JPH08264439A - 窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法 - Google Patents

窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法

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JPH08264439A
JPH08264439A JP9313295A JP9313295A JPH08264439A JP H08264439 A JPH08264439 A JP H08264439A JP 9313295 A JP9313295 A JP 9313295A JP 9313295 A JP9313295 A JP 9313295A JP H08264439 A JPH08264439 A JP H08264439A
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nitrogen
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正和 桑原
Hirobumi Suga
博文 菅
Akihiro Ishida
明広 石田
Hiroshi Fujiyasu
洋 藤安
Shingo Sakakibara
愼吾 榊原
Etsuji Yamamoto
悦司 山本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 良質の窒化物半導体層を得ることができる窒
化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法を提供す
る。 【構成】 基板100表面をまず高温にして、窒素だけ
を供給して均一な窒化面を作製する。その後窒化した表
面を比較的低温として、均一にGaなどの陽イオン元素
を蒸着する。そして再度高温にしながら窒素を供給する
ことにより表面を窒化するとともに余分な陽イオン元素
を再蒸発させ、陽イオン原子と窒素原子の結合を促し、
これにより窒化物半導体の均質な初期層350を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上での窒素化合物
半導体の成長方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】GaN系の窒素化合物半導体は、青色発
光素子材料として研究が進められており、近年高輝度で
発光する青色LEDが開発、商品化され脚光を浴びてい
る。しかしながら、GaN系の結晶性の良いバルク単結
晶が作製しにくいため、これらデバイスの薄膜成長は、
サファイア基板等、別の材料へのヘテロエピタキシャル
となる。現在市販されているGaN系LEDは、サファ
イア基板上に通常のGaNの成長(1000℃)より低
い温度(500〜600℃)で成長させたバッファー層
を作製し、その上に1000℃で薄膜結晶を成長させる
ことにより高品質な薄膜の作成を可能にしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術におけるバ
ッファー層は、高品質の薄膜結晶を作製するのに多大な
効果を上げたが、その成長条件(温度、膜厚など)が厳
しく、安定した窒化物半導体を得ることが困難であっ
た。
【0004】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、良質の窒化物半導体層を得ることができる窒化物半
導体のヘテロエピタキシャル成長方法を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体の
ヘテロエピタキシャル成長方法は、基板の表面での窒化
物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法であって、
(a)基板の表面を窒化する第1の工程と、(b)1以
上の種類の成長すべき窒化物半導体の陽イオン元素を1
原子層以上堆積あるいは蒸着する第2の工程と、を備え
ることを特徴とする。
【0006】ここで、窒素半導体は、GaN、InN、
AlN、GaN、GaInN、またはGaAlNである
ことを特徴としてもよい。
【0007】また、基板は、Al2 3 、BN、Si
C、GaAs、またはZnOから成ることを特徴として
もよい。
【0008】また、第1の工程では、基板の表面をアン
モニア基を有する化合物気体雰囲気中、窒素雰囲気中、
もしくは、窒素ラジカル雰囲気中にさらす、窒化物溶液
中にさらす、または、窒素イオンを打ち込むことを特徴
としてもよい。
【0009】また、窒化物半導体の陽イオン元素はG
a、In、またはAlであることを特徴としてもよい。
【0010】また、第2の工程に引き続き、更に、堆積
あるいは蒸着された原子層の表面を窒化して、基板の表
面上に窒化物半導体から成る表面薄膜層を形成する第3
の工程を備えることを特徴としてもよい。第3の工程で
は、前記陽イオン元素および前記窒素を含有する窒素源
を同時に供給することとしてもよいし、基板の表面をア
ンモニア基を有する化合物気体雰囲気中、窒素雰囲気
中、もしくは窒素ラジカル雰囲気中にさらす、窒化物溶
液中にさらす、または、窒素イオンを打ち込むこととし
てもよい。
【0011】また、第3の工程に引き続き、更に、第2
の工程の処理と第3の工程の処理とを繰り返す第4の工
程を備えることを特徴としてもよい。第4の工程では、
陽イオン元素および窒素を含有する窒素源を同時に供給
することにより、第2の工程の処理と前記第3の工程の
処理とを同時に行うこととしてもよい。
【0012】
【作用】本発明の窒化物半導体のヘテロエピタキシャル
成長方法では、基板表面をまず高温にして、窒素だけを
供給して均一な窒化面を作製する。その後窒化した表面
を比較的低温として、均一にGaなどの陽イオン元素を
蒸着する。そして再度高温にしながら窒素を供給するこ
とにより表面を窒化するとともに余分な陽イオン元素を
再蒸発させ、陽イオン原子と窒素原子の結合を促し、こ
れにより窒化物半導体の均質な初期層を形成する。
【0013】発明者は、ヘテロエピタキシャルの初期層
の成長メカニズムに着目した研究および実験の結果、G
aなどの融点が比較的低く、窒素の活性化する温度、G
aNなどの成長温度が非常に高いため、これらの温度差
が成長中の組成変動を引き起こし、均質なGaNの成長
を困難にしているという知見を得た。
【0014】この知見によれば、本発明の窒化物半導体
のヘテロエピタキシャル成長方法では、窒素の供給と陽
イオン元素の供給とを別々の行うため、ヘテロエピタキ
シャル成長に伴う陽イオン元素の薄膜からの解離などに
よる欠陥の発生を抑制でき、その後の結晶成長における
転位の発生を防ぐ。
【0015】これまでのバッファー層の成長が基板表面
から進行するのに対し、Gaなどの陽イオン元素の堆積
層の表面から進行することにより、基板との界面で効率
的に格子不整合の吸収をさせることができる。
【0016】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の窒
素半導体のヘテロエピタキシャル成長方法の実施例を説
明する。なお、図面の説明にあたって、同一要素には同
一符号を付し重複する説明は省略する。
【0017】図1は、本発明の実施例の窒素半導体のヘ
テロエピタキシャル成長方法の工程図である。本実施例
では、まず、清浄な表面110を有するサファイア基板
100を容易する(図1(a)参照)。本実施例では、
有機洗浄および硫酸−過酸化水素系エッチング液で洗浄
を行ったサファイア(0001)基板100を、真空チ
ャンバ内で10-6Torr程度に真空引きして、100
0℃で30分間サーマルクリーニングを行い、表面を洗
浄化して清浄な表面110を得た。
【0018】次に、窒素源200から供給された活性化
した窒素原子Nで、基板100の表面の酸素と置き換え
るなどして、均一な窒化面120を生成する(図1
(b)参照)。本実施例では、基板温度を1000℃に
保つとともに、成長室内を890℃として、成長室内に
アンモニアを10cc/minで流入させつつ30分間
放置して、基板表面を窒化し、均一な窒化面120を生
成した。
【0019】引き続き、アンモニアの流入を止め、基板
100の温度を550℃まで下げて、1分〜10分の間
Gaを蒸着して窒化面120上にGaを堆積させ、窒化
面120との界面ではGaN層310を、GaN層31
0上にはGa層320を形成する(図1(c)参照)。
【0020】次に、Gaの供給を止め、再びアンモニア
を供給してアンモニア雰囲気中で910℃まで昇温し
て、GaNの表面薄膜層330を生成するとともに、余
分なGaを再蒸発させる(図1(d)参照)。引き続
き、アンモニア雰囲気中で910℃の状態を約1分間以
上維持して、GaN層350(以後、初期層とも呼ぶ)
を形成し、サファイア/GaNヘテロエピタキシャル基
板を得る(図1(e)参照)。
【0021】以上の工程で成長したサファイア/GaN
ヘテロエピタキシャル基板のGaNの膜圧は、アルゴン
イオンによるスパッタ時間の測定より、数十オングスト
ロームであった。
【0022】こうして得られた初期層350の表面上に
更にGaN層を成長させる。
【0023】図2は、本発明の初期層形成工程の各工程
におけるオージェ分析結果のグラフである。図2(a)
は図1(a)におけるサファイア基板のオージェ分析結
果であり、図2(b)は図1(b)における窒化後のオ
ージェ分析結果であり、図2(c)は図1(c)におけ
るGaの蒸着後オージェ分析結果であり、図2(d)は
図1(e)におけるさらに窒化した表面を示している。
図2に示す分析結果から、各工程での元素組成が確認で
きる。
【0024】図3は、初期層形成過程におけるRHEE
D測定の結果である。図3(a)は図1(c)における
Gaの蒸着後のRHEED測定の結果であり、基板10
0の窒化面120にGa蒸着した表面がアモルファス状
になっていることが確認できる。また、図3(b)およ
び図3(c)は、図1(e)におけるGaN層350の
RHEED測定の結果であり、GaN層350がGaN
の結晶からなっていることが確認できる。
【0025】図4は、成長したGaN結晶のSEM写真
である。図4(a)は、サファイア基板に直接GaとN
を供給して、GaNを約2μm成長したものである。図
4(b)は、本発明による初期層を形成後、GaNを同
じく約2μm成長したものである。図4(a)と図4
(b)とを比較すると、小さな多結晶の集まりである図
4(a)に比べ、図4(b)では横方向の成長が促進さ
れ良質な単結晶の集まりとなっていることが分かる。
【0026】図5は、図4と同じ条件で成長させたGa
NのX線回析パターンである。サファイア基板に直接G
aとNを供給してGaNを成長させた図5(a)は、結
晶性が悪く、(0001)方向の結晶にそろっていな
い。これに対し、本発明の初期層を形成後にGaNを成
長させた図5(b)では、回析強度が強く、良質な単結
晶であることを示している。
【0027】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく、変形が可能である。例えば、上記実施例では
基板として、サファイア基板を使用したが、BN、Si
C、GaAs、またはZnOのいずれかから成る基板を
使用しても同様に良質の窒素半導体の形成が可能であ
る。
【0028】また、上記実施例では窒素半導体をGaN
としたが、InN、AlN、GaN、GaInN、また
はGaAlNも同様にして成長可能である。
【0029】また、図1(c)の工程や図1(e)に続
く工程では、アンモニアとGaとを同時に供給してもよ
い。
【0030】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の窒
化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法によれば、
基板表面を高温にして窒素だけを供給して均一な窒化面
を作製後、窒化した表面を比較的低温として均一に陽イ
オン元素を蒸着し、再度高温にしながら窒素を供給する
ことにより表面を窒化するとともに余分な陽イオン元素
を再蒸発させ、陽イオン原子と窒素原子の結合を促して
窒化物半導体の均質な初期層を形成するので、点欠陥に
よる転位の発生が抑制でき、基板との格子不整合を効率
的に吸収することにより、その後の結晶核の生成および
成長をスムーズにすることができ、均質な窒化物半導体
の結晶の成長させることができる。
【0031】また、この本発明の窒化物半導体のヘテロ
エピタキシャル成長方法を応用すれば、超格子構造の窒
化物半導体の作成が可能となり、デバイス応用の分野
で、機能の大幅な拡張が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の窒素半導体のヘテロエピタキ
シャル成長方法の工程図である。
【図2】初期層形成過程におけるオージェ分析結果を示
すグラフである。
【図3】初期層形成工程におけるRHEED測定の結果
図である。
【図4】成長したGaNの結晶構造の写真である。
【図5】成長したGaNのX線回析パターンの測定結果
のグラフである。
【符号の説明】
100…基板、110…清浄表面、120…窒化面、3
10,330,350…GaN層、320…Ga層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 正和 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 菅 博文 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 石田 明広 静岡県浜松市布橋2丁目11番15号 (72)発明者 藤安 洋 静岡県浜松市遠州浜1丁目33番地の8 (72)発明者 榊原 愼吾 静岡県浜松市中沢10番1号 ヤマハ株式会 社内 (72)発明者 山本 悦司 静岡県浜松市助信町136−2

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の表面での窒化物半導体のヘテロエ
    ピタキシャル成長方法であって、 前記基板の表面に窒化する第1の工程と、 1以上の種類の成長すべき化合物半導体の陽イオン元素
    を1原子層以上堆積あるいは蒸着する第2の工程と、 を備えることを特徴とする窒化物半導体のヘテロエピタ
    キシャル成長方法。
  2. 【請求項2】 前記窒化物半導体は、GaN、InN、
    AlN、GaN、GaInN、またはGaAlNであ
    る、ことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体のヘ
    テロエピタキシャル成長方法。
  3. 【請求項3】 前記基板は、Al2 3 、BN、Si
    C、GaAs、またはZnOから成る、ことを特徴とす
    る請求項1記載の窒化物半導体のヘテロエピタキシャル
    成長方法。
  4. 【請求項4】 前記第1の工程では、前記基板の表面を
    アンモニア基を有する化合物気体雰囲気中、窒素雰囲気
    中、もしくは、窒素ラジカル雰囲気中にさらす、窒化物
    溶液中にさらす、または、窒素イオンを打ち込むことを
    特徴とする請求項1記載の窒化物半導体のヘテロエピタ
    キシャル成長方法。
  5. 【請求項5】 前記窒化物半導体の陽イオン元素はG
    a、In、またはAlである、ことを特徴とする請求項
    1記載の窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方
    法。
  6. 【請求項6】 前記第2の工程に引き続き、更に、堆積
    あるいは蒸着された前記原子層の表面を窒化して、前記
    基板の表面上に窒化物半導体から成る表面薄膜層を形成
    する第3の工程を備える、ことを特徴とする請求項1記
    載の窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法。
  7. 【請求項7】 前記第3の工程では、前記陽イオン元素
    および前記窒素を含有する窒素源を同時に供給する請求
    項6記載の窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方
    法。
  8. 【請求項8】 前記第3の工程では、前記基板の表面を
    アンモニア基を有する化合物気体雰囲気中、窒素雰囲気
    中、もしくは窒素ラジカル雰囲気中にさらす、窒化物溶
    液中にさらす、または、窒素イオンを打ち込むことを特
    徴とする請求項6記載の窒化物半導体のヘテロエピタキ
    シャル成長方法。
  9. 【請求項9】 前記第3の工程に引き続き、更に、前記
    第2の工程の処理と前記第3の工程の処理とを繰り返す
    第4の工程を備える、ことを特徴とする請求項6記載の
    窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法。
  10. 【請求項10】 前記第4の工程では、陽イオン元素お
    よび窒素を含有する窒素源を同時に供給することによ
    り、前記第2の工程の処理と前記第3の工程の処理とを
    同時に行う、ことを特徴とする請求項9記載の窒化物半
    導体のヘテロエピタキシャル成長方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10126009A (ja) * 1996-10-21 1998-05-15 Yamaha Corp 半導体結晶成長方法
JP2002348199A (ja) * 2001-05-29 2002-12-04 Ulvac Japan Ltd Iii族窒化物薄膜の形成方法
US7604697B2 (en) 2004-03-12 2009-10-20 Yamaha Corporation Heteroepitaxial growth method for gallium nitride

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10126009A (ja) * 1996-10-21 1998-05-15 Yamaha Corp 半導体結晶成長方法
JP2002348199A (ja) * 2001-05-29 2002-12-04 Ulvac Japan Ltd Iii族窒化物薄膜の形成方法
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