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公開番号2025128310
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-02
出願番号2025097984,2023176801
出願日2025-06-11,2017-09-27
発明の名称材料および半導体構造を多孔質化する方法
出願人ケンブリッジエンタープライズリミテッド
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H10H 20/817 20250101AFI20250826BHJP()
要約【課題】少ない処理ステップを用いて、III族窒化物材料を多孔質化する方法を提供する。
【解決手段】半導体構造におけるIII族窒化物材料を多孔質化する方法が提供され、半導体構造は、1×10¹⁴cm^-3から1×10¹⁷cm^-3の間の電荷担体密度を有する第2のIII族窒化物材料の表面層の下に、5×10¹⁷cm^-3を超える電荷担体密度を有する第1のIII族窒化物材料の表面下構造を含む。本方法は、表面層を電解質に曝露するステップ、および表面下構造が電気化学エッチングによって多孔質化され、一方で表面層が多孔質化されないように、第1のIII族窒化物材料と電解質の間に電位差を印加するステップ、を含む。半導体構造およびその使用がさらに提供される。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
半導体構造であって、
第１のＩＩＩ族窒化物材料の多孔質の表面下構造と、
第２のＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質の表面層であって、１×１０
１４
ｃｍ
－３
から１×１０
１７
ｃｍ
－３
の間の電荷担体密度を有する表面層と
を含み、
表面下構造が構造全体で均一な多孔度を有し、表面層の横方向幅はその最狭点において５５０μｍよりも長く、表面下構造の横方向幅はその最狭点において５５０μｍよりも長い、半導体構造。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
表面層の最狭点での横方向幅が、少なくとも１ｍｍ、または少なくとも１０ｍｍ、または少なくとも５ｃｍ、または少なくとも１５ｃｍ、または少なくとも２０ｃｍである、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
表面層および表面下構造が、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮからなる群から選択されるＩＩＩ族窒化物材料を含む、請求項１または２に記載の構造。
【請求項４】
表面層および表面下構造の両方における貫通転位密度が、少なくとも１×１０
４
ｃｍ
－２
、１×１０
５
ｃｍ
－２
、１×１０
６
ｃｍ
－２
、１×１０
７
ｃｍ
－２
、もしくは１×１０
８
ｃｍ
－２
であり、および／または１×１０
９
ｃｍ
－２
、もしくは１×１０
１０
ｃｍ
－２
未満である、請求項１から３のいずれかに記載の構造。
【請求項５】
表面層の厚みが、少なくとも１ｎｍ、もしくは１０ｎｍ、もしくは１００ｎｍであり、および／または１μｍ、もしくは５μｍ、もしくは１０μｍ未満である、請求項１から４のいずれかに記載の構造。
【請求項６】
多孔質の表面下構造が、１ｎｍ、もしくは２ｎｍ、もしくは１０ｎｍ、もしくは２０ｎｍを超える平均孔サイズであり、および／または５０ｎｍ、もしくは６０ｎｍ、もしくは７０ｎｍ未満の平均孔サイズを有する、請求項１から５のいずれかに記載の構造。
【請求項７】
層のスタックの形態のＩＩＩ族窒化物材料から形成された複数の表面下層を含み、（表面層から離れる方にカウントして）奇数番号の表面下層が多孔質であって各層全体で均一な多孔度を有し、偶数番号の表面下層が非多孔質である、請求項１から６のいずれかに記載の構造。
【請求項８】
奇数の表面下層がそれぞれ同一の多孔度を有し、偶数の層それぞれが非多孔質であり、その結果、構造が分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として作用する、請求項７に記載の構造。
【請求項９】
半導体構造がトレンチを用いてパターン形成されない、請求項１から８のいずれかに記載の構造。
【請求項１０】
半導体構造が、１ｃｍ、または５ｍｍ、または１ｍｍ、または６００μｍ未満で分けられたトレンチを用いてプレパターン形成されない、請求項１から９のいずれかに記載の構造。
（【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、半導体材料、特に、ＩＩＩ族窒化物材料、半導体構造を多孔質化する方法、半導体構造の使用および半導体構造を組み込むか、または取り付けられたデバイスに関する。本発明は、半導体デバイスの製作において分布ブラッグ反射器（distributed Bragg reflectors:ＤＢＲs）および基板として使用するための多孔質半導体構造の製造にとって特に有利であり得る。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
「ＩＩＩ族窒化物」材料として知られる半導体材料のクラスは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を、その三元および四元合金とともに含む。ＩＩＩ族窒化物材料は、ソリッドステート照明およびパワーエレクトロニクスにおいて商業的成功を達成しただけでなく、量子光源および光－物質相互作用にとって特別な利点も示す。
【０００３】
種々のＩＩＩ族窒化物材料は、商業的に興味深いものであるが、窒化ガリウム（ＧａＮ）は、最も重要な新規半導体材料の１つとして広く見なされており、いくつかの適用にとって特に興味深い。
【０００４】
バルクＧａＮに孔を導入することは、その電気伝導率に負に影響を及ぼすことなく、その材料特性、例えば、その屈折率に大いに影響を及ぼし得るということは公知である。したがって、その多孔度を変更することによってＧａＮの光学特性を調整する可能性が、多孔質ＧａＮをオプトエレクトロニック適用にとって大いに興味深いものにする。
【０００５】
WO2011/094391A1には、電気化学エッチング法によってナノポーラスＧａＮを作製する可能性が開示されており、それによれば、ｎ型ドープＧａＮを電解質と接触させることおよびエッチング電位を印加することによって、ｎ型ドープＧａＮが、多孔度をもたらすようにエッチングされる。WO2011/094391A1（段落［００３１］）には、２つの型のＧａＮ構造のエッチングが記載されている。第１の型では、ｎ型ドープＧａＮの露出した層の表面が電解質と接触してエッチングされ、多孔質層を生成する。エッチングは層表面に対して垂直に進行し、WO2011/094391A1では垂直エッチングと呼ばれている。第２の型の構造では、ｎ型ドープＧａＮの層の上に、ドープされていないＧａＮの頂部層が形成される。したがって、ｎ型ドープＧａＮは、表面下層（sub-surface layer）を形成する。次いで、層はドライエッチングされるか、または劈開されて、層のエッジもしくはサイドウォールを露出するトレンチが形成され、これらのエッジが電解質に曝露され得る。次いで、エッチングは、その露出したエッジからｎ型層を通って選択的に進行し、ドープされた表面下層を多孔質化するが、覆っているドープされていない層は多孔質化しない。WO2011/094391A1では、これは、水平または横方向エッチングと呼ばれている。
【０００６】
ｎ型ＧａＮの電気化学エッチングは、種々の学術論文においてさらに記載されている。これらの先行技術文書のすべてはWO2011/094391A1の教示に従っており、エッチングは、露出されたｎ型ＧａＮ表面に「垂直に」、またはドープされていないＧａＮおよび／もしくは電気絶縁基層の２つの層の間に挟まれたｎ型ＧａＮ層のエッジに「水平に」実施され得るとしている。
【０００７】
Chen et al, Journal of Applied Physics, 112, 064303 (2012)は、ｎ型ＧａＮの垂直エッチングに関し、さらなるエッチングを防ぐための「エッチストップ」としての５００ｎｍ厚の下層のドープされていないＧａＮ層の使用が記載されている。Chen et alは、垂直エッチングが、ｎ型ＧａＮの表面に表面ピットを形成させたことをさらに注記している。
【０００８】
他方、C. Zhang, et al. ACS Photonics 2015, 2, 980には、ドープされていないＧａＮおよびｎ型ＧａＮの交互層からなる多層構造を水平にエッチングすることが開示されている。水平エッチングを可能にするために、まず、多層サンプルを５０μｍの間隔のトレンチを用いてリソグラフィーでパターン形成して、層のエッジまたはサイドウォールを露出させ、多孔質化の間にｎ型層中に水平に電解質を輸送することを可能にした。最上層のドープされていないＧａＮの頂部に保護層としてＳｉＯ
２
の電気絶縁層も形成した。
【０００９】
表面下層のエッジからの水平または横方向エッチングは、エッチング中の層へのおよび層からの電解質の拡散速度を含む因子によって制限され、これは、エッチングされ得る層のエッジからの距離に対して制限となり、したがって、水平エッチングによって多孔質化され得るサンプルの幅に対して（反対のエッジからエッチングされる場合）制限があるということを意味する。
【００１０】
先行技術の著者は、エッチングに先立つサンプルへのドライエッチング垂直トレンチによって、このサンプル側の制限に対処しており、その結果、サンプル層のエッジが一定間隔で露出される。これは、電解質が層エッジと接触し、サンプル構造中に水平にエッチングすることを可能にする。ドライエッチングトレンチとは、各サンプルが、隣接するトレンチの間に広がる複数のより小さいサンプルに効果的に分けられることを意味する。隣接するトレンチ間の距離は、水平エッチングが層に浸透することが可能である距離の２倍に自然に制限される（サンプルが両サイドから水平にエッチングされると仮定して）。C. Zhang, et alでは、例えば、水平エッチングのサンプル幅はトレンチ間で５０μｍの寸法に制限される。
（【００１１】以降は省略されています）

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