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半導体構造の形成方法

国内特許コード P08P006030
整理番号 0705-05
掲載日 2009年3月13日
出願番号 特願2007-219890
公開番号 特開2009-054780
登録番号 特許第4538476号
出願日 平成19年8月27日(2007.8.27)
公開日 平成21年3月12日(2009.3.12)
登録日 平成22年6月25日(2010.6.25)
発明者
  • 平山 秀樹
  • 大橋 智昭
  • 鎌田 憲彦
出願人
  • 独立行政法人理化学研究所
  • 国立大学法人埼玉大学
発明の名称 半導体構造の形成方法
発明の概要

【課題】サファイア基板上にAlGaN系の材料との格子整合性の良いバッファ層を配置し、深紫外光LEDのの発光強度を高める。
【解決手段】サファイア基板上のAlN高品質バッファは、AlN核形成層3と、パルス供給AlN層5と、連続成長AlN層7とを有している。連続成長AlN層7上には、パルス供給AlN層11と連続成長AlN層15との組が少なくとも1組形成されている。AlN層3は、NHパルス供給法を用い第1の成長モードである初期核形成モードで成長している。パルス供給AlN層5は、NHパルス供給を用い第2の成長モードであるグレインサイズを拡張し、転位を低減する低速成長モードで形成され、転位を低減するとともに、核成長層3を埋め込むことができる。連続成長AlN層7は、高速縦方向成長モードであり、平坦性を向上させるとともにクラックの発生を抑制するモードである。
【選択図】図1A

従来技術、競合技術の概要


近年、V族元素に窒素を含む窒化物半導体材料がpn接合を利用した発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子の分野で脚光を浴び、研究開発が行われている。AlN、GaN、InNをはじめとする窒化物半導体は直接遷移型の半導体であり、さらに、三元混晶や四元混晶では組成を適宜設定してバンドギャップを変化させることにより赤外から深紫外までの光を放射できるという特徴を有する。



さらに、AlGaInN四元混晶を発光層の材料として用い紫外領域の光を放射する半導体発光素子が注目されている(例えば、特許文献1参照)。AlGaInN層は、Inを含んでいるにもかかわらず、360nm以下の波長域に発光ピーク波長を設定することが可能であり、内部量子効率もInGaN層と同程度まで改善できることが報告されている。

【特許文献1】特開平9-64477号公報

産業上の利用分野


本発明は、光半導体素子及びその製造方法に関し、特に、III-V族化合物半導体を用いた深紫外発光素子技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
サファイア基板にIII族窒化物層を形成する工程であって、前記サファイア基板側から順番に、核形成層を形成する工程と、III族のソースを供給しながら窒素のソースを時間的にパルス状に供給するパルス供給により形成した窒素ソースパルス供給層形成工程と、III族と窒素とのソースを連続して供給することにより形成した連続供給層形成工程と、バッファ層を形成する工程と、を備え、
前記核形成層を形成する工程は、V-III比が低いAlリッチの条件にすることで、表面をIII族極性とする条件で、III族ソースを連続的に供給するとともに、窒素のソースを断続的に供給する処理を1サイクルとして、このサイクルを継続するステップであることを特徴とする半導体構の形成方法。

【請求項2】
前記窒素ソースパルス供給層形成工程は、前記核形成層を形成する工程よりもV-III比が高い条件で、窒素ソースのパルス供給を用い第2の成長モードであるグレインサイズを拡張するステップであることを特徴とする請求項に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項3】
前記連続供給層形成工程は、前記核形成層を形成する工程よりもV-III比が高い条件で行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項4】
サファイア基板にAlN層を形成する工程であって、前記サファイア基板側から順番に、核形成層を形成する工程と、アルミニウムのソースを供給しながら窒素のソースを時間的にパルス状に供給するパルス供給により形成した窒素ソースパルス供給層形成工程と、アルミニウムと窒素とのソースを連続して供給することにより形成した連続供給層形成工程と、バッファ層を形成する工程と、を備え、
前記核形成層を形成する工程は、V-III比が低いAlリッチの条件にすることで、表面をIII族極性とする条件で、アルミニウムソースを連続的に供給するとともに、窒素のソースを断続的に供給する処理を1サイクルとして、このサイクルを継続するステップであることを特徴とする半導体構造の形成方法。

【請求項5】
前記窒素ソースパルス供給層形成工程は、前記核形成層を形成する工程よりもV-III比が高い条件で、窒素ソースのパルス供給を用い第2の成長モードであるグレインサイズを拡張するステップであることを特徴とする請求項に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項6】
前記連続供給層形成工程は、前記核形成層を形成する工程よりも窒素-アルミニウム比が高い条件で行われることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項7】
前記核形成層を形成する工程を、パルス供給により形成することを特徴とする請求項1からまでのいずれか1項に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項8】
前記パルス供給により形成する工程はNソースを断続的に供給する工程を有することを特徴とする請求項4から7までのいずれか1項に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項9】
Alソースを連続的に供給することを特徴とする請求項に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項10】
前記パルス供給層と前記連続供給層との組を複数組設ける工程を有することを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体構造の形成方法。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007219890thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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