JPH0574710A - Semiconductor thin film growth method - Google Patents

Semiconductor thin film growth method

Info

Publication number
JPH0574710A
JPH0574710A JP23164891A JP23164891A JPH0574710A JP H0574710 A JPH0574710 A JP H0574710A JP 23164891 A JP23164891 A JP 23164891A JP 23164891 A JP23164891 A JP 23164891A JP H0574710 A JPH0574710 A JP H0574710A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
gan
plasma
semiconductor thin
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP23164891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Imai
秀秋 今井
Kunio Miyata
邦夫 宮田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP23164891A priority Critical patent/JPH0574710A/en
Publication of JPH0574710A publication Critical patent/JPH0574710A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a GaN semiconductor thin film which is optimum for the photo-element of an ultraviolet-blue color region. CONSTITUTION:Using a plasma gas cell provided in vacuum, a GaN semiconductor thin film is formed by a film forming method using the vacuum device such as a gas source MBE and the like using activated nitrogen as the source of nitrogen. As a result, a flat thin film, having excellent crystallizability, can be obtained. Also, as the carrier density can be controlled easily, this method is considered optimum as the manufacturing method for semiconductor thin film to be used for photo element.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、特にディスプレー、光
通信に最適な紫外域〜青色発光ダイオードおよびレーザ
ーダイオード等に用いることができる窒化ガリウム系半
導体薄膜の成長方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for growing a gallium nitride based semiconductor thin film which can be used particularly for displays, ultraviolet-blue light emitting diodes, laser diodes and the like which are optimal for optical communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子、特に可視域発光ダイオード
(LED)は、広い分野において表示素子として使用さ
れているが、従来、紫外域〜青色発光ダイオードおよび
レーザーダイオードは実用化されておらず、特に3原色
を必要とするディスプレー用として開発が急がれてい
る。紫外域〜青色発光ダイオードおよびレーザーダイオ
ードとしては、ZnSe、ZnS、GaNおよびSiC
などを用いたものが報告されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices, particularly visible light emitting diodes (LEDs), are used as display devices in a wide range of fields, but ultraviolet to blue light emitting diodes and laser diodes have not been put into practical use. Development is urgently needed for displays that require three primary colors. Ultraviolet to blue light emitting diodes and laser diodes include ZnSe, ZnS, GaN and SiC.
It has been reported that using such.

【0003】窒化ガリウム(GaN)は、多くはサファ
イアC面上にMOCVD法、あるいはVPE法により成
膜されている〔Journal of Applied
Physics,56(1984)2367−236
8〕が、反応温度を高くする必要があり、製造が難しい
ばかりでなく、窒素が不足しているために、キャリア密
度が極めて大きくなり、良好な半導体特性が得られてい
ない。
Most gallium nitride (GaN) is deposited on the C-plane of sapphire by MOCVD or VPE [Journal of Applied].
Physics, 56 (1984) 2367-236.
8], it is necessary to raise the reaction temperature, which is not only difficult to manufacture, but also the carrier density becomes extremely large due to lack of nitrogen, and good semiconductor characteristics cannot be obtained.

【0004】また、低温成膜を実現するために、窒素源
を電子シャワーにより活性化する試みがある〔Jap.
J.Appl.Phys.,20,L545(198
1)〕が、この方法によっても膜質の向上には不十分で
あるとされている。また、窒素の不足を起こさないよう
に活性の高い窒素源を用いて成膜を行うことが考えられ
ている。活性の高い窒素源としては、原子状窒素、窒素
イオンがあるが、従来のプラズマを利用した技術〔J.
Vac.Sci.Technol.,A7 P.701
(1989)〕などでは、これらを効率よく生成させる
ことは難しい。
In order to realize low temperature film formation, there is an attempt to activate a nitrogen source by an electron shower [Jap.
J. Appl. Phys. , 20, L545 (198
1)] is said to be insufficient for improving the film quality even by this method. Further, it is considered to form a film by using a highly active nitrogen source so as not to cause a shortage of nitrogen. Atomic nitrogen and nitrogen ions are available as highly active nitrogen sources, but conventional techniques using plasma [J.
Vac. Sci. Technol. , A7 P.A. 701
(1989)] etc., it is difficult to efficiently generate them.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】半導体薄膜としての特
性が良好なGaN薄膜を作製するために、活性の高い窒
素を高効率で生成して低温成膜することは必要でありな
がら実現していないのが現状である。本発明は、この問
題点を解決して半導体として良好な特性を有するGaN
系薄膜を作製しようとするものである。
In order to produce a GaN thin film having good characteristics as a semiconductor thin film, it is necessary but not realized to generate highly active nitrogen with high efficiency and form a film at low temperature. is the current situation. The present invention solves this problem and provides GaN having good characteristics as a semiconductor.
It is intended to produce a system thin film.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記問題点
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、高真空中でプラ
ズマガスセルを使用する成膜方法により、良好な特性を
有するGaN系薄膜製造が可能になることを見いだし本
発明を完成するにいたった。すなわち、本発明は高真空
中で窒化ガリウム系半導体薄膜を製造するに際し、プラ
ズマガスセルにより生成した活性窒素を基板表面に供給
することを特徴とする窒化ガリウム系半導体薄膜の成長
方法である。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a GaN-based thin film having good characteristics by a film forming method using a plasma gas cell in a high vacuum. The inventors have found that manufacturing is possible and have completed the present invention. That is, the present invention is a method for growing a gallium nitride based semiconductor thin film, characterized in that, when a gallium nitride based semiconductor thin film is manufactured in a high vacuum, activated nitrogen generated by a plasma gas cell is supplied to the substrate surface.

【0007】本発明における高真空とは10-5Torr
以下の圧力のことであり、GaN薄膜成膜に必要なガ
ス、金属蒸気が互いに衝突せずに基板に到達するために
は、10-5Torr以下の圧力にし、平均自由行程を大
きくすることが好ましいものとなる。本発明において
は、プラズマガスセルを用いることにより、基板の表面
にはプラズマが直接には触れないようにして、このガス
セル内部で生成せしめたプラズマ中の活性窒素を高真空
中に引き出して基板表面に供給することによって基板表
面で活性窒素とガリウム原子等が反応して目的とする半
導体薄膜を作製することを可能とした。基板の表面に直
接プラズマが触れると、薄膜表面がスパッタされるた
め、平坦性が悪くなったり窒素が抜けたりするため半導
体薄膜として特性の低いものしか得ることができなくな
る。
The high vacuum in the present invention means 10 -5 Torr
The pressure below is a pressure of 10 -5 Torr or less and a large mean free path in order that the gases and metal vapors necessary for GaN thin film deposition reach the substrate without colliding with each other. Will be preferred. In the present invention, by using a plasma gas cell, the surface of the substrate is prevented from directly touching the plasma, and the active nitrogen in the plasma generated inside the gas cell is drawn into a high vacuum to reach the substrate surface. By supplying it, active nitrogen and gallium atoms react with each other on the surface of the substrate, thereby making it possible to manufacture a target semiconductor thin film. When the plasma directly contacts the surface of the substrate, the surface of the thin film is sputtered, resulting in poor flatness and depletion of nitrogen, so that only a semiconductor thin film having low characteristics can be obtained.

【0008】本発明のプラズマガスセル8の構造は、プ
ラズマ化させるガスをプラズマガスセルに供給するため
のガス導入管12、オリフィス10、プラズマを発生さ
せるための電極やコイルからなることを特長としてい
る。プラズマガスセル内においてプラズマが安定して生
成せしめるためには、セル内部を適当な圧力に保持する
必要がある。その圧力は、プラズマを発生させるガスの
種類、プラズマガスセルの構造とサイズ、印加する高周
波の周波数や印加電圧によって変化するため一義的に決
めることはできないが、プラズマを安定に維持するため
には少なくとも10-4Torr以上にすることが好まし
く、さらに好ましくは10-3Torr以上である。
The structure of the plasma gas cell 8 of the present invention is characterized in that it comprises a gas introduction tube 12 for supplying a gas to be turned into plasma to the plasma gas cell, an orifice 10, and electrodes and coils for generating plasma. In order to stably generate plasma in the plasma gas cell, it is necessary to maintain the inside of the cell at an appropriate pressure. The pressure cannot be uniquely determined because it varies depending on the type of gas that generates plasma, the structure and size of the plasma gas cell, the frequency of the applied high frequency, and the applied voltage, but at least for maintaining stable plasma It is preferably 10 -4 Torr or more, more preferably 10 -3 Torr or more.

【0009】プラズマガスセルの構造は、印加する高周
波の周波数、印加電圧や該セル内圧力によって変える必
要があり、電極間距離、プラズマガスセルの容積、ある
いは該セルに設置するプラズマガスの出口の数や形状を
適当な値に設計すればよい。プラズマガスセル内の圧力
は、成長室内の圧力より高くすることが重要であり、そ
れによりプラズマを安定に保持するとともに、成長室と
該セル内との圧力差によりプラズマを該セルから引き出
して結晶成長面に供給することを可能としたものであ
る。プラズマガスセル内の圧力を維持する方法として
は、該セルのプラズマの出口に適当なオリフィス、ノズ
ル、あるいはスリットを設けることにより実施すること
ができる。その開口面積や形状等は導入するガスの量、
結晶成長室の大きさおよびポンプの排気速度によって変
えればよい。
The structure of the plasma gas cell must be changed depending on the frequency of the applied high frequency, the applied voltage and the pressure inside the cell. The distance between the electrodes, the volume of the plasma gas cell, the number of plasma gas outlets installed in the cell, and the like. The shape may be designed to have an appropriate value. It is important that the pressure in the plasma gas cell be higher than the pressure in the growth chamber, so that the plasma is held stable, and the plasma is pulled out from the cell due to the pressure difference between the growth chamber and the cell to grow crystals. It is possible to supply to the surface. The pressure in the plasma gas cell can be maintained by providing a suitable orifice, nozzle, or slit at the plasma outlet of the cell. The opening area and shape are the amount of gas to be introduced,
It may be changed depending on the size of the crystal growth chamber and the pumping speed of the pump.

【0010】プラズマを発生させるためには、該セルに
適当な電極を設けた静電容量型にするか、あるいは適当
なコイルを設けた誘導結合型を選び、該電極あるいはコ
イルに適当な電圧と周波数の高周波を印加することによ
り行うことができる。また、該セルからプラズマを成長
室内に引き出すためには、上記のように圧力差を利用す
るものであるが、さらに該プラズマ中から必要とする活
性種を選択的に基板表面に供給したり、プラズマにエネ
ルギーを与えるために、該セルと結晶成長表面との間に
適当な直流あるいは交流の電界を印加することもでき
る。
In order to generate plasma, a capacitance type in which an appropriate electrode is provided in the cell is used, or an inductive coupling type in which an appropriate coil is provided is selected, and an appropriate voltage is applied to the electrode or coil. It can be performed by applying a high frequency. Further, in order to draw the plasma from the cell into the growth chamber, the pressure difference is used as described above, and further, necessary active species are selectively supplied from the plasma to the substrate surface, A suitable DC or AC electric field may be applied between the cell and the crystal growth surface to energize the plasma.

【0011】本発明における窒素源としては、窒素、ア
ンモニアあるいは三フッ化窒素を単独で、またはそれら
を主体とする混合ガスを用いることができる。窒素、ア
ンモニアあるいは三フッ化窒素と混合するガスとしては
アルゴンやヘリウム等の不活性ガスを使用することがで
きる。これらのガスの供給方法としては該セルに至る配
管の途中にバルブや流量制御装置、圧力制御装置を接続
することによりこれらのガスの混合比や供給量の制御、
供給の開始・停止を行うことをできるようにしたものを
用いることが好ましい。
As the nitrogen source in the present invention, nitrogen, ammonia, or nitrogen trifluoride may be used alone or a mixed gas containing them as a main component. As the gas mixed with nitrogen, ammonia or nitrogen trifluoride, an inert gas such as argon or helium can be used. As a method of supplying these gases, a valve, a flow rate control device, and a pressure control device are connected in the middle of a pipe leading to the cell to control the mixing ratio and supply amount of these gases,
It is preferable to use one that can start and stop the supply.

【0012】本発明において窒化ガリウム系半導体薄膜
を成長するために使用する基板としては、Si、Al2
3 、ZnO、MgO、SiC、もしくはGaAs、I
nAsなどのIII −V族化合物半導体、ZnSeなどの
II−VI族化合物半導体などの単結晶基板、石英ガラス、
MESAガラス等のガラス基板を用いる。また、基板と
GaN系薄膜との間にバッファ層としてアモルファス状
の物質、例えばAlN、GaN、Si、SiC等、ある
いは単結晶物質として、例えばAlN、ZnO、SiC
等を設けることができる。これらの基板のなかでも、サ
ファイア(Al 2 3 )においてR面基板を用いること
が好ましく、そのオフ角は0.8度以下であることが好
ましい。さらには、サファイアR面をサファイアc軸の
R面射影を軸として9.2度回転させた面を用いるとよ
り好ましいものとなり、高配向性のGaN系半導体薄膜
を得ることが可能となる。基板は基板加熱装置により2
00〜900℃の範囲で加熱する。
In the present invention, a gallium nitride based semiconductor thin film
Substrates used to grow Si, Al2
O3, ZnO, MgO, SiC, or GaAs, I
III-V group compound semiconductors such as nAs, ZnSe and the like
II-VI group compound semiconductor single crystal substrates, quartz glass,
A glass substrate such as MESA glass is used. Also with the substrate
Amorphous state as a buffer layer between GaN thin film
, Such as AlN, GaN, Si, SiC, etc.
Or as a single crystal substance, for example, AlN, ZnO, SiC
Etc. can be provided. Among these boards, the
Fire (Al 2O3) Use an R-side substrate
Is preferable, and the off angle is preferably 0.8 degrees or less.
Good. Furthermore, the sapphire R surface is
Use a surface rotated by 9.2 degrees around the R-plane projection
Highly oriented GaN-based semiconductor thin film
Can be obtained. The substrate is 2 by the substrate heating device.
Heat in the range of 00 to 900 ° C.

【0013】本発明におけるGaN系半導体薄膜とは、
例えばGaNの他にGa1-x Alx N、Ga1-x Inx
N、Ga1-x x NなどのGaNを主体とした混晶化合
物半導体薄膜のことである。さらに、GaN系半導体薄
膜を作製するときに不純物をドーピングして、キャリア
密度制御、p型あるいはn型制御を行うこともできる。
ドーピングする不純物の例としてはMg、Zn、Be、
Sb、Si、Ge、C、Sn、Hg、As、P等があ
る。これらのドーパントの種類とドーピング量を変える
ことによってキャリアーの種類やキャリアー密度を変え
ることができる。
The GaN-based semiconductor thin film in the present invention is
For example, in addition to GaN, Ga 1-x Al x N, Ga 1-x In x
It refers to a mixed crystal compound semiconductor thin film mainly composed of GaN such as N and Ga 1-x B x N. Furthermore, when a GaN-based semiconductor thin film is manufactured, impurities can be doped to perform carrier density control and p-type or n-type control.
Examples of impurities to be doped are Mg, Zn, Be,
There are Sb, Si, Ge, C, Sn, Hg, As, P and the like. The type of carrier and the carrier density can be changed by changing the type and doping amount of these dopants.

【0014】実際に、GaN系半導体薄膜を用いて発光
素子(LED)やレーザーダイオードを作製する場合に
おいては、これらの混晶系のGaN系半導体薄膜やドー
ピングしたGaN系半導体薄膜を組み合わせて、pn接
合、シングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造、量子井戸
構造、超格子構造等の構造を持った素子を製作するもの
である。
In the case of actually manufacturing a light emitting device (LED) or a laser diode using a GaN-based semiconductor thin film, a GaN-based semiconductor thin film of a mixed crystal system or a doped GaN-based semiconductor thin film is combined to form a pn. A device having a junction, a single hetero structure, a double hetero structure, a quantum well structure, a superlattice structure, or the like is manufactured.

【0015】以下、一例としてガスソースMBE法を用
いたGaN系半導体薄膜の製造方法について説明する
が、とくにこれに限定されるものではない。装置として
は、図1に示すような真空容器1内に、蒸発用ルツボ
(クヌードセンセル)2、3および4、プラズマガスセ
ル8、基板加熱ホルダー5を備えたガスソースMBE装
置を使用した。
A method of manufacturing a GaN-based semiconductor thin film using the gas source MBE method will be described below as an example, but the method is not particularly limited to this. As the apparatus, a gas source MBE apparatus provided with an evaporation crucible (Knudsen cell) 2, 3 and 4, a plasma gas cell 8 and a substrate heating holder 5 in a vacuum container 1 as shown in FIG. 1 was used.

【0016】蒸発用ルツボ2にはGa金属を入れ、基板
面においてGa蒸気が1013〜10 19/cm2 ・sec
になる温度に加熱した。窒素の導入にはガス導入管12
を用い、窒素をプラズマガスセル8内でプラズマ化しオ
リフィス10を通して基板6に直接吹き付けるようにし
た。窒素の導入量は基板表面において活性窒素量がGa
蒸気の少なくとも10倍以上になるように供給した。蒸
発用ルツボ3にはIn、Al、As、Sb等を入れ、所
定の組成の混晶系の化合物半導体になるように温度およ
び時間を制御して成膜を行なう。蒸発用ルツボ4にはM
g、Zn、Be、Sb、Si、Ge、C、Sn、Hg、
As、P等を入れ、所定の供給量になるように温度およ
び供給時間を制御することによりドーピングを行なう。
Ga metal is put in the evaporation crucible 2 to form a substrate.
Ga vapor is 1013-10 19/ Cm2・ Sec
It was heated to a temperature of. Gas introduction pipe 12 for introducing nitrogen
Is used to convert nitrogen into plasma in the plasma gas cell 8 and
So that it sprays directly onto the substrate 6 through the refill 10.
It was The amount of nitrogen introduced is such that the amount of active nitrogen is Ga on the substrate surface.
It was supplied so as to be at least 10 times as much as steam or more. Steaming
Place In, Al, As, Sb, etc. in the crucible 3
To obtain a mixed crystal compound semiconductor with a constant composition, the temperature and
And the time are controlled to form the film. M for evaporation crucible 4
g, Zn, Be, Sb, Si, Ge, C, Sn, Hg,
Put As, P, etc., and adjust the temperature and
And doping is controlled by controlling the supply time.

【0017】基板6にはサファイアR面を使用し、20
0〜900℃に加熱した。サファイアR面基板は、オフ
角が0.8度以下のものが好ましく、さらに好ましくは
サファイアR面をサファイアc軸のR面射影を軸として
9.2度回転させた面を用いることである。まず、基板
6を真空容器1内で900℃で加熱した後、所定の成長
温度に設定し0.1〜30オングストローム/secの成
長速度で0.4〜10μmの厚みのGaN系半導体薄膜
を作製する。
A sapphire R surface is used for the substrate 6, and 20
Heated to 0-900 ° C. The sapphire R-plane substrate preferably has an off angle of 0.8 degrees or less, and more preferably uses a plane obtained by rotating the sapphire R-plane by 9.2 degrees around the R-plane projection of the sapphire c-axis. First, after heating the substrate 6 in the vacuum chamber 1 at 900 ° C., a predetermined growth temperature is set and a GaN-based semiconductor thin film having a thickness of 0.4 to 10 μm is produced at a growth rate of 0.1 to 30 Å / sec. To do.

【0018】このGaN系半導体薄膜のキャリアー密度
をファンデア・ポー法により測定したところ、1017
cm3 〜1020/cm3 であった。また、200Kにお
いてカソードルミネッセンス(CL)を測定したとこ
ろ、図2に示すように3.5eV付近にピークをもつス
ペクトルが得られた。
When the carrier density of this GaN-based semiconductor thin film was measured by the Van der Pauw method, it was 10 17 /
It was cm 3 to 10 20 / cm 3 . Further, when cathodoluminescence (CL) was measured at 200 K, a spectrum having a peak near 3.5 eV was obtained as shown in FIG.

【0019】[0019]

【実施例】以下、実施例によりさらに詳細に説明する。EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples.

【0020】[0020]

【実施例1】窒素のプラズマを用いたガスソースMBE
法により、GaN薄膜を成膜した例について説明する。
図1に示すような真空容器1内に、蒸発用ルツボ2、プ
ラズマガスセル8、および基板加熱ホルダー5、さらに
プラズマガスセル8にガスを供給するためのガス導入管
12、ガス流量調節バルブ13および高周波電源14を
備えたガスソースMBEを用いた。
Example 1 Gas source MBE using nitrogen plasma
An example of forming a GaN thin film by the method will be described.
In a vacuum container 1 as shown in FIG. 1, an evaporation crucible 2, a plasma gas cell 8 and a substrate heating holder 5, a gas introduction pipe 12 for supplying a gas to the plasma gas cell 8, a gas flow rate control valve 13 and a high frequency wave. A gas source MBE equipped with a power supply 14 was used.

【0021】蒸発用ルツボ2にはGa金属を入れ、10
20℃に加熱した。ガスとしては窒素を使用し、ガス導
入管12を通してプラズマガスセル8に5cc/min
の速度で供給した。プラズマガスセル8としては、内容
積が80ccの石英ガラス製とし、該ガスセルのプラズ
マの出口には石英ガラス製の孔径1ミリのオリフィス1
0を設けておく。電極9としては銀板を使用して、高周
波電源14と銀線により配線した。該ガスセル中の圧力
はほぼ10-3Torrに保持し、電極9には13.56
MHzで300ワットの出力の高周波を印加することに
より、窒素のプラズマを発生せしめた。発生した活性窒
素はオリフィス10を通って、該オリフィスと5cm離
れて設けてある基板6に供給した。
Ga metal was put in the evaporation crucible 2 and 10
Heated to 20 ° C. Nitrogen is used as the gas, and 5 cc / min is applied to the plasma gas cell 8 through the gas introduction pipe 12.
Was fed at a rate of. The plasma gas cell 8 is made of quartz glass having an internal volume of 80 cc, and the plasma gas outlet of the gas cell is made of a quartz glass orifice 1 having a diameter of 1 mm.
0 is set. A silver plate was used as the electrode 9 and was wired with a high frequency power source 14 and a silver wire. The pressure in the gas cell was maintained at about 10 −3 Torr, and the electrode 9 was 13.56.
A nitrogen plasma was generated by applying a high frequency power of 300 watts at MHz. The generated active nitrogen passed through the orifice 10 and was supplied to the substrate 6 provided 5 cm away from the orifice.

【0022】基板6としては、オフ角が0.5度のサフ
ァイアR面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて2×10-6Torrであった。まず、基板6を9
00℃で30分間加熱し、ついで750℃の温度に保持
し成膜を行う。成膜は窒素をプラズマガスセル8から供
給しながらGaのルツボのシャッターを開けて行い、
1.2オングストローム/secの成膜速度で膜厚0.8
μmのGaN薄膜を作製した。
As the substrate 6, a sapphire R surface having an off angle of 0.5 degrees is used. The pressure in the vacuum container was 2 × 10 −6 Torr during film formation. First, the substrate 6 is set to 9
A film is formed by heating at 00 ° C. for 30 minutes and then maintaining the temperature at 750 ° C. The film formation was performed by opening the shutter of the Ga crucible while supplying nitrogen from the plasma gas cell 8.
Film thickness 0.8 at 1.2 Angstrom / sec deposition rate
A μm GaN thin film was prepared.

【0023】このGaN薄膜のX線回折スペクトルを測
定した例は、図3に示すように高配向性のGaNが生成
していることがわかる。また、キャリアー密度をファン
デア・ポー法により測定したところ、8×1017/cm
3 であった。また、200Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ、図2に示すように
3.5eV付近にピークをもつスペクトルが得られた。
In the example of measuring the X-ray diffraction spectrum of this GaN thin film, it is understood that highly oriented GaN is produced as shown in FIG. Moreover, when the carrier density was measured by the Van der Pauw method, it was 8 × 10 17 / cm 2.
Was 3 . Further, when cathodoluminescence (CL) was measured at 200 K, a spectrum having a peak near 3.5 eV was obtained as shown in FIG.

【0024】[0024]

【実施例2】ガスソースMBE法によりGa1-xInx
混晶薄膜を作製した例について説明する。装置として
は、実施例1と同様の装置を用いて行った。蒸発用ルツ
ボ2にはGa金属を入れ1020℃に加熱し、、蒸発用
ルツボ3にはInを入れ660℃に加熱した。ガスの導
入は実施例1と同様の方法により、窒素を6cc/mi
nの速度で供給することにより行った。
Example 2 Ga 1-x In x N by gas source MBE method
An example of producing a mixed crystal thin film will be described. As the apparatus, the same apparatus as in Example 1 was used. Ga metal was placed in the evaporation crucible 2 and heated to 1020 ° C., and In was placed in the evaporation crucible 3 and heated to 660 ° C. The gas was introduced by the same method as in Example 1 with nitrogen at 6 cc / mi.
This was done by feeding at a rate of n.

【0025】基板6としては、オフ角が0.5度のサフ
ァイアR面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて3×10-6Torrであった。まず、基板6を900
℃で30分間加熱し、ついで730℃の温度に保持し成
膜を行った。成膜は窒素をプラズマガスセル8から供給
しながらGaとInのルツボのシャッターを開けて行
い、1.0オングストローム/secの成膜速度で膜厚
0.8μmのGa1-x Inx N混晶薄膜(x=0.2)
を作製した。
As the substrate 6, a sapphire R surface having an off angle of 0.5 degrees is used. The pressure in the vacuum container was 3 × 10 −6 Torr during film formation. First, the substrate 6 is set to 900
A film was formed by heating at 30 ° C. for 30 minutes and then maintaining the temperature at 730 ° C. The film formation was performed by opening the crucible shutter of Ga and In while supplying nitrogen from the plasma gas cell 8, and the Ga 1-x In x N mixed crystal having a film thickness of 0.8 μm was formed at the film formation rate of 1.0 angstrom / sec. Thin film (x = 0.2)
Was produced.

【0026】この混晶薄膜のキャリアー密度をファンデ
ア・ポー法により測定したところ、2×1018/cm3
であった。また、200Kにおいてカソードルミネッセ
ンス(CL)を測定したところ図4に示すように、2.
9eV付近にピークをもつスペクトルが得られた。
When the carrier density of this mixed crystal thin film was measured by the Van der Pauw method, it was 2 × 10 18 / cm 3.
Met. Further, when the cathodoluminescence (CL) was measured at 200 K, as shown in FIG.
A spectrum having a peak near 9 eV was obtained.

【0027】[0027]

【実施例3】アンモニアを用いたガスソースMBE法に
より、GaN薄膜を成膜した例について説明する。装置
としては、実施例1と同様の装置を用いて、GaN薄膜
を作製した。蒸発用ルツボ2にはGa金属を入れ、10
20℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
ガス導入管12を通してプラズマガスセル8に5cc/
minの速度で供給した。プラズマガスセルの電極9に
は、13.56MHzで300ワットの出力の高周波を
印加して、プラズマを発生せしめた。該ガスセルのガス
出口には、孔径1ミリのオリフィス10を設け、活性化
した窒素種を直接に基板6に供給するようにした。
Example 3 An example of forming a GaN thin film by a gas source MBE method using ammonia will be described. As the device, the same device as in Example 1 was used to produce a GaN thin film. Ga metal is put in the evaporation crucible 2 and 10
Heated to 20 ° C. Ammonia is used as gas,
5 cc / in the plasma gas cell 8 through the gas introduction pipe 12.
It was supplied at a rate of min. A high frequency power of 300 watts at 13.56 MHz was applied to the electrode 9 of the plasma gas cell to generate plasma. An orifice 10 having a hole diameter of 1 mm was provided at the gas outlet of the gas cell so that the activated nitrogen species could be directly supplied to the substrate 6.

【0028】基板6としては、オフ角が0.5度のサフ
ァイアR面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて2×10-6Torrであった。まず、基板6を900
℃で30分間加熱し、ついで750℃の温度に保持し成
膜を行う。成膜は窒素をプラズマガスセル8から供給し
ながらGaのルツボのシャッターを開けて行い、1.2
オングストローム/secの成膜速度で膜厚0.8μm
のGaN薄膜を作製した。
As the substrate 6, a sapphire R surface having an off angle of 0.5 degrees is used. The pressure in the vacuum container was 2 × 10 −6 Torr during film formation. First, the substrate 6 is set to 900
The film is formed by heating at 30 ° C. for 30 minutes and then maintaining the temperature at 750 ° C. The film was formed by opening the shutter of the Ga crucible while supplying nitrogen from the plasma gas cell 8, and
0.8 μm film thickness at film forming rate of Angstrom / sec
A GaN thin film was prepared.

【0029】このGaN薄膜のキャリアー密度をファン
デア・ポー法により測定したところ、5×1017/cm
3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ、図5に示すように
3.4eV付近にピークをもつスペクトルが得られた。
When the carrier density of this GaN thin film was measured by the Van der Pauw method, it was 5 × 10 17 / cm 2.
Was 3 . Further, when the cathodoluminescence (CL) was measured at 300 K, a spectrum having a peak near 3.4 eV was obtained as shown in FIG.

【0030】[0030]

【実施例4】ガスソースMBE法により、mis型構造
作製用GaN薄膜を作製した例について説明する。装置
としては、実施例1と同様の装置を用いてGaN薄膜を
作製した。蒸発用ルツボ2にはGa金属を入れ、102
0℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、ガ
ス導入管12を通してプラズマガスセル8に5cc/m
inの速度で供給した。プラズマガスセルの電極9に
は、13.56MHzで300ワットの出力の高周波を
印加して、プラズマを発生せしめた。該ガスセルのガス
出口には、直径1ミリのオリフィス10を設け、活性化
した窒素種を直接に基板6に供給するようにした。
Example 4 An example of producing a GaN thin film for producing a mis type structure by a gas source MBE method will be described. A GaN thin film was prepared using the same device as in Example 1. Ga metal is put in the evaporation crucible 2 and 102
Heated to 0 ° C. Ammonia is used as the gas, and 5 cc / m is supplied to the plasma gas cell 8 through the gas introduction pipe 12.
Supplied at a rate of in. A high frequency power of 300 watts at 13.56 MHz was applied to the electrode 9 of the plasma gas cell to generate plasma. An orifice 10 having a diameter of 1 mm was provided at the gas outlet of the gas cell so that the activated nitrogen species could be directly supplied to the substrate 6.

【0031】基板6としては、オフ角が0.5度のサフ
ァイアR面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて5×10-6Torrであった。まず、基板7を9
00℃で30分間加熱し、ついで750℃の温度に保持
し成膜を行う。成膜は活性窒素をプラズマガスセル8か
ら供給しながらGaのルツボのシャッターを開けて行
い、1.2オングストローム/secの成膜速度で膜厚
0.7μmのGaN薄膜を作製する。続いて、Gaのル
ツボのシャッターと同時にマグネシウムのルツボのシャ
ッターを同時に開けて、500オングストロームの厚み
のドーピング層を形成した。
As the substrate 6, a sapphire R surface having an off angle of 0.5 degree is used. The pressure in the vacuum container was 5 × 10 −6 Torr during film formation. First, the substrate 7
A film is formed by heating at 00 ° C. for 30 minutes and then maintaining the temperature at 750 ° C. The film formation is performed by opening the shutter of the Ga crucible while supplying active nitrogen from the plasma gas cell 8 to form a GaN thin film with a thickness of 0.7 μm at a film formation rate of 1.2 Å / sec. Subsequently, the shutter for the magnesium crucible and the shutter for the magnesium crucible were simultaneously opened to form a doping layer having a thickness of 500 Å.

【0032】このGaN積層薄膜の200Kにおけるカ
ソードルミネッセンス(CL)を測定したところ、図6
に示すように3.5eV付近にピークをもつスペクトル
が得られた。また、mis型構造を作製して電流−電圧
特性を測定したところ、図7に示すようなダイオード特
性が得られた。
When the cathode luminescence (CL) of this GaN laminated thin film at 200K was measured, FIG.
A spectrum having a peak near 3.5 eV was obtained as shown in FIG. Further, when a mis type structure was prepared and current-voltage characteristics were measured, diode characteristics as shown in FIG. 7 were obtained.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によるGaN系薄膜作製方法によ
れば、低い温度において成膜することができるためキャ
リアー密度の制御が容易であること、かつ表面平坦性お
よび結晶性が良好である半導体発光素子用GaN系薄膜
を得ることができる。
According to the method for producing a GaN-based thin film of the present invention, since it is possible to form a film at a low temperature, it is easy to control the carrier density, and the semiconductor light emission has good surface flatness and crystallinity. A GaN-based thin film for devices can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】薄膜作製に用いたガスソースMBE装置の概略
図である。
FIG. 1 is a schematic view of a gas source MBE apparatus used for thin film production.

【図2】実施例1で作製したGaN薄膜のカソードルミ
ネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
FIG. 2 is a spectrum diagram showing the measurement result of cathodoluminescence of the GaN thin film produced in Example 1.

【図3】実施例1で作製したGaN薄膜のX線回折のス
ペクトル図である。
FIG. 3 is an X-ray diffraction spectrum diagram of the GaN thin film produced in Example 1.

【図4】実施例2で作製したGaN薄膜のカソードルミ
ネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
FIG. 4 is a spectrum diagram showing the measurement result of cathode luminescence of the GaN thin film manufactured in Example 2.

【図5】実施例3で作製したGaN薄膜のカソードルミ
ネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
FIG. 5 is a spectrum diagram showing the measurement result of cathode luminescence of the GaN thin film manufactured in Example 3.

【図6】実施例4で作製したGaN薄膜のカソードルミ
ネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
FIG. 6 is a spectrum diagram showing the measurement result of cathode luminescence of the GaN thin film manufactured in Example 4.

【図7】GaNmis型構造素子の電流−電圧測定結果
を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a current-voltage measurement result of a GaN mis type structure element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2 蒸発用ルツボ 3 蒸発用ルツボ 4 蒸発用ルツボ 5 基板加熱ホルダー 6 基板 7 四重極質量分析計 8 プラズマガスセル 9 電極 10 オリフィス 11 配線 12 ガス導入管 13 流量調節バルブ 14 高周波電源 15 クライオパネル 16 バルブ 17 コールドトラップ 18 油拡散ポンプ 19 油回転ポンプ 20 シャッター 21 シャッター 22 シャッター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Evaporating crucible 3 Evaporating crucible 4 Evaporating crucible 5 Substrate heating holder 6 Substrate 7 Quadrupole mass spectrometer 8 Plasma gas cell 9 Electrode 10 Orifice 11 Wiring 12 Gas introduction pipe 13 Flow control valve 14 High frequency power supply 15 Cryo Panel 16 Valve 17 Cold trap 18 Oil diffusion pump 19 Oil rotary pump 20 Shutter 21 Shutter 22 Shutter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 33/00 C 8934−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 33/00 C 8934-4M

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高真空中で窒化ガリウム系半導体薄膜を
製造するに際し、プラズマガスセルにより生成した活性
窒素を基板表面に供給することを特徴とする窒化ガリウ
ム系半導体薄膜の成長方法。
1. A method for growing a gallium nitride based semiconductor thin film, which comprises supplying active nitrogen generated by a plasma gas cell to the surface of a substrate when the gallium nitride based semiconductor thin film is manufactured in a high vacuum.
JP23164891A 1991-09-11 1991-09-11 Semiconductor thin film growth method Withdrawn JPH0574710A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23164891A JPH0574710A (en) 1991-09-11 1991-09-11 Semiconductor thin film growth method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23164891A JPH0574710A (en) 1991-09-11 1991-09-11 Semiconductor thin film growth method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0574710A true JPH0574710A (en) 1993-03-26

Family

ID=16926793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23164891A Withdrawn JPH0574710A (en) 1991-09-11 1991-09-11 Semiconductor thin film growth method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0574710A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07263766A (en) * 1994-03-24 1995-10-13 Agency Of Ind Science & Technol Growth of metal nitride single crystal thin film and apparatus therefor
JPH11135885A (en) * 1997-10-30 1999-05-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Production of semiconductor and semiconductor laser
JP2009212284A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Hitachi Cable Ltd Gallium nitride substrate
US8934513B2 (en) 1994-09-14 2015-01-13 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07263766A (en) * 1994-03-24 1995-10-13 Agency Of Ind Science & Technol Growth of metal nitride single crystal thin film and apparatus therefor
US8934513B2 (en) 1994-09-14 2015-01-13 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor
JPH11135885A (en) * 1997-10-30 1999-05-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Production of semiconductor and semiconductor laser
US6611005B2 (en) 1997-10-30 2003-08-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for producing semiconductor and semiconductor laser device
JP2009212284A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Hitachi Cable Ltd Gallium nitride substrate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5218216A (en) Gallium nitride group semiconductor and light emitting diode comprising it and the process of producing the same
US5725674A (en) Device and method for epitaxially growing gallium nitride layers
US7663157B2 (en) Semiconductor device having group III nitride buffer layer and growth layers
US6291085B1 (en) Zinc oxide films containing P-type dopant and process for preparing same
US5210051A (en) High efficiency light emitting diodes from bipolar gallium nitride
US7033435B2 (en) Process for preparing p-n junctions having a p-type ZnO film
US7172813B2 (en) Zinc oxide crystal growth substrate
EP1296363A1 (en) Method of manufacturing group-iii nitride compound semiconductor device
WO1994003931A1 (en) Nitride based semiconductor device and manufacture thereof
RU2643176C1 (en) Non-polar led epitaxial plate of blue glow on substrate of lao and method of its production
US6358378B2 (en) Method for fabricating ZnO thin film for ultraviolet detection and emission source operated at room temperature, and apparatus therefor
JPH05335622A (en) Semiconductor light-emitting device
EP0277597B1 (en) Gallium nitride group semiconductor light emitting diode and the process of producing the same
CN100470857C (en) Gallium nitride-based semiconductor device
US5442201A (en) Semiconductor light emitting device with nitrogen doping
JP3399642B2 (en) Method for forming semiconductor light emitting element layer
JPH05315647A (en) Nitride semiconductor device and its manufacture
JPH05291618A (en) Light emitting device
JPH0529220A (en) Gallium nitride thin film growing method
JPH0574710A (en) Semiconductor thin film growth method
JPH05109621A (en) Method for growing gallium nitride thin film
JPH05190903A (en) Semiconductor light-emitting element and manufacture thereof
Morimoto et al. Ionized-cluster beam epitaxial growth of GaP films on GaP and Si substrates
JP3065780B2 (en) Gallium nitride based light emitting device and manufacturing method
JPH0555631A (en) Thin semiconductor laminate film and its manufacture

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19981203