JPH06314659A - 窒化ガリウム系化合物半導体膜の結晶成長方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体膜の結晶成長方法Info
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- JPH06314659A JPH06314659A JP12502993A JP12502993A JPH06314659A JP H06314659 A JPH06314659 A JP H06314659A JP 12502993 A JP12502993 A JP 12502993A JP 12502993 A JP12502993 A JP 12502993A JP H06314659 A JPH06314659 A JP H06314659A
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Abstract
成長させること。 【構成】 窒化ガリウム系化合物半導体膜であるAlGa
N混晶膜3のMOVPE法による結晶成長においては、
III族原料ガスとして、有機金属である従来のトリメチ
ルアルミニウム〔Al(CH3)3 :TiBA〕に替えてト
リイソブチルアルミニウム〔Al(i−C4H9)3〕及びト
リメチルガリウム〔Ga(CH3)3 〕、V族原料ガスとし
てNH3 が用いられる。上記TiBAは分子構造上、従
来のTMAに比べて、アルキル基〔(CnH2n+1)−R〕
が大きいためAl 原子を包み込み、V族原料ガスである
NH3 との反応による錯体を形成し難い。このため、T
iBAは、NH3 との反応が進行する前に基板上に到達
できる。これにより、基板上に結晶成長されるAlXGa
1-XN混晶膜にはAl が混入し易くなり、混晶組成比及
び結晶成長速度の制御が可能となる。
Description
半導体膜の結晶成長方法に関する。
るAlGaN混晶膜の有機金属化合物気相成長(Metal Or
ganic Vapor Phase Epitaxy:以下、MOVPEという)
法による結晶成長においては、 III族原料ガスとして、
有機金属であるトリメチルアルミニウム〔Al(C
H3)3 〕(以下、TMAという)及びトリメチルガリウ
ム〔Ga(CH3)3 〕(以下、TMGという)、V族原料
ガスとしてNH3 、基板にはサファイアa面が用いられ
ている。
MAとの反応性が高いため結晶内にAl が混入し難く、
制御性良くAlGaN混晶膜の成長を行うのは困難である
という問題があった。このことは、大気圧において気相
比を変えた時の結晶成長速度と混晶組成比を示した図8
の特性図によっても明らかである。結晶成長は小型MO
VPE装置を使用した。混晶組成の決定方法は、AlXG
a1-XN混晶膜のc軸方向の格子定数cはその組成xの変
化に伴いc=5.191Å(x=0:GaN)からc=4.980Å
(x=1:AlN)まで線形に変化するものと考えられる
(ベガード則)。そこで、X線回折測定のボンド法から
その膜の格子定数cを求め、以下の式を用い混晶組成比
を求めた。
供給量に律速されるものであるが、次式の反応(1),(2)
が進行し、更に、これらの反応に III族原料であるTM
Gも関与するため成長速度の減少が見られると考えられ
る。
A]))を上げたにも拘わらず各温度において、逆に成長
速度が遅くなり、AlNとXs(=AlXGa1-XN)の混晶
組成比(モル分率)が減少するという現象を示してい
る。発明者らは、上述の問題について原因を究明するた
めに鋭意実験研究を重ねた結果、Al の原料ガスの有機
金属であるTMAに替わるものとしてトリイソブチルア
ルミニウム〔Al(i-C4H9)3 〕(以下、TiBAとい
う)を用いると良いことを見出し、新規な窒化ガリウム
系化合物半導体膜の結晶成長方法を提供するに至ったの
である。
されたものであり、その目的とするところは、窒化ガリ
ウム系化合物半導体膜であるAlGaN混晶膜を制御性良
く成長させることである。
の発明の構成は、MOVPE法による窒化ガリウム系化
合物半導体(AlXGa1-XN;X=0を含む)膜の結晶成
長方法であって、気相成長工程において、 III族原料ガ
スとして有機金属であるTiBA及びTMG、V族原料
ガスとしてNH3 を用いることを特徴とする。
TiBAは分子構造上、従来のTMAに比べて、アルキ
ル基〔(CnH2n+1)−R〕が大きいためAl 原子を包み
込み、V族原料ガスであるNH3 との反応による錯体を
形成し難い。このため、TiBAは、NH3 との反応が
進行する前に基板上に到達できる。これにより、基板上
に結晶成長されるAlXGa1-XN混晶膜にはAl が混入し
易くなり、混晶組成比及び結晶成長速度の制御が可能と
なる。
明する。図1は本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導
体膜の結晶成長方法を用いて成膜した窒化ガリウム系化
合物半導体膜を示した断面模式図である。サファイアa
面を用いたサファイア基板1上に AlNから成るバッフ
ァ層2を形成し、その上に窒化ガリウム系化合物半導体
膜であるAlXGa1-XN混晶膜3が形成されている。成長
装置としては、従来と同様の、小型MOVPE装置を用
いた。気相成長工程において、 III族原料ガスとして有
機金属であるTMAに替えてTiBA及びTMG、V族
原料ガスとしてNH3 を用いた。このときの成長条件を
図2に示した。上記TiBAは、Al 原子に結合したア
ルキル基がTMAに比べ大きく、分子構造上Al 原子を
それによって囲んでいるため、前述の (1)式の様な反応
が低いと考えられる。図3に図2の成長条件で結晶成長
を行ったAlXGa1-XN混晶膜組成の面内分布を示した。
尚、混晶組成比Xs は前述のX線回折から決定した。こ
の図から分かるように、試料S-1のようにH2,NH3 の
キャリヤガス流量が少ないとき、つまり、キャリヤガス
の流速が遅いときはTiBAを用いても、NH3 ガスと
の反応により組成の面内分布が大きく、基板の下流側で
組成が減少している。つまり、成長装置における原料ガ
ス吐出口に対する試料の基板中心からの距離で上流側と
下流側とで、試料S-1の成長条件では混晶膜組成が大き
くばらつくことが分かる。これに比べ試料S-2のように
H2,NH3 のキャリヤガス流量が多いときは、NH3 ガ
スとの反応が進行する前に基板に原料ガスが到達するた
め1inch基板内においてその組成が均一であることが分
かる。又、そのときの成長速度は3μm/hrと制御可能な
成長速度であった。
で、更に、気相比Xv を上げAlXGa1-XN混晶膜の結晶
成長を行った。図4に気相比を変えた時の混晶組成比を
示した。図のように気相比を上げると共に組成の面内分
布のばらつきが見られるものの、気相比に対して各場所
で線形に混晶組成比が変化しており、TiBAを用いる
ことで制御性良くAlXGa1-XN混晶膜の結晶成長が行わ
れている。図6に図5の成長条件で結晶成長を行ったA
lXGa1-XN混晶膜組成の内面分布を示した。何れの条件
においても、基板の下流側で混晶組成比の減少が見られ
る。又、気相比Xv=0.444と一定にも拘わらず、キャリ
ヤガスの違いによって大きく混晶組成比の違いが見られ
る。ここで、NH3 ガスの供給量を減らすことによりバ
ックアップのH2 ガスの供給量を増すことが効果的であ
る。
アップH2 )からその流速を計算し、気相比Xv=0.444
におけるガス流速と混晶組成比の関係を図7に示した。
この図から分かるように、混晶組成比は基板の何れの場
所においてもガス流量に依存しており、AlXGa1-XN混
晶膜の組成を更に上げるためにはガス流速を上げること
が必要である。
アンドープAlXGa1-XN混晶膜の電気特性の結果につい
て述べる。気相比Xv=0.033、混晶組成比Xs=0.04〜
0.05 の試料のホール測定の結果は、アンドープの試料
にも拘わらずキャリヤ濃度n=2.5×1018(cm-3) と高
く、ρ=0.01(Ω・cm),μ=232(cm2/V・sec)であった。
これは、TiBAの容器温度を上げたため(>50℃)、
揮発性の不純物が容易に気化し、n型のドーパントとし
て結晶膜に取り込まれたものと考えられる。
系化合物半導体膜の結晶成長方法を用いて成膜した窒化
ガリウム系化合物半導体膜を示した断面模式図である。
N混晶膜組成の面内分布を示した特性図である。
比を示した特性図である。
条件を示した図である。
N混晶膜組成の内面分布を示した特性図である。
相比Xv=0.444におけるガス流速と混晶組成比の関係を
示した特性図である。
えた時の結晶成長速度と混晶組成比を示した特性図であ
る。
膜)
Claims (1)
- 【請求項1】 有機金属化合物気相成長法による窒化ガ
リウム系化合物半導体(AlXGa1-XN;X=0を含む)
膜の結晶成長方法であって、 気相成長工程において、 III族原料ガスとして有機金属
であるトリイソブチルアルミニウム〔Al(i-C
4H9)3 〕及びトリメチルガリウム〔Ga(CH3)3 〕、
V族原料ガスとしてアンモニア(NH3)を用いることを
特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体膜の結晶成長方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12502993A JP3575618B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体膜の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12502993A JP3575618B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体膜の結晶成長方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06314659A true JPH06314659A (ja) | 1994-11-08 |
JP3575618B2 JP3575618B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=14900092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12502993A Expired - Fee Related JP3575618B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体膜の結晶成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3575618B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100682272B1 (ko) * | 2005-07-29 | 2007-02-15 | 엘지전자 주식회사 | 질화물계 기판 제조 방법 및 이에 따른 질화물계 기판 |
US8043977B2 (en) | 2005-08-08 | 2011-10-25 | Showa Denko K.K. | Method of manufacturing a semiconductor device having a group-III nitride superlattice layer on a silicon substrate |
US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP12502993A patent/JP3575618B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
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US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
KR100682272B1 (ko) * | 2005-07-29 | 2007-02-15 | 엘지전자 주식회사 | 질화물계 기판 제조 방법 및 이에 따른 질화물계 기판 |
US8043977B2 (en) | 2005-08-08 | 2011-10-25 | Showa Denko K.K. | Method of manufacturing a semiconductor device having a group-III nitride superlattice layer on a silicon substrate |
US8222674B2 (en) | 2005-08-08 | 2012-07-17 | Showa Denko K.K. | Semiconductor device having a group-III nitride superlattice layer on a silicon substrate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3575618B2 (ja) | 2004-10-13 |
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