JPS5957997A - 窒化ガリウム単結晶膜の製造法 - Google Patents
窒化ガリウム単結晶膜の製造法Info
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B29/403—AIII-nitrides
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-
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- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、大きな歪或いは欠陥のない窒化ガリウム単
結晶膜の製造法に関するものである。
結晶膜の製造法に関するものである。
従来、窒化ガリウム単結晶膜は化学気相成長法、化成蒸
着法、スパッタリング法により主にサファイア単結晶上
に成長が行われてきた。窒化ガリウムをサファイア基板
上に成長させる場合、例えばサファイア（０００１）面
上では窒化ガリウムの（０００１）面が基板面に平行で
、窒化ガリウムの［１１２０）方位がサファイアの〔１
〒００〕方位に平行になるようにエピタキシャル成長す
る。この時、窒化ガリウムとサファイアの格子不整はサ
ファイア〔１丁ＯＯ〕方向で約１３俤にもなるために、
窒化ガリウム膜に大きな歪や欠陥を生じ、窒化ガリウム
の発光等の特性低下の要因となっている。これを避ける
ためには厚さ数μｍ以上の窒化ガリウム膜を成長させる
必要があるが、格子不整による欠陥を完全になくすこと
は出来ず、このことは、例えば窒化ガリウムを用いて発
光素子を作る場合に、その発光効率を下げる要因の一つ
となっている。
着法、スパッタリング法により主にサファイア単結晶上
に成長が行われてきた。窒化ガリウムをサファイア基板
上に成長させる場合、例えばサファイア（０００１）面
上では窒化ガリウムの（０００１）面が基板面に平行で
、窒化ガリウムの［１１２０）方位がサファイアの〔１
〒００〕方位に平行になるようにエピタキシャル成長す
る。この時、窒化ガリウムとサファイアの格子不整はサ
ファイア〔１丁ＯＯ〕方向で約１３俤にもなるために、
窒化ガリウム膜に大きな歪や欠陥を生じ、窒化ガリウム
の発光等の特性低下の要因となっている。これを避ける
ためには厚さ数μｍ以上の窒化ガリウム膜を成長させる
必要があるが、格子不整による欠陥を完全になくすこと
は出来ず、このことは、例えば窒化ガリウムを用いて発
光素子を作る場合に、その発光効率を下げる要因の一つ
となっている。
本願発明者等は上記実情に鑑み、サファイア基板上に歪
や欠陥の少ない良質な窒化ガリウム革結晶膜を成長させ
る目的で種々の実験と研究を重ねた結果、窒化アルミニ
ウムがこの目的を達成するのに極めて有効であることを
見出したものである。
や欠陥の少ない良質な窒化ガリウム革結晶膜を成長させ
る目的で種々の実験と研究を重ねた結果、窒化アルミニ
ウムがこの目的を達成するのに極めて有効であることを
見出したものである。
即ち、窒化アルミニウムは窒化ガリウムと同じウルツ鉱
型結晶構造を持ち、かつ格子不整は約２チと、窒化ガリ
ウムとサファイア間の格子不整１３％に対して極めて小
さいために、窒化アルミニウムの上に成長させた窒化ガ
リウムは歪や欠陥が少いことが期待される。
型結晶構造を持ち、かつ格子不整は約２チと、窒化ガリ
ウムとサファイア間の格子不整１３％に対して極めて小
さいために、窒化アルミニウムの上に成長させた窒化ガ
リウムは歪や欠陥が少いことが期待される。
一方、窒化アルミニウムとサファイアとでは、やはり約
１１％の大きな格子不整があるが、アルミニウムを共通
の構成元素としているために、良質の窒化アルミニウム
単結晶膜を得ることができる。窒化ガリウムを用いて発
光素子を作る場合、す゛ファイア基板を通して光を外へ
取り出す方法が用いられている。窒化アルミニウムは窒
化ガリウムより十分大きいバンド・ギャップ・エネルギ
ーを持つため、窒化ガリウムの発光波率 長帯で透明であるため、サファイア窒化双−〜クムの間
に窒化アルミニウム層があっても、１テ（７５ｒイア基
板側から光を外へ取り出すことを妨・けることはない。
１１％の大きな格子不整があるが、アルミニウムを共通
の構成元素としているために、良質の窒化アルミニウム
単結晶膜を得ることができる。窒化ガリウムを用いて発
光素子を作る場合、す゛ファイア基板を通して光を外へ
取り出す方法が用いられている。窒化アルミニウムは窒
化ガリウムより十分大きいバンド・ギャップ・エネルギ
ーを持つため、窒化ガリウムの発光波率 長帯で透明であるため、サファイア窒化双−〜クムの間
に窒化アルミニウム層があっても、１テ（７５ｒイア基
板側から光を外へ取り出すことを妨・けることはない。
この発明は以上のような知見に基いて完成したものであ
って、その要旨とするところはサファイア基板上に窒化
アルミニウム革結晶膜を成長させた後、その上に窒化ガ
リウム琳結晶膜を成長させるものである。
って、その要旨とするところはサファイア基板上に窒化
アルミニウム革結晶膜を成長させた後、その上に窒化ガ
リウム琳結晶膜を成長させるものである。
この窒化ガリウム単結晶膜作製法はサファイア基板上に
前もって窒化アルミニウム単結晶を成長させておくこと
が重要な点である。
前もって窒化アルミニウム単結晶を成長させておくこと
が重要な点である。
サファイア基板上に、窒化アルミニウム単結晶膜を成長
させるのはアンモニアあるいはヒドラジ／雰囲気中でア
ルミニウムを蒸発させる化成蒸着法、あるいはアルミニ
ウムを含む化合物ガスとアンモニアガスを反応管に導入
する化学気相成長法いずれに依ってもよい。
させるのはアンモニアあるいはヒドラジ／雰囲気中でア
ルミニウムを蒸発させる化成蒸着法、あるいはアルミニ
ウムを含む化合物ガスとアンモニアガスを反応管に導入
する化学気相成長法いずれに依ってもよい。
また窒化アルミニウム単結晶膜上に窒化ガリウムを成長
させるのはアンモニウムあるいはヒドラジ／雰囲気中で
ガリウムを蒸発させる化成蒸着法あるいはガリウムを含
む化合物ガスとアンモニアガスを反応管に導入する化学
気相成長法いずれに依ってもよい。
させるのはアンモニウムあるいはヒドラジ／雰囲気中で
ガリウムを蒸発させる化成蒸着法あるいはガリウムを含
む化合物ガスとアンモニアガスを反応管に導入する化学
気相成長法いずれに依ってもよい。
以下、図示の実施例により化成蒸着法による方法を説明
する。
する。
１０ ’ Ｔｏｒｒ 以下の超高真空に排気された真空
槽ｌ内にはその背面或いは側面に基板加熱ヒーターコが
あり、その前面をシャッター３で遮断するようにサファ
イア基板ｑが配置されており、サファイア基板グの前方
中央にはアンモニアガス導入パイブタが、その開口部を
サファイア基板ｑに向けて配置され、パイプＳの両側に
はアルミニウム蒸発源み及びガリウム蒸発源７が配置さ
れる。
槽ｌ内にはその背面或いは側面に基板加熱ヒーターコが
あり、その前面をシャッター３で遮断するようにサファ
イア基板ｑが配置されており、サファイア基板グの前方
中央にはアンモニアガス導入パイブタが、その開口部を
サファイア基板ｑに向けて配置され、パイプＳの両側に
はアルミニウム蒸発源み及びガリウム蒸発源７が配置さ
れる。
先ず、１０ ” Ｔｏｒｒ以下の超高真空に排気された
真空槽ｌ内のアルミニウム蒸発源６よりアルミニウム分
子線を、基板の方向を向いたガス導入パイプＳより１０
’Ｔｏｒｒ、７）アンモニアを、１ｏｏｏ〜１ｚｏｏｃ
に加熱されたサファイア基板グに同時に入射させ、窒化
アルミニウム単結晶膜を成長させる。膜の成長速度は、
アルミニウム分子線強度及びアンモニア分圧に依存する
が、２ Ｘ １０’、／ｄ 佛ｔｍ 、 ５ Ｘ １Ｏ
−１ｌＴｏｒｒ の時、約２ Ｘ／ｓｅｅである。
真空槽ｌ内のアルミニウム蒸発源６よりアルミニウム分
子線を、基板の方向を向いたガス導入パイプＳより１０
’Ｔｏｒｒ、７）アンモニアを、１ｏｏｏ〜１ｚｏｏｃ
に加熱されたサファイア基板グに同時に入射させ、窒化
アルミニウム単結晶膜を成長させる。膜の成長速度は、
アルミニウム分子線強度及びアンモニア分圧に依存する
が、２ Ｘ １０’、／ｄ 佛ｔｍ 、 ５ Ｘ １Ｏ
−１ｌＴｏｒｒ の時、約２ Ｘ／ｓｅｅである。
次にアルミニウム分子線を止め、基板温度を６００〜７
００℃に降温し、ガリウム蒸発源７よりガリウム分子線
を、ガス導入パイプ！より１０ ’〜１０ ’Ｔｏｒｒ
ノア／モニアを窒化アルミニウム単結晶膜でおおわれた
サファ・イア基板ケに同時に入射させ、窒化ガリウム単
結晶膜を成長させる。
００℃に降温し、ガリウム蒸発源７よりガリウム分子線
を、ガス導入パイプ！より１０ ’〜１０ ’Ｔｏｒｒ
ノア／モニアを窒化アルミニウム単結晶膜でおおわれた
サファ・イア基板ケに同時に入射させ、窒化ガリウム単
結晶膜を成長させる。
膜の成長速度はやはりガリウム分子線強度及びアンモニ
ア分圧に依存するが、１×１０１１１／ｃｄ・濃。
ア分圧に依存するが、１×１０１１１／ｃｄ・濃。
Ｉ Ｘ １０−’ Ｔｏｒｒの時、約２騰である。
なお、窒化アルミニウム膜、窒化ガリウム膜の成長のた
めには、ガス導入パイプは基板の方向を向いており、ア
ンモニア分子が直接基板に入射するような配置になって
いることが好ましい。
めには、ガス導入パイプは基板の方向を向いており、ア
ンモニア分子が直接基板に入射するような配置になって
いることが好ましい。
また窒化アルミニウム単結晶膜を成長させる場合、まず
アルミニウム分子線を入射して後、アンモニアの導入を
開始することにより、平坦な表面をもつ膜を得ることが
できる。
アルミニウム分子線を入射して後、アンモニアの導入を
開始することにより、平坦な表面をもつ膜を得ることが
できる。
更に窒化アルミニウム単結晶膜を成長させた後、膜を大
気にさらすことなく、窒化ガリウム単結晶膜を成長させ
る必要がある。窒化アルミニウム膜を大気にさらすと、
表面に薄い酸化層が生じ、その上には良質の窒化ガリウ
ム単結晶膜を成長させることはできないからである。
気にさらすことなく、窒化ガリウム単結晶膜を成長させ
る必要がある。窒化アルミニウム膜を大気にさらすと、
表面に薄い酸化層が生じ、その上には良質の窒化ガリウ
ム単結晶膜を成長させることはできないからである。
次にサファイア基板上に直接成長させた場合と本方法に
より成長させた場合の窒化ガリウム単結晶膜の特性の違
いについて述べる。第２図（α）はサファイア基板上に
直接成長させた窒化ガリウム単結晶膜の、（ｂ）は本方
法により作製した窒化ガリウム単結晶膜のカソード・ル
ミネッセンス・スペクトルである。共に類似のスペクト
ル形状を示し、波長３６０ｎｍに鋭い発光ピークが見ら
れる。しかしその強度は本方法による窒化ガリウム膜の
方が約５０倍大きい。また膜の穐ｕ測定による電気特性
の測定の結果、電子移動度はやはり本方法による窒化ガ
リウム膜の方が５〜１０倍太きい。このように、本方法
により作製した窒化ガリウム単結晶膜の発光及び電気特
性が従来の方法による膜に比べて極めて改善されている
ことがわかる。
より成長させた場合の窒化ガリウム単結晶膜の特性の違
いについて述べる。第２図（α）はサファイア基板上に
直接成長させた窒化ガリウム単結晶膜の、（ｂ）は本方
法により作製した窒化ガリウム単結晶膜のカソード・ル
ミネッセンス・スペクトルである。共に類似のスペクト
ル形状を示し、波長３６０ｎｍに鋭い発光ピークが見ら
れる。しかしその強度は本方法による窒化ガリウム膜の
方が約５０倍大きい。また膜の穐ｕ測定による電気特性
の測定の結果、電子移動度はやはり本方法による窒化ガ
リウム膜の方が５〜１０倍太きい。このように、本方法
により作製した窒化ガリウム単結晶膜の発光及び電気特
性が従来の方法による膜に比べて極めて改善されている
ことがわかる。
この発明はこのように、サファイア基板上に良質の窒化
ガリウム単結晶膜を成長させることができるようにした
ものであり、窒化ガリウムを用いた発光素子等の諸種の
応用にその活用が期待されるものである。
ガリウム単結晶膜を成長させることができるようにした
ものであり、窒化ガリウムを用いた発光素子等の諸種の
応用にその活用が期待されるものである。
第１図は化成蒸着法による窒化ガリウム、窒化アルミニ
ウム単結晶膜製造の原理図、第２図は窒化ガリウム単結
晶膜の７７にでのカソード・ルミネッセンス・スペクト
ルで、（ａ）はサファイア基板上に直接成長させた窒化
ガリウム、（ｈ）は本方法による窒化ガリウム単結晶膜
で、（α）はψ）に対して強度のスケールを５０倍にし
た拡大した図。
ウム単結晶膜製造の原理図、第２図は窒化ガリウム単結
晶膜の７７にでのカソード・ルミネッセンス・スペクト
ルで、（ａ）はサファイア基板上に直接成長させた窒化
ガリウム、（ｈ）は本方法による窒化ガリウム単結晶膜
で、（α）はψ）に対して強度のスケールを５０倍にし
た拡大した図。
図中、ｌは真空槽、ユは基板加熱ヒーター、３はンヤツ
ター、りは？ファイア基板、ｊはアンモニアカス導入パ
イフ、乙はアルミニウム蒸発源、りはガリウム蒸発源で
ある。
ター、りは？ファイア基板、ｊはアンモニアカス導入パ
イフ、乙はアルミニウム蒸発源、りはガリウム蒸発源で
ある。
Claims (1)
- サファイア基板上に窒化アルミニウム単結晶膜を成長さ
せた後、その上に窒化ガリウム単結晶膜を成長させるこ
とを特徴とする窒化ガリウム単結晶膜の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16806982A JPS5948794B2 (ja) | 1982-09-27 | 1982-09-27 | 窒化ガリウム単結晶膜の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16806982A JPS5948794B2 (ja) | 1982-09-27 | 1982-09-27 | 窒化ガリウム単結晶膜の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5957997A true JPS5957997A (ja) | 1984-04-03 |
| JPS5948794B2 JPS5948794B2 (ja) | 1984-11-28 |
Family
ID=15861256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16806982A Expired JPS5948794B2 (ja) | 1982-09-27 | 1982-09-27 | 窒化ガリウム単結晶膜の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5948794B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5006908A (en) * | 1989-02-13 | 1991-04-09 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Epitaxial Wurtzite growth structure for semiconductor light-emitting device |
| EP0864672A3 (en) * | 1997-03-13 | 1999-05-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Molecular beam epitaxy method |
| WO1999025907A1 (en) * | 1997-11-15 | 1999-05-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | A method of growing a buffer layer using molecular beam epitaxy |
| EP1065705A3 (en) * | 1999-06-30 | 2002-01-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and producing method therefore |
| CN114855268A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-08-05 | 北京镓纳光电科技有限公司 | 一种用于多片生长氮化镓及其合金的hvpe设备 |
-
1982
- 1982-09-27 JP JP16806982A patent/JPS5948794B2/ja not_active Expired
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5006908A (en) * | 1989-02-13 | 1991-04-09 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Epitaxial Wurtzite growth structure for semiconductor light-emitting device |
| EP0864672A3 (en) * | 1997-03-13 | 1999-05-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Molecular beam epitaxy method |
| US6146458A (en) * | 1997-03-13 | 2000-11-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Molecular beam epitaxy method |
| WO1999025907A1 (en) * | 1997-11-15 | 1999-05-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | A method of growing a buffer layer using molecular beam epitaxy |
| US6270574B1 (en) | 1997-11-15 | 2001-08-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method of growing a buffer layer using molecular beam epitaxy |
| EP1065705A3 (en) * | 1999-06-30 | 2002-01-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and producing method therefore |
| US6593016B1 (en) | 1999-06-30 | 2003-07-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and producing method thereof |
| US6918961B2 (en) | 1999-06-30 | 2005-07-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and producing method therefor |
| CN114855268A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-08-05 | 北京镓纳光电科技有限公司 | 一种用于多片生长氮化镓及其合金的hvpe设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5948794B2 (ja) | 1984-11-28 |
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