TW201907584A - 模板、氮化物半導體紫外線發光元件及模板之製造方法 - Google Patents

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Abstract

模板係具備將(0001)面或對於(0001)面而言僅傾斜特定之角度的面設為主面的藍寶石基板、與直接形成於藍寶石基板之主面且對於該主面而具有磊晶的結晶方位關係的AlN結晶所構成的的AlN層。在該模板，距AlN層之主面在20nm之厚度的AlN結晶之平均粒徑為100nm以下。

Description

模板、氮化物半導體紫外線發光元件及模板之製造方法
本發明係關於具備藍寶石基板的模板及該製造方法、與具備該模板的氮化物半導體紫外線發光元件。特別是，關於峰值發光波長在紫外區域的氮化物半導體紫外線發光元件用之模板及該製造方法、與該氮化物半導體紫外線發光元件。
作為將AlGaN系之氮化物半導體使用於活性層的氮化物半導體紫外線發光元件之模板，多使用於藍寶石基板之主面使AlN層磊晶成長的模板。
在使複數之半導體層依序磊晶成長而製作的半導體發光元件係作為基底之半導體層之結晶性成為對於其之上之半導體層之結晶性帶來大幅的影響。因此，模板之表面之結晶性係因為成為對於半導體發光元件之全體之結晶性帶來影響，所以特別重要。而且，模板之表面之結晶性越良好，半導體發光元件所具備的各半導體層(特別是活性層)之結晶性亦變得越良好，因為產生發光的電子及電洞之再結合係變得難以因結晶缺陷而被阻礙，所以發光效率等之特性變得良好。
但是，於藍寶石基板之主面使AlN層磊晶成長而製作的模板係因為藍寶石和AlN之晶格不匹配、或Al原子為難以遷移等之理由，所以有難以得到良好的結晶性之AlN層的問題。
關於此問題，以研究在AlN層之成長時的原料氣體之供給時機，改善AlN層之結晶性的模板之製造方法為在專利文獻1、2及非專利文獻1被提案。在此，關於在專利文獻1、2及非專利文獻1所提案的模板之製造方法，參照圖面而說明。第14圖係表示先前之模板之製造方法的示意圖，記載於專利文獻1及2之發明者之1人且非專利文獻1之著者之1人的平山秀樹氏之專題報導（RIKEN NEWS June 2011之2～5頁）的第3圖之一部分。
在專利文獻1、2及非專利文獻1所提案的模板之製造方法係於最初在藍寶石基板之主面上形成數個AlN結晶核後(第14圖之第1階段)，以一邊連續地供給Al之原料氣體，同時脈衝地供給N之原料氣體(氨)，使埋入AlN結晶核之間之間隙的AlN層成長(第14圖之第2階段)。以如此的方法成長的AlN層係相較於僅在藍寶石基板之主面上膜狀地長的AlN層，貫穿差排變少。而且，之後係使AlN層之膜厚增大，將表面平坦化(第14圖之第3階段)。尚，在專利文獻1及非專利文獻1所提案的模板之製造方法係在使AlN層之膜厚增大的中途，藉由以與第14圖之第2階段相同之方法供給原料氣體，促進AlN結晶之橫方向成長(第14圖之第4階段)。由此，以隨著AlN層之成長而欲向上方傳播的貫穿差排被彎曲至橫方向，改善在AlN層之最後表面的結晶性。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2009-54780號公報 　　[專利文獻2] 國際公開第2013/005789號 [非專利文獻]
[非專利文獻1] Physica Status Solidi, A206, No.6, 1176-1182(2009)
[發明所欲解決之課題]
然而，在專利文獻1、2及非專利文獻1提案的模板之製造方法係並非將AlN結晶之成長態樣由先前之態樣而進行大幅地變更，因為留有在先前降低作為AlN層之結晶性降低的原因的貫穿差排者，所以並未達到顯著地改善AlN層之結晶性。
因此，本發明係其目的為提供一種藉由從先前而大幅地變更AlN結晶之成長態樣而顯著地改善AlN層之結晶性的模板及該製造方法、和具備該模板的氮化物半導體紫外線發光元件。 [用以解決課題之手段]
為了達成上述目的，本發明係提供一種模板，其特徵為具備將(0001)面或對於(0001)面而僅傾斜特定之角度的面設為主面的藍寶石基板、與直接形成於前述藍寶石基板之前述主面，且以對於該主面而具有磊晶性結晶方位關係的AlN結晶所構成的AlN層；從前述AlN層之前述主面至20nm之厚度的前述AlN結晶之平均粒徑為100nm以下。
進而，在上述特徵之模板，從前述AlN層之前述主面至20nm之厚度的前述AlN結晶之平均粒徑，可為75nm以下，亦可為70nm以下。又，在上述特徵之模板，從前述AlN層之前述主面至300nm之厚度的前述AlN結晶之平均粒徑，亦可為300nm以下。
又，在上述特徵之模板，前述藍寶石基板之前述主面亦可為對於(0001)面而傾斜0.2°以上的面。藉由此模板，則可容易地得到如上述的平均粒徑小的AlN結晶。
又，在上述特徵之模板，從前述AlN層之前述主面至300nm之厚度的前述AlN結晶係亦可為朝向前述藍寶石基板之上方而進行+C軸配向。藉由此模板，則可更改善AlN層之結晶性。
又，本發明係提供一種氮化物半導體紫外線發光元件，其特徵為：具備上述之模板、與層合於前述模板上的包含複數之AlGaN系半導體層的元件構造部。
又，本發明係提供一種模板之製造方法，其特徵為具備在將(0001)面或對於(0001)面而僅傾斜特定之角度的面設為主面的藍寶石基板之前述主面使AlN結晶直接磊晶成長而形成AlN層的步驟；前述步驟中，以從前述主面磊晶成長至20nm之厚度的前述AlN層之表面的前述AlN結晶之平均粒徑成為100nm以下的成長條件，使前述AlN結晶磊晶成長。
又，本發明係提供一種模板之製造方法，其特徵為具備在將(0001)面或對於(0001)面而僅傾斜特定之角度的面設為主面的藍寶石基板之前述主面使AlN結晶直接磊晶成長而形成AlN層的步驟；前述步驟中，於使被覆前述主面之90%以上的前述AlN層磊晶成長至20nm之厚度時，以在前述AlN層之表面的前述AlN結晶之平均粒徑成為100nm以下的成長條件，使前述AlN結晶磊晶成長。
又，在上述特徵之模板之製造方法之前述步驟，亦可以從前述主面磊晶成長至300nm之厚度的前述AlN層之表面的前述AlN結晶之平均粒徑成為300nm以下的成長條件，使前述AlN層磊晶成長。
又，在上述特徵之模板之製造方法之前述步驟，亦可以從前述主面磊晶成長至20nm之厚度的前述AlN層之表面粗糙度之RMS值成為從前述主面磊晶成長至300nm之厚度的前述AlN層之表面粗糙度之RMS值以下的成長條件，使前述AlN層磊晶成長。例如，可以從前述主面磊晶成長至20nm之厚度的前述AlN層之表面粗糙度之RMS值成為5nm以下的成長條件，使前述AlN層磊晶成長，且亦可以從前述主面磊晶成長至300nm之厚度的前述AlN層之表面粗糙度之RMS值成為10nm以下的成長條件，使前述AlN層磊晶成長。
又，在上述特徵之模板之製造方法之前述步驟，亦可以從前述主面磊晶成長至300nm之厚度的前述AlN層之表面的前述AlN結晶進行+C軸配向的成長條件，使前述AlN層磊晶成長。藉由此模板之製造方法，則可更改善AlN層之結晶性。
又，在上述特徵之模板之製造方法之前述步驟，前述AlN層之成長溫度亦可作為1150℃以上、1300℃以下。藉由此模板之製造方法，則可對於藍寶石基板之主面而使AlN結晶合適地磊晶成長。 [發明之效果]
藉由上述特徵之模板及該製造方法，則可顯著地改善磊晶成長於藍寶石基板之主面的AlN層之結晶性。又，使用此模板的氮化物半導體紫外線發光元件係因為元件構造部之結晶性被改善，所以可改善發光效率等之特性。
以下，說明本發明的實施形態，例示一種氮化物半導體紫外線發光元件、與該製造方法，該氮化物半導體紫外線發光元件係具備包含藍寶石基板的模板、與層合於該模板上的具有複數之AlGaN系半導體層的元件構造部而藉由通電而出射峰值發光波長為365nm以下之光(紫外線)的發光二極體。尚，所謂構成各個被包含於元件構造部的AlGaN系半導體層的材料的AlGaN系半導體係AlGaN、AlN或GaN、或是於此等包含微量之雜質(例如，Si或Mg、In等)的半導體，在以下係按照必要而對於Al及Ga使用下標而表示Al及Ga之相對的組成比(例如， AlX Ga1-X N)。
但是，本發明係因為主要是關於模板者，所以模板上之元件構造部之構造係任一者均可，不限定於以下之＜氮化物半導體紫外線發光元件＞所例示的構造。
＜氮化物半導體紫外線發光元件＞ 　　首先，關於本發明之實施形態的氮化物半導體紫外線發光元件之構造之一例，參照圖面而說明。第1圖係模式性地表示關於本發明之實施形態的氮化物半導體紫外線發光元件之構造之一例的特取部分剖面圖。第2圖係模式性的表示由第1圖之上側所見第1圖所示的氮化物半導體紫外線發光元件的情況之構造之一例的平面圖。尚，在第1圖係在圖示之方便上，因為模式地圖示基板、AlGaN系半導體層及電極之厚度(圖中之上下方向之長度)，所以未必與實際之尺寸一致。又，在以下之說明，未記載p型及n型雙方的AlGaN系半導體為無摻雜，但即使為無摻雜亦會包含不可避免地混入的程度之微量之雜質。
如第1圖及第2圖所示，關於本發明之實施形態的氮化物半導體紫外線發光元件1係具備包含藍寶石基板11的模板10、與包含複數之AlGaN系半導體層21~24及電極25、26的元件構造部20。此氮化物半導體紫外線發光元件1係對於安裝用之基台而言朝向元件構造部20側(在第1圖的圖中上側)而安裝(覆晶安裝)者，光之取出方向係模板10側(在第1圖的圖中下側)。
模板10係具備將(0001)面或對於(0001)面而言僅傾斜特定之角度(傾斜角)的面設為主面的藍寶石基板11、與直接形成於藍寶石基板11之主面的AlN層12。AlN層12係由藍寶石基板11之主面以磊晶成長的AlN結晶構成，此AlN結晶係對於藍寶石基板11之主面而言具有磊晶的結晶方位關係。具體而言，例如以藍寶石基板11之C軸方向(＜0001＞方向)和AlN結晶之C軸方向一致之方式，AlN結晶進行成長。尚，構成AlN層12的AlN結晶，亦可包含微量之Ga或其他之雜質。又，於AlN層12之上面，亦可更形成以Alα Ga1-α N(1＞α＞0)系半導體所構成的層。
元件構造部20係具備由模板10側，依序使n型包覆層21、活性層22、電子阻擋層23及p型接觸層24依序磊晶成長而層合的構造。
n型包覆層21係以n型之AlX Ga1-X N(1≧X＞0)系半導體構成。活性層22係將各個以AlY1 Ga1-Y1 N系半導體(X＞Y1≧0)構成的井層、與以AlY2 Ga1-Y2 N(X≧Y2＞Y1)構成的障壁層，1層以上交互地層合的單一或多量子井構造。電子阻擋層23係以p型之AlZ Ga1-Z N(1≧Z≧Y2)系半導體構成。p型接觸層24係以p型之AlQ Ga1-Q N(Z＞Q≧0)系半導體構成。
進而，元件構造部20係例如具備以Ni/Au構成而形成於p型接觸層24之上面的p電極25、與例如在以Ti/Al/Ti/Au構成而n型包覆層21露出的一部分之區域上形成於n型包覆層21之上面的n電極26。若以由此p電極25供給電洞同時由n電極26供給電子之方式進行通電，則以各個被供給的電洞及電子到達活性層22而再結合而發光。
接著，說明關於第1圖所例示的氮化物半導體紫外線發光裝置1之製造方法之一例。
首先，藉由有機金屬化合物氣相沈積(MOVPE)法或分子束磊晶(MBE)法等之一般周知之磊晶成長法，將包含於模板10的AlN層11及包含於元件構造部20的AlGaN系半導體層21~24，於藍寶石基板11上依序使其磊晶成長而層合。此時，於n型之層係作為施體雜質例如摻雜Si，於p型之層係作為受體雜質例如摻雜Mg。
接著，藉由反應性離子蝕刻等之一般周知之蝕刻法，將以上述之方式層合的半導體層之一部分之區域進行選擇性蝕刻，使該區域之n型包覆層21露出。然後，藉由電子束蒸鍍法等之一般周知之成膜法，於未被蝕刻的區域內之p型接觸層24上形成p電極25，同時於已被蝕刻的區域內之n型包覆層21上形成n電極26。尚，於p電極25及n電極26之一方或雙方之形成後，藉由RTA(瞬間熱退火)等之一般周知之熱處理方法進行熱處理。
＜模板＞ 　　接著，說明關於上述的模板10。尚，關於本發明之實施形態的模板10係有特徵為對於藍寶石基板11之主面而形成的AlN層12；藍寶石基板11係如為AlN層12可磊晶成長(特別是可成長於C軸方向)者，則可使用任意者。
關於本發明之實施形態的模板10係在儘可能變小形成於藍寶石基板11之主面的AlN結晶之粒徑之要點上，與在專利文獻1、2及非專利文獻1所提案的模板有很大的不同。AlN結晶之粒徑係例如按照藍寶石基板11之傾斜角或成長溫度(基板溫度)、原料之供給量或供給比(V/III比)、載體氣體之供給量等之各式各樣的成長條件而決定者，按照使用的成膜裝置而可不同。尚，如專利文獻1、2及非專利文獻1所提案的模板之方式，於藍寶石基板上形成AlN結晶核，以埋入該AlN結晶核之間之方式使AlN層成長的情況係於AlN層之成長時需要特殊的成長方法(脈衝供給氨)，但如關於本發明之實施形態的模板10般地儘可能變小各個AlN結晶之粒徑的情況係並不特別需要特殊的成長方法，將按照使用的成膜裝置的合適的成長條件藉由實驗等而適宜地探索而採用即可。但是，特別是在藉由MOVPE法而使AlN層成長的情況，由對於藍寶石基板11之主面而使AlN結晶合適地磊晶成長的觀點視之，將成長溫度作為1150℃以上、1300℃以下為理想，若作為高於1200℃、未達1300℃則更理想。
第3~5圖係在關於本發明之實施形態的模板，成長至20nm之厚度的AlN層之表面之AFM(原子力顯微鏡 Atomic Force Microscope)圖像。第3圖為成長於傾斜角為0.2°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像。第4圖為成長於傾斜角為0.5°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像。第5圖為成長於傾斜角為1.0°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像。
第6~9圖係表示在關於本發明之實施形態的模板，由成長至20nm之厚度的AlN層之表面之AFM圖像測定的AlN結晶之粒徑的表。第6圖為表示由成長於傾斜角為0.2°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像所測定的AlN結晶之粒徑的表。第7圖為表示由成長於傾斜角為0.5°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像所測定的AlN結晶之粒徑的表。第8圖為表示由成長於傾斜角為1.0°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像所測定的AlN結晶之粒徑的表。第9圖為合併表示第6~8圖所示的AlN結晶之粒徑之測定結果、與藉由AFM裝置而測定的AlN結晶之粒徑及AlN層之表面粗糙度之RMS(均方根 Root Mean Square)值的表。
第6圖~第8圖所示的測定結果係將500nm×500nm之大小的AFM圖像之測定區域，分割為100nm×100nm之25個小區域，測定每一個各自之小區域內所包含的AlN結晶之粒徑的結果。尚，關於位在小區域之交界上的AlN結晶係分配至包含該一半以上之部分的小區域，關於位在測定區域之交界上的AlN結晶係因為無法測定粒徑所以忽視之。又，AFM圖像中之AlN結晶係因為大致上為圓形或橢圖形(嚴格上係認為是接近六角形的形狀，在一些粒係可見邊(小面)，但亦有AFM裝置之性能之極限而會見到圓形或橢圖形)，所以將長軸之長度和短軸之長度之平均值設為粒徑。又，如第6~8圖所示，關於各個藍寶石基板11之傾斜角為0.2°、0.5°及1.0°的3種試料(晶圓)，由晶圓上之不同的測定區域1~3之各種AFM圖像測定AlN結晶之粒徑。
在第9圖，所謂「個別測定值」之平均粒徑及標準差係如第6~8圖所示，測定每1個在AFM圖像的AlN結晶的情況之值。另一方面，「裝置測定值」之平均粒徑、標準差及表面粗糙度之RMS值係藉由AFM裝置(探針台(Probe Station)：NanoNaviIIs、掃描型探針顯微鏡單元：NanoCute、軟體：NanoNaviStation ver5.6B)而測定的值。此AFM裝置係在測定區域內的各測定點之高度之中成為特定之閾值高度(例如，平均值或中位數等之中間的值)的封閉的1個區域視為1個粒子而偵測各粒子數及粒子總面積，將成為以粒子總面積除以粒子數的平均粒子面積的圓之直徑作為平均粒徑而算出。更進一步，此AFM裝置係算出粒子面積之標準差。將此粒子面積之標準差換算為圓之直徑之標準差的值為在第9圖的「裝置測定值」之粒徑之標準差。又，表面粗糙度之RMS值係透過下述式(1)而算出的Rq之值。尚，在下述式(1)，Z(i)係在測定區域內的各測定點之高度，n係在測定區域內的測定點之數、Ze係在測定區域內的各測定點之高度之平均值。
如第3~5圖及第6~8圖所示，在藍寶石基板1之傾斜角為0.2°、0.5°及1.0°之任一之試料，大致上20nm以上、100nm以下之粒徑之AlN結晶成為密集地縮緊的狀態。又，如第9圖所示，測定每1個在AFM圖像的AlN結晶而得到的AlN結晶之平均粒徑、與藉由AFM裝置而測定的AlN結晶之平均粒徑係成為同程度之大小，可謂以任一方法測定的AlN結晶之平均粒徑均為適切的值。
第10及第11圖係表示在關於本發明之實施形態的模板，成長至300nm之厚度的AlN層之AFM圖像、與藉由AFM裝置而測定的粒徑及表面粗糙度之RMS值的圖。第10圖係表示成長於傾斜角為0.2°之藍寶石基板之主面的厚度300nm之AlN層之AFM圖像、與藉由AFM裝置而測定的AlN結晶之粒徑及AlN層之表面粗糙度之RMS值的表。第11圖係表示成長於傾斜角為1.0°之藍寶石基板之主面的厚度300nm之AlN層之AFM圖像、與藉由AFM裝置而測定的AlN結晶之粒徑及AlN層之表面粗糙度之RMS值的表。
在此，關於在有關本發明之實施形態的模板的AlN層、與在專利文獻1及非專利文獻1所記載的先前之模板的AlN層之比較結果，參照圖面而說明。第12圖係比較在關於本發明之實施形態的模板的AlN層、與在專利文獻1及非專利文獻1所記載的先前之模板的AlN層而表示的圖。尚，第12(a)圖係在專利文獻1及非專利文獻1所記載的先前之模板的AlN層之AFM圖像。第12(b)圖係將在關於本發明之實施形態的模板的AlN層之AFM圖像(複數並列第3圖之AFM圖像的圖、和第10圖之AFM圖像之一部分)、與在專利文獻1及非專利文獻1所記載的先前之模板的AlN層之AFM圖像(第12(a)圖之AFM圖像之一部分)以相同大小(2μm×2μm)比較而表示的圖。
第12(a)圖所示的在專利文獻1及非專利文獻1所記載的先前之模板的AlN層之AFM圖像係形成於藍寶石基板之主面的AlN核形成層(於藍寶石基板之主面起初形成的厚度300nm之AlN層的初期階段之層)之AFM圖像，相當於有關本案之實施形態的模板之第3~5圖之狀態(厚度20nm)者。在第12(a)圖所示的AFM圖像，若干AlN結晶係結合而巨大化至數μm左右而難以測定結合前之粒徑，但若未結合則可見到的較小的AlN結晶，平均粒徑亦有1000nm左右。
如由第12(b)圖所示的AFM圖像之比較結果可明瞭，在關於本發明之實施形態的模板的AlN層的AlN結晶之平均粒徑係成為更顯著地小於在專利文獻1及非專利文獻1所記載的模板之AlN層的AlN結晶之平均粒徑。
具體而言，在專利文獻1及非專利文獻1所記載之模板係在AlN層之開始成長階段的AlN結晶之平均粒徑為1000nm左右。進而，在專利文獻1及非專利文獻1所記載之模板係若AlN層之厚度成為300nm，則複數存在的AlN結晶為完全地結合而成為膜狀，成為無法觀察到作為各自之結晶的狀態。對於此，在關於本發明之實施形態的模板係在AlN層之開始成長階段(厚度20nm)的AlN結晶之平均粒徑係只有50nm左右。進而，在關於本發明之實施形態的模板係即使在AlN層之厚度成為300nm，亦可充分地觀察到作為各自之結晶，該平均粒徑係只有200nm左右。
又，在專利文獻1及非專利文獻1所記載之模板係在AlN層之開始成長階段的表面粗糙度之RMS值為21.4nm，在AlN層之厚度成為300nm的階段的表面粗糙度之RMS值係被推測為21.4nm與8.2nm之間之值(參照專利文獻1之第4B圖)。另一方面，在關於本發明之實施形態的模板係在AlN層之開始成長階段(厚度20nm)的表面粗糙度之RMS值為3nm左右、AlN層之厚度成為300nm的階段的表面粗糙度之RMS值為5nm左右。因而，在關於本發明之實施形態的模板之AlN層的表面粗糙度之RMS值係顯著地小於在專利文獻1及非專利文獻1所記載的模板之AlN層的表面粗糙度之RMS值。
特別是，在專利文獻1及非專利文獻1所記載之模板係在AlN層之開始成長階段較大的AlN結晶核雜亂排列，因為以埋入該AlN結晶核之間之方式形成膜狀之AlN層，所以AlN層之表面粗糙度之RMS值變得較大。而且，在此之後係各自之AlN結晶核為被填滿為膜狀之AlN層，所以隨著AlN層之成長(厚度增大)而AlN層之表面粗糙度之RMS值係單純地減少。另一方面，在關於本發明之實施形態的模板係因為使微細的初期之AlN結晶大量且高密度地成長，所以在AlN層之開始成長階段的表面粗糙度之RMS值變得較小。而且，在之後各自之AlN結晶為結合、粗大化，所以在此階段(上述之AlN層之厚度成為300nm的階段)的AlN層之表面粗糙度之RMS值，成為與在開始成長階段的AlN層之表面粗糙度之RMS值為同程度或該以上。
如此，在專利文獻1、2及非專利文獻1所記載之模板、與關於本發明之實施形態的模板係在AlN層之開始成長階段的AlN結晶之成長態樣有根本上的差異，該相異處係顯現於AlN結晶之平均粒徑或AlN層之表面粗糙度之RMS值。尚，關於本發明之實施形態的模板，亦若使AlN層更成長(使厚度成為更大於300nm。例如，1μm以上，理想為2μm以上。)，則各自之AlN結晶逐漸地結合，最後係可得到膜狀之AlN層。
接著，關於在有關本發明之實施形態的模板的AlN層之結晶性，參照圖面而說明。第13圖係表示藉由對於在關於本發明之實施形態的模板的AlN層之(0002)面的XRC(X射線搖擺曲線(X-ray Rocking Curve))法所得的測定結果的表。尚，第13(a)圖係表示ω掃描之測定結果，第13(b)圖係表示2θ-ω掃描之測定結果的表，各自之表所記載之數值係對應於(0002)面的峰值之半峰全幅值(FWHM：Full Width at Half Maximum)之平均值。又，在第13(a)圖所示的ω掃描之測定係若進行將試料之C軸(藍寶石基板及AlN層之C軸)對準X射線正反射軸的對軸，則測定因藍寶石基板所致的X射線之正反射而變得難以進行AlN層之半峰全幅值之測定，所以特別不進行如此的對軸而進行測定。
如第13(a)圖及第13(b)圖所示，在ω掃描及2θ-ω掃描之雙方之測定結果，AlN層之厚度為20nm的情況之(0002)面之半峰全幅值成為1000arcsec左右。如第13(b)圖所示，在2θ-ω掃描之測定結果，AlN層之厚度為300nm的情況之(0002)面之半峰全幅值成為100arcsec左右。
通常，無特別限制AlN結晶之粒徑而於藍寶石基板之(0001)面上成長數μm左右的AlN層的(0002)面之半峰全幅值係大致上為2000arcsec左右。相對於此，在非專利文獻1係報告有在AlN層之開始成長階段形成少數之AlN結晶核，同時使埋入該AlN結晶核的膜狀之AlN層成長，進而，藉由於AlN層之成長中途亦促進橫方向成長，在成長至4.8μm之厚度的AlN層的(0002)面之半峰全幅值為改善至200arcsec左右。
與此等之先前技術進行比較，在關於本發明之實施形態的模板係在AlN層之開始成長階段(厚度20nm)的(0002)面之半峰全幅值為已經小至1000arcsec左右，在成長至300nm之厚度的AlN層的(0002)面之半峰全幅值係變得更小至100arcsec左右。亦即，關於本發明之實施形態的模板係僅使AlN層成長約300nm左右，可實現同等於在專利文獻1及非專利文獻1所記載之模板中必需使AlN層成長至4.8μm之厚度才可達成的結晶性或該以上之結晶性。而且，在關於本發明之實施形態的模板，以使AlN層更厚地成長，相信可更改善結晶性。
如以上所述，將磊晶成長於藍寶石基板之主面的AlN結晶之平均粒徑，相較於在專利文獻1及非專利文獻1(進而，以與此等同樣之方法形成AlN層的專利文獻2)所記載之模板之AlN層的AlN結晶之平均粒徑而言更充分地變小，可顯著地改善磊晶成長於藍寶石基板之主面的AlN層之結晶性。
尚，在第6~12圖所示的關於本發明之實施形態的模板的AlN結晶之平均粒徑或粒徑之偏差之範圍及分布不均，若考慮在各個關於本發明之實施形態的模板與在專利文獻1及非專利文獻1所記載之模板的AlN結晶之粒徑之背離等，則可認為以在AlN層之開始成長階段(厚度20nm)的AlN結晶之平均粒徑設為100nm以下而可得到上述之效果。特別是，在第6~8圖，因為AlN結晶之粒徑之最大值之平均值即使大亦為75nm左右，所以將AlN結晶之平均粒徑作為75nm以下為理想，若將平均粒徑作為70nm以下則為更理想。又，若將此平均粒徑作為20nm以上為理想，特別是，在第6~8圖，因為AlN結晶之粒徑之最小值之平均值為28nm左右，所以若將AlN結晶之平均粒徑作為28nm以上則為更理想。同樣地，認為以在厚度為300nm的AlN層的AlN結晶之平均粒徑作為300nm以下而可得到上述之效果，若將此平均粒徑作為250nm以下則更理想。又，若將此平均粒徑作為150nm以上則為理想。
尚，若考慮在第9~12圖所示的關於本發明之實施形態的模板的AlN層之表面粗糙度之RMS值、或在各個關於本發明之實施形態的模板與在專利文獻1及非專利文獻1所記載之模板的AlN層之表面粗糙度之RMS值之背離等，則可認為以在AlN層之開始成長階段(厚度20nm)的AlN層之表面粗糙度之RMS值作為5nm以下而可得到上述之效果，若將此RMS值作為4nm以下則為更理想。又，若將此RMS值作為2nm以上則為理想。同樣地，認為以在厚度為300nm的AlN層的表面粗糙度之RMS值作為10nm以下而可得到上述之效果，若將此RMS值作為6nm以下則更理想。又，若將此RMS值作為4nm以上則為理想。
尚，纖鋅礦型構造的AlN係於C軸方向為非對稱的晶體結構(將C軸視為上下方向的情況，上下非對稱的結晶構造)，+C軸方向([0001]方向)與-C軸方向([000-1]方向)非等價，+C面((0001)面：Al極性面)與-C面((000-1)面：N極性面)亦非等價。而且，於藍寶石基板之(0001)面上使AlN結晶磊晶成長的情況，可混合存在成長於+C軸方向的AlN結晶、與成長於-C軸方向的AlN結晶。
關於此，若使構成AlN層的AlN結晶，朝向基板之上方而進行+C軸配向(將AlN結晶之主要成長方向作為+C軸方向，將AlN層之表面之全面或大部分(例如80%以上，理想為90%以上)作為+C面)，則因為可更改善AlN層之結晶性，所以為理想。
作為使AlN結晶進行+C軸配向的方法之一例，例如可舉出在Applied Physics Express 4 (2011) 092102所採用的方法。又，例如，可舉出以MOVPE法於藍寶石基板上使AlN層磊晶成長的情況，將Al之原料氣體(例如，TMA：TriMethylAluminium(三甲基鋁))，與N之原料氣體(例如，氨)同時或早於其而開始供給，抑制藍寶石基板之主面過度地氮化，使AlN層進行+C軸配向的方法。尚，關於上述之實施形態的模板係採用後者之方法而使AlN層成長者，由藍寶石基板之主面成長至20nm之厚度的AlN層之表面之至少50%成為+C面，成長至300nm之厚度的AlN層之表面之至少80%以上成為+C面(進行+C軸配向)。
又，在上述之實施形態係說明關於藍寶石基板之傾斜角為0.2°、0.5°及2.0°之模板，但在只要可得到與上述的實施形態同程度之AlN結晶，藍寶石基板之傾斜角為任意。但是，若將傾斜角作為0.2°以上，則因為變得容易得到與上述的實施形態同程度之AlN結晶，所以為理想。
＜在專利文獻1、2及非專利文獻1的AlN結晶核、與構成在本發明之實施形態的AlN層的微細的AlN結晶之不同處＞ 　　在此，說明關於在專利文獻1、2及非專利文獻1形成於AlN層之成長前的AlN結晶核、與在本發明之實施形態構成AlN層的微細的AlN結晶之不同處。
首先，如參照第14圖而說明之方式，在專利文獻1、2及非專利文獻1係於藍寶石基板之主面上形成AlN結晶核後(第14圖之第1階段)，以埋入AlN結晶核之間之方式形成AlN層(第14圖之第2階段)。此時，AlN結晶核係如第14圖之第1階段所示之方式，因為僅散布於藍寶石基板之主面上，所以在此階段係未成為充分地被覆藍寶石基板之主面的『層』。
例如，於專利文獻2之說明書之段落[0060]係記載為「直徑為20～50nm、高度為20～40nm之AlN結晶核為以200個/μm2 左右之密度形成」。在此，即使想定為200個AlN結晶核之全部為不缺損而收納於1μm2 之區域內，且全部之AlN結晶核為直徑50nm之俯視圓形，且AlN結晶核之被覆率成為最大限度的在現實上不可能的狀態，AlN結晶核所占有的面積之合計亦不過未達0.4μm2 ，被覆率亦不過未達40%。因而，在專利文獻1、2及非專利文獻1中僅形成AlN結晶核的狀態係未明顯地形成『層』。
在專利文獻1、2及非專利文獻1係如第14圖之第2階段所示之方式，在埋入AlN結晶核之間的膜狀之AlN結晶形成的時點，形成充分地被覆藍寶石基板之主面的『層』。而且，如至第14圖之第2階段，則如第12圖所示之方式，與AlN結晶核融合的平均粒徑極大的膜狀之AlN結晶形成，所以構成AlN層的AlN結晶之平均粒徑係變得極大至1000nm左右。
又，於專利文獻2之說明書之段落[0071]係記載「已確認AlN結晶核2a相互間結合而單晶基板1之上述一表面側之AlN層為被平坦化至某種程度。在此，露出的AlN結晶核2a之密度係減少至100個/μm2 左右，AlN結晶核2a之直徑亦變大至50～100nm左右。」。此係意味著在第14圖之第2階段，膜狀之AlN結晶之厚度增大而一部分之AlN結晶核被埋沒於膜狀之AlN結晶，其餘的AlN結晶核之頂部為露出的狀態。而且，在此狀態係如第12圖所示之方式，與AlN結晶核融合的平均粒徑極大的膜狀之AlN結晶形成，所以構成AlN層的AlN結晶之平均粒徑係變得極大至1000nm左右。
相對於以上，在關於本發明之實施形態的模板係如由第3~5圖所示的AFM圖像可明瞭，在構成AlN層的微細的AlN結晶已形成的狀態，形成已充分地被覆藍寶石基板之主面的『層』。關於此情事，以下，參照圖面同時具體地說明。
第15圖係表示在關於本發明之實施形態的模板的厚度300nm之AlN層之測定區域內高低差的表。第16圖係表示在關於本發明之實施形態的模板的厚度20nm之AlN層之測定區域內高低差及累積頻率90%之高度的表。在此，所謂測定區域內高低差係在藉由上述的AFM裝置所得的測定，在測定區域內的最高的山之高度、與在該測定區域內的最低的谷之高度之差。又，所謂累積頻率90%之高度係在將測定區域內之高度由高者依序計算的情況，累計成為90%的時點之高度。尚，在第15圖，厚度300nm之AlN層之測定區域內高低差係由記載於第10及11圖之各表的2個測定區域所得到的值。又，在第16圖，厚度20nm之AlN層之測定區域內高低差及累積頻率90%之高度係由記載於第6~8圖之各表的3個測定區域之中之2個測定區域所得到的值。
第17圖係表示在關於本發明之實施形態的模板的厚度20nm之AlN層之高度曲線和高度直方圖之一例的圖，表現第16圖所示的表之第1段之測定區域之詳細。尚，第17(a)圖係AFM圖像、第17(b)圖係沿著第17(a)圖所示的AFM圖像中之線L的高度曲線、第17(c)圖係第17(a)圖所示的AFM圖像之測定區域之高度直方圖。尚，第17(a)圖所示的AFM圖像之測定區域係與第3圖所示的AFM圖像之測定區域相同。又，在第17(c)圖，細線F1係表示頻率分布，粗線F2係表示累積頻率分布。
如第15圖所示，厚度300nm之AlN層之測定區域內高低差為40nm左右，充分地小於AlN層之厚度。在此情況，於測定區域內之最深之谷，亦可謂有充分的厚度之AlN結晶存在。因而，在厚度300nm之AlN層係藍寶石基板之主面之全面被AlN結晶覆蓋，可謂藉由AlN結晶所致的藍寶石基板之主面之被覆率為100%。
另一方面，如第16圖所示，厚度20nm之AlN層之測定區域內高低差為20nm左右，與AlN層之厚度為同程度。因此，於測定區域內之最深的谷有AlN結晶不存在的可能性。但是，如第16圖所示，厚度20nm之AlN層之累積頻率90%之高度為5nm左右。在此，如考慮具有大於0的傾斜角的藍寶石基板之主面的階梯之高度為0.22nm，主面之平均粗糙度Ra為0.1nm以下，則即使假定於測定區域內之最深的谷未存在AlN結晶，亦可謂於具有1nm以上之高度的部分係AlN結晶存在的可能性高，於具有2nm以上之高度的部分係AlN結晶存在的可能性極高。因而，在關於本發明之實施形態的模板係在形成厚度20nm之AlN層的時點的藉由AlN結晶所致的藍寶石基板之主面之被覆率為90%以上，可謂成為充分地被覆藍寶石基板之主面的『層』。
實際上，在第17圖所示的例子，在第17(b)圖之高度曲線係谷底未成為平坦。又，在第17(c)圖所示的高度直方圖係累積頻率90%之高度亦有5.30nm，高度為至1nm(進而係2nm)之累積頻率係成為非常接近100%的值。又，此傾向係不僅第17圖所示的測定區域(第16圖所示的表之第1段之測定區域)，第16圖所示的表之其他測定區域(第16圖所示的表之第2~6段之測定區域)亦恰當。因而，在關於本發明之實施形態的模板係即使假定於測定區域內之最深的谷未存在AlN結晶，亦可謂AlN結晶為充分地被覆藍寶石基板之主面。
而且，在關於本發明之實施形態的模板係依上述的AlN結晶成為充分地被覆藍寶石基板之主面的『層』，如由第3~5圖所示的AFM圖像或第17(b)圖所示的高度曲線可明瞭之方式，在此時點相鄰的AlN結晶已經產生碰撞。因此，在關於本發明之實施形態的模板係即使由第3~5圖所示的狀態(使AlN層僅成長厚度20nm的狀態)成長AlN結晶，在從藍寶石基板之主面至厚度20nm的AlN結晶之平均粒徑係不太變動。因而，在關於本發明之實施形態的模板，在從藍寶石基板之主面至厚度20nm的AlN結晶之平均粒徑係成為100nm以下(進而係75nm以下)。 [產業上之可利用性]
本發明係可利用於具備藍寶石基板的模板及該製造方法、與具備該模板的氮化物半導體紫外線發光元件。特別是，適於利用在峰值發光波長在紫外區域的氮化物半導體紫外線發光元件用之模板及該製造方法、與該氮化物半導體紫外線發光元件。
1‧‧‧氮化物半導體紫外線發光元件
10‧‧‧模板
11‧‧‧藍寶石基板
12‧‧‧AlN層
20‧‧‧元件構造部
21‧‧‧n型包覆層
22‧‧‧活性層
23‧‧‧電子阻擋層
24‧‧‧p型接觸層
25‧‧‧p電極
26‧‧‧n電極
[第1圖] 模式性的表示關於本發明之實施形態的氮化物半導體紫外線發光元件之構造之一例的特取部分剖面圖。 　　[第2圖] 模式性的表示由第1圖之上側所見第1圖所示的氮化物半導體紫外線發光元件的情況之構造之一例的平面圖。 　　[第3圖] 成長於傾斜角為0.2°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像。 　　[第4圖] 成長於傾斜角為0.5°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像。 　　[第5圖] 成長於傾斜角為1.0°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像。 　　[第6圖] 表示由成長於傾斜角為0.2°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像所測定的AlN結晶之粒徑的表。 　　[第7圖] 表示由成長於傾斜角為0.5°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像所測定的AlN結晶之粒徑的表。 　　[第8圖] 表示由成長於傾斜角為1.0°之藍寶石基板之主面的厚度20nm之AlN層之AFM圖像所測定的AlN結晶之粒徑的表。 　　[第9圖] 合併表示第6~8圖所示的AlN結晶之粒徑之測定結果、與藉由AFM裝置而測定的AlN結晶之粒徑及AlN層之表面粗糙度之RMS值的表。 　　[第10圖] 表示成長於傾斜角為0.2°之藍寶石基板之主面的厚度300nm之AlN層之AFM圖像、與藉由AFM裝置而測定的AlN結晶之粒徑及AlN層之表面粗糙度之RMS值的表。 　　[第11圖] 表示成長於傾斜角為0.2°之藍寶石基板之主面的厚度300nm之AlN層之AFM圖像、與藉由AFM裝置而測定的AlN結晶之粒徑及AlN層之表面粗糙度之RMS值的表。 　　[第12圖] 比較在關於本發明之實施形態的模板的AlN層、與在專利文獻1及非專利文獻1所記載的先前之模板的AlN層而表示的圖。 　　[第13圖] 表示藉由對於在關於本發明之實施形態的模板的AlN層之(0002)面的XRC法所得的測定結果的表。 　　[第14圖] 表示先前之模板之製造方法的示意圖。 　　[第15圖] 表示在關於本發明之實施形態的模板的厚度300nm之AlN層之測定區域內高低差的表。 　　[第16圖] 表示在關於本發明之實施形態的模板的厚度20nm之AlN層之測定區域內高低差及累積頻率90%之高度的表。 　　[第17圖] 表示在關於本發明之實施形態的模板的厚度20nm之AlN層之高度曲線和高度直方圖之一例的圖。

Claims (15)

  1. 一種模板，其特徵為：具備 將(0001)面或對於(0001)面而言僅傾斜特定之角度的面設為主面的藍寶石基板，與 　　直接形成於前述藍寶石基板之前述主面，以對於該主面而言具有磊晶性結晶方位關係的AlN結晶所構成的AlN層； 　　從前述AlN層之前述主面至20nm之厚度的前述AlN結晶之平均粒徑為100nm以下。
  2. 如請求項1之模板，其中，從前述AlN層之前述主面至20nm之厚度的前述AlN結晶之平均粒徑為75nm以下。
  3. 如請求項1或2之模板，其中，從前述AlN層之前述主面至20nm之厚度的前述AlN結晶之平均粒徑為70nm以下。
  4. 如請求項1~3中任一項之模板，其中，從前述AlN層之前述主面至300nm之厚度的前述AlN結晶之平均粒徑為300nm以下。
  5. 如請求項1~4中任一項之模板，其中，前述藍寶石基板之前述主面為對於(0001)面而傾斜0.2°以上的面。
  6. 如請求項1~5中任一項之模板，其中，從前述AlN層之前述主面至300nm之厚度的前述AlN結晶係朝向前述藍寶石基板之上方而進行+C軸配向。
  7. 一種氮化物半導體紫外線發光元件，其特徵為：具備 如請求項1~6中任一項之模板，與 　　層合於前述模板上的包含複數之AlGaN系半導體層的元件構造部。
  8. 一種模板之製造方法，其特徵為：具備在將(0001)面或對於(0001)面而僅傾斜特定之角度的面設為主面的藍寶石基板之前述主面使AlN結晶直接磊晶成長而形成AlN層的步驟； 　　前述步驟中，以從前述主面磊晶成長至20nm之厚度的前述AlN層之表面的前述AlN結晶之平均粒徑成為100nm以下的成長條件，使前述AlN結晶磊晶成長。
  9. 一種模板之製造方法，其特徵為：具備在將(0001)面或對於(0001)面而僅傾斜特定之角度的面設為主面的藍寶石基板之前述主面使AlN結晶直接磊晶成長而形成AlN層的步驟； 　　前述步驟中，於使被覆前述主面之90%以上的前述AlN層磊晶成長至20nm之厚度時，以在前述AlN層之表面的前述AlN結晶之平均粒徑成為100nm以下的成長條件，使前述AlN結晶磊晶成長。
  10. 如請求項8或9之模板之製造方法，其中，前述步驟中，以從前述主面磊晶成長至300nm之厚度的前述AlN層之表面的前述AlN結晶之平均粒徑成為300nm以下的成長條件，使前述AlN層磊晶成長。
  11. 如請求項8~10中任一項之模板之製造方法，其中，前述步驟中，以從前述主面磊晶成長至20nm之厚度的前述AlN層之表面粗糙度之RMS值成為從前述主面磊晶成長至300nm之厚度的前述AlN層之表面粗糙度之RMS值以下的成長條件，使前述AlN層磊晶成長。
  12. 如請求項8~11中任一項之模板之製造方法，其中，前述步驟中，從前述主面磊晶成長至20nm之厚度的前述AlN層之表面粗糙度之RMS值成為5nm以下的成長條件，使前述AlN層磊晶成長。
  13. 如請求項8~12中任一項之模板之製造方法，其中，前述步驟中，以從前述主面磊晶成長至300nm之厚度的前述AlN層之表面粗糙度之RMS值成為10nm以下的成長條件，使前述AlN層磊晶成長。
  14. 如請求項8~13中任一項之模板之製造方法，其中，前述步驟中，以從前述主面磊晶成長至300nm之厚度的前述AlN層之表面的前述AlN結晶進行+C軸配向的成長條件，使前述AlN層磊晶成長。
  15. 如請求項8~14中任一項之模板之製造方法，其中，前述步驟中，將前述AlN層之成長溫度設為1150℃以上、1300℃以下。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11049999B2 (en) * 2017-05-26 2021-06-29 Soko Kagaku Co., Ltd. Template, nitride semiconductor ultraviolet light-emitting element, and method of manufacturing template
JP6686172B2 (ja) * 2017-11-22 2020-04-22 創光科学株式会社 窒化物半導体発光素子
KR102285185B1 (ko) * 2018-02-14 2021-08-02 소코 가가쿠 가부시키가이샤 질화물 반도체 자외선 발광 소자
US11552217B2 (en) * 2018-11-12 2023-01-10 Epistar Corporation Semiconductor device
JP2020177965A (ja) * 2019-04-16 2020-10-29 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11340147A (ja) * 1998-05-25 1999-12-10 Matsushita Electron Corp 窒化物半導体ウエハーの製造方法および窒化物半導体素子の製造方法
JP4451222B2 (ja) * 2004-06-08 2010-04-14 日本碍子株式会社 エピタキシャル基板、半導体積層構造、およびエピタキシャル基板の製造方法
JP4578282B2 (ja) 2005-03-11 2010-11-10 国立大学法人東京農工大学 アルミニウム系ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法
JP2006287120A (ja) 2005-04-04 2006-10-19 Canon Inc 発光素子及びその製造方法
JP2010514581A (ja) 2006-12-28 2010-05-06 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド サファイア基板及びその製造方法
KR20110124355A (ko) 2006-12-28 2011-11-16 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드 사파이어 기판 및 그 제조 방법
JP5095253B2 (ja) * 2007-03-30 2012-12-12 富士通株式会社 半導体エピタキシャル基板、化合物半導体装置、およびそれらの製造方法
JP4538476B2 (ja) 2007-08-27 2010-09-08 独立行政法人理化学研究所 半導体構造の形成方法
JP2009283785A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法
JP5399021B2 (ja) * 2008-08-28 2014-01-29 日本碍子株式会社 高周波用半導体素子形成用のエピタキシャル基板および高周波用半導体素子形成用エピタキシャル基板の作製方法
JP2010064911A (ja) * 2008-09-09 2010-03-25 Tokuyama Corp 突出部を有する構造体およびその製造方法
JP2011023677A (ja) 2009-07-21 2011-02-03 Hitachi Cable Ltd 化合物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法
RU2009137422A (ru) 2009-09-30 2011-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "УФ Нанодиод" (RU) Комбинированная подложка для светодиодов
KR101570625B1 (ko) 2009-12-25 2015-11-19 소코 가가쿠 가부시키가이샤 애피택셜성장용 탬플릿 및 제작방법
JP2011254068A (ja) 2010-05-07 2011-12-15 Sumitomo Chemical Co Ltd 半導体基板
US8980002B2 (en) * 2011-05-20 2015-03-17 Applied Materials, Inc. Methods for improved growth of group III nitride semiconductor compounds
US8778783B2 (en) * 2011-05-20 2014-07-15 Applied Materials, Inc. Methods for improved growth of group III nitride buffer layers
JP5995302B2 (ja) * 2011-07-05 2016-09-21 パナソニック株式会社 窒化物半導体発光素子の製造方法
JP5791399B2 (ja) * 2011-07-07 2015-10-07 学校法人立命館 ＡｌＮ層の製造方法
CN103733449B (zh) 2011-08-09 2016-05-11 创光科学株式会社 氮化物半导体紫外线发光元件
JP5733258B2 (ja) * 2012-03-30 2015-06-10 日立金属株式会社 窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法
CN104583470A (zh) 2012-09-11 2015-04-29 株式会社德山 氮化铝基板及iii族氮化物层叠体
JP6404655B2 (ja) * 2014-09-22 2018-10-10 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 ＡｌＮテンプレート基板およびその製造方法
US10472715B2 (en) 2015-02-27 2019-11-12 Sumitomo Chemical Company, Limited Nitride semiconductor template, manufacturing method thereof, and epitaxial wafer
JP6966063B2 (ja) * 2016-02-26 2021-11-10 国立研究開発法人理化学研究所 結晶基板、紫外発光素子およびそれらの製造方法
US10340416B2 (en) 2016-02-26 2019-07-02 Riken Crystal substrate, ultraviolet light-emitting device, and manufacturing methods therefor
US11049999B2 (en) * 2017-05-26 2021-06-29 Soko Kagaku Co., Ltd. Template, nitride semiconductor ultraviolet light-emitting element, and method of manufacturing template
US10407798B2 (en) * 2017-06-16 2019-09-10 Crystal Is, Inc. Two-stage seeded growth of large aluminum nitride single crystals

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