TW201308399A - 氮化物半導體之製造方法、氮化物半導體及三五族氮化物之成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種具有構成半導體層之氮化物的氮化物半導體的製造方法，其特徵為包含：使用包含從狹縫天線被放射的微波所產生的Ⅲ族元素之氣體的電漿，形成包含Ⅲ族元素之氮化物層的步驟。

Description

氮化物半導體之製造方法、氮化物半導體及三五族氮化物之成膜方法
本發明係一種氮化物半導體的製造方法，氮化物半導體，以及Ⅲ-V族氮化物的成膜方法。
最近，將Ⅲ-V族化合物系列的材料作為活性層使用的半導體裝置的開發正積極的進行。其中，使用氮元素作為V族元素的氮化物半導體，例如，GaN(氮化鎵)，AlN(氮化鋁)，InN(氮化銦)等，因為其能帶間隙較大，故特別在關於藍色的發光材料、短波長區的發光材料的用途上，進行積極的開發。又，作為包含GaN的氮化物半導體，亦有使用InGaN(氮化銦鎵)/GaN、AlGaN(氮化鋁鎵)/GaN等的不同種材料的異質連接的氮化物半導體。
特別是作為氮化物層，在使用GaN的氮化物半導體的製造中，例如，使用與GaN的結晶構造同為六方晶系，與GaN的晶格常數相近的藍寶石基板。再者，作為氮化物層，使用GaN的氮化物半導體，例如，使用在1000℃以上的高溫的熱製程，在藍寶石基板之上藉由磊晶成長形成GaN。又，為了促進在藍寶石基板上的GaN的良好的磊晶成長，在藍寶石基板和GaN層之間，一般也會進行緩衝層的形成。
在此，關於使用GaN的氮化物半導體的技術，在日本特開2001-217193號公報(專利文獻1)中被公開揭示。在專利文獻1中，將藍寶石基板加熱至既定的溫度，在藍寶石基板的周圍供給TMG(三甲基鎵)氣體以及N2-H2氣體，也就是TMG氣體以及氮和氫的混合氣體，在藍寶石基板的周圍產生電漿，形成GaN(氮化鎵)。在此，專利文獻1中公開揭示，形成GaN所使用的電漿CVD裝置，由以下元件所構成：微波供給系統，其由傳播使用微波電源產生的微波(頻率2.45GHz)的光波導管以及空腔所構成；石英放電管，其插入空腔內；真空泵，其使石英放電管調整至既定的真空度；鋼瓶，其中填充供給至石英放電管內的TMG氣體；鋼瓶，其中填 充氮與氫(N2-H2)的混合氣體；流量計，其測定從鋼瓶所供給的TMG氣體的流量；電熱爐，其加熱藍寶石基板；柱塞，其對微波進行整合；QMA(Quadrupole Mass Analyzer；四極質量分析裝置)，其檢測電漿的狀態；以及發射分光光度計，其透過光纖來測定發光種類的能階。
[習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-217193號公報
在上述專利文獻1中GaN層的形成，係藉由使用所謂遠距離電漿的氮化處理所進行。在像這樣使用遠距離電漿形成GaN層的情況中，就氮化處理中的氮化種的質和量存在著問題。具體而言，使用遠距離電漿產生電漿的情況下，在遠距離電漿源附近的自由基種與離子等的活性非常高。因此，為了要抑制對晶圓的傷害，必須分開遠距離電漿源與晶圓的距離。如此，可抑制對晶圓傷害的物質其失去活性的情況顯著，在晶圓附近，基底狀態與低活性的氮化種變多。如此，在電漿處理中，將對象的膜充分的電漿氮化變得困難。再加上，實質上對氮化處理有貢獻的被活性化的氮化種的密度變小。結果，由於為了得到預期的厚度需要長時間等因素，使GaN層的形成變得沒有效率。
以往，在低溫下具有作為發光元件以及半導體裝置之特性良好的結晶性(單晶)的Ⅲ-V族氮化物並無法成膜。
在此，例如，亦考慮使用氨(NH3)，在700℃以上，具體為1100℃的高溫，藉由採用熱CVD(Chemical Vapor Deposition；化學氣相沉積)處理與熱氮化處理等熱製程，進行氮化處理，形成GaN層。然而，在這樣的高溫狀態之中，在氮化處理時有許多的氮氣脫離，造成無法形成具有預期氮氣量之膜層的情況。又，在形成有上述InGaN/GaN與AlGaN/GaN等的不同種材料的異質連接的氮化物層 的情況下，會產生以下的問題。也就是，稱為InGaN與GaN的各種的構成材料，其分別具有各自的熱膨脹率。在堆疊像這樣具有不同熱膨脹係數的構成材料的情況下，若以高溫進行成膜，因為熱膨脹係數的不同，在常溫下會有發生翹曲或是變形的可能性。如此，會有促進結晶缺陷的產生的可能性。因此，作為半導體裝置之必要的特性其不充分的可能性很高。
本發明之目的在於提供一種氮化物半導體的製造方法，可有效率的製造氮化物半導體，此氮化物半導體具有作為發光元件以及半導體裝置之特性良好的結晶性。
本發明之另一目的在於提供一種氮化物半導體，此氮化物半導體具有作為發光元件以及半導體裝置之特性良好的結晶性。
本發明更具有之另一目的，為提供一種Ⅲ-V族氮化物的成膜方法，此Ⅲ-V族氮化物具有作為發光元件以及半導體裝置之特性良好的結晶性。
關於本發明之氮化物半導體的製造方法，其特徵為包含：使用包含從狹縫天線放射的微波所產生的Ⅲ族元素之氣體的電漿，形成包含Ⅲ族元素的氮化物層的步驟。
如此，在包含Ⅲ族元素的氮化物層形成時，使用包含從狹縫天線放射的微波所產生的Ⅲ族元素之氣體的電漿，可抑制高活性氮化種失去活性，並且可在高密度氮化種的狀態下，形成氮化物層。在這樣的電漿處理當中，因為可在比以往的處理更低溫下進行處理，故在製造氮化物半導體時，在不同種材料接合等之中，可大幅度降低因為熱膨脹係數不同所引起的翹曲或變形。因此，藉由這樣的氮化物半導體的製造方法，可有效率的形成特性良好的氮化物層。然後，可有效率的製造特性良好的氮化物半導體。又，在此提及之特性良好的氮化物層，為在成長後的結晶中缺陷較少的氮化物層。
又，氮化物半導體，包含多重量子井，多重量子井層亦可由包含Ⅲ族的氮化物層堆疊三層以上所形成。又，Ⅲ族元素，亦可 為Ga所構成。又，多重量子井層，亦可為第一GaN、InGaN、以及第二GaN依序形成三層所構成。又，亦可在三層之上以接著形成的InGaN以及接著形成的GaN為1組，至少形成1組以上所構成。
又，形成氮化物層的步驟，亦可包含使用微波所產生的電漿，並藉由原子層磊晶(ALE：Atomic Layer Epitaxy)法或是電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)法形成氮化物層的步驟所構成。
藉由在ALE法中形成氮化物層，可大幅度降低在氮化物層形成時含有不純物的可能性，以及結晶內發生較多缺陷的可能性。又，可形成膜厚與膜質都很均勻的膜。又，因為披覆膜的特性高，可適用於具有高深寬比的構造。又，藉由在電漿CVD法中形成氮化物層，可在較短的時間內形成具有特性良好的結晶性的氮化物層，並可謀求生產量的提升。
又，形成氮化物的步驟，亦可由在溫度200℃以上未滿700℃進行的方式所構成。又，亦可由在溫度400℃以下進行所構成。像這樣所形成的層，該翹曲和變形的可能性較小。又，在使用從狹縫天線放射的微波所產生的電漿來形成氮化物層中，即使在晶圓溫度為400℃以下成膜，亦可形成結晶性非常高的膜。
又，形成氮化物層的步驟，亦可由在壓力10mTorr以上10Torr以下進行的方式所構成。又，形成氮化物層的步驟，亦可由在壓力10mTorr以上500mTorr以下進行的方式所構成。
另外更佳之實施樣態為：狹縫天線包含輻射線狹縫天線(Radial Line Slot Antenna；RLSA)。若根據這樣的構成，因為使用從狹縫天線放射的微波所產生的電漿，故可使用電子溫度較低的電漿進行處理。又，因為主要產生自由基，故可使用豐富的自由基形成氮化物層。如此，在形成氮化物層時，可大幅降低對於基底層因為電荷損害或是離子照射等的物理損壞，有效率的形成特性良好的氮化物層。
又，形成氮化物層的步驟，在其上形成氮化物層的被處理基板的表面附近，亦可使用電漿的電子溫度低於1.5eV，且電漿的電子密度高於1×1011cm-3的電漿進行處理。
又，形成氮化物層的步驟，亦可包含形成GaN層的步驟以及在GaN層的厚度方向形成InGaN層的步驟；其中，形成GaN層的步驟，包含使用從狹縫天線放射的微波所產生的電漿，藉由電漿CVD法形成的步驟，形成InGaN層的步驟中，包含使用從狹縫天線放射的微波所產生的電漿，藉由原子層磊晶法形成的步驟。
在此發明的另一態樣當中，氮化物半導體具備氮化物層，其藉由使用包含從狹縫天線放射的微波所產生的Ⅲ族元素之氣體的電漿所形成。
像這樣的氮化物半導體，因為使用包含從狹縫天線放射的微波所產生的Ⅲ族元素之氣體的電漿，故可抑制高活性氮化種失去活性，並且，可在高密度氮化種的狀態下，形成氮化物層。又，在這樣的電漿處理中，因為可使用比以往還低的溫度進行處理，故在不同種材料接合中，可大幅度的降低因為熱膨脹係數不同所引起的翹曲或變形。因此，這樣的氮化物半導體，其特性良好。
又，多重量子井層，亦可由形成三層以上的包含Ⅲ族元素之氮化物層所構成。又Ⅲ族元素，亦可由Ga所構成。又，多重量子井層，亦可由第一GaN、InGaN、以及第二GaN依序形成三層所構成。又，亦可在三層之上將接著形成的InGaN以及接著形成的GaN當作1組，至少形成1組以上所構成。
在本發明之更具備的另一態樣當中，Ⅲ-V族氮化物的成膜方法，為具有由包含三層的Ⅲ族元素的氮化物所構成的多重量子井層的Ⅲ-V族氮化物的成膜方法，其特徵為包含：形成包含Ⅲ族元素的第一氮化物層的步驟；在第一氮化物層上形成包含與第一氮化物層不同的Ⅲ族元素的第二氮化物層的步驟；以及在第二氮化物層上形成包含與第一氮化物層相同的Ⅲ族元素的第三氮化物層以形成多重量子井層的步驟；由包含Ⅲ族元素的第一~第三氮化物層所構成的多重量子井層，在溫度200℃以上未滿700℃，壓力10mTorr以上10Torr以下，藉由原子層磊晶(ALE：Atomic Layer Epitaxy)法或是電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)法形成。
又，Ⅲ族元素，亦可由Ga所構成。又，第一氮化物層，亦可 由第一GaN，第二氮化物層，亦可由第一InGaN，第三氮化物層，亦可由第二GaN所構成。又，亦可在第三氮化物層上將接著形成的第二氮化物層、接著形成的第一或第三氮化物層依序形成且以此為1組，至少形成1組以上所構成。
在本發明更具備的另一態樣當中，Ⅲ-V族氮化物的成膜方法包含：準備具有結晶性基板的步驟；使包含Ⅲ族元素的氣體吸附在基板上的步驟；將不能吸附在基板上的包含Ⅲ族元素的氣體排出的步驟；以及藉由將包含氮原子的氣體的電漿照射在包含Ⅲ族元素的氣體分子上使其氮化，形成包含Ⅲ族元素之氮化物的步驟；形成包含Ⅲ族元素之氮化物的步驟，在溫度200℃以上未滿700℃，壓力10mTorr以上，10Torr以下，藉由原子層磊晶法或是電漿CVD法形成。
如此，在形成氮化物層時，若使用從狹縫天線放射的微波所產生的電漿，可抑制高活性氮化種失去活性，並且，可在高密度氮化種的狀態下，形成氮化物層。再者，在這樣的電漿處理當中，因為可在比以往更低溫下進行處理，故在不同種材料接合等之中，可大幅度的降低因為熱膨脹係數不同所引起的翹曲或變形。因此，若藉由這樣的氮化物半導體的製造方法，可有效率的在低溫下形成結晶性高，包含作為發光元件以及半導體裝置之特性良好的氮化物層之構造。因此，可有效率的製造特性良好的氮化物半導體。
又，像這樣的氮化物半導體，在形成氮化物層時，使用從狹縫天線放射的微波所產生的電漿，可抑制高活性氮化種失去活性，並且，可在高密度氮化種的狀態下，形成氮化物層。又，在這樣的電漿處理中，因為可在比以往更低溫下進行處理，故在製造包含多重量子井層的氮化物半導體的時候，在不同種材料接合等之中，可大幅度的降低因為熱膨脹係數不同所引起的翹曲或變形。因此，這樣的氮化物半導體，在低溫下結晶性高，作為發光元件以及半導體裝置的特性良好。
以下，本發明之實施樣態，將參照圖式進行說明。首先，就關於本發明的一實施樣態之使用在氮化物半導體的製造方法中的電漿處理裝置其構造以及動作進行說明。
圖1為表示關於本發明的一實施樣態之使用在氮化物半導體的製造方法中的電漿處理裝置的主要部位的概略剖面圖。又，圖2為從圖1中所示的包含在電漿處理裝置中的狹縫天線板的下方側，也就是從圖1中箭號Ⅱ的方向觀察的圖式。又，在圖1中，為了容易理解，省略構件的一部分的影線。
參照圖1以及圖2，電漿處理裝置31包含：處理容器32，在其內部對被處理基板W進行電漿處理；氣體供給部33，其在處理容器32中供給電漿激化用的氣體、用在電漿CVD處理的材料氣體或是後述在原子層磊晶(ALE)中ALE用的氣體等；圓板狀的支持台34，在其上支持被處理基板W；電漿產生機構39，其以微波作為電漿源，在處理容器32中產生電漿；以及控制部(無圖示)，其控制電漿處理裝置31全體的動作。控制部，進行在氣體供給部33中的氣體流量、處理容器32中的壓力等電漿處理裝置31的全體的控制。
處理容器32包含：底部41，其位於支持台34的下方側；側壁42，其從底部41的外側周圍向上延伸。側壁42，為近圓筒狀。在處理容器32的底部41上，以貫通其一部分的方式設置排氣用的排氣孔43。在處理容器32的上部側開口，藉由被配置在處理容器32之上部側的蓋部44，後述的介電體窗36以及介於介電體窗36和蓋部44之間，作為密封構件的O型環45，構成可密封的處理容器32。
氣體供給部33包含：第一氣體供給部46，其面向被處理基板W的中央，並供給氣體；第二氣體供給部47，其從被處理基板W的周邊側供給氣體。在第一氣體供給部46中，供給氣體的氣體供給孔30設置在介電體窗36的直徑方向的中央，且設置在比成為 相對支持台34的對向面的介電體窗36的底面48更朝介電體窗36的內側後退的位置。第一氣體供給部46，調整連接第一氣體供給部46的氣體供給系統49的流量等，且供給電漿激化用的惰性氣體或材料氣體、成膜氣體等。第二氣體供給部47，藉由設置在在側壁42的上部側的一部分並對處理容器32中供給電漿激化用的氣體以及材料氣體、成膜氣體等的複數氣體供給孔50所形成。複數的氣體供給孔50，在圓周方向上，以相等的間隔設置。對第一氣體供給部46以及第二氣體供給部47，從相同的氣體供給源供給相同種類的電漿激化用的惰性氣體與材料氣體、ALE用氣體等。又，根據要求與控制內容，亦可從第一氣體供給部46以及第二氣體供給部47供給其他的氣體，亦可調整其流量比等。
支持台34上，RF(radio frequency)偏壓用的高頻電源58，中間隔著匹配單元59與支持台34內的電極61進行電性的連接。此高頻電源58，例如，可以既定的電力(偏功率)輸出13.56MHz的高頻。匹配單元59，收納一整合器，該整合器在高頻電源58側的阻抗與主要為電極61、電漿、處理容器32的負載側的阻抗之間進行整合，在此整合器之中包含產生自偏壓用的阻隔電容器。
支持台34，可藉由靜電吸盤(圖中未顯示)在其上支持被處理基板W。又，支持台34具備加熱用的加熱器(圖中未顯示)等，藉由在支持台34的內部中所設置的溫度調整機構29，可設定預期的溫度。支持台34，被從底部41的下方側在垂直上方的方向上延伸的絕緣性的筒狀支持部51所支持。該排氣孔43，沿著筒狀支持部51的外圍，以貫通處理容器32的底部41的一部分的方式設置。在環狀的排氣孔43的下方側透過排氣管(圖中未顯示)連接排氣裝置(圖中未顯示)。排氣裝置，具有渦輪分子泵等的真空泵。藉由排氣裝置，可在處理容器32中將壓力降低至既定的壓力。
電漿產生機構39包含：微波產生器35，其設置在處理容器32的上部以及外部，產生電漿激化用的微波；介電體窗36，其設置在與支持台34互相對向的位置，將藉由微波產生器35所產生的微波導入處理容器32中；狹縫天線板37，其設置了複數的狹縫 40(參照圖2)，並設置於介電體窗36的上方，對介電體窗36放射微波；以及介電體構件38，其設置於狹縫天線板37的上方側，使藉由後述同軸波導管56導入的微波朝直徑方向傳播。
具有匹配機構53的微波產生器35，透過波導管55以及模式轉換器54與導入微波的同軸波導管56的上部連接。例如，使用微波產生器35所產生的TE模式的微波，通過波導管55，藉由模式轉換器54轉換成TEM模式，通過同軸波導管56進行傳播。關於在微波產生器35中所產生的微波的頻率，例如，可選擇2.45GHz。
介電體窗36，為近似圓板狀，由介電體所構成。在介電體窗36的底面48的一部分，設置了使被導入的微波所形成的駐波容易發生的圓椎狀凹型環狀的凹部57。藉由此凹部57，可在介電體窗36的下部側使用微波有效率的產生電漿。又，關於介電體窗36的具體材質，可舉例如石英或氧化鋁等。
狹縫天線板37，為薄板狀，且為圓板狀。就複數的長孔狀的狹縫40，如圖2所示，一對狹縫40，以形成90度的角度的方式被設置。一對狹縫40，在圓周方向上以既定的間隔分開設置。又，即使在直徑方向上，複數對狹縫40，亦以既定的間隔分開設置。
藉由微波產生器35所產生的微波，通過同軸波導管56，傳播至介電體構件38。微波，在介電體構件38的內部面向直徑方向外側以放射狀展開，並從設置於狹縫天線板37的複數狹縫40，向介電體窗36放射；該介電體構件38，係被夾在其內部具有使冷煤等循環的環路徑60而對介電體構件38等進行溫度調整的冷卻套管52與狹縫天線板37之間。通過介電體窗36的微波，在介電體窗36的正下方產生電場，並且在處理容器32中產生電漿。也就是，在電漿處理裝置31中被供給用來處理的微波電漿，藉由從該構造的冷卻套管52、狹縫天線板37以及介電體構件38所構成的輻射狀狹縫天線(RLSA：Radial Line Slot Antenna)所放射的微波在處理容器32中產生。
圖3為表示在電漿處理裝置31中，相對於在使電漿產生時的 處理容器32中之介電體窗36的底面48的距離與電漿的電子溫度的關係圖。圖4為表示在電漿處理裝置31中，相對於在使電漿產生時的處理容器32中之介電體窗36的底面48的距離與電漿的電子密度的關係圖。
參照圖3以及圖4，介電體窗36的正下方的區域，具體而言，在圖3中以一點虛線所示大約至10mm程度的區域26，被稱為所謂的電漿產生區域。在此區域26中，電子溫度高，電子密度較1×1012cm-3大。電漿處理裝置31，使用狹縫天線板37，在處理容器32內放射微波。若根據這樣的構造，微波會被處理容器32內所產生之高密度電漿反射，而無法在電漿中傳播。藉由像這樣的微波被激化的電漿，被稱為表面波電漿。另一方面，以二點虛線所示超過10mm的區域27，被稱為電漿擴散區域。在此區域27中，電子溫度為1.0~1.3ev的程度，至少低於1.5eV，電子密度為1×1012cm-3的程度，至少高於1×1011cm-3。對後述被處理基板W的電漿處理，在電漿擴散區域進行。也就是說，電漿處理，在被處理基板W的表面附近，宜使用電漿的電子溫度低於1.5eV，並且電漿的電子密度高於1×1011cm-3的微波電漿。又，此情況的介電體窗36的底面48和支持台34間的距離，被設定為100mm的程度。又，電漿的電子密度若有1×1010cm-3的程度，可在足夠的處理速度下進行處理，介電體窗36的底面48與支持台34間的距離，宜為50mm以上300mm以下。
接著，就關於本發明之一實施樣態的氮化物半導體的構造進行說明。圖5為表示關於本發明之一實施樣態的氮化物半導體的一部份的概略剖面圖。又，在圖5以及後述的圖6中，為了容易理解，省略構件一部份的影線。又，為了容易理解，將圖5以及後述的圖6中紙面的上下方向，當作關於本發明之一實施樣態的氮化物半導體的厚度方向(上下方向)。
參照圖5，本發明之一實施樣態的氮化物半導體11，例如，被當作發光元件使用。本發明之一實施樣態的氮化物半導體11包含：藍寶石基板12，其形成底座；緩衝層13，其設置於藍寶石基 板12之上，由GaN所構成；n-GaN層14，其設置於緩衝層13之上，由n型的GaN所構成；MQW(Multiple Quantum Well；多重量子井)層15，其設置於n-GaN層14之上；p-AlGaN層16，其設置於MQW層15之上，由p型的AlGaN所構成；以及p-GaN層17，其設置在p-AlGaN層16之上，由p型的GaN所構成。也就是，本發明之一實施樣態的氮化物半導體11，具有構成半導體層的氮化物，包含多重量子井。
在n-GaN層14上所形成的MQW層15，並非全部覆蓋在n-GaN層14之上，是以露出其一部份的方式形成。然後，在其露出的部份之上，設置形成n型的電極的n-電極18。另一方面，在p-GaN層17之上，設置形成p型的電極的p-電極19。形成n-電極18的部份與形成p-電極的部份之間，形成n-電極18的部份相對的較低，設置成所謂高低差的構造。
n-GaN層14，以及p-GaN層17的各自的厚度，也就是，上下方向的長度，為大約200nm，為較厚的構造。另一方面，MQW層15，以及p-AlGaN層16的各自的厚度，為非常薄的構造。MQW層15，宜為1~20nm。p-AlGaN層16的厚度，約為10Å(埃)，5原子層的程度。
在此，就MQW層15的具體的構成進行說明。圖6表示在圖5所示的氮化物半導體之中，MQW層15的一部份的一例的概略圖。參照圖5以及圖6，MQW層15，係由在n-GaN層14之上形成，成為MQW層15之中的最下層的第一i-GaN層21a；在第一i-GaN層21a之上形成的i-InGaN層22a；以及在i-InGaN層22a之上形成，形成MQW層15之中的最上層的第二i-GaN層21b所構成。此情況下，MQW層15，是由兩層的i-GaN層21a、21b以及設置於兩層的i-GaN層21a、21b之間的一層的i-InGaN層22a的合計三層所構成。各層的厚度，各自約為10Å(埃)。又，在此實施樣態之中，MQW層15為三層構造，亦可因應所要求的特性，由i-GaN層與i-InGaN層交互形成任意的層狀堆疊構造，也就是，亦可為五層的MQW層或是七層的MQW層。再者，亦可形成九層、十一層以上的奇數層。 也就是，亦可以在三層之上，以第二InGaN層以及第三GaN層依序形成1組，至少在三層之上形成1組以上。
圖7為表示形成七層的MQW層23的概略圖。參照圖7，七層的MQW層23，係由形成最下層的第一i-GaN層21a；在第一i-GaN層21a之上形成的第一i-InGaN層22a；在第二i-InGaN層22b之上形成的第三i-GaN層21c；在第三i-GaN層21c之上形成的第三i-InGaN層22c；以及在第三i-InGaN層22c之上形成的第四i-GaN層21d所構成。此情況下，在三層以上，形成兩組。
又，圖8為表示形成九層的MQW層24的概略圖。參照圖8，十一層的MQW層24，係由形成最下層的第一i-GaN層21a；在第一i-GaN層21a之上形成的第一i-InGaN層22a；在第二i-InGaN層22b之上形成的第三i-GaN層21c；在第三i-GaN層21c之上形成的第三i-InGaN層22c；在第三i-InGaN層22c之上形成的第四i-GaN層21d；在第四i-GaN層21d之上形成的第四i-InGaN層22d；以及在第四i-InGaN層22d之上形成的第五i-GaN層21e所構成。此情況下，在三層之上，形成三組。
接著，就使用該電漿處理裝置31所製造的氮化物半導體的製造方式來進行說明。圖9為表示關於本發明之一實施樣態的氮化物半導體的製造方法之中，代表性步驟的流程圖。
參照圖5~圖9，在形成底座的藍寶石基板12之上，形成緩衝層13(圖9(A))。接著，在所形成的緩衝層13之上，形成n-GaN層14(圖9(B))。
在此，此n-GaN層14形成時，係以使用該圖1以及圖2所示的電漿處理裝置31的電漿CVD處理來進行。具體上，使用具備RLSA的電漿處理裝置31，藉由微波電漿CVD處理，形成為氮化物層的n-GaN層14。
就使用電漿處理裝置31的電漿CVD處理來進行說明。在此，電漿CVD處理，包含電漿VPE(Vapor Phase Epitaxy；氣相磊晶)處理。再次一併參照圖1~圖2，首先，配置在處理容器32中的支持台34上作為被處理基板W的藍寶石基板12被靜電吸盤所吸 附支持。接著，將Ar氣體等的惰性氣體作為電漿激化用的氣體，從氣體供給部33供給。在此，為了在電漿處理時形成適當的壓力，控制處理容器32內的壓力。處理容器32內的壓力，若考慮生產效率，宜為10mTorr以上，更宜為20mTorr以上10Torr以下。再者，宜為10mTorr~200mTorr，更宜為40~100mTorr。又，使用設置在支持台34內部的溫度調整機構29，調整支持台34上所支持的被處理基板W的溫度，宜為200~700℃，更宜為300~600℃，在此為400℃。在這樣的狀態下，在處理容器32中導入微波，產生微波電漿。
接著，供給為了進行電漿CVD處理的材料氣體。材料氣體的供給，使用氣體供給部33來進行。在此情況，以對電漿激化用的惰性氣體在處理容器32中混合的方式，供給材料氣體。具體上，作為材料氣體的成膜氣體，係使用包含Ⅲ-V族元素的氣體。例如，使用如TMG(Trimethyl Gallium；三甲基鎵)之包含Ga(鎵)的氣體，或是如N2或NH3(氨)之包含N(氮)的氣體。又，藉由同時導入如SiH4(甲矽烷)或SiH2Cl2(二氯矽烷)之包含Si(矽)的氣體，便可導入不純物。此時，Si(矽)，係使形成的層成為n型的參雜物。如此，進行微波電漿CVD處理，形成n-GaN層14。藉由如此，可在較短的時間內形成在低溫下結晶性良好，作為發光元件以及半導體裝置之特性良好的GaN的層。又，在此處理之中，亦可不供給既定的偏壓進行處理。又，材料氣體的供給，亦可在供給電漿激化用的氣體時供給。
又，對於N-GaN，從結晶性的觀點，亦可在可得到良好結晶性的800℃以上，更宜使用在1000℃以上的熱CVD法(磊晶)形成。
接著，在已形成的n-GaN層14之上，形成MQW層15(圖9(C))。具體上，MQW層15，由薄膜狀的第一i-GaN層21、i-InGaN層22以及第二i-GaN層23從下層開始依序形成。在此，關於「i-」，意指「本質(intrinsic)」，為並未混入不純物之意。
在此，構成MQW層15的第一i-GaN層21，i-InGaN層22，以及第二i-GaN層23的各別的層形成時，藉由使用該圖1以及圖2 所示的電漿處理裝置的ALE處理，在低溫下進行。具體而言，使用具備RLSA的電漿處理裝置31，使用藉由從RLSA放射的微波所產生的電漿，藉由ALE處理，形成MQW層15。
在此，就形成第一i-GaN層21時的使用電漿處理裝置31的ALE處理進行說明。圖10為在圖9(C)中表示MQW層的形成步驟中，進行電漿ALE處理時的代表性步驟的流程圖。一併參照圖10，在支持台34上所支持的被處理基板W上供給ALE用的氣體，使包含構成磊晶成長而成的結晶之原子的分子，被吸附在被處理基板W的表面(圖10(G))。在此，關於ALE用氣體的供給，係從電漿處理用氣體供給部33進行成膜氣體的供給。又，作為ALE用的氣體，例如，可選擇如TMG之包含Ga的氣體。在此情況，原子，在一層原子層的化學吸附後即自我停止(self limit)，並不會產生在此以上的化學吸附。
之後，為了除去剩餘的被供給的ALE用氣體，作為第一排氣步驟，在處理容器32中進行排氣的同時，供給Ar氣體與N2氣體等的惰性氣體的吹淨氣體，進行所謂的吹淨(圖10(H))。又，亦可僅進行排氣。也就是，在化學吸附層上的物理吸附層與未被吸附之剩餘的包含TMG的氣體，往處理容器32的外部排出。處理容器32內的排氣，使用排氣孔43以及排氣裝置等進行。
排氣後，對於吸附分子，使用藉由微波所產生的電漿進行處理(圖10(I))。此步驟，使用電漿產生機構39供給微波至處理容器32中，供給氨(NH3)氣或是氮(N2)氣，產生電漿，對被處理基板W上吸附的一層原子層，使用電漿進行氮化處理。如此，形成GaN層。
電漿處理結束之後，作為第二排氣步驟，進行處理容器32中的排氣(圖10(J))。也就是，去除處理容器32中殘留的氨氣等。此時，亦可供給惰性氣體並且進行吹淨。藉由這樣的方式，可盡快除去NH3等氣體。
將此圖10所示的步驟(G)~步驟(J)的一連串的流程作為一個循環，重複直到形成預期的厚度。使用一個循環，也就是步驟(G) ~步驟(J)的一連串的流程所形成的層的厚度，為2埃(Å)的程度。如此，構成第一i-GaN層21的層，藉由磊晶成長所形成。若藉由這樣的電漿ALE處理，可大幅度的降低在氮化物層的形成中作為成膜氣體的組成其包含不純物的可能性，以及結晶內的缺陷產生的可能性。因此，可在低溫下形成結晶性良好的i-GaN層。
接著，形成預期厚度的第一i-GaN層21後，藉由同樣的電漿ALE處理，依序形成在低溫下結晶性良好的預期厚度的i-InGaN層22，以及第二i-GaN層23。如此，MQW層15，例如，形成1~20nm。因此，可形成在低溫下結晶性良好的MQW層。
接著，在已形成的MQW層15之上，形成p-AlGaN層16(圖9(D))。此p-AlGaN層16的形成，與在該MQW層15中的i-GaN層21的形成相同，藉由使用該圖1以及圖2所示的電漿處理裝置的電漿ALE處理來進行。又，作為ALE用的氣體，例如，可選擇如TMG之包含Ga的氣體或是如TMAl(Trimethyl Aluminium；三甲基鋁)之包含Al(鋁)的氣體。在此，關於形成的層中作為P型的參雜物，例如，使用如Cp2Mg(bis-cyclopentaddienyl Magnesium；二茂基鎂)之包含Mg(鎂)的氣體。在此情況，關於供給包含Mg的氣體的時機，在電漿ALE處理的情況下，亦可在電漿處理步驟，也就是，該圖10(I)的步驟中供給。又，用於參雜的氣體，只要是可進行ALD(Atomic Layer Deposition；原子層沉積)處理的氣體，亦可在原子層吸附步驟，也就是，該圖10(G)的步驟中供給。
又，AlGaN層，從結晶性的觀點，亦可使用較MQW層低的熱CVD法來形成。
接著，在已形成的p-AlGaN層16之上，形成p-GaN層17(圖9(E))。就此p-GaN層17的形成，與該n-GaN層14的形成相同，藉由使用該圖1以及圖2所示的電漿處理裝置之電漿CVD處理來進行。具體而言，關於作為材料氣體的成膜氣體，可使用如TMG之包含Ga的氣體、如NH3之包含N的氣體、如Cp2Mg之包含Mg的氣體，將這些氣體同時導入。又，Mg(鎂)，係使形成之層成為p型的參雜物。如此，在低溫下使用微波電漿進行電漿CVD處理， 形成p-GaN層17。
又，p-GaN，從結晶性的觀點，亦可使用較MQW層低的熱CVD法形成。
在此之後，形成n-電極18以及p-電極19(圖9(F))。以這樣的方式，製造關於本發明之一實施樣態的氮化物半導體11。
若根據這樣的氮化物半導體的製造方法，在形成氮化物層時，因為使用藉由從RLSA放射的微波所產生的電漿，從高密度電漿存在的電漿產生區域到配置被處理基板的擴散領域的距離若為50~300mm，便可抑制氮化種失去活性，在高密度氮化種的狀態下，形成氮化物層。再者，就從RLSA放射的微波所產生的電漿而言，可增加氮化種的選擇的範圍。又，在像這樣的電漿處理之中，因為可在低溫下進行處理，故可大幅度降低在不同種材料接合等之中因為熱膨脹係數不同所引起的翹曲以及變形。因此，若根據這樣的氮化物半導體的製造方法，因為可有效率的形成在低溫下結晶性良好，作為發光元件以及半導體裝置之特性良好的氮化物層，故可有效率的製造特性良好的半導體裝置。
此情況下，因為使用從RLSA放射的微波所產生的電漿，在產生的電漿當中，可在1.5eV以下的低電子溫度下進行處理。又，主要因為自由基的產生，可使用豐富的自由基進行氮化物層的形成。如此，形成氮化物層時，可大幅降低對於基底層因為電荷損害或是離子照射等的物理損壞。因此，可有效率的製造在低溫下結晶性良好，作為發光元件以及半導體裝置之特性良好的氮化物半導體。
又，在此情況，因為形成較厚的層的n-GaN層的形成步驟(圖9(B))以及p-GaN層的形成步驟(圖9(E))，係使用電漿CVD處理來進行，形成較薄的層的MQW層的形成步驟(圖9(C))，以及p-AlGaN層的形成步驟(圖9(D))，係使用電漿ALE處理來進行，從對基底的MQW層的熱的影響的觀點來看，可有效率的製造在低溫下進行，結晶性良好，作為發光元件以及半導體裝置之特性優良的氮化物半導體。
又，在此情況，全部的層的形成可在200℃以上未滿700℃，較佳為，600℃以下，更佳為400℃以下的低溫形成。像這樣所形成的層，該翹曲或變形的可能性減少，結晶性非常的高，且特性良好。因此，以這樣的方式所製造的半導體，在低溫下結晶性良好，且作為半導體其特性良好。
又；在該氮化物半導體的製造方法中，壓力宜為10mTorr以上10Torr以下，亦可在10mTorr以上500mTorr以下進行。如此，可有效率的形成在低溫下結晶性良好的層。
又，關於本發明之一實施樣態的氮化物半導體，具備藉由使用從RLSA放射的微波所產生的電漿所形成的GaN層。
像這樣的氮化物半導體，在形成GaN層時，使用從RLSA放射的微波所產生的電漿，抑制高活性氮化種失去活性，在高密度氮化種的狀態下，形成GaN層。又，在這樣的電漿處理當中，與以往的處理相比，因為可在200℃~700℃的低溫下進行處理，故在製造包含多重量子井層的氮化物半導體裝置時，在不同種材料的接合中，可大幅度的降低因為熱膨脹係數不同所引起的翹曲或是變形。因此，可在低溫下形成結晶性良好，特性良好的GaN層，且作為半導體裝置的特性良好。
在此情況下，因為使用從RLSA放射的微波所產生的電漿，可在電子溫度較低的電漿中進行處理。如此，形成GaN層時，可大幅降低對於基底層因為電荷損害或是離子照射等的物理損壞。因此，像這樣的氮化物半導體，可形成結晶缺陷較少的GaN層。
接著，就在像這樣形成的半導體裝置中具備的GaN層其特性的評價進行說明。圖11為，上述使用關於本發明的一實施樣態的氮化物半導體的製造方法所製造的氮化物半導體中，構成n-GaN層14的GaN結晶的XRD(X-Ray Diffraction；X光繞射)圖。圖11中，橫軸表示2 θ(degree)，縱軸表示log(CPS)，CPS(強度)的對數。在圖11中的箭頭A1所表示的位置的峰值，為表示作為基板的藍寶石(Al2O3)結晶的峰值。又，圖11為表示處理容器內的壓力為150mTorr形成n-GaN層的情況。
參照圖11，在以箭頭A2所示的位置上的峰值，為表示GaN結晶的(002)面的峰值。又，在以箭頭A3所示的位置上的峰值，為表示GaN結晶的(004)面的峰值。像這樣，以該製造方法製造的氮化物半導體，構成氮化物半導體GaN結晶，表示晶格的其他的面的峰值幾乎並未表現出來。吾人可確認出這是因為GaN結晶的作為單晶的結晶性良好，且藉由在低溫下優良的磊晶成長，而形成者。
又，在該實施樣態當中，n-GaN層，以及p-GaN層，藉由電漿CVD處理在低溫下形成，MQW層，具體而言，i-GaN層以及i-InGaN層，然後p-AlGaN層的形成藉由電漿ALE處理在低溫下形成，但並不僅限於此，所有的層亦可藉由電漿CVD處理在低溫下形成。藉由這樣的方式，可謀求產量大幅的向上提升。又，所有的層亦可藉由電漿ALE處理在低溫之下形成。藉由這樣的方式，可製造具有較良好膜質且特性優良的氮化物半導體。又，可形成膜厚、膜質都很均勻的膜。又，像這樣的電漿ALE處理，因為披覆膜特性高，故可適合用於高深寬比的構造。
在此，就所有的層藉由電漿CVD處理來形成的情況進行說明。圖12為表示所有的層藉由電漿CVD處理在低溫下形成的情況的氮化物半導體特性的特性圖。圖12表示PL(Photo Luminescence；光激發光)特性，縱軸表示PL強度(a.u.)，橫軸表示波長(nm)。圖12中，以箭頭C1表示的部份，意指被稱為BE(Band Edge；能帶邊緣)的部份，此值越高越好。又，在圖12中的區域C2所示的部份，為被稱作BL(Blue Luminescence；藍色冷光)的區域，對於此區域，其值低者為較佳。再者，在圖12中的區域C3所示的部份，為被稱作YL(Yellow Luminescence；黃色冷光)的區域，BE/YL的值高者為較佳。
在此，作為形成MQW層形成時的處理條件，支持台34的溫度為600℃，對於在原子吸附步驟中的氣體，以15sccm流動的H2氣體作為載體的TMG氣體為3.4sccm，在電漿處理步驟中，作為電漿處理用氣體的H2氣體為50sccm，以及NH3氣體為100sccm，微波電力為4.5kW，處理容器32內的壓力為60mTorr，處理時間為1200 秒。
又，作為PL的測定條件，使用PL量測裝置，分光器為SPEX1702，光柵為1200條，激化光源為He-Cd雷射(325nm)，作為偵測器的光電倍增管R1387，量測溫度為12K，量測波長為350~700nm(1nm間距)，狹縫寬度在350~400nm時為0.5mm，狹縫寬度在400~700nm時為1mm。
參照圖12，BE顯示出非常高且尖銳的值。又，BE/YL>100，在BL中發光也比較小。這樣的氮化物半導體，其純度高，結晶性良好。也就是，作為氮化物半導體，可確保其優良的特性。
接著，就MQW層藉由電漿ALE處理(400℃)形成，其他層藉由電漿CVD處理形成的情況進行說明。圖13為表示，在圖12中所示所有的層藉由CVD處理(600℃)形成的情況的氮化物半導體，以及MQW層藉由電漿ALE處理形成，其他層藉由電漿CVD處理形成的情況的氮化物半導體的搖擺曲線的特性圖。圖13中，縱軸表示半寬度(度(degree))。圖13中的左邊的兩個的長條圖表示進行ALE處理(400℃)的情況，右邊的兩個的長條圖表示進行CVD處理(600℃)的情況。在表示各別的處理的長條圖之中，左邊的長條圖，表示(002)半寬度的傾斜分佈，右邊的長條圖，表示(110)半寬度的扭轉分佈。關於具體的數值，電漿ALE處理的情況的半寬度(傾斜分佈)為0.075，半寬度(扭轉分佈)為1.663，電漿CVD處理的情況的半寬度(傾斜分佈)為0.087，半寬度(扭轉分佈)為1.466。
在此，就電漿ALE處理的條件進行說明，對於支持台34的溫度400℃，在原子吸附步驟中處理容器32內的壓力為3Torr的原子吸附步驟，以25sccm流動的H2氣體作為載體的TMG氣體為5.6sccm，時間為15秒。又，在電漿處理步驟中，處理容器32內的壓力為5Torr，H2氣體為200sccm，以及NH3氣體為200sccm，微波電力為4.5kW，時間為10秒。
參照圖13，與該圖12中所示的所有的層藉由電漿CVD處理所形成的氮化物半導體比較，MQW層藉由電漿ALE處理所形成的氮化 物半導體，半寬度(傾斜分佈)的值以及半寬度(扭曲分佈)的值是相同的。也就是，就MQW層藉由電漿ALE處理形成，其他層藉由電漿CVD處理形成的氮化物半導體，亦可確保其純度高、結晶性良好、特性優良。
又，亦可在該實施樣態之中，進行電漿ALE處理時，配置覆蓋支持基板的支持台的蓋板構件，並在此蓋板構件中，進行對基板的原子吸附步驟。藉由這樣的方式，可降低吸附氣體的量，以及可謀求時間的縮短，可較有效率的製造特性良好的氮化物半導體。
又，使用具備該RLSA的電漿處理裝置31，可使氮化種的選擇有較大的範圍。若就此來進行說明，在以往的遠距離電漿的CVD裝置中，氮化種，也就是N自由基、NH自由基或NH2自由基等的對氮化有貢獻的自由基的種類亦被限定。也就是，從數種氮化種當中使用意定的氮化種使其氮化是有困難的。另一方面，具備RLSA的電漿處理裝置31，具有藉由變更製程條件，使氮化種的控制容易的特徵。例如，氨(NH3)氣的供給量，以相較於從第一氣體供給部46的供給量，從第二氣體供給部47的供給量較多的方式供給。換言之，對電子溫度較低的區域供給較多的氨(NH3)氣。如此，因為可抑制氨(NH3)氣的解離過剩，可作為富含NH2自由基的電漿。藉由這樣的方式，可供給在形成的膜當中的氮化種。因此，使用具備RLSA的電漿處理裝置31，可形成良好膜質的氮化物膜。
在上述的實施的樣態之中，對GaN膜以及InGaN膜的成膜進行說明，但並不僅限於此，可用於Ⅲ-V族半導體的形成。特別是Ⅲ族元素，亦可為Ga(鎵)、In(銦)、Al(鋁)以及這些元素的組合。又，V族元素，可使用N(氮)以外的P(磷)或As(砷)。
又，在上述的實施樣態中，係使用圖1所示的電漿處理裝置製造氮化物半導體，但不僅限於此，亦可使用具備其他構造的電漿處理裝置來製造氮化物半導體。
圖14為表示在此情況下電漿處理裝置的主要部位的概略剖面圖。圖14相當於圖1中所示的剖面。
參照圖14，用於氮化物半導體的製造方法的電漿處理裝置65包含：處理容器32，在其內部對被處理基板W進行電漿處理；氣體供給部33，其對處理容器32內供給電漿激化用的氣體或用於電漿CVD處理的材料氣體，在後述原子層磊晶(ALE)中的ALE用氣體等；圓板狀的支持台34，在其上支持被處理基板W；電漿產生機構39，其將微波當作電漿源，在處理容器32內產生電漿；以及控制部(圖中未顯示)，其控制電漿處理裝置65的全體的動作。控制部，進行在氣體供給部33中的氣體流量、處理容器32內的壓力等的電漿處理裝置65全體的控制。又，就與電漿處理裝置31相同的構造，附上同一的符號，省略其說明。又，電漿處理裝置65，亦包含圖2所示的狹縫天線板37。
接著，就與圖1所示的電漿處理裝置31不同的構造進行說明。氣體供給部33包含：第一氣體供給部46，其面向被處理基板W的中央，供給氣體；第二氣體供給部62，其從被處理基板W的周邊側供給氣體；第三氣體供給部64，其藉由在處理容器32內，從側壁42的內壁面延伸的支持部(圖中未顯示)，被設置在介電體窗36和支持台34之間的上下方向的位置。關於第一氣體供給部46的構造，與圖1所示的情況相同。關於第二氣體供給部62，並非在側壁42上設置氣體供給孔，是藉由在蓋部44上所設置的氣體供給孔63所形成的。關於此第二氣體供給部62，僅有氣體供給孔的開口位置不同，與該圖1所示的第二氣體供給部相同，對處理容器32內，供給電漿激化用的氣體等。第三氣體供給部64，為圓環狀的構件，以其直徑較支持台34稍大的方式構成。然後，圖中未表示的氣體供給孔以大致相同的配置被設置在圓環狀的構件上，可面對被處理基板W供給氣體。
又，在支持台34上，並未設置射頻偏壓用的高頻電源、匹配單元，在支持台34內亦並未設置電極。
接著，使用如圖14所示的構造的電漿處理裝置，就圖10所示進行電漿ALE處理時的步驟進行說明。一併參照圖10，在支持台34上所支持的被處理基板W上供給ALE用的氣體，使包含構成 磊晶成長之結晶原子的分子，吸附在被處理基板W的表面(圖10(G))。在此，ALE用氣體的供給，僅從氣體供給部中，第一氣體供給部46，面向以圖14中的箭頭F1所示的方向對被處理基板W進行。之後，為了去除剩餘的被供給的ALE氣體，以第一排氣步驟，進行處理容器32內的排氣，也就是吹淨。圖15表示在圖14所示的電漿處理裝置中，進行吹淨的狀態。參照圖15，藉由第二氣體供給部62，如圖15中的箭頭F2所示，面向支持台34側供給吹淨氣體。接著，以吹淨氣體置換處理容器32內的氣體的方式，進行吹淨(圖10(H))。在此情況，例如，作為吹淨氣體，可使用氬氣(Ar)。接著，對吸附的分子，使用藉由微波所產生的電漿進行處理(圖10(I))。圖16為表示，在圖14所示的電漿處理裝置當中，進行電漿處理的狀態。參照圖16，在此情況，使用電漿產生機構39對處理容器32內供給微波，供給氨(NH3)氣或是氮(N2)氣產生電漿，對被處理基板W上的一層原子層的吸附層，藉由電漿進行氮化處理。在此，就氣體的供給，從第一氣體供給部46以及第三氣體供給部64依箭頭F3所示的方向面向被處理基板W進行。之後，再次，以第二排氣步驟，進行處理容器32中的排氣(圖10(J))。在此情況，如圖15所示，在處理容器32中再次從第二氣體供給部63供給氬氣，進行吹淨。
如此，使用電漿處理裝置65，將圖10所示(G)-(J)步驟作為一連串的流程並作為一循環，反覆循環至形成期望的厚度，形成ALE層。
又，當然，在電漿處理裝置65中，欲在對被處理基板W的處理當中施加偏壓的情況下，如圖1所示的電漿處理裝置31，亦可具備高頻電源、匹配單元、設置在支持台內部的電極等。
又，在該實施樣態當中，係以氮化物半導體為例，就發光元件進行說明，但不僅限於此，亦可使用於能量半導體裝置。
又，該實施樣態中，處理容器32內的壓力為，在20mTorr以上10Torr以下進行處理，但不僅限於此，可加上適當的變更。但是，若使用在如分子線磊晶裝置的10-10Torr程度的超真空領域當 中，因為生產效率會變差，故比較不宜。
又，在該實施樣態中，作為底座的基板係使用藍寶石基板，但不僅限於此，只要具有可磊晶成長的結晶性的材料，任何材料均可。例如，亦可為AlN(氮化鋁)、GaN、SiC(碳化矽)、ZnO(氧化鋅)、Si(111方向)。
又，在該實施樣態當中，電漿處理係使用電漿的電子溫度較1.5eV低且電漿的電子密度較1×1010cm-3高的微波電漿進行處理，但不僅限於此，例如，亦適用於電漿的電子密度低於1×1010cm-3的區域當中。
又，在該實施樣態中，藉由使用狹縫天線板的RLSA產生的微波進行電漿處理，但不僅限於此，亦可使用具備有梳齒型的天線部的狹縫天線的微波電漿處理裝置。
以上係參照圖式對本發明之實施樣態進行說明，但本發明並不僅限於圖式之實施樣態。對於圖式之實施樣態，在與本發明同一的範圍之內，或是相等的範圍之內，可增加各種的修正及變化。
11‧‧‧氮化物半導體
12‧‧‧藍寶石基板
13‧‧‧緩衝層
14‧‧‧n-GaN層
15、23、24‧‧‧MQW層
16‧‧‧p-AlGaN層
17‧‧‧p-GaN層
18‧‧‧n-電極
19‧‧‧p-電極
21a、21b、21c、21d、21e‧‧‧i-GaN層
22a、22b、22c、22d‧‧‧i-InGaN層
26、27‧‧‧區域
29‧‧‧溫度調整機構
30、50、63‧‧‧氣體供給孔
31、65‧‧‧電漿處理裝置
32‧‧‧處理容器
33、46、47、62、64‧‧‧氣體供給部
34‧‧‧支持台
35‧‧‧微波產生器
36‧‧‧介電體窗
37‧‧‧狹縫天線板
38‧‧‧介電體構件
39‧‧‧電漿產生機構
40‧‧‧狹縫
41‧‧‧底部
42‧‧‧側壁
43‧‧‧排氣孔
44‧‧‧蓋部
45‧‧‧O型環
48‧‧‧底面
49‧‧‧氣體供給系統
51‧‧‧筒狀支持部
52‧‧‧冷卻套管
53‧‧‧匹配機構
54‧‧‧模式轉換器
55‧‧‧波導管
56‧‧‧同軸波導管
57‧‧‧凹部
58‧‧‧高頻電源
59‧‧‧匹配單元
60‧‧‧環路徑
61‧‧‧電極
W‧‧‧被處理基板
【圖1】係本發明之一實施樣態之用於氮化物半導體的製造方法的電漿處理裝置其主要部位的概略剖面圖。
【圖2】係從包含於圖1所示的電漿處理裝置中的狹縫天線板的板厚方向的觀察圖。
【圖3】係表示相對於介電體窗底面的距離與電漿的電子溫度的關係圖。
【圖4】係表示相對於介電體窗底面的距離與電漿的電子密度的關係圖。
【圖5】係表示本發明之一實施樣態的氮化物半導體的一部分的概略剖面圖。
【圖6】係表示在圖5所示的氮化物半導體中，MQW層一部份的一例的概略圖。
【圖7】係表示七層構造的MQW層的概略圖。
【圖8】係表示九層構造的MQW層的概略圖。
【圖9】(A)~(F)係表示在本發明之一實施樣態之氮化物半導體的製造方法中的代表性製造步驟的流程圖。
【圖10】(G)~(J)係表示在本發明之一實施樣態之氮化物半導體的製造方法中的電漿ALE處理的代表性製造步驟的流程圖。
【圖11】係在處理容器內的壓力為60mTorr的情況下所形成之GaN結晶的X光繞射(以下亦簡稱為XRD(X-Ray Diffraction))圖。
【圖12】係表示在所有的層均藉由電漿CVD處理形成的情況下的氮化物半導體的特性圖。
【圖13】係表示在圖12所示之所有的層均藉由電漿CVD處理形成的情況下的氮化物半導體以及在MQW層藉由電漿ALE處理形成而其他的層藉由電漿CVD處理形成的情況下的氮化物半導體的搖擺曲線的特性圖。
【圖14】係表示具備與圖1所示的構造不同的其他構造的電漿處理裝置的主要部位的概略剖面圖。
【圖15】係表示在圖14所示的電漿處理裝置中進行吹淨狀態的說明圖。
【圖16】係表示在圖14所示的電漿處理裝置中進行電漿處理的說明圖。
29‧‧‧溫度調整機構
30‧‧‧氣體供給孔
31‧‧‧電漿處理裝置
32‧‧‧處理容器
33‧‧‧氣體供給部
34‧‧‧支持台
35‧‧‧微波產生器
36‧‧‧介電體窗
37‧‧‧狹縫天線板
38‧‧‧介電體構件
39‧‧‧電漿產生機構
41‧‧‧底部
42‧‧‧側壁
43‧‧‧排氣孔
44‧‧‧蓋部
45‧‧‧O型環
46‧‧‧氣體供給部
47‧‧‧氣體供給部
48‧‧‧底面
49‧‧‧氣體供給系統
50‧‧‧氣體供給孔
51‧‧‧筒狀支持部
52‧‧‧冷卻套管
53‧‧‧匹配機構
54‧‧‧模式轉換器
55‧‧‧波導管
56‧‧‧同軸波導管
57‧‧‧凹部
58‧‧‧高頻電源
59‧‧‧匹配單元
60‧‧‧環路徑
61‧‧‧電極
W‧‧‧被處理基板

Claims (21)

  1. 一種氮化物半導體的製造方法，其特徵為包含：使用包含藉由從狹縫天線放射的微波所產生的Ⅲ族元素的氣體的電漿，形成包含Ⅲ族元素的氮化物層的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體的製造方法，其中，該氮化物半導體，包含多重量子井層，該多重量子井層，係將包含該Ⅲ族元素的氮化物層堆疊三層以上所形成。
  3. 如申請專利範圍第2項之氮化物半導體的製造方法，其中，該Ⅲ族元素，為鎵。
  4. 如申請專利範圍第2項之氮化物半導體的製造方法，其中，該多重量子井層，由第一GaN、InGaN，以及第二GaN依序形成三層。
  5. 如申請專利範圍第4項之氮化物半導體的製造方法，其中，在該三層之上，以接著形成的InGaN以及接著形成的GaN為1組，至少形成1組以上。
  6. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體的製造方法，其中，形成該氮化物層的步驟，係使用藉由從狹縫天線放射的微波所產生的電漿，利用原子層磊晶(ALE：Atomic Layer Epitaxy)法或是電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)法形成氮化物層的步驟。
  7. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體的製造方法，其中，形成該氮化物層的步驟，在溫度200℃以上，未滿700℃進行。
  8. 如申請專利範圍第7項之氮化物半導體的製造方法，其中，使該溫度在400℃以下進行。
  9. 如申請專利範圍第1項之氮化物半導體的製造方法，其中，形成該氮化物層的步驟，在壓力10mTorr以上，10Torr以下進行。
  10. 如申請專利範圍第9項之氮化物半導體的製造方法，其中，形成該氮化物層的步驟，在壓力10mTorr以上，500mTorr以 下進行。
  11. 如申請專利範圍第6項之氮化物半導體的製造方法，其中，形成該氮化物層的步驟包含：形成GaN層的步驟；以及在該GaN層厚度方向形成InGaN層的步驟；形成該GaN層的步驟係使用藉由從狹縫天線放射的微波所產生的電漿，利用該電漿CVD形成的步驟；形成該InGaN層的步驟係使用藉由從狹縫天線放射的微波所產生的電漿，利用該原子層磊晶形成的步驟。
  12. 一種氮化物半導體，其特徵為包含：使用包含藉由從狹縫天線放射的微波所產生的Ⅲ族元素的氣體的電漿所形成的氮化物層。
  13. 如申請專利範圍第12項之氮化物半導體，其中，該氮化物半導體，包含多重量子井層，該多重量子井層，係將包含該Ⅲ族元素的氮化物層堆疊三層以上所形成。
  14. 如申請專利範圍第12項之氮化物半導體，其中，該Ⅲ族元素，為鎵。
  15. 如申請專利範圍第12項之氮化物半導體，其中，該多重量子井層，由第一GaN、InGaN，以及第二GaN依序形成三層。
  16. 如申請專利範圍第15項之氮化物半導體，其中，在該三層之上，以接著形成的InGaN以及接著形成的GaN為1組，至少形成1組以上。
  17. 一種Ⅲ-V族氮化物的成膜方法，由三層的包含Ⅲ族元素的氮化物所構成，其特徵為包含：形成包含Ⅲ族元素的第一氮化物層的步驟；在該第一氮化物層上形成包含與該第一氮化物層不同的Ⅲ族元素的第二氮化物層的步驟；在該第二氮化物層上形成包含與該第二氮化物層相同的Ⅲ族 元素的第三氮化物層以形成多重量子井層的步驟；由包含該Ⅲ族元素的第一~第三氮化物層所構成的該多重量子井層，係在溫度為200℃以上未滿700℃，壓力為10mTorr以上10Torr以下，藉由原子層磊晶(ALE：Atomic Layer Epitaxy)法或是電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)法所形成。
  18. 如申請專利範圍第17項之Ⅲ-V族氮化物的成膜方法，其中，該Ⅲ族元素，為Ga。
  19. 如申請專利範圍第18項之Ⅲ-V族氮化物的成膜方法，其中，該第一氮化物層，為第一GaN，該第二氮化物層，為第一InGaN，該第三氮化物層，為第二GaN。
  20. 如申請專利範圍第19項之Ⅲ-V族氮化物的成膜方法，其中，在該第三氮化物層上，將接著形成的該第二氮化物層、接著形成的該第一或是第三氮化物層依序形成並以此為1組，至少形成1組以上。
  21. 一種Ⅲ-V族氮化物的成膜方法，其特徵為包含：準備具有結晶性的基板的步驟；使包含Ⅲ族元素的氣體吸附在該基板上的步驟；將不能被吸附在該基板上的包含Ⅲ族元素的氣體排出的步驟；藉由將包含氮原子的氣體的電漿照射在包含該Ⅲ族元素的氣體分子上以進行氮化，形成包含Ⅲ族元素的氮化物的步驟；形成包含該Ⅲ族元素的氮化物的步驟，係在溫度為200℃以上未滿700℃，壓力為10mTorr以上10Torr以下，藉由原子層磊晶法或是電漿CVD法所形成。
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