JP4201969B2 - Ｉｉｉ族窒化物膜の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III族窒化物膜の製造方法に関し、詳しくは、発光ダイオード素子又は高速ＩＣチップなどを構成する半導体膜として好適に用いることのできる、Ａｌを含むIII族窒化物膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌを含むIII族窒化物膜は、発光ダイオード素子などを構成する半導体膜として用いられており、近年においては、携帯電話などに用いられる高速ＩＣチップなどを構成する半導体膜としても注目を浴びている。
【０００３】
従来、上記のようなIII族窒化物膜は、Ａｌ供給原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）又はトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）などを用い、窒素供給原料としてアンモニアなどを用いて、ＭＯＣＶＤ法により製造される。
【０００４】
この場合において、前記III族窒化物膜を形成すべき基板は、所定の反応管内に設けられたサセプタ上に設置させるとともに、このサセプタ内に埋め込まれたヒータによって１０００℃以上にまで加熱される。そして、前記反応管内に前記Ａｌ供給原料及び前記窒素供給原料、並びに必要に応じてその他の元素の供給原料を導入し、キャリアガスとともに前記基板上に供給する。
【０００５】
すると、前記基板上で熱化学反応が生じて、前記各原料は構成元素に分解されるとともに、これら構成元素同士が互いに反応し、目的とするIII族窒化物膜が前記基板上に堆積されて製造されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ａｌ供給源料として上記ＴＭＡなどを用いるとともに、窒素供給原料としてアンモニアを用い、ＭＯＣＶＤ法によりＡｌを含有するIII族窒化物膜を製造しようとすると、得られたIII族窒化物膜中に分子量の大きい中間生成物が比較的多量に形成されてしまう場合があった。そして、このような中間生成物は、目的とするIII族窒化物膜中のＡｌ含有量を増大させる目的で、比較的多量のＡｌ供給原料を導入した場合に特に顕著に発生した。
【０００７】
このため、従来、特にＡｌを比較的多く含む場合において、良好な膜質のIII族窒化物膜を製造することは困難であった。
【０００８】
本発明は、特にＡｌを比較的多く含む場合において、良好な膜質のIII族窒化物膜を製造することが可能な新規な方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、ＭＯＣＶＤ法により、少なくともＡｌを含有するIII族窒化物膜を製造する方法であって、Ａｌ供給原料として、ジメチルアルミニウムハイドライドと、ＮＡＢＣ（Ｎ：窒素、Ａ、Ｂ、Ｃ：アルキル基）なる分子式で示される有機物であるジメチルエチルアミンとを含む有機原料を用いると共に、前記III族窒化物膜は、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ(ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０．５)なる組成を有することを特徴とする、III族窒化物膜の製造方法に関する。
【００１０】
本発明者らは、ＴＭＡ又はＴＥＡなどとアンモニアとを用い、ＭＯＣＶＤ法によりIII族窒化物膜を形成する際に、目的とするIII族窒化物膜中に分子量の大きい中間生成物が形成される原因について鋭意検討を行った。
【００１１】
その結果、上記ＴＭＡやＴＥＡはアンモニアとに対して高い反応性を有し、これらは室温においても互いに配位結合を形成して、所定の化合物を形成することが判明した。したがって、III族窒化物膜中に形成される中間生成物は、これらの供給原料が反応管内の気相中で互いに反応することにより形成されるものであると推察するに至った。
【００１２】
そして、本発明者らは、ＭＯＣＶＤ法によりＡｌを含有したIII族窒化物膜を形成するに際しては、比較的低い温度領域において互いに反応しない、安定なＡｌ供給原料又は窒素供給原料が必要であることを想到するに至った。そこで、本発明者らは、このような新規なＡｌ供給原料又は窒素供給原料を見出すべく鋭意検討を行った。
【００１３】
その結果、ジメチルアルミニウムハイドライド（以下、略して「ＤＭＡＨ」という場合がある）と、ＮＡＢＣ（Ｎ：窒素、Ａ、Ｂ、Ｃ：アルキル基）なる分子式で示される有機物（以下、略して「ＮＡＢＣ」という場合がある）とを含む有機原料は、低温領域においてアンモニアとの反応性が低く、かつ高温領域においては効率良く熱分解されて前記アンモニアを構成する窒素と化学反応を起こすことを見出した。
【００１４】
したがって、ＭＯＣＶＤ法によってＡｌを含有するIII族窒化物膜を形成する際、Ａｌ供給原料として上記の有機原料を用いることにより、中間生成物を形成することなく、結果、良質なIII族窒化物膜を製造できることを見出した。本発明は上述したような膨大な研究の結果としてなされたものである。
【００１５】
なお、上記ＮＡＢＣを構成するアルキル基Ａ、Ｂ、及びＣは、それぞれ異なるアルキル基であってもよいし、２つ以上が同じアルキル基から構成されてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明のIII族窒化物膜の製造方法においては、上述したように、Ａｌ供給原料をＤＭＡＨとＮＡＢＣとを含む有機原料から構成することが必要である。前記有機原料中におけるＤＭＡＨ及びＮＡＢＣの含有形態は、特に限定されない。ＤＭＡＨ及びＮＡＢＣがそれぞれ単独の原料として、所定の割合で混合されたものであってもよい。
【００１７】
しかしながら、上記有機原料は、ＤＭＡＨに対しＮＡＢＣが配位結合してなる化合物として構成されていることが好ましい。これによって、低温領域でのアンモニアとの反応性がさらに抑制され、Ａｌを比較的多量に含有したIII族窒化物膜を形成する場合においても、膜中における中間生成物の生成を十分に抑制することができる。
【００１８】
上述したように、ＮＡＢＣを構成するＡ、Ｂ、及びＣは、互いに異なるアルキル基であってもよいし、２つ以上が同じアルキル基から構成されていてもよい。具体的には、トリメチルアミン、ジメチルエチルアミン、メチルジメチルアミン及びトリエチルアミンなどを例示することができる。
【００１９】
しかしながら、ＤＭＡＨとの配位結合安定性が高く、低温領域でのアンモニアとの反応性がさらに抑制されることから、前記ＮＡＢＣとしてジメチルエチルアミン（以下、略して「ＤＭＥＡ」という場合がある）を用いることが好ましい。
【００２０】
Ａｌ供給原料として本発明のＤＭＡＨとＮＡＢＣとを含む有機原料を用いた場合においても、ＭＯＣＶＤ法によってＡｌを含有するIII族窒化物膜を製造する条件は、従来のＴＭＡ又はＴＥＡを用いた場合と同様である。
【００２１】
本発明の製造方法により製造すべきIII族窒化物膜は、少なくともＡｌを含有していることが必要であり、上述したように、発光ダイオード素子の半導体膜などとして使用する場合においては、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ(ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ＞０)なる組成を有することが好ましい。またこのような組成を中心として、Ｂ、Ｓｉ、及びＭｇなどの添加元素を含有することもできる。
【００２２】
そして、本発明の製造方法は、上述したように、Ａｌを比較的多く含有したIII族窒化物膜の製造に対して好適に用いることができ、具体的には、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ(ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ＞０)なる組成のIII族窒化物膜の製造に対して好ましく用いることができ、さらにＡｌを多量に含有したＡｌＮなる組成のIII族窒化物膜の製造に対して好ましく用いることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例）
基板としてＣ面サファイア基板を用い、これを石英製の反応管内に設置されたサセプタ上に載置した後、吸引固定した。次いで、前記サセプタ内のヒータにより、前記基板を１１５０℃まで加熱した。
【００２４】
Ａｌ供給原料としてＤＭＡＨとＤＭＥＡとが１対１に配位してなるジメチルアルミニウムハイドライドジメチルエチルアミンアダクト（以下、略して「ＤＭＡＨ：ＤＭＥＡ」という場合がある）を用い、窒素供給原料としてアンモニアガス（ＮＨ３）を用いた。ＤＭＡＨ：ＤＭＥＡは室温で液体であるため、これを所定の容器中に入れて、バブリングすることにより気化させ、気体状のＤＭＡＨ：ＤＭＥＡを得た。
【００２５】
ＮＨ３（Ｖ族供給原料）／ＤＭＡＨ：ＤＭＥＡ（III族供給原料）＝４５０の流量比でキャリアガスとともに前記反応管内に導入し、前記基板上に供給するとともに、反応管内の圧力が１０Ｔｏｒｒとなるようにした。なお、ＮＨ３及びＤＭＡＨ：ＤＭＥＡの実際の流量は、成膜速度に応じて上記流量比を満たすように適宜に選択することができる。
【００２６】
このような条件において前記基板上に厚さ１μｍの膜を形成したところ、表面にほとんどピットを有しない膜を形成することができた。すなわち、前記膜中の不純物の影響を受けていないことから、前記膜中には中間生成物がほとんど形成されていないことが判明した。
【００２７】
（比較例）
Ａｌ供給原料としてＴＭＡを用いた以外は、実施例と同様の条件で膜の形成を行った。
Ｃ面サファイア基板上に、上記実施例と同様にして厚さ１μｍの膜を形成したところ、表面にピットが平均１×１０６（１／ｃｍ３）の割合で存在することが判明した。すなわち、前記膜中にはＡｌ原料としてＴＭＡを用いたことに起因する中間生成物が存在することが推定された。
【００２８】
すなわち、従来のＴＭＡに代えて、本発明にしたがったＤＭＡＨ：ＤＭＥＡをＡｌ供給原料として用いた場合は、中間生成物を含有しない良質のＡｌＮ膜の得られることが分かる。
【００２９】
以上、具体例を挙げながら、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記発明の実施に形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のIII族窒化物膜の製造方法によれば、特にＡｌを多く含むIII族窒化物膜の製造する際に、中間生成物を含有しない良質なIII族窒化物膜を提供することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、III族窒化物膜の製造方法に関し、詳しくは、発光ダイオード素子又は高速ＩＣチップなどを構成する半導体膜として好適に用いることのできる、Ａｌを含むIII族窒化物膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌを含むIII族窒化物膜は、発光ダイオード素子などを構成する半導体膜として用いられており、近年においては、携帯電話などに用いられる高速ＩＣチップなどを構成する半導体膜としても注目を浴びている。
【０００３】
従来、上記のようなIII族窒化物膜は、Ａｌ供給原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）又はトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）などを用い、窒素供給原料としてアンモニアなどを用いて、ＭＯＣＶＤ法により製造される。
【０００４】
この場合において、前記III族窒化物膜を形成すべき基板は、所定の反応管内に設けられたサセプタ上に設置させるとともに、このサセプタ内に埋め込まれたヒータによって１０００℃以上にまで加熱される。そして、前記反応管内に前記Ａｌ供給原料及び前記窒素供給原料、並びに必要に応じてその他の元素の供給原料を導入し、キャリアガスとともに前記基板上に供給する。
【０００５】
すると、前記基板上で熱化学反応が生じて、前記各原料は構成元素に分解されるとともに、これら構成元素同士が互いに反応し、目的とするIII族窒化物膜が前記基板上に堆積されて製造されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ａｌ供給源料として上記ＴＭＡなどを用いるとともに、窒素供給原料としてアンモニアを用い、ＭＯＣＶＤ法によりＡｌを含有するIII族窒化物膜を製造しようとすると、得られたIII族窒化物膜中に分子量の大きい中間生成物が比較的多量に形成されてしまう場合があった。そして、このような中間生成物は、目的とするIII族窒化物膜中のＡｌ含有量を増大させる目的で、比較的多量のＡｌ供給原料を導入した場合に特に顕著に発生した。
【０００７】
このため、従来、特にＡｌを比較的多く含む場合において、良好な膜質のIII族窒化物膜を製造することは困難であった。
【０００８】
本発明は、特にＡｌを比較的多く含む場合において、良好な膜質のIII族窒化物膜を製造することが可能な新規な方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、ＭＯＣＶＤ法により、少なくともＡｌを含有するIII族窒化物膜を製造する方法であって、Ａｌ供給原料として、ジメチルアルミニウムハイドライドと、ＮＡＢＣ（Ｎ：窒素、Ａ、Ｂ、Ｃ：アルキル基）なる分子式で示される有機物であるジメチルエチルアミンとを含む有機原料を用いると共に、前記III族窒化物膜は、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ(ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０．５)なる組成を有することを特徴とする、III族窒化物膜の製造方法に関する。
【００１０】
本発明者らは、ＴＭＡ又はＴＥＡなどとアンモニアとを用い、ＭＯＣＶＤ法によりIII族窒化物膜を形成する際に、目的とするIII族窒化物膜中に分子量の大きい中間生成物が形成される原因について鋭意検討を行った。
【００１１】
その結果、上記ＴＭＡやＴＥＡはアンモニアとに対して高い反応性を有し、これらは室温においても互いに配位結合を形成して、所定の化合物を形成することが判明した。したがって、III族窒化物膜中に形成される中間生成物は、これらの供給原料が反応管内の気相中で互いに反応することにより形成されるものであると推察するに至った。
【００１２】
そして、本発明者らは、ＭＯＣＶＤ法によりＡｌを含有したIII族窒化物膜を形成するに際しては、比較的低い温度領域において互いに反応しない、安定なＡｌ供給原料又は窒素供給原料が必要であることを想到するに至った。そこで、本発明者らは、このような新規なＡｌ供給原料又は窒素供給原料を見出すべく鋭意検討を行った。
【００１３】
その結果、ジメチルアルミニウムハイドライド（以下、略して「ＤＭＡＨ」という場合がある）と、ＮＡＢＣ（Ｎ：窒素、Ａ、Ｂ、Ｃ：アルキル基）なる分子式で示される有機物（以下、略して「ＮＡＢＣ」という場合がある）とを含む有機原料は、低温領域においてアンモニアとの反応性が低く、かつ高温領域においては効率良く熱分解されて前記アンモニアを構成する窒素と化学反応を起こすことを見出した。
【００１４】
したがって、ＭＯＣＶＤ法によってＡｌを含有するIII族窒化物膜を形成する際、Ａｌ供給原料として上記の有機原料を用いることにより、中間生成物を形成することなく、結果、良質なIII族窒化物膜を製造できることを見出した。本発明は上述したような膨大な研究の結果としてなされたものである。
【００１５】
なお、上記ＮＡＢＣを構成するアルキル基Ａ、Ｂ、及びＣは、それぞれ異なるアルキル基であってもよいし、２つ以上が同じアルキル基から構成されてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明のIII族窒化物膜の製造方法においては、上述したように、Ａｌ供給原料をＤＭＡＨとＮＡＢＣとを含む有機原料から構成することが必要である。前記有機原料中におけるＤＭＡＨ及びＮＡＢＣの含有形態は、特に限定されない。ＤＭＡＨ及びＮＡＢＣがそれぞれ単独の原料として、所定の割合で混合されたものであってもよい。
【００１７】
しかしながら、上記有機原料は、ＤＭＡＨに対しＮＡＢＣが配位結合してなる化合物として構成されていることが好ましい。これによって、低温領域でのアンモニアとの反応性がさらに抑制され、Ａｌを比較的多量に含有したIII族窒化物膜を形成する場合においても、膜中における中間生成物の生成を十分に抑制することができる。
【００１８】
上述したように、ＮＡＢＣを構成するＡ、Ｂ、及びＣは、互いに異なるアルキル基であってもよいし、２つ以上が同じアルキル基から構成されていてもよい。具体的には、トリメチルアミン、ジメチルエチルアミン、メチルジメチルアミン及びトリエチルアミンなどを例示することができる。
【００１９】
しかしながら、ＤＭＡＨとの配位結合安定性が高く、低温領域でのアンモニアとの反応性がさらに抑制されることから、前記ＮＡＢＣとしてジメチルエチルアミン（以下、略して「ＤＭＥＡ」という場合がある）を用いることが好ましい。
【００２０】
Ａｌ供給原料として本発明のＤＭＡＨとＮＡＢＣとを含む有機原料を用いた場合においても、ＭＯＣＶＤ法によってＡｌを含有するIII族窒化物膜を製造する条件は、従来のＴＭＡ又はＴＥＡを用いた場合と同様である。
【００２１】
本発明の製造方法により製造すべきIII族窒化物膜は、少なくともＡｌを含有していることが必要であり、上述したように、発光ダイオード素子の半導体膜などとして使用する場合においては、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ(ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ＞０)なる組成を有することが好ましい。またこのような組成を中心として、Ｂ、Ｓｉ、及びＭｇなどの添加元素を含有することもできる。
【００２２】
そして、本発明の製造方法は、上述したように、Ａｌを比較的多く含有したIII族窒化物膜の製造に対して好適に用いることができ、具体的には、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ(ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ＞０)なる組成のIII族窒化物膜の製造に対して好ましく用いることができ、さらにＡｌを多量に含有したＡｌＮなる組成のIII族窒化物膜の製造に対して好ましく用いることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例）
基板としてＣ面サファイア基板を用い、これを石英製の反応管内に設置されたサセプタ上に載置した後、吸引固定した。次いで、前記サセプタ内のヒータにより、前記基板を１１５０℃まで加熱した。
【００２４】
Ａｌ供給原料としてＤＭＡＨとＤＭＥＡとが１対１に配位してなるジメチルアルミニウムハイドライドジメチルエチルアミンアダクト（以下、略して「ＤＭＡＨ：ＤＭＥＡ」という場合がある）を用い、窒素供給原料としてアンモニアガス（ＮＨ３）を用いた。ＤＭＡＨ：ＤＭＥＡは室温で液体であるため、これを所定の容器中に入れて、バブリングすることにより気化させ、気体状のＤＭＡＨ：ＤＭＥＡを得た。
【００２５】
ＮＨ３（Ｖ族供給原料）／ＤＭＡＨ：ＤＭＥＡ（III族供給原料）＝４５０の流量比でキャリアガスとともに前記反応管内に導入し、前記基板上に供給するとともに、反応管内の圧力が１０Ｔｏｒｒとなるようにした。なお、ＮＨ３及びＤＭＡＨ：ＤＭＥＡの実際の流量は、成膜速度に応じて上記流量比を満たすように適宜に選択することができる。
【００２６】
このような条件において前記基板上に厚さ１μｍの膜を形成したところ、表面にほとんどピットを有しない膜を形成することができた。すなわち、前記膜中の不純物の影響を受けていないことから、前記膜中には中間生成物がほとんど形成されていないことが判明した。
【００２７】
（比較例）
Ａｌ供給原料としてＴＭＡを用いた以外は、実施例と同様の条件で膜の形成を行った。
Ｃ面サファイア基板上に、上記実施例と同様にして厚さ１μｍの膜を形成したところ、表面にピットが平均１×１０６（１／ｃｍ３）の割合で存在することが判明した。すなわち、前記膜中にはＡｌ原料としてＴＭＡを用いたことに起因する中間生成物が存在することが推定された。
【００２８】
すなわち、従来のＴＭＡに代えて、本発明にしたがったＤＭＡＨ：ＤＭＥＡをＡｌ供給原料として用いた場合は、中間生成物を含有しない良質のＡｌＮ膜の得られることが分かる。
【００２９】
以上、具体例を挙げながら、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記発明の実施に形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のIII族窒化物膜の製造方法によれば、特にＡｌを多く含むIII族窒化物膜の製造する際に、中間生成物を含有しない良質なIII族窒化物膜を提供することができる。
Claims (3)
- ＭＯＣＶＤ法により、少なくともＡｌを含有するIII族窒化物膜を製造する方法であって、Ａｌ供給原料として、ジメチルアルミニウムハイドライドと、ＮＡＢＣ（Ｎ：窒素、Ａ、Ｂ、Ｃ：アルキル基）なる分子式で示される有機物であるジメチルエチルアミンとを含む有機原料を用いると共に、
前記III族窒化物膜は、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ(ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，ｘ≧０．５)なる組成を有することを特徴とする、III族窒化物膜の製造方法。 - 前記有機原料は、前記ジメチルアルミニウムハイドライドと前記ジメチルエチルアミンとの配位化合物であることを特徴とする、請求項１に記載のIII族窒化物膜の製造方法。
- 前記 III 族窒化物膜は、ＡｌＮなる組成を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のIII族窒化物膜の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000317688A JP4201969B2 (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | Ｉｉｉ族窒化物膜の製造方法 |
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| JP2000317688A JP4201969B2 (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | Ｉｉｉ族窒化物膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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