JP3876787B2 - 膜成長方法、膜厚測定方法及びエピタキシャル基板 - Google Patents
膜成長方法、膜厚測定方法及びエピタキシャル基板 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ基板上にエピタキシャル層を成長させる膜成長方法、ＧａＮ基板上に積層されるエピタキシャル層の膜厚を測定する膜厚測定方法及びＧａＮ基板上にエピタキシャル層が積層されたエピタキシャル基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、特開平４―１７０３９０号公報に開示された技術がある。この公報に記載された膜厚測定方法は、エピタキシャル膜から放射される特定波長の光や、エピタキシャル膜に照射された（特定波長の）レーザ光線の反射光を、光センサで測定することにより基板上に積層されたエピタキシャル膜の膜厚をリアルタイムで測定するものである。より具体的には、エピタキシャル膜の膜厚が上記特定波長の半波長の整数倍となったとき、エピタキシャル膜の上面及び下面において反射される光が互いに強め合う（干渉する）ため、その強め合いを観測することにより膜厚及び膜の成長速度を測定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の膜厚測定方法には、次のような課題が存在している。すなわち、例えば、ＧａＮ基板上にＧａＮ層を積層させた場合、ＧａＮ基板とＧａＮ層とは同一の材料で構成されているため、その界面において照射光は反射されない。また、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層を積層させた場合であっても、ＡｌＧａＮ層が低Ａｌ組成であってＧａＮ基板とＡｌＧａＮ層とが同等の材料で構成される場合には、その界面において照射光はほとんど反射されない。したがって、光センサで反射光の強め合いを検出することが困難であり、エピタキシャル膜の膜厚や成長速度を測定することが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、ＧａＮ基板上に積層されるＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層の膜厚の測定が可能な膜成長方法、膜厚測定方法及びエピタキシャル基板を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る膜成長方法は、ＧａＮ基板の一側に形成されるＧａＮ層の厚さを測定する膜成長方法であって、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層を成長させた後、該ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させつつ、ＧａＮ層の膜厚を、該ＧａＮ層に照射された特定波長の光の反射光を測定することにより求めることを特徴とする。
【０００６】
この膜成長方法においては、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層が形成されており、その上にＧａＮ層を積層させつつ、ＧａＮ層に所定波長の光を照射する。この照射光は、ＧａＮ層の表面及びＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面において反射される。すなわち、ＧａＮ層の上面だけでなくＧａＮ層の下面においても反射がおきるため、ＧａＮ層上面において反射される反射光と、ＧａＮ層下面において反射される反射光との強め合いを測定することにより、ＧａＮ層の膜厚を測定することができる。したがって、成長中のＧａＮ層の膜厚をリアルタイムで測定することができる。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出することにより、ＧａＮ層の成長速度を求めることができる。
【０００７】
また、本発明に係る膜厚測定方法は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長させたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層とを備えるエピタキシャル基板のＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、ＧａＮ層の膜厚を、該ＧａＮ層の表面にＧａＮのバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射して、その光の照射により放出されるフォトルミネッセンス光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする。
【０００８】
この膜厚測定方法においては、ＧａＮ基板とＧａＮ層との間にはＡｌＧａＮ層が形成されており、ＧａＮ層の表面にＧａＮのバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射する。この光は、ＧａＮ層の表面及びＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面において反射される。すなわち、ＧａＮ層の上面だけでなくＧａＮ層の下面においても反射がおきる。したがって、ＧａＮ層から放出されるフォトルミネッセンス（ＰＬ）光のスペクトルの干渉がおこり、この干渉を観測することにより、ＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【０００９】
また、本発明に係る膜厚測定方法は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長させたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層とを備えるエピタキシャル基板のＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、ＧａＮ層の膜厚を、該ＧａＮ層に照射された白色光の反射光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする。
【００１０】
この膜厚測定方法においては、ＧａＮ基板とＧａＮ層との間にはＡｌＧａＮ層が形成されており、ＧａＮ層の表面に白色光を照射する。この光は、ＧａＮ層の表面及びＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面において反射される。すなわち、ＧａＮ層の上面だけでなくＧａＮ層の下面においても反射がおきる。したがって、ＧａＮ層から放出される反射光のスペクトルの干渉がおこり、この干渉を観測することにより、ＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００１１】
また、本発明に係る膜成長方法は、ＧａＮ基板の一側に形成されるＡｌＧａＮ層の厚さを測定する膜成長方法であって、ＧａＮ基板上に下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層をエピタキシャル成長させた後、該下層ＡｌＧａＮ層上に上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層をエピタキシャル成長させつつ、該上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を、該上層ＡｌＧａＮ層に照射された特定波長の光の反射光を測定することにより求めることを特徴とする。
【００１２】
この膜成長方法においては、ＧａＮ基板上に下層ＡｌＧａＮ層が形成されており、その上に上層ＡｌＧａＮ層を積層させつつ、上層ＡｌＧａＮ層に所定波長の光を照射する。この照射光は上層ＡｌＧａＮ層の表面において反射される。また、上層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成より下層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が高いため、照射光は、上層ＡｌＧａＮ層と下層ＡｌＧａＮ層との界面においても反射される。すなわち、上層ＡｌＧａＮ層の上面だけでなく上層ＡｌＧａＮ層の下面においても反射がおきるため、上層ＡｌＧａＮ層上面において反射される反射光と、上層ＡｌＧａＮ層下面において反射される反射光との強め合いを測定することにより、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定することができる。したがって、成長中の上層ＡｌＧａＮ層の膜厚をリアルタイムで測定することができる。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出することにより、上層ＡｌＧａＮ層の成長速度を求めることができる。
【００１３】
また、本発明に係る膜厚測定方法は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長させた下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層と、該下層ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させた上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層とを備えるエピタキシャル基板の上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を、該上層ＡｌＧａＮ層にＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）のバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射して、その光の照射により放出されるフォトルミネッセンス光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする。
【００１４】
この膜厚測定方法においては、ＧａＮ基板と上層ＡｌＧａＮ層との間には下層ＡｌＧａＮ層が形成されており、上層ＡｌＧａＮ層にＧａＮのバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射する。この照射光は、上層ＡｌＧａＮ層の表面において反射される。また、上層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成より下層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が高いため、照射光は、上層ＡｌＧａＮ層と下層ＡｌＧａＮ層との界面においても反射される。すなわち、上層ＡｌＧａＮ層の上面だけでなく上層ＡｌＧａＮ層の下面においても反射がおきる。したがって、上層ＡｌＧａＮ層から放出されるＰＬ光のスペクトルの干渉がおき、この干渉を観測することにより、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００１５】
また、本発明に係る膜厚測定方法は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長させた下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層と、下層ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させた上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層とを備えるエピタキシャル基板の上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を、該上層ＡｌＧａＮ層に照射された白色光の反射光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする。
【００１６】
この膜厚測定方法においては、ＧａＮ基板と上層ＡｌＧａＮ層との間には下層ＡｌＧａＮ層が形成されており、上層ＡｌＧａＮ層に白色光を照射する。この照射光は、上層ＡｌＧａＮ層の表面において反射される。また、上層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成より下層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が高いため、照射光は、上層ＡｌＧａＮ層と下層ＡｌＧａＮ層との界面においても反射される。すなわち、上層ＡｌＧａＮ層の上面だけでなく上層ＡｌＧａＮ層の下面においても反射がおきる。したがって、上層ＡｌＧａＮ層から放出される反射光のスペクトルの干渉がおこり、この干渉を観察することにより、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００１７】
本発明に係るエピタキシャル基板は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長させたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層とを備えることを特徴とする。
【００１８】
このエピタキシャル基板において、ＧａＮ層に所定波長の光を照射した場合、その照射光は、ＧａＮ層の上面及びＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面において反射される。すなわち、ＧａＮ層の上面だけでなくＧａＮ層の下面においても反射がおきるため、ＧａＮ層上面において反射される反射光と、ＧａＮ層下面において反射される反射光との強め合いを測定することにより、ＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００１９】
また、本発明に係るエピタキシャル基板は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長された下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層と、下層ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長された上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層とを備えることを特徴とする。
【００２０】
このエピタキシャル基板においては、上層ＡｌＧａＮ層の表面に所定波長の光を照射した場合、その照射光は上層ＡｌＧａＮ層の表面において反射される。また、上層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成より下層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が高いため、照射光は、上層ＡｌＧａＮ層と下層ＡｌＧａＮ層との界面においても反射される。すなわち、上層ＡｌＧａＮ層の上面だけでなく上層ＡｌＧａＮ層の下面においても反射がおきるため、上層ＡｌＧａＮ層上面において反射される反射光と、上層ＡｌＧａＮ層下面において反射される反射光との強め合いを測定することにより、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る膜厚測定方法及びエピタキシャル基板の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
まず、本発明の第１実施形態について、図を参照しつつ説明する。なお、図１には、第１実施形態に係るエピタキシャル基板１０を示し、図２には、エピタキシャル基板１０を製造する半導体製造装置２０を示す。
【００２３】
図１に示すように、エピタキシャル基板１０は、基板としてＧａＮ基板１２を有しており、ＧａＮ基板１２上には、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜Ｘ＜１）層１４、ＧａＮ層１６の順にエピタキシャル層１８が積層されている。
【００２４】
以下、このエピタキシャル基板１０を製造する方法について説明する。
【００２５】
エピタキシャル基板１０は、図２に示した半導体製造装置２０により製造される。半導体製造装置２０は、チャンバー２２と、チャンバー２２内において立設された回転シャフト２４と、回転シャフト２４端部に取り付けられた円板状のサセプタ２６と、サセプタ２６を下方から加熱するヒータ２８と、サセプタ２６に搭載されるＧａＮ基板１２上にチャンバー２２外からのガスＧを導入する吸気パイプ３０と、排気をチャンバー２２外に放出する排気パイプ３２とを備える。
【００２６】
また、チャンバー２２上面には、チャンバー２２の一部を形成するように光透過窓３４が設けられている。さらに、この光透過窓３４を挟んでＧａＮ基板１２と対向する位置には、ＧａＮ基板１２上に積層されるＧａＮ層１６の光学的膜厚を測定するためのレーザダイオード３６及びフォトダイオード３８が配置されている。ここで、光学的膜厚とは（媒質の屈折率×膜厚）であり、以下、説明の便宜上、単に膜厚と称す。なお、フォトダイオード３８は、レーザダイオード３６の出射光がエピタキシャル基板１０において反射した反射光を検出するように、配向されている。また、レーザダイオード３６及びフォトダイオード３８は、図示しない制御装置に接続されており、その制御装置によってレーザダイオード３６のパワーコントロール及びフォトダイオード３８の検出信号の加工等がおこなわれる。
【００２７】
ここで、レーザダイオード３６及びフォトダイオード３８を用いて、ＧａＮ基板１２上に積層されるＧａＮ層１６の膜厚を測定する方法について説明する。
【００２８】
まず、ヒータ２８によって１０００℃程度に加熱されたサセプタ２６にＧａＮ基板１２をセットする。そして、サセプタ２６の下面中心に垂直に固定された回転シャフト２４を回転させて、サセプタ２６を面方向に回転させる。それから、ＡｌＧａＮ層１４の材料ガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を吸気パイプ３０を介して導入して、ＧａＮ基板１２上にＡｌＧａＮ層１４を積層する。次に、ＧａＮ層１６の材料ガスとして、ＴＭＧａ及びＮＨ3を吸気パイプ３０を介して導入する。それにより、ＡｌＧａＮ層１４上に次第にＧａＮ層１６が形成されていく。このとき、レーザダイオード３６から特定波長の光（例えば、４００ｎｍ）をＧａＮ層表面１６ａに照射する。また、その照射によってＧａＮ層１６の上面１６ａ及び下面１６ｂ（ＧａＮ層１６とＡｌＧａＮ層１４との界面）から反射される反射光を、フォトダイオード３８で検出する。
【００２９】
なお、本実施形態においては、ＧａＮ基板１２の上に直接ＧａＮ層１６を積層するのではなく、ＡｌＧａＮ層１４を介してＧａＮ基板１２上にＧａＮ層１６を積層している。すなわち、ＧａＮ層１６の下面１６ｂにおいて、屈折率の相違（ＧａＮ層１６の屈折率とＡｌＧａＮ層１４の屈折率との相違）が生じる。そのため、ＧａＮ層表面１６ａに光を照射した場合、ＧａＮ層上面１６ａだけでなく、ＧａＮ層下面１６ｂにおいても反射がおきることとなる。そして、反射光は、ＧａＮ層１６の上面１６ａにおいて反射される反射光と、ＧａＮ層１６の下面１６ｂにおいて反射される反射光との干渉光となる。
【００３０】
したがって、フォトダイオード３８で検出される反射光は、ＧａＮ層１６がエピタキシャル成長されている間は周期的に強度の増減を繰り返す。より具体的に説明すると、ＧａＮ層１６の膜厚が、レーザダイオード３６から出射される出射光の波長の半波長（例えば、２００ｎｍ）の整数倍になるたびに反射光の強度が最大となる。これは、ＧａＮ層上面１６ａにおける反射光とＧａＮ層下面１６ｂにおける反射光との光路差が上述した波長の整数倍となり、両反射光が同位相となるためである。すなわち、反射光をフォトダイオード３８で検出して、この光の干渉状態を計測することにより、ＧａＮ層１６の膜厚を測定することが可能である。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出して、ＧａＮ層１６の成長速度を求めることができる。
【００３１】
ここで、フォトダイオード３８で検出される反射光の強度比と、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層１４のＡｌ組成（すなわち、Ｘの値）との関係について、図３を参照しつつ説明する。なお、図３は、ＡｌＧａＮ層１４のＡｌ組成（横軸）と反射光の強度比（縦軸）との関係を示したグラフである。この反射光の強度比とは、干渉光の光が最も強いときの光エネルギー（Ｉｍａｘ）を干渉光の光が最も弱いときの光エネルギー（Ｉｍｉｎ）で割った値である。
【００３２】
図３に示すように、ＡｌＧａＮ層１４のＡｌ組成が増加すると、それに伴って反射光の強度比もほぼ比例的に増加する。例えば、ＡｌＧａＮ層１４がＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎで構成されている場合には、１．０５以上の反射光の強度比を検出できるフォトダイオード３８や光検出器を採用する必要がある。また、逆に１．０５以上の反射光の強度比を検出できるフォトダイオード３８等を測定に利用する場合には、Ａｌ組成（Ｘ）をＸ≧０．３にすればよい。このように、Ａｌ組成が決まれば反射光の強度比が決まるため、必要に応じてＡｌ組成を変更してもよい。
【００３３】
以上詳細に説明したように、エピタキシャル基板１０は、ＧａＮ１６層の上面（表面）１６ａ及び下面（ＧａＮ１６層とＡｌＧａＮ層１４との界面）１６ｂにおいて照射光を反射するため、その干渉具合を観察／測定することにより、ＧａＮ層１６の膜厚を測定することができる。すなわち、半導体製造装置２０を用い、ＧａＮ基板１２上にＧａＮ層１６をエピタキシャル成長させながら、ＧａＮ層１６の膜厚をリアルタイムで測定することができる。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出することにより、容易にＧａＮ層１６の成長速度を求めることができる。さらに、このようにＧａＮ層１６の膜厚及び成長速度の測定結果を利用することにより、容易にＧａＮ層１６の膜厚を所望の膜厚にすることができる。
【００３４】
なお、ＧａＮ基板１２上に積層されたＧａＮ層１６は、以下の方法によっても測定することができる。
【００３５】
すなわち、ＧａＮのバンドギャップエネルギよりも高いエネルギの光を励起源としてＧａＮ層表面１６ａに照射し、ＧａＮ層１６からフォトルミネッセンス光（ＰＬ）光を放出させることによってＧａＮ層１６の膜厚を測定することができる。この測定方法をより具体的に説明すると、ＧａＮ層１６から放出されたＰＬ光を分光して、ＰＬ光スペクトルとして観測する。なお、ＧａＮ層１６はその上面１６ａ及び下面１６ｂに反射面を有するため、このＰＬ光スペクトルは干渉がおきており、この干渉状態を観測することによりＧａＮ層１６の膜厚が測定される。
【００３６】
また、白色光をＧａＮ層表面１６ａに照射し、ＧａＮ層１６から白色光の反射光を観察することによってＧａＮ層１６の膜厚を測定することができる。この測定方法をより具体的に説明すると、ＧａＮ層１６はその上面１６ａ及び下面１６ｂに反射面を有するため、白色光の反射光を分光して、反射光スペクトルとして観測する。なお、このスペクトルは干渉がおきており、この干渉状態を観測することによりＧａＮ層１６の膜厚が測定される。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態について、図を参照しつつ説明する。なお、図４には、第２実施形態に係るエピタキシャル基板４０を示す。
【００３８】
図４に示すように、エピタキシャル基板４０は、基板としてＧａＮ基板４２を有しており、ＧａＮ基板４２上には、ＡｌyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．５）層（下層ＡｌＧａＮ層）４４、ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．２）層（上層ＡｌＧａＮ層）４６の順にエピタキシャル層４８が積層されている。
【００３９】
このエピタキシャル基板４０は、第１実施形態のエピタキシャル基板１０同様、半導体製造装置２０（図２参照）によって製造される。すなわち、加熱したサセプタ２６にＧａＮ基板４２をセットし、サセプタ２６を回転させながら、材料ガスとして、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、及びＮＨ3を吸気パイプ３０を介して導入して、ＧａＮ基板１２上にＡｌyＧａ1-yＮ層４４を積層する。次に、ＡｌxＧａ1-xＮ層４６の材料ガスとして、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ及びＮＨ3を吸気パイプ３０を介して導入する。それにより、ＡｌＧａＮ層４４上に次第にＧａＮ層４６が形成されていく。このとき、レーザダイオード３６から特定波長の光（例えば、４００ｎｍ）をＡｌＧａＮ層表面４６ａに照射する。また、その照射によってＡｌＧａＮ層上面４６ａ及び下面４６ｂ（ＡｌＧａＮ層４４とＡｌＧａＮ層４６との界面）から反射される反射光を、フォトダイオード３８で検出する。
【００４０】
なお、本実施形態においては、ＧａＮ基板４２の上に直接Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４６を積層するのではなく、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層４４を介してＧａＮ基板４２上にＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４６を積層している。一般に、ＡｌＧａＮ層が低Ａｌ組成である場合には、ＧａＮ基板とＡｌＧａＮ層とが実質的に同一の材料で構成されることになってしまい、ＧａＮ基板とＡｌＧａＮ層との界面においては反射がおきにくい。しかし、エピタキシャル基板４０のように、下層のＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成を比較的高く（５０％）することにより、上層のＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成が低い（２０％）場合であっても、照射光は、ＡｌＧａＮ層４６とＡｌＧａＮ層４４との界面においても反射される。すなわち、ＡｌＧａＮ層４６の上面４６ａだけでなく４６ｂ下面においても反射がおきる。そのため、その反射光は、ＡｌＧａＮ層４６の上面４６ａにおいて反射される反射光と、ＡｌＧａＮ層４６の下面４６ｂにおいて反射される反射光との干渉光となる。
【００４１】
したがって、フォトダイオード３８で検出される反射光は、第１実施形態同様、ＡｌＧａＮ層４６がエピタキシャル成長されている間は周期的に強度の増減を繰り返す。これは、ＡｌＧａＮ層４６ａにおける反射光とＡｌＧａＮ層４６ｂにおける反射光との光路差が照射光の波長の整数倍となり、両反射光が同位相となるためである。すなわち、反射光をフォトダイオード３８で検出して、この光の干渉状態を計測することにより、ＡｌＧａＮ層４６の膜厚を測定することが可能である。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出して、ＡｌＧａＮ層４６の成長速度を求めることができる。
【００４２】
ここで、フォトダイオード３８で検出される反射光の強度比と、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層４４のＡｌ組成（すなわち、Ｘの値）との関係について、図５を参照しつつ説明する。なお、図３は、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４６の場合におけるＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成（横軸）と反射光の強度比（縦軸）との関係を示したグラフである。
【００４３】
図３に示すように、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成が２０％である場合は、反射光の強度比は１であり光の干渉は観測されない。これは、ＡｌＧａＮ層４６とＡｌＧａＮ層４４とのＡｌ組成が同一となり、その界面に置いて反射が起きないためである。そして、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成が２０％からはずれるにしたがって比例的に反射光の強度比が増加する。例えば、ＡｌＧａＮ層１４がＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎで構成されている場合には、１．０５以上の反射光の強度比を検出できるフォトダイオード３８や光検出器を採用する必要がある。また、逆に１．０５以上の反射光の強度比を検出できるフォトダイオード３８等を測定に利用する場合には、Ａｌ組成（Ｘ）をＸ≧０．５にすればよい。このように、Ａｌ組成が決まれば反射光の強度比が決まるため、必要に応じてＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成を変更してもよい。
【００４４】
なお、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成が、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成よりも大きい場合には、図５からわかるように、反射光の強度比を効率よく増加させることができる。一方、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成が、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成よりも小さい場合には、強度比はせいぜい１．０３（Ｘ＝０付近）程度にしかならず、反射光の強度比を効率よく増加させることができない。したがって、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成は、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成よりも大きいほうが好ましい。
【００４５】
以上、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成を２０％として説明してきたが、図５に示したＡｌ組成と反射光の強度比との関係を示すグラフは、Ａｌ組成が２０％以外のＡｌＧａＮ層の場合であっても略同様となる。したがって、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成は２０％に限定されず、０＜Ｘ＜１の範囲で適宜選択することが可能である。
【００４６】
本発明は、上記実施形態に限定されず、様々な変形が可能である。例えば、照射光の波長は、４００ｎｍに限らず、可視光〜赤外の波長で適宜選択可能である。また、照射光の光源は、レーザダイオードに限定されず、例えば、ＬＥＤや、固体レーザやガスレーザの発生装置であってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＧａＮ基板上に積層されるＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層の膜厚の測定が可能な膜成長方法、膜厚測定方法及びエピタキシャル基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエピタキシャル基板を示した概略図である。
【図２】図１のエピタキシャル基板の製造に用いられる半導体製造装置の概略構成図である。
【図３】ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成（横軸）と反射光の強度比（縦軸）との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るエピタキシャル基板を示した概略図である。
【図５】下層のＡｌＧａＮ層のＡｌ組成（横軸）と反射光の強度比（縦軸）との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１０，４０…エピタキシャル基板、１２，４２…ＧａＮ基板、１４…ＡｌＧａＮ層、１６…ＧａＮ層、１６ａ…ＧａＮ層表面（上面）、１６ｂ…ＧａＮ層下面、１８…エピタキシャル層、４４…ＡｌＧａＮ層（下層ＡｌＧａＮ層）、４６…ＡｌＧａＮ層（上層ＡｌＧａＮ層）、４６ａ…ＡｌＧａＮ層表面（上面）、４６ｂ…ＡｌＧａＮ層下面、４８…エピタキシャル層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ基板上にエピタキシャル層を成長させる膜成長方法、ＧａＮ基板上に積層されるエピタキシャル層の膜厚を測定する膜厚測定方法及びＧａＮ基板上にエピタキシャル層が積層されたエピタキシャル基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、特開平４―１７０３９０号公報に開示された技術がある。この公報に記載された膜厚測定方法は、エピタキシャル膜から放射される特定波長の光や、エピタキシャル膜に照射された（特定波長の）レーザ光線の反射光を、光センサで測定することにより基板上に積層されたエピタキシャル膜の膜厚をリアルタイムで測定するものである。より具体的には、エピタキシャル膜の膜厚が上記特定波長の半波長の整数倍となったとき、エピタキシャル膜の上面及び下面において反射される光が互いに強め合う（干渉する）ため、その強め合いを観測することにより膜厚及び膜の成長速度を測定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の膜厚測定方法には、次のような課題が存在している。すなわち、例えば、ＧａＮ基板上にＧａＮ層を積層させた場合、ＧａＮ基板とＧａＮ層とは同一の材料で構成されているため、その界面において照射光は反射されない。また、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層を積層させた場合であっても、ＡｌＧａＮ層が低Ａｌ組成であってＧａＮ基板とＡｌＧａＮ層とが同等の材料で構成される場合には、その界面において照射光はほとんど反射されない。したがって、光センサで反射光の強め合いを検出することが困難であり、エピタキシャル膜の膜厚や成長速度を測定することが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、ＧａＮ基板上に積層されるＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層の膜厚の測定が可能な膜成長方法、膜厚測定方法及びエピタキシャル基板を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る膜成長方法は、ＧａＮ基板の一側に形成されるＧａＮ層の厚さを測定する膜成長方法であって、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層を成長させた後、該ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させつつ、ＧａＮ層の膜厚を、該ＧａＮ層に照射された特定波長の光の反射光を測定することにより求めることを特徴とする。
【０００６】
この膜成長方法においては、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層が形成されており、その上にＧａＮ層を積層させつつ、ＧａＮ層に所定波長の光を照射する。この照射光は、ＧａＮ層の表面及びＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面において反射される。すなわち、ＧａＮ層の上面だけでなくＧａＮ層の下面においても反射がおきるため、ＧａＮ層上面において反射される反射光と、ＧａＮ層下面において反射される反射光との強め合いを測定することにより、ＧａＮ層の膜厚を測定することができる。したがって、成長中のＧａＮ層の膜厚をリアルタイムで測定することができる。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出することにより、ＧａＮ層の成長速度を求めることができる。
【０００７】
また、本発明に係る膜厚測定方法は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長させたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層とを備えるエピタキシャル基板のＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、ＧａＮ層の膜厚を、該ＧａＮ層の表面にＧａＮのバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射して、その光の照射により放出されるフォトルミネッセンス光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする。
【０００８】
この膜厚測定方法においては、ＧａＮ基板とＧａＮ層との間にはＡｌＧａＮ層が形成されており、ＧａＮ層の表面にＧａＮのバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射する。この光は、ＧａＮ層の表面及びＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面において反射される。すなわち、ＧａＮ層の上面だけでなくＧａＮ層の下面においても反射がおきる。したがって、ＧａＮ層から放出されるフォトルミネッセンス（ＰＬ）光のスペクトルの干渉がおこり、この干渉を観測することにより、ＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【０００９】
また、本発明に係る膜厚測定方法は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長させたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層とを備えるエピタキシャル基板のＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、ＧａＮ層の膜厚を、該ＧａＮ層に照射された白色光の反射光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする。
【００１０】
この膜厚測定方法においては、ＧａＮ基板とＧａＮ層との間にはＡｌＧａＮ層が形成されており、ＧａＮ層の表面に白色光を照射する。この光は、ＧａＮ層の表面及びＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面において反射される。すなわち、ＧａＮ層の上面だけでなくＧａＮ層の下面においても反射がおきる。したがって、ＧａＮ層から放出される反射光のスペクトルの干渉がおこり、この干渉を観測することにより、ＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００１１】
また、本発明に係る膜成長方法は、ＧａＮ基板の一側に形成されるＡｌＧａＮ層の厚さを測定する膜成長方法であって、ＧａＮ基板上に下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層をエピタキシャル成長させた後、該下層ＡｌＧａＮ層上に上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層をエピタキシャル成長させつつ、該上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を、該上層ＡｌＧａＮ層に照射された特定波長の光の反射光を測定することにより求めることを特徴とする。
【００１２】
この膜成長方法においては、ＧａＮ基板上に下層ＡｌＧａＮ層が形成されており、その上に上層ＡｌＧａＮ層を積層させつつ、上層ＡｌＧａＮ層に所定波長の光を照射する。この照射光は上層ＡｌＧａＮ層の表面において反射される。また、上層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成より下層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が高いため、照射光は、上層ＡｌＧａＮ層と下層ＡｌＧａＮ層との界面においても反射される。すなわち、上層ＡｌＧａＮ層の上面だけでなく上層ＡｌＧａＮ層の下面においても反射がおきるため、上層ＡｌＧａＮ層上面において反射される反射光と、上層ＡｌＧａＮ層下面において反射される反射光との強め合いを測定することにより、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定することができる。したがって、成長中の上層ＡｌＧａＮ層の膜厚をリアルタイムで測定することができる。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出することにより、上層ＡｌＧａＮ層の成長速度を求めることができる。
【００１３】
また、本発明に係る膜厚測定方法は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長させた下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層と、該下層ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させた上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層とを備えるエピタキシャル基板の上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を、該上層ＡｌＧａＮ層にＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）のバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射して、その光の照射により放出されるフォトルミネッセンス光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする。
【００１４】
この膜厚測定方法においては、ＧａＮ基板と上層ＡｌＧａＮ層との間には下層ＡｌＧａＮ層が形成されており、上層ＡｌＧａＮ層にＧａＮのバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射する。この照射光は、上層ＡｌＧａＮ層の表面において反射される。また、上層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成より下層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が高いため、照射光は、上層ＡｌＧａＮ層と下層ＡｌＧａＮ層との界面においても反射される。すなわち、上層ＡｌＧａＮ層の上面だけでなく上層ＡｌＧａＮ層の下面においても反射がおきる。したがって、上層ＡｌＧａＮ層から放出されるＰＬ光のスペクトルの干渉がおき、この干渉を観測することにより、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００１５】
また、本発明に係る膜厚測定方法は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長させた下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層と、下層ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させた上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層とを備えるエピタキシャル基板の上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を、該上層ＡｌＧａＮ層に照射された白色光の反射光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする。
【００１６】
この膜厚測定方法においては、ＧａＮ基板と上層ＡｌＧａＮ層との間には下層ＡｌＧａＮ層が形成されており、上層ＡｌＧａＮ層に白色光を照射する。この照射光は、上層ＡｌＧａＮ層の表面において反射される。また、上層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成より下層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が高いため、照射光は、上層ＡｌＧａＮ層と下層ＡｌＧａＮ層との界面においても反射される。すなわち、上層ＡｌＧａＮ層の上面だけでなく上層ＡｌＧａＮ層の下面においても反射がおきる。したがって、上層ＡｌＧａＮ層から放出される反射光のスペクトルの干渉がおこり、この干渉を観察することにより、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００１７】
本発明に係るエピタキシャル基板は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長させたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層とを備えることを特徴とする。
【００１８】
このエピタキシャル基板において、ＧａＮ層に所定波長の光を照射した場合、その照射光は、ＧａＮ層の上面及びＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面において反射される。すなわち、ＧａＮ層の上面だけでなくＧａＮ層の下面においても反射がおきるため、ＧａＮ層上面において反射される反射光と、ＧａＮ層下面において反射される反射光との強め合いを測定することにより、ＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００１９】
また、本発明に係るエピタキシャル基板は、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板上に成長された下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層と、下層ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長された上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層とを備えることを特徴とする。
【００２０】
このエピタキシャル基板においては、上層ＡｌＧａＮ層の表面に所定波長の光を照射した場合、その照射光は上層ＡｌＧａＮ層の表面において反射される。また、上層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成より下層ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成が高いため、照射光は、上層ＡｌＧａＮ層と下層ＡｌＧａＮ層との界面においても反射される。すなわち、上層ＡｌＧａＮ層の上面だけでなく上層ＡｌＧａＮ層の下面においても反射がおきるため、上層ＡｌＧａＮ層上面において反射される反射光と、上層ＡｌＧａＮ層下面において反射される反射光との強め合いを測定することにより、上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る膜厚測定方法及びエピタキシャル基板の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
まず、本発明の第１実施形態について、図を参照しつつ説明する。なお、図１には、第１実施形態に係るエピタキシャル基板１０を示し、図２には、エピタキシャル基板１０を製造する半導体製造装置２０を示す。
【００２３】
図１に示すように、エピタキシャル基板１０は、基板としてＧａＮ基板１２を有しており、ＧａＮ基板１２上には、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜Ｘ＜１）層１４、ＧａＮ層１６の順にエピタキシャル層１８が積層されている。
【００２４】
以下、このエピタキシャル基板１０を製造する方法について説明する。
【００２５】
エピタキシャル基板１０は、図２に示した半導体製造装置２０により製造される。半導体製造装置２０は、チャンバー２２と、チャンバー２２内において立設された回転シャフト２４と、回転シャフト２４端部に取り付けられた円板状のサセプタ２６と、サセプタ２６を下方から加熱するヒータ２８と、サセプタ２６に搭載されるＧａＮ基板１２上にチャンバー２２外からのガスＧを導入する吸気パイプ３０と、排気をチャンバー２２外に放出する排気パイプ３２とを備える。
【００２６】
また、チャンバー２２上面には、チャンバー２２の一部を形成するように光透過窓３４が設けられている。さらに、この光透過窓３４を挟んでＧａＮ基板１２と対向する位置には、ＧａＮ基板１２上に積層されるＧａＮ層１６の光学的膜厚を測定するためのレーザダイオード３６及びフォトダイオード３８が配置されている。ここで、光学的膜厚とは（媒質の屈折率×膜厚）であり、以下、説明の便宜上、単に膜厚と称す。なお、フォトダイオード３８は、レーザダイオード３６の出射光がエピタキシャル基板１０において反射した反射光を検出するように、配向されている。また、レーザダイオード３６及びフォトダイオード３８は、図示しない制御装置に接続されており、その制御装置によってレーザダイオード３６のパワーコントロール及びフォトダイオード３８の検出信号の加工等がおこなわれる。
【００２７】
ここで、レーザダイオード３６及びフォトダイオード３８を用いて、ＧａＮ基板１２上に積層されるＧａＮ層１６の膜厚を測定する方法について説明する。
【００２８】
まず、ヒータ２８によって１０００℃程度に加熱されたサセプタ２６にＧａＮ基板１２をセットする。そして、サセプタ２６の下面中心に垂直に固定された回転シャフト２４を回転させて、サセプタ２６を面方向に回転させる。それから、ＡｌＧａＮ層１４の材料ガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を吸気パイプ３０を介して導入して、ＧａＮ基板１２上にＡｌＧａＮ層１４を積層する。次に、ＧａＮ層１６の材料ガスとして、ＴＭＧａ及びＮＨ3を吸気パイプ３０を介して導入する。それにより、ＡｌＧａＮ層１４上に次第にＧａＮ層１６が形成されていく。このとき、レーザダイオード３６から特定波長の光（例えば、４００ｎｍ）をＧａＮ層表面１６ａに照射する。また、その照射によってＧａＮ層１６の上面１６ａ及び下面１６ｂ（ＧａＮ層１６とＡｌＧａＮ層１４との界面）から反射される反射光を、フォトダイオード３８で検出する。
【００２９】
なお、本実施形態においては、ＧａＮ基板１２の上に直接ＧａＮ層１６を積層するのではなく、ＡｌＧａＮ層１４を介してＧａＮ基板１２上にＧａＮ層１６を積層している。すなわち、ＧａＮ層１６の下面１６ｂにおいて、屈折率の相違（ＧａＮ層１６の屈折率とＡｌＧａＮ層１４の屈折率との相違）が生じる。そのため、ＧａＮ層表面１６ａに光を照射した場合、ＧａＮ層上面１６ａだけでなく、ＧａＮ層下面１６ｂにおいても反射がおきることとなる。そして、反射光は、ＧａＮ層１６の上面１６ａにおいて反射される反射光と、ＧａＮ層１６の下面１６ｂにおいて反射される反射光との干渉光となる。
【００３０】
したがって、フォトダイオード３８で検出される反射光は、ＧａＮ層１６がエピタキシャル成長されている間は周期的に強度の増減を繰り返す。より具体的に説明すると、ＧａＮ層１６の膜厚が、レーザダイオード３６から出射される出射光の波長の半波長（例えば、２００ｎｍ）の整数倍になるたびに反射光の強度が最大となる。これは、ＧａＮ層上面１６ａにおける反射光とＧａＮ層下面１６ｂにおける反射光との光路差が上述した波長の整数倍となり、両反射光が同位相となるためである。すなわち、反射光をフォトダイオード３８で検出して、この光の干渉状態を計測することにより、ＧａＮ層１６の膜厚を測定することが可能である。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出して、ＧａＮ層１６の成長速度を求めることができる。
【００３１】
ここで、フォトダイオード３８で検出される反射光の強度比と、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層１４のＡｌ組成（すなわち、Ｘの値）との関係について、図３を参照しつつ説明する。なお、図３は、ＡｌＧａＮ層１４のＡｌ組成（横軸）と反射光の強度比（縦軸）との関係を示したグラフである。この反射光の強度比とは、干渉光の光が最も強いときの光エネルギー（Ｉｍａｘ）を干渉光の光が最も弱いときの光エネルギー（Ｉｍｉｎ）で割った値である。
【００３２】
図３に示すように、ＡｌＧａＮ層１４のＡｌ組成が増加すると、それに伴って反射光の強度比もほぼ比例的に増加する。例えば、ＡｌＧａＮ層１４がＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎで構成されている場合には、１．０５以上の反射光の強度比を検出できるフォトダイオード３８や光検出器を採用する必要がある。また、逆に１．０５以上の反射光の強度比を検出できるフォトダイオード３８等を測定に利用する場合には、Ａｌ組成（Ｘ）をＸ≧０．３にすればよい。このように、Ａｌ組成が決まれば反射光の強度比が決まるため、必要に応じてＡｌ組成を変更してもよい。
【００３３】
以上詳細に説明したように、エピタキシャル基板１０は、ＧａＮ１６層の上面（表面）１６ａ及び下面（ＧａＮ１６層とＡｌＧａＮ層１４との界面）１６ｂにおいて照射光を反射するため、その干渉具合を観察／測定することにより、ＧａＮ層１６の膜厚を測定することができる。すなわち、半導体製造装置２０を用い、ＧａＮ基板１２上にＧａＮ層１６をエピタキシャル成長させながら、ＧａＮ層１６の膜厚をリアルタイムで測定することができる。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出することにより、容易にＧａＮ層１６の成長速度を求めることができる。さらに、このようにＧａＮ層１６の膜厚及び成長速度の測定結果を利用することにより、容易にＧａＮ層１６の膜厚を所望の膜厚にすることができる。
【００３４】
なお、ＧａＮ基板１２上に積層されたＧａＮ層１６は、以下の方法によっても測定することができる。
【００３５】
すなわち、ＧａＮのバンドギャップエネルギよりも高いエネルギの光を励起源としてＧａＮ層表面１６ａに照射し、ＧａＮ層１６からフォトルミネッセンス光（ＰＬ）光を放出させることによってＧａＮ層１６の膜厚を測定することができる。この測定方法をより具体的に説明すると、ＧａＮ層１６から放出されたＰＬ光を分光して、ＰＬ光スペクトルとして観測する。なお、ＧａＮ層１６はその上面１６ａ及び下面１６ｂに反射面を有するため、このＰＬ光スペクトルは干渉がおきており、この干渉状態を観測することによりＧａＮ層１６の膜厚が測定される。
【００３６】
また、白色光をＧａＮ層表面１６ａに照射し、ＧａＮ層１６から白色光の反射光を観察することによってＧａＮ層１６の膜厚を測定することができる。この測定方法をより具体的に説明すると、ＧａＮ層１６はその上面１６ａ及び下面１６ｂに反射面を有するため、白色光の反射光を分光して、反射光スペクトルとして観測する。なお、このスペクトルは干渉がおきており、この干渉状態を観測することによりＧａＮ層１６の膜厚が測定される。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態について、図を参照しつつ説明する。なお、図４には、第２実施形態に係るエピタキシャル基板４０を示す。
【００３８】
図４に示すように、エピタキシャル基板４０は、基板としてＧａＮ基板４２を有しており、ＧａＮ基板４２上には、ＡｌyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．５）層（下層ＡｌＧａＮ層）４４、ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．２）層（上層ＡｌＧａＮ層）４６の順にエピタキシャル層４８が積層されている。
【００３９】
このエピタキシャル基板４０は、第１実施形態のエピタキシャル基板１０同様、半導体製造装置２０（図２参照）によって製造される。すなわち、加熱したサセプタ２６にＧａＮ基板４２をセットし、サセプタ２６を回転させながら、材料ガスとして、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、及びＮＨ3を吸気パイプ３０を介して導入して、ＧａＮ基板１２上にＡｌyＧａ1-yＮ層４４を積層する。次に、ＡｌxＧａ1-xＮ層４６の材料ガスとして、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ及びＮＨ3を吸気パイプ３０を介して導入する。それにより、ＡｌＧａＮ層４４上に次第にＧａＮ層４６が形成されていく。このとき、レーザダイオード３６から特定波長の光（例えば、４００ｎｍ）をＡｌＧａＮ層表面４６ａに照射する。また、その照射によってＡｌＧａＮ層上面４６ａ及び下面４６ｂ（ＡｌＧａＮ層４４とＡｌＧａＮ層４６との界面）から反射される反射光を、フォトダイオード３８で検出する。
【００４０】
なお、本実施形態においては、ＧａＮ基板４２の上に直接Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４６を積層するのではなく、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層４４を介してＧａＮ基板４２上にＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４６を積層している。一般に、ＡｌＧａＮ層が低Ａｌ組成である場合には、ＧａＮ基板とＡｌＧａＮ層とが実質的に同一の材料で構成されることになってしまい、ＧａＮ基板とＡｌＧａＮ層との界面においては反射がおきにくい。しかし、エピタキシャル基板４０のように、下層のＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成を比較的高く（５０％）することにより、上層のＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成が低い（２０％）場合であっても、照射光は、ＡｌＧａＮ層４６とＡｌＧａＮ層４４との界面においても反射される。すなわち、ＡｌＧａＮ層４６の上面４６ａだけでなく４６ｂ下面においても反射がおきる。そのため、その反射光は、ＡｌＧａＮ層４６の上面４６ａにおいて反射される反射光と、ＡｌＧａＮ層４６の下面４６ｂにおいて反射される反射光との干渉光となる。
【００４１】
したがって、フォトダイオード３８で検出される反射光は、第１実施形態同様、ＡｌＧａＮ層４６がエピタキシャル成長されている間は周期的に強度の増減を繰り返す。これは、ＡｌＧａＮ層４６ａにおける反射光とＡｌＧａＮ層４６ｂにおける反射光との光路差が照射光の波長の整数倍となり、両反射光が同位相となるためである。すなわち、反射光をフォトダイオード３８で検出して、この光の干渉状態を計測することにより、ＡｌＧａＮ層４６の膜厚を測定することが可能である。また、単位時間当たりの膜厚増加量を算出して、ＡｌＧａＮ層４６の成長速度を求めることができる。
【００４２】
ここで、フォトダイオード３８で検出される反射光の強度比と、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層４４のＡｌ組成（すなわち、Ｘの値）との関係について、図５を参照しつつ説明する。なお、図３は、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４６の場合におけるＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成（横軸）と反射光の強度比（縦軸）との関係を示したグラフである。
【００４３】
図３に示すように、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成が２０％である場合は、反射光の強度比は１であり光の干渉は観測されない。これは、ＡｌＧａＮ層４６とＡｌＧａＮ層４４とのＡｌ組成が同一となり、その界面に置いて反射が起きないためである。そして、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成が２０％からはずれるにしたがって比例的に反射光の強度比が増加する。例えば、ＡｌＧａＮ層１４がＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎで構成されている場合には、１．０５以上の反射光の強度比を検出できるフォトダイオード３８や光検出器を採用する必要がある。また、逆に１．０５以上の反射光の強度比を検出できるフォトダイオード３８等を測定に利用する場合には、Ａｌ組成（Ｘ）をＸ≧０．５にすればよい。このように、Ａｌ組成が決まれば反射光の強度比が決まるため、必要に応じてＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成を変更してもよい。
【００４４】
なお、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成が、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成よりも大きい場合には、図５からわかるように、反射光の強度比を効率よく増加させることができる。一方、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成が、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成よりも小さい場合には、強度比はせいぜい１．０３（Ｘ＝０付近）程度にしかならず、反射光の強度比を効率よく増加させることができない。したがって、ＡｌＧａＮ層４４のＡｌ組成は、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成よりも大きいほうが好ましい。
【００４５】
以上、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成を２０％として説明してきたが、図５に示したＡｌ組成と反射光の強度比との関係を示すグラフは、Ａｌ組成が２０％以外のＡｌＧａＮ層の場合であっても略同様となる。したがって、ＡｌＧａＮ層４６のＡｌ組成は２０％に限定されず、０＜Ｘ＜１の範囲で適宜選択することが可能である。
【００４６】
本発明は、上記実施形態に限定されず、様々な変形が可能である。例えば、照射光の波長は、４００ｎｍに限らず、可視光〜赤外の波長で適宜選択可能である。また、照射光の光源は、レーザダイオードに限定されず、例えば、ＬＥＤや、固体レーザやガスレーザの発生装置であってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＧａＮ基板上に積層されるＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層の膜厚の測定が可能な膜成長方法、膜厚測定方法及びエピタキシャル基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエピタキシャル基板を示した概略図である。
【図２】図１のエピタキシャル基板の製造に用いられる半導体製造装置の概略構成図である。
【図３】ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成（横軸）と反射光の強度比（縦軸）との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るエピタキシャル基板を示した概略図である。
【図５】下層のＡｌＧａＮ層のＡｌ組成（横軸）と反射光の強度比（縦軸）との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１０，４０…エピタキシャル基板、１２，４２…ＧａＮ基板、１４…ＡｌＧａＮ層、１６…ＧａＮ層、１６ａ…ＧａＮ層表面（上面）、１６ｂ…ＧａＮ層下面、１８…エピタキシャル層、４４…ＡｌＧａＮ層（下層ＡｌＧａＮ層）、４６…ＡｌＧａＮ層（上層ＡｌＧａＮ層）、４６ａ…ＡｌＧａＮ層表面（上面）、４６ｂ…ＡｌＧａＮ層下面、４８…エピタキシャル層。
Claims (8)
- ＧａＮ基板の一側に形成されるＧａＮ層の厚さを測定する膜成長方法であって、
前記ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層を成長させた後、該ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させつつ、前記ＧａＮ層の膜厚を、該ＧａＮ層に照射された特定波長の光の反射光を測定することにより求めることを特徴とする膜成長方法。 - ＧａＮ基板と、前記ＧａＮ基板上に成長させたＡｌＧａＮ層と、前記ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層とを備えるエピタキシャル基板の前記ＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記ＧａＮ層の膜厚を、該ＧａＮ層の表面にＧａＮのバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射して、その光の照射により放出されるフォトルミネッセンス光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする膜厚測定方法。 - ＧａＮ基板と、前記ＧａＮ基板上に成長させたＡｌＧａＮ層と、前記ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層とを備えるエピタキシャル基板の前記ＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記ＧａＮ層の膜厚を、該ＧａＮ層に照射された白色光の反射光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする膜厚測定方法。 - ＧａＮ基板の一側に形成されるＡｌＧａＮ層の厚さを測定する膜成長方法であって、
前記ＧａＮ基板上に下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層をエピタキシャル成長させた後、該下層ＡｌＧａＮ層上に上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層をエピタキシャル成長させつつ、該上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を、該上層ＡｌＧａＮ層に照射された特定波長の光の反射光を測定することにより求めることを特徴とする膜成長方法。 - ＧａＮ基板と、前記ＧａＮ基板上に成長させた下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層と、該下層ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させた上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層とを備えるエピタキシャル基板の前記上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を、該上層ＡｌＧａＮ層に前記ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）のバンドギャップエネルギより高いエネルギの光を照射して、その光の照射により放出されるフォトルミネッセンス光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする膜厚測定方法。 - ＧａＮ基板と、前記ＧａＮ基板上に成長させた下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層と、前記下層ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させた上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層とを備えるエピタキシャル基板の前記上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記上層ＡｌＧａＮ層の膜厚を、該上層ＡｌＧａＮ層に照射された白色光の反射光スペクトルを観測することにより求めることを特徴とする膜厚測定方法。 - ＧａＮ基板と、
前記ＧａＮ基板上に成長させたＡｌＧａＮ層と、
前記ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長させたＧａＮ層とを備えることを特徴とするエピタキシャル基板。 - ＧａＮ基板と、
前記ＧａＮ基板上に成長された下層ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層と、
前記下層ＡｌＧａＮ層上にエピタキシャル成長された上層ＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ）層とを備えることを特徴とするエピタキシャル基板。
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