(57)【要約】      （修正有）【課題】形成工程を単純化することにより、コストが低減される窒化ガリウム基板の製造方法を提供する。【解決手段】ＨＶＰＥ装置の反応チャンバ内でＨＣｌ及びＮＨ３ガス雰囲気で窒化ガリウム基板１１をエッチングして１０〜１０００ｎｍの厚さの多孔性窒化ガリウム層１１ａを形成するステップを含み、ひいては、単一の反応チャンバ内でインシチュで窒化ガリウム成長層２０を形成するステップをさらに含む窒化ガリウム基板の製造方法。【選択図】図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバ内で塩化水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下に窒化ガリウム層を有する基板の窒化ガリウム層をエッチングして１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さの多孔性窒化ガリウム層を形成するステップを含むことを特徴とする窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項２】
前記窒化ガリウム層を有する基板は、フリースタンディング窒化ガリウム基板であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項３】
前記多孔性窒化ガリウム層を形成するステップの前に、前記反応チャンバ内でサファイア基板に窒化ガリウム層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングは、１０００℃以上の温度で進めることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項５】
前記エッチングは、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）装置によって行うことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項６】
常圧で、前記塩化水素ガスを１００ｓｃｃｍ、前記アンモニアガスを１０００ｓｃｃｍの流量で供給し、バッファガスとして窒素ガスを８０００ｓｃｃｍの流量で供給することを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項７】
反応チャンバ内で塩化水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下に窒化ガリウム層を有する基板の窒化ガリウム層をエッチングして１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さの多孔性窒化ガリウム層を形成するステップと、
前記反応チャンバ内にガリウムソース及び窒素ソースを供給して前記多孔性窒化ガリウム層上に窒化ガリウム成長層を所定厚さに形成するステップと、
を含むことを特徴とする窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項８】
前記窒化ガリウム層を有する基板は、フリースタンディング窒化ガリウム基板であることを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項９】
前記多孔性窒化ガリウム層を形成するステップの前に、前記反応チャンバ内でサファイア基板に窒化ガリウム層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム製造方法。
【請求項１０】
前記エッチングは、１０００℃以上の温度で進めることを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１１】
前記エッチングは、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）装置によって行うことを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１２】
常圧で、前記塩化水素ガスを１００ｓｃｃｍ、前記アンモニアガスを１０００ｓｃｃｍの流量で供給し、バッファガスとして窒素ガスを８０００ｓｃｃｍの流量で供給することを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色またはＵＶ系列の発光素子の基板材料として使われる窒化ガリウム基板の製造に関する多様な方法が提案されている。これらほとんどの従来の方法は、炭化珪素（ＳｉＣ）基板、サファイア基板などの基板に多孔性窒化ガリウムを形成した後、その上に厚い窒化ガリウムを成長させるステップを有する。
【０００３】
Ｍｙｎｂａｅｖａらは、炭化珪素基板上に窒化ガリウムを成長させる方法を提示する。この方法は、多孔性窒化ガリウムを形成するために紫外線刺激雰囲気にＨＦ溶液を利用する。したがって、この方法は、成膜工程以外の別途の湿式エッチング工程が要求され、したがって、クリーニングなどの追加工程が複雑である（非特許文献１参照）。
【０００４】
Ｘｉｕｌｉｎｇ Ｌｉらは、Ｐｔなどの金属を利用した無電極エッチング法によって多孔性窒化ガリウムを形成する方法を提示する。この方法は、やはり別途の金属膜の形成及びエッチング工程を要求するため、工程が複雑である（非特許文献２参照）。
【０００５】
Ｙｕｉｃｈｉ Ｏｓｈｉｍａらは、Ｔｉなどの金属を利用して別途工程によって多孔性窒化ガリウムを形成する。この方法も工程が複雑であり、したがって、コスト面で不利である（非特許文献３参照）。
【非特許文献１】Ｓｔｒａｉｎ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｉｎ ＧａＮ Ｌａｙｅｒｓ ｇｒｏｗｎ ｏｎ ｐｏｒｏｕｓ ＧａＮ ｓｕｂｌａｙｅｒｓ（ＭＲＳ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｊ.Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ.Ｒｅｓ.４,１４（１９９９））
【非特許文献２】Ｉｎ−ｐｌａｎｅ ｂａｎｄｇａｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｐｏｒｏｕｓ ＧａＮ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｗｅｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｔｃｈｉｎｇ（Ｖｏｌｕｍｅ ８０,Ｎｕｍｂｅｒ ６,１１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００２,Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
【非特許文献３】Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ ＧａＮ Ｗａｆｅｒｓ ｂｙ Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ ｗｉｔｈ Ｖｏｉｄ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ（Ｊｐｎ.Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.Ｖｏｌ.４２（２００３）ｐｐ.Ｌ１−Ｌ３ Ｐａｒｔ２,Ｎｏ.１Ａ／Ｂ,１５ Ｊａｎｕａｒｙ ２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、単一のチャンバ内で多孔性窒化ガリウム層を形成する方法を提供することである。
【０００７】
本発明が解決しようとする他の課題は、単一のチャンバ内で窒化ガリウム基板を形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を達成するために、本発明の窒化ガリウム基板の製造方法は、反応チャンバ内で塩化水素ガス及びアンモニアガス雰囲下に窒化ガリウム層を有する基板の窒化ガリウム層をエッチングして１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さの多孔性窒化ガリウム層を形成するステップを含む。
【０００９】
また、本発明の窒化ガリウム基板の製造方法は、前記多孔性窒化ガリウム層を利用した窒化ガリウム成長層を形成するステップを含むものであり、すなわち、反応チャンバ内で塩化水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下に窒化ガリウム層を有する基板の窒化ガリウム層をエッチングして１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さの多孔性窒化ガリウム層を形成するステップと、前記反応チャンバ内にガリウムソース及び窒素ソースを供給して前記多孔性窒化ガリウム層上に窒化ガリウム成長層を所定厚さに形成するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の方法によれば、多孔性窒化ガリウム層を形成するステップ及び厚い窒化ガリウム成長層を形成するステップを含む全工程が単一のチャンバ内でインシチュ（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で進められる。このような本発明の方法は、従来法に比べて非常に単純化される。このように、全工程が一つのチャンバ内で行われるだけでなく、特に、窒化ガリウム層のエッチング及び窒化ガリウム成長層の形成がＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）工程のガスを利用して進められるので、従来法に比べてコスト面で大きく低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の方法は、多様な工程が単一のチャンバ内でインシチュで進められる。
【００１２】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の方法による多孔性窒化ガリウム層の形成及び窒化ガリウム成長層の形成に関する実施例を説明する。
【００１３】
図１Ａに示したように、フリースタンディング窒化ガリウム基板１１を準備する。
【００１４】
図１Ｂに示したように、反応チャンバ内に前記基板１１を装入した後、反応チャンバ内に塩化水素（ＨＣｌ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを投入して前記基板１１の表面をエッチングする。このようなエッチングによれば、図１Ｃに示したように、基板１１の表面に多孔性窒化ガリウム層１１ａが形成される。
【００１５】
図１Ｄに示したように、前記反応チャンバ内に窒化ガリウム成長層の形成ためのソースを供給して通常の方法で前記多孔性窒化ガリウム層１１ａ上に厚い窒化ガリウム成長層２０を形成する。
【００１６】
次の実施例は、フリースタンディング窒化ガリウム基板を使用する前述した実施例とは異なり、窒化ガリウム層がその上面に形成されたサファイア基板を使用する実施例である。
【００１７】
図２Ａに示したように、チャンバ内にサファイア基板１０を装入した後、公知の方法によってサファイア基板１０上に窒化ガリウム層１１’を成長させる。窒化ガリウム層１１’の成長は、前記サファイア基板１０をチャンバ内に装入した後、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガス及びアンモニア（ＮＨ３）ガスを窒素（Ｎ２）バッファガスと共に所定量供給することによって、前記サファイア基板１０上に窒化ガリウム層１１’を形成できる。
【００１８】
図２Ｂに示したように、窒化ガリウム層１１’の形成に次いで、同一チャンバ内に塩化水素（ＨＣｌ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを投入して前記窒化ガリウム層１１’の表面をエッチングする。このようなエッチングによって、図２Ｃに示したように、窒化ガリウム層１１’の表面に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さの多孔性窒化ガリウム層１１ａが形成される。
【００１９】
図２Ｄに示したように、前記反応チャンバ内に窒化ガリウム成長層の形成のためのソースを供給して前記多孔性窒化ガリウム層１１ａ上に厚い窒化ガリウム成長層２０を形成する。
【００２０】
前記の二つの実施例で説明されたように、本発明の方法は、多孔性窒化ガリウム層を形成するための基板として、フリースタンディング窒化ガリウム基板またはサファイア基板など結晶性基板上に形成される窒化ガリウム層を有する基板を利用する。
【００２１】
前記の工程で使われる設備は、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｘｐｉｔａｘｙ）装置であって、この設備内で多孔性窒化ガリウム層及び窒化ガリウム層の成長が連続的になされる。以下、多孔性窒化ガリウムを形成する条件について説明する。窒化ガリウムエッチング及び窒化ガリウム成長は、垂直ＨＶＰＥ装置が利用されるが、前記基板１０または１１を装置内に装入した後、１０００℃以上、具体的には１０６５℃まで昇温した後にエッチングに必要なガスを窒素（Ｎ２）バッファガスと共にチャンバに数分間流す。この時に使われるガスは、塩化水素（ＨＣｌ）ガス及びアンモニア（ＮＨ３）ガスであり、塩化水素ガスは１００ｓｃｃｍ、アンモニアガスは１０００ｓｃｃｍ、そして窒素ガスは８０００ｓｃｃｍほどの流量で供給され、このときの気圧は常圧である。このようなガスの供給により、窒化ガリウム基板または窒化ガリウム層の表面でガリウム（Ｇａ）の分解が起きつつ、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスと水素（Ｈ２）ガスが発生して排気され、その結果、窒化ガリウム層の表面には、所定深さのボイドが発生する。図３は、このようなエッチング条件によって得られた多孔性窒化ガリウム層のＳＥＭイメージである。図３に示したように、窒化ガリウム層上に多孔性窒化ガリウム層が約８μｍほどの厚さで形成されているということが分かる。
【００２２】
このような多孔性窒化ガリウム層の形成に次いで、公知の方法によって多孔性窒化ガリウム層の形成のためにエッチングが進められた前記チャンバ内に塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを適切に供給することによって、前記多孔性窒化ガリウム層上に厚い窒化ガリウム成長層を形成させる。
【００２３】
図４Ａは、多孔性窒化ガリウム層上に厚い窒化ガリウム成長層が形成したサンプルのＳＥＭイメージである。図４Ａで、矢印部分は、多孔性窒化ガリウム層を表す。図４Ｂは、図４Ａに示されたサンプルの多孔性窒化ガリウム層を部分的に拡大したＳＥＭイメージである。図４Ｂで、中央の明るいバンドが多孔性窒化ガリウム層であって、約７μｍほどの厚さを有する。そして、図４Ｃは、前記多孔性窒化ガリウム層をさらに大きく拡大したものであって、多孔性窒化ガリウム層のボイドがよく形成されているということが分かる。
【００２４】
このように形成された多孔性窒化ガリウム層は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さで応力を緩和できる層を形成し、多孔性窒化ガリウム層上への窒化ガリウム成長層の形成時、ストレスを減らす。多孔性窒化ガリウム層の厚さが前記範囲以外の厚さでは、ボイドが大きく発生して窒化ガリウム結晶性の低下及び層のクラックを誘発して安定した多孔性窒化ガリウム層を得難くなる。
【００２５】
このような本願発明の理解を助けるために、幾つかの模範的な実施例が説明され、かつ添付された図面に示されたが、このような実施例は、単に広い発明を例示し、これを制限しないという点が理解されねばならず、そして、本発明は、図示されて説明される制限された工程説明に限定されないという点が理解されねばならない。それは、多様な他の修正が当業者に発生しうるためである。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、大きいスケールの窒化ガリウム基板の製造に適用されうるので、特に、数μｍ以上の厚さの窒化ガリウム基板を経済的に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明の第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程図である。
【図１Ｄ】本発明の第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施例による窒化ガリウムの製造方法の工程図である。
【図２Ｃ】本発明の第２実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程図である。
【図２Ｄ】本発明の第２実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程図である。
【図３】本発明によって製造された多孔性窒化ガリウム層のＳＥＭイメージである。
【図４Ａ】本発明によって製造された多孔性窒化ガリウム層／厚い窒化ガリウム成長層のＳＥＭイメージである。
【図４Ｂ】図４Ａの多孔性窒化ガリウム層を部分的に拡大したＳＥＭイメージである。
【図４Ｃ】図４Ｂに表示された点線の四角枠部分の拡大したＳＥＭイメージである。
【符号の説明】
【００２８】
１１  基板
１１ａ  多孔性窒化ガリウム層
２０  厚い窒化ガリウム成長層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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