JP2002359198A - 化合物半導体の製造方法 - Google Patents

化合物半導体の製造方法

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JP2002359198A JP2001162639A JP2001162639A JP2002359198A JP 2002359198 A JP2002359198 A JP 2002359198A JP 2001162639 A JP2001162639 A JP 2001162639A JP 2001162639 A JP2001162639 A JP 2001162639A JP 2002359198 A JP2002359198 A JP 2002359198A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 GaN単結晶基板上に良好な窒化物系化合物
半導体層を形成することを目的とする。 【解決手段】 本発明による化合物半導体の製造方法
は、少なくとも水素ガスを含む第1ガス雰囲気下でGa
N単結晶基板2を加熱する第1加熱工程と、少なくとも
アンモニアを含む第2ガス雰囲気下でGaN単結晶基板
2を加熱する第2加熱工程と、GaN単結晶基板2上に
窒化物系化合物半導体層3を形成するエピタキシャル成
長工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体の製
造方法に関し、特に、GaN単結晶基板上に形成された
窒化物系化合物半導体層を有する化合物半導体の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、窒化物系化合物層を用いた発光ダ
イオードやレーザーダイオード等の発光デバイスが注目
を集めている。これら発光デバイスは、紫外光から青緑
色光の領域における短波長の光を出射可能であることか
ら、照明装置や表示装置として、また、次世代デジタル
ビデオディスク用光源として、実用化、量産化が期待さ
れている。このような発光デバイス用の基板としては、
窒化物系化合物半導体層(主に、GaN系化合物半導体
層)をエピタキシャル成長させる上で、これと格子定数
が一致するGaN単結晶基板を用いるのが本来好まし
い。
【0003】ところが、従来、GaN単結晶基板を製造
すること自体が困難であると考えられていた。このた
め、窒化物系化合物半導体層を形成するに際しては、G
aNに近い格子定数を有し、化学的にも安定なサファイ
ア基板を用いるのが一般的であった。サファイア基板上
にGaN層をエピタキシャル成長させる方法としては、
有機金属化学気相成長法(OMVPE)が広く知られて
いる。かかるOMVPE法では、まず、水素ガス雰囲気
下で、サファイア基板の温度を1050℃程度に保持
し、基板表面にクリーニングを施す。次に、450℃か
ら600℃程度の温度の下で、基板上にGaNまたはA
lNのバッファ層を成長させる。更に、1000℃以上
の高温下で、バッファ層の上にGaN層を成長させる。
【0004】しかしながら、上述したようにサファイア
基板を用いると、次のような問題が生じてしまう。すな
わち、サファイア基板とGaN系化合物半導体層とは、
互いに近い格子定数を有するものの、両者の格子定数は
一致していない。このため、サファイア基板とGaN層
の界面に格子不整合による転位等の多数の欠陥が導入さ
れてしまい、GaN系化合物半導体層の表面に多数の貫
通欠陥が表出する。このような欠陥は、レーザーダイオ
ードといった発光デバイスの特性や寿命を著しく劣化さ
せる要因となる。
【0005】一方、上述したような欠陥を低減させるた
めの方法として、例えば、酒井ら(応用物理 第68巻
第7号 774〜779頁)は、選択横方向成長法
(Selective Epitaxial Lateral Overgrowth; ELO)を
提案している。この方法では、まず、上述した手法によ
りサファイア基板上にGaN層を成長させる。そして、
GaN層上に、SiO2をマスク材料として、リソグラ
フィーによってストライプパターンを形成した後、HV
PE法によりGaNを選択横方向成長させる。かかる方
法によれば、従来比約2桁のオーダーで欠陥密度を低減
させることが可能となる。しかしながら、GaN系化合
物半導体層の表面には、依然として、10 7〜108 /cm
2程度の欠陥が表出してしまう。
【0006】このように、サファイア基板上に窒化物系
化合物半導体層を形成した場合、発光デバイスの特性を
十分に改善し、ロングライフ化を図ることは困難であっ
た。また、サファイア基板とGaN層とでは、熱膨張率
が大きく異なっているため、エピタキシャル成長後のサ
ファイア基板には、大きな反りが発生してしまう。更
に、サファイア基板は劈開性を有してはおらず、劈開面
によって反射面を形成するレーザーダイオードの製造に
は本来適していないともいえる。
【0007】このような状況のもと、本発明者らは、原
則に立ちかえり、GaN単結晶基板の量産化を図るべ
く、鋭意研究を進めた。そして、本発明者らは、実験、
解析を繰り返すことにより、窒化物系化合物半導体層の
形成に適したGaN単結晶基板を製造する方法を確立す
るに至った。本発明者らが、国際公開公報WO99/2
3693(特願2000−519462号)において提
案した方法は、次のようなものである。すなわち、第1
の方法では、まず、GaAs基板上にストライプ状また
は円形状の開口部をもったマスク層を形成し、その上に
GaN層をエピタキシャル成長させる。そして、エピタ
キシャル成長の完了後、GaAs基板を除去することに
よりGaN基板を得る。また、第2の方法では、また、
GaN基板上に更にGaN層を成長させてインゴットを
作製する。そして、得られたインゴットから複数のGa
N基板を切り出す。これらの新たな製法を採用すること
により、GaN単結晶基板の商業ベースでの量産化が可
能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】さて、GaN単結晶基
板上に窒化物系化合物半導体層を形成するに際しては、
作成したGaN単結晶基板の表面を平坦にしておく必要
がある。しかしながら、GaNは化学的に非常に安定な
ため、Si,GaAs等からなる他の半導体用基板に適
用されている化学的機械研磨法(CMP)を採用して
も、十分な平坦性をGaN単結晶基板の表面に付与する
ことは困難である。このため、GaN単結晶基板に対し
ては、研磨材を用いた機械的研磨が施される。
【0009】この場合、機械研磨を施した基板の表面粗
さは、典型的にはRa=1.0nm程度となり、基板表
面はエピタキシャル成長に適するほど平坦化されない。
このように表面粗さが改善されていない基板上にGaN
等をエピタキシャル成長させた場合、ランダムな核発生
と粒成長による3次元成長が起こり易くなり、エピタキ
シャル成長後に平坦な表面を得ることが困難となる。ま
た、このような成長モードでは、生成した成長核同士が
合体する際に、核間に存在する微少な結晶方位のずれに
起因する転位等の結晶欠陥が発生し易くなり、窒化物系
化合物半導体層の結晶性も劣化してしまう。
【0010】このような状況に鑑み、本発明は、GaN
単結晶基板上に良好な窒化物系化合物半導体層を形成可
能とする化合物半導体の製造方法の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
による化合物半導体の製造方法は、GaN単結晶基板上
に形成された窒化物系化合物半導体層を有する化合物半
導体の製造方法において、少なくとも水素ガスを含む第
1ガス雰囲気下でGaN単結晶基板を加熱する第1加熱
工程と、少なくともアンモニアを含む第2ガス雰囲気下
でGaN単結晶基板を加熱する第2加熱工程と、GaN
単結晶基板上に窒化物系化合物半導体層を形成するエピ
タキシャル成長工程とを含むものである。
【0012】本発明者らは、表面研磨ではGaN単結晶
基板の表面に十分な平坦性を付与することが困難である
ことを踏まえた上で、GaN単結晶基板上に良好な窒化
物系化合物半導体層を形成すべく、鋭意研究を進めた。
その結果、GaN単結晶基板上に窒化物系化合物半導体
層をエピタキシャル成長させる前に、GaN単結晶基板
に対して2段階の加熱処理を施すことにより、GaN単
結晶基板上に極めて良好な窒化物系化合物半導体層を形
成可能となることを見出した。
【0013】すなわち、第1加熱工程において、少なく
とも水素ガスを含む第1ガス雰囲気下でGaN単結晶基
板を加熱することにより、基板表面においてGaNが還
元されて分解し、N原子は、NHx(1≦x≦3)とな
って脱離する。ここで、GaN単結晶基板の表面がエッ
チングされる際、基板表面に吸着または結合している有
機分子や酸素等の分子も同時にエッチングされる。従っ
て、基板表面の汚染物質を大幅に低減させることが可能
となる。このようにして汚染物質を低減させておくこと
は、窒化物系化合物半導体層の結晶状態の改善に顕著な
効果を与える。
【0014】また、第1加熱工程を実施することによ
り、基板表面のN原子が脱離するので、GaN単結晶基
板の表面のストイキオメトリーは、Gaリッチの状態と
なる。この場合、過剰Ga原子は、表面エネルギを低下
させるようにマイグレーションし、表面の凹部に集ま
る。従って、第1加熱工程が施されたGaN単結晶基板
を、少なくともアンモニアが含まれている第2ガス雰囲
気下で加熱することにより(第2加熱工程)、表面の凹
部内のGa原子は、第2ガス中のアンモニア(窒素)に
よって窒化される。これにより、基板表面の凹部に再度
GaNが形成され、GaN単結晶基板の表面は良好に平
坦化されることになる。そして、これら第1加熱工程お
よび第2加熱工程を経て、良好に平坦化されたGaN単
結晶基板上に窒化物系化合物半導体層を形成することに
より、窒化物系化合物半導体層の結晶状態および表面モ
フォロジーを大幅に改善することが可能となる。
【0015】そして、窒化物系化合物半導体層の原材料
として、AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1,0≦y
≦1,0≦x+y≦1)を用いると好ましい。
【0016】また、第1加熱工程および第2加熱工程に
おける基板温度をそれぞれ800℃以上とすると好まし
い。
【0017】更に、第2加熱工程における基板温度を1
000℃以上とすると好ましい。
【0018】また、第1加熱工程と第2加熱工程とを、
それぞれ2回以上繰り返すと好ましい。
【0019】更に、第1ガスには、窒素ガスおよび希ガ
スのうちの少なくとも何れか1種を含ませると好まし
い。
【0020】また、第1ガス中の水素含有率を、10%
以上100%以下とすること好ましい。
【0021】更に、第2ガスには、水素ガスおよび窒素
ガスのうちの少なくとも何れか1種を含ませると好まし
い。
【0022】また、第1加熱工程における加熱時間を、
10秒以上10分以下とすると好ましい。
【0023】更に、第2加熱工程における加熱時間を、
1分以上とすると好ましい。
【0024】そして、エピタキシャル成長工程では、有
機金属化学気相成長法(OMVPE)、ハイドライド気
相成長法(HVPE)、有機金属塩化物気相成長法(M
OCVPE)及び、分子線エピタキシー法(MBE)の
うち、何れか一の手法により、窒化物系化合物半導体層
を形成するとよい。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による化
合物半導体の製造方法の好適な実施形態について詳細に
説明する。
【0026】図1は、本発明による化合物半導体の製造
方法によって製造した化合物半導体を示す断面図であ
る。同図に示す化合物半導体1は、GaN単結晶基板2
と、このGaN単結晶基板2上に形成された窒化物系化
合物半導体層3とを備える。化合物半導体1は、発光ダ
イオードやレーザーダイオード等の発光デバイスの製造
中間体となるものである。すなわち、この化合物半導体
1上に適当なpn接合、好ましくはダブルへテロ接合、
より好ましくは量子井戸構造を形成し、給電用の電極を
取り付ければ、所望の発光デバイスが完成する。
【0027】窒化物系化合物半導体層3の原材料として
は、GaN単結晶基板2上に直接ホモエピタキシャル成
長させることができるGaNが最も好ましい。もちろ
ん、これに限られるものではなく、窒化物系化合物半導
体層3の原材料として、 AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0
≦x+y≦1) で表される2、3ないしは4元系の化合物半導体から任
意のものを選択してもよい。
【0028】かかる化合物半導体1を製造するための本
発明による化合物半導体の製造方法は、(a)基板製造
工程、(b)第1加熱工程、(c)第2加熱工程、
(d)エピタキシャル成長工程に大別される。 (a)基板製造工程では、GaN単結晶基板2を製造す
る。製造されたGaN単結晶基板2は、表面研磨された
後、液体洗浄される。更に、基板に存在する加工変質層
は、所定の表面処理方法により除去される。 (b)第1加熱工程では、少なくとも水素ガスを含む第
1ガスG1の雰囲気下でGaN単結晶基板2を加熱す
る。この第1加熱工程における基板温度をT1とし、加
熱時間をP1とする。 (c)第2加熱工程では、少なくともアンモニアを含む
第2ガスG2の雰囲気下でGaN単結晶基板を加熱す
る。この第2加熱工程における基板温度をT2とし、加
熱時間をP2とする。 (d)エピタキシャル成長工程では、第1加熱工程およ
び第2加熱工程を施したGaN単結晶基板2の表面に、
加熱状態の下、窒化物系化合物半導体層3の原材料ガス
G3を供給し、GaN単結晶基板2上に窒化物系化合物
半導体層3をエピタキシャル成長させる。このエピタキ
シャル成長工程における基板温度をT3とする。 以下、上記(a)〜(d)の各工程について詳説する。
【0029】(a)基板製造工程 GaN単結晶基板2を製造するに際しては、本発明者ら
が国際公開公報WO99/23693(特願2000−
519462号)において提案した方法を採用すること
ができる。これらの各方法について簡単に説明する。第
1の方法では、まず、GaAs基板上にストライプ状ま
たは円形状の開口部をもったマスク層を形成する。そし
て、マスク層の上にGaN層を気相成長法等によりエピ
タキシャル成長させる。この際、マスク層の各開口部内
にGaN核が形成される。GaN核は、開口部からマス
ク層の非開口部(マスク部)に向かって自由にラテラル
成長する。このようにGaN核がラテラル成長する際、
GaN内の欠陥が広がることはない。従って、このよう
な方法によれば、エピタキシャル成長の完了後、GaA
s基板を除去すれば、結晶欠陥が大幅に低減されたGa
N単結晶基板2を得ることができる。
【0030】また、第2の方法では、まず、GaN単結
晶の表面を研磨して種結晶基板を作製する。次に、加熱
状態の下で、種結晶基板の表面に、GaおよびNを含む
原材料ガスを供給する。これにより、種結晶基板上にG
aN層がエピタキシャル成長し、インゴットが作製され
る。そして、得られたインゴットから複数のGaN基板
を切り出す。これら各方法によって製造されたGaN単
結晶基板2の表面には、研磨材を用いた機械研磨が施さ
れる。表面研磨が施されたGaN単結晶基板2は、純水
等を用いて液体洗浄される。液体洗浄に際しては、適当
な有機溶剤、酸、アルカリ溶液等を用いてもよい。な
お、機械研磨が施されたGaN単結晶基板2の表面に
は、研磨時のダメージによる加工変質層が表出するが、
これは、公知の適切な表面処理方法を適用することによ
り除去可能である。
【0031】(b)第1加熱工程 以下に説明する第1加熱工程、第2加熱工程、および、
エピタキシャル成長工程は、図2に例示する気相成長装
置10や、図3に例示する気相成長装置20等を用い
て、連続的に実施すると好ましい。
【0032】ここでは、まず、図2に示す気相成長装置
10について説明する。同図に示す気相成長装置10
は、横型OMVPE装置として構成されており、本体1
1と、本体11の上部に設けられ、横方向(略水平)に
延びる石英製のフローチャネル12とを有する。本体1
1の内部には、GaN単結晶基板2を載置するサセプタ
ー14が配されている。このサセプター14の下部に
は、ヒータ15が装着されている。これらサセプター1
4およびヒータ15は、図示しない駆動装置によって、
フローチャネル12の延在方向と直交する方向(鉛直方
向)に延びる軸周りに回転駆動される。また、フローチ
ャネル12の一端側には、本体11側に原材料ガス等を
導入するための導入ノズル16が設けられている。導入
ノズル16は、複数(3層)の流路16a,16b,1
6cを有する。導入ノズル16の各流路16a,16
b,16cから導入された流体は、サセプター14の上
方付近で混ざり合う。本体11内で反応したガスは排気
口17から外部に排出される。
【0033】一方、図3に示す気相成長装置20は、H
VPE装置として構成されており、チャンバ21を有す
る。チャンバ21の内部には、GaN単結晶基板2を載
置するための試料台22、および、Ga等の金属原材料
を加熱するためのボート23が配置されている。また、
チャンバ21の上部には、ガス導入ポート24,25が
設けられている。ガス導入ポート25は、ボート23の
ほぼ真上に配置されている。チャンバ21の内部で反応
したガスは排気口26から外部に排出される。そして、
チャンバ21の周囲には、試料台22上に載置されたG
aN単結晶基板2を加熱するためのヒータ27が配置さ
れている。
【0034】例えば、気相成長装置10を用いて第1加
熱工程を行なう場合は、まず、サセプター14上に、基
板製造工程で製造したGaN単結晶基板2を載置する。
そして、導入ノズル16から、少なくとも水素ガスを含
む第1ガスG1をフローチャネル12内に導入すると共
に、ヒータ15を作動させて基板温度T1を所定温度以
上に保つ。また、気相成長装置20を用いて第1加熱工
程を行なう場合は、まず、試料台22上に、基板製造工
程で製造したGaN単結晶基板2を載置する。そして、
ガス導入ポート24から、少なくとも水素ガスを含む第
1ガスG1をチャンバ21内に導入すると共に、ヒータ
27を作動させて基板温度T1を所定温度以上に保つ。
このようなGaN単結晶基板2の加熱は、所定時間P1
にわたって行なわれる。
【0035】この場合、第1加熱工程における基板温度
T1は、800℃以上であることが好ましい。つまり、
基板温度T1を800℃以上とし、水素ガスを含む第1
ガス雰囲気下でGaN単結晶基板2を加熱すれば、Ga
N単結晶基板2の表面においてGaNが還元されて分解
し、N原子は、NHx(1≦x≦3)となって脱離す
る。そして、GaN単結晶基板2の表面がエッチングさ
れる際に、GaN単結晶基板2の表面に吸着または結合
している有機分子や酸素といった分子も同時にエッチン
グされる。この結果、GaN単結晶基板2の表面に存在
する汚染物質を大幅に低減させることが可能となる。こ
のようにして汚染物質を低減させておくことは、窒化物
系化合物半導体層3の結晶状態の改善に顕著な効果を与
える。
【0036】また、第1加熱工程における加熱時間P1
は、10秒以上10分以下であることが好ましい。本
来、加熱時間P1は、GaN単結晶基板2の表面におけ
る汚染の度合いや、GaN分解の活性化エネルギ等によ
って調節されるべきであり、また、加熱時の基板温度T
1によっても変更されるべきである。しかしながら、加
熱時間P1を10秒以下とすると、表面吸着分子の脱離
や、GaNの分解が不十分となってしまう。この場合、
加熱処理後にGaN単結晶基板2上に成長させる窒化物
系化合物半導体層3の結晶状態の改善に十分な効果が認
められない。一方、加熱時間P1を10分以上とする
と、GaNの分解が進行し過ぎて、GaN単結晶基板2
の表面上に液体Gaが凝集したGaドロップレットが形
成されてしまう。この場合、窒化物系化合物半導体層3
の結晶状態を逆に劣化させてしまうおそれがある。これ
らを踏まえれば、加熱時間P1を10秒以上10分以下
とすることが好ましい。
【0037】更に、第1ガスG1としては、純水な水素
ガスを用いるとよい。また、水素と、窒素ガスやヘリウ
ム、アルゴン等の希ガスといった不活性ガスとの混合ガ
スを用いてもよい。第1ガスG1を水素と不活性ガスと
の混合ガスとする場合、第1ガスG1中の水素含有率は
10%以上100%未満であると好ましい。すなわち、
第1ガスG1中の水素以外の成分が、GaNの分解には
寄与しない不活性ガスであれば、GaNの分解速度は、
第1ガスG1中の水素ガスの含有率に比例する。従っ
て、GaNの分解速度を容易に制御することが可能とな
る。
【0038】さて、このような第1加熱工程を実施する
ことにより、GaN単結晶基板2の表面のN原子が脱離
するので、GaN単結晶基板の表面のストイキオメトリ
ーは、Gaリッチの状態となる。この結果、過剰Ga原
子は、表面エネルギを低下させるようにマイグレーショ
ンし、GaN単結晶基板2の表面の凹部に集まる。第1
加熱工程を行ない、GaN単結晶基板2の表面をこのよ
うな状態にしておいた上で、次の第2加熱工程を実施す
ることにより、GaN単結晶基板2上に成長させる窒化
物系化合物半導体層3の表面の平坦化を図ることが可能
となる。
【0039】(c)第2加熱工程 第1加熱工程の終了後、気相成長装置10を用いて第2
加熱工程を行なう場合は、導入ノズル16から、少なく
ともアンモニアを含む第2ガスG2をフローチャネル1
2内に導入すると共に、ヒータ15を作動させて基板温
度T2を所定温度以上に保つ。また、気相成長装置20
を用いる場合は、ガス導入ポート24から、少なくとも
アンモニアを含む第2ガスG2をチャンバ21内に導入
すると共に、ヒータ27を作動させて基板温度T2を所
定温度以上に保つ。このようなGaN単結晶基板2の加
熱は、所定時間P2にわたって行なわれる。
【0040】第2加熱工程において用いると好適な第2
ガスG2としては、(1)アンモニアガス(NH3)、
窒素ガス(N2)、及び、水素ガス(H2)の混合ガス、
(2)アンモニアガスおよび窒素ガスの混合ガス、
(3)アンモニアガスおよび水素ガスの混合ガスが挙げ
られる。これらの場合、窒素ガスおよび水素ガスはキャ
リアガスとなる。また、ヘリウム(He)やアルゴン
(Ar)などの不活性ガスをキャリアガスとして用いて
もよい。
【0041】ここで、本発明による化合物半導体の製造
方法では、第2加熱工程に先立って第1加熱工程が行な
われることから、GaN単結晶基板2の表面からは、上
述したように、水素を含む第1ガスG1によってエッチ
ングされて窒素が脱離している。従って、GaN単結晶
基板2の表面はGaリッチの組成となっており、過剰G
a原子はマイグレーションして、研磨傷等の基板表面の
凹部に集まっている。従って、このようなGaN単結晶
基板2を少なくともアンモニアが含まれている第2ガス
G2の雰囲気下で加熱すれば、表面の凹部内のGa原子
は、第2ガスG2中のアンモニア(窒素)によって窒化
される。
【0042】これにより、GaN単結晶基板2の表面の
凹部に再度GaNが形成され、GaN単結晶基板2の表
面は良好に平坦化されることになる。そして、これら第
1加熱工程および第2加熱工程を経て、良好に平坦化さ
れたGaN単結晶基板2上に窒化物系化合物半導体層3
を形成することにより、窒化物系化合物半導体層3の結
晶状態および表面モフォロジーを大幅に改善することが
可能となる。
【0043】この場合、第2加熱工程における基板温度
T2は、800℃以上であるとよく、1000℃以上で
あればより好ましい。基板温度T2をこのような範囲に
設定すれば、窒化物系化合物半導体層3の結晶状態を良
好にすることができる。つまり、第2加熱工程における
基板温度T2を800℃以上とすれば、GaN単結晶基
板2の表面における窒化反応を促進させることができ
る。そして、基板温度T2を更に1000℃以上とすれ
ば、窒化反応によって再形成されたGaN内に新たな欠
陥等が導入され難くすることが可能となり、GaN単結
晶基板2の表面の結晶状態を極めて良好に保つことがで
きる。
【0044】また、第2加熱工程における加熱時間P2
は、1分以上であることが好ましい。本来、加熱時間P
2は、第1加熱工程におけるGaNの分解の度合い、す
なわち、GaN単結晶基板2の表面におけるストイキオ
メトリーや、GaN生成の速度等によって調節されるべ
きであり、また、加熱時の基板温度T2によっても変更
されるべきである。しかしながら、加熱時間P2を1分
未満とすると、GaNの生成が不十分となってしまう。
この場合、第2加熱工程において十分にGaNの生成が
行なわれないと、加熱処理後、GaN単結晶基板2上に
成長させる窒化物系化合物半導体層3の結晶中に新たな
欠陥が導入される等、結晶状態の改善を十分に図ること
が困難となる。これらを踏まえれば、加熱時間P2を1
分以上とすることが好ましい。
【0045】更に、上述した第1加熱工程と第2加熱工
程とを、それぞれ2回以上繰り返すと好ましい。このよ
うな手法を採用した場合、GaN単結晶基板2の表面に
おいて、還元性エッチングと、再窒化反応とが繰り返し
行なわれることになる。これにより、表面平坦性の改善
効果が増幅されると共に、結晶状態および表面モフォロ
ジーについてもより良好な結果を得ることができる。
【0046】なお、第1加熱工程と第2加熱工程とを2
回以上繰り返す場合には、最初にGaN単結晶基板2を
昇温させる時、および、各工程間の温度を変更する時
に、GaN単結晶基板2にアンモニアを含む混合ガスを
供給するとよい。これは、アンモニアを含む混合ガス雰
囲気下では、基板表面におけるGaNの分解が還元反応
によって抑制されるからである。これにより、不必要に
表面のモフォロジーを悪化させてしまうことを防止する
ことができる。
【0047】(d)エピタキシャル成長工程 このエピタキシャル成長工程は、上述した第1加熱工程
と第2加熱工程とを行なった後、更に連続的に行なうこ
とが好ましい。図2に示す気相成長装置10を用いたO
MVPE法により、GaN単結晶基板2上にGaNから
なる窒化物系化合物半導体層3を形成する場合、原材料
ガスG3としては、TMG(トリメチルガリウム)およ
びアンモニアガスを用いる。原材料ガスG3は、水素や
窒素といったキャリアガスとともに供給される。原料ガ
スを供給するに際しては、導入ノズル16の最上層の流
路16aに水素と窒素の混合ガス(H2+N2)を、中央
層の流路16bにTMGおよびキャリアガスを、最下層
の流路16cにアンモニアおよびキャリアガスを導入す
るのが一般的である。もちろん、これに限られるもので
はなく、最上層の流路16aに対する水素と窒素の混合
ガスの導入は、場合によって適宜省略可能である。かか
るOMVPE法では、GaNからなる窒化物系化合物半
導体層3を形成する場合、成長時の基板温度T3は、ヒ
ータ15によって1030℃程度に保持される。
【0048】図3に示す気相成長装置20を用いたHV
PE法により、GaN単結晶基板2上にGaNからなる
窒化物系化合物半導体層3を形成する場合、図3におい
て二点鎖線にて示すように金属Gaをボート23内に収
容する。そして、ボート23内で金属Gaを加熱すると
共に、金属Gaに対して、ガス導入ポート25から塩化
水素ガス(HCl)をキャリアガス(H2)と共に供給
する。また、チャンバ21内に、ガス導入ポート24か
ら、アンモニア、水素、及び、窒素の混合ガスを導入す
る。これにより、試料台22上のGaN単結晶基板2の
表面には、Gaと塩化水素とが反応して生成される塩化
ガリウムと、アンモニアとが原材料ガスG3としてキャ
リアガス(水素、窒素)と共に供給される。そして、G
aN単結晶基板2上で原材料ガスG3が反応することに
より、GaN単結晶基板2上にGaNからなる窒化物系
化合物半導体層3が形成される。かかるHVPE法で
は、成長時の基板温度T3は、ヒータ27によって10
00℃程度に保持される。
【0049】なお、GaN等からなる窒化物系化合物半
導体層3を形成可能な他の方法としては、有機金属塩化
物気相成長法(MOCVPE)や、分子線エピタキシー
法(MBE)が挙げられる。これらの方法を採用する場
合も、所定の原材料をGaN単結晶基板2の表面に供給
することにより、窒化物系化合物半導体層3を成長させ
る。
【0050】また、上述した第1加熱工程、第2加熱工
程、及び、エピタキシャル成長工程を連続的に行なう場
合には、次のような処理を行なうと好ましい。すなわ
ち、第1加熱工程では、基板温度を室温からT1まで上
昇させる間、GaN単結晶基板2の表面にアンモニアを
含む混合ガスを流し続けながら、温度T1にて水素を含
む第1ガスG1の雰囲気下で加熱処理を時間P1だけ行
う。そして、GaN単結晶基板2の表面に、再びアンモ
ニアを含む混合ガスを流しながら、基板温度をT2に変
更し、温度T2にてアンモニアを含む第2ガスG2の雰
囲気下で加熱処理を時間P2だけ行う。その後、更に基
板温度をT3に変更し、温度T3のもとでエピタキシャ
ル成長工程を行う。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による化合
物半導体の製造方法では、少なくとも水素ガスを含む第
1ガス雰囲気下でGaN単結晶基板を加熱すると共に、
少なくともアンモニアを含む第2ガス雰囲気下でGaN
単結晶基板を加熱した後、GaN単結晶基板上に窒化物
系化合物半導体層を形成するものである。このような方
法を採用することにより、GaN単結晶基板上に良好な
窒化物系化合物半導体層を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による化合物半導体の製造方法によって
製造した化合物半導体を示す断面図である。
【図2】本発明による化合物半導体の製造方法を実施す
る際に使用可能な気相成長装置を示す概略構成図であ
る。
【図3】本発明による化合物半導体の製造方法を実施す
る際に使用可能な気相成長装置を示す概略構成図であ
る。
【符号の説明】
1…化合物半導体、2…GaN単結晶基板、3…窒化物
系化合物半導体層、10…気相成長装置、11…本体、
12…フローチャネル、14…サセプター、15…ヒー
タ、16…導入ノズル、16a,16b,16c…流
路、17…排気口、20…気相成長装置、21…チャン
バ、22…試料台、23…ボート、24,25…ガス導
入ポート、26…排気口、27…ヒータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G077 AA03 BE11 DA05 DB05 DB08 ED06 EE01 EE02 TK04 TK10 5F041 AA40 CA40 CA65 CA66 CA73 CA77 5F045 AA04 AB14 AB18 AC08 AC12 AC13 AD14 AF04 DP04 DP05 DP28 DQ06 DQ08 EB15 EE14 EF02 EF08 HA06 HA22 5F073 CA02 CB02 DA05 DA06 DA16 DA35 EA29

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GaN単結晶基板上に形成された窒化物
    系化合物半導体層を有する化合物半導体の製造方法にお
    いて、 少なくとも水素ガスを含む第1ガス雰囲気下で前記Ga
    N単結晶基板を加熱する第1加熱工程と、 少なくともアンモニアを含む第2ガス雰囲気下で前記G
    aN単結晶基板を加熱する第2加熱工程と、 前記GaN単結晶基板上に前記窒化物系化合物半導体層
    を形成するエピタキシャル成長工程とを含む化合物半導
    体の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記窒化物系化合物半導体層の原材料と
    して、 AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0
    ≦x+y≦1) を用いることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導
    体の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1加熱工程および前記第2加熱工
    程における基板温度をそれぞれ800℃以上とすること
    を特徴とする請求項1又は2に記載の化合物半導体の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2加熱工程における基板温度を1
    000℃以上とすることを特徴とする請求項3に記載の
    化合物半導体の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1加熱工程と前記第2加熱工程と
    を、それぞれ2回以上繰り返すことを特徴とする請求項
    1〜4の何れかに記載の化合物半導体の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1ガスに、窒素ガスおよび希ガス
    のうちの少なくとも何れか1種を含ませることを特徴と
    する請求項1〜5の何れかに記載の化合物半導体の製造
    方法。
  7. 【請求項7】 前記第1ガス中の水素含有率を、10%
    以上100%以下とすることを特徴とする請求項1〜6
    の何れかに記載の化合物半導体の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記第2ガスに、水素ガスおよび窒素ガ
    スのうちの少なくとも何れか1種を含ませることを特徴
    とする請求項1〜7の何れかに記載の化合物半導体の製
    造方法。
  9. 【請求項9】 前記第1加熱工程における加熱時間を、
    10秒以上10分以下とすることを特徴とする請求項1
    〜8の何れかに記載の化合物半導体の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記第2加熱工程における加熱時間
    を、1分以上とすることを特徴とする請求項1〜9の何
    れかに記載の化合物半導体の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記エピタキシャル成長工程では、有
    機金属化学気相成長法(OMVPE)、ハイドライド気
    相成長法(HVPE)、有機金属塩化物気相成長法(M
    OCVPE)、及び、分子線エピタキシー法(MBE)
    のうち、何れか一の手法により、前記窒化物系化合物半
    導体層を形成することを特徴とする請求項1〜10の何
    れかに記載の化合物半導体の製造方法。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004079803A1 (ja) 2003-03-05 2004-09-16 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 窒化物系半導体装置およびその製造方法
JP2007123871A (ja) * 2005-10-25 2007-05-17 Samsung Corning Co Ltd 窒化ガリウム基板の製造方法
JP2007528587A (ja) * 2003-07-08 2007-10-11 ソウル ナショナル ユニバーシティー インダストリー ファウンデーション 窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる方法
JP2008252124A (ja) * 2008-06-27 2008-10-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体装置
JP2010027913A (ja) * 2008-07-22 2010-02-04 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子の製造方法及び発光素子
JP2010034314A (ja) * 2008-07-29 2010-02-12 Sumitomo Electric Ind Ltd マクロステップを有する基板生産物を作製する方法、エピタキシャルウエハを作製する方法、及び窒化物系半導体発光素子を作製する方法
WO2011007472A1 (ja) * 2009-07-14 2011-01-20 パナソニック株式会社 半導体装置の製造方法
US8147612B2 (en) 2006-04-28 2012-04-03 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for manufacturing gallium nitride crystal and gallium nitride wafer
JP2017085056A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 富士通株式会社 化合物半導体エピタキシャル基板及び化合物半導体装置
JP2019026526A (ja) * 2017-08-01 2019-02-21 株式会社サイオクス 半導体積層物の製造方法、窒化物半導体自立基板の製造方法、半導体積層物および半導体装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000101140A (ja) * 1998-09-22 2000-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法
JP2000252217A (ja) * 1999-03-01 2000-09-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 化合物半導体の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000101140A (ja) * 1998-09-22 2000-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法
JP2000252217A (ja) * 1999-03-01 2000-09-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 化合物半導体の製造方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004079803A1 (ja) 2003-03-05 2004-09-16 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 窒化物系半導体装置およびその製造方法
KR101036223B1 (ko) * 2003-03-05 2011-05-20 스미토모덴키고교가부시키가이샤 질화물계 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP2007528587A (ja) * 2003-07-08 2007-10-11 ソウル ナショナル ユニバーシティー インダストリー ファウンデーション 窒化物半導体エピタキシャル層を成長させる方法
JP2007123871A (ja) * 2005-10-25 2007-05-17 Samsung Corning Co Ltd 窒化ガリウム基板の製造方法
US8147612B2 (en) 2006-04-28 2012-04-03 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for manufacturing gallium nitride crystal and gallium nitride wafer
JP5218047B2 (ja) * 2006-04-28 2013-06-26 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム結晶を作製する方法および窒化ガリウムウエハ
JP2008252124A (ja) * 2008-06-27 2008-10-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体装置
JP2010027913A (ja) * 2008-07-22 2010-02-04 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子の製造方法及び発光素子
JP2010034314A (ja) * 2008-07-29 2010-02-12 Sumitomo Electric Ind Ltd マクロステップを有する基板生産物を作製する方法、エピタキシャルウエハを作製する方法、及び窒化物系半導体発光素子を作製する方法
WO2011007472A1 (ja) * 2009-07-14 2011-01-20 パナソニック株式会社 半導体装置の製造方法
JP2017085056A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 富士通株式会社 化合物半導体エピタキシャル基板及び化合物半導体装置
JP2019026526A (ja) * 2017-08-01 2019-02-21 株式会社サイオクス 半導体積層物の製造方法、窒化物半導体自立基板の製造方法、半導体積層物および半導体装置

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