JPH11103134A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH11103134A JPH11103134A JP26438197A JP26438197A JPH11103134A JP H11103134 A JPH11103134 A JP H11103134A JP 26438197 A JP26438197 A JP 26438197A JP 26438197 A JP26438197 A JP 26438197A JP H11103134 A JPH11103134 A JP H11103134A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭化珪素基板上に結晶性の高い窒化物半導体
層を形成する方法を提供する。 【解決手段】 炭化珪素基板の表面上に、ＩＩＩ族元素
としてＡｌを含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体材料からなる第１の層を、圧力２２０Ｔ
ｏｒｒよりも高い条件で変圧気相成長させる。第１の層
を減圧気相成長させる工程において、圧力を２２０Ｔｏ
ｒｒとし、原料ガスとキャリアガスとのガス総流量を種
々変化させて成長させた場合の第１の層のある面に対応
するＸ線ロッキングカーブの半値幅をガス総流量の関数
として示したグラフと、圧力を１００Ｔｏｒｒとして成
長させた場合の同様のグラフとの交点に対応するガス総
流量よりもガス総流量を多くして第１の層を成長させる
ことが好ましい。
層を形成する方法を提供する。 【解決手段】 炭化珪素基板の表面上に、ＩＩＩ族元素
としてＡｌを含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体材料からなる第１の層を、圧力２２０Ｔ
ｏｒｒよりも高い条件で変圧気相成長させる。第１の層
を減圧気相成長させる工程において、圧力を２２０Ｔｏ
ｒｒとし、原料ガスとキャリアガスとのガス総流量を種
々変化させて成長させた場合の第１の層のある面に対応
するＸ線ロッキングカーブの半値幅をガス総流量の関数
として示したグラフと、圧力を１００Ｔｏｒｒとして成
長させた場合の同様のグラフとの交点に対応するガス総
流量よりもガス総流量を多くして第１の層を成長させる
ことが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に炭化珪素基板上にＩＩＩ族元素として
Ａｌを含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層を成長させる方法に関する。
方法に関し、特に炭化珪素基板上にＩＩＩ族元素として
Ａｌを含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層を成長させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】支持基板上に、Ｖ族元素としてＮを含む
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を堆積した波長４００〜４
５０ｎｍ程度の半導体レーザ装置の研究が行われてい
る。支持基板として、サファイア基板及び炭化珪素基板
が注目されている。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を堆積した波長４００〜４
５０ｎｍ程度の半導体レーザ装置の研究が行われてい
る。支持基板として、サファイア基板及び炭化珪素基板
が注目されている。
【０００３】サファイア基板上に、ＧａＮ等の層を形成
する場合、その層の堆積前にＡｌＮもしくは５００〜６
００℃の低温で成長させたＧａＮ等のバッファ層を堆積
する方法が知られている。これらバッファ層を堆積する
ことにより、ＧａＮ等の層の表面荒れを防止することが
できる。炭化珪素基板を用いた場合には、バッファ層と
してＡｌＮ層を用いることはできるが、低温成長のＧａ
Ｎ層を用いることはできない。ＧａＮ層が剥離し易いた
めである。
する場合、その層の堆積前にＡｌＮもしくは５００〜６
００℃の低温で成長させたＧａＮ等のバッファ層を堆積
する方法が知られている。これらバッファ層を堆積する
ことにより、ＧａＮ等の層の表面荒れを防止することが
できる。炭化珪素基板を用いた場合には、バッファ層と
してＡｌＮ層を用いることはできるが、低温成長のＧａ
Ｎ層を用いることはできない。ＧａＮ層が剥離し易いた
めである。
【０００４】特開平８−２６４４５５号公報に、炭化珪
素基板上に、ＧａＡｌＩｎＮからなるバッファ層を堆積
する方法が開示されている。実施例として、ＧａＡｌＩ
ｎＮ層を圧力２００Ｔｏｒｒの条件下で有機金属化学減
圧気相成長（ＭＯＣＶＤ）により成長させる方法が記載
されている。
素基板上に、ＧａＡｌＩｎＮからなるバッファ層を堆積
する方法が開示されている。実施例として、ＧａＡｌＩ
ｎＮ層を圧力２００Ｔｏｒｒの条件下で有機金属化学減
圧気相成長（ＭＯＣＶＤ）により成長させる方法が記載
されている。
【０００５】また、本願発明者らによって、圧力１００
Ｔｏｒｒの条件下で炭化珪素基板上にＡｌＧａＮ層を直
接堆積可能であることが報告されている（日本学術振興
会光電相互変換第１２５委員会第１５３回研究会資料
（平成７年１０月２７日）第７頁）。また、Ｍ．Ｄ．ブ
レムサ（M. D. Bremser ）らによって、圧力４５Ｔｏｒ
ｒの条件下で炭化珪素基板上にＡｌＧａＮ層を直接堆積
可能であることが報告されている（マテリアル・リサー
チ・ソサエティ・シンポジウム・プロシーディング第３
９５巻１９５頁（Mat. Res. Soc. Symp. Proc. vol.395
pp.195 ））。
Ｔｏｒｒの条件下で炭化珪素基板上にＡｌＧａＮ層を直
接堆積可能であることが報告されている（日本学術振興
会光電相互変換第１２５委員会第１５３回研究会資料
（平成７年１０月２７日）第７頁）。また、Ｍ．Ｄ．ブ
レムサ（M. D. Bremser ）らによって、圧力４５Ｔｏｒ
ｒの条件下で炭化珪素基板上にＡｌＧａＮ層を直接堆積
可能であることが報告されている（マテリアル・リサー
チ・ソサエティ・シンポジウム・プロシーディング第３
９５巻１９５頁（Mat. Res. Soc. Symp. Proc. vol.395
pp.195 ））。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＧａＡｓ系材料を用い
た半導体成長層のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅が
数十秒であるのに対し、炭化珪素基板上に形成した窒化
物半導体層のそれは２００秒以上である。Ｘ線回折ロッ
キングカーブの半値幅の小さな、より結晶性の高い窒化
物半導体層を形成する技術が望まれている。
た半導体成長層のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅が
数十秒であるのに対し、炭化珪素基板上に形成した窒化
物半導体層のそれは２００秒以上である。Ｘ線回折ロッ
キングカーブの半値幅の小さな、より結晶性の高い窒化
物半導体層を形成する技術が望まれている。
【０００７】本発明の目的は、炭化珪素基板上に結晶性
の高い窒化物半導体層を、原料の使用効率の高い減圧気
相成長法により形成する方法を提供することである。
の高い窒化物半導体層を、原料の使用効率の高い減圧気
相成長法により形成する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、炭化珪素基板の表面上に、ＩＩＩ族元素としてＡｌ
を含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体材料からなる第１の層を、圧力２２０Ｔｏｒｒより
も高い条件で減圧気相成長させる工程を有する半導体装
置の製造方法が提供される。
と、炭化珪素基板の表面上に、ＩＩＩ族元素としてＡｌ
を含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体材料からなる第１の層を、圧力２２０Ｔｏｒｒより
も高い条件で減圧気相成長させる工程を有する半導体装
置の製造方法が提供される。
【０００９】圧力を２２０Ｔｏｒｒよりも高くして成長
を行うことにより、結晶性の良好なＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の層を形成することが可能になる。
を行うことにより、結晶性の良好なＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の層を形成することが可能になる。
【００１０】前記第１の層を減圧気相成長させる工程に
おいて、圧力を２２０Ｔｏｒｒとし、原料ガスとキャリ
アガスとのガス総流量を種々変化させて成長させた場合
の第１の層のある面に対応するＸ線ロッキングカーブの
半値幅をガス総流量の関数として示したグラフと、圧力
を１００Ｔｏｒｒとして成長させた場合の同様のグラフ
との交点に対応するガス総流量よりもガス総流量を多く
して前記第１の層を成長させることが好ましい。
おいて、圧力を２２０Ｔｏｒｒとし、原料ガスとキャリ
アガスとのガス総流量を種々変化させて成長させた場合
の第１の層のある面に対応するＸ線ロッキングカーブの
半値幅をガス総流量の関数として示したグラフと、圧力
を１００Ｔｏｒｒとして成長させた場合の同様のグラフ
との交点に対応するガス総流量よりもガス総流量を多く
して前記第１の層を成長させることが好ましい。
【００１１】ガス総流量を多くすることにより、より結
晶性の良いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の層を形成するこ
とができる。これは、処理容器内で原料ガスの対流を生
じにくいためと考えられる。
晶性の良いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の層を形成するこ
とができる。これは、処理容器内で原料ガスの対流を生
じにくいためと考えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】炭化珪素基板上にＡｌＧａＮ層を
堆積する場合を例にとって実施例を説明する。
堆積する場合を例にとって実施例を説明する。
【００１３】図１は実施例で用いた減圧ＭＯＣＶＤ装置
の概略図である。処理容器１０の内部に、下面に処理基
板１２を保持するサセプタ１１が配置されている。サセ
プタ１１の上方には、基板加熱用の熱源１３が配置され
ている。サセプタ１１の下方にＩＩＩ族原料用ガス導入
管１４及びＶ族原料用ガス導入管１５が配置されてお
り、ガス導入管１４及び１５のガス吹出口から処理基板
１２に向かって原料ガスが吹き出す。ガス導入管１４及
び１５のガス吹出口の開口部の直径は、それぞれ２．０
ｍｍ及び３．８ｍｍである。処理容器１０内は、排気管
１６を介して真空排気される。処理基板１２の表面が、
窓１７を通してパイロメータ１８によりモニタされてお
り、基板温度を知ることができる。
の概略図である。処理容器１０の内部に、下面に処理基
板１２を保持するサセプタ１１が配置されている。サセ
プタ１１の上方には、基板加熱用の熱源１３が配置され
ている。サセプタ１１の下方にＩＩＩ族原料用ガス導入
管１４及びＶ族原料用ガス導入管１５が配置されてお
り、ガス導入管１４及び１５のガス吹出口から処理基板
１２に向かって原料ガスが吹き出す。ガス導入管１４及
び１５のガス吹出口の開口部の直径は、それぞれ２．０
ｍｍ及び３．８ｍｍである。処理容器１０内は、排気管
１６を介して真空排気される。処理基板１２の表面が、
窓１７を通してパイロメータ１８によりモニタされてお
り、基板温度を知ることができる。
【００１４】（０００１）面が表出した６Ｈ−ＳｉＣ構
造の炭化珪素基板を、サセプタ１１の下面に保持する。
処理容器１０内を真空排気した後、水素ガスを導入して
水素雰囲気とし、基板を１０００℃まで加熱し、５分間
の熱処理を行う。この熱処理は、基板表面の吸着物を除
去するためである。
造の炭化珪素基板を、サセプタ１１の下面に保持する。
処理容器１０内を真空排気した後、水素ガスを導入して
水素雰囲気とし、基板を１０００℃まで加熱し、５分間
の熱処理を行う。この熱処理は、基板表面の吸着物を除
去するためである。
【００１５】ガス導入管１４から、Ｈ2 ガスをキャリア
ガスとし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とトリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）を供給する。ガス導入管１５か
らＮＨ3 ガスを供給する。ＴＭＧのバブリング温度は２
℃、バブリング用Ｈ2 ガスの流量は５ｓｃｃｍ、ＴＭＡ
のバブリング温度は１７℃、バブリング用Ｈ2 ガスの流
量は３０ｓｃｃｍである。ＮＨ3 ガスの流量は１．２ｓ
ｌｍである。キャリアガスの流量及び処理容器１０内の
圧力を種々変化させてＡｌＧａＮ層を堆積し、得られた
ＡｌＧａＮ層をＸ線回折ロッキングカーブの半値幅で評
価した。なお、この成長条件で得られる層は、Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ｎ（ここで、０．１４≦ｘ≦０．４７である。）
である。
ガスとし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とトリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）を供給する。ガス導入管１５か
らＮＨ3 ガスを供給する。ＴＭＧのバブリング温度は２
℃、バブリング用Ｈ2 ガスの流量は５ｓｃｃｍ、ＴＭＡ
のバブリング温度は１７℃、バブリング用Ｈ2 ガスの流
量は３０ｓｃｃｍである。ＮＨ3 ガスの流量は１．２ｓ
ｌｍである。キャリアガスの流量及び処理容器１０内の
圧力を種々変化させてＡｌＧａＮ層を堆積し、得られた
ＡｌＧａＮ層をＸ線回折ロッキングカーブの半値幅で評
価した。なお、この成長条件で得られる層は、Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ｎ（ここで、０．１４≦ｘ≦０．４７である。）
である。
【００１６】図２は、ＡｌＧａＮ層の（０００２）面に
対応するＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を、ガス総
流量の関数として示す。横軸はガス総流量を単位ｓｌｍ
で表し、縦軸はＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を逆
正割（ａｒｃｓｅｃ）で表す。図中の曲線に付した数値
は、ＡｌＧａＮ層成長時の圧力を示す。なお、ＴＭＧ、
ＴＭＡ、ＮＨ3 の流量は上記値に固定し、キャリアガス
（Ｈ2 ガス）の流量のみを変化させることにより、ガス
総流量を変化させた。
対応するＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を、ガス総
流量の関数として示す。横軸はガス総流量を単位ｓｌｍ
で表し、縦軸はＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を逆
正割（ａｒｃｓｅｃ）で表す。図中の曲線に付した数値
は、ＡｌＧａＮ層成長時の圧力を示す。なお、ＴＭＧ、
ＴＭＡ、ＮＨ3 の流量は上記値に固定し、キャリアガス
（Ｈ2 ガス）の流量のみを変化させることにより、ガス
総流量を変化させた。
【００１７】いずれの圧力の場合でも、ガス総流量を多
くするに従って半値幅が小さくなり、結晶性の良好なＡ
ｌＧａＮ層が得られる。ただし、圧力が高い程、半値幅
の減少率が大きい。ガス総流量が約１３ｓｌｍ以下の場
合には、圧力が低い程半値幅が小さい。これは、圧力を
高くすることにより、処理容器内に対流が生ずるためと
考えられる。逆に、ガス総流量が約１３ｓｌｍ以上の場
合には、圧力が高い程半値幅が小さい。この場合にはガ
ス総流量が多いため、圧力を高くしても対流が生じにく
いと考えられる。対流の発生による結晶性の劣化が生じ
にくいため、他の要因により、圧力を高くするほど半値
幅が小さくなっているものと考えられる。
くするに従って半値幅が小さくなり、結晶性の良好なＡ
ｌＧａＮ層が得られる。ただし、圧力が高い程、半値幅
の減少率が大きい。ガス総流量が約１３ｓｌｍ以下の場
合には、圧力が低い程半値幅が小さい。これは、圧力を
高くすることにより、処理容器内に対流が生ずるためと
考えられる。逆に、ガス総流量が約１３ｓｌｍ以上の場
合には、圧力が高い程半値幅が小さい。この場合にはガ
ス総流量が多いため、圧力を高くしても対流が生じにく
いと考えられる。対流の発生による結晶性の劣化が生じ
にくいため、他の要因により、圧力を高くするほど半値
幅が小さくなっているものと考えられる。
【００１８】ガス流量を多くし、圧力を高くした条件で
成長を行うことにより、結晶性の高いＡｌＧａＮ層を得
ることができるであろう。発明者の行った種々の実験か
ら、成膜中の圧力を２２０Ｔｏｒｒよりも高くすること
が好ましいことがわかった。なお、ガス総流量を増や
し、圧力を３００Ｔｏｒｒ以上とすることにより、より
ロッキングカーブの半値幅の小さなＡｌＧａＮ層を得る
ことができる。また、ガス総流量の好適値は、使用する
装置によって異なるであろう。以下に、ガス総流量の好
適値の目安について説明する。
成長を行うことにより、結晶性の高いＡｌＧａＮ層を得
ることができるであろう。発明者の行った種々の実験か
ら、成膜中の圧力を２２０Ｔｏｒｒよりも高くすること
が好ましいことがわかった。なお、ガス総流量を増や
し、圧力を３００Ｔｏｒｒ以上とすることにより、より
ロッキングカーブの半値幅の小さなＡｌＧａＮ層を得る
ことができる。また、ガス総流量の好適値は、使用する
装置によって異なるであろう。以下に、ガス総流量の好
適値の目安について説明する。
【００１９】圧力を２２０Ｔｏｒｒとし、原料ガスとキ
ャリアガスとのガス総流量を種々変化させて成長させた
場合のＡｌＧａＮ層のある面に対応するＸ線回折ロッキ
ングカーブの半値幅をガス総流量の関数として示したグ
ラフと、圧力を１００Ｔｏｒｒとして成長させた場合の
同様のグラフを求める。ガス総流量が、２つのグラフの
交点に対応する値よりも多い範囲において、圧力が高い
程良好な結晶を得られると考えられる。すなわち、圧力
を２２０Ｔｏｒｒよりも高くした場合のガス総流量の好
適値は、２つのグラフの交点に対応する値よりも多い範
囲と考えられる。
ャリアガスとのガス総流量を種々変化させて成長させた
場合のＡｌＧａＮ層のある面に対応するＸ線回折ロッキ
ングカーブの半値幅をガス総流量の関数として示したグ
ラフと、圧力を１００Ｔｏｒｒとして成長させた場合の
同様のグラフを求める。ガス総流量が、２つのグラフの
交点に対応する値よりも多い範囲において、圧力が高い
程良好な結晶を得られると考えられる。すなわち、圧力
を２２０Ｔｏｒｒよりも高くした場合のガス総流量の好
適値は、２つのグラフの交点に対応する値よりも多い範
囲と考えられる。
【００２０】処理容器内の対流の生じ易さは、ガス導入
管１４及び１５のガス吹出口の開口部の面積に依存する
と考えられる。本願発明者の行った種々の実験の結果に
よると、ガス吹出口の開口部の総面積をＳ（ｍｍ2 ）、
原料ガスとキャリアガスとの総流量をＦ（ｓｌｍ）とし
たとき、Ｆ／Ｓが０．７よりも大きくなるように原料ガ
スとキャリアガスを供給することが好ましい。
管１４及び１５のガス吹出口の開口部の面積に依存する
と考えられる。本願発明者の行った種々の実験の結果に
よると、ガス吹出口の開口部の総面積をＳ（ｍｍ2 ）、
原料ガスとキャリアガスとの総流量をＦ（ｓｌｍ）とし
たとき、Ｆ／Ｓが０．７よりも大きくなるように原料ガ
スとキャリアガスを供給することが好ましい。
【００２１】また、ＮＨ3 とＨ2 との体積流量比を２：
１〜１：２０とすることにより、表面モホロジの良いＡ
ｌＧａＮ層を堆積することができる。
１〜１：２０とすることにより、表面モホロジの良いＡ
ｌＧａＮ層を堆積することができる。
【００２２】ＡｌＧａＮ層の堆積時に、導電性を付与す
る不純物原料を同時に供給すると、ＡｌＧａＮ層にｎ型
もしくはｐ型導電性を付与することができる。ＡｌＧａ
Ｎ層に炭化珪素基板の導電型と同一の導電性を付与する
ことにより、ＡｌＧａＮ層上に堆積する半導体層と炭化
珪素基板との間に、容易に電流を流すことができる。こ
のとき、ＡｌＧａＮ層の結晶性を損なわないために、不
純物濃度を５×１０17〜５×１０21ｃｍ-3とすることが
好ましい。
る不純物原料を同時に供給すると、ＡｌＧａＮ層にｎ型
もしくはｐ型導電性を付与することができる。ＡｌＧａ
Ｎ層に炭化珪素基板の導電型と同一の導電性を付与する
ことにより、ＡｌＧａＮ層上に堆積する半導体層と炭化
珪素基板との間に、容易に電流を流すことができる。こ
のとき、ＡｌＧａＮ層の結晶性を損なわないために、不
純物濃度を５×１０17〜５×１０21ｃｍ-3とすることが
好ましい。
【００２３】ｎ型不純物であるＳｉの原料として、例え
ばＳｉＨ4 を用いることができる。また、ｐ型不純物で
あるＭｇの原料として、例えばシクロペンタジエニルマ
グネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を用いることができる。
ばＳｉＨ4 を用いることができる。また、ｐ型不純物で
あるＭｇの原料として、例えばシクロペンタジエニルマ
グネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を用いることができる。
【００２４】上記実施例では、６Ｈ−ＳｉＣ構造の炭化
珪素基板を用いた場合を説明したが、その他の結晶構造
の炭化珪素基板を用いてもよい。４Ｈ−ＳｉＣ構造また
は６Ｈ−ＳｉＣ構造の炭化珪素基板を用いると、劈開に
よって容易に半導体レーザ装置の光共振器を作製するこ
とができる。
珪素基板を用いた場合を説明したが、その他の結晶構造
の炭化珪素基板を用いてもよい。４Ｈ−ＳｉＣ構造また
は６Ｈ−ＳｉＣ構造の炭化珪素基板を用いると、劈開に
よって容易に半導体レーザ装置の光共振器を作製するこ
とができる。
【００２５】上記実施例では、炭化珪素基板上にＡｌＧ
ａＮ層を成長させる場合を説明したが、このＡｌＧａＮ
層をバッファ層として用い、その上にＧａＮ層を成長さ
せることも可能である。炭化珪素基板上に結晶性の良い
ＧａＮ層を直接成長させることは困難であるが、ＡｌＧ
ａＮ層をバッファ層として用いることにより、結晶性の
良いＧａＮ層を成長させることができる。
ａＮ層を成長させる場合を説明したが、このＡｌＧａＮ
層をバッファ層として用い、その上にＧａＮ層を成長さ
せることも可能である。炭化珪素基板上に結晶性の良い
ＧａＮ層を直接成長させることは困難であるが、ＡｌＧ
ａＮ層をバッファ層として用いることにより、結晶性の
良いＧａＮ層を成長させることができる。
【００２６】図３は、ＡｌＧａＮ層をバッファ層として
用い、ＧａＮ層を成長させた積層構造の断面図を示す。
以下、この積層構造の製造方法を説明する。
用い、ＧａＮ層を成長させた積層構造の断面図を示す。
以下、この積層構造の製造方法を説明する。
【００２７】上記実施例による方法で、６Ｈ−ＳｉＣ構
造の（０００１）面炭化珪素基板１の表面上にＡｌＧａ
Ｎ層２を堆積する。処理容器内の圧力は４２０Ｔｏｒ
ｒ、成長時の基板温度は９６０℃、ＮＨ3 の流量は５ｓ
ｌｍ、キャリアガスとしてのＨ 2 の流量は１２ｓｌｍ、
ＴＭＧの流量は２６μｍｏｌ／分（バブリング温度２
℃、バブリング用Ｈ2 ガスの流量５ｓｃｃｍ）、ＴＭＡ
の流量は５μｍｏｌ／分（バブリング温度１７℃、バブ
リング用Ｈ2 ガスの流量１２ｓｃｃｍ）である。この条
件で、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層が形成される。なお、上記
条件で成長を行う場合のＦ／Ｓは、約１．２である。
造の（０００１）面炭化珪素基板１の表面上にＡｌＧａ
Ｎ層２を堆積する。処理容器内の圧力は４２０Ｔｏｒ
ｒ、成長時の基板温度は９６０℃、ＮＨ3 の流量は５ｓ
ｌｍ、キャリアガスとしてのＨ 2 の流量は１２ｓｌｍ、
ＴＭＧの流量は２６μｍｏｌ／分（バブリング温度２
℃、バブリング用Ｈ2 ガスの流量５ｓｃｃｍ）、ＴＭＡ
の流量は５μｍｏｌ／分（バブリング温度１７℃、バブ
リング用Ｈ2 ガスの流量１２ｓｃｃｍ）である。この条
件で、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層が形成される。なお、上記
条件で成長を行う場合のＦ／Ｓは、約１．２である。
【００２８】厚さ０．５μｍのＡｌＧａＮ層２を堆積し
た後、ＴＭＡの供給を停止し、連続してＧａＮ層３を堆
積する。厚さ０．５μｍのＧａＮ層３を堆積した後、Ｔ
ＭＧの供給を停止し、基板温度を徐々に下げる。基板温
度が６００℃まで低下した時点でＮＨ3 の供給を停止す
る。基板温度が室温程度まで低下した時点で処理容器内
をＮ2 ガスで置換し、基板を取り出す。
た後、ＴＭＡの供給を停止し、連続してＧａＮ層３を堆
積する。厚さ０．５μｍのＧａＮ層３を堆積した後、Ｔ
ＭＧの供給を停止し、基板温度を徐々に下げる。基板温
度が６００℃まで低下した時点でＮＨ3 の供給を停止す
る。基板温度が室温程度まで低下した時点で処理容器内
をＮ2 ガスで置換し、基板を取り出す。
【００２９】このようにして作製した積層構造の表面を
干渉顕微鏡で観察したところ、表面モホロジは良好であ
った。また、ＡｌＧａＮ層２及びＧａＮ層３の（０００
２）面に対応するＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を
測定したところ、それぞれ１１０秒及び１００秒であっ
た。
干渉顕微鏡で観察したところ、表面モホロジは良好であ
った。また、ＡｌＧａＮ層２及びＧａＮ層３の（０００
２）面に対応するＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を
測定したところ、それぞれ１１０秒及び１００秒であっ
た。
【００３０】なお、ＡｌＧａＮ層を堆積した後、次の層
の堆積を開始するまでに、原料ガスの切り換え等のため
に時間を要する場合がある。この場合、次の層の堆積開
始までの間、ＡｌＧａＮ層の表面にＮＨ3 を吹きつけて
おくことが好ましい。ＮＨ3を吹きつけておくことによ
り、Ｎの脱離を抑制することができる。
の堆積を開始するまでに、原料ガスの切り換え等のため
に時間を要する場合がある。この場合、次の層の堆積開
始までの間、ＡｌＧａＮ層の表面にＮＨ3 を吹きつけて
おくことが好ましい。ＮＨ3を吹きつけておくことによ
り、Ｎの脱離を抑制することができる。
【００３１】上記実施例では、ＡｌＧａＮ層を堆積する
場合を説明したが、その他ＩＩＩ族元素としてＡｌを含
み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の層を成長させる場合にも、ＡｌＧａＮ層の場合と同様
の条件で結晶性の良好な層を成長させることができるで
あろう。例えば、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等の層を
成長させることができる。
場合を説明したが、その他ＩＩＩ族元素としてＡｌを含
み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の層を成長させる場合にも、ＡｌＧａＮ層の場合と同様
の条件で結晶性の良好な層を成長させることができるで
あろう。例えば、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等の層を
成長させることができる。
【００３２】図４は、実施例による方法で堆積したＡｌ
ＧａＮ層を使用した半導体レーザ装置の一例を示す。
ＧａＮ層を使用した半導体レーザ装置の一例を示す。
【００３３】６Ｈ−ＳｉＣ構造の（０００１）面が表出
した炭化珪素基板３０の上に、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧ
ａＮからなる厚さ０．５μｍのクラッド層３１、Ｓｉド
ープのｎ型ＧａＮからなる厚さ０．３μｍの分離閉じ込
めヘテロ構造層（ＳＣＨ層）３２、多層量子井戸構造の
活性層３３、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからなる厚さ０．
３μｍのＳＣＨ層３４、Ｍｇドープのｐ型ＡｌＧａＮか
らなる厚さ０．５μｍのクラッド層３５、Ｍｇドープの
ｐ型ＧａＮからなる厚さ０．１μｍのコンタクト層３６
がこの順番に積層されている。コンタクト層３６の上に
Ｎｉ／Ａｕの２層構造を有するｐ側電極３７が形成さ
れ、炭化珪素基板３０の下面にＴｉからなるｎ側電極３
８が形成されている。
した炭化珪素基板３０の上に、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧ
ａＮからなる厚さ０．５μｍのクラッド層３１、Ｓｉド
ープのｎ型ＧａＮからなる厚さ０．３μｍの分離閉じ込
めヘテロ構造層（ＳＣＨ層）３２、多層量子井戸構造の
活性層３３、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからなる厚さ０．
３μｍのＳＣＨ層３４、Ｍｇドープのｐ型ＡｌＧａＮか
らなる厚さ０．５μｍのクラッド層３５、Ｍｇドープの
ｐ型ＧａＮからなる厚さ０．１μｍのコンタクト層３６
がこの順番に積層されている。コンタクト層３６の上に
Ｎｉ／Ａｕの２層構造を有するｐ側電極３７が形成さ
れ、炭化珪素基板３０の下面にＴｉからなるｎ側電極３
８が形成されている。
【００３４】ｎ型のクラッド層３１及びＳＣＨ層３２の
不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3、ｐ型のＳＣＨ層３４及
びコンタクト層３６の不純物濃度は５×１０17ｃｍ-3、
ｐ型のクラッド層３５の不純物濃度は２×１０17ｃｍ-3
である。活性層３３は、Ｉｎ 0.15Ｇａ0.85Ｎからなる厚
さ３０ｎｍの井戸層とＩｎ0.07Ｇａ0.93Ｎからなる厚さ
３０ｎｍのバリア層が交互に積層された合計５層の井戸
層と６層のバリア層で構成される。
不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3、ｐ型のＳＣＨ層３４及
びコンタクト層３６の不純物濃度は５×１０17ｃｍ-3、
ｐ型のクラッド層３５の不純物濃度は２×１０17ｃｍ-3
である。活性層３３は、Ｉｎ 0.15Ｇａ0.85Ｎからなる厚
さ３０ｎｍの井戸層とＩｎ0.07Ｇａ0.93Ｎからなる厚さ
３０ｎｍのバリア層が交互に積層された合計５層の井戸
層と６層のバリア層で構成される。
【００３５】ｎ型ＡｌＧａＮからなるクラッド層３１
を、上記実施例による方法で成長させることにより、結
晶性の良好なクラッド層３１を得ることができる。その
上の各層にもクラッド層３１の良好な結晶性が引き継が
れ、結晶性の良好なレーザ構造を得ることができる。
を、上記実施例による方法で成長させることにより、結
晶性の良好なクラッド層３１を得ることができる。その
上の各層にもクラッド層３１の良好な結晶性が引き継が
れ、結晶性の良好なレーザ構造を得ることができる。
【００３６】なお、炭化珪素基板３０とＧａＮからなる
ＳＣＨ層３２との格子不整合を緩和するために、ＡｌＧ
ａＮからなるクラッド層３１のＡｌの組成比を厚さ方向
に関して連続的に、または段階的に変化させてもよい。
Ａｌの組成比を変化させた層は、成膜中に供給原料のＩ
ＩＩ／Ｖ比を変化させることにより形成することができ
る。
ＳＣＨ層３２との格子不整合を緩和するために、ＡｌＧ
ａＮからなるクラッド層３１のＡｌの組成比を厚さ方向
に関して連続的に、または段階的に変化させてもよい。
Ａｌの組成比を変化させた層は、成膜中に供給原料のＩ
ＩＩ／Ｖ比を変化させることにより形成することができ
る。
【００３７】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
炭化珪素基板上に、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含み、Ｖ
族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成
長させるときの圧力を２２０Ｔｏｒｒよりも高くしてい
る。このため、良好な結晶性を有するＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層を得ることができる。
炭化珪素基板上に、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含み、Ｖ
族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成
長させるときの圧力を２２０Ｔｏｒｒよりも高くしてい
る。このため、良好な結晶性を有するＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層を得ることができる。
【図１】本発明の実施例で用いる減圧ＭＯＣＶＤ装置の
概略図である。
概略図である。
【図２】炭化珪素基板上に成長させたＡｌＧａＮ層の
（０００２）面に対応するＸ線ロッキングカーブの半値
幅を、成長時の圧力ごとに成膜時のガス層流量の関数と
して示すグラフである。
（０００２）面に対応するＸ線ロッキングカーブの半値
幅を、成長時の圧力ごとに成膜時のガス層流量の関数と
して示すグラフである。
【図３】炭化珪素基板上に成長させたＡｌＧａＮ層とＧ
ａＮ層からなる積層構造の断面図である。
ａＮ層からなる積層構造の断面図である。
【図４】本発明の実施例による方法を用いて形成したＡ
ｌＧａＮ層を使用した半導体レーザ装置の断面図であ
る。
ｌＧａＮ層を使用した半導体レーザ装置の断面図であ
る。
１ 炭化珪素基板 ２ ＡｌＧａＮ層 ３ ＧａＮ層 １０ 処理容器 １１ サセプタ １２ 処理基板 １３ 熱源 １４ ＩＩＩ族元素用ガス導入管 １５ Ｖ族元素用ガス導入管 １６ 排気管 １７ 窓 １８ パイロメータ ３０ 炭化珪素基板 ３１ ｎ型クラッド層 ３２ ｎ型ＳＣＨ層 ３３ 活性層 ３４ ｐ型ＳＣＨ層 ３５ ｐ型クラッド層 ３６ ｐ型コンタクト層 ３７ ｐ側電極 ３８ ｎ側電極
Claims (9)
- 【請求項１】 炭化珪素基板の表面上に、ＩＩＩ族元素
としてＡｌを含み、Ｖ族元素としてＮを含むＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体材料からなる第１の層を、圧力２２０Ｔ
ｏｒｒよりも高い条件で減圧気相成長させる工程を有す
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記第１の層を減圧気相成長させる工程
において、圧力を２２０Ｔｏｒｒとし、原料ガスとキャ
リアガスとのガス総流量を種々変化させて成長させた場
合の第１の層のある面に対応するＸ線ロッキングカーブ
の半値幅をガス総流量の関数として示したグラフと、圧
力を１００Ｔｏｒｒとして成長させた場合の同様のグラ
フとの交点に対応するガス総流量よりもガス総流量を多
くして前記第１の層を成長させる請求項１に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記第１の層が、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ、こ
こでｘは０＜ｘ＜１を満たす実数、である請求項１また
は２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記第１の層を減圧気相成長させる工程
において、原料ガスを前記炭化珪素基板に向けて吹きつ
けるための少なくとも１つのガス吹出口から原料ガス及
びキャリアガスを供給し、該ガス吹出口の開口部の総面
積をＳ（ｍｍ 2 ）、原料ガスとキャリアガスとの総流量
をＦ（ｓｌｍ）としたとき、Ｆ／Ｓが０．７よりも大き
くなるように原料ガスとキャリアガスを供給する請求項
１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記炭化珪素基板が第１導電型を示し、
前記第１の層を減圧気相成長させる工程において、前記
第１の層に第１導電型を付与する不純物原料を、該第１
の層の不純物濃度が５×１０17〜５×１０21ｃｍ-3とな
るように供給する請求項１〜４のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記第１の層を減圧気相成長させる工程
において、Ｎの原料としてＮＨ3 を供給し、キャリアガ
スとしてＨ2 を供給し、ＮＨ3 とＨ2 の体積流量比が
２：１〜１：２０の範囲となるように両者を供給する請
求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記第１の層を減圧気相成長させる工程
において、Ｎの原料としてＮＨ3 を供給し、前記第１の
層を減圧気相成長させる工程の後、さらに前記第１の層
の表面にＮＨ3 を継続して吹きつけておく工程と、ＮＨ
3 の供給を停止することなく、他の原料ガスの供給を開
始し、前記第１の層の上に、該第１の層とは異なるＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の層を成長させる工
程とを有する請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項８】 前記第１の層を減圧気相成長させる工程
において、第１の層の厚さ方向に関し、Ａｌの組成比が
連続的または段階的に変化するように、原料ガスのＩＩ
Ｉ／Ｖ比を時間的に変化させる請求項１〜７のいずれか
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記炭化珪素基板が、４Ｈ−ＳｉＣまた
は６Ｈ−ＳｉＣである請求項１〜８のいずれかに記載の
半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26438197A JPH11103134A (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26438197A JPH11103134A (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11103134A true JPH11103134A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17402371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26438197A Pending JPH11103134A (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11103134A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6706620B2 (en) | 2001-02-27 | 2004-03-16 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for fabricating a nitride film |
| JP2007311810A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-11-29 | Ngk Insulators Ltd | エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス |
| JP2011049486A (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体積層ウェハ及びｉｉｉ族窒化物半導体デバイス |
| JP2015056483A (ja) * | 2013-09-11 | 2015-03-23 | 学校法人 名城大学 | 窒化物半導体混晶の製造方法及びその製造方法によって作製された窒化物半導体多層構造 |
-
1997
- 1997-09-29 JP JP26438197A patent/JPH11103134A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6706620B2 (en) | 2001-02-27 | 2004-03-16 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for fabricating a nitride film |
| JP2007311810A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-11-29 | Ngk Insulators Ltd | エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス |
| JP2011049486A (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体積層ウェハ及びｉｉｉ族窒化物半導体デバイス |
| US8148751B2 (en) | 2009-08-28 | 2012-04-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group III nitride semiconductor wafer and group III nitride semiconductor device |
| US8633514B2 (en) | 2009-08-28 | 2014-01-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group III nitride semiconductor wafer and group III nitride semiconductor device |
| JP2015056483A (ja) * | 2013-09-11 | 2015-03-23 | 学校法人 名城大学 | 窒化物半導体混晶の製造方法及びその製造方法によって作製された窒化物半導体多層構造 |
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