DE10313315A1 - Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbundhalbleiters - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines III-V-VerbundhalbleitersInfo
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Abstract
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines III-V-Nitrid-Verbundhalbleiters bereitgestellt, wobei zunächst eine Nitrid-Verbundhalbleiterschicht auf einem Substrat ausgebildet wird, um eine Basisschicht zu erhalten und dann ein durch die allgemeine Formel In¶x¶Ga¶y¶Al¶z¶N (0 x 1, 0 y 1, 0 z 1, x+y+z=1) dargestellter III-V-Nitrid-Verbundhalbleiter durch Hydrid-Gasphasenepitaxie (HVPE) bei einem Depositionsdruck von nicht weniger als 800 Torr auf der Basisschicht ausgebildet wird. Indem veranlaßt wird, daß der Depositionsdruck nicht niedriger ist als 800 Torr, kann die Kristallinität des III-V-Nitrid-Verbundhalbleiters wesentlich verbessert und seine Defektdichte erheblich reduziert werden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines III-V-Nitrid-Verbundhalbleiters durch Hydrid-Gasphasenepitaxie (HVPE).
- Die direkte Bandlückenenergie eines durch die allgemeine Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, x + y + z = 1) dargestellten III-V-Nitrid-Verbundhalbleiters kann durch Verändern des Anteils des Gruppe III Elements eingestellt werden. Weil sie dadurch für optische Energien im Wellenlängenbereich von Ultraviolett bis Rot geeignet sind, sind sie als hocheffiziente lichtemittierende Materialien über einen sich von Ultraviolett bis zu sichtbarem Licht erstreckenden Bereich des optischen Spektrums verwendbar. Außerdem können sie, weil sie eine größere Bandlücke aufweisen als Si, GaAs und andere derartige Halbleiter, die bis heute weit verbreitet verwendet werden, ihre Halbleitercharakteristiken und -kenngrößen bis zu hohen Temperaturen beibehalten, bei denen herkömmliche Halbleiter nicht betreibbar sind. Diese Eigenschaft ist prinzipiell ausnutzbar, um elektronische Bauelemente mit einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Umgebungseinflüsse herzustellen.
- Es ist jedoch aufgrund des sehr hohen Dampfdrucks von III-V-Nitrid-Verbundhalbleitern in der Nähe des Schmelzpunkts sehr schwierig, einen großen Kristall zu züchten, so daß kein Kristall mit einer zur Verwendung als Substrat zum Herstellen von Halbleiterchips geeigneten Größe erhalten werden kann. Bei der Herstellung von Verbundhalbleitern ist es daher allgemein üblich, ein Substrat aus Si, GaAs, SiC, Saphir, ZrB2 oder einem anderen Material zu verwenden, das eine ähnliche Kristallstruktur wie der Verbundhalbleiter hat und die Herstellung eines großen Kristalls ermöglicht, und eine gewünschte Einkristall-Dünnschicht auf dem Substrat epitaktisch aufzuwachsen. Gegenwärtig können durch dieses Verfahren Kristalle dieser Vebundhalbleiter mit einer relativ guten Qualität erhalten werden. Durch die Verwendung der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE), um ein Kristallwachstum unter Verwendung einer Pufferschicht auszuführen, können in einer X-Ray Rocking Curve allgemein Halbwertsbreiten für (0004) von etwa 200 arcsec erhalten werden.
- Hydrid-Gasphasenepitaxie (HVPE) ist im Vergleich zu anderen Verfahren zum Aufwachsen eines Verbundhalbleiters hinsichtlich einer hohen Wachstumsrate und der Fähigkeit, ein hochreines Kristallwachstum durch Unterdrücken der Einfügung von Verunreinigungen zu erhalten, vorteilhaft. Das HVPE- Verfahren ist jedoch hinsichtlich eines heteroepitaktischen Prozesses, gemäß dem ein zweistufiges Wachstum unter Verwendung einer Pufferschicht ermöglicht wird, nicht so vorteilhaft wie das MOVPE-Verfahren und andere Verfahren. In der Praxis wird eine durch das MOVPE-Verfahren oder ein ähnliches Verfahren hergestellte dünne Schicht mit einer Dicke von etwa 3 µm als Basisschicht verwendet, und eine dicke Schicht aus dem Verbundhalbleitermaterial wird durch das HVPE-Verfahren auf der Basisschicht homoepitaktisch aufgewachsen. Wenn während des homoepitaktischen Aufwachsens durch das HVPE = Verfahren Rißbildung auftritt, ist es jedoch schwierig, einen Kristall hoher Qualität über eine große Fläche zu erhalten. Es ergeben sich auch andere Nachteile, z. B. daß die Kristallinität der aufgewachsenen Schicht minderwertiger ist als diejenige der Basisschicht, was sich durch die Tatsache zeigt, daß die Halbwertsbreite der X-Ray Rocking Curve (XRC) der aufgewachsenen Schicht breiter ist als diejenige der Basisschicht.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines hochwertigen III-V-Verbundhalbleiterkristalls bereitzustellen.
- Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbundhalbleiterkristalls mit ausgezeichneter Kristallinität durch das HVPE-Verfahren bereitzustellen.
- Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen eines III-V- Verbundhalbleiters bereitzustellen, durch das ein epitaktisches Wachstum eines III-V-Verbundhalbleiters mit einer ausgezeichneten Kristallinität ermöglicht wird.
- Die Erfinder haben verschiedene Tests und Experimente durchgeführt, um diese Aufgaben zu lösen. Diese basierten auf der Idee, daß, während das Wachstum eines GaN-Kristalls durch das HVPE-Verfahren normaler bei Atmosphärendruck erfolgt, die Kristallinität durch eine Änderung des Wachstumsdrucks möglicherweise beeinflußt wird. Dieser Gedanke führte zu der Entdeckung, daß die Kristallqualität erheblich verbessert wird, wenn der Depositionsdruck etwas höher ist als Atmosphärendruck. Die vorliegende Erfindung basiert auf diesem Ergebnis.
- Die vorstehenden Aufgaben werden durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
- Das erfindungsgemäß Verfahren zum Herstellen eines III- V-Nitrid-Verbundhalbleiters durch das HVPE-Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Depositionsdruck auf nicht weniger als 800 Torr eingestellt wird. Der Depositionsdruck ist vorzugsweise nicht niedriger als 850 Torr und noch bevorzugter nicht niedriger als 900 Torr. Die erfindungsgemäße Wirkung kann nicht erhalten werden, wenn der Depositionsdruck niedriger ist als 800 Torr.
- Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung kann, wenn eine Kristallschicht eines durch die allgemeine Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, x + y + z = 1) dargestellten III-V-Nitrid-Verbundhalbleiters durch das HVPE-Verfahren hergestellt wird, eine Kristallschicht des III-V-Verbundhalbleiters mit ausgezeichneter Kristallinität erhalten werden, indem ein Substrat bereitgestellt und der III-V-Nitrid-Verbundhalbleiter unter einem Depositionsdruck von nicht weniger als 800 Torr auf dem Substrat ausgebildet wird.
- Das Substrat kann aus verschiedenen Materialien, z. B. Si, GaAs, SiC, ZrB2 und Saphir, geeignet ausgewählt werden.
- Außerdem kann ein Substrat eines Nitrid-Verbundhalbleiters verwendet werden der durch das MOVPE-Verfahren, Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder ein ähnliches Verfahren im voraus auf einem der vorstehend erwähnten Substrate aufgewachsen wurde. Wenn ein III-V-Nitrid-Verbundhalbleiter unter Verwendung des HVPE-Verfahrens auf einem solchen Substrat epitaktisch aufgewachsen wird, kann die Kristallinität des III-V- Nitrid-Verbundhalbleiters im Vergleich zur bei einer Deposition unter Atmosphärendruck erhaltenen Kristallinität erheblich verbessert werden, indem der Depositionsdruck etwas höher eingestellt wird als Atmosphärendruck. Der Grund hierfür ist nicht sicher, es wird jedoch in Betracht gezogen, daß durch den höheren Druck die Wachstumsmechanismen sich auf eine Weise ändern, gemäß der die Kristallinität verbessert wird. Außerdem kann zunächst eine Nitrid-Verbundhalbleiterschicht auf dem Substrat ausgebildet werden, und anschließend kann die gewünschte III-V-Nitrid-Verbundhalbleiterkristallschicht durch Hydrid-Gasphasenepitaxie (HVPE) bei einem Depositionsdruck von nicht weniger als 800 Torr auf der Nitrid-Verbundhalbleiterschicht aufgewachsen werden.
- Fig. 1A-1D zeigen Prozeßdiagramme zum Erläutern einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen der Hauptteile eines zum Ausführen der in den Fig. 1A-1D dargestellten Prozesse verwendeten Gasphasenabscheidungs- Halbleiterfertigungssystems;
- Fig. 3 zeigt einen Graphen zum Darstellen eines Temperaturprofils im Reaktor bzw. in der Reaktionskammer des in Fig. 2 dargestellten Systems;
- Fig. 4 zeigt einen Graphen zum Darstellen, wie die Halbwertsbreite der X-Ray Rocking Curve (XRC) sich als Funktion des Depositionsdrucks in erfindungsgemäß hergestellten Proben ändert;
- Fig. 5 zeigt ein Mikrobild zum Darstellen des Oberflächenzustands einer GaN-Dünnschicht einer erfindungsgemäß hergestellten Probe; und
- Fig. 6 zeigt ein Mikrobild zum Darstellen des Oberflächenzustands einer GaN-Dünnschicht einer durch ein herkömmliches Verfahren hergestellten Probe.
- Die Fig. 1A-1D zeigen Prozeßdiagramme zum Erläutern einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. zunächst wird ein Saphirsubstrat 1 mit einer geeigneten Größe durch Waschen vorbereitet, um Öl und Wasser zu entfernen (Fig. 1A). Der Waschvorgang kann unter Verwendung eines beliebigen von verschiedenen bekannten Reinigungsfluids ausgeführt werden.
- Dann wird das gewaschene Saphirsubstrat 1 in einer MOVPE-Reaktionskammer angeordnet, und es wird ein Oberflächenätzvorgang bei einer Temperatur von etwa 1000°C ausgeführt. Dann wird eine Pufferschicht 2, z. B. AlN, GaN, AlCaN oder SiC bei einer Temperatur von etwa 500°C aufgewachsen (Fig. 1B). Nachdem die Pufferschicht 2 ausgebildet ist, wird die Temperatur wieder auf etwa 1000°C eingestellt, und es wird eine III-V-Nitrid-Verbundhalbleiterschicht 3 ausgebildet (Fig. 1C). Der auf diese Weise erhaltene mehrschichtige Halbleiterkristall wird erfindungsgemäß als Basisschicht B verwendet. Die erhaltene Basisschicht B wird in einer HVPE- Reaktionskammer angeordnet, um einen durch die allgemeine Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, x + y + z = 1) dargestellten III-V-Nitrid-Verbundhalbleiter epitaktisch aufzuwachsen. Der gemäß dieser Ausführungsform aufgewachsene Verbundhalbleiter ist ein GaN-Verbundhalbleiter. Dadurch wird eine GaN-Dünnschicht 4 erhalten (Fig. 1D). Das epitaktische Wachstum der GaN-Dünnschicht 4 auf der Basisschicht B kann unter Temperaturbedingungen ausgeführt werden, die unter bekannten, bei herkömmlichen Verfahren verwendeten Temperaturbedingungen geeignet ausgewählt werden, der Depositionsdruck darf jedoch nicht niedriger sein als 800 Torr. Durch die Verwendung eines Depositionsdrucks von mindestens 800 Torr, d. h. eines Drucks, der etwas höher ist als Atmosphärendruck, wird die Kristallqualität der GaN-Dünnschicht 4 im Vergleich zur bei Atmosphärendruck erhaltenen Kristallqualität erheblich verbessert.
- Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen der Hauptkomponenten eines Gasphasenabscheidungs-Halbleiterfertigungssystems 10, d. h. eines Beispiels eines HVPE-Halbleiterfertigungssystems, in dem das erfindungsgemäße Verfahren implementierbar ist.
- Das Gasphasenabscheidungs-Halbleiterfertigungssystem 10 weist eine Reaktionskammer 12 auf, der über Materialzufuhrleitungen 11 Quellengase von einem Ausgangsmaterialzufuhrsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden. In der Reaktionskammer 12 ist ein Suszeptor 17 zum Positionieren und Erwärmen der Basisschicht B vorgesehen. Die Ausgangsmaterialzufuhrleitungen 11 bestehen aus einer ersten Leitung 11A zum Zuführen von N2-Reinigungsgas, einer zweiten Leitung 11B zum Zuführen von NH3 und eines Trägergases und einer dritten Leitung 11C zum Zuführen von HCl und eines Trägergases. Das durch die zweite Leitung 11B zugeführte Trägergas kann N2 oder H2 oder ein Gemisch aus N2 und H2 sein. Das durch die dritte Leitung 11C zugeführte Trägergas kann ebenfalls N2 oder H2 alleine oder ein Gemisch aus N2 und H2 sein.
- Eine Abgasleitung 13 ist mit einer Abgasöffnung 12A der Reaktionskammer 12 verbunden. Die Durchflußrate des über die Abgasleitung 13 abgeleiteten Abgases wird durch ein in der Abgasleitung 13 angeordnetes Durchflußmengenregelventil VL geregelt. Dadurch kann der Druck in der Reaktionskammer 12 geregelt werden. Der Depositionsdruck in der Reaktionskammer 12 kann daher durch Regeln des Durchflußmengenregelventils VL auf einen Sollwert geregelt werden.
- Der Druck in der Reaktionskammer 12 wird durch einen Drucksensor 14 erfaßt. Das Ausgangssignal des Drucksensors 14 wird einer Druckanzeige 15 zugeführt, durch die der Depositionsdruck in der Reaktionskammer 12 überwacht werden kann. In dieser Ausführungsform ist der Drucksensor zwischen der Abgasöffnung 12A und dem Durchflußmengenregelventil VL an der Abgasleitung 13 befestigt, um den Druck in der Reaktionskammer 12 zu erfassen.
- Außerdem wird ein elektrischer Ofen 16 zum Erwärmen des Suszeptors 17 bereitgestellt. Die Reaktionskammer 12 kann erwärmt werden, um ein gewünschtes Depositionstemperaturprofil einzustellen, indem dem elektrischen Ofen 16 ein Heizstrom von einer Leistungsquelle (nicht dargestellt) zugeführt wird. Fig. 3 zeigt ein Beispiel des Depositionstemperaturprofils in der Reaktionkammer 12.
- Im Gasphasenabscheidungs-Halbleiterfertigungssystem 10 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration reagieren die der Reaktionskammer 12 über die Ausgangsmaterialzufuhröffnungen 11 zugeführten Quellengase auf der Basisschicht B (die in Fig. 2 weggelassen ist), die auf dem durch den elektrischen Ofen 16 erwärmten Suszeptor 17 angeordnet ist, um die gewünschte GaN-Dünnschicht auf der Basisschicht B aufzubringen. Das verwendete Gas wird über die Abgasöffnung 12A nach außen abgeleitet und über die Abgasleitung 13 einer Abgasbehandlungsvorrichtung (nicht dargestellt) zugeführt.
- Dieser Prozeß wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Die im Prozeß von Fig. 1C erhaltene Basisschicht B wird auf dem Suszeptor 17 in der Reaktionskammer 12 angeordnet, ein Quellengas wird in die Reaktionskammer 12 eingeleitet, und die GaN-Dünnschicht 4 wird unter Verwendung z. B. des in Fig. 3 dargestellten Depositionstemperaturprofils auf der Basisschicht B aufgewachsen (Fig. 1D).
- Während ein Operateur die Druckanzeige 15 beobachtet, regelt er das Durchflußmengenregelventil VL, um die Durchflußrate des durch die Abgasleitung 13 strömenden Abgases zu regeln und so einzustellen, daß in der Reaktionskammer 12 ein Depositionsdruck von beispielsweise 800 Torr aufrechterhalten wird.
- Daher wird auf der Basisschicht B eine hochwertige GaN- Dünnschicht 4 aufgewachsen, indem, wie unter Bezug auf Fig. 1D erläutert wurde, der Depositionsdruck auf einen Wert eingestellt wird, der etwas höher ist als Atmosphärendruck, d. h. auf mindestens 800 Torr. Wenn ein III-V-Nitrid- Verbundhalbleiter durch das HVPE-Verfahren epitaktisch hergestellt wird, kann ein III-V-Nitrid-Verbundhalbleiter mit einer sehr guten Kristallinität hergestellt werden, indem lediglich der Depositionsdruck auf einen Wert eingestellt wird, der etwas höher ist als Atmosphärendruck. Durch die vorliegende Erfindung wird daher aufgrund seiner Fähigkeit, einen hochwertigen III-V-Verbundhalbleiter kostengünstig herzustellen, ein Verfahren mit einem wesentlichen industriellen Wert bereitgestellt.
- Die vorstehend erläuterte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Aufwachsen einer GaN- Dünnschicht 4 auf der Basisschicht B. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern die gleiche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn sie verwendet wird, um eine GaN-Schicht durch ein ELO- Verfahren (Epitaxial Lateral Overgrowth) lateral zu überwachsen. Die vorliegende Erfindung kann auch direkt angewendet werden, wenn ein Substrat aus einem Material mit einer der Gitterkonstanten des herzustellenden Verbundhalbleiters sehr ähnlichen Gitterkonstanten als Basisschicht verwendet wird.
- Das in Fig. 2 dargestellte Gasabscheidungs-Halbleiterfertigungssystem 10 wurde wie nachstehend beschrieben verwendet, um eine GaN-Dünnschicht auf einer durch ein MOVPE- Verfahren auf einem Saphirsubstrat ausgebildeten GaN- Basisschicht epitaktisch aufzuwachsen.
- Die Temperatur in der Reaktionskammer 12 wurde durch Regeln des Durchflußmengenregelventils VL bei einer gleichzeitigen Temperaturerhöhung gesteuert, und es wurde ein in Fig. 3 dargestelltes Temperaturprofil in der Reaktionskammer 12 eingestellt. Die Ausgangsmaterialien wurden mit inem konstanten VIII-Verhältnis von 25 zugeführt (NH3-Partialdruck: 0,2 atm; GaCl-Partialdruck: 8 × 10-3 atm), und das Wachstum wurde ausgeführt, während der Innendruck der Reaktionskammer 12 auf 910 Torr geregelt wurde. Während die Abgasdurchflußrate konstant war, wurde die Trägergasdurchflußrate mit dem Druck variiert. Das Experiment wurde unter Verwendung eines Trägergasgemischs durchgeführt, das aus gleichen Mengen N2 und H2 bestand (N2 : H2 = 1 : 1). Vergleichsproben wurden bei Drücken von 300 Torr und 760 Torr hergestellt.
- Die bei einem Depositionsdruck von 910 Torr hergestellten erfindungsgemäßen Proben und die bei Depositionsdrücken von 300 Torr und 760 Torr hergestellten Vergleichsproben wurden hinsichtlich der Kristallinität durch eine Röntgenbeugungsanalyse bewertet. Die durch die Analyse erhaltene Änderung der Halbwertsbreite der XRC-Kurve (X-Ray Rocking Curve) für (0004) und (1010) wird als Funktion des Depositionsdrucks geplottet (Fig. 4). Sowohl in den (0004) als auch in den (1010)-Beugungsergebnissen war die Halbwertsbreite (FWHM: Full Width at Half Maximum) beim Depositionsdruck von 910 Torr am kleinsten, und es zeigte sich eine deutliche Verbesserung der Kristallinität im Vergleich zu den Proben, die bei Depositionsdrücken von 300 und 760 Torr erhalten wurden. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Kristallinität der GaN-Dünnschicht bei einem höheren Depositionsdruck besser ist.
- Fig. 5 zeigt den Oberflächenzustand der bei einem Depositionsdruck von 910 Torr aufgewachsenen GaN-Dünnschicht. Fig. 6 zeigt den Oberflächenzustand einer bei einem herkömmlichen Depositionsdruck von 760 Torr aufgewachsenen GaN- Dünnschicht. Durch Betrachten der beiden Oberflächen wurde bestätigt, daß Rißbildung unterdrückt und eine wesentlich bessere Oberfläche erhalten werden konnte, indem lediglich der Depositionsdruck von 760 Torr auf 910 Torr erhöht wurde.
- Eine Probe wurde durch Aufwachsen einer GaN-Dünnschicht auf eine durch ein MOVPE-Verfahren auf einem Saphirsubstrat ausgebildete GaN-Basisschicht hergestellt. Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 verwendet, außer daß der Depositionsdruck auf 836 Torr geändert wurde. Die Oberflächenmorphologie der Probe wurde durch ein optisches Mikroskop beobachtet. Es zeigte sich, daß die Oberfläche, wie im Beispiel 1, frei von Rissen war und eine ausgezeichnete Qualität aufwies. Die Halbwertsbreite der (0004) und (1010)- Beugungen wurden gemessen, und es zeigte sich, daß sie 175 bzw. 220 arcsec betrugen, d. h., daß die Kristallinität, ähnlich wie im Beispiel 1, sehr gut war.
- Wie vorstehend beschrieben wurde, wird durch die vorliegende Erfindung die Herstellung eines III-V-Nitrid- Verbundhalbleiters mit einer ausgezeichneten Kristallinität ermöglicht, indem lediglich der Depositionsdruck auf einen Wert eingestellt wird, der etwas höher ist als Atmosphärendruck, wenn ein III-V-Nitrid-Verbundhalbleiter durch das HVPE-Verfahren epitaktisch aufgewachsen wird. Durch die vorliegende Erfindung wird daher aufgrund seiner Fähigkeit, einen hochwertigen III-V-Verbundhalbleiter kostengünstig herzustellen, ein Verfahren mit einem wesentlichen industriellen Wert bereitgestellt.
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen eines III-V-
Verbundhalbleiters mit dem Schritt:
Ausbilden einer Kristallschicht eines durch die allgemeine Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, x + y + z = 1) dargestellten III-V-Nitrid-Verbundhalbleiters durch Hydrid-Gasphasenepitaxie (HVPE), wobei der Depositionsdruck während des Aufwachsens des III-V- Nitrid-Verbundhalbleiters nicht niedriger ist als 800 Torr.
Ausbilden einer Kristallschicht eines durch die allgemeine Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, x + y + z = 1) dargestellten III-V-Nitrid-Verbundhalbleiters durch Hydrid-Gasphasenepitaxie (HVPE), wobei der Depositionsdruck während des Aufwachsens des III-V- Nitrid-Verbundhalbleiters nicht niedriger ist als 800 Torr.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat
vorbereitet wird und der III-V-Nitrid-Verbundhalbleiter auf dem
Substrat ausgebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Substrat aus Si,
GaAs, SiC, ZrB2 und Saphir ausgewählt wird.
4. Verfähren nach Anspruch 2 oder 3, wobei zunächst eine
Nitrid-Verbundhalbleiterschicht auf dem Substrat
ausgebildet wird, um eine Basisschicht zu erhalten, und dann
der III-V-Nitrid-Verbundhalbleiter auf der Basisschicht
ausgebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die IIT-V-Nitrid-
Verbundhalbleiterschicht durch das MOVPE- oder das MBE-
Verfahren auf dem Substrat ausgebildet wird.
6. III-V-Nitrid-Verbundhalbleiter herstellbar durch ein
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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Families Citing this family (10)
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|---|---|---|---|---|
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| WO2010082358A1 (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-22 | 住友電気工業株式会社 | 窒化ガリウム基板、窒化ガリウム基板の製造方法、及び半導体デバイス |
| JP5110117B2 (ja) * | 2010-04-30 | 2012-12-26 | 住友電気工業株式会社 | 窒化ガリウム結晶の成長方法、窒化ガリウム結晶基板、エピウエハの製造方法およびエピウエハ |
| JP2013058741A (ja) * | 2011-08-17 | 2013-03-28 | Hitachi Cable Ltd | 金属塩化物ガス発生装置、ハイドライド気相成長装置、及び窒化物半導体テンプレート |
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| US6440823B1 (en) * | 1994-01-27 | 2002-08-27 | Advanced Technology Materials, Inc. | Low defect density (Ga, Al, In)N and HVPE process for making same |
| US6086673A (en) * | 1998-04-02 | 2000-07-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Process for producing high-quality III-V nitride substrates |
| CN1113988C (zh) * | 1999-09-29 | 2003-07-09 | 中国科学院物理研究所 | 一种氮化镓单晶的热液生长方法 |
| US6447604B1 (en) * | 2000-03-13 | 2002-09-10 | Advanced Technology Materials, Inc. | Method for achieving improved epitaxy quality (surface texture and defect density) on free-standing (aluminum, indium, gallium) nitride ((al,in,ga)n) substrates for opto-electronic and electronic devices |
| TW504754B (en) * | 2000-03-24 | 2002-10-01 | Sumitomo Chemical Co | Group III-V compound semiconductor and method of producing the same |
| US6673149B1 (en) * | 2000-09-06 | 2004-01-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Production of low defect, crack-free epitaxial films on a thermally and/or lattice mismatched substrate |
| JP4595198B2 (ja) * | 2000-12-15 | 2010-12-08 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
| JP2003077847A (ja) * | 2001-09-06 | 2003-03-14 | Sumitomo Chem Co Ltd | 3−5族化合物半導体の製造方法 |
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