KR100619655B1 - 질화물계 ⅲ-ⅴ족 화합물 반도체의 제조 방법 - Google Patents

질화물계 ⅲ-ⅴ족 화합물 반도체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

비발광 센터가 적고 결정성이 우수한 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조한다.
III족 원소의 원료와, V족 원소의 원료의 암모니아와, 수소를 이용하여, 기상성장에 의해 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 경우, 수소와 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상몰비(H2/(H2+NH3))를 0.3<(H2/(H2+NH3))<0.7, 0.3<(H2/(H2+NH3))<0.6 혹은 0.4<(H2/(H2+NH3))<0.5로 특정한다.

Description

질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING A NITRIDE SERIES Ⅲ-Ⅴ GROUP COMPOUND SEMICONDUCTOR}
도 1은 본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체 장치의 제조 방법에서 적용할 수 있는 유기 금속 기상 성장 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체 장치의 제조 방법에서 적용할 수 있는 유기 금속 기상 성장 장치를 구성하는 횡형의 반응관의 개략도.
도 3은 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 여러가지의 값으로 변화시켜서 제작된 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 GaN(0004) X선 로킹 커브의 반값폭의 변화를 나타냄.
도 4는 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 여러가지의 값으로 변화시켜서 제작된 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 포토 루미네센스의 발광 강도의 변화를 나타냄.
도 5는 포토 루미네센스의 발광 강도의 측정에 이용한 질화물계 III-V족 화합물 반도체 결정의 일례의 개략 사시도.
도 6은 본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법에서 적용할 수 있는 유기 금속 기상 성장 장치를 구성하는 종형의 반응관의 일례의 개략도.
도 7은 본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법에서 적용할 수 있는 유기 금속 기상 성장 장치를 구성하는 Two-Flow형의 반응관의 일례의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 반응관
2 : 원료 가스 공급부
3 : 수소 가스 공급부
4 : 암모니아 가스 공급부
5, 5a, 5b : 원료 가스 공급로
6 : 원료 가스 송출로
7 : 배기 가스 처리 장치
8 : 가열 수단
9a, 9a1, 9a2, 9b : 압력 조절 장치
10 : 유기 금속 기상 성장 장치
11, 12, 13 : 매스플로우 컨트롤러
14 : 서셉터
15 : 기판
20 : 종형 반응관
30 : Two-Flow형 반응관
본 발명은 원료 가스와 캐리어 가스의 유량비를 조정하여, 결정성의 향상을 꾀한 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 광 디스크, 광자기 디스크 등에 대한 정보의 기록, 재생에 관하여, 고밀도화, 고해상도화의 요구가 높아지고 있으며, 이들의 기록 매체에 조사하는 레이저광의 단파장화를 꾀하기 위해서 녹색, 청색 발광의 반도체 레이저의 개발이 진행되고 있다.
이러한 단파장의 레이저광을 발광할 수 있는 반도체 소자의 제작에 이용되는 재료로서는, GaN, AlGaN, GaInN 등의 질화물계 III-V족 화합물 반도체가 적합한 것이 알려져 있다(예를 들면, Jpn. J. Appl. Phys. 30(1991) L1998).
질화물계 III-V족 화합물 반도체의 성장 예를 들면, 에피택셜 성장에서는 정확하고, 재현성이 있는 원료의 공급 제어가 가능한 유기 금속 기상 성장법(MOCVD법)이 적합하다.
또한, 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 성장을 유기 금속 기상 성장법에 의해 행하는 경우에는 V족 원료, 즉 질소 원료로서는 암모니아를 적용할 수 있다.
암모니아는 열적으로는 비교적 안정적인 물질이며, 이것을 원료로서 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 성장을 행하는 경우에는 1000 ∼ 1200℃의 온도로 행해진다.
또한, 암모니아는 분해 효율이 비교적 낮으며 암모니아가 분해한 후에 생긴 질소 원료종 증기압이 높기 때문에, 암모니아를 원료로서 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 성장을 행하는 경우에는 다량의 암모니아를 공급할 필요가 있으며, 공급하는 V족 원료와, 트리메틸 갈륨(TMGa), 트리메틸 알루미늄(TMAl), 트리메틸 인듐(TMIn) 등의 III족 원료와의 몰비 즉, V족 원료(몰) /III족 원료(몰)이 1000 ∼ 수만 정도로도 된다.
상술한 바와 같은 사정 하에 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 성장을 행하는 경우에서는 암모니아 가스를 가능한 한 다량으로 공급하는 것으로 하고 있었다.
그러나, 종래에서는 질화물계 III-V족 반도체 화합물의 성장을 행할 때에, 공급하는 암모니아 가스와, 이와 동시에 공급하고 있는 수소 가스 등의 암모니아 이외의 가스와의 비율을 조정하는 것에 의한 화합물 반도체의 결정성의 개선을 꾀하기 위한 충분한 검토가 행해지지 않는다. 이 때문에, 제작된 반도체 화합물의 결정 중에 비발광 센터가 많이 포함되게 되며 반도체 화합물의 결정성을 향상시키는 것이 요구되고 있었다.
그래서, 본 발명에서는 III족 원소의 원료와, V족 원소의 원료의 암모니아와, 수소를 이용하여, 기상 성장에 의해 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 경우에 수소와 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비(H2/(H2+NH3))를 조정하여 결정 중에 포함되는 비발광 센터의 수의 저감화를 꾀하고, 발광 특성이 우수한 결정을 얻는 것을 목적으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법 을 제공한다.
본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법은 III족 원소의 원료와, V족 원소의 원료의 암모니아와, 수소를 이용하여 기상 성장에 의해, 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 경우에, 수소와 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]의 범위를 소정의 범위에 특정하여 행하는 것이다.
본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법에서는, 결정성이 우수한 화합물 반도체를 제조하기 위해서 적합한 원료 가스 중의 수소와 V족 원료의 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]의 범위를 0.3<[H2/(H2+NH3)]<0.7, 0.3<[H2/(H2+NH3)]<0.6 혹은 0.4<[H2/(H2+NH3)]<0.5로 특정하여 행하였다.
본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법은, 적어도 III족 원소의 원료와, V족 원소의 원료의 암모니아와, 수소를 이용하여, 기상 성장에 의해 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 경우에 원료 가스 중의 수소와 V족 원료의 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]의 범위를 소정의 범위에 특정하여 행하는 것이다.
이하에, 본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법의 일례에 대해서 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명의 방법은 이하에 나타내는 예에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 본 발명의 방법에서, 적용할 수 있는 유기 금속 기상 성장 장치(MOCVD 장치)의 일례의 개략도를 나타낸다.
도 1에 도시하는 유기 금속 기상 성장 장치(10)는 기상 성장을 행하기 위해서 충분한 강도가 있으며, 열적으로도 안정적인 재료, 예를 들면 석영 유리 등으로 이루어지는 반응관(1)을 구비하고, 이것은 III족 원소의 원료 가스의 공급을 행하는 원료 가스 공급부(2)와 그 순화 장치를 구비한다. 또한, 수소(H2) 가스를 공급할 수 있는 수소 가스 공급부(3)와, 암모니아(NH3) 가스를 공급할 수 있는 암모니아 가스 공급부(4)와, 원료 가스 공급부(2)로부터의 원료 가스, 암모니아 가스 공급부(4)로부터의 암모니아 가스 및 수소 가스 공급부(3)로부터의 수소 가스를 반응관(1)에 공급하는 원료 가스 공급로(5)와, 암모니아 가스, 원료 가스 및 수소 가스를 반응관(1) 외로 송출하는 원료 가스 송출로(6)와, 여기에서 송출된 가스를 처리하는 배기 가스 처리 장치(7)를 구비하는 것으로 한다.
상술한 도 1에 도시하는 유기 금속 기상 성장 장치(10)에서는 원료 가스 공급부(2)나 수소 가스 공급부(3)나 암모니아 가스 공급부(4)를 각각 1개의 탱크나 용기로 대표시켰지만, 실제로는 이용하는 원료의 수에 따라서 상당의 이들을 복수 설치한 구조도 이용할 수 있다.
이러한 유기 금속 기상 성장 장치를 이용하여, 예를 들면 GaN, AlGaN, GaInN 등의 질화물계 III-V족 화합물 반도체, BaAlbGacIndN(a≥0, b≥0, c≥0, d≥0, a+b+c+d=1)을 MOCVD법에 의한 에피택시로 성장 형성시키는 경우에는 III족 원료로 서는, 예를 들면 트리메틸 갈륨(TMGa), 트리메틸 알루미늄(TMAl), 트리메틸 인듐(TMIn), 트리에틸 붕소(TEB) 등의 유기 금속 원료 가스가 원료 가스 공급부(2)로부터 공급된다.
또한, V족 원료로서는 암모니아 가스가 암모니아 가스 공급부(4)로부터 공급되도록 이루어지고 있다.
또, 이 원료 가스 공급부(2) 및 암모니아 가스 공급부(4)는 원료 가스 공급로(5)를 통하여 기상 성장을 행하는 반응관(1)에 연결되어 있다.
또한, 수소 가스 공급부(3)는 순화 장치(도시하지 않음)를 구비하고 캐리어 가스 혹은 퍼지 가스가 되는 수소 가스를 공급하는 공급원이며, 매스플로우 컨트롤러(MFC ; 11, 12)에 의해 유량 제어가 이루어지고 있다.
원료 가스 공급부(2)로부터의 원료 가스는 전환 수단, 예를 들면 밸브(2a, 2b)에 의해 반응관(1)과, 원료 가스 송출로(6)로 전환하여 공급되도록 이루어지고 있다.
또한, 암모니아 가스 공급부(4)로부터의 암모니아 가스에 대해서도 마찬가지로, 전환 수단, 예를 들면 밸브(4a, 4b)에 의해 반응관(1)과, 원료 가스 송출로(6)로 전환하여 공급되도록 이루어지고 있다.
원료 가스 공급부(2)에는, 유기 금속 원료가 수용되며 이것에 수소 가스 공급부(3)로부터의 수소 가스를 매스플로우 컨트롤러(MFC ; 12)를 통하여 유량 제어하여 취입하고, 버블링을 행하여 수소 가스와 함께 유기 금속 가스를 원료 가스 공급로(5)로부터 목적으로 하는 반응관(1)으로 유도한다.
한편, 암모니아 가스 공급부(4)로부터의 암모니아 가스를 MFC(13)를 통하여 유량 제어하여 추출하고 원료 가스 공급로(5)로부터 목적으로 하는 반응관(1)으로 유도한다.
이와 같이 하여, 반응관(1)으로 보내진 원료 가스 및 암모니아 가스는, 도 2에 도시한 바와 같이 예를 들면, 고주파 코일 등의 가열 수단(8)에 의해서 일정 온도로 유지된 예를 들면, 그래파이트 제조의 서셉터(14) 상의 예를 들면 사파이어의 기판(15) 상에 보내지며, 그래서 열 분해를 발생하여 기판(15) 상에 목적으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제작할 수 있다.
본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법에서는, 수소와 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]의 범위를 소정의 범위로 특정하여 기상 성장을 행하는 것이다.
이 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]의 범위의 특정이란, 특히 수소 가스 공급부(3)로부터 공급되는 수소 가스의 유량과, 암모니아 가스 공급부(4)로부터 공급되는 암모니아 가스의 유량을 각각 MFC(11 ∼ 13)에서 조정함으로써 (수소 가스의 유량)/(수소 가스의 유량과 암모니아 가스의 유량의 합계 유량) 즉, [H2/(H2+NH3)]를 0.3<[H2/(H2+NH3)]<0.7, 0.3<[H2/(H2+NH 3)]<0.6 혹은 0.4<[H2/(H2+NH3)]<0.5로 특정하게 한다.
또, 도 2에 도시한 반응관(1)에는 원료 가스 공급로(5)측과, 가스 배기로측 각각에 압력 조절 장치(9a, 9b)가 설치되어 있으며, 이에 따라 반응관(1) 내의 압력을 가압 상태, 상압 상태, 감압 상태 중 어느쪽의 상태로도 조정할 수 있다.
또, 이 경우 가압 상태란, 반응관(1) 내의 압력을 압력 조절 장치(9a, 9b)에 의해 의도적으로 1 기압〔atm〕보다도 큰 압력으로 제어한 상태를 말하고, 감압 상태란 압력 조절 장치(9a, 9b)에 의해 의도적으로 1〔atm〕보다도 작은 압력으로 제어한 상태를 말하고, 상압 상태란 반응관(1) 내에서의 원료 가스나 캐리어 가스의 공급, 배기 등의 영향에 의해 생기는 미세한 압력 변화를 고려하여 0.9 ∼ 1.1atm 정도가 된 상태를 말한다.
또, 이 압력 조절 장치(9a, 9b)로서는 예를 들면 버터플라이 밸브나 니들 밸브, 감압용 펌프, 가스 가압기 등을 적용할 수 있다.
다음에, 도 1 및 도 2에 도시한 유기 금속 기상 성장 장치(10)를 이용하여, 예를 들면 사파이어의 기판(15) 상에 GaN : Si의 결정을 성막하는 경우의 예를 들어 성막된 결정의 특성에 대해서 설명한다.
우선, (0001) 사파이어 기판(15)을 상압 하, 0.9 ∼ 1.1atm에서 수소 분위기 중 예를 들면 1100℃로 가열하여 클리닝한다. 그 후, 예를 들면 500℃로 온도를 내리고 암모니아 가스 공급부(4)로부터 암모니아 가스를 원료 가스 공급부(2)로부터 트리메틸 갈륨(TMGa)을 각각 반응관(1) 내에 공급한다.
이에 따라, 사파이어 기판(15) 상에 우선 GaN 버퍼층을 예를 들면, 두께 30〔㎚〕로 형성한다.
다음에, 반응관(1) 내에, 암모니아 가스만을 공급하여, 사파이어 기판(15)을 예를 들면 950 ∼ 1100℃ 정도로 승온한다.
다음에, 반응관(1) 내의 온도를 950 ∼ 1100℃ 정도, 예를 들면 1050℃ 정도로 유지하고, 원료 가스 공급부(2)로부터 트리메틸 갈륨(TMGa)과, 모노 실란을 반응관(1) 내에 공급하고, 압력을 예를 들면 상압 ∼ 가압 상태, 예를 들면 1.4atm 정도로 하여 결정 성장을 행하여, 최종적으로 사파이어 기판(15) 상에 GaN : Si의 결정을 성막할 수 있다.
또, 이 예에서는 트리메틸 갈륨(TMGa)의 공급량은 예를 들면, 30〔μmol/min〕, 암모니아의 공급량은 예를 들면 6〔SLM(Standard Litter Per Minute)〕, 모노 실란(10ppm의 수소로 희석)의 공급량은 예를 들면 1〔SCCM〕으로 한다.
여기서, 기상 성장에 실제로 기여한 암모니아 유량과 트리메틸 갈륨(TMGa)을 공급하기 위해서 이용한 수소 가스를 포함시킨 총 캐리어 가스량을 도 1 중에 도시한 매스플로우 컨트롤러(11 ∼ 13)에 의해 조절하고, (수소 가스의 유량)/(수소 가스의 유량과, 암모니아 가스의 유량의 합계) 즉, [H2/(H2+NH3)]를 0.3<[H2/(H2+NH3)]<0.7, 바람직하게는 0.3<[H2/(H 2+NH3)]<0.6, 더욱 바람직하게는 0.4<[H2/(H2+NH3)]<0.5의 범위로 선정한다.
또, 사용하는 반응관에 따라서는 원료 가스를 반응관 내에 공급하는 관 이외에 가스를 공급하기 위한 관을 설치하고 있는 구조가 있다. 예를 들면, 수소 가스나 질소 가스, 그 외의 각 종 불활성 가스나 그 혼합 가스를 공급하여 원료 가스가 기판 상에 충분히 공급되도록 압박하는 역할을 갖게 되거나 반응관 내의 온도를 외부로부터 모니터하는 경우에 관찰창을 흐리게 하지 않도록 하는 역할을 갖거나 하 는 것이 있다. 이들의 가스는 일반적으로 서브 플로우나 압박 가스라고 칭하지만, 이들은 화합물 반도체의 기상 성장에 기여할만한 것은 아니기 때문에, 본 발명의 방법에서 수소 가스 유량과, 암모니아 가스와 수소 가스의 합계 유량과의 비를 특정하는 경우에는 고려하지 않은 것으로 하였다.
도 3에, 상기 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 여러가지의 값으로 변화시켜서 GaN : Si 반도체를 기상 성장시킨 경우에, 제작된 화합물 반도체의 X선 회절의 스펙트럼의 로킹 커브의 반값폭의 변화를 나타낸다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]의 값을 증가시키면 로킹 커브의 반값폭이 감소한다. 이것은 적정량의 수소를 공급함으로써 결정 표면에서의 화학 반응을 촉진시킬 수 있으며, 결정 방위의 흔들림이 적고 양질인 결정을 성장시킬 수 있기 때문이다.
그러나, 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 더욱 증가시키면, 로킹 커브의 반값폭이 증가한다. 이것은 원료 가스 중의 암모니아 가스의 함유량이 적어지며 기판 상으로의 암모니아의 공급량이 불충분해지며 양질인 결정을 제작할 수 없게 되기 때문이다. 또한, 기판 상으로의 암모니아의 공급량이 부족하면, 결정의 표면 상태의 악화나 결정의 이상 성장, 막 두께 분포의 악화 등의 원인으로도 되어 반도체의 막질은 더욱 저하한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 0.3보다 크고, 0.7보다 작은 범위로 특정하여 기상 성장을 행한 경우에는 반값폭은 250 이하가 되며, 제작 된 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 결정이 양질인 것을 알 수 있다.
또한, 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 0.3보다 크고 0.6보다 작은 범위로 특정하여 기상 성장을 행한 경우에는 반값폭은 200(arc sec)보다도 작은 값이 되며 양질인 결정을 제작할 수 있다.
또한, 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 0.4보다 크고 0.5보다 작은 범위로 특정하여 기상 성장을 행한 경우에는 반값폭은 150(arc sec) 정도가 되며 매우 양질인 결정을 제작할 수 있다.
다음에, 도 4에 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 여러가지의 값으로 변화시켜서 GaN : Si 반도체를 기상 성장시킨 경우에, 제작된 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 포토 루미네센스의 발광 강도의 변화를 나타낸다.
도 5에 측정에 이용한 질화물계 III-V족 화합물 반도체 결정의 일례의 개략 사시도를 나타낸다.
이 측정에서는 예를 들면, 여기광으로서 발광 파장 325㎚의 He-Cd 레이저를 이용한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 0.3보다도 커지도록 하면, 포토 루미네센스의 발광 강도가 급격하게 증가한다. 이것은 제작된 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 결정 결함 등의 기인하는 비발광 재결합의 비율이 저하하여 포토 루미네센스의 발광 강도가 증가하였기 때문이다. 즉, 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 0.3 보다도 커지도록 조정함으로써 성장하는 결정의 질의 향상을 꾀할 수 있다.
그러나, 한편으로는 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]가 0.7을 넘으면, 포토 루미네센스의 발광 강도가 급격하게 저하한다. 이것은 원료 가스 중의 암모니아의 함유량이 적어지며, 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 결정 성장 시에 질소계 원료가 부족해진다. 이에 따라, 성장한 결정은 비발광 센터가 증가하고 포토 루미네센스의 발광 강도가 급격하게 저하하는 것이다. 즉, 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]가 0.7을 넘게 되면 성장하는 결정의 질이 악화하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 방법에서, 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 기상 성장을 행하는 경우에는, 반응관 내를 상압 하, 감압 하 혹은 가압 하의 어느쪽의 압력 하에서도 마찬가지로 행할 수 있으며, 어느쪽의 경우에도 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 상술한 소정의 범위로 특정함으로써 결정성이 우수한 화합물 반도체를 제작할 수 있다.
특히, GaN계 화합물 반도체에서는 그 포화 증기압이 높은 것이나, 암모니아는 분해에 의한 질소 원자를 방출하는 효율이 낮은 것 등이기 때문에 기상 성장 중에서 GaN계 화합물 반도체막으로부터 질소 원자가 증발하기 쉬워진다.
이 결과, 얻어진 GaN계 화합물 반도체막은, 질소 부족이 되어 막질이 손상될 우려가 있다. 그래서, 반응관 내의 압력을 1〔atm〕보다도 높은 가압 하에 의해 기상 성장을 행함으로써, 보다 많은 질소 원료를 기판 상에 공급할 수 있으며 또한 성장 중인 GaN계 화합물 반도체막으로부터의 질소의 증발도 억제할 수 있으며, 얻어지는 GaN계 화합물 반도체막에서의 질소 부족을 회피할 수 있으므로, 고품질의 GaN계 화합물 반도체를 제작할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.
상술한 실시예에서는, 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 기상 성장을 행하는 경우, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD법)을 적용하였지만, 본 발명의 방법에서는 이 예에 한정되는 것은 아니고 수소화 기상 성장법(HVPE 법)에 대해서도 마찬가지로 본 발명의 방법에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법에서는 기판 상에 질화물계 IIl-V족 화합물 반도체를 성막할 때에 수소 가스나 암모니아 가스의 외에 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 혹은 이들의 혼합 가스를 동시에 사용할 수도 있게 된다. 또, 이 경우에서는 이들의 혼합 가스 중의 수소와 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]의 범위에 대하여 소정의 값을 특정하게 한다.
또한, 상술한 본 발명의 방법의 실시예에서는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제작을 행하는 반응관으로서, 도 2에 도시한 바와 같은 소위 횡형의 반응관을 이용하는 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 화합물 반도체의 제조 방법에서는 이 예에 한정되는 것은 아니고, 도 6에 도시한 바와 같은 소위 종형 반응관(20)을 이용하여도 좋다. 이 종형 반응관(20)을 이용한 경우에는 횡형의 반응관보다도 형상을 간이화할 수 있으며 또한 경우에 따라서 원료 가스나 캐리어 가스를 하측으로부터 상측으로 흘릴 수도 있으며, 이에 따라 열대류에 의한 원료 가스의 체류를 회피할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같은 소위 Two-Flow형 반응관(30)을 이용할 수도 있게 된다. 이 Two-Flow형 반응관(30)을 이용한 경우에는 도 7에 도시한 바와 같이, 원료 가스가, 원료 가스 공급로(5a, 5b)의 양쪽으로부터 공급되기 때문에, 원료 가스 공급로(5a)에서의, 기판(15)에 대하여 수직 방향으로 흐르는 원료 가스에 의해 원료 가스 전체를 기판(15)의 표면에 압박하도록 할 수 있으며, 이에 따라 목적으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 결정의 질의 향상을 꾀할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.
또한, 상술한 본 발명의 방법의 실시예에서는 반응관(1) 내의 서셉터의 가열을 행하는 경우에 RF 코일을 이용하였지만, 이 예에 한정되는 것은 아니고 종래 공지의 히터를 이용하여 서셉터의 가열을 행할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에서는 III족 원소의 원료와, V족 원소의 원료의 암모니아와, 수소를 이용하여, 기상 성장에 의해 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 경우에, 수소와 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]의 범위로 특정하여 행하는 것으로 하였기 때문에, 결정 표면에서의 화학 반응을 촉진시킬 수 있으며, 이에 따라 비발광 센터가 적고 결정성이 우수하며, 전기 특성에 우수한 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 결정을 제조할 수 있었다.
본 발명의 화합물 반도체의 제조 방법에서는, III족 원소의 원료와, V족 원소의 원료의 암모니아와, 수소를 이용하여, 기상 성장에 의해 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 경우에, 수소와 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비 [H2/(H2+NH3)]를 소정의 범위에 특정하여 행하는 것으로 하였기 때문에, 결정 표면에서의 화학 반응을 촉진시킬 수 있으며, 이에 따라 비발광 센터가 적고 결정성이 우수하며 전기 특성에 우수한 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 결정을 제작할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 적어도 III족 원소의 원료와, V족 원소의 원료의 암모니아와, 수소를 이용하여, 기상 성장에 의해 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 방법으로서,
    상기 수소와 상기 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비(molar ratio)[H2/(H2+NH3)라고 적는다]가,
    0.3<(H2/(H2+NH3))<0.7
    인 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  2. 적어도 III족 원소의 원료와, V족 원소의 원료의 암모니아와, 수소를 이용하여, 기상 성장에 의해 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 방법으로서,
    상기 수소와 상기 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비[H2/(H2+NH3)라고 적는다]가,
    0.3<(H2/(H2+NH3))<0.6
    인 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  3. 적어도 III족 원소의 원료와, V족 원소의 원료의 암모니아와, 수소를 이용하여, 기상 성장에 의해 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 방법으로서,
    상기 수소와 상기 암모니아의 합계량에 대한 수소의 기상 몰비[H2/(H2+NH3)라고 적는다]가,
    0.4<(H2/(H2+NH3))<0.5
    인 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기상 성장에서의 압력 P가,
    P>1(기압)
    인 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 기상 성장에서의 압력 P가,
    P>1(기압)
    인 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 기상 성장에서의 압력 P가,
    P>1(기압)
    인 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기상 성장에서의 압력 P가,
    상압(常壓)인 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 기상 성장에서의 압력 P가,
    상압인 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  9. 제3항에 있어서, 상기 기상 성장에서의 압력 P가,
    상압인 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 수소와, 불활성 가스와의 혼합 가스를 이용하여, 기상 성장에 의해 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  11. 제2항에 있어서, 수소와, 불활성 가스와의 혼합 가스를 이용하여, 기상 성장에 의해 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  12. 제3항에 있어서, 수소와, 불활성 가스와의 혼합 가스를 이용하여, 기상 성장에 의해, 질화물계 III-V족 화합물 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기상 성장을 유기 금속 기상 성장법(MOCVD법)에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  14. 제2항에 있어서, 상기 기상 성장을 유기 금속 기상 성장법(MOCVD법)에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
  15. 제3항에 있어서, 상기 기상 성장을 유기 금속 기상 성장법(MOCVD법)에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 질화물계 III-V족 화합물 반도체의 제조 방법.
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