特許ウォッチ

公開番号2025022622
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2023127362
出願日2023-08-03
発明の名称AlNテンプレート基板およびその製造方法
出願人DOWAエレクトロニクス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20250206BHJP(結晶成長)
要約【課題】AlNテンプレート基板の特性を改善することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るAlNテンプレート基板は、サファイア基板の主面上に形成されているAlN層を有し、サファイア基板の主面は、C面が0.02°以上0.35°未満のオフ角で傾斜した面であり、AlN層の表面のAFM像内におけるステップの稜線とAFM像の縁との一方の第1接点と、他方の第2接点とを結ぶ直線距離を、第1接点から第2接点まで延在するステップの稜線の長さで除算した、ステップ直線率が90%以上であることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
サファイア基板と、
前記サファイア基板の主面上に形成されているＡｌＮ層と、
を備え、
前記サファイア基板の主面は、Ｃ面が０．０２°以上０．３５°未満のオフ角で傾斜した面であり、
前記ＡｌＮ層の表面のＡＦＭ像内におけるステップの稜線とＡＦＭ像の縁との一方の第１接点と、他方の第２接点とを結ぶ直線距離を、前記第１接点から前記第２接点まで延在する前記ステップの稜線の長さで除算した、ステップ直線率が９０％以上であることを特徴とする、
ＡｌＮテンプレート基板。
続きを表示（約 590 文字）【請求項２】
前記ＡｌＮ層の表面平坦性Ｒａが１．１ｎｍ以下である、
請求項１に記載のＡｌＮテンプレート基板。
【請求項３】
前記ＡｌＮ層の（０００２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が１００秒以下であり、かつ、（１０－１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が３００秒以下である、
請求項１に記載のＡｌＮテンプレート基板。
【請求項４】
サファイア基板の主面上に、ＡｌＮ層をエピタキシャル成長させる第１工程と、
前記ＡｌＮ層を熱処理する第２工程と、
を含み、
前記サファイア基板の主面は、Ｃ面が０．０２°以上０．３５°未満のオフ角で傾斜した面であり、
前記第１工程において用いるキャリアガスは水素ガスおよび窒素ガスの混合ガスであり、
前記第２工程において、窒素元素を含有する雰囲気下で前記熱処理を行うことを特徴とするＡｌＮテンプレート基板の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程における熱処理時の炉内の温度は、前記第１工程における炉内の温度よりも高温である、
請求項４に記載のＡｌＮテンプレート基板の製造方法。
【請求項６】
前記キャリアガスに占める窒素ガスの割合が１％以上１０％以下である、
請求項４に記載のＡｌＮテンプレート基板の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＮテンプレート基板およびその製造方法に関し、特に、III族窒化物半導体素子の作製に供した際に、優れた発光効率を有することが可能な、ＡｌＮテンプレート基板およびその製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等とＮとの化合物からなるIII族窒化物半導体は、発光素子または電子デバイス用素子の材料として広く用いられている。中でも、Ａｌ組成比が５０％以上のＡｌＧａＮからなるIII族窒化物半導体は、発光波長３００ｎｍ以下の深紫外光発光素子（ＤＵＶ－ＬＥＤ）の活性層（「発光層」とも称される。）として用いられている。
【０００３】
III族窒化物半導体は、高融点で窒素の乖離圧が高く、バルク単結晶成長が困難であり、異種のサファイア基板上にエピタキシャル成長させることによりIII族窒化物半導体層として形成することが通常である。
【０００４】
一般に、III族窒化物半導体層の結晶性が優れるほど、優れた発光特性のIII族窒化物半導体発光素子を作製することができる。上記のようにサファイア基板上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させると、サファイア基板とIII族窒化物半導体との間に格子不整合が生じ、結晶性悪化の一因となることが知られている。こうした格子不整合に起因する格子歪みを緩和するため、サファイア基板上にＡｌＮ層をエピタキシャル成長させたＡｌＮテンプレート基板が用いられるようになってきた。III族窒化物半導体発光素子の特性は、ＡｌＮ層表面の特性に影響されるため、近年、サファイア基板上にエピタキシャル成長させるＡｌＮテンプレート基板の特性を向上させるための様々な試みがなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１によると、III族窒化物半導体エピタキシャル基板を構成するサファイア単結晶基材の主面の結晶方位がＣ軸方向より０．３５°～０．５５°傾斜させたサファイア単結晶基材、すなわちオフ角が０．３５°～０．５５°のＣ面サファイア単結晶基材を用いたうえで、その主面側にエピタキシャル成長させたＡｌＮ層の膜厚を０．３μｍ～０．７μｍに制御し、熱処理を行うことで、サファイア基板上にエピタキシャル成長させたＡｌＮ層の結晶性および平坦性が向上する。
【０００６】
また、特許文献２には、原料のトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスのキャリアガスとして水素ガスのみを使用し、アンモニアガスのキャリアガスとして水素ガスのみを使用する方が、キャリアガスの少なくとも一方が窒素ガス、あるいは窒素ガスおよび水素ガスの混合ガスである場合と比べて、ＡｌＮ結晶の横方向成長を促進させることが可能となり、ＡｌＮ層の表面の平坦性の向上を図ることが可能であると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１６－０６４９２８号
特開２０１７－１３９２５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された技術により、オフ角が０．３５°～０．５５°のＣ面サファイア基板上のＡｌＮ層の表面平坦性および結晶性は向上している。一方で、オフ角を有しながらオフ角が０．３５°未満であるサファイア基板上のＡｌＮ層の特性は十分ではなかった。しかしながら、サファイア基板の裏面を光取り出し面とする場合において、オフ角が０．３５°未満のサファイア基板を使用する方が望ましい場合もある。優れたＡｌＮ層を形成する最たる目的は、ＡｌＮ層上に形成されるIII族窒化物半導体層の特性の向上であり、さらなる改善技術が希求されている。
【０００９】
そこで本発明は、オフ角が０．０２°以上０．３５°未満のサファイア基板を使用する場合において、ＡｌＮテンプレート基板の特性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。特許文献１では、ＡｌＮテンプレート基板の評価パラメータとして結晶性および平坦性が使用されていたが、ステップ直線率とよぶ新たなパラメータに着目し、これを適正化することで、より特性のよいＡｌＮテンプレート基板を完成させるに至った。特許文献２に提案されているように、従来、キャリアガスとしては水素ガスのみを使用することが好ましいと考えられていた。ところが、本発明者の詳細な検討により、オフ角が０．０２°以上０．３５°未満のサファイア基板を使用する場合において、むしろ水素ガスおよび窒素ガスの混合ガスを用いる方が、上記ステップ直線率を適正化することができ、ＡｌＮ層上に形成されたIII族窒化物半導体層からなる発光素子の光出力が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許