JP4717712B2 - 窒化ガリウム単結晶基板及び半導体素子 - Google Patents
窒化ガリウム単結晶基板及び半導体素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4717712B2 JP4717712B2 JP2006133116A JP2006133116A JP4717712B2 JP 4717712 B2 JP4717712 B2 JP 4717712B2 JP 2006133116 A JP2006133116 A JP 2006133116A JP 2006133116 A JP2006133116 A JP 2006133116A JP 4717712 B2 JP4717712 B2 JP 4717712B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gallium nitride
- single crystal
- crystal substrate
- nitride single
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 69
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 67
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 title claims description 63
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 55
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 6
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 5
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 5
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010291 electrical method Methods 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K gallium trichloride Chemical compound Cl[Ga](Cl)Cl UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000001657 homoepitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
- C30B29/406—Gallium nitride
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/0242—Crystalline insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/0257—Doping during depositing
- H01L21/02573—Conductivity type
- H01L21/02576—N-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、窒化ガリウム単結晶基板に関し、より詳細には、優れていながらも均一な熱伝導度を有することで、発光素子の製造時に有用である窒化ガリウム単結晶基板に関する。
発光素子（LED、light emitting diode）の輝度は、内部量子効率および光抽出効率の増加、印加電力の増加などによって向上することができるが、印加電力の増加と同時に素子の全体的な光変換効率が大きく向上しない場合には、蓄積される熱によって素子内部の温度が上昇するようになり、物質および構造によって差はあるが、一定水準以上の温度になると、劣化（degradation）ないしは熱破損（thermal breakdown）を介して素子性能の低下が起こるようになる。
このような側面から、素子内部の温度上昇を抑制するための熱放出設計が素子の信頼性向上の側面において次第に重要になっており、熱伝導度が優れた基板を適用して素子の熱放出特性を高めるために、最適のパッケージ（PKG）材料選定および構造設計などに対して重点的な研究が進行されている。発光素子構造において、発光層（emitting layer）から発生した熱を効果的に放出するための素子部位別の熱伝導度の関係を図1に現した。図1から、効率的な熱放出のためには、基板からパッケージと関連した下部構造に下がっていくほど熱伝導度が増加しなければならないことを知ることができる。これは、ある一部分の熱伝導度が低くなって熱の流れが円滑に遂行されなくなると、素子内部に熱が蓄積される可能性があることを意味する。
このように、高電力駆動素子において熱伝導度が高い基板が絶対的に要求されることを考慮する時、c−軸方向に0．35W／cmKおよびa−軸方向に0．32W／cmK程度の熱伝導度を有するサファイア単結晶基板に比べて単一成長（homo−epitaxy）が可能であり、相対的に熱伝導度が優れている窒化ガリウム（GaN）単結晶基板を適用することが有利である。
窒化ガリウム単結晶基板は、理論的には常温で3．36ないし5．40W／cmK水準の熱伝導度を有するものと予想されるが、現在まで報告された窒化ガリウムテンプレート（template）および窒化ガリウム自立基板（freestanding substrate）の熱伝導度は、常温で約1．3ないし2．2W／cmKの値を示し、転位密度（dislocation density）、n−ドーピング（doping）濃度および成長法などによって大きく変わる（文献[（1）E．K．Sichel et al．，J．Phys．Chem．Solids，38，330（1977）;（2）J．Zou et al．，J．Appl．Phys．，92（5），p．2534（2002）;（3）D．I．Florescu et al．，J．Appl．Phys．，88（6），p．3295（2000）;（4）A．Jezowski et al．，Solid State Communications，128，p．69（2003）;（5）C．Y．Luo et al．，Appl．Phys．Lett．，75（26），p．4151（1999）;（6）D．I．Florescu et al．，Appl．Phys．Lett．，77（10），p．1464（2000）;（7）V．M．Asnin et al．，Appl．Phys．Lett．，75（9），p．1240（1999）;および（8）D．Kotchetkov et al．，Appl．Phys．Lett．，79（26），p．4316（2001）]）。
特に、窒化ガリウム単結晶基板の熱伝導度は、ドーピング濃度に大きく依存するが、前記文献中の文献（2）は、ドーピング濃度が1017から1018／cm3に10倍増加する場合、熱伝導度が常温（300K）基準1．77W／cmKから半分の水準である0．86W／cmKに減少することを示している。また、文献（3）は、ドーピング濃度が7×1016から1018／cm3に増加する場合、熱伝導度が常温（300K）基準1．95W／cmKから1．38W／cmKに減少することを開示している。このように、窒化ガリウム単結晶基板の熱伝導度がドーピング濃度増加によって減少するにもかかわらず、窒化ガリウム基板を適用した発光素子の場合、図2に現わしたようにn−電極が窒化ガリウム基板の下側にオーム接触（ohmic contact）される垂直型の素子で製作されるため、窒化ガリウム基板全体的に一定濃度以上のn−ドーピング特性が要求される。すなわち、人為的にドーピングしない場合、1016ないし1017／cm3程度のn−ドーピング濃度を有する窒化ガリウム基板が得られるが、このような水準のドーピング濃度を有する基板を垂直型発光素子に適用すると、発光層に注入されるn−キャリア（carrier）の不足によって電流密度に比べて発光性能が減少するという問題が発生するため、実際、素子に適用可能でありながらも熱伝導度の低下を最小化させることができる水準のn−ドーピング濃度の設定が要求される。
ドーピング濃度以外にも、転位密度が窒化ガリウム単結晶基板の熱伝導度に影響を与える因子であることが詳記された文献（2）、（6）および（8）などを介して報告されているが、これらの相関関係を具体的に糾明した実験結果などは今まで報告されたことがない。
従って、本発明は、優れていながらも均一な熱伝導度を有することで、半導体素子、特に1W以上の印加電力を要求する高輝度発光素子の製造時に有用な窒化ガリウム単結晶基板を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明においては、0．7×1018ないし3×1018／cm3のn−
ドーピング濃度および7×10 6 ／cm 2 以下の転位密度を有する窒化ガリウム単結晶基板を提供する。
ドーピング濃度および7×10 6 ／cm 2 以下の転位密度を有する窒化ガリウム単結晶基板を提供する。
本発明による窒化ガリウム単結晶基板は、常温（300K）で少なくとも1．5W／cmKの熱伝導度を均一に現わし、半導体素子、特に1W以上の印加電力を要求する高輝度発光素子の製造時に有用であり、高電力印加時でも素子内部に蓄積される熱を減らすことで素子の寿命を著しく増加させることができる。
以下、本発明に対してより詳しく説明する。
本発明による窒化ガリウム単結晶基板は、発光素子の製作が可能な水準で最小化されたn−ドーピング濃度を有しながら転位密度または特定範囲を満たすことで、常温（300K）で少なくとも1．5W／cmK以上、好ましくは少なくとも1．7W／cmK以上の極大化された熱伝導度を有することができる。
本発明において、製造しようとする窒化ガリウム単結晶基板のn−ドーピング濃度は、0．7×1018ないし3×1018／cm3、好ましくは1×1018ないし2×1018／cm3範囲で調節される。基板のn−ドーピング濃度が0．7×1018／cm3より低ければ発光素子への適用時に発光量が減少し過ぎるし、3×1018／cm3より高ければ相対的に熱伝導度が低下して発光素子への適用時に素子の劣化を起こすようになる。
前記ドーピングは、ケイ素（Si）、酸素（O2）、ゲルマニウム（Ge）および炭素（C）で成される群から選択された一つ以上の物質を窒化ガリウム単結晶膜の成長時に混入させることで達成される。
また、本発明において、製造しようとする窒化ガリウム単結晶基板は、前記したn−ドーピング濃度範囲において7×106／cm2以下の転位密度を有するように調節される。このような転位密度範囲は、n−ドーピング濃度と連係して実験的に決定されたものであって、基板の転位密度が7×106／cm2を超過する場合でも、相対的に熱伝導度が低下して発光素子への適用時に素子の劣化を起こすようになる。
本発明による窒化ガリウム単結晶基板は、通常のハイドライド気相成長法（HVPE）を用いて製造することができる。具体的には、HVPEを用いて900ないし1100℃で加熱されたサファイア単結晶基材上に窒化ガリウム単結晶膜を10ないし100μｍ／hrの速度で成長させることで窒化ガリウムテンプレートを得ることができ、成長した窒化ガリウム単結晶膜を追加で前記基材と分離して片面または両面を研磨処理することで窒化ガリウム自立基板を得ることができる。
本発明の方法においては、ハイドライド気相成長反応槽内にガリウム元素を位置させ、温度を600ないし900℃で維持しながらここに塩化水素（HCl）気体を流して塩化ガリウム（GaCl）気体を生成し、更に異なる注入口を介してアンモニア（NH3）気体を供給することで、塩化ガリウム気体とアンモニア気体との反応を介して目的とする窒化ガリウムを生成する。この時、塩化水素気体およびアンモニア気体は1：2〜6、好ましくは1：3〜4の体積比で供給することができる。前記塩化水素とアンモニア気体の体積比および成長する窒化ガリウム膜の厚さを適切に調節し、本発明において目的とする転位密度を達成することができる。
本発明による窒化ガリウム単結晶基板は、少なくとも200μｍ以上の厚さおよび少なくとも10mm×10mmの大きさを有することができ、このような厚さおよび大きさ全体に渡って0．7×1018ないし3×1018／cm3のn−ドーピング濃度および常温（300K）で少なくとも1．5W／cmK、好ましくは少なくとも1．7W／cmKの熱伝導度を10％以下の差で均一に現わす。更に、本発明による窒化ガリウム単結晶基板は150arcsec以下、好ましくは100arcsec以下のX線回折（XRD）振動曲線（rocking curve）によるFWHM（full width at half maximum）値を有することができる。
また、前記窒化ガリウム基板は、結晶成長条件が適切に調節されることで、窒化ガリウム基板全体に渡って実質的に均一な転位分布を有することが好ましい。
従って、このような本発明による窒化ガリウム単結晶基板は、半導体素子、特に1W以上の印加電力を要求する高輝度発光素子の製造時に有用であり、高電力印加時でも素子内部に蓄積される熱を減らすことで素子の寿命を著しく増加させることができる。すなわち、本発明による窒化ガリウム単結晶基板、発光層、およびp−型およびn−型電極層を含む半導体素子は、優れた発光特性および寿命特性を現わす。
以下、本発明を下記実施例および比較例に基づいてより詳細に説明する。但し、下記実施例は本発明を例示するためだけのものであり、本発明の範囲がこれによってのみ制限されるものではない。
10mm×10mmの大きさを有するサファイア単結晶基材をハイドライド気相成長（HVPE）反応槽に装入した後、反応槽のガリウム容器に過量のガリウムを積載して位置させ、この温度を600ないし900℃で維持しながら、ここに塩化水素（HCl）気体を流して塩化ガリウム（GaCl）気体を生成した。更に他の注入口を介してアンモニア（NH3）気体を供給して塩化ガリウム気体と反応させることで、厚さ420μｍの窒化ガリウム（GaN）単結晶膜をサファイア単結晶基材上に成長させた。窒化ガリウム単結晶膜の成長時にケイ素気体を3．5sccmの流量で流してケイ素でのドーピングを遂行した。この時、成長温度を1000℃で、成長速度を60μｍ／hrで、塩化水素気体およびアンモニア気体を1：4の体積比で供給した。
成長した窒化ガリウム厚膜を355nmQ−スィッチされたNd：YAGエキシマ・レーザを用いてサファイア基材から分離した。続いて、分離した厚膜の表面をウエハラッピングおよび研磨装置を用いて研磨処理し、1．3×1018／cm3のn−ドーピング濃度および3．6×106／cm2の転位密度を有する厚さ287μｍの窒化ガリウム自立基板を得た。前記転位密度およびn−ドーピング濃度はそれぞれ、マイクロ−PLマッピング（micro−PL mapping、50×50μｍ2）および常温でホール効果（hall effect）測定器を用いて測定した。
得られた窒化ガリウム単結晶基板に対し、XRD振動曲線（rocking curve）を介し、FWHM（full width at half−maximum）値および3次−調和（3ω）電気法（third−harmonic electrical method）（文献[C．Y．Luo et al．，Appl．Phys．Lett．，75（26），p．4151（1999）]参照）を用いて熱伝導度を測定し、その結果を下記表1に現わした。
前記実施例1と同一の方法で、厚さ360μｍの窒化ガリウム（GaN）単結晶膜をサファイア単結晶基材上に成長させた。窒化ガリウム単結晶膜の成長時にケイ素気体を3．5sccmの流量で流してケイ素でのドーピングを遂行した。この時、成長温度を1000℃で、成長速度を50μｍ／hrで、塩化水素気体およびアンモニア気体を1：3の体積比で供給した。
成長した窒化ガリウム厚膜を355nmQ−スィッチされたNd：YAGエキシマ・レーザを用いてサファイア基材から分離した。続いて、分離した厚膜の表面をウエハラッピングおよび研磨装置を用いて研磨処理し、1．0×1018／cm3のn−ドーピング濃度および6．4×106／cm2の転位密度を有する厚さ251μｍの窒化ガリウム自立基板を得た。前記転位密度およびn−ドーピング濃度はそれぞれ、マイクロ−PLマッピングおよび常温でホール効果測定器を用いて測定した。
得られた窒化ガリウム単結晶基板に対し、XRD振動曲線を介してFWHM値および3次−調和（3ω）電気法を用いて熱伝導度を測定し、その結果を下記表1に現わした。
［比較例１］
前記実施例1と同一の方法で、厚さ50μｍの窒化ガリウム（GaN）単結晶膜をサファイア単結晶基材上に成長させ、0．9×1018／cm3のn−ドーピング濃度および1．0×108／cm2の転位密度を有する窒化ガリウムテンプレートを得た。窒化ガリウム単結晶膜の成長時にケイ素気体を3．5sccmの流量で流してケイ素でのドーピングを遂行した。この時、成長温度を1000℃で、成長速度を40μｍ／hrで、塩化水素気体およびアンモニア気体を1：2の体積比で供給した。
前記実施例1と同一の方法で、厚さ50μｍの窒化ガリウム（GaN）単結晶膜をサファイア単結晶基材上に成長させ、0．9×1018／cm3のn−ドーピング濃度および1．0×108／cm2の転位密度を有する窒化ガリウムテンプレートを得た。窒化ガリウム単結晶膜の成長時にケイ素気体を3．5sccmの流量で流してケイ素でのドーピングを遂行した。この時、成長温度を1000℃で、成長速度を40μｍ／hrで、塩化水素気体およびアンモニア気体を1：2の体積比で供給した。
得られた窒化ガリウム単結晶基板に対し、マイクロ−PLマッピングおよび常温でホール効果測定器を用いて前記転位密度およびn−ドーピング濃度をそれぞれ測定し、3次−調和（3ω）電気法を用いて熱伝導度を測定し、その結果を下記表1に現わした。
前記表1から、本発明によるn−ドーピング濃度および転位密度をいずれも満たす実施例1および2が、本発明の範疇から逸脱する比較例1に比べて優れた常温（300K）熱伝導度を現わすことを知ることができる。
更に、前記実施例1、2および比較例1で製造された窒化ガリウム単結晶基板の温度を80Kの極低温から400Kまで上昇させながら、各温度における基板の熱伝導度を測定して図3に現わした。図3から、実施例において製造された窒化ガリウム基板が測定温度範囲の全体に渡って優れた熱伝導度を現わすことを確認することができる。
Claims (8)
- サファイア単結晶基材上に、ハイドライド気相成長法でエピタキシャル成長させて得た窒化ガリウム単結晶基板であって、
0．7×1018ないし3×1018／cm3のn−ドーピング濃度および7×102／cm2以下の転位密度を有し、少なくとも200μｍの厚さを有することを特徴とする窒化ガリウム単結晶基板。 - 1×1018ないし2×1018／cm3のn−ドーピング濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
- X線回折（XRD）振動曲線によるFWHM値が150arcsec以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
- サファイア基材上に成長した後、基材と分離して研磨処理されたことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
- 少なくとも10mm×10mmの大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
- 発光素子の製造時に自立基板として用いられることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
- 窒化ガリウム単結晶基板の全体に渡って実質的に均一な転位分布を有することを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
- 請求項１の窒化ガリウム単結晶基板、発光層、およびp−型およびn−型電極層を含む半導体素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2005-0039619 | 2005-05-12 | ||
| KR1020050039619A KR100673873B1 (ko) | 2005-05-12 | 2005-05-12 | 열전도도가 우수한 질화갈륨 단결정 기판 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006315949A JP2006315949A (ja) | 2006-11-24 |
| JP4717712B2 true JP4717712B2 (ja) | 2011-07-06 |
Family
ID=37418296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006133116A Expired - Fee Related JP4717712B2 (ja) | 2005-05-12 | 2006-05-11 | 窒化ガリウム単結晶基板及び半導体素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20060255339A1 (ja) |
| JP (1) | JP4717712B2 (ja) |
| KR (1) | KR100673873B1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080086905A (ko) | 2006-01-20 | 2008-09-26 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 반도체 발광 소자, ⅲ족 질화물 반도체 기판, 및 그 제조방법 |
| DE102011076570A1 (de) * | 2011-05-27 | 2012-11-29 | Robert Bosch Gmbh | Elektronisches Bauteil mit verbessertem Kühlkörper |
| KR101301430B1 (ko) * | 2011-12-07 | 2013-08-28 | 주식회사 엘지실트론 | 웨이퍼의 결함측정방법 |
| WO2014123171A1 (ja) * | 2013-02-08 | 2014-08-14 | 並木精密宝石株式会社 | ＧａＮ基板及びＧａＮ基板の製造方法 |
| FR3091008B1 (fr) | 2018-12-21 | 2023-03-31 | Saint Gobain Lumilog | Substrat semi-conducteur avec couche intermédiaire dopée n |
| FR3091020B1 (fr) | 2018-12-21 | 2023-02-10 | Saint Gobain Lumilog | SUBSTRAT SEMI-CONDUCTEUR CO-DOPE n |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11191657A (ja) * | 1997-04-11 | 1999-07-13 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 |
| JP2000044400A (ja) * | 1998-05-28 | 2000-02-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ガリウム単結晶基板及びその製造方法 |
| JP2002299769A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| JP2003078084A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-14 | Sony Corp | ヒートシンクおよびサブマウント |
| JP2003212697A (ja) * | 2002-01-24 | 2003-07-30 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム単結晶の成長方法 |
| JP2004300024A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｉｉｉ族元素窒化物結晶の製造方法、それにより得られたｉｉｉ族元素窒化物結晶およびそれを用いた半導体装置 |
| JP2005506271A (ja) * | 2001-10-26 | 2005-03-03 | アンモノ・スプウカ・ジ・オグラニチョノン・オドポヴィエドニアウノシツィオン | エピタキシャル成長用基板 |
| JP2005097045A (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物ウエハの製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6596079B1 (en) * | 2000-03-13 | 2003-07-22 | Advanced Technology Materials, Inc. | III-V nitride substrate boule and method of making and using the same |
| US7303630B2 (en) * | 2003-11-05 | 2007-12-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of growing GaN crystal, method of producing single crystal GaN substrate, and single crystal GaN substrate |
| CA2483403A1 (en) | 2002-04-30 | 2003-11-13 | Jeffrey S. Flynn | High voltage switching devices and process for forming same |
| JP2004200277A (ja) | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 複合発光素子 |
| JP2005005544A (ja) | 2003-06-13 | 2005-01-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 白色発光素子 |
-
2005
- 2005-05-12 KR KR1020050039619A patent/KR100673873B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-05-11 JP JP2006133116A patent/JP4717712B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2006-05-12 US US11/432,502 patent/US20060255339A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11191657A (ja) * | 1997-04-11 | 1999-07-13 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 |
| JP2000044400A (ja) * | 1998-05-28 | 2000-02-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ガリウム単結晶基板及びその製造方法 |
| JP2002299769A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| JP2003078084A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-14 | Sony Corp | ヒートシンクおよびサブマウント |
| JP2005506271A (ja) * | 2001-10-26 | 2005-03-03 | アンモノ・スプウカ・ジ・オグラニチョノン・オドポヴィエドニアウノシツィオン | エピタキシャル成長用基板 |
| JP2003212697A (ja) * | 2002-01-24 | 2003-07-30 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム単結晶の成長方法 |
| JP2004300024A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｉｉｉ族元素窒化物結晶の製造方法、それにより得られたｉｉｉ族元素窒化物結晶およびそれを用いた半導体装置 |
| JP2005097045A (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物ウエハの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20060116961A (ko) | 2006-11-16 |
| JP2006315949A (ja) | 2006-11-24 |
| KR100673873B1 (ko) | 2007-01-25 |
| US20060255339A1 (en) | 2006-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4529846B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物系半導体基板及びその製造方法 | |
| JP5684455B2 (ja) | 成長中にｐ型ドーパントがドープされたｐ型半極性ＩＩＩ窒化物半導体を使用して、該ＩＩＩ窒化物デバイスまたはＩＩＩ窒化物半導体を製造する方法、半極性ＩＩＩ窒化物半導体、および、ｐ型ＩＩＩ窒化物半導体を製造する方法 | |
| US8878189B2 (en) | Group III nitride semiconductor growth substrate, group III nitride semiconductor epitaxial substrate, group III nitride semiconductor element and group III nitride semiconductor free-standing substrate, and method of producing the same | |
| JP4631681B2 (ja) | 窒化物系半導体基板及び半導体装置 | |
| JP5641506B2 (ja) | 窒化物半導体の結晶成長方法および半導体装置の製造方法 | |
| JP2009526405A5 (ja) | ||
| KR20090068374A (ko) | 사파이어 기판 및 그것을 이용하는 질화물 반도체 발광 소자 및 질화물 반도체 발광 소자의 제조 방법 | |
| JP4717712B2 (ja) | 窒化ガリウム単結晶基板及び半導体素子 | |
| JP2012235091A (ja) | ミスカットバルク基板上にエピタキシャルプロセスを行う方法およびシステム | |
| US9064685B2 (en) | Semiconductor substrate and method of forming | |
| JP4647723B2 (ja) | 窒化物半導体の結晶成長方法および半導体装置の製造方法 | |
| JP2016145144A (ja) | ダイヤモンド積層構造、ダイヤモンド半導体形成用基板、ダイヤモンド半導体装置およびダイヤモンド積層構造の製造方法 | |
| JP2006232639A (ja) | 窒化物系半導体の気相成長方法とそれを用いた窒化物系半導体エピタキシャル基板並びに自立基板、及び半導体装置 | |
| JP2017028076A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物発光素子の製造方法 | |
| JP2011051849A (ja) | 窒化物半導体自立基板とその製造方法 | |
| JP5195731B2 (ja) | 窒化物系半導体基板及び半導体装置 | |
| JP2006062931A (ja) | サファイア基板とその熱処理方法、及び結晶成長方法 | |
| JP4960621B2 (ja) | 窒化物半導体成長基板及びその製造方法 | |
| WO2011070760A1 (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| JP4609917B2 (ja) | 窒化アルミニウムガリウム層の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法およびｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 | |
| JP2007227803A (ja) | 窒化物系半導体の気相成長方法とそれを用いた窒化物系半導体エピタキシャル基板並びに自立基板、及び半導体装置 | |
| US8268706B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
| JP4829273B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2008141048A (ja) | ｐ型窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体装置 | |
| CN1501518A (zh) | 以碳化硅为基板的发光元件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070904 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20070905 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20080620 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20080826 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20080910 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081127 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081202 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20090302 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090305 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20090402 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090407 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090427 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091020 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20100118 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20100121 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20100219 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20100224 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100318 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100727 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101129 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20110107 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110308 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110330 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140408 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |