JPH0574710A - 半導体薄膜の成長方法 - Google Patents
半導体薄膜の成長方法Info
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- JPH0574710A JPH0574710A JP23164891A JP23164891A JPH0574710A JP H0574710 A JPH0574710 A JP H0574710A JP 23164891 A JP23164891 A JP 23164891A JP 23164891 A JP23164891 A JP 23164891A JP H0574710 A JPH0574710 A JP H0574710A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (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】 真空中に設置したプラズマガスセルを使用
し、活性化した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の作製方法として最
適である。
Ｎ系半導体薄膜を得ること。 【構成】 真空中に設置したプラズマガスセルを使用
し、活性化した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の作製方法として最
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
ーダイオード等に用いることができる窒化ガリウム系半
導体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
ーダイオード等に用いることができる窒化ガリウム系半
導体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および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および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（１９８４）２３６７−２３６
８〕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てい
ない。
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（１９８４）２３６７−２３６
８〕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てい
ない。
【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．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２０，Ｌ５４５（１９８
１）〕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．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，２０，Ｌ５４５（１９８
１）〕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薄膜を作製するために、活性の高い窒
素を高効率で生成して低温成膜することは必要でありな
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薄膜を作製するために、活性の高い窒
素を高効率で生成して低温成膜することは必要でありな
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、高真空中でプラ
ズマガスセルを使用する成膜方法により、良好な特性を
有するＧａＮ系薄膜製造が可能になることを見いだし本
発明を完成するにいたった。すなわち、本発明は高真空
中で窒化ガリウム系半導体薄膜を製造するに際し、プラ
ズマガスセルにより生成した活性窒素を基板表面に供給
することを特徴とする窒化ガリウム系半導体薄膜の成長
方法である。
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、高真空中でプラ
ズマガスセルを使用する成膜方法により、良好な特性を
有するＧａＮ系薄膜製造が可能になることを見いだし本
発明を完成するにいたった。すなわち、本発明は高真空
中で窒化ガリウム系半導体薄膜を製造するに際し、プラ
ズマガスセルにより生成した活性窒素を基板表面に供給
することを特徴とする窒化ガリウム系半導体薄膜の成長
方法である。
【０００７】本発明における高真空とは１０-5Ｔｏｒｒ
以下の圧力のことであり、ＧａＮ薄膜成膜に必要なガ
ス、金属蒸気が互いに衝突せずに基板に到達するために
は、１０-5Ｔｏｒｒ以下の圧力にし、平均自由行程を大
きくすることが好ましいものとなる。本発明において
は、プラズマガスセルを用いることにより、基板の表面
にはプラズマが直接には触れないようにして、このガス
セル内部で生成せしめたプラズマ中の活性窒素を高真空
中に引き出して基板表面に供給することによって基板表
面で活性窒素とガリウム原子等が反応して目的とする半
導体薄膜を作製することを可能とした。基板の表面に直
接プラズマが触れると、薄膜表面がスパッタされるた
め、平坦性が悪くなったり窒素が抜けたりするため半導
体薄膜として特性の低いものしか得ることができなくな
る。
以下の圧力のことであり、ＧａＮ薄膜成膜に必要なガ
ス、金属蒸気が互いに衝突せずに基板に到達するために
は、１０-5Ｔｏｒｒ以下の圧力にし、平均自由行程を大
きくすることが好ましいものとなる。本発明において
は、プラズマガスセルを用いることにより、基板の表面
にはプラズマが直接には触れないようにして、このガス
セル内部で生成せしめたプラズマ中の活性窒素を高真空
中に引き出して基板表面に供給することによって基板表
面で活性窒素とガリウム原子等が反応して目的とする半
導体薄膜を作製することを可能とした。基板の表面に直
接プラズマが触れると、薄膜表面がスパッタされるた
め、平坦性が悪くなったり窒素が抜けたりするため半導
体薄膜として特性の低いものしか得ることができなくな
る。
【０００８】本発明のプラズマガスセル８の構造は、プ
ラズマ化させるガスをプラズマガスセルに供給するため
のガス導入管１２、オリフィス１０、プラズマを発生さ
せるための電極やコイルからなることを特長としてい
る。プラズマガスセル内においてプラズマが安定して生
成せしめるためには、セル内部を適当な圧力に保持する
必要がある。その圧力は、プラズマを発生させるガスの
種類、プラズマガスセルの構造とサイズ、印加する高周
波の周波数や印加電圧によって変化するため一義的に決
めることはできないが、プラズマを安定に維持するため
には少なくとも１０-4Ｔｏｒｒ以上にすることが好まし
く、さらに好ましくは１０-3Ｔｏｒｒ以上である。
ラズマ化させるガスをプラズマガスセルに供給するため
のガス導入管１２、オリフィス１０、プラズマを発生さ
せるための電極やコイルからなることを特長としてい
る。プラズマガスセル内においてプラズマが安定して生
成せしめるためには、セル内部を適当な圧力に保持する
必要がある。その圧力は、プラズマを発生させるガスの
種類、プラズマガスセルの構造とサイズ、印加する高周
波の周波数や印加電圧によって変化するため一義的に決
めることはできないが、プラズマを安定に維持するため
には少なくとも１０-4Ｔｏｒｒ以上にすることが好まし
く、さらに好ましくは１０-3Ｔｏｒｒ以上である。
【０００９】プラズマガスセルの構造は、印加する高周
波の周波数、印加電圧や該セル内圧力によって変える必
要があり、電極間距離、プラズマガスセルの容積、ある
いは該セルに設置するプラズマガスの出口の数や形状を
適当な値に設計すればよい。プラズマガスセル内の圧力
は、成長室内の圧力より高くすることが重要であり、そ
れによりプラズマを安定に保持するとともに、成長室と
該セル内との圧力差によりプラズマを該セルから引き出
して結晶成長面に供給することを可能としたものであ
る。プラズマガスセル内の圧力を維持する方法として
は、該セルのプラズマの出口に適当なオリフィス、ノズ
ル、あるいはスリットを設けることにより実施すること
ができる。その開口面積や形状等は導入するガスの量、
結晶成長室の大きさおよびポンプの排気速度によって変
えればよい。
波の周波数、印加電圧や該セル内圧力によって変える必
要があり、電極間距離、プラズマガスセルの容積、ある
いは該セルに設置するプラズマガスの出口の数や形状を
適当な値に設計すればよい。プラズマガスセル内の圧力
は、成長室内の圧力より高くすることが重要であり、そ
れによりプラズマを安定に保持するとともに、成長室と
該セル内との圧力差によりプラズマを該セルから引き出
して結晶成長面に供給することを可能としたものであ
る。プラズマガスセル内の圧力を維持する方法として
は、該セルのプラズマの出口に適当なオリフィス、ノズ
ル、あるいはスリットを設けることにより実施すること
ができる。その開口面積や形状等は導入するガスの量、
結晶成長室の大きさおよびポンプの排気速度によって変
えればよい。
【００１０】プラズマを発生させるためには、該セルに
適当な電極を設けた静電容量型にするか、あるいは適当
なコイルを設けた誘導結合型を選び、該電極あるいはコ
イルに適当な電圧と周波数の高周波を印加することによ
り行うことができる。また、該セルからプラズマを成長
室内に引き出すためには、上記のように圧力差を利用す
るものであるが、さらに該プラズマ中から必要とする活
性種を選択的に基板表面に供給したり、プラズマにエネ
ルギーを与えるために、該セルと結晶成長表面との間に
適当な直流あるいは交流の電界を印加することもでき
る。
適当な電極を設けた静電容量型にするか、あるいは適当
なコイルを設けた誘導結合型を選び、該電極あるいはコ
イルに適当な電圧と周波数の高周波を印加することによ
り行うことができる。また、該セルからプラズマを成長
室内に引き出すためには、上記のように圧力差を利用す
るものであるが、さらに該プラズマ中から必要とする活
性種を選択的に基板表面に供給したり、プラズマにエネ
ルギーを与えるために、該セルと結晶成長表面との間に
適当な直流あるいは交流の電界を印加することもでき
る。
【００１１】本発明における窒素源としては、窒素、ア
ンモニアあるいは三フッ化窒素を単独で、またはそれら
を主体とする混合ガスを用いることができる。窒素、ア
ンモニアあるいは三フッ化窒素と混合するガスとしては
アルゴンやヘリウム等の不活性ガスを使用することがで
きる。これらのガスの供給方法としては該セルに至る配
管の途中にバルブや流量制御装置、圧力制御装置を接続
することによりこれらのガスの混合比や供給量の制御、
供給の開始・停止を行うことをできるようにしたものを
用いることが好ましい。
ンモニアあるいは三フッ化窒素を単独で、またはそれら
を主体とする混合ガスを用いることができる。窒素、ア
ンモニアあるいは三フッ化窒素と混合するガスとしては
アルゴンやヘリウム等の不活性ガスを使用することがで
きる。これらのガスの供給方法としては該セルに至る配
管の途中にバルブや流量制御装置、圧力制御装置を接続
することによりこれらのガスの混合比や供給量の制御、
供給の開始・停止を行うことをできるようにしたものを
用いることが好ましい。
【００１２】本発明において窒化ガリウム系半導体薄膜
を成長するために使用する基板としては、Ｓｉ、Ａｌ2
Ｏ3 、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｉＣ、もしくはＧａＡｓ、Ｉ
ｎＡｓなどのIII −Ｖ族化合物半導体、ＺｎＳｅなどの
II−VI族化合物半導体などの単結晶基板、石英ガラス、
ＭＥＳＡガラス等のガラス基板を用いる。また、基板と
ＧａＮ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。これらの基板のなかでも、サ
ファイア（Ａｌ 2 Ｏ3 ）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好
ましい。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系半導体薄膜
を得ることが可能となる。基板は基板加熱装置により２
００〜９００℃の範囲で加熱する。
を成長するために使用する基板としては、Ｓｉ、Ａｌ2
Ｏ3 、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｉＣ、もしくはＧａＡｓ、Ｉ
ｎＡｓなどのIII −Ｖ族化合物半導体、ＺｎＳｅなどの
II−VI族化合物半導体などの単結晶基板、石英ガラス、
ＭＥＳＡガラス等のガラス基板を用いる。また、基板と
ＧａＮ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。これらの基板のなかでも、サ
ファイア（Ａｌ 2 Ｏ3 ）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好
ましい。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系半導体薄膜
を得ることが可能となる。基板は基板加熱装置により２
００〜９００℃の範囲で加熱する。
【００１３】本発明におけるＧａＮ系半導体薄膜とは、
例えばＧａＮの他にＧａ1-x Ａｌx Ｎ、Ｇａ1-x Ｉｎx
Ｎ、Ｇａ1-x Ｂx ＮなどのＧａＮを主体とした混晶化合
物半導体薄膜のことである。さらに、ＧａＮ系半導体薄
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。
例えばＧａＮの他にＧａ1-x Ａｌx Ｎ、Ｇａ1-x Ｉｎx
Ｎ、Ｇａ1-x Ｂx ＮなどのＧａＮを主体とした混晶化合
物半導体薄膜のことである。さらに、ＧａＮ系半導体薄
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。
【００１４】実際に、ＧａＮ系半導体薄膜を用いて発光
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系半導体薄膜やドー
ピングしたＧａＮ系半導体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。
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系半導体薄膜やドー
ピングしたＧａＮ系半導体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。
【００１５】以下、一例としてガスソースＭＢＥ法を用
いたＧａＮ系半導体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、プラズマガスセ
ル８、基板加熱ホルダー５を備えたガスソースＭＢＥ装
置を使用した。
いたＧａＮ系半導体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、プラズマガスセ
ル８、基板加熱ホルダー５を備えたガスソースＭＢＥ装
置を使用した。
【００１６】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れ、基板
面においてＧａ蒸気が１０13〜１０ 19／ｃｍ2 ・ｓｅｃ
になる温度に加熱した。窒素の導入にはガス導入管１２
を用い、窒素をプラズマガスセル８内でプラズマ化しオ
リフィス１０を通して基板６に直接吹き付けるようにし
た。窒素の導入量は基板表面において活性窒素量がＧａ
蒸気の少なくとも１０倍以上になるように供給した。蒸
発用ルツボ３にはＩｎ、Ａｌ、Ａｓ、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Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、
Ａｓ、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。
面においてＧａ蒸気が１０13〜１０ 19／ｃｍ2 ・ｓｅｃ
になる温度に加熱した。窒素の導入にはガス導入管１２
を用い、窒素をプラズマガスセル８内でプラズマ化しオ
リフィス１０を通して基板６に直接吹き付けるようにし
た。窒素の導入量は基板表面において活性窒素量がＧａ
蒸気の少なくとも１０倍以上になるように供給した。蒸
発用ルツボ３にはＩｎ、Ａｌ、Ａｓ、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Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、
Ａｓ、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。
【００１７】基板６にはサファイアＲ面を使用し、２０
０〜９００℃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
６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系半導体薄膜
を作製する。
０〜９００℃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
６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系半導体薄膜
を作製する。
【００１８】このＧａＮ系半導体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 〜１０20／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。
をファンデア・ポー法により測定したところ、１０17／
ｃｍ3 〜１０20／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。
【００１９】
【実施例】以下、実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２０】
【実施例１】窒素のプラズマ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、プ
ラズマガスセル８、および基板加熱ホルダー５、さらに
プラズマガスセル８にガスを供給するためのガス導入管
１２、ガス流量調節バルブ１３および高周波電源１４を
備えたガスソースＭＢＥを用いた。
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、プ
ラズマガスセル８、および基板加熱ホルダー５、さらに
プラズマガスセル８にガスを供給するためのガス導入管
１２、ガス流量調節バルブ１３および高周波電源１４を
備えたガスソースＭＢＥを用いた。
【００２１】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れ、１０
２０℃に加熱した。ガスとしては窒素を使用し、ガス導
入管１２を通してプラズマガスセル８に５ｃｃ／ｍｉｎ
の速度で供給した。プラズマガスセル８としては、内容
積が８０ｃｃの石英ガラス製とし、該ガスセルのプラズ
マの出口には石英ガラス製の孔径１ミリのオリフィス１
０を設けておく。電極９としては銀板を使用して、高周
波電源１４と銀線により配線した。該ガスセル中の圧力
はほぼ１０-3Ｔｏｒｒに保持し、電極９には１３．５６
ＭＨｚで３００ワットの出力の高周波を印加することに
より、窒素のプラズマを発生せしめた。発生した活性窒
素はオリフィス１０を通って、該オリフィスと５ｃｍ離
れて設けてある基板６に供給した。
２０℃に加熱した。ガスとしては窒素を使用し、ガス導
入管１２を通してプラズマガスセル８に５ｃｃ／ｍｉｎ
の速度で供給した。プラズマガスセル８としては、内容
積が８０ｃｃの石英ガラス製とし、該ガスセルのプラズ
マの出口には石英ガラス製の孔径１ミリのオリフィス１
０を設けておく。電極９としては銀板を使用して、高周
波電源１４と銀線により配線した。該ガスセル中の圧力
はほぼ１０-3Ｔｏｒｒに保持し、電極９には１３．５６
ＭＨｚで３００ワットの出力の高周波を印加することに
より、窒素のプラズマを発生せしめた。発生した活性窒
素はオリフィス１０を通って、該オリフィスと５ｃｍ離
れて設けてある基板６に供給した。
【００２２】基板６としては、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２×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板６を９
００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保持
し成膜を行う。成膜は窒素をプラズマガスセル８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０．８
μｍのＧａＮ薄膜を作製した。
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２×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板６を９
００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保持
し成膜を行う。成膜は窒素をプラズマガスセル８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０．８
μｍのＧａＮ薄膜を作製した。
【００２３】このＧａＮ薄膜のＸ線回折スペクトルを測
定した例は、図３に示すように高配向性のＧａＮが生成
していることがわかる。また、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、８×１０17／ｃｍ
3 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。
定した例は、図３に示すように高配向性のＧａＮが生成
していることがわかる。また、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、８×１０17／ｃｍ
3 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。
【００２４】
【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。装置として
は、実施例１と同様の装置を用いて行った。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
入は実施例１と同様の方法により、窒素を６ｃｃ／ｍｉ
ｎの速度で供給することにより行った。
混晶薄膜を作製した例について説明する。装置として
は、実施例１と同様の装置を用いて行った。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
入は実施例１と同様の方法により、窒素を６ｃｃ／ｍｉ
ｎの速度で供給することにより行った。
【００２５】基板６としては、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３×１０-6Torrであった。まず、基板６を９００
℃で３０分間加熱し、ついで７３０℃の温度に保持し成
膜を行った。成膜は窒素をプラズマガスセル８から供給
しながらＧａとＩｎのルツボのシャッターを開けて行
い、１．０オングストローム／secの成膜速度で膜厚
０．８μｍのＧａ1-x Ｉｎx Ｎ混晶薄膜（ｘ＝０．２）
を作製した。
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３×１０-6Torrであった。まず、基板６を９００
℃で３０分間加熱し、ついで７３０℃の温度に保持し成
膜を行った。成膜は窒素をプラズマガスセル８から供給
しながらＧａとＩｎのルツボのシャッターを開けて行
い、１．０オングストローム／secの成膜速度で膜厚
０．８μｍのＧａ1-x Ｉｎx Ｎ混晶薄膜（ｘ＝０．２）
を作製した。
【００２６】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、２×１０18／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．
９ｅＶ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、２×１０18／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．
９ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得られた。
【００２７】
【実施例３】アンモニア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。装置
としては、実施例１と同様の装置を用いて、ＧａＮ薄膜
を作製した。蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れ、１０
２０℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
ガス導入管１２を通してプラズマガスセル８に５ｃｃ／
ｍｉｎの速度で供給した。プラズマガスセルの電極９に
は、１３．５６ＭＨｚで３００ワットの出力の高周波を
印加して、プラズマを発生せしめた。該ガスセルのガス
出口には、孔径１ミリのオリフィス１０を設け、活性化
した窒素種を直接に基板６に供給するようにした。
より、ＧａＮ薄膜を成膜した例について説明する。装置
としては、実施例１と同様の装置を用いて、ＧａＮ薄膜
を作製した。蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れ、１０
２０℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
ガス導入管１２を通してプラズマガスセル８に５ｃｃ／
ｍｉｎの速度で供給した。プラズマガスセルの電極９に
は、１３．５６ＭＨｚで３００ワットの出力の高周波を
印加して、プラズマを発生せしめた。該ガスセルのガス
出口には、孔径１ミリのオリフィス１０を設け、活性化
した窒素種を直接に基板６に供給するようにした。
【００２８】基板６としては、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２×１０-6Torrであった。まず、基板６を９００
℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保持し成
膜を行う。成膜は窒素をプラズマガスセル８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薄膜を作製した。
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２×１０-6Torrであった。まず、基板６を９００
℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保持し成
膜を行う。成膜は窒素をプラズマガスセル８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薄膜を作製した。
【００２９】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、５×１０17／ｃｍ
3 であった。また、３００Ｋ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５に示すように
３．４ｅＶ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、５×１０17／ｃｍ
3 であった。また、３００Ｋ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５に示すように
３．４ｅＶ付近にピークをもつスペクトルが得られた。
【００３０】
【実施例４】ガスソースＭＢＥ法により、ｍｉｓ型構造
作製用ＧａＮ薄膜を作製した例について説明する。装置
としては、実施例１と同様の装置を用いてＧａＮ薄膜を
作製した。蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れ、１０２
０℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、ガ
ス導入管１２を通してプラズマガスセル８に５ｃｃ／ｍ
ｉｎの速度で供給した。プラズマガスセルの電極９に
は、１３．５６ＭＨｚで３００ワットの出力の高周波を
印加して、プラズマを発生せしめた。該ガスセルのガス
出口には、直径１ミリのオリフィス１０を設け、活性化
した窒素種を直接に基板６に供給するようにした。
作製用ＧａＮ薄膜を作製した例について説明する。装置
としては、実施例１と同様の装置を用いてＧａＮ薄膜を
作製した。蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れ、１０２
０℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、ガ
ス導入管１２を通してプラズマガスセル８に５ｃｃ／ｍ
ｉｎの速度で供給した。プラズマガスセルの電極９に
は、１３．５６ＭＨｚで３００ワットの出力の高周波を
印加して、プラズマを発生せしめた。該ガスセルのガス
出口には、直径１ミリのオリフィス１０を設け、活性化
した窒素種を直接に基板６に供給するようにした。
【００３１】基板６としては、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５×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板７を９
００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保持
し成膜を行う。成膜は活性窒素をプラズマガスセル８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
０．７μm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。
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５×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板７を９
００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保持
し成膜を行う。成膜は活性窒素をプラズマガスセル８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
０．７μm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。
【００３２】このＧａＮ積層薄膜の２００Ｋにおけるカ
ソードルミネッセンス（ＣＬ）を測定したところ、図６
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、ｍｉｓ型構造を作製して電流−電圧
特性を測定したところ、図７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（ＣＬ）を測定したところ、図６
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、ｍｉｓ型構造を作製して電流−電圧
特性を測定したところ、図７に示すようなダイオード特
性が得られた。
【００３３】
【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、かつ表面平坦性お
よび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。
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、かつ表面平坦性お
よび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。
【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で作製した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で作製したＧａＮ薄膜のＸ線回折のス
ペクトル図である。
ペクトル図である。
【図４】実施例２で作製した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５】実施例３で作製した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６】実施例４で作製した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７】ＧａＮｍｉｓ型構造素子の電流−電圧測定結果
を示すグラフである。
を示すグラフである。
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 基板加熱ホルダー ６ 基板 ７ 四重極質量分析計 ８ プラズマガスセル ９ 電極 １０ オリフィス １１ 配線 １２ ガス導入管 １３ 流量調節バルブ １４ 高周波電源 １５ クライオパネル １６ バルブ １７ コールドトラップ １８ 油拡散ポンプ １９ 油回転ポンプ ２０ シャッター ２１ シャッター ２２ シャッター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｃ 8934−4Ｍ
Claims (1)
- 【請求項１】 高真空中で窒化ガリウム系半導体薄膜を
製造するに際し、プラズマガスセルにより生成した活性
窒素を基板表面に供給することを特徴とする窒化ガリウ
ム系半導体薄膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23164891A JPH0574710A (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | 半導体薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23164891A JPH0574710A (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | 半導体薄膜の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0574710A true JPH0574710A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=16926793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23164891A Withdrawn JPH0574710A (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | 半導体薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0574710A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07263766A (ja) * | 1994-03-24 | 1995-10-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 |
| JPH11135885A (ja) * | 1997-10-30 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法及び半導体レーザ装置 |
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JP2009212284A (ja) * | 2008-03-04 | 2009-09-17 | Hitachi Cable Ltd | 窒化ガリウム基板 |
-
1991
- 1991-09-11 JP JP23164891A patent/JPH0574710A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07263766A (ja) * | 1994-03-24 | 1995-10-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 |
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US7616672B2 (en) | 1994-09-14 | 2009-11-10 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JPH11135885A (ja) * | 1997-10-30 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法及び半導体レーザ装置 |
| US6611005B2 (en) | 1997-10-30 | 2003-08-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing semiconductor and semiconductor laser device |
| JP2009212284A (ja) * | 2008-03-04 | 2009-09-17 | Hitachi Cable Ltd | 窒化ガリウム基板 |
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