(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２層構造を有する窒化物半導体基板の製造方法であって、
窒化物半導体と格子整合しない第１の基板上に、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮから選ばれるバッファ層を介してｎ型不純物を含有する窒化物半導体が成長された第１のウェーハと、窒化物半導体と格子整合しない第２の基板上に、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮから選ばれるバッファ層を介して前記第１の基板上の窒化物半導体とは膜厚が異なり、ノンドープ、若しくはｎ型不純物を含有する窒化物半導体が成長された第２のウェーハであり、前記第１のウェーハの窒化物半導体のキャリア濃度は、前記第２のウェーハの窒化物半導体のキャリア濃度と異なる第１のウェーハと第２のウェーハとを用意し、
窒化物半導体の分解圧以上に加圧された窒素雰囲気中でウェーハを加熱することにより、前記第１のウェーハと前記第２のウェーハとをそれぞれの窒化物半導体同士を接着し、その後、前記第１のウェーハと前記第２のウェーハのどちらかの基板であって、膜厚の薄い窒化物半導体が成長された基板側を先に研磨して、第１の基板と第１の基板上のバッファ層と第２の基板と第２の基板上のバッファ層とを除去することにより、キャリア濃度が高いｎ＋層とキャリア濃度が低いｎ−層からなる窒化物半導体基板を形成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２】
前記窒化物半導体は、ＧａＮであり、前記接着は、０．０１気圧以上に加圧された窒素雰囲気中で８００℃以上の温度でウェーハを加熱することにより行われ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の製造方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の基板は、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＧａＰから選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体を基板上に成長させる際、その成長させる半導体と格子整合した基板を用いると半導体の結晶欠陥が少なくなって結晶性が向上することが知られている。しかし、窒化物半導体は格子整合する基板が現在世の中に存在しないことから、一般にサファイア、スピネル、炭化ケイ素のような窒化物半導体と格子整合しない基板の上に成長されている。
【０００３】
ＧａＮバルク結晶を作製する試みは、様々な研究機関において成されているが、未だに数ミリ程度のものしか得られたという報告しかされておらず、実用化には程遠い状態である。
【０００４】
ＧａＮ基板を作製する技術として、例えば特開平７−２０２２６５号公報、特開平７−１６５４９８号に、サファイア基板の上にＺｎＯよりなるバッファ層を形成して、そのバッファ層の上に窒化物半導体を成長させた後、バッファ層を溶解除去する技術が記載されている。
【０００５】
しかしながらサファイア基板の上に成長されるＺｎＯバッファ層の結晶性は悪く、そのバッファ層の上に窒化物半導体を成長させても良質の窒化物半導体を得ることは難しい。さらに、薄膜のＺｎＯよりなるバッファ層を溶解除去するのは非常に長時間を要し実用は難しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、発光効率や受光効率の高い窒化物半導体素子が作製できる  結晶性の良い窒化物半導体からなる基板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
２層構造を有する窒化物半導体基板の製造方法であって、窒化物半導体と格子整合しない第１の基板上に、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮから選ばれるバッファ層を介してｎ型不純物を含有する窒化物半導体が成長された第１のウェーハと、窒化物半導体と格子整合しない第２の基板上に、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮから選ばれるバッファ層を介して前記第１の基板上の窒化物半導体とは膜厚が異なり、ノンドープ、若しくはｎ型不純物を含有する窒化物半導体が成長された第２のウェーハであり、前記第１のウェーハの窒化物半導体のキャリア濃度は、前記第２のウェーハの窒化物半導体のキャリア濃度と異なる第１のウェーハと第２のウェーハとを用意し、窒化物半導体の分解圧以上に加圧された窒素雰囲気中でウェーハを加熱することにより、前記第１のウェーハと前記第２のウェーハとをそれぞれの窒化物半導体同士を接着し、その後、前記第１のウェーハと前記第２のウェーハのどちらかの基板であって、膜厚の薄い窒化物半導体が成長された基板側を先に研磨して、第１の基板と第１の基板上のバッファ層と第２の基板と第２の基板上のバッファ層とを除去することにより、キャリア濃度が高いｎ＋層とキャリア濃度が低いｎ−層からなる窒化物半導体基板を形成することを特徴とする。
また、前記窒化物半導体は、ＧａＮであり、前記接着は、０．０１気圧以上に加圧された窒素雰囲気中で８００℃以上の温度でウェーハを加熱することにより行われることが好ましい。また、前記第１及び第２の基板は、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＧａＰから選択されることが好ましい。
【０００８】
さらに、本発明の窒化物半導体基板は、前記窒化物半導体層は、ノンドープ、若しくはｎ型不純物を１×１０１９／ｃｍ３以下でドープしたものであることを特徴とする。
【０００９】
また本発明の窒化物半導体基板において、前記ｎ型不純物はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓの中から選択される少なくとも一種であることを特徴とする。さらに、前記窒化物半導体層は、２軸結晶法によるＸ線ロッキングカーブの半値幅が１５分以下であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法において、窒化物半導体を成長させる第１の基板、及び第２の基板には、従来提案されている窒化物半導体が成長できる基板であって、窒化物半導体よりなる基板を除いた基板であればどのような基板を使用しても良く、例えばサファイア、スピネル、ＳｉＣ等が多用され、その他、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＧａＰ等があり、また特開平２−２２９４７５公報に記載される窒化物半導体に格子整合した酸化物基板を用いることができる。
【００１１】
窒化物半導体を成長させるには、例えばＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）等の従来より知られている気相成長法を用いることができる。
【００１２】
基板上に窒化物半導体を成長させるには、まず基板に接して、０．１μｍ以下の膜厚でＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等のバッファ層を成長させることが望ましい。バッファ層は例えば特開平４−２９７０２３号公報において詳説されている。
【００１３】
次に基板上に成長させる窒化物半導体は最も好ましくはノンドープ、若しくはｎ型不純物を１×１０19／cm3以下でドープしたＧａＮを成長させる。ｎ型不純物はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等の第４族元素の内の少なくとも一種を選択し、特に好ましくはＳｉ、Ｇｅを用いる。窒化物半導体の膜厚は５０μｍ以上、さらに好ましくは８０μｍ以上、最も好ましくは１００μｍ以上で成長させる。上限については特に限定しないが２００μｍ以下が望ましい。またｎ型不純物のドープ量が１×１０19／cm3を超えると基板となる結晶性の良い窒化物半導体が成長させにくい。なお結晶性が良いとは、例えば２軸結晶法によるＸ線ロッキングカーブの半値幅が１５分以下の窒化物半導体を指す。
【００１４】
次に２枚の基板上にそれぞれ成長された窒化物半導体を接着するには、例えばウェーハ接着の方法を用いることが望ましい。ウェーハ接着とは、成長された窒化物半導体の表面をエッチング、研磨等の手法により、鏡面で、平坦な面とした後、その平坦な面同士を張り合わせて、加圧及び加熱によって接着する技術である。加圧は適当な治具を用いて固定すれば達成できる。このようにウェーハ接着すると窒化物半導体層と、対向する窒化物半導体層との界面には他の物質が介在しないので、両窒化物半導体のキャリア濃度、移動度、抵抗率等が同じであれば、それらの特性の均一な基板が得られやすい。また後に述べるように、意図的にキャリア濃度等の異なる基板を作製しても良い。
【００１５】
特に好ましくは接着する工程は、窒化物半導体の分解圧以上に加圧された窒素雰囲気中でウェーハを加熱することが望ましい。加熱温度は６００℃以上、さらに好ましくは８００℃以上で加熱する。ＧａＮの場合、ＧａＮの分解圧は８００℃で約０．０１気圧、１０００℃で約１気圧、１１００℃で約１０気圧程度である。そのため窒素雰囲気中で、ＧａＮの分解圧以上で加圧しながら加熱すると、ＧａＮ中からＮが抜けるのを防止するとともに、接着状態の良い基板を提供することができる。
【００１６】
【実施例】
以下実施例で本発明を詳説する。図１乃至図３は本発明の方法を説明するためのウェーハの構造を示す模式断面図であり、実施例における本発明の各工程を説明するものである。
【００１７】
［実施例１］
図１に示すようにサファイア基板１、１’上にＧａＮよりなるバッファ層２、２’を２００オングストロームの膜厚で成長させ、その上に窒化物半導体層３、３’を成長させた第１のウェーハ（ａ）、第２のウェーハ（ｂ）とを用意する。
窒化物半導体は以下のようにしてＭＯＶＰＥ法により成長させた。
【００１８】
２インチφ、厚さ４００μｍのサファイア（Ｃ面）よりなる基板１を反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
【００１９】
続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００２０】
続いて温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、キャリア濃度１×１０18／cm3のノンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層３を１５０μｍの膜厚で成長させる。成長後温度を室温まで戻し、ウェーハを反応容器から取り出し、これを第１のウェーハ（ａ）とする。次に、サファイア基板１’に対しても同様の操作を行い、さらにＳｉドープでキャリア濃度５×１０１８／ｃｍ３として、膜厚を１２０μｍとする。これを第２のウェーハ（ｂ）とする。
【００２１】
次に第１のウェーハ（ａ）と第２のウェーハ（ｂ）とを研磨装置に移送し、ＧａＮの表面を数百オングストローム、ポリシングして鏡面状とする。
【００２２】
ポリシング後、図２に示すように第１のウェーハＧａＮ層３と、第２のウェーハのＧａＮ層３’とを張り合わせ、耐熱性の治具で強く固定した状態で、アニール装置に移送する。そして窒素雰囲気中２０気圧、１１００℃において、１０分間アニーリングを行う。
【００２３】
そして、それらのＧａＮ３、３’層を張り合わせてアニーリングした後、膜厚の薄いＧａＮ層３’を成長させたサファイア基板１’側を先に研磨して除去する。このように異なる膜厚の窒化物半導体層を成長させた場合、薄い膜厚の窒化物半導体を有する基板側を先に研磨すると、研磨途中でウェーハが割れることが少ない傾向にあるので好ましい。除去後の窒化物半導体層の構造が図３である。なお、バッファ層２は低温で成長させた多結晶層を含む層であるので、研磨時にサファイア基板と同様にラッピング除去する。除去後、露出した両方の基板面をポリシングして鏡面状とする。
【００２４】
また、異なる膜厚の窒化物半導体層を成長させて、意図的にキャリア濃度の異なる基板を作製しても良い。キャリア濃度の異なる基板が作製できると、例えばキャリア濃度の高いｎ＋層をｎ電極形成面として、低いｎ−層をクラッド層とすると、発光効率、受光効率の高い窒化物半導体素子が作製できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によると非常に簡単な操作で結晶性の良いＧａＮ基板を得ることができる。ＧａＮ基板が得られ、この基板の上にｐ−ｎ接合を有する窒化物半導体層を積層して、例えばＬＥＤ、ＬＤのような発光素子を実現すると、従来のように同一面側から同一面側から、ｐ電極、ｎ電極を取り出す必要が無く、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の半導体素子のように基板側から一方の電極が取り出せるので、チップサイズを小さくできる。さらに基板が窒化物半導体と格子整合しているため、格子欠陥が少ない結晶性の良い窒化物半導体が成長しやすくなるので、ＬＤでは素子の寿命が向上する。さらに、従来では絶縁性基板と窒化物半導体の格子不整合を緩和するために、バッファ層を成長させていたが、ＧａＮ基板ができるとバッファ層を成長させる必要が無くなる可能性もある。キャリア濃度の異なる基板を作製することで、例えばキャリア濃度の高いｎ＋層をｎ電極形成面として、低いｎ−層をクラッド層とすると、発光効率や受光効率の高い窒化物半導体素子が作製できる結晶性の良い窒化物半導体からなる基板を提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法の一工程において得られるウェーハの構造を示す模式断面図。
【図２】  本発明の方法の一工程において得られるウェーハの構造を示す模式断面図。
【図３】  本発明の方法の一工程において得られるウェーハの構造を示す模式断面図。
【符号の説明】
１、１’・・・・基板
２、２’・・・・バッファ層
３、３’・・・・ＧａＮ層
【図１】
0004633962.tif 000002
【図２】
0004633962.tif 000003
【図３】
0004633962.tif 000004