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薄膜基板と半導体装置とこれらの製造方法および成膜装置および成膜方法およびGaNテンプレート NEW コモンズ

国内特許コード P170014739
掲載日 2017年12月21日
出願番号 特願2017-500529
出願日 平成28年2月19日(2016.2.19)
国際出願番号 JP2016000895
国際公開番号 WO2016132746
国際出願日 平成28年2月19日(2016.2.19)
国際公開日 平成28年8月25日(2016.8.25)
優先権データ
  • 特願2015-031708 (2015.2.20) JP
発明者
  • 天野 浩
  • 本田 善央
  • 光成 正
出願人
  • 国立大学法人名古屋大学
発明の名称 薄膜基板と半導体装置とこれらの製造方法および成膜装置および成膜方法およびGaNテンプレート NEW コモンズ
発明の概要 立方晶基板に六方晶のバッファ層を形成する薄膜基板と半導体装置とこれらの製造方法および成膜装置および成膜方法およびGaNテンプレートを提供することを目的とする。この成膜方法は、立方晶の基板の上に六方晶の薄膜を成膜する方法である。基板(110)は、立方晶のSi(001)基板である。基板(110)をチャンバー(1100)の内部のサセプター(1200)に配置する。基板(110)の板面に垂直な方向に対して10°以上60°以下の範囲内で傾斜させた位置にターゲット(1500)を配置する。基板(110)をチャンバー(1100)に対して回転させずに、スパッタリングにより立方晶の基板(110)の上に六方晶のバッファ層(120)を成膜する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


GaNに代表されるIII 族窒化物半導体では、絶縁破壊電界の強度が高く、かつ融点が高い。そのため、III 族窒化物半導体は、GaAs系半導体に代わる、高出力、高周波、高温用の半導体デバイスの材料として期待されている。そのため、III 族窒化物半導体を用いるHEMT素子などが研究開発されている。また、III 族窒化物半導体は、発光素子にも応用されている。



III 族窒化物半導体は、ウルツ鉱型に代表される六方晶の結晶構造を有する。そのため、成長基板として、六方晶基板が一般的に用いられる。このような六方晶基板として、例えば、サファイア基板が挙げられる。また、特許文献1のように、成長基板として、Si(111)基板が用いられることもある。ここでSi(111)基板は、六方晶に近い構造を有している。Si基板については、大口径基板を安価に高品質で製造することができる。そのため、Si基板の上にIII 族窒化物半導体を成長させることは工業的に意義がある。

産業上の利用分野


本明細書の技術分野は、基板にその基板と結晶構造の異なるバッファ層を形成する薄膜基板と半導体装置とこれらの製造方法および成膜装置および成膜方法およびGaNテンプレートに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板と、
前記基板の上のバッファ層と、
を有する薄膜基板において、
前記基板は、立方晶基板であり、
前記バッファ層は、六方晶であり、
前記バッファ層のc軸は、50%以上の割合で第1の方向を向いており、
前記第1の方向は、
前記基板の板面に垂直な方向に対して10°以上60°以下の範囲内で傾斜していること
を特徴とする薄膜基板。

【請求項2】
請求項1に記載の薄膜基板において、
前記立方晶基板は、
Si(001)基板であり、
前記第1の方向は、
前記基板の板面の[110]方向または[110]方向と等価な方向に対して面内回転方向で30°以下の範囲内にあること
を特徴とする薄膜基板。

【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の薄膜基板において、
前記バッファ層は、
AlX GaY InZ N層(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)であること
を特徴とする薄膜基板。

【請求項4】
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の薄膜基板において、
前記バッファ層の上の中間層を有し、
前記中間層は、六方晶であること
を特徴とする薄膜基板。

【請求項5】
請求項4に記載の薄膜基板において、
前記中間層は、超格子層を有すること
を特徴とする薄膜基板。

【請求項6】
基板と、
前記基板の上のバッファ層と、
前記バッファ層の上のIII 族窒化物半導体層と、
を有する半導体装置において、
前記基板は、立方晶基板であり、
前記バッファ層は、六方晶であり、
前記バッファ層のc軸は、50%以上の割合で第1の方向を向いており、
前記第1の方向は、
前記基板の板面に垂直な方向に対して10°以上60°以下の範囲内で傾斜しており、
前記III 族窒化物半導体層のc軸は、
前記基板の板面に垂直な方向および面内方向の両方について、前記第1の方向に対して0°以上5°以下の範囲内で傾斜していること
を特徴とする半導体装置。

【請求項7】
請求項6に記載の半導体装置において、
前記立方晶基板は、
Si(001)基板であり、
前記第1の方向は、
前記基板の板面の[110]方向または[110]方向と等価な方向に対して面内回転方向で30°以下の範囲内にあること
を特徴とする半導体装置。

【請求項8】
請求項6または請求項7に記載の半導体装置において、
前記バッファ層は、
AlX GaY InZ N層(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)であること
を特徴とする半導体装置。

【請求項9】
請求項6から請求項8までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記バッファ層と前記III 族窒化物半導体層との間に中間層を有し、
前記中間層は、六方晶であること
を特徴とする半導体装置。

【請求項10】
請求項9に記載の半導体装置において、
前記中間層は、超格子層を有すること
を特徴とする半導体装置。

【請求項11】
基板と、
前記基板の上のバッファ層と、
前記バッファ層の上のIII 族窒化物半導体層と、
を有するGaNテンプレートにおいて、
前記基板は、立方晶基板であり、
前記バッファ層は、六方晶であり、
前記バッファ層のc軸は、50%以上の割合で第1の方向を向いており、
前記第1の方向は、
前記基板の板面に垂直な方向に対して10°以上60°以下の範囲内で傾斜しており、
前記III 族窒化物半導体層のc軸は、
前記基板の板面に垂直な方向および面内方向の両方について、前記第1の方向に対して0°以上5°以下の範囲内で傾斜していること
を特徴とするGaNテンプレート。

【請求項12】
薄膜基板の製造方法において、
立方晶基板をチャンバーの内部に配置し、
前記立方晶基板の板面に垂直な方向に対して10°以上60°以下の範囲内で傾斜させた位置にターゲットを配置し、
前記立方晶基板と前記ターゲットとの間の相対的位置関係を保持した状態で、スパッタリングにより前記立方晶基板の上に六方晶のバッファ層を形成すること
を特徴とする薄膜基板の製造方法。

【請求項13】
半導体装置の製造方法において、
立方晶基板をチャンバーの内部に配置し、
前記立方晶基板の板面に垂直な方向に対して10°以上60°以下の範囲内で傾斜させた位置にターゲットを配置し、
前記立方晶基板と前記ターゲットとの間の相対的位置関係を保持した状態で、スパッタリングにより前記立方晶基板の上に六方晶のバッファ層を形成し、
前記バッファ層の上にIII 族窒化物半導体層を成長させること
を特徴とする半導体装置の製造方法。

【請求項14】
基板の上に薄膜を成膜する成膜方法において、
立方晶基板をチャンバーの内部に配置し、
前記立方晶基板の板面に垂直な方向に対して10°以上60°以下の範囲内で傾斜させた位置にターゲットを配置し、
前記立方晶基板と前記ターゲットとの間の相対的位置関係を保持した状態で、スパッタリングにより前記立方晶基板の上に六方晶のバッファ層を形成すること
を特徴とする成膜方法。

【請求項15】
基板を支持するための基板支持部と、
前記基板支持部を収容するチャンバーと、
前記基板の板面に垂直な方向に対して10°以上60°以下の範囲内で相対的に可変となるように傾斜させた位置に配置されたターゲット配置部と、
を有すること
を特徴とする成膜装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017500529thum.jpg
出願権利状態 公開
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