半導体素子の製造方法
【課題】本発明の実施形態は、ドライエッチングされた基板の表面に、良好な結晶性を有する窒化物半導体を形成することができる半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態は、ドライエッチングにより処理された基板の表面をハロゲン元素を含む雰囲気中で熱処理し、前記熱処理した前記基板の前記表面に窒化物半導体層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態は、ドライエッチングにより処理された基板の表面をハロゲン元素を含む雰囲気中で熱処理し、前記熱処理した前記基板の前記表面に窒化物半導体層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を材料とする半導体素子の開発が進められている。窒化物半導体は、サファイアやＳｉＣ等の異種基板上に、例えば、ＭＯＣＶＤ(Meal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成することができる。そして、異種基板上に形成される窒化物半導体層の結晶性の良し悪しは、それを用いて製作される半導体素子の特性を左右する。
【０００３】
例えば、窒化物半導体を材料とする発光ダイオード（ＬＥＤ）では、円錐，円柱などの形状を有する凹凸構造を設けたサファイア基板の表面に窒化物半導体層を形成する技術が開発されている。これにより、窒化物半導体結晶およびサファイア基板の内部から発光光を取り出す効率を向上させ、ＬＥＤの発光強度を高くすることが可能である。
【０００４】
サファイア基板は安定な結晶からなり、その表面を加工するためにドライエッチング法が用いられる。しかし、ドライエッチングにより加工されたサファイア基板の表面にはダメージ層が残り易い。このようなダメージ層が残ったサファイア基板の表面に形成される窒化物半導体の結晶性劣化しやすく、高輝度のＬＥＤを製作することが難しいという問題があった。そこで、ドライエッチングされた基板の表面に、良好な結晶性を有する窒化物半導体を形成する技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、ドライエッチングされた基板の表面に、良好な結晶性を有する窒化物半導体を形成することができる半導体素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る半導体素子の製造方法は、ドライエッチングにより処理された基板の表面をハロゲン元素を含む雰囲気中で熱処理し、前記熱処理した前記基板の前記表面に窒化物半導体層を形成することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る半導体素子の断面構造を示す模式図である。
【図２】一実施形態に係る半導体素子の製造過程を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に続く半導体素子の製造過程を模式的に示す断面図である。
【図４】一実施形態に係る半導体素子の製造装置を模式的に示す断面図である。
【図５】一実施形態に係る窒化物半導体層の成長過程を示す工程図である。
【図６】基板表面に形成された凹凸構造を示すＳＥＭ像である。
【図７】窒化物半導体層の表面写真であり、（ａ）は、一実施形態に係る窒化物半導体層の表面を示し、（ｂ）は、比較例に係る窒化物半導体層の表面を示している。
【図８】窒化物半導体層を形成した基板の断面の一部を示すＳＥＭ像であり、（ａ）は、一実施形態に係る窒化物半導体層を形成した基板の断面を示し、（ｂ）は、比較例に係る窒化物半導体層を形成した断面を示している。
【図９】窒化物半導体層を形成した基板の断面における凸部の近傍を示すＳＥＭ像であり、（ａ）は、一実施形態に係る窒化物半導体層を形成した基板の断面を示し、（ｂ）は、比較例に係る窒化物半導体層を形成した断面を示している。
【図１０】一実施形態に係る窒化物半導体層のＰＬスペクトルを示すグラフである。
【図１１】比較例に係る窒化物半導体層のＰＬスペクトルを示すグラフである。
【図１２】一実施形態に係る窒化物半導体層の顕微ラマン散乱スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る半導体素子１００の断面構造を示す模式図である。
半導体素子１００は、例えば、ＧａＮ系の窒化物半導体を材料とするＬＥＤであり、表面に凹凸が設けられたサファイア基板２の上に設けられている。
【００１１】
サファイア基板２の表面には、ｎ形ＧａＮバッファ層３、ｎ形ＧａＮコンタクト層４、発光層５およびｐ形ＧａＮ層６が順に積層された窒化物半導体の積層体１０が設けられている。発光層５には、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造が含まれる。
【００１２】
図１に示すように、サファイア基板２の上に設けられた窒化物半導体の積層体１０は、発光部以外のｐ形ＧａＮ層６および発光層５がエッチングされたメサ構造に加工されている。ｐ形ＧａＮ層６の表面には、ｐ電極７が設けられ、ｐ形ＧａＮ層６および発光層５がエッチングされて露出したｎ形ＧａＮコンタクト層４の表面４ａに、ｎ電極８が設けられている。
さらに、メサ構造の側面１２、および、ｎ形ＧａＮコンタクト層４の表面４ａには、パッシべーション膜９が形成されている。
【００１３】
次に、図２および図３を参照して、半導体素子１００の製造過程を説明する。
本実施形態に係る半導体素子の製造方法では、ドライエッチングされたサファイア基板２の表面を、ハロゲン元素を含む雰囲気中で熱処理し、その後、サファイア基板２の表面に窒化物半導体層を形成する。
【００１４】
図２（ａ）は、サファイア基板２の断面を模式的に示している。サファイア基板２の表面には、凹部２ａが選択的に形成されている。
サファイア基板２には、例えば、Ｃ面を主面とするウェーハを用いることができる。凹部２ａは、レジストをマスクとして選択的に加工される。例えば、塩素を含有するガスをエッチングガスとし、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)型のＲＩＥ(Reactive Ion Etching)装置を用いてドライエッチングすることができる。
【００１５】
ＲＩＥ装置では、プラズマ励起されたイオンを電界により加速し、サファイア基板の表面をスパッタリングし、さらに、塩素による化学反応によりエッチングを促進させる。これにより、化学的に安定なサファイア基板の表面に凹部２ａを加工することができる。
【００１６】
ＲＩＥによるドライエッチングを完了した後には、サファイア基板２の表面に残るエッチング残渣を除去のために、硫酸と過酸化水素水を１：１に混合した溶液にて、約５分間の後処理を行う。
【００１７】
例えば、サファイア基板２の全面に円形のレジストマスクを形成し、ドライエッチングすることにより凹部２ａを形成する。そして、図６に示すように、底面直径が３μｍ、側面のテーパ角が６５°、高さ１μｍの円錐台形状の凸部２ｂを設けることができる。凸部２ｂは、例えば、最小ピッチ間隔を約５μｍとし、それぞれが六角形の頂点に位置するように配置することができる。さらに、ドライエッチングされたサファイア基板２の表面が粗面化するように加工することもできる。
以下、凸部２ｂが形成されたサファイア基板２をＰＳＳ(Patterned Sapphire Substrate)基板と称する。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＰＳＳ基板２の上に、ｎ形ＧａＮバッファ層３および、ｎ形ＧａＮコンタクト層４、発光層５、ｐ形ＧａＮ層６を含む窒化物半導体の積層体１０を設ける。
【００１９】
続いて、図３（ａ）に示すように、ｐ形ＧａＮ層６の表面にｐ電極７を設け、その後、ｐ形ＧａＮ層６および発光層５、ｎ形ＧａＮコンタクト層４の一部を選択的にエッチングして、メサ構造を形成する。
【００２０】
そして、図３（ｂ）に示すように、メサ構造の底面に露出したｎ形ＧａＮコンタクト層４の表面４ａにｎ電極８を形成する。さらに、メサ構造の側面１２およびｎ形ＧａＮコンタクト層４の表面４ａにパッシベーション膜９を形成して、図１に示す半導体素子１００を完成することができる。
【００２１】
半導体素子１００では、ｐ電極７からｎ電極８へ電流を流すことにより、発光層５から発光光が放出される。発光層５から放出された発光光は積層体１０の内部を伝播し、一部は積層体の外へ放出される。しかしながら、窒化物半導体と、空気およびサファイア基板と、の間の屈折率差により、発光光の多くは積層体１０の内部で反射を繰り返し、発光層５およびｐ電極７などに吸収され減衰してしまう。
【００２２】
そこで、半導体素子１００では、サファイア基板２とｎ形ＧａＮバッファ層３との間の界面に凹凸構造を儲けて反射を抑制し、サファイア基板２の中に発光光が伝播するようにしている。これにより、積層体１０の内部で減衰する発光光の量が低減され、積層体１０およびサファイア基板２から外へ放出される発光光が多くなり発光強度を向上させることができる。
【００２３】
次に、図４および図５を参照して、積層体１０に含まれる窒化物半導体層の形成方法について説明する。図４は、窒化物半導体を成長するＭＯＣＶＤ装置２００の断面を模式的に示している。図５は、窒化物半導体層を成長する手順を示すフロー図である。
【００２４】
図４に示すように、ＭＯＣＶＤ装置２００は、窒化物半導体を成長する反応室３１を備え、反応室３１の内部には、ウェーハトレイ３３を載置するサセプタ３２と、サセプタ３２を加熱するランプヒータ３５と、原料ガスを供給する配管３６と、ウェーハトレイ３３の表面全体に対して原料ガスを均一に噴射するシャワーヘッド３４と、を備えている。
そして、反応室３１の内部に塩素（Ｃｌ２）を含むガスを供給するガスポート３７を備えている。反応室３１の内部に供給されたガスは、真空ポンプ（図示しない）により排気ポート３８から排出される。
【００２５】
図５に示すＭＯＣＶＤ装置２００を用いた窒化物半導体の成長フローでは、最初に、ＭＯＣＶＤ装置２００の反応室３１にＰＳＳ基板２を載置する（Ｓ０１）。
具体的には、反応室３１の外部において、複数のＰＳＳ基板２をウェーハトレイ３３の上に載置する。ウェーハトレイ３３は、真空ゲート（図示しない）から反応室３１の内部に搬入されサセプタ３２の上にセットされる。
【００２６】
続いて、反応室３１の内部を真空ポンプ（図示しない）で減圧しながら、ランプヒータ３５でサセプタ３２を加熱する。そして、塩素を含むガスを反応室３１に導入する（Ｓ０２）。
【００２７】
例えば、塩素ガスと窒素ガスとを４：１の流量比で反応室３１の内部に流入させることができる。ＰＳＳ基板２は、ウェーハトレイ３３を介して約６５０℃の温度に加熱され、塩素を含む雰囲気で約２０分間の熱処理を受ける。以下、この熱処理を塩素前処理と称する。
【００２８】
続いて、塩素ガスの供給を止めて、反応室３１の内部のガスを窒素ガスで希釈し、徐々に窒素雰囲気に置換する。これにより、ＰＳＳ基板２の表面における塩化物の昇華を促進することができる。
【００２９】
次に、反応室３１の内部を水素雰囲気に置換する。例えば、反応室３１の内部を減圧し、窒素ガスを排気した後、水素ガスを導入する（Ｓ０３）。
【００３０】
続いて、ランプヒータ３５にてサセプタ３２を加熱し、ＰＳＳ基板２の温度を１１００℃に上昇させ、約１０分間の熱処理を施す（Ｓ０４）。ＰＳＳ基板２の保持温度は、例えば、１０００℃〜１５００℃の範囲の温度に設定することができる。
【００３１】
水素雰囲気中でＰＳＳ基板２を１０００℃以上の温度に加熱し、熱処理を施す過程において、ＰＳＳ基板２の表面に残留する塩化物を含む反応生成物を除去することができる。
上記の処理では、塩素ガスに変えて、他のハロゲンガスを使用することができる。さらに、窒素ガスの代わりに、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスのような不活性ガスを用いても良い。
【００３２】
次に、ＰＳＳ基板２の上に窒化物半導体層を形成する（Ｓ０５）。
具体的には、ＰＳＳ基板２の温度を７８５℃に降下させ、反応室３１をアンモニア雰囲気に置換しＰＳＳ基板２の表面を窒化する。続いて、ＰＳＳ基板２の温度を５８５℃に降下させ、例えば、トリメチルガリウムとアンモニアガスとを、シャワーヘッド３４から供給する。これにより、成長核となる窒化ガリウム（ＧａＮ）の微結晶を含む低温バッファ層を約４０ｎｍ成膜することができる。続いて、ＰＳＳ基板２の温度を１１００℃に加熱し、ｎ形ＧａＮバッファ層３を約５μｍ成長させる。
【００３３】
次に、ｎ形ＧａＮコンタクト層４および発光層５、ｐ形ＧａＮ層６を順次成長し、積層体１０を形成することができる。各層の成長条件は、それぞれの層に適した条件に設定する。
【００３４】
次に、図６〜図１２を参照して、本実施形態に係る半導体素子の製造方法よりＰＳＳ基板２の上に形成することができる窒化物半導体層の結晶性について説明する。
図６は、ＰＳＳ基板２の表面に形成された凸部２ｂを示すＳＥＭ(Secondary Electron Microscopy)像である。図６（ａ）は、塩素前処理を施したＰＳＳ基板２の表面を示し、図６（ｂ）は、塩素前処理を施していないＰＳＳ基板２の表面を示している。
これらのＳＥＭ像からは、塩素前処理の有無による差異は見出せない。すなわち、塩素前処理を施したことによるＰＳＳ基板２の表面状態の変化は、外見的には観測されないことがわかる。
【００３５】
表１は、塩素前処理前後のＰＳＳ基板２の表面、および、凸部２ｂを形成していないサファイア基板の表面を、ＸＰＳ(X-ray Photoelectron Spectroscopy)により評価した結果を示している。表１に示す値は、それぞれの基板表面における元素組成を原子数比（atom%）で示すものであり、各基板に対応するＸＰＳスペクトルから導出した。
【表１】
【００３６】
例えば、サファイア基板に凸部２ｂを形成するドライエッチングおよび塩素前処理の雰囲気に共通して含まれる塩素（Ｃｌ）原子に注目してみると、凸部２ｂを形成する前のサファイア基板、および、塩素前処理を施していないＰＳＳ基板２において検出されておらず、ドライエッチングの残渣は無いものと考えられる。
【００３７】
一方、塩素前処理を施したＰＳＳ基板２の表面には、Ｃｌ原子およびＧａ原子が観測されている。これらは、反応室３１の内部に残留している反応生成物に含まれるものが付着したと考えられるが、いずれも微量であり、ＰＳＳ基板２の上に形成される窒化物半導体層の結晶性に影響を与えるものではない。
【００３８】
図７（ａ）は、ＰＳＳ基板２の上に形成したｎ形ＧａＮバッファ層３の表面を示す微分顕微鏡写真である。一方、図７（ｂ）は、塩素前処理を施さずにＰＳＳ基板の表面に形成した比較例に係るｎ形ＧａＮ層の表面を示す微分顕微鏡写真である。両者の差は明確であり、図７（ａ）に示すｎ形ＧａＮバッファ層３の表面は、図７（ｂ）に示したｎ形ＧａＮ層よりも平坦であることがわかる。
【００３９】
表２は、ｎ形ＧａＮバッファ層３（塩素前処理有り）、および、比較例に係るｎ形ＧａＮ層（塩素前処理なし）のＸＲＣ(Xray Rocking Curve)の半値幅を示している。同表に示すように、ＸＲＣの半値幅は、ｎ形ＧａＮバッファ層３の方が、ｎ形ＧａＮ層よりも狭い。例えば、対称面である（００２）において約１５％、（００４）において約２０％狭い。そして、非対称面である（１０１）および（２０２）でも、ｎ形ＧａＮバッファ層３の方が約４０％狭い。
【表２】
【００４０】
これらの評価結果は、ｎ形ＧａＮバッファ層３の方が、結晶軸や結晶面の乱れが少ないことを示している。すなわち、塩素前処理は、ＰＳＳ基板２の上に形成した窒化物半導体の結晶性を向上させることを示している。
【００４１】
図８は、窒化物半導体層を形成したＰＳＳ基板２の断面の一部を示すＳＥＭ像である。図８（ａ）は、ｎ形ＧａＮバッファ層３を形成した基板の断面を示し、図８（ｂ）は、比較例に係るｎ形ＧａＮ層を形成した断面を示している。
【００４２】
図８（ｂ）中に示す矢印は、ＰＳＳ基板２の表面からｎ形ＧａＮ層の表面に達する貫通転位の密度が高い領域を指し示している。一方、図８（ａ）に示すｎ形ＧａＮバッファ層３の断面では、貫通転位の密度の高い領域が見られず、転位密度が低いことがわかる。
【００４３】
図９は、ＰＳＳ基板２に形成された凸部２ｂの近傍の断面を示すＳＥＭ像である。図９（ａ）は、ｎ形ＧａＮバッファ層３の断面を示し、図９（ｂ）は、比較例に係るｎ形ＧａＮ層の断面を示している。
【００４４】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示す断面では、共に凸部２ｂの側面に異常成長が見られるものの、図９（ａ）に示すｎ形ＧａＮバッファ層３の方が、図９（ｂ）のｎ形ＧａＮ層よりも貫通転位が少ないことがわかる。
【００４５】
図１０および図１１は、窒化物半導体層の室温におけるＰＬ(Photoluminescence)スペクトルを示すグラフである。図１０は、ｎ形ＧａＮバッファ層３のＰＬスペクトルを示し、図１１は、比較例に係るｎ形ＧａＮ層のＰＬスペクトルを示している。励起光源として測定に用いたレーザ光の波長は３２５ｎｍである。
【００４６】
図１０に示すＰＬスペクトルでは、半値幅の狭いシャープな発光ピークＰＥＧが波長３６０ｎｍ近傍に見られる。そして、半値幅の広いブロードなピークＰＤＬが波長５７０ｎｍ近傍に観測されている。ＰＥＧは、ＧａＮ結晶のバンド端発光に起因する発光ピークであり、ＰＤＬは、ＧａＮ結晶中の欠陥に起因するディープレベル(Deep Level：ＤＬ)発光に起因する発光ピークである。
【００４７】
図１１に示す比較例に係るｎ形ＧａＮ層のＰＬスペクトルにおいても、波長３６０ｎｍ近傍のシャープな発光ピークＰＥＧと、波長５７０近傍のブロードな発光ピークＰＤＬと、が観測されている。
【００４８】
ＰＤＬとＰＥＧとの間の強度比（ＰＤＬ／ＰＥＧ）は、図１０に示すｎ形ＧａＮバッファ層３において約０．６であり、図１１に示すｎ形ＧａＮ層において、０．８である。すなわち、ｎ形ＧａＮバッファ層３のディープレベルは、比較例に係るｎ形ＧａＮ層のディープレベルよりも少ないことを示しており、ｎ形ＧａＮバッファ層３の結晶性が改善されている。
【００４９】
図１２は、ＰＳＳ基板２の顕微ラマン散乱スペクトルを示すグラフである。そして、表３に、凸部２ｂを形成していないサファイア基板(加工前)、および、塩素前処理を施していないＰＳＳ基板２、塩素前処理を施したＰＳＳ基板２の顕微ラマン散乱スペクトルのピーク位置(Center)、半値幅（Width）、ラマン散乱強度（Height）をそれぞれ示している。
【表３】
【００５０】
各データは、それぞれのウェーハ中心における１０ｍｍφのエリア内の３点で測定したスペクトルを、Lorentzカーブによりフィッティングして得られた値の平均値である。表３中に示すＣ１、Ｃ２およびＣ３は、図１２に示したスペクトルの３つの主要なピークにそれぞれ対応する。
【００５１】
表３に示す各データによれば、ピーク位置（Center)は、凸部２ｂを形成するためのドライエッチングおよび塩素前処理を施しても変動していない。これに対し、例えば、半値幅(Width)は、ドライエッチング処理を受けた塩素前処理の無いＰＳＳ基板２において、元のサファイア基板よりも広くなり、さらに塩素処理を施すことにより狭くなることがわかる。
【００５２】
一方、各ピークのラマン散乱強度(Height)のデータは、サファイア基板にドライエッチングを施すことにより散乱強度が減少し、さらに塩素前処理を施すことにより回復することを示している。
【００５３】
顕微ラマン散乱スペクトルでは、ピークのシフトが歪みや応力に対応し、半値幅が結晶性を反映する。表３に示す結果によれば、半値幅の変化から、ドライエッチングにより劣化したＰＳＳ基板２の結晶性が、塩素前処理を施すことにより改善することがわかる。さらに、ラマン散乱強度の変化は、ドライエッチングにより生じたＰＳＳ基板２の歪みが、塩素前処理により緩和されることを示唆している。
【００５４】
ドライエッチングを用いて処理されたＰＳＳ基板２の表面には、エネルギー粒子の照射により原子配列が乱されたダメージ層が残留し易い。そして、ドライエッチングで処理されたＰＳＳ基板の上に形成される窒化物半導体層の結晶性は、ダメージ層の影響を受ける。このダメージ層は、ＨＦやＨＣｌなどの薬液では殆どエッチングされない。このため、ダメージ層を除去することが困難であり、ドライエッチングされたＰＳＳ基板の上に良質な窒化物半導体層を形成することが難しかった。
【００５５】
これに対し、上記のＰＳＳ基板２の評価、および、ＰＳＳ基板２の上に形成されたｎ形ＧａＮバッファ層３の評価では、ドライエッチングされたＰＳＳ基板２の表面に残留するダメージ層が塩素前処理により除去されること、そして、ＰＳＳ基板２の上に形成される窒化物半導体層の結晶性の改善が示されている。
【００５６】
このように、本実施形態に係る半導体素子の製造方法は、ドライエッチングされた基板の上に結晶性の良い窒化物半導体層を形成する方法を提供し、半導体素子の品質を改善し製造歩留りを向上させる。
【００５７】
さらに、本実施形態に係る半導体素子の製造方法では、ハロゲン元素を含む雰囲気における熱処理を、窒化物半導体層を形成する反応室の中で行うことができる。そして、例えば、ＭＯＣＶＤ成長の際に反応室３１の内部に付着する反応生成物を、塩素前処理により除去することができる。すなわち、反応室３１の内部に付着する反応生成物を、成長工程を繰り返す度に除去することが可能であり、反応室３１のクリーニングの手間を省くことが可能となる。また、少なくとも、反応室３１のクリーニングサイクルを長くすることが可能であり、生産性を向上させることができる。
【００５８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５９】
なお、本願明細書において、「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ（１−ｘ−ｙ−ｚ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）のIII−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎ（窒素）に加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶も含むものとする。またさらに、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００６０】
２・・・サファイア基板（ＰＳＳ基板）、 ２ａ・・・凹部、 ２ｂ・・・凸部、 ３・・・ｎ形ＧａＮバッファ層、 ４・・・ｎ形ＧａＮコンタクト層、 ５・・・発光層、 ６・・・ｐ形ＧａＮ層、 ７・・・ｐ電極、 ８・・・ｎ電極、 ９・・・パッシベーション膜、 １０・・・積層体、 １２・・・メサ構造の側面、 ３１・・・反応室、 ３２・・・サセプタ、 ３３・・・ウェーハトレイ、 ３４・・・シャワーヘッド、 ３５・・・ランプヒータ、 ３６・・・配管、 ３７・・・ガスポート、 ３８・・・排気ポート、 １００・・・半導体素子、 ２００・・・ＭＯＣＶＤ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を材料とする半導体素子の開発が進められている。窒化物半導体は、サファイアやＳｉＣ等の異種基板上に、例えば、ＭＯＣＶＤ(Meal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成することができる。そして、異種基板上に形成される窒化物半導体層の結晶性の良し悪しは、それを用いて製作される半導体素子の特性を左右する。
【０００３】
例えば、窒化物半導体を材料とする発光ダイオード（ＬＥＤ）では、円錐，円柱などの形状を有する凹凸構造を設けたサファイア基板の表面に窒化物半導体層を形成する技術が開発されている。これにより、窒化物半導体結晶およびサファイア基板の内部から発光光を取り出す効率を向上させ、ＬＥＤの発光強度を高くすることが可能である。
【０００４】
サファイア基板は安定な結晶からなり、その表面を加工するためにドライエッチング法が用いられる。しかし、ドライエッチングにより加工されたサファイア基板の表面にはダメージ層が残り易い。このようなダメージ層が残ったサファイア基板の表面に形成される窒化物半導体の結晶性劣化しやすく、高輝度のＬＥＤを製作することが難しいという問題があった。そこで、ドライエッチングされた基板の表面に、良好な結晶性を有する窒化物半導体を形成する技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、ドライエッチングされた基板の表面に、良好な結晶性を有する窒化物半導体を形成することができる半導体素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る半導体素子の製造方法は、ドライエッチングにより処理された基板の表面をハロゲン元素を含む雰囲気中で熱処理し、前記熱処理した前記基板の前記表面に窒化物半導体層を形成することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る半導体素子の断面構造を示す模式図である。
【図２】一実施形態に係る半導体素子の製造過程を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に続く半導体素子の製造過程を模式的に示す断面図である。
【図４】一実施形態に係る半導体素子の製造装置を模式的に示す断面図である。
【図５】一実施形態に係る窒化物半導体層の成長過程を示す工程図である。
【図６】基板表面に形成された凹凸構造を示すＳＥＭ像である。
【図７】窒化物半導体層の表面写真であり、（ａ）は、一実施形態に係る窒化物半導体層の表面を示し、（ｂ）は、比較例に係る窒化物半導体層の表面を示している。
【図８】窒化物半導体層を形成した基板の断面の一部を示すＳＥＭ像であり、（ａ）は、一実施形態に係る窒化物半導体層を形成した基板の断面を示し、（ｂ）は、比較例に係る窒化物半導体層を形成した断面を示している。
【図９】窒化物半導体層を形成した基板の断面における凸部の近傍を示すＳＥＭ像であり、（ａ）は、一実施形態に係る窒化物半導体層を形成した基板の断面を示し、（ｂ）は、比較例に係る窒化物半導体層を形成した断面を示している。
【図１０】一実施形態に係る窒化物半導体層のＰＬスペクトルを示すグラフである。
【図１１】比較例に係る窒化物半導体層のＰＬスペクトルを示すグラフである。
【図１２】一実施形態に係る窒化物半導体層の顕微ラマン散乱スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る半導体素子１００の断面構造を示す模式図である。
半導体素子１００は、例えば、ＧａＮ系の窒化物半導体を材料とするＬＥＤであり、表面に凹凸が設けられたサファイア基板２の上に設けられている。
【００１１】
サファイア基板２の表面には、ｎ形ＧａＮバッファ層３、ｎ形ＧａＮコンタクト層４、発光層５およびｐ形ＧａＮ層６が順に積層された窒化物半導体の積層体１０が設けられている。発光層５には、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造が含まれる。
【００１２】
図１に示すように、サファイア基板２の上に設けられた窒化物半導体の積層体１０は、発光部以外のｐ形ＧａＮ層６および発光層５がエッチングされたメサ構造に加工されている。ｐ形ＧａＮ層６の表面には、ｐ電極７が設けられ、ｐ形ＧａＮ層６および発光層５がエッチングされて露出したｎ形ＧａＮコンタクト層４の表面４ａに、ｎ電極８が設けられている。
さらに、メサ構造の側面１２、および、ｎ形ＧａＮコンタクト層４の表面４ａには、パッシべーション膜９が形成されている。
【００１３】
次に、図２および図３を参照して、半導体素子１００の製造過程を説明する。
本実施形態に係る半導体素子の製造方法では、ドライエッチングされたサファイア基板２の表面を、ハロゲン元素を含む雰囲気中で熱処理し、その後、サファイア基板２の表面に窒化物半導体層を形成する。
【００１４】
図２（ａ）は、サファイア基板２の断面を模式的に示している。サファイア基板２の表面には、凹部２ａが選択的に形成されている。
サファイア基板２には、例えば、Ｃ面を主面とするウェーハを用いることができる。凹部２ａは、レジストをマスクとして選択的に加工される。例えば、塩素を含有するガスをエッチングガスとし、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)型のＲＩＥ(Reactive Ion Etching)装置を用いてドライエッチングすることができる。
【００１５】
ＲＩＥ装置では、プラズマ励起されたイオンを電界により加速し、サファイア基板の表面をスパッタリングし、さらに、塩素による化学反応によりエッチングを促進させる。これにより、化学的に安定なサファイア基板の表面に凹部２ａを加工することができる。
【００１６】
ＲＩＥによるドライエッチングを完了した後には、サファイア基板２の表面に残るエッチング残渣を除去のために、硫酸と過酸化水素水を１：１に混合した溶液にて、約５分間の後処理を行う。
【００１７】
例えば、サファイア基板２の全面に円形のレジストマスクを形成し、ドライエッチングすることにより凹部２ａを形成する。そして、図６に示すように、底面直径が３μｍ、側面のテーパ角が６５°、高さ１μｍの円錐台形状の凸部２ｂを設けることができる。凸部２ｂは、例えば、最小ピッチ間隔を約５μｍとし、それぞれが六角形の頂点に位置するように配置することができる。さらに、ドライエッチングされたサファイア基板２の表面が粗面化するように加工することもできる。
以下、凸部２ｂが形成されたサファイア基板２をＰＳＳ(Patterned Sapphire Substrate)基板と称する。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＰＳＳ基板２の上に、ｎ形ＧａＮバッファ層３および、ｎ形ＧａＮコンタクト層４、発光層５、ｐ形ＧａＮ層６を含む窒化物半導体の積層体１０を設ける。
【００１９】
続いて、図３（ａ）に示すように、ｐ形ＧａＮ層６の表面にｐ電極７を設け、その後、ｐ形ＧａＮ層６および発光層５、ｎ形ＧａＮコンタクト層４の一部を選択的にエッチングして、メサ構造を形成する。
【００２０】
そして、図３（ｂ）に示すように、メサ構造の底面に露出したｎ形ＧａＮコンタクト層４の表面４ａにｎ電極８を形成する。さらに、メサ構造の側面１２およびｎ形ＧａＮコンタクト層４の表面４ａにパッシベーション膜９を形成して、図１に示す半導体素子１００を完成することができる。
【００２１】
半導体素子１００では、ｐ電極７からｎ電極８へ電流を流すことにより、発光層５から発光光が放出される。発光層５から放出された発光光は積層体１０の内部を伝播し、一部は積層体の外へ放出される。しかしながら、窒化物半導体と、空気およびサファイア基板と、の間の屈折率差により、発光光の多くは積層体１０の内部で反射を繰り返し、発光層５およびｐ電極７などに吸収され減衰してしまう。
【００２２】
そこで、半導体素子１００では、サファイア基板２とｎ形ＧａＮバッファ層３との間の界面に凹凸構造を儲けて反射を抑制し、サファイア基板２の中に発光光が伝播するようにしている。これにより、積層体１０の内部で減衰する発光光の量が低減され、積層体１０およびサファイア基板２から外へ放出される発光光が多くなり発光強度を向上させることができる。
【００２３】
次に、図４および図５を参照して、積層体１０に含まれる窒化物半導体層の形成方法について説明する。図４は、窒化物半導体を成長するＭＯＣＶＤ装置２００の断面を模式的に示している。図５は、窒化物半導体層を成長する手順を示すフロー図である。
【００２４】
図４に示すように、ＭＯＣＶＤ装置２００は、窒化物半導体を成長する反応室３１を備え、反応室３１の内部には、ウェーハトレイ３３を載置するサセプタ３２と、サセプタ３２を加熱するランプヒータ３５と、原料ガスを供給する配管３６と、ウェーハトレイ３３の表面全体に対して原料ガスを均一に噴射するシャワーヘッド３４と、を備えている。
そして、反応室３１の内部に塩素（Ｃｌ２）を含むガスを供給するガスポート３７を備えている。反応室３１の内部に供給されたガスは、真空ポンプ（図示しない）により排気ポート３８から排出される。
【００２５】
図５に示すＭＯＣＶＤ装置２００を用いた窒化物半導体の成長フローでは、最初に、ＭＯＣＶＤ装置２００の反応室３１にＰＳＳ基板２を載置する（Ｓ０１）。
具体的には、反応室３１の外部において、複数のＰＳＳ基板２をウェーハトレイ３３の上に載置する。ウェーハトレイ３３は、真空ゲート（図示しない）から反応室３１の内部に搬入されサセプタ３２の上にセットされる。
【００２６】
続いて、反応室３１の内部を真空ポンプ（図示しない）で減圧しながら、ランプヒータ３５でサセプタ３２を加熱する。そして、塩素を含むガスを反応室３１に導入する（Ｓ０２）。
【００２７】
例えば、塩素ガスと窒素ガスとを４：１の流量比で反応室３１の内部に流入させることができる。ＰＳＳ基板２は、ウェーハトレイ３３を介して約６５０℃の温度に加熱され、塩素を含む雰囲気で約２０分間の熱処理を受ける。以下、この熱処理を塩素前処理と称する。
【００２８】
続いて、塩素ガスの供給を止めて、反応室３１の内部のガスを窒素ガスで希釈し、徐々に窒素雰囲気に置換する。これにより、ＰＳＳ基板２の表面における塩化物の昇華を促進することができる。
【００２９】
次に、反応室３１の内部を水素雰囲気に置換する。例えば、反応室３１の内部を減圧し、窒素ガスを排気した後、水素ガスを導入する（Ｓ０３）。
【００３０】
続いて、ランプヒータ３５にてサセプタ３２を加熱し、ＰＳＳ基板２の温度を１１００℃に上昇させ、約１０分間の熱処理を施す（Ｓ０４）。ＰＳＳ基板２の保持温度は、例えば、１０００℃〜１５００℃の範囲の温度に設定することができる。
【００３１】
水素雰囲気中でＰＳＳ基板２を１０００℃以上の温度に加熱し、熱処理を施す過程において、ＰＳＳ基板２の表面に残留する塩化物を含む反応生成物を除去することができる。
上記の処理では、塩素ガスに変えて、他のハロゲンガスを使用することができる。さらに、窒素ガスの代わりに、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスのような不活性ガスを用いても良い。
【００３２】
次に、ＰＳＳ基板２の上に窒化物半導体層を形成する（Ｓ０５）。
具体的には、ＰＳＳ基板２の温度を７８５℃に降下させ、反応室３１をアンモニア雰囲気に置換しＰＳＳ基板２の表面を窒化する。続いて、ＰＳＳ基板２の温度を５８５℃に降下させ、例えば、トリメチルガリウムとアンモニアガスとを、シャワーヘッド３４から供給する。これにより、成長核となる窒化ガリウム（ＧａＮ）の微結晶を含む低温バッファ層を約４０ｎｍ成膜することができる。続いて、ＰＳＳ基板２の温度を１１００℃に加熱し、ｎ形ＧａＮバッファ層３を約５μｍ成長させる。
【００３３】
次に、ｎ形ＧａＮコンタクト層４および発光層５、ｐ形ＧａＮ層６を順次成長し、積層体１０を形成することができる。各層の成長条件は、それぞれの層に適した条件に設定する。
【００３４】
次に、図６〜図１２を参照して、本実施形態に係る半導体素子の製造方法よりＰＳＳ基板２の上に形成することができる窒化物半導体層の結晶性について説明する。
図６は、ＰＳＳ基板２の表面に形成された凸部２ｂを示すＳＥＭ(Secondary Electron Microscopy)像である。図６（ａ）は、塩素前処理を施したＰＳＳ基板２の表面を示し、図６（ｂ）は、塩素前処理を施していないＰＳＳ基板２の表面を示している。
これらのＳＥＭ像からは、塩素前処理の有無による差異は見出せない。すなわち、塩素前処理を施したことによるＰＳＳ基板２の表面状態の変化は、外見的には観測されないことがわかる。
【００３５】
表１は、塩素前処理前後のＰＳＳ基板２の表面、および、凸部２ｂを形成していないサファイア基板の表面を、ＸＰＳ(X-ray Photoelectron Spectroscopy)により評価した結果を示している。表１に示す値は、それぞれの基板表面における元素組成を原子数比（atom%）で示すものであり、各基板に対応するＸＰＳスペクトルから導出した。
【表１】
【００３６】
例えば、サファイア基板に凸部２ｂを形成するドライエッチングおよび塩素前処理の雰囲気に共通して含まれる塩素（Ｃｌ）原子に注目してみると、凸部２ｂを形成する前のサファイア基板、および、塩素前処理を施していないＰＳＳ基板２において検出されておらず、ドライエッチングの残渣は無いものと考えられる。
【００３７】
一方、塩素前処理を施したＰＳＳ基板２の表面には、Ｃｌ原子およびＧａ原子が観測されている。これらは、反応室３１の内部に残留している反応生成物に含まれるものが付着したと考えられるが、いずれも微量であり、ＰＳＳ基板２の上に形成される窒化物半導体層の結晶性に影響を与えるものではない。
【００３８】
図７（ａ）は、ＰＳＳ基板２の上に形成したｎ形ＧａＮバッファ層３の表面を示す微分顕微鏡写真である。一方、図７（ｂ）は、塩素前処理を施さずにＰＳＳ基板の表面に形成した比較例に係るｎ形ＧａＮ層の表面を示す微分顕微鏡写真である。両者の差は明確であり、図７（ａ）に示すｎ形ＧａＮバッファ層３の表面は、図７（ｂ）に示したｎ形ＧａＮ層よりも平坦であることがわかる。
【００３９】
表２は、ｎ形ＧａＮバッファ層３（塩素前処理有り）、および、比較例に係るｎ形ＧａＮ層（塩素前処理なし）のＸＲＣ(Xray Rocking Curve)の半値幅を示している。同表に示すように、ＸＲＣの半値幅は、ｎ形ＧａＮバッファ層３の方が、ｎ形ＧａＮ層よりも狭い。例えば、対称面である（００２）において約１５％、（００４）において約２０％狭い。そして、非対称面である（１０１）および（２０２）でも、ｎ形ＧａＮバッファ層３の方が約４０％狭い。
【表２】
【００４０】
これらの評価結果は、ｎ形ＧａＮバッファ層３の方が、結晶軸や結晶面の乱れが少ないことを示している。すなわち、塩素前処理は、ＰＳＳ基板２の上に形成した窒化物半導体の結晶性を向上させることを示している。
【００４１】
図８は、窒化物半導体層を形成したＰＳＳ基板２の断面の一部を示すＳＥＭ像である。図８（ａ）は、ｎ形ＧａＮバッファ層３を形成した基板の断面を示し、図８（ｂ）は、比較例に係るｎ形ＧａＮ層を形成した断面を示している。
【００４２】
図８（ｂ）中に示す矢印は、ＰＳＳ基板２の表面からｎ形ＧａＮ層の表面に達する貫通転位の密度が高い領域を指し示している。一方、図８（ａ）に示すｎ形ＧａＮバッファ層３の断面では、貫通転位の密度の高い領域が見られず、転位密度が低いことがわかる。
【００４３】
図９は、ＰＳＳ基板２に形成された凸部２ｂの近傍の断面を示すＳＥＭ像である。図９（ａ）は、ｎ形ＧａＮバッファ層３の断面を示し、図９（ｂ）は、比較例に係るｎ形ＧａＮ層の断面を示している。
【００４４】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示す断面では、共に凸部２ｂの側面に異常成長が見られるものの、図９（ａ）に示すｎ形ＧａＮバッファ層３の方が、図９（ｂ）のｎ形ＧａＮ層よりも貫通転位が少ないことがわかる。
【００４５】
図１０および図１１は、窒化物半導体層の室温におけるＰＬ(Photoluminescence)スペクトルを示すグラフである。図１０は、ｎ形ＧａＮバッファ層３のＰＬスペクトルを示し、図１１は、比較例に係るｎ形ＧａＮ層のＰＬスペクトルを示している。励起光源として測定に用いたレーザ光の波長は３２５ｎｍである。
【００４６】
図１０に示すＰＬスペクトルでは、半値幅の狭いシャープな発光ピークＰＥＧが波長３６０ｎｍ近傍に見られる。そして、半値幅の広いブロードなピークＰＤＬが波長５７０ｎｍ近傍に観測されている。ＰＥＧは、ＧａＮ結晶のバンド端発光に起因する発光ピークであり、ＰＤＬは、ＧａＮ結晶中の欠陥に起因するディープレベル(Deep Level：ＤＬ)発光に起因する発光ピークである。
【００４７】
図１１に示す比較例に係るｎ形ＧａＮ層のＰＬスペクトルにおいても、波長３６０ｎｍ近傍のシャープな発光ピークＰＥＧと、波長５７０近傍のブロードな発光ピークＰＤＬと、が観測されている。
【００４８】
ＰＤＬとＰＥＧとの間の強度比（ＰＤＬ／ＰＥＧ）は、図１０に示すｎ形ＧａＮバッファ層３において約０．６であり、図１１に示すｎ形ＧａＮ層において、０．８である。すなわち、ｎ形ＧａＮバッファ層３のディープレベルは、比較例に係るｎ形ＧａＮ層のディープレベルよりも少ないことを示しており、ｎ形ＧａＮバッファ層３の結晶性が改善されている。
【００４９】
図１２は、ＰＳＳ基板２の顕微ラマン散乱スペクトルを示すグラフである。そして、表３に、凸部２ｂを形成していないサファイア基板(加工前)、および、塩素前処理を施していないＰＳＳ基板２、塩素前処理を施したＰＳＳ基板２の顕微ラマン散乱スペクトルのピーク位置(Center)、半値幅（Width）、ラマン散乱強度（Height）をそれぞれ示している。
【表３】
【００５０】
各データは、それぞれのウェーハ中心における１０ｍｍφのエリア内の３点で測定したスペクトルを、Lorentzカーブによりフィッティングして得られた値の平均値である。表３中に示すＣ１、Ｃ２およびＣ３は、図１２に示したスペクトルの３つの主要なピークにそれぞれ対応する。
【００５１】
表３に示す各データによれば、ピーク位置（Center)は、凸部２ｂを形成するためのドライエッチングおよび塩素前処理を施しても変動していない。これに対し、例えば、半値幅(Width)は、ドライエッチング処理を受けた塩素前処理の無いＰＳＳ基板２において、元のサファイア基板よりも広くなり、さらに塩素処理を施すことにより狭くなることがわかる。
【００５２】
一方、各ピークのラマン散乱強度(Height)のデータは、サファイア基板にドライエッチングを施すことにより散乱強度が減少し、さらに塩素前処理を施すことにより回復することを示している。
【００５３】
顕微ラマン散乱スペクトルでは、ピークのシフトが歪みや応力に対応し、半値幅が結晶性を反映する。表３に示す結果によれば、半値幅の変化から、ドライエッチングにより劣化したＰＳＳ基板２の結晶性が、塩素前処理を施すことにより改善することがわかる。さらに、ラマン散乱強度の変化は、ドライエッチングにより生じたＰＳＳ基板２の歪みが、塩素前処理により緩和されることを示唆している。
【００５４】
ドライエッチングを用いて処理されたＰＳＳ基板２の表面には、エネルギー粒子の照射により原子配列が乱されたダメージ層が残留し易い。そして、ドライエッチングで処理されたＰＳＳ基板の上に形成される窒化物半導体層の結晶性は、ダメージ層の影響を受ける。このダメージ層は、ＨＦやＨＣｌなどの薬液では殆どエッチングされない。このため、ダメージ層を除去することが困難であり、ドライエッチングされたＰＳＳ基板の上に良質な窒化物半導体層を形成することが難しかった。
【００５５】
これに対し、上記のＰＳＳ基板２の評価、および、ＰＳＳ基板２の上に形成されたｎ形ＧａＮバッファ層３の評価では、ドライエッチングされたＰＳＳ基板２の表面に残留するダメージ層が塩素前処理により除去されること、そして、ＰＳＳ基板２の上に形成される窒化物半導体層の結晶性の改善が示されている。
【００５６】
このように、本実施形態に係る半導体素子の製造方法は、ドライエッチングされた基板の上に結晶性の良い窒化物半導体層を形成する方法を提供し、半導体素子の品質を改善し製造歩留りを向上させる。
【００５７】
さらに、本実施形態に係る半導体素子の製造方法では、ハロゲン元素を含む雰囲気における熱処理を、窒化物半導体層を形成する反応室の中で行うことができる。そして、例えば、ＭＯＣＶＤ成長の際に反応室３１の内部に付着する反応生成物を、塩素前処理により除去することができる。すなわち、反応室３１の内部に付着する反応生成物を、成長工程を繰り返す度に除去することが可能であり、反応室３１のクリーニングの手間を省くことが可能となる。また、少なくとも、反応室３１のクリーニングサイクルを長くすることが可能であり、生産性を向上させることができる。
【００５８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５９】
なお、本願明細書において、「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ（１−ｘ−ｙ−ｚ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）のIII−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎ（窒素）に加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶も含むものとする。またさらに、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００６０】
２・・・サファイア基板（ＰＳＳ基板）、 ２ａ・・・凹部、 ２ｂ・・・凸部、 ３・・・ｎ形ＧａＮバッファ層、 ４・・・ｎ形ＧａＮコンタクト層、 ５・・・発光層、 ６・・・ｐ形ＧａＮ層、 ７・・・ｐ電極、 ８・・・ｎ電極、 ９・・・パッシベーション膜、 １０・・・積層体、 １２・・・メサ構造の側面、 ３１・・・反応室、 ３２・・・サセプタ、 ３３・・・ウェーハトレイ、 ３４・・・シャワーヘッド、 ３５・・・ランプヒータ、 ３６・・・配管、 ３７・・・ガスポート、 ３８・・・排気ポート、 １００・・・半導体素子、 ２００・・・ＭＯＣＶＤ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライエッチングにより処理された基板の表面をハロゲン元素を含む雰囲気中で熱処理し、
前記熱処理した前記基板の前記表面に窒化物半導体層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板の前記表面に、前記ドライエッチングにより凹部を選択的に形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板を、６５０℃以上の温度で前記熱処理することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記ハロゲン元素は、塩素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記基板の前記表面を前記ハロゲン元素を含む雰囲気で熱処理した後、さらに、水素を含む雰囲気で１０００℃以上１５００℃以下の温度で熱処理し、その後、前記窒化物半導体層を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記ハロゲン元素を含む雰囲気中での熱処理を、前記窒化物半導体層を形成する反応室の中で行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１】
ドライエッチングにより処理された基板の表面をハロゲン元素を含む雰囲気中で熱処理し、
前記熱処理した前記基板の前記表面に窒化物半導体層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板の前記表面に、前記ドライエッチングにより凹部を選択的に形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板を、６５０℃以上の温度で前記熱処理することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記ハロゲン元素は、塩素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記基板の前記表面を前記ハロゲン元素を含む雰囲気で熱処理した後、さらに、水素を含む雰囲気で１０００℃以上１５００℃以下の温度で熱処理し、その後、前記窒化物半導体層を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記ハロゲン元素を含む雰囲気中での熱処理を、前記窒化物半導体層を形成する反応室の中で行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６４８１１（Ｐ２０１２−６４８１１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８５４７（Ｐ２０１０−２０８５４７）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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