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JP2008162888A - Substrate for electronic device - Google Patents

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JP2008162888A
JP2008162888A JP2008010853A JP2008010853A JP2008162888A JP 2008162888 A JP2008162888 A JP 2008162888A JP 2008010853 A JP2008010853 A JP 2008010853A JP 2008010853 A JP2008010853 A JP 2008010853A JP 2008162888 A JP2008162888 A JP 2008162888A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a large surface area substrate which has characteristics equal to those of a bulk single crystal wafer of a nitride such as AlN, GaN or InN and can be applied for manufacturing electronic devices. <P>SOLUTION: The substrate for electronic devices is composed of a nitride thin film including a nitride crystal containing, as main components, N and at least one kind selected from Al, Ga and In, and having a wurtzite type crystal structure. In the substrate, the (0001) plane of the nitride crystal is singly oriented to be parallel to the surface of the nitride thin film and has an area of ≥10 cm<SP>2</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、発光ダイオードやレーザーダイオード等に適用される電子デバイス用基板およびその製造方法に関し、詳しくは、含窒素III−V族化合物半導体層を備える窒化物半導体装置などに適用される基板およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an electronic device substrate applied to a light emitting diode, a laser diode, and the like, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a substrate applied to a nitride semiconductor device including a nitrogen-containing group III-V compound semiconductor layer and the like. It relates to a manufacturing method.

窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)、窒化アルミニウム・ガリウム(AlGaN)、あるいはこれらの混晶などのIII−V族窒化物半導体は、電界効果型トランジスタ、LED(発光ダイオード)、レーザーダイオード等の窒化物半導体装置の構成材料として利用されている。特に最近では、たとえば、日経エレクトロニクスno.674,p.79(1996)に示されるように、このような窒化物半導体の積層構造からなり、青色、緑色等の短波長光を発光するLEDが注目されている。   III-V nitride semiconductors such as gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN), aluminum nitride gallium (AlGaN), or mixed crystals thereof are field effect transistors, LEDs (light emitting). Diodes) and laser diodes are used as constituent materials for nitride semiconductor devices. Particularly recently, for example, Nikkei Electronics no. 674, p. 79 (1996), attention has been paid to an LED that has such a laminated structure of nitride semiconductors and emits short-wavelength light such as blue and green.

GaN薄膜を用いた半導体素子では、薄膜を形成するための基板材料として、一般にサファイアが用いられている。しかし、サファイアはGaNと格子定数および熱膨張係数が大きく異なるため、基板とGaN薄膜との界面からGaN薄膜側に転位が導入されたり、GaN結晶が応力により変形を受けたりし、良質な結晶が得られないという問題がある。また、サファイア基板は劈開面を出して割ることが難しく、レーザーダイオードを作製する場合に端面の形成が難しいという問題がある。また、サファイア基板はSi等の半導体基板と比べると高価であり、表面平坦性が悪いなどの問題もある。   In a semiconductor device using a GaN thin film, sapphire is generally used as a substrate material for forming the thin film. However, since sapphire has a lattice constant and thermal expansion coefficient that are significantly different from GaN, dislocations are introduced from the interface between the substrate and the GaN thin film to the GaN thin film side, or the GaN crystal is deformed by stress, resulting in a good quality crystal. There is a problem that it cannot be obtained. Further, the sapphire substrate has a problem that it is difficult to break a cleaved surface, and it is difficult to form an end face when manufacturing a laser diode. In addition, the sapphire substrate is more expensive than a semiconductor substrate such as Si and has problems such as poor surface flatness.

窒化物半導体装置に最も適する基板は、その上に形成する窒化物結晶薄膜と結晶構造および格子定数が一致し、かつ熱膨張係数が同等のものである。例えば、GaNからなるエピタキシャル薄膜を利用して半導体素子を作製する場合、GaNの単結晶基板を用いれば、高品質のGaNエピタキシャル薄膜を成長させることができるので、特性の高い半導体装置が得られる。この場合のGaN単結晶基板は、その表面が(0001)面となっている必要がある。   The most suitable substrate for the nitride semiconductor device has the same crystal structure and lattice constant as those of the nitride crystal thin film formed thereon, and has the same thermal expansion coefficient. For example, when a semiconductor element is fabricated using an epitaxial thin film made of GaN, a high-quality semiconductor device can be obtained because a high-quality GaN epitaxial thin film can be grown by using a GaN single crystal substrate. In this case, the surface of the GaN single crystal substrate needs to be a (0001) plane.

しかし、AlN、GaN、InNなどの窒化物バルク単結晶は、数立方ミリメートル程度のものしか得られていない。すなわち、窒化物バルク単結晶では、サファイア基板を代替するような面積10cm2以上のウエハを製造することは不可能である。 However, only bulk cubic crystals of nitride such as AlN, GaN, and InN have been obtained. That is, it is impossible to manufacture a wafer having an area of 10 cm 2 or more that can replace the sapphire substrate with the nitride bulk single crystal.

一方、サファイアに比べ安価なSiを、GaN系半導体素子用基板として用いることも検討されている。しかし、SiとGaNとは、格子定数差、熱膨張係数差、格子構造の違いが大きいため、Si単結晶基板の上に良質のGaN薄膜を形成することはやはり難しかった。   On the other hand, the use of Si, which is cheaper than sapphire, as a substrate for a GaN-based semiconductor element has also been studied. However, since Si and GaN have large differences in lattice constant, thermal expansion coefficient, and lattice structure, it is still difficult to form a good quality GaN thin film on a Si single crystal substrate.

GaN等の窒化物半導体層の結晶性を向上させるための提案として、例えば特開平9−45960号公報には、Si基板上にZnOバッファ層を介してInGaAlN層を設けることが記載されている。同公報では、Si基板上にZnOバッファ層をスパッタ法等により直接形成している。しかし、本発明者らの実験では、Si基板上にZnOバッファ層を単結晶膜(本明細書におけるエピタキシャル膜)として形成することは実質的に不可能であり、結晶性および表面性に優れた膜とすることができないことがわかった。このため、このようなZnOバッファ層上には、良好な結晶性を有する窒化物半導体層を形成することはできない。   As a proposal for improving the crystallinity of a nitride semiconductor layer such as GaN, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-45960 describes providing an InGaAlN layer on a Si substrate via a ZnO buffer layer. In this publication, a ZnO buffer layer is directly formed on a Si substrate by sputtering or the like. However, in the experiments by the present inventors, it is substantially impossible to form a ZnO buffer layer as a single crystal film (epitaxial film in the present specification) on a Si substrate, and the crystallinity and surface properties are excellent. It turned out that it cannot be made into a film. For this reason, a nitride semiconductor layer having good crystallinity cannot be formed on such a ZnO buffer layer.

また、特開平8−264894号公報には、SiやSiC基板上に、CaxMg1-x2(0≦x≦1)層およびMgtCa3-t2(0≦t≦3)層の少なくとも一方を形成し、この上にGayInzAl1-y-zN(0≦y,z≦1)層を形成した半導体素子が記載されている。同公報では、表面の平坦性が高いSiやSiC等を用いることができ、かつ良質のGaInAlN層を形成できることを効果としている。しかし、本発明者らの実験によれば、Si基板上に形成したCaxMg1-x2層やMgtCa3-t2層は、結晶性および表面性が不十分であることがわかった。このため、これらの層の上には、良好な結晶性を有する窒化物半導体層を形成することはできない。 JP-A-8-264894 discloses a Ca x Mg 1-x F 2 (0 ≦ x ≦ 1) layer and a Mg t Ca 3−t N 2 (0 ≦ t ≦ 3) on a Si or SiC substrate. ) Layer is formed, and a Ga y In z Al 1-yz N (0 ≦ y, z ≦ 1) layer is formed thereon. In this publication, Si, SiC, or the like having a high surface flatness can be used, and a good quality GaInAlN layer can be formed. However, according to the experiments by the present inventors, the Ca x Mg 1-x F 2 layer and the Mg t Ca 3-t N 2 layer formed on the Si substrate have insufficient crystallinity and surface properties. I understood. Therefore, a nitride semiconductor layer having good crystallinity cannot be formed on these layers.

また、Si基板上にGaN層を形成する際に、バッファ層としてAlN層やSiC層を利用することも知られている[J.Cryst.Growth 128,391(1993)およびJ.Cryst.Growth 115,634(1991)]。しかし、本発明者らの実験によれば、Si基板上に直接形成したAlN層やSiC層は、結晶性および表面性が不十分であることがわかった。このため、これらの層の上には、良好な結晶性を有する窒化物半導体層を形成することはできない。   It is also known that when a GaN layer is formed on a Si substrate, an AlN layer or a SiC layer is used as a buffer layer [J. Cryst. Growth 128, 391 (1993) and J. Cryst. Growth 115, 634 (1991). )]. However, according to experiments by the present inventors, it has been found that the AlN layer and the SiC layer directly formed on the Si substrate have insufficient crystallinity and surface properties. Therefore, a nitride semiconductor layer having good crystallinity cannot be formed on these layers.

一方、これらに対し本発明者らは、特願平8−264894号においてSi基板上に、高品質の窒化物エピタキシャル膜を得る方法を提案している。   On the other hand, the present inventors have proposed a method for obtaining a high-quality nitride epitaxial film on a Si substrate in Japanese Patent Application No. 8-264894.

しかし、サファイア基板やSi単結晶基板などを用いる方法では、いずれの方法においても基板とその上に成長する窒化物半導体薄膜との間に格子定数差や熱膨張係数差が存在するため、基板と窒化物半導体薄膜との間にバッファ層を挟んだとしても窒化物半導体薄膜中に応力が発生してしまう。この応力は、窒化物半導体薄膜のエピタキシャル成長の妨げとなり、また窒化物半導体薄膜の電気的特性を不安定にする要因となってしまう。   However, in any method using a sapphire substrate or a Si single crystal substrate, there is a lattice constant difference or a difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the nitride semiconductor thin film grown on the substrate. Even if the buffer layer is sandwiched between the nitride semiconductor thin film, stress is generated in the nitride semiconductor thin film. This stress hinders the epitaxial growth of the nitride semiconductor thin film and also causes the electrical characteristics of the nitride semiconductor thin film to become unstable.

上述したように、基板上にGaN等の窒化物半導体薄膜を有し、LEDやレーザーダイオードに適用される窒化物半導体装置では、最も理想的な基板はAlN、GaN、InNなどの窒化物単結晶ウエハである。また、窒化物バルク単結晶ウエハは、圧電性、高熱伝導性などの各種物性が優れるという特徴があるため、その特徴を利用して、SAW(弾性表面波)素子用の基板、IC用のヒートシンク基板にも好適である。しかし、現在のところ窒化物バルク単結晶は大面積化が不可能であるため、これらの電子デバイスの基板としては実用化されていない。   As described above, in a nitride semiconductor device having a nitride semiconductor thin film such as GaN on a substrate and applied to an LED or a laser diode, the most ideal substrate is a nitride single crystal such as AlN, GaN, or InN. It is a wafer. In addition, since nitride bulk single crystal wafers are characterized by excellent properties such as piezoelectricity and high thermal conductivity, a substrate for SAW (surface acoustic wave) element, a heat sink for ICs are utilized by utilizing the characteristics. It is also suitable for a substrate. At present, however, nitride bulk single crystals cannot be increased in area, and thus have not been put to practical use as substrates for these electronic devices.

本発明はこのような事情からなされたものである。本発明の目的は、AlN、GaN、InNなどの窒化物バルク単結晶ウエハと同等の特性を有し、かつ、電子デバイスの製造に適用可能な大面積の基板を提供することである。   The present invention has been made under such circumstances. An object of the present invention is to provide a large-area substrate having characteristics equivalent to those of a nitride bulk single crystal wafer such as AlN, GaN, and InN and applicable to the manufacture of electronic devices.

このような目的は、下記(1)〜(12)のいずれかにより達成される。
(1)Al、GaおよびInから選択される少なくとも1種とNとを主成分とし、ウルツァイト型構造を有する窒化物結晶を有する窒化物薄膜から構成され、前記窒化物結晶の(0001)面が、前記窒化物薄膜表面に平行となるように単一配向しており、面積が10cm2以上である電子デバイス用基板。
(2)上記(1)の電子デバイス用基板の一方の面側に、希土類元素(ScおよびYを含む)の酸化物および/または酸化ジルコニウムから構成されるエピタキシャル膜であるバッファ層が存在する電子デバイス用基板。
(3)上記(1)または(2)の電子デバイス用基板の一方の面の一部に、Siからなる支持部材が存在する電子デバイス用基板。
(4)上記(1)または(2)の電子デバイス用基板の一方の面に、補強板を張り付けたものである電子デバイス用基板。
(5)上記(1)または(2)の電子デバイス用基板の一方の面に、前記窒化物薄膜の自立性を補強するための補強膜を形成したものである電子デバイス用基板。
(6)前記補強膜が、Al、GaおよびInから選択される少なくとも1種とNとを主成分とし、多結晶またはアモルファスである上記(5)の電子デバイス用基板。
(7)前記窒化物薄膜がエピタキシャル膜である上記(1)〜(6)のいずれかの電子デバイス用基板。
(8)上記(1)〜(7)のいずれかの電子デバイス用基板を製造する方法であって、表面がSi単結晶から構成される支持基板の表面に、希土類元素の酸化物および/または酸化ジルコニウムから構成されるエピタキシャル膜であるバッファ層を形成し、このバッファ層表面に前記窒化物薄膜を成長させた後、支持基板の少なくとも一部または支持基板とバッファ層との少なくとも一部を除去する工程を有する電子デバイス用基板の製造方法。
(9)支持基板がSi(100)面を表面に有するものであり、バッファ層が(111)配向である上記(8)の電子デバイス用基板の製造方法。
(10)支持基板がSi(111)面を表面に有するものであり、バッファ層が(111)配向である上記(8)の電子デバイス用基板の製造方法。
(11)支持基板の少なくとも一部、または支持基板とバッファ層との少なくとも一部を除去する際に、研磨またはエッチングを利用する上記(8)〜(10)のいずれかの電子デバイス用基板の製造方法。
(12)前記窒化物薄膜をスパッタリング法により成長させる上記(8)〜(11)のいずれかの電子デバイス用基板の製造方法。
Such an object is achieved by any one of the following (1) to (12).
(1) A nitride thin film having a nitride crystal having a wurtzite structure, the main component being at least one selected from Al, Ga and In, and N, wherein the (0001) plane of the nitride crystal is A substrate for electronic devices which is single-oriented so as to be parallel to the surface of the nitride thin film and has an area of 10 cm 2 or more.
(2) Electrons in which a buffer layer, which is an epitaxial film composed of an oxide of rare earth elements (including Sc and Y) and / or zirconium oxide, is present on one surface side of the electronic device substrate of (1) above. Device substrate.
(3) An electronic device substrate in which a support member made of Si is present on a part of one surface of the electronic device substrate of (1) or (2).
(4) An electronic device substrate in which a reinforcing plate is attached to one surface of the electronic device substrate of (1) or (2).
(5) An electronic device substrate in which a reinforcing film for reinforcing the self-supporting property of the nitride thin film is formed on one surface of the electronic device substrate of (1) or (2).
(6) The electronic device substrate according to (5), wherein the reinforcing film is mainly composed of at least one selected from Al, Ga and In and N, and is polycrystalline or amorphous.
(7) The electronic device substrate according to any one of (1) to (6), wherein the nitride thin film is an epitaxial film.
(8) A method for producing an electronic device substrate according to any one of (1) to (7) above, wherein a rare earth element oxide and / or a surface of a support substrate whose surface is made of a Si single crystal. After forming a buffer layer, which is an epitaxial film composed of zirconium oxide, and growing the nitride thin film on the surface of the buffer layer, at least a part of the support substrate or at least a part of the support substrate and the buffer layer is removed. The manufacturing method of the board | substrate for electronic devices which has a process to do.
(9) The method for manufacturing a substrate for an electronic device according to (8), wherein the support substrate has a Si (100) surface on the surface, and the buffer layer has a (111) orientation.
(10) The method for manufacturing a substrate for an electronic device according to (8), wherein the support substrate has a Si (111) surface on the surface and the buffer layer has a (111) orientation.
(11) The electronic device substrate according to any one of (8) to (10), wherein polishing or etching is used when removing at least a part of the support substrate or at least a part of the support substrate and the buffer layer. Production method.
(12) The method for manufacturing a substrate for electronic devices according to any one of (8) to (11), wherein the nitride thin film is grown by a sputtering method.

本発明では、Si基板上に、高結晶性を有し、表面平坦性に優れる薄膜(後述するR−Zr系酸化物薄膜)の形成が可能なこと、また、この薄膜の結晶構造および格子定数が窒化物薄膜に近似していることに着目し、まず、表面がSi単結晶からなる支持基板の上に前記薄膜を形成し、これをバッファ層として、その上に窒化物薄膜を形成する。このようにして得られた窒化物薄膜は、高結晶性であり、表面平坦性が良好である。   In the present invention, a thin film having high crystallinity and excellent surface flatness (an R-Zr-based oxide thin film described later) can be formed on a Si substrate, and the crystal structure and lattice constant of the thin film can be formed. Focusing on a nitride thin film, first, the thin film is formed on a support substrate whose surface is made of Si single crystal, and this is used as a buffer layer to form a nitride thin film thereon. The nitride thin film thus obtained has high crystallinity and good surface flatness.

次に、支持基板を取り除くか、支持基板とバッファ層とを取り除くことにより、窒化物薄膜、またはこれとバッファ層との積層膜を得、これを電子デバイス用基板として利用する。   Next, the support substrate is removed, or the support substrate and the buffer layer are removed to obtain a nitride thin film or a laminated film of this and the buffer layer, which is used as an electronic device substrate.

このようにして作製された電子デバイス用基板は、その上に窒化物半導体薄膜をエピタキシャル成長させる際に、窒化物バルク単結晶基板と同等の効果を示す。また、この電子デバイス用基板は、窒化物バルク単結晶基板と同等の電気的特性や熱伝導性を示す。しかも、窒化物単結晶バルク体では前述したように大面積のものは得られないが、本発明では、支持基板として用いるSi単結晶ウエハと同等の大面積の窒化物単結晶基板が得られる。また、支持基板として用いるSi単結晶は、単結晶のなかで最も安価であるため、本発明では高性能の電子デバイスを安価に提供できる。   The substrate for an electronic device manufactured in this way exhibits an effect equivalent to that of a nitride bulk single crystal substrate when a nitride semiconductor thin film is epitaxially grown thereon. In addition, this electronic device substrate exhibits electrical characteristics and thermal conductivity equivalent to those of a nitride bulk single crystal substrate. Moreover, as described above, a nitride single crystal bulk body having a large area cannot be obtained, but in the present invention, a nitride single crystal substrate having a large area equivalent to that of a Si single crystal wafer used as a support substrate can be obtained. In addition, since the Si single crystal used as the support substrate is the cheapest among the single crystals, the present invention can provide a high-performance electronic device at a low cost.

本発明の電子デバイス用基板は、高品質のLED、レーザーなどの窒化物半導体素子用の基板として理想的な特性を示す。また、窒化物半導体素子用としてばかりでなく、AlN、GaN、InN等の窒化物の物性、例えば、圧電性、高熱伝導性など特徴のある特性を利用した電子デバイス、たとえばSAW素子用の基板、IC用のヒートシンク基板にも好適である。   The electronic device substrate of the present invention exhibits ideal characteristics as a substrate for nitride semiconductor elements such as high-quality LEDs and lasers. Moreover, not only for nitride semiconductor elements, but also for electronic devices utilizing characteristic properties of nitrides such as AlN, GaN, InN, such as piezoelectricity and high thermal conductivity, for example, substrates for SAW elements, It is also suitable for a heat sink substrate for IC.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明の電子デバイス用基板は、少なくとも表面がSi単結晶である支持基板表面上にバッファ層を形成し、このバッファ層上に、窒化物薄膜を形成した後、支持基板またはこれとバッファ層とを取り去ることにより、製造される。   The substrate for an electronic device according to the present invention is formed by forming a buffer layer on the surface of a support substrate having at least a surface of Si single crystal, and forming a nitride thin film on the buffer layer. It is manufactured by removing.

窒化物薄膜形成のためのバッファ層には、後述するR−Zr系酸化物薄膜を用いる。   An R-Zr-based oxide thin film, which will be described later, is used for the buffer layer for forming the nitride thin film.

本発明におけるバッファ層と窒化物薄膜とのように、2層の薄膜を連続して形成する場合、下地となる薄膜(下地薄膜)とその上に成長する薄膜(成長薄膜)との間の格子の不整合度は、ミスマッチ度で表される。例えば、下地薄膜構成材料のバルク体の格子定数をdsubとし、成長薄膜構成材料のバルク体の格子定数をdepiとすれば、ミスマッチ度δ(単位:%)は、
δ(%)=[(depi−dsub)/dsub]×100
で表される。成長薄膜の格子定数が下地薄膜のそれより大きければ、δは正の値となる。一方、δが負の場合、下地薄膜の格子定数が成長薄膜のそれよりも大きいことを意味している。δ=0である場合には、下地薄膜と成長薄膜との格子が一致している、すなわち格子が整合していることを意味している。δの符号にかかわらず、δの値が大きいほど格子不整合度が大きく、格子不整合に起因する歪みや欠陥等が結晶に導入されやすくなるので、好ましくない。
When two layers of thin films are continuously formed, such as a buffer layer and a nitride thin film in the present invention, a lattice between a thin film (underlying thin film) serving as a base and a thin film (growing thin film) grown thereon The degree of inconsistency is represented by the degree of mismatch. For example, if the lattice constant of the bulk body of the underlying thin film constituent material is d sub and the lattice constant of the bulk body of the grown thin film constituent material is d epi , the mismatch degree δ (unit:%) is
δ (%) = [(d epi −d sub ) / d sub ] × 100
It is represented by If the lattice constant of the grown thin film is larger than that of the underlying thin film, δ is a positive value. On the other hand, when δ is negative, it means that the lattice constant of the underlying thin film is larger than that of the grown thin film. When δ = 0, it means that the lattices of the base thin film and the grown thin film are matched, that is, the lattices are matched. Regardless of the sign of δ, the larger the value of δ, the greater the degree of lattice mismatch, which is not preferable because distortion, defects, and the like due to lattice mismatch are easily introduced into the crystal.

従来、GaN薄膜等のGaInAlN系窒化物薄膜を形成するための基板としては、上述したようにサファイア基板が一般的である。しかし、サファイアc面の上に(0001)配向のGaNが成長する場合、エピタキシャル成長時の両結晶の関係は、サファイア[0001]/GaN[0001]かつサファイア[1000]/GaN[−1010]となり、また、サファイアc面内の格子定数(a軸の格子定数)は0.476nm、GaN(0001)面内の格子定数(a軸の格子定数)は0.316nmなので、ミスマッチ度δは
(31/2×0.316)/0.476−1、
すなわち、+15.0%と大きくなる。
Conventionally, as described above, a sapphire substrate is generally used as a substrate for forming a GaInAlN nitride thin film such as a GaN thin film. However, when (0001) -oriented GaN grows on the sapphire c-plane, the relationship between the two crystals during epitaxial growth is sapphire [0001] / GaN [0001] and sapphire [1000] / GaN [-1010], Since the lattice constant in the sapphire c plane (a-axis lattice constant) is 0.476 nm and the lattice constant in the GaN (0001) plane (a-axis lattice constant) is 0.316 nm, the mismatch degree δ is (3 1 / 2 × 0.316) /0.476-1,
That is, it increases to + 15.0%.

これに対し、本発明において窒化物薄膜と接するR−Zr系酸化物薄膜の構成材料、例えばZrO2にYを添加した安定化ジルコニア(YSZ)結晶は、立方晶であってそのa軸の格子定数が0.5204nmなので、図6に示すように(111)面内の格子定数は0.3680nmとなる。この格子はGaN(0001)面内の格子と整合し、そのときのδは−14.1%であり、サファイア基板を用いた場合に対しミスマッチ度が改善される。また、YSZに替えてYb23、Lu23、Sc23を用いれば、(111)面内の格子定数はそれぞれ0.3679nm、0.3674nm、0.3481nmとなり、GaN(0001)面とのマッチングはさらに良好となる。 In contrast, in the present invention, the constituent material of the R—Zr-based oxide thin film in contact with the nitride thin film, for example, the stabilized zirconia (YSZ) crystal in which Y is added to ZrO 2 is a cubic crystal having an a-axis lattice. Since the constant is 0.5204 nm, the lattice constant in the (111) plane is 0.3680 nm as shown in FIG. This lattice matches the lattice in the GaN (0001) plane, and δ at that time is −14.1%, which improves the degree of mismatch compared to the case where a sapphire substrate is used. If Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 , or Sc 2 O 3 is used instead of YSZ, the lattice constants in the (111) plane are 0.3679 nm, 0.3674 nm, and 0.3481 nm, respectively, and GaN (0001 ) Matching with the surface is even better.

このように本発明では、従来用いられているサファイア基板との組み合わせに比べ格子不整合度が小さくなり、したがって、結晶性の高い窒化物薄膜が得られる。   As described above, in the present invention, the degree of lattice mismatch becomes small as compared with a combination with a conventionally used sapphire substrate, and thus a nitride thin film with high crystallinity can be obtained.

次に、各薄膜について説明する。   Next, each thin film will be described.

R−Zr系酸化物薄膜
本発明においてバッファ層として用いられるR−Zr系酸化物薄膜は、希土類元素(ScおよびYを含む)の酸化物および/または酸化ジルコニウムを主成分とするエピタキシャル膜である。
R-Zr-based oxide thin film The R-Zr-based oxide thin film used as a buffer layer in the present invention is an epitaxial film mainly composed of oxides of rare earth elements (including Sc and Y) and / or zirconium oxide. .

希土類元素の酸化物は、Yb23、Tm23、Er23、Y23、Ho23、Gd23、Dy23、Tb23、Pr23、Nd23、CeO2、Eu23、Sm23、La23、Sc23およびLu23の1種からなるか、これらの2種以上を含む固溶体から構成されることが好ましく、これらのうちでは特に、Yb23、Tm23、Er23、Y23、Ho23、Tb23、Sc23およびLu23の1種からなるか、これらの2種以上を含む固溶体から構成されることが好ましい。希土類元素を2種以上含むとき、その比率は任意である。なお、これらの酸化物は、化学量論組成から偏倚していてもよい。 Oxides of rare earth elements are Yb 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Er 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Pr 2 O. 3 , Nd 2 O 3 , CeO 2 , Eu 2 O 3 , Sm 2 O 3 , La 2 O 3 , Sc 2 O 3 and Lu 2 O 3 , or a solid solution containing two or more of these Among these, Yb 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Er 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Sc 2 O 3 and Lu 2 are preferred. It is preferably composed of one kind of O 3 or a solid solution containing two or more kinds of these. When two or more rare earth elements are contained, the ratio is arbitrary. Note that these oxides may deviate from the stoichiometric composition.

酸化ジルコニウムは、組成が実質的にZrO2であることが好ましいが、化学量論組成から偏倚していてもよい。 Zirconium oxide is preferably substantially ZrO 2 in composition, but may be deviated from the stoichiometric composition.

R−Zr系酸化物薄膜が希土類元素酸化物と酸化ジルコニウムとの固溶体である場合、固溶比率は任意である。ただし、表面平坦性を良好にするためには、R−Zr系酸化物薄膜を、実質的に希土類元素酸化物から構成するか、実質的に酸化ジルコニウムから構成することが好ましい。また、酸化ジルコニウムを主成分とする場合、酸化ジルコニウムの純度が高いほど絶縁抵抗も高くなり、リーク電流も小さくなることから、絶縁特性を必要とする場合には好ましい。酸化ジルコニウムを主成分とする場合には、薄膜中の酸素を除く構成元素中におけるZrの比率は、好ましくは93mol%超、より好ましくは95mol%以上、さらに好ましくは98mol%以上、最も好ましくは99.5mol%以上である。高純度の酸化ジルコニウム薄膜において、酸素およびZrを除く構成元素は、通常、希土類元素やPなどである。なお、Zrの比率の上限は、現在のところ99.99mol%程度である。また、現在の高純度化技術ではZrO2とHfO2との分離は難しいので、ZrO2の純度は、通常、Zr+Hfでの純度を指している。したがって、本明細書におけるZrO2の純度は、HfとZrとを同元素とみなして算出された値であるが、HfO2は本発明におけるR−Zr系酸化物薄膜においてZrO2と全く同様に機能するため、問題はない。 When the R—Zr-based oxide thin film is a solid solution of a rare earth element oxide and zirconium oxide, the solid solution ratio is arbitrary. However, in order to improve the surface flatness, it is preferable that the R—Zr-based oxide thin film is substantially composed of a rare earth element oxide or substantially composed of zirconium oxide. In addition, when zirconium oxide is the main component, the higher the purity of zirconium oxide, the higher the insulation resistance and the smaller the leakage current, which is preferable when insulation characteristics are required. When zirconium oxide is the main component, the ratio of Zr in the constituent elements excluding oxygen in the thin film is preferably more than 93 mol%, more preferably 95 mol% or more, further preferably 98 mol% or more, and most preferably 99 mol%. More than 5 mol%. In the high-purity zirconium oxide thin film, the constituent elements excluding oxygen and Zr are usually rare earth elements and P. The upper limit of the Zr ratio is currently about 99.99 mol%. Further, since the difficult separation of ZrO 2 and HfO 2 with the current high purification technique, the purity of ZrO 2 it is usually refers to purity with Zr + Hf. Accordingly, the purity of ZrO 2 in the present specification is a value calculated by regarding Hf and Zr as the same element, but HfO 2 is exactly the same as ZrO 2 in the R—Zr-based oxide thin film of the present invention. Because it works, there is no problem.

R−Zr系酸化物薄膜には、特性改善のために添加物を導入してもよい。例えば、CaやMgなどのアルカリ土類元素をドーピングすると、膜のピンホールが減少し、リークを抑制することができる。また、AlおよびSiは、膜の抵抗率を向上させる効果がある。さらに、Mn、Fe、Co、Niなどの遷移元素は、膜中において不純物による準位(トラップ準位)を形成することができ、この準位を利用することにより導電性の制御が可能になる。   An additive may be introduced into the R—Zr-based oxide thin film for improving the characteristics. For example, when an alkaline earth element such as Ca or Mg is doped, pinholes in the film are reduced and leakage can be suppressed. Al and Si have an effect of improving the resistivity of the film. Furthermore, transition elements such as Mn, Fe, Co, and Ni can form a level (trap level) due to impurities in the film, and the conductivity can be controlled by using this level. .

R−Zr系酸化物薄膜は、その上に形成される窒化物薄膜との間で、格子定数を好ましくマッチングさせることにより、結晶性の高い窒化物薄膜を形成する役割を果たす。窒化物薄膜は六方晶系の結晶から構成されるため、R−Zr系酸化物薄膜は、(111)配向のエピタキシャル膜から構成される。   The R—Zr-based oxide thin film plays a role of forming a highly crystalline nitride thin film by preferably matching the lattice constant with the nitride thin film formed thereon. Since the nitride thin film is composed of hexagonal crystals, the R-Zr-based oxide thin film is composed of an epitaxial film having a (111) orientation.

なお、希土類元素酸化物薄膜は、Si(111)基板上に形成する場合でもSi(100)基板上に形成する場合でも(111)配向となるため、この場合には支持基板が(100)配向であってもよい。これに対し酸化ジルコニウム薄膜は、Si(111)基板上では(111)配向となるが、Si(100)基板上では(001)配向となるので、この場合には(111)配向の支持基板を用いる。   The rare earth element oxide thin film has a (111) orientation regardless of whether it is formed on a Si (111) substrate or a Si (100) substrate. In this case, the support substrate has a (100) orientation. It may be. In contrast, a zirconium oxide thin film has a (111) orientation on a Si (111) substrate, but a (001) orientation on a Si (100) substrate. In this case, a (111) oriented support substrate is used. Use.

なお、本明細書におけるエピタキシャル膜は、まず、単一配向膜である必要がある。本明細書における単一配向膜とは、X線回折による測定を行ったとき、目的とする面以外のものの反射のピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の10%以下、好ましくは5%以下である膜である。例えば、(111)単一配向膜は、膜の2θ−θX線回折で(LLL)面以外の反射ピークの強度が、(LLL)面反射の最大ピーク強度の10%以下、好ましくは5%以下の膜である。なお、本明細書において(LLL)は、(111)や(222)などの等価な面を総称する表示である。また、例えば六方晶系の結晶における(0001)単一配向膜、すなわちc面単一配向膜は、(000L)面以外の反射ピークの強度が、(000L)面反射の最大ピーク強度の10%以下、好ましくは5%以下の膜である。なお、(000L)は、(0001)や(0002)などの等価な面を総称する表示である。   In addition, the epitaxial film in this specification needs to be a single alignment film first. In the present specification, the single alignment film means that when measured by X-ray diffraction, the peak intensity of reflection of objects other than the target surface is 10% or less, preferably 5% of the maximum peak intensity of the target surface. It is the following film. For example, in the (111) single alignment film, the intensity of the reflection peak other than the (LLL) plane in 2θ-θX-ray diffraction of the film is 10% or less, preferably 5% or less of the maximum peak intensity of the (LLL) plane reflection. It is a film. In the present specification, (LLL) is a display that collectively refers to equivalent surfaces such as (111) and (222). Further, for example, in a (0001) single orientation film in a hexagonal crystal, that is, a c-plane single orientation film, the intensity of the reflection peak other than the (000L) plane is 10% of the maximum peak intensity of the (000L) plane reflection. Hereinafter, the film is preferably 5% or less. Note that (000L) is a generic name for equivalent surfaces such as (0001) and (0002).

そして、本明細書におけるエピタキシャル膜とは、上記単一配向膜において、膜面内をX−Y面とし、膜厚方向をZ軸としたとき、結晶がX軸、Y軸およびZ軸方向にともに揃って配向しているものである。このような配向は、RHEED評価でスポットまたはストリークパターンを示すことで確認できる。なお、RHEEDとは、反射高速電子線回折(Reflection High Energy Electron Diffraction)であり、RHEED評価は、膜面内における結晶軸の配向の指標である。   And the epitaxial film in this specification is the above-mentioned single alignment film, where the crystal plane is in the X-axis, Y-axis and Z-axis directions when the film plane is the XY plane and the film thickness direction is the Z-axis. Both are aligned together. Such orientation can be confirmed by showing a spot or streak pattern by RHEED evaluation. Note that RHEED is reflection high energy electron diffraction, and RHEED evaluation is an index of crystal axis orientation in the film plane.

なお、RHEED像がストリークであって、しかもシャープである場合、各層の結晶性および表面平坦性が優れていることを意味する。   When the RHEED image is streaky and sharp, it means that the crystallinity and surface flatness of each layer are excellent.

結晶性の高い窒化物薄膜を形成するためには、R−Zr系酸化物薄膜は、結晶性および表面平坦性に優れるものであることが好ましい。具体的には、R−Zr系酸化物薄膜、あるいはこれを構成する各薄膜は、X線回折による(111)面の反射のロッキングカーブの半値幅が1.50°以下となる程度の結晶性を有していることが好ましい。また、R−Zr系酸化物薄膜の表面性を、AFM(原子間力顕微鏡)により測定される表面粗さRz(十点平均粗さ、基準長さ500nm)で表したとき、Rzは、好ましくは2nm以下、より好ましくは0.60nm以下である。なお、このような表面粗さは、表面の好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上の領域で実現していることが望ましい。上記表面粗さは、基板全面にわたって各層を形成したときに、面積10cm2以上の領域にわたって平均に分布した任意の10箇所以上を測定しての値である。本明細書において、薄膜表面の例えば80%以上でRzが2nm以下であるとは、上記のように10箇所以上を測定したときにその80%以上の箇所でRzが2nm以下であることを意味する。なお、表面粗さRzは、JIS B 0610に規定されている。 In order to form a nitride thin film with high crystallinity, the R—Zr-based oxide thin film is preferably excellent in crystallinity and surface flatness. Specifically, the R-Zr-based oxide thin film or each of the thin films constituting the R-Zr-based oxide thin film has a crystallinity such that the full width at half maximum of the rocking curve of reflection on the (111) plane by X-ray diffraction is 1.50 ° or less. It is preferable to have. Further, when the surface property of the R—Zr-based oxide thin film is represented by a surface roughness Rz (ten-point average roughness, reference length 500 nm) measured by an AFM (atomic force microscope), Rz is preferably Is 2 nm or less, more preferably 0.60 nm or less. Such surface roughness is desirably realized in a region of preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and further preferably 95% or more of the surface. The surface roughness is a value obtained by measuring at least 10 arbitrary points distributed in an average over a region having an area of 10 cm 2 or more when each layer is formed over the entire surface of the substrate. In the present specification, for example, Rz is 2 nm or less at 80% or more of the thin film surface means that Rz is 2 nm or less at 80% or more of the positions when 10 or more are measured as described above. To do. The surface roughness Rz is defined in JIS B 0610.

R−Zr系酸化物薄膜におけるロッキングカーブの半値幅およびRzの下限値は特になく、小さいほど好ましいが、現在のところ、ロッキングカーブの半値幅の下限値は、一般に0.7°程度、特に0.4°程度、Rzの下限値は0.10nm程度である。   The rocking curve half-value width and the lower limit value of Rz in the R-Zr-based oxide thin film are not particularly limited and are preferably as small as possible. At present, the lower limit value of the rocking curve half-value width is generally about 0.7 °, particularly 0. About 4 °, and the lower limit of Rz is about 0.10 nm.

R−Zr系酸化物薄膜の好ましい厚さは、好ましくは5〜500nm、より好ましくは10〜50nmである。R−Zr系酸化物薄膜は、その結晶性、表面性、絶縁性を損なわない程度に薄いことが好ましい。   The preferred thickness of the R—Zr-based oxide thin film is preferably 5 to 500 nm, more preferably 10 to 50 nm. The R—Zr-based oxide thin film is preferably thin enough not to impair its crystallinity, surface property, and insulation.

なお、R−Zr系酸化物薄膜は、組成の異なる2種以上の薄膜を積層したものであってもよく、厚さ方向において組成が徐々に変化する傾斜構造膜であってもよい。   The R—Zr-based oxide thin film may be a laminate of two or more thin films having different compositions, or may be an inclined structure film in which the composition gradually changes in the thickness direction.

窒化物薄膜
窒化物薄膜は、Al、GaおよびInから選択される少なくとも1種とNとを主成分とし、好ましくは、実質的にGaxInyAl1-x-yN(0≦x≦1、0≦x+y≦1)で表される組成を有する。具体的組成は、適用される電子デバイスに応じ、必要とされる特性に合致するように決定すればよい。例えば、窒化物薄膜の組成を制御することにより、格子定数および熱膨張係数を調整することが可能なので、適用される電子デバイス中において窒化物薄膜上に成長させる必要のあるエピタキシャル膜に応じ、窒化物薄膜の組成を決定すればよい。
Nitride thin film A nitride thin film is mainly composed of at least one selected from Al, Ga and In and N, and is preferably substantially Ga x In y Al 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). The specific composition may be determined so as to match the required characteristics according to the applied electronic device. For example, by controlling the composition of the nitride thin film, it is possible to adjust the lattice constant and the coefficient of thermal expansion, so depending on the epitaxial film that needs to be grown on the nitride thin film in the applied electronic device, What is necessary is just to determine the composition of a physical thin film.

窒化物薄膜は、ウルツァイト型の結晶構造を有する窒化物から構成される(0001)単一配向膜であることが好ましく、エピタキシャル膜であることがより好ましい。   The nitride thin film is preferably a (0001) single orientation film composed of a nitride having a wurtzite crystal structure, and more preferably an epitaxial film.

窒化物薄膜は、絶縁基板として用いることもでき、n型やp型の半導体基板として用いることもできる。半導体基板として用いる場合には、例えばSiやMgなど、GaxInyAl1-x-yNの半導体化において公知のドーピング元素を添加すればよい。 The nitride thin film can be used as an insulating substrate, and can also be used as an n-type or p-type semiconductor substrate. When used as a semiconductor substrate, a known doping element such as Si or Mg may be added in making Ga x In y Al 1-xy N into a semiconductor.

窒化物薄膜を支持基板上に直接形成せずに前記バッファ層を介して形成するのは、窒化物薄膜を支持基板表面に直接形成すると、エピタキシャル成長しないからである。   The reason why the nitride thin film is formed through the buffer layer without being directly formed on the support substrate is that when the nitride thin film is formed directly on the support substrate surface, epitaxial growth does not occur.

窒化物薄膜は、結晶性および表面平坦性に優れるものであることが好ましい。具体的には、窒化物薄膜は、X線回折による(0001)面の反射のロッキングカーブの半値幅が2.50°以下となる程度の結晶性を有していることが好ましい。また、窒化物薄膜上に結晶性の高い窒化物半導体薄膜を形成するためには、窒化物薄膜の表面平坦性が良好であることが好ましい。窒化物薄膜の表面平坦性を、AFM(原子間力顕微鏡)により測定される表面粗さRz(十点平均粗さ、基準長さ500nm)で表したとき、Rzは、好ましくは20nm以下、より好ましくは10nm以下である。なお、このような表面粗さは、表面の好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上の領域で実現していることが望ましい。上記表面粗さは、基板全面にわたって各層を形成したときに、面積10cm2以上の領域にわたって平均に分布した任意の10箇所以上を測定しての値である。 The nitride thin film is preferably excellent in crystallinity and surface flatness. Specifically, the nitride thin film preferably has crystallinity such that the half-value width of the rocking curve of reflection on the (0001) plane by X-ray diffraction is 2.50 ° or less. Further, in order to form a nitride semiconductor thin film with high crystallinity on the nitride thin film, it is preferable that the surface flatness of the nitride thin film is good. When the surface flatness of the nitride thin film is expressed by a surface roughness Rz (ten-point average roughness, reference length 500 nm) measured by an AFM (atomic force microscope), Rz is preferably 20 nm or less. Preferably it is 10 nm or less. Such surface roughness is desirably realized in a region of preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and further preferably 95% or more of the surface. The surface roughness is a value obtained by measuring at least 10 arbitrary points distributed in an average over a region having an area of 10 cm 2 or more when each layer is formed over the entire surface of the substrate.

窒化物薄膜におけるロッキングカーブの半値幅およびRzの下限値は特になく、小さいほど好ましいが、現在のところ、ロッキングカーブの半値幅の下限値は、一般に0.9°程度、Rzの下限値は0.10nm程度である。   There are no lower limit values for the rocking curve half-value width and Rz in the nitride thin film, and it is preferable that the lower limit is smaller. However, at present, the lower limit value for the rocking curve half-value width is generally about 0.9 °, and the lower limit value for Rz is 0 .About 10 nm.

なお、表面平坦性を向上させるために、各薄膜の表面を研磨してもよい。研磨には、研磨溶液に、アルカリ溶液等を用いる化学的研磨、コロイダルシリカ等を用いる機械的研磨、化学的研磨と機械的研磨との併用などを利用すればよい。   In addition, in order to improve surface flatness, you may grind | polish the surface of each thin film. For polishing, chemical polishing using an alkaline solution or the like as a polishing solution, mechanical polishing using colloidal silica, or the like, combined use of chemical polishing and mechanical polishing, or the like may be used.

窒化物薄膜の厚さは、好ましくは0.1〜300μm、より好ましくは1〜100μmである。窒化物薄膜が薄すぎると、支持基板を取り除いた後の取り扱いが困難となり、自立膜とできないこともある。一方、窒化物薄膜が厚すぎると、応力が発生しやすくなり、また、形成時間も長くなりすぎる。   The thickness of the nitride thin film is preferably 0.1 to 300 μm, more preferably 1 to 100 μm. If the nitride thin film is too thin, handling after removing the support substrate becomes difficult, and it may not be a self-supporting film. On the other hand, if the nitride thin film is too thick, stress is likely to be generated, and the formation time is too long.

なお、窒化物薄膜が薄い場合(例えば10μm未満である場合)、窒化物薄膜表面に補強板を張り付けることにより、ハンドリング性、電気的特性、構造的特性等の向上を図ることが可能である。補強板には、窒化物薄膜に応力を生じさせないもの、具体的には、熱膨張係数が窒化物薄膜と同等であるか近似し、かつ表面平坦性の良好なもの、例えば平滑なガラス板などを用いることが好ましい。窒化物薄膜を補強板に固定する方法は、窒化物薄膜に応力を生じさせないものであれば特に限定されない。固定には例えば接着剤を用いてもよいが、補強板の表面性が良好であれば、窒化物薄膜を載せるだけで補強板に密着して固定される。   When the nitride thin film is thin (for example, less than 10 μm), it is possible to improve handling properties, electrical characteristics, structural characteristics, etc. by attaching a reinforcing plate to the surface of the nitride thin film. . Reinforcing plates that do not cause stress in the nitride thin film, specifically, those having a thermal expansion coefficient equivalent to or close to that of the nitride thin film and having good surface flatness, such as a smooth glass plate Is preferably used. The method for fixing the nitride thin film to the reinforcing plate is not particularly limited as long as it does not cause stress in the nitride thin film. For example, an adhesive may be used for fixing, but if the surface property of the reinforcing plate is good, it is fixed in close contact with the reinforcing plate simply by placing a nitride thin film.

また、ガラス板等の補強板を接着する構成のほか、窒化物薄膜上に、窒化物薄膜の自立性を補強するための膜(以下、補強膜という)を形成する構成としてもよい。補強膜は、窒化物薄膜の応力発生を抑えるために熱膨張係数のマッチング等を考慮して、窒化物薄膜と同一または類似の組成の窒化物から構成することが好ましい。ただし、補強膜には高結晶性は要求されないので、単結晶である必要はなく、多結晶膜やアモルファス膜でよい。したがって、補強膜は、室温付近で形成でき、また、膜形成速度を高くすることができる。補強膜の厚さは、十分な補強効果が得られるように適宜決定すればよく、窒化物薄膜の厚さなどによっても好ましい範囲は異なるが、例えば50〜1000μm、好ましくは100〜500μmの範囲から選択すればよい。   In addition to a structure in which a reinforcing plate such as a glass plate is bonded, a film (hereinafter referred to as a reinforcing film) for reinforcing the self-supporting property of the nitride thin film may be formed on the nitride thin film. The reinforcing film is preferably made of nitride having the same or similar composition as the nitride thin film in consideration of matching of thermal expansion coefficients and the like in order to suppress the stress generation of the nitride thin film. However, since the reinforcing film is not required to have high crystallinity, it does not have to be a single crystal and may be a polycrystalline film or an amorphous film. Therefore, the reinforcing film can be formed near room temperature, and the film formation rate can be increased. The thickness of the reinforcing film may be appropriately determined so as to obtain a sufficient reinforcing effect, and the preferable range varies depending on the thickness of the nitride thin film, but is, for example, from 50 to 1000 μm, preferably from 100 to 500 μm. Just choose.

なお、電子デバイス用基板としての窒化物薄膜は、組成の異なる2種以上の薄膜を積層したものであってもよく、厚さ方向において組成が徐々に変化する傾斜構造膜であってもよい。例えば、支持基板に対する格子整合性が相対的に良好な窒化物からなる薄膜と、窒化物半導体薄膜に対する格子整合性が相対的に良好な窒化物からなる薄膜とを積層し、2層構造の窒化物薄膜としてもよい。   The nitride thin film as the electronic device substrate may be a laminate of two or more thin films having different compositions, or may be a gradient structure film whose composition gradually changes in the thickness direction. For example, a thin film made of nitride having relatively good lattice matching to the support substrate and a thin film made of nitride having relatively good lattice matching to the nitride semiconductor thin film are laminated to form a two-layer nitriding A thin film may be used.

支持基板
支持基板には、Si単結晶を表面に有するものを用いる。支持基板の少なくとも表面は、Si単結晶の(111)面または(100)面から構成されていることが好ましく、(111)面から構成されていることがより好ましい。
A support substrate having a Si single crystal on its surface is used. At least the surface of the support substrate is preferably composed of a (111) plane or a (100) plane of Si single crystal, and more preferably a (111) plane.

薄膜形成方法
バッファ層の形成方法は特に限定されないが、好ましくは、本出願人による特開平8−109099号公報に記載された方法に準じて蒸着法を用いる。
Thin Film Forming Method The method for forming the buffer layer is not particularly limited, but preferably, a vapor deposition method is used according to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-1090099 by the present applicant.

窒化物薄膜の形成方法は特に限定されないが、スパッタリング法やMOVPE(有機金属気相成長)法を用いることが好ましく、特に、スパッタリング法を用いることが好ましい。MOVPE法では基板温度を1000℃程度と高くする必要があるが、本発明者らの実験によれば、スパッタリング法では基板温度600℃程度で高結晶性の窒化物薄膜の形成が可能である。また、支持基板を取り去って窒化物薄膜を自立膜とするためには、窒化物薄膜の内部応力を小さくする必要があるが、スパッタリング法はMOVPE法と異なり、薄膜の内部応力を多種類の条件、例えばガス圧、基板−ターゲット間距離、入力パワーなどによって自在に制御できるので、内部応力を小さくすることが容易である。   The method for forming the nitride thin film is not particularly limited, but it is preferable to use a sputtering method or a MOVPE (organometallic vapor phase epitaxy) method, and it is particularly preferable to use a sputtering method. In the MOVPE method, the substrate temperature needs to be as high as about 1000 ° C., but according to the experiments by the present inventors, it is possible to form a highly crystalline nitride thin film at a substrate temperature of about 600 ° C. by the sputtering method. In addition, in order to remove the support substrate and make the nitride thin film a self-supporting film, it is necessary to reduce the internal stress of the nitride thin film. Unlike the MOVPE method, the sputtering method has different conditions for the internal stress of the thin film. Since it can be freely controlled by, for example, gas pressure, substrate-target distance, input power, etc., it is easy to reduce internal stress.

本発明では、支持基板と同等の面積をもつ電子デバイス用基板が得られるので、支持基板として大面積のSi単結晶ウエハ、例えば面積10cm2以上のSi単結晶ウエハを用いることにより、10cm2以上の大面積の電子デバイス用基板を作製することができる。Si単結晶はサファイアに比べて著しく安価であるため、サファイア基板を用いる場合に比べ製造コストを著しく低くできる。現状の半導体製造プロセスは、2〜8インチのSi単結晶ウエハ、特に6インチタイプを用いたものが主流であるが、本発明はこれに対応が可能である。なお、マスク等を用いて、ウエハの一部だけに窒化物薄膜を形成する構成としてもよい。 In the present invention, an electronic device substrate having an area equivalent to that of the support substrate can be obtained. Therefore, by using a large-area Si single crystal wafer, for example, an Si single crystal wafer having an area of 10 cm 2 or more as the support substrate, 10 cm 2 or more. A large-area substrate for electronic devices can be produced. Since the Si single crystal is remarkably cheaper than sapphire, the manufacturing cost can be remarkably reduced as compared with the case of using a sapphire substrate. The current semiconductor manufacturing process mainly uses a 2 to 8 inch Si single crystal wafer, particularly a 6 inch type, but the present invention can cope with this. Note that a nitride thin film may be formed only on a part of the wafer using a mask or the like.

支持基板の除去方法
支持基板を除去する方法としては、例えば、支持基板を研磨する方法、化学的にウエットエッチングする方法、真空中でドライエッチングする方法、これらの方法を組み合わせて用いる方法などが好ましい。研磨には、研磨溶液としてアルカリ溶液等を用いる化学的研磨、コロイダルシリカ等を用いる機械的研磨、化学的研磨と機械的研磨とを併用する方法などを用いればよい。
As a method of removing the support substrate, for example, a method of polishing the support substrate, a method of chemically wet etching, a method of dry etching in vacuum, a method using a combination of these methods, or the like is preferable. . For polishing, chemical polishing using an alkaline solution or the like as a polishing solution, mechanical polishing using colloidal silica, or the like, a method using a combination of chemical polishing and mechanical polishing, or the like may be used.

なお、エッチングの際に、フォトレジスト層やSiO2層などからなる保護パターンを形成しておくことにより、支持基板の一部を選択的に取り去る選択エッチングが可能である。したがって、窒化物薄膜が比較的薄い場合に、支持基板の一部を残して構造的な補強部材として利用することができる。例えば、支持基板を選択エッチングしたり、いわゆるマイクロマシーニング加工したりすることにより、目的とするデバイスに適した任意の基板構造を得ることができる。なお、支持基板の除去は、どの段階で行ってもよい。例えば、デバイスの種類によっては、窒化物薄膜上に素子を作り込んだ後で支持基板を取り去る構成としてもよい。 Note that selective etching for selectively removing a part of the support substrate is possible by forming a protective pattern made of a photoresist layer, a SiO 2 layer, or the like during etching. Therefore, when the nitride thin film is relatively thin, it can be used as a structural reinforcing member while leaving a part of the support substrate. For example, an arbitrary substrate structure suitable for a target device can be obtained by selectively etching the support substrate or performing so-called micromachining. Note that the support substrate may be removed at any stage. For example, depending on the type of device, the support substrate may be removed after the element is formed on the nitride thin film.

支持基板の除去により得られた電子デバイス用基板では、通常、支持基板と反対側の面を、窒化物半導体薄膜等をエピタキシャル成長させる面として用いる。   In the substrate for electronic devices obtained by removing the support substrate, the surface opposite to the support substrate is usually used as a surface on which a nitride semiconductor thin film or the like is epitaxially grown.

窒化物半導体装置
本発明の電子デバイス用基板を利用した窒化物半導体装置の具体的用途は特に限定されず、窒化物半導体薄膜の高結晶性および平坦性を利用した各種用途に好ましく適用できる。具体的には、例えば、1層の窒化物半導体薄膜上にショットキー電極を形成してショットキーダイオードを構成したり、複数の窒化物半導体薄膜を設けてpn接合を形成し、ダイオードやトランジスタを構成したり、さらに活性層を設けて発光ダイオードを構成したり、共振構造としてレーザーダイオードを構成したりすることができる。
Nitride Semiconductor Device The specific use of the nitride semiconductor device using the electronic device substrate of the present invention is not particularly limited, and can be preferably applied to various uses utilizing the high crystallinity and flatness of the nitride semiconductor thin film. Specifically, for example, a Schottky electrode is formed on one nitride semiconductor thin film to form a Schottky diode, or a plurality of nitride semiconductor thin films are provided to form a pn junction, and a diode or transistor is formed. A light emitting diode can be formed by providing an active layer, or a laser diode can be formed as a resonant structure.

以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be shown to describe the present invention in more detail.

実施例1
まず、支持基板上に、バッファ層としてZrO2薄膜を形成した。ZrO2薄膜の形成は、本出願人による特開平8−109099号公報に記載された方法に準じて、以下の手順で行った。
Example 1
First, a ZrO 2 thin film was formed as a buffer layer on a support substrate. Formation of the ZrO 2 thin film was carried out according to the following procedure in accordance with the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-109099 by the present applicant.

支持基板には、その表面が(111)面となるように切断して鏡面研磨したSi単結晶ウエハ(直径2インチの円形、厚さ300μm)を用いた。研磨表面は、40%フッ化アンモニウム水溶液によりエッチング洗浄した。次に、図1に示す蒸着装置1を用い、その真空槽1a内に設置された回転軸4およびモータ5を有する回転手段と、ヒータ6を有する加熱手段とを備えた基板ホルダ3に、支持基板2を固定し、真空槽内を10-6Torrまで油拡散ポンプにより排気した。次に、支持基板2の洗浄面をSi酸化物により保護するために、まず、基板を20rpmで回転させ、酸化性ガス供給装置7の酸化性ガス供給ノズル8から、酸素を支持基板2表面付近に25cc/分の割合で導入しながら、600℃に加熱した。これにより熱酸化が生じて、支持基板2表面に厚さ約1nmのSi酸化物層が形成された。 As the support substrate, a Si single crystal wafer (circular with a diameter of 2 inches, thickness of 300 μm) which was cut so as to have a (111) plane on the surface and mirror-polished was used. The polished surface was etched and cleaned with a 40% aqueous ammonium fluoride solution. Next, the vapor deposition apparatus 1 shown in FIG. 1 is used to support a substrate holder 3 having a rotating means 4 having a rotating shaft 4 and a motor 5 installed in the vacuum chamber 1a and a heating means having a heater 6. The substrate 2 was fixed, and the inside of the vacuum chamber was evacuated to 10 −6 Torr with an oil diffusion pump. Next, in order to protect the cleaning surface of the support substrate 2 with Si oxide, first, the substrate is rotated at 20 rpm, and oxygen is supplied from the oxidizing gas supply nozzle 8 of the oxidizing gas supply device 7 in the vicinity of the surface of the support substrate 2. Was heated to 600 ° C. while being introduced at a rate of 25 cc / min. As a result, thermal oxidation occurred, and a Si oxide layer having a thickness of about 1 nm was formed on the surface of the support substrate 2.

次いで、支持基板を900℃に加熱し、20rpmで回転させると共にノズルから酸素ガスを25cc/分の割合で導入しながら、Zr蒸発部9から金属Zrを蒸発させて基板表面に供給した。これにより、前工程で形成したSi酸化物層の還元とZrO2薄膜(バッファ層)の形成とを行った。このZrO2薄膜の厚さは、10nmとした。 Next, the support substrate was heated to 900 ° C., rotated at 20 rpm, and while introducing oxygen gas from the nozzle at a rate of 25 cc / min, the metal Zr was evaporated from the Zr evaporation section 9 and supplied to the substrate surface. Thereby, reduction of the Si oxide layer formed in the previous step and formation of a ZrO 2 thin film (buffer layer) were performed. The thickness of this ZrO 2 thin film was 10 nm.

このZrO2薄膜についてX線回折を行ったところ、ZrO2の(111)ピークが明瞭に観察され、単一配向性の高結晶性の膜であることがわかった。この(111)反射のロッキングカーブの半値幅は0.7°(支持基板からの反射を含む実測値)であり、配向性に優れることも確認できた。また、このZrO2薄膜を、RHEEDにより評価した結果、この薄膜表面の回折パターンは完全にストリークであった。この完全にストリークであるパターンは、このZrO2薄膜が結晶性、表面性に優れたエピタキシャル膜であることを示している。また、この薄膜表面のほぼ全体にわたる10箇所において、JIS B 0610による十点平均粗さRz(基準長さL:500nm)を測定したところ、平均で0.80nm、最大で1.00nm、最小で0.08nmであり、分子レベルで平坦であることが確認された。 When X-ray diffraction was performed on this ZrO 2 thin film, the (111) peak of ZrO 2 was clearly observed, and it was found that the ZrO 2 thin film was a single-oriented highly crystalline film. The full width at half maximum of this (111) reflection rocking curve was 0.7 ° (measured value including reflection from the support substrate), and it was confirmed that the orientation was excellent. Moreover, as a result of evaluating this ZrO 2 thin film by RHEED, the diffraction pattern on the surface of this thin film was completely streaky. This completely streak pattern indicates that this ZrO 2 thin film is an epitaxial film having excellent crystallinity and surface properties. In addition, ten points average roughness Rz (reference length L: 500 nm) according to JIS B 0610 was measured at 10 points on almost the entire surface of the thin film. The average was 0.80 nm, the maximum was 1.00 nm, and the minimum It was 0.08 nm and was confirmed to be flat at the molecular level.

なお、図1に示す希土類元素蒸発部10から希土類元素を蒸発させることにより、ZrO2薄膜に替えて希土類元素酸化物薄膜を形成し、同様に結晶性と表面性とを評価したところ、ZrO2薄膜と同等の結果が得られた。ただし、ZrO2と希土類元素酸化物との固溶体からなる薄膜を形成した場合には、表面性がやや悪くなった。また、ZrO2薄膜およびYSZ(Yにより安定化したジルコニウム)薄膜の抵抗率を測定した結果、ZrO2薄膜はYSZ薄膜に比べ5倍の高抵抗を示し、絶縁性に優れることが確認された。 In addition, when the rare earth element was evaporated from the rare earth element evaporation section 10 shown in FIG. 1 to form a rare earth element oxide thin film instead of the ZrO 2 thin film, and the crystallinity and surface properties were evaluated in the same manner, ZrO 2 The same result as the thin film was obtained. However, when a thin film made of a solid solution of ZrO 2 and a rare earth element oxide was formed, the surface properties were slightly deteriorated. Further, as a result of measuring the resistivity of the ZrO 2 thin film and the YSZ (Y stabilized zirconium) thin film, it was confirmed that the ZrO 2 thin film had a resistance five times higher than that of the YSZ thin film and was excellent in insulation.

次に、ZrO2薄膜上に、窒化物薄膜として厚さ20μmのAlN薄膜を形成した。AlN薄膜の形成は、N2ガス雰囲気中におけるRFマグネトロンスパッタリング法により行った。ターゲットにはAlを用い、基板温度は600℃、N2ガス圧は0.25Pa、RFパワーは300Wとした。 Next, an AlN thin film having a thickness of 20 μm was formed as a nitride thin film on the ZrO 2 thin film. The AlN thin film was formed by RF magnetron sputtering in an N 2 gas atmosphere. Al was used as the target, the substrate temperature was 600 ° C., the N 2 gas pressure was 0.25 Pa, and the RF power was 300 W.

このAlN薄膜についてX線回折を行ったところ、AlNの(0002)ピークが明瞭に観察され、単一配向性のウルツァイト型の高結晶性の膜であることがわかった。この(0002)反射のロッキングカーブの半値幅は1.9°であり、配向性に優れることも確認できた。このAlN薄膜をRHEEDにより評価した。RHEEDにおける回折パターンは、支持基板を面内において回転させると、図2のパターンと図3のパターンとが回転角30°ごとに交互に現れるものであった。これらのパターンから、このAlN薄膜は、エピタキシャル膜であることがわかる。この薄膜表面のほぼ全体にわたる10箇所において、JIS B 0610による十点平均粗さRz(基準長さL:500nm)を測定したところ、平均で2.5nm、最大で5nm、最小で1.0nmであり、平坦であることが確認された。   When X-ray diffraction was performed on this AlN thin film, the (0002) peak of AlN was clearly observed, and it was found that the film was a unidirectionally oriented wurtzite type highly crystalline film. The half-value width of the rocking curve of this (0002) reflection was 1.9 °, and it was confirmed that the orientation was excellent. This AlN thin film was evaluated by RHEED. The diffraction pattern in RHEED was such that when the support substrate was rotated in the plane, the pattern of FIG. 2 and the pattern of FIG. 3 appeared alternately at every rotation angle of 30 °. From these patterns, it can be seen that the AlN thin film is an epitaxial film. The ten-point average roughness Rz (reference length L: 500 nm) according to JIS B 0610 was measured at almost ten locations on the surface of the thin film. The average was 2.5 nm, the maximum was 5 nm, and the minimum was 1.0 nm. And it was confirmed to be flat.

次に、ウエットエッチングにより支持基板を取り去った。具体的には、AlN薄膜表面をフォトレジスト層で保護した後、KOH溶液に投入することにより支持基板を溶解して取り去った。これにより、自立性を有するAlN薄膜からなる電子デバイス用基板が得られた。   Next, the support substrate was removed by wet etching. Specifically, after the surface of the AlN thin film was protected with a photoresist layer, the support substrate was dissolved and removed by putting it in a KOH solution. Thereby, the board | substrate for electronic devices which consists of a self-supporting AlN thin film was obtained.

実施例2
表面が(100)面となるように切断、鏡面研磨したSi単結晶(直径2インチの円形、厚さ300μm)からなる支持基板(100)と、表面が(111)面となるように切断、鏡面研磨したSi単結晶(直径2インチ、厚さ300μm)からなる支持基板(111)とを準備し、これらの支持基板の表面を、40%フッ化アンモニウム水溶液によりエッチング洗浄した。これらの支持基板を用いて、
1.支持基板、
2.バッファ層(Lu23薄膜)、
3.窒化物(GaN)薄膜
の順で薄膜が積層された膜構造体を、以下の手順で作製した。
Example 2
A support substrate (100) made of a Si single crystal (circular with a diameter of 2 inches, thickness of 300 μm) cut and mirror-polished so that the surface becomes a (100) plane, and cut so that the surface becomes a (111) plane, A support substrate (111) made of mirror-polished Si single crystal (diameter 2 inches, thickness 300 μm) was prepared, and the surfaces of these support substrates were etched and washed with a 40% ammonium fluoride aqueous solution. Using these support substrates,
1. Support substrate,
2. Buffer layer (Lu 2 O 3 thin film),
3. A film structure in which thin films were stacked in the order of nitride (GaN) thin film was produced by the following procedure.

まず、実施例1と同様にして支持基板表面にSi酸化物層を形成し、次いで、Zrの替わりにLuを用いたほかは実施例1と同様にして、Lu23薄膜を形成した。Lu23薄膜の厚さは、10nmとした。 First, a Si oxide layer was formed on the support substrate surface in the same manner as in Example 1, and then a Lu 2 O 3 thin film was formed in the same manner as in Example 1 except that Lu was used instead of Zr. The thickness of the Lu 2 O 3 thin film was 10 nm.

Lu23薄膜についてX線回折を行ったところ、支持基板(100)を用いた場合にはLu23薄膜の希土類C型構造の(222)ピークが明瞭に観察され、強く配向したLu23結晶膜が得られたことが確認された。また、支持基板(111)を用いた場合にも同様に(222)ピークが明瞭に観察され、支持基板の結晶構造、対称性を反映した方位に強く配向したLu23結晶膜が得られたことが確認された。 When X-ray diffraction was performed on the Lu 2 O 3 thin film, when the support substrate (100) was used, the (222) peak of the rare earth C-type structure of the Lu 2 O 3 thin film was clearly observed, and strongly oriented Lu It was confirmed that a 2 O 3 crystal film was obtained. Similarly, when the support substrate (111) is used, the (222) peak is clearly observed, and a Lu 2 O 3 crystal film strongly oriented in an orientation reflecting the crystal structure and symmetry of the support substrate is obtained. It was confirmed that

また、各支持基板上のLu23薄膜をRHEEDにより評価した。この結果、回折パターンはシャープなストリーク状であり、これらの薄膜がエピタキシャル膜であってその表面が原子レベルで平坦であることが確認された。また、これらのLu23薄膜表面のほぼ全体にわたる10箇所において、JIS B 0610による十点平均粗さRz(基準長さL:500nm)を測定したところ、支持基板(100)上のLu23(111)薄膜では、平均で0.70nm、最大で0.95nm、最小で0.10nmであり、支持基板(111)上のLu23(111)薄膜では、平均で0.80nm、最大で1.00nm、最小で0.08nmであり、いずれも分子レベルで平坦であった。 In addition, the Lu 2 O 3 thin film on each support substrate was evaluated by RHEED. As a result, the diffraction pattern was a sharp streak, and it was confirmed that these thin films were epitaxial films and the surfaces thereof were flat at the atomic level. In addition, when 10-point average roughness Rz (reference length L: 500 nm) according to JIS B 0610 was measured at 10 points on almost the entire Lu 2 O 3 thin film surface, Lu 2 on the support substrate (100) was measured. In the O 3 (111) thin film, the average is 0.70 nm, the maximum is 0.95 nm, and the minimum is 0.10 nm. In the Lu 2 O 3 (111) thin film on the support substrate (111), the average is 0.80 nm. The maximum was 1.00 nm and the minimum was 0.08 nm, both of which were flat at the molecular level.

次に、各Lu23(111)薄膜上に、(0001)GaN薄膜を100μmの厚さに形成した。形成にはRFマグネトロンスパッタリング法を用い、反応性ガスとして窒素を、ターゲットとしてGaを用いた。基板温度は600℃とした。 Next, a (0001) GaN thin film was formed to a thickness of 100 μm on each Lu 2 O 3 (111) thin film. RF magnetron sputtering was used for the formation, nitrogen was used as the reactive gas, and Ga was used as the target. The substrate temperature was 600 ° C.

支持基板(111)上に形成したGaN薄膜についてX線回折を行ったところ、GaNの(0002)ピークが明瞭に観察され、単一配向性のウルツァイト型の高結晶性の膜であることがわかった。この(0002)反射のロッキングカーブの半値幅は1.3°であり、配向性に優れることも確認できた。このGaN薄膜を、RHEEDにより評価した。RHEEDにおける回折パターンは、支持基板を面内において回転させると、図4のパターンと図5のパターンとが回転角30°ごとに交互に現れるものであった。これらのパターンから、このGaN薄膜は、エピタキシャル膜であることがわかる。この薄膜表面のほぼ全体にわたる10箇所において、JIS B 0610による十点平均粗さRz(基準長さL:500nm)を測定したところ、平均で0.9nm、最大で1.5nm、最小で0.5nmであり、平坦であることが確認された。   When X-ray diffraction was performed on the GaN thin film formed on the support substrate (111), the (0002) peak of GaN was clearly observed, and it was found to be a unidirectionally oriented wurtzite-type highly crystalline film. It was. The half-value width of the rocking curve of this (0002) reflection was 1.3 °, and it was confirmed that the orientation was excellent. This GaN thin film was evaluated by RHEED. The diffraction pattern in RHEED was such that when the support substrate was rotated in the plane, the pattern of FIG. 4 and the pattern of FIG. 5 appeared alternately at every 30 ° rotation angle. From these patterns, it can be seen that this GaN thin film is an epitaxial film. The ten-point average roughness Rz (reference length L: 500 nm) according to JIS B 0610 was measured at almost 10 locations on the surface of the thin film. The average was 0.9 nm, the maximum was 1.5 nm, and the minimum was 0.00. It was 5 nm and was confirmed to be flat.

なお、支持基板(100)上に形成したGaN薄膜についても、X線回折、RHEEDおよび表面平坦性の評価において同様な結果が得られた。   Similar results were obtained for the GaN thin film formed on the support substrate (100) in the evaluation of X-ray diffraction, RHEED, and surface flatness.

次に、コロイダルシリカを用いた機械的研磨により支持基板を厚さ20μmまで研削し、続いて、ウエットエッチングにより支持基板の残部とLu23薄膜とを取り去り、自立性を有するGaN薄膜からなる電子デバイス用基板を得た。 Next, the support substrate is ground to a thickness of 20 μm by mechanical polishing using colloidal silica, and then the remaining portion of the support substrate and the Lu 2 O 3 thin film are removed by wet etching to form a self-supporting GaN thin film. An electronic device substrate was obtained.

実施例3
支持基板(111)を用い、GaN薄膜の厚さを400nmとしたほかは実施例2と同様にして、支持基板、バッファ層および窒化物薄膜からなる膜構造体を得た。
Example 3
A film structure comprising a support substrate, a buffer layer and a nitride thin film was obtained in the same manner as in Example 2 except that the support substrate (111) was used and the thickness of the GaN thin film was changed to 400 nm.

この膜構造体の窒化物薄膜上に、補強膜として厚さ200μmのGaN膜を形成した。補強膜の形成には、窒化物薄膜と同様にRFマグネトロンスパッタリング法を用いた。スパッタリングの際の条件は、補強膜に応力が生じないように選択した。具体的には、基板(膜構造体)温度を室温とし、RFパワーを1kWとし、スパッタ雰囲気をAr+N2(N2:20%)とした。得られた補強膜は、面内に垂直にc軸が配向した多結晶膜であった。 A GaN film having a thickness of 200 μm was formed as a reinforcing film on the nitride thin film of this film structure. For the formation of the reinforcing film, RF magnetron sputtering was used as in the case of the nitride thin film. The sputtering conditions were selected so that no stress was generated in the reinforcing film. Specifically, the substrate (film structure) temperature was room temperature, the RF power was 1 kW, and the sputtering atmosphere was Ar + N 2 (N 2 : 20%). The obtained reinforcing film was a polycrystalline film in which the c-axis was oriented vertically in the plane.

次に、実施例2と同様にして支持基板を厚さ20μmまで研削し、続いてウエットエッチングにより支持基板の残部を取り去った。さらに、ArイオンエッチングによりLu23薄膜を完全に除去し、補強膜と窒化物薄膜との積層体からなる自立膜を得た。なお、Lu23薄膜を除去する際に、窒化物薄膜も厚さ約50nmにわたって除去された。補強膜を形成しなかった場合には窒化物薄膜を自立膜とすることは不可能であった。 Next, the support substrate was ground to a thickness of 20 μm in the same manner as in Example 2, and then the remaining portion of the support substrate was removed by wet etching. Further, the Lu 2 O 3 thin film was completely removed by Ar ion etching to obtain a self-supporting film composed of a laminate of a reinforcing film and a nitride thin film. When removing the Lu 2 O 3 thin film, the nitride thin film was also removed over a thickness of about 50 nm. When the reinforcing film was not formed, it was impossible to make the nitride thin film a self-supporting film.

本発明の電子デバイス用基板の製造に用いられる蒸着装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the vapor deposition apparatus used for manufacture of the board | substrate for electronic devices of this invention. 結晶構造を示す図面代用写真であって、Si(111)支持基板/ZrO2(111)薄膜構造上に形成したAlN薄膜のRHEEDパターンである。A drawing-substitute photograph showing a crystal structure, Si (111) supporting the substrate / ZrO 2 (111) is a RHEED pattern of AlN thin film formed on the thin film structure. 結晶構造を示す図面代用写真であって、Si(111)支持基板/ZrO2(111)薄膜構造上に形成したAlN薄膜のRHEEDパターンであり、電子線の入射方向を、支持基板面内において図2に対し30°回転させた方向とした場合のものである。A drawing-substitute photograph showing a crystal structure, Si (111) supporting the substrate / ZrO 2 (111) is a RHEED pattern of AlN thin film formed on the thin film structure, the incident direction of the electron beam, in the support substrate surface Figure In the case of the direction rotated by 30 ° with respect to 2. 結晶構造を示す図面代用写真であって、Si(111)支持基板/Lu23(111)薄膜構造上に形成したGaN薄膜のRHEEDパターンである。A drawing-substitute photograph showing a crystal structure, Si (111) supporting board / Lu 2 O 3 (111) a RHEED pattern GaN thin film formed on the thin film structure. 結晶構造を示す図面代用写真であって、Si(111)支持基板/Lu23(111)薄膜構造上に形成したGaN薄膜のRHEEDパターンであり、電子線の入射方向を、支持基板面内において図4に対し30°回転させた方向とした場合のものである。A drawing-substitute photograph showing a crystal structure, Si (111) supporting the substrate / Lu 2 O 3 (111) is a RHEED pattern of GaN thin film formed on the thin film structure, the incident direction of the electron beam, the supporting substrate plane In FIG. 4, the rotation direction is 30 ° with respect to FIG. YSZ立方晶の格子定数を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the lattice constant of a YSZ cubic crystal.

符号の説明Explanation of symbols

1 蒸着装置
1a 真空槽
2 支持基板
3 ホルダ
4 回転軸
5 モータ
6 ヒータ
7 酸化性ガス供給装置
8 酸化性ガス供給ノズル
9 Zr蒸発部
10 希土類元素蒸発部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vapor deposition apparatus 1a Vacuum chamber 2 Support substrate 3 Holder 4 Rotating shaft 5 Motor 6 Heater 7 Oxidizing gas supply device 8 Oxidizing gas supply nozzle 9 Zr evaporation part 10 Rare earth element evaporation part

Claims (7)

Al、GaおよびInから選択される少なくとも1種とNとを主成分とし、ウルツァイト型構造を有する窒化物結晶を有する窒化物薄膜から構成され、前記窒化物結晶の(0001)面が、前記窒化物薄膜表面に平行となるように単一配向しており、面積が10cm以上である電子デバイス用基板。 A nitride thin film having a nitride crystal having at least one selected from Al, Ga and In and N as a main component and having a wurtzite structure is formed, and the (0001) plane of the nitride crystal is the nitride A substrate for electronic devices that is single-oriented so as to be parallel to the surface of a thin film and has an area of 10 cm 2 or more. 請求項1の電子デバイス用基板の一方の面側に、希土類元素(ScおよびYを含む)の酸化物および/または酸化ジルコニウムから構成されるエピタキシャル膜であるバッファ層が存在する電子デバイス用基板。   A substrate for electronic devices, wherein a buffer layer, which is an epitaxial film composed of an oxide of rare earth elements (including Sc and Y) and / or zirconium oxide, is present on one surface side of the substrate for electronic devices of claim 1. 請求項1または2の電子デバイス用基板の一方の面の一部に、Siからなる支持部材が存在する電子デバイス用基板。   An electronic device substrate in which a support member made of Si is present on a part of one surface of the electronic device substrate according to claim 1. 請求項1または2の電子デバイス用基板の一方の面に、補強板を張り付けたものである電子デバイス用基板。   An electronic device substrate, comprising a reinforcing plate attached to one surface of the electronic device substrate according to claim 1. 請求項1または2の電子デバイス用基板の一方の面に、前記窒化物薄膜の自立性を補強するための補強膜を形成したものである電子デバイス用基板。   An electronic device substrate comprising a reinforcing film for reinforcing the self-supporting property of the nitride thin film formed on one surface of the electronic device substrate according to claim 1. 前記補強膜が、Al、GaおよびInから選択される少なくとも1種とNとを主成分とし、多結晶またはアモルファスである請求項5の電子デバイス用基板。   6. The electronic device substrate according to claim 5, wherein the reinforcing film is mainly composed of at least one selected from Al, Ga and In and N, and is polycrystalline or amorphous. 前記窒化物薄膜がエピタキシャル膜である請求項1〜6のいずれかの電子デバイス用基板。

The electronic device substrate according to claim 1, wherein the nitride thin film is an epitaxial film.

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