JP2011057474A - 半導体基板、半導体基板の製造方法、半導体成長用基板、半導体成長用基板の製造方法、半導体素子、発光素子、表示パネル、電子素子、太陽電池素子及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子からなるグラファイト層2と、当該グラファイト層2の表面上に設けられ、当該グラファイト層2の表面を成長面とする半導体層4とを備えた半導体基板1。前記グラファイト層は結晶性に優れているため、グラファイト層の表面を成長面とする半導体層についても、結晶性に優れたものが得られる。これにより、結晶性に優れた半導体層を有する半導体基板1を得ることができる。
【選択図】図1
Description
本発明によれば、グラファイト基板と半導体層との間に、HfN及びZrNのうち少なくとも一方を含むバッファ層を用いた場合、当該バッファ層によって光を反射することができる。これにより、半導体層を例えば光吸収層等として用いる場合、当該光吸収層における光の吸収効率を高めることができる。また、半導体層を発光層として用いる場合、当該発光層からの光の利用効率を高めることができる。更に、AlNを含むバッファ層を用いた場合、半導体層のグレインサイズを増大させることができる。これにより、半導体層の電気的特性を高めることができ、半導体層を発光層として用いる場合には当該半導体層の光学特性についても高めることができる。
本発明によれば、バッファ層が複数層に形成されていることとしたので、例えば光反射効果が得られるHfN及びZrNの層と、グレインサイズ増大効果が得られるAlNの層とを別層として形成することができる。
本発明によれば、シリコン又は13族窒化物を含む半導体を含む結晶性の高い半導体層を得ることができる。
本発明によれば、グラファイト層が(0001)面を表面に有し、半導体層が(0001)面上に設けられることとしたので、半導体層の配向性が高められることになる。
結晶性の高い半導体層を得るためには、グラファイト層自体が基板である必要は無く、半導体層の結晶性を向上させるためのグラファイト層の表面が得られれば良いことになる。本発明においては、グラファイト層が、複素環状高分子とは異なる有機化合物からなる基材上に設けられていることとしたので、低コストな半導体基板が得られる。
本発明によれば、グラファイト基板と半導体層との間に、HfN及びZrNのうち少なくとも一方を含むバッファ層を用いた場合、当該バッファ層によって光を反射することができる。これにより、半導体層を例えば光吸収層等として用いる場合、当該光吸収層における光の吸収効率の高い半導体基板を得ることができる。また、半導体層を発光層として用いる場合、当該発光層からの光の利用効率の高い半導体基板を得ることができる。更に、AlNを含むバッファ層を用いた場合、半導体層のグレインサイズを増大させることができる。これにより、電気的特性の高い半導体基板を得ることができ、半導体層を発光層として用いる場合には光学特性の高い半導体基板を得ることができる。
本発明によれば、バッファ層を複数層に形成するため、例えば光反射効果が得られるHfN及びZrNの層と、グレインサイズ増大効果が得られるAlNの層とを別層として形成することができる。
本発明によれば、シリコン又は13族窒化物を含む半導体を含む結晶性の高い半導体層を有する半導体基板を得ることができる。
本発明によれば、グラファイト層が(0001)面を表面に有し、(0001)面に前記半導体層を成長させることとしたので、配向性の高い半導体層を有する半導体基板を得ることができる。
本発明によれば、複素環状高分子とは異なる有機化合物からなる基材上にグラファイト層を形成することで基板を得ることとしたので、低コストで基板を製造することができる。
本発明によれば、複素環状高分子を溶解し、基材上に複素環状高分子の溶解液を塗布して溶解液の薄膜を形成し、薄膜及び基材に対して2000℃〜3000℃で加熱処理を行うことで基板を得ることとしたので、結晶性の高いグラファイト層を有する基板を低コストで製造することができる。
本発明によれば、所定の自立基材上に複素環状高分子の層を形成し、形成された複素環状高分子の層を自立基材から分離することでグラファイト層を得ることとしたので、結晶性の高いグラファイト層を基板として得ることができる。
本発明によれば、グラファイト層の熱膨張係数と、当該グラファイト層の表面上に成長させる成長物の熱膨張係数とが近似するあるいは一致するため、以降の熱処理において熱膨張係数の差に起因する欠陥を回避することができる。
本発明によれば、グラファイト層が(0001)面を表面に有することとしたので、当該(0001)面に半導体層を成長させることができる。これにより、配向性の高い半導体層を成長させることができる。
本発明によれば、複素環状高分子とは異なる有機化合物からなる基材上にグラファイト層を形成することで基板を得ることとしたので、低コストで半導体成長用基板を製造することができる。
本発明によれば、複素環状高分子を溶解し、基材上に複素環状高分子の溶解液を塗布して溶解液の薄膜を形成し、薄膜及び基材に対して2000℃〜3000℃で加熱処理を行うことで半導体成長用基板を得ることとしたので、結晶性の高いグラファイト層を有する半導体成長用基板を低コストで製造することができる。
本発明によれば、グラファイト層の熱膨張係数と、当該グラファイト層の表面上に成長させる成長物の熱膨張係数とが近似するあるいは一致するため、以降の熱処理において熱膨張係数の差に起因する欠陥を回避することができる。
本発明によれば、結晶性に優れた半導体層を有する半導体基板を備えるため、良質な半導体素子を得ることができる。
本発明によれば、良質な半導体素子を備えるため、発光特性の良い発光素子を得ることができる。
本発明によれば、発光特性の良い発光素子を備えるため、表示特性の高い表示パネルを得ることができる。
本発明によれば、良質な半導体素子を備えるため、電気的特性の高い電子素子を得ることができる。
本発明によれば、結晶性に優れた半導体層を有する半導体基板を備えるため、良質な太陽電池素子を得ることができる。
本発明によれば、上記の半導体素子、上記の発光素子、上記の表示パネル、上記に記載の電子素子及び上記の太陽電池素子のうち少なくとも1つを備えるため、良質な電子機器を得ることができる。
図1は、本実施形態に係る半導体基板1の構成を示す図である。
同図に示すように、半導体基板1は、グラファイト基板2上に半導体層4が積層された構成になっている。この半導体基板1は、発光素子や電子素子などに搭載される。
(1)下記一般式で表され、固有粘度が0.5〜3.5 dlg-1である重合体。
同図に示すように、PED装置5は、チャンバ10と、電子線源11と、ターゲット保持駆動部12と、基板保持部13と、ガス供給部14と、圧力調整部15とを主体として構成されており、ターゲットとなる物質に電子線を照射して蒸発させたものである。本実施形態では、一例として基板上に13族窒化物半導体を形成するものとする。13族窒化物半導体は、例えばGaN、AlN、InNなどが挙げられ、一般式InXGaYAl1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1)で表される。
グラファイトシート9を剥離後、図3(d)に示すようにグラファイトシート9の周縁部を切除して形状を調整する。以上の工程により、グラファイト基板2が形成される。
ガス供給部14によってチャンバ10内の窒素ガスの圧力を1mTorr〜20mTorr程度にしておく。また、基板ホルダ31にグラファイト基板2を保持させ、基板ホルダ31内の加熱機構によってグラファイト基板2の温度を200℃〜850℃程度にしておく。移動機構によって、セラミックチューブ16の開口部16aをターゲット22から2mm〜10mm程度離れた位置、より好ましくは2mm〜3mm程度離れた位置に配置しておく。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
図4は、本実施形態に係る半導体基板101の構成を示す図である。
同図に示すように、半導体基板101は、グラファイト基板102上にバッファ層103が設けられ、当該バッファ層103上に半導体層104が積層された構成になっている。この半導体基板101は、発光素子や電子素子などに搭載される。グラファイト基板102は、第1実施形態と同様、芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子からなる基板である。
まず、第1実施形態に記載の手法と同一の手法を用いて、グラファイト基板102を形成する。なお、本実施形態においてグラファイト基板102を形成する際には、当該グラファイト基板102上に形成される半導体層104の熱膨張係数とほぼ同一の熱膨張係数となるように焼成条件を調整することが好ましい。
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図7は、本実施形態に係る半導体基板201の構成を示す図である。
同図に示すように、半導体基板201は、グラファイト基板202上にバッファ層203が設けられ、当該バッファ層203上に半導体層204が積層された構成になっている。この半導体基板201は、発光素子や電子素子などに搭載される。グラファイト基板102は、第1実施形態と同様、芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子からなる基板である。
同図に示すように、MBE装置220は、チャンバ221と、基板加熱機構222と、基板保持部223と、電子銃24と、ターゲットホルダTHとを有している。
まず、上記各実施形態に記載の手法と同一の手法を用いて、グラファイト基板202を形成する。なお、本実施形態においてグラファイト基板202を形成する際には、当該グラファイト基板202上に形成される半導体層204の熱膨張係数とほぼ同一の熱膨張係数となるように焼成条件を調整することが好ましい。
例えば、上記実施形態では、全体がグラファイトからなるグラファイト基板2、102、202をグラファイト層として用いる例を説明したが、これに限られることは無く、例えば図9に示すように、基材2Aの上面にグラファイト層2Bが形成された構成のグラファイト基板2を用いるようにしても構わない。
(半導体基板の作製)
本実施例では、BBL重合体を熱分解することによって作製した炭素フィルムを、真空中アニールによっての表面清浄化した後、PXD法によってGaN薄膜の成長を行った。窒素源としてN2ガスを導入し、成長温度は700℃から800℃に設定した。成長した薄膜の評価として、成長した薄膜の評価として、X線回折(XRD)測定、室温フォトルミネッセンス(PL)測定、走査型電子顕微鏡(SEM)観察、電子線後方散乱回折(EBSD)測定を行った。
メカニカルスターラ,アルゴンガス導入管,排気管および温度計を装着した,200ml四つ首フラスコ中にポリリン酸(PPA)(オルトリン酸換算濃度115%)100gを収め,アルゴンガスをバブリングして溶存酸素を除去し,1,2,4,5−ベンゼンテトラアミン四塩酸塩12mmolを加え溶解させた.次に,1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸12mmolを加え,200℃において24時間攪拌して,重合体のPPA溶液を得た。
(重合体フィルムの作製)
前記重合体0.3gをMSA7mlに溶解させて得られた粘稠な溶液を,内径70mmのガラス製フラットシャーレに展開した。このシャーレをマントルヒータ内に置いた500ml平底セパラブルフラスコ内に水平を保って静置した。セパラブルフラスコ内をロータリーポンプで減圧した後,段階的に200℃まで加熱して脱溶媒させ,重合体フィルムを作製した。
前記重合体フィルムは以下に示す2段階の熱処理によって炭素化した。
図14〜図17は、BNTCA−BPTA重合体をスピンコート法によってグラファイト上に塗布してグラファイト層を形成したときの特性を示している。図14に示すように、表面SEM像からはグラファイト層の表面が平坦であることがわかる。図15に示すXRD測定結果や図16に示すEBSD測定結果から、グラファイト層を構成する結晶の0001回折が明瞭に観察された。また、図17に示すように、チルト分布角計測結果においてピークの半値幅が1.63°となっており、良好な値を示した。なお、このグラファイト層を構成する結晶のグレインサイズは、約10μmであった。
Claims (30)
- 芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子からなるグラファイト層を表面に有する基板と、
前記グラファイト層の表面上に設けられ、前記グラファイト層の表面を成長面とする半導体層と
を備える半導体基板。 - 芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子からなるグラファイト層を表面に有する基板と、
前記グラファイト層の表面上に設けられ、前記グラファイト層の表面を成長面とするバッファ層と、
前記バッファ層上に設けられ、前記バッファ層の表面を成長面とする半導体層と
を備える半導体基板。 - 前記バッファ層は、HfN、ZrN及びAlNのうち少なくとも1つを含む
請求項2に記載の半導体基板。 - 前記バッファ層は、複数層に形成されている
請求項2又は請求項3に記載の半導体基板。 - 前記半導体層は、シリコン又は13族窒化物を含む半導体からなる
請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の半導体基板。 - 前記グラファイト層は、(0001)面を表面に有し、
前記半導体層は、前記(0001)面上に設けられる
請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載の半導体基板。 - 前記基板は、
前記複素環状高分子とは異なる有機化合物を含む基材と、
前記基材上に設けられた前記グラファイト層と
を有する
請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載の半導体基板。 - 芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子からなるグラファイト層を表面に有する基板のうち前記グラファイト層の表面上に半導体層を成長させる
半導体基板の製造方法。 - 芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子からなるグラファイト層を表面に有する基板のうち前記グラファイト層の表面上にバッファ層を成長させ、
前記バッファ層の表面上に半導体層を成長させる
半導体基板の製造方法。 - 前記バッファ層として、HfN、ZrN及びAlNのうち少なくとも1つを含む層を成長させる
請求項9に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記バッファ層を、複数層に形成する
請求項9又は請求項10に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記半導体層として、シリコン又は13族窒化物を含む半導体層を成長させる
請求項8から請求項11のうちいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記グラファイト層は、(0001)面を表面に有し、
前記(0001)面に前記半導体層を成長させる
請求項8から請求項12のうちいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記複素環状高分子とは異なる有機化合物からなる基材上に前記グラファイト層を形成することで前記基板を得る
請求項8から請求項13のうちいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記複素環状高分子を溶解し、
前記基材上に前記複素環状高分子の溶解液を塗布して溶解液の薄膜を形成し、
前記薄膜及び前記基材に対して2000℃〜3000℃で加熱処理を行う
ことで前記基板を得る
請求項14に記載の半導体基板の製造方法。 - 所定の自立基材上に前記複素環状高分子の層を形成し、形成された前記複素環状高分子の層を前記自立基材から分離することで、前記グラファイト層を得る
請求項8から請求項13のうちいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記グラファイト層は、当該グラファイト層の表面上に成長させる成長物の熱膨張係数に対応する熱膨張係数を有するように形成する
請求項8から請求項16のうちいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。 - 芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子からなるグラファイト層を表面に有する
半導体成長用基板。 - 前記グラファイト層は、(0001)面を表面に有する
請求項18に記載の半導体成長用基板。 - 前記複素環状高分子とは異なる有機化合物からなる基材上に前記グラファイト層が形成されている
請求項18又は請求項19に記載の半導体成長用基板。 - 芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子からなるグラファイト層を、前記複素環状高分子とは異なる有機化合物からなる基材上に形成する
半導体成長用基板の製造方法。 - 前記複素環状高分子を溶解し、
前記基材上に前記複素環状高分子の溶解液を塗布して溶解液の薄膜を形成し、
前記薄膜及び前記基材に対して2000℃〜3000℃で加熱処理を行う
ことで前記基板を得る
請求項21に記載の半導体成長用基板の製造方法。 - 所定の自立基材上に芳香族系テトラカルボン酸と芳香族系テトラアミンを縮合して得られる複素環状高分子の層を形成し、形成された前記複素環状高分子の層を前記自立基材から分離することで、グラファイト層を得る
半導体成長用基板の製造方法。 - 前記グラファイト層は、当該グラファイト層の表面上に成長させる成長物の熱膨張係数に対応する熱膨張係数を有するように形成する
請求項21から請求項23のうちいずれか一項に記載の半導体成長用基板の製造方法。 - 請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載の半導体基板を備えることを特徴とする半導体素子。
- 請求項25に記載の半導体素子を備えることを特徴とする発光素子。
- 請求項26に記載の発光素子を備えることを特徴とする表示パネル。
- 請求項25に記載の半導体素子を備えることを特徴とする電子素子。
- 請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載の半導体基板を備えることを特徴とする太陽電池素子。
- 請求項25に記載の半導体素子、請求項26に記載の発光素子、請求項27に記載の表示パネル、請求項28に記載の電子素子及び請求項29に記載の太陽電池素子のうち少なくとも1つを備えることを特徴とする電子機器。
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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