JP3634243B2 - Method for producing group III nitride semiconductor single crystal and method for using group III nitride semiconductor single crystal - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報処理分野などへの応用が期待される、III族窒化物半導体単結晶の作製方法及びIII族窒化物半導体単結晶の使用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、受光素子や発光素子などの基板には、GaNやAlNモル分率の比較的低いAlGaN基板などのIII族窒化物半導体が用いられている。
GaN基板は、例えば「Applied Physics Letters, 48 (1986) 353」に記載されているように、サファイア基板上に低温AlN緩衝層又はGaN緩衝層を形成した後、この緩衝層上にGaN半導体を結晶成長させることにより作製していた。しかしながら、GaN基板を用いて短波長発光素子又は短波長受光素子を作製した場合、十分なデバイス特性を発揮することのできる素子を作製することができなかった。
【0003】
一方、このような短波長素子の基板としては、AlNを含むIII族窒化物半導体が適していることが見出され、かかる窒化物半導体からなる基板の作製技術が種々検討された。
例えば、「Japanese Journal Applied Physics, 27 (1988) 1156」に記載されているように、サファイア基板上に低温緩衝層を形成するとともに、この低温緩衝層上にGaN層を結晶成長させ、このGaN層上にAlGaN半導体層を結晶成長させることにより、AlGaN半導体単結晶を得ることが記載されている。
【0004】
また、「MRS internet Journal Nitride Semicond. Res. 4S1 (1999) G10.1」には、サファイア基板上に低温緩衝層を形成するとともに、この緩衝層上にGaN層を結晶成長させ、さらにAlN中間層又はAlGaN中間層を形成した後、この中間層上にAlGaN半導体層を結晶成長させ、このAlGaN半導体層を半導体単結晶基板として用いることが記載されている。
【0005】
しかしながら、上記のようにして作製したAlGaN半導体単結晶基板には、GaN層中の108cm―2以上の貫通転位に起因して多量の転位が含まれている。このため、このようにして作製した基板上に形成したデバイスはその性能を十分に発揮することができない場合があった。
【0006】
半導体中の転位密度を低減するための作製技術としては、「Japanese Journal Applied Physics, 36 (1997) L899」にELO技術、「MRS internet Journal Nitride Semicond. Res.4S1, G3.37 (1999)」におけるPENDEOエピタキシー技術、及び「第46回秋期応用物理学関係関連講演会 講演予稿集No.1 (1999)p416」における周期溝構造技術などが提案されている。
【0007】
ELO技術は、サファイア基板上に低温緩衝層を形成した後、この緩衝層上にGaN層を形成し、このGaN層上にSiO2などの選択性を有する誘電体材料からなるストライプ状の層を形成する。その後、この層から横方向への選択成長させることにより、低転位の例えばGaN半導体を形成する技術である。
【0008】
また、PENDEOエピタキシー技術は、サファイア基板上に低温緩衝層を形成した後、この緩衝層上にGaN層を形成する。そして、このGaN層に前記サファイア基板まで貫通するストライプ状の底面を有する凹部を形成する。そして、この凹部の段差を埋めるようにして、例えばGaN半導体を横方向成長させることにより形成する。すると、GaN半導体の前記凹部上方の部分は低転位となっているため、この部分を基板として用いるものである。
【0009】
さらに、周期溝構造技術は、同じくサファイア基板上に低温緩衝層を形成した後、この緩衝層上にGaN層を形成する。そして、このGaN層の主面にストライプ状の段差を形成し、この段差を埋めるようにして、例えばGaN半導体を形成するものである。すると、GaN半導体の前記段差上方の部分は低転位となっているため、この部分を基板として使用するものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような低転位技術においては、特にAlNを含有する半導体を作製することが不可能であった。
例えば、ELO技術においては、AlNを含有する混晶に対して選択性を有し、かつこの混晶の結晶成長温度で安定な誘電体材料が見出されていない。したがって、多結晶のAlNやそれを含む混晶が誘電体材料上に付着してしまい、基板として用いることのできるAlN含有半導体単結晶を得ることができない。
【0011】
また、PENDEOエピタキシー技術においても、凹部中に露出したサファイア基板の主面上に多結晶のAlN半導体が付着してしまう。さらに、周期溝構造技術においては、段差を有するGaN層とその上に形成したAlGaN半導体層との講師不整合に起因して、AlGaN半導体層にクラックが発生してしまう。したがって、これらの技術によっても基板として使用することが可能なAlN含有半導体単結晶を得ることができないでいた。
【0012】
本発明は、低転位で結晶性に優れ、半導体基板として使用することが可能なIII族窒化物半導体単結晶の作製方法を提供すること、及び前記半導体基板を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の単結晶基板の主面上に、緩衝層を結晶成長により形成する工程と、
前記緩衝層の主面上に、下地層を結晶成長により形成する工程と、
前記下地層の主面からエッチングを施すことにより前記下地層を部分的に除去し、前記下地層にステップ状の底面を有する第1の凹部を形成する工程と、
少なくとも前記下地層の主面上に、前記第1の凹部の段差を残存させるようにして、前記凹部を含む前記下地層の全面に中間層を結晶成長により形成する工程と、
前記中間層上に、前記第1の凹部に起因した段差を埋めるようにして第1のIII族窒化物半導体層を前記中間層からの結晶成長により形成する工程と、
を含むことを特徴とする、III族窒化物半導体単結晶の作製方法に関する。
【0014】
本発明者らは、低転位で結晶性に優れたIII族窒化物半導体単結晶を得るべく鋭意検討を行った。
その結果、従来のように、例えばサファイア基板上に緩衝層を形成した後、この緩衝層上に下地層を形成するとともにこの下地層に上記のような凹部を形成し、さらにこの下地層上に、前記凹部の段差が残存するようにして中間層を介して半導体層を形成することにより、この半導体層中の転位密度が減少し、優れた結晶性を示すことを見出した。そして、前記半導体層を基板として用いることにより、低転位で結晶性に優れた半導体単結晶基板が得られることを見出したものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の作製方法を実施して得られたアセンブリ構成を示す図である。そして、図1におけるAlGaN半導体層6が、低転位かつ結晶性に優れた本発明の目的とする半導体単結晶に相当する。
以下、図1に示すアセンブリを構成することにより、AlGaN半導体単結晶を得る場合について、本発明の作製方法を詳細に説明する。
【0016】
最初に、図1に示すように、(0001)サファイア基板1の主面上にAlN緩衝層2を形成する。このAlN緩衝層2は、好ましくは300〜700℃の低温で、例えば有機金属化合物気相成長法により、エピタキシャル成長させることによって形成する。AlN緩衝層2の厚さは、10〜100nmであることが好ましい。
【0017】
なお、緩衝層を構成する半導体はAlNに限定されるものではないが、結晶成長を容易にして結晶性に優れたIII族窒化物半導体単結晶を得るためには、窒化物半導体から構成されることが好ましい。特に、AlGaN半導体単結晶を得るためには、図1に示すように、AlNから構成することが好ましい。
【0018】
次に、AlN緩衝層2の主面上にGaN下地層3を形成する。このGaN下地層3は、好ましくは800〜1300℃で、例えば有機金属化合物気相成長法により、エピタキシャル成長させることによって形成する。GaN下地層3の厚さは、300nm以上であることが好ましい。
なお、下地層を構成する半導体はGaNに限定されるものではないが、結晶成長を容易にして結晶性に優れたIII族窒化物半導体単結晶を得るためには、窒化物半導体から構成されることが好ましい。
【0019】
次に、GaN下地層3の主面からエッチングを施すことにより部分的に除去し、ステップ状の底面4Aを有する凹部4を形成する。
エッチングは好ましくは塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチングにより行うことが好ましい。かかる反応性イオンエッチングは選択性に優れるので、凹部4を短時間で形成できるとともに、凹部4の底面4Aにおけるステップを容易に形成することができる。
【0020】
なお、凹部4の底面4Aのステップは段差状であれば、その具体的な形状については特に限定されない。しかしながら、ストライプ状の段差を有するように形成することによって、結晶成長を容易にし、低転位かつ結晶性に優れた半導体単結晶を得ることができる。
また、図1に示すようなアセンブリからAlGaN半導体単結晶を作製する場合、凹部4の深さdは300nm以上であることが好ましく、幅Wは1〜20μmであることが好ましい。
【0021】
次いで、GaN下地層3上に、凹部4の段差が残存するようにしてAlN中間層5を形成する。このAlN中間層5は、好ましくは300〜700℃の低温で、例えば有機金属化合物気相成長法により、エピタキシャル成長させることによって形成する。AlN中間層5の厚さは、10〜100nmであることが好ましい。
なお、中間層を構成する半導体はAlNに限定されるものではないが、結晶成長を容易にして結晶性に優れたIII族窒化物半導体単結晶を得るためには、窒化物半導体から構成されることが好ましい。具体的には、AlNの他にAlaGa1−a−bInbN(0≦a≦1,0≦b≦1)の一般式で表される半導体などから構成することができる。
【0022】
次いで、AlN中間層5上に、AlGaN半導体層6を、凹部4に起因した段差を埋めるようにして形成する。この場合においても、AlGaN半導体層6は800〜1300℃で、例えば有機金属化合物気相成長法を用いることにより形成する。AlGaN半導体層6の厚さは、所望する基板の厚さに応じて任意の厚さに形成する。
【0023】
図2は、本発明の作製方法を実施して得られた他のアセンブリ構成を示す図である。そして、図2におけるAlGaN半導体層16が、低転位かつ結晶性に優れた本発明の目的とする半導体単結晶に相当する。
図2に示すアセンブリ構成は、AlN中間層15がGaN下地層3の主面3Aのみに形成されている点において図1に示すアセンブリ構成と相違する。このようにGaN下地層3の少なくとも主面3A上にAlN中間層を形成すれば、本発明の目的とする半導体単結晶を得ることができる。この場合において、AlN中間層15は凹部4内に形成されないので、凹部4はそのままの状態で残存する。
なお、その他のAlN緩衝層などについては、図1の場合と同様にして形成する。
【0024】
また、図1及び図2では示されていないが、AlGaN半導体層6又は16(第1のIII族窒化物半導体層)の主面6A又は16Aからエッチング処理を施して、凹部4(第1の凹部)と異なる位置に追加の凹部(第2の凹部)を形成し、この凹部を埋めるようにしてAlGaN半導体層6又は16上にAlGaN半導体層などのIII族窒化物半導体層(第2のIII族窒化物半導体層)を形成することもできる。
【0025】
このように凹部を介して再度形成された第2のIII族窒化物半導体層は、図1及び2に示すAlGaN半導体層などの第1のIII族窒化物半導体層と比較して転位濃度がさらに低下する。したがって、このようなIII族窒化物半導体層により極めて転位密度の低い半導体単結晶を得ることができる。
そして、上記のようにして形成された第1のIII族窒化物半導体層並びに第2のIII族窒化物半導体層を基板として用いることにより、低転位かつ結晶性に優れた半導体単結晶基板を得ることができる。
【0026】
【実施例】
以下、実施例において本発明の作製方法における具体例を示す。
本実施例においては、図1に示すようなアセンブリを構成し、AlGaN半導体層を形成した。
基板1には上述したような(0001)サファイア基板を用いた。そして、この基板1の主面上に、500℃の低温で、トリメチルアンモニア(TMA)ガス及びアンモニア(NH3)ガスを用いた有機金属化合物気相成長法によってAlN緩衝層2を厚さ20nmに形成した。
次いで、AlN緩衝層2の主面上に、約1000℃で、トリメチルガリウム(TMG)ガス及びアンモニアガスを用いた有機金属化合物気相成長法によって、GaN下地層3を厚さ1μmに形成した。
【0027】
その後、Cl2ガスを用いた反応性イオンエッチングをGaN下地層3の主面から実施して、底面4Aがストライプ状のステップを有する凹部4を深さdが5μm、幅Wが5μmとなるように形成した。
図3は、このようにして形成した凹部4の底面4Aの表面顕微鏡写真である。図から明らかなように、凹部4の底面4Aは等間隔のステップを有するストライプ状となっていることが分かる。
【0028】
次いで、凹部4を含んだGaN下地層の全面に、約500℃の低温で、トリメチルアルミニウム(TMA)ガス及びアンモニアガスを用いた有機金属化合物気相成長法によって、AlN中間層5を凹部4に起因した段差が残存するようにして厚さ20nmに形成した。
次いで、AlN中間層5上に凹部4に起因した段差を埋めるようにして、AlNを0.2モルパーセント含有したAlGaN半導体層6を形成した。
【0029】
AlGaN半導体層6の表面顕微鏡写真を図4に示す。図4から明らかなように、AlGaN半導体層6の表面は極めて平坦かつ平滑であり、クラックなどのない良好な結晶性を示すことが分かる。
また、このようにして作製したアセンブリの、透過型電子顕微鏡による断面写真を図5に示す。図5から明らかなように、凹部4の上方において、AlGaN半導体層6中における転位濃度の低い部分が形成されていることが分かる。
したがってかかる低転位濃度部分を基板として用いることにより、低転位かつ結晶性に優れたAlGaN半導体単結晶基板を提供することができる。
【0030】
なお、比較のため、図1におけるAlN中間層5を形成することなく、GaN下地層3上に直接AlGaN半導体層を形成した。図6は、このようにして形成したAlGaN半導体層の表面顕微鏡写真である。図から明らかなように、この場合においては、AlGaN半導体層の多数のクラックが発生し、本発明の方法によって作製した場合と比較して、結晶性に劣ることが分かる。
【0031】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
例えば、図1及び2においては、GaN下地層3の下部が残存するようにして凹部4を形成しているが、GaN下地層3及びAlN緩衝層2を貫通し、サファイア基板の主面が露出するように形成することもできる。
また、必要に応じてAlGaN半導体層6又は16にSi、Geなどのドナー不純物、あるいはMgなどのアクセプタ不純物を添加することにより、導電性を持たせることもできる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の作製方法によれば、低転位で結晶性に優れ、半導体基板として使用することが可能なIII族窒化物半導体単結晶を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作製方法を実施することにより得られたアセンブリを示す図である。
【図2】本発明の作製方法を実施することにより得られた他のアセンブリを示す図である。
【図3】GaN下地層に形成された凹部底面の表面顕微鏡写真である。
【図4】本発明の作製方法によって得たAlGaN半導体層の表面顕微鏡写真である。
【図5】本発明の作製方法を実施することにより得られたアセンブリにおける、透過型電子顕微鏡による断面写真である。
【図6】AlN中間層を形成することなく、GaN下地層に直接形成したAlGaN半導体層の表面顕微鏡写真である。
【符号の説明】
1 (0001)サファイア基板
2 AlN緩衝層
3 GaN下地層
4 凹部
5、15 AlN中間層
6、16 AlGaN半導体層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a group III nitride semiconductor single crystal and a method for using a group III nitride semiconductor single crystal, which are expected to be applied to the field of optical information processing and the like.
[0002]
[Prior art]
Currently, a group III nitride semiconductor such as an AlGaN substrate having a relatively low GaN or AlN molar fraction is used for a substrate such as a light receiving element or a light emitting element.
For example, as described in “Applied Physics Letters, 48 (1986) 353”, a GaN substrate is formed by forming a low-temperature AlN buffer layer or a GaN buffer layer on a sapphire substrate, and then crystallizing a GaN semiconductor on the buffer layer. It was made by growing. However, when a short-wavelength light-emitting element or a short-wavelength light-receiving element is manufactured using a GaN substrate, an element that can exhibit sufficient device characteristics cannot be manufactured.
[0003]
On the other hand, a group III nitride semiconductor containing AlN was found to be suitable as a substrate for such a short wavelength device, and various techniques for producing a substrate made of such a nitride semiconductor were studied.
For example, as described in “Japan Journal Applied Physics, 27 (1988) 1156”, a low-temperature buffer layer is formed on a sapphire substrate, and a GaN layer is grown on the low-temperature buffer layer. It is described that an AlGaN semiconductor single crystal is obtained by crystal growth of an AlGaN semiconductor layer.
[0004]
In “MRS internet Nitride Semiconductor. Res. 4S1 (1999) G10.1”, a low-temperature buffer layer is formed on a sapphire substrate, a GaN layer is grown on the buffer layer, and an AlN intermediate layer is further formed. Alternatively, it is described that after an AlGaN intermediate layer is formed, an AlGaN semiconductor layer is grown on the intermediate layer, and this AlGaN semiconductor layer is used as a semiconductor single crystal substrate.
[0005]
However, the AlGaN semiconductor single crystal substrate produced as described above contains a large amount of dislocations due to threading dislocations of 10 8 cm −2 or more in the GaN layer. For this reason, the device formed on the substrate produced in this way may not be able to fully exhibit its performance.
[0006]
As a fabrication technique for reducing the dislocation density in a semiconductor, “Japan Journal Applied Physics, 36 (1997) L899” is an ELO technique, “MRS internet Nitride Semiconductor. Res. 4S1, G3. PENDEO epitaxy technology and periodic groove structure technology in “The 46th Autumn Lecture Related to Applied Physics Lecture Proceedings No. 1 (1999) p416” have been proposed.
[0007]
In the ELO technology, after forming a low-temperature buffer layer on a sapphire substrate, a GaN layer is formed on the buffer layer, and a striped layer made of a dielectric material having selectivity such as SiO 2 is formed on the GaN layer. Form. Thereafter, this is a technique for forming, for example, a GaN semiconductor with low dislocations by selective growth from this layer in the lateral direction.
[0008]
In the PENDEO epitaxy technique, a low-temperature buffer layer is formed on a sapphire substrate, and then a GaN layer is formed on the buffer layer. Then, a recess having a striped bottom surface penetrating to the sapphire substrate is formed in the GaN layer. Then, for example, a GaN semiconductor is formed by lateral growth so as to fill the step of the recess. Then, since the part above the said recessed part of a GaN semiconductor is a low dislocation, this part is used as a board | substrate.
[0009]
Further, in the periodic groove structure technology, after forming a low-temperature buffer layer on the sapphire substrate, a GaN layer is formed on the buffer layer. Then, a stripe-shaped step is formed on the main surface of the GaN layer, and, for example, a GaN semiconductor is formed so as to fill the step. Then, since the part above the level | step difference of a GaN semiconductor is a low dislocation, this part is used as a board | substrate.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the low dislocation technique as described above, it has been impossible to produce a semiconductor containing AlN in particular.
For example, in the ELO technology, a dielectric material having selectivity for a mixed crystal containing AlN and stable at the crystal growth temperature of the mixed crystal has not been found. Therefore, polycrystalline AlN or a mixed crystal containing it adheres onto the dielectric material, and an AlN-containing semiconductor single crystal that can be used as a substrate cannot be obtained.
[0011]
Also in the PENDEO epitaxy technique, a polycrystalline AlN semiconductor adheres to the main surface of the sapphire substrate exposed in the recess. Furthermore, in the periodic groove structure technique, cracks occur in the AlGaN semiconductor layer due to the instructor mismatch between the stepped GaN layer and the AlGaN semiconductor layer formed thereon. Therefore, even with these techniques, an AlN-containing semiconductor single crystal that can be used as a substrate cannot be obtained.
[0012]
An object of the present invention is to provide a method for producing a group III nitride semiconductor single crystal that can be used as a semiconductor substrate with low dislocations and excellent crystallinity, and to provide the semiconductor substrate.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides:
Forming a buffer layer by crystal growth on a main surface of a predetermined single crystal substrate;
Forming a base layer on the main surface of the buffer layer by crystal growth;
Etching the main surface of the underlayer to partially remove the underlayer, and forming a first recess having a stepped bottom surface in the underlayer;
Forming an intermediate layer by crystal growth on the entire surface of the foundation layer including the recess , so as to leave the step of the first recess at least on the main surface of the foundation layer;
Forming a first group III nitride semiconductor layer on the intermediate layer by crystal growth from the intermediate layer so as to fill a step caused by the first recess;
In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride semiconductor single crystal.
[0014]
The present inventors have intensively studied to obtain a group III nitride semiconductor single crystal having low dislocations and excellent crystallinity.
As a result, after a buffer layer is formed on, for example, a sapphire substrate, a base layer is formed on the buffer layer and a recess as described above is formed on the base layer, as in the prior art. It has been found that by forming a semiconductor layer through an intermediate layer so that the step of the concave portion remains , the dislocation density in the semiconductor layer is reduced and excellent crystallinity is exhibited. The inventors have found that a semiconductor single crystal substrate having low dislocations and excellent crystallinity can be obtained by using the semiconductor layer as a substrate.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments of the invention.
FIG. 1 is a diagram showing an assembly configuration obtained by carrying out the manufacturing method of the present invention. The
Hereinafter, the production method of the present invention will be described in detail in the case of obtaining an AlGaN semiconductor single crystal by configuring the assembly shown in FIG.
[0016]
First, as shown in FIG. 1, the
[0017]
The semiconductor constituting the buffer layer is not limited to AlN. However, in order to obtain a group III nitride semiconductor single crystal having excellent crystallinity by facilitating crystal growth, it is composed of a nitride semiconductor. It is preferable. In particular, in order to obtain an AlGaN semiconductor single crystal, it is preferably made of AlN as shown in FIG.
[0018]
Next, the
The semiconductor constituting the underlayer is not limited to GaN. However, in order to obtain a group III nitride semiconductor single crystal excellent in crystallinity by facilitating crystal growth, it is composed of a nitride semiconductor. It is preferable.
[0019]
Next, the main surface of the
Etching is preferably performed by reactive ion etching using a chlorine-based gas. Since such reactive ion etching is excellent in selectivity, the
[0020]
In addition, if the step of 4 A of bottom faces of the recessed
Moreover, when producing an AlGaN semiconductor single crystal from an assembly as shown in FIG. 1, the depth d of the
[0021]
Next, the AlN
The semiconductor constituting the intermediate layer is not limited to AlN. However, in order to obtain a group III nitride semiconductor single crystal having excellent crystallinity by facilitating crystal growth, it is composed of a nitride semiconductor. It is preferable. Specifically, in addition to AlN, it can be composed of a semiconductor represented by a general formula of Al a Ga 1-ab In b N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1).
[0022]
Next, an
[0023]
FIG. 2 is a view showing another assembly configuration obtained by carrying out the manufacturing method of the present invention. The
The assembly configuration shown in FIG. 2 is different from the assembly configuration shown in FIG. 1 in that the AlN
The other AlN buffer layers are formed in the same manner as in FIG.
[0024]
Although not shown in FIGS. 1 and 2, etching is performed from the
[0025]
Thus, the second group III nitride semiconductor layer formed again through the recess has a dislocation concentration more than that of the first group III nitride semiconductor layer such as the AlGaN semiconductor layer shown in FIGS. descend. Therefore, a semiconductor single crystal having a very low dislocation density can be obtained by such a group III nitride semiconductor layer.
Then, by using the first group III nitride semiconductor layer and the second group III nitride semiconductor layer formed as described above as a substrate, a semiconductor single crystal substrate having low dislocation and excellent crystallinity is obtained. be able to.
[0026]
【Example】
Hereinafter, specific examples in the production method of the present invention will be shown in Examples.
In this example, an assembly as shown in FIG. 1 was constructed, and an AlGaN semiconductor layer was formed.
As the
Next, the
[0027]
After that, reactive ion etching using Cl 2 gas is performed from the main surface of the
FIG. 3 is a surface micrograph of the
[0028]
Then, the entire surface of the GaN underlying
Next, an
[0029]
A surface micrograph of the
Further, FIG. 5 shows a cross-sectional photograph of the assembly thus prepared by a transmission electron microscope. As can be seen from FIG. 5, a portion having a low dislocation concentration in the
Therefore, by using such a low dislocation concentration portion as a substrate, an AlGaN semiconductor single crystal substrate having low dislocations and excellent crystallinity can be provided.
[0030]
For comparison, an AlGaN semiconductor layer was formed directly on the
[0031]
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and all modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. It can be changed.
For example, in FIGS. 1 and 2, the
In addition, conductivity can be imparted by adding donor impurities such as Si and Ge or acceptor impurities such as Mg to the
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, a group III nitride semiconductor single crystal that has low dislocations and excellent crystallinity and can be used as a semiconductor substrate can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an assembly obtained by carrying out the production method of the present invention.
FIG. 2 is a view showing another assembly obtained by carrying out the manufacturing method of the present invention.
FIG. 3 is a surface micrograph of a bottom surface of a recess formed in a GaN underlayer.
FIG. 4 is a surface micrograph of an AlGaN semiconductor layer obtained by the manufacturing method of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional photograph taken by a transmission electron microscope in an assembly obtained by carrying out the manufacturing method of the present invention.
FIG. 6 is a surface micrograph of an AlGaN semiconductor layer formed directly on a GaN underlayer without forming an AlN intermediate layer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 (0001)
Claims (9)
前記緩衝層の主面上に、下地層を結晶成長により形成する工程と、
前記下地層の主面からエッチングを施すことにより前記下地層を部分的に除去し、前記下地層にステップ状の底面を有する第1の凹部を形成する工程と、
少なくとも前記下地層の主面上に、前記第1の凹部の段差を残存させるようにして、前記凹部を含む前記下地層の全面に中間層を結晶成長により形成する工程と、
前記中間層上に、前記第1の凹部に起因した段差を埋めるようにして第1のIII族窒化物半導体層を前記中間層からの結晶成長により形成する工程と、
を含むことを特徴とする、III族窒化物半導体単結晶の作製方法。Forming a buffer layer by crystal growth on a main surface of a predetermined single crystal substrate;
Forming a base layer on the main surface of the buffer layer by crystal growth;
Etching the main surface of the underlayer to partially remove the underlayer, and forming a first recess having a stepped bottom surface in the underlayer;
Forming an intermediate layer by crystal growth on the entire surface of the foundation layer including the recess , so as to leave the step of the first recess at least on the main surface of the foundation layer;
Forming a first group III nitride semiconductor layer on the intermediate layer by crystal growth from the intermediate layer so as to fill a step caused by the first recess;
A method for producing a group III nitride semiconductor single crystal, comprising:
前記第1のIII族窒化物半導体上に、前記第2の凹部を埋めるようにして第2のIII族窒化物半導体層を形成する追加の工程と、
を含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載のIII族窒化物半導体の作製方法。An additional step of forming a second recess at a position different from the first recess formed in the underlayer by etching from the main surface of the first group III nitride semiconductor;
An additional step of forming a second group III nitride semiconductor layer on the first group III nitride semiconductor so as to fill the second recess;
Characterized in that it comprises a, III-nitride semiconductor manufacturing method as claimed in any one of claims 1-6.
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