JP2012031047A - 結晶成長方法および半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このIII族窒化物半導体の結晶成長方法は、シリコン基板100を加熱する工程と、加熱されたシリコン基板100に対して、少なくともTMA(トリメチルアルミニウム)を含むガスを先出し供給することにより、基板表面に凹状構造105を形成する工程とを備えている。
【選択図】図1
Description
上述したように、III族窒化物半導体の結晶成長においては、クラックや基板の反りが発生し易い。特に、紫外領域で発光する紫外発光素子の作製においては、高Al組成比の窒化物半導体層を比較的厚い厚みで形成する必要があるため、転位やクラック、基板の反りが非常に発生し易い。
図10は、本発明の第2実施形態による発光ダイオード素子の断面図である。次に、図1および図10を参照して、本発明の第2実施形態による発光ダイオード素子(半導体素子)について説明する。
図12は、本発明の第3実施形態による発光ダイオード素子の断面図である。次に、図12を参照して、本発明の第3実施形態による発光ダイオード素子(半導体素子)について説明する。なお、図10および図12において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
図14は、本発明の第4実施形態による発光ダイオード素子の断面図である。次に、図12および図14を参照して、本発明の第4実施形態による発光ダイオード素子(半導体素子)について説明する。なお、図14において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
20 発光層(活性層)
21 障壁層
22 井戸層
30 キャリアブロック層
40 p型AlGaN層
50 p型コンタクト層
60 p側電極(第1電極層)
70 n側電極(第2電極層)
100 シリコン基板(基板)
100a 最表面
105 凹状構造
110 AlNバッファ層(AlN層)
112 ファセット
115 空隙
200 テンプレート基板
Claims (21)
- 基板を加熱する工程と、
前記基板と反応する原料を前記基板に対して供給することにより、前記基板表面に凹状構造を形成する工程とを備えることを特徴とする、結晶成長方法。 - 前記基板には、シリコン基板を用い、
前記シリコン基板と反応させる前記原料には、アルミニウムを含む有機金属化合物を用いることを特徴とする、請求項1に記載の結晶成長方法。 - 前記基板には、SiC、ZnO、AlxGa1-xN(Xは0〜1の間の数で0と1を含む)、あるいはGa2O3からなる基板を用い、
前記基板と反応させる反応ガスとして、水素、酸素、有機金属、Cl2、メタンおよびエタンの少なくとも1つを含む反応ガスを用いることを特徴とする、請求項1に記載の結晶成長方法。 - 前記有機金属は、トリメチルガリウム,トリメチルアルミニウム,トリエチルアルミニウム、および、トリエチルガリウムの群から選択される少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項3に記載の結晶成長方法。
- アルミニウムを含む前記有機金属化合物は、トリメチルアルミニウムからなり、
前記凹状構造を形成する工程は、
少なくとも前記トリメチルアルミニウムを含むガスを前記シリコン基板に対して供給することにより、前記シリコン基板表面に前記凹状構造を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項2に記載の結晶成長方法。 - 前記凹状構造を形成する工程は、
前記トリメチルアルミニウムの分解により生成されたアルミニウムを、高温下の前記シリコン基板表面で共晶反応させることにより、前記シリコン基板表面に前記凹状構造を形成する工程を有する、請求項5に記載の結晶成長方法。 - 前記凹状構造を形成する工程は、
前記トリメチルアルミニウムを、前記シリコン基板に対して5μmol/min以上の供給量で供給する工程を有することを特徴とする、請求項5または6に記載の結晶成長方法。 - 前記シリコン基板の主面が(111)面であることを特徴とする、請求項2および5〜7のいずれか1項に結晶成長方法。
- 前記基板における前記凹状構造上に、AlN層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の結晶成長方法。
- 前記AlN層を形成する工程は、
前記AlN層中に空隙を含むように、前記AlN層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項9に記載の結晶成長方法。 - 前記AlN層を形成する工程は、
前記凹状構造の直上に前記空隙が位置するように、前記AlN層を形成する工程を有することを特徴とする、請求項10に記載の結晶成長方法。 - 水素ガスまたは水素含有化合物ガスを含む雰囲気中で、前記AlN層上に、窒化物半導体層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項9〜11のいずれか1項に記載の結晶成長方法。
- 前記AlN層を形成する工程は、
前記AlN層を、900℃以上の成長温度で成長させる工程を有することを特徴とする、請求項9〜12のいずれか1項に記載の結晶成長方法。 - 前記AlN層を形成する工程は、
前記AlN層を、500nm以上2000nm以下の厚みに形成する工程を有することを特徴とする、請求項9〜13のいずれか1項に記載の結晶成長方法。 - 空隙を有するAlN層と、
前記AlN層上に形成された窒化物半導体層とを備えることを特徴とする、半導体素子。 - 前記AlN層の前記空隙は、くさび状形状を有していることを特徴とする、請求項15に記載の半導体素子。
- 前記窒化物半導体層は、量子井戸構造を有する発光層を含むことを特徴とする、請求項15または16に記載の半導体素子。
- 前記発光層は、AlGaNからなる井戸層を有することを特徴とする、請求項17に記載の半導体素子。
- 前記AlN層の上面側には、第1電極層が形成されており、
前記AlN層の下面側には、第2電極層が形成されていることを特徴とする、請求項15〜18のいずれか1項に記載の半導体素子。 - 前記AlN層を成長させるためのシリコン基板をさらに備え、
前記シリコン基板は、基板表面に凹状構造を有しており、
前記AlN層の空隙は、前記凹状構造の上方に位置していることを特徴とする、請求項15〜19のいずれか1項に記載の半導体素子。 - 前記AlN層を除去した後、素子構造上面に第1電極層が形成されており、
素子構造下面に第2電極層が形成されていることを特徴とする、請求項15〜20のいずれか1項に記載の半導体素子。
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