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(In Japanese)半導体結晶成長方法 commons meetings

Patent code P110003547
File No. K020P35
Posted date Jun 23, 2011
Application number P2005-503747
Patent number P4382748
Date of filing Mar 18, 2004
Date of registration Oct 2, 2009
International application number JP2004003689
International publication number WO2004084283
Date of international filing Mar 18, 2004
Date of international publication Sep 30, 2004
Priority data
  • P2003-076044 (Mar 19, 2003) JP
Inventor
  • (In Japanese)須田 淳
  • (In Japanese)松波 弘之
  • (In Japanese)小野島 紀夫
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title (In Japanese)半導体結晶成長方法 commons meetings
Abstract (In Japanese)SiCは極めて安定な物質であり、通常のIII族窒化物の結晶成長装置では、SiC表面状態を結晶成長に適した状態に制御することが困難である。そこで、以下の処理を行った。HClガス雰囲気中で熱処理を行ってSiC基板1の表面をステップ-テラス構造にし、SiC基板1の表面に対して、王水、塩酸、フッ酸による処理を順次行ってSiC基板1の表面にわずかに形成されているシリコン酸化膜をエッチングして基板表面にはSiC清浄表面3を形成し、SiC基板1を高真空装置内に取り付け、超高真空状態(例えば、10-6~10-8Pa)に保持した。超高真空状態において、例えば800℃以下でGa原子ビーム5を時間t1において照射し800℃以上で熱処理を行うプロセスを、少なくとも1回以上繰り返し、AlN膜の成長温度に設定し、超高真空状態でAl原子8aをSiC基板表面3に対して先行照射し、その後、N原子8bを供給する。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

六方晶SiCは極めて高い熱伝導率を有し、また、導電性基板及び絶縁性基板も入手が可能なこと、さらに、格子定数、熱膨張率がAlN,GaN系III族窒化物に比較的近く、また、III族窒化物と同様に極性を有する六方晶という結晶系であるという特徴を有している。
SiC上へのIII族窒化物の高品質結晶成長技術は、SiC基板上GaN系デバイス構造形成のためのバッファ層への応用やIII族窒化物/SiCヘテロ接合デバイスへの応用から、その実現が期待されている。SiCとIII族窒化物のc軸方向の積層構造、いわゆるポリタイプの不一致のため、良質なIII族窒化物層をSiC上に成長することは難しかった。すなわち、代表的な六方晶SiCである4H-SiC、6H-SiCはc軸方向にそれぞれ4モノレイヤー、6モノレイヤーを周期とする構造を持ち、一方、III族窒化物であるAlNやGaNは、ウルツ鉱構造と呼ばれるc軸方向に2モノレイヤーを周期とする構造を持つ。
この問題の解決には、SiC基板表面を全くステップの存在しない平坦面にするか、或いは、SiC基板表面のステップの高さをSiCとIII族窒化物の積層周期の公倍数に制御すればよいことが提唱されている。例えば、SiC基板表面をHClガスエッチング処理することにより、上記の特徴を持つSiC表面を形成した後にAlN層を成長させる技術が提案されている(例えば、非特許文献1Norio Onojima,Jun Suda,and Hiroyuki Matsunami,“Molecular-beam epitaxial growth of insulating AlN on surface-controlled 6H-SiC substrate by HCl gas etching”,Applied Physics Letters,Vol.80,No.1,(2002)p.76-78.参照)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、半導体結晶成長技術に関し、特に、SiC表面上へのIII族窒化物結晶の成長技術に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
SiC表面にステップ-テラス構造を形成し、その表面の酸化膜を除去する工程と、
それに続く同一の装置内で以下の工程を連続的に行うIII族窒化物の結晶成長方法において、
Si又はGaを表面に照射した後、表面を加熱することによって前記Si又はGaを離脱させる工程を少なくとも1サイクル以上行うことで前記ステップ-テラス構造を維持したままで残留酸素を表面から除去し、平坦かつ清浄なSiC表面を形成する工程と、
その後に、前記III族窒化物を成長する工程と、を有し、
前記III族窒化物を成長する工程は、
前記III族元素のみを照射し、次いで、前記III族元素と窒素とを供給してIII族窒化物を成長する工程と、を有し、前記III族元素のみを供給する時間を、前記III族窒化物が、レイヤー・バイ・レイヤーの様式で成長する時間に調整することを特徴とする結晶成長方法。

【請求項2】
 
SiC表面にステップ-テラス構造を形成し、その表面の酸化膜を除去する工程と、
それに続く同一の装置内で以下の工程を連続的に行う、Alを含むIII族窒化物の結晶成長方法において、
Si又はGaを表面に照射した後、表面を加熱することによって前記Si又はGaを離脱させる工程を少なくとも1サイクル以上行うことで前記ステップ-テラス構造を維持したままで残留酸素を表面から除去し、平坦かつ正常なSiC表面を形成する工程と、
その後に、III族窒化物を成長する工程と、を有し、
前記III族窒化物を成長する工程は、
表面制御元素としてGa又はInを前記III族窒化物の成長前に先行して供給した後、III族元素及び窒素を供給し、前記表面制御元素の供給を停止して、前記III族窒化物を成長する工程とを有し、表面制御元素の先行照射により、前記III族窒化物の結晶成長モードを、レイヤー・バイ・レイヤーの様式で行うことを特徴とする結晶成長方法。

【請求項3】
 
前記それに続く同一の装置内で以下の工程を連続的に行う工程は、真空に保たれた状態で行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の結晶成長方法。

【請求項4】
 
前記真空は、10-2Pa以下であることを特徴とする請求項3に記載の結晶成長方法。

【請求項5】
 
前記高真空は、10-6Pa以下であることを特徴とする請求項3に記載の結晶成長方法。

【請求項6】
 
前記III族窒化物を成長する工程を、前記表面を加熱する工程における基板温度よりも低温で行うことを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の結晶成長方法。

【請求項7】
 
前記SiC表面は、(0001)Si又は(000-1)C面に対して0から15°までのオフセット角を有していることを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の結晶成長方法。

【請求項8】
 
前記III族窒化物を成長する工程は、前記清浄なSiC表面に1モノレイヤー又はそれよりも少ない量のIII族元素を先行して供給した後に窒素を供給する工程を有することを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の結晶成長方法。

【請求項9】
 
前記表面の酸化膜を除去する工程は、フッ酸を含む溶液を用いて行なわれることを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の結晶成長方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2005503747thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) PRESTO Nanostructure and Material Property AREA
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