JP2015160995A - AlNOバッファ層の製造方法および窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(a)は、本発明の実施形態1における窒化物半導体バッファ層の製造方法を説明するためのバッファ層を含む積層構成例を示す縦断面図であり、図1(b)は、図1(a)のバッファ層上に窒化物半導体層が形成された積層構成例を示す縦断面図である。
基板1の成長面上に積層されるAlNOバッファ層2の膜厚は5nm以上100nm以下とすることが好ましい。さらに、AlNOバッファ層2の膜厚は、30nm±10nmとすることがより好ましい。AlNOバッファ層2の膜厚が5nm未満である場合には、AlNOバッファ層2がバッファ層としての機能を十分に発揮しない虞がある。また、AlNOバッファ層2の厚さが100nmを超える場合にはバッファ層としての機能が向上することなく、AlNOバッファ層2の形成時間だけが長くなる虞がある。また、AlNOバッファ層2のバッファ層としての機能を面内において均一に発揮させる観点からは、AlNOバッファ層2の厚さを10nm以上50nm以下とすることがより好ましい。
AlNOバッファ層2のAlN結晶(002)面のX線半値幅[arcsec]は、図3の説明で詳細に後述するが、290以上330[arcsec]以下である。また、AlNOバッファ層2上に形成される窒化物半導体下地層3のGaN結晶(004)面のX線半値幅[arcsec]は、図3の説明で詳細に後述するが、60[arcsec]以下であり、より好ましくは、35[arcsec]以下である。これらのX線半値幅[arcsec]は、X線回折測定によって検出されるロッキングカーブについてAlN結晶の(002)面、GaN結晶の(004)面およびGaN結晶の(102)面をそれぞれ反射面としたときに対応するピーク値の半値幅を測定することにより算出している。X線半値幅の値が小さいほど転位の少ない良好な結晶であると考えられるため、この数値を、結晶性を評価する尺度としている。因みに、3600[arcsec]が1°に対応している。
AlNOバッファ層2の成膜速度は、0.01nm/sec以上1nm/sec以下とする。また、その成膜速度は、0.02nm/sec以上0.06nm/sec以下がより好ましく、さらに、その成膜速度は、0.026nm/sec以上0.055nm/sec以下がより好ましい。AlNOバッファ層2の形成速度が0.01nm/sec未満である場合にはAlNOバッファ層2が基板1の成長面上に均一に広がって成長せずに島状に成長して基板1の成長面を均一にAlNOバッファ層2が覆うことができず、基板1の成長面がAlNOバッファ層2から露出する虞がある。また、AlNOバッファ層2の形成速度が1nm/秒を超える場合には、AlNOバッファ層2が非晶質となって、AlNOバッファ層2上に転位密度が小さく優れた結晶性を有する窒化物半導体層を成長させることができなくなる虞がある。
AlNOバッファ層2は、基板1の温度が、摂氏300度以上摂氏1000度以下で形成される。また、AlNOバッファ層2は、基板1の温度が、摂氏400度以上摂氏550度以下で形成される方が結晶性の観点からより好ましい。基板1の温度が摂氏300度未満であれば、AlNOバッファ層2が基板1の成長面を十分に覆うことができず、基板1の成長面がAlNOバッファ層2から多く露出する虞がある。また、基板1の温度が摂氏1000度を超えれば、基板1の成長面での原料のマイグレーションが活発になり過ぎて、柱状結晶の集合体というよりはむしろ単結晶の膜に近いAlNOバッファ層2が形成されてしまい、AlNOバッファ層2のバッファ層としての機能が低下する虞がある。
AlNOバッファ層2は、チャンバ21の内部圧力が、0.2Pa以上2Pa以下の雰囲気下で形成される。チャンバ21の内部圧力が0.2Pa未満であれば、チャンバ21の内部における窒素量が少なくなって、Alターゲット231からスパッタされたアルミニウム材料が窒化物とならない状態で基板1の成長面上に付着する虞がある。また、チャンバ21の内部圧力の上限は特に限定されず、チャンバ21の内部にプラズマを発生させることができる程度の圧力であればよいが、内部圧力が高過ぎると放電異常が発生する虞がある。
図3は、本発明の実施形態2における窒化物半導体バッファ層の製造方法において、AlNOバッファ層2の各種の成膜条件に応じたAlNOバッファ層2およびその上の窒化物半導体層(GaN層)の特性を示す図である。
図7は、本発明の実施形態3の窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法における素子構造の窒化物半導体層積層工程の一例を模式的に示す縦断面図である。
これによって、凹凸のある場合、光の取り出し効率が良く、結晶欠陥が表面に現れにくい、という利点がある。
1a 基板表面
2、2A AlNOバッファ層(窒化物半導体バッファ層)
2a AlNOバッファ層表面
3、3A 窒化物半導体下地層(窒化物半導体層)
4 n型窒化物半導体コンタクト層
5 n型窒化物半導体クラッド層
6 窒化物半導体活性層
7 p型窒化物半導体クラッド層
8 p型窒化物半導体コンタクト層
9 透光性電極層
10 p側電極
11 n側電極
12、12A 窒化物半導体発光ダイオード素子
13 発光装置
131 第1のリードフレーム
132 第2のリードフレーム
133 モールド樹脂
134 第1のワイヤ
135 第2のワイヤ
20 DCマグネトロンスパッタ装置
21 チャンバ
22 ヒータ部
23 カソード部
24 排気口
25 アルゴン用のマスフローコントローラ
26 窒素用のマスフローコントローラ
27 酸素用のマスフローコントローラ
Claims (5)
- アルミニウムと窒素と酸素とを少なくとも含有するAlNOバッファ層の製造方法において、
成膜条件として、該窒素および該酸素の合計流量に対する酸素流量比を、該AlNOバッファ層の成膜速度に応じた所定の酸素流量比とし、
基板の表面に、該アルミウムをターゲットとした反応性スパッタ法により該AlNOバッファ層を形成するAlNOバッファ層形成工程を有するAlNOバッファ層の製造方法。 - 前記成膜速度に応じた所定の酸素流量比における、前記AlNOバッファ層上に形成される窒化物半導体層の結晶性の所定基準領域は、前記成膜条件の成膜速度X(nm/sec)として、下側の酸素流量比Y=0.2X−0.005の直線式と、上側の酸素流量比Y=0.2X+0.001の直線式とで上下で挟まれた領域内である請求項1に記載のAlNOバッファ層の製造方法。
- 前記成膜速度に応じた所定の酸素流量比における、前記AlNOバッファ層上に形成される窒化物半導体層の結晶性の所定基準領域は、前記成膜条件の成膜速度X(nm/sec)として該酸素流量比Y=aX+bとし、該a=0.2、該bは+0.001〜−0.005の範囲である請求項1または2に記載のAlNOバッファ層の製造方法。
- 前記所定の酸素流量比は、前記AlNOバッファ層上に形成される窒化物半導体層の結晶(004)面のX線半値幅[arcsec]が結晶性の所定基準値以下になるように設定され、
該結晶性の所定基準値の範囲は、60[arcsec]または35[arcsec]以下である請求項1〜3のいずれかに記載のAlNOバッファ層の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のAlNOバッファ層の製造方法を用いて製造された該AlNOバッファ層上に、前記窒化物半導体層を積層した後にその上に所定の素子構造の各窒化物半導体層を順次形成する素子構造形成工程を有する窒化物半導体素子の製造方法。
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JPH0499861A (ja) * | 1990-08-16 | 1992-03-31 | Sony Corp | 薄膜形成方法 |
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WO2011108422A1 (ja) * | 2010-03-01 | 2011-09-09 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体素子の製造方法、窒化物半導体発光素子および発光装置 |
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