JP3326371B2

JP3326371B2 - 化合物半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3326371B2
Application number: JP27921197A
Authority: JP
Inventors: 千里古川; 正行石川; 秀人菅原; 建次磯本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 2002-09-24
Anticipated expiration: 2017-10-13
Also published as: JPH10189562A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒素化合物系の化
合物半導体装置及びその製造方法に関し、特に少ない工
程で成長層の表面を効率良く保護することができる化合
物半導体装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、化合物半導体装置の開発が盛んに
行われている。図７は、窒化ガリウム系化合物半導体の
ひとつである青色発光ダイオードの構成例を示す断面図
である。同図に示すように、この化合物半導体装置に
は、サファイア基板１０１上に、ＧａＮバッファー層１
０３、ｎ−ＧａＮ層１０５、ＩｎＧａＮ活性層１０７、
ｐ−ＡｌＧａＮ層１０９、及びｐ+ −ＧａＮコンタクト
層１１１の各成長層が複数積載されている。

【０００３】さらに、これら成長層の最上層であるｐ+
−ＧａＮコンタクト層１１１の上には、誘電体薄膜もし
くは絶縁薄膜（例えばＳｉＯ2 膜あるいはＳｉＮx膜）
からなる保護薄膜１１３が形成されている。

【０００４】従来の製造方法においては、まずＭＯＣＶ
Ｄ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）
法を用いてサファイア基板１０１上に各成長層１０３〜
１１１をエピタキシャル成長させる。この後、主な反応
ガスを止め、キャリヤガスとＶ族ガスであるＮＨ3のみ
はそのまま成長室内に供給しながら降温する。

【０００５】基板温度が十分下がったら、これを成長室
から取り出し、酸化や窒化された表面を軽くエッチング
した後、別の製造装置内に移し、成長層１１１上に保護
薄膜１１３であるＳｉＯ2 膜あるいはＳｉＮx膜等を形
成する。

【０００６】例えば熱ＣＶＤ法を用いて保護薄膜１１３
を形成する場合は、それがＳｉＯ2膜であれば基板温度
を３５０℃〜５００℃とし、ＳｉＮx膜であれば基板温
度を８００℃〜１２００℃として成膜を行う。Ｐ−ＣＶ
Ｄ（plasma assisted chemical vapor deposition）法
を用いて保護薄膜１１３を形成する場合は、低真空条件
の下、基板温度を１００℃〜３００℃の範囲で成膜を行
うことができる。

【０００７】保護薄膜１１３を所定の製造装置内で形成
した後は、再び十分に基板温度を下げた後、その製造装
置から基板を取り出し、さらにこれを所定のアニール装
置に移し、窒素雰囲気中で基板のアニールを行う。この
アニール工程により、所定の成長層に添加されたｐ型不
純物はより活性化し、良好なｐ型導電性を示すようにな
る。

【０００８】成長層１０３〜１１１の最上層表面に形成
される保護薄膜１１３の主な機能は、成長層表面を保護
することである。保護薄膜１１３で被覆された成長層
は、表面の酸化や、汚染、傷等を生じにくくなる。特
に、化合物半導体装置においては、ＧａＡｓ系でのＡｓ
抜け、ＩｎＰ系でのＰ抜け、ＧａＮ系でのＮ抜け等、蒸
気圧の高いＶ族元素の蒸発が問題となることがあるが、
保護薄膜１１３は、これらの問題を未然に防ぐためにも
有効である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、従来の製造方法では、各成長層１０３〜１１
１のエピタキシャル成長と保護薄膜１１３の成膜は別個
の装置で行っていた。このため、成長層１０３〜１１１
形成後にＭＯＣＶＤ装置から取り出される化合物半導体
装置は成長層表面が露出した状態になっており、外部の
影響を受けやすい。特に成長層表面がＡｌ等の酸化しや
すい材料や窒化しやすい元素を組成に含む場合には、成
長装置から取り出した瞬間から酸化や窒化が始まる。こ
れら酸化や窒化は、欠陥となって化合物半導体装置の信
頼性を低下させる要因ともなる。

【００１０】そこで通常は保護薄膜１１３を形成する前
に、酸化や窒化された成長層の表面を軽くエッチングし
ている。しかしこの表面処理によって余計に表面が荒れ
たりあらたな汚染を生じる場合もあった。

【００１１】また保護薄膜１１３を形成する工程では、
化合物半導体装置を所定の製造装置内に載置した後、熱
ＣＶＤ法の場合は３５０℃〜５００℃あるいは８００℃
〜１２００℃、Ｐ−ＣＶＤ法の場合は１００℃〜３００
℃まで窒素雰囲気中で昇温される。この昇温過程におい
て、成長表面は露出した状態であるため、成長層表面に
穴が開くなどの結晶劣化（III −Ｖ系で言えばＶ族抜け
等）が発生することがある。特に真空中で昇温する場合
は、蒸気圧はより高くなり、結晶劣化が発生しやすくな
る。

【００１２】本発明は、この様な従来の事情に鑑みて成
されたものであり、その目的とするところは、より清浄
な成長層表面を有する化合物半導体装置をより簡易な工
程で製造しうる製造方法を提供することである。

【００１３】

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、化合物
半導体装置の製造方法に関し、基板上に１層以上の成長
層を積載させる工程と、該工程によって積載された上記
成長層の最上層上に誘電体薄膜もしくは絶縁薄膜を形成
する工程とを同一製造装置内で連続して行うことであ
る。さらに、上記誘電体薄膜もしくは絶縁薄膜の生成の
際に、ｐ型あるいはｎ型の不純物を添加することであ
る。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】上記本発明の特徴によれば、成長層が外気
に晒されることなく、連続して該成長層最表面上に保護
薄膜を形成するため、成長層表面に欠陥が発生しにく
い。また、製造装置から出した時点で既に成長層表面に
誘電体薄膜もしくは絶縁薄膜が生成されているため、改
めて保護薄膜を形成するプロセスが不要である。よっ
て、半導体装置の品質向上のみならず工程の簡略化も同
時に達成できる。さらに、誘電体薄膜もしくは絶縁薄膜
に添加された不純物が成長層に拡散し、成長層の最上層
表面近傍の不純物濃度が上がるため、製造装置から取り
出された基板は、ｐ型化もしくはｎ型化され、表面近傍
に高い不純物添加層を有するコンタクト層を得ることが
できる。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】上記本発明において、上記誘電体薄膜もし
くは絶縁薄膜を形成する工程終了後、連続して同一製造
装置内で、基板を３００℃〜１３００℃内のいずれかの
温度で保持、もしくは１３００℃〜３００℃の範囲内
で、終了時の基板温度から一定速度で徐冷を行ってもよ
い。

【００２８】この場合は、同一製造装置内で連続してア
ニールを行うことにより、ｐ型添加層をより活性化さ
せ、良好な導電特性を得ることができる。製造装置から
取り出した時点でｐ型化されており、かつ表面の保護も
成されているため、さらに工程の簡略化を図ることがで
きる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態について説明する。

【００３０】（第一実施形態）図１〜図３を用いて、本
発明の第一実施形態に係わる化合物半導体装置及びその
製造方法を説明する。図１は、第一実施形態において、
化合物半導体装置の製造に用いる製造装置の簡略構成図
である。

【００３１】同図に示すように、本製造装置は供給口と
排出口を有する密閉可能な成長室１０を備えている。排
出口には、図示しないが成長室１０内を真空排気できる
よう排気ポンプが接続されていることが多い。成長室１
０内には、ヒータを内蔵した基板台１１が備えられ、基
板２１はこの基板台１１上に設置される。

【００３２】成長室１０の供給口には、配管を通じてキ
ャリヤガスであるＮ2の供給源１２とＨ2の供給源１３、
成長層の原料ガスとなるトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）およびＮＨ3それぞれの供給源１
４〜１７、さらに各成長層のドーピングガスとなるシク
ロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）の供給源
１８とＳｉＨ4の供給源１９がそれぞれ接続されてい
る。各供給源は流量調整のためマスフローメータとバル
ブを介して共通する配管に接続されている。

【００３３】第一実施形態では、基板としてサファイア
基板を用い、この基板上にＭＯＣＶＤ法を用いて窒化ガ
リウム系の各成長層をエピタキシャル成長させ、さらに
保護薄膜として誘電体薄膜であるＳｉＮx膜を成長させ
た場合について説明する。

【００３４】図１に示すように、サファイア基板２１
（図２（Ａ））を、成長室１０内に載置し、キャリヤガ
スとして用いるＮ2およびＨ2を流しながら成膜に必要な
温度８００℃〜１３００℃まで基板を昇温する。以下、
各成長層の形成中は、継続してＮ2とＨ2のキャリヤガス
を流し、反応ガスとドーピングガスは、形成する成長層
の種類に応じて供給停止操作を使い分ける。なお、圧力
条件は成長層および保護薄膜いずれを形成する際も常圧
とする。

【００３５】まず反応ガス源としてＴＭＧとＮＨ3 ガス
を用いてＧａＮバッファー層２３（図２（Ｂ））を形成
する。次に、反応ガス源としてＴＭＧ、ＮＨ3 ガス、ｎ
型のドーピングガス源としてＳｉＨ4を用いてｎ−Ｇａ
Ｎ層２５（図２（Ｃ））を形成する。さらに、反応ガス
としてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 を用い、ノンドープのＩ
ｎＧａＮ活性層２７（図２（Ｄ））を成長させる。この
後、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＮＨ3 ガスを反応ガス源として用
い、Ｃｐ2 Ｍｇをｐ型ドーピングガス源として用いてｐ
−ＡｌＧａＮ層２９（図３（Ａ））を形成し、引き続き
ＴＭＧとＮＨ3ガスおよび流量を増やしたＣｐ2 Ｍｇを
用い、ｐ⁺ −ＧａＮコンタクト層３１（図３（Ｂ））を
成長させる。

【００３６】この成長層最表面のｐ⁺ −ＧａＮコンタク
ト層３１の形成が終了したら、反応ガスとして用いたＴ
ＭＧとドーピングガスであるＣｐ2Ｍｇの供給を止め、
代わりに上記成長層形成においてｎ型ドーピングガス源
として用いたＳｉＨ4ガスの供給を開始する。

【００３７】即ち、サファイア基板２１の上に複数層の
成長層２３〜３１が積載された半導体装置を成長室１０
内に載置したまま、基板温度は成長層２３〜３１の成長
終了時の温度である８００℃〜１３００℃を維持し、キ
ャリヤガスであるＮ2とＨ2、および反応ガスとして用い
たＮＨ3ガスを流した状態でＳｉＨ4 ガスが成長室１０
内に供給される。ＳｉＨ4 ガスとＮＨ3 ガスが反応し、
最上層であるｐ⁺ −ＧａＮコンタクト層３１の表面にＳ
ｉＮx膜（誘電体薄膜）３３を連続成長できる。

【００３８】このＳｉＮx膜３３の生成条件は、一般的
な熱ＣＶＤ法によるＳｉＮｘ膜形成工程と等価な条件を
満足する。ＳｉＮｘ膜３３は、少なくともピンホールが
生じず、膜応力が発生しにくい厚みである５００Å〜５
０００Å程度生成させる。この後基板を急冷もしくは徐
冷により降温させ、十分温度が下がったら成長室１０か
ら基板を取り出す。

【００３９】この手法を用いて得られたＳｉＮｘ膜で
は、その製法から成長層との界面に酸化膜が存在しな
い。また、成長開始時点において反応ガスのバルブを開
いてからガスが基板に到達するまでに若干の遅れがある
ため、界面付近ではＮリッチなＳｉＮｘ膜が形成される
可能性がある。

【００４０】以上、第一実施形態における化合物半導体
装置及びその製造方法によれば、成長層２３〜３１を積
載させる工程と、保護薄膜３３を形成する工程とを同一
成長室１０で連続して行っているので、成長層最上表面
を成長室外部に晒すことなく保護薄膜であるＳｉＮｘ膜
が成長層表面上に形成され、成長層表面を清浄に維持
し、化合物半導体装置の特性を大きく向上できる。さら
に、上述する第一の実施形態における製造方法によれ
ば、従来別個の装置を用いて行っていた成長層の形成と
保護薄膜の形成を同一の装置を用いて行うことにより、
基板の降温昇温や基板の搬出搬入に係る工程を減らし、
より効率的な生産を行うことが可能となる。

【００４１】（第二実施形態）次に、本発明の第二実施
形態について説明する。第一実施形態と同様、基板とし
てサファイア基板を用い、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム
系の各成長層をエピタキシャル成長させ、さらに保護薄
膜としてＳｉＮｘ膜（誘電体薄膜）を成長させた場合に
ついて説明する。製造装置としては、第一実施形態と同
様、図１に示す装置を用いる。但し第一実施形態と異な
る点は、ＳｉＮｘ膜を連続成長させた後、さらに連続し
てアニール工程を行うことである。

【００４２】第一実施形態と同様な手順により、図１に
示すように、サファイア基板２１を成長室１０内に載置
し、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ3 ガス、Ｃｐ2 Ｍ
ｇ、及びＳｉＨ4 ガスの各成長材料を用いてＧａＮバッ
ファー層２３、ｎ−ＧａＮ層２５、ＩｎＧａＮ活性層２
７、ｐ−ＡｌＧａＮ層２９、ｐ+ −ＧａＮコンタクト層
３１を成長させる（図２（Ａ）〜図３（Ｂ））。

【００４３】さらに、複数層の成長層２３〜３１が積載
された半導体装置を基板温度８００℃〜１３００℃で維
持し、キャリヤガスであるＮ2とＨ2、および反応ガスと
して用いたＮＨ3ガスを流したまま成長室１０内にＳｉ
Ｈ4 ガスを供給し、ｐ⁺ −ＧａＮコンタクト層３１の表
面上にＳｉＮx膜を連続成長させる。

【００４４】ＳｉＮx膜の成長が終了したら、反応ガス
であるＮＨ3ガスおよびＳｉＨ4ガスの供給を停止すると
ともに、キャリヤガスとして使用したＨ2ガスの供給も
停止する。成長室１０内には、もう一方のキャリヤガス
であるＮ2のみが供給された状態となる。成長層２３〜
３１および保護薄膜３３が形成された基板を成長室１０
内に載置させたまま、基板温度をＳｉＮxを成長させた
温度で、もしくは３００℃〜１３００℃、好ましくは７
００℃〜１０００℃の範囲に一定時間維持し、成長層の
アニールを行う。このアニール工程により、所定の成長
層に添加されたｐ型不純物がより活性化し、良好なｐ型
特性を示すようになる。

【００４５】アニール工程後、半導体装置を所定温度ま
で降温し、成長室１０から取り出す。この状態におい
て、成長層形成後に必要な保護薄膜の形成工程およびア
ニール工程がともに終了している。

【００４６】なお、アニール温度は、ＳｉＮx膜の成長
温度に限るものではなく、必要な温度、またはいくつか
の温度の組み合わせでも良い。また、一定温度に保持し
なくとも、３００℃〜１３００℃の範囲好ましくは７０
０℃〜１３００℃の範囲で一定速度で徐冷しても同様な
アニール効果を得ることができる。

【００４７】（第三実施形態）本発明の第三実施形態を
説明する。ここでも第一及び第二実施形態と同様の手順
を用いて、サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法で窒化ガリ
ウム系の各成長層をエピタキシャル成長させ、さらに保
護薄膜であるＳｉＮｘ膜を成長させる。製造装置として
は、第一実施形態同様、図１に示す装置を用いる。但
し、保護薄膜を形成する際に、保護薄膜にｐ型不純物を
ドーピングする点が先の２つの実施形態と異なる。

【００４８】成長層は、第一及び第二実施形態と同様な
手順に従い、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ3 ガス、Ｃ
ｐ2 Ｍｇ、及びＳｉＨ4 ガスの各成長材料を用いて、サ
ファイア基板２１の上にＧａＮバッファー層２３、ｎ−
ＧａＮ層２５、ＩｎＧａＮ活性層２７、ｐ−ＡｌＧａＮ
層２９、ｐ⁺ −ＧａＮコンタクト層３１を成長させる
（図２（Ａ）〜図３（Ｂ））。

【００４９】次に、第一実施形態、第二実施形態と同様
に、成長層の形成工程に連続して、同一成長室１０内で
ＳｉＮx膜（誘電体薄膜）を成長させる。尚、この時Ｓ
ｉＮxを形成するために必要なＮＨ3ガスおよびＳｉＨ4
ガスとともに成長層形成工程においてｐ型ドーパント源
として用いたＣｐ2 Ｍｇを同時に供給する。これによ
り、成長したＳｉＮx膜にはｐ型ドーパントであるＭｇ
が添加された状態となる。

【００５０】この不純物Ｍｇが添加されたＳｉＮx膜３
３を持つ半導体装置を加熱すると、図４に示すようにｐ
⁺ −ＧａＮコンタクト層３１の表面近傍領域３５へ不純
物Ｍｇが拡散し、この領域のＭｇ濃度が上がる。この時
の加熱は、特別に設ける必要はなく、第一実施形態でも
説明したように、成長層２３〜３１の成長終了時の温度
あるいはＳｉＮxの成長温度である８００℃〜１３００
℃で不純物拡散が開始可能である。また、第二実施形態
で述べたような高温保持や、徐冷を行うことでも所望の
効果が得られる。このような不純物拡散が行われた化合
物半導体装置は、ｐ⁺ −ＧａＮコンタクト層３１に濃度
の高いｐ型不純物拡散領域を形成するとともに、アニー
ル効果をも備え、拡散された不純物は活性化され、良好
なｐ型ドーパントとして導電性に寄与する。

【００５１】なお、成長層の最上層にｎ型半導体を形成
する構成を採る場合は、上記保護薄膜中にｎ型ドーパン
トを添加するとよい。

【００５２】（第四実施形態）図２、３及び図５を用い
て、本発明の第四実施形態について説明する。第一、第
二、第三実施形態においては、化合物半導体装置の基板
としてサファイア基板を用い、保護薄膜としてＳｉＮx
膜を用いる例を述べたが、第四実施形態では、基板とし
てシリコン（Ｓｉ）を用い、保護薄膜としてＳｉＯx膜
を用いる例について述べる。

【００５３】図５は、第四実施形態において使用する製
造装置の構成図である。基本的な構成は図１の装置と共
通する。異なる点は、ＳｉＯx膜の成長ガス源となるＮ2
Ｏガス供給源４１が、加えられている点である。

【００５４】第一実施形態と同様な手順により、図５に
示すように基板２１として用いるＳｉウエハを成長室１
０内の基板台上に載置し、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、Ｎ
Ｈ3ガス、Ｃｐ2 Ｍｇ、及びＳｉＨ4 ガスの各成長材料
を用いてＧａＮバッファー層２３、ｎ−ＧａＮ層２５、
ＩｎＧａＮ活性層２７、ｐ−ＡｌＧａＮ層２９、ｐ+−
ＧａＮコンタクト層３１を成長させる（図２（Ａ）〜図
３（Ｂ））。成長層形成の手順は第一の実施形態と同じ
条件を用いることができる。

【００５５】成長層２３〜３１の形成が終了したら、キ
ャリヤガスとして使用しているＨ2、反応ガスとして使
用しているＴＭＧ、ＮＨ3およびドーピングガスとして
用いていたＣｐ2Ｍｇの供給を停止する。この時点で成
長室内はキャリヤガスであるＮ2ガスのみが供給された
状態となる。基板温度をＳｉＯ2成長温度である３５０
℃〜５００℃まで下げ、基板温度が所定温度に達した
ら、ＳｉＯ2膜の成長源としてのＮ2ＯガスとＳｉＨ4ガ
スの供給を開始し、ｐ⁺ −ＧａＮコンタクト層３１の表
面上にＳｉＯ2膜を連続成長する。このＳｉＯ2膜の生成
条件は、一般的な熱ＣＶＤ法による形成工程と等価な条
件を満足する。

【００５６】ＳｉＯ2膜は、少なくともピンホールが生
じず、膜応力が発生しにくい厚みである５００Å〜５０
００Å程度生成させる。この後基板を急冷もしくは徐冷
により降温させ、あるいは第二実施態と同様に、ＳｉＯ
2膜形成後、基板温度をそのままで、あるいは好ましく
は７００℃〜１０００℃の温度範囲でかつＮ2雰囲気中
でアニール処理を行ってもよい。

【００５７】なお、上述の第三実施形態における方法で
形成した半導体製造装置では、成長層表面が高温でＶ族
ガスであるＮＨ3ガスなしの状態で成長室１０内で短時
間露出され、そこにＮ2Ｏガスの供給がなされるため、
Ｖ族抜けとこのＶ族抜けに対応する部位にＯ、Ｎが入
り、ｐ+ −ＧａＮコンタクト層３１と保護薄膜３３であ
るＳｉＯ2膜界面にＧａＯxＮy層がごく薄く形成される
可能性がある。また、Ｎ2Ｏガスに遅れてＳｉＨ4を供給
開始する場合は、形成したＳｉＯ2膜の厚み方向にＯリ
ッチからＳｉリッチに組成が変化する領域が存在する場
合がある。

【００５８】（第五実施形態）図２、３及び図５を用い
て、本発明の第五実施形態について説明する。第一、第
二、第三実施形態においては、化合物半導体装置の基板
２１としてサファイアを用い、保護薄膜３３としてＳｉ
Ｎｘ膜を用いる例を述べたが、第五実施形態では、基板
としてシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を用い、保護薄膜
３３としてオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）膜を用いる
例について述べる。

【００５９】第五実施形態においても、図５に示す、第
四実施形態で使用する製造装置を用いることができる。
第一実施形態と同様な手順により、基板２１として用い
るＳｉウエハを成長室１０内の基板台上に載置し、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ3ガス、Ｃｐ2 Ｍｇ、及びＳ
ｉＨ4 ガスの各成長材料を用いてＧａＮバッファー層２
３、ｎ−ＧａＮ層２５、ＩｎＧａＮ活性層２７、ｐ−Ａ
ｌＧａＮ層２９、ｐ+−ＧａＮコンタクト層３１を成長
させる（図２（Ａ）〜図３（Ｂ））。成長層形成の手順
は第一実施形態と同じ条件を用いることができる。

【００６０】成長層２３〜３１の形成が終了したら、キ
ャリヤガスであるＨ2、反応ガスであるＴＭＧおよびド
ーピングガスであるＣｐ2Ｍｇの供給を停止する。この
時点で成長室内はキャリヤガスであるＮ2ガスと反応ガ
スであるＮＨ3のみが供給された状態となる。基板温度
をＳｉＯＮ膜の成長温度である５００℃〜１２００℃ま
で下げ、基板温度が所定温度に達したら、他のＳｉＯＮ
膜の成長源であるＮ2ＯガスとＳｉＨ4ガスの供給を開始
する。ＳｉＨ4ガスの供給とともに、ｐ+ −ＧａＮコン
タクト層３１の表面上にＳｉＯＮ膜の成長が開始され
る。このＳｉＯＮ膜の生成条件は、一般的な熱ＣＶＤ法
による形成工程と等価な条件を満足する。

【００６１】ＳｉＯＮ膜は、少なくともピンホールが生
じず、膜応力が発生しにくい厚みである５００Å〜５０
００Å程度生成させる。この後基板を急冷もしくは徐冷
により降温させ、あるいは第二実施形態と同様に、Ｓｉ
ＯＮ膜形成後、基板温度をそのまま、あるいは好ましく
は７００℃〜１０００℃の温度範囲でかつＮ2雰囲気中
でアニール処理を行ってもよい。

【００６２】なお、Ｎ2Ｏガスに遅れてＳｉＨ4を供給開
始する場合には、形成したＳｉＯＮ膜の厚み方向にＯリ
ッチからＳｉリッチにに組成が変化する領域が存在する
場合がある。

【００６３】（第六実施形態）図２、３及び図６を用い
て、本発明の第六実施形態について説明する。ここでは
化合物半導体装置の基板２１としてガリウム砒素（Ｇａ
Ａｓ）を用い、保護薄膜３３としてＳｉＯＮ膜を用いる
例を述べる。

【００６４】ＧａＡｓは、いわゆるＶ族抜けを起こしや
すい材料であるため、高温加熱が必要なＭＯＣＶＤ法を
使用する際の基板として用いることは困難である。そこ
で、第六実施形態においては、第一〜第五実施形態とは
異なり、ＧＳ−ＭＢＥ（Gassorce−Moleculor Beam E
pitaxy）法を用いて成長層を形成する。

【００６５】図６は、第六実施形態において使用する製
造装置の簡略的構成図である。同図に示すように、ここ
で使用する製造装置は、超高真空に維持することが可能
な成長室５１を有する。成長室５１の周囲には、同室内
を超高真空とするための高真空ポンプ５３や、成長室内
を超高真空に維持したまま基板の搬入搬出を行うための
ターボ分子ポンプ５４が接続されたロードロックチャン
バー等が備えられている。

【００６６】成長層を形成するための蒸気源として、Ｓ
ｉＨ4ガス供給源６１、Ｎ2ガス供給源６２、Ｏ2ガス供
給源６３、ＴＭＧａ供給源６４が備えられ、各供給源か
らでるガスはガスセル５６を通り成長室１０内に入り、
さらに液体窒素シュラウド５７内の細管を介して蒸気化
がなされる。成長室内は超高真空に維持されているた
め、各細管より蒸発する分子は方向の揃った分子ビーム
状となる。蒸発源の選択は、シャッター５８の開閉およ
び蒸気源への選択的なレーザ照射により行う。

【００６７】なお、成長室５１内は超高真空に維持され
ているため、同装置に種々の分析装置も備えており、膜
成長をさせながらその場での膜成長層の分析が可能であ
り、原子層レベルの制御を行うこともできる。

【００６８】成長層２１〜３１の形成は、基板温度を比
較的低温に抑えたまま、成長室内を１０^-8Ｐａｓ程度の
超高真空状態とし、蒸気化させるガスを順次選択し、Ｇ
ａＮバッファー層２３、ｎ−ＧａＮ層２５、ＩｎＧａＮ
活性層２７、ｐ−ＡｌＧａＮ層２９、ｐ⁺ −ＧａＮコン
タクト層３１を成長させる（図２（Ａ）〜図３
（Ｂ））。例えば、ＧａＮバッファー層２３は、Ｎ2と
ＴＭＧａを同時に蒸気化させることにより形成する。他
の成長膜も順次同様な方法で成長させる。

【００６９】成長層２３〜３１の形成が終了したら、成
長層が積層されたＧａＡｓ基板を成長室５１内に載置し
たまま、Ｏ2、Ｎ2およびＳｉＨ4原料を蒸気源として選
択する。成長層表面には、原子レベルで制御された保護
薄膜であるＳｉＯＮ膜が形成される。なお、保護薄膜と
してＳｉＯ2、ＳｉＮx膜等を形成しても勿論よい。

【００７０】このように、同一装置内で連続して成長層
および保護薄膜層を形成するため、成長層表面を清浄に
維持しうる化合物半導体装置を提供できる。また、第六
実施形態においては、原子層レベルでの制御が可能なＧ
Ｓ−ＭＢＥ法を用いて成長層および保護薄膜を形成して
いるため、各層の界面では組成変化が急峻に起こってい
ることが予想される。

【００７１】以上、各実施形態に基づいて本発明内容を
説明したが、本発明は上述する実施形態に制限されるも
のではない。例えば、第一乃至第六実施形態では、保護
薄膜３３の成長材料としてＳｉ系ガス源としてＳｉＨ4
ガスを用いているが、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6）等の高次
のガスを用いることも可能である。

【００７２】また、各成長層としては、ＩｎxＡｌyＧａ
(1-x-y) Ｎ（０≦Ｘ≦１）（０≦Ｙ≦１）で表される、
他の層、例えばＡｌＮ、ｐ−ＡｌＮ、ｐ−ＩｎＧａＮ、
ｐ−ＩｎＧａＡｌＮ等が含まれていても同様な効果を得
ることができる。

【００７３】さらに第三実施形態ではＣｐ2 Ｍｇを用い
てｐ型ドーパントであるＭｇを添加したが、この代りに
ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）からＺｎをｐ型ドーパントと
して保護薄膜３３内に添加してもよい。

【００７４】なお、いずれの実施形態も成長層の構成例
として一般的な青色発光ダイオード素子で用いられる成
長層の構成を示しているが、成長層の構成はその他にも
半導体レーザ等の別の構成であってもよく、限定される
ものではない。

【００７５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の化合
物半導体装置及びその製造方法によれば、成長層の積載
の後に連続して保護薄膜を形成しているため、製造装置
から出した時点で既に成長層表面に保護薄膜が形成され
ている。このため、成長層表面に欠陥が発生しにくい。
また、改めて表面保護膜を形成する工程が不要となるた
め、工程を簡略化することができる。また、アニール工
程や不純物拡散等も連続して行えるため、より品質が高
い化合物半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第一乃至第三実施形態において使
用する製造装置の簡略な構成図である。

【図２】本発明の第一乃至第六実施形態における製造方
法を説明するための各工程における化合物半導体装置の
部分断面図である。

【図３】本発明の第一乃至第六実施形態における製造方
法を説明するための各工程における化合物半導体装置の
部分断面図である。

【図４】本発明の第三実施形態を説明するための化合物
半導体装置の部分断面図である。

【図５】本発明に係る第四、第五実施形態において使用
する製造装置の簡略な構成図である。

【図６】本発明に係る第六実施形態において使用する製
造装置の簡略な構成図である。

【図７】従来の化合物半導体装置の断面構造図である。

【符号の説明】

１０成長室１１基板台１２Ｎ2供給源１３Ｈ2供給源１４ＴＭＧ供給源１５ＴＭＩ供給源１６ＴＭＡ供給源１７ＮＨ3供給源１８Ｃｐ2 Ｍｇ供給源１９ＳｉＨ4 供給源２１基板２３ＧａＮバッファー層２５ｎ−ＧａＮ層２７ＩｎＧａＮ活性層２９ｐ−ＡｌＧａＮ層３１ｐ+ −ＧａＮコンタクト層３３保護薄膜３５表面近傍領域４１Ｎ2０供給源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菅原秀人神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝川崎事業所内 (72)発明者磯本建次神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝川崎事業所内 (56)参考文献特開平３−126221（ＪＰ，Ａ) 特開平５−343737（ＪＰ，Ａ) 特開平８−56015（ＪＰ，Ａ) 登録実用新案3038806（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/205 H01L 21/316

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に１層以上の成長層を積載させる
工程と、該工程によって積載された前記成長層の最上層
上に誘電体薄膜もしくは絶縁薄膜を形成する工程とを同
一製造装置内で連続して行うとともに、前記誘電体薄膜もしくは絶縁薄膜の形成の際に、ｐ型あ
るいはｎ型の不純物を該薄膜中に添加することを特徴と
する化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記ｐ型不純物が、ＭｇあるいはＺｎの
一方であることを特徴とする請求項１に記載の化合物半
導体装置の製造方法。
【請求項３】前記不純物が添加された前記誘電体薄膜
もしくは絶縁薄膜に、前記同一製造装置内で、連続した
熱処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載
の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記誘電体薄膜もしくは絶縁膜が、少なく
ともＳｉを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記誘電体薄膜もしくは絶縁薄膜が、窒
化シリコン（ＳｉＮｘ）膜、酸化シリコン（ＳｉＯ）
膜あるいはオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）膜のいずれ
かの膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
か１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記誘電体薄膜もしくは絶縁薄膜の生成
材料として、シリコン（Ｓｉ）系ガスと、窒素（Ｎ）系
ガスもしくは酸素（Ｏ）系ガスとを用いる請求項１乃至
５のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方
法。
【請求項７】前記Ｓｉ系ガスが、モノシラン（ＳｉＨ
4 ）もしくはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）ガスであり、前記Ｏ系ガスが、二酸化窒素（Ｎ2Ｏ）であり、前記Ｎ系ガスが、アンモニア（ＮＨ3）である請求項１
乃至６のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造
方法。
【請求項８】前記基板として、サファイア基板を使用
し、前記成長層に含まれるいずれかの層として、ＩｎxＡｌy
ＧａＮ(1-x-y)（０≦ｘ≦１）（０≦ｙ≦１）を形成す
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
載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記基板として、シリコン（Ｓｉ）、炭
化シリコン（ＳｉＣ）或いはＧａＡｓ基板のいずれかを
使用し、前記成長層に含まれるいずれかの層として、ＩｎxＡｌy
ＧａＮ(1-x-y)（０≦ｘ≦１）（０≦ｙ≦１）を形成す
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
載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記ＩｎxＡｌyＧａＮ(1-x-y)が、Ｇ
ａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、もしくはＩｎ
ＡｌＧａＮのいずれかであることを特徴とする請求項８
または９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記誘電体薄膜もしくは絶縁薄膜を形
成する工程終了後、連続して前記同一製造装置内で、前
記基板を３００℃〜１３００℃内のいずれかの温度で保
持、もしくは１３００℃〜３００℃の範囲内で、前記誘
電体薄膜もしくは絶縁薄膜を形成する工程終了時の基板
温度から一定速度で徐冷を行うことを特徴とする請求項
１乃至１０のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の
製造方法。