JP4952055B2 - Iii族窒化物半導体を成長する方法、およびiii族窒化物半導体装置を作製する方法 - Google Patents
Iii族窒化物半導体を成長する方法、およびiii族窒化物半導体装置を作製する方法 Download PDFInfo
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Description
APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol.84, 14 June 2004, pp.4884-4886
ことができる。この方法によれば、成長されたIII族窒化物半導体の表面が、多量の水素に曝されることがない。
(1)前記III族窒化物半導体の成長期間および前記気相成長装置の温度の変更期間の少なくともいずれかの期間中に、前記アンモニアの供給量が増加される、
(2)前記成長期間および前記変更期間の少なくともいずれかの期間中に、前記水素の供給量が減少される、
(3)前記成長期間および前記変更期間の少なくともいずれかの期間中に、窒素が第1の供給量から第2の供給量へ増加される、
(4)前記III族窒化物半導体の成長期間に、前記気相成長装置の温度が前記温度Temp1よりも高い温度Temp3から前記温度Temp1へ変更される、
(5)前記成長期間および前記変更期間の少なくともいずれかの期間中に、前記気相成長装置の圧力は第1の圧力値から第2の圧力値へ増加される。
図1(A)〜図1(F)は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体を成長する方法を示す図面である。図2は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体を成長するために使用可能な結晶成長装置を示す。この結晶成長装置11は、有機金属気相成長炉であることができる。結晶成長装置11は、チャンバ13内に設けられた反応管15を含む。反応管15の開口15aには、サセプタ17が位置している。サセプタ17上には、基板Wを配置できる。反応管15の一端15bは、配管19a〜19gに接続されており、配管19a〜19gからの原料ガスを受け入れる。配管19a〜19gの各々にはマスフローコントローラが設けられている。反応管15の他端15cは、ゲートバルブ21を介して排気ポンプ23に接続されている。各マスフローコントローラを用いてガスの流量の制御を行うことができる。また、ゲートバルブ21を調整することにより、反応管15の圧力を制御することができる。各マスフローコントローラおよびゲートバルブ21は、制御装置に接続されているので、これらは個々にまたは連携するように制御されることができる。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。III族窒化物半導体の成長期間Taでは、図1(A)に示されるようにアンモニア流量は一定に保たれ、図1(B)に示されるように水素流量も一定に保たれ、図1(D)に示されるようにTMG供給量も一定に保たれ、図1(E)に示されるように圧力も一定に保たれる。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:11slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度から摂氏450度へ減少
である。本実施例では、アンモニアの供給量の増加が温度変更期間Tbにおいて行われているけれども、成長期間Taおよび温度変更期間Tbの少なくともいずれかの期間中に、アンモニアの供給量を増加するようにしてもよい。
図4(A)〜図4(F)は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体を成長する方法を示す図面である。図4(A)〜図4(F)に示された工程フローも、図2に示された結晶成長装置を用いて行われる。図4(F)に示されるように、この方法は、III族窒化物半導体を成長する工程S11と、III族有機金属物質の供給を停止する工程S12と、アフターフロー工程S13と、パージ工程S14とを含む。成長工程S11では、基板W上にIII族窒化物半導体を成長する。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。III族窒化物半導体の成長期間Taでは、図4(A)に示されるようにアンモニア流量は一定に保たれ、図4(B)に示されるように水素流量も一定に保たれ、図4(D)に示されるようにTMG供給量も一定に保たれ、図4(E)に示されるように圧力も一定に保たれる。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:11slm
H2流量:2slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度から摂氏450度へ減少
である。本実施例では、水素の供給量の減少が温度変更期間Tbにおいて行われているけれども、成長期間Taおよび温度変更期間Tbの少なくともいずれかの期間中に、水素の供給量を減少するようにしてもよい。
窒化ガリウムを成長する工程における成膜条件の一例:
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。III族窒化物半導体の成長期間Taでは、図5(A)に示されるようにアンモニア流量は一定に保たれ、図5(B)に示されるように水素流量も一定に保たれ、図5(D)に示されるようにTMG供給量も一定に保たれ、図5(E)に示されるように圧力も一定に保たれる。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:16.5slm
H2流量:3slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度から摂氏450度へ減少
である。工程S24は、工程S4と同様に行われる。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:16.5slm
H2流量:3.5slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。例えば、III族窒化物半導体の成長期間Taでは、図6(D)に示されるようにTMG供給量も一定に保たれ、図6(E)に示されるように圧力も一定に保たれる。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:16.5slm
H2流量:3slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度から摂氏450度へ減少
である。工程S34では、工程S4と同様に行われる。
自立GaN基板およびサファイアテンプレートを準備する。低転位自立GaN基板の転位密度は、例えば1×106cm−2である。自立GaN基板およびサファイアテンプレートを有機金属気相成長(OMVPE)炉に配置する。基板表面に熱クリーニング(thermal heat cleaning)を行う。この条件は、摂氏990度の温度、16.5slmのNH3流量、3.5slmのH2流量、200torrの圧力、処理時間600秒間である。窒化ガリウムを成長するとき、成長条件は、摂氏1050度の温度、9slmのNH3流量、11slmのH2流量、320μmol/secのTMG供給量、10ppmに希釈した5sccmのSiH4の流量200torrの圧力である。この成膜により、2μmのn+GaN膜が得られる、キャリア濃度は、1×1018cm−3程度である。
素子名 耐圧(V) 特性オン抵抗
ダイオードDGA:181 1.6mΩcm2
ダイオードDGB:205 1.6mΩcm2
ダイオードDGC:220 1.6mΩcm2
ダイオードDSA:112 11mΩcm2
ダイオードDSB:118 11mΩcm2
ダイオードDSC:132 11mΩcm2
耐圧は、1mA/cm2の時の逆方向電圧を示す。特性オン抵抗は、電流密度200mA/cm2における抵抗を示す。
図8(A)〜図8(F)は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体を成長する方法を示す図面である。図8(A)〜図8(F)に示された工程フローも、図2に示された結晶成長装置を用いて行われる。図8(F)に示されるように、この方法は、III族窒化物半導体を成長する工程S51と、III族有機金属物質の供給を停止する工程S52と、アフターフロー工程S53と、パージ工程S54とを含む。成長工程S51では、基板W上にIII族窒化物半導体を堆積する。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:0slm
N2流量:11slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度から摂氏450度へ減少
である。工程S54では、工程S4と同様に行われる。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:16.5slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:16.5slm
H2流量:0slm
N2流量:11slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:0slm
N2流量:11slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度から摂氏450度へ減少
である。工程S64は、工程S4と同様に行われる。
窒化ガリウム基板およびサファイアテンプレートを用いて、実施例1と同様にしてエピタキシャル基板GD、SD、GE、SEを作製する。具体的には、図8(A)〜図8(F)および図9(A)〜図9(F)に示された製造フローの例示条件が使用される。
素子名 耐圧(V) 特性オン抵抗
ダイオードDGA:181 1.6mΩcm2
ダイオードDGD:196 1.6mΩcm2
ダイオードDGE:205 1.6mΩcm2
ダイオードDSA:112 11mΩcm2
ダイオードDSD:122 11mΩcm2
ダイオードDSE:125 11mΩcm2
図10(A)〜図10(F)は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体を成長する方法を示す図面である。図10(A)〜図10(F)に示された工程フローも、図2に示された結晶成長装置を用いて行われる。図10(F)に示されるように、この方法は、III族窒化物半導体を成長する工程S71と、III族有機金属物質の供給を停止する工程S72と、アフターフロー工程S73と、パージ工程S74とを含む。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:66661パスカル(500torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度から摂氏450度へ減少
である。工程S74は、工程S4と同様に行われる。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:66661パスカル(500torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:66661パスカル(500torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度から摂氏450度へ減少
である。工程S84は、工程S4と同様に行われる。
窒化ガリウム基板およびサファイアテンプレートを用いて、実施例1と同様にしてエピタキシャル基板GF、SF、GG、SGを作製する。具体的には、図10(A)〜図10(F)および図11(A)〜図11(F)に示された製造フローの例示条件が使用される。
素子名 耐圧(V) 特性オン抵抗
ダイオードDGA:181 1.6mΩcm2
ダイオードDGF:211 1.6mΩcm2
ダイオードDGG:236 1.6mΩcm2
ダイオードDSA:112 11mΩcm2
ダイオードDSF:126 11mΩcm2
ダイオードDSG:145 11mΩcm2
図12(A)〜図12(F)は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体を成長する方法を示す図面である。図12(A)〜図12(F)に示された工程フローも、図2に示された結晶成長装置を用いて行われる。図12(F)に示されるように、この方法は、III族窒化物半導体を成長する工程S91と、III族有機金属物質の供給を停止する工程S92と、アフターフロー工程S93と、パージ工程S94とを含む。成長工程S91では、基板W上にIII族窒化物半導体を成長する。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1000度
である。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1000度から摂氏450度へ減少
である。工程S94は、工程S4と同様に行われる。
窒化ガリウム基板およびサファイアテンプレートを用いて、実施例1と同様にしてエピタキシャル基板GH、SHを作製する。具体的には、図12(A)〜図12(F)に示された製造フローの例示条件が使用される。
素子名 耐圧(V) 特性オン抵抗
ダイオードDGA:181 1.6mΩcm2
ダイオードDGH:216 1.6mΩcm2
ダイオードDSA:112 11mΩcm2
ダイオードDSH:121 11mΩcm2
図13(A)〜図13(F)は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体を成長する方法を示す図面である。図13(A)〜図13(F)に示された工程フローも、図2に示された結晶成長装置を用いて行われる。図13(F)に示されるように、この方法は、III族窒化物半導体を成長する工程S101と、III族有機金属物質の供給を停止する工程S102と、アフターフロー工程S103と、パージ工程S104とを含む。成長工程S101では、基板W上にIII族窒化物半導体を成長する。
行うようにしてもよい。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:9slm
H2流量:11slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:26664パスカル(200torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:320μmol/sec
NH3流量:16.5slm
H2流量:3.5slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:66661パスカル(500torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度
である。
TMG供給量:0μmol/sec
NH3流量:16.5slm
H2流量:3.5slm
N2流量:0slm
反応炉の圧力:66661パスカル(500torr)
反応炉内の温度:摂氏1050度から摂氏450度へ減少
である。工程S104では、工程S4と同様に行われる。
窒化ガリウム基板およびサファイアテンプレートを用いて、実施例1と同様にしてエピタキシャル基板GI、SIを作製する。具体的には、図12(A)〜図12(F)に示された製造フローの例示条件が使用される。
素子名 耐圧(V) 特性オン抵抗
ダイオードDGA:181 1.6mΩcm2
ダイオードDGI:243 1.6mΩcm2
ダイオードDSA:112 11mΩcm2
ダイオードDSI:151 11mΩcm2
(1)成長期間Taおよび温度変更期間Tbの少なくともいずれかの期間中に、アンモニアの供給量が増加される。
(2)成長期間Taおよび温度変更期間Tbの少なくともいずれかの期間中に、水素の供給量が減少される。
(3)成長期間Taおよび温度変更期間Tbの少なくともいずれかの期間中に、窒素の供給量が増加される。
(4)成長期間Taに、気相成長装置11の温度を下げる。
(5)成長期間Taおよび温度変更期間Tbの少なくともいずれかの期間中に、気相成長装置の圧力を増加する。例えば、変更(1)〜(5)のいずれか2つの組み合わせ、変更(1)〜(5)のいずれか3つの組み合わせ、変更(1)〜(5)のいずれか4つの組み合わせ、変更(1)〜(5)の組み合わせが可能である。
Claims (7)
- III族窒化物半導体を成長する方法であって、
アンモニアおよびIII族有機金属物質を含むガスを気相成長装置に供給して、III族窒化物半導体を成長する工程と、
前記III族有機金属物質を前記気相成長装置へ供給することを第1の時刻において停止して、前記III族窒化物半導体の成長を終了する工程と、
前記第1の時刻後の第2の時刻において前記気相成長装置の温度が前記第1の時刻における前記気相成長装置の温度Temp1よりも低い温度Temp2になるように、前記アンモニアを含むガスを供給しながら前記第1の時刻以降の期間中に前記気相成長装置の温度を変更する工程と
を備え、
前記アンモニアの供給量は、前記III族窒化物半導体の成長期間および前記気相成長装置の温度の変更期間に増加され、
前記アンモニアの供給量の増加は、前記III族窒化物半導体の前記成長期間中に開始される、ことを特徴とする方法。 - 前記III族窒化物半導体はAlGaNまたはAlNである、ことを特徴とする請求項1に記載された方法。
- 前記III族窒化物半導体はn型GaNである、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された方法。
- 前記III族窒化物半導体はp型GaN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族窒化物半導体はi型GaNである、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された方法。
- III族窒化物半導体装置を作製する方法であって、
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された方法に従ってIII族窒化物半導体層を成長する工程と、
前記III族窒化物半導体層上にショットキ電極を形成する工程と
を備えることを特徴とする方法。 - III族窒化物半導体装置を作製する方法であって、
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された方法に従って、p型のIII族窒化物半導体層を成長する工程と、
前記III族窒化物半導体層上にオーミック電極を形成する工程と
を備えることを特徴とする方法。
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