(57)【要約】【課題】結晶性、電気的特性、および光学特性等に優れたＩｎＮを含む半導体層を成膜する方法を提供する。【解決手段】本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法は、プラズマで分解された水素原子と、Ｉｎ金属またはＩｎを含む化合物からなるＩｎ源とを反応させることによってＩｎ水素化物を形成するステップと、プラズマで窒素を分解することによって原子状窒素を形成するステップと、Ｉｎ水素化物と原子状窒素とを反応させることによって、基板上にＩｎＮを含む半導体層を形成するステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマで分解された水素原子と、Ｉｎ金属またはＩｎを含む化合物からなるＩｎ源とを反応させることによってＩｎ水素化物を形成するステップと、
プラズマで窒素を分解することによって原子状窒素を形成するステップと、
前記Ｉｎ水素化物と前記原子状窒素とを反応させることによって、基板上にＩｎＮを含む半導体層を形成するステップとを含む、ＩｎＮを含む半導体層の成膜方法。
【請求項２】
プラズマで分解された水素原子と、Ｇａ金属またはＧａを含む化合物からなるＧａ源とを反応させることによってＧａ水素化物を形成するステップをさらに含み、
前記ＩｎＮを含む半導体層を形成するステップは、前記Ｉｎ水素化物と前記Ｇａ水素化物と前記原子状窒素とを反応させることによって行なう、請求項１に記載のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法。
【請求項３】
前記ＩｎＮを含む半導体層は、Ｉｎ組成比が０．２以上である、請求項１または２に記載のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法。
【請求項４】
前記プラズマによって生成されるイオンが、前記プロセス室に導入されるのを遮蔽するステップを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法。
【請求項５】
前記基板上に前記ＩｎＮを含む半導体層を形成するステップは、前記基板を１００℃以上７００℃以下に加熱した状態で行なう、請求項１〜４のいずれかに記載のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法。
【請求項６】
前記ＩｎＮを含む半導体層を形成するステップは、１０００Ｐａ以上の圧力下で行なう、請求項１〜５のいずれかに記載のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法。
【請求項７】
プラズマで分解された水素原子とＩｎ金属またはＩｎを含む化合物からなるＩｎ源とを反応させてＩｎ水素化物を形成するＩｎ水素化物供給部と、
プラズマで窒素を分解することによって原子状窒素を形成する窒素供給部と、
前記Ｉｎ水素化物と、前記原子状窒素とを反応させて、基板上にＩｎＮを含む半導体層を形成するプロセス室とを有する、気相成長装置。
【請求項８】
プラズマで分解された水素原子とＧａ金属またはＧａを含む化合物からなるＧａ源とを反応させてＧａ水素化物を形成するＧａ水素化物供給部をさらに含み、
前記Ｉｎ水素化物と、前記Ｇａ水素化物と、前記原子状窒素とを反応させて、基板上にＩｎＮを含む半導体層を形成する前記プロセス室を有する、請求項７に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記プラズマで生成されたイオンが前記プロセス室に導入されるのを抑制するメッシュ電極を備え、
前記メッシュ電極は、前記Ｉｎ水素化物供給部と前記プロセス室との間に設置される、請求項７または８に記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記メッシュ電極は、前記Ｇａ水素化物供給部と前記プロセス室との間に設置される、請求項９に記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩｎＮを含む半導体層の成膜方法、およびその成膜方法を用いる気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代に入り、窒化物系の半導体発光素子が発明されてから、ＬＥＤ照明の実用化が始まった。現在のところＬＥＤ照明は、信号だけに留まらず、液晶モニターのバックライト等の多方面の用途で活躍し始めている。
【０００３】
ＬＥＤ照明は、一般的に青色半導体発光素子と、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体との組み合わせにより白色ＬＥＤを実現している。白色ＬＥＤは、従来の照明よりも低消費電力・省スペース・水銀フリーのため環境に良いというメリットがあり、次世代の照明器具として期待が寄せられている。
【０００４】
青色光を発光する半導体発光素子を作製するためには、青色波長域〜紫外波長域の短波長域で発光する発光層を形成する必要がある。このため、発光層には、Ｉｎ組成ｘが０．２以下のＩｎxＧａ1-xＮ混晶半導体を用いられるのが一般的である。かかるＩｎxＧａ1-xＮ混晶半導体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などの手法を用いて、エピタキシャル成長させることによって作製される。
【０００５】
ところが、近年では、太陽光スペクトルをカバーできる受光素子の研究開発が行なわれており、緑色波長の光を発光する半導体発光素子の登場が望まれている。緑色波長の光を発光する発光層を作製するために、Ｉｎ組成ｘを０．２以上のＩｎxＧａ1-xＮ混晶半導体を成膜する必要がある。
【０００６】
従来のようにＩｎ組成ｘが０．２未満のＩｎxＧａ1-xＮ混晶半導体は、ＩＩＩ族有機化合物とアンモニアとを反応させることにより、比較的容易に発光層を形成することができた。しかし、Ｉｎ組成ｘが０．２を超えるＩｎxＧａ1-xＮ混晶半導体は、多量にＩＩＩ族有機化合物を導入する必要があるため、アンモニアとの反応性が低下し、ＩｎxＧａ1-xＮ混晶半導体を成膜しにくいという問題があった。
【０００７】
ＩＩＩ族有機化合物とアンモニアとの反応性を高めるために、７００℃以上に加熱した状態でこれらを反応させる試みも行なわれている。しかし、７００℃以上の高温状態では、ＩｎxＧａ1-xＮ混晶半導体に窒素空孔などの欠陥や相分離などが生じたり、膜応力による膜ゆがみが生じたりするという問題があった。
【０００８】
また別の試みとして、たとえば特許文献１には、窒素プラズマを用いてＧａＮ半導体を成長させる方法が開示されている。特許文献１に開示されるように、窒素ガスをプラズマ処理した上で、ＩＩＩ族有機化合物と反応させることにより、７００℃以下の低温でＧａＮ混晶半導体を結晶成長させることができる。また、特許文献１の実施例においては、ＩＩＩ族有機化合物を導入する方法として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を希ガスによって分解して供給する他、水素化ガリウムとして供給する方法も開示している。
【０００９】
一方、特許文献２には、Ｖ族源ガスを供給するガス供給手段と、ＩＩＩ族源ガスおよび水素ガスを供給するガス供給手段とから原料ガスを供給し、それぞれに対し、プラズマ処理するためのプラズマ発生手段を備えた半導体製造装置が開示されている。この半導体製造装置は、原料ガスの供給方向に沿って２以上のプラズマ発生手段が直列に配置されている。
【００１０】
このように複数のガス供給手段を用いて、Ｖ族源ガスとＩＩＩ族源ガスおよび水素ガスとを、直列に配置した別々のプラズマを通して供給することにより、水素原子の還元効果を得ることができ、もって半導体薄膜に炭素が混入するのを抑制することができる。このため、特許文献２の半導体製造装置を用いると、大面積の基板上に、均一な組成の半導体薄膜を成膜することができるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１４１９９３号公報
【特許文献２】特開２００１−７７０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の成膜方法は、ＧａＮ半導体膜を成膜する上では好適と考えられるが、この成膜方法をＩｎＧａＮ半導体の成膜に転用することは困難である。なぜなら、水素化インジウムは、水素化ガリウムとは異なり、単体で不安定であるため、ガス配管を通じて供給することができないからである。しかも、水素化インジウムをプラズマで分解すると、不安定なインジウム化合物が生成されることもある。
【００１３】
さらに、７００℃以下の低温でＩｎＧａＮ半導体を成膜すると、ＩＩＩ族有機金属化合物の重合物が生成されたり、炭素系コンタミが多くなったりして、ＩｎＧａＮ半導体中に欠陥が生じるという問題がある。その上、基板に負バイアスを印加するため、プラズマ中で生成されたイオンをＩｎＧａＮ半導体に引き込んでしまい、ＩｎＧａＮ半導体のイオンダメージを避けることができず、また荷電粒子により表面チャージを起こし、欠陥が生じることもある。
【００１４】
したがって、特許文献１の成膜方法では、結晶性や電気特性などに優れたＩｎＧａＮ半導体を作製することは困難であった。
【００１５】
また、特許文献２では、半導体薄膜中に窒素空孔が混入されるのを抑制するために、高速で成膜する必要があり、基板上に、ＩＩＩ族ガスより高密度でＶ族ガスを供給する必要がある。しかし、特許文献２の成膜方法では、０．３ｎｍ／ｍｉｎ程度のかなり遅い成膜速度で成膜する場合でも、Ｖ族ガス密度が１０13〜１０14個/ｃｍ-3程度必要となる。このようなＶ族ガス密度で成膜するためには、たとえ高密度プラズマを使用したとしても、１０００〜１００００Ｐａ程度以上の圧力が必要となる。かかる高圧下でＩＩＩ族ガスとＶ族ガスとを直接混合すると、気相反応によって種々の重合物が発生し、半導体薄膜の膜質の低下はほぼ確実である。
【００１６】
上記のように、０．３ｎｍ／ｍｉｎ程度のかなり遅い成膜速度ですら半導体薄膜の膜質低下が避けられないという状況であるため、さらに成膜速度を上げて成膜すると、さらに半導体薄膜の膜質が低下することは確実である。
【００１７】
一方、７００℃以下の低温で薄膜半導体を成膜すると、特許文献１と同様に、ＩＩＩ族有機金属化合物の重合物が生成されたり、炭素系コンタミが多くなったりして、薄膜半導体中に欠陥を生じるという問題がある。また、薄膜半導体のイオンダメージを避けることができず、また荷電粒子により表面チャージを起こし、欠陥が生じることもある。
【００１８】
以上のような理由で、Ｉｎ組成ｘが０．２を超えるＩｎＧａＮ混晶半導体であって、その結晶性、電気的特性、および光学特性等に優れたものを作製することは極めて困難であった。
【００１９】
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、結晶性、電気的特性、および光学特性等に優れたＩｎＮを含む半導体層を成膜する方法を提供することである。本発明の成膜方法によれば、７００℃以下の温度でＩｎＮを含む半導体層を成膜することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法は、プラズマで分解された水素原子と、Ｉｎ金属またはＩｎを含む化合物からなるＩｎ源とを反応させることによってＩｎ水素化物を形成するステップと、プラズマで窒素を分解することによって原子状窒素を形成するステップと、Ｉｎ水素化物と原子状窒素とを反応させることによって、基板上にＩｎＮを含む半導体層を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００２１】
プラズマで分解された水素原子と、Ｇａ金属またはＧａを含む化合物からなるＧａ源とを反応させることによってＧａ水素化物を形成するステップをさらに含み、ＩｎＮを含む半導体層を形成するステップは、Ｉｎ水素化物とＧａ水素化物と原子状窒素とを反応させることによって行なうことが好ましい。
【００２２】
上記のＩｎＮを含む半導体層は、Ｉｎ組成比が０．２以上であることが好ましい。プラズマによって生成されるイオンが、プロセス室に導入されるのを遮蔽するステップを含むことが好ましい。
【００２３】
基板上にＩｎＮを含む半導体層を形成するステップは、基板を１００℃以上７００℃以下に加熱した状態で行なうことが好ましい。ＩｎＮを含む半導体層を形成するステップは、１０００Ｐａ以上の圧力下で行なうことが好ましい。
【００２４】
本発明は、気相成長装置に関するものでもあり、該気相成長装置は、プラズマで分解された水素原子とＩｎ金属またはＩｎを含む化合物からなるＩｎ源とを反応させてＩｎ水素化物を形成するＩｎ水素化物供給部と、プラズマで窒素を分解することによって原子状窒素を形成する窒素供給部と、Ｉｎ水素化物と、原子状窒素とを反応させて、基板上にＩｎＮを含む半導体層を形成するプロセス室とを有することを特徴とする。
【００２５】
プラズマで分解された水素原子とＧａ金属またはＧａを含む化合物からなるＧａ源とを反応させてＧａ水素化物を形成するＧａ水素化物供給部をさらに含み、Ｉｎ水素化物と、Ｇａ水素化物と、原子状窒素とを反応させて、基板上にＩｎＮを含む半導体層を形成するプロセス室を有することが好ましい。
【００２６】
プラズマで生成されたイオンがプロセス室に導入されるのを抑制するメッシュ電極を備え、該メッシュ電極は、Ｉｎ水素化物供給部とプロセス室との間に設置されることが好ましい。メッシュ電極は、Ｇａ水素化物供給部とプロセス室との間に設置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、上記のような構成を有することにより、結晶性、電気的特性、および光学特性等に優れたＩｎＮを含む半導体層を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法を用いる気相成長装置の一例の模式的な断面図である。
【図２】本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法を用いる気相成長装置の一例の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。
【００３０】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法を用いる気相成長装置の一例の模式的な断面図である。本発明は、典型的には図１に示される気相成長装置を用いてＩｎＮを含む半導体層を成膜する。以下においては、図１の気相成長装置を参照しつつ、本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法を説明する。
【００３１】
（気相成長装置）
本発明において、図１に示される気相成長装置は、プロセス室１を有し、該プロセス室１でＩｎ水素化物と原子状窒素とが反応することにより、基板２上にＩｎＮを含む半導体層が形成される。
【００３２】
プロセス室１は、図１に示されるように、Ｉｎ水素化物を供給するためのＩｎ水素化物供給部１７と、原子状窒素を供給するための窒素供給部１８とが少なくとも接続されており、Ｇａ水素化物を供給するためのＧａ水素化物供給部１６が接続されることもある。また、プロセス室１には、排気口１３が接続されており、かかる排気口１３から未反応のガスやキャリアガスが排気される。
【００３３】
さらに、プロセス室１には、基板２を保持するための基板保持台４が設けられており、基板保持具３によって基板２が基板保持台４の下面に保持される。また、基板２を基板保持台４に保持するために基板吸着機構（図示せず）が設けられることもある。図１においては、基板２の表面を下向きに配置することにより、基板２の表面にパーティクルが混入されないようにしているが、必ずしも基板２の表面を下向きに配置する必要はない。
【００３４】
本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法は、プラズマで分解された水素原子と、Ｉｎ金属またはＩｎを含む化合物からなるＩｎ源とを反応させることによってＩｎ水素化物を形成するステップと、プラズマで窒素を分解することによって原子状窒素を形成するステップと、Ｉｎ水素化物と原子状窒素とを反応させることによって、基板上にＩｎＮを含む半導体層を形成するステップとを含むことを特徴とする。このような各ステップを含む方法によってＩｎＮを含む半導体層を成膜することにより、結晶性、電気的特性、および光学特性等に優れたＩｎＮを含む半導体層を成膜することができる。以下においては、これらの各ステップを詳述する。
【００３５】
（Ｉｎ水素化物を形成するステップ）
Ｉｎ水素化物を形成するステップでは、以下のようにしてＩｎ水素化物を形成する。まず、図１に示されるＩｎ水素化物供給部１７のＩｎ源設置電極８に高周波電源からの高周波電圧、および直流電源からの直流電圧を印加することによりプラズマを生成する。次に、Ｉｎ水素化物供給部１７に、水素ガス、または水素ガスおよび希ガスを含む反応ガス１０を導入する。
【００３６】
上記の反応ガス１０に対し、Ｉｎ源設置電極８で発生させたプラズマを接触させることにより、反応ガス１０中の水素分子がプラズマによって分解されて水素原子を形成する。この水素原子がＩｎ金属またはＩｎを含む化合物からなるＩｎ源７と反応することによって、Ｉｎ水素化物が形成される。
【００３７】
このようにして形成されたＩｎ水素化物をＩｎ水素化物供給部１７からプロセス室１に供給する。このようにＩｎを有機金属化合物ではなくＩｎ水素化物としてプロセス室１に供給することにより、Ｉｎを含む有機金属化合物をプロセス室１に供給する場合よりも、重合物のパーティクルが形成されにくく、かつ炭素コンタミも少なくすることができる。このため、本発明の成膜方法によれば、結晶性、電気的特性、および光学特性等に優れたＩｎを含む半導体層を作製することができる。
【００３８】
なお、上記のプラズマと窒素との反応によって、Ｎ2+、Ｎ+等のイオンが生じることもあるし、プラズマとＩｎ源との反応によって、ＩｎＨx+、Ｉｎ+、Ｈ2+、Ｈ+等のイオンが生じることもあるし、プラズマとキャリアガスとの反応によって、Ａｒ+等のイオンが生じることもある。これらのイオンは、ＩｎＮを含む半導体層の高品質な成長を阻害するものであるため、プロセス室１に導入しないことが好ましい。すなわち、上記で生じたイオンがプロセス室１に導入されると、イオン衝撃によってＩｎＮ半導体層の結晶にダメージを生じるとともに、基板の表面が帯電することとなり、もってＩｎＮを含む高品質な半導体層を成長しにくくなる。
【００３９】
上記のＩｎ源設置電極８には、直流電源から負の直流電圧を印加することが好ましい。負の直流電圧を印加することにより、上記のプラズマで生じたイオンをＩｎ源７に引き込むことができるため、プロセス室１にイオンが導入されにくく、イオンダメージの少ないＩｎＮを含む半導体層を成膜することができる。また、Ｉｎ水素化物を形成する効率を高めるという観点からは、Ｉｎ源７をＩｎ加熱用ヒーター９で１６０℃以上に加熱することが好ましい。
【００４０】
なお、Ｉｎ水素化物を形成する方法は、上記方法のみに限られるものではなく、たとえばＩｎをレーザーアブレーションした上で、アブレーションされたＩｎ原子を水素プラズマで処理することによってＩｎ水素化物を形成してもよい。
【００４１】
（Ｇａ水素化物を形成するステップ）
上記のＩｎ水素化物を形成するステップに加えて、Ｇａ水素化物を形成するステップを含むことが好ましい。Ｇａ水素化物を形成することにより、ＩｎＮを含む半導体層にＧａＮを導入することができ、もってＩｎＧａＮを含む混晶半導体を形成することができる。
【００４２】
なお、Ｇａ水素化物を形成するステップは、上記のＩｎ水素化物を形成するステップと基本的には同様の方法でＧａ水素化物を形成する。すなわち、上記の（Ｉｎ水素化物を形成するステップ）で説明したＩｎをＧａに読み替えることによって、Ｇａ水素化物を形成するステップの説明となる。このため、再度の説明を省略する。ただし、Ｇａ源６は、Ｇａ加熱用ヒーター９で４０℃以上に加熱することが好ましい。
【００４３】
（原子状窒素を形成するステップ）
本発明において、原子状窒素を形成するステップでは、以下のようにして原子状窒素を形成する。まず、窒素供給部１８のコイル電極１２に１３．５６ＭＨｚ以上の周波数の高周波電力を印加することにより、プラズマを生成する。そして、窒素供給部１８から窒素含有ガス１１を導入し、かかる窒素を前述のプラズマに接触させることにより、窒素を分解して原子状窒素を形成する。ここで、「原子状窒素」は、窒素原子のみならず窒素ラジカルを含むものであるが、Ｎ2+およびＮ+のような窒素イオンは含まれない。このようにして形成した原子状窒素をプロセス室１に供給する。
【００４４】
上記の窒素含有ガス１１は、窒素のみに限られるものではなく、窒素に加え、たとえばアルゴンガスなどのキャリアガスを含んでいても差し支えない。
【００４５】
（プラズマで生成するイオンがプロセス室に導入されるのを遮蔽するステップ）
Ｉｎ水素化物供給部１７とプロセス室１との間、Ｇａ水素化物供給部１６とプロセス室１との間、および窒素供給部１８とプロセス室１との間にメッシュ電極１５を設置することが好ましい。かかるメッシュ電極１５に直流電圧を印加することにより、上記の各ステップのプラズマによって生成されるイオンが、プロセス室１に導入されるのを遮蔽することができ、もってイオンダメージが少ないＩｎＮを含む半導体層を成膜することができる。また、イオンがメッシュ電極１５に接触すると、イオンとメッシュ電極１５との間で電子の授受が行なわれることにより、イオンが中性化されてプロセス室１にイオンが導入されにくくなる。
【００４６】
上記のメッシュ電極１５には、正の直流電圧を印加することが好ましい。これにより正イオンに対する反発力を生じさせることができるため、正イオンがプロセス室１に導入されるのを抑制することができる。
【００４７】
（ＩｎＮを含む半導体層を形成するステップ）
本発明において、ＩｎＮを含む半導体層を形成するステップでは、以下のようにしてＩｎＮを含む半導体層を成膜する。
【００４８】
まず、プロセス室１の基板保持台４に基板２をセットする。次に、基板保持台４に内蔵されている基板加熱用ヒーター５によって基板２を所定の温度に加熱した上で、プロセス室１内を所定の圧力に設定する。そして、基板２上でＩｎ水素化物と原子状窒素とを反応させることにより、基板２上にＩｎＮを含む半導体層を成膜する。
【００４９】
上記のＩｎ水素化物は、Ｉｎの周りに水素が配置されているため、マイグレーションさせるのに必要なエネルギーが低下しており、原子状窒素との反応性が高い。このため、７００℃以下の反応温度でも、十分にマイグレーションさせることができる。
【００５０】
したがって、上記の基板２の加熱温度は、１００℃以上７００℃以下であることが好ましい。このような低温でも、結晶性に優れたＩｎＮを含む半導体層を作製することができる。上記の基板２は、４５０℃以上６５０℃以下に加熱することがより好ましく、さらに好ましくは、５００℃以上６００℃以下である。１００℃未満であると、Ｉｎ水素化物と原子状窒素との反応性が十分ではないことに起因して、成膜速度が遅くなる傾向があり、７００℃を超えると、ＩｎＮを含む半導体に窒素空孔などの欠陥や相分離などが生じたり、膜応力による膜ゆがみが生じたりするため好ましくない。
【００５１】
上記のＩｎＮを含む半導体層を成膜するときの圧力は、１０００Ｐａ以上１１００００Ｐａ以下であることが好ましく、１０００Ｐａ以上５００００Ｐａ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１０００Ｐａ以上１００００Ｐａ以下である。このような圧力で成膜することにより、ＩｎＮを含む半導体層の結晶性を高めることができる。１Ｐａ未満であると、反応性が著しく低下して結晶成長が遅くなり、２０３０００Ｐａを超えると、装置の安全上好ましくない。
【００５２】
上記のＩｎＮを含む半導体層を成膜するときには、回転機構１４によって基板２を０ｒｐｍ以上１０００ｒｐｍ以下に回転させながら、基板上にＩｎＮを含む半導体層を成膜することが好ましい。上記の回転速度は、１ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１ｒｐｍ以上１００ｒｐｍ以下である。このようにしてＩｎＮを含む半導体層を成膜することにより、ＩｎＮを含む半導体層の面内の組成分布をより均一にすることができる。
【００５３】
なお、図１に示されるように、プロセス室１にＧａ水素化物を加え、Ｉｎ水素化物とＧａ水素化物と原子状窒素とを反応させることにより、基板２上にＩｎＮを含む半導体層を形成してもよい。このようにしてＩｎＮを含む半導体層を成膜すると、ＩｎＮを含む半導体層は、ＩｎＮとＧａＮとを含む混晶半導体となる。
【００５４】
上記のようにして作製されるＩｎＮを含む半導体層は、Ｉｎ組成比が０．２以上であることが好ましい。従来の成膜方法は、Ｉｎを含む有機金属化合物を供給していたため、Ｉｎを含む有機金属化合物を高温高圧で供給する必要があったが、それゆえＩｎ組成比が０．２以上を含むＩｎＮを含む半導体層の膜質の低下を避けることができなかった。一方、本発明の成膜方法によれば、Ｉｎ組成比が０．２以上を含むものであって、かつ結晶性、電気的特性、および光学特性等に優れたＩｎＮを含む半導体層を成膜することができる。
【００５５】
＜実施の形態２＞
図２は、本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法を用いる気相成長装置の一例の模式的な断面図である。本発明のＩｎＮを含む半導体層の成膜方法は、図２に示される気相成長装置を用いて成膜してもよい。
【００５６】
本実施の形態は、実施の形態１に比して、Ｉｎ源およびＧａ源が異なる他は実施の形態１と同様の成膜方法である。すなわち、実施の形態１では、Ｉｎ金属およびＧａ金属をＩｎ源およびＧａ源として用いていたが、本実施の形態では、Ｉｎを含む化合物およびＧａを含む化合物をＩｎ源およびＧａ源として用いる。以下においては、実施の形態１と相違する点を説明し、実施の形態１と重複する説明は繰り返さない。
【００５７】
（Ｉｎ水素化物を形成するステップ）
Ｉｎ水素化物を形成するステップでは、以下のようにしてＩｎ水素化物を形成する。まず、図１に示されるＩｎ水素化物供給部１７に接続されている部分に、水素ガス、または水素ガスおよび希ガスを含む反応ガス１０を導入する。
【００５８】
上記反応ガス１０に対し、平行平板電極２０で発生させたプラズマを接触させることにより、反応ガス１０中の水素分子がプラズマによって分解されて水素原子を形成する。この水素原子がＩｎ水素化物供給部１７に導入されるＩｎを含む化合物からなるＩｎ源と反応することによって、Ｉｎ水素化物が形成される。このようにして形成されたＩｎ水素化物をプロセス室１に供給する。上記のＩｎを含む化合物としては、たとえばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を挙げることができる。
【００５９】
（Ｇａ水素化物を形成するステップ）
Ｇａ水素化物を形成するステップは、上記のＩｎ水素化物を形成するステップと基本的には同様の方法でＧａ水素化物を形成する。Ｇａを含む化合物としては、たとえばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を挙げることができる。なお、原子状窒素を形成するステップ、およびＩｎＮを含む半導体層を形成するステップは、実施の形態１と同様である。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６１】
＜実施例１＞
本実施例においては、図１に示される気相成長装置を用いて、基板２上にＩｎＮを含む半導体層として、ＩｎＧａＮを含む混晶半導体を作製した。本実施例で用いた気相成長装置は、図１に示されるように、Ｉｎ水素化物供給部１７とＧａ水素化物供給部１６と排気口１３と窒素供給部１８とをプロセス室１に接続した。そして、Ｉｎ水素化物供給部１７とプロセス室１との間、Ｇａ水素化物供給部１６とプロセス室１との間、および窒素供給部１８とプロセス室１との間には、メッシュ電極１５を設けた。
【００６２】
（Ｉｎ水素化物を形成するステップ）
まず、Ｉｎ源設置電極８にＩｎ金属からなるＩｎ源７をセットした。そして、かかるＩｎ源７をＩｎ加熱用ヒーター９で１６０℃以上に加熱した。次に、Ｉｎ源設置電極８に高周波電源による高周波電圧、および直流電源による負の直流電圧を印加してプラズマを発生させた。一方、水素およびアルゴンを含む反応ガス１０をガス導入口から導入し、上記のプラズマに接触させた。これにより水素が分解されて水素原子となった。一方、直流電源を用いてメッシュ電極１５に正の電圧を印加することにより、プラズマで発生したイオンがプロセス室１に導入されないようにした。上記の水素原子がＩｎ源７と反応することにより、Ｉｎ水素化物を形成した。このようにして形成されたＩｎ水素化物をＩｎ水素化物供給部１７からプロセス室１に供給した。
【００６３】
（Ｇａ水素化物を形成するステップ）
上記のＩｎ水素化物を形成するステップと同様にしてＧａ金属からなるＧａ源６からＧａ水素化物を形成し、これをＧａ水素化物供給部１６からプロセス室１に供給した。
【００６４】
（原子状窒素を形成するステップ）
まず、窒素供給部１８のコイル電極１２に１３．５６ＭＨｚ以上の周波数の高周波電力を印加してプラズマを生成した。次に、窒素供給部１８から窒素とアルゴンとを含む窒素含有ガス１１を導入し、かかる窒素を前述のプラズマに接触させた。これにより窒素を分解して窒素ラジカル等の原子状窒素を形成した。このようにして形成した原子状窒素をプロセス室１に供給した。
【００６５】
（プラズマで生成するイオンがプロセス室に導入されるのを遮蔽するステップ）
Ｉｎ水素化物供給部１７とプロセス室１との間、Ｇａ水素化物供給部１６とプロセス室１との間、および窒素供給部１８とプロセス室１との間のメッシュ電極１５に直流電圧を印加した。これにより上記の各ステップのプラズマによって生成されるイオンが、プロセス室１に導入されるのを遮蔽した。
【００６６】
（ＩｎＮを含む半導体層を形成するステップ）
プロセス室１の基板保持台４の下面に、基板２をセットし、基板吸着機構（図示せず）によって基板２を保持した。そして、基板保持具３によって基板２の表面が下向きになるように基板２を固定した。
【００６７】
次に、基板保持台４に内蔵されている基板加熱用ヒーター５によって基板２を５５０℃に加熱した上で、プロセス室１内を１０００Ｐａの圧力に設定した。そして、回転機構１４によって基板２を１００ｒｐｍに回転させながら、上記で作製したＩｎ水素化物と原子状窒素とを基板２上で反応させることにより、基板２上にＩｎＮを含む半導体層を成膜した。なお、未反応のガスやキャリアガスは、排気口から排出した。このようにして作製したＩｎＮを含む半導体層は、結晶性、電気的特性、および光学特性等に優れたものであった。
【００６８】
＜実施例２＞
本実施例においては、図２に示される気相成長装置を用いて、基板２上にＩｎＮを含む半導体層として、ＩｎＧａＮを含む混晶半導体を作製した。本実施例で用いた気相成長装置は、図２に示されるように、Ｉｎ水素化物供給部１７とＧａ水素化物供給部１６と排気口１３と窒素供給部１８とをプロセス室１に接続した。そして、Ｉｎ水素化物供給部１７とプロセス室１との間、Ｇａ水素化物供給部１６とプロセス室１との間、および窒素供給部１８とプロセス室１との間には、メッシュ電極１５を設けた。
【００６９】
（Ｉｎ水素化物を形成するステップ）
まず、図１に示されるＩｎ水素化物供給部１７に接続されている部分に、水素ガス、または水素ガスおよび希ガスを含む反応ガス１０を導入した。かかる反応ガス１０に対し、平行平板電極２０で発生させたプラズマを接触させた。これにより、反応ガス１０中の水素分子がプラズマによって分解されて水素原子を形成した。
【００７０】
この水素原子がＩｎ水素化物供給部１７に導入されるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）と反応することによって、Ｉｎ水素化物を形成した。このようにして形成されたＩｎ水素化物をプロセス室１に供給した。
【００７１】
（Ｇａ水素化物を形成するステップ）
上記のＩｎ水素化物を形成するステップと同様にして、Ｇａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用いてＧａ水素化物を形成し、これをＧａ水素化物供給部１６からプロセス室１に供給した。
【００７２】
（原子状窒素を形成するステップ）
実施例１と同様の方法によって、プロセス室１に原子状窒素を導入した。
【００７３】
（プラズマで生成するイオンがプロセス室に導入されるのを遮蔽するステップ）
実施例１と同様の方法によって、プラズマによって生成されるイオンが、プロセス室１に導入されるのを遮蔽した。
【００７４】
（ＩｎＮを含む半導体層を形成するステップ）
実施例１と同様の方法によって、基板上にＩｎＮを含む半導体層を成膜した。
【００７５】
このようにして作製したＩｎＮを含む半導体層は、結晶性、電気的特性、および光学特性等に優れたものであった。
【００７６】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００７７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７８】
１  プロセス室、２  基板、３  基板保持具、４  基板保持台、５  基板加熱用ヒーター、６  Ｇａ源、７  Ｉｎ源、８  源設置電極、９  加熱用ヒーター、１０  反応ガス、１１  窒素含有ガス、１２  コイル電極、１３  排気口、１４  回転機構、１５  メッシュ電極、１６  Ｇａ水素化物供給部、１７  Ｉｎ水素化物供給部、１８  窒素供給部、２０  平行平板電極。
【図１】
2012160644.tif 000003
【図２】
2012160644.tif 000004