ｐ型化合物半導体層の形成方法
【課題】ｐ型化合物半導体層の形成の際に、ｐ型不純物と水素の結合を遮断するｐ型化合物半導体層の形成方法を、提供する。
【解決手段】
ｐ型化合物半導体層の形成方法が開示される。この方法では、反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及び水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させる。また、ｐ型化合物半導体層の成長が完了した後、III族元素のソースガス及びｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、基板の温度が４００〜９００℃である間に、水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断及び排出し、冷却ガスで常温まで冷却させる。これにより、基板の温度を冷却させる過程で、ｐ型化合物半導体層に含まれたｐ型不純物に水素が結合することを防ぐことができる。
【解決手段】
ｐ型化合物半導体層の形成方法が開示される。この方法では、反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及び水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させる。また、ｐ型化合物半導体層の成長が完了した後、III族元素のソースガス及びｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、基板の温度が４００〜９００℃である間に、水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断及び排出し、冷却ガスで常温まで冷却させる。これにより、基板の温度を冷却させる過程で、ｐ型化合物半導体層に含まれたｐ型不純物に水素が結合することを防ぐことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型化合物半導体層の形成方法に関し、より詳しくは、半導体の製造工程を単純化することができるｐ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層（ｐ層）の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体は、例えば、発光素子（Light Emitting Diode；LED）またはレーザ素子（Laser Diode；LD）のような化合物半導体素子に応用される。図１は、従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子を概略的に示した縦断面図である。
【０００３】
図１を参照すると、基板１１上にＮ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層（Ｎ層）１３、活性層１５及びｐ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層（ｐ層）１７が順次形成される。
【０００４】
このような従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層は、有機金属化学気相蒸着法（MetaorganicChemical Vapor Deposition：MOCVD）等の工程を通じて成長される。
有機金属化学気相蒸着法によると、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層は、Ａｌ、Ｇａ、またはＩｎのようなIII族元素のソースガス、水素と窒素を含有したアンモニア（ＮＨ３）ガスが反応チェンバ内に流入され、９００〜１２００℃で、前記基板１１上にＮ層１３、活性層１５、及びｐ層１７が順次成長される。また、マグネシウム（Ｍｇ）ドープ等でｐ層１７が形成されると、III族元素のソースガスの流入が中断され、アンモニアの流入は維持されながら、反応チェンバの温度が降下し、基板１１が冷却される。
【０００５】
一方、従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子１０では、通常、ｐ層１７に、例えばマグネシウム（Ｍｇ）ドープ等で伝導性を確保する。ところが、マグネシウム（Ｍｇ）のようなｐ型不純物は、上記のような反応チェンバの温度降下過程中、アンモニアに含有された水素（Ｈ）と結合しやすくなり、これにより、ｐ型不純物の自由正孔を提供する電子受容体としての機能が低下し、ｐ型化合物半導体層の抵抗値が大きくなるという問題点があった。
【０００６】
したがって、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のｐ層の製造工程では、ｐ型不純物と水素の結合を切り離すために、別途のアニール工程が行われる。
図２は、従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のｐ層の製造方法を説明するための流れ図である。
【０００７】
図２を参照すると、反応チェンバ内において、基板の温度を９００〜１２００℃に上昇させ、ｐ型不純物、III族元素及びアンモニアを供給し、基板上に化合物半導体のｐ層を成長させる（Ｓ１）。前記ｐ層が成長されると、ｐ型不純物とIII族元素のソースガスの供給を中断するが、水素を含有した窒素のソースガスは、持続的に供給し、反応チェンバの温度を降下し、基板を常温に冷却させる（Ｓ２）。基板が常温に冷却されると、前記ｐ層が成長された基板を反応チェンバから引き出し（Ｓ３）、引き出された基板に成長されたｐ層の抵抗値を低くするために、アニール工程を行う（Ｓ４）。米国特許ＵＳ５，３０６，６６２号を参照すると、ｐ型不純物、III族元素、及びアンモニアで化合物半導体のｐ層を成長させた後、４００℃以上の温度で、前記ｐ層のアニール工程を行う。その結果、ｐ層に存在するｐ型不純物に結合された水素が除去され、抵抗値の低いｐ型（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体が製造される。
【０００８】
このように従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子では、ｐ層の抵抗値を低くするために、少なくとも一回のアニール工程を追加で行わなければならない。しかしながら、このような追加のアニール工程は、化合物半導体素子の製造工程を複雑かつ煩わしくするという問題があった。
【０００９】
また、アニール工程の追加により、製品製造に要する時間が増え、特にアニール工程のための高価の装備を購入しなければならず、装備設置のための空間を必要とする等、製造設備のための投資費用を増加させ、製品の単価を上昇させる要因となる。
【００１０】
一方、従来、このような問題点を解決するために、反応チェンバ内において、９００〜１２００℃の温度でｐ層の成長が完了すると、ｐ型不純物、III族元素、及びアンモニアの供給を中断し、反応チェンバの温度を降下し、基板を常温に冷却させる方法が提案されたことがある。
【００１１】
しかしながら、この場合、成長されたｐ層からＡｌ、Ｇａ、ＩｎのIII族元素と窒素が分解され、ｐ層の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物の表面が酷く損傷するという問題点があった。
【特許文献１】米国特許第５，３０６，６６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする技術的課題は、ｐ型化合物半導体層の形成の際に、ｐ型不純物と水素の結合を遮断するｐ型化合物半導体層の形成方法を提供することにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、ｐ型化合物半導体層の形成の際に、ｐ型不純物と水素の結合を遮断し、別途のアニール工程の必要がないｐ型化合物半導体層の形成方法を提供することにある。
【００１３】
本発明が解決しようとするまた他の技術的課題は、ｐ型化合物半導体層の形成の際に、ｐ型不純物と水素の結合を遮断し、ｐ型化合物半導体層の損傷を防止するｐ型化合物半導体層の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法は、前記反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及び水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させる。前記ｐ型化合物半導体層の成長が完了した後、前記基板の温度が第２の温度である間に、前記III族元素のソースガス及び前記ｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断させ、反応チェンバ内から排出させる。以降、前記基板の温度を常温に冷却させる。
【００１５】
したがって、第２の温度に冷却された状態で、水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断することにより、以降、基板の温度を常温に冷却させる過程で、ｐ型化合物半導体層に含まれたｐ型不純物に水素が結合することを防ぐことができる。
【００１６】
この際、前記水素を含有する窒素のソースガスは、アンモニアであってもよい。
また、前記第２の温度は、４００〜９００℃であってもよい。
一方、前記ｐ型不純物は、マグネシウム（Ｍｇ）であってもよい。
【００１７】
実施例により、前記第２の温度で前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断するステップ以降、既設定の時間の間、前記第２の温度を維持させることができる。
実施例により、前記第２の温度で前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断した後、前記反応チェンバ内に残留する水素を含有する窒素のソースガスを排出させることができる。
【００１８】
実施例により、前記第２の温度で前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断する前に、前記III族元素のソースガス、ｎ型またはｐ型不純物のソースガス、及び前記水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ＩＴＯトンネル層を成長させることができる。
【００１９】
実施例により、前記第２の温度で前記ＩＴＯトンネル層の成長が完了すると、既設定の時間の間、前記第２の温度を維持させることができる。
または、前記第２の温度で前記ＩＴＯトンネルの成長が完了すると、前記反応チェンバ内に残留する水素を含有する窒素のソースガスを排出させることができる。
【００２０】
本発明の他の実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法は、反応チェンバ内にロードされた基板を第１の温度に上昇させるステップを含む。次いで、前記反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及び水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させる。前記ｐ型化合物半導体層の成長が完了した後、前記III族元素のソースガス及び前記ｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、前記基板の温度を第２の温度に冷却させる。前記第２の温度で、前記III族元素のソースガス、ｎ型またはｐ型不純物のソースガス、及び前記水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ＩＴＯトンネル層を成長させる。前記ＩＴＯトンネル層の成長が完了した後、前記III族元素のソースガス、前記ｎ型またはｐ型不純物のソースガスの供給を中断する。前記基板の温度を第３の温度に冷却させ、前記水素を含有する窒素のソースガスを中断する。次いで、前記基板の温度を常温に冷却させる。
【００２１】
ここで、前記第２の温度は、４００〜９００℃であってもよい。
一方、前記第３の温度は、４００〜８５０℃であってもよい。
実施例により、前記第３の温度で前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断した後、前記反応チェンバ内に残留する水素を含有する窒素のソースガスを排出させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施例によると、ｐ型化合物半導体層の形成の際に、ｐ型不純物と水素の結合を適切に遮断することができ、別途のアニール工程を行う必要がなく、アニール工程無しでも、抵抗値の低いｐ型化合物半導体を製造することができるｐ型半導体の製造方法を提供することができる。
【００２３】
本発明では、このように、従来のｐ型半導体の製造方法で行われるアニール工程を省略することができ、化合物半導体素子の製造工程を単純化し、製造に要する時間を短縮することができる。
【００２４】
また、ｐ型半導体層を形成した後、基板を既設定の温度に冷却させた後、水素を含有する窒素ソースガスの供給を中断し、所定の時間の間、前記温度を維持することにより、結晶体の損傷を防ぐことができる。
【００２５】
また、ｐ型化合物半導体層の製造工程と共に、その冷却工程で、同一のチェンバ内でＩＴＯトンネル層を製造することにより、従来のｐ型半導体の製造方法で行われるアニール工程を省略することができるのみならず、化合物半導体素子の製造工程を単純化し、製造に要する時間を短縮することができる。
【００２６】
また、ｐ型半導体層を形成した後、基板を既設定の温度に冷却させた後、ＩＴＯトンネル層を形成し、水素を含有する窒素ソースガスの供給を中断した後、基板を冷却することにより、結晶体の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図。
【図２】従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のｐ層の製造方法を説明する流れ図。
【図３】本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を説明するための流れ図。
【図４】本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を概略的に説明するためのグラフ。
【図５】本発明の好適な実施例により製造されたｐ型化合物半導体層を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図。
【図６】本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法による効果を説明するための図。
【図７】本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法による効果を説明するための図。
【図８】本発明の他の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を説明するための流れ図。
【図９】本発明の他の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を概略的に説明するためのグラフ。
【図１０】本発明の他の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を概略的に説明するためのグラフ。
【図１１】本発明の他の好適な実施例により製造されたｐ型化合物半導体層を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例について詳述する。以下に紹介される実施例は、本発明の思想を当業者に充分伝達するために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施例に限定されず、他の形態に具体化され得る。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、説明の便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００２９】
図３は、本発明の好適な実施例によるｐ型半導体の製造方法を説明するための流れ図であり、図４は、本発明の好適な実施例によるｐ型半導体の製造方法を説明するためのグラフである。
【００３０】
本発明の好適な実施例によると、III族元素の窒化物半導体を製造するために、反応チェンバ内に基板をロードし、基板の温度を、III族元素の窒化物半導体層を成長させるための温度（Ｔ１）に上昇させる（Ｓ１０１）。III族元素の窒化物半導体層を成長させるために、基板の温度（Ｔ１）は、例えば、１０５０℃に加熱される。
【００３１】
基板としては、絶縁性材質のサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が用いられるが、伝導性または半導体基板も使用可能である。また、このような異種基板とIII族元素の窒化物半導体層との間の格子不整合を緩和させるために、基板上にバッファ層が形成され、生成したバッファ層上にＮ型不純物がドープされたIII族元素の窒化物半導体層、すなわち、Ｎ型半導体層と活性層が順次形成される。このようなバッファ層は、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮ等で形成されてもよい。また、Ｎ型半導体層は、不純物のドープ無しでも形成することができるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、またはＴｅ等の不純物をドープして形成することが好ましい。
【００３２】
活性層は、単一量子井戸（SQW、Single Quantum Well）または多重量子井戸（MQW、Multi Quantum Well）構造で形成することが好ましい。
次いで、反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及びアンモニア等の水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させる（Ｓ１０３）。III族元素のソースガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（Tri−Methyl Gallium；TMG）、窒素（Ｎ）のソースガスは、例えば、アンモニアのような水素を含有するガスが用いられ、キャリアガス（Ｈ２またはＮ２）と一緒に供給される。また、ｐ型不純物のソースガスとしては、Ｍｇを不純物として用いる場合、例えば、Ｃｐ２Ｍｇが用いられる。ｐ型不純物としては、Ｍｇ以外にも、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ等が使用可能である。一方、ここでは、Ｎ型半導体層上に活性層を形成し、活性層上にｐ型化合物半導体層を成長させるものと記載しているが、その順序は、変更されてもよい。
【００３３】
ｐ型化合物半導体層の成長が完了すると、III族元素のソースガスとｐ型不純物のソースガスの供給を中断する（Ｓ１０５）。また、ｐ型化合物半導体層が成長された基板を既設定の温度（Ｔ２）に冷却させる（Ｓ１０７）。ここで、III族元素のソースガスとｐ型不純物ソースガスの供給中断ステップは、ｐ型化合物半導体層の冷却ステップの開始後に行われ、または、冷却ステップの開始と同時に行われてもよい。
【００３４】
一方、ガス供給中断ステップでは、水素を含有する窒素のソースガスの供給は中断されないので、ｐ型化合物半導体層が冷却される温度（Ｔ２）は、本発明では、ｐ型化合物半導体層のｐ型不純物と水素の結合が行われないような高温に設定され、これにより、ｐ型化合物半導体層の冷却ステップが行われる間、ｐ型不純物と窒素のソースガスに含有された水素の結合が防止されるので、形成されたｐ型化合物半導体層から水素を除去するための別途のアニール工程を行う必要がなくなる。ここで、ｐ型化合物半導体層の冷却温度（Ｔ２）は、例えば、４００〜８５０℃の温度範囲で設定される。４００℃以下の温度では、水素とマグネシウムの結合が発生し得るので、４００℃以下で、アンモニア等の水素を含有する窒素のソースガスを中断することは好ましくない。
【００３５】
ｐ型化合物半導体層が成長された基板の温度が、既設定の温度（Ｔ２）に冷却されると、水素を含有する窒素ソースガスの供給を中断する（Ｓ１０９）。
また、反応チェンバ内に残留する窒素のソースガスを外部に排出する（Ｓ１１１）。図４を参照すると、窒素ソースガスの排出ステップは、所定の時間間隔（Ｐ２からＰ３）の間行われ、このような時間間隔（Ｐ２からＰ３）の間基板の温度（Ｔ２）は、同一に維持される。これは、基板の温度を少なくとも、反応チェンバ内に残存する窒素ソースガスに含有された水素とｐ型化合物半導体層のｐ型不純物との間の結合反応を遮断可能な温度以上に維持するためであり、必ずしも同一の温度に維持しなければならないわけではない。
【００３６】
水素を含有する窒素ソースガスの供給が中断され、反応チェンバ内に残存する水素を含有する窒素ソースガスが外部に排出されると（Ｐ３時点）、基板の温度を反応チェンバ内から引出できる程度まで、例えば、常温に冷却させる（Ｓ１１３）。
【００３７】
ここで、基板の冷却は、過熱を中断し、そのまま放置し、自然対流方式で行われ、または、反応チェンバを空冷または水冷方式で冷却し、基板の温度を冷却する方式で行われてもよいが、反応チェンバ内に残存するガスを完全に放出させた後、ｐ型不純物と結合していない成分の冷却ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）または不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを注入し、基板を冷却させることがより好ましい。
【００３８】
図５は、本発明の好適な実施例により製造されたｐ型化合物半導体を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図である。
本実施例による（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体２００では、基板２１０上にＮ層２３０、活性層２５０、及びｐ層２７０が形成されている。基板２１０は、導電性または半導電性の金属、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＧａＮ等で形成されてもよく、それ自体でＮ型電極としての機能を行うことができる。また、基板２１０は、サファイアまたはスピネルで形成されてもよい。Ｎ層２３０と基板２１０との間には、上述したようにバッファ層（図示せず）を形成してもよい。
【００３９】
本実施例において、ｐ型化合物半導体層であるｐ層２７０は、図３を参照して上述したように、アニール工程無しで形成される。このため、反応チェンバ内でｐ層２７０の成長が完了すると、III族元素のソースガスとｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、ｐ型化合物半導体層が成長された基板を既設定の温度（Ｔ２）に冷却させた後、窒素ソースガスの供給を中断する。ここで、ｐ型化合物半導体層の冷却温度（Ｔ２）は、例えば、４００〜８５０℃の温度範囲で設定される。次いで、反応チェンバ内に残存する窒素ソースガスが外部に放出されると、基板の温度を、反応チェンバ内から引出できる程度に窒素（Ｎ２）または不活性気体であるアルゴン（Ａｒ）ガスを用いて冷却させ、ｐ型化合物半導体層２７０が形成される。このように形成されたｐ型化合物半導体層は、水素と結合されていないｐ型不純物を含み、これにより、水素を除去するための別途のアニール工程を行う必要がない。
【００４０】
一方、図５には、基板２１０がＮ層２３０に隣接して配置された実施例について説明しているが、本発明は、これに限られず、基板がｐ層に隣接して配置された構成にも適用可能である。このような構成でも、上述及び図示した実施例と同様に同一の機能及び効果が提供される。
【００４１】
また、本発明と関連して、上述されている（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含むことはもとより、このような化合物半導体は、例えば、発光素子（LED、Light Emitting Diode）、レーザ素子（LD、Laser Diode）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、または光検知器以外にも様々な分野に適用可能である。
【００４２】
図６及び図７は、本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法による効果を説明するための図であり、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope：AFM）のイメージを示す。
【００４３】
ｐ型半導体層を形成した後、アンモニアガス供給を直ちに中断すると、急激な冷却により、Ｇａが蒸発し、これにより、ｐ型半導体層の表面が損傷される。図６ａは、このようなＧａ蒸発による発光ダイオードウエハの表面の損傷を示す。
【００４４】
しかしながら、本発明の好適な実施例によるｐ型半導体層の形成方法によると、ｐ型半導体層を形成し、基板を既設定の温度（Ｔ２）に冷却させた後、水素を含有する窒素ソースガスの供給を中断し、所定の時間間隔の間、前記温度（Ｔ２）を維持するので、基板の急激な冷却が防止され、結晶体の損傷を防止することができる。
【００４５】
図７は、本発明によるｐ型半導体層の形成方法により形成された発光ダイオードウエハの表面を撮像した原子間力顕微鏡のイメージであり、図６のウエハの表面とは異なり、ウエハの表面の損傷がないことが分かる。
【００４６】
図８は、本発明の他の好適な実施例によるｐ型半導体の製造方法を説明するための流れ図であり、図９及び図１０は、本発明の他の好適な実施例によるｐ型半導体の製造方法を説明するためのグラフである。
【００４７】
本発明の好適な実施例によると、図８の一部のステップ（Ｓ３０１、Ｓ３０３、Ｓ３０５、Ｓ３０７）は、図３のステップ（Ｓ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０７）と事実上類似するので、その説明を省略する。
【００４８】
基板が既設定の温度（Ｔ２）に冷却されると、III族元素のソースガスとｎ型またはｐ型不純物のソースガス及び水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ＩＴＯトンネル層を成長させる（Ｓ３０９）。ＩＴＯトンネル層は、ｐ型化合物半導体層と、その上に形成されるＩＴＯトンネル層のオーム接触のために形成され、ＩＴＯ透明電極層とｐ型化合物半導体層との間の電気抵抗、及びこれによる意図しない界面発熱を減らすことができる。ＩＴＯトンネル層は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系半導体層であり、ｎ型またはｐ型不純物を高濃度にドープして形成されてもよい。
【００４９】
一方、ＩＴＯトンネル層の成長温度は、４００〜９００℃の温度範囲であるので、前記ｐ型化合物半導体層の冷却温度（Ｔ２）は、このような範囲内で設定されてもよい。ＩＴＯトンネル層の成長が完成すると、III族元素のソースガスとｎ型またはｐ型不純物のソースガスの供給は中断する。
【００５０】
次いで、基板を既設定の温度（Ｔ３）に冷却させ（Ｓ３１１）、水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断し（Ｓ３１３）、反応チェンバ内に残留する水素を含有した窒素のソースガスを外部に排出させる（Ｓ３１４）。ｐ型化合物半導体層が冷却され、水素を含有する窒素のソースガスの供給が中断される温度（Ｔ３）は、本発明では、ｐ型化合物半導体層のｐ型不純物と水素の結合が行われないような高温に設定され、これにより、ｐ型化合物半導体層の冷却ステップが行われる間、ｐ型不純物と窒素のソースガスに含有された水素の結合が防止されるので、形成されたｐ型化合物半導体層から水素を除去するための別途のアニール工程を行う必要がなくなる。
【００５１】
ここで、ｐ型化合物半導体層を冷却させ、水素を含有した窒素のソースガスの供給を中断する温度（Ｔ３）は、例えば、４００〜８５０℃の温度範囲で設定される。４００℃以下の温度では、水素とマグネシウムの結合が発生し得るので、４００℃以下で、アンモニア等の水素を含有する窒素のソースガスを中断することは好ましくない。
【００５２】
一方、前記ＩＴＯトンネル層の成長温度（Ｔ２）を、水素を含有した窒素のソースガスの供給中断ステップ遂行温度（Ｔ３）と一致させ、ＩＴＯトンネル層の成長が完了すると、水素を含有した窒素のソースガスの供給を中断し、ガスが反応チェンバから排出されるまで、前記温度（Ｔ２）を維持した後、基板を冷却してもよい。
【００５３】
図９を参照すると、ＩＴＯトンネル層は、既設定の温度（Ｔ２）で行われ、以降、基板が既設定の温度（Ｔ３）に冷却されると、水素を含有する窒素のソースガスの排出ステップが、所定の時間間隔（Ｐ４からＰ５）の間行われ、このような時間間隔（Ｐ4からＰ5）の間、基板の温度（Ｔ3）は同一に維持される。これは、基板の温度を少なくとも、反応チェンバ内に残存する水素を含有する窒素ソースガスに含有された水素とｐ型化合物半導体層のｐ型不純物との間の結合反応を遮断可能な温度以上に維持するためであり、必ずしも同一の温度に維持しなければならないわけではない。
【００５４】
一方、図１０は、ＩＴＯトンネル層の成長温度（Ｔ２）と、水素が含有された窒素のソースガスの供給中断温度（Ｔ３）を一致させた場合の例であり、ＩＴＯトンネル層の成長が一定の時間（Ｐ２からＰ6）の間行われた後、水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断し、残留ガスが反応チェンバから排出されるまで、一定の時間（Ｐ６からＰ７）の間、同一の温度（Ｔ２）が維持される。
【００５５】
水素を含有する窒素ソースガスの供給が中断され、反応チェンバ内に残存する水素を含有する窒素ソースガスが外部に排出されると（図９のＰ５時点または図１０のＰ７時点）、基板の温度を反応チェンバ内から引出できる程度まで、例えば、常温に冷却させる（Ｓ３１５）。この場合、窒素ガスを冷却ガスとして用いてもよい。
【００５６】
図１１は、本発明の他の好適な実施例により製造されたｐ型半導体を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図である。
本実施例による（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体４００では、基板４１０上に、Ｎ層４３０、活性層４５０、ｐ層４７０、及びＩＴＯトンネル層４９０が形成されている。基板４１０は、導電性または半導電性の金属、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＧａＮ等で形成されてもよく、それ自体でＮ型電極としての機能を行うことができる。また、基板４１０は、サファイアまたはスピネルで形成されてもよい。Ｎ層４３０と基板４１０との間には、上述したようにバッファ層（図示せず）を形成してもよい。
【００５７】
本実施例において、ｐ型化合物半導体層であるｐ層４７０は、図８を参照して上述したように、アニール工程無しで形成される。このため、反応チェンバ内でｐ層４７０の成長が完了すると、III族元素のソースガスとｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、ｐ型化合物半導体層が成長された基板を既設定の温度（Ｔ２）に冷却させ、ＩＴＯトンネル層４９０を成長させた後、上述したように、同一の温度（Ｔ２）で、または既設定の温度（Ｔ３）に冷却した後、水素を含有した窒素ソースガスの供給を中断する。ここで、ＩＴＯトンネル層４９０の成長温度（Ｔ２）は、例えば、４００〜９００℃の温度範囲で設定され、水素を含有した窒素のソースガス供給中断温度（Ｔ３）は、４００〜８５０℃で設定される。したがって、二つの温度を一致させ、ＩＴＯトンネル層４９０の成長が完了すると、水素を含有した窒素のソースガスの供給を中断し、一定の時間の間温度を維持した後、基板を冷却してもよい。次いで、反応チェンバ内に残存する水素を含有する窒素ソースガスが外部に放出されると、基板の温度を、反応チェンバ内から引出できる程度に冷却させる。このように形成されたｐ型化合物半導体層は、水素と結合されていないｐ型不純物を含み、これにより、水素を除去するための別途のアニール工程を行う必要がない。
【００５８】
一方、図１１には、基板４１０がＮ層４３０に隣接して配置された実施例について説明しているが、本発明は、これに限られず、基板がｐ層に隣接して配置された構成にも適用可能である。このような構成でも、上述及び図示した実施例と同様に同一の機能及び効果が提供される。
【００５９】
また、本発明と関連して、上述されている（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含むことはもとより、このような化合物半導体は、例えば、発光素子（LED、Light Emitting Diode）、レーザ素子（LD、Laser Diode）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、または光検知器以外にも様々な分野に適用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型化合物半導体層の形成方法に関し、より詳しくは、半導体の製造工程を単純化することができるｐ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層（ｐ層）の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体は、例えば、発光素子（Light Emitting Diode；LED）またはレーザ素子（Laser Diode；LD）のような化合物半導体素子に応用される。図１は、従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子を概略的に示した縦断面図である。
【０００３】
図１を参照すると、基板１１上にＮ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層（Ｎ層）１３、活性層１５及びｐ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層（ｐ層）１７が順次形成される。
【０００４】
このような従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層は、有機金属化学気相蒸着法（MetaorganicChemical Vapor Deposition：MOCVD）等の工程を通じて成長される。
有機金属化学気相蒸着法によると、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層は、Ａｌ、Ｇａ、またはＩｎのようなIII族元素のソースガス、水素と窒素を含有したアンモニア（ＮＨ３）ガスが反応チェンバ内に流入され、９００〜１２００℃で、前記基板１１上にＮ層１３、活性層１５、及びｐ層１７が順次成長される。また、マグネシウム（Ｍｇ）ドープ等でｐ層１７が形成されると、III族元素のソースガスの流入が中断され、アンモニアの流入は維持されながら、反応チェンバの温度が降下し、基板１１が冷却される。
【０００５】
一方、従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子１０では、通常、ｐ層１７に、例えばマグネシウム（Ｍｇ）ドープ等で伝導性を確保する。ところが、マグネシウム（Ｍｇ）のようなｐ型不純物は、上記のような反応チェンバの温度降下過程中、アンモニアに含有された水素（Ｈ）と結合しやすくなり、これにより、ｐ型不純物の自由正孔を提供する電子受容体としての機能が低下し、ｐ型化合物半導体層の抵抗値が大きくなるという問題点があった。
【０００６】
したがって、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のｐ層の製造工程では、ｐ型不純物と水素の結合を切り離すために、別途のアニール工程が行われる。
図２は、従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のｐ層の製造方法を説明するための流れ図である。
【０００７】
図２を参照すると、反応チェンバ内において、基板の温度を９００〜１２００℃に上昇させ、ｐ型不純物、III族元素及びアンモニアを供給し、基板上に化合物半導体のｐ層を成長させる（Ｓ１）。前記ｐ層が成長されると、ｐ型不純物とIII族元素のソースガスの供給を中断するが、水素を含有した窒素のソースガスは、持続的に供給し、反応チェンバの温度を降下し、基板を常温に冷却させる（Ｓ２）。基板が常温に冷却されると、前記ｐ層が成長された基板を反応チェンバから引き出し（Ｓ３）、引き出された基板に成長されたｐ層の抵抗値を低くするために、アニール工程を行う（Ｓ４）。米国特許ＵＳ５，３０６，６６２号を参照すると、ｐ型不純物、III族元素、及びアンモニアで化合物半導体のｐ層を成長させた後、４００℃以上の温度で、前記ｐ層のアニール工程を行う。その結果、ｐ層に存在するｐ型不純物に結合された水素が除去され、抵抗値の低いｐ型（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体が製造される。
【０００８】
このように従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子では、ｐ層の抵抗値を低くするために、少なくとも一回のアニール工程を追加で行わなければならない。しかしながら、このような追加のアニール工程は、化合物半導体素子の製造工程を複雑かつ煩わしくするという問題があった。
【０００９】
また、アニール工程の追加により、製品製造に要する時間が増え、特にアニール工程のための高価の装備を購入しなければならず、装備設置のための空間を必要とする等、製造設備のための投資費用を増加させ、製品の単価を上昇させる要因となる。
【００１０】
一方、従来、このような問題点を解決するために、反応チェンバ内において、９００〜１２００℃の温度でｐ層の成長が完了すると、ｐ型不純物、III族元素、及びアンモニアの供給を中断し、反応チェンバの温度を降下し、基板を常温に冷却させる方法が提案されたことがある。
【００１１】
しかしながら、この場合、成長されたｐ層からＡｌ、Ｇａ、ＩｎのIII族元素と窒素が分解され、ｐ層の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物の表面が酷く損傷するという問題点があった。
【特許文献１】米国特許第５，３０６，６６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする技術的課題は、ｐ型化合物半導体層の形成の際に、ｐ型不純物と水素の結合を遮断するｐ型化合物半導体層の形成方法を提供することにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、ｐ型化合物半導体層の形成の際に、ｐ型不純物と水素の結合を遮断し、別途のアニール工程の必要がないｐ型化合物半導体層の形成方法を提供することにある。
【００１３】
本発明が解決しようとするまた他の技術的課題は、ｐ型化合物半導体層の形成の際に、ｐ型不純物と水素の結合を遮断し、ｐ型化合物半導体層の損傷を防止するｐ型化合物半導体層の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法は、前記反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及び水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させる。前記ｐ型化合物半導体層の成長が完了した後、前記基板の温度が第２の温度である間に、前記III族元素のソースガス及び前記ｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断させ、反応チェンバ内から排出させる。以降、前記基板の温度を常温に冷却させる。
【００１５】
したがって、第２の温度に冷却された状態で、水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断することにより、以降、基板の温度を常温に冷却させる過程で、ｐ型化合物半導体層に含まれたｐ型不純物に水素が結合することを防ぐことができる。
【００１６】
この際、前記水素を含有する窒素のソースガスは、アンモニアであってもよい。
また、前記第２の温度は、４００〜９００℃であってもよい。
一方、前記ｐ型不純物は、マグネシウム（Ｍｇ）であってもよい。
【００１７】
実施例により、前記第２の温度で前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断するステップ以降、既設定の時間の間、前記第２の温度を維持させることができる。
実施例により、前記第２の温度で前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断した後、前記反応チェンバ内に残留する水素を含有する窒素のソースガスを排出させることができる。
【００１８】
実施例により、前記第２の温度で前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断する前に、前記III族元素のソースガス、ｎ型またはｐ型不純物のソースガス、及び前記水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ＩＴＯトンネル層を成長させることができる。
【００１９】
実施例により、前記第２の温度で前記ＩＴＯトンネル層の成長が完了すると、既設定の時間の間、前記第２の温度を維持させることができる。
または、前記第２の温度で前記ＩＴＯトンネルの成長が完了すると、前記反応チェンバ内に残留する水素を含有する窒素のソースガスを排出させることができる。
【００２０】
本発明の他の実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法は、反応チェンバ内にロードされた基板を第１の温度に上昇させるステップを含む。次いで、前記反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及び水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させる。前記ｐ型化合物半導体層の成長が完了した後、前記III族元素のソースガス及び前記ｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、前記基板の温度を第２の温度に冷却させる。前記第２の温度で、前記III族元素のソースガス、ｎ型またはｐ型不純物のソースガス、及び前記水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ＩＴＯトンネル層を成長させる。前記ＩＴＯトンネル層の成長が完了した後、前記III族元素のソースガス、前記ｎ型またはｐ型不純物のソースガスの供給を中断する。前記基板の温度を第３の温度に冷却させ、前記水素を含有する窒素のソースガスを中断する。次いで、前記基板の温度を常温に冷却させる。
【００２１】
ここで、前記第２の温度は、４００〜９００℃であってもよい。
一方、前記第３の温度は、４００〜８５０℃であってもよい。
実施例により、前記第３の温度で前記水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断した後、前記反応チェンバ内に残留する水素を含有する窒素のソースガスを排出させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施例によると、ｐ型化合物半導体層の形成の際に、ｐ型不純物と水素の結合を適切に遮断することができ、別途のアニール工程を行う必要がなく、アニール工程無しでも、抵抗値の低いｐ型化合物半導体を製造することができるｐ型半導体の製造方法を提供することができる。
【００２３】
本発明では、このように、従来のｐ型半導体の製造方法で行われるアニール工程を省略することができ、化合物半導体素子の製造工程を単純化し、製造に要する時間を短縮することができる。
【００２４】
また、ｐ型半導体層を形成した後、基板を既設定の温度に冷却させた後、水素を含有する窒素ソースガスの供給を中断し、所定の時間の間、前記温度を維持することにより、結晶体の損傷を防ぐことができる。
【００２５】
また、ｐ型化合物半導体層の製造工程と共に、その冷却工程で、同一のチェンバ内でＩＴＯトンネル層を製造することにより、従来のｐ型半導体の製造方法で行われるアニール工程を省略することができるのみならず、化合物半導体素子の製造工程を単純化し、製造に要する時間を短縮することができる。
【００２６】
また、ｐ型半導体層を形成した後、基板を既設定の温度に冷却させた後、ＩＴＯトンネル層を形成し、水素を含有する窒素ソースガスの供給を中断した後、基板を冷却することにより、結晶体の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図。
【図２】従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のｐ層の製造方法を説明する流れ図。
【図３】本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を説明するための流れ図。
【図４】本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を概略的に説明するためのグラフ。
【図５】本発明の好適な実施例により製造されたｐ型化合物半導体層を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図。
【図６】本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法による効果を説明するための図。
【図７】本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法による効果を説明するための図。
【図８】本発明の他の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を説明するための流れ図。
【図９】本発明の他の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を概略的に説明するためのグラフ。
【図１０】本発明の他の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法を概略的に説明するためのグラフ。
【図１１】本発明の他の好適な実施例により製造されたｐ型化合物半導体層を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例について詳述する。以下に紹介される実施例は、本発明の思想を当業者に充分伝達するために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施例に限定されず、他の形態に具体化され得る。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、説明の便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００２９】
図３は、本発明の好適な実施例によるｐ型半導体の製造方法を説明するための流れ図であり、図４は、本発明の好適な実施例によるｐ型半導体の製造方法を説明するためのグラフである。
【００３０】
本発明の好適な実施例によると、III族元素の窒化物半導体を製造するために、反応チェンバ内に基板をロードし、基板の温度を、III族元素の窒化物半導体層を成長させるための温度（Ｔ１）に上昇させる（Ｓ１０１）。III族元素の窒化物半導体層を成長させるために、基板の温度（Ｔ１）は、例えば、１０５０℃に加熱される。
【００３１】
基板としては、絶縁性材質のサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が用いられるが、伝導性または半導体基板も使用可能である。また、このような異種基板とIII族元素の窒化物半導体層との間の格子不整合を緩和させるために、基板上にバッファ層が形成され、生成したバッファ層上にＮ型不純物がドープされたIII族元素の窒化物半導体層、すなわち、Ｎ型半導体層と活性層が順次形成される。このようなバッファ層は、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮ等で形成されてもよい。また、Ｎ型半導体層は、不純物のドープ無しでも形成することができるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、またはＴｅ等の不純物をドープして形成することが好ましい。
【００３２】
活性層は、単一量子井戸（SQW、Single Quantum Well）または多重量子井戸（MQW、Multi Quantum Well）構造で形成することが好ましい。
次いで、反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及びアンモニア等の水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させる（Ｓ１０３）。III族元素のソースガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（Tri−Methyl Gallium；TMG）、窒素（Ｎ）のソースガスは、例えば、アンモニアのような水素を含有するガスが用いられ、キャリアガス（Ｈ２またはＮ２）と一緒に供給される。また、ｐ型不純物のソースガスとしては、Ｍｇを不純物として用いる場合、例えば、Ｃｐ２Ｍｇが用いられる。ｐ型不純物としては、Ｍｇ以外にも、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ等が使用可能である。一方、ここでは、Ｎ型半導体層上に活性層を形成し、活性層上にｐ型化合物半導体層を成長させるものと記載しているが、その順序は、変更されてもよい。
【００３３】
ｐ型化合物半導体層の成長が完了すると、III族元素のソースガスとｐ型不純物のソースガスの供給を中断する（Ｓ１０５）。また、ｐ型化合物半導体層が成長された基板を既設定の温度（Ｔ２）に冷却させる（Ｓ１０７）。ここで、III族元素のソースガスとｐ型不純物ソースガスの供給中断ステップは、ｐ型化合物半導体層の冷却ステップの開始後に行われ、または、冷却ステップの開始と同時に行われてもよい。
【００３４】
一方、ガス供給中断ステップでは、水素を含有する窒素のソースガスの供給は中断されないので、ｐ型化合物半導体層が冷却される温度（Ｔ２）は、本発明では、ｐ型化合物半導体層のｐ型不純物と水素の結合が行われないような高温に設定され、これにより、ｐ型化合物半導体層の冷却ステップが行われる間、ｐ型不純物と窒素のソースガスに含有された水素の結合が防止されるので、形成されたｐ型化合物半導体層から水素を除去するための別途のアニール工程を行う必要がなくなる。ここで、ｐ型化合物半導体層の冷却温度（Ｔ２）は、例えば、４００〜８５０℃の温度範囲で設定される。４００℃以下の温度では、水素とマグネシウムの結合が発生し得るので、４００℃以下で、アンモニア等の水素を含有する窒素のソースガスを中断することは好ましくない。
【００３５】
ｐ型化合物半導体層が成長された基板の温度が、既設定の温度（Ｔ２）に冷却されると、水素を含有する窒素ソースガスの供給を中断する（Ｓ１０９）。
また、反応チェンバ内に残留する窒素のソースガスを外部に排出する（Ｓ１１１）。図４を参照すると、窒素ソースガスの排出ステップは、所定の時間間隔（Ｐ２からＰ３）の間行われ、このような時間間隔（Ｐ２からＰ３）の間基板の温度（Ｔ２）は、同一に維持される。これは、基板の温度を少なくとも、反応チェンバ内に残存する窒素ソースガスに含有された水素とｐ型化合物半導体層のｐ型不純物との間の結合反応を遮断可能な温度以上に維持するためであり、必ずしも同一の温度に維持しなければならないわけではない。
【００３６】
水素を含有する窒素ソースガスの供給が中断され、反応チェンバ内に残存する水素を含有する窒素ソースガスが外部に排出されると（Ｐ３時点）、基板の温度を反応チェンバ内から引出できる程度まで、例えば、常温に冷却させる（Ｓ１１３）。
【００３７】
ここで、基板の冷却は、過熱を中断し、そのまま放置し、自然対流方式で行われ、または、反応チェンバを空冷または水冷方式で冷却し、基板の温度を冷却する方式で行われてもよいが、反応チェンバ内に残存するガスを完全に放出させた後、ｐ型不純物と結合していない成分の冷却ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）または不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを注入し、基板を冷却させることがより好ましい。
【００３８】
図５は、本発明の好適な実施例により製造されたｐ型化合物半導体を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図である。
本実施例による（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体２００では、基板２１０上にＮ層２３０、活性層２５０、及びｐ層２７０が形成されている。基板２１０は、導電性または半導電性の金属、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＧａＮ等で形成されてもよく、それ自体でＮ型電極としての機能を行うことができる。また、基板２１０は、サファイアまたはスピネルで形成されてもよい。Ｎ層２３０と基板２１０との間には、上述したようにバッファ層（図示せず）を形成してもよい。
【００３９】
本実施例において、ｐ型化合物半導体層であるｐ層２７０は、図３を参照して上述したように、アニール工程無しで形成される。このため、反応チェンバ内でｐ層２７０の成長が完了すると、III族元素のソースガスとｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、ｐ型化合物半導体層が成長された基板を既設定の温度（Ｔ２）に冷却させた後、窒素ソースガスの供給を中断する。ここで、ｐ型化合物半導体層の冷却温度（Ｔ２）は、例えば、４００〜８５０℃の温度範囲で設定される。次いで、反応チェンバ内に残存する窒素ソースガスが外部に放出されると、基板の温度を、反応チェンバ内から引出できる程度に窒素（Ｎ２）または不活性気体であるアルゴン（Ａｒ）ガスを用いて冷却させ、ｐ型化合物半導体層２７０が形成される。このように形成されたｐ型化合物半導体層は、水素と結合されていないｐ型不純物を含み、これにより、水素を除去するための別途のアニール工程を行う必要がない。
【００４０】
一方、図５には、基板２１０がＮ層２３０に隣接して配置された実施例について説明しているが、本発明は、これに限られず、基板がｐ層に隣接して配置された構成にも適用可能である。このような構成でも、上述及び図示した実施例と同様に同一の機能及び効果が提供される。
【００４１】
また、本発明と関連して、上述されている（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含むことはもとより、このような化合物半導体は、例えば、発光素子（LED、Light Emitting Diode）、レーザ素子（LD、Laser Diode）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、または光検知器以外にも様々な分野に適用可能である。
【００４２】
図６及び図７は、本発明の好適な実施例によるｐ型化合物半導体層の形成方法による効果を説明するための図であり、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope：AFM）のイメージを示す。
【００４３】
ｐ型半導体層を形成した後、アンモニアガス供給を直ちに中断すると、急激な冷却により、Ｇａが蒸発し、これにより、ｐ型半導体層の表面が損傷される。図６ａは、このようなＧａ蒸発による発光ダイオードウエハの表面の損傷を示す。
【００４４】
しかしながら、本発明の好適な実施例によるｐ型半導体層の形成方法によると、ｐ型半導体層を形成し、基板を既設定の温度（Ｔ２）に冷却させた後、水素を含有する窒素ソースガスの供給を中断し、所定の時間間隔の間、前記温度（Ｔ２）を維持するので、基板の急激な冷却が防止され、結晶体の損傷を防止することができる。
【００４５】
図７は、本発明によるｐ型半導体層の形成方法により形成された発光ダイオードウエハの表面を撮像した原子間力顕微鏡のイメージであり、図６のウエハの表面とは異なり、ウエハの表面の損傷がないことが分かる。
【００４６】
図８は、本発明の他の好適な実施例によるｐ型半導体の製造方法を説明するための流れ図であり、図９及び図１０は、本発明の他の好適な実施例によるｐ型半導体の製造方法を説明するためのグラフである。
【００４７】
本発明の好適な実施例によると、図８の一部のステップ（Ｓ３０１、Ｓ３０３、Ｓ３０５、Ｓ３０７）は、図３のステップ（Ｓ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０７）と事実上類似するので、その説明を省略する。
【００４８】
基板が既設定の温度（Ｔ２）に冷却されると、III族元素のソースガスとｎ型またはｐ型不純物のソースガス及び水素を含有する窒素のソースガスを供給し、ＩＴＯトンネル層を成長させる（Ｓ３０９）。ＩＴＯトンネル層は、ｐ型化合物半導体層と、その上に形成されるＩＴＯトンネル層のオーム接触のために形成され、ＩＴＯ透明電極層とｐ型化合物半導体層との間の電気抵抗、及びこれによる意図しない界面発熱を減らすことができる。ＩＴＯトンネル層は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系半導体層であり、ｎ型またはｐ型不純物を高濃度にドープして形成されてもよい。
【００４９】
一方、ＩＴＯトンネル層の成長温度は、４００〜９００℃の温度範囲であるので、前記ｐ型化合物半導体層の冷却温度（Ｔ２）は、このような範囲内で設定されてもよい。ＩＴＯトンネル層の成長が完成すると、III族元素のソースガスとｎ型またはｐ型不純物のソースガスの供給は中断する。
【００５０】
次いで、基板を既設定の温度（Ｔ３）に冷却させ（Ｓ３１１）、水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断し（Ｓ３１３）、反応チェンバ内に残留する水素を含有した窒素のソースガスを外部に排出させる（Ｓ３１４）。ｐ型化合物半導体層が冷却され、水素を含有する窒素のソースガスの供給が中断される温度（Ｔ３）は、本発明では、ｐ型化合物半導体層のｐ型不純物と水素の結合が行われないような高温に設定され、これにより、ｐ型化合物半導体層の冷却ステップが行われる間、ｐ型不純物と窒素のソースガスに含有された水素の結合が防止されるので、形成されたｐ型化合物半導体層から水素を除去するための別途のアニール工程を行う必要がなくなる。
【００５１】
ここで、ｐ型化合物半導体層を冷却させ、水素を含有した窒素のソースガスの供給を中断する温度（Ｔ３）は、例えば、４００〜８５０℃の温度範囲で設定される。４００℃以下の温度では、水素とマグネシウムの結合が発生し得るので、４００℃以下で、アンモニア等の水素を含有する窒素のソースガスを中断することは好ましくない。
【００５２】
一方、前記ＩＴＯトンネル層の成長温度（Ｔ２）を、水素を含有した窒素のソースガスの供給中断ステップ遂行温度（Ｔ３）と一致させ、ＩＴＯトンネル層の成長が完了すると、水素を含有した窒素のソースガスの供給を中断し、ガスが反応チェンバから排出されるまで、前記温度（Ｔ２）を維持した後、基板を冷却してもよい。
【００５３】
図９を参照すると、ＩＴＯトンネル層は、既設定の温度（Ｔ２）で行われ、以降、基板が既設定の温度（Ｔ３）に冷却されると、水素を含有する窒素のソースガスの排出ステップが、所定の時間間隔（Ｐ４からＰ５）の間行われ、このような時間間隔（Ｐ4からＰ5）の間、基板の温度（Ｔ3）は同一に維持される。これは、基板の温度を少なくとも、反応チェンバ内に残存する水素を含有する窒素ソースガスに含有された水素とｐ型化合物半導体層のｐ型不純物との間の結合反応を遮断可能な温度以上に維持するためであり、必ずしも同一の温度に維持しなければならないわけではない。
【００５４】
一方、図１０は、ＩＴＯトンネル層の成長温度（Ｔ２）と、水素が含有された窒素のソースガスの供給中断温度（Ｔ３）を一致させた場合の例であり、ＩＴＯトンネル層の成長が一定の時間（Ｐ２からＰ6）の間行われた後、水素を含有する窒素のソースガスの供給を中断し、残留ガスが反応チェンバから排出されるまで、一定の時間（Ｐ６からＰ７）の間、同一の温度（Ｔ２）が維持される。
【００５５】
水素を含有する窒素ソースガスの供給が中断され、反応チェンバ内に残存する水素を含有する窒素ソースガスが外部に排出されると（図９のＰ５時点または図１０のＰ７時点）、基板の温度を反応チェンバ内から引出できる程度まで、例えば、常温に冷却させる（Ｓ３１５）。この場合、窒素ガスを冷却ガスとして用いてもよい。
【００５６】
図１１は、本発明の他の好適な実施例により製造されたｐ型半導体を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の概略的な縦断面図である。
本実施例による（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体４００では、基板４１０上に、Ｎ層４３０、活性層４５０、ｐ層４７０、及びＩＴＯトンネル層４９０が形成されている。基板４１０は、導電性または半導電性の金属、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＧａＮ等で形成されてもよく、それ自体でＮ型電極としての機能を行うことができる。また、基板４１０は、サファイアまたはスピネルで形成されてもよい。Ｎ層４３０と基板４１０との間には、上述したようにバッファ層（図示せず）を形成してもよい。
【００５７】
本実施例において、ｐ型化合物半導体層であるｐ層４７０は、図８を参照して上述したように、アニール工程無しで形成される。このため、反応チェンバ内でｐ層４７０の成長が完了すると、III族元素のソースガスとｐ型不純物のソースガスの供給を中断し、ｐ型化合物半導体層が成長された基板を既設定の温度（Ｔ２）に冷却させ、ＩＴＯトンネル層４９０を成長させた後、上述したように、同一の温度（Ｔ２）で、または既設定の温度（Ｔ３）に冷却した後、水素を含有した窒素ソースガスの供給を中断する。ここで、ＩＴＯトンネル層４９０の成長温度（Ｔ２）は、例えば、４００〜９００℃の温度範囲で設定され、水素を含有した窒素のソースガス供給中断温度（Ｔ３）は、４００〜８５０℃で設定される。したがって、二つの温度を一致させ、ＩＴＯトンネル層４９０の成長が完了すると、水素を含有した窒素のソースガスの供給を中断し、一定の時間の間温度を維持した後、基板を冷却してもよい。次いで、反応チェンバ内に残存する水素を含有する窒素ソースガスが外部に放出されると、基板の温度を、反応チェンバ内から引出できる程度に冷却させる。このように形成されたｐ型化合物半導体層は、水素と結合されていないｐ型不純物を含み、これにより、水素を除去するための別途のアニール工程を行う必要がない。
【００５８】
一方、図１１には、基板４１０がＮ層４３０に隣接して配置された実施例について説明しているが、本発明は、これに限られず、基板がｐ層に隣接して配置された構成にも適用可能である。このような構成でも、上述及び図示した実施例と同様に同一の機能及び効果が提供される。
【００５９】
また、本発明と関連して、上述されている（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含むことはもとより、このような化合物半導体は、例えば、発光素子（LED、Light Emitting Diode）、レーザ素子（LD、Laser Diode）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、または光検知器以外にも様々な分野に適用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及びアンモニアガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させるステップと、
前記ｐ型化合物半導体層の成長が完了した後、前記III族元素のソースガス及び前記ｐ型不純物のソースガスの供給を中断するステップと、
前記基板の温度が４００〜９００℃である間に、前記アンモニアガスの供給を中断するステップと、
前記アンモニアガスの供給を中断した後、既設定の時間の間、４００〜９００℃の温度を維持しつつ、前記反応チェンバ内に残留するアンモニアガスを排出するステップと、
前記基板の温度を常温に冷却させるステップと、
を含むことを特徴とするｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項２】
前記ｐ型不純物は、マグネシウム（Ｍｇ）である
ことを特徴とする請求項１に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項３】
４００〜９００℃の温度で前記アンモニアガスの供給を中断するステップ前に、前記III族元素のソースガス、ｎ型またはｐ型不純物のソースガス、及び前記アンモニアガスを供給し、ＩＴＯトンネル層を成長させるステップを
さらに含むことを特徴とする請求項１に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項４】
４００〜９００℃の温度で前記ＩＴＯトンネル層の成長が完了すると、既設定の時間の間、前記第２の温度を維持するステップを
さらに含むことを特徴とする請求項３に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項５】
４００〜９００℃の温度で前記ＩＴＯトンネル層の成長が完了すると、前記反応チェンバ内に残留するアンモニアを排出するステップを
さらに含むことを特徴とする請求項３に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項６】
前記基板の温度が４００~９００℃である間において、前記反応チェンバ内に残留するアンモニアガスを排出した後に、前記反応チェンバ内にアルゴンガスを供給するステップを
さらに含むことを特徴とする請求項１に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項１】
反応チェンバ内に、III族元素のソースガス、ｐ型不純物のソースガス、及びアンモニアガスを供給し、ｐ型化合物半導体層を成長させるステップと、
前記ｐ型化合物半導体層の成長が完了した後、前記III族元素のソースガス及び前記ｐ型不純物のソースガスの供給を中断するステップと、
前記基板の温度が４００〜９００℃である間に、前記アンモニアガスの供給を中断するステップと、
前記アンモニアガスの供給を中断した後、既設定の時間の間、４００〜９００℃の温度を維持しつつ、前記反応チェンバ内に残留するアンモニアガスを排出するステップと、
前記基板の温度を常温に冷却させるステップと、
を含むことを特徴とするｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項２】
前記ｐ型不純物は、マグネシウム（Ｍｇ）である
ことを特徴とする請求項１に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項３】
４００〜９００℃の温度で前記アンモニアガスの供給を中断するステップ前に、前記III族元素のソースガス、ｎ型またはｐ型不純物のソースガス、及び前記アンモニアガスを供給し、ＩＴＯトンネル層を成長させるステップを
さらに含むことを特徴とする請求項１に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項４】
４００〜９００℃の温度で前記ＩＴＯトンネル層の成長が完了すると、既設定の時間の間、前記第２の温度を維持するステップを
さらに含むことを特徴とする請求項３に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項５】
４００〜９００℃の温度で前記ＩＴＯトンネル層の成長が完了すると、前記反応チェンバ内に残留するアンモニアを排出するステップを
さらに含むことを特徴とする請求項３に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【請求項６】
前記基板の温度が４００~９００℃である間において、前記反応チェンバ内に残留するアンモニアガスを排出した後に、前記反応チェンバ内にアルゴンガスを供給するステップを
さらに含むことを特徴とする請求項１に記載のｐ型化合物半導体層の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１６８６３（Ｐ２０１３−１６８６３Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２３４１９（Ｐ２０１２−２２３４１９）
【出願日】平成２４年１０月５日（２０１２．１０．５）
【分割の表示】特願２００９−５１７９８５（Ｐ２００９−５１７９８５）の分割
【原出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（５０６０２９００４）ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月５日（２０１２．１０．５）
【分割の表示】特願２００９−５１７９８５（Ｐ２００９−５１７９８５）の分割
【原出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（５０６０２９００４）ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド (101)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]