JP2005306723A - 窒化ガリウム基板、エピタキシャル基板、および窒化ガリウムを形成する方法 - Google Patents
窒化ガリウム基板、エピタキシャル基板、および窒化ガリウムを形成する方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】有機金属塩化水素気相装置11のサセプタ上に、(0001)面を有するサファイア基板といった基板1を配置する。次いで、フェロセンといった鉄化合物のソース13からの鉄化合物ガスGFeと塩化水素ソース15からの塩化水素ガスG1HClを混合器16において反応させて、塩化鉄(FeCl2)といった鉄含有反応物のガスGFeCompを生成する。この生成と共に、鉄含有反応物GFeComp、窒素ソース17からの窒素元素を含む第1の物質のガスGNおよびガリウム元素を含む第2の物質のガスGGaを反応管21に供給して、鉄が添加された窒化ガリウム23を基板1上に形成する。
【選択図】図2
Description
phys. stat. sol. (a) 200,No. 1, 18-21 (2003)/DOI 10.1002/pssa.200303273 APPLIED PHYSICS LETTERSVol. 81, No. 3, 15 JULY 2002, 439-441
Fe(s)+2HCl(g) = FeCl2(g)+H2(g)
の反応の平衡が左に傾きFeCl2の生成が妨げられるので、キャリアガスにはN2等の不活性ガスを用いる必要がある。一方、金属鉄の純度は5N程度である。この金属鉄を鉄ソースとして用いる場合、鉄以外の不純物が、鉄と共にドープされる。
Cp2Fe(g)+H2(g) → 2C5H6(g)+Fe(g)
という反応により水素と反応する。分解して生じた鉄は、ドロップレット(droplet)になり、鉄ドーパントが適切に基板上に到達しない。故に、鉄添加により高比抵抗を示す半絶縁性のGaN基板のための窒化ガリウム厚膜を作製することができない。
本発明に係る方法では、前記鉄化合物、前記鉄化合物ガスのためのキャリアガスとして、H2ガスが使用されることが好ましい。H2ガスを用いると、窒素ガスに比べて反応炉内の対流が小さくなるので、表面モフォロジーといった成膜の均一性が向上される。
図1(A)は、第1の実施の形態に係る、鉄が添加された窒化ガリウムを形成する方法を示す工程図である。まず、工程S100では、基板を反応装置の支持台上に配置する。基板としては、例えば、(0001)面を有するサファイア基板を用いることができる。この基板に替えて、(0001)面を有するSiC、GaAs基板(111)面、GaP基板(111)面、InP基板(111)面等を用いることができる。
図2は、有機金属塩化水素気相成長法を用いて、窒化ガリウム基板のための、鉄が添加された窒化ガリウムバルクを形成するための装置を概略的に示す図面である。
(CH3)3Ga(g)+HCl(g)+H2(g)
→ GaCl(g)+3CH4(g)
により塩化ガリウムが生成される。塩化ガリウムのガスは、反応管21に供給される。
GaCl(g)+NH3(g)
→ GaN(s)+HCl(g)+H2(g)
により塩化ガリウムと反応して窒化ガリウムを生成する。窒化ガリウムは基板1上に堆積される。
Cp2Fe(g)+2HCl(g)
→ 2C5H6(g)+FeCl2(g)
により塩化水素と反応して、塩化鉄を生成する。塩化鉄を用いると、ドーパントを基板1の直上に輸送できる。
GaNバッファ層23a:
TMG分圧PTMG=81.06Pa(8×10-4atm)
塩化水素分圧PHCl=81.1Pa(8×10-4atm)
アンモニア分圧PNH3=16200Pa(0.16atm)
バルクGaN厚膜23b:
TMG分圧PTMG=304Pa(3×10-3atm)
塩化水素分圧PHCl=304Pa(3×10-3atm)
アンモニア分圧PNH3=15200Pa(0.15atm)
である。フェロセンといった鉄原料は、パラメータPCp2Fe/PTMGによって規定される。
フェロセンといった有機金属鉄とHClを反応させるために、実質的にH2ガスからなるキャリアガスを用いてもFeドロップレットが生じにくく、また、窒素ガスに比べて反応炉内の対流が小さくなるので、表面モフォロジーといった成膜の均一性が向上される。また、H2ガスは、窒素ガスに比べて高純度なものが得られる。
図3は、ハイドライドVPE法を用いて、鉄が添加されており窒化ガリウム基板のための窒化ガリウムバルクを形成するための装置を概略的に示す図面である。
2Ga(l)+2HCl(g) → 2GaCl(g)+H2(g)
に従って塩化ガリウム(GaCl)が生じる。ヒータ44を用いて、ソースボードの温度は、例えば摂氏800度以上の温度に保持されている。
GaCl(g)+NH3(g)
→ GaN(s)+HCl(g)+H2(g)
により塩化ガリウムと反応して、鉄が添加された窒化ガリウム43を基板1上に堆積する。
Cp2Fe(g)+2HCl(g)
→ 2C5H6(g)+FeCl2(g)
により塩化水素と反応して、塩化鉄を生成する。塩化鉄を用いて、鉄ドーパントを基板1の直上に輸送できる。
塩化水素分圧PHCl=81.16Pa(8×10-4atm)
アンモニア分圧PNH3=16200Pa(0.16atm)
バルクGaN厚膜43b:
塩化水素分圧PHCl=304Pa(3×10-3atm)
アンモニア分圧PNH3=15200Pa(0.15atm)
である。フェロセンといった鉄原料は、パラメータPCp2Fe/PGaClによって規定される。
フェロセンといった有機金属鉄とHClを反応させるために、実質的にH2ガスからなるキャリアガスを用いてもFeドロップレットが生じにくく、また、窒素ガスに比べて反応炉内の対流が小さくなるので、表面モフォロジーといった成膜の均一性が向上される。また、H2ガスは、窒素ガスに比べて高純度なものが得られる。
Claims (17)
- 5×1016cm-3以上の鉄濃度と100マイクロメートル以上の厚さとを有することを特徴とする窒化ガリウム基板。
- 該窒化ガリウム基板の比抵抗が1×105Ω・cm以上である、ことを特徴とする請求項1に記載された窒化ガリウム基板。
- 該窒化ガリウム基板の比抵抗が1×107Ω・cm以上である、ことを特徴とする請求項2に記載された窒化ガリウム基板。
- 前記鉄濃度は1×1021cm-3以下であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板。
- 5×1016cm-3以上の鉄濃度と100マイクロメートル以上の厚さとを有する半絶縁性の窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた一または複数のIII族窒化物膜とを備えることを特徴とするエピタキシャル基板。 - 前記窒化ガリウム基板の比抵抗値が1×105Ω・cm以上である、ことを特徴とする請求項5に記載されたエピタキシャル基板。
- 前記窒化ガリウム基板の比抵抗値が1×107Ω・cm以上である、ことを特徴とする請求項6に記載されたエピタキシャル基板。
- 前記鉄濃度は1×1021cm-3以下であることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
- 鉄が添加されており窒化ガリウム基板のための窒化ガリウムを形成する方法であって、
鉄化合物を供給して、ハイドライドVPE法または有機金属塩化水素VPE法で、鉄が添加された窒化ガリウム領域を形成する工程を備えることを特徴とする方法。 - 窒化ガリウム領域を形成する前記工程では、前記鉄化合物として有機金属鉄が用いられる、ことを特徴とする請求項9に記載された方法。
- 窒化ガリウム領域を形成する前記工程では、前記有機金属鉄として、Cp2Fe(ビスシクロペンタジエニル鉄、化学式:(C5H5)2Fe)およびMeCp2Fe(ビスメチルシクロペンタジエニル鉄、化学式:(CH3C5H4)2Fe)いずれかが用いられる、ことを特徴とする請求項10に記載された方法。
- 前記鉄化合物のためのキャリアガスとして、H2ガスが使用される、ことを特徴とする請求項10または請求項11に記載された方法。
- 鉄が添加されており窒化ガリウム基板のための窒化ガリウムを形成する方法であって、
鉄化合物ガスおよび塩化水素ガスを反応させて、鉄を含む反応物を生成する工程と、
前記反応物のガス、窒素元素を含む第1のガスおよびガリウム元素を含む第2のガスを反応管に供給して、鉄が添加された窒化ガリウム領域を基板上に形成する工程と
を備える、ことを特徴とする方法。 - 反応物を生成する前記工程では、前記鉄化合物として、Cp2Fe(ビスシクロペンタジエニル鉄、化学式:(C5H5)2Fe)およびMeCp2Fe(ビスメチルシクロペンタジエニル鉄、化学式:(CH3C5H4)2Fe)いずれかが用いられる、ことを特徴とする請求項13に記載された方法。
- 反応物を生成する前記工程では、摂氏300度以上の温度で鉄化合物および塩化水素を反応させる、ことを特徴とする請求項13または請求項14に記載された方法。
- 前記第2のガスの分圧(PGa)と前記鉄化合物ガスの分圧(PFe)との比(PFe/PGa)は0.01以上である、ことを特徴とする請求項13〜請求項15のいずれか一項に記載された方法。
- 前記鉄化合物ガスのためのキャリアガスとして、H2ガスが使用される、ことを特徴とする請求項13〜請求項15のいずれか一項に記載された方法。
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