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Info
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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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Abstract
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
半導体の成長方法に関するものである。
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。
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。
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。
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。
AlN、GaN、GaInN、またはGaAlNである
ことを特徴としてもよい。
C、GaAs、またはZnOから成ることを特徴として
もよい。
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。
a、In、またはAlであることを特徴としてもよい。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
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。
更にGaN層を成長させる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
く工程では、アンモニアとGaとを同時に供給してもよ
い。
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。
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。
シャル成長方法の工程図である。
すグラフである。
図である。
のグラフである。
10,330,350…GaN層、320…Ga層。
Claims (10)
- 【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。 - 【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。 - 【請求項3】 前記基板は、Al2 O3 、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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9313295A JP3962101B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9313295A JP3962101B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08264439A true JPH08264439A (ja) | 1996-10-11 |
| JP3962101B2 JP3962101B2 (ja) | 2007-08-22 |
Family
ID=14074002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9313295A Expired - Fee Related JP3962101B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3962101B2 (ja) |
Cited By (3)
| 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 |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP9313295A patent/JP3962101B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| 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 |
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|---|---|
| JP3962101B2 (ja) | 2007-08-22 |
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