JP4745635B2 - ＧａＮ層によるＳｉＣ表面の保護 - Google Patents

Description

本発明は、ＳｉＣ基板の表面の保護方法に関する。

窒化物半導体は、トランジスター、レーザー、発光ダイオード、赤外線から紫外線まで変化する波長範囲内の検出器を得るために、マイクロエレクトロニクスの分野で非常に広く使用されている。

これらの半導体窒化物、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、及びそれらの三元または四元の合金は、支持体基板上の窒化物のエピタクシーによって通常調製される。ＳｉＣ基板は、比較的弱い格子不釣合いを有し、パワーアプリケーションにおいて有用な良好な熱伝導性を有する適切な結晶構造を有するため、半導体窒化物のエピタクシーの成長のための支持体として広く使用されている。

選択されたエピタクシーの成長モードに関わらず、例えば分子線エピタクシー（ＭＢＥ）であれ有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）であれ、支持体として使用される基板は、エピタクシーチェンバーに挿入される前に、必ず化学的に準備されていなければならない。この化学的準備は一般的に、前記支持体の表面の洗浄、その後各種の酸、特にＨＦでの化学的エッチングにより、支持体の表面に存在する固有の酸化物を除去することよりなる。

しかしながらこの化学的処理の後でさえ、ＳｉＣ基板は依然として、その表面に微量の酸化物を有している。

これらの微量の酸化物を除去するための一つの方法は、ＳｉＣ基板の表面を高温（７００−７３０℃）のガリウムジェットに曝露し、次いで真空下に基板を配置してこの操作を繰り返すことよりなる。ＳｉＣ基板の表面は、十分な時間このサイクルを繰り返すことによって「清浄化」できる。次いで基板は、正常な非酸化ＳｉＣ基板の特徴である√３×√３構造を有する（文献[1]参照）。

エピタクシー化構造の製造者の希望として、基板の準備に必要なこれらの工程を最小化することが挙げられる。これは、事前準備の必要なく、直接エピタクシーチェンバーに挿入できる「エピレディ」基板の利点である。これらの特定の基板は、in situで除去される保護層で被覆され、かくしてエピタクシーの成長のために完全に清浄な基板を出現させる。

文献[2]は、{0001}構造を有するＳｉＣ基盤のガリウムへの曝露が、ＳｉＣ基板上へ単一層の厚みを有するガリウムの連続フィルムの形成を生ずることを記載している。それ故、ＳｉＣ基板をガリウムに曝露すると、Ｇａ層によるＳｉＣ基板の表面の保護を得ることが可能であろう。さらに、窒化物成長温度より低い約６００−６５０℃での加熱の作用の下では、Ｇａ酸化物が分解することが知られているので、このタイプの保護層は、空気中での滞留の間で故意にまたは図らずも酸化された後、エピタクシー工程の開始時点で、in situで蒸発できる。

Ｇａは容易に酸化されるため、ＳｉＣが酸化され得ることが問題なのである。

本発明の目的は、従来技術の欠点を有さない、ＳｉＣ基板の表面の保護を提供することである。この目的は、保護される基板の表面上に少なくとも二つの単一層に等しい厚みを有する、窒化ガリウムから成る一時的な保護層の沈着を含むことを特徴とする、ＳｉＣ基板の表面の保護方法によって達成される。少なくとも二つの単一層に等しい一時的な保護層の厚みは、約０．５ｎｍに対応する。

かくしてこれにより、「エピレディ」なＳｉＣ基板を生ずるＳｉＣ基板の表面の保護法方が導かれる。

有利には保護層は、ストランスキー-クラスタノフエピタクシーによって沈着され、このエピタクシーは島の出現の前に停止される。ストランスキー-クラスタノフエピタクシーは、基板の表面上にいくつかの二次元単一層が成長し、その後生産された単一層の表面上に島の形態の三次元成長が生ずることからなる。本発明によれば、ストランスキー-クラスタノフエピタクシーは、有利にはＧａＮの二次元層が支持体基板の表面に形成されるまで実施され、ＧａＮの成長は、島の出現の前に停止される。かくしてこの結果、ウエッティング層と現在では称される、連続二次元層が生ずる。この層は有利には、二つの単一層の厚みである。かくしてウエッティング層単独が、ＳｉＣ基板に対する保護を提供する。

一つの変形例によれば、本発明に係る窒化ガリウム保護層は、保護される基板の表面上にガリウム層を沈着し、その後かくして形成されたガリウム層を窒化することによって得られる。ＳｉＣ基板の表面上に沈着したＧａ層を窒化して、例えば二つの単一層の厚みの、ＳｉＣ基板を保護するＧａＮの連続層を形成できる。

有利には、窒化ガリウムから形成された一時的な保護層は、真空蒸発によって除去される。この保護層は、エピタクシーが「エピレディ」基板上に実施される場合に除去される。

本発明はまた、少なくとも一方の表面が、二つの単一層の厚みのＧａＮからなる一時的な保護層によって被覆されたＳｉＣ基板を含むことを特徴とする、「エピレディ」基板に関する。

本発明の一つの利点は、ＧａＮ保護層を使用することによって、ＳｉＣ基板に限り酸素の拡散が制限でき、かくしてより容易に酸化するＧａ層で可能であるよりも有効な保護を形成できる。

本発明に係る方法を使用して調製された「エピレディ」基板は、約０．５ｎｍの厚みのＧａＮの二つの単一層でＳｉＣ基板を被覆することからなる。単一層はこの場合、ＧａＮの二次元層を沈着し、その後ＧａＮ島を形成することよりなるストランスキー-クラスタノフ（ＳＫ）成長法を使用して得られる。保護層は好ましくは、真空チェンバー内で７００から８００℃の間の温度で沈着され、島が出現する前に停止される。かくしてこの結果、「エピレディ」ＳｉＣ基板が形成される。

前述の方法によって超薄ＧａＮ層によって被覆されたＳｉＣ基板は、「エピレディ」基板を形成するのに必要な特徴を有する。

次いでユーザーは、この「エピレディ」ＳｉＣ基板を使用できるように、例えば窒化物エピタクシーを形成するために、一時的な保護層を除去しなければならない。この一時的な保護層は、それが酸化された後に、真空下で基板ユーザーによって蒸発させることが可能である。Ｇａ酸化物（さらにはＧａＮ酸化物）は、約６００−６５０℃での加熱の作用の下で分解し、この温度はＳｉＣ基板上の半導体窒化物のエピタクシー成長に必要とされるエピタクシー温度未満であるため、保護層が除去された基板上で、エピタクシーが実施されるであろう。さらに本発明に係る方法は、保護層がＳｉＣ上の窒化物のエピタクシーの間で使用される材料からなるため、窒化物の成長においていずれの汚染も引き起こさないのである。

［参考文献］

Claims (5)

1. 保護される基板の表面上に少なくとも二つの単一層に等しい厚みを有する、窒化ガリウムから成る一時的な保護層の沈着を含むことを特徴とする、ＳｉＣ基板の表面の保護方法。
2. 保護層の沈着が、ストランスキー-クラスタノフエピタクシーによって実施され、エピタクシーは島の出現の前に停止されることを特徴とする、請求項１に記載の保護方法。
3. 窒化ガリウムの保護層が、基板の表面上にガリウム層を沈着し、その後形成されたガリウム層を窒化することによって得られることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 窒化ガリウムから形成された一時的な保護層を酸化した後に、前記保護層を真空蒸発によって除去することを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
5. 少なくとも一方の表面が、二つの単一層の厚みのＧａＮからなる一時的な保護層によって被覆されたＳｉＣ基板を含むことを特徴とする、「エピレディ」基板。