JP7624061B2 - 積層構造体 - Google Patents

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Description

本発明の一実施形態は、基板上に形成された窒化ガリウム膜を含む積層構造体に関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、バンドギャップの大きい直接遷移半導体という特徴を有する。この窒化ガリウムの特徴を利用し、窒化ガリウムを用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）が既に実用化されている。また、窒化ガリウムは、電子飽和移動度および耐圧が高い特徴も有する。近年では、この窒化ガリウムの特徴を利用し、高周波パワーデバイス用途のトランジスタの開発が進められている。発光ダイオードまたはトランジスタの窒化ガリウム膜は、一般的に、サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いて８００℃～１０００℃という高温で成膜されている。
ところで、近年、次世代表示装置として、回路基板の画素内に微小な発光ダイオードチップを実装した、いわゆるマイクロＬＥＤ表示装置またはミニＬＥＤ表示装置の開発が進められている。マイクロＬＥＤ表示装置またはミニＬＥＤ表示装置は、高効率、高輝度、および高信頼性を有する。このようなマイクロＬＥＤ表示装置またはミニＬＥＤ表示装置は、酸化物半導体または低温ポリシリコンなどを用いたトランジスタが形成されたバックプレーンに、ＬＥＤチップが転写されることによって製造される（例えば、特許文献１参照）。また、同一基板上に窒化ガリウムを含むトランジスタと発光ダイオードとを形成する方法も検討されている（例えば、特許文献２参照）。
米国特許第８７９１４７４号明細書 米国特許出願公開第２０２０／００７５６６４号明細書
上述したように、一般的には、窒化ガリウム膜はサファイア基板上に高温で成膜される。非晶質ガラス基板のような大面積基板は耐熱性が低く、低温で成膜した窒化ガリウム膜は結晶性が低いという問題があった。また、大面積のバックプレーンを提供することが難しいという問題もあった。
本発明の一実施形態は、上記問題に鑑み、大面積化が可能な基板に結晶性の高い窒化ガリウム膜が形成された積層構造体を提供することを目的の一つとする。
本発明の一実施形態に係る積層構造体は、基板と、基板上の窒化ガリウム膜と、を含み、基板の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．３３ｎｍよりも小さい。
本発明の一実施形態に係る積層構造体は、基板と、基板上のｃ軸配向または面心立方構造の（１１１）配向を有する配向層と、配向層上の窒化ガリウム膜と、を含み、基板の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．３３ｎｍよりも小さい。
本発明の一実施形態に係る積層構造体は、基板と、基板上の保護層と、保護層上のｃ軸配向または面心立方構造の（１１１）配向を有する配向層と、配向層上の窒化ガリウム膜と、を含み、基板の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．３３ｎｍよりも小さい。
本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体を用いた発光素子の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る積層構造体を用いた半導体素子の構成を示す概略図である。
以下、本発明に係る各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施形態はあくまで一例にすぎず、当業者が、発明の主旨を保ちつつ適宜変更することによって容易に想到し得るものについても、当然に本発明の範囲に含まれる。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、または形状などが模式的に表される場合がある。しかし、図示された形状などはあくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
本明細書において「αはＡ、ＢまたはＣを含む」、「αはＡ、ＢおよびＣのいずれかを含む」、「αはＡ、ＢおよびＣからなる群から選択される一つを含む」、といった表現は、特に明示が無い限り、αがＡ～Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。
本明細書において、説明の便宜上、「上」または「上方」もしくは「下」または「下方」という語句を用いて説明するが、原則として、構造物が形成される基板を基準とし、基板から構造物に向かう方向を「上」または「上方」とする。逆に、構造物から基板に向かう方向を「下」または「下方」とする。したがって、基板上の構造物という表現において、基板と向き合う方向の構造物の面が構造物の下面となり、その反対側の面が構造物の上面となる。また、基板上の構造物という表現においては、基板と構造物との上下関係を説明しているに過ぎず、基板と構造物との間に他の部材が配置されていてもよい。さらに、「上」または「上方」もしくは「下」または「下方」の語句は、複数の層が積層された構造における積層順を意味するものであり、平面視において重畳する位置関係になくてもよい。
本明細書において、各構成に付記される「第１」、「第２」、または「第３」などの文字は、各構成を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限り、それ以上の意味を有さない。
本明細書および図面において、同一または類似する複数の構成を総じて表記する際には同一の符号を用い、これらの複数の構成のそれぞれを区別して表記する際には、小文字または大文字のアルファベットを添えて表記する場合がある。また、１つの構成のうちの複数の部分を区別して表記する際には、ハイフンと自然数を用いる場合がある。
以下の各実施形態は、技術的な矛盾を生じない限り、互いに組み合わせることができる。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る積層構造体の構成を示す概略図である。積層構造体１０は、基板１００および窒化ガリウム膜２００を含む。窒化ガリウム膜２００は、基板１００上にスパッタリングを用いて形成される。
基板１００は、窒化ガリウム膜２００の支持基板である。積層構造体１０の窒化ガリウム膜２００はスパッタリングによって成膜されるため、基板１００は、例えば、６００℃程度の耐熱性を有すればよい。そのため、基板１００として、例えば、非晶質ガラス基板を用いることができる。また、基板１００として、ポリイミド基板、アクリル基板、シロキサン基板、またはフッ素樹脂基板などの樹脂基板も用いることができる。なお、非晶質ガラス基板または樹脂基板は、大面積化が可能な基板である。また、基板１００として、多結晶基板を用いることもできる。多結晶基板は、窒化ガリウム膜の通常の成膜で用いられるサファイア基板よりも大きいため、ガラス基板または樹脂基板と同様に、バックプレーンとして用いることが可能である。
非晶質ガラスなどの基板１００上の窒化ガリウム膜２００の結晶成長は、基板１００の表面状態の影響を受ける。特に、基板１００の表面の凹凸は、ランダムな結晶核を発生させる要因となる。その結果、ランダムな方向への窒化ガリウムの結晶成長が起こり、また、隣接する結晶が互いに干渉し、結晶成長が阻害される。したがって、基板１００は、凹凸が少なく、平滑な表面を有することが好ましい。例えば、基板１００の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．３３ｎｍよりも小さいことが好ましい。また、基板１００の表面の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）は、０．３９ｎｍよりも小さいことが好ましい。基板１００の表面粗さが上記条件である場合、基板１００が非晶質でガラス基板であっても、窒化ガリウム膜２００の結晶性を向上させることができる。換言すると、基板１００上に、ｃ軸配向（（０００１）面を表面とした配向）を有する窒化ガリウム膜２００を形成することができる。
ここで、スパッタリングを用いた窒化ガリウム膜２００の成膜について説明する。
真空チャンバ内に、窒化ガリウムターゲットと対向して基板１００を配置する。窒化ガリウムターゲットにおける窒化ガリウムの組成比は、窒素に対するガリウムが０．７以上２以下であることが好ましい。また、真空チャンバには、スパッタリングガス（アルゴンまたはクリプトンなど）とは別に、窒素を供給することができる。その場合、窒化ガリウムターゲットの窒化ガリウムの組成比は、窒素よりもガリウムが多いことが好ましい。例えば、窒素は、窒素ラジカル供給源を用いて供給することができる。スパッタリング電源は、ＤＣ電源、ＲＦ電源、またはパルスＤＣ電源のいずれであってもよい。
真空チャンバ内の基板１００は、加熱されてもよい。例えば、基板１００は、４００℃以上６００℃未満で加熱することができる。この基板温度であれば、耐熱性の低い非晶質ガラス基板に対しても適用することができる。また、この基板温度は、ＭＯＣＶＤまたはＨＶＰＥでの成膜温度よりも低い。
真空チャンバ内を十分排気した後、スパッタリングガスを供給する。また、所定の圧力で基板１００と窒化ガリウムターゲットとの間に電圧を印加してプラズマを生成し、窒化ガリウム膜２００を成膜する。表面粗さが制御された基板１００上に窒化ガリウム膜２００が形成されているため、窒化ガリウム膜２００はｃ軸配向を有する。
本実施形態に係る積層構造体１０は、結晶性が高く、ｃ軸配向を有する窒化ガリウム膜２００を含む。また、積層構造体１０は、大面積化が可能な基板１００を含む。そのため、積層構造体１０を利用することにより、窒化ガリウムを含むＬＥＤの生産性を高め、または窒化ガリウムを含むトランジスタが形成されたバックプレーンを作製することができる。
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の一実施形態に係る積層構造体２０の構成を示す概略図である。積層構造体２０は、基板１００、配向層３００、および窒化ガリウム膜２００を含む。配向層３００は、基板１００上に設けられている。また、窒化ガリウム膜２００は、配向層３００上にスパッタリングを用いて形成される。なお、以下では、積層構造体２０の構成が、積層構造体１０の構成と同様であるときは、その説明を省略することがある。
配向層３００は、窒化ガリウム膜２００の結晶性を向上させることができる。すなわち、配向層３００は、窒化ガリウム膜２００のｃ軸配向性をさらに向上させることができる。平滑な基板１００上においても、六方最密構造を有する窒化ガリウム膜２００は、表面エネルギーを最小化するようにｃ軸配向するが、基板１００上に配向層３００を設けることで、窒化ガリウム膜２００のｃ軸配向性を制御することができる。具体的には、配向層３００の材料の種類によって窒化ガリウム膜２００のｃ軸配向性を制御する。配向層３００は、六方最密構造、面心立方構造、またはそれらに準ずる構造を有する材料を用いることができる。ここで、六方最密構造または面心立方構造に準ずる構造とは、ａ軸およびｂ軸に対してｃ軸が９０°とならない結晶構造を含むものである。六方最密構造およびそれに準ずる構造を有する材料では、基板１００に対して（０００１）方向、すなわち、ｃ軸方向に配向することができる（以下、六方最密構造の（０００１）配向またはｃ軸配向という。）。また、面心立方構造およびそれに準ずる構造を有する材料では、基板１００に対して（１１１）方向に配向することができる（以下、これを面心立方構造の（１１１）配向という。）。配向層３００がｃ軸配向または面心立方構造の（１１１）配向を有することにより、窒化ガリウム膜２００もｃ軸配向しやすくなる。配向層３００として、例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、グラフェン、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、銀（Ａｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、セリウム（Ｃｅ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、鉛（Ｐｂ）、アクチニウム（Ａｃ）、トリウム（Ｔｈ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ）、ＢｉＬａＴｉＯ、ＳｒＦｅＯ、ＳｒＦｅＯ、ＢｉＦｅＯ、ＢａＦｅＯ、ＺｎＦｅＯ、ＰＭｎＮ－ＰＺＴ、または生体アパタイト（ＢＡｐ）などを用いることができる。特に、配向層３００として、チタン、グラフェン、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、または酸化アルミニウムを用いることが好ましい。また、配向層３００の膜厚は、例えば、５０ｎｍ以上である。なお、配向層３００の成膜は、スパッタリングに限られない。配向層３００は、ＣＶＤなど任意の方法（装置）を用いて成膜することができる。
窒化ガリウム膜２００の結晶性は、上述したように、非成膜面の表面状態の影響を受ける。すなわち、積層構造体２０では、窒化ガリウム膜２００は、配向層３００の表面状態の影響を受ける。したがって、配向層３００は、凹凸が少なく、平滑な表面を有することが好ましい。例えば、配向層３００の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、２．３ｎｍよりも小さいことが好ましい。また、配向層３００の表面の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）は、２．９ｎｍよりも小さいことが好ましい。配向層３００の表面粗さが上記条件である場合、ｃ軸配向を有する窒化ガリウム膜２００を形成することができる。
なお、配向層３００は、基板１００上に形成されるため、配向層３００の結晶性は、少なからず基板１００の表面粗さの影響を受ける。そのため、積層構造体２０においても、基板１００は、凹凸が少なく、平滑な表面を有することが好ましい。例えば、基板１００の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．３３ｎｍよりも小さいことが好ましい。また、基板１００の表面の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）は、０．３９ｎｍよりも小さいことが好ましい。
本実施形態に係る積層構造体２０は、結晶性が高く、ｃ軸配向を有する窒化ガリウム膜２００を含む。また、積層構造体２０は、大面積化が可能な基板１００を含む。そのため、積層構造体２０を利用することにより、窒化ガリウムを含むＬＥＤの生産性を高め、または窒化ガリウムを含むトランジスタが形成されたバックプレーンを作製することができる。
＜第３実施形態＞
図３は、本発明の一実施形態に係る積層構造体３０の構成を示す概略図である。積層構造体３０は、基板１００、保護層４００、配向層３００、窒化ガリウム膜２００を含む。保護層４００は、基板１００上に設けられている。配向層３００は、保護層４００上に設けられている。また、窒化ガリウム膜２００は、配向層３００上にスパッタリングを用いて形成される。なお、以下では、積層構造体３０の構成が、積層構造体１０または積層構造体２０と同様の構成であるときは、その説明を省略することがある。
保護層４００は、基板１００からの不純物の拡散を防止することができる。そのため、保護層４００上に形成された配向層３００は、不純物が少ないため、結晶性が向上する。保護層４００として、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）または窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などを用いることができる。なお、保護層４００は、単膜であってもよく、積層膜であってもよい。例えば、基板１００が非晶質ガラス基板であれば、窒化シリコンと酸化シリコンとの積層膜（ＳｉＯｘ／ＳｉＮｘ）を用いることができる。また、基板１００が樹脂基板であれば、窒化シリコンを酸化シリコンで挟んだ積層膜（ＳｉＯｘ／ＳｉＮｘ／ＳｉＯｘ）を用いることができる。
積層構造体３０では、配向層３００は保護層４００上に成膜されるため、配向層３００の結晶性は、保護層４００の表面粗さの影響を受ける。そのため、積層構造体３０においては、保護層４００が、凹凸が少なく、平滑な表面を有することが好ましい。例えば、保護層４００の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．５１ｎｍよりも小さいことが好ましい。また、保護層４００の表面の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）は、０．６０ｎｍよりも小さいことが好ましい。
本実施形態に係る積層構造体３０は、結晶性が高く、ｃ軸配向を有する窒化ガリウム膜２００を含む。また、積層構造体３０は、大面積化が可能な基板１００を含む。そのため、積層構造体２０を利用することにより、窒化ガリウムを含むＬＥＤの生産性を高め、または窒化ガリウムを含むトランジスタが形成されたバックプレーンを作製することができる。
以下では、本実施形態に係る積層構造体３０のいくつかの変形例について説明する。
＜変形例１＞
図４は、本発明の一実施形態に係る積層構造体３０Ａの構成を示す概略図である。積層構造体３０Ａは、基板１００、保護層４００、第１の配向層３００Ａ－１、第２の配向層３００Ａ－２、および窒化ガリウム膜２００を含む。第１の配向層３００Ａ－１は、保護層４００上に設けられている。第２の配向層３００Ａ－２は、第１の配向層３００Ａ－１上に設けられている。また、窒化ガリウム膜２００は、第２の配向層３００Ａ－２上に設けられている。すなわち、第２の配向層３００Ａ－２は、窒化ガリウム膜２００と接する。
第１の配向層３００Ａ－１と第２の配向層３００Ａ－２とは、配向層の種類が異なる。例えば、第１の配向層３００Ａ－１および第２の配向層３００Ａ－２は、それぞれ、絶縁体および導体である。また、第１の配向層３００Ａ－１および第２の配向層３００Ａ－２が、それぞれ、導体および絶縁体であってもよい。第１の配向層３００Ａ－１および第２の配向層３００Ａ－２の各々として、上述した配向層３００の材料を組み合わせて用いることができる。第１の配向層３００Ａ－１および第２の配向層３００Ａ－２の材料の組み合わせは、積層構造体３０Ａが利用されるデバイスを考慮して適宜選択すればよい。なお、窒化ガリウム膜２００が接する第２の配向層３００Ａ－２は、第１の配向層３００Ａ－１から窒化ガリウム膜２００への不純物の拡散を防止することができる材料であることが好ましい。第１の配向層３００Ａ－１および第２の配向層３００Ａ－２の材料の組み合わせは、例えば、窒化アルミニウムおよびチタン、窒化チタンおよびチタン、または酸化チタンおよびチタンなどであるが、これに限られない。
積層構造体３０Ａが利用されるデバイスによっては、第１の配向層３００Ａ－１および第２の配向層３００Ａ－２の各々を、導体とすることもできる。また、本変形例では、２層の配向層を含む積層構造体３０Ａについて説明したが、積層構造体３０Ａは、３層以上の配向層を含んでいてもよい。
＜変形例２＞
図５は、本発明の一実施形態に係る積層構造体３０Ｂの構成を示す概略図である。積層構造体３０Ｂは、基板１００、保護層４００、配向層３００Ｂ、および窒化ガリウム膜２００を含む。配向層３００Ｂは、保護層４００上に設けられている。また、窒化ガリウム膜２００は、配向層３００Ｂ上に設けられている。
配向層３００Ｂは、所定のパターンにパターニングされている。配向層３００Ｂのパターニングは、例えば、フォトリソグラフィーを用いて行うことができる。図５に示すように、配向層３００Ｂは、保護層４００の一部が露出されるようにパターニングされている。そのため、窒化ガリウム膜２００は、配向層３００Ｂと接する領域Ａおよび保護層４００と接する領域Ｂを含む。領域Ａでは、窒化ガリウム膜２００は、配向層３００Ｂ上に成膜されているため、ｃ軸配向性が制御されながら結晶成長することができる。一方、領域Ｂでは、窒化ガリウム膜２００は、保護層４００上に成膜されているため、領域Ａと比較してｃ軸配向性が制御されない。すなわち、積層構造体３０Ｂでは、結晶性の高い領域Ａと結晶性の低い領域Ｂとを含む。したがって、積層構造体３０Ｂでは、配向層３００Ｂをパターニングすることにより、結晶性の異なる領域を含む窒化ガリウム膜２００を形成することができる。
積層構造体３０Ｂをバックプレーンに利用する場合、窒化ガリウム膜２００の結晶性が制御されたバックプレーンを提供することができる。
＜変形例３＞
図６は、本発明の一実施形態に係る積層構造体３０Ｃの構成を示す概略図である。積層構造体３０Ｃは、基板１００、保護層４００、第１の配向層３００Ｃ－１、第２の配向層３００Ｃ－２、および窒化ガリウム膜２００を含む。第１の配向層３００Ｃ－１は、保護層４００上に設けられている。第２の配向層３００Ｃ－２は、第１の配向層３００Ｃ－１上に設けられている。また、窒化ガリウム膜２００は、第２の配向層３００Ｃ－２上に設けられている。
第２の配向層３００Ｃ－２は、所定のパターンにパターニングされている。第２の配向層３００Ｃ－２のパターニングは、例えば、フォトリソグラフィーを用いて行うことができる。図６に示すように、第２の配向層３００Ｃ－２は、第１の配向層３００Ｃ－１の一部が露出されるようにパターニングされている。そのため、窒化ガリウム膜２００は、第１の配向層３００Ｃ－１と接する領域Ｃおよび第２の配向層３００Ｃ－２と接する領域Ｄを含む。領域Ｃと領域Ｄとでは、窒化ガリウム膜２００の被成膜面が異なるため、窒化ガリウム膜２００の結晶成長の程度（例えば、ｃ軸配向の割合（配向度）など）が異なる。したがって、積層構造体３０Ｃでは、第２の配向層３００Ｃ－２をパターニングすることにより、結晶性の異なる領域を含む窒化ガリウム膜２００を形成することができる。
積層構造体３０Ｃをバックプレーンに利用する場合、窒化ガリウム膜２００の結晶性が制御されたバックプレーンを提供することができる。
＜変形例４＞
図７は、本発明の一実施形態に係る積層構造体３０Ｄの構成を示す概略図である。積層構造体３０Ｄは、基板１００、保護層４００、第１の配向層３００Ｄ－１、第２の配向層３００Ｄ－２、および窒化ガリウム膜２００を含む。第１の配向層３００Ｄ－１は、保護層４００上に設けられている。第２の配向層３００Ｄ－２は、第１の配向層３００Ｄ－１上に設けられている。また、窒化ガリウム膜２００は、第２の配向層３００Ｄ－２上に設けられている。
第１の配向層３００Ｄ－１は、所定のパターンにパターニングされている。第１の配向層３００Ｄ－１のパターニングは、例えば、フォトリソグラフィーを用いて行うことができる。図７に示すように、第１の配向層３００Ｄ－１は、保護層４００の一部が露出されるようにパターニングされている。但し、露出された保護層４００の一部は、第１の配向層３００Ｄ－１とともに、第２の配向層３００Ｄ－２によって覆われている。すなわち、第２の配向層３００Ｄ－２は、第１の配向層３００Ｄ－１上に形成される領域および保護層４００上に形成される領域を含む。それぞれの領域では結晶成長の程度が異なり、第２の配向層３００Ｄ－２は、ｃ軸配向性または表面粗さが異なる領域を含む。また、そのような第２の配向層３００Ｄ－２上に成膜された窒化ガリウム膜２００も、第２の配向層３００Ｄ－２のそれぞれの領域と対応し、結晶性の異なる領域を含むこととなる。したがって、積層構造体３０Ｄでは、第１の配向層３００Ｄ－１をパターニングすることにより、結晶性の異なる領域を含む窒化ガリウム膜２００を形成することができる。
積層構造体３０Ｄをバックプレーンに利用する場合、窒化ガリウム膜２００の結晶性が制御されたバックプレーンを提供することができる。また、図７に示すような第１の配向層３００Ｄ－１および第２の配向層３００Ｄ－２の凹凸パターンを利用すれば、発光素子からの光を制御し、光取り出し効率を向上させることができる。
＜第４実施形態＞
図８は、本発明の一実施形態に係る積層構造体４０の構成を示す概略図である。積層構造体３０は、基板１００、保護層４００、配向層３００、非配向層５００、および窒化ガリウム膜２００を含む。配向層３００は、保護層４００上に設けられている。非配向層５００は、配向層３００上に設けられている。また、窒化ガリウム膜２００は、非配向層５００上にスパッタリングを用いて形成される。なお、以下では、積層構造体４０の構成が、積層構造体１０、積層構造体２０、および積層構造体３０と同様の構成であるときは、その説明を省略することがある。
非配向層５００は、窒化ガリウム膜２００の結晶性を低下させることができる。すなわち、非配向層５００上に成膜された窒化ガリウム膜２００は、結晶性が低くなる。非配向層５００として、例えば、酸化シリコンなどの非晶質材料を用いることができる。窒化ガリウム膜２００の非成膜面を非晶質とすることにより、窒化ガリウム膜２００の結晶成長を阻害することができる。
非配向層５００は、所定のパターンにパターニングされている。非配向層５００のパターニングは、例えば、フォトリソグラフィーを用いて行うことができる。図８に示すように、非配向層５００は、配向層３００の一部が露出するようにパターニングされている。そのため、窒化ガリウム膜２００は、配向層３００と接する領域Ｅおよび非配向層５００と接する領域Ｆを含む。領域Ｅでは窒化ガリウム膜２００の結晶成長が促進され、領域Ｆでは窒化ガリウム膜２００の結晶成長が阻害される。すなわち、積層構造体４０の窒化ガリウム膜２００は、結晶性の高い領域Ｅと結晶性の低い領域Ｆとを含む。したがって、積層構造体４０では、非配向層５００を設け、非配向層５００をパターニングすることにより、結晶性の異なる領域を含む窒化ガリウム膜２００を形成することができる。
＜変形例５＞
図９は、本発明の一実施形態に係る積層構造体４０Ｅの構成を示す概略図である。積層構造体４０Ｅは、基板１００、保護層４００、配向層３００Ｅ、非配向層５００、および窒化ガリウム膜２００を含む。配向層３００Ｅは、保護層４００上に設けられている。非配向層５００は、配向層３００Ｅ上に設けられている。また、窒化ガリウム膜２００は、非配向層５００上にスパッタリングを用いて形成される。
積層構造体４０Ｅでは、非配向層５００だけでなく、配向層３００Ｅも、所定のパターンにパターニングされている。配向層３００Ｅのパターニングは、例えば、フォトリソグラフィーを用いて行うことができる。図９に示すように、配向層３００Ｅは、保護層４００の一部が露出されるようにパターニングされている。露出された保護層４００の一部は、非配向層５００によって覆われている。積層構造体４０Ｅにおいても、窒化ガリウム膜２００は、配向層３００と接する領域Ｅおよび非配向層５００と接する領域Ｆを含む。すなわち、積層構造体４０Ｅの窒化ガリウム膜２００も、結晶性の高い領域Ｅと結晶性の低い領域Ｆとを含む。したがって、積層構造体４０Ｅにおいても、結晶性の異なる領域を含む窒化ガリウム膜２００を形成することができる。
＜変形例６＞
図１０は、本発明の一実施形態に係る積層構造体４０Ｆを示す概略図である。積層構造体４０Ｆは、基板１００、保護層４００、非配向層５００Ｆ、配向層３００Ｆ、および窒化ガリウム膜２００を含む。非配向層５００Ｆは、保護層４００上に設けられている。配向層３００Ｆは、非配向層５００Ｆ上に設けられている。また、窒化ガリウム膜２００は、配向層３００Ｆ上にスパッタリングを用いて形成される。
積層構造体４０Ｆでは、所定のパターンを有する非配向層５００Ｆが、配向層３００Ｆによって覆われている。すなわち、配向層３００Ｆは、非配向層５００Ｆ上に形成される領域および保護層４００上に形成される領域を含む。それぞれの領域では結晶成長の程度が異なり、配向層３００Ｆは、ｃ軸配向性または表面粗さが異なる領域を含む。また、そのような配向層３００Ｆ上に成膜された窒化ガリウム膜２００も、配向層３００Ｆのそれぞれの領域と対応し、結晶性の異なる領域を含むこととなる。したがって、積層構造体４０Ｆでは、パターニングされた非配向層５００Ｆを覆うように配向層３００Ｆを形成することにより、結晶性の異なる領域を含む窒化ガリウム膜２００を形成することができる。
積層構造体４０Ｆをバックプレーンに利用する場合、窒化ガリウム膜２００の結晶性が制御されたバックプレーンを提供することができる。また、図１０に示すような非配向層５００Ｆおよび配向層３００Ｆの凹凸パターンを利用すれば、発光素子からの光を制御し、光取り出し効率を向上させることができる。
＜第５実施形態＞
図１１は、本発明の一実施形態に係る積層構造体３０を用いた発光素子１０００の構成を示す概略図である。
図１１に示すように、発光素子１０００は、積層構造体３０、ｎ型半導体層１０４０、発光層１０５０、ｐ型半導体層１０６０、ｎ型電極１０７０、およびｐ型電極１０８０を含む。発光素子１０００は、いわゆるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であるが、これに限られない。
ｎ型半導体層１０４０として、シリコンをドープした窒化ガリウム膜などを用いることができる。発光層１０５０として、窒化インジウムガリウム膜と窒化ガリウム膜とが交互に積層された積層体を用いることができる。ｐ型半導体層１０６０として、マグネシウムをドープした窒化ガリウム膜などを用いることができる。ｎ型電極１０７０として、インジウムなどの金属を用いることができる。ｐ型電極１０８０として、パラジウムまたは金などの金属を用いることができる。
発光素子１０００の製造方法は次のとおりである。積層構造体３０上に、シリコンをドープした窒化ガリウム膜を成膜する。また、シリコンをドープした窒化ガリウム膜上に、窒化インジウムガリウム膜と窒化ガリウム膜とを交互に成膜し、積層体を形成する。また、積層体の上に、マグネシウムをドープした窒化ガリウム膜を成膜する。次に、マグネシウムをドープしたガリウム膜、積層体、およびシリコンをドープした窒化ガリウム膜を、フォトリソグラフィーを用いてエッチングし、ｐ型半導体層１０６０、発光層１０５０、およびｎ型半導体層１０４０を形成する。このとき、シリコンをドープした窒化ガリウム膜の一部の表面を露出させるようにエッチングする。ｎ型半導体層１０４０およびｐ型半導体層１０６０のそれぞれの上に、ｎ型電極１０７０およびｐ型電極１０８０を形成する。
シリコンをドープした窒化ガリウム膜、窒化インジウムガリウム膜、およびマグネシウムをドープした窒化ガリウム膜は、スパッタリンリングを用いて成膜することができる。また、シリコンをドープした窒化ガリウム膜、窒化インジウムガリウム膜、およびマグネシウムをドープした窒化ガリウム膜は、複数の真空チャンバを基板搬送部を介して接続し、真空を破ることなく、連続して成膜することができる。
以上、本実施形態で説明したように、発光素子１０００は、積層構造体３０を利用して作製することができる。積層構造体３０は、大面積化が可能な基板１００を含んでおり、発光素子１０００は大面積基板で作製されるため、発光素子１０００の製造コストを抑制することができる。
＜第６実施形態＞
図１２は、本発明の一実施形態に係る積層構造体３０を用いた半導体素子２０００の構成を示す概略図である。
図１２に示すように、半導体素子２０００は、積層構造体３０、第１の窒化アルミニウムガリウム層２０５０、第２の窒化アルミニウムガリウム層２０６０、第３の窒化アルミニウムガリウム層２０７０、ソース電極２０８０、ドレイン電極２０９０、ゲート電極２１００、第１の絶縁層２１１０、第２の絶縁層２１２０、およびシールド電極２１３０を含む。半導体素子２０００は、いわゆるＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるが、これに限られない。
第１の窒化アルミニウムガリウム層２０５０として、窒化アルミニウムガリウム膜を用いることができる。第２の窒化アルミニウムガリウム層２０６０として、例えば、シリコンをドープした窒化アルミニウムガリウム膜を用いることができる。第３の窒化アルミニウムガリウム層２０７０として、窒化アルミニウムガリウム膜を用いることができる。ソース電極２０８０およびドレイン電極２０９０として、例えば、チタンまたはアルミニウムなどの金属を用いることができる。ゲート電極２１００として、例えば、ニッケルまたは金などの金属を用いることができる。第１の絶縁層２１１０として、例えば、窒化シリコン膜を用いることができる。第２の絶縁層２１２０として、例えば、酸化シリコン膜を用いることができる。シールド電極２１３０として、例えば、アルミニウム／チタン（Ａｌ／Ｔｉ）などの積層金属を用いることができる。
半導体素子２０００の製造方法は次のとおりである。積層構造体３０上に、第１の窒化アルミニウムガリウム層２０５０を形成する。また、第１の窒化アルミニウムガリウム層２０５０の上に、シリコンをドープした窒化アルミニウムガリウム膜および窒化アルミニウムガリウム膜を成膜する。次に、窒化アルミニウムガリウム膜およびシリコンをドープした窒化アルミニウムガリウム膜を、フォトリソグラフィーを用いてエッチングし、第３の窒化アルミニウムガリウム層２０７０および第２の窒化アルミニウムガリウム層２０６０を形成する。このとき、シリコンをドープした窒化アルミニウムガリウム膜の一部の表面を露出させるようにエッチングする。第２の窒化アルミニウムガリウム層２０６０の上に、ソース電極２０８０およびドレイン電極２０９０を形成する。また、第３の窒化アルミニウムガリウム層２０７０の上に、ゲート電極２１００を形成する。ソース電極２０８０、ドレイン電極２０９０、およびゲート電極２１００を覆うように、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を順に成膜し、第１の絶縁層２１１０および第２の絶縁層２１２０を形成する。第２の絶縁層２１２０の上に、シールド電極２１３０を形成する。
窒化アルミニウムガリウム膜およびシリコンをドープした窒化アルミニウムガリウム膜は、スパッタリンリングを用いて成膜することができる。
以上、本実施形態で説明したように、半導体素子２０００は、積層構造体３０を利用して作製することができる。積層構造体３０は、大面積化が可能な基板１００を含んでいるため、半導体素子２０００を集積した大面積のバックプレーンを作製することができる。
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除、もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略、もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
１０、２０、３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、４０、４０Ｅ、４０Ｆ：積層構造体、 １００：基板、 ２００：窒化ガリウム膜、 ３００、３００Ｂ、３００Ｅ、３００Ｆ：配向層、 ３００Ａ－１、３００Ｃ－１、３００Ｄ－１：第１の配向層、 ３００Ａ－２、３００Ｃ－２、３００Ｄ－２：第２の配向層、 ４００：保護層、 ５００、５００Ｆ：非配向層、 １０００：発光素子、 １０４０：ｎ型半導体層、 １０５０：発光層、 １０６０：ｐ型半導体層、 １０７０：ｎ型電極、 １０８０：ｐ型電極、 ２０００：半導体素子、 ２０５０：第１の窒化アルミニウムガリウム層、 ２０６０：第２の窒化アルミニウムガリウム層、 ２０７０：第３の窒化アルミニウムガリウム層、 ２０８０：ソース電極、 ２０９０：ドレイン電極、 ２１００：ゲート電極、 ２１１０：第１の絶縁層、 ２１２０：第２の絶縁層、 ２１３０：シールド電極

Claims (16)

  1. 基板と、
    前記基板上のｃ軸配向または面心立方構造の（１１１）配向を有する配向層と、
    前記配向層上の窒化ガリウム膜と、を含み、
    前記配向層は、第１の配向層および第２の配向層を含み、
    前記第１の配向層および前記第２の配向層のうちの少なくとも１つは、所定のパターンにパターニングされ、
    前記基板の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．３３ｎｍよりも小さい、積層構造体。
  2. 基板と、
    前記基板上の保護層と、
    前記保護層上のｃ軸配向または面心立方構造の（１１１）配向を有する配向層と、
    前記配向層上の窒化ガリウム膜と、を含み、
    前記配向層は、第１の配向層および第２の配向層を含み、
    前記第１の配向層および前記第２の配向層のうちの少なくとも１つは、所定のパターンにパターニングされ、
    前記基板の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．３３ｎｍよりも小さい、積層構造体。
  3. 前記保護層の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．５１ｎｍよりも小さい、請求項２に記載の積層構造体。
  4. 前記保護層は、窒化シリコンまたは酸化シリコンを含む、請求項３に記載の積層構造体。
  5. さらに、前記基板と前記窒化ガリウム膜との間に、所定のパターンにパターニングされている非配向層を含む、請求項１に記載の積層構造体。
  6. 前記非配向層は、前記配向層の上に設けられている、請求項５に記載の積層構造体。
  7. 前記非配向層は、前記配向層の下に設けられている、請求項５に記載の積層構造体。
  8. 前記配向層は、チタン、窒化チタン、酸化チタン、グラフェン、酸化亜鉛、二ホウ化マグネシウム、アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、銀、カルシウム、ニッケル、銅、ストロンチウム、ロジウム、パラジウム、セリウム、イッテルビウム、イリジウム、白金、金、鉛、アクチニウム、トリウム、ニオブ酸リチウム、ＢｉＬａＴｉＯ、ＳｒＦｅＯ、ＢｉＦｅＯ、ＢａＦｅＯ、ＰＭｎＮ－ＰＺＴ、または生体アパタイトを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の積層構造体。
  9. 前記第１の配向層および第２の配向層の各々は、導体である、請求項１に記載の積層構造体。
  10. 前記第１の配向層は、導体であり、
    前記第２の配向層は、絶縁体である、請求項１に記載の積層構造体。
  11. 前記窒化ガリウム膜は、第１の配向層と接する、請求項１０に記載の積層構造体。
  12. 前記窒化ガリウム膜は、第２の配向層と接する、請求項１０に記載の積層構造体。
  13. 前記基板の表面の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）は、０．３９ｎｍよりも小さい、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の積層構造体。
  14. 前記基板は、非晶質ガラス基板である、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の積層構造体。
  15. 前記基板は、樹脂基板である、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の積層構造体。
  16. 前記基板は、多結晶基板である、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の積層構造体。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024181052A1 (ja) * 2023-03-02 2024-09-06 株式会社ジャパンディスプレイ 発光素子、および発光素子を備える表示装置と照明装置
WO2026023247A1 (ja) * 2024-07-26 2026-01-29 株式会社ジャパンディスプレイ 積層構造体および半導体装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000124140A (ja) 1998-10-15 2000-04-28 Furukawa Electric Co Ltd:The 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の結晶成長方法
JP2002255694A (ja) 2001-02-26 2002-09-11 Kyocera Corp 半導体用基板とその製造方法
JP2006316308A (ja) 2005-05-11 2006-11-24 Furukawa Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体層の形成方法、ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体基板
JP2008540315A (ja) 2005-05-11 2008-11-20 ノース・キャロライナ・ステイト・ユニヴァーシティ 極性が制御されたｉｉｉ族窒化物薄膜及びその製法
WO2009072631A1 (ja) 2007-12-05 2009-06-11 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体素子の製造方法および窒化物半導体素子

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5710280A (en) * 1980-06-23 1982-01-19 Futaba Corp Gan light emitting element
DE19855476A1 (de) 1997-12-02 1999-06-17 Murata Manufacturing Co Lichtemittierendes Halbleiterelement mit einer Halbleiterschicht auf GaN-Basis, Verfahren zur Herstellung desselben und Verfahren zur Ausbildung einer Halbleiterschicht auf GaN-Basis
JP3577974B2 (ja) * 1997-12-02 2004-10-20 株式会社村田製作所 半導体発光素子、およびその製造方法
US9800016B1 (en) * 2012-04-05 2017-10-24 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US8791474B1 (en) 2013-03-15 2014-07-29 LuxVue Technology Corporation Light emitting diode display with redundancy scheme
US10389331B2 (en) * 2017-03-24 2019-08-20 Zhuhai Crystal Resonance Technologies Co., Ltd. Single crystal piezoelectric RF resonators and filters
US11049900B2 (en) 2018-08-30 2021-06-29 Analog Devices, Inc. Monolithically integrated nanoemitter light source assembly
US12457751B2 (en) * 2021-07-19 2025-10-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Interfacial layer with high texture uniformity for ferroelectric layer enhancement

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000124140A (ja) 1998-10-15 2000-04-28 Furukawa Electric Co Ltd:The 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の結晶成長方法
JP2002255694A (ja) 2001-02-26 2002-09-11 Kyocera Corp 半導体用基板とその製造方法
JP2006316308A (ja) 2005-05-11 2006-11-24 Furukawa Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体層の形成方法、ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体基板
JP2008540315A (ja) 2005-05-11 2008-11-20 ノース・キャロライナ・ステイト・ユニヴァーシティ 極性が制御されたｉｉｉ族窒化物薄膜及びその製法
WO2009072631A1 (ja) 2007-12-05 2009-06-11 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体素子の製造方法および窒化物半導体素子

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