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III族窒化物結晶および半導体装置の製造方法

国内特許コード P150012538
整理番号 (S2012-0150-N0)
掲載日 2015年11月19日
出願番号 特願2013-553314
登録番号 特許第5904421号
出願日 平成25年1月10日(2013.1.10)
登録日 平成28年3月25日(2016.3.25)
国際出願番号 JP2013050342
国際公開番号 WO2013105618
国際出願日 平成25年1月10日(2013.1.10)
国際公開日 平成25年7月18日(2013.7.18)
優先権データ
  • 特願2012-003637 (2012.1.11) JP
発明者
  • 森 勇介
  • 今出 完
  • 吉村 政志
  • 平尾 美帆子
  • 今西 正幸
出願人
  • 国立大学法人大阪大学
発明の名称 III族窒化物結晶および半導体装置の製造方法
発明の概要 大サイズで、かつ欠陥が少なく高品質なIII族窒化物結晶を製造可能なIII族窒化物結晶の製造方法を提供する。
III族窒化物結晶層(11)の複数の部分を、III族窒化物結晶(13)の生成および成長のための種結晶として選択する種結晶選択工程と、
前記種結晶の表面をアルカリ金属融液に接触させる接触工程と、
窒素を含む雰囲気下において、III族元素と前記窒素とを前記アルカリ金属融液中で反応させてIII族窒化物結晶(13)を生成させ成長させる結晶成長工程とを含み、
前記種結晶が、六方晶であり、
前記種結晶選択工程において、互いに隣接する前記種結晶から成長した各結晶のm面どうしがほぼ重なり合わないように前記種結晶を配置し、
前記結晶成長工程において、III族窒化物結晶(13)の成長により、前記複数の種結晶から成長した複数のIII族窒化物結晶(13)を結合させるIII族窒化物結晶(13)の製造方法。
従来技術、競合技術の概要


窒化ガリウム(GaN)などのIII族窒化物半導体(III族窒化物化合物半導体、またはGaN系半導体などともいう)は、レーザダイオード(LD)、発光ダイオード(LED)等の各種半導体素子の材料として広く用いられている。例えば、青色光を発するレーザダイオード(LD)は、高密度光ディスクやディスプレイに応用され、青色光を発する発光ダイオード(LED)は、ディスプレイや照明などに応用される。また、紫外線LDは、バイオテクノロジなどへの応用が期待され、紫外線LEDは、蛍光灯の紫外線源として期待されている。



III族窒化物(例えばGaN)結晶基板を製造するための一般的な方法としては、例えば、気相エピタキシャル成長がある。一方、より高品質なIII族窒化物単結晶を製造可能な方法として、液相中での結晶成長法も行われている。この液相成長法(LPE:Liquid Phase Epitaxy)は、高温高圧を必要とするという問題があったが、近年の改良により、比較的低温低圧で行うことができるようになり、量産にも適した方法となっている。



また、サファイア基板上に有機金属気相成長法(MOCVD:Metalorganic Chemical Vapor Deposition)によってIII族窒化物結晶層を成膜したのち、液相成長法によってIII族窒化物結晶をさらに成長させる方法も報告されている。特に、特許文献1では、サファイア基板上にMOCVD等で形成したIII族窒化物半導体層の複数の部分を種結晶として選択し、前記種結晶をアルカリ金属融液に接触させてIII族窒化物結晶を成長させている。

産業上の利用分野


本発明は、III族窒化物結晶の製造方法、III族窒化物結晶および半導体装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数のドット状のIII族窒化物、III族窒化物結晶の生成および成長のための複数の種結晶として準備する種結晶準備工程と、
前記種結晶の表面をアルカリ金属融液に接触させる接触工程と、
窒素を含む雰囲気下において、III族元素と前記窒素とを前記アルカリ金属融液中で反応させて前記III族窒化物結晶を生成させ成長させる結晶成長工程とを含
前記種結晶が、六方晶であり、
前記種結晶準備工程において、互いに隣接する前記種結晶のa軸どうしまたはc軸どうしがほぼ重なり合うように前記種結晶を配置し、
前記結晶成長工程において、前記III族窒化物結晶の成長により、前記複数の種結晶から成長した複数の前記III族窒化物結晶を結合させることを特徴とする、III族窒化物結晶の製造方法。

【請求項2】
前記種結晶準備工程において、
前記複数の種結晶が、基板上に配置された複数のIII族窒化物結晶である、請求項1記載の製造方法。

【請求項3】
前記種結晶準備工程、前記接触工程および前記結晶成長工程において、前記基板および前記種結晶から構成されたユニットを、複数、近接させて並列に配置し、
前記結晶成長工程において、前記III族窒化物結晶の成長により、互いに隣接する前記各ユニットから成長した前記III族窒化物結晶どうしを結合させる、請求項2記載の製造方法。

【請求項4】
前記基板が、AlGa1-xN(0<x≦1)、AlGa1-xN(0<x≦1)の酸化物、ダイヤモンドライクカーボン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット(YAG)、タンタル、レニウム、およびタングステンからなる群から選択される少なくとも1つを含む請求項2または3記載の製造方法。

【請求項5】
前記複数のドット状の種結晶の直径が、0.01~10mmの範囲である請求項1から4のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項6】
前記種結晶が、c面を有し、
前記種結晶準備工程において、前記c面を前記種結晶の結晶成長面として選択し、
互いに隣接する前記種結晶のa軸どうしがほぼ重なり合うように前記種結晶を配置する請求項1から5のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項7】
互いに隣接する前記種結晶どうしの距離が、0.05mm以上である請求項1から6のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項8】
予め準備されたIII族窒化物結晶層上に、複数のドット状の貫通孔を有するマスクを配置し、前記複数の貫通孔から露出した前記III族窒化物結晶層の面を、複数の結晶成長部として選択する結晶成長部選択工程と、
前記結晶成長部の表面をアルカリ金属融液に接触させる接触工程と、
窒素を含む雰囲気下において、III族元素と前記窒素とを前記アルカリ金属融液中で反応させてIII族窒化物結晶を生成させ成長させる結晶成長工程とを含み、
前記III族窒化物結晶層が、六方晶であり、
前記マスクの厚みが0.05mm以上であり、
前記結晶成長部選択工程において、互いに隣接する前記結晶成長部のa軸どうしまたはc軸どうしがほぼ重なり合うように前記結晶成長部を選択し、
前記結晶成長工程において、前記III族窒化物結晶の成長により、前記複数の結晶成長部から成長した複数の前記III族窒化物結晶を結合させることを特徴とする、III族窒化物結晶の製造方法。

【請求項9】
前記マスクが、前記III族窒化物結晶層に密着していない請求項8記載の製造方法。

【請求項10】
前記結晶成長部選択工程、前記接触工程および前記結晶成長工程において、前記III族窒化物結晶層および前記マスクから構成されたユニットを、複数、近接させて並列に配置し、
前記結晶成長工程において、前記III族窒化物結晶の成長により、互いに隣接する前記各ユニットから成長した前記III族窒化物結晶どうしを結合させる、請求項8または9記載の製造方法。

【請求項11】
前記マスクにおいて、前記ドット状の貫通孔の直径が、0.01~10mmの範囲である請求項8から10のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項12】
前記III族窒化物結晶層が、c面を有し、
前記結晶成長部準備工程において、前記c面を前記結晶成長部の結晶成長面として選択し、
互いに隣接する前記結晶成長部のa軸どうしがほぼ重なり合うように前記種結晶を配置する請求項8から11のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項13】
前記マスクが、AlGa1-xN(0<x≦1)、AlGa1-xN(0<x≦1)の酸化物、ダイヤモンドライクカーボン、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット(YAG)、タンタル、レニウム、およびタングステンからなる群から選択される少なくとも1つを含む請求項8から12のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項14】
互いに隣接する前記マスク貫通孔どうしの距離が、0.05mm以上である請求項8から13のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項15】
前記結晶成長工程において生成し成長する前記III族窒化物結晶が、AlGaIn1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)で表されるIII族窒化物結晶である請求項1から14のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項16】
製造されるIII族窒化物結晶の長径が15cm以上である請求項1から15のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項17】
製造されるIII族窒化物結晶の転位密度が、1.0×10cm-2以下である請求項1から16のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項18】
請求項1から17のいずれか一項に記載の製造方法によりIII族窒化物結晶を製造した後、前記III族窒化物結晶さらに成長させる工程を含む、III族窒化物結晶の製造方法

【請求項19】
半導体を含む半導体装置の製造方法であって、
前記半導体が、III族窒化物結晶であり、
前記III族窒化物結晶を、請求項1から17のいずれか一項に記載の製造方法により製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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