JP2010037185A - GaN CRYSTAL SUBSTRATE, GaN CRYSTAL SUBSTRATE MANUFACTURING METHOD, GaN CRYSTAL SUBSTRATE PROVIDED WITH SEMICONDUCTOR EPITAXIAL LAYER, SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD - Google Patents
GaN CRYSTAL SUBSTRATE, GaN CRYSTAL SUBSTRATE MANUFACTURING METHOD, GaN CRYSTAL SUBSTRATE PROVIDED WITH SEMICONDUCTOR EPITAXIAL LAYER, SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、発光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスの製造に好適に用いられるGaN結晶基板およびその製造方法に関する。詳しくは、低転位密度結晶領域を含むGaN結晶基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a GaN crystal substrate suitably used for manufacturing a semiconductor device such as a light emitting device and an electronic device, and a manufacturing method thereof. Specifically, the present invention relates to a GaN crystal substrate including a low dislocation density crystal region and a manufacturing method thereof.
GaN結晶基板は、発光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスに広く用いられている。半導体デバイスの物性を高めるため、転位密度の低いGaN結晶基板の開発が進められている。 GaN crystal substrates are widely used in semiconductor devices such as light emitting devices and electronic devices. In order to improve the physical properties of semiconductor devices, development of GaN crystal substrates with low dislocation density is underway.
たとえば、特開2003−165799号公報(特許文献1という、以下同じ)は、下地基板上にドット状の種結晶を配置してGaN結晶をファセット成長させることにより、ドット状の種結晶上に転位を集めてドット状の高転位密度結晶領域を形成し、それにより形成される低転位密度結晶領域を有するGaN結晶基板を製造する方法を開示する。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-165799 (referred to as
また、特開2003−183100号公報(特許文献2という、以下同じ)は、下地基板上にストライプ状のマスクを配置してGaN結晶をファセット成長させることにより、ストライプ状のマスク上に転位を集めてストライプ状の高転位密度結晶領域を形成し、それにより形成される低転位密度結晶領域を有するGaN結晶基板を製造する方法を開示する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2003-183100 (referred to as Patent Document 2 hereinafter) collects dislocations on a stripe-shaped mask by arranging a stripe-shaped mask on a base substrate and performing facet growth of a GaN crystal. A method for manufacturing a GaN crystal substrate having a low dislocation density crystal region formed by forming a stripe-like high dislocation density crystal region is disclosed.
しかし、上記特許文献1の方法においては、転位が集中して高転位密度となるドット状の高転位密度結晶領域は結晶全体領域に比べて極めて小さいため、ドット状の高転位密度結晶領域に転位を集める効果が低く、低転位密度結晶領域の転位密度を低減する効果は低い。また、低転位密度結晶領域を広げるために、転位が集中して高転位密度となるドット状の高転位密度結晶領域のピッチを大きくすると、ドット状の高転位密度結晶領域に転位を集める効果がさらに低下し、低転位密度結晶領域の転位密度を低減する効果がさらに低下する。
However, in the method of
また、特許文献2の方法においても、低転位密度結晶領域を広げるために、転位が集中して高転位密度となる上記ストライプ状の高転位密度結晶領域のピッチを大きくすると、ドット状またはストライプ状の高転位密度結晶領域に転位を集める効果が低下し、低転位密度結晶領域の転位密度を低減する効果が低下する。 Also in the method of Patent Document 2, in order to widen the low dislocation density crystal region, when the pitch of the stripe-shaped high dislocation density crystal region in which dislocations concentrate and become a high dislocation density is increased, a dot shape or a stripe shape is obtained. The effect of collecting dislocations in the high dislocation density crystal region is reduced, and the effect of reducing the dislocation density in the low dislocation density crystal region is reduced.
また、GaN結晶は、GaN結晶と化学組成が異なる異種の下地基板上に成長する際に発生する転位およびその転位の伝搬により生じる内部応力によって結晶が反りやすい。そのため、GaN結晶基板の主面の中央部と周辺部とでは面方位のずれが生じる。これに対して、ストライプ状の高転位密度結晶領域を形成することにより、そのストライプ方向に平行な方向について転位の伝搬を抑制してGaN結晶基板の主面の中央部と周辺部との面方位のずれを緩和することができる。しかし、ストライプ状の高転位密度結晶領域を形成しても、ストライプ方向に垂直な方向についてはGaN結晶基板の主面の中央部と周辺部との面方位のずれを緩和することはできなかった。 In addition, the GaN crystal is likely to warp due to dislocations generated when growing on a different kind of base substrate having a chemical composition different from that of the GaN crystal and internal stress generated by propagation of the dislocations. For this reason, the plane orientation shifts between the central portion and the peripheral portion of the main surface of the GaN crystal substrate. On the other hand, by forming a stripe-shaped high dislocation density crystal region, the propagation of dislocations is suppressed in the direction parallel to the stripe direction, and the plane orientation of the central portion and the peripheral portion of the main surface of the GaN crystal substrate Can be mitigated. However, even when the stripe-shaped high dislocation density crystal region is formed, the deviation of the plane orientation between the central portion and the peripheral portion of the main surface of the GaN crystal substrate in the direction perpendicular to the stripe direction cannot be reduced. .
また、ストライプ状の高転位密度結晶領域の間隔が400μm以上のGaN結晶基板を用いて半導体デバイスであるショットキーバリアダイオードを作製しても、逆方向の耐電圧が低くなるという問題があった。GaN結晶基板の幅400μm以上の低転位密度結晶領域をCL(カソードルミネッセンス)により観察すると、低転位密度結晶領域において高転位密度結晶領域に近い部分に転位が局所的に1×107cm-2以上に集中した転位集中領域が暗部として複数観察された。かかる転位集中領域は、高転位密度結晶領域の間隔が大きくなるほど、すなわち低転位密度結晶領域の幅が大きくなるほど、より多数観察された。また、半導体デバイスにおけるGaN結晶基板中の転位集中領域が、その半導体デバイスの耐電圧の低減の原因となっていた。 Further, even when a Schottky barrier diode, which is a semiconductor device, is manufactured using a GaN crystal substrate having a distance between stripe-like high dislocation density crystal regions of 400 μm or more, there is a problem that the reverse withstand voltage is lowered. When a low dislocation density crystal region having a width of 400 μm or more of the GaN crystal substrate is observed by CL (cathode luminescence), dislocations are locally 1 × 10 7 cm −2 in a portion near the high dislocation density crystal region in the low dislocation density crystal region. A plurality of dislocation concentration regions concentrated as described above were observed as dark portions. More dislocation concentration regions were observed as the spacing between the high dislocation density crystal regions was increased, that is, as the width of the low dislocation density crystal regions was increased. Moreover, the dislocation concentration region in the GaN crystal substrate in the semiconductor device has been a cause of reduction in the withstand voltage of the semiconductor device.
本発明は、上記問題点を解決して、高転位密度結晶領域のピッチが大きくても転位を集める効果が大きく低転位密度結晶領域の転位密度が低く、均一に反りが小さいGaN結晶基板およびその製造方法、かかるGaN結晶基板を含むたエピタキシャル層付GaN結晶基板、ならびにかかるGaN結晶基板を含む半導体デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, has a large effect of collecting dislocations even when the pitch of the high dislocation density crystal region is large, a low dislocation density in the low dislocation density crystal region, and a GaN crystal substrate having a small uniform warpage and its An object of the present invention is to provide a manufacturing method, a GaN crystal substrate with an epitaxial layer including the GaN crystal substrate, a semiconductor device including the GaN crystal substrate, and a manufacturing method thereof.
本発明は、(0001)面に対して0°以上30°以下のオフ角を有する主面を有し、低転位密度結晶領域と高転位密度結晶領域とを含み、主面における高転位密度結晶領域の形状は、[1−100]方向に伸びる複数の第1ストライプ結晶領域と[11−20]方向に伸びる複数の第2ストライプ結晶領域とを含む格子状であるGaN結晶基板である。ここで、主面のオフ角とは、主面の中心点におけるオフ角を意味する。 The present invention has a main surface having an off angle of 0 ° to 30 ° with respect to the (0001) plane, and includes a low dislocation density crystal region and a high dislocation density crystal region, and a high dislocation density crystal in the main surface. The shape of the region is a GaN crystal substrate having a lattice shape including a plurality of first stripe crystal regions extending in the [1-100] direction and a plurality of second stripe crystal regions extending in the [11-20] direction. Here, the off angle of the main surface means an off angle at the center point of the main surface.
本発明にかかるGaN結晶基板において、第1ストライプ結晶領域は幅が5μm以上120μm以下でピッチが200μm以上10000μm以下とすることができ、第2ストライプ結晶領域は幅が5μm以上120μm以下でピッチが200μm以上10000μm以下とすることができる。また、高転位密度結晶領域は、[0001]方向の極性が低転位密度結晶領域に対して反転している極性反転結晶領域とすることができる。また、低転位密度結晶領域は、(0001)面成長結晶領域とファセット成長結晶領域とを含み、主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比を0.7以下とすることができる。また、主面の中心におけるオフ角と中心から[1−100]方向の端部におけるオフ角との間の差である第1ずれ角および主面の中心におけるオフ角と中心から[11−20]方向の端部におけるオフ角との間の差である第2ずれ角をそれぞれ0℃以上0.30°以下とし、第1ずれ角と第2ずれ角との差を0℃以上0.30°以下とすることができる。また、第1ストライプ結晶領域または第2ストライプ結晶領域を、少なくとも1箇所で不連続とすることができる。また、キャリア濃度を1×1018cm-3以上1.2×1019cm-3以下とすることができる。また、低転位密度結晶領域は、高転位密度結晶領域により囲まれている一領域当たりに0.1個/領域以上5.5個/領域以下の転位集中領域を有することができる。 In the GaN crystal substrate according to the present invention, the first stripe crystal region may have a width of 5 μm to 120 μm and a pitch of 200 μm to 10,000 μm, and the second stripe crystal region may have a width of 5 μm to 120 μm and a pitch of 200 μm. The thickness can be set to 10000 μm or less. The high dislocation density crystal region can be a polarity inversion crystal region in which the polarity in the [0001] direction is reversed with respect to the low dislocation density crystal region. The low dislocation density crystal region includes a (0001) plane growth crystal region and a facet growth crystal region, and a ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region on the main surface is 0.7. It can be as follows. Further, the first deviation angle, which is the difference between the off angle at the center of the main surface and the off angle at the end in the [1-100] direction from the center, and the off angle and the center at the center of the main surface [11-20. The second deviation angle, which is the difference between the off-angle at the end of the direction, is 0 ° C. or more and 0.30 ° or less, and the difference between the first deviation angle and the second deviation angle is 0 ° C. or more and 0.30. It can be below. Further, the first stripe crystal region or the second stripe crystal region can be discontinuous at least at one location. The carrier concentration can be set to 1 × 10 18 cm −3 or more and 1.2 × 10 19 cm −3 or less. In addition, the low dislocation density crystal region can have dislocation concentration regions of 0.1 / region to 5.5 / region per region surrounded by the high dislocation density crystal region.
また、本発明は、上記のGaN結晶基板の製造方法であって、GaN結晶基板の(0001)面に対応する下地基板の面方位に対して0°以上30°以下のオフ角を有する主面を有する下地基板を準備する工程と、下地基板の主面上にGaN結晶基板の[1−100]方向に対応する第1方向に伸びる複数の第1ストライプマスクと、GaN結晶基板の[11−20]方向に対応する第2方向に伸びる複数の第2ストライプマスクと、を含む格子状パターンを有するマスクを形成する工程と、マスクが形成された下地基板の主面上にGaN結晶を成長させる工程と、GaN結晶に下地基板の主面に平行な主面を形成してGaN結晶基板を得る工程と、を備える。GaN結晶を成長させる工程において、マスク上においてGaN結晶は(000−1)面成長し、下地基板のマスクの開口部の中央部においてGaN結晶は(0001)面成長し、マスクの開口部の周辺部においてGaN結晶はファセット成長する。こうして、(0001)面成長およびファセット成長により形成される低転位密度結晶領域と、(000−1)面成長により形成される高転位密度結晶領域と、を含むGaN結晶が成長する。本発明にかかるGaN結晶基板の製造方法において、第1ストライプマスクまたは第2ストライプマスクを、少なくとも1箇所で不連続とすることができる。 The present invention is also a method for manufacturing the above GaN crystal substrate, wherein the main surface has an off angle of 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the plane orientation of the base substrate corresponding to the (0001) plane of the GaN crystal substrate. A plurality of first stripe masks extending in a first direction corresponding to the [1-100] direction of the GaN crystal substrate on the main surface of the base substrate, and [11- 20] forming a mask having a lattice pattern including a plurality of second stripe masks extending in a second direction corresponding to the direction, and growing a GaN crystal on the main surface of the base substrate on which the mask is formed And a step of forming a main surface parallel to the main surface of the base substrate on the GaN crystal to obtain a GaN crystal substrate. In the step of growing the GaN crystal, the (000-1) plane of the GaN crystal grows on the mask, and the (0001) plane of the GaN crystal grows at the center of the opening of the mask of the base substrate. In this part, the GaN crystal is faceted. Thus, a GaN crystal including a low dislocation density crystal region formed by (0001) plane growth and facet growth and a high dislocation density crystal region formed by (000-1) plane growth grows. In the method for manufacturing a GaN crystal substrate according to the present invention, the first stripe mask or the second stripe mask can be discontinuous at least at one location.
また、本発明は、上記のGaN結晶基板とGaN結晶基板上に形成されている少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層とを含み、III族窒化物半導体エピタキシャル層は、GaN結晶基板の低転位密度結晶領域の直上方に形成される低転位密度エピタキシャル結晶領域とGaN結晶基板の高転位密度結晶領域の直上方に形成される高転位密度エピタキシャル結晶領域とを含む半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板である。 The present invention also includes the above GaN crystal substrate and at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer formed on the GaN crystal substrate, wherein the group III nitride semiconductor epitaxial layer is a low-power GaN crystal substrate. A GaN crystal substrate with a semiconductor epitaxial layer, comprising a low dislocation density epitaxial crystal region formed immediately above the dislocation density crystal region and a high dislocation density epitaxial crystal region formed immediately above the high dislocation density crystal region of the GaN crystal substrate It is.
また、本発明は、上記のGaN結晶基板と、GaN結晶基板の一方の主面上に形成されている少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層と、III族窒化物半導体エピタキシャル層の主面上およびGaN結晶基板の他方の主面上の少なくともいずれかに形成されている電極とを含み、GaN結晶基板は、大きさが400μm角以上で、転位密度が1×107cm-2未満である半導体デバイスである。本発明にかかる半導体デバイスにおいて、GaN結晶基板は、(0001)面成長結晶領域とファセット成長結晶領域とを含み、GaN結晶基板の一方の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比を0.2以上0.7以下とすることができる。 The present invention also provides the GaN crystal substrate, at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer formed on one main surface of the GaN crystal substrate, and a main surface of the group III nitride semiconductor epitaxial layer. An electrode formed on at least one of the upper surface and the other main surface of the GaN crystal substrate, the GaN crystal substrate having a size of 400 μm square or more and a dislocation density of less than 1 × 10 7 cm −2 It is a certain semiconductor device. In the semiconductor device according to the present invention, the GaN crystal substrate includes a (0001) plane growth crystal region and a facet growth crystal region, and (0001) plane growth with respect to the area of the facet growth crystal region on one main surface of the GaN crystal substrate. The ratio of the areas of the crystal regions can be 0.2 or more and 0.7 or less.
また、本発明は、上記のGaN結晶基板を準備する工程と、GaN結晶基板上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる工程と、GaN結晶基板の低転位密度結晶領域の直上方および直下方の領域内であってIII族窒化物半導体エピタキシャル層上およびGaN結晶基板上の少なくともいずれかに電極を形成する工程と、を備える半導体デバイスの製造方法である。 The present invention also provides a step of preparing the above GaN crystal substrate, a step of growing at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer on the GaN crystal substrate, and a direct conversion of the low dislocation density crystal region of the GaN crystal substrate. Forming an electrode on at least one of the group III nitride semiconductor epitaxial layer and the GaN crystal substrate in the upper and lower regions, and a method for manufacturing a semiconductor device.
本発明によれば、高転位密度結晶領域のピッチが大きくても転位を集める効果が大きく、低転位密度結晶領域の転位密度が低く、反りが小さいGaN結晶基板およびその製造方法、かかるGaN結晶基板を含むエピタキシャル層付GaN結晶基板、ならびにかかるGaN結晶基板を含む半導体デバイスおよびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, even if the pitch of the high dislocation density crystal region is large, the effect of collecting dislocations is large, the dislocation density of the low dislocation density crystal region is low, and the warpage is small, and the manufacturing method thereof, and the GaN crystal substrate An epitaxial layer-attached GaN crystal substrate including the semiconductor device, a semiconductor device including the GaN crystal substrate, and a method for manufacturing the semiconductor device can be provided.
(実施形態1)
図1を参照して、本発明にかかるGaN結晶基板の一実施形態は、(0001)面に対して0°以上30°以下のオフ角を有する主面20mを有し、低転位密度結晶領域20kと高転位密度結晶領域20hとを含み、主面20mにおける高転位密度結晶領域20hの形状は、[1−100]方向に伸びる複数の第1ストライプ結晶領域20hsと[11−20]方向に伸びる複数の第2ストライプ結晶領域20htとを含む格子状である。
(Embodiment 1)
Referring to FIG. 1, an embodiment of a GaN crystal substrate according to the present invention has a
本実施形態のGaN結晶基板20pの主面20mは、(0001)面に対して0°以上30°以下のオフ角を有する。ここで、主面20mのオフ角とは、主面20mの中心点におけるオフ角を意味する。このため、GaN結晶基板20pの主面20m上に、III族窒化物結晶層を(0001)面を結晶成長面として成長させて種々の半導体デバイスを製造することができる。III族窒化物結晶の(0001)面を結晶成長面とする成長を容易にする観点から、GaN結晶基板20pの(0001)面に対する主面20mのオフ角は、0°以上25°以下が好ましく、0°以上10°以下がより好ましい。
The
一方、図12を参照して、GaN結晶基板20pの主面20mのオフ角が0°(すなわち主面20mが(0001)面)の場合は、主面20m上にIII族窒化物半導体ピタキシャル層を成長させると、主面20mに平行な面(すなわち(0001)面)を結晶成長面として成長するため、ステップフロー成長が阻害されるため、III族窒化物半導体エピタキシャル層30への不純物の取り込みが不均一となり、得られる半導体デバイスの耐圧歩留まりが低下する。
On the other hand, referring to FIG. 12, when the off angle of
また、図12および図13を参照して、GaN結晶基板20pの主面20mが(0001)面に対してたとえば[1−100]方向(これは、第1ストライプ結晶領域20hsの伸びる方向である。)に0.05°より大きく1°より小さなオフ角を有するGaN結晶基板20pの主面20m上にIII族窒化物半導体ピタキシャル層30を成長させると、GaN結晶基板20pの[1−100]方向に垂直な[11−20]方向に伸びる第2ストライプ結晶領域20htに接する領域から低転位密度結晶領域20k内に[1−100]方向に僅かに入った領域の直上方の領域(かかる領域が、後述するエピタキシャル異常成長領域30eiに相当する。)では、(0001)面を結晶成長面として成長し、それ以外の領域では、その主面に平行な面(これは(0001)面に対して上記の小さいオフ角を有する面である)を結晶成長面として成長する。主面20mが(0001)面に対して上記のような小さなオフ角を有するGaN結晶基板20pの主面20m上に成長するIII族窒化物半導体ピタキシャル層30においては、(0001)面を結晶成長面として成長する領域は、エピタキシャル異常成長領域30eiと呼ばれ、かかる領域を含む半導体デバイスの耐電圧性を低下させる。
12 and 13, the
上記のエピタキシャル異常成長領域30eiを低減する観点から、GaN結晶基板20pの主面20mのオフ角は、0°以上0.05°以下または1°以上25°以下が好ましい。ここで、主面20mのオフ角が0.05°より大きく1°より小さいとエピタキシャル異常成長領域が形成され、その領域のキャリアの取り込みが異なる。かかる場合は、後述するように、上記オフ角のオフ方向に対して垂直な方向に伸びるストライプ結晶領域を不連続にすることにより、エピタキシャル異常成長領域の形成を抑制することができる。かかる場合には、GaN結晶基板上にIII族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる際に、良好なステップフローがなされるため、キャリア濃度が均一なエピタキシャル層が得られる。オフ角を0°以上0.05°以下とすることにより、エピタキシャル成長が良好となり、エピタキシャル異常成長領域の形成を抑制できる。また、オフ角を1°以上にしてもエピタキシャル異常成長領域の形成を抑制できる。しかし、オフ角を25°より大きくすると、下地基板としてGaAs基板を用いてGaN結晶を成長させる場合、GaAs(111)A面に対するオフ角が大きいGaAs基板の主面上に成長させるGaN結晶は、エピタキシャル成長がなされず、多結晶化する。かかるエピタキシャル異常成長領域30eiは、レーザ顕微鏡を用いてエピタキシャル層の結晶成長面の高さ分布の測定から求められる。
From the viewpoint of reducing the above-described epitaxial abnormal growth region 30ei, the off angle of the
また、本実施形態のGaN結晶基板20pにおいて、主面の中心におけるオフ角と中心から[1−100]方向の端部におけるオフ角との間の差である第1ずれ角および主面の中心におけるオフ角と中心から[11−20]方向の端部におけるオフ角との間の差である第2ずれ角はそれぞれ0°以上0.30°以下が好ましく、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0°以上0.30°以下が好ましい。第1ずれ角および第2ずれ角は、主面20m上にキャリア濃度のばらつきを小さくして得られるデバイスの最大オン抵抗を低減する観点から、小さいことが好ましく、たとえば0°以上0.30°以下であることが好ましく、0°以上0.10°以下であることがより好ましい。一方、GaN結晶基板20pの現在の製造技術から製造の作業性を考慮すると、第1ずれ角および第2ずれ角は、0.01°程度以上が好ましい。また、第1ずれ角と第2ずれ角との差は、GaN結晶基板上に成長させるIII族窒化物半導体エピタキシャル層のキャリア濃度のばらつきの原因となるため、小さいほうが好ましく、たとえば0°以上0.30°以下であることが好ましく、0°以上0.10°以下であることがより好ましい。
Further, in the
ここで、第1ずれ角は、主面の中心における面方位および中心から[1−100]方向の端部における面方位をそれぞれX線回折によるGaN結晶の(0002)面におけるω−ロッキングカーブにより測定し、両者の差を算出することにより求められる。また、第1ずれ角は、主面の中心における面方位および中心から[1−100]方向の端部における面方位をそれぞれX線回折によるGaN結晶の(0002)面におけるω−ロッキングカーブにより測定し、両者の差を算出することにより求められる。第2ずれ角は、主面の中心における面方位および中心から[11−20]方向の端部における面方位をそれぞれX線回折によるGaN結晶の(0002)面におけるω−ロッキングカーブにより測定し、両者の差を算出することにより求められる。 Here, the first deviation angle is determined by the ω-rocking curve in the (0002) plane of the GaN crystal by X-ray diffraction with respect to the plane orientation at the center of the main surface and the plane orientation at the end in the [1-100] direction from the center. It is obtained by measuring and calculating the difference between the two. Further, the first deviation angle is measured by the ω-rocking curve on the (0002) plane of the GaN crystal by X-ray diffraction with respect to the plane orientation at the center of the main surface and the plane orientation at the end in the [1-100] direction from the center. It is obtained by calculating the difference between the two. The second deviation angle is measured by the ω-rocking curve in the (0002) plane of the GaN crystal by X-ray diffraction, with the plane orientation at the center of the main surface and the plane orientation at the end in the [11-20] direction from the center, It is obtained by calculating the difference between the two.
本実施形態のGaN結晶基板20pは、低転位密度結晶領域20kと高転位密度結晶領域20hとを含む。GaN結晶基板20pは、結晶成長の際に結晶内の転位を所定の領域に集めて高転位密度結晶領域20hを形成することにより、高転位密度結晶領域20h以外の領域の転位密度を低減させて低転位密度結晶領域20kを形成させたものである。GaN結晶基板20pは、低転位密度結晶領域20k上に1層以上のIII族窒化物結晶層を成長させて、特性のよい種々の半導体デバイスを製造することができる。
The
本実施形態のGaN結晶基板20pは、主面20mにおける高転位密度結晶領域20hの形状は、[1−100]方向に伸びる複数の第1ストライプ結晶領域20hsと[11−20]方向に伸びる複数の第2ストライプ結晶領域20htとを含む格子状である。本実施形態のGaN結晶基板20pは、かかる形状の高転位密度結晶領域20hを有することにより、低転位密度結晶領域20kの四方を取り囲む高転位密度結晶領域20hに転位が集められるため、高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsのピッチP1および第2ストライプ結晶領域20htのピッチP2が大きくなっても、低転位密度結晶領域20kの転位密度を十分に低くすることができる。
In the
これに対して、図4を参照して、典型的なGaN結晶基板20pは、高転位密度結晶領域20hが[1−100]方向にストライプ状に伸びる複数の第1ストライプ結晶領域であるため、第1ストライプ結晶領域のピッチP1が大きくなると、高転位密度結晶領域20hに転位を集める効果が小さくなり、低転位密度結晶領域20kの転位密度を十分に低くすることができない。
On the other hand, referring to FIG. 4, a typical
また、本実施形態のGaN結晶基板20pは、結晶成長の際に生じる結晶の反りを緩和する高転位密度結晶領域20hが[1−100]方向に伸びる複数の第1ストライプ結晶領域20hsと[11−20]方向に伸びる複数の第2ストライプ結晶領域20htとを含むため、[1−100]方向に平行な方向および[11−20]方向に平行な方向において、GaN結晶基板の中央部と周辺部との面方位のずれを低減することができる。
In addition, the
これに対して、図4を参照して、典型的なGaN結晶基板20pは、高転位密度結晶領域20hが[1−100]方向にストライプ状に伸びる複数の第1ストライプ結晶領域であるため、[1−100]方向に平行な方向においてGaN結晶基板の中央部と周辺部との面方位のずれを低減することができるが、[1−100]方向に垂直な方向(すなわち、[11−20]方向に平行な方向)においてはGaN結晶基板の中央部と周辺部との面方位のずれを低減することができない。
On the other hand, referring to FIG. 4, a typical
本実施形態のGaN結晶基板20pにおいて、高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsの幅W1は、5μm以上120μm以下が好ましく、10μm以上100μm以下がより好ましい。第1ストライプ結晶領域20hsの幅W1が、5μmより小さくなると転位を集める効果が低減し、120μmより大きくなると低転位密度結晶領域20kが小さくなる。高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsのピッチP1は、200μm以上10000μm以下が好ましく、400μm以上9500μm以下がより好ましい。第1ストライプ結晶領域20hsのピッチP1が、200μmより小さいと各々の低転位密度結晶領域20kが小さくなり、10000μmより大きいと転位を集める効果が低減する。
In the
また、高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htの幅W2は、5μm以上120μm以下が好ましく、10μm以上100μm以下がより好ましい。第2ストライプ結晶領域20htの幅W2が、5μmより小さくなると転位を集める効果が低減し、120μmより大きくなると低転位密度結晶領域20kが小さくなる。高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htのピッチP2は、200μm以上10000μm以下が好ましく、400μm以上9500μm以下がより好ましい。第2ストライプ結晶領域20htのピッチP2が、200μmより小さいと各々の低転位密度結晶領域20kが小さくなり、10000μmより大きいと転位を集める効果が低減する。
Further, the width W 2 of the second stripe crystal region 20ht of the high dislocation
また、図11〜図14を参照して、本実施形態のGaN結晶基板20pにおいて、主面20mが(0001)面に対して小さなオフ角(たとえば0.05°より大きく1.0°より小さいオフ角)を有していても、主面20m上にエピタキシャル異常成長領域30eiを形成することなくIII族窒化物半導体エピタキシャル層30を成長させる観点から、第1ストライプ結晶領域20hsまたは第2ストライプ結晶領域20htは、少なくとも1箇所で不連続であることが好ましい。
11 to 14, in the
ここで、少なくとも1箇所を不連続にするストライプ結晶領域は、第1ストライプ結晶領域20hsまたは第2ストライプ結晶領域20htのいずれか一方であれば、オフ角がより大きくなる方向に垂直な方向に伸びるストライプ結晶領域であることが好ましい。また、第1ストライプ結晶領域20hsの伸びる方向および第2ストライプ結晶領域20htの伸びる方向のいずれの方向にも同程度のオフ角を有する場合であっても、第2ストライプ結晶領域20htおよび第1ストライプ結晶領域20hsの両方を少なくとも1箇所で不連続にすることにより、III族窒化物半導体エピタキシャル層30を成長させる際のエピタキシャル異常成長領域30eiの形成を抑制することができる。
Here, if the stripe crystal region in which at least one portion is discontinuous is either the first stripe crystal region 20hs or the second stripe crystal region 20ht, it extends in a direction perpendicular to the direction in which the off angle becomes larger. A stripe crystal region is preferred. In addition, even when the off-angles of the first stripe crystal region 20hs and the second stripe crystal region 20ht extend in the same direction, the second stripe crystal region 20ht and the first
図13を参照して、主面20mが(0001)面に対してたとえば[1−100]方向(これは、第1ストライプ結晶領域20hsの伸びる方向である。)に小さなオフ角(たとえば0.05°より大きく1.0°より小さいオフ角)を有するGaN結晶基板20pの主面20m上にIII族窒化物半導体ピタキシャル層30を成長させると、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方の領域において、[1−100]方向に垂直な[11−20]方向に伸びる第2ストライプ結晶領域20htに接する2つの領域のうちオフ角がより大きい第2ストライプ結晶領域側の領域の直上方に(0001)面を結晶成長面として成長したエピタキシャル異常成長領域30eiが形成され、それ以外の領域の直上方に主面20mに平行な面(これは(0001)面に対して小さいがオフ角を有する面である)を結晶成長面として成長した領域が形成される。かかるエピタキシャル異常成長領域30eiを含む半導体デバイスは耐電圧性が低下する。
Referring to FIG. 13,
図14を参照して、主面20mが(0001)面に対してたとえば[1−100]方向(これは、第1ストライプ結晶領域20hsの伸びる方向である。)に小さなオフ角(たとえば0°より大きく0.7°より小さいオフ角)を有するGaN結晶基板20pであっても、主面20m上にエピタキシャル異常成長領域30eiを形成することなくIII族窒化物半導体エピタキシャル層30を成長させることができる。
Referring to FIG. 14,
図10を参照して、GaN結晶基板20pの第1ストライプ結晶領域20hsまたは第2ストライプ結晶領域20htの不連続部分の長さLWは、特に制限はないが、1μm以上200μm以下が好ましく、2μm以上100μm以下がより好ましい。不連続部分の長さLWが、1μmより小さいと各エピタキシャル異常成長領域が繋がってしまいエピタキシャル成長異常が緩和されず、200μmより大きいとGaN結晶基板およびエピタキシャル層の転位密度の低減が十分でなくなる。また、第1ストライプ結晶領域20hsまたは第2ストライプ結晶領域20htの連続部分の長さLは、特に制限はないが、5μm以上140μm以下が好ましく、10μm以上40μm以下がより好ましい。不連続部分の長さLが、5μmより小さいと高転位密度結晶領域に収まっていた転位が高転位密度結晶領域から低転位密度結晶領域に漏れ出し、140μmより大きいと各低転位密度結晶領域の大きさが小さくなり、得られる各デバイスの大きさが小さくなる。
Referring to FIG. 10, the length L W of the discontinuous portion of the first stripe crystal region 20hs or the second stripe crystal region 20ht of the
本実施形態のGaN結晶基板20pのキャリア濃度は、特に制限はないが、GaN結晶基板20pを含む半導体デバイスの比抵抗を低くする観点から、1.00×1018cm-3以上が好ましく、4.0×1018cm-3以上がより好ましい。また、GaN結晶基板20pを用いて、半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板または半導体デバイスを製造する際にクラックの発生を防止する観点から、GaN結晶基板20pのキャリア濃度は、1.2×1019cm-3以下が好ましく、1.0×1019cm-3以下がより好ましい。ここで、GaN結晶基板のキャリア濃度は、ホール測定により測定することができる。
The carrier concentration of the
また、本実施形態のGaN結晶基板20pにおいて、高転位密度結晶領域20hは、[0001]方向の極性が低転位密度結晶領域20kに対して反転している極性反転結晶領域であることが好ましい。高転位密度結晶領域20hが極性反転結晶領域であると高転位密度結晶領域20hに転位がより容易に集められ、低転位密度結晶領域20kの転位密度をより低減される。ここで、GaN結晶基板20pにおいて[0001]方向の極性が反転している極性反転領域は、結晶表面をエッチングした時のエッチング性の相違により測定できる。すなわち、(000−1)面は、(0001)面に対して[0001]方向の極性が反転している面であり、(0001)面に比べて容易にエッチングされる。たとえば、GaN結晶基板をNaOH水溶液またはKOH水溶液に浸漬すると、基板の表面に現れた(000−1)面は、基板の表面に現れた(0001)面比べて、より深くエッチングされる。
In the
また、本実施形態のGaN結晶基板20pにおいて、低転位密度結晶領域20kは、(0001)面成長結晶領域20kcとファセット成長結晶領域20kfとを含み、主面20mにおいてファセット成長結晶領域20kfの面積に対する(0001)面成長結晶領域20kcの面積の比(この比をC/F比という、以下同じ。)は、0.7以下が好ましく、0.5以下がより好ましく、0.4以下がさらに好ましい。
In the
ここで、(0001)面成長結晶領域20kcに比べてファセット成長結晶領域20kfは、O(酸素)などの不純物が取り込まれやすく、そのキャリア濃度が大きくなるため、比抵抗が低い。したがって、GaN結晶基板20p上に1層以上のIII族窒化物結晶層を成長させて得られる半導体デバイスにおいて、C/F比が低くなるほど、比抵抗の大きい(0001)面成長結晶領域が小さくなり、半導体デバイスのオン抵抗を低減でき、半導体デバイスにより大電流を印加できる。
Here, as compared with the (0001) plane growth crystal region 20kc, the facet growth crystal region 20kf is likely to receive impurities such as O (oxygen), and its carrier concentration is increased, so that the specific resistance is low. Therefore, in a semiconductor device obtained by growing one or more group III nitride crystal layers on the
本実施形態のGaN結晶基板20pは、[1−100]方向に伸びる複数の第1ストライプ結晶領域20hsと[11−20]方向に伸びる複数の第2ストライプ結晶領域20htとを含む高転位密度結晶領域20hを有するため、この高転位密度結晶領域20hにより各低転位密度結晶領域20kは四方を囲まれている。このため、各低転位密度結晶領域20kの中央部に(0001)面成長結晶領域20kcが形成され、四方の周辺部にはファセット成長結晶領域20kfが形成され、C/F比が小さくなる。
The
ここで、(0001)面成長結晶領域20kcとは(0001)面を結晶成長面として成長した結晶領域をいい、ファセット成長結晶領域20kfとはファセットを結晶成長面として成長した結晶領域をいう。また、高転位密度結晶領域20hは、[0001]方向の極性が低転位密度結晶領域20kに対して反転しており、(000−1)面を結晶成長面として成長した結晶領域である。
Here, the (0001) plane grown crystal region 20kc refers to a crystal region grown using the (0001) plane as a crystal growth surface, and the facet grown crystal region 20kf refers to a crystal region grown using a facet as a crystal growth surface. Further, the high dislocation
これに対して、図4を参照して、典型的なGaN結晶基板20pは、1−100]方向に伸びる複数の第1ストライプ結晶領域からなる高転位密度結晶領域20hを有するため、この高転位密度結晶領域20hにより各低転位密度結晶領域20kは二方を挟まれている。このため、各低転位密度結晶領域20kの中央部に(0001)面成長結晶領域20kcが形成され、二方の周辺部にはファセット成長結晶領域20kfが形成される。すなわち、本実施形態のGaN結晶基板においては各低転位密度結晶領域の四方の周辺部にファセット成長結晶領域が形成されるのに対して、典型的なGaN結晶基板においては各低転位密度結晶領域の二方の周辺部にしかファセット成長結晶領域が形成されない。このため、典型的なGaN結晶基板は、本実施形態のGaN結晶基板ほどC/F比を小さくすることができない。
On the other hand, referring to FIG. 4, a typical
上記の(0001)面成長結晶領域20kc、ファセット成長結晶領域20kfおよび高転位密度結晶領域20hは、GaN結晶基板20pの主面20mを蛍光顕微鏡で観察して、それらの明暗によって見分けることができる。すなわち、GaN結晶基板20pの主面20mを蛍光顕微鏡で観察すると、(0001)面成長結晶領域20kcが最も明るい第1明領域として見え、ファセット成長結晶領域20kfが最も暗い暗領域として見え、高転位密度結晶領域20hは(0001)面成長結晶領域に次いで明るい第2明領域として見える。
The (0001) plane growth crystal region 20kc, the facet growth crystal region 20kf, and the high dislocation
図1を参照して、本実施形態のGaN結晶基板20pは、特に制限はないが、低転位密度結晶領域20kが、高転位密度結晶領域20hにより囲まれている一領域当たりに0.1個/領域以上5.5個/領域以下の転位集中領域20kdを有することが好ましい。GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの一領域当たりの転位集中領域20kdの密度が、5.5個/領域より大きいとそのGaN結晶基板20pを用いて作製される半導体デバイスの耐電圧特性が低減するため半導体デバイスの歩留まりが低下し、0.1個/領域より小さいと低転位密度結晶領域20kにおけるファセット成長結晶領域20kfの面積に対する(0001)面成長結晶領域20kcの面積の比(C/F比)が高くなりそのGaN結晶基板20pを用いて作製される半導体デバイスのオン抵抗が高くなる。
Referring to FIG. 1, the
図4を参照して、ストライプ状の高転位密度結晶領域20hを有するGaN結晶基板20pは、低転位密度結晶領域20kにおいて高転位密度結晶領域20hに近い部分に転位集中領域20kdが多数観察された。特に、ストライプ状の高転位密度結晶領域間の距離P1−W1が400μm以上のとき、すなわちストライプ状の低転位密度結晶領域20kの幅が400μm以上のとき、転位集中領域20kdの密度は増大した。
Referring to FIG. 4, in
これに対して、図1を参照して、第1ストライプ結晶領域20hsおよび第2ストライプ結晶領域20htを含む格子状の高転位密度結晶領域20hを有するGaN結晶基板20pは、格子状の高転位密度結晶領域20h間の距離P1−W1,P2−W2が400μm以上であっても、すなわち高転位密度結晶領域20hにより囲まれている低転位密度結晶領域20kの一領域の大きさが400μm角(400μm×400μm)以上であっても、低転位密度結晶領域に観察される転位集中領域20kdの密度は少なく、たとえば、低転位密度結晶領域20kの一領域当たりに、6個/領域以下、好ましくは0.1個/領域以上5.5個/領域以下とすることができる。
On the other hand, referring to FIG. 1, a
(実施形態2)
図1〜図3を参照して、本発明にかかるGaN結晶基板の製造方法の一実施形態は、実施形態1のGaN結晶基板の製造方法であり、以下の工程を備える。
(Embodiment 2)
With reference to FIGS. 1-3, one Embodiment of the manufacturing method of the GaN crystal substrate concerning this invention is a manufacturing method of the GaN crystal substrate of
図2を参照して、本実施形態のGaN結晶基板の製造方法は、まず、GaN結晶基板の(0001)面に対応する下地基板10の面方位に対して0°以上30°以下のオフ角を有する主面10mを有する下地基板10を準備する工程を備える。
With reference to FIG. 2, in the manufacturing method of the GaN crystal substrate of this embodiment, first, an off angle of 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the plane orientation of the
下地基板10は、主面10m上にGaN結晶をエピタキシャル成長させることができるものであれば、特に制限はないが、結晶格子の不整合が小さい観点から、GaAs基板、サファイア基板、SiC基板などが好ましく用いられる。
The underlying
ここで、GaN結晶基板の(0001)面に対応する下地基板10の面方位とは、(0001)面を結晶成長面とするGaN結晶を成長させることができる下地基板10の面方位を意味し、下地基板10の種類によって異なる。たとえば、下地基板10が立方晶系の閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するGaAs基板の場合は上記面方位は(111)A面であり、下地基板10が六方晶系または菱面体晶系のコランダム型の結晶構造を有するサファイア基板の場合は上記面方位は(0001)面であり、下地基板10が六方晶系のウルツ鉱型の結晶構造を有するSiC基板の場合は上記面方位は(0001)面である。また、下地基板10の主面10mは、上記面方位に対して0°以上30°以下のオフ角を有しているため、その上に(0001)面を結晶成長面とするGaN結晶を成長させることができる。
Here, the plane orientation of the
図2および図3を参照して、本実施形態のGaN結晶基板の製造方法は、次いで、下地基板10の主面10m上に、GaN結晶基板20pの[1−100]方向に対応する第1方向に伸びる複数の第1ストライプマスク11sと、GaN結晶基板20pの[11−20]方向に対応する第2方向に伸びる複数の第2ストライプマスク11tとを含む格子状パターンを有するマスク11を形成する工程を備える。
2 and 3, the GaN crystal substrate manufacturing method of the present embodiment then has a first surface corresponding to the [1-100] direction of the
ここで、GaN結晶基板20pの[1−100]方向に対応する第1方向は、下地基板10の種類によって異なり、下地基板10がGaAs基板の場合は[11−2]方向であり、下地基板10がサファイア基板の場合は[11−20]方向であり、下地基板10がSiC基板の場合は[1−100]方向である。また、GaN結晶基板20pの[11−20]方向に対応する第2方向は、下地基板10の種類によって異なり、下地基板10がGaAs基板の場合は[1−10]方向であり、下地基板10がサファイア基板の場合は[1−100]方向であり、下地基板10がSiC基板の場合は[11−20]方向である。また、マスク11には、GaN結晶の成長を抑制する材料であれば特に制限なく、SiO2、Si3N4などが用いられる。また、マスク11の形成方法は、特に制限はなく、たとえば、スパッタ法によりマスク層を形成した後、フォトリソグラフィ法により格子状パターンのマスク11を形成することができる。
Here, the first direction corresponding to the [1-100] direction of the
また、マスク11における第1ストライプマスク11sの幅WM1は、5μm以上120μm以下が好ましく、10μm以上100μm以下がより好ましい。第1ストライプマスク11sの幅WM1が、5μmより小さくなるとGaN結晶20の成長の際に高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsが消失する可能性が有り、120μmより大きくなると成長させるGaN結晶20の低転位密度結晶領域20kが小さくなる。マスク11における第1ストライプマスク11sのピッチPM1は、200μm以上10000μm以下が好ましく、400μm以上9500μm以下がより好ましい。第1ストライプマスク11sのピッチPM1が、200μmより小さいと成長させるGaN結晶20の各々の低転位密度結晶領域20kが小さくなり、10000μmより大きいと成長させるGaN結晶20の転位を集める効果が低減する。
Further, the width W M1 of the
また、マスク11における第2ストライプマスク11tの幅WM2は、5μm以上120μm以下が好ましく、10μm以上100μm以下がより好ましい。第2ストライプマスク11tの幅WM2が、5μmより小さくなるとGaN結晶20の成長の際に高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htが消失する可能性が有り、120μmより大きくなると成長させるGaN結晶20の低転位密度結晶領域20kが小さくなる。マスク11における第2ストライプマスク11tのピッチPM2は、200μm以上10000μm以下が好ましく、400μm以上9500μm以下がより好ましい。第2ストライプマスク11tのピッチPM2が、200μmより小さいと成長させるGaN結晶20の各々の低転位密度結晶領域20kが小さくなり、10000μmより大きいと成長させるGaN結晶20の転位を集める効果が低減する。
Further, the width W M2 of the
図2および図3を参照して、本実施形態のGaN結晶基板の製造方法は、次いで、マスク11が形成された下地基板10の主面10m上にGaN結晶20を成長させる工程を備える。GaN結晶20の成長方法には、特に制限はないが、結晶成長速度を高くできる観点から、HVPE(ハイドライド気相成長)法、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法などの気相法が好ましく用いられる。
2 and 3, the method for manufacturing a GaN crystal substrate according to this embodiment includes a step of growing
GaN結晶20を成長させる工程において、マスク11上においてGaN結晶20は(000−1)面成長して極性反転結晶領域が形成され、下地基板10のマスク11の開口部11wの中央部上においてGaN結晶20は(0001)面成長して(0001)面成長結晶領域20kcが形成され、マスク11の開口部11wの周辺部上においてGaN結晶20はファセット成長してファセット成長結晶領域20kfが形成される。
In the step of growing the
ここで、(000−1)面成長とは(000−1)面20dを結晶成長面として成長することをいい、(0001)面成長とは(0001)面20cを結晶成長面として成長することをいい、ファセット成長とはファセット20fを結晶成長面として成長することをいう。また、ファセット20fとは(0001)面20cに対して傾きを有する面をいう。
Here, (000-1) plane growth refers to growth using the (000-1)
ここで、マスク11の開口部11wの周辺部上においてファセット20fが形成されるのは、マスク11はGaN結晶20の成長を抑制するため、下地基板10の主面10m上におけるGaN結晶20の成長はマスク11の開口部11w上から始まり、また、マスク11上におけるGaN結晶の成長は開口部11w上におけるGaN結晶の成長に比べて遅いため、と考えられる。
Here, the
また、マスク11の開口部11wには、少なくとも下地基板10の主面10mが露出していればよい。たとえば、マスク11の開口部の全面に下地基板の主面が露出していてもよく、マスクの開口部の一部の面に下地基板の主面が露出していてもよい。
Further, at least the
マスクの開口部の一部の面に下地基板の主面を露出させる方法には、特に制限はなく、たとえば、図7および図8を参照して、マスクの開口部11wに複数のミクロ開口部12wを有する追加マスク12を形成する方法がある。かかる方法によれば、ミクロ開口部12wに下地基板の主面が露出する。ここで形成される追加マスク12は、GaN結晶の成長の際にファセット成長を促進させるためのものであり、追加マスク12上に極性反転結晶領域を形成されるものではない。かかる追加マスク12の形成により、マスクの開口部11w上に成長させるGaN結晶の転位密度をより低減することができる。
The method for exposing the main surface of the base substrate to a part of the mask opening is not particularly limited. For example, referring to FIGS. 7 and 8, a plurality of micro openings in the
具体的には、図7を参照して、追加マスク12の一例として、複数の六角形状のミクロ開口部12wを有する六角格子状の追加マスク12が挙げられる。六角格子状のミクロ開口部12wの配置には特に制限はないが、均一な結晶成長を図る観点から、平面的に六方稠密となるように配置することが好ましい。特にここで、追加マスク12の幅WNは0.5μm以上5μm未満が好ましい。追加マスク12の幅WNは、0.5μmより小さいとファセット成長を促進させる効果が低減し、5μm以上であると追加マスク12上に極性反転結晶領域を形成する虞がある。また、ミクロ開口部12wのピッチPNは、2.0μm以上10μm以下が好ましい。ミクロ開口部12wのピッチPNは、2.0μmより小さいと結晶成長の初期に形成される結晶核が多くなるため、それらの結晶核同士が結合する際より多くの欠陥が生じてしまい、10μmより大きいと結晶成長の初期に形成される結晶核が大きくなるため、各結晶核の内部に応力が発生し、各結晶核の中央部と端部において面方位のずれが生じやすく、それらの各結晶核が成長して互いに結合する際に割れやすくなる。
Specifically, referring to FIG. 7, as an example of
ここで、六角形状のミクロ開口部12wの配置の方向性には特に制限はなく、たとえば、図7(a)を参照して、互いに隣接するミクロ開口部12wを、第1の方向および第1の方向に対して60°の角度を有する方向に並べて配置することができる。また、図7(b)を参照して、互いに隣接するミクロ開口部12wを、第2の方向および第2の方向に対して60°の角度を有する方向に並べて配置することができる。図7(a)に示すミクロ開口部12wの配置は、各々のミクロ開口部の二辺が下地基板の第2方向に平行であるため、GaN結晶のファセット成長を促進させて転位密度をより低減させる観点から、好ましい。
Here, there is no restriction | limiting in particular in the directionality of arrangement | positioning of the hexagonal
また、図8を参照して、追加マスクの他の例として、複数のストライプ状のミクロ開口部12wを有するストライプ状の追加マスク12が挙げられる。ストライプ状のミクロ開口部12wの配置には特に制限はないが、均一な結晶成長を図る観点から、周期的に配置することが好ましい。ここで、追加マスク12の幅WNは0.5μm以上5μm未満が好ましい。追加マスク12の幅WNは、0.5μmより小さいとファセット成長を促進させる効果が低減し、5μm以上であると追加マスク12上に極性反転結晶領域を形成する虞がある。また、ミクロ開口部12wのピッチPNは、2.0μm以上10μm以下が好ましい。ミクロ開口部12wのピッチPNは、2.0μmより小さいと結晶成長の初期に形成される結晶核が多くなるため、それらの結晶核同士が結合する際より多くの欠陥が生じてしまい、10μmより大きいと結晶成長の初期に形成される結晶核が大きくなるため、各結晶核の内部に応力が発生し、各結晶核の中央部と端部において面方位のずれが生じやすく、それらの各結晶核が成長して互いに結合する際に割れやすくなる。
Referring to FIG. 8, another example of the additional mask is a stripe-shaped
ここで、図8(a)を参照して、互いに隣接する第2方向に伸びるストライプ状のミクロ開口部12wを第1方向に並べて配置することができる。また、図8(b)を参照して、互いに隣接する第1方向に伸びるストライプ状のミクロ開口部12wを第2方向に並べて配置することができる。
Here, referring to FIG. 8A, stripe-shaped
上記図7および図8において、追加マスク12には、GaN結晶の成長を抑制する材料であれば特に制限なく、SiO2、Si3N4などが用いられる。また、追加マスク12の形成方法は、特に制限はなく、たとえば、スパッタ法によりマスク層を形成した後、フォトリソグラフィ法により六角格子状またはストライプ状のパターン形状を有する追加マスク12を形成することができる。
7 and 8, the
上記のようなファセット成長により、マスクの開口部11w上に成長するGaN結晶は、マスク11の開口部11wの中央部から周縁に向けて転位が伝搬する。このため、マスク11の開口部11wの中央部上に成長する(0001)面成長結晶領域20kcおよびマスク11の開口部11wの周辺部上に成長するファセット成長結晶領域20kfの転位密度が減少して低転位密度結晶領域20kが形成される。一方、マスク11上にGaN結晶20の転位が集められ高転位密度結晶領域20hが形成される。
In the GaN crystal grown on the
図3を参照して、GaN結晶20を成長させる工程において、マスク11の第1ストライプマスク11s上には高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsが成長し、マスク11の第2ストライプマスク11tには高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htが成長する。ここで、高転位密度結晶領域20hの結晶成長速度は、低転位密度結晶領域20kの結晶成長速度に比べて小さいため、結晶成長厚さが大きくなるほど、第1ストライプ結晶領域の幅W1は第1ストライプマスクの幅WM1に比べて小さくなり、第2ストライプ結晶領域の幅W2は第2ストライプマスクの幅WM2に比べて小さくなる。また、一定の結晶成長厚さにおいて、第2ストライプマスクの幅WM2に対する第2ストライプ結晶領域の幅W2の減少率100×(WM2−W2)/WM2(%)は第1ストライプマスクの幅WM1に対する第1ストライプ結晶領域の幅W1の減少率100×(WM1−W1)/WM1(%)に比べて小さい。
Referring to FIG. 3, in the step of growing
図3を参照して、本実施形態のGaN結晶基板の製造方法は、次いで、GaN結晶20に下地基板10の主面10mに平行な主面20mを形成する工程を備える。かかる工程により、GaN結晶20から実施形態1のGaN結晶基板20pが得られる。ここで、GaN結晶20に下地基板10の主面10mに平行な主面20mを形成する方法には、特に制限はなく、GaN結晶20から下地基板10の主面10mに平行な複数の面で切り出して、切り出し面を研削および/または研磨して主面20mを形成する方法、または、GaN結晶20の結晶成長表面を研削および/または研磨して主面20mを形成する方法などが挙げられる。
With reference to FIG. 3, the method for manufacturing a GaN crystal substrate according to the present embodiment includes a step of forming a
本実施形態のGaN結晶基板の製造方法において、下地基板10の主面10m上に形成する第1ストライプマスク11sまたは第2ストライプマスク11tは、少なくとも1箇所で不連続とすることができる。第1ストライプマスク11sを不連続とすることにより、第1ストライプ結晶領域20hsが不連続なGaN結晶基板20pが得られる(図示せず)。また、第2ストライプマスク11tを不連続とすることにより(図11を参照)、第2ストライプ結晶領域20htが不連続なGaN結晶基板20pが得られる(図10を参照)。
In the method for manufacturing a GaN crystal substrate of this embodiment, the
主面20mが(0001)面に対して小さなオフ角(たとえば0°以上0.7°以下のオフ角)を有するGaN結晶基板を作製する場合は、主面20m上にエピタキシャル異常成長領域30eiを形成することなくIII族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させることができるGaN結晶基板20pが得られる観点から、下地基板10の主面10m上に形成する第1ストライプマスク11sまたは第2ストライプマスク11tは、少なくとも1箇所で不連続とすることが好ましい。
When producing a GaN crystal substrate having a
ここで、少なくとも1箇所を不連続にするマスク11は、第1ストライプマスク11sまたは第2ストライプマスク11tのいずれか一方であれば、特に制限はないが、作製するGaN結晶基板20pのオフ角がより大きくなる方向に垂直な方向に対応する方向に伸びるストライプマスクであることが好ましい。
Here, the
図11を参照して、下地基板10の主面10m上に形成する第1ストライプマスク11sまたは第2ストライプマスク11tの不連続部分の長さLMWは、特に制限はないが、1μm以上200μm以下が好ましく、2μm以上100μm以下がより好ましい。不連続部分の長さLMWが、1μmより小さいとGaN結晶基板上に成長されるIII族窒化物半導体エピタキシャル層に形成される各エピタキシャル異常成長領域が繋がってしまいエピタキシャル成長異常が緩和されず、200μmより大きいとGaN結晶基板およびエピタキシャル層の転位密度の低減が十分でなくなる。また、第1ストライプマスク11sまたは第2ストライプマスク11tの連続部分の長さLMは、特に制限はないが、5μm以上140μm以下が好ましく、10μm以上40μm以下がより好ましい。不連続部分の長さLMが、5μmより小さいとGaN結晶基板の高転位密度結晶領域に収まっていた転位が高転位密度結晶領域から低転位密度結晶領域に漏れ出し、140μmより大きいと各低転位密度結晶領域の大きさが小さくなり、得られる各デバイスの大きさが小さくなる。
Referring to FIG. 11, the length L MW of the discontinuous portion of
なお、GaN結晶20の成長においては、第1ストライプマスク11s上に成長する高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsおよび第2ストライプマスク11t上に成長する高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htの結晶成長速度は、下地基板10上に成長する低転位密度結晶領域20kの結晶成長速度に比べて小さい。このため、GaN結晶基板20pの第1ストライプ結晶領域20hsまたは第2ストライプ結晶領域20htの不連続部分の長さLWは、一般的に、第1ストライプマスク11sまたは第2ストライプマスク11tの不連続部分の長さLMW以下である。また、GaN結晶基板20pの第1ストライプ結晶領域20hsまたは第2ストライプ結晶領域20htの連続部分の長さLは、一般的に、第1ストライプマスク11sまたは第2ストライプマスク11tの連続部分の長さLM以下である。
In the growth of the
(実施形態3)
図12を参照して、本発明にかかる半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の一実施形態は、実施形態1のGaN結晶基板20pとGaN結晶基板20p上に形成されている少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30とを含み、III族窒化物半導体エピタキシャル層30は、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方に形成される低転位密度エピタキシャル結晶領域30kと、GaN結晶基板20pの高転位密度結晶領域20hの直上方に形成される高転位密度エピタキシャル結晶領域30hとを含む。
(Embodiment 3)
Referring to FIG. 12, an embodiment of a GaN crystal substrate with a semiconductor epitaxial layer according to the present invention includes a
本実施形態の半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板33は、GaN結晶基板20pの直上方(基板の主面にほぼ垂直な上方向)に成長する少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30は、GaN結晶基板20pの転位を引き継ぐため、GaN結晶基板20pの高転位密度結晶領域20hの直上方には転位密度が高い高転位密度エピタキシャル結晶領域30hが形成されるが、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方は転位密度が低い低転位密度エピタキシャル結晶領域30kが形成される。
The
GaN結晶基板20p上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30を形成する方法には、特に制限はないが、デバイス用途の結晶性の良いエピタキシャル層が比較的容易に得られる観点から、MOCVD法などが好ましい。
The method for forming at least one group III nitride
(実施形態4)
図16および図18を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの一実施形態は、実施形態1のGaN結晶基板20pと、GaN結晶基板20pの一方の主面20m上に形成されている少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30,70と、III族窒化物半導体エピタキシャル層30,70の主面30m,70m上およびGaN結晶基板20pの他方の主面20n上の少なくともいずれかに形成されている電極41,42,81,82とを含み、GaN結晶基板20pは、大きさが400μm角以上で、転位密度が1×107cm-2未満である。GaN結晶基板20pの一方の主面20m上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30,70形成する方法には、特に制限はないが、デバイス用途の結晶性の良いエピタキシャル層が比較的容易に得られる観点から、MOCVD法などが好適に用いられる。また、電極41,42,81,82を形成する方法には、通常、EB(電子ビーム)蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ蒸着法などが用いられる。
(Embodiment 4)
Referring to FIGS. 16 and 18, one embodiment of a semiconductor device according to the present invention is a
本実施形態のチップ化された半導体デバイス40c,80cは、基板として含まれるGaN結晶基板20pは、大きさが400μm角以上で、CL(カソードルミネッセンス)観察を行っても転位が1×107cm-2以上に局在的に集中した転位集中領域20kdが認められず、転位密度が1×107cm-2未満の低転位密度結晶領域20kのみで形成されている。このため、チップ化された半導体デバイス40c,80cの耐電圧特性が高い。
In the
図16および図18を参照して、本実施形態の半導体デバイス40c,80cにおいて、GaN結晶基板20pは、(0001)面成長結晶領域20kcとファセット成長結晶領域20kfとを含み、GaN結晶基板20pの一方の主面20mにおいて、ファセット成長結晶領域20kfの面積に対する(0001)面成長結晶領域20kcの面積の比(以下、C/F比ともいう。)は、0.2以上0.7以下であることが好ましく、0.2以上0.5以下であることがより好ましい。
Referring to FIGS. 16 and 18, in
(0001)面成長結晶領域20kcに比べてファセット成長結晶領域20kfは、O(酸素)などの不純物が取り込まれやすく、そのキャリア濃度が大きくなるため、比抵抗が低い。したがって、C/F比が低くなるほど、半導体デバイスのオン抵抗を低減でき、半導体デバイスにより大電流を印加できる。一方、C/Fが低くなりすぎると、低転位密度結晶領域20kの転位を高転位密度結晶領域20hに押し出すことが困難となり、低転位密度結晶領域20kの転位密度の低減が困難となる。
Compared with the (0001) plane growth crystal region 20kc, the facet growth crystal region 20kf is more likely to receive impurities such as O (oxygen) and has a higher carrier concentration, and therefore has a lower specific resistance. Therefore, the lower the C / F ratio, the lower the on-resistance of the semiconductor device, and the larger current can be applied to the semiconductor device. On the other hand, if the C / F is too low, it becomes difficult to push the dislocations in the low dislocation
本実施形態の半導体デバイス40c,80cは、以下の2つの具体例を含む。図16を参照して、本実施形態の一例たる半導体デバイス40cは、SBD(ショットキーバリアダイオード)である。半導体デバイス40cは、大きさが400μm角以上で転位密度が1×107cm-2未満であるGaN結晶基板20pの一方の主面20m上に、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30としてGaN層が形成されている。かかるGaN結晶基板20pは転位密度が1×107cm-2未満の低転位密度結晶領域20kのみで形成されている。このため、かかる低転位密度結晶領域20k上に形成されるIII族窒化物半導体エピタキシャル層30の低転位密度エピタキシャル結晶領域30kの転位密度は1×107cm-2未満となる。上記低転位密度結晶領域20kおよび低転位密度エピタキシャル結晶領域30kの転位密度は、低いほど好ましく、たとえば、1×106cm-2以下が好ましい。また、GaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)上には、ショットキー電極41として、第1層41aおよび第2層41bが形成されている。また、GaN結晶基板20pの他方の主面20n上にオーミック電極42が形成されている。
The
なお、図16においては、ショットキー電極41は、(0001)面成長結晶領域20kcおよびファセット成長結晶領域20kfの2領域の直上方の領域に広がって形成されているが、(0001)面成長結晶領域20kcの領域内の直上方の領域内に形成されていてもよい。
In FIG. 16, the
図18を参照して、本実施形態の他の例たる半導体デバイス80cは、LED(発光ダイオード)である。半導体デバイス80cは、大きさが400μm角以上で転位密度が1×107cm-2未満であるGaN結晶基板20pの一方の主面20m上に、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層70として、n型GaN層71、n型Al0.1Ga0.9N層72、発光層73、p型Al0.1Ga0.9N層74、p型GaN層75が順次形成されている。かかるGaN結晶基板20pは転位密度が1×107cm-2未満の低転位密度結晶領域20kのみで形成されている。
Referring to FIG. 18, a
このため、かかる低転位密度結晶領域20k上に形成されるIII族窒化物半導体エピタキシャル層70の低転位密度エピタキシャル結晶領域70k(詳細には、図19を参照して、n型GaN層71、n型Al0.1Ga0.9N層72、発光層73、p型Al0.1Ga0.9N層74およびp型GaN層75のそれぞれの低転位密度エピタキシャル結晶領域71k,72k,73k,74k,75k)の転位密度は1×107cm-2未満となる。上記低転位密度結晶領域20kおよび低転位密度エピタキシャル結晶領域70kの転位密度は、低いほど好ましく、たとえば、1×106cm-2以下が好ましい。
Therefore, the low dislocation density
また、p型GaN層75上にp側電極81が形成されている。また、GaN結晶基板20pの他方の主面20n上にn側電極82が形成されている。なお、発光層73は、たとえば、厚さ15nmのGaN障壁層と厚さ3nmのIn0.15Ga0.85N井戸層とを交互に積層した3重井戸構造のMQW(多重量子井戸)構造としてもよい。
A p-
なお、図18においては、p側電極81およびn側電極82は、それぞれ(0001)面成長結晶領域20kcおよびファセット成長結晶領域20kfの2領域の直上方および直下方の領域に広がって形成されているが、それぞれ(0001)面成長結晶領域20kcの領域内の直上方および直下方の領域内に形成されていてもよい。
In FIG. 18, the p-
(実施形態5)
図15〜図19を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、実施形態1のGaN結晶基板20pを準備する工程と、GaN結晶基板20p上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30,70を成長させる工程と、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域内であってIII族窒化物半導体エピタキシャル層30,70の主面30m,70m上およびGaN結晶基板20pの他方の主面20n上の少なくともいずれかに電極41,42,81,82を形成する工程と、を備える。
(Embodiment 5)
Referring to FIGS. 15 to 19, one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of preparing
かかる工程を備えることにより、得られる半導体デバイス40,40c,80,80c(ウエハ状の半導体デバイス40,80およびチップ化された半導体デバイス40c,80c)は、実施形態1のGaN結晶基板20pと、GaN結晶基板20p上に形成された少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30,70を含む。ここで、実施形態1のGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kは、高転位密度結晶領域20hにより囲まれている一領域当たりに0.1個/領域以上5.5個/領域以下の転位集中領域を有する。また、かかるGaN結晶基板20p上に形成された少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30,70は、実施形態1のGaN結晶基板20pの高転位密度結晶領域20hの直上方に形成されている転位密度が高い高転位密度エピタキシャル結晶領域30h,70hと、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20k上に形成されている転位密度が低い低転位密度エピタキシャル結晶領域30k,70kとを有する。また、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k,80k内において作用する。このため、本実施形態の製造方法により、耐電圧が高いなどの優れたデバイス特性を有する半導体デバイスが高い歩留まりで得られる。
By providing such a process, the obtained
本実施形態の半導体デバイスの製造方法において、ウエハ状の半導体デバイス40,80を、各半導体デバイスを構成するGaN結晶基板20p、III族窒化物半導体エピタキシャル層30,70および電極41,42,81,82がすべてGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k,80k内に納まるように、ウエハ状の半導体デバイス40,80を分割線40b,80bで分割してチップ化された半導体デバイス40c,80cが得られる。
In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the wafer-
本実施形態の半導体デバイス40,40c,80,80cの製造方法は、以下の2つの具体例を含む。図15および図16を参照して、本実施形態の一例たる半導体デバイス40,40cの製造方法は、SBDの製造方法である。以下に、具体的に説明する。
The manufacturing method of the
まず、実施形態2の製造方法により、実施形態1のGaN結晶基板20pを準備する(GaN結晶基板準備工程)。かかるGaN結晶基板20pは、低転位密度結晶領域20kの転位密度が低いほど好ましく、たとえば1 × 108cm-2以下が好ましく、1×106cm-2以下がより好ましい。
First, the
次に、GaN結晶基板20pの一方の主面20m上に、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30としてたとえばGaN層を成長させる(半導体エピタキシャル層成長工程)。成長方法は、特に制限はないが、デバイス用途の結晶性の良いエピタキシャル層が比較的容易に得られる観点から、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法などが好ましい。こうして得られるGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)の転位密度は、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20k上に形成される低転位密度エピタキシャル結晶領域30kにおいて、好ましくは1×107cm-2未満であり転位集中領域がなく、より好ましくは1×106cm-2以下である。
Next, for example, a GaN layer is grown as at least one group III nitride
こうして得られるGaN結晶基板20p上に形成されたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)は、GaN結晶基板20pの高転位密度結晶領域20hの直上方に形成されている転位密度が高い高転位密度エピタキシャル結晶領域30hと、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20k上に形成されている転位密度が低い低転位密度エピタキシャル結晶領域30kとを有する。
The GaN layer (group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) formed on the
次に、GaN結晶基板20pの他方の主面20n上に、オーミック電極42を形成する(オーミック電極形成工程)。具体的には、たとえば以下の工程を実施する。まず、GaN結晶基板20pの主面20nを有機洗浄および塩酸で洗浄する。その後、たとえばEB(電子ビーム)蒸着法、抵抗加熱蒸着法などにより、Ti、Al、Auなどの金属材料の層を主面20nの全体に形成する。その後、たとえば、窒素雰囲気下で約2分間600℃で熱処理して、金属材料層の合金化を行ない、オーミック電極42を形成する。
Next, the
次に、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k内であってGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)上に、NiまたはNi合金で形成される第1層41aを含むショットキー電極41を形成する(ショットキー電極形成工程)。ここで、図15においては、ショットキー電極41は、(0001)面成長結晶領域20kcおよびファセット成長結晶領域20kfの2領域の直上方の領域に広がって形成されているが、(0001)面成長結晶領域20kcの領域内の直上方の領域内に形成されていてもよい。具体的には、たとえば以下の工程を実施する。フォトリソグラフィーにより、GaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)の主面30m上に、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k内に位置する円形の開口部を有するレジストを形成する(図示せず)。その後、塩酸洗浄によるGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)の表面処理を、室温で3分間行なう。次いで、ショットキー電極41となるべき金属層を形成する。まず、ショットキー電極41の第1層41aとなるべきNiまたはNi合金で形成される第1金属層を形成し、かかる第1金属層上に、第2層41bとなるべきAuで形成される第2金属層を形成することが好ましい。かかる金属層は、任意の方法で形成でき、たとえば、第1金属層をEB法により形成し、第2金属層を抵抗加熱蒸着法により形成できる。その後、レジストを除去する際に、レジスト上に成膜された金属層は同時に除去され(リフトオフ)、ショットキー電極41となるべき金属層が形成される。かかる金属層は、その平面形状が円形となるように形成することができる。
Next, Ni or Ni alloy is formed on the GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) in the
その後、この金属層を熱処理することにより、第1層41aを含むショットキー電極41が得られる。このとき、NiまたはNi合金から形成される第1層41aのバリアハイトを増加することができるので、ショットキー電極41のバリアハイトは高くなる。かかる金属層の熱処理は、第1層41aのバリアハイトを短時間で増加させる観点から、好ましくは300℃以上600℃以下、より好ましくは400℃以上550℃以下で行われる。なお、上記熱処理により、ショットキー電極41のバリアハイトを上昇できる第2金属層として金などの材料が挙げられる。また、上記の熱処理は、窒素を含む雰囲気で行うことが好ましい。N原子は低いエネルギーで遷移しやすいので、GaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)に熱が加えられると、GaN層の主面30mにおいてこの熱処理をする雰囲気に露出している領域からN原子が抜けやすい。しかし、熱処理する雰囲気に窒素が含まれていると、GaN層からN原子が抜けにくくなり、またGaN層から抜けたN原子を補うことができる。このため、GaN層から抜けるN原子を抑制することができる。このため、熱処理を行なってもGaN層にN原子が抜けることに起因した転位などの欠陥が形成されることを抑制することができる。したがって、逆方向リーク電流の増加を抑制することができる。また熱処理では、大気圧の雰囲気で金属層を熱処理することが好ましい。なお、加圧雰囲気で金属層を熱処理してもよい。
Thereafter, the metal layer is heat-treated to obtain the
また、ショットキー電極41を形成する工程において、金属層の形成と、熱処理とを並行して行なうことができる。具体的には、たとえばGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)の主面30mに金属層を形成し、GaN結晶基板20pの他方の主面20n側から加熱する。これにより、GaN結晶基板20pの主面20nからGaN層の主面30m上に形成される金属層を熱処理することができる。GaN結晶基板20pの主面20n側から加熱する方法は、特に限定されず、たとえばレーザ光などにより加熱する方法、GaN結晶基板20pの主面20n側をサセプタに載置して、サセプタに取り付けた熱電対などの加熱部材により加熱する方法などが挙げられる。なお、金属層の形成と熱処理とは、少なくとも一部の工程を同時に行なうことができればよい。こうして、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k内において作用するウエハ状のSBD(ウエハ状の半導体デバイス40)が得られる。
In the step of forming the
次に、上記ウエハ状のSBD(ウエハ状の半導体デバイス40)を、各SBDを構成するGaN結晶基板20p、III族窒化物半導体エピタキシャル層30、ショットキー電極41およびオーミック電極42がすべてGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k内に納まるように、ウエハ状のSBD(ウエハ状の半導体デバイス40)を分割線40bで分割してチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)が得られる。
Next, the wafer-like SBD (wafer-like semiconductor device 40) is made up of the
図17〜図19を参照して、本実施形態の一例たる半導体デバイス80,80cの製造方法は、LEDの製造方法である。以下に、具体的に説明する。
With reference to FIGS. 17 to 19, a method for manufacturing
まず、実施形態2の製造方法により、実施形態1のGaN結晶基板20pを準備する(GaN結晶基板準備工程)。かかるGaN結晶基板20pは、低転位密度結晶領域20kの転位密度が低いほど好ましく、たとえば1×107cm-2未満が好ましく、1×106cm-2以下がより好ましい。
First, the
次に、GaN結晶基板20pの一方の主面20m上に、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層70として、n型GaN層71、n型Al0.1Ga0.9N層72、発光層73、p型Al0.1Ga0.9N層74、p型GaN層75を順次成長させる(半導体エピタキシャル層成長工程)。成長方法は、特に制限はないが、デバイス用途の結晶性の良いエピタキシャル層が比較的容易に得られる観点から、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法などが好ましい。
Next, an n-
こうして得られるGaN結晶基板20p上に形成された少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層70は、GaN結晶基板20pの高転位密度結晶領域20hの直上方に形成されている転位密度が高い高転位密度エピタキシャル結晶領域70h(詳細には、図19を参照して、n型GaN層71、n型Al0.1Ga0.9N層72、発光層73、p型Al0.1Ga0.9N層74およびp型GaN層75のそれぞれの高転位密度エピタキシャル結晶領域71h,72h,73h,74h,75h)と、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20k上に形成されている転位密度が低い低転位密度エピタキシャル結晶領域70k(詳細には、図19を参照して、n型GaN層71、n型Al0.1Ga0.9N層72、発光層73、p型Al0.1Ga0.9N層74およびp型GaN層75のそれぞれの低転位密度エピタキシャル結晶領域71k,72k,73k,74k,75k)と、を有する。
The at least one group III nitride
次に、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域80k内であってp型GaN層75(III族窒化物半導体エピタキシャル層70の最上層)上にp側電極81を形成する(p側電極形成工程)。次いで、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域80k内であってGaN結晶基板20pの他方の主面20n上にn側電極を形成する(n側電極形成工程)。ここで、図17においては、p側電極81およびn側電極82は、それぞれ(0001)面成長結晶領域20kcおよびファセット成長結晶領域20kfの2領域の直上方および直下方の領域に広がって形成されているが、それぞれ(0001)面成長結晶領域20kcの領域内の直上方および直下方の領域内に形成されていてもよい。こうして、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k,80k内において作用するウエハ状のLED(ウエハ状の半導体デバイス80)が得られる。
Next, in the
次に、上記ウエハ状のLED(ウエハ状の半導体デバイス80)を、各LEDを構成するGaN結晶基板20p、III族窒化物半導体エピタキシャル層70、p側電極81、およびn側電極82がすべてGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域80k内に納まるように、ウエハ状のLED(ウエハ状の半導体デバイス80)を分割線80bで分割してチップ化されたLED(チップ化された半導体デバイス80c)が得られる。
Next, in the wafer-like LED (wafer-like semiconductor device 80), the
[実施例A]
まず、実施例Aとして、下地基板10としてGaAs基板またはサファイア基板を用いてGaN結晶基板20pを製造した実施例について説明する。実施例Aは、以下の実施例A1〜A19および比較例RA1〜RA3を含む。
[Example A]
First, as Example A, an example in which a
(実施例A1)
1.下地基板の準備
図2を参照して、下地基板10として主面10mが(111)A面である直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのGaAs基板を準備した。
(Example A1)
1. 2. Preparation of Base Substrate With reference to FIG. 2, a GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm was prepared as the
2.マスクの形成
図2を参照して、次に、GaAs基板(下地基板10)の主面10m上に、スパッタ法により厚さ0.1μmのSiO2マスク層を形成した後、フォトリソグラフィ法により、格子状パターンを有するSiO2マスク11を形成した。このSiO2マスク11は、GaSa基板(下地基板10)の[11−2]方向(第1方向)に伸びる複数の第1ストライプマスク11sと[1−10]方向(第2方向)に伸びる複数の第2ストライプマスク11tとを含み、第1ストライプマスク11sは幅WM1が40μmでピッチPM1が400μmであり、第2ストライプマスク11tは幅WM2が40μmでピッチPM2が400μmであった。
2. 2. Formation of Mask Referring to FIG. 2, next, a SiO 2 mask layer having a thickness of 0.1 μm is formed by sputtering on the
また、上記SiO2マスク11の形成と同時に、マスク11の開口部11wに、図7(a)に示すように互いに隣接するミクロ開口部12wがGaAs基板(下地基板10)の[11−2]方向(第1の方向)およびその第1の方向に対して60°の角度を有する方向に並べて配置された複数の六角形状のミクロ開口部12wを有するSiO2の六角格子状の追加マスク12を形成した。追加マスク12の幅WNは2μmであり、ミクロ開口部12wのピッチPNは5μmであった。
Simultaneously with the formation of the SiO 2 mask 11, the
3.GaN結晶の成長
図2および図3を参照して、次に、GaAs基板(下地基板10)のSiO2マスク11およびSiO2の追加マスク12が形成された主面10m上に、HVPE法により厚さ60nmのGaNバッファ層を成長させた。このバッファ層の成長条件は、成長温度を490℃、Ga融液に接触させてGa塩化物ガスを発生させるHClガスの分圧を2×10-3atm(0.2026kPa)、Ga塩化物ガスと反応してGaNを生成させるNH3ガスの分圧を0.2atm(20.26kPa)とした。次いで、GaNバッファ層上に、HVPE法により厚さ6mmのGaN結晶を成長させた。このGaN結晶の成長条件は、成長温度を1030℃、Ga融液に接触させてGa塩化物ガスを発生させるHClガスの分圧を2×10-2atm(2.026kPa)、Ga塩化物ガスと反応してGaNを生成させるNH3ガスの分圧を0.3atm(30.39kPa)とした。また、結晶にO(酸素)をドーピングするためのO2ガスの分圧を0.0065atm(659Pa)とした。
3. 2. Growth of GaN crystal Referring to FIGS. 2 and 3, next, a thickness of GaAs substrate (underlying substrate 10) on the
4.GaN結晶基板の作製
図3を参照して、次に、得られたGaN結晶20をGaAs基板の主面10mに平行な複数の面でスライスして厚さ500μmの複数のGaN結晶基板20pを得た。
4). Fabrication of GaN Crystal Substrate Referring to FIG. 3, the obtained
得られた複数のGaN結晶基板において任意の低転位密度結晶領域における転位密度を測定し、かかる転位密度が1×106cm-2以下のものを良基板としたところ、GaN結晶からの良基板の取れ枚数は5枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ1.02×104cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。かかる転位密度の測定は、SEM(走査型電子顕微鏡)に装着したCL(カソードルミネッセンス)を用いて、GaN結晶基板の主面における任意の低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域について50μm×50μmの領域毎に暗点として観察される転位の数を測定することにより密度を算出した。 When the dislocation density in an arbitrary low dislocation density crystal region is measured in the obtained plurality of GaN crystal substrates and the dislocation density is 1 × 10 6 cm −2 or less, a good substrate is obtained from the GaN crystal. The number of sheets taken out was 5. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 1.02 × 10 4 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained. Such dislocation density is measured using CL (cathode luminescence) mounted on an SEM (scanning electron microscope) for any low dislocation density crystal region and high dislocation density crystal region on the main surface of the GaN crystal substrate. The density was calculated by measuring the number of dislocations observed as dark spots in each region.
また、GaN結晶基板の主面において、その中心点と、中心点から[1−100]方向に20mm離れた点、および中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位を、X線回折によるGaN結晶の(0002)面に関するω−ロッキングカーブ測定により測定した。主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.03°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.06°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。
Further, in the main surface of the GaN crystal substrate, the center point, the plane orientation at a
また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、ホール測定によれば、6.80×1018cm-3であった。 The carrier concentration of the GaN crystal substrate was 6.80 × 10 18 cm −3 according to hole measurement.
また、GaN結晶基板の主面を蛍光顕微鏡で観察することにより、主面における(0001)面成長結晶領域、ファセット成長結晶領域および高転位密度結晶領域を識別した。かかる蛍光顕微鏡により観察から算出されたファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は、0.48であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, by observing the main surface of the GaN crystal substrate with a fluorescence microscope, the (0001) plane growth crystal region, the facet growth crystal region, and the high dislocation density crystal region in the main surface were identified. The ratio (C / F ratio) of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region calculated from the observation with the fluorescence microscope was 0.48, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered. .
また、図3を参照して、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、蛍光顕微鏡により観察したところ、ピッチP1が400μmであり、結晶成長開始面20bから1mm成長した面(成長厚さ1mm面という、以下同じ)および5.5mm成長した面(成長厚さ5.5mm面という、以下同じ)における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、蛍光顕微鏡により観察したところ、ピッチP2が400μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表1にまとめた。
Referring to FIG. 3, when the first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A2)
実施例A1と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ800μmとしたこと以外は、実施例A1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A2)
A base substrate similar to that in Example A1 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A1 except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were set to 800 μm. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は5枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ2.00×104cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was 5. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2.00 × 10 4 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.04°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.07°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.40×1018cm-3であった。また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.44であり、基板全体の比抵抗を低くできた。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が800μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が800μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A3)
実施例A1と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ1500μmとしたこと以外は、実施例A1と同様にして下地基板を準備し、マスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A3)
A base substrate similar to that in Example A1 was prepared, and the base substrate was prepared in the same manner as Example A1 except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were 1500 μm, respectively. A GaN crystal substrate was formed by growing and growing a GaN crystal.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は4枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ6.75×104cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was four. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 6.75 × 10 4 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.06°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.11°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.55×1018cm-3であった。
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.41であり、(0001)面成長結晶領域の面積に比べてファセット成長結晶領域の面積が大きかった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
In addition, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate is 0.41, and the area of the (0001) plane growth crystal region is In comparison, the area of the facet growth crystal region was large.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が1500μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が1500μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A4)
実施例A1と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ2000μmとしたこと以外は、実施例A1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A4)
A base substrate similar to that in Example A1 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A1 except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were 2000 μm, respectively. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は4枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ1.60×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was four. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 1.60 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.06°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.12°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.11×1018cm-3であった。また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.39であり、基板全体の比抵抗を低くできた。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A5)
実施例A1と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ3000μmとしたこと以外は、実施例A1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A5)
A base substrate similar to that in Example A1 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A1 except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were set to 3000 μm, respectively. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は3枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ3.50×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was three. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 3.50 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.07°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.12°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.90×1018cm-3であった。また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.35であり、基板全体の比抵抗を低くできた。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が3000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がピッチP2が3000μmであり、それぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A6)
実施例A1と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ4000μmとしたこと以外は、実施例A1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A6)
A base substrate similar to that in Example A1 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A1 except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were set to 4000 μm. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は3枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ5.50×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was three. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 5.50 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.07°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.13°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.43×1018cm-3であった。また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.32であり、基板全体の比抵抗を低くできた。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が4000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が4000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A7)
実施例A1と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ5000μmとしたこと以外は、実施例A1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A7)
A base substrate similar to that in Example A1 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A1 except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were set to 5000 μm. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は2枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ6.50×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates taken from the GaN crystal was two. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 6.50 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.07°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.13°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.15×1018cm-3であった。また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.29であり、基板全体の比抵抗を低くできた。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が5000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が5000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表1にまとめた。
Further, the first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A8)
実施例A1と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ9500μmとしたこと以外は、実施例A1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A8)
A base substrate similar to that in Example A1 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A1 except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were 9500 μm, respectively. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は1枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ8.30×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates taken from the GaN crystal was one. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 8.30 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 , respectively, for the GaN crystal substrate that is a good substrate. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.09°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.19°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.00×1018cm-3であった。また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.20であり、(0001)面成長結晶領域の面積に比べてファセット成長結晶領域の面積が大きかった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が9500μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が9500μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A9)
実施例A1と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ10000μmとしたこと以外は、実施例A1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A9)
A base substrate similar to that in Example A1 was prepared, and a mask was formed in the same manner as Example A1 except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were set to 10000 μm. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は1枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ8.80×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates taken from the GaN crystal was one. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 8.80 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.10°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.20°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、5.25×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.18であり、(0001)面成長結晶領域の面積に比べてファセット成長結晶領域の面積が大きかった。 In addition, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate is 0.18, and the area of the (0001) plane growth crystal region is In comparison, the area of the facet growth crystal region was large.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が10000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が10000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(比較例RA1)
1.下地基板の準備
図5を参照して、実施例A1と同様に、下地基板10として主面10mが(111)A面である直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのGaAs基板を準備した。
(Comparative Example RA1)
1. 5. Preparation of base substrate Referring to FIG. 5, a GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm is prepared as the
2.マスクの形成
図5を参照して、次に、GaAs基板(下地基板10)の主面10m上に、スパッタ法により厚さ0.1μmのSiO2マスク層を形成した後、フォトリソグラフィ法により、ストライプ状パターンを有するSiO2マスク11を形成した。このSiO2マスク11は、GaSa基板(下地基板10)の[11−2]方向(第1方向)に伸びる複数の第1ストライプマスクであり、第1ストライプマスクは幅WM1が40μmでピッチPM1が400μmであった。
2. Formation of Mask Referring to FIG. 5, next, a SiO 2 mask layer having a thickness of 0.1 μm is formed by sputtering on the
また、上記SiO2マスク11の形成と同時に、マスク11の開口部11wに、図9に示すように互いに隣接するミクロ開口部12wがGaSa基板(下地基板10)の[11−2]方向(第1の方向)およびその第1の方向に対して60°の角度を有する方向に並べて配置された複数の六角形状のミクロ開口部12wを有するSiO2の六角格子状の追加マスク12を形成した。追加マスク12の幅WNは2μmであり、ミクロ開口部12wのピッチPNは5μmであった。
At the same time as the formation of the SiO 2 mask 11, the
3.GaN結晶の成長
図5および図6を参照して、次に、実施例A1と同様に、GaAs基板(下地基板10)のSiO2マスク11およびSiO2の追加マスク12が形成された主面10m上に、HVPE法により、厚さ60nmのGaNバッファ層を成長させ、次いで、厚さ6mmのGaN結晶を成長させた。
3. Growth of GaN Crystal Referring to FIGS. 5 and 6, next, as in Example A1,
4.GaN結晶基板の作製
図6を参照して、次に、実施例A1と同様に、得られたGaN結晶20をGaAs基板の主面10mに平行な複数の面でスライスして厚さ500μmの複数のGaN結晶基板20pを得た。
4). Fabrication of GaN Crystal Substrate Referring to FIG. 6, next, similarly to Example A1, the obtained
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は5枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ3.15×104cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was 5. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 3.15 × 10 4 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.04°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.14であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.28×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は1.33であり、基板全体の比抵抗が高かった。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 1.33, and the specific resistance of the entire substrate was high.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hである第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が400μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region, which is the high dislocation
(比較例RA2)
比較例RA1と同様の下地基板を準備し、第1ストライプマスクのピッチPM12を5000μmとしたこと以外は、比較例RA1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Comparative Example RA2)
A base substrate similar to that in Comparative Example RA1 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Comparative Example RA1 except that the pitch P M12 of the first stripe mask was set to 5000 μm, and a GaN crystal was grown. Was made.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は0枚であった。作製されたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ2.11×107cm-2および8.50×108cm-2であり、低転位密度結晶領域においても転位密度が高くなった。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was zero. Regarding the fabricated GaN crystal substrate, the average dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2.11 × 10 7 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 , respectively. The dislocation density also increased in the dislocation density crystal region.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.11°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.34°であり、[11−20]方向においては面方位のずれ角が大きくなった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.30×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.80であり、基板全体の比抵抗が高かった。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.80, and the specific resistance of the entire substrate was high.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hである第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が5000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region, which is the high dislocation
(比較例RA3)
比較例RA1と同様の下地基板を準備し、第1ストライプマスクのピッチPM12を10000μmとしたこと以外は、比較例RA1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Comparative Example RA3)
A base substrate similar to that in comparative example RA1 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in comparative example RA1 except that the pitch P M12 of the first stripe mask was set to 10000 μm. Was made.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は0枚であった。作製されたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ7.89×107cm-2および8.50×108cm-2であり、低転位密度結晶領域においても転位密度が高くなった。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was zero. For the fabricated GaN crystal substrate, the average dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 7.89 × 10 7 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 , respectively. The dislocation density also increased in the dislocation density crystal region.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.20°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.38°であり、[11−20]方向においては面方位のずれ角が大きくなった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.10×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.55であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.55, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hである第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が10000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。結果を表1にまとめた。
The first stripe crystal region, which is the high dislocation
表1を参照して、比較例RA1〜RA3および実施例A1〜A9の結果より、以下のことがわかった。主面において[1−100]方向に伸びるストライプ状の高転位密度結晶領域(第1ストライプ結晶領域)を含む典型的なGaN結晶基板は、第1ストライプ結晶領域のピッチP1が400μm、5000μm、10000μmと大きくなるにしたがって、高転位密度結晶領域への転位の集中が著しく低減して、低転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ3.15×104cm-2、2.11×107cm-2、7.89×107cm-2と高くなり、良基板の取れ枚数がそれぞれ5枚、0枚、0枚となった(比較例RA1〜RA3)。これに対して、主面において[1−100]方向に伸びる第1ストライプ結晶領域と[11−20]方向に伸びる第2ストライプ結晶領域とを含む格子状の高転位密度結晶領域を含む本発明のGaN結晶基板は、第1および第2ストライプ結晶のピッチP1およびP2がそれぞれ400μm、5000μm、10000μmと大きくなっても、高転位密度結晶領域への転位の集中はほとんど低減せず、それぞれ5枚、2枚、1枚の良基板が取れ、良基板における低転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.02×104cm-2、6.50×105cm-2、8.80×105cm-2と小さかった(実施例A1、A7およびA9)。 Referring to Table 1, the following was found from the results of Comparative Examples RA1 to RA3 and Examples A1 to A9. A typical GaN crystal substrate including a stripe-shaped high dislocation density crystal region (first stripe crystal region) extending in the [1-100] direction on the main surface has a pitch P 1 of the first stripe crystal region of 400 μm, 5000 μm, As the size increases to 10,000 μm, the concentration of dislocations in the high dislocation density crystal region is remarkably reduced, and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region are 3.15 × 10 4 cm −2 and 2.11 × 10 7 cm, respectively. −2 and 7.89 × 10 7 cm −2, and the number of good substrates obtained was 5, 0, and 0, respectively (Comparative Examples RA1 to RA3). On the other hand, the present invention includes a lattice-shaped high dislocation density crystal region including a first stripe crystal region extending in the [1-100] direction and a second stripe crystal region extending in the [11-20] direction on the main surface. In the GaN crystal substrate, even when the pitches P 1 and P 2 of the first and second stripe crystals are increased to 400 μm, 5000 μm, and 10000 μm, respectively, the concentration of dislocations in the high dislocation density crystal region is hardly reduced. Five, two, and one good substrate can be taken, and the dislocation density in the low dislocation density crystal region in the good substrate is 1.02 × 10 4 cm −2 , 6.50 × 10 5 cm −2 , and 8.80, respectively. × 10 5 cm −2 was small (Examples A1, A7 and A9).
また、主面において[1−100]方向に伸びるストライプ状の高転位密度結晶領域(第1ストライプの幅W1が40μm、ピッチP1が5000μm)を有する典型的なGaN結晶基板は、[1−100]方向における主面のずれ角(第1ずれ角)が0.11°と小さかったが、[11−20]方向における主面のずれ角(第2ずれ角)が0.34°と大きかった(比較例RA2)。これに対して、主面において[1−100]方向および[11−20]方向に伸びる格子状の高転位密度結晶領域(第1および第2ストライプの幅W1およびW2がそれぞれ40μm、ピッチP1およびP2がそれぞれ5000μm)を有する本発明にかかるGaN結晶基板は、[1−100]方向および[11−20]方向おける主面のずれ角がそれぞれ0.07および0.13と小さかった(実施例A7)。 A typical GaN crystal substrate having a stripe-shaped high dislocation density crystal region (first stripe width W 1 is 40 μm, pitch P 1 is 5000 μm) extending in the [1-100] direction on the main surface is [1 The deviation angle (first deviation angle) of the main surface in the −100] direction was as small as 0.11 °, but the deviation angle (second deviation angle) of the main surface in the [11-20] direction was 0.34 °. It was large (Comparative Example RA2). On the other hand, lattice-like high dislocation density crystal regions extending in the [1-100] direction and [11-20] direction on the main surface (the widths W 1 and W 2 of the first and second stripes are 40 μm and the pitch, respectively) In the GaN crystal substrate according to the present invention having P 1 and P 2 of 5000 μm, respectively, the deviation angle of the main surface in the [1-100] direction and the [11-20] direction is as small as 0.07 and 0.13, respectively. (Example A7).
また、主面において[1−100]方向に伸びるストライプ状の高転位密度結晶領域(第1ストライプの幅W1が40μm、ピッチP1が5000μm)を有する典型的なGaN結晶基板は、主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)が0.80と大きかった。これに対して、主面において[1−100]方向および[11−20]方向に伸びる格子状の高転位密度結晶領域(第1および第2ストライプの幅W1およびW2がそれぞれ40μm、ピッチP1およびP2がそれぞれ5000μm)を有する本発明にかかるGaN結晶基板は、C/F比を0.29と小さくすることができた(実施例A7)。これにより、本発明にかかるGaN結晶基板を用いた半導体デバイスは、オン抵抗が低くなることが期待される。 Further, a typical GaN crystal substrate having a stripe-shaped high dislocation density crystal region (first stripe width W 1 is 40 μm, pitch P 1 is 5000 μm) extending in the [1-100] direction on the main surface is The ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) was as large as 0.80. On the other hand, lattice-like high dislocation density crystal regions extending in the [1-100] direction and [11-20] direction on the main surface (the widths W 1 and W 2 of the first and second stripes are 40 μm and the pitch, respectively) The GaN crystal substrate according to the present invention having P 1 and P 2 of 5000 μm was able to reduce the C / F ratio to 0.29 (Example A7). Thereby, the semiconductor device using the GaN crystal substrate according to the present invention is expected to have low on-resistance.
また、実施例A1〜A9のいずれの場合においても、第1ストライプ結晶領域([1−100]方向に伸びる高転位密度結晶領域)の幅W1(成長厚さ1mmにおいて35.8μm、成長厚さ5.5mmにおいて13.0μm)は第1ストライプマスク([1−100]方向に伸びるマスク)の幅WM1(40μm)に比べて小さくなり、第2ストライプ結晶領域([11−20]方向に伸びる高転位密度結晶領域)の幅W2(成長厚さ1mmにおいて39.0μm、成長厚さ5.5mmにおいて26.0μm)は第2ストライプマスク([11−20]方向に伸びるマスク)の幅WM2(40μm)に比べて小さくなった。 In any of Examples A1 to A9, the width W 1 of the first stripe crystal region (high dislocation density crystal region extending in the [1-100] direction) (35.8 μm at a growth thickness of 1 mm, growth thickness) The length of 13.0 μm at 5.5 mm is smaller than the width W M1 (40 μm) of the first stripe mask (a mask extending in the [1-100] direction), and the second stripe crystal region ([11-20] direction). The width W 2 (39.0 μm at the growth thickness of 1 mm and 26.0 μm at the growth thickness of 5.5 mm) of the high dislocation density crystal region extending in the direction of the second stripe mask (mask extending in the [11-20] direction) is It was smaller than the width W M2 (40 μm).
さらに、GaN結晶の成長厚さ1mmにおいて、第2ストライプマスクの幅WM2(40μm)に対する第2ストライプ結晶領域の幅W2(39.0μm)の減少率2.5%は第1ストライプマスクの幅WM1(40μm)に対する第1ストライプ結晶領域の幅W1(35.8μm)の減少率10.5%に比べて小さくなった。また、GaN結晶の成長厚さ5.5mmにおいて、第2ストライプマスクの幅WM2(40μm)に対する第2ストライプ結晶領域の幅W2(26.0μm)の減少率35.0%は第1ストライプマスクの幅WM1(40μm)に対する第1ストライプ結晶領域の幅W1(13.0μm)の減少率67.5%に比べて小さくなった。 Furthermore, when the growth thickness of the GaN crystal is 1 mm, the reduction rate 2.5% of the width W 2 (39.0 μm) of the second stripe crystal region with respect to the width W M2 (40 μm) of the second stripe mask is 2.5%. The reduction rate of the width W 1 (35.8 μm) of the first stripe crystal region with respect to the width W M1 (40 μm) was smaller than 10.5%. In addition, when the growth thickness of the GaN crystal is 5.5 mm, the reduction rate 35.0% of the width W 2 (26.0 μm) of the second stripe crystal region with respect to the width W M2 (40 μm) of the second stripe mask is the first stripe. The reduction rate of the width W 1 (13.0 μm) of the first stripe crystal region with respect to the mask width W M1 (40 μm) was smaller than 67.5%.
(実施例A10)
実施例A4と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクの幅WM1およびWM2をそれぞれ10μmとしたこと以外は、実施例A4と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A10)
A base substrate similar to that in Example A4 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A4, except that the widths W M1 and W M2 of the first and second stripe masks were 10 μm, respectively. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は4枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ2.00×105cm-2および8.35×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was four. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2.00 × 10 5 cm −2 and 8.35 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.06°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.12°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.19×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.36であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 In addition, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.36, and the specific resistance of the entire substrate could be reduced.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ9.0μmおよび3.3μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ9.8μmおよび6.5μmであった。結果を表2にまとめた。
Further, the first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A11)
実施例A4と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクの幅WM1およびWM2をそれぞれ100μmとしたこと以外は、実施例A4と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A11)
A base substrate similar to that in Example A4 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A4, except that the widths W M1 and W M2 of the first and second stripe masks were 100 μm, respectively. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は4枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ1.20×105cm-2および7.90×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was four. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 1.20 × 10 5 cm −2 and 7.90 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.05°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.10°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.01×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.37であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.37, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ89.5μmおよび32.5μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ97.5μmおよび65.0μmであった。結果を表2にまとめた。
Further, the first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A12)
主面が(111)A面から[1−10]方向に10°のオフ角を有すること以外は、実施例A4と同様の下地基板を準備し、実施例A4と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A12)
A base substrate similar to that in Example A4 was prepared except that the main surface had an off angle of 10 ° in the [1-10] direction from the (111) A surface, and a mask was formed in the same manner as in Example A4. A GaN crystal was grown to produce a GaN crystal substrate.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は4枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ1.88×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was four. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 1.88 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)から[11−20]方向に10°のオフ角を有する面方位であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.03°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.05°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.50×1018cm-3であった。
The plane orientation at the central point of the main surface of these GaN crystal substrates is a plane orientation having an off angle of 10 ° in the (0001) to [11-20] direction, and [1- The deviation angle (first deviation angle) of the plane orientation at a
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.50であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.50, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ34.5μmおよび11.8μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ37.1μmおよび25.6μmであった。結果を表2にまとめた。
Further, the first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A13)
主面が(111)A面から[1−10]方向に25°のオフ角を有すること以外は、実施例A4と同様の下地基板を準備し、実施例A4と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A13)
A base substrate similar to that in Example A4 is prepared except that the main surface has an off angle of 25 ° in the [1-10] direction from the (111) A surface, and a mask is formed in the same manner as in Example A4. A GaN crystal was grown to produce a GaN crystal substrate.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は4枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ2.10×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was four. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2.10 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)から[11−20]方向に25°のオフ角を有する面方位であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.07°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.10°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.23×1018cm-3であった。
The plane orientation at the central point of the main surface of these GaN crystal substrates is a plane orientation having an off angle of 25 ° from the (0001) to the [11-20] direction, and [1- The deviation angle (first deviation angle) of the plane orientation at a
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.23であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.23, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ33.2μmおよび10.9μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ35.2μmおよび23.2μmであった。結果を表2にまとめた。
Further, the first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A14)
主面が(111)A面から[11−2]方向に10°のオフ角を有すること以外は、実施例A4と同様の下地基板を準備し、実施例A4と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A14)
A base substrate similar to that in Example A4 was prepared except that the main surface had an off angle of 10 ° in the [11-2] direction from the (111) A surface, and a mask was formed in the same manner as in Example A4. A GaN crystal was grown to produce a GaN crystal substrate.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は4枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ1.98×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was four. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 1.98 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)から[11−20]方向に10°のオフ角を有する面方位であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.03°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.05°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.30×1018cm-3であった。
The plane orientation at the central point of the main surface of these GaN crystal substrates is a plane orientation having an off angle of 10 ° in the (0001) to [11-20] direction, and [1- The deviation angle (first deviation angle) of the plane orientation at a
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.48であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.48, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered.
また、GaN結晶の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ34.5μmおよび11.8μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2は、それぞれ37.1μmおよび25.6μmであった。結果を表2にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A15)
主面が(111)A面から[11−2]方向に25°のオフ角を有すること以外は、実施例A4と同様の下地基板を準備し、実施例A4と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A15)
A base substrate similar to that in Example A4 is prepared except that the main surface has an off angle of 25 ° in the [11-2] direction from the (111) A surface, and a mask is formed in the same manner as in Example A4. A GaN crystal was grown to produce a GaN crystal substrate.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は4枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ2.30×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was four. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2.30 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)から[11−20]方向に25°のオフ角を有する面方位であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.07°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.10°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.03×1018cm-3であった。
The plane orientation at the central point of the main surface of these GaN crystal substrates is a plane orientation having an off angle of 25 ° from the (0001) to the [11-20] direction, and [1- The deviation angle (first deviation angle) of the plane orientation at a
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.20であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.20, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ33.2μmおよび10.9μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が2000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ35.2μmおよび23.2μmであった。結果を表2にまとめた。
Further, the first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A16)
1.下地基板の準備
図2を参照して、下地基板10として主面10mが(0001)面である直径2インチ(50.8mm)で厚さ500μmのサファイア基板を準備した。
(Example A16)
1. 2. Preparation of Base Substrate With reference to FIG. 2, a sapphire substrate having a diameter of 2 inches (50.8 mm) and a thickness of 500 μm was prepared as the
2.マスクの形成
図2を参照して、次に、サファイア基板(下地基板10)の主面10m上に、スパッタ法により厚さ0.1μmのSiO2マスク層を形成した後、フォトリソグラフィ法により、格子状パターンを有するSiO2マスク11を形成した。このSiO2マスク11は、サファイア基板(下地基板10)の[11−20]方向(第1方向)に伸びる複数の第1ストライプマスク11sと[1−100]方向(第2方向)に伸びる複数の第2ストライプマスク11tとを含み、第1ストライプマスク11sは幅WM1が40μmでピッチPM1が400μmであり、第2ストライプマスク11tは幅WM2が40μmでピッチPM2が400μmであった。
2. 2. Formation of Mask Referring to FIG. 2, next, a SiO 2 mask layer having a thickness of 0.1 μm is formed by sputtering on the
また、上記SiO2マスク11の形成と同時に、マスク11の開口部11wに、図9に示すように互いに隣接するミクロ開口部12wがサファイア基板(下地基板10)の[11−20]方向(第1の方向)およびその第1の方向に対して60°の角度を有する方向に並べて配置された複数の六角形状のミクロ開口部12wを有するSiO2の六角格子状の追加マスク12を形成した。追加マスク12の幅WNは2μmであり、ミクロ開口部12wのピッチPNは5μmであった。
Simultaneously with the formation of the SiO 2 mask 11, the
3.GaN結晶の成長
図2および図3を参照して、次に、サファイア基板(下地基板10)のSiO2マスク11が形成された主面10m上に、実施例A1と同様に、HVPE法により、厚さ60nmのGaNバッファ層を成長させ、次いで、厚さ6mmのGaN結晶を成長させた。
3. Growth of GaN Crystal Referring to FIGS. 2 and 3, next, on the
4.GaN結晶基板の作製
図3を参照して、次に、実施例A1と同様に、得られたGaN結晶20をGaAs基板の主面10mに平行な複数の面でスライスして厚さ500μmの複数のGaN結晶基板20pを得た。
4). Fabrication of GaN Crystal Substrate Referring to FIG. 3, next, similarly to Example A1, the obtained
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は5枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ1.01×104cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was 5. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 1.01 × 10 4 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.03°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.05°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.99×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.52であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.52, and the specific resistance of the entire substrate could be reduced.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が400μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が400μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表2にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A17)
実施例A16と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ5000μmとしたこと以外は、実施例A16と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A17)
A base substrate similar to that in Example A16 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A16, except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were set to 5000 μm. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は2枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ4.50×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates taken from the GaN crystal was two. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 4.50 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.07°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.10°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.25×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.25であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.25, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が5000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が5000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表2にまとめた。
Further, the first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A18)
実施例A16と同様の下地基板を準備し、第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ10000μmとしたこと以外は、実施例A16と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A18)
A base substrate similar to that in Example A16 was prepared, and a mask was formed in the same manner as in Example A16, except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks were 10000 μm. A GaN crystal substrate was produced by growth.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は1枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ8.20×105cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates taken from the GaN crystal was one. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 8.20 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.08°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.15°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.25×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.25であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.25, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered.
また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が10000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶20の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP1が10000μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表2にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
(実施例A19)
直径が4インチ(101.6mm)であること以外は、実施例A1と同様の下地基板を準備し、実施例A1と同様にしてマスクを形成し、GaN結晶を成長させて、GaN結晶基板を作製した。
(Example A19)
A base substrate similar to Example A1 is prepared except that the diameter is 4 inches (101.6 mm), a mask is formed in the same manner as Example A1, a GaN crystal is grown, and a GaN crystal substrate is formed. Produced.
GaN結晶からの良基板の取れ枚数は5枚であった。良基板とされたGaN結晶基板について、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の平均の転位密度は、それぞれ1.02×104cm-2および8.50×108cm-2であり、極めて低転位密度の結晶領域を有するGaN結晶基板が得られた。 The number of good substrates removed from the GaN crystal was 5. The average dislocation density of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 1.02 × 10 4 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 for the GaN crystal substrate that is a good substrate, respectively. A GaN crystal substrate having a crystal region with an extremely low dislocation density was obtained.
これらのGaN結晶基板の主面の中心点における面方位は(0001)であり、中心点における面方位に対する中心点から[1−100]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第1ずれ角)は0.03°であり、中心点における面方位に対する中心点から[11−20]方向に20mm離れた点における面方位のずれ角(第2ずれ角)は0.05°であり、主面における面方位のずれ角は極めて小さかった。また、GaN結晶基板のキャリア濃度は、6.80×1018cm-3であった。
The plane orientation at the center point of the main surface of these GaN crystal substrates is (0001), and the deviation angle of the plane orientation at the
また、GaN結晶基板の主面においてファセット成長結晶領域の面積に対する(0001)面成長結晶領域の面積の比(C/F比)は0.51であり、基板全体の比抵抗を低くできた。 Further, the ratio of the area of the (0001) plane growth crystal region to the area of the facet growth crystal region (C / F ratio) on the main surface of the GaN crystal substrate was 0.51, and the specific resistance of the entire substrate could be lowered.
また、GaN結晶の高転位密度結晶領域20hの第1ストライプ結晶領域20hsは、ピッチP1が400μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W1がそれぞれ35.8μmおよび13.0μmであった。また、GaN結晶の高転位密度結晶領域20hの第2ストライプ結晶領域20htは、ピッチP2が400μmであり、成長厚さ1mm面および成長厚さ5.5mm面における幅W2がそれぞれ39.0μmおよび26.0μmであった。結果を表2にまとめた。
The first stripe crystal region 20hs of the high dislocation
表2を参照して、実施例A10〜A19の結果から、以下のことがわかった。下地基板上の主面上に形成する格子状のマスクの第1および第2のストライプマスクの幅WM1およびWM2の両方を、10μmまたは100μmとしても、低転位密度結晶領域の転位密度が2.00×105cm-2または1.20×105cm-2と低い本発明のGaN結晶基板が得られた(実施例A10、A11)。 With reference to Table 2, the following was found from the results of Examples A10 to A19. Even if both the widths W M1 and W M2 of the first and second stripe masks of the lattice-shaped mask formed on the main surface on the base substrate are 10 μm or 100 μm, the dislocation density in the low dislocation density crystal region is 2 A GaN crystal substrate of the present invention as low as 0.000 × 10 5 cm −2 or 1.20 × 10 5 cm −2 was obtained (Examples A10 and A11).
また、製造するGaN結晶基板の(0001)面に対応する下地基板の面方位(下地基板がGaAs基板の場合は、(111)A)に対して、10°または25°のオフ角を有する主面を有する下地基板を用いて、主面が(0001)面に対してそれぞれ10°または25°のオフ角を有し低転位密度結晶領域の転位密度が低い本発明のGaN結晶基板が得られた(実施例A12〜A15)。 In addition, the main substrate has an off angle of 10 ° or 25 ° with respect to the plane orientation of the base substrate corresponding to the (0001) plane of the GaN crystal substrate to be manufactured ((111) A when the base substrate is a GaAs substrate). By using a base substrate having a plane, the GaN crystal substrate of the present invention can be obtained in which the main surface has an off angle of 10 ° or 25 ° with respect to the (0001) plane and the dislocation density in the low dislocation density crystal region is low. (Examples A12 to A15).
また、下地基板としてサファイア基板を用いても、低転位密度結晶領域の転位密度が低い本発明のGaN結晶基板が得られた(実施例A16〜A18)。また、下地基板として直径が4インチ(101.6mm)のGaAs基板を用いても、低転位密度結晶領域の転位密度が低い本発明のGaN結晶基板が得られた(実施例A19)。 Further, even when a sapphire substrate was used as the base substrate, the GaN crystal substrate of the present invention having a low dislocation density in the low dislocation density crystal region was obtained (Examples A16 to A18). Further, even when a GaAs substrate having a diameter of 4 inches (101.6 mm) was used as the base substrate, the GaN crystal substrate of the present invention having a low dislocation density in the low dislocation density crystal region was obtained (Example A19).
[実施例B]
次に、実施例Bとして、図15および図16を参照して、GaN結晶基板20pの主面20m上にIII族窒化物半導体エピタキシャル層30を成長させて半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を形成し、さらにIII族窒化物半導体エピタキシャル層30の主面30m上にショットキー電極41を形成し、GaN結晶基板20pの主面20n上にオーミック電極42を形成して半導体デバイス40,40cたるSBDを製造した実施例について説明する。実施例Bは、以下の実施例B1〜B24および比較例RB1〜RB3を含む。
[Example B]
Next, referring to FIG. 15 and FIG. 16 as Example B, a group III nitride
(実施例B1)
1.GaN結晶基板の準備
成長させたGaN結晶を(0001)面から[1−100]方向に0.4°オフした面に平行な面でスライスしたこと以外は、実施例A4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B1)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate The GaN crystal substrate was grown in the same manner as in Example A4 except that the grown GaN crystal was sliced along a plane parallel to the plane off by 0.4 ° in the [1-100] direction from the (0001) plane. A crystal substrate was obtained.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に0.4°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.60×105cm-2および8.50×108cm-2であった。ここで、転位密度の測定は、実施例A1と同様に行った。また、20mm角当りの転位集中領域の数が14個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.14個/領域であった。ここで、転位集中領域の数の測定は、CL(カソードルミネッセンス)観察において明部として現れる低転位密度領域内に現れる暗点の集合領域の数を測定することにより行った。また、キャリア濃度が5.11×1018cm-3であり、C/F比は0.39であった。キャリア濃度およびC/F比は、実施例A1と同様にして測定した。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 0.4 ° from the (0001) to the [1-100] direction, and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are respectively 1.60 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Here, the dislocation density was measured in the same manner as in Example A1. Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 14 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 14 pieces / area. Here, the number of dislocation concentration regions was measured by measuring the number of dark spot aggregate regions appearing in a low dislocation density region appearing as a bright portion in CL (cathode luminescence) observation. The carrier concentration was 5.11 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.39. The carrier concentration and C / F ratio were measured in the same manner as in Example A1.
また、GaN結晶基板において、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の中心におけるオフ角と中心から[1−100]方向の端部におけるオフ角との間の差である第1ずれ角(以下、主面の[1−100]方向における第1ずれ角という。)は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は9.7mであり、主面の中心におけるオフ角と中心から[11−20]方向の端部におけるオフ角との間の差である第2ずれ角(以下、主面の[11−20]方向における第2ずれ角という。)は0.12°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.06°であった。ここで、第1ずれ角および第2ずれ角は、実施例A1と同様にして測定した。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.3μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が26.3μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.4μm×1986.9μmであった。 In the GaN crystal substrate, the curvature radius in the [1-100] direction of the main surface is 18.5 m, and the off angle at the center of the main surface and the off angle at the end in the [1-100] direction from the center. The first deviation angle (hereinafter referred to as the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface), which is the difference between them, was 0.06 °. The radius of curvature of the main surface in the [11-20] direction is 9.7 m, which is the difference between the off angle at the center of the main surface and the off angle at the end in the [11-20] direction from the center. The second deviation angle (hereinafter referred to as the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface) was 0.12 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.06 °. Here, the first deviation angle and the second deviation angle were measured in the same manner as in Example A1. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.3 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 26.3 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.4 μm × 1986.9 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
図12および図15を参照して、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、MOCVD法により、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層30として厚さ5μmのGaN層を成長させて、半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を作製した。GaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)の成長条件は、成長温度を1050℃、TMG(トリメチルガリウム)ガスとNH3ガスの供給モル比([V]/[III])は、1250〜10000であることが望ましい。高い供給モル比を用いることによって、V族サイトを占める炭素量を低減できる。供給モル比([V]/[III])が高すぎると、結晶の成長界面をNで覆われてしまい、Gaが到達しにくくなり、Ga抜けの欠陥が増加する。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
Referring to FIGS. 12 and 15, a GaN layer having a thickness of 5 μm is formed as at least one group III nitride
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、図13に示すような幅Weiが400μmのエピタキシャル異常成長領域30eiが形成されていた。GaN層のエピタキシャル異常成長領域30ei以外の通常のエピタキシャル成長領域は、GaN結晶基板20pのオフ角を引き継いで、GaN層を(0001)面から[1-100]方向に0.4°オフした面で結晶成長しているが、エピタキシャル異常成長領域30eiは(0001)面で結晶成長している。かかるエピタキシャル異常成長領域30eiと、その他の領域との境界は、顕微鏡において観察される。このエピタキシャル異常成長領域30eiは、その他の領域と比較すると、エピ層に入っているキャリア濃度が低減していることがCV(容量−電圧)測定により確認できる。またレーザー顕微鏡を用いて観測される結晶成長面の高さの分布からも確認できる。
In the obtained GaN layer (group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), an epitaxial abnormal growth region 30ei having a width W ei of 400 μm as shown in FIG. 13 was formed. A normal epitaxial growth region other than the epitaxial abnormal growth region 30ei of the GaN layer is a surface obtained by taking off the off-angle of the
GaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.60×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が7.0×1015m-3であった。
In the GaN layer (group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
図15を参照して、上記で得られた半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板(GaN結晶基板20pの主面20m上にGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)を成長させたもの)のGaN結晶基板20pの他の主面20nにオーミック電極42を形成した。具体的には、まず、GaN結晶基板20pの主面20nを有機洗浄および塩酸で洗浄した。その後、EB(電子ビーム)蒸着法により、Ti、Al、TiおよびAuの順にそれぞれ20nm、100nm、20nmおよび200nmの金属材料の層を主面20nの全体に形成した。その後、窒素雰囲気下で約2分間600℃で熱処理して、金属材料層の合金化を行ない、オーミック電極42を形成した。
3. Fabrication of Semiconductor Device Referring to FIG. 15, a GaN crystal substrate with a semiconductor epitaxial layer obtained above (a GaN layer (group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) was grown on
次に、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k内であってGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)の主面30m上に、Ni−Auを蒸着させて、直径1600μmで厚さ350nmのショットキー電極41を形成した。具体的には、フォトリソグラフィーにより、GaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)の主面30m上に、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k内に位置する円形の開口部を有するレジストを形成した(図示せず)。その後、塩酸洗浄によるGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)の表面処理を、室温で3分間行なった。次いで、ショットキー電極41の第1層41aとなるべき第1の金属層としてEB蒸着法により厚さ50nmのN層を形成した。かかる第1金属層上に、第2層41bとなる第2の金属層として抵抗加熱蒸着法により厚さ300nmのAu層を形成した。その後、レジストを除去する際に、レジスト上に成膜された金属層は同時に除去され(リフトオフ)、ショットキー電極41となるべき金属層が形成される。かかる金属層は、その平面形状が円形となるように形成した。
Next, Ni—Au is formed on the
次に、上記ウエハ状のSBDを、各SBDを構成するGaN結晶基板20p、III族窒化物半導体エピタキシャル層30、ショットキー電極41およびオーミック電極42がすべてGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域40k内に納まるように、かつ、分割後のチップ化SBDの主面がほぼ正方形でその面積が最大になるように、ウエハ状のSBD(ウエハ状の半導体デバイス40)を分割線40bで分割して、1993.4μm×1986.9μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。
Next, the
得られたチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)は、C/F比が0.39であり、耐圧歩留まりが0.50であり、平均オン抵抗が0.90mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.20mΩ・cm2であり、最大作動電流(作動時に電極面積1cm2当たり500A流せるものとして算出される最大電流をいう。以下同じ。)が10Aであった。
The obtained chipped SBD (
ここで、耐圧歩留まりは、電流密度が0.001A・cm-2のときに逆方向の電圧が電流リークすることなく600Vに達したSBDを良品、逆方向耐圧が600Vに達することなく電流がリークしたものを不良品として、その歩留まり率(良品数)/(良品数+不良品数)を算出した。また、平均オン抵抗および最大オン抵抗については、1枚のウエハ状SBDから得られたチップ化された全てのSBDについて、それぞれに0Vから3Vまで変化させて電圧をかけたときに流れる電流の変化をパラメータアナライザーで測定して、電流の変化に対する電圧の変化をオン抵抗として算出し、それらの平均値を平均オン抵抗とし、それらの最大値を最大オン抵抗とした。また、最大作動電流は、電極面積1cm2当たり500A流せるものとして計算し、実際にその大きさの電流を流し確認した。結果を表3にまとめた。なお、チップ化されたSBDの耐圧歩留まり、平均オン抵抗および最大オン抵抗を算出するための電圧、電流および抵抗の測定は、各実施例および比較例において、チップ化されたSBDを、実装専用のパッケージに、SBDのオーミック電極42側をダイボンディングし、SBDのショットキー電極41側をワイヤーボンディングすることにより、実装化して行った。
Here, with respect to the breakdown voltage yield, when the current density is 0.001 A · cm −2 , the SBD in which the reverse voltage reaches 600 V without leaking current is non-defective, and the current leaks without the reverse breakdown voltage reaching 600 V. The yield rate (the number of non-defective products) / (the number of non-defective products + the number of defective products) was calculated as a defective product. As for the average on-resistance and the maximum on-resistance, the change of the current that flows when voltage is applied to all SBDs obtained from one wafer-like SBD from 0 V to 3 V, respectively. Was measured with a parameter analyzer, and a change in voltage with respect to a change in current was calculated as an on-resistance, and an average value thereof was defined as an average on-resistance, and a maximum value thereof was defined as a maximum on-resistance. The maximum operating current was calculated assuming that 500 A per 1 cm 2 of electrode area can be flowed, and the current of that magnitude was actually passed and confirmed. The results are summarized in Table 3. Note that the measurement of voltage, current, and resistance for calculating the breakdown voltage yield, average on-resistance, and maximum on-resistance of the chipped SBD was performed using a chip-shaped SBD that was dedicated for mounting in each of the examples and comparative examples. The package was mounted by die bonding the
(実施例B2)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際にGaAs基板(下地基板)の主面上に形成する第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ800μmとしたこと、および成長させたGaN結晶をGaAs基板(下地基板)の主面((111)A面)に平行な面でスライスしたこと以外は、実施例B1と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B2)
1. Preparation of GaN crystal substrate The pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks formed on the main surface of the GaAs substrate (underlying substrate) during the growth of the GaN crystal were set to 800 μm and grown. A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as in Example B1, except that the GaN crystal was sliced along a plane parallel to the main surface ((111) A plane) of the GaAs substrate (underlying substrate).
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.00×104cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が8個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が625個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.01個/領域であった。また、キャリア濃度が5.40×1018cm-3であり、C/F比は0.70であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は28.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.04°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は15.6mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.07°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.03°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が800μmで、幅W1が13.4μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が800μmで、幅W2が26.4μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは793.3μm×786.8μmであっ。た
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 2.00 × 10 4 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 8 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 625, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 01 / area. The carrier concentration was 5.40 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.70. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 28.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.04 °. The radius of curvature in the [11-20] direction of the main surface was 15.6 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.07 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.03 °. Further, the first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 800 μm and a width W 1 of 13.4 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 800 μm and a width W 2 of 26.4 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region was 793.3 μm × 786.8 μm. 2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ2.00×104cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
ショットキー電極41の直径を600μmとしたこと以外は、実施例B1と同様にして、793.3μm×786.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.70であり、耐圧歩留まりが0.92であり、平均オン抵抗が1.10mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.39mΩ・cm2であり、最大作動電流が1.5Aであった。結果を表3にまとめた。
3. Fabrication of Semiconductor Device SBD (chip-formed
(実施例B3)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際にGaAs基板(下地基板)の主面上に形成する第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ1500μmとしたこと以外は、実施例B2と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B3)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Example, except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks formed on the main surface of the GaAs substrate (underlying substrate) during the growth of the GaN crystal were set to 1500 μm, respectively. A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as B2.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ6.75×104cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が12個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が178個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.07個/領域であった。また、キャリア濃度が5.55×1018cm-3であり、C/F比は0.41であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は20.1mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は10.8mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.11°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.05°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が1500μmで、幅W1が13.3μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が1500μmで、幅W2が26.5μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1493.4μm×1486.8μmであった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 6.75 × 10 4 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 12 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 178, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. It was 07 pieces / area. The carrier concentration was 5.55 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.41. Moreover, the curvature radius in the [1-100] direction of the main surface was 20.1 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 10.8 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.11 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.05 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 1500 μm and a width W 1 of 13.3 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 1500 μm and a width W 2 of 26.5 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 1493.4 μm × 1486.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ6.75×104cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
ショットキー電極41の直径を1200μmとしたこと以外は、実施例B1と同様にして、1493.4μm×1486.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.41であり、耐圧歩留まりが0.88であり、平均オン抵抗が0.96mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.38mΩ・cm2であり、最大作動電流が6Aであった。結果を表3にまとめた。
3. Fabrication of Semiconductor Device SBD (chip-formed
(実施例B4)
1.GaN結晶基板の準備
成長させたGaN結晶を(0001)面に平行な面でスライスしたこと以外は、実施例B1と同様にして、GaN結晶基板を得た。なお、本実施例B4におけるGaN結晶基板の準備方法は、GaN結晶の成長の際にGaAs基板(下地基板)の主面上に形成する第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ2000μmとしたこと以外は、実施例B2と同様である。
(Example B4)
1. Preparation of GaN crystal substrate A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as in Example B1, except that the grown GaN crystal was sliced along a plane parallel to the (0001) plane. The preparation method of the GaN crystal substrate in Example B4 is that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks formed on the main surface of the GaAs substrate (underlying substrate) during the growth of the GaN crystal are set. Example B2 is the same as Example B2 except that the thickness is 2000 μm.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.60×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が14個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.14個/領域であった。また、キャリア濃度が5.11×1018cm-3であり、C/F比は0.39であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は9.7mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.12°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.06°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.0μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が26.0μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.5μm×1987.0μmであった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 1.60 × 10 5 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 14 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 14 pieces / area. The carrier concentration was 5.11 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.39. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 9.7 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.12 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.06 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.0 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 26.0 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 1993.5 μm × 1987.0 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.60×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極41の直径が1600μmで1993.5μm×1987.0μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.39であり、耐圧歩留まりが0.80であり、平均オン抵抗が0.98mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.39mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表3にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(比較例RB1)
1.GaN結晶基板の準備
比較例RA1と同様のGaN結晶基板を準備した。
(Comparative Example RB1)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate A GaN crystal substrate similar to Comparative Example RA1 was prepared.
準備されたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ3.15×104cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が50個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が50個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が1.00個/領域であった。しかし、本比較例においては、低転位密度結晶領域はストライプ形状であるため、1つの低転位密度結晶領域から複数の正方形の半導体デバイスが取られる。実施例では、1つの低転位密度結晶領域から1つの半導体デバイスを取っている。かかる観点から、本比較例の1つの低転位密度結晶領域は、実施例においては50個の低転位密度結晶領域に相当する。すなわち、20mm角当りの実施例相当低転位密度結晶領域の数が2500個であることから、1つの実施例相当転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.02個/領域であった。 The prepared GaN crystal substrate has a principal surface with a plane orientation of (0001), and the dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 3.15 × 10 4 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 50 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 50, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 1. It was 00 / area. However, in this comparative example, since the low dislocation density crystal region has a stripe shape, a plurality of square semiconductor devices are taken from one low dislocation density crystal region. In the embodiment, one semiconductor device is taken from one low dislocation density crystal region. From this point of view, one low dislocation density crystal region in this comparative example corresponds to 50 low dislocation density crystal regions in the examples. That is, since the number of low dislocation density crystal regions corresponding to the examples per 20 mm square is 2500, the density of dislocation concentrated regions per one example equivalent dislocation density crystal region was 0.02 / region. .
また、キャリア濃度が4.28×1018cm-3であり、C/F比は0.80であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は32.4mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.04°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は6.8mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.16°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.12°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が400μmで、幅W1が13.1μmであった。このため、20mm角における1つの低転位密度結晶領域の大きさは395.5μm×20000μm(20mm)であった。 The carrier concentration was 4.28 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.80. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 32.4 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.04 °. Further, the radius of curvature in the [11-20] direction of the main surface was 6.8 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.16 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.12 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 400 μm and a width W 1 of 13.1 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region in a 20 mm square was 395.5 μm × 20000 μm (20 mm).
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ3.15×104cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
ショットキー電極41の直径を200μmとしたこと以外は、実施例B1と同様にして、オーミック電極42およびショットキー電極41を形成してウエハ状のSBD(ウエハ状の半導体デバイス40)を得た。次に、ウエハ状のSBDを、各SBDを構成するGaN結晶基板、III族窒化物半導体エピタキシャル層、ショットキー電極およびオーミック電極がすべてGaN結晶基板の低転位密度結晶領域の直上方および直下方の領域内に納まるように(図示せず)、かつ、分割後のチップ化SBDの主面がほぼ正方形でその面積が最大になるように、ウエハ状のSBD(ウエハ状の半導体デバイス)を分割して、395.5μm×400.0μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。
3. Fabrication of Semiconductor Device A wafer-like SBD (wafer-like semiconductor device 40) is formed by forming an
得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.80であり、耐圧歩留まりが0.95であり、平均オン抵抗が1.38mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が2.34mΩ・cm2であり、最大作動電流が0.15Aであった。結果を表3にまとめた。 The obtained chipped SBD has a C / F ratio of 0.80, a breakdown voltage yield of 0.95, an average on-resistance of 1.38 mΩ · cm 2 , and a maximum on-resistance of 2.34 mΩ. -Cm 2 and the maximum operating current was 0.15A. The results are summarized in Table 3.
(比較例RB2)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際にGaAs基板(下地基板)の主面上に形成する第1ストライプマスクのピッチPM1を2000μmとしたこと以外は、比較例RB1と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Comparative Example RB2)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Similar to Comparative Example RB1, except that the pitch P M1 of the first stripe mask formed on the main surface of the GaAs substrate (underlying substrate) during the growth of the GaN crystal was 2000 μm, GaN A crystal substrate was obtained.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ8.00×106cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が700個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が10個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が70.0個/領域であった。ここで、比較例RB1と同様の観点から、本比較例の1つの低転位密度結晶領域は、実施例においては10個の低転位密度結晶領域に相当する。すなわち、20mm角当りの実施例相当低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの実施例相当転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が7.00個/領域であった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 8.00 × 10 6 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 700 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 10, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 70. 0 / area. Here, from the same viewpoint as the comparative example RB1, one low dislocation density crystal region of this comparative example corresponds to ten low dislocation density crystal regions in the examples. That is, since the number of low dislocation density crystal regions corresponding to the example per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one example equivalent dislocation density crystal region was 7.00 / region. .
また、キャリア濃度が5.18×1018cm-3であり、C/F比は0.55であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は5.7mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.20°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.14°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.5μmであった。このため、20mm角における1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.3μm×20000μm(20mm)であった。 The carrier concentration was 5.18 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.55. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 5.7 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.20 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.14 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.5 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region in a 20 mm square was 19933.3 μm × 20000 μm (20 mm).
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ8.00×106cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
ショットキー電極の直径を1600μmとしたこと以外は、比較例RB1と同様にして、1993.3μm×2000.0μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.55であり、耐圧歩留まりが0.02であり、平均オン抵抗が1.09mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が2.28mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表3にまとめた。
3. Fabrication of Semiconductor Device SBD (
(比較例RB3)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際にGaAs基板(下地基板)の主面上に形成する第1ストライプマスクのピッチPM1を5000μmとしたこと以外は、比較例RB1と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Comparative Example RB3)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Similar to Comparative Example RB1, except that the pitch P M1 of the first stripe mask formed on the main surface of the GaAs substrate (underlying substrate) during the growth of the GaN crystal was set to 5000 μm. A crystal substrate was obtained.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.05×107cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が2200個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が4個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が550.0個/領域であった。ここで、比較例RB1と同様の観点から、本比較例の1つの低転位密度結晶領域は、実施例においては4個の低転位密度結晶領域に相当する。すなわち、20mm角当りの実施例相当低転位密度結晶領域の数が16個であることから、1つの実施例相当転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が137.5個/領域であった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 2.05 × 10 7 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 2200 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 4, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 550. 0 / area. Here, from the same viewpoint as the comparative example RB1, one low dislocation density crystal region of this comparative example corresponds to four low dislocation density crystal regions in the examples. That is, since the number of low dislocation density crystal regions corresponding to the examples per 20 mm square is 16, the density of dislocation concentrated regions per one example equivalent dislocation density crystal region was 137.5 / region. .
また、キャリア濃度が5.20×1018cm-3であり、C/F比は0.36であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は9.2mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.12°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は2.4mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.48°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.36°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が5000μmで、幅W1が13.8μmであった。このため、20mm角における1つの低転位密度結晶領域の大きさは4993.1μm×20000μm(20mm)であった。 The carrier concentration was 5.20 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.36. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 9.2 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.12 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 2.4 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.48 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.36 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 5000 μm and a width W 1 of 13.8 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region in a 20 mm square was 4993.1 μm × 20000 μm (20 mm).
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ2.05×107cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
ショットキー電極の直径を4500μmとしたこと以外は、比較例RB1と同様にして、4993.1μm×5000.0μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.36であり、耐圧歩留まりが0.00であった。すなわち、良好なSBDは得られなかった。結果を表3にまとめた。
3. Fabrication of Semiconductor Device SBD chipped into a size of 4993.1 μm × 5000.0 μm in the same manner as Comparative Example RB1 except that the diameter of the Schottky electrode was 4500 μm (
(実施例B5)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際にGaAs基板(下地基板)の主面上に形成する第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ9500μmとしたこと以外は、実施例B2と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B5)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Example, except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks formed on the main surface of the GaAs substrate (underlying substrate) during the growth of the GaN crystal were 9500 μm, respectively. A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as B2.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ8.30×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が20個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が4.2個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が4.76個/領域であった。また、キャリア濃度が5.00×1018cm-3であり、C/F比は0.20であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は13.0mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.09°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は9.5mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.12°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.03°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が9500μmで、幅W1が13.2μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が9500μmで、幅W2が26.5μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは9493.4μm×9486.8μmであった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 8.30 × 10 5 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 20 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 4.2, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 4.76 pieces / area. The carrier concentration was 5.00 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.20. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 13.0 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.09 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 9.5 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.12 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.03 °. Further, the first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 9500 μm and a width W 1 of 13.2 μm. Further, the second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 9500 μm and a width W 2 of 26.5 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 9493.4 μm × 9486.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ8.30×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
ショットキー電極の直径を9000μmとしたこと以外は、実施例B1と同様にして、9493.4μm×9486.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.20であり、耐圧歩留まりが0.45であり、平均オン抵抗が0.86mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.37mΩ・cm2であり、最大作動電流が300Aであった。結果を表4にまとめた。
3. Fabrication of Semiconductor Device SBD chipped into a size of 9493.4 μm × 9486.8 μm in the same manner as in Example B1 except that the diameter of the Schottky electrode was set to 9000 μm (
(実施例B6)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際にGaAs基板(下地基板)の主面上に形成する第1および第2ストライプマスクのピッチPM1およびPM2をそれぞれ10000μmとしたこと以外は、実施例B2と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B6)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Embodiments except that the pitches P M1 and P M2 of the first and second stripe masks formed on the main surface of the GaAs substrate (underlying substrate) during the growth of the GaN crystal were set to 10,000 μm, respectively. A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as B2.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ8.80×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が22個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が4個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が5.50個/領域であった。また、キャリア濃度が5.25×1018cm-3であり、C/F比は0.18であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は11.6mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.10°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は9.0mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.13°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.03°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が10000μmで、幅W1が13.0μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が10000μmで、幅W2が26.3μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは9993.5μm×9986.9μmであった。 The obtained GaN crystal substrate has a principal plane with a plane orientation of (0001), and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 8.80 × 10 5 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 22 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 4, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 5. 50 / area. The carrier concentration was 5.25 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.18. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 11.6 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.10 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 9.0 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.13 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.03 °. The first stripe crystal region of high dislocation density regions in the main surface, the pitch P 1 is at 10000, the width W 1 was 13.0. The second stripe crystal region of high dislocation density crystal region in the main surface, the pitch P 2 is at 10000, the width W 2 was 26.3Myuemu. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 9993.5 μm × 9986.9 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ8.80×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
ショットキー電極の直径を9500μmとしたこと以外は、実施例B1と同様にして、9993.5μm×9986.9μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.18であり、耐圧歩留まりが0.40であり、平均オン抵抗が0.83mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.40mΩ・cm2であり、最大作動電流が350Aであった。結果を表4にまとめた。
3. Fabrication of Semiconductor Device SBD chipped to a size of 9993.5 μm × 9986.9 μm (
(実施例B7)
1.GaN結晶基板の準備
HVPE法によるGaN結晶の成長の際に結晶にO(酸素)をドーピングするためのO2ガスの分圧を6×10-7atm(0.06Pa)としたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B7)
1. Preparation of GaN crystal substrate Except that the partial pressure of O 2 gas for doping O (oxygen) into the crystal during the growth of the GaN crystal by the HVPE method was set to 6 × 10 −7 atm (0.06 Pa), A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as Example B4.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.80×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が13個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.13個/領域であった。また、キャリア濃度が8.21×1018cm-3であり、C/F比は0.38であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は10.8mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.11°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.05°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.3μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が26.4μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.4μm×1986.8μmであった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 1.80 × 10 5 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 13 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 13 / area. The carrier concentration was 8.21 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.38. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 10.8 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.11 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.05 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.3 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 26.4 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.4 μm × 1986.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.80×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで、1993.4μm×1986.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.38であり、耐圧歩留まりが0.78であり、平均オン抵抗が0.82mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.19mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表4にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B8)
1.GaN結晶基板の準備
HVPE法によるGaN結晶の成長の際に結晶にO(酸素)をドーピングするためのO2ガスの分圧を1.2×10-6atm(0.12Pa)としたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B8)
1. Preparation of GaN crystal substrate Except that the partial pressure of O 2 gas for doping O (oxygen) into the crystal during the growth of GaN crystal by the HVPE method is 1.2 × 10 −6 atm (0.12 Pa) Obtained a GaN crystal substrate in the same manner as in Example B4.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.70×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が13個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.13個/領域であった。また、キャリア濃度が1.20×1019cm-3であり、C/F比は0.35であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は10.8mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.11°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.05°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.4μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が26.2μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.3μm×1986.9μmであった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 1.70 × 10 5 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 13 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 13 / area. The carrier concentration was 1.20 × 10 19 cm −3 and the C / F ratio was 0.35. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 10.8 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.11 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.05 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.4 μm. Further, the second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 26.2 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.3 μm × 1986.9 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.70×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.3μm×1986.9μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.35であり、耐圧歩留まりが0.77であり、平均オン抵抗が0.72mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.05mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表4にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B9)
1.GaN結晶基板の準備
成長させたGaN結晶を(0001)面から[1−100]方向に0.7°オフした面に平行な面でスライスしたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B9)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate In the same manner as in Example B4, except that the grown GaN crystal was sliced along a plane parallel to a plane off by 0.7 ° in the [1-100] direction from the (0001) plane, A crystal substrate was obtained.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に0.7°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.60×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が14個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.14個/領域であった。また、キャリア濃度が5.11×1018cm-3であり、C/F比は0.39であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は9.7mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.12°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.06°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.1μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が26.5μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.5μm×1986.8μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the principal surface is 0.7 ° off from the (0001) to the [1-100] direction, and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are respectively 1.60 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 14 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 14 pieces / area. The carrier concentration was 5.11 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.39. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 9.7 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.12 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.06 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.1 μm. Further, the second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 26.5 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 1993.5 μm × 1986.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、図13に示すような幅Weiが200μmのエピタキシャル異常成長領域30eiが形成されていた。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.60×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), an epitaxial abnormal growth region 30ei having a width W ei of 200 μm as shown in FIG. 13 was formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.5μm×1986.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.39であり、耐圧歩留まりが0.80であり、平均オン抵抗が0.90mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.20mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表4にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
上記の表3および表4を参照して以下のことがわかった。ストライプ状の高転位密度結晶領域を有するGaN結晶基板を含むSBDは、C/F比が高いため平均オン抵抗および最高オン抵抗がいずれも高く、高転位密度結晶領域の間隔が大きくなると耐圧歩留まりが大きく低下した(比較例RB1、RB2、RB3)。これに対して、格子状の高転位密度結晶領域を有するGaN結晶基板を含むSBDは、C/F比が低いため平均オン抵抗および最高オン抵抗がいずれも低く、高転位密度結晶領域の間隔が大きくなっても耐圧歩留まりは高く維持された(実施例B1〜B9)。これは、GaN結晶基板の高転位密度を格子状に形成することにより、低転位密度において、C/F比が低下し、転位集中領域の形成が抑制されたためと考えられる。また、キャリア濃度が高いGaN結晶基板を含むSBDの平均オン抵抗および最高オン抵抗が低いのは、GaN結晶基板の抵抗が低減するためと考えられる(実施例B4、B7、B8)。すなわち、C/F比を低くすること、および/または、GaN結晶基板のキャリア濃度を高くすることにより、平均オン抵抗および最高オン抵抗を低くすることができると考えられる。また、キャリア濃度が高いGaN結晶基板を含むSBDの耐圧歩留まりの向上には、GaN結晶基板の転位密度および転位集中領域の低減が大きく寄与しているものと考えられる。 The following was found with reference to Tables 3 and 4 above. An SBD including a GaN crystal substrate having a stripe-shaped high dislocation density crystal region has a high C / F ratio, so that both the average on-resistance and the maximum on-resistance are high. As the interval between the high dislocation density crystal regions increases, the breakdown voltage yield increases. It was greatly reduced (Comparative Examples RB1, RB2, RB3). In contrast, an SBD including a GaN crystal substrate having a lattice-like high dislocation density crystal region has a low C / F ratio, so that both the average on-resistance and the maximum on-resistance are low, and the interval between the high dislocation density crystal regions is small. Even if it became large, the pressure | voltage resistant yield was maintained high (Example B1-B9). This is presumably because the C / F ratio was lowered and the formation of dislocation concentrated regions was suppressed at a low dislocation density by forming the high dislocation density of the GaN crystal substrate in a lattice shape. Moreover, it is thought that the average on-resistance and the maximum on-resistance of the SBD including the GaN crystal substrate having a high carrier concentration are low because the resistance of the GaN crystal substrate is reduced (Examples B4, B7, and B8). That is, it is considered that the average on-resistance and the maximum on-resistance can be lowered by lowering the C / F ratio and / or increasing the carrier concentration of the GaN crystal substrate. Further, it is considered that the reduction of the dislocation density and the dislocation concentration region of the GaN crystal substrate greatly contributes to the improvement of the breakdown voltage yield of the SBD including the GaN crystal substrate having a high carrier concentration.
(実施例B10)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際にGaAs基板(下地基板)の主面上に形成する第1ストライプマスクを連続とし、第2ストライプマスクを不連続としたこと以外は、実施例B1と同様にして、GaN結晶基板を得た。ここで、第2ストライプマスクは、不連続部分と連続部分が一定間隔で繰り返し、不連続部分の長さLMWが2μm、連続部分の長さLMが40μmであった。
(Example B10)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Example B1 except that the first stripe mask formed on the main surface of the GaAs substrate (underlying substrate) during the growth of the GaN crystal is continuous and the second stripe mask is discontinuous. Similarly, a GaN crystal substrate was obtained. The second stripe mask discontinuities repeated continuous portion at constant intervals, the length L MW discontinuities is 2 [mu] m, the length L M of the continuous portion was 40 [mu] m.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に0.4°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.00×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が13個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.13個/領域であった。また、キャリア濃度が6.01×1018cm-3であり、C/F比は0.30であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は9.5mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.11°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.05°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.4μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が24.5μmであった。また、第2ストライプ結晶領域は、不連続部分と連続部分とが一定間隔で繰り返し、不連続部分の長さLWが17.5μm、連続部分の長さLが24.5μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.3μm×1987.8μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 0.4 ° from the (0001) to the [1-100] direction, and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are respectively They were 2.00 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 13 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 13 / area. The carrier concentration was 6.01 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.30. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 9.5 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.11 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.05 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.4 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 24.5 μm. In the second stripe crystal region, the discontinuous portion and the continuous portion were repeated at regular intervals, the length L W of the discontinuous portion was 17.5 μm, and the length L of the continuous portion was 24.5 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.3 μm × 1987.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、実施例B1のようなエピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ2.00×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei as in Example B1 was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.3μm×1987.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.30であり、耐圧歩留まりが0.85であり、平均オン抵抗が0.86mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.25mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表5にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B11)
1.GaN結晶基板の準備
第2ストライプマスクを、不連続部分と連続部分が一定間隔で繰り返し、不連続部分の長さLMWが100μm、連続部分の長さLMが40μmとしたこと以外は、実施例B12と同様にして、GaN結晶基板を得た。。
(Example B11)
1. Prepare second stripe mask GaN crystal substrate, repeated at discontinuous portions and continuous portions is constant intervals, 100 [mu] m length L MW of discontinuities, except that the length L M of the continuous portion is set to 40 [mu] m, performed A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as in Example B12. .
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に0.4°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ5.00×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が18個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.18個/領域であった。また、キャリア濃度が6.01×1018cm-3であり、C/F比は0.30であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は9.5mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.11°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.05°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.2μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が24.0μmであった。また、第2ストライプ結晶領域は、不連続部分と連続部分とが一定間隔で繰り返し、不連続部分の長さLWが116μm、連続部分の長さLが24.0μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.4μm×1988.0μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 0.4 ° from the (0001) to the [1-100] direction, and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are respectively They were 5.00 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 18 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 18 / area. The carrier concentration was 6.01 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.30. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 9.5 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.11 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.05 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.2 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 24.0 μm. In the second stripe crystal region, the discontinuous portion and the continuous portion were repeated at regular intervals, the length L W of the discontinuous portion was 116 μm, and the length L of the continuous portion was 24.0 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region was 1993.4 μm × 1988.0 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、実施例B1のようなエピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ5.00×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei as in Example B1 was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.4μm×1988.0μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.30であり、耐圧歩留まりが0.77であり、平均オン抵抗が0.86mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.25mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表5にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B12)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、下地基板として主面の面方位が(111)Aから[1−10]方向に10°オフしたGaAs基板を用いたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B12)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Example B4 except that a GaAs substrate having a principal plane orientation of 10 ° off from (111) A in the [1-10] direction was used as the base substrate during the growth of the GaN crystal. In the same manner as above, a GaN crystal substrate was obtained.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[11−20]方向に10°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.88×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が14個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.14個/領域であった。また、キャリア濃度が6.50×1018cm-3であり、C/F比は0.50であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は36.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.03°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は4.50mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.25°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.22°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.5μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が24.3μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.3μm×1987.9μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 10 ° from the (0001) direction to the [11-20] direction, and the dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 1. They were 88 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 14 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 14 pieces / area. The carrier concentration was 6.50 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.50. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 36.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.03 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 4.50 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.25 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.22 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.5 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 24.3 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.3 μm × 1987.9 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.88×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.3μm×1987.9μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.50であり、耐圧歩留まりが0.78であり、平均オン抵抗が0.96mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.36mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表5にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B13)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、下地基板として主面の面方位が(111)Aから[1−10]方向に25°オフしたGaAs基板を用いたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B13)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Example B4 except that a GaAs substrate having a main surface orientation of 25 ° off from the (111) A in the [1-10] direction was used as the base substrate during the growth of the GaN crystal. In the same manner as above, a GaN crystal substrate was obtained.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[11−20]方向に25°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.10×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が18個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.18個/領域であった。また、キャリア濃度が6.23×1018cm-3であり、C/F比は0.23であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は17.6mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.07°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は3.12mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.37°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.30°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が9.5μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が23.2μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1995.3μm×1988.4μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 25 ° from the (0001) direction to the [11-20] direction, and the dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2. 10 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 18 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 18 / area. The carrier concentration was 6.23 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.23. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 17.6 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.07 °. Further, the radius of curvature in the [11-20] direction of the main surface was 3.12 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.37 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.30 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 9.5 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 23.2 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19955.3 μm × 1988.4 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ2.10×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1995.3μm×1988.4μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.23であり、耐圧歩留まりが0.61であり、平均オン抵抗が0.80mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.40mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表5にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B14)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、下地基板として主面の面方位が(111)Aから[11−2]方向に10°オフしたGaAs基板を用いたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B14)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Example B4 except that a GaAs substrate having a principal plane orientation of 10 ° off from the (111) A in the [11-2] direction was used as the base substrate during the growth of the GaN crystal. In the same manner as above, a GaN crystal substrate was obtained.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に10°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.98×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が13個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.13個/領域であった。また、キャリア濃度が6.30×1018cm-3であり、C/F比は0.48であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は4.40mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.26°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は22.1mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.05°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.21°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が12.5μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が24.5μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.8μm×1987.8μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 10 ° from the (0001) to the [1-100] direction, and the dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 1. They were 98 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 13 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 13 / area. The carrier concentration was 6.30 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.48. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 4.40 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.26 °. Further, the radius of curvature in the [11-20] direction of the main surface was 22.1 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.05 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.21 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 12.5 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 24.5 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 1993.8 μm × 1987.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.98×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.8μm×1987.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.48であり、耐圧歩留まりが0.82であり、平均オン抵抗が0.96mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.38mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表5にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B15)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、下地基板として主面の面方位が(111)Aから[11−2]方向に25°オフしたGaAs基板を用いたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B15)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate Example B4 except that a GaAs substrate having a main surface orientation of 25 ° off from the (111) A to the [11-2] direction was used as the base substrate during the growth of the GaN crystal. In the same manner as above, a GaN crystal substrate was obtained.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に25°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.30×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が19個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.19個/領域であった。また、キャリア濃度が6.03×1018cm-3であり、C/F比は0.20であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は2.95mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.40°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は11.0mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.10°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.30°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が10.3μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が22.5μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1994.9μm×1988.8μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 25 ° from the (0001) to the [1-100] direction, and the dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2. They were 30 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 19 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per dislocation density crystal region is 0. 19 / area. The carrier concentration was 6.03 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.20. Moreover, the curvature radius in the [1-100] direction of the main surface was 2.95 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.40 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 11.0 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.10 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.30 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 10.3 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 22.5 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19944.9 μm × 1988.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ2.30×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1994.9μm×1988.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.20であり、耐圧歩留まりが0.63であり、平均オン抵抗が0.79mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.42mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表5にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
表3の実施例B1、B4、表4の実施例B9および表5の実施例B10〜B15を参照すると明かなように、主面が(0001)面から少しのオフ角(たとえば、0.4°または0.7°)を有するGaN結晶基板(実施例B1、B9)の主面上に成長させたIII族窒化物半導体エピタキシャル層にはエピタキシャル異常成長領域が形成されたが、高転位密度結晶領域の第1および第2のストライプ結晶領域のいずれかが不連続であるGaN結晶基板(実施例B10、B11)またはGaN結晶基板の主面のオフ角が(0001)面から0°、10°または25°であるGaN結晶基板(実施例B4、B12〜B15)の主面上に成長させたIII族窒化物半導体エピタキシャル層にはエピタキシャル異常成長領域は形成されなかった。 As is clear when referring to Examples B1 and B4 in Table 3, Example B9 in Table 4, and Examples B10 to B15 in Table 5, the main surface is slightly off-angle (e.g., 0.4 from the (0001) plane). In the group III nitride semiconductor epitaxial layer grown on the main surface of the GaN crystal substrate (Examples B1 and B9) having a ° or 0.7 degree), an epitaxial abnormal growth region was formed. The off-angle of the main surface of the GaN crystal substrate (Examples B10 and B11) or the GaN crystal substrate in which one of the first and second stripe crystal regions of the region is discontinuous is 0 °, 10 ° from the (0001) plane Alternatively, no abnormal epitaxial growth region was formed in the group III nitride semiconductor epitaxial layer grown on the main surface of the GaN crystal substrate (Examples B4, B12 to B15) at 25 °.
以下の実施例B16〜B21およびB24においては、直径が4インチ(10.16cm)のGaAs基板(下地基板)を用いてGaN結晶基板を作製した場合の実施例である。これらの実施例においては、主面の[1−100]方向における第1ずれ角および主面の[11−20]方向における第2ずれ角は、それぞれ主面の中心点におけるオフ角と中心点から[1−100]方向に4cm離れた端部の点におけるオフ角との間の差および主面の中心点におけるオフ角と中心点から[11−20]方向に4cm離れた端部の点におけるオフ角との間の差から算出した。ここで、それぞれの点における主面のオフ角は、その点においてX線回折による(0002)面に関するω−ロッキングカーブにより測定されるその点の面方位から算出される。
Examples B16 to B21 and B24 below are examples in which a GaN crystal substrate is manufactured using a GaAs substrate (underlying substrate) having a diameter of 4 inches (10.16 cm). In these embodiments, the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface are respectively an off angle and a center point at the center point of the main surface. The difference between the off-angle at the
(実施例B16)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、直径が4インチ(10.16cm)のGaAs基板(下地基板)の主面上に形成する第1ストライプマスクを連続とし、第2ストライプマスクを不連続としたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。ここで、第2ストライプマスクは、不連続部分と連続部分が一定間隔で繰り返し、不連続部分の長さLMWが2μm、連続部分の長さLMが40μmであった。
(Example B16)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate During the growth of GaN crystal, the first stripe mask formed on the main surface of a GaAs substrate (underlying substrate) having a diameter of 4 inches (10.16 cm) is continuous, and the second stripe mask is not used. A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as in Example B4, except that it was continuous. The second stripe mask discontinuities repeated continuous portion at constant intervals, the length L MW discontinuities is 2 [mu] m, the length L M of the continuous portion was 40 [mu] m.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に0.4°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.90×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が15個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.15個/領域であった。また、キャリア濃度が6.23×1018cm-3であり、C/F比は0.29であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は37.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は25.3mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.10°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.04°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.4μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が24.5μmであった。また、第2ストライプ結晶領域は、不連続部分と連続部分とが一定間隔で繰り返し、不連続部分の長さLWが17.5μm、連続部分の長さLが24.5μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.3μm×1987.8μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 0.4 ° from the (0001) to the [1-100] direction, and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are respectively 1.90 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 15 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 15 / area. The carrier concentration was 6.23 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.29. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 37.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 25.3 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.10 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.04 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.4 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 24.5 μm. In the second stripe crystal region, the discontinuous portion and the continuous portion were repeated at regular intervals, the length L W of the discontinuous portion was 17.5 μm, and the length L of the continuous portion was 24.5 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.3 μm × 1987.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
Similar to Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、実施例B1のようなエピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.90×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei as in Example B1 was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.3μm×1987.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.29であり、耐圧歩留まりが0.84であり、平均オン抵抗が0.81mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.30mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表6にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B17)
GaN結晶基板の準備
第2ストライプマスクを、不連続部分と連続部分が一定間隔で繰り返し、不連続部分の長さLMWが100μm、連続部分の長さLMが40μmとしたこと以外は、実施例B16と同様にして、GaN結晶基板を得た。。
(Example B17)
Prepare second stripe mask GaN crystal substrate, repeated at discontinuous portions and continuous portions is constant intervals, 100 [mu] m length L MW of discontinuities, except that the length L M of the continuous portion is set to 40 [mu] m, performed A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as in Example B16. .
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に0.4°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ4.50×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が20個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.20個/領域であった。また、キャリア濃度が6.30×1018cm-3であり、C/F比は0.28であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.12°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は9.5mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.22°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.10°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.5μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が24.0μmであった。また、第2ストライプ結晶領域は、不連続部分と連続部分とが一定間隔で繰り返し、不連続部分の長さLWが116μm、連続部分の長さLが24.0μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.3μm×1988.0μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 0.4 ° from the (0001) to the [1-100] direction, and the dislocation densities in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are respectively It was 4.50 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 20 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 20 / area. The carrier concentration was 6.30 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.28. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.12 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 9.5 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.22 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.10 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.5 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 24.0 μm. In the second stripe crystal region, the discontinuous portion and the continuous portion were repeated at regular intervals, the length L W of the discontinuous portion was 116 μm, and the length L of the continuous portion was 24.0 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.3 μm × 1988.0 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
Similar to Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、実施例B1のようなエピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ4.50×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei as in Example B1 was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.3μm×1988.0μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.28であり、耐圧歩留まりが0.72であり、平均オン抵抗が0.88mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.30mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表6にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B18)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、下地基板として直径が4インチ(10.16cm)で主面の面方位が(111)Aから[1−10]方向に10°オフしたGaAs基板を用いたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B18)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate During growth of a GaN crystal, a GaAs substrate having a diameter of 4 inches (10.16 cm) as a base substrate and a plane orientation of the main surface off by (10) from (111) A to [1-10] direction A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as Example B4 except that was used.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[11−20]方向に10°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.00×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が16個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.16個/領域であった。また、キャリア濃度が6.03×1018cm-3であり、C/F比は0.48であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は36.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は3.72mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.31°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.25°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.8μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が24.4μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.1μm×1987.8μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 10 ° from the (0001) to the [11-20] direction, and the dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2. They were 00 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 16 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per dislocation density crystal region is 0. 16 / area. The carrier concentration was 6.03 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.48. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 36.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 3.72 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.31 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.25 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.8 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 24.4 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region was 1993.1 μm × 1987.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ2.00×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.1μm×1987.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.48であり、耐圧歩留まりが0.76であり、平均オン抵抗が1.00mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.33mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表5にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B19)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、下地基板として直径が4インチ(10.16cm)で主面の面方位が(111)Aから[1−10]方向に25°オフしたGaAs基板を用いたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B19)
1. Preparation of GaN crystal substrate GaAs substrate with a diameter of 4 inches (10.16 cm) and a principal plane orientation of 25 ° off from (111) A to [1-10] direction during the growth of GaN crystal A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as Example B4 except that was used.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[11−20]方向に25°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.30×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が20個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.20個/領域であった。また、キャリア濃度が6.80×1018cm-3であり、C/F比は0.35であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は35.6mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は3.10mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.36°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.30°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.3μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が23.8μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.4μm×1988.1μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 25 ° from the (0001) direction to the [11-20] direction, and the dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2. They were 30 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 20 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 20 / area. Further, a carrier concentration of 6.80 × 10 18 cm -3, C / F ratio was 0.35. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 35.6 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 3.10 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.36 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.30 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.3 μm. Further, the second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 23.8 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 1993.4 μm × 1988.1 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ2.30×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.4μm×1988.1μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.35であり、耐圧歩留まりが0.60であり、平均オン抵抗が0.91mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.42mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表6にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B20)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、下地基板として直径が4インチ(10.16cm)で主面の面方位が(111)Aから[11−2]方向に10°オフしたGaAs基板を用いたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B20)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate During growth of GaN crystal, a GaAs substrate with a diameter of 4 inches (10.16 cm) as a base substrate and a plane orientation of the main surface off (111) A by 10 ° in the [11-2] direction. A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as Example B4 except that was used.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に10°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.00×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が15個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.15個/領域であった。また、キャリア濃度が6.40×1018cm-3であり、C/F比は0.42であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は3.85mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.29°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は19.5mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.12°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.17°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が12.9μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が24.9μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.6μm×1987.6μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 10 ° from the (0001) direction to the [1-100] direction, and the dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2. They were 00 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 15 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 15 / area. The carrier concentration was 6.40 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.42. Moreover, the curvature radius in the [1-100] direction of the main surface was 3.85 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.29 °. Further, the radius of curvature in the [11-20] direction of the main surface was 19.5 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.12 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.17 °. Further, the first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 12.9 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 24.9 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.6 μm × 1987.6 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ2.00×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.6μm×1987.6μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.42であり、耐圧歩留まりが0.80であり、平均オン抵抗が0.95mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.34mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表6にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B21)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、下地基板として直径が4インチ(10.16cm)で主面の面方位が(111)Aから[11−2]方向に25°オフしたGaAs基板を用いたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B21)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate During growth of a GaN crystal, a GaAs substrate having a diameter of 4 inches (10.16 cm) as a base substrate and a plane orientation of the principal surface off from (111) A to [11-2] direction by 25 ° A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as Example B4 except that was used.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)から[1−100]方向に25°オフしており、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.80×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が21個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.21個/領域であった。また、キャリア濃度が6.00×1018cm-3であり、C/F比は0.29であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は2.91mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.39°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は29.1mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.31°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.02°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.1μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が23.0μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.5μm×1988.5μmであった。 In the obtained GaN crystal substrate, the plane orientation of the main surface is off by 25 ° from the (0001) to the [1-100] direction, and the dislocation density in the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region is 2. They were 80 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 21 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 21 / area. The carrier concentration was 6.00 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.29. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 2.91 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.39 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 29.1 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.31 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.02 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.1 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 23.0 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 1993.5 μm × 1988.5 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example B1, a GaN crystal with a semiconductor epitaxial layer in which a GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) having a thickness of 5 μm is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ2.80×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、7.0×1015cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.5μm×1988.5μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.29であり、耐圧歩留まりが0.69であり、平均オン抵抗が0.80mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.41mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表6にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
表6の実施例B16〜B21および後述する表7の実施例B24を参照すると明かなように、GaN結晶基板の直径が4インチと大きい場合であっても、主面が(0001)面から少しのオフ角(たとえば、0.4°)を有していても高転位密度結晶領域の第1および第2のストライプ結晶領域のいずれかが不連続であるGaN結晶基板(実施例B16、B17)またはGaN結晶基板の主面のオフ角が(0001)面から0°、10°または25°であるGaN結晶基板(実施例B24、B18〜B21)の主面上に成長させたIII族窒化物半導体エピタキシャル層にはエピタキシャル異常成長領域は形成されなかった。 As is clear from reference to Examples B16 to B21 in Table 6 and Example B24 in Table 7 to be described later, even when the diameter of the GaN crystal substrate is as large as 4 inches, the main surface slightly differs from the (0001) plane. GaN crystal substrate in which either of the first and second stripe crystal regions of the high dislocation density crystal region is discontinuous even if it has an off angle (eg, 0.4 °) (Examples B16 and B17) Or a group III nitride grown on the main surface of a GaN crystal substrate (Examples B24, B18 to B21) in which the off-angle of the main surface of the GaN crystal substrate is 0 °, 10 ° or 25 ° from the (0001) plane No epitaxial abnormal growth region was formed in the semiconductor epitaxial layer.
(実施例B22)
1.GaN結晶基板の準備
実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B22)
1. Preparation of GaN crystal substrate A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as in Example B4.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.70×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が13個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.13個/領域であった。また、キャリア濃度が5.90×1018cm-3であり、C/F比は0.43であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は9.5mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.11°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.05°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.1μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が23.0μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.5μm×1988.5μmであった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 1.70 × 10 5 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 13 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 13 / area. The carrier concentration was 5.90 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.43. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 9.5 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.11 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.05 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.1 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 23.0 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 1993.5 μm × 1988.5 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
エピタキシャル層のキャリア濃度を低くするために、チャンバー内を石英を含まない材料で構成したこと以外は、実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In order to reduce the carrier concentration of the epitaxial layer, except that the inside of the chamber is made of a material not containing quartz, in the same manner as in Example B1, on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.70×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、5.00×1014cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.5μm×1988.5μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.43であり、耐圧歩留まりが0.81であり、平均オン抵抗が0.99mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.54mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表7にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B23)
1.GaN結晶基板の準備
実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B23)
1. Preparation of GaN crystal substrate A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as in Example B4.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.80×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が14個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.14個/領域であった。また、キャリア濃度が5.50×1018cm-3であり、C/F比は0.38であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.05°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は22.0mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.05°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.00°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.2μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が24.4μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.4μm×1987.8μmであった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 1.80 × 10 5 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm −2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 14 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 14 pieces / area. The carrier concentration was 5.50 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.38. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.5 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.05 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 22.0 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.05 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.00 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.2 μm. The second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 24.4 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region was 1993.4 μm × 1987.8 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
エピタキシャル層のキャリア濃度を高くするために、意図的にエピタキシャル層にSiをドープしたこと以外は、実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In order to increase the carrier concentration of the epitaxial layer, a thickness is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.80×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、1.00×1017cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.4μm×1987.8μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.38であり、耐圧歩留まりが0.82であり、平均オン抵抗が1.02mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.48mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表7にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
(実施例B24)
1.GaN結晶基板の準備
GaN結晶の成長の際に、直径が4インチ(10.16cm)のGaAs基板を用いたこと以外は、実施例B4と同様にして、GaN結晶基板を得た。
(Example B24)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate A GaN crystal substrate was obtained in the same manner as in Example B4, except that a GaAs substrate having a diameter of 4 inches (10.16 cm) was used for the growth of the GaN crystal.
得られたGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ1.55×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が12個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.12個/領域であった。また、キャリア濃度が6.10×1018cm-3であり、C/F比は0.36であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は19.0mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.10°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は18.5mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.12°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.02°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.4μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が26.2μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.3μm×1986.9μmであった。 The obtained GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 1.55 × 10 5 cm −2 and 8.50 ×, respectively. It was 10 8 cm -2. Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 12 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per dislocation density crystal region is 0. 12 / area. The carrier concentration was 6.10 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.36. Moreover, the curvature radius in the [1-100] direction of the main surface was 19.0 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.10 °. Further, the radius of curvature of the main surface in the [11-20] direction was 18.5 m, and the second deviation angle of the main surface in the [11-20] direction was 0.12 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.02 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.4 μm. Further, the second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 26.2 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.3 μm × 1986.9 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
エピタキシャル層のキャリア濃度を高くするために、意図的にエピタキシャル層にSiをドープしたこと以外は、実施例B1と同様にして、上記により準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、厚さ5μmのGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In order to increase the carrier concentration of the epitaxial layer, a thickness is formed on the
得られたGaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)には、エピタキシャル異常成長領域30eiは形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域30kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域30hの転位密度が、それぞれ1.55×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。また、キャリア濃度が、2.20×1016cm-3であった。
In the obtained GaN layer (Group III nitride semiconductor epitaxial layer 30), the epitaxial abnormal growth region 30ei was not formed. In the GaN layer, the dislocation densities of the low dislocation density
3.半導体デバイスの作製
実施例B1と同様にして、ショットキー電極の直径が1600μmで1993.3μm×1986.9μmの大きさにチップ化されたSBD(チップ化された半導体デバイス40c)を得た。得られたチップ化されたSBDは、C/F比が0.36であり、耐圧歩留まりが0.79であり、平均オン抵抗が0.89mΩ・cm2であり、最大オン抵抗が1.39mΩ・cm2であり、最大作動電流が10Aであった。結果を表7にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device In the same manner as in Example B1, an SBD (chip-formed
表7を参照して、半導体デバイス(SBD)において、GaN層(III族窒化物半導体エピタキシャル層30)のキャリア濃度を変えたころ、キャリア濃度が低く(たとえば5.00×1014cm-3以下に)なるとエピタキシャル層の抵抗が高くなるため平均オン抵抗および最大オン抵抗が高くなり、キャリア濃度が高く(たとえば1.00×1017cm-3以上に)なるとエピタキシャル層の抵抗が高くなるため平均オン抵抗および最大オン抵抗が高くなった。 Referring to Table 7, in the semiconductor device (SBD), when the carrier concentration of the GaN layer (group III nitride semiconductor epitaxial layer 30) is changed, the carrier concentration is low (for example, 5.00 × 10 14 cm −3 or less). The average on-resistance and the maximum on-resistance are increased because the resistance of the epitaxial layer is increased, and the resistance of the epitaxial layer is increased when the carrier concentration is high (for example, 1.00 × 10 17 cm −3 or more). On-resistance and maximum on-resistance increased.
[実施例C]
次に、実施例Cとして、図17〜図19を参照して、GaN結晶基板20pの主面20m上にIII族窒化物半導体エピタキシャル層70を成長させて半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を形成し、さらにIII族窒化物半導体エピタキシャル層70の主面70m上にp側電極81を形成し、GaN結晶基板20pの主面20n上にn側電極82を形成して半導体デバイス80,80cたるLEDを製造した実施例について説明する。実施例Cは、以下の実施例比較例RC1を含む。
[Example C]
Next, as Example C, referring to FIGS. 17 to 19, group III nitride
(実施例C1)
1.GaN結晶基板の準備
実施例B4と同様のGaN結晶基板を準備した。
(Example C1)
1. Preparation of GaN crystal substrate A GaN crystal substrate similar to Example B4 was prepared.
準備したGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ2.10×105cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が13個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が0.13個/領域であった。また、キャリア濃度が5.00×1018cm-3であり、C/F比は0.38であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.4mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は17.5mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.06°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.00°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.4μmであった。また、主面における高転位密度結晶領域の第2ストライプ結晶領域は、ピッチP2が2000μmで、幅W2が26.2μmであった。このため、1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.3μm×1986.9μmであった。 The prepared GaN crystal substrate has a plane orientation of (0001) on the principal surface, and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 2.10 × 10 5 cm −2 and 8.50 × 10 respectively. It was 8 cm -2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 13 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 0. 13 / area. The carrier concentration was 5.00 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.38. Moreover, the curvature radius in the [1-100] direction of the main surface was 18.4 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 17.5 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.06 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.00 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.4 μm. Further, the second stripe crystal region of the high dislocation density crystal region on the main surface had a pitch P 2 of 2000 μm and a width W 2 of 26.2 μm. Therefore, the size of one low dislocation density crystal region was 19933.3 μm × 1986.9 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
図17〜図19を参照して、準備されたGaN結晶基板20pの主面20m上に、少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層70として、MOCVD法により、厚さ2μmのn型GaN層71、厚さ0.01μmのn型Al0.1Ga0.9N層72、発光層73として厚さ15nmのGaN障壁層と厚さ3nmのIn0.15Ga0.85N井戸層とを交互に積層した3重井戸構造のMQW(多重量子井戸)構造層、厚さ0.01μmのp型Al0.1Ga0.9N層74および厚さ0.1μmのp型GaN層75を順次成長させた。こうして、GaN結晶基板20pの主面20m上に、III族窒化物半導体エピタキシャル層70が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板が得られた。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
Referring to FIGS. 17 to 19, an n-type GaN layer having a thickness of 2 μm is formed by MOCVD as at least one group III nitride
得られたIII族窒化物半導体エピタキシャル層70には、エピタキシャル異常成長領域は形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域70kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域70hの転位密度が、それぞれ2.10×105cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。
In the obtained group III nitride
3.半導体デバイスの作製
次に、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域80k内であってp型GaN層75(III族窒化物半導体エピタキシャル層70の最上層)の主面70m上に、以下のようにp側電極81を形成した。p側電極81の一部である透明電極81aを、抵抗加熱法によって、厚さ5nmのニッケル層と、厚さ10nmの金層とを蒸着し、かかる金属層のリフトオフを行った。その後、p側電極81の一部である端子電極81bとして、抵抗加熱法により、直径100μmで厚さ300nmのAu層を形成して、ワイヤーボンディングを行った。次いで、GaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域80k内であってGaN結晶基板20pの他方の主面20n上に、n側電極82として、真空蒸着法(より具体的にはEB法)により、主面20n全面に厚さ20nmのTi層と厚さ300nmのAl層を形成して、上記ウエハ状のLED(ウエハ状の半導体デバイス80)を得た。
3. Next, the p-type GaN layer 75 (the uppermost layer of the group III nitride semiconductor epitaxial layer 70) in the
次に、上記ウエハ状のLED(ウエハ状の半導体デバイス80)を、各LEDを構成するGaN結晶基板20p、III族窒化物半導体エピタキシャル層70、p側電極81、およびn側電極82がすべてGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kの直上方および直下方の領域80k内に納まるように、かつ、分割後のチップ化SBDの主面がほぼ正方形でその面積が最大になるように、ウエハ状のLED(ウエハ状の半導体デバイス80)を分割線80bで分割して、1993.3μm×1986.9μmの大きさにチップ化されたLED(チップ化された半導体デバイス80c)を得た。
Next, in the wafer-like LED (wafer-like semiconductor device 80), the
得られたチップ化されたLEDは、C/F比が0.38であり、発光波長分布歩留まりが0.97と高く、作動時の電圧増加量が0.04Vと小さかった。ここで、発光波長分布歩留まりは、以下のようにして算出した。上記ウエハ状のLEDにおいて、GaN結晶基板の中心から半径20mm以内に位置するLEDの発光波長を積分球内で75A/cm2の電流を通電した際の光出力をマルチチャンネル分光器で測定し、その平均値Avおよび標準偏差σを算出した。その後、そのウエハ状のLEDからチップ化されたすべてのLEDの発光波長を測定して、その測定値Aが、|A−Av|≦σを満たすLEDを良品、|A−Av|>σを満たすLEDを不良品として、その歩留まり率(良品)/(良品+不良品)を算出した。また、作動時の電圧増加量は、以下のようにして算出した。得られたチップ化されたLEDについて、雰囲気温度80℃で100mAの電流を通電させるために必要な作動時の電圧を、作動開始時と1000時間作動時において測定し、1000時間作動による作動時の電圧の増加量を算出した。結果を表8にまとめた。 The obtained chip-formed LED had a C / F ratio of 0.38, a high emission wavelength distribution yield of 0.97, and a small increase in voltage during operation of 0.04V. Here, the emission wavelength distribution yield was calculated as follows. In the above-mentioned wafer-like LED, the light output of the LED located within a radius of 20 mm from the center of the GaN crystal substrate is measured with a multichannel spectrometer when the current of 75 A / cm 2 is applied in the integrating sphere, The average value Av and standard deviation σ were calculated. Thereafter, the emission wavelengths of all the LEDs formed into chips from the wafer-like LED are measured, and the LED whose measured value A satisfies | A−Av | ≦ σ is acceptable, and | A−Av |> σ The yield rate (non-defective product) / (non-defective product + defective product) was calculated using the LED to be satisfied as a defective product. Further, the amount of voltage increase during operation was calculated as follows. With respect to the obtained chip-formed LED, the voltage at the time of operation necessary to pass a current of 100 mA at an ambient temperature of 80 ° C. is measured at the start of operation and at the time of operation for 1000 hours. The amount of increase in voltage was calculated. The results are summarized in Table 8.
(比較例RC1)
1.GaN結晶基板の準備
比較例RB2と同様のGaN結晶基板を準備した。
(Comparative Example RC1)
1. Preparation of GaN Crystal Substrate A GaN crystal substrate similar to Comparative Example RB2 was prepared.
準備したGaN結晶基板は、主面の面方位が(0001)であり、低転位密度結晶領域および高転位密度結晶領域の転位密度がそれぞれ8.20×106cm-2および8.50×108cm-2であった。また、20mm角当りの転位集中領域の数が705個、20mm角当りの低転位密度結晶領域の数が10個であることから、1つの転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が70.5個/領域であった。ここで、比較例RB1と同様の観点から、本比較例の1つの低転位密度結晶領域は、実施例においては10個の低転位密度結晶領域に相当する。すなわち、20mm角当りの実施例相当低転位密度結晶領域の数が100個であることから、1つの実施例相当転位密度結晶領域当りの転位集中領域の密度が7.05個/領域であった。また、キャリア濃度が5.20×1018cm-3であり、C/F比は0.61であった。また、主面の[1−100]方向における曲率半径は18.9mであり、主面の[1−100]方向における第1ずれ角は0.06°であった。また、主面の[11−20]方向における曲率半径は5.1mであり、主面の[11−20]方向における第2ずれ角は0.20°であった。したがって、第1ずれ角と第2ずれ角との差は0.14°であった。また、主面における高転位密度領域の第1ストライプ結晶領域は、ピッチP1が2000μmで、幅W1が13.2μmであった。このため、20mm角における1つの低転位密度結晶領域の大きさは1993.4μm×20000μmであった。 The prepared GaN crystal substrate has a principal plane with a plane orientation of (0001), and the dislocation densities of the low dislocation density crystal region and the high dislocation density crystal region are 8.20 × 10 6 cm −2 and 8.50 × 10 respectively. It was 8 cm -2 . Further, since the number of dislocation concentration regions per 20 mm square is 705 and the number of low dislocation density crystal regions per 20 mm square is 10, the density of dislocation concentration regions per one dislocation density crystal region is 70. 5 / area. Here, from the same viewpoint as the comparative example RB1, one low dislocation density crystal region of this comparative example corresponds to ten low dislocation density crystal regions in the examples. That is, since the number of low dislocation density crystal regions corresponding to the example per 20 mm square is 100, the density of dislocation concentration regions per one example equivalent dislocation density crystal region was 7.05 / region. . The carrier concentration was 5.20 × 10 18 cm −3 and the C / F ratio was 0.61. Further, the radius of curvature in the [1-100] direction of the main surface was 18.9 m, and the first deviation angle in the [1-100] direction of the main surface was 0.06 °. Moreover, the curvature radius in the [11-20] direction of the main surface was 5.1 m, and the second deviation angle in the [11-20] direction of the main surface was 0.20 °. Therefore, the difference between the first deviation angle and the second deviation angle was 0.14 °. The first stripe crystal region of the high dislocation density region on the main surface had a pitch P 1 of 2000 μm and a width W 1 of 13.2 μm. For this reason, the size of one low dislocation density crystal region at 20 mm square was 1993.4 μm × 20000 μm.
2.III族窒化物半導体エピタキシャル層の成長(半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板の作製)
実施例1Cと同様にして、GaN結晶基板20pの主面20m上に、III族窒化物半導体エピタキシャル層70が形成された半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板を得た。
2. Growth of group III nitride semiconductor epitaxial layer (production of GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer)
In the same manner as in Example 1C, a GaN crystal substrate with a semiconductor epitaxial layer in which a group III nitride
得られたIII族窒化物半導体エピタキシャル層70には、エピタキシャル異常成長領域は形成されなかった。また、GaN層は、低転位密度エピタキシャル結晶領域70kおよび高転位密度エピタキシャル結晶領域70hの転位密度が、それぞれ8.20×106cm-2および8.50×108cm-2であり、それぞれGaN結晶基板20pの低転位密度結晶領域20kおよび高転位密度結晶領域20hの転位密度と同等であった。
In the obtained group III nitride
3.半導体デバイスの作製
次に、実施例C1と同様にして、ウエハ状のLEDを作製して、チップ化されたLEDを得た。得られたチップ化されたLEDは、C/F比が0.61であり、発光波長分布歩留まりが0.75であり、作動時の電圧増加量が1.09Vであった。結果を表8にまとめた。
3. Production of Semiconductor Device Next, a wafer-like LED was produced in the same manner as in Example C1, and a chip-formed LED was obtained. The obtained chip-formed LED had a C / F ratio of 0.61, an emission wavelength distribution yield of 0.75, and an increase in voltage during operation of 1.09 V. The results are summarized in Table 8.
表8を参照して、実施例C1で得られたLEDは、比較例RC1で得られたLEDに比べて、発光波長分布歩留まりが高くなり、作動時の電圧増加量が低くなった。これは、前者のLEDのGaN結晶基板の第1ずれ角および第2ずれ角が、それぞれ後者のLEDのGaN結晶基板の第1ずれ角および第2ずれ角に比べて小さいため、III族窒化物半導体エピタキシャル層70の成長の際のキャリアの取り込みが均一となり、キャリア濃度が均一なIII族窒化物半導体エピタキシャル層70が形成されたためと考えられる。
Referring to Table 8, the LED obtained in Example C1 had a higher emission wavelength distribution yield and a lower voltage increase during operation than the LED obtained in Comparative Example RC1. This is because the first shift angle and the second shift angle of the GaN crystal substrate of the former LED are smaller than the first shift angle and the second shift angle of the GaN crystal substrate of the latter LED, respectively. It is considered that the group III nitride
なお、本願の実施例および比較例の記載に当たっては、実験データをまず表1〜8にまとめた後、表1〜8の数値を参照して行った。すなわち、表1〜8および明細書に記載されている実験データの数値は、表に記載されている実験データの数値が原本となる。 In addition, in describing the examples and comparative examples of the present application, the experimental data was first summarized in Tables 1 to 8, and then referring to the numerical values in Tables 1 to 8. That is, the numerical values of the experimental data described in Tables 1 to 8 and the specification are the original numerical values of the experimental data described in the table.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 下地基板、10m,20m,20n,30m,70m 主面、11 マスク、11s 第1ストライプマスク、11t 第2ストライプマスク、11w 開口部、12 追加マスク、12w ミクロ開口部、20 GaN結晶、20b 結晶成長開始面、20c (0001)面、20d (000−1)面、20f ファセット、20h 高転位密度結晶領域、20hs 第1ストライプ結晶領域、20ht 第2ストライプ結晶領域、20k 低転位密度結晶領域、20kc (0001)面成長結晶領域、20kd 転位集中領域、20kf ファセット成長結晶領域、20p GaN結晶基板、30,70 III族窒化物半導体エピタキシャル層、30ei エピタキシャル異常成長領域、30h,70h,71h,72h,73h,74h,75h 高転位密度エピタキシャル結晶領域、30k,70k,71k,72k,73k,74k,75k 低転位密度エピタキシャル結晶領域、33 半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板、40,40c,80,80c 半導体デバイス、40b,80b 分割線、40k,80k 低転位密度結晶領域の直上方および直下方の領域、41 ショットキー電極、41a 第1層、41b 第2層、42 オーミック電極、71 n型GaN層、72 n型Al0.1Ga0.9N層、73 発光層、74 p型Al0.1Ga0.9N層、75 p型GaN層、81 p側電極、81a 透明電極、81b 端子電極、82 n側電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Base substrate, 10m, 20m, 20n, 30m, 70m Main surface, 11 mask, 11s 1st stripe mask, 11t 2nd stripe mask, 11w opening part, 12 additional mask, 12w micro opening part, 20 GaN crystal, 20b crystal Growth start plane, 20c (0001) plane, 20d (000-1) plane, 20f facet, 20h high dislocation density crystal region, 20hs first stripe crystal region, 20ht second stripe crystal region, 20k low dislocation density crystal region, 20kc (0001) plane growth crystal region, 20kd dislocation concentration region, 20kf facet growth crystal region, 20p GaN crystal substrate, 30,70 group III nitride semiconductor epitaxial layer, 30ei epitaxial abnormal growth region, 30h, 70h, 71h, 72h, 73h , 74h, 75h High dislocation Epitaxial crystal region, 30k, 70k, 71k, 72k, 73k, 74k, 75k low dislocation density epitaxial crystal region, 33 GaN crystal substrate with semiconductor epitaxial layer, 40, 40c, 80, 80c semiconductor device, 40b, 80b dividing line, 40k, just above and just below the region of 80k low dislocation density crystal region, 41 Schottky electrode, 41a first layer, 41b second layer, 42 ohmic electrode, 71 n-type GaN layer, 72 n-type Al 0.1 Ga 0.9 n Layer, 73 light emitting layer, 74 p-type Al 0.1 Ga 0.9 N layer, 75 p-type GaN layer, 81 p-side electrode, 81a transparent electrode, 81b terminal electrode, 82 n-side electrode.
Claims (14)
低転位密度結晶領域と高転位密度結晶領域とを含み、
前記主面における前記高転位密度結晶領域の形状は、[1−100]方向に伸びる複数の第1ストライプ結晶領域と[11−20]方向に伸びる複数の第2ストライプ結晶領域とを含む格子状であるGaN結晶基板。 A main surface having an off angle of 0 ° to 30 ° with respect to the (0001) plane;
Including a low dislocation density crystal region and a high dislocation density crystal region,
The high dislocation density crystal region on the main surface has a lattice shape including a plurality of first stripe crystal regions extending in the [1-100] direction and a plurality of second stripe crystal regions extending in the [11-20] direction. A GaN crystal substrate.
前記第2ストライプ結晶領域は、幅が5μm以上120μm以下で、ピッチが200μm以上10000μm以下である請求項1に記載のGaN結晶基板。 The first stripe crystal region has a width of 5 μm to 120 μm and a pitch of 200 μm to 10000 μm,
2. The GaN crystal substrate according to claim 1, wherein the second stripe crystal region has a width of 5 μm to 120 μm and a pitch of 200 μm to 10,000 μm.
前記主面において、前記ファセット成長結晶領域の面積に対する前記(0001)面成長結晶領域の面積の比が0.7以下である請求項1から請求項3までのいずれかに記載のGaN結晶基板。 The low dislocation density crystal region includes a (0001) plane growth crystal region and a facet growth crystal region,
The GaN crystal substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein a ratio of an area of the (0001) plane growth crystal region to an area of the facet growth crystal region is 0.7 or less on the main surface.
前記GaN結晶基板の(0001)面に対応する下地基板の面方位に対して0°以上30°以下のオフ角を有する主面を有する前記下地基板を準備する工程と、
前記下地基板の主面上に、前記GaN結晶基板の[1−100]方向に対応する第1方向に伸びる複数の第1ストライプマスクと、前記GaN結晶基板の[11−20]方向に対応する第2方向に伸びる複数の第2ストライプマスクと、を含む格子状パターンを有するマスクを形成する工程と、
前記マスクが形成された前記下地基板の主面上にGaN結晶を成長させる工程と、
前記GaN結晶に前記下地基板の主面に平行な主面を形成して前記GaN結晶基板を得る工程と、を備え、
前記GaN結晶を成長させる工程において、前記マスク上において前記GaN結晶は(000−1)面成長し、前記下地基板の前記マスクの開口部の中央部において前記GaN結晶は(0001)面成長し、前記マスクの開口部の周辺部において前記GaN結晶はファセット成長し、
前記(0001)面成長および前記ファセット成長により形成される低転位密度結晶領域と、前記(000−1)面成長により形成される高転位密度結晶領域と、を含む前記GaN結晶が成長するGaN結晶基板の製造方法。 A method for producing a GaN crystal substrate according to any one of claims 1 to 8,
Preparing the base substrate having a main surface having an off angle of 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the plane orientation of the base substrate corresponding to the (0001) plane of the GaN crystal substrate;
A plurality of first stripe masks extending in a first direction corresponding to the [1-100] direction of the GaN crystal substrate and a [11-20] direction of the GaN crystal substrate on the main surface of the base substrate. Forming a mask having a lattice pattern including a plurality of second stripe masks extending in a second direction;
Growing a GaN crystal on a main surface of the base substrate on which the mask is formed;
Forming a main surface parallel to the main surface of the base substrate on the GaN crystal to obtain the GaN crystal substrate, and
In the step of growing the GaN crystal, the GaN crystal grows (000-1) plane on the mask, and the GaN crystal grows (0001) plane in the center of the opening of the mask of the base substrate. The GaN crystal is faceted in the periphery of the opening of the mask,
A GaN crystal on which the GaN crystal grows including the low dislocation density crystal region formed by the (0001) plane growth and the facet growth and the high dislocation density crystal region formed by the (000-1) plane growth. A method for manufacturing a substrate.
前記III族窒化物半導体エピタキシャル層は、前記GaN結晶基板の前記低転位密度結晶領域の直上方に形成される低転位密度エピタキシャル結晶領域と、前記GaN結晶基板の前記高転位密度結晶領域の直上方に形成される高転位密度エピタキシャル結晶領域と、を含む半導体エピタキシャル層付GaN結晶基板。 A GaN crystal substrate according to any one of claims 1 to 8, and at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer formed on a main surface of the GaN crystal substrate,
The group III nitride semiconductor epitaxial layer includes a low dislocation density epitaxial crystal region formed immediately above the low dislocation density crystal region of the GaN crystal substrate, and a direct upper side of the high dislocation density crystal region of the GaN crystal substrate. And a high dislocation density epitaxial crystal region formed on the GaN crystal substrate with a semiconductor epitaxial layer.
前記GaN結晶基板は、大きさが400μm角以上で、転位密度が1×107cm-2未満である半導体デバイス。 The GaN crystal substrate according to any one of claims 1 to 8, at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer formed on one main surface of the GaN crystal substrate, and the group III nitride An electrode formed on at least one of the main surface of the semiconductor epitaxial layer and the other main surface of the GaN crystal substrate,
The GaN crystal substrate is a semiconductor device having a size of 400 μm square or more and a dislocation density of less than 1 × 10 7 cm −2 .
前記GaN結晶基板の一方の前記主面において、前記ファセット成長結晶領域の面積に対する前記(0001)面成長結晶領域の面積の比が0.2以上0.7以下である請求項12に記載の半導体デバイス。 The GaN crystal substrate includes a (0001) plane growth crystal region and a facet growth crystal region,
13. The semiconductor according to claim 12, wherein a ratio of an area of the (0001) plane growth crystal region to an area of the facet growth crystal region is 0.2 or more and 0.7 or less on one main surface of the GaN crystal substrate. device.
前記GaN結晶基板の一方の主面上に少なくとも1層のIII族窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる工程と、前記GaN結晶基板の低転位密度結晶領域の直上方および直下方の領域内であって前記III族窒化物半導体エピタキシャル層の主面上および前記GaN結晶基板の他方の主面上の少なくともいずれかに電極を形成する工程と、を備える半導体デバイスの製造方法。 Preparing a GaN crystal substrate according to any one of claims 1 to 8,
A step of growing at least one group III nitride semiconductor epitaxial layer on one main surface of the GaN crystal substrate, and a region immediately above and immediately below a low dislocation density crystal region of the GaN crystal substrate, Forming an electrode on at least one of the main surface of the group III nitride semiconductor epitaxial layer and the other main surface of the GaN crystal substrate.
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003165799A (en) * | 2001-09-19 | 2003-06-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Gallium nitride single crystal substrate, method for growing the same and method for producing the same |
JP2003183100A (en) * | 2001-10-09 | 2003-07-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Single crystal gallium nitride substrate, crystal growth method for single crystal gallium nitride, and production method for single crystal gallium nitride substrate |
JP2005191530A (en) * | 2003-12-03 | 2005-07-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Light emitting device |
JP2008022032A (en) * | 2007-09-27 | 2008-01-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Nitride semiconductor device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012069777A (en) * | 2010-09-24 | 2012-04-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Manufacturing method of semiconductor light-emitting element |
US11713517B2 (en) * | 2019-09-24 | 2023-08-01 | Panasonic Holdings Corporation | Group-III nitride substrate |
US12049710B2 (en) | 2019-09-24 | 2024-07-30 | Panasonic Holdings Corporation | Group-III nitride substrate |
WO2024161621A1 (en) * | 2023-02-03 | 2024-08-08 | 住友電気工業株式会社 | Gallium nitride single crystal substrate and method for producing same |
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