JP2010030896A - 高品質化合物半導体材料を製造するためのナノ構造適応層及びhvpeを使用する成長法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】HVPEを利用し、ナノ構造層を使用して高品質の平坦かつ厚い化合物半導体(15)を異種基板(10)上に成長させる。半導体材料のナノ構造(12)は、分子線エピタキシャル成長(MBE)、化学気相成長(CVD)、有機金属化学気相成長(MOCVD)又はハイドライド気相エピタキシャル成長(HVPE)によって基板(10)上に成長させることができる。化合物半導体の厚膜(15)又はウェハは、HVPEを使用したエピタキシャル横方向成長によってナノ構造(12)上に成長させることができる。
【選択図】図4
Description
overgrowth(FIELO)及びPendeo(ラテン語で吊すを意味する))は、屈曲及び材料における貫通転位を抑制するために最も広く採用されている方法である。最初に成長させたGaN膜上に、ストライプ状横方向成長酸化物(又は金属)を成膜すると、転位密度を約2桁減少させる(107cm−2レベル)ことができる。しかし、欠陥密度の低い材料は合体部に位置する翼領域のみで生じ、ウェハの全表面積の約5分の1のみである。成長領域には合体部の大きな傾斜と引張応力が存在する。
有望な技術の1つである。
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(a)エピタキシャル成長開始表面を提供するために、化合物半導体ナノ構造を有する基板材料を用意し、
(b)エピタキシャル横方向成長によって化合物半導体材料を前記ナノ構造上に成長させ、
(c)前記基板から成長させた前記化合物半導体材料を分離することを含む方法が提供される。
ができる。あるいは、成長させた化合物半導体材料は、機械的に分離するか、ウエットエッチング又は電気化学エッチングあるいはレーザーアブレーションによって基板から分離することもできる。レーザーアブレーションを使用する場合には、レーザー光を構造の側面から基板と半導体材料の界面又は基板全体に向けることができる。
金属原料(供給源)の代わりに、III族元素を輸送するためにClを使用する。この方法により、MOCVD又はMBE法(≦2μm/時間)と比較して高い成長速度(最大120μm/時間)を達成できるという利点がある。非平衡であって壁温の低い反応器を使用するMOCVDとは対照的に、HVPEは壁が高温の反応器を採用する可逆的な平衡に基づく方法である。典型的な成長過程は以下の通りである。サファイア、炭化ケイ素、酸化亜鉛又はその他の使用可能な基板を成長室の成膜ゾーンに挿入し、加熱する。成長温度に達すると、NH3流の導入を開始する。NH3濃度が定常値に達するまで時間を置いた後、HCl流の導入を開始して、Gaゾーン内においてHClガスを800〜900℃で液体金属Gaと反応させることによって、2HCl(気体)+2Ga(液体)→2GaCl(気体)+H2(気体)で表されるように合成される塩化ガリウム(GaCl)の輸送を行う。別の合成法では、Ga金属を塩素ガスと約125℃で反応させる。次に、ガス状のGaClをGaゾーンから成膜ゾーンに輸送し、900〜1200℃でNH3と反応させ、GaCl(気体)+NH3(気体)→GaN(固体)+HCl(気体)+H2(気体)で表される反応によってGaNを生成する。この方法によって成膜されるGaN層の膜厚は、通常は最大で800μmである。HVPB成長法の別の主な利点は、混合転位(mixed dislocation)が互いになくなることによって厚いGaNにおける欠陥密度が減少することである。これらの特性により、HVPEは低コストで独立したGaN及びその他に関連するIII−V窒化物基板を製造するための理想的な方法となる。
ことができる。
の場合、厚いGaNのためのエピタキシャル横方向成長の前に、ナノカラム上で薄いp型GaN層を成長させる。適当な電解質及びバイアス電圧を使用することにより、p型GaNを選択的にエッチングし、n型GaNを残すことができる。
とした。流量約2380sccmのN2流と流量約60sccmのH2流とを、ガス入口間で分割した。総流量を約3500sccmに安定させ、10分間の成長処理にわたって維持した。GaNナノカラムHVPE成長処理は約3時間行った。この方法により、約60〜120nmの直径と約380nmの高さを有するGaNナノカラムが成長した。図2は、窒化層11と、約80〜120nmの直径と約350〜380nmの高さを有するHVPE成長ナノカラム12を示している。ナノカラムの先端には傾斜面13が観察された。
の温度を約850〜900℃に上昇させた。NH3の流量を約1000sccmに調節し、TMAlの流量を約15sccmに調節した。TMAlを2〜6秒間パルス状に導入し、2〜6秒間後にNH3を2〜6秒間導入して高密度AlNアイランド成長を行った。通常、AlNは約10〜30分間で成長する。この方法により、約1010cm−2のAlNアイランド密度を達成することができる。次に、基板の温度を約700〜750℃に低下させた。NH3の流量は約1000sccmに設定し、トリメチルガリウム(TMG)の流量は約36sccmに設定した。TMGを2〜6秒間パルス状に導入し、2〜6秒間後にNH3を2〜6秒間導入してGaNナノカラムをH2下で成長させた。このようにして約2時間成長させたGaNナノカラム12は、60〜120nmの直径と約800〜1000nmの高さを有していた。
Claims (33)
- 単結晶化合物半導体材料を製造するための方法であって、
(a)エピタキシャル成長開始表面を提供するために、化合物半導体ナノカラムを有する基板材料を用意し、
(b)エピタキシャル横方向成長によって化合物半導体材料を前記ナノカラム上に成長させ、
(c)前記基板から成長させた前記化合物半導体材料を分離することを含む方法。 - 請求項1において、
前記化合物半導体材料は、III−V化合物及びII−VI化合物からなる群から選択される方法。 - 請求項1又は2において、
前記基板材料は、サファイア、シリコン、炭化ケイ素、ダイヤモンド、金属、金属酸化物、化合物半導体、ガラス、石英、複合材料からなる群から選択される方法。 - 請求項1又は2において、
前記基板材料は、導電性基板、絶縁性基板、半導電性基板からなる群から選択される方法。 - 請求項3又は4において、
前記基板は、請求項1に記載の方法によって製造された化合物半導体材料を含む方法。 - 請求項1ないし5のいずれか1項において、
前記工程(a)は、前記化合物半導体ナノカラムを前記基板上に成長させる工程を含む方法。 - 請求項6において、
前記ナノカラムを成長させる前に少なくとも1つのナノアイランドを前記基板材料上に形成する工程を含む方法。 - 請求項8において、
前記基板を窒化、スパッタリング、金属蒸着、アニーリング、CVD、MOCVDの少なくとも1つで処理することによって前記ナノアイランドを形成する工程を含む方法。 - 請求項6ないし8のいずれか1項において、
前記ナノカラムをHVPE法によって成長させる方法。 - 請求項6ないし8のいずれか1項において、
前記ナノカラムをCVD法によって成長させる方法。 - 請求項6ないし8のいずれか1項において、
前記ナノカラムをMOCVD法によって成長させる方法。 - 請求項6ないし8のいずれか1項において、
前記ナノカラムをMBE法によって成長させる方法。 - 請求項1ないし12のいずれか1項において、
前記ナノカラムは、ドーピングされていないか、n型又はp型ドーパントでドーピング
されている方法。 - 請求項1ないし13のいずれか1項において、
前記ナノカラムを、単一のドープ材料又は非ドープ材料、又は非ドープおよびドープ工程の組合せ、又はnドープおよびpドープ工程の組合せにより成長させる方法。 - 請求項13又は14において、
前記ナノカラムは、前記成長表面に近接したp型領域を含む方法。 - 請求項1ないし15のいずれか1項において、
前記ナノカラムは、GaN、AlN、InN、ZnO、SiC、Si及びそれらの合金からなる群から選択される材料を含む方法。 - 請求項1ないし16のいずれか1項において、
前記化合物半導体材料は、前記ナノカラムとは異なる材料を含む方法。 - 請求項1ないし17のいずれか1項において、
前記化合物半導体材料のエピタキシャル横方向成長をHVPE方法によって行う方法。 - 請求項1ないし18のいずれか1項において、
前記化合物半導体材料のエピタキシャル横方向成長は、非ドープ、もしくはn型またはp型ドープ、である方法。 - 請求項1ないし19のいずれか1項において、
前記化合物半導体材料のエピタキシャル横方向成長は、時間変調されている方法。 - 請求項1ないし20のいずれか1項において、
前記基板の回転及び降下の少なくとも1つを行いながら前記工程(b)を行う方法。 - 請求項1ないし21のいずれか1項において、
成長させた前記化合物半導体材料を急速に冷却することによって前記基板から分離する方法。 - 請求項1ないし21のいずれか1項において、
成長させた前記化合物半導体材料を機械的に前記基板から分離する方法。 - 請求項1ないし21のいずれか1項において、
成長させた前記化合物半導体材料をウェットエッチングによって前記基板から分離する方法。 - 請求項1ないし21のいずれか1項において、
成長させた前記化合物半導体材料を電気化学エッチングによって前記基板から分離する方法。 - 請求項1ないし21のいずれか1項において、
成長させた前記化合物半導体材料をレーザーアブレーションによって前記基板から分離する方法。 - 請求項1ないし26のいずれか1項において、
成長させた前記化合物半導体材料を切断して所定の膜厚の半導体層を得る方法。 - 請求項1ないし27のいずれか1項において、
成長させた前記化合物半導体材料は、非極性である方法。 - 請求項35において、
成長させた前記化合物半導体材料は、a面GaN又はm面GaNを含む方法。 - 請求項28又は29において、
前記基板は、γ面サファイア、又はm面4H−SiC、又はm面6H−SiCを含む方法。 - 請求項1ないし30のいずれか1項に記載の方法を使用して成長させた単結晶化合物半導体材料。
- エピタキシャル成長開始表面を提供するために、成長させた化合物半導体ナノカラムを有する基板材料。
- 請求項32において、前記成長表面に近接したp型領域を含む基板。
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