JP2005197721A - 欠陥の少ない窒化物半導体薄膜及びその成長方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明による欠陥の少ない窒化物半導体薄膜及びその成長方法は、上部に複数の溝110aが形成された基板100にバッファ層120と一次次窒化物半導体薄膜130とを順次形成し、一次窒化物半導体薄膜130にて欠陥密度の高い領域はエッチングを行い、欠陥密度の低い領域は周期的なストライプ状のパターン130aを形成した後、このパターンを用いて二次窒化物半導体薄膜150を側面成長させることにより、欠陥密度の低い窒化物半導体薄膜を製造することを特徴とする。
【選択図】 図4
Description
このような窒化物半導体薄膜は、主として高温で安定なサファイヤ基板に成長させる。
最近、サファイヤ基板や窒化物半導体薄膜の欠陥を低減するために、サファイヤ基板の上部にAlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)、SiNまたはこれらの物質が積層された積層膜をバッファ(Buffer)層として形成した後、窒化物半導体薄膜を成長させている。
その後、誘電体マスクパターン11により露出されたサファイヤ基板10を所定の厚さdだけエッチングする(図1b)。
最後に、バッファ層12の上部に窒化物半導体薄膜13を成長させる(図1e)。
前記バッファ層の上部に第1の窒化物半導体薄膜を成長させる第2のステップと、
前記ストライプ状の溝のそれぞれの上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部をマスキングし、ストライプ状の溝が形成されていない領域の上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部が露出するように誘電体マスクパターンを前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成する第3のステップと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜をエッチングし、周期的なストライプ状に突出している第1の窒化物半導体薄膜パターンを形成し、前記誘電体マスクパターンを除去する第4のステップと、
前記窒化物半導体薄膜パターンを用いて、側面成長を行って第2の窒化物半導体薄膜を形成する第5のステップとを含むことを特徴する。
前記バッファ層の上部に第1の窒化物半導体薄膜を成長させる第2のステップと、
前記ストライプ状の溝のある基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部を露出させ、ストライプ状の溝が形成されていない基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部がマスキングされるように、誘電体マスクパターンを前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成する第3のステップと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜の上部に、側面成長を行って第2の窒化物半導体薄膜を形成する第4のステップとを含むことを特徴する。
前記バッファ層の上部に第1の窒化物半導体薄膜を成長させる第2のステップと、
前記複数の溝のそれぞれの上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部をマスキングし、溝の形成されていない領域の上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部が露出するように、誘電体マスクパターンを前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成する第3のステップと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜をエッチングし、第1の窒化物半導体薄膜パターンを形成し、前記誘電体マスクパターンを除去する第4のステップと、
前記窒化物半導体薄膜パターンを用いて、側面成長を行って第2の窒化物半導体薄膜を形成する第5のステップとを含むことを特徴する。
前記バッファ層の上部に第1の窒化物半導体薄膜を成長させる第2のステップと、
前記溝のある基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部を露出させ、溝の形成されていない基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部がマスキングされるように、誘電体マスクパターンを前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成する第3のステップと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜の上部に、側面成長を行って第2の窒化物半導体薄膜を形成する第4のステップとを含むことを特徴する。
その基板の全面にバッファ層と一次窒化物半導体薄膜とを順次形成するステップと、
前記複数の溝の上部に形成された一次窒化物半導体薄膜領域を除いて、残りの一次窒化物半導体薄膜領域をエッチングするステップと、
前記二次窒化物半導体薄膜を形成するステップとを含むことを特徴する。
前記基板上部の全面に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上部に成長され、前記複数の溝の上部それぞれが突出している形状のパターンからなる第1の窒化物半導体薄膜と、
前記第1の窒化物半導体薄膜の上部で前記パターンを用いて側面成長された第2の窒化物半導体薄膜とを備えることを特徴する。
前記基板上部の全面に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜と、
前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成された誘電体マスクパターンと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜の上部で側面成長された第2の窒化物半導体薄膜とを備えることを特徴する。
図4a〜4fは、本発明の第1の実施形態によって欠陥の少ない窒化物半導体薄膜を成長させる工程図であり、図4aに示すように、上部にストライプ状の複数の溝110aが周期的に形成された基板100を準備し、基板100の上部の全面にバッファ層120を形成する(図4b)。
そして、バッファ層120は、AlxGayIn1-x-yN層(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)、SiN層及びこれらが積層された積層膜のうちの何れかで形成することが好ましい。
その後、誘電体マスクパターン140を介して露出された第1の窒化物半導体薄膜をエッチングし、ストライプ状に突出している第1の窒化物半導体薄膜パターン130aを形成し、誘電体マスクパターン140を除去する(図4e)。
よって、欠陥密度の低い第1の窒化物半導体薄膜領域は、ストライプ状に露出することになる。
そして、誘電体マスクパターン110を除去すると、基板100の上部には、周期的に形成されたストライプ状の溝が形成される。
110、140 誘電体マスクパターン
110a 溝
120 バッファ層
130、150 窒化物半導体薄膜
130a 窒化物半導体薄膜パターン
Claims (20)
- 上部に複数のストライプ状の溝が周期的に形成された基板上部の全面にバッファ層を形成する第1のステップと、
前記バッファ層の上部に第1の窒化物半導体薄膜を成長させる第2のステップと、
前記ストライプ状の溝のそれぞれの上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部をマスキングし、ストライプ状の溝が形成されていない領域の上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部が露出するように、誘電体マスクパターンを前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成する第3のステップと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜をエッチングし、周期的なストライプ状に突出している第1の窒化物半導体薄膜パターンを形成し、前記誘電体マスクパターンを除去する第4のステップと、
前記窒化物半導体薄膜パターンを用いて、側面成長を行って第2の窒化物半導体薄膜を形成する第5のステップとを含むことを特徴とする欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。 - 上部に複数のストライプ状の溝が周期的に形成された基板上部の全面にバッファ層を形成する第1のステップと、
前記バッファ層の上部に第1の窒化物半導体薄膜を成長させる第2のステップと、
前記ストライプ状の溝のある基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部を露出させ、ストライプ状の溝が形成されていない基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部がマスキングされるように、誘電体マスクパターンを前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成する第3のステップと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜の上部に、側面成長を行って第2の窒化物半導体薄膜を形成する第4のステップとを含むことを特徴とする欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。 - 前記上部に複数のストライプ状の溝が周期的に形成された基板は、
前記基板上部に所定の間隔d2で基板が露出される誘電体マスクパターンを形成し、
前記誘電体マスクパターンにより露出された基板を所定の深さd3だけエッチングし、
前記誘電体マスクパターンを除去して形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。 - 前記誘電体マスクパターンにより露出された基板の間隔d2は、0.1〜15μmであることを特徴とする請求項3に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 前記エッチングされる基板の深さは、0.1〜10μmであることを特徴とする請求項3に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 前記基板は、シリコンカーバイド(SiC)、サファイヤ(Sapphire)、ガリウム砒素(GaAs)及び窒化ガリウム(GaN)のうちから選択されたいずれかであることを特徴とする請求項3に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 前記バッファ層は、AlxGayIn1-x-yN層(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)、SiN層及びこれらが積層された積層膜のいずれかで形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 前記第2のステップを行った後の第1の窒化物半導体薄膜は、前記ストライプ状の溝が形成されていない領域の上部に形成された領域は、欠陥密度が高く、前記ストライプ状の溝の上部に形成された領域は、欠陥密度が低く形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 前記誘電体マスクパターンは、欠陥密度の低い第1の窒化物半導体薄膜領域をマスキングし、欠陥密度の高い第1の窒化物半導体薄膜領域を露出させることを特徴とする請求項8に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 上部に複数の溝が形成された基板上部の全面にバッファ層を形成する第1のステップと、
前記バッファ層の上部に第1の窒化物半導体薄膜を成長させる第2のステップと、
前記複数の溝のそれぞれの上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部をマスキングし、溝の形成されていない領域の上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部が露出するように、誘電体マスクパターンを前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成する第3のステップと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜をエッチングし、第1の窒化物半導体薄膜パターンを形成し、前記誘電体マスクパターンを除去する第4のステップと、
前記窒化物半導体薄膜パターンを用いて、側面成長を行って第2の窒化物半導体薄膜を形成する第5のステップとを含むことを特徴とする欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。 - 上部に複数の溝が形成された基板上部の全面にバッファ層を形成する第1のステップと、
前記バッファ層の上部に第1の窒化物半導体薄膜を成長させる第2のステップと、
前記溝のある基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部を露出させ、溝の形成されていない基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部がマスキングされるように、誘電体マスクパターンを前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成する第3のステップと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜の上部に、側面成長を行って第2の窒化物半導体薄膜を形成する第4のステップとを含むことを特徴とする欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。 - 前記複数の溝は、周期的に形成されたことを特徴とする請求項10または請求項11に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 前記複数の溝は、多角形状または円形状であることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 前記バッファ層は、前記溝内部の側壁の高さよりも小さい厚さで形成することを特徴とする請求項10または請求項11に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 前記バッファ層は、AlxGayIn1-x-yN層(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)、SiN層及びこれらが積層された積層膜のいずれかで形成されることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。
- 基板上部に複数の溝を形成するステップと、
その基板の全面にバッファ層と一次窒化物半導体薄膜とを順次形成するステップと、
前記複数の溝の上部に形成された一次窒化物半導体薄膜領域を除いて残りの一次窒化物半導体薄膜領域をエッチングするステップと、
前記二次窒化物半導体薄膜を形成するステップとを含むことを特徴とする欠陥の少ない窒化物半導体薄膜の成長方法。 - 上部に複数の溝が形成された基板と、
前記基板上部の全面に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上部に成長され、前記複数の溝の上部それぞれが突出している形状のパターンからなる第1の窒化物半導体薄膜と、
前記第1の窒化物半導体薄膜の上部で前記パターンを用いて側面成長された第2の窒化物半導体薄膜とを備えることを特徴とする欠陥の少ない窒化物半導体薄膜。 - 上部に複数の溝が形成された基板と、
前記基板上部の全面に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜と、
前記第1の窒化物半導体薄膜の上部に形成された誘電体マスクパターンと、
前記誘電体マスクパターンを介して露出された、第1の窒化物半導体薄膜の上部で側面成長された第2の窒化物半導体薄膜とを備えることを特徴とする欠陥の少ない窒化物半導体薄膜。 - 前記バッファ層は、前記溝内部の側壁の高さよりも小さい厚さで形成されていることを特徴とする請求項17または請求項18に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜。
- 前記誘電体マスクパターンは、前記溝のある基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部を露出させ、溝が形成されていない基板上部に成長された第1の窒化物半導体薄膜の上部がマスキングされる誘電体マスクパターンであることを特徴とする請求項18に記載の欠陥の少ない窒化物半導体薄膜。
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