JPH1174202A - Vapor growth device of gallium nitride iii-v compound semiconductor and gallium nitride iii-v compound semiconductor device and its manufacture - Google Patents
Vapor growth device of gallium nitride iii-v compound semiconductor and gallium nitride iii-v compound semiconductor device and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長装置並びに窒化ガリウム
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法に関
するものである。ここで、窒化ガリウム系化合物半導体
とは、ＩＩＩ族元素として少なくともＧａを含み、Ｖ族
元素として少なくとも窒素を含む化合物からなる半導体
をいう。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gallium nitride-based I
The present invention relates to an apparatus for growing a II-V compound semiconductor, a gallium nitride-based III-V compound semiconductor device, and a method for manufacturing the same. Here, the gallium nitride-based compound semiconductor refers to a semiconductor made of a compound containing at least Ga as a group III element and containing at least nitrogen as a group V element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の成長方法としては、色々な方法がある。例えば、有
機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、ＭＢＥ法、ハイドラ
イドＶＰＥ法等がある。2. Description of the Related Art There are various methods for growing a gallium nitride III-V compound semiconductor. For example, there are a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, an MBE method, a hydride VPE method, and the like.
【０００３】特に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）は、窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結
晶成長方法として注目されている。これは、一般に、Ｍ
ＯＣＶＤ法は、良質な半導体膜を得ることができ、ま
た、混晶膜や超薄膜の成長を制御よく行うことができ、
その上、量産性に優れているという特徴を持っているか
らである。In particular, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)
Method) is attracting attention as a crystal growth method for gallium nitride-based III-V compound semiconductors. This is generally M
According to the OCVD method, a high-quality semiconductor film can be obtained, and a mixed crystal film or an ultrathin film can be grown with good control.
In addition, it has the feature of being excellent in mass productivity.
【０００４】通常、ＭＯＣＶＤ装置は、縦型と横型の二
種類に大別することができる。基本的な装置構成として
は、原料ガスの流れるリアクタ、半導体膜を成長させる
基板、基板を加熱する加熱部からなる。この構造は、例
えば、特開昭６３−１８８９３４号公報等で示されてい
る。In general, MOCVD apparatuses can be broadly classified into two types, a vertical type and a horizontal type. The basic device configuration includes a reactor in which a source gas flows, a substrate on which a semiconductor film is grown, and a heating unit for heating the substrate. This structure is disclosed in, for example, JP-A-63-188934.
【０００５】原料ガスとしては、ＩＩＩ族原料として、
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメ
チルインジウム等のＩＩＩ族アルキル化合物が用いら
れ、Ｖ族原料としては、アルシン、フォスフィン、アン
モニア等のＶ族水素化物やトリメチルヒ素、ターシャリ
ーブチルアルシン、ターシャリーブチルフォスフィン、
ターシャリーブチルアミン、ジメチルヒドラジン、エチ
ルアジド等のＶ族アルキル化合物が用いられる。As a raw material gas, as a group III raw material,
Group III alkyl compounds such as trimethylgallium, trimethylaluminum, and trimethylindium are used. As group V raw materials, group V hydrides such as arsine, phosphine, and ammonia, and trimethylarsenic, tertiary butyl arsine, tertiary butyl phosphine,
Group V alkyl compounds such as tertiary butylamine, dimethylhydrazine and ethylazide are used.
【０００６】成長方法は以下のようになる。原料ガス
が、キャリアガス（例えば、水素ガスや窒素ガス）とと
もに、リアクタ内に導入される。そのガスが、加熱され
た基板に導かれ、化学反応を経て、基板上に半導体膜を
成長させる。そして、排気ガスが排気ラインに導かれ、
排気される。得られる半導体膜の特性は、ガス流量、ガ
ス流速、ガスの混合比や、基板温度に依存する。そのた
め、それぞれの条件の最適化が重要である。[0006] The growth method is as follows. A source gas is introduced into the reactor together with a carrier gas (for example, hydrogen gas or nitrogen gas). The gas is guided to the heated substrate and undergoes a chemical reaction to grow a semiconductor film on the substrate. And the exhaust gas is led to the exhaust line,
Exhausted. The characteristics of the obtained semiconductor film depend on the gas flow rate, the gas flow rate, the gas mixture ratio, and the substrate temperature. Therefore, optimization of each condition is important.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来の方法において
は、半導体膜の品質を向上させるための外部から制御し
うる条件としては、ガス流量、ガス流速、ガスの混合比
や、基板温度程度である。ＭＯＣＶＤ法は、原料の化学
反応を利用して結晶を得るわけだが、化学反応に特に影
響を与えるのは、気相温度である。特に、窒化ガリウム
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長においては、他材料
系と比べ比較的低温の領域から原料ガス同士が反応しク
ラスタを形成し、それが成膜に寄与する反応種となる。
そして、気相温度の違いにより、成膜に寄与する反応種
が変化し、そのことが、得られる結晶性に大きく影響し
ていることを、本発明者は見いだした。In the conventional method, externally controllable conditions for improving the quality of a semiconductor film include a gas flow rate, a gas flow rate, a gas mixture ratio, and a substrate temperature. . In the MOCVD method, a crystal is obtained by using a chemical reaction of a raw material, and the gas phase temperature particularly affects the chemical reaction. In particular, in the growth of gallium nitride-based III-V compound semiconductors, the source gases react with each other from a relatively low temperature region as compared with other material systems to form clusters, which are reactive species that contribute to film formation.
The present inventors have found that a reaction species contributing to film formation changes depending on a difference in gas phase temperature, and this has greatly affected the obtained crystallinity.
【０００８】しかし、例えば、特開昭６３−１８８９３
４号公報等で示されているような、従来のＭＯＣＶＤ装
置では、加熱部は基板のみを加熱しており、そのため、
気相温度を変えることができるのは基板表面の極近傍の
みであった。そのため、気相温度の制御という意味での
制御性はあまりなく、高品質な半導体膜を得ることが困
難であった。However, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-18893
In a conventional MOCVD apparatus as disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 4 (1993) -104, the heating unit heats only the substrate.
The gas temperature could be changed only in the immediate vicinity of the substrate surface. Therefore, there is not much controllability in terms of controlling the gas phase temperature, and it has been difficult to obtain a high-quality semiconductor film.
【０００９】一方、特殊なＭＯＣＶＤ装置の形態とし
て、他材料系ではあるが、複数個の加熱部を有するＭＯ
ＣＶＤ装置も提案されている。例えば、特開昭６０−１
１２６９４号公報では、その従来例の記述において、フ
ォスフィン等の水素化物のみを予備加熱するための加熱
部と、基板を加熱するための加熱部を有するＭＯＣＶＤ
装置の技術が開示されている。この装置の場合、フォス
フィン等の水素化物のみを予備加熱しておいて、基板の
直前で有機金属化合物とその予備加熱された水素化物を
混合し半導体膜を成長させる方法である。[0009] On the other hand, as a form of a special MOCVD apparatus, although it is made of another material, an MOCVD apparatus having a plurality of heating sections is used.
A CVD apparatus has also been proposed. For example, JP-A-60-1
No. 12,694, in the description of the conventional example, MOCVD having a heating unit for preheating only a hydride such as phosphine and a heating unit for heating a substrate is disclosed.
Apparatus technology is disclosed. In the case of this apparatus, only a hydride such as phosphine is preheated, and the organic metal compound and the preheated hydride are mixed immediately before the substrate to grow a semiconductor film.
【００１０】しかし、この方法は、あくまでも、熱分解
効率が有機金属に比べて悪い水素化物を、効率よく分解
するように水素化物を予備加熱しているだけであり、成
膜に寄与する反応種の制御はできていない。これは、原
料ガスが混合された状態での予備加熱が行われていない
ために、半導体膜の成長に寄与する反応種の制御という
意味での気相温度の加熱制御ができていないということ
である。実際、予備加熱された水素化物がリアクタに導
入されて、有機金属化合物等の原料ガスと混合された場
合、混合された原料ガスの気相温度は予備加熱されてい
た温度に比べて大きく下がってしまう。However, this method merely preheats the hydride so as to efficiently decompose the hydride having a lower thermal decomposition efficiency than that of the organic metal. Is not controlled. This is because the heating of the gas phase temperature in the sense of controlling the reactive species contributing to the growth of the semiconductor film cannot be controlled because the preheating in the state where the source gas is mixed is not performed. is there. In fact, when the preheated hydride is introduced into the reactor and mixed with a raw material gas such as an organometallic compound, the gaseous phase temperature of the mixed raw material gas is greatly reduced as compared with the temperature at which the preheating was performed. I will.
【００１１】また、複数個の加熱部を有する気相成長方
法としては、例えば、ハイドライドＶＰＥ法がある。こ
の方法においては、一般に２つの独立して制御しうる加
熱部が存在する。１つは、金属原料を塩化物に反応させ
るための加熱部、１つは、半導体膜が析出するよう基板
温度を制御するための加熱部であり、それぞれの加熱部
は、成長の機構上、いわゆるｈｏｔ−ｗａｌｌの構造を
とっており、ゾーン加熱、つまり、リアクタの壁等周辺
部のみならず、気相部全体を加熱するようになってい
る。As a vapor phase growth method having a plurality of heating units, for example, there is a hydride VPE method. In this method, there are generally two independently controllable heating sections. One is a heating unit for reacting a metal raw material with a chloride, and the other is a heating unit for controlling a substrate temperature so that a semiconductor film is deposited. It has a so-called hot-wall structure, in which zone heating, that is, not only peripheral portions such as reactor walls, but also the entire gas phase portion is heated.
【００１２】しかし、この構造を窒化ガリウム系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体成長のＭＯＣＶＤ装置に利用するこ
とはできない。それは、以下の理由による。窒化ガリウ
ム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＭＯＣＶＤ法による成
長の場合、基板温度は１０００℃以上に設定する必要が
ある。しかし、ｈｏｔ−ｗａｌｌの構造を適用して、基
板、および、基板付近の気相部一帯をこのような高温の
状態に設定すると、有機金属化合物は比較的低温の状態
から反応しやすいこともあり、気相での反応が極端に進
んでしまい、得られる結晶の特性は非常に悪くなってし
まう。However, this structure has a gallium nitride type III.
It cannot be used for MOCVD equipment for growing group V compound semiconductors. It is for the following reasons. In the case of growing a gallium nitride-based III-V compound semiconductor by MOCVD, the substrate temperature must be set to 1000 ° C. or higher. However, when the hot-wall structure is applied and the substrate and the entire gas phase portion near the substrate are set to such a high temperature, the organometallic compound may easily react from a relatively low temperature. In addition, the reaction in the gas phase proceeds extremely, and the characteristics of the obtained crystal are extremely deteriorated.
【００１３】以上のようなことから、窒化ガリウム系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長する従来のＭＯＣＶＤ装
置において、気相温度を最適な状態で制御しながら成長
することは大変困難であった。From the above, the gallium nitride-based I
In a conventional MOCVD apparatus for growing a II-V compound semiconductor, it has been very difficult to grow while controlling the gas phase temperature in an optimum state.
【００１４】[0014]
【課題を解決する手段】上記課題を解決するために、本
発明では、基板に対して原料ガス流の上流側の位置で、
原料ガスが混合されている状態の位置に、原料ガスの気
相温度を制御するための第１の加熱部を有し、且つ、半
導体を成長させる基板のみを加熱することを目的とする
第２の加熱部を有する有機金属気相成長装置を用いた。In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, at a position upstream of a source gas flow with respect to a substrate,
A second heating unit having a first heating unit for controlling the gas phase temperature of the source gas at a position where the source gas is mixed, and for heating only the substrate on which the semiconductor is grown. Metalorganic vapor phase epitaxy apparatus having a heating section of the above.
【００１５】本発明の請求項１に記載の窒化ガリウム系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置は、ＩＩＩ族
元素を含む有機金属化合物と、Ｖ族元素を含む水素化物
または有機金属化合物を原料ガスとして用いた、窒化ガ
リウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置にお
いて、原料ガスを混合する領域と、基板を装着する領域
があり、該原料ガスを混合する領域と、該基板を装着す
る領域との間に第１の加熱部があり、該基板を装着する
領域に第２の加熱部があり、該第１の加熱部の設定温度
が該第２の加熱部の設定温度より低いことを特徴とす
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a vapor-phase growth apparatus for a gallium nitride-based III-V compound semiconductor, comprising an organic metal compound containing a group III element and a hydride or an organic metal compound containing a group V element. In a vapor phase growth apparatus for a gallium nitride-based III-V compound semiconductor used as a source gas, there are a region for mixing the source gas and a region for mounting the substrate, and a region for mixing the source gas and the substrate. There is a first heating unit between the mounting area and the substrate, and a second heating unit in the area where the substrate is mounted. The set temperature of the first heating unit is higher than the set temperature of the second heating unit. It is characterized by being low.
【００１６】本発明の請求項２に記載の窒化ガリウム系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置は、請求項１
に記載の発明において、前記第１の加熱部には加熱管と
第１の加熱体があり、前記第２の加熱部には加熱管に続
くリアクタと第２の加熱体があり、第１の加熱体と第２
の加熱体はリアクタに対して同じ側にあることを特徴と
する。According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for growing a gallium nitride-based III-V compound semiconductor in a vapor phase.
In the invention described in (1), the first heating unit has a heating tube and a first heating body, and the second heating unit has a reactor and a second heating body following the heating tube, Heating body and second
Are characterized by being on the same side with respect to the reactor.
【００１７】本発明の請求項３に記載の窒化ガリウム系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置は、請求項１
に記載の発明において、前記第１の加熱部には加熱管と
第１の加熱体があり、前記第１の加熱体は前記加熱管の
周囲を取り囲むように存在することを特徴とする。The gallium nitride III-V compound semiconductor vapor phase growth apparatus according to claim 3 of the present invention is characterized in that:
In the invention described in (1), the first heating unit includes a heating tube and a first heating body, and the first heating body is present so as to surround the heating tube.
【００１８】本発明の請求項４に記載の窒化ガリウム系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置は、請求項１
に記載の発明において、前記第１の加熱部には加熱管と
第１の加熱体があり、前記第１の加熱体は前記加熱管の
内管側に存在することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for growing a gallium nitride III-V compound semiconductor in a vapor phase.
In the invention described in (1), the first heating unit includes a heating tube and a first heating body, and the first heating body is provided on an inner tube side of the heating tube.
【００１９】本発明の請求項５に記載の窒化ガリウム系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、請求項１に記
載の窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成
長装置を用いた窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の製造方法において、第１の加熱部の設定温度を１０
０〜５００℃とすることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a gallium nitride-based III-V compound semiconductor using a gallium nitride-based III-V compound semiconductor according to the first aspect. In the method for manufacturing a gallium-based III-V compound semiconductor, the set temperature of the first heating unit is set to 10
The temperature is set to 0 to 500 ° C.
【００２０】本発明の請求項６に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体装置は、請求項１に記載の窒化ガリウム系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置を用いて作製
したことを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a gallium nitride-based compound semiconductor device manufactured using the gallium nitride-based III-V compound semiconductor vapor phase growth apparatus according to the first aspect. .
【００２１】本発明の具体的な装置構造図を図１に示
す。なお、この図はいわゆる横型のリアクタを持つ有機
金属気相成長装置であるが、これを縦型のリアクタにし
ても何ら差し支えはない。この第１の加熱部により気相
温度を最適な温度条件に設定しつつ、第２の加熱部によ
り基板周辺の気相温度を必要以上に加熱することなく基
板温度を十分高温に加熱することにより、理想的な成長
条件での成膜が可能になる。なお、それぞれの加熱方法
は、図１に示した方法に限定されることはない。FIG. 1 shows a specific device structure diagram of the present invention. Although FIG. 1 shows a metal organic chemical vapor deposition apparatus having a so-called horizontal reactor, it can be replaced with a vertical reactor. By setting the gas phase temperature to an optimum temperature condition by the first heating unit and heating the substrate temperature sufficiently high without heating the gas phase temperature around the substrate more than necessary by the second heating unit. Thus, a film can be formed under ideal growth conditions. In addition, each heating method is not limited to the method shown in FIG.
【００２２】[0022]
（実施形態１）まず、図面を用いて本発明の実施形態を
説明する。図１は、本実施形態で用いた有機金属気相成
長装置の構造の断面を模式的に示す図である。(Embodiment 1) First, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of the structure of the metal organic chemical vapor deposition apparatus used in the present embodiment.
【００２３】原料ガス、キャリアガスは混合された状態
で、ガス導入口１から導入され、混合された原料ガスを
加熱する加熱管４、半導体膜を成長させるリアクタ５を
通り、ガス排気口６からその排気ガスが排気される。加
熱管４に入るまでは、各原料ガスは分離されて供給され
るが、加熱管に入る段階で混合される。基板７はカーボ
ン製サセプタ８上に置かれ、外部から高周波コイル３に
より加熱される。サセプタ８により基板加熱のための第
２の加熱体を形成し、高周波コイル３、リアクタ５、サ
セプタ８により第２の加熱部を構成している。そして、
図１においては、ヒータ２が存在し、気相温度を制御す
ることができる。このように、ヒータ２により、気相温
度を制御するための第１の加熱体を形成し、ヒータ２、
加熱管４により、第１の加熱部を形成している。The source gas and the carrier gas are introduced in a mixed state from the gas inlet 1, pass through a heating tube 4 for heating the mixed source gas, a reactor 5 for growing a semiconductor film, and a gas exhaust port 6. The exhaust gas is exhausted. Until the raw material gas enters the heating tube 4, each raw material gas is separated and supplied, but is mixed at the stage of entering the heating tube. The substrate 7 is placed on a susceptor 8 made of carbon, and is externally heated by the high-frequency coil 3. The susceptor 8 forms a second heating element for heating the substrate, and the high-frequency coil 3, the reactor 5, and the susceptor 8 constitute a second heating unit. And
In FIG. 1, a heater 2 is provided to control the gas phase temperature. In this way, the first heating element for controlling the gas phase temperature is formed by the heater 2,
The heating tube 4 forms a first heating unit.
【００２４】また、第１の加熱部の形状としては、次に
示すものを用いた。混合した原料ガスを流す加熱管は、
１０ｍｍ×２０ｍｍ、長さ１ｍの矩形の石英管を用い、
第２の加熱部が存在する面に続く面にヒータを配置し、
加熱部を形成した。また、混合した原料ガスの平均流速
は、１ｍ／ｓｅｃとなるようにキャリアガスの流量を調
整した。ここでいう原料ガスの平均流速とは、原料ガス
を含むキャリアガスの総流量を、加熱管の断面積で割る
ことによって得られるガス流速のことである。The shape of the first heating section was as follows. The heating tube through which the mixed source gas flows
Using a 10 mm x 20 mm, 1 m long rectangular quartz tube,
A heater is arranged on a surface following the surface where the second heating unit exists,
A heating section was formed. Further, the flow rate of the carrier gas was adjusted so that the average flow velocity of the mixed raw material gas was 1 m / sec. The average flow rate of the source gas referred to here is a gas flow rate obtained by dividing the total flow rate of the carrier gas including the source gas by the sectional area of the heating tube.
【００２５】本実施形態においては、本発明を用いて窒
化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を行っ
た。原料ガスとしては、ＩＩＩ族元素を含む有機金属化
合物としてトリメチルガリウム、Ｖ族元素を含む水素化
物としてアンモニアを用いた。図１のＭＯＣＶＤ装置に
おいて、ＧａＮ（４μｍ）／ＧａＮバッファ（３０ｎ
ｍ）／サファイア基板の構造を作製した。In this embodiment, a gallium nitride-based III-V compound semiconductor is grown by using the present invention. As the raw material gas, trimethylgallium was used as an organometallic compound containing a group III element, and ammonia was used as a hydride containing a group V element. In the MOCVD apparatus of FIG. 1, a GaN (4 μm) / GaN buffer (30 n
m) / sapphire substrate structure was prepared.
【００２６】次に、窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の構造の作製方法を示す。Next, a method for fabricating the structure of a gallium nitride III-V compound semiconductor will be described.
【００２７】まず、ＭＯＣＶＤ装置内に洗浄済みのサフ
ァイア基板を導入し、Ｈ2キャリアガスの雰囲気で、第
２の加熱部で基板を加熱することにより基板温度を１１
００℃にしてクリーニングを行う。なお、この段階では
第１の加熱部での加熱は行っていない。引き続き、第１
の加熱部で気相温度を３００℃に、第２の加熱部で基板
温度を６００℃に設定して、トリメチルガリウムを３０
μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアを５ｓｌｍ、Ｈ2をキャ
リアガスとして、リアクタ内に導入し、サファイア基板
上にＧａＮバッファ層を３０ｎｍ成長した。その後、第
１の加熱部で気相温度を３００℃、第２の加熱部で基板
温度を１０５０℃に設定し、トリメチルガリウムを３０
μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアを５ｓｌｍ、Ｈ2をキャ
リアガスとして、リアクタ内に導入し、ＧａＮバッファ
層上にＧａＮ層（４μｍ）を成長した。First, a cleaned sapphire substrate is introduced into the MOCVD apparatus, and the substrate is heated in a second heating unit in an atmosphere of H 2 carrier gas to reduce the substrate temperature to 11 ° C.
The cleaning is performed at a temperature of 00 ° C. At this stage, heating in the first heating unit is not performed. Continue with the first
The gas phase temperature was set to 300 ° C. in the heating section, and the substrate temperature was set to 600 ° C. in the second heating section.
μmol / min, 5 slm of ammonia, and H 2 as a carrier gas were introduced into the reactor, and a GaN buffer layer was grown to 30 nm on a sapphire substrate. Thereafter, the gas phase temperature was set at 300 ° C. in the first heating unit, the substrate temperature was set at 1050 ° C. in the second heating unit, and trimethyl gallium was set at 30 ° C.
A GaN layer (4 μm) was grown on the GaN buffer layer by introducing μmol / min, ammonia at 5 slm, and H 2 as a carrier gas into the reactor.
【００２８】これらの工程により得られた半導体膜を、
Ｘ線回折測定、ホール測定によりその特性を評価した。
その結果、Ｘ線回折測定から、ＧａＮ（０００２）面か
らのＸ線回折ロッキングカーブ半値幅（ＸＲＣ−ＦＷＨ
Ｍ）が３．３分、ホール測定から伝導型はｎ型で、キャ
リア濃度（ｎ）は、ｎ＝２×１０16ｃｍ-3、移動度
（μ）は、μ＝６８０ｃｍ2／Ｖｓであることが分かっ
た。The semiconductor film obtained by these steps is
Its characteristics were evaluated by X-ray diffraction measurement and Hall measurement.
As a result, the X-ray diffraction rocking curve half-width (XRC-FWH) from the GaN (0002) plane was determined by X-ray diffraction measurement.
M) was 3.3 minutes, the conductivity type was n-type from the Hall measurement, the carrier concentration (n) was n = 2 × 10 16 cm −3 , and the mobility (μ) was μ = 680 cm 2 / Vs. I understood that.
【００２９】次に、比較例として、従来の技術で半導体
膜を成長した場合を示す。従来の技術を用いての成長
は、図１の装置において、第１の加熱部での加熱を行わ
ないで成長することで可能となる。よって、一連の工程
において、第１の加熱部での加熱を全く行わないまま
で、それ以外は先の実施例と同じ工程で同様の構造を作
製した。Next, as a comparative example, a case where a semiconductor film is grown by a conventional technique will be described. The growth using the conventional technique can be achieved by performing growth in the apparatus of FIG. 1 without performing heating in the first heating unit. Therefore, in a series of steps, a similar structure was manufactured in the same steps as the previous example except that the heating in the first heating unit was not performed at all.
【００３０】これらの工程により得られた半導体膜を、
Ｘ線回折測定、ホール測定によりその特性を評価した。
その結果、Ｘ線回折測定から、ＧａＮ（０００２）面か
らのＸ線回折ロッキングカーブ半値幅（ＸＲＣ−ＦＷＨ
Ｍ）が５分、ホール測定から伝導型はｎ型で、キャリア
濃度（ｎ）は、ｎ＝３×１０17ｃｍ-3、移動度（μ）
は、μ＝３５０ｃｍ2／Ｖｓであることが分かった。The semiconductor film obtained by these steps is
Its characteristics were evaluated by X-ray diffraction measurement and Hall measurement.
As a result, the X-ray diffraction rocking curve half-width (XRC-FWH) from the GaN (0002) plane was determined by X-ray diffraction measurement.
M) is 5 minutes, the conductivity type is n-type from the Hall measurement, the carrier concentration (n) is n = 3 × 10 17 cm −3 , and the mobility (μ) is
Was found to be μ = 350 cm 2 / Vs.
【００３１】また、別の比較例として、アンモニアのみ
を予備加熱して半導体膜を成長した場合を示す。アンモ
ニアを他の原料ガスと混合されるまでに、例えば、５０
０℃まで予備加熱しておいて、その予備加熱されたアン
モニアと、その他の原料ガス、キャリアガスを基板直前
で混合させて、先の例と同じ半導体積層構造を作製し
た。この場合は、第１の加熱部は全く用いておらず、そ
の他、ガス流量等の成長条件は、先の例での条件に合わ
せている。As another comparative example, a case where a semiconductor film is grown by preheating only ammonia is shown. By the time ammonia is mixed with another source gas, for example, 50
After preheating to 0 ° C., the preheated ammonia was mixed with other raw material gas and carrier gas immediately before the substrate to produce the same semiconductor multilayer structure as in the previous example. In this case, the first heating unit is not used at all, and other growth conditions such as the gas flow rate are set to the conditions in the previous example.
【００３２】これらの工程により得られた半導体膜を、
Ｘ線回折測定、ホール測定によりその特性を評価した。
その結果、Ｘ線回折測定から、ＧａＮ（０００２）面か
らのＸ線回折ロッキングカーブ半値幅（ＸＲＣ−ＦＷＨ
Ｍ）が４．９ｍｉｎ．、ホール測定から伝導型はｎ型
で、キャリア濃度（ｎ）は、ｎ＝３×１０17ｃｍ-3、移
動度（μ）は、μ＝３６０ｃｍ2／Ｖｓであることが分
かった。The semiconductor film obtained by these steps is
Its characteristics were evaluated by X-ray diffraction measurement and Hall measurement.
As a result, the X-ray diffraction rocking curve half-width (XRC-FWH) from the GaN (0002) plane was determined by X-ray diffraction measurement.
M) is 4.9 min. From the Hall measurement, it was found that the conductivity type was n-type, the carrier concentration (n) was n = 3 × 10 17 cm −3 , and the mobility (μ) was μ = 360 cm 2 / Vs.
【００３３】これらを先の本発明を利用した場合での得
られた膜の特性とを比較すると、本発明を利用して得ら
れた膜の方が明らかに特性が良好であることが分かる。When these are compared with the characteristics of the film obtained by using the above-mentioned present invention, it is understood that the film obtained by using the present invention has clearly better characteristics.
【００３４】これは、次のように説明できる。ＭＯＣＶ
Ｄ法により得られる半導体膜の品質は、成膜に寄与する
反応種に依存し、特にその大きさにより膜質が大きく変
化し、また、その反応種の大きさは気相温度により変化
すると言える。この現象は、特に窒化ガリウム系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の成長において顕著である。This can be explained as follows. MOCV
The quality of the semiconductor film obtained by the method D depends on the reactive species contributing to the film formation. In particular, it can be said that the film quality greatly changes depending on the size, and the size of the reactive species changes depending on the gas phase temperature. This phenomenon is particularly apparent in gallium nitride-based III
-Remarkable in the growth of group V compound semiconductor.
【００３５】通常のＭＯＣＶＤ装置の場合、加熱部は基
板のみしか加熱しないため、気相温度が上がっているの
は基板の極近傍の領域である。反応種を含んだキャリア
ガスは、気相温度が低い状態のまま、基板表面に導入さ
れるが、気相温度が上がっているのは基板の極近傍に限
定されるため、十分に反応種の大きさが小さくならない
まま成膜することになる。その結果、良好な特性を持つ
半導体膜を得ることができない。In the case of a normal MOCVD apparatus, since the heating section heats only the substrate, the temperature of the gas phase rises in a region extremely near the substrate. The carrier gas containing the reactive species is introduced to the substrate surface while the gas phase temperature is low, but since the gas phase temperature rises only in the immediate vicinity of the substrate, the reactive gas is sufficiently The film is formed without being reduced in size. As a result, a semiconductor film having good characteristics cannot be obtained.
【００３６】また、原料ガスの一部、例えば、水素化物
のみを予備加熱する構造のＭＯＣＶＤ装置の場合、水素
化物の分解効率を高める目的で行われるわけだが、この
方法では、各原料ガスが混合されてから形成される反応
種の制御をすることはできず、良好な特性を持つ半導体
膜を得るには十分ではない。In the case of an MOCVD apparatus having a structure in which only a part of the raw material gas, for example, a hydride is preheated, this is performed for the purpose of increasing the efficiency of hydride decomposition. It is not possible to control the reaction species formed after the formation, and it is not enough to obtain a semiconductor film having good characteristics.
【００３７】一方、本発明を利用したＭＯＣＶＤ装置の
場合、反応種が基板表面に到達する前に、適切な気相温
度に設定しておくことが可能なため、最適な状態で基板
表面に反応種を導入することができ、その結果、良好な
特性を持つ半導体膜を得ることができ、且つ、基板付近
は基板のみを加熱することにより、必要以上に基板付近
の気相温度を上げることなく理想的な状態で成膜が可能
となる。On the other hand, in the case of the MOCVD apparatus utilizing the present invention, it is possible to set an appropriate gas phase temperature before the reactive species reaches the substrate surface, so that the reaction species can be optimally reacted on the substrate surface. Seeds can be introduced, and as a result, a semiconductor film having good characteristics can be obtained, and by heating only the substrate in the vicinity of the substrate, the gas phase temperature in the vicinity of the substrate is not increased more than necessary. Film formation can be performed in an ideal state.
【００３８】なお、本実施形態では、第１の加熱部を形
成する加熱体の位置が基板を加熱する加熱体の位置に続
く同じ面に存在するため、第１の加熱部で気相温度を制
御されたガスを効率よく膜を成長させる基板上に送り込
むことができていると考えられる。In this embodiment, since the position of the heating element forming the first heating unit is located on the same surface following the position of the heating element for heating the substrate, the gas phase temperature is reduced by the first heating unit. It is considered that the controlled gas can be efficiently fed onto the substrate on which the film is grown.
【００３９】以上の理由から、本発明を利用した気相成
長装置を用いることにより、良好な結晶性を持つ窒化ガ
リウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を得ることができ
る。For the above reasons, a gallium nitride-based III-V compound semiconductor film having good crystallinity can be obtained by using a vapor phase growth apparatus utilizing the present invention.
【００４０】（実施形態２）まず、図面を用いて本発明
の実施形態を説明する。図２は、本実施形態で用いた有
機金属気相成長装置の構造の断面を模式的に示す図であ
る。(Embodiment 2) First, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of the structure of the metal organic chemical vapor deposition apparatus used in the present embodiment.
【００４１】図１と異なる点は、第１の加熱部を形成す
る加熱体が加熱管の周囲を取り囲むように設置されてい
ることにある。具体的には、次のような形状のものを用
いた。混合した原料ガスを流す加熱管は、直径２０ｍ
ｍ、長さ１ｍの円筒形の石英管を用い、その外周部分全
域にヒータを配置し、加熱部を形成することにより、加
熱管を周囲から全域を加熱するようにした。The difference from FIG. 1 is that the heating element forming the first heating section is installed so as to surround the heating tube. Specifically, the following shape was used. The heating tube through which the mixed source gas flows is 20 m in diameter.
A cylindrical quartz tube having a length of 1 m and a length of 1 m was used, and a heater was arranged on the entire outer peripheral portion thereof to form a heating portion, so that the entire heating tube was heated from the periphery.
【００４２】本実施形態においては、本発明を用いて窒
化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を行っ
た。原料ガスとしては、ＩＩＩ族元素を含む有機金属化
合物としてトリメチルガリウム、Ｖ族元素を含む水素化
物としてアンモニアを用いた。図２のＭＯＣＶＤ装置に
おいて、ＧａＮ（４μｍ）／ＧａＮバッファ（３０ｎ
ｍ）／サファイア基板の構造を作製した。なお、作製条
件は実施形態１と同じである。In this embodiment, a gallium nitride-based III-V compound semiconductor was grown by using the present invention. As the raw material gas, trimethylgallium was used as an organometallic compound containing a group III element, and ammonia was used as a hydride containing a group V element. In the MOCVD apparatus of FIG. 2, a GaN (4 μm) / GaN buffer (30 n
m) / sapphire substrate structure was prepared. The manufacturing conditions are the same as in the first embodiment.
【００４３】これらの工程により得られた半導体膜を、
Ｘ線回折測定、ホール測定によりその特性を評価した。
その結果、Ｘ線回折測定から、ＧａＮ（０００２）面か
らのＸ線回折ロッキングカーブ半値幅（ＸＲＣ−ＦＷＨ
Ｍ）が３．２分、ホール測定から伝導型はｎ型で、キャ
リア濃度（ｎ）は、ｎ＝２×１０16ｃｍ-3、移動度
（μ）は、μ＝７００ｃｍ2／Ｖｓであることが分か
り、非常に良好な膜を得ることができた。The semiconductor film obtained by these steps is
Its characteristics were evaluated by X-ray diffraction measurement and Hall measurement.
As a result, the X-ray diffraction rocking curve half-width (XRC-FWH) from the GaN (0002) plane was determined by X-ray diffraction measurement.
M) was 3.2 minutes, the conductivity type was n-type from the Hall measurement, the carrier concentration (n) was n = 2 × 10 16 cm −3 , and the mobility (μ) was μ = 700 cm 2 / Vs. It was found that a very good film was obtained.
【００４４】本結果が得られた理由としては、実施形態
１と同様に、反応種が基板表面に到達する前に、適切な
気相温度に設定しておくことが可能なため、最適な状態
で基板表面に反応種を導入することができ、その結果、
良好な特性を持つ半導体膜を得ることができ、且つ、基
板付近は基板のみを加熱することにより、必要以上に基
板付近の気相温度を上げることなく理想的な状態で成膜
が可能となったからである。The reason why this result was obtained is that, similarly to the first embodiment, it is possible to set an appropriate gas phase temperature before the reactive species reaches the substrate surface, so that the optimum state is obtained. Can introduce reactive species on the substrate surface, and as a result,
A semiconductor film having good characteristics can be obtained, and only the substrate is heated in the vicinity of the substrate, so that the film can be formed in an ideal state without increasing the gas phase temperature in the vicinity of the substrate more than necessary. This is because the.
【００４５】本実施形態での特徴としては、第１の加熱
部を加熱管全域に配置することにより、実施形態１の成
長装置に比べ、気相温度をより良好に制御できるように
なる。その結果、先に示したような良好な結晶性の膜が
得られる基板上での領域が、実施形態１の場合に比べて
広くなった。As a feature of the present embodiment, by arranging the first heating unit in the whole area of the heating tube, the vapor phase temperature can be controlled more favorably than the growth apparatus of the first embodiment. As a result, the region on the substrate where a good crystalline film as described above was obtained was wider than in the first embodiment.
【００４６】なお、この加熱管は、混合された原料ガス
を設定した気相温度まで管内において上げることが必要
である。流速が一定であれば、管径を太くした場合、管
の中心部では温度が上がりにくく、その場合は、長さを
長くして温度を上げる必要があるし、逆に、管径を細く
した場合、長さは短くても良い。例えば、加熱管の形状
として円管を考え、流すガスをＨ2とした場合、各流速
に対して、管径と長さの相関は図３に示すようになり、
各曲線より上側の領域、つまり、長い管の長さがあれば
問題はない。In this heating tube, it is necessary to raise the mixed raw material gas to a set gas phase temperature in the tube. If the flow velocity is constant, if the diameter of the tube is increased, the temperature is hard to rise at the center of the tube, in which case it is necessary to increase the temperature by increasing the length, and conversely, the diameter of the tube is reduced. In this case, the length may be short. For example, when a circular pipe is considered as the shape of the heating pipe and the flowing gas is H 2 , the correlation between the pipe diameter and the length for each flow velocity is as shown in FIG.
There is no problem if there is a region above each curve, that is, a long tube length.
【００４７】（実施形態３）まず、図面を用いて本発明
の実施形態を説明する。図４は、本実施形態で用いた有
機金属気相成長装置の構造の断面を模式的に示す図であ
る。(Embodiment 3) First, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of the structure of the metal organic chemical vapor deposition apparatus used in the present embodiment.
【００４８】図１と異なる点は、第１の加熱部を形成す
る加熱体が加熱管の内管側、つまり、ガスが流れる側に
設置されていることにある。具体的には、次のような形
状のものを用いた。混合した原料ガスを流す加熱管は、
直径４０ｍｍ、長さ５０ｃｍの円筒形の石英管を用い、
その内側にＳｉＣコートした円柱型のカーボン９を設置
した。なお、このカーボンには、円柱の軸方向に管状の
穴が数本あけてあり、そこをガスが流れるようになって
いる。このカーボンを加熱管の外側から高周波コイル１
０により加熱して、気相温度を制御するようになってい
る。The difference from FIG. 1 is that the heating element forming the first heating section is installed on the inner tube side of the heating tube, that is, on the side on which gas flows. Specifically, the following shape was used. The heating tube through which the mixed source gas flows
Using a cylindrical quartz tube with a diameter of 40 mm and a length of 50 cm,
A cylindrical carbon 9 coated with SiC was placed on the inside. The carbon has several tubular holes in the axial direction of the cylinder, through which gas flows. This carbon is applied to the high-frequency coil 1
Heating by 0 controls the gas phase temperature.
【００４９】本実施形態においては、本発明を用いて窒
化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を行っ
た。原料ガスとしては、ＩＩＩ族元素を含む有機金属化
合物としてトリメチルガリウム、Ｖ族元素を含む水素化
物としてアンモニアを用いた。図４のＭＯＣＶＤ装置に
おいて、ＧａＮ（４μｍ）／ＧａＮバッファ（３０ｎ
ｍ）／サファイア基板の構造を作製した。なお、作製条
件は実施形態１と同じである。In the present embodiment, a gallium nitride-based III-V compound semiconductor was grown using the present invention. As the raw material gas, trimethylgallium was used as an organometallic compound containing a group III element, and ammonia was used as a hydride containing a group V element. In the MOCVD apparatus of FIG. 4, a GaN (4 μm) / GaN buffer (30 n
m) / sapphire substrate structure was prepared. The manufacturing conditions are the same as in the first embodiment.
【００５０】これらの工程により得られた半導体膜を、
Ｘ線回折測定、ホール測定によりその特性を評価した。
その結果、Ｘ線回折測定から、ＧａＮ（０００２）面か
らのＸ線回折ロッキングカーブ半値幅（ＸＲＣ−ＦＷＨ
Ｍ）が３．２分、ホール測定から伝導型はｎ型で、キャ
リア濃度（ｎ）は、ｎ＝２×１０16ｃｍ-3、移動度
（μ）は、μ＝７００ｃｍ2／Ｖｓであることが分かっ
た。The semiconductor film obtained by these steps is
Its characteristics were evaluated by X-ray diffraction measurement and Hall measurement.
As a result, the X-ray diffraction rocking curve half-width (XRC-FWH) from the GaN (0002) plane was determined by X-ray diffraction measurement.
M) was 3.2 minutes, the conductivity type was n-type from the Hall measurement, the carrier concentration (n) was n = 2 × 10 16 cm −3 , and the mobility (μ) was μ = 700 cm 2 / Vs. I understood that.
【００５１】本結果が得られた理由としては、実施形態
１と同様に、反応種が基板表面に到達する前に、適切な
気相温度に設定しておくことが可能なため、最適な状態
で基板表面に反応種を導入することができ、その結果、
良好な特性を持つ半導体膜を得ることができ、且つ、基
板付近は基板のみを加熱することにより、必要以上に基
板付近の気相温度を上げることなく理想的な状態で成膜
が可能となったからである。The reason why this result was obtained is that, as in the first embodiment, an appropriate gas phase temperature can be set before the reactive species reaches the substrate surface. Can introduce reactive species on the substrate surface, and as a result,
A semiconductor film having good characteristics can be obtained, and only the substrate is heated in the vicinity of the substrate, so that the film can be formed in an ideal state without increasing the gas phase temperature in the vicinity of the substrate more than necessary. This is because the.
【００５２】本実施形態での特徴としては、第１の加熱
部を加熱管の内管側に配置することにより、実施形態２
の成長装置に比べ、より短い加熱管の長さで気相温度を
より良好に制御できるようになる。それは、実施形態２
の場合、ガスを加熱管の外側から加熱するため、管の中
心付近、つまり、管壁から離れた領域のガスの温度を上
げるのには時間がかかるが、実施形態３の場合は、加熱
体が管内にあるため、直接、ガスを加熱することができ
るので、管内の全領域のガスを効率よく加熱することが
できる、ということによるものである。The feature of the present embodiment is that the first heating unit is arranged on the inner tube side of the heating tube, and thus the second embodiment is provided.
The vapor temperature can be better controlled with a shorter length of the heating tube as compared with the growth apparatus of (1). It is the second embodiment
In the case of (3), since the gas is heated from the outside of the heating tube, it takes time to raise the temperature of the gas near the center of the tube, that is, in a region away from the tube wall. Since the gas is in the tube, the gas can be directly heated, so that the gas in the entire region in the tube can be efficiently heated.
【００５３】（実施形態４）本実施形態においては、本
発明を用いて、特に、気相温度を色々な温度に変えて、
窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を行
い、得られた半導体膜の特性の気相温度依存性を調べ
た。成長装置は、実施形態２で用いた装置を使用した。(Embodiment 4) In this embodiment, using the present invention, in particular, changing the gas phase temperature to various temperatures,
Gallium nitride-based III-V compound semiconductors were grown, and the gas-phase temperature dependence of characteristics of the obtained semiconductor films was examined. As the growth apparatus, the apparatus used in Embodiment 2 was used.
【００５４】原料ガスとしては、ＩＩＩ族元素を含む有
機金属化合物としてトリメチルガリウム、Ｖ族元素を含
む水素化物としてアンモニアを用いて、ＧａＮ（４μ
ｍ）／ＧａＮバッファ（３０ｎｍ）／サファイア基板の
構造を作製した。その作製方法は、基本的には、実施形
態２と同じであるが、第１の加熱部による気相温度の設
定を５０〜７００℃まで振って成長を行った。As a raw material gas, trimethylgallium as an organometallic compound containing a group III element and ammonia as a hydride containing a group V element were used, and GaN (4 μm) was used.
m) / GaN buffer (30 nm) / sapphire substrate structure. The manufacturing method is basically the same as that of the second embodiment, but the growth is performed by changing the setting of the gas phase temperature by the first heating unit from 50 to 700 ° C.
【００５５】これらの工程により得られた半導体膜を、
Ｘ線回折測定、ホール測定によりその特性を評価した。
Ｘ線回折測定によるＧａＮ（０００２）面からのＸ線回
折ロッキングカーブ半値幅（ＸＲＣ−ＦＷＨＭ）の結果
を図５に、ホール測定による結果を図６に示す。The semiconductor film obtained by these steps is
Its characteristics were evaluated by X-ray diffraction measurement and Hall measurement.
FIG. 5 shows the results of the X-ray diffraction rocking curve half width (XRC-FWHM) from the GaN (0002) plane by X-ray diffraction measurement, and FIG. 6 shows the results of Hall measurement.
【００５６】これらの結果から、本発明を利用して、特
に、気相温度を１００〜５００℃に設定することにより
良好な結晶性を持つ窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体膜を得ることができることが分かった。From these results, it is found that a gallium nitride-based III-V compound semiconductor film having good crystallinity can be obtained by using the present invention, particularly by setting the gas phase temperature to 100 to 500 ° C. I knew I could do it.
【００５７】これは、次のように説明できる。気相温度
によって、半導体の成膜に寄与する反応種が変化するこ
とを実施形態１で示した。気相温度が低い場合、例え
ば、１００℃以下の場合には、反応種の大きさが大き
く、基板に導入しても基板表面上での反応種のマイグレ
ーションが活発でないため、良好な結晶が得られない。
気相温度が高くなるにつれ、気相において反応種が分解
し、その大きさが小さくなるため基板表面上での反応種
のマイグレーションが活発になり、良好な結晶が得られ
るようになると言える。ただし、ある程度の温度、例え
ば、５００℃を超えて気相温度を上昇させると、気相で
の反応が進みすぎ、固体化、いわゆる粉が降るような現
象が現れ、得られる半導体膜の結晶性が逆に悪化し始め
る。This can be explained as follows. Embodiment 1 has shown that the reactive species contributing to the film formation of the semiconductor changes depending on the gas phase temperature. When the gas phase temperature is low, for example, at 100 ° C. or lower, the size of the reactive species is large, and the migration of the reactive species on the substrate surface is not active even when introduced into the substrate, so that a good crystal is obtained. I can't.
It can be said that as the gaseous phase temperature increases, the reactive species decomposes in the gaseous phase and the size thereof becomes smaller, so that the migration of the reactive species on the substrate surface becomes more active and a good crystal can be obtained. However, when the gas phase temperature is increased beyond a certain temperature, for example, 500 ° C., the reaction in the gas phase excessively proceeds, and a phenomenon such as solidification, that is, so-called powder falling, appears, and the crystallinity of the obtained semiconductor film is increased. Starts to get worse.
【００５８】以上の理由から、本発明の気相成長装置に
おいて、第１の加熱部による気相温度を１００〜５００
℃にすることにより、良好な結晶性を持つ窒化ガリウム
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を得ることができる。For the above reasons, in the vapor phase growth apparatus according to the present invention, the vapor phase temperature of the first heating unit is set to 100 to 500.
By setting the temperature to ° C., a gallium nitride-based III-V compound semiconductor having good crystallinity can be obtained.
【００５９】（実施形態５）本実施形態においては、本
発明を用いて窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の成長を行った。成長装置は実施形態２で用いた図２の
装置を用いた。原料ガスとしては、ＩＩＩ族元素を含む
有機金属化合物としてトリメチルガリウム、トリメチル
アルミニウム、および、トリメチルインジウム、Ｖ族元
素を含む水素化物としてアンモニアを用いた。図２のＭ
ＯＣＶＤ装置において、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ（１００ｎ
ｍ）／Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ（２ｎｍ）／Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
（１００ｎｍ）／ＧａＮ（４μｍ）／ＧａＮバッファ
（３０ｎｍ）／サファイア基板の構造を作製した。Embodiment 5 In this embodiment, a gallium nitride-based III-V compound semiconductor was grown by using the present invention. The growth apparatus shown in FIG. 2 used in the second embodiment was used. As a source gas, trimethylgallium and trimethylaluminum were used as organometallic compounds containing a group III element, and ammonia was used as a hydride containing trimethylindium and a group V element. M in FIG.
In an OCVD apparatus, Al 0.1 Ga 0.9 N (100 n
m) / In 0.3 Ga 0.7 N (2 nm) / Al 0.1 Ga 0.9 N
A structure of (100 nm) / GaN (4 μm) / GaN buffer (30 nm) / sapphire substrate was prepared.
【００６０】以下にその作製方法を示す。まず、ＭＯＣ
ＶＤ装置内に洗浄済みのサファイア基板を導入し、Ｈ2
キャリアガスの雰囲気で、第２の加熱部で基板を加熱す
ることにより基板温度を１１００℃にしてクリーニング
を行う。なお、第１の加熱部での加熱はこの段階では行
っていない。The manufacturing method will be described below. First, MOC
A cleaned sapphire substrate is introduced into the VD device, and H 2
In the atmosphere of the carrier gas, the substrate is heated by the second heating unit to set the substrate temperature to 1100 ° C., and the cleaning is performed. Note that heating in the first heating unit is not performed at this stage.
【００６１】引き続き、第１の加熱部を３００℃、第２
の加熱部を６００℃に設定して、トリメチルガリウムを
３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアを５ｓｌｍ、Ｈ2を
キャリアガスとして、リアクタ内に導入し、サファイア
基板上にＧａＮバッファ層を３０ｎｍ成長した。Subsequently, the first heating unit was heated at 300 ° C.
The heating section was set at 600 ° C., trimethylgallium at 30 μmol / min, ammonia at 5 slm, and H 2 as a carrier gas were introduced into the reactor, and a GaN buffer layer was grown to 30 nm on a sapphire substrate.
【００６２】その後、第１の加熱部は３００℃、第２の
加熱部を１０５０℃に設定し、トリメチルガリウムを３
０μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアを５ｓｌｍ、Ｈ2をキ
ャリアガスとして、リアクタ内に導入し、ＧａＮバッフ
ァ層上にＧａＮ層（４μｍ）を成長した。Thereafter, the first heating section was set at 300 ° C., the second heating section was set at 1050 ° C., and trimethylgallium was set at 3 ° C.
A GaN layer (4 μm) was grown on the GaN buffer layer by introducing 0 μmol / min, ammonia at 5 slm, and H 2 as a carrier gas into the reactor.
【００６３】そして、第１の加熱部は３００℃、第２の
加熱部を１０５０℃に設定し、トリメチルガリウムを３
０μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウムを３μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアを５ｓｌｍ、Ｈ2をキャリア
ガスとして、リアクタ内に導入し、ＧａＮ層上にＡｌ組
成が０．１のＡｌＧａＮ層（１００ｎｍ）を成長した。Then, the first heating section was set at 300 ° C., the second heating section was set at 1050 ° C., and trimethylgallium was set at 3 ° C.
0 μmol / min, 3 μm of trimethyl aluminum
ol / min, 5 slm of ammonia and H 2 as a carrier gas were introduced into the reactor, and an AlGaN layer (100 nm) having an Al composition of 0.1 was grown on the GaN layer.
【００６４】次に、第１の加熱部は１５０℃、第２の加
熱部を７５０℃に設定し、トリメチルガリウムを３μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルインジウムを３０μｍｏｌ／
ｍｉｎ、アンモニアを５ｓｌｍ、Ｎ2をキャリアガスと
して、リアクタ内に導入し、ＡｌＧａＮ層上にＩｎ組成
が０．３のＩｎＧａＮ層（２ｎｍ）を成長した。なお、
ここで、第１の加熱部の設定温度を１５０℃にしたの
は、トリメチルインジウムが、例えば、トリメチルガリ
ウム等の他の有機金属化合物より気相での反応が進みや
すいので、あまり高い温度に上げる必要がないことによ
る。Next, the first heating unit was set at 150 ° C., the second heating unit was set at 750 ° C., and trimethylgallium was set at 3 μm.
ol / min, 30 μmol / min of trimethylindium
min, 5 slm of ammonia and N 2 as a carrier gas were introduced into the reactor, and an InGaN layer (2 nm) having an In composition of 0.3 was grown on the AlGaN layer. In addition,
Here, the reason why the set temperature of the first heating unit was set to 150 ° C. is that trimethylindium is more easily heated in a gas phase than other organometallic compounds such as trimethylgallium, so that the temperature is raised to an excessively high temperature. It is not necessary.
【００６５】そして、第１の加熱部は３００℃、第２の
加熱部を１０５０℃に設定し、トリメチルガリウムを３
０μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウムを３μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアを５ｓｌｍ、Ｈ2をキャリア
ガスとして、リアクタ内に導入し、ＩｎＧａＮ層上にＡ
ｌ組成が０．１のＡｌＧａＮ層（１００ｎｍ）を成長し
た。Then, the first heating unit was set at 300 ° C., the second heating unit was set at 1050 ° C., and trimethyl gallium was set at 3 ° C.
0 μmol / min, 3 μm of trimethyl aluminum
ol / min, 5 slm of ammonia and H 2 as a carrier gas were introduced into the reactor, and A was introduced on the InGaN layer.
An AlGaN layer (100 nm) having a composition of 0.1 was grown.
【００６６】次に、比較例として、従来の技術で半導体
膜を成長した場合を示す。従来の技術を用いての成長
は、図２の装置において、第１の加熱部での加熱を行わ
ないで成長することで可能となる。よって、一連の工程
において、第１の加熱部での加熱を全く行わないまま
で、それ以外は先の例と同じ工程で同様の構造を作製し
た。Next, as a comparative example, a case where a semiconductor film is grown by a conventional technique will be described. The growth using the conventional technique can be performed by performing growth without performing heating in the first heating unit in the apparatus in FIG. Therefore, in a series of steps, a similar structure was manufactured in the same steps as the previous example except that the heating in the first heating unit was not performed at all.
【００６７】また、別の比較例として、アンモニアのみ
を予備加熱して半導体膜を成長した場合を示す。アンモ
ニアを他の原料ガスと混合されるまでに、例えば、５０
０℃まで予備加熱しておいて、その予備加熱されたアン
モニアと、その他の原料ガス、キャリアガスを基板直前
で混合させて、先の例と同じ半導体積層構造を作製し
た。この場合は、第１の加熱部は全く用いておらず、そ
の他、ガス流量等の成長条件は、先の例での条件に合わ
せている。As another comparative example, a case where a semiconductor film is grown by preheating only ammonia is shown. By the time ammonia is mixed with another source gas, for example, 50
After preheating to 0 ° C., the preheated ammonia was mixed with other raw material gas and carrier gas immediately before the substrate to produce the same semiconductor multilayer structure as in the previous example. In this case, the first heating unit is not used at all, and other growth conditions such as the gas flow rate are set to the conditions in the previous example.
【００６８】本発明を利用した場合で得られた試料と、
比較例としての２つの試料とを、フォトルミネッセンス
の測定により評価した。その結果、全ての試料でピーク
波長が４５０ｎｍの発光が確認され、本発明を利用した
試料の発光強度を１とすると、第１の加熱部を用いなか
った試料の発光強度は０．４、アンモニアのみを予備加
熱した試料の発光強度は０．５であった。A sample obtained by utilizing the present invention;
Two samples as comparative examples were evaluated by measuring photoluminescence. As a result, emission of a peak wavelength of 450 nm was confirmed in all the samples. Assuming that the emission intensity of the sample using the present invention was 1, the emission intensity of the sample not using the first heating unit was 0.4, and the emission intensity of ammonia was 0.4. The emission intensity of the sample preheated only was 0.5.
【００６９】これは、本発明を用いることにより、活性
層であるＩｎＧａＮ層の光学特性が大きく向上し、且
つ、それぞれの層の結晶性が改善されたものと考えられ
る。This is presumably because the use of the present invention significantly improved the optical characteristics of the InGaN layer as the active layer and improved the crystallinity of each layer.
【００７０】以上のことから、本発明の気相成長装置を
用いることにより、良好な特性を持つ窒化ガリウム系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体の混晶が作製でき、その結果、
良好な特性を持つ窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体のダブルへテロ（ＤＨ）構造を得ることができる。From the above, it can be seen that the use of the gallium nitride-based I
A mixed crystal of a II-V compound semiconductor can be produced, and as a result,
A double hetero (DH) structure of a gallium nitride-based III-V compound semiconductor having good characteristics can be obtained.
【００７１】（実施形態６）本実施形態においては、本
発明を用いて窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の成長を行い、窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の発光ダイオードを作製した。原料ガスとしては、Ｉ
ＩＩ族元素を含む有機金属化合物としてトリメチルガリ
ウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウ
ム、Ｖ族元素を含む水素化物としてアンモニア、不純物
としてはｐ型不純物としてビスシクロペンタジエニルマ
グネシウム、ｎ型不純物としてシランを用いた。(Embodiment 6) In this embodiment, a gallium nitride-based III-V compound semiconductor was grown by using the present invention to produce a gallium nitride-based III-V compound semiconductor light emitting diode. As the source gas, I
Trimethylgallium, trimethylaluminum, and trimethylindium were used as organometallic compounds containing Group II elements, ammonia was used as hydride containing Group V elements, biscyclopentadienylmagnesium was used as p-type impurities, and silane was used as n-type impurities. .
【００７２】図２のＭＯＣＶＤ装置において、図７に示
すｐｎ接合型発光ダイオードを作製した。構造は以下の
通りである。例えば、サファイア等の基板１１上に、順
に、ＧａＮからなる低温バッファ層１２、ｎ型ＧａＮ層
１３、ｎ型クラッド層としてｎ型ＡｌＧａＮ層１４、活
性層のＩｎＧａＮ層１５、ｐ型クラッド層としてｐ型Ａ
ｌＧａＮ層１６、ｐ型ＧａＮ層１７が積層されている。
更に、ｐ型ＧａＮ層１７からｎ型ＧａＮ層１３までの一
部をｎ型ＧａＮ層１３が表面に露出するまでエッチング
を施し、ｐ型ＧａＮ層１７上に電極１８、ｎ型ＧａＮ層
１３上に電極１９が形成されている。In the MOCVD apparatus of FIG. 2, a pn junction type light emitting diode shown in FIG. 7 was produced. The structure is as follows. For example, a low-temperature buffer layer 12 made of GaN, an n-type GaN layer 13, an n-type AlGaN layer 14 as an n-type cladding layer, an InGaN layer 15 as an active layer, and a p-type Type A
An lGaN layer 16 and a p-type GaN layer 17 are stacked.
Further, a portion from the p-type GaN layer 17 to the n-type GaN layer 13 is etched until the n-type GaN layer 13 is exposed on the surface, and the electrode 18 on the p-type GaN layer 17 and the n-type GaN layer 13 An electrode 19 is formed.
【００７３】以下にその作製方法を示す。なお、図８
は、本実施形態での半導体装置の作製工程を示す半導体
装置の断面図である。The method for producing the same will be described below. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device, illustrating a manufacturing step of the semiconductor device in the present embodiment.
【００７４】まず、ＭＯＣＶＤ装置内に洗浄済みのサフ
ァイア基板１１を導入し、Ｈ2キャリアガスの雰囲気
で、第２の加熱部で基板を加熱することにより基板温度
を１１００℃にしてクリーニングを行う。なお、この段
階では第１の加熱部での加熱は行っていない。First, the cleaned sapphire substrate 11 is introduced into the MOCVD apparatus, and the substrate is heated at 1100 ° C. by heating the substrate in a second heating section in an atmosphere of H 2 carrier gas. At this stage, heating in the first heating unit is not performed.
【００７５】引き続き、第１の加熱部で気相温度を３０
０℃に、第２の加熱部で基板温度を６００℃に設定し
て、トリメチルガリウムを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、アン
モニアを５ｓｌｍ、Ｈ2をキャリアガスとして、リアク
タ内に導入し、サファイア基板１１上にＧａＮバッファ
層１２を３０ｎｍ成長した。Subsequently, the gas phase temperature is reduced to 30 in the first heating section.
At 0 ° C., the substrate temperature was set to 600 ° C. in the second heating unit, trimethylgallium was introduced into the reactor using 30 μmol / min, ammonia at 5 slm, and H 2 as a carrier gas, and GaN was placed on the sapphire substrate 11. The buffer layer 12 was grown to 30 nm.
【００７６】そして、第１の加熱部で気相温度を３００
℃、第２の加熱部で基板温度を１０５０℃に設定し、ト
リメチルガリウムを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア
を５ｓｌｍ、シランを１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｈ2をキ
ャリアガスとして、リアクタ内に導入し、ＧａＮバッフ
ァ層１２上にｎ型ＳｉドープＧａＮ層１３を４μｍ成長
した。Then, the gas phase temperature is set to 300 in the first heating section.
Temperature, the substrate temperature was set to 1050 ° C. in the second heating unit, trimethylgallium was introduced into the reactor at 30 μmol / min, ammonia at 5 slm, silane at 10 nmol / min, and H 2 as a carrier gas into the reactor. On the substrate 12, an n-type Si-doped GaN layer 13 was grown to a thickness of 4 μm.
【００７７】ついで、第１の加熱部で気相温度を３００
℃、第２の加熱部で基板温度を１０５０℃に設定し、ト
リメチルガリウムを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチル
アルミニウムを３μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアを５ｓ
ｌｍ、シランを１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｈ2をキャリア
ガスとして、リアクタ内に導入し、ｎ型ＳｉドープＧａ
Ｎ層１３上に、ｎクラッド層としてＡｌ組成が０．１の
ｎ型ＳｉドープＡｌＧａＮ層１４を０．１μｍ成長し
た。Next, the gas phase temperature is set to 300 in the first heating section.
In the second heating unit, the substrate temperature was set to 1050 ° C., trimethylgallium was 30 μmol / min, trimethylaluminum was 3 μmol / min, and ammonia was 5 s.
lm, silane at 10 nmol / min, and H 2 as a carrier gas were introduced into the reactor to form n-type Si-doped Ga.
On the N layer 13, an n-type Si-doped AlGaN layer 14 having an Al composition of 0.1 was grown to 0.1 μm as an n-cladding layer.
【００７８】その後、第１の加熱部で気相温度を１５０
℃、第２の加熱部で基板温度を７５０℃に設定し、トリ
メチルガリウムを３μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルイン
ジウムを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアを５ｓｌ
ｍ、Ｎ2をキャリアガスとして、リアクタ内に導入し、
ｎ型ＳｉドープＡｌＧａＮ層１４上にＩｎ組成が０．３
のＩｎＧａＮ層１５を２ｎｍ成長した。Thereafter, the gas phase temperature is set to 150 in the first heating section.
° C, the substrate temperature is set to 750 ° C in the second heating unit, trimethylgallium is 3 μmol / min, trimethylindium is 30 μmol / min, and ammonia is 5 sl.
m and N 2 are introduced into the reactor as carrier gas,
When the In composition is 0.3 on the n-type Si-doped AlGaN layer 14,
Was grown to a thickness of 2 nm.
【００７９】そして、第１の加熱部で気相温度を３００
℃、第２の加熱部で基板温度を１０５０℃に設定し、ト
リメチルガリウムを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチル
アルミニウムを３μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアを５ｓ
ｌｍ、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを０．１
μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｈ2をキャリアガスとして、リアク
タ内に導入し、ＩｎＧａＮ層１５上に、ｐクラッド層と
してＡｌ 組成が０．１のｐ型ＭｇドープＡｌＧａＮ層
１６を０．１μｍ成長した。Then, the gas phase temperature is set to 300 in the first heating section.
In the second heating unit, the substrate temperature was set to 1050 ° C., trimethylgallium was 30 μmol / min, trimethylaluminum was 3 μmol / min, and ammonia was 5 s.
lm, biscyclopentadienyl magnesium in 0.1
μmol / min, H 2 was introduced into the reactor as a carrier gas, and a p-type Mg-doped AlGaN layer 16 having an Al composition of 0.1 was grown on the InGaN layer 15 as a p-cladding layer by 0.1 μm.
【００８０】最後に、第１の加熱部で気相温度を３００
℃、第２の加熱部で基板温度を１０５０℃に設定し、ト
リメチルガリウムを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア
を５ｓｌｍ、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを
０．１μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｈ2をキャリアガスとして、
リアクタ内に導入し、ｐ型ＭｇドープＡｌＧａＮ層１６
上にｐ型ＭｇドープＧａＮ層１７を０．３μｍ成長し
た。Finally, in the first heating section, the gas phase temperature is set to 300
C., the substrate temperature was set to 1050 ° C. in the second heating unit, trimethylgallium was 30 μmol / min, ammonia was 5 slm, biscyclopentadienyl magnesium was 0.1 μmol / min, and H 2 was used as a carrier gas.
The p-type Mg-doped AlGaN layer 16 introduced into the reactor
A p-type Mg-doped GaN layer 17 was grown thereon by 0.3 μm.
【００８１】以上の工程により図８（ａ）に示す窒化ガ
リウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を作製する
ことができる。Through the above steps, the gallium nitride-based III-V compound semiconductor multilayer structure shown in FIG. 8A can be manufactured.
【００８２】引き続き、得られた半導体積層構造を、例
えば、Ｎ2雰囲気、８００℃で熱アニールすることによ
り、Ｐ型ＡｌＧａＮ層１６、および、ｐ型ＧａＮ層１７
を活性化させ、低抵抗化させた。Subsequently, the obtained semiconductor laminated structure is thermally annealed, for example, at 800 ° C. in an N 2 atmosphere to form a P-type AlGaN layer 16 and a p-type GaN layer 17.
Was activated to lower the resistance.
【００８３】ついで、図８（ｂ）に示すように、半導体
積層構造の半導体表面にレジスト膜２０を付け、フォト
リソグラフィー技術によりその一部を除去する。そし
て、残ったレジスト膜をマスクとして、ＲＩＥによりエ
ッチングを行い、ｐ型ＧａＮ層１７からｎ型ＧａＮ層１
３を、ｎ型ＧａＮ層１３の一部が表面に露出するまでエ
ッチングをする。Next, as shown in FIG. 8B, a resist film 20 is applied to the semiconductor surface of the semiconductor laminated structure, and a part thereof is removed by photolithography. Then, etching is performed by RIE using the remaining resist film as a mask, and the n-type GaN layer 1 is removed from the p-type GaN layer 17.
3 is etched until a part of the n-type GaN layer 13 is exposed on the surface.
【００８４】その後、図８（ｃ）に示すように、ｎ型Ｇ
ａＮ層１３上にＡｌ電極層１９、ｐ型ＧａＮ層１７上に
Ａｕ電極層１８の金属膜を蒸着し、電極を作製する。Thereafter, as shown in FIG.
An electrode is formed by depositing a metal film of the Al electrode layer 19 on the aN layer 13 and a metal film of the Au electrode layer 18 on the p-type GaN layer 17.
【００８５】このようにして得られた半導体積層構造を
ダイシング等により分割して発光ダイオードのチップを
得ることができる。The light emitting diode chip can be obtained by dividing the thus obtained semiconductor laminated structure by dicing or the like.
【００８６】以上の工程で得られた発光ダイオードのチ
ップの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆動時に印
加電圧３．４Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力１．５
ｍＷを得ることができた。When the characteristics of the light emitting diode chip obtained in the above steps were measured, the applied voltage was 3.4 V, the light emission wavelength was 450 nm, and the light emission output was 1.5 when the current was driven at 20 mA.
mW could be obtained.
【００８７】次に、比較例として、従来の技術で半導体
膜を成長した場合を示す。従来の技術を用いての成長
は、図２の装置において、第１の加熱部での加熱を行わ
ないで成長することで可能となる。よって、一連の工程
において、第１の加熱部での加熱を全く行わないまま
で、それ以外は本実施形態と同じ工程で同様の構造を作
製した。この工程で得られた、発光ダイオードのチップ
の特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆動時に印加電
圧３．６Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力１．０ｍＷ
を得た。Next, as a comparative example, a case where a semiconductor film is grown by a conventional technique will be described. The growth using the conventional technique can be performed by performing growth without performing heating in the first heating unit in the apparatus in FIG. Therefore, in a series of steps, a similar structure was manufactured in the same steps as the present embodiment except that the heating in the first heating unit was not performed at all. When the characteristics of the light emitting diode chip obtained in this step were measured, an applied voltage of 3.6 V, a light emission wavelength of 450 nm, and a light emission output of 1.0 mW were driven at a current of 20 mA.
I got
【００８８】また、別の比較例として、アンモニアのみ
を予備加熱して半導体膜を成長した場合を示す。アンモ
ニアを他の原料ガスと混合されるまでに、例えば、５０
０℃まで予備加熱しておいて、その予備加熱されたアン
モニアと、その他の原料ガス、キャリアガスを基板直前
で混合させて、先の例と同じ半導体積層構造を作製し
た。この場合は、第１の加熱部は全く用いておらず、そ
の他、ガス流量等の成長条件は、先の例での条件に合わ
せている。この工程で得られた、発光ダイオードのチッ
プの特性を測定したところ、電流２０ｍＡ駆動時に印加
電圧３．６Ｖ、発光波長４５０ｎｍ、発光出力１．１ｍ
Ｗを得た。As another comparative example, a case where a semiconductor film is grown by preheating only ammonia is shown. By the time ammonia is mixed with another source gas, for example, 50
After preheating to 0 ° C., the preheated ammonia was mixed with other raw material gas and carrier gas immediately before the substrate to produce the same semiconductor multilayer structure as in the previous example. In this case, the first heating unit is not used at all, and other growth conditions such as the gas flow rate are set to the conditions in the previous example. When the characteristics of the light emitting diode chip obtained in this step were measured, an applied voltage of 3.6 V, a light emission wavelength of 450 nm, and a light emission output of 1.1 m when the current was driven at 20 mA.
W was obtained.
【００８９】これらを、本発明を利用した場合での得ら
れた発光ダイオードの特性とを比較すると、本発明を利
用して得られた発光ダイオードの特性の方が明らかに良
好であることが分かる。When these are compared with the characteristics of the light emitting diode obtained by using the present invention, it is found that the characteristics of the light emitting diode obtained by using the present invention are clearly better. .
【００９０】本発明を利用することにより、特性の良好
な発光ダイオードを得ることができたのは、実施形態５
で述べたように、ＤＨ構造内の活性層の光学的特性が向
上したとともに、各層全体の結晶性が向上したことがそ
の理由と考えられる。By using the present invention, it was possible to obtain a light emitting diode having good characteristics in the fifth embodiment.
As described above, it is considered that the reason is that the optical characteristics of the active layer in the DH structure are improved and the crystallinity of each layer is improved.
【００９１】以上のことから、本発明の気相成長装置を
用いることにより、良好な特性を有する発光ダイオード
を得ることができる。As described above, by using the vapor phase growth apparatus of the present invention, a light emitting diode having good characteristics can be obtained.
【００９２】[0092]
【発明の効果】本発明においては、窒化物ガリウム系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長するＭＯＣＶＤ装置にお
いて、基板に対して原料ガス流の上流側の位置で、原料
ガスが混合されている状態の位置に気相温度制御用の第
１の加熱部を有し、且つ、基板加熱用の第２の加熱部と
を備えることにより、良好な半導体膜を得ることができ
た。According to the present invention, the gallium nitride-based I
In a MOCVD apparatus for growing a II-V compound semiconductor, a first heating unit for controlling a vapor phase temperature is provided at a position upstream of a source gas flow with respect to a substrate and at a position where a source gas is mixed. And a second heating portion for heating the substrate, a good semiconductor film could be obtained.
【００９３】これは以下に記述する理由によるものであ
る。ＭＯＣＶＤ法により得られる半導体膜の品質は、成
膜に寄与する反応種に依存し、特にその大きさにより膜
質が大きく変化し、また、その反応種の大きさは気相温
度により変化する。This is for the reason described below. The quality of a semiconductor film obtained by the MOCVD method depends on a reactive species contributing to film formation. In particular, the film quality greatly changes depending on its size, and the size of the reactive species changes depending on a gas phase temperature.
【００９４】本発明を利用したＭＯＣＶＤ装置の場合、
反応種が基板表面に到達する前に、適切な気相温度に設
定しておくことが可能なため、最適な状態で基板表面に
反応種を導入することができ、その結果、良好な特性を
持つ半導体膜を得ることがでる。また、基板付近は基板
のみを加熱することにより、必要以上に基板付近の気相
温度を上げることなく理想的な状態で成膜が可能とな
る。In the case of the MOCVD apparatus utilizing the present invention,
Before the reactive species reach the substrate surface, it is possible to set an appropriate gas phase temperature, so that the reactive species can be introduced into the substrate surface in an optimal state, and as a result, good characteristics can be obtained. A semiconductor film can be obtained. In addition, by heating only the substrate in the vicinity of the substrate, the film can be formed in an ideal state without increasing the gas phase temperature in the vicinity of the substrate more than necessary.
【００９５】特に、本発明においては、気相温度が１０
０〜５００℃の設定のとき、効果が顕著に現れる。In particular, in the present invention, the gas phase temperature is 10
When the temperature is set at 0 to 500 ° C., the effect is remarkably exhibited.
【００９６】また、原料の混ざり方というの観点から考
えると、反応種の拡散定数が小さい方がキャリアガス内
での拡散が大きくなり、その結果、反応種のキャリアガ
スに対する混ざりが良くなり、広い面積に均一な半導体
膜を得ることができる。ガス同士の拡散のし易さは拡散
定数で定義されるが、反応種の大きさが小さいほど拡散
定数が大きくなり、ガス同士が混ざりやすくなると言え
る。Also, from the viewpoint of how the raw materials are mixed, the smaller the diffusion constant of the reactive species, the greater the diffusion in the carrier gas. As a result, the mixing of the reactive species with the carrier gas is improved, and A semiconductor film having a uniform area can be obtained. The ease of diffusion between gases is defined by the diffusion constant, but it can be said that the smaller the size of the reactive species, the greater the diffusion constant, and the easier it is for the gases to mix.
【００９７】このことから、本発明を用いることによ
り、反応種が基板表面に到達する前に、気相温度を上げ
てその反応種の大きさを小さくする、つまり、拡散定数
を大きくすることができるので、反応種の混ざり方が均
一になり、広い面積に均一な半導体膜を得ることができ
る。Thus, by using the present invention, it is possible to increase the vapor phase temperature and reduce the size of the reactive species before the reactive species reaches the substrate surface, that is, to increase the diffusion constant. Since the reaction species can be mixed uniformly, a uniform semiconductor film can be obtained over a wide area.
【００９８】以上の理由から、本発明を利用することに
より、良好な特性を持つ半導体膜を得ることができる。For the above reasons, a semiconductor film having good characteristics can be obtained by utilizing the present invention.
【図１】実施形態１で用いた、本発明による有機金属気
相成長装置の構造図である。FIG. 1 is a structural diagram of a metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention used in Embodiment 1.
【図２】実施形態２で用いた、本発明による有機金属気
相成長装置の構造図である。FIG. 2 is a structural diagram of a metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention used in Embodiment 2.
【図３】実施形態２で用いた有機金属気相成長装置にお
ける、管径と管の長さの相関図である。FIG. 3 is a correlation diagram between a pipe diameter and a pipe length in the metal organic chemical vapor deposition apparatus used in Embodiment 2.
【図４】実施形態３で用いた、本発明による有機金属気
相成長装置の構造図である。FIG. 4 is a structural diagram of a metal organic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention used in Embodiment 3.
【図５】気相温度を変化させて得られたＧａＮ膜のＧａ
Ｎ（０００２）面からのＸ線回折ロッキングカーブＦＷ
ＨＭの図である。FIG. 5 shows Ga of a GaN film obtained by changing a gas phase temperature.
X-ray diffraction rocking curve FW from N (0002) plane
It is a figure of HM.
【図６】気相温度を変化させて得られたＧａＮ膜の電子
濃度と移動度を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating electron concentration and mobility of a GaN film obtained by changing a gas phase temperature.
【図７】本発明を用いて作製した窒化ガリウム系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体装置の断面構造図である。FIG. 7 shows a gallium nitride-based III prepared by using the present invention.
FIG. 4 is a sectional structural view of a group-V compound semiconductor device.
【図８】本発明を用いて作製した窒化ガリウム系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体装置の作製工程を示す図である。FIG. 8 shows a gallium nitride-based III prepared using the present invention.
It is a figure which shows the manufacturing process of a-group V compound semiconductor device.
１ ガス導入口 ２ ヒータ ３ 高周波コイル ４ 加熱管 ５ リアクタ ６ ガス排気口 ７ 基板 ８ サセプタ ９ カーボン製加熱体 １０ 高周波コイル １１ 基板 １２ ＧａＮ低温バッファ層 １３ ｎ型ＧａＮ層 １４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 １５ ＩｎＧａＮ活性層 １６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 １７ ｐ型ＧａＮ層 １８ 電極層 １９ 電極層 ２０ レジスト層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas inlet 2 Heater 3 High frequency coil 4 Heating tube 5 Reactor 6 Gas exhaust port 7 Substrate 8 Susceptor 9 Carbon heating body 10 High frequency coil 11 Substrate 12 GaN low temperature buffer layer 13 n-type GaN layer 14 n-type AlGaN cladding layer 15 InGaN Active layer 16 p-type AlGaN cladding layer 17 p-type GaN layer 18 electrode layer 19 electrode layer 20 resist layer
Claims (6)
Ｖ族元素を含む水素化物または有機金属化合物を原料ガ
スとして用いた、窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体の気相成長装置において、 原料ガスを混合する領域と基板を装着する領域があり、
該原料ガスを混合する領域と、該基板を装着する領域と
の間に第１の加熱部があり、該基板を装着する領域に第
２の加熱部があり、該第１の加熱部の設定温度が該第２
の加熱部の設定温度より低いことを特徴とする窒化ガリ
ウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置。1. An organometallic compound containing a group III element,
In a vapor growth apparatus for a gallium nitride-based III-V compound semiconductor using a hydride or an organometallic compound containing a group V element as a source gas, there are a region for mixing the source gas and a region for mounting the substrate,
There is a first heating unit between the region where the source gas is mixed and the region where the substrate is mounted, and there is a second heating unit in the region where the substrate is mounted and the setting of the first heating unit The temperature is the second
A gallium nitride-based III-V compound semiconductor vapor phase growth apparatus having a temperature lower than a set temperature of a heating section.
熱体があり、前記第２の加熱部には加熱管に続くリアク
タと第２の加熱体があり、第１の加熱体と第２の加熱体
はリアクタに対して同じ側にあることを特徴とする請求
項１に記載の窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の気相成長装置。2. The first heating section includes a heating tube and a first heating element, and the second heating section includes a reactor and a second heating element following the heating pipe. The apparatus for vapor-phase growth of a gallium nitride-based III-V compound semiconductor according to claim 1, wherein the body and the second heating body are on the same side with respect to the reactor.
熱体があり、前記第１の加熱体は前記加熱管の周囲を取
り囲むように存在することを特徴とする請求項１に記載
の窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長
装置。3. The heating device according to claim 1, wherein the first heating unit includes a heating tube and a first heating element, and the first heating element surrounds the heating tube. 3. The apparatus for vapor-phase growth of a gallium nitride-based III-V compound semiconductor according to item 1.
熱体があり、前記第１の加熱体は前記加熱管の内管側に
存在することを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウ
ム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置。4. The heating device according to claim 1, wherein the first heating unit includes a heating tube and a first heating element, and the first heating element is provided on an inner tube side of the heating tube. An apparatus for vapor-phase growth of a gallium nitride-based III-V compound semiconductor according to the above.
−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置を用いた窒化ガリウ
ム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、 第１の加熱部の設定温度を１００〜５００℃とすること
を特徴とした窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の製造方法。5. The gallium nitride-based III according to claim 1,
A method for producing a gallium nitride-based III-V compound semiconductor using a vapor growth apparatus for a -V compound semiconductor, wherein the set temperature of the first heating unit is set to 100 to 500C. A method for producing a group III-V compound semiconductor.
−Ｖ族化合物半導体の気相成長装置を用いて作製したこ
とを特徴とする窒化ガリウム系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体装置。6. The gallium nitride-based III according to claim 1,
A gallium nitride-based III-V compound semiconductor device manufactured using a vapor growth device for a -V compound semiconductor.
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| JP23362097A JPH1174202A (en) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | Vapor growth device of gallium nitride iii-v compound semiconductor and gallium nitride iii-v compound semiconductor device and its manufacture |
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| JP (1) | JPH1174202A (en) |
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1997
- 1997-08-29 JP JP23362097A patent/JPH1174202A/en active Pending
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