JPS5948794B2 - 窒化ガリウム単結晶膜の製造法 - Google Patents
窒化ガリウム単結晶膜の製造法Info
- Publication number
- JPS5948794B2 JPS5948794B2 JP16806982A JP16806982A JPS5948794B2 JP S5948794 B2 JPS5948794 B2 JP S5948794B2 JP 16806982 A JP16806982 A JP 16806982A JP 16806982 A JP16806982 A JP 16806982A JP S5948794 B2 JPS5948794 B2 JP S5948794B2
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- JP
- Japan
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- gallium nitride
- single crystal
- nitride single
- crystal film
- aluminum
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- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
- C30B29/406—Gallium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、大きな歪或いは欠陥のない窒化ガリウム単
結晶膜の製造法に関するものである。
結晶膜の製造法に関するものである。
従来、窒化ガリウム単結晶膜は化学気相成長法、化成蒸
着法、スパッタリング法により主にサファイア単結晶上
に成長が行われてきた。窒化ガリウムをサファイア基板
上に成長させる場合、例えばサファイア（０００１）面
上では窒化ガリウムの（０００１）面が基板面に平行で
、窒化ガリウムの〔１１′２０〕方位がサファイアの〔
１Ｔｏｏ〕方位に平行になるようにエピタキシャル成長
する。この時、窒化ガリウムとサファイアの格子不整は
サファイア〔１Ｔｏｏ〕方向で約１３％にもなるために
、窒化ガリウム膜に大きな歪や欠陥を生じ、窒化ガリウ
ムの発光等の特性低下の要因となつている。これを避け
るためには厚さ数μｍ以上の窒化ガリウム膜を成長させ
る必要があるが、格子不整による欠陥を完全になくすこ
とは出来ず、このことは、例えば窒化ガリウムを用いて
発光素子を作る場合に、その発光効率を下げる要因の一
つとなつている。本願発明者等は上記実情に鑑み、サフ
ァイア基板上に歪や欠陥の少ない良質な窒化ガリウム単
結晶膜を成長させる目的で種々の実験と研究を重ねた結
果、窒化アルミニウムがこの目的を達成するのに極めて
有効であることを見出したものである。
着法、スパッタリング法により主にサファイア単結晶上
に成長が行われてきた。窒化ガリウムをサファイア基板
上に成長させる場合、例えばサファイア（０００１）面
上では窒化ガリウムの（０００１）面が基板面に平行で
、窒化ガリウムの〔１１′２０〕方位がサファイアの〔
１Ｔｏｏ〕方位に平行になるようにエピタキシャル成長
する。この時、窒化ガリウムとサファイアの格子不整は
サファイア〔１Ｔｏｏ〕方向で約１３％にもなるために
、窒化ガリウム膜に大きな歪や欠陥を生じ、窒化ガリウ
ムの発光等の特性低下の要因となつている。これを避け
るためには厚さ数μｍ以上の窒化ガリウム膜を成長させ
る必要があるが、格子不整による欠陥を完全になくすこ
とは出来ず、このことは、例えば窒化ガリウムを用いて
発光素子を作る場合に、その発光効率を下げる要因の一
つとなつている。本願発明者等は上記実情に鑑み、サフ
ァイア基板上に歪や欠陥の少ない良質な窒化ガリウム単
結晶膜を成長させる目的で種々の実験と研究を重ねた結
果、窒化アルミニウムがこの目的を達成するのに極めて
有効であることを見出したものである。
即ち、窒化アルミニウムは窒化ガリウムと同じウルツ鉱
型結晶構造を持ち、かつ格子不整は約２％と、窒化ガリ
ウムとサファイア間の格子不整１３％に対して極めて小
さいために、窒化アルミニウムの上に成長させた窒化ガ
リウムは歪や欠陥が少いことが期待される。一方、窒化
アルミニウムとサファイアとでは、やはり約１１％の大
きな格子不整があるが、アルミニウムを共通の構成元素
としているために、良質の窒化アルミニウム単結晶膜を
得ることができる。
型結晶構造を持ち、かつ格子不整は約２％と、窒化ガリ
ウムとサファイア間の格子不整１３％に対して極めて小
さいために、窒化アルミニウムの上に成長させた窒化ガ
リウムは歪や欠陥が少いことが期待される。一方、窒化
アルミニウムとサファイアとでは、やはり約１１％の大
きな格子不整があるが、アルミニウムを共通の構成元素
としているために、良質の窒化アルミニウム単結晶膜を
得ることができる。
窒化ガリウムを用いて発光素子を作る場合、サファイア
基板を通して光を外へ取り出す方法が用いられている。
窒化アルミニウムは窒化ガリウムより十分大きいバンド
・ギャップ・エネルギーを持つため、窒化ガリウムの発
光波長帯で透明であるため、サファイアと窒化ガリウム
の間に窒化アルミニウム層があつても、サファイア基板
側から光を外へ取り出すことを妨げることはない。この
発明は以上のような知見に基いて完成したものであつて
、その要旨とするところはサファイア基板上に窒化アル
ミニウム単結晶膜を成長させた後、その上に窒化ガリウ
ム単結晶膜を成長させるものである。この窒化ガリウム
単結晶膜作製法はサフアイア基板上に前もつて窒化アル
ミニウム単結晶を成長させておくことが重要な点である
。
基板を通して光を外へ取り出す方法が用いられている。
窒化アルミニウムは窒化ガリウムより十分大きいバンド
・ギャップ・エネルギーを持つため、窒化ガリウムの発
光波長帯で透明であるため、サファイアと窒化ガリウム
の間に窒化アルミニウム層があつても、サファイア基板
側から光を外へ取り出すことを妨げることはない。この
発明は以上のような知見に基いて完成したものであつて
、その要旨とするところはサファイア基板上に窒化アル
ミニウム単結晶膜を成長させた後、その上に窒化ガリウ
ム単結晶膜を成長させるものである。この窒化ガリウム
単結晶膜作製法はサフアイア基板上に前もつて窒化アル
ミニウム単結晶を成長させておくことが重要な点である
。
サフアイア基板上に、窒化アルミニウム単結晶膜を成長
させるのはアンモニアあるいはヒドラジン雰囲気中でア
ルミニウムを蒸発させる化成蒸着法、あるいはアルミニ
ウムを含む化合物ガスとアンモニアガスを反応管に導入
する化学気相成長法いずれに依つてもよい。
させるのはアンモニアあるいはヒドラジン雰囲気中でア
ルミニウムを蒸発させる化成蒸着法、あるいはアルミニ
ウムを含む化合物ガスとアンモニアガスを反応管に導入
する化学気相成長法いずれに依つてもよい。
また窒化アルミニウム単結晶膜上に窒化ガリウムを成長
させるのはアンモニウムあるいはヒドラジン雰囲気中で
ガリウムを蒸発させる化成蒸着法あるいはガリウムを含
む化合物ガスとアンモニアガスを反応管に導入する化学
気相成長法いずれに依つてもよい。
させるのはアンモニウムあるいはヒドラジン雰囲気中で
ガリウムを蒸発させる化成蒸着法あるいはガリウムを含
む化合物ガスとアンモニアガスを反応管に導入する化学
気相成長法いずれに依つてもよい。
以下、図示の実施例により化成蒸着法による方法を説明
する。
する。
１０−８Ｔ０ｒｒ以下の超高真空に排気された真空槽１
内にはその背面或いは側面に基板加熱ヒーター２があり
、その前面をシヤツタ一３で遮断するようにサフアイア
基板４が配置されており、サフアイア基板４の前方中央
にはアンモニアガス導入パイプ５が、その開口部をサフ
アイア基板４に向けて配置され、パイプ５の両側にはア
ルミニウム蒸発源６及びガリウム蒸発源７が配置される
。
内にはその背面或いは側面に基板加熱ヒーター２があり
、その前面をシヤツタ一３で遮断するようにサフアイア
基板４が配置されており、サフアイア基板４の前方中央
にはアンモニアガス導入パイプ５が、その開口部をサフ
アイア基板４に向けて配置され、パイプ５の両側にはア
ルミニウム蒸発源６及びガリウム蒸発源７が配置される
。
先ず、１０−８Ｔ０ｒｒ以下の超高真空に排気された真
空槽１内のアルミニウム蒸発源６よりアルミニウム分子
線を、基板の方向を向いたガス導入パイプ５より１０−
５Ｔ０ｒｒのアンモニアを、１０００〜１２００℃に加
熱されたサフアイア基板４に同時に入射させ、窒化アル
ミニウム単結晶膜を成長させる。膜の成長速度は、アル
ミニウム分子線強度及びアンモニア分圧に依存するが、
２×１０１５（：！ｌ−ＳｅＣ，５ＸｌＯ−５Ｔ０ｒｒ
の時、約２λ／Ｓｅｃである。次にアルミニウム分子線
を止め、基板温度を６００〜７００℃に降温し、ガリウ
ム蒸発源７よりガリウム分子線を、ガス導入パイプ５よ
り１０？５〜１０−４Ｔ０ｒｒのアンモニアを窒化アル
ミニウム単結晶膜でおおわれたサフアイア基板４に同時
に入射させ、窒化ガリウム単結晶膜を成長させる。
空槽１内のアルミニウム蒸発源６よりアルミニウム分子
線を、基板の方向を向いたガス導入パイプ５より１０−
５Ｔ０ｒｒのアンモニアを、１０００〜１２００℃に加
熱されたサフアイア基板４に同時に入射させ、窒化アル
ミニウム単結晶膜を成長させる。膜の成長速度は、アル
ミニウム分子線強度及びアンモニア分圧に依存するが、
２×１０１５（：！ｌ−ＳｅＣ，５ＸｌＯ−５Ｔ０ｒｒ
の時、約２λ／Ｓｅｃである。次にアルミニウム分子線
を止め、基板温度を６００〜７００℃に降温し、ガリウ
ム蒸発源７よりガリウム分子線を、ガス導入パイプ５よ
り１０？５〜１０−４Ｔ０ｒｒのアンモニアを窒化アル
ミニウム単結晶膜でおおわれたサフアイア基板４に同時
に入射させ、窒化ガリウム単結晶膜を成長させる。
膜の成長速度はやはりガリウム分子線強度及びアンモニ
ア分圧に依存するが、１Ｘ１０１５／Ｃｄ・Ｓｅｃ，ｌ
×１０−４Ｔ０ｒｒの時、約２λ／Ｓｅｃである。
ア分圧に依存するが、１Ｘ１０１５／Ｃｄ・Ｓｅｃ，ｌ
×１０−４Ｔ０ｒｒの時、約２λ／Ｓｅｃである。
なお、窒化アルミニウム膜、窒化ガリウム膜の成長のた
めには、ガス導入パイプは基板の方向を向いており、ア
ンモニア分子が直接基板に入射するような配置になつて
いることが好ましい。
めには、ガス導入パイプは基板の方向を向いており、ア
ンモニア分子が直接基板に入射するような配置になつて
いることが好ましい。
また窒化アルミニウム単結晶膜を成長させる場合、まず
アルミニウム分子線を入射して後、アンモニアの導入を
開始することにより、平坦な表面をもつ膜を得ることが
できる。更に窒化アルミニウム単結晶膜を成長させた後
、膜を大気にさらすことなく、窒化ガリウム単結晶膜を
成長させる必要がある。
アルミニウム分子線を入射して後、アンモニアの導入を
開始することにより、平坦な表面をもつ膜を得ることが
できる。更に窒化アルミニウム単結晶膜を成長させた後
、膜を大気にさらすことなく、窒化ガリウム単結晶膜を
成長させる必要がある。
窒化アルミニウム膜を大気にさらすと、表面に薄い酸化
層が生じ、その上には良質の窒化ガリウム単結晶膜を成
長させることはできないからである。次にサフアイア基
板上に直接成長させた場合と本方法により成長させた場
合の窒化ガリウム単結晶膜の特性の違いについて述べる
。
層が生じ、その上には良質の窒化ガリウム単結晶膜を成
長させることはできないからである。次にサフアイア基
板上に直接成長させた場合と本方法により成長させた場
合の窒化ガリウム単結晶膜の特性の違いについて述べる
。
第２図ａはサフアイア基板上に直接成長させた窒化ガリ
ウム単結晶膜の、ｂは本方法により作製した窒化ガリウ
ム単結晶膜のカソード・ルミネツセンス・スペクトルで
ある。共に類似のスペクトル形状を示し、波長３６０ｎ
ｍに鋭い発光ピークが見られる。しかしその強度は本方
法による窒化ガリウム膜の方が約５０倍大きい。また膜
のＨａ′ｌ測定による電気特性の測定の結果、電子移動
度はやはり本方法による窒化ガリウム膜の方が５〜１０
倍大きい。このように、本方法により作製した窒化ガリ
ウム単結晶膜の発光及び電気特性が従来の方法による膜
に比べて極めて改善されていることがわかる。この発明
はこのように、サフアイア基板上に良質の窒化ガリウム
単結晶膜を成長させることができるようにしたものであ
り、窒化ガリウムを用いた発光素子等の諸種の応用にそ
の活用が期待されるものである。
ウム単結晶膜の、ｂは本方法により作製した窒化ガリウ
ム単結晶膜のカソード・ルミネツセンス・スペクトルで
ある。共に類似のスペクトル形状を示し、波長３６０ｎ
ｍに鋭い発光ピークが見られる。しかしその強度は本方
法による窒化ガリウム膜の方が約５０倍大きい。また膜
のＨａ′ｌ測定による電気特性の測定の結果、電子移動
度はやはり本方法による窒化ガリウム膜の方が５〜１０
倍大きい。このように、本方法により作製した窒化ガリ
ウム単結晶膜の発光及び電気特性が従来の方法による膜
に比べて極めて改善されていることがわかる。この発明
はこのように、サフアイア基板上に良質の窒化ガリウム
単結晶膜を成長させることができるようにしたものであ
り、窒化ガリウムを用いた発光素子等の諸種の応用にそ
の活用が期待されるものである。
第１図は化成蒸着法による窒化ガリウム、窒化アルミニ
ウム単結晶膜製造の原理図、第２図は窒化ガリウム単結
晶膜の７７Ｋでのカソード・ルミネツセンス・スペクト
ルで、ａはサフアイア基板上に直接成長させた窒化ガリ
ウム、ｂは本方法による窒化ガリウム単結晶膜で、ａは
ｂに対して強度のスケールを５０倍にした拡大した図。 図中、１は真空槽、２は基板加熱ヒーター、３はシヤツ
タ一、４はサフアイア基板、５はアンモニアガス導入パ
イプ、６はアルミニウム蒸発源、Ｔはガリウム蒸発源で
ある。
ウム単結晶膜製造の原理図、第２図は窒化ガリウム単結
晶膜の７７Ｋでのカソード・ルミネツセンス・スペクト
ルで、ａはサフアイア基板上に直接成長させた窒化ガリ
ウム、ｂは本方法による窒化ガリウム単結晶膜で、ａは
ｂに対して強度のスケールを５０倍にした拡大した図。 図中、１は真空槽、２は基板加熱ヒーター、３はシヤツ
タ一、４はサフアイア基板、５はアンモニアガス導入パ
イプ、６はアルミニウム蒸発源、Ｔはガリウム蒸発源で
ある。
Claims (1)
- １ サファイア基板上に窒化アルミニウム単結晶膜を成
長させた後、その上に窒化ガリウム単結晶膜を成長させ
ることを特徴とする窒化ガリウム単結晶膜の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16806982A JPS5948794B2 (ja) | 1982-09-27 | 1982-09-27 | 窒化ガリウム単結晶膜の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16806982A JPS5948794B2 (ja) | 1982-09-27 | 1982-09-27 | 窒化ガリウム単結晶膜の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5957997A JPS5957997A (ja) | 1984-04-03 |
| JPS5948794B2 true JPS5948794B2 (ja) | 1984-11-28 |
Family
ID=15861256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16806982A Expired JPS5948794B2 (ja) | 1982-09-27 | 1982-09-27 | 窒化ガリウム単結晶膜の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5948794B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2704181B2 (ja) * | 1989-02-13 | 1998-01-26 | 日本電信電話株式会社 | 化合物半導体単結晶薄膜の成長方法 |
| GB2323209A (en) * | 1997-03-13 | 1998-09-16 | Sharp Kk | Molecular beam epitaxy apparatus and method |
| GB2331307A (en) | 1997-11-15 | 1999-05-19 | Sharp Kk | Growth of buffer layer by molecular beam epitaxy |
| KR20010029852A (ko) * | 1999-06-30 | 2001-04-16 | 도다 다다히데 | Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| CN114855268B (zh) * | 2022-05-07 | 2023-06-30 | 北京镓纳光电科技有限公司 | 一种用于多片生长氮化镓及其合金的hvpe设备 |
-
1982
- 1982-09-27 JP JP16806982A patent/JPS5948794B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5957997A (ja) | 1984-04-03 |
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