窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法
【課題】本発明は、窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法に関する。
【解決手段】上面に窒化ガリウム層を成長させた同種基板を提供するステップと、同種基板を窒化ガリウム粉末が塗布されたるつぼの内部に載置させるステップと、るつぼを加熱炉に装入させるステップと、加熱炉がアンモニアの雰囲気下で亜鉛注入工程を実施するための熱処理工程を進行させるステップと、を含む。このため、本発明に係る製造方法によって高温の熱処理で窒化ガリウム層の分解を最小化し、ｐ型タイプの作製が容易であり、半導体と金属電極との間の接触抵抗を低める効果がある。
【解決手段】上面に窒化ガリウム層を成長させた同種基板を提供するステップと、同種基板を窒化ガリウム粉末が塗布されたるつぼの内部に載置させるステップと、るつぼを加熱炉に装入させるステップと、加熱炉がアンモニアの雰囲気下で亜鉛注入工程を実施するための熱処理工程を進行させるステップと、を含む。このため、本発明に係る製造方法によって高温の熱処理で窒化ガリウム層の分解を最小化し、ｐ型タイプの作製が容易であり、半導体と金属電極との間の接触抵抗を低める効果がある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法に関し、より詳細には、窒化物半導体基板の製造において窒化物半導体のドーピング濃度を増加させるための亜鉛注入の熱処理工程にて、窒化ガリウム層が分解する現象を最小化した窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードのような半導体発光素子は、半導体材料を用いて製造される。半導体発光素子とは、電気的エネルギーを光エネルギーに変換させる多数の固体光源の一つである。半導体発光素子の特徴としては、体積が小さい、応答速度が速い、外部の衝撃に強い、寿命が長い、駆動電圧が低いなどが挙げられるが、この他にも多様な適用用途により軽量薄型およびサイズの最小化が可能である。以上のような点から、半導体発光素子は、日常生活において欠かすことのできない電気製品として定着している。
【０００３】
最近、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＧａＮ（アルミニウムガリウムニトリド）、ＩｎＧａＮ（インジウムガリウムニトリド）およびＡｌｌｎＧａＮ（アルミニウムインジウムガリウムニトリド）などのような窒化物半導体を用いた発光素子に大きな関心が寄せられている。通常、発光素子の大部分は伝導性基板を用いるその他の発光素子とは異なり、電気的な絶縁材質であるサファイアやシリコンカーバイト基板などの同種基板で作製されていた。同種基板は絶縁体であり、基板上に電極が直接形成されないこともある。前記発光素子を完成するために、電極はそれぞれｐ型半導体層とｎ型半導体層に直接連結するように形成される必要がある。
【０００４】
また、エピタキシャル工程の進行において、まず、ＩＩＩ族窒化物発光ダイオードのｐ型窒化物半導体材料が十分にドーピングされる。しかし、大部分のドーパントは水素によって保護される。これにより、発光ダイオード構造物が形成された後、ＩＩＩ族窒化物発光ダイオードなどの製造において窒化物半導体材料のドーピング濃度を増加させるためには、付加的な活性化および熱処理工程を行わなければならない。熱処理工程は、一般的に、加熱炉または電子レンジを用いた加熱方法によって行われる。このとき、発光ダイオードなどの素子は、適度な高温度の条件下にて所定時間が経過すると、材料内の水素原子が減少する。これにより、半導体と金属電極との間の接触抵抗が低くなる。
【０００５】
従来の方法で窒化ガリウム層を形成した後、プロセスチャンバ（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ）からエピタキシャルチップを取り出し、次にエピタキシャルウエハを４００〜１０００℃の温度で加熱するためにストーブに装入する。このときの熱処理は、高抵抗のＧａＮを低抵抗のＧａＮ、すなわち、マグネシウムがドーピングされたＧａＮで生成するためにアンモニア雰囲気下で進行される。
【０００６】
しかし、１０００℃の高温で同種基板に亜鉛を注入するための熱処理が長時間に渡って成される場合、窒化ガリウム層の表面が分解されるという現象が発生し、特に、亜鉛注入のｐ型タイプの場合には、長時間の熱処理により低い抵抗が得られるにもかかわらず、窒化ガリウム層の分解によって半導体と金属電極との間の接触抵抗が大きくなるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述したような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、高温の熱処理で窒化ガリウム層の分解を最小化し、ｐ型タイプの作製が容易であり、半導体と金属電極との間の接触抵抗を低める窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成し、上述した従来技術の問題点を解決するために、本発明は、窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法において、上面に窒化ガリウム層を成長させた同種基板が提供されるステップと、同種基板を窒化ガリウム粉末が塗布されたるつぼの内部に載置させるステップと、るつぼを加熱炉に装入させるステップと、加熱炉がアンモニア雰囲気下で亜鉛注入工程を実施するための熱処理工程を進行させるステップと、を含む窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法を提供する。このとき、ｐ型タイプを製造するために、亜鉛の他にＭｇ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｃｄなどのような２価元素の１種あるいは２種を混合して用いることができる。
【０００９】
本発明の前記目的と様々な長所は、本技術分野において熟練した者による添付図面の参照および後述する発明の好ましい実施形態から、より一層明確になるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法として、高温の熱処理で窒化ガリウム層の分解を最小化し、ｐ型タイプの作製が容易であり、半導体と金属電極との間の接触抵抗を低めるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態に対して詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明における窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法による概略的な構成図であり、図２は本発明に係る窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法のフローチャートであり、図３は本発明に係る熱処理温度と雰囲気条件による基板重量の減少を示したグラフである。
【００１３】
本発明に係るｐ型窒化ガリウム層の製造において、まず、同種基板１０が提供される。同種基板１０は好ましくは透明であり、一例としてＡｌ２Ｏ３が挙げられる。材料は電気的な絶縁材質であるサファイアやシリコンカーバイトのいずれか一つが選択的に用いられるが、好ましくはサファイアである。また、同種基板以外にもＧａＮ系の同種基板を用いてイオン注入する方法にも活用し得る。さらに、ｐ型タイプを製造するために、亜鉛の他にＭｇ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｃｄなどのような２価元素の１種あるいは２種を混合して用いることができる。
【００１４】
図１に示すように、前記同種基板１０の上部に窒化ガリウム層１２を成長させ、窒化ガリウム層１２が成長した同種基板１０をるつぼ２０の内部に載置させる。
【００１５】
るつぼ２０は内部に空間を有するもので、高温の熱に強い石英材質が適切であり、より好ましくは、るつぼ２０の内外部を隔離するカバー２２を含む。
【００１６】
また、るつぼ２０の内部底面には一定量の窒化ガリウム粉末３０が塗布されている。したがって、窒化ガリウム層１２が成長した同種基板１０は、窒化ガリウム粉末３０の上部に載置した後、カバー２２で密閉される。
【００１７】
また、るつぼ２０を熱処理するために加熱炉４０に装入させる。加熱装置である加熱炉４０は、搬送ガスとアンモニアガスを供給する気体供給部４２と、気体を外部に排出する気体排気部４４とを含んでおり、加熱炉４０の熱処理温度は１０００〜１３００℃、または１３００℃以上であることが好ましい。
【００１８】
以下、前記のように構成された窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法について説明する。
【００１９】
図２に示したフローチャートを参照すると、上面に窒化ガリウム層を成長させた同種基板が提供されるステップ１００と、同種基板を窒化ガリウム粉末が塗布されているるつぼの内部に載置させるステップ１１０と、るつぼを加熱炉に装入させるステップ１２０と、加熱炉がアンモニアの雰囲気下で亜鉛注入工程を実施するための熱処理工程を進行させるステップ１３０と、を含む。
【００２０】
ここでは、気体供給部４２を介して加熱炉４０の内部温度を約１０００〜１３００℃で維持した状態で、窒化ガリウム膜の成長時に流れる全体ガス量の１５〜５０％のアンモニアガスを流す。このとき、カバー２２で密閉されて加熱されたるつぼ２０の内部では、窒化ガリウム粉末３０によって窒化ガリウム雰囲気が形成されることで、同種基板１０上の窒化ガリウム層１２では窒化ガリウムの分解が最小化されると同時に亜鉛注入による表面が前処理される。
【００２１】
このように製造された窒化ガリウム薄膜は、図３に示したように、重量減少として示される。すなわち、本発明によって窒化ガリウム粉末とアンモニアの雰囲気下にて分解が最小化されている窒化ガリウム薄膜は、重量の減少がほぼなく、従来の方法によって製造された窒化ガリウム薄膜は、窒化ガリウムの分解が多く、温度の上昇によって重量が大きく変化することが分かる。参考までに、図３において、丸点は本発明に対応するものであり、四角点は従来技術に対応するものである。
【００２２】
したがって、同種基板に亜鉛注入するために長時間の熱処理工程を行っても、窒化ガリウム層１２の分解が最小化し、ｎ型への変形を減少することを防ぐｐ型タイプの作製が容易であり、より高温での熱処理が可能であり、表面から広い領域までイオン注入による不純物を拡散させることで、半導体と金属電極との間の接触抵抗が低められる。
【００２３】
上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法による概略的な構成図である。
【図２】本発明に係る窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法のフローチャートである。
【図３】本発明に係る熱処理温度と雰囲気条件による基板重量の減少を示したグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１０ 同種基板
１２ 窒化ガリウム層
２０ るつぼ
２２ カバー
３０ 窒化ガリウム粉末
４０ 加熱炉
４２ 気体供給部
４４ 気体排気部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法に関し、より詳細には、窒化物半導体基板の製造において窒化物半導体のドーピング濃度を増加させるための亜鉛注入の熱処理工程にて、窒化ガリウム層が分解する現象を最小化した窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードのような半導体発光素子は、半導体材料を用いて製造される。半導体発光素子とは、電気的エネルギーを光エネルギーに変換させる多数の固体光源の一つである。半導体発光素子の特徴としては、体積が小さい、応答速度が速い、外部の衝撃に強い、寿命が長い、駆動電圧が低いなどが挙げられるが、この他にも多様な適用用途により軽量薄型およびサイズの最小化が可能である。以上のような点から、半導体発光素子は、日常生活において欠かすことのできない電気製品として定着している。
【０００３】
最近、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＧａＮ（アルミニウムガリウムニトリド）、ＩｎＧａＮ（インジウムガリウムニトリド）およびＡｌｌｎＧａＮ（アルミニウムインジウムガリウムニトリド）などのような窒化物半導体を用いた発光素子に大きな関心が寄せられている。通常、発光素子の大部分は伝導性基板を用いるその他の発光素子とは異なり、電気的な絶縁材質であるサファイアやシリコンカーバイト基板などの同種基板で作製されていた。同種基板は絶縁体であり、基板上に電極が直接形成されないこともある。前記発光素子を完成するために、電極はそれぞれｐ型半導体層とｎ型半導体層に直接連結するように形成される必要がある。
【０００４】
また、エピタキシャル工程の進行において、まず、ＩＩＩ族窒化物発光ダイオードのｐ型窒化物半導体材料が十分にドーピングされる。しかし、大部分のドーパントは水素によって保護される。これにより、発光ダイオード構造物が形成された後、ＩＩＩ族窒化物発光ダイオードなどの製造において窒化物半導体材料のドーピング濃度を増加させるためには、付加的な活性化および熱処理工程を行わなければならない。熱処理工程は、一般的に、加熱炉または電子レンジを用いた加熱方法によって行われる。このとき、発光ダイオードなどの素子は、適度な高温度の条件下にて所定時間が経過すると、材料内の水素原子が減少する。これにより、半導体と金属電極との間の接触抵抗が低くなる。
【０００５】
従来の方法で窒化ガリウム層を形成した後、プロセスチャンバ（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ）からエピタキシャルチップを取り出し、次にエピタキシャルウエハを４００〜１０００℃の温度で加熱するためにストーブに装入する。このときの熱処理は、高抵抗のＧａＮを低抵抗のＧａＮ、すなわち、マグネシウムがドーピングされたＧａＮで生成するためにアンモニア雰囲気下で進行される。
【０００６】
しかし、１０００℃の高温で同種基板に亜鉛を注入するための熱処理が長時間に渡って成される場合、窒化ガリウム層の表面が分解されるという現象が発生し、特に、亜鉛注入のｐ型タイプの場合には、長時間の熱処理により低い抵抗が得られるにもかかわらず、窒化ガリウム層の分解によって半導体と金属電極との間の接触抵抗が大きくなるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述したような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、高温の熱処理で窒化ガリウム層の分解を最小化し、ｐ型タイプの作製が容易であり、半導体と金属電極との間の接触抵抗を低める窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成し、上述した従来技術の問題点を解決するために、本発明は、窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法において、上面に窒化ガリウム層を成長させた同種基板が提供されるステップと、同種基板を窒化ガリウム粉末が塗布されたるつぼの内部に載置させるステップと、るつぼを加熱炉に装入させるステップと、加熱炉がアンモニア雰囲気下で亜鉛注入工程を実施するための熱処理工程を進行させるステップと、を含む窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法を提供する。このとき、ｐ型タイプを製造するために、亜鉛の他にＭｇ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｃｄなどのような２価元素の１種あるいは２種を混合して用いることができる。
【０００９】
本発明の前記目的と様々な長所は、本技術分野において熟練した者による添付図面の参照および後述する発明の好ましい実施形態から、より一層明確になるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法として、高温の熱処理で窒化ガリウム層の分解を最小化し、ｐ型タイプの作製が容易であり、半導体と金属電極との間の接触抵抗を低めるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態に対して詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明における窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法による概略的な構成図であり、図２は本発明に係る窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法のフローチャートであり、図３は本発明に係る熱処理温度と雰囲気条件による基板重量の減少を示したグラフである。
【００１３】
本発明に係るｐ型窒化ガリウム層の製造において、まず、同種基板１０が提供される。同種基板１０は好ましくは透明であり、一例としてＡｌ２Ｏ３が挙げられる。材料は電気的な絶縁材質であるサファイアやシリコンカーバイトのいずれか一つが選択的に用いられるが、好ましくはサファイアである。また、同種基板以外にもＧａＮ系の同種基板を用いてイオン注入する方法にも活用し得る。さらに、ｐ型タイプを製造するために、亜鉛の他にＭｇ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｃｄなどのような２価元素の１種あるいは２種を混合して用いることができる。
【００１４】
図１に示すように、前記同種基板１０の上部に窒化ガリウム層１２を成長させ、窒化ガリウム層１２が成長した同種基板１０をるつぼ２０の内部に載置させる。
【００１５】
るつぼ２０は内部に空間を有するもので、高温の熱に強い石英材質が適切であり、より好ましくは、るつぼ２０の内外部を隔離するカバー２２を含む。
【００１６】
また、るつぼ２０の内部底面には一定量の窒化ガリウム粉末３０が塗布されている。したがって、窒化ガリウム層１２が成長した同種基板１０は、窒化ガリウム粉末３０の上部に載置した後、カバー２２で密閉される。
【００１７】
また、るつぼ２０を熱処理するために加熱炉４０に装入させる。加熱装置である加熱炉４０は、搬送ガスとアンモニアガスを供給する気体供給部４２と、気体を外部に排出する気体排気部４４とを含んでおり、加熱炉４０の熱処理温度は１０００〜１３００℃、または１３００℃以上であることが好ましい。
【００１８】
以下、前記のように構成された窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法について説明する。
【００１９】
図２に示したフローチャートを参照すると、上面に窒化ガリウム層を成長させた同種基板が提供されるステップ１００と、同種基板を窒化ガリウム粉末が塗布されているるつぼの内部に載置させるステップ１１０と、るつぼを加熱炉に装入させるステップ１２０と、加熱炉がアンモニアの雰囲気下で亜鉛注入工程を実施するための熱処理工程を進行させるステップ１３０と、を含む。
【００２０】
ここでは、気体供給部４２を介して加熱炉４０の内部温度を約１０００〜１３００℃で維持した状態で、窒化ガリウム膜の成長時に流れる全体ガス量の１５〜５０％のアンモニアガスを流す。このとき、カバー２２で密閉されて加熱されたるつぼ２０の内部では、窒化ガリウム粉末３０によって窒化ガリウム雰囲気が形成されることで、同種基板１０上の窒化ガリウム層１２では窒化ガリウムの分解が最小化されると同時に亜鉛注入による表面が前処理される。
【００２１】
このように製造された窒化ガリウム薄膜は、図３に示したように、重量減少として示される。すなわち、本発明によって窒化ガリウム粉末とアンモニアの雰囲気下にて分解が最小化されている窒化ガリウム薄膜は、重量の減少がほぼなく、従来の方法によって製造された窒化ガリウム薄膜は、窒化ガリウムの分解が多く、温度の上昇によって重量が大きく変化することが分かる。参考までに、図３において、丸点は本発明に対応するものであり、四角点は従来技術に対応するものである。
【００２２】
したがって、同種基板に亜鉛注入するために長時間の熱処理工程を行っても、窒化ガリウム層１２の分解が最小化し、ｎ型への変形を減少することを防ぐｐ型タイプの作製が容易であり、より高温での熱処理が可能であり、表面から広い領域までイオン注入による不純物を拡散させることで、半導体と金属電極との間の接触抵抗が低められる。
【００２３】
上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法による概略的な構成図である。
【図２】本発明に係る窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法のフローチャートである。
【図３】本発明に係る熱処理温度と雰囲気条件による基板重量の減少を示したグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１０ 同種基板
１２ 窒化ガリウム層
２０ るつぼ
２２ カバー
３０ 窒化ガリウム粉末
４０ 加熱炉
４２ 気体供給部
４４ 気体排気部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法において、
上面に窒化ガリウム層を成長させた同種基板を提供するステップと、
前記同種基板を窒化ガリウム粉末が塗布されたるつぼの内部に載置させるステップと、
前記るつぼを加熱炉に装入させるステップと、
前記加熱炉がアンモニアの雰囲気下で亜鉛イオンの注入を実施するための熱処理工程を進行させるステップと、を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【請求項２】
前記窒化ガリウム粉末は、前記熱処理工程の間前記るつぼの内部を窒化ガリウム雰囲気にし、前記同種基板の窒化ガリウム層の分解を最小化することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【請求項３】
前記加熱炉の熱処理温度は１０００〜１３００℃であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【請求項４】
前記加熱炉の熱処理温度は１３００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【請求項５】
ｐ型タイプを製造するために、亜鉛の他にＭｇ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｃｄのような２価元素の１種あるいは２種を混合して製造されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【請求項１】
窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法において、
上面に窒化ガリウム層を成長させた同種基板を提供するステップと、
前記同種基板を窒化ガリウム粉末が塗布されたるつぼの内部に載置させるステップと、
前記るつぼを加熱炉に装入させるステップと、
前記加熱炉がアンモニアの雰囲気下で亜鉛イオンの注入を実施するための熱処理工程を進行させるステップと、を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【請求項２】
前記窒化ガリウム粉末は、前記熱処理工程の間前記るつぼの内部を窒化ガリウム雰囲気にし、前記同種基板の窒化ガリウム層の分解を最小化することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【請求項３】
前記加熱炉の熱処理温度は１０００〜１３００℃であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【請求項４】
前記加熱炉の熱処理温度は１３００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【請求項５】
ｐ型タイプを製造するために、亜鉛の他にＭｇ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｃｄのような２価元素の１種あるいは２種を混合して製造されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の亜鉛イオン注入方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２５８７２２（Ｐ２００７−２５８７２２Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７５２４５（Ｐ２００７−７５２４５）
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（５０１３７９２８１）三星コーニング株式会社 (16)
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（５０１３７９２８１）三星コーニング株式会社 (16)
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