(57)【要約】【課題】半導体基板の製造コストを低減できる半導体基板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の第１側面に係る半導体基板の製造方法は、Ｃｒで形成された下地基板を準備する準備工程と、前記下地基板の（１１０）面を窒化してクロム窒化物層の（１１１）面を形成させる窒化工程とを備えたことを特徴とする。【選択図】図３
2008091730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒで形成された下地基板を準備する準備工程と、
前記下地基板の（１１０）面を窒化してクロム窒化物層の（１１１）面を形成させる窒化工程と、
を備えたことを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記クロム窒化物層の上にＩＩＩ族窒化物半導体の結晶層を成長させる結晶層成長工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記下地基板及び前記クロム窒化物層をエッチングして前記ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を前記下地基板から分離する分離工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の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、半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属窒化物を下地基板として、その上にＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を成長させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の技術では、準備する下地基板として、その上に積層する半導体層に整合する格子定数を有した窒化物材料を用いている。
【特許文献１】特開平９−２３７９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に示される技術では、金属窒化物の単結晶を下地基板として準備する必要がある。例えば、ＣｒＺｒＮの単結晶を下地基板として準備した場合、下地基板自体が高価であるため、その上に成長させる半導体基板（結晶層）の製造コストが増大するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、半導体基板の製造コストを低減できる半導体基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１側面に係る半導体基板の製造方法は、Ｃｒで形成された下地基板を準備する準備工程と、前記下地基板の（１１０）面を窒化してクロム窒化物層の（１１１）面を形成させる窒化工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２側面に係る半導体基板の製造方法は、本発明の第１側面に係る半導体基板の製造方法の特徴に加えて、前記クロム窒化物層の上にＩＩＩ族窒化物半導体の結晶層を成長させる結晶層成長工程をさらに備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３側面に係る半導体基板の製造方法は、本発明の第１側面又は第２側面に係る半導体基板の製造方法の特徴に加えて、前記下地基板及び前記クロム窒化物層をエッチングして前記ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を前記下地基板から分離する分離工程をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体基板の製造コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態に係る半導体基板の製造方法を、図１及び図２を用いて説明する。以下では、結晶層としてＩＩＩ族窒化物半導体のＧａＮを例として説明するが、他のＩＩＩ族窒化物半導体に関しても同様である。他のＩＩＩ族窒化物半導体は、例えば、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどがある。なお、後述のように結晶層を自立基板として用いてダイオード等に応用することを考えると、結晶層の材質となるＩＩＩ族窒化物半導体は、ＧａＮであることが好ましい。
【００１１】
図１及び図２は、本発明の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す工程断面図である。
【００１２】
図１（ａ）に示す工程（準備工程）では、下地基板１０を準備する。下地基板１０は、Ｃｒの単結晶で形成されている。または、下地基板１０の少なくとも上面１０ａは、単結晶面となっている。下地基板１０の上面１０ａは、Ｃｒの結晶の（１１０）面になっている。Ｃｒの結晶は、体心立方構造を有する。
【００１３】
ここで、下地基板１０がＣｒであるので、下地基板が金属窒化物である場合に比べて、準備工程におけるコスト（下地基板を準備するコスト）が低減されている。下地基板１０の厚さは、１００μｍ程度であることが好ましい。
【００１４】
また、下地基板をサファイア基板にする場合に比べて、Ｃｒ層を形成する工程を省くことができるので、工程を簡略化できる。また、下地基板１０の上面１０ａをＣｒの結晶の（１１０）面とすることで、後述のクロム窒化物層３０を下地基板１０の上面１０ａに対して好適に（１１１）配向させることが可能となった。
【００１５】
なお、Ｃｒの純度は、３Ｎ以上（９９．９％以上）であることが好ましい。不純物は少ない方が望ましいが、Ｃｒの純度は、３Ｎ程度で十分である。
【００１６】
図１（ｂ）に示す工程（窒化工程）では、下地基板１０を、ＧａＮの結晶を成長させるための装置へ移送する。そして、下地基板１０の表面近傍を、窒素を含有した還元性ガス雰囲気で加熱窒化処理する。この窒素を含有した還元性ガスは、好ましくはアンモニアもしくはヒドラジンなどである。その際、加熱温度は、１０００℃以上１３００℃以下であることが好ましく、１０４０℃以上１３００℃以下であることがさらに好ましく、１０６０℃以上１３００℃以下であることがさらに好ましい。加熱温度１０００℃以上１３００℃以下で窒化することにより、下地基板１０の（１１０）面が窒化して、クロム窒化物層３０が形成される。加熱温度１０４０℃以上１３００℃以下で窒化することにより、後述の結晶層５０の表面５０ａのピット密度が１０２〜１０４/ｃｍ２レベルまで低減する。加熱温度１０６０℃以上１３００℃以下で窒化することにより、後述の結晶層５０の表面５０ａのピット密度が数/ｃｍ２レベルまで低減する。加熱温度１３００℃以上で窒化することは、クロム窒化物層３０が溶融するおそれがあり、好ましくない。
【００１７】
ここで、準備工程のコストと窒化工程のコストとを合計したコストは、下地基板が金属窒化物を準備するコストに比べて少なくなっている。
【００１８】
また、クロム窒化物層３０の組成は、ＣｒＮであることが好ましい。クロム窒化物層３０の上面３０ａは、ほぼ全面に渡って、概ね平坦に形成されている。クロム窒化物層３０の上面３０ａは、ＩＩＩ族窒化物が積層できるように、結晶性がある状態となっている必要がある。このため、クロム窒化物層３０の平均層厚は、適宜設定されるが、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内の値であることが好ましい。ここで、クロム窒化物層３０の平均層厚は、断面ＴＥＭで凹凸を測定して求めることができ、窒化を行う以前の下地基板１０の表面近傍の領域（金属Ｃｒ）の平均層厚の１．５倍に相当することが確認された。
【００１９】
クロム窒化物層３０の平均層厚が１０ｎｍ未満である場合、ＩＩＩ族窒化物を積層する際に、下地基板（金属）からの影響を受ける（反応する）おそれがある。クロム窒化物層３０の平均層厚が１００ｎｍを超える場合、クロム窒化物層３０のコストが増大するおそれがある。
【００２０】
下地基板１０の少なくとも上面１０ａがＣｒの結晶の（１１０）面になっている。すなわち、クロム窒化物層３０の格子間隔（図３に示す正三角形部の黒丸の間隔）は、下地基板（金属Ｃｒ）１０の格子間隔（図３に示す白丸の間隔）と異なる。これにより、クロム窒化物を構成する原子（図３に示す黒丸）がＣｒの格子（図３に示す白丸）の間の位置で安定的に存在する。これにより、クロム窒化物層３０は、黒丸で示す結晶格子のパタ−ンが繰り返し配列された状態となり、下地基板１０の上面１０ａに対して好適に（１１１）配向する。クロム窒化物層３０の上面３０ａを（１１１）配向させると、その上に成長させるＩＩＩ族窒化物（後述のバッファー層４０及び結晶層５０）との格子ミスマッチ（格子不整合）が少なくなるので、ＩＩＩ族窒化物を結晶性の良好な状態で積層することができる。
【００２１】
なお、ＩＩＩ族窒化物とＣｒとの格子ミスマッチ（格子不整合）が大きいので、Ｃｒ（１１０）面（下地基板１０の上面１０ａ）の上には、結晶性の良好な状態でＩＩＩ族窒化物（バッファ層４０及び結晶層５０）を積層することが困難である。
【００２２】
さらに、クロム窒化物層３０の上面３０ａである（１１１）面を面の水平方向（（１１１）面に平行な方向）からわずかに傾斜させてカットさせてもよい。これにより、見かけの格子間距離（傾斜面に垂直な方向から見た場合の格子間の距離）を調整可能である。例えば、クロム窒化物層３０を研磨したり切断したりすることにより上面として傾斜面を形成することができる。傾斜面の傾斜角度は、（１１１）面に平行な方向に対して数度程度でよい。傾斜面により、クロム窒化物層３０とＩＩＩ族窒化物との見かけ上の格子ミスマッチ（格子不整合）を減少させることができるため、クロム窒化物層３０の上に積層されるＩＩＩ族窒化物層は、極めて、転位等が少ないものとなる。傾斜面の傾斜の方向は、１方向に限らず、複数の方向を含んでもよい。
【００２３】
あるいは、このような傾斜面は、下地基板（金属Ｃｒ）１０の上面１０ａに形成してもよい。ただし、傾斜面の傾斜角度は、大きすぎるとクロム窒化物の（１１１）面が生成できないので、クロム窒化物の（１１１）面を形成可能な範囲内の値にする必要がある。この傾斜面の表面近傍を窒化させることで、クロム窒化物層の上面も同様に傾斜した傾斜面となる。
【００２４】
次に、図２（ａ）に示す工程では、下地基板温度を９００℃まで下げ、ＨＶＰＥ法でＧａＮのバッファ層４０を成膜する。バッファ層４０の膜厚は、例えば、約１０μｍとする。
【００２５】
ここで、バッファ層４０は、（１１１）配向したクロム窒化物層３０の上面３０ａ（（１１１）面）に形成される。すなわち、クロム窒化物層３０の上面３０ａが（１１１）配向しているので、その上に成長するバッファ層４０との格子ミスマッチ（格子不整合）が少なくなる。これにより、バッファ層４０を結晶性の良好な状態で積層することができる。すなわち、バッファ層４０において、格子不整合に起因した転位が低減する。
【００２６】
図２（ｂ）に示す工程では、下地基板温度を１０４０℃まで昇温し、ＧａＮの結晶層５０を成長する。成長時の結晶層５０の膜厚は、例えば、約１０μｍとする。
【００２７】
上述のように結晶性が良好なバッファ層４０の上に結晶層５０を成長するので、結晶層５０の結晶性も良好になる。すなわち、結晶層５０において、格子不整合に起因した転位が低減する。
【００２８】
図２（ｃ）に示す工程では、化学溶液を用いてクロム窒化物層３０を選択的にエッチングする。このとき、下地基板１０も同時にエッチングされてもよい。ＧａＮの基板ＳＢを下地基板１０から分離できる。すなわち、ＧａＮの基板ＳＢを自立基板として得ることができる。ここで、基板ＳＢは、バッファ層４０と結晶層５０とを含んでいる。
【００２９】
以上のように、下地基板として金属Ｃｒを用いて基板ＳＢを製造するので、下地基板として金属窒化物を用いた場合に比べて、金属窒化物を得るためのコスト（本発明では、準備工程及び窒化工程のコスト）を低減できる。これにより、半導体基板（ＧａＮの基板ＳＢ）の製造コストを低減できる。
【００３０】
なお、下地基板は、金属（Ｃｒ）であるので、上記で説明した以外にも、表面に予め所望のパターンや、凹凸等自在に設定でき、自由なデザインの半導体基板の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す工程断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す工程断面図。
【図３】クロム窒化物層の結晶方位を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１０  下地基板
２０  Ｃｒ層
３０  クロム窒化物層
４０  バッファ層
５０  結晶層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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