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公開番号2024112403
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-21
出願番号2023017376
出願日2023-02-08
発明の名称窒化物半導体膜育成用テンプレート、及びその製造方法、並びにそれを用いて製造される窒化物半導体、及びその製造方法
出願人学校法人立命館,株式会社福田結晶技術研究所
代理人弁理士法人三枝国際特許事務所
主分類H01L 21/20 20060101AFI20240814BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明は、低欠陥の窒化物半導体を作製するためのSAM単結晶基板を含む窒化物半導体膜育成用テンプレートの製造方法等を提供することを課題とする。
【解決手段】(A)ScAlMgO₄(SAM)単結晶基板のc面に対しラジカル化した窒素ガスを用いて窒化処理する工程を含む、表面窒化処理されたSAM単結晶基板を含む窒化物半導体膜育成用テンプレートの製造方法。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
（Ａ）ScAlMgO
4
（SAM）単結晶基板のc面に対しラジカル化した窒素ガスを用いて窒化処理する工程
を含む、表面窒化処理されたSAM単結晶基板を含む窒化物半導体膜育成用テンプレートの製造方法。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記工程（Ａ）が150℃～900℃で行われる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記表面窒化処理されたSAM単結晶基板のステップ高さが0.84 nm未満である、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記表面窒化処理されたSAM単結晶基板のRMSが0.3 nm以下である、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項５】
（Ａ）ScAlMgO
4
（SAM）単結晶基板のc面に対してラジカル化した窒素ガスを用いて窒化処理する工程と、
（Ｂ）前記工程（Ａ）で得られた表面窒化処理SAM単結晶基板のc面上に窒化物エピタキシャル薄膜を成長させる工程と
を含む、表面窒化処理されたSAM単結晶基板及び窒化物エピタキシャル薄膜を含む窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記窒化物半導体の前記SAM単結晶基板及び前記窒化物エピタキシャル薄膜の界面に立方晶が混在しない、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記窒化物エピタキシャル薄膜の対称面半値幅が700arcsec以下である、請求項５に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の製造方法により得られる、窒化物半導体膜育成用テンプレート。
【請求項９】
請求項５又は６に記載の製造方法により得られる、窒化物半導体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体膜育成用テンプレート、及びその製造方法、並びにそれを用いて製造される窒化物半導体、及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体膜を成長させる基板として、ScAlMgO
4
（SAM）単結晶基板が用いられている。特に、Al
x
Ga
y
In
z
N（0≦x,y,z≦1、x+y+z=1）組成を有する窒化物半導体膜のc面とSAM単結晶基板のc面とは面内の格子定数差が小さいことから、SAM基板上にAl
x
Ga
y
In
z
N（0≦x,y,z≦1、x+y+z=1）組成を有する窒化物半導体膜を成長させることで、低欠陥の窒化物半導体膜が得られると期待されている。
【０００３】
一方で、c面に垂直なc軸方向においては、SAM単結晶基板のステップ高さがAl
x
Ga
y
In
z
N（0≦x,y,z≦1、x+y+z=1）組成を有する窒化物半導体膜の単位格子のc軸長と比べて高いことが、SAM単結晶基板上に成長させた窒化物半導体膜への欠陥の導入の原因となっている。SAM単結晶基板のステップ高さに起因する上記問題への対策として、本発明者らは、SAM単結晶基板のc面上に結晶構造変換膜を導入することでSAM単結晶基板のc面の結晶成長方向の不整合を緩和する方法を提案し、結晶構造変換膜を含む窒化物半導体膜育成用テンプレート等に関する発明について、現在特許出願中である（特願2021-212862）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、低欠陥の窒化物半導体を作製するためのSAM単結晶基板を含む窒化物半導体膜育成用テンプレートの製造方法、及びSAM単結晶基板を用いた低欠陥の窒化物半導体の製造方法を提供すること、並びに、これらの方法により製造される窒化物半導体膜育成用テンプレート、及び窒化物半導体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を行ったところ、ラジカル化した窒素を照射することでSAM単結晶基板のステップ高さを低減できることを見出した。本発明はかかる知見に基づいてさらに鋭意検討を加えることにより完成したものであり、以下の態様を包含する。
項１．
（Ａ）ScAlMgO
4
（SAM）単結晶基板のc面に対しラジカル化した窒素ガスを用いて窒化処理する工程
を含む、表面窒化処理されたSAM単結晶基板を含む窒化物半導体膜育成用テンプレートの製造方法。
項２．
前記工程（Ａ）が150℃～900℃で行われる、項１に記載の製造方法。
項３．
前記表面窒化処理されたSAM単結晶基板のステップ高さが0.84 nm未満である、項１又は２に記載の製造方法。
項４．
前記表面窒化処理されたSAM単結晶基板のRMSが0.3 nm以下である、項１又は２に記載の製造方法。
項５．
（Ａ）ScAlMgO
4
（SAM）単結晶基板のc面に対してラジカル化した窒素ガスを用いて窒化処理する工程と、
（Ｂ）前記工程（Ａ）で得られた表面窒化処理SAM単結晶基板のc面上に窒化物エピタキシャル薄膜を成長させる工程と
を含む、表面窒化処理されたSAM単結晶基板及び窒化物エピタキシャル薄膜を含む窒化物半導体の製造方法。
項６．
前記窒化物半導体の前記SAM単結晶基板及び前記窒化物エピタキシャル薄膜の界面に立方晶が混在しない、項５に記載の製造方法。
項７．
前記窒化物エピタキシャル薄膜の対称面半値幅が700arcsec以下である、項５に記載の製造方法。
項８．
項１又は２に記載の製造方法により得られる、窒化物半導体膜育成用テンプレート。
項９．
項５又は６に記載の製造方法により得られる、窒化物半導体。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、SAM単結晶基板のc面に対しラジカル化した窒素ガスを用いて窒化処理することで、低欠陥の窒化物半導体を作製するためのSAM単結晶基板を含む窒化物半導体膜育成用テンプレートの製造方法、及びSAM単結晶基板を用いた低欠陥の窒化物半導体の製造方法を提供すること、並びに、これらの方法により製造される窒化物半導体膜育成用テンプレート、及び窒化物半導体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
窒化処理無し又は有りのSAM基板上におけるGaN薄膜成長実験のタイムチャートを示す図である。
窒化処理無し又は有りのSAM基板上に成長させたGaN薄膜のSEM（左）及びAFM（右）観察結果を示す図である。
窒化処理無し又は有りのSAM基板上に成長させたGaN薄膜のXRD測定結果を示す図である。
窒化処理無し又は有りのSAM基板上に成長させたGaN薄膜とSAM基板との界面付近のHR-TEM観察結果を示す図である。
SAM基板表面の窒化処理中のRHEEDパターン観察結果を示す図である。
窒化処理前後のSAM基板表面のAFM観察結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．
窒化物半導体膜育成用テンプレートの製造方法
本発明の窒化物半導体膜育成用テンプレートの製造方法は、
（Ａ）ScAlMgO
4
（SAM）単結晶基板のc面に対しラジカル化した窒素ガスを用いて窒化処理する工程
を含み、当該方法により、表面窒化処理されたSAM単結晶基板を含む窒化物半導体膜育成用テンプレートが製造される。
【０００９】
前記窒化処理工程（Ａ）により、SAM単結晶基板のステップ高さを低減、すなわち、SAM単結晶基板のc面の平坦性を向上させることができる。
【００１０】
前記工程（Ａ）において、例えば、処理温度、処理時間、窒素ガスの流量、プラズマパワー等の窒化条件を適宜調整することによって、SAM単結晶基板のステップ高さをより低減でき、すなわち、SAM単結晶基板のc面の平坦性をより向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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