JPH05175124A - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の製造方法Info
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- JPH05175124A JPH05175124A JP34258491A JP34258491A JPH05175124A JP H05175124 A JPH05175124 A JP H05175124A JP 34258491 A JP34258491 A JP 34258491A JP 34258491 A JP34258491 A JP 34258491A JP H05175124 A JPH05175124 A JP H05175124A
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- JP
- Japan
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- thin film
- substrate
- semiconductor thin
- compound
- film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 青色発光素子用として最適な半導体薄膜を得
ること。 【構成】 MBE法において,ガス状化合物をあらかじ
め加熱して基板面に供給することにより基板上で所定の
金属の単体あるいは金属塩の蒸気と反応させる化合物半
導体薄膜の製造方法である。 【効果】 低温成長により,表面平坦性および結晶性に
優れた化合物半導体薄膜を得ることができ,膜厚が1μ
m以下のGaN薄膜においても青色発光素子を作製する
ことが可能になった。
ること。 【構成】 MBE法において,ガス状化合物をあらかじ
め加熱して基板面に供給することにより基板上で所定の
金属の単体あるいは金属塩の蒸気と反応させる化合物半
導体薄膜の製造方法である。 【効果】 低温成長により,表面平坦性および結晶性に
優れた化合物半導体薄膜を得ることができ,膜厚が1μ
m以下のGaN薄膜においても青色発光素子を作製する
ことが可能になった。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体薄膜の成
長方法、特に半導体素子として使用しうる特性の優れた
化合物半導体薄膜の製造方法に関するものである。
長方法、特に半導体素子として使用しうる特性の優れた
化合物半導体薄膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体発光素子、すなわち可視域発光ダ
イオードやレーザーダイオードは、広い分野において表
示素子や光源として使用されている。しかし、紫外域〜
青色発光ダイオードおよびレーザーダイオードはまだ実
用化されておらず、特に3原色を必要とするディスプレ
ー用発光素子や現在の媒体のままで記憶容量を増すこと
が可能な光ディスク用の短波長レーザーダイオードとし
て開発が期待されている。紫外域〜青色発光ダイオード
およびレーザーダイオードとしては、GaN、ZnS
e、ZnS、やSiCのような広いバンドギャップを有
するものを使用することができる。
イオードやレーザーダイオードは、広い分野において表
示素子や光源として使用されている。しかし、紫外域〜
青色発光ダイオードおよびレーザーダイオードはまだ実
用化されておらず、特に3原色を必要とするディスプレ
ー用発光素子や現在の媒体のままで記憶容量を増すこと
が可能な光ディスク用の短波長レーザーダイオードとし
て開発が期待されている。紫外域〜青色発光ダイオード
およびレーザーダイオードとしては、GaN、ZnS
e、ZnS、やSiCのような広いバンドギャップを有
するものを使用することができる。
【0003】しかし、一般的にこれらの広いバンドギャ
ップを有する化合物半導体薄膜の作製は難しく、発光素
子に使用可能な薄膜の製造方法はまだ確立されていな
い。例えば、青色発光素子材料として有力視されている
GaNは、これまでサファイアC面上にMOCVD法、
あるいはVPE法により成膜されている[ Journal ofA
pplied Physics,56 (1984)2367-2368 ]が、良好な結晶
を得るためには反応温度を高くする必要があり、製造が
著しく困難であった。さらに、高温度での結晶成長であ
るため窒素が不足し欠陥となり、キャリアー密度が大き
くなるため良好な半導体特性がいまだ得られていない。
ップを有する化合物半導体薄膜の作製は難しく、発光素
子に使用可能な薄膜の製造方法はまだ確立されていな
い。例えば、青色発光素子材料として有力視されている
GaNは、これまでサファイアC面上にMOCVD法、
あるいはVPE法により成膜されている[ Journal ofA
pplied Physics,56 (1984)2367-2368 ]が、良好な結晶
を得るためには反応温度を高くする必要があり、製造が
著しく困難であった。さらに、高温度での結晶成長であ
るため窒素が不足し欠陥となり、キャリアー密度が大き
くなるため良好な半導体特性がいまだ得られていない。
【0004】また、低温成膜を実現する試みでは、供給
する窒素ガスにを電子シャワーを照射して活性化する方
法が行われている[ Jap.J.Appl.Phys. ,20 L545(198
1)]が、この方法によっても発光に至る良質の膜質は得
られていない。また、窒素の不足を起こさないように活
性の高い窒素源を用いて成膜を行うことが試みられてい
る。活性の高い窒素を得るためにプラズマを利用する方
法が行われている[ J.Vac.Sci.Technol. ,A7 701(198
9)]が成功していない。
する窒素ガスにを電子シャワーを照射して活性化する方
法が行われている[ Jap.J.Appl.Phys. ,20 L545(198
1)]が、この方法によっても発光に至る良質の膜質は得
られていない。また、窒素の不足を起こさないように活
性の高い窒素源を用いて成膜を行うことが試みられてい
る。活性の高い窒素を得るためにプラズマを利用する方
法が行われている[ J.Vac.Sci.Technol. ,A7 701(198
9)]が成功していない。
【0005】このため、発光素子を作製できる良質のG
aN薄膜を得ることは極めて困難であり、青色発光素子
製作の大きな問題点であった。
aN薄膜を得ることは極めて困難であり、青色発光素子
製作の大きな問題点であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この問題点
を解決して半導体素子用として良好な特性を有する化合
物半導体薄膜を製造しようとするものである。
を解決して半導体素子用として良好な特性を有する化合
物半導体薄膜を製造しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記問題点
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、真空中で結晶成
長させる際に基板面に供給するガスをあらかじめ所要の
温度に加熱して基板面に供給することにより特性の良好
な化合物半導体薄膜が低温で成長することを見いだし、
本発明を完成した。
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、真空中で結晶成
長させる際に基板面に供給するガスをあらかじめ所要の
温度に加熱して基板面に供給することにより特性の良好
な化合物半導体薄膜が低温で成長することを見いだし、
本発明を完成した。
【0008】すなわち本発明は、真空中において、あら
かじめ加熱したガス状化合物と、固体ソースより蒸発さ
せた金属または金属塩の蒸気を基板面に供給して反応さ
せることにより、基板上に結晶成長させることを特徴と
する化合物半導体薄膜の製造方法である。本発明におい
て、真空中とは、10-4Torr以下の圧力のことであ
る。とくに、成長時の圧力を10-5Torr以下としてあら
かじめ加熱したガス状化合物と、固体ソースより蒸発さ
せた金属または金属塩の蒸気を互いに衝突しないように
基板面に供給することが好ましい。したがって、本発明
における化合物半導体薄膜の製造方法としてMBE法を
用いるのが好ましいものとなる。
かじめ加熱したガス状化合物と、固体ソースより蒸発さ
せた金属または金属塩の蒸気を基板面に供給して反応さ
せることにより、基板上に結晶成長させることを特徴と
する化合物半導体薄膜の製造方法である。本発明におい
て、真空中とは、10-4Torr以下の圧力のことであ
る。とくに、成長時の圧力を10-5Torr以下としてあら
かじめ加熱したガス状化合物と、固体ソースより蒸発さ
せた金属または金属塩の蒸気を互いに衝突しないように
基板面に供給することが好ましい。したがって、本発明
における化合物半導体薄膜の製造方法としてMBE法を
用いるのが好ましいものとなる。
【0009】本発明においては、ガス状化合物とは、基
板上に所望の化合物半導体薄膜の結晶を成長させるため
に該薄膜の構成元素を含み基板上に供給されるものを言
う。ガス状化合物をあらかじめ加熱して基板面に供給す
るが、これにより該ガス状化合物を活性化して基板面上
での反応性を高めることが可能となる。したがって、化
合物半導体薄膜の低温成長ができるようになり、得られ
る薄膜の特性も向上するものである。
板上に所望の化合物半導体薄膜の結晶を成長させるため
に該薄膜の構成元素を含み基板上に供給されるものを言
う。ガス状化合物をあらかじめ加熱して基板面に供給す
るが、これにより該ガス状化合物を活性化して基板面上
での反応性を高めることが可能となる。したがって、化
合物半導体薄膜の低温成長ができるようになり、得られ
る薄膜の特性も向上するものである。
【0010】ここで使用できるガス状化合物の種類は限
定はされないが、とくに少なくとも一種類のIII族元
素を含む窒化物系半導体薄膜作製時の窒素化合物として
は酸素を含有しない化合物であれば使用することができ
るが、なかでもアンモニア、三フッ化窒素、ヒドラジン
あるいはジメチルヒドラジンがとくに好ましいものであ
る。
定はされないが、とくに少なくとも一種類のIII族元
素を含む窒化物系半導体薄膜作製時の窒素化合物として
は酸素を含有しない化合物であれば使用することができ
るが、なかでもアンモニア、三フッ化窒素、ヒドラジン
あるいはジメチルヒドラジンがとくに好ましいものであ
る。
【0011】ZnS系半導体薄膜作製時の硫黄化合物と
しては、各種スルフィド化合物、メルカプタンなどを使
用することができるがと、くに硫化水素が好ましい。Z
nSe系半導体薄膜作製時のセレン化合物としては各種
アルキル基を有するセレン化合物を使用することができ
るが特にセレン化水素が好ましい。SiC系半導体薄膜
作製時の炭化水素化合物としては各種の脂肪族炭化水素
や芳香族炭化水素を使用することができるが、とくにメ
タン、エタン、プロパン、あるいはアセチレンが好まし
いものとなる。
しては、各種スルフィド化合物、メルカプタンなどを使
用することができるがと、くに硫化水素が好ましい。Z
nSe系半導体薄膜作製時のセレン化合物としては各種
アルキル基を有するセレン化合物を使用することができ
るが特にセレン化水素が好ましい。SiC系半導体薄膜
作製時の炭化水素化合物としては各種の脂肪族炭化水素
や芳香族炭化水素を使用することができるが、とくにメ
タン、エタン、プロパン、あるいはアセチレンが好まし
いものとなる。
【0012】本発明におけるガス状化合物は、基板表面
において固体ソースの供給量より大きくする必要があ
り、ガス状化合物の供給量が固体ソースの供給量より小
さくなると生成する半導体薄膜からの、ガス状化合物か
ら供給される元素の抜けが大きくなるため良好な半導体
薄膜を得ることができなくなる。該ガス状化合物の供給
量は固体ソースより10倍以上、好ましくは100倍以
上、さらに好ましくは1000以上とすることである。
において固体ソースの供給量より大きくする必要があ
り、ガス状化合物の供給量が固体ソースの供給量より小
さくなると生成する半導体薄膜からの、ガス状化合物か
ら供給される元素の抜けが大きくなるため良好な半導体
薄膜を得ることができなくなる。該ガス状化合物の供給
量は固体ソースより10倍以上、好ましくは100倍以
上、さらに好ましくは1000以上とすることである。
【0013】また、該ガス状化合物を供給する場合に窒
素、ヘリウム、アルゴンやネオン等の不活性ガスをキャ
リアーガスとして用いることも可能である。該ガス状化
合物の供給方法としてはガスセルを用いればよく、これ
はBN、アルミナ、石英、ステンレスなどの管を基板面
に開口部を向けて薄膜成長装置内に設置し、バルブや流
量制御装置、圧力制御装置を接続することにより供給量
の制御や供給の開始・停止を行うことをできるようにし
たものである。
素、ヘリウム、アルゴンやネオン等の不活性ガスをキャ
リアーガスとして用いることも可能である。該ガス状化
合物の供給方法としてはガスセルを用いればよく、これ
はBN、アルミナ、石英、ステンレスなどの管を基板面
に開口部を向けて薄膜成長装置内に設置し、バルブや流
量制御装置、圧力制御装置を接続することにより供給量
の制御や供給の開始・停止を行うことをできるようにし
たものである。
【0014】本発明においては、該ガスセルにアルミ
ナ、シリカ、窒化ホウ素、炭化ケイ素のようなセラミッ
クスを繊維状、フレーク状、破砕状、粒状としたものを
充填したり、さらには上記の様なセラミックスを多孔質
状にして該ガスセルに設置して該ガス状化合物との接触
面積を大きくすることにより加熱効率を上げることが好
ましいものとなる。ガスセルの加熱温度を変えることに
より、ガス状化合物の反応性を変えることができる。し
たがって、ガス状化合物から供給される元素の抜けを抑
えることができ、キャリアー密度が大きくなって縮退し
た半導体になってしまうことを防ぐことも可能となる。
加熱温度は該ガス状化合物の種類や、供給量、ガスセル
の構造等によって変えることが必要であるが、たとえば
アンモニアでは100〜500℃、硫化水素では100
〜800℃、セレン化水素では50〜600℃の範囲に
設定することが好ましいものとなる。
ナ、シリカ、窒化ホウ素、炭化ケイ素のようなセラミッ
クスを繊維状、フレーク状、破砕状、粒状としたものを
充填したり、さらには上記の様なセラミックスを多孔質
状にして該ガスセルに設置して該ガス状化合物との接触
面積を大きくすることにより加熱効率を上げることが好
ましいものとなる。ガスセルの加熱温度を変えることに
より、ガス状化合物の反応性を変えることができる。し
たがって、ガス状化合物から供給される元素の抜けを抑
えることができ、キャリアー密度が大きくなって縮退し
た半導体になってしまうことを防ぐことも可能となる。
加熱温度は該ガス状化合物の種類や、供給量、ガスセル
の構造等によって変えることが必要であるが、たとえば
アンモニアでは100〜500℃、硫化水素では100
〜800℃、セレン化水素では50〜600℃の範囲に
設定することが好ましいものとなる。
【0015】本発明において使用する金属、あるいは金
属塩の固体ソースは、作製する化合物半導体薄膜に応じ
て変えればよい。III族からなる化合物半導体薄膜を
作製する場合には、Al、Ga、Inの金属単体、それ
らのハロゲン化物等を、II族からなる化合物半導体薄
膜を作製する場合には、ZnやCdの金属単体、それら
のハロゲン化物を、IV族からなる化合物半導体薄膜を
作製する場合にはSiやGeをの金属単体、それらのハ
ロゲン化物を用いることができる。
属塩の固体ソースは、作製する化合物半導体薄膜に応じ
て変えればよい。III族からなる化合物半導体薄膜を
作製する場合には、Al、Ga、Inの金属単体、それ
らのハロゲン化物等を、II族からなる化合物半導体薄
膜を作製する場合には、ZnやCdの金属単体、それら
のハロゲン化物を、IV族からなる化合物半導体薄膜を
作製する場合にはSiやGeをの金属単体、それらのハ
ロゲン化物を用いることができる。
【0016】さらに、本発明においてはガス状化合物の
一種以上および金属、あるいは金属塩の一種以上を同時
に基板面に供給して混晶系の化合物半導体薄膜を製造す
ることができる。また、導電型制御を行うために、化合
物半導体薄膜を作製する際にMg、Zn、Be、Cd、
Ca、Sr、Si、Ge、C、Sn、Hg、P、Se、
Te、O、S、Li、N等を同時に供給してドーピング
することもできる。これらのドーパントの種類とドーピ
ング量を変えることによってキャリアーの種類やキャリ
アー密度を変えることができる。ドーパントの種類や量
は、化合物半導体の種類によって変えればよい。例えば
GaNではp型またはi型半導体薄膜とするためにはM
g、Zn、Be、Cd、Hg、Li、Ca、Sr等があ
り、n型半導体薄膜とするためにはSi、Ge、C、S
n、S、Se、Te等がある。ZnSやZnSeではp
型またはi型半導体薄膜とするためにN、O、Li等が
あり、n型半導体薄膜とするためにGa、In、Al等
がある。SiCではp型またはi型半導体薄膜とするた
めにN、O、Li等があり、n型半導体薄膜とするため
にB、P等がある。
一種以上および金属、あるいは金属塩の一種以上を同時
に基板面に供給して混晶系の化合物半導体薄膜を製造す
ることができる。また、導電型制御を行うために、化合
物半導体薄膜を作製する際にMg、Zn、Be、Cd、
Ca、Sr、Si、Ge、C、Sn、Hg、P、Se、
Te、O、S、Li、N等を同時に供給してドーピング
することもできる。これらのドーパントの種類とドーピ
ング量を変えることによってキャリアーの種類やキャリ
アー密度を変えることができる。ドーパントの種類や量
は、化合物半導体の種類によって変えればよい。例えば
GaNではp型またはi型半導体薄膜とするためにはM
g、Zn、Be、Cd、Hg、Li、Ca、Sr等があ
り、n型半導体薄膜とするためにはSi、Ge、C、S
n、S、Se、Te等がある。ZnSやZnSeではp
型またはi型半導体薄膜とするためにN、O、Li等が
あり、n型半導体薄膜とするためにGa、In、Al等
がある。SiCではp型またはi型半導体薄膜とするた
めにN、O、Li等があり、n型半導体薄膜とするため
にB、P等がある。
【0017】本発明において化合物半導体薄膜を成長す
るために使用する基板としては、Si、GaAs、In
As、InP、SiC、ZnSeのような化合物半導体
の単結晶基板、サファイァ、マグネシア、酸化亜鉛のよ
うな酸化物の単結晶基板がある。また、基板と化合物半
導体薄膜の間にバッファー層として、その上に成長する
化合物半導体からなるアモルファス状、多結晶状あるい
は単結晶状の薄膜を形成しておくこともできる。また、
とくに好ましいのは、基板の上に成長させる化合物半導
体の格子定数の整数倍が基板の格子定数と2%以下の格
子不整合であるか、基板の格子定数の整数倍がその上に
成長させる化合物半導体の格子定数と2%以下の格子不
整合であることで、これにより表面平坦性および結晶性
が良好な発光素子グレードの化合物半導体薄膜を得るこ
とができる。ここで、基板上に成長する化合物半導体薄
膜の格子定数と基板との不整合を2%以下にするため
に、基板の特定の面から所定の量だけ傾けた面を化合物
半導体薄膜の成長面とすることも好ましいものである。
るために使用する基板としては、Si、GaAs、In
As、InP、SiC、ZnSeのような化合物半導体
の単結晶基板、サファイァ、マグネシア、酸化亜鉛のよ
うな酸化物の単結晶基板がある。また、基板と化合物半
導体薄膜の間にバッファー層として、その上に成長する
化合物半導体からなるアモルファス状、多結晶状あるい
は単結晶状の薄膜を形成しておくこともできる。また、
とくに好ましいのは、基板の上に成長させる化合物半導
体の格子定数の整数倍が基板の格子定数と2%以下の格
子不整合であるか、基板の格子定数の整数倍がその上に
成長させる化合物半導体の格子定数と2%以下の格子不
整合であることで、これにより表面平坦性および結晶性
が良好な発光素子グレードの化合物半導体薄膜を得るこ
とができる。ここで、基板上に成長する化合物半導体薄
膜の格子定数と基板との不整合を2%以下にするため
に、基板の特定の面から所定の量だけ傾けた面を化合物
半導体薄膜の成長面とすることも好ましいものである。
【0018】また、本発明においては、ガス状化合物お
よび金属または金属塩を基板上に供給して所望の化合物
半導体薄膜を成長させるものであるが、ガス状化合物と
金属または金属塩を同時に供給し、つぎに一定時間成長
中断しまた同時に両者を供給するという成長中断法、ガ
ス状化合物はずっと供給しておき金属または金属塩は一
定間隔ごとに供給するという成長方法を行うこともでき
る。
よび金属または金属塩を基板上に供給して所望の化合物
半導体薄膜を成長させるものであるが、ガス状化合物と
金属または金属塩を同時に供給し、つぎに一定時間成長
中断しまた同時に両者を供給するという成長中断法、ガ
ス状化合物はずっと供給しておき金属または金属塩は一
定間隔ごとに供給するという成長方法を行うこともでき
る。
【0019】実際に、本発明の化合物半導体薄膜を半導
体部品、とくに発光ダイオードやレーザーダイオードに
応用する場合においては、これらの混晶系半導体薄膜、
ドーピングした半導体薄膜薄膜を組み合わせて、in接
合、pn接合、pin接合、シングルヘテロ構造、ダブ
ルヘテロ構造、量子井戸構造、超格子構造等の構造を持
った素子を製作するものである。
体部品、とくに発光ダイオードやレーザーダイオードに
応用する場合においては、これらの混晶系半導体薄膜、
ドーピングした半導体薄膜薄膜を組み合わせて、in接
合、pn接合、pin接合、シングルヘテロ構造、ダブ
ルヘテロ構造、量子井戸構造、超格子構造等の構造を持
った素子を製作するものである。
【0020】以下、一例としてMBE法を用いたGaN
系薄膜の製造方法について説明するが、とくにこれに限
定されるものではない。装置としては、図1に示すよう
な真空容器1内に、蒸発用ルツボ(クヌードセンセル)
2、3および4、アンモニア導入用ガスセル5、基板加
熱ホルダー6を備えたMBE装置を使用した。
系薄膜の製造方法について説明するが、とくにこれに限
定されるものではない。装置としては、図1に示すよう
な真空容器1内に、蒸発用ルツボ(クヌードセンセル)
2、3および4、アンモニア導入用ガスセル5、基板加
熱ホルダー6を備えたMBE装置を使用した。
【0021】蒸発用ルツボ2にはGa金属を入れ、基板
面において1013〜1019/cm2 ・sec になる温度に加
熱した。アンモニアの導入にはガスセル5を用い、アン
モニアを基板7に直接吹き付けるように設置した。導入
量は基板表面において1016〜1020/cm2 ・sec にな
るように供給した。蒸発用ルツボ3にはIn、Al、A
s、Sb等を入れ、所定の組成の混晶系の化合物半導体
になるように温度および時間を制御して成膜を行なう。
蒸発用ルツボ4にはMg、Zn、Be、Cd、Ca、S
i、Ge、C、Sn、Hg、P等を入れ、所定の供給量
になるように温度および供給時間を制御することにより
ドーピングを行なう。
面において1013〜1019/cm2 ・sec になる温度に加
熱した。アンモニアの導入にはガスセル5を用い、アン
モニアを基板7に直接吹き付けるように設置した。導入
量は基板表面において1016〜1020/cm2 ・sec にな
るように供給した。蒸発用ルツボ3にはIn、Al、A
s、Sb等を入れ、所定の組成の混晶系の化合物半導体
になるように温度および時間を制御して成膜を行なう。
蒸発用ルツボ4にはMg、Zn、Be、Cd、Ca、S
i、Ge、C、Sn、Hg、P等を入れ、所定の供給量
になるように温度および供給時間を制御することにより
ドーピングを行なう。
【0022】基板7にはサファイアR面を使用し、20
0〜900℃に加熱した。サファイアR面基板は、オフ
角が0.8度以下のものが好ましく、さらに好ましくは
サファイアR面をサファイアc軸のR面射影を軸として
9.2度回転させた面を用いることである。まず、基板
7を真空容器1内で900℃で加熱した後、所定の成長
温度に設定し0.1〜30オングストローム/sec の成
長速度で0.1〜10μmの厚みのGaN薄膜を作製す
る。
0〜900℃に加熱した。サファイアR面基板は、オフ
角が0.8度以下のものが好ましく、さらに好ましくは
サファイアR面をサファイアc軸のR面射影を軸として
9.2度回転させた面を用いることである。まず、基板
7を真空容器1内で900℃で加熱した後、所定の成長
温度に設定し0.1〜30オングストローム/sec の成
長速度で0.1〜10μmの厚みのGaN薄膜を作製す
る。
【0023】このGaN薄膜のキャリアー密度をファン
デア・ポー法により測定したところ、1017/cm3 〜1
020/cm3 であった。また、300Kにおいてカソード
ルミネッセンス(CL)を測定したところ、図2に示す
ように3.5eV付近にピークをもつスペクトルが得ら
れた。
デア・ポー法により測定したところ、1017/cm3 〜1
020/cm3 であった。また、300Kにおいてカソード
ルミネッセンス(CL)を測定したところ、図2に示す
ように3.5eV付近にピークをもつスペクトルが得ら
れた。
【0024】
【実施例】以下、実施例によりさらに詳細に説明する。
【0025】
【実施例1】アンモニアを用いたMBE法により、Ga
N薄膜を作製した例について説明する。図1に示すよう
な真空容器1内に、蒸発用ルツボ2、ガスセル5、およ
び基板加熱ホルダー6を備えたMBEを装置として用い
た。
N薄膜を作製した例について説明する。図1に示すよう
な真空容器1内に、蒸発用ルツボ2、ガスセル5、およ
び基板加熱ホルダー6を備えたMBEを装置として用い
た。
【0026】蒸発用ルツボ2にはGa金属を入れ、10
20℃に加熱した。ガスの導入には内部にアルミナファ
イバーを充填したガスセル5を使用し、350℃に加熱
してガスを直接に基板7に吹き付けるようにして5cc/
min の速度で供給した。基板7としては20mm角の大き
さ、サファイアR面をサファイアc軸のR面射影を軸と
して9.2度回転させた面を用いた。
20℃に加熱した。ガスの導入には内部にアルミナファ
イバーを充填したガスセル5を使用し、350℃に加熱
してガスを直接に基板7に吹き付けるようにして5cc/
min の速度で供給した。基板7としては20mm角の大き
さ、サファイアR面をサファイアc軸のR面射影を軸と
して9.2度回転させた面を用いた。
【0027】真空容器内の圧力は、成膜時において1×
10-6Torrであった。まず、基板7を900℃で30分
間加熱し、ついで750℃の温度に保持し成膜を行う。
成膜はアンモニアを350℃に加熱したガスセル5から
供給しながらGaのルツボのシャッターを開けて行い、
1.5オングストローム/sec の成膜速度で膜厚0.2
μm のGaN薄膜を作製した。
10-6Torrであった。まず、基板7を900℃で30分
間加熱し、ついで750℃の温度に保持し成膜を行う。
成膜はアンモニアを350℃に加熱したガスセル5から
供給しながらGaのルツボのシャッターを開けて行い、
1.5オングストローム/sec の成膜速度で膜厚0.2
μm のGaN薄膜を作製した。
【0028】このGaN薄膜のキャリアー密度をファン
デア・ポー法により測定したところ、1.3×1018/
cm3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネ
ッセンス(CL)を測定したところ、図2に示すように
3.5eV付近にピークをもつスペクトルが得られた。
デア・ポー法により測定したところ、1.3×1018/
cm3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネ
ッセンス(CL)を測定したところ、図2に示すように
3.5eV付近にピークをもつスペクトルが得られた。
【0029】
【実施例2】MBE法によりGa1-x Inx N混晶薄膜
を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ2にはG
a金属を入れ1020℃に加熱し、蒸発用ルツボ3には
Inを入れ660℃に加熱した。ガスの導入には内部に
アルミナファイバーを充填したガスセル5を使用し、3
50℃に加熱して、ガスを直接に基板7に吹き付けるよ
うにして6cc/min の速度で供給した。
を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ2にはG
a金属を入れ1020℃に加熱し、蒸発用ルツボ3には
Inを入れ660℃に加熱した。ガスの導入には内部に
アルミナファイバーを充填したガスセル5を使用し、3
50℃に加熱して、ガスを直接に基板7に吹き付けるよ
うにして6cc/min の速度で供給した。
【0030】基板7としては20mm角の大きさ、オフ角
が0.8度以下のサファイアR面を使用する。真空容器
内の圧力は、成膜時において1×10-6Torrであった。
まず、基板7を900℃で30分間加熱し、ついで70
0℃の温度に保持し成膜を行った。成膜はアンモニアを
350℃に加熱したガスセル5から供給しながらGaの
ルツボのシャッターを開けて行い、1.2オングストロ
ーム/sec の成膜速度で膜厚0.3μm のGa1-x In
x N混晶薄膜(x=0.2)を作製した。
が0.8度以下のサファイアR面を使用する。真空容器
内の圧力は、成膜時において1×10-6Torrであった。
まず、基板7を900℃で30分間加熱し、ついで70
0℃の温度に保持し成膜を行った。成膜はアンモニアを
350℃に加熱したガスセル5から供給しながらGaの
ルツボのシャッターを開けて行い、1.2オングストロ
ーム/sec の成膜速度で膜厚0.3μm のGa1-x In
x N混晶薄膜(x=0.2)を作製した。
【0031】この混晶薄膜のキャリアー密度をファンデ
ア・ポー法により測定したところ、8.5×1017/cm
3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ2.9eV付近にピー
クをもつスペクトルが得られた。
ア・ポー法により測定したところ、8.5×1017/cm
3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ2.9eV付近にピー
クをもつスペクトルが得られた。
【0032】
【実施例3】MBE法により、GaNのMIS型構造を
作製した例について説明する。図1に示すような真空容
器1内に、蒸発用ルツボ2、蒸発用ルツボ3、ガスセル
5、および基板加熱ホルダー6を備えたMBEを装置と
して用いた。蒸発用ルツボ2にはGa金属を入れ、10
20℃に加熱した。蒸発用ルツボ4にはマグネシウム金
属を入れ、ガスの導入には内部にアルミナファイバーを
充填したガスセル5を使用し、350℃に加熱して、ガ
スを直接に基板7に吹き付けるようにして5cc/min の
速度で供給した。
作製した例について説明する。図1に示すような真空容
器1内に、蒸発用ルツボ2、蒸発用ルツボ3、ガスセル
5、および基板加熱ホルダー6を備えたMBEを装置と
して用いた。蒸発用ルツボ2にはGa金属を入れ、10
20℃に加熱した。蒸発用ルツボ4にはマグネシウム金
属を入れ、ガスの導入には内部にアルミナファイバーを
充填したガスセル5を使用し、350℃に加熱して、ガ
スを直接に基板7に吹き付けるようにして5cc/min の
速度で供給した。
【0033】基板7としては20mm角の大きさ、サファ
イアR面をサファイアc軸のR面射影を軸として9.2
度回転させた面を用いた。真空容器内の圧力は、成膜時
において1×10-6Torrであった。まず、基板7を90
0℃で30分間加熱し、ついで750℃の温度に保持し
成膜を行う。成膜はアンモニアを350℃に加熱したガ
スセル5から供給しながらGaのルツボのシャッターを
開けて行い、1.0オングストローム/sec の成膜速度
で膜厚0.1μm のGaN薄膜を作製する。続いて、G
aのルツボのシャッターと同時にマグネシウムのルツボ
のシャッターを同時に開けて、500オングストローム
の厚みのドーピング層を形成した。
イアR面をサファイアc軸のR面射影を軸として9.2
度回転させた面を用いた。真空容器内の圧力は、成膜時
において1×10-6Torrであった。まず、基板7を90
0℃で30分間加熱し、ついで750℃の温度に保持し
成膜を行う。成膜はアンモニアを350℃に加熱したガ
スセル5から供給しながらGaのルツボのシャッターを
開けて行い、1.0オングストローム/sec の成膜速度
で膜厚0.1μm のGaN薄膜を作製する。続いて、G
aのルツボのシャッターと同時にマグネシウムのルツボ
のシャッターを同時に開けて、500オングストローム
の厚みのドーピング層を形成した。
【0034】このGaN積層薄膜の表面の抵抗を測定し
たところ10MΩ・cm以上あり、ドーピングしたGa
N層は絶縁性(i−GaN)であることがわかった。3
00Kにおけるカソードルミネッセンス(CL)測定の
結果は、3.5eV付近のバンド間遷移によるピークを
もつスペクトルが得られた。また、i−GaNをイオン
ミリング法によりエッチングして、ついで真空蒸着法に
よりi−GaNとn−GaNのそれぞれにAl電極を設
けて図3に示すような構造の発光素子を作製した。その
素子の電流−電圧特性を測定したところ、図4に示すよ
うなダイオード特性が得られた。これに10mAの電流
を注入することにより図5に示すような4200オング
ストロームにピークを有する発光スペクトルが観測され
た。
たところ10MΩ・cm以上あり、ドーピングしたGa
N層は絶縁性(i−GaN)であることがわかった。3
00Kにおけるカソードルミネッセンス(CL)測定の
結果は、3.5eV付近のバンド間遷移によるピークを
もつスペクトルが得られた。また、i−GaNをイオン
ミリング法によりエッチングして、ついで真空蒸着法に
よりi−GaNとn−GaNのそれぞれにAl電極を設
けて図3に示すような構造の発光素子を作製した。その
素子の電流−電圧特性を測定したところ、図4に示すよ
うなダイオード特性が得られた。これに10mAの電流
を注入することにより図5に示すような4200オング
ストロームにピークを有する発光スペクトルが観測され
た。
【0035】
【実施例4】硫化水素を用いるMBE法によりZnS薄
膜を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ2には
Zn金属を入れ280℃に加熱した。ガスの導入には内
部にシリカファイバーを充填したガスセル5を使用し、
500℃に加熱して、ガスを直接に基板7に吹き付ける
ようにして8cc/min の速度で供給した。
膜を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ2には
Zn金属を入れ280℃に加熱した。ガスの導入には内
部にシリカファイバーを充填したガスセル5を使用し、
500℃に加熱して、ガスを直接に基板7に吹き付ける
ようにして8cc/min の速度で供給した。
【0036】基板7としては20mm角の大きさ、GaA
s(100)基板を使用する。真空容器内の圧力は、成
膜時において2×10-6Torrであった。まず、基板7を
400℃で30分間加熱し、ついで300℃の温度に保
持し成膜を行った。成膜は硫化水素をガスセル5から供
給しながらZnのルツボのシャッターを開けて行い、
1.5オングストローム/sec の成膜速度で膜厚0.8
μmのZnSを作製した。
s(100)基板を使用する。真空容器内の圧力は、成
膜時において2×10-6Torrであった。まず、基板7を
400℃で30分間加熱し、ついで300℃の温度に保
持し成膜を行った。成膜は硫化水素をガスセル5から供
給しながらZnのルツボのシャッターを開けて行い、
1.5オングストローム/sec の成膜速度で膜厚0.8
μmのZnSを作製した。
【0037】この混晶薄膜のキャリアー密度をファンデ
ア・ポー法により測定したところ、2.3×1018/cm
3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ3.6eV付近にピー
クをもつスペクトルが得られた。
ア・ポー法により測定したところ、2.3×1018/cm
3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ3.6eV付近にピー
クをもつスペクトルが得られた。
【0038】
【実施例5】セレン化水素を用いるMBE法によりZn
Se薄膜を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ
2にはZn金属を入れ280℃に加熱した。ガスの導入
には内部にシリカファイバーを充填したガスセル5を使
用し、450℃に加熱して、ガスを直接に基板7に吹き
付けるようにして8cc/min の速度で供給した。
Se薄膜を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ
2にはZn金属を入れ280℃に加熱した。ガスの導入
には内部にシリカファイバーを充填したガスセル5を使
用し、450℃に加熱して、ガスを直接に基板7に吹き
付けるようにして8cc/min の速度で供給した。
【0039】基板7としては20mm角の大きさ、GaA
s(100)基板を使用する。真空容器内の圧力は、成
膜時において2×10-6Torrであった。まず、基板7を
400℃で30分間加熱し、ついで300℃の温度に保
持し成膜を行った。成膜はセレン化水素をガスセル5か
ら供給しながらZnのルツボのシャッターを開けて行
い、1.5オングストローム/sec の成膜速度で膜厚
0.8μm のZnSeを作製した。
s(100)基板を使用する。真空容器内の圧力は、成
膜時において2×10-6Torrであった。まず、基板7を
400℃で30分間加熱し、ついで300℃の温度に保
持し成膜を行った。成膜はセレン化水素をガスセル5か
ら供給しながらZnのルツボのシャッターを開けて行
い、1.5オングストローム/sec の成膜速度で膜厚
0.8μm のZnSeを作製した。
【0040】この混晶薄膜のキャリアー密度をファンデ
ア・ポー法により測定したところ、7.4×1017/cm
3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ2.7eV付近にピー
クをもつスペクトルが得られた。
ア・ポー法により測定したところ、7.4×1017/cm
3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ2.7eV付近にピー
クをもつスペクトルが得られた。
【0041】
【実施例6】プロパンを用いるMBE法によりSiC薄
膜を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ2には
Si金属を入れ1500℃に加熱した。ガスの導入には
内部にシリカファイバーを充填したガスセル5を使用
し、350℃に加熱して、ガスを直接に基板7に吹き付
けるようにして8cc/min の速度で供給した。
膜を作製した例について説明する。蒸発用ルツボ2には
Si金属を入れ1500℃に加熱した。ガスの導入には
内部にシリカファイバーを充填したガスセル5を使用
し、350℃に加熱して、ガスを直接に基板7に吹き付
けるようにして8cc/min の速度で供給した。
【0042】基板7としては20mm角の大きさ、Si
(100)基板を使用する。真空容器内の圧力は、成膜
時において2×10-6Torrであった。まず、基板7を1
000℃で30分間加熱し、ついで850℃の温度に保
持し成膜を行った。成膜はプロパンをガスセル5から供
給しながらSiのルツボのシャッターを開けて行い、
1.5オングストローム/sec の成膜速度で膜厚0.3
μm のSiCを作製した。
(100)基板を使用する。真空容器内の圧力は、成膜
時において2×10-6Torrであった。まず、基板7を1
000℃で30分間加熱し、ついで850℃の温度に保
持し成膜を行った。成膜はプロパンをガスセル5から供
給しながらSiのルツボのシャッターを開けて行い、
1.5オングストローム/sec の成膜速度で膜厚0.3
μm のSiCを作製した。
【0043】この混晶薄膜のキャリアー密度をファンデ
ア・ポー法により測定したところ、1.6×1018/cm
3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ3.0eV付近にピー
クをもつスペクトルが得られた。
ア・ポー法により測定したところ、1.6×1018/cm
3 であった。また、300Kにおいてカソードルミネッ
センス(CL)を測定したところ3.0eV付近にピー
クをもつスペクトルが得られた。
【0044】
【発明の効果】本発明による半導体薄膜作製方法によれ
ば、低い温度において半導体素子材料として好適な良質
な薄膜が作製できる。また、GaN薄膜では1μm以下
の膜厚でも電流注入により青色発光する素子を作製する
ことができる。
ば、低い温度において半導体素子材料として好適な良質
な薄膜が作製できる。また、GaN薄膜では1μm以下
の膜厚でも電流注入により青色発光する素子を作製する
ことができる。
【図1】薄膜作製に用いたMBE装置の概略図である。
【図2】実施例1で得られたGaN薄膜のカソードルミ
ネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
ネッセンスの測定結果を示すスペクトル図である。
【図3】GaNMIS型構造素子を示す概略断面図であ
る。
る。
【図4】実施例3で得られたGaNMIS型構造素子の
ダイオード測定結果を示すグラフである。
ダイオード測定結果を示すグラフである。
【図5】実施例3で得られたGaNMIS型構造素子の
発光スペクトル図である。
発光スペクトル図である。
1 真空容器 2 蒸発用ルツボ 3 蒸発用ルツボ 4 蒸発用ルツボ 5 ガスセル 6 基板加熱ホルダー 7 基板 8 クライオパネル 9 バルブ 10 コールドトラップ 11 油拡散ポンプ 12 油回転ポンプ 13 シャッター 14 シャッター 15 シャッター 16 サファイアR面基板 17 n型窒化ガリウム半導体層 18 i型窒化ガリウム半導体層 19 Al電極
Claims (1)
- 【請求項1】 真空中において、あらかじめ加熱したガ
ス状化合物と、固体ソースより蒸発させた金属または金
属塩の蒸気を基板面に供給して反応させて、基板上に結
晶成長させることを特徴とする化合物半導体薄膜の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34258491A JPH05175124A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34258491A JPH05175124A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05175124A true JPH05175124A (ja) | 1993-07-13 |
Family
ID=18354900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34258491A Withdrawn JPH05175124A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05175124A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6146916A (en) * | 1997-12-02 | 2000-11-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for forming a GaN-based semiconductor light emitting device |
JP2009212284A (ja) * | 2008-03-04 | 2009-09-17 | Hitachi Cable Ltd | 窒化ガリウム基板 |
US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1991
- 1991-12-25 JP JP34258491A patent/JPH05175124A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
US6146916A (en) * | 1997-12-02 | 2000-11-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for forming a GaN-based semiconductor light emitting device |
JP2009212284A (ja) * | 2008-03-04 | 2009-09-17 | Hitachi Cable Ltd | 窒化ガリウム基板 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990311 |