JPH08264455A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH08264455A JPH08264455A JP6101595A JP6101595A JPH08264455A JP H08264455 A JPH08264455 A JP H08264455A JP 6101595 A JP6101595 A JP 6101595A JP 6101595 A JP6101595 A JP 6101595A JP H08264455 A JPH08264455 A JP H08264455A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 導電性及び劈開性を有するＳｉＣ基板上にＧ
ａＮ系の化合物半導体層を形成する技術を提供する。 【構成】 上面を有するＳｉＣ基板を準備する工程と、
前記ＳｉＣ基板の温度を第１の温度から、該第１の温度
よりも３００℃以上高い第２の温度まで徐々に上昇させ
ながら、前記ＳｉＣ基板の上面にＧａ1-x-y Ａｌx Ｉｎ
y Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を堆積する
工程と、前記ＳｉＣ基板の温度を前記第２の温度に維持
したまま、前記Ｇａ1-x-y Ａｌx Ｉｎy Ｎ層の上に他の
Ｇａ1-i-jＡｌi Ｉｎj Ｎ層（０≦ｉ≦０．２、０≦ｊ
≦０．３）を堆積する工程とを含む。
ａＮ系の化合物半導体層を形成する技術を提供する。 【構成】 上面を有するＳｉＣ基板を準備する工程と、
前記ＳｉＣ基板の温度を第１の温度から、該第１の温度
よりも３００℃以上高い第２の温度まで徐々に上昇させ
ながら、前記ＳｉＣ基板の上面にＧａ1-x-y Ａｌx Ｉｎ
y Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を堆積する
工程と、前記ＳｉＣ基板の温度を前記第２の温度に維持
したまま、前記Ｇａ1-x-y Ａｌx Ｉｎy Ｎ層の上に他の
Ｇａ1-i-jＡｌi Ｉｎj Ｎ層（０≦ｉ≦０．２、０≦ｊ
≦０．３）を堆積する工程とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＧａＮ系の化合物半導
体層を形成する方法、及びＧａＮ系の化合物半導体層を
有する半導体装置に関する。ＧａＮ系の化合物半導体
は、青色から紫外領域の発光をする材料として注目され
ている。
体層を形成する方法、及びＧａＮ系の化合物半導体層を
有する半導体装置に関する。ＧａＮ系の化合物半導体
は、青色から紫外領域の発光をする材料として注目され
ている。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＧａＮ層は有機金属気相成長法を
用いて、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3）基板上に形成さ
れていた。サファイア基板上へのＧａＮ層の形成は、例
えば、基板温度を５００℃とし、トリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ 3 ）を供給して厚さ約
３０ｎｍの多結晶のＧａＮバッファ層を堆積する。次に
基板温度を１０３０℃とし、上記と同じ原料ガスを用い
てＧａＮ層を堆積する。このように、ＧａＮ層堆積開始
時の基板温度を５００℃程度として多結晶のバッファ層
を形成しておくことにより、その上に高品質な単結晶の
ＧａＮ層を形成することができる。
用いて、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3）基板上に形成さ
れていた。サファイア基板上へのＧａＮ層の形成は、例
えば、基板温度を５００℃とし、トリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ 3 ）を供給して厚さ約
３０ｎｍの多結晶のＧａＮバッファ層を堆積する。次に
基板温度を１０３０℃とし、上記と同じ原料ガスを用い
てＧａＮ層を堆積する。このように、ＧａＮ層堆積開始
時の基板温度を５００℃程度として多結晶のバッファ層
を形成しておくことにより、その上に高品質な単結晶の
ＧａＮ層を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術を用いてサ
ファイア基板上に単結晶のＧａＮ層を形成することがで
きる。しかし、サファイア基板には導電性がないため、
基板裏面から電極を取り出すことができない。基板の表
面のみから電極を引き出すと、正負両方の電極形成領域
を確保する必要があるため、チップ面積の縮小が困難に
なる。
ファイア基板上に単結晶のＧａＮ層を形成することがで
きる。しかし、サファイア基板には導電性がないため、
基板裏面から電極を取り出すことができない。基板の表
面のみから電極を引き出すと、正負両方の電極形成領域
を確保する必要があるため、チップ面積の縮小が困難に
なる。
【０００４】また、サファイア基板には劈開性がない。
劈開により反射面を形成することができないため、レー
ザダイオードへの適用が困難になる。本発明の目的は、
導電性及び劈開性を有するＳｉＣ基板上にＧａＮ系の化
合物半導体層を形成する技術を提供することである。
劈開により反射面を形成することができないため、レー
ザダイオードへの適用が困難になる。本発明の目的は、
導電性及び劈開性を有するＳｉＣ基板上にＧａＮ系の化
合物半導体層を形成する技術を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上面を有するＳｉＣ基板を準備する工程と、
前記ＳｉＣ基板の温度を第１の温度から、該第１の温度
よりも３００℃以上高い第２の温度まで徐々に上昇させ
ながら、前記ＳｉＣ基板の上面にＧａ1-x-y Ａｌx Ｉｎ
y Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を堆積する
工程と、前記ＳｉＣ基板の温度を前記第２の温度に維持
したまま、前記Ｇａ1-x-y Ａｌx ＩｎyＮ層の上に他の
Ｇａ1-i-j Ａｌi Ｉｎj Ｎ層（０≦ｉ≦０．２、０≦ｊ
≦０．３）を堆積する工程とを含む。
造方法は、上面を有するＳｉＣ基板を準備する工程と、
前記ＳｉＣ基板の温度を第１の温度から、該第１の温度
よりも３００℃以上高い第２の温度まで徐々に上昇させ
ながら、前記ＳｉＣ基板の上面にＧａ1-x-y Ａｌx Ｉｎ
y Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を堆積する
工程と、前記ＳｉＣ基板の温度を前記第２の温度に維持
したまま、前記Ｇａ1-x-y Ａｌx ＩｎyＮ層の上に他の
Ｇａ1-i-j Ａｌi Ｉｎj Ｎ層（０≦ｉ≦０．２、０≦ｊ
≦０．３）を堆積する工程とを含む。
【０００６】本発明の他の半導体装置の製造方法は、上
面を有するＳｉＣ基板を準備する工程と、前記ＳｉＣ基
板の上に、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含み、Ｖ族元素が
Ｎであり、ＩＩＩ族元素中のＡｌの組成比が０．５以上
であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を堆積する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に、Ｇａ1-x-yＡ
ｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を
エピタキシャル成長させる工程とを含む。
面を有するＳｉＣ基板を準備する工程と、前記ＳｉＣ基
板の上に、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含み、Ｖ族元素が
Ｎであり、ＩＩＩ族元素中のＡｌの組成比が０．５以上
であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を堆積する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に、Ｇａ1-x-yＡ
ｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を
エピタキシャル成長させる工程とを含む。
【０００７】前記ＳｉＣ基板として、｛０００１｝、
｛１０−１０｝、｛１１−２０｝面のうち少なくとも１
つの面に垂直な面が表出した上面を有する基板を用いて
もよい。
｛１０−１０｝、｛１１−２０｝面のうち少なくとも１
つの面に垂直な面が表出した上面を有する基板を用いて
もよい。
【０００８】本発明の半導体装置は、ＳｉＣ基板と、前
記ＳｉＣ基板の上に形成され、ＩＩＩ族元素としてＡｌ
を含み、Ｖ族元素がＮであり、ＩＩＩ族元素中のＡｌの
組成比が０．５以上であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に形成された
Ｇａ1-x-y Ａｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ
≦０．３）とを有する。
記ＳｉＣ基板の上に形成され、ＩＩＩ族元素としてＡｌ
を含み、Ｖ族元素がＮであり、ＩＩＩ族元素中のＡｌの
組成比が０．５以上であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に形成された
Ｇａ1-x-y Ａｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ
≦０．３）とを有する。
【０００９】
【作用】ＳｉＣ基板の表面に比較的低温でＧａ1-x-y Ａ
ｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を
形成すると、多結晶のＧａＡｌＩｎＮ層が得られる。さ
らに、基板温度をエピタキシャル成長する温度まで徐々
に上昇させながらＧａＡｌＩｎＮ層を形成し、エピタキ
シャル成長する温度で一定時間ＧａＡｌＩｎＮ層を形成
すると、高品質のＧａＡｌＩｎＮ層を得ることができ
る。
ｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を
形成すると、多結晶のＧａＡｌＩｎＮ層が得られる。さ
らに、基板温度をエピタキシャル成長する温度まで徐々
に上昇させながらＧａＡｌＩｎＮ層を形成し、エピタキ
シャル成長する温度で一定時間ＧａＡｌＩｎＮ層を形成
すると、高品質のＧａＡｌＩｎＮ層を得ることができ
る。
【００１０】これは、基板温度を徐々に上昇させるた
め、多結晶のＧａＡｌＩｎＮ層の特定の一部の結晶粒の
みが大きく成長することなく、各結晶粒が平均的に成長
するためと考えられる。
め、多結晶のＧａＡｌＩｎＮ層の特定の一部の結晶粒の
みが大きく成長することなく、各結晶粒が平均的に成長
するためと考えられる。
【００１１】ＳｉＣ基板の表面にバッファ層としてＩＩ
Ｉ族元素としてＡｌを含み、Ｖ族元素がＮであり、ＩＩ
Ｉ族元素中のＡｌの組成比が０．５以上であるＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層を形成し、このバッファ層の上にＧ
ａＡｌＩｎＮ層を形成すると、高品質のＧａＡｌＩｎＮ
層を得ることができる。
Ｉ族元素としてＡｌを含み、Ｖ族元素がＮであり、ＩＩ
Ｉ族元素中のＡｌの組成比が０．５以上であるＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層を形成し、このバッファ層の上にＧ
ａＡｌＩｎＮ層を形成すると、高品質のＧａＡｌＩｎＮ
層を得ることができる。
【００１２】ＳｉＣ基板として、｛０００１｝、｛１０
−１０｝、｛１１−２０｝面のうち少なくとも１つの面
に垂直な面が表出した上面を有する基板を用いると、上
面に垂直な面で劈開することができる。従って、レーザ
共振器の作製が容易になる。
−１０｝、｛１１−２０｝面のうち少なくとも１つの面
に垂直な面が表出した上面を有する基板を用いると、上
面に垂直な面で劈開することができる。従って、レーザ
共振器の作製が容易になる。
【００１３】
【実施例】まず、サファイア基板上にＧａＮ層を成長さ
せる方法と同様の方法で、ＳｉＣ基板上にＧａＮ層を形
成する予備実験を行った結果について説明する。
せる方法と同様の方法で、ＳｉＣ基板上にＧａＮ層を形
成する予備実験を行った結果について説明する。
【００１４】図１は、ＧａＮ層の形成に用いた有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置の概略断面図を示す。内部
空間を有する処理容器１の一端から、原料ガス導入管４
及びパージ用ガス導入管５が挿入されており、処理容器
１の内部に原料ガス及びパージ用ガスが導入される。処
理容器１の他端にはガス排気管６が接続されており、ガ
ス排気管６から処理容器１内のガスが排気される。
気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置の概略断面図を示す。内部
空間を有する処理容器１の一端から、原料ガス導入管４
及びパージ用ガス導入管５が挿入されており、処理容器
１の内部に原料ガス及びパージ用ガスが導入される。処
理容器１の他端にはガス排気管６が接続されており、ガ
ス排気管６から処理容器１内のガスが排気される。
【００１５】処理容器１の内部空間にはカーボン製の基
板保持台２が配置されており、ＧａＮ層形成時には、基
板保持台２の下面に基板７が保持される。処理容器１の
外部には、基板保持台２を取り囲むように高周波コイル
３が巻かれている。高周波コイル３に高周波電流を流す
ことにより、基板保持台２を加熱し、基板保持台２から
の熱伝導により基板７を加熱することができる。
板保持台２が配置されており、ＧａＮ層形成時には、基
板保持台２の下面に基板７が保持される。処理容器１の
外部には、基板保持台２を取り囲むように高周波コイル
３が巻かれている。高周波コイル３に高周波電流を流す
ことにより、基板保持台２を加熱し、基板保持台２から
の熱伝導により基板７を加熱することができる。
【００１６】図６は、ＧａＮ層成長中の基板温度の時間
変化及び原料ガスの供給時期を示す。横軸は成長開始時
からの時間、縦軸は基板温度を表す。ＳｉＣ基板を基板
保持台に保持し、基板を５００℃に加熱する。処理容器
内にＨ2 ガスをキャリアガスとしてトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ3 ）を導入し約３０ｎ
ｍのＧａＮバッファ層を形成する。ＴＭＧａの供給を停
止し基板温度が１０３０℃になるまで加熱する。
変化及び原料ガスの供給時期を示す。横軸は成長開始時
からの時間、縦軸は基板温度を表す。ＳｉＣ基板を基板
保持台に保持し、基板を５００℃に加熱する。処理容器
内にＨ2 ガスをキャリアガスとしてトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）とアンモニア（ＮＨ3 ）を導入し約３０ｎ
ｍのＧａＮバッファ層を形成する。ＴＭＧａの供給を停
止し基板温度が１０３０℃になるまで加熱する。
【００１７】基板温度が１０３０℃になると再びＴＭＧ
ａを供給し、ＧａＮ層を成長させる。所望の厚さのＧａ
Ｎ層が形成されるとＴＭＧａの供給及び基板の加熱を停
止する。基板温度が約５００℃まで低下するとＮＨ3 の
供給を停止する。
ａを供給し、ＧａＮ層を成長させる。所望の厚さのＧａ
Ｎ層が形成されるとＴＭＧａの供給及び基板の加熱を停
止する。基板温度が約５００℃まで低下するとＮＨ3 の
供給を停止する。
【００１８】サファイア基板を用いた場合には、図６に
示す条件で良好なＧａＮ層を形成することができる。し
かし、ＳｉＣ基板上に形成されたＧａＮ層を顕微鏡で観
察したところ、層内に隙間が多く見られた。また、Ｓｉ
Ｃ基板表面には、小さな結晶粒が観察された。
示す条件で良好なＧａＮ層を形成することができる。し
かし、ＳｉＣ基板上に形成されたＧａＮ層を顕微鏡で観
察したところ、層内に隙間が多く見られた。また、Ｓｉ
Ｃ基板表面には、小さな結晶粒が観察された。
【００１９】顕微鏡による観察結果から、図６に示す方
法によるＧａＮ層の成長過程は以下のように推察でき
る。図７は、ＧａＮ層の成長過程を説明するための基板
断面図を示す。基板温度５００℃でＴＭＧａとＮＨ3 を
供給すると、図７（Ａ）に示すようにＳｉＣ基板７の表
面に小さな結晶粒８が堆積する。基板温度を１０３０℃
に上昇してＴＭＧａとＮＨ3 を供給すると、図７（Ｂ）
に示すように結晶粒が成長する。さらに成長を続ける
と、図７（Ｃ）に示すように、特定の結晶粒９ａのみが
大きく成長すると考えられる。
法によるＧａＮ層の成長過程は以下のように推察でき
る。図７は、ＧａＮ層の成長過程を説明するための基板
断面図を示す。基板温度５００℃でＴＭＧａとＮＨ3 を
供給すると、図７（Ａ）に示すようにＳｉＣ基板７の表
面に小さな結晶粒８が堆積する。基板温度を１０３０℃
に上昇してＴＭＧａとＮＨ3 を供給すると、図７（Ｂ）
に示すように結晶粒が成長する。さらに成長を続ける
と、図７（Ｃ）に示すように、特定の結晶粒９ａのみが
大きく成長すると考えられる。
【００２０】図７（Ｄ）に示すように、特定の結晶粒９
ａが横方向に成長して形成されたＧａＮの塊９ｂによっ
て基板表面が覆われるものと考えられる。このとき、基
板表面の小さな結晶粒８の隙間が完全には埋まらず、Ｇ
ａＮ層内に隙間が形成されるものと考えられる。
ａが横方向に成長して形成されたＧａＮの塊９ｂによっ
て基板表面が覆われるものと考えられる。このとき、基
板表面の小さな結晶粒８の隙間が完全には埋まらず、Ｇ
ａＮ層内に隙間が形成されるものと考えられる。
【００２１】次に、図２、図３を参照して、本発明の実
施例について説明する。使用したＭＯＣＶＤ装置は図１
に示すものと同様のものである。（０００１）面が表出
したＳｉＣ基板を洗浄し乾燥させた後、基板表面の酸化
と酸化膜除去とを繰り返し実行し、清浄な表面を露出さ
せる。このＳｉＣ基板を図１に示すＭＯＣＶＤ装置の基
板保持台２に取り付け、圧力４０Ｔｏｒｒの水素雰囲気
中で１１００℃、１０分間の熱処理を行う。その後、基
板温度を５００℃まで低下させ、ＧａＮがエピタキシャ
ル成長しない温度とする。
施例について説明する。使用したＭＯＣＶＤ装置は図１
に示すものと同様のものである。（０００１）面が表出
したＳｉＣ基板を洗浄し乾燥させた後、基板表面の酸化
と酸化膜除去とを繰り返し実行し、清浄な表面を露出さ
せる。このＳｉＣ基板を図１に示すＭＯＣＶＤ装置の基
板保持台２に取り付け、圧力４０Ｔｏｒｒの水素雰囲気
中で１１００℃、１０分間の熱処理を行う。その後、基
板温度を５００℃まで低下させ、ＧａＮがエピタキシャ
ル成長しない温度とする。
【００２２】図２は、ＧａＮ層成長中の基板温度の時間
変化及び原料ガスの供給時期を示す。処理容器１内の圧
力が２００Ｔｏｒｒになるようにキャリアガスとして水
素を流し、原料ガスとして流量０．５ｓｃｃｍのＴＭＧ
ａと流量４ｓｌｍのＮＨ3 とを供給する。キャリアガス
及び原料ガスを流しながら基板温度を１０３０℃まで徐
々に上昇させ、ＧａＮがエピタキシャル成長する温度と
する。基板温度の上昇速度は、約３５℃／分である。こ
の条件におけるＧａＮ層の成長速度は約２μｍ／ｈであ
る。
変化及び原料ガスの供給時期を示す。処理容器１内の圧
力が２００Ｔｏｒｒになるようにキャリアガスとして水
素を流し、原料ガスとして流量０．５ｓｃｃｍのＴＭＧ
ａと流量４ｓｌｍのＮＨ3 とを供給する。キャリアガス
及び原料ガスを流しながら基板温度を１０３０℃まで徐
々に上昇させ、ＧａＮがエピタキシャル成長する温度と
する。基板温度の上昇速度は、約３５℃／分である。こ
の条件におけるＧａＮ層の成長速度は約２μｍ／ｈであ
る。
【００２３】基板温度が１０３０℃に達すると、この温
度を維持しＧａＮ層の成長を行う。所望の厚さのＧａＮ
層が形成された後、ＴＭＧａの供給を停止し、基板温度
を徐々に低下させる。基板温度が５００℃になったとこ
ろでＮＨ3 の供給を停止する。
度を維持しＧａＮ層の成長を行う。所望の厚さのＧａＮ
層が形成された後、ＴＭＧａの供給を停止し、基板温度
を徐々に低下させる。基板温度が５００℃になったとこ
ろでＮＨ3 の供給を停止する。
【００２４】図２に示す条件で形成した厚さ約２μｍの
ＧａＮ層を干渉顕微鏡で観察したところ、１０×１０ｍ
ｍ2 以上の領域にわたって隙間の発生はなく表面は鏡面
であった。また、Ｘ線回折によりＧａＮ層はｃ軸配向し
ていることがわかった。このときのＧａＮ層の成長過程
は、以下のように推察される。
ＧａＮ層を干渉顕微鏡で観察したところ、１０×１０ｍ
ｍ2 以上の領域にわたって隙間の発生はなく表面は鏡面
であった。また、Ｘ線回折によりＧａＮ層はｃ軸配向し
ていることがわかった。このときのＧａＮ層の成長過程
は、以下のように推察される。
【００２５】図３は、ＧａＮ層の成長過程を説明するた
めの基板断面図を示す。基板温度５００℃でＴＭＧａと
ＮＨ3 を供給すると、ＧａＮはエピタキシャル成長しな
いため、図３（Ａ）に示すようにＳｉＣ基板７の表面に
小さな結晶粒８が堆積する。基板温度を徐々に上昇させ
ると、図３（Ｂ）に示すように各結晶粒８が徐々に成長
する。このとき、温度上昇が緩やかであるため、特定の
結晶粒のみが大きく成長することなく、各結晶粒が平均
的に成長するものと考えられる。
めの基板断面図を示す。基板温度５００℃でＴＭＧａと
ＮＨ3 を供給すると、ＧａＮはエピタキシャル成長しな
いため、図３（Ａ）に示すようにＳｉＣ基板７の表面に
小さな結晶粒８が堆積する。基板温度を徐々に上昇させ
ると、図３（Ｂ）に示すように各結晶粒８が徐々に成長
する。このとき、温度上昇が緩やかであるため、特定の
結晶粒のみが大きく成長することなく、各結晶粒が平均
的に成長するものと考えられる。
【００２６】さらに成長が進むと、図３（Ｃ）に示すよ
うに、結晶粒８が表面全体を覆いＧａＮ層１０が形成さ
れる。基板温度がＧａＮのエピタキシャル成長温度まで
上昇すると、図３（Ｄ）に示すようにＧａＮ層１０の上
にさらにＧａＮ層が層状にエピタキシャル成長すると考
えられる。このように、ＧａＮ層が層状に堆積するた
め、隙間がなく表面が鏡面のＧａＮ層を得ることができ
るものと考えられる。
うに、結晶粒８が表面全体を覆いＧａＮ層１０が形成さ
れる。基板温度がＧａＮのエピタキシャル成長温度まで
上昇すると、図３（Ｄ）に示すようにＧａＮ層１０の上
にさらにＧａＮ層が層状にエピタキシャル成長すると考
えられる。このように、ＧａＮ層が層状に堆積するた
め、隙間がなく表面が鏡面のＧａＮ層を得ることができ
るものと考えられる。
【００２７】上記考察から、ＧａＮ層成長開始時の基板
温度は、ＳｉＣ表面上にエピタキシャル成長せず多結晶
が形成される温度であることが好ましく、ＧａＮ層が層
状に成長するときにはエピタキシャル成長する程度の温
度とすることが好ましいと考えられる。従って、成長開
始時の基板温度は、ＧａＮ層がエピタキシャル成長する
温度よりも約３００℃以上低くすることが好ましいであ
ろう。
温度は、ＳｉＣ表面上にエピタキシャル成長せず多結晶
が形成される温度であることが好ましく、ＧａＮ層が層
状に成長するときにはエピタキシャル成長する程度の温
度とすることが好ましいと考えられる。従って、成長開
始時の基板温度は、ＧａＮ層がエピタキシャル成長する
温度よりも約３００℃以上低くすることが好ましいであ
ろう。
【００２８】また、図３（Ｂ）から図３（Ｃ）の成長過
程で、特定の結晶粒のみが大きく成長しないようにする
ためには、基板温度を徐々に上昇させる必要がある。図
２では、温度上昇速度が約３５℃／分である場合を示し
たが、２０℃／分〜１００℃／分程度の温度上昇速度が
好適であろう。
程で、特定の結晶粒のみが大きく成長しないようにする
ためには、基板温度を徐々に上昇させる必要がある。図
２では、温度上昇速度が約３５℃／分である場合を示し
たが、２０℃／分〜１００℃／分程度の温度上昇速度が
好適であろう。
【００２９】図２では、基板温度をほぼ一定の速度で上
昇させる場合を示したが、温度上昇速度は必ずしも一定
である必要はない。例えば、温度の変化率が一定になる
ように時間に対して双曲線にそって温度を上昇させても
よいであろう。また、階段状に温度を上昇させてもよい
であろう。
昇させる場合を示したが、温度上昇速度は必ずしも一定
である必要はない。例えば、温度の変化率が一定になる
ように時間に対して双曲線にそって温度を上昇させても
よいであろう。また、階段状に温度を上昇させてもよい
であろう。
【００３０】図４は、基板温度を階段状に上昇させる場
合の基板温度の時間変化及び原料ガスの供給時期を示
す。図４に示すように、基板温度を５００℃から１０３
０℃まで、階段状に温度を上昇させている。なお、図４
では温度を急激に上昇させる期間、ＴＭＧａの供給を一
時停止している場合を示しているが、ＴＭＧａを連続的
に供給してもよい。
合の基板温度の時間変化及び原料ガスの供給時期を示
す。図４に示すように、基板温度を５００℃から１０３
０℃まで、階段状に温度を上昇させている。なお、図４
では温度を急激に上昇させる期間、ＴＭＧａの供給を一
時停止している場合を示しているが、ＴＭＧａを連続的
に供給してもよい。
【００３１】このように、ＧａＮ層の成長開始温度とエ
ピタキシャル成長温度との間に少なくとも１つの階段状
部分を設けることにより、特定の結晶粒のみが大きく成
長することを抑制でき、良好なＧａＮ層を得ることがで
きると考えられる。
ピタキシャル成長温度との間に少なくとも１つの階段状
部分を設けることにより、特定の結晶粒のみが大きく成
長することを抑制でき、良好なＧａＮ層を得ることがで
きると考えられる。
【００３２】上記実施例では、ＧａＮ層を成長させる場
合を説明したが、上記成長方法はＧａ1-x-y Ａｌx Ｉｎ
y Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を成長させ
る場合にも適用できるであろう。ＩＩＩ族元素としてＡ
ｌもしくはＩｎを添加することにより、バンドギャップ
が変化する。従って、発光素子として使用する場合に
は、発光波長を変化させることができる。
合を説明したが、上記成長方法はＧａ1-x-y Ａｌx Ｉｎ
y Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を成長させ
る場合にも適用できるであろう。ＩＩＩ族元素としてＡ
ｌもしくはＩｎを添加することにより、バンドギャップ
が変化する。従って、発光素子として使用する場合に
は、発光波長を変化させることができる。
【００３３】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。上記実施例ではバッファ層としてＧａＮの多結晶層
を用いたが、本実施例ではＡｌＮ層を用いる。まず、Ｓ
ｉＣ基板上に、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム
（ＴＭＡｌ）とアンモニア（ＮＨ3 ）を使用し、ＭＯＣ
ＶＤにより厚さ約３０ｎｍのＡｌＮ層を形成する。成長
時の基板温度は約１１５０℃である。次に、基板温度を
１０３０℃とし、原料ガスとしてＴＭＧａとＮＨ3 を使
用したＭＯＣＶＤにより厚さ約２μｍのＧａＮ層を形成
する。
る。上記実施例ではバッファ層としてＧａＮの多結晶層
を用いたが、本実施例ではＡｌＮ層を用いる。まず、Ｓ
ｉＣ基板上に、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム
（ＴＭＡｌ）とアンモニア（ＮＨ3 ）を使用し、ＭＯＣ
ＶＤにより厚さ約３０ｎｍのＡｌＮ層を形成する。成長
時の基板温度は約１１５０℃である。次に、基板温度を
１０３０℃とし、原料ガスとしてＴＭＧａとＮＨ3 を使
用したＭＯＣＶＤにより厚さ約２μｍのＧａＮ層を形成
する。
【００３４】このように、バッファ層としてＡｌＮ層を
用いることにより、隙間のない良好なＧａＮ層を形成す
ることができた。Ｘ線回折により、このＧａＮ層はｃ軸
配向していることが確認された。この場合のＧａＮ層の
成長の過程は以下のように推察される。
用いることにより、隙間のない良好なＧａＮ層を形成す
ることができた。Ｘ線回折により、このＧａＮ層はｃ軸
配向していることが確認された。この場合のＧａＮ層の
成長の過程は以下のように推察される。
【００３５】図５は、ＳｉＣ基板上にＡｌＮ層、つづい
てＧａＮ層が成長する過程を説明するための基板断面図
を示す。図５（Ａ）に示すように、ＳｉＣ基板７の上に
ＡｌＮ層１１が形成される。ＡｌＮ層１１は、ＳｉＣ基
板７の表面上に比較的均一に成長すると考えられる。Ａ
ｌＮ層１１の上に１０３０℃でＧａＮ層を堆積すると、
まず、図５（Ｂ）に示すように小さい結晶粒１２が形成
される。成長を続けると、図５（Ｃ）に示すように結晶
粒１２が横方向に成長し結晶粒同士がつながると考えら
れる。
てＧａＮ層が成長する過程を説明するための基板断面図
を示す。図５（Ａ）に示すように、ＳｉＣ基板７の上に
ＡｌＮ層１１が形成される。ＡｌＮ層１１は、ＳｉＣ基
板７の表面上に比較的均一に成長すると考えられる。Ａ
ｌＮ層１１の上に１０３０℃でＧａＮ層を堆積すると、
まず、図５（Ｂ）に示すように小さい結晶粒１２が形成
される。成長を続けると、図５（Ｃ）に示すように結晶
粒１２が横方向に成長し結晶粒同士がつながると考えら
れる。
【００３６】さらに成長を続けると、図５（Ｄ）に示す
ようにほとんどの結晶粒がつながりＧａＮ層１２ａにな
る。その後、ＧａＮ層１２ａの上に層状に成長が進み、
図５（Ｅ）に示すように隙間がなく表面が鏡面のＧａＮ
層１２ｂが形成されると考えられる。
ようにほとんどの結晶粒がつながりＧａＮ層１２ａにな
る。その後、ＧａＮ層１２ａの上に層状に成長が進み、
図５（Ｅ）に示すように隙間がなく表面が鏡面のＧａＮ
層１２ｂが形成されると考えられる。
【００３７】上記他の実施例では、バッファ層としてＡ
ｌＮ層を用いる場合を説明したが、ＩＩＩ族元素として
Ａｌを含み、Ｖ族元素がＮであり、ＩＩＩ族元素中のＡ
ｌの組成比が０．５以上であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層をバッファ層として使用しても同様の効果が得られ
ると考えられる。また、ＡｌＮ層の上に、ＧａＮ層の代
わりにＧａ1-x-y Ａｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、
０≦ｙ≦０．３）を形成する場合にも同様の効果が期待
できるであろう。
ｌＮ層を用いる場合を説明したが、ＩＩＩ族元素として
Ａｌを含み、Ｖ族元素がＮであり、ＩＩＩ族元素中のＡ
ｌの組成比が０．５以上であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層をバッファ層として使用しても同様の効果が得られ
ると考えられる。また、ＡｌＮ層の上に、ＧａＮ層の代
わりにＧａ1-x-y Ａｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、
０≦ｙ≦０．３）を形成する場合にも同様の効果が期待
できるであろう。
【００３８】バッファ層としてＡｌＮ層を用いた積層構
造において、ＳｉＣ基板の裏面とＧａＮ層の表面にＩｎ
を接触させて電極とし、厚さ方向の導電性を確認でき
た。また、バッファ層として多結晶ＧａＮ層を用いる場
合にも導電性を有することは当業者に自明であろう。上
記実施例のように、基板としてＳｉＣを用いれば基板自
体が導電性を有するため、基板裏面から電極を取り出す
ことができる。
造において、ＳｉＣ基板の裏面とＧａＮ層の表面にＩｎ
を接触させて電極とし、厚さ方向の導電性を確認でき
た。また、バッファ層として多結晶ＧａＮ層を用いる場
合にも導電性を有することは当業者に自明であろう。上
記実施例のように、基板としてＳｉＣを用いれば基板自
体が導電性を有するため、基板裏面から電極を取り出す
ことができる。
【００３９】また、ＳｉＣ基板として、｛０００１｝、
｛１０−１０｝、｛１１−２０｝面のうち少なくとも１
つの面に垂直な面が表出した上面を有する基板を用いる
ことにより、上面に垂直な面で劈開することができる。
ＧａＮ層をレーザダイオードに適用する場合には、基板
の劈開を利用することにより、容易にレーザ共振器を作
製することができる。
｛１０−１０｝、｛１１−２０｝面のうち少なくとも１
つの面に垂直な面が表出した上面を有する基板を用いる
ことにより、上面に垂直な面で劈開することができる。
ＧａＮ層をレーザダイオードに適用する場合には、基板
の劈開を利用することにより、容易にレーザ共振器を作
製することができる。
【００４０】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＳｉＣ基板の上に高品質なＧａＡｌＩｎＮ層を得ること
ができる。ＳｉＣ基板は導電性を有するため、基板の裏
面から電極を取り出すことができる。このため、チップ
面積を縮小することが可能になる。また、ＳｉＣは劈開
性を有するため、劈開により、レーザ共振器を容易に作
製することができる。ＧａＡｌＩｎＮ層のレーザダイオ
ードへの応用が可能になり、青色から紫外領域の発光素
子の実現が期待される。
ＳｉＣ基板の上に高品質なＧａＡｌＩｎＮ層を得ること
ができる。ＳｉＣ基板は導電性を有するため、基板の裏
面から電極を取り出すことができる。このため、チップ
面積を縮小することが可能になる。また、ＳｉＣは劈開
性を有するため、劈開により、レーザ共振器を容易に作
製することができる。ＧａＡｌＩｎＮ層のレーザダイオ
ードへの応用が可能になり、青色から紫外領域の発光素
子の実現が期待される。
【図１】本発明の実施例で使用したＭＯＣＶＤ装置の概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】本発明の実施例によるＧａＮ層成長方法におけ
る基板温度の時間変化及び原料の供給時期を示すグラフ
である。
る基板温度の時間変化及び原料の供給時期を示すグラフ
である。
【図３】本発明の実施例によるＧａＮ層の成長過程を説
明するための基板の断面図である。
明するための基板の断面図である。
【図４】本発明の実施例によるＧａＮ層成長方法におい
て、基板温度の上昇を階段状にした場合の基板温度の時
間変化及び原料の供給時期を示すグラフである。
て、基板温度の上昇を階段状にした場合の基板温度の時
間変化及び原料の供給時期を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施例によるＧａＮ層の成長過程
を説明するための基板の断面図である。
を説明するための基板の断面図である。
【図６】ＳｉＣ基板状にＧａＮ層を成長させる予備実験
における基板温度の時間変化及び原料の供給時期を示す
グラフである。
における基板温度の時間変化及び原料の供給時期を示す
グラフである。
【図７】図６に示す予備実験におけるＧａＮ層の成長過
程を説明するための基板の断面図である。
程を説明するための基板の断面図である。
１ 処理容器 ２ 基板保持台 ３ 高周波コイル ４ 原料ガス導入管 ５ パージ用ガス導入管 ６ ガス排気管 ７ ＳｉＣ基板 ８、１２ 結晶粒 ９ａ、９ｂ ＧａＮの塊 １０、１２ａ、１２ｂ ＧａＮ層 １１ ＡｌＮ層
Claims (6)
- 【請求項１】 上面を有するＳｉＣ基板を準備する工程
と、 前記ＳｉＣ基板の温度を第１の温度から、該第１の温度
よりも３００℃以上高い第２の温度まで徐々に上昇させ
ながら、前記ＳｉＣ基板の上面にＧａ1-x-y Ａｌx Ｉｎ
y Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を堆積する
工程と、 前記ＳｉＣ基板の温度を前記第２の温度に維持したま
ま、前記Ｇａ1-x-y Ａｌ x Ｉｎy Ｎ層の上に他のＧａ
1-i-j Ａｌi Ｉｎj Ｎ層（０≦ｉ≦０．２、０≦ｊ≦
０．３）を堆積する工程とを含む半導体装置の製造方
法。 - 【請求項２】 前記ＳｉＣ基板は、｛０００１｝、｛１
０−１０｝、｛１１−２０｝面のうち少なくとも１つの
面に垂直な面が表出した上面を有する請求項１に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 上面を有するＳｉＣ基板を準備する工程
と、 前記ＳｉＣ基板の上に、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含
み、Ｖ族元素がＮであり、ＩＩＩ族元素中のＡｌの組成
比が０．５以上であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を堆
積する工程と、 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に、Ｇａ1-x-y Ａ
ｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．３）を
エピタキシャル成長させる工程とを含む半導体装置の製
造方法。 - 【請求項４】 前記化合物半導体層のＩＩＩ族元素中の
Ａｌの組成比が１である請求項３に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項５】 前記ＳｉＣ基板は、｛０００１｝、｛１
０−１０｝、｛１１−２０｝面のうち少なくとも１つの
面に垂直な面が表出した上面を有する請求項３または４
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 ＳｉＣ基板と、 前記ＳｉＣ基板の上に形成され、ＩＩＩ族元素としてＡ
ｌを含み、Ｖ族元素がＮであり、ＩＩＩ族元素中のＡｌ
の組成比が０．５以上であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層と、 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に形成されたＧａ
1-x-y Ａｌx Ｉｎy Ｎ層（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦
０．３）とを有する半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06101595A JP3654307B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06101595A JP3654307B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08264455A true JPH08264455A (ja) | 1996-10-11 |
| JP3654307B2 JP3654307B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=13159084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06101595A Expired - Lifetime JP3654307B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3654307B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005167099A (ja) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Shigeya Narizuka | 半導体素子及びその製造方法 |
| JP2007103774A (ja) * | 2005-10-06 | 2007-04-19 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法 |
| WO2010100699A1 (ja) * | 2009-03-06 | 2010-09-10 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体の結晶成長方法および半導体装置の製造方法 |
| JP2011138895A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 結晶の製造方法および発光素子の製造方法 |
| JP2011187965A (ja) * | 1998-07-31 | 2011-09-22 | Sharp Corp | 窒化物半導体構造とその製造方法および発光素子 |
| WO2015155930A1 (ja) * | 2014-04-09 | 2015-10-15 | サンケン電気株式会社 | 半導体基板の製造方法、半導体素子の製造方法、半導体基板、並びに半導体素子 |
| CN114758948A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-07-15 | 江苏能华微电子科技发展有限公司 | 用于半绝缘GaN外延层生长的SiC衬底表面处理方法 |
-
1995
- 1995-03-20 JP JP06101595A patent/JP3654307B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011187965A (ja) * | 1998-07-31 | 2011-09-22 | Sharp Corp | 窒化物半導体構造とその製造方法および発光素子 |
| JP2005167099A (ja) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Shigeya Narizuka | 半導体素子及びその製造方法 |
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| WO2010100699A1 (ja) * | 2009-03-06 | 2010-09-10 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体の結晶成長方法および半導体装置の製造方法 |
| JP2011138895A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 結晶の製造方法および発光素子の製造方法 |
| WO2015155930A1 (ja) * | 2014-04-09 | 2015-10-15 | サンケン電気株式会社 | 半導体基板の製造方法、半導体素子の製造方法、半導体基板、並びに半導体素子 |
| JP2015201575A (ja) * | 2014-04-09 | 2015-11-12 | サンケン電気株式会社 | 半導体基板の製造方法、半導体素子の製造方法、半導体基板、並びに半導体素子 |
| US10068985B2 (en) | 2014-04-09 | 2018-09-04 | Sanken Electric Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor substrate, method for manufacturing semiconductor device, semiconductor substrate, and semiconductor device |
| CN114758948A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-07-15 | 江苏能华微电子科技发展有限公司 | 用于半绝缘GaN外延层生长的SiC衬底表面处理方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3654307B2 (ja) | 2005-06-02 |
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