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公開番号2024029700
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-06
出願番号2022132102
出願日2022-08-22
発明の名称窒化物半導体基板及びその製造方法
出願人信越半導体株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20240228BHJP(結晶成長)
要約【課題】高周波損失が少なく、且つ熱伝導率が高い窒化物半導体基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】抵抗率が1000Ω・cm以上のシリコン基板、もしくは、抵抗率が1000Ω・cm以上のシリコン層を表面に具備するベース基板と、シリコン基板、もしくは、シリコン層上にエピタキシャル成膜されるIII族窒化物半導体薄膜と、を備えたものである窒化物半導体基板であって、III族窒化物半導体薄膜中の炭素濃度の平均値が、3E+18atoms/cm³以下であることを特徴とする窒化物半導体基板。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
抵抗率が１０００Ω・ｃｍ以上のシリコン基板、もしくは、抵抗率が１０００Ω・ｃｍ以上のシリコン層を表面に具備するベース基板と、
前記シリコン基板、もしくは、前記シリコン層上にエピタキシャル成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体薄膜と、
を備えたものである窒化物半導体基板であって、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜中の炭素濃度の平均値が、３Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
以下であることを特徴とする窒化物半導体基板。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記ベース基板は、複数の層が積層された複合基板上に平坦化層を介して前記シリコン層が積層された構成であって、
前記複合基板は、
多結晶セラミックコアと、
前記多結晶セラミックコア全体に積層された第１の接着層と、
前記第１の接着層全体に積層されたバリア層と、
を含む支持構造と、
前記支持構造の裏面に積層された第２の接着層と、
前記第２の接着層のさらに裏面に積層された導電層と、
を備え、
前記平坦化層が前記複合基板の前記支持構造の表面に積層され、
前記シリコン層が前記平坦化層上に積層されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮのいずれか一つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板。
【請求項４】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮのいずれか一つ以上を含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体基板。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜の膜厚は、１．０μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項６】
窒化物半導体基板の製造方法であって、
（１）抵抗率が１０００Ω・ｃｍ以上のシリコン基板、もしくは、抵抗率が１０００Ω・ｃｍ以上のシリコン層を表面に具備するベース基板を準備する工程、
（２）前記シリコン基板、もしくは、前記シリコン層上にＩＩＩ族窒化物半導体薄膜をエピタキシャル成膜する工程
を含み、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜中の炭素濃度の平均値が、３Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
以下となるようにエピタキシャル成膜する、
ことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記工程（２）において、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜中の炭素濃度の平均値が、３Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
以下となるように成膜温度を調整する、
ことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記工程（１）において、
前記ベース基板を、複数の層が積層された複合基板上に平坦化層を介して前記シリコン層が積層された構成であって、
前記複合基板は、
多結晶セラミックコアと、
前記多結晶セラミックコア全体に積層された第１の接着層と、
前記第１の接着層全体に積層されたバリア層と、
を含む支持構造と、
前記支持構造の裏面に積層された第２の接着層と、
前記第２の接着層のさらに裏面に積層された導電層と、
を備え、
前記平坦化層が前記複合基板の前記支持構造の表面に積層され、
前記シリコン層が前記平坦化層上に積層されたものとする
ことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記工程（１）において、
前記ベース基板を、複数の層が積層された複合基板上に平坦化層を介して前記シリコン層が積層された構成であって、
前記複合基板は、
多結晶セラミックコアと、
前記多結晶セラミックコア全体に積層された第１の接着層と、
前記第１の接着層全体に積層されたバリア層と、
を含む支持構造と、
前記支持構造の裏面に積層された第２の接着層と、
前記第２の接着層のさらに裏面に積層された導電層と、
を備え、
前記平坦化層が前記複合基板の前記支持構造の表面に積層され、
前記シリコン層が前記平坦化層上に積層されたものとする
ことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記シリコン基板、もしくは、前記シリコン層上にエピタキシャル成膜するＩＩＩ族窒化物半導体薄膜は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮのいずれか一つ以上を含むものとすることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
ＧａＮに代表されるＩＩＩ族窒化物半導体は、Ｓｉ（シリコン）の材料としての限界を超える次世代の半導体材料として期待されている。ＧａＮは飽和電子速度が大きいという特性から、高周波動作可能なデバイスの作製が可能であり、また絶縁破壊電界も大きいことから、高出力での動作が可能である。また、軽量化や小型化、低消費電力化も見込める。
【０００３】
近年、５Ｇ等に代表されるような通信速度の高速化、またそれ伴う高出力化の要求により、高周波、且つ高出力で動作可能なＧａＮＨＥＭＴが注目されている。高周波デバイスとして用いられるＧａＮＨＥＭＴは、ＭＯＣＶＤ法等により、ＧａＮエピタキシャル薄膜をベース基板上に成膜する事で得られるＧａＮエピタキシャル基板が主に用いられる。
【０００４】
ベース基板としては、熱伝導率に優れている半絶縁性ＳｉＣ基板が採用される場合がある。一方半絶縁性ＳｉＣ基板は価格が高価であるため、安価に製造可能なシリコン基板が採用される場合もある。
【０００５】
シリコン基板を高周波用途のＧａＮＨＥＭＴのベース基板として使用する場合、寄生容量による高周波損失を低減させるために高抵抗とする必要があることは一般的に知られている。特許文献１、特許文献２には、シリコン基板の抵抗率およびエピタキシャル層中の炭素濃度の記載があるが、熱伝導率に関する記載が無い。特許文献３、特許文献４、特許文献５は、ＧａＮエピタキシャル層中の炭素濃度と熱伝導率の記載があるが、シリコン基板の抵抗率と高周波特性については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１０－２４５５０４
ＷＯ２０１１／０１６２１９
特開２００８－１７９５３６
特開２００７－２７７０７７
特開２００９－２６９８１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高周波用途として用いられるＧａＮエピタキシャル基板等の窒化物半導体基板は、基板の放熱性が悪い（熱伝導率が低い）とデバイスの発熱を逃がす事ができなくなり、長時間の使用ができなくなったり、部品劣化や温度耐性の問題で動作周波数や、入力パワーを上げることができなくなるという問題があった。
【０００８】
ＧａＮエピタキシャル層を高周波デバイスとして使用するには、デバイスの仕様や用途にもより、一概には決められないが、おおよそ１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率がある事が好ましい。
【０００９】
さらに、ＧａＮは炭素濃度が高いと転位密度が高くなり、熱伝導率が悪化する事が知られている。
【００１０】
また、寄生容量の増大による高周波損失が少ない事も求められる。高周波損失が大きいと入力パワーを増加させる必要があり、デバイスの効率が悪くなるだけでなく、発熱量も多くなるという問題があった。
（【００１１】以降は省略されています）

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