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技術 化合物半導体の活性化方法及び装置

出願人 株式会社IHI
発明者 河口紀仁
出願日 2006年2月23日 (14年10ヶ月経過) 出願番号 2006-046783
公開日 2007年9月6日 (13年3ヶ月経過) 公開番号 2007-227629
状態 特許登録済
技術分野 アニール 再結晶化技術 LED素子(パッケージ以外) レーザ(2) 再結晶化技術 発光ダイオード
主要キーワード 一致溶融 不純物イオン注入層 パルスレーザ照射装置 ガス排出装置 青紫半導体レーザ レーザ照射面 活性化装置 熱解析
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年9月6日)のものです。
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図面 (7)

課題

常圧又は常圧に近い低圧下で、GaNのような融点の高い化合物半導体を分解することなく溶融させることができ、これにより、融液徐冷によって化合物半導体の活性を高めることができる化合物半導体の活性化方法及び装置を提供する。

解決手段

化合物半導体を反応容器12内に収容し、化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガス2により反応容器内を置換し、反応容器内を前記平衡蒸気圧以上の圧力に保持しながら低蒸気圧ガスを化合物半導体の表面に沿って流し、バンドギャップが前記化合物半導体のそれより大きいパルスレーザ3を化合物半導体の表面に照射する。これにより、低蒸気圧ガスの雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持しながら、パルスレーザの照射位置の化合物半導体のみを瞬間的に加熱して溶融させる。

概要

背景

近年、青色発光ダイオードLED)、白色LED,青紫半導体レーザ(LD)、高周波デバイスなど、窒化ガリウム(GaN)系材料を用いた半導体デバイスが注目されている。
GaN系半導体デバイスは、主にサファイアシリコンカーバイド(SiC)を基板として、その上に、GaN系薄膜有機金属気相成長(MOVPE)法や分子線エピタキシー(MBE)法によりヘテロエピタキシャル成長することにより実現している。この場合、基板とGaN系薄膜の熱膨張係数格子定数が大きく異なるため、109cm−2以上の高密度転位(すなわち欠陥)がGaN系薄膜に生じる。

一方、白色LED,青紫半導体レーザ(LD)、高周波デバイスなどの実現のためには、転位密度104cm−2以下の高品質GaN基板の開発が必要であり、各種技術が様々な研究機関で開発されている(例えば、非特許文献1,2)

非特許文献1は、融液成長法によるGaN結晶成長に関する研究報告であり、6GPa(約6万気圧)以上の窒素圧力、2220℃以上の高温下においてGaNが分解することなく一致溶融し、その融液を冷却するとGaN結晶相に可逆的に戻ることを実験により確認したものである。
非特許文献2は、フラックス法によるGaN結晶成長に関する研究報告であり、温度800℃、窒素圧力5MPa(約50気圧)程度の成長条件で高品質GaN結晶が成長可能であることを実験により確認したものである。

また、SiC、GaN等の半導体への不純物イオン注入層活性化法として、特許文献1が開示されている。
特許文献1の「不純物イオン注入層の活性化法」は、所定の不純物元素イオン注入によりドーピングした半導体材料に対して、その半導体材料のバンドギャップと同じか、またはそれよりもバンドギャップが大きいエネルギーレーザ光を、その半導体材料を加熱した状態で照射するものである。

内海渉、他、「高圧下における窒化ガリウムの一致溶融、単結晶窒化ガリウム育成の新手法」、Spring−8利用者情報、2004年1月
皿山正二、他、「フラックス法による高品質窒化ガリウムの結晶成長」、Ricoh Technical Report No.30, December, 2004

特開2002−289550号公報、「不純物イオン注入層の活性化法」

概要

常圧又は常圧に近い低圧下で、GaNのような融点の高い化合物半導体を分解することなく溶融させることができ、これにより、融液の徐冷によって化合物半導体の活性を高めることができる化合物半導体の活性化方法及び装置を提供する。化合物半導体を反応容器12内に収容し、化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガス2により反応容器内を置換し、反応容器内を前記平衡蒸気圧以上の圧力に保持しながら低蒸気圧ガスを化合物半導体の表面に沿って流し、バンドギャップが前記化合物半導体のそれより大きいパルスレーザ3を化合物半導体の表面に照射する。これにより、低蒸気圧ガスの雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持しながら、パルスレーザの照射位置の化合物半導体のみを瞬間的に加熱して溶融させる。

目的

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、常圧又は常圧に近い低圧下で、GaNのような融点の高い化合物半導体を分解することなく溶融させることができ、これにより、融液の徐冷によって化合物半導体の活性を高めることができる化合物半導体の活性化方法及び装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

化合物半導体反応容器内に収容し、前記化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガスにより前記反応容器内を置換し、前記反応容器内を前記平衡蒸気圧以上の圧力に保持しながら前記低蒸気圧ガスを化合物半導体の表面に沿って流し、さらに、バンドギャップが前記化合物半導体のそれより大きいパルスレーザを化合物半導体の表面に照射し、これにより、前記低蒸気圧ガスの雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持しながら、パルスレーザの照射位置の化合物半導体のみを溶融させる、ことを特徴とする化合物半導体の活性化方法

請求項2

前記化合物半導体は、窒化ガリウムであり、前記低蒸気圧ガスは、アンモニアヒドラジン又はその混合ガスである、ことを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体の活性化方法。

請求項3

前記パルスレーザは、ホモジナイザにより均一化され、かつ整形された線状ビームである、ことを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体の活性化方法。

請求項4

化合物半導体をレーザ照射面に沿って搬送しながら、前記パルスレーザを化合物半導体の表面に照射する、ことを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体の活性化方法。

請求項5

前記化合物半導体にエルビウム(Er)、テルビウム(Tb)、ユーロビウム(Eu)などの希土類および遷移金属イオン注入されている、ことを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体の活性化方法。

請求項6

前記化合物半導体にナトリウムカリウムリチウムなどのアルカリ金属がイオン注入されている、ことを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体の活性化方法。

請求項7

前記化合物半導体にp型もしくはn型もしくはpおよびn型の不純物がイオン注入されている、ことを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体の活性化方法。

請求項8

化合物半導体を気密状態で収容する反応容器と、前記化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガスを前記反応容器内に供給するガス供給装置と、前記低蒸気圧ガスの雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持するガス温調整装置と、バンドギャップが前記化合物半導体のそれより大きいパルスレーザを化合物半導体の表面に照射するパルスレーザ照射装置と、を備え、前記反応容器内を前記低蒸気圧ガスにより置換し、前記反応容器内を前記平衡蒸気圧以上の圧力に保持しながら前記低蒸気圧ガスを化合物半導体の表面に沿って流し、さらに、前記パルスレーザを化合物半導体の表面に照射して、パルスレーザの照射位置の化合物半導体のみを溶融させる、ことを特徴とする化合物半導体の活性化装置

技術分野

0001

本発明は、常圧又は常圧に近い低圧下で、融点の高い化合物半導体溶融させて、融液徐冷によって化合物半導体の活性を高める化合物半導体の活性化方法及び装置に関する。

背景技術

0002

近年、青色発光ダイオードLED)、白色LED,青紫半導体レーザ(LD)、高周波デバイスなど、窒化ガリウム(GaN)系材料を用いた半導体デバイスが注目されている。
GaN系半導体デバイスは、主にサファイアシリコンカーバイド(SiC)を基板として、その上に、GaN系薄膜有機金属気相成長(MOVPE)法や分子線エピタキシー(MBE)法によりヘテロエピタキシャル成長することにより実現している。この場合、基板とGaN系薄膜の熱膨張係数格子定数が大きく異なるため、109cm−2以上の高密度転位(すなわち欠陥)がGaN系薄膜に生じる。

0003

一方、白色LED,青紫半導体レーザ(LD)、高周波デバイスなどの実現のためには、転位密度104cm−2以下の高品質GaN基板の開発が必要であり、各種技術が様々な研究機関で開発されている(例えば、非特許文献1,2)

0004

非特許文献1は、融液成長法によるGaN結晶成長に関する研究報告であり、6GPa(約6万気圧)以上の窒素圧力、2220℃以上の高温下においてGaNが分解することなく一致溶融し、その融液を冷却するとGaN結晶相に可逆的に戻ることを実験により確認したものである。
非特許文献2は、フラックス法によるGaN結晶成長に関する研究報告であり、温度800℃、窒素圧力5MPa(約50気圧)程度の成長条件で高品質GaN結晶が成長可能であることを実験により確認したものである。

0005

また、SiC、GaN等の半導体への不純物イオン注入層の活性化法として、特許文献1が開示されている。
特許文献1の「不純物イオン注入層の活性化法」は、所定の不純物元素イオン注入によりドーピングした半導体材料に対して、その半導体材料のバンドギャップと同じか、またはそれよりもバンドギャップが大きいエネルギーレーザ光を、その半導体材料を加熱した状態で照射するものである。

0006

内海渉、他、「高圧下における窒化ガリウムの一致溶融、単結晶窒化ガリウム育成の新手法」、Spring−8利用者情報、2004年1月
皿山正二、他、「フラックス法による高品質窒化ガリウムの結晶成長」、Ricoh Technical Report No.30, December, 2004

0007

特開2002−289550号公報、「不純物イオン注入層の活性化法」

発明が解決しようとする課題

0008

GaNの融点は約2220℃以上であり、この融点における窒素ガスとの平衡圧力は、約6GPa(約6万気圧)以上に達するため、低圧の窒素雰囲気下ではGaNは高温でGa金属と窒素ガスに分解してしまい、シリコンなどで行われているような融液の徐冷によって単結晶を得る単結晶成長手段が適用できない。
また、非特許文献1の融液成長法によりGaN結晶を成長できるとしても、6GPa(約6万気圧)以上の窒素圧力、2220℃以上の高温を必要とするため、超高温超高圧装置が必要となる問題点があった。

0009

また、非特許文献2のフラックス法は、600〜800℃の温度で平衡蒸気圧を数十気圧まで下げることが可能であるが、やはり高圧装置が必要となる。
さらに、特許文献1のように、パルスレーザで窒化ガリウムや炭化ケイ素アニールする場合でも、真空雰囲気あるいは窒素雰囲気において融液化させることはできず、そのため高品質な結晶成長は困難である。

0010

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、常圧又は常圧に近い低圧下で、GaNのような融点の高い化合物半導体を分解することなく溶融させることができ、これにより、融液の徐冷によって化合物半導体の活性を高めることができる化合物半導体の活性化方法及び装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

本発明によれば、化合物半導体を反応容器内に収容し、
前記化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガスにより前記反応容器内を置換し、
前記反応容器内を前記平衡蒸気圧以上の圧力に保持しながら前記低蒸気圧ガスを化合物半導体の表面に沿って流し、
さらに、バンドギャップが前記化合物半導体のそれより大きいパルスレーザを化合物半導体の表面に照射し、
これにより、前記低蒸気圧ガスの雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持しながら、パルスレーザの照射位置の化合物半導体のみを溶融させる、ことを特徴とする化合物半導体の活性化方法が提供される。

0012

また、本発明によれば、化合物半導体を気密状態で収容する反応容器と、
前記化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガスを前記反応容器内に供給するガス供給装置と、
前記低蒸気圧ガスの雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持するガス温調整装置と、
バンドギャップが前記化合物半導体のそれより大きいパルスレーザを化合物半導体の表面に照射するパルスレーザ照射装置と、を備え、
前記反応容器内を前記低蒸気圧ガスにより置換し、
前記反応容器内を前記平衡蒸気圧以上の圧力に保持しながら前記低蒸気圧ガスを化合物半導体の表面に沿って流し、
さらに、前記パルスレーザを化合物半導体の表面に照射して、パルスレーザの照射位置の化合物半導体のみを溶融させる、ことを特徴とする化合物半導体の活性化装置が提供される。

0013

本発明の好ましい実施形態によれば、前記化合物半導体は、窒化ガリウムであり、
前記低蒸気圧ガスは、アンモニアヒドラジン又はその混合ガスである。

0014

また、前記パルスレーザは、ホモジナイザにより均一化され、かつ整形された線状ビームである、ことが好ましい。

0015

また、化合物半導体をレーザ照射面に沿って搬送しながら、前記パルスレーザを化合物半導体の表面に照射する、ことが好ましい。
また、前記化合物半導体にエルビウム(Er)、テルビウム(Tb)、ユーロビウム(Eu)などの希土類および遷移金属がイオン注入されている、ことが好ましい。
また、前記化合物半導体にナトリウムカリウムリチウムなどのアルカリ金属がイオン注入されている、ことが好ましい。
また、前記化合物半導体にp型もしくはn型もしくはpおよびn型の不純物がイオン注入されている、ことが好ましい。

発明の効果

0016

上述したようにGaNの融点は約2220℃以上であり、この融点における窒素ガスとの平衡圧力は、約6GPa(約6万気圧)以上に達するため、低圧の窒素雰囲気下ではGaNは高温でGa金属と窒素ガスに分解してしまう。
これに対し、アンモニアおよびヒドラジンは平衡蒸気圧が低く、GaNの融点での平衡蒸気圧は1気圧以下である。
従って、アンモニアやヒドラジンなどのガス(低蒸気圧ガス)を用いることで窒化ガリウムの融点での平衡蒸気圧を1気圧以下にすることができる。
しかし、アンモニアやヒドラジンなどは300℃以上の雰囲気温度で窒素水素に分解を始めるため、熱処理装置で300℃以上に加熱すると、これらの低蒸気圧ガスはすべて分解してしまう。
そこで、本発明では、低蒸気圧ガスの雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持しながら、パルスレーザの照射位置の化合物半導体のみを瞬間的に加熱して溶融させることで、低蒸気圧ガスの分解を抑制しながら化合物半導体を分解することなく溶融させるものである。

0017

従って、上述した本発明の方法及び装置により、以下の効果が得られる。
(1)バンドギャップが化合物半導体のそれより大きいエネルギーのパルスレーザを照射するため、数十ナノ秒程度で融点まで加熱することができる。
(2) 融点での平衡蒸気圧が1気圧以下となる雰囲気ガス(低蒸気圧ガス)を用いることで、搬送系を有する装置を構成できる。
(3) パルスレーザによる瞬間的な融液化により、雰囲気ガスの分解を抑制できるので、平衡蒸気圧の変動が起きにくい。
(4) パルスレーザを光学系(ホモジナイザ)により均一化した線状ビームに整形し、基板を搬送させることで、大型基板ウエハの活性化処理が可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

0019

図1は、本発明による活性化装置の全体構成図である。
この図に示すように、本発明の活性化装置10は、反応容器12、ガス供給装置14、ガス温調整装置16、ガス排出装置18、基板移動装置20及びパルスレーザ照射装置22を備える。

0020

反応容器12は、表面に化合物半導体を有する基板1を気密状態で収容する密閉容器である。本発明において、化合物半導体は、例えば窒化ガリウム(GaN)である。しかし、本発明はこれに限定されず、その他の窒化物系半導体でもよく、或いは、InPGaPGaAsでもよい。

0021

ガス供給装置14は、低蒸気圧ガス2を所定の圧力で供給するガス供給源と、ガス供給源から供給された低蒸気圧ガス2を化合物半導体の融点における平衡蒸気圧以上の圧力に調節する圧力調整器と、低蒸気圧ガス2を所定の流量で供給する流量調整器とを備え、反応容器12内に低蒸気圧ガス2を平衡蒸気圧以上の圧力で供給する。

0022

本発明において、「低蒸気圧ガス」とは、化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下のガスをいう。例えば化合物半導体が、窒化ガリウム(GaN)である場合、低蒸気圧ガス2は、アンモニア、ヒドラジン又はその混合ガスである。
また、化合物半導体が、その他の窒化物系半導体、又はInP、GaP、GaAsである場合には、これらの化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガスを選択する。InP、GaP、GaAsに適した低蒸気圧ガスは、例えば、PH3、AsH3などである。

0023

ガス温調整装置16は、ガス供給装置14の下流側に設けられた加熱器と、加熱器によるガス温を制御する温度制御器とを備え、反応容器12に供給する低蒸気圧ガス2の雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持する。

0024

ガス排出装置18は、反応容器12内のガスを排出する排気ポンプと、反応容器12内のガス圧を一定に保持する圧力調節器とを備え、反応容器12内のガス圧を一定に保持しながら内部のガスを排出する。また、ガス排出装置18は、反応容器12内を真空減圧する真空ポンプを備え、反応容器12内を低蒸気圧ガス2により完全に置換できるようになっている。

0025

基板移動装置20は、基板1を載せる往復動可能な基板台と、この基板台を往復動させる駆動装置とからなり、基板1をその表面に沿って往復動させる。また、この基板移動装置20は、基板1を予熱する予熱器を備え、基板1を化合物半導体の分解温度以下に加熱し保温するようになっている。

0026

パルスレーザ照射装置22は、レーザ発振器23、パルスレーザ成形光学系24、反射ミラー25、コンデンサレンズ26、及び集光レンズ27を備え、化合物半導体の表面に集光して照射するようになっている。

0027

レーザ発振器23はパルスレーザ3aを発振する。レーザ発振器23で照射するパルスレーザ3aは、バンドギャップが化合物半導体のそれより大きいパルスレーザである。パルスレーザ3aの波長は、化合物半導体のバンドギャップに応じて紫外から可視まで選択することができる。
化合物半導体が、GaN、InP、GaP、GaAsである場合、バンドギャップが化合物半導体のそれより大きいパルスレーザとしては、例えばエキシマレーザYAGレーザ等を用いることができる。

0028

パルスレーザ成形光学系24は、レーザ発振器23から照射されたパルスレーザ3aを長軸方向(この例で紙面に直交する方向)に均一な線状ビーム3bに成形する。
パルスレーザ成形光学系24は、例えば、パルスレーザ3aに直交して位置しパルスレーザを線状に分割する直交シリンドリカルアレイと、線状に分割したパルスレーザを焦点面に集光する集光レンズと、集光したパルスレーザを線状ビームに成形する第1シリンドリカルレンズとを有する。
なお直交シリンドリカルアレイは、互いに直交する1対のシリンドリカルアレイでもよい。またその他の周知のホモジナイザを用いることもできる。

0029

また、25は反射ミラーであり、パルスレーザ3aは、ミラー25で下向きに反射され、反応容器12に設けられた透明な窓を通して、基板1の上面に照射される。

0030

上述した構成により、基板1を反応容器12内で基板移動装置20の予熱器により化合物半導体が熱分解しない温度(例えば約500℃以下)に保持した状態で、反応容器2内に化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガス2を、ガス温調整装置16で雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持しながら、供給することができる。

0031

またパルスレーザ照射装置22でパルスレーザ3aを長軸方向が均一な線状ビーム3bに成形し、基板表面に均一に照射することができる。

0032

上述した活性化装置10を用いて、本発明の活性化方法では、
(ステップ1)化合物半導体を表面に有する基板1を反応容器12内に収容し、
(ステップ2)化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガス2で反応容器12内を置換し、
(ステップ3)反応容器12内を前記平衡蒸気圧以上の圧力に保持しながら低蒸気圧ガス2を化合物半導体の表面に沿って流し、
(ステップ4)さらに、バンドギャップが化合物半導体のそれより大きいパルスレーザ3を化合物半導体の表面に照射する。

0033

化合物半導体は、窒化ガリウム(GaN)であるのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、その他の窒化物系半導体でもよく、或いは、InP、GaP、GaAsでもよい。

0034

化合物半導体が、窒化ガリウム(GaN)である場合、前記低蒸気圧ガスは、アンモニア、ヒドラジン又はその混合ガスであるのが好ましい。
また、化合物半導体が、その他の窒化物系半導体、又はInP、GaP、GaAsである場合には、これらの化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガスを選択する。
また、化合物半導体に、エルビウム(Er)、テルビウム(Tb)、ユーロビウム(Eu)などの希土類および遷移金属、ナトリウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属、又はp型もしくはn型もしくはpおよびn型の不純物がイオン注入されていることが好ましい。

0035

上述した本発明の活性化方法により、低蒸気圧ガス2の雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持しながら、パルスレーザ3の照射位置の化合物半導体のみを瞬間的に加熱して溶融させることができる。

0036

図2は、窒化ガリウム(GaN)の各雰囲気ガスにおける温度(横軸)と平衡蒸気圧(縦軸)との関係図である。この図に示すように、窒素雰囲気(図中のa,b,c)では約1200℃程度で平衡蒸気圧が1気圧となり、融点である約2500℃では数万気圧に達する。なお、図中のa,b,cは、窒素雰囲気中における異なる研究報告に基づいている。

0037

一方、アンモニアdおよびヒドラジンeは平衡蒸気圧が低く(1200℃で10−2気圧程度)、融点での平衡蒸気圧は1気圧以下である。
従ってこの図から、アンモニアやヒドラジンなどを低蒸気圧ガスとして用いることで窒化ガリウムの融点での平衡蒸気圧を1気圧以下にできることがわかる。
しかし、アンモニアやヒドラジンなどは300℃以上の雰囲気温度で窒素と水素に分解を始めるため、熱処理装置での加熱では、これらの低蒸気圧ガスはすべて分解してしまう。
そこで、本発明では、バンドギャップが照射する半導体のそれより大きいパルスレーザ3を照射することで、低蒸気圧ガス2の雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下の状態で、半導体のみを室温から融点まで瞬間的に加熱する。そのため、アンモニアなどの低蒸気圧ガス2を分解せずに半導体を融解することができ、融液の徐冷によって化合物半導体の活性を高めることができる。

0038

図3は、基板がシリコンの場合におけるレーザ出力(横軸)と薄膜表面の最高到達温度(縦軸)との関係図であり、熱解析により求めたものである。その結果、薄膜のラマン半値幅が4.16cm−1になるレーザ出力(10W以上)では、シリコンの融点(約1414℃)以上であり、シリコンがレーザにより溶融、再結晶化していることが判明した。
この試験結果から、パルスレーザを用い、半導体ウエハの融点を超える温度で加熱し、半導体薄膜を結晶化させることにより、半導体ウエハを溶融し、再結晶化することで、結晶品質を高めることができることが確認されている。本発明はこの手段をシリコン以外の化合物半導体へ応用したものである。

0039

図4は、InPの温度と蒸気圧力の関係図である。この図において、横軸は1000/T(Tは温度K)、縦軸は蒸気圧力(atm)であり、図中の2本の曲線は、異なる分子構造における関係を示している。
InPの融点は1333Kであり、この図の横軸0.75に相当し、蒸気圧力は、おおよそ2〜10atmとなる。
このような場合でも、本発明では、この化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガスを選択するので、低蒸気圧ガスの雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持しながら、パルスレーザの照射位置の化合物半導体のみを瞬間的に加熱して溶融させ、融液の徐冷によって化合物半導体の活性を高めることができる。

0040

図5は、GaPの温度と蒸気圧力の関係図、図6はGaAsの温度と蒸気圧力の関係図である。
GaPの融点は1457℃、図5の横軸0.6に相当し、蒸気圧力は、おおよそ10atmとなる。GaAsの融点は1240℃、図6の横軸0.6に相当し、蒸気圧力は、おおよそ1.05atm(800torr)となる。
これらの化合物半導体の場合でも、化合物半導体の融点における平衡蒸気圧が1気圧以下の低蒸気圧ガス(例えばPH3)を選択すれば、本発明により、低蒸気圧ガス2の雰囲気温度を室温あるいは分解温度以下に保持しながら、パルスレーザの照射位置の化合物半導体のみを瞬間的に加熱して溶融させ、融液の徐冷によって化合物半導体の活性を高めることができる。

0041

なお(ステップ4)において、パルスレーザ3は基板1の表面の化合物半導体に直接照射するのが好ましいが、基板が透明の場合、透明な基板側から照射してもよい。

0042

ここで、パルスレーザ3を基板1上の化合物半導体に直接照射することによって、化合物半導体のみを局部的に加熱でき、化合物半導体のみを加熱して溶融するまでのパルスレーザ3の照射時間を極めて短くできる。

0043

上述したように本発明では、融点での平衡蒸気圧が1気圧をはるかに超えるバンドギャップが化合物半導体のそれより大きいパルスレーザ3を照射し、融点での平衡蒸気圧が1気圧を下回る低蒸気圧ガス2中でかつ室温もしくはこれらの低蒸気圧ガスが分解を開始する温度以下にすることで、化合物半導体を分解させることなく、融液化させることができ、再成長、活性化させることができる。

0044

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

図面の簡単な説明

0045

本発明による活性化装置の全体構成図である。
窒化ガリウム(GaN)の各雰囲気ガスにおける温度と平衡蒸気圧との関係図である。
基板がシリコンの場合におけるレーザ出力と薄膜表面の最高到達温度との関係図である。
InPの温度と蒸気圧力の関係図である。
GaPの温度と蒸気圧力の関係図である。
GaAsの温度と蒸気圧力の関係図である。

符号の説明

0046

1基板、2低蒸気圧ガス、3、3aパルスレーザ、3b線状ビーム、
10活性化装置、12反応容器、14ガス供給装置、
16ガス温調整装置、18ガス排出装置、20基板移動装置、
22パルスレーザ照射装置、23レーザ発振器、
24 パルスレーザ成形光学系、25反射ミラー、
26コンデンサレンズ、27 集光レンズ

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  • 株式会社ニコンの「 ガラス組成物、それを用いた光学素子及び光学装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題・解決手段】モル%表記で、Ga2O3を40〜80%、及び希土類酸化物を0%超〜60%含有し、最大フォノンエネルギーが730cm−1以下であるガラス組成物。... 詳細

  • トリルミナコーポレーションの「 表面実装対応可能なVCSELアレイ」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題・解決手段】大量生産のために、従来の表面実装アセンブリ及びはんだ付け技術を利用してPCBに直接にはんだ付けできるアレイを構成するVCSEL/VECSELアレイの設計が開示されている。完成したVC... 詳細

  • 株式会社日本製鋼所の「 レーザ処理装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】結晶膜の品質を向上する。【解決手段】レーザ処理装置は、上面を基板2が移動可能なステージ1の周辺に配置された可動部材700Aを有する。この可動部材700Aは、開口部OPから基板2に向ってガスを噴... 詳細

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