KR20130122727A - 광학 소자의 제조 방법 - Google Patents

광학 소자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130122727A
KR20130122727A KR1020137005745A KR20137005745A KR20130122727A KR 20130122727 A KR20130122727 A KR 20130122727A KR 1020137005745 A KR1020137005745 A KR 1020137005745A KR 20137005745 A KR20137005745 A KR 20137005745A KR 20130122727 A KR20130122727 A KR 20130122727A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aluminum nitride
single crystal
crystal layer
optical element
layer
Prior art date
Application number
KR1020137005745A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101852519B1 (ko
Inventor
토루 키노시타
카즈야 타카다
Original Assignee
가부시키가이샤 도쿠야마
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 도쿠야마 filed Critical 가부시키가이샤 도쿠야마
Publication of KR20130122727A publication Critical patent/KR20130122727A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101852519B1 publication Critical patent/KR101852519B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L33/02—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 characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • 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
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/01—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes on temporary substrates, e.g. substrates subsequently removed by etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C23C16/303—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • 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
    • C30B29/38—Nitrides
    • 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
    • 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
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02389—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
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—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
    • H01L21/02521—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
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-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
    • 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
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • 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
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • 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
    • 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
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • 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
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 최표면이 질화 알루미늄 단결정면(11a)인 질화 알루미늄 시드기판(11)상에 질화 알루미늄 단결정층(12)를 형성하고, 상기 질화 알루미늄 단결정층(12)상에 광학 소자층(20)을 형성하여 광학 소자용 적층체(2)를 제작하고, 상기 적층체(2)로부터 상기 질화 알루미늄 시드기판(11)을 제거하는 공정을 포함하는 광학 소자(22)의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의해, 자외선 투과율이 높고, 뿐만 아니라 전위 밀도가 낮은 질화 알루미늄 단결정층을 기판으로 하는 광학 소자를 제공한다.

Description

광학 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL ELEMENT}
본 발명은 신규 광학 소자 제조 방법 및 광학 소자용 적층체에 관한 것이다. 특히, 질화 알루미늄 시드기판 상에 광학 특성이 뛰어난 질화 알루미늄 단결정층을 형성하여, 상기 질화 알루미늄 단결정층 상에 광학 소자층을 형성하고, 상기 질화 알루미늄 시드기판을 제거하는 공정을 포함하는 광학 소자의 제조 방법에 관한다. 또한, 본 발명은 질화 알루미늄 시드기판과 해당 질화 알루미늄 시드기판 상에 형성된 광학 특성이 뛰어난 질화 알루미늄 단결정층과, 해당 질화 알루미늄 단결정층 상에 형성된 광학 소자를 포함하는 광학 소자용 적층체에 관한다. 해당 광학 소자용 적층체는 광학 소자의 제조 공정에 있어서의 중간 생성물이며, 광학 소자의 제조 공정에 있어서, 중간 생성물의 이송, 보관 등을 용이하게 하여 제조 효율 향상에 기여한다.
알루미늄(Al)을 포함하는 III족 질화물 반도체는 파장 200nm에서 360nm에 상당하는 자외 영역에 있어서 직접 천이형의 밴드 구조를 갖기 때문에 고효율인 자외 발광 디바이스의 제작이 가능하다.
III족 질화물 반도체 디바이스는 일반적으로 유기 금속 기상 성장법(MOCVD법), 분자선 에피택시법(MBE법), 또는 할라이드 기상 에피택시법(HVPE법) 등의 화학 기상 성장법에 따라, 단결정 기판 상에 III족 질화물 반도체 박막을 결정 성장시키는 것으로 제조된다.
상기 자외 발광 디바이스를 제조하는 경우에는, Al를 포함하는 III족 질화물 반도체 결정과 격자 정수 및 열팽창 계수의 정합성이 좋은 기판의 입수가 곤란하다. 그 때문에, 일반적으로는 사파이어 기판이나 탄화 규소 기판 등의 이종(異種) 재료 기판 상에 Al를 포함하는 III족 질화물 반도체 결정이 형성된다. 그러나, 사파이어 기판과 같은 이종 재료 기판을 시드기판으로서 이용하는 경우, III족 질화물 반도체 결정층과 시드기판과의 격자 정수차가 크기 때문에, III족 질화물 반도체 결정층과 시드기판과의 계면에서 III족 질화물 반도체 결정층 중에 고밀도의 전위가 발생하여, 그 결과 디바이스층 중의 전위 밀도도 높아진다는 문제가 있다.
그 때문에, III족 질화물의 시드기판(동시드기판) 상에, Al를 포함하는 III족 질화물 반도체 결정을 형성하는 방법으로서 이하의 방법이 제안되고 있다. 구체적으로는, 먼저 이종 재료 기판 상에 Al를 포함하는 III족 질화물 단결정 박막층 및 Al를 포함하는 III족 질화물 비단결정층을 적층한다. 계속해서, 해당 이종 재료 기판을 제거하여 노출한 해당 박막층 상에, 또한 Al를 포함하는 III족 질화물 단결정층을 적층시킨다. 그 후, 적어도 Al를 포함하는 III족 질화물 비단결정층 부분을 제거하여, Al를 포함하는 III족 질화물 단결정층으로 이루어지는 자립 기판을 시드기판으로서 사용하는 방법이다(특허 문헌 1 참조). 그러나, Al를 포함하는 III족 질화물 단결정층을 추출하여 자립 기판으로 하는 본 방법에 대하여, 고품질인 자립 기판을 얻고, 또한 고품질인 자외 발광 디바이스를 얻기 위해서는, 이하의 점에서 개선의 여지가 있었다. 즉, 상기 방법에 있어서, 고품질이며 뛰어난 강도를 가지는 자립 기판을 얻기 위해서는, 연마, 절단 등에 의한 추출이 필요하게 되지만, 이것들의 조작 및 자립 기판의 강도를 고려하면 Al를 포함하는 III족 질화물 단결정층을 충분히 두껍게 할 필요가 있었다. Al를 포함하는 III족 질화물 단결정층을 두껍게 하면 역시 생산성이 저하되며, 또한 해당 단결정층 자체에 크랙이 발생하기 쉽기 때문에 이러한 점에서 개선의 여지가 있었다.
또한, 승화법으로 대표되는 물리 기상법에 의해 제작한 III족 질화물의 시드기판(동시드기판) 상에 Al를 포함하는 III족 질화물 반도체 결정을 형성시키는 방법도 있다. 이 경우는, III족 질화물 반도체 결정층과의 격자 정수차가 작은 동시드기판을 이용하기 때문에, III족 질화물 반도체 결정층과 시드기판과의 계면에서의 전위의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 일반적으로 물리 기상법에서는 저전위 밀도의 III족 질화물의 종결정을 얻을 수 있기 때문에, 이러한 기판을 사용함으로써, III족 질화물 반도체 결정층 중의 전위 밀도를 저감 할 수 있다고 하는 이점이 있다(비특허 문헌 1). 그러나, 일반적으로 물리 기상법으로 제작한 시드기판 중에는 불순물 또는 점결함이 많이 존재하기 때문에, 해당 시드기판은 파장 200nm부터 300nm에 있어서의 흡수 계수가 현저하게 크다고 하는 결점이 있다(비특허 문헌 2). 그 결과, 자외광이 기판에 흡수되기 때문에 고효율의 광학 소자, 특히 고효율의 자외 LED를 제작하는 것은 곤란하였다.
특허 문헌 1 : 국제 공개 WO2009/090821호 팜플렛
비특허 문헌 1 : Applied　Physics　Express 3(2010) 072103 비특허 문헌 2 : Journal　Of　Applied　Physics 103, 073522(2008)
광학 소자를 고효율로 제조하는 것에는, 전위 밀도가 낮고 광투과 효율이 높은 자립 기판이 불가결하다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 자외선 투과율이 높고, 뿐만 아니라 전위 밀도가 낮은 질화 알루미늄 단결정층을 자립 기판으로 하는 광학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 본 발명은 하기 사항을 요지로 포함한다.
(1) 최표면이 질화 알루미늄 단결정면인 질화 알루미늄 시드기판 상에 화학 기상 성장법에 의해 질화 알루미늄 단결정층을 형성하는 제1 공정과,
상기 질화 알루미늄 단결정층 상에 광학 소자층을 형성하여 광학 소자용 적층체를 얻는 제2 공정과,
상기 광학 소자용 적층체로부터 상기 질화 알루미늄 시드기판을 제거하는 제3 공정을 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
(2) 상기 제1 공정에 있어서의 상기 질화 알루미늄 단결정층의 두께는 50㎛ 이상인 (1)에 기재된 광학 소자의 제조 방법.
(3) 상기 제2 공정에 있어서의 상기 광학 소자층은 LED 소자층인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 광학 소자의 제조 방법.
(4) 최표면이 질화 알루미늄 단결정면인 질화 알루미늄 시드기판과,
상기 질화 알루미늄 시드기판 상에 형성된 질화 알루미늄 단결정층과,
상기 질화 알루미늄 단결정층 상에 형성된 광학 소자층를 갖는 광학 소자용 적층체.
(5) 상기 질화 알루미늄 단결정층의 파장 240nm부터 300nm에 있어서의 흡수 계수가 30cm-1 이하인 (4)에 기재된 광학 소자용 적층체.
(6) 상기 질화 알루미늄 단결정층의 전위 밀도가 109cm-2 이하인 (4) 또는 (5)에 기재된 광학 소자용 적층체.
본 발명에 의하면, 자외선 투과율이 높고, 뿐만 아니라 전위 밀도가 낮은 질화 알루미늄 단결정층을 자립 기판으로 하는 광학 소자를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명과 관련되는 광학 소자용 적층체는 질화 알루미늄 단결정층과 광학 소자층의 기판으로서 동시드기판인 질화 알루미늄 시드기판을 갖기 때문에, 수송시 파손 등이 발생하기 어렵고 핸들링이 용이하다.
도 1은 본 발명의 적층체의 제조 공정의 한 형태를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 광학 소자의 제조 방법은 도 1에 나타내는 바와 같이, 최표면이 질화 알루미늄 단결정면(11a)인 질화 알루미늄 시드기판(11) 상에, 화학 기상 성장법에 의해 질화 알루미늄 단결정층(12)를 형성하는 제1 공정과, 상기 질화 알루미늄 단결정층(12) 상에 광학 소자층(20)을 형성하여 광학 소자용 적층체(2)를 얻는 제2 공정과, 상기 광학 소자용 적층체(2)로부터 상기 질화 알루미늄 시드기판(11)을 제거하는 제3 공정을 포함한다.
(제1 공정)
본 발명의 제1 공정에서는 동시드기판인 질화 알루미늄 시드기판(11) 상에, 화학 기상 성장법에 의해 질화 알루미늄 단결정층(12)를 형성하여 제1 적층체(자립 기판)(1)을 얻는다.
최표면이 질화 알루미늄 단결정면(11a)인 질화 알루미늄 시드기판(11)의 제조 방법에는 특별히 한정은 없고, 공지된 방법이 이용된다. 예를 들면, 질화 알루미늄 시드기판(11)은 화학 기상 성장법에 의해 제작되어 최표면에 질화 알루미늄 단결정면을 갖는 질화 알루미늄 기판이라도 좋고, 승화법 등의 물리 기상법에 의해 제작된 질화 알루미늄 단결정 기판이라도 좋다.
본 발명의 한 실시 형태로서 화학 기상 성장법에 의해 제작되고, 최표면에 질화 알루미늄 단결정면을 갖는 질화 알루미늄 단결정 시드기판에 대하여 이하에 설명한다.
화학 기상 성장법에 의해 제작되고, 최표면이 질화 알루미늄 단결정면의 질화 알루미늄 시드기판으로서는, 예를 들면 일본 공개특허공보 제2010－89971에 제안되는 질화 알루미늄 단결정 기판을 이용해도 좋다. 또한, WO2009/090821, 일본 공개특허공보 제2010－10613에 제안되는 질화 알루미늄 비단결정층을 포함하는 질화 알루미늄계 적층체를 이용해도 좋다.
이와 같은 화학 기상 성장법으로 제작되는 시드기판 중에서도, 시드기판 자체의 생산성, 하기에 상술하는 제3 공정의 실시의 용이함을 고려하면, 질화 알루미늄 비단결정층을 포함하는 질화 알루미늄계 적층체를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 다결정, 비정질 또는 이것들의 혼합으로 이루어지는 질화 알루미늄 비단결정층 상에, 최표면을 형성하는 질화 알루미늄 단결정 박막층이 적층된 질화 알루미늄계 적층체를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 해당 질화 알루미늄계 적층체의 생산성, 최표면의 결정성을 고려하면 최표면을 형성하는 질화 알루미늄 단결정 박막층의 두께가 10nm 이상 1.5㎛ 이하이며, 해당 질화 알루미늄 비단결정층의 두께가 해당 질화 알루미늄 단결정 박막층의 100배 이상인 질화 알루미늄계 적층체를 이용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 질화 알루미늄계 적층체는 비단결정층을 가지기 때문에, 자외선 투과율은 낮고 광학 소자의 구성 부재로서는 부적당하지만, 본 발명에서는 시드기판 자체가 제조 과정에서 제거되기 때문에, 최종 제품이 되는 광학 소자에 있어서 특별히 문제는 되지 않는다. 또한, 사파이어 기판 등의 이(異)시드기판과는 다르며, 같은 질화 알루미늄으로 이루어지는 적층체이기 때문에, 열팽창 계수차가 작다고 하는 이점도 있다. 또한 비단결정층은 제3 공정으로 제거하기 쉽다는 이점도 있다.
상기와 같은 질화 알루미늄 시드기판(11)의 최표면에 위치하는 질화 알루미늄 단결정면(11a) 상에, 화학 기상 성장법에 의해 질화 알루미늄 단결정층(12)를 형성하는 방법에는 특별히 한정은 없으며 공지된 방법이 이용된다. 화학 기상 성장법으로서는 HVPE법 등이 일반적이다.
이와 같이하여 얻어지는 질화 알루미늄 단결정층(12)는 파장 240nm부터 300nm에 있어서의 흡수 계수가 30cm-1 이하로 낮고, 전위 밀도는 109cm-2 이하로 할 수 있다.
또한, 제1 공정에 있어서 형성되는 질화 알루미늄 단결정층(12)의 두께는 제조 코스트의 관점에서는 얇을수록 좋지만, 제조 공정에 있어서의 핸들링을 용이하게 하고, 또한 크랙 등의 발생에 의한 제품 수율 저하를 억제한다는 관점에서, 50㎛ 이상인 것이 바람직하고 실용적인 관점 등에서 더 바람직하게는 100~300㎛, 특히 100~250㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 질화 알루미늄 단결정층(12)의 두께를 500㎛ 이하, 또한 300㎛ 이하, 특히 250㎛ 이하로 해도 제조 공정에 있어서의 핸들링을 용이하게 할 수 있다. 이것은 광학 소자층(20)이 최종적으로 제거되는 질화 알루미늄 시드기판(11)을 갖는 제1 적층체(자립 기판) 상에 형성되기 때문이다. 즉, 질화 알루미늄 시드기판(11)을 갖기 때문에, 질화 알루미늄 단결정층(12)의 두께가 얇아도, 제1 적층체(자립 기판)가 충분한 강도를 갖기 때문이다. 또한 본 발명에 의해 얻어지는 광학 소자(22)는 비교적 얇은 두께의 질화 알루미늄 단결정층(12)를 갖기 때문에 자외선 투과율을 높일 수 있다. 질화 알루미늄 단결정층(12)가 두꺼워지면 자외선을 투과하기 어려워지지만, 본 발명의 방법에 의하면 해당 단결정층(12)를 얇게 할 수 있기 때문에, 이 점에서도 유리하게 된다.
본 발명에 있어서, 질화 알루미늄 시드기판(11)의 두께도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 하기에 상술하는 광학 소자 적층체의 생산성, 핸들링성 및 제3 공정의 용이함을 고려하면, 100~500㎛인 것이 바람직하다. 또한 해당 시드기판으로서 상기 질화 알루미늄계 적층체를 사용하였을 경우에는 해당 적층체 자체의 두께가 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 질화 알루미늄 단결정층(12)의 형성 후의 표면 거칠기는 특별히 한정되는 것은 아니다. 다만, 질화 알루미늄 단결정층(12)의 성장 직후의 표면이 거칠고, 그에 따라 제2 공정에 있어서 형성되는 광학 소자층의 성능을 저하시키는 경우는, 제1 공정 종료 후에 질화 알루미늄 단결정층(12)의 표면 연마를 실시하여 표면을 평활하게 하는 것이 바람직하다. 제2 공정으로 고품질의 광학 소자층을 얻기 위해서는, 질화 알루미늄 단결정층(12)의 표면 거칠기가 제곱 평균 거칠기(RMS치)로 5nm 이하인 것이 바람직하고, 더욱 1nm 이하인 것이 바람직하다. 이 연마를 실시하는 경우도, 시드기판 부분을 갖는 기판을 취급하기 때문에 충분한 강도를 가지며 연마를 용이하게 실시할 수 있다.
(제2 공정)
본 발명의 제2 공정에서는, 제1 공정으로 얻어진 제1 적층체(자립 기판)(1) 상에 광학 소자층(20)을 형성하여, 제2의 적층체 즉 광학 소자용 적층체(2)를 얻는다.
질화 알루미늄 단결정층(12) 상에 광학 소자층(20)을 형성하는 방법에는, 특별히 한정은 없고 공지된 방법이 이용된다. 통상은 광학 소자층(20)은 MOCVD법 등의 화학 기상 성장법에 의해 형성된다.
본 발명의 한 실시 형태로서 MOCVD법에 의한 광학 소자층(20)의 형성에 대하여 이하에 설명한다.
MOCVD법은 유기 금속 III족 원료 가스와 질소원 원료 가스를 기판 상에 공급하여, 해당 기판 상에 III족 질화물 단결정층을 성장시키는 것이다. 본 발명에서 사용하는 원료 가스는, 목적으로 하는 III족 질화물 단결정층의 조성에 따라서, 공지된 원료가 특별히 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로는 III족 원료 가스로서는 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리메틸갈륨, 트리에틸갈륨 또는 트리메틸인듐의 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이것들 III족 원료는 성장시키는 III족 질화물 단결정층의 조성에 따라서, 그 원료의 종류, 사용 비율을 적당하게 결정하면 좋다. 또한, 질소원 가스로서는 암모니아 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 전도성의 제어를 목적으로 하여 첨가하는 불순물 원료 가스로서는 P형 불순물 원료 가스로서 비스시클로펜타디엔일마그네슘, N형 불순물 원료 가스로서 모노실란 또는 테트라에틸실란을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 사용하는 MOCVD 장치에 대해서는, 본 발명을 실시할 수 있는 구조이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지된 장치 또는 시판되는 MOCVD 장치를 이용할 수 있다.
이하, 일반적인 광학 소자인 LED를 제조하는 예에 대하여 자세하게 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 LED 구조는 기판 상에 N형 III족 질화물 반도체층, 활성층, P형 III족 질화물 반도체층, P형 III족 질화물 컨택트층을 차례로 적층시킨 구조를 예로 설명하고 있지만, 본 발명은 이하의 구조로 한정되는 것은 아니다.
우선, 제1 공정에서 얻어진 제1 적층체(1)(자립 기판(1))을 MOCVD 장치 내에 설치한 후, 자립 기판(1)을 1050℃ 이상, 더 바람직하게는 1150℃ 이상으로 가열하여, 수소 분위기 중에 유지하는 것으로써 자립 기판 표면의 클리닝을 실시한 후, 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨, 암모니아, 모노실란 또는 테트라에틸실란 및 원료 가스의 캐리어 가스로서 수소, 질소 등을 MOCVD 장치 내에 도입하여 N형 III족 질화물 반도체층을 형성한다.
또한, 상기 N형 III족 질화물 반도체층을 형성하기 전에, N형 특성을 향상시키는 것을 목적으로 하여 버퍼층을 형성할 수도 있다. 이 경우, 버퍼층으로서는 해당 III족 질화물 반도체층 및 질화 알루미늄 단결정층과 동일 또는 중간의 격자 정수를 가지는 N형 III족 질화물층인 것이 바람직하다. 또한, 버퍼층은 단일층이라도 좋고 조성이 다른 복수의 적층체로 할 수도 있다.
계속해서, 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨, 암모니아 및 원료 가스의 캐리어 가스로서 수소, 질소 등을 MOCVD 장치 내에 도입하여 발광층이 되는 양자 우물 구조를 형성한다. 여기서, 양자 우물 구조란, 두께 수~수십nm의 우물층과 해당 우물층보다 밴드 갭 에너지가 큰 장벽층을 조합한 적층 구조이며, 상기 우물층의 밴드 갭 에너지나 장벽층 막두께 등은 원하는 광학 특성을 얻을 수 있도록 적당하게 설정하면 좋다. 또한, 상기 원료에 더하여, 광학 특성을 향상시키는 등의 목적으로 트리메틸인듐, N형 또는 P형 불순물 원료를 더해도 좋다.
계속해서, 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨, 암모니아, 비스시클로펜타디엔일마그네슘 및 원료 가스의 캐리어 가스로서 수소, 질소 등을 MOCVD 장치 내에 도입하여, P형 III족 질화물 반도체층을 형성한다. 그 후, 트리메틸갈륨, 암모니아, 비스시클로펜타디엔일마그네슘 및 원료 가스의 캐리어 가스로서 수소, 질소 등을 MOCVD 장치 내에 도입하여, P형 III족 질화물 반도체 컨택트층을 형성한다. 여기서, 상기 III족 질화물 반도체층을 형성할 때 원료 공급비, 성장 온도, V족원소(질소등)와 III족 원소와의 비(V/III비) 등은, 원하는 광학 특성 및 전도 특성을 얻을 수 있도록 적당히 설정하면 좋다.
또한, 본 발명의 광학 소자용 적층체(2)는 상기 제2 공정을 거쳐 얻어지는 중간 생성물이며, 질화 알루미늄 시드기판과 해당 질화 알루미늄 시드기판 상에 형성된 광학 특성이 뛰어난 질화 알루미늄 단결정층과 해당 질화 알루미늄 단결정층 상에 형성된 광학 소자를 포함한다. 본 발명의 광학 소자용 적층체(2)는 광학 소자의 제조 공정에 있어서, 그 이송, 보관 등을 용이하게 하여 제조 효율이 향상된다.
(제3 공정)
본 발명의 제3 공정에서는 제2 공정에서 얻어진 광학 소자용 적층체(2)로부터 질화 알루미늄 시드기판(11)을 제거하여 광학 소자(22)를 얻는다.
여기서, 상기의 프로세스에 의해 제조한 광학 소자(22)를 디바이스로서 기능시키기 위해서는, 소정의 전도층을 노출시키는 에칭 처리, 전도층 표면에의 전극 형성 처리 등 소자화를 위한 가공을 실시 할 필요가 있다. 본 발명의 제3 공정은 상기 소자화를 위한 가공 공정을 실시하기 전에 실시할 수도 있고, 소자화를 위한 가공을 실시한 후에 실시할 수도 있다. 소자화를 위한 가공 공정과 본 발명의 제3 공정을 실시하는 순서는 생산성이나 핸들링성 등을 고려하여 본 발명을 실시할 때 적당히 결정하면 좋다.
광학 소자용 적층체(2)로부터 질화 알루미늄 시드기판(11)을 제거하는 방법으로는 특별히 한정은 없으며, 연마, 반응성 이온 에칭, 알칼리 용액 등을 이용한 습식 에칭 등의 공지된 방법을 이용할 수 있지만, 연마에 의해 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3 공정 종료 후에, 상기 질화 알루미늄 시드기판(11)을 제거한 측의, 상기 질화 알루미늄 단결정층(12) 표면에 요철을 형성하는 것도, 해당 광학 소자의 성능을 향상시키는 수단으로서 매우 적합하게 이용할 수 있다. 예를 들면 LED에 상기 요철 형성 프로세스를 적용하였을 경우는, 해당 요철의 존재에 의해, 상기 기판 표면에서의 전체 반사량이 저감되어, 결과적으로 LED의 발광 특성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 얻어진 광학 소자(22)는 필요에 따라 칩화 등의 처리가 실시되어 다양한 용도에 이용된다. 광학 소자로서는 예를 들면 LED(발광 다이오드) 등을 들 수 있다.
상술한 본 발명의 한 실시 형태로써는 화학 기상 성장법에 의해 제작되는 동시드기판인 질화 알루미늄 단결정 시드기판(11) 상에, 화학 기상 성장법에 의해 질화 알루미늄 단결정층(12)를 형성하여 제1 적층체(자립 기판)(1)을 준비한다. 이 때, 해당 질화 알루미늄 단결정 시드기판(11)의 전위 밀도가 낮기 때문에, 질화 알루미늄 단결정층(12) 및 그 위에 형성되는 광학 소자층(20)에 있어서도 전위 밀도의 저감이 가능하게 된다. 뿐만 아니라, 해당 질화 알루미늄 단결정층(12)는 화학 기상 성장법에 의해 형성되기 때문에, 저전위 또는 높은 자외선 투과 효율을 실현할 수 있다. 또한, 해당 질화 알루미늄 단결정층(12)와 광학 소자층(20)과의 굴절 효율차가 작기 때문에, 광 추출 효율도 종래와 비교하여 향상된다.
또한 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다양하게 개변될 수 있다. 예를 들면, 질화 알루미늄 단결정 시드기판(11)은 상술한 화학 기상 성장법 이외에도, 승화법 등의 물리 기상 성장법에 따라 제작된 것이라도 좋다.
또한, 예를 들면 상술한 실시 형태에서는 본 발명과 관련되는 광학 소자로서 자외 발광 소자를 예시했지만, 본 발명과 관련되는 전자 부품으로서는 발광 다이오드 소자 등의 발광 소자로 한정되지 않는다. 본 발명의 광학 소자의 제조 방법은 예를 들면 자외선으로부터 적외선까지의 폭넓은 영역의 감도를 갖는 반도체 소자를 밀봉한 수광 소자의 제조에도 응용할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 더욱 상세한 실시예에 근거하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다.
(질화 알루미늄 시드기판(11)의 준비)
질화 알루미늄 시드기판(11)은 WO2009/090821에 기재된 방법에 의해 제작하였다. 이 질화 알루미늄 시드기판(11)은 질화 알루미늄 단결정면(11a)를 구성하는 질화 알루미늄 단결정 박막층의 두께가 200nm이며, 그 아래의 질화 알루미늄 비단결정층(질화 알루미늄 다결정층)의 두께가 300㎛인 적층체를 이용하였다. 또한, 이 질화 알루미늄 시드기판(11)은 8mm 각(角)인 것을 2매 준비하였다.
(제1 공정)
2매의 상기 질화 알루미늄 시드기판(11)을 질화 알루미늄 단결정면(11a)가 최표면이 되도록 HVPE 장치내의 서셉터 상에 설치한 후, 수소를 10slm, 암모니아를 200sccm의 유량으로 흘리면서, 해당 질화 알루미늄 시드기판(11)을 1450℃로 가열하여, 20분간 유지함으로써 표면 클리닝을 실시하였다. 계속해서, 500℃로 가열한 금속 알루미늄과 염화수소 가스를 반응시켜 얻어진 3염화 알루미늄 가스 5sccm, 암모니아 가스 15sccm, 캐리어 가스로서 질소 1500sccm, 수소 5000sccm를 질화 알루미늄 시드기판(11) 상에 공급하여, 질화 알루미늄 단결정층(12)를 150㎛ 성장시켰다.
질화 알루미늄 단결정층(12)의 표면을 미분 간섭 광학 현미경으로 관찰하여, 어느 샘플도 질화 알루미늄 단결정층(12)의 표면이 크랙 프리인 것을 확인하였다. 또한, 질화 알루미늄 단결정층(12)의 표면은 국소적으로는 매우 평탄하지만, 8mm 각 전체로서는 비교적 큰 요철이 기판 전면에 존재하고 있는 상태였다.
(질화 알루미늄 단결정층(12)의 연마 및 평가)
계속해서, 상기 질화 알루미늄 단결정층(12)의 표면을 CMP(Chemical　Mechanical　Polishing) 연마에 의해, RMS치가 1nm 이하로 될 때까지 연마하여 제1 적층체(1)(자립 기판(1))을 얻었다.
여기서, 제작한 자립 기판(1)의 1매에 대하여 질화 알루미늄 단결정층(12)의 특성을 평가하기 위해, 이면의 질화 알루미늄 비단결정층(질화 알루미늄 다결정층)을 기계 연마에 의해 제거하고, 그 후 CMP 연마에 의해 RMS치가 5nm 이하로 될 때까지 연마하는 것으로써, 대략 양면 경면 상태의 질화 알루미늄 단결정층(12)의 단체(單體)를 추출하였다. 연마 후의 질화 알루미늄 단결정층(12)의 막 두께는 100㎛였다. 투과형 전자 현미경을 이용한 평면 관찰에 의하여(가속 전압 300kV), 연마 후의 질화 알루미늄 단결정층(12) 표면의 관통 전위 밀도를 측정한 바 3×108cm-2였다. 또한, 자외 가시 분광광도계(시마즈 세이사쿠쇼제 UV－2550)에 의해, 해당 질화 알루미늄 단결정층(12)의 투과율을 측정한 바 파장 240nm부터 350nm에 있어서의 외부 투과율은 40% 이상이었다. 또한, 질화 알루미늄 단결정의 굴절률을 2.4로 하여, 상기 막 두께와 투과율로부터 흡수 계수를 산출한 바 파장 240nm부터 350nm에 있어서의 흡수 계수는 20cm-1 이하였다.
(제2 공정)
계속해서, 제1 적층체(1)(자립 기판(1)) 1매를, 연마된 질화 알루미늄 단결정층(12) 표면이 최표면이 되도록 MOCVD 장치내의 서셉터 상에 설치하였다. 그 후, 수소를 13slm의 유량으로 흘리면서 해당 자립 기판(1)을 1250℃까지 가열하여 10분간 유지하는 것으로 표면 클리닝을 실시하였다.
계속해서, 자립 기판(1)의 온도를 1200℃으로 하여, 트리메틸알루미늄 유량이 25㎛ol/min, 암모니아 유량이 1slm, 전체 유량이 10slm, 압력이 50Torr의 조건으로, 해당 질화 알루미늄 단결정층(12) 상에 질화 알루미늄 버퍼층을 두께 0.1㎛ 형성하였다. 계속해서, 서셉터상의 기판 온도를 1120℃으로 하여, 트리메틸 갈륨 유량이 20㎛ol/min, 트리메틸알루미늄이 35㎛ol/min, 암모니아 유량이 1.5slm, 전체 유량이 10slm, 압력이 50Torr의 조건으로 Al0 .7Ga0 .3N버퍼층을 0.2㎛ 형성하였다. 또한, 테트라에틸실란 3nmol/min를 동시에 공급한 이외는 버퍼층과 동조건으로 N형 Al0.7Ga0.3N층을 1.2㎛ 형성하였다.
계속해서, 트리메틸갈륨 유량을 40㎛ol/min, 트리메틸알루미늄을 3㎛ol/min로 한 이외는 버퍼층과 동조건으로 Al0 .3Ga0 .7N우물층을 2nm 형성하였다. 계속해서, 버퍼층과 동조건으로 장벽층을 15nm 형성하였다. 이 우물층과 장벽층의 성장을 3회 반복하는 것으로 3중량자 우물층을 형성하였다.
계속해서, 트리메틸 갈륨 유량을 15㎛ol/min로 하여, 비스시클로펜타디엔일마그네슘 0.8㎛ol/min를 동시에 공급한 이외는 버퍼층과 동조건으로 P형 Al0 .8Ga0 .2N층을 20nm형성하였다. 계속해서, 트리메틸갈륨 유량을 40㎛ol/min, 비스시클로펜타디엔일마그네슘 0.3㎛ol/min, 암모니아 유량이 2.0 slm, 전체 유량이 8slm, 압력이 150Torr의 조건으로 P형GaN 컨택트층을 0.2㎛ 형성하였다. 이 기판을 MOCVD 장치로부터 추출하여 질소 분위기중 20분간, 800℃의 조건으로 열처리를 실시하였다.
계속해서, ICP 에칭 장치에 의해 해당 기판의 일부를 Si도핑 Al0 .7Ga0 .3N층이 노출할 때까지 에칭 한 후, 해당 노출 표면에 진공 증착법에 의해 Ti(20nm)/Al(100nm)/Ti(20nm)/Au(50nm) 전극을 형성하고, 질소 분위기 중 1분간, 1000℃의 조건으로 열처리를 실시하였다. 계속해서, 상기 P형 GaN 컨택트층 상에 진공 증착법에 의해 Ni(20nm)/Au(100nm) 전극을 형성하여, 질소 분위기 중 5분간, 500℃의 조건으로 열처리를 실시하였다.
이상과 같이 하여, 제1 적층체의 질화 알루미늄 단결정층(12) 상에, 광학 소자층(20)이 적층된 제2 적층체(2)(광학 소자용 적층체(2))를 제작하였다. 이와 같이 하여 제작한 광학 소자용 적층체(2)의 직류 10mA 동작 시에 있어서의 소자 이면으로부터 발광 특성을 평가한 바, 발광 파장 265nm의 미약한 싱글 발광 피크를 확인할 수 있었다.
(제3 공정)
상기 광학 소자용 적층체(2)의 이면의 질화 알루미늄 비단결정층(질화 알루미늄 다결정층)을 기계 연마에 의해 제거하고, 그 후 CMP 연마에 의해 RMS치가 5nm이하로 될 때까지 연마하여 광학 소자(22)를 제작하였다. 또한, 이 광학 소자(22)의 두께는 약 100㎛였다. 이 광학 소자(22)를 광학 소자용 적층체(2)와 같은 방법으로 발광 측정을 실시한 바, 발광 파장 265nm의 싱글 피크 발광이며, 이 광학 소자(22)의 발광 피크 강도는 광학 소자용 적층체(2)의 강도보다 10배 이상인 것이 확인되었다.
2 : 제2의 적층체(광학 소자용 적층체)
1 : 제1 적층체(자립 기판)
11 : 질화 알루미늄 시드기판
11a :　질화 알루미늄 단결정면
12 : 질화 알루미늄 단결정층
20 : 광학 소자층
22 : 광학 소자

Claims (6)

  1. 질화 알루미늄으로 이루어지고, 최표면이 질화 알루미늄 단결정면인 질화 알루미늄 시드기판 상에, 화학 기상 성장법에 의해 질화 알루미늄 단결정층을 형성하는 제1 공정과,
    상기 질화 알루미늄 단결정층 상에, 광학 소자층을 형성하여 광학 소자용 적층체를 얻는 제2 공정과,
    상기 광학 소자용 적층체로부터 상기 질화 알루미늄 시드기판을 제거하는 제3 공정을 포함하는 광학 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정에 있어서의 상기 질화 알루미늄 단결정층의 두께는 50㎛ 이상인 광학 소자의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 공정에 있어서의 상기 광학 소자층은 LED 소자층인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  4. 질화 알루미늄으로 이루어지고, 최표면이 질화 알루미늄 단결정면인 질화 알루미늄 시드기판과,
    상기 질화 알루미늄 시드기판 상에 형성된 질화 알루미늄 단결정층과,
    상기 질화 알루미늄 단결정층 상에 형성된 광학 소자층을 갖는 광학 소자용 적층체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 질화 알루미늄 단결정층의 240nm부터 300nm에 있어서의 흡수 계수가 30cm-1 이하인 광학 소자용 적층체.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 질화 알루미늄 단결정층의 전위 밀도가 109cm-2 미만인 광학 소자용 적층체.
KR1020137005745A 2010-10-29 2011-10-17 광학 소자의 제조 방법 KR101852519B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010243824 2010-10-29
JPJP-P-2010-243824 2010-10-29
PCT/JP2011/073831 WO2012056928A1 (ja) 2010-10-29 2011-10-17 光学素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130122727A true KR20130122727A (ko) 2013-11-08
KR101852519B1 KR101852519B1 (ko) 2018-04-26

Family

ID=45993643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137005745A KR101852519B1 (ko) 2010-10-29 2011-10-17 광학 소자의 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20130214325A1 (ko)
EP (1) EP2634294B1 (ko)
JP (1) JP5931737B2 (ko)
KR (1) KR101852519B1 (ko)
WO (1) WO2012056928A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2951869A1 (en) * 2013-01-29 2015-12-09 Hexatech Inc. Optoelectronic devices incorporating single crystalline aluminum nitride substrate
TWI690632B (zh) * 2014-11-10 2020-04-11 日商德山股份有限公司 Iii族氮化物單結晶製造裝置、使用該裝置之iii族氮化物單結晶之製造方法、及氮化鋁單結晶
EP3267497A4 (en) 2015-03-06 2018-10-10 Stanley Electric Co., Ltd. Group iii nitride laminate and light emitting element comprising said laminate
US10249786B2 (en) * 2016-11-29 2019-04-02 Palo Alto Research Center Incorporated Thin film and substrate-removed group III-nitride based devices and method
JP2020537360A (ja) * 2017-10-16 2020-12-17 クリスタル アイエス, インコーポレーテッドCrystal Is, Inc. 電子及び光電子デバイスのための窒化アルミニウム基板の電気化学的除去
WO2022030550A1 (ja) 2020-08-04 2022-02-10 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム単結晶基板の洗浄方法、窒化アルミニウム単結晶積層体の製造方法、及び窒化アルミニウム単結晶基板の製造方法、並びに窒化アルミニウム単結晶基板

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100715828B1 (ko) * 2003-03-19 2007-05-10 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 반도체 결정성장방법
US7338555B2 (en) * 2003-09-12 2008-03-04 Tokuyama Corporation Highly crystalline aluminum nitride multi-layered substrate and production process thereof
JP4592388B2 (ja) * 2004-11-04 2010-12-01 シャープ株式会社 Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体発光素子およびその製造方法
DE102005041643A1 (de) * 2005-08-29 2007-03-01 Forschungsverbund Berlin E.V. Halbleitersubstrat sowie Verfahren und Maskenschicht zur Herstellung eines freistehenden Halbleitersubstrats mittels der Hydrid-Gasphasenepitaxie
US8435879B2 (en) * 2005-12-12 2013-05-07 Kyma Technologies, Inc. Method for making group III nitride articles
JP4862442B2 (ja) * 2006-03-15 2012-01-25 日立電線株式会社 Ｉｉｉ−ｖ族窒化物系半導体基板の製造方法及びｉｉｉ−ｖ族窒化物系デバイスの製造方法
EP2007933B1 (en) * 2006-03-30 2017-05-10 Crystal Is, Inc. Methods for controllable doping of aluminum nitride bulk crystals
US9034103B2 (en) * 2006-03-30 2015-05-19 Crystal Is, Inc. Aluminum nitride bulk crystals having high transparency to ultraviolet light and methods of forming them
WO2008012877A1 (fr) * 2006-07-26 2008-01-31 Fujitsu Limited DISPOSITIF À SEMI-CONDUCTEURS COMPOSÉ EMPLOYANT UN SUBSTRAT DE SiC ET PROCÉDÉ POUR PRODUIRE CELUI-CI
JP5084837B2 (ja) * 2006-10-18 2012-11-28 ナイテック インコーポレイテッド 深紫外線発光素子及びその製造方法
WO2008067537A2 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 University Of South Carolina Method and apparatus for growth of iii-nitride semiconductor epitaxial layers
US8080833B2 (en) * 2007-01-26 2011-12-20 Crystal Is, Inc. Thick pseudomorphic nitride epitaxial layers
WO2008143166A1 (ja) * 2007-05-17 2008-11-27 Mitsubishi Chemical Corporation Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体基板および半導体発光デバイス
JP5262545B2 (ja) * 2007-10-29 2013-08-14 日立電線株式会社 窒化物半導体自立基板及びそれを用いたデバイス
JP2009143778A (ja) * 2007-12-17 2009-07-02 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 窒化アルミニウム結晶の成長方法と窒化アルミニウム基板および半導体デバイス
JP4996448B2 (ja) * 2007-12-25 2012-08-08 パナソニック株式会社 半導体基板の作成方法
JPWO2009090821A1 (ja) * 2008-01-16 2011-05-26 国立大学法人東京農工大学 Ａｌ系ＩＩＩ族窒化物単結晶層を有する積層体の製造方法、該製法で製造される積層体、該積層体を用いたＡｌ系ＩＩＩ族窒化物単結晶基板の製造方法、および、窒化アルミニウム単結晶基板
JP2009190918A (ja) * 2008-02-13 2009-08-27 New Japan Radio Co Ltd 窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体装置の製造方法
US9331240B2 (en) * 2008-06-06 2016-05-03 University Of South Carolina Utlraviolet light emitting devices and methods of fabrication
JP2010010613A (ja) 2008-06-30 2010-01-14 Tokuyama Corp 積層体、自立基板製造用基板、自立基板およびこれらの製造方法
EP2253988A1 (en) * 2008-09-19 2010-11-24 Christie Digital Systems USA, Inc. A light integrator for more than one lamp
JP5197283B2 (ja) 2008-10-03 2013-05-15 国立大学法人東京農工大学 窒化アルミニウム単結晶基板、積層体、およびこれらの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101852519B1 (ko) 2018-04-26
WO2012056928A1 (ja) 2012-05-03
US20130214325A1 (en) 2013-08-22
JP5931737B2 (ja) 2016-06-08
EP2634294B1 (en) 2020-04-29
JPWO2012056928A1 (ja) 2014-03-20
EP2634294A1 (en) 2013-09-04
EP2634294A4 (en) 2015-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7811902B2 (en) Method for manufacturing nitride based single crystal substrate and method for manufacturing nitride based light emitting diode using the same
JP4335187B2 (ja) 窒化物系半導体装置の製造方法
CN101180420B (zh) GaN单晶生长方法、GaN基板制备方法、GaN系元件制备方法以及GaN系元件
KR102062327B1 (ko) 질화 알루미늄 기판 및 iii족 질화물 적층체
JP2004524250A (ja) 窒化ガリウム材料および方法
KR20130122727A (ko) 광학 소자의 제조 방법
KR102112249B1 (ko) 반도체 웨이퍼
JP5073624B2 (ja) 酸化亜鉛系半導体の成長方法及び半導体発光素子の製造方法
CN111009602A (zh) 具有2d材料中介层的外延基板及制备方法和制作组件
JP2017208554A (ja) 半導体積層体
JP2009238772A (ja) エピタキシャル基板及びエピタキシャル基板の製造方法
JP5551131B2 (ja) 窒化物半導体積層構造体の製造方法
JP2005072310A (ja) Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法
JP2004115305A (ja) 窒化ガリウム単結晶基板、その製造方法、窒化ガリウム系半導体素子および発光ダイオード
JP2004119423A (ja) 窒化ガリウム結晶基板、その製造方法、窒化ガリウム系半導体素子および発光ダイオード
CN106129201B (zh) 一种发光二极管的外延片及其制备方法
KR20120094406A (ko) 적층 기판 및 그 제조 방법
WO2009116232A1 (ja) 化合物半導体基板及びそれを用いた発光素子並びに化合物半導体基板の製造方法
CN107910411A (zh) 发光二极管及其制备方法
JP2009161436A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶基板、ｉｉｉ族窒化物半導体デバイスおよびその製造方法
WO2007078065A1 (en) Gallium nitride-based compound semiconductor
TW202307294A (zh) 紫外線發光元件用磊晶晶圓及其製造方法
JP2005330132A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶基板およびその製造方法ならびにｉｉｉ族窒化物半導体デバイスおよびその製造方法
TWI596797B (zh) Gallium nitride-based crystal and semiconductor device manufacturing method, and light-emitting Device and method of manufacturing the light-emitting device
JP4963301B2 (ja) 窒化物半導体発光素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant