特許ウォッチ

公開番号2024172832
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023090831
出願日2023-06-01
発明の名称III族窒化物半導体基板
出願人パナソニックホールディングス株式会社
代理人個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20241205BHJP(結晶成長)
要約【課題】動作時の抵抗が低いデバイスを実現するため、良好なエピタキシャル層を形成可能な、高濃度に不純物添加されたIII族窒化物半導体基板を提供する。
【解決手段】III族窒化物半導体基板は、n型の伝導性を示し、n型ドーパント元素のキャリア濃度が10¹⁹cm^-3以上のIII族窒化物半導体結晶と、III族窒化物半導体結晶の上に設けられ、III族窒化物半導体結晶と比べて、表面にダメージを有するIII族窒化物半導体層と、を備え、III族窒化物半導体層の厚さは、100nm以上1μm以下である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ｎ型の伝導性を示し、ｎ型ドーパント元素のキャリア濃度が１０
１９
ｃｍ
－３
以上のＩＩＩ族窒化物半導体結晶と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の上に設けられ、前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶と比べて、表面にダメージを有するＩＩＩ族窒化物半導体層と、
を備え、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の厚さは、１００ｎｍ以上１μｍ以下である、ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
続きを表示（約 390 文字）【請求項２】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層は、前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶に比べて、カソードミネッセンスの発光スペクトルの最も発光強度が高い波長での発光強度が５分の１以下となる、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の主たるＩＩＩ族元素と前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の主たるＩＩＩ族元素とが同一である、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項４】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の前記ｎ型ドーパント元素が酸素である、請求項１から３のいずれか一項に記載の前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の中の酸素濃度が１×１０
２０
aｔｏｍｓ・ｃｍ
－３
以上である、請求項４に記載の前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、半導体レーザー及び発光ダイオード等の光デバイス、並びに高周波又は高出力の電子デバイス等の分野で使用されている。近年、これらの半導体は、シリコン系のデバイスと比較して、電力変換の際のスイッチングロスの低減が期待できることから、特に注目を集めている。高周波又は高出力の電子デバイスを作製するためには、デバイス層に発生する結晶欠陥を抑えることが可能な高品質なＩＩＩ族窒化物基板上へデバイスを作製する必要がある。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、例えば、ハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法ともいう）、アモノサーマル法、ナトリウムフラックス法、及び酸化物気相成長法（以下、ＯＶＰＥ法ともいう）を含む。
【０００４】
基板製造方法として用いられることが最も多い、ＨＶＰＥ法では、単体のＩＩＩ族原料上にハロゲン化水素ガスを導入してハロゲン化物ガスを生成させ、生成したＩＩＩ族元素のハロゲン化物ガスを結晶成長用の原料ガスとして用いる。例えば、窒化ガリウム結晶を成長させる場合、Ｇａ金属にＨＣｌガスを導入して塩化ガリウム（例えば、ＧａＣｌ）ガスを製造し、塩化ガリウム含有ガスをＩＩＩ族源として用いることで、高速成長が実現できる。ＨＶＰＥ法では、主に、シリコン元素をＩＩＩ族窒化物結晶に添加することで、Ｎ型の導電性を有するＩＩＩ族窒化物結晶を得られることが知られている。
【０００５】
一方、ＯＶＰＥ法では、酸化物原料ガスを用いることで、ＩＩＩ族窒化物結晶に酸素元素を高濃度に添加して、結晶を製造する。この方法では、ＩＩＩ族酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて、ＩＩＩ族窒化物結晶を製造する。この方法で得られている基板では、転位密度が１０
４
ｃｍ
―２
台の低転位密度の基板が得られていて、高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を得る手段の一つである。
【０００６】
上述のような各方法によって製造されたＩＩＩ族窒化物結晶を機械的な加工もしくは化学反応などを用いて加工して、鏡面の表面を有するＩＩＩ族窒化物基板を得ることができる。これら基板の上にＩＩＩ族窒化物半導体のエピタキシャル膜を形成することで、デバイスを作製することができる。作製されるエピタキシャル膜は、基板の結晶品質を引き継ぐことが知られているが、そのためにはエピタキシャル層を形成する基板表面が、原子レベルで結晶としての配列が整っていて、前述の加工のダメージが除去されている必要がある（特許文献１，２）。そのために、基板表面の鏡面加工後に化学機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００５－１１２６４１号公報
特開２００９－２９６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記の加工及び表面の処理方法は、広く市販されているキャリア濃度が１×１０
１９
ｃｍ
―３
以下の窒化物半導体基板に対しては適切であり、化学機械研磨（ＣＭＰ）がなされた基板の上に良好なエピタキシャル層を形成することができていた。
【０００９】
しかしながら、低抵抗なデバイスを作製するため、基板のキャリア濃度をより高めるために不純物を高濃度に添加すると、窒化物半導体結晶の各原子間の結合力において、イオン結合性の力の寄与が不純物濃度の低い結晶と比べて若干大きくなるため、化学反応しやすくなる。すなわち、化学薬品で分解されやすいことや、高温にさらされると構成原子が表面から容易に脱離してしまう。そのため、ＣＭＰにおいて結晶表面に窪みが発生して荒れてしまう問題が発生することを、本発明者らは発見した。この窪みの発生には、不純物を高濃度に添加すると、結晶表面において不純物が大きな面内分布を持つことにより、ＣＭＰの加工レートに面内分布が発生し、ＣＭＰ後の表面のエッチング量に分布が発生することが関係する。
【００１０】
また、前述の基板上にエピタキシャル層を形成すると、エピタキシャル層形成のために基板を昇温すると基板の表面から構成原子が脱離するため、分解しやすい窪みの箇所が更に分解されて窪みのサイズが大きくなることや、新たな窪みが発生する。そのため、基板の上に形成されたエピタキシャル層に異常な結晶欠陥の発生を引き起こす場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許