JPH0529220A - 窒化ガリウム系薄膜の成長方法 - Google Patents
窒化ガリウム系薄膜の成長方法Info
- Publication number
- JPH0529220A JPH0529220A JP17970791A JP17970791A JPH0529220A JP H0529220 A JPH0529220 A JP H0529220A JP 17970791 A JP17970791 A JP 17970791A JP 17970791 A JP17970791 A JP 17970791A JP H0529220 A JPH0529220 A JP H0529220A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- gan
- film
- substrate
- nitrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 39
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 title claims description 38
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N n-[4-[4-(dinaphthalen-2-ylamino)phenyl]phenyl]-n-naphthalen-2-ylnaphthalen-2-amine Chemical compound C1=CC=CC2=CC(N(C=3C=CC(=CC=3)C=3C=CC(=CC=3)N(C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C3=CC4=CC=CC=C4C=C3)=CC=C21 QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 25
- 238000000171 gas-source molecular beam epitaxy Methods 0.000 abstract description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 15
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 12
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 11
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000005136 cathodoluminescence Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- -1 nitrogen ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001741 metal-organic molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000002233 thin-film X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 紫外〜青色領域の光素子用として最適なＧａ
Ｎ系半導体薄膜を得ること。 【構成】 三フッ化窒素を窒素源に用いてＧａＮ系半導
体薄膜をガスソースＭＢＥなどの真空装置を使用した成
膜方法により作製する。 【効果】 薄い膜厚で平坦であり、結晶性に優れた薄膜
を得ることができる。また、キャリアー密度の制御が容
易であるため光素子用の半導体薄膜として最適である。
Ｎ系半導体薄膜を得ること。 【構成】 三フッ化窒素を窒素源に用いてＧａＮ系半導
体薄膜をガスソースＭＢＥなどの真空装置を使用した成
膜方法により作製する。 【効果】 薄い膜厚で平坦であり、結晶性に優れた薄膜
を得ることができる。また、キャリアー密度の制御が容
易であるため光素子用の半導体薄膜として最適である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にディスプレー、光
通信に最適な紫外域〜青色発光ダイオードおよびレーザ
ーダーオード等に用いることができる窒化ガリウム系薄
膜の成長方法に関するものである。
通信に最適な紫外域〜青色発光ダイオードおよびレーザ
ーダーオード等に用いることができる窒化ガリウム系薄
膜の成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子、特に可視域発光ダイオード
（ＬＥＤ）は、広い分野において表示素子として使用さ
れているが、従来、紫外域〜青色発光ダイオードおよび
レーザーダイオードは実用化されておらず、特に３原色
を必要とするディスプレー用として開発が急がれてい
る。紫外域〜青色発光ダイオードおよびレーザーダイオ
ードとしては、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＮやＳｉＣなど
を用いたものが報告されている。
（ＬＥＤ）は、広い分野において表示素子として使用さ
れているが、従来、紫外域〜青色発光ダイオードおよび
レーザーダイオードは実用化されておらず、特に３原色
を必要とするディスプレー用として開発が急がれてい
る。紫外域〜青色発光ダイオードおよびレーザーダイオ
ードとしては、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＮやＳｉＣなど
を用いたものが報告されている。
【０００３】窒化ガリウム（ＧａＮ）は、多くはサファ
イアＣ面上にＭＯＣＶＤ法、あるいはＶＰＥ法により成
膜されている〔 Journal of Applied Physics,56 Ｐ．
2367-2368 (1984)〕が、反応温度を高くする必要があ
り、製造が難しいばかりでなく、窒素が不足しているた
めに、キャリア密度が極めて大きくなり、良好な半導体
特性が得られないことになる。
イアＣ面上にＭＯＣＶＤ法、あるいはＶＰＥ法により成
膜されている〔 Journal of Applied Physics,56 Ｐ．
2367-2368 (1984)〕が、反応温度を高くする必要があ
り、製造が難しいばかりでなく、窒素が不足しているた
めに、キャリア密度が極めて大きくなり、良好な半導体
特性が得られないことになる。
【０００４】また、低温成膜を実現するために、窒素源
を電子シャワーにより活性化する試みがある〔 Jap.J.A
ppl.Phys.，20 Ｐ．L545(1981)〕が、この方法によって
も膜質の向上には不十分であるとされている。また、窒
素の不足を起こさないように活性の高い窒素源を用いて
成膜を行うことが考えられている。活性の高い窒素源と
しては、原子状窒素、窒素イオンがあるが、従来のプラ
ズマを利用した技術〔J.Vac.Sci.Technol.，A7 Ｐ．701
(1989) 〕などでは、これらを効率よく生成させること
は難しい。
を電子シャワーにより活性化する試みがある〔 Jap.J.A
ppl.Phys.，20 Ｐ．L545(1981)〕が、この方法によって
も膜質の向上には不十分であるとされている。また、窒
素の不足を起こさないように活性の高い窒素源を用いて
成膜を行うことが考えられている。活性の高い窒素源と
しては、原子状窒素、窒素イオンがあるが、従来のプラ
ズマを利用した技術〔J.Vac.Sci.Technol.，A7 Ｐ．701
(1989) 〕などでは、これらを効率よく生成させること
は難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半導体薄膜としての特
性が良好なＧａＮ薄膜のを作製するためには、活性の高
い窒素を高効率で生成して低温成膜することが必要であ
りながら、実現していないのが現状である。本発明は、
この問題点を解決して半導体として良好な特性を有する
ＧａＮ系薄膜を作製しようとするものである。
性が良好なＧａＮ薄膜のを作製するためには、活性の高
い窒素を高効率で生成して低温成膜することが必要であ
りながら、実現していないのが現状である。本発明は、
この問題点を解決して半導体として良好な特性を有する
ＧａＮ系薄膜を作製しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記問題点
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、プラズマや電子
シャワーを使用しない成膜方法によるＧａＮ薄膜の製造
方法を見いだすにいたった。すなわち、本発明は真空中
でＧａＮ系薄膜を製造する際、三フッ化窒素を窒素源と
して用いることを特徴とする窒化ガリウム系薄膜の成長
方法である。
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、プラズマや電子
シャワーを使用しない成膜方法によるＧａＮ薄膜の製造
方法を見いだすにいたった。すなわち、本発明は真空中
でＧａＮ系薄膜を製造する際、三フッ化窒素を窒素源と
して用いることを特徴とする窒化ガリウム系薄膜の成長
方法である。
【０００７】本発明によるＧａＮ系薄膜の製造において
は、真空中において薄膜を製造する方法を使用すること
が可能である。例えば、減圧ＣＶＤ法、減圧ＭＯＣＶＤ
法、スパッタリング法、真空蒸着法、ＭＯＭＢＥ法やガ
スソースＭＢＥ法がある。なかでも、薄膜製造中の圧力
を１０-5Torr以下にして、三フッ化窒素およびＧａ蒸気
が互いに衝突せずに基板表面に到達できるようにして製
造するガスソースＭＢＥ法が特に好ましいものとなる。
は、真空中において薄膜を製造する方法を使用すること
が可能である。例えば、減圧ＣＶＤ法、減圧ＭＯＣＶＤ
法、スパッタリング法、真空蒸着法、ＭＯＭＢＥ法やガ
スソースＭＢＥ法がある。なかでも、薄膜製造中の圧力
を１０-5Torr以下にして、三フッ化窒素およびＧａ蒸気
が互いに衝突せずに基板表面に到達できるようにして製
造するガスソースＭＢＥ法が特に好ましいものとなる。
【０００８】本発明における窒素源としては、三フッ化
窒素あるいは三フッ化窒素を主体とする混合ガスを用い
ることができる。三フッ化窒素と混合するガスとしては
窒素、アルゴンおよびヘリウム等の不活性ガスを使用す
る。三フッ化窒素の供給量は基板表面においてＧａの供
給量より１０倍以上大きくすることが好ましい。三フッ
化窒素の供給量がＧａの供給量より小さくなると生成す
るＧａＮ系薄膜からの窒素の抜けが大きくなるため良好
なＧａＮ系薄膜を得ることが困難になる。
窒素あるいは三フッ化窒素を主体とする混合ガスを用い
ることができる。三フッ化窒素と混合するガスとしては
窒素、アルゴンおよびヘリウム等の不活性ガスを使用す
る。三フッ化窒素の供給量は基板表面においてＧａの供
給量より１０倍以上大きくすることが好ましい。三フッ
化窒素の供給量がＧａの供給量より小さくなると生成す
るＧａＮ系薄膜からの窒素の抜けが大きくなるため良好
なＧａＮ系薄膜を得ることが困難になる。
【０００９】三フッ化窒素の供給方法としてはガスセル
を用いればよく、これはＢＮ、アルミナ、石英、ステン
レスなどの管を基板面に開口部を向けて薄膜成長装置内
に設置し、バルブや流量制御装置、圧力制御装置を接続
することにより供給量の制御や供給の開始・停止を行う
ことをできるようにしたものである。また、クラッキン
グガスセルを使用することも三フッ化窒素を分解して活
性窒素を基板表面に効率的に供給するということで好ま
しいものとなる。クラッキングガスセルとは、触媒の存
在下において三フッ化窒素を加熱し、効率良く活性窒素
を生成せしめるものであって、触媒としてはアルミナ、
シリカ、窒化ホウ素、炭化ケイ素のようなセラミックス
を繊維状あるいは多孔質状にして表面積を大きくするこ
とが好ましいものとなる。クラッキングの温度は触媒の
種類や三フッ化窒素の供給量等によって変えることが必
要であるが、１００〜５００℃の範囲に設定することが
好ましいものとなる。
を用いればよく、これはＢＮ、アルミナ、石英、ステン
レスなどの管を基板面に開口部を向けて薄膜成長装置内
に設置し、バルブや流量制御装置、圧力制御装置を接続
することにより供給量の制御や供給の開始・停止を行う
ことをできるようにしたものである。また、クラッキン
グガスセルを使用することも三フッ化窒素を分解して活
性窒素を基板表面に効率的に供給するということで好ま
しいものとなる。クラッキングガスセルとは、触媒の存
在下において三フッ化窒素を加熱し、効率良く活性窒素
を生成せしめるものであって、触媒としてはアルミナ、
シリカ、窒化ホウ素、炭化ケイ素のようなセラミックス
を繊維状あるいは多孔質状にして表面積を大きくするこ
とが好ましいものとなる。クラッキングの温度は触媒の
種類や三フッ化窒素の供給量等によって変えることが必
要であるが、１００〜５００℃の範囲に設定することが
好ましいものとなる。
【００１０】本発明において使用する基板としては、Ｓ
ｉ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｉＣ、もしくはＧａ
Ａｓ、ＩｎＡｓなどのIII −Ｖ族化合物、ＺｎＳｅなど
のII−VI族化合物などの単結晶基板、石英ガラス、ＭＥ
ＳＡガラス等のガラス基板を用いる。また、基板とＧａ
Ｎ系薄膜との間にバッファ層としてアモルファス状の物
質、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ等、あるいは
単結晶物質として、例えばＡｌＮ、ＺｎＯ、ＳｉＣ等を
設けることができる。なかでも、サファイア（Ａｌ
2Ｏ3）においてＲ面基板を用いることが好ましく、その
オフ角は０．８度以下であることが必要である。さらに
は、サファイアＲ面をサファイアｃ軸のＲ面射影を軸と
して９．２度回転させた面を用いるとより好ましいもの
となり、高配向性のＧａＮ系薄膜を得ることが可能とな
る。基板は基板加熱装置により２００〜９００℃の範囲
で加熱する。
ｉ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｉＣ、もしくはＧａ
Ａｓ、ＩｎＡｓなどのIII −Ｖ族化合物、ＺｎＳｅなど
のII−VI族化合物などの単結晶基板、石英ガラス、ＭＥ
ＳＡガラス等のガラス基板を用いる。また、基板とＧａ
Ｎ系薄膜との間にバッファ層としてアモルファス状の物
質、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ等、あるいは
単結晶物質として、例えばＡｌＮ、ＺｎＯ、ＳｉＣ等を
設けることができる。なかでも、サファイア（Ａｌ
2Ｏ3）においてＲ面基板を用いることが好ましく、その
オフ角は０．８度以下であることが必要である。さらに
は、サファイアＲ面をサファイアｃ軸のＲ面射影を軸と
して９．２度回転させた面を用いるとより好ましいもの
となり、高配向性のＧａＮ系薄膜を得ることが可能とな
る。基板は基板加熱装置により２００〜９００℃の範囲
で加熱する。
【００１１】本発明におけるＧａＮ系薄膜とは、例えば
ＧａＮの他にＧａ1-xＡｌxＮ、Ｇａ 1-xＩｎxＮ、Ｇａ
1-xＢxＮなどのＧａＮを主体とした混晶化合物薄膜のこ
とである。さらに、ＧａＮ系薄膜を作製するときに不純
物をドーピングして、キャリア密度制御、ｐ型あるいは
ｎ型制御を行うこともできる。ドーピングする不純物の
例としてはＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、
Ｓｎ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｐ等がある。これらのドーパントの
種類とドーピング量を変えることによってキャリアーの
種類やキャリアー密度を変えることができる。また、本
発明による薄膜作製方法によると、フッ素が膜中に入る
ことがあるが薄膜の電気的・光学的特性を劣化させるこ
とはない。
ＧａＮの他にＧａ1-xＡｌxＮ、Ｇａ 1-xＩｎxＮ、Ｇａ
1-xＢxＮなどのＧａＮを主体とした混晶化合物薄膜のこ
とである。さらに、ＧａＮ系薄膜を作製するときに不純
物をドーピングして、キャリア密度制御、ｐ型あるいは
ｎ型制御を行うこともできる。ドーピングする不純物の
例としてはＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、
Ｓｎ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｐ等がある。これらのドーパントの
種類とドーピング量を変えることによってキャリアーの
種類やキャリアー密度を変えることができる。また、本
発明による薄膜作製方法によると、フッ素が膜中に入る
ことがあるが薄膜の電気的・光学的特性を劣化させるこ
とはない。
【００１２】実際に、ＧａＮ系薄膜を半導体部品、とく
に発光素子（ＬＥＤ）やレーザーダイオードを作製する
場合においては、これらの混晶系のＧａＮ系薄膜やドー
ピングしたＧａＮ系薄膜を組み合わせて、ｐｎ接合、シ
ングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造、量子井戸構造、
超格子構造等の構造を持った素子を製作するものであ
る。
に発光素子（ＬＥＤ）やレーザーダイオードを作製する
場合においては、これらの混晶系のＧａＮ系薄膜やドー
ピングしたＧａＮ系薄膜を組み合わせて、ｐｎ接合、シ
ングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造、量子井戸構造、
超格子構造等の構造を持った素子を製作するものであ
る。
【００１３】以下、具体例としてガスソースＭＢＥ法を
用いたＧａＮ系薄膜の製造方法について説明するが、と
くにこれに限定されるものではない。装置としては、図
１に示すような真空容器（１）内に、蒸発用ルツボ（ク
ヌードセンセル）（２）、（３）および（４）、三フッ
化窒素導入用ガスセル（５）、基板加熱ホルダー（６）
を備えたガスソースＭＢＥ装置を使用した。
用いたＧａＮ系薄膜の製造方法について説明するが、と
くにこれに限定されるものではない。装置としては、図
１に示すような真空容器（１）内に、蒸発用ルツボ（ク
ヌードセンセル）（２）、（３）および（４）、三フッ
化窒素導入用ガスセル（５）、基板加熱ホルダー（６）
を備えたガスソースＭＢＥ装置を使用した。
【００１４】蒸発用ルツボ（２）にはＧａ金属を入れ、
基板面において１０13〜１０19／cm 2・secになる温度に
加熱した。三フッ化窒素の導入にはガスセル（５）を用
い、三フッ化窒素を基板（７）に直接吹き付けるように
設置した。導入量は基板表面において１０16〜１０20／
cm2・secになるように供給した。蒸発用ルツボ（３）に
はＩｎ、Ａｌ、Ａｓ又はＳｂ等を入れ、所定の組成の混
晶系の化合物半導体になるように温度および時間を制御
して成膜を行なう。蒸発用ルツボ（４）にはＭｇ、Ｚ
ｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ａｓ又
はＰ等を入れ、所定の供給量になるように温度および供
給時間を制御することによりドーピングを行なう。
基板面において１０13〜１０19／cm 2・secになる温度に
加熱した。三フッ化窒素の導入にはガスセル（５）を用
い、三フッ化窒素を基板（７）に直接吹き付けるように
設置した。導入量は基板表面において１０16〜１０20／
cm2・secになるように供給した。蒸発用ルツボ（３）に
はＩｎ、Ａｌ、Ａｓ又はＳｂ等を入れ、所定の組成の混
晶系の化合物半導体になるように温度および時間を制御
して成膜を行なう。蒸発用ルツボ（４）にはＭｇ、Ｚ
ｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ａｓ又
はＰ等を入れ、所定の供給量になるように温度および供
給時間を制御することによりドーピングを行なう。
【００１５】基板（７）にはサファイアＲ面を使用し、
２００〜９００℃に加熱した。サファイアＲ面基板は、
オフ角が０．８度以下のものが好ましく、さらに好まし
くはサファイアＲ面をサファイアｃ軸のＲ面射影を軸と
して９．２度回転させた面を用いることである。まず、
基板（７）を真空容器１内で９００℃で加熱した後、所
定の成長温度に設定し０．１〜３０オングストローム／
secの成長速度で０．４〜１０μｍの厚みのＧａＮ薄膜
を作製する。
２００〜９００℃に加熱した。サファイアＲ面基板は、
オフ角が０．８度以下のものが好ましく、さらに好まし
くはサファイアＲ面をサファイアｃ軸のＲ面射影を軸と
して９．２度回転させた面を用いることである。まず、
基板（７）を真空容器１内で９００℃で加熱した後、所
定の成長温度に設定し０．１〜３０オングストローム／
secの成長速度で０．４〜１０μｍの厚みのＧａＮ薄膜
を作製する。
【００１６】このＧａＮ薄膜のキャリアー密度をファン
デア・ポー法により測定したところ、１０17／cm3〜１
０20／cm3であった。また、２００Ｋにおいてカソード
ルミネッセンス（ＣＬ）を測定したところ、図２に示す
ように３．５ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得ら
れた。
デア・ポー法により測定したところ、１０17／cm3〜１
０20／cm3であった。また、２００Ｋにおいてカソード
ルミネッセンス（ＣＬ）を測定したところ、図２に示す
ように３．５ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得ら
れた。
【００１７】
【実施例】以下、実施例によりさらに詳細に説明する。
【００１８】
【実施例１】三フッ化窒素を用いたガスソースＭＢＥ法
により、ＧａＮ薄膜を成膜した例について説明する。図
１に示すような真空容器（１）内に、蒸発用ルツボ
（２）、クラッキングガスセル（５）、および基板加熱
ホルダー（６）を備えたガスソースＭＢＥを装置として
用いた。
により、ＧａＮ薄膜を成膜した例について説明する。図
１に示すような真空容器（１）内に、蒸発用ルツボ
（２）、クラッキングガスセル（５）、および基板加熱
ホルダー（６）を備えたガスソースＭＢＥを装置として
用いた。
【００１９】蒸発用ルツボ（２）にはＧａ金属を入れ、
１０２０℃に加熱した。ガスの導入には内部にアルミナ
ファイバーを充填したクラッキングガスセル（５）を使
用し、２００℃に加熱して、ガスを直接に基板（７）に
吹き付けるようにして５cc／minの速度で供給した。基
板（７）としては２０mm角の大きさ、オフ角が０．５度
のサファイアＲ面を使用する。
１０２０℃に加熱した。ガスの導入には内部にアルミナ
ファイバーを充填したクラッキングガスセル（５）を使
用し、２００℃に加熱して、ガスを直接に基板（７）に
吹き付けるようにして５cc／minの速度で供給した。基
板（７）としては２０mm角の大きさ、オフ角が０．５度
のサファイアＲ面を使用する。
【００２０】真空容器内の圧力は、成膜時において１〜
５×１０-6Torrであった。まず、基板（７）を９００℃
で三フッ化窒素を供給しながら１５分間加熱し、ついで
５００℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は三フッ化窒
素をクラッキングガスセル（５）から供給しながらＧａ
のルツボのシャッターを開けて行い（三フッ化窒素／Ｇ
ａの供給比は５００）、１．２オングストローム／sec
の成膜速度で膜厚０．８μmのＧａＮ薄膜を作製する。
５×１０-6Torrであった。まず、基板（７）を９００℃
で三フッ化窒素を供給しながら１５分間加熱し、ついで
５００℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は三フッ化窒
素をクラッキングガスセル（５）から供給しながらＧａ
のルツボのシャッターを開けて行い（三フッ化窒素／Ｇ
ａの供給比は５００）、１．２オングストローム／sec
の成膜速度で膜厚０．８μmのＧａＮ薄膜を作製する。
【００２１】このＧａＮ薄膜のキャリアー密度をファン
デア・ポー法により測定したところ、３×１０18／cm3
であった。また、２００Ｋにおいてカソードルミネッセ
ンス（ＣＬ）を測定したところ、図２に示すように３．
５ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得られた。製造
したＧａＮ薄膜の薄膜Ｘ線回折のデータを図３に示す
が、これによると結晶性の良好なＧａＮが生成している
ことがわかる。
デア・ポー法により測定したところ、３×１０18／cm3
であった。また、２００Ｋにおいてカソードルミネッセ
ンス（ＣＬ）を測定したところ、図２に示すように３．
５ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得られた。製造
したＧａＮ薄膜の薄膜Ｘ線回折のデータを図３に示す
が、これによると結晶性の良好なＧａＮが生成している
ことがわかる。
【００２２】
【実施例２】ガスソースＭＢＥ法によりＧａ1-xＩｎxＮ
混晶薄膜を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ
（２）にはＧａ金属を入れ１０２０℃に加熱し、蒸発用
ルツボ（３）にはＩｎを入れ６６０℃に加熱した。ガス
の導入には内部にアルミナファイバーを充填したクラッ
キングガスセル（５）を使用し、２００℃に加熱して、
ガスを直接に基板（７）に吹き付けるようにして６cc／
minの速度で供給した。
混晶薄膜を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ
（２）にはＧａ金属を入れ１０２０℃に加熱し、蒸発用
ルツボ（３）にはＩｎを入れ６６０℃に加熱した。ガス
の導入には内部にアルミナファイバーを充填したクラッ
キングガスセル（５）を使用し、２００℃に加熱して、
ガスを直接に基板（７）に吹き付けるようにして６cc／
minの速度で供給した。
【００２３】基板（７）としては２０mm角の大きさ、オ
フ角が０．５度のサファイアＲ面を使用する。真空容器
内の圧力は、成膜時において１〜５×１０-6Torrであっ
た。まず、基板（７）を９００℃で三フッ化窒素を供給
しながら１５分間加熱し、ついで５３０℃の温度に保持
し成膜を行った。成膜は三フッ化窒素をクラッキングガ
スセル（５）から供給しながらＧａのルツボのシャッタ
ーを開けて行い、１．２オングストローム／secの成膜
速度で膜厚０．８μmのＧａ1-xＩｎxＮ混晶薄膜（ｘ＝
０．２）を作製する。
フ角が０．５度のサファイアＲ面を使用する。真空容器
内の圧力は、成膜時において１〜５×１０-6Torrであっ
た。まず、基板（７）を９００℃で三フッ化窒素を供給
しながら１５分間加熱し、ついで５３０℃の温度に保持
し成膜を行った。成膜は三フッ化窒素をクラッキングガ
スセル（５）から供給しながらＧａのルツボのシャッタ
ーを開けて行い、１．２オングストローム／secの成膜
速度で膜厚０．８μmのＧａ1-xＩｎxＮ混晶薄膜（ｘ＝
０．２）を作製する。
【００２４】この混晶薄膜のキャリアー密度をファンデ
ア・ポー法により測定したところ、４×１０18／cm3で
あった。また、２００Ｋにおいてカソードルミネッセン
ス（ＣＬ）を測定したところ、図４に示すように２．９
ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得られた。
ア・ポー法により測定したところ、４×１０18／cm3で
あった。また、２００Ｋにおいてカソードルミネッセン
ス（ＣＬ）を測定したところ、図４に示すように２．９
ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得られた。
【００２５】
【実施例３】ガスソースＭＢＥ法により、ＧａＮのｍｉ
ｓ型構造を作製した例について説明する。図１に示すよ
うな真空容器（１）内に、蒸発用ルツボ（２）、蒸発用
ルツボ（３）、クラッキングガスセル（５）、および基
板加熱ホルダー（６）を備えたガスソースＭＢＥを装置
として用いた。
ｓ型構造を作製した例について説明する。図１に示すよ
うな真空容器（１）内に、蒸発用ルツボ（２）、蒸発用
ルツボ（３）、クラッキングガスセル（５）、および基
板加熱ホルダー（６）を備えたガスソースＭＢＥを装置
として用いた。
【００２６】蒸発用ルツボ（２）にはＧａ金属を入れ、
１０２０℃に加熱した。蒸発用ルツボ（４）にはマグネ
シウム金属を入れ、ガスの導入には内部にアルミナファ
イバーを充填したクラッキングガスセル（５）を使用
し、２００℃に加熱して、ガスを直接に基板（７）に吹
き付けるようにして５cc／minの速度で供給した。基板
（７）としては２０mm角の大きさ、オフ角が０．５度サ
ファイアＲ面を使用する。
１０２０℃に加熱した。蒸発用ルツボ（４）にはマグネ
シウム金属を入れ、ガスの導入には内部にアルミナファ
イバーを充填したクラッキングガスセル（５）を使用
し、２００℃に加熱して、ガスを直接に基板（７）に吹
き付けるようにして５cc／minの速度で供給した。基板
（７）としては２０mm角の大きさ、オフ角が０．５度サ
ファイアＲ面を使用する。
【００２７】真空容器内の圧力は、成膜時において１〜
５×１０-6Torrであった。まず、基板（７）を９００℃
で三フッ化窒素を供給しながら１５分間加熱し、ついで
５００℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は三フッ化窒
素をクラッキングガスセル５から供給しながらＧａのル
ツボのシャッターを開けて行い、１．２オングストロー
ム／secの成膜速度で膜厚０．８μmのＧａＮ薄膜を作製
する。続いて、Ｇａのルツボのシャッターと同時にマグ
ネシウムのルツボのシャッターを同時に開けて、５００
オングストロームの厚みのドーピング層を形成した。
５×１０-6Torrであった。まず、基板（７）を９００℃
で三フッ化窒素を供給しながら１５分間加熱し、ついで
５００℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は三フッ化窒
素をクラッキングガスセル５から供給しながらＧａのル
ツボのシャッターを開けて行い、１．２オングストロー
ム／secの成膜速度で膜厚０．８μmのＧａＮ薄膜を作製
する。続いて、Ｇａのルツボのシャッターと同時にマグ
ネシウムのルツボのシャッターを同時に開けて、５００
オングストロームの厚みのドーピング層を形成した。
【００２８】このＧａＮ積層薄膜の２００Ｋにおけるカ
ソードルミネッセンスを測定したところ、図５に示すよ
うに３．５ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得られ
た。また、電流−電圧特性を測定したところ、図３に示
すようなダイオード特性が得られた。
ソードルミネッセンスを測定したところ、図５に示すよ
うに３．５ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得られ
た。また、電流−電圧特性を測定したところ、図３に示
すようなダイオード特性が得られた。
【００２９】
【発明の効果】本発明によるＧａＮ系薄膜作製方法によ
れば、低い温度において成膜することができるためキャ
リアー密度の制御が容易であること、かつ結晶性が良好
である半導体発光素子用ＧａＮ系薄膜を得ることができ
るという特徴がある。
れば、低い温度において成膜することができるためキャ
リアー密度の制御が容易であること、かつ結晶性が良好
である半導体発光素子用ＧａＮ系薄膜を得ることができ
るという特徴がある。
【図１】薄膜作製に用いたガスソースＭＢＥ装置の概略
図である。
図である。
【図２】実施例１で得られたＧａＮ薄膜のカソードルミ
ネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
ネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
【図３】実施例１で得られたＧａＮ薄膜のＸ線回折の測
定結果を示すスペクトル図である。
定結果を示すスペクトル図である。
【図４】実施例２のＧａ0.8 Ｙｎ0.2 Ｎ薄膜のカソード
ルミネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
ルミネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
【図５】実施例３のＧａＮ薄膜のカソードルミネッセン
スの測定結果を示すスペクトル図である。
スの測定結果を示すスペクトル図である。
【図６】ＧａＮｍｉｓ構造素子の電流−電圧測定結果を
示すグラフである。
示すグラフである。
１ 真空容器 ２ 蒸発用ルツボ ３ 蒸発用ルツボ ４ 蒸発用ルツボ ５ ガスセル ６ 基板加熱ホルダー ７ 基板 ８ クライオパネル ９ バルブ １０ コールドトラップ １１ 油拡散ポンプ １２ 油回転ポンプ １３ シャッター １４ シャッター １５ シャッター
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】真空中で窒化ガリウム系薄膜を製造する
際、三フッ化窒素を窒素源として用いることを特徴とす
る窒化ガリウム系薄膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17970791A JPH0529220A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 窒化ガリウム系薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17970791A JPH0529220A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 窒化ガリウム系薄膜の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0529220A true JPH0529220A (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=16070473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17970791A Withdrawn JPH0529220A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 窒化ガリウム系薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0529220A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0945960A (ja) * | 1995-07-27 | 1997-02-14 | Nec Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| WO1997026680A1 (en) * | 1996-01-19 | 1997-07-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device and process for producing gallium nitride compound semiconductor |
| WO2004022819A1 (en) * | 2002-09-04 | 2004-03-18 | Honeywell International Inc. | Nitrogen sources for molecular beam epitaxy |
| US6787385B2 (en) | 2001-05-31 | 2004-09-07 | Midwest Research Institute | Method of preparing nitrogen containing semiconductor material |
| JP2006222224A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Sony Corp | 窒化物半導体の製造方法および半導体素子の製造方法 |
| JP2008007352A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法又はｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
| JP2012119569A (ja) * | 2010-12-02 | 2012-06-21 | Ulvac Japan Ltd | 窒化物半導体素子 |
-
1991
- 1991-07-19 JP JP17970791A patent/JPH0529220A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0945960A (ja) * | 1995-07-27 | 1997-02-14 | Nec Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| WO1997026680A1 (en) * | 1996-01-19 | 1997-07-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device and process for producing gallium nitride compound semiconductor |
| US6165812A (en) * | 1996-01-19 | 2000-12-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device and process for producing gallium nitride compound semiconductor |
| US6787385B2 (en) | 2001-05-31 | 2004-09-07 | Midwest Research Institute | Method of preparing nitrogen containing semiconductor material |
| WO2004022819A1 (en) * | 2002-09-04 | 2004-03-18 | Honeywell International Inc. | Nitrogen sources for molecular beam epitaxy |
| US7255746B2 (en) | 2002-09-04 | 2007-08-14 | Finisar Corporation | Nitrogen sources for molecular beam epitaxy |
| JP2006222224A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Sony Corp | 窒化物半導体の製造方法および半導体素子の製造方法 |
| JP2008007352A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法又はｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
| JP2012119569A (ja) * | 2010-12-02 | 2012-06-21 | Ulvac Japan Ltd | 窒化物半導体素子 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5218216A (en) | Gallium nitride group semiconductor and light emitting diode comprising it and the process of producing the same | |
| US6887736B2 (en) | Method of forming a p-type group II-VI semiconductor crystal layer on a substrate | |
| US6830949B2 (en) | Method for producing group-III nitride compound semiconductor device | |
| EP0607435B1 (en) | Nitride based semiconductor device and manufacture thereof | |
| US6146916A (en) | Method for forming a GaN-based semiconductor light emitting device | |
| US7172813B2 (en) | Zinc oxide crystal growth substrate | |
| US6420283B1 (en) | methods for producing compound semiconductor substrates and light emitting elements | |
| JPH07202265A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法 | |
| US6358378B2 (en) | Method for fabricating ZnO thin film for ultraviolet detection and emission source operated at room temperature, and apparatus therefor | |
| EP0460710B1 (en) | Gallium nitride group compound semiconductor and luminous element comprising it and the process of producing the same | |
| JPH11135889A (ja) | 結晶成長用基板及びそれを用いた発光装置 | |
| JP3399642B2 (ja) | 半導体発光素子層の形成方法 | |
| JPH0529220A (ja) | 窒化ガリウム系薄膜の成長方法 | |
| JPH05109621A (ja) | 窒化ガリウム系薄膜の成長方法 | |
| JPH08264899A (ja) | 窒化ガリウム系半導体の製造方法 | |
| JPH0936427A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JPH05291618A (ja) | 発光素子 | |
| JPH09251957A (ja) | ３−５族化合物半導体の製造方法 | |
| JPH05190903A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JPH0555631A (ja) | 半導体積層薄膜およびその製造方法 | |
| JPH09107124A (ja) | ３−５族化合物半導体の製造方法 | |
| JPH0574710A (ja) | 半導体薄膜の成長方法 | |
| TWI328594B (ja) | ||
| Morimoto et al. | Ionized-cluster beam epitaxial growth of GaP films on GaP and Si substrates | |
| JP3065780B2 (ja) | 窒化ガリウム系発光素子および製造法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981008 |