JP2897821B2 - 半導体結晶性膜の成長方法 - Google Patents
半導体結晶性膜の成長方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板結晶表
面上への半導体結晶性膜のエピタキシャル成長方法に関
し、特に窒素を構成元素として含まないIII −Ｖ族化合
物半導体結晶基板上への窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体結晶膜をエピタキシャル成長させる方法に関するもの
である。
面上への半導体結晶性膜のエピタキシャル成長方法に関
し、特に窒素を構成元素として含まないIII −Ｖ族化合
物半導体結晶基板上への窒化物系III −Ｖ族化合物半導
体結晶膜をエピタキシャル成長させる方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】窒化物系III −Ｖ族化合物半導体例えば
ＧａＮは、禁制帯幅が３．４ｅＶと大きくかつ直接遷移
型であることから青色発光素子用材料として注目されて
いる。従来、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体結晶の成
長には、基板材料としてサファイアが多く用いられてい
る。サファイア基板上へのＧａＮ膜の成長は９００〜１
１００℃の高温でエピタキシャル成長が行われ、高品質
な膜質の結晶が得られている。しかし、サファイア基板
はへき開性に乏しく加工性が悪いため、例えばレーザ素
子への応用を考えた場合、必要なミラー面の形成やチッ
プ化が難しい。また、サファイアは、電気的に絶縁性で
あるため、素子の電極形成には選択エッチングなどの複
雑なプロセスを必要とする。
ＧａＮは、禁制帯幅が３．４ｅＶと大きくかつ直接遷移
型であることから青色発光素子用材料として注目されて
いる。従来、窒化物系III −Ｖ族化合物半導体結晶の成
長には、基板材料としてサファイアが多く用いられてい
る。サファイア基板上へのＧａＮ膜の成長は９００〜１
１００℃の高温でエピタキシャル成長が行われ、高品質
な膜質の結晶が得られている。しかし、サファイア基板
はへき開性に乏しく加工性が悪いため、例えばレーザ素
子への応用を考えた場合、必要なミラー面の形成やチッ
プ化が難しい。また、サファイアは、電気的に絶縁性で
あるため、素子の電極形成には選択エッチングなどの複
雑なプロセスを必要とする。
【０００３】サファイア基板に対し、ＧａＡｓ基板やＧ
ａＰ基板等は、へき開が容易なためにチップ化が簡単に
行なえ、電極も基板の裏面に形成できるなどプロセスが
簡単に行なえる利点を持っている。従来、たとえばＧａ
Ａｓ基板上へのＧａＮ膜の成長については、分献（アプ
ライドフィジックスレターズ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ．５９（９），１９９１）に記載されている。こ
の方法は、例えば塩化ガリウム（ＧａＣｌ）、アンモニ
ア（ＮＨ3 ）を原料とするハイドライド気相成長（Ｈｙ
ｄｒｉｄｅ ＶＰＥ）法を用いて、ＧａＡｓ基板上に７
００℃の温度でＧａＮのエピタキシャル成長を行なうも
のである。しかし、同文献には、成長したＧａＮ膜の結
晶構造等について記載されているが、ＧａＮ膜中の品質
については記載されていない。
ａＰ基板等は、へき開が容易なためにチップ化が簡単に
行なえ、電極も基板の裏面に形成できるなどプロセスが
簡単に行なえる利点を持っている。従来、たとえばＧａ
Ａｓ基板上へのＧａＮ膜の成長については、分献（アプ
ライドフィジックスレターズ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ．５９（９），１９９１）に記載されている。こ
の方法は、例えば塩化ガリウム（ＧａＣｌ）、アンモニ
ア（ＮＨ3 ）を原料とするハイドライド気相成長（Ｈｙ
ｄｒｉｄｅ ＶＰＥ）法を用いて、ＧａＡｓ基板上に７
００℃の温度でＧａＮのエピタキシャル成長を行なうも
のである。しかし、同文献には、成長したＧａＮ膜の結
晶構造等について記載されているが、ＧａＮ膜中の品質
については記載されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＧａＡｓ基板
やＧａＰ基板上に、結晶性のよいＧａＮ膜が得られると
される７００℃以上の高温でエピタキシャル成長を行う
と、分解温度が低いＧａＡｓやＧａＰ結晶は分解してＡ
ｓやＰが蒸発し、成長するＧａＮ膜中に混入してしま
う。例えば成長したＧａＮ膜のＡｓ濃度を２次イオン質
量分析（SecondaryIon Mass Spectrometer ：ＳＩＭ
Ｓ）法により組成分析を行なったところＡｓやＰが多く
検出された（図４、図７参照）。また、室温のホトルミ
ネッセンス測定したところ、ＧａＮによる３７０ｎｍ付
近のバンド端の発光強度は弱く、５００ｎｍ付近に不純
物発光の強いピークが観察された（図５参照）。
やＧａＰ基板上に、結晶性のよいＧａＮ膜が得られると
される７００℃以上の高温でエピタキシャル成長を行う
と、分解温度が低いＧａＡｓやＧａＰ結晶は分解してＡ
ｓやＰが蒸発し、成長するＧａＮ膜中に混入してしま
う。例えば成長したＧａＮ膜のＡｓ濃度を２次イオン質
量分析（SecondaryIon Mass Spectrometer ：ＳＩＭ
Ｓ）法により組成分析を行なったところＡｓやＰが多く
検出された（図４、図７参照）。また、室温のホトルミ
ネッセンス測定したところ、ＧａＮによる３７０ｎｍ付
近のバンド端の発光強度は弱く、５００ｎｍ付近に不純
物発光の強いピークが観察された（図５参照）。
【０００５】すなわち、ＧａＡｓ基板上に高温にてＧａ
Ｎを結晶成長させた場合、ＧａＡｓが分解してＧａＮ膜
中にＡｓが混入し、そのため、ＧａＡｓ基板上のＧａＮ
膜の品質は、７００℃以上の高温でエピタキシャル成長
を行ったサファイア基板上のＧａＮ膜に比べて、純度、
ホトルミネッセンス測定のバンド端発光強度の点で劣っ
ていた。したがって、本発明の解決すべき課題は、基板
の構成元素を蒸発させることなく、良好な結晶性の得ら
れる高温でのエピタキシャルを行うことができるように
して、純度が高くかつ結晶性のよいエピタキシャル成長
層が得られるようにすることである。
Ｎを結晶成長させた場合、ＧａＡｓが分解してＧａＮ膜
中にＡｓが混入し、そのため、ＧａＡｓ基板上のＧａＮ
膜の品質は、７００℃以上の高温でエピタキシャル成長
を行ったサファイア基板上のＧａＮ膜に比べて、純度、
ホトルミネッセンス測定のバンド端発光強度の点で劣っ
ていた。したがって、本発明の解決すべき課題は、基板
の構成元素を蒸発させることなく、良好な結晶性の得ら
れる高温でのエピタキシャルを行うことができるように
して、純度が高くかつ結晶性のよいエピタキシャル成長
層が得られるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による半導体結晶性膜の成長方法は、基板主
上面、裏面および側面を含む基板表面で結晶性膜を成長
させる領域以外の基板表面をマスクした半導体基板を用
い、基板結晶表面上へ窒化物系III −Ｖ族化合物半導体
結晶性膜をエピタキシャル成長させるものである。
めの本発明による半導体結晶性膜の成長方法は、基板主
上面、裏面および側面を含む基板表面で結晶性膜を成長
させる領域以外の基板表面をマスクした半導体基板を用
い、基板結晶表面上へ窒化物系III −Ｖ族化合物半導体
結晶性膜をエピタキシャル成長させるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１を参照して説明する。上面１０２、側面１０３および
裏面１０４を有する半導体基板１０１を用意し〔図１
（ａ）〕、結晶成長を行う領域以外の表面、例えば側面
１０３、裏面１０４をマスク１０５により被覆する〔図
１（ｂ）〕。半導体基板としては、例えばＧａＡｓ基
板、ＧａＰ基板、ＩｎＡｓ基板、ＩｎＰ基板、およびそ
の混晶等の窒素を含まないIII −Ｖ族化合物半導体結晶
基板が用いられ、またマスク材料としては、ＳｉＯ2
膜、Ａｌ2 Ｏ3 膜等の酸化物またはＳｉＮ、ＧａＮ、Ａ
ｌＮ膜等の窒化物を用いることができる。この場合に、
マスク材料層の成膜時に半導体基板を構成する元素が蒸
発することのない材料および方法を採用する必要があ
る。半導体基板の上面１０２に結晶成長を行う場合に
は、基板ホルダー上に上面１０２がホルダー側になるよ
うに載置し、化学気相成長法（ＣＶＤ）法等によりマス
ク材料層を成長させることができる。
１を参照して説明する。上面１０２、側面１０３および
裏面１０４を有する半導体基板１０１を用意し〔図１
（ａ）〕、結晶成長を行う領域以外の表面、例えば側面
１０３、裏面１０４をマスク１０５により被覆する〔図
１（ｂ）〕。半導体基板としては、例えばＧａＡｓ基
板、ＧａＰ基板、ＩｎＡｓ基板、ＩｎＰ基板、およびそ
の混晶等の窒素を含まないIII −Ｖ族化合物半導体結晶
基板が用いられ、またマスク材料としては、ＳｉＯ2
膜、Ａｌ2 Ｏ3 膜等の酸化物またはＳｉＮ、ＧａＮ、Ａ
ｌＮ膜等の窒化物を用いることができる。この場合に、
マスク材料層の成膜時に半導体基板を構成する元素が蒸
発することのない材料および方法を採用する必要があ
る。半導体基板の上面１０２に結晶成長を行う場合に
は、基板ホルダー上に上面１０２がホルダー側になるよ
うに載置し、化学気相成長法（ＣＶＤ）法等によりマス
ク材料層を成長させることができる。
【０００８】次に、比較的低温で結晶成長を行い第１の
結晶成長膜１０６を形成する〔図１（ｃ）〕。この第１
回目の結晶成長は、半導体基板を形成する構成元素の蒸
発が無視できる程度の低温で行うものとする。続いて、
良好な結晶性が得られる高温においてエピタキシャル成
長を行い、第２の結晶成長膜１０７を形成する〔図１
（ｄ）〕。このように２段階に分けて結晶成長を行うこ
とにより、基板の構成元素の蒸発を抑えて純度の高い結
晶成長層を得ることができ、かつ高温での成長を行うこ
とにより高品質の結晶を得ることができる。但し、２段
階以上の多段階に分けて成長を行うことができさらに連
続的に昇温を行うようにすることもできる。エピタキシ
ャル成長は、ハイドライド法あるいは有機金属化学気相
成長（ＭＯＣＶＤ）法などの化学気相成長法若しくは分
子線成長（ＭＢＥ）法を用いて行うことができる。結晶
成長させる半導体材料としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、
ＧａＡｌＮなどの窒素系III −Ｖ族化合物半導体が挙げ
られる。
結晶成長膜１０６を形成する〔図１（ｃ）〕。この第１
回目の結晶成長は、半導体基板を形成する構成元素の蒸
発が無視できる程度の低温で行うものとする。続いて、
良好な結晶性が得られる高温においてエピタキシャル成
長を行い、第２の結晶成長膜１０７を形成する〔図１
（ｄ）〕。このように２段階に分けて結晶成長を行うこ
とにより、基板の構成元素の蒸発を抑えて純度の高い結
晶成長層を得ることができ、かつ高温での成長を行うこ
とにより高品質の結晶を得ることができる。但し、２段
階以上の多段階に分けて成長を行うことができさらに連
続的に昇温を行うようにすることもできる。エピタキシ
ャル成長は、ハイドライド法あるいは有機金属化学気相
成長（ＭＯＣＶＤ）法などの化学気相成長法若しくは分
子線成長（ＭＢＥ）法を用いて行うことができる。結晶
成長させる半導体材料としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、
ＧａＡｌＮなどの窒素系III −Ｖ族化合物半導体が挙げ
られる。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［第１の実施例］まず、図２に示す熱ＣＶＤ装置を用い
てマスクとなるＳｉＯ2 膜を形成する。半導体基板とし
て、（１００）面をもつＧａＡｓ基板１１を用い、その
上面１２が基板ホルダー２０に接するようにして基板ホ
ルダー２０に載せ反応管２１内にセットする。ガス導入
口２２よりＮ2 ガスを５０ｌ（リッター）／分の流量で
供給しながらヒータ２３によりＧａＡｓ基板１１を４３
０℃に昇温する。ＧａＡｓ基板１１の温度が安定してか
ら、ガス導入口２２より、流量２０ｃｃ／分のＳｉＨ4
ガスと、流量２００ｃｃ／分のＯ2 をＧａＡｓ基板領域
に供給する。４分間の供給でＧａＡｓ基板１１の側面と
裏面に膜厚約１００ｎｍのＳｉＯ2 膜が形成された。Ｓ
ｉＯ2 膜の形成後、ＳｉＨ4 ガスとＯ2 の供給を停止し
て常温まで冷却し、ＣＶＤ装置より基板を取り出す。
て説明する。 ［第１の実施例］まず、図２に示す熱ＣＶＤ装置を用い
てマスクとなるＳｉＯ2 膜を形成する。半導体基板とし
て、（１００）面をもつＧａＡｓ基板１１を用い、その
上面１２が基板ホルダー２０に接するようにして基板ホ
ルダー２０に載せ反応管２１内にセットする。ガス導入
口２２よりＮ2 ガスを５０ｌ（リッター）／分の流量で
供給しながらヒータ２３によりＧａＡｓ基板１１を４３
０℃に昇温する。ＧａＡｓ基板１１の温度が安定してか
ら、ガス導入口２２より、流量２０ｃｃ／分のＳｉＨ4
ガスと、流量２００ｃｃ／分のＯ2 をＧａＡｓ基板領域
に供給する。４分間の供給でＧａＡｓ基板１１の側面と
裏面に膜厚約１００ｎｍのＳｉＯ2 膜が形成された。Ｓ
ｉＯ2 膜の形成後、ＳｉＨ4 ガスとＯ2 の供給を停止し
て常温まで冷却し、ＣＶＤ装置より基板を取り出す。
【００１０】取り出したＧａＡｓ基板１１の上面１２を
硫酸＋過酸化水素＋水系のエッチング液でエッチングす
る。次に、ＧａＡｓ基板１１を図３に示すＶＰＥ装置の
基板ホルダー３１に載せ反応管３２の待機室３３にセッ
トする。ガス導入口３４、ガス導入管３５、およびガス
導入口３６から窒素（Ｎ2 ）ガスを供給しながらヒータ
３７により昇温する。
硫酸＋過酸化水素＋水系のエッチング液でエッチングす
る。次に、ＧａＡｓ基板１１を図３に示すＶＰＥ装置の
基板ホルダー３１に載せ反応管３２の待機室３３にセッ
トする。ガス導入口３４、ガス導入管３５、およびガス
導入口３６から窒素（Ｎ2 ）ガスを供給しながらヒータ
３７により昇温する。
【００１１】成長室３８のソースボート３９に装填され
たＧａソース４０の温度を８００℃、ＧａＡｓ基板１１
の温度を５００℃にセットする。温度が安定したところ
で、成長室３８のガス導入口３６から流量０．５ｃｃ／
分のＨＣｌをＧａソース４０上に供給する。ＧａとＨＣ
ｌが反応して形成される塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を成
長領域４１に輸送するとともに、ガス導入管３５より流
量６００ｃｃ／分のＮＨ3 ガスを成長領域４１に供給し
て、ＧａＣｌとＮＨ3 が反応してＧａＮが成長する雰囲
気を作る。成長雰囲気が安定してからＧａＡｓ基板１１
を成長室３８へ移動する。この状態でＧａＡｓ基板１１
の上面に第１のＧａＮ膜を成長させ、３０分経過後にＧ
ａＡｓ基板１１を待機室３３へ移動して成長を停止す
る。このとき、ＧａＡｓ基板上に約５０ｎｍの膜厚でＧ
ａＮ膜が成長する。次に、成長室に供給したＨＣｌおよ
びＮＨ3 ガスの供給を停止し、待機室３３にガス導入口
３４よりＮＨ3 を供給しながらＧａＡｓ基板１１を７０
０℃の温度に昇温する。温度が安定したところで、再
び、成長室３８のガス導入口３６より流量１ｃｃ／分の
ＨＣｌを供給し、ガス導入管３５より流量６００ｃｃ／
分のＮＨ3 ガスを供給して成長雰囲気を作る。成長雰囲
気が安定してからＧａＡｓ基板１１を成長室３８に移動
し、第１のＧａＮ膜上に第２のＧａＮ膜を成長させる。
第２のＧａＮ膜を形成した後、待機室３３へ移動し、Ｇ
ａＡｓ基板１１を室温まで冷却する。ガス導入口３４よ
りＮＨ3 ガスをＧａＡｓ基板１１が５００℃程度になる
まで供給する。３０分の成長で、約１．５μｍの膜厚の
第２のＧａＮ膜が得られた。
たＧａソース４０の温度を８００℃、ＧａＡｓ基板１１
の温度を５００℃にセットする。温度が安定したところ
で、成長室３８のガス導入口３６から流量０．５ｃｃ／
分のＨＣｌをＧａソース４０上に供給する。ＧａとＨＣ
ｌが反応して形成される塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を成
長領域４１に輸送するとともに、ガス導入管３５より流
量６００ｃｃ／分のＮＨ3 ガスを成長領域４１に供給し
て、ＧａＣｌとＮＨ3 が反応してＧａＮが成長する雰囲
気を作る。成長雰囲気が安定してからＧａＡｓ基板１１
を成長室３８へ移動する。この状態でＧａＡｓ基板１１
の上面に第１のＧａＮ膜を成長させ、３０分経過後にＧ
ａＡｓ基板１１を待機室３３へ移動して成長を停止す
る。このとき、ＧａＡｓ基板上に約５０ｎｍの膜厚でＧ
ａＮ膜が成長する。次に、成長室に供給したＨＣｌおよ
びＮＨ3 ガスの供給を停止し、待機室３３にガス導入口
３４よりＮＨ3 を供給しながらＧａＡｓ基板１１を７０
０℃の温度に昇温する。温度が安定したところで、再
び、成長室３８のガス導入口３６より流量１ｃｃ／分の
ＨＣｌを供給し、ガス導入管３５より流量６００ｃｃ／
分のＮＨ3 ガスを供給して成長雰囲気を作る。成長雰囲
気が安定してからＧａＡｓ基板１１を成長室３８に移動
し、第１のＧａＮ膜上に第２のＧａＮ膜を成長させる。
第２のＧａＮ膜を形成した後、待機室３３へ移動し、Ｇ
ａＡｓ基板１１を室温まで冷却する。ガス導入口３４よ
りＮＨ3 ガスをＧａＡｓ基板１１が５００℃程度になる
まで供給する。３０分の成長で、約１．５μｍの膜厚の
第２のＧａＮ膜が得られた。
【００１２】図４に、ＧａＡｓ基板上に本実施例および
従来法により形成したＧａＮ膜中のＡｓ濃度を２次イオ
ン質量分析法により求めたＡｓ濃度スペクトルを示す。
図４から判るように、側面と裏面にＳｉＯ2 マスクを形
成したＧａＡｓ基板上のＧａＮ膜中のＡｓ濃度は、従来
法による場合のＧａＮ膜中のＡｓ濃度に比較して１／１
０以下に減少している。また、図５に、本実施例および
従来法により形成したＧａＮ膜の室温でのホトルミネッ
センススペクトルを示す。図５から判るように、側面お
よび裏面にマスクを形成したＧａＡｓ基板上のＧａＮ膜
は、従来法による場合のＧａＮ膜と比較してＧａＮに由
来する３７０ｎｍのバンド端の発光強度が１０倍以上強
く、５００ｎｍ付近の不純物による発光強度が大幅に減
少している。以上より、本発明により基板からの不純物
混入の少ない、結晶品質の良好なＧａＮが得られたこと
が判る。
従来法により形成したＧａＮ膜中のＡｓ濃度を２次イオ
ン質量分析法により求めたＡｓ濃度スペクトルを示す。
図４から判るように、側面と裏面にＳｉＯ2 マスクを形
成したＧａＡｓ基板上のＧａＮ膜中のＡｓ濃度は、従来
法による場合のＧａＮ膜中のＡｓ濃度に比較して１／１
０以下に減少している。また、図５に、本実施例および
従来法により形成したＧａＮ膜の室温でのホトルミネッ
センススペクトルを示す。図５から判るように、側面お
よび裏面にマスクを形成したＧａＡｓ基板上のＧａＮ膜
は、従来法による場合のＧａＮ膜と比較してＧａＮに由
来する３７０ｎｍのバンド端の発光強度が１０倍以上強
く、５００ｎｍ付近の不純物による発光強度が大幅に減
少している。以上より、本発明により基板からの不純物
混入の少ない、結晶品質の良好なＧａＮが得られたこと
が判る。
【００１３】［第１の実施例の変更例］上記第１の実施
例の変更例として、ＧａＡｓ基板１１の側面および裏面
にの形成するマスクのＳｉＯ2 膜厚を変えた場合の、Ｇ
ａＡｓ基板上へのＧａＮ膜成長例について説明する。
（１００）面を有するＧａＡｓ基板を用い、基板の側面
および裏面に、上記第１の実施例において用いた図２に
示す熱ＣＶＤ装置を用いてＳｉＯ2 膜を形成した。Ｓｉ
Ｏ2 膜の厚さは、ガス導入口２２より供給する、ＳｉＨ
4 ガスとＯ2 の供給時間を変えて制御した。ＳｉＯ2 膜
の厚さを２０ｎｍ、５０ｎｍ、１５０ｎｍおよび２００
ｎｍの４種類形成した。また、側面および裏面にマスク
形成を行なわないＧａＡｓ基板１１も準備した。次に、
上記のように形成したＧａＡｓ基板１１の上面１２のエ
ッチングを行い、第１の実施例と同様の方法および条件
により、第１のＧａＮ膜（低温成長ＧａＮ膜）と第２の
ＧａＮ膜（高温成長ＧａＮ膜）を順次成長させた。
例の変更例として、ＧａＡｓ基板１１の側面および裏面
にの形成するマスクのＳｉＯ2 膜厚を変えた場合の、Ｇ
ａＡｓ基板上へのＧａＮ膜成長例について説明する。
（１００）面を有するＧａＡｓ基板を用い、基板の側面
および裏面に、上記第１の実施例において用いた図２に
示す熱ＣＶＤ装置を用いてＳｉＯ2 膜を形成した。Ｓｉ
Ｏ2 膜の厚さは、ガス導入口２２より供給する、ＳｉＨ
4 ガスとＯ2 の供給時間を変えて制御した。ＳｉＯ2 膜
の厚さを２０ｎｍ、５０ｎｍ、１５０ｎｍおよび２００
ｎｍの４種類形成した。また、側面および裏面にマスク
形成を行なわないＧａＡｓ基板１１も準備した。次に、
上記のように形成したＧａＡｓ基板１１の上面１２のエ
ッチングを行い、第１の実施例と同様の方法および条件
により、第１のＧａＮ膜（低温成長ＧａＮ膜）と第２の
ＧａＮ膜（高温成長ＧａＮ膜）を順次成長させた。
【００１４】図６は、側面および裏面に形成したＳｉＯ
2 膜の膜厚と、成長したＧａＮ膜中の２次イオン質量分
析から求めたＡｓ濃度との関係を示すグラフである。図
６から判るように、ＧａＮ膜中のＡｓ濃度は、側面およ
び裏面に形成するＳｉＯ2 膜の膜厚が５０ｎｍに達する
までは急速に減少し５０ｎｍを越えるとほぼ一定にな
る。このことから、側面と裏面に形成するマスクの膜厚
は５０ｎｍ以上が望ましいことが判った。
2 膜の膜厚と、成長したＧａＮ膜中の２次イオン質量分
析から求めたＡｓ濃度との関係を示すグラフである。図
６から判るように、ＧａＮ膜中のＡｓ濃度は、側面およ
び裏面に形成するＳｉＯ2 膜の膜厚が５０ｎｍに達する
までは急速に減少し５０ｎｍを越えるとほぼ一定にな
る。このことから、側面と裏面に形成するマスクの膜厚
は５０ｎｍ以上が望ましいことが判った。
【００１５】［第２の実施例］第２の実施例として基板
結晶としてＧａＰ基板を用いて、ＧａＮ膜を成長させた
例について説明する。ＧａＰ基板の裏面および側面にマ
スクとしてのＳｉＯ2 膜を成長させるため、第１の実施
例において使用した図２の熱ＣＶＤ装置を用い、ＧａＡ
ｓ基板１１に代えＧａＰ基板をその上面が基板ホルダー
２０に接するようにして基板ホルダー２０に載せ反応管
２１内にセットする。ガス導入口２２よりＮ2 ガスを５
０ｌ／分の流量で供給しながらヒータ２３によりＧａＰ
基板を４３０℃に昇温する。ＧａＰの温度が安定してか
ら、ガス導入口２２より流量２０ｃｃ／分のＳｉＨ4 ガ
スと流量２００ｃｃ／分のＯ2 をＧａＰ基板領域に供給
する。８分間の供給でＧａＰ基板の側面および裏面に約
２００ｎｍの膜厚のＳｉＯ2 膜を形成した。
結晶としてＧａＰ基板を用いて、ＧａＮ膜を成長させた
例について説明する。ＧａＰ基板の裏面および側面にマ
スクとしてのＳｉＯ2 膜を成長させるため、第１の実施
例において使用した図２の熱ＣＶＤ装置を用い、ＧａＡ
ｓ基板１１に代えＧａＰ基板をその上面が基板ホルダー
２０に接するようにして基板ホルダー２０に載せ反応管
２１内にセットする。ガス導入口２２よりＮ2 ガスを５
０ｌ／分の流量で供給しながらヒータ２３によりＧａＰ
基板を４３０℃に昇温する。ＧａＰの温度が安定してか
ら、ガス導入口２２より流量２０ｃｃ／分のＳｉＨ4 ガ
スと流量２００ｃｃ／分のＯ2 をＧａＰ基板領域に供給
する。８分間の供給でＧａＰ基板の側面および裏面に約
２００ｎｍの膜厚のＳｉＯ2 膜を形成した。
【００１６】ＳｉＯ2 膜を形成後、ＳｉＨ4 ガスとＯ2
の供給を停止し、常温まで冷却してＣＶＤ装置より取り
出す。次に、ＧａＰ基板の上面を硝酸＋塩酸系のエッチ
ング液でエッチングする。エッチングした後、ＧａＡｓ
基板１１に代えＧａＰ基板を図３のＶＰＥ装置の基板ホ
ルダー３１に載せ、反応管３２の待機室３３にセットす
る。ガス導入口３４、ガス導入管３５、およびガス導入
口３６からＮ2 ガスを供給しながらヒータ３７により昇
温する。成長室３８のソースボート３９に装填されたＧ
ａソース４０の温度を８００℃、ＧａＰ基板の温度を５
００℃にセットする。
の供給を停止し、常温まで冷却してＣＶＤ装置より取り
出す。次に、ＧａＰ基板の上面を硝酸＋塩酸系のエッチ
ング液でエッチングする。エッチングした後、ＧａＡｓ
基板１１に代えＧａＰ基板を図３のＶＰＥ装置の基板ホ
ルダー３１に載せ、反応管３２の待機室３３にセットす
る。ガス導入口３４、ガス導入管３５、およびガス導入
口３６からＮ2 ガスを供給しながらヒータ３７により昇
温する。成長室３８のソースボート３９に装填されたＧ
ａソース４０の温度を８００℃、ＧａＰ基板の温度を５
００℃にセットする。
【００１７】温度が安定したところで、成長室３８のガ
ス導入口３６からＨＣｌを０．５ｃｃ／分の流量でＧａ
ソース４０上に供給する。ＧａとＨＣｌを反応させ塩化
ガリウム（ＧａＣｌ）として成長領域４１に輸送し、ガ
ス導入管３５より流量６００ｃｃ／分のＮＨ3 ガスを成
長領域に供給してＧａＮの成長雰囲気を作る。成長雰囲
気が安定してからＧａＰ基板を成長室３８へ移動し、Ｇ
ａＰ基板の上面に第１のＧａＮ膜を成長させる。３０分
後にＧａＰ基板を待機室３３へ移動して成長を停止す
る。このとき、ＧａＰ基板上に膜厚約５０ｎｍのＧａＮ
膜が成長する。次に、成長室に供給したＨＣｌおよびＮ
Ｈ3 ガスの供給を停止し、待機室３３にガス導入口３４
よりＮＨ3 ガスを供給しながらＧａＰ基板の温度を７０
０℃に昇温する。温度が安定したところで、再び、成長
室３８のガス導入口３６より流量１ｃｃ／分のＨＣｌを
供給し、ガス導入管３５よりＮＨ3 を流量６００ｃｃ／
分で供給して成長雰囲気を作る。成長雰囲気が安定して
からＧａＰ基板を成長室３８に移動し、第１のＧａＮ膜
上に第２のＧａＮ膜を成長させる。膜厚１．５μｍの第
２のＧａＮ膜を形成した後、待機室３３へ移動し、Ｇａ
Ｐ基板を室温まで冷却する。
ス導入口３６からＨＣｌを０．５ｃｃ／分の流量でＧａ
ソース４０上に供給する。ＧａとＨＣｌを反応させ塩化
ガリウム（ＧａＣｌ）として成長領域４１に輸送し、ガ
ス導入管３５より流量６００ｃｃ／分のＮＨ3 ガスを成
長領域に供給してＧａＮの成長雰囲気を作る。成長雰囲
気が安定してからＧａＰ基板を成長室３８へ移動し、Ｇ
ａＰ基板の上面に第１のＧａＮ膜を成長させる。３０分
後にＧａＰ基板を待機室３３へ移動して成長を停止す
る。このとき、ＧａＰ基板上に膜厚約５０ｎｍのＧａＮ
膜が成長する。次に、成長室に供給したＨＣｌおよびＮ
Ｈ3 ガスの供給を停止し、待機室３３にガス導入口３４
よりＮＨ3 ガスを供給しながらＧａＰ基板の温度を７０
０℃に昇温する。温度が安定したところで、再び、成長
室３８のガス導入口３６より流量１ｃｃ／分のＨＣｌを
供給し、ガス導入管３５よりＮＨ3 を流量６００ｃｃ／
分で供給して成長雰囲気を作る。成長雰囲気が安定して
からＧａＰ基板を成長室３８に移動し、第１のＧａＮ膜
上に第２のＧａＮ膜を成長させる。膜厚１．５μｍの第
２のＧａＮ膜を形成した後、待機室３３へ移動し、Ｇａ
Ｐ基板を室温まで冷却する。
【００１８】図７に、本発明の方法を用いてＧａＰ基板
上に形成したＧａＮ膜の２次イオン質量分析から求めた
Ｐ濃度を示す。図７から側面および裏面にマスクを形成
したＧａＰ基板上のＧａＮ膜のＰ濃度は、マスクを形成
しないＧａＰ基板の場合に比較して１／２０程度低い値
になっていることが明らかになった。
上に形成したＧａＮ膜の２次イオン質量分析から求めた
Ｐ濃度を示す。図７から側面および裏面にマスクを形成
したＧａＰ基板上のＧａＮ膜のＰ濃度は、マスクを形成
しないＧａＰ基板の場合に比較して１／２０程度低い値
になっていることが明らかになった。
【００１９】［第３の実施例］次に、側面と裏面に形成
するのマスクの材料として、ＧａＮ膜を用いてＧａＡｓ
基板上にＧａＮ膜を形成した実施例について説明する。
裏面も上面と同様に鏡面に研磨されたＧａＡｓ基板を用
い、このＧａＡｓ基板１１を硫酸＋過酸化水素＋水系の
エッチング液でエッチングした。エッチングしたＧａＡ
ｓ基板１１を図３に示すＶＰＥ装置の基板ホルダー３１
に裏面を表にして待機室３３にセットする。ガス導入口
３４、３６、およびガス導入管３５よりＮ2 ガスを供給
しながら反応管３２を昇温する。Ｇａソース４０の温度
を８００℃、ＧａＡｓ基板１１の温度を５００℃にす
る。温度が安定したところで、ガス導入口３６から流量
０．５ｃｃ／分のＨＣｌをＧａソース４０上に供給し、
ガス導入管３５よりＮＨ3 ガスを６００ｃｃ／分の流量
で成長領域４１に供給しＧａＮ成長雰囲気を形成する。
雰囲気が安定したらＧａＡｓ基板１１を成長室３８へ移
動し、ＧａＮ膜を６０分間成長させる。このとき、Ｇａ
Ａｓ基板１１の側面および裏面にはマスクとなるＧａＮ
膜が約１００ｎｍの膜厚に成長する。次いで、ＧａＡｓ
基板１１を待機室３３に移動して、室温まで冷却する。
成長装置より取り出し、ＧａＡｓ基板１１の上面１２を
表にして再度、基板ホルダー３１にセットする。以降
は、上記第１の実施例と同様の方法および条件で第１の
ＧａＮ膜および第２のＧａＮ膜を形成する。形成したＧ
ａＮ膜についての２次イオン質量分析結果によるＡｓ濃
度は、図４に示した側面と裏面にＳｉＯ2 膜を形成した
ＧａＡｓ基板上に成長したＧａＮ膜と同様に低い値を示
した。
するのマスクの材料として、ＧａＮ膜を用いてＧａＡｓ
基板上にＧａＮ膜を形成した実施例について説明する。
裏面も上面と同様に鏡面に研磨されたＧａＡｓ基板を用
い、このＧａＡｓ基板１１を硫酸＋過酸化水素＋水系の
エッチング液でエッチングした。エッチングしたＧａＡ
ｓ基板１１を図３に示すＶＰＥ装置の基板ホルダー３１
に裏面を表にして待機室３３にセットする。ガス導入口
３４、３６、およびガス導入管３５よりＮ2 ガスを供給
しながら反応管３２を昇温する。Ｇａソース４０の温度
を８００℃、ＧａＡｓ基板１１の温度を５００℃にす
る。温度が安定したところで、ガス導入口３６から流量
０．５ｃｃ／分のＨＣｌをＧａソース４０上に供給し、
ガス導入管３５よりＮＨ3 ガスを６００ｃｃ／分の流量
で成長領域４１に供給しＧａＮ成長雰囲気を形成する。
雰囲気が安定したらＧａＡｓ基板１１を成長室３８へ移
動し、ＧａＮ膜を６０分間成長させる。このとき、Ｇａ
Ａｓ基板１１の側面および裏面にはマスクとなるＧａＮ
膜が約１００ｎｍの膜厚に成長する。次いで、ＧａＡｓ
基板１１を待機室３３に移動して、室温まで冷却する。
成長装置より取り出し、ＧａＡｓ基板１１の上面１２を
表にして再度、基板ホルダー３１にセットする。以降
は、上記第１の実施例と同様の方法および条件で第１の
ＧａＮ膜および第２のＧａＮ膜を形成する。形成したＧ
ａＮ膜についての２次イオン質量分析結果によるＡｓ濃
度は、図４に示した側面と裏面にＳｉＯ2 膜を形成した
ＧａＡｓ基板上に成長したＧａＮ膜と同様に低い値を示
した。
【００２０】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく特許請
求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更を加え
ることができる。例えば、基板結晶がＧａＡｓ基板やＧ
ａＰ基板以外のＩｎＰ基板、ＩｎＡｓ基板およびそれら
の混晶を用いても同様な効果が得られる。また、マスク
材料にＳｉＯ2 とＧａＮ膜を用いた実施例を示したが、
基板結晶が分解しない温度で形成できるＡｌ2 Ｏ3 膜、
ＳｉＮ膜、ＡｌＮ膜等でも５０μｍ以上の膜厚があれば
同様な効果が得られる。更に、成長手法も、ハイドライ
ドＶＰＥ法に限らずＭＯＣＶＤ法や、ＭＢＥ法などを用
いても同様の効果が得られる。
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく特許請
求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更を加え
ることができる。例えば、基板結晶がＧａＡｓ基板やＧ
ａＰ基板以外のＩｎＰ基板、ＩｎＡｓ基板およびそれら
の混晶を用いても同様な効果が得られる。また、マスク
材料にＳｉＯ2 とＧａＮ膜を用いた実施例を示したが、
基板結晶が分解しない温度で形成できるＡｌ2 Ｏ3 膜、
ＳｉＮ膜、ＡｌＮ膜等でも５０μｍ以上の膜厚があれば
同様な効果が得られる。更に、成長手法も、ハイドライ
ドＶＰＥ法に限らずＭＯＣＶＤ法や、ＭＢＥ法などを用
いても同様の効果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体結晶性膜の成長方法は、結晶成長を行う領域以外の半
導体基板の表面をマスクにて覆った状態で結晶成長を行
うものであるので、結晶成長中における基板構成元素の
蒸発を抑えることができ蒸発元素の混入による結晶成長
膜の純度の低下を抑制することができる。また、本発明
によれば、基板を構成する元素の蒸発を抑えつつ高温で
の結晶成長が可能になるので、高品質の結晶膜を得るこ
とができる。
体結晶性膜の成長方法は、結晶成長を行う領域以外の半
導体基板の表面をマスクにて覆った状態で結晶成長を行
うものであるので、結晶成長中における基板構成元素の
蒸発を抑えることができ蒸発元素の混入による結晶成長
膜の純度の低下を抑制することができる。また、本発明
によれば、基板を構成する元素の蒸発を抑えつつ高温で
の結晶成長が可能になるので、高品質の結晶膜を得るこ
とができる。
【図１】本発明の実施の形態を説明するための工程順断
面図。
面図。
【図２】マスクであるＳｉＯ2 膜を形成するための熱Ｃ
ＶＤ装置の概略構成図。
ＶＤ装置の概略構成図。
【図３】本発明の実施例において用いたハイドライド法
ＶＰＥ装置の概略構成図。
ＶＰＥ装置の概略構成図。
【図４】本発明の第１の実施例により形成されたＧａＮ
膜中と従来例により形成されたＧａＮ膜中のＡｓ濃度の
２次イオン質量分析法によるスペクトル。
膜中と従来例により形成されたＧａＮ膜中のＡｓ濃度の
２次イオン質量分析法によるスペクトル。
【図５】本発明の第１の実施例により形成されたＧａＮ
と従来例により形成されたＧａＮ膜の室温のホトルミネ
ッセンススペクトル。
と従来例により形成されたＧａＮ膜の室温のホトルミネ
ッセンススペクトル。
【図６】ＧａＡｓ基板の側面と裏面に形成したＳｉＯ2
膜の厚さと成長したＧａＮ膜中の２次イオン質量分析法
によるＡｓ濃度との関係を示すグラフ。
膜の厚さと成長したＧａＮ膜中の２次イオン質量分析法
によるＡｓ濃度との関係を示すグラフ。
【図７】本発明の第２の実施例により形成されたＧａＮ
膜中と従来例により形成されたＧａＮ膜中のＰ濃度の２
次イオン質量分析法によるスペクトル。
膜中と従来例により形成されたＧａＮ膜中のＰ濃度の２
次イオン質量分析法によるスペクトル。
１１ ＧａＡｓ基板 １２ ＧａＡｓ基板の上面 ２０ 基板ホルダー ２１ 反応管 ２２ ガス導入口 ２３ ヒータ ３１ 基板ホルダー ３２ ＶＰＥ装置の反応管 ３３ 待機室 ３４、３６ ガス導入口 ３５ ガス導入管 ３７ ヒータ ３８ 成長室 ３９ ソースボート ４０ Ｇａソース ４１ 成長領域 １０１ 半導体基板 １０２ 上面 １０３ 側面 １０４ 裏面 １０５ マスク １０６ 第１の結晶成長膜 １０７ 第２の結晶成長膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｃ Ｈ０１Ｓ 3/18 Ｈ０１Ｓ 3/18
Claims (6)
- 【請求項１】 基板主上面、裏面および側面を含む基板
表面で結晶性膜を成長させる領域以外の基板表面をマス
クした半導体基板を用い、該半導体基板表面上へ窒化物
系III −Ｖ族化合物半導体結晶性膜をエピタキシャル成
長させることを特徴とする半導体結晶性膜の成長方法。 - 【請求項２】 前記半導体基板が窒素を構成元素として
含まないIII −Ｖ族化合物半導体結晶であることを特徴
とする請求項１記載の半導体結晶性膜の成長方法。 - 【請求項３】 前記半導体基板表面をマスクする材料
が、ＳｉＯ2 膜、Ａｌ2 Ｏ3 膜等の酸化物またはＳｉ
Ｎ、ＧａＮ、ＡｌＮ膜等の窒化物であることを特徴とす
る請求項１または２記載の半導体結晶性膜の成長方法。 - 【請求項４】 前記半導体基板表面をマスクする材料の
膜厚が、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１
または２記載の半導体結晶性膜の成長方法。 - 【請求項５】 前記半導体基板表面をマスクする材料層
を、基板結晶が分解・変質しない条件下で形成すること
を特徴とする請求項１または２記載の半導体結晶性膜の
成長方法。 - 【請求項６】 基板上へのエピタキシャル成長を、初期
の段階では基板構成元素の蒸発が生じない低温で行いそ
の後高温で行うことを特徴とする請求項１または２記載
の半導体結晶性膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12130196A JP2897821B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 半導体結晶性膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12130196A JP2897821B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 半導体結晶性膜の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09306848A JPH09306848A (ja) | 1997-11-28 |
| JP2897821B2 true JP2897821B2 (ja) | 1999-05-31 |
Family
ID=14807877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12130196A Expired - Fee Related JP2897821B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 半導体結晶性膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2897821B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003007616A (ja) * | 2001-03-23 | 2003-01-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体膜の製造方法 |
| JP2003163375A (ja) * | 2001-11-29 | 2003-06-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
| JP4781643B2 (ja) * | 2004-07-22 | 2011-09-28 | 三菱電機株式会社 | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
| JP4522301B2 (ja) * | 2005-03-30 | 2010-08-11 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体基板および半導体装置 |
| JP2007165626A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光素子及びその製造方法 |
| JP5518566B2 (ja) * | 2010-05-10 | 2014-06-11 | 信越半導体株式会社 | 窒化物半導体自立基板の製造方法 |
| JP5464057B2 (ja) * | 2010-06-02 | 2014-04-09 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルウエーハの製造方法 |
| US9276165B2 (en) * | 2012-07-23 | 2016-03-01 | Sino Nitride Semiconductor Co.Ltd | Composite substrate with a protective layer for preventing metal from diffusing |
| JP5941523B2 (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-29 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法 |
| WO2021066042A1 (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 京セラ株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
-
1996
- 1996-05-16 JP JP12130196A patent/JP2897821B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09306848A (ja) | 1997-11-28 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |