JP5440109B2 - Method for producing compound semiconductor - Google Patents
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Description
本発明は、有機金属気相成長法を用いた化合物半導体の製造方法、化合物半導体および化合物半導体素子に関する。 The present invention relates to a compound semiconductor manufacturing method, a compound semiconductor, and a compound semiconductor element using a metal organic chemical vapor deposition method.
近年、化合物半導体を用いたLED(Light Emitting Diode)、FET(Field Effect Transistor)、HEMT(High Electron Mobility Transistor)等の各種半導体素子が、広く用いられるようになってきている。 In recent years, various semiconductor elements such as LEDs (Light Emitting Diodes), FETs (Field Effect Transistors), and HEMTs (High Electron Mobility Transistors) using compound semiconductors have been widely used.
このような化合物半導体結晶を成長させる方法の一つとして、有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:以下、MOCVD法と呼ぶ)が知られている。MOCVD法では、例えばIII族有機金属原料ガスおよびV族原料ガスを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして反応室内に供給し、反応室内で加熱された基板の付近で原料を熱分解し、基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させることで、化合物半導体ウェハを得ている。 As one method for growing such a compound semiconductor crystal, a metal organic chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as MOCVD method) is known. In the MOCVD method, for example, a group III organometallic source gas and a group V source gas are supplied into a reaction chamber as a mixed gas with a high-purity hydrogen carrier gas, and the source is pyrolyzed in the vicinity of a substrate heated in the reaction chamber, A compound semiconductor wafer is obtained by epitaxially growing a compound semiconductor crystal on a substrate.
公報記載の従来技術として、MOCVD法を用いたMOCVD装置において、原料ガスが供給されるエピタキシャル成長炉の内部に、化合物半導体結晶の成長対象となる複数の成長ウェハを、それぞれ結晶の成長面が上方となるように配置するものが存在する(特許文献1参照)。 As a conventional technique described in the publication, in an MOCVD apparatus using the MOCVD method, a plurality of growth wafers to be grown with compound semiconductor crystals are placed inside an epitaxial growth furnace to which a raw material gas is supplied, and the crystal growth surface is on the upper side. There exists what is arranged in such a way (see Patent Document 1).
また、他の公報記載の従来技術として、MOCVD法を用いたMOCVD装置において、原料ガスが供給される反応室の内部に、化合物半導体結晶の成長面が上方を向くように複数の基板を保持しつつ回転する基板ホルダと、基板ホルダの上方に基板ホルダと対向するように設けられたカバープレートとを設け、カバープレートの中心部から基板ホルダに保持される各基板に向けて原料ガスを供給するものが存在する(特許文献2参照)。 As another prior art described in other publications, in a MOCVD apparatus using the MOCVD method, a plurality of substrates are held inside a reaction chamber to which a source gas is supplied so that the growth surface of the compound semiconductor crystal faces upward. A substrate holder that rotates while rotating and a cover plate that is provided above the substrate holder so as to face the substrate holder are provided, and a source gas is supplied from the center of the cover plate toward each substrate held by the substrate holder There exists a thing (refer patent document 2).
ところで、上述したMOCVD法においては、原料ガスの反応によって反応室内で生成された反応生成物(例えば化合物半導体)が、反応室の内壁等に付着、堆積する。
このようにして付着、堆積した反応生成物は、基板に対しMOCVD法による化合物半導体の製膜を行った後、清掃を行うことによって除去される。
By the way, in the above-described MOCVD method, a reaction product (for example, a compound semiconductor) generated in the reaction chamber by the reaction of the source gas adheres to and accumulates on the inner wall of the reaction chamber.
The reaction product adhered and deposited in this way is removed by performing cleaning after forming a compound semiconductor film on the substrate by MOCVD.
しかしながら、反応室の内壁に付着、堆積した反応生成物の一部が、化合物半導体の製膜動作中に反応室の内壁等から剥がれることがある。このようにして剥がれた反応生成物の塊が基板上の成長面に落下すると、基板上に形成される化合物半導体層に、反応生成物の塊が含まれることになってしまう。 However, a part of the reaction product adhered and deposited on the inner wall of the reaction chamber may be peeled off from the inner wall of the reaction chamber or the like during the film formation operation of the compound semiconductor. When the reaction product lump thus peeled falls on the growth surface on the substrate, the reaction product lump is included in the compound semiconductor layer formed on the substrate.
その結果、反応生成物の塊が付着した部位については、最終的な製品すなわち半導体素子とすることができなくなってしまうため、化合物半導体層を形成した基板を用いた半導体素子の製造における歩留まりの低下を招いていた。
また、基板上に付着した反応生成物の数あるいは量が著しく多いと、化合物半導体層を形成した基板自体を破棄せざるを得なくなってしまうため、化合物半導体層を形成した基板の製造における歩留まりの低下を招いていた。
As a result, the site where the reaction product lump is attached cannot be made into a final product, that is, a semiconductor element, so that the yield in manufacturing of a semiconductor element using a substrate on which a compound semiconductor layer is formed is reduced. Was invited.
In addition, if the number or amount of reaction products adhering to the substrate is remarkably large, the substrate itself on which the compound semiconductor layer is formed must be discarded, resulting in a decrease in yield in manufacturing the substrate on which the compound semiconductor layer is formed. I was invited.
本発明は、有機金属気相成長法を用いた化合物半導体の製造において、剥がれた反応生成物が基板または基板上の化合物半導体層上に付着することに起因する歩留まりの低下を抑制することを目的とする。 It is an object of the present invention to suppress a decrease in yield due to a peeled reaction product adhering to a substrate or a compound semiconductor layer on a substrate in the manufacture of a compound semiconductor using a metal organic chemical vapor deposition method. And
本発明が適用される化合物半導体の製造方法は、表面および裏面を有するとともに表面には予め第1の凹凸が形成されている固体部材の表面に、固体部材よりもヌープ硬度の高い材料からなる粒子を噴射し、第1の凹凸に対し第1の凹凸よりも微細な第2の凹凸を形成することで表面を荒らす第1の工程と、反応室の内部に、被形成体と被形成体の上方において表面が被形成体と対向するように配置された固体部材とを収容して原料ガスを供給し、有機金属気相成長法を用いて被形成体に化合物半導体層を形成する第2の工程とを有している。 The method for producing a compound semiconductor to which the present invention is applied includes particles having a Knoop hardness higher than that of a solid member on the surface of the solid member having a front surface and a back surface and first irregularities formed in advance on the surface. The first step of roughening the surface by forming the second unevenness finer than the first unevenness with respect to the first unevenness , and the formed body and the formed body within the reaction chamber A second member that contains a solid member disposed so that its surface faces the body to be formed and supplies a source gas and forms a compound semiconductor layer on the body using metal organic vapor phase epitaxy Process.
このような化合物半導体の製造方法では、固体部材における第1の凹凸が、連続性を有する凹部からなる溝にて形成されることを特徴とすることができる。
また、固体部材の表面には、深さが0.2mm以上0.8mm以下となる第1の凹凸が予め形成されており、第1の工程において、深さが10μm以上となる第2の凹凸を形成することを特徴とすることができる。
さらに、固体部材の表面には、深さが0.2mm以上0.8mm以下となる第1の凹凸が形成されており、第1の工程において、粒径が250μm以上600μm以下に設定された粒子を噴射することを特徴とすることができる。
また、第1の工程では、第1の工程よりも前に行われた化合物半導体層の形成に伴って固体部材の表面に付着した反応生成物を、粒子を噴射して除去するとともに表面を荒らすことを特徴とすることができる。
さらに、固体部材が石英で構成され、粒子がアルミナで構成されることを特徴とすることができる。
Such a method for producing a compound semiconductor can be characterized in that the first unevenness in the solid member is formed by a groove formed of a continuous recess.
Moreover, the 1st unevenness | corrugation whose depth will be 0.2 mm or more and 0.8 mm or less is previously formed in the surface of a solid member, and the 2nd unevenness | corrugation whose depth becomes 10 micrometers or more in a 1st process is formed. It can be characterized by forming.
Furthermore, the surface of the solid member is formed with first irregularities having a depth of 0.2 mm or more and 0.8 mm or less, and in the first step, the particle size is set to 250 μm or more and 600 μm or less. It can be characterized by injecting.
Further, in the first step, the reaction product adhering to the surface of the solid member with the formation of the compound semiconductor layer performed before the first step is removed by jetting particles and the surface is roughened. Can be characterized.
Furthermore, the solid member can be made of quartz and the particles can be made of alumina.
本発明によれば、有機金属気相成長法を用いた化合物半導体の製造において、剥がれた反応生成物が基板または基板上の化合物半導体層上に付着することに起因する歩留まりの低下を抑制することができる。 According to the present invention, in the manufacture of a compound semiconductor using metal organic vapor phase epitaxy, it is possible to suppress a decrease in yield due to the peeled reaction product adhering to the substrate or the compound semiconductor layer on the substrate. Can do.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本実施の形態が適用される化合物半導体製造装置の一例としてのMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置1の断面構成を示す図である。また、図2は、図1に示すMOCVD装置1のII−II断面図である。
このMOCVD装置1は、化合物半導体の結晶をエピタキシャル成長させるための基板110(後述する図4参照)やさらにその上に予め任意の組成の化合物半導体層を少なくとも1層形成してなる化合物半導体基板(一例として化合物半導体基板40も挙げられ、本明細書ではこれらを被形成体ともいう)を任意に選ぶことができ、例えば化合物半導体基板40を用いる場合には、その結晶成長面が上方を向くように配置し、且つ、エピタキシャル成長を行わせる結晶の原料となる原料ガスを、化合物半導体基板40の上方から供給する所謂縦型の構成を有している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus 1 as an example of a compound semiconductor manufacturing apparatus to which the present embodiment is applied. FIG. 2 is a cross-sectional view of the MOCVD apparatus 1 shown in FIG.
The MOCVD apparatus 1 includes a substrate 110 (see FIG. 4 to be described later) for epitaxially growing a compound semiconductor crystal, and a compound semiconductor substrate in which at least one compound semiconductor layer having an arbitrary composition is formed on the substrate 110 (an example). The
MOCVD装置1は、内部に反応室が形成される反応容器10と、反応容器10の反応室内に配置される支持体20とを備えている。
これらのうち、反応容器10は、円筒状の形状を有し上方に向かう開口が形成されるとともにその内部に支持体20を収容する収容部11と、円板状の形状を有しこの収容部11の上部に取り付けられる蓋部12とを備える。
The MOCVD apparatus 1 includes a
Among these, the
ここで、収容部11および蓋部12は、ステンレス等の金属にて構成されている。また、蓋部12は、収容部11に対して開閉自在に取り付けられており、収容部11に対して閉じられた場合には、収容部11とともに反応室を形成する。なお収容部11と蓋部12とが対向する部位には、図示しないOリング等のシール材が取り付けられている。
Here, the
また、蓋部12の中央部には、外部に設けられたガス供給機構(図示せず)から反応室内部に原料ガスを供給するための貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔には供給管13が接続されている。さらに、蓋部12の中央部から偏倚した位置には、外部から反応室内部を観察するための貫通孔も形成されている。
一方、収容部11の底面には、反応室内に供給された原料ガスを反応室の外部に排出するための複数の排気管が貫通形成されている。さらに、収容部11の底面中央部には、後述する軸21を通すための貫通孔も形成されている。
Further, a through-hole for supplying a source gas into the reaction chamber from a gas supply mechanism (not shown) provided outside is formed in the central portion of the
On the other hand, a plurality of exhaust pipes for exhausting the source gas supplied into the reaction chamber to the outside of the reaction chamber are formed through the bottom surface of the
ここで、MOCVD装置1で使用する原料ガスについて説明する。
本実施の形態では、MOCVD装置1を用いて基板110上に予め任意の組成の化合物半導体層を形成した化合物半導体基板40上に、さらにIII族窒化物半導体層を形成する。このため、原料として、III族の元素を含む有機金属と窒素を含むアンモニアNH3とを使用する。ただし、有機金属は主として液体原料であるため、液体状の有機金属に窒素N2および水素H2にてバブリングを行い、得られた窒素N2および水素H2および有機金属を混合させてなる有機金属ガスMOを原料ガスとして供給する。本実施の形態では、供給管13より有機金属ガスMOおよびアンモニアNH3の供給を行う。
Here, the source gas used in the MOCVD apparatus 1 will be described.
In the present embodiment, a group III nitride semiconductor layer is further formed on the
なお、有機金属としては、例えばIII族のGaを含むトリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)、例えばIII族のAlを含むトリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチルアルミニウム(TEA)、例えばIII族のInを含むトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)が挙げられる。また、n型のドーパントとしては、モノシラン(SiH4)やジシラン(Si2H6)Si原料、あるいは、ゲルマンガス(GeH4)やテトラメチルゲルマニウム((CH3)4Ge)やテトラエチルゲルマニウム((C2H5)4Ge)をGe原料として用いてもよい。一方、p型のドーパントとしては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCp2Mg)をMg原料として用いてもよい。さらに、アンモニアに代えて、ヒドラジン(N2H4)を用いることもできる。なお、上述した有機金属MO以外にも、他のIII属元素を含有させた構成とすることができ、必要に応じてGe、Si、Mg、Ca、Zn、Be等のドーパントを含有させることができる。さらに、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。 Examples of the organic metal include trimethylgallium (TMG) or triethylgallium (TEG) containing group III Ga, for example, trimethylaluminum (TMA) or triethylaluminum (TEA) containing group III Al, for example, group III In And trimethylindium (TMI) or triethylindium (TEI). Examples of n-type dopants include monosilane (SiH 4 ) and disilane (Si 2 H 6 ) Si raw materials, germane gas (GeH 4 ), tetramethyl germanium ((CH 3 ) 4 Ge), and tetraethyl germanium (( C 2 H 5 ) 4 Ge) may be used as the Ge raw material. On the other hand, as a p-type dopant, for example, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) or bisethylcyclopentadienyl magnesium (EtCp 2 Mg) may be used as the Mg raw material. Further, hydrazine (N 2 H 4 ) can be used instead of ammonia. In addition to the organic metal MO described above, other group III elements can be included, and if necessary, dopants such as Ge, Si, Mg, Ca, Zn, and Be can be included. it can. Furthermore, it is not limited to the element added intentionally, but may include impurities that are inevitably included depending on the film forming conditions and the like, as well as trace impurities that are included in the raw materials and reaction tube materials.
また、支持体20は円板状の形状を有しており、一方の面すなわち表面が上方を向き、且つ、他方の面すなわち裏面が下方を向くように、収容部11内に配置されている。そして、支持体20は、カーボン(C)で形成された基材の外側に、SiCによるコーティングを施したもので構成されている。ここで、支持体20の表面側には、それぞれ円形状を有する6個の凹部が、円周方向に等間隔に形成されている。一方、支持体20の裏面側には、その中央部から下方に向かう金属製の軸21が取り付けられており、この軸21は、収容部11の底面中央部に設けられた貫通孔を介して反応容器10の外部に突出している。そして、支持体20は、反応容器10の外部から軸21に駆動力を与えることにより、図2に示す矢印A方向に回転するようになっている。
なお、支持体20の内部には、支持体20に設けられた6個の凹部の底面に向けて窒素N2を供給するための貫通孔(図示せず)が形成されている。なお、支持体20に設けられた6個の凹部の底面に対する窒素N2の供給手法については、適宜設定変更して差し支えない。
Further, the
A through hole (not shown) for supplying nitrogen N 2 toward the bottom surfaces of the six recesses provided in the
また、支持体20の表面に設けられた6個の凹部には、それぞれ円形状を有する基板保持体30が取り付けられている。これら基板保持体30は、それぞれ、上方を向く面に円形状の凹部が形成されており、各凹部には化合物半導体基板40が取り付けられている。そして、基板保持体30も、カーボンで形成された基材の外側に、SiCによるコーティングを施したもので構成されている。なお、支持体20に設けられた凹部と基板保持体30との間には隙間が形成されており、これら6個の基板保持体30は、支持体20に対して着脱自在となっている。
In addition, a
ここで、被形成体の一例としての化合物半導体基板40は、その結晶成長面すなわち結晶の被形成面が外側に露出するように基板保持体30の凹部に保持されている。なお、化合物半導体基板40は、基板保持体30に対して着脱自在となっている。
そして、各基板保持体30は、それぞれが化合物半導体基板40を保持した状態で、上述した図示しない貫通孔を介して供給される窒素N2の流れにより、図2に示す矢印B方向に回転するようになっている。
Here, the
Each
また、このMOCVD装置1の支持体20の裏面側と収容部11の底面との間には、支持体20および基板保持体30を介して化合物半導体基板40を加熱する加熱部50が設けられている。この加熱部50は、軸21を貫通させる穴が形成されたリング状の形状を備えており、その内部にはコイルが収容されている。なお、加熱部50は、コイルに電流が供給されることにより、支持体20を構成するカーボンを電磁誘導加熱する。
Further, a
さらに、このMOCVD装置1の蓋部12の下方且つ支持体20の上方には、反応室内に供給される原料ガスの反応によって生成される生成物が、蓋部12の内壁に付着、堆積するのを防止することによって蓋部12を保護する保護部材60が設けられている。ここで、固体部材の一例としての保護部材60は円形状を有しており、蓋部12と同様、中央部に外部から反応室の内部に原料ガスを供給する原料供給口の一例としての貫通孔が形成されている。また、保護部材60には、蓋部12と同様、外部から反応室内部を観察するための貫通孔も形成されている。
Further, a product generated by the reaction of the source gas supplied into the reaction chamber adheres to and accumulates on the inner wall of the
そして、保護部材60は、図示しない取付部材によって蓋部12に取り付けられている。なお、取付部材は、蓋部12に対して着脱自在となっており、これに伴い、保護部材60も、蓋部12に対して取り付けおよび取り外しが可能となっている。また、保護部材60は、取付部材によって蓋部12に取り付けられることにより固定されるようになっている。
And the
なお、図2に破線で示すように、保護部材60は、収容部11に対して蓋部12を閉じた状態で上方からみた場合に、支持体20の全面を覆うように配置されている。したがって、各基板保持体30を介して支持体20に保持される6枚の化合物半導体基板40は、保護部材60の下方に位置する。
As shown by a broken line in FIG. 2, the
また、このMOCVD装置1の支持体20と保護部材60との間には、反応室内に供給され、結晶のエピタキシャル成長に使用された原料ガス等を、収容部11の底面に設けられた排出管側へと導く排気部材80が取り付けられている。この排気部材80は、リング状の形状を有している。また、排気部材80の内壁は、支持体20に設けられた6つの凹部よりも外側に位置している。そして、排気部材80の内壁には、使用後の原料ガス等を外部に排出するための複数の貫通孔(図示せず)が形成されている。なお、排気部材80は、支持体20の外周部の縁端側との対向部において、支持体20の回転を妨げないように構成されている。また、図2においては、排気部材80の記載を省略している。
Further, between the
そして、このMOCVD装置1の蓋部12に設けられた貫通孔の上部には、監視装置90が取り付けられている。この監視装置90は、蓋部12および保護部材60にそれぞれ設けられた貫通孔を介して、反応室の内部の状態、より具体的には、基板保持体30を介して支持体20に保持された化合物半導体基板40上にエピタキシャル成長する結晶の状態、および、化合物半導体基板40の反りの状態等を監視する。なお、これらの貫通孔を介して監視装置90に原料ガス等が流入するのを防止するため、監視装置90から反応室に向けて、例えば窒素N2等のパージガスが供給されている。
And the
図3は、上述したMOCVD装置1で使用される保護部材60の構成の一例を説明するための図である。ここで、図3(a)は図1に示す保護部材60を支持体20側すなわち下方側からみた図であり、図3(b)は保護部材60を蓋部12側すなわち上方からみた図であり、図3(c)は保護部材60の断面を示す図である。なお、以下の説明においては、図3(a)に示す面を保護部材60の表面と呼び、図3(b)に示す面を保護部材60の裏面と呼ぶ。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the configuration of the
保護部材60は、石英ガラスによって構成されており、その中央部には原料ガスを供給するための第1の貫通孔61が形成され、図中右側の一部位には監視装置90による監視を行うための第2の貫通孔62が形成されている。
The
また、保護部材60の表面側すなわちMOCVD装置1における化合物半導体基板40との対向面には、360本の溝63が放射状に形成されている。保護部材60の表面側において、深い凹部の一例としての360本の溝63は、1度おきに等間隔に形成されており、それぞれがV字状の断面形状を有している。ここで、各溝63の幅Wは、例えば0.4mm以上2.0mm以下の範囲がよく、また、円周方向に対し幅Wを途中で任意に変化させた構造であってもよい。また、各溝63の深さDは、例えば0.2mm以上0.8mm以下とすることが好ましい。すなわち、本実施の形態で用いる保護部材60の表面には、複数の溝63により凹凸が形成されている。
また、本発明において、保護部材60の溝63は、V字状の断面形状以外にも、U字状の断面形状であってもよく、この場合、各溝63の幅Wは、例えば0.4mm以上2.0mm以下の範囲がよく、また、円周方向に対し幅Wを途中で任意に変化させた構造であってもよく、各溝63の深さDは、例えば0.2mm以上0.8mm以下とすることが好ましい。
In addition, 360
In the present invention, the
ここで、本実施の形態では、保護部材60の表面側にブラスト処理が施されており、保護部材60の表面には複数の溝63とともに、これら複数の溝63より微細な凹部も形成されている。また、保護部材60は、MOCVD装置1による成膜動作に使用された後、表面側の清掃を行って繰り返し使用されるが、このブラスト処理は、保護部材60の表面側の清掃にも利用される。なお、ブラスト処理の詳細については後述する。
Here, in the present embodiment, the surface side of the
さらに、各溝63の第1の貫通孔61側すなわち中央部側の始点は、円形状を有する保護部材60の中心から半径100mmの位置となっており、各溝63の外周部縁端側の終点は、保護部材60の中心から半径220mmの位置となっている。図3(a)には、支持体20(図2参照)の回転による化合物半導体基板40の移動軌跡(内側端部および外側端部)をそれぞれ破線で示している。ここで各溝63の始点の位置は、対向する支持体20に保持された6枚の化合物半導体基板40の内側端部の移動軌跡よりも中心部側となっており、各溝63の終点の位置は、対向する支持体20に保持された6枚の化合物半導体基板40の外側端部の移動軌跡よりも外側となっている。つまり、支持体20に保持されて回転する6枚の化合物半導体基板40の上方には、常に、保護部材60の表面に設けられた溝63が対向することになる。
Further, the starting point of each
また、各溝63の終点の位置は、図3(a)に点線で示す排気部材80の内側端部の位置よりも中心部側となっている。したがって、排気部材80の外周部縁端側には、保護部材60の表面の外周部縁端側に存在する平坦な部位が対向することとなり、溝63を介して保護部材60と排気部材80との対向部から原料ガスが漏れるのを抑制している。
Moreover, the position of the end point of each groove |
図4は、上述したMOCVD装置1を用いて製造される化合物半導体の一例としての積層半導体ウェハSWの一例の断面図を示している。なお、積層半導体ウェハSWを構成する化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体、IV−IV族化合物半導体等が挙げられる。本実施の形態では、III−V族化合物半導体が好ましく、中でも、III族窒化物化合物半導体が好ましい。そして、以下では、III族窒化物化合物半導体を有する積層半導体ウェハSWを例に挙げて説明する。なお、図4に示す積層半導体ウェハSWは、例えば青色光を出力する青色発光チップさらには青色発光チップを用いた発光装置を製造するための出発材料となる。 FIG. 4 shows a cross-sectional view of an example of a laminated semiconductor wafer SW as an example of a compound semiconductor manufactured using the MOCVD apparatus 1 described above. The compound semiconductor constituting the laminated semiconductor wafer SW is not particularly limited, and examples include III-V group compound semiconductors, II-VI group compound semiconductors, and IV-IV group compound semiconductors. In the present embodiment, a III-V group compound semiconductor is preferable, and among these, a group III nitride compound semiconductor is preferable. In the following description, the laminated semiconductor wafer SW having a group III nitride compound semiconductor will be described as an example. Note that the laminated semiconductor wafer SW shown in FIG. 4 is a starting material for manufacturing, for example, a blue light emitting chip that outputs blue light, and a light emitting device using the blue light emitting chip.
この積層半導体ウェハSWは、基板110と、基板110上に形成された中間層120と、中間層120の上に順次積層される下地層130とn型半導体層140と発光層150とp型半導体層160とを備えている。
The laminated semiconductor wafer SW includes a
ここで、n型半導体層140は、下地層130側に設けられるn型コンタクト層140aと発光層150側に設けられるn型クラッド層140bとを有する。また、発光層150は、障壁層150aと井戸層150bとが交互に積層され、2つの障壁層150aによって1つの井戸層150bを挟み込んだ構造を有する。さらに、p型半導体層160は、発光層150側に設けられるp型クラッド層160aと最上層に設けられるp型コンタクト層160bとを有する。なお、以下の説明においては、n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160を、まとめて化合物半導体層100と称する。
Here, the n-
(基板110)
基板110は、III族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成され、基板110上にIII族窒化物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板110を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化ケイ素(シリコンカーバイド:SiC)、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化ケイ素(シリコンカーバイド:SiC)が好ましい。
(Substrate 110)
The
(中間層120)
上述したように、基板110はIII族窒化物化合物半導体とは異なる材料から構成される。このため、図1に示すMOCVD装置1を用いて化合物半導体層100を成膜する前に、バッファ機能を発揮する中間層120を基板110上に設けておくことが好ましい。特に、中間層120が単結晶構造であることは、バッファ機能の面から好ましい。単結晶構造を有する中間層120を基板110上に成膜した場合、中間層120のバッファ機能が有効に作用し、中間層120上に成膜される下地層130と化合物半導体層100とは、良好な結晶性を持つ結晶膜となる。
中間層120は、Alを含有することが好ましく、III族窒化物であるAlNを含むことが特に好ましい。
(Intermediate layer 120)
As described above, the
The
(下地層130)
下地層130に用いる材料としては、Gaを含むIII族窒化物(GaN系化合物半導体)が用いられ、特に、AlGaN、又はGaNを好適に用いることができる。下地層130の膜厚は0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上である。なお、本明細書では、AlGaN、GaInNについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。
(Underlayer 130)
As a material used for the
(n型半導体層140)
n型半導体層140は、n型コンタクト層140aおよびn型クラッド層140bから構成される。
ここで、n型コンタクト層140aとしては、下地層130と同様にGaN系化合物半導体が用いられる。また、下地層130およびn型コンタクト層140aを構成する窒化ガリウム系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を0.1μm〜20μm、好ましくは0.5μm〜15μm、さらに好ましくは1μm〜12μmの範囲に設定することが好ましい。
(N-type semiconductor layer 140)
The n-
Here, as the n-
一方、n型クラッド層140bは、AlGaN、GaN、GaInN等によって形成することが可能である。また、これらの構造をヘテロ接合したものや複数回積層した超格子構造を採用してもよい。n型クラッド層140bとしてGaInNを採用した場合には、そのバンドギャップを、発光層150のGaInNのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。n型クラッド層140bの膜厚は、好ましくは5nm〜500nm、より好ましくは5nm〜100nmの範囲である。
On the other hand, the n-
(発光層150)
発光層150は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる障壁層150aと、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層150bとが交互に繰り返して積層され、且つ、n型半導体層140側及びp型半導体層160側にそれぞれ障壁層150aが配される順で積層して形成される。本実施の形態において、発光層150は、6層の障壁層150aと5層の井戸層150bとが交互に繰り返して積層され、発光層150の最上層及び最下層に障壁層150aが配され、各障壁層150a間に井戸層150bが配される構成となっている。
(Light emitting layer 150)
The
障壁層150aとしては、例えば、インジウムを含有した窒化ガリウム系化合物半導体からなる井戸層150bよりもバンドギャップエネルギーが大きいAlcGa1-cN(0≦c≦0.3)等の窒化ガリウム系化合物半導体を好適に用いることができる。
また、井戸層150bには、インジウムを含有する窒化ガリウム系化合物半導体として、例えば、Ga1-sInsN(0<s<0.4)等の窒化ガリウムインジウムを用いることができる。
発光層150全体の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚領域であることが好ましい。例えば、発光層150の膜厚は、1nm〜500nmの範囲であることが好ましく、100nm前後の膜厚であればより好ましい。また、井戸層150bの膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚であることが好ましい。
As the
Further, for the
The film thickness of the entire light-emitting
(p型半導体層160)
p型半導体層160は、p型クラッド層160aおよびp型コンタクト層160bから構成される。p型クラッド層160aとしては、好ましくは、AldGa1-dN(0<d≦0.4)のものが挙げられる。p型クラッド層160aの膜厚は、好ましくは1nm〜400nmであり、より好ましくは5nm〜100nmである。
一方、p型コンタクト層160bとしては、AleGa1-eN(0≦e<0.5)を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層が挙げられる。p型コンタクト層160bの膜厚は、特に限定されないが、10nm〜500nmが好ましく、より好ましくは50nm〜200nmである。
(P-type semiconductor layer 160)
The p-
On the other hand, as the p-
図5は、上述した積層半導体ウェハSWにさらに加工を施すことによって得られる化合物半導体素子の一例としての発光素子チップLCの断面図を示している。
発光素子チップLCにおいては、p型半導体層160のp型コンタクト層160b上に透明正極170が積層され、さらにその上に正極ボンディングパッド180が形成されるとともに、n型半導体層140のn型コンタクト層140aに形成された露出領域140cに負極ボンディングパッド190が積層されている。
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a light emitting element chip LC as an example of a compound semiconductor element obtained by further processing the above-described laminated semiconductor wafer SW.
In the light emitting element chip LC, the transparent
(透明正極170)
透明正極170を構成する材料としては、例えば、ITO(In2O3−SnO2)、AZO(ZnO−Al2O3)、IZO(In2O3−ZnO)、GZO(ZnO−Ga2O3)等の従来公知の材料が挙げられる。また、透明正極170の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。透明正極170は、p型半導体層160上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。
(Transparent positive electrode 170)
Examples of the material constituting the transparent
(正極ボンディングパッド180)
透明正極170上に形成される電極としての正極ボンディングパッド180は、例えば、従来公知のAu、Al、Ti、V、Cr、Mn、Co、Zn、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Ta、Ni、Cu等の材料から構成される。正極ボンディングパッド180の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。
正極ボンディングパッド180の厚さは、例えば100nm〜2000nmの範囲内であり、好ましくは300nm〜1000nmの範囲内である。
(Positive electrode bonding pad 180)
The positive
The thickness of the positive
(負極ボンディングパッド190)
負極ボンディングパッド190は、基板110上に成膜された中間層120および下地層130の上にさらに成膜された化合物半導体層100(n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160)において、n型半導体層140のn型コンタクト層140aに接するように形成される。このため、負極ボンディングパッド190を形成する際は、p型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140の一部を除去し、n型コンタクト層140aの露出領域140cを形成し、この上に負極ボンディングパッド190を形成する。
負極ボンディングパッド190の材料としては、正極ボンディングパッド180と同じ組成・構造でもよく、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
(Negative electrode bonding pad 190)
The negative
The material of the negative
次に、上述した積層半導体ウェハSWの製造方法について説明するが、その前に、積層半導体ウェハSWの製造に用いられる化合物半導体基板40の製造方法について説明を行う。
Next, a manufacturing method of the above-described laminated semiconductor wafer SW will be described. Before that, a manufacturing method of the
(化合物半導体基板40の製造方法)
まず、予め決められた直径と厚さとを有するサファイア製の基板110を、図示しないスパッタリング装置にセットする。そして、スパッタリング装置にて、基板110上に、V族元素を含むガスと金属材料とをプラズマで活性化して反応させることにより、III族窒化物からなる中間層120を形成する。
続いて、中間層120が形成された基板110を、図1に示すMOCVD装置1にセットする。具体的に説明すると、中間層120が外側に向かうように、各基板110を各基板保持体30にセットし、各基板110がセットされた各基板保持体30を、支持体20に設けられた各凹部に、中間層120が上方を向くように配置する。そして、MOCVD装置1を用いて中間層120の上に下地層130の形成を行い、化合物半導体基板40を得る。
(Method for Manufacturing Compound Semiconductor Substrate 40)
First, a
Subsequently, the
(積層半導体ウェハSWの製造方法)
図6は、化合物半導体基板40を出発材料とする積層半導体ウェハSWの製造方法を説明するためのフローチャートである。
まず、上述したプロセスによって得られた化合物半導体基板40を、図1に示すMOCVD装置1にセットする(ステップ201)。具体的に説明すると、下地層130が外側に向かうように、各基板110を各基板保持体30にセットし、各基板110がセットされた各基板保持体30を、支持体20に設けられた各凹部に、中間層120が上方を向くように配置する。そして、MOCVD装置1を用いて下地層130の上にn型コンタクト層140aを形成し(ステップ202)、n型コンタクト層140aの上にn型クラッド層140bを形成し(ステップ203)、n型クラッド層140bの上に発光層150すなわち障壁層150aと井戸層150bとを交互に形成し(ステップ204)、発光層150の上にp型クラッド層160aを形成し(ステップ205)、p型クラッド層160aの上にp型コンタクト層160bを形成し(ステップ206)、積層半導体ウェハSWを得る。
(Manufacturing method of laminated semiconductor wafer SW)
FIG. 6 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the laminated semiconductor wafer SW using the
First, the
なお、n型半導体層140(n型コンタクト層140a、n型クラッド層140b)、発光層150(障壁層150a、井戸層150b)およびp型半導体層160(p型クラッド層160a、p型コンタクト層160b)の形成は、連続して行われる。すなわち、化合物半導体層100の製膜過程において反応容器10内に供給する有機金属ガスMOの組成を順次変更していくことで、途中で反応容器10の蓋部12を開けることなく、組成が異なる複数の膜を連続的に形成して積層することができる。
The n-type semiconductor layer 140 (n-
また、化合物半導体基板40の構成はこれに限られない。例えば、下地層130の上にn型コンタクト層140aを構成し、基板110、中間層120、下地層130、そしてn型コンタクト層140aを備えたものを化合物半導体基板40とすることもできる。この場合には、積層半導体ウェハSWの製造において、ステップ202を省略するようにすればよい。ただし、この場合においても、n型コンタクト層140aについては、MOCVD装置1を用いて形成することが好ましい。
The configuration of the
(発光素子チップLCの製造方法)
図6に示すプロセスによって得られた積層半導体ウェハSWのp型半導体層160上に透明正極170を積層し、その上に正極ボンディングパッド180を形成する。また、エッチング等を用いてn型コンタクト層140aに露出領域140cを形成し、この露出領域140cに負極ボンディングパッド190を設ける。
その後、基板110の中間層120の形成面とは反対の面を、所定の厚さになるまで研削及び研磨する。
そして、基板110の厚さが調整されたウェハを、例えば350μm角の正方形に切断することにより、発光素子チップLCを得る。
(Method for manufacturing light-emitting element chip LC)
A transparent
Thereafter, the surface of the
Then, the light-emitting element chip LC is obtained by cutting the wafer with the adjusted thickness of the
では、上述した積層半導体ウェハSWの製造方法におけるMOCVD装置1の動作すなわち第2の工程について説明する。 Now, the operation of the MOCVD apparatus 1 in the method for manufacturing the laminated semiconductor wafer SW described above, that is, the second step will be described.
(MOCVD装置1の動作)
まず初めに、6枚の基板保持体30の凹部に、それぞれ1枚ずつ化合物半導体基板40をセットする。このとき、化合物半導体基板40の下地層130を外部に露出させるようにする。続いて、反応容器10の蓋部12を開け、それぞれに化合物半導体基板40がセットされた6枚の基板保持体30を、MOCVD装置1の支持体20に設けられた6個の凹部にセットする。このとき、化合物半導体基板40の下地層130が上方を向くようにする。
(Operation of MOCVD apparatus 1)
First, one
また、蓋部12の内側に保護部材60を配置し、取付部材を用いて保護部材60を蓋部12に取り付ける。なお、このとき、蓋部12に設けられた監視用の貫通孔と保護部材60に設けられた第2の貫通孔62とを一致させるようにする。
その後、保護部材60が取り付けられた蓋部12を閉じて収容部11と蓋部12とを密着させる。
Moreover, the
Thereafter, the
続いて、MOCVD装置1では、図示しない貫通孔を介して支持体20の各凹部の底部に向けて窒素N2の供給を開始させ、また、軸21の回転を開始させる。これに伴い、支持体20は矢印A方向に回転し、支持体20に取り付けられた6個の基板保持体30は矢印B方向に回転する。その結果、各基板保持体30に取り付けられた化合物半導体基板40は、矢印B方向に自転しながら矢印A方向に公転することになる。
Subsequently, in the MOCVD apparatus 1, supply of nitrogen N 2 is started toward the bottom of each concave portion of the
また、MOCVD装置1では、加熱部50のコイルに対する給電が開始され、加熱部50に流れる電流により、支持体20が電磁誘導加熱される。また、支持体20が電磁誘導加熱されることにより、支持体20に保持される6個の基板保持体30および各基板保持体30に保持される化合物半導体基板40が目的とする温度に加熱される。さらに、監視装置90から反応室に向けてパージガスの供給が開始される。
In the MOCVD apparatus 1, power supply to the coil of the
そして、MOCVD装置1は、図示しないガス供給機構により、反応室に対し、供給管13からn型コンタクト層140a用の有機金属ガスMOおよびアンモニアNH3を供給する。これに伴い、反応室内では、加熱される化合物半導体基板40の近傍において有機金属とアンモニアNH3とが反応し、その結果、n型コンタクト層140a用のIII族窒化物化合物が生成される。そして、生成されたn型コンタクト層140a用のIII族窒化物化合物の多くは、供給管13の下方に位置する支持体20側に落下し、基板保持体30を介して支持体20に保持される化合物半導体基板40に付着する。このとき、化合物半導体基板40は目的とする温度に加熱されているため、n型コンタクト層140a用のIII族窒化物化合物の結晶は、化合物半導体基板40の下地層130上に、エピタキシャルに成長する。
The MOCVD apparatus 1 supplies the organometallic gas MO and ammonia NH 3 for the n-
なお、反応室に原料ガスが供給されるのに伴い、既に反応室内に存在するガスの一部は、排気部材80に設けられた貫通孔を介して反応室の外部に排出され、さらに反応容器10の収容部11の底面に設けられた貫通孔を介して、反応容器10の外部に排出される。
Note that as the source gas is supplied to the reaction chamber, a part of the gas already existing in the reaction chamber is discharged to the outside of the reaction chamber through a through hole provided in the
n型コンタクト層140aの形成が完了すると、MOCVD装置1は、図示しないガス供給機構により、反応室に対し、供給管13からn型コンタクト層140a用の有機金属ガスMOに代えてn型クラッド層140b用の有機金属ガスMOを供給する。このとき、MOCVD装置1は、アンモニアNH3の供給を引き続き行う。これに伴い、反応室内では、加熱される化合物半導体基板40の近傍において有機金属とアンモニアNH3とが反応し、その結果、n型クラッド層140b用のIII族窒化物化合物が生成される。そして、生成されたn型クラッド層140b用のIII族窒化物化合物の多くは、供給管13の下方に位置する支持体20側に落下し、基板保持体30を介して支持体20に保持される化合物半導体基板40に付着する。このとき、化合物半導体基板40は所定の温度に加熱されているため、n型クラッド層140b用のIII族窒化物化合物の結晶は、化合物半導体基板40のn型コンタクト層140a上に、エピタキシャルに成長する。
When the formation of the n-
以後、反応室に供給する有機金属ガスMOを順次変更することにより、化合物半導体基板40上に形成されたn型クラッド層140bには、複数の障壁層150aおよび複数の井戸層150bを有する発光層150、そして、p型クラッド層160aおよびp型コンタクト層160bを有するp型半導体層160が順次形成される。このような手順を経て、積層半導体ウェハSWを得ることができる。
Thereafter, by sequentially changing the organometallic gas MO supplied to the reaction chamber, the n-
なお、上述した化合物半導体基板40の製造プロセスでは、MOCVD装置1を用いて予め基板110/中間層120上に下地層130の形成を行っているが、これについても、上述したものと同様の手順を用いて下地層130を形成することができる。
In the above-described manufacturing process of the
ところで、上述したMOCVD装置1を用いた製膜プロセスにおいて、反応室内で生成されたIII族窒化物化合物(反応生成物)の一部は、化合物半導体基板40だけでなく、例えば保護部材60の表面にも付着する。このとき、保護部材60の表面には、化合物半導体基板40上に形成される化合物半導体層100と同様、組成が異なる複数の膜が積層されることになる。
By the way, in the film forming process using the MOCVD apparatus 1 described above, a part of the group III nitride compound (reaction product) generated in the reaction chamber is not only the
ここで、保護部材60の表面は、上述したように基板保持体30を介して支持体20に保持される化合物半導体基板40と対向しており、且つ、化合物半導体基板40の結晶成長面の上方に保護部材60の表面が位置している。また、保護部材60は、石英ガラスすなわち化合物半導体層100を構成するIII族窒化物化合物半導体とは異なる材質で構成されている。
Here, the surface of the
このため、製膜プロセス中の反応室の温度変化等によって保護部材60が膨張/収縮すると、保護部材60の表面に付着、堆積したIII族窒化物化合物半導体の膜が保護部材60から剥がれるおそれがある。また、保護部材60からIII族窒化物化合物半導体が剥がれると、剥がれによって生じた異物が保護部材60の下方に位置する化合物半導体基板40上に落下するおそれもある。化合物半導体基板40上に保護部材60から剥がれ落ちた異物が付着すると、その異物の付着部位にさらに化合物半導体層100を構成する各層の形成が行われることになってしまう。その結果、得られた積層半導体ウェハSWにおいて、異物が付着している部位については、発光素子チップLCとすることができなくなり、その分発光素子チップLCの歩留まりが低下してしまう。また、化合物半導体基板40上に付着する異物の数あるいは量が著しく多いと、その積層半導体ウェハSWを破棄せざるを得なくなり、その分積層半導体ウェハSWの歩留まりが低下してしまう。
For this reason, when the
そこで、本実施の形態では、図3にも示したように、保護部材60の表面に放射状に複数の溝63を形成することで保護部材60表面の表面積を増加させ、保護部材60の表面に付着したIII族窒化物化合物半導体の剥がれを抑制している。また、本実施の形態では、複数の溝63が形成された保護部材60表面に、アルミナ粒子を用いたブラスト処理を施すことによって、複数の溝63からなる凹凸に加えて微細な凹凸を形成することで保護部材60表面の表面積をさらに増加させ、保護部材60の表面に付着したIII族窒化物化合物半導体の剥がれをさらに抑制している。その結果、MOCVD装置1を用いた製膜プロセスの過程において、化合物半導体基板40上に異物が付着、堆積するのを抑制している。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the surface area of the
したがって、本実施の形態では、積層半導体ウェハSWの歩留まりを向上させることができ、さらに、積層半導体ウェハSWを出発材料として製造される発光素子チップLCの歩留まりも向上させることができる。 Therefore, in the present embodiment, the yield of the laminated semiconductor wafer SW can be improved, and the yield of the light emitting element chips LC manufactured using the laminated semiconductor wafer SW as a starting material can also be improved.
また、本実施の形態では、保護部材60の表面に放射状に複数の溝63を形成しておくことで、反応容器10内に導入される有機金属ガスMOおよびアンモニアNH3を、放射状に支持体20側に向けて供給することができる。
In the present embodiment, the plurality of
ところで、本実施の形態のMOCVD装置1において、保護部材60は、上述したように、成膜動作に使用された後、その表面に付着した反応生成物の除去および微細な凹凸の再形成を行って再使用される。
By the way, in the MOCVD apparatus 1 of the present embodiment, as described above, the
では次に、第1の工程の一例としての保護部材60の再生方法について説明を行う。
図7は、保護部材60の再生に用いられるブラスト処理装置200の構成の一例を示す図である。
このブラスト処理装置200は、圧縮空気を供給するエア供給部201と、ブラスト用粒子を供給する粒子供給部202と、エア供給部201から供給されるエアと粒子供給部202から供給されるブラスト用粒子とを混合して出力する混合出力部203と、パイプあるいはホース等を介して混合出力部203と接続され、混合出力部203から供給されるアルミナ粒子入りの圧縮空気(以下の説明では混合ガスという)を処理対象物である保護部材60に向けて噴射する噴射ノズル204とを備えている。なお、本実施の形態では、使用後の保護部材60の表面側すなわち反応生成物が付着した面に対し、噴射ノズル204による混合ガスの噴射を行う。このように、本実施の形態では、所謂空気式のブラスト処理装置200を用いてブラスト処理を行っている。
Next, a method for regenerating the
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
The
本実施の形態では、ブラスト粒子として、保護部材60を構成する石英よりもヌープ硬度の高いアルミナを用いている。なお、石英のヌープ硬度は820(kg/cm2)程度であり、アルミナのヌープ硬度は2250(kg/cm2)程度である。ただし、アルミナに限定されるものではなく、例えばSiCやc−BNあるいはダイヤモンド等を用いてもよい。また、例えば保護部材60が石英よりもヌープ硬度の低い材料で構成されるような場合にあっては、ブラスト粒子として石英を用いてもかまわない。
なお、本発明においては、工業材料の硬度を表す定量的な尺度としてヌープ硬度を採用して説明することができるが、これに限定されることはない。ヌープ硬度の尺度以外にも、例えばビッカース硬度、モース硬度、ブリネル硬度、ロックウエル硬度、シェア硬度等の尺度を用いてもよい。例えば、モース硬度の尺度では、アルミナ(9)、GaN系化合物半導体(9)、鉄(8−8.5)、石英(7)、ガラス(5−6)等の値が知られている。
In the present embodiment, alumina having Knoop hardness higher than quartz constituting the
In the present invention, the Knoop hardness can be adopted as a quantitative measure representing the hardness of the industrial material, but is not limited thereto. In addition to the Knoop hardness scale, for example, a scale such as Vickers hardness, Mohs hardness, Brinell hardness, Rockwell hardness, shear hardness, or the like may be used. For example, on the scale of Mohs hardness, values of alumina (9), GaN-based compound semiconductor (9), iron (8-8.5), quartz (7), glass (5-6), etc. are known.
また、本実施の形態では、噴射ノズル204から噴射される混合ガスの圧力(以下の説明ではブラスト圧という)を0.3MPaとし、1枚の保護部材60に対する混合ガスの噴射時間を1分〜10分程度としている。ただし、ブラスト圧や噴射時間については、適宜変更して差し支えない。
In the present embodiment, the pressure of the mixed gas injected from the injection nozzle 204 (hereinafter referred to as blast pressure) is set to 0.3 MPa, and the injection time of the mixed gas with respect to one
そして、本実施の形態では、ブラスト処理後における保護部材60の表面側の算術平均粗さRaを10μm以上、より好ましくは20μm以上とすることで、再使用時の成膜動作において保護部材60の表面側に付着した反応生成物の剥がれを、より抑制するようにしている。なお、保護部材60の表面側の算術平均粗さRaを20μm以上とするための手法としては、例えばブラスト処理に用いるブラスト粒子(アルミナ)の平均粒径を250μm〜600μmの範囲より選択することが挙げられる。
In the present embodiment, the arithmetic average roughness Ra on the surface side of the
なお、本実施の形態では、保護部材60の表面に、予め放射状の複数の溝63を形成し、さらにアルミナ粒子を用いたブラスト処理による微細な凹凸を形成するようにしていたが、これに代えて次のような構造を採用してもよい。
図8は、保護部材60の表面の他の構成例を示している。
まず、図8(a)に示すように、保護部材60の表面に、例えば規則性あるいは不規則性を有する多数の凹部を形成するようにしてもよい。
また、図8(b)に示すように、保護部材60の表面に、一方向に向かう複数の溝63を形成するようにしてもよい。
さらに、図8(c)に示すように、保護部材60の表面に、一方向に向かう複数の溝63およびこの一方向と直交する方向に向かう他の複数の溝63とを形成するようにしてもよい。
さらにまた、図8(d)に示すように、保護部材60の表面に、同心円状に複数の溝63を形成するようにしてもよい。
そして、図8(e)に示すように、保護部材60の表面に、同心円状ではなく渦巻き状に溝63を形成するようにしてもよい。なお、図8(e)では、1本の溝63を渦巻き状に形成する例を示しているが、複数の溝63を渦巻き状に形成するものであってもよい。
ただし、いずれの場合においても、予め、保護部材60の表面に形成しておく凹部の深さを、ブラスト処理によって形成される凹部の深さをよりも大きくしておくとよい。
In the present embodiment, a plurality of
FIG. 8 shows another configuration example of the surface of the
First, as shown in FIG. 8A, a large number of concave portions having regularity or irregularity may be formed on the surface of the
Further, as shown in FIG. 8B, a plurality of
Further, as shown in FIG. 8C, a plurality of
Furthermore, as shown in FIG. 8D, a plurality of
And as shown in FIG.8 (e), you may make it form the groove |
However, in any case, the depth of the recess formed on the surface of the
一方、保護部材60の表面には溝63を形成せず、アルミナ粒子を用いたブラスト処理による凹部のみを形成するようにしてもよい。なお、このことについては、後述する実施例において詳細に説明する。
On the other hand, the
また、本実施の形態では、支持体20の上方に設けられた保護部材60の第1の貫通孔61から原料ガスの供給を行っていたが、これに限られるものではない。すなわち、支持体20の側方から水平方向に原料ガスを供給する構成としてもよい。
Further, in the present embodiment, the source gas is supplied from the first through
では次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
本発明者は、図1に示すMOCVD装置1を用いて化合物半導体基板40上に化合物半導体層100の形成を行い、そのときに使用した保護部材60の構成および保護部材60に対して予めなされたブラスト処理の条件と、化合物半導体基板40上に形成された化合物半導体層100内に存在する異物の数との関係について検討を行った。ただし、ここでは、支持体20上に8枚の基板保持体30すなわち8枚の化合物半導体基板40を搭載できるMOCVD装置1を用いた。
Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the examples.
The inventor forms the
表1は、実施例1〜4および比較例1、2のそれぞれにおける保護部材60の構成、ブラスト処理の内容および評価結果を示している。
Table 1 shows the configuration of the
実施例1、2では、保護部材60として、図3に示したように表面に予め放射状の溝63を形成した後、アルミナ粒子によってブラスト処理を行ったものを用いた。ここで、実施例1では、ブラスト処理に使用するアルミナ粒子の平均粒径を600μmとし、実施例2では、ブラスト処理に使用するアルミナ粒子の平均粒径を250μmとした。また、実施例3、4では、保護部材60として、表面に予め溝63を形成しない状態で、アルミナ粒子によってブラスト処理を行ったものを用いた。ここで、実施例3では、ブラスト処理に使用するアルミナ粒子の平均粒径を600μmとし、実施例4では、ブラスト処理に使用するアルミナ粒子の平均粒径を250μmとした。
In Examples 1 and 2, as the
一方、比較例1では、保護部材60として、図3に示したように予め放射状の溝63を形成した後、ホウケイ酸ガラス粒子によってブラスト処理を行ったものを用いた。ここで、比較例1では、ブラスト処理に使用するガラス粒子の平均粒径を180μmとした。また、比較例2では、保護部材60として、表面に予め溝63を形成しない状態で、ガラス粒子によってブラスト処理を行ったものを用いた。ここで、比較例2では、ブラスト処理に用いるガラス粒子の平均粒径を180μmとした。また、比較例1及び比較例2で用いたホウケイ酸ガラスのヌープ硬度は、480(kg/cm2)程度である。
On the other hand, in Comparative Example 1, as the
そして、MOCVD装置1を用いて、各条件において56回ずつ製膜動作を行い、それぞれにおいて得られた448枚(8枚×56回)の積層半導体ウェハSWの化合物半導体層100を目視で観測した。このとき、化合物半導体層100に存在する異物の数が10個以下であったものを『A』、10個を超え20個以下であったものを『B』、21個を超え30個以下であったものを『C』、31個を超え50個以下であったものを『D』、51個を超えたものを『E』とした。なお、これらのうち、評価『A』、『B』および『C』は合格品であり、『D』および『E』は不合格品である。
Then, the MOCVD apparatus 1 was used to perform the film forming operation 56 times under each condition, and the
次に、評価結果について説明する。
アルミナ粒子を用いてブラスト処理を行った保護部材60を用いて成膜動作を行った場合は、表1に示すように、実施例1では『A』、実施例2および3では『B』、そして実施例4では『C』の評価結果が得られた。一方、表1に示したように、ガラス粒子を用いてブラスト処理を行った場合は、表1に示すように、比較例1では『D』、比較例2では『E』の評価結果が得られた。
Next, the evaluation result will be described.
When the film forming operation was performed using the
ここで、表1には、各実施例および各比較例における、ブラスト処理後(成膜動作前)の保護部材60の表面の算術平均粗さRaも示している。なお、ここでは、ブラスト装置として新東工業(株)社製の重力式サンドブラスト装置(MY−40)を用い、KEYENCE社のViolet Laser Color 3D Profile Microscope Vk-9510装置を用いて、算術平均粗さRaの評価を行った。評価結果が『A』、『B』となった実施例1〜3では、ブラスト処理後の算術平均粗さRaが20μm以上となっていることが分かる。また、評価結果が『C』となった実施例4では、ブラスト処理後の算術平均粗さRaが10μm以上となっていることが分かる。これに対し、評価結果が『D』、『E』となった比較例1、2では、ブラスト処理後の算術平均粗さRaが10μm未満となっていることが分かる。
Here, Table 1 also shows the arithmetic average roughness Ra of the surface of the
以上の結果から、次のことが言える。
まず、保護部材60を構成する石英よりも硬いアルミナ粒子を用いてブラスト処理を行うことで、ガラス粒子を用いてブラスト処理を行った場合よりも、その後の成膜動作において保護部材60に付着した反応生成物の剥がれが生じにくくなり、化合物半導体層100側への落下を抑制できるようになる。
また、保護部材60の表面に予め複数の溝63を形成しておき、さらにアルミナ粒子を用いてブラスト処理を行うことで、保護部材60の表面に予め溝63を形成しない状態で、アルミナ粒子を用いてブラスト処理を行った場合よりも、その後の成膜動作において保護部材60に付着した反応生成物の剥がれが生じにくくなり、化合物半導体層100側への落下を抑制できるようになる。
さらに、保護部材60の表面にアルミナ粒子を用いてブラスト処理を行う場合にあっては、溝63の有無に関係なく、平均粒径を大きくすることで、その後の成膜動作において保護部材60に付着した反応生成物の剥がれが生じにくくなり、化合物半導体層100側への落下を抑制できるようになる。
From the above results, the following can be said.
First, by performing blasting using alumina particles that are harder than quartz constituting the
In addition, by forming a plurality of
Further, when the surface of the
これは次のような理由によるものと考える。
まず、石英製の保護部材60の表面をアルミナ粒子でブラスト処理した場合、ガラス粒子でブラスト処理した場合よりも、保護部材60の局所的な削れ量が大きくなりやすいことから、結果として保護部材60表面の表面積が増加する。
また、石英製の保護部材60の表面側に予め複数の溝63を形成しておいた場合、複数の溝63を形成しておかない場合よりも、保護部材60表面の表面積が増加する。
さらに、ブラスト処理で使用するアルミナ粒子の平均粒径を大きくした場合、アルミナ粒子の平均粒径が小さい場合よりも、保護部材60の局所的な削れ量が大きくなりやすいことから、結果として保護部材60表面の表面積が増加する。
このようにして保護部材60表面の表面積が増加すると、保護部材60と反応生成物との接触面積を増大させることができ、結果として保護部材60に付着した反応生成物の剥がれを抑制できるようになるものと考える。
This is considered to be due to the following reasons.
First, when the surface of the
Further, when the plurality of
Further, when the average particle size of the alumina particles used in the blasting process is increased, the local scraping amount of the
When the surface area of the surface of the
1…MOCVD装置、10…反応容器、11…収容部、12…蓋部、20…支持体、30…基板保持体、40…化合物半導体基板、50…加熱部、60…保護部材、63…溝、100…化合物半導体層、110…基板、120…中間層、130…下地層、140…n型半導体層、140a…n型コンタクト層、140b…n型クラッド層、150…発光層、150a…障壁層、150b…井戸層、160…p型半導体層、160a…p型クラッド層、160b…p型コンタクト層、170…透明正極、180…正極ボンディングパッド、190…負極ボンディングパッド、200…ブラスト処理装置、SW…積層半導体ウェハ、LC…発光素子チップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... MOCVD apparatus, 10 ... Reaction container, 11 ... Storage part, 12 ... Cover part, 20 ... Support body, 30 ... Substrate holding body, 40 ... Compound semiconductor substrate, 50 ... Heating part, 60 ... Protection member, 63 ... Groove , 100 ... Compound semiconductor layer, 110 ... Substrate, 120 ... Intermediate layer, 130 ... Underlayer, 140 ... n-type semiconductor layer, 140a ... n-type contact layer, 140b ... n-type cladding layer, 150 ... Light emitting layer, 150a ... Barrier Layer, 150b ... well layer, 160 ... p-type semiconductor layer, 160a ... p-type cladding layer, 160b ... p-type contact layer, 170 ... transparent positive electrode, 180 ... positive electrode bonding pad, 190 ... negative electrode bonding pad, 200 ... blast treatment apparatus SW ... Laminated semiconductor wafer LC ... Light emitting device chip
Claims (6)
反応室の内部に、被形成体と当該被形成体の上方において前記表面が当該被形成体と対向するように配置された前記固体部材とを収容して原料ガスを供給し、有機金属気相成長法を用いて当該被形成体に化合物半導体層を形成する第2の工程と
を有する化合物半導体の製造方法。 Particles made of a material having Knoop hardness higher than that of the solid member are jetted onto the surface of the solid member having a front surface and a back surface and first unevenness is formed on the surface in advance , On the other hand, a first step of roughening the surface by forming second irregularities finer than the first irregularities ;
An organic metal vapor phase is supplied in the reaction chamber by containing a material to be formed and the solid member disposed so that the surface is opposed to the material to be formed above the material to be formed. And a second step of forming a compound semiconductor layer on the object to be formed using a growth method.
前記第1の工程において、深さが10μm以上となる前記第2の凹凸を形成することForming the second unevenness having a depth of 10 μm or more in the first step;
を特徴とする請求項1または2記載の化合物半導体の製造方法。A method for producing a compound semiconductor according to claim 1 or 2.
前記第1の工程において、粒径が250μm以上600μm以下に設定された前記粒子を噴射することIn the first step, spraying the particles having a particle size set to 250 μm or more and 600 μm or less
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の化合物半導体の製造方法。The method for producing a compound semiconductor according to claim 1, wherein:
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