JPH0654758B2 - 化合物半導体単結晶膜の成長方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶膜の成長方法Info
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- JPH0654758B2 JPH0654758B2 JP61025146A JP2514686A JPH0654758B2 JP H0654758 B2 JPH0654758 B2 JP H0654758B2 JP 61025146 A JP61025146 A JP 61025146A JP 2514686 A JP2514686 A JP 2514686A JP H0654758 B2 JPH0654758 B2 JP H0654758B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、III−Ｖ族化合物半導体GaN，AlN単結晶膜及
びIII−Ｖ族化合物半導体混晶Ga1-xAlxN単結晶膜エピタ
キシヤル成長において、平坦な表面形態をもつた成長膜
を得るための方法に関するものである。
びIII−Ｖ族化合物半導体混晶Ga1-xAlxN単結晶膜エピタ
キシヤル成長において、平坦な表面形態をもつた成長膜
を得るための方法に関するものである。
従来，GaN,AlN,Ga1-xAlxNの単結晶膜は、III族金属Gaあ
るいはAlの塩化物とNH3の反応によるGa−HCl−NH３ある
いはAl-HCl−NH３系ハライド気相成長法が主に用いられ
てきた。この際、成長基板としては主にサフアイア（０
００１）面（Ｃ面）及びサフアイア（０１２）面（Ｒ
面）が用いられている。ハライド気相成長法により成長
したGaN,AlN,Ga1-xAlxN膜では、成長基板としてエピタ
キシヤル膜との間の格子不整合がむしろ大きいサフアイ
アＣ面を用いた方が、サフアイアＲ面を用いたより、結
晶性の良好な単結晶が得られる。また、GaN膜成長で
は、アクセプタ不純物Ｚｎのドーピングにより発光波長
を制御でき、Ｚｎのドーピングレベルの増大に伴い発光
波長が青，緑，黄，赤と長波長側へ移動するが、サフア
イアＲ面上の成長膜はサフアイアＣ面上の成長膜に比べ
Ｚｎのとりこみ効率が悪く、発光波長の変化する範囲も
狭いため、発光ダイオードの作製には、サフアイアＣ面
基板を使用した方が有利である。
るいはAlの塩化物とNH3の反応によるGa−HCl−NH３ある
いはAl-HCl−NH３系ハライド気相成長法が主に用いられ
てきた。この際、成長基板としては主にサフアイア（０
００１）面（Ｃ面）及びサフアイア（０１２）面（Ｒ
面）が用いられている。ハライド気相成長法により成長
したGaN,AlN,Ga1-xAlxN膜では、成長基板としてエピタ
キシヤル膜との間の格子不整合がむしろ大きいサフアイ
アＣ面を用いた方が、サフアイアＲ面を用いたより、結
晶性の良好な単結晶が得られる。また、GaN膜成長で
は、アクセプタ不純物Ｚｎのドーピングにより発光波長
を制御でき、Ｚｎのドーピングレベルの増大に伴い発光
波長が青，緑，黄，赤と長波長側へ移動するが、サフア
イアＲ面上の成長膜はサフアイアＣ面上の成長膜に比べ
Ｚｎのとりこみ効率が悪く、発光波長の変化する範囲も
狭いため、発光ダイオードの作製には、サフアイアＣ面
基板を使用した方が有利である。
しかしながら、ハライド気相成長法によりサフアイアＣ
面上に成長したGaN,AlN,Ga1-xAlxＮ膜には、サフアイア
Ｃ面基板との格子不整合のため、大きさ１〜100 μｍ，
高さ１〜10μｍの六角錐状あるいは六角錐台状のヒロツ
クが現われ、平坦な膜が得られない。厚さの均一な成長
膜が得られないことは、ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導
体）構造発光ダイオード等の多層膜構造素子を作製する
際には大きな欠点である。
面上に成長したGaN,AlN,Ga1-xAlxＮ膜には、サフアイア
Ｃ面基板との格子不整合のため、大きさ１〜100 μｍ，
高さ１〜10μｍの六角錐状あるいは六角錐台状のヒロツ
クが現われ、平坦な膜が得られない。厚さの均一な成長
膜が得られないことは、ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導
体）構造発光ダイオード等の多層膜構造素子を作製する
際には大きな欠点である。
近年、III族有機金属トリメチルガリウム（ＴＭＧ）あ
るいはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とＮＨ３を原
料とした、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）による
GaN,AlN,Ga1-xAlxN膜が報告されているが、前記ハライ
ド気相成長法での知見にもとづき、成長基板としては、
専らサフアイアＣ面のみが使用され、サフアイアＲ面上
への成長は行なわれていない。
るいはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とＮＨ３を原
料とした、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）による
GaN,AlN,Ga1-xAlxN膜が報告されているが、前記ハライ
ド気相成長法での知見にもとづき、成長基板としては、
専らサフアイアＣ面のみが使用され、サフアイアＲ面上
への成長は行なわれていない。
ところが、本発明者等の検討によればＭＯＶＰＥ法によ
りサフアイアＣ面上に成長したGaN，AlN，Ga1-xNＡｌｘ
膜も、サフアイアＣ面基板との格子不整合のため、大き
さ１〜100 μｍ，高さ１〜10μｍの六角錐状あるいは六
角錐台状のヒロツクが現われ、表面形態の平坦性が悪い
ことが明らかになつた。
りサフアイアＣ面上に成長したGaN，AlN，Ga1-xNＡｌｘ
膜も、サフアイアＣ面基板との格子不整合のため、大き
さ１〜100 μｍ，高さ１〜10μｍの六角錐状あるいは六
角錐台状のヒロツクが現われ、表面形態の平坦性が悪い
ことが明らかになつた。
上記のように、従来の成長法でサフアイアＣ面上に成長
したGaN,AlN,Ga1-xAlxN膜は、六角錐状のフアセツト成
長を起こし平坦な表面形態が得られない。このフアセツ
ト成長は、エピタキシヤル膜と基板の間の格子不整合の
大きな系に本質的なものである。平坦な表面形態を得る
ためには、格子不整合がむしろ小さいサフアイアＲ面を
使うべきであるが、従来のハライド気相成長法ではＲ面
上には良好な結晶成長ができないという問題があつた。
したGaN,AlN,Ga1-xAlxN膜は、六角錐状のフアセツト成
長を起こし平坦な表面形態が得られない。このフアセツ
ト成長は、エピタキシヤル膜と基板の間の格子不整合の
大きな系に本質的なものである。平坦な表面形態を得る
ためには、格子不整合がむしろ小さいサフアイアＲ面を
使うべきであるが、従来のハライド気相成長法ではＲ面
上には良好な結晶成長ができないという問題があつた。
本発明は、上記問題点を解決するために、基板方位依存
性の小さい非熱平衡成長であるＭＯＶＰＥ法に着目し、
研究をすすめた結果なされたものである。
性の小さい非熱平衡成長であるＭＯＶＰＥ法に着目し、
研究をすすめた結果なされたものである。
本発明は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリエチル
ガリウム（ＴＥＧ），トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ），あるいはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等の
III族有機金属とNH3を原料としたＭＯＶＰＥ法により、
サフアイアＲ面上にエピタキシヤル成長させることを最
も主要な特徴とする。従来のハライド気相成長法とは、
III族原料として、III族有機金属を用いる点が、また従
来のサフアイアＣ面上へのＭＯＶＰＥ法による成長法と
は、成長基板として、サフアイアＲ面を用いる点が異な
る。
ガリウム（ＴＥＧ），トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ），あるいはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等の
III族有機金属とNH3を原料としたＭＯＶＰＥ法により、
サフアイアＲ面上にエピタキシヤル成長させることを最
も主要な特徴とする。従来のハライド気相成長法とは、
III族原料として、III族有機金属を用いる点が、また従
来のサフアイアＣ面上へのＭＯＶＰＥ法による成長法と
は、成長基板として、サフアイアＲ面を用いる点が異な
る。
本発明の構成によれば、基板方位依存性の小さな非熱平
衡成長であるＭＯＶＰＥ法を用い、サフアイアＣ面上と
同等の特性をもつた成長膜をサフアイアＲ面上に成長さ
せることができ、且つ表面形態の平坦な成長膜を得るこ
とが可能となる。
衡成長であるＭＯＶＰＥ法を用い、サフアイアＣ面上と
同等の特性をもつた成長膜をサフアイアＲ面上に成長さ
せることができ、且つ表面形態の平坦な成長膜を得るこ
とが可能となる。
第１図は、本発明の成長方法を実施するための成長装置
の一例であつて、１は成長基板、２はカーボンサセプ
タ、３は石英反応管、４は高周波誘導コイル、５は熱電
対、６は有機金属導入管、７はNH3ガス導入管、８はＨ
２ガス導入管、９は排気口である。この装置で、GaN，A
lN，あるいはGa1-xAlxN単結晶膜を成長させるには、ま
ず石英反応管３内をターボ・モルキユラー・ポンプ等の
真空排気装置により10-5Torr以下の高真空にする。次
に、基板表面の清浄化を目的として、高周波誘導コイル
４に通電することによりカーボン・サセプタ２を1100〜
1200℃に加熱し、Ｈ２雰囲気中で10〜30分間保持する。
基板熱処理後、サセプタ温度を900 〜1000℃の成長温度
に設定し、NH3ガスを供給する。この状態で、III族有機
金属液体をバブリングしたＮ２ガスを石英反応管３内に
導入することにより、基板１上で、III族有機金属とNH3
を反応させ、GaN，AlN，あるいはGa1-xAlxN単結晶膜を
得る。
の一例であつて、１は成長基板、２はカーボンサセプ
タ、３は石英反応管、４は高周波誘導コイル、５は熱電
対、６は有機金属導入管、７はNH3ガス導入管、８はＨ
２ガス導入管、９は排気口である。この装置で、GaN，A
lN，あるいはGa1-xAlxN単結晶膜を成長させるには、ま
ず石英反応管３内をターボ・モルキユラー・ポンプ等の
真空排気装置により10-5Torr以下の高真空にする。次
に、基板表面の清浄化を目的として、高周波誘導コイル
４に通電することによりカーボン・サセプタ２を1100〜
1200℃に加熱し、Ｈ２雰囲気中で10〜30分間保持する。
基板熱処理後、サセプタ温度を900 〜1000℃の成長温度
に設定し、NH3ガスを供給する。この状態で、III族有機
金属液体をバブリングしたＮ２ガスを石英反応管３内に
導入することにより、基板１上で、III族有機金属とNH3
を反応させ、GaN，AlN，あるいはGa1-xAlxN単結晶膜を
得る。
第２図は、サフアイアＣ面上及びサフアイアＲ面上にGa
N膜を単結晶成長させた場合の基板とエピタキシヤル膜
の間の結晶方位関係を示した図であつて、10はサフアイ
アＣ面基板、11はその上にエピタキシヤル成長したGaN
単結晶膜、12はサフアイアＲ面基板、13はその上にエピ
タキシヤル成長したGaN単結晶膜である。
N膜を単結晶成長させた場合の基板とエピタキシヤル膜
の間の結晶方位関係を示した図であつて、10はサフアイ
アＣ面基板、11はその上にエピタキシヤル成長したGaN
単結晶膜、12はサフアイアＲ面基板、13はその上にエピ
タキシヤル成長したGaN単結晶膜である。
サフアイアＣ面10上では、〔０００１〕軸配向したGaN
膜11が成長し、サフアイア10の〔０１０〕軸，〔１
１０〕軸に対して、GaN膜11の各々〔２０〕軸，
〔０１０〕軸が平衡に配向する。
膜11が成長し、サフアイア10の〔０１０〕軸，〔１
１０〕軸に対して、GaN膜11の各々〔２０〕軸，
〔０１０〕軸が平衡に配向する。
サフアイアＲ面12上では、〔２０〕軸配向したGaN
膜13が成長し、サフアイアＲ面12の〔２０〕軸，
〔０１１〕軸に対して、GaN膜の〔０１０〕軸，
〔０００１〕軸が平行に配向する。
膜13が成長し、サフアイアＲ面12の〔２０〕軸，
〔０１１〕軸に対して、GaN膜の〔０１０〕軸，
〔０００１〕軸が平行に配向する。
この際、サフアイアＣ面上に成長させたGaN膜は、基板
成長膜の界面内に13.8％の等方的な格子不整合があるの
に対し、サフアイアＲ面上に成長させたGaN膜では、サ
フアイアの〔２０〕方向とGaNの〔０１０〕方向
の間には13.8％の格子不整合があるが、サフアイアの
〔０１１〕方向とGaNの〔０００１〕方向の間には
１．１％の格子不整合しかない。
成長膜の界面内に13.8％の等方的な格子不整合があるの
に対し、サフアイアＲ面上に成長させたGaN膜では、サ
フアイアの〔２０〕方向とGaNの〔０１０〕方向
の間には13.8％の格子不整合があるが、サフアイアの
〔０１１〕方向とGaNの〔０００１〕方向の間には
１．１％の格子不整合しかない。
サフアイアＣ面上，サフアイアＲ面上に成長させたAlN
膜は、基板結晶に対しGaNの場合と同じ結晶方位関係を
もつて配向する。基板とエピタキシヤル膜の間の格子不
整合の大きさは、サフアイアＣ面上の成長の場合には、
界面内で等方的に11.7％の不整合があるのに対し、サフ
アイアＲ面上の成長の場合では、サフアイアの〔２
０〕方向とAlNの〔０１０〕方向の間には11.7％の不
整合があるが、サフアイアの〔０１１〕方向とAlNの
〔０００１〕方向の間には−2.9 ％の不整合しかない。
膜は、基板結晶に対しGaNの場合と同じ結晶方位関係を
もつて配向する。基板とエピタキシヤル膜の間の格子不
整合の大きさは、サフアイアＣ面上の成長の場合には、
界面内で等方的に11.7％の不整合があるのに対し、サフ
アイアＲ面上の成長の場合では、サフアイアの〔２
０〕方向とAlNの〔０１０〕方向の間には11.7％の不
整合があるが、サフアイアの〔０１１〕方向とAlNの
〔０００１〕方向の間には−2.9 ％の不整合しかない。
サフアイアＣ面上，サフアイアＲ面上に成長させたGa
1-xAlxN膜は、基板結晶に対しGaN，AlNの場合と同じ結
晶方位関係をもつて配向する。基板とエピタキシヤル膜
の間の格子不整合の大きさはＡｌ組成ｘの値によつて、
GaNの値とAlNの値の間を変化し、サフアイアＣ面上の成
長の場合には界面内で等方的に11.7)〜13.8％の不整合
があるのに対し、サフアイアＲ面上の成長の場合では、
サフアイアの〔２０〕方向とGa1-xＡｌｘＮの〔０
１０〕方向の間には11.7〜13.8％の不整合があるが、
サフアイアの〔０１１〕方向とＧａ1-xＡｌｘＮの
〔０００１〕方向の間には-2.9〜1.1 ％の不整合しかな
い。特にサフアイアＲ面上にｘ＝0.28の組成のGaAlN膜
を成長させた時には、サフアイア〔０１１〕方向とGa
AlN〔０００１〕方向は完全に格子整合する。
1-xAlxN膜は、基板結晶に対しGaN，AlNの場合と同じ結
晶方位関係をもつて配向する。基板とエピタキシヤル膜
の間の格子不整合の大きさはＡｌ組成ｘの値によつて、
GaNの値とAlNの値の間を変化し、サフアイアＣ面上の成
長の場合には界面内で等方的に11.7)〜13.8％の不整合
があるのに対し、サフアイアＲ面上の成長の場合では、
サフアイアの〔２０〕方向とGa1-xＡｌｘＮの〔０
１０〕方向の間には11.7〜13.8％の不整合があるが、
サフアイアの〔０１１〕方向とＧａ1-xＡｌｘＮの
〔０００１〕方向の間には-2.9〜1.1 ％の不整合しかな
い。特にサフアイアＲ面上にｘ＝0.28の組成のGaAlN膜
を成長させた時には、サフアイア〔０１１〕方向とGa
AlN〔０００１〕方向は完全に格子整合する。
本発明は、非熱平衡成長であるＭＯＶＰＥ法を利用する
ので、ハライド気相成長法と異なり成長膜の特性の基板
方位依存性が小さく、サフアイアＲ面上にもサフアイア
Ｃ面上と電気的及び光学的性質のほぼ同等な膜が成長で
きる。さらに、サフアイアＲ面はサフアイアＣ面より成
長膜との格子不整合が小さいので、サフアイアＣ面上の
成長膜に見られるような、顕著なフアセツト成長を起こ
さず、平坦性のよい膜が得られる。
ので、ハライド気相成長法と異なり成長膜の特性の基板
方位依存性が小さく、サフアイアＲ面上にもサフアイア
Ｃ面上と電気的及び光学的性質のほぼ同等な膜が成長で
きる。さらに、サフアイアＲ面はサフアイアＣ面より成
長膜との格子不整合が小さいので、サフアイアＣ面上の
成長膜に見られるような、顕著なフアセツト成長を起こ
さず、平坦性のよい膜が得られる。
以下により具体例をもつて、GaN，AlN，Ga1-xAlxNの成
長法を詳細に説明する。
長法を詳細に説明する。
（実施例１）（アンドープGaN単結晶膜の成長）：石英
反応管３内を10-5Torr以下まで真空排気したのち、Ｈ２
雰囲気中でサフアイアＲ面基板を1100〜1200℃，10〜30
分間熱処理する。次に、基板温度を900 〜1000℃の成長
温度に設定し、0.5 〜2.5／minのNH3ガスを導入管７
より供給する。続いて、温度-20 ℃〜５℃に設定したＴ
ＭＧを５〜20cc／minのＮ２ガス（あるいはＨ２ガス）
でバブリングし、1.0 〜2.0/minのＮ２ガス（あるい
はＨ２ガス）と合流させたのち、導入管６より石英反応
管３へ供給する。成長中の石英反応管３内総圧力は70〜
80Torrに調整する。
反応管３内を10-5Torr以下まで真空排気したのち、Ｈ２
雰囲気中でサフアイアＲ面基板を1100〜1200℃，10〜30
分間熱処理する。次に、基板温度を900 〜1000℃の成長
温度に設定し、0.5 〜2.5／minのNH3ガスを導入管７
より供給する。続いて、温度-20 ℃〜５℃に設定したＴ
ＭＧを５〜20cc／minのＮ２ガス（あるいはＨ２ガス）
でバブリングし、1.0 〜2.0/minのＮ２ガス（あるい
はＨ２ガス）と合流させたのち、導入管６より石英反応
管３へ供給する。成長中の石英反応管３内総圧力は70〜
80Torrに調整する。
第３図は、基板温度940 ℃、NH3とTMGのモル供給比1000
の条件でサフアイアＲ面基板上に成長させたGaN膜の反
射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）測定図であり、スポツ
ト状の回折パターンが得られている。ＲＨＥＥＤパター
ンを解折することにより、〔２０〕軸配向したGaN
単結晶膜が得られていることが判る。
の条件でサフアイアＲ面基板上に成長させたGaN膜の反
射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）測定図であり、スポツ
ト状の回折パターンが得られている。ＲＨＥＥＤパター
ンを解折することにより、〔２０〕軸配向したGaN
単結晶膜が得られていることが判る。
第４図は、同一試料の顕微鏡写真である。比較のため、
サフアイアＣ面上へ、上記と全く同じ手順で成長した結
晶の顕微鏡写真を第５図に示す。Ｃ面上のGaN膜には六
角錐状のヒロツクが現れ、平坦性が悪いのに較べ、Ｒ面
上には微細な構造はあるものの平坦なGaN膜が成長して
いる。
サフアイアＣ面上へ、上記と全く同じ手順で成長した結
晶の顕微鏡写真を第５図に示す。Ｃ面上のGaN膜には六
角錐状のヒロツクが現れ、平坦性が悪いのに較べ、Ｒ面
上には微細な構造はあるものの平坦なGaN膜が成長して
いる。
ホール測定の結果、サフアイアＲ面上、サフアイアＣ面
上のGaNはともに電子移動度70〜120cm2／Ｖsec，電子濃
度１〜３×1019cm-3を示し、両者の電気的特性は同等で
ある。
上のGaNはともに電子移動度70〜120cm2／Ｖsec，電子濃
度１〜３×1019cm-3を示し、両者の電気的特性は同等で
ある。
第６図，第７図は、各々サフアイアＲ面上，サフアイア
Ｃ面上に成長したGaN膜のフオトルミネセンス・スペク
トルであり、両者はほぼ同等のプロフアイルで同等の強
度を示している。
Ｃ面上に成長したGaN膜のフオトルミネセンス・スペク
トルであり、両者はほぼ同等のプロフアイルで同等の強
度を示している。
（実施例２）（ＺｎドープGaN単結晶膜の成長）：前処
理条件，基板温度，ＴＭＧ及びNH3の供給条件は実施例
１と同一に設定する。このとき同時に温度-20 〜40℃に
設定したジエチルジンク（ＤＥＺ）あるいは温度-20 ℃
〜５℃に設定したジメチルジンク（ＤＭＺ）を５〜100c
c/minのＮ２ガス（あるいはＨ２ガス）でバブリングし
て、ＴＭＧとともに導入管６より反応管３へ供給するこ
とにより、ＺｎドープGaN膜を成長させる。成長中の石
英反応管３内総圧力は70〜80Torrに調整する。アンドー
プ膜同様、Ｚｎドープ膜でも、〔２０〕軸配向した
単結晶膜が得られ、表面形態も平坦である。
理条件，基板温度，ＴＭＧ及びNH3の供給条件は実施例
１と同一に設定する。このとき同時に温度-20 〜40℃に
設定したジエチルジンク（ＤＥＺ）あるいは温度-20 ℃
〜５℃に設定したジメチルジンク（ＤＭＺ）を５〜100c
c/minのＮ２ガス（あるいはＨ２ガス）でバブリングし
て、ＴＭＧとともに導入管６より反応管３へ供給するこ
とにより、ＺｎドープGaN膜を成長させる。成長中の石
英反応管３内総圧力は70〜80Torrに調整する。アンドー
プ膜同様、Ｚｎドープ膜でも、〔２０〕軸配向した
単結晶膜が得られ、表面形態も平坦である。
（実施例３）（アンドープGa0.72Al0.28N単結晶膜の成
長）：前処理条件，基板温度，NH3の供給条件は実施例
１と同一に設定する。続いて、温度-20 ℃〜５℃に設定
したＴＮＧ及び温度20℃〜60℃に設定したＴＭＡを各々
５〜20cc/minのＮ２ガス（あるいはＨ２）でバブリンク
グし、1.0 〜2.0／minのＮ２ガス（あるいはＨ２ガ
ス）と合流させたのち、導入管６より石英反応管３へ供
給することにより、GaAlN膜を成長させる。成長中の石
英反応管３内総圧力は70〜80Torrに調整する。このとき
供給原料ガス中のＧａ原子とＡｌ原子の比が72:28 にな
るように設定することにより、Ga0.72Al0.28N膜を成長
できる。
長）：前処理条件，基板温度，NH3の供給条件は実施例
１と同一に設定する。続いて、温度-20 ℃〜５℃に設定
したＴＮＧ及び温度20℃〜60℃に設定したＴＭＡを各々
５〜20cc/minのＮ２ガス（あるいはＨ２）でバブリンク
グし、1.0 〜2.0／minのＮ２ガス（あるいはＨ２ガ
ス）と合流させたのち、導入管６より石英反応管３へ供
給することにより、GaAlN膜を成長させる。成長中の石
英反応管３内総圧力は70〜80Torrに調整する。このとき
供給原料ガス中のＧａ原子とＡｌ原子の比が72:28 にな
るように設定することにより、Ga0.72Al0.28N膜を成長
できる。
（実施例４）（ＺｎドープGa0.72Al0.28N単結晶膜の成
長）：前処理条件，基板温度，ＴＭＧ，ＴＭＡ及びNH3
の供給条件は実施例３と同一に設定する。このとき同時
に温度-20 ℃〜40℃に設定したジエチルジンク（ＤＥ
Ｚ）をあるいは温度−20℃〜５℃に設定したジメチルジ
ンク（ＤＭＺ）を５〜100cc/minのＮ２ガス（あるいは
Ｈ２ガス）でバブリングして，ＴＭＧ，ＴＭＡとともに
導入管６より石英反応管３へ供給することによりＺｎド
ープGa0.72Al0.28N膜を成長させる。成長中の石英反応
管３内総圧力は70〜80Torrに調整する。
長）：前処理条件，基板温度，ＴＭＧ，ＴＭＡ及びNH3
の供給条件は実施例３と同一に設定する。このとき同時
に温度-20 ℃〜40℃に設定したジエチルジンク（ＤＥ
Ｚ）をあるいは温度−20℃〜５℃に設定したジメチルジ
ンク（ＤＭＺ）を５〜100cc/minのＮ２ガス（あるいは
Ｈ２ガス）でバブリングして，ＴＭＧ，ＴＭＡとともに
導入管６より石英反応管３へ供給することによりＺｎド
ープGa0.72Al0.28N膜を成長させる。成長中の石英反応
管３内総圧力は70〜80Torrに調整する。
以上説明したように，本発明では非熱平衡成長であるＭ
ＯＶＰＥ法を用いるため、サフアイアＲ面上にもサフア
イアＣ面上と同等の結晶性，電気的特性，光学的特性を
もつたGaN，AlN，Ga1-xAlxN，単結晶膜を成長できる。
サフアイアＲ面上に成長したGaN,AlN,Ga1-xAlxN膜は、
サフアイアＣ面上に成長したものに比べ平坦性に優れ、
ＭＩＳ構造素子等の多層膜構造素子の作製に有利であ
る。また、市販されているサフアイアＲ面基板はサフア
イアＣ面基板に比べ、価格が半額程度であり、成長基板
としてサフアイアＲ面を使うことは経済的にも大いに利
点がある。
ＯＶＰＥ法を用いるため、サフアイアＲ面上にもサフア
イアＣ面上と同等の結晶性，電気的特性，光学的特性を
もつたGaN，AlN，Ga1-xAlxN，単結晶膜を成長できる。
サフアイアＲ面上に成長したGaN,AlN,Ga1-xAlxN膜は、
サフアイアＣ面上に成長したものに比べ平坦性に優れ、
ＭＩＳ構造素子等の多層膜構造素子の作製に有利であ
る。また、市販されているサフアイアＲ面基板はサフア
イアＣ面基板に比べ、価格が半額程度であり、成長基板
としてサフアイアＲ面を使うことは経済的にも大いに利
点がある。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の化合物半導体単結晶膜の成長装置の構
成図、第２図はサフアイアＣ面及びサフアイアＲ面とそ
の上に成長したGaN単結晶膜との間の結晶方位関係を示
した概略図、第３図はサフアイアＲ面上に成長したアン
ドープＧａＮ膜の反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）像
により結晶構造を示す図、第４図は第３図と同一試料の
結晶構造を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、第５
図はサフアイアＣ面上に成長したアンドープＧａＮ膜の
結晶構造を示すＳＥＭ写真、第６図は第３図と同一試料
のフオトルミネセンス・スペクトル、第７図は第５図と
同一試料のフオトルミネセンス・スペクトルである。 １……成長基板、２……カーボン・サセプタ、３……石
英反応管、４……高周波誘導コイル、５……熱電対、６
……有機金属導入管、７……NH3ガス導入管、８……Ｈ
２ガス導入管、９……排気口、10……サフアイアＣ面基
板、11……サフアイアＣ面基板10上にエピタキシヤル成
長したGaN単結晶膜、12……サフアイアＲ面基板、13…
…サフアイアＲ面基板12上にエピタキシヤル成長した単
結晶膜。
成図、第２図はサフアイアＣ面及びサフアイアＲ面とそ
の上に成長したGaN単結晶膜との間の結晶方位関係を示
した概略図、第３図はサフアイアＲ面上に成長したアン
ドープＧａＮ膜の反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）像
により結晶構造を示す図、第４図は第３図と同一試料の
結晶構造を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、第５
図はサフアイアＣ面上に成長したアンドープＧａＮ膜の
結晶構造を示すＳＥＭ写真、第６図は第３図と同一試料
のフオトルミネセンス・スペクトル、第７図は第５図と
同一試料のフオトルミネセンス・スペクトルである。 １……成長基板、２……カーボン・サセプタ、３……石
英反応管、４……高周波誘導コイル、５……熱電対、６
……有機金属導入管、７……NH3ガス導入管、８……Ｈ
２ガス導入管、９……排気口、10……サフアイアＣ面基
板、11……サフアイアＣ面基板10上にエピタキシヤル成
長したGaN単結晶膜、12……サフアイアＲ面基板、13…
…サフアイアＲ面基板12上にエピタキシヤル成長した単
結晶膜。
Claims (1)
- 【請求項１】III族有機金属及びアンモニア（ＮＨ３）
を原料とし、III−Ｖ族化合物半導体GaNまたはAlN単結
晶膜、或いはIII−Ｖ族化合物半導体混晶Ga1-xAlxN単結
晶膜を成長する方法において、その成長基板としてサフ
アイア（０１２）面（Ｒ面）を使用することを特徴と
する化合物半導体単結晶膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61025146A JPH0654758B2 (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | 化合物半導体単結晶膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61025146A JPH0654758B2 (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | 化合物半導体単結晶膜の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62183511A JPS62183511A (ja) | 1987-08-11 |
| JPH0654758B2 true JPH0654758B2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=12157850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61025146A Expired - Lifetime JPH0654758B2 (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | 化合物半導体単結晶膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0654758B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH033233A (ja) * | 1989-05-30 | 1991-01-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体単結晶薄膜の成長方法 |
| DE69229265T2 (de) * | 1991-03-18 | 1999-09-23 | Univ Boston | Verfahren zur herstellung und dotierung hochisolierender dünner schichten aus monokristallinem galliumnitrid |
| JP2006306722A (ja) * | 2004-03-17 | 2006-11-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＧａＮ単結晶基板の製造方法及びＧａＮ単結晶基板 |
| JP2006324465A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4404265A (en) * | 1969-10-01 | 1983-09-13 | Rockwell International Corporation | Epitaxial composite and method of making |
-
1986
- 1986-02-07 JP JP61025146A patent/JPH0654758B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4404265A (en) * | 1969-10-01 | 1983-09-13 | Rockwell International Corporation | Epitaxial composite and method of making |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62183511A (ja) | 1987-08-11 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |