JPH08264455A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH08264455A JPH08264455A JP6101595A JP6101595A JPH08264455A JP H08264455 A JPH08264455 A JP H08264455A JP 6101595 A JP6101595 A JP 6101595A JP 6101595 A JP6101595 A JP 6101595A JP H08264455 A JPH08264455 A JP H08264455A
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Abstract
aN系の化合物半導体層を形成する技術を提供する。 【構成】 上面を有するSiC基板を準備する工程と、
前記SiC基板の温度を第1の温度から、該第1の温度
よりも300℃以上高い第2の温度まで徐々に上昇させ
ながら、前記SiC基板の上面にGa1-x-y Alx In
y N層(0≦x≦0.2、0≦y≦0.3)を堆積する
工程と、前記SiC基板の温度を前記第2の温度に維持
したまま、前記Ga1-x-y Alx Iny N層の上に他の
Ga1-i-jAli Inj N層(0≦i≦0.2、0≦j
≦0.3)を堆積する工程とを含む。
Description
体層を形成する方法、及びGaN系の化合物半導体層を
有する半導体装置に関する。GaN系の化合物半導体
は、青色から紫外領域の発光をする材料として注目され
ている。
用いて、サファイア(α−Al2 O3)基板上に形成さ
れていた。サファイア基板上へのGaN層の形成は、例
えば、基板温度を500℃とし、トリメチルガリウム
(TMGa)とアンモニア(NH 3 )を供給して厚さ約
30nmの多結晶のGaNバッファ層を堆積する。次に
基板温度を1030℃とし、上記と同じ原料ガスを用い
てGaN層を堆積する。このように、GaN層堆積開始
時の基板温度を500℃程度として多結晶のバッファ層
を形成しておくことにより、その上に高品質な単結晶の
GaN層を形成することができる。
ファイア基板上に単結晶のGaN層を形成することがで
きる。しかし、サファイア基板には導電性がないため、
基板裏面から電極を取り出すことができない。基板の表
面のみから電極を引き出すと、正負両方の電極形成領域
を確保する必要があるため、チップ面積の縮小が困難に
なる。
劈開により反射面を形成することができないため、レー
ザダイオードへの適用が困難になる。本発明の目的は、
導電性及び劈開性を有するSiC基板上にGaN系の化
合物半導体層を形成する技術を提供することである。
造方法は、上面を有するSiC基板を準備する工程と、
前記SiC基板の温度を第1の温度から、該第1の温度
よりも300℃以上高い第2の温度まで徐々に上昇させ
ながら、前記SiC基板の上面にGa1-x-y Alx In
y N層(0≦x≦0.2、0≦y≦0.3)を堆積する
工程と、前記SiC基板の温度を前記第2の温度に維持
したまま、前記Ga1-x-y Alx InyN層の上に他の
Ga1-i-j Ali Inj N層(0≦i≦0.2、0≦j
≦0.3)を堆積する工程とを含む。
面を有するSiC基板を準備する工程と、前記SiC基
板の上に、III族元素としてAlを含み、V族元素が
Nであり、III族元素中のAlの組成比が0.5以上
であるIII−V族化合物半導体層を堆積する工程と、
前記III−V族化合物半導体層の上に、Ga1-x-yA
lx Iny N層(0≦x≦0.2、0≦y≦0.3)を
エピタキシャル成長させる工程とを含む。
{10−10}、{11−20}面のうち少なくとも1
つの面に垂直な面が表出した上面を有する基板を用いて
もよい。
記SiC基板の上に形成され、III族元素としてAl
を含み、V族元素がNであり、III族元素中のAlの
組成比が0.5以上であるIII−V族化合物半導体層
と、前記III−V族化合物半導体層の上に形成された
Ga1-x-y Alx Iny N層(0≦x≦0.2、0≦y
≦0.3)とを有する。
lx Iny N層(0≦x≦0.2、0≦y≦0.3)を
形成すると、多結晶のGaAlInN層が得られる。さ
らに、基板温度をエピタキシャル成長する温度まで徐々
に上昇させながらGaAlInN層を形成し、エピタキ
シャル成長する温度で一定時間GaAlInN層を形成
すると、高品質のGaAlInN層を得ることができ
る。
め、多結晶のGaAlInN層の特定の一部の結晶粒の
みが大きく成長することなく、各結晶粒が平均的に成長
するためと考えられる。
I族元素としてAlを含み、V族元素がNであり、II
I族元素中のAlの組成比が0.5以上であるIII−
V族化合物半導体層を形成し、このバッファ層の上にG
aAlInN層を形成すると、高品質のGaAlInN
層を得ることができる。
−10}、{11−20}面のうち少なくとも1つの面
に垂直な面が表出した上面を有する基板を用いると、上
面に垂直な面で劈開することができる。従って、レーザ
共振器の作製が容易になる。
せる方法と同様の方法で、SiC基板上にGaN層を形
成する予備実験を行った結果について説明する。
気相成長(MOCVD)装置の概略断面図を示す。内部
空間を有する処理容器1の一端から、原料ガス導入管4
及びパージ用ガス導入管5が挿入されており、処理容器
1の内部に原料ガス及びパージ用ガスが導入される。処
理容器1の他端にはガス排気管6が接続されており、ガ
ス排気管6から処理容器1内のガスが排気される。
板保持台2が配置されており、GaN層形成時には、基
板保持台2の下面に基板7が保持される。処理容器1の
外部には、基板保持台2を取り囲むように高周波コイル
3が巻かれている。高周波コイル3に高周波電流を流す
ことにより、基板保持台2を加熱し、基板保持台2から
の熱伝導により基板7を加熱することができる。
変化及び原料ガスの供給時期を示す。横軸は成長開始時
からの時間、縦軸は基板温度を表す。SiC基板を基板
保持台に保持し、基板を500℃に加熱する。処理容器
内にH2 ガスをキャリアガスとしてトリメチルガリウム
(TMGa)とアンモニア(NH3 )を導入し約30n
mのGaNバッファ層を形成する。TMGaの供給を停
止し基板温度が1030℃になるまで加熱する。
aを供給し、GaN層を成長させる。所望の厚さのGa
N層が形成されるとTMGaの供給及び基板の加熱を停
止する。基板温度が約500℃まで低下するとNH3 の
供給を停止する。
示す条件で良好なGaN層を形成することができる。し
かし、SiC基板上に形成されたGaN層を顕微鏡で観
察したところ、層内に隙間が多く見られた。また、Si
C基板表面には、小さな結晶粒が観察された。
法によるGaN層の成長過程は以下のように推察でき
る。図7は、GaN層の成長過程を説明するための基板
断面図を示す。基板温度500℃でTMGaとNH3 を
供給すると、図7(A)に示すようにSiC基板7の表
面に小さな結晶粒8が堆積する。基板温度を1030℃
に上昇してTMGaとNH3 を供給すると、図7(B)
に示すように結晶粒が成長する。さらに成長を続ける
と、図7(C)に示すように、特定の結晶粒9aのみが
大きく成長すると考えられる。
aが横方向に成長して形成されたGaNの塊9bによっ
て基板表面が覆われるものと考えられる。このとき、基
板表面の小さな結晶粒8の隙間が完全には埋まらず、G
aN層内に隙間が形成されるものと考えられる。
施例について説明する。使用したMOCVD装置は図1
に示すものと同様のものである。(0001)面が表出
したSiC基板を洗浄し乾燥させた後、基板表面の酸化
と酸化膜除去とを繰り返し実行し、清浄な表面を露出さ
せる。このSiC基板を図1に示すMOCVD装置の基
板保持台2に取り付け、圧力40Torrの水素雰囲気
中で1100℃、10分間の熱処理を行う。その後、基
板温度を500℃まで低下させ、GaNがエピタキシャ
ル成長しない温度とする。
変化及び原料ガスの供給時期を示す。処理容器1内の圧
力が200Torrになるようにキャリアガスとして水
素を流し、原料ガスとして流量0.5sccmのTMG
aと流量4slmのNH3 とを供給する。キャリアガス
及び原料ガスを流しながら基板温度を1030℃まで徐
々に上昇させ、GaNがエピタキシャル成長する温度と
する。基板温度の上昇速度は、約35℃/分である。こ
の条件におけるGaN層の成長速度は約2μm/hであ
る。
度を維持しGaN層の成長を行う。所望の厚さのGaN
層が形成された後、TMGaの供給を停止し、基板温度
を徐々に低下させる。基板温度が500℃になったとこ
ろでNH3 の供給を停止する。
GaN層を干渉顕微鏡で観察したところ、10×10m
m2 以上の領域にわたって隙間の発生はなく表面は鏡面
であった。また、X線回折によりGaN層はc軸配向し
ていることがわかった。このときのGaN層の成長過程
は、以下のように推察される。
めの基板断面図を示す。基板温度500℃でTMGaと
NH3 を供給すると、GaNはエピタキシャル成長しな
いため、図3(A)に示すようにSiC基板7の表面に
小さな結晶粒8が堆積する。基板温度を徐々に上昇させ
ると、図3(B)に示すように各結晶粒8が徐々に成長
する。このとき、温度上昇が緩やかであるため、特定の
結晶粒のみが大きく成長することなく、各結晶粒が平均
的に成長するものと考えられる。
うに、結晶粒8が表面全体を覆いGaN層10が形成さ
れる。基板温度がGaNのエピタキシャル成長温度まで
上昇すると、図3(D)に示すようにGaN層10の上
にさらにGaN層が層状にエピタキシャル成長すると考
えられる。このように、GaN層が層状に堆積するた
め、隙間がなく表面が鏡面のGaN層を得ることができ
るものと考えられる。
温度は、SiC表面上にエピタキシャル成長せず多結晶
が形成される温度であることが好ましく、GaN層が層
状に成長するときにはエピタキシャル成長する程度の温
度とすることが好ましいと考えられる。従って、成長開
始時の基板温度は、GaN層がエピタキシャル成長する
温度よりも約300℃以上低くすることが好ましいであ
ろう。
程で、特定の結晶粒のみが大きく成長しないようにする
ためには、基板温度を徐々に上昇させる必要がある。図
2では、温度上昇速度が約35℃/分である場合を示し
たが、20℃/分〜100℃/分程度の温度上昇速度が
好適であろう。
昇させる場合を示したが、温度上昇速度は必ずしも一定
である必要はない。例えば、温度の変化率が一定になる
ように時間に対して双曲線にそって温度を上昇させても
よいであろう。また、階段状に温度を上昇させてもよい
であろう。
合の基板温度の時間変化及び原料ガスの供給時期を示
す。図4に示すように、基板温度を500℃から103
0℃まで、階段状に温度を上昇させている。なお、図4
では温度を急激に上昇させる期間、TMGaの供給を一
時停止している場合を示しているが、TMGaを連続的
に供給してもよい。
ピタキシャル成長温度との間に少なくとも1つの階段状
部分を設けることにより、特定の結晶粒のみが大きく成
長することを抑制でき、良好なGaN層を得ることがで
きると考えられる。
合を説明したが、上記成長方法はGa1-x-y Alx In
y N層(0≦x≦0.2、0≦y≦0.3)を成長させ
る場合にも適用できるであろう。III族元素としてA
lもしくはInを添加することにより、バンドギャップ
が変化する。従って、発光素子として使用する場合に
は、発光波長を変化させることができる。
る。上記実施例ではバッファ層としてGaNの多結晶層
を用いたが、本実施例ではAlN層を用いる。まず、S
iC基板上に、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム
(TMAl)とアンモニア(NH3 )を使用し、MOC
VDにより厚さ約30nmのAlN層を形成する。成長
時の基板温度は約1150℃である。次に、基板温度を
1030℃とし、原料ガスとしてTMGaとNH3 を使
用したMOCVDにより厚さ約2μmのGaN層を形成
する。
用いることにより、隙間のない良好なGaN層を形成す
ることができた。X線回折により、このGaN層はc軸
配向していることが確認された。この場合のGaN層の
成長の過程は以下のように推察される。
てGaN層が成長する過程を説明するための基板断面図
を示す。図5(A)に示すように、SiC基板7の上に
AlN層11が形成される。AlN層11は、SiC基
板7の表面上に比較的均一に成長すると考えられる。A
lN層11の上に1030℃でGaN層を堆積すると、
まず、図5(B)に示すように小さい結晶粒12が形成
される。成長を続けると、図5(C)に示すように結晶
粒12が横方向に成長し結晶粒同士がつながると考えら
れる。
ようにほとんどの結晶粒がつながりGaN層12aにな
る。その後、GaN層12aの上に層状に成長が進み、
図5(E)に示すように隙間がなく表面が鏡面のGaN
層12bが形成されると考えられる。
lN層を用いる場合を説明したが、III族元素として
Alを含み、V族元素がNであり、III族元素中のA
lの組成比が0.5以上であるIII−V族化合物半導
体層をバッファ層として使用しても同様の効果が得られ
ると考えられる。また、AlN層の上に、GaN層の代
わりにGa1-x-y Alx Iny N層(0≦x≦0.2、
0≦y≦0.3)を形成する場合にも同様の効果が期待
できるであろう。
造において、SiC基板の裏面とGaN層の表面にIn
を接触させて電極とし、厚さ方向の導電性を確認でき
た。また、バッファ層として多結晶GaN層を用いる場
合にも導電性を有することは当業者に自明であろう。上
記実施例のように、基板としてSiCを用いれば基板自
体が導電性を有するため、基板裏面から電極を取り出す
ことができる。
{10−10}、{11−20}面のうち少なくとも1
つの面に垂直な面が表出した上面を有する基板を用いる
ことにより、上面に垂直な面で劈開することができる。
GaN層をレーザダイオードに適用する場合には、基板
の劈開を利用することにより、容易にレーザ共振器を作
製することができる。
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。
SiC基板の上に高品質なGaAlInN層を得ること
ができる。SiC基板は導電性を有するため、基板の裏
面から電極を取り出すことができる。このため、チップ
面積を縮小することが可能になる。また、SiCは劈開
性を有するため、劈開により、レーザ共振器を容易に作
製することができる。GaAlInN層のレーザダイオ
ードへの応用が可能になり、青色から紫外領域の発光素
子の実現が期待される。
略断面図である。
る基板温度の時間変化及び原料の供給時期を示すグラフ
である。
明するための基板の断面図である。
て、基板温度の上昇を階段状にした場合の基板温度の時
間変化及び原料の供給時期を示すグラフである。
を説明するための基板の断面図である。
における基板温度の時間変化及び原料の供給時期を示す
グラフである。
程を説明するための基板の断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 上面を有するSiC基板を準備する工程
と、 前記SiC基板の温度を第1の温度から、該第1の温度
よりも300℃以上高い第2の温度まで徐々に上昇させ
ながら、前記SiC基板の上面にGa1-x-y Alx In
y N層(0≦x≦0.2、0≦y≦0.3)を堆積する
工程と、 前記SiC基板の温度を前記第2の温度に維持したま
ま、前記Ga1-x-y Al x Iny N層の上に他のGa
1-i-j Ali Inj N層(0≦i≦0.2、0≦j≦
0.3)を堆積する工程とを含む半導体装置の製造方
法。 - 【請求項2】 前記SiC基板は、{0001}、{1
0−10}、{11−20}面のうち少なくとも1つの
面に垂直な面が表出した上面を有する請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 上面を有するSiC基板を準備する工程
と、 前記SiC基板の上に、III族元素としてAlを含
み、V族元素がNであり、III族元素中のAlの組成
比が0.5以上であるIII−V族化合物半導体層を堆
積する工程と、 前記III−V族化合物半導体層の上に、Ga1-x-y A
lx Iny N層(0≦x≦0.2、0≦y≦0.3)を
エピタキシャル成長させる工程とを含む半導体装置の製
造方法。 - 【請求項4】 前記化合物半導体層のIII族元素中の
Alの組成比が1である請求項3に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項5】 前記SiC基板は、{0001}、{1
0−10}、{11−20}面のうち少なくとも1つの
面に垂直な面が表出した上面を有する請求項3または4
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 SiC基板と、 前記SiC基板の上に形成され、III族元素としてA
lを含み、V族元素がNであり、III族元素中のAl
の組成比が0.5以上であるIII−V族化合物半導体
層と、 前記III−V族化合物半導体層の上に形成されたGa
1-x-y Alx Iny N層(0≦x≦0.2、0≦y≦
0.3)とを有する半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06101595A JP3654307B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06101595A JP3654307B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08264455A true JPH08264455A (ja) | 1996-10-11 |
JP3654307B2 JP3654307B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=13159084
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06101595A Expired - Lifetime JP3654307B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3654307B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1995
- 1995-03-20 JP JP06101595A patent/JP3654307B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US10068985B2 (en) | 2014-04-09 | 2018-09-04 | Sanken Electric Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor substrate, method for manufacturing semiconductor device, semiconductor substrate, and semiconductor device |
CN114758948A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-07-15 | 江苏能华微电子科技发展有限公司 | 用于半绝缘GaN外延层生长的SiC衬底表面处理方法 |
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