JPS61241913A - Manufacture of gallium nitride film - Google Patents

Manufacture of gallium nitride film

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JPS61241913A
JPS61241913A JP60083166A JP8316685A JPS61241913A JP S61241913 A JPS61241913 A JP S61241913A JP 60083166 A JP60083166 A JP 60083166A JP 8316685 A JP8316685 A JP 8316685A JP S61241913 A JPS61241913 A JP S61241913A
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Japan
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substrate
gallium
gallium nitride
nitride film
pressure
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Japanese (ja)
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Hiroshi Yamazoe
山添 博司
Katsuhiko Kumakawa
克彦 熊川
Isao Oota
勲夫 太田
Hisahide Wakita
尚英 脇田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a uniform gallium nitride film by reducing the pressure of an atmosphere exposing a substrate in a gas containing a compound which contains a gallium atom, then by reducing the pressure of the atmosphere exposing in ammonia or hydrazine gas and by irradiating ultraviolet rays each time. CONSTITUTION:A substrate is subjected to the repetition of the first process wherein the substrate is exposed in a gas containing a compound which contains a gallium atom, the second process of reducing the pressure of the atmosphere near the surface of the substrate, the third process of irradiating ultraviolet rays on the surface of the substrate reducing the pressure of the atmosphere, the fourth process of exposing the substrate in a gas containing ammonia or hydrazine, the fifth process of reducing the pressure of the atmosphere near the surface of the substrate and the sixth process of irradiating the ultraviolet rays on the surface of the substrate reducing the pressure of the atmosphere. A gas-state compound which contains the Ga atom and a non-oxidizing gas such as H2 or He are used for the gas containing a compound which contains the Ga atom. A mixture of NH3 or N2H4 and a non-oxidizing gas is used for a gas which contains NH3 or N2H4. This enables to obtain a gallium nitride film which has good film quality and uniform film thickness.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、発光素子や電界効果型トラレジスター等に使
用し得る窒化ガリウム膜の製造方法に関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for manufacturing a gallium nitride film that can be used for light emitting devices, field effect resistors, and the like.

従来の技術 通常、良質の窒化ガリウム(GaN)膜を形成する方法
としては、専ら化学蒸着法(CVO法)が採用されてい
る(例えば特開昭55−140799号公報)。
BACKGROUND OF THE INVENTION Normally, a chemical vapor deposition method (CVO method) is exclusively used as a method for forming a high-quality gallium nitride (GaN) film (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 140799/1983).

発明が解決しようとする問題点 しかしこの場合、基体温度が約1000℃以上を要し、
従って、生産設備が複雑となり、また、基体と窒化ガリ
ウム(GaN)成長層との熱膨張係数の差に由来する歪
を前記成長層が受け、剥離等を起こしやすい。また、ガ
リウム(Ga)源として、トリ・メチル・ガリウム(T
MG)やトリ・エチル・ガリウム(TEG)を使用した
化学蒸着法では、基体温度は若干低下させ得るが、満足
する特性の窒化ガリウム(GaN)を得るためには90
0℃以上の基体温度が必要である。これより低温の基体
上で形成された膜は空気中で不安定である。
Problems to be Solved by the Invention However, in this case, the substrate temperature needs to be about 1000°C or higher,
Therefore, the production equipment becomes complicated, and the grown layer is subject to strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the gallium nitride (GaN) grown layer, which tends to cause peeling or the like. In addition, as a gallium (Ga) source, trimethyl gallium (T
In the chemical vapor deposition method using MG) or tri-ethyl gallium (TEG), the substrate temperature can be lowered slightly, but in order to obtain gallium nitride (GaN) with satisfactory properties,
A substrate temperature of 0° C. or higher is required. Films formed on substrates colder than this are unstable in air.

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の窒化ガリウム膜
の製造方法は、基体をガリウム原子を含む化合物を含有
するガスに晒す第1の工程と、つぎに前記基体表面の近
傍の雰囲気を減圧する第2の工程と、つぎに前記基体表
面の近傍の雰囲気を減圧しながら前記基体表面に紫外線
を照射する第3の工程と、つぎに前記基体をアンモニア
あるいはヒドラジンを含有するガスに晒す第4の工程と
、つぎに前記基体表面の近傍の雰囲気を減圧する第5の
工程と、つぎに前記基体表面の近傍の雰囲気を減圧しな
がら前記基体表面に紫外光を照射する第6の工程とを反
復して窒化ガリウム膜を得る方法としたものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the method for producing a gallium nitride film of the present invention includes a first step of exposing the substrate to a gas containing a compound containing gallium atoms, and then the step of exposing the substrate to a gas containing a compound containing gallium atoms. a second step of reducing the pressure of the atmosphere near the substrate surface; a third step of irradiating the substrate surface with ultraviolet rays while reducing the pressure of the atmosphere near the substrate surface; a fourth step of exposing the substrate surface to a gas containing , a fifth step of reducing the pressure of the atmosphere near the substrate surface, and then applying ultraviolet light to the substrate surface while reducing the pressure of the atmosphere near the substrate surface. The sixth step of irradiation is repeated to obtain a gallium nitride film.

作用 上記方法の各工程において、以下の現象が起きていると
推察される。
Effect It is assumed that the following phenomenon occurs in each step of the above method.

まず、基体をトリ・メチル・ガリウム(TMG;Ga(
CI(、):l)またはトリ・エチル・ガリウム(TE
G;Ga(C2H,)i)等を含有するガスに晒す第1
工程においては、基体表面で、トリ・メチル・ガリウム
(TMG;Ga(CIla)a)分子ないしトリ・エチ
ル・ガリウム(TEG;Ga (C2H,)3)分子の
1〜数分子層からなる吸着層が形成される。
First, the substrate is made of trimethyl gallium (TMG; Ga (
CI(,):l) or tri-ethyl gallium (TE
The first step is exposed to a gas containing G; Ga(C2H,)i), etc.
In the process, an adsorption layer consisting of one to several molecular layers of trimethyl gallium (TMG; Ga(CIla)a) molecules or triethyl gallium (TEG; Ga (C2H,)3) molecules is formed on the substrate surface. is formed.

つぎに基体表面の近傍の雰囲気を減圧する第2の工程に
おいては、基体表面の前記吸着層を除いて、基体表面近
傍にある、トリ・メチル・ガリウム(TMG ;Ga 
(C)13 )3 )またはトリ・エチル・ガリウム(
TEG;Ga (C2Its )3 )を含有するガス
は排気・除去される。
Next, in the second step of reducing the pressure of the atmosphere near the substrate surface, the adsorption layer on the substrate surface is removed, and tri-methyl gallium (TMG; Ga
(C)13)3) or tri-ethyl gallium (
The gas containing TEG; Ga (C2Its)3) is exhausted and removed.

つぎに、基体表面の近傍の雰囲気を引き続き減圧しなが
ら、前記基体表面に紫外光を照射する第3の工程におい
ては、前記吸着層に前記紫外光が吸収される。この光エ
ネルギーと、基体加熱に由来する熱エネルギーとによっ
て5吸着したトリ・メチル・ガリウム(TMG:Ga 
(CH3)3 )分子ないトリ・エチル・ガリウム(T
UG;Ga(C,H5)3)分子は分解し、ガリウム(
Ga)原子を析出させる。なおこのとき、前記紫外光は
、基体表面の近傍のガスが減圧・排気されている故に、
前記吸着層に効率的に到達すると思われる。
Next, in a third step of irradiating the substrate surface with ultraviolet light while continuing to reduce the pressure of the atmosphere near the substrate surface, the ultraviolet light is absorbed by the adsorption layer. Tri-methyl gallium (TMG: Ga) adsorbed by this light energy and thermal energy derived from substrate heating
(CH3)3) Tri-ethyl gallium (T
UG; Ga(C,H5)3) molecules decompose and form gallium (
Ga) atoms are precipitated. At this time, the ultraviolet light is emitted because the gas near the substrate surface is depressurized and exhausted.
It is believed that the adsorption layer is efficiently reached.

つぎに基体をアンモニア(NH3)またはヒドラジン(
N2H4)を含有するガス晒す第4の工程においては、
基体表面でアンモニア(N)I、 )分子ないしヒドラ
ジン(N2 H4)分子の1〜数分子層からなる吸着層
が形成される。
Next, the substrate is treated with ammonia (NH3) or hydrazine (
In the fourth step of exposing to a gas containing N2H4),
An adsorption layer consisting of one to several molecular layers of ammonia (N) I, ) molecules or hydrazine (N2 H4) molecules is formed on the surface of the substrate.

つぎに、基体表面の近傍の雰囲気を減圧する第5の工程
においては、基体表面の前記吸着層を除いて、基体表面
近傍にあるアンモニア(NH3)あるいはヒドラジン(
N2H4)を含有するガスは排気・除去される。
Next, in the fifth step of reducing the pressure of the atmosphere near the substrate surface, the adsorption layer on the substrate surface is removed, and ammonia (NH3) or hydrazine (hydrazine) near the substrate surface is removed.
The gas containing N2H4) is evacuated and removed.

つぎに、基体表面の近傍の雰囲気を減圧しながら、前記
基体表面に紫外光を照射する第6の工程においては、前
記吸着層に前記紫外光が吸収される。この光エネルギー
と基体加熱に由来する熱エネルギーとによって、吸着し
たアンモニア(N)l、 )分子ないしヒドラジン(N
to4)分子は分解し、かくて、窒化ガリウムの単分子
膜、または数分子にわたる膜が析出する。なおこのとき
、前記紫外光は。
Next, in a sixth step of irradiating the substrate surface with ultraviolet light while reducing the pressure of the atmosphere near the substrate surface, the ultraviolet light is absorbed by the adsorption layer. This light energy and the thermal energy derived from substrate heating are used to generate adsorbed ammonia (N) molecules or hydrazine (N) molecules.
to4) The molecules decompose, thus depositing a monolayer, or a film spanning several molecules, of gallium nitride. In addition, at this time, the said ultraviolet light is.

基体表面の近傍のガスが減圧・排気されている故に、前
記吸着層に効率的に到達すると思われる。
Since the gas near the surface of the substrate is depressurized and exhausted, it is thought that it efficiently reaches the adsorption layer.

なお、上記方法の実施に際しては、特にガリウム原子を
含む化合物として、トリ・メチル・ガリウム(TMGS
Ga(CH3)3)またはトリ・エチル・ガリウム(T
EG ; Ga (C,H5)3 ”)を用いるのが、
装置が簡単となるので望ましい。これらの化合物は常温
では液体であり、従って常に非酸化性ガスで稀釈された
状態で使用する。
Note that when carrying out the above method, trimethyl gallium (TMGS) is used as a compound containing a gallium atom.
Ga(CH3)3) or tri-ethyl gallium (T
EG; Ga(C,H5)3'') is used.
This is desirable because the device is simple. These compounds are liquids at room temperature, and therefore are always used diluted with non-oxidizing gas.

またガリウム(Ga)原子を含む化合物を含有するガス
としては、ガリウム(Ga)m子を含む気体状の化合物
と、水素(11□)やヘリウム(He)またはアルゴン
(Ar)等の非酸化性ガスを用いる。
Gases containing compounds containing gallium (Ga) atoms include gaseous compounds containing m atoms of gallium (Ga) and non-oxidizing compounds such as hydrogen (11□), helium (He), or argon (Ar). Use gas.

アンモニア(NH3)あるいはヒドラジン(Nil(4
)を含有するガスとしては、アンモニア(NH3)ある
いはヒドラジン(N2H,)と前記非酸化性ガスとの混
合物を用いる。
Ammonia (NH3) or hydrazine (Nil(4)
) A mixture of ammonia (NH3) or hydrazine (N2H, ) and the non-oxidizing gas is used.

基体は、表面の平面性がよければ特に材料の制限はない
、基体として、安価でかつ最も望ましいものは、石英基
板やガラス基板を結晶性酸化アルミニウム膜で被覆した
ものである。基体温度を650℃として本発明を実施し
た場合、膜のX線回折実験では、結晶性酸化アルミニウ
ム膜を基体の被覆として用いたものが、結晶性が最も良
かった。
There are no particular restrictions on the material of the substrate as long as the surface has good flatness.The cheapest and most desirable substrate is a quartz substrate or a glass substrate coated with a crystalline aluminum oxide film. When the present invention was carried out at a substrate temperature of 650° C., X-ray diffraction experiments of the film showed that the crystalline aluminum oxide film using the crystalline aluminum oxide film as a coating on the substrate had the best crystallinity.

この被膜はスパッター法で形成できる。This film can be formed by sputtering.

基体の温度は500℃以上であることが必要である。基
体温度をこれより低くすると、形成された膜は、屈折率
が小さくなり、場合によっては空中でも不安定である。
The temperature of the substrate needs to be 500°C or higher. If the substrate temperature is lower than this, the formed film will have a low refractive index and may be unstable even in air.

基体温度を750℃以上にあげると、膜厚の均一性が悪
くなる傾向にある。
When the substrate temperature is raised to 750° C. or higher, the uniformity of the film thickness tends to deteriorate.

基体を室温以上の温度に保つのはヒーター等によってな
される。
A heater or the like is used to maintain the substrate at a temperature higher than room temperature.

基体表面の近傍の雰囲気を減圧する手段は、通常、クラ
イオ・ポンプあるいはメカニカル・ブースターポンプが
使用される。到達真空度は、はぼ10’Torr程度は
少くとも必要である。
A cryo pump or a mechanical booster pump is usually used to reduce the pressure of the atmosphere near the surface of the substrate. The ultimate degree of vacuum needs to be at least about 10' Torr.

紫外光の光源としては、エキシマ−・レーザーや低圧水
銀ランプ、キセノン・ランプ等が望ましいが、このうち
でも、取扱いの容易さの点から低圧水銀ランプが最も望
ましい。
Desirable ultraviolet light sources include excimer lasers, low-pressure mercury lamps, and xenon lamps, but among these, low-pressure mercury lamps are most desirable from the viewpoint of ease of handling.

前記紫外光の集光等の光学系には、例えば、合成石英製
のレンズが使用される。また、本発明の係る窒化ガリウ
ム(GaN)膜の製造方法の実施に用いる製造装置にお
いて、前記紫外光を導入する窓は、例えば合成石英で形
成される。また、析出物で前記窓が曇らないように、純
水素あるいは純アルゴンなどを常に吹き付けることによ
り、前記化合物やアンモニア(NH3)あるいはヒドラ
ジン(N、 H4)が前記窓に吸着するのを防止できる
For example, a lens made of synthetic quartz is used in the optical system for condensing the ultraviolet light. Further, in the manufacturing apparatus used for carrying out the method for manufacturing a gallium nitride (GaN) film according to the present invention, the window for introducing the ultraviolet light is formed of, for example, synthetic quartz. Further, by constantly spraying pure hydrogen or pure argon to prevent the window from fogging up with precipitates, it is possible to prevent the compounds, ammonia (NH3), or hydrazine (N, H4) from adsorbing to the window.

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。Example Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

図面は本発明の一実施例における窒化ガリウム膜の製造
方法の実施に用いる製造装置の断面図で、1は100W
の低圧水銀灯からなる紫外光源、2はシャッター、3は
合成石英製のレンズ、4は紫外光の通路、5は反応室、
6は合成石英製の窓、7はヒーター内蔵の基体担体、8
は基体、9は窓6が曇らないように純アルブンを窓6に
吹き付けるための配管、10はトリ・メチル・ガリウム
(TMG;Ga(CH3)a )またはトリ・エチル・
ガリウム(TEG;Ga(c+ H5L )を含有する
ガスを供給するための配管、11はアンモニア(NH3
)またはヒドラジン(Nw H4)を含有するガスを供
給するための配管、12は配管9から供給されたアルゴ
ンガスを吸引するための配管、13は配管to、 11
から供給されたガスを吸引するための配管、14〜16
は電磁弁、17はメカニカル・ブースター・ポンプ、1
8は冷却用蛇管である。なお、反応室5は配管9〜13
を含めて、外気の内部への漏洩が実質上ないように、厳
重に検討した。
The drawing is a cross-sectional view of a manufacturing apparatus used to carry out a method for manufacturing a gallium nitride film in an embodiment of the present invention, and 1 is a 100W
2 is a shutter, 3 is a synthetic quartz lens, 4 is an ultraviolet light passage, 5 is a reaction chamber,
6 is a window made of synthetic quartz, 7 is a base carrier with a built-in heater, 8
9 is a base, 9 is a pipe for spraying pure Album onto the window 6 to prevent it from fogging up, and 10 is trimethyl gallium (TMG; Ga(CH3)a ) or triethyl gallium.
Piping 11 is for supplying gas containing gallium (TEG; Ga(c+H5L)), 11 is ammonia (NH3
) or hydrazine (Nw H4), 12 is a pipe for suctioning the argon gas supplied from pipe 9, 13 is pipe to, 11
Piping for sucking gas supplied from 14 to 16
is a solenoid valve, 17 is a mechanical booster pump, 1
8 is a cooling corrugated pipe. In addition, the reaction chamber 5 has piping 9 to 13.
Strict consideration was given to ensure that there is virtually no leakage of outside air into the interior.

次に製造手順について説明する。基体8として。Next, the manufacturing procedure will be explained. As the base 8.

石英ガラス、及びスパッター法で結晶性酸化アルミニウ
ムで被覆した石英ガラス、及び硅素(Si)結晶板を用
いた。スパッター法を実施する場合、石英ガラスを60
0℃に加熱した。形成された酸化アルミニウムの結晶性
の有無は、X線回折により調べた。そしてこれらの基体
8を、洗滌し乾燥させた後、さらに前記製造装置の反応
室5内に設置し、基体担体7内のヒーターで加熱して、
約600℃に1時間保った。このとき、別に設けられた
油回転ポンプ(図示せず)で反応室5を予備排気した後
、別に設けられたクライオ・ポンプ(図示せず)で反応
室5を排気して減圧状態に保った。前記減圧状態のまま
、基体8の温度を500℃に低下させ、以後、窒化ガリ
ウム膜形成の間、この温度に保った。
A quartz glass, a quartz glass coated with crystalline aluminum oxide by a sputtering method, and a silicon (Si) crystal plate were used. When carrying out the sputtering method, quartz glass is
Heated to 0°C. The presence or absence of crystallinity of the formed aluminum oxide was examined by X-ray diffraction. After washing and drying these substrates 8, they are further placed in the reaction chamber 5 of the manufacturing apparatus and heated with a heater in the substrate carrier 7.
It was kept at about 600°C for 1 hour. At this time, the reaction chamber 5 was preliminarily evacuated using a separately provided oil rotary pump (not shown), and then the reaction chamber 5 was evacuated using a separately provided cryo pump (not shown) to maintain a reduced pressure state. . While maintaining the reduced pressure, the temperature of the substrate 8 was lowered to 500° C., and thereafter maintained at this temperature during the formation of the gallium nitride film.

このときの到達真空度は約10′aTorr程度であっ
た。
The ultimate degree of vacuum at this time was approximately 10'aTorr.

つぎにメカニカル・ブースター・ポンプ17を動作させ
、反応室5を常に排気状態に保って、以下の工程により
、窒化ガリウム膜の形成を行なった。
Next, the mechanical booster pump 17 was operated to keep the reaction chamber 5 in an evacuated state, and a gallium nitride film was formed by the following steps.

まず、電磁弁15を開け、トリ・メチル・ガリウム(T
MG ;Ga (CH−)3 )を約錦含むアルゴン(
Ar)約10−を基体8の近傍に導入した。これと同時
に、電磁弁14を開け、約30cdの純アルゴン(A「
)を導入して、窓6に吹き付けた。この工程の所要時間
は約0.5秒程度であった。この後、電磁弁15と14
とをこの順に閉じた。
First, open the solenoid valve 15 and use trimethyl gallium (T).
MG; Ga (CH-)3) containing argon (
Ar) approximately 10- was introduced in the vicinity of the substrate 8. At the same time, the solenoid valve 14 is opened and about 30 cd of pure argon (A'
) was introduced and sprayed on window 6. The time required for this step was about 0.5 seconds. After this, solenoid valves 15 and 14
and closed in this order.

つぎに、約1.5〜5秒程度排気した。このとき、反応
室5内の真空度は10’Torr程度であった。そして
、点灯されている100Wの低圧水銀灯からなる紫外光
源1に随伴するシャッター2を開けて、基体8に集光し
た紫外光を1秒照射した。
Next, the air was evacuated for about 1.5 to 5 seconds. At this time, the degree of vacuum in the reaction chamber 5 was about 10'Torr. Then, the shutter 2 accompanying the ultraviolet light source 1 consisting of a 100 W low-pressure mercury lamp was opened, and the substrate 8 was irradiated with the concentrated ultraviolet light for 1 second.

つぎに、電磁弁16を開け、 アンモニア(NH,)を
20%含むアルゴン(Ar)約10cdを基体8の近傍
に導入した。これと同時に、電磁弁14を開け、約30
aJの純アルゴン(Ar)を導入して、$6に吹き付け
た。
Next, the electromagnetic valve 16 was opened, and about 10 cd of argon (Ar) containing 20% ammonia (NH) was introduced into the vicinity of the substrate 8. At the same time, open the solenoid valve 14 and
AJ of pure argon (Ar) was introduced and blown to $6.

この過程の所要時間は約0.5秒程度であった。この後
、電磁弁16と14とをこの順に閉じた。
The time required for this process was about 0.5 seconds. After that, the solenoid valves 16 and 14 were closed in this order.

つぎに、約1.5〜5秒程度排気した。このとき、反応
室5内の真空度は10’Torr程度であった。そして
、点灯されている100vの低圧水銀灯からなる紫外光
源1に随伴するシャッター2を開けて、基体8に集光し
た紫外光を1秒照射した。
Next, the air was evacuated for about 1.5 to 5 seconds. At this time, the degree of vacuum in the reaction chamber 5 was about 10'Torr. Then, the shutter 2 accompanying the ultraviolet light source 1 consisting of a 100 V low-pressure mercury lamp was opened, and the substrate 8 was irradiated with the concentrated ultraviolet light for 1 second.

以上の手順を繰り返して、窒化ガリウム膜を得た。窒化
ガリウム膜の同定は、膜の屈折率によって判断した。繰
り返し回数を約400回とした場合、形成された窒化ガ
リウム膜の膜厚は約1700人であった・ 形成された窒化ガリウム膜の電子線回折実験の結果、膜
は非晶質であることがわかった6ただ、基体8として結
晶性酸化アルミニウムで被覆した石英ガラスを用いた場
合、若干の結晶化が認められた。また、基体8として硅
素(Si)結晶板を用いた際の窒化ガリウム膜の屈折率
をエソプリ・メーターで測定したとき、その値は2.3
8であった。この値は、通常知られている窒化ガリウム
の屈折率264に一致している。
The above procedure was repeated to obtain a gallium nitride film. The identity of the gallium nitride film was determined by the refractive index of the film. When the number of repetitions was about 400, the thickness of the formed gallium nitride film was about 1,700. As a result of an electron diffraction experiment of the formed gallium nitride film, it was found that the film was amorphous. 6 However, when quartz glass coated with crystalline aluminum oxide was used as the substrate 8, some crystallization was observed. Furthermore, when the refractive index of the gallium nitride film was measured using an Esopri meter when a silicon (Si) crystal plate was used as the substrate 8, the value was 2.3.
It was 8. This value corresponds to the commonly known refractive index of gallium nitride, 264.

従来の化学蒸着(CVD)法によれば、屈折率が2.3
以上の窒化ガリウム膜を得るためには、1000℃以上
の基体温度が必要である。
According to the conventional chemical vapor deposition (CVD) method, the refractive index is 2.3.
In order to obtain the above gallium nitride film, a substrate temperature of 1000° C. or higher is required.

形成された窒化ガリウム膜の膜厚の均一性に関しては、
基体8の種類により、若干変わるが、10口離して置い
た2個の基体8において、膜厚の差は1%以内であった
。この値は従来法によれば、装置を大型化すれば可能で
あるが、これにも限度があり、従って、かなり到達困難
な値である。なお膜厚測定は、段差針と、断面の走査型
電子顕微鏡の観察によった。
Regarding the uniformity of the thickness of the formed gallium nitride film,
Although it varied slightly depending on the type of substrate 8, the difference in film thickness was within 1% for two substrates 8 placed 10 holes apart. According to the conventional method, this value can be achieved by increasing the size of the device, but there is also a limit to this, and therefore it is a value that is quite difficult to reach. The film thickness was measured using a step needle and by observing the cross section using a scanning electron microscope.

次に第2の実施例について説明する。製造装置は、第1
の実施例と同様のものを用いたが、紫外光源1として、
IKWのキセノン・ランプを使用した。基体8としては
第1の実施例と同様のものを使用した。
Next, a second embodiment will be described. The manufacturing equipment is the first
The same one as in the example was used, but as the ultraviolet light source 1,
IKW xenon lamps were used. As the base 8, the same one as in the first example was used.

まずこれらの基体8を洗滌し、乾燥させた後、前記装置
の反応室5内に設置し、基体担体7のヒーターで加熱し
て約600℃に1時間保った。このとき、別に設けられ
た油回転ポンプ(図示せず)で反応室5を予備排気した
後、別に設けられたクライオ・ポンプ(図示せず)で反
応室5を排気して減圧状態に保った。このときの到達真
空度は約104Torr程度であった。以後窒化ガリウ
ム膜形式の間、この温度を保った。
First, these substrates 8 were washed and dried, and then placed in the reaction chamber 5 of the apparatus, heated by the heater of the substrate carrier 7, and kept at about 600° C. for 1 hour. At this time, the reaction chamber 5 was preliminarily evacuated using a separately provided oil rotary pump (not shown), and then the reaction chamber 5 was evacuated using a separately provided cryo pump (not shown) to maintain a reduced pressure state. . The ultimate degree of vacuum at this time was about 104 Torr. After that, this temperature was maintained during the formation of the gallium nitride film.

つぎに、以後、メカニカル・ブースター・ポンプ17を
動作させ1反応室5を常に排気状態に保って、以下の工
程により、窒化ガリウム膜の形成を行なった。
Next, from then on, the mechanical booster pump 17 was operated to keep one reaction chamber 5 constantly in an evacuated state, and a gallium nitride film was formed by the following steps.

すなわち、まず、電磁弁15を開いて、配管lOから、
トリ・エチル・ガリウム(TMG ;Ga (cz H
s )3 )を約3%含むアルゴン(Ar)約15ad
を基体8の近傍に導入した。これと同時に、電磁弁14
を開け、約30aifの純アルゴン(Ar)を導入して
、窓6に吹き付けた。
That is, first, open the solenoid valve 15, and from the pipe lO,
Tri-ethyl gallium (TMG; Ga (cz H
Argon (Ar) containing about 3% of s)3) about 15ad
was introduced near the substrate 8. At the same time, the solenoid valve 14
The window 6 was opened and about 30 aif of pure argon (Ar) was introduced and blown onto the window 6.

この過程の所要時間は約0.5秒程度であった。この後
、電磁弁15と14とをこの順に閉じた。
The time required for this process was about 0.5 seconds. After this, the solenoid valves 15 and 14 were closed in this order.

つぎに、約1.5〜5秒程度排気した。このとき、反応
室5内の真空度は10’Torr程度であった6そして
1点灯されている。LKlのキセノン・ランプからなる
紫外光源1に随伴するシャッター2を開けて、基体8に
集光した紫外光を1秒照射した。
Next, the air was evacuated for about 1.5 to 5 seconds. At this time, the degree of vacuum in the reaction chamber 5 was about 10'Torr6, and the light was on. The shutter 2 associated with the ultraviolet light source 1 consisting of an LK1 xenon lamp was opened, and the substrate 8 was irradiated with focused ultraviolet light for 1 second.

つぎに、電磁弁16を開いて、配管11から、ヒドラジ
ン(N2 H4)を5%含むアルゴン(Ar)約15c
dを基体8の近傍に導入した。これと同時に、電磁弁1
4を開け、約30−の純アルゴン(Ar)を導入して、
窓6に吹き付けた。 この過程の所要時間は約0.5秒
程度であった。この後、電磁弁16と14とをこの順に
閉じた。
Next, open the solenoid valve 16 and pour about 15 c of argon (Ar) containing 5% hydrazine (N2 H4) from the pipe 11.
d was introduced near the substrate 8. At the same time, solenoid valve 1
4 and introduced about 30-pure argon (Ar).
I sprayed it on window 6. The time required for this process was about 0.5 seconds. After that, the solenoid valves 16 and 14 were closed in this order.

っぎに、約1.5〜5秒程度排気した。このとき、反応
室5内の真空度は10’Torr程度であった。そして
、点灯されている1)[11のキセノン・ランプからな
る紫外光源1に随伴するシャッター2を開けて、基体8
に集光した紫外光を1秒照射した。
Then, the air was evacuated for about 1.5 to 5 seconds. At this time, the degree of vacuum in the reaction chamber 5 was about 10'Torr. Then, the shutter 2 accompanying the ultraviolet light source 1 consisting of 1) [11 xenon lamps that are lit is opened, and the base 8
Ultraviolet light focused on was irradiated for 1 second.

以上の手順を繰り返して、窒化ガリウム膜を得た。窒化
ガリウム膜の同定は、膜の屈折率によって判断した。繰
り返し回数を約400回とした場合。
The above procedure was repeated to obtain a gallium nitride film. The identity of the gallium nitride film was determined by the refractive index of the film. When the number of repetitions is approximately 400.

形成された窒化ガリウム膜の膜厚は約1600人であっ
た・ 形成された窒化ガリウム膜の電子線回折実験の結果、膜
は多少とも結晶化していることがわかった。特に、結晶
性酸化アルミニウムで被覆した石英ガラスを基体8とし
た場合、結晶化の程度は良好であった。また基体8が硅
素(Si)結晶板である場合、その上に形成された窒化
ガリウム膜の屈折率をエソプリ・メーターで測定したと
き、その値は2.43であった。
The thickness of the formed gallium nitride film was approximately 1,600 mm. As a result of an electron diffraction experiment of the formed gallium nitride film, it was found that the film was crystallized to some extent. In particular, when the substrate 8 was made of quartz glass coated with crystalline aluminum oxide, the degree of crystallization was good. Further, when the substrate 8 is a silicon (Si) crystal plate, the refractive index of the gallium nitride film formed thereon was measured with an Ethopri meter, and the value was 2.43.

形成された窒化ガリウム膜の膜厚の均一性に関しては、
基体8の種類により、若干変わるが、lO備離して置い
た2個の基体8において、膜厚の差は1%以内であった
Regarding the uniformity of the thickness of the formed gallium nitride film,
Although it varies slightly depending on the type of substrate 8, the difference in film thickness was within 1% for two substrates 8 that were placed apart from each other.

発明の効果 以上のべたごとく本発明によれば、低温下において、膜
質がよく、しかも均一な膜厚を有する窒化ガリウム膜を
得ることができる。したがって。
According to the present invention, a gallium nitride film having good film quality and uniform thickness can be obtained at low temperatures. therefore.

薄膜トランジスターの製造や、発光素子の製造などに寄
与するところ極めて大である。
It makes an extremely large contribution to the production of thin film transistors and light emitting devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明の一実施例における窒化ガリウム膜の製造
方法の実施に用いる製造装置の断面図である。 1・・・紫外光源、8・・・基体、10・・・ガリウム
原子を含む化合物を含有するガスを供給するための配管
。 11・・・アンモニアまたはヒドラジンを含有するガス
を供給するための配管
The drawing is a cross-sectional view of a manufacturing apparatus used to carry out a method for manufacturing a gallium nitride film in an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ultraviolet light source, 8... Base|substrate, 10... Piping for supplying the gas containing the compound containing a gallium atom. 11... Piping for supplying gas containing ammonia or hydrazine

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、基体をガリウム原子を含む化合物を含有するガスに
晒す第1の工程と、つぎに前記基体表面の近傍の雰囲気
を減圧する第2の工程と、つぎに前記基体表面の近傍の
雰囲気を減圧しながら前記基体表面に紫外線を照射する
第3の工程と、つぎに前記基体をアンモニアあるいはヒ
ドラジンを含有するガスに晒す第4の工程と、つぎに前
記基体表面の近傍の雰囲気を減圧する第5の工程と、つ
ぎに前記基体表面の近傍の雰囲気を減圧しながら前記基
体表面に紫外光を照射する第6の工程とを反復して窒化
ガリウム膜を得る窒化ガリウム膜の製造方法。 2、ガリウム原子を含む化合物として、トリ・メチル・
ガリウムを用いる特許請求の範囲第1項記載の窒化ガリ
ウム膜の製造方法。 3、ガリウム原子を含む化合物として、トリ・エチル・
ガリウムを用いる特許請求の範囲第1項記載の窒化ガリ
ウム膜の製造方法。 4、基体として、結晶性酸化アルミニウム膜で被覆され
たものを用いる特許請求の範囲第1項ないし第3項のい
ずれかに記載の窒化ガリウム膜の製造方法。
[Claims] 1. A first step of exposing the substrate to a gas containing a compound containing a gallium atom, a second step of reducing the pressure of the atmosphere near the surface of the substrate, and then a step of exposing the substrate to a gas containing a compound containing a gallium atom. a third step of irradiating the surface of the substrate with ultraviolet rays while reducing the pressure of the atmosphere near the substrate; a fourth step of exposing the substrate to a gas containing ammonia or hydrazine; A gallium nitride film is obtained by repeating a fifth step of reducing the pressure of the atmosphere and a sixth step of irradiating the surface of the substrate with ultraviolet light while reducing the pressure of the atmosphere near the surface of the substrate. Production method. 2. As a compound containing a gallium atom, trimethyl
A method for manufacturing a gallium nitride film according to claim 1, using gallium. 3. As a compound containing a gallium atom, tri-ethyl-
A method for manufacturing a gallium nitride film according to claim 1, using gallium. 4. A method for manufacturing a gallium nitride film according to any one of claims 1 to 3, in which the substrate is coated with a crystalline aluminum oxide film.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0442891A (en) * 1990-06-05 1992-02-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Production of semiconductor thin film
EP2086003A2 (en) 2008-02-01 2009-08-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method of growing group III-V compound semiconductor, and method of manufacturing light-emitting device and electronic device
JP2010534933A (en) * 2007-07-27 2010-11-11 エルジー イノテック カンパニー リミテッド Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof

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