JP2000182969A - 結晶成長法 - Google Patents
結晶成長法Info
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- JP2000182969A JP2000182969A JP35889398A JP35889398A JP2000182969A JP 2000182969 A JP2000182969 A JP 2000182969A JP 35889398 A JP35889398 A JP 35889398A JP 35889398 A JP35889398 A JP 35889398A JP 2000182969 A JP2000182969 A JP 2000182969A
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- growing
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ（０≦Ｘ≦１）で表される
三族窒化物の発光素子の製造過程で、電気伝導性のある
ＧａＡｓ基板を用いることを可能とする結晶成長法を提
供する。 【解決手段】 気相成長法において、基板温度を９００
℃以上に加熱した状態で成長を行い、成長基板であるＧ
ａＡｓ結晶を成長温度まで上昇する過程で、成長基板上
面にアルシンガスを吹き付ける。そして、室温から成長
基板を加熱した場合、基板温度がおおむね６００℃を超
えた時点からアルシンガスを導入し、成長基板上に目的
の結晶を成長させる過程では、目的金属と無関係のアル
シンガスの導入は行わない。
三族窒化物の発光素子の製造過程で、電気伝導性のある
ＧａＡｓ基板を用いることを可能とする結晶成長法を提
供する。 【解決手段】 気相成長法において、基板温度を９００
℃以上に加熱した状態で成長を行い、成長基板であるＧ
ａＡｓ結晶を成長温度まで上昇する過程で、成長基板上
面にアルシンガスを吹き付ける。そして、室温から成長
基板を加熱した場合、基板温度がおおむね６００℃を超
えた時点からアルシンガスを導入し、成長基板上に目的
の結晶を成長させる過程では、目的金属と無関係のアル
シンガスの導入は行わない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明の方法は、半導体結晶
の成長技術に関し、詳しくは、ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ（０≦
Ｘ≦１）で表されるような三族窒化物の結晶成長技術に
関する。
の成長技術に関し、詳しくは、ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ（０≦
Ｘ≦１）で表されるような三族窒化物の結晶成長技術に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ（０≦Ｘ≦１）で表さ
れるような三族窒化物は、緑色よりも短波長の緑から青
色の発光素子用の材料として用いられることが現在は多
い。
れるような三族窒化物は、緑色よりも短波長の緑から青
色の発光素子用の材料として用いられることが現在は多
い。
【０００３】また、該三族窒化物を製造するための成長
基板には、サファイアが用いられている。成長基板とし
て用いることが可能な基板材料は、サファイア以外に
も、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓなどがあるが、サ
ファイア以外の基板材料での結晶成長法は、実用化にい
たっていない。これは、サファイア以外の基板材料を成
長基板に用いたときの問題点が解決されないためであ
る。
基板には、サファイアが用いられている。成長基板とし
て用いることが可能な基板材料は、サファイア以外に
も、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓなどがあるが、サ
ファイア以外の基板材料での結晶成長法は、実用化にい
たっていない。これは、サファイア以外の基板材料を成
長基板に用いたときの問題点が解決されないためであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、該三族窒化
物の結晶成長を行うには、成長基板を９００℃以上に加
熱する必要があるが、例えば、ＧａＰ、ＧａＡｓなどの
基板材料を用いると、成長基板を昇温する過程で熱分解
してしまうのである。また、ＳｉＣは、結晶の格子定数
が該三族窒化物に最も近いが、ＳｉＣ結晶そのものが高
価であり、かつ大面積の基板材料が得られないという問
題がある。
物の結晶成長を行うには、成長基板を９００℃以上に加
熱する必要があるが、例えば、ＧａＰ、ＧａＡｓなどの
基板材料を用いると、成長基板を昇温する過程で熱分解
してしまうのである。また、ＳｉＣは、結晶の格子定数
が該三族窒化物に最も近いが、ＳｉＣ結晶そのものが高
価であり、かつ大面積の基板材料が得られないという問
題がある。
【０００５】サファイア結晶は、９００℃以上の高温で
も分解せず安定であり、また、大面積の基板基板が安価
に入手できるために、該三族窒化物の基板材料として用
いられる。しかしながら、サファイア結晶は、電気伝導
性を持たないため、その成長基板上に形成された三族窒
化物による発光素子の電極は、全て、発光素子上面に設
ける必要がある。このため、サファイア結晶の成長基板
上に形成される三族窒化物の発光素子の製造過程は複雑
になる。また、電極を全て発光素子上面に設けるような
構造では、該電極からの電流パスが従来の発光素子の電
流パスに比べて長くなり、そのため発光効率が低下する
という問題もあった。
も分解せず安定であり、また、大面積の基板基板が安価
に入手できるために、該三族窒化物の基板材料として用
いられる。しかしながら、サファイア結晶は、電気伝導
性を持たないため、その成長基板上に形成された三族窒
化物による発光素子の電極は、全て、発光素子上面に設
ける必要がある。このため、サファイア結晶の成長基板
上に形成される三族窒化物の発光素子の製造過程は複雑
になる。また、電極を全て発光素子上面に設けるような
構造では、該電極からの電流パスが従来の発光素子の電
流パスに比べて長くなり、そのため発光効率が低下する
という問題もあった。
【０００６】本発明の方法は、上記課題に鑑み、ＩｎX
Ｇａ(1-X)Ｎ（０≦Ｘ≦１）で表される三族窒化物の発
光素子の製造過程で、従来用いられているサファイア結
晶を成長基板として使用することを止め、電気伝導性の
あるＧａＡｓ基板を用いることを可能とする結晶成長法
を提供する。
Ｇａ(1-X)Ｎ（０≦Ｘ≦１）で表される三族窒化物の発
光素子の製造過程で、従来用いられているサファイア結
晶を成長基板として使用することを止め、電気伝導性の
あるＧａＡｓ基板を用いることを可能とする結晶成長法
を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の結晶成長法は、
ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ（０≦Ｘ≦１）で表される三族窒化物
の気相成長法であり、成長基板にＧａＡｓ結晶を使用す
ることと、該基板結晶を９００℃以上に加熱すること
と、その昇温過程において成長容器内にアルシンガスを
導入することとを特徴とする。
ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ（０≦Ｘ≦１）で表される三族窒化物
の気相成長法であり、成長基板にＧａＡｓ結晶を使用す
ることと、該基板結晶を９００℃以上に加熱すること
と、その昇温過程において成長容器内にアルシンガスを
導入することとを特徴とする。
【０００８】成長基板が６００℃に達してから、目的の
結晶の成長開始までの間、前記アルシンガスの導入を行
うとよい。
結晶の成長開始までの間、前記アルシンガスの導入を行
うとよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の方法は、ＩｎXＧａ(1-X)
Ｎ（０≦Ｘ≦１）で表される三族窒化物の結晶成長法に
おいて、ＧａＡｓ結晶を成長基板とし、気相中にて結晶
成長を行う気相成長法に適用される。具体的には、ＣＶ
Ｄ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法に代表されるような気相
成長法である。さらに、このような気相成長法におい
て、基板温度を９００℃以上に加熱した状態で成長を行
う場合に適用される。
Ｎ（０≦Ｘ≦１）で表される三族窒化物の結晶成長法に
おいて、ＧａＡｓ結晶を成長基板とし、気相中にて結晶
成長を行う気相成長法に適用される。具体的には、ＣＶ
Ｄ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法に代表されるような気相
成長法である。さらに、このような気相成長法におい
て、基板温度を９００℃以上に加熱した状態で成長を行
う場合に適用される。
【００１０】本発明の方法では、成長基板であるＧａＡ
ｓ結晶を成長温度まで上昇する過程で、成長基板上面に
アルシンガスを吹き付ける。アルシンガスの効果は、砒
素ガス昇華に伴う成長基板表面上での金属Ｇａ析出を抑
制するところにある。従って、成長基板からの砒素ガス
の昇華が実用的に十分少ない場合には、アルシンガスの
導入を行う必要はない。ＧａＡｓ結晶の砒素ガスの平衡
蒸気圧は、６００℃以下であれば、十分小さいことが知
られている。つまり、室温から成長基板を加熱した場
合、基板温度がおおむね６００℃を超えた時点からアル
シンガスを導入すればよい。
ｓ結晶を成長温度まで上昇する過程で、成長基板上面に
アルシンガスを吹き付ける。アルシンガスの効果は、砒
素ガス昇華に伴う成長基板表面上での金属Ｇａ析出を抑
制するところにある。従って、成長基板からの砒素ガス
の昇華が実用的に十分少ない場合には、アルシンガスの
導入を行う必要はない。ＧａＡｓ結晶の砒素ガスの平衡
蒸気圧は、６００℃以下であれば、十分小さいことが知
られている。つまり、室温から成長基板を加熱した場
合、基板温度がおおむね６００℃を超えた時点からアル
シンガスを導入すればよい。
【００１１】さらに、成長基板上に目的の結晶を成長さ
せる過程では、目的金属と無関係のアルシンガスの導入
は行わない。つまり、目的の結晶の成長を開始した時点
で、アルシンガスの導入を停止する。
せる過程では、目的金属と無関係のアルシンガスの導入
は行わない。つまり、目的の結晶の成長を開始した時点
で、アルシンガスの導入を停止する。
【００１２】導入するアルシンガスの流量は、成長させ
る結晶の組成、具体的な成長時の基板温度、成長容器内
の全圧などによって大きく変化するので、具体的な成長
条件に適合するように最適化する必要がある。
る結晶の組成、具体的な成長時の基板温度、成長容器内
の全圧などによって大きく変化するので、具体的な成長
条件に適合するように最適化する必要がある。
【００１３】ＧａＡｓ結晶を９００℃以上に加熱する
と、熱分解が起こり、化合物ＧａＡｓが金属ＧａとＡｓ
に分解する。分解したＧａは液体状態で、成長基板上に
付着する。一方、ＡｓはＡｓ2 、Ａｓ4 などの分子を形
成し、気体状態で飛散する。成長基板をこのような状態
にして結晶成長を行うと、成長した結晶の結晶性は著し
く低下し、全く実用にならない。
と、熱分解が起こり、化合物ＧａＡｓが金属ＧａとＡｓ
に分解する。分解したＧａは液体状態で、成長基板上に
付着する。一方、ＡｓはＡｓ2 、Ａｓ4 などの分子を形
成し、気体状態で飛散する。成長基板をこのような状態
にして結晶成長を行うと、成長した結晶の結晶性は著し
く低下し、全く実用にならない。
【００１４】また、基板温度が上昇し、ＧａＡｓ結晶の
熱分解が起こる状態で、アルシンガスを導入すると、以
下の化学式（数１）で表される化学反応が生じる。
熱分解が起こる状態で、アルシンガスを導入すると、以
下の化学式（数１）で表される化学反応が生じる。
【００１５】
【数１】２ＡｓＨ3 ＋２Ｇａ → ３Ｈ2 ＋２ＧａＡｓ
【００１６】そこで、砒素ガスの昇華により析出する金
属Ｇａに見合う量のアルシンガスを供給することで、前
記化学式（数１）で表される化学反応により、ＧａＡｓ
表面上での金属Ｇａの析出が防げる。
属Ｇａに見合う量のアルシンガスを供給することで、前
記化学式（数１）で表される化学反応により、ＧａＡｓ
表面上での金属Ｇａの析出が防げる。
【００１７】（実施例）本発明の方法により、ＧａＡｓ
結晶の成長基板上に、ＧａＮ結晶を成長させた一実施例
を示す。
結晶の成長基板上に、ＧａＮ結晶を成長させた一実施例
を示す。
【００１８】結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行った。成長基
板に用いたＧａＡｓ結晶はＳｉドープｎ型結晶で、キャ
リアー濃度は８×１０17ｃｍ-1である。成長基板の大き
さは３インチ径の円形ウェハーで、面方位は（１１１）
である。
板に用いたＧａＡｓ結晶はＳｉドープｎ型結晶で、キャ
リアー濃度は８×１０17ｃｍ-1である。成長基板の大き
さは３インチ径の円形ウェハーで、面方位は（１１１）
である。
【００１９】ＧａＮ結晶を成長させるための原料には、
トリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニアを用いた。
昇温過程で基板温度が６００℃になった時点で、成長容
器内へのアルシンガスの導入を開始した。アルシンガス
は、基板温度の上昇とともに０．９８〜２．５リットル
／ｍｉｎまで徐々に増加させた。結晶成長時の基板温度
は、１０００℃であり、結晶成長開始時に、アルシンガ
スの導入を終了した。成長したＧａＮ結晶の膜厚は約２
μｍであった。
トリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアンモニアを用いた。
昇温過程で基板温度が６００℃になった時点で、成長容
器内へのアルシンガスの導入を開始した。アルシンガス
は、基板温度の上昇とともに０．９８〜２．５リットル
／ｍｉｎまで徐々に増加させた。結晶成長時の基板温度
は、１０００℃であり、結晶成長開始時に、アルシンガ
スの導入を終了した。成長したＧａＮ結晶の膜厚は約２
μｍであった。
【００２０】本発明の方法を適用して成長した本実施例
では、ＧａＮ結晶の２結晶法によるＸ線回折強度の半値
幅は約６００秒であった。
では、ＧａＮ結晶の２結晶法によるＸ線回折強度の半値
幅は約６００秒であった。
【００２１】実施例のＧａＮ結晶の、７７Ｋにおけるフ
ォトルミネッセンス測定を行ったところ、発光が確認で
きた。図１に、本実施例のＧａＮ結晶のフォトルミネッ
センススペクトルを示す。
ォトルミネッセンス測定を行ったところ、発光が確認で
きた。図１に、本実施例のＧａＮ結晶のフォトルミネッ
センススペクトルを示す。
【００２２】（比較例）本発明の方法と比較するため
に、アルシンガスの導入を行わずに、ＧａＡｓ結晶の成
長基板上に、ＧａＮ結晶を成長させる従来の方法による
比較例を行った。アルシンガスを導入しなかった比較例
では、ＧａＮ結晶の２結晶法によるＸ線回折強度の半値
幅は約２度と結晶性が著しく低かった。また、比較例の
ＧａＮ結晶には多数のクラックが確認された。
に、アルシンガスの導入を行わずに、ＧａＡｓ結晶の成
長基板上に、ＧａＮ結晶を成長させる従来の方法による
比較例を行った。アルシンガスを導入しなかった比較例
では、ＧａＮ結晶の２結晶法によるＸ線回折強度の半値
幅は約２度と結晶性が著しく低かった。また、比較例の
ＧａＮ結晶には多数のクラックが確認された。
【００２３】比較例のＧａＮ結晶の、７７Ｋにおけるフ
ォトルミネッセンス測定を行ったところ、全く発光しな
かった。
ォトルミネッセンス測定を行ったところ、全く発光しな
かった。
【００２４】
【発明の効果】本発明の方法を適用することで、ＧａＡ
ｓ基板上に結晶性の優れた三族窒化物結晶を成長させる
ことが可能となった。
ｓ基板上に結晶性の優れた三族窒化物結晶を成長させる
ことが可能となった。
【図１】 本発明の一実施例のＧａＮ結晶のフォトルミ
ネッセンススペクトルを示す。
ネッセンススペクトルを示す。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 BE15 DA05 DB01 DB08 EA02 ED06 EE03 SC02 SC08 TA04 TA07 TB05 TC06 TC17 TK10 5F041 AA40 CA34 CA35 CA40 CA65 CA77 5F045 AA04 AB14 AB17 AC01 AC09 AC12 AD10 AD14 AF04 BB04 BB12 CA10 EE13
Claims (2)
- 【請求項１】 ＩｎXＧａ(1-X)Ｎ（０≦Ｘ≦１）で表さ
れる三族窒化物の気相成長法による結晶成長法におい
て、成長基板にＧａＡｓ結晶を使用することと、該基板
結晶を９００℃以上に加熱することと、その昇温過程に
おいて成長容器内にアルシンガスを導入することとを特
徴とする結晶成長法。 - 【請求項２】 成長基板が６００℃に達してから、目的
の結晶の成長開始までの間、前記アルシンガスの導入を
行うことを特徴とする請求項１に記載の結晶成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35889398A JP2000182969A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 結晶成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35889398A JP2000182969A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 結晶成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000182969A true JP2000182969A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18461654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35889398A Pending JP2000182969A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 結晶成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000182969A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003063899A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
-
1998
- 1998-12-17 JP JP35889398A patent/JP2000182969A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003063899A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20040722 |