JPH1174200A - 窒化物系半導体の成長方法 - Google Patents
窒化物系半導体の成長方法Info
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- JPH1174200A JPH1174200A JP23314597A JP23314597A JPH1174200A JP H1174200 A JPH1174200 A JP H1174200A JP 23314597 A JP23314597 A JP 23314597A JP 23314597 A JP23314597 A JP 23314597A JP H1174200 A JPH1174200 A JP H1174200A
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- Japan
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- silicon substrate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン基板上に良質な窒化物系半導体を成
長させられないという問題があった。 【解決手段】 成長炉１内にシリコン基板１を搬入し
て、このシリコン基板１上に窒化物系半導体を成長させ
る窒化物系半導体の成長方法であって、前記シリコン基
板１を前記成長炉２とは独立して設けられた加熱炉３に
搬入し、この加熱炉３内に水素を導入して８５０℃以上
の温度で熱処理した後、前記シリコン基板１を大気に曝
すことなく前記成長炉２内に移送して前記窒化物系半導
体を成長させる。
長させられないという問題があった。 【解決手段】 成長炉１内にシリコン基板１を搬入し
て、このシリコン基板１上に窒化物系半導体を成長させ
る窒化物系半導体の成長方法であって、前記シリコン基
板１を前記成長炉２とは独立して設けられた加熱炉３に
搬入し、この加熱炉３内に水素を導入して８５０℃以上
の温度で熱処理した後、前記シリコン基板１を大気に曝
すことなく前記成長炉２内に移送して前記窒化物系半導
体を成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物系半導体の成
長方法に関し、特に短波長の受光素子やハードエレクト
ロニクス用の電界効果トランジスタなどの基本材料とな
る高品質の窒化物系半導体をシリコン基板上に成長させ
る窒化物系半導体の成長方法に関する。
長方法に関し、特に短波長の受光素子やハードエレクト
ロニクス用の電界効果トランジスタなどの基本材料とな
る高品質の窒化物系半導体をシリコン基板上に成長させ
る窒化物系半導体の成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）、およびこれらの混晶の単結晶薄膜から成る窒化物
系半導体を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法で形成す
ることが提案されている。ＭＯＣＶＤ法で窒化物系半導
体を成長させる場合、図２に示すようなＭＯＣＶＤ装置
を用いて、サファイア基板２１上に窒化物系半導体を成
長させる。なお、図２中、２５は成長炉２２を大気に曝
すことなく、基板２１を成長炉２２内に搬入するための
ローディングチャンバー、２６はローディングチャンバ
ー２５と成長炉２２内とを仕切るためのゲートバルブで
ある。
Ｎ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）、およびこれらの混晶の単結晶薄膜から成る窒化物
系半導体を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法で形成す
ることが提案されている。ＭＯＣＶＤ法で窒化物系半導
体を成長させる場合、図２に示すようなＭＯＣＶＤ装置
を用いて、サファイア基板２１上に窒化物系半導体を成
長させる。なお、図２中、２５は成長炉２２を大気に曝
すことなく、基板２１を成長炉２２内に搬入するための
ローディングチャンバー、２６はローディングチャンバ
ー２５と成長炉２２内とを仕切るためのゲートバルブで
ある。
【０００３】成長炉２２内のサセプタ２３上にサファイ
ア基板２１を載置して、原料ガス導入口２４から成長炉
２２内に原料ガスを導入しながら、サセプタ２３をヒー
タ２５で加熱して原料ガスを熱分解し、分解したIII 族
元素とＶ族元素とを反応させてサファイア基板２１上に
堆積させる。堆積初期には、成長温度よりも低い温度で
アモルファス状半導体を堆積させ、しかる後、成長温度
に昇温してさらに目的とする厚みまで単結晶半導体を成
長させる。
ア基板２１を載置して、原料ガス導入口２４から成長炉
２２内に原料ガスを導入しながら、サセプタ２３をヒー
タ２５で加熱して原料ガスを熱分解し、分解したIII 族
元素とＶ族元素とを反応させてサファイア基板２１上に
堆積させる。堆積初期には、成長温度よりも低い温度で
アモルファス状半導体を堆積させ、しかる後、成長温度
に昇温してさらに目的とする厚みまで単結晶半導体を成
長させる。
【０００４】この場合、III 族の原料ガスとしては、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム
（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）などが用
いられ、Ｖ族の原料ガスとしては、例えばアンモニア
（ＮＨ3 ）ガスが主として用いられ、これらのガスのキ
ャリアガスとしては水素（Ｈ2 ）ガス、窒素（Ｎ2 ）ガ
スなどが用いられる。
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム
（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）などが用
いられ、Ｖ族の原料ガスとしては、例えばアンモニア
（ＮＨ3 ）ガスが主として用いられ、これらのガスのキ
ャリアガスとしては水素（Ｈ2 ）ガス、窒素（Ｎ2 ）ガ
スなどが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
窒化物系半導体の成長方法では、基板２１としてサファ
イア（Ａｌ2 Ｏ3 ）を用いることから、基板２１が極め
て高価になるという問題があった。そこで、特公平２−
３６０５９号公報では、窒化物系半導体を形成するため
の基板として、シリコン基板を用いることが提案されて
いる。窒化物系半導体を成長させるための基板２１とし
てシリコン基板を用いる場合、窒化物系半導体を成長さ
せる前に、シリコン基板２１表面の自然酸化膜を除去し
なければならない。このような自然酸化膜の除去は、窒
化物系半導体膜を堆積させる直前に、シリコン基板２１
を９００〜１０００℃に加熱しながら、シリコン基板２
１が搬入された成長炉２２内にアンモニアガスを流すこ
とによって行われるが、シリコン基板２１が高温に加熱
された状態でアンモニアガスを流すと、シリコン基板２
１表面のシリコンとアンモニア（ＮＨ3 ）中のＮ2 が反
応してシリコン基板２１表面に窒化シリコンの層が形成
され、良質な窒化物系半導体が得られないという問題が
あった。
窒化物系半導体の成長方法では、基板２１としてサファ
イア（Ａｌ2 Ｏ3 ）を用いることから、基板２１が極め
て高価になるという問題があった。そこで、特公平２−
３６０５９号公報では、窒化物系半導体を形成するため
の基板として、シリコン基板を用いることが提案されて
いる。窒化物系半導体を成長させるための基板２１とし
てシリコン基板を用いる場合、窒化物系半導体を成長さ
せる前に、シリコン基板２１表面の自然酸化膜を除去し
なければならない。このような自然酸化膜の除去は、窒
化物系半導体膜を堆積させる直前に、シリコン基板２１
を９００〜１０００℃に加熱しながら、シリコン基板２
１が搬入された成長炉２２内にアンモニアガスを流すこ
とによって行われるが、シリコン基板２１が高温に加熱
された状態でアンモニアガスを流すと、シリコン基板２
１表面のシリコンとアンモニア（ＮＨ3 ）中のＮ2 が反
応してシリコン基板２１表面に窒化シリコンの層が形成
され、良質な窒化物系半導体が得られないという問題が
あった。
【０００６】このような問題を解消するために、シリコ
ン基板２１上に窒化物系半導体膜を形成するに先立っ
て、シリコン基板２１表面の自然酸化膜を水素ガスで除
去することも考えられるが、高温に加熱された成長炉２
２内に水素ガスを流すと、窒化物系半導体を繰り返して
成長させた際に成長炉２２の内壁に付着した窒化物系残
留物が遊離して、シリコン基板２１の表面に再付着し、
その後に窒化物系半導体を成長させても、良質の結晶が
得られないという問題があった。
ン基板２１上に窒化物系半導体膜を形成するに先立っ
て、シリコン基板２１表面の自然酸化膜を水素ガスで除
去することも考えられるが、高温に加熱された成長炉２
２内に水素ガスを流すと、窒化物系半導体を繰り返して
成長させた際に成長炉２２の内壁に付着した窒化物系残
留物が遊離して、シリコン基板２１の表面に再付着し、
その後に窒化物系半導体を成長させても、良質の結晶が
得られないという問題があった。
【０００７】本発明はこのような従来装置の問題点に鑑
みてなされたものであり、シリコン基板表面の自然酸化
膜を良好に除去することができず、シリコン基板上に良
質な窒化物系半導体を成長させられないという従来技術
の問題点を解消した窒化物系半導体の成長方法を提供す
ることを目的とする。
みてなされたものであり、シリコン基板表面の自然酸化
膜を良好に除去することができず、シリコン基板上に良
質な窒化物系半導体を成長させられないという従来技術
の問題点を解消した窒化物系半導体の成長方法を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る窒化物系半導体膜の成長方法では、シ
リコン基板を成長炉に搬入して窒化物系半導体を成長さ
せる窒化物系半導体の成長方法において、前記シリコン
基板を前記成長炉とは独立して設けられた加熱炉に搬入
し、この加熱炉内に水素を導入して８５０℃以上の温度
で熱処理した後に、このシリコン基板を大気に曝すこと
なく前記成長炉に移送して前記窒化物系半導体を成長さ
せることを特徴とする。
に、本発明に係る窒化物系半導体膜の成長方法では、シ
リコン基板を成長炉に搬入して窒化物系半導体を成長さ
せる窒化物系半導体の成長方法において、前記シリコン
基板を前記成長炉とは独立して設けられた加熱炉に搬入
し、この加熱炉内に水素を導入して８５０℃以上の温度
で熱処理した後に、このシリコン基板を大気に曝すこと
なく前記成長炉に移送して前記窒化物系半導体を成長さ
せることを特徴とする。
【０００９】上記窒化物系半導体の成長方法では、前記
シリコン基板を前記成長炉に移送した後に、アンモニア
ガスを導入して６００〜８００℃の温度で熱処理して、
前記窒化物系半導体を成長させることが望ましい。
シリコン基板を前記成長炉に移送した後に、アンモニア
ガスを導入して６００〜８００℃の温度で熱処理して、
前記窒化物系半導体を成長させることが望ましい。
【００１０】さらに、上記窒化物系半導体の成長方法で
は、前記シリコン基板を前記成長炉に移送した後に、こ
の成長炉内のサセプタ温度を３００〜５００℃の温度に
設定して窒化物系半導体を１００〜２０００Åの厚みに
成長させ、さらに前記サセプタ温度を８００〜１２００
℃に昇温してさらに窒化物系半導体を成長させることに
よって 前記窒化物系半導体を成長させることが望まし
い。
は、前記シリコン基板を前記成長炉に移送した後に、こ
の成長炉内のサセプタ温度を３００〜５００℃の温度に
設定して窒化物系半導体を１００〜２０００Åの厚みに
成長させ、さらに前記サセプタ温度を８００〜１２００
℃に昇温してさらに窒化物系半導体を成長させることに
よって 前記窒化物系半導体を成長させることが望まし
い。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本発明に係る窒化物系半導体
の成長方法に用いられるＭＯＣＶＤ装置を示す図であ
り、１はシリコン基板、２は成長炉、３は加熱炉、４は
ローディングチャンバーである。
詳細に説明する。図１は、本発明に係る窒化物系半導体
の成長方法に用いられるＭＯＣＶＤ装置を示す図であ
り、１はシリコン基板、２は成長炉、３は加熱炉、４は
ローディングチャンバーである。
【００１２】シリコン基板１は（１００）面を表面に有
する基板などが用いられ、大口径化が可能で比較的安価
に形成できる。また、ＬＥＤやレーザなどの発光素子や
フォトダイオードなどの受光素子を形成する際に、この
シリコン基板１の裏面側に一方の電極を形成することが
でき、必要な場合は、素子の大幅な小型化を図ることも
できる。シリコン基板１の裏面側に電極などを形成しな
い場合は、高抵抗なシリコン基板を用いてもよい。
する基板などが用いられ、大口径化が可能で比較的安価
に形成できる。また、ＬＥＤやレーザなどの発光素子や
フォトダイオードなどの受光素子を形成する際に、この
シリコン基板１の裏面側に一方の電極を形成することが
でき、必要な場合は、素子の大幅な小型化を図ることも
できる。シリコン基板１の裏面側に電極などを形成しな
い場合は、高抵抗なシリコン基板を用いてもよい。
【００１３】成長炉２と加熱炉３は独立して設けられて
おり、ゲートバルブ５を介して接続されている。また、
加熱炉３とローディングチャンバー４も独立して設けら
れており、ゲートバルブ６を介して接続されている。
おり、ゲートバルブ５を介して接続されている。また、
加熱炉３とローディングチャンバー４も独立して設けら
れており、ゲートバルブ６を介して接続されている。
【００１４】成長炉２内には、シリコン基板１を載置し
て加熱するためのサセプタ７と、このサセプタ７を加熱
するためのヒータ８が設けられている。この成長炉２内
には、原料ガスが導入口９から導入されて排気口１０か
ら排気される。
て加熱するためのサセプタ７と、このサセプタ７を加熱
するためのヒータ８が設けられている。この成長炉２内
には、原料ガスが導入口９から導入されて排気口１０か
ら排気される。
【００１５】加熱炉３内には、シリコン基板１を載置し
て加熱するためのヒータ１１が設けられている。この加
熱炉３内には、雰囲気ガスが導入口１２から導入されて
排気口１３から排気される。ローディングチャンバー４
内には、ローディングチャンバー４内を真空引きするた
めの排気口１４が設けられている。なお、成長炉２、加
熱炉３、ローディングチャンバー４内は、シリコン基板
１が大気に曝されることなくゲートバルブ５、６を開閉
して移動できるように構成されている。
て加熱するためのヒータ１１が設けられている。この加
熱炉３内には、雰囲気ガスが導入口１２から導入されて
排気口１３から排気される。ローディングチャンバー４
内には、ローディングチャンバー４内を真空引きするた
めの排気口１４が設けられている。なお、成長炉２、加
熱炉３、ローディングチャンバー４内は、シリコン基板
１が大気に曝されることなくゲートバルブ５、６を開閉
して移動できるように構成されている。
【００１６】次に、このＭＯＣＶＤ装置を用いて、シリ
コン基板１上にＧａＮ結晶を形成する方法を説明する。
まず、シリコン基板１をＨＦなどでエッチング洗浄し、
水洗、乾燥後、サセプタ７に載置した後、直ちにローデ
ィングチャンバー４に導入してローディングチャンバー
４の排気口１４から真空引きを行う。
コン基板１上にＧａＮ結晶を形成する方法を説明する。
まず、シリコン基板１をＨＦなどでエッチング洗浄し、
水洗、乾燥後、サセプタ７に載置した後、直ちにローデ
ィングチャンバー４に導入してローディングチャンバー
４の排気口１４から真空引きを行う。
【００１７】次に、サセプタ７を加熱炉３に移動して、
シリコン基板１を加熱炉３内に搬入する。この加熱炉３
のガス導入口１２から水素ガスを導入し、８５０〜１０
００℃の温度で５〜６０分間加熱することで、シリコン
基板１上の自然酸化膜を除去する。この加熱炉３は、シ
リコン基板１表面の自然酸化膜を除去するための専用の
炉であり、その内壁に窒化物などが付着していることは
ない。したがって、高温に加熱した状態で水素ガスを流
しても、不純物がシリコン基板１の表面に再付着するこ
とはない。
シリコン基板１を加熱炉３内に搬入する。この加熱炉３
のガス導入口１２から水素ガスを導入し、８５０〜１０
００℃の温度で５〜６０分間加熱することで、シリコン
基板１上の自然酸化膜を除去する。この加熱炉３は、シ
リコン基板１表面の自然酸化膜を除去するための専用の
炉であり、その内壁に窒化物などが付着していることは
ない。したがって、高温に加熱した状態で水素ガスを流
しても、不純物がシリコン基板１の表面に再付着するこ
とはない。
【００１８】次に、ゲートバルブ５を開いてサセプタ７
を加熱炉３から成長炉２に移動する。この成長炉２内
で、サセプタ７を６００〜８００℃で加熱し、アンモニ
アガスを流しながら、５〜６０分間、シリコン基板１表
面を再度洗浄する。この場合、加熱温度が６００〜８０
０℃と低いことから、シリコン基板１の表面に窒化シリ
コンが付着したり生成することはない。
を加熱炉３から成長炉２に移動する。この成長炉２内
で、サセプタ７を６００〜８００℃で加熱し、アンモニ
アガスを流しながら、５〜６０分間、シリコン基板１表
面を再度洗浄する。この場合、加熱温度が６００〜８０
０℃と低いことから、シリコン基板１の表面に窒化シリ
コンが付着したり生成することはない。
【００１９】次に、サセプタの温度を３００〜５００℃
にして、アンモニアガスの雰囲気下で、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）な
どのIII 族原料ガスを流すことで、ＧａＮ膜を１００〜
２０００Å成膜する。その後、アンモニアガスの雰囲気
下でサセプタ温度を８００〜１２００℃に昇温し、トリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）などのIII 族原料ガスを流すことでさらにＧ
ａＮ膜を０．２〜５μｍ成膜する。このように、３００
〜５００℃で成長させた後に、８００〜１２００℃で成
長させると、シリコン基板１と窒化物系半導体との格子
定数の相違に基づくミスフィット転位を側方に逃した
り、非連続とすることができ、良質な窒化物系半導体を
堆積することができる。その後、所望とする窒化物系半
導体、つまり窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、およびこれ
らの混晶の単結晶薄膜を成長する。
にして、アンモニアガスの雰囲気下で、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）な
どのIII 族原料ガスを流すことで、ＧａＮ膜を１００〜
２０００Å成膜する。その後、アンモニアガスの雰囲気
下でサセプタ温度を８００〜１２００℃に昇温し、トリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）などのIII 族原料ガスを流すことでさらにＧ
ａＮ膜を０．２〜５μｍ成膜する。このように、３００
〜５００℃で成長させた後に、８００〜１２００℃で成
長させると、シリコン基板１と窒化物系半導体との格子
定数の相違に基づくミスフィット転位を側方に逃した
り、非連続とすることができ、良質な窒化物系半導体を
堆積することができる。その後、所望とする窒化物系半
導体、つまり窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、およびこれ
らの混晶の単結晶薄膜を成長する。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る窒化物系半
導体膜の成長方法によれば、シリコン基板を成長炉とは
独立して設けられた加熱炉に搬入して、この加熱炉内に
水素を導入して８５０℃以上の温度で熱処理した後に、
シリコン基板を大気に曝すことなく成長炉内に移送して
窒化物系半導体を成長させることから、成長炉の窒化物
系残留堆積物からの脱ガス成分が基板上へ再付着するこ
とが防止でき、結晶性の良好な窒化物系半導体をシリコ
ン基板上に成長させることができる。
導体膜の成長方法によれば、シリコン基板を成長炉とは
独立して設けられた加熱炉に搬入して、この加熱炉内に
水素を導入して８５０℃以上の温度で熱処理した後に、
シリコン基板を大気に曝すことなく成長炉内に移送して
窒化物系半導体を成長させることから、成長炉の窒化物
系残留堆積物からの脱ガス成分が基板上へ再付着するこ
とが防止でき、結晶性の良好な窒化物系半導体をシリコ
ン基板上に成長させることができる。
【００２１】また、シリコン基板上の自然酸化膜を水素
ガスだけで除去した後に、窒化物系半導体を成長させる
ことから、シリコン基板上に窒化シリコンが生成するこ
とが防止でき、高品質の窒化物系半導体を成長させるこ
とができると共に、窒化物系半導体を形成する基板とし
て、安価なシリコン基板を用いることができる。
ガスだけで除去した後に、窒化物系半導体を成長させる
ことから、シリコン基板上に窒化シリコンが生成するこ
とが防止でき、高品質の窒化物系半導体を成長させるこ
とができると共に、窒化物系半導体を形成する基板とし
て、安価なシリコン基板を用いることができる。
【図１】本発明に係る窒化物系半導体の成長方法に用い
られるＭＯＣＶＤ装置を示す図である。
られるＭＯＣＶＤ装置を示す図である。
【図２】従来の窒化物系半導体の成長方法に用いられる
ＭＯＣＶＤ装置を示す図である。
ＭＯＣＶＤ装置を示す図である。
１‥‥‥シリコン基板、２‥‥‥成長炉、３‥‥‥加熱
炉
炉
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン基板を成長炉に搬入して窒化物
系半導体を成長させる窒化物系半導体の成長方法におい
て、前記シリコン基板を前記成長炉とは独立して設けら
れた加熱炉に搬入し、この加熱炉内に水素を導入して８
５０℃以上の温度で熱処理した後に、このシリコン基板
を大気に曝すことなく前記成長炉に移送して前記窒化物
系半導体を成長させることを特徴とする窒化物系半導体
の成長方法。 - 【請求項２】 前記シリコン基板を前記成長炉に移送し
た後に、アンモニアガスを導入して６００〜８００℃の
温度で熱処理して、前記窒化物系半導体を成長させるこ
とを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体の成長
方法。 - 【請求項３】 前記シリコン基板を前記成長炉に移送し
た後に、この成長炉内のサセプタ温度を３００〜５００
℃の温度に設定して窒化物系半導体を１００〜２０００
Åの厚みに成長させ、さらに前記サセプタ温度を８００
〜１２００℃に昇温してさらに窒化物系半導体を成長さ
せることによって前記窒化物系半導体を成長させること
を特徴とする請求項２に記載の窒化物系半導体の成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23314597A JPH1174200A (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 窒化物系半導体の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23314597A JPH1174200A (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 窒化物系半導体の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1174200A true JPH1174200A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=16950436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23314597A Pending JPH1174200A (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 窒化物系半導体の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1174200A (ja) |
-
1997
- 1997-08-28 JP JP23314597A patent/JPH1174200A/ja active Pending
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