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JP4815569B2 - Method for growing gallium nitride crystal on Si substrate crystal - Google Patents
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JP4815569B2 - Method for growing gallium nitride crystal on Si substrate crystal - Google Patents

Method for growing gallium nitride crystal on Si substrate crystal Download PDF

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Description

本発明は、窒化ガリウム(GaN)を、シリコン基板上で結晶成長させる方法及びその関連技術に関する。   The present invention relates to a method for crystal growth of gallium nitride (GaN) on a silicon substrate and related technology.

GaN(窒化ガリウム)は、発光ダイオード等の材料としてその利用範囲が大きな広がりを見せている。   GaN (gallium nitride) is widely used as a material for light emitting diodes.

このGaNを結晶成長させる方法の一つに、MOVPE(Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition)法が知られており、広く利用されてきた方法である。このMOVPE法によってGaNを結晶成長させる場合、その結晶成長の基となる基板(基板結晶と呼ぶ)としては、サファイア基板やシリコンカーバイド(SiC)基板が用いられてきた。   MOVPE (Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition) is known as one of the methods for growing GaN crystals, and has been widely used. When GaN is crystal-grown by this MOVPE method, a sapphire substrate or a silicon carbide (SiC) substrate has been used as a substrate (referred to as substrate crystal) as a base for the crystal growth.

これらの基板は、非常に高価であるので、安価なシリコン基板の利用が古くから考えられてきた。   Since these substrates are very expensive, the use of inexpensive silicon substrates has long been considered.

シリコン基板
しかし、このシリコン基板を用いたMOVPE法によってGaN結晶を成長させようとすると、良質な結晶成長を長時間続けることが困難であることが知られている。その理由は、原料ガスとシリコンとが反応してしまうからであると考えられている。
Silicon substrate
However, it is known that when a GaN crystal is grown by the MOVPE method using this silicon substrate, it is difficult to continue high-quality crystal growth for a long time. The reason is considered to be that the source gas reacts with silicon.

また、例えば、インターネット上の「http://www.sanken-ele.co.jp/news/contents/20011122.htm」(サンケン電気、NEWSリリース)(非特許文献3)にもこれらの問題点が記載されている。この非特許文献3においては、上記問題点を解決する手法についても記載がある。   Further, for example, “http://www.sanken-ele.co.jp/news/contents/20011122.htm” (Sanken Electric, NEWS release) (Non-patent Document 3) on the Internet has these problems. Are listed. This Non-Patent Document 3 also describes a method for solving the above problems.

この記載によれば、第1に、シリコンとGaN材料との反応を抑制するために、エピタキシャル成長を行わせる前のシリコン表面を、原子オーダーでフラットにすると共に、水素原子で覆うことが提案されている。また、第2に、GaNの結晶性の向上のために、シリコン基板の各種面方位を調査し、結晶性が最も優れているSi(111)面を採用することが提案されている。このような手法によって、SiとGaが反応してしまうために、シリコン基板上に直接GaNを結晶成長させることは困難であるとの一般技術常識を覆したと記載されている。   According to this description, firstly, in order to suppress the reaction between silicon and the GaN material, it is proposed that the silicon surface before epitaxial growth is made flat in atomic order and covered with hydrogen atoms. Yes. Second, in order to improve the crystallinity of GaN, it has been proposed to investigate various plane orientations of the silicon substrate and adopt the Si (111) plane having the best crystallinity. It is described that the general technical common sense that it is difficult to directly grow GaN crystals on a silicon substrate because Si and Ga react by such a method is described.

このように、シリコン基板を用いたGaN結晶の成長は困難であった。シリコン基板上にGaNのバッファー層を形成した場合、基板上に凹凸や、穴が生じることが知られている。この理由は、SiとGaが反応してしまうからであると考えられていた。この問題点は、例えば下記非特許文献1にも記載されている。この非特許文献1に記載されている上記「穴」の様子を示す写真を図10に引用して掲載する。   As described above, it is difficult to grow a GaN crystal using a silicon substrate. It is known that when a GaN buffer layer is formed on a silicon substrate, irregularities and holes are formed on the substrate. This reason was thought to be because Si and Ga would react. This problem is also described in Non-Patent Document 1, for example. A photograph showing the state of the “hole” described in Non-Patent Document 1 is cited and published in FIG.

改良された従来の技術によるGaNの結晶成長
そこで、GaNによるバッファー層を採用することは困難であるため、近年は、AlNによるバッファー層を用いることが一般的となっている。
Improved GaN crystal growth according to the prior art Accordingly, it is difficult to employ a buffer layer by GaN, in recent years, the use of a buffer layer by AlN has become common.

AlNによるバッファー層を用いた場合のGaNの結晶成長の様子が図11に示されている。この図に示すように、図11(1)に示すようなシリコン基板の上に、まず低温でAlNのバッファー層が設けられ(図11(2)、次に、高温でGaNの結晶成長が行われる(図11(3))。   The state of crystal growth of GaN when using a buffer layer of AlN is shown in FIG. As shown in this figure, an AlN buffer layer is first provided at a low temperature on a silicon substrate as shown in FIG. 11 (1) (FIG. 11 (2), and then GaN crystal growth is performed at a high temperature. (FIG. 11 (3)).

他の従来の技術
GaNの結晶成長を行うために種々の技術が知られている。
Other conventional techniques Various techniques are known for crystal growth of GaN.

(a)例えば、GaNを、GaAsの上に堆積する技術が知られている。この技術では、GaAsの結晶面(111)に「表」と「裏」の面があることを考慮し、ヒ素が抜けやすい方の面にGaNを結晶成長させることが好ましいと言える。このような技術が下記非特許文献2に記載されている。   (A) For example, a technique for depositing GaN on GaAs is known. In this technique, it can be said that it is preferable to grow GaN on the surface where arsenic is easily removed in consideration of the “front” and “back” surfaces of the GaAs crystal surface (111). Such a technique is described in Non-Patent Document 2 below.

(b)また、下記特許文献1には、シリコン基板上に、窒化チタンの膜を設け、その上にGaNを積層する構成が開示されている。   (B) Patent Document 1 below discloses a configuration in which a titanium nitride film is provided on a silicon substrate and GaN is stacked thereon.

(c)また、下記特許文献2には、 シリコン基板上に凹凸を設ける技術が開示されている。この凹凸によって、低温GaNバッファー層を設けずに、直接にGaNを結晶成長させても、結晶が横方向に成長してしまうのを抑制でき、平坦な結晶成長が実現できるとされている。   (C) Moreover, the following patent document 2 discloses a technique for providing irregularities on a silicon substrate. By this unevenness, even if GaN is directly grown without providing a low-temperature GaN buffer layer, it is possible to suppress the lateral growth of the crystal and to realize a flat crystal growth.

(d)また、下記特許文献3には、自然酸化膜が形成されているシリコン基板を用いて、III−V属窒化物(特にGaN)の結晶成長を行う技術が開示されている。この特許文献3では、上記自然酸化物を窒化し、SiON膜に転化してから、このSiON膜の上にIII−V属窒化物(特にGaN)を結晶成長させる技術が開示されている。   (D) Patent Document 3 below discloses a technique for growing a III-V nitride (particularly GaN) crystal using a silicon substrate on which a natural oxide film is formed. Patent Document 3 discloses a technique in which the natural oxide is nitrided and converted to a SiON film, and then a III-V nitride (particularly GaN) is crystal-grown on the SiON film.

(e)また、下記特許文献4には、窒化物半導体の結晶成長方法として、2段階の成長段階からなる手法が記載されている。まず、第1段階は、低温で遅い結晶成長速度で基板(基体)上に、島状の結晶領域を形成する。そして、第2段階は、島状の結晶領域を結合するように高温で速い結晶成長速度で結晶成長させる技術が開示されている。   (E) Patent Document 4 listed below describes a technique comprising two stages of growth as a method for growing a nitride semiconductor crystal. First, in the first stage, island-like crystal regions are formed on a substrate (base) at a low crystal growth rate at a low temperature. In the second stage, a technique is disclosed in which crystal growth is performed at a high temperature and a high crystal growth rate so as to bond island-like crystal regions.

(f)また、下記特許文献5には、GaN単結晶からなるベース板上に、GaNの非晶質層を形成し、この非晶質層の上に、さらにGaNの単結晶層を形成する記述が開示されている。転位等の結晶欠陥が減少するとされている。   (F) In Patent Document 5 below, a GaN amorphous layer is formed on a base plate made of GaN single crystal, and a GaN single crystal layer is further formed on the amorphous layer. A description is disclosed. It is said that crystal defects such as dislocations are reduced.

(g)また、下記特許文献6には、単結晶シリコン基板上に、3C−SiC単結晶層及び、BGaNの混晶層を順次設ける。そして、これらの上に、c−GaN単結晶膜を形成する。欠陥を制御しうるGaN半導体が得られると記載されている。   (G) In Patent Document 6 below, a 3C—SiC single crystal layer and a BGaN mixed crystal layer are sequentially provided on a single crystal silicon substrate. Then, a c-GaN single crystal film is formed on these. It is described that a GaN semiconductor capable of controlling defects can be obtained.

(h)また、下記特許文献7には、シリコン基板上に、c−BPの膜をバッファー層として成形し、このバッファー層の上から3C−SiC又はc−GaNをエピタキシャル成長させる技術が開示されている。格子不整合の問題を解消しうると記載されている。また、上記c−BPのバッファー層の上にアモルファスSiC又はGaNの膜を300℃から600℃で形成する技術も開示されている。   (H) Patent Document 7 below discloses a technique in which a c-BP film is formed as a buffer layer on a silicon substrate, and 3C-SiC or c-GaN is epitaxially grown on the buffer layer. Yes. It is described that the problem of lattice mismatch can be solved. Also disclosed is a technique for forming an amorphous SiC or GaN film at 300 ° C. to 600 ° C. on the c-BP buffer layer.

特開2000−031534号公報(サンケン)JP 2000-031534 A (Sunken) 特開2002−289540号公報(三菱電線)JP 2002-289540 A (Mitsubishi Electric Cable) 特開平10−163528号公報(古河電気工業)Japanese Patent Laid-Open No. 10-163528 (Furukawa Electric) 特開2002−313733号公報(ソニー)JP 2002-313733 A (Sony) 特開2000−340509号公報(住友電気工業)JP 2000-340509 A (Sumitomo Electric Industries) 特開2005−32766号公報(東芝セラミックス)JP-A-2005-32766 (Toshiba Ceramics) 特開2004−22581号公報(東芝セラミックス)JP 2004-22581 A (Toshiba Ceramics) A. Dadgar, M. Poscherieder, J. Blasing, et al., "MOVPE growth of GaN on Si(111) substrates", J. of Crystal Growth 248 (2003), pp556-562A. Dadgar, M. Poscherieder, J. Blasing, et al., "MOVPE growth of GaN on Si (111) substrates", J. of Crystal Growth 248 (2003), pp556-562 Yoshinao Kumagai, Akinori Koukitu, Hisashi Seki, "Investigation of Substrate Orientation Dependennce for the Growth of GaN on GaAs(111)A and (111)B Surfaces by Metalorganic Hydrogen Chloride Vapor-phase Epitaxy",Jpn. J. Appl. Phys., Vol.39(2000), pp.L149-L151, Part2, No.2B, 15 February 2000Yoshinao Kumagai, Akinori Koukitu, Hisashi Seki, "Investigation of Substrate Orientation Dependennce for the Growth of GaN on GaAs (111) A and (111) B Surfaces by Metalorganic Hydrogen Chloride Vapor-phase Epitaxy", Jpn. J. Appl. Phys. , Vol.39 (2000), pp.L149-L151, Part2, No.2B, 15 February 2000 ”シリコン基板を用いたGaN系高効率青色LEDを開発”、NEWSリリース、2001年11月、サンケン電気、[平成17年2月8日検索]、インターネット<URL:http://www.sanken-ele.co.jp/news/contents/20011122.htm>"Development of GaN-based high-efficiency blue LED using silicon substrate", NEWS release, November 2001, Sanken Electric, [Search February 8, 2005], Internet <URL: http: //www.sanken- ele.co.jp/news/contents/20011122.htm>

以上述べたように、シリコン基板上でGaNの結晶成長を行わせようとする試みは、種々存在するが、これらには以下のような問題がある。   As described above, there are various attempts to perform GaN crystal growth on a silicon substrate, but these have the following problems.

(1)AlNその他の物質をバッファー層とする技術では、使用する材料が増えてしまい、装置が煩雑となりがちである。また、材料の種類が増えるので、材料の管理コストも増大する。   (1) In the technique of using AlN or other substances as a buffer layer, the material used increases, and the apparatus tends to be complicated. In addition, since the types of materials increase, the management cost of the materials also increases.

(2)また、シリコン基板の表面に加工する手法では、表面を加工して「荒く」する必要があるので、却って平面性に問題が生じる恐れもある。また、加工のための工程が必要となり、結晶成長方法が煩雑となる恐れがある。   (2) Further, in the method of processing on the surface of the silicon substrate, it is necessary to process the surface to “roughen”, which may cause a problem in flatness. Moreover, the process for a process is needed and there exists a possibility that the crystal growth method may become complicated.

したがって、シリコン基板上で良質のGaN結晶をより簡便な手法で成長させることができる手法が広く望まれている。   Therefore, a technique capable of growing a high-quality GaN crystal on a silicon substrate by a simpler technique is widely desired.

本発明は、係る課題に鑑みなされたものであり、その目的は、煩雑な処理をすることなく、シリコン基板上にGaNの結晶の成長を行う方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for growing GaN crystals on a silicon substrate without complicated processing.

上述したように、シリコン基板(Si基板)は世の中に大型基板結晶として大量に出回っているので、これを基板として用いることができれば、非常に安価に光素子や電子デバイスの作製が可能となる。そのため、既に述べたように、シリコン基板上でGaNを結晶成長させる多くの研究がなされている。   As described above, silicon substrates (Si substrates) are widely available as large substrate crystals in the world, so that if they can be used as substrates, it is possible to manufacture optical elements and electronic devices at a very low cost. Therefore, as already described, many studies have been made on crystal growth of GaN on a silicon substrate.

上述したように、通常の条件でGaNをSi上にエピタキシャル成長させるとGaN−Si界面に穴状の欠陥が発生し、GaNの良好な結晶成長ができない。この現象を捉えて、一般に基板Siと原料であるGa分子種との反応が起きるためであるとの報告(論文や学会発表)が多くなされている。   As described above, when GaN is epitaxially grown on Si under normal conditions, a hole-like defect occurs at the GaN-Si interface, and good crystal growth of GaN cannot be achieved. There have been many reports (dissertations and academic presentations) that capture this phenomenon and generally cause a reaction between the substrate Si and the Ga molecular species as the raw material.

現在、この問題を解決するための最も代表的な手法の一つは上述したバッファー層の利用であろう。すなわち、Si基板上にAlNの薄膜(バッファー層)を最初に成長させ、その後にGaNの成長を行うのである。この技術を用いて実際にLEDが作製され、市販されている。これは、上記非特許文献3に記載されている。   Currently, one of the most representative techniques for solving this problem would be the use of the buffer layer described above. That is, an AlN thin film (buffer layer) is first grown on a Si substrate, and then GaN is grown. LEDs are actually made using this technology and are commercially available. This is described in Non-Patent Document 3 above.

本願発明者らの研究
ところで、本願発明者らは、Al等のGaNの原料物質以外の物質を用いずに、Si基板上にGaNを成長させる手法を長年研究してきた。特に、GaNバッファー層をシリコン基板上に設けてから、その上でGaNの結晶成長を行う手法について鋭意研究を重ねた。
By the way, the inventors of the present application have studied for a long time a method of growing GaN on a Si substrate without using a material other than a GaN raw material such as Al. In particular, after a GaN buffer layer was provided on a silicon substrate, intensive research was conducted on a technique for crystal growth of GaN thereon.

その結果、本願発明者らは、シリコン基板上にGaNを直接結晶成長させた場合にシリコン基板状に穴などの欠陥が生じてしまう理由は、SiとGa原料が反応するのでなく、通常行われる気相雰囲気中の水素がSi最表面に吸着して、その吸着した水素がGaNの成長を妨げるためであることを見いだした。   As a result, the inventors of the present application normally do not react Si and Ga raw materials but cause defects such as holes in the silicon substrate when GaN is directly grown on a silicon substrate. It was found that hydrogen in the gas phase atmosphere was adsorbed on the outermost surface of Si and the adsorbed hydrogen hindered the growth of GaN.

そして、GaNバッファー層の成長が妨げられることによってこの層に穴が開いてしまうと考えられる。そして、高温でのGaN成長時にその穴を通して、原料であるNHとSiが反応し、界面が凸凹になることが本願発明者らの研究によって明らかになった。 And it is thought that a hole is opened in this layer by preventing the growth of the GaN buffer layer. The inventors of the present invention have clarified that NH 3 and Si, which are raw materials, react through the hole during GaN growth at high temperature, and the interface becomes uneven.

これらの研究を通して、本願発明者らは、Si基板上に直接GaNを成長するためには、水素が無い(又は十分に少ない)雰囲気中でSiに吸着した水素を充分に脱離した後に、GaNバッファー層を成長させ、その後GaNのエピタキシャル成長を行う方法を発明するに至ったのである。   Through these studies, the inventors of the present application, after growing hydrogen adsorbed on Si in a hydrogen-free (or sufficiently small) atmosphere in order to grow GaN directly on the Si substrate, The inventors have invented a method of growing a buffer layer and then epitaxially growing GaN.

この方法によれば、良質のGaN結晶を得ることができる。本願発明者らは、この方法を実際に実行し、Si基板上でGaNを成長させて、GaN結晶を得た。このGaN結晶はPL発光が可能な良質のGaNの結晶であることを確認した。   According to this method, a good quality GaN crystal can be obtained. The inventors of the present application actually executed this method and grown GaN on a Si substrate to obtain a GaN crystal. This GaN crystal was confirmed to be a good quality GaN crystal capable of PL emission.

具体的には、本発明は、以下のような手段を採用する。   Specifically, the present invention employs the following means.

(1)本発明は、上記課題を解決するために、シリコン基板上で窒化ガリウムを結晶成長させる方法において、前記シリコン基板上の水素原子を脱離する水素脱離工程と、前記水素脱離工程の後、前記シリコン基板上に、バッファー層を形成するバッファー層形成工程と、前記バッファー層の上に、窒化ガリウムを結晶成長させる結晶成長工程と、を含むことを特徴とする窒化ガリウム結晶成長方法である。   (1) In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for crystal growth of gallium nitride on a silicon substrate, a hydrogen desorption step for desorbing hydrogen atoms on the silicon substrate, and the hydrogen desorption step. And a buffer layer forming step of forming a buffer layer on the silicon substrate; and a crystal growth step of crystal growing gallium nitride on the buffer layer. It is.

このように、シリコン基板上の水素原子を脱離するので、水素がGaNの結晶成長を妨げてしまうことを防止することができる。その結果、平坦な穴のないバッファー層を形成でき、さらにはその上で窒化ガリウムの結晶成長を行わせれば、良質の窒化ガリウムの結晶が得られる。   As described above, since hydrogen atoms on the silicon substrate are desorbed, it is possible to prevent hydrogen from interfering with the crystal growth of GaN. As a result, a buffer layer without a flat hole can be formed. Further, if gallium nitride crystal growth is performed thereon, a high-quality gallium nitride crystal can be obtained.

(2)また、本発明は、上記(1)記載の窒化ガリウム結晶成長方法において、前記水素脱離工程は、前記シリコン基板を、700℃以上の温度に加熱する工程を含むことを特徴とする窒化ガリウム結晶成長方法である。   (2) Further, in the gallium nitride crystal growth method according to the above (1), the hydrogen desorption step includes a step of heating the silicon substrate to a temperature of 700 ° C. or higher. This is a gallium nitride crystal growth method.

加熱によって、水素を脱離することができる。なお、加熱する温度は、800℃以上であればより好ましく、さらに900℃以上であればより一層好ましい。   Hydrogen can be eliminated by heating. The heating temperature is more preferably 800 ° C. or higher, and even more preferably 900 ° C. or higher.

(3)また、本発明は、上記(1)記載の窒化ガリウム結晶成長方法において、前記水素脱離工程は、前記シリコン基板を、700℃以上の温度の窒素雰囲気下に置く工程を含むことを特徴とする窒化ガリウム結晶成長方法である。   (3) Further, according to the present invention, in the gallium nitride crystal growth method according to (1), the hydrogen desorption step includes a step of placing the silicon substrate in a nitrogen atmosphere at a temperature of 700 ° C. or higher. This is a characteristic gallium nitride crystal growth method.

加熱する際に、水素を含まない窒素雰囲気下にすることによって、水素が再び表面に結合して(終端して)しまうことを防止することができる。なお、窒素雰囲気下の温度は、800℃以上であればより好ましく、さらに900℃以上であればより一層好ましい。   When heating, under a nitrogen atmosphere not containing hydrogen, it is possible to prevent hydrogen from being bound (terminated) to the surface again. The temperature in the nitrogen atmosphere is more preferably 800 ° C. or higher, and even more preferably 900 ° C. or higher.

(4)また、本発明は、上記(1)記載の窒化ガリウム結晶成長方法において、前記水素脱離工程は、前記シリコン基板を、700℃以上の温度の不活性ガス雰囲気下に置く工程を含むことを特徴とする窒化ガリウム結晶成長方法である。   (4) Further, according to the present invention, in the gallium nitride crystal growth method according to (1), the hydrogen desorption step includes a step of placing the silicon substrate in an inert gas atmosphere having a temperature of 700 ° C. or higher. This is a method for growing a gallium nitride crystal.

加熱する際に、水素を含まない不活性ガス雰囲気下にすることによって、水素が再び表面に結合して(終端して)しまうことを防止することができる。なお、不活性ガスの温度は、800℃以上であればより好ましく、さらに900℃以上であればより一層好ましい。   When heating is performed in an inert gas atmosphere containing no hydrogen, it is possible to prevent hydrogen from being bonded (terminated) to the surface again. The temperature of the inert gas is more preferably 800 ° C. or higher, and even more preferably 900 ° C. or higher.

(5)また、本発明は、上記(1)記載の窒化ガリウム結晶成長方法において、
前記バッファー層形成工程は、水素を含まない雰囲気下で、バッファー層を形成する工程を含むことを特徴とする窒化ガリウム結晶成長方法である。
(5) Furthermore, the present invention provides the gallium nitride crystal growth method according to the above (1),
The buffer layer forming step is a gallium nitride crystal growth method characterized in that it includes a step of forming a buffer layer under an atmosphere containing no hydrogen.

水素を含まない雰囲気下でバッファー層を形成することによって、より平坦なバッファー層を形成することができる。   By forming the buffer layer under an atmosphere containing no hydrogen, a flatter buffer layer can be formed.

(6)また、本発明は、上記(1)〜(5)のいずれかの請求項に記載の窒化ガリウム結晶成長方法において、前記バッファー層形成工程における前記バッファー層は、窒化ガリウムバッファー層であることを特徴とする窒化ガリウム結晶成長方法である。   (6) Moreover, this invention is a gallium nitride crystal growth method as described in any one of said (1)-(5), The said buffer layer in the said buffer layer formation process is a gallium nitride buffer layer. This is a method for growing a gallium nitride crystal.

このような構成によって、窒化ガリウムバッファー層を形成する際に水素原子による妨害がないので、より平坦で穴のないバッファー層を形成することができる。   With such a configuration, since there is no interference by hydrogen atoms when forming the gallium nitride buffer layer, it is possible to form a buffer layer that is flatter and has no holes.

以上述べたように、本発明によれば、水素原子をシリコン基板表面から脱離したので、よりバッファー層の形成がし易くなり、バッファー層の平坦性が改善される。その結果、より良質のGaN結晶の成長を行わせることができる。   As described above, according to the present invention, since hydrogen atoms are desorbed from the surface of the silicon substrate, it is easier to form the buffer layer, and the flatness of the buffer layer is improved. As a result, a higher quality GaN crystal can be grown.

特に、バッファー層として、GaNバッファー層を用いれば、バッファー層としてAl等の別種の原料ガスを準備する必要がないので、Al等をバッファー層として利用していた手法に比べてより簡易な方法でGaN結晶を得ることができる。   In particular, if a GaN buffer layer is used as the buffer layer, there is no need to prepare another type of source gas such as Al as the buffer layer, which is a simpler method than the method using Al or the like as the buffer layer. A GaN crystal can be obtained.

以下、図面に基づき、本発明の好適な実施の形態を説明する。本実施の形態においては、シリコン基板上にGaNの結晶を成長させる方法として、特に、シリコン基板上にGaNバッファー層を設けてからGaNのエピタキシャル成長を行わせる手法の好ましい実施の形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, as a method for growing a GaN crystal on a silicon substrate, a preferred embodiment of a technique for performing GaN epitaxial growth after providing a GaN buffer layer on the silicon substrate will be described.

第1章 原理
背景技術で述べたように、シリコン基板の上にGaNバッファー層を形成した場合、基板表面に穴があいてしまう等、表面の平坦性が失われることが知られている。その結果、GaNバッファー層の上にGaN結晶をエピタキシャル成長させても良質のGaN結晶を得ることはできなかった。従来は、基板表面に穴があいてしまう等の原因は、SiとGaが反応してしまうからというのが通説であった。
As described in Chapter 1 Principle Background Art, when a GaN buffer layer is formed on a silicon substrate, it is known that the surface flatness is lost, for example, there is a hole in the substrate surface. As a result, even if a GaN crystal was epitaxially grown on the GaN buffer layer, a good quality GaN crystal could not be obtained. Conventionally, it has been generally accepted that Si and Ga react with each other, for example, because there is a hole in the substrate surface.

本願発明者は、この通説は必ずしも妥当な理由とは言えないと考え、穴等が生じてしまう原因はシリコン基板表面に存在する水素原子であると考えた。そして、この考えの正当性を実験で確認することができた。   The inventor of the present application considered that this general theory is not necessarily a valid reason, and thought that the cause of the occurrence of holes and the like was hydrogen atoms existing on the surface of the silicon substrate. And we were able to confirm the validity of this idea through experiments.

この実験の結果が図1に示されている。この図1は、シリコン基板上にGaNバッファー層を設けた場合のシリコン基板表面の様子を示すSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。これらのGaNバッファー層の成膜条件は、TMGガスの分圧が2.0×E−5atmであり、NHガスの分圧が0.2atmであり、温度が640℃であるようなガス雰囲気で成膜を行った。このガスの全圧力1atmである。この条件は図1(1)(2)(3)で共通である。 The result of this experiment is shown in FIG. FIG. 1 is a SEM (scanning electron microscope) photograph showing the state of the silicon substrate surface when a GaN buffer layer is provided on the silicon substrate. The film formation conditions for these GaN buffer layers are: a gas atmosphere in which the partial pressure of TMG gas is 2.0 × E-5 atm, the partial pressure of NH 3 gas is 0.2 atm, and the temperature is 640 ° C. The film was formed. The total pressure of this gas is 1 atm. This condition is common to FIGS. 1 (1), (2), and (3).

図1の(1)(2)(3)の違いは用いているキャリアガスである。   The difference between (1), (2) and (3) in FIG. 1 is the carrier gas used.

図1(1)は、全てNであるキャリアガスを用いた例である。本実施例では、キャリアガス中の水素分圧比を「F」と称している。すなわち、この図1(1)においては、F=0(水素分圧比が0)である。 FIG. 1 (1) is an example using a carrier gas that is all N 2 . In this embodiment, the hydrogen partial pressure ratio in the carrier gas is referred to as “F”. That is, in FIG. 1 (1), F = 0 (hydrogen partial pressure ratio is 0).

この図1(1)に示すように、水素分圧比F=0では、GaNバッファー層がシリコン基板表面を全て覆っていることが明確に示されている。   As shown in FIG. 1A, it is clearly shown that the GaN buffer layer covers the entire surface of the silicon substrate at the hydrogen partial pressure ratio F = 0.

次に、図1(2)は、N+Hをキャリアガスとして用いた。この場合の水素分圧比F=0.1である。つまり、水素が10%含まれたキャリアガスを用いた例である。 Next, in FIG. 1 (2), N 2 + H 2 was used as a carrier gas. In this case, the hydrogen partial pressure ratio F = 0.1. That is, this is an example using a carrier gas containing 10% hydrogen.

この図1(2)に示すように、水素分圧比F=0.1では、GaNバッファー層がシリコン基板表面を覆ってはいるものの、部分的にシリコン基板が露出している箇所が散見される。このように、穴が部分的にあいたGaNバッファー層であることが写真から明らかである。   As shown in FIG. 1B, at the hydrogen partial pressure ratio F = 0.1, although the GaN buffer layer covers the silicon substrate surface, there are some places where the silicon substrate is partially exposed. . Thus, it is clear from the photograph that the GaN buffer layer has holes partially opened.

次に、図1(3)は、Hをキャリアガスとして用いた。この場合は、キャリアガスは全て水素ガスであるので水素分圧比F=1.0である。 Next, in FIG. 1 (3), H 2 was used as a carrier gas. In this case, since the carrier gas is all hydrogen gas, the hydrogen partial pressure ratio F = 1.0.

この図1(3)に示すように、水素分圧比F=1.0では、GaNバッファー層がシリコン基板表面上で、島状に点在するのみ、シリコン基板の多く部分が覆われずに露出している状態である。このように、GaNバッファー層はほとんど形成されていない。   As shown in FIG. 1 (3), when the hydrogen partial pressure ratio is F = 1.0, only the GaN buffer layer is scattered in an island shape on the surface of the silicon substrate, so that most of the silicon substrate is exposed without being covered. It is in a state of being. Thus, the GaN buffer layer is hardly formed.

これらのことから、GaNバッファー層の表面ホモロジーは、水素分圧に依存することが明らかである。そして、成膜の際の装置システム内に(具体的には、キャリアガス中に)わずか10パーセントでも水素が含まれるとGaNのバッファー層の形成が阻害されてしまうことが判明した。   From these facts, it is clear that the surface homology of the GaN buffer layer depends on the hydrogen partial pressure. Then, it was found that the formation of the GaN buffer layer is hindered when hydrogen is contained in the apparatus system during film formation (specifically, in the carrier gas) even at only 10 percent.

以上の結果、本願発明者らは、水素ガス分圧比が0キャリアガスを用いてGaNバッファー層を形成するステップを特徴とする新しいGaN結晶の成長方法を実現するに至ったのである。 As a result, the present inventors have realized a new GaN crystal growth method characterized by forming a GaN buffer layer using a carrier gas having a hydrogen gas partial pressure ratio of 0.

本実施の形態において説明するGaN結晶成長方法の概念図が図2に示されている。まず図2(1)において、シリコン基板2の表面は、水素で終端されている。次に、図2(2)において、この水素を脱離する。この点が本実施の形態において特徴的なことである。そして、この水素を脱離された表面上にGaNバッファー層4が積層される。そして、このGaNバッファー層の上にGaNをエピタキシャル成長させ、GaNの結晶層6が形成されるのである。   A conceptual diagram of a GaN crystal growth method described in the present embodiment is shown in FIG. First, in FIG. 2A, the surface of the silicon substrate 2 is terminated with hydrogen. Next, in FIG. 2 (2), this hydrogen is desorbed. This point is characteristic in the present embodiment. Then, the GaN buffer layer 4 is laminated on the surface from which hydrogen has been removed. Then, GaN is epitaxially grown on the GaN buffer layer to form a GaN crystal layer 6.


第2章 具体的な実施例
第1章で述べた原理に基づき、実際にGaNの結晶を成長させる具体的な処理の流れについて説明する。

Chapter 2 Specific Example Based on the principle described in Chapter 1, a specific processing flow for actually growing a GaN crystal will be described.

2.1 装置構成
図3には、本実施例におけるGaNの結晶成長を行うGaN結晶成長装置10の構成図が示されている。この図に示すようにGaN結晶成長装置10は、結晶成長を行う石英反応管12を備えている。この石英反応管12内には、基板結晶14を載置するカーボンサセプタ16が設けられており、石英反応管12の周囲には、このカーボンサセプタ16を加熱するためのRFコイル18が設けられている。このRFコイル18に高周波電流を流すことによって、カーボンサセプタ16に誘導電流を生じさせカーボンサセプタ16を加熱することによってそれに載置されている基板結晶14を加熱する。
2.1 Apparatus Configuration FIG. 3 shows a configuration diagram of a GaN crystal growth apparatus 10 that performs GaN crystal growth in this embodiment. As shown in this figure, the GaN crystal growth apparatus 10 includes a quartz reaction tube 12 for crystal growth. A carbon susceptor 16 for placing a substrate crystal 14 is provided in the quartz reaction tube 12, and an RF coil 18 for heating the carbon susceptor 16 is provided around the quartz reaction tube 12. Yes. By passing a high-frequency current through the RF coil 18, an induced current is generated in the carbon susceptor 16, and the substrate crystal 14 placed thereon is heated by heating the carbon susceptor 16.

また、GaN結晶成長装置10には、石英反応管12にキャリアガスを供給するために、N源20a、20bと、H源22a、22b、22cと、が備えられている。これらは、所定の流量制御装置24a、24b、24c、24d、24eや、バルブ26a、26b、26c、26d、26e等を介して石英反応管12に供給される。なお、石英反応管12には、キャリアガスや原料ガスを排出するための排出ポート12bが設けられている。 Further, the GaN crystal growth apparatus 10 is provided with N 2 sources 20a and 20b and H 2 sources 22a, 22b and 22c in order to supply a carrier gas to the quartz reaction tube 12. These are supplied to the quartz reaction tube 12 via predetermined flow control devices 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, valves 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, and the like. The quartz reaction tube 12 is provided with an exhaust port 12b for exhausting carrier gas and source gas.

また、GaN結晶成長装置10には、石英反応管12に原料ガスを供給するために、TMG源28と、NH源30と、が備えられている。ここで、TMGとは、Tri-Methyl Gallium(トリメチルガリウム)である。TMG源28が発生するTMGガスは、流量制御装置24dと、バルブ26cを介してキャリアガスに混入させることによって、石英反応管12に供給される。また、NH源30が供給するNHは、流量制御装置24eと、バルブ26e、26gを介してキャリアガスに混入することによって、石英反応管12に供給される。TMGガスは、必要に応じてバルブ26dを介して外部に排出され、また、NHも、必要に応じてバルブ26fを介して外部に排出される。 Further, the GaN crystal growth apparatus 10 is provided with a TMG source 28 and an NH 3 source 30 in order to supply a raw material gas to the quartz reaction tube 12. Here, TMG is Tri-Methyl Gallium. The TMG gas generated by the TMG source 28 is supplied to the quartz reaction tube 12 by being mixed into the carrier gas via the flow rate control device 24d and the valve 26c. Moreover, NH NH 3 source 30 supplies 3, a flow control device 24e, a valve 26e, by incorporating into the carrier gas through a 26 g, fed in the quartz reaction tube 12. TMG gas is discharged to the outside through the valve 26d as necessary, and NH 3 is also discharged to the outside through the valve 26f as necessary.

なお、カーボンサセプタ16上に載置されるシリコン基板14は、(111)面によるシリコン基板14である。   The silicon substrate 14 placed on the carbon susceptor 16 is a silicon substrate 14 having a (111) plane.

このように、本実施の形態では、III族元素の原料として、TMGを用い、また、V族元素の原料として、NHを用いている。 Thus, in the present embodiment, TMG is used as a group III element material, and NH 3 is used as a group V element material.

2.2 結晶成長の動作
図3に示すような結晶成長装置10を用いて、GaNの結晶成長を行わせる。その際の温度やキャリアガスの変化が図4のグラフに示されている。図4のグラフにおいて、横軸は、経過時間(分)を表し、縦軸は温度(℃)を表す。
2.2 Operation of crystal growth Crystal growth of GaN is performed using a crystal growth apparatus 10 as shown in FIG. Changes in temperature and carrier gas at that time are shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis represents elapsed time (minutes), and the vertical axis represents temperature (° C.).

このグラフに示すように、シリコン基板14はまずHFで洗浄され、洗浄直後はシリコン基板表面は、水素原子で終端されている。この状態から250℃まで温度を上昇させ、カーボンサセプタ16を予備加熱する。この際に用いられるキャリアガスはHである。 As shown in this graph, the silicon substrate 14 is first cleaned with HF, and immediately after cleaning, the surface of the silicon substrate is terminated with hydrogen atoms. The temperature is increased from this state to 250 ° C., and the carbon susceptor 16 is preheated. Carrier gas used at this time is H 2.

10分間250℃で加熱し(グラフ中経過時間5分〜15分で示される)、カーボンサセプタ16を予備加熱した後、950℃まで温度を上昇させ(グラフ中20分の時点)終端している水素原子を脱離させる。この結果、清浄なSi面を形成することができる。950℃の加熱を15分間続けた時点(グラフ中35分の時点)でキャリアガスをNに置き換え、新たに水素原子が表面に終端しないようにする。950℃による加熱をさらに10分間続けた後(グラフ中45分の時点)、温度を下げてGaNバッファー層の形成温度に維持する(グラフ中50分の時点以降)。 After heating at 250 ° C. for 10 minutes (indicated by the elapsed time of 5 to 15 minutes in the graph) and preheating the carbon susceptor 16, the temperature is raised to 950 ° C. (at the time of 20 minutes in the graph) and terminating. Desorb hydrogen atoms. As a result, a clean Si surface can be formed. When heating at 950 ° C. is continued for 15 minutes (at 35 minutes in the graph), the carrier gas is replaced with N 2 so that new hydrogen atoms do not terminate on the surface. After heating at 950 ° C. for another 10 minutes (at 45 minutes in the graph), the temperature is lowered to maintain the GaN buffer layer formation temperature (after 50 minutes in the graph).

なお、このように、950℃まで温度を上昇させ水素原子を脱離させる工程が、請求の範囲の水素脱離工程の好適な一例に相当する。また特に、キャリアガスをNに置き換えて加熱する工程(グラフ中35分から45分までの期間)が、本実施の形態において重要な点である。Nに置き換えているので、温度を下げても新たに水素がSi面に終端してしまうことがないのである。 In addition, the process of raising the temperature to 950 ° C. and desorbing hydrogen atoms in this way corresponds to a preferred example of the hydrogen desorption process in the claims. In particular, the step of heating by replacing the carrier gas with N 2 (period from 35 minutes to 45 minutes in the graph) is an important point in the present embodiment. Since it is replaced with N 2 , hydrogen does not terminate on the Si surface even if the temperature is lowered.

また、GaNバッファー層の形成の際にはキャリアガスはNガスを用いる。この際に、原料ガスも投入する。この原料ガスの比率は、TMGが2.0E−5atmであり、NHが0.2atmである。両者の比は、10000となる。また、GaNバッファー層を形成する際のガスの総流量(Total Flow)は、1750sccmである。なお、GaNバッファー層の形成温度は、従来と同様に設定すればよい。一般的には、500℃〜700℃の範囲、例えば640℃が好ましいが、もちろん他の温度でもよい。 In forming the GaN buffer layer, N 2 gas is used as the carrier gas. At this time, source gas is also introduced. As for the ratio of this source gas, TMG is 2.0E-5 atm and NH 3 is 0.2 atm. The ratio of both is 10,000. Further, the total flow rate of the gas when forming the GaN buffer layer is 1750 sccm. The formation temperature of the GaN buffer layer may be set similarly to the conventional one. Generally, a range of 500 ° C. to 700 ° C., for example, 640 ° C. is preferable, but other temperatures may be used.

このようにして平坦で穴のないGaNバッファー層を形成できたので、その上にGaNをエピタキシャル成長させれば良質なGaN結晶を成長させることができる。 Thus, since a flat GaN buffer layer without a hole was formed, a good quality GaN crystal can be grown by epitaxially growing GaN thereon.

2.3 得られたGaN結晶
本願発明者らは、実際にこのような平坦で穴のないGaNバッファー層の上にGaN結晶を成長させ、良質のGaN結晶を得た。
2.3 Obtained GaN Crystal The inventors of the present invention actually grown a GaN crystal on such a flat GaN buffer layer having no holes to obtain a good quality GaN crystal.

このGaN結晶を成長させた際のパラメータは、TMGの分圧が4.0E−5atmであり、NHの分圧が0.2atmである。また、結晶成長温度は1050℃であり、キャリアガスはHである。なお、GaNバッファー層を形成した際のパラメータは、TMGの分圧が2.0E−5atmであり、NHの分圧が0.2atmである。また、GaNバッファー層の形成温度は640℃であり、キャリアガスはNである。 The parameters for growing this GaN crystal are that the partial pressure of TMG is 4.0E-5 atm and the partial pressure of NH 3 is 0.2 atm. The crystal growth temperature is 1050 ° C., and the carrier gas is H 2 . The parameters for forming the GaN buffer layer are that the partial pressure of TMG is 2.0E-5 atm and the partial pressure of NH 3 is 0.2 atm. The formation temperature of the GaN buffer layer is 640 ° C., and the carrier gas is N 2 .

そしてシリコン基板の上でこのように成長させたGaN結晶に関し、X線回析パターンの測定を行った。その結果が図5に示されている。図5は、X線回析パターンの測定グラフであり、横軸は角度(度)、縦軸は信号強度(任意単位)である。このグラフから明らかなように、Si基板(111)面の強度ピークと、GaN(0002)の強度ピークが観察され、その他の特徴的なピークは観察されなかった。また、このGaN結晶を用いてPL発光素子を構成し、その発光特性を測定した。その結果を表すグラフが図6に示されている。このグラフの縦軸は信号強度(任意単位)であり、横軸は波長である。このグラフに示すように、363.1nmに強いピークを有する紫外光を発光させることができた。また、得られたGaN結晶の断面図を表すSEM写真を図7に示す。シリコン基板上にGaNバッファー層が形成され、その上にGaN結晶が積層している様子が理解されよう。   The X-ray diffraction pattern was measured for the GaN crystal thus grown on the silicon substrate. The result is shown in FIG. FIG. 5 is a measurement graph of an X-ray diffraction pattern, in which the horizontal axis represents angle (degrees) and the vertical axis represents signal intensity (arbitrary unit). As is clear from this graph, the intensity peak of the Si substrate (111) surface and the intensity peak of GaN (0002) were observed, and other characteristic peaks were not observed. Further, a PL light emitting element was constructed using this GaN crystal, and the light emission characteristics were measured. A graph representing the result is shown in FIG. The vertical axis of this graph is signal intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is wavelength. As shown in this graph, it was possible to emit ultraviolet light having a strong peak at 363.1 nm. Further, an SEM photograph showing a cross-sectional view of the obtained GaN crystal is shown in FIG. It will be understood that a GaN buffer layer is formed on a silicon substrate and a GaN crystal is stacked thereon.

2.4 比較例(キャリアガスがH のみの場合)
上記2.3で述べた例との比較のため、従来の技術を用いてGaNの結晶を成長させた場合の例を示す。
2.4 Comparative example (when carrier gas is H 2 only)
For comparison with the example described in 2.3 above, an example in which a GaN crystal is grown using a conventional technique is shown.

従来の一般的な技術に基づき、GaNバッファー層を形成した際のパラメータとして、TMGの分圧を2.0E−5atmとし、NHの分圧を0.2atmとした。また、GaNバッファー層の形成温度を640℃とし、キャリアガスとしてHを用いた。このような条件でGaNバッファー層を形成した後、その上にGaN結晶を成長させた。この際のパラメータは、TMGの分圧が4.0E−5atmであり、NHの分圧が0.2atmである。また、結晶成長温度は1050℃であり、キャリアガスはHのみである。 Based on the conventional general technique, the partial pressure of TMG was set to 2.0E-5 atm and the partial pressure of NH 3 was set to 0.2 atm as parameters when the GaN buffer layer was formed. The formation temperature of the GaN buffer layer was 640 ° C., and H 2 was used as the carrier gas. After forming the GaN buffer layer under such conditions, a GaN crystal was grown thereon. The parameters at this time are such that the partial pressure of TMG is 4.0E-5 atm and the partial pressure of NH 3 is 0.2 atm. The crystal growth temperature is 1050 ° C., and the carrier gas is only H 2 .

シリコン基板の上でこのように成長させたGaN結晶に関し、2.3と同様にX線回析パターンの測定を行った。その結果が図8に示されている。図8は、X線回析パターンの測定グラフであり、横軸は角度(度)、縦軸は信号強度(任意単位)である。このグラフから明らかなように、Si基板(111)面の強度ピークが観察されるが、その他のピークは極めて小さな値となった。GaN(0002)の小さなピークが観察されるものの、GaN(10−10)や、GaN(10−11)等のピークも乱立しており、きれいな結晶とはなっていないことが理解されよう。また、このGaN結晶を用いてPL発光素子を構成しても、発光はできなかった。また、上記GaNバッファー層を形成した段階で撮影したSEM表面写真が図9に示されている。この写真から明らかなように、平坦なGaNバッファー層は形成されず、シリコン基板が広範囲にわたって露出している状態となっている。このような荒れた表面上に良質のGaNの結晶をエピタキシャル成長させることは極めて困難である。   The X-ray diffraction pattern of the GaN crystal thus grown on the silicon substrate was measured in the same manner as 2.3. The result is shown in FIG. FIG. 8 is a measurement graph of an X-ray diffraction pattern, in which the horizontal axis represents angle (degrees) and the vertical axis represents signal intensity (arbitrary unit). As is clear from this graph, the intensity peak of the Si substrate (111) surface was observed, but the other peaks were extremely small values. It will be understood that although a small peak of GaN (0002) is observed, the peaks of GaN (10-10), GaN (10-11), etc. are also turbulent and are not clean crystals. Further, even if a PL light emitting device was constructed using this GaN crystal, no light could be emitted. Further, FIG. 9 shows a SEM surface photograph taken at the stage of forming the GaN buffer layer. As is apparent from this photograph, a flat GaN buffer layer is not formed, and the silicon substrate is exposed over a wide range. It is extremely difficult to epitaxially grow a good quality GaN crystal on such a rough surface.


第3章 変形例
上述した例では、カーボンサセプタ16の予備加熱の際のキャリアガスとしてHが用いられいるが、他のガスを用いてもよい。本実施の形態において重要なことは、水素原子の脱離の際に、キャリアガスがHからNに置き換えられている点である。この結果、温度を下げた場合でも、一旦脱離した水素原子が再びシリコン基板の表面に結合してしまうことがない。また、はじめからNをキャリアガスとして用いてもよい。

Chapter 3 Modifications In the example described above, H 2 is used as the carrier gas for preheating the carbon susceptor 16, but other gases may be used. What is important in the present embodiment is that the carrier gas is replaced from H 2 to N 2 at the time of desorption of hydrogen atoms. As a result, even when the temperature is lowered, once desorbed hydrogen atoms do not bind to the surface of the silicon substrate again. Further, N 2 may be used as a carrier gas from the beginning.

また、本実施の形態では、キャリアガスをHからNに置き換えたが、N以外のガスに置き換えてもよい。水素ガス以外のガスを用いることが重要である。 In the present embodiment, the carrier gas is replaced from H 2 to N 2 , but may be replaced with a gas other than N 2 . It is important to use a gas other than hydrogen gas.

シリコン基板上にGaNバッファー層を設けた場合のシリコン基板表面の様子を示すSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。It is a SEM (scanning electron microscope) photograph which shows the mode of the silicon substrate surface at the time of providing a GaN buffer layer on a silicon substrate. 本発明の原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the principle of this invention. 本実施の形態で用いる結晶成長装置の構成図である。It is a block diagram of the crystal growth apparatus used in this Embodiment. 本実施の形態における結晶成長の際の温度変化等を表すグラフである。It is a graph showing the temperature change etc. in the case of crystal growth in this Embodiment. 本実施の形態で作成したGaN結晶のX線回析パターンの測定グラフである。It is a measurement graph of the X-ray diffraction pattern of the GaN crystal created in this Embodiment. 本実施の形態で作成したGaN結晶を用いて作成した発光素子の発光特性を示すグラフである。It is a graph which shows the light emission characteristic of the light emitting element produced using the GaN crystal produced in this Embodiment. 本実施の形態で作成したGaN結晶の断面図を表すSEM写真である。It is a SEM photograph showing sectional drawing of the GaN crystal created in this embodiment. 比較例として作成したGaN結晶のX線回析パターンの測定グラフである。It is a measurement graph of the X-ray diffraction pattern of the GaN crystal created as a comparative example. 比較例として作成したGaN結晶の表面を表すSEM写真である。It is a SEM photograph showing the surface of the GaN crystal created as a comparative example. 非特許文献1に記載されている上記「穴」の様子を示す写真である。4 is a photograph showing the state of the “hole” described in Non-Patent Document 1. AlNのバッファー層を形成した上にGaNのエピタキシー成長を行った場合の概念図である。It is a conceptual diagram when GaN epitaxy is grown on an AlN buffer layer.

符号の説明Explanation of symbols

10 GaN結晶成長装置
12 石英反応管
12b 排出ポート
14 基板結晶
16 カーボンサセプタ
18 RFコイル
20 N
22 H
24 流量制御装置
26 バルブ
28 TMG源
30 NH
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 GaN crystal growth apparatus 12 Quartz reaction tube 12b Ejection port 14 Substrate crystal 16 Carbon susceptor 18 RF coil 20 N 2 source 22 H 2 source 24 Flow control device 26 Valve 28 TMG source 30 NH 3 source

Claims (1)

シリコン基板上で窒化ガリウムを結晶成長させる方法において、
前記シリコン基板上の水素原子を脱離する水素脱離工程と、
前記水素脱離工程の後、水素を含まないキャリアガスを用いて、前記シリコン基板上に窒化ガリウムバッファー層を形成する窒化ガリウムバッファー層形成工程と、
前記窒化ガリウムバッファー層の上に、窒化ガリウムを結晶成長させる結晶成長工程と、
を含み、
前記水素脱離工程は、前記シリコン基板を、700℃以上の温度に加熱する工程を含むことを特徴とする窒化ガリウム結晶成長方法。
In a method for crystal growth of gallium nitride on a silicon substrate,
A hydrogen desorption step of desorbing hydrogen atoms on the silicon substrate;
After the hydrogen desorption step, using a carrier gas not containing hydrogen, a gallium nitride buffer layer forming step for forming a gallium nitride buffer layer on the silicon substrate;
A crystal growth step for crystal growth of gallium nitride on the gallium nitride buffer layer;
Only including,
The gallium nitride crystal growth method, wherein the hydrogen desorption step includes a step of heating the silicon substrate to a temperature of 700 ° C. or higher .
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