JPH088185A - ＧａＮ系化合物半導体薄膜の積層構造および成長方法 - Google Patents
ＧａＮ系化合物半導体薄膜の積層構造および成長方法Info
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- JPH088185A JPH088185A JP15680794A JP15680794A JPH088185A JP H088185 A JPH088185 A JP H088185A JP 15680794 A JP15680794 A JP 15680794A JP 15680794 A JP15680794 A JP 15680794A JP H088185 A JPH088185 A JP H088185A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 有機金属気相成長法を用い、サファイヤ基板
を 900〜1100℃で熱処理する工程、該サファイヤ基板を
300〜 700℃に保持して該基板上にＴＭＧ、ＴＭＩｎ、
ＮＨ3 を原料としてＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦0.3)か
らなるバッファ層を 0.005〜 0.2μｍの厚さに成長させ
る工程、該Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層を 900℃以上で熱処理す
る工程及び該Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層上にＴＭＧａ、ＴＭＩ
ｎ、又はＴＭＡｌの少くとも１種とＮＨ3 を原料として
ＧａＮ系化合物半導体((Ｇａz Ａｌ1-z ）1-y Ｉｎy Ｎ
（０≦ｚ≦１，０≦ｙ≦１))の単結晶薄膜を成長させる
工程からなることを特徴とするＧａＮ系化合物半導体薄
膜の成長方法。 【効果】 本発明によればサファイヤ基板上にＧａＮ系
化合物半導体薄膜を成長させる際のバッファ層が酸素を
取り込むことがなくなるので、得られる薄膜は酸素に起
因する白濁もなく安定した鏡面となる。
を 900〜1100℃で熱処理する工程、該サファイヤ基板を
300〜 700℃に保持して該基板上にＴＭＧ、ＴＭＩｎ、
ＮＨ3 を原料としてＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦0.3)か
らなるバッファ層を 0.005〜 0.2μｍの厚さに成長させ
る工程、該Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層を 900℃以上で熱処理す
る工程及び該Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層上にＴＭＧａ、ＴＭＩ
ｎ、又はＴＭＡｌの少くとも１種とＮＨ3 を原料として
ＧａＮ系化合物半導体((Ｇａz Ａｌ1-z ）1-y Ｉｎy Ｎ
（０≦ｚ≦１，０≦ｙ≦１))の単結晶薄膜を成長させる
工程からなることを特徴とするＧａＮ系化合物半導体薄
膜の成長方法。 【効果】 本発明によればサファイヤ基板上にＧａＮ系
化合物半導体薄膜を成長させる際のバッファ層が酸素を
取り込むことがなくなるので、得られる薄膜は酸素に起
因する白濁もなく安定した鏡面となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光ダイオード等に
用いるＧａＮ系化合物半導体（（Ｇａz Ａｌ1-z ）1-y
Ｉｎy Ｎ）薄膜の積層構造と成長方法に関する。
用いるＧａＮ系化合物半導体（（Ｇａz Ａｌ1-z ）1-y
Ｉｎy Ｎ）薄膜の積層構造と成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系化合物半導体は青色発光ダイオ
ードの材料として最近注目されている。そしてこれら化
合物半導体薄膜を得るには通常サファイヤを基板として
用い、そのＣ面の表面に有機金属気相エピタキシー法
（ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）
等の気相エピタキシャル成長法を用いている。なお基板
にサファイヤを用いるのはこれら化合物半導体と格子整
合する材料が他に存在しないためである。
ードの材料として最近注目されている。そしてこれら化
合物半導体薄膜を得るには通常サファイヤを基板として
用い、そのＣ面の表面に有機金属気相エピタキシー法
（ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）
等の気相エピタキシャル成長法を用いている。なお基板
にサファイヤを用いるのはこれら化合物半導体と格子整
合する材料が他に存在しないためである。
【０００３】サファイヤとＧａＮやＡｌＮとの格子不整
合率はそれぞれ16.1％及び13.2％とかなり大きい。この
ためサファイヤ基板上に基板温度1000℃で、Ｇａ源とし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ；Ｇａ（Ｃ
Ｈ3 ）3 ）、Ｎ源としてアンモニア（ＮＨ3 ）を用いて
通常の有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ法）でＧａＮを
成長させると六角形のファセットを有する凹凸が形成さ
れた欠陥の多い薄膜しか得られない。
合率はそれぞれ16.1％及び13.2％とかなり大きい。この
ためサファイヤ基板上に基板温度1000℃で、Ｇａ源とし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ；Ｇａ（Ｃ
Ｈ3 ）3 ）、Ｎ源としてアンモニア（ＮＨ3 ）を用いて
通常の有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ法）でＧａＮを
成長させると六角形のファセットを有する凹凸が形成さ
れた欠陥の多い薄膜しか得られない。
【０００４】これを解決する手段として、従来２段階成
長法が提案されている（例えば公知例としてI. Akasa
ki et al., J. Crystal Growth 98(1989) 209 及び特開
平2-229476号公報、公知例としてS. Nakamura et a
l,, Jpn. J. Appl. Phys. 32(1993) L8 、また公知例
として特開平4-297023号公報がある。）。図１にこの２
段階成長法のシーケンスを示し、以下にＭＯＶＰＥ法を
上記公知例に適用した場合を説明する。なおこの場合Ｇ
ａ源としてはＴＭＧａを、Ａｌ源としてはトリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡｌ；Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）を、Ｎ源と
してはＮＨ3 を用い、成長させるＧａＮ系化合物半導体
としてはいずれの例でもＧａＮである。
長法が提案されている（例えば公知例としてI. Akasa
ki et al., J. Crystal Growth 98(1989) 209 及び特開
平2-229476号公報、公知例としてS. Nakamura et a
l,, Jpn. J. Appl. Phys. 32(1993) L8 、また公知例
として特開平4-297023号公報がある。）。図１にこの２
段階成長法のシーケンスを示し、以下にＭＯＶＰＥ法を
上記公知例に適用した場合を説明する。なおこの場合Ｇ
ａ源としてはＴＭＧａを、Ａｌ源としてはトリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡｌ；Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）を、Ｎ源と
してはＮＨ3 を用い、成長させるＧａＮ系化合物半導体
としてはいずれの例でもＧａＮである。
【０００５】（Ｉ）公知例について (a) Ｔ1 ＝1150℃で10分間、Ｈ2 中にて基板を熱処理し
て基板のクリーニングを行う。 (b) Ｔ2 ＝ 600℃でＴＭＡｌとＮＨ3 を反応炉に導入
し、基板上にバッファ層としてＡｌＮを 500オングスト
ローム成長させる。 (c) Ｔ3 ＝1000℃でＴＭＧａとＮＨ3 を反応炉に導入し
てＡｌＮのバッファ層上にＧａＮを成長させる。
て基板のクリーニングを行う。 (b) Ｔ2 ＝ 600℃でＴＭＡｌとＮＨ3 を反応炉に導入
し、基板上にバッファ層としてＡｌＮを 500オングスト
ローム成長させる。 (c) Ｔ3 ＝1000℃でＴＭＧａとＮＨ3 を反応炉に導入し
てＡｌＮのバッファ層上にＧａＮを成長させる。
【０００６】（II）公知例について (a) Ｔ1 ＝1050℃でＨ2 中にて基板を熱処理する。 (b) Ｔ2 ＝ 510℃でＴＭＧａとＮＨ3 を反応炉に導入
し、基板上にバッファ層としてＧａＮを 250オングスト
ローム成長させる。 (c) Ｔ3 ＝1020℃でＴＭＧａとＮＨ3 を反応炉に導入
し、さらにＧａＮを成長させる。
し、基板上にバッファ層としてＧａＮを 250オングスト
ローム成長させる。 (c) Ｔ3 ＝1020℃でＴＭＧａとＮＨ3 を反応炉に導入
し、さらにＧａＮを成長させる。
【０００７】(III) 公知例について (a) Ｔ1 ＝1060℃でＨ2 中で基板を熱処理する。 (b) Ｔ2 ＝ 500℃でＴＭＧａ、ＴＭＡｌ及びＮＨ3 を反
応炉に導入して基板上にバッファ層としてＡｌ0.5 Ｇａ
0.5 Ｎを 200オングストローム成長させる。 (c) Ｔ3 ＝1030℃でＴＭＧａとＮＨ3 を反応炉に導入し
て、バッファ層上にＧａＮを成長させる。
応炉に導入して基板上にバッファ層としてＡｌ0.5 Ｇａ
0.5 Ｎを 200オングストローム成長させる。 (c) Ｔ3 ＝1030℃でＴＭＧａとＮＨ3 を反応炉に導入し
て、バッファ層上にＧａＮを成長させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術でＧａＮ化合物半導体薄膜の成長を行った場合、
以下のように薄膜結晶が白濁してしまう場合があり、そ
の改善が望まれていた。
の技術でＧａＮ化合物半導体薄膜の成長を行った場合、
以下のように薄膜結晶が白濁してしまう場合があり、そ
の改善が望まれていた。
【０００９】即ちサファイヤ基板２枚を用意し、それぞ
れの上に図１の温度シーケンスに従って次の手順で異な
るバッファ層を有するＧａＮ化合物半導体薄膜を成長さ
せた。 (a) Ｔ1 ＝1000℃でＨ2 中で基板を10分間熱処理した。 (b) バッファ層として次のようにＧａＮとＡｌx Ｇａ
1-x Ｎの２種類を別個に基板上に成長させた。 (イ) Ｔ2 ＝ 500℃でＴＭＧａ及びＮＨ3 をそれぞれ４
μmol/min 及び１ＳＬＭ (Standard Liter / Minute)の
流量で反応炉に導入してバッファ層としてＧａＮを成長
時間４分間で膜厚 250オングストロームに成長させた。 (ロ) Ｔ2 ＝ 500℃でＴＭＧａ、ＴＭＡｌ及びＮＨ3 を
それぞれ２μmol/min、２μmol/min 及び１ＳＬＭの流
量で反応炉に導入してバッファ層としてＡｌxＧａ1-x
Ｎを成長時間４分間で膜厚 250オングストロームに成長
させた。 (c) Ｔ3 ＝1000℃でＴＭＧａ及びＮＨ3 をそれぞれ70μ
mol/min 及び３ＳＬＭの流量で反応炉に導入して上記い
ずれのバッファ層上にも、ＧａＮ化合物半導体薄膜を成
長時間10分間で膜厚１μｍに成長させた。
れの上に図１の温度シーケンスに従って次の手順で異な
るバッファ層を有するＧａＮ化合物半導体薄膜を成長さ
せた。 (a) Ｔ1 ＝1000℃でＨ2 中で基板を10分間熱処理した。 (b) バッファ層として次のようにＧａＮとＡｌx Ｇａ
1-x Ｎの２種類を別個に基板上に成長させた。 (イ) Ｔ2 ＝ 500℃でＴＭＧａ及びＮＨ3 をそれぞれ４
μmol/min 及び１ＳＬＭ (Standard Liter / Minute)の
流量で反応炉に導入してバッファ層としてＧａＮを成長
時間４分間で膜厚 250オングストロームに成長させた。 (ロ) Ｔ2 ＝ 500℃でＴＭＧａ、ＴＭＡｌ及びＮＨ3 を
それぞれ２μmol/min、２μmol/min 及び１ＳＬＭの流
量で反応炉に導入してバッファ層としてＡｌxＧａ1-x
Ｎを成長時間４分間で膜厚 250オングストロームに成長
させた。 (c) Ｔ3 ＝1000℃でＴＭＧａ及びＮＨ3 をそれぞれ70μ
mol/min 及び３ＳＬＭの流量で反応炉に導入して上記い
ずれのバッファ層上にも、ＧａＮ化合物半導体薄膜を成
長時間10分間で膜厚１μｍに成長させた。
【００１０】このような成長工程で使用するＮＨ3 ガス
の供給源としては通常ボンベ入りＮＨ3 を用いるが、こ
の際異なるロットの５本のＮＨ3 ボンベを用い、それぞ
れ上記のバッファ層の成長を行った場合のＧａＮ化合物
半導体薄膜の表面状態を観察してその結果を表１に示し
た。
の供給源としては通常ボンベ入りＮＨ3 を用いるが、こ
の際異なるロットの５本のＮＨ3 ボンベを用い、それぞ
れ上記のバッファ層の成長を行った場合のＧａＮ化合物
半導体薄膜の表面状態を観察してその結果を表１に示し
た。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１から明らかなようにＡｌx Ｇａ1-x Ｎ
をバッファ層とした場合はかなり程度の悪い白濁がみら
れるが、ＧａＮをバッファ層とした場合の白濁はわずか
であった。しかしいずれの場合でもこのような従来技術
ではバッファ層がＮＨ3 ボンベのロットのバラツキの影
響をうけてしまうので鏡面結晶が得られない場合があっ
た。
をバッファ層とした場合はかなり程度の悪い白濁がみら
れるが、ＧａＮをバッファ層とした場合の白濁はわずか
であった。しかしいずれの場合でもこのような従来技術
ではバッファ層がＮＨ3 ボンベのロットのバラツキの影
響をうけてしまうので鏡面結晶が得られない場合があっ
た。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
に鑑み検討の結果、ＮＨ3 ボンベのロット間のバラツキ
の影響を受けることなく品質の良好なバッファ層が得ら
れ、従って鏡面状態の結晶薄膜が得られるＧａＮ系化合
物半導体薄膜の積層構造と該薄膜の成長方法を提供する
ものである。
に鑑み検討の結果、ＮＨ3 ボンベのロット間のバラツキ
の影響を受けることなく品質の良好なバッファ層が得ら
れ、従って鏡面状態の結晶薄膜が得られるＧａＮ系化合
物半導体薄膜の積層構造と該薄膜の成長方法を提供する
ものである。
【００１４】即ち本発明のＧａＮ系化合物半導体薄膜の
積層構造は、サファイヤ基板上にバッファ層としてＩｎ
x Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦0.3)を設け、その上にＧａＮ系
化合物半導体((Ｇａz Ａｌ1-z ）1-y Ｉｎy Ｎ（０≦ｚ
≦１，０≦ｙ≦１))の単結晶薄膜を設けたことを特徴と
するものである。
積層構造は、サファイヤ基板上にバッファ層としてＩｎ
x Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦0.3)を設け、その上にＧａＮ系
化合物半導体((Ｇａz Ａｌ1-z ）1-y Ｉｎy Ｎ（０≦ｚ
≦１，０≦ｙ≦１))の単結晶薄膜を設けたことを特徴と
するものである。
【００１５】また本発明のＧａＮ系化合物半導体薄膜の
成長方法は、有機金属気相成長法を用い、サファイヤ基
板を 900〜1100℃で熱処理する工程、該サファイヤ基板
を 300〜 700℃に保持して該基板上にＴＭＧａ、ＴＭＩ
ｎ、ＮＨ3 を原料としてＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦0.
3)からなるバッファ層を 0.005〜 0.2μｍの厚さに成長
させる工程、該Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層を 900℃以
上で熱処理する工程及び該Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層
上にＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡｌの少くとも１種とＮ
Ｈ3 を原料としてＧａＮ系化合物半導体((Ｇａz Ａｌ
1-z ）1-y ＩｎyＮ（０≦ｚ≦１，０≦ｙ≦１))の単結
晶薄膜を成長させる工程からなることを特徴とするもの
である。
成長方法は、有機金属気相成長法を用い、サファイヤ基
板を 900〜1100℃で熱処理する工程、該サファイヤ基板
を 300〜 700℃に保持して該基板上にＴＭＧａ、ＴＭＩ
ｎ、ＮＨ3 を原料としてＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦0.
3)からなるバッファ層を 0.005〜 0.2μｍの厚さに成長
させる工程、該Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層を 900℃以
上で熱処理する工程及び該Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層
上にＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡｌの少くとも１種とＮ
Ｈ3 を原料としてＧａＮ系化合物半導体((Ｇａz Ａｌ
1-z ）1-y ＩｎyＮ（０≦ｚ≦１，０≦ｙ≦１))の単結
晶薄膜を成長させる工程からなることを特徴とするもの
である。
【００１６】
【作用】一般にＮＨ3 は水を吸収し易いガスである。従
って上記の従来法でバッファ層を成長させると導入した
ＮＨ3 に含まれる水分からの酸素がバッファ層に取り込
まれ、これを 900℃以上で熱処理しても良質の種結晶と
ならないために上記したような白濁が発生するものと推
定される。例えばＡｌＧａＡｓはＧａＡｓより酸素が取
り込まれやすく、このＡｌＧａＡｓをバッファ層に用い
た場合の方がＧａＡｓをバッファ層に用いた場合よりも
その上に成長させるＧａＮ系化合物半導体薄膜の白濁の
程度が悪い。以上のことからバッファ層として酸素の取
り込まれにくい材料を用いることが白濁発生の抑制に効
果があるものと考えられる。
って上記の従来法でバッファ層を成長させると導入した
ＮＨ3 に含まれる水分からの酸素がバッファ層に取り込
まれ、これを 900℃以上で熱処理しても良質の種結晶と
ならないために上記したような白濁が発生するものと推
定される。例えばＡｌＧａＡｓはＧａＡｓより酸素が取
り込まれやすく、このＡｌＧａＡｓをバッファ層に用い
た場合の方がＧａＡｓをバッファ層に用いた場合よりも
その上に成長させるＧａＮ系化合物半導体薄膜の白濁の
程度が悪い。以上のことからバッファ層として酸素の取
り込まれにくい材料を用いることが白濁発生の抑制に効
果があるものと考えられる。
【００１７】また酸素はVI族元素であるのでＧａＮ系化
合物半導体薄膜においてはＶ族サイトの空孔に入りやす
い。従ってＶ族サイトの空孔が少なくなる条件でバッフ
ァ層を成長させることが望ましい。ところが上記のよう
にバッファ層の成長温度は 500℃付近と低いのでＶ族原
料であるＮＨ3 の分解が進みにくい。これを解決するに
は同時に導入する III族原料としてより分解しやすい原
料を用い、ＮＨ3 と反応するメチルラジカルを多量に発
生させればよいといえる。ここで III族原料としてはＴ
ＭＩｎの方がＴＭＧａよりも低温で分解しやすい。従っ
てバッファ層としてはＩｎを含むＩｎx Ｇａ1-x Ｎを用
いる方が単にＧａＮを用いる場合よりも酸素の影響を受
けにくいといえる。
合物半導体薄膜においてはＶ族サイトの空孔に入りやす
い。従ってＶ族サイトの空孔が少なくなる条件でバッフ
ァ層を成長させることが望ましい。ところが上記のよう
にバッファ層の成長温度は 500℃付近と低いのでＶ族原
料であるＮＨ3 の分解が進みにくい。これを解決するに
は同時に導入する III族原料としてより分解しやすい原
料を用い、ＮＨ3 と反応するメチルラジカルを多量に発
生させればよいといえる。ここで III族原料としてはＴ
ＭＩｎの方がＴＭＧａよりも低温で分解しやすい。従っ
てバッファ層としてはＩｎを含むＩｎx Ｇａ1-x Ｎを用
いる方が単にＧａＮを用いる場合よりも酸素の影響を受
けにくいといえる。
【００１８】なおバッファ層上に成長させるＧａＮ系化
合物半導体薄膜の場合は成長温度が1000℃と高温である
ため使用する原料のＮＨ3 の分解が促進されるので酸素
の影響を受けにくくなっている。従って極端に残留水分
の多いＮＨ3 の使用を除外すれば該薄膜中に酸素が取り
込まれるおそれはない。
合物半導体薄膜の場合は成長温度が1000℃と高温である
ため使用する原料のＮＨ3 の分解が促進されるので酸素
の影響を受けにくくなっている。従って極端に残留水分
の多いＮＨ3 の使用を除外すれば該薄膜中に酸素が取り
込まれるおそれはない。
【００１９】以上のような考察の結果本発明ではバッフ
ァ層としてＩｎx Ｇａ1-x Ｎを用いたものであるが、こ
のＩｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層は成長時には多結晶であ
る。ところが該バッファ層上に成長させるＧａＮ系化合
物半導体薄膜の成長時に温度を1000℃まで上昇させるた
め該バッファ層は部分的に単結晶化し、該ＧａＮ系化合
物半導体薄膜用の種結晶として作用することになる。
ァ層としてＩｎx Ｇａ1-x Ｎを用いたものであるが、こ
のＩｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層は成長時には多結晶であ
る。ところが該バッファ層上に成長させるＧａＮ系化合
物半導体薄膜の成長時に温度を1000℃まで上昇させるた
め該バッファ層は部分的に単結晶化し、該ＧａＮ系化合
物半導体薄膜用の種結晶として作用することになる。
【００２０】
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに説明する。
【００２１】（実施例１）サファイヤ基板３枚を用意
し、それぞれの上に図１に示すシーケンスにより以下の
工程で異なるバッファ層を有するＧａＮ化合物半導体薄
膜を成長させた。 (a) Ｔ1 ＝1000℃でＨ2 中で10分間基板を熱処理した。 (b) Ｔ2 ＝ 500℃でＴＭＧａ、ＩＭＩｎ、ＮＨ3 をそれ
ぞれ以下の流量で反応炉内に導入して、別個の基板上に
バッファ層として以下の３種類の各々組成比の異なるＩ
ｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦0.3)を４分間成長させた。
（膜厚は 250〜300 オングストローム） (c) Ｔ3 ＝1000℃でＴＭＧａ及びＮＨ3 をそれぞれ70μ
mol/min 及び３ＳＬＭの流量で反応炉に導入して上記い
ずれのバッファ層上にもそれぞれＧａＮ化合物半導体薄
膜を10分間で１μｍの厚さに成長させた。
し、それぞれの上に図１に示すシーケンスにより以下の
工程で異なるバッファ層を有するＧａＮ化合物半導体薄
膜を成長させた。 (a) Ｔ1 ＝1000℃でＨ2 中で10分間基板を熱処理した。 (b) Ｔ2 ＝ 500℃でＴＭＧａ、ＩＭＩｎ、ＮＨ3 をそれ
ぞれ以下の流量で反応炉内に導入して、別個の基板上に
バッファ層として以下の３種類の各々組成比の異なるＩ
ｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦0.3)を４分間成長させた。
（膜厚は 250〜300 オングストローム） (c) Ｔ3 ＝1000℃でＴＭＧａ及びＮＨ3 をそれぞれ70μ
mol/min 及び３ＳＬＭの流量で反応炉に導入して上記い
ずれのバッファ層上にもそれぞれＧａＮ化合物半導体薄
膜を10分間で１μｍの厚さに成長させた。
【００２２】なお図１においてＴ3 ＝1000℃まで昇温
し、その温度に安定するまで３分間保持した後工程 (c)
のＧａＮ化合物半導体薄膜の成長を行うが、この昇温と
保持の部分が本発明におけるＩｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ
層の 900℃以上での熱処理工程に該当する。
し、その温度に安定するまで３分間保持した後工程 (c)
のＧａＮ化合物半導体薄膜の成長を行うが、この昇温と
保持の部分が本発明におけるＩｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ
層の 900℃以上での熱処理工程に該当する。
【００２３】また、上記の工程 (b)において使用するＮ
Ｈ3 ガスのボンベとしては、上記従来技術に従って実施
した試験時に使用したロット番号＃１、＃３〜＃５と同
一のものを用いて３種類のバッファ層を成長させた。そ
の後 (c)工程を経て得られたＧａＮ化合物半導体薄膜の
表面状態を観察してその結果を表２に示した。なお表面
状態の評価記号は表１に同じである。
Ｈ3 ガスのボンベとしては、上記従来技術に従って実施
した試験時に使用したロット番号＃１、＃３〜＃５と同
一のものを用いて３種類のバッファ層を成長させた。そ
の後 (c)工程を経て得られたＧａＮ化合物半導体薄膜の
表面状態を観察してその結果を表２に示した。なお表面
状態の評価記号は表１に同じである。
【００２４】
【表２】
【００２５】表１及び表２から従来技術では薄膜表面の
白濁の程度が著しかったＮＨ3 ボンベのロット番号＃４
及び＃５の場合でも、バッファ層のＩｎ組成が 0.1及び
0.2の場合は完全な鏡面が得られた。即ちＩｎ組成 0.1
及び 0.2のＩｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層はＮＨ3 ボンベ
のロットの影響は受けないことが判る。
白濁の程度が著しかったＮＨ3 ボンベのロット番号＃４
及び＃５の場合でも、バッファ層のＩｎ組成が 0.1及び
0.2の場合は完全な鏡面が得られた。即ちＩｎ組成 0.1
及び 0.2のＩｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層はＮＨ3 ボンベ
のロットの影響は受けないことが判る。
【００２６】（実施例２）実施例１の工程 (b)において
バッファ層の組成をＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎとするために各
原料の流量を実施例１の条件と同じに調整し、さらに基
板温度とＧａＮ化合物半導体薄膜の成長時間（膜厚）を
表３の通り変化させたときの該薄膜表面の状態を観察
し、その結果を表３に併記した。なおＮＨ3 ボンベはロ
ット番号＃５のものを用いた。また表中表面状態の評価
記号は表１に同じである。
バッファ層の組成をＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎとするために各
原料の流量を実施例１の条件と同じに調整し、さらに基
板温度とＧａＮ化合物半導体薄膜の成長時間（膜厚）を
表３の通り変化させたときの該薄膜表面の状態を観察
し、その結果を表３に併記した。なおＮＨ3 ボンベはロ
ット番号＃５のものを用いた。また表中表面状態の評価
記号は表１に同じである。
【００２７】
【表３】
【００２８】表３から明らかなようにＩｎx Ｇａ1-x Ｎ
からなるバッファ層の基板の温度や成長時間を種々変化
させても得られるＧａＮ化合物半導体薄膜の表面状態は
良好である。。
からなるバッファ層の基板の温度や成長時間を種々変化
させても得られるＧａＮ化合物半導体薄膜の表面状態は
良好である。。
【００２９】（実施例３）図２に示すシーケンスにより
サファイヤ基板上に以下の工程でＧａＮ化合物半導体を
成長させた。 (a) Ｔ1 ＝1000℃でＨ2 中で10分間基板を熱処理した。 (b) Ｔ2 ＝ 500℃でバッファ層としてＩｎ0.1 Ｇａ0.9
Ｎを成長させるため反応炉内にＴＭＧａ、ＴＭＩｎ及び
ＮＨ3 をそれぞれ４μmol/min 、0.44μmol/min 及び１
ＳＬＭ導入して４分間成長させた。 (c) Ｔ3 ＝ 850℃又は 900℃でＮＨ3 を１ＳＬＭ流しな
がら２分間熱処理した。 (d) Ｔ4 ＝ 800℃で反応炉内にＴＭＧａ、ＴＭＩｎ及び
ＮＨ3 をそれぞれ40μmol/min 、 4.4μmol/min 及び３
ＳＬＭ導入してＩｎＧａＮ化合物半導体薄膜を16分間成
長させた（膜厚は約１μｍ）。 このように成長させたＩｎＧａＮ化合物半導体薄膜の表
面状態を調べた結果を表４に示す。なお表中の表面状態
の評価記号は表１に同じである。
サファイヤ基板上に以下の工程でＧａＮ化合物半導体を
成長させた。 (a) Ｔ1 ＝1000℃でＨ2 中で10分間基板を熱処理した。 (b) Ｔ2 ＝ 500℃でバッファ層としてＩｎ0.1 Ｇａ0.9
Ｎを成長させるため反応炉内にＴＭＧａ、ＴＭＩｎ及び
ＮＨ3 をそれぞれ４μmol/min 、0.44μmol/min 及び１
ＳＬＭ導入して４分間成長させた。 (c) Ｔ3 ＝ 850℃又は 900℃でＮＨ3 を１ＳＬＭ流しな
がら２分間熱処理した。 (d) Ｔ4 ＝ 800℃で反応炉内にＴＭＧａ、ＴＭＩｎ及び
ＮＨ3 をそれぞれ40μmol/min 、 4.4μmol/min 及び３
ＳＬＭ導入してＩｎＧａＮ化合物半導体薄膜を16分間成
長させた（膜厚は約１μｍ）。 このように成長させたＩｎＧａＮ化合物半導体薄膜の表
面状態を調べた結果を表４に示す。なお表中の表面状態
の評価記号は表１に同じである。
【００３０】
【表４】
【００３１】表４よりＴ3 ＝ 850℃の場合は表面はやや
白濁したが、Ｔ3 ＝ 900℃では鏡面の薄膜が得られるこ
とが判る。
白濁したが、Ｔ3 ＝ 900℃では鏡面の薄膜が得られるこ
とが判る。
【００３２】
【発明の効果】このように本発明によればサファイヤ基
板上にＧａＮ系化合物半導体薄膜を成長させる際のバッ
ファ層が酸素を取り込むことがなくなるので、得られる
薄膜結晶は酸素に起因する白濁もなく安定した鏡面とな
る。
板上にＧａＮ系化合物半導体薄膜を成長させる際のバッ
ファ層が酸素を取り込むことがなくなるので、得られる
薄膜結晶は酸素に起因する白濁もなく安定した鏡面とな
る。
【図１】ＧａＮ系化合物半導体薄膜を得るためのシーケ
ンスを示す線図である。
ンスを示す線図である。
【図２】本発明の一実施例で用いたシーケンスを示す線
図である。
図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 サファイヤ基板上にバッファ層としてＩ
ｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦0.3)を設け、その上にＧａＮ
系化合物半導体((Ｇａz Ａｌ1-z ）1-y Ｉｎy Ｎ（０≦
ｚ≦１，０≦ｙ≦１))の単結晶薄膜を設けたことを特徴
とするＧａＮ系化合物半導体薄膜の積層構造。 - 【請求項２】 有機金属気相成長法を用い、サファイヤ
基板を 900〜1100℃で熱処理する工程、該サファイヤ基
板を 300〜 700℃に保持して該基板上にトリメチルガリ
ウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ；ＴＭＧａ）、トリメチルイン
ジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ；ＴＭＩｎ）、アンモニア
（ＮＨ3 ）を原料としてＩｎx Ｇａ1-xＮ（０＜ｘ≦0.
3)からなるバッファ層を 0.005〜 0.2μｍの厚さに成長
させる工程、該Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層を 900℃以
上で熱処理する工程及び該ＩｎxＧａ1-x Ｎバッファ層
上にＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、トリメチルアルミニウム（Ａ
ｌ（ＣＨ3 ）3 ；ＴＭＡｌ）の少くとも１種とＮＨ3 を
原料としてＧａＮ系化合物半導体（（Ｇａz Ａｌ1-z ）
1-y Ｉｎy Ｎ（０≦ｚ≦１，０≦ｙ≦１))の単結晶薄膜
を成長させる工程からなることを特徴とするＧａＮ系化
合物半導体薄膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15680794A JPH088185A (ja) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | ＧａＮ系化合物半導体薄膜の積層構造および成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15680794A JPH088185A (ja) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | ＧａＮ系化合物半導体薄膜の積層構造および成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH088185A true JPH088185A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15635760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15680794A Pending JPH088185A (ja) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | ＧａＮ系化合物半導体薄膜の積層構造および成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH088185A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0731512A2 (en) * | 1995-03-10 | 1996-09-11 | Hewlett-Packard Company | Light emitting diode |
| WO1997026680A1 (en) * | 1996-01-19 | 1997-07-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device and process for producing gallium nitride compound semiconductor |
| DE19652548C1 (de) * | 1996-12-17 | 1998-03-12 | Siemens Ag | Verfahren zur Herstellung stickstoffhaltiger III-V-Halbleiterschichten |
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| KR100888929B1 (ko) * | 1999-12-10 | 2009-03-16 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | 암모니아속의 수분농도의 측정방법 및 장치 |
| CN102839417A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-26 | 中国科学院半导体研究所 | 一种在蓝宝石衬底上生长自剥离氮化镓薄膜的方法 |
| JP2014123767A (ja) * | 2008-03-31 | 2014-07-03 | Ngk Insulators Ltd | 半導体装置用エピタキシャル基板および半導体装置用エピタキシャル基板の製造方法 |
-
1994
- 1994-06-15 JP JP15680794A patent/JPH088185A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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