(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる化合物半導体の堆積方法において、
化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの伝搬光を当該基板上に照射し、
上記伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーに対応する上記化合物半導体中の成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させること
を特徴とする化合物半導体の堆積方法。
【請求項２】
３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる化合物半導体の堆積方法において、
化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの伝搬光を当該基板上に照射し、
上記基板上に堆積された上記化合物半導体の微粒子から上記照射された伝搬光に基づく近接場光を発生させ、発生させた上記近接場光に基づいて上記化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち上記伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、上記化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させること
を特徴とする化合物半導体の堆積方法。
【請求項３】
反応室内に供給したガスに堆積用の伝搬光を照射することにより光化学反応を促進させて基板上に３元系以上の化合物半導体を堆積させる化合物半導体の堆積方法において、
化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの脱離用の伝搬光を当該基板上に照射し、
上記基板上に堆積された上記化合物半導体の微粒子から上記照射された堆積用の伝搬光に基づく近接場光を発生させ、発生させた上記近接場光に基づいて上記化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち上記脱離用の伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、上記化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該脱離用の伝搬光により励起させ、これを脱離させること
を特徴とする化合物半導体の堆積方法。
【請求項４】
３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる化合物半導体の堆積装置において、
化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの伝搬光を当該基板上に照射し、
上記伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーに対応する上記化合物半導体中の成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させること
を特徴とする化合物半導体の堆積装置。
【請求項５】
３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる化合物半導体の堆積装置において、
化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの伝搬光を当該基板上に照射し、
上記基板上に堆積された上記化合物半導体の微粒子から上記照射された伝搬光に基づく近接場光を発生させ、発生させた上記近接場光に基づいて上記化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち上記伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、上記化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させること
を特徴とする化合物半導体の堆積装置。
【請求項６】
反応室内に供給したガスに堆積用の伝搬光を照射することにより光化学反応を促進させて基板上に３元系以上の化合物半導体を堆積させる化合物半導体の堆積装置において、
化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの脱離用の伝搬光を当該基板上に照射し、
上記基板上に堆積された上記化合物半導体の微粒子から上記照射された堆積用の伝搬光に基づく近接場光を発生させ、発生させた上記近接場光に基づいて上記化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち上記脱離用の伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、上記化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該脱離用の伝搬光により励起させ、これを脱離させること
を特徴とする化合物半導体の堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ＣＶＤ、熱ＣＶＤ、ＭＢＥ等を利用することにより、３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる化合物半導体の堆積方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色発光や白色発光等、任意の発光波長を有する単色のＬＥＤ用の半導体材料として、窒化ガリウム（ＧａＮ）にＩｎを混合した窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、Ａｌを混合した窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）等のように３元系以上で構成した窒化ガリウム系化合物半導体が脚光を浴びている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
ところで、このようなＬＥＤを構成する３元系以上の化合物半導体の発光波長が１ｎｍでもずれると、これにより得られるＲＧＢ画像の色調自体が変化してしまう。この３元系以上の化合物半導体を利用したＬＥＤとして、上述したＩｎＧａＮを例に挙げれば、ＧａＮにＩｎを混合する比率によって発光波長が変化するものであり、仮にＧａＮでは、発光波長が約４００ｎｍであるのに対して、ＩｎＮでは１．５μｍである。即ち、このＩｎＧａＮでは、Ｉｎの混合比率によって、４００ｎｍ〜１．５μｍの波長帯域のうち所望の発光波長からなる化合物半導体を得ることができる。逆にＩｎの混合比率がわずかでも変化してしまうと得られる化合物半導体の発光波長が大きく変化してしまうことになる。【０００４】
従来において、Ｉｎの混合比率を高精度に調整することができず、発光波長についてナノオーダのズレを解消することができなかった。このため製造すべきＬＥＤの歩留まりを向上させることが困難であるという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１０８１９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】大津元一、小林潔“ナノフォトニクスの基礎”オーム社、Ｐ１４１、Ｐ２０６〜Ｐ２０８（２００６年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる上でその発光波長をナノメートルオーダで調整することが可能な化合物半導体の堆積方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討を行った結果、化合物半導体を基板上へ堆積させつつ伝搬光を当該基板上に照射することにより、基板上に堆積された化合物半導体の微粒子から伝搬光に基づく近接場光が発生する点に着目した。そして、この近接場光を発生させることにより、堆積させるべき化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させることができる点に着目した。新たな振動準位を多段階に亘り形成させることにより、当該振動準位を介して伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーに対応する成分を励起させることができ、当該成分を脱離させることができる。【０００９】
請求項１記載の化合物半導体の堆積方法は、上述した課題を解決するために、３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる化合物半導体の堆積方法において、化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの伝搬光を当該基板上に照射し、上記伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーに対応する上記化合物半導体中の成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の化合物半導体の堆積方法は、上述した課題を解決するために、３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる化合物半導体の堆積方法において、化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの伝搬光を当該基板上に照射し、上記基板上に堆積された上記化合物半導体の微粒子から上記照射された伝搬光に基づく近接場光を発生させ、発生させた上記近接場光に基づいて上記化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち上記伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、上記化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の化合物半導体の堆積方法は、上述した課題を解決するために、反応室内に供給したガスに堆積用の伝搬光を照射することにより光化学反応を促進させて基板上に３元系以上の化合物半導体を堆積させる化合物半導体の堆積方法において、化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの脱離用の伝搬光を当該基板上に照射し、上記基板上に堆積された上記化合物半導体の微粒子から上記照射された堆積用の伝搬光に基づく近接場光を発生させ、発生させた上記近接場光に基づいて上記化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち上記脱離用の伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、上記化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該脱離用の伝搬光により励起させ、これを脱離させることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の化合物半導体の堆積方法は、上述した課題を解決するために、３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる化合物半導体の堆積装置において、化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの伝搬光を当該基板上に照射し、上記伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーに対応する上記化合物半導体中の成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の化合物半導体の堆積装置は、上述した課題を解決するために、３元系以上の化合物半導体を基板上に堆積させる化合物半導体の堆積装置において、化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの伝搬光を当該基板上に照射し、上記基板上に堆積された上記化合物半導体の微粒子から上記照射された伝搬光に基づく近接場光を発生させ、発生させた上記近接場光に基づいて上記化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち上記伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、上記化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の化合物半導体の堆積装置は、上述した課題を解決するために、反応室内に供給したガスに堆積用の伝搬光を照射することにより光化学反応を促進させて基板上に３元系以上の化合物半導体を堆積させる化合物半導体の堆積装置において、化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される、電子をエネルギー準位へ励起させるための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの脱離用の伝搬光を当該基板上に照射し、上記基板上に堆積された上記化合物半導体の微粒子から上記照射された堆積用の伝搬光に基づく近接場光を発生させ、発生させた上記近接場光に基づいて上記化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち上記脱離用の伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、上記化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該脱離用の伝搬光により励起させ、これを脱離させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明を適用した化合物半導体の堆積方法では、化合物半導体を基板上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の元素比率から計算される励起エネルギーＥiよりも小さいエネルギーＥpの伝搬光を基板上に照射し、基板上に堆積された化合物半導体の微粒子から照射された伝搬光に基づく近接場光を発生させる。そして、発生させた近接場光に基づいて化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち伝搬光のもつエネルギーＥp以下の励起エネルギーＥqを有する振動準位を介して当該伝搬光により励起させる。その結果、化合物半導体における当該励起エネルギーＥqに対応する成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させることが可能となり、ひいては理想的な励起エネルギーＥiよりも小さいエネルギーに応じた成分を除去することが可能になる。【００１６】
また本発明によれば、あらゆる理想的な励起エネルギーに対しても、これよりも小さいエネルギーとなるような伝搬光を照射することにより、上述したように成分比率を詳細に制御することが可能となる。また、所望の成分比率からなる化合物半導体を高い確率を以って製造することが可能となることから、製造時の歩留まりの向上を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用した化合物半導体の堆積方法を実現するための結晶成長装置を示す図である。
【図２】本発明を適用した化合物半導体の堆積方法の作用効果について説明するための図である。
【図３】微粒子に基づいて近接場光を発生させる例を示す図である。
【図４】非断熱過程による原子の振動について説明するための図である。
【図５】光ＣＶＤにより本発明を実現する例について示す図である。
【図６】脱離用の伝搬光の波長を４５７ｎｍとした場合における、化合物半導体の発光スペクトルを示す図である。
【図７】脱離用の伝搬光の波長を５３２ｎｍとした場合における、化合物半導体の発光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明を適用した化合物半導体の堆積方法を実現するための結晶成長装置１の概略を示している。
【００２０】
この結晶成長装置１は、いわゆるＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)において使用されるものであって、チャンバ１１内に、基板１３と、上記基板１３を載置するためのステージ１４とを配設して構成され、またこのチャンバ１１内の気体は、ポンプ１６を介して吸引可能とされ、更に圧力センサ１７によりチャンバ１１内の圧力を検出し、これに基づいてバタフライバルブ１８を自動的に開閉することにより内圧の自動制御を実現可能としている。また、このチャンバ１１に対してIII族原料ガスを供給するための供給管２３と、Ｖ族原料ガスを供給するための供給管２４とが接続されている。また、このチャンバ１１の外壁には窓２８が形成され、チャンバ１１の外側に配置された光源２９から発光された伝搬光が窓２８を介してチャンバ１１内へと入射されることになる。また、このチャンバ１１の周囲には、熱源２１が設けられ、基板１３を加熱可能なように構成されている。
【００２１】
光源２９は、図示しない電源装置を介して受給した駆動電源に基づき光発振し、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ等の固体レーザ、ＧａＡｓ等の半導体レーザ、ＡｒＦ等のガスレーザ等の各種レーザ、さらには、ＬＥＤもしくはキセノンランプ等の光を出射する光源である。また、この光源２９は、波長を制御可能とされていてもよい。
【００２２】
このような構成からなる結晶成長装置１により、実際に３元系以上の化合物半導体としてＩｎＧａＮを例にとり、これを基板１３上に堆積させる方法について、説明をする。
【００２３】
先ず、ステージ１４上に基板１３を取り付ける。この基板１３は、六方晶のサファイヤ基板等を想定しているが、これに限定されるものではなく、例えばシリコンを用いるようにしてもよいし、その他ガラス、ガリウム砒素、ガリウムナイトライド、ポリイミド基板等を用いるようにしてもよい。
【００２４】
次に、ポンプ１６を介してチャンバ１１内の気体を吸引するとともに、バタフライバルブ１８等を用いてチャンバ１１内を所定の圧力に制御する。ちなみに、この圧力は、1.0×10-10〜1.0×103Ｔｏｒｒとされている。また、これとともに、ステージ１４上に取り付けられている基板１３の温度も所定の温度となるように調整する。
【００２５】
次に、供給管２３からチャンバ１１内へIII族原料ガスを供給し、さらに供給管２４からチャンバ１１内へＶ族原料ガスを供給する。これら各原料ガスを供給する際のチャンバ１１内の温度は、０℃以上とされている。このIII族原料ガスは、III族元素が含まれていれば、いかなるガスを用いてもよいが、以下の説明においては、III族原料ガスとして、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）ガス並びにトリエチルインジウム（（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ）ガスを使用する場合を例にとり説明をする。このＶ族原料ガスは、Ｖ族元素が含まれていれば、いかなるガスを用いてもよいが、以下の説明においては、Ｖ族原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いる場合を例にとり説明をする。即ち、このトリメチルガリウムガスは、化合物半導体ＩｎＧａＮにおけるＧａ元素を、またトリエチルインジウムガスは、化合物半導体ＩｎＧａＮにおけるＩｎ元素を構成するものである。またアンモニアガスは、化合物半導体ＩｎＧａＮにおけるＮ元素を構成するものである。
【００２６】
ここでトリメチルガリウムガス並びにトリエチルインジウムガスは、キャリアガスとして水素を用いる。即ち、トリメチルガリウムやトリエチルインジウムの液体をシリンダに入れ、当該シリンダ内の圧力を１００Ｔｏｒｒ、シリンダの温度を−１０℃とし、これにキャリアとしての水素ガスを投入する。水素ガスが投入されたシリンダ内の液体状のトリメチルガリウムやトリエチルインジウムは気化されてトリメチルガリウムガスやトリエチルインジウムガスとされ、これが供給管２４を介してチャンバ１１内へと供給されることになる。
【００２７】
なお、トリメチルガリウムガス並びにトリエチルインジウムガスと、アンモニアガスとの流量比率は、１：１０００以上としてもよい。例えば、トリメチルガリウムガスが０．５ｓｃｃｍ、トリエチルインジウムガスが２．５×１０-3と、アンモニアガスが２０００ｓｃｃｍとされていてもよい。特に、アンモニアガスは、トリメチルガリウムガスと比較して、照射される光に対する吸収性が低い。トリメチルガリウムガスと、アンモニアガスとの流量比率が１：１０００未満では、アンモニアガスの量が小さくなり、照射される光によって解離される窒素分子の量が、ガリウム原子やインジウム原子と比較して相対的に低くなるためである。
【００２８】
また、チャンバ１１内へのIII族原料ガス並びにＶ族原料ガスの供給とともに、光源２９からの伝搬光を窓２８を介してこの基板１３上に照射する。この基板１３上に照射される伝搬光の波長、換言すれば、この伝搬光の持つエネルギーは、あくまでこれから基板１３上に形成すべき化合物半導体の所望の理想的な励起エネルギーに基づいて予め決定される。言い換えればこれから基板１３上に形成すべき化合物半導体の元素比率から計算される理想的な励起エネルギーに基づいて予め決定される。
【００２９】
このようなガスの供給と、光の照射により以下に説明するような作用が生じる。図２(a)の実線は、ＩｎxＧａ1-xＮの理想的なエネルギー準位を示している。このＩｎxＧａ1-xＮの理想的なエネルギー準位の励起エネルギーをＥiとする。一般的にこのＩｎxＧａ1-xＮでは、ＩｎとＧａとの混合比率がｘを介して決定され、発光波長（エネルギー）が詳細に決められることになる。即ち、これから製造するＩｎxＧａ1-xＮから発光される光が所望のエネルギーを持つように、元素比率ｘが予め設計される。
【００３０】
このようにして予め決められた元素比率ｘに基づくＩｎxＧａ1-xＮを実際に従来のＭＯＣＶＤや光ＣＶＤにより基板上に堆積させる場合、元素比率ｘを微細に制御することができないことから、元素比率ｘを一定にすることができず、その結果、得られるＩｎxＧａ1-xＮのエネルギー準位は、図２(a)の実線で示される、元素比率から計算によって求められる理想的なＩｎxＧａ1-xＮのエネルギー準位以外に、元素比率ｘの僅かなズレに応じて、図２(a)中の点線で示されるエネルギー準位が多段階に亘り形成されてしまう。図２(a)中の実線よりも低エネルギーの準位がＩｎが余分に混合されたものであり、またかかる実線よりも高エネルギーの準位がＩｎが少なくその分Ｇａが余分に混合されたものである。これらＩｎ等が余分に混合された成分からなる化合物半導体が数多く生成されてしまうことから、全体のうち、実線で示される理想的なＩｎxＧａ1-xＮのエネルギー準位のみからなる化合物半導体が得られる確率は極めて低いものとなってしまう。
【００３１】
これに対して、本発明では、図３に示すように基板１３上に３元系の化合物半導体の微粒子を堆積させる際に、伝搬光を照射することを必須の要件として規定している。その結果、この照射された伝搬光に基づいて、基板１３上において堆積されてきた化合物半導体の微粒子から近接場光が発生することになる。
【００３２】
そして、この近接場光が発生すると、図２(b)に示すように、新たな振動準位が多段階に亘って形成されることになる。この新たな振動準位が生まれるメカニズムとしては、近接場光に基づく非断熱過程により原子同士が振動するためである。
【００３３】
この非断熱過程とは、図４に示すように、原子同士の結合をバネで置き換えたモデルで考えることができる。一般に伝搬光の波長は分子の寸法に比べると遥かに大きいため、分子レベルでは空間的には一様な電場とみなせる。その結果、図４(a)に示すように、バネで隣り合う電子は同振幅、同位相で振動させられる。色素の原子核は重いため、この電子の振動には追従できず、伝搬光では分子振動は極めて起こりにくい。このように伝搬光では、分子振動が電子の励起過程に関わることを無視することができるため、この過程を断熱過程という（非特許文献１参照。）。
【００３４】
一方、近接場光の空間的な電場勾配は非常に急峻に低下する。このため近接場光では隣り合う電子に異なる振動を与えることになり、図４(b)に示すように、この異なる電子の振動により重い原子核も振動させられる。近接場光が分子振動を起こすことは、エネルギーが分子振動の形態を取ることに相当するため、上述した図２(b)に示すような新たな振動準位が多段階に亘って形成されることになる。
【００３５】
このとき、この基板１３上に向けて照射されている伝搬光は、この新たに形成された振動準位を介して励起することが可能となる。そして、この伝搬光の励起は、この伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して行われる。例えば図２(c)に示すように、伝搬光のもつエネルギーがＥpであるとき、このエネルギーＥp以下の励起エネルギーＥqを有する振動準位を介して伝搬光が励起されることになる。その結果、化合物半導体について、エネルギーＥp以下の励起エネルギーＥqに対応する成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させることができる。ＩｎＧａＮの例によれば、このエネルギーＥp以下の励起エネルギーＥqに対応する成分は、理想的な成分比率と比較して、Ｉｎをより多く含む成分に相当する。その結果、Ｉｎをより多く含む成分を選択的に脱離させることが可能となる。
【００３６】
即ち、本発明によれば、化合物半導体について、この伝搬光のもつエネルギーＥp以下の何れの成分を脱離させることができる。その結果、最終的に製造される化合物半導体のエネルギー状態は、何れもエネルギーＥp以下の成分の無い、換言すればエネルギーＥpを超える成分のみで構成することが可能となる。
【００３７】
ここでエネルギーＥpは、伝搬光の波長を介して決定されるものであることから、伝搬光の波長を決定することにより得られる化合物半導体のエネルギーを何れもエネルギーＥp以下の成分の無い、換言すればエネルギーＥpを超える成分のみで構成することが可能となる。このため、ＩｎxＧａ1-xＮの理想的なエネルギー準位の励起エネルギーＥiとの関係において伝搬光のエネルギーＥpを設定することにより、最終的に製造される化合物半導体のエネルギー状態を、あくまでこの励起エネルギーＥiとの関係において最適化することが可能となる。
【００３８】
例えば、ＩｎxＧａ1-xＮの理想的なエネルギー準位の励起エネルギーＥiよりも僅かに小さいエネルギーＥpからなる伝搬光を照射することにより、図２(c)に示すように、エネルギーＥp以下の励起エネルギーＥqに対応する成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させることができる。その結果、ＩｎxＧａ1-xＮの理想的なエネルギー準位の励起エネルギーＥiよりも小さいエネルギーＥp以下に相当する、化合物半導体中の成分を脱離させることが可能となり、最終的に得られる化合物半導体について、この理想的な励起エネルギーＥiに応じた成分となるように成分調整することが可能となる。
【００３９】
従って、本発明によれば、３元系の半導体化合物を構成する各元素の元素比率を高精度に調整することができ、得られる半導体化合物からなるＬＥＤの発光波長についてナノオーダのズレを解消することも可能となる。また、理想的なエネルギー準位の励起エネルギーＥiに応じた成分からなる化合物半導体を高い確率を以って作り出すことが可能となり、製造すべき半導体化合物の歩留まりを向上させることも可能となる。
【００４０】
即ち、本発明を適用した化合物半導体の堆積方法では、化合物半導体を基板１３上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の所望の理想的な励起エネルギーＥiよりも小さいエネルギーＥpの伝搬光を基板１３上に照射し、基板１３上に堆積された化合物半導体の微粒子から照射された伝搬光に基づく近接場光を発生させる。そして、発生させた近接場光に基づいて化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち伝搬光のもつエネルギーＥp以下の励起エネルギーＥqを有する振動準位を介して当該伝搬光により励起させる。その結果、化合物半導体における当該励起エネルギーＥqに対応する成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させることが可能となり、ひいては理想的な励起エネルギーＥiよりも小さいエネルギーに応じた成分を除去することが可能となる。
【００４１】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。半導体化合物について、３元系の半導体化合物ではなく、４元系の半導体化合物で構成するようにしてもよい。即ち、本発明を適用した化合物半導体の堆積方法では、３元系以上の化合物半導体であればいかなる成分についても応用することができる。
【００４２】
またこの３元系以上の化合物半導体について、その理想的な成分比率（励起エネルギーＥi）を自由に設定した場合、設定した励起エネルギーＥiに応じて、伝搬光のエネルギー（波長）を決定することができる。化合物半導体は、ＬＥＤへの応用のみならず、通信用にも応用される場合があるが、所望の理想的な励起エネルギーは、用途に応じて様々である。しかしながら、本発明によれば、あらゆる理想的な励起エネルギーに対しても、これよりも小さいエネルギーとなるような伝搬光を照射することにより、上述したように成分比率を詳細に制御することが可能となる。また、所望の成分比率からなる化合物半導体を高い確率を以って製造することが可能となることから、製造時の歩留まりの向上を実現することが可能となる。
【００４３】
また本発明は、上述したＭＯＣＶＤを始めとした熱ＣＶＤにおいて適用される場合のみならず、スパッタリング、ＭＢＥを行う際においても同様に適用することができる。かかる場合には、従来のスパッタリング装置やＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)装置において、更に基板に伝搬光を照射する設備をさらに実装することになる。
【００４４】
また、本発明は、例えば光ＣＶＤにおいても適用可能である。図５は、本発明を光ＣＶＤにおいて適用する例を示している。この光ＣＶＤ装置２は、堆積用の伝搬光を照射する第１の光源３１と、脱離用の光源を照射する第２の光源３２とを備えている。また、この光ＣＶＤ装置２は、チャンバ１１内に、基板１３と、上記基板１３を載置するためのステージ１４とを配設して構成され、またこのチャンバ１１内の気体は、ポンプ１６を介して吸引可能とされ、更に圧力センサ１７によりチャンバ１１内の圧力を検出し、これに基づいてバタフライバルブ１８を自動的に開閉することにより内圧の自動制御を実現可能としている。また、このチャンバ１１に対してIII族原料ガスを供給するための供給管２３と、Ｖ族原料ガスを供給するための供給管２４とが接続されている。また、このチャンバ１１の外壁には窓２８が形成され、チャンバ１１の外側に配置された第１の光源３１と、第２の光源３２から発光された伝搬光が窓２８を介してチャンバ１１内へと入射されることになる。
【００４５】
この光ＣＶＤ装置２において、上述した結晶成長装置１と同一の構成要素、部材に関しては、同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００４６】
第１の光源３１は、通常の光ＣＶＤにおいて使用される光源と同様のものであって、例えば低圧水銀ランプ、高圧キセノンランプ、重水素ランプ等を始めとした紫外線ランプが用いられる。また、この第１の光源３１としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦ、波長２４８ｎｍのＫｒＦや波長３５１ｎｍのＸｅＦ等のエキシマレーザ、近赤外の波長を持つＹＡＧレーザ等を使用するようにしてもよい。
【００４７】
この第１の光源３１から照射された光により、原料ガスは光分解され、発生したラジカルを基板１３上で再結合させて薄膜が形成されることになる。
【００４８】
また、この第１の光源３１から照射された光に基づいて、基板１３上において堆積されてきた化合物半導体の微粒子から近接場光が発生することになる。
【００４９】
そして、この近接場光が発生すると、非断熱過程により原子同士が振動を起こし、図２(b)に示すような新たな振動準位が多段階に亘って形成されることになる。
【００５０】
このとき、この基板１３上に向けて第２の光源３２から伝搬光を照射する。この第２の光源３２から照射される伝搬光は、この新たに形成された振動準位を介して励起することが可能となる。この第２の光源３２から照射される伝搬光のもつエネルギーがＥpであるとき、このエネルギーＥp以下の励起エネルギーＥqを有する振動準位を介して伝搬光が励起されることになる。その結果、化合物半導体について、エネルギーＥp以下の励起エネルギーＥqに対応する成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させることができる。
【００５１】
化合物半導体を基板１３上へ堆積させつつ、化合物半導体の所望の理想的な励起エネルギーよりも小さいエネルギーの脱離用の伝搬光を第１の光源３１から基板１３上に照射し、基板１３上に堆積された化合物半導体の微粒子から、照射された堆積用の伝搬光に基づく近接場光を発生させる。そしてこの発生させた近接場光に基づいて化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させ、この新たな振動準位のうち脱離用の伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該脱離用の伝搬光により励起させ、これを脱離させることができる。これにより、この光ＣＶＤにおいても同様に、３元系以上の化合物半導体を構成する各元素の元素比率を高精度に調整することができ、得られる半導体化合物からなるＬＥＤの発光波長についてナノオーダのズレを解消することも可能となる。
【００５２】
なお、上述した構成では、あくまで発生させた近接場光に基づいて化合物半導体について新たな振動準位を多段階に亘って形成させる点を必須としていたが、これに限定されるものではない。単に伝搬光を照射するのみの構成であってもよい。かかる場合には、化合物半導体を基板１３上へ堆積させつつ、当該化合物半導体の所望の理想的な励起エネルギーよりも小さいエネルギーの伝搬光を当該基板１３上に照射する。そして、伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーに対応する化合物半導体中の成分を当該伝搬光により励起させ、これを脱離させる。近接場光の発生が構成要件とならないため、新たな振動準位が多段階に亘って形成されることは無いが、伝搬光の照射により、その伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーに対応する化合物半導体中の成分を当該伝搬光により励起させることになり、脱離させることができ、上述と同様の効果を得ることが可能となる。
【実施例１】
【００５３】
以下、本発明を適用した化合物半導体の堆積方法を使用し、上述の如き構成からなる結晶成長装置１によりＩｎＧａＮからなる化合物半導体を製造した実施例について説明をする。【００５４】
堆積条件としては、上述した図５に示す光ＣＶＤ装置２を使用し、例えば、トリメチルガリウムガスが０．５ｓｃｃｍ、トリエチルインジウムガスが２．５×１０-3と、アンモニアガスが２０００ｓｃｃｍとした。基板温度は、室温とし、第１の光源３１から出射される堆積用の伝搬光の波長は、２１３ｎｍであり、第２の光源３２から出射される脱離用の伝搬光の波長は、４５７ｎｍ並びに５３２ｎｍとした。製造した半導体化合物は、測定温度５Ｋの下で、発光強度を測定した。【００５５】
図６は、この脱離用の伝搬光の波長を４５７ｎｍとした場合における、化合物半導体の発光スペクトルを示している。また、図７は、この脱離用の伝搬光の波長を５３２ｎｍとした場合における、化合物半導体の発光スペクトルを示している。これら図６、７は、比較のために、堆積用の伝搬光のみを照射した場合における発光スペクトルを合わせて表示する。【００５６】
図６、７に示すように、脱離用の伝搬光を照射することにより、その脱離用の伝搬光の波長以上の、換言すれば脱離用の伝搬光のエネルギー以下の領域において、そのスペクトル強度が低下しているのが分かる。これは脱離用の光を照射することにより、化合物半導体中におけるそのエネルギー以下の成分が脱離され、当該領域における発光強度が低下したためであると考えられる。【００５７】
上述した結果から、本発明を適用した化合物半導体の堆積方法により、脱離用の伝搬光のもつエネルギー以下の励起エネルギーを有する振動準位を介して、化合物半導体における当該励起エネルギーに対応する成分を当該脱離用の伝搬光により励起させ、これを脱離させることができることが分かる。
【符号の説明】
【００５８】
１  結晶成長装置
１１  チャンバ
１３  基板
１４  ステージ
１６  ポンプ
１７  圧力センサ
１８  バタフライバルブ
２１  熱源
２３、２４  供給管
２８  窓
２９  光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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