JP2009124111A - Iii族窒化物系化合物半導体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】研磨された、GaN基板表面の処理方法であって、トリメチルガリウムと、アンモニアと、水素とを含む雰囲気下で加熱することを特徴とする。トリメチルガリウムの供給量は150μmol/min以上、アンモニアとトリメチルガリウムの供給量の比(V/III比)は、1200以上4000以下が好ましく加熱の際の温度は1000℃以上1250℃以下が好ましい。また、表面処理温度は、後に形成されるGaNの成長時の温度以上に設定され、トリメチルガリウム供給量は、その成長時の供給量よりも低い。表面の高低差のRMSは1.3nm以下、ステップ状態の良好な基板面が得られた。
【選択図】図3
Description
尚、本願においてIII族窒化物系化合物半導体とは、AlxGayIn1-x-yN(x、y、x+yはいずれも0以上1以下)で示される半導体、及び、n型化/p型化等のために任意の元素を添加したものを含む。更には、III族元素及びV族元素の組成の一部を、B、Tl;P、As、Sb、Biで置換したものをも含むものとする。
そこで、加熱処理、或いは加熱処理と他の処理とを組み合わせることが試行されている。このような技術として、例えば特許文献1乃至3が挙げられる。
請求項2に係る発明は、表面処理工程における条件は、III族窒化物の形成と分解の平衡状態近傍であることを特徴とする。
さらに、加熱の際の温度は、1100℃以上で、その表面処理工程に、続いて、実施されるIII族窒化物系化合物半導体の最適成長温度以上の温度が望ましい。高温で処理する程、マストランスポートが大きくなり、研磨傷を消滅させる効果が高くなる。
請求項6に係る発明は、請求項5の発明において、III族元素の有機化合物はトリメチルガリウムであり、表面処理工程の後の窒化ガリウムを成長させる時のトリメチルガリウムの供給量は、表面処理工程におけるトリメチルガリウムの供給量よりも増加させることを特徴とする。このような条件の場合に、表面処理工程において、III族窒化物の成長と分解の平衡状態近傍に設定することができる。
請求項8に係る発明は、III族窒化物系化合物半導体基板はGaN基板であり、III族元素の有機化合物はトリメチルガリウムであり、トリメチルガリウムの供給量は、実質的に窒化ガリウムが成長しない範囲に設定されいることを特徴とする。
さらには、トリメチルガリウムの供給量は、窒化ガリウムの成長と分解とが均衡した平衡状態の近傍であって、窒化ガリウムの分解が生じる量であることが望ましい。
第1の可能性は、加熱の際にアンモニアと共にIII族元素の有機化合物を供給することで、気相中のIII族原子又はIII族元素化合物の分圧が上昇し、基板表面のIII族窒化物系化合物半導体の分解が抑制されるとのものである。これによれば、III族窒化物系化合物半導体は窒素とIII族原子とに分解することなく、マストランスポートにより凸部から凹部に移動して凹凸が平坦化される。
高温時下で例えば基板表面の凸部等の、III族窒化物系化合物半導体の急速な分解と窒素分子として窒素原子が脱離することによるIII族原子の液滴が生じた場合、当該液滴表面のIII族原子とアンモニアの反応のみでは、III族原子の液滴が十分に消費されない。即ち、III族原子−窒素原子−III族原子等の結合が生じたとしても、分解して窒素原子が(窒素分子として)脱離する速度が勝ってしまうと考えられる。
表面処理温度は、特に、後の工程でエピタキシャル成長させるIII 族窒化物系化合物半導体の成長温度以上とすることが望ましい。すなわち、III 族窒化物系化合物半導体の最適成長温度以上とすることで、引き続き行われるエピタキシャル成長工程まで、基板表面の平坦性を維持することが容易となる。
実験2:温度1100℃では、50μm□でのRMSは9.25nm、2μm□でのRMSは0.17nm、凹凸のほとんどがGa液滴によるもの。実験2のGa液滴は実験1のGa液滴よりも小さく、数も少なかった。
実験3:温度1050℃では、50μm□でのRMSは7.43nm、2μm□でのRMSは0.17nm、凹凸のほとんどがGa液滴によるもの。実験3のGa液滴は実験2のGa液滴よりも小さかったが、数は多かった。
実験4:温度1000℃では、50μm□でのRMSは2.45nm、2μm□でのRMSは0.13nm、微小なGa液滴が見出された。
実験2、3の場合には、2μm□でのRMSは0.17nmであり、原子スケールのステップが観測された。特に、実験3では、ステップ状態は良好である。しかし、実験1、4の場合には、原子スケールのステップは観測されないか、ステップ状態は悪いものであった。
実験1:TMGの供給量が0では、50μm□でのRMSは45.21nm、2μm□でのRMSは0.21nm、凹凸のほとんどがGa液滴によるもの(上述)。
実験5:TMGの供給量が120μmol/minでは、50μm□でのRMSは6.00nm、2μm□でのRMSは0.22nm、Ga液滴が見出された。
実験6:TMGの供給量が173μmol/minでは、50μm□でのRMSは2.24nm、2μm□でのRMSは0.23nm、Ga液滴は見出されなかった。
実験6:アンモニアの供給量が7SLM、すなわち、0.13mol/minでは、50μm□でのRMSは2.24nm、2μm□でのRMSは0.23nmでステップ状態は悪かった(上述)。
実験7:アンモニアの供給量が10.5SLM、すなわち、0.47mol/minでは、50μm□でのRMSは1.31nm、2μm□でのRMSは0.24nmで、ステップ状態は良好であった。
実験8:アンモニアの供給量が14SLM、すなわち、0.63mol/minでは、50μm□でのRMSは3.47nm、2μm□でのRMSは0.21nmで、表面に10μm□程度の領域の凹凸が形成された。
比較例として、実験1で得られた、Ga液滴が表面に多数存在していたGaN基板10に、全く同様にLED11を形成した。
また、これら2つのLEDのエレクトロルミネッセンス(EL)強度を比較したところ、本願発明の実施例に係る処理済みGaN基板100上に形成したLED110のEL強度は、比較例に係るGa液滴の残るGaN基板10上に形成したLED11のEL強度の1.1倍であった。
11:Ga液滴が表面に多数存在していたGaN基板10上に形成したLED
100:実験7により処理したGaN基板
110:処理済みGaN基板100上に形成したLED
Claims (14)
- 研磨された、III族窒化物系化合物半導体から成る半導体基板表面を、III族元素の有機化合物と、アンモニアと、水素とを含む雰囲気下で加熱して前記半導体基板表面の凹凸を平坦化する表面処理工程と、
当該表面処理工程の後に、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。 - 前記表面処理工程における条件は、III族窒化物の形成と分解の平衡状態近傍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。
- 前記表面処理工程における温度及び前記III族元素の有機化合物の供給量は、III族窒化物の成長と分解の平衡状態近傍に設定し、III族窒化物系化合物半導体を成長させない条件である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。
- 前記加熱の際の温度は1000℃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3の何れか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。 - 前記III族窒化物系化合物半導体基板はGaN基板であり、前記表面処理工程の後の窒化ガリウムの成長温度を、前記表面処理工程における温度よりも0℃以上400℃以下の範囲で低下させることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
- 前記III族元素の有機化合物はトリメチルガリウムであり、前記表面処理工程の後の窒化ガリウムを成長させる時のトリメチルガリウムの供給量は、表面処理工程におけるトリメチルガリウムの供給量よりも増加させることを特徴とする請求項5に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
- 前記トリメチルガリウムの供給量が15μmol/min以上2mmol/min以下であることを特徴とする請求項6に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
- 前記III族窒化物系化合物半導体基板はGaN基板であり、前記III族元素の有機化合物はトリメチルガリウムであり、前記トリメチルガリウムの供給量は、実質的に窒化ガリウムが成長しない範囲に設定されいることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
- アンモニアとトリメチルガリウムの供給量の比は、トリメチルガリウムとして供給されるガリウム原子数に対するアンモニアとして供給される窒素原子数の比が、1200以上4000以下であることを特徴とする請求項6乃至請求項8の何れか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
- 前記表面処理工程の温度は、その後に、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温度以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
- 前記表面処理工程の前記III族元素の有機化合物の供給量は、その後に、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時の前記III族元素の有機化合物の供給量よりも小さいことを特徴とする請求項10に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
- 前記表面処理工程の温度は、前記半導体基板表面の研磨傷の面積密度を最小とし、前記III族元素の有機化合物の供給量は、前記半導体基板表面のGa液滴の面積密度を最小とする値に制御されていることを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
- 前記表面処理工程の温度、前記III族元素の有機化合物の供給量、及び、前記アンモニアの供給量は、前記半導体基板表面の研磨傷の面積密度、及び、前記半導体基板表面のGa液滴の面積密度を最小とし、ステップ状態を最良とする値に制御されていることを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
- 前記表面処理工程の温度、前記III族元素の有機化合物の供給量、及び、前記アンモニアの供給量は、前記半導体表面の凹凸の高低差の2乗平均は、2.2nm以下となる条件に制御されていることを特徴とする請求項1乃至請求項13の何れか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
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