JP2001077038A - Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体の成長方法および気相成長装置 - Google Patents
Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体の成長方法および気相成長装置Info
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- JP2001077038A JP2001077038A JP2000157036A JP2000157036A JP2001077038A JP 2001077038 A JP2001077038 A JP 2001077038A JP 2000157036 A JP2000157036 A JP 2000157036A JP 2000157036 A JP2000157036 A JP 2000157036A JP 2001077038 A JP2001077038 A JP 2001077038A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原料収率が高く、成長速度の速いIII-V族窒
化物半導体の成長方法および気相成長装置を提供するこ
と。 【解決手段】 III-V族窒化物半導体（ＧａＮ）を成長
させる気相成長装置１であって、III族元素を収容する
収容容器１１が内部に配置されるとともに、窒素が導入
される導入口７を有する反応室３と、導入口７より導入
された窒素をプラズマ励起する励起手段１５と、反応室
３に配される種結晶１０および収容容器１１を加熱する
加熱手段１３と、を備え、種結晶１０上にIII-V族窒化
物半導体を成長させる際に、導入口７より窒素が導入さ
れ、反応室３内の気体は、反応室３の外部に排出されな
い。
化物半導体の成長方法および気相成長装置を提供するこ
と。 【解決手段】 III-V族窒化物半導体（ＧａＮ）を成長
させる気相成長装置１であって、III族元素を収容する
収容容器１１が内部に配置されるとともに、窒素が導入
される導入口７を有する反応室３と、導入口７より導入
された窒素をプラズマ励起する励起手段１５と、反応室
３に配される種結晶１０および収容容器１１を加熱する
加熱手段１３と、を備え、種結晶１０上にIII-V族窒化
物半導体を成長させる際に、導入口７より窒素が導入さ
れ、反応室３内の気体は、反応室３の外部に排出されな
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）等のIII-V族窒化物半導体の成長方法および気相
成長装置に関するものである。
ａＮ）等のIII-V族窒化物半導体の成長方法および気相
成長装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ＧａＮをはじめとするIII-V
族窒化物半導体の成長方法として、たとえば特開平１０
−２１５０００号公報に掲載されたハイドライド気相成
長法（ＨＶＰＥ法）や、特開昭６１−１７９５２７号公
報などに掲載された有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ
法）が知られている。
族窒化物半導体の成長方法として、たとえば特開平１０
−２１５０００号公報に掲載されたハイドライド気相成
長法（ＨＶＰＥ法）や、特開昭６１−１７９５２７号公
報などに掲載された有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ
法）が知られている。
【０００３】ハイドライド気相成長法によって窒化ガリ
ウム（ＧａＮ）を成長させる場合は、Ｇａを収容するボ
ートが配置された反応室内に、窒素（Ｎ）の原料ガス
としてのアンモニア（ＮＨ3）、ガリウム（Ｇａ）の
原料ガスとしての塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を生成する
ための塩化水素（ＨＣｌ）、および、キャリアガスと
しての水素（Ｈ2）を導入し続ける。そして、ＨＣｌと
Ｇａとの反応によって生成されたＧａＣｌとＮＨ3とが
反応することで、種結晶上に窒化ガリウム（ＧａＮ）が
成長する。この方法によれば、反応室内に原料ガスを多
量に供給し続けることが可能であるため、原料ガスを外
部より供給しないいわゆる閉管法を用いた場合と比較し
て、反応速度の向上を図ることができる。
ウム（ＧａＮ）を成長させる場合は、Ｇａを収容するボ
ートが配置された反応室内に、窒素（Ｎ）の原料ガス
としてのアンモニア（ＮＨ3）、ガリウム（Ｇａ）の
原料ガスとしての塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を生成する
ための塩化水素（ＨＣｌ）、および、キャリアガスと
しての水素（Ｈ2）を導入し続ける。そして、ＨＣｌと
Ｇａとの反応によって生成されたＧａＣｌとＮＨ3とが
反応することで、種結晶上に窒化ガリウム（ＧａＮ）が
成長する。この方法によれば、反応室内に原料ガスを多
量に供給し続けることが可能であるため、原料ガスを外
部より供給しないいわゆる閉管法を用いた場合と比較し
て、反応速度の向上を図ることができる。
【０００４】有機金属気相成長法によって窒化ガリウム
（ＧａＮ）を成長させる場合は、反応室内に、原料ガ
スとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）等の有機金属、
アンモニア（ＮＨ3）を導入するとともに、キャリア
ガスとして水素または窒素を導入する。そして、ＴＭＧ
とＮＨ3とが反応することで、種結晶上に窒化ガリウム
（ＧａＮ）が成長する。この方法によれば、原料をすべ
てガスの形で反応室内に導入できるため、ハイドライド
気相成長法と比較して、膜厚の精密な制御を行うことが
できる。
（ＧａＮ）を成長させる場合は、反応室内に、原料ガ
スとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）等の有機金属、
アンモニア（ＮＨ3）を導入するとともに、キャリア
ガスとして水素または窒素を導入する。そして、ＴＭＧ
とＮＨ3とが反応することで、種結晶上に窒化ガリウム
（ＧａＮ）が成長する。この方法によれば、原料をすべ
てガスの形で反応室内に導入できるため、ハイドライド
気相成長法と比較して、膜厚の精密な制御を行うことが
できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のハイドライド気相成長法や有機金属気相成長法には、
次のような問題があった。すなわち、ハイドライド気相
成長法および有機金属気相成長法によってＧａＮ等のII
I-V族化合物半導体を成長させる場合、III-V族化合物半
導体の成分でない塩素や水素がＨＣｌ、ＮＨ3、Ｈ2等と
して反応室内に滞ってしまうため、これらを排出口より
反応室の外部へ排出する必要があった。すなわち、ハイ
ドライド気相成長法および有機金属気相成長法には、い
わゆる開管法が適用されているのである。このため、原
料の大半が成長に寄与せずに捨てられることになり、原
料収率が悪いという問題があった。また、大量のＨＣ
ｌ、ＮＨ3、Ｈ2等を捨てるには、大規模の除害設備が必
要となり、コスト高を招くことになる。つまり、これら
の方法は、低コストの単結晶作製には適さないのであ
る。
のハイドライド気相成長法や有機金属気相成長法には、
次のような問題があった。すなわち、ハイドライド気相
成長法および有機金属気相成長法によってＧａＮ等のII
I-V族化合物半導体を成長させる場合、III-V族化合物半
導体の成分でない塩素や水素がＨＣｌ、ＮＨ3、Ｈ2等と
して反応室内に滞ってしまうため、これらを排出口より
反応室の外部へ排出する必要があった。すなわち、ハイ
ドライド気相成長法および有機金属気相成長法には、い
わゆる開管法が適用されているのである。このため、原
料の大半が成長に寄与せずに捨てられることになり、原
料収率が悪いという問題があった。また、大量のＨＣ
ｌ、ＮＨ3、Ｈ2等を捨てるには、大規模の除害設備が必
要となり、コスト高を招くことになる。つまり、これら
の方法は、低コストの単結晶作製には適さないのであ
る。
【０００６】一方、いわゆる閉管法によれば、外部に副
生成物などを排出しないため、原料収率は、ハイドライ
ド気相成長法や有機金属気相成長法と比較して低くはな
い。ところが、近年、III-V族化合物半導体の製造分野
においては、成長速度を向上させることが要請されてい
るが、外部から原料ガスを供給しない閉管法では、原料
ガスの輸送料が少ないため、成長速度の向上は望めな
い。
生成物などを排出しないため、原料収率は、ハイドライ
ド気相成長法や有機金属気相成長法と比較して低くはな
い。ところが、近年、III-V族化合物半導体の製造分野
においては、成長速度を向上させることが要請されてい
るが、外部から原料ガスを供給しない閉管法では、原料
ガスの輸送料が少ないため、成長速度の向上は望めな
い。
【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、原料収率が高く、成長速度の速いIII-V族窒
化物半導体の成長方法および気相成長装置を提供するこ
とを目的とする。
のであり、原料収率が高く、成長速度の速いIII-V族窒
化物半導体の成長方法および気相成長装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
反応室内に設けられた種結晶上にIII-V族窒化物半導体
を成長させるIII-V族窒化物半導体の成長方法であっ
て、反応室内に連続的に導入される窒素をプラズマ励起
するとともに反応室内に配置されたIII族元素を蒸発さ
せ、プラズマ励起された窒素と蒸発させられたIII族元
素とを反応させて種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成
長させることを特徴とする。
反応室内に設けられた種結晶上にIII-V族窒化物半導体
を成長させるIII-V族窒化物半導体の成長方法であっ
て、反応室内に連続的に導入される窒素をプラズマ励起
するとともに反応室内に配置されたIII族元素を蒸発さ
せ、プラズマ励起された窒素と蒸発させられたIII族元
素とを反応させて種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成
長させることを特徴とする。
【０００９】請求項１記載の発明に係るIII-V族窒化物
半導体の成長方法によれば、反応室内に導入された窒素
（Ｎ2）を励起してプラズマ状態にする一方、反応室内
で、たとえばガリウム（Ｇａ）などのIII族（３Ｂ族）
元素を蒸発させる。そして、プラズマ励起された窒素と
蒸発されられたIII族元素とを反応させることで、種結
晶上にたとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）などのIII-V族
窒化物半導体を成長させることができる。ここで、本発
明では、窒素はプラズマ状態に励起されているため、原
子同士の結合力が大きい窒素分子の状態にあるときより
もIII族元素と反応し易くされており、さらに、閉管法
を採用した場合と異なり反応室に窒素を逐次導入するこ
とができるため、III-V族窒化物半導体の成長速度を高
めることができる。また、本発明においてIII-V族窒化
物半導体を成長させるために用いられるのはIII族元素
および窒素だけであり、このIII族元素および窒素はす
べてIII-V族窒化物半導体の成長に寄与する。すなわ
ち、III-V族窒化物半導体の成長時に副生成物が発生せ
ず、反応室内の気体を外部に排出する必要がなくなり、
原料収率の向上を図ることができる。
半導体の成長方法によれば、反応室内に導入された窒素
（Ｎ2）を励起してプラズマ状態にする一方、反応室内
で、たとえばガリウム（Ｇａ）などのIII族（３Ｂ族）
元素を蒸発させる。そして、プラズマ励起された窒素と
蒸発されられたIII族元素とを反応させることで、種結
晶上にたとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）などのIII-V族
窒化物半導体を成長させることができる。ここで、本発
明では、窒素はプラズマ状態に励起されているため、原
子同士の結合力が大きい窒素分子の状態にあるときより
もIII族元素と反応し易くされており、さらに、閉管法
を採用した場合と異なり反応室に窒素を逐次導入するこ
とができるため、III-V族窒化物半導体の成長速度を高
めることができる。また、本発明においてIII-V族窒化
物半導体を成長させるために用いられるのはIII族元素
および窒素だけであり、このIII族元素および窒素はす
べてIII-V族窒化物半導体の成長に寄与する。すなわ
ち、III-V族窒化物半導体の成長時に副生成物が発生せ
ず、反応室内の気体を外部に排出する必要がなくなり、
原料収率の向上を図ることができる。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載のII
I-V族窒化物半導体の成長方法において、二つの電極間
に正負のパルス電圧を交互に印加することで、各電極間
において窒素をプラズマ励起させることを特徴とする。
I-V族窒化物半導体の成長方法において、二つの電極間
に正負のパルス電圧を交互に印加することで、各電極間
において窒素をプラズマ励起させることを特徴とする。
【００１１】請求項２記載の発明に係るIII-V族窒化物
半導体の成長方法によれば、正負のパルス電圧を電極間
に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号とな
り、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような場
合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素をプ
ラズマ励起しやすくなる。
半導体の成長方法によれば、正負のパルス電圧を電極間
に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号とな
り、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような場
合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素をプ
ラズマ励起しやすくなる。
【００１２】請求項３記載の発明は、反応室内に設けら
れた種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させるIII-V
族窒化物半導体の成長方法であって、反応室内に連続的
に導入される窒素をプラズマ励起によって反応室内の水
素と反応させて窒素の水素化物を生成し、当該窒素の水
素化物と反応室内で蒸発させられたIII族元素とを反応
させて種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させた
後、III-V族窒化物半導体を成長させた際に生成された
水素と、反応管内に連続的に導入される窒素と、をプラ
ズマ励起によって反応させて窒素の水素化物を生成する
ことを特徴とする。
れた種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させるIII-V
族窒化物半導体の成長方法であって、反応室内に連続的
に導入される窒素をプラズマ励起によって反応室内の水
素と反応させて窒素の水素化物を生成し、当該窒素の水
素化物と反応室内で蒸発させられたIII族元素とを反応
させて種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させた
後、III-V族窒化物半導体を成長させた際に生成された
水素と、反応管内に連続的に導入される窒素と、をプラ
ズマ励起によって反応させて窒素の水素化物を生成する
ことを特徴とする。
【００１３】請求項３記載の発明に係るIII-V族窒化物
半導体の成長方法によれば、反応室内に連続的に導入さ
れる窒素をプラズマ励起によって反応室内の水素と反応
させてＮＨ、ＮＨ2、ＮＨ3等の窒素の水素化物を生成す
る。一方、反応室内では、たとえばガリウムなどのIII
族元素を蒸発させる。そして、窒素の水素化物と蒸発さ
せられたIII族元素とが反応して、種結晶上に窒化ガリ
ウムなどのIII-V族窒化物半導体が成長する。ここで、
本発明では、窒素はＮＨX（Ｘ＝１〜３）等の水素化物
として種結晶近傍まで拡散してIII族元素と反応するた
め、原子同士の結合力が大きい窒素分子の状態にあると
きよりもIII族元素と反応し易くされており、さらに、
閉管法を採用した場合と異なり反応室に反応量に等しい
窒素を逐次導入することができるため、III-V族窒化物
半導体の成長速度を高めることができる。
半導体の成長方法によれば、反応室内に連続的に導入さ
れる窒素をプラズマ励起によって反応室内の水素と反応
させてＮＨ、ＮＨ2、ＮＨ3等の窒素の水素化物を生成す
る。一方、反応室内では、たとえばガリウムなどのIII
族元素を蒸発させる。そして、窒素の水素化物と蒸発さ
せられたIII族元素とが反応して、種結晶上に窒化ガリ
ウムなどのIII-V族窒化物半導体が成長する。ここで、
本発明では、窒素はＮＨX（Ｘ＝１〜３）等の水素化物
として種結晶近傍まで拡散してIII族元素と反応するた
め、原子同士の結合力が大きい窒素分子の状態にあると
きよりもIII族元素と反応し易くされており、さらに、
閉管法を採用した場合と異なり反応室に反応量に等しい
窒素を逐次導入することができるため、III-V族窒化物
半導体の成長速度を高めることができる。
【００１４】また、窒素の水素化物とIII族元素との反
応によりIII-V族窒化物半導体を成長させた際に、III-V
族窒化物半導体の成分でない水素が発生する。そして、
この水素と反応室内に導入された窒素とをプラズマ励起
によって反応させて再びＮＨ等の窒素の水素化物を生成
する。その後、かかる窒素の水素化物と蒸発させられた
III族元素とを反応させて、種結晶上にIII-V族窒化物半
導体をさらに成長させることができる。すなわち、本発
明においては、III-V族窒化物半導体の成分でない水素
を反応室内で循環させて何度も利用することができるた
め、反応室内の気体を外部に排出する必要がなくなり、
原料収率の向上を図ることができる。
応によりIII-V族窒化物半導体を成長させた際に、III-V
族窒化物半導体の成分でない水素が発生する。そして、
この水素と反応室内に導入された窒素とをプラズマ励起
によって反応させて再びＮＨ等の窒素の水素化物を生成
する。その後、かかる窒素の水素化物と蒸発させられた
III族元素とを反応させて、種結晶上にIII-V族窒化物半
導体をさらに成長させることができる。すなわち、本発
明においては、III-V族窒化物半導体の成分でない水素
を反応室内で循環させて何度も利用することができるた
め、反応室内の気体を外部に排出する必要がなくなり、
原料収率の向上を図ることができる。
【００１５】請求項４記載の発明は、請求項３記載のII
I-V族窒化物半導体の成長方法において、二つの電極間
に正負のパルス電圧を交互に印加することで、各電極間
において窒素と水素とをプラズマ励起によって反応させ
ることを特徴とする。
I-V族窒化物半導体の成長方法において、二つの電極間
に正負のパルス電圧を交互に印加することで、各電極間
において窒素と水素とをプラズマ励起によって反応させ
ることを特徴とする。
【００１６】請求項４記載の発明に係るIII-V族窒化物
半導体の成長方法によれば、正負のパルス電圧を電極間
に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号とな
り、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような場
合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素と水
素とをプラズマ励起によって反応させやすくなる。
半導体の成長方法によれば、正負のパルス電圧を電極間
に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号とな
り、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような場
合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素と水
素とをプラズマ励起によって反応させやすくなる。
【００１７】請求項５記載の発明は、反応室内に設けら
れた種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させるIII-V
族窒化物半導体の成長方法であって、反応室内に配置さ
れたIII族元素とハロゲン分子またはハロゲン化物とを
反応させてIII族元素のハロゲン化物を生成し、当該III
族元素のハロゲン化物とプラズマ励起させた窒素とを反
応させて種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させた
後、III-V族窒化物半導体を成長させた際に生成された
ハロゲン分子またはハロゲン化物と、反応室内に配置さ
れたIII族元素と、を反応させてIII族元素のハロゲン化
物を生成することを特徴とする。
れた種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させるIII-V
族窒化物半導体の成長方法であって、反応室内に配置さ
れたIII族元素とハロゲン分子またはハロゲン化物とを
反応させてIII族元素のハロゲン化物を生成し、当該III
族元素のハロゲン化物とプラズマ励起させた窒素とを反
応させて種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させた
後、III-V族窒化物半導体を成長させた際に生成された
ハロゲン分子またはハロゲン化物と、反応室内に配置さ
れたIII族元素と、を反応させてIII族元素のハロゲン化
物を生成することを特徴とする。
【００１８】請求項５記載の発明に係るIII-V族窒化物
半導体の成長方法によれば、反応室内に導入された窒素
を励起してプラズマ状態にする一方、反応室内に配置さ
れたガリウム等のIII族元素とＣｌ2等のハロゲン分子ま
たはＨＣｌ等のハロゲン化物とを反応させて塩化ガリウ
ム（ＧａＣｌ）等のIII族元素のハロゲン化物を生成す
る。そして、プラズマ励起された窒素とIII族元素のハ
ロゲン化物とを反応させることで、種結晶上にたとえば
窒化ガリウムなどのIII-V族窒化物半導体を成長させる
ことができる。ここで、窒素はプラズマ状態に励起され
るため、原子同士の結合力が大きい窒素分子の状態にあ
るときよりもIII族元素と反応し易くされており、ま
た、閉管法を採用した場合と異なり反応室に窒素を逐次
導入することができるため、III-V族窒化物半導体の成
長速度を高めることができる。さらに、Ｇａ等のIII族
元素は平衡蒸気圧の高いＧａＣｌ等のハロゲン化物とし
て種結晶近傍まで輸送されるため、III族元素を蒸発さ
せて種結晶近傍に到達させる場合よりも輸送速度は速く
なり、III-V族窒化物半導体の成長速度を速くすること
ができる。
半導体の成長方法によれば、反応室内に導入された窒素
を励起してプラズマ状態にする一方、反応室内に配置さ
れたガリウム等のIII族元素とＣｌ2等のハロゲン分子ま
たはＨＣｌ等のハロゲン化物とを反応させて塩化ガリウ
ム（ＧａＣｌ）等のIII族元素のハロゲン化物を生成す
る。そして、プラズマ励起された窒素とIII族元素のハ
ロゲン化物とを反応させることで、種結晶上にたとえば
窒化ガリウムなどのIII-V族窒化物半導体を成長させる
ことができる。ここで、窒素はプラズマ状態に励起され
るため、原子同士の結合力が大きい窒素分子の状態にあ
るときよりもIII族元素と反応し易くされており、ま
た、閉管法を採用した場合と異なり反応室に窒素を逐次
導入することができるため、III-V族窒化物半導体の成
長速度を高めることができる。さらに、Ｇａ等のIII族
元素は平衡蒸気圧の高いＧａＣｌ等のハロゲン化物とし
て種結晶近傍まで輸送されるため、III族元素を蒸発さ
せて種結晶近傍に到達させる場合よりも輸送速度は速く
なり、III-V族窒化物半導体の成長速度を速くすること
ができる。
【００１９】また、プラズマ励起された窒素とIII族元
素のハロゲン化物との反応によりIII-V族窒化物半導体
を成長させた際に、III-V族窒化物半導体の成分でない
ハロゲンがハロゲン分子またはハロゲン化物として発生
する。そして、このハロゲン分子またはハロゲン化物と
反応室内に配置されたガリウム等のIII族元素とが反応
して、III族元素のハロゲン化物が再び生成される。そ
の後、かかるIII族元素のハロゲン化物とプラズマ励起
された窒素とを反応させて、種結晶上にIII-V族窒化物
半導体をさらに成長させることができる。すなわち、本
発明においては、III-V族窒化物半導体の成分でないハ
ロゲンを反応室内で循環させて何度も利用することがで
きるため、反応室内の気体を外部に排出する必要がなく
なり、原料収率の向上を図ることができる。
素のハロゲン化物との反応によりIII-V族窒化物半導体
を成長させた際に、III-V族窒化物半導体の成分でない
ハロゲンがハロゲン分子またはハロゲン化物として発生
する。そして、このハロゲン分子またはハロゲン化物と
反応室内に配置されたガリウム等のIII族元素とが反応
して、III族元素のハロゲン化物が再び生成される。そ
の後、かかるIII族元素のハロゲン化物とプラズマ励起
された窒素とを反応させて、種結晶上にIII-V族窒化物
半導体をさらに成長させることができる。すなわち、本
発明においては、III-V族窒化物半導体の成分でないハ
ロゲンを反応室内で循環させて何度も利用することがで
きるため、反応室内の気体を外部に排出する必要がなく
なり、原料収率の向上を図ることができる。
【００２０】請求項６記載の発明は、請求項５記載のII
I-V族窒化物半導体の成長方法において、二つの電極間
に正負のパルス電圧を交互に印加することで、各電極間
において窒素をプラズマ励起させることを特徴とする。
I-V族窒化物半導体の成長方法において、二つの電極間
に正負のパルス電圧を交互に印加することで、各電極間
において窒素をプラズマ励起させることを特徴とする。
【００２１】請求項６記載の発明に係るIII-V族窒化物
半導体の成長方法によれば、正負のパルス電圧を電極間
に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号とな
り、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような場
合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素をプ
ラズマ励起しやすくなる。
半導体の成長方法によれば、正負のパルス電圧を電極間
に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号とな
り、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような場
合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素をプ
ラズマ励起しやすくなる。
【００２２】請求項７記載の発明は、反応室内に設けら
れた種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させるIII-V
族窒化物半導体の成長方法であって、反応室内に導入さ
れる窒素と反応室内の水素とをプラズマ励起によって反
応させて窒素の水素化物を生成するとともに反応室内に
配置されたIII族元素とハロゲン分子またはハロゲン化
物とを反応させてIII族元素のハロゲン化物を生成し、
窒素の水素化物とIII族元素のハロゲン化物とを反応さ
せて種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させた後、I
II-V族窒化物半導体を成長させた際に生成されたハロゲ
ン分子またはハロゲン化物と反応室内に配置されたIII
族元素とを反応させてIII族元素のハロゲン化物を生成
するとともに、III-V族窒化物半導体を成長させた際に
生成された水素と窒素とをプラズマ励起によって反応さ
せて窒素の水素化物を生成することを特徴とする。
れた種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させるIII-V
族窒化物半導体の成長方法であって、反応室内に導入さ
れる窒素と反応室内の水素とをプラズマ励起によって反
応させて窒素の水素化物を生成するとともに反応室内に
配置されたIII族元素とハロゲン分子またはハロゲン化
物とを反応させてIII族元素のハロゲン化物を生成し、
窒素の水素化物とIII族元素のハロゲン化物とを反応さ
せて種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させた後、I
II-V族窒化物半導体を成長させた際に生成されたハロゲ
ン分子またはハロゲン化物と反応室内に配置されたIII
族元素とを反応させてIII族元素のハロゲン化物を生成
するとともに、III-V族窒化物半導体を成長させた際に
生成された水素と窒素とをプラズマ励起によって反応さ
せて窒素の水素化物を生成することを特徴とする。
【００２３】請求項７記載の発明に係るIII-V族窒化物
半導体の成長方法によれば、反応室内に導入された窒素
と反応室内の水素とをプラズマ励起によって反応させて
ＮＨ、ＮＨ2、ＮＨ3等の窒素の水素化物を生成するとと
もに、反応室内に配置されたIII族元素とＣｌ2等のハロ
ゲン分子またはＨＣｌ等のハロゲン化物とを反応させて
ＧａＣｌ等のIII族元素のハロゲン化物を生成する。そ
して、窒素の水素化物とIII族元素のハロゲン化物とを
反応させることで、種結晶上にたとえば窒化ガリウムな
どのIII-V族窒化物半導体を成長させることができる。
半導体の成長方法によれば、反応室内に導入された窒素
と反応室内の水素とをプラズマ励起によって反応させて
ＮＨ、ＮＨ2、ＮＨ3等の窒素の水素化物を生成するとと
もに、反応室内に配置されたIII族元素とＣｌ2等のハロ
ゲン分子またはＨＣｌ等のハロゲン化物とを反応させて
ＧａＣｌ等のIII族元素のハロゲン化物を生成する。そ
して、窒素の水素化物とIII族元素のハロゲン化物とを
反応させることで、種結晶上にたとえば窒化ガリウムな
どのIII-V族窒化物半導体を成長させることができる。
【００２４】ここで、窒素は水素化物として種結晶近傍
まで拡散してIII族元素と反応するため、原子同士の結
合力が大きい窒素分子の状態にあるときよりもIII族元
素と反応し易くされており、さらに、閉管法を採用した
場合と異なり反応室に反応量に等しい窒素を逐次導入す
ることができるため、III-V族窒化物半導体の成長速度
を高めることができる。さらに、Ｇａ等のIII族元素は
平衡蒸気圧の高いＧａＣｌ等のハロゲン化物として種結
晶近傍まで輸送されるため、輸送速度は速くなり、III
族元素を蒸発させて種結晶近傍に到達させる場合よりも
III-V族窒化物半導体の成長速度を速くすることができ
る。
まで拡散してIII族元素と反応するため、原子同士の結
合力が大きい窒素分子の状態にあるときよりもIII族元
素と反応し易くされており、さらに、閉管法を採用した
場合と異なり反応室に反応量に等しい窒素を逐次導入す
ることができるため、III-V族窒化物半導体の成長速度
を高めることができる。さらに、Ｇａ等のIII族元素は
平衡蒸気圧の高いＧａＣｌ等のハロゲン化物として種結
晶近傍まで輸送されるため、輸送速度は速くなり、III
族元素を蒸発させて種結晶近傍に到達させる場合よりも
III-V族窒化物半導体の成長速度を速くすることができ
る。
【００２５】また、窒素の水素化物とIII族元素のハロ
ゲン化物との反応によりIII-V族窒化物半導体を成長さ
せた際に、III-V族窒化物半導体の成分でない水素が発
生するとともに、ハロゲンがハロゲン分子またはハロゲ
ン化物として発生する。そして、この水素と反応管内に
導入された窒素とがプラズマ励起によって反応して、窒
素の水素化物が再び生成されるとともに、ハロゲン分子
またはハロゲン化物と反応室内に配置されたガリウム等
のIII族元素とが反応して、III族元素のハロゲン化物が
再び生成される。その後、このようにして生成された窒
素の水素化物とIII族元素のハロゲン化物とを反応させ
て、種結晶上にIII-V族窒化物半導体をさらに成長させ
ることができる。すなわち、本発明においては、III-V
族窒化物半導体の成分でない水素とハロゲンとを反応室
内で循環させて何度も利用することができるため、反応
室内の気体を外部に排出する必要がなくなり、原料収率
の向上を図ることができる。
ゲン化物との反応によりIII-V族窒化物半導体を成長さ
せた際に、III-V族窒化物半導体の成分でない水素が発
生するとともに、ハロゲンがハロゲン分子またはハロゲ
ン化物として発生する。そして、この水素と反応管内に
導入された窒素とがプラズマ励起によって反応して、窒
素の水素化物が再び生成されるとともに、ハロゲン分子
またはハロゲン化物と反応室内に配置されたガリウム等
のIII族元素とが反応して、III族元素のハロゲン化物が
再び生成される。その後、このようにして生成された窒
素の水素化物とIII族元素のハロゲン化物とを反応させ
て、種結晶上にIII-V族窒化物半導体をさらに成長させ
ることができる。すなわち、本発明においては、III-V
族窒化物半導体の成分でない水素とハロゲンとを反応室
内で循環させて何度も利用することができるため、反応
室内の気体を外部に排出する必要がなくなり、原料収率
の向上を図ることができる。
【００２６】請求項８記載の発明は、請求項７記載のII
I-V族窒化物半導体の成長方法において、二つの電極間
に正負のパルス電圧を交互に印加することで、各電極間
において窒素と水素とをプラズマ励起によって反応させ
ることを特徴とする。
I-V族窒化物半導体の成長方法において、二つの電極間
に正負のパルス電圧を交互に印加することで、各電極間
において窒素と水素とをプラズマ励起によって反応させ
ることを特徴とする。
【００２７】請求項８記載の発明に係るIII-V族窒化物
半導体の成長方法によれば、正負のパルス電圧を電極間
に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号とな
り、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような場
合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素と水
素とをプラズマ励起によって反応させやすくなる。
半導体の成長方法によれば、正負のパルス電圧を電極間
に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号とな
り、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような場
合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素と水
素とをプラズマ励起によって反応させやすくなる。
【００２８】請求項９記載の発明は、請求項１〜請求項
８のうち何れか一項記載のIII-V族窒化物半導体の成長
方法において、反応室内の全圧が略一定に保たれるよう
に、窒素を反応室内に導入することを特徴とする。
８のうち何れか一項記載のIII-V族窒化物半導体の成長
方法において、反応室内の全圧が略一定に保たれるよう
に、窒素を反応室内に導入することを特徴とする。
【００２９】請求項９記載の発明に係るIII-V族窒化物
半導体の成長方法によれば、III-V族窒化物半導体の成
長に伴って反応室内の窒素の分圧が低下しても、これを
補うように窒素が反応室に導入されるため、III-V族窒
化物半導体を安定して成長させることができる。
半導体の成長方法によれば、III-V族窒化物半導体の成
長に伴って反応室内の窒素の分圧が低下しても、これを
補うように窒素が反応室に導入されるため、III-V族窒
化物半導体を安定して成長させることができる。
【００３０】請求項１０記載の発明は、III-V族窒化物
半導体を成長させる気相成長装置であって、III族元素
を収容する収容容器が内部に配置されるとともに、窒素
が導入される導入口を有する反応室と、導入口より導入
された窒素をプラズマ励起する励起手段と、反応室内に
配される種結晶および収容容器を加熱する加熱手段と、
を備え、種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させる
際に、導入口より窒素が導入され、反応室内の気体は、
反応室の外部に排出されないことを特徴とする。
半導体を成長させる気相成長装置であって、III族元素
を収容する収容容器が内部に配置されるとともに、窒素
が導入される導入口を有する反応室と、導入口より導入
された窒素をプラズマ励起する励起手段と、反応室内に
配される種結晶および収容容器を加熱する加熱手段と、
を備え、種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させる
際に、導入口より窒素が導入され、反応室内の気体は、
反応室の外部に排出されないことを特徴とする。
【００３１】請求項１０記載の発明に係る気相成長装置
によれば、導入口より導入された窒素は、励起手段によ
ってプラズマ状態に励起される。一方、収容容器に収容
されたガリウム等のIII族元素は、加熱手段によって蒸
発させられる。そして、プラズマ状態にされた窒素と蒸
発させられたIII族元素とが反応することで、種結晶上
にたとえば窒化ガリウムなどのIII-V族窒化物半導体を
成長させることができる。ここで、本発明では、窒素は
プラズマ状態に励起されているため、原子同士の結合力
が大きい窒素分子の状態にあるときよりもIII族元素と
反応し易くされており、さらに、閉管法を採用した場合
と異なり反応室に窒素を逐次導入することができるた
め、III-V族窒化物半導体の成長速度を高めることがで
きる。また、本発明の成長方法で用いられる材料は、II
I-V族窒化物半導体の成分であるIII族元素および窒素だ
けであるため、原料収率の向上を図ることができる。さ
らに、本発明では、III-V族窒化物半導体を成長させる
際に反応室内の気体は外部に排出されないが、成長中に
反応室内に導入される窒素はすべてＧａＮの成長に使用
されるため、反応室内にＧａＮの成長に寄与しない気体
が滞ることはない。
によれば、導入口より導入された窒素は、励起手段によ
ってプラズマ状態に励起される。一方、収容容器に収容
されたガリウム等のIII族元素は、加熱手段によって蒸
発させられる。そして、プラズマ状態にされた窒素と蒸
発させられたIII族元素とが反応することで、種結晶上
にたとえば窒化ガリウムなどのIII-V族窒化物半導体を
成長させることができる。ここで、本発明では、窒素は
プラズマ状態に励起されているため、原子同士の結合力
が大きい窒素分子の状態にあるときよりもIII族元素と
反応し易くされており、さらに、閉管法を採用した場合
と異なり反応室に窒素を逐次導入することができるた
め、III-V族窒化物半導体の成長速度を高めることがで
きる。また、本発明の成長方法で用いられる材料は、II
I-V族窒化物半導体の成分であるIII族元素および窒素だ
けであるため、原料収率の向上を図ることができる。さ
らに、本発明では、III-V族窒化物半導体を成長させる
際に反応室内の気体は外部に排出されないが、成長中に
反応室内に導入される窒素はすべてＧａＮの成長に使用
されるため、反応室内にＧａＮの成長に寄与しない気体
が滞ることはない。
【００３２】また、本発明に係る成長装置においてIII-
V族窒化物半導体を成長させる際に、導入口より水素お
よびハロゲン（Ｃｌ2等のハロゲン分子またはＨＣｌ等
のハロゲン化物）を所定量だけ導入してもよい。この場
合、導入口より反応室内に導入された窒素を励起手段に
よってプラズマ励起し、さらに水素と反応させてＮＨ、
ＮＨ2、ＮＨ3等の窒素の水素化物を生成するとともに、
収容容器に収容されたIII族元素とハロゲン分子または
ハロゲン化物とを反応させてＧａＣｌ等のIII族元素の
ハロゲン化物を生成する。そして、窒素の水素化物とII
I族元素のハロゲン化物とを反応させることで、種結晶
上にたとえば窒化ガリウムなどのIII-V族窒化物半導体
を成長させることができる。
V族窒化物半導体を成長させる際に、導入口より水素お
よびハロゲン（Ｃｌ2等のハロゲン分子またはＨＣｌ等
のハロゲン化物）を所定量だけ導入してもよい。この場
合、導入口より反応室内に導入された窒素を励起手段に
よってプラズマ励起し、さらに水素と反応させてＮＨ、
ＮＨ2、ＮＨ3等の窒素の水素化物を生成するとともに、
収容容器に収容されたIII族元素とハロゲン分子または
ハロゲン化物とを反応させてＧａＣｌ等のIII族元素の
ハロゲン化物を生成する。そして、窒素の水素化物とII
I族元素のハロゲン化物とを反応させることで、種結晶
上にたとえば窒化ガリウムなどのIII-V族窒化物半導体
を成長させることができる。
【００３３】ここで、窒素はＮＨ等の水素化物として種
結晶近傍まで拡散してIII族元素と反応するため、原子
同士の結合力が大きい窒素分子の状態にあるときよりも
III族元素と反応し易くされており、さらに、閉管法を
採用した場合と異なりIII-V族窒化物半導体を成長させ
る際に反応室に反応量に等しい窒素が導入されているた
め、成長速度を高めることができる。さらに、Ｇａ等の
III族元素はＧａＣｌ等のハロゲン化物として種結晶近
傍まで輸送されるため、III族元素を蒸発させて種結晶
近傍に到達させる場合よりもIII-V族窒化物半導体の成
長速度を速くすることができる。
結晶近傍まで拡散してIII族元素と反応するため、原子
同士の結合力が大きい窒素分子の状態にあるときよりも
III族元素と反応し易くされており、さらに、閉管法を
採用した場合と異なりIII-V族窒化物半導体を成長させ
る際に反応室に反応量に等しい窒素が導入されているた
め、成長速度を高めることができる。さらに、Ｇａ等の
III族元素はＧａＣｌ等のハロゲン化物として種結晶近
傍まで輸送されるため、III族元素を蒸発させて種結晶
近傍に到達させる場合よりもIII-V族窒化物半導体の成
長速度を速くすることができる。
【００３４】また、窒素の水素化物とIII族元素のハロ
ゲン化物との反応によりIII-V族窒化物半導体を成長さ
せた際に、III-V族窒化物半導体の成分でない水素が発
生するとともに、ハロゲンがハロゲン分子またはハロゲ
ン化物として発生する。これらの水素およびハロゲン分
子またはハロゲン化物は、III-V族窒化物半導体を成長
させる際に、反応室の外部に排出されない。そして、水
素と窒素とがプラズマ励起によって反応して、窒素の水
素化物が再び生成されるとともに、ハロゲン分子または
ハロゲン化物と反応室内に配置されたガリウム等のIII
族元素とが反応して、III族元素のハロゲン化物が再び
生成される。その後、このようにして生成された窒素の
水素化物とIII族元素のハロゲン化物とが反応して、種
結晶上にIII-V族窒化物半導体がさらに成長する。すな
わち、III-V族窒化物半導体の成分でない水素とハロゲ
ンとを反応室内で循環させて何度も利用することができ
るため、原料収率の向上を図ることができる。
ゲン化物との反応によりIII-V族窒化物半導体を成長さ
せた際に、III-V族窒化物半導体の成分でない水素が発
生するとともに、ハロゲンがハロゲン分子またはハロゲ
ン化物として発生する。これらの水素およびハロゲン分
子またはハロゲン化物は、III-V族窒化物半導体を成長
させる際に、反応室の外部に排出されない。そして、水
素と窒素とがプラズマ励起によって反応して、窒素の水
素化物が再び生成されるとともに、ハロゲン分子または
ハロゲン化物と反応室内に配置されたガリウム等のIII
族元素とが反応して、III族元素のハロゲン化物が再び
生成される。その後、このようにして生成された窒素の
水素化物とIII族元素のハロゲン化物とが反応して、種
結晶上にIII-V族窒化物半導体がさらに成長する。すな
わち、III-V族窒化物半導体の成分でない水素とハロゲ
ンとを反応室内で循環させて何度も利用することができ
るため、原料収率の向上を図ることができる。
【００３５】請求項１１記載の発明は、請求項１０記載
の気相成長装置において、励起手段は、二つの電極と、
当該各電極間に正負のパルス電圧を交互に印加する高周
波電源と、を有することを特徴とする。
の気相成長装置において、励起手段は、二つの電極と、
当該各電極間に正負のパルス電圧を交互に印加する高周
波電源と、を有することを特徴とする。
【００３６】請求項１１記載の発明に係る気相成長装置
によれば、高周波電源によって正負のパルス電圧を電極
間に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号と
なり、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような
場合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素を
プラズマ励起しやすくなる。
によれば、高周波電源によって正負のパルス電圧を電極
間に印加するため、各パルスの間が歯抜けの間欠信号と
なり、連続したサイン波の高周波電圧を印加するような
場合と比較して、放電現象がコロナ放電とならず窒素を
プラズマ励起しやすくなる。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法およびIII-V族
窒化物半導体の成長装置の好適な実施形態について詳細
に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものと
し、重複する説明は省略する。
明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法およびIII-V族
窒化物半導体の成長装置の好適な実施形態について詳細
に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものと
し、重複する説明は省略する。
【００３８】［第１実施形態］図１は、本実施形態に係
るIII-V族窒化物半導体を成長させる気相成長装置１を
示す図である。本実施形態の気相成長装置１は、石英製
の反応管（反応室）３内の種結晶支持台５によって支持
されたサファイアからなる種結晶１０上に、III-V族窒
化物半導体である窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長させる
ために用いられるものである。同図に示すように、反応
管３の上面には、窒素（Ｎ2）が導入される導入口７を
有する導入ポート９が形成され、反応管３の内部には、
III族（３Ｂ族）元素であるガリウム（Ｇａ）を収容す
る収容容器１１が配置されている。さらに、反応管３の
周囲には、収容容器１１内のＧａおよび種結晶１０の近
傍を加熱するヒータ１３が設けられている。また、種結
晶１０の径方向の温度均一性を高めるために、反応管３
は縦型炉としている。さらに、反応管３は、導入口７を
介してのみ外部との気体の流通を図れるように構成され
ている。
るIII-V族窒化物半導体を成長させる気相成長装置１を
示す図である。本実施形態の気相成長装置１は、石英製
の反応管（反応室）３内の種結晶支持台５によって支持
されたサファイアからなる種結晶１０上に、III-V族窒
化物半導体である窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長させる
ために用いられるものである。同図に示すように、反応
管３の上面には、窒素（Ｎ2）が導入される導入口７を
有する導入ポート９が形成され、反応管３の内部には、
III族（３Ｂ族）元素であるガリウム（Ｇａ）を収容す
る収容容器１１が配置されている。さらに、反応管３の
周囲には、収容容器１１内のＧａおよび種結晶１０の近
傍を加熱するヒータ１３が設けられている。また、種結
晶１０の径方向の温度均一性を高めるために、反応管３
は縦型炉としている。さらに、反応管３は、導入口７を
介してのみ外部との気体の流通を図れるように構成され
ている。
【００３９】また、気相成長装置１には、導入ポート９
に流入された窒素を励起してプラズマ状態にする励起装
置１５が備えられている。励起装置１５は、周波数２．
４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する発振器１７と、発振
器１７からのマイクロ波が内部を進む導波管１９と、か
ら構成されており、マイクロ波を導入ポート９に導くた
めに、導入ポート９は導波管１９を貫通している。
に流入された窒素を励起してプラズマ状態にする励起装
置１５が備えられている。励起装置１５は、周波数２．
４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する発振器１７と、発振
器１７からのマイクロ波が内部を進む導波管１９と、か
ら構成されており、マイクロ波を導入ポート９に導くた
めに、導入ポート９は導波管１９を貫通している。
【００４０】さらに、気相成長装置１には、内部の圧力
を測定する圧力計２１が備えられており、図示を省略す
る制御装置の制御もと、圧力計２１によって測定された
反応管３内の圧力に応じた流量の窒素が、導入ポート９
を介して反応管３内に導入される。
を測定する圧力計２１が備えられており、図示を省略す
る制御装置の制御もと、圧力計２１によって測定された
反応管３内の圧力に応じた流量の窒素が、導入ポート９
を介して反応管３内に導入される。
【００４１】次に、図１を参照しながら、気相成長装置
１によってＧａＮを成長させる方法を説明する。
１によってＧａＮを成長させる方法を説明する。
【００４２】導入ポート９より窒素を導入する前に、ま
ず、ヒータ１３を作動させて、種結晶１０近傍の温度を
約１０００℃とし、Ｇａの収容容器１１の温度を約１１
００℃とする。これにより、収容容器１１内のＧａは蒸
発させられる。また、発振器１７を作動させて２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を発生させるが、このマイクロ波
は、導波管１９内で定常波となる。
ず、ヒータ１３を作動させて、種結晶１０近傍の温度を
約１０００℃とし、Ｇａの収容容器１１の温度を約１１
００℃とする。これにより、収容容器１１内のＧａは蒸
発させられる。また、発振器１７を作動させて２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を発生させるが、このマイクロ波
は、導波管１９内で定常波となる。
【００４３】次いで、導入口７から、全圧約１０Ｐａ〜
約４０００Ｐａで、気体の標準状態に換算した流量を１
×１０-3ｌ／ｍｉｎ程度にして窒素を反応管３内に導入
し始める。窒素は、ＧａＮの成長を終了するまで反応管
３内に供給され続けることになる。また、導入ポート９
を通過する窒素は、導波管１９内を進行するマイクロ波
によって励起されてプラズマ状態となる。プラズマ状態
にある窒素としては、原子状、分子状など様々な状態も
のがあるが、以下において、便宜上これらを総称して窒
素プラズマとする。また、窒素プラズマのうちＮ*（窒
素ラジカル）のみを図示し、Ｎ2 +、Ｎ2 -等のイオン状の
プラズマの図示は省略した。
約４０００Ｐａで、気体の標準状態に換算した流量を１
×１０-3ｌ／ｍｉｎ程度にして窒素を反応管３内に導入
し始める。窒素は、ＧａＮの成長を終了するまで反応管
３内に供給され続けることになる。また、導入ポート９
を通過する窒素は、導波管１９内を進行するマイクロ波
によって励起されてプラズマ状態となる。プラズマ状態
にある窒素としては、原子状、分子状など様々な状態も
のがあるが、以下において、便宜上これらを総称して窒
素プラズマとする。また、窒素プラズマのうちＮ*（窒
素ラジカル）のみを図示し、Ｎ2 +、Ｎ2 -等のイオン状の
プラズマの図示は省略した。
【００４４】蒸発させられたＧａおよび窒素プラズマ
は、それぞれ拡散して種結晶１０の近傍に到達し、両者
が反応することで、種結晶１０上にＧａＮ層２０を成長
させることができる。なお、ＧａＮ層２０の成長に伴っ
て反応管３内の窒素の分圧が低下しそうになるが、これ
を補うように図示を省略する制御装置が圧力計２１から
の圧力データに基づいて導入ポート９へ導入する窒素の
流量を定めるため、反応管３内の全圧を略一定に維持す
ることができる。このため、ＧａＮ層２０を安定して成
長させることができる。
は、それぞれ拡散して種結晶１０の近傍に到達し、両者
が反応することで、種結晶１０上にＧａＮ層２０を成長
させることができる。なお、ＧａＮ層２０の成長に伴っ
て反応管３内の窒素の分圧が低下しそうになるが、これ
を補うように図示を省略する制御装置が圧力計２１から
の圧力データに基づいて導入ポート９へ導入する窒素の
流量を定めるため、反応管３内の全圧を略一定に維持す
ることができる。このため、ＧａＮ層２０を安定して成
長させることができる。
【００４５】ここで、本実施形態では、反応管３内の窒
素は反応性の高いプラズマ状態に励起されているため、
原子同士の結合力が大きい窒素分子（Ｎ2）の状態にあ
るときよりもＧａと反応し易くされており、さらに、閉
管法を採用した場合と異なり反応管３に窒素を逐次導入
することができるため、ＧａＮ層２０の成長速度を高め
ることができる。なお、本発明者らの実験により、窒素
をプラズマ状態に励起しなかった場合のＧａＮ層の成長
速度は１μｍ／時間以下であったが、本実施形態の方法
によれば、成長速度が約１００μｍ／時間となることが
判明した。また、本実施形態では、ＧａＮの原材料とし
てＧａＮ層２０の成分であるＧａおよび窒素のみが用い
られるため、ハイドライド気相成長法および有機金属気
相成長法に採用される開管法のように反応管３内の気体
を外部に排出する必要がなくなり、原料収率の向上を図
ることができる。なお、本発明者らが実験したところ、
反応管３内に導入した窒素の殆どが結晶成長に寄与し、
原料収率は８０％以上であった。
素は反応性の高いプラズマ状態に励起されているため、
原子同士の結合力が大きい窒素分子（Ｎ2）の状態にあ
るときよりもＧａと反応し易くされており、さらに、閉
管法を採用した場合と異なり反応管３に窒素を逐次導入
することができるため、ＧａＮ層２０の成長速度を高め
ることができる。なお、本発明者らの実験により、窒素
をプラズマ状態に励起しなかった場合のＧａＮ層の成長
速度は１μｍ／時間以下であったが、本実施形態の方法
によれば、成長速度が約１００μｍ／時間となることが
判明した。また、本実施形態では、ＧａＮの原材料とし
てＧａＮ層２０の成分であるＧａおよび窒素のみが用い
られるため、ハイドライド気相成長法および有機金属気
相成長法に採用される開管法のように反応管３内の気体
を外部に排出する必要がなくなり、原料収率の向上を図
ることができる。なお、本発明者らが実験したところ、
反応管３内に導入した窒素の殆どが結晶成長に寄与し、
原料収率は８０％以上であった。
【００４６】以上のようにして成長させたＧａＮを基板
としてＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層などを積層すること
で、青色ＬＥＤ等を作製することができ、さらに、この
ような青色ＬＥＤのチップ表面にＹＡＧ系蛍光体をコー
ティングすることで、白色ＬＥＤを実現することができ
る。
としてＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層などを積層すること
で、青色ＬＥＤ等を作製することができ、さらに、この
ような青色ＬＥＤのチップ表面にＹＡＧ系蛍光体をコー
ティングすることで、白色ＬＥＤを実現することができ
る。
【００４７】［第２実施形態］次に、図２を参照しなが
ら、本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法の第
２実施形態を説明する。本実施形態では、第１実施形態
と同様の気相成長装置１を用いる。
ら、本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法の第
２実施形態を説明する。本実施形態では、第１実施形態
と同様の気相成長装置１を用いる。
【００４８】本実施形態の成長方法によってＧａＮ層２
０を成長させるには、まず、導入ポート９を介して反応
管３内に窒素（Ｎ2）を導入し始め、次いで、水素
（Ｈ2）を所定量だけ導入する。窒素は、ＧａＮの成長
を終了するまで反応管３内に供給され続けることにな
る。続いて、第１実施形態と同様に、収容容器１１内の
Ｇａを蒸発させるとともに、導入口７より導入された窒
素を励起して窒素プラズマとする。すると、図２に示す
ように、窒素プラズマと水素とが反応して、ＮＨX（Ｘ
＝１，２，３）、そのイオン、及びこれらのプラズマ状
態のもの等が生成される。以下、これらをＮＨXと記
す。なお、反応管３内の水素が導入ポートに流れ込ん
で、プラズマ状態にされている場合もあるが、本実施形
態の「窒素プラズマと水素との反応」とは、このように
して生成された水素プラズマと窒素プラズマとが反応す
る場合を含む意である。
０を成長させるには、まず、導入ポート９を介して反応
管３内に窒素（Ｎ2）を導入し始め、次いで、水素
（Ｈ2）を所定量だけ導入する。窒素は、ＧａＮの成長
を終了するまで反応管３内に供給され続けることにな
る。続いて、第１実施形態と同様に、収容容器１１内の
Ｇａを蒸発させるとともに、導入口７より導入された窒
素を励起して窒素プラズマとする。すると、図２に示す
ように、窒素プラズマと水素とが反応して、ＮＨX（Ｘ
＝１，２，３）、そのイオン、及びこれらのプラズマ状
態のもの等が生成される。以下、これらをＮＨXと記
す。なお、反応管３内の水素が導入ポートに流れ込ん
で、プラズマ状態にされている場合もあるが、本実施形
態の「窒素プラズマと水素との反応」とは、このように
して生成された水素プラズマと窒素プラズマとが反応す
る場合を含む意である。
【００４９】そして、種結晶１０の近傍に到達したＮＨ
Xと蒸発させられたＧａとが反応して、種結晶１０上に
ＧａＮ層２０が成長する。ここで、本実施形態では、窒
素は水素化物として種結晶１０の拡散して流れてＧａと
反応するため、原子同士の結合力が大きい窒素分子（Ｎ
2）の状態にあるときよりもＧａと反応し易くされてお
り、さらに、閉管法を採用した場合と異なり反応管３内
に窒素を逐次導入することができるため、ＧａＮ層２０
の成長速度を高めることができる。実際に、水素の導入
量を反応管３内の全気体の３０％として実験を行ったと
ころ、ＧａＮ層２０の成長速度は約１５０μｍ／時間で
あった。
Xと蒸発させられたＧａとが反応して、種結晶１０上に
ＧａＮ層２０が成長する。ここで、本実施形態では、窒
素は水素化物として種結晶１０の拡散して流れてＧａと
反応するため、原子同士の結合力が大きい窒素分子（Ｎ
2）の状態にあるときよりもＧａと反応し易くされてお
り、さらに、閉管法を採用した場合と異なり反応管３内
に窒素を逐次導入することができるため、ＧａＮ層２０
の成長速度を高めることができる。実際に、水素の導入
量を反応管３内の全気体の３０％として実験を行ったと
ころ、ＧａＮ層２０の成長速度は約１５０μｍ／時間で
あった。
【００５０】また、ＮＨXとＧａとの反応によりＧａＮ
層２０を成長させた際に、ＧａＮの成分でない水素（Ｈ
2）が発生する。本実施形態の気相成長装置１には排出
口が設けられていないため、この水素は外部に排出され
ない。そして、この水素（Ｈ 2）と導入ポート９を経て
新たに反応管３内に供給された窒素プラズマとを反応さ
せて、再び窒素の水素化物およびそのイオンを生成す
る。その後、このようにして生成されたＮＨXと蒸発さ
せられたＧａとが反応してＧａＮが生成され、種結晶１
０上のＧａＮ層２０をさらに厚くすることができる。す
なわち、本実施形態においては、ＧａＮの成分でない水
素（Ｈ2）を反応管３内で循環させて何度も利用するこ
とができるため、反応管３内の気体を外部に排出する必
要がなくなり、原料収率の向上を図ることができる。実
際に、本実施形態の方法によってＧａＮ層を成長させた
ところ、原料収率は約８０％であった。
層２０を成長させた際に、ＧａＮの成分でない水素（Ｈ
2）が発生する。本実施形態の気相成長装置１には排出
口が設けられていないため、この水素は外部に排出され
ない。そして、この水素（Ｈ 2）と導入ポート９を経て
新たに反応管３内に供給された窒素プラズマとを反応さ
せて、再び窒素の水素化物およびそのイオンを生成す
る。その後、このようにして生成されたＮＨXと蒸発さ
せられたＧａとが反応してＧａＮが生成され、種結晶１
０上のＧａＮ層２０をさらに厚くすることができる。す
なわち、本実施形態においては、ＧａＮの成分でない水
素（Ｈ2）を反応管３内で循環させて何度も利用するこ
とができるため、反応管３内の気体を外部に排出する必
要がなくなり、原料収率の向上を図ることができる。実
際に、本実施形態の方法によってＧａＮ層を成長させた
ところ、原料収率は約８０％であった。
【００５１】なお、ＧａＮ層２０の成長に伴って反応管
３内の窒素の分圧が低下しそうになるが、第１実施形態
と同様に、これを補うように図示を省略する制御装置が
圧力計２１からの圧力データに基づいて導入ポート９へ
導入する窒素の流量を定めるため、反応管３内の全圧を
略一定に維持することができる。このため、ＧａＮ層２
０を安定して成長させることができる。
３内の窒素の分圧が低下しそうになるが、第１実施形態
と同様に、これを補うように図示を省略する制御装置が
圧力計２１からの圧力データに基づいて導入ポート９へ
導入する窒素の流量を定めるため、反応管３内の全圧を
略一定に維持することができる。このため、ＧａＮ層２
０を安定して成長させることができる。
【００５２】［第３実施形態］次に、図３を参照しなが
ら、本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法の第
３実施形態を説明する。本実施形態では、上記各実施形
態と同様の気相成長装置１を用いる。
ら、本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法の第
３実施形態を説明する。本実施形態では、上記各実施形
態と同様の気相成長装置１を用いる。
【００５３】まず、導入口７より導入された窒素を励起
して窒素プラズマとするとともに、ヒータ１３を作動さ
せてＧａを蒸発させる。窒素は、ＧａＮの成長が終了す
るまで、反応管３内に導入され続ける。次いで、導入口
７より反応管３内にハロゲン化物である塩化水素（ＨＣ
ｌ）を分圧１０Ｐａ〜５００Ｐａで所定量だけ導入す
る。すると、分圧の影響で反応管３の底部に流れたＨＣ
ｌが収容容器１１内のＧａと反応し、III族元素のハロ
ゲン化物である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）と水素
（Ｈ2）とが生成される。さらに、ＧａＣｌおよびＨ
2は、収容容器１１の近傍と種結晶１０の近傍との蒸気
圧差によって種結晶１０に到達する。そして、上記の窒
素プラズマとＧａＣｌとが反応することで、種結晶１０
上にIII-V族窒化物半導体であるＧａＮ層２０が成長す
る。
して窒素プラズマとするとともに、ヒータ１３を作動さ
せてＧａを蒸発させる。窒素は、ＧａＮの成長が終了す
るまで、反応管３内に導入され続ける。次いで、導入口
７より反応管３内にハロゲン化物である塩化水素（ＨＣ
ｌ）を分圧１０Ｐａ〜５００Ｐａで所定量だけ導入す
る。すると、分圧の影響で反応管３の底部に流れたＨＣ
ｌが収容容器１１内のＧａと反応し、III族元素のハロ
ゲン化物である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）と水素
（Ｈ2）とが生成される。さらに、ＧａＣｌおよびＨ
2は、収容容器１１の近傍と種結晶１０の近傍との蒸気
圧差によって種結晶１０に到達する。そして、上記の窒
素プラズマとＧａＣｌとが反応することで、種結晶１０
上にIII-V族窒化物半導体であるＧａＮ層２０が成長す
る。
【００５４】ここで、本実施形態では、窒素は励起され
て窒素プラズマとされているため、原子同士の結合力が
大きい窒素分子（Ｎ2）の状態にあるときよりもＧａと
反応し易くされており、また、閉管法を採用した場合と
異なり反応管３に窒素を逐次導入することができるた
め、ＧａＮ層２０の成長速度を高めることができる。さ
らに、Ｇａはハロゲン化物である平衡蒸気圧の高いＧａ
Ｃｌとして種結晶１０の近傍まで輸送されるため、第１
実施形態および第２実施形態のようにＧａを蒸発させて
種結晶１０近傍に到達させる場合よりも輸送速度は速く
なり、ＧａＮ層２０の成長速度を速くすることができ
る。実際に、ＨＣｌの導入量を反応管３内の全気体の１
０％として実験を行ったところ、ＧａＮ層２０の成長速
度は約１６０μｍ／時間であった。
て窒素プラズマとされているため、原子同士の結合力が
大きい窒素分子（Ｎ2）の状態にあるときよりもＧａと
反応し易くされており、また、閉管法を採用した場合と
異なり反応管３に窒素を逐次導入することができるた
め、ＧａＮ層２０の成長速度を高めることができる。さ
らに、Ｇａはハロゲン化物である平衡蒸気圧の高いＧａ
Ｃｌとして種結晶１０の近傍まで輸送されるため、第１
実施形態および第２実施形態のようにＧａを蒸発させて
種結晶１０近傍に到達させる場合よりも輸送速度は速く
なり、ＧａＮ層２０の成長速度を速くすることができ
る。実際に、ＨＣｌの導入量を反応管３内の全気体の１
０％として実験を行ったところ、ＧａＮ層２０の成長速
度は約１６０μｍ／時間であった。
【００５５】また、窒素プラズマとＧａＣｌとの反応に
よりＧａＮ層２０を成長させた際に生成されたＧａＮの
成分でないハロゲン（Ｃｌ）と、導入口７より導入され
た水素（Ｈ2）またはＧａＣｌが生成される際に同時に
発生した水素（Ｈ2）とが反応して、塩化水素（ＨＣ
ｌ）が生成される。なお、塩素が水素と反応せず、ハロ
ゲン分子（Ｃｌ2）として生成される場合もある。本実
施形態の気相成長装置１には排出口が設けられていない
ため、これらのＨＣｌやＣｌ2は外部に排出されない。
そして、この塩化水素（ＨＣｌ）または塩素（Ｃｌ2）
と反応管３内に配置されたＧａとが反応して、ＧａＣｌ
が再び生成される。その後、このＧａＣｌと窒素プラズ
マとを反応させて、種結晶１０上のＧａＮ層２０をさら
に厚くすることができる。すなわち、本実施形態におい
ては、ＧａＮの成分でないハロゲン（Ｃｌ）を反応管３
内で循環させて何度も利用することができるため、反応
管３内の気体を外部に排出する必要がなくなり、原料収
率の向上を図ることができる。
よりＧａＮ層２０を成長させた際に生成されたＧａＮの
成分でないハロゲン（Ｃｌ）と、導入口７より導入され
た水素（Ｈ2）またはＧａＣｌが生成される際に同時に
発生した水素（Ｈ2）とが反応して、塩化水素（ＨＣ
ｌ）が生成される。なお、塩素が水素と反応せず、ハロ
ゲン分子（Ｃｌ2）として生成される場合もある。本実
施形態の気相成長装置１には排出口が設けられていない
ため、これらのＨＣｌやＣｌ2は外部に排出されない。
そして、この塩化水素（ＨＣｌ）または塩素（Ｃｌ2）
と反応管３内に配置されたＧａとが反応して、ＧａＣｌ
が再び生成される。その後、このＧａＣｌと窒素プラズ
マとを反応させて、種結晶１０上のＧａＮ層２０をさら
に厚くすることができる。すなわち、本実施形態におい
ては、ＧａＮの成分でないハロゲン（Ｃｌ）を反応管３
内で循環させて何度も利用することができるため、反応
管３内の気体を外部に排出する必要がなくなり、原料収
率の向上を図ることができる。
【００５６】なお、本実施形態において、反応管３内を
循環させるハロゲンとして、Ｃｌのほか、Ｂｒ、Ｉ等を
用いてよい。また、反応管３内に塩化水素（ＨＣｌ）を
導入する代わりに、ハロゲン分子として塩素（Ｃ
ｌ2）、臭素（Ｂｒ2）、ヨウ素（Ｉ 2）等を導入しても
よい。
循環させるハロゲンとして、Ｃｌのほか、Ｂｒ、Ｉ等を
用いてよい。また、反応管３内に塩化水素（ＨＣｌ）を
導入する代わりに、ハロゲン分子として塩素（Ｃ
ｌ2）、臭素（Ｂｒ2）、ヨウ素（Ｉ 2）等を導入しても
よい。
【００５７】また、ＧａＮ層２０の成長に伴って反応管
３内の窒素の分圧が低下しそうになるが、上記各実施形
態と同様に、これを補うように図示を省略する制御装置
が圧力計２１からの圧力データに基づいて導入ポート９
へ導入する窒素の流量を定めるため、反応管３内の全圧
を略一定に保つことができる。このため、ＧａＮ層２０
を安定して成長させることができる。
３内の窒素の分圧が低下しそうになるが、上記各実施形
態と同様に、これを補うように図示を省略する制御装置
が圧力計２１からの圧力データに基づいて導入ポート９
へ導入する窒素の流量を定めるため、反応管３内の全圧
を略一定に保つことができる。このため、ＧａＮ層２０
を安定して成長させることができる。
【００５８】［第４実施形態］次に、図４を参照しなが
ら、本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法の第
４実施形態を説明する。本実施形態では、上記各実施形
態と同様の気相成長装置１を用いる。
ら、本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法の第
４実施形態を説明する。本実施形態では、上記各実施形
態と同様の気相成長装置１を用いる。
【００５９】本実施形態の成長方法によってＧａＮ層２
０を成長させるには、まず、導入ポート９を介して反応
管３内に窒素（Ｎ2）を導入し始め、続いて、第３実施
形態と同様に塩化水素（ＨＣｌ）および水素（Ｈ2）を
所定量だけ導入する。窒素は、ＧａＮの成長を終了する
まで反応管３内に供給され続けることになる。次いで、
収容容器１１内のＧａを蒸発させるとともに、導入口７
より導入された窒素を励起して窒素プラズマとする。す
ると、図４に示すように、窒素プラズマと水素（Ｈ2）
とが反応して、ＮＨXが生成される。また、分圧の影響
で反応管３の底部に流れたＨＣｌが収容容器１１内のＧ
ａと反応し、III族元素のハロゲン化物である塩化ガリ
ウム（ＧａＣｌ）と水素（Ｈ2）とが生成される（この
ときの水素の流れは、図示を省略する）。
０を成長させるには、まず、導入ポート９を介して反応
管３内に窒素（Ｎ2）を導入し始め、続いて、第３実施
形態と同様に塩化水素（ＨＣｌ）および水素（Ｈ2）を
所定量だけ導入する。窒素は、ＧａＮの成長を終了する
まで反応管３内に供給され続けることになる。次いで、
収容容器１１内のＧａを蒸発させるとともに、導入口７
より導入された窒素を励起して窒素プラズマとする。す
ると、図４に示すように、窒素プラズマと水素（Ｈ2）
とが反応して、ＮＨXが生成される。また、分圧の影響
で反応管３の底部に流れたＨＣｌが収容容器１１内のＧ
ａと反応し、III族元素のハロゲン化物である塩化ガリ
ウム（ＧａＣｌ）と水素（Ｈ2）とが生成される（この
ときの水素の流れは、図示を省略する）。
【００６０】上述のようにして生成されたＧａＣｌおよ
びＮＨXは、収容容器１１の近傍と種結晶１０の近傍と
の蒸気圧差によって種結晶１０に到達する。そして、Ｇ
ａＣｌとＮＨXとが反応することで、種結晶１０上にIII
-V族窒化物半導体であるＧａＮ層２０が成長する。
びＮＨXは、収容容器１１の近傍と種結晶１０の近傍と
の蒸気圧差によって種結晶１０に到達する。そして、Ｇ
ａＣｌとＮＨXとが反応することで、種結晶１０上にIII
-V族窒化物半導体であるＧａＮ層２０が成長する。
【００６１】ここで、窒素は水素化物であるＮＨXとし
て種結晶１０近傍まで流れてＧａと反応するため、原子
同士の結合力が大きい窒素分子（Ｎ2）の状態にあると
きよりもガリウムと反応し易くされており、さらに、閉
管法を採用した場合と異なり反応管３に窒素を逐次導入
することができるため、ＧａＮ層２０の成長速度を高め
ることができる。さらに、Ｇａはハロゲン化物である平
衡蒸気圧の高いＧａＣｌとして種結晶１０の近傍まで輸
送されるため、Ｇａを蒸発させて種結晶１０近傍に到達
させる場合よりも輸送速度は速くなり、ＧａＮ層２０の
成長速度を速くすることができる。実際に、反応管３内
の全気体に対する水素の導入量を５０％とし、ＨＣｌの
導入量を１０％として実験を行ったところ、ＧａＮ層２
０の成長速度は約２００μｍ／時間であった。
て種結晶１０近傍まで流れてＧａと反応するため、原子
同士の結合力が大きい窒素分子（Ｎ2）の状態にあると
きよりもガリウムと反応し易くされており、さらに、閉
管法を採用した場合と異なり反応管３に窒素を逐次導入
することができるため、ＧａＮ層２０の成長速度を高め
ることができる。さらに、Ｇａはハロゲン化物である平
衡蒸気圧の高いＧａＣｌとして種結晶１０の近傍まで輸
送されるため、Ｇａを蒸発させて種結晶１０近傍に到達
させる場合よりも輸送速度は速くなり、ＧａＮ層２０の
成長速度を速くすることができる。実際に、反応管３内
の全気体に対する水素の導入量を５０％とし、ＨＣｌの
導入量を１０％として実験を行ったところ、ＧａＮ層２
０の成長速度は約２００μｍ／時間であった。
【００６２】また、ＧａＣｌとＮＨXとの反応によりＧ
ａＮ層２０を成長させた際に、ＧａＮの成分でない水素
（Ｈ2）と、ハロゲン化物である塩化水素（ＨＣｌ）と
が生成される。なお、塩素が水素と反応せず、ハロゲン
分子（Ｃｌ2）として生成される場合もある。本実施形
態の気相成長装置１には排出口が設けられていないた
め、これらのＨ2、ＨＣｌ等は外部に排出されない。そ
して、このようにして発生した水素（Ｈ2）と導入ポー
ト９を経て新たに反応管３内に供給された窒素プラズマ
とが反応して、再びＮＨXが生成される。一方、塩化水
素（ＨＣｌ）または塩素（Ｃｌ2）と収容容器１１に収
容されたＧａとが反応して、ＧａＣｌが再び生成され
る。
ａＮ層２０を成長させた際に、ＧａＮの成分でない水素
（Ｈ2）と、ハロゲン化物である塩化水素（ＨＣｌ）と
が生成される。なお、塩素が水素と反応せず、ハロゲン
分子（Ｃｌ2）として生成される場合もある。本実施形
態の気相成長装置１には排出口が設けられていないた
め、これらのＨ2、ＨＣｌ等は外部に排出されない。そ
して、このようにして発生した水素（Ｈ2）と導入ポー
ト９を経て新たに反応管３内に供給された窒素プラズマ
とが反応して、再びＮＨXが生成される。一方、塩化水
素（ＨＣｌ）または塩素（Ｃｌ2）と収容容器１１に収
容されたＧａとが反応して、ＧａＣｌが再び生成され
る。
【００６３】その後、このようにして再び生成されたＧ
ａＣｌとＮＨXとを反応させて、種結晶１０上のＧａＮ
層２０をさらに厚くすることができる。すなわち、本実
施形態においては、ＧａＮの成分でない水素（Ｈ2）と
ハロゲン（Ｃｌ）を反応管３内で循環させて何度も利用
することができるため、反応管３内の気体を外部に排出
する必要がなくなり、原料収率の向上を図ることができ
る。実際に、本実施形態の方法によってＧａＮ層を成長
させたところ、原料収率は８０％以上であった
ａＣｌとＮＨXとを反応させて、種結晶１０上のＧａＮ
層２０をさらに厚くすることができる。すなわち、本実
施形態においては、ＧａＮの成分でない水素（Ｈ2）と
ハロゲン（Ｃｌ）を反応管３内で循環させて何度も利用
することができるため、反応管３内の気体を外部に排出
する必要がなくなり、原料収率の向上を図ることができ
る。実際に、本実施形態の方法によってＧａＮ層を成長
させたところ、原料収率は８０％以上であった
【００６４】なお、本実施形態においても、第３実施形
態と同様に、反応管３内を循環させるハロゲンとして、
Ｃｌのほか、Ｂｒ、Ｉ等を用いてよい。また、反応管３
内に塩化水素（ＨＣｌ）を導入する代わりに、ハロゲン
分子として塩素（Ｃｌ2）、臭素（Ｂｒ2）、ヨウ素（Ｉ
2）等を導入してもよい。
態と同様に、反応管３内を循環させるハロゲンとして、
Ｃｌのほか、Ｂｒ、Ｉ等を用いてよい。また、反応管３
内に塩化水素（ＨＣｌ）を導入する代わりに、ハロゲン
分子として塩素（Ｃｌ2）、臭素（Ｂｒ2）、ヨウ素（Ｉ
2）等を導入してもよい。
【００６５】また、ＧａＮ層２０の成長に伴って反応管
３内の窒素の分圧が低下しそうになるが、上記各実施形
態と同様に、これを補うように図示を省略する制御装置
が圧力計２１からの圧力データに基づいて導入ポート９
へ導入する窒素の流量を定めるため、反応管３内の全圧
を略一定に維持することができる。このため、ＧａＮ層
２０の単結晶化歩留が向上し、安定して成長することが
可能になった。
３内の窒素の分圧が低下しそうになるが、上記各実施形
態と同様に、これを補うように図示を省略する制御装置
が圧力計２１からの圧力データに基づいて導入ポート９
へ導入する窒素の流量を定めるため、反応管３内の全圧
を略一定に維持することができる。このため、ＧａＮ層
２０の単結晶化歩留が向上し、安定して成長することが
可能になった。
【００６６】［第５実施形態］次に、図５を参照して、
本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法の第５実
施形態を説明する。本実施形態が第１実施形態と異なる
のは、窒素を励起してプラズマ状態にするための励起装
置の構成にある。本実施形態の気相成長装置１の励起装
置３５は、反応管２３を囲うように対向配置されると共
に平板を湾曲させた形状をなす２枚の電極３０，３０
と、この電極３０，３０間に高周波高電圧を印加するた
めの高周波電源４０と、を備えている。
本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法の第５実
施形態を説明する。本実施形態が第１実施形態と異なる
のは、窒素を励起してプラズマ状態にするための励起装
置の構成にある。本実施形態の気相成長装置１の励起装
置３５は、反応管２３を囲うように対向配置されると共
に平板を湾曲させた形状をなす２枚の電極３０，３０
と、この電極３０，３０間に高周波高電圧を印加するた
めの高周波電源４０と、を備えている。
【００６７】本実施形態で使用する反応管２３は、略円
柱形状をなしており、その上面中央には、内部に窒素を
導入するための導入管２５が挿通されている。また、反
応管２３の下部周囲には、第１実施形態と同様のヒータ
１３が設けられている。なお、図示は省略するが、反応
管２３の内部には第１実施形態と同様に種結晶１０及び
Ｇａを収容する収容容器１１が配されている（図１参
照）。
柱形状をなしており、その上面中央には、内部に窒素を
導入するための導入管２５が挿通されている。また、反
応管２３の下部周囲には、第１実施形態と同様のヒータ
１３が設けられている。なお、図示は省略するが、反応
管２３の内部には第１実施形態と同様に種結晶１０及び
Ｇａを収容する収容容器１１が配されている（図１参
照）。
【００６８】図６は、高周波電源４０によって電極３
０，３０間に印加される電圧を示すグラフである。同グ
ラフに示すように、電極３０，３０には、高周波電源４
０によって正負のパルス電圧が交互に印加される。ま
た、各パルスの間は歯抜けとされて、いわゆる間欠信号
となっている。さらに、立ち上がり時間ｔ1及び立ち下
がり時間ｔ2はともに１．２５μｓｅｃと比較的短くさ
れ、周波数は１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲で可変され
る。また、正のパルス電圧と負のパルス電圧はそれぞれ
＋８ｋｖ，−１２ｋｖとされ、正負のパルス信号は非対
称な波形となっている。
０，３０間に印加される電圧を示すグラフである。同グ
ラフに示すように、電極３０，３０には、高周波電源４
０によって正負のパルス電圧が交互に印加される。ま
た、各パルスの間は歯抜けとされて、いわゆる間欠信号
となっている。さらに、立ち上がり時間ｔ1及び立ち下
がり時間ｔ2はともに１．２５μｓｅｃと比較的短くさ
れ、周波数は１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲で可変され
る。また、正のパルス電圧と負のパルス電圧はそれぞれ
＋８ｋｖ，−１２ｋｖとされ、正負のパルス信号は非対
称な波形となっている。
【００６９】このような構成のもと、種結晶１０上にＧ
ａＮ層を成長させるには、まず、ヒータ１３を第１実施
形態と同様な条件で温度設定することでＧａを蒸発さ
せ、次いで、導入管２５から反応管２３内に窒素を導入
する。窒素は、ＧａＮの成長を終了するまで反応管２３
内に供給され続ける。また、導入管２５から反応管２３
へ導入されて電極３０，３０間に到達した窒素は、高周
波電源４０によって印加される高周波高電圧によって励
起され、窒素プラズマとなる。
ａＮ層を成長させるには、まず、ヒータ１３を第１実施
形態と同様な条件で温度設定することでＧａを蒸発さ
せ、次いで、導入管２５から反応管２３内に窒素を導入
する。窒素は、ＧａＮの成長を終了するまで反応管２３
内に供給され続ける。また、導入管２５から反応管２３
へ導入されて電極３０，３０間に到達した窒素は、高周
波電源４０によって印加される高周波高電圧によって励
起され、窒素プラズマとなる。
【００７０】ここで、本実施形態では、連続したサイン
波の高周波電圧を電極間に印加するような従来の技術と
異なり、各パルスの間を歯抜けとした正負のパルス電圧
を印加する電源を用いるため、放電現象がコロナ放電と
ならず窒素を窒素プラズマにしやすい。また、パルス信
号の立ち上がり速度が速いため、単位面積当たりの電界
強度が強くなり、窒素が励起されて窒素プラズマになり
やすい。
波の高周波電圧を電極間に印加するような従来の技術と
異なり、各パルスの間を歯抜けとした正負のパルス電圧
を印加する電源を用いるため、放電現象がコロナ放電と
ならず窒素を窒素プラズマにしやすい。また、パルス信
号の立ち上がり速度が速いため、単位面積当たりの電界
強度が強くなり、窒素が励起されて窒素プラズマになり
やすい。
【００７１】さらに、電極３０，３０の間に位置する反
応管２３は誘電体である石英によって形成されているた
め、電極３０，３０間に電界を均一に生じさせることが
できる。これにより、異常放電を防止でき、より安定且
つ効果的にプラズマを発生させることができる。
応管２３は誘電体である石英によって形成されているた
め、電極３０，３０間に電界を均一に生じさせることが
できる。これにより、異常放電を防止でき、より安定且
つ効果的にプラズマを発生させることができる。
【００７２】また、プラズマ放電させる技術として、従
来から低圧下で不活性ガスを使う手法があるが、本実施
形態の高周波電源４０を使用すれば、常圧においてもプ
ラズマを発生させることができる。
来から低圧下で不活性ガスを使う手法があるが、本実施
形態の高周波電源４０を使用すれば、常圧においてもプ
ラズマを発生させることができる。
【００７３】さらに、第１実施形態のようにマイクロ波
を使用する場合は、導入ポート９からマイクロ波が漏れ
ないように導入ポート９のサイズを小さくする必要があ
り、反応管２３の設計、製作に手間がかかったが、本実
施形態においては導入管２５を所望のサイズにすること
ができ、反応管２３の設計、製作が容易になる。
を使用する場合は、導入ポート９からマイクロ波が漏れ
ないように導入ポート９のサイズを小さくする必要があ
り、反応管２３の設計、製作に手間がかかったが、本実
施形態においては導入管２５を所望のサイズにすること
ができ、反応管２３の設計、製作が容易になる。
【００７４】また、プラズマは主に電極３０，３０間に
発生するが、ＲＦ、ＥＣＲ、マイクロ波など形状を変え
にくい他のプラズマ発生手段に比べて、本実施形態の励
起装置３５は、図５及び以下に説明する図７〜図９のよ
うに電極形状を自由に変えることができるため、種結晶
を所望の場所に配置した上でその近傍にプラズマを発生
させられるという利点がある。
発生するが、ＲＦ、ＥＣＲ、マイクロ波など形状を変え
にくい他のプラズマ発生手段に比べて、本実施形態の励
起装置３５は、図５及び以下に説明する図７〜図９のよ
うに電極形状を自由に変えることができるため、種結晶
を所望の場所に配置した上でその近傍にプラズマを発生
させられるという利点がある。
【００７５】そして、以上のようにして励起された窒素
プラズマと蒸発されられたＧａとは、それぞれ拡散して
種結晶１０の近傍に到達し、両者が反応することで種結
晶１０上にＧａＮ層２０を成長させることができる。
プラズマと蒸発されられたＧａとは、それぞれ拡散して
種結晶１０の近傍に到達し、両者が反応することで種結
晶１０上にＧａＮ層２０を成長させることができる。
【００７６】次に、図７〜図９を参照して、本実施形態
の変形例を説明する。図７に示す第１の変形例では、反
応管２３の上面に１本の棒状電極３０ａを挿通させ、反
応管２３の上部周囲に環状電極３０ｂを配置し、棒状電
極３０ａと環状電極３０ｂとに高周波電源４０が接続さ
れている。また、棒状電極３０ａは、誘電部材５０ａに
よって覆われている。このような構成としても、第５実
施形態と同様に、導入管２５から導入されて棒状電極３
０ａと環状電極３０ｂとの間に到達した窒素を、容易に
プラズマにすることができる。また、棒状電極３０ａと
環状電極３０ｂとの間には誘電部材５０ａが配されてい
るため、棒状電極３０ａと環状電極３０ｂとの間に電界
を均一に生じさせることができる。これにより、異常放
電を防止でき、より安定且つ効果的にプラズマを発生さ
せることができる。
の変形例を説明する。図７に示す第１の変形例では、反
応管２３の上面に１本の棒状電極３０ａを挿通させ、反
応管２３の上部周囲に環状電極３０ｂを配置し、棒状電
極３０ａと環状電極３０ｂとに高周波電源４０が接続さ
れている。また、棒状電極３０ａは、誘電部材５０ａに
よって覆われている。このような構成としても、第５実
施形態と同様に、導入管２５から導入されて棒状電極３
０ａと環状電極３０ｂとの間に到達した窒素を、容易に
プラズマにすることができる。また、棒状電極３０ａと
環状電極３０ｂとの間には誘電部材５０ａが配されてい
るため、棒状電極３０ａと環状電極３０ｂとの間に電界
を均一に生じさせることができる。これにより、異常放
電を防止でき、より安定且つ効果的にプラズマを発生さ
せることができる。
【００７７】図８に示す第２の変形例では、反応管２３
の上面から２枚の平板電極３０ｃ，３０ｃを平行に挿通
させ、各平板電極３０ｃ，３０ｃに高周波電源４０が接
続されている。また、各平板電極３０ｃ，３０ｃの対向
面側には、平板誘電部材５０ｂが取り付けられている。
このような構成としても、第５実施形態と同様に、導入
管２５から導入されて平板電極３０ｃ，３０ｃの間に到
達した窒素を、容易に窒素プラズマにすることができ
る。また、各平板電極３０ｃ，３０ｃの間には平板誘電
部材５０ｂが配されているため、平板電極３０ｃ，３０
ｃの間に電界を均一に生じさせることができる。これに
より、異常放電を防止でき、より安定且つ効果的にプラ
ズマを発生させることができる。
の上面から２枚の平板電極３０ｃ，３０ｃを平行に挿通
させ、各平板電極３０ｃ，３０ｃに高周波電源４０が接
続されている。また、各平板電極３０ｃ，３０ｃの対向
面側には、平板誘電部材５０ｂが取り付けられている。
このような構成としても、第５実施形態と同様に、導入
管２５から導入されて平板電極３０ｃ，３０ｃの間に到
達した窒素を、容易に窒素プラズマにすることができ
る。また、各平板電極３０ｃ，３０ｃの間には平板誘電
部材５０ｂが配されているため、平板電極３０ｃ，３０
ｃの間に電界を均一に生じさせることができる。これに
より、異常放電を防止でき、より安定且つ効果的にプラ
ズマを発生させることができる。
【００７８】図９に示す第３の変形例では、反応管２３
の上面から円筒状の支持棒２７が挿通され、当該支持棒
２７の下端に円板電極３０ｄが取り付けられている。こ
の円板電極３０ｄの下面には、種結晶１０が取り付けら
れている。さらに、本変形例では、収容容器１１を円板
電極３０ｄと対向配置させ、円板電極３０ｄと収容容器
１１内のＧａとが高周波電源４０に電気的に接続されて
いる。すなわち、収容容器１１内のＧａが、電極として
使用されている。このような構成としても、第５実施形
態と同様に、導入管２５から導入されて円板電極３０ｄ
と収容容器１１との間に到達した窒素を、容易にプラズ
マにすることができる。なお、本変形例では、種結晶１
０の下方にＧａＮ層２０が成長することになる。
の上面から円筒状の支持棒２７が挿通され、当該支持棒
２７の下端に円板電極３０ｄが取り付けられている。こ
の円板電極３０ｄの下面には、種結晶１０が取り付けら
れている。さらに、本変形例では、収容容器１１を円板
電極３０ｄと対向配置させ、円板電極３０ｄと収容容器
１１内のＧａとが高周波電源４０に電気的に接続されて
いる。すなわち、収容容器１１内のＧａが、電極として
使用されている。このような構成としても、第５実施形
態と同様に、導入管２５から導入されて円板電極３０ｄ
と収容容器１１との間に到達した窒素を、容易にプラズ
マにすることができる。なお、本変形例では、種結晶１
０の下方にＧａＮ層２０が成長することになる。
【００７９】また、第５実施形態は、第１実施形態にお
いて二つの電極間に高周波高電圧を印加することでプラ
ズマを発生させるようにしたものであるが、この他、第
２実施形態〜第４実施形態に適用することができる。第
３実施形態に第５実施形態の技術を適用した場合は、窒
素を容易にプラズマにすることができ、第２実施形態及
び第４実施形態に適用した場合は、窒素と水素とをプラ
ズマ励起によって容易に反応させることができる。
いて二つの電極間に高周波高電圧を印加することでプラ
ズマを発生させるようにしたものであるが、この他、第
２実施形態〜第４実施形態に適用することができる。第
３実施形態に第５実施形態の技術を適用した場合は、窒
素を容易にプラズマにすることができ、第２実施形態及
び第４実施形態に適用した場合は、窒素と水素とをプラ
ズマ励起によって容易に反応させることができる。
【００８０】以上、本発明者らによってなされた発明を
実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記各
実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の
III-V族半導体成長装置によれば、III族元素としてアル
ミニウム（Ａｌ）やインジウム（Ｉｎ）等を用いること
により、ＧａＮのほか、ＡｌＮ、ＩｎＮ等のIII-V族窒
化物を成長させることができる。
実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記各
実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の
III-V族半導体成長装置によれば、III族元素としてアル
ミニウム（Ａｌ）やインジウム（Ｉｎ）等を用いること
により、ＧａＮのほか、ＡｌＮ、ＩｎＮ等のIII-V族窒
化物を成長させることができる。
【００８１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るIII-
V族窒化物半導体の成長方法および気相成長装置によれ
ば、原料収率を高くできるとともに、成長速度を速くす
ることができる。
V族窒化物半導体の成長方法および気相成長装置によれ
ば、原料収率を高くできるとともに、成長速度を速くす
ることができる。
【図１】本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法
および気相成長装置の第１実施形態の説明図である。
および気相成長装置の第１実施形態の説明図である。
【図２】本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法
の第２実施形態を説明するために用いた図である。
の第２実施形態を説明するために用いた図である。
【図３】本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法
の第３実施形態を説明するために用いた図である。
の第３実施形態を説明するために用いた図である。
【図４】本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法
の第４実施形態を説明するために用いた図である。
の第４実施形態を説明するために用いた図である。
【図５】本発明に係るIII-V族窒化物半導体の成長方法
の第５実施形態を説明するために用いた図である。
の第５実施形態を説明するために用いた図である。
【図６】図５に示す高周波電源によって電極間に印加さ
れる電圧を示すグラフである。
れる電圧を示すグラフである。
【図７】第５実施形態の第１の変形例を示す図である。
【図８】第５実施形態の第２の変形例を示す図である。
【図９】第５実施形態の第３の変形例を示す図である。
１…気相成長装置、３，２３…反応管（反応室）、５…
種結晶支持台（基板ホルダ）、７…導入口、９…導入ポ
ート、１０…種結晶、１１…収容容器、１３…ヒータ
（加熱手段）、１５，３５…励起装置（励起手段）、１
７…発振器、１９…導波管、２１…圧力計、２５…導入
管、３０…電極、３０ａ…棒状電極、３０ｂ…環状電
極、３０ｃ…平板電極、３０ｄ…円板電極、４０…高周
波電源、５０ａ…誘電部材、５０ｂ…平板誘電部材。
種結晶支持台（基板ホルダ）、７…導入口、９…導入ポ
ート、１０…種結晶、１１…収容容器、１３…ヒータ
（加熱手段）、１５，３５…励起装置（励起手段）、１
７…発振器、１９…導波管、２１…圧力計、２５…導入
管、３０…電極、３０ａ…棒状電極、３０ｂ…環状電
極、３０ｃ…平板電極、３０ｄ…円板電極、４０…高周
波電源、５０ａ…誘電部材、５０ｂ…平板誘電部材。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 BE15 DB04 DB05 DB16 EG30 5F041 AA12 AA31 CA34 CA40 CA46 CA67 DA41 EE25 5F045 AA08 AB14 AB17 AC03 AC15 AE23 AE25 AF04 BB09 CA11 DP03 EB02 EH03 EH18 EK06
Claims (11)
- 【請求項１】 反応室内に設けられた種結晶上にIII-V
族窒化物半導体を成長させるIII-V族窒化物半導体の成
長方法であって、 前記反応室内に連続的に導入される窒素をプラズマ励起
するとともに前記反応室内に配置されたIII族元素を蒸
発させ、 前記プラズマ励起された窒素と前記蒸発させられたIII
族元素とを反応させて前記種結晶上にIII-V族窒化物半
導体を成長させることを特徴とするIII-V族窒化物半導
体の成長方法。 - 【請求項２】 二つの電極間に正負のパルス電圧を交互
に印加することで、前記各電極間において前記窒素をプ
ラズマ励起させることを特徴とする請求項１記載のIII-
V族窒化物半導体の成長方法。 - 【請求項３】 反応室内に設けられた種結晶上にIII-V
族窒化物半導体を成長させるIII-V族窒化物半導体の成
長方法であって、 前記反応室内に連続的に導入される窒素をプラズマ励起
によって前記反応室内の水素と反応させて窒素の水素化
物を生成し、当該窒素の水素化物と前記反応室内で蒸発
させられたIII族元素とを反応させて前記種結晶上にIII
-V族窒化物半導体を成長させた後、 前記III-V族窒化物半導体を成長させた際に生成された
水素と、反応管内に連続的に導入される窒素と、をプラ
ズマ励起によって反応させて窒素の水素化物を生成する
ことを特徴とするIII-V族窒化物半導体の成長方法。 - 【請求項４】 二つの電極間に正負のパルス電圧を交互
に印加することで、前記各電極間において前記窒素と前
記水素とをプラズマ励起によって反応させることを特徴
とする請求項３記載のIII-V族窒化物半導体の成長方
法。 - 【請求項５】 反応室内に設けられた種結晶上にIII-V
族窒化物半導体を成長させるIII-V族窒化物半導体の成
長方法であって、 前記反応室内に配置されたIII族元素とハロゲン分子ま
たはハロゲン化物とを反応させてIII族元素のハロゲン
化物を生成し、当該III族元素のハロゲン化物とプラズ
マ励起させた窒素とを反応させて前記種結晶上にIII-V
族窒化物半導体を成長させた後、 前記III-V族窒化物半導体を成長させた際に生成された
ハロゲン分子またはハロゲン化物と、前記反応室内に配
置されたIII族元素と、を反応させてIII族元素のハロゲ
ン化物を生成することを特徴とするIII-V族窒化物半導
体の成長方法。 - 【請求項６】 二つの電極間に正負のパルス電圧を交互
に印加することで、前記各電極間において前記窒素をプ
ラズマ励起させることを特徴とする請求項５記載のIII-
V族窒化物半導体の成長方法。 - 【請求項７】 反応室内に設けられた種結晶上にIII-V
族窒化物半導体を成長させるIII-V族窒化物半導体の成
長方法であって、 前記反応室内に導入される窒素と反応室内の水素とをプ
ラズマ励起によって反応させて窒素の水素化物を生成す
るとともに前記反応室内に配置されたIII族元素とハロ
ゲン分子またはハロゲン化物とを反応させてIII族元素
のハロゲン化物を生成し、前記窒素の水素化物と前記II
I族元素のハロゲン化物とを反応させて前記種結晶上にI
II-V族窒化物半導体を成長させた後、 前記III-V族窒化物半導体を成長させた際に生成された
ハロゲン分子またはハロゲン化物と前記反応室内に配置
されたIII族元素とを反応させてIII族元素のハロゲン化
物を生成するとともに、前記III-V族窒化物半導体を成
長させた際に生成された水素と窒素とをプラズマ励起に
よって反応させて窒素の水素化物を生成することを特徴
とするIII-V族窒化物半導体の成長方法。 - 【請求項８】 二つの電極間に正負のパルス電圧を交互
に印加することで、前記各電極間において前記窒素と前
記水素とをプラズマ励起によって反応させることを特徴
とする請求項７記載のIII-V族窒化物半導体の成長方
法。 - 【請求項９】 前記反応室内の全圧が略一定に保たれる
ように、前記窒素を前記反応室内に導入することを特徴
とする請求項１〜請求項８のうち何れか一項記載のIII-
V族窒化物半導体の成長方法。 - 【請求項１０】 III-V族窒化物半導体を成長させる気
相成長装置であって、 III族元素を収容する収容容器が内部に配置されるとと
もに、窒素が導入される導入口を有する反応室と、 前記導入口より導入された前記窒素をプラズマ励起する
励起手段と、 前記反応室内に配される種結晶および前記収容容器を加
熱する加熱手段と、を備え、 前記種結晶上にIII-V族窒化物半導体を成長させる際
に、前記導入口より窒素が導入され、前記反応室内の気
体は、反応室の外部に排出されないことを特徴とする気
相成長装置。 - 【請求項１１】 前記励起手段は、二つの電極と、当該
各電極間に正負のパルス電圧を交互に印加する高周波電
源と、を有することを特徴とする請求項１０記載の気相
成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000157036A JP4329229B2 (ja) | 1999-06-30 | 2000-05-26 | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体の成長方法および気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18601299 | 1999-06-30 | ||
| JP11-186012 | 1999-06-30 | ||
| JP2000157036A JP4329229B2 (ja) | 1999-06-30 | 2000-05-26 | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体の成長方法および気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001077038A true JP2001077038A (ja) | 2001-03-23 |
| JP4329229B2 JP4329229B2 (ja) | 2009-09-09 |
Family
ID=26503480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000157036A Expired - Fee Related JP4329229B2 (ja) | 1999-06-30 | 2000-05-26 | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体の成長方法および気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4329229B2 (ja) |
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| KR100447414B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2004-09-04 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화갈륨 결정기판 제조방법 및 화학 기상 증착 반응기 |
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-
2000
- 2000-05-26 JP JP2000157036A patent/JP4329229B2/ja not_active Expired - Fee Related
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