JPH0380198A

JPH0380198A - 窒素化合物半導体単結晶膜の成長方法

Info

Publication number: JPH0380198A
Application number: JP21390089A
Authority: JP
Inventors: Shuji Nakamura; 修二中村; Shiro Sakai; 士郎酒井
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1989-08-19
Filing date: 1989-08-19
Publication date: 1991-04-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は窒素化合物半導体結晶膜の成長方法に係り、特
に該結晶膜に窒素化合物を用いた高品質な半導体結晶膜
の成長方法に関する。

【従来の技術とその問題点】

一般に半導体結晶膜の成長方法として気相法のＭＯＣＶ
Ｄ法と、ＨＶＰＥ法の２種類が用いられている。ＭＯＣＶＤ法はトリメチルカリウム（ＴＭＣ；）等の有
機化合物とアンモニア（Ｎ　Ｈ３）を気相反応させて、
その反応生成物を９５０℃〜１２００”Ｃ：の温度で基
板上に結晶成長させる方法である。また、ＨＶＰＥ法で
は塩化カリウム（ＧａＣ△）等のハロゲン化物とアンモ
ニア（Ｎ　Ｈ３）とを気相反応させ９５０℃〜１２００
℃の温度で結晶成長させる方法である。上記方法は基板として、通常サファイア（Ａｄ２０３）
のＣ面（０００１）または、炭化ケイ素（ＳｉＣ）など
か用いられることが多い。そのサファイア基板の熱膨張
係数は、？、３Ｘ１０−６／ｄｅｇであり、エピタキシ
ャル層であるＧ　ａ、　Ｎは、５．６ＸＩＯ−６／ｄｅ
ｇと大きく異なる。このため、９５０°Ｃの反応後成長
温度から常温までに冷却する際、膨張係数の違いから基
板とエビタキシャル層の界面に応力が発生し転位が生じ
たり、クラックが発生する欠点がある。また、この成長温度ではＧａＮの分解圧が高く、成長中
にエピタキシャル層内に窒素（Ｎ）の空孔が生じる欠点
がある。このＮの空孔は、ドナーとして働き、キャリア
温度は、１×１０１８／Ｃｍ３〜１×１０２［ｌ／ｃＩ
ｎ３と強いＮ型伝導を示す。従って、Ｇａ、　Ｎは必然
的にＮ型になる。このため、ノンドープの時でさえ強い
Ｎ型を示すので、Ｐ−Ｎ接合を得ることは非常に困難で
ある。以上のことから、低温で窒化化合物半導体単結晶
膜を成長させることが望まれている。本発明は、上記事情に臨み、基板上で歪や欠陥の少ない
良質な窒化化合物単結晶膜を４００℃〜９００℃の低温
度で成長させることを目的として開発されたものである
。

【従来の課題を解決する為の手段］即ち、本発明は、窒素源としで、Ｎ　Ｈ３の代わりにア
ルキルアミン化合物を用いている。アルキルアミン化合
物には、 ■　ジェルチルアミンＥＮＨ（Ｃ２Ｈ５）２コ、■　ト
リエチルアミン［Ｎ　（Ｃ２Ｈ５）　３コ、■　トリメ
チルアミン［Ｎ　（ＣＨ３）　３１等が使用できる。これ等の、アルキルアミン化合物を窒素源に使用シテ、
低温気相反応法、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ法により、高品
質の窒化化合物単結晶膜を製造する。窒化化合物単結晶膜は、 ■　窒化ガリウム、 ■　窒化アルミニウム、 ■　窒化インジウム、 ■　もしくは、前記の少なくとも２つ以上の物質の混晶
である。基板には、 ■　サファイア（Ａ危２０３）、 ■　炭化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｃ）、 ■　シリコン（Ｓｉ）、 ■　ガリウムヒ素（Ｃ；ａＡｓ）等を用いることができ
る。ガリウム源、アルミニウム源、インジュウム源としては
、ｌ・リメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウ
ム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ△）、
トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルインジ
ウム（ＴＭＴ　）、トリメチルインジウム（ＴＥＩ）の
ような有機化合物、または、塩化ガリウム（ＧａＣ△）
、塩化アルミニウム（ＡＭ（ｊｌ）、塩化インジュウム
（Ｉｎ（ｊｌ）等のハロゲン化物を用いることができる
。反応温度は、４００９Ｃ〜９００℃が可能であり、窒化
ガリウムでは７００℃が好適であり、窒化アルミニウム
では７００℃が好適であり、窒化インジュウムでは６０
０℃が好適である。また、ＭＯＣＶＤ法における圧力は、０．０１〜７６０
Ｔｏ　ｒ　ｒの範囲で可能であり、常圧または減圧で反
応させることができる。【実施例】以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。［実施例１コ第１図に示すＭＯＣＶＤ装置を使用して気相反応させて
窒化化合物単結晶膜を製造する。この図に示す装置は、石英反応管７の上下両端を、フラ
ンジ５．６で閉塞している。上のフランジ５を貫通して
、ガス配管８．９、ｌＯが接続されている。ガス配管８
．９には反応ガス源が接続されている。石英反応管７の
周囲を囲む状態で、高周波誘導加熱コイル３を配設して
いる。石英反応管７め内部には、シャフト４の上端にカ
ーボンサセプタ２を設け、その上にサファイア基板１を
載せている。第１図に示す装置を使用して、下記の条件で窒化化合物
単結晶膜を製造する。ａ、基板として、サファイア基板を使用する。ｂ６反応ガスとして、下記の■と■とを使用する。 ■　トリメチルガリウム（Ｔ　ＭＧ　’）■　シェルチ
ルアミン［Ｎ　Ｈ（Ｃ２１−Ｔ　５　）　２　］Ｃ０反
応キャリアカスとして、水素ノｌス（Ｈ２）を使用する
。上記原料を使用して、 ■　加熱温度７００　’Ｃ１ ■　圧カフ６０Ｔｏｒｒ（常圧）で、第１図のＭＯＣＶ
Ｄ装置により下記の状態で、気相反応させる。石英反応管７の内部に、カーホンセブタ２を配置し、こ
の上にサファイア基板を配置する。」一方のガス配管８
からＴＭＣを、カス配管９からＮ　Ｈ（Ｃ２Ｈ５）２を
、ガス配管１０からＨ２を各々配給して気相反応させる
。反応方法は、反応キャリアカスとして水素（Ｈ２）を６
立／分供給しなから、７００℃、７６０Ｔｏｒｒに保ち
、反応ガスのＴＭＧ及びＮＨ（Ｃ２Ｈ５）２を、各々ｌ
Ｘｌ０−’モル分率／分、８×１０３モル分率／分の割
合で導入する。この条件下で３０分間反応させる。この方法により、高品質で優れた発光特性を示すＣａＮ
単結晶膜が得られた。［実施例２］第２図に示すＨＶＰＥ装置を使用して窒化化合物単結晶
膜を製造する。この図に示される装置は、両端が閉塞された石英反応管
１１の周囲に、抵抗加熱ヒータ１２を設げている。石英
反応管１１には、カス配管１６．１７．１８が接続され
でいる。さら乙こ、石英反応管１１には、操作棒１３の
先端にサファイア基板１４が載せられている。第２図に示す装置を使用して、下記の条件で窒化化合物
単結晶膜を製造する。ａ、基板として、サファイア基板を使用する。ｂ０反応ガスとして、下記の■と■とを使用する。 ■　塩化ガリウム（Ｃ；ａＣ△） ■　ジェルチルアミン［ＮＨ（Ｃ２Ｈ５）２コＣ，キャ
リアガスとして、窒素ガス（Ｎ２）を使用する。上記原料により、加熱温度７００℃で、ＨＶ　ＰＥ装置
を使用して、下記の状態で気相反応させる。石英反応管１１に、上方のガス配管１６からＮＨ（Ｃ２
Ｈ５）２を配給して、ガス配管１７からＮ２を配給する
。右側のガス配管１８から塩化水素カス（ＨＣ△）を導
入し、配管先端に設置したカリウム（Ｃ；ａ）１５と反
応させ、生成する塩化カリウム（Ｃ；ａＣ△）を供給し
て気相反応をさせる。反応キャリアガスとして窒素（Ｎ２）を６△／分の流量
で供給しながら８００℃に保ち、反応カスのＨＣ△及び
ＮＨ（Ｃ２Ｈ５）２を、各々１×１０４モル分率／分、
８×１０−３モル分率／分供給する。ガリウム（Ｇａ）は８５０℃に加熱保持する。この条件
で３０分間反応させる。この方法により、高品質で優れた発光特性を示すＧａＮ
単結晶膜が得られた。［実施例３］第１図に示すのと同じ構造の装置を使用して、下記の条
件で窒化化合物単結晶膜を製造する。ａ、基板として、サファイア基板を使用する。ｂ１反応カスとして、下記の■と■とを使用する。 ■　トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ△）■　ジェルチ
ルアミン［Ｎ　Ｈ（Ｃ２Ｈｓ　）　２　］Ｃ，キャリア
カスとして水素ガス（Ｈ２）を使用する。上記原料により、加熱温度７００℃、圧力１００Ｔｏ　
ｒ　ｒとして、Ａ△Ｎ単結晶膜を成長させる。石英反応管７を減圧するために、真空ポンプ（図示せず
）を接続し、真空ポンプで内部の気体を強制的に排気す
る。反応ガスとして、反応石英管１１に供給する、ＴＭＡ△
と、ＮＨ（Ｃ２Ｈ６）２とは、各々１×１０４モル分率
／分、８Ｘ１０＝モル分率／分とし、キャリアガスＨ２
を６危／分配給する。得られた、Ａ、１２．Ｎ単結晶膜は高品質であった。［実施例４］第１図に示すのと同し構造のＭＯＣＶＤ装置を使用して
、下記の条件で窒化化合物単結晶膜を製造する。ａ、基板として、サファイア基板を使用する。ｂ１反応カスとして、下記の■と■とを使用する。 ■　ｌ・リメチルインシウム（ＴＭＩ）■　ジェルチル
アミン［ＮＨ（Ｃ２Ｔ−ＴＳ）　２］Ｃ，キャリアガス
として水素カス（Ｈ２）を使用する。上記原料により加熱温度５００°Ｃ５圧カフ６０Ｔｏｒ
ｒで、ＩｎＮ単結晶膜を成長させる。石英反応ｖ７に供給する反応カスは、ＴＭｒと、ＮＨ（
Ｃ２Ｈ５）２とを、各々Ｉ　Ｘ　１０−’モル分率／分
、８Ｘ１０−３モル分率／分、キャリアカスＨ２を６立
／分配給する。得られた、ＩｎＮ単結晶膜は高品質であった。

【発明の効果】

この発明の窒化化合物単結晶膜の製造方法は、窒素源と
して、アルキルアミン化合物を用いている。この発明の
方法は、低温度で高品質の窒化化合物の単結晶膜を成長
させることかできる。この１１１６．１７．１８・・・・・・ガス配管。ため、基板上で歪や欠陥の少ない良質な窒化化合物単結
晶膜を成長できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法ｔこ使用するＭＯＣＶＤ装置の
概略断面図、第２図はこの発明の方法に使用するＨＶＰＥ装置の概略
断面図である。１・・・・・・サファイア基板、２・・・・・・カーボンサセプタ、３・・・・・・高周波誘電加熱コイル、４・・・・・・
シャフト、５．６・・・・・・フランジ、７・・・・・・石英反応管、８．９．１０・・・・・・カス配管、１１・・・・・・石英反応管、１２−・・・・・抵抗加熱ヒーター１３・・・・・・操作棒、１４・・・・・・サファイア基板、１５・・・・・・ガリウム（Ｃａ）、２

Claims

【特許請求の範囲】

基板を加熱された反応環境にセットし、反応環境に反応
ガスを供給して、基板に、窒化ガリアム、窒化アルミニ
ウム、窒化インジウム、窒化ガリウムヒ素、窒化ガリウ
ムリンの何れか、あるいは、これらを２つ以上含む混晶
の単結晶膜を成長させる窒化化合物単結晶膜を成長させ
る方法において、窒素源として、アルキルアミン化合物
を用いることを特徴とする窒素化合物半導体単結晶膜の
成長方法。