JP2011192752A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 表面に凹凸が形成された成長用基板の、該表面の凸部の上面に離散的に分布し、化合物半導体からなる複数の支柱を形成する。支柱によって成長用基板の上に支えられ、化合物半導体からなる半導体層を形成する。半導体層の上に、支持基板を接着する。成長用基板を半導体層から分離する。
【選択図】 図1−3
Description
表面に凹凸が形成された成長用基板の、該表面の凸部の上面に離散的に分布し、化合物半導体からなる複数の支柱を形成する工程と、
前記支柱によって前記成長用基板の上に支えられ、化合物半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の上に、支持基板を接着する工程と、
前記成長用基板を前記半導体層から分離する工程と
を有する半導体素子の製造方法が提供される。
・トリメチルガリウム(TMG)供給量 11μmol/min
・キャリアガス 窒素ガス(13.5SLM)と水素ガス(4.5SLM)
・アンモニアガス(NH3)供給量 3.3SLM
・成長温度 525℃
上述の条件で、V/III比は14000である。ここで、V/III比は、供給される原料中のIII族元素のモル数に対するV族元素のモル数の比と定義される。下地層12の厚さは、凹部11の深さDよりも薄くする。凹部11の深さDが1μmのとき、例えば下地層12の厚さを200nmとする。このように高いV/III比を採用すると、Gaのマイグレーションが促進され、面内で偏りなくGaN膜が成長する。これにより、表面の凹凸の高さ及びピッチが面内に亘ってほぼ揃った下地層12が得られる。凹部11の側面には、下地層12が形成されない。
・TMG供給量 23μmol/min
・キャリアガス 窒素ガス(6SLM)と水素ガス(7.5SLM)
・NH3供給量 2.2SLM
・成長時間 膜厚20nmになる時間
第2工程の成長条件は、例えば下記の通りである。
・TMG供給量 45μmol/min
・キャリアガス 窒素ガス(6SLM)と水素ガス(7.5SLM)
・NH3供給量 4.4SLM
・成長時間 膜厚80nmになる時間
第1工程では、縦方向の成長が支配的となり、第2工程では、横方向(面内方向)の成長が支配的となる。第1工程と第2工程とを交互に繰り返す過程で、供給されるGa原子及びN原子が基板表面に吸着されて膜が成長する反応と、成長したGaNが分解し脱離する反応とが生じる。
・成長温度 1000℃
・TMG供給量 45μmol/min
・NH3供給量 4.4SLM
なお、成長温度を980℃〜1020℃の範囲内としてもよい。TMG供給量を10μmol/min〜70μmol/minの範囲内とし、NH3供給量を3.3SLM〜5.5SLMの範囲内としてもよい。V/III比は、2000〜22500の範囲内とすることが好ましく、3000〜8000の範囲内とすることが、平坦性及び結晶性の点でより好ましい。成長速度は、0.5μm/h〜5μm/hの範囲内とすることが好ましい。図1Gでは、半導体層13とn型半導体層20との境界を明示しているが、実際には、両者ともGaNで形成され、同一チャンバ内で連続して成長されるため、両者の境界が明瞭に識別できるわけではない。
・成長温度 730℃〜790℃
・TMG供給量 3.6μmol/min
・トリメチルインジウム(TMI)供給量 3.6μmol/min
・NH3供給量 3.3SLM〜5.5SLM
GaN層の成長時には、TMIの供給が停止される。TMGの供給量及びTMIの供給量を1μmol/min〜10μmol/minの範囲内としてもよい。ただし、TMGの供給量とTMIの供給量との比は、In組成比が0.2になるように調整される。
・成長温度 700℃〜760℃
・TMG供給量 3.6μmol/min
・TMI供給量 10μmol/min
・NH3供給量 3.3SLM〜5.5SLM
GaN層の成長時には、TMIの供給が停止される。TMGの供給量を1μmol/min〜10μmol/minの範囲内としてもよい。このとき、TMIの供給量は、In組成比が0.35になるように調整される。発光層22にSiをドープしてもよい。Si濃度は、例えば5×1017cm−3以下とする。
・成長温度 770℃〜970℃
・TMG供給量 8.1μmol/min
・トリメチルアルミニウム(TMA)供給量 7.6μmol/min
・NH3供給量 3.3SLM〜5.5SLM
ドーパントであるMgの原料として、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CP2Mg)を用いることができる。TMGの供給量を4μmol/min〜20μmol/minの範囲内としてもよい。このとき、TMAの供給量は、Al組成比が0.2になるように調整される。Mg濃度は、例えば1×1020cm−3である。
・成長温度 770℃〜970℃
・TMG供給量 18μmol/min
・NH3供給量 3.3SLM〜5.5SLM
TMGの供給量を8μmol/min〜36μmol/minの範囲内としてもよい。Mg濃度は、例えば1×1020cm−3である。
11 凹部
12 下地層
13 半導体層
13a 支柱
13b 庇部
20 n型半導体層
21 歪緩和層
22 発光層
23 第1p型半導体層
24 第2p型半導体層
25 p側電極
26 接合用金属膜
30 支持基板
31 接合用金属膜
35 n側電極
Claims (7)
- 表面に凹凸が形成された成長用基板の、該表面の凸部の上面に離散的に分布し、化合物半導体からなる複数の支柱を形成する工程と、
前記支柱によって前記成長用基板の上に支えられ、化合物半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の上に、支持基板を接着する工程と、
前記成長用基板を前記半導体層から分離する工程と
を有する半導体素子の製造方法。 - 前記成長用基板の表面には、複数の凹部が離散的に分布しており、凸部の上面は平坦である請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記支柱を形成する工程において、面内方向よりも縦方向の成長が支配的になる条件で前記支柱を成長させる第1工程と、縦方向よりも面内方向の成長が支配的になる条件で前記支柱を成長させる第2の工程とを交互に繰り返す請求項1または2に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記成長用基板の上に前記支柱を形成する前に、前記成長用基板の表面に、前記支柱を形成するときの成長温度よりも低い成長温度で、前記成長用基板の表面の凹凸の高低差よりも薄い化合物半導体からなる下地層を形成する工程を含む請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記成長用基板の表面に形成された凹凸の段差面は、前記凸部の上面で画定される仮想平面に対して70°〜90°の傾斜角を有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記凹部の各々の平面形状は、直径10μm以下の円形、または直径10μm以下の円を内接円とする多角形である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記支柱及び前記半導体層は、V族元素として窒素を含むIII−V族化合物半導体であり、
前記第1工程及び前記第2工程では、前記成長用基板を成長用チャンバ内に配置し、該チャンバ内に、III族原料及びV族原料を供給することにより前記支柱を成長させ、前記第1工程におけるIII族原料及びV族原料の供給量が、前記第2工程におけるIII族原料及びV族原料の供給量よりも少ない請求項3に記載の半導体素子の製造方法。
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