(57)【要約】本発明は、外部基板上における窒化（インジウム・アルミニウム・ガリウム）のエピタキシー法に関する。本発明の目的はマスクを用いない方法であって、さらに横方向成長で達成される転位の低減による利点をもたらしうる方法を提供することである。この目的のために、本発明は、基板（１）の表面にくぼみ（７）が設けられており、くぼみ（７）の底部にある（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層（３）の成長先端がくぼみ（７）の間に位置する突出部（６）上の成長先端から分離されるように、くぼみ（７）の壁（４）が存在していることを特徴とする方法を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部基板上での窒化（インジウム・アルミニウム・ガリウム）のエピタキシー法であって、
基板（１）の表面上にくぼみ（７）が設けられており、くぼみ（７）の底部にある（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層（３）の成長先端がくぼみ（７）の間に位置する突出部（６）上の成長先端から分離されるように、くぼみ（７）の壁（４）が存在していることを特徴とする、エピタキシー法。
【請求項２】
くぼみ（７）が平行なピット状に設計されていることを特徴とする、請求項１に記載のエピタキシー法。
【請求項３】
くぼみ（７）が、平行なピット状に設計され、かつ基板（１）の表面上の結晶方向に沿って配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のエピタキシー法。
【請求項４】
くぼみ（７）の底部における成長中の層が、くぼみ（７）間の突出部（６）上での成長中の層から分離されるように、くぼみ（７）の側壁（４）が十分に急勾配に設計されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエピタキシー法。
【請求項５】
（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層（３）の所定の横方向と垂直方向の成長速度に対し、突出部（６）から出発してくぼみ（７）の横方向に成長するようにくぼみ（７）の深さとその幅との比を選択し、その際、底部上で成長している層と、横方向に成長している層とは接触することなく、その横方向に成長している層が該くぼみの上方を覆い隠すまで成長させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエピタキシー法。
【請求項６】
Ｓｉ基板を使用することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエピタキシー法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の外部基板（ｆｏｒｅｉｇｎ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ）上における窒化（インジウム・アルミニウム・ガリウム）のエピタキシー方法に関する。
【０００２】
（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層は、オプトエレクトロニクスおよびエレクトロニクスの半導体部品に広く使用されている。
【０００３】
今日まで、（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎのエピタキシーにはほとんどの場合サファイア、シリコンカーバイドまたはシリコンのような外部基板が使用されている。そのような外部基板にはその格子定数にかなりの不整合（３〜４０％）があり、結果として高密度の転位（１０８〜１０１０ｃｍ−２）が必ず成長中の層内に生じてしまい、よってかかる製品の性能が低下することとなる（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａら， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７２， １９９８， ｐ．２１１）。近年、転位密度を低下させるためにいわゆる横方向成長（ｌａｔｅｒａｌ ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）が利用されている（Ｙ．Ｋａｔｏら， Ｊ． Ｃｒｙｓｔ． Ｇｒｏｗｔｈ １４４， １９９４， ｐ．１３３； Ｔ．Ｓ．Ｚｈｅｌｅｖａら， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７１， １９９７， ｐ．２４７２； Ｋ．Ｌｉｎｔｈｉｃｕｍら， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７５， １９９９， ｐ．１９６； Ｊ．Ａ．Ｓｍａｒｔら， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７５， １９９９， ｐ．３８２０）。その横方向成長では、横方向に成長している層が、その天然の結晶性の範囲内で、基板に対してエピタキシャル関係をもたずかつ転位を生じることなく成長できるという事実が利用されている。横方向成長は、表面上にマスク（例えばＳｉＯ２またはＳｉＮｘからなるもの）を塗布することによって達成され、パラメーターを適切に選択した場合、そのマスク上では（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎの成長が生じない。マスクは、帯状の平行な開口部を備え、そこで（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎの成長が生じ得る。その成長先端（ｇｒｏｗｔｈ ｆｒｏｎｔ）がマスクの上端に到達したら、（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎは転位を生じることなくマスクを越えて横方向に成長し得る。適当な期間にわたり成長させると、層がマスクの上方を覆い隠し得る。この方法はマスクの塗布に関連した問題を伴う。成長した（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層上にマスクを塗布する場合、エピタキシープロセスを中断し、マスクの塗布後に該プロセスを再開する必要がある。エピタキシー前にマスクを塗布する場合、基板表面の均一さがなくなるので、基板上のエピタキシーの開始（この開始は結果として得られる層の光学的品質および結晶学的品質にとって重大なポイントである）を再度最適化する必要があり、よってパラメーターの遷座的な選択の幅が制限される（Ｊ．Ａ．Ｓｍａｒｔら， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７５， １９９９， ｐ．３８２０）。さらに、表面上への熱誘導歪の付加的導入はマスクを使用する際には望ましくない。基本的にマスクは（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層とは異なる熱膨張を示すので、加熱および／または冷却すると層に歪が生じる（Ｔ．Ｓ．Ｚｈｅｌｅｖａら， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７４， １９９９， ｐ．２４９３）。加えて、マスクの使用には、不都合なことに、マスク侵食の結果として層内への不純物の混入の可能性がある（Ｑ．Ｋ．Ｋ．Ｌｉｕら， Ｔ．Ｓ．Ｚｈｅｌｅｖａら， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７４， １９９９， ｐ．３１２２）。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、マスクを利用しないにもかかわらず、横方向成長を利用することで転位の低減という利点が得られる方法を見出すことである。
【０００５】
上記目的は、請求項１に記載の特徴によって達成される。
【０００６】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明の方法は、外部基板上での（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎのいわゆる横方向成長の一形態を含む。ここで、基板の事前の構築はくぼみおよび突出部を設けることによって行なわれ、該くぼみの側壁に特定の特性を付与することで、くぼみの底部における（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層の成長と、該くぼみの間に位置する突出部上の（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層の成長とが成長先端において初期分離される。
【０００８】
基板をくぼみと突出部で構築すると、突出部からくぼみを越えて横方向に成長することが可能になる。前提条件の一つは、くぼみの底部における成長を突出部における成長から分離させることであり、この分離はピットの側壁を処理することで達成され得る。そのような処理の結果として、例えば不活性材料を用いたパッシベーションによって側壁上に成長が全く生じないかまたはほとんど生じない場合、必然的に成長先端の分離が生じる。
【０００９】
本発明の方法では、マスクが施されていない均一な表面（くぼみにおけるパッシベーションされた側壁は、突出部から成長している層には必ずしも必須ではない）がエピタキシーの開始時に提供されるので、付加的な熱歪も付加的な層内の不純物も生じず、さらに成長の開始時の成長パラメーターも実質的な変化がない。
【００１０】
ＩＩＩ族窒化物は、主に、ＬＥＤ、レーザーなどの半導体部品を得るために、外部基板上、例えばサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉなどに蒸着される。層とこれらの各基板との間の格子不整合が高いと、これらの層の転位密度が高くなり、部品の光学的および電気的特性が損なわれる。有利なことに、転位密度の低下は、連続層の部分をつなぐ横方向成長方法を用いることで達成され得る。
【００１１】
層の横方向に成長している部分は転位密度がかなり低下している。
【００１２】
従来使用されている横方向成長方法は、例えばＳｉＮｘからなるマスクが必要である。基本的に、そのようなマスクの塗布には、基板上での窒化物層の核生成の際に、成長を中断させるか、またはプロセス制御を改変することが必要である。これとは対照的に、本発明の方法ではマスクの使用は不要であり、その結果、本発明の方法は窒化物層の核生成中にそのように中断または改変する必要がない。
【００１３】
本発明の方法は、くぼみおよび突出部の形態で構築されており、該くぼみの壁に適切な処理が施されている基板に基づいている。したがって最初から、成長が突出部上の成長先端とくぼみ内の成長先端において分離されている。成長中、層の横方向に成長している部分はくぼみの上方を覆い隠し（ｃｌｏｓｅ）、閉じた層（ｃｌｏｓｅｄ ｌａｙｅｒ）を形成する。
【００１４】
請求項２にはくぼみを平行なピット状に構築する有用な方法が記載されている。そのような規則的な構築によって横方向成長の制御が改善される。なぜなら、該横方向成長はピットを横切って進むからである。
【００１５】
請求項３の本発明の実施形態は、ピットの、基板表面に対する有用な結晶学的方向に関するものであり、成長中の結晶に明瞭な横方向のファセットを生じさせる。これは層連晶の制御の改善をもたらす。なぜなら各結晶ファセットは特定の成長速度で成長するからである。
【００１６】
請求項４は、成長先端の分離が、くぼみ壁を十分に急勾配にすることによって達成され、よって側壁処理のための追加のプロセスステップが必要ないような別の有利な実施形態である。
【００１７】
請求項５は、成長先端が、成長の完了後でさえ分離されたままである（突出部から伸びている層がくぼみの底部の上方を覆い隠している）ことを考慮するものであり、よってくぼみの底部からの横方向に成長中の層内への転位の伝播が回避される。
【００１８】
請求項６は、特にＳｉ基板を使用する目的を達成するものであり、基板材料としてＳｉ基板を使用することにより、特に経済性に優れた設計が可能になる。なぜなら、これらの材料は単位面積当たりの費用が特に安く、マイクロエレクトロニクス分野に存在するプロセスとの組合せが可能であるからである。
【００１９】
本発明を図面および一つの実施例を参照しながらより詳細に説明する。
【００２０】
図１ａは、基板上に直接塗布した帯状マスクの概略図である。
【００２１】
図１ｂは、予め成長させた（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層上に塗布した帯状マスクの概略図である。
【００２２】
図２は、横方向に成長した層がマスクの上方を覆い隠していることを示す概略図である。
【００２３】
図３は、構築した基板上での成長を示す概略図である。
【００２４】
いわゆる横方向成長はよく知られており、転位密度の低減に利用される。この目的のために、横方向に成長している層がその天然の結晶性の範囲内で、基板に対してエピタキシャル関係をもたずかつ転位を生じることなく成長できるという事実が利用されている。図１ａおよび図１ｂに概略的に例示されているように、横方向成長は、基板１上にマスク２を塗布することによって達成される。パラメーターを適切に選択した場合、そのマスク上では（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎの成長が生じない。マスク２には、帯状の平行な開口部５が設けられており、そこで（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎの成長が生じ得る。（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層３の成長先端がマスク１の上端に到達したら、（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層はマスク２を越えて横方向に成長することができ、転位は生じない。適当な期間にわたり成長させると、（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層３がマスクの上方を覆い隠し得る（図２参照）。このプロセスはマスク２の塗布に関連した問題を伴う。図１ｂに示したように、成長させた（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層３上にマスク２を塗布する場合、エピタキシープロセスを中断して、マスク２の塗布後に該プロセスを再開しなければならない。図１ａに示したように、エピタキシー前にマスクを塗布する場合、基板表面の均一さがなくなるので、基板１上のエピタキシーの開始（この開始は結果として得られる（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層３の光学的品質および結晶学的品質にとって重大なポイントである）を再度最適化する必要があり、よってパラメーターの潜在的な選択の幅が制限される。
【００２５】
図３は、本発明による提案の概略図である。基板１をくぼみ７と突出部６の形態で構築すると、突出部６からくぼみ７を越えて横方向に成長することが可能になる。前提条件の一つは、くぼみ７の底部における成長を突出部６における成長から分離させることであり、この分離はくぼみ７の側壁４を処理することで達成され得る。そのような処理の結果として、例えば不活性材料を用いたパッシベーションによって、側壁４上に成長が全く生じないかまたはほとんど生じない場合、必然的に成長先端の分離が得られる。
【００２６】
実施例（Ｓｉ基板に関する実施例）
最初に、Ｓｉ（ＩＩＩ）表面をもつシリコン基板を感光性レジストマスクで被覆し、通常のフォトリソグラフィーを用いて、例えば５μｍ間隔で帯状構造を付与する。マスクを施された表面を、例えばエッチング法（例えばイオンエッチング）を用いてエッチングすることにより、深さが例えば４μｍのピット構造を付与し、その後、レジストマスクをいわゆるリムーバーを用いて除去する。その際、基板は、全体的に、未処理の隆起部（ｒｉｄｇｅ）とエッチングされたピット底部をもつＳｉ表面からなり、その側壁は、Ｓｉ（ＩＩＩ）表面上での典型的なエッチングプロセスの異方性の結果として、アンダーカットを有する可能性がある。次いで、構築した基板について、平面の標準基板と同様にしてエピタキシーの準備をすることができる。エピタキシーは、例えばＰｈｙｓ． Ｓｔａｔ． Ｓｏｌ． （ｂ） ２１６ （１９９９）， ｐ．６１１（Ａ．Ｓｔｒｉｔｔｍａｔｔｅｒら）に記載されたとおりに行なうことができる。横方向の成長を高めるために、パラメーターをＭＲＳ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｊ． Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ． Ｒｅｓ ４Ｓ１， Ｇ４．５（１９９９）（Ｈ．Ｍａｒｃｈａｎｄら）のように変更することができる。
【００２７】
同様に、この実施例は窒化（Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ）層のエピタキシーに適したその他のあらゆる基板、特にＳｉＣおよびサファイア基板に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１ａは、マスクを帯状に直接塗布した基板の概略図である。
図１ｂは、予め成長させた（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｎ層上にマスクを帯状に塗布した基板の概略図である。
【図２】
図２は、横方向に成長した層がマスクの上方を覆い隠していることを示す概略図である。
【図３】
図３は、構築した基板上での成長を示す概略図である。
【符号の説明】
１：基板、２：マスク、３：（Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ）Ｎ層、４：壁、５：開口部、６：突出部、７：くぼみ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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