JP2001135575A - ３−５族化合物半導体 - Google Patents

３−５族化合物半導体

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JP2001135575A JP2000033293A JP2000033293A JP2001135575A JP 2001135575 A JP2001135575 A JP 2001135575A JP 2000033293 A JP2000033293 A JP 2000033293A JP 2000033293 A JP2000033293 A JP 2000033293A JP 2001135575 A JP2001135575 A JP 2001135575A
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和政 平松
Hideto Miyake
秀人 三宅
Naoyoshi Maeda
尚良 前田
Yasushi Iechika
泰 家近
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小傾角粒界の発生を抑えた高品質の３−５族化
合物半導体を提供する。 【解決手段】一般式ＩｎuＧａvＡｌwＮ（式中、０≦ｕ
≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）で表
される第１の３−５族化合物半導体からなる層の上に、
前記の第１の３−５族化合物半導体とも異なり、後記の
第２の３−５族化合物半導体とも異なる材料からなるパ
ターンを有し、該第１の３−５族化合物半導体と該パタ
ーンの上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（式中、０≦ｘ
≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表
される第２の３−５族化合物半導体からなる層を有する
３−５族化合物半導体において、該第２の３−５族化合
物半導体のＸ線ロッキングカーブの（０００４）反射の
半値幅が、Ｘ線の入射方向によらず、７００秒以下であ
る３−５族化合物半導体。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般式ＩｎxＧａy
ＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族化合物半導体
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）
で表される３−５族化合物半導体は、３族元素の組成に
より紫外から赤色に対応する直接型のバンドギャップが
調整可能であるため、紫外から可視領域にわたる高効率
の発光素子用材料として利用可能である。また、これま
で一般に用いられているＳｉあるいはＧａＡｓなどの半
導体に比べて大きなバンドギャップを持つために、従来
の半導体では動作できないような高温においても半導体
としての特性を有することを利用して、耐環境性に優れ
た電子素子の作製が原理的に可能である。
【０００３】ところで、該化合物半導体は、融点付近で
の蒸気圧が非常に高いため、大きな結晶を成長すること
が非常に難しいので、半導体素子作製のための基板とし
て用いることができるような実用的な大きさの結晶が得
られていない。このため、該化合物半導体の作製には、
サファイア、ＳｉＣ等、該化合物半導体と類似の結晶構
造をもち、大きな結晶が作製可能な材料を基板として、
この上にエピタキシャル成長させるのが一般的である。
現在、このような方法を用いることによって、比較的良
質な該化合物半導体の結晶が得られるようになってい
る。しかし、この場合でも、基板材料と該化合物半導体
の格子定数、あるいは熱膨張係数の差に由来する結晶欠
陥を低減することが難しく、１０8ｃｍ-2程度、あるい
はそれ以上の欠陥密度を有するのが一般的である。
【０００４】一方、このような高密度に結晶欠陥を有す
る該化合物半導体をもとにして、欠陥の密度を低減した
該化合物半導体を得る手法が報告されている（Ｊｐｎ．
Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．，３６巻、Ｌ８９９ペ
ージ、１９９７年）。すなわち、欠陥密度が高い該化合
物半導体上（以下、下地結晶と呼ぶことがある）を、微
細な開口部を残してＳｉＯ2パターンで覆い、この上に
さらに２回目の結晶成長を行なうというものである（以
下、２回目の結晶成長を再成長と呼ぶことがある）。図
１をもとにこの方法の概略を説明する。
【０００５】まず、再成長初期には、パターン上には結
晶成長が起こらず、開口部のみに結晶成長が成長する、
いわゆる選択成長が起きる。この段階からさらに結晶成
長を続けると、開口部に成長した結晶がパターン上にも
広がり、やがてパターンを埋め込んだ構造ができあが
る。パターンの埋め込みが生じた直後は再成長による結
晶表面には凹凸が残るものの、さらに結晶成長を進める
ことで、やがて再成長表面の凹凸が小さくなり、最終的
には平坦な結晶表面を得ることができる。
【０００６】これまで、上述のような埋め込み構造の作
製による該化合物半導体の結晶欠陥の低減法として有効
性が報告されているものは、以下の２つの方法である。
すなわち、ハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法
と記すことがある）、および有機金属気相成長法（以
下、ＭＯＶＰＥ法と記すことがある）である。しかし、
これらの方法でも、以下に述べるような問題点があっ
た。
【０００７】まず、ＨＶＰＥ法の場合、開口部上に成長
した結晶は、下地結晶と結晶方位がそろっているにもか
かわらず、パターン上に成長した該化合物半導体は、下
地結晶とは若干異なる角度をもって配向することが知ら
れている（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．，７３
巻、４８１ページ、１９９８年）。このため、パターン
上に成長した結晶と開口部上に成長した結晶とは、それ
らの結晶の方位がそろっておらず、その接合面はいわゆ
る小傾角粒界であり、そこに多くの刃状転位が存在す
る。再成長による結晶を厚くするにしたがい、結晶方位
が次第に揃うものの、刃状転位が発生しなくなる膜厚
は、６０μｍ程度かそれ以上必要である。このように厚
い膜を成長することには、多くの時間を費やすという問
題のほかに、基板結晶との熱膨張係数の差による歪みが
大きくなるという問題が発生する。基板内部の歪みは、
基板の変形を引き起こし、この変形がさらに結晶成長上
の問題、通常の半導体プロセスにおける加工上の問題と
なる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、小傾
角粒界の発生を抑えた高品質の３−５族化合物半導体を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような状況を見て、
本発明者らは鋭意検討を行なった結果、上述のような再
成長をパターンとその上部に成長する結晶の間の構造を
特定のものとし、パターン上と、下地層上に成長する再
成長結晶の結晶方位を従来の技術によるものよりも小さ
な範囲内にそろえることで、従来の問題点を回避できる
ことを見出し、本発明に至った。
【００１０】すなわち、本発明は、（１）一般式Ｉｎu
ＧａvＡｌwＮ（式中、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ
≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）で表される第１の３−５族化合
物半導体からなる層の上に、前記の第１の３−５族化合
物半導体とも異なり、後記の第２の３−５族化合物半導
体とも異なる材料からなるパターンを有し、該第１の３
−５族化合物半導体と該パターンの上に、一般式Ｉｎx
ＧａyＡｌzＮ（式中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される第２の３−５族化合
物半導体からなる層を有する３−５族化合物半導体にお
いて、該第２の３−５族化合物半導体のＸ線ロッキング
カーブの（０００４）反射の半値幅が、Ｘ線の入射方向
によらず、７００秒以下である３−５族化合物半導体に
係るものである。
【００１１】また、本発明は、（２）一般式ＩｎuＧａv
ＡｌwＮ（式中、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦
１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）で表される第１の３−５族化合物
半導体からなる層の上に、前記の第１の３−５族化合物
半導体とも異なり、後記の第２の３−５族化合物半導体
とも異なる材料からなるパターンを有し、該第１の３−
５族化合物半導体と該パターンの上に、一般式ＩｎxＧ
ａyＡｌzＮ（式中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦
１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される第２の３−５族化合物
半導体からなる層を有する３−５族化合物半導体におい
て、該パターンの上面と該第２の３−５族化合物半導体
が接していない３−５族化合物半導体に係るものであ
る。さらに、本発明は、（３）パターンがタングステン
（Ｗ）より形成されてなる前記（１）または（２）に記
載の３−５族化合物半導体に係るものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の内容を詳細に説明
する。本発明の３−５族化合物半導体においては、該第
２の３−５族化合物半導体のＸ線ロッキングカーブの
（０００４）反射の半値幅が、Ｘ線の入射方向によら
ず、７００秒以下であることを特徴とする。また、本発
明は、第１の３−５族化合物半導体とも異なり、第２の
３−５族化合物半導体とも異なる材料からなるパターン
上面と、該パターン上に成長する結晶とが接しないこと
を特徴とする。現在のところ理由は明らかではないが、
パターン上に再成長結晶がほとんど接しないことによ
り、小傾角粒界の発生が抑えられるものと考えられる。
これまでの例では、パターン上にボイドが発生し、パタ
ーンと再成長層の間に空間が生じる例は見られたもの
の、このような場合でも再成長膜は、まずパターン上に
いわゆるオーバーグロースと呼ばれる再成長層とパター
ンが接触した成長をした後、ボイドが発生する。これに
対して、本発明の場合には、パターン上に再成長層のオ
ーバーグロースがほとんど見られない。以下、本発明の
内容について具体的に説明する。
【００１３】本発明のパターンとして用いることができ
る材料としては、該化合物半導体の再成長においてある
程度の耐久性があるものが好ましい。すなわち、パター
ンを作製した試料を、再成長の雰囲気、温度において、
再成長を開始するまでに蒸発などによる消失や、融解な
どによる変形を起こすような材料では、目的とする再成
長を再現性よく行なうことは難しい。ただし、本発明の
パターン上には再成長膜がオーバーグロースすることが
ないため、パターン表面荒れ、下地層からの剥がれなど
は、少なくとも再成長の初期段階で生じることがなく、
本発明の効果を大きく損なわない場合がある。具体的に
は、再成長を行なう場合、試料は高温中でアンモニアな
どの雰囲気に晒されるが、このような条件に用いること
ができる材料としては、Ｗ（タングステン）、Ｒｅ（レ
ニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）、Ｃｏ
（コバルト）、Ｓｉ（珪素）、金、Ｚｒ（ジルコニウ
ム）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｂ（ニオ
ブ）、ニッケル、白金、Ｖ（バナジウム）、Ｈｆ（ハフ
ニウム）、Ｐｄ（パラジウム）などの単体、ＢＮ（窒化
ホウ素）、およびＷ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｆｅ等の窒化物などが挙げられ
る。
【００１４】本発明において、パターンが異なる材料よ
りなる少なくとも２つの層を積層してなるものでもよ
い。具体的には、パターンがタングステンよりなる層
と、タングステン以外の材料よりなる層との少なくとも
２つの層を積層してなるものが挙げられる。さらに、タ
ングステン以外の材料よりなる層として、ＳｉＯ2な
ど、本発明の構造を作製しにくいもの、再成長条件で安
定でないものよりなる層が挙げられる。すなわち、本発
明の３−５族化合物半導体として、パターンがタングス
テンよりなる層と、ＳｉＯ2よりなる層との少なくとも
２つの層を積層してなるものが挙げられる。
【００１５】本発明に用いることができるパターン形状
としては、従来より公知のものを用いることができる。
具体的には、一般的にライン／スペースと呼ばれる、一
定の幅のストライプ状パターンを一定の幅の開口部を隔
てて平行に並べたもの、あるいは部分的に、円形状、多
角形状に下地を露出させたものなどが挙げられる。これ
らのパターン形状は、再成長条件、パターンの材質など
にあわせて、選んで用いることができる。
【００１６】ライン／スペースのパターンの場合、パタ
ーン部の幅は０．０５μｍ以上２０μｍ以下が好まし
い。パターン部の幅が０．０５μｍより小さい場合、本
発明の欠陥密度の低減の効果が顕著でない。また、２０
μｍより大きい場合、パターンの埋め込みに要する時間
が長くなりすぎ、実用的でない。同様な理由で、円形状
あるいは多角形状の開口部を有するパターンにおいて
も、開口部間の距離は０．０５μｍ以上２０μｍ以下が
好ましい。
【００１７】ライン／スペースのパターンの場合、スペ
ース部（開口部：下地の露出した部分）の幅は、０．０
１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。スペース部の幅が
０．０１μｍより小さい場合、現状の半導体プロセスで
は、実用的に正確な形状で作製することが難しく、好ま
しくない。また、２０μｍより大きい場合、本発明の欠
陥の低減の効果が顕著でない。同様な理由で、円形状、
あるいは多角形状の開口部を有するパターンにおいて
も、開口部の大きさは０．０１μｍ以上、２０μｍ以下
が好ましい。
【００１８】ライン／スペースのパターン形状の場合、
ストライプの方向には特には制限はないものの、ストラ
イプの方向により再成長による欠陥低減の効果が異なる
場合がある。このような場合、パターン形状、パターン
材質、再成長条件等を考慮して適切なものを選択するこ
とができる。
【００１９】パターンの作製方法としては、蒸着法、ス
パッタ法、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）、メッキ等、公
知のものを用いることができる。また、単体の材料の薄
膜を形成した後、これを化学反応で所望の化合物材料と
してもよい。具体的には、タングステンの薄膜を形成
後、アンモニアを含む雰囲気で熱処理することで、窒化
タングステンとする方法が挙げられる。パターンの膜厚
としては、実用的な耐久性と生産性を勘案して決めるこ
とができる。タングステンの場合、２ｎｍ以上５μｍ以
下である。
【００２０】本発明の再成長に用いる結晶成長方法とし
ては、ＨＶＰＥ法またはＭＯＶＰＥ法が挙げられる。Ｈ
ＶＰＥ法は、大きな成長速度が得られるため、短時間で
良好な結晶を得ることができ、本発明に好適に用いるこ
とができる。また、ＭＯＶＰＥ法は、多数の基板に均一
性良く結晶成長を行なうことができ、やはり本発明に好
適に用いることができる。
【００２１】再成長を行なう条件としては、温度、圧
力、キャリアガス、原料などが挙げられる。これらの条
件については、従来より公知のものを用いることができ
る。具体的には、成長温度については、成長する該化合
物半導体の物性にも依存するが、Ｉｎを構成元素として
含まない場合、６００℃以上１２００℃以下が好まし
い。再成長温度が６００℃より低い場合、あるいは１２
００℃より高い場合には、再成長による良好な結晶が得
られにくい。また、該化合物半導体がＩｎを構成元素と
して含む場合、熱的安定性が低下するため、再成長温度
は、６００℃以上９００℃以下が好ましい。
【００２２】本発明における再成長に用いることができ
る成長圧力としては、１００Ｐａ以上が挙げられる。再
成長での圧力が１００Ｐａ以下の場合、良好な結晶を得
ることが難しい。好ましくは５００Ｐａ以上、さらに好
ましくは１０００Ｐａ以上である。なお、成長圧力が高
くなるにつれて、結晶性が改善される場合があるが、一
般的に結晶成長に用いるＭＯＶＰＥ装置あるいはＨＶＰ
Ｅ装置は、工業的にあまり高い成長圧力で用いないの
で、再成長における成長圧力は１０気圧以下が好まし
い。
【００２３】本発明の再成長に用いることができるキャ
リアガスは、水素、窒素、ヘリウム、アルゴン等、通常
のＭＯＶＰＥ、ＨＶＰＥで用いられているものを用いる
ことができる。
【００２４】ＭＯＶＰＥ法による３−５族化合物半導体
の製造には、以下のような原料を用いることができる。
３族原料としては、トリメチルガリウム［（ＣＨ3）3Ｇ
ａ、以下ＴＭＧと記すことがある］、トリエチルガリウ
ム［（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ、以下ＴＥＧと記すことがある］
等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｇａ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、
低級アルキル基を示す）で表されるトリアルキルガリウ
ム；トリメチルアルミニウム［（ＣＨ3）3Ａｌ］、トリ
エチルアルミニウム［（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ、以下ＴＥＡと
記すことがある］、トリイソブチルアルミニウム［（ｉ
−Ｃ4Ｈ9）3Ａｌ］等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ａｌ（ここで、
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、低級アルキル基を示す）で表される
トリアルキルアルミニウム；トリメチルアミンアラン
［（ＣＨ3）3Ｎ：ＡｌＨ3］；トリメチルインジウム
［（ＣＨ3）3Ｉｎ、以下「ＴＭＩ」と記すことがあ
る］、トリエチルインジウム［（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ］等の
一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｉｎ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、低級
アルキル基を示す）で表されるトリアルキルインジウム
等が挙げられる。これらは、単独でまたは混合して用い
られる。
【００２５】次に、５族原料としては、アンモニア、ヒ
ドラジン、メチルヒドラジン、１，１−ジメチルヒドラ
ジン、１，２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミ
ン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独
でまたは混合して用いられる。これらの原料のうち、ア
ンモニアとヒドラジンは、分子中に炭素原子を含まない
ため、半導体中への炭素の汚染が少なく好適であり、取
り扱いやすさの点でアンモニアが好ましい。
【００２６】３−５族化合物半導体のｎ型ドーパントと
して、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏが用いられる。この中で、低抵抗
のｎ型をつくりやすく、原料純度の高いものが得られる
Ｓｉが好ましい。Ｓｉのドーピング用の原料としては、
シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、モノメチ
ルシラン（Ｓｉ（ＣＨ3）Ｈ3）などが用いられる。
【００２７】ＨＶＰＥ法による３−５族化合物半導体の
製造には、以下のような原料を用いることができる。３
族原料としては、金属Ｇａ、金属Ｉｎ等に塩化水素ガス
を反応させ、ＧａＣｌ、ＩｎＣｌを発生させて用いるこ
とができる。また、ＴＭＧ、ＴＥＧ等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ
3Ｇａ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、低級アルキル基を示
す）で表されるトリアルキルガリウム；ＴＭＩ、トリエ
チルインジウム等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｉｎ（ここで、
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、低級アルキル基を示す。）で表され
るトリアルキルインジウム等を高温で塩化水素ガスと反
応させ、ＧａＣｌ、ＩｎＣｌ等を発生させて用いること
ができる。また、ジメチルガリウムクロライド（Ｇａ
（ＣＨ3）2Ｃｌ）、ジエチルガリウムクロライド（Ｇａ
（Ｃ2Ｈ5）2Ｃｌ）、ジメチルインジウムクロライド
（Ｉｎ（ＣＨ3）2Ｃｌ）、ジエチルインジウムクロライ
ド（Ｉｎ（Ｃ2Ｈ5）2Ｃｌ）等を高温で分解させ、Ｇａ
Ｃｌ、あるいはＩｎＣｌを発生させて用いることもでき
る。また、常温で安定な、ＧａＣｌ3、ＩｎＣｌ3などに
キャリアガスをバブリングしてして供給することもでき
る。これらは、単独でまたは混合して用いられる。
【００２８】次に、５族原料としては、アンモニア、ヒ
ドラジン、メチルヒドラジン、１，１−ジメチルヒドラ
ジン、１，２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミ
ン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独
でまたは混合して用いられる。これらの原料のうち、ア
ンモニアとヒドラジンは、分子中に炭素原子を含まない
ため、半導体中への炭素の汚染が少なく好適であり、取
り扱いやすさの点でアンモニアが好ましい。
【００２９】３−５族化合物半導体のｎ型ドーパントと
して、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏが用いられる。この中で、低抵抗
のｎ型をつくりやすく、原料純度の高いものが得られる
Ｓｉが好ましい。Ｓｉのドーピング用の原料としては、
モノクロルシラン（ＳｉＨ3Ｃｌ）、ジクロルシラン
（ＳｉＨ2Ｃｌ2）などが用いられる。
【００３０】本発明において、パターンの作製条件、再
成長条件によっては再成長後に第１の３−５族化合物半
導体からなる層の表面に窪みが発生する場合がある。第
１の３−５族化合物半導体からなる層を一般式ＩｎuＧ
ａvＡｌwＮ（０≦ｕ＜１、０≦ｖ＜１、０＜ｗ≦１、ｕ
＋ｖ＋ｗ＝１）で表わされる３−５族化合物半導体とす
ることでこのような窪みの発生を抑えられる場合があ
る。具体的な、ＡｌＮの混晶比（上記一般式におけるｗ
の値）としては、１％以上、好ましくは５％以上が挙げ
られる。具体的な第１の３−５族化合物半導体層の層厚
の範囲は、０．３ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上が挙
げられる。ただし、一般的に第１の３−５族化合物半導
体層のＡｌＮ混晶比あるいは層厚が大きくなるにつれ
て、再成長における窪みの発生を抑える効果が大きくな
るが、同時に第１の３−５族化合物半導体の結晶性が低
下する傾向があるため、第１の３−５族化合物半導体の
層の膜厚はＡｌＮの混晶比に応じて調整する必要があ
る。
【００３１】
【実施例】実施例１、比較例１ まず下地結晶を次のようにして作製した。基板であるサ
ファイア上に、ＭＯＶＰＥ法によりバッファ層としてＧ
ａＮを５５０℃で５０ｎｍ成長し、さらにＧａＮを約１
１００℃で４μｍ成長した。この下地結晶に、タングス
テンをスパッタ法により３０ｎｍ成膜し、通常のフォト
リソグラフィ法を用いて、開口部５μｍ、パターン部５
μｍのストライプ状パターンを作製した。ストライプの
方向は＜１−１００＞方向である。次に、この結晶を用
いてＨＶＰＥ法により再成長を３３μｍ行なった。ま
た、比較例１として、タングステンのかわりにＳｉＯ2
を用いてパターンを作製し、同様の再成長を行なった。
いずれも、再成長により得られた結晶は鏡面状の表面で
あった。
【００３２】こうして得られた結晶の方位のばらつきを
調べるため、Ｘ線ロッキングカーブをストライプと平行
方向および垂直方向について測定した。図２にその結果
を示す。タングステンパターン上に再成長した場合、Ｘ
線の入射方向によらず、ロッキングカーブの半値幅は２
００秒以下で一定であり、結晶方位のばらつきが見られ
ない。これに対して、ＳｉＯ2をパターンとするもので
は、パターンストライプと平行方向ではロッキングカー
ブの半値幅は小さいのに対して、ストライプと垂直方向
では、半値幅が７５０秒以上にまで増大する。このこと
は、パターン上に再成長した結晶が、下地結晶に比べて
結晶方位がばらついていることを示しており、タングス
テンパターンに比べて結晶性が十分でないことがわか
る。実施例１で得られた試料をパターンと垂直方向に劈
開を行ない、断面を透過電子顕微鏡により観察したとこ
ろ、再成長膜はタングステンパターン上にはオーバーグ
ロースしていないことが確認できた。
【００３３】実施例２ 実施例１と同様にして、本発明による欠陥の低減された
ＧａＡｌＮ膜を、ストライプ状パターンを有するパター
ン上に再成長により作製する。このＧａＡｌＮ膜上に、
さらに適切な層を積層し、エッチング、電極形成等の半
導体プロセスを繰り返し、ＨＥＭＴ（高電子移動度トラ
ンジスタ）、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）等の電
子素子を得る。これらの電子素子は、素子として機能す
る結晶中に含まれる結晶欠陥が低減されているため、電
気的特性、信頼性に優れている。
【００３４】実施例３ 実施例１と同様にして、本発明による欠陥の低減された
ＧａＡｌＮ膜を、ストライプ状パターンを有するパター
ン上に再成長により作製する。このＧａＡｌＮ膜上に、
さらに該化合物半導体により構成される、ｎ型層、これ
よりバンドギャップの小さい層（発光層）、ｐ型層の各
層を順次積層し、エッチング、電極形成等の半導体プロ
セスを行い、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ
（ＬＤ）等の発光素子を得る。これらの発光素子は、素
子として機能する結晶中に含まれる結晶欠陥が低減され
ているため、発光特性、信頼性、特に寿命の点で優れて
いる。
【００３５】実施例４ 実施例１と同様にＧａＮを４μｍ成長し、さらにこの上
にＧａＡｌＮを成長した。この層のＡｌＮ混晶比は、約
１５％、厚みは３０ｎｍである。この上にタングステン
を電子ビーム蒸着により２０ｎｍ成膜し、通常のリソグ
ラフィー法を用いてストライプ状パターンを作製した。
ストライプ方向は、＜１−１００＞方向、ストライプ幅
およびストライプ間隔は、いずれも５μｍである。次
に、ＭＯＶＰＥ法により再成長を行なった。成長圧力
は、４０ｋＰａ、再成長層の厚みは、３μｍである。再
成長により得られた結晶の表面は、鏡面状であった。実
施例１および本実施例で得られた試料をストライプパタ
ーンと垂直方向に劈開を行い、断面を走査電子顕微鏡で
観察したところ、実施例１で得られた試料には下地結晶
に損傷が確認できるものがあったが、本実施例で得られ
た試料では下地結晶に損傷は確認されなかった。
【００３６】実施例５ 実施例１と同様にＧａＮを４μｍ成長した。この下地結
晶にＳｉＯ2をスパッタ法により５０〜７０ｎｍ成膜
し、引き続きタングステン（Ｗ）をスパッタ法により５
０ｎｍ成膜した。これに通常のリソグラフィー法を用い
てストライプパターンを作製した。ストライプ方向は、
＜１−１００＞および＜１１−２０＞方向である。次
に、常圧ＭＯＶＰＥ法により再成長を行なった。再成長
膜の厚みは、約８μｍである。こうして得られた試料お
よび実施例１で得られた試料をストライプ方向と垂直方
向に劈開し、断面を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、実施例１の試料の場合、マスク下部に窪みの発生し
た部分が見られたが、本実施例の試料では、窪みの発生
は大幅に減少していた。
【００３７】実施例６ 実施例１と同様にＧａＮを４μｍ成長した。この下地結
晶にタングステンを電子ビーム蒸着により２０ｎｍ成膜
した。この試料を水素中４００℃で１０分保持し、つぎ
に水素・アンモニア混合ガス中６００℃で５分保持した
後、さらに水素・アンモニア混合ガス中で９５０℃まで
昇温した後、すぐに冷却を行なった。この試料の表面を
ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）により元素分析したとこ
ろ、タングステン層中に均一に窒化タングステン層が形
成されていることが確認された。こうして得られたマス
ク材料をパターニングし、実施例１と同様にして再成長
を行なったところ、実施例１と同様の良好な埋め込み構
造が形成された。本実施例において、アンモニアを含む
処理する雰囲気としては、水素とアンモニアの混合ガス
以外にも、アンモニアと不活性ガスの混合ガスを用いて
もよい。
【００３８】
【発明の効果】本発明の３−５族化合物半導体は、小傾
角粒界の発生が抑えられた高品質の化合物半導体であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のパターン上の再成長の様子を示す図。
【図２】実施例１および比較例１における入射方向の異
なるＸ線ロッキングカーブを示す図。
【符号の説明】
１．．．第１の３−５族化合物半導体からなる層（下地
層） ２．．．第１の３−５族化合物半導体とも異なり、第２
の化合物半導体とも異なる材料からなるパターン ３．．．第２の３−５族化合物半導体からなる層（再成
長層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 家近 泰 茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株式 会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AC08 AC09 AC12 AC15 AC16 AC17 AC19 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AE23 AE25 AE29 AF09 BB12 CA06 CA07 CA10 CA12 CB01 DA52 DA63 DA64 DB01 DB02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一般式ＩｎuＧａvＡｌwＮ（式中、０≦ｕ
    ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）で表
    される第１の３−５族化合物半導体からなる層の上に、
    前記の第１の３−５族化合物半導体とも異なり、後記の
    第２の３−５族化合物半導体とも異なる材料からなるパ
    ターンを有し、該第１の３−５族化合物半導体と該パタ
    ーンの上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（式中、０≦ｘ
    ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表
    される第２の３−５族化合物半導体からなる層を有する
    ３−５族化合物半導体において、該第２の３−５族化合
    物半導体のＸ線ロッキングカーブの（０００４）反射の
    半値幅が、Ｘ線の入射方向によらず、７００秒以下であ
    ることを特徴とする３−５族化合物半導体。
  2. 【請求項２】一般式ＩｎuＧａvＡｌwＮ（式中、０≦ｕ
    ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）で表
    される第１の３−５族化合物半導体からなる層の上に、
    前記の第１の３−５族化合物半導体とも異なり、後記の
    第２の３−５族化合物半導体とも異なる材料からなるパ
    ターンを有し、該第１の３−５族化合物半導体と該パタ
    ーンの上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（式中、０≦ｘ
    ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表
    される第２の３−５族化合物半導体からなる層を有する
    ３−５族化合物半導体において、該パターンの上面と該
    第２の３−５族化合物半導体が接していないことを特徴
    とする３−５族化合物半導体。
  3. 【請求項３】パターンがタングステンまたは窒化タング
    ステンより形成されてなることを特徴とする請求項１ま
    たは２記載の３−５族化合物半導体。
  4. 【請求項４】第１の化合物半導体が一般式ＩｎuＧａvＡ
    ｌwＮ（式中、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０．０１≦ｗ
    ≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）で表される半導体であることを
    特徴とする請求項１、２または３記載の３−５族化合物
    半導体。
  5. 【請求項５】パターンが異なる材料よりなる少なくとも
    ２つの層を積層してなることを特徴とする請求項１、２
    または４記載の３−５族化合物半導体。
  6. 【請求項６】パターンがタングステンよりなる層と、タ
    ングステン以外の材料よりなる層との少なくとも２つの
    層を積層してなることを特徴とする請求項５記載の３−
    ５族化合物半導体。
  7. 【請求項７】パターンがタングステンよりなる層と、Ｓ
    ｉＯ2よりなる層との少なくとも２つの層を積層してな
    ることを特徴とする請求項５または６記載の３−５族化
    合物半導体。
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