化学気相蒸着工程を利用した超格子半導体構造を製造する方法。
【課題】優れた界面特性と均一性が具現できる超格子半導体構造の製造方法を提供する。
【解決手段】この超格子半導体構造は、工程チャンバ１７０内のサセプター１３０上に基板１０１を搭載する段階Ｓ１と；上記工程チャンバ内の上記サセプター上に互いに異なる領域に第１ソースと第２ソースガスＡ、Ｂを同時に供給し、互いに分離された第１ソースガス領域１３４と第２ソースガス領域１３６を形成する段階Ｓ３と；上記サセプターの回転によって上記基板が公転する間に、上記基板が上記第１ソースガス領域と上記第２ソースガス領域を通過する段階を含む。
【解決手段】この超格子半導体構造は、工程チャンバ１７０内のサセプター１３０上に基板１０１を搭載する段階Ｓ１と；上記工程チャンバ内の上記サセプター上に互いに異なる領域に第１ソースと第２ソースガスＡ、Ｂを同時に供給し、互いに分離された第１ソースガス領域１３４と第２ソースガス領域１３６を形成する段階Ｓ３と；上記サセプターの回転によって上記基板が公転する間に、上記基板が上記第１ソースガス領域と上記第２ソースガス領域を通過する段階を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学気相蒸着を利用した超格子半導体構造を製造する方法に関するもので、より詳しくは、超格子の界面特性を向上させることが可能であり、基板間の均一性及び基板内の均一性を確保することが可能である超格子半導体構造の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体を利用した発光素子または光電素子が急激に発展することにより、超格子（ｓｕｐｅｒ ｌａｔｔｉｃｅ）半導体構造に対する要求が増加している。例えば、III−Ｖ族半導体素子製造において、基板物質とIII−Ｖ族化合物半導体物質間の格子定数及び熱膨脹係数の差による問題を解決するために、基板と半導体層の間に超格子半導体構造のバッファー層を形成することが可能である。このような超格子構造は、電位等の影響を受けて生じる欠陷を抑制し、電気伝導性を改善する效果があると報告されている。また、発光素子の活性層を超格子の多重量子井戸構造で形成することにより、電子のオーバーフロー（ｏｖｅｒ ｆｌｏｗ）を防止することが可能である。その他にも、フォトニックの分野において超格子半導体構造が広く利用されている。特許文献１（米国登録特許第６７０６５８５号公報）には化学気相蒸着工程を使用して積層超格子物質（ｌａｙｅｒｅｄ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を製造する方法が開示されている。図１には、一般的な超格子構造を有する化合物半導体素子が概略的に示している。基板（１１）上に互いに異なる組成のエピタキシャル層（１３、１４）が交互に繰り返して積層され、超格子構造を成している。例えば、サファイア基板（１１）上にＧａＡｓ層（１３）とＡｌＡｓ層（１４）を交互に繰り返して積層することにより、超格子半導体構造を製造することが可能である。
【０００３】
しかし、超格子半導体構造を形成するためには超薄膜層を規則的に繰り返して成長させなければならないので、バッチ（ｂａｔｃｈ；一括処理）式の大容量装備で超格子構造に対する均一性と再現性を得にくい。また、超格子構造の界面特性は超格子構造全体特性に影響を及ぼす重要要素であるが、製造工程または製造装備上の問題によって、超格子構造の界面特性が劣化されやすい。
【０００４】
図２は従来の技術による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのタイミングダイヤグラムであり、図３は図２の従来製造方法に使用される有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）装置（５００）の概略的なフローダイヤグラムである。従来の方法によれば、例えば図１の超格子半導体構造を形成するために、ＭＯＣＶＤ工程を利用して互いに異なるソースガスを交互に繰り返して工程チャンバに供給するようになる。
【０００５】
図２のタイミングダイヤグラムを参照すれば、“オン”と表示された部分は該ソースガスが工程チャンバ（基板が安置されたチャンバ）に供給されていることを表し、“オフ”と表示された部分は該ソースガスが工程チャンバに供給されてない（供給が中断されている）ことを表す。第１ソースガスは例えば、ＧａＡｓ層（１３）を形成するためのソースガス（例；トリメチルカリウム（ＴＭＧ））であり、第２ソースガスは例えば、ＡｌＡｓ層（１４）を形成するためのソースガス（例；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ））であり得る（上記各層構造は図１参照）。図２に示すように、先ず、第１ソースガス（ＴＭＧ）を工程チャンバに供給してチャンバ内に安置された基板にＧａＡｓ層（１３）を形成する。その後、第１ソースガスの供給を中断し、第２ソースガスを工程チャンバに供給して上記ＧａＡｓ層（１３）上にＡｌＡｓ層（１４）を形成させる。こうした１サイクル工程を多数回繰り返すことにより、図１に示すような超格子半導体構造を得ることができる。
【０００６】
図３のフローダイヤグラムを参照すれば、第１ソースガス供給装置（４１）と第２ソースガス供給装置（４２）から該ソースガスが供給されてそれぞれ流量制御機（４３、４４）を通過した後、スイッチングバルブ（４９、４６）に同時に続けて入り込む。それぞれのスイッチングバルブ（４９、４６）はオン／オフ動作を実行してオン動作の際には該ソースガスを工程チャンバ（７０）に供給し、オフ動作の際には該ソースガスを排出口（ｖｅｎｔ）方へ排気させる。それぞれのスイッチングバルブ（４９、４６）がこうしたオン／オフ動作を交互に実行することにより、第１、２ソースガス中のいずれか一つのソースガスだけがノズル（２０）を通してサセプター（３０）上に搭載された基板（１１）に供給される。多数の基板（２０）が公転することができるように、サセプター（３０）は処理工程中に続けて回転する。
【０００７】
すなわち、図２及び図３に示すように、第１スイッチングバルブ（４９）がオン状態の間には第２スイッチングバルブ（４６）はオフ状態になり、第１ソースガス（例えば、ＴＭＧ）のみがソースガス導入ライン（４８）を通してチャンバ（７０）に供給され、第２ソースガス（例えば、ＴＭＡ）は排出口（４６ａ）に排気される。一方、第１スイッチングバルブ（４９）がオフ状態の間には第２スイッチングバルブ（４６）はオン状態になり、第２ソースガスのみが工程チャンバ（７０）に供給され、第１ソースが排出口（４９ａ）に排気される。第１または第２ソースガスが供給される間には、続けて第３ソースガス（例えば、ＡｓのソースガスであるＡｓＨ３）がソースガス導入ライン（４７）とノズル（２０）を通してチャンバ（７０）に供給され得る。チャンバ（７０）で反応し、残りの残余ガスは排気ライン（６１）を通して外部へ排出される。さらに、このような動作を繰り返して実行することにより、図１に示すような超格子半導体構造（１３、１４）が製造される。
【０００８】
しかし、上記超格子半導体構造の製造方法によれば、スイッチングバルブが選択的にスイッチングすることにより、ソースガスの半分が排出口（４９ａ、４６ａ）に捨てられるようになりソースガス購入費用が必要以上に増加するようになる。また、スイッチングバルブと工程チャンバが相当な距離に離れているので、ソースガスの切り換え後、実際に所望の半導体層が成長するまで相当な時間がかかる。また、バッチ式のように複数の基板を配置し、これらの基板を一括蒸着処理する配置方式の工程チャンバにおいてソースガスがチャンバ内に均一に広がり均一な成長を得るには、相当な時間がかかる。こうした所要時間は超格子の界面特性を悪化させるだけでなく、基板間の均一性及び基板内の均一性を得るのに障害を起こし、再現性が低い。その他にも、上記所要時間とオン／オフ動作制御の難しさにより、処理工程時間が長く、工程が複雑である。
【特許文献１】米国登録特許第６７０６５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記した問題点を解決するためのものとして、その目的はソースガスの無駄をなくし、超格子の界面特性を向上させ、優れた再現性と均一性を確保することができるＣＶＤ工程を利用した超格子半導体構造の製造方法を提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、工程をより単純化させることが可能であり、工程時間を短縮させ得るＣＶＤ工程を利用した超格子半導体構造の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した技術的課題を成し遂げるために、本発明による超格子半導体構造の製造方法は、工程チャンバ内のサセプター上に基板を搭載する段階と；上記工程チャンバ内の上記サセプター上の互いに異なる領域に第１ソースと第２ソースガスを同時に供給し、互いに分離された第１ソースガス領域と第２ソースガス領域を形成する段階と；上記サセプターの回転によって上記基板が公転する間に、上記基板が上記第１ソースガス領域と上記第２ソースガス領域を通過する段階を含む。上記サセプター上には多数の基板が搭載され得る。
【００１２】
本発明によれば、上記第１ソースガス及び第２ソースガスは有機金属ソースガスであり得る。しかし、本発明が有機金属化学気相蒸着工程で限定されるわけではなく、超格子半導体構造を製造するためなら他の形態の化学気相蒸着工程にも適用できる。
【００１３】
本発明によれば、上記第１ソースガス領域と第２ソースガス領域は互いに異なる半導体層を形成するためのソースガス領域である。このような互いに異なるソースガス領域を作るためには、上記第１ソースガス及び第２ソースガスは互いに分離されて上記工程チャンバ内に注入され、互いに分離されて上記工程チャンバ外部へ排気される。
【００１４】
本発明によれば、上記基板が上記第１及び第２ソースガス領域を通過する段階において、上記基板が上記サセプター上で公転しながら上記第１ソースガス領域を通過する際、上記基板上には第１半導体層が形成され、上記基板が上記サセプター上で公転しながら上記第２ソースガス領域を通過する際、上記基板上には第２半導体層が形成される。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｐ層（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｃＧａｄＩｎ（１−ｃ−ｄ）Ｐ層（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）である。
【００１６】
他の実施形態によれば、上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（０≦ｘ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層（０≦ｙ≦１）である。さらに、他の実施形態によれば、上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌｍＧａ（１−ｍ）Ｎ層（０≦ｍ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｎＧａ（１−ｎ）Ｎ層（０≦ｎ≦１）である。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、上記基板が上記サセプター上において公転し始めた後、上記第１ソースガスと第２ソースガスが上記工程チャンバに供給される。他の実施形態によれば、上記基板が上記サセプター上において公転する前に、上記第１ソースガスと第２ソースガスが上記工程チャンバに供給される。
【００１８】
本発明の好ましき実施形態によれば、上記基板が上記サセプター上において１回公転する際、上記基板上には超格子半導体構造の１周期にあたる半導体層が形成される。さらに、好ましき実施形態によれば、上記工程チャンバは水平型工程チャンバであり、上記第１ソースガス及び第２ソースガスは上記工程チャンバに水平方向に注入される。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、上記第１ソースガス及び第２ソースガスを同時に供給する段階において、第３ソースガスを上記工程チャンバ内の上記サセプター上の全体領域に供給することが可能である。この場合、上記第１及び第２ソースガスは上記工程チャンバに水平方向に注入される一方、上記第２ソースガスは上記工程チャンバに垂直方向に注入され得る。上記第３ソースガスはＡｓＨ３、ＰＨ３、またはＮＨ３ガスを含むことができる。なお、上記第３ソースガスはＨ２、Ｎ２又はこれらの混合物をさらに含むことができる。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、上記基板の公転速度は一定である。好ましくは、上記公転速度は１から１０ｒｐｍである。また、上記基板の公転速度を調節することにより、上記超格子半導体構造の１周期の厚さを制御することができる。
【００２１】
本発明は、既存のスイッチングバルブを交互にスイッチングして超格子構造を得る方法と違い、基板を工程チャンバ内で公転させながら、工程チャンバ内の空間に互いに分離された２種類のソースガス領域を形成する。それによって、基板が１回公転する度に上記２種類のソースガス領域を通るようになることにより、互いに異なる半導体層が交互に周期的に形成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、公転する基板が互いに異なるソースガス領域を通過することによって、優れた界面特性と均一性を有する超格子半導体構造を製造することが可能となる。とりわけ、安定的なラミナフローを経て半導体層が形成されることにより、基板内及び基板間の均一性が著しく向上される。また、ソースガスの無駄をなくし、超格子製造費用を節減することが可能となる。その他にも、長期間繰り返されるバルブのオン／オフ動作が不要なためバルブの寿命を増加させることが可能である。さらに、基板の公転速度の調節により超格子１周期の厚さを正確で容易に制御することができ、１ｎｍ以下の超格子１周期の厚さを有する超格子構造も製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付の図を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形可能で、本発明の範囲が以下説明する実施形態に限定されるわけではない。本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有する者に対し本発明をより完全に説明するため提供するものである。従って、図面における要素の形状及び寸法などはより明確な説明のために誇張されることもあり、図面上の同一符合で表示される要素は同一要素である。
【００２４】
先ず、図４、図５ａ及び図１２を参照して、本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明する。
【００２５】
図４は、図２に対比されるものとして、本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのタイミングダイヤグラムである。図５ａは、図３に対比されるものとして本発明の一実施形態によって超格子半導体構造を製造するための有機金属化学気相蒸着装置の概略的なフローダイヤグラムである。また、図１２は、本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００２６】
超格子半導体構造を形成するために、先ず、水平型工程チャンバ（１７０）内のサセプター（１３０）上に基板（１０１）を搭載する（図１２のＳ１段階）。この際、上記サセプター（１３０）は回転することができるように構成されており、多数の基板（１０１）が搭載されることができるように十分な大きさの搭載面積を有する。この際、基板（１０１）はサセプター（１３０）の中心から外れた位置に搭載され、サセプター（１３０）が回転する時基板（１０１）が公転するようにする。
【００２７】
その後、基板（１０１）が搭載されたサセプター（１３０）を回転させることにより、基板（１０１）が公転できるようにする（図１２のＳ２段階）。この際、公転する基板（１０１）がサセプター（１３０）の外に離脱されないよう適切なチャック（ｃｈｕｃｋ）を使用することができる。上記基板（１０１）の公転速度は蒸着工程が実行される間一定に維持されることができる。しかし、他の方案として、上記公転速度（即ち、サセプターの回転速度）を工程の間変化させることも可能である。
【００２８】
次に、図５ａに示すように、基板（１０１）が公転する間、第１ソースガス（例えば、ＴＭＧガス）及び第２ソースガス（例えば、ＴＭＡガス）をそれぞれ第１及び第２ソースガス供給装置（１４１、１４２）から流量制御機（１４３、１４４）、バルブ（１４５、１４６）及びソースガス導入ライン（１４９、１４８）を通して工程チャンバ（１７０）中に同時に供給する（図１２のＳ３段階）。この際、第１ソースガス及び第２ソースガスはノズル（１２０）を通してチャンバ（１７０）内に注入される。第１ソースガス及び第２ソースガスは同時に工程チャンバ（１７０）内に供給されるので、バルブ（１４５、１４６）は別途の排出口を要しない。従って、従来と違って、使用しないソースガスの無駄が生じなくなる。第１及び第２ソースガスがチャンバ（１７０）に供給される際、第３ソースガスも他の導入ライン（１４７）を通してチャンバ（１７０）に供給することができる。
【００２９】
他の方法として、基板（１０１）が公転する前に第１ソースガスと第２ソースガスを工程チャンバ（１７０）内に供給することもできる。
【００３０】
図４に示すように、第１ソースガス及び第２ソースガスは同時にチャンバ（１７０）内に供給され、ガス供給の間には別途のオン／オフ動作が実行されない。その代りに、基板（１０１）上に互いに異なる半導体層を交互に積層させるため、前述したように基板（１０１）を工程チャンバ（１７０）内で公転させながら、分離された互いに異なるソースガス領域、すなわち、第１領域（１３４）と第２領域（１３６）を形成する。第１領域は第１ソースガス領域に該当し、第２領域（１３６）は第２ソースガス領域に該当する。
【００３１】
このように、分離された互いに異なるソースガス領域（１３４、１３０）を形成するためには、第１ソースガスと第２ソースガスが分離され工程チャンバ（１７０）の互いに異なる領域に注入されなければならず、注入されたそれぞれのソースガスはできれば互いに混じらないようにすべきである。
【００３２】
第１及び第２ソースガスを互いに異なる領域に分離して注入するために、第１ソースガスと第２ソースガスを注入する上記ノズル（１２０）は互いに分離された第１ソースガス通路と第２ソースガス通路を具備し、各ソースガスの噴射口も分離されていなければならない。米国特許第６７８６９７３号は互いに異なるガスを相互分離してチャンバ内に注入することが可能であるノズルを開示している。
【００３３】
さらに、互いに異なる領域に分離され注入された互いに異なるソースガスが互いに混じらないようにするためには、各ソースガスの反応後、残余ガスが互いに分離され排気されなければならない。そのために、第１領域に隣接して第１ソースガス用排気ラインを設置し、第２領域に隣接して第２ソースガス用排気ラインを設置する。
【００３４】
図５ｂを参照すれば、第１ソースガス（Ａ）と第２ソースガス（Ｂ）はノズル（１２０）によって互いに分離されて互いに異なる噴射口（１４９ａ、１４８ａ）を通して互いに異なる領域に水平方向に噴射される。なお、第３ソースガス（Ｃ）は垂直方向に全体領域にかけて噴射される。第３ソースがス（Ｃ）は、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ超格子形成のために使用されるＡｓＨ３のように第１領域（１３４）と第２領域（１３６）両者共に必要なガスである。従って、上記したように、第３ソースガスは第１及び第２領域（１３４、１３６）全体にわたって供給される。第３ソースガスの圧力を調節するために、第３ソースガスはＨ２、Ｎ２又はこれらの混合物をさらに含むことができる。
【００３５】
また、第１ソースガス用排気ライン（１６１）と第２ソースガス用排気ライン（１６２）を分離して設置されているが（図５ａ参照）、第１ソースガス用排気ライン（１６１）は第１領域（１３４）に隣接して設置され、第２ソースガス用排気ライン（１６２）は第２領域（１３６）に隣接して設置されている。従って、本実施形態で用いられる有機金属化学気相蒸着装置は互いに分離されたソースガス領域（１３４、１３６）を形成するのに適合するよう構成されている。
【００３６】
このように基板（１０１）が公転する状態で上記工程チャンバ（１７０）内のサセプター（１３０）上に互いに分離されたソースガス領域を形成することにより、基板が１回公転する度に上記２種類のソースガス領域（１３４、１３６）を通るようになる。それによって、基板（１０１）上には互いに異なる半導体層が交互に周期的に形成される（図１２のＳ４段階）。具体的に説明すれば、基板（１０１）がサセプター（１３０）上で公転しながら上記第１領域（１３４）を通過する際、上記基板（１０１）上には第１半導体層（図７の図面符号１０３参照）が形成され、上記基板（１０１）がサセプター（１３０）上で公転しながら上記第２領域（１３６）を通過する際、上記基板（１０１）上には第２半導体層（図７の図面符号１０５参照）が形成される。継続して基板（１０１）が公転することで、基板（１０１）上には交互に積層された第１及び第２半導体層の超格子構造を得るようになる（図７参照）。
【００３７】
図６のグラフは、基板（１０１）が公転しながら供給されるガスの種類を図式で表示している。図６において斜線を引いた部分は、基板（１０１）が該ソースガスの供給を受けていることを意味する。公転する基板（１０１）はａからｂ時間の間に第１ソースガス領域（１３４）を通りながら、第１ソースガスの供給を受けるようになる。この際、基板（１０１）上には第１半導体が形成される。また、ｂからｐ時間の間に第２ソースガス領域（１３６）を通りながら、第２ソースガスの供給を受けるようになり第２半導体層が形成される。基板（１０１）は全体工程時間の間第３ソースガスの供給を受ける。このような工程を繰り返すにより、基板（１０１）上には超格子構造が形成される。ここで、ａからｐまでの時間は基板（１０１）の公転周期に該当する。
【００３８】
上記実施形態によれば、基板（１０１）の公転によって基板（１０１）は互いに異なるソースガスを交互に供給を受けるので、従来と違って、ソースガスの切り換えに時間がかからない。また、各ソースガス領域（１３４、１３６）は予め均一性が確保されているので、従来と違って均一な成長を得るのに必要な時間が所要されない。従って、本実施形態によって製造された超格子半導体構造は優れた界面特性を表し、基板内及び基板の均一性が改善される。とりわけ、水平型の工程チャンバ（１７０）内において安定的なラミナフロー（一定の平行層流）を確保するのが容易であるため、基板内または基板間均一性をより向上させることが可能となる。
【００３９】
好ましくは、基板（１０１）がサセプター（１７０）上で１回公転する際、上記基板（１０１）上には超格子半導体構造の１周期に該当する半導体層（図７で、厚さｔに相当する半導体層）が形成される。この場合、基板（１０１）の公転回収を調節することにより、超格子半導体構造の層数を正確に制御することが可能となる。さらに、本発明によれば、ソースガスの供給流量など他の条件が一定である時、基板（１０１）の公転速度を調節することにより、超格子半導体構造の１周期厚さ（ｔ）を正確に制御することが可能である。公転速度を適切に調節すれば、１ｎｍ以下の超格子１周期厚さまでも具現できるようになる。
【００４０】
本発明の超格子製造方法は、様々な化合物半導体の超格子構造を製造するのに適用されることができる。例えば、互いに異なる組成のＡｌＧａＩｎＰ層が交互に積層されて形成された超格子構造を形成するために本発明の製造方法を容易に利用することができる（第３ソースガスとしてＰＨ３を使用）。その他にも、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓの超格子構造を形成したり（第３ソースガスとしてＡｓＨ３を使用）、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ系の超格子構造を形成するのに（第３ソースガスとしてＮＨ３を使用）に本発明が適用されることもできる。
【００４１】
本発明者は、サセプター回転速度（基板公転速度）を異にしながら、互いに異なる組成を有する第１ＡｌＧａＩｎＰ層と第２ＡｌＩｎＰ層が交互に成長された複数層の超格子構造を製造した。その製造された複数のＡｌＧａＩｎＰサンプルを実験分析して図８乃至図９のグラフと図１０のＴＥＭ写真を得た。図８は互いに異なる成長速度で成長されたＡｌＩｎＰ超格子構造サンプルに対するロッキングカーブを表す。最も高いピーク（０ｔｈ ｏｒｄｅｒ ｐｅａｋ）と二番目に高いピーク（矢印）の間のシータ間隔が小さいほど超格子１周期の厚さが大きい。従って、図８に示すように、成長速度（Ｇ／Ｒ）が増加するほど超格子１周期の厚さが増加するということが明らかに判る。
【００４２】
図９は、成長速度と超格子１周期厚さとの関係を表す。図９に示すように、超格子１周期厚さは成長速度によって線形的に変わることが判る。図１０は、公転速度の逆数と超格子１周期厚さとの関係を表す。図１０を参照すれば、超格子１周期厚さは公転速度の逆数値によって線形的に変わる。従って、異なる工程条件（流量、温度、圧力など）をそのまま維持した状態で、基板の公転速度だけで超格子の成長速度と超格子１周期厚さを精密に調節することが可能となる。また、図１１のＴＥＭ写真より判るように、良好な界面を有する均一な厚さの高品質超格子構造を得ることができる。
【００４３】
本発明は上述した実施形態及び添付の図面によって限定されず、添付された請求範囲によって限定しようとする。なお、本発明は請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において様々な形態の置換、変形及び変更が可能であるということは当技術分野の通常の知識を有する者に自明である。なお、前記の工程チャンバは、処理チャンバ或いは単にチャンバと称してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】一般的な超格子構造を有する化合物半導体素子の断面図である。
【図２】従来技術による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのタイミングダイヤグラムである。
【図３】従来技術によって超格子半導体構造を製造するための有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）装置の概略的なフローダイヤグラムである。
【図４】本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのタイミングダイヤグラムである。
【図５ａ】本発明の一実施形態によって超格子半導体構造を製造するための有機金属化学気相蒸着装置の概略的なフローダイヤグラムである。
【図５ｂ】図５ａの有機金属化学気相蒸着装置の工程チャンバの断面構造を示す概路図である。
【図６】本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の一実施形態によって製造された超格子半導体構造の断面図である。
【図８】本発明によって製造されたＡｌＧａＩｎＰ超格子半導体構造内に含まれたＡｌＧａＩｎＰ単一層のＸ−線回折（ＸＲＤ）実験結果を示す図面として、互いに異なる成長速度で形成されたＡｌＧａＩｎＰ単一層のＸＲＤロッキングカーブを示す図面である。
【図９】ＡｌＧａＩｎＰ層の成長速度によるＡｌＧａＩｎＰ超格子１周期の厚さ変化を示すグラフである。
【図１０】基板の公転速度の逆数によるＡｌＧａＩｎＰ超格子１周期の厚さ変化を示すグラフである。
【図１１】本発明によって製造されたＡｌＧａＩｎＰ超格子半導体構造の断面を示すＴＥＭ写真である。
【図１２】本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１０１ 基板 １２０ ノズル
１３０ サセプター １３４ 第１領域
１３６ 第２領域 １４１ 第１ソースガス供給装置
１４２ 第２ソースガス供給装置 １４３、１４４ 流量制御機
１４５、１４６ バルブ
１４７、１４８、１４９ ソースガス導入ライン
１６１、１６２ 排気ライン １７０ 工程チャンバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学気相蒸着を利用した超格子半導体構造を製造する方法に関するもので、より詳しくは、超格子の界面特性を向上させることが可能であり、基板間の均一性及び基板内の均一性を確保することが可能である超格子半導体構造の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体を利用した発光素子または光電素子が急激に発展することにより、超格子（ｓｕｐｅｒ ｌａｔｔｉｃｅ）半導体構造に対する要求が増加している。例えば、III−Ｖ族半導体素子製造において、基板物質とIII−Ｖ族化合物半導体物質間の格子定数及び熱膨脹係数の差による問題を解決するために、基板と半導体層の間に超格子半導体構造のバッファー層を形成することが可能である。このような超格子構造は、電位等の影響を受けて生じる欠陷を抑制し、電気伝導性を改善する效果があると報告されている。また、発光素子の活性層を超格子の多重量子井戸構造で形成することにより、電子のオーバーフロー（ｏｖｅｒ ｆｌｏｗ）を防止することが可能である。その他にも、フォトニックの分野において超格子半導体構造が広く利用されている。特許文献１（米国登録特許第６７０６５８５号公報）には化学気相蒸着工程を使用して積層超格子物質（ｌａｙｅｒｅｄ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を製造する方法が開示されている。図１には、一般的な超格子構造を有する化合物半導体素子が概略的に示している。基板（１１）上に互いに異なる組成のエピタキシャル層（１３、１４）が交互に繰り返して積層され、超格子構造を成している。例えば、サファイア基板（１１）上にＧａＡｓ層（１３）とＡｌＡｓ層（１４）を交互に繰り返して積層することにより、超格子半導体構造を製造することが可能である。
【０００３】
しかし、超格子半導体構造を形成するためには超薄膜層を規則的に繰り返して成長させなければならないので、バッチ（ｂａｔｃｈ；一括処理）式の大容量装備で超格子構造に対する均一性と再現性を得にくい。また、超格子構造の界面特性は超格子構造全体特性に影響を及ぼす重要要素であるが、製造工程または製造装備上の問題によって、超格子構造の界面特性が劣化されやすい。
【０００４】
図２は従来の技術による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのタイミングダイヤグラムであり、図３は図２の従来製造方法に使用される有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）装置（５００）の概略的なフローダイヤグラムである。従来の方法によれば、例えば図１の超格子半導体構造を形成するために、ＭＯＣＶＤ工程を利用して互いに異なるソースガスを交互に繰り返して工程チャンバに供給するようになる。
【０００５】
図２のタイミングダイヤグラムを参照すれば、“オン”と表示された部分は該ソースガスが工程チャンバ（基板が安置されたチャンバ）に供給されていることを表し、“オフ”と表示された部分は該ソースガスが工程チャンバに供給されてない（供給が中断されている）ことを表す。第１ソースガスは例えば、ＧａＡｓ層（１３）を形成するためのソースガス（例；トリメチルカリウム（ＴＭＧ））であり、第２ソースガスは例えば、ＡｌＡｓ層（１４）を形成するためのソースガス（例；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ））であり得る（上記各層構造は図１参照）。図２に示すように、先ず、第１ソースガス（ＴＭＧ）を工程チャンバに供給してチャンバ内に安置された基板にＧａＡｓ層（１３）を形成する。その後、第１ソースガスの供給を中断し、第２ソースガスを工程チャンバに供給して上記ＧａＡｓ層（１３）上にＡｌＡｓ層（１４）を形成させる。こうした１サイクル工程を多数回繰り返すことにより、図１に示すような超格子半導体構造を得ることができる。
【０００６】
図３のフローダイヤグラムを参照すれば、第１ソースガス供給装置（４１）と第２ソースガス供給装置（４２）から該ソースガスが供給されてそれぞれ流量制御機（４３、４４）を通過した後、スイッチングバルブ（４９、４６）に同時に続けて入り込む。それぞれのスイッチングバルブ（４９、４６）はオン／オフ動作を実行してオン動作の際には該ソースガスを工程チャンバ（７０）に供給し、オフ動作の際には該ソースガスを排出口（ｖｅｎｔ）方へ排気させる。それぞれのスイッチングバルブ（４９、４６）がこうしたオン／オフ動作を交互に実行することにより、第１、２ソースガス中のいずれか一つのソースガスだけがノズル（２０）を通してサセプター（３０）上に搭載された基板（１１）に供給される。多数の基板（２０）が公転することができるように、サセプター（３０）は処理工程中に続けて回転する。
【０００７】
すなわち、図２及び図３に示すように、第１スイッチングバルブ（４９）がオン状態の間には第２スイッチングバルブ（４６）はオフ状態になり、第１ソースガス（例えば、ＴＭＧ）のみがソースガス導入ライン（４８）を通してチャンバ（７０）に供給され、第２ソースガス（例えば、ＴＭＡ）は排出口（４６ａ）に排気される。一方、第１スイッチングバルブ（４９）がオフ状態の間には第２スイッチングバルブ（４６）はオン状態になり、第２ソースガスのみが工程チャンバ（７０）に供給され、第１ソースが排出口（４９ａ）に排気される。第１または第２ソースガスが供給される間には、続けて第３ソースガス（例えば、ＡｓのソースガスであるＡｓＨ３）がソースガス導入ライン（４７）とノズル（２０）を通してチャンバ（７０）に供給され得る。チャンバ（７０）で反応し、残りの残余ガスは排気ライン（６１）を通して外部へ排出される。さらに、このような動作を繰り返して実行することにより、図１に示すような超格子半導体構造（１３、１４）が製造される。
【０００８】
しかし、上記超格子半導体構造の製造方法によれば、スイッチングバルブが選択的にスイッチングすることにより、ソースガスの半分が排出口（４９ａ、４６ａ）に捨てられるようになりソースガス購入費用が必要以上に増加するようになる。また、スイッチングバルブと工程チャンバが相当な距離に離れているので、ソースガスの切り換え後、実際に所望の半導体層が成長するまで相当な時間がかかる。また、バッチ式のように複数の基板を配置し、これらの基板を一括蒸着処理する配置方式の工程チャンバにおいてソースガスがチャンバ内に均一に広がり均一な成長を得るには、相当な時間がかかる。こうした所要時間は超格子の界面特性を悪化させるだけでなく、基板間の均一性及び基板内の均一性を得るのに障害を起こし、再現性が低い。その他にも、上記所要時間とオン／オフ動作制御の難しさにより、処理工程時間が長く、工程が複雑である。
【特許文献１】米国登録特許第６７０６５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記した問題点を解決するためのものとして、その目的はソースガスの無駄をなくし、超格子の界面特性を向上させ、優れた再現性と均一性を確保することができるＣＶＤ工程を利用した超格子半導体構造の製造方法を提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、工程をより単純化させることが可能であり、工程時間を短縮させ得るＣＶＤ工程を利用した超格子半導体構造の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した技術的課題を成し遂げるために、本発明による超格子半導体構造の製造方法は、工程チャンバ内のサセプター上に基板を搭載する段階と；上記工程チャンバ内の上記サセプター上の互いに異なる領域に第１ソースと第２ソースガスを同時に供給し、互いに分離された第１ソースガス領域と第２ソースガス領域を形成する段階と；上記サセプターの回転によって上記基板が公転する間に、上記基板が上記第１ソースガス領域と上記第２ソースガス領域を通過する段階を含む。上記サセプター上には多数の基板が搭載され得る。
【００１２】
本発明によれば、上記第１ソースガス及び第２ソースガスは有機金属ソースガスであり得る。しかし、本発明が有機金属化学気相蒸着工程で限定されるわけではなく、超格子半導体構造を製造するためなら他の形態の化学気相蒸着工程にも適用できる。
【００１３】
本発明によれば、上記第１ソースガス領域と第２ソースガス領域は互いに異なる半導体層を形成するためのソースガス領域である。このような互いに異なるソースガス領域を作るためには、上記第１ソースガス及び第２ソースガスは互いに分離されて上記工程チャンバ内に注入され、互いに分離されて上記工程チャンバ外部へ排気される。
【００１４】
本発明によれば、上記基板が上記第１及び第２ソースガス領域を通過する段階において、上記基板が上記サセプター上で公転しながら上記第１ソースガス領域を通過する際、上記基板上には第１半導体層が形成され、上記基板が上記サセプター上で公転しながら上記第２ソースガス領域を通過する際、上記基板上には第２半導体層が形成される。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｐ層（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｃＧａｄＩｎ（１−ｃ−ｄ）Ｐ層（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）である。
【００１６】
他の実施形態によれば、上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（０≦ｘ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層（０≦ｙ≦１）である。さらに、他の実施形態によれば、上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌｍＧａ（１−ｍ）Ｎ層（０≦ｍ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｎＧａ（１−ｎ）Ｎ層（０≦ｎ≦１）である。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、上記基板が上記サセプター上において公転し始めた後、上記第１ソースガスと第２ソースガスが上記工程チャンバに供給される。他の実施形態によれば、上記基板が上記サセプター上において公転する前に、上記第１ソースガスと第２ソースガスが上記工程チャンバに供給される。
【００１８】
本発明の好ましき実施形態によれば、上記基板が上記サセプター上において１回公転する際、上記基板上には超格子半導体構造の１周期にあたる半導体層が形成される。さらに、好ましき実施形態によれば、上記工程チャンバは水平型工程チャンバであり、上記第１ソースガス及び第２ソースガスは上記工程チャンバに水平方向に注入される。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、上記第１ソースガス及び第２ソースガスを同時に供給する段階において、第３ソースガスを上記工程チャンバ内の上記サセプター上の全体領域に供給することが可能である。この場合、上記第１及び第２ソースガスは上記工程チャンバに水平方向に注入される一方、上記第２ソースガスは上記工程チャンバに垂直方向に注入され得る。上記第３ソースガスはＡｓＨ３、ＰＨ３、またはＮＨ３ガスを含むことができる。なお、上記第３ソースガスはＨ２、Ｎ２又はこれらの混合物をさらに含むことができる。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、上記基板の公転速度は一定である。好ましくは、上記公転速度は１から１０ｒｐｍである。また、上記基板の公転速度を調節することにより、上記超格子半導体構造の１周期の厚さを制御することができる。
【００２１】
本発明は、既存のスイッチングバルブを交互にスイッチングして超格子構造を得る方法と違い、基板を工程チャンバ内で公転させながら、工程チャンバ内の空間に互いに分離された２種類のソースガス領域を形成する。それによって、基板が１回公転する度に上記２種類のソースガス領域を通るようになることにより、互いに異なる半導体層が交互に周期的に形成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、公転する基板が互いに異なるソースガス領域を通過することによって、優れた界面特性と均一性を有する超格子半導体構造を製造することが可能となる。とりわけ、安定的なラミナフローを経て半導体層が形成されることにより、基板内及び基板間の均一性が著しく向上される。また、ソースガスの無駄をなくし、超格子製造費用を節減することが可能となる。その他にも、長期間繰り返されるバルブのオン／オフ動作が不要なためバルブの寿命を増加させることが可能である。さらに、基板の公転速度の調節により超格子１周期の厚さを正確で容易に制御することができ、１ｎｍ以下の超格子１周期の厚さを有する超格子構造も製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付の図を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形可能で、本発明の範囲が以下説明する実施形態に限定されるわけではない。本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有する者に対し本発明をより完全に説明するため提供するものである。従って、図面における要素の形状及び寸法などはより明確な説明のために誇張されることもあり、図面上の同一符合で表示される要素は同一要素である。
【００２４】
先ず、図４、図５ａ及び図１２を参照して、本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明する。
【００２５】
図４は、図２に対比されるものとして、本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのタイミングダイヤグラムである。図５ａは、図３に対比されるものとして本発明の一実施形態によって超格子半導体構造を製造するための有機金属化学気相蒸着装置の概略的なフローダイヤグラムである。また、図１２は、本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００２６】
超格子半導体構造を形成するために、先ず、水平型工程チャンバ（１７０）内のサセプター（１３０）上に基板（１０１）を搭載する（図１２のＳ１段階）。この際、上記サセプター（１３０）は回転することができるように構成されており、多数の基板（１０１）が搭載されることができるように十分な大きさの搭載面積を有する。この際、基板（１０１）はサセプター（１３０）の中心から外れた位置に搭載され、サセプター（１３０）が回転する時基板（１０１）が公転するようにする。
【００２７】
その後、基板（１０１）が搭載されたサセプター（１３０）を回転させることにより、基板（１０１）が公転できるようにする（図１２のＳ２段階）。この際、公転する基板（１０１）がサセプター（１３０）の外に離脱されないよう適切なチャック（ｃｈｕｃｋ）を使用することができる。上記基板（１０１）の公転速度は蒸着工程が実行される間一定に維持されることができる。しかし、他の方案として、上記公転速度（即ち、サセプターの回転速度）を工程の間変化させることも可能である。
【００２８】
次に、図５ａに示すように、基板（１０１）が公転する間、第１ソースガス（例えば、ＴＭＧガス）及び第２ソースガス（例えば、ＴＭＡガス）をそれぞれ第１及び第２ソースガス供給装置（１４１、１４２）から流量制御機（１４３、１４４）、バルブ（１４５、１４６）及びソースガス導入ライン（１４９、１４８）を通して工程チャンバ（１７０）中に同時に供給する（図１２のＳ３段階）。この際、第１ソースガス及び第２ソースガスはノズル（１２０）を通してチャンバ（１７０）内に注入される。第１ソースガス及び第２ソースガスは同時に工程チャンバ（１７０）内に供給されるので、バルブ（１４５、１４６）は別途の排出口を要しない。従って、従来と違って、使用しないソースガスの無駄が生じなくなる。第１及び第２ソースガスがチャンバ（１７０）に供給される際、第３ソースガスも他の導入ライン（１４７）を通してチャンバ（１７０）に供給することができる。
【００２９】
他の方法として、基板（１０１）が公転する前に第１ソースガスと第２ソースガスを工程チャンバ（１７０）内に供給することもできる。
【００３０】
図４に示すように、第１ソースガス及び第２ソースガスは同時にチャンバ（１７０）内に供給され、ガス供給の間には別途のオン／オフ動作が実行されない。その代りに、基板（１０１）上に互いに異なる半導体層を交互に積層させるため、前述したように基板（１０１）を工程チャンバ（１７０）内で公転させながら、分離された互いに異なるソースガス領域、すなわち、第１領域（１３４）と第２領域（１３６）を形成する。第１領域は第１ソースガス領域に該当し、第２領域（１３６）は第２ソースガス領域に該当する。
【００３１】
このように、分離された互いに異なるソースガス領域（１３４、１３０）を形成するためには、第１ソースガスと第２ソースガスが分離され工程チャンバ（１７０）の互いに異なる領域に注入されなければならず、注入されたそれぞれのソースガスはできれば互いに混じらないようにすべきである。
【００３２】
第１及び第２ソースガスを互いに異なる領域に分離して注入するために、第１ソースガスと第２ソースガスを注入する上記ノズル（１２０）は互いに分離された第１ソースガス通路と第２ソースガス通路を具備し、各ソースガスの噴射口も分離されていなければならない。米国特許第６７８６９７３号は互いに異なるガスを相互分離してチャンバ内に注入することが可能であるノズルを開示している。
【００３３】
さらに、互いに異なる領域に分離され注入された互いに異なるソースガスが互いに混じらないようにするためには、各ソースガスの反応後、残余ガスが互いに分離され排気されなければならない。そのために、第１領域に隣接して第１ソースガス用排気ラインを設置し、第２領域に隣接して第２ソースガス用排気ラインを設置する。
【００３４】
図５ｂを参照すれば、第１ソースガス（Ａ）と第２ソースガス（Ｂ）はノズル（１２０）によって互いに分離されて互いに異なる噴射口（１４９ａ、１４８ａ）を通して互いに異なる領域に水平方向に噴射される。なお、第３ソースガス（Ｃ）は垂直方向に全体領域にかけて噴射される。第３ソースがス（Ｃ）は、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ超格子形成のために使用されるＡｓＨ３のように第１領域（１３４）と第２領域（１３６）両者共に必要なガスである。従って、上記したように、第３ソースガスは第１及び第２領域（１３４、１３６）全体にわたって供給される。第３ソースガスの圧力を調節するために、第３ソースガスはＨ２、Ｎ２又はこれらの混合物をさらに含むことができる。
【００３５】
また、第１ソースガス用排気ライン（１６１）と第２ソースガス用排気ライン（１６２）を分離して設置されているが（図５ａ参照）、第１ソースガス用排気ライン（１６１）は第１領域（１３４）に隣接して設置され、第２ソースガス用排気ライン（１６２）は第２領域（１３６）に隣接して設置されている。従って、本実施形態で用いられる有機金属化学気相蒸着装置は互いに分離されたソースガス領域（１３４、１３６）を形成するのに適合するよう構成されている。
【００３６】
このように基板（１０１）が公転する状態で上記工程チャンバ（１７０）内のサセプター（１３０）上に互いに分離されたソースガス領域を形成することにより、基板が１回公転する度に上記２種類のソースガス領域（１３４、１３６）を通るようになる。それによって、基板（１０１）上には互いに異なる半導体層が交互に周期的に形成される（図１２のＳ４段階）。具体的に説明すれば、基板（１０１）がサセプター（１３０）上で公転しながら上記第１領域（１３４）を通過する際、上記基板（１０１）上には第１半導体層（図７の図面符号１０３参照）が形成され、上記基板（１０１）がサセプター（１３０）上で公転しながら上記第２領域（１３６）を通過する際、上記基板（１０１）上には第２半導体層（図７の図面符号１０５参照）が形成される。継続して基板（１０１）が公転することで、基板（１０１）上には交互に積層された第１及び第２半導体層の超格子構造を得るようになる（図７参照）。
【００３７】
図６のグラフは、基板（１０１）が公転しながら供給されるガスの種類を図式で表示している。図６において斜線を引いた部分は、基板（１０１）が該ソースガスの供給を受けていることを意味する。公転する基板（１０１）はａからｂ時間の間に第１ソースガス領域（１３４）を通りながら、第１ソースガスの供給を受けるようになる。この際、基板（１０１）上には第１半導体が形成される。また、ｂからｐ時間の間に第２ソースガス領域（１３６）を通りながら、第２ソースガスの供給を受けるようになり第２半導体層が形成される。基板（１０１）は全体工程時間の間第３ソースガスの供給を受ける。このような工程を繰り返すにより、基板（１０１）上には超格子構造が形成される。ここで、ａからｐまでの時間は基板（１０１）の公転周期に該当する。
【００３８】
上記実施形態によれば、基板（１０１）の公転によって基板（１０１）は互いに異なるソースガスを交互に供給を受けるので、従来と違って、ソースガスの切り換えに時間がかからない。また、各ソースガス領域（１３４、１３６）は予め均一性が確保されているので、従来と違って均一な成長を得るのに必要な時間が所要されない。従って、本実施形態によって製造された超格子半導体構造は優れた界面特性を表し、基板内及び基板の均一性が改善される。とりわけ、水平型の工程チャンバ（１７０）内において安定的なラミナフロー（一定の平行層流）を確保するのが容易であるため、基板内または基板間均一性をより向上させることが可能となる。
【００３９】
好ましくは、基板（１０１）がサセプター（１７０）上で１回公転する際、上記基板（１０１）上には超格子半導体構造の１周期に該当する半導体層（図７で、厚さｔに相当する半導体層）が形成される。この場合、基板（１０１）の公転回収を調節することにより、超格子半導体構造の層数を正確に制御することが可能となる。さらに、本発明によれば、ソースガスの供給流量など他の条件が一定である時、基板（１０１）の公転速度を調節することにより、超格子半導体構造の１周期厚さ（ｔ）を正確に制御することが可能である。公転速度を適切に調節すれば、１ｎｍ以下の超格子１周期厚さまでも具現できるようになる。
【００４０】
本発明の超格子製造方法は、様々な化合物半導体の超格子構造を製造するのに適用されることができる。例えば、互いに異なる組成のＡｌＧａＩｎＰ層が交互に積層されて形成された超格子構造を形成するために本発明の製造方法を容易に利用することができる（第３ソースガスとしてＰＨ３を使用）。その他にも、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓの超格子構造を形成したり（第３ソースガスとしてＡｓＨ３を使用）、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ系の超格子構造を形成するのに（第３ソースガスとしてＮＨ３を使用）に本発明が適用されることもできる。
【００４１】
本発明者は、サセプター回転速度（基板公転速度）を異にしながら、互いに異なる組成を有する第１ＡｌＧａＩｎＰ層と第２ＡｌＩｎＰ層が交互に成長された複数層の超格子構造を製造した。その製造された複数のＡｌＧａＩｎＰサンプルを実験分析して図８乃至図９のグラフと図１０のＴＥＭ写真を得た。図８は互いに異なる成長速度で成長されたＡｌＩｎＰ超格子構造サンプルに対するロッキングカーブを表す。最も高いピーク（０ｔｈ ｏｒｄｅｒ ｐｅａｋ）と二番目に高いピーク（矢印）の間のシータ間隔が小さいほど超格子１周期の厚さが大きい。従って、図８に示すように、成長速度（Ｇ／Ｒ）が増加するほど超格子１周期の厚さが増加するということが明らかに判る。
【００４２】
図９は、成長速度と超格子１周期厚さとの関係を表す。図９に示すように、超格子１周期厚さは成長速度によって線形的に変わることが判る。図１０は、公転速度の逆数と超格子１周期厚さとの関係を表す。図１０を参照すれば、超格子１周期厚さは公転速度の逆数値によって線形的に変わる。従って、異なる工程条件（流量、温度、圧力など）をそのまま維持した状態で、基板の公転速度だけで超格子の成長速度と超格子１周期厚さを精密に調節することが可能となる。また、図１１のＴＥＭ写真より判るように、良好な界面を有する均一な厚さの高品質超格子構造を得ることができる。
【００４３】
本発明は上述した実施形態及び添付の図面によって限定されず、添付された請求範囲によって限定しようとする。なお、本発明は請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において様々な形態の置換、変形及び変更が可能であるということは当技術分野の通常の知識を有する者に自明である。なお、前記の工程チャンバは、処理チャンバ或いは単にチャンバと称してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】一般的な超格子構造を有する化合物半導体素子の断面図である。
【図２】従来技術による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのタイミングダイヤグラムである。
【図３】従来技術によって超格子半導体構造を製造するための有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）装置の概略的なフローダイヤグラムである。
【図４】本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのタイミングダイヤグラムである。
【図５ａ】本発明の一実施形態によって超格子半導体構造を製造するための有機金属化学気相蒸着装置の概略的なフローダイヤグラムである。
【図５ｂ】図５ａの有機金属化学気相蒸着装置の工程チャンバの断面構造を示す概路図である。
【図６】本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の一実施形態によって製造された超格子半導体構造の断面図である。
【図８】本発明によって製造されたＡｌＧａＩｎＰ超格子半導体構造内に含まれたＡｌＧａＩｎＰ単一層のＸ−線回折（ＸＲＤ）実験結果を示す図面として、互いに異なる成長速度で形成されたＡｌＧａＩｎＰ単一層のＸＲＤロッキングカーブを示す図面である。
【図９】ＡｌＧａＩｎＰ層の成長速度によるＡｌＧａＩｎＰ超格子１周期の厚さ変化を示すグラフである。
【図１０】基板の公転速度の逆数によるＡｌＧａＩｎＰ超格子１周期の厚さ変化を示すグラフである。
【図１１】本発明によって製造されたＡｌＧａＩｎＰ超格子半導体構造の断面を示すＴＥＭ写真である。
【図１２】本発明の一実施形態による超格子半導体構造の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１０１ 基板 １２０ ノズル
１３０ サセプター １３４ 第１領域
１３６ 第２領域 １４１ 第１ソースガス供給装置
１４２ 第２ソースガス供給装置 １４３、１４４ 流量制御機
１４５、１４６ バルブ
１４７、１４８、１４９ ソースガス導入ライン
１６１、１６２ 排気ライン １７０ 工程チャンバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工程チャンバ内のサセプター上に基板を搭載する段階；
上記工程チャンバ内の上記サセプター上の互いに異なる領域に第１ソースと第２ソースガスを同時に供給し、互いに分離された第１ソースガス領域と第２ソースガス領域を形成する段階；
上記サセプターの回転によって上記基板が公転する間に、上記基板が上記第１ソースガス領域と上記第２ソースガス領域を通過する段階を含むことを特徴とする超格子半導体構造の製造方法。
【請求項２】
上記第１ソースガス及び第２ソースガスは有機金属ソースガスであることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項３】
上記第１ソースガス領域及び第２ソースガス領域を形成する段階において、
上記第１ソースガス及び第２ソースガスは互いに分離され上記工程チャンバ内に注入され、互いに分離されて上記工程チャンバの外部に排気されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項４】
上記基板が上記第１及び第２ソースガス領域を通過する段階において、
上記基板が上記サセプター上で公転しながら上記第１ソースガス領域を通過する際、上記基板上には第１半導体層が形成され、
上記基板が上記サセプター上で公転しながら上記第２ソースガス領域を通過する際、上記基板上には第２半導体層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項５】
上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｐ層（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｃＧａｄＩｎ（１−ｃ−ｄ）Ｐ層（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）であることを特徴とする請求項４に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項６】
上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（０≦ｘ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層（０≦ｙ≦１）であることを特徴とする請求項４に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項７】
上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌｍＧａ（１−ｍ）Ｎ層（０≦ｍ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｎＧａ（１−ｎ）Ｎ層（０≦ｎ≦１）であることを特徴とする請求項４に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項８】
上記基板が上記サセプター上で公転し始めた後、上記第１ソースガスと第２ソースガスが上記工程チャンバに供給されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項９】
上記基板が上記サセプター上で公転する前に、上記第１ソースガスと第２ソースガスが上記工程チャンバに供給されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１０】
上記基板が上記サセプター上で１回公転する時、上記基板上には超格子半導体構造の１周期に当たる半導体層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１１】
上記工程チャンバは水平型工程チャンバであり、上記第１ソースガス及び第２ソースガスは上記工程チャンバに水平方向に注入されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１２】
上記第１ソースガス及び第２ソースガスを同時に上記工程チャンバに供給する間に、第３ソースガスを上記工程チャンバ内の上記サセプター上の全体領域に供給することを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１３】
上記第１及び第２ソースガスは上記工程チャンバに水平方向に注入される一方、上記第３ソースガスは上記工程チャンバに垂直方向に注入されることを特徴とする請求項１２に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１４】
上記第３ソースガスはＡｓＨ３、ＰＨ３、及びＮＨ３ガスのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１５】
上記第３ソースガスはＮ２、Ｈ２及びこれらの混合物のいずれか一つをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１６】
上記基板が上記第１ソースガス領域と上記第２ソースガス領域を通過する段階において、
上記基板の公転速度は一定であることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１７】
上記基板の公転速度は１から１０ｒｐｍであることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１８】
上記基板の公転速度を調節することにより、上記超格子半導体構造の１周期の厚さを制御することを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１９】
上記サセプターには多数の基板が同時に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１】
工程チャンバ内のサセプター上に基板を搭載する段階；
上記工程チャンバ内の上記サセプター上の互いに異なる領域に第１ソースと第２ソースガスを同時に供給し、互いに分離された第１ソースガス領域と第２ソースガス領域を形成する段階；
上記サセプターの回転によって上記基板が公転する間に、上記基板が上記第１ソースガス領域と上記第２ソースガス領域を通過する段階を含むことを特徴とする超格子半導体構造の製造方法。
【請求項２】
上記第１ソースガス及び第２ソースガスは有機金属ソースガスであることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項３】
上記第１ソースガス領域及び第２ソースガス領域を形成する段階において、
上記第１ソースガス及び第２ソースガスは互いに分離され上記工程チャンバ内に注入され、互いに分離されて上記工程チャンバの外部に排気されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項４】
上記基板が上記第１及び第２ソースガス領域を通過する段階において、
上記基板が上記サセプター上で公転しながら上記第１ソースガス領域を通過する際、上記基板上には第１半導体層が形成され、
上記基板が上記サセプター上で公転しながら上記第２ソースガス領域を通過する際、上記基板上には第２半導体層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項５】
上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｐ層（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｃＧａｄＩｎ（１−ｃ−ｄ）Ｐ層（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）であることを特徴とする請求項４に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項６】
上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（０≦ｘ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層（０≦ｙ≦１）であることを特徴とする請求項４に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項７】
上記第１半導体層は第１組成を有するＡｌｍＧａ（１−ｍ）Ｎ層（０≦ｍ≦１）であり、上記第２半導体層は第１組成と異なる第２組成を有するＡｌｎＧａ（１−ｎ）Ｎ層（０≦ｎ≦１）であることを特徴とする請求項４に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項８】
上記基板が上記サセプター上で公転し始めた後、上記第１ソースガスと第２ソースガスが上記工程チャンバに供給されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項９】
上記基板が上記サセプター上で公転する前に、上記第１ソースガスと第２ソースガスが上記工程チャンバに供給されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１０】
上記基板が上記サセプター上で１回公転する時、上記基板上には超格子半導体構造の１周期に当たる半導体層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１１】
上記工程チャンバは水平型工程チャンバであり、上記第１ソースガス及び第２ソースガスは上記工程チャンバに水平方向に注入されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１２】
上記第１ソースガス及び第２ソースガスを同時に上記工程チャンバに供給する間に、第３ソースガスを上記工程チャンバ内の上記サセプター上の全体領域に供給することを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１３】
上記第１及び第２ソースガスは上記工程チャンバに水平方向に注入される一方、上記第３ソースガスは上記工程チャンバに垂直方向に注入されることを特徴とする請求項１２に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１４】
上記第３ソースガスはＡｓＨ３、ＰＨ３、及びＮＨ３ガスのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１５】
上記第３ソースガスはＮ２、Ｈ２及びこれらの混合物のいずれか一つをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１６】
上記基板が上記第１ソースガス領域と上記第２ソースガス領域を通過する段階において、
上記基板の公転速度は一定であることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１７】
上記基板の公転速度は１から１０ｒｐｍであることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１８】
上記基板の公転速度を調節することにより、上記超格子半導体構造の１周期の厚さを制御することを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【請求項１９】
上記サセプターには多数の基板が同時に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の超格子半導体構造の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図８】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図８】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２４５５４６（Ｐ２００６−２４５５４６Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１５８７（Ｐ２００６−１１５８７）
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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