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公開番号2024155681
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-31
出願番号2023176099
出願日2023-10-11
発明の名称III族窒化物半導体の製造方法
出願人豊田合成株式会社,学校法人名城大学
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類H01L 21/205 20060101AFI20241024BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高品質なIII族窒化物半導体を提供する。
【解決手段】III族窒化物半導体の製造方法は、サファイア基板上に、GaN、AlGaNまたはAlNの核11Aを発生させて結晶核層11を形成する結晶核層形成工程と、結晶核層形成工程よりも低い温度で、核11AからAlGaNまたはAlNを成長させて隣り合う核11Aからの結晶同士を合体させ、低温三次元成長層12Aを形成する低温三次元成長層形成工程と、低温三次元成長層形成工程よりも高い温度であって結晶核層形成工程の温度以下で、低温三次元成長層12AからAlGaNまたはAlNを成長させて高温三次元成長層12Bを形成する高温三次元成長層形成工程と、を有する。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項１】
サファイア基板上に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮの核を発生させて結晶核層を形成する結晶核層形成工程と、
前記結晶核層形成工程よりも低い温度で、前記核からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて隣り合う前記核からの結晶同士を合体させ、低温三次元成長層を形成する低温三次元成長層形成工程と、
前記低温三次元成長層形成工程よりも高い温度であって前記結晶核層形成工程の温度以下で、前記低温三次元成長層からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて高温三次元成長層を形成する高温三次元成長層形成工程と、を有するＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記結晶核層形成工程の温度は１１００℃以上１２００℃以下であり、
前記低温三次元成長層形成工程の温度は９００℃以上１１００℃以下であり、
前記高温三次元成長層形成工程の温度は１０５０℃以上１２００℃以下である、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記高温三次元成長層形成工程の後、前記高温三次元成長層形成工程以上の温度で、前記高温三次元成長層からＡｌＧａＮまたはＧａドープのＡｌＮを成長させて二次元成長層を形成する二次元成長層形成工程をさらに有する、請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記二次元成長層形成工程において、Ｇａの供給量は時間の経過とともに増加させる、請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記二次元成長層形成工程の温度は、１１００℃以上１２００℃以下である、請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記二次元成長層の成長終了時におけるウェハの曲率は５０ｋｍ
－１
以上３００ｋｍ
－１
以下である、請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項７】
サファイア基板上に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮの核を発生させて結晶核層を形成する結晶核層形成工程と、
前記結晶核層よりも遅い成長速度で、前記核からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて隣り合う前記核からの結晶同士を合体させ、低温三次元成長層を形成する低温三次元成長層形成工程と、
前記低温三次元成長層よりも速い成長速度であって前記結晶核層の成長速度以下で、前記低温三次元成長層からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて高温三次元成長層を形成する高温三次元成長層形成工程と、を有するＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項８】
前記結晶核層の成長速度は５ｎｍ／ｍｉｎ以上１００ｎｍ／ｍｉｎ以下であり、
前記低温三次元成長層の成長速度は２ｎｍ／ｍｉｎ以上２０ｎｍ／ｍｉｎ以下であり、
前記高温三次元成長層の成長速度は５ｎｍ／ｍｉｎ以上５０ｎｍ／ｍｉｎ以下である、請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項９】
前記高温三次元成長層形成工程の後、前記高温三次元成長層の成長速度以上で、前記高温三次元成長層からＡｌＧａＮまたはＧａドープのＡｌＮを成長させて二次元成長層を形成する二次元成長層形成工程をさらに有する、請求項７または請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
【請求項１０】
前記二次元成長層形成工程において、Ｇａの供給量は時間の経過とともに増加させる、請求項９に記載のＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた固体発光素子の紫外線の波長は約２１０～４００ｎｍの範囲の波長帯に対応している。特にＵＶＣ（波長１００～２８０ｎｍ）は効率的に殺菌、除菌できることが知られており、発光波長がＵＶＣに対応する紫外光を放射するＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤの需要が高まっている。紫外線ＬＥＤは、サファイア基板上にＡｌＮ層を形成し、ＡｌＮ層上にＡｌＧａＮからなるｎ型層、発光層、ｐ型層を積層した構成である。
【０００３】
非特許文献１には、ＡｌＮにＧａをドープして高品質なＡｌ
０．９９
Ｇａ
０．０１
Ｎを成膜可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－１５４９６４号公報
特表２０１２－５２２３８８号公報
特開２００５－７２４０９号公報
特開２０１６－１５７９５１号公報
【非特許文献】
【０００５】
Jpn. J. Appl. Phys. 56 015504 2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＡｌＮは高融点でかつＮの解離蒸気圧が高い材料であり、ＧａＮの成長温度帯である１０００～１２００℃帯では結晶成長中での原子のマイグレーションが悪く、三次元成長してしまい平坦な結晶面とすることが難しい。また、Ａｌ原料ガスであるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）は反応性が高く、ＴＭＡｌが基板に到達する前に分解・反応し化合物を形成してしまい、結晶成長に寄与できる原料濃度が低下し、原料効率が悪化し易い。このような理由により、減圧成長下で成長が実施され、一般的には１０００℃程度の低温で核を成長させた後に１２００℃程度でＡｌＮを三次元成長させ、その後１３００℃以上の高温でＡｌＮを成長させ平坦化していた。
【０００７】
しかし、一般的な成長装置はそのような高温に対応しておらず、高温に対応した成長装置を使用する必要がある。たとえば、出力の高い加熱装置や効率のよい冷却装置が必要であったり、高温でも分解、軟化しない部材で構成する必要があったりした。また、高温により部材の劣化も加速する。たとえば、ヒーター部材、サセプタ、真空パッキンなどの劣化が著しい。そのため、ランニングコストが増大してしまう。
【０００８】
そこで、一般的な成長装置で対応可能な温度範囲において、高品質なＡｌＮを成膜することができる技術が求められていた。
【０００９】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、高品質なＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、
サファイア基板上に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮの核を発生させて結晶核層を形成する結晶核層形成工程と、
前記結晶核層形成工程よりも低い温度で、前記核からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて隣り合う前記核からの結晶同士を合体させ、低温三次元成長層を形成する低温三次元成長層形成工程と、
前記低温三次元成長層形成工程よりも高い温度であって前記結晶核層形成工程の温度以下で、前記低温三次元成長層からＡｌＧａＮまたはＡｌＮを成長させて高温三次元成長層を形成する高温三次元成長層形成工程と、を有するＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法にある。
（【００１１】以降は省略されています）

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