JP3081914B2 - Method of growing group III nitride semiconductor film - Google Patents
Method of growing group III nitride semiconductor filmInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は分子線エピタキシィ
法により III族窒化物半導体膜を成長させる方法に関
し、特に、平坦な成長表面を得るための改良に関する。The present invention relates to a method for growing a group III nitride semiconductor film by a molecular beam epitaxy method, and more particularly to an improvement for obtaining a flat growth surface.
【0002】[0002]
【従来の技術】GaN,AlN,InGaN等の III族窒化物半導体
膜を結晶成長させるには、これまでの所、化学気相成長
(CVD)法か分子線エピタキシィ(MBE)法が用いられてい
る。しかし、青色発光ダイオード等に代表される短波長
光素子や高出力、高周波素子の構築素材として考える
と、将来的にも後者の手法が望ましい。前者では窒素源
としてアンモニアが主として使われるが、成長温度が10
00℃以上と高く、III族元素間の取り込み効率の違いのた
め、混晶の成長には適しないからである。また、原子層
オーダでの成長制御が困難であり、キャリアガスとして
用いる水素ガスにより p型ドーパントが不活性化してし
まうという問題もある。さらに、成長時の成長表面の実
時間での観測にも適当なる手法がなく、結晶成長メカニ
ズムの解明が定かにはならない欠点もある。2. Description of the Related Art In order to grow a group III nitride semiconductor film such as GaN, AlN, and InGaN, a chemical vapor deposition method has been used so far.
Either the (CVD) method or the molecular beam epitaxy (MBE) method is used. However, the latter method is desirable in the future when considered as a construction material of a short wavelength optical element represented by a blue light emitting diode or the like, or a high output or high frequency element. In the former, ammonia is mainly used as a nitrogen source, but the growth temperature is 10
This is because the temperature is as high as 00 ° C. or more, and is not suitable for mixed crystal growth due to the difference in the incorporation efficiency between the group III elements. Further, it is difficult to control the growth on the order of atomic layers, and there is a problem that the p-type dopant is inactivated by hydrogen gas used as a carrier gas. Furthermore, there is no suitable method for real-time observation of the growth surface during growth, and there is a disadvantage that the elucidation of the crystal growth mechanism cannot be determined.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】これに対し、後者の分
子線エピタキシィ法には少なくともこのような欠点はな
く、成長中の成長表面を調べる「その場(in-situ)」観
察法にも種々あるので、成長モードや成長メカニズムの
解明も比較的容易である。とは言え、これにもなお、解
決すべき課題がある。On the other hand, the latter molecular beam epitaxy method does not have at least such disadvantages, and various "in-situ" observation methods for examining a growing surface during growth are used. Therefore, it is relatively easy to clarify the growth mode and growth mechanism. That said, there are still issues to be solved.
【0004】そもそも III族窒化物半導体は、一般にバ
ルク結晶を得るのが困難なため、異種基板上へのヘテロ
エピタキシャル成長が必要であるが、当該基板として比
較的相性が良いとされ、汎用されるサファイアの場合で
も、成長膜との間に13%程度の格子不整合が生ずる。こ
のように大きな格子不整合は転移等の欠陥や歪みをもた
らす。[0004] In the first place, it is generally difficult to obtain a bulk crystal of a group III nitride semiconductor, so that heteroepitaxial growth on a heterogeneous substrate is necessary. Even in the case of (1), about 13% of the lattice mismatch occurs with the grown film. Such a large lattice mismatch causes defects such as dislocation and distortion.
【0005】一方、本質的にはこのような状況が起き得
る中で、分子線エピタキシィ法を採用する場合、それは
かなり高い真空度環境下での結晶成長となるため、有効
な窒素種を十分に供給しないと、成長した結晶から窒素
原子が抜けたり、成長速度が著しく遅くなる等の不都合
が出る。そこで窒素源としては、反応性の高い窒素ラジ
カルが要求され、これを適当なるプラズマソースから得
ねばならない。[0005] On the other hand, in a case where the molecular beam epitaxy method is essentially adopted in such a situation, crystal growth is performed under a considerably high vacuum environment. Failure to do so results in inconveniences, such as the escape of nitrogen atoms from the grown crystal and a markedly reduced growth rate. Therefore, a highly reactive nitrogen radical is required as a nitrogen source, and this must be obtained from an appropriate plasma source.
【0006】ところが、プラズマソースから窒素ラジカ
ルを供給すると、反応性が高いがために III族元素に出
会った途端に反応し、III族元素が結晶格子中の熱的安定
位置に到達する以前に結晶が形成されてしまうという問
題が起きる。これが例えば、同じ分子線エピタキシィ法
であっても、ラジカルを用いない通常の III−V族化合
物半導体の結晶成長であるならば、III族元素やV族元素
は成長表面上で二次元的に十分均一に拡散し、基板温度
で決まる反応定数で相互に結合する。しかし、ラジカル
を用いると、III族元素が成長表面にて十分拡散し、全体
として平坦な表面を形成する前に窒素ラジカルと反応す
る確率が高くなってしまう。さらに、プラズマ中には高
エネルギ粒子が含まれているため、これが成長表面に衝
突し、物理的に損傷を与えるということもある。However, when nitrogen radicals are supplied from a plasma source, they react immediately upon encountering a group III element because of their high reactivity, and before the group III element reaches a thermally stable position in the crystal lattice. There is a problem that crystals are formed. For example, even if the same molecular beam epitaxy method is used for ordinary crystal growth of a group III-V compound semiconductor without using a radical, the group III element and the group V element are sufficiently two-dimensionally grown on the growth surface. It diffuses uniformly and bonds with each other with a reaction constant determined by the substrate temperature. However, when radicals are used, the group III element diffuses sufficiently on the growth surface, and the probability of reacting with nitrogen radicals before forming a flat surface as a whole increases. In addition, the plasma contains high-energy particles that can strike the growth surface and physically damage it.
【0007】こうしたことが相まって、III族窒化物半導
体膜の成長表面、特に成長初期の段階での成長表面は二
次元的に平坦な層状表面とはなり難く、凸凹してしまい
がちである。このような表面の粗面状態は、その後も単
に成長を継続しただけでは回復されず、むしろ酷くなる
こともある。もちろん、平坦性の欠如は最終的に形成さ
れる III族窒化物半導体膜の品質を著しく低下させ、ひ
いてはこれを用いて作製される各種電子、光素子の性能
を低下させる大きな要因になる。[0007] In combination with the above, the growth surface of the group III nitride semiconductor film, particularly the growth surface in the early stage of growth, is unlikely to become a two-dimensionally flat layered surface, and tends to be uneven. Such a rough surface state is not recovered by simply continuing the growth thereafter, but may be rather severe. Of course, the lack of flatness significantly lowers the quality of the finally formed group III nitride semiconductor film, and is a major factor in lowering the performance of various electronic and optical devices manufactured using the same.
【0008】本発明はこのような問題を解決すべくなさ
れたもので、 III族窒化物半導体膜を窒素ラジカルを用
いた分子線エピタキシィ法で作製する場合に、その成長
表面の平坦性を回復させ得る手法を提供せんとするもの
である。The present invention has been made in order to solve such a problem. When a group III nitride semiconductor film is formed by a molecular beam epitaxy method using nitrogen radicals, the flatness of the growth surface is restored. It is not intended to provide a method for obtaining it.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、粗面化している、ないし粗面化していると思
われる成長表面に対し、III族元素が二次元的に十分拡散
するための時間を稼ぐべく、成長表面に向けてのラジカ
ルビームの照射に関し、時間幅変調を施すことを提案す
る。簡明に言えば、ラジカルビームを断続的に供給する
のである。こうすれば、ラジカルビームの供給が停止し
ている間に成長表面上にて III族元素は十分二次元的に
拡散することができ、粗面化している表面の凹部でも、
その後に供給される窒素ラジカルと反応し得る確率が高
まる。従って、このラジカルビームの断続を適宜回数繰
返せば、成長表面は平坦化する。According to the present invention, in order to achieve the above object, a group III element is sufficiently diffused two-dimensionally on a growth surface which is roughened or seems to be roughened. Is proposed to perform time width modulation on the irradiation of the radical beam toward the growth surface in order to increase the time required. In short, the radical beam is supplied intermittently. In this way, while the supply of the radical beam is stopped, the group III element can sufficiently diffuse two-dimensionally on the growth surface, and even in the concave portion of the roughened surface,
The probability of reacting with the subsequently supplied nitrogen radicals is increased. Therefore, the growth surface is flattened by repeating this radical beam intermittently as needed.
【0010】しかるに、本発明者の知見によると、この
ようにラジカルビームを断続させる表面平坦化工程の採
用により平坦性が回復した場合には、その後はこれまで
行われていた手法と同様、III族元素と共にラジカルビー
ムも連続照射しても、回復した平坦性は大きく損なわれ
ないことが分かった。従って、換言するならば、本発明
によるこのような表面平坦化工程は、基板表面上への I
II族窒化物半導体膜の成長開始時から所望の膜厚の得ら
れる成長完了時までの間にあって、適当なる任意の時点
に挿入されていれば良い。However, according to the knowledge of the present inventor, when the flatness is restored by adopting the surface flattening step of interrupting the radical beam as described above, the III method is performed similarly to the conventional method. It was found that the recovered flatness was not significantly impaired even when the radical beam was continuously irradiated together with the group element. Thus, in other words, such a surface planarization step according to the present invention can be used to reduce the
It may be inserted at any appropriate time between the start of the growth of the group II nitride semiconductor film and the completion of the growth to obtain a desired film thickness.
【0011】また、表面平坦化工程により平坦性が回復
したか否かの確認には、先に少し述べたように、分子線
エピタキシィ法には成長表面の観測に関し適当なるその
場観測法が種々あるので、それらを用いれば良いが、中
でも特に、「RHEED」と略称される反射高速電子線回折法
は、装置構成も比較的簡単であるし観測操作も容易であ
るので望ましい。In order to confirm whether or not the flatness has been restored by the surface flattening step, as described above, the molecular beam epitaxy method employs various in-situ observation methods suitable for observing the growth surface. Therefore, it is preferable to use them. Among them, the reflection high-energy electron diffraction method, which is abbreviated as “RHEED”, is particularly preferable because the apparatus configuration is relatively simple and the observation operation is easy.
【0012】逆に、このようなその場観測法により、表
面の平坦性を回復するのに必要なラジカルビームの時間
幅変調デューティ(結局は停止時間と供給時間)をどの
位にするのが適当であるかとか、その繰返し回数、すな
わち一回の停止と一回の供給を一サイクルとするならば
当該サイクル数をどの位にすれば良いのかという情報を
得ることができる。Conversely, by such an in-situ observation method, it is appropriate to set the time width modulation duty (finally the stop time and the supply time) of the radical beam necessary to restore the flatness of the surface. And the number of repetitions thereof, that is, if one stop and one supply are regarded as one cycle, it is possible to obtain information on how many times the cycle should be.
【0013】なお、本発明による表面平坦化工程は、上
述のように成長過程の途中にあって一回でも挿入されれ
ば良いが、何等かの理由により、必要とあらば、基板表
面上への第一層目の III族窒化物半導体膜の成長開始時
から所望の膜厚を得る最終層目の成長完了時まで、当該
表面平坦化工程をずっと継続しても良い。The surface flattening step according to the present invention may be inserted at least once during the growth process as described above. However, if necessary, for any reason, the surface flattening step is performed on the substrate surface. The surface planarization step may be continued from the start of the growth of the first group III nitride semiconductor film to the completion of the growth of the final layer having a desired film thickness.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】図1(A) には本発明に用い得る装
置構成例が示されている。もっとも、装置構成自体は公
知既存のこの種の分子線エピタキシィ法に適用し得るも
のであれば良く、窒素ラジカル源12からの窒素励起種を
含む窒素ラジカルビームの供給を選択的に停止するため
に必要な要素、例えばシャッタ15とかバルブ16とかが必
須である外は、任意の構成であって良い。念のため、簡
単に説明すると、高真空度環境に保たれる成長室10内に
は、その表面に III族窒化物半導体膜を成長させるべき
サファイア等、適当なる試料基板20が挿入、設置され、
この基板20はヒータ13により、所望の基板温度に加熱さ
れ得るようになっている。先にも述べたように、通常、I
II族窒化物半導体膜は、異種基板上へのヘテロエピタキ
シャル成長で形成される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A shows an example of the structure of an apparatus that can be used in the present invention. However, the device configuration itself may be any one that can be applied to a known and existing molecular beam epitaxy method of this kind, in order to selectively stop the supply of the nitrogen radical beam containing the nitrogen excited species from the nitrogen radical source 12. An arbitrary configuration may be adopted except that necessary elements such as the shutter 15 and the valve 16 are essential. Briefly, just in case, in the growth chamber 10 maintained in a high vacuum environment, an appropriate sample substrate 20 such as sapphire on which a group III nitride semiconductor film is to be grown is inserted and set on the surface thereof. ,
The substrate 20 can be heated to a desired substrate temperature by the heater 13. As mentioned earlier, usually I
The group II nitride semiconductor film is formed by heteroepitaxial growth on a heterogeneous substrate.
【0015】窒素ボンベ等の窒素ソースからの窒素種は
バルブ16を介し選択的に開閉可能な状態で窒素ラジカル
源12に供給され、当該窒素ラジカル源12からは成長室10
内に窒素励起種を含むラジカルビームが供給される。窒
素ラジカル源12は一般に適当なる構成のプラズマビーム
発生装置として構成される。ただし、図示の場合はラジ
カルビームの出射口に望んでシャッタ15も設けられてお
り、これが閉じている時にはラジカルビームは遮断さ
れ、基板表面21に直接供給されることはない。A nitrogen species from a nitrogen source such as a nitrogen cylinder is supplied to a nitrogen radical source 12 via a valve 16 so as to be selectively opened and closed.
A radical beam containing nitrogen excited species is supplied therein. The nitrogen radical source 12 is generally configured as a suitably configured plasma beam generator. However, in the case shown in the figure, a shutter 15 is also provided at the exit of the radical beam as desired. When the shutter 15 is closed, the radical beam is shut off and is not supplied directly to the substrate surface 21.
【0016】一方で、一般に III族元素の蒸発源として
構成される III族元素源11からは、成長室内に所望する
III族元素が供給され、窒素ラジカルと反応することで
試料基板20の成長表面21上に III族窒化物半導体膜がエ
ピタキシャル成長する。On the other hand, a group III element source 11, which is generally used as a group III element evaporation source,
The group III element is supplied and reacts with the nitrogen radical, whereby the group III nitride semiconductor film is epitaxially grown on the growth surface 21 of the sample substrate 20.
【0017】成長表面上に成長して行く III族窒化物半
導体膜のその時点その時点での表面状態は適当なるその
場観測装置、望ましくは電子線照射源31と受波面部32と
から構成される反射高速電子線回折(RHEED)装置(31,
32)により観測される。電子線照射源31から成長表面21
に向けて出射された電子ビームは当該成長表面21にて反
射、回折され、受波面部32に到る。受波面部32は、一般
には蛍光物質が塗布されたディスプレイとして構成され
ており、周知のように、成長表面21が粗面であるならば
点々と輝点の表れるスポット状パタンとなり、平坦な面
であるならば直線状の輝線が複数本平行するストリーク
状パタンとなる。The surface state of the group III nitride semiconductor film growing on the growth surface at that time is constituted by an appropriate in-situ observation device, preferably an electron beam irradiation source 31 and a wave receiving surface portion 32. Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) system (31,
32). Growth surface 21 from electron beam irradiation source 31
The electron beam emitted toward the surface is reflected and diffracted by the growth surface 21 and reaches the wave receiving surface portion 32. The wave receiving surface portion 32 is generally configured as a display coated with a fluorescent substance. As is well known, if the growth surface 21 is a rough surface, it becomes a spot-like pattern in which bright spots appear, and a flat surface. , A streak pattern in which a plurality of linear bright lines are parallel.
【0018】しかるに、窒素ラジカル源12からの窒素ラ
ジカルビームと III族元素源11からの III族元素とを連
続供給したまま成長を続けるようにすると、図2(A) に
示すように、既に述べた理由によって成長途中の成長表
面21には凹凸が発生し易い。そこで、その平坦性を回復
させるには、本発明に従い、図1(B) 中にて時刻Ts以降
に「平坦化工程」と示すように、III族元素は供給したま
までも、窒素ラジカルビームの方を断続的に供給する。However, if the growth is continued while the nitrogen radical beam from the nitrogen radical source 12 and the group III element from the group III element source 11 are continuously supplied, as shown in FIG. For this reason, irregularities are likely to occur on the growing surface 21 during the growth. Therefore, in order to recover the flatness, according to the present invention, as shown in FIG. Supply intermittently.
【0019】窒素ラジカルビームの遮断方法は任意で良
いが、例えば図1(A) に示されているシャッタ15を図2
(A) に示すように一時的に閉じたり、あるいは図1(A)
に示されているバルブ16を一時的に閉めたりすることで
行うことができる。Although the method of shutting off the nitrogen radical beam may be arbitrary, for example, the shutter 15 shown in FIG.
Close it temporarily as shown in (A), or Figure 1 (A)
Can be performed by temporarily closing the valve 16 shown in FIG.
【0020】いずれにしても、窒素ラジカルビームが遮
断されると、その間に試料基板20上の成長表面21に供給
された III族元素は図2(A) 中にて模式的に示すよう
に、それまで粗面となっていた成長表面上を二次元的に
均一に拡散でき、粗面の凹部内にも入って行くことがで
きる。In any case, when the nitrogen radical beam is cut off, the group III element supplied to the growth surface 21 on the sample substrate 20 during that time is, as schematically shown in FIG. It can diffuse two-dimensionally uniformly on the growth surface which has been rough surface up to that time, and can enter into the concave portion of the rough surface.
【0021】ここで、ラジカルビームを停止させておく
時間Toffは、成長表面上に一、二原子層の III族元素が
存在する程度の時間とするのが望ましい。そしてこれ
は、適当なるその場観察法により、下地の III族窒化物
半導体膜の表面が観測されなくなるまでの時間として規
定できる。図示構成のように、RHEED装置を用いている場
合には、受波面部32を視認することで、下地の III族窒
化物半導体膜からの回折が認められなくなった時に、
一、二原子層の III族元素が存在する状態となったと認
識することができる。Here, the time Toff during which the radical beam is stopped is desirably set to such a time that the group III element of one or two atomic layers is present on the growth surface. This can be defined as the time until the surface of the underlying group III nitride semiconductor film is no longer observed by an appropriate in-situ observation method. As shown in the drawing, when the RHEED device is used, by visually recognizing the wave receiving surface portion 32, when diffraction from the underlying group III nitride semiconductor film is no longer recognized,
It can be recognized that one or two atomic layers of Group III elements are present.
【0022】こうなったならば、シャッタ15ないしはバ
ルブ16を開き、再度、窒素ラジカルビームの供給を開始
する。そして、次にまた窒素ラジカルビームを遮断する
までの供給時間Ton(図1(B))は、RHEED装置により、再び
III族窒化物半導体膜表面からの回折と認められるパタ
ンが生ずる時点までとする。When this occurs, the shutter 15 or the valve 16 is opened, and the supply of the nitrogen radical beam is started again. Then, the supply time Ton (FIG. 1 (B)) until the nitrogen radical beam is cut off again is again set by the RHEED device.
The time is set to a point at which a pattern recognized as diffraction from the surface of the group III nitride semiconductor film is generated.
【0023】このように、窒素ラジカルビームのオンオ
フデューティ、すなわち、窒素ラジカルビームの遮断時
間Toff、供給時間Ton は、望ましくはその場観察法によ
り規定することができるが、一回の遮断と一回の供給を
一サイクルとするならば、何サイクル、これを繰り返せ
ば適当なのかも、やはり、望ましくはその場観察法によ
り知ることができる。つまり、III族窒化物半導体膜表面
からの回折パタンがスポット状のパタンである時には、
未だ成長表面の平坦性は回復していないと認識でき、何
回かの窒素ラジカルビームの断続の後、当該パタンがス
トリーク状パタンに変化したならば、成長表面は満足な
程度に平坦化したと判断できる。As described above, the on / off duty of the nitrogen radical beam, that is, the shutoff time Toff and the supply time Ton of the nitrogen radical beam can be desirably determined by an in-situ observation method. If one cycle of the supply is required, it is also possible to find out how many cycles are appropriate by repeating this, preferably by an in-situ observation method. In other words, when the diffraction pattern from the surface of the group III nitride semiconductor film is a spot-like pattern,
It can be recognized that the flatness of the growth surface has not yet been recovered, and if the pattern changes to a streak-like pattern after several intermittent nitrogen radical beams, the growth surface has been flattened to a satisfactory degree. I can judge.
【0024】そして一旦、このように成長表面の平坦性
が回復すると、図2(B) に示すように、その後は III族
元素に加え窒素ラジカルビームも連続供給しても、平坦
性は概ね良好に維持される。ただし、途中で再度、粗面
状態の発現が認められたならば、本発明による窒素ラジ
カルビームの断続供給工程を再開すれば良い。Once the flatness of the growth surface is restored, the flatness is generally good even if a nitrogen radical beam is continuously supplied in addition to the group III element, as shown in FIG. 2 (B). Is maintained. However, if the appearance of the rough surface state is recognized again on the way, the intermittent supply step of the nitrogen radical beam according to the present invention may be restarted.
【0025】逆に、何等かの理由により、必要とあら
ば、窒素ラジカルビームの断続は成長の開始時から完了
時までの間、ずっと継続するようにしても良い。また、
これも一般的に言って、一時的に本発明方法を採用する
場合にも、それは成長初期過程であることが望ましい。
試料基板20の表面そのものの凹凸の影響をも受け、成長
初期過程における程、成長表面の粗面の程度は大きいの
で、これを早めに修復しておくと、その後、窒素ラジカ
ルビームの連続照射による単純成長工程を続けても、最
終的に平坦性の高い III族窒化物半導体膜を得られる可
能性が高まるからである。Conversely, if necessary, the interruption of the nitrogen radical beam may be continued from the start to the end of the growth, if necessary. Also,
Generally speaking, even when the method of the present invention is used temporarily, it is desirable that it is an initial growth stage.
The surface of the sample substrate 20 is also affected by the unevenness of the surface itself, and the degree of the rough surface of the growth surface is large in the initial growth process. This is because even if the simple growth process is continued, the possibility of finally obtaining a group III nitride semiconductor film having high flatness increases.
【0026】[0026]
【実施例】本発明方法は、III族元素であるなら任意のも
のに適用できるが、ここでGa元素を用い、GaN薄膜を成長
させた実施例につき述べ、本発明によることの効果を確
認しておく。EXAMPLES The method of the present invention can be applied to any group III element. Here, an example in which a Ga element is used to grow a GaN thin film will be described to confirm the effects of the present invention. Keep it.
【0027】700℃に加熱したサファイア基板(0001)面
上にて、固体GaとN2高周波プラズマソース(N2流量=1.5
ccm,RFパワー=400W)からの窒素ラジカルにより、GaN低温
バッファ層を介して六方晶GaN の分子線エピタキシィ成
長を図った所、窒素ラジカルビームの連続照射では成長
表面が粗面になっていることのスポット状 RHEEDパタン
が生じた。On a sapphire substrate (0001) surface heated to 700 ° C., solid Ga and N 2 high frequency plasma source (N 2 flow rate = 1.5
(cm power, RF power = 400W), molecular beam epitaxy growth of hexagonal GaN through a low-temperature buffer layer of GaN by nitrogen radicals. A spot-like RHEED pattern was generated.
【0028】そこで、本発明に従い、表面平坦化工程を
実行し、窒素ラジカルビームの断続を 4〜 5サイクル、
時間にして 2〜 3分繰り返した所、RHEEDパタンはストリ
ークパタンに変化し、成長表面の平坦化が認められた。
その後は窒素ラジカルビームの連続照射に切り替えて成
長を続けたが、成長表面の平坦性は保たれた。Therefore, according to the present invention, a surface flattening step is performed, and the nitrogen radical beam is interrupted for 4 to 5 cycles.
After repeating for 2-3 minutes, the RHEED pattern changed to a streak pattern, and the growth surface was flattened.
Thereafter, the growth was continued by switching to the continuous irradiation of the nitrogen radical beam, but the flatness of the growth surface was maintained.
【0029】図3は、X線回折幅(X-ray FMVH)特性を示
しているが、本発明による窒素ラジカルビームの変調操
作(断続)を行った場合、明らかに特性が向上してい
る。さらに、AlN低温バッファ層や基板自体の窒化をヘテ
ロエピタキシャル成長初期プロセスとして用いた場合に
ついても本発明を適用しての効果を見た所、やはり図3
に示すように、特性が向上した。FIG. 3 shows the X-ray diffraction width (X-ray FMVH) characteristics. When the modulation operation (intermittent) of the nitrogen radical beam according to the present invention is performed, the characteristics are clearly improved. Furthermore, the effect of applying the present invention to the case of using the AlN low-temperature buffer layer and the nitridation of the substrate itself as an initial process of heteroepitaxial growth was also observed.
As shown in FIG.
【0030】[0030]
【発明の効果】本発明によると、III族窒化物半導体膜を
窒素ラジカルを用いた分子線エピタキシィ法で作製する
場合、従来は凸凹しがちだった成長表面の平坦性を回復
させることができる。従ってまた、本発明方法を用いて
作製された III族窒化物半導体膜を機能部構造膜とする
各種電子、光素子の特性をも向上させることができる。
窒化物半導体ヘテロ構造作製に関しても、界面の平坦
性、急峻性の向上に寄与でき、高い信頼性をもって種々
の応用使途が広がる。According to the present invention, when a group III nitride semiconductor film is formed by a molecular beam epitaxy method using nitrogen radicals, the flatness of a growth surface which has conventionally tended to be uneven can be recovered. Therefore, the characteristics of various electronic and optical elements using the group III nitride semiconductor film produced by the method of the present invention as a functional part structure film can also be improved.
Regarding the fabrication of a nitride semiconductor heterostructure, it can contribute to improvement of the flatness and steepness of the interface, and various applications can be spread with high reliability.
【図1】本発明方法を実施し得る装置構成例と本発明方
法の説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an apparatus configuration capable of implementing the method of the present invention and an explanation of the method of the present invention.
【図2】本発明により III族窒化物半導体膜の成長表面
が平坦化される様子の説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing how a growth surface of a group III nitride semiconductor film is flattened according to the present invention.
【図3】本発明方法の実施例におけるX線回折幅特性上
の効果の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an effect on an X-ray diffraction width characteristic in an example of the method of the present invention.
10 成長室 11 III族元素源 12 窒素ラジカル源 15 シャッタ 16 バルブ 20 試料基板 21 成長表面 31 RHEED装置の電子線照射源 32 RHEED装置の受波面部 10 Growth chamber 11 Group III element source 12 Nitrogen radical source 15 Shutter 16 Valve 20 Sample substrate 21 Growth surface 31 Electron beam irradiation source of RHEED device 32 Receiving surface of RHEED device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/203,21/363 C30B 23/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21 / 203,21 / 363 C30B 23/08
Claims (6)
起種を含むラジカル源からのラジカルビームとを、真空
環境下で温度制御された基板表面に照射し、該基板表面
上に III族窒化物半導体膜を分子線エピタキシャル成長
させる III族窒化物半導体膜の成長方法であって; 上記基板表面上への III族窒化物半導体膜の成長開始時
から成長完了時までの間の少なくとも任意時点に、 III
族元素は供給したままで、上記ラジカルビームを断続的
に照射することで成長表面の平坦性を回復させる表面平
坦化工程を含むこと; を特徴とする III族窒化物半導体膜の成長方法。1. A group III element from a group III element source and a radical beam from a radical source containing a nitrogen-excited species are irradiated on a temperature-controlled substrate surface in a vacuum environment. A method for growing a group III nitride semiconductor film by molecular beam epitaxial growth of a nitride semiconductor film, comprising: a method for growing a group III nitride semiconductor film on the substrate surface; , III
A method of intermittently irradiating the radical beam with the supply of the group element to recover the flatness of the growth surface.
平坦化工程後は、上記 III族元素と共に上記ラジカルビ
ームも連続照射すること; を特徴とする方法。2. The method according to claim 1, wherein after the surface flattening step, the radical beam is continuously irradiated together with the group III element.
測できるその場観察法により行うこと; を特徴とする方法。3. The method according to claim 1, wherein the recovery of the flatness is confirmed by an in-situ observation method capable of observing a growth surface state during growth.
間と照射時間、及び停止と照射の繰返回数は、上記その
場観察法による観察結果に基づいて決定すること; を特徴とする方法。4. The method according to claim 3, wherein the stop time and the irradiation time, and the number of repetitions of the stop and the irradiation when the radical beam is intermittently irradiated are determined by the in-situ observation method. Determining based on the results.
と; を特徴とする方法。5. The method according to claim 3, wherein the in-situ observation method is a reflection high-energy electron beam diffraction method.
始時から成長完了時まで、上記表面平坦化工程を継続す
ること; を特徴とする III族窒化物半導体膜の成長方法。6. The method according to claim 1, wherein the step of planarizing the surface of the group III nitride semiconductor film on the surface of the substrate is continued from the start to the completion of the growth. A method for growing a group III nitride semiconductor film.
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