[go: up one dir, main page]

DE69715075T2 - Verfahren zum epitaktischen Wachsen einer Halbleiterverbindung in der Dampffase - Google Patents

Verfahren zum epitaktischen Wachsen einer Halbleiterverbindung in der Dampffase

Info

Publication number
DE69715075T2
DE69715075T2 DE69715075T DE69715075T DE69715075T2 DE 69715075 T2 DE69715075 T2 DE 69715075T2 DE 69715075 T DE69715075 T DE 69715075T DE 69715075 T DE69715075 T DE 69715075T DE 69715075 T2 DE69715075 T2 DE 69715075T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas
indium
phase epitaxy
substrate
inxga1
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69715075T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69715075D1 (de
Inventor
Akinori Koukitu
Masato Matsushima
Yoshiki Miura
Kensaku Motoki
Takuji Okahisa
Hisashi Seki
Mitsuru Shimazu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of DE69715075D1 publication Critical patent/DE69715075D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69715075T2 publication Critical patent/DE69715075T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2077—Methods of obtaining the confinement using lateral bandgap control during growth, e.g. selective growth, mask induced
    • 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
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • 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
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0213—Sapphire, quartz or diamond based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG (GEBIET DER ERFINDUNG)
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters, und insbesondere ein Verfahren zum Wachstum von Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN, wobei 0 < x < 1) durch Gasphasenepitaxie.
    • (BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK)
  • In Fig. 1 ist ein diagrammartiger Ausschnitt einer Struktur eines blaues oder grünes Licht emittierenden Dioden-(LED)-Elements von einem Typ aus Galliumnitrid (GaN) auf einem Saphirsubstrat gezeigt, und solch eine Struktur wird zur Zeit auf den Markt gebracht und ist z. B. in "Nikkei Science", Oktober 1994, Seite 44 beschrieben.
  • Dieses blaue oder grüne LED-Element umfasst einen Epitaxie-Wafer, umfassend ein Saphirsubstrat 11, eine GaN-Pufferschicht, gebildet auf dem Substrat 11, eine hexagonale GaN-Epitaxieschicht 13, gebildet auf der GaN-Pufferschicht 12. Das LED-Element umfasst des Weiteren eine Mantelschicht 14, eine lichtemittierende Schicht 15, eine Mantelschicht 16 und eine GaN-Epitaxieschicht 17, gebildet in dieser Reihenfolge auf dem Wafer und ist des Weiteren mit ohmschen Kontakten bzw. Elektroden 18 und 19 versehen. Des Weiteren wird die GaN-Pufferschicht 12 in dem LED-Element zur Verringerung der Defekte durch Unterschiede der Gitterkonstanten zwischen dem Saphirsubstrat 11 und der GaN-Epitaxieschicht 12 eingeführt.
  • Bei dem obigen blauen oder grünen LED-Element besteht das Substrat 11 aus Saphir mit einer isolierenden Eigenschaft. Wenn die Kontakte bzw. Elektroden 18 und 19 auf dem Element gebildet werden, ist es auch für diese Elektroden notwendig, auf der gleichen Gesichtsseite des Elements gebildet zu werden. Daher erfordert das Bilden der Elektroden komplexe Verfahren, z. B. wenigstens zwei Musterverfahren durch Fotolithografie und des Weiteren ein Ätzverfahren durch reaktives Ionenätzen.
  • Da des Weiteren die Härte des Saphirs groß ist, gibt es ein Problem, dass das Saphirsubstrat schwierig geschnitten werden kann, wenn dieses in einzelne Elemente zerteilt wird. In einem Aspekt des Einsatzes des LED-Elements, kann das Element nicht als eine Laserdiode verwendet werden, welche als ein optischer Resonator mit gespaltenen Oberflächen wirkt, da Saphir nicht gespalten werden kann.
  • Daher versucht man, anstelle von Saphir mit den oben beschriebenen Nachteilen, leitfähiges Galliumarsenid (GaAs) als ein Substrat zu verwenden. Das heißt, man untersucht das Wachstum von Galliumnitrid (GaN) auf einem GaAs-Substrat durch metallorganische Chloridgasphasenepitaxie-Verfahren, sogenannte "MOCVPE". Dieses Wachstum von GaN ist beträchtlich schneller als das Wachstum durch frühere organometallische Gasphasenepitaxie-Verfahren, sogenannte "OMVPE".
  • Methoden unter Einsatz des MOCVPE-Verfahren verwenden, als Ausgangsmaterialien, Chloride von Elementen der dritten Gruppe des Periodensystems und ermöglichen es GaN schnell zu wachsen. Die Methoden ermöglichen auch das Wachstum von Indiumgalliumnitrid (InGaN), welches eine aktive Schicht eines LED-Elements bereitstellt.
  • Des Weiteren ist es gewünscht, ein reines LED-Element mit blauen Wellenlängen mit einem hohen Indium-(In)-Molanteil "x" in InxGa1-xN zu realisieren. Wenn sich jedoch dieser In-Molanteil "x" in InxGa1-xN erhöht, ist es notwendig, eine Wachstumstemperatur bei der Epitaxie zu verringern. Als ein Ergebnis daraus, bewirkt eine Verringerung der Temperatur ein Problem, dass eine Wachstumsrate der Epitaxie niedriger ist.
  • Zusätzlich wird in "Kristall und Technik", Band 12, Nr. 6 (1977), Seiten 541 bis 545, berichtet, dass Chlorid, insbesondere Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) als eine Indiumquelle verwendet wird und Ammoniak (NH&sub3;) als eine Nitridquelle verwendet wird, so dass ein hexagonaler Indiumnitrid-(InN)-Kristall auf einem Saphirsubstrat erzeugt wird, bzw. wächst. Das Wachstum des InN auf einem GaAs-Substrat ist jedoch nicht untersucht worden. Folglich konnte kubisches InN und InGaN, welche zur Herstellung einer Laserdiode geeignet sind, noch nicht erhalten werden.
  • Bei den früheren MOCVPE-Verfahren, bei welchen Aluminium (Al), Gallium (Ga) und Indium (In) der Elemente der dritten Gruppe des Periodensystems als Chloride bereit gestellt werden, wird ein metallorganisches Ausgangsmaterial, umfassend eines der Elemente der dritten Gruppe z. B. Trimethylindium (TMIn: C&sub3;H&sub9;In) und Trimethylgallium (TMGa: C&sub3;H&sub9;Ga), zusammen mit Salzsäure (HCl) bereit gestellt. In dem Fall des letzteren Beispiels werden TMIn und HCl zu Indiumchlorid (InCl) zusammengesetzt und das InCl wird mit Ammoniak-(NH&sub3;)-Gas reagiert, um InN und InGaN wird auf einem Substrat, z. B. einem GaAs-Substrat, zu erzeugen bzw. zu wachsen.
  • Diese MOCVPE-Verfahren führen jedoch zu einer niedrigen Wachstumsgeschwindigkeit auf dem Substrat und können keine bestimmte Zusammensetzung des InGaN erzeugen.
  • Wird dagegen Gasphasenepitaxie (PVE) eines Verbindungshalbleiters durchgeführt, sind die Auswahl der Atmosphäre und der Trägergase wichtige Schlüsselfaktoren, die die Qualität des zu bildenden Verbindungshalbleiters stark beeinflussen.
  • Zum Beispiel offenbart die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. Showa (JP-A) 49-121478 (Hitachi) ein VPE-Verfahren, wobei ein Verbindungshalbleiter durch Gasphasenepitaxie mit einem inaktiven Gas erzeugt bzw. gewachsen wird. Wasserstoff- (H&sub2;)-Gas, welches bei diesem Verfahren vorher benutzt wurde, weist eine geringere spezifische Schwerkraft als die Ausgangsmaterialgase und die Dotiermaterialgase auf. Das Verfahren von Hitachi wählt Argon-(Ar)-Gas, welches eine spezifische Schwerkraft in der Nähe des Ausgangsmaterials und Dotiermaterialgases aufweist, so dass diese Ausgangsmaterial- und des Dotiermaterialgase gleichmäßig miteinander vermischt werden, um eine gleichmäßige Epitaxieschicht und homogene Verunreinigungskonzentration zu erzielen.
  • Des Weiteren ist in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. Showa (JP-A) 51-126036 (Fujitsu) ein anderes VPE-Verfahren zum Wachstum eines Halbleiterkristalls beschrieben, welches ein Trägergas, umfassend ein inaktives Gas mit zusätzlichem Wasserstoff-(H&sub2;)-Gas mit weniger als 0,02 Volumenverhältnis zu dem inaktiven Gas bereitstellt. Wird nur H&sub2;-Gas als ein Trägergas verwendet, reduziert das H&sub2;-Gas Quarz (SiO&sub2;), welches eine Wand eines Reaktionsofens bildet und führt zu Silicium-(Si)- Verunreinigungen und die Inhomogenität der Reaktionsgaskonzentration wird hauptsächlich durch den Unterschied der Molekulargewichte zwischen dem Ausgangsmaterialgas und dem H&sub2;-Träger bewirkt, da der Ofen eine Struktur eines horizontalen Typs aufweist. Bei dem Verfahren von Fujitsu, wird inaktives Gas, wie Stickstoff-(N&sub2;)-Gas, Argon-(Ar)-Gas etc. als ein Trägergas verwendet, um Arsentrichlorid (AsCl&sub3;) in den Ofen zu schicken, so dass das inaktive Gas nicht mit dem Material der Wand reagiert, und eine Epitaxieschicht des Kristalls kann schnell und homogen wachsen.
  • Da bei dem Verfahren (Fujitsu) des Weiteren das H&sub2;-Gas mit einer sehr geringen Menge zusätzlich zu dem inaktiven Trägergas zugeführt wird, werden das Kristallwachstum und die Verunreinigungskonzentration gut gesteuert und können auf bestimmten Anteilen gehalten werden. Insbesondere ohne das H&sub2;-Gas wiederholt AsCl&sub3; die thermische Zersetzung und Rekombination, gemäß der folgenden umkehrbaren Reaktionsgleichung (1) und als ein Resultat wird das Kristallwachstum deutlich instabil. Mit einem sehr geringen Anteil an zusätzlichem H&sub2;-Gas kann eine wirkungsvolle Reaktion erzielt werden, gemäß der folgenden reversiblen Gleichung (2) und diese Reaktion sättigt sich bei einem Volumenverhältnis von 0,02 des H&sub2;-Gases zu dem inaktiven Gas:
  • 4AsCl&sub3; As&sub6; + 6Cl (1),
  • 4AsCl&sub3; + 3H&sub2; As&sub6; + 6HCl (2).
  • Des Weiteren ist in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. Showa (JP-A-) 58-167765 (Kogyogijutsu-in) eine VPE-Vorrichtung beschrieben, bei welcher Ausgangsmaterialgas nach oben von dem Boden eingeführt wird und an dem oberen Ende entladen wird. Weist ein Ausgangsmaterialgas ein schwereres Molekulargewicht als ein Trägergas auf, gibt es Probleme, dass das Ausgangsmaterialgas inhomogen in dem Trägergas verteilt wird und die Dicke einer Schicht wird auch inhomogen verteilt. Da bei dieser Vorrichtung von Kogyogijutsu-in ein Trägergas, wie Stickstoff-(N&sub2;)-Gas, Argon-(Ar)-Gas etc. nach oben von dem Boden aus eingeführt wird, wird die inhomogene Verteilung der abgeschiedenen Schicht auf einem Substrat verstärkt.
  • Bei der japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-06 209 121 (Nichia Chem. Ind. Ltd.) wird eine Schicht aus InxGa1-xN (wobei 0 < x < 0,5) unter Verwendung eines organischen Metallabscheidungsverfahrens gewachsen bei einer Wachstumstemperatur, welche 600ºC überschreitet, auf einer Galliumnitridschicht dotiert mit Verunreinigungen vom p-Typ unter Verwendung eines Gases einer Galliumquelle, eines Gases einer Indiumquelle und eines Gases einer Stickstoffquelle als Materialgase.
  • "Extended Abstracts", Band 93, Nr. 1, 16-21 Mai 1993, Seite 2068, Pennington, New Jersey, US, (Nakamura et al.) beschreibt eine InGaN-Schicht, gewachsen auf einer GaN-Schicht unter Verwendung von H&sub2; oder N&sub2; als Trägergas.
  • US-Patent Nr. 5,334,277 beschreibt InGaN-Schichten, welche auf der Oberfläche eines Saphirsubstrats, unter Verwendung von Wasserstoff und Stickstoff als Trägergase dampfgewachsen ist.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen und ein Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren zu einer Epitaxieschicht aus Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN, wobei 0 < x < 1) mit hoher Qualität und ausgezeichneter Homogenität führt, indem die Mischung der Ausgangsmaterialgase verbessert wird.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere eine Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren zu einer Epitaxieschicht mit hoher Qualität aus Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN, wobei 0 < x < 1) mit hoher Qualität führt, indem ein neues Ausgangsmaterial zur Verfügung gestellt wird.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, ein Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren zu einer Epitaxieschicht aus Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN, wobei 0 < x < 1) mit hoher Qualität führt, indem ein Trägergas verwendet wird, ausgewählt auf der Basis einer neuen Blickrichtung.
  • Gemäß eines ersten Gegenstands der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters aus Indiumgalliumnitrid InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) zur Verfügung gestellt, dadurch gekennzeichnet, dass Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) als eine Indium(In)-Quelle verwendet wird und wobei der Verbindungshalbleiter aus Inx- Ga1-xN (wobei 0< x< 1) durch Gasphasenepitaxie auf einem leitfähigen Substrat erzeugt bzw. gewachsen wird, welches aus wenigstens einem Material hergestellt ist, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumarsenid (InAs), Indiumphosphid (InP) und Siliciumcarbid (SiC).
  • Vorzugsweise wird bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein inaktives Gas, wie Stickstoff-(N&sub2;)-Gas etc. als ein Trägergas zum Wachstum des Verbindungshalbleiters InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) durch Gasphasenepitaxie verwendet. Insbesondere bevorzugt ist das inaktive Trägergas Helium.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das leitfähige Substrat in eine Reaktionskammer gesetzt, ein erstes Gas umfassend das Indiumtrichlorid (InCl3) und ein zweites Gas umfassend Ammoniak (NH3) auf das Substrat durch ein Trägergas aus einem inaktiven Gas, wie Stickstoff-(N&sub2;)-Gas, Helium-(He)-Gas etc. eingeführt, und eine Pufferschicht aus Indiumnitrid (InN) auf dem Substrat durch Gasphasenepitaxie bei einer ersten Temperatur erzeugt bzw. gewachsen, während die Reaktionskammer von außen erwärmt wird, um eine erste Temperatur beizubehalten und ein drittes Gas umfassend Salzsäure (HCl) und ein organometallisches Ausgangsmaterial aus Gallium (Ga), werden auf das Substrat zusammen mit dem ersten und zweiten Gas durch das Trägergas eingeführt und eine Epitaxieschicht des Verbindungshalbleiters InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) auf der Pufferschicht durch Gasphasenepitaxie erzeugt wird bzw. wächst.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das leitfähige Substrat in eine Reaktionskammer gesetzt, ein erstes Gas umfassend Salzsäure (HCl) und ein organometallisches Ausgangsmaterial aus Gallium (Ga) und ein zweites Gas umfassend Ammoniak (NH&sub3;) werden auf das Substrat durch Wasserstoff- (H&sub2;)-Trägergas eingeführt und eine Pufferschicht aus Galliumnitrid (GaN) auf dem Substrat durch Gasphasenepitaxie bei einer ersten Temperatur erzeugt, während die Reaktionskammer von außen erwärmt wird, um die erste Temperatur beizubehalten und ein drittes Gas, umfassend das Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) wird auf das Substrat zusammen mit dem ersten und zweiten Gas durch Helium-(He)-Trägergas eingeführt und eine Epitaxieschicht des Verbindungshalbleiters InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) wird auf der Pufferschicht durch Gasphasenepitaxie erzeugt bzw. wächst auf dieser.
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlich.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt, wie zuvor erläutert, einen diagrammartigen Ausschnitt einer Struktur eines blaues oder grünes Licht emittierenden Dioden-(LED)- Elements des Stands der Technik,
  • Fig. 2 zeigt grob eine VPE-Vorrichtung, welche verwendet wird, um ein Verfahren zur Herstellung einer Epitaxieschicht eines Verbindungshalbleiters gemäß der vorliegenden Erfindung zu überprüfen,
  • Fig. 3 zeigt ein Beispiel von Strukturen, umfassend eine Epitaxieschicht eines Verbindungshalbleiters gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 4 ist eine Kurve, welche die berechneten Werte von gegenseitigen Diffusionskoeffizienteigenschaften zwischen Trägergasen und NH&sub3;-Gasen zeigt,
  • Fig. 5 ist eine Kurve, welche die berechneten Werte von gegenseitigen Diffusionskoeffizienteigenschaften zwischen Trägergasen und HCl-Gasen zeigt,
  • Fig. 6A und 6B zeigen Beispiele von Gasdurchflüssen und dem Wachstum der InN- Schicht, wenn N&sub2;- und He-Gase als Trägergas verwendet werden, und
  • Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel von Strukturen, umfassend eine Epitaxieschicht eines Verbindungshalbleiters gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG (AUSWAHL DER AUSGANGSMATERIALIEN)
  • Wird wie oben beschrieben, bei den MOCVPE-(metallorganisches ChloridGasphasenepitaxie)-Verfahren des Stands der Technik Indiumchlorid InCl als eine Indiumquelle verwendet, wird die Wachstumstemperatur auf einen engen Bereich beschränkt, um so eine Epitaxieschicht eines Typs von Indiumgalliumnitrid (InGaN) gut zu wachsen und zu erhalten mit hoher Qualität.
  • In diesem Fall, da die Verwendung von InCl als eine Indiumquelle zu einem engen Bereich der Wachstumstemperatur für das Wachstum von Indiumnitrid (InN) führt und da es notwendig ist, die Wachstumstemperatur zu verringern, wird die Wachstumsrate auf ein Hundertstel von der Rate in dem Fall von Galliumnitrid (GaN) verringert.
  • Daher haben die Erfinder die Reaktionsanalyseergebnisse eines ersten Falls von InCl und Ammoniak (NH&sub3;) mit denen eines zweiten Falls von Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) und NH3 verglichen. Als ein Ergebnis fand man heraus, dass in dem zweiten Fall die Wachstumsrate viel schneller ist als die Wachstumsrate in dem ersten Fall, da die reaktive Menge in dem zweiten Fall einhundert Mal der Menge des ersten Falls beträgt. In dem zweiten Fall wird, wenn Wasserstoff-(H2)-Gas als Trägergas verwendet wird, die reaktive Menge verringert, wird jedoch ein inaktives Gas, wie Stickstoff-(N&sub2;)-Gas, Helium-(He)-Gas etc. als Trägergas verwendet, ist die reaktive Menge ausreichend, um das schnelle Wachstum beizubehalten.
  • Obwohl das Material InCl&sub3; bei normalen Temperaturen im festen Zustand vorliegt, ermöglicht es eine Erwärmung auf ungefähr 350ºC, einen Dampfdruck zur Epitaxie zu erhalten. Daher wird in dem Verfahren der Gasphasenepitaxie gemäß der vorliegenden Erfindung InCl&sub3; als eine Indiumquelle verwendet und ein inaktives Gas wird als ein Trägergas verwendet.
  • Die Verwendung von InCl3 ist sowohl bei dem epitaktischen Wachstum einer InN-Pufferschicht auf einem Substrat als eine InGaN-Schicht auf der InN-Pufferschicht wirkungsvoll, wie in der folgenden Ausführungsform beschrieben. Demzufolge ist das Material InCl3 bei der Gasphasenepitaxie bei dem epitaktischen Wachstum wirkungsvoller, unabhängig von dem Substrat und der Pufferschicht und ist gut für das Wachstum von In- GaN geeignet.
  • Zusätzlich ist es möglich, obwohl das Substrat aus Galliumarsenid (GaAs) in den Ausführungsformen besteht, dass das Substrat aus anderen geeigneten Materialien besteht, z. B. Galliumphosphid (GaP), Indiumarsenid (InAs), Indiumphosphid (InP) und Siliciumcarbid (SiC). Des Weiteren ist es ebenfalls möglich, obwohl N&sub2;-Gas als Trägergas in der ersten Ausführungsform verwendet wird, dass ein anderes geeignetes Gas wirkungsvoll als Trägergas verwendet wird, z. B. Helium-(He)-Gas und andere inaktive Gase. Insbesondere die Wirksamkeit von He-Gas wird im Folgenden beschrieben.
  • Des Weiteren ist es, ähnlich wie oben, in den folgenden Ausführungsformen wirkungsvoll, dass die erste Temperatur für InN ungefähr zwischen 300ºC und 500ºC liegt und die zweite Temperatur für InGaN mehr als 800ºC beträgt.
    • (ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
  • Bezug nehmend auf Fig. 2 zeigt diese grob eine VPE-Vorrichtung, welche verwendet wird, um ein Verfahren zur Herstellung einer Epitaxieschicht eines Verbindungshalbleiters der vorliegenden Erfindung zu überprüfen. Diese VPE-Vorrichtung ist mit einem ersten Gaseinlass 52, einem zweiten Gaseinlass 53, einem dritten Gaseinlass 51, einem Gasauslass 54, einem Reservoir 55, welches Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) als eine Indiumquelle enthält, welches ein Element der dritten Gruppe des Periodensystems ist, einer Reaktionskammer 56, einem Widerstandsheizer 57 zum Beheizen der ganzen Kammer 56 und des Inneren von außen, und ein weiterer ohmscher Widerstandsheizer 58 zum Beheizen des Reservoirs 55, um den Gasdruck von InCl&sub3; zu steuern, versehen.
  • Gemäß eines ersten elementaren Merkmals der vorliegenden Erfindung wird in der ersten Ausführungsform die Gasphasenepitaxie wie folgt durchgeführt.
  • Zunächst wird ein Substrat 1 in die Kammer 56 gesetzt, nachdem das Substrat 1 aus (100) GaAs durch ein herkömmliches Ätzmittel eines Typs aus Schwefelsäure (H&sub2;SO&sub4;) vorbehandelt wurde. Anschließend wird die gesamte Kammer 56 und das Innere von außen erwärmt, um so auf einer ersten Temperatur gehalten zu werden, z. B. 400ºC und das Reservoir 55 wird auf eine geeignete Temperatur erwärmt, z. B. 350ºC.
  • Bei diesen Temperaturbedingungen wird das Trägergas aus Stickstoff (N&sub2;) aus dem ersten Einlass 52 durch das erwärmte Reservoir 55 eingeführt. Demzufolge wird InCl&sub3; in die Kammer 56 mit einem Partialdruck von 1 · 10&supmin;&sup4; Atmosphären eingeführt. Auf der anderen Seite wird aus dem zweiten Einlass 53 Ammoniak-(NH&sub3;)-Gas mit einem Partialdruck von 3 · 10&supmin;¹ Atmosphären als ein Ausgangsmaterial für Stickstoff (N&sub2;) eingeführt, welches ein Element der fünften Gruppe des Periodensystems ist. Die Partialdrücke der Gase InCl&sub3; und NH&sub3; werden durch die Sättigungsdampfdrücke der Gastemperaturen und durch die Durchflussmengen gesteuert.
  • Unter diesen Bedingungen wird die Epitaxie 30 Minuten durchgeführt und als ein Resultat wird eine Pufferschicht 2 aus Indiumnitrid (InN) mit einer Dicke von 30 nm, wie in Fig. 2 dargestellt, gebildet.
  • Nach den obengenannten Schritten wird das Substrat 1 mit der Pufferschicht 2 aus InN durch den Widerstandsheizer 57 auf eine zweite Temperatur erwärmt, z. B. 400ºC. Anschließend wird bei dieser Temperatur Trimethylgallium (TMGa: C&sub3;H&sub9;Ga) und Salzsäure (HCl) mit dem N&sub2;-Trägergas, zusätzlich zu InCl&sub3; und NH&sub3;, aus dem dritten Einlass 51 eingeführt. Anschließend wird unter der Bedingung, dass die Partialbanddrücke von InCl&sub3;, TMGa, HCl und NH&sub3; 5 · 10&supmin;³ atm, 1 · 10&supmin;&sup4; atm, 1 · 10&supmin;&sup4; atm und 3 · 10&supmin;¹ atm betragen, die Epitaxie 60 Minuten durchgeführt.
  • Als ein Resultat, wird auf der Pufferschicht 2 eine Epitaxieschicht 3 aus Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN) mit einer Dicke von 1 um und einer Spiegelfläche, wie in Fig. 2 dargestellt, gebildet. Als ein Resultat der Messungen der Röntgenstrahlbeugung, kann man sehen, dass die Schicht 3 aus kubischem InxGa1-xN (wobei x = 0,5) besteht, welches für die Herstellung einer Laserdiode geeignet ist, insbesondere geeignet für Spaltungen, um als ein optischer Resonator zu dienen. Dieses Beugungsergebnis wird aus der Röntgenbeugung des hexagonalen Systems ermittelt.
  • Daher ermöglicht die Pufferschicht 2, zwischen dem GaAs-Substrat 1 und der InxGa1-xN- Epitaxieschicht 3, vorteilhafte kristalline Eigenschaften zu erzielen.
    • (AUSWAHL DES TRÄGERGASES)
  • Um die Unterschiede zwischen dem Wachstum der InGaN-Epitaxieschicht bei unterschiedlichen Trägergasen zu bestätigen, versuchte man InGaN mit Wasserstoff-(H&sub2;)- Gas zu erzeugen, welches normalerweise als Trägergas verwendet wird.
  • Das heißt, die Pufferschicht 2 wurde unter den gleichen Bedingungen wie bei der obigen Ausführungsform gebildet und anschließend wurde bei dem Versuch, die Epitaxieschicht 3 zu erzeugen, H&sub2;-Gas anstelle von N&sub2;-Gas als Trägergas verwendet. Als ein Resultat konnte keine Bildung einer InGaN-Epitaxieschicht 3 nachgewiesen werden.
  • Daher ist es, um einen Verbindungshalbleiter Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN, wobei 0 < x < 1) mit einer bestimmten Qualität durch Gasphasenepitaxie zu erzeugen, notwendig Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) als eine Indiumquelle zu verwenden, wie auch ein inaktives Gas, wie Stickstoff-(N2)-Gas, etc., als Trägergas einzusetzen.
  • In Kürze weist Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) mögliche Reaktionen auf, die in den folgenden Gleichungen (3) und (4) angegeben sind:
  • InCl&sub3; + NH&sub3; &rarr; InN + 3HCl (3)
  • InCl3 + H2 &rarr; InCl + 2HCl (4)
  • In anderen Worten ist das H&sub2;-Trägergas für die gewünschte Reaktion nicht notwendig, wie in der Gleichung (4) gezeigt, und es führt zu negativen Wirkungen, die zu der Zersetzung von InCl&sub3; führen. Daher ist es insbesondere in dem Fall, dass Indiumtrichlorid als Ausgangsmaterial verwendet wird, bevorzugt ein inaktives Trägergas ohne Reaktionsfähigkeit verwenden. Daher wird N&sub2;-Gas als Trägergas verwendet, da N&sub2;-Gas das billigste der inaktiven Gase ist.
  • Da das N&sub2;-Gas einen geringen Diffusionskoeffizienten aufweist, ist es nicht ausreichend, dieses mit Ausgangsmaterialgasen, wie InCl&sub3;, TMGa, HCl, NH&sub3;, etc., zu vermischen. Daher bewirkt dieser Mangel der Mischung der Ausgangsmaterialgase, dass die Verteilung der Gaskonzentration ungünstig ist oder stark variiert, so dass eine InN- Pufferschicht inhomogen auf einem Substrat wächst und eine InxGa1-xN-Epitaxieschicht auch inhomogen auf der Pufferschicht wächst. Als ein Resultat ist die Zusammensetzung und Dicke der InxGa1-xN-Schicht inhomogen.
  • Um dieses Problem zu lösen wird, gemäß des zweiten elementaren Merkmales der vorliegenden Erfindung, Helium-(He)-Gas als Trägergas zum Wachstum von Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN) durch Gasphasenepitaxie eingesetzt. Dieses He-Trägergas ist geeignet, eine InxGa1-xN-Schicht auf einem leitfähigen Substrat, wie Galliumarsenid (GaAs), etc., zu erzeugen, zusammen mit verschiedenen Ausgangsmaterialgasen für die Bestandteile von InxGa1-xN, z. B. Indium (In), Gallium (Ga) und Stickstoff (N),. Insbesondere ist das He-Trägergas für das Wachstum von Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) als eine Indiumquelle geeignet.
  • Die "Fujita's Gleichung" ist bekannt, welche eine der Gleichungen zur Berechnung des gemeinsamen Gasdiffusionskoeffizienten ist. Gemäß dieser Gleichung wird, wie gut bekannt der gegenseitige Diffusionskoeffient "Dab" bei einer Temperatur "T" durch die folgende Gleichung (5) dargestellt, wenn zwei Gasphasen "a" und "b" kritische Temperaturen "Tca" und "Tcb" [K], kritische Drücke "Pca" und "Pcb" [atm] und Molekulargewichte "Ma" und "Mb" aufweisen:
  • Dab = 0,00070 · T1,838/[(Tca/Pca)1/3 + (Tca/Pca)1/3]³ · (1/Ma + 1/Mb)1/2 (5).
  • Die gemeinsamen Diffusionskoeffizienten zwischen drei Trägergasen aus H&sub2;, N&sub2; und He und den Ausgangsmaterialgasen, z. B. NH&sub3;-Gas und HCl-Gas sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Aus diesen Eigenschaften der gemeinsamen Diffusionskoeffizienten zwischen den Trägergasen und den Ausgangsmaterialgasen werden diese wie folgt in absteigender Reihenfolge angeordnet H&sub2; > He > N&sub2;, und man fand heraus, dass diese Koeffizienten zwischen NH&sub3;-Gas und den Trägergasen bei 800ºC 7,91 [cm²/s] für H&sub2;, 6,27 [cm²/s] für He und 2,71 [cm²/s] für N&sub2; betragen, wie in Fig. 4 dargestellt. Daher wird deutlich, dass die Koeffizienten zwischen NH&sub3;-Gas und H&sub2;-Trägergas mehr als das Zweifache der Koeffizienten zwischen dem NH&sub3;-Gas und N&sub2;-Trägergas betragen.
  • Wird N&sub2;-Gas, wie in der ersten Ausführungsform, als Trägergas verwendet wird das Trägergas hauptsächlich ausreichend mit dem Ausgangsmaterialgas, wie NH&sub3;-Gas, vermischt, da die Koeffizienten des N&sub2;-Trägergases sehr klein sind, und demzufolge weist die Epitaxieschicht eine ungleichmäßige Dicke und inhomogene Zusammensetzung auf.
  • Auf der anderen Seite, betragen die Koeffizienten des He-Gases ungefähr das 2,3 fache der Koeffizienten des N&sub2;-Gases und liegen in der Nähe der Koeffizienten des He-Gases. Daher fand man heraus, dass es die Verwendung des He-Gases als Trägergas ermöglicht, sich ausreichend mit den Ausgangsmaterialgasen zu vermischen, für ein homogenes Wachstum und um die homogenen Qualitäten der Zusammensetzung und Dicke der InxGa1-xN-Epitaxieschicht zu verbessern.
  • Die Erfinder haben mittels eines Experimentes zur Visualisierung eines Gasdurchflusses in einer Reaktionsvorrichtung, wie in den oberen Bereichen der Fig. 6A und 6B gezeigt, praktische Untersuchungen durchgeführt, um die Mischbedingungen dieser N&sub2;- und He- Trägergase zu bestätigen. In diesem Visualisierungsexperiment wird ein simuliertes Substrat 62 und eine Düse 63 mit einer Ummantelung 64 in ein durchsichtiges Rohr 61, wie aus Glasquarz, gelegt. Ammoniak-(NH&sub3;)-Gas wird von dem Inneren der Düse 63 eingeführt, Salzsäure-(HCl)-Gas wird von der Außenseite der Düse 63 auf das Substrat 62 geführt und diese beiden Gase fließen gleichzeitig zusammen mit He- oder N&sub2;- Trägergas.
  • Diese NH&sub3;- und HCl-Gase, welche in die experimentelle Vorrichtung eingeführt wurden, werden miteinander bei Umgebungsraumtemperatur unterhalb der Düsenummantelung 64 vermischt, welche sich in Form einer Trompete weitet, um gemäß der folgenden Reaktion (6) zu reagieren:
  • NH&sub3; + HCl &rarr; NH&sub4;Cl (6)
  • Bei der Reaktion der obigen Gleichung (6), werden weiße Teilchen aus Ammoniumchlorid (NH&sub4;Cl) in einem Bereich gebildet, welcher durch schräge durchbrochene Linien in den oberen Bereichen der Fig. 6A und 6B gezeigt sind, und diese weißen Teilchen treten optisch mit einem Muster auf, welches den Durchfluss der gemischten Gase von NH&sub3; und HCl reflektiert. Demzufolge wird der Gasdurchfluss optisch mit dem bloßen Auge bestätigt.
  • Bei den oberen Bereichen in den Fig. 6A und 6B, sind als ein Resultat des obigen Visualisierungsexperimentes Beispiele gemischter Gasdurchflüsse gezeigt, aufgespürt gemäß der beobachteten Muster, wenn NH&sub3;- und HCl-Gase in das Rohr 61 bei Raumtemperatur eingeführt werden. In dem Fall, indem N&sub2;-Gas als Trägergas (A) verwendet wird, werden NH&sub3; und HCl nicht ausreichend miteinander verstreut und vermischt, so dass der Gasdurchfluss inhomogen ist, wie in dem oberen Bereich der Fig. 6A dargestellt. Auf der anderen Seite werden, in dem Fall, in dem He-Gas als Trägergas (B) verwendet wird, NH&sub3; und HCl ausreichend miteinander zerstreut und vermischt, so dass der Gasdurchfluss homogen ist, wie in dem oberen Bereich der Fig. 6B dargestellt.
  • Als nächstes haben die Erfinder tatsächlich mit dem Indiumstickstoff-(InN)-Wachstum experimentiert, indem das Rohr 61 als Reaktionskammer für die Epitaxie diente. Bei diesem Experiment wird z. B. ein Galliumarsenid-(GaAs)-Substrat innerhalb des Rohres 61 eingeführt, in Richtung dieses Substrats wird NH&sub3;-Gas von dem Inneren der Düse 63 und Indiumtrichlorid-(InCl&sub3;)-Gas von dem Äußeren der Drüse 63 eingeführt, beide dieser Gase fließen gleichzeitig zusammen mit He- oder N&sub2;-Trägergas und das Substrat wird auf 500ºC erwärmt, um Indiumnitrid (InN) bei 500ºC zu erzeugen.
  • In den unteren Bereichen der Fig. 6A und 6B, sind als ein Resultat des obigen Epitaxieexperimentes, Beispiele von gebildeten InN-Schichten gezeigt, wenn NH&sub3;- und InCl&sub3;- Gase als Ausgangsmaterialien in das Rohr 61 bei 500ºC eingeführt wurden. In dem Fall, wenn N&sub2;-Gas als Trägergas (A) verwendet wird, wächst die InN-Schicht nur teilweise und ist inhomogen, wie in dem unteren Bereich der Fig. 6A dargestellt. Auf der anderen Seite wird in dem Fall, in dem He-Gas als ein Trägergas (B) verwendet wird, bestätigt, dass die InN-Schicht homogen wächst, wie in dem unteren Bereich der Fig. 6B dargestellt. Daher wird in dem Fall des He-Trägergases (B) die Konzentration der Ausgangsmaterialien homogen verteilt, um die Homogenität der Epitaxie zu verbessern.
  • Zusätzlich führt der Einsatz von He-Trägergas zu einem Problem, dass He-Gas teurer als N&sub2;-Gas ist. In dem Fall des Ausgangsmaterials Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) wird die Erhöhung dieser Kosten auf ein Minimum gesenkt, da die Wachstumsperiode für die Epitaxie kurz ist und He-Trägergas nur für das Wachstum von InxGa1-xN verwendet wird.
    • (ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM)
  • Gemäß des zweiten elementaren Merkmals der vorliegenden Erfindung wird Helium- (He)-Gas als Trägergas verwendet, wenn der Verbindungshalbleiter Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN, wobei 0 < x < 1) epitaxisch auf einem leitfähigen Verbindungshalbleitersubstrat erzeugt wird, auf der Basis der obengenannten Bestätigung der homogenen Konzentration der Ausgangsmaterialien durch He-Trägergas. Es wird im Allgemeinen für eine InGaN-Schicht gewährleistet, dass diese gut wachsen kann, indem nur He-Trägergas anstelle von Stickstoff-(N&sub2;)-Trägergas, wie in der ersten Ausführungsform, verwendet wird. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, welche im Folgenden erläutert wird, kann eine InxGa1-xN-Schicht homogener wachsen, indem ein erster Schritt des Bildens einer Pufferschicht verbessert wird.
  • Bei der zweiten Ausführungsform wird die in Fig. 2 dargestellte VPE-Vorrichtung auch als eine Vorrichtung für die Epitaxie verwendet. Und, wie in Fig. 7 dargestellt wird nachdem eine Galliumnitrid-(GaN)-Pufferschicht 21 auf einem leitfähigen Substrat 1 aus Galliumarsenid (GaAs) mit der Ebene A (100) in der VPE-Vorrichtung erzeugt wurde, eine GaN-Schicht 22 auf der Pufferschicht 21 erzeugt bzw. gewachsen. Schließlich wird des Weiteren eine InxGa1-xN-(wobei 0 < x < 1)-Schicht 3 epitaktisch gewachsen. Bei dieser zweiten Ausführungsform wird Wasserstoff-(H&sub2;)-Gas als ein Trägergas verwendet, wenn die Pufferschicht 21 und die GaN-Schicht 22 erzeugt werden.
  • Zunächst wird das GaAs-Substrat 1 in die Reaktionskammer gesetzt und das Substrat 1 wird auf eine erste Temperatur, z. B. 500ºC, erwärmt. Bei dieser Temperaturbedingung werden H&sub2;-Gas als ein Träger und Ammoniak-(NH&sub3;)-, Trimethylgallium-(TMGa: C&sub3;H&sub9;Ga)- und Salzsäure-(HCl)-Gase als Ausgangsmaterialien in die Kammer 56 eingeführt, für die Epitaxie von Galliumnitrid (GaN) auf dem Substrat 1 und um eine GaN- Pufferschicht 21 zu bilden.
  • Anschließend wird, nachdem die GaN-Pufferschicht 21 gebildet ist, für einen Zeitraum das Einführen von NH&sub3;, TMGa und HCl unterbrochen und das Substrat 1 wird auf eine relativ hohe Temperatur, z. B. 1000ºC, erwärmt. Bei dieser Temperaturbedingung werden das H&sub2;-Trägergas und NH&sub3;-, TMGa- und HCl-Gase wieder in die Kammer 56 eingeführt zur Epitaxie von GaN auf dem Substrat 1 und um eine GaN-Schicht 22 zu bilden. Helium-(He)-Gas kann auch anstelle von H&sub2;-Gas als ein Trägergas für die Pufferschicht 21 und die GaN-Schicht 22 verwendet werden.
  • Schließlich, nachdem die GaN-Schicht 22 gebildet ist, wird für eine Weile das Einführen von NH&sub3;, TMGa und HCl unterbrochen und das Substrat wird auf eine zweite Temperatur von z. B. 800ºC erwärmt. Bei dieser Temperaturbedingung wird das Trägergas zu He-Gas geändert und Indiumtrichlorid-(InCl&sub3;)-Dampf wird aus dem Reservoir 55 zusätzlich zu NH&sub3;-, TMGa- und HCl-Gas in die Kammer 56 eingeführt zur Epitaxie von InGaN auf dem Substrat 1 für 30 Minuten. Als ein Resultat wird auf der GaN-Schicht 22 eine Epitaxieschicht 3 aus Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN) mit einer Dicke von 2 um mit einer Spiegelfläche gebildet, wie in Fig. 7 dargestellt. Als ein Resultat der Messungen mittels Röntgenbeugung wurde beobachtet, dass die Schicht 3 einen Röntgenbeugungspeak von hexagonalem InxGa1-xN (wobei x = 0,2) aufweist, und es wurde bestätigt, dass die InxGa1-xN-Schicht 3 eine homogenere Zusammensetzung und Dicke aufweist.
  • Wie oben erwähnt ermöglicht, gemäß der vorliegenden Erfindung, die Verwendung von Indiumtrichlorid (InCl3) als eine Indiumquelle das Wachstum einer Epitaxieschicht aus Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN) mit einer praktischen Wachstumsrate mit hoher Qualität. Inaktive Gase, wie Stickstoff-(N)-Gas sind einfach zu verwenden, Helium-(He)-Gas, etc., können als ein Trägergas verwendet werden, wenn die InxGa1-xN-Epitaxieschicht gebildet wird. Insbesondere das He-Trägergas ermöglicht es die homogenen Qualitäten der Zusammensetzung und Dicke der InxGa1-xN-Epitaxieschicht weiter zu verbessern und eine homogenere InxGa1-xN-Epitaxieschicht zur Verfügung zu stellen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters aus Indiumgalliumnitrid InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1), dadurch gekennzeichnet, dass Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) als eine Indiumquelle verwendet wird, und wobei der Verbindungshalbleiter aus InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) durch Gasphasenepitaxie auf einem leitfähigen Substrat erzeugt bzw. gewachsen wird, welches aus wenigstens einem Material, gewählt aus der Gruppe besteht aus Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumarsenid (InAs), Indiumphosphid (InP) und Siliziumcarbid (SiC), hergestellt ist.
2. Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters nach Anspruch 1, wobei ein inaktives Gas als Trägergas zum Wachstum des Verbindungshalbleiters InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) durch Gasphasenepitaxie verwendet wird.
3. Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters aus Indiumgalliumnitrit InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) nach Anspruch 1, wobei
das leitfähige Substrat in eine Reaktionskammer gesetzt wird,
ein erstes Gas, umfassend das Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) und zweites Gas umfassend Ammoniak (NH&sub3;) auf das Substrat mittels eines Trägergases aus einem inaktiven Gas eingeleitet wird, und eine Pufferschicht aus Indiumnitrit (InN) auf dem Substrat durch Gasphasenepitaxie bei einer ersten Temperatur erzeugt wird bzw. wächst, während die Reaktionskammer von außen erwärmt wird, um die erste Temperatur beizubehalten, und,
ein drittes Gas umfassend Salzsäure (HCl) und ein organmetallisches Ausgangsmaterial aus Gallium (Ga) auf das Substrat mit den ersten und zweiten Gas durch das Trägergas eingeleitet werden und eine Epitaxieschicht des Verbindungshalbleiters InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) auf der Pufferschicht durch Gasphasenepitaxie erzeugt wird bzw. wächst.
4. Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters nach Anspruch 2 oder 3, wobei Helium (He) als das Trägergas zum Wachstums des Verbindungshalbleiters InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) durch Gasphasenepitaxie verwendet wird.
5. Verfahren zur Gasphasenepitaxie eines Verbindungshalbleiters aus Indiumgalliumnitrid InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) nach Anspruch 1, wobei:
das leitfähige Substrat in eine Reaktionskammer gesetzt wird,
ein erstes Gas umfassend Salzsäure (HCl) und ein organmetallisches Ausgangsmaterial aus Gallium (Ga) und ein zweites Gas umfassend Ammoniak (NH&sub3;) auf das Substrat durch ein Wasserstoff (H&sub2;)-Trägergas geleitet wird und eine Pufferschicht aus Galliumnitrid (GaN) auf dem Substrat durch Gasphasenepitaxie bei einer ersten Temperatur erzeugt wird bzw. wächst, während die Reaktionskammer von außen erwärmt wird, um die erste Temperatur beizubehalten und
ein drittes Gas umfassend Indiumtrichlorid (InCl&sub3;) auf das Substrat zusammen mit dem ersten und dem zweiten Gas durch das Helium (He)-Trägergas eingeleitet wird und eine Epitaxieschicht des Verbindungshalbleiters InxGa1-xN (wobei 0 < x < 1) auf der Pufferschicht durch Gasphasenepitaxie erzeugt wird bzw. wächst.
DE69715075T 1996-03-25 1997-03-25 Verfahren zum epitaktischen Wachsen einer Halbleiterverbindung in der Dampffase Expired - Lifetime DE69715075T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6776296 1996-03-25
JP8757097A JP3879173B2 (ja) 1996-03-25 1997-03-21 化合物半導体気相成長方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69715075D1 DE69715075D1 (de) 2002-10-10
DE69715075T2 true DE69715075T2 (de) 2003-01-23

Family

ID=26408975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69715075T Expired - Lifetime DE69715075T2 (de) 1996-03-25 1997-03-25 Verfahren zum epitaktischen Wachsen einer Halbleiterverbindung in der Dampffase

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5970314A (de)
EP (1) EP0801156B1 (de)
JP (1) JP3879173B2 (de)
KR (1) KR100497262B1 (de)
CN (1) CN1097847C (de)
DE (1) DE69715075T2 (de)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10335700A (ja) * 1997-06-04 1998-12-18 Toshiba Corp 半導体発光素子およびその製造方法
US6256331B1 (en) 1997-08-08 2001-07-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device, optical communication system using the same, and method for producing compound semiconductor
US20110163323A1 (en) * 1997-10-30 2011-07-07 Sumitomo Electric Industires, Ltd. GaN SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE AND METHOD OF MAKING THE SAME
EP2200071B1 (de) * 1997-10-30 2012-01-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. GaN-Kristallsubstrat und Verfahren zu dessen Herstellung unter Verwendung von Homoepitaxie
JP3349931B2 (ja) * 1997-10-30 2002-11-25 松下電器産業株式会社 半導体レーザ装置の製造方法
TW398084B (en) * 1998-06-05 2000-07-11 Hewlett Packard Co Multilayered indium-containing nitride buffer layer for nitride epitaxy
CN1062917C (zh) * 1998-08-12 2001-03-07 北京大学 铟镓氮单晶薄膜金属有机物气相外延生长技术
US6812053B1 (en) * 1999-10-14 2004-11-02 Cree, Inc. Single step pendeo- and lateral epitaxial overgrowth of Group III-nitride epitaxial layers with Group III-nitride buffer layer and resulting structures
KR100595177B1 (ko) * 2000-02-10 2006-07-03 엘지전자 주식회사 질화물 발광소자 제조방법
EP1346085B1 (de) 2000-11-30 2011-10-12 North Carolina State University Verfahren zur herstellung von gruppe-iii-metallnitrid-materialien
AU2002235146A1 (en) 2000-11-30 2002-06-11 North Carolina State University Non-thermionic sputter material transport device, methods of use, and materials produced thereby
US6599362B2 (en) 2001-01-03 2003-07-29 Sandia Corporation Cantilever epitaxial process
US6576932B2 (en) 2001-03-01 2003-06-10 Lumileds Lighting, U.S., Llc Increasing the brightness of III-nitride light emitting devices
US6645885B2 (en) * 2001-09-27 2003-11-11 The National University Of Singapore Forming indium nitride (InN) and indium gallium nitride (InGaN) quantum dots grown by metal-organic-vapor-phase-epitaxy (MOCVD)
JP4532846B2 (ja) * 2003-05-07 2010-08-25 キヤノン株式会社 半導体基板の製造方法
KR100586975B1 (ko) * 2004-06-30 2006-06-08 삼성전기주식회사 질화물 반도체 소자 및 제조방법
FR2904008B1 (fr) * 2006-07-18 2009-12-04 Centre Nat Rech Scient NOUVEAU PROCEDE POUR LA CROISSANCE DE NITRURES D'ELEMENTS DU GROUPE IIIb.
KR20090104090A (ko) * 2007-01-31 2009-10-05 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 3-5족계 화합물 반도체의 제조 방법
JP4856792B2 (ja) * 2009-11-12 2012-01-18 パナソニック株式会社 窒化物半導体素子の製造方法
CN103840044B (zh) * 2012-11-27 2016-10-26 比亚迪股份有限公司 外延片量子阱结构的制备方法
CN103078016A (zh) * 2012-12-29 2013-05-01 光达光电设备科技（嘉兴）有限公司 Led外延片沉积方法和led外延片沉积设备
ITUA20161691A1 (it) * 2016-03-15 2017-09-15 Univ Degli Studi Di Milano Bicocca Metodo per la produzione di elettrodi per dispositivi elettrochimici
CN114717535B (zh) * 2022-03-21 2023-07-14 太原理工大学 一种在硅衬底上制备纤锌矿InGaN纳米棒的方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5422276B2 (de) * 1973-03-19 1979-08-06
JPS51126036A (en) * 1974-07-23 1976-11-02 Fujitsu Ltd Semi-conductor crystal growth method
JPS58167766A (ja) * 1982-03-30 1983-10-04 Agency Of Ind Science & Technol 化学蒸着装置
JPS6291495A (ja) * 1985-10-15 1987-04-25 Nec Corp 半導体薄膜気相成長法
US5012158A (en) * 1986-07-25 1991-04-30 National Research Institute For Metals Plasma CVD apparatus
IT1225612B (it) * 1988-07-29 1990-11-22 Sgs Thomson Microelectronics Processo di fabbricazione di dispositivi integrati cmos con lunghezza di gate ridotta e transistori a canale superficiale
US5334277A (en) * 1990-10-25 1994-08-02 Nichia Kagaky Kogyo K.K. Method of vapor-growing semiconductor crystal and apparatus for vapor-growing the same
EP0607435B1 (de) * 1992-08-07 1999-11-03 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Halbleiteranordnung auf nitridbasis und verfahren zu ihrer herstellung
JP3274907B2 (ja) * 1992-11-20 2002-04-15 日亜化学工業株式会社 窒化インジウムガリウム化合物半導体の成長方法
US5656832A (en) * 1994-03-09 1997-08-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor heterojunction device with ALN buffer layer of 3nm-10nm average film thickness
US5661074A (en) * 1995-02-03 1997-08-26 Advanced Technology Materials, Inc. High brightness electroluminescent device emitting in the green to ultraviolet spectrum and method of making the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR970068061A (ko) 1997-10-13
JP3879173B2 (ja) 2007-02-07
EP0801156B1 (de) 2002-09-04
EP0801156A3 (de) 1998-05-27
JPH09315899A (ja) 1997-12-09
US5970314A (en) 1999-10-19
CN1164759A (zh) 1997-11-12
DE69715075D1 (de) 2002-10-10
EP0801156A2 (de) 1997-10-15
CN1097847C (zh) 2003-01-01
KR100497262B1 (ko) 2005-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69715075T2 (de) Verfahren zum epitaktischen Wachsen einer Halbleiterverbindung in der Dampffase
DE69933169T2 (de) Einkristall Galliumnitridsubstrat und Verfahren zu dessen Herstellung
DE69711344T2 (de) Verfahren zur Züchtung von Schichten aus III-V Nitrid Halbleiterverbindungen und Verfahren zur Herstellung von Substraten aus III-V Nitrid Halbleiterverbindungen
DE69217903T2 (de) Halbleiteranordnung auf Basis von Gallium-Nitrid und Verfahren zur Herstellung
DE69631100T2 (de) Ätzung von Nitridkristallen
DE19734034C2 (de) Epitaxiewafer für Licht emittierende Vorrichtung, Verfahren zum Bilden des Wafers und den Wafer verwendende, Licht emittierende Vorrichtung
DE69425328T2 (de) Kristalline mehrschichtige struktur und verfahren zu ihrer herstellung
DE69203736T2 (de) Kristallzuchtverfahren für Halbleiter auf Galliumnitrid-Basis.
DE68919408T2 (de) Verbindungshalbleiter, denselben anwendendes Halbleiter-Bauelement und Herstellungsverfahren des Halbleiter-Bauelementes.
DE69230260T2 (de) Halbleiteranordnung auf nitridbasis und verfahren zu ihrer herstellung
DE60226292T2 (de) Sauerstoffdotierungs-Verfahren für ein einkristallines Galliumnitrid-Substrat
DE69009216T2 (de) Epitaxialstruktur für lichtemittierende Halbleiteranordnungen und lichtemittierende Halbleiteranordnung mit dieser Struktur.
DE60128134T2 (de) Gallium nitrid materialen und verfahren zur herstellung von schichten dieser materialen
DE69803721T3 (de) P-typ Stickstoff-Verbindungshalbleiter und Verfahren zu dessen Herstellung
DE69936564T2 (de) Züchtungsverfahren für einen III-V-Nitridverbindungshalbleiter und Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement
DE10114029A1 (de) III-V-Halbleiter und Verfahren zu seiner Herstellung
DE112006001279T5 (de) Mehrschichtensubstrat eines Nitridhalbleiters der Gruppe 3-5, Verfahren zur Herstellung eines freitragenden Substrats eines Nitridhalbleiters der Gruppe 3-5 und Halbleiterelement
DE102007011347A1 (de) Nitridhalbleitereinkristallfilm
EP3786321A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer schicht und damit versehenes substrat
DE10196361B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterkristalls
DE102006040479A1 (de) Gruppe III-Nitrid Halbleiterdünnfilm, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Gruppe III-Nitrid Halbleiterleuchtvorrichtung
DE3852402T2 (de) Galliumnitridartige Halbleiterverbindung und daraus bestehende lichtemittierende Vorrichtung sowie Verfahren zu deren Herstellung.
EP2024991B1 (de) Verfahren zur herstellung eines dotierten iii-n-kristalls
DE112023000173B4 (de) LED Chip auf der Basis eines Aluminiumoxid Siliziumdioxid Verbundsubstrats und ein Herstellungsverfahren dafür
DE102005041643A1 (de) Halbleitersubstrat sowie Verfahren und Maskenschicht zur Herstellung eines freistehenden Halbleitersubstrats mittels der Hydrid-Gasphasenepitaxie

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition