JP6901995B2 - Film thickness measurement method, method for manufacturing nitride semiconductor laminates, and nitride semiconductor laminates - Google Patents
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Description
本発明は、膜厚測定方法、窒化物半導体積層物の製造方法および窒化物半導体積層物に
関する。
The present invention relates to a film thickness measuring method, a method for producing a nitride semiconductor laminate, and a nitride semiconductor laminate.
基板上にホモエピタキシャル成長されてなる半導体結晶の薄膜について、非接触および
非破壊で膜厚測定を行える手法として、フーリエ変換赤外分光法(FT−IR法)が知ら
れている(例えば、特許文献1参照)。
Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR method) is known as a method for measuring the film thickness of a semiconductor crystal thin film homoepitaxially grown on a substrate in a non-contact and non-destructive manner (for example, Patent Documents). 1).
しかしながら、窒化ガリウム(GaN)に代表されるIII族窒化物半導体の結晶につ
いては、これまで転位散乱による影響が大きく、特に1×1017cm‐3以下の低キャ
リア濃度における赤外域(IR)の吸収係数の差が無かったため、基板と同一組成の結晶
からなるホモエピタキシャル膜の場合、原理的に膜厚測定が困難である。
However, crystals of group III nitride semiconductors represented by gallium nitride (GaN) have been largely affected by dislocation scattering, especially in the infrared region (IR) at low carrier concentrations of 1 × 10 17 cm -3 or less. Since there was no difference in absorption coefficient, it is difficult to measure the film thickness in principle in the case of a homoepitaxial film composed of crystals having the same composition as the substrate.
本発明は、III族窒化物半導体結晶のホモエピタキシャル膜について、例えば1×1
017cm‐3以下の低キャリア濃度の場合であっても、FT−IR法等を利用した膜厚
測定を行うことを可能にする膜厚測定方法、窒化物半導体積層物の製造方法および窒化物
半導体積層物を提供することを目的とする。
The present invention relates to a homoepitaxial film of a group III nitride semiconductor crystal, for example, 1 × 1.
A film thickness measurement method that enables film thickness measurement using the FT-IR method or the like, a method for producing a nitride semiconductor laminate, and nitridement even in the case of a low carrier concentration of 0 17 cm- 3 or less. It is an object of the present invention to provide a product semiconductor laminate.
本発明の一態様によれば、
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてな
る窒化物半導体積層物における前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記基板として、当該基板におけるキャリア濃度と赤外域の吸収係数との間に依存性を
有するものを用い、
前記薄膜の膜厚を、フーリエ変換赤外分光法または赤外分光エリプソメトリ法を利用し
て測定する
膜厚測定方法が提供される。
According to one aspect of the invention
A film thickness measuring method for measuring the film thickness of a thin film in a nitride semiconductor laminate obtained by homoepitaxially growing a thin film on a substrate composed of crystals of a group III nitride semiconductor.
As the substrate, a substrate having a dependency between the carrier concentration in the substrate and the absorption coefficient in the infrared region is used.
A film thickness measuring method for measuring the thickness of the thin film by using Fourier transform infrared spectroscopy or infrared spectroscopic ellipsometry is provided.
本発明によれば、III族窒化物半導体結晶のホモエピタキシャル膜について、例えば
1×1017cm‐3以下の低キャリア濃度の場合であっても、キャリア濃度に依存して
IRの吸収係数に違いが生じるようになり、FT−IR法等を利用した膜厚測定を行うこ
とができる。
According to the present invention, for a homoepitaxial film of a group III nitride semiconductor crystal, the IR absorption coefficient differs depending on the carrier concentration even in the case of a low carrier concentration of , for example, 1 × 10 17 cm -3 or less. , And the film thickness can be measured by using the FT-IR method or the like.
<本発明の一実施形態>
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
<One Embodiment of the present invention>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1)窒化物半導体積層物1の構成
先ず、本実施形態に係る窒化物半導体積層物1の構成例を説明する。
(1) Configuration of Nitride
本実施形態で例に挙げて説明する窒化物半導体積層物1は、例えば、ショットキーバリ
アダイオード(SBD)としての半導体装置を製造する際に基体として用いられる基板状
の構造体である。半導体装置の基体として用いられることから、以下、窒化物半導体積層
物1のことを「中間体」または「中間前駆体」ということもある。
The
図1に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体積層物(中間体)1は、少なくとも
、基板10と、その基板10上に形成された薄膜である半導体層20と、を備えて構成さ
れている。
As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor laminate (intermediate) 1 according to the present embodiment includes at least a
(1−i)基板10の詳細構成
続いて、窒化物半導体積層物(中間体)1を構成する基板10について詳しく説明する
。なお、以下において、基板等の主面は、主に基板等の上側主面のことをいい、基板等の
表面ということもある。また、基板等の裏面は、基板等の下側主面のことをいう。
(1-i) Detailed Configuration of
図2に示すように、基板10は、円板状に形成されており、III族窒化物半導体の単
結晶、具体的には例えば窒化ガリウム(GaN)の単結晶からなるものである。
As shown in FIG. 2, the
基板10の主面の面方位は、例えば、(0001)面(+c面、Ga極性面)である。
ただし、例えば、000−1面(−c面、N極性面)であっても良い。
なお、基板10を構成するGaN結晶は、基板10の主面に対して所定のオフ角を有し
ていても良い。オフ角とは、基板10の主面の法線方向と、基板10を構成するGaN結
晶の主軸(c軸)とのなす角度のことをいう。具体的には、基板10のオフ角は、例えば
、0°以上1.2°以下である。また、これよりも大きく、2°以上4°以下とすること
も考えられる。さらには、例えば、a方向およびm方向のそれぞれにオフ角を有する、い
わゆるダブルオフであっても良い。
The plane orientation of the main plane of the
However, for example, it may be 000-1 plane (−c plane, N polar plane).
The GaN crystal constituting the
また、基板10の主面における転位密度は、例えば、5×106個/cm2以下である
。基板10の主面における転位密度が5×106個/cm2超であると、基板10上に形
成される後述の半導体層20において局所的な耐圧を低下させてしまう可能性がある。こ
れに対して、本実施形態のように、基板10の主面における転位密度を5×106個/c
m2以下とすることにより、基板10上に形成される半導体層20において局所的な耐圧
の低下を抑制することができる。
The dislocation density on the main surface of the
By setting the value to m 2 or less, it is possible to suppress a local decrease in withstand voltage in the
なお、基板10の主面は、エピレディ面であり、基板10の主面の表面粗さ(算術平均
粗さRa)は、例えば、10nm以下、好ましくは5nm以下である。
The main surface of the
また、基板10の直径Dは、特に制限されるものではないが、例えば、25mm以上で
ある。基板10の直径Dが25mm未満であると、その基板10を用いて半導体装置を製
造する際の生産性が低下しやすくなる。このため、基板10の直径Dは、25mm以上で
あることが好ましい。また、基板10の厚さTは、例えば、150μm以上2mm以下で
ある。基板10の厚さTが150μm未満であると、基板10の機械的強度が低下し自立
状態の維持が困難となる可能性がある。このため、基板10の厚さTは、150μm以上
とすることが好ましい。ここでは、例えば、基板10の直径Dが2インチとし、基板10
の厚さTを400μmとする。
The diameter D of the
The thickness T of the above is 400 μm.
また、基板10は、例えば、n型不純物(ドナー)を含んでいる。基板10中に含まれ
るn型不純物としては、例えば、シリコン(Si)およびゲルマニウム(Ge)が挙げら
れる。また、n型不純物としては、SiおよびGeの他に、例えば、酸素(O)、Oおよ
びSi、OおよびGe、O並びにSiおよびGe等が挙げられる。基板10中にn型不純
物がドーピングされていることにより、基板10中には、所定濃度の自由電子が生成され
ている。
Further, the
(吸収係数等について)
本実施形態において、基板10は、赤外域の吸収係数について所定の要件を満たしてい
る。これにより、基板10は、詳細を後述するように、基板10におけるキャリア濃度と
赤外域の吸収係数との間に依存性を有するものとなる。
以下、詳細を説明する。
(About absorption coefficient, etc.)
In the present embodiment, the
The details will be described below.
窒化物半導体積層物1を製造する際やその窒化物半導体積層物1を用いて半導体装置を
製造する際等には、例えば、後述のように、基板10上に半導体層20をエピタキシャル
成長させる工程や、該半導体層20中の不純物を活性化させる工程などのように、該基板
10を加熱する工程が行われることがある。例えば、基板10に対して赤外線を照射して
基板10を加熱する場合には、基板10の吸収係数に基づいて加熱条件を設定することが
重要となる。
When manufacturing the
ここで、図3は、ウィーンの変位則を示す図である。図3において、横軸は黒体温度(
℃)を示し、縦軸は黒体輻射のピーク波長(μm)を示している。図3に示すウィーンの
変位則によれば、黒体温度に対して黒体輻射のピーク波長が反比例する。ピーク波長をλ
(μm)、温度をT(℃)としたとき、λ=2896/(T+273)との関係を有する
。基板10を加熱する工程における所定の加熱源からの輻射が黒体輻射であると仮定する
と、加熱温度に対応するピーク波長を有する赤外線が、加熱源から基板10に対して照射
されることとなる。例えば、温度が約1200℃のときに、赤外線のピーク波長λは2μ
mとなり、温度が約600℃のときに、赤外線のピーク波長λは3.3μmとなる。
Here, FIG. 3 is a diagram showing Wien's displacement law. In FIG. 3, the horizontal axis is the blackbody temperature (
° C.), and the vertical axis represents the peak wavelength (μm) of blackbody radiation. According to Wien's displacement law shown in FIG. 3, the peak wavelength of blackbody radiation is inversely proportional to the blackbody temperature. Peak wavelength λ
(Μm), when the temperature is T (° C.), it has a relationship with λ = 2896 / (T + 273). Assuming that the radiation from a predetermined heating source in the step of heating the
When the temperature is about 600 ° C., the peak wavelength λ of infrared rays is 3.3 μm.
このような波長を有する赤外線を基板10に照射すると、基板10では、自由電子によ
る吸収(自由キャリア吸収)が生じ、これにより、基板10が加熱されることとなる。
When the
そこで、本実施形態では、基板10の自由キャリア吸収に基づいて、基板10における
赤外域の吸収係数が、以下の所定の要件を満たしている。
Therefore, in the present embodiment, the absorption coefficient in the infrared region of the
図4は、本実施形態に係る製造方法によって製造されるGaN結晶における室温(27
℃)で測定した吸収係数の、自由電子濃度依存性を示す図である。なお、図4は、後述の
製造方法によってSiをドープして製造されるGaN結晶からなる基板の測定結果を示し
ている。図4において、横軸は波長(nm)を示し、縦軸はGaN結晶の吸収係数α(c
m−1)を示している。また、GaN結晶中の自由電子濃度をNeとし、所定の自由電子
濃度NeごとにGaN結晶の吸収係数αをプロットしている。図4に示すように、後述の
製造方法によって製造されるGaN結晶では、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波
長範囲において、自由キャリア吸収に起因して、長波長に行くにしたがってGaN結晶に
おける吸収係数αが大きくなる(単調に増加する)傾向を示す。また、GaN結晶中の自
由電子濃度Neが高くなるにしたがって、GaN結晶における自由キャリア吸収が大きく
なる傾向を示す。
FIG. 4 shows room temperature (27) in the GaN crystal produced by the production method according to the present embodiment.
It is a figure which shows the free electron concentration dependence of the absorption coefficient measured at (° C.). Note that FIG. 4 shows the measurement results of a substrate made of GaN crystals produced by doping Si with a production method described later. In FIG. 4, the horizontal axis represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the absorption coefficient α (c) of the GaN crystal.
It shows m -1 ). Further, the free electron concentration in the GaN crystal as N e, plots the α absorption coefficient of GaN crystal for each predetermined free electron concentration N e. As shown in FIG. 4, in the GaN crystal produced by the production method described later, the absorption coefficient of the GaN crystal increases toward a longer wavelength due to free carrier absorption in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less. It shows a tendency for α to increase (monotonically increase). Further, according to the free electron concentration N e in the GaN crystal increases, a tendency to free carrier absorption in the GaN crystal increases.
本実施形態の基板10は、後述の製造方法によって製造されたGaN結晶からなってい
るため、結晶歪みが小さく、また、酸素(O)やn型不純物以外の不純物(例えば、n型
不純物を補償する不純物等)をほとんど含んでいない状態となっている。これにより、上
記図4のような吸収係数の自由電子濃度依存性を示す。その結果、本実施形態の基板10
では、以下のように、赤外域の吸収係数を自由キャリア濃度および波長の関数として近似
することができる。
Since the
Then, the absorption coefficient in the infrared region can be approximated as a function of free carrier concentration and wavelength as follows.
具体的には、波長をλ(μm)、27℃における基板10の吸収係数をα(cm−1)
、基板10中の自由電子濃度をNe(cm−3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたとき
に、本実施形態の基板10では、少なくとも1μm以上3.3μm以下(好ましくは1μ
m以上2.5μm以下)の波長範囲における吸収係数αが、以下の式(1)により近似さ
れる。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3)
Specifically, the wavelength is λ (μm), and the absorption coefficient of the
The free electron concentration in the substrate 10 N e (cm -3), K and a a when the respective constants, the
The absorption coefficient α in the wavelength range (m or more and 2.5 μm or less) is approximated by the following equation (1).
α = N e Kλ a ··· ( 1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)
なお、「吸収係数αが式(1)により近似される」とは、吸収係数αが最小二乗法で式
(1)により近似されることを意味する。つまり、上記規定は、吸収係数が式(1)と完
全に一致する(式(1)を満たす)場合だけでなく、所定の誤差の範囲内で式(1)を満
たす場合も含んでいる。なお、所定の誤差は、例えば、波長2μmにおいて±0.1α以
内、好ましくは±0.01α以内である。
The phrase "the absorption coefficient α is approximated by the equation (1)" means that the absorption coefficient α is approximated by the equation (1) by the method of least squares. That is, the above provision includes not only the case where the absorption coefficient completely matches the equation (1) (satisfies the equation (1)) but also the case where the equation (1) is satisfied within a predetermined error range. The predetermined error is, for example, within ± 0.1α, preferably within ± 0.01α at a wavelength of 2 μm.
なお、上記波長範囲における吸収係数αは、以下の式(1)’を満たすと考えてもよい
。
1.5×10−19Neλ3≦α≦6.0×10−19Neλ3 ・・・(1)’
The absorption coefficient α in the above wavelength range may be considered to satisfy the following equation (1)'.
1.5 × 10 -19 N e λ 3 ≦ α ≦ 6.0 × 10 -19 N e λ 3・ ・ ・ (1)'
また、上記規定を満たす基板10のなかでも特に結晶歪みが極めて小さく非常に高純度
(すなわち低不純物濃度)の基板では、上記波長範囲における吸収係数αは、以下の式(
1)’’により近似される(式(1)’’を満たす)。
α=2.2×10−19Neλ3 ・・・(1)’’
Further, among the
1) Approximate by'' (satisfies equation (1)'').
α = 2.2 × 10 -19 N e
なお、「吸収係数αが式(1)’により近似される」との規定は、上述の規定と同様に
、吸収係数が式(1)’と完全に一致する(式(1)’を満たす)場合だけでなく、所定
の誤差の範囲内で式(1)’を満たす場合も含んでいる。なお、所定の誤差は、例えば、
波長2μmにおいて±0.1α以内、好ましくは±0.01α以内である。
The provision that "the absorption coefficient α is approximated by the equation (1)'" satisfies the same as the above-mentioned provision that the absorption coefficient completely matches the equation (1)'(the equation (1)' is satisfied. ) Not only the case but also the case where the equation (1)'is satisfied within a predetermined error range. The predetermined error is, for example,
It is within ± 0.1α, preferably within ± 0.01α at a wavelength of 2 μm.
上述の図4では、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶における吸収係数αの
実測値を細線で示している。具体的には、自由電子濃度Neが1.0×1017cm−3
のときの吸収係数αの実測値を細い実線で示し、自由電子濃度Neが1.2×1018c
m−3のときの吸収係数αの実測値を細い点線で示し、自由電子濃度Neが2.0×10
18cm−3のときの吸収係数αの実測値を細い一点鎖線で示している。一方で、上述の
図4では、上記式(1)の関数を太線で示している。具体的には、自由電子濃度Neが1
.0×1017cm−3のときの式(1)の関数を太い実線で示し、自由電子濃度Neが
1.2×1018cm−3のときの式(1)の関数を太い点線で示し、自由電子濃度Ne
が2.0×1018cm−3のときの式(1)の関数を太い一点鎖線で示している。図4
に示すように、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶における吸収係数αの実測
値は、式(1)の関数によって精度良くフィッティングすることができる。なお、図4の
場合(Siドープの場合)では、K=2.2×10−19としたときに、吸収係数αが式
(1)に精度良く近似される。
In FIG. 4 described above, the measured value of the absorption coefficient α in the GaN crystal produced by the production method described later is shown by a thin line. Specifically, the free electron concentration Ne is 1.0 × 10 17 cm -3.
The measured value of the absorption coefficient α at the time of is shown by a thin solid line, and the free electron concentration Ne is 1.2 × 10 18 c.
The measured value of the absorption coefficient α when m -3 is shown by a thin dotted line, and the free electron concentration Ne is 2.0 × 10.
The measured value of the absorption coefficient α at 18 cm -3 is shown by a thin alternate long and short dash line. On the other hand, in FIG. 4 described above, the function of the above equation (1) is shown by a thick line. Specifically, the free electron concentration Ne is 1.
.. The function of equation (1) when 0 × 10 17 cm -3 is shown by a thick solid line, and the function of equation (1) when the free electron concentration Ne is 1.2 × 10 18 cm -3 is shown by a thick dotted line. Shown, free electron concentration Ne
The function of equation (1) when is 2.0 × 10 18 cm -3 is shown by a thick alternate long and short dash line. Figure 4
As shown in the above, the measured value of the absorption coefficient α in the GaN crystal produced by the production method described later can be accurately fitted by the function of the equation (1). In the case of FIG. 4 (in the case of Si doping), the absorption coefficient α is accurately approximated to the equation (1) when K = 2.2 × 10-19.
このように、基板10の吸収係数が式(1)により近似されることにより、基板10の
吸収係数を、基板10中の自由電子の濃度Neに基づいて精度良く設計することができる
。
Thus, by the absorption coefficient of the
また、本実施形態では、例えば、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲にお
いて、基板10の吸収係数αは、以下の式(2)を満たす。
0.15λ3≦α≦6λ3 ・・・(2)
Further, in the present embodiment, for example, in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less, the absorption coefficient α of the
0.15λ 3 ≤ α ≤ 6λ 3 ... (2)
α<0.15λ3であると、基板10に対して赤外線を充分に吸収させることができず
、基板10の加熱が不安定となる可能性がある。これに対し、0.15λ3≦αとするこ
とにより、基板10に対して赤外線を充分に吸収させることができ、基板10を安定的に
加熱することができる。一方で、6λ3<αであると、後述のように基板10中のn型不
純物の濃度が所定値超(1×1019at・cm−3超)であることに相当し、基板10
の結晶性が低下する可能性がある。これに対し、α≦6λ3とすることにより、基板10
中のn型不純物の濃度が所定値以下であることに相当し、基板10の良好な結晶性を確保
することができる。
When α <0.15λ 3 , the
Crystallinity may decrease. On the other hand, by setting α ≦ 6λ 3 , the
This corresponds to the concentration of the n-type impurities in the substrate being equal to or less than a predetermined value, and good crystallinity of the
なお、基板10の吸収係数αは、以下の式(2)’または(2)’’を満たすことが好
ましい。
0.15λ3≦α≦3λ3 ・・・(2)’
0.15λ3≦α≦1.2λ3 ・・・(2)’’
これにより、基板10を安定的に加熱可能としつつ、基板10のより良好な結晶性を確
保することができる。
The absorption coefficient α of the
0.15λ 3 ≦ α ≦ 3λ 3 ··· (2) '
0.15λ 3 ≤ α ≤ 1.2λ 3 ... (2)''
This makes it possible to stably heat the
また、本実施形態では、例えば、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲にお
いて、基板10の主面内での吸収係数αの最大値と最小値との差(最大値から最小値を引
いた差。以下、「基板10の面内吸収係数差」ともいう)をΔαとしたとき、Δα(cm
−1)は、式(3)を満たす。
Δα≦1.0 ・・・(3)
Δα>1.0であると、赤外線の照射による加熱効率が基板10の主面内で不均一とな
る可能性がある。これに対し、Δα≦1.0とすることにより、赤外線の照射による加熱
効率を基板10の主面内で均一にすることができる。
Further, in the present embodiment, for example, in the wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less, the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient α in the main surface of the substrate 10 (the minimum value is subtracted from the maximum value). Difference. Hereinafter, when Δα is defined as “difference in in-plane absorption coefficient of
-1 ) satisfies the equation (3).
Δα ≦ 1.0 ・ ・ ・ (3)
When Δα> 1.0, the heating efficiency due to infrared irradiation may become non-uniform in the main surface of the
なお、Δαは、式(3)’を満たすことが好ましい。
Δα≦0.5 ・・・(3)’
Δα≦0.5とすることにより、赤外線の照射による加熱効率を基板10の主面内で安
定的に均一にすることができる。
It is preferable that Δα satisfies the equation (3)'.
Δα ≦ 0.5 ・ ・ ・ (3)'
By setting Δα ≦ 0.5, the heating efficiency due to infrared irradiation can be stably made uniform in the main surface of the
上記吸収係数αおよびΔαに関する式(2)および(3)の規定は、例えば、波長2μ
mにおける規定に置き換えることができる。
The provisions of equations (2) and (3) regarding the absorption coefficients α and Δα are, for example, a wavelength of 2μ.
It can be replaced with the regulation in m.
すなわち、本実施形態では、例えば、基板10における波長2μmでの吸収係数は、1
.2cm−1以上48cm−1以下である。なお、基板10における波長2μmでの吸収
係数は、1.2cm−1以上24cm−1以下であることが好ましく、1.2cm−1以
上9.6cm−1以下であることがより好ましい。
That is, in the present embodiment, for example, the absorption coefficient of the
.. 2cm is -1 or more 48cm -1 or less. The absorption coefficient of the
また、本実施形態では、例えば、基板10の主面内における、波長2μmでの吸収係数
の最大値と最小値との差は、1.0cm−1以内、好ましくは0.5cm−1以内である
。
Further, in the present embodiment, for example, the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm in the main surface of the
なお、基板10の面内吸収係数差の上限値について記載したが、基板10の面内吸収係
数差の下限値は、小さければ小さいほどよいため、ゼロであることが好ましい。なお、基
板10の面内吸収係数差が0.01cm−1であっても、本実施形態の効果を充分に得る
ことができる。
Although the upper limit value of the in-plane absorption coefficient difference of the
ここでは、温度が約1200℃であるときの赤外線のピーク波長に相当する波長2μm
において、基板10の吸収係数の要件を規定した。しかしながら、基板10の吸収係数に
ついて上記要件を満たすことによる効果は、温度が約1200℃であるときに限定される
ものではない。というのも、加熱源から照射される赤外線のスペクトルは、ステファン−
ボルツマンの法則に従って所定の波長幅を有し、温度が1200℃以外であったとしても
波長2μmの成分を有している。このため、温度が1200℃に相当する波長2μmにお
いて基板10の吸収係数が上記要件を満たせば、温度が1200℃以外に相当する波長に
おいても、基板10の吸収係数や、基板10の主面内における吸収係数の最大値と最小値
との差は、所定の範囲内となる。これにより、温度が1200℃以外であったとしても、
基板10を安定的に加熱するとともに、基板10に対する加熱効率を主面内で均一にする
ことができる。
Here, the
The requirements for the absorption coefficient of the
It has a predetermined wavelength width according to Boltzmann's law, and has a component having a wavelength of 2 μm even if the temperature is other than 1200 ° C. Therefore, if the absorption coefficient of the
The
ところで、上述の図4は、GaN結晶の吸収係数を室温(27℃)で測定した結果であ
る。このため、基板10を加熱する工程での所定の温度条件下における基板10の吸収係
数を考える場合には、所定の温度条件下におけるGaN結晶の自由キャリア吸収が、室温
の温度条件下におけるGaN結晶の自由キャリア吸収に対してどのように変化するのかを
考慮する必要がある。
By the way, FIG. 4 above is the result of measuring the absorption coefficient of the GaN crystal at room temperature (27 ° C.). Therefore, when considering the absorption coefficient of the
図5は、GaN結晶の温度に対する、真性キャリア濃度を示す図である。図5に示すよ
うに、基板10を構成するGaN結晶では、温度が高くなるにつれて、バンド間(価電子
帯と伝導帯との間)で熱励起される真性キャリア濃度Niの濃度が高くなる。しかしなが
ら、たとえGaN結晶の温度が1300℃付近となったとしても、GaN結晶のバンド間
で熱励起される真性キャリア濃度Niの濃度は、7×1015cm−3未満であり、n型
不純物のドーピングによってGaN結晶中に生成される自由キャリアの濃度(例えば1×
1017cm−3)よりも充分に低い。すなわち、GaN結晶の自由キャリア濃度は、G
aN結晶の温度が1300℃未満の温度条件下で、n型不純物のドーピングによって自由
キャリア濃度が定まる、いわゆる外因性領域内となっていると言える。
FIG. 5 is a diagram showing the intrinsic carrier concentration with respect to the temperature of the GaN crystal. As shown in FIG. 5, in the GaN crystal forming the
It is sufficiently lower than 10 17 cm -3). That is, the free carrier concentration of the GaN crystal is G.
It can be said that the free carrier concentration is determined by doping the n-type impurity under the temperature condition that the temperature of the aN crystal is less than 1300 ° C., which is within the so-called exogenous region.
つまり、本実施形態では、少なくとも後述の半導体積層物1および半導体装置2の製造
工程での温度条件下(室温(27℃)以上1250℃以下の温度条件下)において基板1
0のバンド間で熱励起される真性キャリアの濃度が、室温の温度条件下においてn型不純
物のドーピングによって基板10中に生じる自由電子の濃度よりも低い(例えば1/10
倍以下)。これにより、基板10を加熱する工程での所定の温度条件下での基板10の自
由キャリア濃度が、室温の温度条件下での基板10の自由キャリア濃度とほぼ等しいと考
えることができ、所定の温度条件下での自由キャリア吸収が、室温での自由キャリア吸収
とほぼ等しいと考えることができる。つまり、上述したように、室温において、基板10
における赤外域の吸収係数が上記所定の要件を満たす場合、所定の温度条件下においても
、基板10における赤外域の吸収係数が上記所定の要件をほぼ維持していると考えること
ができる。
That is, in the present embodiment, the
The concentration of intrinsic carriers thermally excited between the 0 bands is lower than the concentration of free electrons generated in the
Less than double). As a result, it can be considered that the free carrier concentration of the
When the absorption coefficient in the infrared region in the above satisfies the above-mentioned predetermined requirement, it can be considered that the absorption coefficient in the infrared region in the
また、本実施形態の基板10では、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲に
おける吸収係数αが式(1)により近似されることから、所定の波長λでは、基板10の
吸収係数αは、自由電子濃度Neに対してほぼ比例する関係を有している。
Further, in the
図6(a)は、本実施形態に係るに係る製造方法によって製造されるGaN結晶におけ
る自由電子濃度に対する波長2μmでの吸収係数の関係を示す図である。図6(a)にお
いて、下側の実線(α=1.2×10−18n)は、K=1.5×10−19およびλ=
2.0を式(1)に代入した関数であり、上側の実線(α=4.8×10−18n)は、
K=6.0×10−19およびλ=2.0を式(1)に代入した関数である。また、図6
(a)では、SiをドープしたGaN結晶だけでなく、GeをドープしたGaN結晶も示
している。また、透過測定により吸収係数を測定した結果と、分光エリプソメトリ法によ
り吸収係数を測定した結果とを示している。図6(a)に示すように、波長λを2.0μ
mとしたとき、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶の吸収係数αは、自由電子
濃度Neに対してほぼ比例する関係を有している。また、後述の製造方法によって製造さ
れるGaN結晶における吸収係数αの実測値は、1.5×10−19≦K≦6.0×10
−19の範囲内で、式(1)の関数によって精度良くフィッティングすることができる。
なお、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶は高純度(すなわち低不純物濃度)
で、かつ、熱物性および電気特性が良好であるため、吸収係数αの実測値は、K=2.2
×10−19としたときの式(1)の関数、すなわち、α=1.8×10−18nによっ
て精度よくフィッティングすることができる場合が多い。
FIG. 6A is a diagram showing the relationship between the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm and the free electron concentration in the GaN crystal produced by the production method according to the present embodiment. In FIG. 6A, the lower solid line (α = 1.2 × 10-18 n) is K = 1.5 × 10-19 and λ =
It is a function in which 2.0 is substituted into equation (1), and the upper solid line (α = 4.8 × 10-18 n) is
It is a function in which K = 6.0 × 10-19 and λ = 2.0 are substituted into the equation (1). In addition, FIG.
In (a), not only Si-doped GaN crystals but also Ge-doped GaN crystals are shown. Moreover, the result of measuring the absorption coefficient by the transmission measurement and the result of measuring the absorption coefficient by the spectroscopic ellipsometry method are shown. As shown in FIG. 6A, the wavelength λ is set to 2.0 μ.
when the m, alpha absorption coefficient of GaN crystal produced by a production method described later, it has a relationship substantially proportional to the free electron concentration N e. Further, the measured value of the absorption coefficient α in the GaN crystal produced by the production method described later is 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10.
Within the range of -19 , it can be fitted accurately by the function of equation (1).
The GaN crystal produced by the production method described later has high purity (that is, low impurity concentration).
Moreover, since the thermal and electrical characteristics are good, the measured value of the absorption coefficient α is K = 2.2.
In many cases, the fitting can be performed accurately by the function of the equation (1) when × 10-19 is set, that is, α = 1.8 × 10-18 n.
本実施形態では、上記した基板10の吸収係数αが自由電子濃度Neに対して比例する
ことに基づいて、基板10中における自由電子濃度Neが、以下の所定の要件を満たして
いる。
In the present embodiment, based on the absorption coefficient of the
本実施形態では、例えば、基板10中における自由電子濃度Neは、1.0×1018
cm−3以上1.0×1019cm−3以下である。これにより、式(1)より、基板1
0における波長2μmでの吸収係数を1.2cm−1以上48cm−1以下とすることが
できる。なお、基板10中における自由電子濃度Neは、1.0×1018cm−3以上
5.0×1018cm−3以下であることが好ましく、1.0×1018cm−3以上2
.0×1018cm−3以下であることがより好ましい。これにより、基板10における
波長2μmでの吸収係数を、好ましくは1.2cm−1以上24cm−1以下とし、より
好ましくは1.2cm−1以上9.6cm−1以下とすることができる。
In the present embodiment, for example, the free electron density N e in the
cm -3 or more 1.0 × 10 19 cm -3 or less. As a result, from the equation (1), the
The absorption coefficient at a wavelength of 2 μm at 0 can be 1.2 cm -1 or more and 48 cm -1 or less. Incidentally, the free electron density N e in the
.. More preferably, it is 0 × 10 18 cm -3 or less. As a result, the absorption coefficient of the
また、上述のように基板10の主面内における吸収係数αの最大値と最小値との差をΔ
αとし、基板10の主面内における自由電子濃度Neの最大値と最小値との差をΔNeと
し、波長λを2.0μmしたとき、式(1)を微分することにより、以下の式(4)が求
められる。
Δα=8KΔNe ・・・(4)
Further, as described above, the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient α in the main surface of the
and alpha, the difference between the maximum value and the minimum value of the free electron concentration N e in the main surface of the
Δα = 8KΔN e ... (4)
本実施形態では、例えば、基板10の主面内における自由電子濃度Neの最大値と最小
値との差ΔNeは、8.3×1017cm−3以内、好ましくは4.2×1017cm−
3以内である。これにより、式(4)より、波長2μmでの吸収係数の最大値と最小値と
の差Δαを、1.0cm−1以内、好ましくは0.5cm−1以内とすることができる。
In the present embodiment, for example, the difference .DELTA.N e between the maximum value and the minimum value of the free electron concentration N e in the main surface of the
It is within 3. As a result, from the equation (4), the difference Δα between the maximum value and the minimum value of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm can be set to 1.0 cm -1 or less, preferably 0.5 cm -1 or less.
なお、ΔNeの上限値について記載したが、ΔNeの下限値は、小さければ小さいほど
よいため、ゼロであることが好ましい。なお、ΔNeが8.3×1015cm−3であっ
ても、本実施形態の効果を充分に得ることができる。
Although described for the upper limit of .DELTA.N e, the lower limit of .DELTA.N e, because the smaller the better, it is preferable that the zero. Even if ΔN e is 8.3 × 10 15 cm -3 , the effect of this embodiment can be sufficiently obtained.
本実施形態では、基板10中の自由電子濃度Neは、基板10中のn型不純物の濃度と
等しくなっており、基板10中のn型不純物の濃度が、以下の所定の要件を満たしている
。
In the present embodiment, the free electron concentration Ne in the
本実施形態では、例えば、基板10中におけるn型不純物の濃度は、1.0×1018
at・cm−3以上1.0×1019at・cm−3以下である。これにより、基板10
中における自由電子濃度Neを、1.0×1018cm−3以上1.0×1019cm−
3以下とすることができる。なお、基板10中におけるn型不純物の濃度は、1.0×1
018at・cm−3以上5.0×1018at・cm−3以下であることが好ましく、
1.0×1018at・cm−3以上2.0×1018at・cm−3以下であることが
より好ましい。これにより、基板10中における自由電子濃度Neを、好ましくは1.0
×1018cm−3以上5.0×1018cm−3以下とし、より好ましくは1.0×1
018cm−3以上2.0×1018cm−3以下とすることができる。
In the present embodiment, for example, the concentration of n-type impurities in the
At · cm -3 or more 1.0 × 10 19 at · cm -3 or less. As a result, the
The free electron concentration N e in the middle, 1.0 × 10 18 cm -3 or more 1.0 × 10 19 cm -
It can be 3 or less. The concentration of n-type impurities in the
0 18 at · cm -3 or more and 5.0 × 10 18 at · cm -3 or less is preferable.
More preferably, it is 1.0 × 10 18 at · cm -3 or more and 2.0 × 10 18 at · cm -3 or less. Thus, the free electron density N e in the
× 10 18 cm -3 or more 5.0 × 10 18 cm -3 or less, more preferably 1.0 × 1
It can be 0 18 cm -3 or more and 2.0 × 10 18 cm -3 or less.
また、本実施形態では、例えば、基板10の主面内におけるn型不純物の濃度の最大値
と最小値との差(以下、n型不純物の面内濃度差ともいう)は、8.3×1017at・
cm−3以内、好ましくは4.2×1017at・cm−3以内である。これにより、基
板10の主面内における自由電子濃度Neの最大値と最小値との差ΔNeを、n型不純物
の面内濃度差と等しく、8.3×1017cm−3以内、好ましくは4.2×1017c
m−3以内とすることができる。
Further, in the present embodiment, for example, the difference between the maximum value and the minimum value of the concentration of n-type impurities in the main surface of the substrate 10 (hereinafter, also referred to as the in-plane concentration difference of n-type impurities) is 8.3 ×. 10 17 at ・
It is within cm -3 , preferably within 4.2 × 10 17 at · cm -3 . As a result, the difference ΔN e between the maximum value and the minimum value of the free electron concentration N e in the main surface of the
It can be within m -3.
なお、n型不純物の面内濃度差の上限値について記載したが、n型不純物の面内濃度差
の下限値は、小さければ小さいほどよいため、ゼロであることが好ましい。なお、n型不
純物の面内濃度差が8.3×1015at・cm−3であっても、本実施形態の効果を充
分に得ることができる。
Although the upper limit of the in-plane concentration difference of n-type impurities has been described, the lower limit of the in-plane concentration difference of n-type impurities is preferably zero because the smaller it is, the better. Even if the in-plane concentration difference of the n-type impurities is 8.3 × 10 15 at · cm -3 , the effect of the present embodiment can be sufficiently obtained.
さらに、本実施形態では、基板10中の各元素の濃度が、以下の所定の要件を満たして
いる。
Further, in the present embodiment, the concentration of each element in the
本実施形態では、n型不純物として用いられるSi、GeおよびOのうち、添加量の制
御が比較的難しいOの濃度が極限まで低くなっており、基板10中のn型不純物の濃度は
、添加量の制御が比較的容易であるSiおよびGeの合計濃度によって決定されている。
In the present embodiment, among Si, Ge and O used as n-type impurities, the concentration of O, whose addition amount is relatively difficult to control, is extremely low, and the concentration of n-type impurities in the
すなわち、基板10中のOの濃度は、基板10中のSiおよびGeの合計の濃度に対し
て無視できるほど低く、例えば、1/10以下である。具体的には、例えば、基板中10
のOの濃度は1×1017at・cm−3未満であり、一方で、基板10中のSiおよび
Geの合計の濃度は1×1018at・cm−3以上1.0×1019at・cm−3以
下である。これにより、基板10中のn型不純物の濃度を、添加量の制御が比較的容易で
あるSiおよびGeの合計濃度によって制御することができる。その結果、基板10中の
自由電子濃度Neを、基板10中のSiおよびGeの合計の濃度と等しくなるよう精度良
く制御することができ、基板10の主面内における自由電子の濃度の最大値と最小値との
差ΔNeを、所定の要件を満たすよう精度良く制御することができる。
That is, the concentration of O in the
The concentration of O in is less than 1 × 10 17 at · cm -3 , while the total concentration of Si and Ge in the
また、本実施形態では、基板10中のn型不純物以外の不純物の濃度は、基板10中の
n型不純物の濃度(すなわちSiおよびGeの合計の濃度)に対して無視できるほど低く
、例えば、1/10以下である。具体的には、例えば、基板中10のn型不純物以外の不
純物の濃度は1×1017at・cm−3未満である。これにより、n型不純物からの自
由電子の生成に対する阻害要因を低減することができる。その結果、基板10中の自由電
子濃度Neを、基板10中のn型不純物の濃度と等しくなるよう精度良く制御することが
でき、基板10の主面内における自由電子の濃度の最大値と最小値との差ΔNeを、所定
の要件を満たすよう精度良く制御することができる。
Further, in the present embodiment, the concentration of impurities other than the n-type impurities in the
なお、本発明者等は、後述の製造方法を採用することにより、基板10中の各元素の濃
度を、上記要件を満たすよう安定的に制御することができることを確認している。
The present inventors have confirmed that the concentration of each element in the
後述の製造方法によれば、基板10中のOおよび炭素(C)の各濃度を5×1015a
t・cm−3未満まで低減させることができ、さらには、基板10中の鉄(Fe)、クロ
ム(Cr)、ボロン(B)等の各濃度を1×1015at・cm−3未満まで低減させる
ことが可能であることが分かっている。また、この方法によれば、これら以外の元素につ
いても、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass S
pectrometry)による測定における検出下限値未満の濃度にまで低減させるこ
とが可能であることが分かっている。
According to the manufacturing method described later, the concentrations of O and carbon (C) in the
It can be reduced to less than t · cm -3 , and the concentration of iron (Fe), chromium (Cr), boron (B), etc. in the
It is known that it is possible to reduce the concentration to less than the lower limit of detection in the measurement by spectrumry).
さらに、本実施形態において後述の製造方法によって製造される基板10では、自由キ
ャリア吸収による吸収係数が従来の基板の吸収係数よりも小さいことから、本実施形態の
基板10では、従来の基板よりも、移動度(μ)が高くなっていると推定される。これに
より、本実施形態の基板10中の自由電子濃度が従来の基板中の自由電子濃度と等しい場
合であっても、本実施形態の基板10の抵抗率(ρ=1/eNeμ)は、従来の基板の抵
抗率よりも低くなっている。具体的には、基板10中における自由電子濃度Neが1.0
×1018cm−3以上1.0×1019cm−3以下であるとき、基板10の抵抗率は
、例えば、2.2mΩ・cm以上17.4mΩ・cm以下である。
Further, in the
When it is × 10 18 cm -3 or more and 1.0 × 10 19 cm -3 or less, the resistivity of the
(1−ii)半導体層20の詳細構成
次に、窒化物半導体積層物(中間体)1を構成する半導体層20について詳しく説明す
る。
(1-ii) Detailed Configuration of
半導体層20は、基板10の主面上にエピタキシャル成長させることにより形成された
ものである。半導体層20は、III族窒化物半導体の単結晶、具体的には基板10と同
様に例えばGaNの単結晶からなるものである。また、半導体層20は、基板10上にエ
ピタキシャル成長されるものなので、その面方位が、基板10と同様に、例えば、(00
01)面(+c面、Ga極性面)、または、000−1面(−c面、N極性面)となる。
半導体層20を構成するGaN結晶のオフ角についても、基板10の場合と同様である。
The
01) Plane (+ c plane, Ga polar plane) or 000-1 plane (−c plane, N polar plane).
The off-angle of the GaN crystal constituting the
本実施形態では、半導体層20の表面(主面)は、赤外域の反射率について所定の要件
を満たしている。具体的には、半導体層20の表面の反射率は、少なくとも1μm以上3
.3μm以下の波長範囲において、5%以上30%以下である。これにより、基板10(
半導体積層物1)を加熱する工程において、基板10に赤外線を充分に行き届かせること
ができる。その結果、基板10を安定的に加熱することができる。
In the present embodiment, the surface (main surface) of the
.. It is 5% or more and 30% or less in the wavelength range of 3 μm or less. As a result, the substrate 10 (
In the step of heating the semiconductor laminate 1), infrared rays can be sufficiently delivered to the
なお、半導体層20の表面の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、例えば、1nm以上3
0nm以下である。これにより、半導体層20の表面の反射率を、少なくとも1μm以上
3.3μm以下の波長範囲において、5%以上30%以下とすることができる。
The surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of the surface of the
It is 0 nm or less. Thereby, the reflectance of the surface of the
次に、本実施形態の半導体層20の具体的な構成について説明する。
Next, a specific configuration of the
図1に示すように、半導体層20は、例えば、下地n型半導体層21と、ドリフト層2
2と、を有して構成されている。
As shown in FIG. 1, the
It is configured to have 2.
(下地n型半導体層)
下地n型半導体層21は、基板10の結晶性を引き継いでドリフト層22を安定的にエ
ピタキシャル成長させるバッファ層として、基板10の主面に接するよう設けられている
。また、下地n型半導体層12は、n型不純物を含むn型GaN層として構成されている
。下地n型半導体層12中に含まれるn型不純物としては、基板10と同様に、例えば、
SiおよびGeが挙げられる。下地n型半導体層12中のn型不純物の濃度は、基板10
とほぼ等しく、例えば、1.0×1018at・cm−3以上1.0×1019at・c
m−3以下である。
(Base n-type semiconductor layer)
The base n-
Examples include Si and Ge. The concentration of n-type impurities in the base n-
Approximately equal to, for example, 1.0 × 10 18 at · cm -3 or more 1.0 × 10 19 at · c
It is m -3 or less.
下地n型半導体層21の厚さは、ドリフト層22の厚さよりも薄く、例えば、0.1μ
m以上3μm以下である。
The thickness of the base n-
It is m or more and 3 μm or less.
(ドリフト層)
ドリフト層22は、下地n型半導体層21上に設けられ、低濃度のn型不純物を含むn
型GaN層として構成されている。ドリフト層22中のn型不純物としては、下地n型半
導体層21中のn型不純物と同様に、例えば、SiおよびGeが挙げられる。
(Drift layer)
The
It is configured as a type GaN layer. Examples of the n-type impurities in the
ドリフト層22中のn型不純物濃度は、基板10および下地n型半導体層21のそれぞ
れのn型不純物濃度よりも低く、例えば、1.0×1015at・cm−3以上5.0×
1016at・cm−3以下である。ドリフト層22のn型不純物濃度を1.0×101
5at・cm−3以上とすることにより、半導体装置のオン抵抗を低減することができる
。一方で、ドリフト層22のn型不純物濃度を5.0×1016at・cm−3以下とす
ることにより、半導体装置の所定の耐圧を確保することができる。
The n-type impurity concentration in the
It is 10 16 at · cm -3 or less. The n-type impurity concentration of the
By setting the value to 5 at · cm -3 or more, the on-resistance of the semiconductor device can be reduced. On the other hand, by setting the concentration of n-type impurities in the
ドリフト層22は、半導体装置の耐圧を向上させるため、例えば、下地n型半導体層2
1よりも厚く設けられている。具体的には、ドリフト層22の厚さは、例えば、3μm以
上40μm以下である。ドリフト層22の厚さを3μm以上とすることにより、半導体装
置の所定の耐圧を確保することができる。一方で、ドリフト層22の厚さを40μm以下
とすることにより、半導体装置のオン抵抗を低減することができる。
In order to improve the withstand voltage of the semiconductor device, the
It is provided thicker than 1. Specifically, the thickness of the
(1−iii)窒化物半導体積層物1の構成上の特徴
次に、基板10上に半導体層20が形成されてなる窒化物半導体積層物1について、そ
の構成上の特徴を説明する。
(1-iii) Structural Features of
既に説明したように、窒化物半導体積層物1を構成する基板10および半導体層20は
、いずれも、III族窒化物半導体の結晶(具体的には、例えばGaN単結晶)からなる
ものである。つまり、基板10上には、その基板1と同一組成の結晶からなる薄膜である
半導体層20がエピタキシャル成長によって形成されている。したがって、窒化物半導体
積層物1は、基板10上に半導体層20がホモエピタキシャル成長されてなるものに相当
する。
As described above, both the
また、窒化物半導体積層物1を構成する基板10は、赤外域の吸収係数について所定の
要件を満たしており、これにより基板10における自由電子濃度(キャリア濃度)と赤外
域の吸収係数との間に依存性を有するものとなっている。ここでいう依存性を有するとは
、二つまたはそれ以上の事象の間に特別な相関関係(必然性)があることであり、例えば
、ある事象が起こると、それに依存して、特定の事象が必ず出現することである。
具体的には、既に説明したように、赤外域の吸収係数を自由キャリア濃度および波長の
関数として近似することができるようになっている。さらに詳しくは、基板10における
依存性は、波長をλ(μm)、27℃における基板10の吸収係数をα(cm−1)、基
板10中の自由電子濃度(キャリア濃度)をNe(cm−3)、Kおよびaをそれぞれ定
数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における吸収係数αが
、既述の式(1)により近似される。式(1)は、再掲すると、以下のとおりである。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3)
Further, the
Specifically, as already described, the absorption coefficient in the infrared region can be approximated as a function of free carrier concentration and wavelength. More particularly, dependent on the
α = N e Kλ a ··· ( 1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)
なお、基板10における依存性は、上述した例に限定されることはなく、例えばキャリ
ア濃度の減少に依存して吸収係数が減少するといった一定の相関関係がある場合を含み得
る。
The dependence on the
ところで、基板10上に半導体層20が形成されてなる窒化物半導体積層物1について
は、ホモエピタキシャル成長されてなる半導体層20の膜厚管理が非常に重要である。そ
のためには、半導体層20について、非接触および非破壊で膜厚測定を行える手法が必要
となる。ホモエピタキシャル成長されてなる薄膜を非接触および非破壊で測定する手法と
しては、例えば、FT−IR法が知られている。
By the way, for the
ただし、本実施形態における窒化物半導体積層物1は、GaN結晶からなる基板10上
に、同じくGaN結晶からなる半導体層20がホモエピタキシャル成長されてなる、いわ
ゆるGaN−on−GaN基板である。GaN結晶に代表されるIII族窒化物半導体の
結晶については、これまで転位散乱による影響が大きく、特に1×1017cm‐3以下
の低キャリア濃度における赤外域の吸収係数の差が無い。そのため、基板10と半導体層
20が同一組成のGaN結晶からなるGaN−on−GaN基板の場合、原理的にFT−
IR法による膜厚測定が困難というのが従来の技術常識である。さらに詳しくは、例えば
、波数500cm−1以下の遠赤外域の光を用いた測定が試みられていても、波数100
0cm−1以上(特に、波数1500cm−1以上)の赤外域の光については、吸収の量
が非常に小さく、吸収係数の差が顕在化し難いため、このような赤外域の光を用いた膜厚
測定が困難である、というのが今までの技術常識である。
However, the
It is a conventional common sense that it is difficult to measure the film thickness by the IR method. More specifically, for example, even if an attempt is made to measure using light in the far infrared region with a wave number of 500 cm -1 or less, the wave number is 100.
0 cm -1 or more (in particular, a
ところが、本実施形態においては、既に説明したように、窒化物半導体積層物1を構成
する基板10の主面における転位密度が、例えば、5×106個/cm2以下といったよ
うに、低転位なものとなっている。しかも、窒化物半導体積層物1を構成する基板10は
、赤外域の吸収係数について所定の要件を満たしており、これにより基板10におけるキ
ャリア濃度と赤外域の吸収係数との間に依存性を有するものとなっている。そして、本実
施形態では、このような基板10を用い、その基板10の上に半導体層20をホモエピタ
キシャル成長させて、窒化物半導体積層物1を構成している。ホモエピタキシャル成長さ
せることで、半導体層20を構成するGaN結晶は、その基になった基板10を構成する
GaN結晶に準じたものとなる。つまり、半導体層20は、基板10との間でキャリア濃
度の違いがあるとしても、その基板10と同様に、低転位で、かつ、キャリア濃度と赤外
域の吸収係数との間に依存性を有するものとなる。
However, in the present embodiment, as described above, the dislocation density on the main surface of the
したがって、本実施形態の窒化物半導体積層物1であれば、例えば1×1017cm−
3以下の低キャリア濃度であっても、基板10と半導体層20との間でのキャリア濃度の
差に依存して赤外域の吸収係数に違いが生じるようになり、その結果としてFT−IR法
を利用した波数1000cm−1以上(特に、波数1500cm−1以上)の赤外域の光
による膜厚測定を行うことが可能となる。つまり、窒化物半導体積層物1がGaN−on
−GaN基板である場合であっても、上述した従来の技術常識を覆して、FT−IR法に
よる膜厚測定を可能にするのである。
Therefore, in the case of the
Even if the carrier concentration is as low as 3 or less, the absorption coefficient in the infrared region will differ depending on the difference in carrier concentration between the
Even in the case of a −GaN substrate, the film thickness can be measured by the FT-IR method, overturning the above-mentioned conventional wisdom of technology.
より具体的には、本実施形態における窒化物半導体積層物1では、基板10が式(1)
により近似される関係を満足するので、その基板10の上にホモエピタキシャル成長され
る半導体層20においても、キャリア濃度Neと吸収係数αとの関係性が成り立つことに
なる。したがって、例えば1×1017cm−3以下の低キャリア濃度であっても、少な
くとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲(すなわち、波数3030cm−1以上10
000以下の範囲)においては、確実にキャリア濃度Neに依存して吸収係数αに違いが
生じるようになり、FT−IR法を利用した膜厚測定を行う上で非常に好適なものとなる
。
More specifically, in the
Since the relationship approximated by the above is satisfied, the relationship between the carrier concentration Ne and the absorption coefficient α is also established in the
In the 000 following ranges), surely become a difference in absorption coefficient α depending on the carrier concentration N e occurs, it becomes very suitable in performing thickness measurement using an FT-IR method ..
以上のように、GaN−on−GaN基板である窒化物半導体積層物1について、FT
−IR法による膜厚測定が可能であることは、換言すると、その窒化物半導体積層物1が
、以下に述べるように構成されていることを意味する。
As described above, the FT of the
The fact that the film thickness can be measured by the −IR method means that the
詳細を後述するように、FT−IR法では、被解析物に赤外光を照射して反射スペクト
ルを得る。ここでいう反射スペクトルは、赤外光を照射したときに反射した光量を波長(
波数)に対してプロットしたものである。そして、FT−IR法では、得られた反射スペ
クトル中のフリンジパターンを分析することで、被解析物についての膜厚測定を行う。こ
こでいうフリンジパターンは、光の干渉によって光量の大きい箇所と小さい箇所が交互に
生じるフリンジ(干渉縞)の存在を表すパターンのことであり、反射スペクトルを得る際
の光路長の可変に応じて生じるパターンのことである。
As will be described in detail later, in the FT-IR method, the object to be analyzed is irradiated with infrared light to obtain a reflection spectrum. The reflection spectrum referred to here is the wavelength (the amount of light reflected when irradiating infrared light).
It is plotted against wave number). Then, in the FT-IR method, the film thickness of the object to be analyzed is measured by analyzing the fringe pattern in the obtained reflection spectrum. The fringe pattern referred to here is a pattern showing the existence of fringes (interference fringes) in which a portion having a large amount of light and a portion having a small amount of light are alternately generated due to the interference of light, and is according to the variation of the optical path length when obtaining the reflection spectrum. It is the pattern that occurs.
したがって、FT−IR法による膜厚測定が可能である窒化物半導体積層物1は、基板
10上の半導体層20に対して赤外光を照射して得られるFT−IR法による反射スペク
トル中にフリンジパターンを有していることになる。反射スペクトル中にフリンジパター
ンを有していれば、そのフリンジパターンを分析することで、半導体層20についての膜
厚測定を行うこと、すなわちFT−IR法を利用した膜厚測定を行うことが可能となる。
Therefore, the
(2)窒化物半導体積層物1の製造方法
次に、FT−IR法による膜厚測定を含む、上述した構成の窒化物半導体積層物1を製
造する際の手順、すなわち本実施形態に係る窒化物半導体積層物1の製造方法を説明する
。
(2) Method for Producing
図7に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体積層物1の製造方法は、少なくとも
、基板作成工程(ステップ110、以下ステップを「S」と略す。)と、半導体層成長工
程(S120)と、膜厚測定工程(S130)と、を備える。
As shown in FIG. 7, the method for manufacturing the
(2−i)基板作成工程
基板作成工程(S110)では、基板10の作製を行う。基板10の作製は、以下に示
すハイドライド気相成長装置(HVPE装置)200を用いて行う。
(2-i) Substrate Preparation Step In the substrate preparation step (S110), the
(HVPE装置の構成)
ここで、基板10の製造に用いるHVPE装置200の構成について、図8を参照しな
がら詳しく説明する。
(Configuration of HVPE device)
Here, the configuration of the
HVPE装置200は、成膜室201が内部に構成された気密容器203を備えている
。成膜室201内には、インナーカバー204が設けられているとともに、そのインナー
カバー204に囲われる位置に、種結晶基板(以下、「種基板」ともいう)5が配置され
る基台としてのサセプタ208が設けられている。サセプタ208は、回転機構216が
有する回転軸215に接続されており、その回転機構216の駆動に合わせて回転可能に
構成されている。
The
気密容器203の一端には、ガス生成器233a内へ塩化水素(HCl)ガスを供給す
るガス供給管232a、インナーカバー204内へアンモニア(NH3)ガスを供給する
ガス供給管232b、インナーカバー204内へ後述するドーピングガスを供給するガス
供給管232c、インナーカバー204内へパージガスとして窒素(N2)ガスおよび水
素(H2)ガスの混合ガス(N2/H2ガス)を供給するガス供給管232d、および、
成膜室201内へパージガスとしてのN2ガスを供給するガス供給管232eが接続され
ている。ガス供給管232a〜232eには、上流側から順に、流量制御器241a〜2
41e、バルブ243a〜243eがそれぞれ設けられている。ガス供給管232aの下
流には、原料としてのGa融液を収容するガス生成器233aが設けられている。ガス生
成器233aには、HClガスとGa融液との反応により生成された塩化ガリウム(Ga
Cl)ガスを、サセプタ208上に配置された種基板5等に向けて供給するノズル249
aが設けられている。ガス供給管232b,232cの下流側には、これらのガス供給管
から供給された各種ガスをサセプタ208上に配置された種基板5等に向けて供給するノ
ズル249b,249cがそれぞれ接続されている。ノズル249a〜249cは、サセ
プタ208の表面に対して交差する方向にガスを流すよう配置されている。ノズル249
cから供給されるドーピングガスは、ドーピング原料ガスとN2/H2ガス等のキャリア
ガスとの混合ガスである。ドーピングガスについては、ドーピング原料のハロゲン化物ガ
スの熱分解を抑える目的でHClガスを一緒に流してもよい。ドーピングガスを構成する
ドーピング原料ガスとしては、例えば、シリコン(Si)ドープの場合であればジクロロ
シラン(SiH2Cl2)ガスまたはシラン(SiH4)ガス、ゲルマニウム(Ge)ド
ープの場合であればジクロロゲルマン(GeCl4)ガスまたはゲルマン(GeH4)ガ
スを、それぞれ用いることが考えられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
At one end of the
41e and
Cl) Nozzle 249 that supplies gas toward the
a is provided. On the downstream side of the
The doping gas supplied from c is a mixed gas of a doping raw material gas and a carrier gas such as N 2 / H 2 gas. As for the doping gas, HCl gas may be flowed together for the purpose of suppressing thermal decomposition of the halide gas as the doping raw material. Examples of the doping raw material gas constituting the doping gas include dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas or silane (SiH 4 ) gas in the case of silicon (Si) doping, and germanium (Ge) doping in the case of germanium (Ge) doping. It is conceivable to use dichlorogerman (GeCl 4 ) gas or germanium (GeH 4 ) gas, respectively, but the present invention is not limited thereto.
気密容器203の他端には、成膜室201内を排気する排気管230が設けられている
。排気管230には、ポンプ(あるいはブロワ)231が設けられている。気密容器20
3の外周には、ガス生成器233a内やサセプタ208上の種基板5等を領域別に所望の
温度に加熱するゾーンヒータ207a,207bが設けられている。また、気密容器20
3内には成膜室201内の温度を測定する温度センサ(ただし不図示)が設けられている
。
At the other end of the
A temperature sensor (but not shown) for measuring the temperature in the
上述したHVPE装置200の構成部材、特に各種ガスの流れを形成するための各部材
については、後述するような低不純物濃度の結晶成長を行うことを可能にすべく、例えば
、以下に述べるように構成されている。
The constituent members of the
具体的には、図8中においてハッチング種類により識別可能に示しているように、気密
容器203のうち、ゾーンヒータ207a,207bの輻射を受けて結晶成長温度(例え
ば1000℃以上)に加熱される領域であって、種基板5に供給するガスが接触する領域
である高温領域を構成する部材として、石英非含有およびホウ素非含有の材料からなる部
材を用いることが好ましい。具体的には、高温領域を構成する部材として、例えば、炭化
ケイ素(SiC)コートグラファイトからなる部材を用いることが好ましい。その一方で
、比較的低温領域では、高純度石英を用いて部材を構成することが好ましい。つまり、比
較的高温になりHClガス等と接触する高温領域では、高純度石英を用いず、SiCコー
トグラファイトを用いて各部材を構成する。詳しくは、インナーカバー204、サセプタ
208、回転軸215、ガス生成器233a、各ノズル249a〜249c等を、SiC
コートグラファイトで構成する。なお、気密容器203を構成する炉心管は石英とするし
かないので、成膜室201内には、サセプタ208やガス生成器233a等を囲うインナ
ーカバー204が設けられているのである。気密容器203の両端の壁部や排気管230
等については、ステンレス等の金属材料を用いて構成すればよい。
Specifically, as identifiable by the hatching type in FIG. 8, the
Consists of coated graphite. Since the core tube constituting the
For example, a metal material such as stainless steel may be used.
例えば、「Polyakov et al. J. Appl. Phys. 115,
183706 (2014)」によれば、950℃で成長することにより、低不純物濃度
のGaN結晶の成長が実現可能なことが開示されている。ところが、このような低温成長
では、得られる結晶品質の低下を招き、熱物性、電気特性等において良好なものが得られ
ない。
For example, "Polyakov et al. J. Apple. Phys. 115,
According to "183706 (2014)", it is disclosed that growth of a GaN crystal having a low impurity concentration can be realized by growing at 950 ° C. However, such low-temperature growth causes deterioration of the obtained crystal quality, and good thermophysical properties, electrical characteristics, and the like cannot be obtained.
これに対し、本実施形態の上述したHVPE装置200によれば、比較的高温になりH
Clガス等と接触する高温領域では、SiCコートグラファイトを用いて各部材を構成し
ている。これにより、例えば、1050℃以上というGaN結晶の成長に適した温度域に
おいても、石英やステンレス等に起因するSi、O、C、Fe、Cr、Ni等の不純物が
結晶成長部へ供給されることを遮断することができる。その結果、高純度で、かつ、熱物
性および電気特性においても良好な特性を示すGaN結晶を成長させることが実現可能で
ある。
On the other hand, according to the above-described
In the high temperature region where it comes into contact with Cl gas or the like, each member is composed of SiC coated graphite. As a result, impurities such as Si, O, C, Fe, Cr, and Ni caused by quartz, stainless steel, and the like are supplied to the crystal growth portion even in a temperature range suitable for the growth of GaN crystals, for example, 1050 ° C. or higher. It can be blocked. As a result, it is possible to grow a GaN crystal having high purity and good thermal and electrical characteristics.
なお、HVPE装置200が備える各部材は、コンピュータとして構成されたコントロ
ーラ280に接続されており、コントローラ280上で実行されるプログラムによって、
後述する処理手順や処理条件が制御されるように構成されている。
Each member of the
It is configured to control the processing procedure and processing conditions described later.
(基板作製手順)
続いて、上述のHVPE装置200を用いて種基板5上にGaN単結晶をエピタキシャ
ル成長させ、その後、成長させた結晶をスライスして基板10を取得するまでの一連の処
理について、図8を参照しながら詳しく説明する。以下の説明において、HVPE装置2
00を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。
(Substrate manufacturing procedure)
Subsequently, FIG. 8 refers to FIG. 8 for a series of processes from epitaxially growing a GaN single crystal on the
The operation of each part constituting 00 is controlled by the
HVPE装置200を用いて行う基板10の作製手順は、搬入ステップと、結晶成長ス
テップと、搬出ステップと、スライスステップと、を有している。
The procedure for producing the
(搬入ステップ)
具体的には、先ず、反応容器203の炉口を開放し、サセプタ208上に種基板5を載
置する。サセプタ208上に載置する種基板5は、基板10を製造するための基(種)と
なるもので、窒化物半導体の一例であるGaNの単結晶からなる板状のものである。
(Bring-in step)
Specifically, first, the furnace opening of the
サセプタ208上への種基板5の載置にあたっては、サセプタ208上に載置された状
態の種基板5の表面、すなわちノズル249a〜249cに対向する側の主面(結晶成長
面、下地面)が、GaN結晶の(0001)面、すなわち+C面(Ga極性面)となるよ
うにする。
When placing the
(結晶成長ステップ)
本ステップでは、反応室201内への種基板5の搬入が完了した後に、炉口を閉じ、反
応室201内の加熱および排気を実施しながら、反応室201内へのH2ガス、或いは、
H2ガスおよびN2ガスの供給を開始する。そして、反応室201内が所望の処理温度、
処理圧力に到達し、反応室201内の雰囲気が所望の雰囲気となった状態で、ガス供給管
232a,232bからのHClガス、NH3ガスの供給を開始し、種基板5の表面に対
してGaClガスおよびNH3ガスをそれぞれ供給する。
(Crystal growth step)
In this step, after the delivery of the
Start supplying H 2 gas and N 2 gas. Then, the desired processing temperature in the
When the processing pressure was reached and the atmosphere in the
これにより、図9(a)に断面図を示すように、種基板5の表面上にc軸方向にGaN
結晶がエピタキシャル成長し、GaN結晶6が形成される。このとき、SiH2Cl2ガ
スを供給することで、GaN結晶6中に、n型不純物としてのSiを添加することが可能
となる。
As a result, as shown in the cross-sectional view in FIG. 9A, GaN on the surface of the
The crystal grows epitaxially and the
なお、本ステップでは、種基板5を構成するGaN結晶の熱分解を防止するため、種基
板5の温度が500℃に到達した時点、或いはそれ以前から、反応室201内へのNH3
ガスの供給を開始するのが好ましい。また、GaN結晶6の面内膜厚均一性等を向上させ
るため、本ステップは、サセプタ208を回転させた状態で実施するのが好ましい。
In this step, in order to prevent thermal decomposition of the GaN crystals constituting the
It is preferable to start supplying gas. Further, in order to improve the in-plane film thickness uniformity of the
本ステップでは、ゾーンヒータ207a,207bの温度は、ガス生成器233aを含
む反応室201内の上流側の部分を加熱するヒータ207aでは例えば700〜900℃
の温度に設定し、サセプタ208を含む反応室201内の下流側の部分を加熱するヒータ
207bでは例えば1000〜1200℃の温度に設定するのが好ましい。これにより、
サセプタ208は1000〜1200℃の所定の温度に調整される。本ステップでは、内
部ヒータ(ただし不図示)はオフの状態で使用してもよいが、サセプタ208の温度が上
述の1000〜1200℃の範囲である限りにおいては、内部ヒータを用いた温度制御を
実施しても構わない。
In this step, the temperature of the
The temperature of the
The
本ステップのその他の処理条件としては、以下が例示される。
処理圧力:0.5〜2気圧
GaClガスの分圧:0.1〜20kPa
NH3ガスの分圧/GaClガスの分圧:1〜100
H2ガスの分圧/GaClガスの分圧:0〜100
SiH2Cl2ガスの分圧:2.5×10−5〜1.3×10−3kPa
The following are examples of other processing conditions in this step.
Processing pressure: 0.5 to 2 atmospheres Partial pressure of GaCl gas: 0.1 to 20 kPa
Partial pressure of NH 3 gas / Partial pressure of GaCl gas: 1 to 100
Partial pressures of / GaCl gas of the H 2 gas: 0-100
Partial pressure of SiH 2 Cl 2 gas: 2.5 × 10 -5 to 1.3 × 10 -3 kPa
また、種基板5の表面に対してGaClガスおよびNH3ガスを供給する際は、ガス供
給管232a〜232bのそれぞれから、キャリアガスとしてのN2ガスを添加してもよ
い。N2ガスを添加してノズル249a〜249bから供給されるガスの吹き出し流速を
調整することで、種基板5の表面における原料ガスの供給量等の分布を適切に制御し、面
内全域にわたり均一な成長速度分布を実現することができる。なお、N2ガスの代わりに
ArガスやHeガス等の希ガスを添加するようにしてもよい。
Further, when supplying GaCl gas and the NH 3 gas to the surface of the
(搬出ステップ)
種基板5上に所望の厚さのGaN結晶6を成長させたら、反応室201内へNH3ガス
、N2ガスを供給しつつ、また、反応室201内を排気した状態で、ガス生成器233a
へのHClガスの供給、反応室201内へH2ガスの供給、ゾーンヒータ207a、20
7bによる加熱をそれぞれ停止する。そして、反応室201内の温度が500℃以下に降
温したらNH3ガスの供給を停止し、反応室201内の雰囲気をN2ガスへ置換して大気
圧に復帰させる。そして、反応室201内を、例えば200℃以下の温度、すなわち、反
応容器203内からのGaNの結晶インゴット(主面上にGaN結晶6が形成された種基
板5)の搬出が可能となる温度へと降温させる。その後、結晶インゴットを反応室201
内から外部へ搬出する。
(Delivery step)
After growing a
The supply of HCl gas to the supply of the H 2 gas into the
The heating by 7b is stopped respectively. Then, when the temperature in the
Carry out from inside to outside.
(スライスステップ)
その後、搬出した結晶インゴットを例えばGaN結晶6の成長面と平行な方向にスライ
スすることにより、図9(b)に示すように、1枚以上の基板10を得ることができる。
基板10の各種組成や各種物性等は、上述した通りであるので説明を割愛する。このスラ
イス加工は、例えばワイヤソーや放電加工機等を用いて行うことが可能である。基板10
の厚さは250μm以上、例えば400μm程度の厚さとする。その後、基板10の表面
(+c面)に対して所定の研磨加工を施すことで、この面をエピレディなミラー面とする
。なお、基板10の裏面(−c面)はラップ面あるいはミラー面とする。
(Slice step)
Then, by slicing the carried-out crystal ingot in a direction parallel to the growth plane of the
Since the various compositions and various physical properties of the
The thickness of is 250 μm or more, for example, about 400 μm. After that, the surface (+ c surface) of the
以上により、図2に示すように構成された本実施形態の基板10、すなわちキャリア濃
度と赤外域の吸収係数との間に依存性を有する基板10が作製される。
As described above, the
(2−ii)半導体層成長工程
基板作成工程(S110)で基板10を作製した後は、次いで、半導体層成長工程(S
120)を行う。半導体層成長工程(S120)では、基板10上にGaN結晶をホモエ
ピタキシャル成長させて半導体層20を形成する。
(2-ii) Semiconductor layer growth step After the
120). In the semiconductor layer growth step (S120), a GaN crystal is homoepitaxially grown on the
半導体層20の形成は、例えば、有機金属気相成長(MOVPE:Metal Org
anic Vapor Phase Epitaxy)法により行う。なお、半導体層2
0の形成に用いるMOVPE装置については、公知のものであればよく、ここではその詳
細な説明を省略する。
The formation of the
It is carried out by the anic Vapor Phase Epitaxy) method. The
The MOVPE apparatus used for forming 0 may be a known one, and detailed description thereof will be omitted here.
半導体層20の形成にあたっては、例えば、MOVPE法により、基板10に対して少
なくとも赤外線を照射し、基板10上に半導体層20を構成するGaN結晶をエピタキシ
ャル成長させる。
このとき、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、基板10へ
の赤外線の照射によって基板10を安定的に加熱し、基板10の温度を精度よく制御する
ことができる。また、赤外線の照射による加熱効率を該基板10の主面内で均一にするこ
とができる。その結果、半導体層20を構成するGaN結晶の結晶性、厚さ、各種不純物
濃度等を精度良く制御し、基板10の主面内で均一にすることができる。
In forming the
At this time, if the
具体的には、例えば、以下の手順により、本実施形態の半導体層20を形成する。
Specifically, for example, the
まず、MOVPE装置(不図示)の処理室内に基板10を搬入する。
First, the
このとき、図10(a)および(b)に示すように、保持部材300上に基板10を載
置する。保持部材300は、例えば、3つの凸部300pを有し、当該3つの凸部300
pによって基板10を保持するよう構成されている。これにより、基板10を加熱する際
、保持部材300から基板10への熱伝達ではなく、主に、基板10に対して赤外線を照
射することにより、基板10の加熱を行うことができる。ここで、基板10の加熱を板状
の保持部材からの熱伝達によって行う場合(或いは熱伝達を組み合わせて行う場合)、基
板10の裏面状態や保持部材の表面状態によっては、基板10をその面内全域にわたって
均一に加熱することが困難となる。また、基板10の加熱に伴って基板10に反りが生じ
、基板10と保持部材との接触具合が徐々に変化する可能性がある。このため、基板10
の加熱条件がその面内全域にわたって不均一になる場合もある。これに対し、本実施形態
では、上記のような保持部材300を用い、基板10の加熱を、主に基板10に対して赤
外線を照射することによって行うことにより、このような課題を解消することができ、基
板10を主面内で安定的に均一に加熱することができる。
At this time, as shown in FIGS. 10A and 10B, the
It is configured to hold the
The heating conditions may be non-uniform over the entire in-plane area. On the other hand, in the present embodiment, such a problem is solved by using the holding
なお、熱伝達による影響を低減するため、凸部300pと基板10との間の接触面積が
、基板10の被支持面の5%以下、好ましくは3%以下の大きさとなるように、凸部30
0pの形状や寸法を適正に選択することが好ましい。
In order to reduce the influence of heat transfer, the convex portion has a size such that the contact area between the
It is preferable to properly select the shape and dimensions of 0p.
基板10を保持部材300上に載置したら、MOVPE装置の処理室内に、水素ガスお
よびNH3ガス(さらにN2ガス)を供給し、所定の加熱源(例えばランプヒータ)から
基板10に対して赤外線を照射し、基板10を加熱する。基板10の温度が所定の成長温
度(例えば1000℃以上1100℃以下)となったら、例えば、III族有機金属原料
としてトリメチルガリウム(TMG)と、V族原料としてNH3ガスとを、基板10に対
して供給する。これと同時に、例えば、n型不純物原料としてSiH4ガスを基板10に
対して供給する。これにより、基板10上に、n型GaN層としての下地n型半導体層2
1をエピタキシャル成長させる。
After the
1 is epitaxially grown.
次に、下地n型半導体層21上に、下地n型半導体層21よりも低濃度のn型不純物を
含むn型GaN層としてのドリフト層22をエピタキシャル成長させる。
Next, the
ドリフト層22の成長が完了したら、III族有機金属原料の供給と、基板10の加熱
とを停止する。そして、基板10の温度が500℃以下となったら、V族原料の供給を停
止する。その後、MOVPE装置の処理室内の雰囲気をN2ガスへ置換して大気圧に復帰
させるとともに、処理室内を基板搬出可能な温度にまで低下させた後、成長後の基板10
を処理室内から搬出する。
When the growth of the
Is taken out of the processing room.
これにより、図1に示すように構成された本実施形態の窒化物半導体積層物1が製造さ
れる。
As a result, the
なお、ここでは、窒化物半導体積層物1の製造にあたり、基板作成工程(S110)と
半導体層成長工程(S120)を経る場合を例に挙げたが、これらの各工程に加えて、例
えば、アニール工程を経るようにしても構わない。
Here, in the production of the
アニール工程では、例えば、所定の加熱処理装置(不図示)により、不活性ガスの雰囲
気下で、基板10に対して少なくとも赤外線を照射し、窒化物半導体積層物1をアニール
する。これにより、例えば、窒化物半導体積層物1を構成する半導体層20の活性化や結
晶ダメージの回復等を行うことができる。
In the annealing step, for example, the
このとき、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、基板10へ
の赤外線の照射によって基板10を安定的に加熱し、基板10の温度を精度よく制御する
ことができる。また、赤外線の照射による加熱効率を該基板10の主面内で均一にするこ
とができる。その結果、半導体層20中の不純物の活性化具合(活性化率、自由正孔濃度
)を精度良く制御し、基板10の主面内で均一にすることができる。
At this time, if the
また、このとき、図10(a)および(b)に示す保持部材300を用い、基板10を
加熱すれば、保持部材300から基板10への熱伝達ではなく、主に、基板10に対して
赤外線を照射することにより、基板10の加熱を行うことができる。その結果、基板10
を主面内で安定的に均一に加熱することができる。
Further, at this time, if the holding
Can be heated stably and uniformly in the main surface.
(2−iii)膜厚測定工程
基板作成工程(S110)および半導体層成長工程(S120)を経て窒化物半導体積
層物1を製造した後は、次いで、膜厚測定工程(S130)を行う。膜厚測定工程(S1
30)では、窒化物半導体積層物1を構成する半導体層20の形成膜厚を測定する。
(2-iii) Film Thickness Measurement Step After the
In 30), the film thickness of the
膜厚測定工程(S130)において半導体層20の膜厚を測定すれば、その半導体層2
0についての膜厚管理を厳密に行い得るようになる。具体的には、例えば、半導体層20
の膜厚を測定して所定の基準値と比較することで、製造した窒化物半導体積層物1の良否
を判定することができる。また、例えば、膜厚測定工程(S130)で得た測定値に基づ
いて、窒化物半導体積層物1を製造する際の各種処理条件の適否を判断するといったこと
も考えられる。
If the film thickness of the
It becomes possible to strictly control the film thickness with respect to 0. Specifically, for example, the
The quality of the produced
本実施形態における膜厚測定工程(S130)では、半導体層20の膜厚を、非接触お
よび非破壊で膜厚測定を行える手法であるFT−IR法を利用して測定する。
以下に、FT−IR法による膜厚測定方法の詳細を説明する。
In the film thickness measurement step (S130) in the present embodiment, the film thickness of the
The details of the film thickness measuring method by the FT-IR method will be described below.
(3)FT−IR法による膜厚測定方法
図11に示すように、本実施形態に係る膜厚測定方法は、少なくとも、前処理工程(S
210)と、測定工程(S220)と、スペクトル分析工程(S230)と、分析結果に
基づく膜厚値の特定および出力工程(S240)と、を備える。前処理工程(S210)
は、基板に関する各種データの特定工程(S211)と、演算によるベースラインの特定
工程(S212)と、リファレンスとして登録工程(S213)と、を有する。また、測
定工程(S220)は、測定対象のセット工程(S221)と、赤外光の照射工程(S2
22)と、反射スペクトルの取得工程(S223)と、を有する。以下、これらの各工程
について順に説明する。
(3) Film Thickness Measuring Method by FT-IR Method As shown in FIG. 11, the film thickness measuring method according to the present embodiment is at least a pretreatment step (S).
210), a measurement step (S220), a spectrum analysis step (S230), and a film thickness value identification and output step (S240) based on the analysis result. Pretreatment step (S210)
Has a process of specifying various data related to the substrate (S211), a process of specifying a baseline by calculation (S212), and a registration step (S213) as a reference. Further, the measurement step (S220) includes a measurement target setting step (S221) and an infrared light irradiation step (S2).
22) and a step of acquiring a reflection spectrum (S223). Hereinafter, each of these steps will be described in order.
(3−i)前処理工程
前処理工程(S210)では、FT−IR法による膜厚測定のために予め行っておくこ
とが必要である処理を、測定工程(S220)に先立つ前処理として行う。
(3-i) Pretreatment Step In the pretreatment step (S210), a treatment that needs to be performed in advance for film thickness measurement by the FT-IR method is performed as a pretreatment prior to the measurement step (S220). ..
(誘電関数のモデル化)
ここで、先ず、前処理工程(S210)の前提となる、測定対象物(試料)の誘電関数
のモデル化について説明する。データ解析には試料の誘電関数が必要となるが、試料の誘
電関数が未知の場合、誘電関数のモデル化が必要になる。
(Modeling of dielectric function)
Here, first, modeling of the dielectric function of the measurement object (sample), which is a premise of the pretreatment step (S210), will be described. The dielectric function of the sample is required for data analysis, but if the dielectric function of the sample is unknown, it is necessary to model the dielectric function.
測定対象物は、ショットキーバリアダイオード(SBD)を構成する中間体1であり、
、具体的には基板10上に半導体層20が形成されてなる窒化物半導体積層物1である。
窒化物半導体積層物1は、半導体層20が下地n型半導体層21とドリフト層22の二
層構造となっている。このような積層構造の窒化物半導体積層物1について、光の反射と
透過の関係は、図12(a)に示す光学モデルのようになる。
ただし、かかる積層構造の窒化物半導体積層物1においては、例えば、屈折率が高い材
料から低い材料へ光が入射した場合に、各層の界面で殆ど反射が起こらない。そのため、
測定対象物となる窒化物半導体積層物1は、図12(a)に示す光学モデルではなく、図
12(b)に示す光学モデルのように簡略化することができる。
以下、測定対象物となる窒化物半導体積層物1については、図12(b)に示すように
、媒質N0/エピ層N1/基板N2からなる光学モデルに近似して考える。
The object to be measured is an intermediate 1 constituting the Schottky barrier diode (SBD).
Specifically, it is a
The
However, in the
The
Hereinafter, the
かかる光学モデルにおいて、試料の振幅反射係数は、エピ層N1での多重反射を考慮し
たr012となる。この振幅反射係数r012は、フレネル方程式を用いた以下の式(5
)によって求めることができる。
In such an optical model, the amplitude reflection coefficient of the sample, the r 012 in consideration of the multiple reflection in the epitaxial layer N 1. This amplitude reflectance coefficient r 012 is calculated by the following equation (5) using the Fresnel equation.
) Can be obtained.
式(5)における位相変化βは、以下の式(6)によって求めることができる。なお、
式(6)において、θ1およびθ0は、いずれも光の入射角である(図12参照)。また
、N1は、エピ層の複素屈折率である。
The phase change β in the equation (5) can be obtained by the following equation (6). In addition, it should be noted.
In the formula (6), θ 1 and θ 0 are both incident angles of light (see FIG. 12). Further, N 1 is the complex refractive index of the epi layer.
このように、測定対象物となる窒化物半導体積層物1については、図12(b)に示す
ように簡略化した光学モデルを考え、最上層の誘電関数だけを考慮する仮想基板近似を用
いることで、比較的容易に解析を行うことができる。
なお、ここでは詳細な説明を省略するが、解析にあたっては、エピ層N1の表面からの
一次反射係数r01およびエピ層N1がない場合の基板N2からの一次反射係数r02に
ついても、公知の演算式を利用して、計算を行うものとする。
As described above, for the
Here, although not detailed description, when the analysis, but also to primary reflection coefficient r 02 from the primary reflection coefficient r 01 and the substrate N 2 in the absence of the epitaxial layer N 1 from the surface of the epitaxial layer N 1 , The calculation shall be performed using a known calculation formula.
ところで、光の反射は、物質の複素誘電率または複素屈折率によって決められる。また
、光は、試料に入射する光の電場方向によってp偏光とs偏光に区別され、それぞれ異な
る反射を示す。
By the way, the reflection of light is determined by the complex permittivity or the complex refractive index of a substance. Further, the light is classified into p-polarized light and s-polarized light according to the direction of the electric field of the light incident on the sample, and each exhibits different reflection.
p偏光成分の振幅反射係数rpについてのフレネル方程式は、以下の式(7)のように
なる。
Fresnel equation for the amplitude reflection coefficient r p for p-polarized light component, the following equation (7).
また、s偏光成分の振幅反射係数rsについてのフレネル方程式は、以下の式(8)の
ようになる。
Further, the Fresnel equation for the amplitude reflectance coefficient s of the s polarization component is as shown in the following equation (8).
ただし、式(7)および(8)において、θiは、媒質iからの光の入射角である。ま
た、Ntiは、媒質iから媒質tに入射する光の複素屈折率で、以下の式(9)で定義さ
れる。なお、式(9)において、nは複素屈折率の実数部、kは消衰係数であり、k>0
である。
However, in equations (7) and (8), θ i is the angle of incidence of light from the medium i. Further, N ti is a complex refractive index of light incident on the medium t from the medium i, and is defined by the following equation (9). In equation (9), n is the real part of the complex refractive index, k is the extinction coefficient, and k> 0.
Is.
また、物質の誘電率と屈折率の間には密接な関係があり、複素誘電率εは、以下の式(
10)で定義される。
In addition, there is a close relationship between the permittivity and the refractive index of a substance, and the complex permittivity ε is calculated by the following equation (
It is defined in 10).
以上のようなフレネル方程式から得られた振幅反射率rの2乗が強度反射率Rとなる。
具体的には、例えば、垂直入射(θi=0°)の場合は、媒質N0が真空(N=1−i
0)であれば、誘電体(N=n−ik)との界面反射率Rが、以下の式(11)のように
なる。
The square of the amplitude reflectance r obtained from the Fresnel equation as described above is the intensity reflectance R.
Specifically, for example, in the case of vertical incidence (θi = 0 °), the medium N 0 is a vacuum (N = 1-i).
If it is 0), the interfacial reflectance R with the dielectric (N = n−ik) is as shown in the following equation (11).
一方、例えば、非垂直入射(θi≠0°)の場合は、p偏光成分およびs偏光成分につ
いて振幅反射係数r01,p,r01,S,r012,p,r012,Sをそれぞれ計算し
た上で、誘電体(N=n−ik)との界面反射率Rが、以下の式(12)のようになる。
On the other hand, for example, in the case of non-vertical incidence (θi ≠ 0 °), the amplitude reflectance coefficients r 01, p , r 01, S , r 012, p , r 012 and S are calculated for the p-polarized light component and the s-polarized light component, respectively. Then, the interfacial reflectance R with the dielectric (N = n-ik) becomes as shown in the following equation (12).
ところで、複素誘電率εは、上記の式(10)の他に、以下の式(13)によっても定
義される。
By the way, the complex permittivity ε is also defined by the following equation (13) in addition to the above equation (10).
そして、上記の式(9)および(13)の2式より、以下の式(14)および(15)
が成り立つことがわかる。
Then, from the above two equations (9) and (13), the following equations (14) and (15)
It turns out that holds true.
これらの各式に基づけば、複素屈折率Nについては、複素誘電率の値を用いると、以下
の式(16)および(17)によって与えられる。
Based on each of these equations, the complex refractive index N is given by the following equations (16) and (17) using the value of the complex permittivity.
以上に説明した各式によって規定される関係を踏まえた上で、光学モデルの解析に適用
すべき誘電関数モデルを検討すると、自由キャリア吸収があることから、ドルーデ(Dr
ude)モデルまたはローレンツ−ドルーデ(Lorentz−Drude)モデルを適
用することが考えられる。
Based on the relationships defined by the above equations, the dielectric function model that should be applied to the analysis of the optical model is examined. Since there is free carrier absorption, Drude (Dr.
It is conceivable to apply the ude) model or the Lorentz-Drude model.
ドルーデモデルは、自由キャリア吸収だけを考えたモデルであり、誘電率εを以下の式
(18)によって求めることができる。
The Drude model is a model that considers only free carrier absorption, and the permittivity ε can be obtained by the following equation (18).
一方、ローレンツ−ドルーデモデルは、自由キャリア吸収のみならず、LOフォノンと
のカップリングをも考えたモデルであり、誘電率εを以下の式(19)によって求めるこ
とができる。
On the other hand, the Lorenz-Drude model is a model that considers not only free carrier absorption but also coupling with LO phonons, and the permittivity ε can be obtained by the following equation (19).
なお、上記の式(18)または(19)において、ε∞は、高周波誘電率である。ωp
、ωLO、ωTOは、それぞれ、プラズマ周波数、LOフォノン周波数、TOフォノン周
波数である。γおよびΓは、いずれも、減衰定数である。なお、式(19)では、LOフ
ォノンとTOフォノンの減衰定数は、Γ=ΓLO=ΓTOと仮定している。また、プラズ
マ周波数ωpについては以下の式(20)で、減衰定数γについては以下の式(21)で
、それぞれ与えられる。
In the above equation (18) or (19), ε ∞ is the high frequency permittivity. ω p
, Ω LO and ω TO are plasma frequency, LO phonon frequency and TO phonon frequency, respectively. Both γ and Γ are damping constants. In Eq. (19), the attenuation constants of LO phonons and TO phonons are assumed to be Γ = Γ LO = Γ TO. The plasma frequency ω p is given by the following equation (20), and the attenuation constant γ is given by the following equation (21).
なお、上記の式(20)または(21)において、m*は、試料の有効質量を表す。ま
た、式(21)において、μはドリフト移動度である。
In the above formula (20) or (21), m * represents the effective mass of the sample. Further, in the equation (21), μ is the drift mobility.
以上のように、本実施形態においては、測定対象物(試料)を図12(b)に示す光学
モデルのように簡略化した上で、誘電関数モデルとしてドルーデモデルまたはローレンツ
−ドルーデモデルの少なくとも一方を適用することを決定する。そして、ドルーデモデル
またはローレンツ−ドルーデモデルの少なくとも一方を用いて、以下に述べる各ステップ
の処理を行う。なお、ドルーデモデルとローレンツ−ドルーデモデルとのどちらを適用す
るか、またはこれらの両方を適用するかについては、特に限定されることはなく、適宜決
定すればよい。
As described above, in the present embodiment, the measurement object (sample) is simplified as in the optical model shown in FIG. 12 (b), and then at least one of the Drude model and the Lorenz-Drude model as the dielectric function model. Decide to apply. Then, using at least one of the Drude model and the Lorenz-Drude model, the processing of each step described below is performed. It should be noted that which of the Drude model and the Lorenz-Drude model is applied, or whether both of them are applied is not particularly limited and may be appropriately determined.
(S211:基板に関する各種データの特定工程)
上述のように誘電関数モデルを特定した後は、先ず、その誘電関数モデルを用いた演算
処理を行うために必要となる各種データの特定を行う。具体的には、上記の式(18)ま
たは(19)を用いた演算処理に必要となる各種データを特定する。
(S211: Specific process of various data related to the substrate)
After specifying the dielectric function model as described above, first, various data required for performing arithmetic processing using the dielectric function model are specified. Specifically, various data required for arithmetic processing using the above equation (18) or (19) are specified.
ここで特定すべき各種データは、例えば、図12(b)に示す光学モデルを構成する基
板N2およびエピ層N1のそれぞれに関する物性値(特性値)に相当する。ただし、基板
N2およびエピ層N1は、窒化物半導体積層物1における基板10およびドリフト層22
をモデル化したものである。そのため、特定すべき各種データは、基板10およびドリフ
ト層22に関する物性値(特性値)に基づいて特定することが可能である。
The various data to be specified here correspond to, for example, physical property values (characteristic values) for each of the substrate N 2 and the epi layer N 1 constituting the optical model shown in FIG. 12 (b). However, the substrate N 2 and the epi layer N 1 are the
Is a model of. Therefore, various data to be specified can be specified based on the physical property values (characteristic values) of the
このとき、基板10は、既に説明したように、転位密度が低転位なものとなっており、
しかも赤外域の吸収係数について所定の要件を満たすものとなっている。つまり、基板1
0は、自由キャリア濃度の制御性が高く構成されており、これにより各種の物性値(特性
値)についての信頼性が高いものとなっている。このことは、基板10の上にエピタキシ
ャル成長されるドリフト層22についても、同様のことがいえる。したがって、基板10
およびドリフト層22に関する物性値(特性値)に基づいて、誘電関数モデルを用いた演
算処理に必要な各種データを特定すれば、その各種データは、現実の物(すなわち、製造
された窒化物半導体積層物1)に則したものとなり、非常に信頼性の高いものとなる。
At this time, as described above, the
Moreover, the absorption coefficient in the infrared region satisfies a predetermined requirement. That is, the
0 is configured with high controllability of the free carrier concentration, which makes the reliability of various physical property values (characteristic values) high. The same can be said for the
If various data required for arithmetic processing using the dielectric function model are specified based on the physical property values (characteristic values) of the
ここで特定する各種データとしては、例えば、基板10および半導体層20がGaN結
晶からなる場合であれば、以下のような具体例が挙げられる。
具体的には、例えば、ドルーデモデルを適用する場合であれば、ε∞=5.35、me
=0.22、ωp_sub=390.4cm−1(μ=320cm2V−1s−1)、ω
p_epi=23.1cm−1(μ=1200cm2V−1s−1)、γsub=132
.6cm−1、γepi=35.4cm−1といったものがある。
また、例えば、ローレンツ−ドルーデモデルを適用する場合であれば、ε∞=5.35
、me=0.22、ωLO=746cm−1、ωTO=560cm−1、ωp_sub=
390.4cm−1(μ=320cm2V−1s−1)、ωp_epi=23.1cm−
1(μ=1200cm2V−1s−1)、Γ=ΓLO=ΓTO=1.27cm−1、γs
ub=132.6cm−1、γepi=35.4cm−1といったものがある。
ここで具体例として挙げた各種データは、GaNに固有の物性値、または、その物性値
を基に上述の各式を用いた演算により算出した値に相当する。すなわち、いずれのデータ
も、GaN結晶であれば一義的に定まる値である。
なお、本実施形態では、演算によるデータ算出を行う場合に、予めC−V測定によりエ
ピタキシャル層のキャリア濃度を求めておき、その値を一定の(固定的な)のフィッティン
グパラメータとして使用している。その場合であっても、例えば、基板10の自由キャリ
ア濃度が1.0〜1.5×1018cm−3程度、ホモエピタキシャル層である半導体層
20の自由キャリア濃度が2.0×1018cm−3程度といったように、それぞれが非
常に高く制御されていることを考慮すると、データ算出で得られた各種データは、非常に
信頼性の高いものとなる。
このように、本実施形態では、想定されるキャリア濃度を求めた上で、各種データの特
定を行い、その後に、後述するようなFT−IR法による膜厚測定を行う。このことは、
例えば、将来的にFT−IR測定自体の精度が向上した場合に、キャリア濃度と膜厚との
二つを、それぞれ測定によって得られる可能性があることを示唆するものである。
Examples of various data specified here include the following specific examples when the
Specifically, for example, in the case of applying the Drude model, ε ∞ = 5.35, m e
= 0.22, ω p_sub = 390.4 cm -1 (μ = 320 cm 2 V -1 s -1 ), ω
p_epi = 23.1 cm -1 (μ = 1200 cm 2 V -1 s -1 ), γ sub = 132
.. There are things like 6cm -1, γ epi = 35.4cm -1 .
Also, for example, when applying the Lorenz-Drude model, ε ∞ = 5.35.
, M e = 0.22, ω LO = 746cm -1, ω TO = 560cm -1, ω p_sub =
390.4 cm -1 (μ = 320 cm 2 V -1 s -1 ), ω p_epi = 23.1 cm −
1 (μ = 1200 cm 2 V -1 s -1 ), Γ = Γ LO = Γ TO = 1.27 cm -1 , γ s
There are ub = 132.6 cm -1 and γ epi = 35.4 cm -1 .
The various data given as specific examples here correspond to the physical property values peculiar to GaN or the values calculated based on the physical property values by the calculation using each of the above equations. That is, all the data are values that are uniquely determined if they are GaN crystals.
In the present embodiment, when the data is calculated by calculation, the carrier concentration of the epitaxial layer is obtained in advance by CV measurement, and the value is used as a constant (fixed) fitting parameter. .. Even in that case, for example, the free carrier concentration of the
As described above, in the present embodiment, after obtaining the expected carrier concentration, various data are specified, and then the film thickness is measured by the FT-IR method as described later. This is
For example, if the accuracy of the FT-IR measurement itself is improved in the future, it is suggested that the carrier concentration and the film thickness may be obtained by the measurement respectively.
(S212:演算によるベースラインの特定工程)
上述のように各種データを特定した後は、続いて、特定した各種データを用いて、誘電
関数モデルによる演算処理を行う。
(S212: Baseline identification process by calculation)
After specifying the various data as described above, the operation processing by the dielectric function model is subsequently performed using the specified various data.
誘電関数モデルによる演算処理にあたっては、先ず、基板N2およびエピ層N1につい
ての屈折率nおよび消衰係数kを求める。
In the arithmetic processing by the dielectric function model, first, the refractive index n and the extinction coefficient k for the substrate N 2 and the epi layer N 1 are obtained.
具体的には、例えば、ドルーデモデルを適用する場合であれば、上述のように特定した
各種データを用いて、上記の式(18)による演算処理を行い、誘電率εを求める。そし
て、その演算結果と上記の式(13)〜(17)とを用いて、基板N2およびエピ層N1
のそれぞれについて、屈折率nおよび消衰係数kを求める。その演算結果は、例えば、図
13(a)および(b)に示すようなものとなる。
Specifically, for example, in the case of applying the Drude model, the arithmetic processing according to the above equation (18) is performed using the various data specified as described above to obtain the dielectric constant ε. Then, using the calculation result and the above equations (13) to (17), the substrate N 2 and the epi layer N 1 are used.
The refractive index n and the extinction coefficient k are obtained for each of the above. The calculation result is, for example, as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b).
また、例えば、ローレンツ−ドルーデモデルを適用する場合であれば、上述のように特
定した各種データを用いて、上記の式(19)による演算処理を行い、誘電率εを求める
。そして、その演算結果と上記の式(13)〜(17)とを用いて、基板N2およびエピ
層N1のそれぞれについて、屈折率nおよび消衰係数kを求める。その演算結果は、例え
ば、図14(a)および(b)に示すようなものとなる。
Further, for example, in the case of applying the Lorenz-Drude model, the arithmetic processing according to the above equation (19) is performed using various data specified as described above to obtain the dielectric constant ε. Then, using the calculation result and the above equations (13) to (17), the refractive index n and the extinction coefficient k are obtained for each of the substrate N 2 and the epi layer N 1. The calculation result is, for example, as shown in FIGS. 14A and 14B.
屈折率nおよび消衰係数kを求めたら、次いで、その演算結果と上記の式(11)また
は(12)とを用いて反射率Rを演算し、その演算結果から特定される反射スペクトルを
求める。
反射スペクトルは、例えば、垂直入射(θi=0°)の場合であれば、ドルーデモデル
に関しては図15(a)に示すようなものとなり、またローレンツ−ドルーデモデルに関
しては図15(b)に示すようなものとなる。
また、反射スペクトルは、例えば、非垂直入射(θi≠0)の場合、さらに具体的には
θi=30°の場合であれば、ドルーデモデルに関しては図16(a)に示すようなもの
となり、またローレンツ−ドルーデモデルに関しては図16(b)に示すようなものとな
る。
After obtaining the refractive index n and the extinction coefficient k, the reflectance R is calculated using the calculation result and the above equation (11) or (12), and the reflection spectrum specified from the calculation result is obtained. ..
For example, in the case of vertical incidence (θi = 0 °), the reflection spectrum is as shown in FIG. 15 (a) for the Drude model, and shown in FIG. 15 (b) for the Lorenz-Drude model. It will be something like.
Further, the reflection spectrum is as shown in FIG. 16A for the Drude model, for example, in the case of non-vertical incident (θi ≠ 0), more specifically in the case of θi = 30 °. The Lorenz-Drude model is as shown in FIG. 16 (b).
以上のような反射スペクトルは、反射係数r012に基づく媒質N0/エピ層N1/基
板N2からなる光学モデルについてのもの(図15中および図16中の実線参照)と、反
射係数r01に基づく媒質N0とエピ層N1との界面についてのもの(図15中および図
16中の破線参照)と、エピ層N1がない場合の反射係数r02に基づく媒質N0と基板
N2との界面についてのもの(図15中および図16中の点線参照)と、のそれぞれにつ
いて求めることが可能である。これらのうち、反射係数r02に基づく基板N2の界面に
ついてのものが、FT−IR法により反射スペクトルを解析する際の基準となるベースラ
インに相当することになる。
The reflection spectra as described above are for an optical model consisting of medium N 0 / epi layer N 1 / substrate N 2 based on the reflectance coefficient r 012 (see the solid lines in FIGS. 15 and 16) and the reflectance r. The one about the interface between the medium N 0 and the epi layer N 1 based on 01 (see the broken lines in FIGS. 15 and 16), and the medium N 0 and the substrate based on the reflectance coefficient r 02 in the absence of the epi layer N 1. It can be determined for each of the interface with N 2 (see the dotted line in FIGS. 15 and 16). Among these, those for the interface of the substrate N 2 based on the reflection coefficient r 02 is, will correspond to the baseline as a reference when analyzing the reflection spectrum by FT-IR method.
つまり、本実施形態においては、基板N2が単体の場合の反射スペクトルをシミュレー
ション等の演算処理により求め、その反射スペクトルをFT−IR法による膜厚測定に用
いるベースラインとして特定する。
That is, in the present embodiment, the reflection spectrum when the substrate N 2 is a single substance is obtained by arithmetic processing such as simulation, and the reflection spectrum is specified as a baseline used for film thickness measurement by the FT-IR method.
このようなベースラインの特定は、既に説明したように、基板10に関する物性値(特
性値)を基にして行う。そして、その基板10は、自由キャリア濃度の制御性が高く構成
されており、これにより各種の物性値(特性値)についての信頼性が高いものとなってい
る。このように、ベースラインを特定するために用いる各種データが信頼性の高いもので
あることから、本実施形態では、ベースラインをシミュレーション等の演算処理を利用し
て確実に特定することができるのである。
As described above, such a baseline is specified based on the physical property value (characteristic value) of the
なお、図16中には、解析対象の光学モデルを同等の構成の積層物について、実際にF
T−IR法による測定を行って得られた反射スペクトルについても、併せて掲載している
(図中における矢印「FT−IR」参照)。その反射スペクトルを、媒質N0/エピ層N
1/基板N2からなる光学モデルについての反射スペクトル(図中の実線参照)と比較す
ると、それぞれが近似していることがわかる(特に、図16(b)に示すローレンツ−ド
ルーデモデルの場合)。このことからも、本実施形態において演算処理で得られる反射ス
ペクトルは、非常に信頼性が高いものであることがわかる。
In addition, in FIG. 16, the optical model to be analyzed is actually F for a laminate having the same configuration.
The reflection spectrum obtained by measuring by the T-IR method is also shown (see the arrow "FT-IR" in the figure). The reflection spectrum is shown in the medium N 0 / epi layer N.
Compared with the reflection spectrum of the optical model consisting of 1 / substrate N 2 (see the solid line in the figure), it can be seen that each is approximated (in particular, the Lorentz shown in FIG. 16 (b) - if the Drude model) .. From this, it can be seen that the reflection spectrum obtained by the arithmetic processing in the present embodiment is extremely reliable.
ところで、以上に説明した反射スペクトルについては、FT−IR法による膜厚測定で
行われているように、これをフーリエ変換することで、エピ層N1の膜厚の算出に供する
ことが可能である。具体的に、図15または図16の例について、エピ層N1の膜厚を算
出すると、ドルーデモデルの場合は膜厚depi=13.6μmとなり、ローレンツ−ド
ルーデモデルの場合は膜厚depi=12.87μmとなる。このように、各モデルで算
出結果に差が生じるのは、ドルーデモデルではLOフォノンの項がないので、ローレンツ
−ドルーデモデルに比べて屈折率nが大きくなり、膜厚が厚く計算されるためと推察され
る。また、実用上の留意点を挙げれば、図16(a)から明らかなように、ドルーデモデ
ルの場合には、膜厚算出に使用する波数範囲によって値が変動する。このような傾向を踏
まえた上で、ドルーデモデルとローレンツ−ドルーデモデルとのどちらを適用するか、ま
たはこれらの両方を適用するかについて、決定するようにしても構わない。
Incidentally, for the reflection spectrum described above, as is done in the film thickness measurement by FT-IR method, which by Fourier transform, it may be subjected to calculation of the film thickness of the epitaxial layer N 1 is there. Specifically, the example of FIG. 15 or FIG. 16, when calculating the thickness of the epitaxial layer N 1, the film thickness d epi = 13.6 .mu.m next For Drude model, Lorentz - in the case of Drude model thickness d epi = 12.87 μm. In this way, the difference in the calculation results between the models is due to the fact that the Drude model does not have the LO phonon term, so the refractive index n is larger and the film thickness is calculated thicker than in the Lorenz-Drude model. Inferred. Further, as a practical point to be noted, as is clear from FIG. 16A, in the case of the Drude model, the value fluctuates depending on the wave number range used for the film thickness calculation. With this tendency in mind, it may be decided whether to apply the Drude model or the Lorenz-Drude model, or both.
(S213:リファレンスとして登録工程)
上述のようにベースラインを特定した後は、次いで、特定したベースラインに関するデ
ータをFT−IR法による膜厚測定で用いるリファレンスデータ(基準データ)とし、そ
のリファレンスデータの登録を行う。
(S213: Registration process as a reference)
After specifying the baseline as described above, the data related to the specified baseline is then used as reference data (reference data) used in the film thickness measurement by the FT-IR method, and the reference data is registered.
リファレンスデータの登録は、後述するFT−IR測定装置が備えるメモリ部にリファ
レンスデータを記憶させるか、またはFT−IR測定装置がアクセス可能な外部記憶装置
にリファレンスデータを記憶させることで行えばよい。
The reference data may be registered by storing the reference data in a memory unit included in the FT-IR measuring device described later, or by storing the reference data in an external storage device accessible to the FT-IR measuring device.
リファレンスデータの登録が完了したら、前処理工程(S210)を終了する。 When the registration of the reference data is completed, the preprocessing step (S210) is completed.
(3−ii)測定工程
前処理工程(S210)を終了したら、その後、測定工程(S220)を行うことが可
能となる。測定工程(S220)では、測定対象物である窒化物半導体積層物1について
、FT−IR法による膜厚測定のために必要となる反射スペクトルの取得処理を行う。反
射スペクトルの取得処理は、FT−IR測定装置を用いて行う。
(3-ii) Measurement step After the pretreatment step (S210) is completed, the measurement step (S220) can be performed thereafter. In the measurement step (S220), the
(FT−IR測定装置の概要)
ここで、FT−IR測定装置50の概要について簡単に説明する。
図17に示すように、FT−IR測定装置50は、赤外域(IR)の光を出射する光源
51と、ハーフミラー52と、固定配置された固定ミラー53と、移動可能に配置された
移動ミラー54と、反射ミラー55と、光を受光して検出するディテクタ56と、ディテ
クタ56に接続するコンピュータ装置等からなる解析制御部57と、を備えて構成されて
いる。
(Overview of FT-IR measuring device)
Here, the outline of the FT-
As shown in FIG. 17, the FT-
このような構成のFT−IR測定装置50では、光源51からの光がハーフミラー52
に斜め入射して、透過光と反射光の二つの光束に分割される。二つの光束は、固定ミラー
53と移動ミラー54とのそれぞれで反射されハーフミラー52に戻り、再び合成されて
、干渉波(インターフェログラム)を発生させる。このとき、移動ミラー54の位置(光
路差)によって、異なる干渉波が得られることになる。得られた干渉波は、反射ミラー5
5によって光路が変えられて、測定対象物(具体的には窒化物半導体積層物1)に照射さ
れる。そして、干渉波の照射に応じて測定対象物で発生した反射光(または透過光)が、
再び反射ミラー55によって光路が変えられた後に、ディテクタ56によって受光されて
検出される。その後、ディテクタ56での検出結果が解析制御部57で解析される。具体
的には、詳細を後述するように、解析制御部57において、フーリエ変換を用いたスペク
トル解析が行われる。
In the FT-
It is obliquely incident on the surface and is divided into two luminous fluxes, transmitted light and reflected light. The two luminous fluxes are reflected by the fixed
The optical path is changed by 5, and the object to be measured (specifically, the nitride semiconductor laminate 1) is irradiated. Then, the reflected light (or transmitted light) generated by the object to be measured in response to the irradiation of the interference wave is
After the optical path is changed by the
以下、このような構成のFT−IR測定装置50を用いて行う測定工程(S220)に
ついて具体的に説明する。
Hereinafter, the measurement step (S220) performed by using the FT-
(S221:測定対象のセット工程)
測定工程(S220)に際しては、先ず、測定対象物となる窒化物半導体積層物1を、
FT−IR測定装置50における干渉波の被照射箇所にセットする。窒化物半導体積層物
1の被照射箇所へのセットは、FT−IR測定装置50の仕様に応じたものであれば、そ
の手法が特に限定されるものではない。つまり、FT−IR測定装置50における試料載
置台(ただし不図示)の仕様や構成等に応じて、測定対象物である窒化物半導体積層物1
のセットを行えばよい。
(S221: Setting process of measurement target)
In the measurement step (S220), first, the
It is set at the irradiated portion of the interference wave in the FT-
All you have to do is set.
(S222:赤外光の照射工程)
窒化物半導体積層物1をセットした後は、続いて、光源51から赤外域(IR)の光を
出射するとともに、移動ミラー54を適宜移動させて、干渉波(インターフェログラム)
を発生させ、その干渉波を窒化物半導体積層物1に対して照射する。これにより、窒化物
半導体積層物1からは、干渉波に応じた反射光が発せられることになる。
(S222: Infrared light irradiation step)
After setting the
Is generated, and the interference wave is applied to the
(S223:反射スペクトルの取得工程)
その後は、窒化物半導体積層物1から発せられた反射光をディテクタ56で受光して検
出する。つまり、ディテクタ56での受光および検出により、窒化物半導体積層物1から
の反射光の干渉波形(インターフェログラム)を空間または時間の関数として観測するこ
とで、FT−IR法による膜厚測定のために必要となる反射スペクトルを、当該窒化物半
導体積層物1から取得するのである。ここでいう反射スペクトルは、窒化物半導体積層物
1に対して干渉波を照射したときに反射した光量を波長(波数)に対してプロットしたも
のである。
(S223: Reflection spectrum acquisition step)
After that, the
ところで、測定対象物である窒化物半導体積層物1は、既に説明したように、基板10
が低転位で、かつ、キャリア濃度と赤外域の吸収係数との間に依存性を有するものとなっ
ている。また、基板10上にホモエピタキシャル成長されてなる半導体層20についても
同様である。
By the way, as described above, the
Has a low dislocation and has a dependency between the carrier concentration and the absorption coefficient in the infrared region. The same applies to the
したがって、本実施形態の窒化物半導体積層物1であれば、干渉波を照射して取得され
る反射スペクトルは、その干渉波の影響が反映されたものとなる。具体的には、反射スペ
クトルは、光の干渉によって光量の大きい箇所と小さい箇所が交互に生じるフリンジ(干
渉縞)の存在を表すパターンであるフリンジパターンを有したものとなる。
Therefore, in the case of the
取得される反射スペクトルがフリンジパターンを有していれば、そのフリンジパターン
を分析することで、測定対象物である窒化物半導体積層物1についての膜厚測定を行うこ
と、すなわちFT−IR法を利用した膜厚測定を行うことが可能となる。
If the acquired reflection spectrum has a fringe pattern, the film thickness of the
このように、測定対象物である窒化物半導体積層物1からフリンジパターンを有する反
射スペクトルを取得したら、測定工程(S220)を終了する。
In this way, when the reflection spectrum having the fringe pattern is acquired from the
(3−iii)スペクトル分析工程
測定工程(S220)の終了後は、次いで、スペクトル分析工程(S230)を行う。
スペクトル分析工程(S230)では、測定工程(S220)で取得した反射スペクトル
について、前処理工程(S210)で登録済みのリファレンスデータを用いつつ、フーリ
エ変換を行って波長(波数)成分に数学的に分離する分析(解析)処理を行う。
(3-iii) Spectrum analysis step After the measurement step (S220) is completed, the spectrum analysis step (S230) is then performed.
In the spectrum analysis step (S230), the reflection spectrum acquired in the measurement step (S220) is subjected to a Fourier transform using the reference data registered in the preprocessing step (S210) to mathematically convert the wavelength (wavenumber) component. Perform analysis (analysis) processing to separate.
具体的には、スペクトル分析工程(S230)では、以下のような分析処理を行う。先
ず、窒化物半導体積層物1から取得した反射スペクトルをサンプルスペクトルとし、リフ
ァレンスデータによって特定されるベースライン(反射スペクトル)をバックグランドス
ペクトルとする。そして、サンプルスペクトルおよびバックグランドスペクトルのそれぞ
れに対してフーリエ変換を施して、それぞれのシングルビームスペクトル(SB)を得た
上で、例えば以下の式(22)に基づき、サンプルスペクトルの強度をバックグランドス
ペクトルの強度で除することで、反射干渉パターンを算出する。
Specifically, in the spectrum analysis step (S230), the following analysis processing is performed. First, the reflection spectrum acquired from the
(サンプルのSB)/(バックグランドのSB)×100=反射干渉パターン ・・・
(22)
(Sample SB) / (Background SB) x 100 = Reflect interference pattern ...
(22)
このようにして算出される反射干渉パターンを基にすれば、その反射干渉パターンの近
赤外領域でのフリンジ間隔から、窒化物半導体積層物1における半導体層20(具体的に
は、例えば半導体層20を構成するドリフト層22)の膜厚を推定することが可能となる
。
Based on the reflection interference pattern calculated in this way, the semiconductor layer 20 (specifically, for example, the semiconductor layer) in the
(3−iv)分析結果に基づく膜厚値の特定および出力工程
スペクトル分析工程(S220)の終了後は、次いで、分析結果に基づく膜厚値の特定
および出力工程(S240)を行う。
(3-iv) Identification and Output Step of Film Thickness Value Based on Analysis Results After completion of the spectrum analysis step (S220), the film thickness value identification and output step (S240) based on the analysis result is then performed.
分析結果に基づく膜厚値の特定および出力工程(S240)では、先ず、スペクトル分
析工程(S220)での分析結果として得た反射干渉パターンに基づき、窒化物半導体積
層物1における半導体層20(例えば、ドリフト層22)の膜厚値を特定する。具体的に
は、スペクトル分析工程(S220)で算出した反射干渉パターンには、光が干渉により
強め合うことで現れるバーストが存在しており、バースト間の距離が各反射光成分の光路
差に対応していることから、そのバースト間の距離を半導体層20の屈折率の値で除する
ことにより、半導体層20(例えば、ドリフト層22)の膜厚値を特定する。
In the identification and output step (S240) of the film thickness value based on the analysis result, first, based on the reflection interference pattern obtained as the analysis result in the spectrum analysis step (S220), the semiconductor layer 20 (for example, the semiconductor layer 20) in the
そして、半導体層20の膜厚値を特定したら、その後は、特定した膜厚値の出力を行う
。膜厚値の出力は、例えば、FT−IR測定装置50が備える図示せぬディスプレイ部や
、FT−IR測定装置50と接続する図示せぬプリンタ装置等を利用して行えばよい。
Then, after the film thickness value of the
このように膜厚値の出力を行うことで、その出力結果を参照したFT−IR測定装置5
0の利用者は、窒化物半導体積層物1における半導体層20の膜厚の測定結果を認識する
ことができる。つまり、窒化物半導体積層物1の半導体層20について、FT−IR法を
利用した膜厚測定を行うことができるようになる。
By outputting the film thickness value in this way, the FT-
The user of 0 can recognize the measurement result of the film thickness of the
(4)本実施形態により得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
(4) Effects obtained by the present embodiment According to the present embodiment, one or more of the following effects can be obtained.
(a)本実施形態では、基板10としてキャリア濃度と赤外域の吸収係数との間に依存性
を有するものを用い、その基板10上に半導体層20をホモエピタキシャル成長させて、
窒化物半導体積層物1を構成している。そのため、その窒化物半導体積層物1については
、基板10と半導体層20との間でのキャリア濃度の差に依存して赤外域の吸収係数に違
いが生じるようになり、FT−IR法を利用した膜厚測定を行うことが可能となる。
(A) In the present embodiment, a
It constitutes the
さらに詳しくは、本実施形態においては、基板10の転位密度が例えば5×106個/
cm2以下といったように低転位であり、しかも基板10が赤外域の吸収係数について所
定の要件を満たしており、これにより基板10におけるキャリア濃度と赤外域の吸収係数
との間に依存性を有するものとなっている。また、半導体層20についても、基板10上
にホモエピタキシャル成長させることで、その半導体層20を構成するGaN結晶が基板
10を構成するGaN結晶に準じたものとなる。つまり、半導体層20は、基板10との
間でキャリア濃度の違いがあるとしても、その基板10と同様に、低転位で、かつ、キャ
リア濃度と赤外域の吸収係数との間に依存性を有するものとなる。
したがって、本実施形態の窒化物半導体積層物1であれば、例えば1×1017cm‐
3以下の低キャリア濃度であっても、基板10と半導体層20との間でのキャリア濃度の
差に依存して赤外域の吸収係数に違いが生じるようになり、その結果としてFT−IR法
を利用した膜厚測定を行うことが可能となる。
More specifically, in the present embodiment, the dislocation density of the
It has low dislocations such as cm 2 or less, and the
Therefore, in the case of the
Even if the carrier concentration is as low as 3 or less, the absorption coefficient in the infrared region will differ depending on the difference in carrier concentration between the
以上のように、本実施形態によれば、III族窒化物半導体結晶のホモエピタキシャル
膜である半導体層20について、例えば1×1017cm‐3以下の低キャリア濃度の場
合であっても、キャリア濃度に依存してIRの吸収係数に違いが生じるようになり、FT
−IR法を利用して非接触および非破壊で膜厚測定を行うことができる。したがって、半
導体層20の膜厚管理を行う上で非常に有用であり、その膜厚管理を通じて、窒化物半導
体積層物1を用いて構成される半導体装置の特性向上や信頼性向上等に寄与することが実
現可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the
The film thickness can be measured non-contact and non-destructively using the -IR method. Therefore, it is very useful for controlling the film thickness of the
(b)特に、本実施形態で説明したように、基板10が上記式(1)により近似される関
係を満足するもの、すなわち基板10における依存性が上記式(1)によって規定される
ものであれば、その基板10の上にホモエピタキシャル成長される半導体層20において
も、キャリア濃度Neと吸収係数αとの関係性が確実に成り立つことになる。したがって
、例えば1×1017cm‐3以下の低キャリア濃度であっても、少なくとも1μm以上
3.3μm以下の波長範囲においては、確実にキャリア濃度Neに依存して吸収係数αに
違いが生じるようになり、FT−IR法を利用した膜厚測定を行う上で非常に好適なもの
となる。
(B) In particular, as described in the present embodiment, the
基板10が上記式(1)により近似される関係を満足するのは、その基板10において
、結晶歪みが小さく、また、Oやn型不純物以外の不純物(例えば、n型不純物を補償す
る不純物等)をほとんど含んでいない状態となっているからである。これにより、本実施
形態の基板10では、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における吸収係数
αを所定の定数Kおよび定数aを用いて式(1)(α=NeKλa)により近似すること
ができる。
The reason why the
なお、参考までに、従来の製造方法によって製造されるGaN結晶では、吸収係数αを
、上記式(1)によって上記規定の定数Kおよび定数aを用いて精度良く近似することが
困難である。
For reference, in a GaN crystal produced by a conventional production method, it is difficult to accurately approximate the absorption coefficient α by using the above-defined constant K and constant a according to the above equation (1).
ここで、図6(b)は、自由電子濃度に対する波長2μmでの吸収係数の関係を比較す
る図である。図6(b)において、本実施形態の製造方法により製造されるGaN結晶の
吸収係数だけでなく、論文(A)〜(D)に記載されたGaN結晶の吸収係数も示してい
る。
論文(A):A.S. Barker Physical Review B 7 (
1973) p743 Fig.8
論文(B):P. Perlin, Physicsl Review Letter
75 (1995) p296 Fig。1 0.3GPaの曲線から推定。
論文(C):G. Bentoumi, Materical Science En
gineering B50 (1997) p142−147 Fig.1
論文(D):S. Porowski, J. Crystal Growth 18
9−190 (1998) p.153−158 Fig.3 ただし、T=12K
Here, FIG. 6B is a diagram comparing the relationship of the absorption coefficient at a wavelength of 2 μm with respect to the free electron concentration. FIG. 6B shows not only the absorption coefficient of the GaN crystal produced by the production method of the present embodiment, but also the absorption coefficient of the GaN crystal described in the papers (A) to (D).
Paper (A): A. S. Barker Physical Review B 7 (
1973) p743 Fig. 8
Paper (B): P.I. Perlin, Physics Review Letter
75 (1995) p296 Fig. Estimated from a curve of 1 0.3 GPa.
Paper (C): G.M. Bentoumi, Medical Science En
gineering B50 (1997) p142-147 Fig. 1
Paper (D): S.A. Pourowski, J. et al.
9-190 (1998) p. 153-158 Fig. 3 However, T = 12K
図6(b)に示すように、論文(A)〜(D)に記載の従来のGaN結晶における吸収
係数αは、本実施形態の製造方法により製造されるGaN結晶の吸収係数αよりも大きか
った。また、従来のGaN結晶における吸収係数αの傾きは、本実施形態の製造方法によ
り製造されるGaN結晶の吸収係数αの傾きと異なっていた。なお、論文(A)および(
C)では、吸収係数αの傾きが、自由電子濃度Neが大きくなるにしたがって変化してい
るようにも見受けられた。このため、論文(A)〜(D)に記載の従来のGaN結晶では
、吸収係数αを、上記式(1)によって上記規定の定数Kおよび定数aを用いて精度良く
近似することが困難であった。具体的には、例えば、定数Kが上記規定の範囲よりも高く
なっていたり、定数aが3以外の値となっていたりする可能性があった。
As shown in FIG. 6B, the absorption coefficient α of the conventional GaN crystals described in the papers (A) to (D) is larger than the absorption coefficient α of the GaN crystal produced by the production method of the present embodiment. It was. Further, the slope of the absorption coefficient α in the conventional GaN crystal was different from the slope of the absorption coefficient α in the GaN crystal produced by the production method of the present embodiment. The treatises (A) and (
In C), it seems that the slope of the absorption coefficient α changes as the free electron concentration Ne increases. Therefore, in the conventional GaN crystals described in the papers (A) to (D), it is difficult to accurately approximate the absorption coefficient α by the above equation (1) using the above-specified constants K and a. there were. Specifically, for example, there is a possibility that the constant K is higher than the above-specified range, or the constant a is a value other than 3.
これは、以下の理由によるものと考えられる。従来のGaN結晶中には、その製造方法
に起因して、大きな結晶歪みが生じていたと考えられる。GaN結晶中に結晶歪みが生じ
ていると、GaN結晶中に転位が多くなる。このため、従来のGaN結晶では、転位散乱
が生じ、転位散乱に起因して、吸収係数αが大きくなったり、ばらついたりしたと考えら
れる。または、従来の製造方法によって製造されるGaN結晶では、意図せずに混入する
Oの濃度が高くなっていたと考えられる。GaN結晶中にOが高濃度に混入すると、Ga
N結晶の格子定数aおよびcが大きくなる(参考:Chris G. Van de W
alle, Physical Review B vol.68, 165209 (
2003))。このため、従来のGaN結晶では、Oによって汚染された部分と、比較的
純度の高い部分との間で、局所的な格子不整合が生じ、GaN結晶中に結晶歪みが生じて
いたと考えられる。その結果、従来のGaN結晶では、吸収係数αが大きくなったり、ば
らついたりしたと考えられる。または、従来の製造方法によって製造されるGaN結晶で
は、n型不純物を補償するp型の補償不純物が意図せずに混入し、補償不純物の濃度が高
くなっていたと考えられる。補償不純物の濃度が高いと、所定の自由電子濃度を得るため
に、高濃度のn型不純物が必要となる。このため、従来のGaN結晶では、補償不純物お
よびn型不純物を含む合計の不純物濃度が高くなり、結晶歪みが大きくなっていたと考え
られる。その結果、従来のGaN結晶では、吸収係数αが大きくなったり、ばらついたり
したと考えられる。なお、実際にOを含み格子が歪んだGaN自立基板では、同じ自由電
子濃度を有する本実施形態の基板10と比較して、(移動度が低く)吸収係数αが高いこ
とを確認している。
This is considered to be due to the following reasons. It is considered that a large crystal strain was generated in the conventional GaN crystal due to the manufacturing method thereof. When crystal strain occurs in a GaN crystal, many dislocations occur in the GaN crystal. Therefore, in the conventional GaN crystal, dislocation scattering occurs, and it is considered that the absorption coefficient α becomes large or varies due to the dislocation scattering. Alternatively, it is considered that the concentration of O mixed unintentionally was high in the GaN crystal produced by the conventional production method. When O is mixed in a GaN crystal at a high concentration, Ga
The lattice constants a and c of the N crystal increase (Reference: Chris G. Van de W)
alle, Physical Review B vol. 68, 165209 (
2003)). Therefore, in the conventional GaN crystal, it is considered that a local lattice mismatch occurs between the portion contaminated by O and the portion having a relatively high purity, and crystal strain occurs in the GaN crystal. As a result, it is considered that the absorption coefficient α of the conventional GaN crystal is large or varies. Alternatively, it is considered that in the GaN crystal produced by the conventional production method, the p-type compensating impurity compensating for the n-type impurity was unintentionally mixed and the concentration of the compensating impurity was increased. When the concentration of compensating impurities is high, a high concentration of n-type impurities is required to obtain a predetermined free electron concentration. Therefore, it is considered that in the conventional GaN crystal, the total impurity concentration including the compensating impurity and the n-type impurity is high, and the crystal strain is large. As a result, it is considered that the absorption coefficient α of the conventional GaN crystal is large or varies. It has been confirmed that the GaN free-standing substrate actually containing O and having a distorted lattice has a higher absorption coefficient α (lower mobility) than the
このような理由により、従来のGaN結晶では、吸収係数αを、上記式(1)によって
上記規定の定数Kおよび定数aを用いて精度良く近似することが困難であった。つまり、
従来のGaN結晶では、吸収係数を自由電子の濃度Neに基づいて精度良く設計すること
は困難であった。このため、従来のGaN結晶からなる基板では、基板に対して少なくと
も赤外線を照射し基板を加熱する工程において、基板によって加熱効率がばらつき易く、
基板の温度を制御することが困難となっていた。その結果、基板ごとの温度の再現性が低
くなる可能性があった。
For this reason, in the conventional GaN crystal, it is difficult to accurately approximate the absorption coefficient α by using the above-mentioned constant K and the constant a by the above equation (1). In other words
In the conventional GaN crystal, it is difficult to accurately design based on absorption coefficient on the free electron density N e. For this reason, in a conventional substrate made of GaN crystals, the heating efficiency tends to vary depending on the substrate in the process of irradiating the substrate with at least infrared rays to heat the substrate.
It was difficult to control the temperature of the substrate. As a result, the reproducibility of the temperature of each substrate may be low.
これに対し、本実施形態の製造方法により製造される基板10は、結晶歪みが小さく、
また、Oやn型不純物以外の不純物をほとんど含んでいない状態となっている。本実施形
態の基板10の吸収係数は、結晶歪み起因の散乱(転位散乱)による影響が小さく、主に
イオン化不純物散乱に依存している。これにより、基板10の吸収係数αのばらつきを小
さくすことができ、基板10の吸収係数αを所定の定数Kおよび定数aを用いて上記式(
1)により近似することができる。基板10の吸収係数αが上記式(1)により近似可能
であることで、基板10の吸収係数を、基板10中へのn型不純物のドーピングによって
生じる自由電子の濃度Neに基づいて精度良く設計することができる。基板10の吸収係
数を自由電子の濃度Neに基づいて精度良く設計することで、基板10に対して少なくと
も赤外線を照射し基板10を加熱する工程において、加熱条件を容易に設定することがで
き、基板10の温度を精度良く制御することができる。その結果、基板10ごとの温度の
再現性を向上させることができる。このようにして、本実施形態では、基板10を精度良
くかつ再現性良く加熱することが可能となる。
On the other hand, the
In addition, it is in a state of containing almost no impurities other than O and n-type impurities. The absorption coefficient of the
It can be approximated by 1). By absorption coefficient of the
(c)本実施形態では、FT−IR法を利用した膜厚測定にあたり、上記式(1)を満足
する基板10についての誘電関数モデルを特定した上で、特定した誘電関数モデルに基づ
き基板10が単体のときの反射スペクトル(ベースライン)を演算処理により求め、求め
た反射スペクトルをリファレンスデータ(基準データ)として用いるようになっている。
つまり、基板10が低転位で高品質なものであり、その基板10におけるキャリア濃度N
eと吸収係数αとの関係の制御性が高い(すなわち、キャリア濃度Neに関する信頼性が
高い)ことから、ベースラインとなる反射スペクトルを演算処理(シミュレーション)に
より求めることができる。したがって、FT−IR法を利用した膜厚測定にあたり、誘電
関数モデルとキャリア濃度から反射スペクトルを求めてその計算値をリファレンスとして
いるので、例えば基板単体からのリファレンスとなる反射スペクトルの実測が不要となり
、その膜厚測定の効率向上を実現することが可能となる。
(C) In the present embodiment, in the film thickness measurement using the FT-IR method, after specifying the dielectric function model for the
That is, the
e is high controllability of the relationship between the absorption coefficient α from (i.e., a high reliability of the carrier concentration N e) that, the reflection spectrum as a base line can be obtained by the arithmetic processor (simulation). Therefore, when measuring the film thickness using the FT-IR method, the reflection spectrum is obtained from the dielectric function model and the carrier concentration and the calculated value is used as a reference. Therefore, for example, it is not necessary to actually measure the reflection spectrum as a reference from the substrate alone. , It is possible to improve the efficiency of the film thickness measurement.
(d)本実施形態では、III族窒化物半導体の結晶がGaN結晶であり、いわゆるGa
N−on−GaN基板について、FT−IR法を利用した膜厚測定を行う。つまり、本実
施形態によれば、従来は原理的に膜厚測定が困難であると考えられていたGaN−on−
GaN基板であっても、FT−IR法を利用した膜厚測定を行うことが実現可能となる。
(D) In the present embodiment, the crystal of the group III nitride semiconductor is a GaN crystal, so-called Ga.
The film thickness of the N-on-GaN substrate is measured by using the FT-IR method. That is, according to the present embodiment, GaN-on-, which was conventionally considered to be difficult to measure the film thickness in principle.
Even with a GaN substrate, it is possible to measure the film thickness using the FT-IR method.
(e)本実施形態における窒化物半導体積層物1は、基板10上の半導体層20に対して
赤外光を照射して得られるFT−IR法による反射スペクトル中にフリンジパターンを有
している。このように、反射スペクトル中にフリンジパターンを有していれば、そのフリ
ンジパターンを分析することで、半導体層20についての膜厚測定を行うこと、すなわち
FT−IR法を利用した膜厚測定を行うことが可能となる。したがって、本実施形態にお
ける窒化物半導体積層物1は、FT−IR法を利用して非接触および非破壊で膜厚測定を
行うことが可能であり、その測定結果に基づく膜厚管理を通じて、窒化物半導体積層物1
を用いて構成される半導体装置の特性向上や信頼性向上等に寄与することが実現可能とな
る。
(E) The
It is possible to contribute to the improvement of characteristics and reliability of the semiconductor device constructed by using the above.
<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Other Embodiments>
The embodiments of the present invention have been specifically described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist thereof.
上述の実施形態では、主として、FT−IR法を利用した膜厚測定を行う場合を例に挙
げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態で説
明した基板10を用いて窒化物半導体積層物1を構成した場合、TOフォノン(560c
m−1)より低波数側では消衰係数kが自由キャリア吸収のために比較的大きくなるので
、FT−IR法のみならず、赤外分光エリプソメトリ法によっても、膜厚測定を行うこと
が可能である。なお、赤外分光エリプソメトリ法は、光学測定手法の一つであり、試料で
の光反射による偏光状態の変化を測定することで、膜厚測定等を行う技術である。
In the above-described embodiment, the case where the film thickness measurement using the FT-IR method is mainly performed has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, when the
Since the extinction coefficient k becomes relatively large on the lower wavenumber side than m -1 ) due to free carrier absorption, the film thickness can be measured not only by the FT-IR method but also by the infrared spectroscopic ellipsometry method. It is possible. The infrared spectroscopic ellipsometry method is one of the optical measurement methods, and is a technique for measuring the film thickness or the like by measuring the change in the polarization state due to light reflection in the sample.
上述の実施形態では、基板10および半導体層20がそれぞれGaNからなっている場
合について説明したが、基板10および半導体層20は、GaNに限らず、他のIII族
窒化物半導体の結晶からなるものであってもよい。他のIII族窒化物半導体としては、
例えば、窒化インジウム(InN)や窒化インジウムガリウム(InGaN)等が挙げら
れる。さらには、AlN、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、窒化アルミニウム
インジウムガリウム(AlInGaN)等がであってもよい。このように、III族窒化
物半導体は、AlxInyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1
)の組成式で表されるものを含む。つまり、本発明は、GaN−on−GaN基板のみな
らず、例えば、AlN基板上にAlN層がホモエピタキシャル成長されてなるAlN−o
n−AlN基板についても、また他のIII族窒化物半導体によるホモエピタキシャル成
長基板についても、全く同様に適用することが可能である。なお、Al組成を含むものに
ついては、分光エリプソメトリ法によっても膜厚測定を行うことが考えられる。
In the above-described embodiment, the case where the
For example, indium nitride (InN), indium gallium nitride (InGaN), and the like can be mentioned. Further, AlN, aluminum gallium nitride (AlGaN), indium gallium nitride (AlInGaN) and the like may be used. As described above, the group III nitride semiconductor includes Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).
) Is included. That is, in the present invention, not only the GaN-on-GaN substrate but also the AlN-o obtained by homoepitaxially growing the AlN layer on, for example, the AlN substrate.
It can be applied to the n-AlN substrate and to the homoepitaxial growth substrate made of other group III nitride semiconductors in exactly the same manner. For those containing Al composition, it is conceivable to measure the film thickness by the spectroscopic ellipsometry method.
上述の実施形態では、基板作成工程(S110)において、GaN単結晶からなる種基
板5を用いて基板10を作製する場合について説明したが、基板10を以下の方法により
作製してもよい。例えば、サファイヤ基板等の異種基板上に設けられたGaN層を下地層
として用い、ナノマスク等を介してGaN層を厚く成長させた結晶インゴットを異種基板
から剥離させ、この結晶インゴットから複数の基板10を切り出してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
上述の実施形態では、半導体層成長工程(S120)において、MOVPE法により半
導体層20を形成する場合について説明したが、HVPE法などの他の気相成長法や、フ
ラックス法やアモノサーマル法などの液相成長法により半導体層20を形成してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
上述の実施形態では、窒化物半導体積層物1を用いて構成する半導体装置がSBDであ
る場合について説明したが、半導体装置は、n型不純物を含む基板10を用いていれば、
他のデバイスとして構成されていてもよい。例えば、半導体装置は、発光ダイオード、レ
ーザダイオード、ジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)、バイポーラ
トランジスタ等であってもよい。
In the above-described embodiment, the case where the semiconductor device configured by using the
It may be configured as another device. For example, the semiconductor device may be a light emitting diode, a laser diode, a junction barrier Schottky diode (JBS), a bipolar transistor, or the like.
<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferable Aspect of the Present Invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be added.
(付記1)
本発明の一態様によれば、
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてな
る窒化物半導体積層物における前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記基板として、当該基板におけるキャリア濃度と赤外域の吸収係数との間に依存性を
有するものを用い、
前記薄膜の膜厚を、フーリエ変換赤外分光法または赤外分光エリプソメトリ法を利用し
て測定する
膜厚測定方法が提供される。
(Appendix 1)
According to one aspect of the invention
A film thickness measuring method for measuring the film thickness of a thin film in a nitride semiconductor laminate obtained by homoepitaxially growing a thin film on a substrate composed of crystals of a group III nitride semiconductor.
As the substrate, a substrate having a dependency between the carrier concentration in the substrate and the absorption coefficient in the infrared region is used.
A film thickness measuring method for measuring the thickness of the thin film by using Fourier transform infrared spectroscopy or infrared spectroscopic ellipsometry is provided.
(付記2)
付記1に記載の膜厚測定方法において、好ましくは、
前記基板における前記依存性は、波長をλ(μm)、27℃における前記基板の吸収係
数をα(cm−1)、前記基板中のキャリア濃度をNe(cm−3)、Kおよびaをそれ
ぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸
収係数αが、以下の式(1)により近似される。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、2.0×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3)
(Appendix 2)
In the film thickness measuring method described in
The dependence on the substrate is that the wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the substrate at 27 ° C is α (cm -1 ), and the carrier concentration in the substrate is Ne (cm -3 ), K and a. When each is a constant, the absorption coefficient α in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the following equation (1).
α = N e Kλ a ··· ( 1)
(However, 2.0 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)
(付記3)
付記2に記載の膜厚測定方法において、好ましくは、
前記式(1)を満足する前記基板についての誘電関数モデルを特定した上で、特定した
誘電関数モデルに基づき前記基板が単体のときの反射スペクトルを演算処理により求め、
求めた前記反射スペクトルを前記フーリエ変換赤外分光法または前記赤外分光エリプソ
メトリ法により膜厚測定を行う際のリファレンスとして用いる。
(Appendix 3)
In the film thickness measuring method described in
After specifying the dielectric function model for the substrate satisfying the equation (1), the reflection spectrum when the substrate is a single unit is obtained by arithmetic processing based on the specified dielectric function model.
The obtained reflection spectrum is used as a reference when measuring the film thickness by the Fourier transform infrared spectroscopy or the infrared spectroscopic ellipsometry method.
(付記4)
付記1から3のいずれか1つに記載の膜厚測定方法において、好ましくは、
前記III族窒化物半導体の結晶が窒化ガリウムの結晶である。
(Appendix 4)
In the film thickness measuring method according to any one of
The crystal of the group III nitride semiconductor is a gallium nitride crystal.
(付記5)
本発明の他の態様によれば、
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてな
る窒化物半導体積層物の製造方法であって、
前記基板として、当該基板におけるキャリア濃度と赤外域の吸収係数との間に依存性を
有するものを用い、当該基板上に前記薄膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記薄膜の膜厚を測定する測定工程と、
を備え、
前記測定工程では、前記薄膜の膜厚を、フーリエ変換赤外分光法または赤外分光エリプ
ソメトリ法を利用して測定する
窒化物半導体積層物の製造方法が提供される。
(Appendix 5)
According to another aspect of the invention
A method for producing a nitride semiconductor laminate in which a thin film is homoepitaxially grown on a substrate made of group III nitride semiconductor crystals.
As the substrate, a substrate having a dependency between the carrier concentration in the substrate and the absorption coefficient in the infrared region is used, and a growth step of homoepitaxially growing the thin film on the substrate and a growth step.
A measurement step for measuring the film thickness of the thin film formed on the substrate, and
With
In the measuring step, there is provided a method for producing a nitride semiconductor laminate in which the thickness of the thin film is measured by using Fourier transform infrared spectroscopy or infrared spectroscopic ellipsometry.
(付記6)
本発明のさらに他の態様によれば、
III族窒化物半導体の結晶からなる基板と、
前記基板上にホモエピタキシャル成長されてなる薄膜と、
を備え、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射して得られるフーリエ変換赤外分光法によ
る反射スペクトル中にフリンジパターンを有する
窒化物半導体積層物が提供される。
(Appendix 6)
According to yet another aspect of the invention.
A substrate made of group III nitride semiconductor crystals and
A thin film homoepitaxially grown on the substrate,
With
Provided is a nitride semiconductor laminate having a fringe pattern in a reflection spectrum obtained by irradiating the thin film on the substrate with infrared light by Fourier transform infrared spectroscopy.
(付記7)
付記6に記載の窒化物半導体積層物において、好ましくは、
前記基板は、当該基板におけるキャリア濃度と赤外域の吸収係数との間に依存性を有す
る。
(Appendix 7)
In the nitride semiconductor laminate described in
The substrate has a dependency between the carrier concentration in the substrate and the absorption coefficient in the infrared region.
(付記8)
付記7に記載の窒化物半導体積層物において、好ましくは、
前記基板における前記依存性は、波長をλ(μm)、27℃における前記基板の吸収係
数をα(cm−1)、前記基板中のキャリア濃度をNe(cm−3)、Kおよびaをそれ
ぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸
収係数αが、以下の式(1)により近似される。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、2.0×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3)
(Appendix 8)
In the nitride semiconductor laminate described in
The dependence on the substrate is that the wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the substrate at 27 ° C is α (cm -1 ), and the carrier concentration in the substrate is Ne (cm -3 ), K and a. When each is a constant, the absorption coefficient α in a wavelength range of at least 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the following equation (1).
α = N e Kλ a ··· ( 1)
(However, 2.0 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)
(付記9)
付記6から8のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物において、好ましくは、
前記III族窒化物半導体の結晶が窒化ガリウムの結晶である。
(Appendix 9)
In the nitride semiconductor laminate according to any one of
The crystal of the group III nitride semiconductor is a gallium nitride crystal.
1…窒化物半導体積層物(中間体)、10…基板、20…半導体層、21…下地n型半
導体層、22…ドリフト層
1 ... Nitride semiconductor laminate (intermediate), 10 ... Substrate, 20 ... Semiconductor layer, 21 ... Base n-type semiconductor layer, 22 ... Drift layer
Claims (6)
前記基板として、
波長をλ(μm)、27℃における前記基板の吸収係数をα(cm−1)、前記基板中のキャリア濃度をNe(cm−3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αは、最小二乗法で以下の式(1)により近似され、
波長2μmにおいて、前記式(1)から求められる前記吸収係数αに対する、実測される前記吸収係数の誤差は、±0.1α以内であるものを用い、
前記薄膜の膜厚を、フーリエ変換赤外分光法または赤外分光エリプソメトリ法を利用して測定する
膜厚測定方法。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3) A film thickness measuring method for measuring the film thickness of a thin film in a nitride semiconductor laminate obtained by homoepitaxially growing a thin film on a substrate composed of crystals of a group III nitride semiconductor.
As the substrate
When the wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the substrate at 27 ° C is α (cm -1 ), the carrier concentration in the substrate is Ne (cm -3 ), and K and a are constants, at least The absorption coefficient α in the wavelength range of 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the following equation (1) by the least squares method.
At a wavelength of 2 μm, the error of the measured absorption coefficient with respect to the absorption coefficient α obtained from the equation (1) is within ± 0.1α.
A film thickness measuring method for measuring the thickness of the thin film by using Fourier transform infrared spectroscopy or infrared spectroscopic ellipsometry.
α = N e Kλ a ··· ( 1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)
求めた前記反射スペクトルを前記フーリエ変換赤外分光法または前記赤外分光エリプソメトリ法により膜厚測定を行う際のリファレンスとして用いる
請求項1に記載の膜厚測定方法。 After specifying the dielectric function model for the substrate satisfying the equation (1), the reflection spectrum when the substrate is a single unit is obtained by arithmetic processing based on the specified dielectric function model.
The film thickness measuring method according to claim 1, wherein the obtained reflection spectrum is used as a reference when measuring the film thickness by the Fourier transform infrared spectroscopy or the infrared spectroscopic ellipsometry method.
請求項1または2に記載の膜厚測定方法。 The film thickness measuring method according to claim 1 or 2, wherein the crystal of the group III nitride semiconductor is a crystal of gallium nitride.
前記基板上に前記薄膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記薄膜の膜厚を測定する測定工程と、
を備え、
前記成長工程では、前記基板として、
波長をλ(μm)、27℃における前記基板の吸収係数をα(cm−1)、前記基板中のキャリア濃度をNe(cm−3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αは、最小二乗法で以下の式(1)により近似され、
波長2μmにおいて、前記式(1)から求められる前記吸収係数αに対する、実測される前記吸収係数の誤差は、±0.1α以内であるものを用い、
前記測定工程では、前記薄膜の膜厚を、フーリエ変換赤外分光法または赤外分光エリプソメトリ法を利用して測定する
窒化物半導体積層物の製造方法。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3) A method for producing a nitride semiconductor laminate in which a thin film is homoepitaxially grown on a substrate made of group III nitride semiconductor crystals.
A growth step of homoepitaxially growing the thin film on the substrate,
A measurement step for measuring the film thickness of the thin film formed on the substrate, and
With
In the growth step, as the substrate,
When the wavelength is λ (μm), the absorption coefficient of the substrate at 27 ° C is α (cm -1 ), the carrier concentration in the substrate is Ne (cm -3 ), and K and a are constants, at least The absorption coefficient α in the wavelength range of 1 μm or more and 3.3 μm or less is approximated by the following equation (1) by the least squares method.
At a wavelength of 2 μm, the error of the measured absorption coefficient with respect to the absorption coefficient α obtained from the equation (1) is within ± 0.1α.
In the measurement step, a method for producing a nitride semiconductor laminate, in which the thickness of the thin film is measured by using Fourier transform infrared spectroscopy or infrared spectroscopic ellipsometry.
α = N e Kλ a ··· ( 1)
(However, 1.5 × 10 -19 ≦ K ≦ 6.0 × 10 -19 , a = 3)
前記基板上に、前記基板とはキャリア濃度の異なる1層以上のIII族窒化物半導体薄膜をホモエピタキシャル成長させてなる半導体層と、
を備え、
前記基板は、
波長2μmの赤外線に対する吸収係数が1.2cm-1以上48cm-1以下であり、
波長2μmの赤外線に対する吸収係数の基板面内ばらつきが1.0cm-1以内であり、
前記基板と前記半導体層は、波長1μm以上3.3μm以下の赤外線に対する吸収係数がそれぞれ異なっており、
前記基板上の前記半導体層に対して赤外光を照射して得られるフーリエ変換赤外分光法による反射スペクトル中にフリンジパターンを有し、
前記半導体層の表面は、波長1μm以上3.3μm以下の赤外線に対する反射率が5%以上30%以下である
窒化物半導体積層物。 A substrate made of group III nitride semiconductor crystals and
A semiconductor layer obtained by homoepitaxially growing one or more group III nitride semiconductor thin films having a carrier concentration different from that of the substrate on the substrate.
With
The substrate is
The absorption coefficient for infrared rays with a wavelength of 2 μm is 1.2 cm -1 or more and 48 cm -1 or less.
The in-plane variation of the absorption coefficient for infrared rays with a wavelength of 2 μm is within 1.0 cm-1.
The substrate and the semiconductor layer have different absorption coefficients for infrared rays having a wavelength of 1 μm or more and 3.3 μm or less.
Have a fringe pattern in the reflected spectrum by Fourier transform infrared spectroscopy obtained by irradiating infrared light to the semiconductor layer on the substrate,
The surface of the semiconductor layer is a nitride semiconductor laminate having a reflectance of 5% or more and 30% or less with respect to infrared rays having a wavelength of 1 μm or more and 3.3 μm or less.
前記基板中の鉄、クロムおよびボロンの各濃度が1×1015at・cm-3未満である
請求項5に記載の窒化物半導体積層物。 Each concentration of oxygen and carbon in the substrate is less than 5 × 10 15 at · cm- 3.
The nitride semiconductor laminate according to claim 5, wherein the concentrations of iron, chromium, and boron in the substrate are less than 1 × 10 15 at · cm- 3.
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