氮化物半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种氮化物半导体装置的制造方法，所述方法使II1-V族氮化物半导体的多层膜生长。
【背景技术】
[0002]氮化物半导体层通常形成于低价的硅基板上或蓝宝石基板上。但是，这些半导体基板的晶格常数与氮化物半导体层的晶格常数差别较大，并且热膨胀系数也不同。因此，于通过在半导体基板上进行外延生长而形成的氮化物半导体层，将产生较大的应变能。其结果为，氮化物半导体层容易产生裂缝或结晶品质降低。
[0003]为了解决上述问题，提出以下方法:于由硅基板与由氮化物半导体所构成的功能层之间，配置已积层有氮化物半导体层的缓冲层(例如参照专利文献I)。为了形成该缓冲层，采用以下方法:固定V族元素(也称为VA族元素)的原料也就是氨(NH3)气的流量，并切换III族元素(也称为IIIA族元素)的原料气体的流量。因此，V族元素与III族元素的比值，是取决于III族元素的原料气体的供给量。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2008-218479号公报
【发明内容】
[0007][发明所要解决的课题]
[0008]于通常的制造条件下，在缓冲层的现今的主流也就是氮化镓(GaN)层与氮化铝(AlN)层的积层体的形成、或氮化铝镓(AlGaN)层与AlN层的积层体的形成中，铝(Al)的原料也就是三甲基销(trimethylaluminum,TMA)气体的蒸气压，小于镓(Ga)的原料也就是三甲基镓(trimethylgallium，TMG)气体的蒸气压。因此，AlN层生长时的V族元素原料气体相对于III族元素原料气体的比例(以下称作“V/III比”)，大于GaN层生长时的V/III比。此处，AlN层生长时的V/III比，是将氨气的供给摩尔数除以TMA气体的供给摩尔数所得的值。GaN层生长时的V/III比，是将氨气的供给摩尔数除以TMG气体的供给摩尔数所得的值。
[0009]为了减低在GaN层的氮空位(nitrogen vacancy)，要求GaN层具有高V/III比。另一方面，若提高AlN层的V/III比，则无助于成膜的寄生反应的影响会增大。
[0010]本发明的目的在于提供一种氮化物半导体装置的制造方法，其使II1-V族氮化物半导体层的积层结构体，以适合各层的V/III比来生长。
[0011][解决课题的方法]
[0012]根据本发明的一方案，提供一种氮化物半导体装置的制造方法，其于导入有III族元素原料气体和V族元素原料气体的反应炉内，使II1-V族氮化物半导体的多层膜生长，其中，所述氮化物半导体装置的制造方法包括以下步骤:(a)以V族元素原料气体的第I原料气体流量和第I载气(载体气体，carrier gas)流量，使第I氮化物半导体层生长的步骤.’及，(b)以比V族元素原科气体少的第I原料气体流量的第2原料气体流量、和比第I载气流量多的第2载气流量，使第2氮化物半导体层生长的步骤并且，积层第I氮化物半导体层与第2氮化物半导体层。
[0013][发明的效果]
[0014]根据本发明，可提供一种氮化物半导体装置的制造方法，其使II1-V族氮化物半导体层的积层结构体以适合各层的V/III比来生长。
【附图说明】
[0015]图1是表示通过本发明的实施方式的氮化物半导体装置的制造方法制造而成的积层体的结构的示意剖面图。
[0016]图2是表示用以说明本发明的实施方式的氮化物半导体装置的制造方法的气体流量的图表。
[0017]图3是表示用以说明比较例的制造方法的气体流量的图表。
[0018]图4是表示分别通过本发明的实施方式的制造方法与比较例的制造方法制造而成的氮化物半导体装置的特性的比较结果的图表。
[0019]图5是表示通过本发明的实施方式的制造方法制造而成的氮化物半导体装置的一个实例的示意剖面图。
[0020]图6是表示通过本发明的实施方式的制造方法制造而成的氮化物半导体装置的其它例的示意剖面图。
[0021]图7是表示用以说明本发明的实施方式的其它氮化物半导体装置的制造方法的气体流量的图表。
【具体实施方式】
[0022]其次，参照附图，说明本发明的实施方式。在以下附图的记载中，对相同或相似的部分，附加相同或相似的符号。但应注意附图为示意，厚度与平面尺寸的关系、各部分长度的比率等与实物不同。因此，具体的尺寸应参考以下说明来判断。又，在附图相互之间，当然也包含尺寸的关系或比率互不相同的部分。
[0023]又，以下所示的实施方式，例示出用于将本发明的技术思想具体化的装置和方法，本发明的技术思想的构成零件的形状、结构及配置等，并非特定于下述构成零件的形状、结构、及配置等。在权利要求书中，本发明的实施方式可施加各种变更。
[0024]通过本发明的实施方式的制造方法制造而成的氮化物半导体装置I的结构，例示于图1中。氮化物半导体装置1，具备半导体基板10、及配置于半导体基板10上的积层体20。积层体20为II1-V族氮化物半导体的多层膜，具体而言，是将第I氮化物半导体层21与第2氮化物半导体层22交替积层而成的结构。半导体基板10具有与积层体20不同的晶格常数，例如为娃基板。
[0025]为了形成积层体20，将半导体基板10容置于有机金属气相沉积(metalorganicchemical vapor deposit1n,MOCVD)装置等成膜装置的反应炉100内。并且，重复以下工序:向反应炉100内供给III族元素原料气体、V族元素原料气体及载气，使第I氮化物半导体层21与第2氮化物半导体层22生长。载气是使用氮与氢的混合气体等。
[0026]此处，相较于第2氮化物半导体层22，第I氮化物半导体层21更容易脱落氮，而容易产生氮空位。以下，针对下述情况例示说明:第I氮化物半导体层21是由GaN所构成，第2氮化物半导体层22是由AlN所构成。由于相较于Ga，Al与氮的键结力更强，因此，相较于AlN层，GaN层更容易脱落氮。
[0027]在使GaN层生长的工序中，利用载气，将III族元素也就是镓(Ga)的原料气体、及V族元素也就是氮的原料气体，供给至反应炉100内。在使AlN层生长的工序中，利用载气，将III族元素也就是Al的原料气体、及氮的原料气体，供给至反应炉100内。例如，氮的原料气体可采用氨(NH3)气。又，镓的原料气体可采用三甲基镓(TMG)气体，Al的原料气体可采用三甲基铝(TMA)气体。
[0028]参照图2，说明氮化物半导体装置I的积层体20的制造方法的一个实例。图2所示的图表的纵轴为各气体的流量，横轴为时间。
[0029]时刻tl?t2为条件变更期间，将残留于反应炉100内的原料气体，自反应炉100排出。由此，于后续成膜工序中，可使V/III比急剧变化。
[0030]于时刻t2?t3中，使由GaN所构成的第I氮化物半导体层21生长。具体而言，将V族元素原料气体也就是氨气，以第I原料气体流量NI，与III族元素原料气体也就是TMG气体一同供给至反应炉100。此时，载气的流量为第I载气流量Cl。在第I氮化物半导体层21的成膜中，不供给TMA气体。
[0031]于时刻t3?t4中，使由AlN所构成的第2氮化物半导体层22生长。具体而言，将V族元素原料气体也就是氨气，以比第I原料气体流量NI少的第2原料气体流量N2，与III族元素原料气体也就是TMA气体一同供给至反应炉100。此时，载气的流量为比第I载气流量Cl多的第2载气流量C2。在第2氮化物半导体层22的成膜中，不供给TMG气体。
[0032]如上所述，关于供给至反应炉100内的氨气，第2原料气体流量N2被设定为少于第I原料气体流量NI。氨