JP4868002B2 - 窒化ガリウム系半導体膜を成長する方法、及びiii族窒化物半導体電子デバイスを作製する方法 - Google Patents
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またイエローバンド発光と呼ばれる波長550nmの幅広いピークにおいてバンド端発光に対する相対的な強度の増加が見られる。
Journal of Crystal Growth, 242, (2002) p55-69 Journal of Applied Physics, Vol. 92, No. 11, (2002) p6553-6559 Journal of Applied Physics, 90, (2001) p6130-6134
窒化ガリウム膜をMOCVD法により成膜した。有機ガリウム原料として、TMGを用いた。基板には直径2インチのサファイア基板を準備した。窒素原料としては、高純度アンモニアを用いた。キャリアガスとしては、純化した水素及び窒素を用いた。高純度アンモニアの純度は99.999%以上であり、純化水素及び純化窒素の純度は99.999995%以上であった。まず、サファイア基板を成長炉に配置した後に、摂氏1000度の基板温度及び100Torrの炉内圧力で成長炉に水素を供給して、基板のクリーニングを行った。その後に、摂氏500度の基板温度、500Torrの炉内圧力及び1600のモル比V/IIIで、30nmの窒化ガリウム膜を成長した。基板温度を摂氏1070度に昇温した後に、摂氏1070度の基板温度、200Torrの炉内圧力及び500のモル比V/IIIで、3μmの窒化ガリウム膜を成長した。これらの工程により、3枚の窒化ガリウム系半導体成長用テンプレートを製作した。
TMG流量:56sccm(320μmol/min.);
NH3流量:9slm(0.4mol/min.);
水素ガス:11slm(0.5mol/min.):
成長温度:摂氏1050度;
炉内圧力:200Torr;
RATIO:0.5/(0.5+0.4+320×10 −6 )。
PLスペクトルにおける(YL/BE):0.05;
パーティクル欠陥数:20個/ウエハ。
窒化物ガリウム膜の結晶品質とPLスペクトルにおける(YL/BE)比との相関を以下に示す。n型窒化ガリウム単結晶基板を準備した。この窒化ガリウム基板を成長炉のサセプタに配置した。成長炉に水素及びアンモニアを供給しながら、摂氏1050度の基板温度及び100Torrの炉内圧力で、GaN基板表面の熱クリーニングを行った。その後に、GaN基板上に厚さ3μmの窒化ガリウム膜をMOCVD法で成長した。成長条件は以下のものを用いた:
TMG流量:56sccm(320μmol/mim.)
NH3流量:9slm(0.4mol/min.);
水素ガス:11slm(0.5mol/min.);
成長温度:摂氏1050度;
炉内圧力:200Torr;
RATIO:0.5/(0.5+0.4+320×10 −6 )。
エピタキシャル基板A:0.05
エピタキシャル基板B:0.7。
耐圧 特性オン抵抗
ダイオードDSA:200V以上 1.1mΩcm2;
ダイオードDSB:180V以上 1.5mΩcm2。
実験例1で製作したテンプレートをサセプタに配置した。摂氏1050度の基板温度及び100Torrの炉内圧力で水素(H2)及びアンモニア(NH3)を供給しながら、この混合ガスの雰囲気中でテンプレート表面の熱クリーニングを行った。次いで、厚さ3μmの窒化ガリウム膜をテンプレート表面にMOCVD法で成膜した。この窒化ガリウム膜はドリフト層として用いることができる。
その直後に、GaN基板上に厚さ3μmの窒化ガリウム膜をMOCVD法で成長した。成長条件は以下のものを用いた:
TMG流量:56sccm(320μmol/mim.)
NH3流量:11slm(0.5mol/min.);
水素ガス:9slm(0.4mol/min.);
成長温度:摂氏1060度;
炉内圧力:200Torr;
RATIO:0.4/(0.4+0.5+320×10 −6 )。
パーティクル欠陥数:60個/ウエハ。
また、欠陥数の計上の後に、図12に示されるように、GaNドリフト層のPLスペクトルPLCを測定した:
PLスペクトルPLCにおけるYL/BE:0.03。
実験例1で製作したテンプレートをサセプタに配置した。摂氏1050度の基板温度及び100Torrの炉内圧力で水素(H2)及びアンモニア(NH3)を供給しながら、この混合ガスの雰囲気中でテンプレート表面の熱クリーニングを行った。次いで、厚さ3μmの窒化ガリウム膜をテンプレート表面にMOCVD法で成膜した。この窒化ガリウム膜はドリフト層として用いることができる。
その直後に、GaN基板上に厚さ3μmの窒化ガリウム膜をMOCVD法で成長した。成長条件は以下のものを用いた:
TMG流量:56sccm(320μmol/mim.)
NH3流量:15slm(0.67mol/min.);
水素ガス:17slm(0.76mol/min.);
成長温度:摂氏1060度;
炉内圧力:200Torr;
RATIO:0.76/(0.76+0.67+320×10 −6 )。
パーティクル欠陥数:16個/ウエハ。
PLスペクトルPLDにおけるYL/BE:0.02。
実験例1と比較して、強度比YL/BEが小さいので、より高純度のドリフト層が得られた。実験例1において説明したように1.5mm角の半導体チップの配置においてデバイス歩留まりを見積るとき、その値は93%程度となった。
Claims (17)
- III族窒化物半導体膜を成長する方法であって、
ガリウム化合物を含むIII族原料、窒素原料、及びキャリアガスを成長炉に供給して、III族窒化物半導体膜を有機金属気相成長法で基板上に成長する工程を備え、
(前記キャリアガスの流量)/((前記III族原料の流量)+(前記窒素原料の流量)+(前記キャリアガスの流量))が0.5以上であり、
前記成長炉は、前記基板を支持する基板支持部を有するサセプタと、前記サセプタの前記基板支持部に対向するシャワーヘッドとを含み、
前記基板の主面はIII族窒化物半導体領域からなり、
前記III族原料、窒素原料、及びキャリアガスは前記シャワーヘッドを通して前記基板上に供給され、
前記III族窒化物半導体膜は1×10 16 cm −3 以下のキャリア濃度を有する、ことを特徴とする方法。 - 前記キャリアガスは、水素、窒素、ヘリウム、及びアルゴンの少なくともいずれか一つを含む、ことを特徴とする請求項1に記載された方法。
- 前記キャリアガスは水素を含む、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された方法。
- 前記III族窒化物半導体膜はGaXInYAl1−X−YN(0<X≦1、0≦Y<1、X+Y≦1)からなり、
前記III族窒化物半導体膜の成長における(窒素原料の供給モル量)/(III族原料の供給モル量)は1250以上であり、
前記III族窒化物半導体膜の成長における成長温度は摂氏1050度以上である、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された方法。 - 前記III族窒化物半導体膜の成長における成長圧力は200Torr以上である、ことを特徴とする請求項4に記載された方法。
- 前記III族窒化物半導体膜はキャリア濃度1×1016cm−3以下の窒化ガリウム半導体からなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された方法。
- 前記III族窒化物半導体膜は、炭素濃度1×1016cm−3以下の窒化ガリウム半導体からなる、ことを特徴とする請求項6に記載された方法。
- 前記窒素原料は、アンモニア、ヒドラジン系窒素原料、及びアミン系窒素原料の少なくともいずれか一つを含む、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された方法。
- 前記シャワーヘッドは、前記III族原料、前記窒素原料、及び前記キャリアガスを混合し、前記シャワーヘッド内で混合されたガスは、前記シャワーヘッドの供給面に配列された複数の供給孔を介して前記サセプタに供給される、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された方法。
- III族窒化物半導体電子デバイスを作製する方法であって、
ガリウムを含むIII族原料、窒素原料、及びキャリアガスを成長炉に有機金属気相成長法で供給して、III族窒化物半導体膜を基板上に成長する工程を備え、
(前記キャリアガスの流量)/((前記III族原料の流量)+(前記窒素原料の流量)+(前記キャリアガスの流量))が0.5以上であり、
前記成長炉は、前記基板を支持する基板支持部を有するサセプタと、前記サセプタの前記基板支持部に対向するシャワーヘッドとを含み、
前記基板の主面はIII族窒化物半導体領域からなり、
前記III族原料、窒素原料、及びキャリアガスは前記シャワーヘッドを通して前記基板上に供給され、
前記III族窒化物半導体膜は1×10 16 cm −3 以下のキャリア濃度を有する、ことを特徴とする方法。 - 前記キャリアガスは、水素、窒素、ヘリウム、及びアルゴンの少なくともいずれか一つを含む、ことを特徴とする請求項10に記載された方法。
- 前記III族窒化物半導体膜はGaXInYAl1−X−YN(0<X≦1、0≦Y<1、X+Y≦1)からなり、
前記III族窒化物半導体膜の成長における(窒素原料の供給モル量)/(III族原料の供給モル量)は1250以上であり、また10000以下であり、
前記III族窒化物半導体膜の成長における成長温度は摂氏1050度以上であり、また摂氏1100度以下であり、
前記III族窒化物半導体膜の成長における成長圧力は200Torr以上であり、300Torr以下である、ことを特徴とする請求項10または請求項11に記載された方法。 - 前記III族窒化物半導体膜は窒化ガリウム半導体からなり、
前記窒化ガリウム半導体は1×1016cm−3以下の炭素濃度及び1×1016cm−3以下のキャリア濃度を有する、ことを特徴とする請求項10〜請求項12のいずれか一項に記載された方法。 - 前記III族窒化物半導体膜の厚みは3マイクロメートル以上である、ことを特徴とする請求項10〜請求項13のいずれか一項に記載された方法。
- 前記III族窒化物半導体膜上にショットキ電極を形成する工程を更に備え、
前記基板は、導電性を有するIII族窒化物基板である、ことを特徴とする請求項10〜請求項14のいずれか一項に記載された方法。 - 前記III族窒化物半導体膜は第1導電型を有しており、
当該方法は、前記III族窒化物半導体膜上に第2導電型III族窒化物半導体膜を前記成長炉で成長する工程と、
前記第2導電型III族窒化物半導体膜上にオーミック電極を形成する工程と
を更に備え、
前記第2導電型III族窒化物半導体膜は前記III族窒化物半導体膜とpn接合を成し、
前記基板は、導電性を有するIII族窒化物基板である、ことを特徴とする請求項10〜請求項15のいずれか一項に記載された方法。 - 前記シャワーヘッドは、前記III族原料、前記窒素原料、及び前記キャリアガスを混合し、前記シャワーヘッド内で混合されたガスは、前記シャワーヘッドの供給面に配列された複数の供給孔を介して前記サセプタに供給される、ことを特徴とする請求項10〜請求項16のいずれか一項に記載された方法。
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