(57)【要約】シリコン基板上に窒化インジウムガリウムアルミニウム（ＩｎＧａＡｌＮ）薄膜を製造するための方法であって、この方法は、オンライン領域のマスク膜を処理するために、マグネシウム金属を導入するステップ、すなわち、１つのマグネシウムのマスク膜または金属遷移層を形成するステップ；その後、１つの金属遷移層またはマグネシウムのマスク層を形成するステップ；最後に、窒化インジウムガリウムアルミニウム半導体層の１つの層を形成するステップを包含する。あるいは、この方法は、第１に、シリコン基板上に金属遷移層の１つの層を形成するステップ、その後、第１の窒化インジウムガリウムアルミニウム半導体層、マグネシウムのマスク層、および第２の窒化インジウムガリウムアルミニウム半導体層を、この順序で形成するステップを包含する。本発明は、窒化インジウムガリウムアルミニウムの転移密度を低減させ、結晶品質を向上させ得る。
2009510729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にＩｎＧａＡｌＮ薄膜を製造するための方法であって、該方法は、
該Ｓｉ基板上にＭｇマスク層を形成することと、
該Ｍｇマスク層上に金属遷移層を形成することと、
該金属遷移層上にＩｎＧａＡｌＮ半導体層を形成することと
を包含し、
該Ｍｇマスク層は、該Ｓｉ基板の表面の一部分のみをカバーしており、該カバーされた面積は、全表面積の１０％〜９０％の間である、方法。
【請求項２】
前記金属遷移層は、Ａｌ層を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属遷移層は、Ｔｉ層を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属遷移層は、Ａｌ／Ｔｉ合金層を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属遷移層の形成の後、および前記ＩｎＧａＡｌＮ半導体層の形成の前に、バッファ層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バッファ層は、ＡｌＮ層を含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
シリコン基板上にＩｎＧａＡｌＮ薄膜を製造するための方法であって、該方法は、
Ｓｉ基板上に金属遷移層を形成することと、
該金属遷移層上にＭｇマスク層を形成することと、
該Ｍｇマスク層上にＩｎＧａＡｌＮ半導体層を形成することと
を包含し、
該Ｍｇマスク層は、該金属遷移層の表面の一部分のみをカバーしており、該カバーされた面積は、全表面積の１０％〜９０％の間である、方法。
【請求項８】
前記金属遷移層は、Ａｌ層を含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属遷移層は、Ｔｉ層を含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属遷移層は、Ａｌ／Ｔｉ合金層を含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属遷移層の形成の後、および前記ＩｎＧａＡｌＮ半導体層の形成の前に、バッファ層を形成することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記バッファ層は、ＡｌＮ層を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
シリコン基板上にＩｎＧａＡｌＮ薄膜を製造するための方法であって、該方法は、
Ｓｉ基板上に金属遷移層を形成することと、
該金属遷移層上に第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層を形成することと、
該第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層上にＭｇマスク層を形成することと、
該Ｍｇマスク層上に第２のＩｎＧａＡｌＮ半導体層を形成することと
を包含し、
該Ｍｇマスク層は、該第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層の表面の一部分のみをカバーしており、該カバーされた面積は、全表面積の１０％〜９０％の間である、方法。
【請求項１４】
前記金属遷移層は、Ａｌ層を含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属遷移層は、Ｔｉ層を含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属遷移層は、Ａｌ／Ｔｉ合金層を含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層の厚さは、１単原子層から３μｍの間である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属遷移層の形成の後、および前記第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層の形成の前に、バッファ層を形成することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記バッファ層は、ＡｌＮ層を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、半導体材料に関し、より具体的には、シリコン基板上にＩｎＧａＡｌＮ薄膜を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０＜＝ｘ＜＝１、０＜＝ｙ＜＝１）は、短い波長の発光デバイスを製造するための材料選択のうちの１つである。近年、世界中の研究者は、多くの新規なＩｎＧａＡｌＮベースの発光デバイス、例えば、青色、緑色、および白色の発光ダイオード（ＬＥＤ）、および紫色半導体レーザを開発してきた。これまでのところ、ＩｎＧａＡｌＮは、高性能の電子デバイスを製造するための良好な材料である。既存の技術の中でも、サファイア基板およびＳｉＣ基板上にＩｎＧａＡｌＮ材料を製造するための方法は、比較的成熟している。これらの刊行物から入手可能な技術に基づいて、高品質のＩｎＧａＡｌＮ材料を生産することができる。しかしながら、ＳｉＣ基板は非常に高価なので、ＳｉＣ基板を使用して、ＩｎＧａＡｌＮを製造することは、高いコストを招き得る。サファイアのまた、高コストである。さらに、サファイアは絶縁体であり、処理が困難である。サファイア基板上に製造されるＩｎＧａＡｌＮデバイスは、垂直方向の電極構成を有し得ない。結果として、サファイア基板上にＩｎＧａＡｌＮデバイスを製造することは、複雑かつ高コストであり得る。シリコン（成熟した半導体材料である）は、安価であるだけではなく、伝導型（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｙｐｅ）および耐久性の観点においても制御が容易である。さらに、シリコンを処理するための技術は、かなり成熟している。シリコン基板を使用して、ＩｎＧａＡｌＮ材料を製造することは、関連するコストを顕著に低減させ得る。しかしながら、シリコンおよびＩｎＧａＡｌＮ材料は、多大な格子および熱膨張係数のミスマッチを示す。結果として、シリコン基板上に製造されたＩｎＧａＡｌＮ材料は、しばしば高い転移密度を示す。ＩｎＧａＡｌＮ材料における転移は、非発光再結合中心（ｎｏｎ−ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｃｅｎｔｅｒ）の役目を担い得る。したがって、高い転位密度を有する材料を用いて製造された発光デバイスは、しばしば低い発光効率を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
（発明の内容）
本発明の１つの目的は、シリコン基板上にＩｎＧａＡｌＮ薄膜を製造するための方法を提供することである。この方法は、シリコン基板上に成長されたＩｎＧａＡｌＮ材料の内部の転移密度を効果的に低減させ、その結晶品質を向上させ得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、以下の詳細な説明に基づいて達成される。
【０００５】
シリコン基板上にＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０＜＝ｘ＜＝１、０＜＝ｙ＜＝１）薄膜を製造するための方法であって、この方法は、
シリコン（Ｓｉ）基板上にマグネシウム（Ｍｇ）マスク層を形成する動作と、
Ｍｇマスク層上に金属遷移層を形成する動作と、
金属遷移層上にＩｎＧａＡｌＮ半導体層を形成する動作であって、
Ｍｇマスク層は、Ｓｉ基板の表面の一部分のみをカバーしており、カバーされた面積は、全表面積の１０％〜９０％の間であり、
金属遷移層は、アルミニウム（Ａｌ）層、チタニウム（Ｔｉ）層、またはＡｌ／Ｔｉの合金の層を含んでいる、動作と、
金属遷移層の形成の後、およびＩｎＧａＡｌＮ半導体層の形成の前に、バッファ層を形成する動作であって、
バッファ層は、ＡｌＮ層を含んでいる、動作と
を包含する。
【０００６】
Ｓｉ基板上にＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０＜＝ｘ＜＝１、０＜＝ｙ＜＝１）薄膜を製造するための方法であって、この方法は、
Ｓｉ基板上に金属遷移層を形成する動作と、
金属遷移層上にＭｇ層を形成する動作と、
Ｍｇマスク層上にＩｎＧａＡｌＮ半導体層を形成する動作であって、
Ｍｇマスク層は、金属遷移層の表面の一部分のみをカバーしており、カバーされた面積は、全表面積の１０％〜９０％の間であり、
金属遷移層は、Ａｌ層、Ｔｉ層、またはＡｌ／Ｔｉ合金の層を含んでいる、動作と、
金属遷移層の形成の後、およびＩｎＧａＡｌＮ半導体層の形成の前に、バッファ層を形成する動作であって、
バッファ層は、ＡｌＮ層を含んでいる、動作と
を包含する。
【０００７】
Ｓｉ基板上にＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０＜＝ｘ＜＝１、０＜＝ｙ＜＝１）薄膜を製造するための方法であって、この方法は、
Ｓｉ基板上に金属遷移層を形成する動作と、
金属遷移層上に第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層を形成する動作と、
第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層上にＭｇマスク層を形成する動作と、
Ｍｇマスク層上に第２のＩｎＧａＡｌＮ半導体層を形成する動作と
を包含し、
Ｍｇマスク層は、第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層の表面の一部分のみをカバーしており、カバーされた面積は、全表面積の１０％〜９０％の間であり、
金属遷移層は、アルミニウム（Ａｌ）層、チタニウム（Ｔｉ）層、またはＡｌ／Ｔｉ合金の層を含んでおり、
第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層の厚さは、１単原子層から３μｍの間であり、
バッファ層が、金属遷移層の形成の後、および第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層の形成の前に形成され、
バッファ層は、ＡｌＮ層を含んでいる。
【０００８】
本発明の目的は、インサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）のマスキングのためにＭｇを使用することによって実現される。Ｍｇ上にＩｎＧａＡｌＮを成長させることは困難なので、Ｍｇは、ＩｎＧａＡｌＮの成長のためのマスキング材料として使用され得る。
【０００９】
本発明によって提供される１つの方法にしたがうと、Ｍｇマスク層は、Ｓｉ基板上に堆積され、Ｍｇマスクは、Ｓｉ基板の表面の一部分をカバーする。ＳｉＮの形成に起因する、露出されたエリアの窒化を回避するために、Ｍｇマスクの堆積の後に、露出された表面上にＡｌが堆積される。結果として、基板表面の一部分が、Ｍｇによってカバーされる一方で、残りの部分が、Ａｌによってカバーされる。この後にＩｎＧａＡｌＮ材料の成長が続く。ＩｎＧａＡｌＮ材料は、Ｍｇ上ではなく、Ａｌ上で成長を開始する。しかしながら、ＩｎＧａＡｌＮ材料の厚さが特定のレベルに到達すると、Ｍｇマスク層のそれをバイパスし、ＩｎＧａＡｌＮは、縦方向に成長を開始する。縦方向に成長されたＩｎＧａＡｌＮ材料は、低い転移密度を有しているので、この方法を使用して製造されたＩｎＧａＡｌＮ膜の全体の転移密度は、低減され得る。本発明の一実施形態にしたがうと、第１に、Ａｌの中間層がＳｉ基板上に堆積される。その後、Ｍｇマスク層が、Ａｌ層を部分的にカバーするように形成される。その後、ＩｎＧａＡｌＮ材料は、露出されたＡｌ上で成長を開始する。ＩｎＧａＡｌＮ材料の厚さが特定のレベルに到達すると、Ｍｇマスク層のそれをバイパスし、ＩｎＧａＡｌＮは、縦方向に成長を開始する。最後に、縦方向に成長されたＩｎＧａＡｌＮ層は、相互接続し、インタクト（ｉｎｔａｃｔ）な膜を形成し、上方向に成長を開始する。同様に、横方向に成長されたＩｎＧａＡｌＮ層は、低い転移密度を有しているので、ＩｎＧａＡｌＮ膜の全体の転移密度は、低減される。
【００１０】
本発明によって提供される１つの方法にしたがうと、第１に、Ａｌの中間層がＳｉ基板上に堆積される。この後に、第１のＩｎＧａＡｌＮ層の成長が続くが、これは、多量の転移を含んでいる。その後、インサイチュのマスキングのためにＭｇが使用され、このマスキングは、第１のＩｎＧａＡｌＮ層の表面の一部分をカバーする。マスキング工程の後に、第２のＩｎＧａＡｌＮ層が成長される。したがって、多量の転移を含んでいる第１のＩｎＧａＡｌＮ層の一部分は、Ｍｇによってカバーされ、上方へと連続的に成長できなくなるが、その一方で、露出された領域が、成長し続ける。ＩｎＧａＡｌＮ層の厚さが特定のレベルに到達すると、Ｍｇマスク層のそれをバイパスし、ＩｎＧａＡｌＮは、縦方向に成長を開始する。最後に、縦方向に成長されたＩｎＧａＡｌＮ層は、相互接続し、インタクトな膜を形成し、上方に成長を開始する。同様に、横方向に成長されたＩｎＧａＡｌＮ材料は、低い転移密度を有しているので、第２のＩｎＧａＡｌＮ層の全体の転移密度は、低減される。この方法において、Ａｌ層は、Ｔｉ層またはＡｌ／Ｔｉ合金層によって置換され得る。
【００１１】
したがって、本発明は、Ｓｉ基板上に成長されたＩｎＧａＡｌＮ材料の転位密度を効果的に低減させることができ、ＩｎＧａＡｌＮ材料の結晶品質を向上させることができるという利点を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面において、ラベル「１」はＳｉ基板を示しており、ラベル「２」は金属遷移層を示しており、ラベル「３」はＭｇマスキング層を示しており、ラベル「４」はＩｎＧａＡｌＮ層を示しており、ラベル「５」は第１のＩｎＧａＡｌＮ層を示しており、ラベル「６」は第２のＩｎＧａＡｌＮ層を示している。
【００１３】
（実施形態の詳細な説明）
以下の説明は、３つの実施形態の実施例を使用して、本発明によって提供される方法をさらに説明する。
【００１４】
（実施形態１）
Ｓｉ（１１１）基板１が清浄化され、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置の反応チャンバの内部に配置される。第１に、基板１の表面は、高温下で５分間にわたって、Ｈ２を使用して熱処理される。その後、チャンバの温度は７２０℃未満に下げられる。０．５単原子層厚（ｍｏｎｏ−ａｔｏｍｉｃ−ｌａｙｅｒ−ｔｈｉｃｋ）のＭｇマスク層３が、ソースとしてビス（シクロペンタジニエル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を使用することによって堆積される。Ｍｇマスク層は、Ｓｉ基板の表面の一部分のみをカバーしており、カバーされた面積は、全表面積の１０％〜９０％の間である。続いて、Ａｌの薄層（すなわち、金属遷移層２）およびＡｌＮバッファ層が、７２０℃の同じチャンバ温度下で堆積される。最後に、チャンバ温度は１０５０℃まで上げられ、３μｍの厚さのＧａＮ層（すなわち、ＩｎＧａＡｌＮ半導体層４）が堆積される。
【００１５】
（実施形態２）
Ｓｉ（１１１）基板１が清浄化され、ＭＯＣＶＤ装置の反応チャンバの内部に配置される。第１に、基板１は、高温下で５分間にわたって、Ｈ２を使用して熱処理される。その後、チャンバ温度は９００℃未満に下げられ、Ｔｉの薄層（すなわち、金属遷移層２）が堆積される。続いて、単原子層のＭｇが堆積され、Ｍｇマスク層３を形成する。Ｍｇマスク層は、金属遷移層の表面の一部分のみをカバーしており、カバーされた面積は、全表面積の１０％〜９０％の間である。その後、ＡｌＮバッファ層が堆積され、その間、チャンバ温度は８８０℃に保たれる。最後に、チャンバ温度は１０３０℃まで上げられ、３μｍの厚さのＧａＮ層（すなわち、ＩｎＧａＡｌＮ半導体層４）が堆積される。
【００１６】
（実施形態３）
（１１１）Ｓｉ基板１が清浄化され、ＭＯＣＶＤ装置の反応チャンバの内部に配置される。第１に、基板１は、高温下で５分間にわたって、Ｈ２を使用して熱処理される。その後、チャンバ温度は８００℃未満に下げられ、Ａｌ／Ｔｉ合金の薄層（すなわち、金属遷移層２）が堆積される。ＡｌＮバッファ層が堆積され、その間、チャンバ温度は８００℃に保たれる。その後、チャンバ温度は１０３０℃まで上げられ、０．５μｍの厚さの第１のＧａＮ層（すなわち、第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層５）が、ＡｌＮ層上に堆積される。第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層の厚さは、単原子層厚から３μｍの間であり得る。続いて、２単原子層厚のＭｇが、同じチャンバ温度下で、第１のＧａＮマスク層上に堆積され、Ｍｇマスク層３を形成する。Ｍｇマスク層は、第１のＩｎＧａＡｌＮ半導体層の表面の一部分のみをカバーしており、カバーされた面積は、全表面積の１０％〜９０％の間である。その後、Ｓｉを用いてドープされた２μｍの厚さのＧａＮ層、５周期のＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）、およびＭｇを用いてドープされた０．１μｍの厚さのＧａＮ層（すなわち、第２のＩｎＧａＡｌＮ半導体層６）が、連続的に堆積される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態１にしたがって、Ｓｉ基板上に成長された、ＩｎＧａＡｌＮ多層構造の断面を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態２にしたがって、Ｓｉ基板上に成長された、ＩｎＧａＡｌＮ多層構造の断面図を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態３にしたがって、Ｓｉ基板上に成長された、ＩｎＧａＡｌＮ多層構造の断面を示している。
【図１】
2009510729.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009510729.tif 000005
【国際調査報告】
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2009510729.tif 000008
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