JPH10289879A - 半導体結晶成長方法 - Google Patents
半導体結晶成長方法Info
- Publication number
- JPH10289879A JPH10289879A JP9552397A JP9552397A JPH10289879A JP H10289879 A JPH10289879 A JP H10289879A JP 9552397 A JP9552397 A JP 9552397A JP 9552397 A JP9552397 A JP 9552397A JP H10289879 A JPH10289879 A JP H10289879A
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- JP
- Japan
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- crystal
- substrate
- gap
- growth
- semiconductor crystal
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧａＰ基板からのＰの昇華を抑制し、ＧａＰ
基板上に良質の半導体結晶、特に三族窒化物半導体結晶
を成長させる技術を提供することにある。 【解決手段】 ＧａＰ結晶を基板とし、ＣＶＤ法、ＭＯ
ＣＶＤ法、ＶＰＥ法、ＭＢＥ法のような、いわゆる気相
成長法により結晶成長を行う場合に、基板結晶であるＧ
ａＰ結晶を目的とする半導体結晶成長温度まで上昇する
過程で、成長容器内にフォスフィンガスを導入する。
基板上に良質の半導体結晶、特に三族窒化物半導体結晶
を成長させる技術を提供することにある。 【解決手段】 ＧａＰ結晶を基板とし、ＣＶＤ法、ＭＯ
ＣＶＤ法、ＶＰＥ法、ＭＢＥ法のような、いわゆる気相
成長法により結晶成長を行う場合に、基板結晶であるＧ
ａＰ結晶を目的とする半導体結晶成長温度まで上昇する
過程で、成長容器内にフォスフィンガスを導入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＰ結晶を基板
とした半導体結晶の製造技術に関し、詳しくは気相成長
法による三族窒化物半導体結晶の成長方法に関する。
とした半導体結晶の製造技術に関し、詳しくは気相成長
法による三族窒化物半導体結晶の成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＰ結晶基板の用途の一つに、ｎ層、
ｐ層、及び発光層が三族窒化物半導体で構成される発光
素子がある。三族窒化物半導体発光素子の基板材料に
は、ＧａＰ結晶以外にもサファイア基板、ＳｉＣ結晶、
Ｓｉ結晶、ＧａＡｓ結晶などがあるが、ＧａＰ結晶は、
現在用いられている基板材料の中でも、その格子定数が
ＩｎxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）で表されるような三族
窒化物半導体の格子定数に最も近いものの一つである。
ｐ層、及び発光層が三族窒化物半導体で構成される発光
素子がある。三族窒化物半導体発光素子の基板材料に
は、ＧａＰ結晶以外にもサファイア基板、ＳｉＣ結晶、
Ｓｉ結晶、ＧａＡｓ結晶などがあるが、ＧａＰ結晶は、
現在用いられている基板材料の中でも、その格子定数が
ＩｎxＧａ(1-x)Ｎ（０≦ｘ＜１）で表されるような三族
窒化物半導体の格子定数に最も近いものの一つである。
【０００３】一般に基板結晶と基板上に成長させる結晶
との格子定数差は、成長する結晶の結晶性に大きく影響
するため、重要なパラメータである。差が小さいものほ
ど良質の結晶が得られることは言うまでもない。したが
って、ＧａＰ基板は格子定数の点からは三族窒化物半導
体の成長に好適の筈であるが、これまで良質な結晶が得
られなかった。
との格子定数差は、成長する結晶の結晶性に大きく影響
するため、重要なパラメータである。差が小さいものほ
ど良質の結晶が得られることは言うまでもない。したが
って、ＧａＰ基板は格子定数の点からは三族窒化物半導
体の成長に好適の筈であるが、これまで良質な結晶が得
られなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】三族窒化物半導体結晶
の成長温度は、８００℃以上、通常は１０００℃以上で
ある。したがって、ＧａＰ基板上に三族窒化物半導体結
晶を成長させるためには、成長時にＧａＰ基板を１００
０℃程度に加熱する必要がある。ところが、ＧａＰ結晶
を８００℃以上に加熱すると、ＧａＰ結晶の熱分解が起
こるのである。つまり、固体状態の化合物ＧａＰが、金
属Ｇａと気体状態のＰとに分解するのである。
の成長温度は、８００℃以上、通常は１０００℃以上で
ある。したがって、ＧａＰ基板上に三族窒化物半導体結
晶を成長させるためには、成長時にＧａＰ基板を１００
０℃程度に加熱する必要がある。ところが、ＧａＰ結晶
を８００℃以上に加熱すると、ＧａＰ結晶の熱分解が起
こるのである。つまり、固体状態の化合物ＧａＰが、金
属Ｇａと気体状態のＰとに分解するのである。
【０００５】分解した金属Ｇａはその蒸気圧が非常に低
いため、基板上に液体として付着するが、Ｐは、Ｐ2、
Ｐ4の様な分子を形成し、基板から飛散する。基板上に
析出した液体状態の金属Ｇａは、基板を均一に覆うこと
はなく、不均一に分布する。そして、このような基板に
結晶成長を行うと、成長した結晶の結晶性は著しく低下
するのである。
いため、基板上に液体として付着するが、Ｐは、Ｐ2、
Ｐ4の様な分子を形成し、基板から飛散する。基板上に
析出した液体状態の金属Ｇａは、基板を均一に覆うこと
はなく、不均一に分布する。そして、このような基板に
結晶成長を行うと、成長した結晶の結晶性は著しく低下
するのである。
【０００６】そこで本発明の目的は、ＧａＰ基板からの
Ｐの昇華を抑制し、ＧａＰ基板上に良質の半導体結晶、
特に三族窒化物半導体結晶を成長させる技術を提供する
ことにある。
Ｐの昇華を抑制し、ＧａＰ基板上に良質の半導体結晶、
特に三族窒化物半導体結晶を成長させる技術を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はＧａＰ結晶を基
板とし、気相中にて結晶成長を行う場合に適用される。
具体的には、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＶＰＥ法、ＭＢ
Ｅ法のような、いわゆる気相成長法である。さらに、こ
のような気相成長法において、基板温度を８００℃以上
に過熱した状態で、成長を行う場合に適用される。そし
て、基板結晶であるＧａＰ結晶を目的とする半導体結晶
成長温度まで上昇する過程で、成長容器内にフォスフィ
ンガスを導入するものである。
板とし、気相中にて結晶成長を行う場合に適用される。
具体的には、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＶＰＥ法、ＭＢ
Ｅ法のような、いわゆる気相成長法である。さらに、こ
のような気相成長法において、基板温度を８００℃以上
に過熱した状態で、成長を行う場合に適用される。そし
て、基板結晶であるＧａＰ結晶を目的とする半導体結晶
成長温度まで上昇する過程で、成長容器内にフォスフィ
ンガスを導入するものである。
【０００８】ＧａＰ結晶の基板温度が上昇し、基板から
の燐ガスの昇華が起こっている場合に、フォスフィンガ
スを導入すると、式１で表される化学反応が進行する。
の燐ガスの昇華が起こっている場合に、フォスフィンガ
スを導入すると、式１で表される化学反応が進行する。
【０００９】［式１］ ２ＰＨ3＋２Ｇａ→３Ｈ2＋２ＧａＰ 燐ガスの昇華により析出する金属Ｇａに見合う量のフォ
スフィンガスを供給することで、ＧａＰの熱分解が抑制
されることが式１から理解できる。
スフィンガスを供給することで、ＧａＰの熱分解が抑制
されることが式１から理解できる。
【００１０】本発明により、ＧａＰ結晶表面に金属Ｇａ
が不均一に析出することを防止できるため、ＧａＰ結晶
基板を用いても気相成長法により良質の半導体結晶が成
長できる。三族窒化物半導体結晶のようにＧａＰ結晶基
板に格子定数の近い半導体結晶を成長させる場合には、
特に良質の結晶を製造することができる。
が不均一に析出することを防止できるため、ＧａＰ結晶
基板を用いても気相成長法により良質の半導体結晶が成
長できる。三族窒化物半導体結晶のようにＧａＰ結晶基
板に格子定数の近い半導体結晶を成長させる場合には、
特に良質の結晶を製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は、ＧａＰ結晶を基板とし
た気相成長法による半導体結晶成長において、該基板を
半導体結晶成長開始温度まで加熱する際に成長容器内に
フォスフィンガスを導入することを特徴としている。
た気相成長法による半導体結晶成長において、該基板を
半導体結晶成長開始温度まで加熱する際に成長容器内に
フォスフィンガスを導入することを特徴としている。
【００１２】フォスフィンガスの効果は、基板からの燐
ガス昇華を抑制する点にある。したがって、基板からの
燐ガスの昇華量が実用的に十分少ない場合には、フォス
フィンガスの導入を行う必要はない。固体状態のＧａＰ
結晶の燐ガスの平衡蒸気庄は、３００℃程度以下であれ
ぱ、十分小さいことが知られている。つまり、室温から
基板を加熱した場合、基板温度が、概ね３００℃を越え
た時点からフォスフィンガスを導入すればよい。
ガス昇華を抑制する点にある。したがって、基板からの
燐ガスの昇華量が実用的に十分少ない場合には、フォス
フィンガスの導入を行う必要はない。固体状態のＧａＰ
結晶の燐ガスの平衡蒸気庄は、３００℃程度以下であれ
ぱ、十分小さいことが知られている。つまり、室温から
基板を加熱した場合、基板温度が、概ね３００℃を越え
た時点からフォスフィンガスを導入すればよい。
【００１３】導入するフォスフィンガスの流れの方向
は、特に制限はないが、フォスフィンガスの効果を有効
にするためには、基板上面に対して、垂直に近くなるよ
うにすることが望ましい。
は、特に制限はないが、フォスフィンガスの効果を有効
にするためには、基板上面に対して、垂直に近くなるよ
うにすることが望ましい。
【００１４】また、導入するフォスフィンガスの流量
は、成長させる結晶の種類、具体的な成長時の基板温
度、成長容器内の全圧などによって大きく変化するの
で、具体的な成長条件に適合するよう最適化する必要が
ある。
は、成長させる結晶の種類、具体的な成長時の基板温
度、成長容器内の全圧などによって大きく変化するの
で、具体的な成長条件に適合するよう最適化する必要が
ある。
【００１５】さらに、基板上に目的の結晶を成長させる
過程では、フォスフィンガスは導入しない方がよい。つ
まり、目的の結晶を成長開始した時点で、フォスフィン
ガスの導入をやめるのがよい。目的の結晶の成長にフォ
スフィンガスは直接的には無関係だからである。
過程では、フォスフィンガスは導入しない方がよい。つ
まり、目的の結晶を成長開始した時点で、フォスフィン
ガスの導入をやめるのがよい。目的の結晶の成長にフォ
スフィンガスは直接的には無関係だからである。
【００１６】
【実施例】ＧａＰ結晶基板上へのＧａＮ結晶の成長を例
に実施例を説明する。
に実施例を説明する。
【００１７】結晶成長は、ＭＯＣＶＤ法で行った。基板
に用いたＧａＰ結晶は、Ｓドーブｎ型結晶で、キャリア
ー濃度は、５×１０17ｃｍ-3のものを用いた。基板の大
きさは２インチ径で、面方位は（１１１）である。Ｇａ
Ｎ結晶を成長させるための原料には、トリエチルガリウ
ム（ＴＥＧ）とアンモニアを用いた。
に用いたＧａＰ結晶は、Ｓドーブｎ型結晶で、キャリア
ー濃度は、５×１０17ｃｍ-3のものを用いた。基板の大
きさは２インチ径で、面方位は（１１１）である。Ｇａ
Ｎ結晶を成長させるための原料には、トリエチルガリウ
ム（ＴＥＧ）とアンモニアを用いた。
【００１８】ＧａＰ基板を成長容器内に設置し、室温か
ら加熱を開始し、基板温度が３００℃を越えた時点から
フォスフィンガスを成長容器内に導入した。そして、Ｇ
ａＮ結晶成長開始温度である１０００℃までフォスフィ
ンガスを導入し続けた。フォスフィンガスの流量は、ガ
ス導入直後の基板温度が３００℃の時点では、０．５リ
ットル／ｍｉｎ、基板温度が１０００℃のガス導入停止
直前の時点では、２リットル／ｍｉｎとした。成長した
ＧａＮ結晶の膜厚は、約２μｍであった。また比較例と
して、フォスフィンガスを導入しない以外は本実施例と
同一条件で作成した試料も準備した。
ら加熱を開始し、基板温度が３００℃を越えた時点から
フォスフィンガスを成長容器内に導入した。そして、Ｇ
ａＮ結晶成長開始温度である１０００℃までフォスフィ
ンガスを導入し続けた。フォスフィンガスの流量は、ガ
ス導入直後の基板温度が３００℃の時点では、０．５リ
ットル／ｍｉｎ、基板温度が１０００℃のガス導入停止
直前の時点では、２リットル／ｍｉｎとした。成長した
ＧａＮ結晶の膜厚は、約２μｍであった。また比較例と
して、フォスフィンガスを導入しない以外は本実施例と
同一条件で作成した試料も準備した。
【００１９】本実施例と比較例の２種類のＧａＮ結晶の
Ｘ線回折強度の半値幅を２結晶法により測定した。本実
施例のＧａＮ結晶の半値幅が、約１２００秒であったの
に対し、比較例のＧａＮ結晶の半値幅は、約２度であっ
た。また、両結晶の７７Ｋにおけるフォトルミネッセン
ス測定を行ったが、比較例の試料では発光強度が弱く測
定が不可能であった。それに対して、本実施例の結晶は
図１に示すフォトルミネッセンス・スぺクトルが測定さ
れた。
Ｘ線回折強度の半値幅を２結晶法により測定した。本実
施例のＧａＮ結晶の半値幅が、約１２００秒であったの
に対し、比較例のＧａＮ結晶の半値幅は、約２度であっ
た。また、両結晶の７７Ｋにおけるフォトルミネッセン
ス測定を行ったが、比較例の試料では発光強度が弱く測
定が不可能であった。それに対して、本実施例の結晶は
図１に示すフォトルミネッセンス・スぺクトルが測定さ
れた。
【００２０】Ｘ線回折強度の半値幅は結晶の配向性の程
度を表しており、半値幅が狭いほど結晶の配向性が優れ
ている。また、フォトルミネッセンス測定結果で、本実
施例のＧａＮ結晶はバンド端の発光が強く、４００ｎｍ
以上の深い発光帯の発光強度が弱くなっている。このこ
とは、本実施例のＧａＮ結晶の結晶性がよいことを示し
ている。
度を表しており、半値幅が狭いほど結晶の配向性が優れ
ている。また、フォトルミネッセンス測定結果で、本実
施例のＧａＮ結晶はバンド端の発光が強く、４００ｎｍ
以上の深い発光帯の発光強度が弱くなっている。このこ
とは、本実施例のＧａＮ結晶の結晶性がよいことを示し
ている。
【００２１】一方、比較例のＧａＮ結晶はＸ線回折強度
の半値幅に関しても、フォトルミネッセンス強度に関し
ても、本実施例に比べ、劣っていることは明らかであ
る。
の半値幅に関しても、フォトルミネッセンス強度に関し
ても、本実施例に比べ、劣っていることは明らかであ
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明を用いることにより、ＧａＰ基板
上に良質の三族窒化物半導体結晶を成長させることがで
きた。
上に良質の三族窒化物半導体結晶を成長させることがで
きた。
【図１】図１は、本発明により作成したＧａＮ結晶のフ
ォトルミネッセンス・スペクトルである。
ォトルミネッセンス・スペクトルである。
Claims (1)
- 【請求項１】 ＧａＰ結晶を基板とした気相成長法によ
る半導体結晶成長において、該基板を半導体結晶成長開
始温度まで加熱する際に成長容器内にフォスフィンガス
を導入することを特徴とする半導体結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9552397A JPH10289879A (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9552397A JPH10289879A (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 半導体結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10289879A true JPH10289879A (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=14139930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9552397A Pending JPH10289879A (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10289879A (ja) |
-
1997
- 1997-04-14 JP JP9552397A patent/JPH10289879A/ja active Pending
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