JP2008117921A - 半導体装置の製造方法及び半導体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ｐ型不純物を活性化するための新規の技術を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、ｐ型不純物を含む半導体部材２０５を電極２０１ａ、２０１ｂに固定し、半導体部材２０５に電極２０１ａ、２０１ｂを介して通電することによってｐ型不純物を活性化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体処理装置に関する。

近年、高密度光ディスク用光源、白色照明用光源、更には空気又は水の清浄化及び殺菌用光源として、窒化物半導体を利用した青〜紫外の短波長ＬＤやＬＥＤ等の発光デバイスの開発が盛んに行われている。また、このような窒化物半導体は、ＨＢＴ等の高温動作やハイパワーの電子デバイスへの応用においても期待されている。

上記のような半導体デバイスの製造において、各半導体層のｎ型又はｐ型の導電性及びキャリア濃度の制御が重要である。ＧａＮに代表される窒化物半導体においては、ｎ型半導体はＳｉ等のｎ型不純物を混入することで容易に得られ、またその殆どが活性化することから、不純物量によりキャリア濃度の制御も可能である。

一方、ｐ型半導体については、Ｍｇ等のｐ型不純物を混入しても水素パッシベーションにより不純物が不活性化されるため、そのままでは高抵抗であり使用できない。一般的には、結晶成長後に不活性ガス雰囲気中でのアニール処理を行い、ｐ型不純物を活性化することでｐ型半導体が得られる。アニール処理による活性化は、得られるキャリア濃度のウエハ面内均一性並びにコストパフォーマンスに優れている。

しかしながら、通常のアニールによるｐ型不純物の活性化率は１％程度であり、ｐ型半導体層に高濃度の不純物を混入してもキャリア濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３程度と低い。優れた特性のデバイスを作製するためには、ｐ型不純物の活性化率を上げ更なる低抵抗化が必要である。また、アニール処理は高温を必要とするため、半導体表面からＮ（窒素）原子が離脱して結晶品質の低下も問題となっている。この活性化率向上及び結晶品質低下を抑制するため、今まで数多くの技術が提案されている。

特許文献１には、バンドギャップ以上のエネルギーを有する光の照射下でアニール処理を行うことが開示されている。特許文献２には、紫外線の照射下でアニール処理を行うことが開示されている。この方法によれば、紫外線の照射によってｐ型不純物の活性化を向上させることができるので、それによりアニール温度を低下させることができるので、結晶品質の低下が抑制される。

最近では、アニール処理を必要としない技術が提案されている。特許文献３には、レーザー光をパルス照射することでｐ型不純物を活性化させる技術が開示されている。特許文献４には、シンクロトロン光照射が提案されている。特許文献５には、中性子線照射が提案されている。特許文献３、４、５に記載された方法によれば、結晶品質の低下が抑制されるが、活性化率は低く、そのままでは使用できない。

以上のように、ｐ型不純物を十分活性化させるためには、何らかの方法で半導体を加熱する工程が不可欠であると考えられる。特許文献６では、アニール処理の際にウエハの上下に直流高電圧をかけ、アニールにより解離した水素を抜き出す技術が開示されている。

一方、特許文献７には、アニール処理の降温の際に冷却ガスを流し、１２５℃／分以上の冷却速度で急冷することによりｐ型不純物と水素との解離が可逆的に起きる温度領域にさらされる時間を短くし、ｐ型不純物の不活性化の確率を下げる方法が開示されている。更に、特許文献８では、アニール処理の昇温と降温速度を１０℃／秒以上とすることで、基板と垂直な方向に温度勾配を発生させて半導体表面から水素を排出し、半導体層を低抵抗化する技術が開示されている。
特開平１１−２７４５５７号公報 特開平１１−１８６１７４号公報 特開２００５−３３２８４５号公報 特開２００５−３４７７０２号公報 特開２００５−３０３１４６号公報 特開２００５−２２８８３６号公報 特開２００２−２６１１０１号公報 特開２００４−００６８６７号公報

本発明は、例えば、ｐ型不純物を活性化するための新規の技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、半導体装置の製造方法に係り、前記製造方法は、ｐ型不純物を含む半導体部材に通電することによって前記ｐ型不純物を活性化させる活性化工程を含む。

本発明の好適な実施形態によれば、前記ｐ型不純物は、前記半導体部材に通電することによる前記半導体部材の加熱によって活性化されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記活性化工程において１０℃／秒よりも大きい変化率で前記半導体部材の温度が上昇するように通電が制御されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記活性化工程は、ガスを含む環境で実施されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記製造方法は、活性化工程の後にガスによって前記半導体部材を冷却する冷却工程を更に含みうる。前記冷却工程において、１０℃／秒よりも大きい変化率で前記半導体部材の温度が低下するようにガスが制御されることが好ましい。

本発明の好適な実施形態によれば、前記ガスは、窒素ガス、酸素ガス、アンモニアガス、水素ガス、不活性ガスの少なくとも１つを含みうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記半導体部材は、第１部分と前記第１部分よりも断面積が小さい第２部分とを有する処理炉内の前記第２部分に配置されて処理されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記半導体部材は、第１面及び第２面を有し、前記第１面の少なくとも一部及び前記第２面の少なくとも一部が露出するように電極によって支持されうる。

本発明の第２の側面は、半導体装置の製造方法に係り、前記製造方法は、ｐ型不純物を含む第１半導体部材を含む積層部材を第２半導体部材に接触させて配置し、前記第２半導体部材に通電して加熱することによって前記ｐ型不純物を活性化させる活性化工程を含む。

本発明の第３の側面は、半導体処理装置に係り、前記半導体処理装置は、第１部分と前記第１部分よりも断面積が小さい第２部分とを有する処理炉と、前記処理炉内の前記第２部分に処理対象物を配置するための支持部とを備え、前記支持部は、前記処理対象物に通電するための一対の電極を含む。

本発明の好適な実施形態によれば、前記処理対象物は、第１面及び第２面を有し、前記一対の電極は、前記処理対象物の第１面の少なくとも一部及び前記第２面の少なくとも一部が露出するように前記処理対象物を支持しうる。

本発明によれば、例えば、ｐ型不純物を活性化するための新規の技術が提供される。

ＧａＮ基板やＳｉ基板等の半導体部材に電流を流すことでジュール熱を発生させて、これによって該半導体部材を加熱することができる。従来の加熱装置では、カーボンやグラファイトの試料台の上に試料を配置し、ヒーターによって該試料を間接的に加熱する。このような方式では、試料台を含めた試料周りの熱容量が大きくなってしまう。よって、加熱後に試料を冷却する際に、大量の冷却ガスを流しても冷却速度には限界があった。しかし、試料に通電することによって該試料を加熱する方法によれば、試料を電極に固定すれば、処理炉内から従来のような熱容量の大きな試料台を排除することができるため、試料周りの熱容量を極端に小さくすることができる。

試料周りの窒素ガスの流速及び圧力を上げることで、試料への窒素ガスの供給を改善し、試料表面のＮ（窒素）抜けを抑制すると共に、速やかな降温が実現される。

処理炉内から従来のような熱容量の大きな試料台を排除することで、試料は、表面のみならず裏面も雰囲気ガスに晒されうる。そのため、降温時には、試料が表面及び裏面の両方から同時に冷却されうる。これによって、大きな冷却速度の急冷であるにもかかわらず、試料の表面側と裏面側との温度差が抑制され、クラックの発生が抑えられる。

本発明の好適な実施形態では、ｐ型不純物を含む半導体部材（例えば、ｐ型不純物が添加された窒化物半導体層）は、該半導体部材に通電することによってジュール熱によって加熱される。ｐ型不純物は、ジュール熱によって活性化されうる。活性化によって該半導体部材のキャリア濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３以上となりうる。

半導体部材は、例えば、III族窒化物、II族酸化物、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、又はＳｉを含みうる。

ｐ型の不純物は、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａの少なくとも１つを含みうる。半導体部材には、少量のｎ型不純物がコドープされてもよい。ｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅの少なくとも１つを含みうる。

半導体部材又は基板の面方位は特に限定されず、例えば、III族窒化物半導体基板の場合には、Ｃ面の他にａ面やｍ面の非極性面、又は半極性面を使用することができる。更に、半導体基板は、ジャスト基板でもよいし、オフ角が付与された基板であってもよい。

[第１実施形態]
図１は、近紫外ＬＥＤの構成を模式的に示す断面図である。図１を参照しながら本発明の好適な実施形態の近紫外ＬＥＤの製造方法を説明する。

まず、キャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３以上のｎ型ＧａＮ自立基板１０を準備する。ここで、ＧａＮ基板１０の大きさ（面積）は特に限定されない。しかしながら、後のｐ型不純物活性化工程において、ＧａＮ基板１０が小さすぎると抵抗値が高くなるために印加電圧が高くなり半導体層へ悪影響を与える可能性がある。一方、ＧａＮ基板１０が大きすぎると、電流が均一に流れないことに起因して温度斑を生じる可能性がある。よって、ＧａＮ基板１０は、１０×１０〜５０×５０ｍｍの範囲内の大きさであることが好ましい。また、ＧａＮ基板１０の厚さは、ｐ型不純物活性化工程において、薄すぎると抵抗値が高くなるために印加電圧が高くなり半導体層へ悪影響を与える可能性がある。また、ＧａＮ基板１０が薄すぎると、ｐ型不純物活性化工程において、処理炉内にＧａＮ基板１０を配置する際や他の工程においてＧａＮ基板１０が割れる可能性がある。一方、ＧａＮ基板１０が厚すぎると、コストパフォーマンスが悪化するばかりか、デバイス化においてＧａＮ基板１０のシンニングに時間がかかる。よって、ＧａＮ基板１０は、３００〜５００μｍの範囲内の厚さであることが好ましい。

次に、ＧａＮ基板１０をＭＯＣＶＤ装置のリアクターのサセプターにセットする。ＭＯＣＶＤ装置への投入前にＧａＮ基板１０を酸洗浄、有機洗浄、又は、アンモニア水による前処理を行ってもよい。ＧａＮ基板１０の投入後、リアクター内に水素、窒素及びアンモニアガスを導入し、１０００〜１２００℃に基板を加熱し、０〜１０分間保持してＧａＮ基板１０の表面を清浄化する。

次いで、同じ基板温度で、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）のほか、ドーピングガスとしてＳｉＨ_４を導入し、ＧａＮ基板１０の表面に直接、厚さ２．０μｍのｎ型ＧａＮクラッド層１１を成長させる。

次に、基板温度を８００〜１０００℃に下げて、ＴＭＧとトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を導入し、厚さ３．５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層と厚さ７．０ｎｍのＧａＮ障壁層からなる４周期の多重量子井戸発光層１２を成長させる。ＧａＮ障壁層は、Ｓｉをドーピングしてｎ型としてもよい。

次に、基板温度を９００〜１１００℃に上げて、ＴＭＧとトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、更にｐ型不純物としてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を導入し、厚さ５０ｎｍのｐ型Ａｌ_０．１ＧａＮ電流ブロック層１３を成長させる。

次に、同じ基板温度で、電流ブロック層１３の上に厚さ１００ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１４を成長させる。この際に、Ｍｇ添加量は、例えば１×１０^２０ｃｍ^−３が好適である。成長終了後に基板を１００℃以下まで自然冷却し、ＭＯＣＶＤ装置のリアクターから取り出す。

以上の工程によって、ｐ型不純物を含む半導体基板が得られる。この半導体基板は、矩形（正方形又は長方形）の半導体部材２０５に切断されうる。半導体部材２０５の形状は、これを一対の電極２０１ａ、２０１ｂで固定可能であればよいが、半導体部材２０５に均一に電流を流すためには、正方形又は長方形であることが好ましい。半導体部材２０５の寸法は、大きすぎると電流が偏り温度斑が生じうるため、できるだけ小さい方が良く、５０×５０ｍｍ以下が好ましく、２０×２０ｍｍ以下がより好ましい。

次に、半導体部材２０５のｐ型不純物を活性化させるｐ型不純物活性化工程を実施する。図２（ａ）は、ｐ型不純物を活性化させるための活性化装置（半導体処理装置）を鉛直面で切断した断面図である。図２（ｂ）は、該活性化装置を水平面で切断した断面図である。

活性化装置２００は、両側の第１部分２０３、２０４よりも断面積が小さい第２部分２１２を有する処理炉２１０と、処理炉２１０内の第２部分２１２に処理対象物としての半導体部材２０５を配置するための支持部２０２とを備える。

支持部２０２は、半導体部材２０５に通電するための一対の電極２０１ａ、２０１ｂを含む。ここで、第１部分２０３、２０４は、第２部分２１２を挟んで対称な構成を有することが好ましい。なお、第１部分２０３、２０４のうち一方は、第２部分２１２の断面積以下の断面積であってもよい。

第１部分２０３はガス導入部として、第１部分２０４はガス排出部として使用されうる。半導体部材２０５が配置される第２部分２１２の断面積を第１部分２０３、２０４のうちの少なくとも一方、好ましくは双方の断面積よりも小さくすることによって、半導体部材２０５の周囲を流れるガスの流速及び圧力を高めることができる。

処理炉２１０の材料は、特に制限されないが、高温に耐えることができる材料、更には、高温においても脱ガスが少なくコンタミネーションの危険性が小さい材料が好ましい。処理炉２１０の材料としては、例えば、高純度の石英が好適であるが、カーボン、グラファイト、セラミック、又は、ステンレス鋼等も好適である。

ｐ型不純物を含む半導体部材２０５は、処理炉２１０の一対の電極２０１ａ、２０１ｂに固定される。 電極２０１ａ、２０１ｂは、高温に耐えることができ脱ガスの少ない導電性材料で構成されることが好ましく、例えば、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉで構成されることが好ましい。半導体部材２０５と電極２０１ａ、２０１ｂとは、線接触又は面接触することが好ましい。図３のように、電極２０１ａ、２０１ｂに半導体部材２０５を固定するための固定機構は、クリップ機構であることが好ましい。クリップ機構は、例えば、電極２０１ａ（又は、２０１ｂ）と把持部材３０１ａ（又は、３０１ｂ）とを含んで構成され、電極２０１ａ（又は、２０１ｂ）と把持部材３０１ａ（又は、３０１ｂ）とによって半導体部材２０５を把持する。

或いは、電極２０１ａ、２０１ｂに半導体部材２０５を固定するための固定機構は、図４に示すように、ネジで半導体部材２０５を固定する機構であってもよい。該機構は、例えば、電極２０１ａ（又は、２０１ｂ）と、把持部材４０３ａ（又は、４０３ｂ）とを含んで構成され、ネジ４０４ａ（又は、４０４ｂ）とによって構成されうる。

電極２０１ａ、２０１ｂの幅は、半導体部材２０５の幅よりも大きいことが好ましい。

半導体部材２０５を電極２０１ａ、２０１ｂに固定した後に、処理炉２１０内に、例えば０．１〜５Ｌ／分の流量の窒素ガスを雰囲気ガスとして導入する。雰囲気ガスは、窒素ガス、酸素ガス、アンモニアガス、水素ガス、不活性ガスの少なくとも１つを含むこと好ましい。

半導体部材２０５の加熱は、真空又は減圧雰囲気においても実施してもよいが、加熱中における窒化物半導体からのＮ（窒素）抜けによる結晶品質低下を防止するために、常圧以上の窒素又は窒素を含む混合ガス雰囲気で実施することが好ましい。

前述のように、半導体部材２０５が配置される第２部分２１２の断面積を第１部分２０３、２０４のうちの少なくとも一方、好ましくは双方の断面積よりも小さくすることによって、半導体部材２０５の周囲を流れるガスの流速及び圧力を高めることができる。これにより、半導体部材２０５へも窒素の供給を改善し、高温化におけるＮ抜けを抑制することができる。なお、処理炉２１０の第２部分２１２の断面積（ガス流の方向に垂直な断面積）は、第１部分２０３、２０４の１／２以下が好ましい。

次に、処理炉２１０内の電極２０１ａ、２０１ｂを介して半導体部材２０５に電圧を印加して半導体部材２０５に１０〜５０Ａの電流を流す。半導体部材２０５の温度は、その裏面に接触させた熱電対２０６により測定する。昇温速度は１０℃／秒以上が好ましく、５０℃／秒以上がより好ましい。

半導体部材２０５は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１４が電極２０１ａ、２０１ｂに接触するように下向きに配置されてもよいし、ＧａＮ基板１０の裏面（クラッド層１１が形成された面の反対側の面）が電極２０１ａ、２０１ｂに接触するように上向きに配置されてもよい。

処理炉２１０を石英で作製した場合には、熱電対を使用せず、処理炉２１０の外部に設置したパイロメータで温度を測定することも可能である。

半導体部材２０５が所定の温度に達したら、０．１〜１０分間その温度で保持する。ここで、所定の温度とは、例えば、ｐ型不純物の活性化に効果のある７００℃以上であって、半導体品質へ致命的な影響を与えない１０００℃以下のことである。半導体部材２０５の温度は、一定の温度に維持されることが好ましいが、７００〜１０００℃の範囲で変動しても特に問題ない。また、半導体部材２０５に電流を流すための電気回路２０７に、熱電対からの温度をフィードバックして電流値をＰＩＤ制御する機能を持たせてもよい。

温度調整を自動化する場合、処理炉２１０内に複数組の電極を設置して個別に電気回路を持たせることで、同一バッチにおける複数枚処理を実施しやすくなる。この場合は、雰囲気ガス流に対して直角方向に半導体部材２０５を並べるように配置することが好ましい。

その後、半導体部材２０５への通電を停止して、主として雰囲気ガスの流れによって、半導体部材２０５を冷却する。この際の降温速度は１０℃／秒以上であることが好ましく、５０℃／秒以上であることがより好ましい。降温速度は、雰囲気ガスの流量を制御することによって制御することができる。
以上のような昇温、温度維持、降温を含むプロセスは、１回のみ実施されてもよいし、複数回にわたって繰り返して実施されてもよい。

電極２０１ａ、２０１ｂを含む支持部２０２は、図３、図４に例示的に示すように、半導体部材２０５の表面（第１面）の少なくとも一部と裏面（第２面）の少なくとも一部が露出するように半導体部材２０５を支持することが好ましい。このような支持方法によれば、雰囲気ガスによる半導体部材２０５の冷却時に、半導体部材２０５の表面と裏面との間の温度差を抑制することができるので、冷却によって半導体部材２０５にクラックが発生することを防止することができる。

半導体部材２０５が適当な温度、例えば、１００℃以下の温度まで冷却されたら、雰囲気ガスを止め、半導体部材２０５を処理炉２１０から取り出す。

次に、半導体部材２０５の表面にＮｉ／Ａｕ電極１５を形成し、基板１０が１００μｍ程度の厚さになるように基板１０の裏面を研磨した後に該裏面にＴｉ／Ａｌ電極１６を形成する。次に３００×３００μｍ程度の適当な大きさにダイシングすることで本発明の第一実施形態に係るＬＥＤの作製が完了する。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、サファイア基板５０上に作製した近紫外ＬＥＤの構成を模式的に示す図である。図５を参照しながら本発明の好適な実施形態の近紫外ＬＥＤの製造方法を説明する。

まず、サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置のリアクターのサセプターにセットする。リアクター内に水素と窒素の混合ガスを導入し、１０００〜１２００℃に基板を加熱し、１〜１０分間保持し基板表面を清浄化する。

次に、基板温度を４００〜６００℃に降温した後、リアクター内にＴＭＧとアンモニアガスを導入し、厚さ２０〜３０ｎｍのＧａＮ低温バッファー層（図示せず）を成長させる。

次に、１０００〜１２００℃に基板を昇温した後、ＴＭＧとドーピングガスとしてＳｉＨ_４を導入し、厚さ５．０μｍのｎ型ＧａＮクラッド層５１を成長させる。

次に、基板温度を８００〜１０００℃に下げて、ＴＭＧとＴＭＩを導入し、厚さ３．５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層と厚さ７．０ｎｍのＧａＮ障壁層からなる４周期の多重量子井戸発光層５２を成長させる。ＧａＮ障壁層は、Ｓｉをドーピングしてｎ型としてもよい。

次に、基板温度を９００〜１１００℃に上げて、ＴＭＧとＴＭＡ、更にｐ型不純物としてＣｐ_２Ｍｇを導入し、厚さ５０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.1ＧａＮ電流ブロック層５３を成長させる。

次に、同じ基板温度で、厚さ１００ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層５４を成長させる。この際に、Ｍｇ添加量は、例えば１×１０^２０ｃｍ^−３が好適である。ＧａＮコンタクト層５４の成長終了後、基板は、１００℃以下まで自然冷却され、ＭＯＣＶＤ装置のリアクターから取り出される。

ここで、サファイア基板等の非導電性基板上に形成された半導体部材を他の半導体部材に通電して加熱することによってｐ型不純物を活性化するための活性化装置について説明する。図６（ａ）は、ｐ型不純物を活性化させるための活性化装置（半導体処理装置）を鉛直面で切断した断面図である。図６（ｂ）は、該活性化装置を水平面で切断した断面図である。

活性化装置６００は、両側の第１部分６０３、６０４よりも断面積が小さい第２部分６１２を有する処理炉６１０と、処理炉６１０内の第２部分６１２に処理対象物としての積層部材６０５を配置するための支持部６０２とを備える。支持部６０２は、積層部材６０５に通電するための一対の電極６０１ａ、６０１ｂを含む。ここで、第１部分６０３、６０４は、第２部分６１２を挟んで対称な構成を有することが好ましい。なお、第１部分６０３、６０４のうち一方は、第２部分６１２の断面積以下の断面積であってもよい。

第１部分６０３はガス導入部として、第１部分６０４はガス排出部として使用されうる。積層部材６０５が配置される第２部分６１２の断面積を第１部分６０３、６０４のうちの少なくとも一方、好ましくは双方の断面積よりも小さくすることによって、積層部材６０５の周囲を流れるガスの流速及び圧力を高めることができる。

加熱用の半導体部材としてのＳｉ基板６２０を形成するための材料としてＳｉウエハを準備する。Ｓｉウエハは、キャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３以上であれば、ｎ型でもｐ型でも構わない。Ｓｉウエハの厚さは、特に限定されないが、２インチで３００〜５００μｍ厚さのものであれば十分である。

次に、ＳｉウエハをカットしてＳｉ基板６２０を得る。このＳｉ基板６２０を図６に示す活性化装置６００の処理炉６１０内の電極６０１ａ、６０１ｂに固定する。Ｓｉ基板６２０の形状は、電極６０１ａ、６０１ｂに固定可能であれば特に限定されないが、Ｓｉ基板６２０に均一に電流を流すためには正方形や長方形であることが好ましい。Ｓｉ基板６２０の大きさは、電極６０１ａ、６０１ｂの幅と電極６０１ａ、６０１ｂ間の距離にもよるが、大きすぎると電流が偏り温度斑が生じうるため、できるだけ小さい方が良く、５０×５０ｍｍ以下が好ましく、２０×２０ｍｍ以下がより好ましい。

ここで、Ｓｉ基板６２０に代えて、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ等の高融点金属材料、又は、Ｃ、ＳｉＣ等で構成される基板を採用してもよい。これらの基板であっても、サファイア基板上に形成した半導体部材を加熱するためのヒーターとして使用可能である。

電極６０１ａ、６０１ｂは、高温に耐えることができ脱ガスの少ない導電性材料で構成されることが好ましく、例えば、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉで構成されることが好ましい。Ｓｉ基板６２０と電極６０１ａ、６０１ｂとは、線接触又は面接触することが好ましい。

電極６０１ａ、６０１ｂにＳｉ基板６２０を固定するための固定機構は、第１実施形態において例示した図３、図４に示すような機構を採用することができる。

ＭＯＣＶＤ装置から取り出された基板は、矩形（正方形又は長方形）の積層部材６０５に切断されうる。積層部材６０５は、処理炉６１０の電極６０１ａ、６０１ｂ間に固定されたＳｉ基板６２０上に配置される。積層部材６０５の大きさと形状は、Ｓｉ基板６２０からはみ出さなければ特に制限はないが、サファイア基板上のエピの場合には反りが発生しているので、Ｓｉ基板６２０との密着性が悪化しうる。そのため、積層部材６０５は、できるだけ小さい方がよいが、小さすぎると高速で流れる雰囲気ガスにより飛ばされてしまうので、５×５〜１０×１０ｍｍ程度であることが好ましい。

ここで、図３、図４に例示するような手段によってＳｉ基板６２０及び積層部材６０５を把持することによって、積層部材６０５が飛ばされる心配はなくなる。あるいは、Ｓｉ基板６２０の表面を凹加工し、そこに加熱対象の積層部材６０５をはめ込む方法でも改善が可能である。加熱体としてはＳｉ部材等の半導体部材ではなく高融点金属を使用した場合には、これをボート状に加工し凹部に加熱対象の積層部材６０５を配置してもよい。

加熱対象の積層基板６０５をＳｉ基板６２０に載せた後、処理炉６１０内に０．１〜５Ｌ／分の流量で窒素ガスを雰囲気ガスとして導入する。雰囲気ガスは、窒素ガス、酸素ガス、アンモニアガス、水素ガス、不活性ガスの少なくとも１つを含むこと好ましい。

前述のように、積層部材６０５が配置される第２部分６１２の断面積を第１部分６０３、６０４のうちの少なくとも一方、好ましくは双方の断面積よりも小さくすることによって、積層部材６０５の周囲を流れるガスの流速及び圧力を高めることができる。これにより、積層部材６０５へも窒素の供給を改善し、高温化におけるＮ抜けを抑制することができる。なお、処理炉６１０の第２部分６１２の断面積（ガス流の方向に垂直な断面積）は、第１部分６０３、６０４の１／２以下が好ましい。

次に、電極６０１ａ、６０１ｂを介してＳｉ基板６２０に１０〜５０Ａの電流を流す。Ｓｉ基板６２０の温度は、その裏面に接触させた熱電対６０６により測定する。昇温速度は１０℃／秒以上であることが好ましく、５０℃／秒以上であることがより好ましい。

Ｓｉ基板６２０が所定の温度に達したら、０．１〜１０分間その温度で保持する。ここで、所定の温度とは、例えば、ｐ型不純物の活性化に効果のある７００℃以上であって、半導体品質へ致命的な影響を与えない１０００℃以下のことである。Ｓｉ基板６２０の温度は、一定の温度に維持されることが好ましいが、７００〜１０００℃の範囲で変動しても特に問題ない。また、Ｓｉ基板６２０に電流を流すための電気回路６０７に、熱電対からの温度をフィードバックして電流値をＰＩＤ制御する機能を持たせてもよい。

その後、Ｓｉ基板６２０への通電を停止して、主として雰囲気ガスの流れによって、積層部材６０５を冷却する。この際の降温速度は１０℃／秒以上であることが好ましく、５０℃／秒以上であることがより好ましい。降温速度は、雰囲気ガスの流量を制御することによって制御することができる。

Ｓｉ基板６２０は、加熱対象の積層部材６０５を支持する試料台として機能しうる。Ｓｉウエハ等を加工してＳｉ基板６２０のような半導体部材或いは支持部材を製作することによって、一般的な試料台に比べて熱容量が格段に小さい試料台を得ることができる。よって、大きな昇温速度と降温速度を実現することができる。

更に、Ｓｉウエハ等を加工して製作されるＳｉ基板６２０（半導体部材或いは支持部材）によって積層部材６０５を支持することによって、冷却時に、積層部材６０５の表面とＳｉ基板６２０の裏面とを同時に雰囲気ガスに曝して冷却することができる。したがって、積層部材６０５の冷却時に、積層部材６０５の表面と裏面との間の温度差を抑制することができるので、冷却によって積層部材６０５にクラックが発生することを防止することができる。

積層部材６０５が適当な温度、例えば、１００℃以下の温度まで冷却されたら、雰囲気ガスを止め、積層部材６０５を処理炉６１０から取り出す。

取り出した積層基板６０５の表面にＮｉ／Ａｕ電極５５を形成する。次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて積層基板６０５の表面の一部をエッチングし、ｎ型ＧａＮクラッド層５１を露出させ、Ｔｉ／Ａｌ電極５６を形成する。次に、３００×３００μｍ程度の適当な大きさにダイシングすることで、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤの作製が完了する。

以上、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能である。

近紫外ＬＥＤの構成を模式的に示す断面図である。 ｐ型不純物を活性化させるための活性化装置の構成を示す図である。 試料を固定する支持部の構成例を示す図である。 試料を固定する支持部の構成例を示す図である。 サファイア基板上に作製した近紫外ＬＥＤの構成を模式的に示す図である。 ｐ型不純物を活性化させるための活性化装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０、５０ 基板
１１、５１ ｎ型ＧａＮクラッド層
１２、５２ 発光層
１３、５３ ｐ型ＡｌＧａＮ電流ブロック層
１４、５４ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１５、５５ ｐ電極
１６、５６ ｎ電極
２０１ａ、２０１ｂ、６０１ａ、６０１ｂ 電極
２０２、６０２ 支持部
２０３、２０４、６０３、６０４ 第１部分
２０５ 試料（半導体部材）
６０５ 試料（積層部材）
６２０ Ｓｉ基板（半導体部材或いは支持部材）
２０６、６０６ 熱電対
２０７、６０７ 直流電源
２１２ 第２部分
３０１ａ、３０１ｂ、４０１ａ、４０１ｂ 把持部材

Claims (12)

1. ｐ型不純物を含む半導体部材に通電することによって前記ｐ型不純物を活性化させる活性化工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記ｐ型不純物は、前記半導体部材に通電することによる前記半導体部材の加熱によって活性化されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記活性化工程において１０℃／秒よりも大きい変化率で前記半導体部材の温度が上昇するように通電が制御されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記活性化工程がガスを含む環境で実施されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 活性化工程の後にガスによって前記半導体部材を冷却する冷却工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記冷却工程において１０℃／秒よりも大きい変化率で前記半導体部材の温度が低下するようにガスが制御されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記ガスは、窒素ガス、酸素ガス、アンモニアガス、水素ガス、不活性ガスの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記半導体部材は、第１部分と前記第１部分よりも断面積が小さい第２部分とを有する処理炉内の前記第２部分に配置されて処理されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記半導体部材は、第１面及び第２面を有し、前記第１面の少なくとも一部及び前記第２面の少なくとも一部が露出するように電極によって支持されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
10. ｐ型不純物を含む第１半導体部材を含む積層部材を第２半導体部材に接触させて配置し、前記第２半導体部材に通電して加熱することによって前記ｐ型不純物を活性化させる活性化工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 第１部分と前記第１部分よりも断面積が小さい第２部分とを有する処理炉と、
    前記処理炉内の前記第２部分に処理対象物を配置するための支持部とを備え、
    前記支持部は、前記処理対象物に通電するための一対の電極を含むことを特徴とする半導体処理装置。
12. 前記処理対象物は、第１面及び第２面を有し、前記一対の電極は、前記処理対象物の第１面の少なくとも一部及び前記第２面の少なくとも一部が露出するように前記処理対象物を支持することを特徴とする請求項１１に記載の半導体処理装置。

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