JP5957179B2 - 炭化アルミニウム薄膜、炭化アルミニウム薄膜を形成した半導体基板及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明者らは結晶性の炭化アルミニウム薄膜(以下、AlC薄膜という)を得るべく、原料、製造条件等を鋭意検討した結果、サファイア基板のc面に結晶性のAlC薄膜を成長させることを実現した。
上述のAlC薄膜を形成した半導体基板について、以下に説明する。図1は、本実施形態に係る半導体基板100の模式図である。半導体基板100は、基板20の上面にAlC薄膜10を形成した半導体基板である。ここで、基板20としては、AlCの結晶成長が可能な半導体分野、特にLEDの分野において既知の基板を用いることができる。基板20としては、例えば、サファイア基板または炭化ケイ素基板を用いることができる。基板20としてサファイア基板を用いる場合、AlC薄膜10を形成するサファイア基板20の上面は、c面とすることが望ましい。
上述したAlC薄膜および半導体基板の製造方法について、以下に説明する。本実施形態に係るAlC薄膜および半導体基板の製造方法においては、有機金属気相成長(以下、MOCVDという)を用いることが好ましい。本実施形態においては、基板20の上面にAlC結晶を成長させて、AlC薄膜10を形成する。
本実施例において、AlC薄膜10の成長温度を検討した。図3(a)は、成長温度と成長速度との関係を示す図である。AlC薄膜10は700℃以上で成長するが成長速度は遅く、1100℃以上で測定可能な成長速度を示すようになった。なお、本実施例の装置において可能な加熱温度は、炉内温度で1200℃であった。
次に、AlC薄膜10の形成時に供給するTMAの流量について検討した。図3(b)は、供給するTMAの流量とAlC薄膜10の成長速度との関係を示す図である。本実施例においては、成長温度を1150℃、メタンの流量を13.4mmol/minとした。TMAの流量を(a)5.1μmol/min、(b)6.6μmol/min、(c)33μmol/min、(d)66μmol/minとした。供給するTMAの流量の増加と共にAlC薄膜10の成長速度も速くなった。
次に、IV/III比すなわち、AlC薄膜10の形成時に供給するメタンとTMAとの比について検討した。図3(c)は、IV/III比と成長速度との関係を示す図である。本実施例においては、成長温度を1150℃とした。IV/III比を(a)203、(b)406、(c)812、(d)4032、(e)5261とした。IV/III比は406で、成長速度が最大となった。
上述のような条件で形成した半導体基板100のAlC薄膜10について、XRDを2θ−ωモードで測定した。本実施例のおいては、XRD装置として、フィリップス社のX’pert MRDを用いた。図6は、XRDの測定結果を示す図である。基板20として用いたサファイアに由来するピークは、38°付近および42°付近に検出された。一方、1100℃及び1150℃で形成したAlC薄膜10においては、サファイア由来のピークの他に、Al4C3結晶に由来するピークが35°付近に検出された。成長温度が700℃の場合にもAlC薄膜10が僅かに形成されたが、形成効率が低いため、本実施例での60分間の成長時間では、Al4C3結晶に由来するピークは検出されなかった。
次に、AlC薄膜10を形成した半導体基板100についてEDXを行った。本実施例のおいては、EDX装置として、Oxford社の Link ISIS を用いた。図7は、1150℃でAlC薄膜10を形成した半導体基板100のEDXの結果を示す図である。図7(a)は半導体基板100の断面方向からのSEM像であり、図7(b)はアルミニウムの検出結果、図7(c)は炭素の検出結果、図7(d)は酸素の検出結果をそれぞれ示す。アルミニウムはAlC薄膜10及びおよびサファイア基板20ともに検出された。一方、炭素はAlC薄膜10において検出され、酸素はサファイア基板20において検出された。この結果からサファイア基板20の上面にAlC薄膜10が形成されたことが改めて確認された。
次に、AlC薄膜10を形成した半導体基板100についてCL測定を行った。本実施例のおいては、CL測定装置として、Oxford社のMONO CL2 を用いた。図8はAlC薄膜10を形成した半導体基板100のCL測定の結果を示し、図8(a)は700℃で形成したAlC薄膜10の測定結果を示し、図8(b)は1200℃で形成したAlC薄膜10の測定結果を示す。1200℃で形成したAlC薄膜10のCL測定結果においては、310nm以上413nm以下の範囲での発光が検出され、典型的には340nm前後で、半値幅は50nmであった。一方、700℃で形成したAlC薄膜10のCL測定結果においては、340nmより長い波長を含むブロードなピークが検出された。この結果から、1200℃で形成したAlC薄膜10では成膜状態が良好であると推察される。
最後にAlC薄膜10を形成した半導体基板100について透過測定を行った。図9は透過測定の結果を示す図である。本実施例のおいては、1200℃でAlC薄膜10を形成した半導体基板100について評価した。図9の曲線から、本発明に係るAlC薄膜10のバンドギャップは、典型的には約3.4eVであり、直接遷移型であった。他の条件でのAlC薄膜10についても検討した結果、本発明に係るAlC薄膜10のバンドギャップは3.4eV以上4.3eV以下であった。また、本発明に係るAlC薄膜は、製造温度を調整することにより、間接遷移型のバンドギャップを有するようにすることもできる。
Claims (11)
- 炭化アルミニウムの結晶を含み、サファイア基板のC面上に形成された炭化アルミニウム薄膜を発光層として含むことを特徴とする発光ダイオード。
- 前記炭化アルミニウム薄膜は、カソードルミネッセンス測定において、310nm以上413nm以下の範囲の波長で発光することを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード。
- 前記炭化アルミニウム薄膜は、透過測定において、3.4eV以上4.3eV以下のバンドギャップを有することを特徴とする請求項1または2に記載の発光ダイオード。
- メタンと、トリメチルアルミニウムとを供給し、
基板上に炭化アルミニウムの結晶を成長させて、炭化アルミニウム薄膜を形成することを特徴とする炭化アルミニウム薄膜の製造方法。 - 前記トリメチルアルミニウムを33μmol/min以上66μmol/min以下、前記メタンを13mmol/min以上27mmol/min以下で供給して、前記炭化アルミニウムの結晶を成長させることを特徴とする請求項4に記載の炭化アルミニウム薄膜の製造方法。
- 前記炭化アルミニウムの結晶を700℃以上で成長させることを特徴とする請求項5に記載の炭化アルミニウム薄膜の製造方法。
- 前記炭化アルミニウムの結晶を1100℃以上で成長させることを特徴とする請求項5に記載の炭化アルミニウム薄膜の製造方法。
- メタンと、トリメチルアルミニウムとを供給し、
基板上に炭化アルミニウムの結晶を成長させて、炭化アルミニウム薄膜を形成することを特徴とする炭化アルミニウム薄膜を形成した半導体基板の製造方法。 - 前記トリメチルアルミニウムを33μmol/min以上66μmol/min以下、前記メタンを13mmol/min以上27mmol/min以下で供給して、前記炭化アルミニウムの結晶を成長させることを特徴とする請求項8に記載の炭化アルミニウム薄膜を形成した半導体基板の製造方法。
- 前記炭化アルミニウムの結晶を700℃以上で成長させることを特徴とする請求項9に記載の炭化アルミニウム薄膜を形成した半導体基板の製造方法。
- 前記炭化アルミニウムの結晶を1100℃以上で成長させることを特徴とする請求項9に記載の炭化アルミニウム薄膜を形成した半導体基板の製造方法。
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