JP5940375B2 - 気相成長装置および窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
次に、プロセス204で、Siドープn型GaN層32の上面上にInGaN層とGaN層とからなる多重量子井戸発光層(活性層)33を成長させる。プロセス204では、基板31の温度は800℃に保持されている。
次に、プロセス206で、多重量子井戸発光層33の上面上にMgドープp型AlGaN層34およびMgドープp型GaN層35を順次成長させる。
図5は、本発明に係る気相成長装置の構成の一例を示す断面図である。なお、図5における破線は、互いの構成要素が電気的に接続されていることを表わす。
図8は、図5に示す気相成長装置を用いて窒化物半導体発光素子を製造する場合における成長時間に対する基板の温度(サセプタの温度)、天板の温度および第1ガスの流量の変化を示すグラフである。図8において、L81はサセプタの温度の変化を示し、L82は天板の温度の変化を示し、L83は第1ガス515の流量の変化を示す。以下では、窒化物半導体発光素子の製造方法の一例として、基板524の上面上に、n型窒化物半導体層、活性層およびp型窒化物半導体層を順に形成する方法を示す。
実施例1では、図5に示す気相成長装置を用いて図8に示す方法にしたがって図3に示す窒化物半導体発光素子を製造し、その製造歩留まりを求めた。
実施例2では、プロセス803において基板31の温度を800℃に下げるときにH2ガスの流量を1.5slmにコントロールしたこと、および、プロセス804において天板513の温度を550℃にコントロールしたことを除いては上記実施例1と同様にして、窒化物半導体発光素子を製造した。得られた窒化物半導体発光素子に対して性能評価を行ない、ウエハ毎に良品率を求めた。製造歩留まりは90%前後で安定していた。
表面検査装置およびTEM(Transmission Electron Microscope)を用いて上記実施例1〜2で得られた窒化物半導体発光素子を解析したところ、基板31とSiドープn型GaN層32との界面にダストによる欠陥が観察された。このことから、成長開始前の室温状態からSiドープn型GaN層32の形成を開始するまでの間にも、天板513の熱膨張に起因して反応生成物が強制的に天板513の表面から剥離されたと考えられる。
基板31の温度を活性層33の成長時の温度からMgドープp型AlGaN層34およびMgドープp型GaN層35の成長時の温度へ変更するとき(プロセス805)における天板513の昇温速度を2.0℃毎秒から1.5℃毎秒以下へ変更したことを除いては上記実施例2と同様にして、窒化物半導体発光素子を製造した。得られた窒化物半導体発光素子に対して性能評価を行ない、ウエハ毎に良品率を求めた。製造歩留まりは92%前後で安定していた。
基板31の温度をSiドープn型GaN層32の成長時の温度から活性層33の成長時の温度へ変更するとき(プロセス803)における天板513の降温速度を2.0℃毎秒から1.5℃毎秒以下へ変更したことを除いては上記実施例2と同様にして、窒化物半導体発光素子を製造した。得られた窒化物半導体発光素子に対して性能評価を行ない、ウエハ毎に良品率を求めた。製造歩留まりは95%前後で安定していた。
Siドープn型GaN層32の成長時(プロセス802)における天板513の温度を900℃としたこと、および、活性層33の成長時(プロセス804)における天板513の温度を150℃にコントロールしたことを除いては上記実施例2と同様にして、窒化物半導体発光素子を製造した。得られた窒化物半導体発光素子に対して性能評価を行ない、ウエハ毎に良品率を求めた。製造歩留まりは90%前後で安定していた。この理由としては、活性層33の成長時において反応生成物が天板113の表面に付着し難いためであると考えられる。
基板31の温度を1050℃に上げるとき(プロセス801)における天板513の昇温速度を1.0℃毎秒とし、基板31の温度を活性層33の成長時の温度からMgドープp型AlGaN層34およびMgドープp型GaN層35の成長時の温度へ変更するとき(プロセス805)における天板513の昇温速度を1.5℃毎秒とし、基板31の温度をSiドープn型GaN層32の成長時の温度から活性層33の成長時の温度へ変更するとき(プロセス803)における天板513の降温速度を1.5℃毎秒としたことを除いては上記実施例4と同様にして、窒化物半導体発光素子を製造した。得られた窒化物半導体発光素子に対して性能評価を行ない、ウエハ毎に良品率を求めた。製造歩留まりは95%前後で安定していた。この理由としては、活性層の成長時における反応生成物の付着量が減少したためであり、天板513の熱膨張および天板513の熱収縮が抑制されたためであると考えられる。
Claims (9)
- 基板の上に膜を形成するための反応室と、
前記反応室の内部に設けられ、前記基板を保持するための基板保持部と、
前記基板保持部に保持される基板と前記基板に対向する前記反応室の内壁面との間に設けられ、前記反応室の内部に供給された原料ガスを前記基板の上に搬送するための天板と、
前記天板に対向する前記反応室の前記内壁面と前記天板との間に流す第1ガスの流量を制御することにより、前記基板の上に前記膜を形成するときにおける前記天板の温度を一定に保持するための温度制御部とを備えた気相成長装置であって、
基板上に形成される膜が2層以上の窒化物半導体層であり、
前記温度制御部は、形成する窒化物半導体層に応じて、天板の温度を550℃以上または250℃以下に保持するように構成されている、気相成長装置。 - 前記反応室には、前記原料ガスを前記反応室の内部に供給するための原料ガス供給口と、前記反応室の内部のガスを前記反応室の外へ排気するための排気口とが、形成されており、
前記基板保持部は、回転可能であり、
前記基板保持部に対して前記天板とは反対側には、前記基板を加熱するためのヒータが設けられている請求項1に記載の気相成長装置。 - 請求項1に記載の気相成長装置を用いて前記基板の上に2層以上の窒化物半導体層を形成する工程を含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
気相成長装置の温度制御部は、前記窒化物半導体層を形成する工程では、形成する窒化物半導体層に応じて、天板の温度を550℃以上または250℃以下に保持する、窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記温度制御部は、前記窒化物半導体層を形成する工程では、前記基板保持部の温度が下がったときには前記第1ガスの流量を減らし、前記基板保持部の温度が上がったときには前記第1ガスの流量を増やす請求項3に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記窒化物半導体層を形成する工程は、前記基板の上にn型窒化物半導体層を形成する工程と、前記n型窒化物半導体層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上にp型窒化物半導体層を形成する工程とを含む請求項3または4に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記温度制御部は、前記n型窒化物半導体層を形成する工程および前記p型窒化物半導体層を形成する工程の少なくとも一方の工程では前記天板の温度を550℃以上に保持し、前記活性層を形成する工程では前記天板の温度を250℃以下に保持する請求項5に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記温度制御部は、前記基板の温度が前記n型窒化物半導体層の成長温度から前記活性層の成長温度に到達するまで、および、前記基板の温度が前記活性層の成長温度から前記p型窒化物半導体層の成長温度に到達するまでのうちの少なくとも一方では、前記天板の温度を1.5℃毎秒以下の速度で変化させる請求項5または6に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記温度制御部は、前記基板の温度が前記n型窒化物半導体層の成長温度に到達するまで、前記天板の温度を1.0℃毎秒以下の速度で上昇させる請求項5〜7のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1ガスは、H2ガス、N2ガスおよびNH3ガスの少なくとも1つである請求項3〜8のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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