JPS63178516A - 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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- JPS63178516A JPS63178516A JP905587A JP905587A JPS63178516A JP S63178516 A JPS63178516 A JP S63178516A JP 905587 A JP905587 A JP 905587A JP 905587 A JP905587 A JP 905587A JP S63178516 A JPS63178516 A JP S63178516A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、サファイア（Ａ１１２０３）を基板とする化
合物半導体ＧａＮ単結晶膜の気相エピタキシャル成長に
おいて、ミスフィツト転位の少ない良質のＧａＮ膜を成
長させるための方法に関する。
合物半導体ＧａＮ単結晶膜の気相エピタキシャル成長に
おいて、ミスフィツト転位の少ない良質のＧａＮ膜を成
長させるための方法に関する。
Ｇ ａ Ｎでは、大型のバルク結晶が成長できないため
、サファイア基板に気相エピタキシャル成長する方法が
一般に用いられている。しかし、サファイアとＧａＮと
の間の格子不整合は大きく、例えばサファイアＣ面（（
０００１）面）上のＧａＮ成長の場合、その上に成長す
るＣ軸（（０００１）軸）配向したＧａＮ膜との間には
約１３．８％の格子不整合が生じる。この格子不整合の
ため、ＧａＮ膜中には高密度のミスフィツト転位が発生
し、膜質が低下する。
、サファイア基板に気相エピタキシャル成長する方法が
一般に用いられている。しかし、サファイアとＧａＮと
の間の格子不整合は大きく、例えばサファイアＣ面（（
０００１）面）上のＧａＮ成長の場合、その上に成長す
るＣ軸（（０００１）軸）配向したＧａＮ膜との間には
約１３．８％の格子不整合が生じる。この格子不整合の
ため、ＧａＮ膜中には高密度のミスフィツト転位が発生
し、膜質が低下する。
ミスフィツト転位はＧ ａ Ｎの膜厚の増加に伴って減
少するので、厚膜成長させることにより膜質を向上でき
る。しかし、サファイア・ＧａＮ間の熱膨張係数の大き
な差によりある程度以上の厚さになるとひび割れや、さ
らには剥れを生じ、実際上これ以上の厚膜成長は不可能
である。したがって、厚膜成長によるＧａＮの高品質化
には限界がある。
少するので、厚膜成長させることにより膜質を向上でき
る。しかし、サファイア・ＧａＮ間の熱膨張係数の大き
な差によりある程度以上の厚さになるとひび割れや、さ
らには剥れを生じ、実際上これ以上の厚膜成長は不可能
である。したがって、厚膜成長によるＧａＮの高品質化
には限界がある。
格子不整合の大きなヘテロエピタキシャル成長では、基
板とエピタキシャル膜との中間的な物理定数を持つ材料
をバッファ層として挿入することによりエピタキシャル
膜の品質を向上することができ、サファイア上のＧａＮ
成長ではＡＩＩＮがバッファ層として有効である。金属
ＧａとＮＨ，を原料とした反応性分子線エピタキシー法
では、ＧａＮ成長に先立ち、金属ＭとＮＨ，を原料とし
てＡＡＮのバッファ層を成長させることにより、ＧａＮ
膜の電気的特性（電子濃度、電子移動度）・光学的特性
（ホトルミネセンスの発光強度）を向上できる。また、
トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）等の有機Ｇａ化合物と
ＮＨ，を原料とした有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶ
ＰＥ：メタルオーガニック ヴエイパーフエイズエビタ
キシー（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ ｖａｐｏｒ ｐｈ
ａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ））法では、ＧａＮ成長に先立
ち、トリメチルアルミニウム（ＴＭＭ）等の有機舷化合
物とＮＨ，を原料としてＩＮ膜を成長させることにより
、ＧａＮ膜の結晶性１表面形態の平坦性、光学的特性（
ホトルミネセンスの発光強度）を向上できる。これはＡ
αＮがＧａＮとサファイアの中間的な格子定数を持つた
め、ＧａＮを直接サファイア上に成長させる場合に比べ
、格子不整合の緩和が効果的に起こるためである。
板とエピタキシャル膜との中間的な物理定数を持つ材料
をバッファ層として挿入することによりエピタキシャル
膜の品質を向上することができ、サファイア上のＧａＮ
成長ではＡＩＩＮがバッファ層として有効である。金属
ＧａとＮＨ，を原料とした反応性分子線エピタキシー法
では、ＧａＮ成長に先立ち、金属ＭとＮＨ，を原料とし
てＡＡＮのバッファ層を成長させることにより、ＧａＮ
膜の電気的特性（電子濃度、電子移動度）・光学的特性
（ホトルミネセンスの発光強度）を向上できる。また、
トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）等の有機Ｇａ化合物と
ＮＨ，を原料とした有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶ
ＰＥ：メタルオーガニック ヴエイパーフエイズエビタ
キシー（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ ｖａｐｏｒ ｐｈ
ａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ））法では、ＧａＮ成長に先立
ち、トリメチルアルミニウム（ＴＭＭ）等の有機舷化合
物とＮＨ，を原料としてＩＮ膜を成長させることにより
、ＧａＮ膜の結晶性１表面形態の平坦性、光学的特性（
ホトルミネセンスの発光強度）を向上できる。これはＡ
αＮがＧａＮとサファイアの中間的な格子定数を持つた
め、ＧａＮを直接サファイア上に成長させる場合に比べ
、格子不整合の緩和が効果的に起こるためである。
しかしながら、ＡｕＮの格子定数がＧａＮとサファイア
の中間的な値をとるといっても、その値はＧａＮの格子
定数にずっと近く、したがって、サファイアとＭＮの間
の格子不整合は大きい。例えば、サファイアＣ面基板上
の成長の場合、サファイアとＡＩＩＮとの間には約１１
．７％の格子不整合が生じる。このため、この方法では
サファイア・ＡｕＮ膜界面におけるミスフィツト転位の
発生を抑制できず、そこで発生した転位はＧａＮ膜まで
伝搬し、ＧａＮ膜の品質を低下させる。
の中間的な値をとるといっても、その値はＧａＮの格子
定数にずっと近く、したがって、サファイアとＭＮの間
の格子不整合は大きい。例えば、サファイアＣ面基板上
の成長の場合、サファイアとＡＩＩＮとの間には約１１
．７％の格子不整合が生じる。このため、この方法では
サファイア・ＡｕＮ膜界面におけるミスフィツト転位の
発生を抑制できず、そこで発生した転位はＧａＮ膜まで
伝搬し、ＧａＮ膜の品質を低下させる。
また、Ｃ面内の熱膨張係数を比較すると、ＧａＮ３．５
９Ｘ１０−＠に一’、サファイア７．３ Ｘ １０−’
Ｋ −”に対してＡＩＩＮは５．３ Ｘ １０−’
Ｋ−”と両者の中間的な値はとらない。したがって、サ
ファイアＣ面上の成長の場合、ＡＪＩＮバッファ層は熱
歪みを緩和する効果を持たない。
９Ｘ１０−＠に一’、サファイア７．３ Ｘ １０−’
Ｋ −”に対してＡＩＩＮは５．３ Ｘ １０−’
Ｋ−”と両者の中間的な値はとらない。したがって、サ
ファイアＣ面上の成長の場合、ＡＪＩＮバッファ層は熱
歪みを緩和する効果を持たない。
このように、ＡｕＮバッファ層によるＧａＮ膜の高品質
化も不十分である。
化も不十分である。
上記で詳しく説明したように、サファイア基板上に化合
物半導体ＧａＮ単結晶膜を気相エピタキシャル成長させ
ようとすると、両者の格子不整合が大きいので、ＧａＮ
膜中に高密度のミスフィツト転位が発生し、膜質が低下
する。この格子不整合を緩和するために、両者の間に中
間的な格子定数を持つＡｎＮのバッファ層を挿入するこ
とが行なわれるが、Ａｌ１Ｎの格子定数は、ＧａＮの格
子定数にずっと近く、サファイアとＩＮとの間には依然
として格子不整合が生じる。ま、た、ＡＩＩＮの熱膨張
係数は、サファイアとＧ ａ Ｎの中間的な値をとらな
いので、ＡｆｌＮバッファ層は熱歪みを緩和することは
できない。このように、従来の技術では、サファイア基
板上に高品質な化合物半導体ＧａＮ単結晶膜を形成でき
ない問題があった。
物半導体ＧａＮ単結晶膜を気相エピタキシャル成長させ
ようとすると、両者の格子不整合が大きいので、ＧａＮ
膜中に高密度のミスフィツト転位が発生し、膜質が低下
する。この格子不整合を緩和するために、両者の間に中
間的な格子定数を持つＡｎＮのバッファ層を挿入するこ
とが行なわれるが、Ａｌ１Ｎの格子定数は、ＧａＮの格
子定数にずっと近く、サファイアとＩＮとの間には依然
として格子不整合が生じる。ま、た、ＡＩＩＮの熱膨張
係数は、サファイアとＧ ａ Ｎの中間的な値をとらな
いので、ＡｆｌＮバッファ層は熱歪みを緩和することは
できない。このように、従来の技術では、サファイア基
板上に高品質な化合物半導体ＧａＮ単結晶膜を形成でき
ない問題があった。
本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、サフ
ァイアとＧａＮとの間の格子不整合および熱歪みを緩和
し、高品質のＧ ａ Ｎ膜の形成方法を提供することに
ある。
ァイアとＧａＮとの間の格子不整合および熱歪みを緩和
し、高品質のＧ ａ Ｎ膜の形成方法を提供することに
ある。
上記の問題を解決するため、本発明の化合物半導体単結
晶膜の成長方法は、ＧａＮ膜成長工程の前処理工程とし
て、サファイア基板表面をＮ原料ガス雰囲気中で熱処理
することにより表面窒化層を形成する工程を含むことを
最大の特徴とする。
晶膜の成長方法は、ＧａＮ膜成長工程の前処理工程とし
て、サファイア基板表面をＮ原料ガス雰囲気中で熱処理
することにより表面窒化層を形成する工程を含むことを
最大の特徴とする。
より詳細には、本発明は、サファイア基板上へ化合物半
導体ＧａＮ単結晶膜を気相エピタキシャル成長させる方
法において、Ｎを含む原料ガス雰囲気中でサファイア基
板を熱処理することにより該サファイア基板の表面に窒
化層を形成する第１の工程と、Ｇａを含む原料ガスとＮ
を含む原料ガスとの反応により、上記窒化層上にＧａＮ
膜を成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする。
導体ＧａＮ単結晶膜を気相エピタキシャル成長させる方
法において、Ｎを含む原料ガス雰囲気中でサファイア基
板を熱処理することにより該サファイア基板の表面に窒
化層を形成する第１の工程と、Ｇａを含む原料ガスとＮ
を含む原料ガスとの反応により、上記窒化層上にＧａＮ
膜を成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、ＧａＮ膜成長工程前に行な
う熱処理中に基板内へＮ（窒素）ｙＫ子が拡散し、かつ
基板内から○（酸素）原子が拡散することにより、Ａｌ
１２０ ｚ （サファイア）からＭＮへ連続的な組成変
化をする表面窒化層を形成できる。
う熱処理中に基板内へＮ（窒素）ｙＫ子が拡散し、かつ
基板内から○（酸素）原子が拡散することにより、Ａｌ
１２０ ｚ （サファイア）からＭＮへ連続的な組成変
化をする表面窒化層を形成できる。
この連続的な組成変化のため、転位の発生が抑制され、
したがって、ＧａＮ膜への転位の伝搬を大幅に低減でき
る。
したがって、ＧａＮ膜への転位の伝搬を大幅に低減でき
る。
また、この表面窒化層内では、熱膨張係数もサファイア
の値とＡｎＮの値の間を連続的に変化する。
の値とＡｎＮの値の間を連続的に変化する。
ＡＡＮの熱膨張係数は、サファイアに比べればＧａＮに
ずっと近いため、表面窒化層の熱膨張係数は、サファイ
アとＧ ａ Ｎの中間的値をとる。したがって、熱歪み
の緩和にも効果がある。
ずっと近いため、表面窒化層の熱膨張係数は、サファイ
アとＧ ａ Ｎの中間的値をとる。したがって、熱歪み
の緩和にも効果がある。
実施例 １
第１図は、Ｇａ原料ガスとして有機ガリウム化合物を用
いた場合の本発明の成長方法を実施するための装置の一
例を示す図である。図において、１はサファイア基板、
２はＳｉＣコートカーボン・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Ｇａ原料ガ
ス導入管、７はＮＪｊ？ｌ料ガス導入管、８はＮ２ガス
導入管、９は排気口である。
いた場合の本発明の成長方法を実施するための装置の一
例を示す図である。図において、１はサファイア基板、
２はＳｉＣコートカーボン・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Ｇａ原料ガ
ス導入管、７はＮＪｊ？ｌ料ガス導入管、８はＮ２ガス
導入管、９は排気口である。
この装置を用いてＧａＮ膜を成長させるには、まず、石
英反応管３内をターボ・モルキュラー・ポンプ等の真空
排気装置（図示せず。）により１０−’ Ｔｏｒｒ以下
の高真空にする。次に、基板１の表面清浄化を目的とし
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、導入管
８から導入したＮ２ガス雰囲気中（導入管８からＮ２ガ
スを導入し続け、かつ排気口９から排気し続ける。）で
１０〜３０分間保持する。続いて、サセプタ温度一定の
まま、Ｎ２ガスの導入を止め、ＮＨ，ガスを導入管７か
ら導入し、２〜１０分間保持する（ＮＨ，ガスを導入管
７から導入し、かつ排気口９から排気し続ける。
英反応管３内をターボ・モルキュラー・ポンプ等の真空
排気装置（図示せず。）により１０−’ Ｔｏｒｒ以下
の高真空にする。次に、基板１の表面清浄化を目的とし
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、導入管
８から導入したＮ２ガス雰囲気中（導入管８からＮ２ガ
スを導入し続け、かつ排気口９から排気し続ける。）で
１０〜３０分間保持する。続いて、サセプタ温度一定の
まま、Ｎ２ガスの導入を止め、ＮＨ，ガスを導入管７か
ら導入し、２〜１０分間保持する（ＮＨ，ガスを導入管
７から導入し、かつ排気口９から排気し続ける。
）ことによりサファイア表面を窒化する。以上の基板前
処理後、サセプタ温度を９００〜１０００℃の成長温度
に設定する。１．０〜２．５ Ｑ ／ ｍｉｎのＮＨ，
流に加え、−１２℃に保温したＴ Ｍ Ｇ ａ液体をバ
ブリングして発生させた２ 〜１０ｃｃ／ｎ＋ｉｎのＧ
ａガスを１．０〜２．０Ｑ／１ｌｌＩｉｎのＮ２ガスに
混合させ、導入管６から導入することにより、ＧａＮ単
結晶膜を成長させる。なお、成長中はロータリー・ポン
プ等を用い、反応管３内は０．１気圧の減圧状態に保つ
。
処理後、サセプタ温度を９００〜１０００℃の成長温度
に設定する。１．０〜２．５ Ｑ ／ ｍｉｎのＮＨ，
流に加え、−１２℃に保温したＴ Ｍ Ｇ ａ液体をバ
ブリングして発生させた２ 〜１０ｃｃ／ｎ＋ｉｎのＧ
ａガスを１．０〜２．０Ｑ／１ｌｌＩｉｎのＮ２ガスに
混合させ、導入管６から導入することにより、ＧａＮ単
結晶膜を成長させる。なお、成長中はロータリー・ポン
プ等を用い、反応管３内は０．１気圧の減圧状態に保つ
。
第２図は、このようにして得られたＧａＮ膜の電子濃度
ｎを膜厚ｄに対してプロットした結果を示し、また、第
３図は、このようにして得られたＧ ａ Ｎ膜の電子移
動度μを膜厚ｄに対してプロットした結果を示す。これ
らの図において、０．Ｏ印は、各々サファイアＣ面基板
およびＲ面（（ｏｎｚ）面）基板を用いた場合の結果を
示す、なお、第２図および第３図には、合せて表面窒化
を行なわなかった場合のサファイアＣ面上およびＲ面上
の結果を各々Δおよびム印で比較のため示した。
ｎを膜厚ｄに対してプロットした結果を示し、また、第
３図は、このようにして得られたＧ ａ Ｎ膜の電子移
動度μを膜厚ｄに対してプロットした結果を示す。これ
らの図において、０．Ｏ印は、各々サファイアＣ面基板
およびＲ面（（ｏｎｚ）面）基板を用いた場合の結果を
示す、なお、第２図および第３図には、合せて表面窒化
を行なわなかった場合のサファイアＣ面上およびＲ面上
の結果を各々Δおよびム印で比較のため示した。
表面窒化を行なわない場合、ＧａＮ膜の電子濃度ｎ、電
子移動度μは、はとんど膜厚依存性を示さないのに対し
、表面窒化を行なうと、膜厚の増加に伴い、電子濃度ｎ
は急激な減少、電子移動度μは急激な増加を示す。約５
−という比較的薄い膜厚で比べた場合、本発明で得られ
るｎは約６×１０” ａｎ−３（Ｃ面上）、２．５ ｘ
１０” ａｎ−’ （Ｒ面上）、μは約１１０ｃ＋＋
” ／ Ｖ ｓ （Ｃ面上）、７０ａｎ” ／ Ｖｓ
（Ｒ面上）という数値は、ＭＮＮバラフッを介した成長
も含め、これまでに報告されている結果を上回るもので
ある。
子移動度μは、はとんど膜厚依存性を示さないのに対し
、表面窒化を行なうと、膜厚の増加に伴い、電子濃度ｎ
は急激な減少、電子移動度μは急激な増加を示す。約５
−という比較的薄い膜厚で比べた場合、本発明で得られ
るｎは約６×１０” ａｎ−３（Ｃ面上）、２．５ ｘ
１０” ａｎ−’ （Ｒ面上）、μは約１１０ｃ＋＋
” ／ Ｖ ｓ （Ｃ面上）、７０ａｎ” ／ Ｖｓ
（Ｒ面上）という数値は、ＭＮＮバラフッを介した成長
も含め、これまでに報告されている結果を上回るもので
ある。
なお、ＧａＮ膜中のドナーの起源は、成長温度における
Ｎ蒸気圧が高いために生じるＮ空孔である。第２図、第
３図に示される結果は、膜厚の増加、すなわち格子不整
合の緩和に伴い、Ｎ空孔が減少すること、およびこの効
果は表面窒化を行なったときの方が顕著であることを示
している。これは、サファイア表面窒化層の存在により
ＧａＮ膜への転位の伝搬が大いに抑制されることによる
。
Ｎ蒸気圧が高いために生じるＮ空孔である。第２図、第
３図に示される結果は、膜厚の増加、すなわち格子不整
合の緩和に伴い、Ｎ空孔が減少すること、およびこの効
果は表面窒化を行なったときの方が顕著であることを示
している。これは、サファイア表面窒化層の存在により
ＧａＮ膜への転位の伝搬が大いに抑制されることによる
。
本実施例ではＧａ原料ガスにトリメチルガリウムを用い
たが、これに代えてトリエチルガリウムを用いても同様
の結果が得られる。また、Ｎ原料ガスとしてＮＨ，に代
えてＮ、Ｈ４を用いても同様の結果が得られる。また、
本実施例では、Ｎ２キャリアガスを用いたが、初期核形
成段階成長をＮ２キャリアガス中で行なえば、その後を
Ｎ２キャリアガスに切り換えても同様の効果が得られる
。
たが、これに代えてトリエチルガリウムを用いても同様
の結果が得られる。また、Ｎ原料ガスとしてＮＨ，に代
えてＮ、Ｈ４を用いても同様の結果が得られる。また、
本実施例では、Ｎ２キャリアガスを用いたが、初期核形
成段階成長をＮ２キャリアガス中で行なえば、その後を
Ｎ２キャリアガスに切り換えても同様の効果が得られる
。
実施例 ２
第４図は、Ｇａ原料ガスとしてガリウム・ハロゲン化物
を用いた場合の本発明の成長方法を実施するための装置
の一例を示す図である。図において、１０はサファイア
基板、１１は操作棒、１２は石英反応管、１３は抵抗加
熱ヒータ、１４は熱電対、１５はハロゲン化水素導入管
、１６は金＠Ｇａ、１７はＮ原料ガス導入管、１８はＨ
，ガスおよびＮ２ガス導入管、１９は排気口である。
を用いた場合の本発明の成長方法を実施するための装置
の一例を示す図である。図において、１０はサファイア
基板、１１は操作棒、１２は石英反応管、１３は抵抗加
熱ヒータ、１４は熱電対、１５はハロゲン化水素導入管
、１６は金＠Ｇａ、１７はＮ原料ガス導入管、１８はＨ
，ガスおよびＮ２ガス導入管、１９は排気口である。
この装置を用いてＧａＮ膜を成長させるには、まず、石
英反応管１２内をターボ・モルキュラー・ポンプ等の真
空排気装置により１０−’ Ｔｏｒｒ以下の高真空にす
る。次に、基板１０の表面清浄化を目的として、抵抗加
熱ヒータ１３に通電することにより基板を１１００〜１
２００℃に加熱し、導入管１８から導入したＮ２ガス雰
囲気中で１０〜３０分間保持する。続いて、基板温度一
定のまま、Ｎ２ガスの導入を止め、ＮＨ，ガスを導入管
１７から導入し、２〜１０分間保持することによりサフ
ァイア表面を窒化する。
英反応管１２内をターボ・モルキュラー・ポンプ等の真
空排気装置により１０−’ Ｔｏｒｒ以下の高真空にす
る。次に、基板１０の表面清浄化を目的として、抵抗加
熱ヒータ１３に通電することにより基板を１１００〜１
２００℃に加熱し、導入管１８から導入したＮ２ガス雰
囲気中で１０〜３０分間保持する。続いて、基板温度一
定のまま、Ｎ２ガスの導入を止め、ＮＨ，ガスを導入管
１７から導入し、２〜１０分間保持することによりサフ
ァイア表面を窒化する。
以上の基板前処理後、基板温度を９００〜１０００°Ｃ
の成長温度に設定し、１．０〜２．５ ｆｌ ／ ｗｉ
ｎのＮＨ，流に加え、導入管１８から７Ｑ／ｍｉｎのＮ
２ガスを供給する。この状態で導入管１５から５〜２０
ｃｃ／ｗｉｎのＨＣｎを導入し、８００〜９００℃に抵
抗加熱ヒータ１３により加熱保持したＧ ａ１６と反応
させ、生成される塩化ガリウムガスを基板上へ供給する
ことによりＧａＮ単結晶膜を成長させる。なお、成長中
の反応管内圧力は常圧に保つ。
の成長温度に設定し、１．０〜２．５ ｆｌ ／ ｗｉ
ｎのＮＨ，流に加え、導入管１８から７Ｑ／ｍｉｎのＮ
２ガスを供給する。この状態で導入管１５から５〜２０
ｃｃ／ｗｉｎのＨＣｎを導入し、８００〜９００℃に抵
抗加熱ヒータ１３により加熱保持したＧ ａ１６と反応
させ、生成される塩化ガリウムガスを基板上へ供給する
ことによりＧａＮ単結晶膜を成長させる。なお、成長中
の反応管内圧力は常圧に保つ。
本実施例では、Ｇａ原料ガスに塩化ガリウムを用いたが
、これに代えてフッ化ガリウム、あるいは臭化ガリウム
等の他のガリウム・ハロゲン化物を用いても同様の結果
が得られる。また、Ｎ原料ガスとしてＮＨ３に代えてＮ
２Ｈ４を用いても同様の結果が得られる。
、これに代えてフッ化ガリウム、あるいは臭化ガリウム
等の他のガリウム・ハロゲン化物を用いても同様の結果
が得られる。また、Ｎ原料ガスとしてＮＨ３に代えてＮ
２Ｈ４を用いても同様の結果が得られる。
以上説明したように１本発明によれば、Ｍ２Ｏ３からＡ
ｆｌＮへ連続的に組成の変化する表面窒化層を形成する
ことができるので、ＧａＮ膜への転位の伝搬が抑制され
、ＧａＮ膜の高品質化が可能である。表面窒化層は、サ
ファイアとＧａＮの熱膨張係数の違いに起因する熱歪み
を緩和する効果を持つ上、本発明の成長方法によれば、
従来の方法に比べてずっと薄い膜厚で良好な膜が得られ
るため、より高品質の膜をより安定かつ歩留りよく得る
ことができる。また１本発明の成長方法では、バッファ
層を形成するのに、従来のように、酸化による劣化をき
たし易いＭＳ料を用いる必要がないという利点もある。
ｆｌＮへ連続的に組成の変化する表面窒化層を形成する
ことができるので、ＧａＮ膜への転位の伝搬が抑制され
、ＧａＮ膜の高品質化が可能である。表面窒化層は、サ
ファイアとＧａＮの熱膨張係数の違いに起因する熱歪み
を緩和する効果を持つ上、本発明の成長方法によれば、
従来の方法に比べてずっと薄い膜厚で良好な膜が得られ
るため、より高品質の膜をより安定かつ歩留りよく得る
ことができる。また１本発明の成長方法では、バッファ
層を形成するのに、従来のように、酸化による劣化をき
たし易いＭＳ料を用いる必要がないという利点もある。
第１図は、Ｇａ原料ガスとして有機ガリウム化合物を用
いた場合の本発明の化合物半導体単結晶膜の成長方法に
用いる装置の一例の構成を示す図、第２図は表面窒化を
行なった場合（０印；Ｃ面上、・印；Ｒ面上）、および
行なわなかった場合（Δ印；Ｃ面上、ム印；Ｒ面上）の
ＧａＮ膜の電子濃度ｎの膜厚ｄに対する変化を示す図、
第３図は表面窒化を行なった場合（０印；Ｃ面上、・印
；Ｒ面上）、および行なわなかった場合（Δ印；Ｃ面上
、ム印；Ｒ面上）のＧａＮ膜の電子移動度μの膜厚ｄに
対する変化を示す図、第４図は、Ｇａ原料ガスとしてガ
リウム・ハロゲン化物を用いた場合の本発明の化合物半
導体単結晶膜の成長方法に用いる装置の一例の構成を示
す図である。 １．１０・・・サファイア基板 ２・・・カーボン・サセプタ ３．１２・・・石英反応管 ４・・・高周波誘導コイル ５．１４・・・熱電対 ６・・・Ｇａ原料ガス導入管 ７．１７・・・Ｎ原料ガス導入管 ８・・・Ｎ２ガス導入管 ９．１９・・・排気口 １１・・・操作棒 １３・・・抵抗加熱ヒータ １５・・・ハロゲン化水素導入管 １６・・・金属Ｇａ
いた場合の本発明の化合物半導体単結晶膜の成長方法に
用いる装置の一例の構成を示す図、第２図は表面窒化を
行なった場合（０印；Ｃ面上、・印；Ｒ面上）、および
行なわなかった場合（Δ印；Ｃ面上、ム印；Ｒ面上）の
ＧａＮ膜の電子濃度ｎの膜厚ｄに対する変化を示す図、
第３図は表面窒化を行なった場合（０印；Ｃ面上、・印
；Ｒ面上）、および行なわなかった場合（Δ印；Ｃ面上
、ム印；Ｒ面上）のＧａＮ膜の電子移動度μの膜厚ｄに
対する変化を示す図、第４図は、Ｇａ原料ガスとしてガ
リウム・ハロゲン化物を用いた場合の本発明の化合物半
導体単結晶膜の成長方法に用いる装置の一例の構成を示
す図である。 １．１０・・・サファイア基板 ２・・・カーボン・サセプタ ３．１２・・・石英反応管 ４・・・高周波誘導コイル ５．１４・・・熱電対 ６・・・Ｇａ原料ガス導入管 ７．１７・・・Ｎ原料ガス導入管 ８・・・Ｎ２ガス導入管 ９．１９・・・排気口 １１・・・操作棒 １３・・・抵抗加熱ヒータ １５・・・ハロゲン化水素導入管 １６・・・金属Ｇａ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、サファイア基板上へ化合物半導体ＧａＮ単結晶膜を
気相エピタキシャル成長させる方法において、Ｎを含む
原料ガス雰囲気中でサファイア基板を熱処理することに
より該サファイア基板の表面に窒化層を形成する第１の
工程と、Ｇａを含む原料ガスとＮを含む原料ガスとの反
応により、上記窒化層上にＧａＮ膜を成長させる第２の
工程とを含むことを特徴とする化合物半導体単結晶膜の
成長方法。 ２、上記Ｇａを含む原料ガスが、有機ガリウム化合物も
しくはガリウム・ハロゲン化物であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体単結晶膜の成
長方法。 ３、上記Ｎを含む原料ガスが、ＮＨ＿３もしくはＮ＿２
Ｈ＿４であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の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 |
|---|---|---|---|
| JP905587A JPH0754806B2 (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP905587A JPH0754806B2 (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 化合物半導体単結晶膜の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63178516A true JPS63178516A (ja) | 1988-07-22 |
| JPH0754806B2 JPH0754806B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=11709944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP905587A Expired - Lifetime JPH0754806B2 (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 化合物半導体単結晶膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754806B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6218207B1 (en) | 1998-05-29 | 2001-04-17 | Mitsushita Electronics Corporation | Method for growing nitride semiconductor crystals, nitride semiconductor device, and method for fabricating the same |
| JP2001144014A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-05-25 | Ngk Insulators Ltd | エピタキシャル成長用基板およびその製造方法 |
| JP2003045807A (ja) * | 2001-07-27 | 2003-02-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体基板、及びその製造方法 |
| JP2006514780A (ja) * | 2002-12-16 | 2006-05-11 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | ハイドライド気相成長法による平坦な無極性ａ面窒化ガリウムの成長 |
| JP2009021619A (ja) * | 1991-03-18 | 2009-01-29 | Trustees Of Boston Univ | サファイア基板を活性窒素に暴露して半導体デバイスを作製する方法及び半導体デバイス |
| US8450192B2 (en) | 2002-12-16 | 2013-05-28 | The Regents Of The University Of California | Growth of planar, non-polar, group-III nitride films |
| US10910511B2 (en) | 2017-09-21 | 2021-02-02 | Osaka University | Manufacturing method of III-V compound crystal and manufacturing method of semiconductor device |
-
1987
- 1987-01-20 JP JP905587A patent/JPH0754806B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009021619A (ja) * | 1991-03-18 | 2009-01-29 | Trustees Of Boston Univ | サファイア基板を活性窒素に暴露して半導体デバイスを作製する方法及び半導体デバイス |
| JP2010093271A (ja) * | 1991-03-18 | 2010-04-22 | Trustees Of Boston Univ | サファイア基板を活性窒素に暴露して半導体デバイスを作製する方法及び半導体デバイス |
| JP2011176370A (ja) * | 1991-03-18 | 2011-09-08 | Trustees Of Boston Univ | サファイア基板を活性窒素に暴露して半導体デバイスを作製する方法及び半導体デバイス |
| JP2012248856A (ja) * | 1991-03-18 | 2012-12-13 | Trustees Of Boston Univ | サファイア基板を活性窒素に暴露して半導体デバイスを作製する方法及び半導体デバイス |
| US6218207B1 (en) | 1998-05-29 | 2001-04-17 | Mitsushita Electronics Corporation | Method for growing nitride semiconductor crystals, nitride semiconductor device, and method for fabricating the same |
| US6358770B2 (en) | 1998-05-29 | 2002-03-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for growing nitride semiconductor crystals, nitride semiconductor device, and method for fabricating the same |
| JP2001144014A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-05-25 | Ngk Insulators Ltd | エピタキシャル成長用基板およびその製造方法 |
| JP2003045807A (ja) * | 2001-07-27 | 2003-02-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体基板、及びその製造方法 |
| JP2006514780A (ja) * | 2002-12-16 | 2006-05-11 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | ハイドライド気相成長法による平坦な無極性ａ面窒化ガリウムの成長 |
| US8450192B2 (en) | 2002-12-16 | 2013-05-28 | The Regents Of The University Of California | Growth of planar, non-polar, group-III nitride films |
| US10910511B2 (en) | 2017-09-21 | 2021-02-02 | Osaka University | Manufacturing method of III-V compound crystal and manufacturing method of semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0754806B2 (ja) | 1995-06-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |