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公開番号2025056552
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-08
出願番号2023166091
出願日2023-09-27
発明の名称窒化物半導体エピタキシャル基板の製造方法、窒化物半導体エピタキシャル基板、及び窒化物半導体エピタキシャル基板用プラットフォーム基板
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 20060101AFI20250401BHJP(結晶成長)
要約【課題】
窒化物半導体層を単結晶シリコン基板上に成長させる場合でもYellow発光や非発光欠陥がより少ない大直径な窒化物半導体エピタキシャル基板の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
単結晶シリコン基板1上に3C-SiC単結晶膜2をエピタキシャル成長させつつ、さらに3C-SiC単結晶膜2直下の単結晶シリコン基板1の表層のシリコン層に空孔を形成するSiC単結晶膜形成工程と、3C-SiC単結晶膜2上に、窒化物半導体層3をエピタキシャル成長させつつ、単結晶シリコン基板1の全面に転位を形成して、Yellow発光強度とバンド端発光強度の比が0.02以下の窒化物半導体層3を形成する窒化物形成工程と、を含むことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャル基板11の製造方法。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
単結晶シリコン基板上に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させつつ、さらに３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜直下の前記単結晶シリコン基板の表層のシリコン層に空孔を形成するＳｉＣ単結晶膜形成工程と、
前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜上に、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させつつ、前記単結晶シリコン基板の全面に転位を形成して、Ｙｅｌｌｏｗ発光強度とバンド端発光強度の比が０．０２以下の前記窒化物半導体層を形成する窒化物形成工程と、
を含むことを特徴とする窒化物半導体エピタキシャル基板の製造方法。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
前記単結晶シリコン基板の面方位を＜１１１＞かつ直径を３００ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項３】
前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜の厚さを５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項４】
前記単結晶シリコン基板の厚さを７７５μｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項５】
単結晶シリコン基板と、前記単結晶シリコン基板上にエピタキシャル成長した３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜と、前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜上にエピタキシャル成長した窒化物半導体層を備える窒化物半導体エピタキシャル基板であって、
前記単結晶シリコン基板は、前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜直下の表層のシリコン層に空孔が形成され、かつ全面に転位が形成されたものであり、
前記窒化物半導体層は、Ｙｅｌｌｏｗ発光強度とバンド端発光強度の比が０．０２以下のものであることを特徴とする窒化物半導体エピタキシャル基板。
【請求項６】
単結晶シリコン基板と、前記単結晶シリコン基板上にエピタキシャル成長した３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜とを備える窒化物半導体エピタキシャル基板用プラットフォーム基板であって、
前記単結晶シリコン基板は、前記３Ｃ－ＳｉＣ単結晶膜直下の表層のシリコン層に密度が１００／ｃｍ
２
超の空孔が形成されたものであることを特徴とする窒化物半導体エピタキシャル基板用プラットフォーム基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体エピタキシャル基板の製造方法、窒化物半導体エピタキシャル基板、及び窒化物半導体エピタキシャル基板用プラットフォーム基板に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ＧａＮは自己分極により２次元電子ガス層によって、非常に高速動作が可能であるために、高速スイッチや高周波デバイス、さらには、パワーデバイスはもとより、ＬＥＤのような発光デバイスなどで、非常に幅広く使用される材料である。
【０００３】
このような背景から、ＧａＮは非常に古くから研究されており、自立基板以外に、サファイアなどの基板の上に成長させるヘテロエピタキシャル基板などがある。この中でも、シリコン基板上に成長させるＧａＮｏｎＳｉ基板（特許文献１～４）は、汎用性の高いＳｉを基板として利用するために、安価かつＳｉデバイスプロセスとの親和性も高く、これを利用したＧａＮの横型デバイスは、高い移動度をもつ特徴から中耐圧領域のパワーデバイスはもとより、この特徴を生かした高周波デバイスに用途が拡大している。
【０００４】
さらにＳｉをベース基板にした、ＧａＮｏｎＳｉは大直径化が容易な点を鑑みて、上記の用途以外にディスプレイ用の発光素子としても期待されている。このような特徴を生かすためには、直径３００ｍｍのＳｉ基板上へのＧａＮ成長が非常に魅力的であり、精力的に研究されている。
【０００５】
ＧａＮは直接遷移型の半導体であり、欠陥の評価手法としてＰＬ（フォトルミネッセンス）やＣＬ（カソードルミネッセンス）といった手法が用いられ、また高感度である。ＰＬはキャリア励起にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を、ＣＬは電子線にてキャリア励起をおこない、励起されたキャリアが基底状態へ緩和する過程を評価するものであり、バンドギャップ中の再結合中心、すなわち欠陥に感度がある。
【０００６】
ＧａＮ基板のスペクトルは、５５０ｎｍ付近の波長をもつＹｅｌｌｏｗ発光が主なものである。また、３６０ｎｍ付近の波長をもつ、非発光中心としてバンド端発光（いわゆるＴＯ線）の強度でも結晶性を評価することが可能になる。これらの欠陥量の比較としてＹｅｌｌｏｗ発光強度とバンド端発光強度の比をとって比較することが行われる。
【０００７】
すなわち、（Ｙｅｌｌｏｗ発光強度）／（バンド端発光強度）の値が小さい方が、Ｙｅｌｌｏｗ発光源となる欠陥が少なくかつ、バンド端発光強度が大きい（非発光中心が小さい）ことでより、良質なＧａＮ層であると言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１１－２５４２１公報
特開２０１７－０３９６２２公報
特開２０１８－１７４２３４号公報
特開２０１６－０９２１６９号公報
【非特許文献】
【０００９】
Sandeep Bahl,“Achieving GaN Products with Lifetime Reliability”(2021), TI Technical White Paper.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで上記のような良質なＧａＮ層をＳｉ基板上に成長させるために、ＡｌＮをバッファ層として使用する方法などが提案されているが、前記のように(Ｙｅｌｌｏｗ発光強度)／(バンド端発光強度)の値が小さい方が結晶性が良いことより、現状では、Ｙｅｌｌｏｗ発光（Ｙｅｌｌｏｗ発光強度が大きくなることが結晶性が悪い）や非発光欠陥（バンド端発光強度が小さい）がみられているのが現状であり、Ｙｅｌｌｏｗ発光や非発光欠陥の低減が求められている。
（【００１１】以降は省略されています）

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