JP5030909B2 - Growth method of zinc oxide single crystal layer - Google Patents

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本発明は、酸化亜鉛単結晶層の成長方法に関し、特に、MOCVD法により酸化亜鉛の単結晶層をサファイア等の基板上に成長する方法に関する。   The present invention relates to a method for growing a zinc oxide single crystal layer, and more particularly to a method for growing a single crystal layer of zinc oxide on a substrate such as sapphire by MOCVD.

酸化亜鉛(ZnO)は、室温で3.37eVのバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型の半導体で、青ないし紫外領域の光素子用の材料として期待されている。特に、励起子の束縛エネルギーが60meV、また屈折率n=2.0と半導体発光素子に極めて適した物性を有している。また、発光素子、受光素子に限らず、表面弾性波(SAW)デバイス、圧電素子等にも広く応用が可能である。さらに、原材料が安価であるとともに、環境や人体に無害であるという特徴を有している。 一般に、酸化亜鉛系化合物半導体の結晶成長方法として、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相堆積)法や、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法などが利用されている。MBE法は、超高真空下での結晶成長法であり、装置が高価で生産性が低いなどの問題がある。これに対し、MOCVD法は、装置が比較的安価であるとともに、大面積成長や多数枚同時成長が可能で、スループットが高く、量産性やコスト面においても優れているという利点を有している。   Zinc oxide (ZnO) is a direct transition type semiconductor having a band gap energy of 3.37 eV at room temperature, and is expected as a material for optical elements in the blue or ultraviolet region. In particular, the exciton binding energy is 60 meV and the refractive index n = 2.0, which is very suitable for a semiconductor light emitting device. Further, the present invention can be widely applied not only to light emitting elements and light receiving elements but also to surface acoustic wave (SAW) devices, piezoelectric elements, and the like. In addition, the raw material is inexpensive and harmless to the environment and the human body. In general, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, and the like are used as crystal growth methods for zinc oxide compound semiconductors. The MBE method is a crystal growth method under an ultra-high vacuum, and has problems such as expensive equipment and low productivity. On the other hand, the MOCVD method has the advantages that the apparatus is relatively inexpensive, allows large area growth and simultaneous growth of a large number of sheets, has high throughput, and is excellent in mass productivity and cost. .

MBE法を用いた酸化亜鉛の結晶成長方法として、例えば、サファイア基板上に単結晶特性を示す低温ZnO層を結晶成長し、次に高温で熱処理して平坦化した後、高温ZnO層を結晶成長することで結晶性の良好なZnO層が得られる方法が開示されている(特許文献1)。より詳細には、一般的にZnO単結晶を成長するための結晶成長の温度よりも低い成長温度を用いて形成した「低温成長ZnO単結晶層」について開示されている。しかしながら、当該文献に開示されている方法は、MBE法にのみ有効な成長条件・方法であり、かかる方法をMOCVD法に適用することはできない。すなわち、周知のように(例えば、特許文献2)、非ストイキオメトリ(非化学量論的組成)条件での結晶成長が可能なMBE法の成長条件をそのままMOCVD法に適用することはできない。そのため、MOCVD法を用いて酸化亜鉛系半導体の単結晶層を成長させる方法が盛んに研究されている。   As a crystal growth method of zinc oxide using the MBE method, for example, a low-temperature ZnO layer having a single crystal characteristic is grown on a sapphire substrate, and then flattened by heat treatment at a high temperature, and then a high-temperature ZnO layer is grown. A method for obtaining a ZnO layer with good crystallinity is disclosed (Patent Document 1). More specifically, it discloses a “low temperature growth ZnO single crystal layer” formed using a growth temperature lower than the crystal growth temperature for growing a ZnO single crystal. However, the method disclosed in this document is a growth condition / method effective only for the MBE method, and such a method cannot be applied to the MOCVD method. That is, as is well known (for example, Patent Document 2), the growth conditions of the MBE method capable of crystal growth under non-stoichiometric (non-stoichiometric composition) conditions cannot be directly applied to the MOCVD method. Therefore, a method for growing a single crystal layer of a zinc oxide based semiconductor using MOCVD has been actively studied.

MOCVD法によりサファイア(Al)などの基板上に酸化亜鉛(ZnO)あるいは酸化亜鉛系半導体を結晶成長させる方法について、これまで種々開示されている(例えば、特許文献2、3)。例えば、特許文献2には、A面サファイア基板又はC面炭化珪素基板上に予備バッファ層としてOを酸素源にしてMgZnO微結晶を形成し、当該微結晶を種結晶としてバッファ層本体となるMgZnO結晶を基板全面に形成することが開示されている。また、特許文献3には、低温形成した多結晶又はアモルファスの積層体を高温でアニールし、バッファ層とすることが開示されている。しかしながら、このような方法においては、多結晶が熱処理により単結晶化する際に隣り合った結晶粒界との間に欠陥が残留する。また、微結晶をバッファ層本体が結晶成長する段階で粒界合体において欠陥が残留する。従って、結晶欠陥を大幅に減少させることは難しい。このように、従来、多結晶や微結晶あるいはアモルファスからなるバッファ層を形成して結晶性を改善することが試みられているが、MOCVD法で結晶性を改善する方法は複雑であり、基板上に高品質のZnO系結晶を成長させることは困難であった。 Various methods for crystal growth of zinc oxide (ZnO) or zinc oxide-based semiconductors on a substrate such as sapphire (Al 2 O 3 ) by MOCVD have been disclosed (for example, Patent Documents 2 and 3). For example, in Patent Document 2, MgZnO microcrystals are formed on an A-plane sapphire substrate or C-plane silicon carbide substrate using O 2 as an oxygen source as a reserve buffer layer, and the microcrystal serves as a seed crystal to serve as a buffer layer body. It is disclosed that an MgZnO crystal is formed on the entire surface of a substrate. Patent Document 3 discloses that a polycrystalline or amorphous laminate formed at a low temperature is annealed at a high temperature to form a buffer layer. However, in such a method, a defect remains between adjacent crystal grain boundaries when the polycrystal is converted into a single crystal by heat treatment. In addition, defects remain in the grain boundary coalescence at the stage where the buffer layer main body grows crystallites. Therefore, it is difficult to greatly reduce crystal defects. Thus, conventionally, attempts have been made to improve the crystallinity by forming a buffer layer made of polycrystal, microcrystal, or amorphous. However, the method for improving the crystallinity by MOCVD is complicated, and it is difficult to remove the crystal on the substrate. It was difficult to grow high quality ZnO-based crystals.

以上説明したように、MBE法ではサファイア基板等の上に良好なZnO系単結晶を成長させる方法は提案されているものの、MOCVD法によりサファイア基板等の上に高品質なZnO系単結晶を成長させる方法には問題があった。   As described above, although the MBE method has proposed a method for growing a good ZnO single crystal on a sapphire substrate or the like, a high quality ZnO single crystal is grown on a sapphire substrate or the like by an MOCVD method. There was a problem with the method.

ところで、MOCVD法によりサファイア基板等の上にZnO系結晶を成長させる場合、その成長した結晶が、針状結晶、六角柱状結晶、網目状結晶、六角ディスク状結晶になり易い性質がある。また、結晶成長界面の凹凸によってそれ以降に積層する半導体結晶層に欠陥を導入することもある。このような結晶軸方向に強く配向した多結晶や不完全単結晶では、粒界面や転移が半導体素子のリーク電流や局部的な電流集中の原因となり、素子特性や素子寿命の劣化を招来する。特に、半導体発光素子においては、リーク電流や電流集中により、発光効率、素子寿命等の特性の低下が生じる。さらに、結晶表面が平坦でない場合には、リソグラフィ、エッチング等の半導体プロセスにおけるプロセス精度の低下や製造歩留まりの低下につながる。また、劈開やブレーキングなどにおける製造歩留まりの低下も招来する。   By the way, when a ZnO-based crystal is grown on a sapphire substrate or the like by the MOCVD method, the grown crystal tends to be a needle-like crystal, hexagonal columnar crystal, network-like crystal, or hexagonal disk-like crystal. In addition, defects may be introduced into a semiconductor crystal layer to be subsequently laminated due to unevenness of the crystal growth interface. In such a polycrystal or imperfect single crystal that is strongly oriented in the crystal axis direction, the grain interface and transition cause leakage current and local current concentration of the semiconductor element, leading to deterioration of element characteristics and element life. In particular, in a semiconductor light emitting device, characteristics such as light emission efficiency and device life are deteriorated due to leakage current and current concentration. Furthermore, when the crystal surface is not flat, it leads to a decrease in process accuracy and a manufacturing yield in a semiconductor process such as lithography and etching. In addition, the production yield is reduced in cleavage and braking.

このように、従来、MOCVD法によりサファイア基板等の異種基板上に粒界面や転移が少なくかつ平坦なZnO系半導体の単結晶を成長することは困難であった。半導体素子、特に、動作電流密度の大きい半導体発光素子の高性能化、高信頼度化を図るには、結晶欠陥の少ないかつ平坦な理想結晶に近い結晶の成長方法の開発が極めて重要である。
特許第3424814号公報 特開2005−340370号公報 特許第3859148号公報
Thus, conventionally, it has been difficult to grow a flat ZnO-based semiconductor single crystal with few grain interfaces and transitions on a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate by MOCVD. In order to achieve high performance and high reliability of a semiconductor device, particularly a semiconductor light emitting device having a large operating current density, it is extremely important to develop a crystal growth method with few crystal defects and close to a flat ideal crystal.
Japanese Patent No. 3424814 JP 2005-340370 A Japanese Patent No. 3859148

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上に結晶欠陥の少ない、単結晶性及び平坦性に優れた酸化亜鉛を成長する方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a method for growing zinc oxide with few crystal defects and excellent single crystallinity and flatness on a substrate.

本発明は、有機金属気相成長(MOCVD)装置を用い、MOCVD法により基板上に酸化亜鉛層を結晶成長する方法であって、成長温度が250℃から450℃の範囲内で、かつ、成長圧力が1kPaから30kPaの範囲内であって、酸素原子を含まない有機亜鉛化合物材料と水蒸気とを少なくとも含む材料ガスを基板に吹き付けて酸化亜鉛の単結晶層を成長させる工程を含むことを特徴としている。   The present invention is a method for crystal growth of a zinc oxide layer on a substrate by MOCVD using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus, wherein the growth temperature is in the range of 250 ° C. to 450 ° C. The method includes a step of growing a single crystal layer of zinc oxide by blowing a material gas containing at least an organic zinc compound material not containing oxygen atoms and water vapor to a substrate at a pressure in a range of 1 kPa to 30 kPa. Yes.

また、成長した酸化亜鉛層を1kPa〜30kPaの範囲内の圧力において、700℃〜1100℃の温度範囲内で熱処理を行うことができる。   Moreover, the grown zinc oxide layer can be heat-treated within a temperature range of 700 ° C. to 1100 ° C. at a pressure within a range of 1 kPa to 30 kPa.

さらに、成長した酸化亜鉛層を水蒸気雰囲気下で熱処理を行うことができる。   Furthermore, the grown zinc oxide layer can be heat-treated in a water vapor atmosphere.

上記基板はα−サファイア単結晶基板であり、結晶成長面は{11−20}面であることができる。   The substrate may be an α-sapphire single crystal substrate, and the crystal growth plane may be a {11-20} plane.

また、上記低成長温度は、250℃〜450℃の範囲内の温度であることができる。   The low growth temperature may be a temperature within a range of 250 ° C to 450 ° C.

図1は、結晶成長に用いたMOCVD装置5の構成を模式的に示している。MOCVD装置5は、ガス供給部5A、反応容器部5B及び排気部5Cから構成されている。ガス供給部5Aは、有機金属化合物材料を気化して供給する部分と、気体材料ガスを供給する部分と、これらのガスを輸送する機能を備えた輸送部とから構成されている。   FIG. 1 schematically shows the configuration of the MOCVD apparatus 5 used for crystal growth. The MOCVD apparatus 5 includes a gas supply unit 5A, a reaction vessel unit 5B, and an exhaust unit 5C. 5 A of gas supply parts are comprised from the part which vaporizes and supplies organometallic compound material, the part which supplies gaseous material gas, and the transport part provided with the function to convey these gas.

本実施例においては、有機金属化合物材料(または有機金属材料)として、酸素を含まない材料を用いた。すなわち、構成分子内に酸素原子を含まない材料、及び酸素分子を含まない材料を用いた。   In this example, a material containing no oxygen was used as the organometallic compound material (or organometallic material). That is, a material that does not contain oxygen atoms in its constituent molecules and a material that does not contain oxygen molecules were used.

また、酸素源としての液体材料として、HO(水蒸気)を用いた。HOは、酸素を分子中に含まない有機金属材料と室温程度でも高い反応性を有するので、ZnO結晶の低温成長に適している。また、HO分子は2つの孤立電子対を有し、かつ、分子内における分極が大きく、結晶表面等への吸着能力に優れている。 Further, H 2 O (water vapor) was used as a liquid material as an oxygen source. H 2 O is suitable for low-temperature growth of ZnO crystals because it has high reactivity with an organometallic material that does not contain oxygen in the molecule even at room temperature. In addition, the H 2 O molecule has two lone electron pairs, has a large polarization in the molecule, and has an excellent adsorption ability to the crystal surface and the like.

すなわち、亜鉛(Zn)源としてDMZn(ジメチル亜鉛)、マグネシウム(Mg)源としてCp2Mg(ビスシクロペンタジエニルマグネシウム)、ガリウム(Ga)源としてTEGa(トリエチルガリウム)をそれぞれ用いた。尚、上記した材料以外にもDEZn(ジエチル亜鉛)、TMGa(トリメチルガリウム)などを用いることができる。酸素を含まない有機金属材料は、低温で熱分解し易く、O(酸素)やHO(水蒸気)とは室温でも反応するので、低温での結晶成長に適している。 That is, DMZn (dimethylzinc) was used as the zinc (Zn) source, Cp2Mg (biscyclopentadienylmagnesium) was used as the magnesium (Mg) source, and TEGa (triethylgallium) was used as the gallium (Ga) source. In addition to the above materials, DEZn (diethyl zinc), TMGa (trimethyl gallium), or the like can be used. An organometallic material that does not contain oxygen is easily pyrolyzed at a low temperature, and reacts with O 2 (oxygen) or H 2 O (water vapor) even at room temperature, which is suitable for crystal growth at a low temperature.

輸送(キャリア)ガスとして窒素を用い、液体または固体材料の蒸気と気体材料(以下、材料ガスという。)はキャリアガスによって反応容器部5Bに送り込まれ、基板に供給される。   Nitrogen is used as a transport (carrier) gas, and liquid or solid material vapor and gaseous material (hereinafter referred to as material gas) are fed into the reaction vessel 5B by the carrier gas and supplied to the substrate.

常温で液体(または固体)である有機金属化合物材料は、気化し蒸気として供給する。まず、DMZnの供給について説明する。図1に示すように、窒素ガスを流量調整装置(マスフローコントローラ)21S にて所定の流量とし、ガス供給弁21Mを通してDMZn格納容器21Cに送り、DMZn蒸気を窒素ガス中に飽和させる。そして、DMZn飽和窒素ガスを取出し弁21E、圧力調整装置21Pを通して、成長待機時にはVENT1配管28Vに、成長時にはRUN1配管28Rに供給する。なお、この際、圧力調整装置21Pによって格納容器内圧を一定に調整する。またDMZn格納容器は恒温槽21Tで一定温度に保たれる。また、その他の有機金属化合物材料Cp2Mg、TEGaについても同様である。すなわち、これらの材料をそれぞれ格納する格納容器22C(Cp2Mg),23C(TEGa)に流量調整装置22S、23Sを経た所定の流量の窒素ガスが送気され、取出し弁22E、23E及び圧力調整装置22P、23Pを通して、成長待機時にはVENT1配管28Vに、成長時にRUN1配管28Rにこれらの材料ガスが供給される。また、酸素源としての液体材料であるHO(水蒸気)は格納容器24Cに流量調整装置24Sを経た所定の流量の窒素ガスが送気され、取出し弁24E、圧力調整装置24Pを通して、成長待機時にはVENT2配管29Vに、成長時にはRUN2配管29Rに供給される。 An organometallic compound material that is liquid (or solid) at room temperature is vaporized and supplied as vapor. First, the supply of DMZn will be described. As shown in FIG. 1, the nitrogen gas is set to a predetermined flow rate by a flow rate adjusting device (mass flow controller) 21S and sent to the DMZn storage container 21C through the gas supply valve 21M to saturate the DMZn vapor in the nitrogen gas. Then, the DMZn saturated nitrogen gas is taken out through the take-out valve 21E and the pressure adjusting device 21P and supplied to the VENT1 pipe 28V during growth standby and to the RUN1 pipe 28R during growth. At this time, the internal pressure of the storage container is adjusted to be constant by the pressure adjusting device 21P. Further, the DMZn storage container is kept at a constant temperature in the thermostatic chamber 21T. The same applies to other organometallic compound materials Cp2Mg and TEGa. That is, nitrogen gas having a predetermined flow rate is supplied to the storage containers 22C (Cp2Mg) and 23C (TEGa) for storing these materials, respectively, through the flow rate adjusting devices 22S and 23S, and the take-out valves 22E and 23E and the pressure adjusting device 22P are supplied. , 23P, these material gases are supplied to the VENT1 pipe 28V during growth standby and to the RUN1 pipe 28R during growth. In addition, H 2 O (water vapor), which is a liquid material as an oxygen source, is supplied with a predetermined flow rate of nitrogen gas through the flow rate adjusting device 24S to the storage container 24C, and waits for growth through the take-off valve 24E and the pressure adjusting device 24P. Sometimes it is supplied to the VENT2 pipe 29V and at the time of growth is supplied to the RUN2 pipe 29R.

p型不純物源としては、気体材料であるNH(アンモニア)ガスを用いた。NHガスは、流量調整装置25Sにより所定の流量が供給される。待機時にはVENT2配管29V、成長時にはRUN2配管29Rに供給される。なお、当該ガスは、窒素やAr(アルゴン)などの不活性ガスで希釈されていても構わない。 As the p-type impurity source, NH 3 (ammonia) gas, which is a gaseous material, was used. The NH 3 gas is supplied at a predetermined flow rate by the flow rate adjusting device 25S. It is supplied to the VENT2 pipe 29V during standby and to the RUN2 pipe 29R during growth. Note that the gas may be diluted with an inert gas such as nitrogen or Ar (argon).

上記した材料ガスは、RUN1配管28R、RUN2配管29Rを通して反応容器部5Bのシャワーヘッド30に供給される。なお、RUN1配管28R及びRUN2配管29Rのそれぞれにも流量調整装置20C、20Bが設けられており、材料ガスはキャリアガス(窒素ガス)によって反応容器39の上部に取付けられたシャワーヘッド30に送り込まれる。   The above-described material gas is supplied to the shower head 30 of the reaction vessel section 5B through the RUN1 pipe 28R and the RUN2 pipe 29R. The RUN1 pipe 28R and the RUN2 pipe 29R are also provided with flow control devices 20C and 20B, respectively, and the material gas is sent to the shower head 30 attached to the upper part of the reaction vessel 39 by a carrier gas (nitrogen gas). .

反応容器39内には材料ガスを基板に吹付けるシャワーヘッド30、基板10、基板10を保持するサセプタ19、サセプタ19を加熱するヒーター49が設置されている。そして、ヒーター49によって基板を室温から1100℃程度まで加熱できる構造となっている。   In the reaction vessel 39, a shower head 30 for blowing a material gas onto the substrate, a substrate 10, a susceptor 19 for holding the substrate 10, and a heater 49 for heating the susceptor 19 are installed. The heater 49 can heat the substrate from room temperature to about 1100 ° C.

また、反応容器39にはサセプタ19を回転させる回転機構が設けられている。より詳細には、サセプタ19はサセプタ支持筒48に支持され、サセプタ支持筒48はステージ42上に回転自在に支持されている。そして、回転モータ43がサセプタ支持筒48を回転させることによりサセプタ19(すなわち、基板10)を回転させる。なお、上記したヒーター49は、サセプタ支持筒48内に設置されている。   The reaction vessel 39 is provided with a rotation mechanism for rotating the susceptor 19. More specifically, the susceptor 19 is supported by a susceptor support cylinder 48, and the susceptor support cylinder 48 is rotatably supported on the stage 42. Then, the rotation motor 43 rotates the susceptor support cylinder 48 to rotate the susceptor 19 (that is, the substrate 10). The heater 49 described above is installed in the susceptor support tube 48.

排気部5Cは、容器内圧力調整装置51と排気ポンプ52で構成されており、容器内圧力調整装置51にて反応容器39内の圧力を0.01kPa〜120kPa程度まで調整できる構造となっている。   The exhaust part 5C includes a container internal pressure adjusting device 51 and an exhaust pump 52, and the internal pressure adjusting device 51 can adjust the pressure in the reaction container 39 to about 0.01 kPa to 120 kPa. .

図2は、本発明により基板10上に成長された酸化亜鉛結晶層(以下、ZnO結晶層と表記する。)11を示す断面図である。より詳細には、MOCVD法を用いてZnO結晶層11をサファイア基板上に成長した。   FIG. 2 is a sectional view showing a zinc oxide crystal layer (hereinafter referred to as a ZnO crystal layer) 11 grown on the substrate 10 according to the present invention. More specifically, the ZnO crystal layer 11 was grown on the sapphire substrate using MOCVD.

基板10として、コランダム構造を有するα−サファイア単結晶のサファイア(Al)基板を用いた。本実施例においては、サファイアA面({11−20}面)を結晶成長面として当該サファイアA面上にZnO結晶層11を成長した。以下においては、サファイアA面({11−20}面)を主面(結晶成長面)とする基板をA面サファイア基板とも称する。なお、ここで、ミラー指数{ }は等価な面の代表値を示している。 As the substrate 10, an α-sapphire single crystal sapphire (Al 2 O 3 ) substrate having a corundum structure was used. In this example, the ZnO crystal layer 11 was grown on the sapphire A plane using the sapphire A plane ({11-20} plane) as the crystal growth plane. Hereinafter, a substrate having a sapphire A plane ({11-20} plane) as a principal plane (crystal growth plane) is also referred to as an A-plane sapphire substrate. Here, the Miller index {} indicates a representative value of an equivalent surface.

図3は、当該MOCVD法による結晶成長に用いられた結晶成長シーケンスを示している。まず、MOCVD装置内のサセプタにA面サファイア基板10をセットし、反応容器圧力を10kPa(キロパスカル)に調整した(時間T=T1)。なお、回転機構により基板10を10rpmの回転数で回転した。   FIG. 3 shows a crystal growth sequence used for crystal growth by the MOCVD method. First, the A-plane sapphire substrate 10 was set on the susceptor in the MOCVD apparatus, and the reaction vessel pressure was adjusted to 10 kPa (kilopascal) (time T = T1). The substrate 10 was rotated at a rotation speed of 10 rpm by a rotation mechanism.

次に、酸素源としてHO(水蒸気)を640μmol/minの流量でシャワーヘッドから基板10への供給を開始した(T=T2)。また、ヒーターで基板10を900℃まで昇温し、10分間基板10を熱処理した(T=T3〜T4)。これ以降、成長終了までHO(水蒸気)を同じ流量で流し続けた。 Next, supply of H 2 O (water vapor) as an oxygen source from the shower head to the substrate 10 at a flow rate of 640 μmol / min was started (T = T2). Further, the substrate 10 was heated to 900 ° C. with a heater, and the substrate 10 was heat-treated for 10 minutes (T = T3 to T4). Thereafter, H 2 O (water vapor) was kept flowing at the same flow rate until the growth was completed.

熱処理後、基板温度を400℃まで降下し、亜鉛原料としてDMZn(ジメチル亜鉛)を1μmol/minの流量で基板10に約15分間供給した(T=T5〜T6)。すなわち、減圧成長条件(成長圧力Pg=10kPa)において成長温度(Tg)を400℃とし、成長速度が1.7nm/minで、層厚が25nmのZnO結晶層11を成長した。   After the heat treatment, the substrate temperature was lowered to 400 ° C., and DMZn (dimethylzinc) as a zinc raw material was supplied to the substrate 10 at a flow rate of 1 μmol / min for about 15 minutes (T = T5 to T6). That is, a ZnO crystal layer 11 having a growth temperature (Tg) of 400 ° C., a growth rate of 1.7 nm / min, and a layer thickness of 25 nm was grown under reduced pressure growth conditions (growth pressure Pg = 10 kPa).

ZnO結晶層11の成長後、基板温度を900℃まで昇温し、10分間の熱処理(アニール)を行った(T=T7〜T8)。後述するように、この熱処理により、ZnO結晶層11の結晶性および平坦性は更に向上する。   After the growth of the ZnO crystal layer 11, the substrate temperature was raised to 900 ° C. and heat treatment (annealing) was performed for 10 minutes (T = T7 to T8). As will be described later, this heat treatment further improves the crystallinity and flatness of the ZnO crystal layer 11.

熱処理が終了した後、水蒸気を流しながら冷却した。基板温度が300℃以下になった後、水蒸気の供給を止めた。   After the heat treatment was completed, cooling was performed while flowing water vapor. After the substrate temperature became 300 ° C. or lower, the supply of water vapor was stopped.

以上、説明したように、ZnO結晶層11の成長が完了した結晶成長層付き基板(以下、単に、成長層付き基板という。)15を製造した。   As described above, a substrate with a crystal growth layer (hereinafter, simply referred to as a substrate with a growth layer) 15 in which the growth of the ZnO crystal layer 11 has been completed was manufactured.

上記した成長工程(T=T5〜T6)で得られたZnO結晶層11は、A面({11−20}面)サファイア基板にc軸配向した単結晶層である。すなわち、α−サファイア単結晶の{11−20}面を主面とした基板上に、酸化亜鉛の{0001}面が単結晶積層された。RHEED(反射高速電子線回折)及びAFM(原子間力顕微鏡)測定によって当該ZnO結晶層11の単結晶性及び平坦性について調べた。   The ZnO crystal layer 11 obtained in the above-described growth step (T = T5 to T6) is a single crystal layer that is c-axis oriented on an A plane ({11-20} plane) sapphire substrate. That is, the {0001} plane of zinc oxide was laminated on the substrate having the {11-20} plane of the α-sapphire single crystal as the main surface. The single crystallinity and flatness of the ZnO crystal layer 11 were examined by RHEED (reflection high-energy electron diffraction) and AFM (atomic force microscope) measurements.

図4は、成長工程(T=T5〜T6)を終了した後、熱処理(アニール)を行わなかった場合、すなわち成長後のZnO結晶層11のRHEED回折像を示す図である。図4に示すように、等間隔に並んだストリーク状のRHEED回折像が得られた。これから表面結晶配列が単一であること、平滑であることがわかる。また、AFM(原子間力顕微鏡)測定によって、1μmエリアのRms(二乗平均粗さ)が0.62nm(ナノメートル)であることがわかった。ZnO結晶のc軸長(格子定数)はc=5.207Åであるので、表面粗さはZnO結晶のc軸長と同等であり、結晶層表面が平坦であることがわかった。これらの結果から、ZnO結晶層11が平坦性の良好な単結晶層であることが確認された。 FIG. 4 is a diagram showing an RHEED diffraction image of the grown ZnO crystal layer 11 when heat treatment (annealing) is not performed after the growth step (T = T5 to T6) is completed. As shown in FIG. 4, streak-like RHEED diffraction images arranged at equal intervals were obtained. This shows that the surface crystal arrangement is single and smooth. Further, it was found by RFM (atomic force microscope) measurement that Rms (root mean square roughness) of 1 μm 2 area was 0.62 nm (nanometer). Since the c-axis length (lattice constant) of the ZnO crystal was c = 5.207 Å, the surface roughness was equivalent to the c-axis length of the ZnO crystal, and it was found that the crystal layer surface was flat. From these results, it was confirmed that the ZnO crystal layer 11 was a single crystal layer with good flatness.

また、図5(a),(b),(c)は、ZnO結晶層11の成長後、それぞれ800℃、900℃、1000℃の温度で10分間の熱処理を行った場合のRHEED回折像を示している。本実施例においては、熱処理時の圧力Paは低圧力(結晶成長時と同じPa=Pg=10kPa)として行った。また、上記したように、HO(水蒸気)を基板10に供給しつつ、すなわち、水蒸気雰囲気下で熱処理を行った。 5A, 5B, and 5C show RHEED diffraction images when the ZnO crystal layer 11 is grown and subjected to heat treatment at 800 ° C., 900 ° C., and 1000 ° C. for 10 minutes, respectively. Show. In this example, the pressure Pa during the heat treatment was set to a low pressure (the same as in crystal growth, Pa = Pg = 10 kPa). Further, as described above, heat treatment was performed while supplying H 2 O (water vapor) to the substrate 10, that is, in a water vapor atmosphere.

図5に示すように、熱処理を行うことによってRHEED回折像は、熱処理を行わなかった場合(図4)に比べ、更に明確なストリーク状となっていることが確認された。また、AFM測定において、Rms(二乗平均粗さ)が0.5nm以下となり、ZnO結晶のc軸長以下になったことがわかった。従って、熱処理によって、単結晶性と平坦性が向上していることが確認された。   As shown in FIG. 5, it was confirmed that by performing the heat treatment, the RHEED diffraction image has a more streak shape as compared with the case where the heat treatment was not performed (FIG. 4). In addition, in AFM measurement, it was found that Rms (root mean square roughness) was 0.5 nm or less, which was less than the c-axis length of the ZnO crystal. Therefore, it was confirmed that the single crystallinity and flatness were improved by the heat treatment.

このように、ZnO結晶層11は、結晶成長を終えた段階で既に良好な平坦性及び単結晶層を有しており、さらに熱処理により単結晶性が向上すること、及びZnO結晶のc軸長以下の平坦性を有することが確認された。   Thus, the ZnO crystal layer 11 already has good flatness and a single crystal layer at the stage where crystal growth is completed, and further, the single crystallinity is improved by heat treatment, and the c-axis length of the ZnO crystal. It was confirmed to have the following flatness.

上記工程により得られた成長層付き基板15は、冷却せずに引き続きMOCVD装置で半導体素子の製造に用いることができる。あるいは、冷却した後、さらにMOCVD装置、あるいは他の結晶成長装置を用いて半導体素子の製造を行うこともできる。   The substrate with a growth layer 15 obtained by the above process can be used for the manufacture of semiconductor elements in the MOCVD apparatus without cooling. Alternatively, after cooling, a semiconductor element can be manufactured using an MOCVD apparatus or another crystal growth apparatus.

すなわち、成長層付き基板15を用いれば、MOCVD装置あるいは他の結晶成長装置を用いて、単結晶性及び平坦性に優れた単結晶層(ZnO結晶層11)上に直接に単結晶の成長を行うことも可能である。従って、結晶欠陥が少なく、単結晶性及び平坦性に優れた高品質のZnO系結晶層を形成することができる。   That is, if the substrate 15 with a growth layer is used, a single crystal is grown directly on the single crystal layer (ZnO crystal layer 11) having excellent single crystallinity and flatness by using an MOCVD apparatus or another crystal growth apparatus. It is also possible to do this. Therefore, a high-quality ZnO-based crystal layer with few crystal defects and excellent single crystallinity and flatness can be formed.

また、成長層付き基板15上に成長可能な結晶は、酸化亜鉛(ZnO)に限らない。酸化亜鉛ベースの結晶であってもよい。例えば、マグネシウム(Mg)を含むMgZn(1−x)Oや、カルシウム(Ca)などを含むZnO系結晶(亜鉛酸化物結晶)であってもよい。あるいは、セレン(Se)、硫黄(S)やテルル(Te)などを含むZnO系結晶であってもよい。 Further, the crystal that can be grown on the substrate with growth layer 15 is not limited to zinc oxide (ZnO). It may be a zinc oxide based crystal. For example, Mg x Zn (1-x) O containing magnesium (Mg), ZnO-based crystals (zinc oxide crystals) containing calcium (Ca), and the like may be used. Alternatively, a ZnO-based crystal containing selenium (Se), sulfur (S), tellurium (Te), or the like may be used.

また、成長層付き基板15を用いて、MOCVD以外の方法、例えば、MBE、プラズマCVD、PLD(Pulsed Laser Deposition)、ハイドライドVPEなどの種々の方法により光半導体素子、種々の電子デバイスなどを形成することも可能である。   Further, using the substrate 15 with a growth layer, optical semiconductor elements, various electronic devices, and the like are formed by various methods other than MOCVD, such as MBE, plasma CVD, PLD (Pulsed Laser Deposition), and hydride VPE. It is also possible.

このように、本発明によれば、光半導体素子、種々の電子デバイスの製造に適用可能な、結晶欠陥が少なく、単結晶性及び平坦性に優れた高品質の単結晶層が形成された成長層付き基板を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a growth in which a high-quality single crystal layer with few crystal defects, excellent single crystal properties and flatness, which can be applied to manufacture of optical semiconductor elements and various electronic devices is formed. A layered substrate can be provided.

上記したように、本発明によれば、異種基板であっても当該基板上に、酸素を含まない有機金属化合物材料と、当該有機金属化合物材料と反応性が高いHO(水蒸気)を用い、低成長温度かつ低成長圧力で結晶成長を行い、平坦性の良好な単結晶層であるZnO結晶層11を成長することができる。また、低圧力(減圧)において熱処理を行うことにより、ZnO結晶層11の単結晶性及び平坦性を向上することができる。なお、熱処理は水蒸気雰囲気下で行うことが好ましい。 As described above, according to the present invention, an organometallic compound material that does not contain oxygen and H 2 O (water vapor) that is highly reactive with the organometallic compound material are used on the substrate, even if it is a heterogeneous substrate. The ZnO crystal layer 11, which is a single crystal layer with good flatness, can be grown by performing crystal growth at a low growth temperature and a low growth pressure. Moreover, the single crystallinity and flatness of the ZnO crystal layer 11 can be improved by performing the heat treatment at a low pressure (reduced pressure). Note that the heat treatment is preferably performed in a steam atmosphere.

上記実施例においては、基板10としてαサファイア(α−Al)の{11−20}面であるA面サファイア基板、当該酸素を含まない有機金属化合物材料としてDMZnを用い、成長温度を400℃、成長圧力を10kPaとした。また、成長速度が1.7nm/minで、成長層厚が25nmの場合を例に説明した。 In the above embodiment, the substrate 10 is an A-plane sapphire substrate which is the {11-20} plane of α sapphire (α-Al 2 O 3 ), DMZ is used as the organometallic compound material not containing oxygen, and the growth temperature is set. The growth pressure was set to 400 kPa and 10 kPa. Further, the case where the growth rate is 1.7 nm / min and the growth layer thickness is 25 nm has been described as an example.

しかし、上記実施例において示した基板、材料ガス、成長温度、成長圧力、成長速度、成長層厚等の条件は例示にすぎず、これらに限定されない。熱処理条件を含む成長条件を変えてZnO結晶層11を成長し、平坦性の高い単結晶層を成長するための条件について検討した。以下に、かかる条件について詳細に説明する。
<基板>
A面サファイア基板が最適である。サファイア結晶のA面とZnO結晶のC面との格子不整合が小さいからである。すなわち、サファイア<0001>方向(酸素原子)とZnO<11−20>方向(亜鉛原子)の格子ミスマッチは0.07%であり、サファイア<10−10>方向(酸素原子)とZnO<10−10>方向(亜鉛原子)の格子ミスマッチは2.46%である。ここで、サファイア<0001>方向にZnO<11−20>方向がロックされるので、ZnO結晶は成長時に30°回転ドメインを形成することなく単結晶成長が可能となる。
However, the conditions such as the substrate, the material gas, the growth temperature, the growth pressure, the growth rate, the growth layer thickness and the like shown in the above embodiments are merely examples, and are not limited thereto. The growth conditions including the heat treatment conditions were changed, the ZnO crystal layer 11 was grown, and the conditions for growing a single crystal layer with high flatness were studied. Hereinafter, such conditions will be described in detail.
<Board>
An A-plane sapphire substrate is optimal. This is because the lattice mismatch between the A plane of the sapphire crystal and the C plane of the ZnO crystal is small. That is, the lattice mismatch between the sapphire <0001> direction (oxygen atom) and the ZnO <11-20> direction (zinc atom) is 0.07%, and the sapphire <10-10> direction (oxygen atom) and ZnO <10- The lattice mismatch in the 10> direction (zinc atom) is 2.46%. Here, since the ZnO <11-20> direction is locked to the sapphire <0001> direction, the ZnO crystal can grow a single crystal without forming a 30 ° rotation domain during growth.

また、用いることが可能な基板としては、基板面上にc軸配向したZnO結晶の場合では、当該基板面が60°、120°、180°の回転対称位置に格子整合点が存在するような結晶基板であればよい。またa軸あるいはm軸配向したZnO結晶の場合では、180°の回転対称位置に格子整合点が存在するような結晶基板であればよい。例えば、R面サファイア基板、M面サファイア基板、SiC(炭化珪素)基板、GaN(窒化ガリウム)基板、Ga(酸化ガリウム)基板、Si(シリコン)基板などを用いることができる。
<成長圧力>
単結晶成長のためには、基板面上での反応化学種(DMZn、HO、中間生成物、結晶化前のZn原子、結晶化前のO原子等)のマイグレーション長が大きい方がよい。従って、減圧成長が好適であり、具体的には、成長圧力として1kPa〜30kPaが好適であり、より好ましくは5kPa〜20kPaである。成長圧力が1kPa以下になると著しく成長速度が遅くなる。
<成長温度>
成長温度は、一般的にZnO単結晶を成長するための結晶成長温度(「高成長温度」という。)よりも低い温度(「低成長温度」という。)であることが適切である。当該高成長温度では、島状成長しやすく、層状単結晶になりにくいからである。
In addition, as a usable substrate, in the case of a ZnO crystal with c-axis orientation on the substrate surface, the substrate surface has lattice matching points at rotationally symmetric positions of 60 °, 120 °, and 180 °. Any crystal substrate may be used. Further, in the case of an a-axis or m-axis oriented ZnO crystal, any crystal substrate in which a lattice matching point exists at a rotationally symmetric position of 180 ° may be used. For example, an R-plane sapphire substrate, an M-plane sapphire substrate, a SiC (silicon carbide) substrate, a GaN (gallium nitride) substrate, a Ga 2 O 3 (gallium oxide) substrate, a Si (silicon) substrate, or the like can be used.
<Growth pressure>
For single crystal growth, the migration length of reactive chemical species (DMZn, H 2 O, intermediate products, Zn atoms before crystallization, O atoms before crystallization, etc.) on the substrate surface should be large. . Therefore, the reduced pressure growth is suitable, and specifically, the growth pressure is preferably 1 kPa to 30 kPa, more preferably 5 kPa to 20 kPa. When the growth pressure is 1 kPa or less, the growth rate is remarkably slowed.
<Growth temperature>
It is appropriate that the growth temperature is generally lower than a crystal growth temperature (referred to as “high growth temperature”) for growing a ZnO single crystal (referred to as “low growth temperature”). This is because at the high growth temperature, island-like growth is easy and layered single crystals are hardly formed.

具体的には、成長温度は、250℃〜450℃の範囲内が適切である。さらに、300℃〜400℃の温度範囲内であることが好ましい。250℃以下ではマイグレーション長が短くなるため、アモルファス化、多結晶化し易くなる。また、上記したように、450℃以上になると島状成長しやすくなり、平坦性が低下する(Rms値が大きくなる)。   Specifically, the growth temperature is suitably in the range of 250 ° C to 450 ° C. Furthermore, it is preferable that it exists in the temperature range of 300 to 400 degreeC. At 250 ° C. or lower, the migration length becomes short, so that it becomes easy to be amorphous or polycrystallized. Further, as described above, when the temperature is higher than 450 ° C., island-like growth is likely to occur and flatness is lowered (Rms value is increased).

なお、図6は、成長温度を変えてZnO結晶層11を成長した場合のRHEED回折像の一例を示す図である。成長温度(Tg)を300℃とした以外、上記した実施例と同様の成長条件により成長した。また、ZnO結晶層11の層厚も上記実施例と同じ25nmである。なお、ZnO結晶層11は、成長後の熱処理を施していない結晶層である。ストリーク状のRHEED回折像が得られており、ZnO結晶層11が平坦性の良好な単結晶層であることが確認された。
<材料ガス>
低成長圧力、低成長温度下でZnO単結晶層を形成するには高い相互反応性を有する材料選択が必要である。相互反応性が低いと結晶成長しなかったり、アモルファス化あるいは多結晶化するからである。Zn源としては、構成分子中に酸素を含まず、酸素源材料と高い反応性を有する有機金属化合物が好適である。上記したDMZnの他には、例えば、DEZn(ジエチル亜鉛)がある。また、酸素源としては、分子内での分極が大きく、有機金属化合物材料と高い反応性を有するHO(水蒸気)が適している。
<成長速度>
成長速度は0.4nm/min〜9nm/minの範囲内であることが好ましい。さらに、0.8〜4nm/minの範囲内であることがより好ましい。成長速度が、9nm/min以上では表面の凹凸が大きくなり、十分な平坦性が得られない場合がある。
<成長層厚>
成長層厚は5nm〜60nmの範囲内が良く、また、10nm〜40nmの範囲内であることが好ましい。さらに、より好ましくは15nm〜30nmである。すなわち、層厚が5nm未満では結晶層が基板表面を十分に覆うことができない場合がある。また、60nm以上では表面の凹凸が大きくなり、十分な平坦性が得られない場合がある。
<VI/II比(FH2O/FMO 比)>
水蒸気流量と有機金属(DMZn)流量比(FH2O/FDMZn 比)は、2程度以上ならば良い。具体的には2000程度あれば十分である。水蒸気流量はシャワーヘッド内で水蒸気が凝集を起こさない飽和水蒸気量の70%程度までが良い。
<熱処理条件>
上記したように、ZnO結晶層11は結晶成長を終えた段階で既に良好な平坦性及び単結晶層を有しているが、熱処理を行うことによって、さらに単結晶性及び平坦性を向上させることができる。また、マイグレーション長が長くなる低圧力下において熱処理を行うのがよい。なお、熱処理に適した圧力範囲はZnO結晶層11の成長圧力の範囲と同じである。
FIG. 6 is a diagram showing an example of an RHEED diffraction image when the ZnO crystal layer 11 is grown at different growth temperatures. The growth was performed under the same growth conditions as in the above-described example except that the growth temperature (Tg) was 300 ° C. The layer thickness of the ZnO crystal layer 11 is also 25 nm as in the above example. The ZnO crystal layer 11 is a crystal layer that has not been subjected to heat treatment after growth. A streak-like RHEED diffraction image was obtained, and it was confirmed that the ZnO crystal layer 11 was a single crystal layer with good flatness.
<Material gas>
In order to form a ZnO single crystal layer under a low growth pressure and a low growth temperature, it is necessary to select a material having high mutual reactivity. This is because if the mutual reactivity is low, the crystal does not grow, or becomes amorphous or polycrystallized. As the Zn source, an organometallic compound that does not contain oxygen in the constituent molecules and has high reactivity with the oxygen source material is suitable. In addition to the DMZn described above, for example, there is DEZn (diethyl zinc). As the oxygen source, H 2 O (water vapor) having a large intramolecular polarization and high reactivity with the organometallic compound material is suitable.
<Growth rate>
The growth rate is preferably in the range of 0.4 nm / min to 9 nm / min. Furthermore, it is more preferable to be within the range of 0.8 to 4 nm / min. When the growth rate is 9 nm / min or more, the surface irregularities become large, and sufficient flatness may not be obtained.
<Growth layer thickness>
The growth layer thickness is preferably in the range of 5 nm to 60 nm, and preferably in the range of 10 nm to 40 nm. Furthermore, it is more preferably 15 nm to 30 nm. That is, when the layer thickness is less than 5 nm, the crystal layer may not sufficiently cover the substrate surface. On the other hand, when the thickness is 60 nm or more, the unevenness of the surface becomes large and sufficient flatness may not be obtained.
<VI / II ratio (F H2O / F MO ratio)>
The water vapor flow rate and the organometallic (DMZn) flow rate ratio (F H2O / F DMZn ratio) may be about 2 or more. Specifically, about 2000 is sufficient. The water vapor flow rate is preferably about 70% of the saturated water vapor amount in which water vapor does not aggregate in the shower head.
<Heat treatment conditions>
As described above, the ZnO crystal layer 11 already has good flatness and single crystal layer at the stage where crystal growth is completed. However, the single crystallinity and flatness can be further improved by performing heat treatment. Can do. Further, it is preferable to perform the heat treatment under a low pressure where the migration length becomes long. Note that the pressure range suitable for the heat treatment is the same as the growth pressure range of the ZnO crystal layer 11.

具体的には、成長したZnO結晶層11の熱処理温度は700℃〜1100℃が適当である。また処理時間は、1〜60分の範囲が適切である。処理温度は800℃〜1000℃、処理時間は3分〜10分がさらに好ましい。処理温度が700℃未満では効果が低く、1100℃以上では層表面が荒れる。また、処理時間が60分以上では膜の蒸発により膜欠損が発生する場合がある。   Specifically, the heat treatment temperature of the grown ZnO crystal layer 11 is suitably 700 ° C. to 1100 ° C. The processing time is suitably in the range of 1 to 60 minutes. More preferably, the treatment temperature is 800 ° C. to 1000 ° C., and the treatment time is 3 minutes to 10 minutes. If the treatment temperature is less than 700 ° C., the effect is low, and if it is 1100 ° C. or more, the layer surface becomes rough. In addition, when the processing time is 60 minutes or more, film defects may occur due to film evaporation.

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、A面サファイア基板等の基板上に、酸素を含まない有機金属化合物材料と、当該有機金属化合物材料との反応性が高いHO(水蒸気)を用いて、低成長温度かつ低成長圧力で結晶成長を行い、酸化亜鉛の単結晶層を成長することができる。また、低圧力(減圧)下、水蒸気雰囲気下において熱処理を行うことにより、成長層の単結晶性及び平坦性を一層向上することができる。当該単結晶層は平坦性及び単結晶性に優れ、結晶欠陥も少ない。さらに、MOCVD法を用いているので、大面積成長や多数枚成長も可能である。従って、量産性や製造コストにおいても優れている。 As described above in detail, according to the present invention, on a substrate such as an A-plane sapphire substrate, oxygen-free organometallic compound material and H 2 O ( A single crystal layer of zinc oxide can be grown by performing crystal growth at a low growth temperature and low growth pressure using water vapor. Further, the single crystallinity and flatness of the growth layer can be further improved by performing the heat treatment under a low pressure (reduced pressure) and in a water vapor atmosphere. The single crystal layer is excellent in flatness and single crystallinity and has few crystal defects. Furthermore, since the MOCVD method is used, large area growth and large number growth are possible. Therefore, it is excellent in mass productivity and manufacturing cost.

MOCVD装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of a MOCVD apparatus. 本発明により基板上に成長した酸化亜鉛層を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the zinc oxide layer grown on the board | substrate by this invention. MOCVD法による結晶成長に用いられた結晶成長シーケンスを示す図である。It is a figure which shows the crystal growth sequence used for the crystal growth by MOCVD method. 熱処理を行わなかった場合のZnO結晶層のRHEED回折像を示す図である。It is a figure which shows the RHEED diffraction image of the ZnO crystal layer at the time of not heat-processing. ZnO結晶層の成長後、それぞれ800℃、900℃、1000℃の温度で10分間の熱処理を行った場合のRHEED回折像を示す図である。It is a figure which shows the RHEED diffraction image at the time of performing the heat processing for 10 minutes at the temperature of 800 degreeC, 900 degreeC, and 1000 degreeC, respectively after the growth of a ZnO crystal layer. 成長温度(Tg)が300℃のZnO結晶層のRHEED回折像を示す図である。It is a figure which shows the RHEED diffraction image of the ZnO crystal layer whose growth temperature (Tg) is 300 degreeC.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
11 結晶成長層
19 サセプタ
30 シャワーヘッド
10 Substrate 11 Crystal Growth Layer 19 Susceptor 30 Shower Head

Claims (10)

有機金属気相成長(MOCVD)装置を用い、MOCVD法により基板上に酸化亜鉛層を結晶成長する方法であって、
成長温度が250℃から450℃の範囲内で、かつ、成長圧力が1kPaから30kPaの範囲内であって、酸素原子を含まない有機亜鉛化合物材料と水蒸気とを少なくとも含む材料ガスを前記基板に吹き付けて酸化亜鉛の単結晶層を成長させる工程を含むことを特徴とする方法。
A method of growing a zinc oxide layer on a substrate by MOCVD using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus,
A material gas containing at least an organic zinc compound material that does not contain oxygen atoms and a water vapor within a range of growth temperature of 250 ° C. to 450 ° C. and a growth pressure of 1 kPa to 30 kPa is sprayed onto the substrate. And a step of growing a single crystal layer of zinc oxide.
前記工程の後に、酸化亜鉛層を1kPaから30kPaの圧力下で、700℃から1100℃の温度範囲内で熱処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein after the step, the zinc oxide layer is subjected to a heat treatment in a temperature range of 700 ° C. to 1100 ° C. under a pressure of 1 kPa to 30 kPa. 前記熱処理は、水蒸気の雰囲気下で行うことを特徴とする請求項2に記載の方法。   The method according to claim 2, wherein the heat treatment is performed in an atmosphere of water vapor. 前記基板はα−サファイア単結晶基板であり、結晶成長面は{11−20}面であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the substrate is an α-sapphire single crystal substrate, and a crystal growth surface is a {11-20} plane. 前記基板は、基板面の60°、120°、180°の回転対称位置に格子整合点が存在する単結晶基板であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載の方法。   4. The method according to claim 1, wherein the substrate is a single crystal substrate having lattice matching points at rotationally symmetric positions of 60 °, 120 °, and 180 ° of the substrate surface. 5. 前記基板はR面サファイア基板、M面サファイア基板、炭化珪素(SiC)基板、窒化ガリウム(GaN)基板、酸化ガリウム(Ga)基板、シリコン(Si)基板のいずれか一つであることを特徴とする請求項1ないし3、及び5のいずれか1に記載の方法。 The substrate is any one of an R-plane sapphire substrate, an M-plane sapphire substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a gallium nitride (GaN) substrate, a gallium oxide (Ga 2 O 3 ) substrate, and a silicon (Si) substrate. The method according to any one of claims 1 to 3 and 5, characterized in that: 前記酸化亜鉛層の成長速度は0.4nm/min〜9nm/minの範囲内であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the growth rate of the zinc oxide layer is within a range of 0.4 nm / min to 9 nm / min. 前記酸化亜鉛層の成長層厚は5nm〜60nmの範囲内であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, wherein a growth layer thickness of the zinc oxide layer is in a range of 5 nm to 60 nm. 前記酸素原子を含まない有機亜鉛化合物材料は、DMZn(ジメチル亜鉛)、DEZn(ジエチル亜鉛)の少なくとも1を含むことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the organic zinc compound material not containing an oxygen atom contains at least one of DMZn (dimethylzinc) and DEZn (diethylzinc). 前記水蒸気の流量と前記有機亜鉛化合物材料の流量比(VI/II比)は2以上かつ2000以下であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1に記載の方法。

The method according to any one of claims 1 to 9, wherein a flow rate ratio (VI / II ratio) of the water vapor and the organozinc compound material is 2 or more and 2000 or less.

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