JP7185996B2 - 化合物半導体の製造方法 - Google Patents
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Description
[1] 加熱した基板に原料ガスを供給し、前記基板上で前記原料ガスを熱分解反応させて、当該基板上にIII-V族元素からなる結晶をエピタキシャル成長させた薄膜を形成する化合物半導体の製造方法であって、
基板上にIII-V族元素からなる低温バッファー層を形成する第1工程と、
前記低温バッファー層上にIII-V族元素を主体とするn型半導体層を形成する第2工程と、
前記n型半導体層上にIII-V族元素を主体とする多重量子井戸型構造の発光層を形成する第3工程と、を備え、
少なくとも前記第2工程の完了時から前記第3工程の開始前において、前記基板の温度及び反り量を測定するとともに、
前記第3工程の開始前の前記基板が平らとなる温度を前記第3工程の加熱温度とする、化合物半導体の製造方法。
[2] 前記第3工程において、前記基板の温度及び反り量の測定を継続するとともに、
予め計測した加熱温度の変化量に対する前記基板の反り量の変化量に基づき、前記基板が平らとなるように加熱温度を調整する、[1]に記載の化合物半導体の製造方法。
[3] 予め計測した加熱温度の変化量に対する前記発光層の発光波長の変化量と、予め計測した前記発光層の発光波長の変化量に対する原料ガスの濃度の変化量とに基づき、前記発光層の発光波長が目標値となるように前記原料ガスの濃度を調整する、[1]又は[2]に記載の化合物半導体の製造方法。
先ず、本発明を適用した一実施形態である化合物半導体の製造方法について、AlGaInN系化合物半導体の場合を一例として説明する。
本実施形態の化合物半導体の製造方法は、加熱した基板に原料ガスを供給し、上記基板上で原料ガスを熱分解反応させて、当該基板上にIII-V族元素からなる結晶をエピタキシャル成長させた薄膜を形成するものである。本実施形態の化合物半導体の製造方法は、低温バッファー層の成長工程(A工程:第1工程)、基板の昇温工程(B工程)、下地GaN層の成長工程(C工程)、基板の降温工程(D工程)、n型GaN層(n型半導体層)の成長工程(E工程:第2工程)、基板の降温工程(F工程)、及び多重量子井戸型構造の発光層(MQW発光層)の成長工程(G工程:第3工程)を備えて、概略構成されている。
図1中に示すように、A工程では、基板上にIII-V族元素からなる低温バッファー層を形成する。具体的には、先ず、有機金属気相成長が可能なMOCVD装置の反応室内に基板(例えば、サファイア基板等)を載置する。次に、基板温度を例えば約600℃に昇温した後、反応室内に原料ガス(例えば、TMG(トリメチルガリウム)及びNH3(アンモニア))を供給して、例えばGaNからなる低温バッファー層を成長させる。次いで、低温バッファー層が所要の膜厚(例えば、30nm)となったときに原料ガスの供給を停止して、A工程を完了する。
次に、B工程は昇温工程である。具体的には、B工程では、上記A工程完了後に反応室内を加熱して、基板温度が約1080℃となるように昇温して、B工程を完了する。
次に、C工程では、上記B工程完了後の基板上に下地GaN層を形成する。具体的には、先ず、基板温度を例えば約1080℃に維持した状態で、反応室内に原料ガス(例えば、TMGやNH3)を供給して、GaNからなる下地GaN層を成長させる。次いで、下地GaN層が所要の膜厚(例えば、1000nm)となったときに、基板温度を例えば約1115℃に昇温して、下地GaN層(2段目)を成長させる。次いで、下地GaN層が所要の膜厚(例えば、2000nm)となったときに原料ガスの供給を停止して、C工程を完了する。
次に、D工程は、降温工程である。具体的には、D工程では、上記C工程完了後の反応室を冷却して、基板温度が約1100℃となるように降温して、D工程を完了する。
次に、E工程では、低温バッファー層上にIII-V族元素を主体とするn型半導体層を形成する。具体的には、先ず、基板温度を例えば約1100℃に維持した状態で、反応室内に原料ガス(例えば、TMG及びNH3)を供給して、不純物ドープしたn型GaN層を成長させる。次いで、n型GaN層が所要の膜厚(例えば、4000nm)となったときに原料ガスの供給を停止して、E工程を完了する。
次に、F工程は、降温工程である。具体的には、F工程では、上記E工程完了後の反応室を冷却して、基板温度が約800℃となるまで約10分かけて降温する。次いで、約800℃で約5分間保持して、F工程を完了する。
次に、G工程では、上記n型半導体層上にIII-V族元素を主体とする多重量子井戸型構造の発光層(MQW発光層)を形成する。具体的には、先ず、基板温度を例えば約800℃に維持した状態で、反応室内に原料ガス(例えば、TMG、TMI(トリメチルインジウム)及びNH3)を供給して、MQW発光層を成長させる。次いで、MQW発光層が所要の膜厚(例えば、井戸層3nm、障壁層6nmで5周期)となったときに原料ガスの供給を停止して、G工程を完了する。
完了後、MOCVD装置の反応室から基板を取り出すとともに、新たな基板を載置して、同様のプロセスによってAlGaInN系化合物半導体の形成を開始する。
(実施例1)
図3は、基板の反り量とTMI(トリメチルインジウム)気相比の補正プロセスとを示す図である。
図3中に示すE工程において、基板温度1100℃でサファイア基板上にn型GaN層を成長している間は、GaNとサファイアとの格子定数および熱膨張係数の差で、反り量(Bow)はプラス値(下凸型の反り形状)になった。
図4は、基板の反り量とTMI(トリメチルインジウム)気相比の補正プロセスとを示す図である。
図4中に示すE工程において、基板温度1100℃でサファイア基板上にn型GaN層を成長している間は、GaNとサファイアとの格子定数および熱膨張係数の差で、反り量(Bow)はプラス値(下凸型の反り形状)になった。
Claims (3)
- 加熱した基板に原料ガスを供給し、前記基板上で前記原料ガスを熱分解反応させて、当該基板上にIII-V族元素からなる結晶をエピタキシャル成長させた薄膜を形成する化合物半導体の製造方法であって、
基板上にIII-V族元素からなる低温バッファー層を形成する第1工程と、
前記低温バッファー層上にIII-V族元素を主体とするn型半導体層を形成する第2工程と、
前記n型半導体層上にIII-V族元素を主体とする多重量子井戸型構造の発光層を形成する第3工程と、を備え、
少なくとも前記第2工程の完了時から前記第3工程の開始前において、前記基板の温度及び反り量を測定して、前記第3工程の開始前の前記基板が平らとなる温度を前記第3工程の加熱温度とし、
前記第3工程において、前記基板の温度及び反り量の測定を継続するとともに、
予め計測した加熱温度の変化量に対する前記基板の反り量の変化量に基づき、前記基板が平らとなるように加熱温度を調整する、化合物半導体の製造方法。 - 予め計測した加熱温度の変化量に対する前記発光層の発光波長の変化量と、予め計測した前記発光層の発光波長の変化量に対する原料ガスの濃度の変化量とに基づき、前記発光層の発光波長が目標値となるように前記原料ガスの濃度を調整する、請求項1に記載の化合物半導体の製造方法。
- 加熱した基板に原料ガスを供給し、前記基板上で前記原料ガスを熱分解反応させて、当該基板上にIII-V族元素からなる結晶をエピタキシャル成長させた薄膜を形成する化合物半導体の製造方法であって、
基板上にIII-V族元素からなる低温バッファー層を形成する第1工程と、
前記低温バッファー層上にIII-V族元素を主体とするn型半導体層を形成する第2工程と、
前記n型半導体層上にIII-V族元素を主体とする多重量子井戸型構造の発光層を形成する第3工程と、を備え、
少なくとも前記第2工程の完了時から前記第3工程の開始前において、前記基板の温度及び反り量を測定して、前記第3工程の開始前の前記基板が平らとなる温度を前記第3工程の加熱温度とし、
予め計測した加熱温度の変化量に対する前記発光層の発光波長の変化量と、予め計測した前記発光層の発光波長の変化量に対する原料ガスの濃度の変化量とに基づき、前記発光層の発光波長が目標値となるように前記原料ガスの濃度を調整する、化合物半導体の製造方法。
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