JPH04154699A - ３―ｖ族化合物単結晶薄膜の合成方法 - Google Patents

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ＣＶＤ法によるｍ−■族化合物単結晶ｙｓｇの
合成法に関するものである。

［従来の技術］ 気相法によるＡＩＮ単結晶薄膜の製造方法としては、反
応原料として■金属アルミニウムと窒素ガスを用いたＭ
ｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ法（以下
、ＭＢＥ法）、■金属アルミニウムと窒素ガスを用いた
スパッター法、■塩化アルミニウムとアンモニアガスを
用いたＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ法（以下、ハライドＣＶＤ法）、■トリメチルア
ルミニウムとアンモニアガスを用いた有機金属ＣＶＤ法
（以下、ＭＯＣＶＤ法）が報告されている。

ＡＩＮ単結晶薄膜は高い絶縁性（バンドギャップは６．
２ｅ　Ｖ　）を有する圧電性膜である。その高い絶縁性
を利用してｍ−ｖ族化合物半導体のパッシベイション膜
としての応用が考えられている。また、弾性表面波（５
ｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ、以下、Ｓ
ＡＷと略する）の伝搬速度が圧電体の中で最も大きいこ
とから高周波領域のＳＡＷフィルターに代表されるＳＡ
Ｗデバイスとしての応用が期待されている。

ＡＩＮ単結晶薄膜を高周波領域のＳＡＷフィルターとし
て応用する際の問題点としてはＡＩＮ単結晶薄膜の結晶
性の不均一性ということが挙げられる。ＳＡＷフィルタ
ーにおける中心周波数その他フィルター特性はＳＡＷの
伝搬特性と圧電体上に構成される櫛形電極パターンによ
って決定される。結晶性の不均一性は直接ＳＡＷの伝搬
特性に影響し、即ちフィルター特性に影響する。従って
ＡＩＮ単結晶薄膜をＳＡＷフィルターとして応用する場
合において、Ａ　Ｉ　Ｎ　ｌｌＬｕ　４％　Ｆ）！膜の
結晶性の不均一性が小さいことが望ましい。

上記用途に対して、結晶性の不均一性の小さいＡＩＮ単
結晶薄膜を実用的な速度（数μｍ／ｈｒ）で、安価に、
がっ、再現性良く合成することは必要不可欠である。こ
の目的に対してＭＢＥ法にょる成膜はその成膜速度が非
常に小さいために工業的には利用しがたく、スパッター
法は結晶性の均一性に向上において問題がある。

ＭＯＣＶＤ法及びハライドＣＶＤ法（以下、総じてＣＶ
Ｄ法）は、実用的な成膜速度で結晶性の不均一性の小さ
いＡＩＮ単結晶薄膜を合成し得ることが知られている。

ＣＶＤ法における反応制御因子は複雑であり、その厳密
な制御が困難なため反応の再現性が悪く、均一な結晶性
を有するＡＩＮ単結晶薄腹を工業的に合成するには不向
きであった。

［発明が解決しようとする課題］ 従来技術の上記問題点を解決し、結晶性の不均一性が小
さい■■−Ｖ族単結晶薄膜を実用的な速度（数μｍ／ｈ
ｒ）で安価に、かつ、再現性良く合成する方法を開示す
るものである。

［譚顕を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明の構成は、ｌｌｌ５族
（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、　　Ｉｎ）化合物とｖ５族（Ｎ、Ｐ
、Ａｓ、Ｓｂ）化合物とを反応させるＣＶＤ法により■
−Ｖ族化合物単結晶薄腹を合成する際、ＩＩＩ　ｂ族化
合物ガスとＶｂ族化合物ガスとを独立に供給し、反応炉
内に熱伝導率の異なる２種類以上のキャリアガスを導入
することを特徴とするＩＩＩ　−Ｖ族化合物単結晶薄膜
の合成方法である。さらに具体的にはアルミニウム化合
物と窒業化合物とを反応させるＣＶＤ法により窒化アル
ミニウム単結晶薄膜を合成する際、アルミニウム化合物
ガスと窒業化合物ガスとを独立に供給し、反応炉内に熱
伝導率の異なる２種類以上のキャリアガスを導入するこ
とを特徴とするＡＩＮ単結晶薄膜の合成法である。

本発明の実施にあたってＡＩＮの原料となるアルミニウ
ム化合物及び窒素化合物は特に限定されない。しかし、
本発明で対象となるアルミニウム化合物及び窒業化合物
は相互に付加生成物を形成する物質でなければならない
。例えば、アルミニウムのハロゲン化物（ＡＩ　Ｆ３＋
　ＡＩ　Ｉｓ、ＡｌＣ１３，Ａ　Ｉ　Ｂ　ｒ　３＋　　
）とアミン類（例えば、アンモニア、トリエチルアミン
等）、有機アルミニウム化合物（例えば、トリメチルア
ルミニウム、トリエチルアルミニウム等）とアミン類と
いう組合せである。また、使用される単結晶基板は特に
限定されないが、ＳＡＷデバイスとして用いられる場合
にはサファイアＲ面及び６面、Ｓｉ単結晶（１１１）面
などを使用することが好ましい、ＣＶＤ法に用いる反応
炉の構造は特に限定されないが、結晶性の不均一性の小
さいＡＩＮ単結晶Ｆｊｊｌｌを成膜するためには、原料
であるアルミニウム化合物と窒素化合物とをそれぞれ独
立に反応炉内に導入できるようにし、混合によって生成
する付加生成物を気化し得る温度領域において接触せし
めるような構造にすることが好ましい。

アルミニウムのハロゲン化物あるいは、アルミニウムの
有機化合物（ＡｌＲ３，Ｒ”ハロゲン、アルキル基）と
アンモニアガスを原料に用いるＣＶＤ法によるＡＩＮ単
結晶ｇＩ膜の成膜は、Ｒ料ガスの付加生成物であるＡＩ
Ｒ，・ＮＨ３を経由してなることが知られている。均一
な結晶性を有するＡＩＮ単結晶ＩｊＩ！を合成するため
には当該付加生成物が単結晶基板上で熱分解しＡＩＮに
転換する、いわゆる不均一過程を経由することが望まし
い。当該付加生成物から気相中で直接ＡＩＮに転換する
、いわゆる均一過程は温度に強く支配されるため不均一
過程を実現するためには反応炉内の温度分布を厳しく制
御する必要がある。すなわち、気相中での均一反応を極
力制限するために単結晶基板から気相にかけて急峻な温
度勾配が必要であり、かつ当該付加生成物を気相に保持
できるだけの温度が必要である。

このように単結晶基板がち気相にかけての温度勾配は急
峻であることが望ましいため単結晶基板の加熱方法は局
所加熱が可能である方法が好ましい。キャリアガスは原
料であるアルミニウム化合物及び窒素化合物、生成物で
あるＡＩＮと反応しなければどんなガスを用いても良い
。・即ち、熱伝導度の異なる２種類以上のキャリアガス
を用い、反応炉内の温度分布を制御することが重要であ
る。

例えば、水素と窒素、アルゴンと窒素というような組合
せである。キャリアガスの反応炉への導入方法は特に限
定はされない。例えば、２種類以上のガスの混合ガスを
原料ガスのキャリアガスとして反応炉に導入しても良く
、また、単体のガスを各々の原料ガスのキャリアガスと
して用い、反応炉内で所定の混合比になるように導入し
ても良い。

すなわち、反応炉内ｔご２ＮＮ類以上のキャリアガスを
導入し温度分布を制御することが重要である。

ガスの混合組成は反応炉の構造及びキャリアガス、アル
ミニウム化合物及び窒素化合物の物性により異なるので
一般的に厳密に定めることは出来ないが、反応炉内に原
料であるアルミニウム化合物及び窒素化合物、あるいは
中間生成物である付加生成物が凝縮し、反応を阻害する
ような温度領域がないこと、また単結晶基板から気相に
かけての温度勾配を急峻にすることが肝要である。

以上の発明によることによって儂に実施例において述べ
るようにキャリアガスに水素ガス（Ｘ）、と窒素ガス（
１−Ｘ）を用い、反応炉内での混合比がＸの範囲として
０．０２以上０．５０以下において成膜速度が５μｍ／
ｈｒであり、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が０．３０
〜０．４０°であるＡＩＮ単結晶薄膜が相対標準偏差１
．７％以内で再現性良く合成されている。キャリアガス
に水素ガスと窒素ガスを用いることによって再現性が向
上した理由は明らかではないが、反応炉内に単体ガスを
用いるよりも急峻な温度分布が安定に実現されたものと
考えられる。

なお、ＡＩＮ単結晶薄膜の結晶性の評価にはＸ線ロッキ
ングカーブの半値幅をもって行った０発散スリット及び
散乱スリットは１７６°のものを用い、受光スリットは
０．３ｍｍのものを用いた。

ＡＩＮ単結晶薄膜の膜厚測定は０ｐｔｉｃａｌ　ｍｕｌ
ｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ　ａｎａｌｌｉｚｅｒを用いた多
波長分光型光束干渉測光法により行った。

［実施例］ 以下、本発明につき実施例を挙げて説明する。

単結晶基板　　　　　　サファイアＲ面Ａ　１　ｌ　　
　　　　　　　Ａ　Ｉ　Ｂ　ｒ　３ＮＮ、　　　　　　
　　ＮＨ３ キャリアガス　　　　　Ｈ２及びＮ２ 反応圧力　　　　　　　１００ｔｏｒｒ基板温度　　　
　　　　１２００℃ 反応時間　　　　　　　１ｈｒ このような条件下でＡＩＮ単結晶薄膜を縁り返し合成し
、Ｘ線ロッキングカーブによる結晶性の評価と、多波長
分光型光束干渉測光法による膜厚測定を行った。以上の
実施例の結果を表１及び表２にまとめた。比較例として
キャリアガスを水素ガスあるいは窒素ガスのみを用いた
場合の結果を表３に示した。表１及び表２、表３におけ
るＸ線ロッキングカーブの半値幅のばらつきを相対標準
偏差を用い、比較した結果を表４にまとめた。表４から
、キャリアガスに水素ガスあるいは窒素ガス単体を用い
る場合において、相対標準偏差はそれぞれ５．７％及び
３２．７％であり、水素ガス（Ｘ）、と窒素ガス（１−
ｘ）を導入し、混合比がＸの範囲として０．０２以上０
．５０以下の場合、相対標準偏差は最大で１．７％であ
ることが分かる。したがって、Ｘの範囲が０，０２以上
０゜５０以下となるように水素ガス（Ｘ）、と窒素ガス
（１−Ｘ）を反応炉内に導入することによってＡＩＮ単
結晶１９１を再現性良く合成することが可能になること
が確認される。

（双下企白） ｌＩｌ　実り例結果そのＩ Ｘ＝Ｈ２／Ｈ２＋Ｎ２ Ｘ　＝ＨＪＨ２＋Ｎ２ 表３　比較例 表４　実施例の結果の比較 ［発明の効果］ 本発明によれば、■−ｖ族単結晶Ｆｙｉ膜を再現性良く
合成できる。より具体的には、アルミニウムのハロゲン
化物と窟素化合物とを原料とするＣＶＤ法においてＡＩ
Ｎ単結晶薄膜を再現性良く合成することが可能である。

特許出願人　　旭化成工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　III＿ｂ族（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）化合物とＶ＿ｂ
   族（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ）化合物とを反応させるＣＶＤ
   法によりIII−Ｖ族化合物単結晶薄膜を合成する際、II
   I＿ｂ族化合物ガスとＶ＿ｂ族化合物ガスとを独立に供
   給し、反応炉内に熱伝導率の異なる２種類以上のキャリ
   アガスを導入することを特徴とするIII−Ｖ族化合物単
   結晶薄膜の合成方法。