JPH0856015A - 半導体薄膜の形成方法 - Google Patents
半導体薄膜の形成方法Info
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- JPH0856015A JPH0856015A JP19046794A JP19046794A JPH0856015A JP H0856015 A JPH0856015 A JP H0856015A JP 19046794 A JP19046794 A JP 19046794A JP 19046794 A JP19046794 A JP 19046794A JP H0856015 A JPH0856015 A JP H0856015A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 青色半導体レーザ素子製造に適した転位や点
欠陥の少ない高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法を
提供する。 【構成】 基板を配置した加熱体の回転速度が３００回
転/分以上とし、１２００℃に加熱したＳｉ基板１１上
にメタンガスを導入し、ＳｉからＳｉＣに連続的に変化
する炭化層を形成する。６００℃に低下させ、２０ｎｍ
のＧａＮ非単結晶１２を形成する。次いで、９００℃以
上の基板温度でＧａＮ層１３を形成し、前記ＧａＮ層上
に３００〜９００℃の範囲内に設定した基板温度で前記
ＧａＮ層１３に格子整合するＡｌＧａＩｎＮ層１５を形
成する。ＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成はアルキルアミン
系、ヒドラジン系もしくはアルキルアミン系、ヒドラジ
ン系とアンモニアの混合原料を窒素原料とする。転位や
点欠陥の少ない高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜を低温で形
成できる。
欠陥の少ない高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法を
提供する。 【構成】 基板を配置した加熱体の回転速度が３００回
転/分以上とし、１２００℃に加熱したＳｉ基板１１上
にメタンガスを導入し、ＳｉからＳｉＣに連続的に変化
する炭化層を形成する。６００℃に低下させ、２０ｎｍ
のＧａＮ非単結晶１２を形成する。次いで、９００℃以
上の基板温度でＧａＮ層１３を形成し、前記ＧａＮ層上
に３００〜９００℃の範囲内に設定した基板温度で前記
ＧａＮ層１３に格子整合するＡｌＧａＩｎＮ層１５を形
成する。ＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成はアルキルアミン
系、ヒドラジン系もしくはアルキルアミン系、ヒドラジ
ン系とアンモニアの混合原料を窒素原料とする。転位や
点欠陥の少ない高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜を低温で形
成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、緑・青色発光ダイオ
ードや光ディスク等情報処理装置用光源に用いることの
できる青色もしくは更に短波長の半導体レーザ素子の製
造方法に関するもので、窒化物系材料の薄膜形成方法に
係わるものである。
ードや光ディスク等情報処理装置用光源に用いることの
できる青色もしくは更に短波長の半導体レーザ素子の製
造方法に関するもので、窒化物系材料の薄膜形成方法に
係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】１９８８年に６７０ｎｍ帯ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系赤色半導体レーザが商品化されて以来、レーザプリ
ンター、光ディスク等の情報処理装置用光源として短波
長半導体レーザの開発が活発に行われている。開発の中
心は当初６７０〜６９０ｎｍであったが、バーコードリ
ーダの視認性の改善、光ディスクの高密度化等の要求に
ともなって、波長領域はＨｅ−Ｎｅガスレーザと同レベ
ルの６３０ｎｍ帯へと移行しつつある。さらに将来、記
憶容量の増大に伴って、赤色より短波長の青・緑色から
紫外域にわたった半導体レーザ実現が切望されており、
ｐ型導電型制御が可能となったことを契機に２-６族系
半導体レーザの研究が急速に進展してきている。一方、
窒化ガリウム(ＧａＮ）は、約３．４eVの広エネルギー
ギャップを持つ直接遷移型の化合物半導体で青色から紫
外領域にわたる発光素子として有望な材料であるがＧａ
Ｎバルク基板結晶が容易に作製できず、ほかに良質な基
板結晶がないことから半導体レーザとしての開発はあま
り進展していなかった。
Ｐ系赤色半導体レーザが商品化されて以来、レーザプリ
ンター、光ディスク等の情報処理装置用光源として短波
長半導体レーザの開発が活発に行われている。開発の中
心は当初６７０〜６９０ｎｍであったが、バーコードリ
ーダの視認性の改善、光ディスクの高密度化等の要求に
ともなって、波長領域はＨｅ−Ｎｅガスレーザと同レベ
ルの６３０ｎｍ帯へと移行しつつある。さらに将来、記
憶容量の増大に伴って、赤色より短波長の青・緑色から
紫外域にわたった半導体レーザ実現が切望されており、
ｐ型導電型制御が可能となったことを契機に２-６族系
半導体レーザの研究が急速に進展してきている。一方、
窒化ガリウム(ＧａＮ）は、約３．４eVの広エネルギー
ギャップを持つ直接遷移型の化合物半導体で青色から紫
外領域にわたる発光素子として有望な材料であるがＧａ
Ｎバルク基板結晶が容易に作製できず、ほかに良質な基
板結晶がないことから半導体レーザとしての開発はあま
り進展していなかった。
【０００３】ＧａＮ薄膜の作製方法としては、αーＡｌ
2Ｏ3（サファイア）基板上にＭＯＶＰＥ法（有機金属気
相成長法）により気相成長する方法が一般的に用いられ
ている。これは、例えばトリメチルガリウムとアンモニ
アを１０５０℃程度に加熱した基板、例えば、サファイ
ア表面上で分解、反応させ、ＧａＮ薄膜を成長しようと
するものである。最近サファイアの（０００１）Ｃ面を
用い、ＧａＮやＡｌＮ非単結晶層を介して比較的良質の
ＧａＮ薄膜を形成できることが実証された。しかし、サ
ファイアＣ面とＧａＮとの間には１３．８％という極め
て大きな格子不整合や大きな熱膨張係数の差があるの
で、非単結晶層を介した場合においては格子不整合の緩
和は効率的におこるものの依然として１０8ｃｍ-2以上
のミスフィット転位が存在し高品質な薄膜形成ができな
かった。
2Ｏ3（サファイア）基板上にＭＯＶＰＥ法（有機金属気
相成長法）により気相成長する方法が一般的に用いられ
ている。これは、例えばトリメチルガリウムとアンモニ
アを１０５０℃程度に加熱した基板、例えば、サファイ
ア表面上で分解、反応させ、ＧａＮ薄膜を成長しようと
するものである。最近サファイアの（０００１）Ｃ面を
用い、ＧａＮやＡｌＮ非単結晶層を介して比較的良質の
ＧａＮ薄膜を形成できることが実証された。しかし、サ
ファイアＣ面とＧａＮとの間には１３．８％という極め
て大きな格子不整合や大きな熱膨張係数の差があるの
で、非単結晶層を介した場合においては格子不整合の緩
和は効率的におこるものの依然として１０8ｃｍ-2以上
のミスフィット転位が存在し高品質な薄膜形成ができな
かった。
【０００４】Ａｌ、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ四元混晶
薄膜を結晶成長する上での問題点は、上述のように格子
整合する良質な基板結晶が存在しないことのほかは、窒
素原料として用いられるアンモニアの分解効率が低いこ
と、及びＡｌＮ、ＧａＮの成長温度に比較してＩｎＮの
分解温度がそれらよりも低温であることに集約される。
薄膜を結晶成長する上での問題点は、上述のように格子
整合する良質な基板結晶が存在しないことのほかは、窒
素原料として用いられるアンモニアの分解効率が低いこ
と、及びＡｌＮ、ＧａＮの成長温度に比較してＩｎＮの
分解温度がそれらよりも低温であることに集約される。
【０００５】アンモニアの分解には高温を要するため、
上述のように基板温度を９００〜１１００℃にする必要
があった。このため、膜中に多数の窒素の空孔が生じ、
成長したＧａＮ層はそのままではｎ型伝導性を示す薄膜
となってしまい、高抵抗のＧａＮ薄膜が得られにくいと
いう欠点があった。したがって、３族と５族の供給比、
いわゆる３/５比を１０００から５０００と他の材料系
に比べて１桁から２桁大きくする必要があった。できる
だけ低温で成長を行うことが望ましいが、アンモニアは
分解温度が非常に高いので、低温で成長を行う場合で
も、極めて大量のアンモニアが必要であり、実用的に供
給できる範囲を超えていた。
上述のように基板温度を９００〜１１００℃にする必要
があった。このため、膜中に多数の窒素の空孔が生じ、
成長したＧａＮ層はそのままではｎ型伝導性を示す薄膜
となってしまい、高抵抗のＧａＮ薄膜が得られにくいと
いう欠点があった。したがって、３族と５族の供給比、
いわゆる３/５比を１０００から５０００と他の材料系
に比べて１桁から２桁大きくする必要があった。できる
だけ低温で成長を行うことが望ましいが、アンモニアは
分解温度が非常に高いので、低温で成長を行う場合で
も、極めて大量のアンモニアが必要であり、実用的に供
給できる範囲を超えていた。
【０００６】また、アンモニアを用いて１０００℃程度
でＡｌＧａＩｎＮの成長を行った場合、アンモニアは分
解効率が低いため、Ｉｎは基板表面から脱離しやすい。
ＩｎＮの分解によってＩｎの取り込み量が著しく少ない
ため、組成の制御が困難で、表面のモホロジーの劣化を
もたらし、高品質のＡｌＧａＩｎＮ薄膜が得られにくい
という欠点があった。
でＡｌＧａＩｎＮの成長を行った場合、アンモニアは分
解効率が低いため、Ｉｎは基板表面から脱離しやすい。
ＩｎＮの分解によってＩｎの取り込み量が著しく少ない
ため、組成の制御が困難で、表面のモホロジーの劣化を
もたらし、高品質のＡｌＧａＩｎＮ薄膜が得られにくい
という欠点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術によれ
ば、窒化膜の結晶成長には、その窒素の原料としてアン
モニアを用いたため、比較的低温度で成長を行うことが
できなかった。したがって、ＭＯＶＰＥ成長時に、基板
上で大きな熱対流が発生し、基板上への均一な原料供給
が困難であり、不純物ドープによる伝導型の制御、すな
わちｐ型伝導の窒化膜の成長も困難であった。本発明
は、低温で制御性に優れた結晶成長を可能にして、窒素
の空孔が少ない良質のＡｌＧａＩｎＮ薄膜を得ることが
可能で、不純物ドープにより容易にｎ型伝導型ないしは
ｐ型伝導性にし得る伝導型制御の可能なＡｌＧａＩｎＮ
薄膜の形成方法を提供することを目的とする。特にＩｎ
を含むＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法を提供することを
主な目的としている。
ば、窒化膜の結晶成長には、その窒素の原料としてアン
モニアを用いたため、比較的低温度で成長を行うことが
できなかった。したがって、ＭＯＶＰＥ成長時に、基板
上で大きな熱対流が発生し、基板上への均一な原料供給
が困難であり、不純物ドープによる伝導型の制御、すな
わちｐ型伝導の窒化膜の成長も困難であった。本発明
は、低温で制御性に優れた結晶成長を可能にして、窒素
の空孔が少ない良質のＡｌＧａＩｎＮ薄膜を得ることが
可能で、不純物ドープにより容易にｎ型伝導型ないしは
ｐ型伝導性にし得る伝導型制御の可能なＡｌＧａＩｎＮ
薄膜の形成方法を提供することを目的とする。特にＩｎ
を含むＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法を提供することを
主な目的としている。
【０００８】また従来技術によれば、窒化膜とサファイ
ア基板の格子定数の整合性は悪く、また、熱膨張係数の
差も大きいため、成長した窒化膜にはピットやクラック
が入りやすく、均一で平坦性のよい窒化膜の成長が困難
であった。
ア基板の格子定数の整合性は悪く、また、熱膨張係数の
差も大きいため、成長した窒化膜にはピットやクラック
が入りやすく、均一で平坦性のよい窒化膜の成長が困難
であった。
【０００９】本発明は、従来より低温で薄膜形成でき、
転位が少なく平坦性のよいＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方
法を提供することを目的とする。
転位が少なく平坦性のよいＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方
法を提供することを目的とする。
【００１０】さらに従来技術によれば、サファイアが基
板として用いられていたが、加工が困難でデバイスの作
製が容易ではなかった。本発明は、安価で加工の容易な
基板上に均一で平坦性のよいＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成
方法を提供することを目的とする。
板として用いられていたが、加工が困難でデバイスの作
製が容易ではなかった。本発明は、安価で加工の容易な
基板上に均一で平坦性のよいＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成
方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法は、
加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原料および
窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡｌＧａＩｎ
Ｎ薄膜を形成する方法において、前記基板を配置した加
熱体の回転速度が３００回転/分以上であって、９００
℃以上の基板温度でＧａＮ層を形成し、前記ＧａＮ層上
に３００〜９００℃の範囲内に設定した基板温度でＡｌ
ＧａＩｎＮ層を形成する方法であって、前記ＡｌＧａＩ
ｎＮ層の形成はアルキルアミン系、ヒドラジン系もしく
はアルキルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの混合
原料を窒素原料とすることを特徴とする。
に、請求項１記載のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法は、
加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原料および
窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡｌＧａＩｎ
Ｎ薄膜を形成する方法において、前記基板を配置した加
熱体の回転速度が３００回転/分以上であって、９００
℃以上の基板温度でＧａＮ層を形成し、前記ＧａＮ層上
に３００〜９００℃の範囲内に設定した基板温度でＡｌ
ＧａＩｎＮ層を形成する方法であって、前記ＡｌＧａＩ
ｎＮ層の形成はアルキルアミン系、ヒドラジン系もしく
はアルキルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの混合
原料を窒素原料とすることを特徴とする。
【００１２】請求項２記載のＡｌＧａＩｎＮ多層膜の作
製方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む
原料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡ
ｌx1Ｇａy1Ｉｎz1Ｎ層/Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎz2Ｎ層/Ａｌx3
Ｇａy3Ｉｎz3Ｎ層（Ｅｇ2＜Ｅｇ1、Ｅｇ3：Ｅｇはバン
ドギャップ）からなるＡｌＧａＩｎＮ多層膜を形成する
方法において、前記基板を配置した加熱体の回転速度が
３００回転/分以上であって、９００℃以上の基板温度
でＧａＮ層を形成し、前記ＧａＮ層上に３００〜９００
℃の範囲内に設定した基板温度で前記ＧａＮ層に格子整
合するＡｌx1Ｇａy1Ｉｎz1Ｎ層と２％以下の格子不整合
するＡｌx2Ｇａy2Ｉｎz2Ｎ層と前記ＧａＮ層に格子整合
するＡｌx3Ｇａy3Ｉｎz3Ｎ層を形成する方法であって、
前記ＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成はアルキルアミン系、
ヒドラジン系もしくはアルキルアミン系、ヒドラジン系
とアンモニアの混合原料を窒素原料とすることを特徴と
する。
製方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む
原料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡ
ｌx1Ｇａy1Ｉｎz1Ｎ層/Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎz2Ｎ層/Ａｌx3
Ｇａy3Ｉｎz3Ｎ層（Ｅｇ2＜Ｅｇ1、Ｅｇ3：Ｅｇはバン
ドギャップ）からなるＡｌＧａＩｎＮ多層膜を形成する
方法において、前記基板を配置した加熱体の回転速度が
３００回転/分以上であって、９００℃以上の基板温度
でＧａＮ層を形成し、前記ＧａＮ層上に３００〜９００
℃の範囲内に設定した基板温度で前記ＧａＮ層に格子整
合するＡｌx1Ｇａy1Ｉｎz1Ｎ層と２％以下の格子不整合
するＡｌx2Ｇａy2Ｉｎz2Ｎ層と前記ＧａＮ層に格子整合
するＡｌx3Ｇａy3Ｉｎz3Ｎ層を形成する方法であって、
前記ＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成はアルキルアミン系、
ヒドラジン系もしくはアルキルアミン系、ヒドラジン系
とアンモニアの混合原料を窒素原料とすることを特徴と
する。
【００１３】請求項４記載のＡｌＧａＩｎＮ薄膜及び多
層膜の作製方法は、請求項第１、３記載のＡｌＧａＩｎ
Ｎ薄膜の形成方法及び第２記載のＡｌＧａＩｎＮ多層膜
の形成方法において、ＡｌＧａＩｎＮ層は３族構成元素
を含む原料の供給を間欠的に行い、ＩｎＮ層とＡｌＧａ
Ｎ層を構成する原料の繰り返し供給により形成すること
を特徴とする。
層膜の作製方法は、請求項第１、３記載のＡｌＧａＩｎ
Ｎ薄膜の形成方法及び第２記載のＡｌＧａＩｎＮ多層膜
の形成方法において、ＡｌＧａＩｎＮ層は３族構成元素
を含む原料の供給を間欠的に行い、ＩｎＮ層とＡｌＧａ
Ｎ層を構成する原料の繰り返し供給により形成すること
を特徴とする。
【００１４】請求項３記載のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成
方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原
料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＧａ
Ｎ層を形成し、前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＩｎＮ薄膜を
形成する方法において、前記基板を配置した加熱体の回
転速度が３００回転/分以上であって、前記ＧａＮ層中
もしくはＧａＮ層上にＡｌＧａＩｎＮ層からなる歪超格
子構造を配置することを特徴とする。
方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原
料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＧａ
Ｎ層を形成し、前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＩｎＮ薄膜を
形成する方法において、前記基板を配置した加熱体の回
転速度が３００回転/分以上であって、前記ＧａＮ層中
もしくはＧａＮ層上にＡｌＧａＩｎＮ層からなる歪超格
子構造を配置することを特徴とする。
【００１５】請求項５記載のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成
方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原
料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡｌ
ＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、水素ガスと炭
素を含む原料の雰囲気中で前記基板を加熱し前記基板表
面上に形成した炭化層を緩衝層とすることを特徴とす
る。
方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原
料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡｌ
ＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、水素ガスと炭
素を含む原料の雰囲気中で前記基板を加熱し前記基板表
面上に形成した炭化層を緩衝層とすることを特徴とす
る。
【００１６】請求項６記載のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成
方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原
料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡｌ
ＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、炭素を含む原
料の雰囲気中で前記基板を加熱し前記基板表面上に形成
した炭化層と次いでアルキルアミン系、ヒドラジン系も
しくはアルキルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの
混合原料を含む雰囲気中で前記炭化層表面上に形成した
窒化層を少なくとも緩衝層とすることを特徴とする。
方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原
料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡｌ
ＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、炭素を含む原
料の雰囲気中で前記基板を加熱し前記基板表面上に形成
した炭化層と次いでアルキルアミン系、ヒドラジン系も
しくはアルキルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの
混合原料を含む雰囲気中で前記炭化層表面上に形成した
窒化層を少なくとも緩衝層とすることを特徴とする。
【００１７】請求項７記載のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成
方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原
料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡｌ
ＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、アルキルアミ
ン系、ヒドラジン系もしくはアルキルアミン系、ヒドラ
ジン系とアンモニアの混合原料を含む雰囲気中で前記基
板表面上に形成した窒化層と次いで３族構成元素を含む
原料とアルキルアミン系、ヒドラジン系もしくはアルキ
ルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの混合原料を含
む雰囲気中で前記窒化層表面上に形成したＧａＮ非単結
晶層を緩衝層とすることを特徴とする。
方法は、加熱された基板表面上に３族構成元素を含む原
料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介してＡｌ
ＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、アルキルアミ
ン系、ヒドラジン系もしくはアルキルアミン系、ヒドラ
ジン系とアンモニアの混合原料を含む雰囲気中で前記基
板表面上に形成した窒化層と次いで３族構成元素を含む
原料とアルキルアミン系、ヒドラジン系もしくはアルキ
ルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの混合原料を含
む雰囲気中で前記窒化層表面上に形成したＧａＮ非単結
晶層を緩衝層とすることを特徴とする。
【００１８】以上の請求項において、基板を配置した加
熱体の回転速度は３００回転/分以上とすることが望ま
しい。また、基板はサファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓ
ｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰであることが望ましい。
熱体の回転速度は３００回転/分以上とすることが望ま
しい。また、基板はサファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓ
ｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰであることが望ましい。
【００１９】
【作用】ＡｌＧａＩｎＮ薄膜の結晶成長における問題点
の一つは、ＡｌＮ、ＧａＮの成長温度に比較してＩｎＮ
の分解温度がそれらよりも低温であることである。すな
わち、アンモニアを用いて、ＡｌＧａＮ薄膜の成長温度
でＡｌＧａＩｎＮ薄膜の成長を行った場合、アンモニア
は分解効率が低いため、Ｉｎは基板表面から脱離しやす
い。ＩｎＮの分解によってＩｎの取り込み量が著しく少
ないため、組成の制御が困難で、表面のモホロジーの劣
化をもたらす。
の一つは、ＡｌＮ、ＧａＮの成長温度に比較してＩｎＮ
の分解温度がそれらよりも低温であることである。すな
わち、アンモニアを用いて、ＡｌＧａＮ薄膜の成長温度
でＡｌＧａＩｎＮ薄膜の成長を行った場合、アンモニア
は分解効率が低いため、Ｉｎは基板表面から脱離しやす
い。ＩｎＮの分解によってＩｎの取り込み量が著しく少
ないため、組成の制御が困難で、表面のモホロジーの劣
化をもたらす。
【００２０】請求項１のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の作製方
法、請求項２のＡｌＧａＩｎＮ多層膜の作製方法によれ
ば、分解温度の低いアルキルアミン系、ヒドラジン系を
少なくとも含む窒素原料を用い、基板を高速回転させた
ので、比較的低温で成長でき、成長温度が高いことによ
るガス対流の抑制、Ｉｎの解離の抑制が可能となる。よ
って従来よりも低温で高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜もし
くはＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成が可能となる。
法、請求項２のＡｌＧａＩｎＮ多層膜の作製方法によれ
ば、分解温度の低いアルキルアミン系、ヒドラジン系を
少なくとも含む窒素原料を用い、基板を高速回転させた
ので、比較的低温で成長でき、成長温度が高いことによ
るガス対流の抑制、Ｉｎの解離の抑制が可能となる。よ
って従来よりも低温で高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜もし
くはＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成が可能となる。
【００２１】請求項３のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の作製方法
によれば、アルキルアミン系、ヒドラジン系もしくはア
ルキルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの混合原料
を含む窒素原料を用いて低温で例えばＩｎ、Ｎ／Ｎ／Ｇ
ａ、Ａｌ、Ｎ／Ｎのように原料ガスを交互に基板上に供
給することにより、窒素空孔が少なくＩｎの取り込まれ
が安定となるため、従来よりも低温で高品質なＡｌＧａ
ＩｎＮ薄膜もしくはＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成が可能
となる。
によれば、アルキルアミン系、ヒドラジン系もしくはア
ルキルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの混合原料
を含む窒素原料を用いて低温で例えばＩｎ、Ｎ／Ｎ／Ｇ
ａ、Ａｌ、Ｎ／Ｎのように原料ガスを交互に基板上に供
給することにより、窒素空孔が少なくＩｎの取り込まれ
が安定となるため、従来よりも低温で高品質なＡｌＧａ
ＩｎＮ薄膜もしくはＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成が可能
となる。
【００２２】ＡｌＧａＩｎＮ薄膜の結晶成長における問
題点の一つは、格子整合基板がないことである。従来
は、サファイア基板上にＡｌＮやＧａＮの非単結晶層を
介して窒化物薄膜の形成を行っていたが、サファイア基
板は加工が困難で半導体素子用基板としては不向きであ
る。しかも、ＡｌＮやＧａＮ非単結晶層との間には、依
然として大きな格子不整合や熱歪みが存在しているた
め、基板との界面で発生した転位の伝搬を十分抑制する
ことはできない。
題点の一つは、格子整合基板がないことである。従来
は、サファイア基板上にＡｌＮやＧａＮの非単結晶層を
介して窒化物薄膜の形成を行っていたが、サファイア基
板は加工が困難で半導体素子用基板としては不向きであ
る。しかも、ＡｌＮやＧａＮ非単結晶層との間には、依
然として大きな格子不整合や熱歪みが存在しているた
め、基板との界面で発生した転位の伝搬を十分抑制する
ことはできない。
【００２３】請求項４のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の作製方法
によれば、ＡｌＧａＩｎＮ薄膜形成する前に歪みを含有
するＡｌＧａＩｎＮ超格子を配置するので、基板界面か
ら発生した転位は面内方向への運動成分が大きくなるた
め、上部層への伝搬を効率的に抑制でき高品質なＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜を形成できる。
によれば、ＡｌＧａＩｎＮ薄膜形成する前に歪みを含有
するＡｌＧａＩｎＮ超格子を配置するので、基板界面か
ら発生した転位は面内方向への運動成分が大きくなるた
め、上部層への伝搬を効率的に抑制でき高品質なＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜を形成できる。
【００２４】請求項５、６のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の作製
方法によれば、例えばシリコン基板上にＡｌＧａＩｎＮ
薄膜を形成する前に行う熱処理中に基板内に炭素が拡散
し、基板内からシリコンが解離することにより、シリコ
ンからＳｉＣへと連続的な組成変化をする炭化層を形成
できる。ＳｉＣの格子定数は窒化物の格子定数と近いた
め、転位の発生が抑制され、また熱歪みの緩和にも効果
があるため、ＡｌＧａＩｎＮ薄膜への転位の伝搬を大幅
に低減できる。
方法によれば、例えばシリコン基板上にＡｌＧａＩｎＮ
薄膜を形成する前に行う熱処理中に基板内に炭素が拡散
し、基板内からシリコンが解離することにより、シリコ
ンからＳｉＣへと連続的な組成変化をする炭化層を形成
できる。ＳｉＣの格子定数は窒化物の格子定数と近いた
め、転位の発生が抑制され、また熱歪みの緩和にも効果
があるため、ＡｌＧａＩｎＮ薄膜への転位の伝搬を大幅
に低減できる。
【００２５】請求項７のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の作製方法
によれば、例えばＧａＰ基板上にＡｌＧａＩｎＮ薄膜を
形成する前に行う熱処理中に基板内に窒素が拡散し、基
板内からＰが解離することにより、ＧａＰからＧａＮへ
と連続的な組成変化をする窒化層を形成できる。さら
に、ＧａＮの非単結晶層を形成するので、均一かつ粒径
のそろった核を形成できる。このため転位の発生が抑制
され、また熱歪みの緩和にも効果があるため、ＡｌＧａ
ＩｎＮ薄膜への転位の伝搬を大幅に低減できる。
によれば、例えばＧａＰ基板上にＡｌＧａＩｎＮ薄膜を
形成する前に行う熱処理中に基板内に窒素が拡散し、基
板内からＰが解離することにより、ＧａＰからＧａＮへ
と連続的な組成変化をする窒化層を形成できる。さら
に、ＧａＮの非単結晶層を形成するので、均一かつ粒径
のそろった核を形成できる。このため転位の発生が抑制
され、また熱歪みの緩和にも効果があるため、ＡｌＧａ
ＩｎＮ薄膜への転位の伝搬を大幅に低減できる。
【００２６】このようにサファイアをはじめ、それ以外
の加工の容易な基板、例えばシリコン基板やＧａＰ基板
上にも高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成が可能であ
る。
の加工の容易な基板、例えばシリコン基板やＧａＰ基板
上にも高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成が可能であ
る。
【００２７】したがって、本発明は発光効率の高い青色
発光ダイオードや情報処理装置用光源などに用いること
のできる青色半導体レーザ素子製造に極めて有用であ
る。
発光ダイオードや情報処理装置用光源などに用いること
のできる青色半導体レーザ素子製造に極めて有用であ
る。
【００２８】
【実施例】以下、実施例で本発明を説明する。なお、以
下同一部分については同一符号を記す。
下同一部分については同一符号を記す。
【００２９】ＡｌＧａＩｎＮ薄膜の製造には、図１に概
略的に示すＭＯＶＰＥ装置を用いた。ここで、石英製反
応管１の内部には石英製ガス導入管２が取り付けられて
いる。石英製ガス導入管からは３族構成元素を含む原料
および窒素を含む原料を同時に供給できるようになって
いる。石英製反応管１の外周には高周波加熱用コイル３
が設置され、また、内部にはＳｉＣコートされたグラフ
ァイト製サセプター４が設置されている。グラファイト
製サセプター４はモーターによって１０００回転/分程
度に回転可能なサセプター支持棒５により支持されてい
る。グラファイト製サセプター４上面には、石英製トレ
ー６上に搭載された基板７が設置できるような構成とな
っている。また、石英製反応管１の底部には真空ポンプ
に接続された排気口８が設けられていて、石英製反応管
１内の圧力調整及びガスの排気ができるようになってい
る。
略的に示すＭＯＶＰＥ装置を用いた。ここで、石英製反
応管１の内部には石英製ガス導入管２が取り付けられて
いる。石英製ガス導入管からは３族構成元素を含む原料
および窒素を含む原料を同時に供給できるようになって
いる。石英製反応管１の外周には高周波加熱用コイル３
が設置され、また、内部にはＳｉＣコートされたグラフ
ァイト製サセプター４が設置されている。グラファイト
製サセプター４はモーターによって１０００回転/分程
度に回転可能なサセプター支持棒５により支持されてい
る。グラファイト製サセプター４上面には、石英製トレ
ー６上に搭載された基板７が設置できるような構成とな
っている。また、石英製反応管１の底部には真空ポンプ
に接続された排気口８が設けられていて、石英製反応管
１内の圧力調整及びガスの排気ができるようになってい
る。
【００３０】（実施例１）図２に本発明の第一の実施例
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法について、順
を追って説明する。
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法について、順
を追って説明する。
【００３１】（１１１）面シリコン基板１１を有機洗浄
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの
非単結晶ＧａＮ層１２を堆積した後、トリメチルガリウ
ムの導入を停止した。これを緩衝層として用いた。次い
で、基板温度を１０００℃に昇温し、Ｖ族原料としてヒ
ドラジンに加えてアンモニアを導入し、１分後に３族原
料としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚３μｍの
ＧａＮ層１３を成長した後、トリメチルガリウムの導入
を停止した。３μｍ成長すると、ＧａＮ層１３表面は平
坦となり、基板界面から発生した欠陥の伝搬は著しく低
減された。次いで、基板温度を８００℃に降温し、トリ
メチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチル
インジウムを同時に導入し、膜厚０．５μｍのＡｌ0.45
Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を成長した。トリメチルガリ
ウム、トリメチルアルミニウムとトリメチルインジウム
の導入を停止した後、基板温度を降温し３００℃以下の
温度になったところでヒドラジンとアンモニアの導入を
停止した。基板の温度を室温まで降下させた後、石英製
反応管１内より基板を取り出した。
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの
非単結晶ＧａＮ層１２を堆積した後、トリメチルガリウ
ムの導入を停止した。これを緩衝層として用いた。次い
で、基板温度を１０００℃に昇温し、Ｖ族原料としてヒ
ドラジンに加えてアンモニアを導入し、１分後に３族原
料としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚３μｍの
ＧａＮ層１３を成長した後、トリメチルガリウムの導入
を停止した。３μｍ成長すると、ＧａＮ層１３表面は平
坦となり、基板界面から発生した欠陥の伝搬は著しく低
減された。次いで、基板温度を８００℃に降温し、トリ
メチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチル
インジウムを同時に導入し、膜厚０．５μｍのＡｌ0.45
Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を成長した。トリメチルガリ
ウム、トリメチルアルミニウムとトリメチルインジウム
の導入を停止した後、基板温度を降温し３００℃以下の
温度になったところでヒドラジンとアンモニアの導入を
停止した。基板の温度を室温まで降下させた後、石英製
反応管１内より基板を取り出した。
【００３２】グラファイト製サセプター４を１０回転/
分で回転させた場合は、石英製ガス導入管２に多量の反
応生成物が付着し、得られた結晶表面は凸凹で四元混晶
層のＩｎ組成が０．０２であったのに対し、本実施例の
場合は、石英製ガス導入管２への反応生成物の付着は少
なく、鏡面でホール効果によるとキャリア濃度は１０ 15
ｃｍ-3と極めて欠陥の少ない四元混晶が得られた。ま
た、Ｉｎ組成は０．０５となり、８００回転/分の高速
回転によりＩｎの取り込まれ率が増大することを確認し
た。８００℃と低温でありながら、１０００℃で成長し
たＧａＮ層より高品質な四元混晶が得られた。これらの
結果は、ヒドラジンとアンモニアを同時に導入したこと
による窒素空孔の低減及びＩｎの解離の抑制効果であ
り、高速回転によるガス流の対流抑制及び原料の効率的
な取り込まれによると考えられる。
分で回転させた場合は、石英製ガス導入管２に多量の反
応生成物が付着し、得られた結晶表面は凸凹で四元混晶
層のＩｎ組成が０．０２であったのに対し、本実施例の
場合は、石英製ガス導入管２への反応生成物の付着は少
なく、鏡面でホール効果によるとキャリア濃度は１０ 15
ｃｍ-3と極めて欠陥の少ない四元混晶が得られた。ま
た、Ｉｎ組成は０．０５となり、８００回転/分の高速
回転によりＩｎの取り込まれ率が増大することを確認し
た。８００℃と低温でありながら、１０００℃で成長し
たＧａＮ層より高品質な四元混晶が得られた。これらの
結果は、ヒドラジンとアンモニアを同時に導入したこと
による窒素空孔の低減及びＩｎの解離の抑制効果であ
り、高速回転によるガス流の対流抑制及び原料の効率的
な取り込まれによると考えられる。
【００３３】（実施例２）図３に本発明の第二の実施例
のＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法により作製したＡｌ
ＧａＩｎＮ多層膜の断面構造図である。図１のＭＯＶＰ
Ｅ装置を用いたＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法につい
て、順を追って説明する。
のＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法により作製したＡｌ
ＧａＩｎＮ多層膜の断面構造図である。図１のＭＯＶＰ
Ｅ装置を用いたＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法につい
て、順を追って説明する。
【００３４】（１１１）面シリコン基板１１を有機洗浄
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。
【００３５】膜厚２０ｎｍの非単結晶ＧａＮ層１２を堆
積した後、トリメチルガリウムの導入を停止した。これ
を緩衝層として用いた。次いで、基板温度を１０００℃
に昇温し、Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニ
アを導入し、１分後に３族原料としてトリメチルガリウ
ムを導入した。膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した
後、トリメチルガリウムの導入を停止した。
積した後、トリメチルガリウムの導入を停止した。これ
を緩衝層として用いた。次いで、基板温度を１０００℃
に昇温し、Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニ
アを導入し、１分後に３族原料としてトリメチルガリウ
ムを導入した。膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した
後、トリメチルガリウムの導入を停止した。
【００３６】３μｍ成長すると、ＧａＮ層１３表面は平
坦となり、基板界面から発生した欠陥の伝搬は著しく低
減された。次いで、基板温度を８００℃に降温し、トリ
メチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチル
インジウムを同時に導入し、ＧａＮ層１３に格子整合し
た膜厚１．０μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１５
を成長した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニ
ウムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板
温度を７００℃まで降温し、トリメチルガリウムとトリ
メチルインジウムを同時に導入し、格子不整をもつ膜厚
０．０１μｍのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ層１６を成長した。次
いで、トリメチルガリウムとトリメチルインジウムの導
入を停止した後、基板温度を８００℃まで昇温し、トリ
メチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチル
インジウムを同時に導入し、ＧａＮ層１３に格子整合し
た膜厚１．０ｕｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１７
を再度成長した。トリメチルガリウム、トリメチルアル
ミニウムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、
基板温度を降温し３００℃以下の温度になったところで
ヒドラジンとアンモニアの導入を停止した。基板の温度
を室温まで降下させた後、石英製反応管１内より基板を
取り出した。
坦となり、基板界面から発生した欠陥の伝搬は著しく低
減された。次いで、基板温度を８００℃に降温し、トリ
メチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチル
インジウムを同時に導入し、ＧａＮ層１３に格子整合し
た膜厚１．０μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１５
を成長した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニ
ウムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板
温度を７００℃まで降温し、トリメチルガリウムとトリ
メチルインジウムを同時に導入し、格子不整をもつ膜厚
０．０１μｍのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ層１６を成長した。次
いで、トリメチルガリウムとトリメチルインジウムの導
入を停止した後、基板温度を８００℃まで昇温し、トリ
メチルガリウム、トリメチルアルミニウムとトリメチル
インジウムを同時に導入し、ＧａＮ層１３に格子整合し
た膜厚１．０ｕｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１７
を再度成長した。トリメチルガリウム、トリメチルアル
ミニウムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、
基板温度を降温し３００℃以下の温度になったところで
ヒドラジンとアンモニアの導入を停止した。基板の温度
を室温まで降下させた後、石英製反応管１内より基板を
取り出した。
【００３７】得られたＡｌＧａＩｎＮ多層膜の表面は鏡
面であり、フォトルミネッセンス測定の結果、Ｇａ0.8
Ｉｎ0.2Ｎ層１６からの強い発光を確認した。
面であり、フォトルミネッセンス測定の結果、Ｇａ0.8
Ｉｎ0.2Ｎ層１６からの強い発光を確認した。
【００３８】グラファイト製サセプター４を１０回転/
分で回転させた場合は、石英製ガス導入管２に多量の反
応生成物が付着し、得られた結晶表面は凸凹でＧａＩｎ
Ｎ層のＩｎ組成が０．１２であったのに対し、本実施例
の場合は、石英製ガス導入管２への反応生成物の付着は
少なく、Ｉｎ組成は０．２となり８００回転/分の回転
によりＩｎの取り込まれ率の増大を確認した。８００℃
と低温でありながら、１０００℃で成長したＧａＮより
高品質なＩｎを含む多層膜が得られた。これらの結果
は、ヒドラジンとアンモニアを同時に導入したことによ
る窒素空孔の低減及びＩｎの解離の抑制効果であり、高
速回転によるガス流の対流抑制及び原料の効率的な取り
込まれによると考えられる。
分で回転させた場合は、石英製ガス導入管２に多量の反
応生成物が付着し、得られた結晶表面は凸凹でＧａＩｎ
Ｎ層のＩｎ組成が０．１２であったのに対し、本実施例
の場合は、石英製ガス導入管２への反応生成物の付着は
少なく、Ｉｎ組成は０．２となり８００回転/分の回転
によりＩｎの取り込まれ率の増大を確認した。８００℃
と低温でありながら、１０００℃で成長したＧａＮより
高品質なＩｎを含む多層膜が得られた。これらの結果
は、ヒドラジンとアンモニアを同時に導入したことによ
る窒素空孔の低減及びＩｎの解離の抑制効果であり、高
速回転によるガス流の対流抑制及び原料の効率的な取り
込まれによると考えられる。
【００３９】また、格子不整のあるＧａＩｎＮを導入し
ても格子整合混晶と同程度の結晶性を維持しながら、多
層膜の形成が可能であった。
ても格子整合混晶と同程度の結晶性を維持しながら、多
層膜の形成が可能であった。
【００４０】（実施例３）図４に本発明の第三の実施例
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の製造方法について、順
を追って説明する。
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の製造方法について、順
を追って説明する。
【００４１】（１１１）面シリコン基板１１を有機洗浄
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの
非単結晶ＧａＮ層１２を堆積した後、トリメチルガリウ
ムの導入を停止した。これを緩衝層として用いた。
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの
非単結晶ＧａＮ層１２を堆積した後、トリメチルガリウ
ムの導入を停止した。これを緩衝層として用いた。
【００４２】次いで、基板温度を１０００℃に昇温し、
Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニアを導入
し、１分後に３族原料としてトリメチルガリウムを導入
した。膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した後、トリメ
チルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長すると、Ｇ
ａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生した欠
陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度を８０
０℃に降温し、トリメチルガリウムとトリメチルアルミ
ニウムを同時に導入し、膜厚２ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ
層１８を成長した。トリメチルガリウムとトリメチルア
ルミニウムの導入を停止した後、トリメチルガリウムと
トリメチルインジウムを同時に導入し、膜厚２ｎｍのＧ
ａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ層１９を成長した。連続して４０周期の
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ/Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ歪超格子２０を成
長した後、再度トリメチルガリウムを導入し膜厚２μｍ
のＧａＮ層２１を成長してトリメチルガリウムの導入を
停止した。次いで、トリメチルガリウム、トリメチルア
ルミニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、膜
厚０．５μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を成
長した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム
とトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温度
を降温し３００℃以下の温度になったところでヒドラジ
ンとアンモニアの導入を停止した。基板の温度を室温ま
で降下させた後、石英製反応管１内より基板を取り出し
た。
Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニアを導入
し、１分後に３族原料としてトリメチルガリウムを導入
した。膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した後、トリメ
チルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長すると、Ｇ
ａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生した欠
陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度を８０
０℃に降温し、トリメチルガリウムとトリメチルアルミ
ニウムを同時に導入し、膜厚２ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ
層１８を成長した。トリメチルガリウムとトリメチルア
ルミニウムの導入を停止した後、トリメチルガリウムと
トリメチルインジウムを同時に導入し、膜厚２ｎｍのＧ
ａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ層１９を成長した。連続して４０周期の
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ/Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ歪超格子２０を成
長した後、再度トリメチルガリウムを導入し膜厚２μｍ
のＧａＮ層２１を成長してトリメチルガリウムの導入を
停止した。次いで、トリメチルガリウム、トリメチルア
ルミニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、膜
厚０．５μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を成
長した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム
とトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温度
を降温し３００℃以下の温度になったところでヒドラジ
ンとアンモニアの導入を停止した。基板の温度を室温ま
で降下させた後、石英製反応管１内より基板を取り出し
た。
【００４３】Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ/Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ歪超
格子２０を導入することによって基板界面から発生した
欠陥の伝搬は著しく抑制され、実施例１の場合に比べて
さらに２桁程度の欠陥が低減された。得られた結晶表面
は鏡面でホール効果によるとキャリア濃度は１０15ｃｍ
-3以下であり、成長温度が８００℃と低温でありながら
１０００℃で成長したＧａＮ層、さらには実施例１の場
合よりもより高品質な四元混晶が得られた。
格子２０を導入することによって基板界面から発生した
欠陥の伝搬は著しく抑制され、実施例１の場合に比べて
さらに２桁程度の欠陥が低減された。得られた結晶表面
は鏡面でホール効果によるとキャリア濃度は１０15ｃｍ
-3以下であり、成長温度が８００℃と低温でありながら
１０００℃で成長したＧａＮ層、さらには実施例１の場
合よりもより高品質な四元混晶が得られた。
【００４４】（実施例４）図５に本発明の第四の実施例
のＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法により作製したＡｌ
ＧａＩｎＮ多層膜の断面構造図である。図１のＭＯＶＰ
Ｅ装置を用いたＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法につい
て、順を追って説明する。
のＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法により作製したＡｌ
ＧａＩｎＮ多層膜の断面構造図である。図１のＭＯＶＰ
Ｅ装置を用いたＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法につい
て、順を追って説明する。
【００４５】（１１１）面シリコン基板１１を有機洗浄
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの
非単結晶ＧａＮ層１２を堆積した後、トリメチルガリウ
ムの導入を停止した。これを緩衝層として用いた。
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの
非単結晶ＧａＮ層１２を堆積した後、トリメチルガリウ
ムの導入を停止した。これを緩衝層として用いた。
【００４６】次いで、基板温度を１０００℃に昇温し、
Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニアを導入
し、１分後に３族原料としてトリメチルガリウムを導入
した。膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した後、トリメ
チルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長すると、Ｇ
ａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生した欠
陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度を８０
０℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、ＧａＮ
層１３に格子整合した膜厚１．０μｍのＡｌ0.45Ｇａ
0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１５を成長した。トリメチルガリウ
ム、トリメチルアルミニウムとトリメチルインジウムの
導入を停止した後、基板温度を６００℃まで降温した。
次いで、図６（ａ）の原料ガスの供給手順に示すよう
に、トリメチルインジウムを導入しＩｎＮ２２を１ｎｍ
成長した後、トリメチルインジウムを停止し、トリメチ
ルガリウムとトリメチルアルミニウムを導入し、１ｎｍ
のＡｌＧａＮ２３を成長した。このようにして３０回交
互に供給した。
Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニアを導入
し、１分後に３族原料としてトリメチルガリウムを導入
した。膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した後、トリメ
チルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長すると、Ｇ
ａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生した欠
陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度を８０
０℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、ＧａＮ
層１３に格子整合した膜厚１．０μｍのＡｌ0.45Ｇａ
0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１５を成長した。トリメチルガリウ
ム、トリメチルアルミニウムとトリメチルインジウムの
導入を停止した後、基板温度を６００℃まで降温した。
次いで、図６（ａ）の原料ガスの供給手順に示すよう
に、トリメチルインジウムを導入しＩｎＮ２２を１ｎｍ
成長した後、トリメチルインジウムを停止し、トリメチ
ルガリウムとトリメチルアルミニウムを導入し、１ｎｍ
のＡｌＧａＮ２３を成長した。このようにして３０回交
互に供給した。
【００４７】これにより疑似的なＡｌＧａＩｎＮ層２４
を形成した。トリメチルガリウムとトリメチルアルミニ
ウムの導入を停止した後、基板温度を８００℃まで昇温
し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムとト
リメチルインジウムを同時に導入し、ＧａＮ層１３に格
子整合した膜厚１．０μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.0 5
Ｎ層１７を再度成長した。トリメチルガリウム、トリメ
チルアルミニウムとトリメチルインジウムの導入を停止
した後、基板温度を降温し３００℃以下の温度になった
ところでヒドラジンとアンモニアの導入を停止した。基
板の温度を室温まで降下させた後、石英製反応管１内よ
り基板を取り出した。
を形成した。トリメチルガリウムとトリメチルアルミニ
ウムの導入を停止した後、基板温度を８００℃まで昇温
し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムとト
リメチルインジウムを同時に導入し、ＧａＮ層１３に格
子整合した膜厚１．０μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.0 5
Ｎ層１７を再度成長した。トリメチルガリウム、トリメ
チルアルミニウムとトリメチルインジウムの導入を停止
した後、基板温度を降温し３００℃以下の温度になった
ところでヒドラジンとアンモニアの導入を停止した。基
板の温度を室温まで降下させた後、石英製反応管１内よ
り基板を取り出した。
【００４８】得られたＡｌＧａＩｎＮ多層膜の表面は鏡
面であり、フォトルミネッセンス測定の結果、ＩｎＮ２
２層とＡｌＧａＮ２３層の歪超格子からなる擬似的なＡ
ｌＧａＩｎＮ層２４からの強い発光を確認した。本発明
により、従来の方法や実施例２に示す形成方法に比べ
て、今までになし得なかった５００ｎｍ以上の波長の長
い発光を得ることができた。
面であり、フォトルミネッセンス測定の結果、ＩｎＮ２
２層とＡｌＧａＮ２３層の歪超格子からなる擬似的なＡ
ｌＧａＩｎＮ層２４からの強い発光を確認した。本発明
により、従来の方法や実施例２に示す形成方法に比べ
て、今までになし得なかった５００ｎｍ以上の波長の長
い発光を得ることができた。
【００４９】なお、図５（ｂ）の原料ガス供給手順に示
す形成方法においても、同様な結果が得られた。
す形成方法においても、同様な結果が得られた。
【００５０】（実施例５）図７に本発明の第五の実施例
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法について、順
を追って説明する。
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法について、順
を追って説明する。
【００５１】（１１１）面シリコン基板１１を有機洗浄
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。メタンガスを導入し基板表面に
炭化層２５を形成した。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの
非単結晶ＧａＮ層１２を堆積した後、トリメチルガリウ
ムの導入を停止した。これを緩衝層として用いた。次い
で、基板温度を１０００℃に昇温し、Ｖ族原料としてヒ
ドラジンに加えてアンモニアを導入し、１分後に３族原
料としてトリメチルガリウムを導入した。
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。メタンガスを導入し基板表面に
炭化層２５を形成した。基板温度を６００℃まで降温し
た後、石英製ガス導入管２からシリコン基板１１面上に
Ｖ族原料としてヒドラジンを導入し、１分後に３族原料
としてトリメチルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの
非単結晶ＧａＮ層１２を堆積した後、トリメチルガリウ
ムの導入を停止した。これを緩衝層として用いた。次い
で、基板温度を１０００℃に昇温し、Ｖ族原料としてヒ
ドラジンに加えてアンモニアを導入し、１分後に３族原
料としてトリメチルガリウムを導入した。
【００５２】膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した後、
トリメチルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長する
と、ＧａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生
した欠陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度
を８００℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチル
アルミニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、
膜厚０．５μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を
成長した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温
度を降温し３００℃以下の温度になったところでヒドラ
ジンとアンモニアの導入を停止した。基板の温度を室温
まで降下させた後、石英製反応管１内より基板を取り出
した。
トリメチルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長する
と、ＧａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生
した欠陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度
を８００℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチル
アルミニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、
膜厚０．５μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を
成長した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温
度を降温し３００℃以下の温度になったところでヒドラ
ジンとアンモニアの導入を停止した。基板の温度を室温
まで降下させた後、石英製反応管１内より基板を取り出
した。
【００５３】本発明によれば、得られた結晶表面は鏡面
でホール効果によるとキャリア濃度は１０15ｃｍ-3以下
であり、成長温度が８００℃と低温でありながら１００
０℃で成長したＧａＮ層、さらには実施例１の場合より
もより高品質な四元混晶が得られた。また、シリコン基
板１１表面を炭化することにより、基板界面からの欠陥
の発生は著しく抑制され、実施例１の場合に比べてさら
に２桁程度の欠陥が低減された。
でホール効果によるとキャリア濃度は１０15ｃｍ-3以下
であり、成長温度が８００℃と低温でありながら１００
０℃で成長したＧａＮ層、さらには実施例１の場合より
もより高品質な四元混晶が得られた。また、シリコン基
板１１表面を炭化することにより、基板界面からの欠陥
の発生は著しく抑制され、実施例１の場合に比べてさら
に２桁程度の欠陥が低減された。
【００５４】この形成方法は、サファイア基板を用いた
場合には全く効果は認められず、シリコン基板の場合に
極めて有効であった。
場合には全く効果は認められず、シリコン基板の場合に
極めて有効であった。
【００５５】（実施例６）図８に本発明の第六の実施例
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法について、順
を追って説明する。
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法について、順
を追って説明する。
【００５６】（１１１）面シリコン基板１１を有機洗浄
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。メタンガスを導入し基板表面に
炭化層２５を形成した。その後、メタンガスの導入を停
止し、ヒドラジンを導入し炭化層２５上に窒化層２６を
形成した。基板温度を６００℃まで降温した後、石英製
ガス導入管２からシリコン基板１１面上にＶ族原料とし
てヒドラジンを導入し、１分後に３族原料としてトリメ
チルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの非単結晶Ｇａ
Ｎ層１２を堆積した後、トリメチルガリウムの導入を停
止した。これを緩衝層として用いた。
した後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置
し、石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に
水素ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１
０気圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００
回転/分で回転させた。水素ガス中でグラファイト製サ
セプター４を１２００℃まで昇温し、シリコン基板１１
表面の清浄化を行った。メタンガスを導入し基板表面に
炭化層２５を形成した。その後、メタンガスの導入を停
止し、ヒドラジンを導入し炭化層２５上に窒化層２６を
形成した。基板温度を６００℃まで降温した後、石英製
ガス導入管２からシリコン基板１１面上にＶ族原料とし
てヒドラジンを導入し、１分後に３族原料としてトリメ
チルガリウムを導入した。膜厚２０ｎｍの非単結晶Ｇａ
Ｎ層１２を堆積した後、トリメチルガリウムの導入を停
止した。これを緩衝層として用いた。
【００５７】次いで、基板温度を１０００℃に昇温し、
Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニアを導入
し、１分後に３族原料としてトリメチルガリウムを導入
した。膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した後、トリメ
チルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長すると、Ｇ
ａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生した欠
陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度を８０
０℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、膜厚
０．５μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を成長
した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムと
トリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温度を
降温し３００℃以下の温度になったところでヒドラジン
とアンモニアの導入を停止した。基板の温度を室温まで
降下させた後、石英製反応管１内より基板を取り出し
た。
Ｖ族原料としてヒドラジンに加えてアンモニアを導入
し、１分後に３族原料としてトリメチルガリウムを導入
した。膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した後、トリメ
チルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長すると、Ｇ
ａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生した欠
陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度を８０
０℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、膜厚
０．５μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を成長
した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムと
トリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温度を
降温し３００℃以下の温度になったところでヒドラジン
とアンモニアの導入を停止した。基板の温度を室温まで
降下させた後、石英製反応管１内より基板を取り出し
た。
【００５８】本実施例の場合は、得られた結晶表面は鏡
面でホール効果によるとキャリア濃度は１０15ｃｍ-3以
下であり、成長温度が８００℃と低温でありながら１０
００℃で成長したＧａＮ層、さらには実施例１の場合よ
りもより高品質な四元混晶が得られた。また、シリコン
基板１１表面を炭化することにより、基板界面からの欠
陥の発生は著しく抑制された。また、表面を窒化するこ
とで容易かつ緻密にＧａＮが核成長するので、実施例６
の場合に比べてもさらに欠陥が低減された。
面でホール効果によるとキャリア濃度は１０15ｃｍ-3以
下であり、成長温度が８００℃と低温でありながら１０
００℃で成長したＧａＮ層、さらには実施例１の場合よ
りもより高品質な四元混晶が得られた。また、シリコン
基板１１表面を炭化することにより、基板界面からの欠
陥の発生は著しく抑制された。また、表面を窒化するこ
とで容易かつ緻密にＧａＮが核成長するので、実施例６
の場合に比べてもさらに欠陥が低減された。
【００５９】この形成方法は、サファイア基板を用いた
場合には全く効果は認められず、シリコン基板の場合に
極めて有効であった。
場合には全く効果は認められず、シリコン基板の場合に
極めて有効であった。
【００６０】（実施例７）図９に本発明の第七の実施例
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法について、順
を追って説明する。
のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法により作製したＡｌＧ
ａＩｎＮ薄膜の断面構造図を示す。図１のＭＯＶＰＥ装
置を用いたＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法について、順
を追って説明する。
【００６１】（１１１）面ＧａＰ基板２７を有機洗浄し
た後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置し、
石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に水素
ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１０気
圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００回転
/分で回転させた。ホスフィン雰囲気中でグラファイト
製サセプター４を８００℃まで昇温し、ＧａＰ基板２７
表面の清浄化を行った。ホスフィンの導入を停止し、ヒ
ドラジンを導入し基板表面に窒化層２８を形成した。基
板温度を６００℃まで降温した後、石英製ガス導入管２
からＧａＰ基板２７面上に３族原料としてトリメチルガ
リウムを導入した。膜厚２０ｎｍの非単結晶ＧａＮ層１
２を堆積した後、トリメチルガリウムの導入を停止し
た。これを緩衝層として用いた。次いで、基板温度を１
０００℃に昇温し、Ｖ族原料としてヒドラジンに加えて
アンモニアを導入し、１分後に３族原料としてトリメチ
ルガリウムを導入した。
た後、石英製トレー６上に結晶成長基板として配置し、
石英製反応管１内に導入した。石英製反応管１内に水素
ガスを導入した後、石英製反応管１内圧力を１／１０気
圧に設定し、グラファイト製サセプター４を８００回転
/分で回転させた。ホスフィン雰囲気中でグラファイト
製サセプター４を８００℃まで昇温し、ＧａＰ基板２７
表面の清浄化を行った。ホスフィンの導入を停止し、ヒ
ドラジンを導入し基板表面に窒化層２８を形成した。基
板温度を６００℃まで降温した後、石英製ガス導入管２
からＧａＰ基板２７面上に３族原料としてトリメチルガ
リウムを導入した。膜厚２０ｎｍの非単結晶ＧａＮ層１
２を堆積した後、トリメチルガリウムの導入を停止し
た。これを緩衝層として用いた。次いで、基板温度を１
０００℃に昇温し、Ｖ族原料としてヒドラジンに加えて
アンモニアを導入し、１分後に３族原料としてトリメチ
ルガリウムを導入した。
【００６２】膜厚３μｍのＧａＮ層１３を成長した後、
トリメチルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長する
と、ＧａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生
した欠陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度
を８００℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチル
アルミニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、
膜厚０．５μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を
成長した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温
度を降温し３００℃以下の温度になったところでヒドラ
ジンとアンモニアの導入を停止した。基板の温度を室温
まで降下させた後、石英製反応管１内より基板を取り出
した。
トリメチルガリウムの導入を停止した。３μｍ成長する
と、ＧａＮ層１３表面は平坦となり、基板界面から発生
した欠陥の伝搬は著しく低減された。次いで、基板温度
を８００℃に降温し、トリメチルガリウム、トリメチル
アルミニウムとトリメチルインジウムを同時に導入し、
膜厚０．５μｍのＡｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層１４を
成長した。トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ムとトリメチルインジウムの導入を停止した後、基板温
度を降温し３００℃以下の温度になったところでヒドラ
ジンとアンモニアの導入を停止した。基板の温度を室温
まで降下させた後、石英製反応管１内より基板を取り出
した。
【００６３】本発明によれば、得られた結晶表面は鏡面
でホール効果によるとキャリア濃度は１０15ｃｍ-3以下
であり、基板にＧａＰを用いたが、サファイア上に形成
したＡｌＧａＩｎＮと同程度の高品質な四元混晶が得ら
れた。また、ＧａＰ基板２７表面を窒化することによ
り、基板界面からの欠陥の発生は著しく抑制され、サフ
ァイア基板と同程度まで欠陥が低減された。
でホール効果によるとキャリア濃度は１０15ｃｍ-3以下
であり、基板にＧａＰを用いたが、サファイア上に形成
したＡｌＧａＩｎＮと同程度の高品質な四元混晶が得ら
れた。また、ＧａＰ基板２７表面を窒化することによ
り、基板界面からの欠陥の発生は著しく抑制され、サフ
ァイア基板と同程度まで欠陥が低減された。
【００６４】この形成方法は、ＧａＰ基板の場合に極め
て有効であった。なお、本発明は上述した実施例に限定
されるものではない。たとえば、用いる基板は上述の基
板には限定されない。また、結晶成長に用いた原料も上
述の限りではない。ＡｌＧａＩｎＮ多層膜の構成も限定
されるものでない。
て有効であった。なお、本発明は上述した実施例に限定
されるものではない。たとえば、用いる基板は上述の基
板には限定されない。また、結晶成長に用いた原料も上
述の限りではない。ＡｌＧａＩｎＮ多層膜の構成も限定
されるものでない。
【００６５】
【発明の効果】このように本発明によれば、窒素原料と
してアルキルアミン系、ヒドラジン系もしくはアルキル
アミン系、ヒドラジン系とアンモニアの混合原料を用
い、基板を高速で回転させるので、窒素空孔などの点欠
陥の少ないＩｎを含むＡｌＧａＩｎＮ薄膜を低温で容易
に形成できる。
してアルキルアミン系、ヒドラジン系もしくはアルキル
アミン系、ヒドラジン系とアンモニアの混合原料を用
い、基板を高速で回転させるので、窒素空孔などの点欠
陥の少ないＩｎを含むＡｌＧａＩｎＮ薄膜を低温で容易
に形成できる。
【００６６】また、ＩｎＮとＡｌＧａＮを交互に形成し
た超薄膜多層膜によってＡｌＧａＩｎＮ薄膜を構成する
ので、より高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜を形成できる。
た超薄膜多層膜によってＡｌＧａＩｎＮ薄膜を構成する
ので、より高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜を形成できる。
【００６７】また、ＡｌＧａＩｎＮ薄膜形成に先立ちＡ
ｌＧａＩｎＮ歪超格子構造を形成するので、転位の伝搬
を著しく低減し高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜を形成でき
る。
ｌＧａＩｎＮ歪超格子構造を形成するので、転位の伝搬
を著しく低減し高品質なＡｌＧａＩｎＮ薄膜を形成でき
る。
【００６８】また、組成が連続的に変化する炭化層や窒
化層をＧａＮ等の非単結晶層に先立ち形成するので、転
位の伝搬を著しく低減しサファイア以外の基板上にも高
品質なＡｌＧａＩｎＮが形成できる。
化層をＧａＮ等の非単結晶層に先立ち形成するので、転
位の伝搬を著しく低減しサファイア以外の基板上にも高
品質なＡｌＧａＩｎＮが形成できる。
【００６９】したがって、発光効率の高い青色発光ダイ
オードや情報処理装置用光源などに用いることのできる
青色半導体レーザ素子製造に極めて有用である。
オードや情報処理装置用光源などに用いることのできる
青色半導体レーザ素子製造に極めて有用である。
【図１】この発明の実施例の形成方法を説明するＭＯＶ
ＰＥ装置の概略図
ＰＥ装置の概略図
【図２】この発明の第一の実施例のＡｌＧａＩｎＮ薄膜
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
【図３】この発明の第二の実施例のＡｌＧａＩｎＮ多層
膜の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ多層膜の断面構造図
膜の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ多層膜の断面構造図
【図４】この発明の第三の実施例のＡｌＧａＩｎＮ薄膜
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
【図５】この発明の第四の実施例のＡｌＧａＩｎＮ多層
膜の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
膜の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
【図６】この発明の第四の実施例の原料ガスの供給手順
図
図
【図７】この発明の第五の実施例のＡｌＧａＩｎＮ薄膜
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
【図８】この発明の第六の実施例のＡｌＧａＩｎＮ薄膜
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
【図９】この発明の第七の実施例のＡｌＧａＩｎＮ薄膜
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
の形成方法によるＡｌＧａＩｎＮ薄膜の断面構造図
１ 石英製反応管 ２ 石英製ガス導入管 ３ 高周波加熱用コイル ４ グラファイト製サセプター ５ サセプター支持棒 ６ 石英製トレー ７ 基板 ８ 排気口 １１ シリコン基板 １２ 非単結晶ＧａＮ層 １３、２１ ＧａＮ層 １４、１５、１７ Ａｌ0.45Ｇａ0.5Ｉｎ0.05Ｎ層 １６、１９ Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ層 １８ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層 ２０ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ/Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ歪超格子 ２２ ＩｎＮ層 ２３ ＡｌＧａＮ層 ２４ 擬似的ＡｌＧａＩｎＮ層 ２５ 炭化層 ２６、２８ 窒化層 ２７ ＧａＰ基板
Claims (10)
- 【請求項１】加熱された基板表面上に３族構成元素を含
む原料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介して
ＡｌＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、 前記基板を配置した加熱体の回転速度が３００回転/分
以上であって、 ９００℃以上の基板温度でＧａＮ層を形成し、前記Ｇａ
Ｎ層上に３００〜９００℃の範囲内に設定した基板温度
でＡｌＧａＩｎＮ層を形成する方法であって、 前記ＡｌＧａＩｎＮ層の形成はアルキルアミン系、ヒド
ラジン系もしくはアルキルアミン系、ヒドラジン系とア
ンモニアの混合原料を窒素原料とすることを特徴とする
ＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法。 - 【請求項２】加熱された基板表面上に３族構成元素を含
む原料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介して
Ａｌx1Ｇａy1Ｉｎz1Ｎ層/Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎz2Ｎ層/Ａｌ
x3Ｇａy3Ｉｎz3Ｎ層（Ｅｇ2＜Ｅｇ1、Ｅｇ3：Ｅｇはバ
ンドギャップ）からなるＡｌＧａＩｎＮ多層膜を形成す
る方法において、 前記基板を配置した加熱体の回転速度が３００回転/分
以上であって、９００℃以上の基板温度でＧａＮ層を形
成し、前記ＧａＮ層上に３００〜９００℃の範囲内に設
定した基板温度で前記ＧａＮ層に格子整合するＡｌx1Ｇ
ａy1Ｉｎz1Ｎ層と２％以下の格子不整合するＡｌx2Ｇａ
y2Ｉｎz2Ｎ層と前記ＧａＮ層に格子整合するＡｌx3Ｇａ
y3Ｉｎz3Ｎ層を形成する方法であって、前記ＡｌＧａＩ
ｎＮ多層膜の形成はアルキルアミン系、ヒドラジン系も
しくはアルキルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの
混合原料を窒素原料とすることを特徴とするＡｌＧａＩ
ｎＮ多層膜の形成方法。 - 【請求項３】加熱された基板表面上に３族構成元素を含
む原料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介して
ＧａＮ層を形成し、前記ＧａＮ層上にＡｌＧａＩｎＮ薄
膜を形成する方法において、前記基板を配置した加熱体
の回転速度が３００回転/分以上であって、前記ＧａＮ
層中もしくはＧａＮ層上にＡｌＧａＩｎＮ層からなる歪
超格子構造を配置することを特徴とするＡｌＧａＩｎＮ
薄膜の形成方法。 - 【請求項４】ＡｌＧａＩｎＮ層は３族構成元素を含む原
料の供給を間欠的に行い、ＩｎＮ層とＡｌＧａＮ層を構
成する原料の繰り返し供給により形成することを特徴と
する請求項第１、３記載のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方
法及び第２記載のＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法。 - 【請求項５】加熱された基板表面上に３族構成元素を含
む原料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介して
ＡｌＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、水素ガス
と炭素を含む原料の雰囲気中で前記基板を加熱し前記基
板表面上に形成した炭化層を緩衝層とすることを特徴と
するＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法。 - 【請求項６】加熱された基板表面上に３族構成元素を含
む原料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介して
ＡｌＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、炭素を含
む原料の雰囲気中で前記基板を加熱し前記基板表面上に
形成した炭化層と次いでアルキルアミン系、ヒドラジン
系もしくはアルキルアミン系、ヒドラジン系とアンモニ
アの混合原料を含む雰囲気中で前記炭化層表面上に形成
した窒化層を少なくとも緩衝層とすることを特徴とする
ＡｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法。 - 【請求項７】加熱された基板表面上に３族構成元素を含
む原料および窒素を含む原料を供給して緩衝層を介して
ＡｌＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法において、アルキル
アミン系、ヒドラジン系もしくはアルキルアミン系、ヒ
ドラジン系とアンモニアの混合原料を含む雰囲気中で前
記基板表面上に形成した窒化層と次いで３族構成元素を
含む原料とアルキルアミン系、ヒドラジン系もしくはア
ルキルアミン系、ヒドラジン系とアンモニアの混合原料
を含む雰囲気中で前記窒化層表面上に形成したＧａＮ非
単結晶層を緩衝層とすることを特徴とするＡｌＧａＩｎ
Ｎ薄膜の形成方法。 - 【請求項８】基板を配置した加熱体の回転速度を３００
回転/分以上とすることを特徴とする請求項第５〜７の
いずれかに記載のＡｌＧａＩｎＮ薄膜の製造方法。 - 【請求項９】基板がサファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓ
ｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰであることを特徴とする
請求項第１、３、４、５、６、７のいずれかに記載のＡ
ｌＧａＩｎＮ薄膜の形成方法。 - 【請求項１０】基板がサファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓ
ｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰであることを特徴とする
請求項２記載のＡｌＧａＩｎＮ多層膜の形成方法。
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