JP5576507B2 - エピタキシャル膜形成方法、スパッタリング装置、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、および照明装置 - Google Patents
エピタキシャル膜形成方法、スパッタリング装置、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、および照明装置 Download PDFInfo
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Description
また、本発明の第二の態様に係る半導体発光素子の製造方法は、上述した第一の態様に係るエピタキシャル膜形成方法により半導体発光素子の緩衝層を形成する工程を有することを特徴とする。
さらに、本発明の第四の態様は、スパッタリング装置であって、ターゲットを配置できるターゲット電極と、前記ターゲット電極に向けて基板を配置でき、ヒーター電極及びバイアス電極を備えた基板ホルダーと、請求項1に記載された前記III族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程を行う際に、前記ターゲット電極に印加された前記高周波電力と前記バイアス電極に印加される前記高周波バイアス電力との周波数干渉が生じないようにする周波数干渉抑制手段とを備えることを特徴とする。
図7Aは、スパッタリング用高周波電源106およびバイアス用高周波電源130として異なる周波数の高周波電源を用いた、後述する周波数干渉を抑制する手段(周波数干渉抑制手段)の一例である。符号701および702はマッチングボックスを示している。スパッタリング用高周波電源106からの高周波電力は、マッチングボックス701を介すことによって、反射波を低減してターゲット電極102へ供給され、バイアス用高周波電源130からの高周波電力は、マッチングボックス702を介すことによって、反射波を低減してバイアス電極103へと供給される。また、スパッタリング用高周波電源106とバイアス用高周波電源130とは、異なる周波数となるように設定されている。例えば、スパッタリング用高周波電源106の周波数を13.56MHzとした場合、バイアス用高周波電源130としては、13.54MHzや13.58MHzなどの周波数を用いることで、後述する周波数干渉を抑制することが可能となる。
なお、本明細書では、−c極性が無いないしは低減されたIII族窒化物半導体薄膜、すなわち、+c極性と−c極性との混在が低減され、+c極性の統一度が高いIII族窒化物半導体薄膜を、「+c極性のIII族窒化物半導体薄膜」と呼ぶことにする。
(第一の実施例)
本発明の第一の実施例として、本発明の一実施形態にかかるIII族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いて緩衝層602(図6参照)としてのAlN膜をα‐Al2O3(0001)基板上に成膜した例を説明する。より詳しくは、バイアス電極103に高周波バイアス電力を印加した状態で、α‐Al2O3(0001)基板上にスパッタリング法を用いてAlN膜を形成した例について説明する。なお、本実施例において、AlN膜は図1と同様のスパッタリング装置を用いて成膜した。また、ターゲット電極102に印加する高周波電力と、バイアス電極103に印加する高周波電力の周波数は、それぞれ、13.56MHz、13.54MHzとしている。
次に、本発明の第二の実施例として、本発明に係るIII族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いて作製したAlN膜を緩衝層とし、その上に、MOCVD法を用いて、図6のIII族窒化物半導体中間層603としてのアンドープGaN膜を形成した例について説明する。
本発明の第三の実施例として、本発明に係るIII族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いて作製したAlN膜を緩衝層とし、その上に、MOCVD法を用いて、アンドープGaNからなるIII族窒化物半導体中間層、SiドープGaNからなるn型III族窒化物半導体層、InGaNとGaNのMQW構造を有するIII族窒化物半導体活性層、MgドープGaNからなるp型III族窒化物半導体層を順次エピタキシャル成長し、更に、n型電極層、透光性電極、p型電極層、保護膜まで形成した後、ウェハーをスクライブにより分離しLED素子を作製した例について説明する。
本発明の第一の比較例として、本発明に特徴的なバイアス電極への高周波バイアス電力の印加を行わずにα‐Al2O3(0001)基板上にスパッタリング法を用いてAlN膜を形成した例について説明する。なお、本比較例において、AlN膜は、バイアス電極103へ高周波バイアス電力を印加しないことを除いて、第一の実施例と同一のスパッタリング装置1、基板ホルダー111、成膜条件により成膜した。また、ターゲット電極102に印加する高周波電力の周波数は、13.56MHzとしている。
次に、本発明の第二の比較例として、バイアス電極103への高周波バイアス電力の印加を行わずにα‐Al2O3(0001)基板上にスパッタリング法を用いてAlNからなる緩衝層を形成し、その上に、MOCVD法を用いて、アンドープGaN膜を形成した例について説明する。なお、本比較例において、AlNからなる緩衝層は第一の比較例と同一のスパッタリング装置1、基板ホルダー111、成膜条件にて成膜を行い、アンドープGaN膜は、第二の実施例と同様の条件にて成膜を行なった。
本発明の第三の比較例として、バイアス電極への高周波バイアス電力の印加を行わずにα‐Al2O3(0001)基板上にスパッタリング法を用いてAlNからなる緩衝層を形成し、その上に、MOCVD法を用いて、アンドープGaNからなるIII族窒化物半導体中間層、SiドープGaNからなるn型III族窒化物半導体層、InGaNとGaNとのMQW構造を有するIII族窒化物半導体活性層、MgドープGaNからなるp型III族窒化物半導体層を順次エピタキシャル成長し、更に、n型電極層、透光性電極、p型電極層、保護膜まで形成した後、ウェハーをスクライブにより分離しLED素子を作製した例について説明する。
本発明の第四の実施例として、ターゲット電極102に印加する高周波電力と、バイアス電極103に印加する高周波電力の周波数を共に13.56MHzとすると共に、位相を180°ずらし、その他は、第一の実施例と同様の装置、条件を用いて、本発明にかかるIII族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いてAlN膜をα‐Al2O3(0001)基板上に成膜した例について説明する。
本発明の第四の比較例として、ターゲット電極102に印加する高周波電力と、バイアス電極103に印加する高周波電力の周波数を共に13.56MHzとし、その他は、第一の実施例と同様の装置、条件を用いて、本発明にかかるIII族窒化物半導体薄膜の成膜方法を用いてAlN膜をα‐Al2O3(0001)基板上に成膜した例について説明する。なお、本比較例においては、ターゲット電極102に印加する高周波電力と、バイアス電極103に印加する高周波電力の位相の制御は行っていない。
Claims (11)
- ターゲットを配置できるターゲット電極と、前記ターゲット電極に向けて基板を配置でき、ヒーター電極及びバイアス電極を備えた基板ホルダーとを有するスパッタリング装置を用い、前記基板ホルダー上に配置されたα‐Al2O3基板に対して、スパッタリング法によってIII族窒化物半導体薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル膜形成方法であって、
前記基板ホルダー上に前記α‐Al2O3基板を配置する工程と、
前記ターゲット電極に高周波電力を印加するとともに、前記バイアス電極に高周波バイアス電力を印加することにより、前記基板ホルダー上に配置した前記α‐Al2O3基板の直上に前記III族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程とを有し、
前記α‐Al2O3基板の直上に前記III族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程は、
前記ヒーター電極によって前記α‐Al2O3基板を所定温度に保持し、
前記ターゲット電極に前記高周波電力を印加することにより該ターゲット電極に配置された前記ターゲットからIII族窒化物分子を放出させ、かつ該III族窒化物分子の負の電荷から正の電荷に向かう分極が前記基板ホルダーに配置されたα‐Al2O3基板に向かって配向する電界を発生させる高周波バイアス電力を前記バイアス電極に印加し、
前記高周波電力と前記高周波バイアス電力とは、前記高周波電力と前記高周波バイアス電力との周波数干渉が生じないように印加されることを特徴とするエピタキシャル膜形成方法。 - 前記高周波電力と前記高周波バイアス電力の周波数は、それぞれ異なる周波数が選択されることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャル膜形成方法。
- 前記高周波電力と前記高周波バイアス電力は、同じ周波数が選択されるとともに、位相差が180°になるように印加されることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャル膜形成方法。
- 前記バイアス電極は、一方の極性の直流電圧が印加される第1電極と、他方の極性の直流電圧が印加される第2電極とを有し、
前記第1電極及び前記第2電極に前記直流電圧を印加し、前記基板ホルダーに前記α‐Al2O3基板を静電吸着させるとともに、前記第1電極及び前記第2電極に前記高周波バイアス電力が印加された状態で、
前記α‐Al2O3基板上に前記III族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成することを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャル膜形成方法。 - 前記高周波バイアス電力は、前記高周波電力が印加された後、且つ、前記α‐Al2O3基板の被成膜面がIII族窒化物半導体からなる結晶層で覆われるよりも前に印加されることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャル膜形成方法。
- 請求項1に記載されたエピタキシャル膜形成方法により半導体発光素子の緩衝層を形成する工程を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- ターゲットを配置できるターゲット電極と、
前記ターゲット電極に向けて基板を配置でき、ヒーター電極及びバイアス電極を備えた基板ホルダーと、
請求項1に記載された前記III族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程を行う際に、前記ターゲット電極に印加された前記高周波電力と前記バイアス電極に印加される前記高周波バイアス電力との周波数干渉が生じないようにする周波数干渉抑制手段と、
前記高周波電力であって、前記ターゲット電極に配置された前記ターゲットから前記III族窒化物分子を放出させるための高周波電力を前記ターゲット電極に印加する手段と、
前記高周波バイアス電力であって、前記放出されたIII族窒化物分子の負の電荷から正の電荷に向かう分極が前記基板ホルダーに配置された前記α‐Al2O3基板に向かって配向する電界を発生させる高周波バイアス電力を、前記バイアス電極に印加する手段と
を備えることを特徴とするスパッタリング装置。 - 請求項1に記載された前記III族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程を行う際に、
前記高周波電力と前記高周波バイアス電力の周波数は、それぞれ異なる周波数が選択されることを特徴とする請求項7に記載のスパッタリング装置。 - 請求項1に記載された前記III族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程を行う際に、
前記高周波電力と前記高周波バイアス電力は、同じ周波数が選択されるとともに、位相差が180°になるように印加されることを特徴とする請求項7に記載のスパッタリング装置。 - 前記バイアス電極は、一方の極性の直流電圧が印加される第1電極と、他方の極性の直流電圧が印加される第2電極とを有し、
請求項1に記載された前記III族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程を行う際に、
前記第1電極及び前記第2電極には前記直流電圧が印加され、前記基板ホルダーには前記α‐Al2O3基板を静電吸着させるとともに、前記第1電極及び前記第2電極には前記高周波バイアス電力が印加させることを特徴とする請求項7に記載のスパッタリング装置。 - 請求項1に記載された前記III族窒化物半導体薄膜のエピタキシャル膜を形成する工程を行う際に、
前記バイアス電極には、前記高周波電力が印加された後、且つ、前記α‐Al2O3基板の被成膜面がIII族窒化物半導体からなる結晶層で覆われるよりも前に前記高周波バイアス電力が印加されることを特徴とする請求項7に記載のスパッタリング装置。
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