JP6446681B2 - Manufacturing method of laminated structure - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に有用な半導体層を含む積層構造体およびその積層構造体からなる半導体装置に関する。 The present invention relates to a stacked structure including a semiconductor layer useful for a semiconductor device and a semiconductor device including the stacked structure.
III族窒化物半導体は、AlN、GaN、InNおよびこれらの混晶を意味し、室温、大気圧における安定なウルツ鉱型の結晶構造であり、直接遷移型のエネルギーバンド構造を有する半導体である。数多くの半導体材料の中でも、有効質量が小さく、電子の飽和ドリフト速度が高い材料であり、SiやGaAsなどの代表的な半導体に比べ、より高い高電界領域で速度が飽和する特性もあり、物理的・化学的にも安定で、熱伝導率が比較的大きいため、より過酷な環境・条件下での動作も可能である。そして、III族窒化物半導体は、光デバイス以外にもその優れた物性的特徴を活かし、新しい産業分野での応用が期待されている。特に、超高速・大容量・多機能の情報処理を担うワイヤレス通信システム内に窒化物半導体電子デバイスを用いることにより、従来デバイスの性能を大きく凌駕する高出力高周波デバイスの実現が期待されている。また、高出力・高周波デバイス以外にも、耐環境デバイスとしてさまざまな分野での応用が期待されている。 The group III nitride semiconductor means AlN, GaN, InN and mixed crystals thereof, and is a semiconductor having a stable wurtzite crystal structure at room temperature and atmospheric pressure, and having a direct transition type energy band structure. Among many semiconductor materials, it is a material with a small effective mass and a high electron saturation drift velocity, and has characteristics that the velocity is saturated in a higher electric field region than typical semiconductors such as Si and GaAs. It is also stable in terms of chemical and chemical properties, and its thermal conductivity is relatively high, so it can operate in harsh environments and conditions. Group III nitride semiconductors are expected to be applied in new industrial fields by taking advantage of their excellent physical properties in addition to optical devices. In particular, by using a nitride semiconductor electronic device in a wireless communication system that handles ultra-high-speed, large-capacity, and multi-function information processing, it is expected to realize a high-output high-frequency device that greatly exceeds the performance of conventional devices. In addition to high-power / high-frequency devices, it is expected to be applied in various fields as environmentally resistant devices.
III族窒化物半導体のうち、GaNは、直接遷移型デバイス、3.4eVと広いバンドギャップである特長をいかし、光デバイスとして青色発光ダイオードや青色・青紫色レーザーダイオードとして商品化が進んでいる。しかしながら、GaNは新材料として脚光を浴び、薄膜作製技術およびデバイスへの応用技術などはここ数年で目覚ましい進歩を遂げたが、一方で課題も多い。その一つとして、GaNの結晶成長において最適な基板の材料が無いことが挙げられる。GaNは、融点における窒素の平衡蒸気圧が極めて高いため、融液からのバルク結晶の作製が困難であり、ホモエピタキシャル成長が困難な状況である。また、ヘテロエピタキシャル成長においても、格子定数や熱膨張係数が一致する最適な基板が無く、このようなことから高品質な結晶を得ることが困難であった。現在、MOCVD法を用いたサファイア基板上への六方晶GaNの成長が主流になっているが、サファイア基板と六方晶GaNとの間には格子定数差が約16%、熱膨張係数差が25.5%であり、歪みを緩和し、高品質な膜を得るために、窒化や低温バッファ層等の導入などが検討されている。特許文献1および2には、サファイア基板上に低温バッファ層等を介してGaNを成膜する方法が記載されている。特許文献3には、サファイア基板を窒化処理した後、GaNを結晶成長させる方法が記載されている。しかしながら、いずれの方法もGaNの結晶性や発光性において、まだまだ満足のいくものではなかった。 Among group III nitride semiconductors, GaN uses a direct transition type device and a wide band gap of 3.4 eV, and has been commercialized as a blue light emitting diode or a blue / blue violet laser diode as an optical device. However, GaN has been spotlighted as a new material, and thin film fabrication technology and device application technology have made remarkable progress in recent years, but there are many problems. One of them is that there is no optimal substrate material for GaN crystal growth. Since GaN has an extremely high equilibrium vapor pressure of nitrogen at the melting point, it is difficult to produce a bulk crystal from the melt, and homoepitaxial growth is difficult. Also, in heteroepitaxial growth, there is no optimal substrate having the same lattice constant and thermal expansion coefficient, and it has been difficult to obtain high quality crystals. Currently, the growth of hexagonal GaN on a sapphire substrate using the MOCVD method has become mainstream, but the lattice constant difference between the sapphire substrate and the hexagonal GaN is about 16% and the difference in thermal expansion coefficient is 25. In order to relieve strain and obtain a high-quality film, the introduction of nitriding, a low-temperature buffer layer, or the like has been studied. Patent Documents 1 and 2 describe a method of forming GaN on a sapphire substrate via a low-temperature buffer layer or the like. Patent Document 3 describes a method of growing a GaN crystal after nitriding a sapphire substrate. However, none of these methods have been satisfactory in terms of the crystallinity and luminescence of GaN.
また、非特許文献1によるとMITのTomas Palaciosらは、 Si{111}上に成長したAlGaN/GaN膜をSi{111}基板から剥離し、AlGaN/GaN薄膜をSi{100}基板へ貼り付け、SiデバイスとGaNデバイスの集積を図っている。しかしながら、作業工数が多く基板全面に綺麗に剥離することが困難という問題があった。
特許文献4には、β酸化ガリウム基板を下地材料として用いて窒化ガリウムを結晶成長させることが記載されているが、調達可能な基板サイズは限られておりシリコンやサファイア等の既に大量生産が進んでいる材料と比較して大口径化が困難であった。
According to Non-Patent Document 1, Tomas Palacios et al. Of MIT peeled the AlGaN / GaN film grown on Si {111} from the Si {111} substrate and stuck the AlGaN / GaN thin film to the Si {100} substrate. , Si devices and GaN devices are integrated. However, there is a problem that the number of work steps is large and it is difficult to cleanly peel off the entire surface of the substrate.
Patent Document 4 describes crystal growth of gallium nitride using a β gallium oxide substrate as a base material, but the substrate size that can be procured is limited, and mass production of silicon, sapphire, etc. has already progressed. It was difficult to increase the diameter as compared with the material that was in use.
また、GaN以外のIII窒化物半導体も同様の問題をかかえている。III族窒化物半導体のうち、InNは、高い電子移動度や大きな飽和電子ドリフト速度をもっていたが、禁制帯幅が1.9eVではなく、0.65〜0.7eVと確認されて以来、注目を集めており、高周波電子デバイスへの応用が期待されている。しかしながら、InNは、成膜温度を低くしなければならない等の条件があり、結晶成長が困難であった。このような問題に対し、成膜方法が種々検討されており、例えば、特許文献5には、基板上に取り込まれ量の異なる2種類以上の元素から組成される金属と活性窒素種とを供給して反応させる窒化インジウムの成膜方法が記載されているが、まだまだ満足できるものではなく、結晶性に優れた窒化インジウムが得られる成膜方法が待ち望まれていた。 Also, III nitride semiconductors other than GaN have the same problem. Among group III nitride semiconductors, InN has high electron mobility and a large saturation electron drift velocity, but has been attracting attention since the forbidden band width was confirmed to be 0.65 to 0.7 eV instead of 1.9 eV. It is expected to be applied to high frequency electronic devices. However, InN has a condition that the film forming temperature must be lowered, and crystal growth is difficult. Various film forming methods have been studied for such problems. For example, Patent Document 5 supplies a metal composed of two or more elements incorporated in different amounts and an active nitrogen species. However, it is still unsatisfactory, and there has been a long-awaited method for forming indium nitride with excellent crystallinity.
また、特許文献6には、一軸に配向している白金、金又はパラジウムの金属薄膜又は金属基板からなる下地体上に結晶成長させたInAlGaO系半導体膜上に、少なくともインジウム、アルミニウム、ガリウムのいずれか一つ又はこれらを組み合わせた窒化物半導体が、直接又は他の層を介して形成されている半導体装置または基板が記載されている。しかしながら、基板が高価であり、また、InAlGaO系半導体層上の窒化物半導体を作製しても、結晶品質において、まだまだ満足のいくものではなかった。 Patent Document 6 discloses that at least any one of indium, aluminum, and gallium is formed on an InAlGaO-based semiconductor film grown on a base made of a uniaxially oriented platinum, gold, or palladium metal thin film or metal substrate. A semiconductor device or a substrate is described in which a nitride semiconductor or a combination thereof is formed directly or via another layer. However, the substrate is expensive, and even if a nitride semiconductor on the InAlGaO-based semiconductor layer is produced, the crystal quality is still not satisfactory.
本発明は、半導体特性に優れた積層構造体および前記積層構造体からなる半導体装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the laminated structure excellent in the semiconductor characteristic, and the semiconductor device which consists of the said laminated structure.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、表面の一部または全部にコランダム構造を有している結晶基板上に、コランダム構造を有しているインジウム含有酸化物半導体層を介して、六方晶構造を有している半導体層が積層することにより、前記半導体層の結晶性が優れたものになり、半導体特性に優れた積層構造体が得られることを知見し、上記した従来の問題を一挙に解決できることを見出した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that an indium-containing oxide semiconductor layer having a corundum structure is formed on a crystal substrate having a corundum structure on part or all of the surface. Through the stacking of the semiconductor layers having a hexagonal crystal structure, the semiconductor layer has excellent crystallinity, and a multilayer structure having excellent semiconductor characteristics can be obtained. We found that conventional problems can be solved at once.
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] 表面の一部または全部にコランダム構造を有している基体上に、六方晶構造を有している半導体層を形成して積層構造体を製造する方法であって、前記の六方晶構造を有している半導体層が窒化物半導体層であり、前記の六方晶構造を有している半導体層の形成を、コランダム構造を有しているインジウム含有酸化物半導体層を介して、RF−MBE法を用いることにより行うことを特徴とする積層構造体。
[2] 前記基体が、その表面の一部または全部にα−Al2O3を含む結晶基板であることを特徴とする前記[1]記載の積層構造体の製造方法。
[3] 前記のコランダム構造を有しているインジウム含有酸化物半導体層が、酸化インジウムを主成分として含む前記[1]または[2]に記載の積層構造体の製造方法。
[4] 前記窒化物半導体層が、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムから選ばれる1種または2種以上の金属を、半導体層を構成する金属成分として含む前記[1]〜[3]のいずれかに記載の積層構造体の製造方法。
That is, the present invention relates to the following inventions.
[1] A method for producing a laminated structure by forming a semiconductor layer having a hexagonal crystal structure on a substrate having a corundum structure on part or all of the surface, the hexagonal crystal having the above structure a nitride semiconductor layer semiconductor layer has a structure, the formation of a semiconductor layer having the hexagonal structure, through an indium containing oxide semiconductor layer having a corundum structure, RF -Laminated structure characterized by using MBE method .
[2], wherein the substrate, the production method of [1] stacked structure wherein a is a crystalline substrate containing alpha-Al2 O3 to a part or the whole of its surface.
[3] The method for producing a stacked structure according to [1] or [2], wherein the indium-containing oxide semiconductor layer having the corundum structure contains indium oxide as a main component.
[4] The nitride semiconductor layer according to any one of [1] to [3], wherein the nitride semiconductor layer includes one or more metals selected from aluminum, gallium, and indium as a metal component constituting the semiconductor layer. Manufacturing method of the laminated structure.
本発明によれば、半導体特性に優れた積層構造体および前記積層構造体からなる半導体装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which consists of a laminated structure excellent in the semiconductor characteristic and the said laminated structure can be provided.
本発明の積層構造体は、表面の一部または全部にコランダム構造を有している基板上に、コランダム構造を有しているインジウム含有酸化物半導体層を介して、六方晶構造を有している半導体層が積層されていることを特徴とする。 The laminated structure of the present invention has a hexagonal crystal structure on a substrate having a corundum structure on part or all of its surface, with an indium-containing oxide semiconductor layer having a corundum structure. The semiconductor layers are stacked.
(基体)
前記基体は、前記インジウム含有酸化物半導体層と前記半導体層とを支持できるものであり、その表面の一部または全部にコランダム構造を有していれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体材料であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されないが、好ましくは、10〜2000μmであり、より好ましくは50〜800μmである。
(Substrate)
The base is not particularly limited as long as it can support the indium-containing oxide semiconductor layer and the semiconductor layer, and has a corundum structure on part or all of its surface. The material of the substrate is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known substrate material, which may be an organic compound or an inorganic compound. Examples of the shape of the substrate include plate shapes such as flat plates and disks, fiber shapes, rod shapes, columnar shapes, prismatic shapes, cylindrical shapes, spiral shapes, spherical shapes, ring shapes, and the like. A substrate is preferred. Although the thickness of a board | substrate is not specifically limited in this invention, Preferably, it is 10-2000 micrometers, More preferably, it is 50-800 micrometers.
前記基板は、絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいが、前記基板が、絶縁体基板であるのが好ましい。基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記基板材料としては、例えば、コランダム構造を有する材料が好適に挙げられ、前記コランダム構造を有する材料としては、例えば、α−Ga2O3、α−Fe2O3、α−In2O3、α−Al2O3、α−V2O3、α−Ti2O3、α−Cr2O3、α−Rh2O3、α−Ni2O3、α−Co2O3などが挙げられるが、本発明においては、α−Al2O3またはα−Ga2O3が好ましく、α−Al2O3がより好ましく、c面サファイアであるのが最も好ましい。なお、前記基板は、その表面の一部または全部に前記コランダム構造を有する材料を含んでいればよく、他の基板材料が含まれていてもよいし、表面に金属膜などが形成されていてもよい。
本発明においては、前記基体がその表面の一部または全部に、アルミニウムまたはガリウムを含むコランダム構造を有する材料を含む結晶基板であるのが好ましく、α−Al2O3またはα−Ga2O3を含む結晶基板であるのがより好ましく、α−Al2O3を含む結晶基板であるのが最も好ましい。
The substrate may be an insulator substrate or a semiconductor substrate, but the substrate is preferably an insulator substrate. The substrate material is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known material. Suitable examples of the substrate material include a material having a corundum structure, and examples of the material having the corundum structure include α-Ga 2 O 3 , α-Fe 2 O 3 , and α-In 2 O 3. , Α-Al 2 O 3 , α-V 2 O 3 , α-Ti 2 O 3 , α-Cr 2 O 3 , α-Rh 2 O 3 , α-Ni 2 O 3 , α-Co 2 O 3 and the like In the present invention, α-Al 2 O 3 or α-Ga 2 O 3 is preferable, α-Al 2 O 3 is more preferable, and c-plane sapphire is most preferable. The substrate only needs to include a material having the corundum structure on part or all of the surface thereof, and may include other substrate materials, or a metal film or the like may be formed on the surface. Also good.
In the present invention, the substrate is preferably a crystal substrate including a material having a corundum structure containing aluminum or gallium on a part or all of the surface thereof, α-Al 2 O 3 or α-Ga 2 O 3. It is more preferable that the crystal substrate contains α, and it is most preferable that the crystal substrate contains α-Al 2 O 3 .
(インジウム含有酸化物半導体層)
前記インジウム含有酸化物半導体層は、コランダム構造を有しており、構成材料として少なくともインジウムを含んでいれば特に限定されないが、インジウムを含む構成材料を主成分として含むのが好ましい。「主成分」とは、前記のインジウムを含む構成材料が、原子比で、インジウム含有酸化物半導体層の全成分に対し、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、更に好ましくは90%以上含まれることを意味し、100%であってもよいことを意味する。前記のインジウムを含む構成材料としては、例えば、α−InXAlYGaZO3(0<X≦2、0≦Y<2、0≦Z<2、X+Y+Z=2)などが挙げられるが、本発明においては、α−InX1AlY1GaZ1O3(1<X1≦2、0≦Y1<1、0≦Z1<1、X1+Y1+Z1=2)が好ましく、α−In2O3、α−InX2GaZ2O3(1<X2<2、0<Z2<1、X2+Z2=2)、α−InX3AlY3O3(1<X3<2、0<Y3<1、X3+Y3=2)またはα−InX4AlY4GaZ4O3(1<X4<2、0<Y4<1、0<Z4<1、X4+Y4+Z4=2)がより好ましい。インジウム含有酸化物半導体層におけるインジウムの含有率は、特に限定されないが、30質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、70質量%以上であるのが最も好ましい。前記インジウム含有酸化物半導体層の厚さは、特に限定されないが、10nm〜10mmであるのが好ましく、50nm〜500μmであるのがより好ましい。
(Indium-containing oxide semiconductor layer)
The indium-containing oxide semiconductor layer has a corundum structure and is not particularly limited as long as it contains at least indium as a constituent material, but preferably contains a constituent material containing indium as a main component. The “main component” means that the constituent material containing indium is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and still more preferably 90% with respect to all components of the indium-containing oxide semiconductor layer in terms of atomic ratio. This means that it is included, and it may be 100%. Examples of the constituent material containing indium include α-In X Al Y Ga Z O 3 (0 <X ≦ 2, 0 ≦ Y <2, 0 ≦ Z <2, X + Y + Z = 2) and the like. In the present invention, α-In X1 Al Y1 Ga Z1 O 3 (1 <X1 ≦ 2, 0 ≦ Y1 <1, 0 ≦ Z1 <1, X1 + Y1 + Z1 = 2) is preferable, α-In 2 O 3 , α -In X2 Ga Z2 O 3 (1 <X2 <2,0 <Z2 <1, X2 + Z2 = 2), α-In X3 Al Y3 O 3 (1 <X3 <2,0 <Y3 <1, X3 + Y3 = 2) or α-In X4 Al Y4 Ga Z4 O 3 (1 <X4 <2,0 <Y4 <1,0 <Z4 <1, X4 + Y4 + Z4 = 2) is more preferable. The indium content in the indium-containing oxide semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and most preferably 70% by mass or more. The thickness of the indium-containing oxide semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 10 mm, and more preferably 50 nm to 500 μm.
(六方晶構造を有する半導体層)
前記半導体層は、六方晶構造を有しており、半導体を主成分として含んでいれば特に限定されない。前記半導体としては、例えば、炭化ケイ素(SiC)、AlGaIn系窒化物半導体などが挙げられる。前記AlGaIn系窒化物半導体としては、例えば、アルミニウム、ガリウムまたはインジウムを含む窒化物半導体などが挙げられ、より具体的には、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)などが挙げられる。本発明においては、前記半導体がAlGaIn系窒化物半導体であるのが好ましく、GaNまたはInNがより好ましい。また、前記半導体層を構成する金属成分は、特に限定されないが、本発明においては、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含むのが好ましく、ガリウムまたはインジウムを含むのがより好ましい。前記六方晶構造を有している半導体層の厚さは、特に限定されないが、10nm〜10mmであるのが好ましく、50nm〜500μmであるのがより好ましい。
(Semiconductor layer with hexagonal structure)
The semiconductor layer is not particularly limited as long as it has a hexagonal crystal structure and contains a semiconductor as a main component. Examples of the semiconductor include silicon carbide (SiC) and AlGaIn-based nitride semiconductor. Examples of the AlGaIn nitride semiconductor include nitride semiconductors containing aluminum, gallium, or indium, and more specifically, gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), and the like. In the present invention, the semiconductor is preferably an AlGaIn nitride semiconductor, and more preferably GaN or InN. Further, the metal component constituting the semiconductor layer is not particularly limited, but in the present invention, it preferably contains one or more metals selected from aluminum, gallium and indium, and contains gallium or indium. Is more preferable. The thickness of the semiconductor layer having the hexagonal crystal structure is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 10 mm, and more preferably 50 nm to 500 μm.
本発明の積層構造体は、表面の一部または全部にコランダム構造を有している基体上に、コランダム構造を有しているインジウム含有酸化物半導体層を介して、六方晶構造を有している半導体層を積層することにより得られる。前記積層手段としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の手段であってよい。例えば、液相からの積層手段(例えば、ゾル−ゲル法、めっき法、塗布法、印刷法など)、気相からの積層手段(例えば、PVD法、CVD法)、接着手段などが挙げられるが、本発明においては、前記積層手段が、エピタキシャル成長による積層手段であるのが好ましい。以下、本発明の好ましい積層構造体の製法について説明する。 The laminated structure of the present invention has a hexagonal crystal structure on an indium-containing oxide semiconductor layer having a corundum structure on a substrate having a corundum structure on part or all of the surface. It is obtained by stacking the semiconductor layers. The laminating means is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known means. For example, laminating means from the liquid phase (for example, sol-gel method, plating method, coating method, printing method, etc.), laminating means from the gas phase (for example, PVD method, CVD method), adhesive means, and the like can be mentioned. In the present invention, the stacking means is preferably a stacking means by epitaxial growth. Hereafter, the manufacturing method of the preferable laminated structure of this invention is demonstrated.
(製法)
本発明では、前記積層構造体を、例えばミストCVD法を用いて作製することができる。より具体的には、原料溶液を霧化して生成されるミストをキャリアガスによって前記基体に供給し、熱反応によって、前記基体上に前記インジウム含有酸化物半導体層を形成し、ついで、公知の手段を用いて、六方晶構造を有している半導体層を積層することにより製造することができる。
(Manufacturing method)
In the present invention, the laminated structure can be produced using, for example, a mist CVD method. More specifically, mist generated by atomizing the raw material solution is supplied to the substrate by a carrier gas, and the indium-containing oxide semiconductor layer is formed on the substrate by a thermal reaction. Can be manufactured by stacking semiconductor layers having a hexagonal crystal structure.
(原料溶液)
原料溶液は、前記インジウム含有酸化物半導体層を形成可能な材料を含んでいれば特に限定されず、インジウムを霧化できるものであれば特に限定されない。前記原料溶液として、インジウムを錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解または分散させたものを好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩などが挙げられる。
(Raw material solution)
The raw material solution is not particularly limited as long as it contains a material capable of forming the indium-containing oxide semiconductor layer, and is not particularly limited as long as it can atomize indium. As the raw material solution, a solution obtained by dissolving or dispersing indium in an organic solvent or water in the form of a complex or salt can be preferably used. Examples of complex forms include acetylacetonate complexes, carbonyl complexes, ammine complexes, hydride complexes, and the like. Examples of the salt form include metal chloride salts, metal bromide salts, metal iodide salts, and the like.
また、前記原料溶液には、ハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合してもよい。前記ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられるが、中でも、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素(H2O2)、過酸化ナトリウム(Na2O2)、過酸化バリウム(BaO2)、過酸化ベンゾイル(C6H5CO)2O2等の過酸化物、次亜塩素酸(HClO)、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。 Moreover, you may mix additives, such as a hydrohalic acid and an oxidizing agent, with the said raw material solution. Examples of the hydrohalic acid include hydrobromic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid, etc. Among them, hydrobromic acid or hydroiodic acid is preferable. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), barium peroxide (BaO 2 ), and benzoyl peroxide (C 6 H 5 CO) 2 O 2. Peroxides, hypochlorous acid (HClO), perchloric acid, nitric acid, ozone water, organic peroxides such as peracetic acid and nitrobenzene.
前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはp型ドーパントなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、通常、約1×1016/cm3〜1×1022/cm3であってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約1×1017/cm3以下の低濃度にしてもよい。また、さらに、本発明によれば、ドーパントを約1×1020/cm3以上の高濃度で含有させてもよい。 The raw material solution may contain a dopant. The dopant is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants. The concentration of the dopant may usually be about 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the concentration of the dopant is set to a low concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 or less, for example. May be. Furthermore, according to the present invention, the dopant may be contained at a high concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 or more.
本発明では、ミストCVD法を用いて、前記インジウム含有半導体層を形成するのが好ましい。なお、前記ミストCVD法では、前記原料溶液を霧化し(霧化工程)、生成されるミストをキャリアガスによって前記基体に供給し(ミスト供給工程)、熱反応によって、前記基体上に成膜する(成膜工程)。 In the present invention, the indium-containing semiconductor layer is preferably formed using a mist CVD method. In the mist CVD method, the raw material solution is atomized (atomization step), the generated mist is supplied to the substrate by a carrier gas (mist supply step), and a film is formed on the substrate by a thermal reaction. (Film formation process).
前記霧化工程は、原料溶液を調整し、前記原料溶液を霧化してミストを発生させる。前記金属の配合割合は、特に限定されないが、原料溶液全体に対して、0.01〜70質量%であるのが好ましく、0.1〜50質量であるのがより好ましい。 In the atomization step, the raw material solution is adjusted, and the raw material solution is atomized to generate mist. The blending ratio of the metal is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 70% by mass, and more preferably 0.1 to 50% by mass with respect to the entire raw material solution.
本工程では、前記原料溶液を霧化してミストを発生させる。霧化手段は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の霧化手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段であるのが好ましい。 In this step, the raw material solution is atomized to generate mist. The atomizing means is not particularly limited as long as it can atomize the raw material solution, and may be a known atomizing means, but in the present invention, it is preferably an atomizing means using ultrasonic waves.
前記キャリアガス供給工程では、キャリアガスを前記ミストに供給する。キャリアガスの種類としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は1種類であってよいが、2種類以上であってもよく、キャリアガス濃度を変化させた希釈ガス(例えば10倍希釈ガス等)などを、第2のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も1箇所だけでなく、2箇所以上あってもよい。 In the carrier gas supply step, a carrier gas is supplied to the mist. The type of the carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. For example, an inert gas such as oxygen, ozone, nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas is preferable. As mentioned. Further, the type of carrier gas may be one type, but may be two or more types, and a diluent gas (for example, a 10-fold diluted gas) whose carrier gas concentration is changed is used as the second carrier gas. Further, it may be used. Further, the supply location of the carrier gas is not limited to one location but may be two or more locations.
ミスト供給工程では、前記キャリアガスによって前記ミストを基体へ供給する。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、0.01〜20L/分であるのが好ましく、1〜10L/分であるのがより好ましい。 In the mist supply step, the mist is supplied to the substrate by the carrier gas. The flow rate of the carrier gas is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 20 L / min, and more preferably 1 to 10 L / min.
成膜工程では、前記ミストを熱反応させて、前記基体表面の一部または全部に成膜する。前記熱反応は、熱でもって前記ミストが反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、600℃以下の温度で行うのが好ましく、500℃以下の温度で行うのがより好ましく、450℃以下で行うのが最も好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよいが、本発明においては、酸素雰囲気下が好ましい。なお、膜厚は成膜時間を調整することにより、設定することができる。 In the film forming step, the mist is reacted by heat to form a film on part or all of the substrate surface. The thermal reaction may be performed as long as the mist reacts with heat, and the reaction conditions are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In this step, the thermal reaction is preferably performed at a temperature of 600 ° C. or less, more preferably at a temperature of 500 ° C. or less, and most preferably at 450 ° C. or less. Further, the thermal reaction may be performed under any atmosphere of a vacuum, a non-oxygen atmosphere, a reducing gas atmosphere, and an oxygen atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired. An atmosphere is preferred. The film thickness can be set by adjusting the film formation time.
本発明では、前記インジウム含有酸化物半導体層を形成した後、公知の手段を用いて、六方晶構造を有している半導体層を積層する。前記半導体層を積層する手段としては、特に限定されず、PVD法やCVD法などの公知の手段などが挙げられるが、好適には、MBE法、レーザーアブレーション法、ミストCVD法、MOCVD法などが挙げられ、より好適には、ミストCVD法またはRF−MBE法が挙げられる。 In the present invention, after the indium-containing oxide semiconductor layer is formed, a semiconductor layer having a hexagonal crystal structure is stacked using a known means. The means for laminating the semiconductor layers is not particularly limited, and examples thereof include known means such as PVD method and CVD method. Preferably, MBE method, laser ablation method, mist CVD method, MOCVD method and the like are used. More preferably, mist CVD method or RF-MBE method is mentioned.
本発明においては、六方晶構造を有している半導体層が窒化物半導体層である場合には、プラズマ窒素源を利用した高周波分子線エピタキシャル結晶法(RF−MBE法)を用いて、前記窒化物半導体層を形成するのが好ましい。コランダム構造を有しているインジウム含有半導体層が表面に形成されている基板を用いることで、高品質な六方晶構造を有している半導体層を形成することができる。 In the present invention, when the semiconductor layer having a hexagonal crystal structure is a nitride semiconductor layer, the nitridation is performed using a high-frequency molecular beam epitaxial crystal method (RF-MBE method) using a plasma nitrogen source. A physical semiconductor layer is preferably formed. By using a substrate on which an indium-containing semiconductor layer having a corundum structure is formed, a semiconductor layer having a high-quality hexagonal crystal structure can be formed.
RF−MBE法による前記窒化物半導体層の積層は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、例えばRFプラズマセルを具備する公知のRF−MBE装置によって行うことができ、成膜条件等も特に限定されないが、成長温度は約300℃〜約1000℃(より好ましくは約500℃〜約800℃)が好ましく、原料セル温度は約400℃〜約1000℃(より好ましくは約500℃〜約900℃)、プラズマパワーは約100W〜約500W(より好ましくは約200W〜約400W)、成長時間は約1分〜約10時間(より好ましくは約10分〜約5時間)が好ましい。 The lamination of the nitride semiconductor layer by the RF-MBE method is not particularly limited as long as the object of the present invention is not hindered. For example, the nitride semiconductor layer can be formed by a known RF-MBE apparatus equipped with an RF plasma cell. The growth temperature is preferably about 300 ° C. to about 1000 ° C. (more preferably about 500 ° C. to about 800 ° C.), and the raw material cell temperature is about 400 ° C. to about 1000 ° C. (more preferably about 500 ° C.). To about 900 ° C.), the plasma power is about 100 W to about 500 W (more preferably about 200 W to about 400 W), and the growth time is about 1 minute to about 10 hours (more preferably about 10 minutes to about 5 hours).
また、六方晶構造を有している半導体層が窒化物半導体層である場合には、前記窒化物半導体層が、窒化処理を施したものであってもよく、本発明においては、前記窒化物半導体層が、インジウム含有酸化物半導体層を窒化処理したものを含むのが好ましく、前記窒化物半導体層が窒化インジウムを主成分として含むのがより好ましい。ここで、「主成分」とは、前記窒化インジウムが、原子比で、窒化物半導体層の全成分に対し、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、更に好ましくは90%以上含まれることを意味し、100%であってもよいことを意味する。 When the semiconductor layer having a hexagonal crystal structure is a nitride semiconductor layer, the nitride semiconductor layer may be subjected to nitriding treatment. In the present invention, the nitride The semiconductor layer preferably includes a nitrided indium-containing oxide semiconductor layer, and more preferably the nitride semiconductor layer includes indium nitride as a main component. Here, the “main component” includes the indium nitride in an atomic ratio of preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and still more preferably 90% or more with respect to all components of the nitride semiconductor layer. Means that it may be 100%.
なお、本発明においては、前記基体上に、他の層を介して、前記インジウム含有酸化物半導体層が積層されていてもよく、また、前記インジウム含有酸化物半導体層上に、他の層を介して、前記六方晶構造を有している半導体層が積層されていてもよい。前記他の層としては、例えば、バッファ層などが挙げられる。他の層の形成方法は、特に限定されるものではなく、種々の手段を用いることができ、かかる手段は公知の手段であってよい。本発明においては、コランダム構造を有しているインジウム含有酸化物半導体層上に、六方晶構造を有している半導体層を結晶成長させることで、インジウム含有酸化物半導体層と、六方晶構造を有している半導体層との界面の形状を凹凸構造とすることができ、界面を凹凸構造とすることにより、結晶性を損なうことなく、各層間の接合をより良好なものとすることができる。 In the present invention, the indium-containing oxide semiconductor layer may be stacked on the base via another layer, and another layer may be formed on the indium-containing oxide semiconductor layer. A semiconductor layer having the hexagonal crystal structure may be stacked therethrough. Examples of the other layer include a buffer layer. The method for forming the other layer is not particularly limited, and various means can be used, and such means may be known means. In the present invention, an indium-containing oxide semiconductor layer and a hexagonal crystal structure are formed by growing a semiconductor layer having a hexagonal crystal structure on an indium-containing oxide semiconductor layer having a corundum structure. The shape of the interface with the semiconductor layer can be an uneven structure, and by making the interface an uneven structure, the bonding between each layer can be improved without impairing the crystallinity. .
本発明の積層構造体は、半導体特性に優れているので、半導体装置に有用である。前記積層構造体を半導体装置に用いる場合には、そのまま半導体装置に用いてもよいし、基体を剥離してから用いてもよい。 Since the laminated structure of the present invention is excellent in semiconductor characteristics, it is useful for semiconductor devices. When the laminated structure is used for a semiconductor device, it may be used as it is for a semiconductor device or may be used after the substrate is peeled off.
本発明においては、基体として、サファイア基板等の絶縁体基板を用いる場合には、例えばp型半導体層等の他の層をはり合わせた後、基体から前記量子井戸構造を剥離して半導体装置に用いるのが好ましい。剥離手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってもよい。剥離手段としては、例えば、機械的衝撃を加えて剥離する手段、熱を加えて熱応力を利用して剥離する手段、超音波等の振動を加えて剥離する手段、エッチングして剥離する手段などが挙げられる。 In the present invention, when an insulator substrate such as a sapphire substrate is used as the substrate, for example, after bonding other layers such as a p-type semiconductor layer, the quantum well structure is peeled from the substrate to form a semiconductor device. It is preferable to use it. The peeling means is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known means. Examples of the peeling means include a means for peeling by applying a mechanical impact, a means for peeling by applying heat and applying thermal stress, a means for peeling by applying vibration such as ultrasonic waves, a means for peeling by etching, etc. Is mentioned.
前記p型半導体層は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、六方晶の結晶構造を有する金属酸化物を主成分として含むp型半導体層であるのが好ましい。前記金属酸化物としては、デラフォサイト(Delafossite)、酸化ロジウムまたはオキシカルコゲナイド(Oxycalcogenide)が好適な例として挙げられる。 The p-type semiconductor layer is not particularly limited as long as it does not hinder the object of the present invention, but is preferably a p-type semiconductor layer containing a metal oxide having a hexagonal crystal structure as a main component. Preferred examples of the metal oxide include Delafossite, rhodium oxide, and oxychalcogenide.
前記半導体装置は、電極が半導体層の片面側に形成された横型の素子(横型デバイス)と、半導体層の表裏両面側にそれぞれ電極を有する縦型の素子(縦型デバイス)に分類することができるが、本発明の積層構造体は、横型デバイスにも縦型デバイスにも好適に用いることができる。 The semiconductor device can be classified into a horizontal element (horizontal device) in which electrodes are formed on one side of a semiconductor layer and a vertical element (vertical device) having electrodes on both sides of the semiconductor layer. However, the laminated structure of the present invention can be suitably used for both horizontal and vertical devices.
前記半導体装置としては、例えば、半導体レーザ、ダイオードまたはトランジスタなどが挙げられ、より具体的には、分布帰還型(DFB)レーザ、分布反射型(DBR)レーザ、外部共振器型レーザ、ショットキーバリアダイオード(SBD)、金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、静電誘導トランジスタ(SIT)、接合電界効果トランジスタ(JFET)、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)または発光ダイオードなどが挙げられる。 Examples of the semiconductor device include a semiconductor laser, a diode, or a transistor, and more specifically, a distributed feedback (DFB) laser, a distributed reflection (DBR) laser, an external resonator laser, and a Schottky barrier. Diode (SBD), metal semiconductor field effect transistor (MESFET), high electron mobility transistor (HEMT), metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), electrostatic induction transistor (SIT), junction field effect transistor (JFET), Examples thereof include an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a light emitting diode.
なお、いうまでもないが、前記半導体装置には、さらに他の層(例えば絶縁体層、半絶縁体層、導体層、半導体層、緩衝層またはその他中間層等)などが含まれていてもよい。 Needless to say, the semiconductor device may include other layers (for example, an insulator layer, a semi-insulator layer, a conductor layer, a semiconductor layer, a buffer layer, or other intermediate layers). Good.
<実施例1>
1.ミストCVD装置
図1を用いて、本実施例で用いたミストCVD装置19を説明する。ミストCVD装置19は、基板20を載置するサセプタ21と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段22と、キャリアガス供給手段22から送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁23と、原料溶液24aが収容されるミスト発生源24と、水25aが入れられる容器25と、容器25の底面に取り付けられた超音波振動子26と、内径40mmの石英管からなる供給管27と、供給管27の周辺部に設置されたヒーター28を備えている。サセプタ21は、石英からなり、基板20を載置する面が水平面から傾斜している。供給管27とサセプタ21をどちらも石英で作製することにより、基板20上に形成される膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。
<Example 1>
1. Mist CVD apparatus The mist CVD apparatus 19 used in the present embodiment will be described with reference to FIG. The mist CVD apparatus 19 includes a susceptor 21 on which the substrate 20 is placed, a carrier gas supply means 22 for supplying a carrier gas, and a flow rate adjusting valve 23 for adjusting the flow rate of the carrier gas sent from the carrier gas supply means 22. A mist generating source 24 for storing the raw material solution 24a, a container 25 for containing water 25a, an ultrasonic transducer 26 attached to the bottom surface of the container 25, a supply pipe 27 made of a quartz tube having an inner diameter of 40 mm, A heater 28 is provided around the supply pipe 27. The susceptor 21 is made of quartz, and the surface on which the substrate 20 is placed is inclined from the horizontal plane. Both the supply pipe 27 and the susceptor 21 are made of quartz, so that impurities derived from the apparatus are prevented from being mixed into the film formed on the substrate 20.
2.原料溶液と結晶基板の調整
臭化インジウム0.025mol/Lとなるように水溶液を調整した。この原料溶液24aをミスト発生源24内に収容した。また、結晶基板20として、c面サファイア基板(1辺が10mmの正方形で厚さ600μm)を用いた。
2. Preparation of raw material solution and crystal substrate An aqueous solution was prepared so as to be 0.025 mol / L indium bromide. This raw material solution 24 a was accommodated in the mist generating source 24. In addition, a c-plane sapphire substrate (a square with a side of 10 mm and a thickness of 600 μm) was used as the crystal substrate 20.
3.成膜準備
結晶基板20をサセプタ21上に設置させ、ヒーター28を作動させて供給管27内の温度を500℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁23を開いてキャリアガス源22からキャリアガスを供給管27内に供給し、供給管27の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を5L/minに調節した。キャリアガスとしては、酸素ガスを用いた。
3. Preparation of Film Formation The crystal substrate 20 was placed on the susceptor 21 and the heater 28 was operated to raise the temperature in the supply pipe 27 to 500 ° C. Next, the flow rate adjusting valve 23 is opened, the carrier gas is supplied from the carrier gas source 22 into the supply pipe 27, the atmosphere in the supply pipe 27 is sufficiently replaced with the carrier gas, and then the flow rate of the carrier gas is set to 5 L / min. Adjusted. Oxygen gas was used as the carrier gas.
4.膜形成
次に、超音波振動子26を2.4MHzで振動させ、その振動を、水25aを通じて原料溶液24aに伝播させることによって、原料溶液24aを微粒子化させて、原料微粒子を生成した。
この原料微粒子が、キャリアガスによって供給管27内に導入され、供給管27内で反応して、結晶基板20の成膜面でのCVD反応によって結晶基板20上に膜を積層し、積層構造体を得た。サファイア基板上に酸化鉄層をバッファ層として成長させた後、原料溶液24aを用いて酸化インジウム薄膜を形成した。
4). Film Formation Next, the ultrasonic vibrator 26 was vibrated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the raw material solution 24a through the water 25a, whereby the raw material solution 24a was atomized to generate raw material fine particles.
The raw material fine particles are introduced into the supply pipe 27 by the carrier gas, react in the supply pipe 27, and a film is laminated on the crystal substrate 20 by the CVD reaction on the film formation surface of the crystal substrate 20. Got. After growing an iron oxide layer as a buffer layer on the sapphire substrate, an indium oxide thin film was formed using the raw material solution 24a.
5.評価
得られた結晶膜は、白濁もなく、きれいな結晶であった。また、得られた結晶膜の相の同定をした。同定は、XRD回折装置を用いて、15度から95度の角度で2θ/ωスキャンを行うことにより行った。測定は、CuKα線を用いて行った。その結果、得られた膜はα−In203であった。
5. Evaluation The obtained crystal film was not cloudy and was a clean crystal. Moreover, the phase of the obtained crystal film was identified. Identification was performed by performing 2θ / ω scanning at an angle of 15 to 95 degrees using an XRD diffractometer. The measurement was performed using CuKα rays. As a result, the obtained film was α-In 2 0 3 .
6.RF−MBE装置
図2を用いて、本実施例で用いたRF−MBE装置を説明する。図2のRF−MBE装置は、試料投入室(図示せず)と結晶成長室の2つのチャンバにより構成されている。試料投入室は、ターボ分子ポンプ(TMP)とロータリーポンプ(RP)によって、超高真空が保たれており、結晶成長室も、TMP、RP、イオンポンプ、Tiサブリメーションポンプによって超高真空が保たれている。結晶成長室の真空度は約10−10torrである。2つのチャンバはゲートバルブ1によって遮断されており、試料搬送のときだけ開放される。試料投入室は試料投入の際、大気にさらされるが、ゲートバルブ1で遮断されているため、結晶成長室を大気にさらすことなく、試料を交換でき、真空への引き直しやベーキングする手間なく、複数の試料を作製することができる。試料投入室には1度に4つの基板ホルダー(サセプタ)を投入できる。また、プリベーク装置が搭載されており、基板やサセプタを熱処理することで、成長室搬送前に水分や不純物ガスを放出させることができる。
6). RF-MBE Device The RF-MBE device used in this example will be described with reference to FIG. The RF-MBE apparatus shown in FIG. 2 includes two chambers, a sample loading chamber (not shown) and a crystal growth chamber. The sample loading chamber is maintained at an ultra high vacuum by a turbo molecular pump (TMP) and a rotary pump (RP), and the crystal growth chamber is also maintained at an ultra high vacuum by TMP, RP, an ion pump, and a Ti sublimation pump. I'm leaning. The degree of vacuum in the crystal growth chamber is about 10 −10 torr. The two chambers are shut off by the gate valve 1 and are opened only when the sample is transported. The sample loading chamber is exposed to the atmosphere when the sample is loaded, but since it is blocked by the gate valve 1, the sample can be exchanged without exposing the crystal growth chamber to the atmosphere, and there is no need for redrawing to vacuum or baking. A plurality of samples can be manufactured. Four substrate holders (susceptors) can be loaded into the sample loading chamber at a time. In addition, a pre-baking apparatus is mounted, and moisture and impurity gas can be released before carrying the growth chamber by heat-treating the substrate and the susceptor.
結晶成長室は、基板加熱用ヒーターおよび熱電対8、熱放射温度計(パイロメーター)5、基板回転機構を備えるサセプタ9、SVTAssociates社製V族源供給用RFラジカルセル4、クヌーセンセル12、ビームフラックスモニター7、四重極質量分析計2、反射高速電子回折電子銃6およびスクリーン3、ゲートバルブ1、および排気バルブ11を備えている。クヌーセンセル12は4本あり、In、Ga、AlおよびMg供給用のクヌーセンセルとなっている。基板加熱には、タンタル線ヒーターが用いられており、基板回転機構は、毎分10回転で動作を行っている。クヌーセンセルでは、高純度の個体材料を加熱し、蒸発させて分子線を発生させており、円筒状のルツボの周りにTaやWのヒーター線を巻きつけた構造をしている。なお、GaおよびAl供給用クヌーセンセルは、シャッターが閉じられている。 The crystal growth chamber includes a substrate heating heater and thermocouple 8, a thermal radiation thermometer (pyrometer) 5, a susceptor 9 having a substrate rotation mechanism, an RF radical cell 4 supplied by SVTA Associates, a Group V source supply, a Knudsen cell 12, a beam A flux monitor 7, a quadrupole mass spectrometer 2, a reflection high-energy electron diffraction electron gun 6 and a screen 3, a gate valve 1, and an exhaust valve 11 are provided. There are four Knudsen cells 12, which are Knudsen cells for supplying In, Ga, Al, and Mg. A tantalum wire heater is used for substrate heating, and the substrate rotating mechanism operates at 10 rotations per minute. In the Knudsen cell, a high-purity solid material is heated and evaporated to generate a molecular beam, and a Ta or W heater wire is wound around a cylindrical crucible. In the Ga and Al supply Knudsen cell, the shutter is closed.
7.RF−MBE法でのInN成長
作製したサファイア基板上にミストCVD法で蒸着したα−In2O3を成長基板として用い、RF−MBE法により、GaN成長を行った。成長温度は700℃とし、Gaセル温度は900℃、窒素プラズマパワー200W、成長時間は1時間とした。得られた積層構造体につき、X線回折装置を用いて、それぞれの相を同定し、ついで半値幅を調べた。得られた積層構造体は、六方晶GaN/α−In2O3/α−Al2O3の積層構造体であり、XRDωscanGaN(0002)の半値幅は40.218arcminであった。また、XRDωスキャン結果を図3に示す。また、(カソードルミネッセンス)CL装置を用いて、CLスペクトルを調べた。結果を図4に示す。図4からは発光が確認できる。
7). InN growth by RF-MBE GaN was grown by RF-MBE using α-In 2 O 3 deposited by mist CVD on the produced sapphire substrate as a growth substrate. The growth temperature was 700 ° C., the Ga cell temperature was 900 ° C., the nitrogen plasma power was 200 W, and the growth time was 1 hour. About the obtained laminated structure, each phase was identified using the X-ray-diffraction apparatus, and the half value width was investigated then. The obtained laminated structure was a hexagonal GaN / α-In 2 O 3 / α-Al 2 O 3 laminated structure, and the half-value width of XRDωscanGaN (0002) was 40.218 arcmin. The XRDω scan result is shown in FIG. The CL spectrum was examined using a (cathode luminescence) CL apparatus. The results are shown in FIG. From FIG. 4, light emission can be confirmed.
<比較例1>
0.025mol/L臭化インジウムを、0.1mol/L臭化ガリウムに代えて用い、また、酸化鉄のバッファ層を形成しないこと以外は、実施例1と同様にして積層構造体を得た。得られた積層構造体は、六方晶GaN/α−Ga2O3/α−Al2O3の積層構造体であり、XRDωscanGaN(0002)の半値幅は132arcminであった。また、XRDωスキャン結果を図5に示す。また、(カソードルミネッセンス)CL装置を用いて、CLスペクトルを調べた。結果を図6に示す。図6に示すように、発光は確認できなかった。
<Comparative Example 1>
A laminated structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.025 mol / L indium bromide was used in place of 0.1 mol / L gallium bromide and an iron oxide buffer layer was not formed. . The obtained multilayer structure was a multilayer structure of hexagonal GaN / α-Ga 2 O 3 / α-Al 2 O 3 , and the half-value width of XRDωscanGaN (0002) was 132 arcmin. The XRDω scan result is shown in FIG. The CL spectrum was examined using a (cathode luminescence) CL apparatus. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, no luminescence was confirmed.
<実施例2>
実施例1と同様にして作製したサファイア基板上にミストCVD法で蒸着したα−In2O3を成長基板として用い、RF−MBE法により、表面窒化を行った。窒化処理温度は、500℃とし、窒素プラズマパワー200W、窒化処理時間は1時間とした。そのあと、InN成長を行った。成長時間は2時間とし、成長温度は825℃とした。そして、InN成長の最後に、メタルリッチ条件下の成長で生じたInドロップレットを除去するため、窒素プラズマのみを照射して成長を終了した。得られた積層構造体につき、X線回折装置を用いて、それぞれの相を同定し、ついで半値幅を調べた。得られた積層構造体は、六方晶InN/α−In2O3/α−Al2O3の積層構造体であり、XRDωスキャンInN(0002)の半値幅は12arcminであった。また、SEMを用いて、InN表面を観察した。SEM像を図9に示す。図9から、グレイン構造を有しているものの比較的平坦なInN薄膜が得られたことがわかる。なお、このグレイン構造は、成長基板のα−In2O3の表面モフォロジーを反映したものであり、α−In2O3とInNとの界面の形状が凹凸構造を有していることがわかる。
<Example 2>
Surface nitridation was performed by RF-MBE using α-In 2 O 3 deposited by mist CVD on a sapphire substrate produced in the same manner as in Example 1 as a growth substrate. The nitriding temperature was 500 ° C., the nitrogen plasma power was 200 W, and the nitriding time was 1 hour. After that, InN growth was performed. The growth time was 2 hours and the growth temperature was 825 ° C. Then, at the end of the InN growth, in order to remove In droplets generated in the growth under the metal rich condition, the growth was completed by irradiating only nitrogen plasma. About the obtained laminated structure, each phase was identified using the X-ray-diffraction apparatus, and the half value width was investigated then. The obtained laminated structure was a laminated structure of hexagonal InN / α-In 2 O 3 / α-Al 2 O 3 , and the half-value width of XRDω-scanned InN (0002) was 12 arcmin. Moreover, the InN surface was observed using SEM. An SEM image is shown in FIG. From FIG. 9, it can be seen that a relatively flat InN thin film having a grain structure was obtained. This grain structure reflects the surface morphology of α-In 2 O 3 of the growth substrate, and it can be seen that the shape of the interface between α-In 2 O 3 and InN has an uneven structure. .
<実施例3>
窒化処理を行わなかったこと以外は、実施例2と同様にして、α−In2O3/サファイア基板上にInN成長を行った。得られた積層構造体につき、X線回折装置を用いて、それぞれの相を同定し、ついで半値幅を調べた。得られた積層構造体は、六方晶InN/α−In2O3/α−Al2O3の積層構造体であり、XRDωスキャンInN(0002)の半値幅は38arcminであった。また、SEMを用いて、InN表面を観察した。SEM像を図10に示す。
<Example 3>
InN growth was performed on the α-In 2 O 3 / sapphire substrate in the same manner as in Example 2 except that the nitriding treatment was not performed. About the obtained laminated structure, each phase was identified using the X-ray-diffraction apparatus, and the half value width was investigated then. The obtained laminated structure was a laminated structure of hexagonal InN / α-In 2 O 3 / α-Al 2 O 3 , and the half-value width of XRDω-scanned InN (0002) was 38 armcmin. Moreover, the InN surface was observed using SEM. An SEM image is shown in FIG.
本発明の積層構造体は、半導体(例えば化合物半導体電子デバイス等)、電子部品・電気機器部品、光学・電子写真関連装置、工業部材などあらゆる分野に用いることができるが、特に、半導体分野に有用である。 The laminated structure of the present invention can be used in various fields such as semiconductors (for example, compound semiconductor electronic devices), electronic parts / electric equipment parts, optical / electrophotographic related apparatuses, industrial members, etc., but particularly useful in the semiconductor field. It is.
1 ゲートバルブ
2 四重極質量分析計
3 反射高速電子回折スクリーン
4 RFラジカルセル
5 パイロメーター
6 反射高速電子回折電子銃
7 ビームモニター
8 ヒーターおよび熱電対
9 サセプタ
10 基板
11 排気バルブ
12 クヌーセンセル
12a In供給用クヌーセンセル
12b Ga供給用クヌーセンセル
12c Al供給用クヌーセンセル
12d Mg供給用クヌーセンセル
19 ミストCVD装置
20 基板
21 サセプタ
22 キャリアガス供給手段
23 流量調節弁
24 ミスト発生源
24a 原料溶液
25 容器
25a 水
26 超音波振動子
27 成膜室
28 ヒーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gate valve 2 Quadrupole mass spectrometer 3 Reflection high-energy electron diffraction screen 4 RF radical cell 5 Pyrometer 6 Reflection high-energy electron diffraction electron gun 7 Beam monitor 8 Heater and thermocouple 9 Susceptor 10 Substrate 11 Exhaust valve 12 Knudsen cell 12a In Knudsen cell for supply 12b Knudsen cell for Ga supply 12c Knudsen cell for Al supply 12d Knudsen cell for Mg supply 19 Mist CVD apparatus 20 Substrate 21 Susceptor 22 Carrier gas supply means 23 Flow control valve 24 Mist generation source 24a Raw material solution 25 Container 25a Water 26 Ultrasonic vibrator 27 Deposition chamber 28 Heater
Claims (4)
The nitride semiconductor layer, aluminum, one or more metals selected from gallium and indium, the production of the laminated structure according to claim 1 comprising a metal component constituting the semiconductor layer Way .
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