JP4084539B2 - Method for producing crystal growth substrate of group III nitride compound semiconductor - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶成長基板の下地となる下地基板としてシリコン（Ｓｉ）を用いた、III族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造方法に関する。
【０００１】
【従来の技術】
図３に例示する様に、シリコン基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）を結晶成長させ、その後常温まで冷却すると、ＧａＮ成長層に転位やクラックが多数入ることが一般に知られている。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、成長層に転位やクラックが多数入ると、その上にデバイスを作製した場合に、デバイス中に格子欠陥や転位、変形、クラック等が多数生じる結果となり、デバイス特性の劣化を引き起こす原因となる。
また、シリコン（Ｓｉ）基板を除去し、成長層のみを残して、独立した基板を得ようとする場合、上記の転位やクラック等の作用により、大面積（１cm2以上）のものが得られない。
【０００３】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、転位やクラックの密度が低い高品質の結晶成長基板を得ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、第１の手段は、結晶成長基板の下地となる下地基板としてシリコン（Ｓｉ）を用いた、III族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造工程において、下地基板の上にIII族窒化物系化合物半導体より成る基板層を下地基板の厚さ以上に成長させ、その後下地基板と基板層を５０℃／ｍｉｎ以下の冷却速度で冷却する際に、基板層の下地基板側の界面への応力により下地基板を基板層から剥離させることにより、残った基板層を結晶成長基板とすることである。
【０００５】
また、第２の手段は、上記の第１の手段において、基板層を５０μｍ以上成長させることである。
【０００６】
また、第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、下地基板を５０μｍ以上、３００μｍ以下に形成することである。
【０００７】
以上の手段により、前記の課題を解決することができる。
【０００８】
【作用及び発明の効果】
下地基板（Ｓｉ基板）の上にIII族窒化物系化合物半導体より成る基板層を成長させる際、基板層（III族窒化物系化合物半導体）の結晶成長温度では、歪の少ない状態で結晶成長が進む。しかし、シリコンとＧａＮ等のIII族窒化物系化合物半導体とでは熱膨張係数が大きく異なるため、結晶成長完了後に基板が略常温まで冷却される際には基板に大きな歪が生じ、例えば図３に例示した様に基板層に転位やクラックが発生する。
【０００９】
しかしながら、本発明の手段によれば、下地基板（Ｓｉ基板）に対して、従来よりも比較的厚く基板層（III族窒化物系化合物半導体）が形成されるため、下地基板（Ｓｉ基板）に対して相対的に基板層が強固となり、基板層の転位やクラックの発生密度が減少する。
【００１０】
この時、従来は比較的薄く形成されていた基板層（III族窒化物系化合物半導体）の略全体に略均等に働いていた引っ張り応力は、厚く強固に形成された基板層の下地基板側の界面に集中し易くなり、また、厚く強固に形成された基板層には転位やクラックが発生し難くなっているため、これらの作用により、下地基板と基板層を略常温まで冷却すると、圧縮応力を受ける下地基板は、引っ張り応力を受ける基板層の界面から剥離する。
【００１１】
また、これらの作用は熱膨張係数差に基づくものであるので、より一般には、下地基板を基板層との界面より剥離させる応力は、加熱等による温度変化によっても得ることができる。
【００１２】
結晶成長させる基板層（III族窒化物系化合物半導体）の厚さは、５０μｍ以上が望ましい。この厚さが厚い程、基板層に対する引っ張り応力が緩和されて、基板層の転位やクラックの発生密度を減少でき、同時に基板層を強固にできるため、上記の応力を基板層と下地基板との界面に集中させ易くなる。
【００１３】
また、下地基板（Ｓｉ基板）の厚さは、３００μｍ以下が望ましい。この厚さが薄い程、基板層に対する引っ張り応力が緩和されて、基板層の転位やクラックの発生密度が減少する。ただし、下地基板（Ｓｉ基板）の厚さを５０μｍ未満とすると、下地基板自身の絶対的な強度に問題が生じ、高い生産性を維持することが難しくなる。したがって、製造する結晶成長基板の品質と生産性を確保するためには、下地基板（Ｓｉ基板）の厚さは、５０μｍ以上３００μｍ以下が望ましい。
【００１４】
また、相対的には、結晶成長させる基板層（III族窒化物系化合物半導体）の厚さは、下地基板（Ｓｉ基板）の厚さと同等とするか、或いはそれ以上とすることが望ましい。この様な設定により、基板層に対する引っ張り応力が緩和され易くなり、基板層の転位やクラックの発生を従来よりも大幅に抑制することが可能となる。この効果は、相対的に基板層を厚くする程大きくなる。
【００１５】
尚、結晶成長させる基板層（III族窒化物系化合物半導体）と下地基板（Ｓｉ基板）との間には、或いは、結晶成長後の基板層の上には、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）や、任意の混晶比のIII族窒化物系化合物半導体より成るバッファ層等を形成しても良い。これらの基板層やバッファ層は、ＧａＮやＡｌＮ、ＳｉＣの他、ＧａＮやＡｌＮ、ＳｉＣに対してその組成比に殆ど影響しない程度のインジウム（Ｉｎ）を添加したものや、或いは、ＩｎＮ，ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１），ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１），ＡｌxＩｎ1 -xＮ（０＜ｘ＜１），ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｘ＋ｙ＜１）等から形成しても良く、その他、一般式がＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）成る２元、３元、若しくは４元のIII族窒化物系半導体において、III族元素のうちの一部をボロン（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）等で置換したり、或いは、窒素の一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したりした半導体等から形成しても良い。
【００１６】
また、これらの基板層やバッファ層をはじめとする、積層される任意のIII族窒化物系化合物半導体層には、Ｓｉ等のｎ型ドーパント、或いは、カルシウム（Ｃａ）やＭｇ等のｐ型ドーパントを添加しても良い。これらの添加物（ドーパント）は、一つの層に対して、ｎ型、ｐ型の両方を好適な比率で添加しても良い。また、これらの各半導体層は、２種以上の半導体の接合から成る超格子構造としても良い。
【００１７】
また、バッファ層は、下地基板上に成長させるIII族窒化物系化合物半導体、例えば、ＧａＮから成る基板層中に多重に繰り返して形成しても良い。この層を中間層といい、多重に繰り返して形成された複数の中間層を多重中間層という。これらの中間層には、バッファ層と同じ組成を用いることができる。即ち、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、その他、上記の２元、３元、４元のＡｌＧａＩｎＮ等を用いることができる。
【００１８】
尚、これらのバッファ層は、９００℃〜１２００℃で形成するものの他、３００℃〜９００℃の低温で形成しても良い。この温度範囲は、１０００℃〜１１５０℃が望ましく、更に望ましくは、１０５０℃〜１１００℃である。
【００１９】
或いは、バッファ層は、ＭＯＣＶＤ法の他、ＨＶＰＥ法やＭＢＥ法等が使用できる。又、スパッタリングを使用することも可能である。
また、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガスを原材料として、リアクティブスパッタ法によりＡｌＮから成るバッファ層を形成することもできる。
【００２０】
その他、金属アルミニウム、金属ガリウム、金属インジウム、窒素ガス又はアンモニアガスを用いて、一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１、組成比は任意）のバッファ層を形成することができる。スパッタリングの他、蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＥＣＲ法を用いることができる。これらの物理蒸着法によるバッファ層は、２００〜６００℃で行うのが望ましい。さらに望ましくは３００〜５００℃であり、さらに望ましくは４００〜５００℃である。
【００２１】
これらのスパッタリング法等の物理蒸着法を用いた場合には、バッファ層の厚さは、１００〜３０００Åが望ましい。更に望ましくは、１００〜２０００Åが望ましく、最も望ましくは、１００〜３００Åである。
【００２２】
また、Ｓｉ基板の下地基板の上に成長させる任意の半導体層の結晶成長には、横方向成長（ＥＬＯ）法等を用いることが可能である。これらの横方向成長（ＥＬＯ）法としては、エッチング等により基板やバッファ層等を部分的に露出させ、エッチングされたバッファ層等の層の上に半導体結晶を横方向成長させる、保護膜を用いない方法と、基板やバッファ層等の上に保護膜層を形成し、露出している基板やバッファ層等の上に半導体結晶を横方向成長させる、保護膜を用いる方法とがある。
【００２３】
また、ＥＬＯに使用する保護膜としては、III族窒化物系化合物半導体が成長し難い材料が有用である。具体的には、例えば、酸化硅素（ＳｉＯX）、窒化硅素（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物、これらの多層膜、或いは、１２００℃以上の融点を有する金属等である。
【００２４】
即ち、ＥＬＯに使用する保護膜としては、６００〜１１００℃におけるIII族窒化物の成長温度にも耐えることができ、且つ、その上にはIII族窒化物系化合物半導体が成長しないか成長し難いものであることが必要である。また、成膜は、蒸着、ＣＶＤ等の気相成長法、或いは、スパッタリング等により成膜することができる。
ＥＬＯに関するこれらの手段により、更にクラックの発生数を低減できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
図１は、シリコン（Ｓｉ）より形成された直径約１０cmの略円形の下地基板１０１の上に、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、窒化ガリウム（ＧａＮ）より成る基板層（窒化物半導体層）１０２を結晶成長させて得られたサンプル（基板１００）の模式的な断面図であり、本実施例における結晶成長基板の製造過程（１工程）を例示している。
【００２６】
本気相成長では、アンモニア(NH3)ガス、キャリアガス(H2,N2)、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)ガス（以下「TMG」と記す）、及びトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3）ガス（以下「TMA」と記す）を用いた。以下、その製造手順の概要を示す。
まず、シリコン（Ｓｉ）より成る単結晶の下地基板１０１を有機洗浄及び熱処理により洗浄し、MOVPE装置の反応室に載置されたサセプタに装着した。ただし、装着した下地基板１０１の厚さは、約５０μｍ、約１００μｍ、約２００μｍ、約５００μｍの４種類とした。
次に、常圧でH2を反応室に流しながら温度1100℃で下地基板１０１をベーキングした。
【００２７】
その後、Ｈ2，ＮＨ3，ＴＭＧ，ＴＭＡを供給して、ＡｌＧａＮ層を形成し、下地基板１０１の温度を１１００℃に保持し、H2、NH3及びＴＭＧを供給して、窒化ガリウム（ＧａＮ）より成る基板層１０２を結晶成長させ、その後、下地基板１０１と基板層１０２を５０℃／min以下の冷却速度で冷却する。
【００２８】
以上の手順により得られたＧａＮ成長層のクラック密度を測定した。図２は、本実施例におけるこの結晶成長基板のクラック密度と、下地基板（Ｓｉ基板）の厚さとの関係を例示するグラフである。
【００２９】
例えば、本図２には基板層（ＧａＮ成長層）の膜厚を略７μｍに決めたサンプルに関する測定結果（◆印）を例示しているが、本図からも判る様に、Ｓｉ基板の厚さを薄くする程、その減少に伴ってクラック密度は著しく減少する。また、本図より、膜厚２００μｍの基板層（▲印）ではクラック密度が１cm-1以下となり、よって１cm2以上のＧａＮ基板がえられることが判る。
【００３０】
また、例えば、本図２には、基板層（ＧａＮ成長層）の膜厚を７μｍ，５０μｍ、及び２００μｍに設定し、約２００μｍの下地基板（Ｓｉ基板）を使用した際の各サンプルのクラック密度の測定結果を例示しているが、本図からも判る様に、同じＳｉ基板の厚さに対して、基板層（ＧａＮ成長層）の厚さを厚くする程、その増加に伴ってクラック密度は著しく減少することが判る。
【００３１】
即ち、基板層の厚さを５０μｍ以上にした場合には、有用な大面積のＧａＮ基板を得ることが可能である。
また、逆に、基板層の厚さを例えば７μｍ程度に留めた実験では、基板層は一部が剥離するが、小面積のものしか得られなかった。
更に、従来の様に、基板層の厚さを２〜３μｍ程度に留めた場合には、基板層は下地基板から殆ど剥離しなかった。
【００３２】
尚、上記の実施例では、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、下地基板（Ｓｉ基板）に窒化ガリウム（ＧａＮ）より成る基板層（窒化物半導体層）１０２を結晶成長させて得られたサンプル（基板１００）について、その測定結果を例示したが、例えば液相成長法（ＬＰＥ）や、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ）等の結晶成長法も、厚い基板層を形成する上で有効である。
例えばこれらに代表されるその他の結晶成長法によって得られる基板についても、上記の実施例と略同様に、本発明の手段による本発明の作用・効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の結晶成長基板の製造過程を例示する基板の模式的な断面図。
【図２】 基板層（ＧａＮ成長層）のクラック密度と、下地基板（Ｓｉ基板）の厚さとの関係を例示するグラフ。
【図３】 従来の結晶成長基板の製造過程を例示する基板の模式的な断面図。
【符号の説明】
１００ … 基板
１０１ … 下地基板（Ｓｉ基板）
１０２ … 基板層（窒化物半導体層）BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride compound semiconductor crystal growth substrate using silicon (Si 2 ) as a base substrate serving as a base for the crystal growth substrate.
[0001]
[Prior art]
As exemplified in FIG. 3, it is generally known that when gallium nitride (GaN) is crystal-grown on a silicon substrate and then cooled to room temperature, many dislocations and cracks are formed in the GaN growth layer.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, when a large number of dislocations and cracks enter the growth layer, when a device is fabricated on the growth layer, a large number of lattice defects, dislocations, deformations, cracks, etc. occur in the device, causing deterioration of device characteristics. It becomes.
Also, when the silicon (Si) substrate is removed and only the growth layer is left to obtain an independent substrate, a large area (1 cm 2 or more) is obtained due to the above-described dislocations and cracks. Absent.
[0003]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a high-quality crystal growth substrate having a low density of dislocations and cracks.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the following means are effective.
That is, the first means is a group III nitride on the base substrate in the manufacturing process of the group III nitride compound semiconductor crystal growth substrate using silicon (Si 2 ) as the base substrate serving as the base of the crystal growth substrate. When a substrate layer made of a physical compound semiconductor is grown to a thickness equal to or greater than the thickness of the base substrate, and then the base substrate and the substrate layer are cooled at a cooling rate of 50 ° C./min or less , The base substrate is peeled off from the substrate layer by stress , and the remaining substrate layer is used as a crystal growth substrate.
[0005]
The second means is to grow the substrate layer by 50 μm or more in the first means.
[0006]
The third means is to form the base substrate in a thickness of 50 μm or more and 300 μm or less in the first or second means.
[0007]
By means of the following, it is possible to solve the above problems.
[0008]
[Operation and effect of the invention]
When growing a substrate layer made of a Group III nitride compound semiconductor on the base substrate (Si board), the crystal growth temperature of the substrate layer (III nitride compound semiconductor), crystal growth with less distortion Advances. However, since the thermal expansion coefficient differs greatly between silicon and a group III nitride compound semiconductor such as GaN, large distortion occurs in the substrate when the substrate is cooled to substantially room temperature after the completion of crystal growth. As illustrated, dislocations and cracks occur in the substrate layer.
[0009]
However, according to the means of the present invention, with respect to the base substrate (Si board), because a relatively thick substrate layer (III nitride compound semiconductor) is formed than prior art, the base substrate (Si board ) , The substrate layer becomes relatively strong, and the generation density of dislocations and cracks in the substrate layer decreases.
[0010]
At this time, the tensile stress that has been applied almost uniformly to the entire substrate layer (group III nitride compound semiconductor) that has been formed relatively thin in the prior art is on the base substrate side of the substrate layer that is formed thick and strong. Since it is easy to concentrate on the interface, and dislocations and cracks are less likely to occur in the thick and strong substrate layer, the compressive stress is reduced when the base substrate and the substrate layer are cooled to approximately room temperature due to these actions. The base substrate that receives the detachment peels from the interface of the substrate layer that receives the tensile stress.
[0011]
In addition, since these actions are based on the difference in thermal expansion coefficient, more generally, the stress that causes the base substrate to peel from the interface with the substrate layer can be obtained by a temperature change caused by heating or the like.
[0012]
The thickness of the substrate layer (Group III nitride compound semiconductor) for crystal growth is desirably 50 μm or more. The thicker the thickness, the more the tensile stress on the substrate layer is relaxed and the generation density of dislocations and cracks in the substrate layer can be reduced. At the same time, the substrate layer can be strengthened. It becomes easy to concentrate on the interface.
[0013]
The thickness of the base substrate (Si board), the following is preferable 300 [mu] m. The thinner the thickness is, the more the tensile stress on the substrate layer is relaxed and the dislocation density and crack generation density of the substrate layer are reduced. However, when the thickness of the base substrate (Si board) and less than 50 [mu] m, there is a problem in absolute strength of the underlying substrate itself, it is difficult to maintain high productivity. Therefore, in order to ensure the quality and productivity of the crystal growth substrate to produce the thickness of the base substrate (Si board), the following is desirable 300μm least 50 [mu] m.
[0014]
Moreover, relatively, the thickness of the substrate layer where crystal growth (III nitride compound semiconductor), either equal to the thickness of the base substrate (Si board), or it is desirable to more. With such a setting, the tensile stress on the substrate layer is easily relaxed, and the occurrence of dislocations and cracks in the substrate layer can be significantly suppressed as compared with the conventional case. This effect becomes greater as the substrate layer is relatively thickened.
[0015]
The substrate layer is grown between the (III nitride compound semiconductor) and a base substrate (Si board), or on the substrate layer after crystal growth, for example, silicon carbide (SiC) Alternatively, a buffer layer made of a group III nitride compound semiconductor having an arbitrary mixed crystal ratio may be formed. In addition to GaN, AlN, and SiC, these substrate layers and buffer layers are made by adding indium (In) to GaN, AlN, and SiC so as not to affect the composition ratio, or InN, Al x. Ga 1-x N (0 <x <1), In x Ga 1-x N (0 <x <1), Al x In 1 -x N (0 <x <1), Al x Ga y In 1- xy N (0 <x <1,0 <y <1,0 <x + y <1) may be formed from such other general formula Al x Ga y in 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, In binary, ternary or quaternary group III nitride semiconductors of 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), some of the group III elements are boron (B), thallium (Tl), etc. Or a semiconductor in which part of nitrogen is replaced by phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), or the like You may form from.
[0016]
In addition, any group III nitride compound semiconductor layer to be laminated including these substrate layer and buffer layer has an n-type dopant such as Si or a p-type dopant such as calcium (Ca) or Mg. May be added. These additives (dopants) may be added at a suitable ratio of both n-type and p-type to one layer. In addition, each of these semiconductor layers may have a superlattice structure including a junction of two or more kinds of semiconductors.
[0017]
Further, the buffer layer may be repeatedly formed in a multiple layer in a substrate layer made of a group III nitride compound semiconductor, for example, GaN, grown on the base substrate. This layer is called an intermediate layer, and a plurality of intermediate layers formed repeatedly in multiple layers are called multiple intermediate layers. These intermediate layers can have the same composition as the buffer layer. That is, for example, AlN, GaN, and other binary, ternary, and quaternary AlGaInN can be used.
[0018]
In addition, you may form these buffer layers at low temperature of 300 to 900 degreeC other than what is formed at 900 to 1200 degreeC. This temperature range is desirably 1000 ° C. to 1150 ° C., and more desirably 1050 ° C. to 1100 ° C.
[0019]
Alternatively, the buffer layer can use the HVPE method, the MBE method, or the like in addition to the MOCVD method. Sputtering can also be used.
In addition, a buffer layer made of AlN can be formed by reactive sputtering using a DC magnetron sputtering apparatus using high-purity metallic aluminum and nitrogen gas as raw materials.
[0020]
Other, metallic aluminum, metallic gallium, using metal indium, nitrogen gas or ammonia gas, the general formula Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1, A buffer layer having an arbitrary composition ratio can be formed. In addition to sputtering, vapor deposition, ion plating, laser ablation, and ECR can be used. The buffer layer formed by these physical vapor deposition methods is preferably performed at 200 to 600 ° C. More preferably, it is 300-500 degreeC, More preferably, it is 400-500 degreeC.
[0021]
When physical vapor deposition methods such as these sputtering methods are used, the thickness of the buffer layer is preferably 100 to 3000 mm. More preferably, it is 100 to 2000 mm, and most preferably 100 to 300 mm.
[0022]
Further, a lateral growth (ELO) method or the like can be used for crystal growth of an arbitrary semiconductor layer grown on the base substrate of the Si substrate. As these lateral growth (ELO) methods, a protective film is used in which a substrate or a buffer layer is partially exposed by etching or the like, and a semiconductor crystal is laterally grown on the etched layer such as the buffer layer. And a method using a protective film in which a protective film layer is formed on a substrate, a buffer layer or the like, and a semiconductor crystal is laterally grown on the exposed substrate or buffer layer or the like.
[0023]
For the protective film used for ELO, a material in which a group III nitride compound semiconductor is difficult to grow is useful. Specifically, for example, oxides such as silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (Si x N y ), titanium oxide (TiO x ), zirconium oxide (ZrO x ), nitrides, multilayer films of these, or A metal having a melting point of 1200 ° C. or higher.
[0024]
That is, the protective film used for ELO can withstand the growth temperature of group III nitride at 600 to 1100 ° C., and the group III nitride compound semiconductor does not grow or is difficult to grow thereon. It must be a thing. The film formation can be performed by vapor deposition such as vapor deposition, CVD, or sputtering.
By these means relating to ELO, the number of occurrences of cracks can be further reduced.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
FIG. 1 shows a substrate layer (nitride) made of gallium nitride (GaN) on a substantially
[0026]
In this vapor phase growth, ammonia (NH 3 ) gas, carrier gas (H 2 , N 2 ), trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ) gas (hereinafter referred to as “TMG”), and trimethylaluminum (Al (CH 3 3 ) Gas (hereinafter referred to as “TMA”) was used. The outline of the manufacturing procedure is shown below.
First, the single
Next, the
[0027]
Thereafter, H 2 , NH 3 , TMG, and TMA are supplied to form an AlGaN layer, the temperature of the
[0028]
The crack density of the GaN growth layer obtained by the above procedure was measured. FIG. 2 is a graph illustrating the relationship between the crack density of this crystal growth substrate and the thickness of the underlying substrate (Si substrate) in this example.
[0029]
For example, FIG. 2 exemplifies the measurement result (marked with ◆) for a sample in which the film thickness of the substrate layer (GaN growth layer) is set to approximately 7 μm, but as can be seen from this figure, the thickness of the Si substrate As the thickness is reduced, the crack density is remarkably reduced with the reduction. Further, from this figure, it can be seen that the crack density is 1 cm −1 or less in the substrate layer (層) having a film thickness of 200 μm, and thus a GaN substrate having 1 cm 2 or more can be obtained.
[0030]
Further, for example, in FIG. 2, the crack density of each sample when the substrate layer (GaN growth layer) is set to 7 μm, 50 μm, and 200 μm and a base substrate (Si substrate) of about 200 μm is used. As can be seen from this figure, the crack density increases as the thickness of the substrate layer (GaN growth layer) increases with respect to the same Si substrate thickness. Can be seen to decrease significantly.
[0031]
That is, when the thickness of the substrate layer is 50 μm or more, a useful large-area GaN substrate can be obtained.
On the contrary, in the experiment in which the thickness of the substrate layer was kept at about 7 μm, for example, the substrate layer partially peeled off, but only a small area was obtained.
Further, when the thickness of the substrate layer is kept at about 2 to 3 μm as in the prior art, the substrate layer hardly peeled from the base substrate.
[0032]
In the above embodiment, the substrate layer (nitride semiconductor layer) 102 made of gallium nitride (GaN) is crystal-grown on the base substrate (Si substrate) by metal organic compound vapor phase epitaxy (MOVPE). The measurement results of the sample (substrate 100) are illustrated, but crystal growth methods such as liquid phase growth (LPE) and halide vapor phase growth (HVPE) are also effective in forming a thick substrate layer. It is.
For example, with respect to substrates obtained by other crystal growth methods represented by these, the effects and advantages of the present invention can be obtained by means of the present invention, in substantially the same manner as in the above embodiments.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a substrate illustrating a manufacturing process of a crystal growth substrate of the present invention.
FIG. 2 is a graph illustrating the relationship between the crack density of a substrate layer (GaN growth layer) and the thickness of a base substrate (Si substrate).
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a substrate illustrating a manufacturing process of a conventional crystal growth substrate.
[Explanation of symbols]
100 ...
102 ... Substrate layer (nitride semiconductor layer)
Claims (3)
前記下地基板の上にIII族窒化物系化合物半導体より成る基板層を前記下地基板の厚さ以上に成長させ、
その後前記下地基板と前記基板層を５０℃／ｍｉｎ以下の冷却速度で冷却する際に、前記基板層の前記下地基板側の界面への応力により前記下地基板を前記基板層から剥離させることにより、残った前記基板層を前記結晶成長基板とする
ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造方法。A method of manufacturing a crystal growth substrate of a group III nitride compound semiconductor using silicon (Si ) as a base substrate to be a base of a crystal growth substrate,
Growing a substrate layer made of a group III nitride compound semiconductor on the base substrate to a thickness greater than that of the base substrate ,
Thereafter, when the base substrate and the substrate layer are cooled at a cooling rate of 50 ° C./min or less, by peeling the base substrate from the substrate layer due to stress on the base substrate side interface of the substrate layer, A method for producing a crystal growth substrate of a group III nitride compound semiconductor, wherein the remaining substrate layer is used as the crystal growth substrate.
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