JP2009501843A - 半極性窒化物薄膜の欠陥低減のための横方向成長方法 - Google Patents

半極性窒化物薄膜の欠陥低減のための横方向成長方法 Download PDF

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Abstract

半極性窒化物薄膜の欠陥低減に関する横方向成長方法を開示する。工程ステップは半極性窒化物の面および組成を選択するステップと、半極性窒化物の面および組成の成長に適した基板を選択するステップと、半極性窒化物が基板のある領域上では核生成し、基板の他の領域上では核生成しない選択成長工程を適用するステップとを含み、選択成長工程は横方向エピタキシャル・オーバーグロス （ＬＥＯ）法、側壁利用の横方向エピタキシャル・オーバーグロス （ＳＬＥＯ）法、カンチレバー・エピタキシー法あるいはナノマスキング法による窒化物材料の横方向成長を含むことを特徴とする。

Description

関連出願の相互参照
本出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、本発明の譲受人に譲渡された以下の同時係属の米国特許出願の利益を主張するものである。
トロイ・Ｊ．ベーカー（Ｔｒｏｙ Ｊ．Ｂａｋｅｒ）、ベンジャミン・Ａ．ハスケル（Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ）、ジェームス・Ｓ．スペック（Ｊａｍｅｓ Ｓ．Ｓｐｅｃｋ）および中村修二（Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ）による米国特許仮出願第６０／６９８，７４９号、２００５年７月１３日出願、発明の名称「半極性窒化物薄膜の欠陥低減のための横方向成長方法（ＬＡＴＥＲＡＬ ＧＲＯＷＴＨ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＤＥＦＥＣＴ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ ＮＩＴＲＩＤＥ ＦＩＬＭＳ）」, 代理人整理番号３０７９４．１４１−ＵＳ−Ｐ１（２００５−６７２−１）;
この出願は参照として本明細書中に組み込まれる。
本出願は本発明の譲受人に譲渡された以下の同時係属の出願と関連するものである。
ベンジャミン・Ａ．ハスケル、マイケル・Ｄ．クレイブン（Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄ．Ｃｒａｖｅｎ）、ポール・Ｔ．フィニ（ＰａｕｌＴ．Ｆｉｎｉ）、スティーブン・Ｐ．デンバース（ＳｔｅｖｅｎＰ．ＤｅｎＢａａｒｓ）、ジェームス・Ｓ．スペックおよび中村修二による米国実用特許出願第１０／５３７，６４４号、２００５年６月６日出願、発明の名称「ハイドライド気相成長法による転位密度の低い無極性窒化ガリウムの成長（ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＲＥＤＵＣＥＤ ＤＩＳＬＯＣＡＴＩＯＮ ＤＥＮＳＩＴＹ ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＹ ＨＹＤＲＩＤＥ ＶＡＰＯＲ ＰＨＡＳＥ ＥＰＩＴＡＸＹ）」、代理人整理番号３０７９４．９３−ＷＯ−ＵＳ（２００３−２２４）；
上記出願は米国特許法第３６５条（ｃ）に基づいて、つぎの出願の優先権を主張するものである。
ベンジャミン・Ａ．ハスケル、マイケル・Ｄ．クレイブン、ポール・Ｔ．フィニ、スティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス・Ｓ．スペックおよび中村修二による国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２１９１８、２００３年７月１５日出願、発明の名称「ハイドライド気相成長法による転位密度の低い無極性窒化ガリウムの成長（ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＲＥＤＵＣＥＤ ＤＩＳＬＯＣＡＴＩＯＮ ＤＥＮＳＩＴＹ ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＹ ＨＹＤＲＩＤＥ ＶＡＰＯＲ ＰＨＡＳＥ ＥＰＩＴＡＸＹ）」、代理人整理番号３０７９４．９３−ＷＯ−Ｕ１（２００３−２２４）。
上記出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、次の特許文献の優先権を主張するものである。
ベンジャミン・Ａ．ハスケル、マイケル・Ｄ．クレイブン、ポール・Ｔ．フィニ、スティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス・Ｓ．スペックおよび中村修二による米国特許仮出願第６０/４３３，８４３号、２００２年１２月１６日出願、発明の名称「ハイドライド気相成長法による転位密度の低い無極性窒化ガリウムの成長（ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＲＥＤＵＣＥＤ ＤＩＳＬＯＣＡＴＩＯＮ ＤＥＮＳＩＴＹ ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＹ ＨＹＤＲＩＤＥ ＶＡＰＯＲ ＰＨＡＳＥ ＥＰＩＴＡＸＹ）」、代理人整理番号３０７９４．９３−ＵＳ−Ｐ１（２００３−２２４）、
ベンジャミン・Ａ．ハスケル、ポール・Ｔ．フィニ、松田成正（ＳｈｉｇｅｍａｓａＭａｔｓｕｄａ）、マイケル・Ｄ．クレイブン、スティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス Ｓ．スペックおよび中村修二による米国実用特許出願第１０／５３７，３８５号、２００５年６月３日出願、発明の名称「ハイドライド気相成長法による平坦な無極性ａ面窒化ガリウムの成長（ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＰＬＡＮＡＲ, ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ Ａ−ＰＬＡＮＥ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＹ ＨＹＤＲＩＤＥ ＶＡＰＯＲ ＰＨＡＳＥ ＥＰＩＴＡＸＹ）」、代理人整理番号３０７９４．９４−ＷＯ−ＵＳ（２００３−２２５）；
上記出願は米国特許法第３６５条（ｃ）に基づいて、以下の特許出願の利益を主張するものである。
ベンジャミン・Ａ．ハスケル、ポール Ｔ．フィニ、松田成正、マイケル・Ｄ．クレイブン、スティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス・Ｓ．スペックおよび中村修二による国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２１９１６、２００３年７月１５日出願、発明の名称「ハイドライド気相成長法による平坦な無極性ａ面窒化ガリウムの成長（ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＰＬＡＮＡＲ，ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ Ａ−ＰＬＡＮＥ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＹ ＨＹＤＲＩＤＥ ＶＡＰＯＲ ＰＨＡＳＥ ＥＰＩＴＡＸＹ）」、代理人整理番号３０７９４．９４−ＷＯ−Ｕ１（２００３−２２５）。
上記出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、次の特許文献の優先権を主張している。
ベンジャミン・Ａ．ハスケル、ポール・Ｔ．フィニ、松田成正、マイケル・Ｄ．クレイブン、スティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス・Ｓ．スペックおよび中村修二による米国特許仮出願第６０／４３３，８４４号、２００２年１２月１６日出願、発明の名称「ハイドライド気相成長法による平坦な無極性ａ面窒化ガリウムの成長技術（ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＰＬＡＮＡＲ，ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ Ａ−ＰＬＡＮＥ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＹ ＨＹＤＲＩＤＥ ＶＡＰＯＲ ＰＨＡＳＥ ＥＰＩＴＡＸＹ）」、代理人整理番号３０７９４．９４−ＵＳ−Ｐ１（２００３−２２５）、
マイケル・Ｄ．クレイブン、ジェームス・Ｓ．スペックによる米国実用特許出願第１０／４１３，６９１、２００３年４月１５日出願、発明の名称「有機金属化学気相成長法により成長した無極性ａ面窒化ガリウム薄膜（ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ Ａ−ＰＬＡＮＥ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ ＧＲＯＷＮ ＢＹ ＭＥＴＡＬＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ）」、代理人整理番号３０７９４．１００−ＵＳ−Ｕ１（２００２−２９４）。
上記出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、次の特許文献の優先権を主張している。
マイケル・Ｄ．クレイブン、ステーシア・ケラー（Ｓｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒ）、スティーブン・Ｐ．デンバース、タル・マーガリス（Ｔａｌ Ｍａｒｇａｌｉｔｈ）、ジェームス・Ｓ．スペック、中村修二およびウメシュ・Ｋ．ミシュラ（Ｕｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ）による米国特許仮出願第６０／３７２，９０９号、２００２年４月１５日出願、発明の名称「無極性窒化ガリウム・ベースの薄膜とヘテロ構造材料（ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ ＡＮＤ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」、代理人整理番号３０７９４．９５−ＵＳ−Ｐ１（２００２−２９４／３０１／３０３）、
マイケル・Ｄ．クレイブン、ステーシア・ケラー、スティーブン・Ｐ．デンバース、タル・マーガリス、ジェームス・Ｓ．スペック、中村修二およびウメシュ Ｋ．ミシュラによる米国実用特許出願第１０／４１３，６９０号、２００３年４月１５日出願、発明の名称「無極性（Ａｌ，Ｂ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ量子井戸とヘテロ構造材料及びデバイス（ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ （Ａｌ，Ｂ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ ＱＵＡＮＴＵＭ ＷＥＬＬ ＡＮＤ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１０１−ＵＳ−Ｕ１（２００２−３０１）、
上記出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、次の特許文献の優先権を主張している。
マイケル・Ｄ．クレイブン、ステーシア・ケラー、スティーブン・Ｐ．デンバース、タル・マーガリス、ジェームス・Ｓ．スペック、中村修二およびウメシュ Ｋ．ミシュラによる米国特許仮出願第６０／３７２，９０９号、２００２年４月１５日出願、発明の名称「無極性窒化ガリウム・ベースの薄膜とヘテロ構造材料（ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ ＡＮＤ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」、代理人整理番号３０７９４．９５−ＵＳ−Ｐ１（２００２−２９４／３０１／３０３）、
マイケル・Ｄ．クレイブン、スティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス・Ｓ．スペックによる米国実用特許出願第１０／４１３，９１３号、２００３年４月１５日出願、発明の名称「無極性窒化ガリウム薄膜における転位の低減（ＤＩＳＬＯＣＡＴＩＯＮ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＩＮ ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１０２−ＵＳ−Ｕ１（２００２−３０３）。この出願は現在米国特許第６，９００，０７０号、２００５年５月３１日発効となっている。
上記出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、次の特許文献の優先権を主張している。
マイケル・Ｄ．クレイブン、ステーシア・ケラー、スティーブン・Ｐ．デンバース、タル・マーガリス、ジェームス・Ｓ．スペック、中村修二およびウメシュ Ｋ．ミシュラによる米国特許仮出願第６０／３７２，９０９号、２００２年４月１５日出願、発明の名称「無極性窒化ガリウム・ベースの薄膜とヘテロ構造材料（ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ ＡＮＤ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」、代理人整理番号３０７９４．９５−ＵＳ−Ｐ１（２００２-２９４／３０１／３０３）、
アーパン・チャクラボーティ（Ａｒｐａｎ Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ）、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、ステーシア・ケラー、ジェームス・Ｓ．スペック、スティーブン・Ｐ．デンバース、中村修二およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる米国実用特許出願第１１／１２３，８０５、２００５年５月６日出願、発明の名称「有機金属化学気相成長法による非極性窒化インジウムガリウム薄膜、ヘテロ構造およびデバイスの作製（ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＮＯＮＰＯＬＡＲ ＩＮＤＩＵＭ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ，ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳ ＢＹ ＭＥＴＡＬＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ）」、代理人整理番号３０７９４．１１７−ＵＳ−Ｕ１（２００４−４９５）。
上記出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、次の特許文献の利益を主張している。
アーパン・チャクラボーティ、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、ステーシア・ケラー、ジェームス・Ｓ．スペック、スティーブン・Ｐ．デンバース、中村修二およびウメシュ Ｋ．ミシュラによる米国特許仮出願第６０／５６９，７４９号、２００４年５月１０日出願、発明の名称「有機金属化学気相成長法による非極性ＩｎＧａＮ薄膜、ヘテロ構造およびデバイスの作製（ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＮＯＮＰＯＬＡＲ ＩｎＧａＮ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ， ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳ ＢＹ ＭＥＴＡＬＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ）」、代理人整理番号３０７９４．１１７−ＵＳ−Ｐ１（２００４−４９５）。
トロイ・Ｊ．ベーカー、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、ポール・Ｔ．フィニ、スティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス・Ｓ．スペックおよび中村修二による米国実用特許出願第１１／３７２，９１４号、２００６年３月１０日出願、発明の名称「平坦な半極性窒化ガリウムの成長技術（ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＰＬＡＮＡＲ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ）」、代理人整理番号３０７９４．１２８−ＵＳ−Ｕｌ（２００５−４７１）。
上記出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、次の特許文献の利益を主張している。
トロイ・Ｊ．ベーカー、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、ポール・Ｔ．フィニスティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス・Ｓ．スペックおよび中村修二による米国特許仮出願第６０／６６０，２８３号、２００５年３月１０日出願、発明の名称「平坦な半極性窒化ガリウムの成長技術（ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＰＬＡＮＡＲ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ）」、代理人整理番号３０７９４．１２８−ＵＳ−Ｐ１（２００５−４７１）、
ビルゲ Ｍ．イメル（Ｂｉｌｇｅ Ｍ．Ｉｍｅｒ）、ジェームス・Ｓ．スペックおよびスティーブン・Ｐ．デンバースによる米国実用特許出願第１１／４４４，０８４号、２００６年５月３１日出願、発明の名称「側壁を用いた選択横方向エピタキシャル成長（ＳＬＥＯ）を用いた無極性および半極性ＩＩＩ族窒化物の欠陥低減方法及び装置（ＤＥＦＥＣＴ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ ＡＮＤ ＳＥＭＩ−ＰＯＬＡＲ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＳ ＷＩＴＨ ＳＩＤＥＷＡＬＬ ＬＡＴＥＲＡＬ ＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＯＶＥＲＧＲＯＷＴＨ （ＳＬＥＯ））」、代理人整理番号３０７９４．１３５−ＵＳ−Ｕ１（２００４−５６５）。
上記出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、次の特許文献の利益を主張している。
ビルゲ・Ｍ．イメル、ジェームス・Ｓ．スペックおよびスティーブン・Ｐ．デンバースよる米国特許仮出願第６０／６８５，９５２号、２００５年５月３１日出願、発明の名称「単一工程の側壁を用いた選択横方向エピタキシャル成長を用いた無極性窒化ガリウムの欠陥低減方法及び装置（ＤＥＦＥＣＴ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＷＩＴＨ ＳＩＮＧＬＥ−ＳＴＥＰ ＳＩＤＥＷＡＬＬ ＬＡＴＥＲＡＬ ＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＯＶＥＲＧＲＯＷＴＨ）」、代理人整理番号３０７９４．１３５−ＵＳ−Ｐ１（２００５−５６５）；
ロバート・Ｍ．ファレル（Ｒｏｂｅｒｔ Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ）、トロイ・Ｊ．ベーカー、アーパン・チャクラボーティ、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、Ｐ．モルガン・パチソン（Ｐ．Ｍｏｒｇａｎ Ｐａｔｔｉｓｏｎ）、ラジャット・シャーマ（Ｒａｊａｔ Ｓｈａｒｍａ）、ウメシュ Ｋ．ミシュラ、スティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス・Ｓ．スペックおよび中村修二による米国実用特許出願第１１／４４４，９４６号、２００６年６月１日出願、発明の名称「半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ薄膜、ヘテロ構造およびデバイスの成長と作製のための方法及び装置（ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＦＯＲ ＴＨＥ ＧＲＯＷＴＨ ＡＮＤ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ （Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ，ＨＥＴＥＲＯＳＹＲＵＣＴＵＲＥＳ，ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳ）」代理人整理番号３０７９４．１４０−ＵＳ−Ｕ１（２００５−６６８）。
上記出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、次の特許文献の利益を主張している。
ロバート・Ｍ．ファレル、トロイ・Ｊ．ベーカー、アーパン・チャクラボーティ、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、Ｐ．モルガン・パチソン、ラジャット・シャーマ、ウメシュ・Ｋ．ミシュラ、スティーブン・Ｐ．デンバース、ジェームス・Ｓ．スペックおよび中村修二による米国特許仮出願第６０／６８６，２４４号、２００５年６月１日出願、発明の名称「半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ薄膜、ヘテロ構造およびデバイスの成長と作製のための方法及び装置（ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＦＯＲ ＴＨＥ ＧＲＯＷＴＨ ＡＮＤ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ，ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ，ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥＳ）」代理人整理番号３０７９４．１４０−ＵＳ−Ｐ１（２００５−６６８）、
マイケル・イザ（Ｍｉｃｈａｅｌ Ｉｚａ）、トロイ・Ｊ．ベーカー、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、スティーブン Ｐ．デンバースおよび中村修二による米国特許仮出願第６０／７１５，４９１号、２００５年９月９日出願、発明の名称「有機金属化学気相成長法による半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎの成長促進法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＥＮＨＡＮＣＩＮＧ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ ＶＩＡ ＭＥＴＡＬＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ）」、代理人整理番号３０７９４．１４４−ＵＳ−Ｐ１（２００５−７２２）、
サトー・ヒトシ（Ｈｉｔｏｓｈｉ Ｓａｔｏ）、ジョン・Ｆ．ケディング（Ｊｏｈｎ Ｆ．Ｋａｅｄｉｎｇ）、マイケル・イザ、トロイ・Ｊ．ベーカー、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、スティーブン Ｐ．デンバースおよび中村修二による米国特許仮出願第６０／７６０，６２８号、２００６年１月２０日出願、発明の名称「有機金属化学気相成長法による半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎの成長促進法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＥＮＨＡＮＣＩＮＧ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ ＶＩＡ ＭＥＴＡＬＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ）」、代理人整理番号３０７９４．１５９−ＵＳ−Ｐ１（２００６−１７８）、
ジョン Ｆ．ケディング、サトー・ヒトシ、マイケル・イザ、アサミズ・ヒロクニ（Ｈｉｒｏｋｕｎｉ Ａｓａｍｉｚｕ）、ホン・ゾーン（Ｈｏｎｇ Ｚｈｏｎｇ）、スティーブン・Ｐ．デンバースおよび中村修二による米国特許仮出願第 ６０／７７２，１８４号、２００６年２月１０日出願、発明の名称「半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎの導電性制御の方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ）」、代理人整理番号３０７９４．１６６−ＵＳ−Ｐ１（２００６−２８５）および
ホン・ゾーン、ジョン・Ｆ．ケディング、ラジャット・シャーマ、ジェームス・Ｓ．スペック、スティーブン・Ｐ．デンバースおよび中村修二による米国特許仮出願第６０／７７４，４６７号、２００６年２月１７日出願、発明の名称「半極性（Ａｌ，ｌｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ光電子デバイスの成長方法（ＭＥＴＨＯＤＦＯＲ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，ｌｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＤＥＶＩＣＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１７３−ＵＳ−Ｐ１（２００６−４２２）；
以上全ての出願は参照として本明細書中に組み込まれている。
１．技術分野
本発明は半導体材料、方法、およびデバイスに関係し、より具体的には半極性窒化物薄膜の欠陥低減のための横方向成長方法に関するものである。
２．関連技術の説明
窒化ガリウム（ＧａＮ）、および（（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎまたは窒化物とよばれる）インジウム（Ｉｎ）とアルミニウム（Ａｌ）を含むその合金は、現在、可視光および紫外光の光電子デバイスおよび高出力電子デバイスを製造するために用いられている。窒化物薄膜は有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、およびハイドライド気相エピタキシャル成長法（ＨＶＰＥ）のような技術を用いてヘテロエピタキシャルに成長される。窒化物の発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザ・ダイオード（ＬＤ）は現在市販されている。
窒化物の最も安定な構造は六方晶ウルツ鉱型構造である。ウルツ鉱型では、単位胞の選択の仕方によって、単一のｃ軸と２つまたは３つのａ軸が存在する。この相はｃ−方向にカチオン面とアニオン面が交互に積層した構造からなっている。面は六角形の対称性を持ち、ｃ軸に沿ってＡａＢｂの積み上げ順序を持っている。ここで大文字はアニオンを、小文字はカチオンを表し、文字はｃ−方向に沿っての積み上げの順序を表している。ｃ軸に直交する面内で見たＡａＢｂ、すなわち Ａ（１１） ａ（１２）Ｂ（１３）ｂ（１４）の堆積順序は図１に示されている。
現状技術のＩＩＩ族窒化物デバイスはｃ−面の方位に成長される。しかしながら、ウルツ鉱型構造の対称性の影響で、ｃ−面に垂直な（すなわちｃ−方向に沿って）正味の分極ベクトルが存在する。この分極は、バンドの曲がりを生じ、量子井戸においては量子閉じ込めシュタルク効果として知られる効果をもたらすので、光電子デバイスの特性にとって致命的である。これによる最も重要な結果は、発光再結合効率の低下、発光波長のレッド・シフト、および駆動電流の増加とともに生じる発光のブルー・シフトである。再結合効率の低下は電子と正孔の波動関数が空間的に分離することによって生じる。発光波長のレッド・シフトはバンドの曲がりによるものであり、駆動電流の増加による発光のブルー・シフトは印加電界が内蔵分極電界に打ち勝つ結果である。
全分極は自発分極と圧電分極の和である。自発分極は結晶の固有特性であり、窒化物合金の組成にのみ依存する。圧電分極は格子が受ける歪の結果生じる。ＧａＮ上のＩｎＧａＮ量子井戸（ＱＷ）のようなヘテロ構造においては、窒化物ヘテロ構造における異なる組成の層はお互いに異なる格子定数を持つので、通常は歪が存在する。圧電分極は歪が増加するとともに増加し、それゆえＩｎＧａＮ／ＧａＮのＱＷではＩｎの組成が増大するとともに分極は増大する。この効果のために緑色ＬＥＤの作製は非常に困難であり、緑色ＬＤの作製は現状のｃ−面方位の窒化物では実質的に不可能である。
窒化物はいくつかの理由によってバルク結晶の成長には適さない。第１に、ＧａＮは耐熱性材料であり、高い温度で合成しなければならない。第２に、高い温度でＧａＮの分解を防止するために窒素の非常に高い加圧が必要である。第３に、Ｎ２分子の結合力が強いために、結晶中への窒素の取り込みを複雑にしている。バルクＧａＮ結晶が広く入手できるわけではないので、現状のデバイスは異種基板上にヘテロエピタキシャルに成長される。ヘテロエピタキシャル成長の性質として、かなりの欠陥密度が生じる。欠陥の最も顕著なものは貫通転位の形態である。欠陥は非発光の再結合センタとして働くので、研究者たちは欠陥密度の低減に常に挑戦している。他の半導体材料系と同様に、ｃ−面窒化物成長では、貫通転位欠陥は主に主成長方向に沿って伝播する。それゆえに、有極性および無極性窒化物を横方向に成長することは欠陥密度が低減する傾向になる。しかしながら、半極性薄膜における欠陥の伝播はなお不明であり、更なる研究開発の努力が重要である。
本発明は半極性窒化物薄膜の欠陥低減方法を提供し、その方法は、半極性窒化物中の欠陥密度を低減するために、マスクあるいは空隙上に半極性窒化物の横方向成長を行うステップを備えるものである。横方向成長は横方向エピタキシャル・オーバーグロス（ＬＥＯ）法、側壁利用の横方向エピタキシャル・オーバーグロス（ＳＬＥＯ）法、カンチレバー・エピタキシー法あるいはナノマスキング法を含む。
横方向成長を行うステップは、（ａ）半極性窒化物の面および組成を選択するステップと、（ｂ）半極性窒化物の面および組成の成長に適した基板を選択するステップと、（ｃ）半極性窒化物が基板あるいはテンプレートの或る領域上では核生成し、基板或はテンプレートの他の領域上では核生成しない選択成長工程であって、窒化物材料の横方向成長を含むことを特徴とする選択成長工程を適用するステップとを備えている。
前記適用するステップは選択成長工程中に窒化物材料が付着しないようなマスク材料を塗布するステップを備える。その代わりに、窒化物材料は基板あるいはテンプレートに付着する。
前記適用するステップは、窒化物材料のための核生成サイトとして働く隆起した領域を区画するステップを含んでいる。
窒化物材料の横方向成長は窒化物材料の隣接する島やストライプが合併または会合するまで進行するか、窒化物材料の横方向成長は結果として会合しない横方向成長窒化物材料となる。
最後に、横方向成長を多数回行ってもよい。
この方法を用いてデバイスを作製するのが好ましい。これに関する最終結果が、欠陥密度に比べて欠陥密度が低減した半極性窒化物薄膜であり、本発明を用いることなしに容易に達成される。欠陥密度が低減した薄膜を引き続く半極性窒化物デバイスの成長のためのベース層として用いることにより、前記の欠陥低減技術を用いることなしに実現されるデバイスに比べてより良好な特性をもつデバイスを生み出せる。
以下、図面を参照し、対応する部分には一貫して同じ参照番号を付与する。
以下の好ましい実施形態の説明では、添付の図面を参照する。添付の図面は、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる特定の実施例を例示するために示す。本発明の範囲を逸脱することなく、その他の実施形態を利用してもよく、構造上の変化を施してもよいことは明らかである。
概要
横方向成長はＧａＮのような窒化物を含む半導体薄膜における欠陥密度を低減するための実行可能な技術として示されている。本発明者らは最近、半極性面と呼ばれる、分極ベクトルを０度以上で９０度以下の角度で切断する新しい方位のＧａＮの成長を実証した。本発明は半極性窒化物という発展途上の分野において横方向成長による欠陥低減のための新しい方法を記述している。横方向成長はＬＥＯ、ＳＬＥＯ、カンチレバー・エピタキシーおよびナノマスキングのような成長技術を用いることによって、半極性窒化物薄膜内の欠陥密度を低減するために用いることができる。
技術的に関する説明
最近の研究は半極性方位に成長したＧａＮの開発を先導している。半極性とは面を記述する慣用の記号（ｈｋｌ）におけるミラー指数のｈまたはｋが０ではなく、かつｌも０ではない値を持つ面を総称する。通常の窒化物は有極性の｛０００１｝上に成長される。例えば前に指定した相互参照の特許出願（具体的には、米国実用特許出願第１０／５３７，６４４号および第１０／５３７，３８５号）において以前に開示されたように、２つの無極性方位｛１０−１０｝および｛１１−２０｝上でも研究が行われてきた。
ごく最近まで平坦な半極性ＧａＮ薄膜を成長する手段は存在しなかったが、半極性面の成長にもかなりの関心が寄せられてきている。しかしながら、前に指定した相互参照の特許出願において以前に開示したように、本発明者らは３つの半極性方位、すなわち｛１０−１−１｝、｛１０−１−３｝および｛１１−２−２｝に関して先駆的な研究を行った。図２は半極性面（２０）の１例であり、アニオン（２１）とカチオン（２２）がｃ方向に沿って積み上げられた面に位置していることを示している。
半極性方位に関し、主に分極が低減されることに関心が寄せられている。理論研究の示すところによれば、ある半極性表面に垂直な正味の分極はその特定の面の特定の歪状態に対して０になる。更に、（ＩｎあるいはＡｌのＧａＮ中への取り込みのような）合金の取り込み、（Ｍｇ，Ｓｉなどの）ドーパントの取り込み、およびドーパントの効率（良好なｐ型）のような成長品質やデバイス特性に直接関係する他の特性で成長方位によって変化するものがある。分極やその他の特性がこのように変化するため、それぞれの半極性面は独特の性質を示す。
半極性窒化物の更なる開発のためには、薄膜の構造的および電気的な品質を改良するために実行可能な欠陥低減技術を開発しなければならない。成長したままの平坦な半極性ＧａＮ薄膜は２×１０９ｃｍ−２の密度の貫通転位と２×１０５ｃｍ−１の密度の基底面積層欠陥を含むことが示されている。これらの転位および積層欠陥は光電子および電子デバイスの特性にとって致命的である。有極性および無極性窒化物に対する欠陥低減技術のうち、もっとも良く知られているものは横方向成長に基づくものであった。横方向成長として４つの技術が用いられている。それらはＬＥＯ法、ＳＬＥＯ法、カンチレバー・エピタキシー法およびナノマスキング法を含むが、これらに限定されない。
本発明がなされる前は、これらの方法のいずれもが半極性窒化物薄膜における欠陥低減を示唆するものではなかった。しかしながら、本発明は半極性窒化物薄膜における横方向成長およびそれに関連する欠陥低減を達成するために必要な方法を記述している。半極性窒化物における欠陥を低減するための横方向成長のために用いられるいかなる技術も本発明に含まれることを強調しておかねばならない。
これらすべての横方向成長技術のいくつかの側面は共通になっている。第１に、成長が核生成するときにある種の選択性がある。これは選択成長工程中に窒化物材料が付着しないようなマスク材料を塗布することによって、あるいは窒化物材料に対して核生成サイトとして働くような隆起した領域を区画することによって達成される。同様に、窒化物材料が通常は基板あるいはテンプレートのどちらかに付着する領域がなければならない。第２に、成長領域はマスクあるいは空隙上を横方向に成長しなければならない。大抵の例では、窒化物材料の横方向成長が、窒化物材料の隣接する島あるいはストライプが合併または会合するまで進行することが望ましい。しかしながら、ある種の応用においては、未会合の横方向成長窒化物材料でもうまく働くことが望ましい。
横方向成長工程では、共通してサファイヤまたはスピネルのような異種基板ではなくＧａＮテンプレートから始める。横方向成長の側面は理想のパラメータ空間を狭くし、変位させるため、しばしば成長が複雑になる。この複雑さはホモエピタキシャルテンプレート材料を用いて開始することによって多少は緩和されるが、そのようにすることは本発明の実施には必要ではない。
図３−６はＬＥＯ法（図３）、ＳＬＥＯ法（図４）、カンチレバー・エピタキシー法（図５）およびナノマスキング法（図６）を用いた半極性窒化物薄膜における欠陥密度を低減するための、マスクあるいは空隙上での横方向成長を示している。これらの実施例のすべてにおいて、横方向成長はテンプレートのない裸の基板上で行われてもよい。
図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は成長直前（図３（ａ））、成長中（図３（ｂ））、および会合後（図３（ｃ））のＬＥＯ法の基板を示す。ＬＥＯ技術においては、基板（３１）上のテンプレート（３０）はＳｉＯ２または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）のようなマスク材料でまず被覆される。通常のフォトリソ工程をマスク（３２）に適用して、開いた 「窓」すなわち 空隙領域（３３）と被覆可能な「翼」領域（３４）を描く。パターン化されたテンプレート（３０）あるいは基板（３１）は、次に横方向成長工程のために用いられて、低欠陥翼領域（３６）を持つ再成長窒化物材料（３５）が形成される。再成長窒化物材料はマスク（３２）および空隙（３３）上に成長し、会合して連続的な表面を形成しても良いし、形成しなくても良い。マスク材料（３２）は成長中に窒化物材料（３５）が付着しないような材料である。
図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は成長直前（図４（ａ））、成長中（図４（ｂ））、および会合後（図４（ｃ））のＳＬＥＯ法の基板を示す。ＳＬＥＯはＬＥＯ工程を更に一段階進めたものである。マスク（４１）中の窓（４０）をエッチングによって開けた後に、テンプレート（４２）自身をエッチングしてリッジ（ridge）構造（４３）を形成する。リッジの上表面の上のマスク（４１）はそのまま残される。再成長工程中は、再成長窒化物材料（４４）は露出した窒化物側壁（４５）から横方向に進行して、そこでマスクされた領域（４６）の近傍では垂直に成長して表面（４７）に垂直に伝播する。そこでマスク領域（４６）の上を横方向に成長し、会合が起こって低欠陥の連続的な表面（４８）を形成するまで続く。完成した全表面が横方向成長工程の結果であり、平均的な欠陥密度がより低くなるため、この工程はＬＥＯに比べて可能性として有利である。マスク材料（４１）は成長中に窒化物材料（４４）が付着しないような材料である。代替法として、この工程は裸基板（４９）上で直接行ってもよい。
図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は成長直前（図５（ａ））、成長中（図５（ｂ））および会合後（図５（ｃ））のカンチレバー法の基板を示す。カンチレバー・エピタキシーはＳＬＥＯ工程を更に一段階進めたものである。テンプレート（５０）をエッチングしてリッジ（５１）を形成した後、上面（５２）からマスク材料を除去する。側壁（５３）はマスク材料で被覆しても良い。このように成長工程はＬＥＯと同様であるが、マスクが逆さまになっている点だけが異なる。窒化物材料（５４）の成長は畝上面（５２）で始まり、リッジ（５１）間の空隙（５６）上を横方向に成長して、少なくとも１つの低欠陥翼領域（５７）を形成する。リッジ（５１）は窒化物材料（５４）に対する核生成サイトとして働く隆起した領域を区画している。代替法として、この工程は裸基板（５８）上で直接行ってもよい。
図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は成長直前（図６（ａ））、成長中（図６（ｂ））、および会合後（図６（ｃ））のナノマスキング法の基板を示す。ナノマスキングはＬＥＯに非常に似ているが、この工程にはフォトリソ工程が不必要である。この場合は、薄い多孔質のマスク層（６０）が基板（６１）あるいはテンプレート（６２）上に塗布される。マスク（６０）中の孔（６３）がＬＥＯ工程における「窓」を構成する。このマスク（６０）は、ｃ−面ＧａＮテンプレート上にＴｉを成膜するように、別の装置内で形成してもよい。代替法としては、しばしばＳｉＮｘナノマスキング法で行われているように、マスクをその場で成膜することであり、窒化物薄膜成長（６３）が行われるのと同一の成長システム内で基板（６１）あるいはテンプレート（６２）上に窒化シリコンの薄膜が成膜される。ナノマスキング工程では、マスク（６０）が完全には会合しない程度にマスク（６０）がテンプレート（６２）上に塗布される。このようにして自然の窓がマスク（６０）内に存在することになる。この場合、通常はランダムに分布している。これは通常のＬＥＯ設計における、正確に位置決めされた窓ストライプとは対比すべきである。窒化物材料（６３）がマスク（６０）および孔（６３）の上に成長し、会合して連続した表面（６４）になってもよいし、会合しなくてもよい。
工程ステップ
本発明はいろいろな形態で実現することができるが、すべての形態はいくつかの重要なステップまたは要素を含んでいる。
１．半極性窒化物の面および組成を選択するステップ。
２．半極性窒化物の面および組成の成長のために適当な基板を選択するステップ。
３．基板上の或る領域では半極性窒化物が核生成し、基板上の他の領域では核生成しない選択成長工程であって、窒化物材料の横方向成長を含んでいることを特徴とする選択成長工程を適用するステップ。
図７は、半極性窒化物薄膜における欠陥密度をする低減ために、マスクあるいは空隙上に横方向成長を行うステップを備えた半極性窒化物の欠陥低減の方法を示す。
ブロック７１は半極性窒化物の面および組成を選択するステップを表している。半極性窒化物の面の選択は面の相の安定性、有極性ｃ軸に対する面の傾き角、成長表面の所望の終端原子（極性）、および成長すべきヘテロ構造層の組成を含むいくつかの要素によって決められる。ｈ、ｋ、またはｉの中の１つ以上とｌ指数が０ではないミラー・ブラベー指数｛ｈｋｉｌ｝の組によって記述される面はすべて半極性面を構成し、本開示が対象とする範囲である。例えば、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ結晶における主要な低指数半極性面は｛１０−１１｝、｛１０−１２｝、｛１０−１３｝、｛１０−１４｝、｛２０−２１｝および｛１１−２２｝面である。対称等価な面のファミリーは、中括弧｛｝を用いて示されている。それゆえに、｛１０−１２｝ファミリーは（１０−１２）、（−１０１２）、（１−１０２）、（−１１０２）、（０１−１２）、および（０−１１２）面を含んでいる。これらの面は全てＩＩＩ族原子で終端されている。すなわち、結晶のｃ軸が基板から外側に向いている。面のこれらのファミリーはまた同じ指数を持つ窒素終端面をも含んでいる。換言すれば、｛１０−１２｝ファミリーはまた（１０−１−２）、（−１０１−２）、（１−１０−２）、（−１１０−２）、（０１−１−２）、および（０−１１−２）面をも含んでいる。これらの成長方位のそれぞれに対して結晶のｃ軸は基板の内側へと向いている。単一の結晶学的ファミリーの中のこれらの面の全ては本発明の目的に対しては等価である。ただし、極性の選択は横方向成長工程の挙動に影響を与える。本発明の技術範囲を逸脱することなしに、他の独特な高指数面を選択することもできる。
ブロック７２は半極性窒化物の面の選択と基板表面の化学的性質によって決定される、適当な基板を選択するステップを示している。たとえば、（１０−１−１）ＧａＮは標準的な成長条件で（１００） ＭｇＡｌ２Ｏ４ スピネル基板上に成長することが示されている。有極性のＧａ面を持つ（１０−１２）ＧａＮを成長したい場合は、Ｓｉ終端の（１０−１６）６Ｈ−ＳｉＣが適当な基板となる。サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、および炭化珪素（ＳｉＣ）のいろいろな方位を含む多くの基板材料が本発明と適合する。基板が窒化物薄膜の半極性方位における成長を誘導するものである限り、基板の選択の結果は本発明の実施を基本的に変更するものではない。選択肢として、基板は横方向に成長すべき窒化物組成と同様の（たとえば、ホモエピタキシャル）、あるいは異なる組成をもつ窒化物テンプレート層で被覆してもよい。例えば、適当な基板は、例えば（１１０）ＭｇＡｌ２Ｏ４ スピネル基板上に、例えばＨＶＰＥによって成長した（１０−１３）ＧａＮのテンプレートを含んで構成されていてもよい。
ブロック７３は半極性窒化物が基板またはテンプレートのある領域では核生成し、基板またはテンプレートの他の領域では核生成しない選択成長工程であって、窒化物材料の横方向成長を含んでいることを特徴とする選択成長工程を適用するステップを表している。横方向成長技術の選択または選定は、主にウェーハ工程のステップ、合金の組成、除去すべき欠陥、あるいは窒化物薄膜の特性よって決められる。例えば、ナノマスキング技術は必要な工程ステップの手間が最もかからないが、転位の発生は阻止するものの、オーバーグロスした材料内に積層欠陥が残留する。ナノマスキング技術はまた、アルミニウムを含む窒化物の成長にはそれほど有効ではない。カンチレバー・エピタキシー技術は、核生成に関して化学的な選択性よりも空間的な選択性に依存する要因が大きいので、アルミニウムを含む窒化物の成長にとっては好ましい。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）はＬＥＯ、ＳＬＥＯおよびナノマスキング技術に用いられる大抵のマスク材料上に堆積または付着するので、成長工程中に化学的に異なるマスクがないことは半極性ＡＩＮの欠陥低減にとって有利である。それぞれの横方向成長技術は、成長される窒化物組成に依存してそれぞれの作用を示すが、それらは欠陥低減をもたらす選択的横方向成長を含むという基本的流れを共有している。
ブロック７３に示された適用するステップは、成長中に窒化物材料が付着しないマスク材料を塗布するステップを更に備えてもよい。マスク材料は＜０００１＞ あるいは ＜ｌｌ−２０＞のストライプ方向を持つ。このステップはＲＩＥを用いてＧａＮ内に少なくとも１つのリッジをエッチングで作製するステップを更に備えてもよい。リッジの深さは１０ｎｍから１００μｍの範囲である。このステップは核生成サイトとして働く隆起した領域を区画するステップを備えてもよい。
このステップでは、窒化物材料は基板またはテンプレートに付着してもよい。窒化物材料の横方向成長は窒化物材料の隣接する島またはストライプが合併または会合するまで進行する。窒化物材料の横方向成長は会合しない横方向成長した窒化物材料として終わってもよい。成長方法としてはいかなるエピタキシャル成長方法を用いてもよい。例えば、テンプレートの成長および横方向成長の両方ともＨＶＰＥ法によって行ってもよいし、横方向成長だけＨＶＰＥ法によって行ってもよい。
このステップの結果として、半極性窒化物の欠陥密度は窓領域に比べて翼領域において低減し、正味の欠陥密度全体が減少する。横方向成長薄膜は、貫通転位が２×１０９ｃｍ−２以下で基底面積層欠陥が２×１０５ｃｍ−１以下であるという、デバイスを成長するために用いるのに十分な品質を持っている。
ブロック７４は転位密度をさらに減少させるために、多数回の横方向成長を行うステップを表す。例えば、多数回の横方向成長は第１の翼領域上に第２の窓領域を設置する二重ＬＥＯ法を含んでいる。
ステップは所望によって除去したり追加したりしてもよい。この方法を用いてデバイスが作製される。
好ましい実施形態には多くの関連した変形が存在し得る。例示する目的だけのために、本発明のいくつかの可能な形態だけを例として記述し、変形については変更についてのセクションで説明する。
まず、（１１０）ＭｇＡｌ２Ｏ４スピネル基板上にＨＶＰＥ法で｛１０−１３｝ＧａＮを１５μｍの厚さに成長する。これはテンプレートとして働き、再成長ステップのときの核生成問題を緩和する。次に、プラズマ増強化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）を用いてテンプレートを１，０００から２，０００ÅのＳｉＯ２で被覆する。次に、ＳｉＯ２を４２１０フォトレジストでスピンコートして、ソフトベークする。フォトリソ技術によってフォトレジストを露光して適当なマスクパターンを作製する。適当なマスクパターンの１例は５μｍの開口部を持つ平行ストライプである。ストライプの方向は例えば＜０００１＞ あるいは＜１１−２０＞である。露光したフォトレジストをハードベークしてＡＺ４００Ｋで現像してフォトレジスト内に窓を開けて、ＳｉＯ２を露出させる。ＳｉＯ２をＨＦ溶液中でエッチングして窓を開けてＧａＮテンプレートを露出させる。アセトンとイソプロパノールでフォトレジストを除去する。最後に、ＨＶＰＥ法でパター化された基板上に更に１５μｍを再成長することにより、会合した欠陥密度の低減した半極性ＧａＮ薄膜を実現する。
この点で、テンプレートの欠陥密度は窓領域に比べて翼領域において低減し、正味の欠陥密度全体が減少する。成長パラメータが適切に選択されると、横方向成長薄膜はデバイスの成長に用いるのに十分な品質になる。このテンプレートはＭＯＣＶＤまたはＭＢＥ技術によってＬＥＤあるいはＬＤを成長するために用いることができる。
本発明者らが、第１のテンプレートステップを除いて、前記の例を実験的に示したということは注目すべきことである。初期的な段階で、この半極性方位上で横方向成長と会合が実際に起こることが観察された。これが全ての半極性窒化物の中での最初の横方向成長であると考えられる。
第２の例はＭＯＣＶＤ技術によるＳＬＥＯ法であり、工程は前の例とまったく同様に始まる。第１に、（１１０）スピネル基板上にＨＶＰＥ法を用いて｛１０−１３｝ＧａＮを１５μｍの厚さで成長する。次にＰＥＣＶＤ技術を用いてＧａＮを〜３μｍのＳｉＯ２で被覆する。次に、ＳｉＯ２を４２１０フォトレジストでスピンコートしてソフトベークを行う。フォトリソ技術を用いてフォトレジストを露光して適当なマスクパターンを作製する。露光したフォトレジストをハードベークして、ＡＺ４００Ｋで現像してフォトレジスト内に窓を開けてＳｉＯ２を露出させる。ＳｉＯ２をＨＦ溶液中でエッチングして窓を開け、ＧａＮテンプレートを露出させる。ＬＥＯの場合と異なって、次のステップはＲＩＥを用いてＧａＮ内に少なくとも１つのリッジをエッチングして作製することである。リッジの深さは高さが１０ｎｍから１００μｍの範囲である。アセトンとイソプロパノールとを用いてをフォトレジスト除去して、最後にパターン化された基板上にＭＯＣＶＤ技術を用いてマスク材料を成長膜で覆うのに十分な時間をかけて再成長をする。
可能な変更と変形
本発明の利点は、窒化物系における半極性面のいずれかの上に用いる、いかなる横方向成長技術にも直接関係する。その利益を受けるためには、この考え方のどの順列で作ってもよい。例えばＨＶＰＥ技術またはＭＯＣＶＤ技術によって｛１０−１１｝ＡｌＮの片持ち梁エピタキシー法を行うことができる。ＭＯＣＶＤ技術によって｛１０−１３｝ＩｎＧａＮのＬＥＯ法を行うこともできる。ｉｎ ｓｉｔｕのナノマスキング技術を用いてＨＶＰＥ技術で｛１０−２２｝ ＧａＮを成長することもできる。横方向成長工程では窒化物テンプレートを用いても用いなくてもよい。
基板と方位の組み合わせにおいて更なる発展があれば、他の半極性方位も成長できる。これらの方位はまた分極を低減し、合金組成／ドーパントの取り込み及びｐ型ドーパントの良好なる効率のような半極性窒化物の独特な特性をもたらすと考えられる。好ましい実施形態において、多くの可能な薄膜方位が記述された。しかしながら、上記の面は本発明の応用の範囲をこれらの面だけに限定するものではない。本発明はいかなる半極性窒化物薄膜方位とも適合する。
他の変形は多数回横方向成長ステップを転位密度の更なる低減のために用いることである。例えば、二重ＬＥＯ法を行い、第１のＬＥＯの翼領域の上に第２の窓領域を配置することができる。本発明は多数回の横方向成長を行うことと適合する。
利点と改良点
窒化物を含む半導体の横方向成長の利点は欠陥密度、特に貫通転位の密度を低減する目的で十分に確立されてきた。横方向成長技術はＧａＮの有極性および無極性方位に適用されてきた。本発明は窒化物の半極性方位における欠陥を低減するために横方向成長を適用する方法を実証した。本発明がなされる前は、半極性窒化物薄膜における欠陥密度を低減するための手段は存在しなかった。
有極性および無極性窒化物に関する横方向成長と比べて半極性窒化物に関する横方向成長の主な違いは、半極性に関しては表面に対して欠陥が傾いているが、他の方位では欠陥が表面に垂直に伝播することである。
参考文献
以下の文献は参照として本明細書中に組み込まれる。
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結論
これで本発明の好ましい実施形態の説明を終える。本発明の一つ以上の実施形態に関する上記の記述は、例示と記載のために示された。開示の形態そのものによって本発明を包括または限定することを意図するものではない。多くの変更と変形が上記の教示に照らして可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に添付の請求項によって限定されるものである。
［１１−２０］ 方向に示されたＧａＮのＡａＢｂの堆積を示す。 半極性面の１つである［１０−１３］面を示す。 成長直前（図３（ａ））、成長中（図３（ｂ））、および会合後（図３（ｃ））のＬＥＯ基板を示す。 成長直前（図４（ａ））、成長中（図４（ｂ））、および会合後（図４（ｃ））のＳＬＥＯ基板を示す。 成長直前（図５（ａ））、成長中（図５（ｂ））、および会合後（図５（ｃ））のカンチレバー基板を示す。 成長直前（図６（ａ））、成長中（図６（ｂ））、および会合後（図６（ｃ））のナノマスキング基板を示す。 半極性窒化物薄膜中の欠陥密度を低減するための横方向成長を行うステップを備える半極性窒化物の欠陥低減の方法を示す。

Claims (13)

  1. 半極性窒化物における欠陥密度を低減するために、マスクまたは空隙上に前記半極性窒化物の横方向成長を行うステップを備えた、半極性窒化物薄膜に対する欠陥低減の方法。
  2. 前記横方向成長が横方向エピタキシャル・オーバーグロス（ＬＥＯ）法であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記横方向成長が側壁利用の横方向エピタキシャル・オーバーグロス（ＳＬＥＯ）法であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 前記横方向成長がカンチレバー・エピタキシー法であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. 前記横方向成長がナノマスキング法であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  6. 前記横方向成長を行うステップは、
    半極性窒化物の面および組成を選択するステップと、
    前記半極性窒化物の面および組成を成長するために適当な基板を選択するステップと、
    前記マスクまたは空隙の存在ために前記半極性窒化物が前記基板またはテンプレート上のある領域では核生成し、前記基板またはテンプレート上の他の領域では核生成しない選択成長工程であって、窒化物材料の横方向成長を含むことを特徴とする選択成長工程を適用するステップと、
    を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  7. 前記適用するステップは、前記選択成長工程中に前記窒化物材料が付着しないようなマスク材料を塗布するステップを備えることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  8. 前記窒化物材料が前記基板またはテンプレートに付着することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  9. 前記適用するステップは、前記窒化物材料のための核生成サイトとして働く隆起した領域を区画するステップを備えることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  10. 前記窒化物材料の横方向成長は、前記窒化物材料の隣接する島やストライプが合併または会合するまで進行することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  11. 前記窒化物材料の横方向成長は結果として会合しない横方向成長窒化物材料となることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  12. 前記横方向成長を多数回行うステップを更に備えることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  13. 請求項１の方法を用いて作製されるデバイス。
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