JP4860736B2 - 半導体構造物及びそれを製造する方法 - Google Patents
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Description
i)閃亜鉛鉱型(Al,Ga,In)Nは、無極性半導体構造物である。つまり、(Ga,Al,In)カチオン及び(N)原子アニオンの面が連続して積み重なっていない。無極性半導体材料は、材料の光学効率を低下させ得る強い内部電場に害されることがない。
ii)閃亜鉛鉱型(Al,Ga,In)Nの電子バンド構造は、光学利得が改良されており、また、ウルツ鉱型に比べて材料のp型伝導性がより高いといわれている。
iii)ウルツ鉱型InGaNに比べて閃亜鉛鉱型InGaNのより狭いバンドギャップは、特定の光学波長を達成するために必要なインジウムが少量であることを意味する。インジウムの量がより少ないということは、結晶のひずみを引き起こす欠陥がより少ないことを意味する。
本発明に係る方法及び構造の、ある一つの実施例として、図1の(A)に示すシリコン基材101は、MBEチャンバ内に積まれ、表面の酸素を除去するために真空化にて加熱処理される。典型的な加熱処理は、1000℃で15分間連続処理である。そして、シリコン基材101は、引き続き実行される以下の段階に先立って、真空化で冷却される。
図1の(B)は、400℃の温度でシリコン基材101上に堆積されたAlInGaAsの50nmの厚い層102を示す。さらに、一般的に、AlInGaAsの層102は、好ましくは、より高い基材表面の被覆率を得るという観点から10nm以上、100nm以下の厚さであり、例えば、250℃以上、500℃以下の温度で成長させてもよい。このような温度範囲は、同じ被覆率であって、滑らかな表面であり、且つ、転移を捕捉しても、ぬれ層を成長させるために役立つものである。ヒ素リッチ状態(つまり、成長の間に供給されるIII族よりヒ素が多く存在し、ヒ素のIII族に対するモル比が1より大きいことを意味する)が用いられる。
次に、膜の結晶化のために、例えば、ヒ素衝突流体の下において620℃の温度で15分間、AlInGaAsの層102のインシチューアニーリング(in−situ annealing)が実行される。AlInGaAsの層102の結晶化を計測するために、反射高速電子線回折(RHEED)を用いてもよい。例えば、AlInGaAsの層102は550℃以上、700℃以下でアニールしてもよい。この温度範囲は、分解すること又は表面が粗くなることが無く、ぬれ層の結晶化を促進する。
図1の(C)に示すように、次にAlGaInN層103をAlInGaAsの層102の上に600℃で堆積させる。ここではプラズマ励起された窒素が用いられ、付加的なヒ素の流体が、閃亜鉛鉱型形態でのAlGaIN層103の成長を確実にするために供給される。AlGaInN層103の厚さは50nmである。厚さは20nm以上、500nm以下であることが、完全な表面の被覆及び100%の立方晶相の層を確実にする観点から好ましい。ヒ素の代わりにリンの流体を用いてもよい。
最後に、図1の(D)に、2μmの厚いAlGaInN層104がAlGaInN層103の上に、900℃にて、窒素源としてアンモニアを用いて堆積されていることを示す。好ましくは、AlGaInN層104の厚さは1μm以上、10μm以下であり、堆積温度は750℃以上、1000℃以下である。その後のデバイスの成長を、その上に起こさせるためのテンプレート層を形成するために、1μm以上、10μm以下が望ましい。750℃以上、1000℃以下は、高品質のAlGaInN層を成長させるために最適な温度範囲である。ガリウム及びアンモニアの流体は窒素リッチな状態を与える。窒素リッチな状態は、供給されたIII族より窒素原子が多い状態である。このような状態は、平坦な表面を有する最適な結晶品質を与える。
Claims (26)
- 半導体構造物を分子線エピタキシー反応槽内で処理すること;
基材上にAlxInyGa(1−(x+y))As(0≦x+y≦1)及びAlxInyGa(1−(x+y))P(0≦x+y≦1)のうち少なくとも1つを含むぬれ層を成長させること;
上記ぬれ層をインシチューアニーリング(in−situ annealing)すること;
付加的なリン又はヒ素と共に、プラズマ励起された窒素を窒素源として用いて、上記ぬれ層上にAl、Ga、InおよびNからなる第1のAlGaInN層を成長させること;
上記第1のAlGaInN層の上に、窒素源としてアンモニアを用いてAl、Ga、InおよびNからなる第2のAlGaInN層を成長させること;
を含む窒化物半導体構造物を製造する方法。 - 上記基材はシリコンを含む、請求項1に記載の方法。
- 上記基材はゲルマニウムを含む、請求項1に記載の方法。
- 上記ぬれ層の厚さが、1nm以上、100nm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 上記ぬれ層の厚さが、10nm以上、100nm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 上記ぬれ層を、250℃以上、500℃以下の温度で成長させる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- III族に対するヒ素のモル比が1より大きい状態であるヒ素リッチな状態において、上記ぬれ層を成長させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 上記アニーリングの後であって、上記第1のAlGaInN層を成長させる前に、AlxInyGa(1−(x+y))As(0≦x+y≦1)及びAlxInyGa(1−(x+y))P(0≦x+y≦1)のうち少なくとも1つを含む付加層を、上記ぬれ層上に成長させることをさらに含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 上記アニーリングを、550℃以上、700℃以下の温度で行なう、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 上記第1のAlGaInN層の厚さが、20nm以上、500nm以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- V族元素に対するIII族元素のモル比が、0.9以上、1.1以下である名目化学量論的成長状態、又は、ガリウムの窒素に対するモル比が、1.0以上、1.1以下であるわずかにガリウムリッチな状態を与えるようにするガリウム及び窒素の流体によって、上記第1のAlGaInN層を成長させる、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 上記第2のAlGaInN層の厚さが、1μm以上、10μm以下である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 上記第2のAlGaInN層を、750℃以上、1000℃以下の温度で成長させる、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 上記第2のAlGaInN層を、窒素リッチな状態を与えるためのガリウム及び窒素の流体によって成長させる、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 上記第2のAlGaInN層に、シリコン、マグネシウム及び炭素のうち少なくとも1つをドープする請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 上記付加層の厚さが、0.5μm以上、3μm以下である、請求項8に記載の方法。
- 上記付加層を、450℃以上、700℃以下の温度で成長させる、請求項8及び16のうちいずれか1項に記載の方法。
- 半導体の基材;
上記基材上に形成された、AlxInyGa(1−(x+y))As(0≦x+y≦1)及びAlxInyGa(1−(x+y))P(0≦x+y≦1)のうち少なくとも1つのぬれ層;
上記ぬれ層上に形成されたAl、Ga、InおよびNからなる第1のAlGaInN層;および
上記第1のAlGaInN層上に形成されたAl、Ga、InおよびNからなる第2のAlGaInN層;
を含む、窒化物半導体構造物。 - 上記第2のAlGaInN層が閃亜鉛鉱型相AlGaInNである、請求項18に記載の構造物。
- 上記第1のAlGaInN層が、ヒ素又はリンがドープされた閃亜鉛鉱型相AlGaInNである、請求項18〜19のいずれか1項に記載の構造物。
- 上記半導体の基材がシリコン又はゲルマニウムを含む、請求項18〜20のいずれか1項に記載の構造物。
- 上記ぬれ層の厚さが、1nm以上、100nm以下である、請求項18〜21のいずれか1項に記載の構造物。
- 上記第1のAlGaInN層の厚さが、20nm以上、500nm以下である、請求項18〜22のいずれか1項に記載の構造物。
- 上記第2のAlGaInN層の厚さが、1μm以上、10μm以下である、請求項18〜23のいずれか1項に記載の構造物。
- AlxInyGa(1−(x+y))As(0≦x+y≦1)及びAlxInyGa(1−(x+y))P(0≦x+y≦1)のうち少なくとも1つを含む付加層を、上記ぬれ層及び上記第1のAlGaInN層の間に、さらに含む、請求項18〜24のいずれか1項に記載の構造物。
- 上記付加層の厚さが、0.5μm以上、3μm以下である、請求項25に記載の構造物。
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