Ⅲa族氮化物半导体复合基板、ⅲa族氮化物半导体基板和ⅲa族氮化物半导体复合基板的...的利记博彩app

专利名称：Ⅲa族氮化物半导体复合基板、ⅲa族氮化物半导体基板和ⅲa族氮化物半导体复合基板的 ...的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种IIIA族氮化物半导体复合基板、IIIA族氮化物半导体基板和 IIIA族氮化物半导体复合基板的制造方法。特别涉及一种可以在半导体装置中使用的 IIIA族氮化物半导体复合基板、IIIA族氮化物半导体基板和IIIA族氮化物半导体复合基 板的制造方法。
背景技术：
以往已知如下技术通过将在表面形成GaN层的蓝宝石基板切断成4mmX5mm的尺 寸，准备形成的多个切断片，然后通过将两个切断片的GaN层一侧的面互相对合而密合后， 在氮气或氢气氛围气下，实施热处理来将两切断片熔合(例如，参照非专利文献1)。由非专利文献1记载的技术，在限定贴合前切断片的表面为1 P mX 1 ii m的范围内 的表面粗糙度的平方平均值(RMS)为26人的情况时，在该贴合界面上产生空隙等，但是RMS 为10 A时，不产生空隙等。非专利文献1 :T. Tokuda等，日本应用物理期刊(Japanese Journal of Applied Physics),39(2000)，L57
发明内容
但是，非专利文献1中记载的技术讨论的是4mmX5mm左右的小片，并没有考虑大 面积晶片表面的长周期性的粗糙度，在使用直径为50. 8mm(2英寸)以上的面积晶片时，有 在贴合界面上产生空隙等情况。因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制在IIIA族氮化物半导体层之间的贴 合界面的空隙等发生的IIIA族氮化物半导体复合基板、IIIA族氮化物半导体基板和IIIA 族氮化物半导体复合基板的制造方法。本发明为达到上述目的，提供一种IIIA族氮化物半导体复合基板，其具有由熔点 为1100°C以上的导电性材料形成的基材、设置在基材上的IIIA族氮化物层和设置在IIIA 族氮化物层上的IIIA族氮化物单晶膜，IIIA族氮化物层在IIIA族氮化物层的与IIIA 族氮化物单晶膜相接的面上，具有由周期性的凹凸形成的波纹，该波纹的0. l(/i!m)以上 但小于l(/iim)的空间波长区域(spectral wavelength region)内的一元功率谱密度 (1-dimensional power spectral density)为小于 500nm3。另外，上述IIIA族氮化物半导体复合基板的IIIA族氮化物单晶膜在IIIA族氮 化物单晶膜的与IIIA族氮化物层相接的面上，具有由周期性的凹凸形成的波纹，该波纹的 0. 1 (/ u m)以上但小于1 (/y m)的空间波长区域内的一元功率谱密度为小于500nm3。另外，上述IIIA族氮化物半导体复合基板的基材由钨、钼、钽、铌、钒、镍、钛、铬 和锆组成的群中选出的材料来形成，IIIA族氮化物层和IIIA族氮化物单晶膜分别由以 AlxInyGai_x_yN(0彡x彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)表示组成的IIIA族氮化物化合物半导
3体来形成。上述IIIA族氮化物半导体复合基板的直径可以为2英寸以上。本发明为达到上述目的，提供一种IIIA族氮化物半导体基板，为具有正面和背面 的IIIA族氮化物半导体基板，正面或背面的任何一面或双方具有由周期性的凹凸形成的 波纹，该波纹的0.1 (/ym)以上但小于l(/ym)的空间波长区域内的一元功率谱密度为小 于 500nm3。另夕卜，上述IIIA族氮化物半导体基板可以由以AlxInyGai_x_yN(0彡x彡1， O^y^ 1)表示组成的IIIA族氮化物化合物半导体来形成。本发明为达到上述目的，提供一种IIIA族氮化物半导体复合基板的制造方法，包 括准备具有IIIA族氮化物层的基材的基材准备工序，研磨基材的IIIA族氮化物层表面 的第1研磨工序，准备IIIA族氮化物单晶的单晶准备工序，研磨IIIA族氮化物单晶表面的 第2研磨工序，通过从IIIA族氮化物单晶的表面向IIIA族氮化物单晶的内部注入原子、在 IIIA族氮化物单晶内部形成破损层的破损层形成工序；将基材的IIIA族氮化物层的被研 磨的表面和11IA族氮化物单晶的被研磨的表面进行熔合的熔合工序；在第1研磨工序后得 到的IIIA族氮化物层表面和第2研磨工序后得到的IIIA族氮化物单晶表面的二者上分别 具有由周期性的凹凸形成的波纹，该波纹的0. l(/i!m)以上但小于l(/ym)的空间波长区 域内的一元功率谱密度为小于500nm3。根据本发明的IIIA族氮化物半导体复合基板、IIIA族氮化物半导体基板和IIIA 族氮化物半导体复合基板的制造方法，提供一种能够抑制贴合界面的空隙等发生的IIIA 族氮化物半导体复合基板、IIIA族氮化物半导体基板和IIIA族氮化物半导体复合基板的 制造方法。


图1为本发明实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板示意的截面图。图2为显示本发明实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板制造流程的图。图3为显示本发明实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板制造流程的图。图4为显示实施例和比较例涉及的IIIA族氮化物复合基板功率谱密度的分析结 果的图。符号说明1 IIIA族氮化物复合基板5 带IIIA族氮化物基体的基材10 基材20 IIIA族氮化物晶层20a 表面22 IIIA族氮化物晶层30 IIIA族氮化物单晶膜30a 表面32 IIIA族氮化物单晶32a 表面
34 分离层34a切断面50 氢原子60 破损层100a、100b 加紧装置110a、110b 螺栓112a、112b 螺母
具体实施例方式作为本实施方式涉及的IIIA族氮化物半导体复合基板的IIIA族氮化物半导体复 合基板1，本发明者是基于进行的以下实验的见解而实现的。首先，本发明者准备了直径2英寸的蓝宝石基板上的氮化镓(GaN)外延晶片和直 径为2英寸的GaN单晶基板。然后用有机溶剂清洗蓝宝石基板上的GaN外延晶片的表面和 GaN单晶基板的表面。在这里，GaN单晶基板的lOymXlOiim范围内的粗糙度的平方平均 值(RMS)为5 A，而蓝宝石基板上的GaN外延晶片的lOiimXlOiim范围内的粗糙度的平方 平均值(RMS)为8 A。然后，将蓝宝石基板上的GaN外延晶片的平坦表面和GaN单晶基板的平坦表面进 行密合。相对于密合面，在施加有50kgf/cm2的力的状态下，在1000°C实施30分钟的热处 理。另外，热处理是在氮气和氢气的氛围气下实施的。由此，得到贴合有GaN外延晶片和 GaN单晶基板的复合基板。但是，切断该复合基板，观察其截面的结构，确认出在贴合界面上 的多个空隙状缺陷。本发明者反复进行多次同样的实验，确认出在贴合界面上发现多个空 隙状缺陷的情况和没有发现那么多的情况。本发明者对即使蓝宝石基板上的GaN外延晶片表面和GaN单晶基板表面的RMS粗 糙度都非常小，在复合基板的贴合界面观察到空隙状缺陷情况(以下，称为“失败情况”)和 没有观察到那么多的情况(以下，称为“成功的情况”)的原因，用各种各样的方法进行评 价、比较。其结果发现在成功的情况和失败的情况中，在晶片表面的“功率谱密度”产生大的差。功率谱是功率谱密度作为表面粗糙度的空间频率数的函数而定义的，功率谱密度 为功率(粗糙度振幅的平方值)除以粗糙度的空间频率数(凹凸波长的倒数)而得到的 值。因此，功率谱密度的量纲为长度的立方。晶片表面形状的功率谱可以通过原子力显微 镜(Atomic Force Microscopy :AFM)等测定仪器测定的晶片表面的凹凸形状而得到的测定 结果进行傅里叶变换来求出。然后，由求出晶片表面的功率谱密度的分析方法，可以明显的 观察到在其它分析方法中作为随机的形状而容易被忽略掉的在晶片表面周期性的存在的 凹凸形状的存在。S卩，本发明者发现通过控制晶片表面的“功率谱密度”，可以减少贴合界面的空隙 缺陷，根据这样的见解，完成了以下说明的本发明的实施方式。另外，在本实施方式中，功率谱密度采用一元功率谱密度。其理由是因为相对于 AFM评价结果的x方向(即，悬臂的连续插引方向)的信息而进行傅里叶变换。即，因为在 ATM测定中x方向虽然可靠性高，但是在同一平面内与x方向垂直相交的y方向上，主要由
5空间帽内的压电元件的磁滞现象等得到高可靠性是比较困难的。图1为本发明实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板示意的截面。本实施方式涉及的IIIA族氮化物半导体复合基板1具备由高熔点的导电性材料 形成的基材10、设置在基材10上的作为IIIA族氮化物层的IIIA族氮化物层20和设置在 IIIA族氮化物层20上的IIIA族氮化物单晶膜30。基材 10基材10由熔点为1100°C以上的高熔点的导电性材料而形成。作为导电性材料可 以使用金属材料。金属材料例如可以使用熔点为3410°C的钨、熔点为2610°C的钼。进一 步，作为金属材料可以使用钽(熔点3000°C)、铌(熔点2468°C)、钒(熔点1700°C)、镍 (熔点1453°C )、钛(熔点1668°C )、铬(熔点1875°C )、锆(熔点1852°C )等。另夕卜， 基材10从上面看可以成形为大约圆形或大约矩形等形状。进一步，基材10从上面看具有 大约圆形的形状时，直径可以为2英寸、3英寸、4英寸等大小，从上面看具有大约矩形形状 时，外接圆的直径可以为2英寸、3英寸、4英寸等大小。另外，基材10可以由互相不同的金 属材料的层积体来形成。在这里，基材10的表面，即，IIIA族氮化物层20相接的表面也可以具有由周期性 的凹凸形成的波纹。这时，该波纹的0.1 (/ym)以上但小于l(/ym)的空间波长区域内的 一元功率谱密度控制为小于500nm3。IIIA族氮化物层20IIIA族氮化物层20由以AlJnyGah-yMO彡x彡1，0彡y彡1，0彡x+y彡1)表 示组成的IIIA族氮化物化合物半导体来形成。该IIIA族氮化物化合物半导体例如为GaN、 氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、AlaiInaiGa(1.8N等。另外，IIIA族氮化物层20在作为IIIA族 氮化物层20的与IIIA族氮化物单晶膜30相接的面的表面20a上，具有由周期性的凹凸形 成的波纹。这里，该波纹的0.1 (/ym)以上但小于l(/ym)的空间波长区域内的一元功率 谱密度控制为小于500nm3。另外，IIIA族氮化物层20在IIIA族氮化物层20的与基材相 接的面上，也可以具有与表面20a具有的由周期性的凹凸形成的波纹同样的波纹。这种情 况下，该波纹的0.1 (/ym)以上但小于l(/ym)的空间波长区域内的一元功率谱密度也控 制为小于500nm3。IIIA族氮化物单晶膜30IIIA族氮化物单晶膜30与IIIA族氮化物层20同样的以AlxInyGai_x_yN(0彡x彡1，
表示组成的IIIA族氮化物化合物半导体来形成。IIIA族氮化物单 晶膜30在作为IIIA族氮化物单晶膜30的与IIIA族氮化物层20相接的面的表面30a上， 具有由周期性的凹凸形成的波纹。这里，该波纹的0. l(/i!m)以上但小于l(/ym)的空间波 长区域内的一元功率谱密度控制为小于500nm3。另外，IIIA族氮化物单晶膜30在表面30a 对向的面，即，背面也可以具有由周期性的凹凸形成的波纹。这种情况下，该波纹的0. 1(/ um)以上但小于l(/ym)的空间波长区域内的一元功率谱密度也控制为小于500nm3。艮口， 本实施方式的IIIA族氮化物单晶膜30在表面30a或表面30a和背面的双方具有由周期性 的凹凸形成的波纹。IIIA族氮化物复合基板1的制造工序图2和图3为显示本发明实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板制造流程的图。
首先，如图2(a)所示，准备具有IIIA族氮化物晶层22的基材10 (基材准备工 序)。具体的，在基材10上使用氢化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) 法)、金属有机化合物化学气相沉积(Metal Organic Compound Chemical Vapor Deposition (M0CVD))法等，在基材10上成长IIIA族氮化物晶层22。然后，研磨IIIA族氮化物晶层22的表面(第1研磨工序)。由此，如图2(b)所 示，形成带IIIA族氮化物晶层的基材5，该基材5具备具有由周期性的凹凸形成的波纹而形 成的表面20a的IIIA族氮化物晶层20。在这里，该波纹的0.1 (/ym)以上但小于l(/ym) 的空间波长区域内的一元功率谱密度为小于500nm3。在表面20a上形成波纹的第1研磨工序可以用以下的方法来实施。首先，准备可 以真空吸附的载台。然后，使IIIA族氮化物晶层22侧，即，IIIA族氮化物晶层22的表面与 载台接触，进行真空卡盘固定。接下来，以lOOOrpm以上3000rpm以下程度的旋转速度，旋 转吸附在载台上的由基材10和IIIA族氮化物晶层22构成的基板(以下，称为“工作板”)， 将粘度n小的蜡(例如，100°C，n < loocp)供给到基材io的背面侧。然后，持续旋转10秒到30秒，使工作板上的蜡的厚度为大致均一化。然后，停止旋 转，通过加热工作板(例如灯加热)，使含在蜡中的有机溶剂充分蒸发(蜡涂布工序)。接下 来，上下翻转吸附有工作板的载台，将蜡涂布面按压在加热到100°c以上的粘贴板上。在该 状态下解除真空吸附，除去载台。然后，使用气囊盘(air bag stamp)，在lkgf/cm2以上的 压力下，从IIIA族氮化物晶层22侧按压工作板到粘贴板上，将工作板固定在粘贴板上(工 作板固定工序)。这里，粘贴板表面的面粗糙度Ra优选为lPm以上20 ym以下。另外，对 于基材10的背面，优选预先实施研磨等使面粗糙度Ra为1 P m以上20 y m以下。然后，通过对固定在粘贴板的工作板表面，S卩，IIIA族氮化物晶层22的表面使用 平板来实施研磨(研磨实施工序)，可以形成具有由周期性的凹凸形成的波纹的表面20a。 另外，对于平板使用没有弹性变形的金属平板(例如，锡平板)。由此，得到带IIIA族氮化 物晶层的基材5。然后，如图2 (c)所示，准备作为IIIA族氮化物单晶基板的IIIA族氮化物单晶 32(单晶准备工序)。IIIA族氮化物单晶32由以AlxInyGai_x_yN(0彡x彡1，0彡y彡1， 0 ^ x+y ^ 1)表示组成的IIIA族氮化物化合物半导体来形成。作为IIIA族氮化物单晶32的制造方法可以使用例如制造方法。首先，在蓝宝石 基板、GaAs基板、GaN基板等基底基板上，使用HVPE法，外延生长具有300 u m以上厚度的低 位错密度的IIIA族氮化物单晶层。然后，从基底基板上剥离外延生长的IIIA族氮化物单 晶层。由此，可以制造IIIA族氮化物单晶32。另外，作为降低上述IIIA族氮化物单晶层的位错密度的技术，可以使用如下的低 位错化技术悬空外延技术(即，在基础基板上使氮化物半导体层成长，使用照相平版印 刷法和干蚀技术，使成长的氮化物半导体残存，或对氮化物半导体层实施槽加工直到露出 基础基板为止，在基础基板上形成图形化的氮化物半导体层后，从图形化的氮化物半导体 层的侧壁向横方向成长氮化物半导体的方法)；横向外延过生长法(Epitaxial Lateral Overgrowth) (EL0法通过在基础基板上形成具有开口部的膜，使氮化物半导体从开口部 择的横方向成长，而形成位错少的IIIA族氮化物单晶层的方法)；刻面引发横向外延 过生长法(Facet Initiated Epitaxial Lateral Overgrowth) (FIEL0 法通过形成由在基础基板上具有开口部的氧化硅等组成的膜，在开口部形成刻面，来改变位错的传送方 向，降低从基础基板侧到外延成长层的上面的贯穿位错的方法)；刻面控制横向外延过生 ^^ (Facet Controlled Epitaxial Lateral Overgrowth) (FACELO ^ 长压力等一边控制刻面结构，一边使氮化物半导体选择的横方向成长的方法)、DEEP法 (Dislocation Elimination by the Epi-growth with Inverted-Pyramidal Pits)(通过 使用在GaAs基板上由图形化而形成的氮化硅等组成的膜，使IIIA族氮化物单晶成长，而有 意图的形成多个在晶体表面以刻面围成的深坑，通过在深坑的底部使位错集聚，低位错除 了深坑的其它区域的方法)；间隙形成剥离法(Void-Assisted S印aration) (VAS 借助具 有由TiN等金属氮化物组成的网状结构的薄膜，在蓝宝石等基础基板上，使低位错密度的 IIIA族氮化物单晶层成长，通过基础基板和IIIA族氮化物单晶层界面的空隙而容易的剥 离IIIA族氮化物单晶层的方法)等。通过使用以上的低位错化技术，可以得到具有104cm_2以上107cm_2以下的位错密 度的IIIA族氮化物单晶32。另外，该IIIA族氮化物单晶32的(0002)面的X射线锁定曲 线(X-ray locking curve)的半峰宽(FWHM)具有30弧度秒(arcsec)以上300弧度秒以 下这样晶体品质。在这里，IIIA族氮化物单晶32经过与形成上述表面20a工序同样的研磨工序(第 2研磨工序)而形成，具备具有由周期性的凹凸形成的波纹的表面32a。S卩，表面32a具有 0. l(/um)以上但小于l(/ym)的空间波长区域内的一元功率谱密度为小于500nm3的波 纹。另外，IIIA族氮化物单晶32也可以在其背面形成与表面32a的波纹同样的波纹。艮口， IIIA族氮化物单晶32可以在表面32a和背面的任何一面，或双方具有由周期性的凹凸形成 的波纹。接下来，通过从IIIA族氮化物单晶32的表面32a向IIIA族氮化物单晶32的内 部注入规定的原子，在IIIA族氮化物单晶32内部形成破损层60 (破损层形成工序)。例 如，从表面32a侧相对于表面32a注入氢原子50。由此，从表面32a到数百nm深度形成破 损层60。然后，如图3(a)所示，将带IIIA族氮化物晶层的基材5的表面20a和IIIA族氮 化物单晶32的表面32a重合，用加紧装置100a和加紧装置100b来夹持而固定。这种情 况下，使用螺栓110a和螺母112a的一组，以及螺栓110b和螺母112b的一组，对加紧装置 100a和加紧装置100b施加适当的压力。另外，优选加紧装置100a和加紧装置100b，以及 螺栓110a、螺栓110b、螺母112a和螺母112b分别由钼来形成。然后，把将带IIIA族氮化物晶层的基材5的表面20a和IIIA族氮化物单晶32的 表面32a以重合状态保持的加紧装置100和加紧装置100b放置在电炉内，并使电炉内成为 氢气或氮气氛围气。在电炉内实施700°C 1000°C、30分钟的热处理。由此，如图3(b)所 示，得到将带IIIA族氮化物晶层的基材5的表面20a和IIIA族氮化物单晶32的表面32a 熔合的IIIA族氮化物复合基板1 (熔合工序)。另外，如图3 (b)所示，以破损层60为分界， 从IIIA族氮化物复合基板1分离具有切断面34a的分离层34。这样可以制造在IIIA族氮化物晶层20和IIIA族氮化物单晶30的界面没有空隙 或空隙减少的IIIA族氮化物复合基板1。分离层34
8
在这里，IIIA族氮化物单晶32的分离层34的切断面34a是通过在形成的波纹的
0.1 (/ u m)以上但小于l(/ym)的空间波长区域内的一元功率谱密度为小于500nm3的IIIA 族氮化物单晶32的表面层32a中，注入大约均一的氢原子50而形成的切断面。由此，通过 在分离层34的切断面34a上实施蚀刻处理，在分离层34的切断面34a上可以形成由周期 性的凹凸形成的波纹，该波纹的0. l(/i!m)以上但小于l(/ym)的空间波长区域内的一元 功率谱密度可以为小于500nm3。另外，该蚀刻处理是例如在保持在230°C以上的磷酸和硫 酸的混合液中，实施1个小时左右的蚀刻处理。磷酸和硫酸的混合比作为一个例子为体积 比为1 1。实施有蚀刻处理的分离层34可以作为本实施方式涉及的IIIA族氮化物单晶 32而再次利用。另外，IIIA族氮化物通常为纤锌矿型结构，因此在c轴方向上具有极性。由此，在 带IIIA族氮化物晶层的基材5上熔合与c轴垂直相交的晶面(即，c面)来制造IIIA族 氮化物复合基板1时，在最终得到的IIIA族氮化物复合基板1的表面(即，在IIIA族氮化 物点晶膜30外部露出的主面)，通过使某个极性露出，而使注入氢原子50的面不同。即，对 于在IIIA族氮化物单晶32的表面32a和背面的任何一个面上是否形成由周期性的凹凸形 成的波纹，会因在最终得到的IIIA族氮化物复合基板1的表面露出何何极性而不同。S卩，制作IIIA族极性面的基板时，在IIIA族氮化物单晶32的表面32a上使N极 性面露出，在N极性面上形成由周期性的凹凸形成的波纹。然后，从具有波纹的N极性面侧 注入氢原子50。而另一方面，制作VA族极性面的基板时，在IIIA族氮化物单晶32的表面 32a上使Ga极性面露出，在Ga极性面形成由周期性的凹凸形成的波纹。然后，从具有波纹 的Ga极性面侧注入氢原子50。另外，制作R面基板和(112-2)面基板的情况由于正反面 的极性不同，因此考虑正反面的极性差异而从规定的面侧注入氢原子。但是，制作M面基板 和a面基板时，由于在基板的法线方向没有极性，因此不需要这样的考虑。而另一方面，使 用设置有离角(off-angle)的c轴方向成分的IIIA族氮化物单晶32时，由于可以区别正 反，因此可以与上述同样的基于在最终得到的IIIA族氮化物复合基板1的表面是否露出正 反的哪一个面，来决定注入氢原子50的面。实施方式的效果本实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板1由于在IIIA族氮化物晶层20的表 面20a和IIIA族氮化物单晶膜30的表面30a的两者，形成0. 1 (/ y m)以上但小于1 (/ y m) 的空间波长区域内的一元功率谱密度为小于500nm3的波纹，因而可以降低贴合界面的空隙 的发生。由此，相对于IIIA族氮化物复合基板1，即使实施研磨等的机械加工，也可以抑制 贴合界面的剥离，同时，即使在室温和1000°C等高温之间升降温度，也可以抑制贴合界面的 剥离。即，本实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板1，可以在IIIA族氮化物半导体装 置制造中使用的同时，由于具有长周期性粗糙度而形成贴合界面，因此，可以提供作为直径 为2英寸以上大口径的IIIA族氮化物复合基板1。然后，本实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板1是直径为2英寸以上的大口 径，由于在廉价的带IIIA族氮化物晶层的基材6上抑制空隙的发生等而使高品质的IIIA 族氮化物半导体单晶熔合，因而可以提供一种廉价的且高品质的IIIA族氮化物复合基板
1。另外，由本实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板1，由于抑制贴合界面的剥离等，因此该贴合界面的电导和热传导为良好。另外，本实施方式涉及的IIIA族氮化物复合基板1由于使用具有导电性且由高熔 点材料组成的基材10，因此，可以在装置制作工序中所包括的数百度这样比较高的温度的 热处理工序的IIIA族氮化物半导体装置的制作中使用IIIA族氮化物复合基板1。另外，作 为IIIA族氮化物半导体装置，例如可以举出高输出激光器二极管、高辉度发光二级管或高 频率电子装置等。实施例图4为显示实施例和比较例涉及的IIIA族氮化物复合基板功率谱密度的分析结 果的图。分别对以下论述的实施例1到3和比较例1到3，通过AFM测定由制作而得到的 IIIA族氮化物复合基板表面的10 y mX 10 y m范围。然后，基于测定结果分析功率谱密度的 结果为图4所示的曲线。图4中，横轴为空间频率数(/ym)，纵轴为功率谱密度(nm3)。另 外，表1显示图4所示各数据点中主要数据点的值。表 1 以下分别详细的说明实施例1 3和比较例1 3。实施例1实施例1涉及的IIIA族氮化物复合基板1根据实施方式中说明的制造方法，如下 这样的制作。首先，在由直径为2英寸的钼构成的基材上使用HVPE法，堆积厚度为lOOym 的GaN的多晶层。在这里，对由钼构成的基材背面实施研磨使背面Ra为3 ym。然后通过对 堆积的多晶层实施镜面研磨，成为10 ym的厚度。由此，得到实施例1涉及的带IIIA族氮 化物晶层的基材。在这里，研磨的条件如下。首先，使用具有100°C下60cp粘度的蜡，实施蜡涂布 工序。然后，在蜡涂布工序后的工作板固定工序中，设定对粘贴板的工作板的粘贴温度为 100°C。在这里，向粘贴板固定工作板是在3kgf/cm2的压力下实施的。另外，使用具有10 ym 的表面Ra的粘贴板。然后，在研磨实施工序中使用锡平板。分析得到的实施例1涉及的带IIIA族氮化物晶层的基材表面的功率谱密度。其 结果如图4(a)所示，例如，空间频率数为0.1(/i!m)时的功率谱密度为72.6(nm3)，空间频率数为1.0(/i!m)时的功率谱密度为44. 5 (nm3)，空间频率数为12.8(/i!m)时的功率谱密 度为 1.57(nm3)。然后，准备直径为2英寸、厚度为5mm的GaN单晶(具体的，厚度方向的晶轴为c 轴的单晶)，在与上述研磨条件同样的条件下研磨该GaN单晶的N极性面。用AFM评价该 研磨表面的功率谱密度。其结果如图4(b)所示，例如，空间频率数为0. l(/i!m)时的功率 谱密度为73. 9 (nm3)，空间频率数为1. 0 (/ y m)时的功率谱密度为9. 7 (nm3)，空间频率数为 12. 8 (/ u m)时的功率谱密度为1. 08 (nm3)。然后，相对于在该N极性面实施研磨的GaN单晶的N极性面，在室温下，在50keV 下以3X1017cnT2的剂量注入氢原子。然后，将注入氢原子后的具有N极性面的GaN单晶和 实施例1涉及的带IIIA族氮化物晶层的基材的表面重合，施加50kgf/cm2的压力，用加紧 装置固定。在该状态下投入到电炉中，氮气氛围气、800°C、实施30分钟的热处理。热处理 后，将重合的基板冷却至室温。然后，从电炉中取出重合的基板，除去加紧装置时，由氢原子 的注入而形成的破损层作为界面，分离为IIIA族氮化物复合基板和分离层。由此，得到直 径为2英寸的、由以Ga极性面为主面的GaN单晶膜和钼的基材10夹持IIIA族氮化物晶层 的实施例1涉及的IIIA族氮化物复合基板。比较例1对实施例1分离而得到的GaN单晶(即，分离层)的切断面，分析功率谱密度。其 结果如图4(c)所示，例如，空间频率数为0. l(/iim)时的功率谱密度为801 (nm3)，空间频率 数为1. 0 (/ y m)时的功率谱密度为662 (nm3)，空间频率数为12. 8 (/u m)时的功率谱密度为 4. 92 (nm3)。然后，对该GaN单晶的切断面侧，在室温下，在50keV下以3X 1017cm_2的剂量注入 氢原子。然后，在经过与实施例1同样工序而准备的由钼构成的基材10上，使设置GaN层 的带IIIA族氮化物晶层的基材表面和GaN单晶的切断面重合，施加50kgf/cm2的压力，用 加紧装置固定。在该状态下投入到电炉中，氮气氛围气、800°C、实施30分钟的热处理。热 处理后，将重合的基板冷却至室温。然后，从电炉中取出重合的基板，除去加紧装置时，由氢 原子的注入而形成的破损层作为界面，分离为IIIA族氮化物复合基板和分离层。由此，得 到直径为2英寸的、由以Ga极性面为主面的GaN单晶膜和钼的基材10夹持IIIA族氮化物 晶层的比较例1涉及的IIIA族氮化物复合基板。比较例2比较例2涉及的IIIA族氮化物复合基板如下的制作。首先，在由直径为2英寸的 钼构成的基材上使用HVPE法，堆积厚度为lOOym的GaN的多晶层。在这里，对由钼构成 的基材背面进行研磨使背面Ra为0. 1 y m。然后通过对堆积的多晶层实施镜面研磨，成为 10 P m的厚度。由此，得到比较例2涉及的带IIIA族氮化物晶层的基材。在这里，研磨的条件如下。首先，使用具有100°C下1300cp粘度的蜡，实施蜡涂 布工序。然后，在蜡涂布工序后的工作板固定工序中，设定对粘贴板的工作板的粘贴温度 为70°C。在这里，向粘贴板固定工作板是在0.9kgf/cm2的压力下实施的。另外，使用具有 0.1 um的表面Ra的粘贴板。然后，在研磨实施工序中使用树脂制的平板(树脂平板)。分析得到的比较例2涉及的带IIIA族氮化物晶层的基材表面的功率谱密度。其 结果如图4(d)所示，例如，空间频率数为0. l(/i!m)时的功率谱密度为854(nm3)，空间频率数为1.0(/i!m)时的功率谱密度为35.4 (nm3)，空间频率数为12.8(/i!m)时的功率谱密度 为 0. 852 (nm3)。然后，准备直径为2英寸、厚度为5mm的GaN单晶(具体的，厚度方向的晶轴为c 轴的单晶)，与实施例1同样地研磨该GaN单晶的N极性面。接下来，相对于具有研磨后的 N极性面的GaN单晶的N极性面，在室温下，在50keV下以3X 1017cm_2的剂量注入氢原子。 然后，将注入氢原子后的具有N极性面的GaN单晶和比较例2涉及的带IIIA族氮化物晶层 的基材的表面重合，施加50kgf/cm2的压力，用加紧装置固定。在该状态下投入到电炉中， 氮气氛围气、800°C、实施30分钟的热处理。热处理后，将重合的基板冷却至室温。然后，从 电炉中取出重合的基板，除去加紧装置时，由氢原子的注入而形成的破损层作为界面，分离 为IIIA族氮化物复合基板和分离层。由此，得到直径为2英寸的、由以Ga极性面为主面的 GaN单晶膜和钼的基材10夹持IIIA族氮化物晶层的比较例2涉及的IIIA族氮化物复合基 板。比较例3准备直径为2英寸、厚度为5mm的GaN单晶(具体的，厚度方向的晶轴为c轴的单 晶)，在以下的研磨条件下研磨该GaN单晶的N极性面。首先，使用具有100°C下1300cp粘 度的蜡，实施蜡涂布工序。然后，在蜡涂布工序后的工作板固定工序中，设定对粘贴板的工 作板的粘贴温度为70°C。在这里，向粘贴板固定工作板是在0. 9kgf/cm2的压力下实施的。 另外，由钼制成基材的背面和粘贴板表面Ra使用为0. lym的物质。然后，在研磨实施工序 中使用树脂平板。然后，研磨后的表面中，对lOiimXIOilm的范围使用AFM分析功率谱密度。其结 果如图4(e)所示，例如，空间频率数为0.1(/i!m)时的功率谱密度为2101 (nm3)，空间频率 数为1.0(/i!m)时的功率谱密度为10. l(nm3)，空间频率数为12.8(/i!m)时的功率谱密度 为 1. 84 (nm3)。接下来，相当于研磨面，在室温下，在50keV下以3X1017cm_2的剂量注入氢原子。 然后，使具有注入氢原子后的研磨面的GaN单晶和与实施例1同样预先准备的由钼构成的 基材上形成有多晶GaN层的基板的表面重合，施加50kgf/cm2的压力，用加紧装置固定。在 该状态下投入到电炉中，氮气氛围气、800°C、实施30分钟的热处理。热处理后，将重合的基 板冷却至室温。然后，从电炉中取出重合的基板，除去加紧装置时，由氢原子的注入而形成 的破损层作为界面，分离为IIIA族氮化物复合基板和分离层。由此，得到直径为2英寸的、 由以Ga极性面为主面的GaN单晶膜和钼的基材10夹持IIIA族氮化物晶层的比较例3涉 及的IIIA族氮化物复合基板。实施例2对实施例1分离而得到的GaN单晶(即，分离层)的切断面实施蚀刻处理。蚀刻 处理是使用230°C的热磷酸硫酸(组成1 1)作为蚀刻剂，实施1小时的处理。使用AFM 来评价由此得到的蚀刻后切断面的功率谱密度。其结果如图4(f)所示，例如，空间频率数 为0.1(/i!m)时的功率谱密度为307(nm3)，空间频率数为l.OC/ym)时的功率谱密度为 72. 0 (nm3)，空间频率数为12. 8 (/ u m)时的功率谱密度为1. 73 (nm3)。然后，对蚀刻后的切断面侧，在室温下，在50keV下以3X 1017cm_2的剂量注入氢原 子。接下来，在经过与实施例1同样工序而准备的由钼构成的基材10上设置GaN层的带
12IIIA族氮化物晶层的基材表面和GaN单晶蚀刻后的切断面重合，施加50kgf/cm2的压力，用 加紧装置固定。在该状态下投入到电炉中，氮气氛围气、800°C、实施30分钟的热处理。热 处理后，将重合的基板冷却至室温。然后，从电炉中取出重合的基板，除去加紧装置时，由氢 原子的注入而形成的破损层作为界面，分离为IIIA族氮化物复合基板和分离层。由此，得 到直径为2英寸的、由以Ga极性面为主面的GaN单晶膜和钼的基材10夹持IIIA族氮化物 晶层的实施例2涉及的IIIA族氮化物复合基板。实施例3在以下的研磨条件下，研磨直径为2英寸、厚度为5mm的GaN单晶(具体的，厚度 方向的晶轴为c轴的单晶)的Ga极性面。首先，使用具有100°C下60cp粘度的蜡，实施蜡 涂布工序。然后，在蜡涂布工序后的工作板固定工序中，设定对粘贴板的工作板的粘贴温度 为100°C。在这里，向粘贴板固定工作板是在3kgf/cm2的压力下实施的。另外，使用由钼构 成的基材背面的背面Ra为3 y m，粘贴板表面的Ra为10 y m的粘贴板。然后，在研磨实施工 序中使用锡平板。然后，研磨后的表面中，对lOiimXlOiim的范围使用AFM分析功率谱密度。其结 果如图4(g)所示，例如，空间频率数为0. l(/iim)时的功率谱密度为499 (nm3)，空间频率数 为1.0(/i!m)时的功率谱密度为8. 78 (nm3)，空间频率数为12.8(/i!m)时的功率谱密度为 1. 20 (nm3)。接下来，相当于研磨面，在室温下，在50keV下以3X1017cm_2的剂量注入氢原子。 然后，使具有注入氢原子后的研磨面的GaN单晶和与实施例1同样预先准备的由钼构成的 基材上形成有多晶GaN层的基板表面重合，施加50kgf/cm2的压力，用加紧装置固定。在该 状态下投入到电炉中，氮气氛围气、800°C、实施30分钟的热处理。热处理后，将重合的基板 冷却至室温。然后，从电炉中取出重合的基板，除去加紧装置时，由氢原子的注入而形成的 破损层作为界面，分离为IIIA族氮化物复合基板和分离层。由此，得到直径为2英寸的、由 以Ga极性面为主面的GaN单晶膜和钼的基材10夹持IIIA族氮化物晶层的实施例3涉及 的IIIA族氮化物复合基板。退火的影响分别相对于在实施例1到3、以及比较例1到3制作的由以Ga极性面为主面的GaN 单晶膜和钼的基材10夹持IIIA族氮化物晶层的IIIA族氮化物复合基板，在1000°C实施一 个小时的氢气、氮气和氨混合氛围气的退火。表2总结了退火后、观察IIIA族氮化物复合 基板的界面(即，IIIA族氮化物晶层和IIIA族氮化物单晶膜的界面)。表2 参照表2，实施例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板全部在界面都没有发生镓 的滴液、破裂和膜剥离。而另一方面，对于比较例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板全部在界面都产生镓的滴液、破裂和膜剥离。IIIA族氮化物复合基板是在IIIA族氮化物单晶膜上制作IIIA族氮化物装置结 构。因此，在实施有退火处理的情况下，在界面没有产生镓的滴液、破裂和膜剥离等问题的 实施例1到3所涉及的IIIA族氮化物复合基板都显示出适合IIIA族氮化物装置的制作。 即，实施例1到3所涉及的IIIA族氮化物复合基板中的任一种，例如，在即使像超过900°C 这样的高温下，也可以抑制基材10和IIIA族氮化物晶层20之间，以及IIIA族氮化物晶层 20和IIIA族氮化物单晶膜30之间的镓的滴液的发生。进一步，实施例1到3涉及的IIIA 族氮化物复合基板的任一种都可以抑制IIIA族氮化物晶层20和IIIA族氮化物单晶膜30 的贴合界面的膜剥离的发生和破裂的发生。另外，实施例1到3涉及的IIIA族氮化物复合 基板的任一种即使是实施机械加工的情况，也可以抑制该贴合界面的膜剥离的发生。然后，对实施例1到3、以及比较例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板的表面上 实施镜面研磨加工。其结果，对于实施例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板可以没有问 题的进行加工。而对于比较例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板在界面产生破裂和膜 剥离。以上，实施例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板的任一种都显示可以适应于 IIIA族氮化物装置的制作。实施例4对于IIIA族氮化物晶层20和IIIA族氮化物单晶膜30的构成材料由InN、A1N、 AluIriuGauN来代替而构成的IIIA族氮化物复合基板，与实施例1到3进行同样的讨论。 其结果，确认出可以得到与实施例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板同样结果。比较实施例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板和比较例3涉及的IIIA族氮化 物复合基板。S卩，参照图5的情况，比较图5的(b)、(f)和(g)以及图5的(e)。在空间频 率数超过^/^!!!)、^^/^!!!)以下的高频率区域内没有明显的差距。但是，在空间频率数 0. l(/um)以上、l(/i!m)以下的低频率区域内，对功率谱密度确认出明显的差。如果参照 图5，在空间频率数为0.1 (/ym)以上l(/i!m)以下的范围内，含有一元功率谱密度为8nm3 以上498. 6nm3以下范围的IIIA族氮化物复合基板显示可以在IIIA族氮化物装置的制作 中使用。另外，在该空间频率数的范围内的功率谱密度越小越可以得到理想的IIIA族氮化 物复合基板。另外，使用自动搬送机操作实施例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板时，在 IIIA族氮化物复合基板识别上完全没有发生误操作。可以考虑是因为以下理由。即，在自 动搬送机中，作为应被识别对象的表面具有多个空间频率数为长波长成分时，如果对该表 面照射位置检出激光，有自动搬送机的受光部不能适宜的接受在该表面被反射的激光的情 况。但是，由于在实施例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板的表面上露出的IIIA族氮化 物单晶膜的表面具有由周期性的凹凸形成的波纹，该表面的空间频率数的长波长成分少。 由此，在实施例1到3涉及的IIIA族氮化物复合基板中，对表面照射位置检出激光，自动搬 送机的受光部适宜地接受在该表面反射的激光。以上，虽然说明了本发明的实施方式和实施例，但是上述记载的实施方式和实施 例不限定权利要求所涉及的发明。另外，应注意在实施方式和实施例中说明的特征组合的 全部并不一定是用于解决发明的课题所必须的手段。
1权利要求
一种IIIA族氮化物半导体复合基板，其特征在于，包括由熔点为1100℃以上的导电性材料形成的基材，设置在所述基材上的IIIA族氮化物层，设置在所述IIIA族氮化物层上的IIIA族氮化物单晶膜；所述IIIA族氮化物层在所述IIIA族氮化物层的与所述IIIA族氮化物单晶膜相接的面上，具有由周期性的凹凸形成的波纹，该波纹的0.1(/μm)以上但小于1(/μm)的空间波长区域内的一元功率谱密度为小于500nm3。
2.根据权利要求1所述的IIIA族氮化物半导体复合基板，其中，所述IIIA族氮化物单 晶膜在所述IIIA族氮化物单晶膜的与所述IIIA族氮化物层相接的面上，具有由周期性的 凹凸形成的波纹，该波纹的0. 1(/μπι)以上但小于1(/μπι)的空间波长区域内的一元功率 谱密度为小于500nm3。
3.根据权利要求2所述的IIIA族氮化物半导体复合基板，其中，所述基材由钨、钼、钽、 铌、钒、镍、钛、铬和锆中选出的材料形成，所述IIIA族氮化物层和所述IIIA族氮化物单晶膜分别由以AlxInyGai_x_yN表示组成的 IIIA族氮化物化合物半导体形成，其中，0 < χ彡Ι,Ο^χ+y^ 1。
4.根据权利要求3所述的IIIA族氮化物半导体复合基板，其中，直径为2英寸以上。
5.一种IIIA族氮化物半导体基板，为具有正面和背面的IIIA族氮化物半导体基板， 其特征在于，所述正面以及/或者所述背面具有由周期性的凹凸形成的波纹，所述波纹的 0. 1 (/ μ m)以上但小于1 (/μ m)的空间波长区域内的一元功率谱密度为小于500nm3。
6.根据权利要求5所述的IIIA族氮化物半导体基板，其中，所述IIIA族氮化物半导 体基板由以AlxInyGai_x_yN表示组成的IIIA族氮化物化合物半导体形成，其中，0 ^ χ ^ 1, 0 ^ y ^ 1,0 ^ x+y ^ 1。
7.—种IIIA族氮化物半导体复合基板的利记博彩app，其特征在于，包括 准备具有IIIA族氮化物层的基材的基材准备工序，研磨所述基材的所述IIIA族氮化物层表面的第1研磨工序， 准备IIIA族氮化物单晶的单晶准备工序， 研磨所述IIIA族氮化物单晶表面的第2研磨工序，通过从所述IIIA族氮化物单晶的表面向所述IIIA族氮化物单晶的内部注入原子，在 所述IIIA族氮化物单晶内部形成破损层的破损层形成工序，将所述基材的所述IIIA族氮化物层的被研磨的所述表面和所述IIIA族氮化物单晶的 被研磨的所述表面熔合的熔合工序；在所述第1研磨工序后得到的所述IIIA族氮化物层的所述表面和所述第2研磨工 序后得到的所述IIIA族氮化物单晶的所述表面上，分别具有由周期性的凹凸形成的波纹， 该波纹的0. 1(/μπι)以上但小于1(/μπι)的空间波长区域内的一元功率谱密度均小于 500nm3。
全文摘要
本发明提供一种能够抑制贴合界面的空隙等发生的IIIA族氮化物半导体复合基板、IIIA族氮化物半导体基板和IIIA族氮化物半导体复合基板的制造方法。本发明涉及的IIIA族氮化物半导体复合基板包括由具有导电性且熔点为1100℃以上的导电性材料形成的基材(10)、设置在基材(10)上的IIIA族氮化物层(20)和设置在IIIA族氮化物层(20)上的IIIA族氮化物单晶膜(30)，IIIA族氮化物层(20)在IIIA族氮化物层(20)的与IIIA族氮化物单晶膜(30)相接的面上，具有由凹凸形成的波纹，该波纹的0.1(/μm)以上但小于1(/μm)的空间波长区域内的一元功率谱密度为小于500nm3。
文档编号H01L21/02GK101853816SQ200910179450
公开日2010年10月6日 申请日期2009年10月13日 优先权日2009年3月30日
发明者吉田丈洋 申请人:日立电线株式会社