JP2001345268A - 半導体製造装置及び半導体の製造方法 - Google Patents
半導体製造装置及び半導体の製造方法Info
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- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 気相成長法を用いた半導体製造装置におい
て、成長中の半導体に汚染物質が混入しないようにす
る。 【解決手段】 反応管１０の底面上には、該底面の開口
部を貫通してその底部を露出させた基板保持具としての
黒鉛よりなるサセプタ１５が気密に填め込まれている。
サセプタ１５の表面には、膜厚が約２００μｍのＳｉＣ
よりなる下地膜１５ａが形成されている。反応管１０の
内面には、導入ガスの上流側部分及びサセプタ１５の上
方部分及び該サセプタ１５における反応容器１０内に露
出する部分に、膜厚が約５０μｍのＡｌＮよりなる汚染
防止膜１７が形成されている。
て、成長中の半導体に汚染物質が混入しないようにす
る。 【解決手段】 反応管１０の底面上には、該底面の開口
部を貫通してその底部を露出させた基板保持具としての
黒鉛よりなるサセプタ１５が気密に填め込まれている。
サセプタ１５の表面には、膜厚が約２００μｍのＳｉＣ
よりなる下地膜１５ａが形成されている。反応管１０の
内面には、導入ガスの上流側部分及びサセプタ１５の上
方部分及び該サセプタ１５における反応容器１０内に露
出する部分に、膜厚が約５０μｍのＡｌＮよりなる汚染
防止膜１７が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長法により
半導体を製造する半導体製造装置及び該半導体製造装置
を用いた半導体の製造方法に関し、特に、反応容器又は
それに付着する付着物により半導体が汚染されることを
防止する半導体製造装置及び半導体の製造方法に関す
る。
半導体を製造する半導体製造装置及び該半導体製造装置
を用いた半導体の製造方法に関し、特に、反応容器又は
それに付着する付着物により半導体が汚染されることを
防止する半導体製造装置及び半導体の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般式がＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０
≦ｘ＋ｙ≦１）であるIII 族窒化物半導体は、紫色又は
青色の発光ダイオード素子や高密度光記録に用いる青色
レーザ素子用材料として好適である。窒化物半導体の製
造方法として、基板上でトリメチルガリウム等の有機金
属とアンモニア等のＶ族源とを約１０００℃で反応させ
て、基板上に窒化物半導体を成長させる有機金属気相成
長（ＭＯＶＰＥ）法や、ガリウム等のIII 族金属に塩化
水素を反応させて得られるIII 族塩化物とアンモニア等
のＶ族源とを約１０００℃で反応させて、基板上に窒化
物半導体を成長させるハイドライド気相成長（ＨＶＰ
Ｅ）法等が一般的に用いられている。
≦ｘ＋ｙ≦１）であるIII 族窒化物半導体は、紫色又は
青色の発光ダイオード素子や高密度光記録に用いる青色
レーザ素子用材料として好適である。窒化物半導体の製
造方法として、基板上でトリメチルガリウム等の有機金
属とアンモニア等のＶ族源とを約１０００℃で反応させ
て、基板上に窒化物半導体を成長させる有機金属気相成
長（ＭＯＶＰＥ）法や、ガリウム等のIII 族金属に塩化
水素を反応させて得られるIII 族塩化物とアンモニア等
のＶ族源とを約１０００℃で反応させて、基板上に窒化
物半導体を成長させるハイドライド気相成長（ＨＶＰ
Ｅ）法等が一般的に用いられている。
【０００３】これらの気相成長法を実現する結晶成長装
置は、温度が１０００℃以上で水素やアンモニアに耐え
る材料を用いる必要があり、従来から石英、又は炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）に覆われた黒鉛等が加熱部分に使用され
ている。
置は、温度が１０００℃以上で水素やアンモニアに耐え
る材料を用いる必要があり、従来から石英、又は炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）に覆われた黒鉛等が加熱部分に使用され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の半導体製造装置は、以下に示すような２つの問題が
ある。
来の半導体製造装置は、以下に示すような２つの問題が
ある。
【０００５】第１に、基板上に成長する半導体層にIII
族元素やＶ族元素以外の汚染物質が混入するという問題
である。例えば、石英よりなる反応容器を用いた半導体
製造装置により得られる窒化物半導体は、加熱された石
英と、アンモニア等の原料ガスや水素等のキャアリアガ
スとが反応して、石英の構成元素であるシリコン（Ｓ
ｉ）や酸素（Ｏ）が基板上にまで搬送され、該基板上に
成長する半導体層中にこれらの汚染物質が約１０13ｃｍ
-3〜１０18ｃｍ-3の濃度で混入する。
族元素やＶ族元素以外の汚染物質が混入するという問題
である。例えば、石英よりなる反応容器を用いた半導体
製造装置により得られる窒化物半導体は、加熱された石
英と、アンモニア等の原料ガスや水素等のキャアリアガ
スとが反応して、石英の構成元素であるシリコン（Ｓ
ｉ）や酸素（Ｏ）が基板上にまで搬送され、該基板上に
成長する半導体層中にこれらの汚染物質が約１０13ｃｍ
-3〜１０18ｃｍ-3の濃度で混入する。
【０００６】また、構成部材に炭化ケイ素を用いた半導
体製造装置により得られる窒化物半導体中にも、Ｓｉや
Ｃよりなる汚染物質が約１０13ｃｍ-3〜１０18ｃｍ-3の
濃度で混入する。これらのIII 族やＶ族以外の不純物
は、たとえその量が微量であっても、成長した半導体か
ら形成される半導体装置の動作電流が増大する等の原因
となって、装置の特性を劣化させる。
体製造装置により得られる窒化物半導体中にも、Ｓｉや
Ｃよりなる汚染物質が約１０13ｃｍ-3〜１０18ｃｍ-3の
濃度で混入する。これらのIII 族やＶ族以外の不純物
は、たとえその量が微量であっても、成長した半導体か
ら形成される半導体装置の動作電流が増大する等の原因
となって、装置の特性を劣化させる。
【０００７】第２に、反応容器の内面から成長中の基板
上に固形物が落下するという問題である。反応した原料
ガスの一部は、基板上だけでなく、基板の周囲の約３０
０℃以上に加熱された半導体製造装置の部材上にも堆積
する。通常、窒化物半導体と半導体製造装置を構成する
石英や炭化ケイ素等の部材との密着性が悪いため、部材
上に堆積した反応生成物である窒化物半導体は、成長中
に部材から容易に剥離し、その一部がフレーク状となっ
て基板上に飛来する。基板上におけるフレーク状の汚染
物質（以下、フレークと呼ぶ。）が落下した領域は、半
導体が正常に成長し得ないため、成長した半導体から形
成される半導体装置の不良の原因となる。
上に固形物が落下するという問題である。反応した原料
ガスの一部は、基板上だけでなく、基板の周囲の約３０
０℃以上に加熱された半導体製造装置の部材上にも堆積
する。通常、窒化物半導体と半導体製造装置を構成する
石英や炭化ケイ素等の部材との密着性が悪いため、部材
上に堆積した反応生成物である窒化物半導体は、成長中
に部材から容易に剥離し、その一部がフレーク状となっ
て基板上に飛来する。基板上におけるフレーク状の汚染
物質（以下、フレークと呼ぶ。）が落下した領域は、半
導体が正常に成長し得ないため、成長した半導体から形
成される半導体装置の不良の原因となる。
【０００８】本発明は、前記の問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、気相成長法を用いた半導体製造
装置において、成長中の半導体に汚染物質が混入しない
ようにする。
のであり、その目的は、気相成長法を用いた半導体製造
装置において、成長中の半導体に汚染物質が混入しない
ようにする。
【０００９】なお、特開平１０−２８４４２５号公報に
は、基板保持具であるプラッタ上に窒化物半導体よりな
るコーティング膜を形成して、均一な結晶層を形成する
方法を開示しているが、汚染物質の混入を防止するには
不十分である。
は、基板保持具であるプラッタ上に窒化物半導体よりな
るコーティング膜を形成して、均一な結晶層を形成する
方法を開示しているが、汚染物質の混入を防止するには
不十分である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る半導体製造装置は、反応容器内の基板
保持具上に保持された基板の上に原料ガスを導入しなが
ら半導体を成長させる半導体製造装置を対象とし、反応
容器の内面における原料ガスの上流側部分又は基板保持
具の上方部分に、基板上に成長する一の半導体に含まれ
る元素を含む他の半導体よりなる汚染防止膜を備えてい
る。
め、本発明に係る半導体製造装置は、反応容器内の基板
保持具上に保持された基板の上に原料ガスを導入しなが
ら半導体を成長させる半導体製造装置を対象とし、反応
容器の内面における原料ガスの上流側部分又は基板保持
具の上方部分に、基板上に成長する一の半導体に含まれ
る元素を含む他の半導体よりなる汚染防止膜を備えてい
る。
【００１１】本発明の半導体製造装置によると、反応容
器の内面における原料ガスの上流側部分及び基板保持具
の上方部分に、基板上に成長する一の半導体に含まれる
元素を含む他の半導体よりなる汚染防止膜を備えている
ため、基板上に成長する半導体中に、該半導体を構成す
る元素以外の他の元素を含む汚染物質が混入することが
なくなるので、基板上に成長した半導体を用いた半導体
装置の動作特性の劣化を防止できる。
器の内面における原料ガスの上流側部分及び基板保持具
の上方部分に、基板上に成長する一の半導体に含まれる
元素を含む他の半導体よりなる汚染防止膜を備えている
ため、基板上に成長する半導体中に、該半導体を構成す
る元素以外の他の元素を含む汚染物質が混入することが
なくなるので、基板上に成長した半導体を用いた半導体
装置の動作特性の劣化を防止できる。
【００１２】本発明の半導体製造装置において、汚染防
止膜が基板保持具における反応容器内に露出する部分に
も形成されていることが好ましい。
止膜が基板保持具における反応容器内に露出する部分に
も形成されていることが好ましい。
【００１３】本発明の半導体製造装置において、汚染防
止膜がIII-Ｖ族化合物半導体よりなることが好ましい。
このようにすると、汚染防止膜と基板上に成長する半導
体との密着性が良好となるため、基板上へのフレークの
飛来を防止できる。
止膜がIII-Ｖ族化合物半導体よりなることが好ましい。
このようにすると、汚染防止膜と基板上に成長する半導
体との密着性が良好となるため、基板上へのフレークの
飛来を防止できる。
【００１４】この場合に、汚染防止膜が、反応容器の内
面及び基板保持具における原料ガスが接し且つ表面温度
が約３００℃以上となる部分に形成されていることが好
ましい。
面及び基板保持具における原料ガスが接し且つ表面温度
が約３００℃以上となる部分に形成されていることが好
ましい。
【００１５】また、この場合に、汚染防止膜がアルミニ
ウムを含むことが好ましい。このようにすると、例え
ば、III 族窒化物半導体にアルミニウムを含むと、該半
導体の蒸発温度が高くなるため、汚染防止膜の密着強度
がさらに向上する。
ウムを含むことが好ましい。このようにすると、例え
ば、III 族窒化物半導体にアルミニウムを含むと、該半
導体の蒸発温度が高くなるため、汚染防止膜の密着強度
がさらに向上する。
【００１６】この場合の汚染防止膜のアルミニウムの組
成が、基板上に成長する半導体のアルミニウムの組成よ
りも大きいことが好ましい。このようにすると、汚染防
止膜の蒸発温度が、基板上に成長させる半導体の蒸発温
度よりも高くなるため、半導体の成長時に消失すること
がない。
成が、基板上に成長する半導体のアルミニウムの組成よ
りも大きいことが好ましい。このようにすると、汚染防
止膜の蒸発温度が、基板上に成長させる半導体の蒸発温
度よりも高くなるため、半導体の成長時に消失すること
がない。
【００１７】この場合に、汚染防止膜が窒化アルミニウ
ムよりなることが好ましい。
ムよりなることが好ましい。
【００１８】本発明の半導体製造装置において、反応容
器が石英よりなることが好ましい。
器が石英よりなることが好ましい。
【００１９】本発明の半導体製造装置において、基板保
持具が黒鉛よりなり、汚染防止膜が基板保持具の表面に
形成された炭化ケイ素又は窒化ホウ素を含む下地膜を介
して形成されていることが好ましい。このようにする
と、基板保持具が黒鉛よりなる場合であっても、汚染防
止膜が炭化ケイ素又は窒化ホウ素を含む下地膜を介して
形成されているため、基板保持具に対する汚染防止膜の
密着性を向上できる。
持具が黒鉛よりなり、汚染防止膜が基板保持具の表面に
形成された炭化ケイ素又は窒化ホウ素を含む下地膜を介
して形成されていることが好ましい。このようにする
と、基板保持具が黒鉛よりなる場合であっても、汚染防
止膜が炭化ケイ素又は窒化ホウ素を含む下地膜を介して
形成されているため、基板保持具に対する汚染防止膜の
密着性を向上できる。
【００２０】本発明に係る第１の半導体の製造方法は、
内部に基板保持具を有する反応容器内に、基板を投入せ
ずにアルミニウム源及び窒素源を含む原料ガスを導入し
ながら加熱することにより、反応容器の内面及び基板保
持具の原料ガスが接する部分に、アルミニウムと窒素と
を含む汚染防止膜をあらかじめ形成する汚染防止膜準備
工程と、汚染防止膜が形成された基板保持具に基板を保
持した後、III 族源及びＶ族源を基板上に導入すること
により、基板上にIII-Ｖ族化合物半導体を成長させる半
導体成長工程と、III-Ｖ族化合物半導体が成長した基板
を反応容器から取り出した後、反応容器及び基板保持具
を、III-Ｖ族化合物半導体の分解温度以上で且つ汚染防
止膜の分解温度以下の温度で加熱することにより、反応
容器の内面及び基板保持具に付着した付着物を除去する
付着物除去工程とを備えている。
内部に基板保持具を有する反応容器内に、基板を投入せ
ずにアルミニウム源及び窒素源を含む原料ガスを導入し
ながら加熱することにより、反応容器の内面及び基板保
持具の原料ガスが接する部分に、アルミニウムと窒素と
を含む汚染防止膜をあらかじめ形成する汚染防止膜準備
工程と、汚染防止膜が形成された基板保持具に基板を保
持した後、III 族源及びＶ族源を基板上に導入すること
により、基板上にIII-Ｖ族化合物半導体を成長させる半
導体成長工程と、III-Ｖ族化合物半導体が成長した基板
を反応容器から取り出した後、反応容器及び基板保持具
を、III-Ｖ族化合物半導体の分解温度以上で且つ汚染防
止膜の分解温度以下の温度で加熱することにより、反応
容器の内面及び基板保持具に付着した付着物を除去する
付着物除去工程とを備えている。
【００２１】第１の半導体の製造方法によると、あらか
じめ反応容器内等に汚染防止膜を形成しておき、III-Ｖ
族化合物半導体が成長した基板を反応容器から取り出し
た後、反応容器及び基板保持具を、III-Ｖ族化合物半導
体の分解温度以上で且つ汚染防止膜の分解温度以下の温
度で加熱することにより、半導体成長工程において反応
容器の内面及び基板保持具に付着した付着物が除去され
るため、新たな基板を投入するごとに、該基板上に半導
体を安定して成長させることができる。
じめ反応容器内等に汚染防止膜を形成しておき、III-Ｖ
族化合物半導体が成長した基板を反応容器から取り出し
た後、反応容器及び基板保持具を、III-Ｖ族化合物半導
体の分解温度以上で且つ汚染防止膜の分解温度以下の温
度で加熱することにより、半導体成長工程において反応
容器の内面及び基板保持具に付着した付着物が除去され
るため、新たな基板を投入するごとに、該基板上に半導
体を安定して成長させることができる。
【００２２】第１の半導体の製造方法において、付着物
除去工程を還元性雰囲気で行なうことことが好ましい。
このようにすると、還元性雰囲気におけるIII-Ｖ族化合
物半導体、特に窒化物半導体の分解温度は不活性雰囲気
における分解温度よりも低いため、付着物除去工程をよ
り低温で行なえるようになる。
除去工程を還元性雰囲気で行なうことことが好ましい。
このようにすると、還元性雰囲気におけるIII-Ｖ族化合
物半導体、特に窒化物半導体の分解温度は不活性雰囲気
における分解温度よりも低いため、付着物除去工程をよ
り低温で行なえるようになる。
【００２３】この場合に、還元性雰囲気が水素ガスを含
むことが好ましい。このようにすると、水素ガスは高純
度に精製が可能であるため、付着物除去工程を半導体製
造装置内を汚染することなく行なえる。
むことが好ましい。このようにすると、水素ガスは高純
度に精製が可能であるため、付着物除去工程を半導体製
造装置内を汚染することなく行なえる。
【００２４】本発明に係る第２の半導体の製造方法は、
内部に基板保持具を有する反応容器内に、基板を投入せ
ずにアルミニウム源及び窒素源を含む原料ガスを導入し
ながら加熱することにより、反応容器の内面及び基板保
持具の原料ガスが接する部分に、アルミニウムと窒素と
を含む汚染防止膜をあらかじめ形成する汚染防止膜準備
工程と、汚染防止膜が形成された基板保持具に基板を保
持した後、基板の主面上に汚染防止膜とほぼ同等の組成
を有する下地半導体層を成長させる下地半導体層成長工
程と、III 族源及びＶ族源を下地半導体層上に導入する
ことにより、下地半導体層上にIII-Ｖ族化合物半導体を
成長させる半導体成長工程とを備えている。
内部に基板保持具を有する反応容器内に、基板を投入せ
ずにアルミニウム源及び窒素源を含む原料ガスを導入し
ながら加熱することにより、反応容器の内面及び基板保
持具の原料ガスが接する部分に、アルミニウムと窒素と
を含む汚染防止膜をあらかじめ形成する汚染防止膜準備
工程と、汚染防止膜が形成された基板保持具に基板を保
持した後、基板の主面上に汚染防止膜とほぼ同等の組成
を有する下地半導体層を成長させる下地半導体層成長工
程と、III 族源及びＶ族源を下地半導体層上に導入する
ことにより、下地半導体層上にIII-Ｖ族化合物半導体を
成長させる半導体成長工程とを備えている。
【００２５】第２の半導体の製造方法によると、あらか
じめ反応容器内等に汚染防止膜を形成しておき、基板の
主面上に汚染防止膜とほぼ同等の組成を有する下地半導
体層を成長させるため、汚染防止膜の表面は、新たな基
板を投入するごとに、既成の汚染防止膜と同一組成の反
応生成物によって覆われるので、汚染防止膜の寿命を著
しく向上させることができる。
じめ反応容器内等に汚染防止膜を形成しておき、基板の
主面上に汚染防止膜とほぼ同等の組成を有する下地半導
体層を成長させるため、汚染防止膜の表面は、新たな基
板を投入するごとに、既成の汚染防止膜と同一組成の反
応生成物によって覆われるので、汚染防止膜の寿命を著
しく向上させることができる。
【００２６】第２の半導体の製造方法は、III-Ｖ族化合
物半導体が成長した基板を反応容器から取り出した後、
反応容器及び基板保持具を、III-Ｖ族化合物半導体の分
解温度以上で且つ汚染防止膜の分解温度以下の温度で加
熱することにより、反応容器の内面及び基板保持具に付
着した付着物を除去する付着物除去工程をさらに備えて
いることをことが好ましい。このようにすると、半導体
成長工程において反応容器の内面及び基板保持具に付着
した付着物が除去されるため、新たな基板を投入するご
とに、該基板上に半導体を安定して成長させることがで
きる。
物半導体が成長した基板を反応容器から取り出した後、
反応容器及び基板保持具を、III-Ｖ族化合物半導体の分
解温度以上で且つ汚染防止膜の分解温度以下の温度で加
熱することにより、反応容器の内面及び基板保持具に付
着した付着物を除去する付着物除去工程をさらに備えて
いることをことが好ましい。このようにすると、半導体
成長工程において反応容器の内面及び基板保持具に付着
した付着物が除去されるため、新たな基板を投入するご
とに、該基板上に半導体を安定して成長させることがで
きる。
【００２７】この場合に、半導体成長工程が、III-Ｖ族
化合物半導体をアルミニウムの組成が汚染防止膜のアル
ミニウムの組成よりも小さくなるように成長させる工程
を含むことが好ましい。このようにすると、付着物除去
工程によって汚染防止膜よりもアルミニウムの組成が小
さい付着層が除去されるため、フレークの発生を確実に
防止できる。
化合物半導体をアルミニウムの組成が汚染防止膜のアル
ミニウムの組成よりも小さくなるように成長させる工程
を含むことが好ましい。このようにすると、付着物除去
工程によって汚染防止膜よりもアルミニウムの組成が小
さい付着層が除去されるため、フレークの発生を確実に
防止できる。
【００２８】この場合に、付着物除去工程を還元性雰囲
気で行なうことが好ましい。また、還元性雰囲気は水素
ガスを含むことが好ましい。
気で行なうことが好ましい。また、還元性雰囲気は水素
ガスを含むことが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導
体製造装置の断面構成を示している。図１に示すよう
に、ガスの導入側が先細となる筒状の石英よりなる反応
管１０は、導入側の開口部に着脱可能に設けられ該開口
部を気密に封止する第１の封止部材１１と、排気側の開
口部に着脱可能に設けられ該開口部を気密に封止する第
２の封止部材１２とを有している。第１の封止部材１１
には、原料ガス及び該原料ガスを搬送するキャリアガス
を反応管１０の内部に導入する導入管１３が設けられ、
第２の封止部材１２には、反応管１０の内部から不要な
ガスを排気する排気管１４が設けられている。
体製造装置の断面構成を示している。図１に示すよう
に、ガスの導入側が先細となる筒状の石英よりなる反応
管１０は、導入側の開口部に着脱可能に設けられ該開口
部を気密に封止する第１の封止部材１１と、排気側の開
口部に着脱可能に設けられ該開口部を気密に封止する第
２の封止部材１２とを有している。第１の封止部材１１
には、原料ガス及び該原料ガスを搬送するキャリアガス
を反応管１０の内部に導入する導入管１３が設けられ、
第２の封止部材１２には、反応管１０の内部から不要な
ガスを排気する排気管１４が設けられている。
【００３１】反応管１０の底面上には、該底面の開口部
を貫通してその底部を反応管１０から露出した基板保持
具としての黒鉛よりなるサセプタ１５が気密に填め込ま
れている。サセプタ１５の表面には、膜厚が約２００μ
ｍのＳｉＣよりなる下地膜１５ａが形成されている。な
お、サセプタ１５の下地膜であるＳｉＣは、例えば、サ
セプタ１５をシラン（ＳｉＨ4 ）ガスの雰囲気で加熱す
れば形成できる。
を貫通してその底部を反応管１０から露出した基板保持
具としての黒鉛よりなるサセプタ１５が気密に填め込ま
れている。サセプタ１５の表面には、膜厚が約２００μ
ｍのＳｉＣよりなる下地膜１５ａが形成されている。な
お、サセプタ１５の下地膜であるＳｉＣは、例えば、サ
セプタ１５をシラン（ＳｉＨ4 ）ガスの雰囲気で加熱す
れば形成できる。
【００３２】反応管１０の内面には、導入ガスの上流側
部分及びサセプタ１５の上方部分及び該サセプタ１５の
反応容器１０内に露出する部分に、膜厚が約５０μｍの
ＡｌＮよりなる汚染防止膜１７が形成されている。な
お、汚染防止膜１７の膜厚は、均一に成膜できる程度の
膜厚であれば良く、例えば５μｍ〜１００μｍ程度であ
れば良い。
部分及びサセプタ１５の上方部分及び該サセプタ１５の
反応容器１０内に露出する部分に、膜厚が約５０μｍの
ＡｌＮよりなる汚染防止膜１７が形成されている。な
お、汚染防止膜１７の膜厚は、均一に成膜できる程度の
膜厚であれば良く、例えば５μｍ〜１００μｍ程度であ
れば良い。
【００３３】サセプタ１５の下方には、サセプタ１５及
び該サセプタ１５に保持される基板２０を加熱するヒー
タ１８が設けられている。ヒータ１８の動作時には、反
応管１０も、ヒータ１８及びサセプタ１５の放射熱によ
って加熱される。
び該サセプタ１５に保持される基板２０を加熱するヒー
タ１８が設けられている。ヒータ１８の動作時には、反
応管１０も、ヒータ１８及びサセプタ１５の放射熱によ
って加熱される。
【００３４】以下、汚染防止膜１７の形成方法の一例を
説明する。
説明する。
【００３５】まず、半導体製造装置に汚染防止膜１７が
形成されていない反応管１０と下地膜１５ａが形成され
たサセプタ１５を設置する。このとき、サセプタ１５上
には基板２０を保持しない。続いて、水素ガスをキャリ
アガスし、反応管１０内にトリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡ）とアンモニア（ＮＨ3 ）とを導入しながら、サセ
プタ１５をヒータ１８により約１２００℃にまで加熱す
る。
形成されていない反応管１０と下地膜１５ａが形成され
たサセプタ１５を設置する。このとき、サセプタ１５上
には基板２０を保持しない。続いて、水素ガスをキャリ
アガスし、反応管１０内にトリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡ）とアンモニア（ＮＨ3 ）とを導入しながら、サセ
プタ１５をヒータ１８により約１２００℃にまで加熱す
る。
【００３６】このようにすると、サセプタ１５及び反応
管１０のうち、放射熱により表面が３００℃以上に加熱
される部分に、ＴＭＡとＮＨ3 とが反応して、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）よりなる汚染防止膜１７が形成され
る。
管１０のうち、放射熱により表面が３００℃以上に加熱
される部分に、ＴＭＡとＮＨ3 とが反応して、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）よりなる汚染防止膜１７が形成され
る。
【００３７】次に、汚染防止膜１７が所定の膜厚になっ
たところでＴＭＡ及びＮＨ3 の導入を停止すると共に、
加熱を停止する。
たところでＴＭＡ及びＮＨ3 の導入を停止すると共に、
加熱を停止する。
【００３８】このように、本実施形態によると、結晶製
造装置以外に、特別な成膜装置を用いることなく、半導
体製造装置を構成する反応管１０の内面及びサセプタ１
５上にＡｌＮを成膜することが可能となる。
造装置以外に、特別な成膜装置を用いることなく、半導
体製造装置を構成する反応管１０の内面及びサセプタ１
５上にＡｌＮを成膜することが可能となる。
【００３９】従って、反応管１０の内面及びサセプタ１
５上における温度が３００℃以上に加熱される部分に選
択的に汚染防止膜１７を設けることが可能となるため、
ＭＯＶＰＥ装置のような炉壁を冷却するいわゆるコール
ドウォール型の装置以外にも、ＨＶＰＥ装置のように炉
壁を冷却しないホットウォール型の装置にも適用が可能
となる。
５上における温度が３００℃以上に加熱される部分に選
択的に汚染防止膜１７を設けることが可能となるため、
ＭＯＶＰＥ装置のような炉壁を冷却するいわゆるコール
ドウォール型の装置以外にも、ＨＶＰＥ装置のように炉
壁を冷却しないホットウォール型の装置にも適用が可能
となる。
【００４０】また、汚染防止膜１７を形成する他の方法
として、スパッタ法を用いてもよいが、この場合にはス
パッタ装置が必要となる。
として、スパッタ法を用いてもよいが、この場合にはス
パッタ装置が必要となる。
【００４１】なお、汚染防止膜１７にＡｌＮを用いた
が、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、ｘ及びｙは、０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）で表わ
される汚染防止膜１７を形成する場合には、組成ｘ、ｙ
に応じて、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）を反応管１０に導入すればよい。但し、Ａｌを含ま
ない窒化物半導体は、ＳｉＣや石英との密着性が悪いた
め、ＳｉＣや石英の表面に窒化物半導体よりなる汚染防
止膜１７を形成する場合には、Ａｌを含むことが望まし
い。
が、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、ｘ及びｙは、０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）で表わ
される汚染防止膜１７を形成する場合には、組成ｘ、ｙ
に応じて、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）を反応管１０に導入すればよい。但し、Ａｌを含ま
ない窒化物半導体は、ＳｉＣや石英との密着性が悪いた
め、ＳｉＣや石英の表面に窒化物半導体よりなる汚染防
止膜１７を形成する場合には、Ａｌを含むことが望まし
い。
【００４２】また、黒鉛よりなるサセプタ１５の下地膜
１５ａにＳｉＣを用いたが、ＳｉＣとほぼ同等の膜厚を
持つ窒化ホウ素（ＢＮ）を用いてもよい。
１５ａにＳｉＣを用いたが、ＳｉＣとほぼ同等の膜厚を
持つ窒化ホウ素（ＢＮ）を用いてもよい。
【００４３】また、本実施形態においては、基板２０の
主面に対して平行な方向から原料ガスが導入される、い
わゆる横型の反応管１０を例に挙げたが、これに限ら
ず、基板２０の主面と垂直な方向から原料ガスが導入さ
れる縦型の反応容器でも同様の効果を得ることができ
る。
主面に対して平行な方向から原料ガスが導入される、い
わゆる横型の反応管１０を例に挙げたが、これに限ら
ず、基板２０の主面と垂直な方向から原料ガスが導入さ
れる縦型の反応容器でも同様の効果を得ることができ
る。
【００４４】また、サセプタ１５として、ＳｉＣを用い
た場合には、下地膜１５ａを設ける必要はなく、金属モ
リブデン（Ｍｏ）を用いた場合には、ＡｌＮよりなる汚
染防止膜１７の密着性が向上するような下地膜を設けれ
ば良い。
た場合には、下地膜１５ａを設ける必要はなく、金属モ
リブデン（Ｍｏ）を用いた場合には、ＡｌＮよりなる汚
染防止膜１７の密着性が向上するような下地膜を設けれ
ば良い。
【００４５】以下、本実施形態に係る汚染防止膜１７を
設けた半導体製造装置と、汚染防止膜１７を設けない半
導体製造装置とで、窒化ガリウム（ＧａＮ）よりなる半
導体を製造し、製造した各半導体の評価結果を示す。
設けた半導体製造装置と、汚染防止膜１７を設けない半
導体製造装置とで、窒化ガリウム（ＧａＮ）よりなる半
導体を製造し、製造した各半導体の評価結果を示す。
【００４６】基板２０には、径が約５．１ｃｍ（２イン
チ）で、主面の面方位が（０００１）面のサファイアを
用いた。成長方法は、キャリアガスに精製された水素
（Ｈ2）ガスを用い、III 族原料ガスに塩化水素（ＨＣ
ｌ）と金属Ｇａとを反応させて得られる塩化ガリウム
（ＧａＣｌ）を用い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ
3）を用いるＨＶＰＥ法とする。
チ）で、主面の面方位が（０００１）面のサファイアを
用いた。成長方法は、キャリアガスに精製された水素
（Ｈ2）ガスを用い、III 族原料ガスに塩化水素（ＨＣ
ｌ）と金属Ｇａとを反応させて得られる塩化ガリウム
（ＧａＣｌ）を用い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ
3）を用いるＨＶＰＥ法とする。
【００４７】まず、基板２０を反応管１０のサセプタ１
５上に保持した後、基板温度を比較的低温の約６００℃
とし、基板２０上に膜厚が約１μｍのＧａＮよりなるバ
ッファ層を成長させる、次に、基板温度を約１０００℃
にまで昇温した後、膜厚が約５０μｍのＧａＮよりなる
半導体層を成長させる。
５上に保持した後、基板温度を比較的低温の約６００℃
とし、基板２０上に膜厚が約１μｍのＧａＮよりなるバ
ッファ層を成長させる、次に、基板温度を約１０００℃
にまで昇温した後、膜厚が約５０μｍのＧａＮよりなる
半導体層を成長させる。
【００４８】本実施形態に係る半導体製造装置を用いて
成長した半導体層中のケイ素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）及び
炭素（Ｃ）の不純物濃度を、２次イオン質量分析（ＳＩ
ＭＳ）法により測定したところ、測定限界（１０13ｃｍ
-3）以下であった。
成長した半導体層中のケイ素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）及び
炭素（Ｃ）の不純物濃度を、２次イオン質量分析（ＳＩ
ＭＳ）法により測定したところ、測定限界（１０13ｃｍ
-3）以下であった。
【００４９】一方、汚染防止膜１７を有さない従来の半
導体製造装置を用いた場合のＳｉ、Ｏ及びＣの不純物濃
度は、それぞれ、１×１０16ｃｍ-3、２×１０16ｃ
ｍ-3、１×１０16ｃｍ-3であった。従来の半導体製造装
置を用いた場合のＧａＮ半導体層に含まれるＳｉ、Ｏ及
びＣは、石英やＳｉＣがアンモニア等と反応して基板２
０上に搬送され、半導体層中に導入されたものである。
導体製造装置を用いた場合のＳｉ、Ｏ及びＣの不純物濃
度は、それぞれ、１×１０16ｃｍ-3、２×１０16ｃ
ｍ-3、１×１０16ｃｍ-3であった。従来の半導体製造装
置を用いた場合のＧａＮ半導体層に含まれるＳｉ、Ｏ及
びＣは、石英やＳｉＣがアンモニア等と反応して基板２
０上に搬送され、半導体層中に導入されたものである。
【００５０】次に、基板２０上へのフレーク落下の比較
結果を示す。
結果を示す。
【００５１】上記の製造工程を１回分の成長工程とし
て、それぞれ４０回ずつの成長工程を繰り返し行なっ
た。但し、ここでは、バッファ層の膜厚を約５０ｎｍと
し、窒化物半導体層の膜厚を約５μｍとしている。
て、それぞれ４０回ずつの成長工程を繰り返し行なっ
た。但し、ここでは、バッファ層の膜厚を約５０ｎｍと
し、窒化物半導体層の膜厚を約５μｍとしている。
【００５２】図２は本実施形態に係る半導体製造装置と
従来の半導体製造装置とを用いてＧａＮ層を形成した場
合の成長回数とフレークの落下数との関係を示してい
る。図２に示すように、従来の半導体製造装置を用いた
場合は、成長回数が６回目でフレークの落下が発生して
いるのに対し、本実施形態に係る半導体製造装置を用い
た場合は、成長回数が２５回目でフレークの落下が発生
した。
従来の半導体製造装置とを用いてＧａＮ層を形成した場
合の成長回数とフレークの落下数との関係を示してい
る。図２に示すように、従来の半導体製造装置を用いた
場合は、成長回数が６回目でフレークの落下が発生して
いるのに対し、本実施形態に係る半導体製造装置を用い
た場合は、成長回数が２５回目でフレークの落下が発生
した。
【００５３】従来の半導体製造装置は、成長する窒化物
半導体と反応管１０を構成する石英やサセプタ１５の下
地膜１５ａを構成するＳｉＣとの密着性が悪いため、反
応管１０やサセプタ１５の上に堆積した窒化物半導体が
容易に剥離してフレークとなる。
半導体と反応管１０を構成する石英やサセプタ１５の下
地膜１５ａを構成するＳｉＣとの密着性が悪いため、反
応管１０やサセプタ１５の上に堆積した窒化物半導体が
容易に剥離してフレークとなる。
【００５４】一方、本実施形態に係る半導体製造装置
は、汚染防止膜１７と石英やＳｉＣとの密着性、及び汚
染防止膜１７と該汚染防止膜１７上に成長時に堆積する
窒化物半導体との密着性が良好であるため、フレークが
発生しにくい。しかしながら、汚染防止膜１７上に堆積
した窒化物半導体の厚さが成長回数を重ねるたびに増し
てくると、成長工程における加熱が繰り返されることに
より、汚染防止膜１７上に堆積した窒化物半導体に熱膨
張係数差によるクラックが生じて、フレークが基板２０
上に落下するようになる。
は、汚染防止膜１７と石英やＳｉＣとの密着性、及び汚
染防止膜１７と該汚染防止膜１７上に成長時に堆積する
窒化物半導体との密着性が良好であるため、フレークが
発生しにくい。しかしながら、汚染防止膜１７上に堆積
した窒化物半導体の厚さが成長回数を重ねるたびに増し
てくると、成長工程における加熱が繰り返されることに
より、汚染防止膜１７上に堆積した窒化物半導体に熱膨
張係数差によるクラックが生じて、フレークが基板２０
上に落下するようになる。
【００５５】フレークが発生すると、基板２０上のフレ
ークが落下した部分が半導体装置として形成されると動
作不良を起こすため、一般にはフレークが発生する前
に、反応管１０内を洗浄する等のメンテナンスを行なう
必要がある。
ークが落下した部分が半導体装置として形成されると動
作不良を起こすため、一般にはフレークが発生する前
に、反応管１０内を洗浄する等のメンテナンスを行なう
必要がある。
【００５６】このように、従来の半導体製造装置の場合
は成長回数が５回ごとにメンテナンスが必要であるのに
対し、本実施形態に係る半導体製造装置の場合は成長回
数が２５回ごとにメンテナンスを行なえば良い。すなわ
ち、本実施形態においては、メンテナンス周期が従来の
５倍となって、生産性が大きく向上する。従って、本実
施形態に係る半導体製造装置を用いると、メンテナンス
の回数を減らしながら、不純物の混入を高度に防止でき
るため、効率良く高純度の窒化物半導体結晶を得ること
ができる。これにより、例えば、ＧａＮよりなる高純度
の基板をも確実に製造できるようになる。
は成長回数が５回ごとにメンテナンスが必要であるのに
対し、本実施形態に係る半導体製造装置の場合は成長回
数が２５回ごとにメンテナンスを行なえば良い。すなわ
ち、本実施形態においては、メンテナンス周期が従来の
５倍となって、生産性が大きく向上する。従って、本実
施形態に係る半導体製造装置を用いると、メンテナンス
の回数を減らしながら、不純物の混入を高度に防止でき
るため、効率良く高純度の窒化物半導体結晶を得ること
ができる。これにより、例えば、ＧａＮよりなる高純度
の基板をも確実に製造できるようになる。
【００５７】なお、窒化物半導体に限らず、汚染防止膜
１７にＳｉを用いれば、Ｓｉよりなる高純度の半導体を
効率良く形成できる。
１７にＳｉを用いれば、Ｓｉよりなる高純度の半導体を
効率良く形成できる。
【００５８】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る半導体の製造方法について説明する。
実施形態に係る半導体の製造方法について説明する。
【００５９】基板２０には、径が約５．１ｃｍで、主面
の面方位が（０００１）面のサファイアを用いる。成長
方法はＭＯＶＰＥ法とし、キャリアガスに精製された水
素（Ｈ2 ）ガスを用い、III 族原料ガスにＴＭＧを用
い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ3 ）を用いる。
の面方位が（０００１）面のサファイアを用いる。成長
方法はＭＯＶＰＥ法とし、キャリアガスに精製された水
素（Ｈ2 ）ガスを用い、III 族原料ガスにＴＭＧを用
い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ3 ）を用いる。
【００６０】まず、基板２０を図１に示す反応管１０の
サセプタ１５上に載置した後、基板温度を比較的低温の
約６００℃とし、基板２０上に膜厚が約５０ｎｍのＧａ
Ｎよりなるバッファ層を成長させる、次に、基板温度を
約１０００℃にまで昇温した後、膜厚が約５μｍのＧａ
Ｎよりなる半導体層を成長させる。
サセプタ１５上に載置した後、基板温度を比較的低温の
約６００℃とし、基板２０上に膜厚が約５０ｎｍのＧａ
Ｎよりなるバッファ層を成長させる、次に、基板温度を
約１０００℃にまで昇温した後、膜厚が約５μｍのＧａ
Ｎよりなる半導体層を成長させる。
【００６１】次に、半導体層が成長した基板２０を反応
管１０から取り出した後、温度が約１２００℃の水素雰
囲気で約３０分間の加熱を行なうことにより、反応管１
０の内面及びサセプタ１５の表面に付着した反応生成物
を除去する。以上の工程を１回分の成長工程として、成
長回数とフレークの落下数とを調べた。
管１０から取り出した後、温度が約１２００℃の水素雰
囲気で約３０分間の加熱を行なうことにより、反応管１
０の内面及びサセプタ１５の表面に付着した反応生成物
を除去する。以上の工程を１回分の成長工程として、成
長回数とフレークの落下数とを調べた。
【００６２】図３は第２の実施形態に係る半導体製造装
置と従来の半導体製造装置とを用いてＧａＮ層を形成し
た場合の成長回数とフレークの落下数との関係を示して
いる。図３に示すように、本実施形態においては、水素
ガス雰囲気で反応管１０を加熱することにより、汚染防
止膜１７上に堆積したＧａＮ等の余分な反応生成物が分
解し昇華する。このため、基板２０上へのフレークの落
下はまったく観察されなかった。
置と従来の半導体製造装置とを用いてＧａＮ層を形成し
た場合の成長回数とフレークの落下数との関係を示して
いる。図３に示すように、本実施形態においては、水素
ガス雰囲気で反応管１０を加熱することにより、汚染防
止膜１７上に堆積したＧａＮ等の余分な反応生成物が分
解し昇華する。このため、基板２０上へのフレークの落
下はまったく観察されなかった。
【００６３】なお、本実施形態においては、付着物除去
工程において、温度が約１２００℃の水素雰囲気で加熱
処理を行なったが、雰囲気を水素に代えて他のガスとす
ると、ＧａＮの分解温度が変わるため、ＧａＮの分解温
度に応じて加熱温度を変える必要がある。
工程において、温度が約１２００℃の水素雰囲気で加熱
処理を行なったが、雰囲気を水素に代えて他のガスとす
ると、ＧａＮの分解温度が変わるため、ＧａＮの分解温
度に応じて加熱温度を変える必要がある。
【００６４】一般に、ＧａＮの分解温度は還元雰囲気で
は下がるため、より低い温度の加熱で部材上に堆積した
ＧａＮを除去できるので好ましい。さらには、本実施形
態のように水素ガスを用いると、水素ガスは高純度に精
製できるため、ガス中の不純物が極めて少なくなって好
ましい。
は下がるため、より低い温度の加熱で部材上に堆積した
ＧａＮを除去できるので好ましい。さらには、本実施形
態のように水素ガスを用いると、水素ガスは高純度に精
製できるため、ガス中の不純物が極めて少なくなって好
ましい。
【００６５】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係る半導体の製造方法について説明する。
実施形態に係る半導体の製造方法について説明する。
【００６６】基板２０には、径が約５．１ｃｍで、主面
の面方位が（０００１）面のサファイアを用いる。成長
方法はＭＯＶＰＥ法とし、キャリアガスに精製された水
素（Ｈ2 ）ガスを用い、III 族原料ガスにＴＭＧ、ＴＭ
Ａ及びＴＭＩを用い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ
3 ）を用いる。
の面方位が（０００１）面のサファイアを用いる。成長
方法はＭＯＶＰＥ法とし、キャリアガスに精製された水
素（Ｈ2 ）ガスを用い、III 族原料ガスにＴＭＧ、ＴＭ
Ａ及びＴＭＩを用い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ
3 ）を用いる。
【００６７】まず、基板２０を図１に示す反応管１０の
サセプタ１５上に保持した後、基板温度を比較的低温の
約６００℃とし、基板２０上に膜厚が約５０ｎｍのＧａ
Ｎよりなるバッファ層を成長させる、次に、基板温度を
約１０００℃にまで昇温した後、バッファ層上に、膜厚
が約３μｍのｎ型ＧａＮよりなる第１コンタクト層、膜
厚が約０．５μｍのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１
クラッド層、及び膜厚が約０．１μｍのｎ型ＧａＮより
なる第１光ガイド層を順次成長させる。ここでは、例え
ば、ｎ型ドーパントにＳｉを用いている。
サセプタ１５上に保持した後、基板温度を比較的低温の
約６００℃とし、基板２０上に膜厚が約５０ｎｍのＧａ
Ｎよりなるバッファ層を成長させる、次に、基板温度を
約１０００℃にまで昇温した後、バッファ層上に、膜厚
が約３μｍのｎ型ＧａＮよりなる第１コンタクト層、膜
厚が約０．５μｍのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１
クラッド層、及び膜厚が約０．１μｍのｎ型ＧａＮより
なる第１光ガイド層を順次成長させる。ここでは、例え
ば、ｎ型ドーパントにＳｉを用いている。
【００６８】次に、基板温度を約８００℃にまで降温
し、第１光ガイド層上に、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜
厚が約５ｎｍの障壁層とが積層されたＩｎＧａＮよりな
る量子井戸活性層を成長する。
し、第１光ガイド層上に、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜
厚が約５ｎｍの障壁層とが積層されたＩｎＧａＮよりな
る量子井戸活性層を成長する。
【００６９】次に、基板温度を再度１０００℃にまで昇
温し、量子井戸活性層上に、膜厚が約０．１μｍのｐ型
ＧａＮよりなる第２光ガイド層、膜厚が約０．５μｍの
ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第２クラッド層、及び膜
厚が約１μｍのｐ型ＧａＮよりなる第２コンタクト層を
順次成長して、窒化物半導体よりなるレーザ素子用の結
晶成長層を得る。ここでは、ｐ型ドーパントにマグネシ
ウム（Ｍｇ）を用いている。
温し、量子井戸活性層上に、膜厚が約０．１μｍのｐ型
ＧａＮよりなる第２光ガイド層、膜厚が約０．５μｍの
ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第２クラッド層、及び膜
厚が約１μｍのｐ型ＧａＮよりなる第２コンタクト層を
順次成長して、窒化物半導体よりなるレーザ素子用の結
晶成長層を得る。ここでは、ｐ型ドーパントにマグネシ
ウム（Ｍｇ）を用いている。
【００７０】次に、結晶成長層が成長した基板２０を反
応管１０から取り出した後、温度が約１２５０℃の水素
雰囲気で約３０分間の加熱を行なうことにより、反応管
１０の内面及びサセプタ１５の表面に付着した反応生成
物を除去する。以上の工程を１回分の成長工程として、
成長回数とフレークの落下数とを調べた。
応管１０から取り出した後、温度が約１２５０℃の水素
雰囲気で約３０分間の加熱を行なうことにより、反応管
１０の内面及びサセプタ１５の表面に付着した反応生成
物を除去する。以上の工程を１回分の成長工程として、
成長回数とフレークの落下数とを調べた。
【００７１】本実施形態においても、第２の実施形態と
同様に、水素雰囲気で加熱する付着物除去工程を行なう
ため、汚染防止膜１７上に堆積したＡｌＧａＮ等の窒化
物半導体は分解して昇華する。このため、成長回数を重
ねても基板２０上へのフレークの落下はまったく生じな
い。
同様に、水素雰囲気で加熱する付着物除去工程を行なう
ため、汚染防止膜１７上に堆積したＡｌＧａＮ等の窒化
物半導体は分解して昇華する。このため、成長回数を重
ねても基板２０上へのフレークの落下はまったく生じな
い。
【００７２】本実施形態においては、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなる第１クラッド層及び第２クラッド層の分解温度
がもっとも高く、約１２００℃であるため、付着物除去
工程における加熱温度はそれよりも高い１２５０℃とし
ている。なお、汚染防止膜１７の分解温度が、結晶成長
層に含まれる窒化物半導体の分解温度よりも低い場合
は、汚染防止膜１７の分解温度に達する前に加熱を停止
する必要がある。
よりなる第１クラッド層及び第２クラッド層の分解温度
がもっとも高く、約１２００℃であるため、付着物除去
工程における加熱温度はそれよりも高い１２５０℃とし
ている。なお、汚染防止膜１７の分解温度が、結晶成長
層に含まれる窒化物半導体の分解温度よりも低い場合
は、汚染防止膜１７の分解温度に達する前に加熱を停止
する必要がある。
【００７３】そのため、汚染防止膜１７は、付着物除去
工程の加熱処理によって分解されないように、結晶成長
層に含まれる窒化物半導体の分解温度より高い材料を選
ぶことが好ましい。例えば、窒化物半導体は、Ａｌの組
成を大きくすることによって分解温度が高くなるため、
本実施形態においては汚染防止膜１７のＡｌの組成を
０．２よりも大きくすることが好ましい。
工程の加熱処理によって分解されないように、結晶成長
層に含まれる窒化物半導体の分解温度より高い材料を選
ぶことが好ましい。例えば、窒化物半導体は、Ａｌの組
成を大きくすることによって分解温度が高くなるため、
本実施形態においては汚染防止膜１７のＡｌの組成を
０．２よりも大きくすることが好ましい。
【００７４】より好ましくは、汚染防止膜１７として、
第１の実施形態のようにＡｌＮを用いれば、全組成範囲
の窒化物半導体製造装置の汚染防止膜として使用でき
る。
第１の実施形態のようにＡｌＮを用いれば、全組成範囲
の窒化物半導体製造装置の汚染防止膜として使用でき
る。
【００７５】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態に係る半導体の製造方法について図面を参照し
ながら説明する。
実施形態に係る半導体の製造方法について図面を参照し
ながら説明する。
【００７６】第４の実施形態に係る半導体の製造方法
は、基板上の下地半導体層を汚染防止膜１７と同一の組
成とすることを特徴とする。
は、基板上の下地半導体層を汚染防止膜１７と同一の組
成とすることを特徴とする。
【００７７】基板２０には、径が約５．１ｃｍで、主面
の面方位が（０００１）面のサファイアを用いる。成長
方法はＭＯＶＰＥ法とし、キャリアガスに精製された水
素（Ｈ2 ）ガスを用い、III 族原料ガスにＴＭＧ、ＴＭ
Ａ及びＴＭＩを用い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ
3 ）を用いる。
の面方位が（０００１）面のサファイアを用いる。成長
方法はＭＯＶＰＥ法とし、キャリアガスに精製された水
素（Ｈ2 ）ガスを用い、III 族原料ガスにＴＭＧ、ＴＭ
Ａ及びＴＭＩを用い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ
3 ）を用いる。
【００７８】まず、図４の構成断面図に示すように、基
板２０を図１に示す反応管１０のサセプタ１５上に載置
した後、基板温度を比較的高温の約１２００℃とし、基
板２０上に膜厚が約５０ｎｍのＡｌＮよりなる下地半導
体層２１を成長させる。ここで、ＡｌＮはサファイアと
の密着性が良好なため、バッファ層を設けることなく、
このような高温でサファイア上に成長させることができ
る。
板２０を図１に示す反応管１０のサセプタ１５上に載置
した後、基板温度を比較的高温の約１２００℃とし、基
板２０上に膜厚が約５０ｎｍのＡｌＮよりなる下地半導
体層２１を成長させる。ここで、ＡｌＮはサファイアと
の密着性が良好なため、バッファ層を設けることなく、
このような高温でサファイア上に成長させることができ
る。
【００７９】次に、基板温度を約１０００℃にまで降温
した後、下地半導体層２１上に、膜厚が約３μｍのｎ型
ＧａＮよりなる第１コンタクト層２２、膜厚が約０．５
μｍのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１クラッド層２
３、及び膜厚が約０．１μｍのｎ型ＧａＮよりなる第１
光ガイド層２４を順次成長させる。
した後、下地半導体層２１上に、膜厚が約３μｍのｎ型
ＧａＮよりなる第１コンタクト層２２、膜厚が約０．５
μｍのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１クラッド層２
３、及び膜厚が約０．１μｍのｎ型ＧａＮよりなる第１
光ガイド層２４を順次成長させる。
【００８０】次に、基板温度を約８００℃にまで降温
し、第１光ガイド層２４上に、膜厚が約３ｎｍの井戸層
と膜厚が約５ｎｍの障壁層とが積層されたＩｎＧａＮよ
りなる量子井戸活性層２５を成長させる。
し、第１光ガイド層２４上に、膜厚が約３ｎｍの井戸層
と膜厚が約５ｎｍの障壁層とが積層されたＩｎＧａＮよ
りなる量子井戸活性層２５を成長させる。
【００８１】次に、基板温度を再度１０００℃にまで昇
温し、量子井戸活性層２５上に、膜厚が約０．１μｍの
ｐ型ＧａＮよりなる第２光ガイド層２６、膜厚が約０．
５μｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第２クラッド層
２７、及び膜厚が約１μｍのｐ型ＧａＮよりなる第２コ
ンタクト層２８を順次成長して、窒化物半導体よりなる
レーザ素子用の結晶成長層を得る。
温し、量子井戸活性層２５上に、膜厚が約０．１μｍの
ｐ型ＧａＮよりなる第２光ガイド層２６、膜厚が約０．
５μｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第２クラッド層
２７、及び膜厚が約１μｍのｐ型ＧａＮよりなる第２コ
ンタクト層２８を順次成長して、窒化物半導体よりなる
レーザ素子用の結晶成長層を得る。
【００８２】次に、結晶成長層が成長した基板２０を反
応管１０から取り出した後、温度が約１２５０℃の水素
雰囲気で約３０分間の加熱を行なうことにより、反応管
１０の内面及びサセプタ１５の表面に付着した反応生成
物を除去する。以上の工程を１回分の成長工程として、
成長回数とフレークの落下数とを調べた。
応管１０から取り出した後、温度が約１２５０℃の水素
雰囲気で約３０分間の加熱を行なうことにより、反応管
１０の内面及びサセプタ１５の表面に付着した反応生成
物を除去する。以上の工程を１回分の成長工程として、
成長回数とフレークの落下数とを調べた。
【００８３】本実施形態においても、第２及び第３の実
施形態と同様に、水素雰囲気で加熱する付着物除去工程
を行なうため、汚染防止膜１７上に堆積したＡｌＧａＮ
等の窒化物半導体は分解して昇華する。このため、成長
回数を重ねても基板２０上へのフレークの落下はまった
く生じない。
施形態と同様に、水素雰囲気で加熱する付着物除去工程
を行なうため、汚染防止膜１７上に堆積したＡｌＧａＮ
等の窒化物半導体は分解して昇華する。このため、成長
回数を重ねても基板２０上へのフレークの落下はまった
く生じない。
【００８４】図４は本発明の第３の実施形態及び第４の
実施形態に係る半導体の製造方法において、成長回数と
レーザ素子の閾値電流との変化の推移を表わしている。
曲線３に示す第３の実施形態に係るレーザ素子において
は、成長回数が５０回目程度から徐々に閾値電流が増大
している。一方、曲線４に示す第４の実施形態に係るレ
ーザ素子においては、閾値電流の増大は見られない。
実施形態に係る半導体の製造方法において、成長回数と
レーザ素子の閾値電流との変化の推移を表わしている。
曲線３に示す第３の実施形態に係るレーザ素子において
は、成長回数が５０回目程度から徐々に閾値電流が増大
している。一方、曲線４に示す第４の実施形態に係るレ
ーザ素子においては、閾値電流の増大は見られない。
【００８５】ここで、第３の実施形態において、レーザ
素子の閾値電流が増大する原因を調べると、ＳｉやＯ等
の不純物が量子井戸活性層中に導入されていることが分
かった。これらの不純物は、成長工程と水素雰囲気にお
ける付着物除去工程とを繰り返すうちに、汚染防止膜１
７が熱履歴を受けて劣化し、該汚染防止膜１７に微小な
ピンホールやクラックが生じ、その結果、反応管１０や
サセプタ１５の構成元素が結晶成長層に混入すると考え
られる。従って、第３の実施形態の場合は、レーザ素子
の閾値電流の増大を防ぐため、汚染防止膜１７を定期的
に成膜し直すというメンテナンスが必要となる。
素子の閾値電流が増大する原因を調べると、ＳｉやＯ等
の不純物が量子井戸活性層中に導入されていることが分
かった。これらの不純物は、成長工程と水素雰囲気にお
ける付着物除去工程とを繰り返すうちに、汚染防止膜１
７が熱履歴を受けて劣化し、該汚染防止膜１７に微小な
ピンホールやクラックが生じ、その結果、反応管１０や
サセプタ１５の構成元素が結晶成長層に混入すると考え
られる。従って、第３の実施形態の場合は、レーザ素子
の閾値電流の増大を防ぐため、汚染防止膜１７を定期的
に成膜し直すというメンテナンスが必要となる。
【００８６】一方、第４の実施形態においては、基板２
０の主面に汚染防止膜１７と同一組成のＡｌＮよりなる
下地半導体層２１を形成しているため、成長工程ごとに
ＡｌＮがサセプタ１５上や石英管１０の内面上にも堆積
される。これにより、ＡｌＮよりなる汚染防止膜１７の
表面は成長工程を繰り返すたびに更新されるため、汚染
防止膜１７にピンホールやクラックが発生することを防
止できるので、半導体製造装置のメンテナンス周期を大
幅に延ばすことができる。
０の主面に汚染防止膜１７と同一組成のＡｌＮよりなる
下地半導体層２１を形成しているため、成長工程ごとに
ＡｌＮがサセプタ１５上や石英管１０の内面上にも堆積
される。これにより、ＡｌＮよりなる汚染防止膜１７の
表面は成長工程を繰り返すたびに更新されるため、汚染
防止膜１７にピンホールやクラックが発生することを防
止できるので、半導体製造装置のメンテナンス周期を大
幅に延ばすことができる。
【００８７】なお、図示はしていないが、第３及び第４
の実施形態に係るレーザ素子は、第１コンタクト層２２
を露出させた露出面にｎ側電極を形成し、第２コンタク
ト層２８上にｐ側電極を形成することはいうまでもな
い。
の実施形態に係るレーザ素子は、第１コンタクト層２２
を露出させた露出面にｎ側電極を形成し、第２コンタク
ト層２８上にｐ側電極を形成することはいうまでもな
い。
【００８８】
【発明の効果】本発明の半導体製造装置によると、反応
容器の内面における原料ガスの上流側部分又は基板保持
具の上方部分に、基板上に成長する半導体に含まれる元
素を含む半導体よりなる汚染防止膜を備えているため、
基板上に成長する半導体中に、該半導体を構成する元素
以外の他の元素を含む汚染物質が混入することがなくな
るので、基板上に成長した半導体を用いた半導体装置の
動作特性の劣化を防止できる。
容器の内面における原料ガスの上流側部分又は基板保持
具の上方部分に、基板上に成長する半導体に含まれる元
素を含む半導体よりなる汚染防止膜を備えているため、
基板上に成長する半導体中に、該半導体を構成する元素
以外の他の元素を含む汚染物質が混入することがなくな
るので、基板上に成長した半導体を用いた半導体装置の
動作特性の劣化を防止できる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置
を示す断面構成図である。
を示す断面構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置
と従来の半導体製造装置との成長回数とフレーク落下と
の関係を示すグラフである。
と従来の半導体製造装置との成長回数とフレーク落下と
の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造方
法と従来の半導体の製造方法との成長回数とフレーク落
下との関係を示すグラフである。
法と従来の半導体の製造方法との成長回数とフレーク落
下との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る半導体の製造方
法により得られたレーザ素子を示す断面構成図である。
法により得られたレーザ素子を示す断面構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態及び第４の実施形態に
係る半導体の製造方法を用いて得られたレーザ素子の閾
値電流の成長回数による変化を示すグラフである。
係る半導体の製造方法を用いて得られたレーザ素子の閾
値電流の成長回数による変化を示すグラフである。
１０ 反応管（反応容器） １１ 第１の封止部材 １２ 第２の封止部材 １３ 導入管 １４ 排気管 １５ サセプタ（基板保持具） １５ａ 下地膜 １７ 汚染防止膜 １８ ヒータ ２０ 基板 ２１ 下地半導体層 ２２ 第１コンタクト層 ２３ 第１クラッド層 ２４ 第１光ガイド層 ２５ 量子井戸活性層 ２６ 第２光ガイド層 ２７ 第２クラッド層 ２８ 第２コンタクト層
Claims (17)
- 【請求項１】 反応容器内の基板保持具上に保持された
基板の上に原料ガスを導入しながら半導体を成長させる
半導体製造装置であって、 前記反応容器の内面における前記原料ガスの上流側部分
又は前記基板保持具の上方部分に、前記基板上に成長す
る一の半導体に含まれる元素を含む他の半導体よりなる
汚染防止膜を備えていることを特徴とする半導体製造装
置。 - 【請求項２】 前記汚染防止膜は、前記基板保持具にお
ける前記反応容器内に露出する部分にも形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。 - 【請求項３】 前記汚染防止膜はIII-Ｖ族化合物半導体
よりなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導
体製造装置。 - 【請求項４】 前記汚染防止膜は、前記反応容器の内面
及び基板保持具における前記原料ガスが接し且つ表面温
度が約３００℃以上となる部分に形成されていることを
特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。 - 【請求項５】 前記汚染防止膜はアルミニウムを含むこ
とを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体製造装
置。 - 【請求項６】 前記汚染防止膜のアルミニウムの組成
は、前記基板上に成長する半導体のアルミニウムの組成
よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の半導体
製造装置。 - 【請求項７】 前記汚染防止膜は窒化アルミニウムより
なることを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装
置。 - 【請求項８】 前記反応容器は石英よりなることを特徴
とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体製造
装置。 - 【請求項９】 前記基板保持具は黒鉛よりなり、 前記汚染防止膜は、前記基板保持具の表面に形成された
炭化ケイ素又は窒化ホウ素を含む下地膜を介して形成さ
れていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項
に記載の半導体製造装置。 - 【請求項１０】 内部に基板保持具を有する反応容器内
に、基板を投入せずにアルミニウム源及び窒素源を含む
原料ガスを導入しながら加熱することにより、前記反応
容器の内面及び前記基板保持具の前記原料ガスが接する
部分に、アルミニウムと窒素とを含む汚染防止膜をあら
かじめ形成する汚染防止膜準備工程と、 前記汚染防止膜が形成された基板保持具に基板を保持し
た後、III 族源及びＶ族源を前記基板上に導入すること
により、前記基板上にIII-Ｖ族化合物半導体を成長させ
る半導体成長工程と、 前記III-Ｖ族化合物半導体が成長した基板を前記反応容
器から取り出した後、前記反応容器及び基板保持具を、
前記III-Ｖ族化合物半導体の分解温度以上で且つ前記汚
染防止膜の分解温度以下の温度で加熱することにより、
前記反応容器の内面及び前記基板保持具に付着した付着
物を除去する付着物除去工程とを備えていることを特徴
とする半導体の製造方法。 - 【請求項１１】 前記付着物除去工程は、還元性雰囲気
で行なうことを特徴とする請求項１０に記載の半導体の
製造方法。 - 【請求項１２】 前記還元性雰囲気は水素ガスを含むこ
とを特徴とする請求項１１に記載の半導体の製造方法。 - 【請求項１３】 内部に基板保持具を有する反応容器内
に、基板を投入せずにアルミニウム源及び窒素源を含む
原料ガスを導入しながら加熱することにより、前記反応
容器の内面及び前記基板保持具の前記原料ガスが接する
部分に、アルミニウムと窒素とを含む汚染防止膜をあら
かじめ形成する汚染防止膜準備工程と、 前記汚染防止膜が形成された基板保持具に基板を保持し
た後、前記基板の主面上に前記汚染防止膜とほぼ同等の
組成を有する下地半導体層を成長させる下地半導体層成
長工程と、 III 族源及びＶ族源を前記下地半導体層上に導入するこ
とにより、前記下地半導体層上にIII-Ｖ族化合物半導体
を成長させる半導体成長工程とを備えていることを特徴
とする半導体の製造方法。 - 【請求項１４】 前記III-Ｖ族化合物半導体が成長した
基板を前記反応容器から取り出した後、前記反応容器及
び基板保持具を、前記III-Ｖ族化合物半導体の分解温度
以上で且つ前記汚染防止膜の分解温度以下の温度で加熱
することにより、前記反応容器の内面及び前記基板保持
具に付着した付着物を除去する付着物除去工程をさらに
備えていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体
の製造方法。 - 【請求項１５】 前記半導体成長工程は、前記III-Ｖ族
化合物半導体をアルミニウムの組成が前記汚染防止膜の
アルミニウムの組成よりも小さくなるように成長させる
工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項１６】 前記付着物除去工程は、還元性雰囲気
で行なうことを特徴とする請求項１５に記載の半導体の
製造方法。 - 【請求項１７】 前記還元性雰囲気は水素ガスを含むこ
とを特徴とする請求項１６に記載の半導体の製造方法。
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