化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法
【課題】互いに異なる流動ガスを交互に注入して工程温度を変化させる化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法は、第１工程温度で、サテライトディスクに載置された基板上に量子ウェル層を形成する段階と、第２工程温度で、量子ウェル層上に量子障壁層を形成する段階と、を有し、量子ウェル層と量子障壁層とを形成する段階を少なくとも一回遂行する。
【解決手段】本発明の化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法は、第１工程温度で、サテライトディスクに載置された基板上に量子ウェル層を形成する段階と、第２工程温度で、量子ウェル層上に量子障壁層を形成する段階と、を有し、量子ウェル層と量子障壁層とを形成する段階を少なくとも一回遂行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法に係り、より詳細には、互いに異なる流動ガスを交互に注入して工程温度を変化させる化学気相蒸着方法を使用した発光素子の活性層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、化学気相蒸着（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置は、化学反応を利用して、被蒸着体（一般的には、半導体ウェーハなどの基板を含む）に薄膜を形成する装置であり、真空にして、チャンバ内で加熱された基板に蒸気圧が高い反応ガスを送り、その反応ガスの膜を基板に成長させる装置である。
【０００３】
最近は、半導体素子の微細化、及び高効率、高出力ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）などの開発により、有機金属化学気相蒸着方法（ＭＯＣＶＤ：ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のようなＣＶＤが脚光を浴びており、一回に多数の被蒸着体に蒸着を起こすように、チャンバとサセプタとのサイズを大きくすることによって、多数の被蒸着体に薄膜を均一に成長させることが核心技術になっている。このとき、被蒸着体は、サテライト（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）ディスク上に置かれ、サテライトディスクは、サセプタ上に設けられた多数のポケット（ｐｏｃｋｅｔ）にそれぞれ収容される。被蒸着体に対する薄膜の均一な成長のためには、サセプタ自体が回転するだけではなく、被蒸着体が置かれるサテライトディスクも回転するように構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法を提供することにある。
また、本発明は、互いに異なる流動ガスを交互に注入して工程温度を変化させる化学気相蒸着方法を使用した発光素子の多重量子ウェル層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】
【０００５】
本発明の一態様による化学気相蒸着方法は、第１工程温度で、サテライトディスクに載置された基板上に第１半導体層を形成する段階と、第２工程温度で、前記第１半導体層上に第２半導体層を形成する段階と、を有し、前記第１半導体層及び前記第２半導体層を形成する段階を少なくとも一回遂行することができる。
【０００６】
前記第１工程温度及び第２工程温度は、それぞれ第１流動ガス及び第２流動ガスによって制御される。
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度と互いに異なってもよい。
前記第１流動ガス及び第２流動ガスは、それぞれＡｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つを含み得る。
前記第１工程温度及び第２工程温度の差は、５０度〜１５０度であってもよい。
サセプタに第３流動ガスを流れるようにし、第３工程温度で、前記第２半導体層上に第３半導体層を形成する段階を更に含んでもよい。
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法は、第１工程温度で、サテライトディスクに載置された基板上に量子ウェル層を形成する段階と、第２工程温度で、前記量子ウェル層上に量子障壁層を形成する段階と、を有し、前記量子ウェル層と前記量子障壁層とを形成する段階を少なくとも一回遂行する。
【０００８】
前記第１工程温度及び第２工程温度は、それぞれサセプタに供給される第１流動ガス及び第２流動ガスによって制御される。
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度と互いに異なってもよい。
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度より低くてもよい。
前記第１流動ガス及び第２流動ガスは、それぞれＡｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つを含み得る。
前記第１工程温度は、９００℃〜１，２００℃であってもよい。
前記第２工程温度は、９００℃〜１，２００℃であってもよい。
前記第１工程温度と第２工程温度との差は、５０℃〜１５０℃であってもよい。
前記第１流動ガスはＡｒであり、前記第２流動ガスはＨ２であってもよい。
前記第１流動ガスはＮ２であり、前記第２流動ガスはＨ２であってもよい。
前記量子ウェル層及び前記量子障壁層は、それぞれＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、及びＡｌＧａＩｎＮのうちから選択された少なくともいずれか一つを含み得る。
前記量子ウェル層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含み得る。
前記量子障壁層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）を含み得る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の化学気相蒸着方法によれば、工程温度を迅速に変化させることができ、半導体層の結晶成長時間を短縮させることが可能であり、工程温度変化時にも、結晶成長を続けて進めることができる。また、本発明の化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法によれば、量子ウェル層と量子障壁層との界面特性を向上させ、発光素子の発光効率を改善させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による化学気相装置の概略的な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による発光素子の概略的な断面図である。
【図３】従来の発光素子の製造方法における工程温度と基板温度との変化を示した図面である。
【図４】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法における工程温度と基板温度との変化を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で各構成要素のサイズは、説明の明瞭さ及び便宜さのために誇張していることもある。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法に使用する化学気相装置１００の断面図を概略的に示したものである。一方、該装置は、有機金属化学気相装置１００であり得る。
【００１３】
図１を参照すると、化学気相装置１００は、複数個のポケット２５が設けられたサセプタ２０、ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に流動ガスＧ１を供給する流動ガス注入部３１、反応ガスＧ２を供給する反応ガス注入部５０、サセプタ２０と反応ガス注入部５０のノズル５１とを収容するチャンバ１０、チャンバ１０内の流動ガスＧ１と反応ガスＧ２とを排出させるガス排出部６０を含む。ここで、流動ガスＧ１は、サセプタガスを意味する。
【００１４】
サセプタ２０は、中空が設けられたディスク形状を有し、その上面には、複数のポケット２５が設けられる。そして、サセプタ２０は、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）やタングステンなどから形成され、耐久性強化のために、硬度強化コーティングがなされている。例えば、サセプタ２０は、グラファイトにシリコンカーバイド（ＳｉＣ）がコーティングされて形成される。
【００１５】
ポケット２５は、サセプタ２０の上面で、所定の深さにくぼんで入り込んでいる溝部（ｒｅｃｅｓｓ）である。ポケット２５には、円板型のサテライトディスク４０が収容される。ポケット２５の中心部には、サテライトディスク４０が回転時に離脱しないように、基準になる突出部（図示せず）が設けられる。
【００１６】
サセプタ２０内部には、複数のポケット２５に流動ガスＧ１を供給するサセプタ流路３３が形成される。流動ガスＧ１が、サセプタ流路３３を介して流動ガス排気部３５から排出される。このように排出される流動ガスＧ１によって、サテライトディスク４０が浮遊し、ポケット２５に形成された浮遊ガイドグルーブ（図示せず）に沿って回転する。
【００１７】
流動ガス注入部３１は、流動ガス供給ライン３０と連結され、流動ガスＧ１をサセプタ流路３３に注入する。流動ガス供給ライン３０に供給される流動ガスＧ１の流量を調節し、サテライトディスク４０の回転を制御する。ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱する。ヒータ７０は、例えば、ＧａＮ系半導体層を成長させる場合、約７００℃〜約１，３００℃程度にサセプタ２０を加熱する。
【００１８】
反応ガス注入部５０は、被蒸着体である基板４５に蒸着しようとするソースガス（ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）とキャリアガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）とを含む反応ガスＧ２を供給する。反応ガス注入部５０のノズル５１は、チャンバ１０に露出し、ノズル５１のノズル孔５３を介して反応ガスＧ２をチャンバ１０に供給する。
【００１９】
サテライトディスク４０上には、ウェーハのような基板４５が設けられる。基板４５が動かないように、サテライトディスク４０の外郭には、リム（図示せず）が設けられてもよい。高温に加熱されたサセプタ２０によって、基板４５は高温を維持し、基板４５の上部面は、反応ガスＧ２と接して化学的蒸着反応を起こす。このような化学的蒸着反応によって、ウェーハのような基板４５には、ＧａＮ系化合物半導体のような所定の物質が結晶成長する。
【００２０】
チャンバ１０は、サセプタ２０と、反応ガス注入部５０のノズル５１とを収容し、蒸着工程時には密閉され、基板４５を交換するために開かれる。そして、ガス排出部６０は、チャンバ１０内の流動ガスＧ１及び反応ガスＧ２を排出させる。
【００２１】
本実施形態の化学気相蒸着方法によると、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に第１流動ガスＧ１１を流し、第１工程温度Ｔ１で、第１半導体材料を含む反応ガスＧ２をチャンバ１０に流し、基板４５上に第１半導体層を形成する。即ち、流動ガス供給ライン３０を介して流動ガス注入部３１に第１流動ガスＧ１１を供給し、反応ガス注入部５０に反応ガスＧ２を供給する。そして、第１流動ガスＧ１１と反応ガスＧ２は、サセプタ流路３３を介してポケット２５下部の流動ガス排気部３５を通じて排出される。ここで、第１流動ガスＧ１１は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つのガスを含み得る。
【００２２】
ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０は、第１流動ガスＧ１１によって浮遊し、また回転する。ここで、第１工程温度Ｔ１は、ヒータ７０と第１流動ガスＧ１１とによって制御される。即ち、ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱し、第１流動ガスＧ１１は、加熱されたサセプタ２０上のサテライトディスク４０及び被蒸着体である基板４５の温度を制御する。第１流動ガスＧ１１として、熱伝導度の小さいガスを使用し、サテライトディスク４０と基板４５との温度を大きく下げることができる。即ち、熱伝導度の小さい第１流動ガスＧ１１は、サセプタ２０からサテライトディスク４０に熱が伝えられることを遅延したり防止したりすることができる。
【００２３】
そして、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に、第２流動ガスＧ１２を流し、第２工程温度Ｔ２で、第２半導体材料を含む反応ガスＧ２をチャンバ１０に流し、第２半導体層を形成する。即ち、流動ガス供給ライン３０を介して第２流動ガスＧ１２を流動ガス注入部３１に供給し、反応ガス注入部５０に反応ガスＧ２を供給する。そして、第２流動ガスＧ１２と反応ガスＧ２は、サセプタ流路３３を介してポケット２５下部の流動ガス排気部３５を通じて排出される。ここで、第２流動ガスＧ１２は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つのガスを含み得る。
【００２４】
ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０は、第２流動ガスＧ１２によって浮遊し、また回転する。ここで、第２工程温度Ｔ２は、ヒータ７０と第２流動ガスＧ１２とによって制御される。即ち、ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱し、第２流動ガスＧ１２は、加熱されたサセプタ２０上のサテライトディスク４０及び被蒸着体である基板４５の温度を制御する。第２流動ガスＧ１２として、熱伝導度の大きいガスを使用し、サテライトディスク４０と基板４５との温度を大きく高めることができる。即ち、熱伝導度の大きい第２流動ガスＧ１２は、サセプタ２０からサテライトディスク４０に速く熱を伝達することができる。第１工程温度Ｔ１及び第２工程温度Ｔ２のそれぞれは、約９００℃〜１，２００℃である。
【００２５】
例えば、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に、第１流動ガスＧ１１であるＡｒ又はＮ２を流し、約９００℃の第１工程温度Ｔ１で、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含む第１反応ガスＧ２１をチャンバ１０に流し、量子ウェル層１６０ａ（図２参照）を形成する。そして、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に、第２流動ガスＧ１２であるＨ２を流し、約１，０００℃の第２工程温度Ｔ２で、ＧａＮ又はＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）を含む第２反応ガスＧ２２をチャンバ１０に流し、量子障壁層１６０ｂ（図２参照）を形成する。
【００２６】
一方、第１流動ガスＧ１１として、熱伝導度の大きいガスを使用し、第２流動ガスＧ１２として熱伝導度の小さいガスを使用することもできる。即ち、第１流動ガスＧ１１及び第２流動ガスＧ１２として、熱伝導度が互いに異なるガスを使用することができる。半導体層を成長させるのに必要な工程温度により、適切な熱伝導度を有する流動ガスＧ１を選択的に供給することができる。熱伝導度が相対的に小さい流動ガスＧ１をチャンバ１０に供給すると、基板４５の温度を、ヒータによって制御される工程温度に比べて低くすることができる。一方、熱伝導度が相対的に大きい流動ガスＧ１をチャンバ１０に供給すると、基板４５の温度を、ヒータによって制御される工程温度に比べて高めることができる。併せて、本実施形態の化学気相蒸着方法は、ヒータの出力と流動ガスＧ１とを同時に変化させ、短時間内に工程温度をより大きく変化させることができる。
【００２７】
本実施形態の化学気相蒸着方法によると、サセプタ２０に第１流動ガスＧ１１を供給し、順次にサセプタ２０に第２流動ガスＧ１２を供給する。そして、第１半導体層及び第２半導体層を形成する段階を少なくとも一回以上反復して遂行する。ここで、第１半導体層を形成する第１工程温度Ｔ１と、第２半導体層を形成する第２工程温度Ｔ２との差は、約５０度〜約１５０度であり、例えば、約１００度である。
【００２８】
また、本実施形態の化学気相蒸着方法は、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に第３流動ガスＧ１３を流し、第３工程温度Ｔ３で、第２半導体層上に第３半導体層を形成する段階を更に含み得る。第３流動ガスＧ１３は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２及び、ＮＨ３のうちから選択されたいずれか１つのガスを含み、第３流動ガスＧ１３の熱伝導度は、第１流動ガスＧ１１及び第２流動ガスＧ１２の熱伝導度とそれぞれ異なってもよい。併せて、第３工程温度Ｔ３は、第１工程温度Ｔ１及び第２工程温度Ｔ２と異なることがある。一方、本実施形態の化学気相蒸着方法は、有機金属化学気相蒸着方法（ＭＯＣＶＤ）であり得る。
【００２９】
本実施形態では、サセプタ２０に流動ガスを流し、サセプタ２０を加熱して工程温度を調節するとしたが、これに限定されるものではない。工程温度は、他の方法、例えば、抵抗熱装置、ランプ、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ヒータのような装置を使用して調節し得る。また、サセプタの流動ガス及びこのような装置の組み合わせでも、温度調節が可能である。以下、説明の便宜を図るために、サセプタ２０内の流動ガスＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３を使用して工程温度を調節する方法について説明する。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を使用して製造された発光素子２００の概略的な断面図である。
【００３１】
図２を参照すると、発光素子２００は、基板１１０、基板１１０上に設けられた第１導電型半導体層１５０、第１導電型半導体層１５０上に設けられた活性層１６０、及び活性層１６０上に設けられた第２導電型半導体層１７０を含む。そして、発光素子２００は、基板１１０と第１導電型半導体層１５０との間に順に設けられたバッファ層１２０、低温化合物半導体層１３０、アンドーピング化合物半導体層１４０を更に含む。
【００３２】
第１導電型半導体層１５０は、第１導電型不純物でドーピングされた化合物半導体である。即ち、第１導電型半導体層１５０は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有する半導体材料を第１導電型不純物でドーピングして形成される。第１導電型半導体層１５０を形成する化合物半導体は、窒化物系化合物半導体であり、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどを含む。第１導電型不純物はｎ型不純物であり、ｎ型不純物は、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅなどを含む。
【００３３】
活性層１６０は、電子と正孔との再結合によって、所定のエネルギーを有する光を放出し、インジウム含有量によってバンドギャップエネルギーが調節されるように、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）などの半導体材料から形成される。また、活性層１６０は、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとが互いに交互に積層された多重量子ウェル（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉ−ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）層である。量子ウェル層１６０ａは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）などの半導体材料を含み、量子障壁層１６０ｂは、ＧａＮやＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）などの半導体材料を含む。
【００３４】
第２導電型半導体層１７０は、第２導電型不純物でドーピングされた化合物半導体である。即ち、第２導電型半導体層１７０は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有する半導体材料を第２導電型不純物でドーピングして形成される。第２導電型半導体層１７０を形成する化合物半導体は、窒化物系化合物半導体であり、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどを含む。第２導電型不純物はｐ型不純物であり、ｐ型不純物は、例えばＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅなどを含む。
【００３５】
図３は、従来の発光素子の製造方法における工程温度と基板温度との変化を示したものである。
【００３６】
図３を参照すると、従来の発光素子の製造方法は、約９００℃〜約１，０００℃で、活性層１６０を形成する。即ち、ｎ型半導体層１５０上に、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとを交互に積層して形成する。量子ウェル層１６０ａは、高いＩｎ組成を有するために、約９００℃以下の温度、即ち第１工程温度Ｔ１で成長させ、量子障壁層１６０ｂは、それを構成するＧａＮの結晶性を向上させるために、約９００℃以上の温度、即ち第２工程温度Ｔ２で成長させる。
【００３７】
このように、第１工程温度Ｔ１及び第２工程温度Ｔ２の差が約５０度〜約１５０度以上、例えば約１００度である場合、ヒータ７０の出力を変化させて工程温度を制御するのに必要な工程温度に達するのに時間が長くかかる。また、工程温度が変わる間には、半導体層の成長を止めなければならず、この過程で、不純物などが混入して量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとの界面特性が低下し得る。
【００３８】
図４は、本発明の一実施形態による発光素子の製造方法における工程温度と基板温度との変化を示したものである。
【００３９】
図１、図２、及び図４を参照すると、本実施形態の発光素子の製造方法は、先ず、基板１１０上に、約９００℃以上の高温でバッファ層１２０を形成する。ここで、図２の基板１１０は、図１の基板４５と同じである。ヒータ７０で、サセプタ２０を約９００℃以上に加熱し、基板１１０の温度を９００℃以上に維持する。そして、約５００℃〜約８００℃の低温で、バッファ層１２０上に低温化合物半導体層１３０を形成する。低温化合物半導体層１３０は、例えば、ＬＴ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ＧａＮ層である。
【００４０】
次に、低温化合物半導体層１３０上に、約１，０００℃〜約１，２００℃の高温で、アンドーピング化合物半導体層１４０とｎ型半導体層１５０とを順に形成する。アンドーピング化合物半導体層１４０及びｎ型半導体層１５０は、それぞれドーピングされていないＧａＮ層及びｎ型ＧａＮ層である
【００４１】
そして、ｎ型半導体層１５０上に、約９００℃〜約１，０００℃で、活性層１６０を形成する。ｎ型半導体層１５０上に、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとを交互に積層して活性層１６０を形成する。量子ウェル層１６０ａは、高いＩｎ組成を有するために、約９００℃以下の温度、即ち第１工程温度Ｔ１で成長させる。そして、量子障壁層１６０ｂは、それを構成するＧａＮの結晶性を向上させるために、約９００℃以上の温度、即ち第２工程温度Ｔ２で成長させる。
【００４２】
本実施形態の発光素子の製造方法によると、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に第１流動ガスＧ１１を流し、約９００℃の第１工程温度Ｔ１で、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含む反応ガスＧ２をチャンバ１０に流し、ｎ型半導体層１５０上に量子ウェル層１６０ａを形成する。即ち、流動ガス供給ライン３０を介して第１流動ガスＧ１１を流動ガス注入部３１に供給し、反応ガス注入部５０に反応ガスＧ２を供給する。そして、第１流動ガスＧ１１は、サセプタ流路３３を介してポケット２５下部の流動ガス排気部３５を通じて排出される。ここで、第１流動ガスＧ１１は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか１つのガスを含み得る。
【００４３】
ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０は、第１流動ガスＧ１１によって浮遊し、また回転する。ここで、第１工程温度Ｔ１は、ヒータ７０と第１流動ガスＧ１１とによって制御される。即ち、ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱し、第１流動ガスＧ１１は、加熱されたサセプタ２０上のサテライトディスク４０及び被蒸着体である基板４５の温度、即ち第１工程温度Ｔ１を制御する。第１流動ガスＧ１１として、熱伝導度の小さいガス、例えばＡｒを使用し、サテライトディスク４０と基板４５との温度を大きく下げることができる。即ち、熱伝導度の小さい第１流動ガスＧ１１は、サセプタ２０からサテライトディスク４０に熱が伝えられることを遅延したり防止したりすることができる。
【００４４】
そして、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に、第２流動ガスＧ１２を流し、約１，０００℃の第２工程温度Ｔ２で、ＧａＮ又はＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）を含む第２反応ガスＧ２２をチャンバ１０に流し、量子障壁層１６０ｂを形成する。即ち、流動ガス供給ライン３０を介して第２流動ガスＧ１２を流動ガス注入部３１に供給し、反応ガス注入部５０に反応ガスＧ２を供給する。そして、第２流動ガスＧ１２は、サセプタ流路３３を介してポケット２５下部の流動ガス排気部３５を通じて排出される。ここで、第２流動ガスＧ１２は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか１つのガスを含み得る。
【００４５】
ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０は、第２流動ガスＧ１２によって浮遊し、また回転する。ここで、第２工程温度Ｔ２は、ヒータ７０と第２流動ガスＧ１２とによって制御される。即ち、ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱し、第２流動ガスＧ１２は、加熱されたサセプタ２０上のサテライトディスク４０及び被蒸着体である基板４５の温度、即ち第２工程温度Ｔ２を制御する。第２流動ガスＧ１２として、熱伝導度が大きいガス、例えばＨ２を使用し、サテライトディスク４０と基板４５との温度を大きく高めることができる。即ち、熱伝導度が大きい第２流動ガスＧ１２は、サセプタ２０からサテライトディスク４０に速く熱を伝達することができる。
【００４６】
本実施形態の発光素子の製造方法において、第１流動ガスＧ１１の熱伝導度は、第２流動ガスＧ１２の熱伝導度と互いに異なる。即ち、半導体層を成長させるのに必要な工程温度により、特定熱伝導度を有する流動ガスＧ１を選択的に供給する。熱伝導度が相対的に小さい流動ガスＧ１をサセプタ２０に供給すると、基板４５の温度を、ヒータ７０によって制御される工程温度に比べて下げることができる。一方、熱伝導度が相対的に大きい流動ガスＧ１をサセプタ２０に供給すると、基板４５の温度を、ヒータ７０によって制御される工程温度に比べて高めることができる。併せて、本実施形態の発光素子の製造方法は、ヒータ７０の出力と流動ガスＧ１とを同時に変化させ、短時間内に工程温度をより大きく変化させることができる。
【００４７】
また、本実施形態の発光素子の製造方法によると、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとを形成する段階を少なくとも一回以上反復して遂行する。ここで、量子ウェル層を形成する第１工程温度Ｔ１と、量子障壁層を形成する第２工程温度Ｔ２との差は、約５０度〜約１５０度であり、例えば、約１００度である。
【００４８】
次に、活性層１６０上に、約１，０００℃〜約１，２００℃の高温で、ｐ型半導体層１７０を形成する。そして、メサエッチングを介してｎ型半導体層１５０上にｎ型電極１８０を形成し、ｐ型半導体層１７０上にｐ型電極１８５を更に形成する。一方、本実施形態の発光素子の製造方法は、有機金属化学気相蒸着方法（ＭＯＣＶＤ）を使用することができる。
【００４９】
本実施形態の発光素子の製造方法によると、約９００℃の第１工程温度Ｔ１で量子ウェル層１６０ａを形成し、遅滞なく第１工程温度Ｔ１より約１００度高い約１，０００℃の第２工程温度Ｔ２で、量子障壁層１６０ｂを形成する。従って、本実施形態の発光素子の製造方法は、様々な半導体層を互いに異なる温度で結晶成長させる場合、流動ガスＧ１を変えることで、早く工程温度を変化させることができる。従って、半導体層の結晶成長時間を短縮することができ、工程温度変化時にも、結晶成長を続けて進めることができる。また、本実施形態の発光素子の製造方法は、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとの界面特性を向上させ、発光素子の発光効率を改善することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法は、発光素子関連分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ チャンバ
２０ サセプタ
２５ ポケット
３０ 流動ガス供給ライン
３１ 流動ガス注入部
３３ サセプタ流路
３５ 流動ガス排気部
４０ サテライトディスク
４５ 基板
５０ 反応ガス注入部
５１ ノズル
５３ ノズル孔
６０ ガス排出部
７０ ヒータ
１００ 化学気相装置
１１０ 基板
１２０ バッファ層
１３０ 低温化合物半導体層
１４０ アンドーピング化合物半導体層
１５０ 第１導電型半導体層（ｎ型半導体層）
１６０ 活性層
１６０ａ 量子ウェル層
１６０ｂ 量子障壁層
１７０ 第２導電型半導体層（ｐ型半導体層）
１８０ ｎ型電極
１８５ ｐ型電極
２００ 発光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法に係り、より詳細には、互いに異なる流動ガスを交互に注入して工程温度を変化させる化学気相蒸着方法を使用した発光素子の活性層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、化学気相蒸着（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置は、化学反応を利用して、被蒸着体（一般的には、半導体ウェーハなどの基板を含む）に薄膜を形成する装置であり、真空にして、チャンバ内で加熱された基板に蒸気圧が高い反応ガスを送り、その反応ガスの膜を基板に成長させる装置である。
【０００３】
最近は、半導体素子の微細化、及び高効率、高出力ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）などの開発により、有機金属化学気相蒸着方法（ＭＯＣＶＤ：ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のようなＣＶＤが脚光を浴びており、一回に多数の被蒸着体に蒸着を起こすように、チャンバとサセプタとのサイズを大きくすることによって、多数の被蒸着体に薄膜を均一に成長させることが核心技術になっている。このとき、被蒸着体は、サテライト（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）ディスク上に置かれ、サテライトディスクは、サセプタ上に設けられた多数のポケット（ｐｏｃｋｅｔ）にそれぞれ収容される。被蒸着体に対する薄膜の均一な成長のためには、サセプタ自体が回転するだけではなく、被蒸着体が置かれるサテライトディスクも回転するように構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法を提供することにある。
また、本発明は、互いに異なる流動ガスを交互に注入して工程温度を変化させる化学気相蒸着方法を使用した発光素子の多重量子ウェル層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】
【０００５】
本発明の一態様による化学気相蒸着方法は、第１工程温度で、サテライトディスクに載置された基板上に第１半導体層を形成する段階と、第２工程温度で、前記第１半導体層上に第２半導体層を形成する段階と、を有し、前記第１半導体層及び前記第２半導体層を形成する段階を少なくとも一回遂行することができる。
【０００６】
前記第１工程温度及び第２工程温度は、それぞれ第１流動ガス及び第２流動ガスによって制御される。
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度と互いに異なってもよい。
前記第１流動ガス及び第２流動ガスは、それぞれＡｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つを含み得る。
前記第１工程温度及び第２工程温度の差は、５０度〜１５０度であってもよい。
サセプタに第３流動ガスを流れるようにし、第３工程温度で、前記第２半導体層上に第３半導体層を形成する段階を更に含んでもよい。
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法は、第１工程温度で、サテライトディスクに載置された基板上に量子ウェル層を形成する段階と、第２工程温度で、前記量子ウェル層上に量子障壁層を形成する段階と、を有し、前記量子ウェル層と前記量子障壁層とを形成する段階を少なくとも一回遂行する。
【０００８】
前記第１工程温度及び第２工程温度は、それぞれサセプタに供給される第１流動ガス及び第２流動ガスによって制御される。
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度と互いに異なってもよい。
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度より低くてもよい。
前記第１流動ガス及び第２流動ガスは、それぞれＡｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つを含み得る。
前記第１工程温度は、９００℃〜１，２００℃であってもよい。
前記第２工程温度は、９００℃〜１，２００℃であってもよい。
前記第１工程温度と第２工程温度との差は、５０℃〜１５０℃であってもよい。
前記第１流動ガスはＡｒであり、前記第２流動ガスはＨ２であってもよい。
前記第１流動ガスはＮ２であり、前記第２流動ガスはＨ２であってもよい。
前記量子ウェル層及び前記量子障壁層は、それぞれＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、及びＡｌＧａＩｎＮのうちから選択された少なくともいずれか一つを含み得る。
前記量子ウェル層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含み得る。
前記量子障壁層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）を含み得る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の化学気相蒸着方法によれば、工程温度を迅速に変化させることができ、半導体層の結晶成長時間を短縮させることが可能であり、工程温度変化時にも、結晶成長を続けて進めることができる。また、本発明の化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法によれば、量子ウェル層と量子障壁層との界面特性を向上させ、発光素子の発光効率を改善させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による化学気相装置の概略的な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による発光素子の概略的な断面図である。
【図３】従来の発光素子の製造方法における工程温度と基板温度との変化を示した図面である。
【図４】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法における工程温度と基板温度との変化を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で各構成要素のサイズは、説明の明瞭さ及び便宜さのために誇張していることもある。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法に使用する化学気相装置１００の断面図を概略的に示したものである。一方、該装置は、有機金属化学気相装置１００であり得る。
【００１３】
図１を参照すると、化学気相装置１００は、複数個のポケット２５が設けられたサセプタ２０、ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に流動ガスＧ１を供給する流動ガス注入部３１、反応ガスＧ２を供給する反応ガス注入部５０、サセプタ２０と反応ガス注入部５０のノズル５１とを収容するチャンバ１０、チャンバ１０内の流動ガスＧ１と反応ガスＧ２とを排出させるガス排出部６０を含む。ここで、流動ガスＧ１は、サセプタガスを意味する。
【００１４】
サセプタ２０は、中空が設けられたディスク形状を有し、その上面には、複数のポケット２５が設けられる。そして、サセプタ２０は、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）やタングステンなどから形成され、耐久性強化のために、硬度強化コーティングがなされている。例えば、サセプタ２０は、グラファイトにシリコンカーバイド（ＳｉＣ）がコーティングされて形成される。
【００１５】
ポケット２５は、サセプタ２０の上面で、所定の深さにくぼんで入り込んでいる溝部（ｒｅｃｅｓｓ）である。ポケット２５には、円板型のサテライトディスク４０が収容される。ポケット２５の中心部には、サテライトディスク４０が回転時に離脱しないように、基準になる突出部（図示せず）が設けられる。
【００１６】
サセプタ２０内部には、複数のポケット２５に流動ガスＧ１を供給するサセプタ流路３３が形成される。流動ガスＧ１が、サセプタ流路３３を介して流動ガス排気部３５から排出される。このように排出される流動ガスＧ１によって、サテライトディスク４０が浮遊し、ポケット２５に形成された浮遊ガイドグルーブ（図示せず）に沿って回転する。
【００１７】
流動ガス注入部３１は、流動ガス供給ライン３０と連結され、流動ガスＧ１をサセプタ流路３３に注入する。流動ガス供給ライン３０に供給される流動ガスＧ１の流量を調節し、サテライトディスク４０の回転を制御する。ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱する。ヒータ７０は、例えば、ＧａＮ系半導体層を成長させる場合、約７００℃〜約１，３００℃程度にサセプタ２０を加熱する。
【００１８】
反応ガス注入部５０は、被蒸着体である基板４５に蒸着しようとするソースガス（ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）とキャリアガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）とを含む反応ガスＧ２を供給する。反応ガス注入部５０のノズル５１は、チャンバ１０に露出し、ノズル５１のノズル孔５３を介して反応ガスＧ２をチャンバ１０に供給する。
【００１９】
サテライトディスク４０上には、ウェーハのような基板４５が設けられる。基板４５が動かないように、サテライトディスク４０の外郭には、リム（図示せず）が設けられてもよい。高温に加熱されたサセプタ２０によって、基板４５は高温を維持し、基板４５の上部面は、反応ガスＧ２と接して化学的蒸着反応を起こす。このような化学的蒸着反応によって、ウェーハのような基板４５には、ＧａＮ系化合物半導体のような所定の物質が結晶成長する。
【００２０】
チャンバ１０は、サセプタ２０と、反応ガス注入部５０のノズル５１とを収容し、蒸着工程時には密閉され、基板４５を交換するために開かれる。そして、ガス排出部６０は、チャンバ１０内の流動ガスＧ１及び反応ガスＧ２を排出させる。
【００２１】
本実施形態の化学気相蒸着方法によると、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に第１流動ガスＧ１１を流し、第１工程温度Ｔ１で、第１半導体材料を含む反応ガスＧ２をチャンバ１０に流し、基板４５上に第１半導体層を形成する。即ち、流動ガス供給ライン３０を介して流動ガス注入部３１に第１流動ガスＧ１１を供給し、反応ガス注入部５０に反応ガスＧ２を供給する。そして、第１流動ガスＧ１１と反応ガスＧ２は、サセプタ流路３３を介してポケット２５下部の流動ガス排気部３５を通じて排出される。ここで、第１流動ガスＧ１１は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つのガスを含み得る。
【００２２】
ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０は、第１流動ガスＧ１１によって浮遊し、また回転する。ここで、第１工程温度Ｔ１は、ヒータ７０と第１流動ガスＧ１１とによって制御される。即ち、ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱し、第１流動ガスＧ１１は、加熱されたサセプタ２０上のサテライトディスク４０及び被蒸着体である基板４５の温度を制御する。第１流動ガスＧ１１として、熱伝導度の小さいガスを使用し、サテライトディスク４０と基板４５との温度を大きく下げることができる。即ち、熱伝導度の小さい第１流動ガスＧ１１は、サセプタ２０からサテライトディスク４０に熱が伝えられることを遅延したり防止したりすることができる。
【００２３】
そして、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に、第２流動ガスＧ１２を流し、第２工程温度Ｔ２で、第２半導体材料を含む反応ガスＧ２をチャンバ１０に流し、第２半導体層を形成する。即ち、流動ガス供給ライン３０を介して第２流動ガスＧ１２を流動ガス注入部３１に供給し、反応ガス注入部５０に反応ガスＧ２を供給する。そして、第２流動ガスＧ１２と反応ガスＧ２は、サセプタ流路３３を介してポケット２５下部の流動ガス排気部３５を通じて排出される。ここで、第２流動ガスＧ１２は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つのガスを含み得る。
【００２４】
ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０は、第２流動ガスＧ１２によって浮遊し、また回転する。ここで、第２工程温度Ｔ２は、ヒータ７０と第２流動ガスＧ１２とによって制御される。即ち、ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱し、第２流動ガスＧ１２は、加熱されたサセプタ２０上のサテライトディスク４０及び被蒸着体である基板４５の温度を制御する。第２流動ガスＧ１２として、熱伝導度の大きいガスを使用し、サテライトディスク４０と基板４５との温度を大きく高めることができる。即ち、熱伝導度の大きい第２流動ガスＧ１２は、サセプタ２０からサテライトディスク４０に速く熱を伝達することができる。第１工程温度Ｔ１及び第２工程温度Ｔ２のそれぞれは、約９００℃〜１，２００℃である。
【００２５】
例えば、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に、第１流動ガスＧ１１であるＡｒ又はＮ２を流し、約９００℃の第１工程温度Ｔ１で、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含む第１反応ガスＧ２１をチャンバ１０に流し、量子ウェル層１６０ａ（図２参照）を形成する。そして、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に、第２流動ガスＧ１２であるＨ２を流し、約１，０００℃の第２工程温度Ｔ２で、ＧａＮ又はＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）を含む第２反応ガスＧ２２をチャンバ１０に流し、量子障壁層１６０ｂ（図２参照）を形成する。
【００２６】
一方、第１流動ガスＧ１１として、熱伝導度の大きいガスを使用し、第２流動ガスＧ１２として熱伝導度の小さいガスを使用することもできる。即ち、第１流動ガスＧ１１及び第２流動ガスＧ１２として、熱伝導度が互いに異なるガスを使用することができる。半導体層を成長させるのに必要な工程温度により、適切な熱伝導度を有する流動ガスＧ１を選択的に供給することができる。熱伝導度が相対的に小さい流動ガスＧ１をチャンバ１０に供給すると、基板４５の温度を、ヒータによって制御される工程温度に比べて低くすることができる。一方、熱伝導度が相対的に大きい流動ガスＧ１をチャンバ１０に供給すると、基板４５の温度を、ヒータによって制御される工程温度に比べて高めることができる。併せて、本実施形態の化学気相蒸着方法は、ヒータの出力と流動ガスＧ１とを同時に変化させ、短時間内に工程温度をより大きく変化させることができる。
【００２７】
本実施形態の化学気相蒸着方法によると、サセプタ２０に第１流動ガスＧ１１を供給し、順次にサセプタ２０に第２流動ガスＧ１２を供給する。そして、第１半導体層及び第２半導体層を形成する段階を少なくとも一回以上反復して遂行する。ここで、第１半導体層を形成する第１工程温度Ｔ１と、第２半導体層を形成する第２工程温度Ｔ２との差は、約５０度〜約１５０度であり、例えば、約１００度である。
【００２８】
また、本実施形態の化学気相蒸着方法は、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に第３流動ガスＧ１３を流し、第３工程温度Ｔ３で、第２半導体層上に第３半導体層を形成する段階を更に含み得る。第３流動ガスＧ１３は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２及び、ＮＨ３のうちから選択されたいずれか１つのガスを含み、第３流動ガスＧ１３の熱伝導度は、第１流動ガスＧ１１及び第２流動ガスＧ１２の熱伝導度とそれぞれ異なってもよい。併せて、第３工程温度Ｔ３は、第１工程温度Ｔ１及び第２工程温度Ｔ２と異なることがある。一方、本実施形態の化学気相蒸着方法は、有機金属化学気相蒸着方法（ＭＯＣＶＤ）であり得る。
【００２９】
本実施形態では、サセプタ２０に流動ガスを流し、サセプタ２０を加熱して工程温度を調節するとしたが、これに限定されるものではない。工程温度は、他の方法、例えば、抵抗熱装置、ランプ、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ヒータのような装置を使用して調節し得る。また、サセプタの流動ガス及びこのような装置の組み合わせでも、温度調節が可能である。以下、説明の便宜を図るために、サセプタ２０内の流動ガスＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３を使用して工程温度を調節する方法について説明する。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態による発光素子の製造方法を使用して製造された発光素子２００の概略的な断面図である。
【００３１】
図２を参照すると、発光素子２００は、基板１１０、基板１１０上に設けられた第１導電型半導体層１５０、第１導電型半導体層１５０上に設けられた活性層１６０、及び活性層１６０上に設けられた第２導電型半導体層１７０を含む。そして、発光素子２００は、基板１１０と第１導電型半導体層１５０との間に順に設けられたバッファ層１２０、低温化合物半導体層１３０、アンドーピング化合物半導体層１４０を更に含む。
【００３２】
第１導電型半導体層１５０は、第１導電型不純物でドーピングされた化合物半導体である。即ち、第１導電型半導体層１５０は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有する半導体材料を第１導電型不純物でドーピングして形成される。第１導電型半導体層１５０を形成する化合物半導体は、窒化物系化合物半導体であり、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどを含む。第１導電型不純物はｎ型不純物であり、ｎ型不純物は、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅなどを含む。
【００３３】
活性層１６０は、電子と正孔との再結合によって、所定のエネルギーを有する光を放出し、インジウム含有量によってバンドギャップエネルギーが調節されるように、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）などの半導体材料から形成される。また、活性層１６０は、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとが互いに交互に積層された多重量子ウェル（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉ−ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）層である。量子ウェル層１６０ａは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）などの半導体材料を含み、量子障壁層１６０ｂは、ＧａＮやＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）などの半導体材料を含む。
【００３４】
第２導電型半導体層１７０は、第２導電型不純物でドーピングされた化合物半導体である。即ち、第２導電型半導体層１７０は、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有する半導体材料を第２導電型不純物でドーピングして形成される。第２導電型半導体層１７０を形成する化合物半導体は、窒化物系化合物半導体であり、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどを含む。第２導電型不純物はｐ型不純物であり、ｐ型不純物は、例えばＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅなどを含む。
【００３５】
図３は、従来の発光素子の製造方法における工程温度と基板温度との変化を示したものである。
【００３６】
図３を参照すると、従来の発光素子の製造方法は、約９００℃〜約１，０００℃で、活性層１６０を形成する。即ち、ｎ型半導体層１５０上に、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとを交互に積層して形成する。量子ウェル層１６０ａは、高いＩｎ組成を有するために、約９００℃以下の温度、即ち第１工程温度Ｔ１で成長させ、量子障壁層１６０ｂは、それを構成するＧａＮの結晶性を向上させるために、約９００℃以上の温度、即ち第２工程温度Ｔ２で成長させる。
【００３７】
このように、第１工程温度Ｔ１及び第２工程温度Ｔ２の差が約５０度〜約１５０度以上、例えば約１００度である場合、ヒータ７０の出力を変化させて工程温度を制御するのに必要な工程温度に達するのに時間が長くかかる。また、工程温度が変わる間には、半導体層の成長を止めなければならず、この過程で、不純物などが混入して量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとの界面特性が低下し得る。
【００３８】
図４は、本発明の一実施形態による発光素子の製造方法における工程温度と基板温度との変化を示したものである。
【００３９】
図１、図２、及び図４を参照すると、本実施形態の発光素子の製造方法は、先ず、基板１１０上に、約９００℃以上の高温でバッファ層１２０を形成する。ここで、図２の基板１１０は、図１の基板４５と同じである。ヒータ７０で、サセプタ２０を約９００℃以上に加熱し、基板１１０の温度を９００℃以上に維持する。そして、約５００℃〜約８００℃の低温で、バッファ層１２０上に低温化合物半導体層１３０を形成する。低温化合物半導体層１３０は、例えば、ＬＴ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ＧａＮ層である。
【００４０】
次に、低温化合物半導体層１３０上に、約１，０００℃〜約１，２００℃の高温で、アンドーピング化合物半導体層１４０とｎ型半導体層１５０とを順に形成する。アンドーピング化合物半導体層１４０及びｎ型半導体層１５０は、それぞれドーピングされていないＧａＮ層及びｎ型ＧａＮ層である
【００４１】
そして、ｎ型半導体層１５０上に、約９００℃〜約１，０００℃で、活性層１６０を形成する。ｎ型半導体層１５０上に、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとを交互に積層して活性層１６０を形成する。量子ウェル層１６０ａは、高いＩｎ組成を有するために、約９００℃以下の温度、即ち第１工程温度Ｔ１で成長させる。そして、量子障壁層１６０ｂは、それを構成するＧａＮの結晶性を向上させるために、約９００℃以上の温度、即ち第２工程温度Ｔ２で成長させる。
【００４２】
本実施形態の発光素子の製造方法によると、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に第１流動ガスＧ１１を流し、約９００℃の第１工程温度Ｔ１で、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含む反応ガスＧ２をチャンバ１０に流し、ｎ型半導体層１５０上に量子ウェル層１６０ａを形成する。即ち、流動ガス供給ライン３０を介して第１流動ガスＧ１１を流動ガス注入部３１に供給し、反応ガス注入部５０に反応ガスＧ２を供給する。そして、第１流動ガスＧ１１は、サセプタ流路３３を介してポケット２５下部の流動ガス排気部３５を通じて排出される。ここで、第１流動ガスＧ１１は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか１つのガスを含み得る。
【００４３】
ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０は、第１流動ガスＧ１１によって浮遊し、また回転する。ここで、第１工程温度Ｔ１は、ヒータ７０と第１流動ガスＧ１１とによって制御される。即ち、ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱し、第１流動ガスＧ１１は、加熱されたサセプタ２０上のサテライトディスク４０及び被蒸着体である基板４５の温度、即ち第１工程温度Ｔ１を制御する。第１流動ガスＧ１１として、熱伝導度の小さいガス、例えばＡｒを使用し、サテライトディスク４０と基板４５との温度を大きく下げることができる。即ち、熱伝導度の小さい第１流動ガスＧ１１は、サセプタ２０からサテライトディスク４０に熱が伝えられることを遅延したり防止したりすることができる。
【００４４】
そして、サセプタ２０とサテライトディスク４０との間に、第２流動ガスＧ１２を流し、約１，０００℃の第２工程温度Ｔ２で、ＧａＮ又はＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）を含む第２反応ガスＧ２２をチャンバ１０に流し、量子障壁層１６０ｂを形成する。即ち、流動ガス供給ライン３０を介して第２流動ガスＧ１２を流動ガス注入部３１に供給し、反応ガス注入部５０に反応ガスＧ２を供給する。そして、第２流動ガスＧ１２は、サセプタ流路３３を介してポケット２５下部の流動ガス排気部３５を通じて排出される。ここで、第２流動ガスＧ１２は、Ａｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか１つのガスを含み得る。
【００４５】
ポケット２５に載置されたサテライトディスク４０は、第２流動ガスＧ１２によって浮遊し、また回転する。ここで、第２工程温度Ｔ２は、ヒータ７０と第２流動ガスＧ１２とによって制御される。即ち、ヒータ７０は、サセプタ２０を所定温度に加熱し、第２流動ガスＧ１２は、加熱されたサセプタ２０上のサテライトディスク４０及び被蒸着体である基板４５の温度、即ち第２工程温度Ｔ２を制御する。第２流動ガスＧ１２として、熱伝導度が大きいガス、例えばＨ２を使用し、サテライトディスク４０と基板４５との温度を大きく高めることができる。即ち、熱伝導度が大きい第２流動ガスＧ１２は、サセプタ２０からサテライトディスク４０に速く熱を伝達することができる。
【００４６】
本実施形態の発光素子の製造方法において、第１流動ガスＧ１１の熱伝導度は、第２流動ガスＧ１２の熱伝導度と互いに異なる。即ち、半導体層を成長させるのに必要な工程温度により、特定熱伝導度を有する流動ガスＧ１を選択的に供給する。熱伝導度が相対的に小さい流動ガスＧ１をサセプタ２０に供給すると、基板４５の温度を、ヒータ７０によって制御される工程温度に比べて下げることができる。一方、熱伝導度が相対的に大きい流動ガスＧ１をサセプタ２０に供給すると、基板４５の温度を、ヒータ７０によって制御される工程温度に比べて高めることができる。併せて、本実施形態の発光素子の製造方法は、ヒータ７０の出力と流動ガスＧ１とを同時に変化させ、短時間内に工程温度をより大きく変化させることができる。
【００４７】
また、本実施形態の発光素子の製造方法によると、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとを形成する段階を少なくとも一回以上反復して遂行する。ここで、量子ウェル層を形成する第１工程温度Ｔ１と、量子障壁層を形成する第２工程温度Ｔ２との差は、約５０度〜約１５０度であり、例えば、約１００度である。
【００４８】
次に、活性層１６０上に、約１，０００℃〜約１，２００℃の高温で、ｐ型半導体層１７０を形成する。そして、メサエッチングを介してｎ型半導体層１５０上にｎ型電極１８０を形成し、ｐ型半導体層１７０上にｐ型電極１８５を更に形成する。一方、本実施形態の発光素子の製造方法は、有機金属化学気相蒸着方法（ＭＯＣＶＤ）を使用することができる。
【００４９】
本実施形態の発光素子の製造方法によると、約９００℃の第１工程温度Ｔ１で量子ウェル層１６０ａを形成し、遅滞なく第１工程温度Ｔ１より約１００度高い約１，０００℃の第２工程温度Ｔ２で、量子障壁層１６０ｂを形成する。従って、本実施形態の発光素子の製造方法は、様々な半導体層を互いに異なる温度で結晶成長させる場合、流動ガスＧ１を変えることで、早く工程温度を変化させることができる。従って、半導体層の結晶成長時間を短縮することができ、工程温度変化時にも、結晶成長を続けて進めることができる。また、本実施形態の発光素子の製造方法は、量子ウェル層１６０ａと量子障壁層１６０ｂとの界面特性を向上させ、発光素子の発光効率を改善することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の化学気相蒸着方法を使用した発光素子の製造方法は、発光素子関連分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ チャンバ
２０ サセプタ
２５ ポケット
３０ 流動ガス供給ライン
３１ 流動ガス注入部
３３ サセプタ流路
３５ 流動ガス排気部
４０ サテライトディスク
４５ 基板
５０ 反応ガス注入部
５１ ノズル
５３ ノズル孔
６０ ガス排出部
７０ ヒータ
１００ 化学気相装置
１１０ 基板
１２０ バッファ層
１３０ 低温化合物半導体層
１４０ アンドーピング化合物半導体層
１５０ 第１導電型半導体層（ｎ型半導体層）
１６０ 活性層
１６０ａ 量子ウェル層
１６０ｂ 量子障壁層
１７０ 第２導電型半導体層（ｐ型半導体層）
１８０ ｎ型電極
１８５ ｐ型電極
２００ 発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学気相蒸着方法を使用して発光素子を製造する方法であって、
第１工程温度で、サテライトディスクに載置された基板上に量子ウェル層を形成する段階と、
第２工程温度で、前記量子ウェル層上に量子障壁層を形成する段階と、を有し、
前記量子ウェル層と前記量子障壁層とを形成する段階を少なくとも一回遂行することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程温度及び第２工程温度は、それぞれサセプタに供給される第１流動ガス及び第２流動ガスによって制御されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度と互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度より小さいことを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１流動ガス及び第２流動ガスは、それぞれＡｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１流動ガスはＡｒであり、前記第２流動ガスはＨ２であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１流動ガスはＮ２であり、前記第２流動ガスはＨ２であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記量子ウェル層及び前記量子障壁層は、それぞれＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、及びＡｌＧａＩｎＮのうちから選択された少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記量子ウェル層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記量子障壁層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１】
化学気相蒸着方法を使用して発光素子を製造する方法であって、
第１工程温度で、サテライトディスクに載置された基板上に量子ウェル層を形成する段階と、
第２工程温度で、前記量子ウェル層上に量子障壁層を形成する段階と、を有し、
前記量子ウェル層と前記量子障壁層とを形成する段階を少なくとも一回遂行することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程温度及び第２工程温度は、それぞれサセプタに供給される第１流動ガス及び第２流動ガスによって制御されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度と互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１流動ガスの熱伝導度は、前記第２流動ガスの熱伝導度より小さいことを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１流動ガス及び第２流動ガスは、それぞれＡｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２、ＣＯ２、及びＮＨ３のうちから選択されたいずれか一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１流動ガスはＡｒであり、前記第２流動ガスはＨ２であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１流動ガスはＮ２であり、前記第２流動ガスはＨ２であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記量子ウェル層及び前記量子障壁層は、それぞれＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、及びＡｌＧａＩｎＮのうちから選択された少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記量子ウェル層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記量子障壁層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−２６６２６（Ｐ２０１３−２６６２６Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６１４０４（Ｐ２０１２−１６１４０４）
【出願日】平成２４年７月２０日（２０１２．７．２０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２０日（２０１２．７．２０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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