(57)【要約】【課題】高効率の半導体装置を得るのに用いることができる低転位ＡｌＮの製造方法を提供する。【解決手段】低転位ＡｌＮの製造方法は、表面に、各々、ｃ面に対するオフ角度が０．２°以上５．０°以下のオフ面で構成された複数のＡｌＮ結晶成長開始部１５を有する種基板１０を準備し、前記種基板１０の前記複数のＡｌＮ結晶成長開始部１５のそれぞれからＡｌＮを結晶成長させるとともに、それらを選択横方向成長により会合させて前記種基板１０上にＡｌＮ層２０を形成する。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、各々、ｃ面に対するオフ角度が０．２°以上５．０°以下のオフ面で構成された複数のＡｌＮ結晶成長開始部を有する種基板を準備し、前記種基板の前記複数のＡｌＮ結晶成長開始部のそれぞれからＡｌＮを結晶成長させるとともに、それらを選択横方向成長により会合させて前記種基板上にＡｌＮ層を形成する低転位ＡｌＮの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された低転位ＡｌＮの製造方法において、
前記種基板が、支持基板と、前記支持基板の上に設けられた種ＡｌＮ膜とを有するテンプレート基板である低転位ＡｌＮの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載された低転位ＡｌＮの製造方法において、
前記支持基板がサファイア基板である低転位ＡｌＮの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された低転位ＡｌＮの製造方法において、
前記種基板の表面には、複数の溝が間隔をおいて並行に延びるように設けられており、相互に隣接する前記溝間の突条の頂面が前記ＡｌＮ結晶成長開始部に構成されている低転位ＡｌＮの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された低転位ＡｌＮの製造方法において、
前記ＡｌＮ層において、前記突条の頂面の前記ＡｌＮ結晶成長開始部に対応する部分では、前記種基板の転位がＡｌＮの結晶成長方向に沿って伝搬することにより、転位密度が相対的に高い高転位領域が構成される一方、前記ＡｌＮ結晶成長開始部間の溝に対応する部分では、ＡｌＮが選択横方向成長するとき、ステップバンチングを起こして転位を吸収しながらＡｌＮが結晶成長して会合することにより、転位密度が相対的に低い低転位領域が構成される低転位ＡｌＮの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載された低転位ＡｌＮの製造方法において、
前記ＡｌＮ層において、前記高転位領域及び前記低転位領域が構成された後、ＡｌＮが更に選択横方向成長し、ステップバンチングを起こして転位を吸収することにより、前記高転位領域が前記低転位領域で覆われ、最終的に前記ＡｌＮ層の表面全体が前記低転位領域に構成される低転位ＡｌＮの製造方法。
【請求項７】
表面に、各々、ｃ面に対するオフ角度が０．２°以上５．０°以下のオフ面で構成された複数のＡｌＮ結晶成長開始部を有する種基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低転位ＡｌＮの製造方法及びそれに用いる種基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＮを用いたＬＥＤやＬＤ等の紫外線発光デバイスを高効率化するためには、ＡｌＮの低転位密度化が必要である。これに対し、例えば、特許文献１及び非特許文献１には、種基板のテンプレート基板上でＡｌＮを選択横方向成長させて低転位密度のＡｌＮを形成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７８４７７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Imura et al., APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 221901 (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＡｌＮ全体としての低転位密度化を図ることができても、目的とする高効率の半導体装置を得るのに十分なＡｌＮの低転位密度化を図ることができていないのが実状である。
【０００６】
本発明の課題は、高効率の半導体装置を得るのに用いることができる低転位ＡｌＮの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、表面に、各々、ｃ面に対するオフ角度が０．２°以上５．０°以下のオフ面で構成された複数のＡｌＮ結晶成長開始部を有する種基板を準備し、前記種基板の前記複数のＡｌＮ結晶成長開始部のそれぞれからＡｌＮを結晶成長させるとともに、それらを選択横方向成長により会合させて前記種基板上にＡｌＮ層を形成する低転位ＡｌＮの製造方法である。
【０００８】
本発明は、表面に、各々、ｃ面に対するオフ角度が０．２°以上５．０°以下のオフ面で構成された複数のＡｌＮ結晶成長開始部を有する種基板である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、種基板の複数のＡｌＮ結晶成長開始部のそれぞれがｃ面に対するオフ角度が０．２°以上５．０°以下のオフ面で構成され、この種基板を用いて、各ＡｌＮ結晶成長開始部からＡｌＮを結晶成長させるとともに、それらを選択横方向成長により会合させて種基板上にＡｌＮ層を形成し、そして、このＡｌＮ層から得られる低転位ＡｌＮを用いることにより、高効率の半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】種基板の斜視図である。
【図１Ｂ】種基板の断面図である。
【図２Ａ】種基板上にＡｌＮ層を形成した状態の斜視図である。
【図２Ｂ】種基板上にＡｌＮ層を形成した状態の断面図である。
【図３Ａ】種基板上にＡｌＮ層を形成した状態の第１の断面部分拡大図である。
【図３Ｂ】種基板上にＡｌＮ層を形成した状態の第２の断面部分拡大図である。
【図４】実施例において種基板上にＡｌＮを結晶成長させたときのタイミングチャートである。
【図５】実施例において種基板上に形成したＡｌＮ層のウェットエッチング後の表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
実施形態に係る低転位ＡｌＮの製造方法では、まず、図１Ａ及びＢに示すような種基板１０を準備する。種基板１０は、支持基板であるサファイア基板１１と、その上に設けられた種ＡｌＮ膜１２とを有するいわゆるテンプレート基板である。
【００１３】
サファイア基板１１の表面は、ｃ面に対するオフ角度が０．２°以上５．０°以下のオフ面である。種ＡｌＮ膜１２は、そのサファイア基板１１の表面からＡｌＮがエピタキシャル成長してサファイア基板１１上に積層されるように形成されたものである。したがって、種ＡｌＮ膜１２の表面もまた、ｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下のオフ面である。これらのオフ面は、ｃ面がａ軸又はｍ軸を中心として、０．２°以上５．０°以下傾斜した面である。サファイア基板１１の表面及び種ＡｌＮ膜１２の表面のオフ角度は、後述する低転位ＡｌＮを得る観点から、好ましくは０．３°以上２．０°以下、より好ましくは０．３°以上０．７°以下である。
【００１４】
種基板１０の種ＡｌＮ膜１２の表面には、複数の断面コの字状の溝１３が間隔をおいて並行に延びるように設けられている。これらの溝１３は、ｍ軸方向に延びるように設けられていることが好ましい。これらの溝１３の溝幅は、例えば１μｍ以上１０μｍ以下であり、溝深さは、例えば１μｍ以上１０μｍ以下である。なお、これらの溝１３は、種ＡｌＮ膜１２の表面にエッチング加工を施すことによって形成することができる。
【００１５】
相互に隣接する溝１３間には、溝１３に沿って延びる断面矩形状の突条１４が構成されており、その突条１４の頂面がＡｌＮ結晶成長開始部１５に構成されている。したがって、種基板１０の種ＡｌＮ膜１２の表面には、複数のＡｌＮ結晶成長開始部１５が間隔をおいて並行に延びるように設けられている。複数のＡｌＮ結晶成長開始部１５のそれぞれは、種ＡｌＮ膜１２の表面の一部分であるので、ｃ面に対するオフ角度が０．５°以上５．０°以下のオフ面で構成されている。複数のＡｌＮ結晶成長開始部１５の幅、すなわち、相互に隣接する溝１３間の間隔は、溝幅以上であることが好ましく、例えば１μｍ以上２０μｍ以下である。
【００１６】
実施形態に係る低転位ＡｌＮの製造方法では、そして、図２Ａ及びＢに示すように、種基板１０の複数のＡｌＮ結晶成長開始部１５のそれぞれからＡｌＮを結晶成長させるとともに、それらを選択横方向成長（ＥＬＯ：Eptaxial Lateral Overgrowth）により会合させて種基板１０上にＡｌＮ層２０を形成する。
【００１７】
ＡｌＮ層２０の形成方法としては、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）等が挙げられる。例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いる場合、第１ステップでは、キャリアガスを流通させた雰囲気下で、種基板１０を所定のＡｌＮ結晶成長温度まで昇温する。ＡｌＮ結晶成長温度は、例えば１２００℃以上１４５０℃以下である。第２ステップでは、Ａｌ源ガス及びＮ源ガスをキャリアガスとともに流通させて種基板１０に接触させる。Ａｌ源としては、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等が挙げられる。Ｎ源としては、例えばＮＨ３等が挙げられる。
【００１８】
このとき、種基板１０上に形成されるＡｌＮ層２０において、図３Ａに示すように、突条１４の頂面のＡｌＮ結晶成長開始部１５に対応する部分では、転位密度が相対的に高い高転位領域２０Ａが構成される。一方、ＡｌＮ結晶成長開始部１５間の溝１３に対応する部分では、転位密度が相対的に低い低転位領域２０Ｂが構成される。これは、高転位領域２０Ａでは、種基板１０の種ＡｌＮ膜１２の転位Ｄが、ＡｌＮの結晶成長方向に沿って伝搬するのに対し、低転位領域２０Ｂでは、ＡｌＮが選択横方向成長するとき、ＡｌＮ結晶成長開始部１５がオフ面であることから、ステップバンチングを起こして転位Ｄを吸収しながらＡｌＮが結晶成長して会合するためである。また、低転位領域２０Ｂでは、溝１３の開口を封じるようにＡｌＮが結晶成長して会合することにより、内部にボイド２１が形成される。
【００１９】
以上のことから、実施形態に係る低転位ＡｌＮの製造方法によれば、種基板１０の複数のＡｌＮ結晶成長開始部１５のそれぞれがｃ面に対するオフ角度が０．２°以上５．０°以下のオフ面で構成され、この種基板１０を用いて、各ＡｌＮ結晶成長開始部１５からＡｌＮを結晶成長させるとともに、それらを選択横方向成長により会合させて種基板１０上にＡｌＮ層２０を形成すると、このＡｌＮ層２０において、ＡｌＮ結晶成長開始部１５に対応する高転位領域２０Ａでは、転位密度が相対的に高くなる一方、ＡｌＮ結晶成長開始部１５間に対応する低転位領域２０Ｂでは、転位密度が相対的に低くなる。そして、このＡｌＮ層２０における転位密度が相対的に低い低転位領域２０Ｂから得られる低転位ＡｌＮを、紫外線発光素子、パワーデバイス、紫外線を用いる受光素子や太陽電池等のあらゆる半導体装置に適用することができ、また、それらの高効率化を図ることができる。しかも、転位密度の低い低転位ＡｌＮを安価で作製することができる。
【００２０】
また、ＡｌＮ層２０において、高転位領域２０Ａ及び低転位領域２０Ｂが構成された後、ＡｌＮが更に選択横方向成長すると、ステップバンチングを起こして転位Ｄを吸収することにより、図３Ｂに示すように、高転位領域２０Ａが低転位領域２０Ｂで覆われることとなり、最終的にＡｌＮ層２０の表面全体が低転位領域２０Ｂに構成される。このようにＡｌＮ層２０の表面全体が低転位領域２０Ｂに構成されると、その全体を半導体装置に適用することができるので、高い歩留まりを得ることができる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、種基板１０を、支持基板であるサファイア基板１１の上に種ＡｌＮ膜１２を設けたテンプレート基板とした構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、種基板１０をサファイア基板等の単一基板とした構成であってもよい。
【００２２】
上記実施形態では、種基板１０の支持基板をサファイア基板１１とした構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、支持基板をＳｉＣ基板、シリコン基板等とした構成であってもよい。
【００２３】
上記実施形態では、相互に隣接する溝１３間の突条１４の頂面をＡｌＮ結晶成長開始部１５とした構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、離散的に配設された柱状体の頂面をＡｌＮ結晶成長開始部とした構成であってもよい。
【実施例】
【００２４】
ｃ面に対するオフ角度が０．２°のオフ面が表面のサファイア基板上に、ＡｌＮをエピタキシャル成長させて表面が同じオフ面の種ＡｌＮ膜を形成し、この種ＡｌＮ膜の表面に、メサエッチング加工を施すことにより、複数の溝を、間隔をおいて並行にｍ軸方向に延びるように形成した加工基板のテンプレート基板を作製し、それを種基板とした。溝幅及び溝深さは３μｍとした。相互に隣接する溝間の間隔、すなわち、ＡｌＮ結晶成長開始部の幅も３μｍとした。
【００２５】
この種基板を用い、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、種基板の複数のＡｌＮ結晶成長開始部のそれぞれからＡｌＮを結晶成長させるとともに、それらを選択横方向成長により会合させて種基板上にＡｌＮ層を形成した。具体的には、図４に示すように、（ｉ）まず、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、及びＮＨ３ガスを流しながら、圧力７６Ｔｏｒｒ下で、５分かけて種基板の温度を１３５０℃まで昇温した。（ii）種基板の温度が１３５０℃になったとき、ＴＭＡガスを流し始め、１５０分間ＴＭＡガスを流してＡｌＮを結晶成長させた。（iii）１５０分後にＴＭＡガスを停止し、種基板の冷却を開始した。（iv）種基板の温度が４００℃まで低下したとき、Ｈ２ガス及びＮＨ３ガスを停止し、Ｈ２ガスのみを流しながら室温まで冷却した。
【００２６】
そして、種基板上に形成されたＡｌＮ層の表面を、ＫＯＨ及びＮａＯＨを１：１の割合で含む３４０℃の融液で２分間ウェットエッチングし、ＡｌＮ層のウェットエッチング後の表面を走査型電子顕微鏡で観察した。
【００２７】
それによると、図５に示すように、種基板上に形成したＡｌＮ層には、突条の頂面のＡｌＮ結晶成長開始部に対応する部分が、転位密度が相対的に高い高転位領域となっている一方、ＡｌＮ結晶成長開始部間の溝に対応する部分が、転位密度が相対的に低い低転位領域となっているのが分かる。
【００２８】
また、ＡｌＮ層のウェットエッチング後の表面の平均転位密度は２．０４×１０８ｃｍ−２であり、種ＡｌＮ膜の表面の平均転位密度の４．８４×１０８ｃｍ−２よりも低減されていることが確認された。さらに、低転位領域の平均転位密度は、より低い６．００×１０７ｃｍ−２であり、最も転位密度の低い部分では、転位密度が３．３６×１０７ｃｍ−２であった。なお、これらの転位密度は、カソードルミネッセンス（ＣＬ）法によって測定した暗点密度である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、ＡｌＮ基板及びその製造方法の技術分野について有用である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  種基板
１１  サファイア基板（支持基板）
１２  種ＡｌＮ膜
１３  溝
１４  突条
１５  ＡｌＮ結晶成長開始部
２０  ＡｌＮ層
２０Ａ  高転位領域
２０Ｂ  低転位領域
２１  ボイド
Ｄ  転位
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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