特許 6178206 ＩＩＩ族窒化物半導体層の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6178206

(24)【登録日】2017年7月21日

(45)【発行日】2017年8月9日

(54)【発明の名称】ＩＩＩ族窒化物半導体層の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/38 20060101AFI20170731BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20170731BHJP

   C23C 16/02 20060101ALI20170731BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20170731BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20170731BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/38 D

   C30B25/20

   C23C16/02

   C23C16/34

   H01L21/205

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-212913(P2013-212913)

(22)【出願日】2013年10月10日

(65)【公開番号】特開2015-74591(P2015-74591A)

(43)【公開日】2015年4月20日

【審査請求日】2016年9月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000165974

【氏名又は名称】古河機械金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(72)【発明者】

【氏名】住田 行常

(72)【発明者】

【氏名】錦織 豊

【審査官】 國方 恭子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３５６４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６１０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０３３２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４３７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３５３６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下地基板に、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分と、を有し、かつ、前記下地基板に形成された転位と繋がる漏斗形状ピットを複数形成するピット形成工程と、
前記ピット形成工程の後、前記下地基板の上に、前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分を空隙として残して、III族窒化物半導体を横方向成長させる成長工程と、
を有し、
前記ピット形成工程は、
前記下地基板に、一端が開口する縦長ピットを形成する第１工程と、
前記第１工程の後、前記縦長ピットの開口側端部の一部分を径方向に拡張して前記幅広ピット部分を形成する第２工程と、
を有するIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記ピット形成工程は、
前記下地基板の第１の面上に、第１の保護膜を形成する第１の保護膜形成工程と、
前記第１の保護膜形成工程の後、熱処理により、前記下地基板及び前記第１の保護膜の積層方向に伸び、前記第１の保護膜及び前記下地基板に跨るとともに、前記第１の保護膜の表面に開口部を有する前記縦長ピットを形成する前記第１工程と、
前記第１工程の後、エッチング処理により前記第１の保護膜及び前記下地基板の一部を除去し、前記縦長ピットの開口側の一部を径方向に拡張して前記幅広ピット部分を形成する前記第２工程と、
前記第２工程の後、前記第１の保護膜を除去する保護膜除去工程と、
を有するIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項3】

請求項２に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第２工程では、前記エッチング処理として、前記第１の保護膜が形成された前記下地基板を、前記第１の保護膜より前記下地基板をエッチングし易いエッチング液に侵漬する処理を行い、
前記ピット形成工程は、
前記第２工程の前に、前記第１の面と表裏の関係にある前記下地基板の第２の面上に、前記下地基板よりも前記エッチング液にエッチングされ難い第２の保護膜を形成する第２の保護膜形成工程をさらに有するIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項4】

請求項３に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第２工程の後に行われる前記保護膜除去工程では、前記第２の保護膜も除去するIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項5】

請求項３又は４に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第１の保護膜はＳｉＯ_２膜であり、前記下地基板はＧａＮ基板であり、前記エッチング液はリン酸と硫酸の混合液であるIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第２の保護膜はＳｉＯ_２膜であるIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項7】

下地基板に、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分と、を有し、かつ、前記下地基板に形成された転位と繋がる漏斗形状ピットを複数形成するピット形成工程と、
前記ピット形成工程の後、前記下地基板の上に、前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分を空隙として残して、III族窒化物半導体を横方向成長させる成長工程と、
を有し、
前記ピット形成工程の後、複数の前記漏斗形状ピットの少なくとも一部は、前記幅広ピット部分において、前記転位と繋がるIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項8】

下地基板に、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分と、を有し、かつ、前記下地基板に形成された転位と繋がる漏斗形状ピットを複数形成するピット形成工程と、
前記ピット形成工程の後、前記下地基板の上に、前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分を空隙として残して、III族窒化物半導体を横方向成長させる成長工程と、
を有し、
前記成長工程の後、前記幅広ピット部分の少なくとも一部分は、前記III族窒化物半導体で埋められるIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記ピット形成工程の後、複数の前記漏斗形状ピットの少なくとも一部は、前記縦長ピット部分において前記転位と繋がるIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記成長工程の後、前記縦長ピット部分の少なくとも一部分は前記III族窒化物半導体で埋められず前記空隙となるIII族窒化半導体層の製造方法。

【請求項11】

下地基板と、
前記下地基板の上に形成されたIII族窒化物半導体層とを有し、
前記下地基板には、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分とを有する漏斗形状ピットが複数存在し、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部は、前記幅広ピット部分において、前記下地基板に形成された転位と繋がり、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分は空隙となっているIII族窒化半導体基板。

【請求項12】

下地基板と、
前記下地基板の上に形成されたIII族窒化物半導体層とを有し、
前記下地基板には、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分とを有する漏斗形状ピットが複数存在し、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部は前記下地基板に形成された転位と繋がり、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分は空隙となっており、
前記幅広ピット部分の少なくとも一部分は、前記III族窒化物半導体で埋められるIII族窒化半導体基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、III族窒化物半導体層の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１乃至３に、III族窒化物半導体層の製造方法が開示されている。具体的には、三次元的なファセット面を有するピットを結晶成長面に形成し、当該ファセット面を維持したまま、当該ピットを埋め込まないように（成長面にピットが存在する状態を維持して）単結晶ＧａＮを結晶成長させる方法が開示されている。これらの文献には、各々の製造方法により結晶欠陥を低減することができると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−１０２３０７号公報

【特許文献2】特開２００５−２０９８０３号公報

【特許文献3】特開２００６−１１７５３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１乃至３に記載の技術の場合、ピットを埋め込まないように成長した単結晶ＧａＮ膜の表面（成長面）に、三次元的なファセット面を有するピットが残存する。このように、表面にピットが存在する単結晶ＧａＮ膜は、デバイスを形成するための基板として好ましくない。例えば、ピットを無視し、ピットのある領域及びない領域を見極めることなく、当該単結晶ＧａＮ膜上にデバイスを形成すると、各デバイス下におけるピットの有無及びその数等に起因して、デバイス特性にばらつきが生じ得る。当該不都合を回避する手段として、ピットのない領域を選別し、当該領域にのみデバイスを形成する手段が考えられる。しかし、ピットのない領域を選別する作業は面倒であり、生産効率が悪くなる。また、単結晶ＧａＮ膜上におけるデバイスを形成できる面積が小さくなってしまう。

【0005】

本発明では、従来にない製造方法で、結晶欠陥の少ないIII族窒化物半導体層を製造することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、
下地基板に、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分と、を有し、かつ、前記下地基板に形成された転位と繋がる漏斗形状ピットを複数形成するピット形成工程と、
前記ピット形成工程の後、前記下地基板の上に、前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分を空隙として残して、III族窒化物半導体を横方向成長させる成長工程と、
を有し、
前記ピット形成工程は、
前記下地基板に、一端が開口する縦長ピットを形成する第１工程と、
前記第１工程の後、前記縦長ピットの開口側端部の一部分を径方向に拡張して前記幅広ピット部分を形成する第２工程と、
を有するIII族窒化半導体層の製造方法が提供される。

【0007】

また、本発明によれば、
下地基板と、
前記下地基板の上に形成されたIII族窒化物半導体層とを有し、
前記下地基板には、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分とを有する漏斗形状ピットが複数存在し、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部は、前記幅広ピット部分において、前記下地基板に形成された転位と繋がり、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分は空隙となっているIII族窒化半導体基板が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、従来にない製造方法で、結晶欠陥の少ないIII族窒化物半導体層を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態のIII族窒化物半導体層の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図2】本実施形態の漏斗形状ピットの一例を示す断面模式図である。

【図3】本実施形態の漏斗形状ピットの一例を示す断面模式図である。

【図4】本実施形態の漏斗形状ピットの一例を示す断面模式図である。

【図5】本実施形態の漏斗形状ピットの一例を示す断面模式図である。

【図6】本実施形態の下地基板の上にIII族窒化物半導体層を形成した状態の一例を示す断面模式図である。

【図7】本実施形態の下地基板の上にIII族窒化物半導体層を形成した状態の一例を示す断面模式図である。

【図8】本実施形態のIII族窒化物半導体層の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図9】本実施形態のIII族窒化物半導体層の製造方法の処理の流れの一例を示す断面模式図である。

【図10】本実施形態のIII族窒化物半導体層の製造方法の処理の流れの一例を示す断面模式図である。

【図11】本実施形態のIII族窒化物半導体層の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明のIII族窒化物半導体層およびIII族窒化物半導体層の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。

【0011】

＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態のIII族窒化物半導体層の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図示するように、本実施形態のIII族窒化物半導体層の製造方法は、ピット形成工程Ｓ１０と、成長工程Ｓ２０とを有する。

【0012】

ピット形成工程Ｓ１０では、下地基板１０に、複数の漏斗形状ピット２０を形成する。

【0013】

下地基板１０は、例えば、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、ＧａＮ ｏｎ サファイア基板、ＧａＮ ｏｎ ＳｉＣ基板、ＧａＮ ｏｎ Ｓｉ基板などの、窒化物半導体基板等とすることができる。下地基板１０の厚さは、例えば１００μｍ以上１０００μｍ以下である。下地基板１０には、転位３０が存在する。

【0014】

漏斗形状ピット２０は、下地基板１０の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分２２と、縦長ピット部分２２よりも大きい直径を有するとともに縦長ピット部分１１の一端と繋がっている幅広ピット部分２１とを有する。そして、漏斗形状ピット２０は、下地基板１０に形成された転位３０と繋がる。すなわち、漏斗形状ピット２０の壁面に転位３０が到達している。漏斗形状ピット２０は、下地基板１０の第１の面において一端が開口する。なお、第１の面は、後の工程で、III族窒化物半導体（Ａｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｉｎ_ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））を成長させる面（成長面）である。

【0015】

ここで、図２乃至５に、漏斗形状ピット２０の一例を示す。図２乃至５は、下地基板１０の断面模式図であり、一つの漏斗形状ピット２０を抽出して示している。図示する漏斗形状ピット２０はあくまで一例であり、形状、深さ、縦長ピット部分２２と幅広ピット部分との深さ比及び直径比、漏斗形状ピット２０の深さと下地基板１０の厚さの比等の詳細な設計は、図示するものに限定されない。

【0016】

図２に示す例の場合、下地基板１０の第１の面（図中、上側の面）に、一端が開口した漏斗形状ピット２０が存在している。漏斗形状ピット２０は、下地基板１０の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分２２と、縦長ピット部分２２よりも大きい直径を有するとともに縦長ピット部分１１の一端と繋がっている幅広ピット部分２１とを有している。そして、転位３０が縦長ピット部分２２の先端付近と繋がっている。

【0017】

図３に示す例においても、下地基板１０の第の１面（図中、上側の面）に、図２に示す例と同様の漏斗形状ピット２０が存在している。そして、転位３０が縦長ピット部分２２の中間付近とつながっている。

【0018】

図４に示す例においても、下地基板１０の第の１面（図中、上側の面）に、図２に示す例と同様の漏斗形状ピット２０が存在している。そして、転位３０が幅広ピット部分２１と繋がっている。

【0019】

図５に示す例の場合、下地基板１０の第の１面（図中、上側の面）に、図２に示す例と同様の漏斗形状ピット２０が２つ存在している。２つの漏斗形状ピット２０は幅広ピット部分２１において互いに接続している。そして、転位３０が縦長ピット部分２２及び幅広ピット部分２１と繋がっている。なお、３つ以上の漏斗形状ピット２０が、幅広ピット部分２１において互いに接続していてもよい。

【0020】

縦長ピット部分２２は、例えばアスペクト比（＝深さ／直径）が３．５以上である。縦長ピット部分２２の深さは、例えば１０００ｎｍ以上かつ１００００ｎｍ以下、直径は、例えば１００ｎｍ以上かつ１０００nm以下とすることができる。一方、幅広ピット部分２１の深さは、例えば１０ｎｍ以上かつ１００nm以下、直径は、例えば１２０nm以上かつ１００００nm以下とすることができる。幅広ピット部分２１及び縦長ピット部分２２の平面形状は、例えば六角形である。

【0021】

本実施形態において、このような漏斗形状ピット２０を下地基板１０に生成する方法は特段制限されないが、以下の実施形態で一例を説明する。

【0022】

図１に戻り、成長工程Ｓ２０は、ピット形成工程Ｓ１０の後に行われる。成長工程Ｓ２０では、下地基板１０の第１の面上に、漏斗形状ピット２０の少なくとも一部分を空隙として残して、III族窒化物半導体を横方向成長させることで、III族窒化物半導体層４０を形成する。

【0023】

III族窒化物半導体を横方向成長させる手段は特段制限されず、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置またはＨＶＰＥ（Hydride Vapor. Phase Epitaxy）装置を用いたエピタキシャル成長を利用することができる。成長条件は設計的事項である。III族窒化物半導体層４０は、下地基板１０と同種であってもよいし、異種であってもよい。III族窒化物半導体４０の厚さは、例えば１５μｍである。

【0024】

漏斗形状ピット２０を有する下地基板１０上に、上述のような通常の方法でIII族窒化物半導体を成長させた場合、上述のような構成（例：アスペクト比、深さ、直径）を有する縦長ピット部分２２の内部にはIII族窒化物半導体がほとんど、または全く埋め込まれず（特に底の方）、縦長ピット部分２２の少なくとも一部分が空隙として残る。すなわち、縦長ピット部分２２の内壁の少なくとも一部分からは、III族窒化物半導体が成長しない。一方、上述のような構成（深さ、直径）を有する幅広ピット部分２１の少なくとも一部分はIII族窒化物半導体で埋められる。すなわち、幅広ピット部分２１の内壁の少なくとも一部分からは、III族窒化物半導体が成長する。

【0025】

以上説明した本実施形態のIII族窒化物半導体層の製造方法により、
下地基板と、
前記下地基板の上に形成されたIII族窒化物半導体層とを有し、
前記下地基板には、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分とを有する漏斗形状ピットが複数存在し、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部は前記下地基板に形成された転位と繋がり、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分は空隙となっているIII族窒化半導体基板が実現される。

【0026】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

【0027】

本実施形態では、下地基板１０に転位３０と繋がる漏斗形状ピット２０を形成し、その後、漏斗形状ピット２０の少なくとも一部分を空隙として残して、III族窒化物半導体を横方向成長させることで、III族窒化物半導体層４０を形成する。このような特徴的な構成により、本実施形態では、III族窒化物半導体層４０における転位の数、より具体的には、III族窒化物半導体層４０の表面（成長面）に現れる転位の数を減少させることができる。以下、図６及び７を用いてその理由を説明する。

【0028】

図６は、図２に示す下地基板１０の上に、III族窒化物半導体層４０を形成した状態を示す。縦長ピット部分２２の少なくとも一部分はIII族窒化物半導体層４０で埋められず、空隙２３となっている。そして、幅広ピット部分２１の少なくとも一部分はIII族窒化物半導体層４０で埋められている。図６に示すように、転位３０が縦長ピット部分２２と繋がっている場合、すなわち、転位３０が空隙２３と繋がっている場合、空隙２３により、この転位３０がIII族窒化物半導体層４０に伝播する不都合を妨げることができる。

【0029】

図７は、図４に示す下地基板１０の上に、III族窒化物半導体層４０を形成した状態を示す。縦長ピット部分２２の少なくとも一部分はIII族窒化物半導体層４０で埋められず、空隙２３となっている。そして、幅広ピット部分２１の少なくとも一部分はIII族窒化物半導体層４０で埋められている。図７に示すように、転位３０が幅広ピット部分２１と繋がっている場合、幅広ピット部分２１の転位３０が位置する部分から成長したIII族窒化物半導体層４０に、この転位３０が伝播する。この転位３０は幅広ピット部分２１の内壁からIII族窒化物半導体の成長方向、すなわち横方向（下地基板１０の厚さ方向と垂直な方向。図の左右方向。）に進行する。このため、幅広ピット部分２１からIII族窒化物半導体層４０に伝播した転位３０が、III族窒化物半導体層４０の厚さ方向（図の上下方向）に進行し、表面（成長面）に現れる不都合を抑制することができる。

【0030】

このように、本実施形態のIII窒化物半導体層の製造方法は、下地基板１０に残った空隙２３により、転位３０の伝播を抑制する。本実施形態では、特徴的なピット（縦長ピット部分２２を有するピット）を下地基板１０に形成することで、空隙２３を実現する。かかる場合、III窒化物半導体の製造工程を特に工夫する必要がないというメリットがある。

【0031】

しかし、上記手段の場合、空隙２３も縦長形状となる。かかる場合、空隙２３と転位３０を繋げる確率が低くなる場合がある。結果、十分な数の転位３０の伝播を抑制できない恐れがある。そこで、本実施形態のIII窒化物半導体層の製造方法は、さらに、下地基板１０に幅広ピット部分２１を形成する。この幅広ピット部分２１により、ピットと繋がる転位３０の数を十分に大きくすることができる。幅広ピット部分２１は空隙２３とならないが、上述の通り、幅広ピット部分２１の内壁からIII族窒化物半導体層４０に伝搬した転位３０が、III族窒化物半導体層４０の表面（成長面）に現れる不都合を抑制することができる。結果、幅広ピット部分２１と縦長ピット部分２２とにより、III族窒化物半導体層４０の表面（成長面）まで転位が到達する不都合を十分に抑制することができる。

【0032】

＜第２の実施形態＞
本実施形態は、第１の実施形態の構成を基本とし、漏斗形状ピット２０を形成する手法の一例を開示する。

【0033】

本実施形態のIII族窒化物半導体層の製造方法の処理の流れの一例は、第１の実施形態と同様、図１のフローチャートで示される。

【0034】

図８は、ピット形成工程Ｓ１０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図示するように、本実施形態のピット形成工程Ｓ１０は、第１の保護膜形成工程Ｓ２１と、第１工程Ｓ２３と、第２の保護膜形成工程Ｓ２４と、第２工程Ｓ２５と、保護膜除去工程Ｓ２７とを有する。以下、図９及び図１０の断面模式図を用いてこれらの工程を説明する。

【0035】

第１の保護膜形成工程Ｓ２１では、下地基板１０の第１の面上に、第１の保護膜を形成する。例えば、図９の「１．ＳｉＯ_２成膜」に示すように、ＧａＮ自立基板（下地基板１０）の第１の面上に、ＳｉＯ_２膜（第１の保護膜）を生成する。ＳｉＯ_２膜は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて生成することができる。第１の保護膜は、その他、ＳｉＮ膜とすることもできる。第１の保護膜の膜厚は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、望ましくは１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。下地基板１０には、第１の面まで到達する転位３０が存在する。

【0036】

図８に戻り、第１工程Ｓ２３では、下地基板１０に、一端が第１の面において開口する縦長ピットを形成する。具体的には、熱処理により、下地基板１０及び第１の保護膜の積層方向に伸び、第１の保護膜及び下地基板１０に跨るとともに、第１の保護膜の表面に開口部を有する縦長ピットを形成する。例えば、図９の「２．熱処理：Intentional Pitの形成」に示すように、ＧａＮ自立基板（下地基板１０）及びＳｉＯ_２膜（第１の保護膜）に跨り、ＳｉＯ_２膜（第１の保護膜）の表面に開口を有する縦長ピットを形成する。

【0037】

熱処理条件は、例えば以下のとおりである。
「第１の保護膜の膜厚」：１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、望ましくは１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下
「熱処理温度」：１０００℃以上１２５０℃以下、望ましくは１１５０℃以上１１９０℃以下
「熱処理時間」：１０分以上６００分以下、望ましくは１８０分以上３６０分以下
「ＴＭＧａ流量」：１ｃｃｍ／ｍｉｎ以上５０ｃｃｍ／ｍｉｎ以下、望ましくは５ｃｃｍ／ｍｉｎ以上１５ｃｃｍ／ｍｉｎ以下
「ＮＨ_３流量」：１ｓｌｍ／ｍｉｎ以上３０ｓｌｍ／ｍｉｎ以下、望ましくは４ｓｌｍ／ｍｉｎ以上１２ｓｌｍ／ｍｉｎ以下
「Ｈ_２流量」：０ｓｌｍ／ｍｉｎ以上１５ｓｌｍ／ｍｉｎ以下、望ましくは１０ｓｌｍ／ｍｉｎ以上１５ｓｌｍ／ｍｉｎ以下
「Ｎ_２流量」：０ｓｌｍ／ｍｉｎ以上１５ｓｌｍ／ｍｉｎ以下、望ましくは０ｓｌｍ／ｍｉｎ以上５ｓｌｍ／ｍｉｎ以下

【0038】

本発明者は、このような条件で熱処理を行った場合、下地基板１０（例：ＧａＮ自立基板）の転位３０の終端部に接する第１の保護膜（例：ＳｉＯ_２膜）が選択的に破壊され、その後、直下に露出した下地基板１０（例：ＧａＮ自立基板）が分解することで縦長ピットが形成されることを確認している。このようなメカニズムで縦長ピットが形成されるので、転位３０をある程度の確率で縦長ピットと繋げることができる。

【0039】

図８に戻り、第２の保護膜形成工程Ｓ２４では、下地基板１０の第１の面と表裏の関係にある下地基板１０の第２の面上に、下地基板１０よりも所定のエッチング液にエッチングされ難い第２の保護膜を形成する。例えば、図９の「３．裏面にＳｉＯ_２成膜」に示すように、ＧａＮ自立基板（下地基板１０）の第２の面上に、ＳｉＯ_２膜（第１の保護膜）を生成する。所定のエッチング液は以下の第２工程Ｓ２５で用いられるエッチング液であり、例えば、リン酸と硫酸の混合液や、ＫＯＨ融解液、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ溶液、ＴＭＡＨ水溶液とすることができる。第２の保護膜は、ＳｉＯ_２膜や、ＳｉＮ膜とすることができる。例えば、第１の保護膜及び第２の保護膜はＳｉＯ_２膜であり、下地基板１０はＧａＮ基板であり、所定のエッチング液はリン酸と硫酸の混合液である。

【0040】

第２の保護膜は、例えばスパッタ法で生成することができる。第２の保護膜の膜厚は、例えば３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

【0041】

なお、第２の保護膜形成工程Ｓ２４は第２工程の前に行えばよく、例えば、第１の保護膜形成工程Ｓ２１の前に行ってもよいし、第１の保護膜形成工程Ｓ２１の後かつ第１工程Ｓ２３の前に行ってもよいし、第１工程Ｓ２３の後に行ってもよい。

【0042】

図８に戻り、第２工程Ｓ２５では、縦長ピットの開口側端部の一部分を径方向に拡張して幅広ピット部分２１を形成する。具体的には、エッチング処理により第１の保護膜及び下地基板１０の一部を除去し、縦長ピットの開口側の一部を径方向に拡張して幅広ピット部分２１を形成する。なお、エッチング処理として、例えば、第１の保護膜及び第２の保護膜が形成された下地基板１０を、第１の保護膜及び第２の保護膜より下地基板１０をエッチングし易い所定のエッチング液に侵漬する処理を行うことができる。

【0043】

エッチング液に侵漬する処理は、例えば、以下の条件で行うことができる。
「エッチング液」：リン酸：硫酸＝３：１の混合液
「エッチング液温度」：１８０℃以上２４０℃以下、望ましくは２００℃以上２２０℃以下
「侵漬時間」：１時間以上５時間以下、望ましくは２時間以上５時間以下

【0044】

当該第２工程Ｓ２５により、例えば図１０の「４．りん硫処理」に示すように、縦長ピットの開口側端部の一部分が径方向に拡張し、幅広ピット部分２１が形成される。そして、縦長ピットの残存した部分が、縦長ピット部分２２となる。

【0045】

図８に戻り、保護膜除去工程Ｓ２７では、第１の保護膜及び第２の保護膜を除去する。例えば、図１０の「５．ＨＦによるＳｉＯ_２の除去＋有機洗浄」に示すように、ＨＦと有機洗浄により、両面に付いたＳｉＯ_２膜（第１の保護膜及び第２の保護膜）と、ゴミを除去する。なお、その他の手法で第１の保護膜及び第２の保護膜を除去することもできる。

【0046】

その後、図１０の「６．ＭＯＣＶＤによる再成長」に示すように、下地基板１０の上にIII族窒化物半導体を横方向成長させることで、III族窒化物半導体層４０を形成する。

【0047】

以上説明した処理によれば、下地基板１０に複数の漏斗形状ピット２０を形成することができる。また、以上説明した処理によれば、転位３０をある程度の確率で縦長ピット部分２２となる縦長ピットと繋げることができる。また、以上説明した処理によれば、縦長ピット部分２２の径を広げて幅広ピット部分２１を形成することができるので、仮に、転位３０と縦長ピット部分２２の位置がずれ、互いに繋がる状態とならなかった場合であっても、このような転位３０を、縦長ピット部分２２から径方向に広がる幅広ピット部分２１と高確率で繋げることができる。

【0048】

また、上記第１工程Ｓ２３の熱処理の場合、ＴＭＧａを流して、ＳｉＯ_２のＳｉとＧａを反応させ、ＳｉＯ_２を組成変質させることで、縦長ピットを形成しているが、本発明者は、ＴＭＧａの流量が多過ぎるとピット部分からＧａＮの雑晶成長（ポリ成長）が起きてしまうことを確認している。そして、その結晶が残ったまま、下地基板１０にIII族窒化物半導体層４０となるIII族窒化物半導体を成長させると、その結晶に起因して、成長過程における接合時に転位が発生し、成長方向に伝播してしまうことを確認している。本実施形態では、第１工程Ｓ２３の熱処理におけるＴＭＧａの流量を上述のとおり適切に制御することで、ＧａＮの雑晶成長（ポリ成長）を抑制することができる。

【0049】

なお、上記処理の場合、第２工程Ｓ２５のエッチング処理の前に、下地基板１０の第２面を第２の保護膜で保護するので、当該エッチング処理により下地基板１０の第２面がガタガタになる不都合を抑制することができる。第２の面の平坦性の維持は、その後に行うIII族窒化物半導体の成長のために好ましい。

【0050】

なお、第２の保護膜を形成しない変形例も可能である。この場合、図１１に示すように、ピット形成工程Ｓ１０は、第１の保護膜形成工程Ｓ２１と、第１工程Ｓ２３と、第２工程Ｓ２５と、保護膜除去工程Ｓ２７とを有することになる。そして、保護膜除去工程Ｓ２７では、第１の保護膜のみを除去することとなる。当該変形例の場合、保護膜除去工程Ｓ２７の後、かつ、III族窒化物半導体層４０を形成する前に、下地基板１０の第２面を加工（研磨など）して、平坦性を回復させてもよい。このようにすれば、III族窒化物半導体の成長を行うことができる。

【0051】

＜実施例＞
下地基板１０として、厚さ４００μｍのＧａＮ自立基板を用意した。このＧａＮ自立基板の第１面（成長面）には、１．０×１０^６ｃｍ^−２程度の転位が存在した。このＧａＮ自立基板の第１面に、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚１５ｎｍのＳｉＯ_２膜（第１の保護膜）を成膜した（図９の「１．ＳｉＯ_２成膜」参照。）。

【0052】

次に、第１面にＳｉＯ_２膜を成膜したＧａＮ自立基板に対して、以下の条件で熱処理を行った（図９の「１．ＳｉＯ_２成膜」参照。）。

【0053】

「熱処理温度」：１１６０℃
「熱処理時間」：３００分
「ＴＭＧａ流量」：５ｃｃｍ / ｍｉｎ
「ＮＨ_３流量」： ８ｓｌｍ / ｍｉｎ
「Ｈ_２流量」：１３．５ｓｌｍ / ｍｉｎ
「Ｎ_２流量」： １．５ｓｌｍ / ｍｉｎ

【0054】

熱処理後にＧａＮ自立基板をＳＥＭ像で観察すると、図９の「２．熱処理：Intentional Pitの形成」に示すように、ＧａＮ自立基板及びＳｉＯ_２膜に跨り、ＳｉＯ_２膜の表面に開口を有する縦長ピットが複数確認された。縦長ピットの直径は１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下、深さは１０００ｎｍ以上８０００ｎｍ以下程度であった。

【0055】

次いで、ＧａＮ自立基板の第２面に、スパッタ法で、３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度のＳｉＯ_２膜（第２の保護膜）を成膜した（図９の「３．裏面にＳｉＯ_２成膜」参照。）。

【0056】

その後、ＧａＮ自立基板に対して、以下の条件で、エッチング液に侵漬するエッチング処理を行った。

【0057】

「エッチング液」：リン酸：硫酸＝３：１の混合液
「エッチング液温度」：２２０℃
「侵漬時間」：３ｈ

【0058】

エッチング処理後にＧａＮ自立基板をＳＥＭ像及び蛍光像で観察すると、縦長ピットの開口側端部の一部分が径方向に拡張し、幅広ピット部分２１が形成されていることが確認された。また、縦長ピットの一部が残存し、縦長ピット部分２２となっていることが確認された。すなわち、漏斗形状ピット２０が複数形成されていることが確認された（図１０の「４．りん硫酸処理」参照。）。

【0059】

縦長ピット部分２２の直径は１５０nm以上３２５nm以下、深さは１１００nm以上
３６００nm以下程度であった。幅広ピット部分２１の直径は１６５nm以上８８００nm以下、深さは３０nm以上８５nm以下程度であった。

【0060】

その後、ＨＦと有機洗浄により、ＧａＮ自立基板の第１面及び第２面に付いたＳｉＯ_２膜（第１の保護膜及び第２の保護膜）と、ゴミを除去した（図１０の「５．ＨＦによるＳｉＯ_２の除去＋有機洗浄」参照。）。当該処理の後にＧａＮ自立基板の第２面を確認すると、十分な平坦性が確保されていた。

【0061】

次に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ＧａＮ自立基板の第１面にＧａＮを横方向成長させ、厚さ１５μmのＧａＮ層を得た。

【0062】

「成長温度」：１２３０℃
「ＴＭＧ流量」：５００ｃｃｍ／ｍｉｎ
「ＮＨ_３流量」：１６ｓｌｍ／ｍｉｎ
「Ｖ／III比」：５１４
「成長速度」：６μm／ｈ
「キャリアガス種」：Ｈ_２、Ｎ_２
「キャリアガス流量」：Ｈ_２=１３．５ｓｌｍ／ｍｉｎ、Ｎ_２=１．５ｓｌｍ／ｍｉｎ

【0063】

当該処理後にＧａＮ自立基板及びＧａＮ膜をＳＥＭ像で観察すると、図１０の「６．ＭＯＣＶＤによる再成長」に示すように、幅広ピット部分２１の少なくとも一部がＧａＮ膜で埋められていること、及び、縦長ピット部分２２の少なくとも一部がＧａＮ膜で埋められず、空隙が生成されていることが確認された。そして、ＧａＮ膜の成長面における転位は、５．０×１０^５ｃｍ^−２程度であった。

【0064】

以下、参考形態の例を付記する。
１． 下地基板に、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分と、を有し、かつ、前記下地基板に形成された転位と繋がる漏斗形状ピットを複数形成するピット形成工程と、
前記ピット形成工程の後、前記下地基板の上に、前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分を空隙として残して、III族窒化物半導体を横方向成長させる成長工程と、
を有するIII族窒化半導体層の製造方法。
２． １に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記ピット形成工程は、
前記下地基板に、一端が開口する縦長ピットを形成する第１工程と、
前記第１工程の後、前記縦長ピットの開口側端部の一部分を径方向に拡張して前記幅広ピット部分を形成する第２工程と、
を有するIII族窒化半導体層の製造方法。
３． ２に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記ピット形成工程は、
前記下地基板の第１の面上に、第１の保護膜を形成する第１の保護膜形成工程と、
前記第１の保護膜形成工程の後、熱処理により、前記下地基板及び前記第１の保護膜の積層方向に伸び、前記第１の保護膜及び前記下地基板に跨るとともに、前記第１の保護膜の表面に開口部を有する前記縦長ピットを形成する前記第１工程と、
前記第１工程の後、エッチング処理により前記第１の保護膜及び前記下地基板の一部を除去し、前記縦長ピットの開口側の一部を径方向に拡張して前記幅広ピット部分を形成する前記第２工程と、
前記第２工程の後、前記第１の保護膜を除去する保護膜除去工程と、
を有するIII族窒化半導体層の製造方法。
４． ３に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第２工程では、前記エッチング処理として、前記第１の保護膜が形成された前記下地基板を、前記第１の保護膜より前記下地基板をエッチングし易いエッチング液に侵漬する処理を行い、
前記ピット形成工程は、
前記第２工程の前に、前記第１の面と表裏の関係にある前記下地基板の第２の面上に、前記下地基板よりも前記エッチング液にエッチングされ難い第２の保護膜を形成する第２の保護膜形成工程をさらに有するIII族窒化半導体層の製造方法。
５． ４に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第２工程の後に行われる前記保護膜除去工程では、前記第２の保護膜も除去するIII族窒化半導体層の製造方法。
６． ４又は５に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第１の保護膜はＳｉＯ_２膜であり、前記下地基板はＧａＮ基板であり、前記エッチング液はリン酸と硫酸の混合液であるIII族窒化半導体層の製造方法。
７． ６に記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記第２の保護膜はＳｉＯ_２膜であるIII族窒化半導体層の製造方法。
８． １から７のいずれかに記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記ピット形成工程の後、複数の前記漏斗形状ピットの少なくとも一部は、前記縦長ピット部分において前記転位と繋がるIII族窒化半導体層の製造方法。
９． １から８のいずれかに記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記ピット形成工程の後、複数の前記漏斗形状ピットの少なくとも一部は、前記幅広ピット部分において、前記転位と繋がるIII族窒化半導体層の製造方法。
１０． １から９のいずれかに記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記成長工程の後、前記縦長ピット部分の少なくとも一部分は前記III族窒化物半導体で埋められず前記空隙となるIII族窒化半導体層の製造方法。
１１． １から１０のいずれかに記載のIII族窒化半導体層の製造方法において、
前記成長工程の後、前記幅広ピット部分の少なくとも一部分は、前記III族窒化物半導体で埋められるIII族窒化半導体層の製造方法。
１２． 下地基板と、
前記下地基板の上に形成されたIII族窒化物半導体層とを有し、
前記下地基板には、前記下地基板の厚さ方向に伸びている縦長ピット部分と、前記縦長ピット部分よりも大きい直径を有するとともに前記縦長ピット部分の一端と繋がっている幅広ピット部分とを有する漏斗形状ピットが複数存在し、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部は前記下地基板に形成された転位と繋がり、
前記漏斗形状ピットの少なくとも一部分は空隙となっているIII族窒化半導体基板。

【符号の説明】

【0065】

１０ 下地基板
２０ 漏斗形状ピット
２１ 幅広ピット部分
２２ 縦長ピット部分
２３ 空隙
３０ 転位
４０ III族窒化物半導体層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】