JP2000004045A - 窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の成長方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の成長方法Info
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Abstract
類13(3B)族ペロブスカイトの単結晶基板上に良質
の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶を成長させること
のできる方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 1または2種類以上の希土類元素を含む
希土類13(3B)族ペロブスカイトの単結晶を基板と
する窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の成長方法にお
いて、第1の温度条件下で上記基板上に第1の窒化ガリ
ウム層を成長させる第1の成膜工程と、上記基板を不活
性ガス雰囲気中で所定温度まで昇温させて熱処理を施す
熱処理工程と、前記熱処理工程後に、前記第1の温度条
件より高温に設定される第2の温度条件下で前記第1の
窒化ガリウム層の上に第2の窒化ガリウム層を成長させ
る第2の成膜工程とを少なくとも有するようにした。
Description
デバイスなどの半導体デバイスの製造に用いられる窒化
ガリウム系化合物半導体単結晶の製造方法に関するもの
である。
InxGayAl1-x-yN)(0≦x,y;x+y≦1;
但し、x=1,y=0の場合は除く)は、禁制帯幅が広
く、短波長発光素子,耐環境素子として期待され、広く
研究されてきた。
半導体においては、未だ大型のバルク結晶が得られない
ため、異種結晶(例えばサファイアα−Al2O3)上へ
のヘテロエピタキシーによってGaN等の薄膜単結晶を
形成したものが基板として用いられてきた。
に、多くの場合、基板に用いられる異種結晶とその上に
成膜される窒化ガリウム系化合物半導体薄膜との格子不
整合性が大きく、欠陥や熱歪みなどが発生し易いため、
窒化ガリウム系化合物半導体単結晶は品質的に問題を抱
えるものであった。
合物半導体をヘテロエピタキシーによって成長させる際
に、種々の優れた特性を備える異種結晶基板の材料の一
つとして希土類13(3B)族ペロブスカイトを用いた
窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の成長方法および窒
化ガリウム系化合物半導体装置を提案した(特願平7−
526233号)。
(3B)族ペロブスカイトの一種としてNdGaO3を
基板として用い、その基板上にGaNをエピタキシャル
成長させる場合には、格子不整合を1.2%程度とする
ことができた。
替品として用いられるSiCを基板とした場合と比較し
ても非常に小さく、窒化ガリウム系化合物半導体単結晶
のヘテロエピタキシーに有効であると期待される。
aO3上にGaNをエピタキシャル成長させる場合に、
低温でGaNの第1層を成長させた後に、高温で第2層
を成長させるとより良質のGaN単結晶を得ることがで
きることが分かってきた。
ようにNdGaO3上に低温でGaNの第1層を成長さ
せた後に高温で第2層を成長させるという成長方法をと
る場合に、GaNの第1層を成長後、第2層の成長温度
までの熱処理工程を窒素源であるNH3を流しながら行
うと、第1層に生じたピンホールを通してNH3がNd
GaO3の表面まで達し、基板が窒化する反応を起こ
し、その影響で基板面から第1層のGaNが剥がれてし
まうという不具合を生じることが明らかとなってきた。
エピタキシャル成長する場合、低温で成長するGaNの
第1層は緩衝層としての役割を果たすほか、NdGaO
3とNH3が反応して不要な層が生成されるのを防ぐ保護
膜としての機能を有しているが、GaNの第1層を成長
後、第2層の成長温度までの熱処理工程をNH3の雰囲
気で行うと、この保護膜としての機能が低下するという
障害を生じることが分かってきた。
出されたものであり、1または2種類以上の希土類元素
を含む希土類13(3B)族ペロブスカイトの単結晶基
板上に良質の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶を成長
させることのできる方法を提供することを主目的とする
ものである。
に、本発明は、1または2種類以上の希土類元素を含む
希土類13(3B)族ペロブスカイトの単結晶を基板と
する窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の成長方法にお
いて、第1の温度条件下で上記基板上に第1の窒化ガリ
ウム層を成長させる第1の成膜工程と、上記基板を不活
性ガス雰囲気中で所定温度まで昇温させて熱処理を施す
熱処理工程と、前熱処理温工程の終了後に、前記第1の
温度条件より高温に設定される第2の温度条件下で前記
第1の窒化ガリウム層の上に第2の窒化ガリウム層を成
長させる第2の成膜工程とを少なくとも有するようにし
たものである。
が剥がれるという不具合を解消することができる。
温度条件は、400℃〜750℃、好ましくは550℃
〜650℃、形成する第1の窒化ガリウム層の膜厚は、
20nm〜350nm、好ましくは80nm〜120n
mとすることが望ましい。
ず、800℃を超えると基板と原料ガスが反応するため
好ましくなく、又、80nm未満だと基板を完全に被覆
することができず、120nmを超えると生成する膜質
が悪くなるため好ましくない。
は、800℃〜1200℃、好ましくは950℃〜10
50℃とするとよい。この範囲外では,第1の窒化ガリ
ウム層が緩衝層あるいは保護膜としての機能が低下する
ので好ましくない。
雰囲気は、N2ガス雰囲気とすると効果的である。
温度条件は、800℃〜1200℃、好ましくは950
℃〜1050℃とすることが望ましい。
く、1200℃を超えると生成する膜質が悪くなるため
好ましくない。
Al,Ga,Inのうち少なくとも1種類を含むように
することができる。
化合物半導体単結晶を用いることにより、熱的,化学的
に安定な高性能の青色発光ダイオードや半導体レーザ等
の半導体装置を得ることが可能となる。
について説明する。
カイトとしてNdGaO3の単結晶基板の(001)面
上に窒化ガリウム系化合物半導体としてのGaN単結晶
を成長させる場合について述べる。
GaO3単結晶基板を有機溶剤で洗浄した後に、ハイド
ライドVPE装置にセットした。
温度を600℃に、Ga原料の温度を850℃に昇温し
た。
(N2)ガスで希釈されたHClガスを流し、同時にG
a原料をバイパスして基板の直上にNH3ガスを流し
て、基板上に第1のGaN層の薄膜を10分間成長させ
た。
の厚さは約100nmであった。
気中で基板部の温度を1000℃まで昇温して熱処理を
施した後、Ga原料の上流側からN2ガスで希釈された
HClガスを流すと同時にGa原料をバイパスして基板
の直上にNH3ガスを流して、前記第1のGaN層の上
に第2のGaN層を60分間にわたって成長させた。
膜を得ることができた。このGaN層からなる厚膜を観
察したところ、表面に異常成長が見られない平坦な鏡面
状のエピタキシャル膜であった。
の(0001)面の単結晶であることが確認された。
ば、希土類ガリウムペロブスカイトの(001)面上に
良質なGaN単結晶を成長させ得ることが実験的に確か
められた。
ことにより熱的,化学的に安定な高性能の青色発光ダイ
オードや半導体レーザ等の半導体装置を製造することが
可能となる。
ロブスカイトとしてNdGaO3単結晶基板を用い、G
aN単結晶を成長させる場合について説明したが、これ
に限られるものではなく、その他の1または2種類以上
の希土類元素を含む希土類13(3B)族ペロブスカイ
トの単結晶基板上にGaN以外の窒化ガリウム系化合物
半導体単結晶を成長させる場合にも適用することができ
る。
N2ガスを用いる場合について述べたがこれに限定され
ずその他の不活性ガスを用いることも可能である。
元素を含む希土類13(3B)族ペロブスカイトの単結
晶を基板とする窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の成
長方法において、第1の温度条件下で上記基板上に第1
の窒化ガリウム層を成長させる第1の成膜工程と、上記
基板を不活性ガス雰囲気中で所定温度まで昇温させて熱
処理を施す熱処理工程と、前記熱処理工程の終了後に、
前記第1の温度条件より高温に設定される第2の温度条
件下で前記第1の窒化ガリウム層の上に第2の窒化ガリ
ウム層を成長させる第2の成膜工程とを少なくとも有す
るようにしたので、従来のように第1層のGaNが剥が
れるなどの不具合を解消することができ、良質の窒化ガ
リウム系化合物半導体単結晶を得ることができるという
優れた効果がある。
Claims (6)
- 【請求項1】1または2種類以上の希土類元素を含む希
土類13(3B)族ペロブスカイトの単結晶を基板とす
る窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の成長方法におい
て、 第1の温度条件下で上記基板上に第1の窒化ガリウム層
を成長させる第1の成膜工程と、 上記基板を不活性ガス雰囲気中で所定温度まで昇温させ
て熱処理を施す熱処理工程と、 前記熱処理工程の終了後に、前記第1の温度条件より高
温に設定される第2の温度条件下で前記第1の窒化ガリ
ウム層の上に第2の窒化ガリウム層を成長させる第2の
成膜工程と、 を少なくとも有することを特徴とする窒化ガリウム系化
合物半導体単結晶の成長方法。 - 【請求項2】上記第1の成膜工程における第1の温度条
件は、400℃〜750℃、好ましくは550℃〜65
0℃であり、形成する第1の窒化ガリウム層の膜厚は、
20nm〜350nm、好ましくは80nm〜120n
mであることを特徴とする請求項1記載の窒化ガリウム
系化合物半導体単結晶の成長方法。 - 【請求項3】上記熱処理工程における所定温度は、80
0℃〜1200℃、好ましくは950℃〜1050℃で
あることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の成長方法。 - 【請求項4】上記熱処理工程における不活性ガス雰囲気
は、N2ガス雰囲気であることを特徴とする請求項1か
ら請求項3の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導
体単結晶の成長方法。 - 【請求項5】上記第2の成膜工程における第2の温度条
件は、800℃〜1200℃、好ましくは950℃〜1
050℃であることを特徴とする請求項1から請求項4
の何れかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体単結晶の
成長方法。 - 【請求項6】上記13(3B)族元素として、Al,G
a,Inのうち少なくとも1種類を含むことを特徴とす
る請求項1から請求項5の何れかに記載の窒化ガリウム
系化合物半導体単結晶の成長方法。
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CN113930745A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-14 | 北京工业大学 | 一种高结晶GaN薄膜的制备方法 |
-
1998
- 1998-06-15 JP JP16719498A patent/JP4065055B2/ja not_active Expired - Fee Related
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