JP2019151523A - Aluminium nitride single crystal film, substrate having the same, semiconductor element, manufacturing method and manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結晶品質の優れた窒化アルミニウム単結晶膜、前記単結晶膜付き基板、及び前記単結晶膜を備える半導体素子に関する。また、本発明は、窒化アルミニウム単結晶膜をアンモニアフリーで作製可能な製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to an aluminum nitride single crystal film having excellent crystal quality, the substrate with the single crystal film, and a semiconductor element including the single crystal film. The present invention also relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of manufacturing an aluminum nitride single crystal film free of ammonia.
近年、高品質な窒化アルミニウム(以下、「AlN」ともいう。)基板やAlN膜の研究開発が進められている。AlN膜は、バンドギャップが6.0eVと大きいことから、紫外・深紫外の発光素子(LEDやレーザー)として開発されている。なお、深紫外線は波長約200nm−約300nmをいう。深紫外光源は、殺菌・医療分野(波長270nm)、公害物質の高速分解処理による環境分野(波長260−320nm)及び高密度光記録レーザよる情報分野(波長250nm以下)等の応用分野で有望である。 In recent years, research and development of high-quality aluminum nitride (hereinafter also referred to as “AlN”) substrates and AlN films have been promoted. Since the AlN film has a large band gap of 6.0 eV, it has been developed as an ultraviolet / deep ultraviolet light emitting element (LED or laser). In addition, deep ultraviolet means a wavelength of about 200 nm to about 300 nm. Deep ultraviolet light source is promising in application fields such as sterilization / medical field (wavelength 270 nm), environment field (wavelength 260-320 nm) by high-speed decomposition treatment of pollutants, and information field (wavelength 250 nm or less) by high-density optical recording laser. is there.
AlN結晶の基板は、その上にエピタキシャル成長する窒化物単結晶の欠陥密度を低く抑えることができる。例えば、高Al組成AlGaNチャネルを持つ電子デバイスにおいて、格子定数の不整合によるクラック発生を防ぐために、AlN基板上に高Al組成AlGaN薄膜の結晶成長を行っている。このように、高性能デバイスを実現するために高品質なAlN基板が求められている。また、窒化物結晶半導体素子等の電子デバイスにおける基板構造の基板層として、AlN単結晶膜が研究開発されている。 The substrate of the AlN crystal can keep the defect density of the nitride single crystal epitaxially grown thereon low. For example, in an electronic device having a high Al composition AlGaN channel, a high Al composition AlGaN thin film is grown on an AlN substrate in order to prevent the occurrence of cracks due to lattice constant mismatch. Thus, a high quality AlN substrate is required to realize a high performance device. In addition, an AlN single crystal film has been researched and developed as a substrate layer of a substrate structure in an electronic device such as a nitride crystal semiconductor element.
AlNは高融点材料であるため、高温での結晶成長が望まれる。主なAlNバルク成長法として、昇華法やハイドライド気相成長(HVPE)法がある。昇華法では、極端な高温(2000℃以上)条件で成長が行われ、AlN粉末を原料として使用するので、不純物の混入が多い。HVPE法では、アンモニア原料ガスが必要であり、生成物には塩素ガスが発生する。これらの有害ガスは毒性と腐食性があり、環境に悪影響を与える。 Since AlN is a high melting point material, crystal growth at a high temperature is desired. As main AlN bulk growth methods, there are a sublimation method and a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method. In the sublimation method, growth is performed under extremely high temperature (2000 ° C. or higher) conditions, and AlN powder is used as a raw material. In the HVPE method, ammonia source gas is required, and chlorine gas is generated in the product. These toxic gases are toxic and corrosive and have a negative impact on the environment.
AlN膜をエピタキシャル成長で作成する技術として、有機金属気相成長法(Metal Organic Vapor Phase Deposition:MOVPE)がよく知られている。しかし、この成長法でもアンモニア原料ガスを大量に使用している。 As a technique for forming an AlN film by epitaxial growth, metal organic vapor phase deposition (MOVPE) is well known. However, this growth method also uses a large amount of ammonia source gas.
先行文献調査をしたところ、次の公知文献があった。 As a result of a prior literature search, there was the following known literature.
特許文献1には、アンモニアガスを使用しないで、AlN単結晶膜をプラズマ強化有機金属化学気相成長(Radical Enhanced Metal Organic Chemical Vapor Deposition:REMOCVD)法で成長する技術が開示されている。特許文献1では、多結晶基板上にAlN単結晶を成長させるために、予め非晶質GaN層を設けている。また、非晶質GaN層の上に、プラズマ発生領域で窒素ガスと水素ガスの混合ガスをプラズマ化したガスとIII族金属(Al)の有機金属ガスとを供給して、AlN単結晶膜を成長させている。有機金属ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMA)が例示されている。また、基板温度は100℃以上800℃以下の低温で成長させることが記載されている。
非特許文献1には、アンモニアガスを使用しない方法が開示されている。非特許文献1では、有機金属ガス(TMA等)と、窒素ガスと水素ガスのプラズマ化された混合ガスとを用いて、プラズマ強化原子層堆積(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition:PE−ALD)法により、150℃以上300℃以下で、AlN層を成膜する技術が開示されている。
Non-Patent
非特許文献2には、アンモニアガスを使用しない方法が開示されている。非特許文献2には、TMAガスと窒素ガスを用いて、有機金属気相成長法により、サファイア基板上にAlN膜を成膜したことが開示されている。基板ホルダは1040℃−1115℃に加熱されていることが開示されている。ここでは、反応容器内(基板ホルダ)にGaN層コーティングを行った場合のみ、AlN単結晶膜が成膜したことが報告されている。また、水素の存在で1000℃以上にした場合は、GaN層が不安定となり、AlN単結晶膜を作成できなかったことが記載されている。
Non-Patent
MOCVD法やHVPE法により成長させたAlN単結晶膜の結晶品質は、非特許文献3、4に開示されている。
従来から、AlN膜を成膜する方法ではアンモニアガスが使用されている。そのため、有毒ガスを取り扱うことになるので、装置の構造が複雑となり、コストの点でも問題があった。そこで、アンモニアガスを使用しない方法、即ちアンモニアフリーの方法が望まれている。 Conventionally, ammonia gas is used in a method of forming an AlN film. Therefore, since toxic gas is handled, the structure of the apparatus is complicated, and there is a problem in terms of cost. Therefore, a method that does not use ammonia gas, that is, an ammonia-free method is desired.
アンモニアガスを使用しない方法である特許文献1や非特許文献1では、AlN膜を得るために、窒素ガスと水素ガスをプラズマ化する方法を提案している。しかし、プラズマ発生のための複雑な装置構造を必要とする。その上、特許文献1では、非晶質GaN介在層を必要とし、AlN膜製造の観点からGaという不純物の混在やその介在層の付け方による再現性の確保等の問題があり、また製造工程の工程数が増えるという難点もある。また、非特許文献1では、得られたAlN膜は多結晶膜であり、半導体素子実用化のためには使えないという難点がある。
アンモニアガスを使用しない方法である非特許文献2では、AlN単結晶膜を得るために、GaN層コーティングを設けておく必要がある。そのため、予めGaN層コーティングするための前処理工程が必要となり工程数が増加する難点がある。
In
紫外・深紫外発光素子及び電子デバイス素子の基板層として、十分に高品質なAlN単結晶膜が望まれるが、先行技術文献では、本発明のような高品質の単結晶膜を実現できていない。 A sufficiently high quality AlN single crystal film is desired as a substrate layer for ultraviolet / deep ultraviolet light-emitting elements and electronic device elements, but the prior art document cannot realize a high quality single crystal film as in the present invention. .
本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、高品質な、AlN単結晶膜及び当該AlN単結晶膜付き基板を提供することを目的とする。本発明は、高品質なAlN単結晶膜付き基板を備える半導体素子を提供することを目的とする。本発明は、アンモニアガスを使用しないで、高品質なAlN単結晶膜、該AlN単結晶膜付き基板、半導体素子を製造する製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、高品質なAlN単結晶膜を、アンモニアガスを使用しないで製造する製造装置を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve these problems, and an object thereof is to provide a high-quality AlN single crystal film and a substrate with the AlN single crystal film. An object of this invention is to provide a semiconductor element provided with a high quality substrate with an AlN single crystal film. An object of the present invention is to provide a manufacturing method for manufacturing a high-quality AlN single crystal film, a substrate with the AlN single crystal film, and a semiconductor element without using ammonia gas. Another object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus for manufacturing a high-quality AlN single crystal film without using ammonia gas.
本発明は、前記目的を達成するために、以下の特徴を有するものである。
(1) 窒化アルミニウム単結晶膜であって、X線回折によるロッキングカーブ回折ピークの半値幅が、対称(002)ピークの半値幅が500arcsec以下、かつ非対称(102)回折ピークの半値幅が600arcsec以下であり、[非対称(102)回折ピークの半値幅]/[対称(002)回折ピークの半値幅]の比が1.5以下であることを特徴とする窒化アルミニウム単結晶膜。
(2) 基板と前記(1)記載の窒化アルミニウム単結晶膜の積層構造を備えることを特徴とする窒化アルミニウム単結晶膜付き基板。
(3) 基板、前記(1)記載の窒化アルミニウム単結晶膜、半導体層の順の積層構造を少なくとも備えることを特徴とする半導体素子。
(4) 窒素ガス、水素ガス、及びアルミニウムの有機金属ガスを、温度1400℃以上で加熱することにより、基板上に窒化アルミニウム単結晶膜を成膜することを特徴とする窒化アルミニウム単結晶膜の製造方法。
(5) 前記(4)記載の製造方法により成膜した前記窒化アルミニウム単結晶膜の上に、半導体層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
(6) 窒化アルミニウム単結晶膜を製造する製造装置であって、加熱反応室と、前記加熱反応室に、窒素ガス、水素ガス、及びアルミニウムの有機金属ガスを供給するガス供給機構と、前記加熱反応室内の基板載置機構と、前記ガス供給機構を経由して供給されるガス及び基板を加熱する加熱機構と、前記加熱反応室からガスを排気するガス排出機構と、前記加熱機構の加熱温度を1400℃以上に制御する加熱温度制御機構と、を少なくとも備えることを特徴とする製造装置。
The present invention has the following features in order to achieve the above object.
(1) An aluminum nitride single crystal film having a half-width of a rocking curve diffraction peak by X-ray diffraction, a half-width of a symmetric (002) peak of 500 arcsec or less, and a half-width of an asymmetric (102) diffraction peak of 600 arcsec or less A ratio of [half width of asymmetric (102) diffraction peak] / [half width of symmetric (002) diffraction peak] is 1.5 or less.
(2) A substrate with an aluminum nitride single crystal film, comprising a laminated structure of the substrate and the aluminum nitride single crystal film according to (1).
(3) A semiconductor device comprising at least a laminated structure in the order of a substrate, the aluminum nitride single crystal film according to (1), and a semiconductor layer.
(4) An aluminum nitride single crystal film is formed on a substrate by heating nitrogen gas, hydrogen gas, and an organometallic gas of aluminum at a temperature of 1400 ° C. or higher. Production method.
(5) A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a semiconductor layer on the aluminum nitride single crystal film formed by the manufacturing method according to (4).
(6) A manufacturing apparatus for manufacturing an aluminum nitride single crystal film, a heating reaction chamber, a gas supply mechanism for supplying nitrogen gas, hydrogen gas, and an organometallic gas of aluminum to the heating reaction chamber, and the heating A substrate mounting mechanism in the reaction chamber, a gas supplied via the gas supply mechanism and a heating mechanism for heating the substrate, a gas discharge mechanism for exhausting gas from the heating reaction chamber, and a heating temperature of the heating mechanism And a heating temperature control mechanism for controlling the temperature to 1400 ° C. or higher.
本発明によれば、高品質のAlN単結晶膜を実現できる。また、本発明によれば、高品質のAlN単結晶膜を成膜できるので、基板層として用いることにより、その上に成膜させるIII族窒化物半導体層等の結晶性を向上でき、優れた窒化物半導体素子を実現できる。 According to the present invention, a high quality AlN single crystal film can be realized. In addition, according to the present invention, since a high-quality AlN single crystal film can be formed, by using it as a substrate layer, the crystallinity of a group III nitride semiconductor layer or the like to be formed thereon can be improved. A nitride semiconductor device can be realized.
本発明の方法は、アンモニアガスを使用しないので、環境に優しい方法である。また、本発明の方法によれば、有毒ガスであるアンモニアガスを取り扱う必要がないので、製造装置が複雑にならない。本発明は、窒素ガス等をプラズマ化状態で供給する方法ではないので、プラズマ発生機構を必要とせず、製造装置及び方法が簡素である。 Since the method of the present invention does not use ammonia gas, it is an environmentally friendly method. Further, according to the method of the present invention, it is not necessary to handle ammonia gas which is a toxic gas, so that the manufacturing apparatus is not complicated. Since the present invention is not a method of supplying nitrogen gas or the like in a plasma state, a plasma generating mechanism is not required, and the manufacturing apparatus and method are simple.
本発明の製造方法では、AlN単結晶膜を成長させる基板材料に特に制限がない。AlN単結晶膜を成膜させる前に予め他の膜を成膜させる必要がない。AlN単結晶膜を、基板に直接成膜させることができる。 In the manufacturing method of the present invention, the substrate material on which the AlN single crystal film is grown is not particularly limited. There is no need to form another film in advance before forming the AlN single crystal film. An AlN single crystal film can be directly formed on a substrate.
本発明の製造方法では、1400℃以上の高温で気相成長を行うので、AlN単結晶膜を成膜させることができる。特に1500℃以上の高温で気相成長を行うと、従来他の製膜方法では実現が不可能であった高品質のAlN単結晶膜を実現できる。 In the manufacturing method of the present invention, since vapor phase growth is performed at a high temperature of 1400 ° C. or higher, an AlN single crystal film can be formed. In particular, when vapor phase growth is performed at a high temperature of 1500 ° C. or higher, a high-quality AlN single crystal film that cannot be realized by other conventional film forming methods can be realized.
本発明の実施の形態について以下説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本発明者らは、AlN単結晶膜の研究している過程で、アンモニア原料ガスを使用しない製造方法に着目して鋭意研究開発を行い、高品質な単結晶構造を有するAlN単結晶膜を得るに到った。 In the process of studying the AlN single crystal film, the present inventors have conducted intensive research and development focusing on a manufacturing method that does not use ammonia source gas, and obtain an AlN single crystal film having a high-quality single crystal structure. It reached.
本発明の実施の形態のAlN単結晶膜の製造方法では、原料ガスである窒素ガスと、水素ガスと、III族金属であるAlの原料ガスである有機金属ガスとを、用いる。反応室内に配置した基板及び基板周辺の反応領域を含む加熱ゾーンを、高温に加熱した状態で、該基板上に、窒素ガス、水素ガス、有機金属ガスを供給することにより、該基板上にAlN単結晶膜が成膜する。 In the method of manufacturing an AlN single crystal film according to the embodiment of the present invention, nitrogen gas that is a source gas, hydrogen gas, and an organometallic gas that is a source gas of Al that is a group III metal are used. A heating zone including a substrate disposed in the reaction chamber and a reaction region around the substrate is heated to a high temperature, and nitrogen gas, hydrogen gas, and organometallic gas are supplied onto the substrate to thereby generate AlN on the substrate. A single crystal film is formed.
製造装置は、加熱反応室と、加熱反応室に原料ガス及びその他のガスを供給するためのガス供給機構と、加熱反応室から、反応後のガスを排出するためのガス排出機構と、加熱反応室内に基板等を載値するための基板設置機構と、加熱反応室内の基板及び反応領域を加熱するための加熱機構と、加熱制御機構とを少なくとも有する。プラズマ生成機構は不要であるので、具備しない。加熱反応室は、高温熱処理に適する構造及び材料で構成する。加熱反応室として、例えば、石英管等の公知の耐熱加熱反応室が挙げられる。 The manufacturing apparatus includes a heating reaction chamber, a gas supply mechanism for supplying a source gas and other gases to the heating reaction chamber, a gas discharge mechanism for discharging the reacted gas from the heating reaction chamber, and a heating reaction. It has at least a substrate installation mechanism for placing a substrate or the like in the room, a heating mechanism for heating the substrate and the reaction region in the heating reaction chamber, and a heating control mechanism. Since a plasma generation mechanism is unnecessary, it is not provided. The heating reaction chamber is composed of a structure and material suitable for high-temperature heat treatment. Examples of the heating reaction chamber include a known heat-resistant heating reaction chamber such as a quartz tube.
基板の加熱温度、即ち高温気相成長温度を、1400℃以上に制御することにより、AlN単結晶膜を成膜することができる。1600℃程度の温度では、結晶性が非常に優れたAlN単結晶膜が得られる。加熱温度の上限は特にない。現実的には、加熱温度の上限は1800℃程度が好ましい。よって、加熱温度は、1400℃以上1800℃以下であることが好ましい。より高品質の結晶性が望まれるときは、1500℃以上が好ましい。また、1800℃以下でよい。 An AlN single crystal film can be formed by controlling the heating temperature of the substrate, that is, the high temperature vapor phase growth temperature to 1400 ° C. or higher. At a temperature of about 1600 ° C., an AlN single crystal film having excellent crystallinity can be obtained. There is no particular upper limit on the heating temperature. Actually, the upper limit of the heating temperature is preferably about 1800 ° C. Therefore, the heating temperature is preferably 1400 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower. When higher quality crystallinity is desired, 1500 ° C. or higher is preferable. Moreover, 1800 degrees C or less may be sufficient.
Alの原料ガスである有機金属ガスは、Alの有機金属ガスとして知られているガスであれば使用できる。例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリエチルアルミニウム(TEA)等が挙げられる。窒素ガスは、純度99.9999%以上のものが挙げられる。水素ガスは、純度99.9999%以上のものが挙げられる。有機金属ガスの量や割合は、限定されない。各ガスの割合は、水素を少なくとも、1slm程度以上流すことが重要である。反応室内の圧力は、大気圧以下であれば良い。 The organometallic gas that is the source gas of Al can be used as long as it is a gas known as the organometallic gas of Al. Examples thereof include trimethylaluminum (TMA) and triethylaluminum (TEA). Examples of the nitrogen gas include those having a purity of 99.9999% or more. Examples of the hydrogen gas include those having a purity of 99.9999% or more. The amount and ratio of the organometallic gas is not limited. As for the ratio of each gas, it is important to flow hydrogen at least about 1 slm. The pressure in the reaction chamber may be not more than atmospheric pressure.
成膜されたAlN単結晶膜は直接遷移半導体である。本発明のAlN単結晶膜は、その膜厚は、特に限定されない。例えば、およそ0.5μm以上300μm以下である。 The formed AlN single crystal film is a direct transition semiconductor. The thickness of the AlN single crystal film of the present invention is not particularly limited. For example, it is about 0.5 μm or more and 300 μm or less.
基板は、特に限定されない。AlN膜の成膜に使用されてきた基板であれば可能である。例えば、各面方位のAlN基板、AlNテンプレート基板、サファイア基板、SiC基板、各種の金属基板等が挙げられる。 The substrate is not particularly limited. Any substrate that has been used to form an AlN film is possible. For example, AlN substrates of various plane orientations, AlN template substrates, sapphire substrates, SiC substrates, various metal substrates, and the like can be given.
本発明の製造方法によれば、非常に結晶品質のよい窒化アルミニウム単結晶膜を作製できた。本発明の窒化アルミニウム単結晶膜は、X線回折による回折ロッキングカーブピークの半値幅が、対称(002)ピークの半値幅が500arcsec以下、及び非対称(102)回折ピークの半値幅が600arcsec以下であり、かつ[非対称(102)回折ピークの半値幅]/[対称(002)回折ピークの半値幅]の比が1.5以下である特徴を有する。半値幅の下限は、特に限定されないが、例えば100arcsecであり、比の下限は、0.9程度である。 According to the production method of the present invention, an aluminum nitride single crystal film having a very good crystal quality could be produced. The aluminum nitride single crystal film of the present invention has a half-width of a diffraction rocking curve peak by X-ray diffraction, a half-width of a symmetric (002) peak of 500 arcsec or less, and a half-width of an asymmetric (102) diffraction peak of 600 arcsec or less. And the ratio of [half-width of asymmetric (102) diffraction peak] / [half-width of symmetric (002) diffraction peak] is 1.5 or less. The lower limit of the full width at half maximum is not particularly limited, but is, for example, 100 arcsec, and the lower limit of the ratio is about 0.9.
本発明の半導体素子は、基板、本発明の窒化アルミニウム単結晶膜、半導体層の順の積層構造を少なくとも備える。半導体層は、例えば、各種窒化物半導体、特にIII族窒化物半導体が挙げられる。又、半導体層は、結晶性のよい層が得られ、高品質の単結晶層を実現できる。 The semiconductor element of the present invention includes at least a laminated structure of a substrate, an aluminum nitride single crystal film of the present invention, and a semiconductor layer in this order. Examples of the semiconductor layer include various nitride semiconductors, particularly group III nitride semiconductors. Further, as the semiconductor layer, a layer with good crystallinity can be obtained, and a high-quality single crystal layer can be realized.
本発明の半導体素子は、窒素ガス、水素ガス、及びアルミニウムの有機金属ガスを、温度1400℃以上で加熱することにより、基板上に窒化アルミニウム単結晶膜を成膜した後、前記窒化アルミニウム単結晶膜の上に他の成膜方法(MBE法やMOCVD法等)によって半導体層を形成することにより、製造できる。 In the semiconductor device of the present invention, an aluminum nitride single crystal film is formed on a substrate by heating a nitrogen gas, a hydrogen gas, and an organometallic gas of aluminum at a temperature of 1400 ° C. or higher. It can be manufactured by forming a semiconductor layer on the film by another film formation method (MBE method, MOCVD method or the like).
(第1の実施の形態)
窒化アルミニウム単結晶膜及びその製造方法について、図1乃至図7を参照して説明する。図1は、窒化アルミニウム単結晶膜付き基板3の模式図である。窒化アルミニウム単結晶膜付き基板3は、基板1上に窒化アルミニウム単結晶膜2を成膜したものである。
(First embodiment)
An aluminum nitride single crystal film and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic view of a
窒化アルミニウム単結晶膜をアンモニアフリーによる高温気相雰囲気で成長する。原料ガスとして、アンモニアガスは使用しない。本発明では窒素ガスを原料ガスとして使用する。また、高温成長(1400℃以上)ができるので、高品質なAlN単結晶膜が製造できる。 An aluminum nitride single crystal film is grown in a high temperature gas phase atmosphere free from ammonia. As source gas, ammonia gas is not used. In the present invention, nitrogen gas is used as a raw material gas. Further, since high temperature growth (1400 ° C. or higher) is possible, a high quality AlN single crystal film can be manufactured.
図2は、窒化アルミニウム単結晶膜の製造に用いる製造装置の例の模式図である。製造装置10は、加熱反応室11と、加熱反応室11に原料ガス及びその他のガスを供給するガス供給機構14、15、16と、加熱反応室11から、反応後のガスを排出するガス排出機構17と、加熱反応室11内に基板20等を載置する基板載置機構と、加熱反応室11内の、基板及び反応領域を含む加熱ゾーン13を加熱する加熱機構12と、加熱温度等を制御する加熱温度制御機構とを少なくとも有する。プラズマ生成機構は不要であるので、具備しない。反応室は、1400℃以上の高温熱処理に適する構造及び材料で構成する。加熱反応室として、例えば、石英管が挙げられる。
FIG. 2 is a schematic view of an example of a manufacturing apparatus used for manufacturing an aluminum nitride single crystal film. The
反応室の基板載置機構に基板を配置する。基板載置機構は、基板を支持する機能部品(「サセプター」とも呼ぶ。)であり、強度、耐熱性、耐食性等に優れたセラミック製等で構成される。窒素ガス、水素ガス、及びアルミニウムの有機金属ガスを、ガス供給機構により加熱反応室に供給する。供給されたガスを流しながら、加熱ゾーンで加熱機構により高温加熱する。原料ガスが反応して基板上にAlN膜が成膜されるように、基板及び基板上周辺の加熱ゾーンを加熱する。窒素ガス、水素ガス、及びアルミニウムの有機金属ガスが反応して、基板上にAlN単結晶膜が成膜する。 A substrate is placed on the substrate mounting mechanism in the reaction chamber. The substrate mounting mechanism is a functional component (also referred to as “susceptor”) that supports the substrate, and is made of ceramic or the like having excellent strength, heat resistance, corrosion resistance, and the like. Nitrogen gas, hydrogen gas, and organometallic gas of aluminum are supplied to the heating reaction chamber by a gas supply mechanism. While flowing the supplied gas, it is heated at a high temperature by a heating mechanism in a heating zone. The substrate and the heating zone around the substrate are heated so that the source gas reacts to form an AlN film on the substrate. Nitrogen gas, hydrogen gas, and organometallic gas of aluminum react to form an AlN single crystal film on the substrate.
[実施例1−1] SiC基板上にAlN単結晶膜を成膜させた。反応室のサセプター上に置いた4H−SiC基板を1600℃まで加熱し、窒素ガス20slmと水素ガス1slmを流しながら、トリメチルアルミニウム(TMA)(20℃、水素バブリングガス100sccm)を反応室に導入した。導入時間は1時間である。水素バブリングの役割は、有機金属原料蒸気を貯蔵容器から押し出すためである。なお、流量の単位slmは、standard liter(リットル)/min、1atm、0℃における1分間辺りの流量をリットルで表示した単位である。流量の単位sccmは、standard cc/min、1atm(大気圧)、0℃あるいは25℃など一定温度で規格化されたccmである。
[Example 1-1] An AlN single crystal film was formed on a SiC substrate. The 4H—SiC substrate placed on the susceptor in the reaction chamber was heated to 1600 ° C., and trimethylaluminum (TMA) (20 ° C.,
形成された膜をX線回折測定により調べた。図3は、高分解能X線回折ω−2θ測定の結果を示す図である。横軸は、角度(deg)、縦軸は高分解能X線回折(HRXRD)の強度である。図3に示されるように、基板に使用している4C−SiC(004)ピークが明瞭に観察され、本来AlN(002)ピーク位置に、非常にブロードな肩(図中Broad shoulder)が観察された。AlN膜の膜の厚みが非常に薄いことを示唆している。想定されるAlN膜厚は数十nm以下である。 The formed film was examined by X-ray diffraction measurement. FIG. 3 is a diagram showing the results of high-resolution X-ray diffraction ω-2θ measurement. The horizontal axis represents the angle (deg), and the vertical axis represents the intensity of high resolution X-ray diffraction (HRXRD). As shown in FIG. 3, the 4C-SiC (004) peak used for the substrate is clearly observed, and a very broad shoulder (Broad shoulder in the figure) is originally observed at the AlN (002) peak position. It was. This suggests that the thickness of the AlN film is very thin. The assumed AlN film thickness is several tens of nm or less.
形成された膜を、走査電子顕微鏡により観察した。図4は、走査電子顕微鏡による表面観察の結果を示す図である。図4に示されるように、全体均一な表面モホロジー(morphology)に加え、場所的に六角形の島が観察された。この六角形の島が周辺の部分と比べて厚いところである。図5に、六角形島とその周辺部分(図中「Flat part」と表示。)を、エネルギー分散型X線分析装置(EDX:Energy Dispersive X-ray microanalyzer)で測定した結果を示す。横軸は、エネルギー(単位keV)、縦軸はEDXスペクトル強度をSiのピークの強度で規格化した強度である。六角形島(点線で表示)とその周辺部分(実線で表示)の両方において、Al成分とN成分のピークが観察される。つまり、本実施の形態のように、原料ガスである窒素ガスとTMAを使用する方法において、窒素成分とAl成分を持つ膜の形成が確認された。 The formed film was observed with a scanning electron microscope. FIG. 4 is a diagram showing the results of surface observation by a scanning electron microscope. As shown in FIG. 4, in addition to the uniform surface morphology, a hexagonal island was locally observed. This hexagonal island is thicker than the surrounding area. FIG. 5 shows the results of measuring the hexagonal island and its peripheral part (indicated as “Flat part” in the figure) with an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). The horizontal axis represents energy (unit: keV), and the vertical axis represents EDX spectrum intensity normalized by Si peak intensity. Al component and N component peaks are observed on both the hexagonal island (indicated by a dotted line) and its peripheral part (indicated by a solid line). That is, formation of a film having a nitrogen component and an Al component was confirmed in the method using nitrogen gas, which is a raw material gas, and TMA as in the present embodiment.
[実施例1−2] 次に、サファイアと呼ばれるc−Al2O3(0001)基板上にAlN膜を成長させた。反応室のサセプター上に置いたサファイア(0001)基板を1600℃まで加熱し、窒素ガス10slmとび水素ガス10slmを流しながら、TMA(20℃、水素バブリングガス100sccm)を反応室に導入した。導入時間は2時間であった。AlNの膜厚は1μm程度であった。形成された膜を、光学顕微鏡により観察した。図6は、光学顕微鏡によるAlN膜表面の観察結果である。図6に示すように、六角形対称のAlN表面モホロジーが観察された。
Example 1-2 Next, an AlN film was grown on a c-Al 2 O 3 (0001) substrate called sapphire. The sapphire (0001) substrate placed on the susceptor in the reaction chamber was heated to 1600 ° C., and TMA (20 ° C.,
形成された膜を、X線回折測定により調べた。図7は、高分解能X線回折ω−2θ測定の結果を示す図である。図7に示されるように、基板に使用しているAl2O3(004)回折ピークが観察され、かつAlN(002)回折ピークが明瞭に観察された。この結果からAlN単結晶が成長されていることを確認できる。 The formed film was examined by X-ray diffraction measurement. FIG. 7 is a diagram showing the results of high-resolution X-ray diffraction ω-2θ measurement. As shown in FIG. 7, the Al 2 O 3 (004) diffraction peak used for the substrate was observed, and the AlN (002) diffraction peak was clearly observed. From this result, it can be confirmed that the AlN single crystal is grown.
(第2の実施の形態)
本実施の形態の窒化アルミニウム単結晶膜及びその製造方法について、図8、9を参照して説明する。本実施の形態では、成膜時に水素ガスを導入する効果について説明する。
(Second Embodiment)
An aluminum nitride single crystal film and a manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment mode, an effect of introducing hydrogen gas at the time of film formation will be described.
[実施例2] サファイア(0001)上にMOCVDで成長したAlNテンプレート基板を使用し、該AlNテンプレート基板上に、AlN単結晶膜を成長させた。該AlNテンプレート基板を1600℃まで加熱し、窒素ガス10slm及び水素ガス10slmを流しながら、TMA(20℃、水素バブリングガス100sccm)を反応室に導入した。導入時間は2時間であった。AlNの膜厚は1μm程度であった。形成された膜を、光学顕微鏡により観察した。図8は、光学顕微鏡によるAlN膜表面の観察結果である。図8に示すように、AlN膜の成長が確認でき、六角形対称のAlN表面モホロジーが観察された。
[Example 2] An AlN template substrate grown by MOCVD on sapphire (0001) was used, and an AlN single crystal film was grown on the AlN template substrate. The AlN template substrate was heated to 1600 ° C., and TMA (20 ° C.,
[比較例1] 水素ガスを流さない条件以外は、実施例2と同じ条件で、実験を行った。前記AlNテンプレート基板を1600℃まで加熱し、窒素ガス20slm及び水素ガス0slmを流しながらTMA(20℃、水素バブリングガス100sccm)を反応室に導入した。導入時間は1時間であった。図9は、光学顕微鏡による観察結果である。図9に示すように、AlN膜の成長が殆ど行われず、本来平坦なAlN表面において、高温による脱離が発生して表面に多数の穴が形成されていることが分かる。
[Comparative Example 1] An experiment was performed under the same conditions as in Example 2 except that hydrogen gas was not supplied. The AlN template substrate was heated to 1600 ° C., and TMA (20 ° C.,
比較例1の結果から、本実施の形態におけるAlN単結晶膜の成膜方法においては、水素ガスの導入が有効であることが分かる。水素ガスの導入が、TMA等の有機金属ガスの分解反応を促進する役割をするためである。 From the results of Comparative Example 1, it can be seen that introduction of hydrogen gas is effective in the method of forming an AlN single crystal film in the present embodiment. This is because the introduction of hydrogen gas serves to promote the decomposition reaction of organometallic gases such as TMA.
(第3の実施の形態)
本実施の形態の窒化アルミニウム単結晶膜及びその製造方法について、図10、11を参照して説明する。本実施の形態では、成膜時の加熱温度について説明する。
(Third embodiment)
An aluminum nitride single crystal film and a manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment mode, a heating temperature at the time of film formation will be described.
[実施例3] 反応室のサセプター上に置いたサファイア(0001)基板を1400℃まで加熱し、窒素ガス10slm及び水素ガス10slmを流しながら、TMA(20℃、水素バブリングガス100sccm)を反応室に導入した。導入時間は2時間であった。実施例1乃至2に比べて低温の1400℃での成長であるので、成膜したAlNの膜厚は0.1μm以下であった。
[Example 3] A sapphire (0001) substrate placed on a susceptor in a reaction chamber was heated to 1400 ° C, and while flowing
形成された膜を、X線回折測定により調べた。図10は、高分解能X線回折ω−2θ測定の結果を示す図である。図10に示されるように、弱いAlN(002)回折ピークが観察されたと共に、別の面方位ピークも観察された。このことから、AlNの単結晶膜が形成されていることが分かる。別の面方位ピークも観察されることは、成長初期の結晶核形成段階で、別の面方位を持つ核が同時に形成されたことを示している。 The formed film was examined by X-ray diffraction measurement. FIG. 10 is a diagram showing the results of high-resolution X-ray diffraction ω-2θ measurement. As shown in FIG. 10, a weak AlN (002) diffraction peak was observed, and another plane orientation peak was also observed. This shows that a single crystal film of AlN is formed. The fact that another plane orientation peak is also observed indicates that nuclei having different plane orientations were simultaneously formed at the stage of crystal nucleation in the early stage of growth.
形成された膜の、X線回折測定による結晶品質(結晶欠陥等)を評価した。図11は、1400℃と1600℃で成長したAlN膜のX線回折ロッキングカーブ評価の比較結果を示す図である。なお、1600℃で成長したAlN膜は、1400℃で成長させた実施例3と、加熱温度を除いた条件は同じとし、成膜したAlNの膜厚は1μm程度であった。横軸は、角度Δω(単位arcsec)であり、縦軸は、規格化したX線回折(XRD)の強度である。図中、ロッキングカーブの(002)ピークの半値幅が、1400℃で成長したAlN膜(図中実線で示す。)の方が、1600℃で成長したAlN膜(図中点線で示す。)より非常に広い。図11によれば、1400℃で成長したAlN膜の対称(002)ピークの半値幅は約4000arcsecであった。1400℃で成長したAlN膜は、転位密度の点で、1600℃で成長したAlN膜に比べて劣っている。つまり、成長温度が、非常に膜の品質(転位密度等)に影響することがわかる。 The crystal quality (crystal defects, etc.) of the formed film by X-ray diffraction measurement was evaluated. FIG. 11 is a diagram showing a comparison result of X-ray diffraction rocking curve evaluation of AlN films grown at 1400 ° C. and 1600 ° C. FIG. The AlN film grown at 1600 ° C. had the same conditions as Example 3 grown at 1400 ° C. except for the heating temperature, and the film thickness of the deposited AlN was about 1 μm. The horizontal axis is the angle Δω (unit: arcsec), and the vertical axis is the intensity of normalized X-ray diffraction (XRD). In the figure, the AlN film (shown by a solid line in the figure) having a half-width of the (002) peak of the rocking curve grown at 1400 ° C. is better than the AlN film (shown by a dotted line in the figure) grown at 1600 ° C. Very wide. According to FIG. 11, the FWHM of the symmetrical (002) peak of the AlN film grown at 1400 ° C. was about 4000 arcsec. The AlN film grown at 1400 ° C. is inferior to the AlN film grown at 1600 ° C. in terms of dislocation density. That is, it can be seen that the growth temperature greatly affects the film quality (dislocation density, etc.).
(第4の実施の形態)
本実施の形態の窒化アルミニウム単結晶膜の結晶品質について、図12、13を参照して説明する。異なる製造条件で成長させた2つのAlN単結晶膜を作成して、結晶品質を調べた。
(Fourth embodiment)
The crystal quality of the aluminum nitride single crystal film of the present embodiment will be described with reference to FIGS. Two AlN single crystal films grown under different production conditions were prepared, and the crystal quality was examined.
[実施例4−1] 反応室のサセプター上に置いたサファイア(0001)基板を1600℃まで加熱し、窒素ガス5slm及び水素ガス5slmを流しながら、TMA(20℃、水素バブリングガス100sccm)を反応室に導入した。成長時間は2時間である。AlNの膜厚は1μm程度であった。
[Example 4-1] A sapphire (0001) substrate placed on a susceptor in a reaction chamber is heated to 1600 ° C., and TMA (20 ° C.,
[実施例4−2] 反応室のサセプター上に置いたサファイア(0001)基板を1600℃まで加熱し、窒素ガス10slm及び水素ガス10slmを流しながら、TMA(20℃、水素バブリングガス100sccm)を反応室に導入した。成長時間は2時間である。AlNの膜厚は1μm程度であった。
[Example 4-2] A sapphire (0001) substrate placed on a susceptor in a reaction chamber was heated to 1600 ° C., and TMA (20 ° C.,
X線回折測定によるAlN結晶品質の評価を行った。X線回折測定の場合、ある特定の面方位に対してその面の回折ピークが現れる。AlN膜がc面、つまり(002)面の方向が成長方向なので、六回対称面と呼ばれる。この(002)面から出るX線回折ピークが「対称(002)ピーク」と呼ばれる。一方、(002)対称面以外の面は「非対称面」と呼ばれる。図12、13のX線回折ロッキングカーブ測定では(102)面を選択したので、この面から出るX線回折ピークが「非対称(102)ピーク」と呼ばれる。 The AlN crystal quality was evaluated by X-ray diffraction measurement. In the case of X-ray diffraction measurement, a diffraction peak of the surface appears for a specific surface orientation. Since the direction of the c-plane, that is, the (002) plane of the AlN film is the growth direction, it is called a six-fold symmetry plane. This X-ray diffraction peak emerging from the (002) plane is called a “symmetric (002) peak”. On the other hand, planes other than the (002) plane of symmetry are called “asymmetric planes”. In the X-ray diffraction rocking curve measurement of FIGS. 12 and 13, since the (102) plane is selected, the X-ray diffraction peak emitted from this plane is called an “asymmetric (102) peak”.
図12は、[実施例4−1]で成膜したAlN膜の、X線回折ロッキングカーブ測定による結晶品質の評価結果を示す図である。横軸は、角度Δω(単位arcsec)であり、縦軸は、規格化したX線回折(XRD)の強度である。図中、対称(002)の回折を点線で表し、非対称(102)の回折を実線で表す。図中、X線ロッキングカーブ回折ピークの半値幅(「半値全幅(FWHM(full width at half maximum))」ともいう。)は、対称(002)ピークの半値幅が480arcsecで、非対称(102)回折ピークの半値幅が560arcsecである。非対称(102)回折ピークと対称(002)回折ピークの半値幅の比が1.17である。 FIG. 12 is a diagram showing the evaluation results of the crystal quality of the AlN film formed in [Example 4-1] by X-ray diffraction rocking curve measurement. The horizontal axis is the angle Δω (unit: arcsec), and the vertical axis is the intensity of normalized X-ray diffraction (XRD). In the figure, symmetric (002) diffraction is represented by a dotted line, and asymmetric (102) diffraction is represented by a solid line. In the figure, the full width at half maximum of the X-ray rocking curve diffraction peak (also referred to as “FWHM (full width at half maximum)”) is a symmetric (002) peak at 480 arcsec and asymmetric (102) diffraction. The half width of the peak is 560 arcsec. The ratio of the half width of the asymmetric (102) diffraction peak to the symmetric (002) diffraction peak is 1.17.
図13は、[実施例4−2]で成膜したAlN膜の、X線回折ロッキングカーブ測定による結晶品質の評価結果を示す図である。図中、対称(002)の回折を点線で表し、非対称(102)の回折を実線で表す。図中、X線ロッキングカーブ回折ピークの半値幅は、対称(002)ピークの半値幅が358arcsecで、非対称(102)回折ピークの半値幅が521arcsecである。非対称(102)回折ピークと対称(002)回折ピークの半値幅の比が1.46である。 FIG. 13 is a diagram showing the evaluation results of the crystal quality of the AlN film formed in [Example 4-2] by X-ray diffraction rocking curve measurement. In the figure, symmetric (002) diffraction is represented by a dotted line, and asymmetric (102) diffraction is represented by a solid line. In the figure, the half width of the X-ray rocking curve diffraction peak is 358 arcsec for the symmetric (002) peak and 521 arcsec for the asymmetric (102) diffraction peak. The ratio of the half width of the asymmetric (102) diffraction peak to the symmetric (002) diffraction peak is 1.46.
一般的に、X線回折ピークの半値幅は、薄膜中に存在している転位と相関し、転位密度の評価指標になる。対称(002)回折ピークの半値幅は螺旋転位に、非対称(102)回折ピーク半値幅は刃状転位及び混合転位に対応している。つまり、対称(002)回折ピークの半値幅及び非対称(102)回折ピーク半値幅は、それぞれ結晶中の格子並びのチルトとツイストの度合いを表す。半値幅が広いことは転位密度が高いことを表している。本実施の形態のAlN薄膜のように、対称(002)回折ピークの半値幅と非対称(102)回折ピーク半値幅の両者の差が小さいことは、結晶の構造乱れが小さいこと表している。本実施の形態のAlN膜のように、両者の差の小さい結晶が得られる理由は、本製造方法では高温成長によるAlN単結晶膜成長が実現できたからである、と考えられる。 In general, the full width at half maximum of the X-ray diffraction peak correlates with dislocations existing in the thin film, and becomes an evaluation index of dislocation density. The half width of the symmetric (002) diffraction peak corresponds to the screw dislocation, and the half width of the asymmetric (102) diffraction peak corresponds to the edge dislocation and mixed dislocation. That is, the half width of the symmetric (002) diffraction peak and the half width of the asymmetric (102) diffraction peak represent the degree of tilt and twist of the lattice arrangement in the crystal, respectively. A wide half-value width indicates a high dislocation density. A small difference between the FWHM of the symmetric (002) diffraction peak and the FWHM of the asymmetric (102) diffraction peak as in the AlN thin film of the present embodiment indicates that the structural disorder of the crystal is small. The reason why a crystal having a small difference between the two can be obtained as in the AlN film of the present embodiment is considered to be that AlN single crystal film growth by high-temperature growth can be realized in this manufacturing method.
以上の結果から、本実施の形態の窒化アルミニウム単結晶膜は、X線回折による回折ピークの半値幅が、対称(002)ピークの半値幅が500arcsec以下、及び非対称(102)回折ピークの半値幅が600arcsec以下であり、かつ[非対称(102)回折ピークの半値幅]/[対称(002)回折ピークの半値幅]の比が1.5以下である特徴を有する。 From the above results, the aluminum nitride single crystal film of the present embodiment has a half-value width of the diffraction peak by X-ray diffraction, a half-value width of the symmetric (002) peak of 500 arcsec or less, and a half-value width of the asymmetric (102) diffraction peak. Is less than or equal to 600 arcsec, and the ratio of [half-width of asymmetric (102) diffraction peak] / [half-width of symmetric (002) diffraction peak] is 1.5 or less.
本実施の形態の窒化アルミニウム単結晶膜は、他の成長方法で得られたAlN薄膜の特性とは大きく異なる。他の成長方法では、上述の特徴を有する単結晶膜は得られていない。例えば、MOCVD成長法では、膜厚が約3μmのAlN薄膜のX線半値幅(002):200arcsec程度、(102):500arcsec程度の狭い例が開示されている。しかし、これらの値から、その比は2.5でかなり大きい(非特許文献3参照)。また、HVPE成長法では、膜厚が約5μmの厚いAlN薄膜のX線半値幅(002):697arcsec程度、(102):852arcsec程度で広い例が開示されている(非特許文献4参照)。 The aluminum nitride single crystal film of the present embodiment is greatly different from the characteristics of an AlN thin film obtained by other growth methods. In other growth methods, a single crystal film having the above-described characteristics has not been obtained. For example, in the MOCVD growth method, a narrow example of an AlN thin film with a film thickness of about 3 μm, such as a narrow X-ray half width (002): about 200 arcsec and (102): about 500 arcsec, is disclosed. However, from these values, the ratio is considerably large at 2.5 (see Non-Patent Document 3). Further, in the HVPE growth method, a wide example is disclosed in which the X-ray half width (002): about 697 arcsec and (102): 852 arcsec of a thick AlN thin film having a thickness of about 5 μm (see Non-Patent Document 4).
(第5の実施の形態)
本実施の形態では、窒化アルミニウム単結晶膜付き基板を用いた半導体素子について、図14を参照して説明する。図14に、紫外・深紫外発光素子の基本構造の模式図を示す。図14に示すように、紫外・深紫外発光素子30は、基板31、AlN層32、n型AlGaN層33、(Ga,Al,In)Nを含む発光層34、p型AlGaN層35の積層順の積層構造を備える。紫外・深紫外発光素子では、発光波長によって発光層34の各元素の組成が異なるが、その上下のAlGaN層(33、35)のAl組成が、発光層34中のAl組成より小さくないことが条件である。前記AlN層32として、本発明の実施の形態で示した高結晶品質のAlN単結晶膜を用いる。これにより、AlN単結晶膜上に成長させる高Al組成AlGaN膜等の半導体層の結晶品質が向上する。その結果、高い内部量子効率等を持つ特性の優れた紫外・深紫外発光素子を実現できる。AlN単結晶膜上の半導体素子構造は、公知のエピタキシャル成長法(分子線エピタキシー(MBE)、有機金属気相成長法(MOCVD)等)によって作製する。
(Fifth embodiment)
In this embodiment, a semiconductor element using a substrate with an aluminum nitride single crystal film is described with reference to FIGS. FIG. 14 shows a schematic diagram of the basic structure of an ultraviolet / deep ultraviolet light emitting element. As shown in FIG. 14, the ultraviolet / deep ultraviolet
(第6の実施の形態)
本実施の形態では、窒化アルミニウム単結晶膜付き基板を用いた半導体素子について、図15を参照して説明する。図15に、電子パワーデバイス素子の基本構造の模式図を示す。図15に示すように、電子パワーデバイス素子40は、基板41、AlN層42、AlxGa1−xNバッファ層43、AlyGa1−yNバリア層44の積層順の積層構造を備える。電子パワーデバイス素子の場合、AlGaNバッファ層43のAl組成がAlGaNバリア層44のAl組成より小さいこと(y>x)が条件である。前記AlN層42として、本発明の実施の形態で示した高結晶品質のAlN単結晶膜を用いる。これにより、AlN単結晶膜上に成長させるAlGaN膜等の半導体層の結晶品質が向上する。その結果、高温耐久性等の特性の優れた電子パワーデバイス素子を実現できる。AlN単結晶膜上の半導体素子構造は、公知のエピタキシャル成長法によって作製する。
(Sixth embodiment)
In this embodiment, a semiconductor element using a substrate with an aluminum nitride single crystal film is described with reference to FIGS. FIG. 15 shows a schematic diagram of the basic structure of the electronic power device element. As shown in FIG. 15, the electronic
なお、上記実施の形態等で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、この形態に限定されるものではない。 In addition, the example shown by the said embodiment etc. was described in order to make invention easy to understand, and is not limited to this form.
本発明の窒化アルミニウム単結晶膜の製造方法は、アンモニアガスを使用しない方法であって有毒ガスを取り扱う必要がないので、その製造方法及び製造装置は、産業上有用である。また、本発明の窒化アルミニウム単結晶膜は、優れた結晶品質を有するので、発光素子や電子パワーデバイス素子等に広く利用でき、産業上有用である。 Since the manufacturing method of the aluminum nitride single crystal film of the present invention is a method that does not use ammonia gas and does not need to handle toxic gas, the manufacturing method and manufacturing apparatus are industrially useful. Moreover, since the aluminum nitride single crystal film of the present invention has excellent crystal quality, it can be widely used for light-emitting elements, electronic power device elements, and the like, and is industrially useful.
1、31、41 基板
2 窒化アルミニウム単結晶膜
3 窒化アルミニウム単結晶膜付き基板
10 製造装置
11 加熱反応室
12 加熱機構
13 加熱ゾーン
14、15、16 ガス供給機構
17 ガス排出機構
30 紫外・深紫外発光素子
32、42 AlN層
33 n型AlGaN層
34 (Ga,Al,In)Nを含む発光層
35 p型AlGaN層
40 電子パワーデバイス素子
43 AlxGa1−xNバッファ層
44 AlyGa1−yNバリア層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
X線回折によるロッキングカーブ回折ピークの半値幅が、対称(002)ピークの半値幅が500arcsec以下、かつ非対称(102)回折ピークの半値幅が600arcsec以下であり、[非対称(102)回折ピークの半値幅]/[対称(002)回折ピークの半値幅]の比が1.5以下であることを特徴とする窒化アルミニウム単結晶膜。 An aluminum nitride single crystal film,
The half-value width of the rocking curve diffraction peak by X-ray diffraction is such that the half-value width of the symmetric (002) peak is 500 arcsec or less and the half-value width of the asymmetric (102) diffraction peak is 600 arcsec or less. A ratio of [value width] / [half-value width of symmetric (002) diffraction peak] is 1.5 or less.
加熱反応室と、
前記加熱反応室に、窒素ガス、水素ガス、及びアルミニウムの有機金属ガスを供給するガス供給機構と、
前記加熱反応室内の基板載置機構と、
前記ガス供給機構を経由して供給されるガス及び基板を加熱する加熱機構と、
前記加熱反応室からガスを排気するガス排出機構と、
前記加熱機構の加熱温度を1400℃以上に制御する加熱温度制御機構と、
を少なくとも備えることを特徴とする製造装置。
A manufacturing apparatus for manufacturing an aluminum nitride single crystal film,
A heated reaction chamber;
A gas supply mechanism for supplying nitrogen gas, hydrogen gas, and organometallic gas of aluminum to the heating reaction chamber;
A substrate mounting mechanism in the heating reaction chamber;
A heating mechanism for heating the gas and the substrate supplied via the gas supply mechanism;
A gas discharge mechanism for exhausting gas from the heating reaction chamber;
A heating temperature control mechanism for controlling the heating temperature of the heating mechanism to 1400 ° C. or higher;
A manufacturing apparatus comprising at least
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