JP2005347494A - 半導体装置を製造する方法、および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】GaN(0001)基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を30キロパスカルにして基板1のクリーニングを行う。その後、摂氏1050度の基板温度を摂氏1050度、炉内圧力を30キロパスカルに保持したまま、トリメチルガリウム、アンモニア、シランを導入して、厚さ1マイクロメートルの型GaNバッフア層3を基板1に成長する。その後、一旦原料の供給を停止する。次いで、装置内の圧力を30キロパスカルに保持したまま、摂氏1100度の基板温度になるまで加熱する。温度が安定した後に、更に厚さ1マイクロメートルのn型GaNバッファ層5を基板1上に成長する。
【選択図】 図1
Description
(第1の実施の形態)
図1(A)、図1(B)および図1(C)は、第1の実施の形態に係る窒化物半導体素子を形成する方法の工程を示す図面である。図2(A)は、成膜装置の炉内の圧力を示すグラフである。
図3(A)、図3(B)および図3(C)は、第2の実施の形態に係る窒化物半導体素子を形成する方法の工程を示す図面である。
図11(A)は、第3の実施の形態に係る窒化物半導体装置を示す図面である。半導体装置21は、発光層23と、窒化物半導体バッファ層25とを備える。発光層23は、基板27上に設けられており、また窒化物半導体からなる。窒化物半導体バッファ層25は、発光層23と基板27との間に設けられている。窒化物半導体バッファ層25は、10ナノメートル以上0.5マイクロメートル以下の厚さを有している。窒化物半導体バッファ層25は、基板27の表面27aの全体を覆う第1の成長層29と、第1の成長層29上に設けられた第2の成長層31とを有する。第2の成長層31は、発光層23と基板27との間に設けられている。第2の成長層31の厚さは第1の成長層29の厚さ以上である。
バッファ層:GaN層、
第1の成長層29:GaN層
(横方向の成長速度が縦方向の成長速度に比べて大きくなる条件で成長)
第2の成長層31:GaN層
(縦方向の成長速度が横方向の成長速度に比べて大きくなる条件で成長)
基板27:GaN基板
発光領域(井戸/バリア)23:InGaN/InGaN
クラッド層33:p型Al0.12Ga0.88N層
コンタクト層35:p型GaN層
である。
第4の実施の形態の窒化物半導体装置によれば、窒化物半導体バッファ層25の厚さは、20ナノメートル以上であることが好ましい。基板29の表面全体を覆う第1の成長層29と該第1の成長層29上に設けられた第2の成長層31とを用いることによって、窒化物半導体バッファ層を薄くできる。また、第2の成長層31は、半導体結晶を主に縦方向に成長させる条件で形成できるので、10マイクロメートル程度のバッファ層を形成できる。
第5の実施の形態の窒化物半導体装置によれば、第2の成長層のキャリア濃度は、1×1017cm−3以下であることができる。窒化物半導体バッファ層25の厚さは、0.5マイクロメートル以上であることが好ましい。窒化物半導体バッファ層25の厚さは、5マイクロメートル以下であることが好ましい。この範囲であれば、非常に良好な半導体結晶を得ることができる。この程度の膜厚およびキャリア濃度であれば、このバッファ層に起因する抵抗は、窒化物半導体において許容可能である。
図12(A)は、第6の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図12(B)は、窒化物半導体素子のバッファ層の炭素プロファイルを示す図面である。
図12(C)は、第7の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図12(D)は、窒化物半導体素子のバッファ層の炭素プロファイルを示す図面である。
GaN(0001)基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を30キロパスカルにして、装置内にアンモニア(NH3)と水素(H2)を導入する。摂氏1050度の基板温度で10分間クリーニングを行う。その後、摂氏1050度の基板温度で炉内圧力を30キロパスカルに保持したまま、トリメチルガリウム、アンモニア、シランを導入して、厚さ1マイクロメートルのn型GaNバッフア層を成長する。その後、一旦原料の供給を停止する。次いで、装置内の圧力を30キロパスカルに保持したまま、摂氏1100度の基板温度になるまで加熱する。温度が安定した後に、更に厚さ1マイクロメートルのn型GaNバッファ層を成長する。次に、基板温度を摂氏800度に下げて、3ナノメートルのInGaN井戸層および15ナノメートルのInGaN障壁層を順に成長して、3周期の多重量子井戸構造領域の発光層を成長する。その後、再び基板温度を摂氏1000度に上昇して、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、アンモニア、シクロペンタジエニルマグネシウムを導入して、厚さ20ナノメートルのMgドープAl0.12GaN0.88N層を成長する。この後、トリメチルガリウム、アンモニア、シクロペンタジエニルマグネシウムを導入して厚さ50ナノメートルのp型GaN層を成長する。エピタキシャル膜の表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、良好な表面平坦性を示している。こうして成長した発光ダイオードのベアチップに連続電流印加を行うと、この青色発光ダイオードは、電流値20ミリアンペアおよび波長450ナノメートルで3ミリワットの光出力を示している。
GaN(0001)基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を30キロパスカルにしながら、装置内にアンモニア(NH3)と水素(H2)を導入する。摂氏1050度の基板温度で10分間クリーニングを行う。その後、基板温度を摂氏1050度に保持したまま、炉内圧力を10キロパスカルに下げ、トリメチルガリウム、アンモニア、シランを導入して、厚さ1マイクロメートルのn型GaNバッファ層を成長する。その後、一旦原料の供給を停止する。次いで、摂氏1050度の基板温度を保持したまま、装置内の圧力を30キロパスカルに上昇した後に、厚さ1マイクロメートルのn型GaNバッファ層を成長する。続いて、第1の実施例と同様に、発光層、AlGaN層、GaN層を成長する。エピタキシャル膜の表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、良好な表面平坦性を示している。こうして成長した発光ダイオードのベアチップに連続電流印加を行うと、この青色発光ダイオードは、電流値20ミリアンペアおよび波長450ナノメートルで3ミリワットの光出力を示している。
GaN(0001)基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を30キロパスカルにしながら、装置内にアンモニア(NH3)と水素(H2)を導入する。摂氏1050度の基板温度で10分間クリーニングを行う。その後、基板温度を摂氏1050度に保持したまま、炉内圧力を10キロパスカルに下げ、トリメチルガリウム、アンモニア、シランを導入して、厚さ0.4マイクロメートルのn型GaNバッファ層を成長する。続いて、第1の実施例と同様に、発光層、AlGaN層、GaN層を成長する。エピタキシャル膜の表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、良好な表面平坦性を示している。こうして成長した発光ダイオードのベアチップに連続電流印加を行うと、この青色発光ダイオードは、電流値20ミリアンペアおよび波長450ナノメートルで2ミリワットの光出力を示している。
GaN(0001)基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を30キロパスカルにしながら、装置内にアンモニア(NH3)と水素(H2)を導入する。摂氏1050度の基板温度で10分間クリーニングを行う。その後、炉内圧力を30キロパスカルに保持したまま、基板温度を摂氏1100度に上昇して、トリメチルガリウム、アンモニア、シランを導入して、厚さ2マイクロメートルのn型GaNバッファ層を成長する。続いて、第1の実施例と同様に、発光層、AlGaN層、GaN層を成長する。エピタキシャル膜の表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、一辺100マイクロメートル程度の六角丘状の多数の欠陥が観測される。こうして成長した発光ダイオードのベアチップに連続電流印加を行うと、この青色発光ダイオードは、電流値20ミリアンペアおよび波長450ナノメートルで1ミリワットの光出力を示している。
GaN(0001)基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を30キロパスカルにしながら、装置内にアンモニア(NH3)と水素(H2)を導入する。摂氏1050度の基板温度で10分間クリーニングを行う。その後、基板温度を摂氏1050度および炉内圧力を30キロパスカルに保持し、トリメチルガリウム、アンモニア、シランを導入して、厚さ0.4マイクロメートルのn型GaNバッファ層を成長する。続いて、第1の実施例と同様に、発光層、AlGaN層、GaN層を成長する。エピタキシャル膜の表面を微分干渉顕微鏡で観察したところ、エピタキシャル膜は不連続であり、多数の穴が観測される。
Claims (15)
- 半導体装置のためのバッファ膜を形成する方法であって、
窒化物基板の主面上に窒化物半導体バッファ膜を形成する工程を備え、
該工程は、
第1のガスを供給して第1の窒化物半導体バッファ層を窒化物基板の主面上に第1の圧力で形成する工程と、
前記第1の窒化物半導体バッファ層を形成した後に、第2のガスを供給して第2の窒化物半導体バッファ層を前記窒化物基板上に第2の圧力で形成する工程と
を含み、
前記第2の圧力は前記第1の圧力より大きい、ことを特徴とする方法。 - 前記第1の圧力は1キロパスカル以上であり、
前記第1の圧力は50キロパスカル以下であり、
前記第2の圧力は10キロパスカル以上であり、
前記第2の圧力は200キロパスカル以下である、ことを特徴とする請求項1に記載された方法。 - 半導体装置のためのバッファ膜を形成する方法であって、
ガスの圧力を上昇させながら窒化物半導体バッファ領域を窒化物基板の主面上に形成する工程を備える、ことを特徴とする方法。 - 半導体装置のためのバッファ膜を形成する方法であって、
窒化物基板の主面上に窒化物半導体バッファ膜を形成する工程を備え、
該工程は、
第1の温度で第1の窒化物半導体バッファ層を前記窒化物基板の主面上に形成する工程と、
前記第1の窒化物半導体バッファ層を形成した後に、第2の温度で第2の窒化物半導体バッファ層を前記窒化物基板上に形成する工程と
を備え、
前記第2の温度は前記第1の温度より高い、ことを特徴とする方法。 - 前記第1の温度は摂氏900度以上であり、
前記第1の温度は摂氏1200度以下であり、
前記第2の温度は摂氏900度以上であり、
前記第2の温度は摂氏1200度以下である、ことを特徴とする請求項4に記載された方法。 - 半導体装置のためのバッファ膜を形成する方法であって、
温度を上昇させながら窒化物半導体バッファ膜を窒化物基板の主面上に形成する工程を備える、ことを特徴とする方法。 - 前記窒化物半導体バッファ膜の膜厚は、10ナノメートル以上であり、
前記膜厚は、0.5マイクロメートル未満である、ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載された方法。 - 前記窒化物基板は窒化ガリウム基板であり、
前記窒化物半導体バッファ膜は窒化ガリウム膜である、ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載された方法。 - 基板上に設けられており窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層と前記基板との間に設けられた窒化物半導体バッファ層と
を備えており、
前記窒化物半導体バッファ層は、10ナノメートル以上0.5マイクロメートル以下の厚さを有しており、
前記窒化物半導体バッファ層は、前記基板の表面全体を覆う第1の成長層と、該第1の成長層上に設けられた第2の成長層とを有しており、
前記第2の成長層は、前記発光層と前記第1の成長層との間に設けられており、
前記第2の成長層の厚さは、前記第1の成長層の厚さ以上である、ことを特徴とする半導体装置。 - 基板上に設けられており窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層と前記基板との間に設けられた窒化物半導体バッファ層と
を備えており、
前記窒化物半導体バッファ層は、20ナノメートル以上10マイクロメートル以下の厚さを有しており、
前記窒化物半導体バッファ層は、前記基板の表面全体を覆う第1の成長層と、該第1の成長層上に設けられた第2の成長層とを有しており、
前記第2の成長層は、前記発光層と前記第1の成長層との間に設けられており、
前記第2の成長層の厚さは前記第1の成長層の厚さ以上である、ことを特徴とする半導体装置。 - 基板上に設けられており窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層と前記基板との間に設けられた窒化物半導体バッファ層と
を備えており、
前記窒化物半導体バッファ層は、0.5マイクロメートル以上5マイクロメートル以下の厚さを有しており、
前記窒化物半導体バッファ層は、前記基板の表面全体を覆う第1の成長層と、該第1の成長層上に設けられた第2の成長層とを有しており、
前記第2の成長層のキャリア濃度は、1×1017cm−3以下であり、
前記第2の成長層は、前記発光層と前記第1の成長層との間に設けられており、
前記第2の成長層の厚さは、前記第1の成長層の厚さより厚い、ことを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の成長層の炭素濃度は、前記第1の成長層の炭素濃度より小さい、ことを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか一項に記載された半導体装置。
- 前記第2の成長層の酸素濃度は、前記第1の成長層の酸素濃度より小さい、ことを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか一項に記載された半導体装置。
- 基板上に設けられており窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層と前記基板との間に設けられた窒化物半導体バッファ層と
を備えており、
前記窒化物半導体バッファ層の炭素濃度のプロファイルは、前記基板から前記発光層に向かう方向に単調に減少している、ことを特徴とする半導体装置。 - 基板上に設けられており窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層と前記基板との間に設けられた窒化物半導体バッファ層と
を備えており、
前記窒化物半導体バッファ層の酸素濃度のプロファイルは、前記基板から前記発光層に向かう方向に単調に減少している、ことを特徴とする半導体装置。
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