JP2008300615A - 化合物半導体薄膜の成長方法 - Google Patents

化合物半導体薄膜の成長方法 Download PDF

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【課題】半導体薄膜を低温度で結晶成長させる方法
【解決手段】有機金属材料を用いたIII-V族化合物半導体薄膜積層ウエハのエピタキシャル結晶成長において、アンモニアとトリエチルアミン(TEA)の相互化学反応工程により高効率なV族材料の分解工程により半導体薄膜を低温度で結晶成長させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、V族材料に窒素を用いたIII-V族化合物半導体のエピタキシャル結晶を有機金属気相成長法(MOCVD)により成長する技術に関するものである。
V族材料に窒素を用いたIII-V族化合物半導体エピタキシャル結晶をMOCVDにより結晶成長するとき、窒素材料となるアンモニア(NH3)はフォスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)に比べ、分解効率が著しく低い。このために窒化物系では一般的に他のIII-V化合物半導体に比べ、高温度成長や高V/III比率成長が必要とされる。高温度成長ではIII族材料やドーパント材料の蒸発が発生し、ガリウム(Ga)より蒸気圧の高いアルミニウム(Al)やインジウム(In)を含んだ材料の成長を困難とする。一方、成長温度を下げるとNH3が分解されないことから高V/III比率成長が必要とされ、過剰なNH3がIII族有機材料やドーパント有機材料と錯体を形成し、結晶成長を妨げることから低温度結晶性は困難とされてきた。
MOCVDによるエピタキシャル結晶成長において、一般的な材料であるNH3を用いて高品質な窒化物を成長する場合、1000℃程度の高温成長が必要となる。しかし、1000℃を超える高温成長では高いIn組成のInGaNの成長は困難であり、In組成が10%以上のInGaN薄膜成長は780℃以下の低温成長が必要である。しかし、780℃以下の低温ではNH3が十分に分解せず多量な材料を消費しても高In 組成のInGaN薄膜を得ることは難しかった。
上記の課題を解決するために、本発明ではNH3にTEAを混合し相互化学反応過程により窒素の分解効率を高め600℃の低温度でGaN及び高In組成のInGaN薄膜のエピタキシャル結晶成長を達成している。
本発明によるエピタキシャル結晶成長方法を用いれば、600℃の低温度でGaN及び高In 組成のInGaN薄膜を得ることができる。
以下に、実施例について図面を参照して説明する。
GaN薄膜のエピタキシャル結晶成長にはNH3とTEA,トリエチルガリウム(TEG)を用いる。基板にはサファイアを用い、成長前に基板とGaN薄膜との密着性を高めるために800℃に昇温し、トリメチルアルミニウム(TMAl)を2.9μmol/minにて10分間供給、その後降温して成長温度600℃において表１に示す材料供給量で15分間結晶を成長した。TEGの供給停止により成長を終了し、その後、表面状態を整える目的でNH3とTEAの流量を保った状態で800℃に昇温し、30分間保持した後、降温した。図１に示す得られた薄膜のフォトルミネッセンススペクトルにはGaN特有の375nmに発光が観測され、GaN薄膜の成長が確認された。
InGaN薄膜のエピタキシャル結晶成長にはNH3とTEA,トリエチルガリウム(TEG)、トリエチルインジウム(TMI)を用いる。基板にはサファイア上に成長されたGaNを用い、成長温度600℃において表1に示す材料供給量で10分間結晶を成長した。得られたInGaN薄膜は図２に示す二次イオン質量分析法(SIMS)より、In組成60%、Ga組成40%であることが確認された。
本発明に用いる材料供給量
Figure 2008300615
GaN薄膜のフォトルミネッセンススペクトルの図である。 InGaN薄膜のSIMSプロファイルの図である。

Claims (1)

  1. 有機金属材料を用いたIII-V族化合物半導体薄膜積層ウエハのエピタキシャル結晶成長において、アンモニアとトリエチルアミン(TEA)の相互化学反応工程により高効率なV族材料の分解工程を備えたことを特徴とする低温度結晶成長方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009184836A (ja) * 2008-02-01 2009-08-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の結晶成長方法、発光デバイスの製造方法および電子デバイスの製造方法
JP2016149493A (ja) * 2015-02-13 2016-08-18 日本エア・リキード株式会社 窒化ガリウム系薄膜の製造方法および窒化ガリウム系薄膜

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