JPH09306848A - 半導体結晶性膜の成長方法 - Google Patents
半導体結晶性膜の成長方法Info
- Publication number
- JPH09306848A JPH09306848A JP12130196A JP12130196A JPH09306848A JP H09306848 A JPH09306848 A JP H09306848A JP 12130196 A JP12130196 A JP 12130196A JP 12130196 A JP12130196 A JP 12130196A JP H09306848 A JPH09306848 A JP H09306848A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- film
- semiconductor
- crystal
- gan
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Weting (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体基板上に、窒素系III −V族半導体膜
を純度高く高品質の結晶として形成しうるようにする。 【構成】 窒素を含まないIII −V族化合物半導体半導
体基板101の側面103、裏面104をSiO2 等か
らなるマスク105により被覆し〔(b)図〕、ハイド
ライドVPE法等により、基板の表面に比較的低温に
て、GaN等からなる第1の結晶成長膜106を形成す
る〔(c)図〕。続いて、良好な結晶性が得られる高温
においてエピタキシャル成長を行い、GaN等からなる
第2の結晶成長膜107を形成する〔(d)図〕。 【効果】 半導体基板表面の結晶成長面以外の表面をマ
スクで被覆したことにより、結晶成長時の基板材料の蒸
発が抑えられ、純度の高い結晶層が得られる。
を純度高く高品質の結晶として形成しうるようにする。 【構成】 窒素を含まないIII −V族化合物半導体半導
体基板101の側面103、裏面104をSiO2 等か
らなるマスク105により被覆し〔(b)図〕、ハイド
ライドVPE法等により、基板の表面に比較的低温に
て、GaN等からなる第1の結晶成長膜106を形成す
る〔(c)図〕。続いて、良好な結晶性が得られる高温
においてエピタキシャル成長を行い、GaN等からなる
第2の結晶成長膜107を形成する〔(d)図〕。 【効果】 半導体基板表面の結晶成長面以外の表面をマ
スクで被覆したことにより、結晶成長時の基板材料の蒸
発が抑えられ、純度の高い結晶層が得られる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板結晶表
面上への半導体結晶性膜のエピタキシャル成長方法に関
し、特に窒素を構成元素として含まないIII −V族化合
物半導体結晶基板上への窒化物系III −V族化合物半導
体結晶膜をエピタキシャル成長させる方法に関するもの
である。
面上への半導体結晶性膜のエピタキシャル成長方法に関
し、特に窒素を構成元素として含まないIII −V族化合
物半導体結晶基板上への窒化物系III −V族化合物半導
体結晶膜をエピタキシャル成長させる方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】窒化物系III −V族化合物半導体例えば
GaNは、禁制帯幅が3.4eVと大きくかつ直接遷移
型であることから青色発光素子用材料として注目されて
いる。従来、窒化物系III −V族化合物半導体結晶の成
長には、基板材料としてサファイアが多く用いられてい
る。サファイア基板上へのGaN膜の成長は900〜1
100℃の高温でエピタキシャル成長が行われ、高品質
な膜質の結晶が得られている。しかし、サファイア基板
はへき開性に乏しく加工性が悪いため、例えばレーザ素
子への応用を考えた場合、必要なミラー面の形成やチッ
プ化が難しい。また、サファイアは、電気的に絶縁性で
あるため、素子の電極形成には選択エッチングなどの複
雑なプロセスを必要とする。
GaNは、禁制帯幅が3.4eVと大きくかつ直接遷移
型であることから青色発光素子用材料として注目されて
いる。従来、窒化物系III −V族化合物半導体結晶の成
長には、基板材料としてサファイアが多く用いられてい
る。サファイア基板上へのGaN膜の成長は900〜1
100℃の高温でエピタキシャル成長が行われ、高品質
な膜質の結晶が得られている。しかし、サファイア基板
はへき開性に乏しく加工性が悪いため、例えばレーザ素
子への応用を考えた場合、必要なミラー面の形成やチッ
プ化が難しい。また、サファイアは、電気的に絶縁性で
あるため、素子の電極形成には選択エッチングなどの複
雑なプロセスを必要とする。
【0003】サファイア基板に対し、GaAs基板やG
aP基板等は、へき開が容易なためにチップ化が簡単に
行なえ、電極も基板の裏面に形成できるなどプロセスが
簡単に行なえる利点を持っている。従来、たとえばGa
As基板上へのGaN膜の成長については、分献(アプ
ライドフィジックスレターズ Appl.Phys.L
ett.59(9),1991)に記載されている。こ
の方法は、例えば塩化ガリウム(GaCl)、アンモニ
ア(NH3 )を原料とするハイドライド気相成長(Hy
dride VPE)法を用いて、GaAs基板上に7
00℃の温度でGaNのエピタキシャル成長を行なうも
のである。しかし、同文献には、成長したGaN膜の結
晶構造等について記載されているが、GaN膜中の品質
については記載されていない。
aP基板等は、へき開が容易なためにチップ化が簡単に
行なえ、電極も基板の裏面に形成できるなどプロセスが
簡単に行なえる利点を持っている。従来、たとえばGa
As基板上へのGaN膜の成長については、分献(アプ
ライドフィジックスレターズ Appl.Phys.L
ett.59(9),1991)に記載されている。こ
の方法は、例えば塩化ガリウム(GaCl)、アンモニ
ア(NH3 )を原料とするハイドライド気相成長(Hy
dride VPE)法を用いて、GaAs基板上に7
00℃の温度でGaNのエピタキシャル成長を行なうも
のである。しかし、同文献には、成長したGaN膜の結
晶構造等について記載されているが、GaN膜中の品質
については記載されていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、GaAs基板
やGaP基板上に、結晶性のよいGaN膜が得られると
される700℃以上の高温でエピタキシャル成長を行う
と、分解温度が低いGaAsやGaP結晶は分解してA
sやPが蒸発し、成長するGaN膜中に混入してしま
う。例えば成長したGaN膜のAs濃度を2次イオン質
量分析(SecondaryIon Mass Spectrometer :SIM
S)法により組成分析を行なったところAsやPが多く
検出された(図4、図7参照)。また、室温のホトルミ
ネッセンス測定したところ、GaNによる370nm付
近のバンド端の発光強度は弱く、500nm付近に不純
物発光の強いピークが観察された(図5参照)。
やGaP基板上に、結晶性のよいGaN膜が得られると
される700℃以上の高温でエピタキシャル成長を行う
と、分解温度が低いGaAsやGaP結晶は分解してA
sやPが蒸発し、成長するGaN膜中に混入してしま
う。例えば成長したGaN膜のAs濃度を2次イオン質
量分析(SecondaryIon Mass Spectrometer :SIM
S)法により組成分析を行なったところAsやPが多く
検出された(図4、図7参照)。また、室温のホトルミ
ネッセンス測定したところ、GaNによる370nm付
近のバンド端の発光強度は弱く、500nm付近に不純
物発光の強いピークが観察された(図5参照)。
【0005】すなわち、GaAs基板上に高温にてGa
Nを結晶成長させた場合、GaAsが分解してGaN膜
中にAsが混入し、そのため、GaAs基板上のGaN
膜の品質は、700℃以上の高温でエピタキシャル成長
を行ったサファイア基板上のGaN膜に比べて、純度、
ホトルミネッセンス測定のバンド端発光強度の点で劣っ
ていた。したがって、本発明の解決すべき課題は、基板
の構成元素を蒸発させることなく、良好な結晶性の得ら
れる高温でのエピタキシャルを行うことができるように
して、純度が高くかつ結晶性のよいエピタキシャル成長
層が得られるようにすることである。
Nを結晶成長させた場合、GaAsが分解してGaN膜
中にAsが混入し、そのため、GaAs基板上のGaN
膜の品質は、700℃以上の高温でエピタキシャル成長
を行ったサファイア基板上のGaN膜に比べて、純度、
ホトルミネッセンス測定のバンド端発光強度の点で劣っ
ていた。したがって、本発明の解決すべき課題は、基板
の構成元素を蒸発させることなく、良好な結晶性の得ら
れる高温でのエピタキシャルを行うことができるように
して、純度が高くかつ結晶性のよいエピタキシャル成長
層が得られるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による半導体結晶性膜の成長方法は、基板主
上面、裏面および側面を含む基板表面で結晶性膜を成長
させる領域以外の基板表面をマスクした半導体基板を用
い、基板結晶表面上へ半導体結晶性膜をエピタキシャル
成長させるものである。
めの本発明による半導体結晶性膜の成長方法は、基板主
上面、裏面および側面を含む基板表面で結晶性膜を成長
させる領域以外の基板表面をマスクした半導体基板を用
い、基板結晶表面上へ半導体結晶性膜をエピタキシャル
成長させるものである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
1を参照して説明する。上面102、側面103および
裏面104を有する半導体基板101を用意し〔図1
(a)〕、結晶成長を行う領域以外の表面、例えば側面
103、裏面104をマスク105により被覆する〔図
1(b)〕。半導体基板としては、例えばGaAs基
板、GaP基板、InAs基板、InP基板、およびそ
の混晶等の窒素を含まないIII −V族化合物半導体結晶
基板が用いられ、またマスク材料としては、SiO2
膜、Al2 O3 膜等の酸化物またはSiN、GaN、A
lN膜等の窒化物を用いることができる。この場合に、
マスク材料層の成膜時に半導体基板を構成する元素が蒸
発することのない材料および方法を採用する必要があ
る。半導体基板の上面102に結晶成長を行う場合に
は、基板ホルダー上に上面102がホルダー側になるよ
うに載置し、化学気相成長法(CVD)法等によりマス
ク材料層を成長させることができる。
1を参照して説明する。上面102、側面103および
裏面104を有する半導体基板101を用意し〔図1
(a)〕、結晶成長を行う領域以外の表面、例えば側面
103、裏面104をマスク105により被覆する〔図
1(b)〕。半導体基板としては、例えばGaAs基
板、GaP基板、InAs基板、InP基板、およびそ
の混晶等の窒素を含まないIII −V族化合物半導体結晶
基板が用いられ、またマスク材料としては、SiO2
膜、Al2 O3 膜等の酸化物またはSiN、GaN、A
lN膜等の窒化物を用いることができる。この場合に、
マスク材料層の成膜時に半導体基板を構成する元素が蒸
発することのない材料および方法を採用する必要があ
る。半導体基板の上面102に結晶成長を行う場合に
は、基板ホルダー上に上面102がホルダー側になるよ
うに載置し、化学気相成長法(CVD)法等によりマス
ク材料層を成長させることができる。
【0008】次に、比較的低温で結晶成長を行い第1の
結晶成長膜106を形成する〔図1(c)〕。この第1
回目の結晶成長は、半導体基板を形成する構成元素の蒸
発が無視できる程度の低温で行うものとする。続いて、
良好な結晶性が得られる高温においてエピタキシャル成
長を行い、第2の結晶成長膜107を形成する〔図1
(d)〕。このように2段階に分けて結晶成長を行うこ
とにより、基板の構成元素の蒸発を抑えて純度の高い結
晶成長層を得ることができ、かつ高温での成長を行うこ
とにより高品質の結晶を得ることができる。但し、2段
階以上の多段階に分けて成長を行うことができさらに連
続的に昇温を行うようにすることもできる。エピタキシ
ャル成長は、ハイドライド法あるいは有機金属化学気相
成長(MOCVD)法などの化学気相成長法若しくは分
子線成長(MBE)法を用いて行うことができる。結晶
成長させる半導体材料としては、GaN、InGaN、
GaAlNなどの窒素系III −V族化合物半導体が挙げ
られる。
結晶成長膜106を形成する〔図1(c)〕。この第1
回目の結晶成長は、半導体基板を形成する構成元素の蒸
発が無視できる程度の低温で行うものとする。続いて、
良好な結晶性が得られる高温においてエピタキシャル成
長を行い、第2の結晶成長膜107を形成する〔図1
(d)〕。このように2段階に分けて結晶成長を行うこ
とにより、基板の構成元素の蒸発を抑えて純度の高い結
晶成長層を得ることができ、かつ高温での成長を行うこ
とにより高品質の結晶を得ることができる。但し、2段
階以上の多段階に分けて成長を行うことができさらに連
続的に昇温を行うようにすることもできる。エピタキシ
ャル成長は、ハイドライド法あるいは有機金属化学気相
成長(MOCVD)法などの化学気相成長法若しくは分
子線成長(MBE)法を用いて行うことができる。結晶
成長させる半導体材料としては、GaN、InGaN、
GaAlNなどの窒素系III −V族化合物半導体が挙げ
られる。
【0009】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 [第1の実施例]まず、図2に示す熱CVD装置を用い
てマスクとなるSiO2 膜を形成する。半導体基板とし
て、(100)面をもつGaAs基板11を用い、その
上面12が基板ホルダー20に接するようにして基板ホ
ルダー20に載せ反応管21内にセットする。ガス導入
口22よりN2 ガスを50l(リッター)/分の流量で
供給しながらヒータ23によりGaAs基板11を43
0℃に昇温する。GaAs基板11の温度が安定してか
ら、ガス導入口22より、流量20cc/分のSiH4
ガスと、流量200cc/分のO2 をGaAs基板領域
に供給する。4分間の供給でGaAs基板11の側面と
裏面に膜厚約100nmのSiO2 膜が形成された。S
iO2 膜の形成後、SiH4 ガスとO2 の供給を停止し
て常温まで冷却し、CVD装置より基板を取り出す。
て説明する。 [第1の実施例]まず、図2に示す熱CVD装置を用い
てマスクとなるSiO2 膜を形成する。半導体基板とし
て、(100)面をもつGaAs基板11を用い、その
上面12が基板ホルダー20に接するようにして基板ホ
ルダー20に載せ反応管21内にセットする。ガス導入
口22よりN2 ガスを50l(リッター)/分の流量で
供給しながらヒータ23によりGaAs基板11を43
0℃に昇温する。GaAs基板11の温度が安定してか
ら、ガス導入口22より、流量20cc/分のSiH4
ガスと、流量200cc/分のO2 をGaAs基板領域
に供給する。4分間の供給でGaAs基板11の側面と
裏面に膜厚約100nmのSiO2 膜が形成された。S
iO2 膜の形成後、SiH4 ガスとO2 の供給を停止し
て常温まで冷却し、CVD装置より基板を取り出す。
【0010】取り出したGaAs基板11の上面12を
硫酸+過酸化水素+水系のエッチング液でエッチングす
る。次に、GaAs基板11を図3に示すVPE装置の
基板ホルダー31に載せ反応管32の待機室33にセッ
トする。ガス導入口34、ガス導入管35、およびガス
導入口36から窒素(N2 )ガスを供給しながらヒータ
37により昇温する。
硫酸+過酸化水素+水系のエッチング液でエッチングす
る。次に、GaAs基板11を図3に示すVPE装置の
基板ホルダー31に載せ反応管32の待機室33にセッ
トする。ガス導入口34、ガス導入管35、およびガス
導入口36から窒素(N2 )ガスを供給しながらヒータ
37により昇温する。
【0011】成長室38のソースボート39に装填され
たGaソース40の温度を800℃、GaAs基板11
の温度を500℃にセットする。温度が安定したところ
で、成長室38のガス導入口36から流量0.5cc/
分のHClをGaソース40上に供給する。GaとHC
lが反応して形成される塩化ガリウム(GaCl)を成
長領域41に輸送するとともに、ガス導入管35より流
量600cc/分のNH3 ガスを成長領域41に供給し
て、GaClとNH3 が反応してGaNが成長する雰囲
気を作る。成長雰囲気が安定してからGaAs基板11
を成長室38へ移動する。この状態でGaAs基板11
の上面に第1のGaN膜を成長させ、30分経過後にG
aAs基板11を待機室33へ移動して成長を停止す
る。このとき、GaAs基板上に約50nmの膜厚でG
aN膜が成長する。次に、成長室に供給したHClおよ
びNH3 ガスの供給を停止し、待機室33にガス導入口
34よりNH3 を供給しながらGaAs基板11を70
0℃の温度に昇温する。温度が安定したところで、再
び、成長室38のガス導入口36より流量1cc/分の
HClを供給し、ガス導入管35より流量600cc/
分のNH3 ガスを供給して成長雰囲気を作る。成長雰囲
気が安定してからGaAs基板11を成長室38に移動
し、第1のGaN膜上に第2のGaN膜を成長させる。
第2のGaN膜を形成した後、待機室33へ移動し、G
aAs基板11を室温まで冷却する。ガス導入口34よ
りNH3 ガスをGaAs基板11が500℃程度になる
まで供給する。30分の成長で、約1.5μmの膜厚の
第2のGaN膜が得られた。
たGaソース40の温度を800℃、GaAs基板11
の温度を500℃にセットする。温度が安定したところ
で、成長室38のガス導入口36から流量0.5cc/
分のHClをGaソース40上に供給する。GaとHC
lが反応して形成される塩化ガリウム(GaCl)を成
長領域41に輸送するとともに、ガス導入管35より流
量600cc/分のNH3 ガスを成長領域41に供給し
て、GaClとNH3 が反応してGaNが成長する雰囲
気を作る。成長雰囲気が安定してからGaAs基板11
を成長室38へ移動する。この状態でGaAs基板11
の上面に第1のGaN膜を成長させ、30分経過後にG
aAs基板11を待機室33へ移動して成長を停止す
る。このとき、GaAs基板上に約50nmの膜厚でG
aN膜が成長する。次に、成長室に供給したHClおよ
びNH3 ガスの供給を停止し、待機室33にガス導入口
34よりNH3 を供給しながらGaAs基板11を70
0℃の温度に昇温する。温度が安定したところで、再
び、成長室38のガス導入口36より流量1cc/分の
HClを供給し、ガス導入管35より流量600cc/
分のNH3 ガスを供給して成長雰囲気を作る。成長雰囲
気が安定してからGaAs基板11を成長室38に移動
し、第1のGaN膜上に第2のGaN膜を成長させる。
第2のGaN膜を形成した後、待機室33へ移動し、G
aAs基板11を室温まで冷却する。ガス導入口34よ
りNH3 ガスをGaAs基板11が500℃程度になる
まで供給する。30分の成長で、約1.5μmの膜厚の
第2のGaN膜が得られた。
【0012】図4に、GaAs基板上に本実施例および
従来法により形成したGaN膜中のAs濃度を2次イオ
ン質量分析法により求めたAs濃度スペクトルを示す。
図4から判るように、側面と裏面にSiO2 マスクを形
成したGaAs基板上のGaN膜中のAs濃度は、従来
法による場合のGaN膜中のAs濃度に比較して1/1
0以下に減少している。また、図5に、本実施例および
従来法により形成したGaN膜の室温でのホトルミネッ
センススペクトルを示す。図5から判るように、側面お
よび裏面にマスクを形成したGaAs基板上のGaN膜
は、従来法による場合のGaN膜と比較してGaNに由
来する370nmのバンド端の発光強度が10倍以上強
く、500nm付近の不純物による発光強度が大幅に減
少している。以上より、本発明により基板からの不純物
混入の少ない、結晶品質の良好なGaNが得られたこと
が判る。
従来法により形成したGaN膜中のAs濃度を2次イオ
ン質量分析法により求めたAs濃度スペクトルを示す。
図4から判るように、側面と裏面にSiO2 マスクを形
成したGaAs基板上のGaN膜中のAs濃度は、従来
法による場合のGaN膜中のAs濃度に比較して1/1
0以下に減少している。また、図5に、本実施例および
従来法により形成したGaN膜の室温でのホトルミネッ
センススペクトルを示す。図5から判るように、側面お
よび裏面にマスクを形成したGaAs基板上のGaN膜
は、従来法による場合のGaN膜と比較してGaNに由
来する370nmのバンド端の発光強度が10倍以上強
く、500nm付近の不純物による発光強度が大幅に減
少している。以上より、本発明により基板からの不純物
混入の少ない、結晶品質の良好なGaNが得られたこと
が判る。
【0013】[第1の実施例の変更例]上記第1の実施
例の変更例として、GaAs基板11の側面および裏面
にの形成するマスクのSiO2 膜厚を変えた場合の、G
aAs基板上へのGaN膜成長例について説明する。
(100)面を有するGaAs基板を用い、基板の側面
および裏面に、上記第1の実施例において用いた図2に
示す熱CVD装置を用いてSiO2 膜を形成した。Si
O2 膜の厚さは、ガス導入口22より供給する、SiH
4 ガスとO2 の供給時間を変えて制御した。SiO2 膜
の厚さを20nm、50nm、150nmおよび200
nmの4種類形成した。また、側面および裏面にマスク
形成を行なわないGaAs基板11も準備した。次に、
上記のように形成したGaAs基板11の上面12のエ
ッチングを行い、第1の実施例と同様の方法および条件
により、第1のGaN膜(低温成長GaN膜)と第2の
GaN膜(高温成長GaN膜)を順次成長させた。
例の変更例として、GaAs基板11の側面および裏面
にの形成するマスクのSiO2 膜厚を変えた場合の、G
aAs基板上へのGaN膜成長例について説明する。
(100)面を有するGaAs基板を用い、基板の側面
および裏面に、上記第1の実施例において用いた図2に
示す熱CVD装置を用いてSiO2 膜を形成した。Si
O2 膜の厚さは、ガス導入口22より供給する、SiH
4 ガスとO2 の供給時間を変えて制御した。SiO2 膜
の厚さを20nm、50nm、150nmおよび200
nmの4種類形成した。また、側面および裏面にマスク
形成を行なわないGaAs基板11も準備した。次に、
上記のように形成したGaAs基板11の上面12のエ
ッチングを行い、第1の実施例と同様の方法および条件
により、第1のGaN膜(低温成長GaN膜)と第2の
GaN膜(高温成長GaN膜)を順次成長させた。
【0014】図6は、側面および裏面に形成したSiO
2 膜の膜厚と、成長したGaN膜中の2次イオン質量分
析から求めたAs濃度との関係を示すグラフである。図
6から判るように、GaN膜中のAs濃度は、側面およ
び裏面に形成するSiO2 膜の膜厚が50nmに達する
までは急速に減少し50nmを越えるとほぼ一定にな
る。このことから、側面と裏面に形成するマスクの膜厚
は50nm以上が望ましいことが判った。
2 膜の膜厚と、成長したGaN膜中の2次イオン質量分
析から求めたAs濃度との関係を示すグラフである。図
6から判るように、GaN膜中のAs濃度は、側面およ
び裏面に形成するSiO2 膜の膜厚が50nmに達する
までは急速に減少し50nmを越えるとほぼ一定にな
る。このことから、側面と裏面に形成するマスクの膜厚
は50nm以上が望ましいことが判った。
【0015】[第2の実施例]第2の実施例として基板
結晶としてGaP基板を用いて、GaN膜を成長させた
例について説明する。GaP基板の裏面および側面にマ
スクとしてのSiO2 膜を成長させるため、第1の実施
例において使用した図2の熱CVD装置を用い、GaA
s基板11に代えGaP基板をその上面が基板ホルダー
20に接するようにして基板ホルダー20に載せ反応管
21内にセットする。ガス導入口22よりN2 ガスを5
0l/分の流量で供給しながらヒータ23によりGaP
基板を430℃に昇温する。GaPの温度が安定してか
ら、ガス導入口22より流量20cc/分のSiH4 ガ
スと流量200cc/分のO2 をGaP基板領域に供給
する。8分間の供給でGaP基板の側面および裏面に約
200nmの膜厚のSiO2 膜を形成した。
結晶としてGaP基板を用いて、GaN膜を成長させた
例について説明する。GaP基板の裏面および側面にマ
スクとしてのSiO2 膜を成長させるため、第1の実施
例において使用した図2の熱CVD装置を用い、GaA
s基板11に代えGaP基板をその上面が基板ホルダー
20に接するようにして基板ホルダー20に載せ反応管
21内にセットする。ガス導入口22よりN2 ガスを5
0l/分の流量で供給しながらヒータ23によりGaP
基板を430℃に昇温する。GaPの温度が安定してか
ら、ガス導入口22より流量20cc/分のSiH4 ガ
スと流量200cc/分のO2 をGaP基板領域に供給
する。8分間の供給でGaP基板の側面および裏面に約
200nmの膜厚のSiO2 膜を形成した。
【0016】SiO2 膜を形成後、SiH4 ガスとO2
の供給を停止し、常温まで冷却してCVD装置より取り
出す。次に、GaP基板の上面を硝酸+塩酸系のエッチ
ング液でエッチングする。エッチングした後、GaAs
基板11に代えGaP基板を図3のVPE装置の基板ホ
ルダー31に載せ、反応管32の待機室33にセットす
る。ガス導入口34、ガス導入管35、およびガス導入
口36からN2 ガスを供給しながらヒータ37により昇
温する。成長室38のソースボート39に装填されたG
aソース40の温度を800℃、GaP基板の温度を5
00℃にセットする。
の供給を停止し、常温まで冷却してCVD装置より取り
出す。次に、GaP基板の上面を硝酸+塩酸系のエッチ
ング液でエッチングする。エッチングした後、GaAs
基板11に代えGaP基板を図3のVPE装置の基板ホ
ルダー31に載せ、反応管32の待機室33にセットす
る。ガス導入口34、ガス導入管35、およびガス導入
口36からN2 ガスを供給しながらヒータ37により昇
温する。成長室38のソースボート39に装填されたG
aソース40の温度を800℃、GaP基板の温度を5
00℃にセットする。
【0017】温度が安定したところで、成長室38のガ
ス導入口36からHClを0.5cc/分の流量でGa
ソース40上に供給する。GaとHClを反応させ塩化
ガリウム(GaCl)として成長領域41に輸送し、ガ
ス導入管35より流量600cc/分のNH3 ガスを成
長領域に供給してGaNの成長雰囲気を作る。成長雰囲
気が安定してからGaP基板を成長室38へ移動し、G
aP基板の上面に第1のGaN膜を成長させる。30分
後にGaP基板を待機室33へ移動して成長を停止す
る。このとき、GaP基板上に膜厚約50nmのGaN
膜が成長する。次に、成長室に供給したHClおよびN
H3 ガスの供給を停止し、待機室33にガス導入口34
よりNH3 ガスを供給しながらGaP基板の温度を70
0℃に昇温する。温度が安定したところで、再び、成長
室38のガス導入口36より流量1cc/分のHClを
供給し、ガス導入管35よりNH3 を流量600cc/
分で供給して成長雰囲気を作る。成長雰囲気が安定して
からGaP基板を成長室38に移動し、第1のGaN膜
上に第2のGaN膜を成長させる。膜厚1.5μmの第
2のGaN膜を形成した後、待機室33へ移動し、Ga
P基板を室温まで冷却する。
ス導入口36からHClを0.5cc/分の流量でGa
ソース40上に供給する。GaとHClを反応させ塩化
ガリウム(GaCl)として成長領域41に輸送し、ガ
ス導入管35より流量600cc/分のNH3 ガスを成
長領域に供給してGaNの成長雰囲気を作る。成長雰囲
気が安定してからGaP基板を成長室38へ移動し、G
aP基板の上面に第1のGaN膜を成長させる。30分
後にGaP基板を待機室33へ移動して成長を停止す
る。このとき、GaP基板上に膜厚約50nmのGaN
膜が成長する。次に、成長室に供給したHClおよびN
H3 ガスの供給を停止し、待機室33にガス導入口34
よりNH3 ガスを供給しながらGaP基板の温度を70
0℃に昇温する。温度が安定したところで、再び、成長
室38のガス導入口36より流量1cc/分のHClを
供給し、ガス導入管35よりNH3 を流量600cc/
分で供給して成長雰囲気を作る。成長雰囲気が安定して
からGaP基板を成長室38に移動し、第1のGaN膜
上に第2のGaN膜を成長させる。膜厚1.5μmの第
2のGaN膜を形成した後、待機室33へ移動し、Ga
P基板を室温まで冷却する。
【0018】図7に、本発明の方法を用いてGaP基板
上に形成したGaN膜の2次イオン質量分析から求めた
P濃度を示す。図7から側面および裏面にマスクを形成
したGaP基板上のGaN膜のP濃度は、マスクを形成
しないGaP基板の場合に比較して1/20程度低い値
になっていることが明らかになった。
上に形成したGaN膜の2次イオン質量分析から求めた
P濃度を示す。図7から側面および裏面にマスクを形成
したGaP基板上のGaN膜のP濃度は、マスクを形成
しないGaP基板の場合に比較して1/20程度低い値
になっていることが明らかになった。
【0019】[第3の実施例]次に、側面と裏面に形成
するのマスクの材料として、GaN膜を用いてGaAs
基板上にGaN膜を形成した実施例について説明する。
裏面も上面と同様に鏡面に研磨されたGaAs基板を用
い、このGaAs基板11を硫酸+過酸化水素+水系の
エッチング液でエッチングした。エッチングしたGaA
s基板11を図3に示すVPE装置の基板ホルダー31
に裏面を表にして待機室33にセットする。ガス導入口
34、36、およびガス導入管35よりN2 ガスを供給
しながら反応管32を昇温する。Gaソース40の温度
を800℃、GaAs基板11の温度を500℃にす
る。温度が安定したところで、ガス導入口36から流量
0.5cc/分のHClをGaソース40上に供給し、
ガス導入管35よりNH3 ガスを600cc/分の流量
で成長領域41に供給しGaN成長雰囲気を形成する。
雰囲気が安定したらGaAs基板11を成長室38へ移
動し、GaN膜を60分間成長させる。このとき、Ga
As基板11の側面および裏面にはマスクとなるGaN
膜が約100nmの膜厚に成長する。次いで、GaAs
基板11を待機室33に移動して、室温まで冷却する。
成長装置より取り出し、GaAs基板11の上面12を
表にして再度、基板ホルダー31にセットする。以降
は、上記第1の実施例と同様の方法および条件で第1の
GaN膜および第2のGaN膜を形成する。形成したG
aN膜についての2次イオン質量分析結果によるAs濃
度は、図4に示した側面と裏面にSiO2 膜を形成した
GaAs基板上に成長したGaN膜と同様に低い値を示
した。
するのマスクの材料として、GaN膜を用いてGaAs
基板上にGaN膜を形成した実施例について説明する。
裏面も上面と同様に鏡面に研磨されたGaAs基板を用
い、このGaAs基板11を硫酸+過酸化水素+水系の
エッチング液でエッチングした。エッチングしたGaA
s基板11を図3に示すVPE装置の基板ホルダー31
に裏面を表にして待機室33にセットする。ガス導入口
34、36、およびガス導入管35よりN2 ガスを供給
しながら反応管32を昇温する。Gaソース40の温度
を800℃、GaAs基板11の温度を500℃にす
る。温度が安定したところで、ガス導入口36から流量
0.5cc/分のHClをGaソース40上に供給し、
ガス導入管35よりNH3 ガスを600cc/分の流量
で成長領域41に供給しGaN成長雰囲気を形成する。
雰囲気が安定したらGaAs基板11を成長室38へ移
動し、GaN膜を60分間成長させる。このとき、Ga
As基板11の側面および裏面にはマスクとなるGaN
膜が約100nmの膜厚に成長する。次いで、GaAs
基板11を待機室33に移動して、室温まで冷却する。
成長装置より取り出し、GaAs基板11の上面12を
表にして再度、基板ホルダー31にセットする。以降
は、上記第1の実施例と同様の方法および条件で第1の
GaN膜および第2のGaN膜を形成する。形成したG
aN膜についての2次イオン質量分析結果によるAs濃
度は、図4に示した側面と裏面にSiO2 膜を形成した
GaAs基板上に成長したGaN膜と同様に低い値を示
した。
【0020】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく特許請
求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更を加え
ることができる。例えば、基板結晶がGaAs基板やG
aP基板以外のInP基板、InAs基板およびそれら
の混晶を用いても同様な効果が得られる。また、マスク
材料にSiO2 とGaN膜を用いた実施例を示したが、
基板結晶が分解しない温度で形成できるAl2 O3 膜、
SiN膜、AlN膜等でも50μm以上の膜厚があれば
同様な効果が得られる。更に、成長手法も、ハイドライ
ドVPE法に限らずMOCVD法や、MBE法などを用
いても同様の効果が得られる。
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく特許請
求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更を加え
ることができる。例えば、基板結晶がGaAs基板やG
aP基板以外のInP基板、InAs基板およびそれら
の混晶を用いても同様な効果が得られる。また、マスク
材料にSiO2 とGaN膜を用いた実施例を示したが、
基板結晶が分解しない温度で形成できるAl2 O3 膜、
SiN膜、AlN膜等でも50μm以上の膜厚があれば
同様な効果が得られる。更に、成長手法も、ハイドライ
ドVPE法に限らずMOCVD法や、MBE法などを用
いても同様の効果が得られる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体結晶性膜の成長方法は、結晶成長を行う領域以外の半
導体基板の表面をマスクにて覆った状態で結晶成長を行
うものであるので、結晶成長中における基板構成元素の
蒸発を抑えることができ蒸発元素の混入による結晶成長
膜の純度の低下を抑制することができる。また、本発明
によれば、基板を構成する元素の蒸発を抑えつつ高温で
の結晶成長が可能になるので、高品質の結晶膜を得るこ
とができる。
体結晶性膜の成長方法は、結晶成長を行う領域以外の半
導体基板の表面をマスクにて覆った状態で結晶成長を行
うものであるので、結晶成長中における基板構成元素の
蒸発を抑えることができ蒸発元素の混入による結晶成長
膜の純度の低下を抑制することができる。また、本発明
によれば、基板を構成する元素の蒸発を抑えつつ高温で
の結晶成長が可能になるので、高品質の結晶膜を得るこ
とができる。
【図1】本発明の実施の形態を説明するための工程順断
面図。
面図。
【図2】マスクであるSiO2 膜を形成するための熱C
VD装置の概略構成図。
VD装置の概略構成図。
【図3】本発明の実施例において用いたハイドライド法
VPE装置の概略構成図。
VPE装置の概略構成図。
【図4】本発明の第1の実施例により形成されたGaN
膜中と従来例により形成されたGaN膜中のAs濃度の
2次イオン質量分析法によるスペクトル。
膜中と従来例により形成されたGaN膜中のAs濃度の
2次イオン質量分析法によるスペクトル。
【図5】本発明の第1の実施例により形成されたGaN
と従来例により形成されたGaN膜の室温のホトルミネ
ッセンススペクトル。
と従来例により形成されたGaN膜の室温のホトルミネ
ッセンススペクトル。
【図6】GaAs基板の側面と裏面に形成したSiO2
膜の厚さと成長したGaN膜中の2次イオン質量分析法
によるAs濃度との関係を示すグラフ。
膜の厚さと成長したGaN膜中の2次イオン質量分析法
によるAs濃度との関係を示すグラフ。
【図7】本発明の第2の実施例により形成されたGaN
膜中と従来例により形成されたGaN膜中のP濃度の2
次イオン質量分析法によるスペクトル。
膜中と従来例により形成されたGaN膜中のP濃度の2
次イオン質量分析法によるスペクトル。
11 GaAs基板 12 GaAs基板の上面 20 基板ホルダー 21 反応管 22 ガス導入口 23 ヒータ 31 基板ホルダー 32 VPE装置の反応管 33 待機室 34、36 ガス導入口 35 ガス導入管 37 ヒータ 38 成長室 39 ソースボート 40 Gaソース 41 成長領域 101 半導体基板 102 上面 103 側面 104 裏面 105 マスク 106 第1の結晶成長膜 107 第2の結晶成長膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/308 H01L 21/308 C 33/00 33/00 C H01S 3/18 H01S 3/18
Claims (6)
- 【請求項1】 基板主上面、裏面および側面を含む基板
表面で結晶性膜を成長させる領域以外の基板表面をマス
クした半導体基板を用い、該半導体基板表面上へ半導体
結晶性膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする
半導体結晶性膜の成長方法。 - 【請求項2】 前記半導体基板上にエピタキシャル成長
させる前記半導体結晶性膜が窒化物系III −V族化合物
半導体結晶膜であり、前記半導体基板が窒素を構成元素
として含まないIII −V族化合物半導体結晶であること
を特徴とする請求項1記載の半導体結晶性膜の成長方
法。 - 【請求項3】 前記半導体基板表面をマスクする材料
が、SiO2 膜、Al 2 O3 膜等の酸化物またはSi
N、GaN、AlN膜等の窒化物であることを特徴とす
る請求項1または2記載の半導体結晶性膜の成長方法。 - 【請求項4】 前記半導体基板表面をマスクする材料の
膜厚が、50nm以上であることを特徴とする請求項1
または2記載の半導体結晶性膜の成長方法。 - 【請求項5】 前記半導体基板表面をマスクする材料層
を、基板結晶が分解・変質しない条件下で形成すること
を特徴とする請求項1または2記載の半導体結晶性膜の
成長方法。 - 【請求項6】 基板上へのエピタキシャル成長を、初期
の段階では低温で行いその後高温で行うことを特徴とす
る請求項1または2記載の半導体結晶性膜の成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12130196A JP2897821B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 半導体結晶性膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12130196A JP2897821B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 半導体結晶性膜の成長方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09306848A true JPH09306848A (ja) | 1997-11-28 |
JP2897821B2 JP2897821B2 (ja) | 1999-05-31 |
Family
ID=14807877
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12130196A Expired - Fee Related JP2897821B2 (ja) | 1996-05-16 | 1996-05-16 | 半導体結晶性膜の成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2897821B2 (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003007616A (ja) * | 2001-03-23 | 2003-01-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体膜の製造方法 |
JP2003163375A (ja) * | 2001-11-29 | 2003-06-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
JP2006040932A (ja) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Mitsubishi Electric Corp | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
JP2006278999A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Eudyna Devices Inc | 半導体基板、半導体結晶成長用基板、半導体装置、光半導体装置およびそれらの製造方法 |
JP2007165626A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光素子及びその製造方法 |
JP2011236081A (ja) * | 2010-05-10 | 2011-11-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 窒化物半導体自立基板の製造方法及び窒化物半導体自立基板 |
JP2011251877A (ja) * | 2010-06-02 | 2011-12-15 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウエーハの製造方法 |
JP2015529016A (ja) * | 2012-07-23 | 2015-10-01 | ▲東▼莞市中▲か▼半▲導▼体科技有限公司Sino Nitride Semiconductor Co, Ltd | 金属拡散を防止する保護層付きの複合基板 |
WO2016088348A1 (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法 |
JPWO2021066042A1 (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 |
-
1996
- 1996-05-16 JP JP12130196A patent/JP2897821B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003007616A (ja) * | 2001-03-23 | 2003-01-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体膜の製造方法 |
JP2003163375A (ja) * | 2001-11-29 | 2003-06-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
JP2006040932A (ja) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Mitsubishi Electric Corp | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
JP2006278999A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Eudyna Devices Inc | 半導体基板、半導体結晶成長用基板、半導体装置、光半導体装置およびそれらの製造方法 |
JP4522301B2 (ja) * | 2005-03-30 | 2010-08-11 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体基板および半導体装置 |
JP2007165626A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光素子及びその製造方法 |
JP2011236081A (ja) * | 2010-05-10 | 2011-11-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 窒化物半導体自立基板の製造方法及び窒化物半導体自立基板 |
JP2011251877A (ja) * | 2010-06-02 | 2011-12-15 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウエーハの製造方法 |
JP2015529016A (ja) * | 2012-07-23 | 2015-10-01 | ▲東▼莞市中▲か▼半▲導▼体科技有限公司Sino Nitride Semiconductor Co, Ltd | 金属拡散を防止する保護層付きの複合基板 |
EP2824719A4 (en) * | 2012-07-23 | 2016-01-06 | Sino Nitride Semiconductor Co | COMPOSITE SUPPLEMENT WITH PROTECTIVE LAYER FOR PREVENTING THE DIFFUSION OF METALS |
WO2016088348A1 (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法 |
JP2016111138A (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-20 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法 |
JPWO2021066042A1 (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | ||
WO2021066042A1 (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 京セラ株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2897821B2 (ja) | 1999-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7704331B2 (en) | Technique for the growth of planar semi-polar gallium nitride | |
USRE38805E1 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
US6110809A (en) | Method for manufacturing an epitaxial wafer with a group III metal nitride epitaxial layer | |
US20100003492A1 (en) | High quality large area bulk non-polar or semipolar gallium based substrates and methods | |
KR100497262B1 (ko) | 화합물반도체의기상에피텍시방법 | |
US20050218411A1 (en) | Hafnium nitride buffer layers for growth of GaN on silicon | |
US5909040A (en) | Semiconductor device including quaternary buffer layer with pinholes | |
JPH10163114A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
US6648966B2 (en) | Wafer produced thereby, and associated methods and devices using the wafer | |
JP2000091234A (ja) | 窒化物系iii−v族化合物半導体の製造方法 | |
JP2897821B2 (ja) | 半導体結晶性膜の成長方法 | |
US7303632B2 (en) | Vapor assisted growth of gallium nitride | |
US20020096674A1 (en) | Nucleation layer growth and lift-up of process for GaN wafer | |
US20090114887A1 (en) | Bulk, free-standing cubic III-N substrate and a method for forming same. | |
JP3174257B2 (ja) | 窒化物系化合物半導体の製造方法 | |
JP2004296640A (ja) | GaN系半導体層の成長方法およびそれを用いた半導体基板の製造方法、半導体装置の製造方法 | |
JP2000281499A (ja) | GaN単結晶の作製方法 | |
JP2677221B2 (ja) | 窒化物系iii−v族化合物半導体結晶の成長方法 | |
JP2003224072A (ja) | 半導体構造物およびその製造方法 | |
JP4612403B2 (ja) | Iii族窒化物半導体自立基板の製造方法 | |
JP3214349B2 (ja) | InGaN層を有する半導体ウエハ及びその製造方法並びにそれを具備する発光素子 | |
JPH11268996A (ja) | 化合物半導体混晶の成長方法 | |
JPH09186091A (ja) | Iii−v族化合物半導体の製造方法 | |
JP2853631B2 (ja) | 窒化ガリウム単結晶薄膜の製造方法 | |
JPH1041548A (ja) | 化合物半導体気相成長方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |