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SEMICONDUCTOR MEMBER, AND METHOD OF MANUFACTURING SAME achieved

Patent code P160013076
File No. H18-009D
Posted date Jun 29, 2016
Application number P2006-002972
Publication number P2007-184504A
Patent number P4915009
Date of filing Jan 10, 2006
Date of publication of application Jul 19, 2007
Date of registration Feb 3, 2012
Inventor
  • (In Japanese)徳満 洋司
  • (In Japanese)只友 一行
  • (In Japanese)星野 勝之
  • (In Japanese)田口 常正
  • (In Japanese)久保 秀一
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人山口大学
Title SEMICONDUCTOR MEMBER, AND METHOD OF MANUFACTURING SAME achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor member having low dislocation density of a surface by preventing intersecting between crystal growth from a convex portion of a substrate having unevenness and crystal growth from a concave portion.
SOLUTION: This manufacturing method includes a preparing process of preparing a substrate 10 having a concave portion 10r and a convex portion 10p; a first growing process of growing a first semiconductor 11 on the convex portion 10p; and a second growing process of growing a second semiconductor 13 in at least a lateral direction from the first semiconductor 11. A distance (g) between the bottom surface of the concave portion 10r and the top surface of the convex portion 10p is the same as or larger than a width (a) of the concave portion 10r.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

現在、III族窒化物半導体デバイスの多くは、サファイア基板又は炭化珪素(SiC)基板等の基板上にIII族窒化物をヘテロエピタキシャル成長させることによって実現されている。しかし、III族窒化物の結晶とサファイア基板又は炭化珪素(SiC)基板等の基板との間には、大きな格子定数差、熱膨張係数差がある。このために、基板界面に非常に高密度の転位(dislocation)が発生し、この転位が貫通転位(threading dislocation)となって半導体表面にまで達する。したがって、例えば、LEDのような発光素子を作製した場合において、発光素子の重要部分である活性層中に高密度の貫通転位が残存することになる。特に、短波長LEDにおいては、貫通転位が非発光中心として働くため、発光効率向上のためには、この転位の低減が不可欠である。

基板面に沿った横方向成長を利用して、結晶欠陥の少ないIII族窒化物半導体を形成する方法が報告されている。例えば、非特許文献1、特許文献1、特許文献2、特許文献3に開示されている方法では、基板、又は基板上に成長させたIII族窒化物半導体層の上に、窓部を有するストライプ状のマスク層を形成し、気相成長条件を調整することで窓部にファセット構造を形成し、転位の伝播方向を横方向に曲げる。次に、成長条件を変更して、隣接する半導体層と会合するまで横方向成長を継続する。会合部分の下には空隙が形成され、横方向に伝播した転位は、この空隙で終端される。したがって、III族窒化物半導体の表面には転位が伝播しにくく、低転位密度の表面が得られる。

基板上にマスクを形成し、マスクの間の窓部にAlを含むIII族窒化物半導体、例えば、AlGaNを選択的に成長させようとしても、非特許文献2に開示されているように、AlGaNは、窓部からは単結晶構造として成長するが、マスク上には多結晶構造として堆積してしまう。この多結晶構造のAlGaNは、窓部から結晶性の良いAlGaNが横方向に成長することを妨げる。また、非特許文献3によると、マスクレスペンデオエピタキシーによる半導体の成長においても、サファイア基板上に半導体の多結晶が堆積し、結晶性の良い半導体の横方向成長が阻害される。III族窒化物半導体において、Al濃度が高くなると、このような問題が顕在化する。

特許文献5、特許文献6、特許文献7、非特許文献4には、凹凸基板の凸部の幅を1μmより小さくし、凸部上方から専ら横方向に半導体を成長させることによって表面を平坦化する方法が開示されている。この方法では、凹部への原料供給が抑制されるため、凹部内では殆ど半導体が成長しない。更に、この方法は、マスクレスの方法であるため、Alを含んだ窒化物半導体の成長におけるマスク上への多結晶構造の成長の問題がないしかしながら、この方法では、凸部上にはファセットを形成しないため、凸部上には多数の貫通転位が残存する。たとえ凸部幅を1μmより小さくしても、半導体表面には高密度欠陥部と低密度欠陥部が周期的に存在する。
【特許文献1】
特開2002-170778号公報
【特許文献2】
特開2003-77847号公報
【特許文献3】
特開2003-124124号公報
【特許文献4】
特許第3556916号公報
【特許文献5】
特許第3441415号公報
【特許文献6】
特許第3471700号公報
【特許文献7】
特開2004-6931号公報
【非特許文献1】
Y. Honda et al., Jpn. J. Appl. Phys. 40 (2001) L309
【非特許文献2】
T. Detchprohm et al., Phys. Stat. Sol. A 188 (2001) 799
【非特許文献3】
T. M. Katona et al., Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 5025
【非特許文献4】
S. Heikman et al., Jpn. J. Appl. Phys. 44 (2005) L405
【非特許文献5】
C. Chen et al., Jpn. J. Appl. Phys. 42 (2003) L818
【非特許文献6】
B. A. Haskell et al., Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 11917

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、半導体部材製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
半導体部材の製造方法であって、
複数の凹部及び複数の凸部を有する基板を準備する準備工程と、
前記複数の凸部のそれぞれの上にIII族窒化物半導体を含む第1半導体をそのa面を上面として成長させ、これにより互いに離隔した複数の前記第1半導体を形成する第1成長工程と、
複数の前記第1半導体のそれぞれから少なくとも横方向にIII族窒化物半導体を含む第2半導体を成長させる第2成長工程と、
を含み、前記凹部の底面から前記凸部の上面までの距離が前記凹部の幅と等しいかそれより大きく、
前記第1成長工程で成長させる複数の前記第1半導体のそれぞれの断面が形形状を有前記第2成長工程では、複数の前記第1半導体の各々の一方の側面からの成長が他方の側面からの成長よりも支配的になる条件で前記第2半導体を成長させる、
ことを特徴とする半導体部材の製造方法。

【請求項2】
 
前記第1成長工程では、前記凹部にも半導体が成長することを特徴とする請求項1に記載の半導体部材の製造方法。

【請求項3】
 
前記第2半導体の表面に凹部及び凸部を含む凹凸を形成する加工工程と、
前記第2半導体の凸部から少なくとも横方向に第3半導体を成長させる第3成長工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体部材の製造方法。

【請求項4】
 
前記加工工程では、前記基板の凸部の上に前記第2半導体の凹部を形成することを特徴とする請求項3に記載の半導体部材の製造方法。

【請求項5】
 
前記第1、第2半導体は、Alを含むIII族窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体部材の製造方法。

【請求項6】
 
発光デバイスを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体部材の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006002972thum.jpg
State of application right Registered
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