JP2004134620A - Gallium nitride epitaxy method - Google Patents
Gallium nitride epitaxy method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004134620A JP2004134620A JP2002298570A JP2002298570A JP2004134620A JP 2004134620 A JP2004134620 A JP 2004134620A JP 2002298570 A JP2002298570 A JP 2002298570A JP 2002298570 A JP2002298570 A JP 2002298570A JP 2004134620 A JP2004134620 A JP 2004134620A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- source material
- vapor
- heating
- gallium nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、GaN(窒化ガリウム)膜をSiC(炭化シリコン)基板上にエピタキシャル成長させるGaNエピタキシー法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、SiC基板上にバッファ層を介してGaN膜をエピタキシャル成長させる方法としては、CVD(ケミカル・ベーパー・デポジション)法又はMBE(分子線エピタキシー)法を用いたものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によると、CVD法又はMBE法のいずれの方法に用いるにしても、熱的に非平衡な状態で結晶成長が行なわれるため、結晶性がよいGaN膜が得られないという問題点がある。また、予めSiC基板上にGaN又はGaAlN等からなるバッファ層を形成するため、コスト高を招くという問題点がある。
【0004】
この発明の目的は、SiC基板の上にバッファ層なしに結晶性良好なGaN膜を成長させることができる新規なGaNエピタキシー法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るGaNエピタキシー法は、
真空に排気されるチャンバと、
この真空チャンバ内に配置され、ソース物質を収容する収容手段と、
この収容手段に収容されたソース物質を蒸発させるべく加熱する第1の加熱手段と、
前記真空チャンバ内において前記収容手段の上方に配置され、被処理基板を蒸着面が前記収容手段に向く状態で保持する保持手段と、
この保持手段で保持された被処理基板を蒸着面とは反対側の面から加熱する第2の加熱手段と、
前記真空チャンバ内において前記収容手段に収容されたソース物質の蒸気を前記保持手段で保持された被処理基板の蒸着面に案内する案内手段と、
この案内手段で案内されるソース物質の蒸気を加熱する第3の加熱手段と、
前記ソース物質の蒸気と反応する反応ガスを前記真空チャンバの外部から前記ソース物質の蒸気の通路に導入する導入手段と
を備えたホットウォール型エピタキシー装置を用いるGaNエピタキシー法であって、
前記被処理基板として少なくとも蒸着面が炭化シリコンの単結晶からなるものを用いると共に、前記ソース物質としてガリウムを、前記反応ガスとして窒素含有ガスをそれぞれ用いることにより前記被処理基板の蒸着面にて前記炭化シリコンの単結晶に直接連続して窒化ガリウムをエピタキシャル成長させることを特徴とするものである。
【0006】
この発明のGaNエピタキシー法によれば、ホットウォール型エピタキシー装置において被処理基板と案内手段(ホットウォール部)との間隔が約1cmと狭く、ホットウォール部からの輻射と赤外線のエネルギーにより結合の弱い不安定な結晶が再蒸発するため、バッファ層なしでも結晶性良好なGaN膜を得ることができる。
【0007】
この発明のGaNエピタキシー法において、前記第3の加熱手段をランプヒータで構成すると共に該ランプヒータの輻射光を前記被処理基板の蒸着面に照射する構成にしてもよい。このようにすると、GaN膜の結晶性を一層向上させることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1、2は、この発明の一実施形態に係るGaNエピタキシー法を示すものである。
【0009】
図1の工程では、単結晶SiCからなるSiC基板10を用意する。基板10は、少なくとも蒸着面がSiCの単結晶からなっていればよく、他の部分がSiCの多結晶からなっていてもよい。次に、基板10に1000℃付近の基板温度でサーマルアニール処理を施して自然酸化膜や不純物を飛ばすことにより基板表面を清浄化する。
【0010】
図2の工程では、図3に示すホットウォール型エピタキシー装置を用いて基板10の蒸着面にてSiCの単結晶に直接連続してGaN膜(GaN単結晶膜)12をエピタキシャル成長させる。SiC及びGaNの格子定数は、それぞれ3.081及び3.189であるが、バッファ層なしでも結晶性良好なGaN膜12が得られた。
【0011】
図3に示すホットウォール型エピタキシー装置において、真空チャンバ20は、排気口20aを介して真空に排気されるようになっている。真空チャンバ20内において、底部には、支持台22が配置されている。真空チャンバ20内において、支持台22上には、例えばステンレススチールからなる円筒状のホットウォール管24内が直立した状態で支持されている。ホットウォール管24内には、石英管26が配置され、石英管26の開口端の周囲に設けられたフランジ26aの周縁部がホットウォール管24の開口端に支持されている。
【0012】
石英管26は、ソース物質28を収容するソース収容部26Aと、ソース物質28の蒸気を上方に案内する蒸気案内部(ホットウォール部)26Bとに大別される。石英管26において、ソース収容部26Aは、破線Aで示すように蒸気案内部26Bより直径が小さくなるように構成してもよい。石英管26とホットウォール管24との間には、ソース収容部26Aを取囲むように複数(例えば8個)のランプヒータ30Aが設けられると共に、蒸気案内部26Bを取囲むように複数(例えば8個)のランプヒータ30Bが設けられている。
【0013】
複数のランプヒータ30Aは、ソース収容部26Aに収容されたソース物質28を蒸発させるべく加熱するためのものである。複数のランプヒータ30Bは、蒸気案内部26Bで上方に案内されるソース物質28の蒸気を加熱するためのものであるが、その輻射光は、石英管26の開口端及びフランジ26aを並行的に介して被処理基板34の蒸着面(石英管26の開口端に対向する面)に照射されるようになっている。複数のランプヒータ30Bのうちの各ランプヒータは、赤外光と共に可視光を輻射するので、基板34の蒸着面では、高いエネルギーを持った輻射光照射により弱い結合の飛来原子が排除され、強い結合の飛来原子を主体に結晶性のよい薄膜が形成される。
【0014】
ホットウォール管24は、複数のランプヒータ30A,30Bからの熱輻射をシールドするためのものである。ホットウォール管24には、複数のランプヒータ30Aと複数のランプヒータ30Bとの間で熱輻射をシールドすべく内方に突出した環状の仕切り部24Sが設けられている。ホットウォール管24をステンレススチール等の金属で構成するときは、仕切り部24Sを管本体と一体的に形成することができる。複数のランプヒータ30Aの温度制御回路と、複数のランプヒータ30Bの温度制御回路とは、互いに独立しており、別々に加熱温度を設定可能である。
【0015】
石英管26の上方には、被処理基板34を保持する基板ホルダ32が配置されている。基板ホルダ32は、石英管26の開口端から距離Dの位置に基板34の蒸着面が配置されるように基板34を保持する。距離Dは、約1cmである。基板34の蒸着面とは反対側には、基板34を加熱するためのランプヒータ36が設けられている。ランプヒータ36の温度制御回路では、基板34の加熱温度を適宜設定可能である。
【0016】
ガス導入管38は、ソース物質28の蒸気と反応する反応ガスGを真空チャンバ20の外部からソース物質28の蒸気の通路に導入するためのものである。ガス導入管38の先端は、一例として石英管26の開口端の近傍に配置したが、蒸気案内部26Bの内部等に配置してもよい。
【0017】
図3のエピタキシー装置を用いて図2のエピタキシャル成長処理を行なう際には、被処理基板34としてSiC基板10を基板ホルダ32にセットする。また、ソース物質28としては、金属Gaを用いると共に、反応ガスGとしては、NH3(アンモニア)を用いる。基板10の温度を950〜1050℃とし、金属Gaの加熱温度を700〜800℃とし、真空チャンバ20内の圧力を0.133Pa(10−3Torr)とする。このような条件でエピタキシャル成長を行なうことにより結晶性良好なGaN膜12が得られた。
【0018】
図4は、この発明のGaNエピタキシー法を用いて製作された発光ダイオードの発光特性を示すものである。図4によれば、バンド端での発光強度が強く、発光波長領域の幅が狭いので、結晶性がよいと評価される。結晶性が良好でない場合は、バンド端での発光強度が弱く、発光波長領域の幅が広い。
【0019】
上記した実施形態において、ソース物質28としては、TMG(トリメチルガリウム)等の有機ソースを用いてもよく、反応ガス(窒素含有ガス)Gとしては、N2をプラズマ励起して得られる窒素ラジカルを含むガス等を用いてもよい。
【0020】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ホットウォール型エピタキシー装置を用いてSiC基板上に直接的にGaN膜をエピタキシャル成長させるようにしたので、GaN膜の結晶性が向上すると共にコスト低減が可能となる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係るGaNエピタキシー法におけるサーマルアニール工程を示す断面図である。
【図2】図1の工程に続くエピタキシャル成長工程を示す断面図である。
【図3】図2のエピタキシャル成長工程で使用されるホットウォール型エピタキシー装置を示す断面図である。
【図4】この発明のGaNエピタキシー法を用いて製作された発光ダイオードの発光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
10:SiC基板、12:GaN膜、20:真空チャンバ、22:支持台、24:ホットウォール管、26:石英管、26A:ソース収容部、26B:蒸気案内部、28:ソース物質、30A,30B,36:ランプヒータ、32:基板ホルダ、34:被処理基板、38:ガス導入管。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a GaN epitaxy method for epitaxially growing a GaN (gallium nitride) film on a SiC (silicon carbide) substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of epitaxially growing a GaN film on a SiC substrate via a buffer layer, a method using a CVD (chemical vapor deposition) method or an MBE (molecular beam epitaxy) method is known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
According to the conventional technique described above, the crystal growth is performed in a thermally non-equilibrium state regardless of the method used in the CVD method or the MBE method, so that a GaN film having good crystallinity cannot be obtained. There is. In addition, since a buffer layer made of GaN, GaAlN, or the like is formed on the SiC substrate in advance, there is a problem that the cost is increased.
[0004]
An object of the present invention is to provide a novel GaN epitaxy method capable of growing a GaN film having good crystallinity on a SiC substrate without a buffer layer.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The GaN epitaxy method according to the present invention comprises:
A chamber evacuated to vacuum,
A storage means disposed in the vacuum chamber for storing the source material;
First heating means for heating the source material contained in the containing means to evaporate;
Holding means disposed above the accommodation means in the vacuum chamber, and holding the substrate to be processed in a state where the deposition surface faces the accommodation means,
A second heating unit that heats the substrate to be processed held by the holding unit from a surface opposite to the deposition surface;
Guiding means for guiding the vapor of the source material contained in the containing means in the vacuum chamber to the deposition surface of the substrate to be processed held by the holding means;
Third heating means for heating the vapor of the source material guided by the guiding means;
Introducing means for introducing a reaction gas reacting with the vapor of the source material from the outside of the vacuum chamber to a passage of the vapor of the source material, using a hot wall type epitaxy apparatus, the GaN epitaxy method comprising:
At least the surface to be deposited is formed of a single crystal of silicon carbide as the substrate to be processed, gallium is used as the source material, and the nitrogen-containing gas is used as the reaction gas. Gallium nitride is epitaxially grown directly and continuously on a single crystal of silicon carbide.
[0006]
According to the GaN epitaxy method of the present invention, in a hot-wall type epitaxy apparatus, the distance between the substrate to be processed and the guide means (hot-wall portion) is as narrow as about 1 cm, and the coupling from the hot-wall portion is weak due to radiation and infrared energy. Since the unstable crystal is re-evaporated, a GaN film having good crystallinity can be obtained without a buffer layer.
[0007]
In the GaN epitaxy method of the present invention, the third heating means may be constituted by a lamp heater, and the radiation of the lamp heater may be applied to the deposition surface of the substrate to be processed. By doing so, the crystallinity of the GaN film can be further improved.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show a GaN epitaxy method according to an embodiment of the present invention.
[0009]
In the step of FIG. 1, a
[0010]
In the step of FIG. 2, a GaN film (GaN single crystal film) 12 is epitaxially grown directly on the deposition surface of the
[0011]
In the hot wall type epitaxy apparatus shown in FIG. 3, the
[0012]
The
[0013]
The plurality of
[0014]
The
[0015]
Above the
[0016]
The
[0017]
When performing the epitaxial growth process of FIG. 2 using the epitaxy apparatus of FIG. 3, the
[0018]
FIG. 4 shows the light emission characteristics of a light emitting diode manufactured by using the GaN epitaxy method of the present invention. According to FIG. 4, since the emission intensity at the band edge is strong and the width of the emission wavelength region is narrow, it is evaluated that the crystallinity is good. When the crystallinity is not good, the emission intensity at the band edge is weak and the emission wavelength range is wide.
[0019]
In the above-described embodiment, an organic source such as TMG (trimethyl gallium) may be used as the
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the GaN film is epitaxially grown directly on the SiC substrate by using the hot wall type epitaxy apparatus, so that the crystallinity of the GaN film can be improved and the cost can be reduced. Is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a thermal annealing step in a GaN epitaxy method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an epitaxial growth step following the step of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view showing a hot wall type epitaxy apparatus used in the epitaxial growth step of FIG. 2;
FIG. 4 is a graph showing light emission characteristics of a light emitting diode manufactured by using the GaN epitaxy method of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: SiC substrate, 12: GaN film, 20: vacuum chamber, 22: support, 24: hot wall tube, 26: quartz tube, 26A: source housing, 26B: vapor guide, 28: source material, 30A, 30B, 36: lamp heater, 32: substrate holder, 34: substrate to be processed, 38: gas inlet tube.
Claims (2)
この真空チャンバ内に配置され、ソース物質を収容する収容手段と、
この収容手段に収容されたソース物質を蒸発させるべく加熱する第1の加熱手段と、
前記真空チャンバ内において前記収容手段の上方に配置され、被処理基板を蒸着面が前記収容手段に向く状態で保持する保持手段と、
この保持手段で保持された被処理基板を蒸着面とは反対側の面から加熱する第2の加熱手段と、
前記真空チャンバ内において前記収容手段に収容されたソース物質の蒸気を前記保持手段で保持された被処理基板の蒸着面に案内する案内手段と、
この案内手段で案内されるソース物質の蒸気を加熱する第3の加熱手段と、
前記ソース物質の蒸気と反応する反応ガスを前記真空チャンバの外部から前記ソース物質の蒸気の通路に導入する導入手段と
を備えたホットウォール型エピタキシー装置を用いる窒化ガリウムエピタキシー法であって、
前記被処理基板として少なくとも蒸着面が炭化シリコンの単結晶からなるものを用いると共に、前記ソース物質としてガリウムを、前記反応ガスとして窒素含有ガスをそれぞれ用いることにより前記被処理基板の蒸着面にて前記炭化シリコンの単結晶に直接連続して窒化ガリウムをエピタキシャル成長させることを特徴とする窒化ガリウムエピタキシー法。A chamber evacuated to vacuum,
A storage means disposed in the vacuum chamber for storing the source material;
First heating means for heating the source material contained in the containing means to evaporate;
Holding means disposed above the accommodation means in the vacuum chamber, and holding the substrate to be processed in a state where the deposition surface faces the accommodation means,
A second heating unit that heats the substrate to be processed held by the holding unit from a surface opposite to the deposition surface;
Guiding means for guiding the vapor of the source material contained in the containing means in the vacuum chamber to the deposition surface of the substrate to be processed held by the holding means;
Third heating means for heating the vapor of the source material guided by the guiding means;
A gallium nitride epitaxy method using a hot-wall type epitaxy apparatus, comprising: introduction means for introducing a reaction gas reacting with the vapor of the source material from outside the vacuum chamber into a passage of the vapor of the source material.
At least the surface to be deposited is formed of a single crystal of silicon carbide as the substrate to be processed, gallium is used as the source material, and the nitrogen-containing gas is used as the reaction gas. A gallium nitride epitaxy method wherein gallium nitride is epitaxially grown directly and continuously on a silicon carbide single crystal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002298570A JP2004134620A (en) | 2002-10-11 | 2002-10-11 | Gallium nitride epitaxy method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002298570A JP2004134620A (en) | 2002-10-11 | 2002-10-11 | Gallium nitride epitaxy method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004134620A true JP2004134620A (en) | 2004-04-30 |
Family
ID=32287937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002298570A Pending JP2004134620A (en) | 2002-10-11 | 2002-10-11 | Gallium nitride epitaxy method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004134620A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006278616A (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Thin film manufacturing apparatus, method of manufacturing the same and thin film laminate |
JP2008081809A (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | National Institute For Materials Science | Vacuum deposition system |
JP2008516877A (en) * | 2004-10-16 | 2008-05-22 | アズッロ セミコンダクターズ アクチエンゲゼルシャフト | Method for producing GaN crystal or AlGaN crystal |
JP2012219371A (en) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Koba Technology:Kk | Film forming device and film forming method |
JP2014024736A (en) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Fujikura Ltd | Aluminum nitride single crystal producing device and method |
-
2002
- 2002-10-11 JP JP2002298570A patent/JP2004134620A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008516877A (en) * | 2004-10-16 | 2008-05-22 | アズッロ セミコンダクターズ アクチエンゲゼルシャフト | Method for producing GaN crystal or AlGaN crystal |
RU2446236C2 (en) * | 2004-10-16 | 2012-03-27 | Аззурро Семикондакторс Аг | GaN OR AlGaN CRYSTAL OBTAINING METHOD |
JP2006278616A (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Thin film manufacturing apparatus, method of manufacturing the same and thin film laminate |
JP2008081809A (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | National Institute For Materials Science | Vacuum deposition system |
JP2012219371A (en) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Koba Technology:Kk | Film forming device and film forming method |
JP2014024736A (en) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Fujikura Ltd | Aluminum nitride single crystal producing device and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10090153B2 (en) | Formation of heteroepitaxial layers with rapid thermal processing to remove lattice dislocations | |
US5334277A (en) | Method of vapor-growing semiconductor crystal and apparatus for vapor-growing the same | |
CA2597623C (en) | System and process for high-density,low-energy plasma enhanced vapor phase epitaxy | |
US8491720B2 (en) | HVPE precursor source hardware | |
KR20120053003A (en) | Hollow cathode showerhead | |
US20080276860A1 (en) | Cross flow apparatus and method for hydride vapor phase deposition | |
US11031212B2 (en) | Semiconductor manufacturing apparatus | |
JP2004134620A (en) | Gallium nitride epitaxy method | |
JP4830901B2 (en) | Group III nitride crystal growth method and group III nitride crystal | |
US7604697B2 (en) | Heteroepitaxial growth method for gallium nitride | |
JP6110106B2 (en) | Thin film forming equipment | |
JP4549573B2 (en) | Method for forming group III nitride thin film | |
JP3000143B2 (en) | Compound semiconductor film forming method | |
JPH10284425A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP2631285B2 (en) | Gas phase growth method of gallium nitride based compound semiconductor | |
JP3955392B2 (en) | Crystal growth apparatus and crystal growth method | |
JPH07291790A (en) | Molecular beam epitaxy apparatus | |
JPH01155630A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP3104677B2 (en) | Group III nitride crystal growth equipment | |
JP4782314B2 (en) | Plasma source and compound thin film forming apparatus | |
GB2576262A (en) | Formation of heteroepitaxial layers with rapid thermal processing to remove lattice dislocations | |
JPH0878728A (en) | Growth of heteroepitaxial blue light-emitting gallium nitride | |
JPH0499314A (en) | Optical vapor growth apparatus | |
JP3353876B2 (en) | Method and apparatus for vapor-phase growth of compound semiconductor thin film | |
AU2012202511B2 (en) | System and Process for High-Density, Low-Energy Plasma Enhanced Vapor Phase Epitaxy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050728 |
|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20051130 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061121 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070409 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20070409 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070627 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071204 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20080401 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |