JPH0572742B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0572742B2 JPH0572742B2 JP3080584A JP3080584A JPH0572742B2 JP H0572742 B2 JPH0572742 B2 JP H0572742B2 JP 3080584 A JP3080584 A JP 3080584A JP 3080584 A JP3080584 A JP 3080584A JP H0572742 B2 JPH0572742 B2 JP H0572742B2
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- JP
- Japan
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- gan
- crystal
- reaction
- gallium
- gallium nitride
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/24—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using chemical vapour deposition [CVD]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3414—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being group IIIA-VIA materials
- H10P14/3416—Nitrides
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- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、有機ガリウム化合物とアンモニアと
の反応により結晶基板上に窒化ガリウム（以下、
GaNと記す）を生成する窒化ガリウムの成長方
法に関するものである。
の反応により結晶基板上に窒化ガリウム（以下、
GaNと記す）を生成する窒化ガリウムの成長方
法に関するものである。
従来例の構成とその問題点
GaNは、青色発光素子の半導体材料として有
望視されているが、大きな単結晶がなかなか実現
できず、通常、サフアイア基板上に有機ガリウム
化合物とアンモニアとの熱分解法（以下、
MOCVD法と略す）で気相成長させたものが用
いられている。このMOCVD法は、トリメチル
ガリウム（以下、TMGと略す）あるいはトリエ
チルガリウム（以下、TEGと略す）とアンモニ
ア（以下、NH3と記す）とを気相反応させ、そ
の反応生成物を、所定温度に保つたサフアイア基
板上に結晶育成するものである。この結晶育成過
程では、まず、サフアイア基板上に無数のGaN
核が生成され、この核の周りに結晶が次第に成長
して大きくなり、ついで、隣接する結晶成長物が
互いに結合して層状の結晶体に成長することが知
られている。このとき、反応雰囲気に水素（H2）
を用いると、初期段階で生成されるGaN核が大
型で、低密度になり、これを核として成長する結
晶成長物も大きな塊となつて、層状の結晶成長面
が起状の大きな粗面になる。また、この結晶は、
キヤリア濃度が３×1019cm-3という高濃度であ
り、結晶性もなかなか良くならない。一方、反応
雰囲気を窒素（N2）、アルゴン（Ar）、あるいは
ヘリウム（He）等の不活性気体にすると、初期
生成物のGaN核は微細で高密度になるが、反応
過程で生成される中間生成物が分解されず、成長
結晶中にメチル基（−CH3）を含む不完全結晶が
生成され、結晶性が著しく悪い。
望視されているが、大きな単結晶がなかなか実現
できず、通常、サフアイア基板上に有機ガリウム
化合物とアンモニアとの熱分解法（以下、
MOCVD法と略す）で気相成長させたものが用
いられている。このMOCVD法は、トリメチル
ガリウム（以下、TMGと略す）あるいはトリエ
チルガリウム（以下、TEGと略す）とアンモニ
ア（以下、NH3と記す）とを気相反応させ、そ
の反応生成物を、所定温度に保つたサフアイア基
板上に結晶育成するものである。この結晶育成過
程では、まず、サフアイア基板上に無数のGaN
核が生成され、この核の周りに結晶が次第に成長
して大きくなり、ついで、隣接する結晶成長物が
互いに結合して層状の結晶体に成長することが知
られている。このとき、反応雰囲気に水素（H2）
を用いると、初期段階で生成されるGaN核が大
型で、低密度になり、これを核として成長する結
晶成長物も大きな塊となつて、層状の結晶成長面
が起状の大きな粗面になる。また、この結晶は、
キヤリア濃度が３×1019cm-3という高濃度であ
り、結晶性もなかなか良くならない。一方、反応
雰囲気を窒素（N2）、アルゴン（Ar）、あるいは
ヘリウム（He）等の不活性気体にすると、初期
生成物のGaN核は微細で高密度になるが、反応
過程で生成される中間生成物が分解されず、成長
結晶中にメチル基（−CH3）を含む不完全結晶が
生成され、結晶性が著しく悪い。
発明の目的
本発明は、MOCVD法により、結晶基板上に
良質のGaN結晶層を育成することの可能なGaN
の成長方法を提供するものである。
良質のGaN結晶層を育成することの可能なGaN
の成長方法を提供するものである。
発明の構成
本発明は、要約すると、有機ガリウム化合物と
アンモニアとの反応による結晶基板上へのGaN
生成過程を、不活性ガス雰囲気中で行なう第１工
程と、水素雰囲気中で行なう第２工程とで行なう
GaNの成長方法であり、これにより、表面平坦
性ならびに結晶性のよい成長層が得られる。
アンモニアとの反応による結晶基板上へのGaN
生成過程を、不活性ガス雰囲気中で行なう第１工
程と、水素雰囲気中で行なう第２工程とで行なう
GaNの成長方法であり、これにより、表面平坦
性ならびに結晶性のよい成長層が得られる。
実施例の説明
図面は、本発明の実施過程で使用したGaN結
晶成長装置の概略断面図であり、以下、この図面
を参照して、本発明を実施例により詳しくのべ
る。
晶成長装置の概略断面図であり、以下、この図面
を参照して、本発明を実施例により詳しくのべ
る。
この装置は、冷却水を通して管壁を冷却した石
英反応管１の外周部に高周波誘導加熱源２を設
け、同石英反応管１の内部にはカーボンサセプタ
３を設置し、この上にサフアイア単結晶基板４を
載置して、この基板４を950℃に加熱保持して、
上方の配管５からTMG、同６からN2またはH2、
同７からNH3をそれぞれ供給して、気相反応が
できるようにしたものである。なお、８，９は各
フランジ部であり、１０はシヤフト部である。
英反応管１の外周部に高周波誘導加熱源２を設
け、同石英反応管１の内部にはカーボンサセプタ
３を設置し、この上にサフアイア単結晶基板４を
載置して、この基板４を950℃に加熱保持して、
上方の配管５からTMG、同６からN2またはH2、
同７からNH3をそれぞれ供給して、気相反応が
できるようにしたものである。なお、８，９は各
フランジ部であり、１０はシヤフト部である。
まず、第１工程として、反応の雰囲気にN2を
約７／分で供給しながら、反応ガスのNH3お
よびTMGを、それぞれ、３／分および0.2c.c.／
分の割合で導入する。なお、TMGの0.2c.c.／分
は、１／分のN2に混合して供給する。この条
件下で10分間の反応処理を行なう。
約７／分で供給しながら、反応ガスのNH3お
よびTMGを、それぞれ、３／分および0.2c.c.／
分の割合で導入する。なお、TMGの0.2c.c.／分
は、１／分のN2に混合して供給する。この条
件下で10分間の反応処理を行なう。
引き続いて、第２工程として、雰囲気を15／
分のH2に切り換えるとともに、反応ガスのTMG
も、２c.c.／分を、１／分のH2と混合したもの
で導入して、NH3の３／分のガス条件下で120
分間の反応処理を行なう。
分のH2に切り換えるとともに、反応ガスのTMG
も、２c.c.／分を、１／分のH2と混合したもの
で導入して、NH3の３／分のガス条件下で120
分間の反応処理を行なう。
以上の反応処理によつて、サフアイア結晶基板
４上には、無色透明で、表面の滑らかなGaN結
晶層が得られ、このGaN結晶は、キヤリア濃度
が６×1018cm-3であり、良質のものであつた。な
お、このGaN結晶層は、表面観察によつても、
六角錐が密集した結晶ではあるが、従来例にみら
れた針状突起部がなく、滑らかであることが確認
された。
４上には、無色透明で、表面の滑らかなGaN結
晶層が得られ、このGaN結晶は、キヤリア濃度
が６×1018cm-3であり、良質のものであつた。な
お、このGaN結晶層は、表面観察によつても、
六角錐が密集した結晶ではあるが、従来例にみら
れた針状突起部がなく、滑らかであることが確認
された。
本実施例では、結晶基板にサフアイアを用いた
が、同じ結晶系の炭化ケイ粗（SiC）結晶基板を
用いても同様の結果が得られる。
が、同じ結晶系の炭化ケイ粗（SiC）結晶基板を
用いても同様の結果が得られる。
さらに、本実施例のうち、第１工程の雰囲気
N2を、ArあるいはHeに代えても、ほとんど同じ
結果が得られる。
N2を、ArあるいはHeに代えても、ほとんど同じ
結果が得られる。
本実施例のうち、反応主体のTMGも、TEGに
代えて、これをNH3と反応させても、TMGの場
合と同様な結果が得られる。
代えて、これをNH3と反応させても、TMGの場
合と同様な結果が得られる。
発明の効果
本発明によれば、MOCVD法でのGaN結晶の
育成が、第１段階でのGaN核の生成と、次の結
晶生成の第２段階とで雰囲気条件を不活性ガス雰
囲気から水素雰囲気に変えることにより、安定
で、しかも、良質の結晶層に実現される。そし
て、この方法で得られたGaN結晶は、青色発光
素子用材料として、実用性の高いものであり、工
業化に有望である。
育成が、第１段階でのGaN核の生成と、次の結
晶生成の第２段階とで雰囲気条件を不活性ガス雰
囲気から水素雰囲気に変えることにより、安定
で、しかも、良質の結晶層に実現される。そし
て、この方法で得られたGaN結晶は、青色発光
素子用材料として、実用性の高いものであり、工
業化に有望である。
図面は本発明の実施例で用いたGaN結晶成長
装置の概略断面図である。 １……石英反応管、２……高周波誘導加熱源、
３……カーボンセサプタ、４……サフアイア単結
晶基板、５，６，７……ガス用配管、８，９……
フランジ部、１０……シヤフト部。
装置の概略断面図である。 １……石英反応管、２……高周波誘導加熱源、
３……カーボンセサプタ、４……サフアイア単結
晶基板、５，６，７……ガス用配管、８，９……
フランジ部、１０……シヤフト部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 有機ガリウム化合物とアンモニアとの反応に
よる結晶基板上への窒化ガリウム生成過程を、主
たる成分が不活性ガスからなるガス雰囲気中で行
なう第１工程と、主たる成分が水素からなるガス
雰囲気中で行なう第２工程とで行なう窒化ガリウ
ムの成長方法。 ２ 有機ガリウム化合物が、トリメチルガリウム
もしくはトリエチルガリウムから選ばれる特許請
求の範囲第１項に記載の窒化ガリウムの成長方
法。 ３ 不活性ガス雰囲気が、窒素、アルゴンもしく
はヘリウムから選ばれる特許請求の範囲第１項に
記載の窒化ガリウムの成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59030805A JPS60175412A (ja) | 1984-02-21 | 1984-02-21 | 窒化ガリウムの成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59030805A JPS60175412A (ja) | 1984-02-21 | 1984-02-21 | 窒化ガリウムの成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60175412A JPS60175412A (ja) | 1985-09-09 |
| JPH0572742B2 true JPH0572742B2 (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=12313894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59030805A Granted JPS60175412A (ja) | 1984-02-21 | 1984-02-21 | 窒化ガリウムの成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60175412A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH088217B2 (ja) † | 1991-01-31 | 1996-01-29 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法 |
| GB9411911D0 (en) * | 1994-06-14 | 1994-08-03 | Swan Thomas & Co Ltd | Improvements in or relating to chemical vapour deposition |
| JP3349931B2 (ja) | 1997-10-30 | 2002-11-25 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
-
1984
- 1984-02-21 JP JP59030805A patent/JPS60175412A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60175412A (ja) | 1985-09-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |