JP2019199373A - 窒化物半導体積層物の製造方法、窒化物半導体積層物、膜質検査方法および半導体成長装置の検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物の製造方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、当該基板上に前記薄膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記薄膜の膜質を検査する検査工程と、
を備え、
前記検査工程では、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該薄膜の膜質を検査する
窒化物半導体積層物の製造方法が提供される。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物における前記薄膜の膜質を検査する膜質検査方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該薄膜の膜質を検査する
膜質検査方法が提供される。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物の製造方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、当該基板上に前記薄膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記薄膜の膜質を検査する検査工程と、
を備え、
前記検査工程は、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで、実測された第1の反射スペクトルを取得する工程と、
前記窒化物半導体積層物の積層構造を示す光学モデル、および、当該窒化物半導体積層物の誘電関数を示す誘電関数モデルを用いて、演算された第2の反射スペクトルを取得する工程であって、当該第2の反射スペクトルが有するフリンジパターンを、前記第1の反射スペクトルが有するフリンジパターンにフィッティングさせるように、当該光学モデルおよび当該誘電関数モデルにおいて前記薄膜の膜厚と前記基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とを設定することで、当該第2の反射スペクトルを取得する工程と、
前記第1の反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、前記第2の反射スペクトルの前記所定波数における反射光量からのずれを検出する工程と、
を備える
窒化物半導体積層物の製造方法が提供される。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板と、
前記基板上にホモエピタキシャル成長されてなる薄膜と、
を備え、
前記基板は、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からのずれを考えたとき、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値が、1,500cm−1以上1,600cm−1未満の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値、および、1,700cm−1超1,800cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値のいずれよりも大きい
窒化物半導体積層物が提供される。
前記基板上にホモエピタキシャル成長されてなる薄膜と、
を備え、
前記基板は、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からのずれを考えたとき、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値、1,500cm−1以上1,600cm−1未満の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値、および、1,700cm−1超1,800cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値のいずれもが、強度反射率の差の大きさとして、1%未満である
窒化物半導体積層物が提供される。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に、III族窒化物半導体からなる複数の層が積層された多層膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物における前記多層膜の膜質を検査する膜質検査方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、
前記基板上の前記多層膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該多層膜の各層の厚さと当該基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該薄膜の膜質を検査し、
前記多層膜は、前記各層の厚さと前記基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる反射光量が、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲において極大または極小を有しないように、当該各層の厚さおよび当該各層のキャリア濃度が調整されて成長された多層膜である
膜質検査方法が提供される。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上にIII族窒化物半導体をホモエピタキシャル成長させる、半導体成長装置の検査方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、当該基板上に、III族窒化物半導体からなる複数の層が積層された多層膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記多層膜の膜質を検査する検査工程と、
を備え、
前記検査工程では、前記基板上の前記多層膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該多層膜の各層の厚さと当該基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該多層膜の膜質を検査し、
前記成長工程では、前記各層の厚さと前記基板のキャリア濃度および当該各層のキャリ
ア濃度とに応じて定まる反射光量が、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲において極大または極小を有しないように、当該各層の厚さおよび当該各層のキャリア濃度を調整して、前記多層膜を成長させる
半導体成長装置の検査方法が提供される。
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、本実施形態に係る窒化物半導体積層物1の構成例を説明する。
続いて、窒化物半導体積層物(中間体)1を構成する基板10について詳しく説明する。なお、以下において、基板等の主面は、主に基板等の上側主面のことをいい、基板等の表面ということもある。また、基板等の裏面は、基板等の下側主面のことをいう。
なお、基板10を構成するGaN結晶は、基板10の主面に対して所定のオフ角を有していても良い。オフ角とは、基板10の主面の法線方向と、基板10を構成するGaN結晶の主軸(c軸)とのなす角度のことをいう。具体的には、基板10のオフ角は、例えば、0°以上1.2°以下である。また、これよりも大きく、2°以上4°以下とすることも考えられる。さらには、例えば、a方向およびm方向のそれぞれにオフ角を有する、いわゆるダブルオフであっても良い。
本実施形態において、基板10は、赤外域の吸収係数について所定の要件を満たしている。これにより、基板10は、詳細を後述するように、基板10におけるキャリア濃度と赤外域の吸収係数との間に依存性を有するものとなる。
以下、詳細を説明する。
濃度NeごとにGaN結晶の吸収係数αをプロットしている。図4に示すように、後述の製造方法によって製造されるGaN結晶では、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲において、自由キャリア吸収に起因して、長波長に行くにしたがってGaN結晶における吸収係数αが大きくなる(単調に増加する)傾向を示す。また、GaN結晶中の自由電子濃度Neが高くなるにしたがって、GaN結晶における自由キャリア吸収が大きくなる傾向を示す。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3)
1.5×10−19Neλ3≦α≦6.0×10−19Neλ3 ・・・(1’)
α=2.2×10−19Neλ3 ・・・(1”)
値は、式(1)の関数によって精度良くフィッティングすることができる。なお、図4の場合(Siドープの場合)では、K=2.2×10−19としたときに、吸収係数αが式(1)に精度良く近似される。
0.15λ3≦α≦6λ3 ・・・(2)
0.15λ3≦α≦3λ3 ・・・(2’)
0.15λ3≦α≦1.2λ3 ・・・(2”)
これにより、基板10を安定的に加熱可能としつつ、基板10のより良好な結晶性を確保することができる。
Δα≦1.0 ・・・(3)
Δα>1.0であると、赤外線の照射による加熱効率が基板10の主面内で不均一となる可能性がある。これに対し、Δα≦1.0とすることにより、赤外線の照射による加熱効率を基板10の主面内で均一にすることができる。
Δα≦0.5 ・・・(3’)
Δα≦0.5とすることにより、赤外線の照射による加熱効率を基板10の主面内で安定的に均一にすることができる。
おける吸収係数αが式(1)により近似されることから、所定の波長λでは、基板10の吸収係数αは、自由電子濃度Neに対してほぼ比例する関係を有している。
Δα=8KΔNe ・・・(4)
。
次に、窒化物半導体積層物(中間体)1を構成する半導体層20について詳しく説明する。
下地n型半導体層21は、基板10の結晶性を引き継いでドリフト層22を安定的にエピタキシャル成長させるバッファ層として、基板10の主面に接するよう設けられている。また、下地n型半導体層12は、n型不純物を含むn型GaN層として構成されている
。下地n型半導体層12中に含まれるn型不純物としては、基板10と同様に、例えば、SiおよびGeが挙げられる。下地n型半導体層12中のn型不純物の濃度は、基板10とほぼ等しく、例えば、1.0×1018at・cm−3以上1.0×1019at・cm−3以下である。
ドリフト層22は、下地n型半導体層21上に設けられ、低濃度のn型不純物を含むn型GaN層として構成されている。ドリフト層22中のn型不純物としては、下地n型半導体層21中のn型不純物と同様に、例えば、SiおよびGeが挙げられる。
次に、基板10上に半導体層20が形成されてなる窒化物半導体積層物1について、その構成上の特徴を説明する。
具体的には、既に説明したように、赤外域の吸収係数を自由キャリア濃度および波長の関数として近似することができるようになっている。さらに詳しくは、基板10における依存性は、波長をλ(μm)、27℃における基板10の吸収係数をα(cm−1)、基板10中の自由電子濃度(キャリア濃度)をNe(cm−3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における吸収係数αが、既述の式(1)により近似される。式(1)は、再掲すると、以下のとおりである。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3)
なものとなる。
次に、FT−IR法による膜厚測定を含む、上述した構成の窒化物半導体積層物1を製造する際の手順、すなわち本実施形態に係る窒化物半導体積層物1の製造方法を説明する。
基板作製工程(S110)では、基板10の作製を行う。基板10の作製は、以下に示すハイドライド気相成長装置(HVPE装置)200を用いて行う。
ここで、基板10の製造に用いるHVPE装置200の構成について、図8を参照しながら詳しく説明する。
ガス供給管232b、インナーカバー204内へ後述するドーピングガスを供給するガス供給管232c、インナーカバー204内へパージガスとして窒素(N2)ガスおよび水素(H2)ガスの混合ガス(N2/H2ガス)を供給するガス供給管232d、および、成膜室201内へパージガスとしてのN2ガスを供給するガス供給管232eが接続されている。ガス供給管232a〜232eには、上流側から順に、流量制御器241a〜241e、バルブ243a〜243eがそれぞれ設けられている。ガス供給管232aの下流には、原料としてのGa融液を収容するガス生成器233aが設けられている。ガス生成器233aには、HClガスとGa融液との反応により生成された塩化ガリウム(GaCl)ガスを、サセプタ208上に配置された種基板5等に向けて供給するノズル249aが設けられている。ガス供給管232b,232cの下流側には、これらのガス供給管から供給された各種ガスをサセプタ208上に配置された種基板5等に向けて供給するノズル249b,249cがそれぞれ接続されている。ノズル249a〜249cは、サセプタ208の表面に対して交差する方向にガスを流すよう配置されている。ノズル249cから供給されるドーピングガスは、ドーピング原料ガスとN2/H2ガス等のキャリアガスとの混合ガスである。ドーピングガスについては、ドーピング原料のハロゲン化物ガスの熱分解を抑える目的でHClガスを一緒に流してもよい。ドーピングガスを構成するドーピング原料ガスとしては、例えば、シリコン(Si)ドープの場合であればジクロロシラン(SiH2Cl2)ガスまたはシラン(SiH4)ガス、ゲルマニウム(Ge)ドープの場合であればジクロロゲルマン(GeCl4)ガスまたはゲルマン(GeH4)ガスを、それぞれ用いることが考えられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
183706 (2014)」によれば、950℃で成長することにより、低不純物濃度のGaN結晶の成長が実現可能なことが開示されている。ところが、このような低温成長
では、得られる結晶品質の低下を招き、熱物性、電気特性等において良好なものが得られない。
続いて、上述のHVPE装置200を用いて種基板5上にGaN単結晶をエピタキシャル成長させ、その後、成長させた結晶をスライスして基板10を取得するまでの一連の処理について、図8を参照しながら詳しく説明する。以下の説明において、HVPE装置200を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。
具体的には、先ず、反応容器203の炉口を開放し、サセプタ208上に種基板5を載置する。サセプタ208上に載置する種基板5は、基板10を製造するための基(種)となるもので、窒化物半導体の一例であるGaNの単結晶からなる板状のものである。
本ステップでは、反応室201内への種基板5の搬入が完了した後に、炉口を閉じ、反応室201内の加熱および排気を実施しながら、反応室201内へのH2ガス、或いは、H2ガスおよびN2ガスの供給を開始する。そして、反応室201内が所望の処理温度、処理圧力に到達し、反応室201内の雰囲気が所望の雰囲気となった状態で、ガス供給管232a,232bからのHClガス、NH3ガスの供給を開始し、種基板5の表面に対してGaClガスおよびNH3ガスをそれぞれ供給する。
るため、本ステップは、サセプタ208を回転させた状態で実施するのが好ましい。
処理圧力:0.5〜2気圧
GaClガスの分圧:0.1〜20kPa
NH3ガスの分圧/GaClガスの分圧:1〜100
H2ガスの分圧/GaClガスの分圧:0〜100
SiH2Cl2ガスの分圧:2.5×10−5〜1.3×10−3kPa
種基板5上に所望の厚さのGaN結晶6を成長させたら、反応室201内へNH3ガス、N2ガスを供給しつつ、また、反応室201内を排気した状態で、ガス生成器233aへのHClガスの供給、反応室201内へH2ガスの供給、ゾーンヒータ207a、207bによる加熱をそれぞれ停止する。そして、反応室201内の温度が500℃以下に降温したらNH3ガスの供給を停止し、反応室201内の雰囲気をN2ガスへ置換して大気圧に復帰させる。そして、反応室201内を、例えば200℃以下の温度、すなわち、反応容器203内からのGaNの結晶インゴット(主面上にGaN結晶6が形成された種基板5)の搬出が可能となる温度へと降温させる。その後、結晶インゴットを反応室201内から外部へ搬出する。
その後、搬出した結晶インゴットを例えばGaN結晶6の成長面と平行な方向にスライスすることにより、図9(b)に示すように、1枚以上の基板10を得ることができる。基板10の各種組成や各種物性等は、上述した通りであるので説明を割愛する。このスライス加工は、例えばワイヤソーや放電加工機等を用いて行うことが可能である。基板10の厚さは250μm以上、例えば400μm程度の厚さとする。その後、基板10の表面(+c面)に対して所定の研磨加工を施すことで、この面をエピレディなミラー面とする。なお、基板10の裏面(−c面)はラップ面あるいはミラー面とする。
基板作製工程(S110)で基板10を作製した後は、次いで、半導体層成長工程(S
120)を行う。半導体層成長工程(S120)では、基板10上にGaN結晶をホモエピタキシャル成長させて半導体層20を形成する。
このとき、基板10が赤外域の吸収係数について上記要件を満たすことで、基板10への赤外線の照射によって基板10を安定的に加熱し、基板10の温度を精度よく制御することができる。また、赤外線の照射による加熱効率を該基板10の主面内で均一にすることができる。その結果、半導体層20を構成するGaN結晶の結晶性、厚さ、各種不純物濃度等を精度良く制御し、基板10の主面内で均一にすることができる。
基板作製工程(S110)および半導体層成長工程(S120)を経て窒化物半導体積層物1を製造した後は、次いで、膜厚測定工程(S130)を行う。膜厚測定工程(S130)では、窒化物半導体積層物1を構成する半導体層20の形成膜厚を測定する。
以下に、FT−IR法による膜厚測定方法の詳細を説明する。
図11に示すように、本実施形態に係る膜厚測定方法は、少なくとも、前処理工程(S210)と、測定工程(S220)と、スペクトル分析工程(S230)と、分析結果に基づく膜厚値の特定および出力工程(S240)と、を備える。前処理工程(S210)
は、基板に関する各種データの特定工程(S211)と、演算によるベースラインの特定工程(S212)と、リファレンスとして登録工程(S213)と、を有する。また、測定工程(S220)は、測定対象のセット工程(S221)と、赤外光の照射工程(S222)と、反射スペクトルの取得工程(S223)と、を有する。以下、これらの各工程について順に説明する。
前処理工程(S210)では、FT−IR法による膜厚測定のために予め行っておくことが必要である処理を、測定工程(S220)に先立つ前処理として行う。
ここで、先ず、前処理工程(S210)の前提となる、測定対象物(試料)の誘電関数のモデル化について説明する。データ解析には試料の誘電関数が必要となるが、試料の誘電関数が未知の場合、誘電関数のモデル化が必要になる。
窒化物半導体積層物1は、半導体層20が下地n型半導体層21とドリフト層22の二層構造となっている。このような積層構造の窒化物半導体積層物1について、光の反射と透過の関係は、図12(a)に示す光学モデルのようになる。
ただし、かかる積層構造の窒化物半導体積層物1においては、例えば、屈折率が高い材料から低い材料へ光が入射した場合に、各層の界面で殆ど反射が起こらない。そのため、測定対象物となる窒化物半導体積層物1は、図12(a)に示す光学モデルではなく、図
12(b)に示す光学モデルのように簡略化することができる。
以下、測定対象物となる窒化物半導体積層物1については、図12(b)に示すように、媒質N0/エピ層N1/基板N2からなる光学モデルに近似して考える。
なお、ここでは詳細な説明を省略するが、解析にあたっては、エピ層N1の表面からの
一次反射係数r01およびエピ層N1がない場合の基板N2からの一次反射係数r02についても、公知の演算式を利用して、計算を行うものとする。
また、Ntiは、媒質iから媒質tに入射する光の複素屈折率で、式(9)で定義される。なお、式(9)において、nは複素屈折率の実数部、kは消衰係数であり、k>0である。
具体的には、例えば、垂直入射(θi=0°)の場合は、媒質N0が真空(N=1−i0)であれば、誘電体(N=n−ik)との界面反射率Rが、式(11)のようになる。
た上で、誘電体(N=n−ik)との界面反射率Rが、式(12)のようになる。
すべき誘電関数モデルを検討すると、自由キャリア吸収があることから、ドルーデ(Drude)モデルまたはローレンツ−ドルーデ(Lorentz−Drude)モデルを適用することが考えられる。
式(21)において、μはドリフト移動度である。
るか、またはこれらの両方を適用するかについては、特に限定されることはなく、適宜決定すればよい。
上述のように誘電関数モデルを特定した後は、先ず、その誘電関数モデルを用いた演算処理を行うために必要となる各種データの特定を行う。具体的には、式(18)または式(19)を用いた演算処理に必要となる各種データを特定する。
具体的には、例えば、ドルーデモデルを適用する場合であれば、ε∞=5.35、me=0.22m0(m0は電子の質量)、ωp_sub=390.4cm−1(μ=320
cm2V−1s−1)、ωp_epi=23.1cm−1(μ=1200cm2V−1s
−1)、γsub=132.6cm−1、γepi=35.4cm−1といったものがある。
また、例えば、ローレンツ−ドルーデモデルを適用する場合であれば、ε∞=5.35、me=0.22m0、ωLO=746cm−1、ωTO=560cm−1、ωp_su
b=390.4cm−1(μ=320cm2V−1s−1)、ωp_epi=23.1c
m−1(μ=1200cm2V−1s−1)、Γ=ΓLO=ΓTO=1.27cm−1、γsub=132.6cm−1、γepi=35.4cm−1といったものがある。
ここで具体例として挙げた各種データは、GaNに固有の物性値、または、その物性値を基に上述の各式を用いた演算により算出した値に相当する。
なお、本実施形態では、演算によるデータ算出を行う場合に、予めC−V測定によりエピタキシャル層のキャリア濃度を求めておき、その値を一定の(固定的な)のフィッティングパラメータとして使用している。その場合であっても、例えば、基板10の自由キャリア濃度が1.0〜1.5×1018cm−3程度、ホモエピタキシャル層である半導体層20の自由キャリア濃度が2.0×1018cm−3程度といったように、それぞれが非常に高く制御されていることを考慮すると、データ算出で得られた各種データは、非常に信頼性の高いものとなる。
このように、本実施形態では、想定されるキャリア濃度を求めた上で、各種データの特定を行い、その後に、後述するようなFT−IR法による膜厚測定を行う。このことは、例えば、将来的にFT−IR測定自体の精度が向上した場合に、キャリア濃度と膜厚との二つを、それぞれ測定によって得られる可能性があることを示唆するものである。
上述のように各種データを特定した後は、続いて、特定した各種データを用いて、誘電関数モデルによる演算処理を行う。
反射スペクトルは、例えば、垂直入射(θi=0°)の場合であれば、ドルーデモデルに関しては図15(a)に示すようなものとなり、またローレンツ−ドルーデモデルに関しては図15(b)に示すようなものとなる。
また、反射スペクトルは、例えば、非垂直入射(θi≠0)の場合、さらに具体的にはθi=30°の場合であれば、ドルーデモデルに関しては図16(a)に示すようなものとなり、またローレンツ−ドルーデモデルに関しては図16(b)に示すようなものとなる。
T−IR法による測定を行って得られた反射スペクトルについても、併せて掲載している(図中における矢印「FT−IR」参照)。その反射スペクトルを、媒質N0/エピ層N1/基板N2からなる光学モデルについての反射スペクトル(図中の実線参照)と比較すると、それぞれが近似していることがわかる(特に、図16(b)に示すローレンツ−ドルーデモデルの場合)。このことからも、本実施形態において演算処理で得られる反射スペクトルは、非常に信頼性が高いものであることがわかる。
上述のようにベースラインを特定した後は、次いで、特定したベースラインに関するデータをFT−IR法による膜厚測定で用いるリファレンスデータ(基準データ)とし、そのリファレンスデータの登録を行う。
前処理工程(S210)を終了したら、その後、測定工程(S220)を行うことが可能となる。測定工程(S220)では、測定対象物である窒化物半導体積層物1について、FT−IR法による膜厚測定のために必要となる反射スペクトルの取得処理を行う。反射スペクトルの取得処理は、FT−IR測定装置を用いて行う。
ここで、FT−IR測定装置50の概要について簡単に説明する。
図17に示すように、FT−IR測定装置50は、赤外域(IR)の光を出射する光源51と、ハーフミラー52と、固定配置された固定ミラー53と、移動可能に配置された移動ミラー54と、反射ミラー55と、光を受光して検出するディテクタ56と、ディテクタ56に接続するコンピュータ装置等からなる解析制御部57と、を備えて構成されている。
れる。そして、干渉波の照射に応じて測定対象物で発生した反射光(または透過光)が、再び反射ミラー55によって光路が変えられた後に、ディテクタ56によって受光されて検出される。その後、ディテクタ56での検出結果が解析制御部57で解析される。具体的には、詳細を後述するように、解析制御部57において、フーリエ変換を用いたスペクトル解析が行われる。
測定工程(S220)に際しては、先ず、測定対象物となる窒化物半導体積層物1を、FT−IR測定装置50における干渉波の被照射箇所にセットする。窒化物半導体積層物1の被照射箇所へのセットは、FT−IR測定装置50の仕様に応じたものであれば、その手法が特に限定されるものではない。つまり、FT−IR測定装置50における試料載置台(ただし不図示)の仕様や構成等に応じて、測定対象物である窒化物半導体積層物1のセットを行えばよい。
窒化物半導体積層物1をセットした後は、続いて、光源51から赤外域(IR)の光を出射するとともに、移動ミラー54を適宜移動させて、干渉波(インターフェログラム)を発生させ、その干渉波を窒化物半導体積層物1に対して照射する。これにより、窒化物半導体積層物1からは、干渉波に応じた反射光が発せられることになる。
その後は、窒化物半導体積層物1から発せられた反射光をディテクタ56で受光して検出する。つまり、ディテクタ56での受光および検出により、窒化物半導体積層物1からの反射光の干渉波形(インターフェログラム)を空間または時間の関数として観測することで、FT−IR法による膜厚測定のために必要となる反射スペクトルを、当該窒化物半導体積層物1から取得するのである。ここでいう反射スペクトルは、窒化物半導体積層物1に対して干渉波を照射したときに反射した光量を波長(波数)に対してプロットしたものである。
測定工程(S220)の終了後は、次いで、スペクトル分析工程(S230)を行う。スペクトル分析工程(S230)では、測定工程(S220)で取得した反射スペクトルについて、前処理工程(S210)で登録済みのリファレンスデータを用いつつ、フーリエ変換を行って波長(波数)成分に数学的に分離する分析(解析)処理を行う。
スペクトル分析工程(S220)の終了後は、次いで、分析結果に基づく膜厚値の特定および出力工程(S240)を行う。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
したがって、本実施形態の窒化物半導体積層物1であれば、例えば1×1017cm−3以下の低キャリア濃度であっても、基板10と半導体層20との間でのキャリア濃度の差に依存して赤外域の吸収係数に違いが生じるようになり、その結果としてFT−IR法を利用した膜厚測定を行うことが可能となる。
論文(A):A.S. Barker Physical Review B 7 (1973) p743 Fig.8
論文(B):P. Perlin, Physicsl Review Letter
75 (1995) p296 Fig。1 0.3GPaの曲線から推定。
論文(C):G. Bentoumi, Materical Science En
gineering B50 (1997) p142−147 Fig.1
論文(D):S. Porowski, J. Crystal Growth 189−190 (1998) p.153−158 Fig.3 ただし、T=12K
る自由電子の濃度Neに基づいて精度良く設計することができる。基板10の吸収係数を自由電子の濃度Neに基づいて精度良く設計することで、基板10に対して少なくとも赤外線を照射し基板10を加熱する工程において、加熱条件を容易に設定することができ、基板10の温度を精度良く制御することができる。その結果、基板10ごとの温度の再現性を向上させることができる。このようにして、本実施形態では、基板10を精度良くかつ再現性良く加熱することが可能となる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
第2実施形態では、窒化物半導体積層物1の製造方法が、第1実施形態と異なる。具体的には、膜厚測定工程(S130)が、第1実施形態と異なり、基板作製工程(S110)および半導体層成長工程(S120)は、第1実施形態と同様である(図7参照)。第2実施形態における窒化物半導体積層物1の構成は、第1実施形態と同様である(図1参照)。つまり、第2実施形態においても、窒化物半導体積層物1は、FT−IR法を利用した膜厚測定を可能にするように構成されている。以下、第2実施形態における膜厚測定工程(S130)について説明する。
」に替えて「膜厚・膜質検査工程」ともいう(図7参照)。
似する、演算された反射スペクトルを得ることができる。
のオーダ以下の濃度のCを、非破壊および非接触で検出できる可能性が示唆される。
量)からの、ずれを検出することにより、検査対象である薄膜(本例ではドリフト層22)の膜質を検査する。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
の均一性を検査することができる。
次に、第2実施形態の変形例について説明する。上述のように、本変形例では、複数の窒化物半導体積層物1のドリフト層22間における膜質の均一性を検査する。図19は、本変形例における、複数の窒化物半導体積層物1の製造方法を示すフロー図である。一例として、2つの窒化物半導体積層物1を製造する場合について説明する。工程S110a〜S130aは、ある窒化物半導体積層物1の製造方法を示し、工程S110b〜S130bは、他の窒化物半導体積層物1の製造方法を示す。工程S110aおよびS110b
は、それぞれ、図7を参照して説明した基板作製工程(S110)と同様である。工程S120aおよびS120bは、それぞれ、図7を参照して説明した半導体層成長工程(S120)と同様である。工程S130aおよびS130bは、それぞれ、図7を参照して説明した、第2実施形態における膜厚・膜質検査工程(S130)と同様である。
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態では、基板30上に複数層(2層以上、例えば5層)を有する多層膜として構成された半導体層40を備える窒化物半導体積層物2の製造方法について説明する。第3実施形態による窒化物半導体積層物2の製造方法は、詳細は後述するように、半導体成長装置の検査方法として応用することができる。
トルがほぼ一致している。演算された反射スペクトルを得るための光学モデルとして、媒質と、層41〜45と、基板30と、を考慮した光学モデルを用いている。誘電関数モデルとして、ローレンツ−ドルーデモデルを用いている。
とよい。これにより、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲以外の波数範囲において、実測された反射スペクトルが演算された反射スペクトルに良好にフィッティングされるような、窒化物半導体積層物2を得ることができる。つまり、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における反射光量ずれが、より明瞭に検出される窒化物半導体積層物2を得ることができる。なお、n−層である層41、43および45のキャリア濃度は、上述の設定値では0cm−3としたが、n+層である層42および44のキャリア濃度である2.35×1018cm−3よりも十分に低ければよく、例えば1×1016cm−3程度であってもよい。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物の製造方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、当該基板上に前記薄膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記薄膜の膜質を検査する検査工程と、
を備え、
前記検査工程では、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該薄膜の膜質を検査する
窒化物半導体積層物の製造方法。
前記検査工程では、前記薄膜の主面上の複数位置のそれぞれについて、前記ずれを検出し、検出された複数のずれ同士を比較することにより、当該薄膜の膜質の面内均一性を検査する
付記1に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
III族窒化物半導体の結晶からなる他の基板上に他の薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる他の窒化物半導体積層物の当該他の薄膜に対して、前記窒化物半導体積層物の前記薄膜に対して行うのと同様にして膜質の検査を行う工程と、
前記窒化物半導体積層物の前記薄膜に対して検出されたずれと、前記他の窒化物半導体積層物の前記他の薄膜に対して検出されたずれと、を比較することにより、当該窒化物半導体積層物の当該薄膜と、当該他の窒化物半導体積層物の当該他の薄膜と、の膜質の均一性を検査する工程と、
をさらに備える
付記1または2に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
前記検査工程では、前記ずれの大きさに基づいて、前記薄膜における点欠陥密度を推定する
付記1〜3のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
前記検査工程では、前記反射スペクトルが有するフリンジパターンに基づいて、前記薄膜の膜厚を測定する
付記1〜4のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
前記検査工程では、フーリエ変換赤外分光法または赤外分光エリプソメトリ法を利用することで、前記薄膜の膜質の検査を行う
付記1〜5のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
前記基板は、
波長をλ(μm)、27℃における前記基板の吸収係数をα(cm−1)、前記基板中のキャリア濃度をNe(cm−3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αが、最小二乗法で式(1)により近似され、
波長2μmにおいて、式(1)から求められる前記吸収係数αに対する、実測される前記吸収係数の誤差は、±0.1α以内である
付記1〜6のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3)
前記III族窒化物半導体の結晶が窒化ガリウムの結晶である
付記1〜7のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物における前記薄膜の膜質を検査する膜質検査方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該薄膜の膜質を検査する(当該薄膜中の炭素を検出する)
膜質検査方法。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物の製造方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、当該基板上に前記薄膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記薄膜の膜質を検査する検査工程と、
を備え、
前記検査工程は、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで、実測された第1の反射スペクトルを取得する工程と、
前記窒化物半導体積層物の積層構造を示す光学モデル、および、当該窒化物半導体積層物の誘電関数を示す誘電関数モデルを用いて、演算された第2の反射スペクトルを取得する工程であって、当該第2の反射スペクトルが有するフリンジパターンを、前記第1の反射スペクトルが有するフリンジパターンにフィッティングさせるように、当該光学モデルおよび当該誘電関数モデルにおいて前記薄膜の膜厚と前記基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とを設定することで、当該第2の反射スペクトルを取得する工程と、
前記第1の反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、前記第2の反射スペクトルの前記所定波数における反射光量からのずれを検出する工程と、
を備える
窒化物半導体積層物の製造方法。
前記光学モデルは、少なくとも、前記基板および前記薄膜を考慮した光学モデルであり、
前記窒化物半導体積層物が、当該基板と当該薄膜との間に、当該基板上にホモエピタキシャル成長されてなる少なくとも1つの他の膜を有する場合、当該光学モデルは、好ましくは、当該基板および当該薄膜とともに、当該他の膜を考慮した光学モデルである
付記10に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
前記誘電関数モデルは、ローレンツ−ドルーデモデルである
付記10または11に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板と、
前記基板上にホモエピタキシャル成長されてなる薄膜と、
を備え、
前記基板は、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からのずれを考えたとき、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値が、1,500cm−1以上1,600cm−1未満の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値、および、1,700cm−1超1,800cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値のいずれよりも大きい
窒化物半導体積層物。
前記1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における前記ずれの大きさの最大値は、強度反射率の差の大きさとして、1%以上10%以下である
付記13に記載の窒化物半導体積層物。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板と、
前記基板上にホモエピタキシャル成長されてなる薄膜と、
を備え、
前記基板は、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からのずれを考えたとき、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値、1,500cm−1以上1,600cm−1未満の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値、および、1,700cm−1超1,800cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値のいずれもが、強度反射率の差の大きさとして、1%未満(より好ましくは0.5%以下)である
窒化物半導体積層物。
前記1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における前記ずれの大きさの最大値を、前記薄膜の主面上の複数位置に対して取得した場合、取得された複数の前記最大値のうち最小のものに対し、最大のものは、1.5倍以下である
付記13〜15のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記薄膜の膜厚と前記基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる反射光量は、前記窒化物半導体積層物の積層構造を示す光学モデル、および、当該窒化物半導体積層物の誘電関数を示す誘電関数モデルを用いて、演算された反射スペクトルで表され、
当該反射スペクトルは、当該反射スペクトルが有するフリンジパターンを、前記基板上の当該薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルが有するフリンジパターンにフィッティングさせるように、当該光学モデルおよび当該誘電関数モデルにおいて当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とが設定されることで取得された反射スペクトルである
付記13〜16のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記光学モデルは、少なくとも、前記基板および前記薄膜を考慮した光学モデルであり、
前記窒化物半導体積層物が、当該基板と当該薄膜との間に、当該基板上にホモエピタキシャル成長されてなる少なくとも1つの他の膜を有する場合、当該光学モデルは、好ましくは、当該基板および当該薄膜とともに、当該他の膜を考慮した光学モデルである
付記17に記載の窒化物半導体積層物。
前記誘電関数モデルは、ローレンツ−ドルーデモデルである
付記17または18に記載の窒化物半導体積層物。
前記ずれの大きさは、フーリエ変換赤外分光法または赤外分光エリプソメトリ法を利用することで測定される
付記13〜19のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記基板は、
波長をλ(μm)、27℃における前記基板の吸収係数をα(cm−1)、前記基板中のキャリア濃度をNe(cm−3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αが、最小二乗法で式(1)により近似され、
波長2μmにおいて、式(1)から求められる前記吸収係数αに対する、実測される前記吸収係数の誤差は、±0.1α以内である
付記13〜20のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3)
前記III族窒化物半導体の結晶が窒化ガリウムの結晶である
付記13〜21のいずれか1つに記載の窒化物半導体積層物。
前記ずれの大きさは、強度反射率の差の大きさで表される
付記4に記載の窒化物半導体積層物の製造方法、または、付記13に記載の窒化物半導体積層物。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に、III族窒化物半導体からなる複数の層が積層された多層膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物における前記多層膜の膜質を検査する膜質検査方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、
前記基板上の前記多層膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該多層膜の各層の厚さと当該基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該薄膜の膜質を検査し(当該薄膜中の炭素を検出し)、
前記多層膜は、前記各層の厚さと前記基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる反射光量が、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲において極大または極小を有しないように、当該各層の厚さおよび当該各層のキャリア濃度が調整されて成長された多層膜である
膜質検査方法。
前記多層膜は、相対的にキャリア濃度が低い第1種の層と、相対的にキャリア濃度が低い第2種の層とが交互に積層された構造を有し、当該第1種の層の各層の厚さが調整されていることにより、または、当該第2種の層の各層の厚さが調整されていることにより、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲において前記極大または前記極小を有しないように構成されている
付記24に記載の膜質検査方法。
III族窒化物半導体の結晶からなる基板上にIII族窒化物半導体をホモエピタキシャル成長させる、半導体成長装置の検査方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、当該基板上に、III族窒化物半導体からなる複数の層が積層された多層膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記多層膜の膜質を検査する検査工程と、
を備え、
前記検査工程では、前記基板上の前記多層膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該多層膜の各層の厚さと当該基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該多層膜の膜質を検査し、
前記成長工程では、前記各層の厚さと前記基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる反射光量が、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲において極大または極小を有しないように、当該各層の厚さおよび当該各層のキャリア濃度を調整して、前記多層膜を成長させる
半導体成長装置の検査方法。
Claims (17)
- III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物の製造方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、当該基板上に前記薄膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記薄膜の膜質を検査する検査工程と、
を備え、
前記検査工程では、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該薄膜の膜質を検査する
窒化物半導体積層物の製造方法。 - 前記検査工程では、前記薄膜の主面上の複数位置のそれぞれについて、前記ずれを検出し、検出された複数のずれ同士を比較することにより、当該薄膜の膜質の面内均一性を検査する
請求項1に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。 - III族窒化物半導体の結晶からなる他の基板上に他の薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる他の窒化物半導体積層物の当該他の薄膜に対して、前記窒化物半導体積層物の前記薄膜に対して行うのと同様にして膜質の検査を行う工程と、
前記窒化物半導体積層物の前記薄膜に対して検出されたずれと、前記他の窒化物半導体積層物の前記他の薄膜に対して検出されたずれと、を比較することにより、当該窒化物半導体積層物の当該薄膜と、当該他の窒化物半導体積層物の当該他の薄膜と、の膜質の均一性を検査する工程と、
をさらに備える
請求項1または2に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。 - 前記検査工程では、前記ずれの大きさに基づいて、前記薄膜における点欠陥密度を推定する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。 - 前記検査工程では、前記反射スペクトルが有するフリンジパターンに基づいて、前記薄膜の膜厚を測定する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。 - 前記基板は、
波長をλ(μm)、27℃における前記基板の吸収係数をα(cm−1)、前記基板中のキャリア濃度をNe(cm−3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αが、最小二乗法で式(1)により近似され、
波長2μmにおいて、式(1)から求められる前記吸収係数αに対する、実測される前記吸収係数の誤差は、±0.1α以内である
請求項1〜5のいずれか1項に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3) - 前記III族窒化物半導体の結晶が窒化ガリウムの結晶である
請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒化物半導体積層物の製造方法。 - III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物における前記薄膜の膜質を検査する膜質検査方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該薄膜の膜質を検査する
膜質検査方法。 - III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に薄膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物の製造方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、当該基板上に前記薄膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記薄膜の膜質を検査する検査工程と、
を備え、
前記検査工程は、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで、実測された第1の反射スペクトルを取得する工程と、
前記窒化物半導体積層物の積層構造を示す光学モデル、および、当該窒化物半導体積層物の誘電関数を示す誘電関数モデルを用いて、演算された第2の反射スペクトルを取得する工程であって、当該第2の反射スペクトルが有するフリンジパターンを、前記第1の反射スペクトルが有するフリンジパターンにフィッティングさせるように、当該光学モデルおよび当該誘電関数モデルにおいて前記薄膜の膜厚と前記基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とを設定することで、当該第2の反射スペクトルを取得する工程と、
前記第1の反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、前記第2の反射スペクトルの前記所定波数における反射光量からのずれを検出する工程と、
を備える
窒化物半導体積層物の製造方法。 - III族窒化物半導体の結晶からなる基板と、
前記基板上にホモエピタキシャル成長されてなる薄膜と、
を備え、
前記基板は、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からのずれを考えたとき、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの
最大値が、1,500cm−1以上1,600cm−1未満の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値、および、1,700cm−1超1,800cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値のいずれよりも大きい
窒化物半導体積層物。 - 前記1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における前記ずれの大きさの最大値は、強度反射率の差の大きさとして、1%以上10%以下である
請求項10に記載の窒化物半導体積層物。 - III族窒化物半導体の結晶からなる基板と、
前記基板上にホモエピタキシャル成長されてなる薄膜と、
を備え、
前記基板は、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、
前記基板上の前記薄膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、所定波数における反射光量の、当該薄膜の膜厚と当該基板のキャリア濃度および当該薄膜のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からのずれを考えたとき、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値、1,500cm−1以上1,600cm−1未満の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値、および、1,700cm−1超1,800cm−1以下の波数範囲における当該ずれの大きさの最大値のいずれもが、強度反射率の差の大きさとして、1%未満である
窒化物半導体積層物。 - 前記1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲における前記ずれの大きさの最大値を、前記薄膜の主面上の複数位置に対して取得した場合、取得された複数の前記最大値のうち最小のものに対し、最大のものは、1.5倍以下である
請求項10〜12のいずれか1項に記載の窒化物半導体積層物。 - 前記基板は、
波長をλ(μm)、27℃における前記基板の吸収係数をα(cm−1)、前記基板中のキャリア濃度をNe(cm−3)、Kおよびaをそれぞれ定数としたときに、少なくとも1μm以上3.3μm以下の波長範囲における前記吸収係数αが、最小二乗法で式(1)により近似され、
波長2μmにおいて、式(1)から求められる前記吸収係数αに対する、実測される前記吸収係数の誤差は、±0.1α以内である
請求項10〜13のいずれか1項に記載の窒化物半導体積層物。
α=NeKλa ・・・(1)
(ただし、1.5×10−19≦K≦6.0×10−19、a=3) - 前記III族窒化物半導体の結晶が窒化ガリウムの結晶である
請求項10〜14のいずれか1項に記載の窒化物半導体積層物。 - III族窒化物半導体の結晶からなる基板上に、III族窒化物半導体からなる複数の層が積層された多層膜がホモエピタキシャル成長されてなる窒化物半導体積層物における前記多層膜の膜質を検査する膜質検査方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、
前記基板上の前記多層膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該多層膜の各層の厚さと当該基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該薄膜の膜質を検査し、
前記多層膜は、前記各層の厚さと前記基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる反射光量が、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲において極大または極小を有しないように、当該各層の厚さおよび当該各層のキャリア濃度が調整されて成長された多層膜である
膜質検査方法。 - III族窒化物半導体の結晶からなる基板上にIII族窒化物半導体をホモエピタキシャル成長させる、半導体成長装置の検査方法であって、
前記基板として、当該基板の主面における転位密度が5×106個/cm2以下であり、当該基板中の酸素の濃度が1×1017at・cm−3未満であり、当該基板中のn型不純物以外の不純物の濃度が1×1017at・cm−3未満であるものを用い、当該基板上に、III族窒化物半導体からなる複数の層が積層された多層膜をホモエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記基板上に形成された前記多層膜の膜質を検査する検査工程と、
を備え、
前記検査工程では、前記基板上の前記多層膜に対して赤外光を照射することで得られる反射スペクトルの、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の範囲に定められる所定波数における反射光量の、当該多層膜の各層の厚さと当該基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる当該所定波数における反射光量からの、ずれを検出することにより、当該多層膜の膜質を検査し、
前記成長工程では、前記各層の厚さと前記基板のキャリア濃度および当該各層のキャリア濃度とに応じて定まる反射光量が、1,600cm−1以上1,700cm−1以下の波数範囲において極大または極小を有しないように、当該各層の厚さおよび当該各層のキャリア濃度を調整して、前記多層膜を成長させる
半導体成長装置の検査方法。
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