JP2002367908A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ピットの低減されたIII族窒化物系化合物半導
体の製造方法。 【解決手段】今、何等かの小領域Ｓが原因となって、ピ
ットＰを有するIII族窒化物系化合物半導体層３１が形
成されているとする(a)。ここでエピタキシャル成長を
一時停止し、基板温度を一定温度の上昇させると、エピ
タキシャル成長したIII族窒化物系化合物半導体表面が
活性化し、いわゆるマストランスポートが生じる。エピ
タキシャル成長を阻害していた倒立六角錐の頂点（もっ
とも低い部分）Ｓ付近にIII族窒化物系化合物半導体が
移動するものとも考えられる(b)。横方向成長的にピッ
トの底部（倒立六角錐の頂点）Ｓを一旦III族窒化物系
化合物半導体が覆ってしまえば(c)、その後III族源、窒
素源の供給を再開してエピタキシャル成長を行えば、凹
部には急速にIII族窒化物系化合物半導体３２が形成さ
れ(d)、結局極めて平坦なｃ面が形成される。
体の製造方法。 【解決手段】今、何等かの小領域Ｓが原因となって、ピ
ットＰを有するIII族窒化物系化合物半導体層３１が形
成されているとする(a)。ここでエピタキシャル成長を
一時停止し、基板温度を一定温度の上昇させると、エピ
タキシャル成長したIII族窒化物系化合物半導体表面が
活性化し、いわゆるマストランスポートが生じる。エピ
タキシャル成長を阻害していた倒立六角錐の頂点（もっ
とも低い部分）Ｓ付近にIII族窒化物系化合物半導体が
移動するものとも考えられる(b)。横方向成長的にピッ
トの底部（倒立六角錐の頂点）Ｓを一旦III族窒化物系
化合物半導体が覆ってしまえば(c)、その後III族源、窒
素源の供給を再開してエピタキシャル成長を行えば、凹
部には急速にIII族窒化物系化合物半導体３２が形成さ
れ(d)、結局極めて平坦なｃ面が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はIII族窒化物系化合
物半導体の製造方法に関する。尚、III族窒化物系化合
物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような２元系、A
lxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN（いずれも0＜x＜1）
のような３元系、AlxGayIn1-x-yN（0＜x＜1,0＜y＜1, 0
＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式AlxGayIn1-x-yN
（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表されるものがあ
る。なお、本明細書においては、特に断らない限り、単
にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝導型を
ｐ型あるいはｎ型にするための不純物がドープされたII
I族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とする。
物半導体の製造方法に関する。尚、III族窒化物系化合
物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような２元系、A
lxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN（いずれも0＜x＜1）
のような３元系、AlxGayIn1-x-yN（0＜x＜1,0＜y＜1, 0
＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式AlxGayIn1-x-yN
（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表されるものがあ
る。なお、本明細書においては、特に断らない限り、単
にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝導型を
ｐ型あるいはｎ型にするための不純物がドープされたII
I族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とする。
【０００２】
【従来の技術】III族窒化物系化合物半導体は、例えば
発光素子とした場合、発光スペクトルが紫外から赤色の
広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオー
ド(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用さ
れている。また、そのバンドギャップが広いため、他の
半導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を
期待できることから、ＦＥＴ等トランジスタへの応用も
盛んに開発されている。また、ヒ素(As)を主成分として
いないことで、環境面からも様々な半導体素子一般への
開発が期待されている。このIII族窒化物系化合物半導
体では、サファイアを基板とし、その上に形成した素子
の他、炭化ケイ素(SiC)基板やシリコン(Si)基板を用い
るものがある。
発光素子とした場合、発光スペクトルが紫外から赤色の
広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオー
ド(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用さ
れている。また、そのバンドギャップが広いため、他の
半導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を
期待できることから、ＦＥＴ等トランジスタへの応用も
盛んに開発されている。また、ヒ素(As)を主成分として
いないことで、環境面からも様々な半導体素子一般への
開発が期待されている。このIII族窒化物系化合物半導
体では、サファイアを基板とし、その上に形成した素子
の他、炭化ケイ素(SiC)基板やシリコン(Si)基板を用い
るものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】III族窒化物系化合物
半導体を基板上にエピタキシャル成長させる際、基板が
完全に洗浄されていない場合や微細なきずを有する場
合、又は成長条件が最適でない場合など、バッファ層を
介しても基板の汚れやきずの上部には単結晶のIII族窒
化物系化合物半導体が形成されない場合がある。このよ
うな基板の汚れやきずが極めて小さい領域であっても、
単結晶のIII族窒化物系化合物半導体が形成されない領
域は、III族窒化物系化合物半導体を厚膜にエピタキシ
ャル成長させるほど広がっていく。これはピットと呼ば
れるもので、III族窒化物系化合物半導体においては、
一般的に側面を｛１−１０１｝面とする倒立六角錐状の
ものとして現れる。この側面は、III族窒化物系化合物
半導体の成長面がｃ面｛０００１｝面である場合、それ
らのなす角度が約６２度で、場合によってはIII族窒化
物系化合物半導体をエピタキシャル成長させた膜厚程度
の大きさのピットとなる場合も有り得る。
半導体を基板上にエピタキシャル成長させる際、基板が
完全に洗浄されていない場合や微細なきずを有する場
合、又は成長条件が最適でない場合など、バッファ層を
介しても基板の汚れやきずの上部には単結晶のIII族窒
化物系化合物半導体が形成されない場合がある。このよ
うな基板の汚れやきずが極めて小さい領域であっても、
単結晶のIII族窒化物系化合物半導体が形成されない領
域は、III族窒化物系化合物半導体を厚膜にエピタキシ
ャル成長させるほど広がっていく。これはピットと呼ば
れるもので、III族窒化物系化合物半導体においては、
一般的に側面を｛１−１０１｝面とする倒立六角錐状の
ものとして現れる。この側面は、III族窒化物系化合物
半導体の成長面がｃ面｛０００１｝面である場合、それ
らのなす角度が約６２度で、場合によってはIII族窒化
物系化合物半導体をエピタキシャル成長させた膜厚程度
の大きさのピットとなる場合も有り得る。
【０００４】また、III族窒化物系化合物半導体と格子
定数や熱膨張率の近い基板は安価に得られるものが無
い。そのためサファイア、シリコン、SiC、スピネル(Mg
Al2O4)などの異種基板を用いることが一般的である。し
かし、サファイア、シリコン、SiC、スピネル(MgAl2O4)
などの異種基板上にIII族窒化物系化合物半導体をエピ
タキシャル成長させると、極めて多量の貫通転位を有す
るIII族窒化物系化合物半導体が形成されてしまう。こ
の貫通転位も、上記ピット形成の始点となる場合があ
る。
定数や熱膨張率の近い基板は安価に得られるものが無
い。そのためサファイア、シリコン、SiC、スピネル(Mg
Al2O4)などの異種基板を用いることが一般的である。し
かし、サファイア、シリコン、SiC、スピネル(MgAl2O4)
などの異種基板上にIII族窒化物系化合物半導体をエピ
タキシャル成長させると、極めて多量の貫通転位を有す
るIII族窒化物系化合物半導体が形成されてしまう。こ
の貫通転位も、上記ピット形成の始点となる場合があ
る。
【０００５】この様子を図４に示す。図４は、基板１
に、バッファ層２を介してIII族窒化物系化合物半導体
層３を形成する様子を示している。基板１にＳで示した
小さい面積の領域が、汚れを有していたり、傷を有して
いたりしたとすると、図４に示すようにその部分をバッ
ファ層２が覆わない様な場合がある。このままIII族窒
化物系化合物半導体層３をエピタキシャル成長させたこ
とで、エピタキシャル成長面Ｃと、約６２度の角度を成
す｛１−１０１｝面Ｍ'を有するピットＰ1が形成されて
しまう。即ち、本来エピタキシャル成長面Ｃ上にどんど
んIII族窒化物系化合物半導体が積層されていくはず
が、下層にエピタキシャル成長面が無い部分については
エピタキシャル成長が無いか非常に遅いからである。ま
た、基板１との格子定数の差から、貫通転位Ｄ1、Ｄ2、
Ｄ3、Ｄ4が形成される。貫通転位Ｄ1のようにバッファ
層２の範囲で消滅するもの、貫通転位Ｄ2のようにIII族
窒化物系化合物半導体層３の成長中に消滅するもの、貫
通転位Ｄ3のようにIII族窒化物系化合物半導体層３の成
長中に消滅せず、成長面Ｃに追随して成長していくもの
の他、ある時点からピットＰ2を生成してしまう貫通転
位Ｄ4もある。
に、バッファ層２を介してIII族窒化物系化合物半導体
層３を形成する様子を示している。基板１にＳで示した
小さい面積の領域が、汚れを有していたり、傷を有して
いたりしたとすると、図４に示すようにその部分をバッ
ファ層２が覆わない様な場合がある。このままIII族窒
化物系化合物半導体層３をエピタキシャル成長させたこ
とで、エピタキシャル成長面Ｃと、約６２度の角度を成
す｛１−１０１｝面Ｍ'を有するピットＰ1が形成されて
しまう。即ち、本来エピタキシャル成長面Ｃ上にどんど
んIII族窒化物系化合物半導体が積層されていくはず
が、下層にエピタキシャル成長面が無い部分については
エピタキシャル成長が無いか非常に遅いからである。ま
た、基板１との格子定数の差から、貫通転位Ｄ1、Ｄ2、
Ｄ3、Ｄ4が形成される。貫通転位Ｄ1のようにバッファ
層２の範囲で消滅するもの、貫通転位Ｄ2のようにIII族
窒化物系化合物半導体層３の成長中に消滅するもの、貫
通転位Ｄ3のようにIII族窒化物系化合物半導体層３の成
長中に消滅せず、成長面Ｃに追随して成長していくもの
の他、ある時点からピットＰ2を生成してしまう貫通転
位Ｄ4もある。
【０００６】このように、一度ピットが形成されてしま
うと、通常のエピタキシャル成長中にはピットが消滅す
ることは無かった。また、ピットが形成されてしまう
と、その部分を含む領域に形成されるIII族窒化物系化
合物半導体素子は、その特性が著しく低下する。また、
III族窒化物系化合物半導体多層膜を形成してもIII族窒
化物系化合物半導体が平坦でない部分を有するので、素
子寿命も短いものとなる。また、設計通りの特性を有し
ない素子となってしまう。このように、従来はピットが
形成されてしまうと、その上層に形成されるIII族窒化
物系化合物半導体素子は不良品となり、歩留まりの悪化
をもたらしていた。
うと、通常のエピタキシャル成長中にはピットが消滅す
ることは無かった。また、ピットが形成されてしまう
と、その部分を含む領域に形成されるIII族窒化物系化
合物半導体素子は、その特性が著しく低下する。また、
III族窒化物系化合物半導体多層膜を形成してもIII族窒
化物系化合物半導体が平坦でない部分を有するので、素
子寿命も短いものとなる。また、設計通りの特性を有し
ない素子となってしまう。このように、従来はピットが
形成されてしまうと、その上層に形成されるIII族窒化
物系化合物半導体素子は不良品となり、歩留まりの悪化
をもたらしていた。
【０００７】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、ピットの低
減されたIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル
成長により得ることである。
れたものであり、その目的とするところは、ピットの低
減されたIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル
成長により得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め請求項１に記載の手段によれば、基板上に、エピタキ
シャル成長を用いたIII族窒化物系化合物半導体の製造
方法において、第１のIII族窒化物系化合物半導体をエ
ピタキシャル成長させる第１工程と、エピタキシャル原
料の供給を一時停止し、基板温度を一定温度上昇させて
保持する第２工程とを有し、第２工程においては、第１
工程で形成された第１のIII族窒化物系化合物半導体表
面のピットが埋められることを特徴とする。エピタキシ
ャル原料の供給を一時停止するとは、例えばIII族源
（複数ならば全て）と窒素源の少なくとも一方の供給を
留めることを言う。また、ピットを埋めるとは、ピット
が完全に埋められて平滑化することに限定されず、「ピ
ットが埋まる方向に」状態が変化する程度で良いものと
する。
め請求項１に記載の手段によれば、基板上に、エピタキ
シャル成長を用いたIII族窒化物系化合物半導体の製造
方法において、第１のIII族窒化物系化合物半導体をエ
ピタキシャル成長させる第１工程と、エピタキシャル原
料の供給を一時停止し、基板温度を一定温度上昇させて
保持する第２工程とを有し、第２工程においては、第１
工程で形成された第１のIII族窒化物系化合物半導体表
面のピットが埋められることを特徴とする。エピタキシ
ャル原料の供給を一時停止するとは、例えばIII族源
（複数ならば全て）と窒素源の少なくとも一方の供給を
留めることを言う。また、ピットを埋めるとは、ピット
が完全に埋められて平滑化することに限定されず、「ピ
ットが埋まる方向に」状態が変化する程度で良いものと
する。
【０００９】また、請求項２に記載の手段によれば、第
２工程における一定温度とは、５０℃以上２００℃以下
の範囲の上昇幅であることを特徴とする。
２工程における一定温度とは、５０℃以上２００℃以下
の範囲の上昇幅であることを特徴とする。
【００１０】また、請求項３に記載の手段によれば、第
２工程につづいて、第１工程において形成したものと同
じIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長さ
せる第３工程を有することを特徴とする。また、請求項
４に記載の手段によれば、第３工程の基板温度は、第２
工程で上昇させた後の温度を保持することを特徴とす
る。
２工程につづいて、第１工程において形成したものと同
じIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長さ
せる第３工程を有することを特徴とする。また、請求項
４に記載の手段によれば、第３工程の基板温度は、第２
工程で上昇させた後の温度を保持することを特徴とす
る。
【００１１】また、請求項５に記載の手段によれば、第
１工程における基板温度は７００℃以上１０５０℃以下
であり、第２工程における上昇後の基板温度は９００℃
以上１２５０℃以下であることを特徴とする。
１工程における基板温度は７００℃以上１０５０℃以下
であり、第２工程における上昇後の基板温度は９００℃
以上１２５０℃以下であることを特徴とする。
【００１２】また、請求項６に記載の手段によれば、第
３工程に続き、III族窒化物系化合物半導体をエッチン
グにより点状、ストライプ状又は格子状等の島状態に形
成したのち、島状態の段差の上段の上面及び側面を核と
して新たなIII族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向
エピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴と
する。新たなIII族窒化物系化合物半導体は第１、第３
工程において形成されたIII族窒化物系化合物半導体と
同じ組成でも良く、一部異なる組成でも良い。
３工程に続き、III族窒化物系化合物半導体をエッチン
グにより点状、ストライプ状又は格子状等の島状態に形
成したのち、島状態の段差の上段の上面及び側面を核と
して新たなIII族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向
エピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴と
する。新たなIII族窒化物系化合物半導体は第１、第３
工程において形成されたIII族窒化物系化合物半導体と
同じ組成でも良く、一部異なる組成でも良い。
【００１３】
【作用及び発明の効果】本発明の概要を図１を参照しな
がら説明する。今、何等かの小領域Ｓが原因となって、
ピットＰを有するIII族窒化物系化合物半導体層３１が
形成されているとする（図１の（ａ））。ここでエピタ
キシャル成長を一時停止し、基板温度を一定温度の上昇
させ、保持すると、エピタキシャル成長したIII族窒化
物系化合物半導体表面が活性化し、いわゆるマストラン
スポートが生じる。即ち、平坦なｃ面が形成されている
部分においては、若干の分解又は移動により表面が後退
する。一方、ピット形成部Ｐにおいては、｛１−１０
１｝面にIII族窒化物系化合物半導体が移動し、横方向
成長が生じるものと考えられる。また、エピタキシャル
成長を阻害していた倒立六角錐の頂点（もっとも低い部
分）付近にIII族窒化物系化合物半導体が移動するもの
とも考えられる（図１の（ｂ））。こうして、いわば横
方向成長的にピットの底部（倒立六角錐の頂点）Ｓを一
旦III族窒化物系化合物半導体が覆ってしまえば（図１
の（ｃ））、その後III族源、窒素源の供給を再開して
エピタキシャル成長を行うと、例え凹部が残っていて
も、その凹部には急速にIII族窒化物系化合物半導体３
２が形成され（図１の（ｄ））、結局極めて平坦なｃ面
が形成される（請求項１）。
がら説明する。今、何等かの小領域Ｓが原因となって、
ピットＰを有するIII族窒化物系化合物半導体層３１が
形成されているとする（図１の（ａ））。ここでエピタ
キシャル成長を一時停止し、基板温度を一定温度の上昇
させ、保持すると、エピタキシャル成長したIII族窒化
物系化合物半導体表面が活性化し、いわゆるマストラン
スポートが生じる。即ち、平坦なｃ面が形成されている
部分においては、若干の分解又は移動により表面が後退
する。一方、ピット形成部Ｐにおいては、｛１−１０
１｝面にIII族窒化物系化合物半導体が移動し、横方向
成長が生じるものと考えられる。また、エピタキシャル
成長を阻害していた倒立六角錐の頂点（もっとも低い部
分）付近にIII族窒化物系化合物半導体が移動するもの
とも考えられる（図１の（ｂ））。こうして、いわば横
方向成長的にピットの底部（倒立六角錐の頂点）Ｓを一
旦III族窒化物系化合物半導体が覆ってしまえば（図１
の（ｃ））、その後III族源、窒素源の供給を再開して
エピタキシャル成長を行うと、例え凹部が残っていて
も、その凹部には急速にIII族窒化物系化合物半導体３
２が形成され（図１の（ｄ））、結局極めて平坦なｃ面
が形成される（請求項１）。
【００１４】第１工程と第２工程との温度差は、５０℃
以上２００℃以下であることが望ましい。５０℃未満の
温度差ではマストランスポートの効果が得られない。一
方、、２００℃を越える温度差では、第１工程のIII族
窒化物系化合物半導体が単結晶成長し、且つ第２工程で
マストランスポートに寄与しない急速な分解を起こさな
いようにコントロールすることが実現困難である（請求
項２）。
以上２００℃以下であることが望ましい。５０℃未満の
温度差ではマストランスポートの効果が得られない。一
方、、２００℃を越える温度差では、第１工程のIII族
窒化物系化合物半導体が単結晶成長し、且つ第２工程で
マストランスポートに寄与しない急速な分解を起こさな
いようにコントロールすることが実現困難である（請求
項２）。
【００１５】マストランスポートのみによってピットを
完全に埋めてしまうことは困難が伴うので、第２工程に
つづいて、第１工程において形成したものと同じIII族
窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させること
が望ましい。これにより第１工程と第２工程、第３工程
により単一の組成のIII族窒化物系化合物半導体層を形
成することができる（請求項３）。第３工程の基板温度
は、第２工程で上昇させた後の温度を保持することがよ
り望ましい（請求項４）。
完全に埋めてしまうことは困難が伴うので、第２工程に
つづいて、第１工程において形成したものと同じIII族
窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させること
が望ましい。これにより第１工程と第２工程、第３工程
により単一の組成のIII族窒化物系化合物半導体層を形
成することができる（請求項３）。第３工程の基板温度
は、第２工程で上昇させた後の温度を保持することがよ
り望ましい（請求項４）。
【００１６】具体的な温度は、第１工程における基板温
度は７００℃以上１０５０℃以下とし、第２工程におけ
る上昇後の基板温度は９００℃以上１２５０℃以下とす
ることが望ましい。第１工程と第２工程のいずれにおい
ても単結晶成長が可能な範囲の温度であることが望まし
い（請求項５）。
度は７００℃以上１０５０℃以下とし、第２工程におけ
る上昇後の基板温度は９００℃以上１２５０℃以下とす
ることが望ましい。第１工程と第２工程のいずれにおい
ても単結晶成長が可能な範囲の温度であることが望まし
い（請求項５）。
【００１７】また、第３工程に続き、III族窒化物系化
合物半導体をエッチングにより点状、ストライプ状又は
格子状等の島状態に形成したのち、島状態の段差の上段
の上面及び側面を核として新たなIII族窒化物系化合物
半導体を縦及び横方向エピタキシャル成長させること
で、より欠陥の少ない部分を核とした横方向エピタキシ
ャル成長により、段差の埋められた部分は貫通転位の抑
制された領域とすることができる（請求項６）。
合物半導体をエッチングにより点状、ストライプ状又は
格子状等の島状態に形成したのち、島状態の段差の上段
の上面及び側面を核として新たなIII族窒化物系化合物
半導体を縦及び横方向エピタキシャル成長させること
で、より欠陥の少ない部分を核とした横方向エピタキシ
ャル成長により、段差の埋められた部分は貫通転位の抑
制された領域とすることができる（請求項６）。
【００１８】
【発明の実施の形態】上記の発明の実施の形態として
は、次の中からそれぞれ選択することができる。
は、次の中からそれぞれ選択することができる。
【００１９】基板上にIII族窒化物系化合物半導体を順
次積層を形成する場合は、基板としてはサファイア、シ
リコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、Li
GaO2、NdGaO3、ZnO、MgOその他の無機結晶基板、リン化
ガリウム又は砒化ガリウムのようなIII-V族化合物半導
体あるいは窒化ガリウム(GaN)その他のIII族窒化物系化
合物半導体等を用いることができる。
次積層を形成する場合は、基板としてはサファイア、シ
リコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、Li
GaO2、NdGaO3、ZnO、MgOその他の無機結晶基板、リン化
ガリウム又は砒化ガリウムのようなIII-V族化合物半導
体あるいは窒化ガリウム(GaN)その他のIII族窒化物系化
合物半導体等を用いることができる。
【００２０】III族窒化物系化合物半導体層を形成する
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）等を用いても良く、各層を各々異
なる成長方法で形成しても良い。
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）等を用いても良く、各層を各々異
なる成長方法で形成しても良い。
【００２１】III族窒化物系化合物半導体は、III族元素
の組成の一部又は全部を、ボロン(B)、タリウム(Tl)で
置き換えても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ
素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても
本発明を実質的に適用できる。また、これら元素を組成
に表示できない程度のドープをしたものでも良い。例え
ば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有しないIII族窒
化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN（0≦x≦1）に、ア
ルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原子半径の大きな
インジウム(In)、又は窒素(N)よりも原子半径の大きな
ヒ素(As)をドープすることで、窒素原子の抜けによる結
晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性を良くしても良
い。このようにして結晶性を良くすることで本願発明と
合わせて更に貫通転位を１００乃至１０００分の１程度
にまで下げることもできる。なお、発光素子として構成
する場合は、本来III族窒化物系化合物半導体の２元
系、若しくは３元系を用いることが望ましい。
の組成の一部又は全部を、ボロン(B)、タリウム(Tl)で
置き換えても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ
素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても
本発明を実質的に適用できる。また、これら元素を組成
に表示できない程度のドープをしたものでも良い。例え
ば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有しないIII族窒
化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN（0≦x≦1）に、ア
ルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原子半径の大きな
インジウム(In)、又は窒素(N)よりも原子半径の大きな
ヒ素(As)をドープすることで、窒素原子の抜けによる結
晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性を良くしても良
い。このようにして結晶性を良くすることで本願発明と
合わせて更に貫通転位を１００乃至１０００分の１程度
にまで下げることもできる。なお、発光素子として構成
する場合は、本来III族窒化物系化合物半導体の２元
系、若しくは３元系を用いることが望ましい。
【００２２】ｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープし
ても良い。
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープし
ても良い。
【００２３】本願と組み合わせていわゆる横方向エピタ
キシャル成長を行う構成としても良い。即ち、種々の横
方向エピタキシャル成長により貫通転位を減らす構成を
組み合わせても良い。横方向エピタキシャル成長として
は成長面が基板に垂直となるものが望ましいが、基板に
対して斜めのファセット面のまま成長するものでも良
い。この際、段差の底部に底面の無い、断面がＶ字状の
ものでも良い。
キシャル成長を行う構成としても良い。即ち、種々の横
方向エピタキシャル成長により貫通転位を減らす構成を
組み合わせても良い。横方向エピタキシャル成長として
は成長面が基板に垂直となるものが望ましいが、基板に
対して斜めのファセット面のまま成長するものでも良
い。この際、段差の底部に底面の無い、断面がＶ字状の
ものでも良い。
【００２４】即ち、図２（ａ）のような、基板１上にバ
ッファ層を介して形成されたピットの低減されたIII族
窒化物系化合物半導体層３００を図２（ｂ）のようにエ
ッチングして点状、ストライプ状又は格子状等の島状態
に形成する。III族窒化物系化合物半導体層３００は図
１（ｄ）のIII族窒化物系化合物半導体３１、３２を合
わせて示している。こうして、III族窒化物系化合物半
導体層３００の段差の上面及び側面を核として新たなII
I族窒化物系化合物半導体３３を縦及び横方向エピタキ
シャル成長させる（図２の（ｃ））ことで段差を埋める
と共に、段差の下段上方には貫通転位の抑制された領域
を形成することができる（図２の（ｄ））。
ッファ層を介して形成されたピットの低減されたIII族
窒化物系化合物半導体層３００を図２（ｂ）のようにエ
ッチングして点状、ストライプ状又は格子状等の島状態
に形成する。III族窒化物系化合物半導体層３００は図
１（ｄ）のIII族窒化物系化合物半導体３１、３２を合
わせて示している。こうして、III族窒化物系化合物半
導体層３００の段差の上面及び側面を核として新たなII
I族窒化物系化合物半導体３３を縦及び横方向エピタキ
シャル成長させる（図２の（ｃ））ことで段差を埋める
と共に、段差の下段上方には貫通転位の抑制された領域
を形成することができる（図２の（ｄ））。
【００２５】基板１上にバッファ層を介して形成された
ピットの低減されたIII族窒化物系化合物半導体層３０
０の、エッチングによる点状、ストライプ状又は格子状
等の島状態に形成する方法としては、図３の（ａ）のよ
うに基板１を露出するまで行う方法や、図３の（ｂ）の
ように段差の上段をマスク５で覆う方法、又は図３の
（ｃ）のように段差の上段及び下段をマスク５で覆う方
法、等でも良い。
ピットの低減されたIII族窒化物系化合物半導体層３０
０の、エッチングによる点状、ストライプ状又は格子状
等の島状態に形成する方法としては、図３の（ａ）のよ
うに基板１を露出するまで行う方法や、図３の（ｂ）の
ように段差の上段をマスク５で覆う方法、又は図３の
（ｃ）のように段差の上段及び下段をマスク５で覆う方
法、等でも良い。
【００２６】上記のピットの低減されたIII族窒化物系
化合物半導体を形成したウエハには、ＦＥＴ、発光素子
等の半導体素子を形成することができる。発光素子の場
合は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量子井戸構造
（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダブルヘテロ
構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或いはｐｎ接合
等により形成しても良い。
化合物半導体を形成したウエハには、ＦＥＴ、発光素子
等の半導体素子を形成することができる。発光素子の場
合は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量子井戸構造
（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダブルヘテロ
構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或いはｐｎ接合
等により形成しても良い。
【００２７】〔実施例〕有機洗浄及び熱処理により洗浄
したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１上に、
温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/mi
n、TMAを20μmol/minで約3分間供給してAlNのバッファ
層２を約20nmの厚さに形成した。次に、サファイア基板
１の温度を1000℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/mi
n、TMGを300μmol/minで導入し、膜厚約1μmのGaN層３
１を形成した。次に、サファイア基板１の温度を1100℃
に昇温し、10分間保持した。次に、サファイア基板１の
温度を1100℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、T
MGを300μmol/minで導入し、膜厚約5μmのGaN層３２を
形成した。このようにして形成したGaN層３２にはウエ
ハにピットが見られなかった。
したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１上に、
温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/mi
n、TMAを20μmol/minで約3分間供給してAlNのバッファ
層２を約20nmの厚さに形成した。次に、サファイア基板
１の温度を1000℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/mi
n、TMGを300μmol/minで導入し、膜厚約1μmのGaN層３
１を形成した。次に、サファイア基板１の温度を1100℃
に昇温し、10分間保持した。次に、サファイア基板１の
温度を1100℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、T
MGを300μmol/minで導入し、膜厚約5μmのGaN層３２を
形成した。このようにして形成したGaN層３２にはウエ
ハにピットが見られなかった。
【００２８】〔比較例１〕サファイア基板１の温度を10
00℃に保持して連続してGaN層３１とGaN層３２を形成す
るようにして、第１実施例と同様に膜厚6μmのGaN層を
サファイア基板のａ面にAlNバッファ層を介して形成し
た。このようにして形成したGaN層には、ウエハに数千
個のピットが形成されていた。
00℃に保持して連続してGaN層３１とGaN層３２を形成す
るようにして、第１実施例と同様に膜厚6μmのGaN層を
サファイア基板のａ面にAlNバッファ層を介して形成し
た。このようにして形成したGaN層には、ウエハに数千
個のピットが形成されていた。
【００２９】〔比較例２〕サファイア基板１の温度を11
00℃に保持して比較例１と同様に膜厚6μmのGaN層をサ
ファイア基板のａ面にAlNバッファ層を介して形成し
た。このようにして形成したGaN層には、ウエハに数十
個のピットが形成されていた。
00℃に保持して比較例１と同様に膜厚6μmのGaN層をサ
ファイア基板のａ面にAlNバッファ層を介して形成し
た。このようにして形成したGaN層には、ウエハに数十
個のピットが形成されていた。
【図１】本発明の具体的な実施例に係るIII族窒化物系
化合物半導体の製造方法の工程を示す断面図。
化合物半導体の製造方法の工程を示す断面図。
【図２】本発明の他の実施例に係るIII族窒化物系化合
物半導体の製造方法の工程を示す断面図。
物半導体の製造方法の工程を示す断面図。
【図３】本発明の他の実施例に係るIII族窒化物系化合
物半導体の製造方法の工程の一部を示す断面図。
物半導体の製造方法の工程の一部を示す断面図。
【図４】従来の、ピットを有するIII族窒化物系化合物
半導体を示す断面図。
半導体を示す断面図。
１ 基板 ２ バッファ層 ３、３１、３２ III族窒化物系化合物半導体 Ｐ、Ｐ1、Ｐ2 ピット Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4 貫通転位 Ｓ 汚れ又はピットの底部 Ｃ エピタキシャル成長面 Ｍ' ピットの側面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兼山 直樹 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 沢崎 勝久 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA22 CA34 CA40 CA65 5F045 AA04 AA05 AB09 AB31 AC08 AC12 AC18 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AD17 AF09 BB12 CA09 DA51 DA52 DA53 DA55 DA63 DA67 EK26 EK27 HA02
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に、エピタキシャル成長を用いた
III族窒化物系化合物半導体の製造方法において、 III族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させ
る第１工程と、 エピタキシャル原料の供給を一時停止し、基板温度を一
定温度上昇させて保持する第２工程とを有し、 前記第２工程においては、前記第１工程で形成された前
記第１のIII族窒化物系化合物半導体表面のピットが埋
められることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体
の製造方法。 - 【請求項２】 前記第２工程における一定温度とは、５
０℃以上２００℃以下の範囲の上昇幅であることを特徴
とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体の
製造方法。 - 【請求項３】 前記第２工程につづいて、前記第１工程
において形成したものと同じIII族窒化物系化合物半導
体をエピタキシャル成長させる第３工程を有することを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物
系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項４】 前記第３工程の基板温度は、前記第２工
程で上昇させた後の温度を保持することを特徴とする請
求項３に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方
法。 - 【請求項５】 前記第１工程における基板温度は７００
℃以上１０５０℃以下であり、前記第２工程における上
昇後の基板温度は９００℃以上１２５０℃以下であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項６】 前記第３工程に続き、前記III族窒化物
系化合物半導体をエッチングにより点状、ストライプ状
又は格子状等の島状態に形成したのち、島状態の段差の
上段の上面及び側面を核として新たなIII族窒化物系化
合物半導体を縦及び横方向エピタキシャル成長させる工
程とを有することを特徴とする請求項３乃至請求項５に
記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001168016A JP3896806B2 (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
| PCT/JP2002/005446 WO2002099859A1 (fr) | 2001-06-04 | 2002-06-03 | Procede de production d'un semiconducteur au nitrure iii |
| US10/479,483 US20040169192A1 (en) | 2001-06-04 | 2002-06-03 | Method for producing group III nitride compounds semiconductor |
| EP02730885A EP1403912A4 (en) | 2001-06-04 | 2002-06-03 | PROCESS FOR PRODUCING A NITRIDE III SEMICONDUCTOR |
| TW91111949A TW548696B (en) | 2001-06-04 | 2002-06-04 | Method of manufacturing group III nitride compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001168016A JP3896806B2 (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002367908A true JP2002367908A (ja) | 2002-12-20 |
| JP3896806B2 JP3896806B2 (ja) | 2007-03-22 |
Family
ID=19010312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001168016A Expired - Lifetime JP3896806B2 (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3896806B2 (ja) |
| TW (1) | TW548696B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007201424A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-08-09 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | ＧａＮ系発光ダイオードの製造方法 |
| US7646027B2 (en) | 2005-05-06 | 2010-01-12 | Showa Denko K.K. | Group III nitride semiconductor stacked structure |
| JP2012138626A (ja) * | 2005-04-29 | 2012-07-19 | Cree Inc | 開いたピット中に延びる能動層を有する発光デバイス及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-06-04 JP JP2001168016A patent/JP3896806B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-06-04 TW TW91111949A patent/TW548696B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012138626A (ja) * | 2005-04-29 | 2012-07-19 | Cree Inc | 開いたピット中に延びる能動層を有する発光デバイス及びその製造方法 |
| US7646027B2 (en) | 2005-05-06 | 2010-01-12 | Showa Denko K.K. | Group III nitride semiconductor stacked structure |
| JP2007201424A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-08-09 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | ＧａＮ系発光ダイオードの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW548696B (en) | 2003-08-21 |
| JP3896806B2 (ja) | 2007-03-22 |
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