JPH04346218A - 窒化物系化合物半導体膜の成長装置 - Google Patents
窒化物系化合物半導体膜の成長装置Info
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- JPH04346218A JPH04346218A JP11858391A JP11858391A JPH04346218A JP H04346218 A JPH04346218 A JP H04346218A JP 11858391 A JP11858391 A JP 11858391A JP 11858391 A JP11858391 A JP 11858391A JP H04346218 A JPH04346218 A JP H04346218A
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Landscapes
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- Chemical Vapour Deposition (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化物系化合物半導体
膜の成長装置の関するものである。
膜の成長装置の関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ワイドバンドギャップ化合物半導
体は青色領域での高効率ＬＥＤやレーザなどの用途が考
えられている。特に窒化物系族化合物半導体の成長にお
いてより高品質な材料を得るために、成長方法や成長装
置が注目されている。
体は青色領域での高効率ＬＥＤやレーザなどの用途が考
えられている。特に窒化物系族化合物半導体の成長にお
いてより高品質な材料を得るために、成長方法や成長装
置が注目されている。
【０００３】この分野における従来の技術としては、ハ
ライド系気相成長法が用いられてきた。たとえば、Ｇａ
Ｎの成長にはＧａ−ＨＣｌ−ＮＨ３ 系の反応によって
行なわれてきた。窒化物系化合物半導体の成長装置とし
ては、石英反応管内に試料基板を設置し、この石英反応
管を電気炉内におき、３族元素を塩化物で、窒素をアン
モニア（ＮＨ３ ）で供給し、試料基板上で熱分解して
成長させるハライド系気相成長装置がある。
ライド系気相成長法が用いられてきた。たとえば、Ｇａ
Ｎの成長にはＧａ−ＨＣｌ−ＮＨ３ 系の反応によって
行なわれてきた。窒化物系化合物半導体の成長装置とし
ては、石英反応管内に試料基板を設置し、この石英反応
管を電気炉内におき、３族元素を塩化物で、窒素をアン
モニア（ＮＨ３ ）で供給し、試料基板上で熱分解して
成長させるハライド系気相成長装置がある。
【０００４】また、アプライド フィジックス レ
ターズ第４８巻８７０ページ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．４８，１９８
６）（特開昭６１−１７９５２７号公報）に開示されて
いるように、窒素のＥＣＲプラズマ中の窒素分子イオン
と３族有機金属を用いて、基板上に成長させている。Ｅ
ＣＲプラズマを用いた窒化物系化合物半導体の成長装置
の概略図を図５に示す。基本構成としては、窒素分子イ
オンを発生させるプラズマ発生室２２と窒化物系化合物
半導体膜１９を成長させる成長室２３からなる。プラズ
マ発生室２２はマイクロ波導波管２０によってマイクロ
波を供給し、電磁石１０によって磁場を印加することに
よってＥＣＲプラズマを発生できるようにしてあり、成
長室２３は３族有機金属を導入口２１によって供給して
ある。プラズマ発生室２２で発生した窒素分子イオンを
成長室２３に供給し、３族有機金属と反応させて基板５
上に窒化物系化合物半導体膜を成長することができる。
ターズ第４８巻８７０ページ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．４８，１９８
６）（特開昭６１−１７９５２７号公報）に開示されて
いるように、窒素のＥＣＲプラズマ中の窒素分子イオン
と３族有機金属を用いて、基板上に成長させている。Ｅ
ＣＲプラズマを用いた窒化物系化合物半導体の成長装置
の概略図を図５に示す。基本構成としては、窒素分子イ
オンを発生させるプラズマ発生室２２と窒化物系化合物
半導体膜１９を成長させる成長室２３からなる。プラズ
マ発生室２２はマイクロ波導波管２０によってマイクロ
波を供給し、電磁石１０によって磁場を印加することに
よってＥＣＲプラズマを発生できるようにしてあり、成
長室２３は３族有機金属を導入口２１によって供給して
ある。プラズマ発生室２２で発生した窒素分子イオンを
成長室２３に供給し、３族有機金属と反応させて基板５
上に窒化物系化合物半導体膜を成長することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法の窒化物系化合物半導体の成長装置および成長方法で
は、次のような課題がある。１）従来のハライド系気相
成長法では、３族元素とＮを反応させて窒化物系化合物
半導体膜を成長させるには、基板温度を高温にしてなく
てはならなかった。例えば、ＧａＮでは、基板温度を１
５００℃以上にしなくてはならない。また、この温度で
はＧａとＮの蒸気圧の相違により得られたＧａＮ膜中に
窒素空孔を多く含み、結晶性が悪いという問題があった
。さらに、この窒素空孔の影響でＧａＮ膜は低抵抗とな
り、アクセプタ不純物を添加なしに高抵抗ＧａＮを得る
ことが困難であった。他の窒化物系化合物半導体のＡｌ
ＮやＩｎＮも同様な問題を有していた。２）ＥＣＲプラ
ズマを用いた窒化物系化合物半導体膜の成長方法では、
高励起の窒素イオンの作用によって、基板温度の低下を
図ることができた。しかし、ＥＣＲプラズマ中に含まれ
る高励起のイオン種が半導体膜および基板上に照射され
て、窒素空孔を発生させてしまい、結晶性が悪くなりワ
イドバンドギャップ半導体として使用するに至らなかっ
た。これは、ＥＣＲプラズマ中の電子温度は約５〜１０
ｅＶと非常に高いため、イオン種が基板付近で形成され
るイオンシースで加速されて入射されるためと考えられ
る。
法の窒化物系化合物半導体の成長装置および成長方法で
は、次のような課題がある。１）従来のハライド系気相
成長法では、３族元素とＮを反応させて窒化物系化合物
半導体膜を成長させるには、基板温度を高温にしてなく
てはならなかった。例えば、ＧａＮでは、基板温度を１
５００℃以上にしなくてはならない。また、この温度で
はＧａとＮの蒸気圧の相違により得られたＧａＮ膜中に
窒素空孔を多く含み、結晶性が悪いという問題があった
。さらに、この窒素空孔の影響でＧａＮ膜は低抵抗とな
り、アクセプタ不純物を添加なしに高抵抗ＧａＮを得る
ことが困難であった。他の窒化物系化合物半導体のＡｌ
ＮやＩｎＮも同様な問題を有していた。２）ＥＣＲプラ
ズマを用いた窒化物系化合物半導体膜の成長方法では、
高励起の窒素イオンの作用によって、基板温度の低下を
図ることができた。しかし、ＥＣＲプラズマ中に含まれ
る高励起のイオン種が半導体膜および基板上に照射され
て、窒素空孔を発生させてしまい、結晶性が悪くなりワ
イドバンドギャップ半導体として使用するに至らなかっ
た。これは、ＥＣＲプラズマ中の電子温度は約５〜１０
ｅＶと非常に高いため、イオン種が基板付近で形成され
るイオンシースで加速されて入射されるためと考えられ
る。
【０００６】さらに、ＲＦスパッタ法などのグロー放電
法による膜成長では、多結晶膜しか得られてないという
問題がある。本発明は、電子サイクロトロン共鳴プラズ
マによって多量の窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジ
カルを供給し、３族原子と反応させることにより、結晶
性が高く高抵抗な良質の窒化物系化合物半導体膜を提供
することを目的とする。
法による膜成長では、多結晶膜しか得られてないという
問題がある。本発明は、電子サイクロトロン共鳴プラズ
マによって多量の窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジ
カルを供給し、３族原子と反応させることにより、結晶
性が高く高抵抗な良質の窒化物系化合物半導体膜を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明の窒化物系化合物半導体膜の成長装置は、真空
槽内に、３族原子を供給させる手段と、窒素分子ラジカ
ルまたは窒素原子ラジカルを発生させる手段とを少なく
とも備えた窒化物系化合物半導体膜の成長装置であって
、前記窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジカルを発生
させる手段として、マイクロ波と磁場の印加によって窒
素を含む気体の電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラ
ズマを発生させるラジカル発生器を用い、前記ＥＣＲプ
ラズマ中の窒素分子イオンまたは窒素原子イオンを除去
させる手段として、前記マイクロ波の伝搬方向の磁場強
度の分布を、前記ラジカル発生器の前記マイクロ波の導
入口付近から前記ラジカル発生器の管内波長の一波長以
上までの領域においてＥＣＲ発生条件以上の磁場強度に
保ち、前記ラジカル発生器の出口付近でＥＣＲ発生条件
以下の磁場強度にしたことを特徴とする。
、本発明の窒化物系化合物半導体膜の成長装置は、真空
槽内に、３族原子を供給させる手段と、窒素分子ラジカ
ルまたは窒素原子ラジカルを発生させる手段とを少なく
とも備えた窒化物系化合物半導体膜の成長装置であって
、前記窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジカルを発生
させる手段として、マイクロ波と磁場の印加によって窒
素を含む気体の電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラ
ズマを発生させるラジカル発生器を用い、前記ＥＣＲプ
ラズマ中の窒素分子イオンまたは窒素原子イオンを除去
させる手段として、前記マイクロ波の伝搬方向の磁場強
度の分布を、前記ラジカル発生器の前記マイクロ波の導
入口付近から前記ラジカル発生器の管内波長の一波長以
上までの領域においてＥＣＲ発生条件以上の磁場強度に
保ち、前記ラジカル発生器の出口付近でＥＣＲ発生条件
以下の磁場強度にしたことを特徴とする。
【０００８】前記構成においては、ラジカル発生器内に
負電位の電極を設けることが好ましい。また前記構成に
おいては、ラジカル発生器の出口としてマイクロ波を遮
断できる大きさ以下にすることが好ましい。
負電位の電極を設けることが好ましい。また前記構成に
おいては、ラジカル発生器の出口としてマイクロ波を遮
断できる大きさ以下にすることが好ましい。
【０００９】さらに前記構成においては、ラジカル発生
器によって窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジカルを
発生させ、３族原子を供給して窒化物系化合物半導体膜
の成長において、前記ラジカル発生器内の圧力Ｐを１×
１０−３Ｐａ≦Ｐ≦１Ｐａ にすることが好ましい。
器によって窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジカルを
発生させ、３族原子を供給して窒化物系化合物半導体膜
の成長において、前記ラジカル発生器内の圧力Ｐを１×
１０−３Ｐａ≦Ｐ≦１Ｐａ にすることが好ましい。
【００１０】
【作用】前記本発明の構成によれば、マイクロ波と磁場
によって高励起、高密度のＥＣＲプラズマをプラズマ発
生器内に容易に発生でき、窒素を含む気体の場合反応性
の高い窒素のイオン種やラジカル種を多量に発生できる
。さらに、ラジカル発生器内のマイクロ波の伝搬方向の
磁場強度の分布を、ラジカル発生器の導入口付近からラ
ジカル発生器の管内波長の一波長以上までの領域におい
てＥＣＲ条件以上の磁場強度に保ち、ラジカル発生器の
出口付近でＥＣＲ発生条件以下の磁場強度にすることで
、ＥＣＲプラズマ中の窒素分子イオンまたは窒素原子イ
オンを除去できる。また、ＥＣＲ発生条件以上の磁場強
度の領域を管内波長の一波長以上あるのでマイクロ波は
十分に吸収することができる。
によって高励起、高密度のＥＣＲプラズマをプラズマ発
生器内に容易に発生でき、窒素を含む気体の場合反応性
の高い窒素のイオン種やラジカル種を多量に発生できる
。さらに、ラジカル発生器内のマイクロ波の伝搬方向の
磁場強度の分布を、ラジカル発生器の導入口付近からラ
ジカル発生器の管内波長の一波長以上までの領域におい
てＥＣＲ条件以上の磁場強度に保ち、ラジカル発生器の
出口付近でＥＣＲ発生条件以下の磁場強度にすることで
、ＥＣＲプラズマ中の窒素分子イオンまたは窒素原子イ
オンを除去できる。また、ＥＣＲ発生条件以上の磁場強
度の領域を管内波長の一波長以上あるのでマイクロ波は
十分に吸収することができる。
【００１１】これは以下の理由のためである。図１は、
ラジカル発生器内の磁場分布とイオン、ラジカルの動き
の概略を示した図である。プラズマ中のイオン１は磁力
線２に沿って運動するので、図１中に示すようにイオン
１がラジカル発生器の出口付近に到達することを少なく
することができる。また、ラジカル３は荷電粒子でない
ので、窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジカルは直進
する。イオンダメージを起こすイオン種は除去でき、窒
素分子ラジカルを基板上に輸送できる。
ラジカル発生器内の磁場分布とイオン、ラジカルの動き
の概略を示した図である。プラズマ中のイオン１は磁力
線２に沿って運動するので、図１中に示すようにイオン
１がラジカル発生器の出口付近に到達することを少なく
することができる。また、ラジカル３は荷電粒子でない
ので、窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジカルは直進
する。イオンダメージを起こすイオン種は除去でき、窒
素分子ラジカルを基板上に輸送できる。
【００１２】さらに、ラジカル発生器内の圧力Ｐを１×
１０−３Ｐａ≦Ｐ≦１Ｐａ にすることによって、ラジカル発生器内の窒素分子ラジ
カルまたは窒素原子ラジカルを多量に発生でき、かつ発
生したラジカルを衝突なく基板上に輸送できる。これに
より、反応性が高くかつ長寿命の窒素分子ラジカルの一
つに、準安定状態（Ａ３ Σ ｕ＋ ）がある。準安定
状態（Ａ３ Σ ｕ＋ ）は長寿命（＞１ｓｅｃ）であ
り、窒素原子に解離しやすい。ラジカル発生器７内の圧
力が、１×１０−３以上１Ｐａ以下の場合に多量に発生
できる。また、上記圧力であれば準安定状態（Ａ３ Σ
ｕ＋ ）と他の状態との衝突による失活反応を抑える
ことが可能となる。
１０−３Ｐａ≦Ｐ≦１Ｐａ にすることによって、ラジカル発生器内の窒素分子ラジ
カルまたは窒素原子ラジカルを多量に発生でき、かつ発
生したラジカルを衝突なく基板上に輸送できる。これに
より、反応性が高くかつ長寿命の窒素分子ラジカルの一
つに、準安定状態（Ａ３ Σ ｕ＋ ）がある。準安定
状態（Ａ３ Σ ｕ＋ ）は長寿命（＞１ｓｅｃ）であ
り、窒素原子に解離しやすい。ラジカル発生器７内の圧
力が、１×１０−３以上１Ｐａ以下の場合に多量に発生
できる。また、上記圧力であれば準安定状態（Ａ３ Σ
ｕ＋ ）と他の状態との衝突による失活反応を抑える
ことが可能となる。
【００１３】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。図２は本発明の成長装置の一つの実施例の概
略構成図であり、図３はラジカル発生器の概略構成図で
ある。基本構成としては、真空槽４内に基板５、３族原
子を供給するＫセル６、ラジカル発生器７である。ＥＣ
Ｒプラズマを形成するためのラジカル発生器７は、マイ
クロ波導入口８と窒素ガス導入口９を有し、ラジカル発
生器７の周囲に電磁石１０を配置した。ラジカル発生器
７は、内径８０ｍｍ、長さ６００ｍｍとした。マイクロ
波の周波数を２．４５ＧＨｚとした場合ＥＣＲ発生条件
を満足する磁場強度は０．０８７５Ｔとなり、また内径
８０ｍｍのラジカル発生器７に円筒ＴＥ１１モードを励
振する場合、ラジカル発生器７の管内波長は２７７ｍｍ
となる。ラジカル発生器７のマイクロ波の伝搬方向１１
に印加した磁場強度分布はマイクロ波導入口８付近で０
．１Ｔとした。０．１Ｔの磁場強度をマイクロ波導入口
８から３００ｍｍまで一定に保ち、この長さはラジカル
発生器７の管内波長（２７７ｍｍ）の一波長以上である
。 またラジカル発生器７の出口１２付近の磁場強度を０．
０２Ｔまで減少させて、ＥＣＲ条件以下の磁場強度とし
た。
説明する。図２は本発明の成長装置の一つの実施例の概
略構成図であり、図３はラジカル発生器の概略構成図で
ある。基本構成としては、真空槽４内に基板５、３族原
子を供給するＫセル６、ラジカル発生器７である。ＥＣ
Ｒプラズマを形成するためのラジカル発生器７は、マイ
クロ波導入口８と窒素ガス導入口９を有し、ラジカル発
生器７の周囲に電磁石１０を配置した。ラジカル発生器
７は、内径８０ｍｍ、長さ６００ｍｍとした。マイクロ
波の周波数を２．４５ＧＨｚとした場合ＥＣＲ発生条件
を満足する磁場強度は０．０８７５Ｔとなり、また内径
８０ｍｍのラジカル発生器７に円筒ＴＥ１１モードを励
振する場合、ラジカル発生器７の管内波長は２７７ｍｍ
となる。ラジカル発生器７のマイクロ波の伝搬方向１１
に印加した磁場強度分布はマイクロ波導入口８付近で０
．１Ｔとした。０．１Ｔの磁場強度をマイクロ波導入口
８から３００ｍｍまで一定に保ち、この長さはラジカル
発生器７の管内波長（２７７ｍｍ）の一波長以上である
。 またラジカル発生器７の出口１２付近の磁場強度を０．
０２Ｔまで減少させて、ＥＣＲ条件以下の磁場強度とし
た。
【００１４】ラジカル発生器７の出口１２の内径Ｄは７
０ｍｍとした。この内径Ｄは２．４５ＧＨｚ、円筒ＴＥ
１１モードの場合マイクロ波を遮断する内径７１．８ｍ
ｍ以下にしてあるので、マイクロ波は真空槽４内に伝搬
しない。マイクロ波電力は２００Ｗ一定にした。
０ｍｍとした。この内径Ｄは２．４５ＧＨｚ、円筒ＴＥ
１１モードの場合マイクロ波を遮断する内径７１．８ｍ
ｍ以下にしてあるので、マイクロ波は真空槽４内に伝搬
しない。マイクロ波電力は２００Ｗ一定にした。
【００１５】また、ラジカル発生器７の出口１２は直流
電源１３で負電位の電極にし、電極に−２０Ｖを印加し
た。ラジカル発生器７に円筒ＴＥ１１モードを励振する
ために、マイクロ波を円筒ＴＥ１１モードの導波管１４
を通して供給した。
電源１３で負電位の電極にし、電極に−２０Ｖを印加し
た。ラジカル発生器７に円筒ＴＥ１１モードを励振する
ために、マイクロ波を円筒ＴＥ１１モードの導波管１４
を通して供給した。
【００１６】図４は図３のラジカル発生器７の出口１２
付近において発光分光測定して得られた窒素分子イオン
の発光（３９１ｎｍ：Ｉ３９１ ）と窒素分子ラジカル
の発光（３３７ｎｍ：Ｉ３３７ ）の発光強度比（Ｉ３
３７ ／Ｉ３９１ ）の圧力依存性を示した。窒素分子
イオン（３９１ｎｍ）と窒素分子ラジカル（３３７ｎｍ
）の発光は、それぞれの遷移の上準位の寿命がほぼ同じ
なので、発光強度比（Ｉ３３７ ／Ｉ３９１ ）は窒素
分子ラジカルと窒素分子イオンの発生量比に比例してい
る。また、窒素分子ラジカルの発光（３３７ｎｍ）は、
窒素分子の電子間遷移Ｃ３ Πｕ −Ｂ３ Πｇ にお
ける振動準位間遷移（ν’、ν”）＝（０、０）の発光
であり、励起されたＣ３ Πｕ 状態は、Ｂ３ Πｇ
状態を経て準安定状態（Ａ３ Σ ｕ＋ ）になる。さ
らにＣ３ Πｕ 、Ｂ３ Πｇ 状態の寿命はμｓｅｃ
以下なので、窒素分子ラジカルの発光（３３７ｎｍ）の
発光強度は、準安定状態（Ａ３ Σ ｕ＋ ）の発生量
と比例している。
付近において発光分光測定して得られた窒素分子イオン
の発光（３９１ｎｍ：Ｉ３９１ ）と窒素分子ラジカル
の発光（３３７ｎｍ：Ｉ３３７ ）の発光強度比（Ｉ３
３７ ／Ｉ３９１ ）の圧力依存性を示した。窒素分子
イオン（３９１ｎｍ）と窒素分子ラジカル（３３７ｎｍ
）の発光は、それぞれの遷移の上準位の寿命がほぼ同じ
なので、発光強度比（Ｉ３３７ ／Ｉ３９１ ）は窒素
分子ラジカルと窒素分子イオンの発生量比に比例してい
る。また、窒素分子ラジカルの発光（３３７ｎｍ）は、
窒素分子の電子間遷移Ｃ３ Πｕ −Ｂ３ Πｇ にお
ける振動準位間遷移（ν’、ν”）＝（０、０）の発光
であり、励起されたＣ３ Πｕ 状態は、Ｂ３ Πｇ
状態を経て準安定状態（Ａ３ Σ ｕ＋ ）になる。さ
らにＣ３ Πｕ 、Ｂ３ Πｇ 状態の寿命はμｓｅｃ
以下なので、窒素分子ラジカルの発光（３３７ｎｍ）の
発光強度は、準安定状態（Ａ３ Σ ｕ＋ ）の発生量
と比例している。
【００１７】ラジカル発生器７内の圧力を１×１０−３
Ｐａ以下１Ｐａ以上にすると、窒素分子ラジカルの発生
量が窒素分子イオンより多く発生する。また、ラジカル
発生器７の出口１２を負電位に印加することにより、窒
素分子イオンをさらに除去できる。ラジカル発生器内の
圧力が１×１０−３Ｐａ未満の場合イオン種がラジカル
種より多く発生するとともに、発生量も少なくなる。圧
力が１Ｐａより大きい場合準安定状態（Ａ３ Σ ｕ＋
）の失活反応が増加する。
Ｐａ以下１Ｐａ以上にすると、窒素分子ラジカルの発生
量が窒素分子イオンより多く発生する。また、ラジカル
発生器７の出口１２を負電位に印加することにより、窒
素分子イオンをさらに除去できる。ラジカル発生器内の
圧力が１×１０−３Ｐａ未満の場合イオン種がラジカル
種より多く発生するとともに、発生量も少なくなる。圧
力が１Ｐａより大きい場合準安定状態（Ａ３ Σ ｕ＋
）の失活反応が増加する。
【００１８】以下本発明の具体的実施例について説明す
る。 実施例１（ＡｌＮ膜の成長）真空槽４内を１０−８Ｐａ
以下にした後、ラジカル発生器７内にＮ２ ガスを１〜
１０ｓｃｃｍ供給し、ラジカル発生器７内の圧力を１０
−３〜１Ｐａにした。マイクロ波電力は２００〜３００
Ｗを印加して、窒素ラジカルを発生させた。基板として
サファイアｃ面基板を用い、基板温度を４００〜７００
℃に設定した。Ａｌの供給源としてＫセル６を用いて、
セル温度を７００〜９００℃に設定した。分子線強度で
１０−６〜１０−５Ｐａであった。このようにして、サ
ファイアｃ面基板上にＡｌＮ膜を成長させた。Ｘ線回折
法によって結晶評価を行なうと、２θ＝３６゜近傍に（
００２）面からの回折ピークが現れており、成長させた
ＡｌＮ膜がｃ軸配向していることを示した。また、反射
高エネルギー電子線回折（ＲＨＥＥＤ）法による評価で
は、スポット状の回折パターンが得られ、成長させたＡ
ｌＮ膜が単結晶膜であることを示した。電気的特性では
ＡｌＮ膜は高抵抗膜であり、窒素空孔の少ない膜である
と考えられる。
る。 実施例１（ＡｌＮ膜の成長）真空槽４内を１０−８Ｐａ
以下にした後、ラジカル発生器７内にＮ２ ガスを１〜
１０ｓｃｃｍ供給し、ラジカル発生器７内の圧力を１０
−３〜１Ｐａにした。マイクロ波電力は２００〜３００
Ｗを印加して、窒素ラジカルを発生させた。基板として
サファイアｃ面基板を用い、基板温度を４００〜７００
℃に設定した。Ａｌの供給源としてＫセル６を用いて、
セル温度を７００〜９００℃に設定した。分子線強度で
１０−６〜１０−５Ｐａであった。このようにして、サ
ファイアｃ面基板上にＡｌＮ膜を成長させた。Ｘ線回折
法によって結晶評価を行なうと、２θ＝３６゜近傍に（
００２）面からの回折ピークが現れており、成長させた
ＡｌＮ膜がｃ軸配向していることを示した。また、反射
高エネルギー電子線回折（ＲＨＥＥＤ）法による評価で
は、スポット状の回折パターンが得られ、成長させたＡ
ｌＮ膜が単結晶膜であることを示した。電気的特性では
ＡｌＮ膜は高抵抗膜であり、窒素空孔の少ない膜である
と考えられる。
【００１９】なお、本実施例ではＮ２ ガスを用いたが
、ＮＨ３ ガスでも同様な結果が得られた。 実施例２（ＧａＮ膜の成長）真空槽４内のガス圧、窒素
ラジカルを発生させるラジカル発生器７内の条件は、実
施例１と同一に設定した。基板としてはサファイアｃ面
基板を用い、基板温度は４００〜６００℃と設定した。 Ｇａの供給源として、Ｇａの有機金属であるトリメチル
ガリウム（Ｇａ（ＣＨ３ ）３ ）を用いた。トリメチ
ルガリウムを３５℃一定に保ち、マスフローメータを用
いて真空槽４内に０．１〜０．５ｓｃｃｍ供給した。Ｘ
線回折法、ＲＨＥＥＤによって結晶評価を行なうと、Ａ
ｌＮ膜と同様にｃ軸配向の単結晶膜が得られた。電気的
特性も高抵抗膜であった。
、ＮＨ３ ガスでも同様な結果が得られた。 実施例２（ＧａＮ膜の成長）真空槽４内のガス圧、窒素
ラジカルを発生させるラジカル発生器７内の条件は、実
施例１と同一に設定した。基板としてはサファイアｃ面
基板を用い、基板温度は４００〜６００℃と設定した。 Ｇａの供給源として、Ｇａの有機金属であるトリメチル
ガリウム（Ｇａ（ＣＨ３ ）３ ）を用いた。トリメチ
ルガリウムを３５℃一定に保ち、マスフローメータを用
いて真空槽４内に０．１〜０．５ｓｃｃｍ供給した。Ｘ
線回折法、ＲＨＥＥＤによって結晶評価を行なうと、Ａ
ｌＮ膜と同様にｃ軸配向の単結晶膜が得られた。電気的
特性も高抵抗膜であった。
【００２０】なお、本実施例１、２においては、ＧａＮ
膜とＡｌＮ膜について説明したが、他の窒化物系化合物
半導体のＧａＡｌＮ、ＩｎＮにおいても、単結晶薄膜を
得ることができた。
膜とＡｌＮ膜について説明したが、他の窒化物系化合物
半導体のＧａＡｌＮ、ＩｎＮにおいても、単結晶薄膜を
得ることができた。
【００２１】以上説明したように、本発明の実施例によ
れば、真空槽内に窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジ
カルを発生させる手段と、３族原子を供給させる手段と
を有し、窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジカルを発
生させる手段として、マイクロ波と磁場の印加によって
窒素を含む気体のＥＣＲプラズマを発生させるラジカル
発生器を用い、ＥＣＲプラズマ中の窒素分子イオンまた
は窒素原子イオンを除去させる手段として、マイクロ波
の伝搬方向の磁場強度の分布をマイクロ波のラジカル発
生器内の導入口付近からマイクロ波の管内波長の一波長
以上の領域においてＥＣＲ条件以上の磁場強度に保ち、
ラジカル発生器の出口付近でＥＣＲ条件以下の磁場強度
にした構成で、多量の反応性の高い窒素ラジカルを発生
できるので、低い基板温度でかつイオン衝撃を少なくで
き、良質な窒化物系化合物半導体膜を得る効果をもつ。
れば、真空槽内に窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジ
カルを発生させる手段と、３族原子を供給させる手段と
を有し、窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジカルを発
生させる手段として、マイクロ波と磁場の印加によって
窒素を含む気体のＥＣＲプラズマを発生させるラジカル
発生器を用い、ＥＣＲプラズマ中の窒素分子イオンまた
は窒素原子イオンを除去させる手段として、マイクロ波
の伝搬方向の磁場強度の分布をマイクロ波のラジカル発
生器内の導入口付近からマイクロ波の管内波長の一波長
以上の領域においてＥＣＲ条件以上の磁場強度に保ち、
ラジカル発生器の出口付近でＥＣＲ条件以下の磁場強度
にした構成で、多量の反応性の高い窒素ラジカルを発生
できるので、低い基板温度でかつイオン衝撃を少なくで
き、良質な窒化物系化合物半導体膜を得る効果をもつ。
【００２２】また本発明は、ラジカル発生器内の圧力Ｐ
を１×１０−３Ｐａ以上１Ｐａ以下にしたことによって
、低圧力で多量のラジカルを発生できるので、高い反応
性の窒素ラジカルを他の粒子と衝突することなく基板上
まで容易に輸送できる効果を発揮できる。
を１×１０−３Ｐａ以上１Ｐａ以下にしたことによって
、低圧力で多量のラジカルを発生できるので、高い反応
性の窒素ラジカルを他の粒子と衝突することなく基板上
まで容易に輸送できる効果を発揮できる。
【００２３】以上のように、本発明は優れた効果を有す
るものであり、本発明の工業的価値は高い。
るものであり、本発明の工業的価値は高い。
【００２４】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、マイ
クロ波と磁場によって高励起、高密度のＥＣＲプラズマ
をプラズマ発生器内に容易に発生でき、窒素を含む気体
の場合反応性の高い窒素のイオン種やラジカル種を多量
に発生できる。さらに、ラジカル発生器内のマイクロ波
の伝搬方向の磁場強度の分布を、ラジカル発生器の導入
口付近からラジカル発生器の管内波長の一波長以上まで
の領域においてＥＣＲ発生条件以上の磁場強度に保ち、
ラジカル発生器の出口付近でＥＣＲ発生条件以下の磁場
強度にすることで、ＥＣＲプラズマ中の窒素分子イオン
または窒素原子イオンを除去できる。また、ＥＣＲ発生
条件以上の磁場強度の領域を管内波長の一波長以上ある
のでマイクロ波は十分に吸収することができる。
クロ波と磁場によって高励起、高密度のＥＣＲプラズマ
をプラズマ発生器内に容易に発生でき、窒素を含む気体
の場合反応性の高い窒素のイオン種やラジカル種を多量
に発生できる。さらに、ラジカル発生器内のマイクロ波
の伝搬方向の磁場強度の分布を、ラジカル発生器の導入
口付近からラジカル発生器の管内波長の一波長以上まで
の領域においてＥＣＲ発生条件以上の磁場強度に保ち、
ラジカル発生器の出口付近でＥＣＲ発生条件以下の磁場
強度にすることで、ＥＣＲプラズマ中の窒素分子イオン
または窒素原子イオンを除去できる。また、ＥＣＲ発生
条件以上の磁場強度の領域を管内波長の一波長以上ある
のでマイクロ波は十分に吸収することができる。
【００２５】さらに、ラジカル発生器内の圧力Ｐを１×
１０−３Ｐａ≦Ｐ≦１Ｐａ にすることによって、ラジカル発生器内の窒素分子ラジ
カルまたは窒素原子ラジカルを多量に発生でき、かつ発
生したラジカルを衝突なく基板上に輸送できる。
１０−３Ｐａ≦Ｐ≦１Ｐａ にすることによって、ラジカル発生器内の窒素分子ラジ
カルまたは窒素原子ラジカルを多量に発生でき、かつ発
生したラジカルを衝突なく基板上に輸送できる。
【図１】本発明の一実施例のラジカル発生器内の磁場分
布と、イオン、ラジカルの動きの概略図である。
布と、イオン、ラジカルの動きの概略図である。
【図２】本発明の一実施例の成長装置の概略構成図であ
る。
る。
【図３】本発明の一実施例のラジカル発生器の概略構成
図である。
図である。
【図４】本発明の一実施例のラジカル発生器の出口付近
において発光分光測定して得られた窒素分子イオンの発
光（３９１ｎｍ：Ｉ３９１ ）と窒素分子ラジカルの発
光（３３７ｎｍ：Ｉ３３７ ）の発光強度比（Ｉ３３７
／Ｉ３９１ ）の圧力依存性を示した図である。
において発光分光測定して得られた窒素分子イオンの発
光（３９１ｎｍ：Ｉ３９１ ）と窒素分子ラジカルの発
光（３３７ｎｍ：Ｉ３３７ ）の発光強度比（Ｉ３３７
／Ｉ３９１ ）の圧力依存性を示した図である。
【図５】従来の窒化物系化合物半導体膜の成長装置の概
略構成図である。
略構成図である。
１ イオン
２ 磁力線
３ ラジカル
４ 真空槽
５ 基板
６ Ｋセル
７ ラジカル発生器
８ マイクロ波導入口
９ 窒素ガス導入口
１０ 電磁石
１１ マイクロ波の伝搬方向
１２ ラジカル発生器の出口
１３ 直流電源
１４ ＴＥ１１モードの円筒導波管
１５ 石英板
１９ 窒化物系化合物半導体膜
２１ ３族有機金属導入口
２２ プラズマ発生室
２３ 成長室
Claims (4)
- 【請求項１】真空槽内に、３族原子を供給させる手段と
、窒素分子ラジカルまたは窒素原子ラジカルを発生させ
る手段とを少なくとも備えた窒化物系化合物半導体膜の
成長装置であって、前記窒素分子ラジカルまたは窒素原
子ラジカルを発生させる手段として、マイクロ波と磁場
の印加によって窒素を含む気体の電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマを発生させるラジカル発生器を用
い、前記ＥＣＲプラズマ中の窒素分子イオンまたは窒素
原子イオンを除去させる手段として、前記マイクロ波の
伝搬方向の磁場強度の分布を、前記ラジカル発生器の前
記マイクロ波の導入口付近から前記ラジカル発生器の管
内波長の一波長以上までの領域においてＥＣＲ発生条件
以上の磁場強度に保ち、前記ラジカル発生器の出口付近
でＥＣＲ発生条件以下の磁場強度にしたことを特徴とす
る窒化物系化合物半導体膜の成長装置。 - 【請求項２】ラジカル発生器内に負電位の電極を設ける
請求項１に記載の窒化物系化合物半導体膜の成長装置。 - 【請求項３】ラジカル発生器の出口としてマイクロ波を
遮断できる大きさ以下にした請求項１に記載の窒化物系
化合物半導体膜の成長装置。 - 【請求項４】ラジカル発生器によって窒素分子ラジカル
または窒素原子ラジカルを発生させ、３族原子を供給し
て窒化物系化合物半導体膜の成長において、前記ラジカ
ル発生器内の圧力Ｐを １×１０−３Ｐａ≦Ｐ≦１Ｐａ にした請求項１に記載の窒化物系化合物半導体膜の成長
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03118583A JP3075581B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 窒化物系化合物半導体膜の成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03118583A JP3075581B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 窒化物系化合物半導体膜の成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04346218A true JPH04346218A (ja) | 1992-12-02 |
| JP3075581B2 JP3075581B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=14740183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03118583A Expired - Fee Related JP3075581B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 窒化物系化合物半導体膜の成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3075581B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07263766A (ja) * | 1994-03-24 | 1995-10-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 |
| JPH11135885A (ja) * | 1997-10-30 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法及び半導体レーザ装置 |
| WO2000002240A1 (fr) * | 1998-07-07 | 2000-01-13 | Japan Science And Technology Corporation | PROCEDE DE SYNTHESE DE FILMS MINCES DE MONOCRISTAUX D'AlN A FAIBLE RESISTANCE DE TYPES n ET p |
| JP2003282434A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-10-03 | Ngk Insulators Ltd | ＺｎＯ系エピタキシャル成長基板、ＺｎＯ系エピタキシャル下地基板、及びＺｎＯ系膜の製造方法 |
| JP2014510414A (ja) * | 2011-03-23 | 2014-04-24 | コリア ベーシック サイエンス インスティテュート | 中性粒子ビームを用いた発光素子の製造方法及び装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5852542B2 (ja) | 2012-10-10 | 2016-02-03 | 綾羽株式会社 | 炭素繊維強化複合材用織物およびその製造方法 |
-
1991
- 1991-05-23 JP JP03118583A patent/JP3075581B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07263766A (ja) * | 1994-03-24 | 1995-10-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属窒化物単結晶薄膜育成法および装置 |
| JPH11135885A (ja) * | 1997-10-30 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法及び半導体レーザ装置 |
| WO2000002240A1 (fr) * | 1998-07-07 | 2000-01-13 | Japan Science And Technology Corporation | PROCEDE DE SYNTHESE DE FILMS MINCES DE MONOCRISTAUX D'AlN A FAIBLE RESISTANCE DE TYPES n ET p |
| US6281099B1 (en) | 1998-07-07 | 2001-08-28 | Japan Science And Technology Corporation | Method for synthesizing single crystal AIN thin films of low resistivity n-type and low resistivity p-type |
| JP2003282434A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-10-03 | Ngk Insulators Ltd | ＺｎＯ系エピタキシャル成長基板、ＺｎＯ系エピタキシャル下地基板、及びＺｎＯ系膜の製造方法 |
| JP2014510414A (ja) * | 2011-03-23 | 2014-04-24 | コリア ベーシック サイエンス インスティテュート | 中性粒子ビームを用いた発光素子の製造方法及び装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3075581B2 (ja) | 2000-08-14 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |