JP2001119103A - 結晶成長方法および結晶成長装置および立方晶系ｉｉｉ族窒化物結晶および半導体デバイス - Google Patents
結晶成長方法および結晶成長装置および立方晶系ｉｉｉ族窒化物結晶および半導体デバイスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板をチップ状に切り出す際の歩留りを向上
させ、基板をチップ状に切り出す際のコストを著しく低
減させることの可能な結晶成長方法および結晶成長装置
および立方晶系III族窒化物結晶および半導体デバイス
を提供する。 【解決手段】 反応容器１０１内で、アルカリ金属およ
び少なくともIII族金属元素(例えば、Ｇａ(ガリウム))
を含む物質（１０２）と少なくとも窒素元素を含む物質
（１０３）とから、III族金属元素と窒素元素とにより
構成される立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させる。
させ、基板をチップ状に切り出す際のコストを著しく低
減させることの可能な結晶成長方法および結晶成長装置
および立方晶系III族窒化物結晶および半導体デバイス
を提供する。 【解決手段】 反応容器１０１内で、アルカリ金属およ
び少なくともIII族金属元素(例えば、Ｇａ(ガリウム))
を含む物質（１０２）と少なくとも窒素元素を含む物質
（１０３）とから、III族金属元素と窒素元素とにより
構成される立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶成長方法およ
び結晶成長装置および立方晶系III族窒化物結晶および
半導体デバイスに関する。
び結晶成長装置および立方晶系III族窒化物結晶および
半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、紫〜青〜緑色光源として用いられ
ているＩｎＧａＡｌＮ系(III族窒化物)デバイスは、そ
のほとんどがサファイアあるいはＳｉＣ基板上にＭＯ−
ＣＶＤ法(有機金属化学気相成長法)やＭＢＥ法(分子線
結晶成長法)等を用いた結晶成長により作製されてい
る。サファイアやＳｉＣを基板として用いる場合には、
III族窒化物との熱膨張係数差や格子定数差が大きいこ
とに起因する結晶欠陥が多くなる。このために、デバイ
ス特性が悪く、例えば発光デバイスの寿命を長くするこ
とが困難であったり、動作電力が大きくなったりすると
いう問題がある。
ているＩｎＧａＡｌＮ系(III族窒化物)デバイスは、そ
のほとんどがサファイアあるいはＳｉＣ基板上にＭＯ−
ＣＶＤ法(有機金属化学気相成長法)やＭＢＥ法(分子線
結晶成長法)等を用いた結晶成長により作製されてい
る。サファイアやＳｉＣを基板として用いる場合には、
III族窒化物との熱膨張係数差や格子定数差が大きいこ
とに起因する結晶欠陥が多くなる。このために、デバイ
ス特性が悪く、例えば発光デバイスの寿命を長くするこ
とが困難であったり、動作電力が大きくなったりすると
いう問題がある。
【０００３】さらに、サファイア基板の場合には絶縁性
であるために、従来の発光デバイスのように基板側から
の電極取り出しが不可能であり、結晶成長した窒化物半
導体表面側からの電極取り出しが必要となる。その結
果、デバイス面積が大きくなり、高コストにつながると
いう問題がある。また、サファイア基板上に作製したII
I族窒化物半導体デバイスは劈開によるチップ分離が困
難であり、レーザダイオード(ＬＤ)で必要とされる共振
器端面を劈開で得ることが容易ではない。このため、現
在はドライエッチングによる共振器端面形成や、あるい
はサファイア基板を１００μｍ以下の厚さまで研磨した
後に、劈開に近い形での共振器端面形成を行なってい
る。この場合にも、従来のＬＤのような共振器端面とチ
ップ分離を単一工程で、容易に行なうことが不可能であ
り、工程の複雑化ひいてはコスト高につながる。
であるために、従来の発光デバイスのように基板側から
の電極取り出しが不可能であり、結晶成長した窒化物半
導体表面側からの電極取り出しが必要となる。その結
果、デバイス面積が大きくなり、高コストにつながると
いう問題がある。また、サファイア基板上に作製したII
I族窒化物半導体デバイスは劈開によるチップ分離が困
難であり、レーザダイオード(ＬＤ)で必要とされる共振
器端面を劈開で得ることが容易ではない。このため、現
在はドライエッチングによる共振器端面形成や、あるい
はサファイア基板を１００μｍ以下の厚さまで研磨した
後に、劈開に近い形での共振器端面形成を行なってい
る。この場合にも、従来のＬＤのような共振器端面とチ
ップ分離を単一工程で、容易に行なうことが不可能であ
り、工程の複雑化ひいてはコスト高につながる。
【０００４】この問題を解決するために、サファイア基
板上にIII族窒化物半導体膜を選択横方向成長やその他
の工夫を行なうことで、結晶欠陥を低減させることが提
案されている。
板上にIII族窒化物半導体膜を選択横方向成長やその他
の工夫を行なうことで、結晶欠陥を低減させることが提
案されている。
【０００５】例えば文献「Japanese Journal of App
lied Physics Vol.36 (1997) Part 2， No.12A,
L1568-1571」(以下、第１の従来技術と称す)には、図
４に示すようなレーザダイオード(ＬＤ)が示されてい
る。図４のレーザダイオードは、ＭＯ−ＶＰＥ(有機金
属気相成長)装置にてサファイア基板１上にＧａＮ低温
バッファ層２とＧａＮ層３を順次成長した後に、選択成
長用のＳｉＯ2マスク４を形成する。このＳｉＯ2マスク
４は、別のＣＶＤ(化学気相堆積)装置にてＳｉＯ2膜を
堆積した後に、フォトリソグラフィー，エッチング工程
を経て形成される。次に、このＳｉＯ2マスク４上に再
度、ＭＯ−ＶＰＥ装置にて２０μｍの厚さのＧａＮ膜
３’を成長することで、横方向にＧａＮが選択成長し、
選択横方向成長を行なわない場合に比較して結晶欠陥を
低減させている。さらに、その上層に形成されている変
調ドープ歪み超格子層(ＭＤ−ＳＬＳ)５を導入すること
で、活性層６へ結晶欠陥が延びることを防いでいる。こ
の結果、選択横方向成長および変調ドープ歪み超格子層
を用いない場合に比較して、デバイス寿命を長くするこ
とが可能となる。
lied Physics Vol.36 (1997) Part 2， No.12A,
L1568-1571」(以下、第１の従来技術と称す)には、図
４に示すようなレーザダイオード(ＬＤ)が示されてい
る。図４のレーザダイオードは、ＭＯ−ＶＰＥ(有機金
属気相成長)装置にてサファイア基板１上にＧａＮ低温
バッファ層２とＧａＮ層３を順次成長した後に、選択成
長用のＳｉＯ2マスク４を形成する。このＳｉＯ2マスク
４は、別のＣＶＤ(化学気相堆積)装置にてＳｉＯ2膜を
堆積した後に、フォトリソグラフィー，エッチング工程
を経て形成される。次に、このＳｉＯ2マスク４上に再
度、ＭＯ−ＶＰＥ装置にて２０μｍの厚さのＧａＮ膜
３’を成長することで、横方向にＧａＮが選択成長し、
選択横方向成長を行なわない場合に比較して結晶欠陥を
低減させている。さらに、その上層に形成されている変
調ドープ歪み超格子層(ＭＤ−ＳＬＳ)５を導入すること
で、活性層６へ結晶欠陥が延びることを防いでいる。こ
の結果、選択横方向成長および変調ドープ歪み超格子層
を用いない場合に比較して、デバイス寿命を長くするこ
とが可能となる。
【０００６】この第１の従来技術の場合には、サファイ
ア基板上にＧａＮ膜を選択横方向成長しない場合に比べ
て、結晶欠陥を低減させることが可能となるが、サファ
イア基板を用いることによる、絶縁性と劈開に関する前
述の問題は依然として残っている。さらには、ＳｉＯ2
マスク形成工程を挟んで、ＭＯ−ＶＰＥ装置による結晶
成長が２回必要となり、工程が複雑化するという問題が
新たに生じる。
ア基板上にＧａＮ膜を選択横方向成長しない場合に比べ
て、結晶欠陥を低減させることが可能となるが、サファ
イア基板を用いることによる、絶縁性と劈開に関する前
述の問題は依然として残っている。さらには、ＳｉＯ2
マスク形成工程を挟んで、ＭＯ−ＶＰＥ装置による結晶
成長が２回必要となり、工程が複雑化するという問題が
新たに生じる。
【０００７】また、別の方法として、例えば文献「Appl
ied Physics Letters, Vol.73,No.6, P832-834 (1
998)」(以下、第２の従来技術と称す)には、ＧａＮ厚膜
基板を応用することが提案されている。この第２の従来
技術では、前述の第１の従来技術の２０μｍの選択横方
向成長後に、Ｈ−ＶＰＥ(ハイドライド気相成長)装置に
て２００μｍのＧａＮ厚膜を成長し、その後に、この厚
膜成長したＧａＮ膜を１５０μｍの厚さになるように、
サファイア基板側から研磨することにより、ＧａＮ基板
を作製する。このＧａＮ基板上にＭＯ−ＶＰＥ装置を用
いて、ＬＤデバイスとして必要な結晶成長を順次行な
い、ＬＤデバイスを作製する。この結果、結晶欠陥の問
題に加えて、サファイア基板を用いることによる絶縁性
と劈開に関する前述の問題点を解決することが可能とな
る。
ied Physics Letters, Vol.73,No.6, P832-834 (1
998)」(以下、第２の従来技術と称す)には、ＧａＮ厚膜
基板を応用することが提案されている。この第２の従来
技術では、前述の第１の従来技術の２０μｍの選択横方
向成長後に、Ｈ−ＶＰＥ(ハイドライド気相成長)装置に
て２００μｍのＧａＮ厚膜を成長し、その後に、この厚
膜成長したＧａＮ膜を１５０μｍの厚さになるように、
サファイア基板側から研磨することにより、ＧａＮ基板
を作製する。このＧａＮ基板上にＭＯ−ＶＰＥ装置を用
いて、ＬＤデバイスとして必要な結晶成長を順次行な
い、ＬＤデバイスを作製する。この結果、結晶欠陥の問
題に加えて、サファイア基板を用いることによる絶縁性
と劈開に関する前述の問題点を解決することが可能とな
る。
【０００８】しかしながら、第２の従来技術は、第１の
従来技術よりもさらに工程が複雑になっており、より一
層のコスト高となる。また、第２の従来技術の方法で２
００μｍものＧａＮ厚膜を成長させる場合には、基板で
あるサファイアとの格子定数差および熱膨張係数差に伴
う応力が大きくなり、基板の反りやクラックが生じると
いう問題が新たに発生する。
従来技術よりもさらに工程が複雑になっており、より一
層のコスト高となる。また、第２の従来技術の方法で２
００μｍものＧａＮ厚膜を成長させる場合には、基板で
あるサファイアとの格子定数差および熱膨張係数差に伴
う応力が大きくなり、基板の反りやクラックが生じると
いう問題が新たに発生する。
【０００９】この問題を回避するために、特開平１０−
２５６６６２号では、厚膜成長する元の基板（サファイ
アとスピネル）の厚さを１ｍｍ以上とすることが提案さ
れている。このように、厚さ１ｍｍ以上の基板を用いる
ことにより、２００μｍの厚膜のＧａＮ膜を成長させて
も、基板の反りやクラックを生じさせないようにしてい
る。しかしながら、このように厚い基板は、基板自体の
コストが高く、また研磨に多くの時間を費やす必要があ
り、研磨工程のコストアップにつながる。すなわち、厚
い基板を用いる場合には、薄い基板を用いる場合に比べ
て、コストが高くなる。また、厚い基板を用いる場合に
は、厚膜のＧａＮ膜を成長した後には基板の反りやクラ
ックが生じないが、研磨の工程で応力緩和し、研磨途中
で反りやクラックが発生する。このため、厚い基板を用
いても容易に、結晶品質の高いＧａＮ基板を大面積化で
作製することはできない。
２５６６６２号では、厚膜成長する元の基板（サファイ
アとスピネル）の厚さを１ｍｍ以上とすることが提案さ
れている。このように、厚さ１ｍｍ以上の基板を用いる
ことにより、２００μｍの厚膜のＧａＮ膜を成長させて
も、基板の反りやクラックを生じさせないようにしてい
る。しかしながら、このように厚い基板は、基板自体の
コストが高く、また研磨に多くの時間を費やす必要があ
り、研磨工程のコストアップにつながる。すなわち、厚
い基板を用いる場合には、薄い基板を用いる場合に比べ
て、コストが高くなる。また、厚い基板を用いる場合に
は、厚膜のＧａＮ膜を成長した後には基板の反りやクラ
ックが生じないが、研磨の工程で応力緩和し、研磨途中
で反りやクラックが発生する。このため、厚い基板を用
いても容易に、結晶品質の高いＧａＮ基板を大面積化で
作製することはできない。
【００１０】一方、文献「Journal of Crystal Grow
th, Vol.189/190, p.153-158 (1998)」(以下、第３
の従来技術と称す)には、ＧａＮのバルク結晶を成長さ
せ、それをホモエピタキシャル基板として用いることが
提案されている。この技術は、１４００〜１７００℃の
高温、および数１０ｋｂａｒもの超高圧の窒素圧力中
で、液体ＧａからＧａＮを結晶成長させる手法となって
いる。この場合には、このバルク成長したＧａＮ基板を
用いて、デバイスに必要なIII族窒化物半導体膜を成長
することが可能となる。従って、第１および第２の従来
技術のように工程を複雑化させることなく、ＧａＮ基板
を提供できる。
th, Vol.189/190, p.153-158 (1998)」(以下、第３
の従来技術と称す)には、ＧａＮのバルク結晶を成長さ
せ、それをホモエピタキシャル基板として用いることが
提案されている。この技術は、１４００〜１７００℃の
高温、および数１０ｋｂａｒもの超高圧の窒素圧力中
で、液体ＧａからＧａＮを結晶成長させる手法となって
いる。この場合には、このバルク成長したＧａＮ基板を
用いて、デバイスに必要なIII族窒化物半導体膜を成長
することが可能となる。従って、第１および第２の従来
技術のように工程を複雑化させることなく、ＧａＮ基板
を提供できる。
【００１１】しかしながら、第３の従来技術では、高
温，高圧中での結晶成長が必要となり、それに耐えうる
反応容器が極めて高価になるという問題がある。加え
て、このような成長方法をもってしても、得られる結晶
の大きさは高々１ｃｍ程度であり、デバイスを実用化す
るには小さ過ぎるという問題がある。
温，高圧中での結晶成長が必要となり、それに耐えうる
反応容器が極めて高価になるという問題がある。加え
て、このような成長方法をもってしても、得られる結晶
の大きさは高々１ｃｍ程度であり、デバイスを実用化す
るには小さ過ぎるという問題がある。
【００１２】この高温，高圧中でのＧａＮ結晶成長の問
題点を解決する手法として、文献「Chemistry of Mat
erials Vol.9 (1997) p.413-416」(以下、第４の従
来技術と称す)には、Ｎａをフラックスとして用いたＧ
ａＮ結晶成長方法が提案されている。この方法は、フラ
ックスとしてのアジ化ナトリウム(ＮａＮ3)と金属Ｇａ
とを原料として、ステンレス製の反応容器(容器内寸
法；内径＝７．５ｍｍ、長さ＝１００ｍｍ)に窒素雰囲
気で封入し、その反応容器を６００〜８００℃の温度で
２４〜１００時間保持することにより、ＧａＮ結晶を成
長させるものである。この第４の従来技術の場合には、
６００〜８００℃程度の比較的低温での結晶成長が可能
であり、容器内圧力も高々１００ｋｇ／ｃｍ2程度と第
３の従来技術に比較して圧力を低くできる点が特徴であ
る。しかし、この方法の問題点としては、得られる結晶
の大きさが１ｍｍに満たない程度に小さい点である。こ
の程度の大きさではデバイスを実用化するには第３の従
来技術の場合と同様に小さすぎる。
題点を解決する手法として、文献「Chemistry of Mat
erials Vol.9 (1997) p.413-416」(以下、第４の従
来技術と称す)には、Ｎａをフラックスとして用いたＧ
ａＮ結晶成長方法が提案されている。この方法は、フラ
ックスとしてのアジ化ナトリウム(ＮａＮ3)と金属Ｇａ
とを原料として、ステンレス製の反応容器(容器内寸
法；内径＝７．５ｍｍ、長さ＝１００ｍｍ)に窒素雰囲
気で封入し、その反応容器を６００〜８００℃の温度で
２４〜１００時間保持することにより、ＧａＮ結晶を成
長させるものである。この第４の従来技術の場合には、
６００〜８００℃程度の比較的低温での結晶成長が可能
であり、容器内圧力も高々１００ｋｇ／ｃｍ2程度と第
３の従来技術に比較して圧力を低くできる点が特徴であ
る。しかし、この方法の問題点としては、得られる結晶
の大きさが１ｍｍに満たない程度に小さい点である。こ
の程度の大きさではデバイスを実用化するには第３の従
来技術の場合と同様に小さすぎる。
【００１３】また、これらの従来技術で得られる基板や
デバイスの作製に用いられる基板の結晶系は、六方晶系
のものになっている。そのため、最終的にデバイスを作
製する際、基板を矩形のチップ状に切り出す時に、六方
晶系特有の方位面で劈開しないような工夫（例えばダイ
シング等の工程）を行う必要がある。その場合でも、チ
ップ状に切り出す際の歩留まりが低減するという問題が
生じる。また、こうした工夫を行うことで工程のコスト
が高くなるという問題も生じる。
デバイスの作製に用いられる基板の結晶系は、六方晶系
のものになっている。そのため、最終的にデバイスを作
製する際、基板を矩形のチップ状に切り出す時に、六方
晶系特有の方位面で劈開しないような工夫（例えばダイ
シング等の工程）を行う必要がある。その場合でも、チ
ップ状に切り出す際の歩留まりが低減するという問題が
生じる。また、こうした工夫を行うことで工程のコスト
が高くなるという問題も生じる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、基板をチッ
プ状に切り出す際の歩留りを向上させ、基板をチップ状
に切り出す際のコストを著しく低減させることの可能な
結晶成長方法および結晶成長装置および立方晶系III族
窒化物結晶および半導体デバイスを提供することを目的
としている。
プ状に切り出す際の歩留りを向上させ、基板をチップ状
に切り出す際のコストを著しく低減させることの可能な
結晶成長方法および結晶成長装置および立方晶系III族
窒化物結晶および半導体デバイスを提供することを目的
としている。
【００１５】さらに、本発明は、第１や第２の従来技術
の問題点である工程を複雑化させることなく、第３の従
来技術の問題点である高価な反応容器を用いることな
く、かつ第３や第４の従来技術の問題点である結晶の大
きさが小さくなることなく、高性能の発光ダイオードや
ＬＤ等のデバイスを作製するための実用的な大きさのII
I族窒化物結晶および半導体デバイスを提供し、また、
このようなIII族窒化物結晶を成長させることの可能な
結晶成長方法および結晶成長装置を提供することを目的
としている。
の問題点である工程を複雑化させることなく、第３の従
来技術の問題点である高価な反応容器を用いることな
く、かつ第３や第４の従来技術の問題点である結晶の大
きさが小さくなることなく、高性能の発光ダイオードや
ＬＤ等のデバイスを作製するための実用的な大きさのII
I族窒化物結晶および半導体デバイスを提供し、また、
このようなIII族窒化物結晶を成長させることの可能な
結晶成長方法および結晶成長装置を提供することを目的
としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、アルカリ金属および少なく
ともIII族金属元素を含む物質と少なくとも窒素元素を
含む物質とから、III族金属元素と窒素元素とにより構
成される立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させること
を特徴としている。
に、請求項１記載の発明は、アルカリ金属および少なく
ともIII族金属元素を含む物質と少なくとも窒素元素を
含む物質とから、III族金属元素と窒素元素とにより構
成される立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させること
を特徴としている。
【００１７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の結晶成長方法において、アルカリ金属がカリウムで
あることを特徴としている。
載の結晶成長方法において、アルカリ金属がカリウムで
あることを特徴としている。
【００１８】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の結晶成長方法において、アルカリ金属としてナトリ
ウムを用いて、低温で立方晶系のIII族窒化物を結晶成
長させることを特徴としている。
載の結晶成長方法において、アルカリ金属としてナトリ
ウムを用いて、低温で立方晶系のIII族窒化物を結晶成
長させることを特徴としている。
【００１９】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の結晶成長方法において、結晶成長温度を６００℃以
下にして、立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させるこ
とを特徴としている。
載の結晶成長方法において、結晶成長温度を６００℃以
下にして、立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させるこ
とを特徴としている。
【００２０】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか一項に記載の結晶成長方法におい
て、アルカリ金属と少なくともIII族金属元素を含む物
質との混合融液中あるいは混合融液表面で、立方晶系の
III族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
至請求項４のいずれか一項に記載の結晶成長方法におい
て、アルカリ金属と少なくともIII族金属元素を含む物
質との混合融液中あるいは混合融液表面で、立方晶系の
III族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００２１】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の結晶成長方法を用い
て立方晶系のIII族窒化物結晶の結晶成長を行う結晶成
長装置である。
至請求項５のいずれか一項に記載の結晶成長方法を用い
て立方晶系のIII族窒化物結晶の結晶成長を行う結晶成
長装置である。
【００２２】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の結晶成長方法を用い
て結晶成長させた立方晶系III族窒化物結晶である。
至請求項５のいずれか一項に記載の結晶成長方法を用い
て結晶成長させた立方晶系III族窒化物結晶である。
【００２３】また、請求項８記載の発明は、請求項７記
載の立方晶系III族窒化物結晶を用いて作製された半導
体デバイスである。
載の立方晶系III族窒化物結晶を用いて作製された半導
体デバイスである。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明は、反応容器内で、アルカリ
金属および少なくともIII族金属元素(例えば、Ｇａ(ガ
リウム))を含む物質と少なくとも窒素元素を含む物質と
から、III族金属元素と窒素元素とにより構成される立
方晶系のIII族窒化物を結晶成長させることを特徴とし
ている。
基づいて説明する。本発明は、反応容器内で、アルカリ
金属および少なくともIII族金属元素(例えば、Ｇａ(ガ
リウム))を含む物質と少なくとも窒素元素を含む物質と
から、III族金属元素と窒素元素とにより構成される立
方晶系のIII族窒化物を結晶成長させることを特徴とし
ている。
【００２５】より詳細に、反応容器は、III族窒化物が
結晶成長できるように温度制御可能となっている。ま
た、反応容器内には、アルカリ金属と、少なくともIII
族金属元素を含む物質と、少なくとも窒素元素を含む物
質とが存在するように構成されている。ここで、少なく
ともIII族金属元素を含む物質と、少なくとも窒素元素
を含む物質とが、III族窒化物の原料となっている。
結晶成長できるように温度制御可能となっている。ま
た、反応容器内には、アルカリ金属と、少なくともIII
族金属元素を含む物質と、少なくとも窒素元素を含む物
質とが存在するように構成されている。ここで、少なく
ともIII族金属元素を含む物質と、少なくとも窒素元素
を含む物質とが、III族窒化物の原料となっている。
【００２６】本発明の一実施形態では、上記アルカリ金
属として、Ｋ（カリウム）を用いるようになっている。
属として、Ｋ（カリウム）を用いるようになっている。
【００２７】図１は本発明の一実施形態に係る結晶成長
装置の構成例を示す図である。図１の例では、反応容器
１０１内には、アルカリ金属としてのＫ（カリウム）
と、少なくともIII族金属元素を含む物質としての金属
Ｇａとが収容され、それらはIII族窒化物結晶が成長す
る温度領域で混合融液１０２を形成している。
装置の構成例を示す図である。図１の例では、反応容器
１０１内には、アルカリ金属としてのＫ（カリウム）
と、少なくともIII族金属元素を含む物質としての金属
Ｇａとが収容され、それらはIII族窒化物結晶が成長す
る温度領域で混合融液１０２を形成している。
【００２８】また、反応容器１０１内の空間領域には、
少なくとも窒素元素を含む物質として窒素ガス（Ｎ2）
１０３が充填されている。この窒素ガス１０３は、窒素
供給管１０４を通して、反応容器１０１外から供給可能
な状態となっており、窒素圧力を調整するために、図１
の装置では、圧力調整機構１０５が設けられている。こ
の圧力調整機構１０５は、例えば、圧力センサー及び圧
力調整弁等により構成されており、この圧力調理機構１
０５によって、反応容器１０１内の窒素圧力は、例えば
５０気圧に制御されている。
少なくとも窒素元素を含む物質として窒素ガス（Ｎ2）
１０３が充填されている。この窒素ガス１０３は、窒素
供給管１０４を通して、反応容器１０１外から供給可能
な状態となっており、窒素圧力を調整するために、図１
の装置では、圧力調整機構１０５が設けられている。こ
の圧力調整機構１０５は、例えば、圧力センサー及び圧
力調整弁等により構成されており、この圧力調理機構１
０５によって、反応容器１０１内の窒素圧力は、例えば
５０気圧に制御されている。
【００２９】また、反応容器１０１には、結晶成長可能
な温度に制御可能な加熱装置１０６が具備されている。
加熱装置１０６により反応容器１０１内をIII族窒化物
結晶が成長する温度（例えば７５０℃）に制御すること
で、アルカリ金属であるＫ（カリウム）とIII族金属原
料であるＧａとの混合融液１０２が形成されるようにな
っている。このとき、混合融液１０２からIII族金属で
あるＧａが供給され、加熱装置１０６によって反応容器
１０１内を成長温度に一定保持することで、III族窒化
物結晶としての立方晶系ＧａＮ結晶が混合融液中１０７
及び混合融液表面１０８で結晶成長するようになってい
る。
な温度に制御可能な加熱装置１０６が具備されている。
加熱装置１０６により反応容器１０１内をIII族窒化物
結晶が成長する温度（例えば７５０℃）に制御すること
で、アルカリ金属であるＫ（カリウム）とIII族金属原
料であるＧａとの混合融液１０２が形成されるようにな
っている。このとき、混合融液１０２からIII族金属で
あるＧａが供給され、加熱装置１０６によって反応容器
１０１内を成長温度に一定保持することで、III族窒化
物結晶としての立方晶系ＧａＮ結晶が混合融液中１０７
及び混合融液表面１０８で結晶成長するようになってい
る。
【００３０】図１の結晶成長装置で成長させたＧａＮ単
結晶について、単結晶Ｘ線回折装置を用いてＸ線回折角
度を測定した。この測定値を元に算出したＧａＮの室温
における格子定数ａは、ａ＝４．５０６２±０．０００
９Åであった。
結晶について、単結晶Ｘ線回折装置を用いてＸ線回折角
度を測定した。この測定値を元に算出したＧａＮの室温
における格子定数ａは、ａ＝４．５０６２±０．０００
９Åであった。
【００３１】また、図２には、図１の結晶成長装置で成
長させたＧａＮ結晶のＸ線回折データが示されている。
なお、図２において、ｈ，ｋ，ｌはＸ線の反射指数であ
り、ＦCは立方晶系閃亜鉛鉱型の結晶構造を仮定して計
算された構造因子の計算値、Ｆ0は図１の結晶成長装置
で成長させたＧａＮ結晶について実測したＸ線回折強度
から求めた構造因子の実測値、ｓは構造因子の実測値の
測定誤差である。立方晶系閃亜鉛鉱型の結晶構造を仮定
して計算された構造因子と、実測したＸ線回折強度から
求めた構造因子は、図２からわかるように、信頼度因子
２．１％の値で良く一致している。
長させたＧａＮ結晶のＸ線回折データが示されている。
なお、図２において、ｈ，ｋ，ｌはＸ線の反射指数であ
り、ＦCは立方晶系閃亜鉛鉱型の結晶構造を仮定して計
算された構造因子の計算値、Ｆ0は図１の結晶成長装置
で成長させたＧａＮ結晶について実測したＸ線回折強度
から求めた構造因子の実測値、ｓは構造因子の実測値の
測定誤差である。立方晶系閃亜鉛鉱型の結晶構造を仮定
して計算された構造因子と、実測したＸ線回折強度から
求めた構造因子は、図２からわかるように、信頼度因子
２．１％の値で良く一致している。
【００３２】なお、ここで、信頼度因子は、次式によっ
て定義される。
て定義される。
【００３３】
【数１】
【００３４】図２のデータから、図１の結晶成長装置で
成長させたＧａＮ結晶は、立方晶系閃亜鉛鉱型の単結晶
であると言える。
成長させたＧａＮ結晶は、立方晶系閃亜鉛鉱型の単結晶
であると言える。
【００３５】このように、図１の結晶成長装置では、Ｋ
とＧａの混合融液中１０７及び混合融液表面１０８で、
窒素ガス或いは窒素ガスから供給された融液中の窒素成
分とＧａとが反応することで、立方晶系のＧａＮ結晶を
成長させることができることがわかる。そして、この反
応を継続的に続けることで、結晶サイズの大きなものを
得ることが可能となることがわかる。
とＧａの混合融液中１０７及び混合融液表面１０８で、
窒素ガス或いは窒素ガスから供給された融液中の窒素成
分とＧａとが反応することで、立方晶系のＧａＮ結晶を
成長させることができることがわかる。そして、この反
応を継続的に続けることで、結晶サイズの大きなものを
得ることが可能となることがわかる。
【００３６】特に、アルカリ金属としてＫを用いること
で、７５０℃程度の温度でも、さらにはより低温の温度
でも、ほぼ１００％の立方晶系のＧａＮ結晶を成長させ
ることができる。
で、７５０℃程度の温度でも、さらにはより低温の温度
でも、ほぼ１００％の立方晶系のＧａＮ結晶を成長させ
ることができる。
【００３７】なお、上述の例では、アルカリ金属として
Ｋを用いているが、Ｋ以外のＮａ等のアルカリ金属で
も、下記に述べる条件を満たせば、立方晶系のIII族窒
化物結晶を成長させることができる。
Ｋを用いているが、Ｋ以外のＮａ等のアルカリ金属で
も、下記に述べる条件を満たせば、立方晶系のIII族窒
化物結晶を成長させることができる。
【００３８】すなわち、アルカリ金属としてＮａを用い
る場合には、低温で結晶成長させると、立方晶系のIII
族窒化物を結晶成長させることができる。従来技術にお
いて述べたように、通常Ｎａを用いて結晶成長を行う場
合には、六方晶系のIII族窒化物が結晶成長する。例え
ば結晶成長温度が７５０℃の場合には、ほぼ１００％の
ＧａＮ結晶が六方晶系となる。ところが、Ｎａを用いて
も結晶成長温度が低温になると、立方晶系のＧａＮ結晶
が成長し始め、その結晶成長温度が低温になる程、立方
晶系の割合が多くなる。なお、ここで、低温とは、通常
の六方晶系の結晶成長が成長する温度より低い温度であ
る。具体的には、アルカリ金属としてＮａを用いて結晶
成長させる場合、結晶成長温度を６００℃以下にする
と、立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させることがで
きる。
る場合には、低温で結晶成長させると、立方晶系のIII
族窒化物を結晶成長させることができる。従来技術にお
いて述べたように、通常Ｎａを用いて結晶成長を行う場
合には、六方晶系のIII族窒化物が結晶成長する。例え
ば結晶成長温度が７５０℃の場合には、ほぼ１００％の
ＧａＮ結晶が六方晶系となる。ところが、Ｎａを用いて
も結晶成長温度が低温になると、立方晶系のＧａＮ結晶
が成長し始め、その結晶成長温度が低温になる程、立方
晶系の割合が多くなる。なお、ここで、低温とは、通常
の六方晶系の結晶成長が成長する温度より低い温度であ
る。具体的には、アルカリ金属としてＮａを用いて結晶
成長させる場合、結晶成長温度を６００℃以下にする
と、立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させることがで
きる。
【００３９】より詳細に、図１の装置構成において、ア
ルカリ金属としてＮａを用いる場合、結晶成長温度が６
００℃のとき、一部のＧａＮ結晶が立方晶系となる。更
に低温になる程、立方晶系のＧａＮ結晶の割合を増加さ
せることができる。但し、低温になる程、窒素空孔ある
いは結晶欠陥が増加し、結晶品質は低下する。従って、
結晶品質を差程低下させない温度（例えば５５０℃乃至
６００℃の範囲の温度）では、成長したＧａＮ結晶は、
立方晶系と六方晶系のＧａＮの混合物であることが明ら
かになった。このことより、アルカリ金属としてＫを用
いる場合（但し、この場合には、低温でなくともほぼ１
００％の立方晶系のＧａＮ結晶を成長させることができ
るが）に限らず、アルカリ金属としてＮａを用いる場合
にも（この場合には、低温で）立方晶系のＧａＮ結晶を
成長させることができる。
ルカリ金属としてＮａを用いる場合、結晶成長温度が６
００℃のとき、一部のＧａＮ結晶が立方晶系となる。更
に低温になる程、立方晶系のＧａＮ結晶の割合を増加さ
せることができる。但し、低温になる程、窒素空孔ある
いは結晶欠陥が増加し、結晶品質は低下する。従って、
結晶品質を差程低下させない温度（例えば５５０℃乃至
６００℃の範囲の温度）では、成長したＧａＮ結晶は、
立方晶系と六方晶系のＧａＮの混合物であることが明ら
かになった。このことより、アルカリ金属としてＫを用
いる場合（但し、この場合には、低温でなくともほぼ１
００％の立方晶系のＧａＮ結晶を成長させることができ
るが）に限らず、アルカリ金属としてＮａを用いる場合
にも（この場合には、低温で）立方晶系のＧａＮ結晶を
成長させることができる。
【００４０】そして、本発明では、上述した結晶成長方
法，結晶成長装置により結晶成長させた立方晶系のIII
族窒化物結晶を用いて、III族窒化物半導体デバイスを
作製することができる。
法，結晶成長装置により結晶成長させた立方晶系のIII
族窒化物結晶を用いて、III族窒化物半導体デバイスを
作製することができる。
【００４１】図３は本発明に係る半導体デバイスの構成
例を示す図である。なお、図３の例では、半導体デバイ
スは半導体レーザとして構成されている。図３を参照す
ると、この半導体デバイスは、上述したような仕方で結
晶成長させた立方晶系のIII族窒化物結晶(図３の例で
は、立方晶系ＧａＮ結晶)を用いたｎ型ＧａＮ基板３０
１上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３０２、ｎ型ＧａＮ
ガイド層３０３、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ（多重量子井戸）
活性層３０４、ｐ型ＧａＮガイド層３０５、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層３０６、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０７
が順次に結晶成長されている。この結晶成長方法として
は、ＭＯ−ＶＰＥ（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分
子線エピタキシー）法等の薄膜結晶成長方法を用いるこ
とができる。
例を示す図である。なお、図３の例では、半導体デバイ
スは半導体レーザとして構成されている。図３を参照す
ると、この半導体デバイスは、上述したような仕方で結
晶成長させた立方晶系のIII族窒化物結晶(図３の例で
は、立方晶系ＧａＮ結晶)を用いたｎ型ＧａＮ基板３０
１上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３０２、ｎ型ＧａＮ
ガイド層３０３、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ（多重量子井戸）
活性層３０４、ｐ型ＧａＮガイド層３０５、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層３０６、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０７
が順次に結晶成長されている。この結晶成長方法として
は、ＭＯ−ＶＰＥ（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分
子線エピタキシー）法等の薄膜結晶成長方法を用いるこ
とができる。
【００４２】次いで、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ
の積層膜にリッジ構造を形成し、ＳｉＯ2絶縁膜３０８
をコンタクト領域のみ穴開けした状態で形成し、上部及
び下部に各々ｐ側オーミック電極Ａｌ／Ｎｉ ３０９及
びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ ３１０を形成して、
図３の半導体デバイス(半導体レーザ)が構成される。
の積層膜にリッジ構造を形成し、ＳｉＯ2絶縁膜３０８
をコンタクト領域のみ穴開けした状態で形成し、上部及
び下部に各々ｐ側オーミック電極Ａｌ／Ｎｉ ３０９及
びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ ３１０を形成して、
図３の半導体デバイス(半導体レーザ)が構成される。
【００４３】この半導体レーザのｐ側オーミック電極Ａ
ｌ／Ｎｉ ３０９及びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ
３１０から電流を注入することで、この半導体レーザは
発振し、図３の矢印Ａの方向にレーザ光を出射させるこ
とができる。
ｌ／Ｎｉ ３０９及びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ
３１０から電流を注入することで、この半導体レーザは
発振し、図３の矢印Ａの方向にレーザ光を出射させるこ
とができる。
【００４４】この半導体レーザは、本発明の立方晶系II
I族窒化物結晶(立方晶系ＧａＮ結晶)を基板３０１とし
て用いているため、半導体レーザデバイス中の結晶欠陥
が少なく、大出力動作且つ長寿命のものとなっている。
また、ＧａＮ基板３０１はｎ型であることから、基板３
０１に直接電極３１０を形成することができ、第一の従
来技術（第４図）のようにｐ側とｎ側の２つの電極を表
面からのみ取り出すことが必要なく、低コスト化を図る
ことが可能となる。
I族窒化物結晶(立方晶系ＧａＮ結晶)を基板３０１とし
て用いているため、半導体レーザデバイス中の結晶欠陥
が少なく、大出力動作且つ長寿命のものとなっている。
また、ＧａＮ基板３０１はｎ型であることから、基板３
０１に直接電極３１０を形成することができ、第一の従
来技術（第４図）のようにｐ側とｎ側の２つの電極を表
面からのみ取り出すことが必要なく、低コスト化を図る
ことが可能となる。
【００４５】さらに、図３の半導体デバイスでは、基板
３０１に立方晶系のIII族窒化物結晶(図３の例では、立
方晶系ＧａＮ結晶)を用いているので、光出射端面を含
めた全ての端面を劈開で形成することが可能となり（劈
開で形成してもチップ形状が矩形となる）、チップの分
離と併せて、低コストで高品質なデバイスを実現するこ
とができる。
３０１に立方晶系のIII族窒化物結晶(図３の例では、立
方晶系ＧａＮ結晶)を用いているので、光出射端面を含
めた全ての端面を劈開で形成することが可能となり（劈
開で形成してもチップ形状が矩形となる）、チップの分
離と併せて、低コストで高品質なデバイスを実現するこ
とができる。
【００４６】なお、上述の各例では、少なくともIII族
金属元素を含む物質として、Ｇａを用いているが、Ｇａ
に限らず、ＡｌやＩｎ等の単体の金属、あるいはそれら
の混合物、合金等を用いることもできる。
金属元素を含む物質として、Ｇａを用いているが、Ｇａ
に限らず、ＡｌやＩｎ等の単体の金属、あるいはそれら
の混合物、合金等を用いることもできる。
【００４７】また、上述の各例では、少なくとも窒素元
素を含む物質として窒素ガスを用いているが、窒素ガス
に限らず、ＮＨ3等のガスやＮａＮ3等の固体を用いるこ
ともできる。
素を含む物質として窒素ガスを用いているが、窒素ガス
に限らず、ＮＨ3等のガスやＮａＮ3等の固体を用いるこ
ともできる。
【００４８】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項５記載の発明によれば、アルカリ金属および少なく
ともIII族金属元素を含む物質と少なくとも窒素元素を
含む物質とから、III族金属元素と窒素元素とにより構
成される立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させること
により、立方晶系のIII族窒化物結晶を提供することが
できる。この立方晶系のIII族窒化物結晶は、結晶欠陥
が少ない高品質の結晶であり、且つこの基板を元にデバ
イスを作製することができる実用的な大きさのものであ
る。従って、半導体デバイスを作製する際、六方晶系の
基板を用いたときに問題となる、チップ状に切り出す時
のコスト高や歩留まり低下を招くことなく、矩形の形状
にチップを切り出すことが可能となる。
求項５記載の発明によれば、アルカリ金属および少なく
ともIII族金属元素を含む物質と少なくとも窒素元素を
含む物質とから、III族金属元素と窒素元素とにより構
成される立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させること
により、立方晶系のIII族窒化物結晶を提供することが
できる。この立方晶系のIII族窒化物結晶は、結晶欠陥
が少ない高品質の結晶であり、且つこの基板を元にデバ
イスを作製することができる実用的な大きさのものであ
る。従って、半導体デバイスを作製する際、六方晶系の
基板を用いたときに問題となる、チップ状に切り出す時
のコスト高や歩留まり低下を招くことなく、矩形の形状
にチップを切り出すことが可能となる。
【００４９】特に、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の結晶成長方法において、アルカリ金属がカリウム
であるので、安定的に収率良く立方晶系のIII族窒化物
結晶を成長させることが可能となる。すなわち、アルカ
リ金属としてＫ（カリウム）を用いることで、ほぼ１０
０％の割合で立方晶系のIII族窒化物単結晶を成長させ
ることが可能となる。
記載の結晶成長方法において、アルカリ金属がカリウム
であるので、安定的に収率良く立方晶系のIII族窒化物
結晶を成長させることが可能となる。すなわち、アルカ
リ金属としてＫ（カリウム）を用いることで、ほぼ１０
０％の割合で立方晶系のIII族窒化物単結晶を成長させ
ることが可能となる。
【００５０】また、請求項３記載の発明では、請求項１
記載の結晶成長方法において、アルカリ金属としてナト
リウムを用いて、低温で立方晶系のIII族窒化物を結晶
成長させるので、安定的に収率良く立方晶系のIII族窒
化物結晶を成長することが可能となる。アルカリ金属と
してＮａを用いて７００℃程度以上の高温成長した場合
には、得られるIII族窒化物結晶は六方晶系が支配的と
なる。しかし、アルカリ金属がＮａの場合でも、結晶成
長温度を低温にする程、得られるIII族窒化物結晶は立
方晶系の結晶の割合を増加させることができる。
記載の結晶成長方法において、アルカリ金属としてナト
リウムを用いて、低温で立方晶系のIII族窒化物を結晶
成長させるので、安定的に収率良く立方晶系のIII族窒
化物結晶を成長することが可能となる。アルカリ金属と
してＮａを用いて７００℃程度以上の高温成長した場合
には、得られるIII族窒化物結晶は六方晶系が支配的と
なる。しかし、アルカリ金属がＮａの場合でも、結晶成
長温度を低温にする程、得られるIII族窒化物結晶は立
方晶系の結晶の割合を増加させることができる。
【００５１】また、請求項４記載の発明では、請求項３
記載の結晶成長方法において、結晶成長温度を６００℃
以下にして、立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させる
ので、より安定的に収率良く立方晶系のIII族窒化物結
晶を成長することが可能となる。
記載の結晶成長方法において、結晶成長温度を６００℃
以下にして、立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させる
ので、より安定的に収率良く立方晶系のIII族窒化物結
晶を成長することが可能となる。
【００５２】また、請求項５記載の発明では、請求項１
乃至請求項４のいずれか一項に記載の結晶成長方法にお
いて、アルカリ金属と少なくともIII族金属元素を含む
物質との混合融液中あるいは混合融液表面で立方晶系の
III族窒化物を結晶成長させることにより、高品質の結
晶成長に必要かつ適切量のIII族金属成分を持続的に供
給することが可能となる。その結果、低コストで結晶欠
陥の少ない大型，高品質の立方晶系III族窒化物結晶の
成長が実現できる（高品質で大型の結晶を育成するため
には、適切量のIII族金属成分を結晶が成長する場に持
続的に供給することが必要であり、結晶成長の場として
混合融液を用いることで、このことが実現できる）。す
なわち、前述した第１や第２の従来技術の問題点である
工程を複雑化させることなく、第３の従来技術の問題点
である高価な反応容器を用いることなく、かつ第３や第
４の従来技術の問題点である結晶の大きさが小さくなる
ことなく、高性能の発光ダイオードやＬＤ等のデバイス
を作製するための実用的な大きさの立方晶系III族窒化
物結晶および半導体デバイスを提供することができる。
乃至請求項４のいずれか一項に記載の結晶成長方法にお
いて、アルカリ金属と少なくともIII族金属元素を含む
物質との混合融液中あるいは混合融液表面で立方晶系の
III族窒化物を結晶成長させることにより、高品質の結
晶成長に必要かつ適切量のIII族金属成分を持続的に供
給することが可能となる。その結果、低コストで結晶欠
陥の少ない大型，高品質の立方晶系III族窒化物結晶の
成長が実現できる（高品質で大型の結晶を育成するため
には、適切量のIII族金属成分を結晶が成長する場に持
続的に供給することが必要であり、結晶成長の場として
混合融液を用いることで、このことが実現できる）。す
なわち、前述した第１や第２の従来技術の問題点である
工程を複雑化させることなく、第３の従来技術の問題点
である高価な反応容器を用いることなく、かつ第３や第
４の従来技術の問題点である結晶の大きさが小さくなる
ことなく、高性能の発光ダイオードやＬＤ等のデバイス
を作製するための実用的な大きさの立方晶系III族窒化
物結晶および半導体デバイスを提供することができる。
【００５３】また、請求項７記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の結晶成長方法
を用いて立方晶系III族窒化物結晶を結晶成長すること
で、半導体デバイスを作製することが可能な程度の大き
く、かつ結晶品質の高い立方晶系III族窒化物結晶を、
低コストで提供することが可能となる。
項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の結晶成長方法
を用いて立方晶系III族窒化物結晶を結晶成長すること
で、半導体デバイスを作製することが可能な程度の大き
く、かつ結晶品質の高い立方晶系III族窒化物結晶を、
低コストで提供することが可能となる。
【００５４】また、請求項８記載の発明によれば、請求
項７記載の立方晶系III族窒化物結晶を用いて半導体デ
バイスを作製することで、六方晶系の基板を用いた際に
問題となる、チップ状に切り出す時のコスト高や歩留ま
り低下を招くことなく、矩形の形状にチップを切り出す
ことが可能となる。従って、高性能なデバイスを低コス
トで実現できる。すなわち、この立方晶系III族窒化物
結晶は、前述のように、結晶欠陥の少ない高品質な結晶
であり、この立方晶系III族窒化物結晶を用いて、デバ
イスを作製し、あるいは、III族窒化物の薄膜結晶成長
用の基板として用いて、薄膜成長からデバイス作製を行
うことで、高性能なデバイスが実現できる。なお、ここ
で言う高性能とは、例えば半導体レーザや発光ダイオー
ドの場合には、従来実現できていない高出力かつ長寿命
なものであり、電子デバイスの場合には低消費電力，低
雑音，高速動作，高温動作可能なものであり、受光デバ
イスとしては低雑音，長寿命等のものである。
項７記載の立方晶系III族窒化物結晶を用いて半導体デ
バイスを作製することで、六方晶系の基板を用いた際に
問題となる、チップ状に切り出す時のコスト高や歩留ま
り低下を招くことなく、矩形の形状にチップを切り出す
ことが可能となる。従って、高性能なデバイスを低コス
トで実現できる。すなわち、この立方晶系III族窒化物
結晶は、前述のように、結晶欠陥の少ない高品質な結晶
であり、この立方晶系III族窒化物結晶を用いて、デバ
イスを作製し、あるいは、III族窒化物の薄膜結晶成長
用の基板として用いて、薄膜成長からデバイス作製を行
うことで、高性能なデバイスが実現できる。なお、ここ
で言う高性能とは、例えば半導体レーザや発光ダイオー
ドの場合には、従来実現できていない高出力かつ長寿命
なものであり、電子デバイスの場合には低消費電力，低
雑音，高速動作，高温動作可能なものであり、受光デバ
イスとしては低雑音，長寿命等のものである。
【図１】本発明に係る結晶成長装置の構成例を示す図で
ある。
ある。
【図２】本発明の結晶成長装置で成長させたＧａＮ結晶
のＸ線回折データを示す図である。
のＸ線回折データを示す図である。
【図３】本発明に係る半導体デバイスの構成例を示す図
である。
である。
【図４】従来のレーザダイオードを示す図である。
１０１ 反応容器 １０２ 混合融液 １０３ 窒素ガス １０４ 窒素供給管 １０５ 圧力調整機構 １０６ 加熱装置 ３０１ ｎ型ＧａＮ基板 ３０２ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 ３０３ ｎ型ＧａＮガイド層 ３０４ ＩｎＧａＮ ＭＱＷ(多重量子井戸)活
性層 ３０５ ｐ型ＧａＮガイド層 ３０６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 ３０７ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ３０８ ＳｉＯ2絶縁膜 ３０９ ｐ側オーミック電極Ａｌ／Ｎｉ ３１０ ｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ
性層 ３０５ ｐ型ＧａＮガイド層 ３０６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 ３０７ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ３０８ ＳｉＯ2絶縁膜 ３０９ ｐ側オーミック電極Ａｌ／Ｎｉ ３１０ ｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BE15 CC04 CC06 EA01 5F041 AA40 AA44 CA04 CA05 CA34 CA40 CA57 CA63 5F073 AA13 AA45 AA74 CA07 CB12 DA02 EA28
Claims (8)
- 【請求項１】 アルカリ金属および少なくともIII族金
属元素を含む物質と少なくとも窒素元素を含む物質とか
ら、III族金属元素と窒素元素とにより構成される立方
晶系のIII族窒化物を結晶成長させることを特徴とする
結晶成長方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の結晶成長方法において、
アルカリ金属がカリウムであることを特徴とする結晶成
長方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の結晶成長方法において、
アルカリ金属としてナトリウムを用いて、低温で立方晶
系のIII族窒化物を結晶成長させることを特徴とする結
晶成長方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の結晶成長方法において、
結晶成長温度を６００℃以下にして、立方晶系のIII族
窒化物を結晶成長させることを特徴とする結晶成長方
法。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
記載の結晶成長方法において、アルカリ金属と少なくと
もIII族金属元素を含む物質との混合融液中あるいは混
合融液表面で、立方晶系のIII族窒化物を結晶成長させ
ることを特徴とする結晶成長方法。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の結晶成長方法を用いて立方晶系のIII族窒化物結
晶の結晶成長を行うことを特徴とする結晶成長装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の結晶成長方法を用いて結晶成長させた立方晶系II
I族窒化物結晶。 - 【請求項８】 請求項７記載の立方晶系III族窒化物結
晶を用いて作製された半導体デバイス。
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
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