(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解めっきにおいて種基板を膜厚方向に貫通する貫通転位を通して前記種基板の厚さ方向に電流を流すことにより、前記種基板の第１の主面上の前記貫通転位が存在する位置に金属膜を選択的に形成するステップと、
前記金属膜の融点より低いエピタキシャル成長温度で、前記金属膜を覆うように前記種基板の前記第１の主面上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させるステップと
を含むことを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記電解めっきにおいて、前記第１の主面と対向する前記種基板の第２の主面に負電極を配置することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記化合物半導体層が、III−Ｖ族窒化物半導体層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記金属膜が、クロム膜、ニッケル膜、白金膜のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記種基板の少なくとも前記化合物半導体層と接する領域の比抵抗が、１０4Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記種基板が、鉄、マグネシウム、亜鉛のいずれかが添加されたIII−Ｖ族窒化物半導体基板であることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記種基板が、半絶縁性基板上に鉄、マグネシウム、亜鉛のいずれかが添加されたIII−Ｖ族窒化物半導体層を形成したテンプレート基板であることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記化合物半導体層から前記種基板を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化合物半導体装置の製造方法に係り、特に種基板上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させて基板を形成する化合物半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子やフォトダイオード等の受光素子、或いは高耐圧パワーデバイス等に、例えばIII−Ｖ族窒化物半導体等からなる、化合物半導体装置が使用されている。代表的なIII−Ｖ族窒化物半導体は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表され、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等である。
【０００３】
化合物半導体装置の基板製造方法として、エピタキシャル成長によって種基板上に化合物半導体層を形成し、種基板から剥離した化合物半導体層を化合物半導体基板として使用する方法が用いられている。この場合、種基板の転位に起因する結晶欠陥の発生が少ない化合物半導体層を種基板上に成長させる必要がある。
【０００４】
特定の金属材料をマスクとして種基板上にパターン形成することにより、エピタキシャル層を膜厚方向と垂直な横方向に成長させて金属材料を埋め込む方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、横方向成長させたエピタキシャル層上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させることで、欠陥の少ない化合物半導体基板が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０３１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記方法では、横方向に成長させることでマスクエリア以外の領域については転位が減少するものの、１×１０4個／ｃｍ2以上の転位が化合物半導体層に残留する。したがって、電子デバイス、特に縦型デバイスとして許容できる転位密度の化合物半導体層を、種基板上に成長させることができない。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、結晶欠陥の少ない化合物半導体層を種基板上にエピタキシャル成長できる化合物半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、（イ）電解めっきにおいて種基板を膜厚方向に貫通する貫通転位を通して種基板の厚さ方向に電流を流すことにより、種基板の第１の主面上の貫通転位が存在する位置に金属膜を選択的に形成するステップと、（ロ）金属膜の融点より低いエピタキシャル成長温度で、金属膜を覆うように種基板の第１の主面上に化合物半導体層をエピタキシャル成長させるステップとを含む化合物半導体基板の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結晶欠陥の少ない化合物半導体層を種基板上にエピタキシャル成長できる化合物半導体基板の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法を説明するための模式的な工程図である。
【図２】本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法に使用可能な電解めっき方法を説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法に使用可能な他の電解めっき方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法に使用可能な種基板の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法に使用可能な種基板の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法に使用可能な種基板の他の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１２】
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、電解めっきにおいて種基板１０を膜厚方向に貫通する貫通転位１０１〜１０５をそれぞれ通して種基板１０の厚さ方向に電流を流すことにより、種基板１０の第１の主面１１上の貫通転位１０１〜１０５が存在する位置に金属膜２０１〜２０５を選択的に形成するステップと、金属膜２０１〜２０５の融点より低いエピタキシャル成長温度で、金属膜２０１〜２０５を覆うように種基板１０の第１の主面１１上に化合物半導体層３０をエピタキシャル成長させるステップとを含む。なお、図１（ｄ）に示すように、化合物半導体層３０から種基板１０を除去して、化合物半導体層３０のみを化合物半導体基板として使用してもよい。
【００１４】
種基板１０には、例えば比抵抗が１０4Ωｃｍ以上の高抵抗基板や絶縁性基板を使用する。これは、貫通転位１０１〜１０５以外における種基板１０の電気抵抗を、貫通転位１０１〜１０５の電気抵抗よりも高くするためである。これにより、電解めっきにおいて、貫通転位１０１〜１０５を通して第１の主面１１から第２の主面１２に種基板１０の厚さ方向のリーク電流が流れ、種基板１０の他の領域では電流が流れない。その結果、リーク電流が流れる貫通転位１０１〜１０５の端部が表れている第１の主面１１上の位置それぞれに、選択的に金属膜２０１〜２０５がめっきされる。つまり、種基板１０の第１の主面１１において、貫通転位１０１〜１０５の位置をマスクするように、金属膜２０１〜２０５が選択的に形成される。
【００１５】
図２に、種基板１０の第１の主面１１上の貫通転位１０１〜１０５の位置に金属膜２０１〜２０５を選択的に形成する電解めっき方法の例を示す。
【００１６】
図２に示すように、金属膜２０１〜２０５の材料である金属Ｍが溶けてイオン化している電解溶液５０中に、種基板１０と正電極２００をそれぞれ浸す。正電極２００は、金属膜２０１〜２０５の材料からなる金属板である。また、第１の主面１１と対向する種基板１０の第２の主面１２に負電極３００を配置する。正電極２００と負電極３００間に電解電圧Ｖを印加することにより、電解溶液５０中の金属イオンＭ+は種基板１０へと移動し、種基板１０の第１の主面１１上で元の金属Ｍに還元、析出される。このとき、貫通転位１０１〜１０５のみを通って、第１の主面１１から第２の主面に向かって種基板１０の厚さ方向の電流が流れている。このため、種基板１０の第１の主面１１における貫通転位１０１〜１０５の位置に、それぞれ金属膜２０１〜２０５が選択的に形成される。
【００１７】
或いは、図３に示すように、負電極３００を電解溶液５０に浸らせずに、第１の主面１１を下方に向けて種基板１０の一部を電解溶液５０に浸して、電解めっきしてもよい。図３に示した電解めっき方法によっても、第１の主面１１の貫通転位１０１〜１０５の位置に、金属膜２０１〜２０５が選択的に形成される。
【００１８】
或いは、図４に示すように、直流電源に代えてステップ電圧電源を用いてもよい。このステップ電圧電源は、正電極２００と負電極３００間に電解電圧Ｖを印加する期間と印加を停止する期間とを周期的に繰り返すように構成された周知の電源装置である。また、ステップ電圧電源は、電解電圧Ｖを印加する期間と負電圧を印加する期間とを周期的に繰り返すように構成されてもよい。図４に示した電解めっき方法によっても、第１の主面１１の貫通転位１０１〜１０５の位置に、金属膜２０１〜２０５が選択的に形成される。更に、電解電圧Ｖを印加する期間を調整することで、金属膜２０１〜２０５の膜厚を均一化することができる。
【００１９】
選択的に貫通転位１０１〜１０５の位置に金属膜２０１〜２０５をめっきするためには、種基板１０の少なくとも化合物半導体層３０と接する領域が高抵抗である必要がある。このため、種基板１０には、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）などのいずれかが、１×１０18〜１０21原子／ｃｍ3程度添加されたＧａＮ基板などのIII−Ｖ族窒化物半導体基板を採用可能である。貫通転位１０１〜１０５のみを通って種基板１０の厚さ方向に電流が流れるようにするために、種基板１０の比抵抗を、例えば１０4〜１０7Ωｃｍとする。
【００２０】
或いは、図５に示すように、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）層などの導電性又は半絶縁性基板である第１領域１０ａ上に、高抵抗のIII−Ｖ族窒化物半導体からなる第２領域１０ｂを形成したテンプレート基板を、種基板１０に採用してもよい。第２領域１０ｂ上に金属膜２０１〜２０５及び化合物半導体層３０が形成されるため、第２領域１０ｂは、比抵抗が例えば１０4Ωｃｍ以上の高抵抗である必要がある。このため、第２領域１０ｂには、例えばＦｅ、Ｍｇ、Ｚｎなどが添加されたＧａＮ層などが採用される。一方、負電極３００が配置される第１領域１０ａの絶縁性が高いと、電解めっきの際に貫通転位１０１〜１０５を貫通する電流が種基板１０に流れない。このため、第１領域１０ａに絶縁性基板は採用できない。
【００２１】
ただし、図６に示すように、第１領域１０ａと第２領域１０ｂの間に導電体からなる第３領域１０ｃが配置されている場合には、第１領域１０ａに絶縁性基板を採用できる。この場合、第３領域１０ｃと負電極３００とを電気的に接続して、電解めっきをすればよい。
【００２２】
化合物半導体層３０は、例えば、ＧａＮ層などのIII−Ｖ族窒化物半導体である。エピタキシャル成長によって種基板１０上に化合物半導体層３０を形成するため、所望の化合物半導体層３０の材料に応じて、種基板１０の材料は適宜選択される。
【００２３】
金属膜２０１〜２０５には、種基板１０上に化合物半導体層３０をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長温度よりも融点が高い金属を採用する。例えば、ＧａＮ層のエピタキシャル成長温度は約１１００℃である。このため、化合物半導体層３０がＧａＮ層である場合は、金属膜２０１〜２０５にクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）などを採用する。
【００２４】
図１（ａ）〜図１（ｄ）及び図２を参照して、本発明の実施の形態に係る化合物半導体基板の製造方法の例を以下に説明する。以下では、種基板１０であるＧａＮ基板上に化合物半導体層３０としてＧａＮ層を成長させる場合を例示的に説明する。
【００２５】
（イ）ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる温度よりも融点の高い金属Ｍ、例えばＣｒ、Ｎｉ、Ｐｔなどが溶けてイオン化している電解溶液５０を用意する。
【００２６】
（ロ）図２に示すように、電解槽４０に満たされた電解溶液５０に、図１（ａ）に示す貫通転位１０１〜１０５を有する種基板１０と、金属Ｍからなる正電極２００とを浸す。種基板１０の第２の主面１２には、負電極３００が配置されている。そして、所定の電圧値に設定した電解電圧Ｖを正電極２００と負電極３００間に印加する。その結果、図１（ｂ）に示すように、種基板１０の第１の主面１１の貫通転位１０１〜１０５それぞれの位置に、金属Ｍからなる金属膜２０１〜２０５が選択的に形成される。金属膜２０１〜２０５の膜厚ｔｍは、例えば数ｎｍ〜数十ｎｍ程度である。
【００２７】
（ハ）種基板１０を電解槽４０から取り出した後、図１（ｃ）に示すように、金属膜０１〜２０５を覆うように種基板１０の第１の主面１１にＧａＮ層を、化合物半導体層３０としてエピタキシャル成長させる。化合物半導体層３０の膜厚ｔｓは、例えば数十μｍ〜数百μｍ程度である。化合物半導体層３０のエピタキシャル成長には、例えばハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法を用いる。
【００２８】
（ニ）化合物半導体層３０から種基板１０を除去することにより、図１（ｄ）に示すように、化合物半導体基板として化合物半導体層３０が得られる。例えば、化合物半導体層３０が露出するまで、種基板１０を研磨して除去する。このとき、種基板１０に続いて化合物半導体層３０の底部を研磨することにより、化合物半導体層３０から金属膜２０１〜２０５が除去される。或いは、化合物半導体層３０から種基板１０を剥離した後、化合物半導体層３０の底部を研磨してもよい。
【００２９】
なお、化合物半導体層３０から種基板１０を除去せずに、種基板１０と化合物半導体層３０とが積層された基板を化合物半導体基板として使用してもよい。
【００３０】
上記では、金属膜２０１〜２０５がＣｒ、Ｎｉ、Ｐｔなどの高融点金属である例を示したが、化合物半導体層３０をエピタキシャル成長させる工程で影響を受けることがなければ、金属膜２０１〜２０５が高融点金属でなくてもよい。
【００３１】
化合物半導体層３０のエピタキシャル成長条件は、膜厚方向にエピタキシャル層を成長させる一般的な条件でよい。このとき、種基板１０の第１の主面１１の金属膜２０１〜２０５が形成されていない領域にはエピタキシャル層が成長し、金属膜２０１〜２０５上にはエピタキシャル層は成長しない。つまり、金属膜２０１〜２０５は、種基板１０の第１の主面１１の貫通転位１０１〜１０５が表れている位置にエピタキシャル層を成長させないマスクである。このため、化合物半導体層３０に、貫通転位１０１〜１０５に起因する転位は形成されない。
【００３２】
金属膜２０１〜２０５の膜厚ｔｍは数ｎｍ〜数十ｎｍであり、横方向の大きさも膜厚ｔｍと同程度である。化合物半導体層３０の膜厚ｔｓは数十μｍ〜数百μｍ程度であり、金属膜２０１〜２０５の膜厚ｔｍよりも十分に厚い。このため、化合物半導体層３０をエピタキシャル成長させた場合、金属膜２０１〜２０５の周囲に成長したエピタキシャル層が成長過程で互いに繋がる。このため、表面が平坦な化合物半導体層３０が形成される。
【００３３】
なお、化合物半導体層３０のエピタキシャル成長には、ＨＶＰＥ法以外に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ナトリウム（Ｎａ）フラックス法、アモノサーマル法などを採用可能である。
【００３４】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法では、種基板１０の第１の主面１１の貫通転位１０１〜１０５が表れている位置をマスクするように、第１の主面１１上に金属膜２０１〜２０５が形成される。金属膜２０１〜２０５が形成された第１の主面１１に化合物半導体層３０を成長させることによって、種基板１０の貫通転位１０１〜１０５の影響を受けずに、化合物半導体層３０が形成される。これにより、結晶欠陥の少ない化合物半導体基板を得ることができる。
【００３５】
したがって、本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法によれば、結晶欠陥の少ない化合物半導体層３０を種基板１０上にエピタキシャル成長させる化合物半導体基板の製造方法を提供できる。
【００３６】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３７】
既に述べた実施形態の説明においては、ＧａＮ層などのIII−Ｖ族窒化物半導体層を化合物半導体層３０として形成する場合を説明した。しかし、種基板１０上にエピタキシャル成長により形成されるエピタキシャル層であれば、化合物半導体層３０としてIII−Ｖ族窒化物半導体層以外の化合物半導体層を形成してもよい。例えばＳｉＣ基板を用いた種基板１０上にＳｉＣ層をエピタキシャル成長させてもよい。これにより、結晶欠陥の少ないＳｉＣ基板が得られる。
【００３８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の化合物半導体基板の製造方法は、エピタキシャル成長により化合物半導体基板を製造する製造業を含む電子機器産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…種基板
１１…第１の主面
１２…第２の主面
３０…化合物半導体層
４０…電解槽
５０…電解溶液
１０１〜１０５…貫通転位
２００…正電極
２０１〜２０５…金属膜
３００…負電極
【図１】
0005423568.tif 000002
【図２】
0005423568.tif 000003
【図３】
0005423568.tif 000004
【図４】
0005423568.tif 000005
【図５】
0005423568.tif 000006
【図６】
0005423568.tif 000007