JP5253740B2 - Method for producing group III nitride semiconductor fine columnar crystal and group III nitride structure - Google Patents
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Description
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体微細柱状結晶の製造方法およびＩＩＩ族窒化物構造体に関する。 The present invention relates to a method for producing a group III nitride semiconductor fine columnar crystal and a group III nitride structure.
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物は、高品質短波長発光ダイオードおよびレーザーダイオードを実現できる素子として注目されている。このようなＩＩＩ族窒化物構造を利用した電子デバイス等の実用化にあたっては解決すべき多くの問題がある。 In recent years, group III nitrides such as gallium nitride (GaN) have attracted attention as devices capable of realizing high-quality short-wavelength light emitting diodes and laser diodes. There are many problems to be solved in putting electronic devices and the like using such a group III nitride structure into practical use.
半導体結晶の成長技術、例えばエピタキシャル技術、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術等は、積層方向には制御性を有するが、通常、面内方向に構造を作るためには別の技術を用いて加工する必要がある。結晶加工技術は大別して、結晶成長後に結晶を加工するトップダウン型と、結晶成長前に基板を加工し、結晶成長と同時に構造が作製されるボトムアップ型がある。トップダウン型は加工により結晶にダメージが与えられ、特に微細な構造では表面積が多くなるために問題となる。一方、ボトムアップ型の作製法は構造の制御性と結晶品質が両方確保できる場合が多い。 Semiconductor crystal growth technology, such as epitaxial technology, MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) technology, etc., has controllability in the stacking direction, but usually uses another technology to make a structure in the in-plane direction. Need to be processed. Crystal processing techniques are roughly classified into a top-down type in which a crystal is processed after crystal growth and a bottom-up type in which a substrate is processed before crystal growth and a structure is formed simultaneously with the crystal growth. The top-down type is a problem because the crystal is damaged by processing, and particularly in a fine structure, the surface area increases. On the other hand, bottom-up manufacturing methods often ensure both controllability of the structure and crystal quality.
窒化物半導体に関しては、ボトムアップ型の微細構造作製技術として酸化珪素などのマスクを用いる方法がある。基板にパターニングしたマスクの開口部分に選択的に結晶成長するこの方法は気相成長法では実用的に使われている手法であるが、分子線エピタキシー法（以下、ＭＢＥと略記する）においてはマスク上に多結晶が析出してしまう。 Regarding nitride semiconductors, there is a method using a mask made of silicon oxide or the like as a bottom-up microstructure manufacturing technique. This method of selectively crystal growth in the opening portion of the mask patterned on the substrate is a method practically used in the vapor phase growth method, but in the molecular beam epitaxy method (hereinafter abbreviated as MBE), the mask is used. Polycrystals are deposited on the top.
Ｍ．Ｙｏｓｈｉｚａｗａらは、窒素源として高周波プラズマ励起の活性窒素を用いるＭＢＥにおいて、窒素過剰下で窒化ガリウムを成長することによって、直径１００ｎｍ程度の微細な柱状の窒化ガリウム結晶を自己組織的に形成する方法を見出した（非特許文献１参照）。 M.M. Yoshizawa et al., A method for self-organizing fine columnar gallium nitride crystals with a diameter of about 100 nm by growing gallium nitride under nitrogen excess in MBE using high-frequency plasma excited active nitrogen as a nitrogen source. (See Non-Patent Document 1).
さらにＨ．Ｓｅｋｉｇｕｃｈｉらは、サファイア基板上に薄膜窒化アルミニウムをバッファ層として成長する窒化ガリウム微細柱状結晶の直径、密度、および独立度が、バッファ層の表面モホロジーに大きく依存することを報告している（非特許文献２参照）。薄膜窒化アルミニウムバッファ層は凹凸を持った形状に成長する。そのモホロジーは膜厚に依存し、膜厚が薄いと小さなグレインが多数形成され、厚くなるとグレインサイズが大きくなる傾向がある。さらにこの上に成長した柱状の窒化ガリウム結晶は、窒化アルミニウムの膜厚が厚くなるほど径が小さく、互いに独立する傾向である。上記報告ではサファイア基板を用いているが、他の基板においても，バッファ層のモホロジーとその上に成長した柱状結晶の形状は大きく関連している。 Further H. Sekiguchi et al. Have reported that the diameter, density, and independence of gallium nitride fine columnar crystals grown on a sapphire substrate using thin-film aluminum nitride as a buffer layer are highly dependent on the surface morphology of the buffer layer (non-patent document). Reference 2). The thin film aluminum nitride buffer layer grows in a shape having irregularities. The morphology depends on the film thickness. When the film thickness is small, many small grains are formed, and when the film thickness is large, the grain size tends to increase. Furthermore, the columnar gallium nitride crystal grown thereon has a smaller diameter and tends to be independent from each other as the aluminum nitride film thickness increases. Although the sapphire substrate is used in the above report, the morphology of the buffer layer and the shape of the columnar crystal grown thereon are greatly related to other substrates.
Ｈ．Ｔａｎｇらは、結晶成長法にアンモニアを用いたＭＢＥ法を用いてＳｉ（１１１）基板上に２５ｎｍの薄膜ＡｌＮを作製した後に、光露光技術を用いてレジストパターンを作製し、薄膜ＡｌＮを選択的にエッチングしてＡｌＮのパターンを作製、さらにアンモニアＭＢＥ法を用いてＧａＮを結晶成長することにより、ＡｌＮ上にＧａＮを選択成長し、ＡｌＮが除去された部分には成長しないことを実証した（非特許文献３参照）。アンモニアＭＢＥにおいて、Ｓｉ上に比べてＡｌＮ上はＧａＮの成長核形成温度が高いため、適切な温度で成長を行えばＧａＮの選択成長が実現できることが示されている。 H. Tang et al. Produced a 25 nm thin film AlN on a Si (111) substrate by MBE method using ammonia for crystal growth, and then produced a resist pattern using a photoexposure technique, and selectively used the thin film AlN. Etching was performed to produce an AlN pattern, and further, GaN was grown by crystal growth using the ammonia MBE method, and it was proved that GaN was selectively grown on AlN and did not grow on the portion where AlN was removed (non- (See Patent Document 3). In ammonia MBE, since the growth nucleation temperature of GaN is higher on AlN than on Si, it has been shown that selective growth of GaN can be realized if growth is performed at an appropriate temperature.
Ｔ．ＭａｒｔｅｎｓｓｏｎらはＩｎＰ基板上にパターニングした粒子状Ａｕを触媒として用い、ＶＬＳモード成長によって規則配列し、形状の制御されたＩｎＰナノワイヤーを作製している（非特許文献４参照）。
しかしながら、基板上の微細柱状結晶は自然核発生により成長されるため、基板表面上に不規則に配置される。また、微細柱状結晶の高さおよび間隔も不均一である。従って、従来の方法で製造される微細柱状結晶は形状にばらつきがあり、そのような形状のばらつきが窒化物半導体の性質のばらつきにつながっていると考えられる。
前述の非特許文献２の方法のように、バッファ層の成長条件や、ＧａＮ柱状結晶の成長条件によって柱状結晶の形成が可能であるという報告は多数ある。しかしながら、上記文献の方法を用いても、ばらつきの低減、および柱状結晶の直径や位置を任意に変化させるような高度な制御（例えば意図的に欠陥を導入したフォトニック結晶など）は困難であった。
However, since the fine columnar crystals on the substrate are grown by the generation of natural nuclei, they are irregularly arranged on the substrate surface. Further, the height and interval of the fine columnar crystals are not uniform. Therefore, it is considered that the fine columnar crystals produced by the conventional method have variations in shape, and such variations in shape lead to variations in the properties of the nitride semiconductor.
There are many reports that columnar crystals can be formed depending on the growth conditions of the buffer layer and the growth conditions of the GaN columnar crystals, as in the method of Non-Patent Document 2 described above. However, even using the methods described in the above documents, it is difficult to reduce variations and to perform advanced control (such as a photonic crystal in which a defect is intentionally introduced) that arbitrarily changes the diameter and position of the columnar crystal. It was.
また、薄膜窒化アルミニウムをバッファ層として成長したＧａＮ結晶の形状がバッファ層の表面モホロジーに大きく依存することから、バッファ層のパターニングにより結晶の位置と形状を制御することが可能であることがわかっている。しかしながら、非特許文献３では、膜状のＧａＮ結晶が成長しており、柱状結晶ではない。また、非特許文献３に示した方法では２回の結晶成長が必要であり、煩雑な方法である。 In addition, since the shape of GaN crystals grown using thin-film aluminum nitride as a buffer layer depends greatly on the surface morphology of the buffer layer, it was found that the position and shape of the crystal can be controlled by patterning the buffer layer. Yes. However, in Non-Patent Document 3, a film-like GaN crystal grows and is not a columnar crystal. In addition, the method shown in Non-Patent Document 3 requires two times of crystal growth and is a complicated method.
従って、ＩＩＩ族窒化物半導体の微細柱状結晶のデバイス応用へ向けて、形状のばらつきを低減することが課題となっている。しかしながら、従来、窒化物半導体の微細柱状結晶を成長させる条件下で、結晶の位置や形状を簡易な方法により高度に制御することは困難であった。
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、ＩＩＩ族窒化物半導体の微細柱状結晶を選択的に成長させることにより、位置および形状を制御する方法を提供するものである。
Therefore, reducing the variation in shape has become a problem for device application of group III nitride semiconductor fine columnar crystals. However, conventionally, it has been difficult to highly control the position and shape of a crystal by a simple method under the condition of growing a fine columnar crystal of a nitride semiconductor.
The present invention has been made in view of the above situation, and provides a method for controlling the position and shape by selectively growing a fine columnar crystal of a group III nitride semiconductor.
本発明者らは、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるナノメーターオーダーの微細柱状結晶（ナノコラムまたはナノピラーともいう）成長の位置および形状制御に関して鋭意検討し、結晶成長前工程として、金属窒化物または金属酸化物からなる表面を有する膜を基板上に形成することにより、微細柱状結晶の成長を高度に制御ができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies on the position and shape control of nanometer-order fine columnar crystals (also referred to as nanocolumns or nanopillars) made of a group III nitride semiconductor, and as a pre-crystal growth step, metal nitride or metal oxide is used. It has been found that the growth of fine columnar crystals can be controlled to a high degree by forming a film having a surface made of a material on a substrate, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、基板表面の所定領域に、金属窒化物または金属酸化物からなる表面を有する膜を形成する工程と、前記基板表面に成長原料を導き、前記膜上の領域を微細柱状結晶の成長促進領域として、少なくとも前記微細柱状結晶の成長促進領域上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる微細柱状結晶を成長させる工程と、を含み、微細柱状結晶を成長させる前記工程において、前記微細柱状結晶の成長促進領域においてＩＩＩ族窒化物半導体からなる第一の微細柱状結晶を成長させるとともに、前記微細柱状結晶の成長促進領域以外の領域において、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる前記第一の微細柱状結晶よりも高さの低い第二の微細柱状結晶を成長させる工程を含む、微細柱状結晶の製造方法に関するものである。
That is, the present invention includes a step of forming a film having a surface made of a metal nitride or a metal oxide in a predetermined region of the substrate surface, a growth raw material is guided to the substrate surface, and the region on the film is formed into a fine columnar crystal as the growth promoting region of, viewed including the steps of growing at least the fine columnar group III fine columnar crystal made of a nitride semiconductor on the growth promoting region of the crystal, and in the step of growing the fine columnar crystal, the fine columnar The first fine columnar crystal made of a group III nitride semiconductor is grown in the crystal growth promotion region, and the first fine columnar shape made of a group III nitride semiconductor is grown in a region other than the growth promotion region of the fine columnar crystal. The present invention relates to a method for producing a fine columnar crystal including a step of growing a second fine columnar crystal having a height lower than that of the crystal .
すなわち、予め基板上に金属窒化物または金属酸化物の薄膜パターンを形成し、該金属窒化物または金属酸化物膜上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる微細柱状結晶を選択的に成長させることにより、ＩＩＩ族窒化物半導体微細柱状結晶の成長を制御することができる。金属窒化物または金属酸化物からなる表面上の領域は微細柱状結晶の成長促進領域としての役割を果たし、該領域上においては微細柱状結晶の成長が促進される。 That is, by forming a metal nitride or metal oxide thin film pattern on the substrate in advance and selectively growing fine columnar crystals made of a group III nitride semiconductor on the metal nitride or metal oxide film, The growth of the group III nitride semiconductor fine columnar crystal can be controlled. The region on the surface made of metal nitride or metal oxide serves as a growth promoting region for the fine columnar crystal, and the growth of the fine columnar crystal is promoted on the region.
微細柱状結晶の成長促進領域上では、該領域以外の基板表面上に成長させる微細柱状結晶よりも高い微細柱状結晶が成長する。
On the growth promoting region of the fine columnar crystal, a higher fine columnar crystal grows than the fine columnar crystal grown on the substrate surface other than the region .
さらに、本発明は、基板表面の所定領域に形成された金属窒化物または金属酸化物からなる表面を有する膜と、前記膜表面上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる第一の微細柱状結晶と、前記膜表面以外の領域上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる前記第一の微細柱状結晶よりも高さの低い第二の微細柱状結晶と、を含むＩＩＩ族窒化物構造体に関するものである。
また、本発明は、基板表面の所定領域に形成された金属窒化物または金属酸化物からなる表面を有する膜と、前記膜表面上のみに選択的に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる微細柱状結晶と、を含むＩＩＩ族窒化物構造体に関するものである。
Furthermore, the present invention provides a film having a surface made of metal nitride or metal oxide formed in a predetermined region of the substrate surface, and a first fine columnar shape made of a group III nitride semiconductor formed on the film surface. A group III nitride structure comprising: a crystal; and a second fine columnar crystal having a height lower than that of the first fine columnar crystal formed of a group III nitride semiconductor formed on a region other than the surface of the film It is about.
The present invention also provides a film having a surface made of metal nitride or metal oxide formed in a predetermined region of the substrate surface and a fine group consisting of a group III nitride semiconductor selectively formed only on the film surface. And a group III nitride structure including columnar crystals.
金属窒化物または金属酸化物からなる表面を有する膜上では、該膜上以外の領域と比較して、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる微細柱状結晶の成長が促進される。従って、金属窒化物または金属酸化物膜のパターン形成によるＩＩＩ族窒化物半導体からなる微細柱状結晶の位置および形状の制御が実現される。 On a film having a surface made of a metal nitride or a metal oxide, the growth of fine columnar crystals made of a group III nitride semiconductor is promoted as compared with a region other than on the film. Therefore, it is possible to control the position and shape of the fine columnar crystal made of a group III nitride semiconductor by forming a metal nitride or metal oxide film pattern.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図２を参照して、本実施形態を説明する。
まず、シリコン基板表面の所定領域に、金属窒化物からなる表面を有する膜を形成する。金属窒化物からなる表面を有する膜の形成工程は、例えば、基板２０２上にフォトレジスト２０４をコーティングした後、リソグラフィ技術を用いて所定領域にパターンを形成する。
具体的には、まず、基板２０２表面にレジスト材料の溶液を塗布、乾燥してフォトレジスト膜２０４を形成する（図２（ａ））。本実施形態では、Ｓｉ基板２０２として単結晶シリコンを用いる。このフォトレジスト膜２０４を露光、現像してパターニングし、所望の位置に溝２０６を形成する（図２（ｂ））。溝の断面形状は、本実施形態では図２（ｂ）に示すように溝底部に近づくにつれて幅が狭くなる逆テーパ状としているが、これに限られず、溝底部に近づくにつれて幅が広くなるテーパ状、溝の底面と側面が直角である矩形等であってもよい。次に、溝２０６を含む基板上全面に金属膜２０８を蒸着させる（図２（ｃ））。金属膜２０８は溝２０６の側面には蒸着しない場合もある。
The present embodiment will be described with reference to FIG.
First, a film having a surface made of metal nitride is formed in a predetermined region on the surface of the silicon substrate. In the step of forming a film having a surface made of a metal nitride, for example, a photoresist 204 is coated on the substrate 202, and then a pattern is formed in a predetermined region using a lithography technique.
Specifically, first, a solution of a resist material is applied to the surface of the substrate 202 and dried to form a photoresist film 204 (FIG. 2A). In this embodiment, single crystal silicon is used as the Si substrate 202. The photoresist film 204 is exposed and developed and patterned to form a groove 206 at a desired position (FIG. 2B). In this embodiment, the cross-sectional shape of the groove is an inversely tapered shape whose width becomes narrower as it approaches the groove bottom as shown in FIG. 2B. The shape may be a rectangle having a right angle between the bottom surface and the side surface of the groove. Next, a metal film 208 is deposited on the entire surface of the substrate including the groove 206 (FIG. 2C). The metal film 208 may not be deposited on the side surface of the groove 206.
金属（Ａｌ）膜２０８形成後、フォトレジスト膜２０４を除去することにより、その上に形成されたＡｌ膜２０８を同時に除去する（リフトオフ法）。これにより、基板表面の所定領域にＡｌ膜２０８を形成する（図２（ｄ））。リフトオフ条件によりＡｌ膜縁の突起はないこともある。また、窒化温度をＡｌ融点以上とすれば突起物は溶けてなくなる。次いで、このＡｌ膜２０８の表面を窒化することにより、基板表面の所定領域に金属窒化物（ＡｌＮ）からなる表面を有する膜（ＡｌＮ膜）２１０が形成される（図２（ｅ））。 After the metal (Al) film 208 is formed, the photoresist film 204 is removed, so that the Al film 208 formed thereon is simultaneously removed (lift-off method). Thereby, an Al film 208 is formed in a predetermined region on the substrate surface (FIG. 2D). Depending on the lift-off conditions, there may be no projection at the edge of the Al film. Further, if the nitriding temperature is higher than the Al melting point, the protrusions are not melted. Next, by nitriding the surface of the Al film 208, a film (AlN film) 210 having a surface made of metal nitride (AlN) is formed in a predetermined region of the substrate surface (FIG. 2E).
金属膜を窒化する方法としては、例えば、金属膜２０８の設けられたＳｉ基板２０２を高真空チェンバーに搬送後、該Ｓｉ基板２０２を室温（２５℃）〜１１００℃程度に加熱し、基板表面に高周波プラズマ励起の活性窒素、またはアンモニアやヒドラジン等の含窒素化合物を照射して金属窒化物を形成することができる。
この時の基板温度は、上記の範囲内であれば特に限定されないが、好ましくは７００℃以上、９５０℃以下であり、さらに好ましくは７５０℃以上、９００℃以下である。
As a method for nitriding the metal film, for example, after the Si substrate 202 provided with the metal film 208 is transported to a high vacuum chamber, the Si substrate 202 is heated to about room temperature (25 ° C.) to about 1100 ° C. Metal nitride can be formed by irradiation with high-frequency plasma-excited active nitrogen or a nitrogen-containing compound such as ammonia or hydrazine.
The substrate temperature at this time is not particularly limited as long as it is within the above range, but is preferably 700 ° C. or higher and 950 ° C. or lower, more preferably 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
ここで、ＡｌＮ膜２１０は、所定領域に所定のパターンで形成できる。所定のパターン形状は特に限定されないが、例えば、図３（ａ）に示すように、基板１上にドット形状の金属膜２を斜方格子状に配置したものである。その他のパターン形状としては、例えば、ドットを正方格子状に配置したもの（図（ｂ））、ドット形状を円形のほか、四角、六角形等の多角形としたもの（図４および５）、縞状（図６）、または基板１の露出部分と金属膜２の配置を逆転させた、これらの反転パターン（図７）等が挙げられる。
また、ドットの直径、縞形状の幅等は特に限定されないが、ドットの平均直径または縞形状の幅は、例えば２０ｎｍ以上とすることができる。
Here, the AlN film 210 can be formed in a predetermined pattern in a predetermined region. Although the predetermined pattern shape is not particularly limited, for example, as shown in FIG. 3A, the dot-shaped metal film 2 is arranged on the substrate 1 in an oblique lattice shape. Other pattern shapes include, for example, those in which dots are arranged in a square lattice pattern (FIG. (B)), those in which the dot shape is a circle, or a polygon such as a square or a hexagon (FIGS. 4 and 5), Examples thereof include a stripe pattern (FIG. 6), or an inverted pattern (FIG. 7) obtained by reversing the arrangement of the exposed portion of the substrate 1 and the metal film 2.
Moreover, although the diameter of a dot, the width | variety of a striped shape, etc. are not specifically limited, The average diameter of a dot or the width | variety of a striped shape can be 20 nm or more, for example.
ＡｌＮ膜２１０を形成した後、基板表面に、本実施形態ではＩＩＩ族窒化物半導体として窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる微細柱状結晶２１２を成長させる（図２（ｆ））。ここで、ＡｌＮ膜２１０が形成された領域とＡｌＮ膜２１０が形成されていない領域２１１とが存在するが、ＡｌＮ膜２１０が形成された領域を微細柱状結晶の成長促進領域と呼ぶこととする。ただし、ここでいう成長促進領域とは、厳密にＡｌＮ膜２１０が形成された領域上に限られず、ＡｌＮ膜２１０が形成された領域外の周縁部分も含む。従って、成長促進領域上に成長した微細柱状結晶は、ＡｌＮ膜２１０が形成された領域上およびＡｌＮ膜２１０が形成された領域周縁のＳｉ基板上に成長したもの、およびこれらの両方にまたがって成長したものを含む。微細柱状結晶の成長促進領域上に形成される微細柱状結晶の高さは、それ以外の領域において形成される微細柱状結晶の高さよりも高くなる。この理由としては、必ずしも明らかではないが、ＡｌＮ膜２１０の表面において核成長レートが速くなる結果、この領域において微細柱状結晶の成長が促進されると推測される。 After forming the AlN film 210, a fine columnar crystal 212 made of gallium nitride (GaN) is grown on the substrate surface as a group III nitride semiconductor in the present embodiment (FIG. 2F). Here, there are a region where the AlN film 210 is formed and a region 211 where the AlN film 210 is not formed. The region where the AlN film 210 is formed is referred to as a growth promoting region of fine columnar crystals. However, the growth promoting region here is not strictly limited to the region where the AlN film 210 is formed, but also includes a peripheral portion outside the region where the AlN film 210 is formed. Therefore, the fine columnar crystal grown on the growth promoting region grows over the region where the AlN film 210 is formed and the Si substrate at the periphery of the region where the AlN film 210 is formed, and over both of them. Including The height of the fine columnar crystal formed on the growth promoting region of the fine columnar crystal is higher than the height of the fine columnar crystal formed in the other region. The reason for this is not necessarily clear, but it is presumed that the growth of fine columnar crystals is promoted in this region as a result of an increase in the nucleus growth rate on the surface of the AlN film 210.
微細柱状結晶の成長は、本実施形態では、ＭＢＥ法を用いる。基板表面に前述の高周波プラズマ励起の活性窒素とＩＩＩ属金属を含む成長ガスを成長原料として同時に導き、細柱状結晶を成長させる。この際の成長条件は、ＩＩＩ属金属に比べて活性窒素の実効的な供給量比を大きくし、柱状結晶が成長する条件とする。 In this embodiment, the MBE method is used for the growth of the fine columnar crystal. The growth gas containing the above-described high-frequency plasma-excited active nitrogen and Group III metal is simultaneously introduced as a growth source on the substrate surface to grow a fine columnar crystal. The growth conditions at this time are such that the effective supply ratio of active nitrogen is larger than that of Group III metals, and columnar crystals grow.
柱状結晶を成長させるために、ＭＢＥは以下の条件で行うことが望ましい。温度は、成長させるＩＩＩ族窒化物半導体の種類に応じて適宜選択されるが、３５０℃以上、１１００℃以下の範囲である。例えば、ＧａＮの場合は４００℃以上、１０００℃以下であり、ＡｌＮの場合は５００℃以上、１１００℃以下、およびＩｎＮの場合は３５０℃以上、６００℃以下が好ましい。
上記の温度範囲で、窒素リッチの条件下でＭＢＥを行うことにより、窒化物半導体の微細柱状結晶を成長させることができる。
In order to grow columnar crystals, MBE is desirably performed under the following conditions. The temperature is appropriately selected according to the type of group III nitride semiconductor to be grown, but is in the range of 350 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. For example, it is preferably 400 ° C. or more and 1000 ° C. or less for GaN, 500 ° C. or more and 1100 ° C. or less for AlN, and 350 ° C. or more and 600 ° C. or less for InN.
By performing MBE in the above temperature range under a nitrogen-rich condition, a fine columnar crystal of a nitride semiconductor can be grown.
本実施形態の方法によって成長するＩＩＩ族窒化物半導体からなる微細柱状結晶は、ナノメーターオーダーの大きさからなる断面を有する柱状構造の単結晶であり、ナノコラムまたはナノピラーと称される場合もある。結晶の高さ、直径、形状等は結晶の成長条件により変動し得るが、通常は以下の通りとなる。 The fine columnar crystal made of a group III nitride semiconductor grown by the method of the present embodiment is a single crystal having a columnar structure having a cross section having a size on the order of nanometers, and may be referred to as a nanocolumn or a nanopillar. The height, diameter, shape, etc. of the crystal may vary depending on the crystal growth conditions, but are usually as follows.
微細柱状結晶の成長促進領域以外の領域上で成長した微細柱状結晶の高さに対する、微細柱状結晶の成長促進領域上で成長した微細柱状結晶の高さ比は、微細柱状結晶の成長促進領域上で成長した微細柱状結晶の方が高ければよく、特に限定されないが、好ましくは１．０５以上、２以下、より好ましくは１．３以上、２以下である。図１は、本実施形態の方法において作製されるＧａＮ微細柱状結晶構造の概略図である。金属窒化物膜１０２の表面上に成長したＩＩＩ族窒化物半導体からなる微細柱状結晶１０３は、それ以外の領域、すなわち基板１０１上に直接成長したＩＩＩ族窒化物半導体からなる微細柱状結晶１０３よりも高さが高い。本実施形態において、微細柱状結晶の成長促進領域上の微細柱状結晶の核形成は、それ以外の領域上と比較して、速くなる。
従って、本実施形態では、予め基板上に薄膜金属窒化物パターンを作製しておき、それに続く窒化物半導体の微細柱状結晶成長プロセスにより、形成される微細柱状結晶の位置と形状を制御することができる。
The height ratio of the fine columnar crystal grown on the growth promoting region of the fine columnar crystal to the height of the fine columnar crystal grown on the region other than the growth promoting region of the fine columnar crystal is the same as that on the growth promoting region of the fine columnar crystal. The fine columnar crystal grown in step 1 is not particularly limited as long as it is higher, but is preferably 1.05 or more and 2 or less, more preferably 1.3 or more and 2 or less. FIG. 1 is a schematic view of a GaN fine columnar crystal structure produced by the method of this embodiment. The fine columnar crystal 103 made of a group III nitride semiconductor grown on the surface of the metal nitride film 102 is more than the fine columnar crystal 103 made of a group III nitride semiconductor directly grown on the other region, that is, the substrate 101. The height is high. In this embodiment, the nucleation of the fine columnar crystals on the growth promotion region of the fine columnar crystals is faster than on the other regions.
Therefore, in the present embodiment, a thin-film metal nitride pattern is prepared on a substrate in advance, and the position and shape of the fine columnar crystal to be formed can be controlled by the subsequent fine columnar crystal growth process of the nitride semiconductor. it can.
また、金属窒化物膜近傍、例えば金属窒化物膜から数１００ｎｍ付近の微細柱状結晶の成長促進領域以外の領域では、特に微細柱状結晶の成長レートが遅くなる。さらに、金属窒化物膜から約１００ｎｍ以内と近接している成長促進領域以外の領域では、微細柱状結晶が析出しないことが確認されている。金属窒化物膜以外の基板表面ではマイグレーションにより、金属窒化物膜へ材料が吸着することが確認されている。 In addition, the growth rate of the fine columnar crystal is particularly slow in the vicinity of the metal nitride film, for example, in a region other than the growth promotion region of the fine columnar crystal near several hundred nm from the metal nitride film. Furthermore, it has been confirmed that fine columnar crystals do not precipitate in regions other than the growth promoting region close to about 100 nm or less from the metal nitride film. It has been confirmed that the material is adsorbed to the metal nitride film by migration on the substrate surface other than the metal nitride film.
微細柱状結晶の成長促進領域上で成長した微細柱状結晶の高さは、金属窒化膜の厚さ、結晶の成長条件等によっても変動し得るが、０．２μｍ以上、５μｍ以下である。 The height of the fine columnar crystal grown on the growth promoting region of the fine columnar crystal may vary depending on the thickness of the metal nitride film, the crystal growth conditions, etc., but is 0.2 μm or more and 5 μm or less.
微細柱状結晶の断面形状は略円形あるいはいくつかの略円形の柱状結晶が結合した形状であり、微細柱状結晶の直径は、結晶の成長条件等によっても変動し得るが、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下である。 The cross-sectional shape of the fine columnar crystal is a substantially circular shape or a shape in which several substantially circular columnar crystals are combined, and the diameter of the fine columnar crystal may vary depending on the growth conditions of the crystal, but is 10 nm or more and 300 nm or less. is there.
本実施形態の微細柱状結晶は、基板表面に対して略垂直方向に起立して成長する。成長条件によっては一部、傾斜、倒れたものや、枝分かれ状の結晶が生じる場合もある。
特に、金属窒化物上およびその近傍の微細柱状結晶の形状は、金属窒化物の膜厚等に依存して変化し得る。図９に示すように、例えば、金属窒化物として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いた場合、Ａｌ膜厚が約１６ｎｍ以下の場合、ＡｌＮパターン内側には直立した柱状結晶が成長した。また、同様の条件で、膜厚を約１８ｎｍ以上とした場合、ＡｌＮのパターン内側には傾斜した柱状結晶が成長し、パターン周辺端部には直立した柱状結晶が成長した。さらに、Ａｌ膜厚が薄いと、微細柱状結晶の高さの差があまり見られず、結晶パターンが薄くなる傾向にあった。ただし、上記の数値は例示であり、微細柱状結晶の形状は、Ａｌ膜厚のほか、基板または窒化方法等の条件も複雑に関連して変動し得る。
金属膜厚の違いにより結晶の成長にも違いが生じる原因としては、必ずしも明らかではないが、以下のように推測できる。金属膜厚が厚すぎる場合、窒化工程において十分に金属が窒化されない可能性がある。金属の十分な窒化がなされない場合、基板からの結晶情報が成長する窒化物半導体結晶に引き継がれにくいため、柱状結晶が傾いて成長する場合があると考えられる。一方、金属膜厚が薄すぎる場合、表面の金属膜が途中工程において一部離脱してしまう可能性が考えられる。
The fine columnar crystal of this embodiment grows upright in a direction substantially perpendicular to the substrate surface. Depending on the growth conditions, some crystals may be tilted or fallen, or branched crystals may be formed.
In particular, the shape of the fine columnar crystals on and near the metal nitride can vary depending on the film thickness of the metal nitride and the like. As shown in FIG. 9, for example, when aluminum nitride (AlN) is used as the metal nitride, upright columnar crystals grew on the inner side of the AlN pattern when the Al film thickness was about 16 nm or less. Further, when the film thickness was about 18 nm or more under the same conditions, inclined columnar crystals grew on the inner side of the AlN pattern, and upright columnar crystals grew on the peripheral edges of the pattern. Further, when the Al film thickness is thin, the difference in height between the fine columnar crystals is not so much seen, and the crystal pattern tends to be thin. However, the above numerical values are merely examples, and the shape of the fine columnar crystal may vary in relation to the conditions of the substrate or the nitriding method in addition to the Al film thickness.
The cause of the difference in crystal growth due to the difference in metal film thickness is not necessarily clear, but can be estimated as follows. If the metal film thickness is too thick, the metal may not be sufficiently nitrided in the nitriding step. If the metal is not sufficiently nitrided, the crystal information from the substrate is not easily transferred to the growing nitride semiconductor crystal, and it is considered that the columnar crystal may grow at an inclination. On the other hand, when the metal film thickness is too thin, there is a possibility that the metal film on the surface is partially detached in the intermediate process.
微細柱状結晶の成長促進領域において成長する微細柱状結晶の分布密度は、特に限定されないが、例えば、１０本／μｍ２以上、１００本／μｍ２以下である。また、微細柱状結晶の成長促進領域以外の領域において成長する微細柱状結晶の分布密度は、例えば、０本／μｍ２以上、１００本／μｍ２以下である。
微細柱状結晶の成長促進領域において成長する微細柱状結晶の分布密度は、微細柱状結晶の成長促進領域以外の領域において成長する微細柱状結晶の分布密度よりも、高くなる傾向にある。
The distribution density of the fine columnar crystals grown in the growth promoting region of the fine columnar crystals is not particularly limited, but is, for example, 10 pieces / μm 2 or more and 100 pieces / μm 2 or less. Further, the distribution density of the fine columnar crystals that grow in the region other than the growth promotion region of the fine columnar crystals is, for example, not less than 0 / μm 2 and not more than 100 / μm 2 .
The distribution density of the fine columnar crystals growing in the growth promotion region of the fine columnar crystals tends to be higher than the distribution density of the fine columnar crystals growing in the region other than the growth promotion region of the fine columnar crystals.
前述の非特許文献３による、成長した薄膜ＡｌＮをパターニングすることによってＧａＮ結晶の選択成長を実現する方法は、２回の結晶成長が必要になるのに対し、本発明では結晶成長が１回で済み、簡便な手法といえる。
また、本実施形態では、プロセスも金属のパターニングという確立された技術を用いている。上記金属窒化物からなる表面を有する膜を形成する工程は、比較的安価な手法である光リソグラフィやナノメートルオーダーの精度が得られる電子ビームリソグラフィといった様々な方法から選択して行うことができる。
The method for realizing selective growth of a GaN crystal by patterning the grown thin film AlN according to the aforementioned Non-Patent Document 3 requires two crystal growths, whereas the present invention requires only one crystal growth. This is a simple method.
In this embodiment, the process also uses an established technique called metal patterning. The step of forming the film having the surface made of the metal nitride can be performed by selecting from various methods such as photolithography, which is a relatively inexpensive method, and electron beam lithography, which can obtain nanometer order accuracy.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention and various structures other than the above can also be employ | adopted within the range which does not deviate from the meaning of this invention.
たとえば、上記実施形態では、ＧａＮからなる微細柱状結晶を例に挙げて説明したが、微細柱状結晶の構成材料としては、ＧａＮ以外のＩＩＩ族窒化物半導体、例えば、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体や、ＢＮ等のボロン窒化物等を用いることができる。 For example, in the above-described embodiment, the fine columnar crystal made of GaN has been described as an example. However, as a constituent material of the fine columnar crystal, a group III nitride semiconductor other than GaN, for example, AlN, InN, AlGaN, InGaN, Nitride semiconductors represented by the general formula Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ x + y ≦ 1) such as AlInGaN, or boron nitride such as BN A thing etc. can be used.
また、上記実施形態では、基板の材料として、単結晶シリコンを用いたが、これに限られず、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＧａＮ、サファイア基板等を用いることができる In the above embodiment, single crystal silicon is used as the material of the substrate. However, the present invention is not limited to this, and a SiC, SiO 2 , Si 3 N 4 , GaN, sapphire substrate, or the like can be used.
また、上記実施形態では、基板上にＡｌ膜形成後、表面を窒化することで、表面がＡｌＮで構成された膜を形成したが、金属窒化物膜の形成方法として、金属膜の代わりに金属窒化物を直接基板上にスパッタリング法等により形成してもよい。この場合、窒化工程を省略することができる。 Moreover, in the said embodiment, after forming Al film | membrane on a board | substrate, the film | membrane by which the surface was comprised by AlN was formed by nitriding the surface, However, as a formation method of a metal nitride film, it replaces with a metal film instead of a metal film. Nitride may be formed directly on the substrate by sputtering or the like. In this case, the nitriding step can be omitted.
また、上記金属窒化膜の構成は、ＡｌＮに限られず、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどのＩＩＩ族金属または亜鉛などのＩＩ族金属の窒化物または酸化物から構成されるものを用いてもよい。例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどの窒化物、または亜鉛の酸化物が挙げられる。さらに、窒化物は酸窒化物も含む。
ここで、金属はシリコンを含まないものとする。
Further, the configuration of the metal nitride film is not limited to AlN, but may be a nitride or oxide of a group III metal such as aluminum, gallium, or indium, or a group II metal such as zinc. For example, a nitride such as aluminum, gallium, or indium, or an oxide of zinc can be given. Further, the nitride includes oxynitride.
Here, it is assumed that the metal does not contain silicon.
金属酸化物からなる表面を有する膜の形成方法としては、例えば、上述の実施形態と同様に金属膜を基板上に形成した後、該基板を酸素雰囲気中、加熱することにより該金属膜の少なくとも表面を酸化させ、金属酸化物からなる表面を有する膜を形成することができる。
または、金属膜の代わりに金属酸化物を直接基板上にスパッタリング法等により形成してもよい。この場合、酸化工程を省略することができる。
As a method for forming a film having a surface made of a metal oxide, for example, a metal film is formed on a substrate in the same manner as in the above-described embodiment, and then the substrate is heated in an oxygen atmosphere so that at least the metal film is formed. By oxidizing the surface, a film having a surface made of a metal oxide can be formed.
Alternatively, a metal oxide may be directly formed on the substrate by a sputtering method or the like instead of the metal film. In this case, the oxidation step can be omitted.
微細柱状結晶の成長方法については、上記実施形態ではＭＢＥを用いた例を示したが、有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法、またはハイドライド気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）法を用いてもよい。 As for the method for growing a fine columnar crystal, an example using MBE is shown in the above embodiment, but metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), or hydride vapor phase epitaxy ( (HVPE) method may be used.
金属膜の表面が窒化された膜または酸化された膜が微細柱状結晶の成長を促進する理由については必ずしも明らかではないが、窒化または酸化により、金属膜表面が適度に荒れることにより、核形成のサイト密度が増えることが考えられる。その結果、窒化物または酸化物からなる表面上では柱状結晶の核形成レートが速くなり、それにより微細柱状結晶の成長が促進されることが考えられる。 Although the reason why the film having the surface of the metal film nitrided or oxidized promotes the growth of the fine columnar crystals is not necessarily clear, the surface of the metal film is moderately roughened by nitriding or oxidation, so that The site density can be increased. As a result, it is conceivable that the nucleation rate of columnar crystals is increased on the surface made of nitride or oxide, thereby promoting the growth of fine columnar crystals.
以下、本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in more detail.
（実施例１）
Ｓｉ（１１１）基板上に光リソグラフィを用いて薄膜のＡｌパターンを形成した。直径２．８μｍの円形Ａｌ薄膜が周期４μｍで正方格子状に並んだパターンである。これを超高真空チェンバーに搬送後、基板温度８６０℃にて、高周波プラズマ励起の活性窒素を照射して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成した。さらに基板温度９６０℃にて前述の高周波プラズマ励起の活性窒素とガリウムを同時に照射し、窒化ガリウム（ＧａＮ）の微細柱状結晶を形成した。この際の成長条件はガリウムに比べて活性窒素の実効的な供給量比を大きくし、柱状結晶が成長する条件とした。
図８に、本実施例により形成したミクロンオーダーのＡｌ（膜厚２２．５ｎｍ）パターン上への窒化ガリウムの微細柱状結晶成長を示す。Ａｌ膜厚が１８ｎｍから３１ｎｍでは同様の結果が得られた。図８において、（ａ）薄膜ＡｌパターンのＡＦＭ像、（ｂ）成長後ＧａＮ微細柱状結晶の鳥瞰ＳＥＭ像、（ｃ）成長後ＧａＮ微細柱状結晶の断面模式図、および（ｄ）成長後ＧａＮ微細柱状結晶の断面ＳＥＭ像である。Ｓｉ基板８０１上に形成されたＡｌＮ膜８０２上に成長したＧａＮ微細柱状結晶８０３は、ＡｌＮ膜８０２の表面以外の領域において成長したものと比較して、高さが高くなっていることがわかる（図８（ｂ）〜（ｄ））。具体的には、ＡｌＮ薄膜上に成長した柱状結晶の高さは平均約１２００ｎｍであり、ＡｌＮ薄膜上以外に成長した柱状結晶の高さは平均約８１０ｎｍであった。従って、ＡｌＮ薄膜上に成長した柱状結晶の高さの比は、該膜上以外に成長した柱状結晶に対して、平均約１．４８であった。
Example 1
A thin Al pattern was formed on the Si (111) substrate using photolithography. It is a pattern in which circular Al thin films having a diameter of 2.8 μm are arranged in a square lattice pattern with a period of 4 μm. This was transferred to an ultra-high vacuum chamber and then irradiated with active nitrogen excited by high-frequency plasma at a substrate temperature of 860 ° C. to form aluminum nitride (AlN). Further, the active nitrogen and gallium excited by the above-described high-frequency plasma were simultaneously irradiated at a substrate temperature of 960 ° C. to form fine columnar crystals of gallium nitride (GaN). The growth conditions at this time were such that the effective supply ratio of active nitrogen was larger than that of gallium, and columnar crystals were grown.
FIG. 8 shows the growth of gallium nitride fine columnar crystals on a micron-order Al (thickness 22.5 nm) pattern formed in this example. Similar results were obtained when the Al film thickness was 18 nm to 31 nm. 8, (a) AFM image of thin film Al pattern, (b) Bird's eye SEM image of post-growth GaN fine columnar crystal, (c) Cross-sectional schematic view of post-growth GaN fine columnar crystal, and (d) Post-growth GaN fine It is a cross-sectional SEM image of a columnar crystal. It can be seen that the height of the GaN fine columnar crystal 803 grown on the AlN film 802 formed on the Si substrate 801 is higher than that grown in a region other than the surface of the AlN film 802 ( FIG.8 (b)-(d)). Specifically, the average height of columnar crystals grown on the AlN thin film was about 1200 nm, and the height of columnar crystals grown on other than the AlN thin film was about 810 nm on average. Therefore, the average ratio of the height of the columnar crystals grown on the AlN thin film was about 1.48 relative to the columnar crystals grown on other than the film.
（実施例２）
Ａｌ膜の厚さを７．７ｎｍに変えた以外は、実施例１と同様の方法によりＧａＮの微細柱状結晶を形成した。図９（ａ）に成長したＧａＮ微細柱状結晶の表面ＳＥＭ像を示す。ＡｌＮ膜上の柱状結晶は直立しており、その周辺の柱状結晶は若干傾いている。
ＡｌＮ薄膜上に成長した柱状結晶の高さは平均約１１９０ｎｍあり、ＡｌＮ薄膜上以外に成長した柱状結晶の高さは平均約７９０ｎｍであった。従って、ＡｌＮ薄膜上に成長した柱状結晶の高さの比は、該膜上以外に成長した柱状結晶に対して、平均約１．５１であった。柱状結晶の密度は４３本／μｍ２で、平均直径は１１１ｎｍであった。
(Example 2)
GaN fine columnar crystals were formed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the Al film was changed to 7.7 nm. FIG. 9A shows a surface SEM image of the grown GaN fine columnar crystal. The columnar crystals on the AlN film are upright, and the columnar crystals around them are slightly tilted.
The average height of columnar crystals grown on the AlN thin film was about 1190 nm, and the average height of columnar crystals grown on the AlN thin film was about 790 nm. Therefore, the average ratio of the height of the columnar crystals grown on the AlN thin film was about 1.51 with respect to the columnar crystals grown on other than the film. The density of the columnar crystals was 43 / μm 2 and the average diameter was 111 nm.
（実施例３）
Ａｌ膜の厚さを１５．５ｎｍに変えた以外は、実施例１と同様の方法によりＧａＮの微細柱状結晶を形成した。図９（ｂ）に成長したＧａＮ微細柱状結晶の表面ＳＥＭ像を示す。ＡｌＮ膜上の柱状結晶は直立しており、その周辺の柱状結晶は傾いている。
ＡｌＮ薄膜上に成長した柱状結晶の高さは平均約１０９０ｎｍであり、ＡｌＮ薄膜上以外に成長した柱状結晶の高さは平均約７５０ｎｍであった。従って、ＡｌＮ薄膜上に成長した柱状結晶の高さの比は、該膜上以外に成長した柱状結晶に対して、平均約１．４５であった。柱状結晶の密度は６１本／μｍ２で、平均直径は８８ｎｍであった。実施例２に比べて柱状結晶同士が独立した形状となった。
(Example 3)
A GaN fine columnar crystal was formed by the same method as in Example 1 except that the thickness of the Al film was changed to 15.5 nm. FIG. 9B shows a surface SEM image of the grown GaN fine columnar crystal. The columnar crystals on the AlN film are upright, and the columnar crystals around them are tilted.
The average height of columnar crystals grown on the AlN thin film was about 1090 nm, and the average height of columnar crystals grown on other than the AlN thin film was about 750 nm. Therefore, the average ratio of the columnar crystals grown on the AlN thin film was about 1.45 with respect to the columnar crystals grown on other than the film. The density of the columnar crystals was 61 pieces / μm 2 and the average diameter was 88 nm. Compared to Example 2, the columnar crystals became independent shapes.
ここで、図９（ｃ）は実施例１において形成した微細柱状結晶を上から見たものであるが、実施例２および３とは対照的に、ＡｌＮ膜内側の柱状結晶は傾斜しているのに対し、その円周上の柱状結晶は直立している。これらは、ＡｌＮ薄膜パターンの周縁に沿って、ＡｌＮ薄膜上およびＡｌＮ薄膜近傍のＳｉ基板上に成長していた。このことはＡｌＮパターンの縁に沿って柱状結晶を配列できることを示しており、パターンによって規則配列ができることを示唆している。 Here, FIG. 9C is a top view of the fine columnar crystal formed in Example 1, but in contrast to Examples 2 and 3, the columnar crystal inside the AlN film is inclined. On the other hand, the columnar crystals on the circumference are upright. They grew on the AlN thin film and on the Si substrate near the AlN thin film along the periphery of the AlN thin film pattern. This indicates that columnar crystals can be arranged along the edge of the AlN pattern, suggesting that regular arrangement is possible depending on the pattern.
（実施例４）
Ｓｉ（１１１）基板上に電子ビームリソグラフィを用いて薄膜のアルミニウムパターンを形成し、実施例１と同様の方法でＧａＮの成長を行った。アルミニウムのパターンは、周期３００ｎｍの三角格子状に直径約１００ｎｍ、膜厚約２０ｎｍの円形ディスク状薄膜アルミニウムが並んだパターンであった。
ＡｌＮ薄膜上に成長した柱状結晶の高さは平均約１６００ｎｍであり、ＡｌＮ薄膜上以外に成長した柱状結晶の高さは平均約１５００ｎｍであった。また、ＡｌＮ薄膜上に成長した柱状結晶の高さの比は、該膜上以外に成長した柱状結晶に対して、平均約１．０７であった。
本実施例で成長させた微細柱状結晶の中には、ＡｌＮ薄膜パターンの縁に沿って結晶が形成されてチューブ状となった微細柱状結晶も確認された。チューブ状の微細柱状結晶、もしくは不完全なチューブ形状の微細柱状結晶はＡｌＮ薄膜パターンの配列に従って、すなわち周縁に沿って、ＡｌＮ薄膜パターンを取り囲むように壁状の微細柱状結晶が形成されていた。また、これらは、ＡｌＮ薄膜パターンの周縁に沿って、ＡｌＮ薄膜上およびＡｌＮ薄膜近傍のＳｉ基板上に成長していた。
Example 4
A thin aluminum pattern was formed on the Si (111) substrate using electron beam lithography, and GaN was grown in the same manner as in Example 1. The aluminum pattern was a pattern in which circular disk-shaped thin film aluminum having a diameter of about 100 nm and a film thickness of about 20 nm was arranged in a triangular lattice with a period of 300 nm.
The average height of columnar crystals grown on the AlN thin film was about 1600 nm, and the average height of columnar crystals grown on the AlN thin film was about 1500 nm. Further, the average ratio of the height of the columnar crystals grown on the AlN thin film was about 1.07 with respect to the columnar crystals grown on other than the film.
Among the fine columnar crystals grown in this example, a fine columnar crystal that was formed in a tube shape along the edge of the AlN thin film pattern was also confirmed. In the tube-shaped fine columnar crystal or the incomplete tube-shaped fine columnar crystal, a wall-shaped fine columnar crystal is formed so as to surround the AlN thin film pattern according to the arrangement of the AlN thin film pattern, that is, along the periphery. Further, they grew on the AlN thin film and on the Si substrate near the AlN thin film along the periphery of the AlN thin film pattern.
本発明は、電子デバイスおよび光デバイスの分野において応用可能である。また、バイオチップ等の技術への応用も考えられる。 The present invention is applicable in the field of electronic devices and optical devices. In addition, it can be applied to technologies such as biochips.
１ 基板
２ 金属窒化物膜
１０１ 基板
１０２ 金属窒化物膜
１０３ ＩＩＩ族窒化物半導体微細柱状結晶
２０２ Ｓｉ基板
２０４ フォトレジスト
２０６ 溝
２０８ 金属膜
２１０ ＡｌＮ膜
２１１ 微細柱状結晶の成長抑制領域
２１２ ＧａＮ微細柱状結晶
３０１ 基板
３０２ 金属パターン
８０１ Ｓｉ基板
８０２ ＡｌＮ
８０３ ＧａＮ微細柱状結晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Metal nitride film 101 Substrate 102 Metal nitride film 103 Group III nitride semiconductor fine columnar crystal 202 Si substrate 204 Photoresist 206 Groove 208 Metal film 210 AlN film 211 Fine columnar crystal growth suppression region 212 GaN fine columnar crystal 301 Substrate 302 Metal pattern 801 Si substrate 802 AlN
803 GaN fine columnar crystal
Claims (16)
前記基板表面に成長原料を導き、前記膜上の領域を微細柱状結晶の成長促進領域として、少なくとも前記微細柱状結晶の成長促進領域上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる微細柱状結晶を成長させる工程と、
を含み、
微細柱状結晶を成長させる前記工程において、前記微細柱状結晶の成長促進領域においてＩＩＩ族窒化物半導体からなる第一の微細柱状結晶を成長させるとともに、前記微細柱状結晶の成長促進領域以外の領域において、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる前記第一の微細柱状結晶よりも高さの低い第二の微細柱状結晶を成長させる工程を含む、微細柱状結晶の製造方法。 Forming a film having a surface made of metal nitride or metal oxide in a predetermined region of the substrate surface;
A step of introducing a growth raw material onto the substrate surface, using the region on the film as a growth promoting region for the fine columnar crystal, and growing a fine columnar crystal made of a group III nitride semiconductor at least on the growth promoting region for the fine columnar crystal; ,
Only including,
In the step of growing the fine columnar crystal, the first fine columnar crystal made of a group III nitride semiconductor is grown in the growth promotion region of the fine columnar crystal, and in a region other than the growth promotion region of the fine columnar crystal, A method for producing a fine columnar crystal, comprising a step of growing a second fine columnar crystal having a height lower than that of the first fine columnar crystal made of a group III nitride semiconductor .
基板表面の所定領域に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の少なくとも表面を窒化または酸化する工程と
を含む、請求項１に記載の微細柱状結晶の製造方法。 The step of forming a film having a surface made of metal nitride or metal oxide includes:
Forming a metal film on a predetermined region of the substrate surface;
The method for producing a fine columnar crystal according to claim 1, further comprising nitriding or oxidizing at least a surface of the metal film.
前記膜表面上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる第一の微細柱状結晶と、
前記膜表面以外の領域上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる前記第一の微細柱状結晶よりも高さの低い第二の微細柱状結晶と、
を含むＩＩＩ族窒化物構造体。 A film having a surface made of metal nitride or metal oxide formed in a predetermined region of the substrate surface;
A first fine columnar crystal made of a group III nitride semiconductor formed on the film surface;
A second fine columnar crystal having a height lower than that of the first fine columnar crystal formed of a group III nitride semiconductor formed on a region other than the film surface;
A group III nitride structure comprising:
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