JPH10251100A - 化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents
化合物半導体の結晶成長方法Info
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- JPH10251100A JPH10251100A JP5482197A JP5482197A JPH10251100A JP H10251100 A JPH10251100 A JP H10251100A JP 5482197 A JP5482197 A JP 5482197A JP 5482197 A JP5482197 A JP 5482197A JP H10251100 A JPH10251100 A JP H10251100A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 劈開が容易で、良質な立方晶系のＧａＮの単
結晶を成長させる方法を提供すること。 【解決手段】 化合物半導体、例えばＧａＮの立方晶系
の単結晶１７を成長させるにあたり、ＡｌＡｓの結晶か
らなる層１３の一部を窒素と反応させることによりＡｌ
Ｎ化して、このＡｌＮ膜１５上にＧａＮの結晶１７をエ
ピタキシャル成長させる。
結晶を成長させる方法を提供すること。 【解決手段】 化合物半導体、例えばＧａＮの立方晶系
の単結晶１７を成長させるにあたり、ＡｌＡｓの結晶か
らなる層１３の一部を窒素と反応させることによりＡｌ
Ｎ化して、このＡｌＮ膜１５上にＧａＮの結晶１７をエ
ピタキシャル成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は化合物半導体、特
に立方晶系の化合物半導体の単結晶の成長方法に関す
る。
に立方晶系の化合物半導体の単結晶の成長方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＧａＮの結晶は、文献（文献：Zn
-Doped InGaN Growth and InGaN/AlGaN double-heteros
tructure blue-light-emmiting diode,Journal of crys
tal growth,volume 145,1994,p.911-917）に示されてい
るように、サファイア基板の（0001) 面上にＭＯＣＶＤ
（Metal organic CVD ）法によって成長させたものがあ
った。
-Doped InGaN Growth and InGaN/AlGaN double-heteros
tructure blue-light-emmiting diode,Journal of crys
tal growth,volume 145,1994,p.911-917）に示されてい
るように、サファイア基板の（0001) 面上にＭＯＣＶＤ
（Metal organic CVD ）法によって成長させたものがあ
った。
【０００３】また、ＧａＡｓ基板およびＳｉ基板の（１
００）面にＧａＮを成長させると立方晶系の結晶が、
（１１１）面にＧａＮを成長させると六方晶系の結晶が
得られることが知られている。
００）面にＧａＮを成長させると立方晶系の結晶が、
（１１１）面にＧａＮを成長させると六方晶系の結晶が
得られることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】基板上に成長させる成
長層の結晶は、普通、基板の結晶構造を反映する。サフ
ァイア基板は六方晶系の結晶であるため、ＧａＮは六方
晶系の結晶となる。ここでは化合物半導体として半導体
レーザ等に適用できるＧａＮ結晶が必要である。例えば
半導体レーザがレーザ発振するときに用いる光共振器の
ミラーをＧａＮ結晶の劈開面でもって形成する。このた
め容易に劈開することができ、劈開面が長方形となる立
方晶系の結晶のほうが好ましい。六方晶系の結晶では、
劈開面が平行四辺形となる。また、サファイア基板は基
板自体が固いため劈開しにくく、劈開面が利用できない
という問題があった。
長層の結晶は、普通、基板の結晶構造を反映する。サフ
ァイア基板は六方晶系の結晶であるため、ＧａＮは六方
晶系の結晶となる。ここでは化合物半導体として半導体
レーザ等に適用できるＧａＮ結晶が必要である。例えば
半導体レーザがレーザ発振するときに用いる光共振器の
ミラーをＧａＮ結晶の劈開面でもって形成する。このた
め容易に劈開することができ、劈開面が長方形となる立
方晶系の結晶のほうが好ましい。六方晶系の結晶では、
劈開面が平行四辺形となる。また、サファイア基板は基
板自体が固いため劈開しにくく、劈開面が利用できない
という問題があった。
【０００５】また、ＧａＮを立方晶系の基板であるＧａ
Ａｓ基板上やＳｉ基板上に直接形成しようとすると、成
長する結晶の質は良いが、格子不整合が大きいためデバ
イスレベルの結晶性を期待するのは難しいと言われてい
る。
Ａｓ基板上やＳｉ基板上に直接形成しようとすると、成
長する結晶の質は良いが、格子不整合が大きいためデバ
イスレベルの結晶性を期待するのは難しいと言われてい
る。
【０００６】このため、劈開が容易で、良質な立方晶系
のＧａＮの結晶を成長させる方法の出現が望まれてい
た。
のＧａＮの結晶を成長させる方法の出現が望まれてい
た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願に係る
発明者等は、ＡｌＡｓ結晶は立方晶系であることおよび
ＡｌＡｓ結晶はＧａＡｓの結晶と格子整合することが知
られていることを踏まえて、種々の実験および研究を繰
り返し行ったところ、ＡｌＡｓ結晶の表面層をＡｌＮ結
晶に変えると、このＡｌＮ結晶が立方晶系となることを
見いだした。したがって、このＡｌＮ結晶上に化合物半
導体を成長させれば立方晶系の結晶が得られることを確
信してこの発明をするに至った。
発明者等は、ＡｌＡｓ結晶は立方晶系であることおよび
ＡｌＡｓ結晶はＧａＡｓの結晶と格子整合することが知
られていることを踏まえて、種々の実験および研究を繰
り返し行ったところ、ＡｌＡｓ結晶の表面層をＡｌＮ結
晶に変えると、このＡｌＮ結晶が立方晶系となることを
見いだした。したがって、このＡｌＮ結晶上に化合物半
導体を成長させれば立方晶系の結晶が得られることを確
信してこの発明をするに至った。
【０００８】このため、この発明によれば、化合物半導
体の立方晶系の単結晶を成長させるにあたり、ＡｌＡｓ
の結晶からなる層の一部を窒素と反応させることにより
ＡｌＮ化して、このＡｌＮ上に化合物半導体をエピタキ
シャル成長させることを特徴とする。
体の立方晶系の単結晶を成長させるにあたり、ＡｌＡｓ
の結晶からなる層の一部を窒素と反応させることにより
ＡｌＮ化して、このＡｌＮ上に化合物半導体をエピタキ
シャル成長させることを特徴とする。
【０００９】このように構成すれば、ＡｌＡｓ結晶を窒
化して形成されたＡｌＮ結晶は六方晶系でなくて立方晶
系の結晶である。したがって、この立方晶系の結晶上に
当該結晶を種として成長すれば化合物半導体の結晶を立
方晶系にすることができる。
化して形成されたＡｌＮ結晶は六方晶系でなくて立方晶
系の結晶である。したがって、この立方晶系の結晶上に
当該結晶を種として成長すれば化合物半導体の結晶を立
方晶系にすることができる。
【００１０】また、この成長させる化合物半導体はＧａ
ＮまたはＡｌＧａＮとするとよい。ＧａＮやＡｌＧａＮ
は格子整合する基板が容易に手に入らず、立方晶の結晶
を得るのは非常に困難であった。このため既に説明した
ように、ＡｌＡｓの立方晶の結晶からなる層の一部を窒
素と反応させてＡｌＮ化することによって、このＡｌＮ
は立方晶のＡｌＮ結晶となる。そして、ＡｌＮとＧａＮ
（またはＡｌＧａＮ）は格子定数がほぼ等しいため、格
子整合する。このためＡｌＮ上においては、良質な立方
晶のＧａＮ（またはＡｌＧａＮ）の結晶を容易に形成す
ることができる。
ＮまたはＡｌＧａＮとするとよい。ＧａＮやＡｌＧａＮ
は格子整合する基板が容易に手に入らず、立方晶の結晶
を得るのは非常に困難であった。このため既に説明した
ように、ＡｌＡｓの立方晶の結晶からなる層の一部を窒
素と反応させてＡｌＮ化することによって、このＡｌＮ
は立方晶のＡｌＮ結晶となる。そして、ＡｌＮとＧａＮ
（またはＡｌＧａＮ）は格子定数がほぼ等しいため、格
子整合する。このためＡｌＮ上においては、良質な立方
晶のＧａＮ（またはＡｌＧａＮ）の結晶を容易に形成す
ることができる。
【００１１】また、化合物半導体の立方晶系の単結晶を
成長させるにあたり、ＧａＡｓ基板またはＳｉ基板の上
面にＡｌＡｓの単結晶を成長させてＡｌＡｓ層を形成す
る工程と、このＡｌＡｓ層の少なくとも上面の表面層を
窒素含有雰囲気中でＡｌＮ膜に変える工程と、このＡｌ
Ｎ膜上にＧａＮまたはＡｌＧａＮの単結晶を成長させる
工程とを含むことが好ましい。
成長させるにあたり、ＧａＡｓ基板またはＳｉ基板の上
面にＡｌＡｓの単結晶を成長させてＡｌＡｓ層を形成す
る工程と、このＡｌＡｓ層の少なくとも上面の表面層を
窒素含有雰囲気中でＡｌＮ膜に変える工程と、このＡｌ
Ｎ膜上にＧａＮまたはＡｌＧａＮの単結晶を成長させる
工程とを含むことが好ましい。
【００１２】立方晶系のＧａＡｓと、ＡｌＡｓとは格子
定数がほぼ同じであるため、ＧａＡｓ基板やＳｉ基板上
のＧａＡｓ層の上面には、容易にＡｌＡｓ層を形成する
ことができる。また、ＡｌＡｓ層を窒素含有雰囲気中に
おいて窒素と反応させることによりＡｌＡｓ層の上面の
表面層はＡｌＮ化してＡｌＮ膜となる。このＡｌＮ膜は
立方晶系であるため、この上に成長するＧａＮまたはＡ
ｌＧａＮは立方晶系の単結晶となる。
定数がほぼ同じであるため、ＧａＡｓ基板やＳｉ基板上
のＧａＡｓ層の上面には、容易にＡｌＡｓ層を形成する
ことができる。また、ＡｌＡｓ層を窒素含有雰囲気中に
おいて窒素と反応させることによりＡｌＡｓ層の上面の
表面層はＡｌＮ化してＡｌＮ膜となる。このＡｌＮ膜は
立方晶系であるため、この上に成長するＧａＮまたはＡ
ｌＧａＮは立方晶系の単結晶となる。
【００１３】また、好ましくは、上記ＡｌＡｓ層を形成
する工程は、減圧ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition)によって、ＧａＡｓ基板またはＳ
ｉ基板上にトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａ
ｌ）およびアルシン（ＡｓＨ3）をＡｌＡｓ結晶形成原
料として供給し、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を用
いて行うとよい。
する工程は、減圧ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition)によって、ＧａＡｓ基板またはＳ
ｉ基板上にトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａ
ｌ）およびアルシン（ＡｓＨ3）をＡｌＡｓ結晶形成原
料として供給し、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を用
いて行うとよい。
【００１４】減圧ＭＯＣＶＤ法では、低圧であるため装
置内のガス分子どうしの衝突が減少するため原料ガスの
濃度が均一になって、その結果成長する膜の厚さを均等
にすることができる。成長させるＡｌＡｓのＡｌの原料
としてトリメチルアルミニウムを、Ａｓの原料としてア
ルシンを用いる。これらの原料は蒸気圧が高く、水素雰
囲気中で熱分解して金属を析出し、またメチル基はメタ
ンとなる。このようにして基板上に転位とか歪みが少な
くて電子デバイスに用いて実質的に支障のない、いわゆ
る高品質のＡｌＡｓ単結晶層が形成される。
置内のガス分子どうしの衝突が減少するため原料ガスの
濃度が均一になって、その結果成長する膜の厚さを均等
にすることができる。成長させるＡｌＡｓのＡｌの原料
としてトリメチルアルミニウムを、Ａｓの原料としてア
ルシンを用いる。これらの原料は蒸気圧が高く、水素雰
囲気中で熱分解して金属を析出し、またメチル基はメタ
ンとなる。このようにして基板上に転位とか歪みが少な
くて電子デバイスに用いて実質的に支障のない、いわゆ
る高品質のＡｌＡｓ単結晶層が形成される。
【００１５】また、好ましくは、上記ＡｌＡｓ層の少な
くとも上面の表面層を窒素含有雰囲気中でＡｌＮ膜に変
える工程は、前記窒素含有雰囲気中にＡｌＡｓ層の上面
の表面層を曝してＡｌＡｓと窒素とを反応させることに
より行うとよい。
くとも上面の表面層を窒素含有雰囲気中でＡｌＮ膜に変
える工程は、前記窒素含有雰囲気中にＡｌＡｓ層の上面
の表面層を曝してＡｌＡｓと窒素とを反応させることに
より行うとよい。
【００１６】ＡｌＡｓ層を窒素含有雰囲気中、例えば窒
素ガスやアンモニアガス雰囲気に曝すことによって、Ａ
ｌＡｓ層の曝された部分を容易にＡｌＮ膜に変化させる
ことができる。ＡｌＡｓ層のＡｌＡｓは立方晶系の結晶
であるため、変化したＡｌＮも立方晶系の結晶となる。
素ガスやアンモニアガス雰囲気に曝すことによって、Ａ
ｌＡｓ層の曝された部分を容易にＡｌＮ膜に変化させる
ことができる。ＡｌＡｓ層のＡｌＡｓは立方晶系の結晶
であるため、変化したＡｌＮも立方晶系の結晶となる。
【００１７】また、好ましくは、ＧａＮの結晶を成長さ
せる工程は、減圧ＭＯＣＶＤ法によって、ＡｌＮ膜上
に、トリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）およびア
ンモニア（ＮＨ3 ）をＧａＮ結晶形成原料として供給
し、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を用いて行うのが
よい。
せる工程は、減圧ＭＯＣＶＤ法によって、ＡｌＮ膜上
に、トリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）およびア
ンモニア（ＮＨ3 ）をＧａＮ結晶形成原料として供給
し、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を用いて行うのが
よい。
【００１８】既に説明したように、ここでも減圧ＭＯＣ
ＶＤ法により結晶を成長させているので、成長する膜厚
を均等にすることができる。また、ＧａＮの原料として
トリメチルガリウムおよびアンモニアを用いてＧａＮの
結晶を上記の方法により成長させると、立方晶系のＡｌ
Ｎ膜上には前述と同様な高品質の立方晶系の単結晶が得
られる。
ＶＤ法により結晶を成長させているので、成長する膜厚
を均等にすることができる。また、ＧａＮの原料として
トリメチルガリウムおよびアンモニアを用いてＧａＮの
結晶を上記の方法により成長させると、立方晶系のＡｌ
Ｎ膜上には前述と同様な高品質の立方晶系の単結晶が得
られる。
【００１９】また、好ましくは、ＡｌＧａＮの結晶を成
長させる工程は、減圧ＭＯＣＶＤ法によって、ＡｌＮ膜
上に、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、
トリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）およびアンモ
ニア（ＮＨ3 ）をＡｌＧａＮ結晶形成原料として供給
し、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を用いて行うのが
よい。
長させる工程は、減圧ＭＯＣＶＤ法によって、ＡｌＮ膜
上に、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、
トリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）およびアンモ
ニア（ＮＨ3 ）をＡｌＧａＮ結晶形成原料として供給
し、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）を用いて行うのが
よい。
【００２０】上述と同様に、成長するＡｌＧａＮの膜厚
を均等にすることができ、また立方晶系のＡｌＮ膜上に
は高品質の立方晶系の単結晶が得られる。
を均等にすることができ、また立方晶系のＡｌＮ膜上に
は高品質の立方晶系の単結晶が得られる。
【００２１】また、結晶成長装置内の雰囲気圧を１０To
rr以上、７６０Torr以下の範囲とするとＭＯＣＶＤ法に
よって化合物半導体を形成することができる。
rr以上、７６０Torr以下の範囲とするとＭＯＣＶＤ法に
よって化合物半導体を形成することができる。
【００２２】また、結晶成長装置内の雰囲気圧を５０To
rr以上、１５０Torr以下の範囲とすると、化合物半導体
の結晶を成長させるのにより好ましい。
rr以上、１５０Torr以下の範囲とすると、化合物半導体
の結晶を成長させるのにより好ましい。
【００２３】また、結晶成長装置内の雰囲気圧を１００
Torrとすると、ＡｌＡｓ層やＧａＮ（またはＡｌＧａ
Ｎ）の結晶成長に最適である。
Torrとすると、ＡｌＡｓ層やＧａＮ（またはＡｌＧａ
Ｎ）の結晶成長に最適である。
【００２４】また、ＡｌＡｓ層を形成する工程は、Ｇａ
Ａｓ基板またはＳｉ基板の温度を６００℃以上、８００
℃以下の範囲にして行うとよい。このような温度範囲内
では、ＡｌＡｓの結晶形成材料の熱分解性がよく、より
良質なＡｌＡｓの結晶が得られる。
Ａｓ基板またはＳｉ基板の温度を６００℃以上、８００
℃以下の範囲にして行うとよい。このような温度範囲内
では、ＡｌＡｓの結晶形成材料の熱分解性がよく、より
良質なＡｌＡｓの結晶が得られる。
【００２５】また、ＡｌＡｓ層を形成する工程は、Ｇａ
Ａｓ基板またはＳｉ基板の温度を７５０℃として行う。
この温度においてＡｌＡｓを成長させれば、より一層良
質の結晶が得られる。
Ａｓ基板またはＳｉ基板の温度を７５０℃として行う。
この温度においてＡｌＡｓを成長させれば、より一層良
質の結晶が得られる。
【００２６】また、ＧａＮまたはＡｌＧａＮの結晶を成
長させる工程は、基板温度を７００℃以上、１２００℃
以下として行うとよく、さらに基板温度を１０５０℃と
して行うのが最適である。このような温度でＧａＮまた
はＡｌＧａＮの結晶を成長させると、転位や歪みの一層
少ない高品質の単結晶を確実に成長させることができ
る。
長させる工程は、基板温度を７００℃以上、１２００℃
以下として行うとよく、さらに基板温度を１０５０℃と
して行うのが最適である。このような温度でＧａＮまた
はＡｌＧａＮの結晶を成長させると、転位や歪みの一層
少ない高品質の単結晶を確実に成長させることができ
る。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
ＧａＮの結晶成長方法の実施の形態につき説明する。な
お、各図はこの発明が理解できる程度に各構成成分を概
略的に示しているに過ぎない。また、以下の説明におい
て、特定の材料および条件を用いるがこれらの材料およ
び条件は好適な実施の形態の例に過ぎず、したがってこ
の発明ではなんらこれに限定されるものではない。
ＧａＮの結晶成長方法の実施の形態につき説明する。な
お、各図はこの発明が理解できる程度に各構成成分を概
略的に示しているに過ぎない。また、以下の説明におい
て、特定の材料および条件を用いるがこれらの材料およ
び条件は好適な実施の形態の例に過ぎず、したがってこ
の発明ではなんらこれに限定されるものではない。
【００２８】＜実施の形態例＞この例では減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法を用いて化合物半導体としてＧａＮの立方晶系の結
晶を成長させる方法につき、図１を参照して説明する。
図１はこの実施の形態例の説明に供する構造体の概略的
な工程断面図である。
Ｄ法を用いて化合物半導体としてＧａＮの立方晶系の結
晶を成長させる方法につき、図１を参照して説明する。
図１はこの実施の形態例の説明に供する構造体の概略的
な工程断面図である。
【００２９】まず、結晶成長装置内を水素雰囲気にして
ＧａＡｓ基板１１を所定の位置に載置する（図１
（Ａ））。結晶成長させるＡｌＡｓのＡｌの原料として
トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）と、Ａｓ
の原料としてアルシン（ＡｓＨ3 ）およびキャリアガス
として水素を、それぞれ装置内のＧａＡｓ基板１１上に
供給する。この場合の流量はトリメチルアルミニウムが
５×１０-7mol/min 、アルシンが６０SCCM(standard cu
bic cm/min) 、水素が５SLM(Standard l/min) とする。
そして、この原料ガスの存在下において、１００Torrの
減圧下で結晶成長温度を７５０℃にしＧａＡｓ基板１１
の上にＡｌＡｓの結晶を成長させてＡｌＡｓ層１３を形
成する。この例ではＡｌＡｓ層１３を１００ｎｍの厚さ
にする（図１（Ｂ））。
ＧａＡｓ基板１１を所定の位置に載置する（図１
（Ａ））。結晶成長させるＡｌＡｓのＡｌの原料として
トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）と、Ａｓ
の原料としてアルシン（ＡｓＨ3 ）およびキャリアガス
として水素を、それぞれ装置内のＧａＡｓ基板１１上に
供給する。この場合の流量はトリメチルアルミニウムが
５×１０-7mol/min 、アルシンが６０SCCM(standard cu
bic cm/min) 、水素が５SLM(Standard l/min) とする。
そして、この原料ガスの存在下において、１００Torrの
減圧下で結晶成長温度を７５０℃にしＧａＡｓ基板１１
の上にＡｌＡｓの結晶を成長させてＡｌＡｓ層１３を形
成する。この例ではＡｌＡｓ層１３を１００ｎｍの厚さ
にする（図１（Ｂ））。
【００３０】次に、トリメチルアルミニウムの装置内へ
の供給を停止して、基板温度を１０５０℃にする。その
後アルシンの供給も停止して、装置内を窒素雰囲気にす
る。このときの窒素の流量は５SLM である。その窒素雰
囲気圧を１００Torrにした状態で、ＡｌＡｓ層１３の表
面と窒素とを反応させてＡｌＡｓ層１３の表面層をＡｌ
Ｎ膜１５に変える（図１（Ｃ））。
の供給を停止して、基板温度を１０５０℃にする。その
後アルシンの供給も停止して、装置内を窒素雰囲気にす
る。このときの窒素の流量は５SLM である。その窒素雰
囲気圧を１００Torrにした状態で、ＡｌＡｓ層１３の表
面と窒素とを反応させてＡｌＡｓ層１３の表面層をＡｌ
Ｎ膜１５に変える（図１（Ｃ））。
【００３１】次に、上記のＡｌＮ膜１５上に形成するＧ
ａＮの形成元素であるＧａの原料としてトリメチルガリ
ウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）と、Ｎの原料としてアンモニ
ア（ＮＨ4 ）およびキャリアガスとして水素を、それぞ
れ装置内のＡｌＮ膜１５上に供給する。この場合の流量
は、トリメチルガリウムが１×１０-6mol/min 、アンモ
ニアが２SLM 、水素が２SLM とする。この原料ガスの存
在下において、雰囲気圧は１００Torr、結晶成長温度は
１０５０℃のままで、ＡｌＮ膜１５上にＧａＮの結晶１
７を成長させる。ＧａＮの結晶１７の成長膜厚はこの例
では２μｍとする（図１（Ｄ））。
ａＮの形成元素であるＧａの原料としてトリメチルガリ
ウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）と、Ｎの原料としてアンモニ
ア（ＮＨ4 ）およびキャリアガスとして水素を、それぞ
れ装置内のＡｌＮ膜１５上に供給する。この場合の流量
は、トリメチルガリウムが１×１０-6mol/min 、アンモ
ニアが２SLM 、水素が２SLM とする。この原料ガスの存
在下において、雰囲気圧は１００Torr、結晶成長温度は
１０５０℃のままで、ＡｌＮ膜１５上にＧａＮの結晶１
７を成長させる。ＧａＮの結晶１７の成長膜厚はこの例
では２μｍとする（図１（Ｄ））。
【００３２】ＧａＡｓ基板１１は立方晶系の結晶（格子
定数５．６５３Å（５．６５３×１０-1ｎｍ））からな
っており、その上に成長させるＡｌＡｓ層１３も立方晶
系の結晶（格子定数５．６６１Å）である。ＧａＡｓと
ＡｌＡｓとは格子定数の値がほぼ等しいため格子整合性
が良い。ＡｌＮ膜１５は、ＡｌＡｓ層１３の表面に窒素
を反応させてＡｌＮ化してＡｌＡｓ層１３表面にＡｌＮ
膜１５が形成されている。このＡｌＮ膜１５のＡｌＮ
は、ＡｌＡｓのＡｓがＮに置換された構造であるため、
その結晶構造は変化することなくそのまま立方晶系とな
る。したがってその上に成長させるＧａＮの結晶１７も
ＡｌＡｓ層１３の結晶構造を反映して立方晶系のものが
得られる。さらに、ＡｌＮ膜１５のＡｌＮの結晶とＧａ
Ｎの結晶１７とは、その格子定数の値が、ウルツ鉱型構
造（六方晶系）の結晶における格子定数で比べてみると
ＡｌＮがａ＝３．１１１Å、ｃ＝４．９８０Åで、Ｇａ
Ｎがａ＝３．１８０Å、ｃ＝５．１６６Åであり、ほぼ
一致しており、格子整合性もよい。このため、ＡｌＮ膜
１５上に容易に良質のＧａＮの結晶１７を成長させるこ
とができる。
定数５．６５３Å（５．６５３×１０-1ｎｍ））からな
っており、その上に成長させるＡｌＡｓ層１３も立方晶
系の結晶（格子定数５．６６１Å）である。ＧａＡｓと
ＡｌＡｓとは格子定数の値がほぼ等しいため格子整合性
が良い。ＡｌＮ膜１５は、ＡｌＡｓ層１３の表面に窒素
を反応させてＡｌＮ化してＡｌＡｓ層１３表面にＡｌＮ
膜１５が形成されている。このＡｌＮ膜１５のＡｌＮ
は、ＡｌＡｓのＡｓがＮに置換された構造であるため、
その結晶構造は変化することなくそのまま立方晶系とな
る。したがってその上に成長させるＧａＮの結晶１７も
ＡｌＡｓ層１３の結晶構造を反映して立方晶系のものが
得られる。さらに、ＡｌＮ膜１５のＡｌＮの結晶とＧａ
Ｎの結晶１７とは、その格子定数の値が、ウルツ鉱型構
造（六方晶系）の結晶における格子定数で比べてみると
ＡｌＮがａ＝３．１１１Å、ｃ＝４．９８０Åで、Ｇａ
Ｎがａ＝３．１８０Å、ｃ＝５．１６６Åであり、ほぼ
一致しており、格子整合性もよい。このため、ＡｌＮ膜
１５上に容易に良質のＧａＮの結晶１７を成長させるこ
とができる。
【００３３】
【発明の効果】以上、説明したような方法によって化合
物半導体の結晶を成長させると、良質な立方晶系のＧａ
Ｎの結晶を容易に得ることができる。また、成長させる
基板も立方晶系で劈開も容易なＧａＡｓ基板であるた
め、ＧａＮの結晶の劈開面をレーザ反射鏡等に用いて好
適である。
物半導体の結晶を成長させると、良質な立方晶系のＧａ
Ｎの結晶を容易に得ることができる。また、成長させる
基板も立方晶系で劈開も容易なＧａＡｓ基板であるた
め、ＧａＮの結晶の劈開面をレーザ反射鏡等に用いて好
適である。
【００３４】また、結晶を成長させる工程中で、基板温
度は１０５０℃程度とかなり高温になるためＧａＡｓ基
板の裏面からひ素（Ａｓ）が蒸発して基板にダメージを
与えるおそれがある。このため、ＧａＡｓ基板の裏面に
ＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜を設けて基板を保護してもよい。
度は１０５０℃程度とかなり高温になるためＧａＡｓ基
板の裏面からひ素（Ａｓ）が蒸発して基板にダメージを
与えるおそれがある。このため、ＧａＡｓ基板の裏面に
ＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜を設けて基板を保護してもよい。
【００３５】また、基板としてはＧａＡｓ基板の他にＳ
ｉ基板を用いてもよい。この場合もＳｉの蒸発による基
板へのダメ−ジや結晶成長面へのＳｉのオートドーピン
グを防止するために、Ｓｉ基板裏面をＳｉＯ2 膜あるい
はＳｉＮ膜等で保護してもよい。Ｓｉ基板上において
も、最終的に形成されるＧａＮの結晶は、良質で劈開の
容易な立方晶系の結晶となる。
ｉ基板を用いてもよい。この場合もＳｉの蒸発による基
板へのダメ−ジや結晶成長面へのＳｉのオートドーピン
グを防止するために、Ｓｉ基板裏面をＳｉＯ2 膜あるい
はＳｉＮ膜等で保護してもよい。Ｓｉ基板上において
も、最終的に形成されるＧａＮの結晶は、良質で劈開の
容易な立方晶系の結晶となる。
【００３６】また、ＡｌＮ膜上にはＧａＮの他にＡｌＧ
ａＮの結晶も成長させることができる。このＡｌＧａＮ
の結晶も立方晶系のものが得られる。
ａＮの結晶も成長させることができる。このＡｌＧａＮ
の結晶も立方晶系のものが得られる。
【００３７】また、実施の形態ではＡｌＡｓの表面をＡ
ｌＮに変化させるために、窒素ガスを装置内に供給させ
たが、窒素含有ガスであれば良く、例えばアンモニアで
も好ましい。
ｌＮに変化させるために、窒素ガスを装置内に供給させ
たが、窒素含有ガスであれば良く、例えばアンモニアで
も好ましい。
【００３８】また、実施の形態ではＡｌＡｓの結晶形成
材料としてアルシンを用いたが、アルシンの代わりにト
リメチルヒ素（ＴＭＡｓ）やターシャリーブチルアルシ
ン（ＴＢＡ）を用いてもよい。
材料としてアルシンを用いたが、アルシンの代わりにト
リメチルヒ素（ＴＭＡｓ）やターシャリーブチルアルシ
ン（ＴＢＡ）を用いてもよい。
【００３９】また、ＡｌＡｓの結晶は、ＭＯＣＶＤ法の
他にもＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）でも成長させ
ることができる。
他にもＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）でも成長させ
ることができる。
【図１】この発明の実施の形態の説明に供する、概略的
な工程断面図である。
な工程断面図である。
１１：ＧａＡｓ基板 １３：ＡｌＡｓ層 １５：ＡｌＮ膜 １７：ＧａＮの結晶
Claims (14)
- 【請求項１】 化合物半導体の立方晶系の単結晶を成長
させるにあたり、 ＡｌＡｓの結晶からなる層の一部を窒素と反応させるこ
とによりＡｌＮ化して、該ＡｌＮ上に化合物半導体をエ
ピタキシャル成長させることを特徴とする化合物半導体
の結晶成長方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、 前記化合物半導体をＧａＮまたはＡｌＧａＮとすること
を特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項３】 化合物半導体の立方晶系の単結晶を成長
させるにあたり、 ＧａＡｓ基板またはＳｉ基板の上面にＡｌＡｓの単結晶
を成長させてＡｌＡｓ層を形成する工程と、 前記ＡｌＡｓ層の少なくとも上面の表面層を窒素含有雰
囲気中でＡｌＮ膜に変える工程と、 前記ＡｌＮ膜上にＧａＮまたはＡｌＧａＮの単結晶を成
長させる工程とを含むことを特徴とする化合物半導体の
結晶成長方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、 前記ＡｌＡｓ層を形成する工程は、減圧ＭＯＣＶＤ法
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によっ
て、ＧａＡｓ基板またはＳｉ基板上にトリメチルアルミ
ニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）およびアルシン（ＡｓＨ
3 ）をＡｌＡｓ結晶形成原料として供給し、キャリアガ
スとして水素（Ｈ2 ）を用いて行うことを特徴とする化
合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項５】 請求項３に記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、 前記ＡｌＮ膜に変える工程は、前記窒素含有雰囲気中に
ＡｌＡｓ層の上面の表面層を曝してＡｌＡｓと窒素とを
反応させることにより行うことを特徴とする化合物半導
体の結晶成長方法。 - 【請求項６】 請求項３に記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、 前記ＧａＮの結晶を成長させる工程は、減圧ＭＯＣＶＤ
法によって、前記ＡｌＮ膜上に、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）およびアンモニア（ＮＨ3）をＧ
ａＮ結晶形成原料として供給し、キャリアガスとして水
素（Ｈ2 ）を用いて行うことを特徴とする化合物半導体
の結晶成長方法。 - 【請求項７】 請求項３に記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、 前記ＡｌＧａＮの結晶を成長させる工程は、減圧ＭＯＣ
ＶＤ法によって、前記ＡｌＮ膜上に、トリメチルアルミ
ニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）およびアンモニア（ＮＨ3 ）をＡ
ｌＧａＮ結晶形成原料として供給し、キャリアガスとし
て水素（Ｈ2 ）を用いて行うことを特徴とする化合物半
導体の結晶成長方法。 - 【請求項８】 請求項３に記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、 結晶成長装置内の雰囲気圧は１０Torr以上、７６０Torr
以下とすることを特徴とする化合物半導体の結晶成長方
法。 - 【請求項９】 請求項３に記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、 結晶成長装置内の雰囲気圧は５０Torr以上、１５０Torr
以下とすることを特徴とする化合物半導体の結晶成長方
法。 - 【請求項１０】 請求項３に記載の化合物半導体の結晶
成長方法において、 結晶成長装置内の雰囲気圧は１００Torrとすることを特
徴とする化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項１１】 請求項４に記載の化合物半導体の結晶
成長方法において、 前記ＡｌＡｓ層を形成する工程は、前記ＧａＡｓ基板ま
たはＳｉ基板の温度を６００℃以上、８００℃以下とし
て行うことを特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項１２】 請求項４に記載の化合物半導体の結晶
成長方法において、 前記ＡｌＡｓ層を形成する工程は、前記ＧａＡｓ基板ま
たはＳｉ基板の温度を７５０℃として行うことを特徴と
する化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項１３】 請求項６または請求項７に記載の化合
物半導体の結晶成長方法において、 前記ＧａＮまたはＡｌＧａＮの結晶を成長させる工程
は、基板温度を７００℃以上、１２００℃以下として行
うことを特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項１４】 請求項６または請求項７に記載の化合
物半導体の結晶成長方法において、 前記ＧａＮまたはＡｌＧａＮの結晶を成長させる工程
は、基板温度を１０５０℃として行うことを特徴とする
化合物半導体の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05482197A JP3471186B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05482197A JP3471186B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10251100A true JPH10251100A (ja) | 1998-09-22 |
| JP3471186B2 JP3471186B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=12981360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05482197A Expired - Fee Related JP3471186B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3471186B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0884767A2 (de) * | 1997-06-13 | 1998-12-16 | André Strittmatter | Verfahren zur Epitaxie von Galliumnitrid auf Silizium-Substraten |
| CN103114331A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-05-22 | 向勇 | 一种单晶砷化镓薄膜制备技术 |
-
1997
- 1997-03-10 JP JP05482197A patent/JP3471186B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0884767A2 (de) * | 1997-06-13 | 1998-12-16 | André Strittmatter | Verfahren zur Epitaxie von Galliumnitrid auf Silizium-Substraten |
| EP0884767A3 (de) * | 1997-06-13 | 2000-01-26 | André Strittmatter | Verfahren zur Epitaxie von Galliumnitrid auf Silizium-Substraten |
| CN103114331A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-05-22 | 向勇 | 一种单晶砷化镓薄膜制备技术 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3471186B2 (ja) | 2003-11-25 |
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