JP2004002081A

JP2004002081A - パターニングサファイヤ基板

Info

Publication number: JP2004002081A
Application number: JP2002157113A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Yaguchi; 矢口　洋一; Kazuhiko Sunakawa; 砂川　和彦; Toshiro Furutaki; 古滝　敏郎; Tsugio Sato; 佐藤　次男
Original assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】結晶欠陥の少ない半導体発光素子用基板を形成できるサファイヤ基板及び半導体発光素子用基板を提供すること。
【解決手段】サファイヤ基板２の表面が所定パターンのマスク３で覆われているパターニングサファイヤ基板１において、前記マスク３がドット状に配置されていることを特徴とするパターンニングサファイヤ基板１である。このように、マスク３をドット状にパターニングすることによって、ＧａＮ膜４の成長による結晶欠陥４ｂの存在する割合を減少させることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子用のサファイヤ基板及び半導体発光素子用基板に関し、特に、結晶欠陥の少ない半導体発光素子用基板を形成できるサファイヤ基板及び半導体発光素子用基板に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から図１２に示すように、サファイヤ基板表面にストライプ状のマスクを施し、転移によるＧａＮ膜の結晶欠陥の発生を抑える方法が知られている（特開２０００−３４９３３８）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−３４９３３８号公報に開示されているようにストライプ状のマスクを施した場合でも、依然としてＧａＮ膜の結晶欠陥の発生を十分に抑えることができないという問題点がある。即ち、ＧａＮ膜がマスクに向かってサファイヤ基板表面の水平方向に成長する際、成長したＧａＮ膜は、マスク上で互いに衝突し、成長による結晶欠陥がストライプ状のマスクに沿って一直線上に発生する。このため、サファイヤ基板上のＧａＮ層の広い範囲にわたって結晶欠陥が発生するという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、結晶欠陥の少ない半導体発光素子用基板を形成できるサファイヤ基板及び半導体発光素子用基板を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、以下の発明を完成した。
【０００６】
請求項１記載の発明は、サファイヤ基板表面が所定パターンのマスクで覆われているパターニングサファイヤ基板において、前記マスクがドット状に配置されていることを特徴とするパターンニングサファイヤ基板である。
【０００７】
マスクがドット状に配置されているため、サファイヤ基板表面において、マスクで覆われていない部分は、編み目状に形成されている。このため、ＧａＮ膜は、マスクで覆われていない編み目状の部分から成長し、ドット状のマスクの中心方向に向かって成長する。このように、ＧａＮ膜がマスクの中心方向に向かって成長するため、マスクをドット状に配置することによって、マスクをストライプ状に配置した場合や編み目状に配置した場合に比べて、マスクの被覆率が同じ場合であっても、ＧａＮ膜の成長による結晶欠陥の存在する割合を減少させることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記マスクで覆われた部分が、前記サファイヤ基板表面の５０％以上９５％以下であることを特徴とするパターンニングサファイヤ基板である。
【０００９】
マスクで覆われた部分が、サファイヤ基板表面の５０％以上であると、マスクによる被覆率が高くなるため、貫通転移による結晶欠陥がより少なくなる。なお、マスクで覆われた部分のサファイヤ基板表面に対する比率が高いほど、貫通転移による結晶欠陥が少なくなる傾向にあるが、マスクで覆われた部分の比率が９５％を越えると、ＧａＮ膜でマスク部分を覆い尽くすまでの時間が長く、ＧａＮ膜の平坦さが失われやすくなるからである。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明の構成に加えて、前記マスクのドット形状が正三角形、正方形、正六角形のいずれかであることを特徴とするパターニングサファイヤ基板である。
【００１１】
マスクのドット形状を正三角形、正方形、正六角形のいずれかにすると、マスクによる被覆率を高くした場合でもマスクを均等に配置することができるため、貫通転移による結晶欠陥が発生する部分を均等に分散させることができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明の構成に加えて、前記サファイヤ基板表面がＣ面であり、前記三角形、正方形、正六角形のいずれか一辺が該サファイヤ基板のａ軸又はｍ軸方向に平行になるように、前記マスクが配置されていることを特徴とするパターニングサファイヤ基板である。
【００１３】
マスクの正三角形、正方形、正六角形のいずれか一辺がＣ面サファイヤ基板のａ軸又はｍ軸方向に平行になるように、前記マスクを配置することにより、ＧａＮ結晶のファセット面方位と成長方向が一致するため、ＧａＮの成長による結晶欠陥が減少する。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記マスクが高融点金属、高融点窒化物、高融点炭化物、高融点炭窒化物のいずれからから選択される物質であることを特徴とするパターニングサファイヤ基板である。
【００１５】
高融点金属としては、例えば、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステンであり、高融点窒化物としては、例えば、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、窒化モリブデン、窒化タングステンであり、高融点炭化物としては、例えば、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化タングステンであり、高融点炭窒化物は、例えば、炭窒化ジルコニウム、炭窒化ハフニウム、炭窒化ニオブ、炭窒化タンタル、炭窒化モリブデン、炭窒化タングステンである。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記マスクがタングステンであることを特徴とするパターニングサファイヤ基板である。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のパターニングサファイヤ基板上にＧａＮ層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子用基板である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
パターニングサファイヤ基板１は、図１に示すように、その基板表面上が所定パターンのマスク３で覆われている。このマスク３は、ＧａＮ膜４がサファイヤ基板２の表面から直接、成長するのを阻止するためのものである。これにより、マスク３で被覆した部分上のＧａＮ膜４には、貫通転移による結晶欠陥４ａが生じない。
【００１９】
マスク３のパターンは、図２乃至図４に示すように、正三角形、正方形、正六角形のいずれかの形状で構成されている。図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）は、マスク３で覆われた部分がサファイヤ基板２の表面全体の２５％の場合である。図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）は、マスク３で覆われた部分がサファイヤ基板２の表面全体の５０％の場合である。図２（ｃ）、図３（ｃ）、図４（ｃ）は、マスク３で覆われた部分がサファイヤ基板２の表面全体の約７５％の場合である。ここで、マスク３で覆われた部分がサファイヤ基板２の表面全体の５０％以上であると、マスク３の被覆率が高くなるため、貫通転移による結晶欠陥４ａが少なくなる。なお、マスク３で覆われた部分のサファイヤ基板２の表面全体に対する比率が高いほど、貫通転移による結晶欠陥４ａが少なくなる傾向にあるが、マスク３で覆われた部分の比率が９５％を越えると、ＧａＮ膜でマスク部分を覆い尽くすまでの時間が長く、膜の平坦さが失われやすくなるので、マスク３で覆われた部分の比率は９５％以下が好ましい。なお、マスク３で覆われた部分の比率は、より好ましくは、８０％以下である。
【００２０】
このように、正三角形、正方形、正六角形のパターンのマスク３を施すと、マスクの被覆率を高くした場合でもマスクを均等に配置することができるため、貫通転移による結晶欠陥４ａが発生する部分を均等に分散させることができる。
【００２１】
図２乃至図４に示すように、マスク３は、ドット状に配置されているため、マスクが配置されていない部分は、編み目状に形成されている。このため、図１に示すように、ＧａＮ膜４は、マスク３が配置されていない編み目状の部分から成長し、矢印に示すように、ドット状のマスク３の中心方向に向かって成長する。このように、ＧａＮ膜４がマスク３の中心方向に向かって成長するため、ＧａＮ膜の成長による結晶欠陥４ｂをマスク３の中心部分の上部に集中させることができる。
【００２２】
これに対して、図９乃至図１１に示すように、マスクを編み目状に配置した場合、ＧａＮ膜は、マスクが配置されていないドット状の部分から成長し、編み目状のマスクに向かって放射状に成長する。このように、ＧａＮ膜４がマスクに向かって放射状に成長するため、ＧａＮ膜の成長による結晶欠陥が編み目状に形成される。
【００２３】
次に、図２乃至図４に示すドット状にマスク３を配置した場合と、図９乃至図１１に示す編み目状にマスクを配置した場合について、ＧａＮ膜の成長による結晶欠陥の存在する割合を比較する。
【００２４】
図５（ａ）は、ドット状にマスク３を配置した場合の結晶欠陥４ｂの存在する様子を表しており、図５（ｂ）は、編み目状にマスクを配置した場合の結晶欠陥４ｂの存在する様子を表している。鎖線で示した正六角形で囲まれた部分を比較すると、図５（ａ）に示す結晶欠陥４ｂの方が少ないのがわかる。このように、マスクの被覆率が同じ場合であっても、ドット状にマスクを配置することにより、ＧａＮ膜の成長による結晶欠陥４ｂの存在する割合を減少させることができる。なお、両者のマスクによる被覆率は、ほぼ同じであるため、貫通転移による結晶欠陥４ａが生じる割合は、同じである。
【００２５】
次に、マスクとサファイヤ基板の結晶方位との関係について説明する。マスクは、図６乃至図８に示すように、正三角形、正方形、正六角形のいずれかのマスクの一辺が、サファイヤ基板表面のｍ軸又はａ軸と平行になるように配置されている。例えば、図６（ａ）の場合、正三角形の底辺がａ軸と平行に配置されている。また、図８（ｃ）の場合、正六角形の２辺がｍ軸と平行に配置されている。このように、マスクの一辺と結晶方位が平行になるようにマスクを配置することによって、ＧａＮ結晶のファセット面方位と成長方向が一致するため、より一層ＧａＮ膜の成長による結晶欠陥を減少させることができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、Ｃ面基板の場合を説明したが、これに限らず、例えば、サファイヤ基板表面がａ面である場合、正三角形、正方形、正六角形のいずれかのマスクの一辺が、サファイヤ基板表面のＣ軸又はｍ軸と平行になるように配置すればよい。また、マスクの一辺の長さは、０．０１μｍから１００μｍに形成するのが好ましい。
【００２７】
また、マスク材としては、例えば、タングステンを用いるのが好適であるが、これに限らず、高融点金属、高融点窒化物、高融点炭化物、高融点炭窒化物のいずれからから選択される物質でもよい。
【００２８】
また、マスク３のパターンは、フォトリソグラフィー法とエッチングにより形成する。即ち、サファイヤ基板の表面にタングステンを蒸着し、レジストを塗布した後、パターニングする。次に、エッチングし、レジストを除去して、サファイヤ基板表面を洗浄する。このようにしてドット状のパターニングサファイヤ基板を得る。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の発明は、ＧａＮ膜の成長による結晶欠陥の存在する割合を減少させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】パターニングサファイヤ基板の断面図である。
【図２】正三角形のドット状パターンを説明する図である。
【図３】正方形のドット状パターンを説明する図である。
【図４】正六角形のドット状パターンを説明する図である。
【図５】ＧａＮ膜の成長による結晶欠陥の存在割合を比較する図である。図５（ａ）は、マスクをドット状に配置した場合のパターニングサファイヤ基板表面であり、図５（ｂ）は、マスクを編み目状に配置した場合のパターニングサファイヤ基板表面である。
【図６】正三角形のマスクとサファイヤ基板表面の結晶軸との関係を説明する図である。
【図７】四角形のマスクとサファイヤ基板表面の結晶軸との関係を説明する図である。
【図８】正六角形のマスクとサファイヤ基板表面の結晶軸との関係を説明する図である。
【図９】編み目状のマスクを説明する図である。
【図１０】編み目状のマスクを説明する図である。
【図１１】編み目状のマスクを説明する図である。
【図１２】ストライプ状のマスクで覆われたサファイヤ基板を説明する図である。
【符号の説明】
１　パターニングサファイヤ基板
２　サファイヤ基板
３　マスク
４　ＧａＮ膜
４ａ　貫通転移による結晶欠陥
４ｂ　ＧａＮ膜の成長による結晶欠陥

Claims

サファイヤ基板表面が所定パターンのマスクで覆われているパターニングサファイヤ基板において、
前記マスクがドット状に配置されていることを特徴とするパターンニングサファイヤ基板。
前記マスクで覆われた部分が、前記サファイヤ基板表面の５０％以上９５％以下であることを特徴とする請求項１記載のパターンニングサファイヤ基板。
前記マスクのドット形状が正三角形、正方形、正六角形のいずれかであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のパターニングサファイヤ基板。
前記サファイヤ基板表面がＣ面であり、前記三角形、正方形、正六角形のいずれか一辺が該サファイヤ基板のａ軸又はｍ軸方向に平行になるように、前記マスクが配置されていることを特徴とする請求項３記載のパターニングサファイヤ基板。
前記マスクが高融点金属、高融点窒化物、高融点炭化物、高融点炭窒化物のいずれからから選択される物質であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のパターニングサファイヤ基板。
前記マスクがタングステンであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のパターニングサファイヤ基板。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のパターニングサファイヤ基板上にＧａＮ層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子用基板。