TOP > 国内特許検索 > サファイア基板の製造方法、および半導体装置

サファイア基板の製造方法、および半導体装置 実績あり

国内特許コード P160013277
整理番号 H21-016
掲載日 2016年9月8日
出願番号 特願2009-070630
公開番号 特開2010-225787
登録番号 特許第5196403号
出願日 平成21年3月23日(2009.3.23)
公開日 平成22年10月7日(2010.10.7)
登録日 平成25年2月15日(2013.2.15)
発明者
  • 只友 一行
  • 岡田 成仁
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 サファイア基板の製造方法、および半導体装置 実績あり
発明の概要 【課題】サファイア基板上に化合物半導体層を成長させて作製する半導体装置において、光取り出し効率の高い半導体装置を作製できるサファイア基板を提供する。
【解決手段】サファイア基板1の面に複数の凸起2,2,…をランダム配置で形成し、その面上にGaN層10を成長させた。さらにその上に、多重量子井戸層12,p-AlGaN層14,p-GaN層16、ITO層18を形成し、2つの電極21,22も形成して半導体発光素子を作製した。
【選択図】図10
従来技術、競合技術の概要


発光ダイオード(LED)は、エネルギー変換効率が良いことや長寿命であることから種々の照明デバイスやイルミネーション、電子機器等に多く使われている。可視光線の発光が可能なLEDは、AlGaInN(以後、GaNで代表させる)あるいはAlGaInPからなるIII-V族化合物半導体材料を用いて主に作製されている。GaNは、緑色光、青色光および紫外光を発するLEDで使われる。AlGaInPは、赤色光、橙色光、および黄色光を発するLEDで使われる。



現在コストや品質等の理由から、GaN結晶はサファイア(Al)基板の上に成長させている。しかし、サファイア基板の上に成長させたGaN層には、サファイア結晶格子とGaN結晶格子との間の格子不整合が原因でGaN結晶中に高密度の非発光再結合中心として働く貫通転位が発生し、そのため光出力(外部量子効率)および耐久寿命が減少し、またリーク電流が増加してしまうという現象が生じていた。



さらに、青色領域の波長においてGaNの屈折率が約2.4、サファイア基板の屈折率が約1.8と、GaNとサファイア基板の屈折率差が大きいためにInGaN/GaN多重量子井戸層から発光した光のおよそ70%は、全反射の制限から多重量子井戸層を含んだGaN層に閉じ込められてGaN層中を伝搬する間に多重量子井戸層に自己吸収され、あるいは電極などに吸収され最終的に熱に変換される。すなわち、屈折率差に起因する全反射の制限のためにLEDの光取り出し効率が大幅に低下するという現象が生じている。



このような貫通転位を減らすために、また光取り出し効率を向上させるために、サファイア基板のGaN層を成長させる面を予めエッチングして凹凸を形成し、いわゆるパターン化されたサファイア基板(PSS)を作製し、このPSSを用いてGaN層及びAlGaN層を成長させる技術が開示されている。(例えば、特許文献1)
【特許文献1】
特許第3595277号公報

産業上の利用分野


本発明はサファイア基板の製造方法、および半導体装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
サファイア薄板の一面に金属を蒸着する工程Aと、
前記工程Aの後に前記サファイア薄板を熱処理して前記金属を微粒子状態とする工程Bと、
前記微粒子状態の金属をマスクとして前記サファイア薄板の前記一面をエッチングする工程Cと
を含む、サファイア基板の製造方法。

【請求項2】
前記工程Aでは、1nm以上20nm以下の厚みで前記金属を蒸着する、請求項1に記載のサファイア基板の製造方法。

【請求項3】
前記工程Cでは、前記一面に複数の凸起が形成されており、
前記複数の凸起は、前記一面のランダムな位置に設けられているとともに、底部から頂部にかけて先細の形状を有しており、
前記凸起の頂部の平面の面積は、0μm以上0.05μm以下である、請求項1または2に記載されているサファイア基板の製造方法。

【請求項4】
前記凸起の底面の長径は、100nm以上1μm以下であり、短径は50nm以上0.5μm以下であり、
前記凸起は、1×10個/cm以上5×1010個/cm以下の密度で配置されている、請求項3に記載されているサファイア基板の製造方法。

【請求項5】
前記凸起の側面は曲面である、請求項3又は4に記載されているサファイア基板の製造方法。

【請求項6】
前記凸起の高さは、100nm以上1μm以下である、請求項3から5のいずれか一つに記載されているサファイア基板の製造方法。

【請求項7】
前記サファイア薄板は、前記一面に複数の凸形状がランダムな位置に設けられており、
前記凸形状は底部から頂部にかけて先細の形状を有していて、1×10個/cm以上5×10個/cm以下の密度で配置されており、
前記凸形状の頂部の平面の面積は0よりも大きく10μm以下であり、
前記凸形状の底面の長径は1μm以上50μm以下であり、短径は100nm以上10μm以下である、請求項1または2に記載されているサファイア基板の製造方法。

【請求項8】
請求項1から7のいずれか一つに記載されているサファイア基板の製造方法により製造されたサファイア基板を備え、前記一面の上に化合物半導体層が設けられている半導体装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2009070630thum.jpg
出願権利状態 登録
山口TLOは平成11年11月に山口大学の教官50名の出資により設立された、リエゾン一体型のTLO活動会社です。山口大学を主とし、山口県内の大学・高専の研究成果をご紹介致します。特許の内容に興味を持たれた方は、下記までご連絡ください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close