JP2003332234A - 窒化層を有するサファイア基板およびその製造方法 - Google Patents
窒化層を有するサファイア基板およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体装置の製造時間を短縮することができ
る、AlxGayIn1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される
窒化物半導体を成長させるためのサファイア基板、およ
び窒化物半導体の成長工程直前の前処理を事前にまとめ
て行うことで半導体装置の製造時間を短縮することがで
きる前記窒化物半導体を成長させるためのサファイア基
板の製造方法を提供することである。 【解決手段】 半導体成長面の表面部に、非晶質または
多結晶のAlNからなる窒化層2aを有するサファイア基板2
である。また、このサファイア基板2は、窒化物半導体
を成長させる装置とは別の装置内で前記半導体成長面の
表面部を窒化する工程を含む製造方法により得られる。
さらに、このサファイア基板2を昇温して、表面部に単
結晶のAlNからなる窒化層を有するサファイア基板を得
る。
る、AlxGayIn1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される
窒化物半導体を成長させるためのサファイア基板、およ
び窒化物半導体の成長工程直前の前処理を事前にまとめ
て行うことで半導体装置の製造時間を短縮することがで
きる前記窒化物半導体を成長させるためのサファイア基
板の製造方法を提供することである。 【解決手段】 半導体成長面の表面部に、非晶質または
多結晶のAlNからなる窒化層2aを有するサファイア基板2
である。また、このサファイア基板2は、窒化物半導体
を成長させる装置とは別の装置内で前記半導体成長面の
表面部を窒化する工程を含む製造方法により得られる。
さらに、このサファイア基板2を昇温して、表面部に単
結晶のAlNからなる窒化層を有するサファイア基板を得
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、AlxGayIn1-x-yN
（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長
させるためのサファイア基板およびその製造方法に関す
る。
（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長
させるためのサファイア基板およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】AlN、GaN、InN、あるいはそれらの混晶
であるAlxGayIn1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）などのII
I族窒化物半導体は発光素子や電子走行素子等に用いら
れている。このIII族窒化物半導体は大型のバルク単結
晶が成長しないため、一般的にはサファイアを基板に用
いてヘテロエピタキシャル成長させている。
であるAlxGayIn1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）などのII
I族窒化物半導体は発光素子や電子走行素子等に用いら
れている。このIII族窒化物半導体は大型のバルク単結
晶が成長しないため、一般的にはサファイアを基板に用
いてヘテロエピタキシャル成長させている。
【０００３】このサファイア基板上では、該基板に形成
されたAlNバッファ層を介してIII族窒化物半導体を成長
させる方法が有効であることが、Appl. Phys. Lett. Vo
l. 28 (1986) p.353 に報告されている。これは、AlNが
サファイアとIII族窒化物半導体の中間的な格子定数と
熱膨張係数を有するので、格子不整合と熱歪みが緩和さ
れるためである。
されたAlNバッファ層を介してIII族窒化物半導体を成長
させる方法が有効であることが、Appl. Phys. Lett. Vo
l. 28 (1986) p.353 に報告されている。これは、AlNが
サファイアとIII族窒化物半導体の中間的な格子定数と
熱膨張係数を有するので、格子不整合と熱歪みが緩和さ
れるためである。
【０００４】特許第3147316号公報には、サファイア基
板上にAlNバッファ層を堆積させる前に、サファイア基
板を、窒素原子を含む分子からなる原料ガスの雰囲気中
で熱処理し、サファイア基板の表面部に窒化層を形成す
ることによって、AlNバッファ層上に堆積させるAlxGayI
n1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）層のエピタキシャル膜
を高品質化できると記載されている。
板上にAlNバッファ層を堆積させる前に、サファイア基
板を、窒素原子を含む分子からなる原料ガスの雰囲気中
で熱処理し、サファイア基板の表面部に窒化層を形成す
ることによって、AlNバッファ層上に堆積させるAlxGayI
n1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）層のエピタキシャル膜
を高品質化できると記載されている。
【０００５】図4は、上記公報で述べられている半導体
装置の製造方法によりサファイア基板に半導体層等が形
成された状態を示す概略図である。この方法では、ま
ず、前処理としてNH3雰囲気中でサファイア基板6を熱処
理し、サファイア基板6の一方の表面に単結晶AlNからな
る深さ50nｍの窒化層6aを形成する。この熱処理は800〜
1300℃で行われる。ついで、有機金属気相エピタキシャ
ル成長(MOVPE)法により窒化層6a上に多結晶または非晶
質のAlNバッファ層6bを50nｍ堆積させる第１の工程を行
う。その後、第１の工程の堆積温度よりも高温まで昇温
する第２の工程を行ってAlNバッファ層6bを単結晶化す
る。さらに、5μｍのn型低抵抗GaN層6c、0.5μｍの半絶
縁GaN発光層6d、半絶縁層側電極6e、n側の電極6fを形成
することにより、480nmで発光する発光ダイオードが得
られる。
装置の製造方法によりサファイア基板に半導体層等が形
成された状態を示す概略図である。この方法では、ま
ず、前処理としてNH3雰囲気中でサファイア基板6を熱処
理し、サファイア基板6の一方の表面に単結晶AlNからな
る深さ50nｍの窒化層6aを形成する。この熱処理は800〜
1300℃で行われる。ついで、有機金属気相エピタキシャ
ル成長(MOVPE)法により窒化層6a上に多結晶または非晶
質のAlNバッファ層6bを50nｍ堆積させる第１の工程を行
う。その後、第１の工程の堆積温度よりも高温まで昇温
する第２の工程を行ってAlNバッファ層6bを単結晶化す
る。さらに、5μｍのn型低抵抗GaN層6c、0.5μｍの半絶
縁GaN発光層6d、半絶縁層側電極6e、n側の電極6fを形成
することにより、480nmで発光する発光ダイオードが得
られる。
【０００６】この方法によれば、サファイア基板6に直
接AlNバッファ層6bを堆積する場合に比べて膜厚制御性
に優れ、AlNバッファ層6bの結晶性を向上させることが
可能である。これにより、その上に積層する窒化物半導
体層からなるn型低抵抗GaN層6c，半絶縁GaN発光層6d
（以下、半導体層6c,6dと総称する。）の結晶性を向上
させることができる。
接AlNバッファ層6bを堆積する場合に比べて膜厚制御性
に優れ、AlNバッファ層6bの結晶性を向上させることが
可能である。これにより、その上に積層する窒化物半導
体層からなるn型低抵抗GaN層6c，半絶縁GaN発光層6d
（以下、半導体層6c,6dと総称する。）の結晶性を向上
させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記の方
法では、窒化層6aを形成するための前処理が、半導体層
6c，6dを成長させるための装置と同一の装置内で、半導
体層6c，6dを成長させる直前にロットごとに毎回行われ
る。しかしながら、発光素子や電子走行素子などを有す
る半導体装置は数々の工程を経て製造されるため、上記
のようにサファイア基板6上に半導体を成長させる直前
に前処理として窒化層6aの形成をロットごとに毎回行う
ことは非常に煩雑であり、すでに窒化処理が成された基
板を用いることが工程の簡素化のためには好ましかっ
た。従って、サファイア基板に対して事前にまとめて多
量に窒化処理する方法が望まれていた。しかしながら、
窒化層6aを形成するための前処理が、半導体を成長させ
るための装置と同一の装置内で行われているので、窒化
層6aの形成と半導体の成長とを同時に並行して行うこと
ができない。さらに、半導体を成長させるための装置
は、該装置内にサファイア基板6を限られた枚数しか投
入できないようなサセプター構造となっており、多数の
サファイア基板上に同時に窒化層6aを形成し半導体を成
長させることができない。このようなことから、従来は
製造時間を短縮して製造効率を向上させるのが困難であ
った。
法では、窒化層6aを形成するための前処理が、半導体層
6c，6dを成長させるための装置と同一の装置内で、半導
体層6c，6dを成長させる直前にロットごとに毎回行われ
る。しかしながら、発光素子や電子走行素子などを有す
る半導体装置は数々の工程を経て製造されるため、上記
のようにサファイア基板6上に半導体を成長させる直前
に前処理として窒化層6aの形成をロットごとに毎回行う
ことは非常に煩雑であり、すでに窒化処理が成された基
板を用いることが工程の簡素化のためには好ましかっ
た。従って、サファイア基板に対して事前にまとめて多
量に窒化処理する方法が望まれていた。しかしながら、
窒化層6aを形成するための前処理が、半導体を成長させ
るための装置と同一の装置内で行われているので、窒化
層6aの形成と半導体の成長とを同時に並行して行うこと
ができない。さらに、半導体を成長させるための装置
は、該装置内にサファイア基板6を限られた枚数しか投
入できないようなサセプター構造となっており、多数の
サファイア基板上に同時に窒化層6aを形成し半導体を成
長させることができない。このようなことから、従来は
製造時間を短縮して製造効率を向上させるのが困難であ
った。
【０００８】したがって、本発明の主たる目的は、半導
体装置の製造時間を短縮することができる、AlxGayIn
1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体
を成長させるためのサファイア基板を提供することであ
る。本発明の他の目的は、窒化物半導体の成長工程直前
の前処理を事前にまとめて行うことで半導体装置の製造
時間を短縮することができる、AlxGayIn1-x-yN（0≦x、
0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長させるた
めのサファイア基板の製造方法を提供することである。
体装置の製造時間を短縮することができる、AlxGayIn
1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体
を成長させるためのサファイア基板を提供することであ
る。本発明の他の目的は、窒化物半導体の成長工程直前
の前処理を事前にまとめて行うことで半導体装置の製造
時間を短縮することができる、AlxGayIn1-x-yN（0≦x、
0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長させるた
めのサファイア基板の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のサファイア基板は、半導体成長面上にAlxGay
In1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導
体を成長させるためのサファイア基板であって、前記半
導体成長面の表面部に、非晶質または多結晶のAlNから
なる窒化層を有することを特徴とする。
の本発明のサファイア基板は、半導体成長面上にAlxGay
In1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導
体を成長させるためのサファイア基板であって、前記半
導体成長面の表面部に、非晶質または多結晶のAlNから
なる窒化層を有することを特徴とする。
【００１０】このように、本発明では、予めサファイア
基板の表面部に非晶質または多結晶のAlNからなる窒化
層が形成されているので、これを昇温することにより簡
単に単結晶AlNからなる窒化層を得ることができる。従
って、窒化物半導体の成長工程直前の前処理が簡素化さ
れ、煩雑な前処理をロットごとに毎回行う必要が無くな
るので、半導体装置の製造時間を短縮することができ
る。
基板の表面部に非晶質または多結晶のAlNからなる窒化
層が形成されているので、これを昇温することにより簡
単に単結晶AlNからなる窒化層を得ることができる。従
って、窒化物半導体の成長工程直前の前処理が簡素化さ
れ、煩雑な前処理をロットごとに毎回行う必要が無くな
るので、半導体装置の製造時間を短縮することができ
る。
【００１１】また、本発明にかかるサファイア基板の製
造方法は、半導体成長面上にAlxGayIn1-x-yN（0≦x、0
≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長させるた
めの方法であって、前記窒化物半導体を成長させる装置
（以下、「半導体成長装置」という。）とは別の装置内
で前記半導体成長面の表面部を窒化する工程を含むこと
を特徴とする。これにより、窒化物半導体の成長工程直
前の前処理、すなわち窒化層の形成を事前にまとめて行
うことができる。しかもこの窒化層の形成は窒化物半導
体の成長と同時に並行して行うことができるので、発光
素子等を有する半導体装置の製造時間を短縮することが
できる。
造方法は、半導体成長面上にAlxGayIn1-x-yN（0≦x、0
≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長させるた
めの方法であって、前記窒化物半導体を成長させる装置
（以下、「半導体成長装置」という。）とは別の装置内
で前記半導体成長面の表面部を窒化する工程を含むこと
を特徴とする。これにより、窒化物半導体の成長工程直
前の前処理、すなわち窒化層の形成を事前にまとめて行
うことができる。しかもこの窒化層の形成は窒化物半導
体の成長と同時に並行して行うことができるので、発光
素子等を有する半導体装置の製造時間を短縮することが
できる。
【００１２】さらに、本発明にかかるサファイア基板の
他の製造方法は、半導体成長面上にAlxGayIn1-x-yN（0
≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長さ
せるための方法であって、前記窒化物半導体を成長させ
る装置とは別の装置内で前記半導体成長面の表面部を窒
化して非晶質または多結晶のAlNからなる窒化層を形成
した後、昇温して前記窒化層を単結晶化することを特徴
とする。これにより、窒化物半導体の成長工程における
前処理をなくすことができるので、半導体装置の製造効
率をさらに向上させることができる。従って、本発明
は、この製造方法によって得られる、前記半導体成長面
の表面部に単結晶のAlNからなる窒化層を有するサファ
イア基板をも提供するものである。
他の製造方法は、半導体成長面上にAlxGayIn1-x-yN（0
≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長さ
せるための方法であって、前記窒化物半導体を成長させ
る装置とは別の装置内で前記半導体成長面の表面部を窒
化して非晶質または多結晶のAlNからなる窒化層を形成
した後、昇温して前記窒化層を単結晶化することを特徴
とする。これにより、窒化物半導体の成長工程における
前処理をなくすことができるので、半導体装置の製造効
率をさらに向上させることができる。従って、本発明
は、この製造方法によって得られる、前記半導体成長面
の表面部に単結晶のAlNからなる窒化層を有するサファ
イア基板をも提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て詳細に説明する。図１は、本発明のサファイア基板2
を示す概略図である。本発明のサファイア基板2は、半
導体成長面の表面部に、半導体成長装置とは別の装置内
で形成された非晶質または多結晶のAlNからなる窒化層2
aを有するものである。
て詳細に説明する。図１は、本発明のサファイア基板2
を示す概略図である。本発明のサファイア基板2は、半
導体成長面の表面部に、半導体成長装置とは別の装置内
で形成された非晶質または多結晶のAlNからなる窒化層2
aを有するものである。
【００１４】図２は、上記窒化層2aを形成するための窒
化装置1を示す概略図である。この窒化装置１は前記半
導体成長装置とは別の装置である。窒化装置１は、上電
極12および下電極13からなる平行平板電極を有した反応
炉11を備えている。これらの電極12および13は高周波電
源14に接続されている。印加された高周波電力は、整合
器15により共振し、電力損失が最小になるように調整さ
れる。これにより、上下の電極12、13間に効率よくプラ
ズマ16を発生させることができる。
化装置1を示す概略図である。この窒化装置１は前記半
導体成長装置とは別の装置である。窒化装置１は、上電
極12および下電極13からなる平行平板電極を有した反応
炉11を備えている。これらの電極12および13は高周波電
源14に接続されている。印加された高周波電力は、整合
器15により共振し、電力損失が最小になるように調整さ
れる。これにより、上下の電極12、13間に効率よくプラ
ズマ16を発生させることができる。
【００１５】また、上記の反応炉11には、フローコンバ
ータ18により流量が制御された窒素原子を含む分子から
なる原料ガス17が導入される。この原料ガス17は真空ポ
ンプ19によって反応炉11から排気される。反応炉11内の
ガス圧力は、真空ポンプ19の排気速度を調節することで
制御することができる。真空ポンプ19としては、油回転
ポンプ、メカニカルブースターポンプ、油拡散ポンプ等
のいずれか、またはこれらを組み合わせたもの等を使用
することができる。
ータ18により流量が制御された窒素原子を含む分子から
なる原料ガス17が導入される。この原料ガス17は真空ポ
ンプ19によって反応炉11から排気される。反応炉11内の
ガス圧力は、真空ポンプ19の排気速度を調節することで
制御することができる。真空ポンプ19としては、油回転
ポンプ、メカニカルブースターポンプ、油拡散ポンプ等
のいずれか、またはこれらを組み合わせたもの等を使用
することができる。
【００１６】下電極13の上にはサファイア基板2が半導
体成長面を上にして配置される。この下電極13は回転テ
ーブルになっているので、プラズマ処理にむらが生じな
い程度に多数の基板2を並べて同時にプラズマ処理をし
て、これらのサファイア基板2に窒化層2aをむら無く形
成することができる。また、下電極13はヒーターが内蔵
されているので、基板2の温度を自由に設定することが
できる。
体成長面を上にして配置される。この下電極13は回転テ
ーブルになっているので、プラズマ処理にむらが生じな
い程度に多数の基板2を並べて同時にプラズマ処理をし
て、これらのサファイア基板2に窒化層2aをむら無く形
成することができる。また、下電極13はヒーターが内蔵
されているので、基板2の温度を自由に設定することが
できる。
【００１７】次に、窒化装置１を用いた窒化層2aの形成
方法について説明する。図２に示すように、下電極13上
にサファイア基板2（窒化層2aが形成されていないも
の）を配置した後、反応炉11を密閉し、真空ポンプ19に
よって反応炉11内を真空排気する。
方法について説明する。図２に示すように、下電極13上
にサファイア基板2（窒化層2aが形成されていないも
の）を配置した後、反応炉11を密閉し、真空ポンプ19に
よって反応炉11内を真空排気する。
【００１８】ついで、必要に応じて、前記ヒーターでサ
ファイア基板2の温度を所定の温度まで昇温する。本発
明では、プラズマ処理により窒化層2aを形成するので、
このプラズマ処理時の基板2の温度は、室温〜500℃程度
の低温域に設定すればよい。
ファイア基板2の温度を所定の温度まで昇温する。本発
明では、プラズマ処理により窒化層2aを形成するので、
このプラズマ処理時の基板2の温度は、室温〜500℃程度
の低温域に設定すればよい。
【００１９】ついで、基板2の温度が安定したところで
原料ガス17を導入する。原料ガス17としては、窒素原子
を含む分子からなるもの、好ましくはN2、NH3および有
機アミンからなる群より選ばれる少なくとも一種を用い
ることができる。これらのうち、特に、N2ガスは安価で
あるため好ましい。また、これらの原料ガス17を水素
（H2）などのガスで希釈して用いてもよい。原料ガス17
の流量は20〜20000sccm（Standard Cubic Centimeter p
er Minite）、反応炉11内圧力は1〜1000Paの範囲で調整
するのがよい。
原料ガス17を導入する。原料ガス17としては、窒素原子
を含む分子からなるもの、好ましくはN2、NH3および有
機アミンからなる群より選ばれる少なくとも一種を用い
ることができる。これらのうち、特に、N2ガスは安価で
あるため好ましい。また、これらの原料ガス17を水素
（H2）などのガスで希釈して用いてもよい。原料ガス17
の流量は20〜20000sccm（Standard Cubic Centimeter p
er Minite）、反応炉11内圧力は1〜1000Paの範囲で調整
するのがよい。
【００２０】ついで、下電極13を回転させ、高周波電源
により5W〜5kWの高周波電力を上下の電極12、13間に印
加し、整合器15を作動させて効率良くプラズマ16を発生
させる。これを1〜30分程度継続することにより、サフ
ァイア基板2における半導体成長面の表面部の酸素原子
(O)を窒素原子(N)で置換し、窒化層2aを形成することが
できる。この窒化層2aは非晶質または多結晶のAlNであ
る。また、下電極13を回転させることで、全てのサファ
イア基板2にばらつきのない窒化層2aを形成できる。こ
の方法によれば、電極間においてプラズマ放電に直接サ
ファイア基板2が曝されるのでプラズマ粒子の密度が高
く、半導体成長面の表面部を容易に窒化することができ
る。窒化層2aの深さは、特に限定されないが、通常、1
〜20nm程度であるのがよい。
により5W〜5kWの高周波電力を上下の電極12、13間に印
加し、整合器15を作動させて効率良くプラズマ16を発生
させる。これを1〜30分程度継続することにより、サフ
ァイア基板2における半導体成長面の表面部の酸素原子
(O)を窒素原子(N)で置換し、窒化層2aを形成することが
できる。この窒化層2aは非晶質または多結晶のAlNであ
る。また、下電極13を回転させることで、全てのサファ
イア基板2にばらつきのない窒化層2aを形成できる。こ
の方法によれば、電極間においてプラズマ放電に直接サ
ファイア基板2が曝されるのでプラズマ粒子の密度が高
く、半導体成長面の表面部を容易に窒化することができ
る。窒化層2aの深さは、特に限定されないが、通常、1
〜20nm程度であるのがよい。
【００２１】その後、表面に窒化層2aが形成されたサフ
ァイア基板2を半導体成長装置（図示せず）内に移す。
窒化装置1には次のロットのサファイア基板2を配置し、
下記する半導体成長工程と並行して窒化層2a形成工程を
行うことができる。これにより、半導体装置の製造時間
が短縮され、生産効率が向上する。また、窒化層2aが形
成されたサファイア基板2を半導体成長装置に移す前
に、窒化層2aの形成状況等を検査することができるの
で、この時点で不良品があれば早期に選別し取り除くこ
とができる。
ァイア基板2を半導体成長装置（図示せず）内に移す。
窒化装置1には次のロットのサファイア基板2を配置し、
下記する半導体成長工程と並行して窒化層2a形成工程を
行うことができる。これにより、半導体装置の製造時間
が短縮され、生産効率が向上する。また、窒化層2aが形
成されたサファイア基板2を半導体成長装置に移す前
に、窒化層2aの形成状況等を検査することができるの
で、この時点で不良品があれば早期に選別し取り除くこ
とができる。
【００２２】次に、半導体成長装置内にて行う半導体成
長工程について説明する。まず、半導体成長装置内また
は他の熱処理装置内で窒化層2aを有するサファイア基板
2を所定の温度で昇温する。これにより、サファイア基
板2の非晶質または多結晶のAlNからなる窒化層2aが単結
晶化される。このようにして前記半導体成長面の表面部
に単結晶のAlNからなる窒化層を有するサファイア基板2
を得ることができる。前記昇温時の基板2の温度は800℃
以上であるのがよい。昇温過程で単結晶化の効果がある
ので、その時間は、所定の温度に保つのは5〜120秒程度
の短時間でよい。
長工程について説明する。まず、半導体成長装置内また
は他の熱処理装置内で窒化層2aを有するサファイア基板
2を所定の温度で昇温する。これにより、サファイア基
板2の非晶質または多結晶のAlNからなる窒化層2aが単結
晶化される。このようにして前記半導体成長面の表面部
に単結晶のAlNからなる窒化層を有するサファイア基板2
を得ることができる。前記昇温時の基板2の温度は800℃
以上であるのがよい。昇温過程で単結晶化の効果がある
ので、その時間は、所定の温度に保つのは5〜120秒程度
の短時間でよい。
【００２３】ついで、基板2の温度を降下させ、窒化層2
a上に、図3に示すようなAlNバッファ層3bを堆積させた
後、AlNバッファ層3bを単結晶化する。基板2の温度は、
AlNバッファ層3bを堆積させる時よりも高温となるよう
設定するのがよく、それぞれ500〜800℃程度（堆積
時）、800〜1300℃程度（単結晶化時）とするのが好ま
しい。AlNバッファ層3bの厚さは、10〜100nm程度である
のがよい。ついで、AlNバッファ層3b 上にAlxGayIn
1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体
層を少なくとも一層形成する。
a上に、図3に示すようなAlNバッファ層3bを堆積させた
後、AlNバッファ層3bを単結晶化する。基板2の温度は、
AlNバッファ層3bを堆積させる時よりも高温となるよう
設定するのがよく、それぞれ500〜800℃程度（堆積
時）、800〜1300℃程度（単結晶化時）とするのが好ま
しい。AlNバッファ層3bの厚さは、10〜100nm程度である
のがよい。ついで、AlNバッファ層3b 上にAlxGayIn
1-x-yN（0≦x、0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体
層を少なくとも一層形成する。
【００２４】半導体装置として発光ダイオードを作製す
る場合、例えば図3に示すように、約0.1〜10μmの低抵
抗n型AlGaN層3c、約20〜80nmの半絶縁InGaN発光層3d、
約0.1〜10μｍの低抵抗p型AlGaN層3eを順次形成した
後、フォトリソグラフィー技術およびエッチングによっ
て段差を形成し、その後Ni/Alからなるp側電極3fおよび
Ti/Alからなるn側電極3gをそれぞれ形成すればよい。こ
のようにして窒化物半導体層AlxGayIn1-x-yN（0≦x、0
≦y、x+y≦1）を有する半導体装置を作製することがで
きる。
る場合、例えば図3に示すように、約0.1〜10μmの低抵
抗n型AlGaN層3c、約20〜80nmの半絶縁InGaN発光層3d、
約0.1〜10μｍの低抵抗p型AlGaN層3eを順次形成した
後、フォトリソグラフィー技術およびエッチングによっ
て段差を形成し、その後Ni/Alからなるp側電極3fおよび
Ti/Alからなるn側電極3gをそれぞれ形成すればよい。こ
のようにして窒化物半導体層AlxGayIn1-x-yN（0≦x、0
≦y、x+y≦1）を有する半導体装置を作製することがで
きる。
【００２５】前記バッファ層3bを窒化層2a上に堆積させ
る方法としては、有機金属気相エピタキシャル成長(MOV
PE)法、分子線エピタキシー(MBE)法、ハライド気相成長
(HVPE)法等が挙げられる。また、窒化物半導体層をバッ
ファ層3b上に形成する方法としても、MOVPE法、MBE法、
HVPE法等を用いてよく、上記バッファ層の堆積方法と同
一でも良いし、異なる方法であっても良い。
る方法としては、有機金属気相エピタキシャル成長(MOV
PE)法、分子線エピタキシー(MBE)法、ハライド気相成長
(HVPE)法等が挙げられる。また、窒化物半導体層をバッ
ファ層3b上に形成する方法としても、MOVPE法、MBE法、
HVPE法等を用いてよく、上記バッファ層の堆積方法と同
一でも良いし、異なる方法であっても良い。
【００２６】このように、単結晶AlNからなる窒化層2a
を有するサファイア基板2を用いることで、サファイア
基板2に直接AlNバッファ層3bを堆積する場合に比べて、
AlNバッファ層3bの膜厚制御性が向上し、結晶性、表面
モフォロジーの良好な窒化物半導体AlxGayIn1-x-yN（0
≦x、0≦y、x+y≦1）を得ることができる。
を有するサファイア基板2を用いることで、サファイア
基板2に直接AlNバッファ層3bを堆積する場合に比べて、
AlNバッファ層3bの膜厚制御性が向上し、結晶性、表面
モフォロジーの良好な窒化物半導体AlxGayIn1-x-yN（0
≦x、0≦y、x+y≦1）を得ることができる。
【００２７】なお、上記半導体装置としては、前述の発
光ダイオードの他、例えばレーザ素子、電界効果トラン
ジスタ等の電子走行素子、あるいは電力素子等、いずれ
の半導体素子を含むものであってもよく、半導体装置の
層構成はその用途、機能に応じて多様であり、上記形態
には限定されない。
光ダイオードの他、例えばレーザ素子、電界効果トラン
ジスタ等の電子走行素子、あるいは電力素子等、いずれ
の半導体素子を含むものであってもよく、半導体装置の
層構成はその用途、機能に応じて多様であり、上記形態
には限定されない。
【００２８】また、本発明におけるサファイア基板2
は、公知の結晶成長方法を用いて製造したものでよく、
この結晶成長方法としてはEFG法やチョクラルスキー法
など種々の方法が挙げられる。サファイア基板の面方位
もC面(0001)、A面(11-20)、R面(01-12)などの代表的な
面には限定されず、それらから若干傾斜させたものであ
ってもよい。
は、公知の結晶成長方法を用いて製造したものでよく、
この結晶成長方法としてはEFG法やチョクラルスキー法
など種々の方法が挙げられる。サファイア基板の面方位
もC面(0001)、A面(11-20)、R面(01-12)などの代表的な
面には限定されず、それらから若干傾斜させたものであ
ってもよい。
【００２９】さらに、上記実施形態では、非晶質または
多結晶のAlNからなる窒化層を有するサファイア基板2を
半導体成長装置内で昇温することによって、表面部に単
結晶のAlNからなる窒化層を形成する場合について説明
したが、この昇温を半導体成長装置とは別の装置、例え
ば後述する実施例２で記載した電気炉等の熱処理装置を
用いて行うと、半導体成長装置内での昇温をなくすこと
ができる。
多結晶のAlNからなる窒化層を有するサファイア基板2を
半導体成長装置内で昇温することによって、表面部に単
結晶のAlNからなる窒化層を形成する場合について説明
したが、この昇温を半導体成長装置とは別の装置、例え
ば後述する実施例２で記載した電気炉等の熱処理装置を
用いて行うと、半導体成長装置内での昇温をなくすこと
ができる。
【００３０】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明す
るが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものでは
ない。
るが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものでは
ない。
【００３１】実施例１
まず、サファイア基板2（窒化層2aが形成されていない
もの）を、半導体成長面を上にして図2に示す反応炉11
中の下電極13上に配置した。次に、反応炉11を密閉し、
真空ポンプ19で反応炉11内を真空排気した後、ヒーター
でサファイア基板2を300℃まで昇温した。基板2の温度
が安定したところでN2ガス17を流量2000sccmで導入し、
反応炉11内の圧力を40Paに調整した。
もの）を、半導体成長面を上にして図2に示す反応炉11
中の下電極13上に配置した。次に、反応炉11を密閉し、
真空ポンプ19で反応炉11内を真空排気した後、ヒーター
でサファイア基板2を300℃まで昇温した。基板2の温度
が安定したところでN2ガス17を流量2000sccmで導入し、
反応炉11内の圧力を40Paに調整した。
【００３２】ついで、下電極13を回転させ、高周波電源
14により300Wの高周波電力を上下の電極12、13間に印加
し、整合器15を作動させた。これを20分間継続してサフ
ァイア基板2の表面に、図1に示すような窒化層2aを形成
した。窒化層2a形成後のサファイア基板2の反射高速電
子回折像はハローパターンとなっていた。これにより、
基板2の表面部が非晶質であることが確認できた。ま
た、窒化層2aの厚みは3nmであった。
14により300Wの高周波電力を上下の電極12、13間に印加
し、整合器15を作動させた。これを20分間継続してサフ
ァイア基板2の表面に、図1に示すような窒化層2aを形成
した。窒化層2a形成後のサファイア基板2の反射高速電
子回折像はハローパターンとなっていた。これにより、
基板2の表面部が非晶質であることが確認できた。ま
た、窒化層2aの厚みは3nmであった。
【００３３】ついで、表面に窒化層2aが形成されたサフ
ァイア基板2を半導体成長装置内に移した。一方、窒化
装置1へは次ロットのサファイア基板2（窒化層2aが形成
されていないもの）を挿入し、半導体成長工程と同時に
窒化層形成工程を行った。
ァイア基板2を半導体成長装置内に移した。一方、窒化
装置1へは次ロットのサファイア基板2（窒化層2aが形成
されていないもの）を挿入し、半導体成長工程と同時に
窒化層形成工程を行った。
【００３４】半導体成長装置内では、サファイア基板2
を1000℃まで昇温して窒化層2aを単結晶化した。昇温後
のサファイア基板2の反射高速電子回折像では、AlNに対
応するストリークが確認された。これにより、基板2の
表面部の窒化層2aが単結晶AlNに変化していることが確
認できた。
を1000℃まで昇温して窒化層2aを単結晶化した。昇温後
のサファイア基板2の反射高速電子回折像では、AlNに対
応するストリークが確認された。これにより、基板2の
表面部の窒化層2aが単結晶AlNに変化していることが確
認できた。
【００３５】その後、基板2の温度を500℃まで降下さ
せ、MOVPE法によりトリメチルアルミニウム（TMA）とア
ンモニア(NH3)を用いて、図3に示すように、単結晶化さ
れた窒化層2a上にAlNバッファ層3bを堆積させた。キャ
リアガスとしては水素(H2)を使用した。さらに、1100℃
で昇温してAlNバッファ2b層を単結晶化した。その後、A
lNバッファ層3b上にn型低抵抗GaN層3cを成長させた。
せ、MOVPE法によりトリメチルアルミニウム（TMA）とア
ンモニア(NH3)を用いて、図3に示すように、単結晶化さ
れた窒化層2a上にAlNバッファ層3bを堆積させた。キャ
リアガスとしては水素(H2)を使用した。さらに、1100℃
で昇温してAlNバッファ2b層を単結晶化した。その後、A
lNバッファ層3b上にn型低抵抗GaN層3cを成長させた。
【００３６】このGaN層3cはモフォロジーが良好で、貫
通転移密度も109cm-2以下と非常に小さく、半導体装置
の製造に適していた。上記のように、実施例１では、窒
化層2aを、半導体成長装置とは別の装置である窒化装置
1内で形成したので、窒化物半導体の成長工程が簡素に
なり、しかも窒化層2aの形成と窒化物半導体の成長とを
同時に並行して行うことができた。これにより、半導体
装置の製造時間を短縮し、製造効率を向上させることが
できた。
通転移密度も109cm-2以下と非常に小さく、半導体装置
の製造に適していた。上記のように、実施例１では、窒
化層2aを、半導体成長装置とは別の装置である窒化装置
1内で形成したので、窒化物半導体の成長工程が簡素に
なり、しかも窒化層2aの形成と窒化物半導体の成長とを
同時に並行して行うことができた。これにより、半導体
装置の製造時間を短縮し、製造効率を向上させることが
できた。
【００３７】実施例２
実施例１と同様にして、図1に示すような表面部に非晶
質AlNからなる窒化層2aを有するサファイア基板2を作製
した。その後、このサファイア基板2を熱処理用電気炉
に移して1000℃で昇温し、窒化層2aを単結晶化した。こ
れにより、表面部が単結晶AlNからなる窒化層2aを有す
るサファイア基板2を得た。このサファイア基板2を使用
すると、窒化物半導体の成長工程における前処理をなく
すことができるので、半導体装置の製造効率をさらに向
上させることができた。
質AlNからなる窒化層2aを有するサファイア基板2を作製
した。その後、このサファイア基板2を熱処理用電気炉
に移して1000℃で昇温し、窒化層2aを単結晶化した。こ
れにより、表面部が単結晶AlNからなる窒化層2aを有す
るサファイア基板2を得た。このサファイア基板2を使用
すると、窒化物半導体の成長工程における前処理をなく
すことができるので、半導体装置の製造効率をさらに向
上させることができた。
【００３８】
【発明の効果】本発明のサファイア基板によれば、窒化
物半導体の成長工程直前の前処理が簡素化され、煩雑な
前処理をロットごとに毎回行う必要が無くなるので、半
導体装置の製造時間を短縮することができるという効果
がある。また、本発明のサファイア基板の製造方法によ
れば、窒化層の形成を事前にまとめて行うことができ
る。しかもこの窒化層の形成は窒化物半導体の成長と同
時に並行して行うことができるので、半導体装置の製造
時間を短縮し、製造効率を向上させることができるとい
う効果がある。本発明の他の製造方法およびこれにより
得られるサファイア基板によれば、窒化物半導体の成長
工程直前の前処理をなくすことができるので、半導体装
置の製造効率をさらに向上させることができるという効
果がある。
物半導体の成長工程直前の前処理が簡素化され、煩雑な
前処理をロットごとに毎回行う必要が無くなるので、半
導体装置の製造時間を短縮することができるという効果
がある。また、本発明のサファイア基板の製造方法によ
れば、窒化層の形成を事前にまとめて行うことができ
る。しかもこの窒化層の形成は窒化物半導体の成長と同
時に並行して行うことができるので、半導体装置の製造
時間を短縮し、製造効率を向上させることができるとい
う効果がある。本発明の他の製造方法およびこれにより
得られるサファイア基板によれば、窒化物半導体の成長
工程直前の前処理をなくすことができるので、半導体装
置の製造効率をさらに向上させることができるという効
果がある。
【図１】本発明のサファイア基板を示す概略図である。
【図２】窒化層を形成するための窒化装置を示す概略図
である。
である。
【図３】本発明のサファイア基板に窒化物半導体層等が
形成された状態を示す概略図である。
形成された状態を示す概略図である。
【図４】従来のサファイア基板に窒化物半導体層等が形
成された状態を示す概略図である。
成された状態を示す概略図である。
1 窒化装置
2 サファイア基板
2a 窒化層
Claims (9)
- 【請求項１】半導体成長面上にAlxGayIn1-x-yN（0≦x、
0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長させるた
めのサファイア基板であって、前記半導体成長面の表面
部に、非晶質または多結晶のAlNからなる窒化層を有す
ることを特徴とするサファイア基板。 - 【請求項２】半導体成長面上にAlxGayIn1-x-yN（0≦x、
0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長させるた
めのサファイア基板の製造方法であって、前記窒化物半
導体を成長させる装置とは別の装置内で前記半導体成長
面の表面部を窒化する工程を含むことを特徴とするサフ
ァイア基板の製造方法。 - 【請求項３】前記別の装置が窒化装置であり、この装置
内で前記半導体成長面をプラズマ処理して表面部を窒化
する請求項２記載のサファイア基板の製造方法。 - 【請求項４】前記プラズマ処理が、窒素原子を含む分子
からなる原料ガス雰囲気中で行われる請求項３記載のサ
ファイア基板の製造方法。 - 【請求項５】前記原料ガスが、N2、NH3および有機アミ
ンからなる群より選ばれる請求項４記載のサファイア基
板の製造方法。 - 【請求項６】前記原料ガスがN2である請求項５記載のサ
ファイア基板の製造方法。 - 【請求項７】前記プラズマ処理を行う際の前記サファイ
ア基板の温度が室温〜500℃の範囲である請求項３〜６
のいずれかに記載のサファイア基板の製造方法。 - 【請求項８】半導体成長面上にAlxGayIn1-x-yN（0≦x、
0≦y、x+y≦1）で表される窒化物半導体を成長させるた
めのサファイア基板の製造方法であって、前記窒化物半
導体を成長させる装置とは別の装置内で前記半導体成長
面の表面部を窒化して非晶質または多結晶のAlNからな
る窒化層を形成した後、昇温して前記窒化層を単結晶化
することを特徴とするサファイア基板の製造方法。 - 【請求項９】前記半導体成長面の表面部に単結晶のAlN
からなる窒化層を有することを特徴とする、請求項８記
載の製造方法により得られるサファイア基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002139593A JP2003332234A (ja) | 2002-05-15 | 2002-05-15 | 窒化層を有するサファイア基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002139593A JP2003332234A (ja) | 2002-05-15 | 2002-05-15 | 窒化層を有するサファイア基板およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003332234A true JP2003332234A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29700694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002139593A Pending JP2003332234A (ja) | 2002-05-15 | 2002-05-15 | 窒化層を有するサファイア基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003332234A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008109084A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-05-08 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法、及びｉｉｉ族窒化物化合物半導体発光素子、並びにランプ |
| WO2009005126A1 (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-08 | Showa Denko K.K. | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ |
| JP2010232700A (ja) * | 2010-07-20 | 2010-10-14 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
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| US9225056B2 (en) | 2014-02-12 | 2015-12-29 | Apple Inc. | Antenna on sapphire structure |
| US9221289B2 (en) | 2012-07-27 | 2015-12-29 | Apple Inc. | Sapphire window |
| US9232672B2 (en) | 2013-01-10 | 2016-01-05 | Apple Inc. | Ceramic insert control mechanism |
| US9632537B2 (en) | 2013-09-23 | 2017-04-25 | Apple Inc. | Electronic component embedded in ceramic material |
| US9678540B2 (en) | 2013-09-23 | 2017-06-13 | Apple Inc. | Electronic component embedded in ceramic material |
| US10052848B2 (en) | 2012-03-06 | 2018-08-21 | Apple Inc. | Sapphire laminates |
| US10406634B2 (en) | 2015-07-01 | 2019-09-10 | Apple Inc. | Enhancing strength in laser cutting of ceramic components |
-
2002
- 2002-05-15 JP JP2002139593A patent/JP2003332234A/ja active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN101689592B (zh) * | 2007-07-04 | 2011-12-28 | 昭和电工株式会社 | Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法和灯 |
| US8674398B2 (en) | 2007-07-04 | 2014-03-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride semiconductor light emitting device and production method thereof, and lamp |
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| US10324496B2 (en) | 2013-12-11 | 2019-06-18 | Apple Inc. | Cover glass arrangement for an electronic device |
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