層形成工程S20と、切出工程S30とを実行する。なお、半極性種基板1を再利用してIII族窒化物半導体層形成工程S20と切出工程S30とを実行した後、さらに加工工程S40を行い、半極性種基板1を複数回再利用してもよい。例えば、繰り返し利用する回数の上限(例:5回程度)を予め定めておき、その回数に達すると半極性種基板1の再利用を終了してもよい。
After the processing step S40, the group III nitride semiconductor layer forming step S20 and the cutting step S30 are performed by reusing the
次に、本実施形態の半極性自立基板の製造方法の作用効果を説明する。本実施形態の半極性自立基板の製造方法では、半極性面を主面とし、III族窒化物半導体からなる半極性種基板1上にIII族窒化物半導体層2を形成し、そして半極性種基板1からIII族窒化物半導体層2を分離して半極性自立基板を得た後、III族窒化物半導体層2を分離した半極性種基板1を再利用して同工程を行う。半極性種基板1の再利用により、コスト面のメリットを生むことができる。
Next, the effects of the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to this embodiment will be described. In the method for producing a semipolar self-supporting substrate according to the present embodiment, a group III
また、以下の実施例で示すが、c面を主面とする種基板上にc面を成長面としてIII族窒化物半導体層を形成する場合、得られるIII族窒化物半導体層の表面に貫通孔やクラックが発生しやすくなる。結果、得られた自立基板の表面にも貫通孔やクラックが発生しやすくなる。 Further, as will be shown in the following examples, when a group III nitride semiconductor layer is formed on a seed substrate having a c-plane as a principal plane, with the c-plane as the growth plane, a through hole is formed on the surface of the obtained group III nitride semiconductor layer. Holes and cracks are more likely to occur. As a result, through-holes and cracks are likely to occur on the surface of the free-standing substrate obtained.
これに対し、半極性面を主面とする半極性種基板1上に半極性面を成長面としてIII族窒化物半導体層2を形成する本実施形態の製造方法によれば、上記c面成長の例に比べて、得られるIII族窒化物半導体層2の表面に貫通孔やクラックが発生し難くなる。結果、得られた半極性自立基板の表面にも貫通孔やクラックが発生し難くなる。すなわち、本実施形態の半極性自立基板の製造方法によれば、表面状態が良好な半極性自立基板を製造することができる。
On the other hand, according to the manufacturing method of the present embodiment, in which the group III
また、本実施形態の半極性自立基板の製造方法によれば、主面が半極性面となった半極性自立基板を製造できるので、自立基板上に形成されるデバイスの内部量子効率の向上等が実現される。 In addition, according to the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate of the present embodiment, a semipolar self-supporting substrate having a semipolar surface as the main surface can be manufactured, so that the internal quantum efficiency of a device formed on the self-supporting substrate can be improved. is realized.
また、再利用前に半極性種基板1からIII族窒化物半導体層2を完全に除去する本実施形態の半極性自立基板の製造方法によれば、III族窒化物半導体層形成工程S20におけるIII族窒化物半導体の成長において、局所的な歪、異常成長、結晶欠陥等の不具合の発生確率を低減することができる。すなわち、高品質な半極性自立基板を製造することができる。
Further, according to the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate of the present embodiment in which the group III
<第2の実施形態>
図8のフローチャートは、本実施形態の半極性自立基板の製造方法の処理の流れの一例を示す。図示するように、本実施形態の半極性自立基板の製造方法では、準備工程S10と、III族窒化物半導体層形成工程S20と、切出工程S30と、加工工程S40と、判断工程S50とがこの順に行われる。<Second embodiment>
The flow chart of FIG. 8 shows an example of the process flow of the method for manufacturing a semipolar free-standing substrate according to this embodiment. As illustrated, in the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate of the present embodiment, a preparation step S10, a group III nitride semiconductor layer forming step S20, a cutting step S30, a processing step S40, and a determination step S50. performed in this order.
本実施形態は、判断工程S50を有する点で、第1の実施形態と異なる。準備工程S10、III族窒化物半導体層形成工程S20、切出工程S30及び加工工程S40は、第1の実施形態と同様である。 This embodiment differs from the first embodiment in that it has a judgment step S50. The preparation step S10, the group III nitride semiconductor layer formation step S20, the cutting step S30, and the processing step S40 are the same as in the first embodiment.
なお、図示しないが、判断工程S50は、加工工程S40の後でなく、切出工程S30の後かつ加工工程S40の前に行われてもよい。その他、判断工程S50は、切出工程S30の後かつ加工工程S40の前と、加工工程S40の後の両方で行われてもよい。 Although not shown, the judgment step S50 may be performed after the cutting step S30 and before the machining step S40 instead of after the machining step S40. In addition, the determination step S50 may be performed both after the cutting step S30 and before the processing step S40 and after the processing step S40.
切出工程S30の後かつ加工工程S40の前に判断工程S50を行うことで、再利用不可な半極性種基板1に加工工程S40を行う不都合を抑制できる。また、加工工程S40の後に判断工程S50を行うことで、加工工程S40の影響を考慮して半極性種基板1を再利用可能か否か判断することができる。以下、判断工程S50を説明する。
By performing the determination step S50 after the cutting step S30 and before the processing step S40, the inconvenience of performing the processing step S40 on the non-reusable
「判断工程S50」
判断工程S50では、半極性種基板1が再利用可能か否かを判断する。判断工程S50で再利用可能と判断された場合、半極性種基板1を再利用する。すなわち、当該半極性種基板1の上にIII族窒化物半導体層2を形成し、III族窒化物半導体層2から半極性自立基板を切り出す。一方、判断工程S50で再利用不可と判断された場合、半極性種基板1の再利用を終了する。"Judgment step S50"
In the determination step S50, it is determined whether or not the
以下、判断方法の具体例を説明する。 A specific example of the determination method will be described below.
第1の例では、半極性種基板1の曲率半径に基づき、再利用可能か否かを判断する。具体的には、半極性種基板1の曲率半径が基準値以上である場合に再利用可能と判断し、半極性種基板1の曲率半径が基準値未満である場合に再利用不可と判断する。
In the first example, based on the radius of curvature of the
半極性種基板1の反りが大きくなり過ぎると、得られる半極性自立基板も大きく反ってしまい、割れ等の不都合が発生し得る。曲率半径に基づき再利用可能か否かを判断することで、製品として不適な半極性自立基板が製造される不都合を抑制できる。なお、曲率半径の基準値は例えば1mであるが、これに準じて適宜設定することができる。
If the warp of the
切出工程S30の後かつ加工工程S40の前に判断工程S50を実行する場合、エネルギー分散型X線回折(EDXRD)法で主面に対するオフ角を計測し、得られたデータから曲率半径を算出することができる。X線ロッキングカーブ法による計測も可能であるが、切出工程S30により結晶切断面に切断ダメージが発生し、精度の良い計測は困難となるため、好ましくは無い。 When performing the determination step S50 after the cutting step S30 and before the processing step S40, the off angle with respect to the main surface is measured by an energy dispersive X-ray diffraction (EDXRD) method, and the radius of curvature is calculated from the obtained data. can do. Measurement by the X-ray rocking curve method is also possible, but it is not preferable because cutting damage occurs in the cut surface of the crystal in the cutting step S30, making accurate measurement difficult.
一方、加工工程S40の後に判断工程S50を実行する場合、加工工程S40により結晶表面の切断ダメージが除去されるため、エネルギー分散型X線回折法およびX線ロッキングカーブ法のどちらの方法でも曲率半径を高精度で計測することができる。 On the other hand, when the judgment step S50 is performed after the processing step S40, the cutting damage of the crystal surface is removed by the processing step S40, so the radius of curvature is can be measured with high precision.
このように、判断工程S50を行うタイミングに応じて適切な方法を選択することで、適切に半極性種基板1の状態を評価することができる。
Thus, by selecting an appropriate method according to the timing of performing the determination step S50, the state of the
第2の例では、半極性種基板1に所定のクラックが発生しているか否かに基づき、再利用可能か否かを判断する。具体的には、半極性種基板1に所定のクラックが発生していない場合に再利用可能と判断し、半極性種基板1に所定のクラックが発生している場合に再利用不可と判断する。所定のクラックは、例えば、予め定められた基準長さ以上のクラックである。基準長さは、「半極性種基板1の直径の50%以上」であってもよいし、「○○cm以上」のように定められてもよい。
In the second example, it is determined whether or not the
半極性種基板1に長いクラックが存在していると、その上に形成されるIII族窒化物半導体層2の結晶性に悪影響を及ぼす。所定のクラックが発生しているか否かに基づき再利用可能か否かを判断することで、製品として不適な半極性自立基板が製造される不都合を抑制できる。
If a long crack exists in the
第3の例では、半極性種基板1の厚さに基づき、再利用可能か否かを判断する。具体的には、半極性種基板1の厚さが基準値以上である場合に再利用可能と判断し、半極性種基板1の厚さが基準値未満である場合に再利用不可と判断する。
In the third example, based on the thickness of the
第1の実施形態で説明した通り、加工工程S40では、III族窒化物半導体層2の全ての除去を確実に達成するため、半極性種基板1のIII族窒化物半導体層2に接する面側の一部を除去することができる。かかる場合、半極性種基板1の一部の除去に起因して、半極性種基板1が薄くなっていく。
As described in the first embodiment, in the processing step S40, the surface side of the
半極性種基板1が薄くなり過ぎると、半極性種基板1やその上に形成されたIII族窒化物半導体層2に反りやクラックが発生しやすくなる。厚さに基づき再利用可能か否かを判断することで、製品として不適な半極性自立基板が製造される不都合を抑制できる。なお、厚さの基準値は例えば250μmであるが、これに準じて適宜設定することができる。
If the
第4の例では、半極性種基板1の表面粗さに基づき、再利用可能か否かを判断する。具体的には、半極性種基板1の表面粗さが基準値未満である場合に再利用可能と判断し、半極性種基板1の表面粗さが基準値以上である場合に再利用不可と判断する。
In the fourth example, based on the surface roughness of the
半極性種基板1の表面粗さが粗くなり過ぎると、半極性種基板1やその上に形成されたIII族窒化物半導体層2の結晶性が損なわれやすくなる。表面粗さに基づき再利用可能か否かを判断することで、製品として不適な半極性自立基板が製造される不都合を抑制できる。なお、表面粗さの基準値は例えば5×5μm2の表面粗さRMSが0.5nm以上5nm以下であるが、これに準じて適宜設定することができる。If the surface roughness of the
第5の例では、半極性種基板1の表面の傷の有無に基づき、再利用可能か否かを判断する。具体的には、半極性種基板1の表面に傷が発生していない場合に再利用可能と判断し、半極性種基板1の表面に傷が発生している場合に再利用不可と判断する。
In the fifth example, based on the presence or absence of scratches on the surface of the
半極性種基板1の利用や加工工程S40の実施等により、半極性種基板1の表面に研磨痕やキズが発生する可能性がある。半極性種基板1の表面に研磨痕や傷が存在していると、その上に形成されるIII族窒化物半導体層2の結晶性に悪影響を及ぼす。半極性種基板1の表面の傷の有無に基づき再利用可能か否かを判断することで、製品として不適な半極性自立基板が製造される不都合を抑制できる。傷の有無を確認する検査は、光学顕微鏡観察やSEM/CL等で実現できる。
Due to the use of the
以上説明した本実施形態の半極性自立基板の製造方法によれば、第1の実施形態と同様な作用効果を実現できる。また、半極性種基板1が再利用可能か否かを適切に判断した後に再利用する本実施形態の半極性自立基板の製造方法によれば、半極性種基板1の状態不良に起因して、製品として不適な半極性自立基板が製造される不都合を抑制できる。
According to the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate of the present embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be achieved. Further, according to the manufacturing method of the semipolar self-supporting substrate of the present embodiment, in which the
<実施例>
「実施例1」
図9に、実施例1の半極性種基板1を示す。実施例1の半極性種基板1は、GaNで構成され、一部に割れがあるが(基板の外周付近に位置する図中縦方向に伸びる割れ)、貫通孔がない。主面の面方位は{-1-12-3}面をm面方向に9°かつc面方向に3°傾けた面であり、径はΦ60mmであり、厚さは800μmであった。<Example>
"Example 1"
FIG. 9 shows the
当該半極性種基板1上に、以下の成長条件でGaNをエピタキシャル成長して、GaN層(III族窒化物半導体層2)を形成した。
GaN was epitaxially grown on the
成長方法:HVPE法
成長温度:1040℃
V/III比:2000/200
ガス総流量:10314sccm
不純物:アンドープ
成長時間:12時間Growth method: HVPE method Growth temperature: 1040°C
V/III ratio: 2000/200
Total gas flow rate: 10314sccm
Impurities: undoped Growth time: 12 hours
図10は、実施例1のGaN層の表面を示す。GaN層の表面には貫通孔やクラックが存在しなかった。すなわち、新たな貫通孔やクラックを発生させることなく、GaN層を形成することができた。また、半極性種基板1の表面に存在したクラックがGaN層の表面では消滅していた。
10 shows the surface of the GaN layer of Example 1. FIG. No through holes or cracks were present on the surface of the GaN layer. That is, the GaN layer could be formed without generating new through holes or cracks. Moreover, the cracks existing on the surface of the
GaN層を形成後、図11に示すように、半極性種基板1とGaN層との界面から積層方向に沿ってGaN層の方(図中、上方向)に300μm移動した位置でスライスして、半極性種基板1とGaN層の一部とを分離した。なお、図示するように、GaN層の中心部の厚さは2500μmであり、最外周部の厚さは1550μmであった。
After the GaN layer was formed, as shown in FIG. 11, it was sliced at a position shifted 300 μm from the interface between the
図12は、分離されたGaN層のスライス面を示す。図中の丸は、Φ50mmの円を示す。図13は、半極性種基板1に残存したGaN層のスライス面を示す。図12及び図13に示すように、GaN層の内部においても、貫通孔やクラックが確認されなかった。
FIG. 12 shows a slice plane of the separated GaN layer. A circle in the drawing indicates a circle of Φ50 mm. FIG. 13 shows a sliced surface of the GaN layer remaining on the
図14は、GaN層の形成及び分離を実行する前の半極性種基板1(出発基板)、及び、GaN層の形成及び分離を実行した後に研磨でGaN層を除去した半極性種基板1(再利用基板)の表面を示す。上記工程を実施しても、表面に傷などを発生させることなく、半極性種基板1を再利用できることを確認した。
FIG. 14 shows a semipolar seed substrate 1 (starting substrate) before forming and separating the GaN layer, and a semipolar seed substrate 1 (starting substrate) from which the GaN layer was removed by polishing after forming and separating the GaN layer. The surface of the recycled substrate) is shown. It was confirmed that the
「実施例2」
図15に、実施例2の半極性種基板1を示す。実施例2の半極性種基板1は、GaNで構成され、一部に割れがあり、さらに、貫通孔がある。図中、丸印で貫通孔を示している。主面の面方位は{-1-12-3}面をm面方向に9°かつc面方向に3°傾けた面であり、径はΦ60mmであり、厚さは800μmであった。"Example 2"
FIG. 15 shows the
当該半極性種基板1上に、GaNをエピタキシャル成長して、GaN層(III族窒化物半導体層2)を形成した。成長条件は、成長時間を20時間とした成長を2回行った点を除き、実施例1と同様である。
GaN was epitaxially grown on the
図16は半極性種基板1及びGaN層を含む積層体の中心部膜厚が6mmになった時点のGaN層の表面を示す。図17は、当該積層体の中心部膜厚が12.8mmになった時点のGaN層の表面を示す。いずれにおいても、半極性種基板1に存在しない新たな貫通孔やクラックが生成されていなかった。
FIG. 16 shows the surface of the GaN layer when the thickness of the central portion of the laminate including the
そして、実施例1と同様に、半極性種基板1とGaN層との界面から積層方向に沿ってGaN層の方(図中、上方向)に300μm移動した位置でスライスして、半極性種基板1とGaN層の一部とを分離した。
Then, in the same manner as in Example 1, the
図18は、分離されたGaN層のスライス面を示す。図18のスライス面には、貫通孔やクラックが存在しなかった。すなわち、半極性種基板1に存在した貫通孔やクラック(図15参照)が消滅していた。
FIG. 18 shows a slice plane of the separated GaN layer. No through-holes or cracks were present on the sliced surface of FIG. That is, the through holes and cracks (see FIG. 15) existing in the
図19は、半極性種基板1に残存したGaN層のスライス面を示す。中心部に貫通孔が存在したが(図中、丸印)、その他の貫通孔やクラックは存在しなかった。すなわち、半極性種基板1に存在した貫通孔やクラック(図15参照)の内、中心部の貫通孔は残ったが、他の貫通孔やクラックは消滅していた。
FIG. 19 shows a sliced surface of the GaN layer remaining on the
図20に、半極性種基板1の中心部に存在した貫通孔の光学顕微鏡観察像を示す。図21に、図19に示すGaN層のスライス面の中心部に存在した貫通孔の光学顕微鏡観察像を示す。なお、図20及び図21における長さを示す数字の単位は「μm」である。図より、半極性種基板1から離れるに従い(III族窒化物半導体層2を構成するIII族窒化物半導体が成長するに従い)、貫通孔の幅や長さが小さくなっていることが分かる。すなわち、半極性種基板1上にIII族窒化物半導体を成長していくことで、半極性種基板1に存在した貫通孔を小さくしたり、クラックを消滅させたりできることが確認できた。なお、図中の<000-2>投影軸は、<000-2>を半極性種基板1の主面に投影した軸の方向を示す。同様に、図中の<10-10>投影軸は、<10-10>を半極性種基板1の主面に投影した軸の方向を示す。
FIG. 20 shows an optical microscopic image of the through hole existing in the center of the
「比較例1」
図22に、比較例1の種基板を示す。比較例1の種基板は、GaNで構成され、貫通孔がある。図中、丸印で貫通孔を示している。主面はc面であり、径はΦ50mmであり、厚さは400μmであった。"Comparative Example 1"
22 shows the seed substrate of Comparative Example 1. FIG. The seed substrate of Comparative Example 1 is made of GaN and has through holes. In the drawing, circles indicate through holes. The main surface was the c-plane, the diameter was Φ50 mm, and the thickness was 400 μm.
当該種基板上に、GaNをエピタキシャル成長して、GaN層を形成した。成長条件は、成長時間を20時間とし、Siドーピングを行った点を除き、実施例1と同様である。 GaN was epitaxially grown on the seed substrate to form a GaN layer. The growth conditions were the same as in Example 1, except that the growth time was 20 hours and Si doping was performed.
図23はGaN層の表面を示す。種基板上にあった貫通孔がGaN層においても存在することが分かる。そして、GaN層の貫通孔は種基板上の貫通孔よりも大きいことが確認できる。 FIG. 23 shows the surface of the GaN layer. It can be seen that the through-holes present on the seed substrate also exist in the GaN layer. And it can be confirmed that the through-holes in the GaN layer are larger than the through-holes on the seed substrate.
「比較例2」
図24に、比較例2の種基板を示す。比較例2の種基板は、GaNで構成され、裏面まで貫通していない開口孔がある。主面はc面であり、径はΦ50mmであり、厚さは400μmであった。"Comparative Example 2"
FIG. 24 shows the seed substrate of Comparative Example 2. As shown in FIG. The seed substrate of Comparative Example 2 is made of GaN and has an opening that does not penetrate to the back surface. The main surface was the c-plane, the diameter was Φ50 mm, and the thickness was 400 μm.
当該種基板上に、GaNをエピタキシャル成長して、GaN層を形成した。成長条件は、成長時間を20時間とした点を除き、実施例1と同様である。 GaN was epitaxially grown on the seed substrate to form a GaN layer. The growth conditions were the same as in Example 1, except that the growth time was 20 hours.
図25はGaN層の表面を示す。種基板上になかった新たな貫通孔がGaN層に存在することが確認できる(図中、丸印で示す)。 FIG. 25 shows the surface of the GaN layer. It can be confirmed that there are new through holes in the GaN layer that were not present on the seed substrate (indicated by circles in the figure).
「比較例3」
図26に、比較例3の種基板を示す。比較例3の種基板は、GaNで構成され、裏面まで貫通していない開口孔がある。主面はc面であり、径はΦ54mmであり、厚さは1.4mmであった。"Comparative Example 3"
FIG. 26 shows the seed substrate of Comparative Example 3. As shown in FIG. The seed substrate of Comparative Example 3 is made of GaN and has an opening hole that does not penetrate to the back surface. The main surface was the c-plane, the diameter was Φ54 mm, and the thickness was 1.4 mm.
当該種基板上に、GaNをエピタキシャル成長して、GaN層を形成した。成長条件は、成長時間を21時間とした点を除き、実施例1と同様である。 GaN was epitaxially grown on the seed substrate to form a GaN layer. The growth conditions were the same as in Example 1, except that the growth time was 21 hours.
図27はGaN層の表面を示す。種基板上になかったクラックがGaN層に存在することが確認できる。また、種基板上になかった貫通孔の存在や、種基板上にあった貫通孔の残存また当該貫通孔の拡大が確認できる。 FIG. 27 shows the surface of the GaN layer. It can be confirmed that cracks that were not present on the seed substrate exist in the GaN layer. In addition, the presence of through-holes that were not on the seed substrate, the remaining through-holes that were on the seed substrate, and the expansion of the through-holes can be confirmed.
以下、参考形態の例を付記する。
1. 半極性面を主面とし、III族窒化物半導体からなる半極性種基板を準備する準備工程と、
前記半極性種基板の上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長して、III族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体層形成工程と、
前記III族窒化物半導体層から、半極性面を主面とする半極性自立基板を切り出す切出工程と、
前記切出工程の後、前記III族窒化物半導体層の一部が残存する前記半極性種基板から前記III族窒化物半導体層の全てを除去する加工工程と、
を実行した後、前記III族窒化物半導体層を除去した前記半極性種基板を再利用して、前記III族窒化物半導体層形成工程と前記切出工程とを行う半極性自立基板の製造方法。
2. 1に記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記加工工程では、前記半極性種基板の前記III族窒化物半導体層に接する面側の一部を除去する半極性自立基板の製造方法。
3. 1又は2に記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記加工工程では、表面観察により、前記III族窒化物半導体層の全ての除去を確認する半極性自立基板の製造方法。
4. 1から3のいずれかに記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記半極性種基板が再利用可能か否かを判断する判断工程をさらに有し、
前記判断工程で再利用可能と判断された場合、前記半極性種基板を再利用し、
前記判断工程で再利用不可と判断された場合、前記半極性種基板の再利用を終了する半極性自立基板の製造方法。
5. 4に記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記判断工程では、前記半極性種基板の曲率半径が基準値以上である場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板の曲率半径が基準値未満である場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。
6. 4に記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記判断工程では、前記半極性種基板に所定のクラックが発生していない場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板に所定のクラックが発生している場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。
7. 4に記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記判断工程では、前記半極性種基板の厚さが基準値以上である場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板の厚さが基準値未満である場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。
8. 4に記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記判断工程では、前記半極性種基板の表面粗さが基準値未満である場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板の表面粗さが基準値以上である場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。
9. 4に記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記判断工程では、前記半極性種基板の表面に傷が発生していない場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板の表面に傷が発生している場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。
10. 1から9のいずれかに記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記半極性種基板の主面は、{hklm}面から15°以内のオフ角を有する面であり、
前記切出工程では、{hklm}面を主面とする前記半極性自立基板を切り出す半極性自立基板の製造方法。
11. 10に記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記半極性種基板の主面は、{-1-12-3}面から15°以内のオフ角を有する面である半極性自立基板の製造方法。
12. 1から11のいずれかに記載の半極性自立基板の製造方法において、
前記準備工程は、
半極性面を主面とするIII族窒化物半導体層を含む下地基板をサセプターに固着させる固着工程と、
前記サセプターに前記下地基板を固着させた状態で、前記III族窒化物半導体層の前記主面上にHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法でIII族窒化物半導体を成長させ、第1の成長層を形成する第1の成長工程と、
前記サセプター、前記下地基板及び前記第1の成長層を含む積層体を冷却する冷却工程と、
前記冷却工程の後、前記サセプターに前記下地基板を固着させた状態で、前記第1の成長層の上に、HVPE法でIII族窒化物半導体を成長させ、第2の成長層を形成する第2の成長工程と、
前記第2の成長層の少なくとも一部を前記半極性種基板として切り出す種基板切出工程と、
を有する半極性自立基板の製造方法。Examples of reference forms are added below.
1. a preparation step of preparing a semipolar seed substrate having a semipolar plane as a main surface and made of a group III nitride semiconductor;
a group III nitride semiconductor layer forming step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the semipolar seed substrate to form a group III nitride semiconductor layer;
a cutting step of cutting out a semipolar self-supporting substrate having a semipolar plane as a main surface from the III-nitride semiconductor layer;
After the cutting step, a processing step of removing all of the group III nitride semiconductor layer from the semipolar seed substrate in which a part of the group III nitride semiconductor layer remains;
and then reusing the semipolar seed substrate from which the group III nitride semiconductor layer has been removed, and performing the group III nitride semiconductor layer forming step and the cutting step. .
2. 1. In the method for producing a semipolar self-supporting substrate according to 1,
The method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate, wherein in the processing step, a part of a surface of the semipolar seed substrate that is in contact with the group III nitride semiconductor layer is removed.
3. In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to 1 or 2,
The method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate, wherein, in the processing step, removal of all the group III nitride semiconductor layers is confirmed by surface observation.
4. In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to any one of 1 to 3,
further comprising a determining step of determining whether the semipolar seed substrate is reusable;
Reusing the semipolar seed substrate if it is determined to be reusable in the determination step,
A method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate, wherein the reuse of the semipolar seed substrate is terminated when it is determined in the determining step that the semipolar seed substrate cannot be reused.
5. 4. In the method for producing a semipolar self-supporting substrate according to 4,
In the determining step, when the radius of curvature of the semi-polar seed substrate is equal to or greater than a reference value, it is determined that the substrate is reusable, and when the radius of curvature of the semi-polar seed substrate is less than the reference value, it is determined that the substrate is not reusable. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate.
6. 4. In the method for producing a semipolar self-supporting substrate according to 4,
In the determining step, it is determined that the semi-polar seed substrate is reusable when the predetermined crack has not occurred in the semi-polar seed substrate, and it is determined that the semi-polar seed substrate is not reusable when the predetermined crack has occurred in the semi-polar seed substrate. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate.
7. 4. In the method for producing a semipolar self-supporting substrate according to 4,
In the determining step, when the thickness of the semi-polar seed substrate is equal to or greater than a reference value, it is determined that the substrate is reusable, and when the thickness of the semi-polar seed substrate is less than the reference value, it is determined that the substrate is not reusable. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate.
8. 4. In the method for producing a semipolar self-supporting substrate according to 4,
In the determination step, if the surface roughness of the semi-polar seed substrate is less than a reference value, it is determined that the substrate can be reused, and if the surface roughness of the semi-polar seed substrate is equal to or greater than the reference value, it is determined that the substrate cannot be reused. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate to determine.
9. 4. In the method for producing a semipolar self-supporting substrate according to 4,
In the determining step, if the surface of the semi-polar seed substrate is not damaged, it is determined that the substrate is reusable, and if the surface of the semi-polar seed substrate is damaged, it is determined that the substrate cannot be reused. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate.
10. 10. In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to any one of 1 to 9,
the main surface of the semipolar seed substrate is a surface having an off angle of 15° or less from the {hklm} plane;
In the cutting step, the semipolar self-supporting substrate manufacturing method includes cutting out the semipolar self-supporting substrate having the {hklm} plane as a main surface.
11. 11. In the method for producing a semipolar self-supporting substrate according to 10,
The semipolar self-supporting substrate manufacturing method, wherein the main surface of the semipolar seed substrate has an off angle of 15° or less from the {-1-12-3} plane.
12. 12. In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to any one of 1 to 11,
The preparation step includes
a fixing step of fixing a base substrate including a group III nitride semiconductor layer having a semipolar plane as a main surface to a susceptor;
With the base substrate fixed to the susceptor, a group III nitride semiconductor is grown on the main surface of the group III nitride semiconductor layer by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) to form a first growth layer. a first growth step of forming;
a cooling step of cooling a laminate including the susceptor, the underlying substrate, and the first growth layer;
After the cooling step, with the base substrate fixed to the susceptor, a group III nitride semiconductor is grown on the first growth layer by HVPE to form a second growth layer. 2 growth step;
a seed substrate cutting step of cutting out at least part of the second growth layer as the semipolar seed substrate;
A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate having
この出願は、2018年8月27日に出願された日本出願特願2018-158077号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-158077 filed on August 27, 2018, and the entire disclosure thereof is incorporated herein.
Claims (11)
前記半極性種基板の上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長して、III族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体層形成工程と、
前記III族窒化物半導体層から、半極性面を主面とする半極性自立基板を切り出す切出工程と、
前記切出工程の後、前記III族窒化物半導体層の一部が残存する前記半極性種基板から前記III族窒化物半導体層の全てを除去する加工工程と、
を実行した後、前記III族窒化物半導体層を除去した前記半極性種基板を再利用して、前記III族窒化物半導体層形成工程と前記切出工程とを行い、
前記準備工程は、
半極性面を主面とするIII族窒化物半導体層を含む下地基板をサセプターに固着させる固着工程と、
前記サセプターに前記下地基板を固着させた状態で、前記III族窒化物半導体層の前記主面上にHVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法でIII族窒化物半導体を成長させ、第1の成長層を形成する第1の成長工程と、
前記サセプター、前記下地基板及び前記第1の成長層を含む積層体を冷却し、前記第1の成長層にクラックを発生させる冷却工程と、
前記冷却工程の後、前記サセプターに前記下地基板を固着させた状態で、前記第1の成長層の上に、HVPE法でIII族窒化物半導体を成長させ、300μm以上の厚さの第2の成長層を形成する第2の成長工程と、
前記第2の成長層の少なくとも一部を前記半極性種基板として切り出す種基板切出工程と、
を有する半極性自立基板の製造方法。 a preparation step of preparing a semipolar seed substrate having a semipolar plane as a main surface and made of a group III nitride semiconductor;
a group III nitride semiconductor layer forming step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the semipolar seed substrate to form a group III nitride semiconductor layer;
a cutting step of cutting out a semipolar self-supporting substrate having a semipolar plane as a main surface from the III-nitride semiconductor layer;
After the cutting step, a processing step of removing all of the group III nitride semiconductor layer from the semipolar seed substrate in which a part of the group III nitride semiconductor layer remains;
after performing the group III nitride semiconductor layer forming step and the cutting step by reusing the semipolar seed substrate from which the group III nitride semiconductor layer has been removed ,
The preparation step includes
a fixing step of fixing a base substrate including a group III nitride semiconductor layer having a semipolar plane as a main surface to a susceptor;
With the base substrate fixed to the susceptor, a group III nitride semiconductor is grown on the main surface of the group III nitride semiconductor layer by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) to form a first growth layer. a first growth step of forming;
a cooling step of cooling a laminate including the susceptor, the underlying substrate, and the first growth layer to generate cracks in the first growth layer;
After the cooling step, with the base substrate fixed to the susceptor, a group III nitride semiconductor is grown on the first growth layer by HVPE to form a second growth layer having a thickness of 300 μm or more. a second growth step of forming a growth layer;
a seed substrate cutting step of cutting out at least part of the second growth layer as the semipolar seed substrate;
A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate having
前記加工工程では、前記半極性種基板の前記III族窒化物半導体層に接する面側の一部を除去する半極性自立基板の製造方法。 In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to claim 1,
The method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate, wherein in the processing step, a part of a surface of the semipolar seed substrate that is in contact with the group III nitride semiconductor layer is removed.
前記加工工程では、表面観察により、前記III族窒化物半導体層の全ての除去を確認する半極性自立基板の製造方法。 In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to claim 1 or 2,
The method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate, wherein, in the processing step, removal of all the group III nitride semiconductor layers is confirmed by surface observation.
前記半極性種基板が再利用可能か否かを判断する判断工程をさらに有し、
前記判断工程で再利用可能と判断された場合、前記半極性種基板を再利用し、
前記判断工程で再利用不可と判断された場合、前記半極性種基板の再利用を終了する半極性自立基板の製造方法。 In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to any one of claims 1 to 3,
further comprising a determining step of determining whether the semipolar seed substrate is reusable;
Reusing the semipolar seed substrate if it is determined to be reusable in the determination step,
A method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate, wherein the reuse of the semipolar seed substrate is terminated when it is determined in the determining step that the semipolar seed substrate cannot be reused.
前記判断工程では、前記半極性種基板の曲率半径が基準値以上である場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板の曲率半径が基準値未満である場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。 In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to claim 4,
In the determining step, when the radius of curvature of the semi-polar seed substrate is equal to or greater than a reference value, it is determined that the substrate is reusable, and when the radius of curvature of the semi-polar seed substrate is less than the reference value, it is determined that the substrate is not reusable. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate.
前記判断工程では、前記半極性種基板に所定のクラックが発生していない場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板に所定のクラックが発生している場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。 In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to claim 4,
In the determining step, it is determined that the semi-polar seed substrate is reusable when the predetermined crack has not occurred in the semi-polar seed substrate, and it is determined that the semi-polar seed substrate is not reusable when the predetermined crack has occurred in the semi-polar seed substrate. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate.
前記判断工程では、前記半極性種基板の厚さが基準値以上である場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板の厚さが基準値未満である場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。 In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to claim 4,
In the determining step, when the thickness of the semi-polar seed substrate is equal to or greater than a reference value, it is determined that the substrate is reusable, and when the thickness of the semi-polar seed substrate is less than the reference value, it is determined that the substrate is not reusable. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate.
前記判断工程では、前記半極性種基板の表面粗さが基準値未満である場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板の表面粗さが基準値以上である場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。 In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to claim 4,
In the determining step, if the surface roughness of the semi-polar seed substrate is less than a reference value, it is determined that the substrate is reusable, and if the surface roughness of the semi-polar seed substrate is equal to or greater than the reference value, it is determined that reusability is not possible. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate to determine.
前記判断工程では、前記半極性種基板の表面に傷が発生していない場合に再利用可能と判断し、前記半極性種基板の表面に傷が発生している場合に再利用不可と判断する半極性自立基板の製造方法。 In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to claim 4,
In the determining step, if the surface of the semi-polar seed substrate is not damaged, it is determined that the substrate is reusable, and if the surface of the semi-polar seed substrate is damaged, it is determined that the substrate cannot be reused. A method for manufacturing a semi-polar free-standing substrate.
前記半極性種基板の主面は、{-1-12-3}面から15°以内のオフ角を有する面であり、
前記切出工程では、{-1-12-3}面を主面とする前記半極性自立基板を切り出す半極性自立基板の製造方法。 In the method for manufacturing a semipolar self-supporting substrate according to any one of claims 1 to 9,
The main surface of the semipolar seed substrate is a plane having an off angle of 15° or less from the {-1-12-3} plane,
In the cutting step, a semipolar self-supporting substrate manufacturing method for cutting out the semipolar self-supporting substrate having a {-1-12-3} plane as a main surface.
前記第2の成長工程では、前記クラックを境に互いに別れた前記第1の成長層の第1の表面領域及び第2の表面領域各々から成長したIII族窒化物半導体が互いに接合して一体化するまでIII族窒化物半導体を成長させる半極性自立基板の製造方法。 In the second growth step, the group III nitride semiconductor grown from each of the first surface region and the second surface region of the first growth layer, separated from each other by the crack, is bonded to each other and integrated. A method for producing a semi-polar free-standing substrate by growing a III-nitride semiconductor until a
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