(57)【要約】【課題】不純物が膜中にとりこまれることを防止し、結晶性を向上させる窒化物系半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】窒化物系半導体素子の製造方法は、ＭＯＣＶＤ装置内に、サファイア基板１０１を配置する工程と、室温で、ＭＯＣＶＤ装置内にＮＨ3ガスを導入する工程と、サファイア基板１０１上に、ＮＨ3ガスを反応させることにより、ＡｌＮからなるバッファ層１０２を形成する工程と、バッファ層１０２上に、少なくとも１層以上の窒化物系半導体層１０３、１０４、１０５、１０６を形成する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置内に、サファイア基板を配置する工程と、
室温で、前記基板処理装置内にＮＨ3ガスを導入する工程と、
前記サファイア基板上に、前記ＮＨ3ガスを反応させることにより、ＡｌＮからなるバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、少なくとも１層以上の窒化物系半導体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記ＮＨ3ガスの導入終了後、すみやかに昇温することを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子は、基板に、クリーニング、酸化膜などの膜形成、不純物ドーピング、エッチングなど多くの処理プロセスを順次施して製造される。そして、これらの各製造プロセスに使用される処理装置は、パーティクルを除去した空気が循環されるクリーンルーム内に配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この処理装置（例えば、MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置）は、メンテナンスを行う必要があるが、メンテナンス直後は、処理装置内が大気にさらされてしまうため、大気中の水分、酸素などが処理装置の内壁に付着する。また、メンテナンスから数日経過したとしても、数時間にわたる結晶成長時に使用するガス中には、水分や酸素などの不純物が数ｐｐｍのレベルで存在しているため、それらの不純物が処理装置内の内壁に付着し、堆積してゆく。
【０００４】
このため、通常、結晶成長前には、図３に示すように、１０００〜１１００℃のＨ2雰囲気で、基板のクリーニングが行われている。
【特許文献１】特開平９−１０６９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｈ2ガスによるクリーニングを行っても、水分や酸素などの微量な不純物は、まだ処理装置内に残っており、次回の結晶成長時に、不純物が膜中にとりこまれるため、結晶性が低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、不純物が膜中にとりこまれることを防止し、結晶性を向上させる窒化物系半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、（ａ）基板処理装置内に、サファイア基板を配置する工程と、（ｂ）室温で、基板処理装置内にＮＨ3ガスを導入する工程と、（ｃ）サファイア基板上に、ＮＨ3ガスを反応させることにより、ＡｌＮからなるバッファ層を形成する工程と、（ｃ）バッファ層上に、少なくとも１層以上の窒化物系半導体層を形成する工程とを含む窒化物系半導体素子の製造方法であることを要旨とする。
【０００８】
本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の製造方法によると、室温で基板処理装置内にＮＨ3ガスを流すことにより、ＮＨ3ガスが水分などの不純物と結合するため、不純物が膜中にとりこまれることを防止することができる。更に、基板上に形成されたバッファ層を利用することにより、窒化物系半導体層の結晶性を向上させることができる。
【０００９】
又、本発明の特徴に係る窒化物系半導体素子の製造方法において、ＮＨ3ガスの導入終了後、すみやかに昇温することが好ましい。この窒化物系半導体素子の製造方法によると、サファイア基板上に薄膜で、かつ品質の良いＡｌＮ層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、不純物が膜中にとりこまれることを防止し、結晶性を向上させる窒化物系半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
（窒化物系発光ダイオード素子の製造方法）
本実施形態に係る窒化物系発光ダイオード素子の製造方法には、ＭＯＣＶＤ装置を用いる。ＭＯＣＶＤ装置は、クリーニングガス、原料ガスやドーパントガスなどのガスを、基板の主面方向から導入する縦型や、ガスを基板の側面方向から導入する横型などがある。本発明は、ＭＯＣＶＤ装置の種類に関係なく、どのような構造のＭＯＣＶＤ装置に適用しても構わないことは勿論である。
【００１３】
次に、本実施形態に係る窒化物系発光ダイオード素子の製造方法について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物系発光ダイオード素子の製造方法を説明するための断面図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る窒化物系半導体素子の製造方法における、ＭＯＣＶＤ装置内の温度の推移を示すグラフである。
【００１４】
まず、図１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置内に、サファイア基板１０１を配置する。そして、室温で、ＭＯＣＶＤ装置内にＮＨ3ガスを導入し、サファイア基板１０１のクリーニングを行う。ＮＨ3ガスを導入した後は、すぐにＮＨ3ガスの供給を止め、すみやかに昇温させる。そして、１０００〜１１００℃のＨ2雰囲気で、サファイア基板１０１のクリーニングを行う。
【００１５】
次に、図１（ａ）に示すように、ＮＨ3ガスを反応させることにより、サファイア基板１０１上に、ＡｌＮからなるバッファ層１０２を形成する。例えば、サファイア基板１０１を約４００〜７００℃の温度に保持した状態で、ＮＨ3ガスを用いて、サファイア基板１０１の（０００１）面上に、ＡｌＮからなるバッファ層１０２を成長させる。このバッファ層１０２の厚さは、５〜５０Åであることが好ましい。
【００１６】
次に、図１（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層１０２上に、ｎ型半導体層１０３を形成する。
【００１７】
例えば、サファイア基板１０１を約９００〜１２００℃（例えば、１０００℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ3及びＴＭＧからなる原料ガスを用いて、バッファ層上に、アンドープの単結晶のＧａＮからなる下地層を成長させる。そして、サファイア基板１０１を約９００〜１２００℃（例えば、１０００℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ3及びＴＭＧからなる原料ガスと、ＳｉＨ4からなるドーパントガスとを用いて、下地層上に、Ｓｉがドープされた単結晶のＧａＮからなるｎ型コンタクト層を成長させる。そして、サファイア基板１０１を約９００〜１２００℃（例えば、１０００℃）の成長温度に保持した状態で、ＮＨ3、ＴＭＧ及びＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）からなる原料ガスと、ＳｉＨ4からなるドーパントガスとを用いて、ｎ型コンタクト層上に、Ｓｉがドープされた単結晶のＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層を成長させる。
【００１８】
このように、ｎ型半導体層１０３は、下地層、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層等から構成される。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、サファイア基板１０１を約７００〜８００℃（例えば、７５０℃）の成長温度に保持した状態で、Ｎ2からなるキャリアガスを導入しつつ、ＮＨ3、ＴＭＧあるいはＴＭＩ（トリメチルインジウム）からなる原料ガスを用いて、ｎ型半導体層１０３上に、アンドープの単結晶のＩｎＧａＮからなる活性層１０４を成長させる。
【００２０】
次に、サファイア基板１０１を約９００〜１２００℃（例えば、１０００℃）の成長温度に保持した状態で、Ｈ2及びＮ2からなるキャリアガスと、ＮＨ3、ＴＭＧ及びＴＭＡからなる原料ガスと、ＣＰ2Ｍｇからなるドーパントガスとを用いて、活性層１０４上に、Ｍｇがドープされた単結晶のＡｌＧａＮからなるｐ型ＡｌＧａＮ層１０５を成長させる。
【００２１】
次に、サファイア基板１０１を約９００〜１２００℃（例えば、１０１０℃）の成長温度に保持した状態で、Ｈ2及びＮ2からなるキャリアガスと、ＮＨ3及びＴＭＧからなる原料ガスと、ＣＰ2Ｍｇからなるドーパントガスとを用いて、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０５上に、ｐ型ＧａＮ層１０６を成長させる。
【００２２】
この後、例えば、例えば、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等からなるｐ型電極を、真空蒸着法により順次形成する。
【００２３】
（作用及び効果）
本実施形態に係る窒化物系半導体素子の製造方法によると、室温でＭＯＣＶＤ装置内にＮＨ3ガスを流すことにより、ＮＨ3ガスが水分などの不純物と結合するため、不純物が膜中にとりこまれることを防止することができる。
【００２４】
更に、サファイア基板１０１上に形成されたバッファ層１０２を利用することにより、窒化物系半導体層１０３、１０４、１０５、１０６の結晶性を向上させることができる。
【００２５】
又、本実施形態に係る窒化物系半導体素子の製造方法では、ＮＨ3ガスの導入終了後、すみやかに昇温している。このため、サファイア基板１０１上に、５〜５０Åの薄膜で、かつ品質の良いＡｌＮ層１０２を形成することができる。尚、ＮＨ3ガスを導入しながら昇温すると、ＡｌＮ層１０２が厚くなり過ぎる可能性がある。
【００２６】
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００２７】
例えば、本発明の実施の形態では、主として、窒化物半導体素子層の活性層から放出される光を利用する発光ダイオードの製造方法について例示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザやこれら発光素子からの放出光を励起光とする蛍光体とを組み合わせた発光素子の製造にも利用可能である。又、窒化物系半導体素子層を有するＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）などの電子デバイス、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイス、受光素子への応用が可能である。
【００２８】
又、本発明の実施の形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物半導体各層を結晶成長させる説明したが、本発明はこれに限らず、ＨＶＰＥ法やガスソースＭＢＥ法などを用いて、窒化物半導体各層を結晶成長させてもよい。又、窒化物系化合物半導体の結晶構造として、ウルツ鉱型であっても閃亜鉛鉱型構造であってもよい。又、成長の面方位は、（０００１）に限るものではなく、（１１−２０）や（１−１００）でもよい。
【００２９】
又、本発明の実施の形態では、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＮなどからなる層を含む窒化物系半導体素子層を用いたが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＮからなる層以外の層を含む窒化物系半導体素子層を用いてもよい。又、半導体素子層の形状は、メサ構造、リッジ構造などの電流狭窄造を有するものでもよい。
【００３０】
又、本発明の実施の形態では、ｎ型半導体層上に活性層、ｐ型半導体層を積層したが、ｐ型半導体層上に活性層、ｎ型半導体層を積層しても構わない。
【００３１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る窒化物系半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る窒化物系半導体素子の製造方法における、ＭＯＣＶＤ装置内の温度の推移を示すグラフである
【図３】従来の窒化物系半導体素子の製造方法における、ＭＯＣＶＤ装置内の温度の推移を示すグラフである
【符号の説明】
【００３３】
１０１…サファイア基板
１０２…バッファ層
１０３…ｎ型半導体層
１０４…活性層
１０５…ＡｌＧａＮ層
１０６…ＧａＮ層
【図１】
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【図２】
2007214251.tif 000004
【図３】
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