JP2000223418A - 気相エピタキシャル成長法、半導体基板の製造方法、半導体基板及びハイドライド気相エピタキシー装置 - Google Patents
気相エピタキシャル成長法、半導体基板の製造方法、半導体基板及びハイドライド気相エピタキシー装置Info
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- JP2000223418A JP2000223418A JP2700999A JP2700999A JP2000223418A JP 2000223418 A JP2000223418 A JP 2000223418A JP 2700999 A JP2700999 A JP 2700999A JP 2700999 A JP2700999 A JP 2700999A JP 2000223418 A JP2000223418 A JP 2000223418A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高品質で量産性に優れたＡｌＧａＮ基板の製
造方法を提供する。 【解決手段】 ｃ面サファイア基板３０１上に、減圧ハ
イドライドＶＰＥ法により４μｍ／ｈ以下の成長速度で
薄いＧａＮ層３０２を成長させた後、このＧａＮ層３０
２上に常圧ハイドライドＶＰＥ法により４μｍ／ｈより
も大きく且つ２００μｍ／ｈ以下の成長速度で十分に厚
いＡｌＧａＮ層３０４を成長させる。次に、ｃ面サファ
イア基板１をエッチングにより除去し、ＧａＮ層３０
２、ＡｌＧａＮ層３０３、３０４からなるＡｌＧａＮ基
板を得る。 【効果】 減圧ハイドライドＶＰＥ法により、成長速度
が小さくなり且つＩＩＩ族原料分子の表面マイグレ−シ
ョンが促進され、良好な品質の結晶が得られる。更に、
連続して常圧ハイドライドＶＰＥ法を行うことにより、
大きな成長速度でＧａＮおよびＡｌＧａＮを成長させる
ため高品質で量産性に優れたＡｌＧａＮ基板が得られ
る。
造方法を提供する。 【解決手段】 ｃ面サファイア基板３０１上に、減圧ハ
イドライドＶＰＥ法により４μｍ／ｈ以下の成長速度で
薄いＧａＮ層３０２を成長させた後、このＧａＮ層３０
２上に常圧ハイドライドＶＰＥ法により４μｍ／ｈより
も大きく且つ２００μｍ／ｈ以下の成長速度で十分に厚
いＡｌＧａＮ層３０４を成長させる。次に、ｃ面サファ
イア基板１をエッチングにより除去し、ＧａＮ層３０
２、ＡｌＧａＮ層３０３、３０４からなるＡｌＧａＮ基
板を得る。 【効果】 減圧ハイドライドＶＰＥ法により、成長速度
が小さくなり且つＩＩＩ族原料分子の表面マイグレ−シ
ョンが促進され、良好な品質の結晶が得られる。更に、
連続して常圧ハイドライドＶＰＥ法を行うことにより、
大きな成長速度でＧａＮおよびＡｌＧａＮを成長させる
ため高品質で量産性に優れたＡｌＧａＮ基板が得られ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相エピタキシャ
ル成長法、半導体基板の製造方法、半導体基板及びハイ
ドライド気相エピタキシー（ＶＰＥ）装置に係わり、特
に、高品質、且つ、量産性に優れたＧａＮ基板やＡｌＧ
ａＮ基板等の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜等の
半導体の気相エピタキシャル成長法、半導体基板の製造
方法、半導体基板とその成長装置に関する。
ル成長法、半導体基板の製造方法、半導体基板及びハイ
ドライド気相エピタキシー（ＶＰＥ）装置に係わり、特
に、高品質、且つ、量産性に優れたＧａＮ基板やＡｌＧ
ａＮ基板等の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜等の
半導体の気相エピタキシャル成長法、半導体基板の製造
方法、半導体基板とその成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクや光磁気ディスクに対
する記録、再生の高密度化、高解像度化の要求から、短
波長の青色や紫外線発光の半導体レーザダイオ−ド（Ｌ
Ｄ）の開発がなされている。例えば、１９９４年２月の
日経エレクトロニクス６０２号の９３ペ−ジには日亜化
学の中村氏による青色発光ダイオ−ドの解説がある。
する記録、再生の高密度化、高解像度化の要求から、短
波長の青色や紫外線発光の半導体レーザダイオ−ド（Ｌ
Ｄ）の開発がなされている。例えば、１９９４年２月の
日経エレクトロニクス６０２号の９３ペ−ジには日亜化
学の中村氏による青色発光ダイオ−ドの解説がある。
【０００３】窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である
ＧａＮは、禁制帯幅が３．４ｅＶと大きくしかも直接遷
移型であることから、青色、紫外線発光素子用材料とし
て注目されている。従来、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体結晶の成長には、基板材料としてサファイアが多
く用いられている。サファイア基板上へのＧａＮ膜の成
長は９００〜１１００℃の高温で有機金属気相エピタキ
シャル成長（ＭＯＶＰＥ）法や分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法により行われている。既にデバイスレベルの結
晶品質を有する膜が得られているが、サファイア基板と
ＧａＮエピタキシャル層は格子定数や熱膨張係数が異な
っていることにより、欠陥が生成されたり、クラックが
発生したりするなどの問題があり、素子の特性や信頼性
を低下させている。
ＧａＮは、禁制帯幅が３．４ｅＶと大きくしかも直接遷
移型であることから、青色、紫外線発光素子用材料とし
て注目されている。従来、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体結晶の成長には、基板材料としてサファイアが多
く用いられている。サファイア基板上へのＧａＮ膜の成
長は９００〜１１００℃の高温で有機金属気相エピタキ
シャル成長（ＭＯＶＰＥ）法や分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法により行われている。既にデバイスレベルの結
晶品質を有する膜が得られているが、サファイア基板と
ＧａＮエピタキシャル層は格子定数や熱膨張係数が異な
っていることにより、欠陥が生成されたり、クラックが
発生したりするなどの問題があり、素子の特性や信頼性
を低下させている。
【０００４】更に、サファイア基板は、へき開性に乏し
く加工性が悪いため、ＬＤに必要なミラー面の形成やチ
ップ化が難しい。また、サファイアは、電気的に絶縁性
であるため、素子の電極形成には選択エッチングなどの
複雑なプロセスを必要とする。ＧａＮ厚膜基板は、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層と格子定数や熱膨張係数が一致して
いることにより、欠陥が生成されたりクラックが発生し
たりするなどの問題がないので、理想的な基板材料であ
る。これにより、ＬＤの共振器端面を劈開により形成す
ることができ、基板の裏面に電極を形成することがで
き、素子の特性や信頼性を向上させることができる。
く加工性が悪いため、ＬＤに必要なミラー面の形成やチ
ップ化が難しい。また、サファイアは、電気的に絶縁性
であるため、素子の電極形成には選択エッチングなどの
複雑なプロセスを必要とする。ＧａＮ厚膜基板は、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層と格子定数や熱膨張係数が一致して
いることにより、欠陥が生成されたりクラックが発生し
たりするなどの問題がないので、理想的な基板材料であ
る。これにより、ＬＤの共振器端面を劈開により形成す
ることができ、基板の裏面に電極を形成することがで
き、素子の特性や信頼性を向上させることができる。
【０００５】しかし、ＧａＮの厚膜基板を製造するに
は、窒素の蒸気圧が高いことにより、Ｓｉ基板やＧａＡ
ｓ基板などの製造に一般に用いられている方法は用いる
ことができない。ＧａＮの成長方法としては、ＭＯＣＶ
Ｄ法やＭＢＥ法以外に、ハイドライド（水素化物）を原
料として用いるハイドライド気相エピタキシー（ＶＰ
Ｅ）法が知られていて、特開平１０−１７３２８８号公
報には、「窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長
方法および窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製
造方法」なる発明が開示されている。このハイドライド
ＶＰＥ法によれば、サファイア基板上に１時間に数〜数
百μｍの厚さのＧａＮ層を常圧で成長させることができ
るため、ＧａＮ基板を製造する有効な方法の一つと考え
られる。
は、窒素の蒸気圧が高いことにより、Ｓｉ基板やＧａＡ
ｓ基板などの製造に一般に用いられている方法は用いる
ことができない。ＧａＮの成長方法としては、ＭＯＣＶ
Ｄ法やＭＢＥ法以外に、ハイドライド（水素化物）を原
料として用いるハイドライド気相エピタキシー（ＶＰ
Ｅ）法が知られていて、特開平１０−１７３２８８号公
報には、「窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長
方法および窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製
造方法」なる発明が開示されている。このハイドライド
ＶＰＥ法によれば、サファイア基板上に１時間に数〜数
百μｍの厚さのＧａＮ層を常圧で成長させることができ
るため、ＧａＮ基板を製造する有効な方法の一つと考え
られる。
【０００６】しかしながら、この方法で得られたＧａＮ
基板は、結晶性や表面状態が悪かったり、ＧａＮ層が基
板に垂直ではなく斜めに成長することから、基板として
用いるのには品質が不十分であった。その理由は、常圧
ハイドライドＶＰＥ法は成長速度が大きいため、優れた
結晶品質のＧａＮが得られないからである。また、Ａｌ
ＧａＮ基板が得られれば、ＬＤのクラッド層に基板と同
じＡｌ組成の高品質のＡｌＧａＮを用いることができる
ので、ＧａＮ基板上のＬＤより、さらに効率よく活性層
に光を閉じ込めることができ、ＬＤの特性を大きく向上
させることができる。
基板は、結晶性や表面状態が悪かったり、ＧａＮ層が基
板に垂直ではなく斜めに成長することから、基板として
用いるのには品質が不十分であった。その理由は、常圧
ハイドライドＶＰＥ法は成長速度が大きいため、優れた
結晶品質のＧａＮが得られないからである。また、Ａｌ
ＧａＮ基板が得られれば、ＬＤのクラッド層に基板と同
じＡｌ組成の高品質のＡｌＧａＮを用いることができる
ので、ＧａＮ基板上のＬＤより、さらに効率よく活性層
に光を閉じ込めることができ、ＬＤの特性を大きく向上
させることができる。
【０００７】しかし、常圧ハイドライドＶＰＥ法は成長
速度が大きいため、塩化アルミ（ＡｌＣｌ3 ）などのＡ
ｌを含む原料の結晶表面でのマイグレ−ションが極めて
小さくなり、高品質のエピタキシャル結晶が得られな
い。その上、ハイドライドＶＰＥ法では、塩化アルミな
どのＡｌを含む原料が石英反応管を腐食するという問題
があり、安全且つ安定した成長が困難であった。また、
石英反応管から出た酸素がエピタキシャル層に取り込ま
れ、結晶品質を低下させるという問題もあった。
速度が大きいため、塩化アルミ（ＡｌＣｌ3 ）などのＡ
ｌを含む原料の結晶表面でのマイグレ−ションが極めて
小さくなり、高品質のエピタキシャル結晶が得られな
い。その上、ハイドライドＶＰＥ法では、塩化アルミな
どのＡｌを含む原料が石英反応管を腐食するという問題
があり、安全且つ安定した成長が困難であった。また、
石英反応管から出た酸素がエピタキシャル層に取り込ま
れ、結晶品質を低下させるという問題もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、特に、減圧ハイドライド
ＶＰＥ法により、成長速度が小さくなり、且つ、ＩＩＩ
族原料分子の表面マイグレ−ションが促進され、良好な
品質の結晶が得られ、その上、連続した常圧ハイドライ
ドＶＰＥ法により、大きな成長速度でＧａＮおよびＡｌ
ＧａＮを成長させることを可能にした高品質で量産性に
優れた新規な半導体の気相エピタキシャル成長法、半導
体基板の製造方法、半導体基板とその成長装置を提供す
るものである。
した従来技術の欠点を改良し、特に、減圧ハイドライド
ＶＰＥ法により、成長速度が小さくなり、且つ、ＩＩＩ
族原料分子の表面マイグレ−ションが促進され、良好な
品質の結晶が得られ、その上、連続した常圧ハイドライ
ドＶＰＥ法により、大きな成長速度でＧａＮおよびＡｌ
ＧａＮを成長させることを可能にした高品質で量産性に
優れた新規な半導体の気相エピタキシャル成長法、半導
体基板の製造方法、半導体基板とその成長装置を提供す
るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる気
相エピタキシャル成長法の第１態様は、厚さｄ１の基板
上に、成長速度Ｖ２、成長圧力Ｐ２の成長条件で少なく
とも１つの層からなる第１の半導体層を層厚ｄ２成長さ
せた後、前記基板を装置外に取り出すことなく、成長速
度Ｖ３、成長圧力Ｐ３の成長条件で少なくとも１つの層
からなる第２の半導体層を層厚ｄ３成長させるプロセス
を含む気相エピタキシャル成長法において、Ｖ２＜Ｖ
３、且つＰ２＜Ｐ３、且つｄ２＜ｄ３なる条件を満たす
ことを特徴とするものであり、叉、第２態様は、前記第
１の半導体層の成長温度Ｔ２、第２の半導体層の成長温
度Ｔ３が、Ｔ２＜Ｔ３なる条件を満たすことを特徴とす
るものであり、叉、第３態様は、前記気相エピタキシャ
ル成長法が、ハイドライド気相エピタキシャル成長法或
いは有機金属気相エピタキシャル成長法であることを特
徴とするものであり、叉、第４態様は、成長速度Ｖ２、
Ｖ３が夫々、０μｍ／ｈ＜Ｖ２＜４μｍ／ｈ、４μｍ／
ｈ＜Ｖ３＜４００μｍ／ｈなる条件を満たすことを特徴
とするものであり、叉、第５態様は、成長圧力Ｐ２、Ｐ
３が夫々、１ｔｏｒｒ＜Ｐ２＜２００ｔｏｒｒ、２００
ｔｏｒｒ＜Ｐ３＜１０００ｔｏｒｒなる条件を満たすこ
とを特徴とするものであり、叉、第６態様は、成長層厚
ｄ２、ｄ３が夫々、０ｎｍ＜ｄ２＜５００ｎｍ、１０μ
ｍ＜ｄ３＜１ｍｍなる条件を満たすことを特徴とするも
のであり、叉、第７態様は、成長温度Ｔ２、Ｔ３が夫
々、４００℃＜Ｔ２＜７００℃、７００℃＜Ｔ３＜１２
００℃なる条件を満たすことを特徴とするものであり、
叉、第８態様は、前記第１の半導体層と第２の半導体層
とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを特徴とするも
のであり、叉、第９態様は、前記第１の半導体層或いは
第２の半導体層の少なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1Ｇａ
Z1Ｉｎ1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であ
ることを特徴とするものであり、叉、第１０態様は、前
記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧａＡｓであり、
前記第１の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌX2Ｇａ
1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第２の半導体層の
少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ（０≦Ｙ２≦
１）であることを特徴とするものであり、叉、第１１態
様は、前記第１の半導体層がＧａＮ或いはＡｌＮ或いは
ＧａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第２の半導体層がＡ
ｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）であること
を特徴とするものである。
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる気
相エピタキシャル成長法の第１態様は、厚さｄ１の基板
上に、成長速度Ｖ２、成長圧力Ｐ２の成長条件で少なく
とも１つの層からなる第１の半導体層を層厚ｄ２成長さ
せた後、前記基板を装置外に取り出すことなく、成長速
度Ｖ３、成長圧力Ｐ３の成長条件で少なくとも１つの層
からなる第２の半導体層を層厚ｄ３成長させるプロセス
を含む気相エピタキシャル成長法において、Ｖ２＜Ｖ
３、且つＰ２＜Ｐ３、且つｄ２＜ｄ３なる条件を満たす
ことを特徴とするものであり、叉、第２態様は、前記第
１の半導体層の成長温度Ｔ２、第２の半導体層の成長温
度Ｔ３が、Ｔ２＜Ｔ３なる条件を満たすことを特徴とす
るものであり、叉、第３態様は、前記気相エピタキシャ
ル成長法が、ハイドライド気相エピタキシャル成長法或
いは有機金属気相エピタキシャル成長法であることを特
徴とするものであり、叉、第４態様は、成長速度Ｖ２、
Ｖ３が夫々、０μｍ／ｈ＜Ｖ２＜４μｍ／ｈ、４μｍ／
ｈ＜Ｖ３＜４００μｍ／ｈなる条件を満たすことを特徴
とするものであり、叉、第５態様は、成長圧力Ｐ２、Ｐ
３が夫々、１ｔｏｒｒ＜Ｐ２＜２００ｔｏｒｒ、２００
ｔｏｒｒ＜Ｐ３＜１０００ｔｏｒｒなる条件を満たすこ
とを特徴とするものであり、叉、第６態様は、成長層厚
ｄ２、ｄ３が夫々、０ｎｍ＜ｄ２＜５００ｎｍ、１０μ
ｍ＜ｄ３＜１ｍｍなる条件を満たすことを特徴とするも
のであり、叉、第７態様は、成長温度Ｔ２、Ｔ３が夫
々、４００℃＜Ｔ２＜７００℃、７００℃＜Ｔ３＜１２
００℃なる条件を満たすことを特徴とするものであり、
叉、第８態様は、前記第１の半導体層と第２の半導体層
とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを特徴とするも
のであり、叉、第９態様は、前記第１の半導体層或いは
第２の半導体層の少なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1Ｇａ
Z1Ｉｎ1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であ
ることを特徴とするものであり、叉、第１０態様は、前
記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧａＡｓであり、
前記第１の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌX2Ｇａ
1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第２の半導体層の
少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ（０≦Ｙ２≦
１）であることを特徴とするものであり、叉、第１１態
様は、前記第１の半導体層がＧａＮ或いはＡｌＮ或いは
ＧａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第２の半導体層がＡ
ｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）であること
を特徴とするものである。
【００１０】叉、本発明に係わる半導体基板の製造方法
の第１態様は、厚さｄ１の基板上に、成長速度Ｖ２、成
長圧力Ｐ２の成長条件で少なくとも１つの層からなる第
１の半導体層を層厚ｄ２成長させた後、前記基板を装置
外に取り出すことなく、成長速度Ｖ３、成長圧力Ｐ３の
成長条件で少なくとも１つの層からなる第２の半導体層
を層厚ｄ３成長させるプロセスを含む気相エピタキシャ
ル成長法において、Ｖ２＜Ｖ３、且つＰ２＜Ｐ３、且つ
ｄ２＜ｄ３なる条件を満たす気相エピタキシャル成長法
によって形成されたウエハから前記基板を除去して得ら
れる前記第１の半導体層と第２の半導体層とからなるも
のであり、叉、第２態様は、更に、前記第１の半導体層
又は第２の半導体層の何れかを除去したことを特徴とす
るものであり、叉、第３態様は、前記第１の半導体層と
第２の半導体層とが共にｎ型或いは共にｐ型であること
を特徴とするものであり、叉、第４態様は、前記第１の
半導体層或いは第２の半導体層の少なくとも１つの層が
ＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，
Ｚ１≦１）であることを特徴とするものであり、叉、第
５態様は、前記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧａ
Ａｓであり、前記第１の半導体層の少なくとも１つの層
がＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第２
の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ
（０≦Ｙ２≦１）であることを特徴とするものであり、
叉、第６態様は、前記第１の半導体層がＧａＮ或いはＡ
ｌＮ或いはＧａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第２の半
導体層がＡｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）
であることを特徴とするものであり、叉、第７態様は、
前記基板の厚さｄ１と前記第２の半導体層の層厚ｄ３と
の関係が、ｄ１＜ｄ３であることを特徴とするものであ
る。
の第１態様は、厚さｄ１の基板上に、成長速度Ｖ２、成
長圧力Ｐ２の成長条件で少なくとも１つの層からなる第
１の半導体層を層厚ｄ２成長させた後、前記基板を装置
外に取り出すことなく、成長速度Ｖ３、成長圧力Ｐ３の
成長条件で少なくとも１つの層からなる第２の半導体層
を層厚ｄ３成長させるプロセスを含む気相エピタキシャ
ル成長法において、Ｖ２＜Ｖ３、且つＰ２＜Ｐ３、且つ
ｄ２＜ｄ３なる条件を満たす気相エピタキシャル成長法
によって形成されたウエハから前記基板を除去して得ら
れる前記第１の半導体層と第２の半導体層とからなるも
のであり、叉、第２態様は、更に、前記第１の半導体層
又は第２の半導体層の何れかを除去したことを特徴とす
るものであり、叉、第３態様は、前記第１の半導体層と
第２の半導体層とが共にｎ型或いは共にｐ型であること
を特徴とするものであり、叉、第４態様は、前記第１の
半導体層或いは第２の半導体層の少なくとも１つの層が
ＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，
Ｚ１≦１）であることを特徴とするものであり、叉、第
５態様は、前記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧａ
Ａｓであり、前記第１の半導体層の少なくとも１つの層
がＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第２
の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ
（０≦Ｙ２≦１）であることを特徴とするものであり、
叉、第６態様は、前記第１の半導体層がＧａＮ或いはＡ
ｌＮ或いはＧａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第２の半
導体層がＡｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）
であることを特徴とするものであり、叉、第７態様は、
前記基板の厚さｄ１と前記第２の半導体層の層厚ｄ３と
の関係が、ｄ１＜ｄ３であることを特徴とするものであ
る。
【００１１】叉、本発明に係わる半導体基板の第１態様
は、厚さｄ１の基板上に第１の半導体層を層厚ｄ２成長
させた後、第２の半導体層を層厚ｄ３を気相エピタキシ
ャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条件を満たす半
導体基板であって、前記第１の半導体層或いは第２の半
導体層３少なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ
1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であること
を特徴とするものであり、叉、第２態様は、厚さｄ１の
基板上に第１の半導体層を層厚ｄ２成長させた後、第２
の半導体層を層厚ｄ３を気相エピタキシャル成長法で成
長させ、ｄ２＜ｄ３なる条件を満たす半導体基板であっ
て、前記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧａＡｓで
あり、前記第１の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌ
X2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第２の半導
体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ（０≦Ｙ
２≦１）であることを特徴とするものであり、叉、第３
態様は、厚さｄ１の基板上に第１の半導体層を層厚ｄ２
成長させた後、第２の半導体層を層厚ｄ３を気相エピタ
キシャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条件を満た
す半導体基板であって、前記第１の半導体層がＧａＮ或
いはＡｌＮ或いはＧａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第
２の半導体層がＡｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦
０．５）であることを特徴とするものであり、叉、第４
態様は、前記基板の厚さｄ１と前記第２の半導体層の層
厚ｄ３との関係が、ｄ１＜ｄ３であることを特徴とする
ものであり、叉、第５態様は、前記第１の半導体層と第
２の半導体層とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを
特徴とするものである。
は、厚さｄ１の基板上に第１の半導体層を層厚ｄ２成長
させた後、第２の半導体層を層厚ｄ３を気相エピタキシ
ャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条件を満たす半
導体基板であって、前記第１の半導体層或いは第２の半
導体層３少なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ
1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であること
を特徴とするものであり、叉、第２態様は、厚さｄ１の
基板上に第１の半導体層を層厚ｄ２成長させた後、第２
の半導体層を層厚ｄ３を気相エピタキシャル成長法で成
長させ、ｄ２＜ｄ３なる条件を満たす半導体基板であっ
て、前記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧａＡｓで
あり、前記第１の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌ
X2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第２の半導
体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ（０≦Ｙ
２≦１）であることを特徴とするものであり、叉、第３
態様は、厚さｄ１の基板上に第１の半導体層を層厚ｄ２
成長させた後、第２の半導体層を層厚ｄ３を気相エピタ
キシャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条件を満た
す半導体基板であって、前記第１の半導体層がＧａＮ或
いはＡｌＮ或いはＧａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第
２の半導体層がＡｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦
０．５）であることを特徴とするものであり、叉、第４
態様は、前記基板の厚さｄ１と前記第２の半導体層の層
厚ｄ３との関係が、ｄ１＜ｄ３であることを特徴とする
ものであり、叉、第５態様は、前記第１の半導体層と第
２の半導体層とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを
特徴とするものである。
【００１２】叉、本発明に係わるハイドライド気相エピ
タキシー装置の態様は、サファイア製の反応管或いは基
板を取り囲むように設置されたサファイア製の内挿管を
有し、Ａｌを含む結晶の成長を可能にすると共に、１０
ｔｏｒｒ以上８００ｔｏｒｒ未満の圧力で成長可能にし
たことを特徴とするものである。
タキシー装置の態様は、サファイア製の反応管或いは基
板を取り囲むように設置されたサファイア製の内挿管を
有し、Ａｌを含む結晶の成長を可能にすると共に、１０
ｔｏｒｒ以上８００ｔｏｒｒ未満の圧力で成長可能にし
たことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明に係わる半導体基板は、ｃ
面サファイア基板３０１上に、減圧ハイドライドＶＰＥ
法により４μｍ／ｈ以下の成長速度で薄いＧａＮ層３０
２を成長させた後、このＧａＮ層２上に常圧ハイドライ
ドＶＰＥ法により４μｍ／ｈよりも大きくかつ４００μ
ｍ／ｈ以下の成長速度で十分に厚いＡｌＧａＮ層３０４
を成長させる結晶成長法、或いは、ｃ面サファイア基板
１をエッチングにより除去し、ＧａＮ層３０２とＡｌＧ
ａＮ層３０４からなるＡｌＧａＮ基板、或いは、ＡｌＧ
ａＮ層３０４のみからなるＡｌＧａＮ基板、或いは、サ
ファイア製の内挿管又はサファイア製の反応管を有する
Ａｌを含む結晶が成長できる１０ｔｏｒｒ以上８００ｔ
ｏｒｒ未満の圧力で成長可能なハイドライドＶＰＥ装置
である。
面サファイア基板３０１上に、減圧ハイドライドＶＰＥ
法により４μｍ／ｈ以下の成長速度で薄いＧａＮ層３０
２を成長させた後、このＧａＮ層２上に常圧ハイドライ
ドＶＰＥ法により４μｍ／ｈよりも大きくかつ４００μ
ｍ／ｈ以下の成長速度で十分に厚いＡｌＧａＮ層３０４
を成長させる結晶成長法、或いは、ｃ面サファイア基板
１をエッチングにより除去し、ＧａＮ層３０２とＡｌＧ
ａＮ層３０４からなるＡｌＧａＮ基板、或いは、ＡｌＧ
ａＮ層３０４のみからなるＡｌＧａＮ基板、或いは、サ
ファイア製の内挿管又はサファイア製の反応管を有する
Ａｌを含む結晶が成長できる１０ｔｏｒｒ以上８００ｔ
ｏｒｒ未満の圧力で成長可能なハイドライドＶＰＥ装置
である。
【００１４】減圧ハイドライドＶＰＥ法により、成長速
度が小さくなり且つＡｌなどのＩＩＩ族原料分子の表面
マイグレ−ションが促進され、良好な品質の結晶が得ら
れる。その上に、エピタキシャル基板を装置外に出さず
に連続して、圧力を大きくして、常圧ハイドライドＶＰ
Ｅ法を用いることで、大きな成長速度でＡｌＧａＮを成
長させることができ、高品質のＡｌＧａＮ基板が効率よ
く得られる。
度が小さくなり且つＡｌなどのＩＩＩ族原料分子の表面
マイグレ−ションが促進され、良好な品質の結晶が得ら
れる。その上に、エピタキシャル基板を装置外に出さず
に連続して、圧力を大きくして、常圧ハイドライドＶＰ
Ｅ法を用いることで、大きな成長速度でＡｌＧａＮを成
長させることができ、高品質のＡｌＧａＮ基板が効率よ
く得られる。
【００１５】
【実施例】以下に、本発明に係わる半導体の気相エピタ
キシャル成長法、半導体基板の製造方法、半導体基板及
びその成長装置の具体例を図面を参照しながら詳細に説
明する。図１、図２に本発明のハイドライドＶＰＥ装置
の側面図と正面図を示す。
キシャル成長法、半導体基板の製造方法、半導体基板及
びその成長装置の具体例を図面を参照しながら詳細に説
明する。図１、図２に本発明のハイドライドＶＰＥ装置
の側面図と正面図を示す。
【００１６】本発明の第１の具体例のハイドライドＶＰ
Ｅ装置は、サファイア製反応管１００と、サファイア製
反応管１００内に設けられたサファイア製内挿管１０１
と、サファイア製内挿管１０１内の基板を成長室に入れ
たり、待機室に移動させたり操作する基板操作ロッド１
０２と、排気口１１６に設けられたロ−タリ−ポンプ１
０３と、圧力調節弁１０４と、基板操作ロッド１０２で
操作されるヒ−タ付き基板ホルダ１０５と、基板ホルダ
１０５に固定される基板１０６と、サファイア製反応管
１００を囲むように設けた加熱ヒ−タ１０７と、サファ
イア製内挿管１０１内に設けられた待機室１０８と、前
記待機室１０８と成長室を仕切るためのサファイア製仕
切り板１０９と、サファイア製内挿管１０１内にガスを
導入するため、内挿管１０１の一方の端部に設けたガス
導入口１１０とガス導入管１１１とガス導入口１１２
と、成長室の高純度Ｇａソース１１３と、ソースを収納
するヒ−タ付き原料ボ−ト１１４と、成長室１１５と、
内挿管１０１の他方の端部に設けた排気口１１６と、サ
ファイア製内挿管１０１の底部に設けられるサファイア
製底板２００と、成長室１１５の高純度Ａｌソース２０
２とから構成されている。
Ｅ装置は、サファイア製反応管１００と、サファイア製
反応管１００内に設けられたサファイア製内挿管１０１
と、サファイア製内挿管１０１内の基板を成長室に入れ
たり、待機室に移動させたり操作する基板操作ロッド１
０２と、排気口１１６に設けられたロ−タリ−ポンプ１
０３と、圧力調節弁１０４と、基板操作ロッド１０２で
操作されるヒ−タ付き基板ホルダ１０５と、基板ホルダ
１０５に固定される基板１０６と、サファイア製反応管
１００を囲むように設けた加熱ヒ−タ１０７と、サファ
イア製内挿管１０１内に設けられた待機室１０８と、前
記待機室１０８と成長室を仕切るためのサファイア製仕
切り板１０９と、サファイア製内挿管１０１内にガスを
導入するため、内挿管１０１の一方の端部に設けたガス
導入口１１０とガス導入管１１１とガス導入口１１２
と、成長室の高純度Ｇａソース１１３と、ソースを収納
するヒ−タ付き原料ボ−ト１１４と、成長室１１５と、
内挿管１０１の他方の端部に設けた排気口１１６と、サ
ファイア製内挿管１０１の底部に設けられるサファイア
製底板２００と、成長室１１５の高純度Ａｌソース２０
２とから構成されている。
【００１７】ガス導入口１１０とガス導入管１１１はア
ンモニアガスと窒素ガスを導入するためのガス導入口と
ガス導入管である。ガス導入口１１２はＨＣｌガスと水
素ガスを導入するガス導入口である。各種のガス供給量
は流量計と調節弁で制御されている。基板はサファイ
ア、シリコン、ＧａＡｓなどの基板である。ｎドーパン
ト原料にはＳｉＨ4 やＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスを用い、ｐド
ーパント原料にはＭｇ（ＣＨ3 ）2 やＭｇＣｌ2 を用
い、ガス導入管１１１を通して供給する。
ンモニアガスと窒素ガスを導入するためのガス導入口と
ガス導入管である。ガス導入口１１２はＨＣｌガスと水
素ガスを導入するガス導入口である。各種のガス供給量
は流量計と調節弁で制御されている。基板はサファイ
ア、シリコン、ＧａＡｓなどの基板である。ｎドーパン
ト原料にはＳｉＨ4 やＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスを用い、ｐド
ーパント原料にはＭｇ（ＣＨ3 ）2 やＭｇＣｌ2 を用
い、ガス導入管１１１を通して供給する。
【００１８】本発明のハイドライドＶＰＥ装置は、サフ
ァイア製の反応管１００、内挿管１０１、仕切り板１０
９、仕切り板２０５を用い、高純度Ｇａソース１１３と
高純度Ａｌソース２０２の２種類の固体原料を用い、加
熱ヒータ１０７とヒータ付き原料ボート１１４により高
純度Ｇａソース１１３と高純度Ａｌソース２０２の温度
を独立に制御できるように構成され、ヒータ付き基板ホ
ルダ１０５により基板温度を室温から１２００℃まで制
御できる。更に、ロータリーポンプ１０３と圧力調節弁
１０４とによりサファイア製の反応管１００内の圧力を
１０ｔｏｒｒ以上８００ｔｏｒｒ以下の圧力範囲で調節
可能に構成したものである。
ァイア製の反応管１００、内挿管１０１、仕切り板１０
９、仕切り板２０５を用い、高純度Ｇａソース１１３と
高純度Ａｌソース２０２の２種類の固体原料を用い、加
熱ヒータ１０７とヒータ付き原料ボート１１４により高
純度Ｇａソース１１３と高純度Ａｌソース２０２の温度
を独立に制御できるように構成され、ヒータ付き基板ホ
ルダ１０５により基板温度を室温から１２００℃まで制
御できる。更に、ロータリーポンプ１０３と圧力調節弁
１０４とによりサファイア製の反応管１００内の圧力を
１０ｔｏｒｒ以上８００ｔｏｒｒ以下の圧力範囲で調節
可能に構成したものである。
【００１９】サファイア製の反応管１００内は、サファ
イア製仕切り板１０９で待機室１０８と成長室１１５に
分けられており、基板操作ロッド１０２を用いて、待機
室１０８から成長室１１５に或いは逆に、基板１０６の
位置を自由に変えることができる。ガス導入口１１２
（図２では２０６と２０７で示した）から成長室１１５
に導入されたＨＣｌガスは、高純度Ｇａソース１１３と
高純度Ａｌソース２０２とが反応して塩化ガリウム（Ｇ
ａＣｌ3 ）と塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3 ）を発生
し、水素ガスとともに基板表面に運ばれ、ガス導入管１
１１から供給されるアンモニアガスと基板表面で反応
し、ＡｌＧａＮが成長する。ＡｌＧａＮのＡｌ組成と成
長速度は、ガス導入口２０６とガス導入口２０７から導
入されたＨＣｌガスの流量と高純度Ｇａソース１１３と
高純度Ａｌソース２０２との温度によって決まる。
イア製仕切り板１０９で待機室１０８と成長室１１５に
分けられており、基板操作ロッド１０２を用いて、待機
室１０８から成長室１１５に或いは逆に、基板１０６の
位置を自由に変えることができる。ガス導入口１１２
（図２では２０６と２０７で示した）から成長室１１５
に導入されたＨＣｌガスは、高純度Ｇａソース１１３と
高純度Ａｌソース２０２とが反応して塩化ガリウム（Ｇ
ａＣｌ3 ）と塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3 ）を発生
し、水素ガスとともに基板表面に運ばれ、ガス導入管１
１１から供給されるアンモニアガスと基板表面で反応
し、ＡｌＧａＮが成長する。ＡｌＧａＮのＡｌ組成と成
長速度は、ガス導入口２０６とガス導入口２０７から導
入されたＨＣｌガスの流量と高純度Ｇａソース１１３と
高純度Ａｌソース２０２との温度によって決まる。
【００２０】以下に、上記した成長装置による本発明の
成長方法について説明する。サファイア基板１０６を待
機室１０８に設置して、ガス導入口１１０から窒素ガス
を導入した状態で、成長温度まで基板温度を上げる。反
応管内の圧力と塩化ガリウム或いは塩化アルミニウムの
流量が安定したら、待機室１０８から成長室１１５に基
板１０６の位置を変えて成長を行う。組成が異なる半導
体層を成長する時は、いったん基板を待機室１０８に移
して、水素流量や塩化ガリウム或いは塩化アルミニウム
の流量や圧力を変えて、流量と圧力とが安定してから、
再び成長室１１５に戻して成長を行う。このようにし
て、ＧａＮやＡｌＮも同様にして成長できる。基板温度
が高く待機室１０８にエピタキシャル基板がある時は、
アンモニアガスを導入し、基板からの窒素抜けを防ぐ。
成長方法について説明する。サファイア基板１０６を待
機室１０８に設置して、ガス導入口１１０から窒素ガス
を導入した状態で、成長温度まで基板温度を上げる。反
応管内の圧力と塩化ガリウム或いは塩化アルミニウムの
流量が安定したら、待機室１０８から成長室１１５に基
板１０６の位置を変えて成長を行う。組成が異なる半導
体層を成長する時は、いったん基板を待機室１０８に移
して、水素流量や塩化ガリウム或いは塩化アルミニウム
の流量や圧力を変えて、流量と圧力とが安定してから、
再び成長室１１５に戻して成長を行う。このようにし
て、ＧａＮやＡｌＮも同様にして成長できる。基板温度
が高く待機室１０８にエピタキシャル基板がある時は、
アンモニアガスを導入し、基板からの窒素抜けを防ぐ。
【００２１】図３に本発明の第２の具体例のエピタキシ
ャル基板を示す。このエピタキシャル基板は、厚さ１０
０μｍのサファイア基板３０１と、厚さ５０ｎｍの減圧
低温低速成長のアンド−プＧａＮ薄膜層３０２と、厚さ
１００ｎｍの減圧高温低速成長のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ薄膜層３０３と、厚さ２００μｍの常圧高温高速成長
のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚膜層３０４と、厚さ１０ｎ
ｍの常圧高温中速成長のｎ−ＧａＮ薄膜保護層３０５と
からなる。ｎ濃度は５×１０17ｃｍ-3である。
ャル基板を示す。このエピタキシャル基板は、厚さ１０
０μｍのサファイア基板３０１と、厚さ５０ｎｍの減圧
低温低速成長のアンド−プＧａＮ薄膜層３０２と、厚さ
１００ｎｍの減圧高温低速成長のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ薄膜層３０３と、厚さ２００μｍの常圧高温高速成長
のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚膜層３０４と、厚さ１０ｎ
ｍの常圧高温中速成長のｎ−ＧａＮ薄膜保護層３０５と
からなる。ｎ濃度は５×１０17ｃｍ-3である。
【００２２】図５に本発明の第２の具体例の成長条件の
時間変化を示す。減圧低温低速成長の条件は成長温度５
００℃、成長圧力５０ｔｏｒｒ、成長速度０．１μｍ／
ｈである。減圧高温中速成長の条件は成長温度１１００
℃、成長圧力５０ｔｏｒｒ、成長速度１μｍ／ｈであ
る。常圧高温高速成長の条件は成長温度１１００℃、成
長圧力７６０ｔｏｒｒ、成長速度６０μｍ／ｈである。
成長温度が５００℃から１１００℃に上がると原料の分
解が進んで成長速度が大きくなる。高純度Ｇａソース１
１３の温度は８００℃、高純度Ａｌソース２０２の温度
は９００℃である。
時間変化を示す。減圧低温低速成長の条件は成長温度５
００℃、成長圧力５０ｔｏｒｒ、成長速度０．１μｍ／
ｈである。減圧高温中速成長の条件は成長温度１１００
℃、成長圧力５０ｔｏｒｒ、成長速度１μｍ／ｈであ
る。常圧高温高速成長の条件は成長温度１１００℃、成
長圧力７６０ｔｏｒｒ、成長速度６０μｍ／ｈである。
成長温度が５００℃から１１００℃に上がると原料の分
解が進んで成長速度が大きくなる。高純度Ｇａソース１
１３の温度は８００℃、高純度Ａｌソース２０２の温度
は９００℃である。
【００２３】上記第２の具体例の成長法は、減圧低温低
速成長から減圧高温中速成長に成長温度を増大させる点
に特徴が有り、更に、減圧高温中速成長から常圧高温高
速成長に圧力と成長速度を同時に増大させる点に特徴が
有る。減圧成長時のＮＨ3 の流量は６０ｃｃ／分、Ｇａ
へのＨＣｌの流量は０．５ｃｃ／分、ＡｌへのＨＣｌの
流量は０．１ｃｃ／分である。常圧成長時のＮＨ3 の流
量は６００ｃｃ／分、ＧａへのＨＣｌの流量は５ｃｃ／
分、ＡｌへのＨＣｌの流量は１ｃｃ／分である。
速成長から減圧高温中速成長に成長温度を増大させる点
に特徴が有り、更に、減圧高温中速成長から常圧高温高
速成長に圧力と成長速度を同時に増大させる点に特徴が
有る。減圧成長時のＮＨ3 の流量は６０ｃｃ／分、Ｇａ
へのＨＣｌの流量は０．５ｃｃ／分、ＡｌへのＨＣｌの
流量は０．１ｃｃ／分である。常圧成長時のＮＨ3 の流
量は６００ｃｃ／分、ＧａへのＨＣｌの流量は５ｃｃ／
分、ＡｌへのＨＣｌの流量は１ｃｃ／分である。
【００２４】常圧（７６０ｔｏｒｒ）成長でのおよその
各ガス分圧は、Ｈ2 分圧７３４ｔｏｒｒ、ＮＨ3 分圧２
０ｔｏｒｒ、ＧａＣｌ3分圧５ｔｏｒｒ、ＡｌＣｌ3 分
圧１ｔｏｒｒである。減圧（５０ｔｏｒｒ）成長でのお
よその各ガス分圧は、Ｈ2 分圧４７ｔｏｒｒ、ＮＨ3 分
圧２ｔｏｒｒ、ＧａＣｌ3 分圧０．５ｔｏｒｒ、ＡｌＣ
ｌ3 分圧０．１ｔｏｒｒである。
各ガス分圧は、Ｈ2 分圧７３４ｔｏｒｒ、ＮＨ3 分圧２
０ｔｏｒｒ、ＧａＣｌ3分圧５ｔｏｒｒ、ＡｌＣｌ3 分
圧１ｔｏｒｒである。減圧（５０ｔｏｒｒ）成長でのお
よその各ガス分圧は、Ｈ2 分圧４７ｔｏｒｒ、ＮＨ3 分
圧２ｔｏｒｒ、ＧａＣｌ3 分圧０．５ｔｏｒｒ、ＡｌＣ
ｌ3 分圧０．１ｔｏｒｒである。
【００２５】図４に本発明の第２の具体例のＡｌＧａＮ
基板を示す。第２の具体例のＡｌＧａＮ基板は上記エピ
タキシャル基板からサファイア基板３０１と、減圧低温
中速成長のＧａＮ薄膜層３０２とをエッチングで取り除
いたものである。エッチングは、例えば、燐酸：硫酸＝
２：３のエッチャントで３００℃の温度で行う。第２の
具体例のＡｌＧａＮ基板は、厚さ１００ｎｍの減圧高温
中速成長のｎ−Ａｌ0. 2 Ｇａ0.8 Ｎ薄膜層４０１と、厚
さ２００μｍ の常圧高温高速成長のｎ−Ａｌ0 .2 Ｇａ
0.8 Ｎ厚膜層４０２と、厚さ１０ｎｍの常圧高温中速成
長のｎ−ＧａＮ薄膜保護層４０３とからなる。
基板を示す。第２の具体例のＡｌＧａＮ基板は上記エピ
タキシャル基板からサファイア基板３０１と、減圧低温
中速成長のＧａＮ薄膜層３０２とをエッチングで取り除
いたものである。エッチングは、例えば、燐酸：硫酸＝
２：３のエッチャントで３００℃の温度で行う。第２の
具体例のＡｌＧａＮ基板は、厚さ１００ｎｍの減圧高温
中速成長のｎ−Ａｌ0. 2 Ｇａ0.8 Ｎ薄膜層４０１と、厚
さ２００μｍ の常圧高温高速成長のｎ−Ａｌ0 .2 Ｇａ
0.8 Ｎ厚膜層４０２と、厚さ１０ｎｍの常圧高温中速成
長のｎ−ＧａＮ薄膜保護層４０３とからなる。
【００２６】本発明は、上記の実施例の詳細に制限され
るものではない。例えば、半導体層は必ずしも窒化物で
なくともよく、ＩｎＧａＡｓ基板なども本発明の方法で
実施できる。また、成長条件の詳細は下記に示した範囲
の条件で最適化できる。例えば、成長速度を大きくした
り、成長圧力を最適化できる。半導体層の構造を超格子
構造にしたりすることも可能である。基板に対する制限
は特になく、サファイア基板に石英ガラスがパタ−ン化
されて堆積されているような選択成長用基板でも適用で
きる。本発明のＡｌＧａＮ基板のＡｌ組成は自由に選べ
る。ＡｌＧａＮ基板に限らずＧａＮ基板、或いはＡｌＮ
基板でもよい。また、本発明の基板は、光デバイスだけ
でなく電子デバイス用の基板やヒ−トシンク材料として
も使用できる。
るものではない。例えば、半導体層は必ずしも窒化物で
なくともよく、ＩｎＧａＡｓ基板なども本発明の方法で
実施できる。また、成長条件の詳細は下記に示した範囲
の条件で最適化できる。例えば、成長速度を大きくした
り、成長圧力を最適化できる。半導体層の構造を超格子
構造にしたりすることも可能である。基板に対する制限
は特になく、サファイア基板に石英ガラスがパタ−ン化
されて堆積されているような選択成長用基板でも適用で
きる。本発明のＡｌＧａＮ基板のＡｌ組成は自由に選べ
る。ＡｌＧａＮ基板に限らずＧａＮ基板、或いはＡｌＮ
基板でもよい。また、本発明の基板は、光デバイスだけ
でなく電子デバイス用の基板やヒ−トシンク材料として
も使用できる。
【００２７】本発明のハイドライド気相成長装置の反応
管や内挿管は、石英ＳｉＯ2 ではなく、サファイアＡｌ
2 Ｏ3 で出来ているので、塩化アルミなどに対して高温
での耐腐食性がある。したがって、ＡｌＧａＮなどの成
長温度が１０００℃を超える高温成長でも、腐食される
ことがないので、酸素の混入もなく、高品質の半導体膜
を安全に生産できる。
管や内挿管は、石英ＳｉＯ2 ではなく、サファイアＡｌ
2 Ｏ3 で出来ているので、塩化アルミなどに対して高温
での耐腐食性がある。したがって、ＡｌＧａＮなどの成
長温度が１０００℃を超える高温成長でも、腐食される
ことがないので、酸素の混入もなく、高品質の半導体膜
を安全に生産できる。
【００２８】図４の第２の具体例は、厚さ２００μｍの
ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚膜基板である。第２の具体例
の厚さ１００ｎｍのｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ薄膜層４０
１は、減圧高温中速成長なので、Ａｌの表面マイグレ−
ションが促進され、高品質の膜となる。その後に成長し
た厚さ２００μｍ のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚膜層４
０２は成長速度が大きいが、下地の結晶品質が良いの
で、比較的高品質の膜となる作用がある。
ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚膜基板である。第２の具体例
の厚さ１００ｎｍのｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ薄膜層４０
１は、減圧高温中速成長なので、Ａｌの表面マイグレ−
ションが促進され、高品質の膜となる。その後に成長し
た厚さ２００μｍ のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚膜層４
０２は成長速度が大きいが、下地の結晶品質が良いの
で、比較的高品質の膜となる作用がある。
【００２９】常圧のハイドライドＶＰＥは成長速度が特
に大きく取れる特徴がある。本発明では成長速度が６０
μｍ／ｈと大きいので、約３時間で２００μｍ厚の厚膜
基板が得られた。厚さ１０ｎｍのｎ−ＧａＮ薄膜保護層
４０３は、その上にＡｌＧａＮ系のＬＤを成長するとき
に酸化膜の除去を容易にする作用がある。このように、
本発明に係わる気相エピタキシャル成長法は、厚さｄ１
の基板上に、成長速度Ｖ２、成長圧力Ｐ２の成長条件で
少なくとも１つの層からなる第１の半導体層を層厚ｄ２
成長させた後、前記基板を装置外に取り出すことなく、
成長速度Ｖ３、成長圧力Ｐ３の成長条件で少なくとも１
つの層からなる第２の半導体層を層厚ｄ３成長させるプ
ロセスを含む気相エピタキシャル成長法において、Ｖ２
＜Ｖ３、且つＰ２＜Ｐ３、且つｄ２＜ｄ３なる条件を満
たすことを特徴とするものであり、叉、前記第１の半導
体層の成長温度Ｔ２、第２の半導体層の成長温度Ｔ３
が、Ｔ２＜Ｔ３なる条件を満たすことを特徴とするもの
であり、叉、前記気相エピタキシャル成長法が、ハイド
ライド気相エピタキシャル成長法を用いたが、有機金属
気相エピタキシャル成長法で成長させるようにしても良
い。
に大きく取れる特徴がある。本発明では成長速度が６０
μｍ／ｈと大きいので、約３時間で２００μｍ厚の厚膜
基板が得られた。厚さ１０ｎｍのｎ−ＧａＮ薄膜保護層
４０３は、その上にＡｌＧａＮ系のＬＤを成長するとき
に酸化膜の除去を容易にする作用がある。このように、
本発明に係わる気相エピタキシャル成長法は、厚さｄ１
の基板上に、成長速度Ｖ２、成長圧力Ｐ２の成長条件で
少なくとも１つの層からなる第１の半導体層を層厚ｄ２
成長させた後、前記基板を装置外に取り出すことなく、
成長速度Ｖ３、成長圧力Ｐ３の成長条件で少なくとも１
つの層からなる第２の半導体層を層厚ｄ３成長させるプ
ロセスを含む気相エピタキシャル成長法において、Ｖ２
＜Ｖ３、且つＰ２＜Ｐ３、且つｄ２＜ｄ３なる条件を満
たすことを特徴とするものであり、叉、前記第１の半導
体層の成長温度Ｔ２、第２の半導体層の成長温度Ｔ３
が、Ｔ２＜Ｔ３なる条件を満たすことを特徴とするもの
であり、叉、前記気相エピタキシャル成長法が、ハイド
ライド気相エピタキシャル成長法を用いたが、有機金属
気相エピタキシャル成長法で成長させるようにしても良
い。
【００３０】叉、本発明に係わる気相エピタキシャル成
長法は、成長速度Ｖ２、Ｖ３が夫々、０μｍ／ｈ＜Ｖ２
＜４μｍ／ｈ、４μｍ／ｈ＜Ｖ３＜４００μｍ／ｈなる
条件を満たすことを特徴とするものである。なお、発明
者の実験結果では、減圧成長で、高品質の結晶が得られ
た最大の成長速度は、４μｍ／ｈであり、常圧成長で、
高品質の結晶が得られた最大の成長速度は、４００μｍ
／ｈであった。
長法は、成長速度Ｖ２、Ｖ３が夫々、０μｍ／ｈ＜Ｖ２
＜４μｍ／ｈ、４μｍ／ｈ＜Ｖ３＜４００μｍ／ｈなる
条件を満たすことを特徴とするものである。なお、発明
者の実験結果では、減圧成長で、高品質の結晶が得られ
た最大の成長速度は、４μｍ／ｈであり、常圧成長で、
高品質の結晶が得られた最大の成長速度は、４００μｍ
／ｈであった。
【００３１】叉、成長圧力Ｐ２、Ｐ３が夫々、１ｔｏｒ
ｒ＜Ｐ２＜２００ｔｏｒｒ、２００ｔｏｒｒ＜Ｐ３＜１
０００ｔｏｒｒなる条件を満たすことを特徴とするもの
であり、発明者の実験結果では、上記範囲でのみ高品質
の結晶が得られた。叉、成長層厚ｄ２、ｄ３が夫々、０
ｎｍ＜ｄ２＜５００ｎｍ、１０μｍ＜ｄ３＜１ｍｍなる
条件を満たすことを特徴とするものである。
ｒ＜Ｐ２＜２００ｔｏｒｒ、２００ｔｏｒｒ＜Ｐ３＜１
０００ｔｏｒｒなる条件を満たすことを特徴とするもの
であり、発明者の実験結果では、上記範囲でのみ高品質
の結晶が得られた。叉、成長層厚ｄ２、ｄ３が夫々、０
ｎｍ＜ｄ２＜５００ｎｍ、１０μｍ＜ｄ３＜１ｍｍなる
条件を満たすことを特徴とするものである。
【００３２】なお、ＧａＮ系の場合、低温成長のバッフ
ァ層（厚さｄ２）として、０．０５〜０．５μｍの厚さ
のものを用いると、最も高品質のエピタキシャル結晶が
得らた。叉、成長温度Ｔ２、Ｔ３が夫々、４００℃＜Ｔ
２＜７００℃、７００℃＜Ｔ３＜１２００℃なる条件を
満たすことを特徴とするものである。
ァ層（厚さｄ２）として、０．０５〜０．５μｍの厚さ
のものを用いると、最も高品質のエピタキシャル結晶が
得らた。叉、成長温度Ｔ２、Ｔ３が夫々、４００℃＜Ｔ
２＜７００℃、７００℃＜Ｔ３＜１２００℃なる条件を
満たすことを特徴とするものである。
【００３３】実験では、４００℃＜Ｔ２＜７００℃の温
度範囲でバッファ層を成長させると、結晶の２次元化が
進行し、表面が平坦なエピタキシャル結晶が得られた。
叉、Ｔ３が１２００℃以上では、Ｎ原子がＧａＮ層から
抜け出してしまい、良好な結晶が得られない傾向があ
り、一方、Ｔ３が７００℃以下の場合も、良好な結晶が
得られなかった。
度範囲でバッファ層を成長させると、結晶の２次元化が
進行し、表面が平坦なエピタキシャル結晶が得られた。
叉、Ｔ３が１２００℃以上では、Ｎ原子がＧａＮ層から
抜け出してしまい、良好な結晶が得られない傾向があ
り、一方、Ｔ３が７００℃以下の場合も、良好な結晶が
得られなかった。
【００３４】叉、前記第１の半導体層と第２の半導体層
とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを特徴とするも
のであり、叉、前記第１の半導体層或いは第２の半導体
層の少なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ
1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であっても
良い。更に、前記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧ
ａＡｓであり、前記第１の半導体層の少なくとも１つの
層がＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第
２の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ
（０≦Ｙ２≦１）であることを特徴とするものであり、
叉、前記第１の半導体層がＧａＮ或いはＡｌＮ或いはＧ
ａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第２の半導体層がＡｌ
Y3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）であっても良
い。
とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを特徴とするも
のであり、叉、前記第１の半導体層或いは第２の半導体
層の少なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ
1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であっても
良い。更に、前記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧ
ａＡｓであり、前記第１の半導体層の少なくとも１つの
層がＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第
２の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ
（０≦Ｙ２≦１）であることを特徴とするものであり、
叉、前記第１の半導体層がＧａＮ或いはＡｌＮ或いはＧ
ａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第２の半導体層がＡｌ
Y3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）であっても良
い。
【００３５】叉、本発明に係わる半導体基板の製造方法
は、厚さｄ１の基板上に、成長速度Ｖ２、成長圧力Ｐ２
の成長条件で少なくとも１つの層からなる第１の半導体
層を層厚ｄ２成長させた後、前記基板を装置外に取り出
すことなく、成長速度Ｖ３、成長圧力Ｐ３の成長条件で
少なくとも１つの層からなる第２の半導体層を層厚ｄ３
成長させるプロセスを含む気相エピタキシャル成長法に
おいて、Ｖ２＜Ｖ３、且つＰ２＜Ｐ３、且つｄ２＜ｄ３
なる条件を満たす気相エピタキシャル成長法によって形
成されたウエハから前記基板を除去して得られる前記第
１の半導体層と第２の半導体層とからなるものであり、
叉、更に、前記第１の半導体層又は第２の半導体層の何
れかを除去したことを特徴とするものであり、叉、前記
第１の半導体層と第２の半導体層とが共にｎ型或いは共
にｐ型であることを特徴とするものであり、叉、前記第
１の半導体層或いは第２の半導体層の少なくとも１つの
層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ
１，Ｚ１≦１）であることを特徴とするものであり、
叉、前記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧａＡｓで
あり、前記第１の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌ
X2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第２の半導
体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ（０≦Ｙ
２≦１）であることを特徴とするものであり、叉、前記
第１の半導体層がＧａＮ或いはＡｌＮ或いはＧａＮ／Ａ
ｌＮ超格子であり、前記第２の半導体層がＡｌY3Ｇａ
1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）であることを特徴と
するものであり、叉、前記基板の厚さｄ１と前記第２の
半導体層の層厚ｄ３との関係が、ｄ１＜ｄ３であること
を特徴とするものである。
は、厚さｄ１の基板上に、成長速度Ｖ２、成長圧力Ｐ２
の成長条件で少なくとも１つの層からなる第１の半導体
層を層厚ｄ２成長させた後、前記基板を装置外に取り出
すことなく、成長速度Ｖ３、成長圧力Ｐ３の成長条件で
少なくとも１つの層からなる第２の半導体層を層厚ｄ３
成長させるプロセスを含む気相エピタキシャル成長法に
おいて、Ｖ２＜Ｖ３、且つＰ２＜Ｐ３、且つｄ２＜ｄ３
なる条件を満たす気相エピタキシャル成長法によって形
成されたウエハから前記基板を除去して得られる前記第
１の半導体層と第２の半導体層とからなるものであり、
叉、更に、前記第１の半導体層又は第２の半導体層の何
れかを除去したことを特徴とするものであり、叉、前記
第１の半導体層と第２の半導体層とが共にｎ型或いは共
にｐ型であることを特徴とするものであり、叉、前記第
１の半導体層或いは第２の半導体層の少なくとも１つの
層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ
１，Ｚ１≦１）であることを特徴とするものであり、
叉、前記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧａＡｓで
あり、前記第１の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌ
X2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第２の半導
体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ（０≦Ｙ
２≦１）であることを特徴とするものであり、叉、前記
第１の半導体層がＧａＮ或いはＡｌＮ或いはＧａＮ／Ａ
ｌＮ超格子であり、前記第２の半導体層がＡｌY3Ｇａ
1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）であることを特徴と
するものであり、叉、前記基板の厚さｄ１と前記第２の
半導体層の層厚ｄ３との関係が、ｄ１＜ｄ３であること
を特徴とするものである。
【００３６】叉、本発明に係わる半導体基板は、厚さｄ
１の基板上に第１の半導体層を層厚ｄ２成長させた後、
第２の半導体層を層厚ｄ３を気相エピタキシャル成長法
で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条件を満たす半導体基板で
あって、前記第１の半導体層或いは第２の半導体層３少
なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ1-X1-Y1-Z1Ｎ
（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であることを特徴とする
ものであり、叉、厚さｄ１の基板上に第１の半導体層を
層厚ｄ２成長させた後、第２の半導体層を層厚ｄ３を気
相エピタキシャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条
件を満たす半導体基板であって、前記基板がサファイア
或いはＳｉ或いはＧａＡｓであり、前記第１の半導体層
の少なくとも１つの層がＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦
１）であり、前記第２の半導体層の少なくとも１つの層
がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ（０≦Ｙ２≦１）であることを特徴
とするものであり、叉、厚さｄ１の基板上に第１の半導
体層を層厚ｄ２成長させた後、第２の半導体層を層厚ｄ
３を気相エピタキシャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３
なる条件を満たす半導体基板であって、前記第１の半導
体層がＧａＮ或いはＡｌＮ或いはＧａＮ／ＡｌＮ超格子
であり、前記第２の半導体層がＡｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．
０５≦Ｙ３≦０．５）であることを特徴とするものであ
り、叉、前記基板の厚さｄ１と前記第２の半導体層の層
厚ｄ３との関係が、ｄ１＜ｄ３であることを特徴とする
ものであり、叉、前記第１の半導体層と第２の半導体層
とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを特徴とするも
のである。
１の基板上に第１の半導体層を層厚ｄ２成長させた後、
第２の半導体層を層厚ｄ３を気相エピタキシャル成長法
で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条件を満たす半導体基板で
あって、前記第１の半導体層或いは第２の半導体層３少
なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ1-X1-Y1-Z1Ｎ
（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であることを特徴とする
ものであり、叉、厚さｄ１の基板上に第１の半導体層を
層厚ｄ２成長させた後、第２の半導体層を層厚ｄ３を気
相エピタキシャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条
件を満たす半導体基板であって、前記基板がサファイア
或いはＳｉ或いはＧａＡｓであり、前記第１の半導体層
の少なくとも１つの層がＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦
１）であり、前記第２の半導体層の少なくとも１つの層
がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ（０≦Ｙ２≦１）であることを特徴
とするものであり、叉、厚さｄ１の基板上に第１の半導
体層を層厚ｄ２成長させた後、第２の半導体層を層厚ｄ
３を気相エピタキシャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３
なる条件を満たす半導体基板であって、前記第１の半導
体層がＧａＮ或いはＡｌＮ或いはＧａＮ／ＡｌＮ超格子
であり、前記第２の半導体層がＡｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．
０５≦Ｙ３≦０．５）であることを特徴とするものであ
り、叉、前記基板の厚さｄ１と前記第２の半導体層の層
厚ｄ３との関係が、ｄ１＜ｄ３であることを特徴とする
ものであり、叉、前記第１の半導体層と第２の半導体層
とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを特徴とするも
のである。
【００３７】叉、本発明に係わるハイドライド気相エピ
タキシー装置の態様は、サファイア製の反応管或いは基
板を取り囲むように設置されたサファイア製の内挿管を
有し、Ａｌを含む結晶の成長を可能にすると共に、１０
ｔｏｒｒ以上８００ｔｏｒｒ未満の圧力で成長可能にし
たことを特徴とするものである。
タキシー装置の態様は、サファイア製の反応管或いは基
板を取り囲むように設置されたサファイア製の内挿管を
有し、Ａｌを含む結晶の成長を可能にすると共に、１０
ｔｏｒｒ以上８００ｔｏｒｒ未満の圧力で成長可能にし
たことを特徴とするものである。
【００３８】
【発明の効果】本発明の成長法は、高品質のｎ−ＡｌＧ
ａＮ厚膜基板を効率良く生産できる。叉、本発明のハイ
ドライド気相成長装置は、Ａｌを含む高品質の半導体膜
を安全に生産できる。本発明のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ
厚膜基板上にｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド、ＧａＮ
或いはＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸の活性層、ｐ
−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド、ｐ−ＧａＮコンタクト
層を順次形成しｐ電極とｎ電極を付けるとＡｌＧａＮ系
のＬＤが得られる。ＡｌＧａＮ系のＬＤはＧａＮ基板の
ものより、光閉じ込めやキャリア閉じ込めが優れている
ので、発光効率が高く、閾電流値の低い優れたＬＤが得
られる。活性層への歪みも少なく放熱特性も良いので連
続発振における素子の信頼性が向上する。発光波長もよ
り短波長化できるので、光ディスクの記録密度を向上で
きる利点がある。
ａＮ厚膜基板を効率良く生産できる。叉、本発明のハイ
ドライド気相成長装置は、Ａｌを含む高品質の半導体膜
を安全に生産できる。本発明のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ
厚膜基板上にｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド、ＧａＮ
或いはＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸の活性層、ｐ
−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド、ｐ−ＧａＮコンタクト
層を順次形成しｐ電極とｎ電極を付けるとＡｌＧａＮ系
のＬＤが得られる。ＡｌＧａＮ系のＬＤはＧａＮ基板の
ものより、光閉じ込めやキャリア閉じ込めが優れている
ので、発光効率が高く、閾電流値の低い優れたＬＤが得
られる。活性層への歪みも少なく放熱特性も良いので連
続発振における素子の信頼性が向上する。発光波長もよ
り短波長化できるので、光ディスクの記録密度を向上で
きる利点がある。
【図１】本発明の第１の具体例であるハイドライドＶＰ
Ｅ装置の側面図である。
Ｅ装置の側面図である。
【図２】本発明の第１の具体例であるハイドライドＶＰ
Ｅ装置の正面図である。
Ｅ装置の正面図である。
【図３】本発明の第２の具体例のエピタキシャル基板の
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の第２の具体例のＡｌＧａＮ基板の断面
図である。
図である。
【図５】本発明の第２の具体例の成長条件の時間変化を
示すグラフである。
示すグラフである。
１００ サファイア製反応管 １０１ サファイア製内挿管 １０２ 基板操作ロッド １０３ ロータリーポンプ １０４ 圧力調節弁 １０５ 基板ホルダ １０６ 基板 １０８ 待機室 １０９ サファイア製仕切り板 １１０ ガス導入口 １１１ ガス導入管 １１２ ガス導入口 １１３ 高純度Ｇａソース １１４ 原料ボート １１５ 成長室 １１６ 排気口 ２００ サファイア製底板 ２０２ 高純度Ａｌソースソース ３０１ サファイア基板 ３０２ 減圧低温低速成長のＧａＮ薄膜層 ３０３ 減圧高温中速成長のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ薄
膜層 ３０４ 常圧高温高速成長のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚
膜層 ３０５ 常圧高温中速成長のｎ−ＧａＮ薄膜保護層 ４０１ 減圧高温中速成長のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ薄
膜層 ４０２ 常圧高温高速成長のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚
膜層 ４０３ 常圧高温中速成長のｎ−ＧａＮ薄膜保護層
膜層 ３０４ 常圧高温高速成長のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚
膜層 ３０５ 常圧高温中速成長のｎ−ＧａＮ薄膜保護層 ４０１ 減圧高温中速成長のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ薄
膜層 ４０２ 常圧高温高速成長のｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ厚
膜層 ４０３ 常圧高温中速成長のｎ−ＧａＮ薄膜保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA31 AA40 CA33 CA34 CA35 CA40 CA46 CA64 CA65 5F045 AA04 AA06 AB09 AB14 AB17 AB19 AC03 AC12 AC13 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AE21 AE23 AE25 AE30 AF03 AF04 AF09 AF13 BB08 BB09 BB16 CA12 DA54 DA55 DQ06 DQ08 DQ12 EC05 HA12 5F073 CA07 CB02 CB04 CB05 CB07 DA04 DA05 EA29
Claims (24)
- 【請求項１】 厚さｄ１の基板上に、成長速度Ｖ２、成
長圧力Ｐ２の成長条件で少なくとも１つの層からなる第
１の半導体層を層厚ｄ２成長させた後、前記基板を装置
外に取り出すことなく、成長速度Ｖ３、成長圧力Ｐ３の
成長条件で少なくとも１つの層からなる第２の半導体層
を層厚ｄ３成長させるプロセスを含む気相エピタキシャ
ル成長法において、Ｖ２＜Ｖ３、且つＰ２＜Ｐ３、且つ
ｄ２＜ｄ３なる条件を満たすことを特徴とする気相エピ
タキシャル成長法。 - 【請求項２】 前記第１の半導体層の成長温度Ｔ２、第
２の半導体層の成長温度Ｔ３が、Ｔ２＜Ｔ３なる条件を
満たすことを特徴とする請求項1記載の気相エピタキシ
ャル成長法。 - 【請求項３】 前記気相エピタキシャル成長法が、ハイ
ドライド気相エピタキシャル成長法或いは有機金属気相
エピタキシャル成長法であることを特徴とする請求項１
又は２記載の気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項４】 成長速度Ｖ２、Ｖ３が夫々、０μｍ／ｈ
＜Ｖ２＜４μｍ／ｈ、４μｍ／ｈ＜Ｖ３＜４００μｍ／
ｈなる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至３の
何れかに記載の気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項５】 成長圧力Ｐ２、Ｐ３が夫々、１ｔｏｒｒ
＜Ｐ２＜２００ｔｏｒｒ、２００ｔｏｒｒ＜Ｐ３＜１０
００ｔｏｒｒなる条件を満たすことを特徴とする請求項
１乃至４の何れかに記載の気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項６】 成長層厚ｄ２、ｄ３が夫々、０ｎｍ＜ｄ
２＜５００ｎｍ、１０μｍ＜ｄ３＜１ｍｍなる条件を満
たすことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の
気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項７】 成長温度Ｔ２、Ｔ３が夫々、４００℃＜
Ｔ２＜７００℃、７００℃＜Ｔ３＜１２００℃なる条件
を満たすことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記
載の気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項８】 前記第１の半導体層と第２の半導体層と
が共にｎ型或いは共にｐ型であることを特徴とする請求
項１乃至７の何れかに記載の気相エピタキシャル成長
法。 - 【請求項９】 前記第１の半導体層或いは第２の半導体
層の少なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ
1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であること
を特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の気相エピ
タキシャル成長法。 - 【請求項１０】 前記基板がサファイア或いはＳｉ或い
はＧａＡｓであり、前記第１の半導体層の少なくとも１
つの層がＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前
記第２の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ
1-Y2Ｎ（０≦Ｙ２≦１）であることを特徴とする請求項
１乃至９の何れかに記載の気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項１１】 前記第１の半導体層がＧａＮ或いはＡ
ｌＮ或いはＧａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第２の半
導体層がＡｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）
であることを特徴とする請求項９乃至１１の何れかに記
載の気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項１２】 厚さｄ１の基板上に、成長速度Ｖ２、
成長圧力Ｐ２の成長条件で少なくとも１つの層からなる
第１の半導体層を層厚ｄ２成長させた後、前記基板を装
置外に取り出すことなく、成長速度Ｖ３、成長圧力Ｐ３
の成長条件で少なくとも１つの層からなる第２の半導体
層を層厚ｄ３成長させるプロセスを含む気相エピタキシ
ャル成長法において、 Ｖ２＜Ｖ３、且つＰ２＜Ｐ３、且つｄ２＜ｄ３なる条件
を満たす気相エピタキシャル成長法によって形成された
ウエハから前記基板を除去して得られる前記第１の半導
体層と第２の半導体層とからなる半導体基板の製造方
法。 - 【請求項１３】 更に、前記第１の半導体層又は第２の
半導体層の何れかを除去したことを特徴とする請求項１
２記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項１４】 前記第１の半導体層と第２の半導体層
とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを特徴とする請
求項１２又は１３記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項１５】 前記第１の半導体層或いは第２の半導
体層の少なくとも１つの層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ
1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であること
を特徴とする請求項１２乃至１４の何れかに記載の半導
体基板の製造方法。 - 【請求項１６】 前記基板がサファイア或いはＳｉ或い
はＧａＡｓであり、前記第１の半導体層の少なくとも１
つの層がＡｌX2Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前
記第２の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ
1-Y2Ｎ（０≦Ｙ２≦１）であることを特徴とする請求項
１２乃至１５の何れかに記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項１７】 前記第１の半導体層がＧａＮ或いはＡ
ｌＮ或いはＧａＮ／ＡｌＮ超格子であり、前記第２の半
導体層がＡｌY3Ｇａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）
であることを特徴とする請求項１２乃至１６の何れかに
記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項１８】 前記基板の厚さｄ１と前記第２の半導
体層の層厚ｄ３との関係が、ｄ１＜ｄ３であることを特
徴とする請求項１３乃至１７の何れかに記載の半導体基
板の製造方法。 - 【請求項１９】 厚さｄ１の基板上に第１の半導体層を
層厚ｄ２成長させた後、第２の半導体層を層厚ｄ３を気
相エピタキシャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条
件を満たす半導体基板であって、 前記第１の半導体層或いは第２の半導体層３少なくとも
１つの層がＢX1ＡｌY1ＧａZ1Ｉｎ1-X1-Y1-Z1Ｎ（０≦Ｘ
１，Ｙ１，Ｚ１≦１）であることを特徴とする半導体基
板。 - 【請求項２０】 厚さｄ１の基板上に第１の半導体層を
層厚ｄ２成長させた後、第２の半導体層を層厚ｄ３を気
相エピタキシャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条
件を満たす半導体基板であって、 前記基板がサファイア或いはＳｉ或いはＧａＡｓであ
り、前記第１の半導体層の少なくとも１つの層がＡｌX2
Ｇａ1-X2Ｎ（０≦Ｘ２≦１）であり、前記第２の半導体
層の少なくとも１つの層がＡｌY2Ｇａ1-Y2Ｎ（０≦Ｙ２
≦１）であることを特徴とする導体基板。 - 【請求項２１】 厚さｄ１の基板上に第１の半導体層を
層厚ｄ２成長させた後、第２の半導体層を層厚ｄ３を気
相エピタキシャル成長法で成長させ、ｄ２＜ｄ３なる条
件を満たす半導体基板であって、 前記第１の半導体層がＧａＮ或いはＡｌＮ或いはＧａＮ
／ＡｌＮ超格子であり、前記第２の半導体層がＡｌY3Ｇ
ａ1-Y3Ｎ（０．０５≦Ｙ３≦０．５）であることを特徴
とする半導体基板。 - 【請求項２２】 前記基板の厚さｄ１と前記第２の半導
体層の層厚ｄ３との関係が、ｄ１＜ｄ３であることを特
徴とする請求項１９乃至２１の何れかに記載の半導体基
板。 - 【請求項２３】 前記第１の半導体層と第２の半導体層
とが共にｎ型或いは共にｐ型であることを特徴とする請
求項１９乃至２２の何れかに記載の半導体基板。 - 【請求項２４】 サファイア製の反応管或いは基板を取
り囲むように設置されたサファイア製の内挿管を有し、
Ａｌを含む結晶の成長を可能にすると共に、１０ｔｏｒ
ｒ以上８００ｔｏｒｒ未満の圧力で成長可能にしたこと
を特徴とするハイドライド気相エピタキシー装置。
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