JP3000143B2 - 化合物半導体の製膜方法 - Google Patents
化合物半導体の製膜方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体の製
膜方法に関し、さらに詳しくは、青色半導体レーザなど
の発光素子として好適に使用することのできる、化合物
半導体の製膜方法に関する。
膜方法に関し、さらに詳しくは、青色半導体レーザなど
の発光素子として好適に使用することのできる、化合物
半導体の製膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体エレクトロニクス分野にお
いては、光記録等の高密度化などの目的から、青色発振
の半導体レーザが開発され、着目を浴びている。この青
色発振の半導体レーザは、「Ｊａｎａｎｅｓｅ Ｊ．ｏ
ｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ」（Ｖｏｌ．３
０、Ｎｏ．１０Ａ、Ｏｃｔｏｂｅｒ、１９９１）の１７
０５〜１７０７頁、あるいは「Ｊ．ｏｆ Ｃｒｙｓｔａ
ｌ Ｇｒｏｗｔｈ」（９８、１９８９）の２０９〜２１
９頁に記載されているように、（０００１）面サファイ
ア基板上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）などのバッファ層を製膜した後、ＭＯＣＶ
Ｄ法などにより窒化ガリウム、あるいは窒化ガリウムア
ルミニウム（Ｇａ1-X ＡｌX Ｎ）を３〜１２μｍ製膜し
て、エピタキシャル成長させた化合物半導体をデバイス
材料として用いることにより、製造している。
いては、光記録等の高密度化などの目的から、青色発振
の半導体レーザが開発され、着目を浴びている。この青
色発振の半導体レーザは、「Ｊａｎａｎｅｓｅ Ｊ．ｏ
ｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ」（Ｖｏｌ．３
０、Ｎｏ．１０Ａ、Ｏｃｔｏｂｅｒ、１９９１）の１７
０５〜１７０７頁、あるいは「Ｊ．ｏｆ Ｃｒｙｓｔａ
ｌ Ｇｒｏｗｔｈ」（９８、１９８９）の２０９〜２１
９頁に記載されているように、（０００１）面サファイ
ア基板上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）などのバッファ層を製膜した後、ＭＯＣＶ
Ｄ法などにより窒化ガリウム、あるいは窒化ガリウムア
ルミニウム（Ｇａ1-X ＡｌX Ｎ）を３〜１２μｍ製膜し
て、エピタキシャル成長させた化合物半導体をデバイス
材料として用いることにより、製造している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして窒化ガリウムなどの化合物半導体を製造する
に当たっては、基板の格子定数と窒化ガリウムなどの化
合物半導体の格子定数とが異なるため、基板上に直接化
合物半導体を製膜してもエピタキシャル成長しないた
め、基板と化合物半導体との間にバッファ層を設ける必
要があった。このバッファ層として、上記のように、例
えば、窒化ガリウムと異なる窒化アルミニウムを用いる
場合には、窒化アルミニウムと窒化ガリウムとの製膜に
おいて反応ガスを切り替える必要があり、製膜操作が煩
雑化するという問題があった。さらに、バッファ層とし
て、例えば、化合物半導体と同じ窒化ガリウムを用いた
場合においても、バッファ層の製膜と実際の化合物半導
体の製膜とにおいては、製膜時の基板温度や反応ガスの
流量などが異なるため、両者の製膜時においてこれらを
調節する必要が生じ、前記同様に、製膜操作が煩雑化す
るという問題があった。
ようにして窒化ガリウムなどの化合物半導体を製造する
に当たっては、基板の格子定数と窒化ガリウムなどの化
合物半導体の格子定数とが異なるため、基板上に直接化
合物半導体を製膜してもエピタキシャル成長しないた
め、基板と化合物半導体との間にバッファ層を設ける必
要があった。このバッファ層として、上記のように、例
えば、窒化ガリウムと異なる窒化アルミニウムを用いる
場合には、窒化アルミニウムと窒化ガリウムとの製膜に
おいて反応ガスを切り替える必要があり、製膜操作が煩
雑化するという問題があった。さらに、バッファ層とし
て、例えば、化合物半導体と同じ窒化ガリウムを用いた
場合においても、バッファ層の製膜と実際の化合物半導
体の製膜とにおいては、製膜時の基板温度や反応ガスの
流量などが異なるため、両者の製膜時においてこれらを
調節する必要が生じ、前記同様に、製膜操作が煩雑化す
るという問題があった。
【０００４】本発明の目的は、バッファ層を設けること
なく、簡易な方法でエピタキシャル成長させることが可
能な、化合物半導体の製膜方法を提供することである。
なく、簡易な方法でエピタキシャル成長させることが可
能な、化合物半導体の製膜方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、化合物半導体
を基板上にエピタキシャル成長させる化合物半導体の製
膜方法において、製膜中における基板温度を所定の割合
で上昇させて、前記基板上に直接化合物半導体をエピタ
キシャル成長させることを特徴とする、化合物半導体の
製膜方法である。
を基板上にエピタキシャル成長させる化合物半導体の製
膜方法において、製膜中における基板温度を所定の割合
で上昇させて、前記基板上に直接化合物半導体をエピタ
キシャル成長させることを特徴とする、化合物半導体の
製膜方法である。
【０００６】図２は、本発明の化合物半導体の製膜方法
によって製膜した、窒化ガリウム膜のＸ線回折（ＸＲ
Ｄ）パターンを示す図である。図３は、本発明の化合物
半導体の製膜方法によって製膜した、窒化ガリウム膜の
高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）パターンを示す図であ
る。図２及び３における窒化ガリウムは、製膜直前の基
板温度を５００℃に設定し、基板温度上昇度を２℃／秒
に設定して、（０００１）面サファイア基板上に約１．
２μｍ製膜したものである。
によって製膜した、窒化ガリウム膜のＸ線回折（ＸＲ
Ｄ）パターンを示す図である。図３は、本発明の化合物
半導体の製膜方法によって製膜した、窒化ガリウム膜の
高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）パターンを示す図であ
る。図２及び３における窒化ガリウムは、製膜直前の基
板温度を５００℃に設定し、基板温度上昇度を２℃／秒
に設定して、（０００１）面サファイア基板上に約１．
２μｍ製膜したものである。
【０００７】図２におけるＸ線回折パターンでは、窒化
ガリウムの（０００２）面及び（０００４）面からのピ
ーク、すなわち、ｃ軸配向した窒化ガリウムからのピー
クのみが観測されている。また、図３においても、スト
リーク状の高速電子線回折パターンが観察されている。
したがって、図２及び３から明らかなように、例えば、
（０００１）面サファイア基板上に、直接格子定数の異
なる窒化ガリウムを製膜した場合においても、エピタキ
シャル成長した窒化ガリウムを形成できることが分か
る。
ガリウムの（０００２）面及び（０００４）面からのピ
ーク、すなわち、ｃ軸配向した窒化ガリウムからのピー
クのみが観測されている。また、図３においても、スト
リーク状の高速電子線回折パターンが観察されている。
したがって、図２及び３から明らかなように、例えば、
（０００１）面サファイア基板上に、直接格子定数の異
なる窒化ガリウムを製膜した場合においても、エピタキ
シャル成長した窒化ガリウムを形成できることが分か
る。
【０００８】本発明の方法を用いることにより、格子定
数の異なる基板上に化合物半導体を製膜した場合におい
て、バッファ層を設けなくともエピタキシャル成長した
化合物半導体を形成できる理由については、以下のよう
に考えることができる。すなわち、製膜中の基板温度上
昇度を所定の範囲に限定することにより、最初に製膜さ
れた膜が昇温過程でアニールされると同時に、再蒸発す
る現象と、その上への製膜過程とが同時に進行し、（０
００１）面に配向した初期成長核上への製膜が可能にな
るためと考えられる。
数の異なる基板上に化合物半導体を製膜した場合におい
て、バッファ層を設けなくともエピタキシャル成長した
化合物半導体を形成できる理由については、以下のよう
に考えることができる。すなわち、製膜中の基板温度上
昇度を所定の範囲に限定することにより、最初に製膜さ
れた膜が昇温過程でアニールされると同時に、再蒸発す
る現象と、その上への製膜過程とが同時に進行し、（０
００１）面に配向した初期成長核上への製膜が可能にな
るためと考えられる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。本発明の化合物半導体の製
膜方法においては、製膜中の基板温度をほぼ一定の割合
で上昇させることが必要である。窒化物化合物半導体な
どの化合物半導体を、格子定数の異なる基板上にエピタ
キシャル成長させるためには、製膜直前の基板温度の上
限は６７０℃であることが好ましく、さらには６００℃
であることが好ましい。同様に、製膜直前の基板温度の
下限は４００℃であることが好ましく、さらには５００
℃であることが好ましい。
に基づいて詳細に説明する。本発明の化合物半導体の製
膜方法においては、製膜中の基板温度をほぼ一定の割合
で上昇させることが必要である。窒化物化合物半導体な
どの化合物半導体を、格子定数の異なる基板上にエピタ
キシャル成長させるためには、製膜直前の基板温度の上
限は６７０℃であることが好ましく、さらには６００℃
であることが好ましい。同様に、製膜直前の基板温度の
下限は４００℃であることが好ましく、さらには５００
℃であることが好ましい。
【００１０】また、製膜直前の基板温度の上限を６７０
℃とすることにより、格子定数の異なる基板上に化合物
半導体をエピタキシャル成長させた場合において、平滑
な表面を有する化合物半導体を得ることができる。図４
〜６は、（０００１）面サファイア基板上に、基板温度
上昇度２℃／秒で窒化ガリウムをエピタキシャル成長さ
せた場合の表面特性を、製膜直前の基板温度に対して調
べたものである。図４に示す製膜直前の基板温度５００
℃及び図５に示す製膜直前の基板温度６００℃の場合に
おいては、比較的平滑な表面を有する窒化ガリウム膜を
得ることができるが、図６に示す製膜直前の基板温度７
００℃の場合においては、得られる窒化ガリウム膜の表
面が荒れていることが分かる。
℃とすることにより、格子定数の異なる基板上に化合物
半導体をエピタキシャル成長させた場合において、平滑
な表面を有する化合物半導体を得ることができる。図４
〜６は、（０００１）面サファイア基板上に、基板温度
上昇度２℃／秒で窒化ガリウムをエピタキシャル成長さ
せた場合の表面特性を、製膜直前の基板温度に対して調
べたものである。図４に示す製膜直前の基板温度５００
℃及び図５に示す製膜直前の基板温度６００℃の場合に
おいては、比較的平滑な表面を有する窒化ガリウム膜を
得ることができるが、図６に示す製膜直前の基板温度７
００℃の場合においては、得られる窒化ガリウム膜の表
面が荒れていることが分かる。
【００１１】さらに、窒化物化合物半導体などの化合物
半導体を、格子定数の異なる基板上にエピタキシャル成
長させるためには、本発明の基板温度上昇度の下限は
０．５℃／秒であることが好ましく、さらには１．０℃
／秒であることが好ましい。また、基板温度上昇度の上
限は、良好な結晶性を得るためには、３℃／秒であるこ
とが好ましく、さらに好ましくは２．５℃／秒である。
半導体を、格子定数の異なる基板上にエピタキシャル成
長させるためには、本発明の基板温度上昇度の下限は
０．５℃／秒であることが好ましく、さらには１．０℃
／秒であることが好ましい。また、基板温度上昇度の上
限は、良好な結晶性を得るためには、３℃／秒であるこ
とが好ましく、さらに好ましくは２．５℃／秒である。
【００１２】上述したような製膜直前の基板温度、及び
基板温度上昇度の基板温度の設定手段については、特に
限定されるものではなく、抵抗もしくはランプ加熱など
をＰＩＤ制御で行う方法、及びカーボンサセプタの高周
波（１００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）吸収による加熱
する方法などを使用することができる。後者の方法は、
ＰＩＤ制御することができないため、通常は、高周波入
力電力をパラメータとして、基板温度上昇の時間依存性
を調べた後、目的の基板温度上昇度が得られるような構
成曲線を作成して、ほぼ一定の基板温度上昇度を得る。
基板温度上昇度の基板温度の設定手段については、特に
限定されるものではなく、抵抗もしくはランプ加熱など
をＰＩＤ制御で行う方法、及びカーボンサセプタの高周
波（１００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）吸収による加熱
する方法などを使用することができる。後者の方法は、
ＰＩＤ制御することができないため、通常は、高周波入
力電力をパラメータとして、基板温度上昇の時間依存性
を調べた後、目的の基板温度上昇度が得られるような構
成曲線を作成して、ほぼ一定の基板温度上昇度を得る。
【００１３】本発明の方法は、III −Ｖ族窒化物化合物
半導体及びIII −Ｖ族砒化物化合物半導体などの化合物
半導体に使用することができる。しかしながら、III −
Ｖ族窒化物化合物半導体において、本発明の目的を最も
よく達成することができる。III −Ｖ族窒化物化合物半
導体としては、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化
ガリウムアルミニウム、及び窒化ガリウムインジウムな
どを例示することができる。
半導体及びIII −Ｖ族砒化物化合物半導体などの化合物
半導体に使用することができる。しかしながら、III −
Ｖ族窒化物化合物半導体において、本発明の目的を最も
よく達成することができる。III −Ｖ族窒化物化合物半
導体としては、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化
ガリウムアルミニウム、及び窒化ガリウムインジウムな
どを例示することができる。
【００１４】また、本発明における化合物半導体の製膜
は、有機金属化学堆積（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ法）、水素輸送法、ホットウオール法な
どの汎用の方法を用いて製膜することができる。
は、有機金属化学堆積（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ法）、水素輸送法、ホットウオール法な
どの汎用の方法を用いて製膜することができる。
【００１５】本発明の製膜方法に用いることのできる基
板としては、（０００１）面サファイア基板、炭化ケイ
素基板、シリコン基板及び砒化ガリウム基板などを例示
することができる。
板としては、（０００１）面サファイア基板、炭化ケイ
素基板、シリコン基板及び砒化ガリウム基板などを例示
することができる。
【００１６】以下、本発明の化合物半導体の製膜方法の
実施手順について説明する。図１は、本発明の製膜方法
を実施するための装置の一例としてのＭＯＣＶＤ装置を
示すものである。図１に示すＭＯＣＶＤ装置２０は、基
板１を支持するためのカーボンからなる台座２を有して
おり、その直上には反応ガスを基板１の直上に導いて、
製膜を効率よく進行させるための内管４が設けられてい
る。また、ＭＯＣＶＤ装置２０の外周には基板１を加熱
するための高周波加熱コイル３が設けられており、この
高周波加熱コイルに電流を流すことによって発生した高
周波によって、台座２を加熱し、この台座２上に位置す
る基板１を間接的に加熱する。
実施手順について説明する。図１は、本発明の製膜方法
を実施するための装置の一例としてのＭＯＣＶＤ装置を
示すものである。図１に示すＭＯＣＶＤ装置２０は、基
板１を支持するためのカーボンからなる台座２を有して
おり、その直上には反応ガスを基板１の直上に導いて、
製膜を効率よく進行させるための内管４が設けられてい
る。また、ＭＯＣＶＤ装置２０の外周には基板１を加熱
するための高周波加熱コイル３が設けられており、この
高周波加熱コイルに電流を流すことによって発生した高
周波によって、台座２を加熱し、この台座２上に位置す
る基板１を間接的に加熱する。
【００１７】さらに、ＭＯＣＶＤ装置２０のチャンバ壁
には、前記の基板加熱によって、チャンバ壁が不必要に
加熱されるのを防止すべく、冷却水入口５及び冷却水出
口６を通じて、冷却水を流せるようになっている。ＭＯ
ＣＶＤ装置２０の上方には、反応ガスを装置内部に導入
するためのガス導入口７及び８が設けられており、ま
た、ＭＯＣＶＤ装置２０の外部であって内管４の上方に
は、基板温度を測定するための赤外線放射温度計１０が
設けられている。
には、前記の基板加熱によって、チャンバ壁が不必要に
加熱されるのを防止すべく、冷却水入口５及び冷却水出
口６を通じて、冷却水を流せるようになっている。ＭＯ
ＣＶＤ装置２０の上方には、反応ガスを装置内部に導入
するためのガス導入口７及び８が設けられており、ま
た、ＭＯＣＶＤ装置２０の外部であって内管４の上方に
は、基板温度を測定するための赤外線放射温度計１０が
設けられている。
【００１８】化合物半導体として、例えば、窒化ガリウ
ムを製膜する場合は、ガリウム源としてトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）を用い、キャリアガスである窒素
（Ｎ2 ）及び水素（Ｈ2 ）と混合して、ガス導入口７よ
りＭＯＣＶＤ装置２０内に導入する。一方、窒素源とし
てアンモニアガス（ＮＨ3 ）を用い、前記同様に窒素及
び水素キャリアガスとともに、ガス導入口８より、ＭＯ
ＣＶＤ装置２０内に導入する。これらのガスは内管４内
において混合され、（０００１）面サファイア基板など
からなる基板１の直上へ導入される。
ムを製膜する場合は、ガリウム源としてトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）を用い、キャリアガスである窒素
（Ｎ2 ）及び水素（Ｈ2 ）と混合して、ガス導入口７よ
りＭＯＣＶＤ装置２０内に導入する。一方、窒素源とし
てアンモニアガス（ＮＨ3 ）を用い、前記同様に窒素及
び水素キャリアガスとともに、ガス導入口８より、ＭＯ
ＣＶＤ装置２０内に導入する。これらのガスは内管４内
において混合され、（０００１）面サファイア基板など
からなる基板１の直上へ導入される。
【００１９】なお、この原料ガスの供給のタイミングに
ついては、特に限定されるものではないが、前記基板温
度の上昇を開始する時に行なうことにより、より結晶性
の高い化合物半導体を得ることができる。
ついては、特に限定されるものではないが、前記基板温
度の上昇を開始する時に行なうことにより、より結晶性
の高い化合物半導体を得ることができる。
【００２０】これらガスの流量は、使用するＭＯＣＶＤ
装置２０のチャンバの大きさ及び排気口９からの排気能
力に依存して変化するが、ＮＨ3 ／ＴＭＧガスのモル流
量比は、２０００〜２００００の範囲に設定することが
必要であり、ＮＨ3 ガス／キャリアガスの流量比は０．
１〜１０の範囲に設定することが必要である。
装置２０のチャンバの大きさ及び排気口９からの排気能
力に依存して変化するが、ＮＨ3 ／ＴＭＧガスのモル流
量比は、２０００〜２００００の範囲に設定することが
必要であり、ＮＨ3 ガス／キャリアガスの流量比は０．
１〜１０の範囲に設定することが必要である。
【００２１】製膜前の基板１の温度は、上述したよう
に、高周波加熱コイル３によって４００〜６７０℃の範
囲に設定しておき、前述のようにして作成した基板温度
上昇度の構成曲線から、基板温度上昇度が１℃／秒以上
の所定の値となるように、高周波加熱コイル３に印加す
る電力値を適宜調節して、基板１を加熱する。なお、製
膜前の基板１の温度測定は、基板１が加熱されることに
よって放出する赤外線を、赤外線放射温度計１０でモニ
ターすることによって行う。
に、高周波加熱コイル３によって４００〜６７０℃の範
囲に設定しておき、前述のようにして作成した基板温度
上昇度の構成曲線から、基板温度上昇度が１℃／秒以上
の所定の値となるように、高周波加熱コイル３に印加す
る電力値を適宜調節して、基板１を加熱する。なお、製
膜前の基板１の温度測定は、基板１が加熱されることに
よって放出する赤外線を、赤外線放射温度計１０でモニ
ターすることによって行う。
【００２２】製膜中のガス圧は、常に３８〜７６０Ｔｏ
ｒｒとなるように、排気口９から真空ポンプ（図示せ
ず）を用いて、ＭＯＣＶＤ装置２０のチャンバ内を排気
する。以上のような操作によって、約１０〜１８０分間
反応を行うことにより、膜厚０．１〜５μｍの窒化ガリ
ウム膜を、格子定数の異なる基板１上に製膜する。
ｒｒとなるように、排気口９から真空ポンプ（図示せ
ず）を用いて、ＭＯＣＶＤ装置２０のチャンバ内を排気
する。以上のような操作によって、約１０〜１８０分間
反応を行うことにより、膜厚０．１〜５μｍの窒化ガリ
ウム膜を、格子定数の異なる基板１上に製膜する。
【００２３】
【実施例】以下、実施例に基づいて、本発明を具体的に
説明する。 実施例１〜７ 図１に示すようなＭＯＣＶＤ装置２０を用い、窒化ガリ
ウム膜の製膜を実施した。基板１としては、（０００
１）面サファイア基板を用いた。ガリウム源としてチリ
メチルガリウムガスを使用し、窒素源としてアンモニア
ガスを使用した。１．３ｓｃｃｍの流量に設定したトリ
メチルガリウムガスを、窒素２５０ｓｃｃｍ及び水素２
５０ｓｃｃｍのキャリアガスとともに，ガス導入口７よ
りＭＯＣＶＤ装置２０内に導入し、７５０ｓｃｃｍの流
量に設定したアンモニアガスを、窒素５００ｓｃｃｍ及
び水素２５０ｓｃｃｍのキャリアガス（アンモニアガス
／キャリアガスの流量比＝１とともに，ガス導入口８よ
りＭＯＣＶＤ装置２０内に導入し、内管４により基板１
の直上にまで上記反応ガスを導入した。
説明する。 実施例１〜７ 図１に示すようなＭＯＣＶＤ装置２０を用い、窒化ガリ
ウム膜の製膜を実施した。基板１としては、（０００
１）面サファイア基板を用いた。ガリウム源としてチリ
メチルガリウムガスを使用し、窒素源としてアンモニア
ガスを使用した。１．３ｓｃｃｍの流量に設定したトリ
メチルガリウムガスを、窒素２５０ｓｃｃｍ及び水素２
５０ｓｃｃｍのキャリアガスとともに，ガス導入口７よ
りＭＯＣＶＤ装置２０内に導入し、７５０ｓｃｃｍの流
量に設定したアンモニアガスを、窒素５００ｓｃｃｍ及
び水素２５０ｓｃｃｍのキャリアガス（アンモニアガス
／キャリアガスの流量比＝１とともに，ガス導入口８よ
りＭＯＣＶＤ装置２０内に導入し、内管４により基板１
の直上にまで上記反応ガスを導入した。
【００２４】その後、発明の実施の形態で述べたような
手法にしたがって、製膜直前の基板温度及び基板温度上
昇度を表１に示す温度に設定し、ＭＯＣＶＤ装置２０内
の圧力を７６０Ｔｏｒｒになるように排気口９で調節す
ることにより、反応を６０分間実施して、約１．２μｍ
の窒化ガリウム膜を製膜した。得られた窒化ガリウム膜
に対してＸ線回折分析を行い、（０００４）面からのピ
ーク強度のωモードＦＷＨＭ（秒）を調べることによ
り、膜の結晶性を評価した。結果を表１に示す。
手法にしたがって、製膜直前の基板温度及び基板温度上
昇度を表１に示す温度に設定し、ＭＯＣＶＤ装置２０内
の圧力を７６０Ｔｏｒｒになるように排気口９で調節す
ることにより、反応を６０分間実施して、約１．２μｍ
の窒化ガリウム膜を製膜した。得られた窒化ガリウム膜
に対してＸ線回折分析を行い、（０００４）面からのピ
ーク強度のωモードＦＷＨＭ（秒）を調べることによ
り、膜の結晶性を評価した。結果を表１に示す。
【００２５】実施例８及び９ アンモニアガスをキャリアガスとともに５分間流した後
に、トリメチルガリウムガスをキャリアガスとともに導
入し、このトリメチルガリウムガスの導入と同時に基板
温度の上昇を開始して、原料ガスの導入と基板温度の上
昇開始とを同時に行わなかった以外は、実施例１及び３
と同様にして実施した。得られた窒化ガリウム膜に対し
てＸ線回折分析を行い、（０００４）面からのピーク強
度のωモードＦＷＨＭ（秒）を調べることにより、膜の
結晶性を評価した。結果を表１に示す。
に、トリメチルガリウムガスをキャリアガスとともに導
入し、このトリメチルガリウムガスの導入と同時に基板
温度の上昇を開始して、原料ガスの導入と基板温度の上
昇開始とを同時に行わなかった以外は、実施例１及び３
と同様にして実施した。得られた窒化ガリウム膜に対し
てＸ線回折分析を行い、（０００４）面からのピーク強
度のωモードＦＷＨＭ（秒）を調べることにより、膜の
結晶性を評価した。結果を表１に示す。
【００２６】比較例１ 製膜直前の基板温度を１０４０℃とし、基板温度上昇度
を０℃／秒として、製膜中の基板温度を一定とした以外
は、上記実施例と同様にして窒化ガリウム膜を製膜し
た。得られらた窒化ガリウム膜の結晶性については、上
記同様にＸ線回折分析による（０００４）面からのピー
ク強度のωモードＦＷＨＭ（秒）を調べることにより実
施した。結果を表１に示す。
を０℃／秒として、製膜中の基板温度を一定とした以外
は、上記実施例と同様にして窒化ガリウム膜を製膜し
た。得られらた窒化ガリウム膜の結晶性については、上
記同様にＸ線回折分析による（０００４）面からのピー
ク強度のωモードＦＷＨＭ（秒）を調べることにより実
施した。結果を表１に示す。
【００２７】比較例２ １．３ｓｃｃｍの流量に設定したトリメチルガリウムガ
スを、窒素２５０ｓｃｃｍ及び水素２５０ｓｃｃｍのキ
ャリアガスとともに，ガス導入口７よりＭＯＣＶＤ装置
２０内に導入し、７５０ｓｃｃｍの流量に設定したアン
モニアガスを、窒素５００ｓｃｃｍ及び水素２５０ｓｃ
ｃｍのキャリアガス（アンモニアガス／キャリアガスの
流量比＝１とともに，ガス導入口８よりＭＯＣＶＤ装置
２０内に導入し、内管４により（０００１）面サファイ
ア基板１の直上にまで上記反応ガスを導入した。基板１
の温度を一定温度６００℃に設定し、排気口９によりＭ
ＯＣＶＤ装置２０内の圧力を７６０Ｔｏｒｒと一定にし
て、反応を３分間行い、０．０６０μｍの厚さの窒化ガ
リウムバッファ層を基板１上に形成した。
スを、窒素２５０ｓｃｃｍ及び水素２５０ｓｃｃｍのキ
ャリアガスとともに，ガス導入口７よりＭＯＣＶＤ装置
２０内に導入し、７５０ｓｃｃｍの流量に設定したアン
モニアガスを、窒素５００ｓｃｃｍ及び水素２５０ｓｃ
ｃｍのキャリアガス（アンモニアガス／キャリアガスの
流量比＝１とともに，ガス導入口８よりＭＯＣＶＤ装置
２０内に導入し、内管４により（０００１）面サファイ
ア基板１の直上にまで上記反応ガスを導入した。基板１
の温度を一定温度６００℃に設定し、排気口９によりＭ
ＯＣＶＤ装置２０内の圧力を７６０Ｔｏｒｒと一定にし
て、反応を３分間行い、０．０６０μｍの厚さの窒化ガ
リウムバッファ層を基板１上に形成した。
【００２８】その後、この窒化ガリウムバッファ層上
に、比較例１と同様にして１．２μｍの厚さの窒化ガリ
ウム膜を形成した。得られらた窒化ガリウム膜の結晶性
については、上記同様にＸ線回折分析による（０００
４）面からのピーク強度のωモードＦＷＨＭ（秒）を調
べることにより実施した。結果を表１に示す。
に、比較例１と同様にして１．２μｍの厚さの窒化ガリ
ウム膜を形成した。得られらた窒化ガリウム膜の結晶性
については、上記同様にＸ線回折分析による（０００
４）面からのピーク強度のωモードＦＷＨＭ（秒）を調
べることにより実施した。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】表１のωモードＦＷＨＭ（秒）はその値が
小さい程、（０００１）面の配向のゆらぎが小さく、結
晶性の高いことを示す。したがって、表１における実施
例１〜９及び比較例２から、本発明の製膜方法によって
製膜した化合物半導体である窒化ガリウム膜は、バッフ
ァ層を設けた場合と同等の高い（０００１）面配向性を
示し、格子定数の異なる（０００１）面サファイア基板
上においても、エピタキシャル成長していることが分か
る。また、比較例１に示すように、本発明の製膜方法と
異なり、製膜中の基板温度を一定にして窒化ガリウム膜
を、格子定数の異なる基板上に形成した場合には、（０
００１）面配向性は全く見られず、エピタキシャル成長
していないことが分かる。さらに、実施例１〜７及び実
施例８、９より基板温度の上昇開始時に原料ガスを供給
することにより、より配向性の高い化合物半導体の得ら
れることが分かる。
小さい程、（０００１）面の配向のゆらぎが小さく、結
晶性の高いことを示す。したがって、表１における実施
例１〜９及び比較例２から、本発明の製膜方法によって
製膜した化合物半導体である窒化ガリウム膜は、バッフ
ァ層を設けた場合と同等の高い（０００１）面配向性を
示し、格子定数の異なる（０００１）面サファイア基板
上においても、エピタキシャル成長していることが分か
る。また、比較例１に示すように、本発明の製膜方法と
異なり、製膜中の基板温度を一定にして窒化ガリウム膜
を、格子定数の異なる基板上に形成した場合には、（０
００１）面配向性は全く見られず、エピタキシャル成長
していないことが分かる。さらに、実施例１〜７及び実
施例８、９より基板温度の上昇開始時に原料ガスを供給
することにより、より配向性の高い化合物半導体の得ら
れることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明の製膜
方法を用いることにより、格子定数の異なる基板上に、
バッファ層を介さずに化合物半導体を製膜した場合にお
いても、エピタキシャル成長した化合物半導体薄膜を得
ることができる。したがって、バッファ層を形成と化合
物半導体の形成との間における反応ガスの切り替えや、
基板温度の再調節などの煩雑な操作が不要となるため、
極めて簡易な手法でエピタキシャル成長した化合物半導
体を得ることができる。
方法を用いることにより、格子定数の異なる基板上に、
バッファ層を介さずに化合物半導体を製膜した場合にお
いても、エピタキシャル成長した化合物半導体薄膜を得
ることができる。したがって、バッファ層を形成と化合
物半導体の形成との間における反応ガスの切り替えや、
基板温度の再調節などの煩雑な操作が不要となるため、
極めて簡易な手法でエピタキシャル成長した化合物半導
体を得ることができる。
【図１】本発明の化合物半導体の製膜方法において使用
可能なＭＯＣＶＤ装置の概要を示す図である。
可能なＭＯＣＶＤ装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の製膜方法にしたがって製膜した窒化ガ
リウム膜のＸ線回折パターンを示す図である。
リウム膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３】本発明の製膜方法にしたがって製膜した窒化ガ
リウム膜の高速電子線回折パターンを示す図である。
リウム膜の高速電子線回折パターンを示す図である。
【図４】本発明の製膜方法にしたがって製膜した窒化ガ
リウム膜の、製膜直前の基板温度が５００℃の場合にお
ける表面特性を示す写真である。
リウム膜の、製膜直前の基板温度が５００℃の場合にお
ける表面特性を示す写真である。
【図５】本発明の製膜方法にしたがって製膜した窒化ガ
リウム膜の、製膜直前の基板温度が６００℃の場合にお
ける表面特性を示す写真である。
リウム膜の、製膜直前の基板温度が６００℃の場合にお
ける表面特性を示す写真である。
【図６】本発明の製膜方法にしたがって製膜した窒化ガ
リウム膜の、製膜直前の基板温度が７００℃の場合にお
ける表面特性を示す写真である。
リウム膜の、製膜直前の基板温度が７００℃の場合にお
ける表面特性を示す写真である。
１ 基板 ２ 台座 ３ 高周波加熱コイル ４ 内管 ５ 冷却水入口 ６ 冷却水出口 ７、８ ガス導入口 ９ 排気口 １０ 赤外線放射温度計 ２０ ＭＯＣＶＤ装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−211620（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−283745（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−203837（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−186403（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/20
Claims (8)
- 【請求項１】 化合物半導体を基板上にエピタキシャル
成長させる化合物半導体の製膜方法において、 製膜中における基板温度を所定の割合で上昇させて、前
記基板上に直接化合物半導体をエピタキシャル成長させ
ることを特徴とする、化合物半導体の製膜方法。 - 【請求項２】 前記基板温度の上昇開始時に、前記化合
物半導体の原料ガスの供給を行なうことを特徴とする、
請求項１に記載の化合物半導体の製造方法。 - 【請求項３】 製膜直前の基板温度を４００〜６７０℃
に設定し、製膜中の基板温度上昇度を０．５℃／秒以上
に設定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の
化合物半導体の製膜方法。 - 【請求項４】 前記基板温度上昇度は、１．０〜３℃／
秒であることを特徴とする、請求項３に記載の化合物半
導体の製膜方法。 - 【請求項５】 前記製膜直前の基板温度は、５００〜６
００℃であることを特徴とする、請求項３又は４に記載
の化合物半導体の製膜方法。 - 【請求項６】 前記化合物半導体は、III −Ｖ族窒化物
化合物半導体であることを特徴とする、請求項１〜５の
いずれか一に記載の化合物半導体の製膜方法。 - 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか一に記載の製膜
方法を用いて、（０００１）面のサファイア基板上に、
バッファ層を介さずに、直接エピタキシャル成長により
製膜されてなることを特徴とする、化合物半導体。 - 【請求項８】 前記化合物半導体は、III −Ｖ族窒化物
化合物半導体であることを特徴とする、請求項７に記載
の化合物半導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9694598A JP3000143B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 化合物半導体の製膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9694598A JP3000143B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 化合物半導体の製膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11283925A JPH11283925A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3000143B2 true JP3000143B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=14178457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9694598A Expired - Lifetime JP3000143B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 化合物半導体の製膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3000143B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002367913A (ja) * | 2001-06-08 | 2002-12-20 | Dowa Mining Co Ltd | Ｍｏｃｖｄ装置 |
| JP4597534B2 (ja) * | 2003-01-20 | 2010-12-15 | パナソニック株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物基板の製造方法 |
| CN113594021A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-11-02 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 硅基GaN-HEMT外延结构的制作方法 |
-
1998
- 1998-03-26 JP JP9694598A patent/JP3000143B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11283925A (ja) | 1999-10-15 |
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