JPH02153896A - 窒化アルミニウム単結晶薄膜を有する積層単結晶基板及びその製造法 - Google Patents
窒化アルミニウム単結晶薄膜を有する積層単結晶基板及びその製造法Info
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- JPH02153896A JPH02153896A JP63277269A JP27726988A JPH02153896A JP H02153896 A JPH02153896 A JP H02153896A JP 63277269 A JP63277269 A JP 63277269A JP 27726988 A JP27726988 A JP 27726988A JP H02153896 A JPH02153896 A JP H02153896A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/38—Nitrides
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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】
〔産業上の利用分野］
本発明は窒化アルミニウム（以下、ＡＩＮと略する）単
結晶薄膜を有する積層単結晶基板及びその製造法に関す
るものである。
結晶薄膜を有する積層単結晶基板及びその製造法に関す
るものである。
気相法によるＡＩＮ単結晶薄膜の合成方法としては、従
来反応原料として金属ＡＩとＮ２ガスを用いたＭｏ１ｅ
ｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ法（以下、Ｍ
Ｂ Ｅ法）、同じく金属Ａ１とＮ２ガスを用いたスバ・
７ター法、塩化アルミニウムとアンモニアガスを用いた
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
法（以下、ＣＶＤ法）、トリメチルアルミニウムとアン
モニアガスを用いた有機金属ＣＶＤ法（以下、ＭＯＣＶ
Ｄ法）が報告されている。
来反応原料として金属ＡＩとＮ２ガスを用いたＭｏ１ｅ
ｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ法（以下、Ｍ
Ｂ Ｅ法）、同じく金属Ａ１とＮ２ガスを用いたスバ・
７ター法、塩化アルミニウムとアンモニアガスを用いた
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
法（以下、ＣＶＤ法）、トリメチルアルミニウムとアン
モニアガスを用いた有機金属ＣＶＤ法（以下、ＭＯＣＶ
Ｄ法）が報告されている。
ＡＩＮ単結晶薄膜は高い絶縁性（バンドギャップは６．
２ｅＶ）を有する圧電性膜である。その高い絶縁性を利
用してｍ−ｖ属化合物半導体のパッシベイション膜とし
ての応用が考えられている。また、弾性表面波（Ｓｕｒ
ｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ 、以下、ＳＡ
Ｗと略する）の伝搬速度（以下、Ｖｓ）が圧電体の中で
最も大きいことから高周波領域のＳＡＷフィルターに代
表されるＳＡＷデバイスとしての応用が期待されている
。
２ｅＶ）を有する圧電性膜である。その高い絶縁性を利
用してｍ−ｖ属化合物半導体のパッシベイション膜とし
ての応用が考えられている。また、弾性表面波（Ｓｕｒ
ｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ 、以下、ＳＡ
Ｗと略する）の伝搬速度（以下、Ｖｓ）が圧電体の中で
最も大きいことから高周波領域のＳＡＷフィルターに代
表されるＳＡＷデバイスとしての応用が期待されている
。
ＡＩＮ単結晶薄膜を高周波領域のＳＡＷフィルターとし
て応用する際の問題点としてはＡＩＮ単結晶薄膜の結晶
性の不均一性ということが挙げらレル。ＳＡＷフィルタ
ーにおける中心周波数その他フィルター特性はＳＡＷの
伝搬特性と圧電体上に構成される櫛型電極パターン（Ｉ
ｎｔｅｒ ＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｓｅｒ、以下
ＩＤＴ）によって決定される。
て応用する際の問題点としてはＡＩＮ単結晶薄膜の結晶
性の不均一性ということが挙げらレル。ＳＡＷフィルタ
ーにおける中心周波数その他フィルター特性はＳＡＷの
伝搬特性と圧電体上に構成される櫛型電極パターン（Ｉ
ｎｔｅｒ ＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｓｅｒ、以下
ＩＤＴ）によって決定される。
結晶性の不均一性は直接５ＡＷＯ伝搬特性に影響し、即
ちフィルター特性に影響する。従って、ＡＩＮ単結晶薄
膜をＳＡＷフィルターとして応用する場合において、Ａ
ＩＮ単結晶薄膜の結晶性の改善は避けがたい問題である
。
ちフィルター特性に影響する。従って、ＡＩＮ単結晶薄
膜をＳＡＷフィルターとして応用する場合において、Ａ
ＩＮ単結晶薄膜の結晶性の改善は避けがたい問題である
。
ＡＩＮ単結晶薄膜の結晶性が不均一になる原因は二通り
考えられ、ひとつは酸素などの不純物がＡＩＮ膜中に固
？容することであり、もうひとつは基板単結晶との物性
不整合すなわち格子定数のずれ及び熱膨張係数の差によ
って生じた格子歪み、応力歪みである。特に、後者の原
因については、ヘテロエピタキシー一般の問題点であり
これを解決することが本目的に対して肝要である。
考えられ、ひとつは酸素などの不純物がＡＩＮ膜中に固
？容することであり、もうひとつは基板単結晶との物性
不整合すなわち格子定数のずれ及び熱膨張係数の差によ
って生じた格子歪み、応力歪みである。特に、後者の原
因については、ヘテロエピタキシー一般の問題点であり
これを解決することが本目的に対して肝要である。
従来技術の上記問題を解決した高品位のＡＩＮ単結晶薄
膜を有する積層単結晶基板とそれを製造する方法を開示
するものである。
膜を有する積層単結晶基板とそれを製造する方法を開示
するものである。
上記目的を達成するために、本発明は、ＸｖＡロッキン
グカーブの半値幅が、０．５０未満である窒化アルミニ
ウム単結晶薄膜を有する積層単結晶基板を提供するもの
であり、具体的には、単結晶基板上にｌｎｍ〜１８０ｎ
ｍ未満のアモルファス窒化アルミニウム膜があり、その
上に窒化アルミニウム単結晶薄膜がある積層単結晶基板
を提供するものである。そして、その製造法として、金
属アルミニウムあるいはアルミニウム化合物と窒素化合
物とを反応させ、異種単結晶基板上に窒化アルミニウム
単結晶薄膜を気相法により合成する際、あらかしめ単結
晶基板上にアモルファス窒化アルミニウム膜を成膜し、
そのアモルファス窒化アルミニウム膜の上に窒化アルミ
ニウム単結晶薄膜を成膜する積層単結晶基板の製造法を
提供するものである。
グカーブの半値幅が、０．５０未満である窒化アルミニ
ウム単結晶薄膜を有する積層単結晶基板を提供するもの
であり、具体的には、単結晶基板上にｌｎｍ〜１８０ｎ
ｍ未満のアモルファス窒化アルミニウム膜があり、その
上に窒化アルミニウム単結晶薄膜がある積層単結晶基板
を提供するものである。そして、その製造法として、金
属アルミニウムあるいはアルミニウム化合物と窒素化合
物とを反応させ、異種単結晶基板上に窒化アルミニウム
単結晶薄膜を気相法により合成する際、あらかしめ単結
晶基板上にアモルファス窒化アルミニウム膜を成膜し、
そのアモルファス窒化アルミニウム膜の上に窒化アルミ
ニウム単結晶薄膜を成膜する積層単結晶基板の製造法を
提供するものである。
ヘテロエピタキシーにおける界面の物性不整合による成
長結晶層の結晶性劣化を改善する技術には大別して二通
り試みられてきている。ひとつは歪み超格子をヘテロ界
面に施し、ミスフィ７）転位の伝搬を防ぎ高品位の単結
晶薄膜を得るものである。もうひとつは、ヘテロ界面に
極薄いアモルファス層を低温において成長させ次に通常
の成長温度でエピタキシャル成長を行うもので、−ａ的
には二段階成長法と呼ばれている。二段階成長法の報告
例を第１表にまとめた。本発明はこの二段階成長法の考
え方に分類されるものである。
長結晶層の結晶性劣化を改善する技術には大別して二通
り試みられてきている。ひとつは歪み超格子をヘテロ界
面に施し、ミスフィ７）転位の伝搬を防ぎ高品位の単結
晶薄膜を得るものである。もうひとつは、ヘテロ界面に
極薄いアモルファス層を低温において成長させ次に通常
の成長温度でエピタキシャル成長を行うもので、−ａ的
には二段階成長法と呼ばれている。二段階成長法の報告
例を第１表にまとめた。本発明はこの二段階成長法の考
え方に分類されるものである。
ＡＩＮのへテロエピタキシーに関する限り、二段階成長
法を試みた報告例は無く、たとえば、サファイアを基板
として用いＭＯＣＶＤによってエピタキシャル成長を行
う場合において、エピタキシーにさきがけでアンモニア
ガスによりサファイア表面を窒化することによって成長
単結晶層の結晶性を改善する報告があるのみである。（
Ｊｐｎ、Ｊ。
法を試みた報告例は無く、たとえば、サファイアを基板
として用いＭＯＣＶＤによってエピタキシャル成長を行
う場合において、エピタキシーにさきがけでアンモニア
ガスによりサファイア表面を窒化することによって成長
単結晶層の結晶性を改善する報告があるのみである。（
Ｊｐｎ、Ｊ。
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、２７． Ｌ１６１ （１９８８）
）本発明の実施にあたってＡＩＮの原料となる物質は
特に限定されない。また、アモルファスＡＩＮ膜の合成
時とＡＩＮ単結晶薄膜の合成時で原料が変わっていても
差支えない。要は、アモルファスＡＩＮ膜及びＡＩＮ単
結晶薄膜を合成する際に単結晶基板上において気相化さ
れていることが肝要である。本発明において使用される
単結晶基板は特に限定はされないが、ＳＡＷデバイスと
して用いられる場合にはサラ１４フ８面及び０面、Ｓｉ
単結晶（１１１）面などを使用することが好ましい。ア
モルファスＡＩＮ膜の合成方法は特に限定されるもので
はなく、スパッター法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
光ＣＶＤ法、蒸着法など気相法による成膜方法であれば
なんでも良い。ＡＩＮ単結晶薄膜の合成方法は特に限定
されるものではなく、ＭＢＥ法、スパッター法、ＭＯＣ
ＶＤ法、ＣＶＤ法、蒸着法など気相法によってＡＩＮ単
結晶薄膜が合成できる方法であればなんでも良い。
）本発明の実施にあたってＡＩＮの原料となる物質は
特に限定されない。また、アモルファスＡＩＮ膜の合成
時とＡＩＮ単結晶薄膜の合成時で原料が変わっていても
差支えない。要は、アモルファスＡＩＮ膜及びＡＩＮ単
結晶薄膜を合成する際に単結晶基板上において気相化さ
れていることが肝要である。本発明において使用される
単結晶基板は特に限定はされないが、ＳＡＷデバイスと
して用いられる場合にはサラ１４フ８面及び０面、Ｓｉ
単結晶（１１１）面などを使用することが好ましい。ア
モルファスＡＩＮ膜の合成方法は特に限定されるもので
はなく、スパッター法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
光ＣＶＤ法、蒸着法など気相法による成膜方法であれば
なんでも良い。ＡＩＮ単結晶薄膜の合成方法は特に限定
されるものではなく、ＭＢＥ法、スパッター法、ＭＯＣ
ＶＤ法、ＣＶＤ法、蒸着法など気相法によってＡＩＮ単
結晶薄膜が合成できる方法であればなんでも良い。
また、二段階の成膜方法は必ずしも同一である必要はな
く、また同一の反応室で成膜される必要もない。ＡＩＮ
単結晶薄膜の結晶性向上に対して効果のあるアモルファ
スＡＩＮ膜の膜厚は二段階の成膜方法によって若干異な
り、厳密には定められないが、ｌｎｍ未満であればその
効果が薄く、また１８０ｎＩＩ！以上の場合にはアモル
ファスＡＩＮ上にはＡＩＮ多結晶膜が成長してしまう。
く、また同一の反応室で成膜される必要もない。ＡＩＮ
単結晶薄膜の結晶性向上に対して効果のあるアモルファ
スＡＩＮ膜の膜厚は二段階の成膜方法によって若干異な
り、厳密には定められないが、ｌｎｍ未満であればその
効果が薄く、また１８０ｎＩＩ！以上の場合にはアモル
ファスＡＩＮ上にはＡＩＮ多結晶膜が成長してしまう。
従って、該膜厚はｌｎｍ以上１８０ｎｍ未満が好ましく
、特に５ｎｍ以上１１００ｎ以下である場合にはその効
果が高い。界面にアモルファス層を介在させながらへテ
ロエピタキシャル成長が可能である理由は定かではない
が、エピタキシーを行うまでの昇温過程においてアモル
ファスＡＩＮ膜がアニールされ局部的に単結晶化された
ものと考えられる。また、二段階成長法によってＡＩＮ
単結晶薄膜の結晶性が向上する理由も明らかではないが
、格子不整合を除去すると同時に、低温でＡＩＮ膜を単
結晶基板上に成膜することによって高温におけるエピタ
キシー・時に単結晶基板と原料ガスとの反応を防ぎ基板
損傷を押え、三次元核成長を防止していることが影響し
ているものと考えられる。なお、ＡＩＮ単結晶薄膜の結
晶性の評価にはＸ線ロッキングカーブの半値幅をもって
行った。測定に用いたのは（株）リガク製ＲＡＩ）−Ａ
シリーズであり、発散スリット及び散乱スリットは１／
６°のものを用い、受光スリットは０．３ｍｍのものを
用いた。
、特に５ｎｍ以上１１００ｎ以下である場合にはその効
果が高い。界面にアモルファス層を介在させながらへテ
ロエピタキシャル成長が可能である理由は定かではない
が、エピタキシーを行うまでの昇温過程においてアモル
ファスＡＩＮ膜がアニールされ局部的に単結晶化された
ものと考えられる。また、二段階成長法によってＡＩＮ
単結晶薄膜の結晶性が向上する理由も明らかではないが
、格子不整合を除去すると同時に、低温でＡＩＮ膜を単
結晶基板上に成膜することによって高温におけるエピタ
キシー・時に単結晶基板と原料ガスとの反応を防ぎ基板
損傷を押え、三次元核成長を防止していることが影響し
ているものと考えられる。なお、ＡＩＮ単結晶薄膜の結
晶性の評価にはＸ線ロッキングカーブの半値幅をもって
行った。測定に用いたのは（株）リガク製ＲＡＩ）−Ａ
シリーズであり、発散スリット及び散乱スリットは１／
６°のものを用い、受光スリットは０．３ｍｍのものを
用いた。
以下、本発明につき実施例を挙げて説明する。
（１）単結晶基板 サファイアＲ面（２）ア
モルファス ＡＩＮの合成方法 スパッター法スパッターター
ゲット ＡＩ 雰囲気ガス Ａｒ；７０％ Ｎ２；３０％ ０、０６ Ｔｏｒｒ ３００℃ 反応圧力 基板温度 （３１ＡＩＮ単結晶 薄膜の合成方法 ＣＶＤ法 Ａ Ｉ ｆｌ Ａ Ｉ Ｂ ｒ ＋＋
Ｎ源 ＮＨＩ 雰囲気ガス Ｈ２ 反応圧力 １００ＴｏｒｒＭ 手ｌ １品
度 １１５０ °にのような
条件下でアモルファスＡＩＮ膜の膜厚を変化させて合成
を行い、Ｘ線ロッキングカーブによってＡＩＮ単結晶薄
膜の結晶性の評価を行った。なお、単結晶薄膜の膜ｙゾ
は３．０／１ｍに揃えた。以上の実施例の結果を第２表
にまとめた。比較例としてアモルファスＡＩＮ膜を界面
に介在させない場合の結果も合せて記載した。第２表か
ら明らかなようにアモルファスＡＩＮ膜を介在させない
場合のロッキングカーブの半値幅に比べて、ｌｎｍ以上
１８０ｎｍ未満のアモルファスＡＩＮ膜を介在させた場
合のロッキングカーブの半値幅は小さな値となり、即ら
ＡＩＮ単結晶薄膜の結晶性が向上したことが確認される
。
モルファス ＡＩＮの合成方法 スパッター法スパッターター
ゲット ＡＩ 雰囲気ガス Ａｒ；７０％ Ｎ２；３０％ ０、０６ Ｔｏｒｒ ３００℃ 反応圧力 基板温度 （３１ＡＩＮ単結晶 薄膜の合成方法 ＣＶＤ法 Ａ Ｉ ｆｌ Ａ Ｉ Ｂ ｒ ＋＋
Ｎ源 ＮＨＩ 雰囲気ガス Ｈ２ 反応圧力 １００ＴｏｒｒＭ 手ｌ １品
度 １１５０ °にのような
条件下でアモルファスＡＩＮ膜の膜厚を変化させて合成
を行い、Ｘ線ロッキングカーブによってＡＩＮ単結晶薄
膜の結晶性の評価を行った。なお、単結晶薄膜の膜ｙゾ
は３．０／１ｍに揃えた。以上の実施例の結果を第２表
にまとめた。比較例としてアモルファスＡＩＮ膜を界面
に介在させない場合の結果も合せて記載した。第２表か
ら明らかなようにアモルファスＡＩＮ膜を介在させない
場合のロッキングカーブの半値幅に比べて、ｌｎｍ以上
１８０ｎｍ未満のアモルファスＡＩＮ膜を介在させた場
合のロッキングカーブの半値幅は小さな値となり、即ら
ＡＩＮ単結晶薄膜の結晶性が向上したことが確認される
。
第２表
ス１」０１果
０．４８
０．３９
０．３０
０．２８
０．３１
０．３５
０．３８
０．３９
０．４５
０．５０
〔発明の効果〕
本発明によれば、結晶性の良好なＡＩＮ単結晶薄膜を有
する積層単結晶基板を得ることができる。
する積層単結晶基板を得ることができる。
特許出願人 旭化成工業株式会社
Claims (3)
- （１）Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が、０．５０未満
である窒化アルミニウム単結晶薄膜を有する積層単結晶
基板 - （２）単結晶基板上に１ｎｍ〜１８０ｎｍ未満のアモル
ファス窒化アルミニウム膜があり、その上に窒化アルミ
ニウム単結晶薄膜がある積層単結晶基板 - （３）金属アルミニウムあるいはアルミニウム化合物と
窒素化合物とを反応させ、異種単結晶基板上に窒化アル
ミニウム単結晶薄膜を気相法により合成する際、あらか
じめ単結晶基板上にアモルファス窒化アルミニウム膜を
成膜し、そのアモルファス窒化アルミニウム膜の上に窒
化アルミニウム単結晶薄膜を成膜する積層単結晶基板の
製造法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63277269A JPH02153896A (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 窒化アルミニウム単結晶薄膜を有する積層単結晶基板及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63277269A JPH02153896A (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 窒化アルミニウム単結晶薄膜を有する積層単結晶基板及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02153896A true JPH02153896A (ja) | 1990-06-13 |
Family
ID=17581170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63277269A Pending JPH02153896A (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 窒化アルミニウム単結晶薄膜を有する積層単結晶基板及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02153896A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004142953A (ja) * | 2001-09-28 | 2004-05-20 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物エピタキシャル基板、ｉｉｉ族窒化物素子用エピタキシャル基板及びｉｉｉ族窒化物素子 |
| JP2005060216A (ja) * | 2003-07-29 | 2005-03-10 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物単結晶の製造方法および製造装置 |
| US6964890B1 (en) | 1992-03-17 | 2005-11-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for forming the same |
| WO2025192616A1 (ja) * | 2024-03-13 | 2025-09-18 | 京セラ株式会社 | セラミック構造体 |
-
1988
- 1988-11-04 JP JP63277269A patent/JPH02153896A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6964890B1 (en) | 1992-03-17 | 2005-11-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for forming the same |
| US7564057B1 (en) | 1992-03-17 | 2009-07-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having an aluminum nitride film |
| JP2004142953A (ja) * | 2001-09-28 | 2004-05-20 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物エピタキシャル基板、ｉｉｉ族窒化物素子用エピタキシャル基板及びｉｉｉ族窒化物素子 |
| JP2005060216A (ja) * | 2003-07-29 | 2005-03-10 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物単結晶の製造方法および製造装置 |
| WO2025192616A1 (ja) * | 2024-03-13 | 2025-09-18 | 京セラ株式会社 | セラミック構造体 |
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