JP2000277436A - 窒化物半導体製造方法 - Google Patents
窒化物半導体製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体薄膜作製におけるプロセス温度を低温
化し、大面積で均一な製膜を行うようにし、量産化する
ことを目的とする。 【解決手段】 反応室１の真空排気を適当な圧力にし、
サファイア基板２３の温度を所定温度に上昇させて保持
し、トリメチルガリウム・ボンベ３及びトリメチルアミ
ン・ボンベ４からの原料を反応室１へ導入する。導入
後、反応室１に高周波を印加してプラズマ放電により、
製膜を開始する。所定時間が経過後、サファイア基板２
３の温度下降を開始し、原料のガスの供給を停止し、高
周波プラズマの付加を停止して終了する。反応室１内の
サファイア基板２３の温度が室温になったら、反応室１
を窒素で大気に戻し、サファイア基板２３に堆積された
窒化物半導体薄膜のサンプルを取り出す。
化し、大面積で均一な製膜を行うようにし、量産化する
ことを目的とする。 【解決手段】 反応室１の真空排気を適当な圧力にし、
サファイア基板２３の温度を所定温度に上昇させて保持
し、トリメチルガリウム・ボンベ３及びトリメチルアミ
ン・ボンベ４からの原料を反応室１へ導入する。導入
後、反応室１に高周波を印加してプラズマ放電により、
製膜を開始する。所定時間が経過後、サファイア基板２
３の温度下降を開始し、原料のガスの供給を停止し、高
周波プラズマの付加を停止して終了する。反応室１内の
サファイア基板２３の温度が室温になったら、反応室１
を窒素で大気に戻し、サファイア基板２３に堆積された
窒化物半導体薄膜のサンプルを取り出す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機アミン化合物
を用いた窒化物半導体薄膜製造方法に係り、特に、III
族原料として有機金属、Ｖ族原料として有機アミン化合
物を用いるIII族窒化物半導体の気相成長法、化学蒸着
法に関する。
を用いた窒化物半導体薄膜製造方法に係り、特に、III
族原料として有機金属、Ｖ族原料として有機アミン化合
物を用いるIII族窒化物半導体の気相成長法、化学蒸着
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、III族窒化物半導体は、有機金
属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ（MetalOrganic Chemica
l Vapor Deposition））、分子線エピタキシー法（ＭＢ
Ｅ（Molecular Beam Epitaxy））で作製が行われてい
る。
属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ（MetalOrganic Chemica
l Vapor Deposition））、分子線エピタキシー法（ＭＢ
Ｅ（Molecular Beam Epitaxy））で作製が行われてい
る。
【０００３】ＭＯＣＶＤにおいて、III族窒化物半導体
を製造する場合、原料としては、III族原料に有機金
属、窒素原料にアンモニアガスを使用する。また、反応
室に置かれる基板は、抵抗式ヒータ、又は、高周波誘導
（ＲＦ）加熱により昇温され、反応室に導入される原料
ガスの熱分解により窒化物半導体薄膜が基板上に製膜さ
れる。一般に、反応室の製膜圧力は、１気圧から１／１
０気圧程度である。
を製造する場合、原料としては、III族原料に有機金
属、窒素原料にアンモニアガスを使用する。また、反応
室に置かれる基板は、抵抗式ヒータ、又は、高周波誘導
（ＲＦ）加熱により昇温され、反応室に導入される原料
ガスの熱分解により窒化物半導体薄膜が基板上に製膜さ
れる。一般に、反応室の製膜圧力は、１気圧から１／１
０気圧程度である。
【０００４】一方、ＭＢＥにおいては、III族窒化物半
導体を製造する場合、III族原料として蒸発セルに金属
単体を入れ、これを高真空中で加熱することにより金属
の分子線を発生させ、加熱した基板に分子線として衝突
させて物理吸着させる。また、窒素原料としては窒素ガ
ス、又は、アンモニアをプラズマ状にするか、活性なイ
オンの状態にして、III族原料と同様に、分子線として
基板に衝突させ、窒化物半導体を作製する。
導体を製造する場合、III族原料として蒸発セルに金属
単体を入れ、これを高真空中で加熱することにより金属
の分子線を発生させ、加熱した基板に分子線として衝突
させて物理吸着させる。また、窒素原料としては窒素ガ
ス、又は、アンモニアをプラズマ状にするか、活性なイ
オンの状態にして、III族原料と同様に、分子線として
基板に衝突させ、窒化物半導体を作製する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＯＣ
ＶＤでは、アンモニアガスを窒化原料とした場合、アン
モニア分解温度が高いために全般にプロセス温度が高温
となる。通常のＣＶＤプロセスにおいては、半導体基板
は、何らかの方法で加熱され、そこへ反応性ガスが導入
されることで化学反応により所望の半導体薄膜が基板上
に形成される。しかし、この基板温度が、例えば１００
０℃以上の高温になると、この熱により上昇気流が発生
し、反応性ガスが基板上に届くことの妨げになる。この
ように、原料ガスの反応室での熱による上昇気流の発生
という熱対流の問題が生じ、これを抑えるために原料ガ
スを反応室に送り込むために使用する窒素、又は、水素
キャリアガスの流量が大きくなってしまう。また、この
熱対流を防止するために反応室形状が複雑となる。これ
ら２つの要因で製造コストの増加、大面積基板状への薄
膜成長が困難となり、量産化への障害となっている。
ＶＤでは、アンモニアガスを窒化原料とした場合、アン
モニア分解温度が高いために全般にプロセス温度が高温
となる。通常のＣＶＤプロセスにおいては、半導体基板
は、何らかの方法で加熱され、そこへ反応性ガスが導入
されることで化学反応により所望の半導体薄膜が基板上
に形成される。しかし、この基板温度が、例えば１００
０℃以上の高温になると、この熱により上昇気流が発生
し、反応性ガスが基板上に届くことの妨げになる。この
ように、原料ガスの反応室での熱による上昇気流の発生
という熱対流の問題が生じ、これを抑えるために原料ガ
スを反応室に送り込むために使用する窒素、又は、水素
キャリアガスの流量が大きくなってしまう。また、この
熱対流を防止するために反応室形状が複雑となる。これ
ら２つの要因で製造コストの増加、大面積基板状への薄
膜成長が困難となり、量産化への障害となっている。
【０００６】現在、青色発光系の窒化物半導体デバイス
はGaN、GaInN等で構成されている。しかし、GaNのＭＯ
ＣＶＤによる最適成長温度は、１０００℃以上であり、
一方、GaInNを構成する材料のひとつであるInNは、６０
０℃近辺であるため、これらの熱力学的な安定度が大き
く異なる。すなわち、Ga1-xInxNは、全体的なIn濃度xが
増加すると安定生成温度が低下することとなる。また、
アンモニアガスを窒化物原料とした場合、アンモニア分
解温度が高いために、低い温度では充分に活性窒素を供
給することができず、ＭＯＣＶＤでは、高In濃度を有す
るGa1-xInxNの成長が困難になっている。また、ＭＯＣ
ＶＤのプロセス温度が１０００℃以上と高温であるため
に、基板に高温安定なものが要求されるので、基板選択
の自由度が小さくなる。
はGaN、GaInN等で構成されている。しかし、GaNのＭＯ
ＣＶＤによる最適成長温度は、１０００℃以上であり、
一方、GaInNを構成する材料のひとつであるInNは、６０
０℃近辺であるため、これらの熱力学的な安定度が大き
く異なる。すなわち、Ga1-xInxNは、全体的なIn濃度xが
増加すると安定生成温度が低下することとなる。また、
アンモニアガスを窒化物原料とした場合、アンモニア分
解温度が高いために、低い温度では充分に活性窒素を供
給することができず、ＭＯＣＶＤでは、高In濃度を有す
るGa1-xInxNの成長が困難になっている。また、ＭＯＣ
ＶＤのプロセス温度が１０００℃以上と高温であるため
に、基板に高温安定なものが要求されるので、基板選択
の自由度が小さくなる。
【０００７】また、ＭＢＥ装置は、分子線を発生しなけ
ればならず、さらに、反応室において高真空度が要求さ
れる。このような環境の中に、良質な結晶を生成するた
めの充分な活性窒素等の原料ガスを供給することは物理
的に非常に難しく、量産に適していない。
ればならず、さらに、反応室において高真空度が要求さ
れる。このような環境の中に、良質な結晶を生成するた
めの充分な活性窒素等の原料ガスを供給することは物理
的に非常に難しく、量産に適していない。
【０００８】本発明は、以上の点に鑑み、窒化物半導体
薄膜作製法のＶ族原料として広く使用されているアンモ
ニアガス等の代わりに、有機アミン化合物を用いること
で半導体薄膜作製におけるプロセス温度を低温化するこ
とを目的とする。
薄膜作製法のＶ族原料として広く使用されているアンモ
ニアガス等の代わりに、有機アミン化合物を用いること
で半導体薄膜作製におけるプロセス温度を低温化するこ
とを目的とする。
【０００９】また、本発明は、この半導体薄膜作製プロ
セス温度の低温化により、上述のような熱対流の問題も
生じないようにするとともに、装置設計を単純化し、キ
ャリアガス等の消費も抑えて製造コストを低下させるこ
とを目的とする。本発明は、ガス分解にＲＦプラズマを
用いたプラズマＣＶＤ法を採用することにより、大面積
で均一な製膜を行うようにし、量産化することを目的と
する。さらに、本発明は、高In濃度を有するGa1-xInxN
の成長を容易とすることを目的とする。
セス温度の低温化により、上述のような熱対流の問題も
生じないようにするとともに、装置設計を単純化し、キ
ャリアガス等の消費も抑えて製造コストを低下させるこ
とを目的とする。本発明は、ガス分解にＲＦプラズマを
用いたプラズマＣＶＤ法を採用することにより、大面積
で均一な製膜を行うようにし、量産化することを目的と
する。さらに、本発明は、高In濃度を有するGa1-xInxN
の成長を容易とすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の解決手段
によると、III族原料の有機金属化合物である第１の原
料を供給し、Ｖ族原料の有機アミン化合物である第２の
原料を供給し、プラズマＣＶＤを用いることにより前記
第１及び第２の原料を反応させて基板上に窒化物半導体
薄膜を作製する窒化物半導体製造方法を提供する。
によると、III族原料の有機金属化合物である第１の原
料を供給し、Ｖ族原料の有機アミン化合物である第２の
原料を供給し、プラズマＣＶＤを用いることにより前記
第１及び第２の原料を反応させて基板上に窒化物半導体
薄膜を作製する窒化物半導体製造方法を提供する。
【００１１】また、本発明の第２の解決手段によると、
III族原料の有機金属化合物である第１の原料を供給
し、Ｖ族原料の有機アミン化合物である第２の原料を供
給し、さらに、前記第１の原料と異なるIII族原料であ
る第３の原料を供給し、前記第１、第２及び第３の原料
を反応させて基板上に窒化物半導体薄膜を作製する窒化
物半導体製造方法を提供する。
III族原料の有機金属化合物である第１の原料を供給
し、Ｖ族原料の有機アミン化合物である第２の原料を供
給し、さらに、前記第１の原料と異なるIII族原料であ
る第３の原料を供給し、前記第１、第２及び第３の原料
を反応させて基板上に窒化物半導体薄膜を作製する窒化
物半導体製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１に、本発明に関する窒化物半
導体製造装置の第１の実施の形態の説明図を示す。ここ
では、一例として、二極放電型の高周波プラズマＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition、化学蒸着法）装置を用
いてGaＮ薄膜を形成する窒化物半導体製造方法について
説明する。
導体製造装置の第１の実施の形態の説明図を示す。ここ
では、一例として、二極放電型の高周波プラズマＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition、化学蒸着法）装置を用
いてGaＮ薄膜を形成する窒化物半導体製造方法について
説明する。
【００１３】この高周波プラズマＣＶＤ装置は、反応室
１、マスフロー・コントローラー２、６、トリメチルガ
リウム・ボンベ３、トリメチルアミン・ボンベ４、ヒー
ター８、ガラス管９及びステンレス管１０を備える。反
応室１は、ガラス管９により、マスフロー・コントロー
ラー２を介してトリメチルガリウム・ボンベ３と接続さ
れている。また、反応室１は、ステンレス管１０によ
り、マスフロー・コントローラー６を介してトリメチル
アミン・ボンベ４に接続されている。トリメチルガリウ
ム・ボンベ３から供給されるIII族原料である原料、例
えば、トリメチルガリウムは、常温常圧下では液体であ
り、その蒸気圧よりも反応室１の圧力を小さくすること
により、マスフロー・コントローラー２を用いてガスと
して反応室１に供給される。ガラス管９は、トリメチル
ガリウム・ボンベ３から供給される原料がガラス管９を
通過中に液化することを防止するために、ヒーター８に
よって巻かれており、例えば、６０℃に保持されてい
る。なお、この装置では、アンモニア・ボンベ５及びマ
スフロー・コントローラー７は、従来技術で使用されて
いるものであり、本発明との比較実験のために備えられ
ているものであり、本発明に係るものではない。
１、マスフロー・コントローラー２、６、トリメチルガ
リウム・ボンベ３、トリメチルアミン・ボンベ４、ヒー
ター８、ガラス管９及びステンレス管１０を備える。反
応室１は、ガラス管９により、マスフロー・コントロー
ラー２を介してトリメチルガリウム・ボンベ３と接続さ
れている。また、反応室１は、ステンレス管１０によ
り、マスフロー・コントローラー６を介してトリメチル
アミン・ボンベ４に接続されている。トリメチルガリウ
ム・ボンベ３から供給されるIII族原料である原料、例
えば、トリメチルガリウムは、常温常圧下では液体であ
り、その蒸気圧よりも反応室１の圧力を小さくすること
により、マスフロー・コントローラー２を用いてガスと
して反応室１に供給される。ガラス管９は、トリメチル
ガリウム・ボンベ３から供給される原料がガラス管９を
通過中に液化することを防止するために、ヒーター８に
よって巻かれており、例えば、６０℃に保持されてい
る。なお、この装置では、アンモニア・ボンベ５及びマ
スフロー・コントローラー７は、従来技術で使用されて
いるものであり、本発明との比較実験のために備えられ
ているものであり、本発明に係るものではない。
【００１４】図２に、図１の反応室１の拡大構成図を示
す。
す。
【００１５】反応室１は、ヒーター２１、ＲＦ（radio-
frequency）盤２２及び２４を備える。サファイア基板
２３は、ＲＦ盤２２に設置されており、このＲＦ盤２２
内のヒーター２１によって所定の温度に加熱される。こ
のような高周波プラズマＣＶＤ装置により製膜される窒
化物半導体薄膜は、反応室１内のサファイア基板２３上
に堆積される。また、ガラス管９は、図示のように反応
室１内に挿入されている。トリメチルアミン・ボンベ４
から供給される原料は、高周波プラズマＣＶＤ装置中の
反応室１内のサファイア基板２３の反対側にあるＲＦ盤
２４中の多数の細かい穴より噴射される。このトリメチ
ルアミン・ボンベ４から供給される原料であるトリメチ
ルアミンは、もともとガスであるのでマスフロー・コン
トローラー６を介して、ステンレス管１０によりそのま
ま反応室１に供給される。
frequency）盤２２及び２４を備える。サファイア基板
２３は、ＲＦ盤２２に設置されており、このＲＦ盤２２
内のヒーター２１によって所定の温度に加熱される。こ
のような高周波プラズマＣＶＤ装置により製膜される窒
化物半導体薄膜は、反応室１内のサファイア基板２３上
に堆積される。また、ガラス管９は、図示のように反応
室１内に挿入されている。トリメチルアミン・ボンベ４
から供給される原料は、高周波プラズマＣＶＤ装置中の
反応室１内のサファイア基板２３の反対側にあるＲＦ盤
２４中の多数の細かい穴より噴射される。このトリメチ
ルアミン・ボンベ４から供給される原料であるトリメチ
ルアミンは、もともとガスであるのでマスフロー・コン
トローラー６を介して、ステンレス管１０によりそのま
ま反応室１に供給される。
【００１６】つぎに、本発明に係る窒化物半導体製造方
法について説明する。ここでは、一例として、高周波プ
ラズマＣＶＤ装置による気相成長方法を説明する。
法について説明する。ここでは、一例として、高周波プ
ラズマＣＶＤ装置による気相成長方法を説明する。
【００１７】まず、反応室１の真空排気を適当な圧力、
一例として、２００mTorr程度とする。反応室１内のサ
ファイア基板２３の温度を上昇させ、所定温度例えば、
３００℃に保持し、トリメチルガリウム・ボンベ３及び
トリメチルアミン・ボンベ４からの原料を反応室１へ導
入する。この際、トリメチルガリウム・ボンベ３及びト
リメチルアミン・ボンベ４からの原料は、すべてガス状
態で反応室に導入される。これらの原料が反応室１内に
導入された後、反応室１に高周波を印加してプラズマ放
電により、製膜を開始する。反応室１内のトリメチルガ
リウム・ボンベ３及びトリメチルアミン・ボンベ４のガ
スは、高周波プラズマにより分解され反応する。この所
定の時間が経過した後、サファイア基板２３の温度下降
を開始し、トリメチルガリウム・ボンベ３及びトリメチ
ルアミン・ボンベ４のガスの供給を停止する。高周波プ
ラズマの付加を停止して製膜を終了した後、反応室１内
のサファイア基板２３の温度が室温になったら、反応室
１を窒素で大気に戻し、サファイア基板２３に堆積され
た窒化物半導体薄膜のサンプルを取り出す。
一例として、２００mTorr程度とする。反応室１内のサ
ファイア基板２３の温度を上昇させ、所定温度例えば、
３００℃に保持し、トリメチルガリウム・ボンベ３及び
トリメチルアミン・ボンベ４からの原料を反応室１へ導
入する。この際、トリメチルガリウム・ボンベ３及びト
リメチルアミン・ボンベ４からの原料は、すべてガス状
態で反応室に導入される。これらの原料が反応室１内に
導入された後、反応室１に高周波を印加してプラズマ放
電により、製膜を開始する。反応室１内のトリメチルガ
リウム・ボンベ３及びトリメチルアミン・ボンベ４のガ
スは、高周波プラズマにより分解され反応する。この所
定の時間が経過した後、サファイア基板２３の温度下降
を開始し、トリメチルガリウム・ボンベ３及びトリメチ
ルアミン・ボンベ４のガスの供給を停止する。高周波プ
ラズマの付加を停止して製膜を終了した後、反応室１内
のサファイア基板２３の温度が室温になったら、反応室
１を窒素で大気に戻し、サファイア基板２３に堆積され
た窒化物半導体薄膜のサンプルを取り出す。
【００１８】このような高周波プラズマＣＶＤ装置にお
いて、反応室１は、一例として、薄膜作成中は真空ポン
プで排気され、反応室１内の圧力はおよそ２００ｍTorr
に維持されている。なお、一例として、高周波の使用周
波数を１３．５６ＭＨｚ、高周波パワーを１００W、付
属のヒーターにより反応室１内の基板温度を３００〜３
５０℃、反応室１の圧力を２００mTorrとして製膜を行
った。
いて、反応室１は、一例として、薄膜作成中は真空ポン
プで排気され、反応室１内の圧力はおよそ２００ｍTorr
に維持されている。なお、一例として、高周波の使用周
波数を１３．５６ＭＨｚ、高周波パワーを１００W、付
属のヒーターにより反応室１内の基板温度を３００〜３
５０℃、反応室１の圧力を２００mTorrとして製膜を行
った。
【００１９】この高周波プラズマＣＶＤ装置は、III族
原料としてトリメチルガリウム(CH3) 3Gaを用いたが、こ
れに限られるものではなく、例えば、トリエチルガリウ
ム(C2H5)3Ga等のIII族の有機金属化合物(CｎH２ｎ＋１)
３Ga等を用いることもできる。また、窒素原料としてト
リメチルアミン(CH3)3Nを用いたが、これに限られるも
のではなくその他のＶ族の有機アミン化合物(CｎH
２ｎ＋１)３N等を用いることができる。なお、III族元
素としては、In, Al, Ti, B, Sc, Y等を用いることがで
きる。また、Ｖ族元素としては、P, As, Sb, Bi等を用
いることができる。
原料としてトリメチルガリウム(CH3) 3Gaを用いたが、こ
れに限られるものではなく、例えば、トリエチルガリウ
ム(C2H5)3Ga等のIII族の有機金属化合物(CｎH２ｎ＋１)
３Ga等を用いることもできる。また、窒素原料としてト
リメチルアミン(CH3)3Nを用いたが、これに限られるも
のではなくその他のＶ族の有機アミン化合物(CｎH
２ｎ＋１)３N等を用いることができる。なお、III族元
素としては、In, Al, Ti, B, Sc, Y等を用いることがで
きる。また、Ｖ族元素としては、P, As, Sb, Bi等を用
いることができる。
【００２０】以下に、本発明に係る窒化物半導体製造方
法に関連する各特性を説明する。
法に関連する各特性を説明する。
【００２１】図３に、本発明に係るトリメチルアミンの
４重極質量分析結果の説明図を示す。
４重極質量分析結果の説明図を示す。
【００２２】この４重極質量分析で用いたＶ族原料とし
てのトリメチルアミンは、一例として、分子量５９．１
１、沸点２．８７℃、蒸気圧（２０℃）１６５０Torr、
比重０．６のガスとして、トリメチルアミン・ボンベ４
から供給される。トリメチルアミンは、高い熱分解性を
示し、そのため、従来用いられているアンモニアの代替
となり、低温成長に適した原料である。なお、４重極質
量分析は、一例として、高周波パワーを５０Ｗとし、ト
リメチルアミンの濃度を１００％として行った。この図
は、トリメチルアミン・ボンベ４からのガスを1.0X10-2
Torrで真空排気されている反応室１に導入し、室温で
高周波プラズマを用いて分解し、その分解されたトリメ
チルアミンを2.0X10-5 Torrに差動排気した分析室に導
き４重極質量分析を行った結果を表している。
てのトリメチルアミンは、一例として、分子量５９．１
１、沸点２．８７℃、蒸気圧（２０℃）１６５０Torr、
比重０．６のガスとして、トリメチルアミン・ボンベ４
から供給される。トリメチルアミンは、高い熱分解性を
示し、そのため、従来用いられているアンモニアの代替
となり、低温成長に適した原料である。なお、４重極質
量分析は、一例として、高周波パワーを５０Ｗとし、ト
リメチルアミンの濃度を１００％として行った。この図
は、トリメチルアミン・ボンベ４からのガスを1.0X10-2
Torrで真空排気されている反応室１に導入し、室温で
高周波プラズマを用いて分解し、その分解されたトリメ
チルアミンを2.0X10-5 Torrに差動排気した分析室に導
き４重極質量分析を行った結果を表している。
【００２３】図からわかるように、水素以外のスペクト
ルとして、１６〜１８a.m.u.、３０〜３２a.m.u.、４４
〜４６a.m.u.及び５８〜６０a.m.u.にマススペクトルの
ピークが観察される。ここで、注目されるのが１６〜１
８a.m.u.のピークであり、このピークは、NH２、NH3、N
H4, CH4を示すものと考えられる。これらのフラグメン
トは、トリメチル・アミン分子(CH3)3Nからメチル基が
離脱し、その結合手に水素が２〜４個結合したもの、又
は、離脱したメチル基に水素が結合したものと考えられ
る。
ルとして、１６〜１８a.m.u.、３０〜３２a.m.u.、４４
〜４６a.m.u.及び５８〜６０a.m.u.にマススペクトルの
ピークが観察される。ここで、注目されるのが１６〜１
８a.m.u.のピークであり、このピークは、NH２、NH3、N
H4, CH4を示すものと考えられる。これらのフラグメン
トは、トリメチル・アミン分子(CH3)3Nからメチル基が
離脱し、その結合手に水素が２〜４個結合したもの、又
は、離脱したメチル基に水素が結合したものと考えられ
る。
【００２４】したがって、高周波プラズマ中に導入した
トリメチルアミンは、その分子中からメチル基が１、
２、３個と離脱していき、その離脱した場所に水素が結
合していくものと分析される。このことは、窒素とメチ
ル基の結合（CH3-N）エネルギーが、窒素と水素の結合
（N-H）エネルギーに比べ小さいことを示している。す
なわち、高周波プラズマ中におけるトリメチルアミンの
分解効率は、これまで窒素源として用いられているアン
モニアに比べて非常に大きいものであり、低温成長用の
窒素源として適している。
トリメチルアミンは、その分子中からメチル基が１、
２、３個と離脱していき、その離脱した場所に水素が結
合していくものと分析される。このことは、窒素とメチ
ル基の結合（CH3-N）エネルギーが、窒素と水素の結合
（N-H）エネルギーに比べ小さいことを示している。す
なわち、高周波プラズマ中におけるトリメチルアミンの
分解効率は、これまで窒素源として用いられているアン
モニアに比べて非常に大きいものであり、低温成長用の
窒素源として適している。
【００２５】図４に、窒化ガリウムの室温フォトルミネ
ッセンスについての説明図を示す。
ッセンスについての説明図を示す。
【００２６】この図は、一例として、サファイア基板２
３の温度を３００℃、トリメチルガリウム０．０８cc/m
in、トリメチルアミン１０cc/minとして、サファイア基
板２３上に製膜された窒化ガリウムの諸物性の実験結果
を表している。
３の温度を３００℃、トリメチルガリウム０．０８cc/m
in、トリメチルアミン１０cc/minとして、サファイア基
板２３上に製膜された窒化ガリウムの諸物性の実験結果
を表している。
【００２７】この図より、波長が４００nmのところに、
フォトルミネッセンスピークが観察される。これは、こ
の窒化ガリウムの禁制帯幅に相当するエネルギーを示し
ており、３００℃という低温でも窒化ガリウムが効率よ
く製膜されていることがわかる。
フォトルミネッセンスピークが観察される。これは、こ
の窒化ガリウムの禁制帯幅に相当するエネルギーを示し
ており、３００℃という低温でも窒化ガリウムが効率よ
く製膜されていることがわかる。
【００２８】図５に、窒化ガリウムのＸ線回折結果の説
明図を示す。
明図を示す。
【００２９】この図は、一例として、図４と同様にサフ
ァイア基板２３の温度を３００℃、トリメチルガリウム
０．０８cc/min、トリメチルアミン１０cc/minとして、
サファイア基板２３上に製膜された窒化ガリウムのＸ線
回折結果を表している。
ァイア基板２３の温度を３００℃、トリメチルガリウム
０．０８cc/min、トリメチルアミン１０cc/minとして、
サファイア基板２３上に製膜された窒化ガリウムのＸ線
回折結果を表している。
【００３０】図からわかるように、Ｘ線入射角２θ=34
°近辺に回折ピークが観察される。なお、θは、Ｘ線に
おいてある面からＸ線が入射される角度を表しており、
通常は、基板に対して入射されるＸ線の角度を表すもの
である。この回折結果でみられる回折ピークは、従来の
ＭＯＣＶＤ法で１０００℃近辺の高温で製膜された六方
晶構造を有する単結晶窒化ガリウムと比較して、このピ
ーク位置に近いものである。この結果より、図４の窒化
ガリウムの室温フォトルミネッセンス結果と同様に、３
００℃という低温でも単結晶窒化ガリウムが製膜されて
いることを表している。また、ＭＯＣＶＤ法による単結
晶窒化ガリウムのピーク位置とのずれは、例えば、サン
プルが低温で作製されているために、サファイア基板２
３と窒化ガリウム薄膜との熱膨張係数の違いによる歪が
小さいために生じていると考えられる。
°近辺に回折ピークが観察される。なお、θは、Ｘ線に
おいてある面からＸ線が入射される角度を表しており、
通常は、基板に対して入射されるＸ線の角度を表すもの
である。この回折結果でみられる回折ピークは、従来の
ＭＯＣＶＤ法で１０００℃近辺の高温で製膜された六方
晶構造を有する単結晶窒化ガリウムと比較して、このピ
ーク位置に近いものである。この結果より、図４の窒化
ガリウムの室温フォトルミネッセンス結果と同様に、３
００℃という低温でも単結晶窒化ガリウムが製膜されて
いることを表している。また、ＭＯＣＶＤ法による単結
晶窒化ガリウムのピーク位置とのずれは、例えば、サン
プルが低温で作製されているために、サファイア基板２
３と窒化ガリウム薄膜との熱膨張係数の違いによる歪が
小さいために生じていると考えられる。
【００３１】図６に、本発明に関する窒化物半導体製造
装置の第２の実施の形態の説明図を示す。ここでは、一
例として、二極放電型の高周波プラズマＣＶＤ装置を用
いてGａIｎN薄膜を形成する窒化物半導体製造方法につ
いて説明する。
装置の第２の実施の形態の説明図を示す。ここでは、一
例として、二極放電型の高周波プラズマＣＶＤ装置を用
いてGａIｎN薄膜を形成する窒化物半導体製造方法につ
いて説明する。
【００３２】この高周波プラズマＣＶＤ装置は、反応室
１０１、マスフロー・コントローラー１０２、１０６並
びに１１１、トリメチルガリウム・ボンベ１０３、トリ
メチルアミン・ボンベ１０４、ヒーター１０８並びに１
１４、ガラス管１０９並びに１１３、ステンレス管１１
０及びインジュウム・ボンベ１１２を備える。第２の実
施の形態では、図１の装置に、III族原料としてさら
に、インジュウム・ボンベ１１２が付加されている。ま
た、反応室１０１は、図１と同様に、トリメチルガリウ
ム・ボンベ１０３及びトリメチルアミン・ボンベ１０４
と接続されている。トリメチルガリウム・ボンベ１０３
及びトリメチルアミン・ボンベ１０４からの原料は、図
１と同様にしてそれぞれ反応室１０１に供給される。ガ
ラス管１１３は、インジュウム・ボンベ１１２から供給
されるインジュウムがガラス管１１３を通過中に固化す
ることを防止するために、ヒーター１１４によって巻か
れており、例えば、１００℃に保持されている。
１０１、マスフロー・コントローラー１０２、１０６並
びに１１１、トリメチルガリウム・ボンベ１０３、トリ
メチルアミン・ボンベ１０４、ヒーター１０８並びに１
１４、ガラス管１０９並びに１１３、ステンレス管１１
０及びインジュウム・ボンベ１１２を備える。第２の実
施の形態では、図１の装置に、III族原料としてさら
に、インジュウム・ボンベ１１２が付加されている。ま
た、反応室１０１は、図１と同様に、トリメチルガリウ
ム・ボンベ１０３及びトリメチルアミン・ボンベ１０４
と接続されている。トリメチルガリウム・ボンベ１０３
及びトリメチルアミン・ボンベ１０４からの原料は、図
１と同様にしてそれぞれ反応室１０１に供給される。ガ
ラス管１１３は、インジュウム・ボンベ１１２から供給
されるインジュウムがガラス管１１３を通過中に固化す
ることを防止するために、ヒーター１１４によって巻か
れており、例えば、１００℃に保持されている。
【００３３】この図では、インジュウム・ボンベ１１２
から供給される原料は、一例として、トリメチルインジ
ュウムを用いている。トリメチルインジュウムは、固体
であるが、固体であっても蒸気圧を持っているので、こ
の蒸気圧を利用して供給することもできる。蒸気圧を利
用した供給方法では、トリメチルインジュウムを運ぶキ
ャリアガスが必要であり、また、このキャリアガスと固
体原料との接触面積が変動すると運ばれる原料の濃度も
変化することになる。そこで、この高周波プラズマＣＶ
Ｄ装置では、トリメチルインジュウムが常温常圧下では
固体であるため、インジュウム・ボンベ１１２の原料の
温度を、ヒーター１１４等で、例えば、１００℃付近ま
で温度を上昇させて、蒸気圧を反応室１０１内の圧力で
ある、例えば、２００ｍTorr以上としてマスフロー・コ
ントローラー１１１を用いて直接制御を行う。この方法
は、温度は異なるが図１や図６の装置にあるトリメチル
ガリウムの供給方法と同じである。また、インジュウム
・ボンベ１１２からの原料の基板への供給経路は、トリ
メチルガリウム・ボンベ１０３からのガラス管１０９を
用いても、又は、図６に図示されているように、もう１
本増やしたガラス管１１３を用いることもでき、適宜の
数にすることができる。
から供給される原料は、一例として、トリメチルインジ
ュウムを用いている。トリメチルインジュウムは、固体
であるが、固体であっても蒸気圧を持っているので、こ
の蒸気圧を利用して供給することもできる。蒸気圧を利
用した供給方法では、トリメチルインジュウムを運ぶキ
ャリアガスが必要であり、また、このキャリアガスと固
体原料との接触面積が変動すると運ばれる原料の濃度も
変化することになる。そこで、この高周波プラズマＣＶ
Ｄ装置では、トリメチルインジュウムが常温常圧下では
固体であるため、インジュウム・ボンベ１１２の原料の
温度を、ヒーター１１４等で、例えば、１００℃付近ま
で温度を上昇させて、蒸気圧を反応室１０１内の圧力で
ある、例えば、２００ｍTorr以上としてマスフロー・コ
ントローラー１１１を用いて直接制御を行う。この方法
は、温度は異なるが図１や図６の装置にあるトリメチル
ガリウムの供給方法と同じである。また、インジュウム
・ボンベ１１２からの原料の基板への供給経路は、トリ
メチルガリウム・ボンベ１０３からのガラス管１０９を
用いても、又は、図６に図示されているように、もう１
本増やしたガラス管１１３を用いることもでき、適宜の
数にすることができる。
【００３４】つぎに、この高周波プラズマＣＶＤ装置に
よる気相成長方法を説明する。
よる気相成長方法を説明する。
【００３５】基本的には、図１の装置による気相成長方
法と同様であるが、この高周波プラズマＣＶＤ装置は、
図１の装置にさらに反応室１０１へ供給される原料とし
てのインジュウム・ボンベ１１２が付加されている点が
異なる。また、高周波の周波数、パワー、ヒーターによ
る反応室１０１内の基板の温度、反応室の圧力等は、一
例として、図１と同様にして製膜を行った。
法と同様であるが、この高周波プラズマＣＶＤ装置は、
図１の装置にさらに反応室１０１へ供給される原料とし
てのインジュウム・ボンベ１１２が付加されている点が
異なる。また、高周波の周波数、パワー、ヒーターによ
る反応室１０１内の基板の温度、反応室の圧力等は、一
例として、図１と同様にして製膜を行った。
【００３６】この高周波プラズマＣＶＤ装置では、イン
ジュウム源としては、トリメチルインジュウム(CH３)３
Inを用いたがこれに限られるものではなく、トリエチル
インジュウム(C２H５)３In等の(CｎH２ｎ＋１)３In源の
適宜の原料を用いることもできる。また、トリエチルイ
ンジュウムも、トリメチルインジュウムと同様に常温常
圧で固体であるため、１００℃付近まで昇温し、昇化さ
せてガスとして反応室１０１に供給することができる。
ジュウム源としては、トリメチルインジュウム(CH３)３
Inを用いたがこれに限られるものではなく、トリエチル
インジュウム(C２H５)３In等の(CｎH２ｎ＋１)３In源の
適宜の原料を用いることもできる。また、トリエチルイ
ンジュウムも、トリメチルインジュウムと同様に常温常
圧で固体であるため、１００℃付近まで昇温し、昇化さ
せてガスとして反応室１０１に供給することができる。
【００３７】なお、以上の説明では、プラズマＣＶＤを
用いたが、その他のＣＶＤを用いても良い。各ガスを反
応室へ導入する方法も、適宜の手法を用いることができ
る。上記の装置においての圧力、周波数、パワー、温度
等は、原料、半導体のサイズ等により適宜選択すること
ができる。プロセス温度も３００℃の所定温度としたが
これに限られるものではない。
用いたが、その他のＣＶＤを用いても良い。各ガスを反
応室へ導入する方法も、適宜の手法を用いることができ
る。上記の装置においての圧力、周波数、パワー、温度
等は、原料、半導体のサイズ等により適宜選択すること
ができる。プロセス温度も３００℃の所定温度としたが
これに限られるものではない。
【００３８】また、各原料を供給する方法も、ガラス
管、ステンレス管、ＲＦ盤に限らず、適宜の代替手段を
採用することができる。各原料を加熱する手段も適宜の
手段を用いることができる。さらに、サファイア基板以
外の適宜の基板を用いることもできる。
管、ステンレス管、ＲＦ盤に限らず、適宜の代替手段を
採用することができる。各原料を加熱する手段も適宜の
手段を用いることができる。さらに、サファイア基板以
外の適宜の基板を用いることもできる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によると、窒化物半導体薄膜作製
法のＶ族原料として広く使用されているアンモニアガス
等の代わりに、有機アミン化合物を用いることで半導体
薄膜作製におけるプロセス温度を低温化するこができ
る。
法のＶ族原料として広く使用されているアンモニアガス
等の代わりに、有機アミン化合物を用いることで半導体
薄膜作製におけるプロセス温度を低温化するこができ
る。
【００４０】また、本発明によると、この半導体薄膜作
製プロセス温度の低温化により、上述のような熱対流の
問題も生じないようにすることができ、装置設計を単純
化し、キャリアガス等の消費も抑えて製造コストを低下
させることができる。本発明によると、ガス分解にＲＦ
プラズマを用いたプラズマＣＶＤ法を採用することによ
り、大面積で均一な製膜が行え、量産化することができ
る。さらに、本発明によると、高In濃度を有するGa1-xI
nxNの成長を容易とすることができる。
製プロセス温度の低温化により、上述のような熱対流の
問題も生じないようにすることができ、装置設計を単純
化し、キャリアガス等の消費も抑えて製造コストを低下
させることができる。本発明によると、ガス分解にＲＦ
プラズマを用いたプラズマＣＶＤ法を採用することによ
り、大面積で均一な製膜が行え、量産化することができ
る。さらに、本発明によると、高In濃度を有するGa1-xI
nxNの成長を容易とすることができる。
【図１】本発明に関する窒化物半導体製造装置の第１の
実施の形態の説明図。
実施の形態の説明図。
【図２】図１の反応室１の拡大構成図。
【図３】本発明に係るトリメチルアミンの４重極質量分
析結果の説明図。
析結果の説明図。
【図４】窒化ガリウムの室温フォトルミネッセンスにつ
いての説明図。
いての説明図。
【図５】窒化ガリウムのＸ線回折結果の説明図。
【図６】本発明に関する窒化物半導体製造装置の第２の
実施の形態の説明図。
実施の形態の説明図。
１ 反応室 ２、６、７ マスフロー・コントローラー ３ トリメチルガリウム・ボンベ ４ トリメチルアミン・ボンベ ５ アンモニア・ボンベ ８ ヒーター ９ ガラス管 １０ ステンレス管
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA34 CA40 CA46 CA77 5F045 AA08 AB09 AB14 AB17 AC07 AC08 AD07 AE19 AF09 BB04 BB07 CA09 CA10 CA11 DP01 DP02 DP05 DQ10 EK01 EK05 EK07
Claims (5)
- 【請求項１】III族原料の有機金属化合物である第１の
原料を供給し、 Ｖ族原料の有機アミン化合物である第２の原料を供給
し、 プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用い
ることにより前記第１及び第２の原料を反応させて基板
上に窒化物半導体薄膜を作製する窒化物半導体製造方
法。 - 【請求項２】III族原料の有機金属化合物である第１の
原料を供給し、 Ｖ族原料の有機アミン化合物である第２の原料を供給
し、 さらに、前記第１の原料と異なるIII族原料である第３
の原料を供給し、 前記第１、第２及び第３の原料を反応させて基板上に窒
化物半導体薄膜を作製する窒化物半導体製造方法。 - 【請求項３】前記第３の原料は、(CｎH２ｎ＋１)３Inで
あることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体製
造方法。 - 【請求項４】前記第１の原料は、(CｎH２ｎ＋１)３Ga、
又は、(CｎH２ｎ＋１)３Inであることを特徴とした請求
項１乃至３のいずれかに記載の窒化物半導体製造方法。 - 【請求項５】前記第２の原料は、(CｎH２ｎ＋１)３Ｎで
あることを特徴とする請求項１乃至４に記載の窒化物半
導体製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7954899A JP2000277436A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 窒化物半導体製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7954899A JP2000277436A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 窒化物半導体製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277436A true JP2000277436A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13693068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7954899A Pending JP2000277436A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 窒化物半導体製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000277436A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110373715A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-10-25 | 深圳市纳设智能装备有限公司 | 制备二维晶体材料的化学气相沉积设备和方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63188933A (ja) * | 1987-01-31 | 1988-08-04 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 |
| JPH09213998A (ja) * | 1996-01-30 | 1997-08-15 | Kyocera Corp | 窒化物半導体単結晶薄膜の成長方法及び同装置 |
| JPH09309796A (ja) * | 1996-05-23 | 1997-12-02 | Sony Corp | 窒素系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法 |
| JPH09312271A (ja) * | 1996-05-22 | 1997-12-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プラズマ装置、薄膜形成方法及びエッチング方法 |
| JPH104211A (ja) * | 1996-06-17 | 1998-01-06 | Sony Corp | 窒化物系化合物半導体の成長方法 |
| JPH10106958A (ja) * | 1996-09-30 | 1998-04-24 | Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan | プラズマｃｖｄ装置 |
-
1999
- 1999-03-24 JP JP7954899A patent/JP2000277436A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63188933A (ja) * | 1987-01-31 | 1988-08-04 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 |
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| JPH10106958A (ja) * | 1996-09-30 | 1998-04-24 | Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan | プラズマｃｖｄ装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110373715A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-10-25 | 深圳市纳设智能装备有限公司 | 制备二维晶体材料的化学气相沉积设备和方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031031 |
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| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
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|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040224 |