JP2002231640A - 窒化ガリウム基板及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム基板及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】実用的なＧａＮ基板及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】ＧａＡｓ基板４上に、六方晶と立方晶の両
方の結晶系の結晶粒を含む窒化ガリウム膜３０を低温域
で形成し、ＧａＡｓ基板４を王水で除去して、目的とす
る自立した窒化ガリウム基板１０とするか、又は、これ
にＧａＮ膜２０を成長して目的とする窒化ガリウム基板
とするか、又は上記ＧａＡｓ基板４上の窒化ガリウム膜
３０上にＧａＮ膜４０をエピタキシャル成長して目的と
するＧａＡｓ基板４付きの窒化ガリウム基板とする。
る。 【解決手段】ＧａＡｓ基板４上に、六方晶と立方晶の両
方の結晶系の結晶粒を含む窒化ガリウム膜３０を低温域
で形成し、ＧａＡｓ基板４を王水で除去して、目的とす
る自立した窒化ガリウム基板１０とするか、又は、これ
にＧａＮ膜２０を成長して目的とする窒化ガリウム基板
とするか、又は上記ＧａＡｓ基板４上の窒化ガリウム膜
３０上にＧａＮ膜４０をエピタキシャル成長して目的と
するＧａＡｓ基板４付きの窒化ガリウム基板とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色〜紫外域の発
光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）用
の基板として使用される窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶基
板及びその製造方法に関するものである。
光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）用
の基板として使用される窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶基
板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系発光デバイスは、従来サファイ
アやＳｉＣといった、格子定数や線膨張係数の異なる基
板上に、ＧａＮ膜をヘテロエピタキシャル成長したもの
が使われていた。これは、ＧａＮのバルク単結晶を製造
する方法がなく、次善の策として用いられてきたもので
あるが、上記の物性定数差に起因したエピタキシャル成
長層への欠陥発生や基板の反りの問題があり、その対策
が急がれていた。
アやＳｉＣといった、格子定数や線膨張係数の異なる基
板上に、ＧａＮ膜をヘテロエピタキシャル成長したもの
が使われていた。これは、ＧａＮのバルク単結晶を製造
する方法がなく、次善の策として用いられてきたもので
あるが、上記の物性定数差に起因したエピタキシャル成
長層への欠陥発生や基板の反りの問題があり、その対策
が急がれていた。
【０００３】最近になって、厚く成長したＧａＮの単結
晶エピタキシャル層を基板から剥がし、自立したＧａＮ
基板として使用する方法が開発された。例えば、Michae
l K.Kelly:Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38(1999),p.L217-L219
には、サファイア基板上に成長した厚膜のＧａＮをパル
スレーザを照射して剥がし、ＧａＮの自立基板が得られ
たことが報告されている。また特開２０００−１２９０
０号公報には、ＧａＡｓ基板上に厚膜のＧａＮを成長
し、基板をエッチングで剥がすことで得たＧａＮの自立
基板が開示されている。
晶エピタキシャル層を基板から剥がし、自立したＧａＮ
基板として使用する方法が開発された。例えば、Michae
l K.Kelly:Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38(1999),p.L217-L219
には、サファイア基板上に成長した厚膜のＧａＮをパル
スレーザを照射して剥がし、ＧａＮの自立基板が得られ
たことが報告されている。また特開２０００−１２９０
０号公報には、ＧａＡｓ基板上に厚膜のＧａＮを成長
し、基板をエッチングで剥がすことで得たＧａＮの自立
基板が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術によるＧａＮ自立単結晶基板は、次のような問
題点を抱えている。
従来技術によるＧａＮ自立単結晶基板は、次のような問
題点を抱えている。
【０００５】まず、サファイア基板上に成長した厚膜Ｇ
ａＮを剥離する方法は、サファイア基板が化学的、物理
的に非常に安定なため、うまく剥離できないという問題
を抱えている。今のところ、前述のパルスレーザを用い
た剥離法だけが大型ＧａＮ基板を得る唯一の方法である
が、それでも剥離の途中でＧａＮ基板中にクラックが侵
攻し、直径がφ２インチ以上のクラックフリーのＧａＮ
基板は得られていない。
ａＮを剥離する方法は、サファイア基板が化学的、物理
的に非常に安定なため、うまく剥離できないという問題
を抱えている。今のところ、前述のパルスレーザを用い
た剥離法だけが大型ＧａＮ基板を得る唯一の方法である
が、それでも剥離の途中でＧａＮ基板中にクラックが侵
攻し、直径がφ２インチ以上のクラックフリーのＧａＮ
基板は得られていない。
【０００６】次に、ＧａＡｓのようなIII −Ｖ族化合物
半導体の（１１１）基板上にＧａＮの厚膜を成長し、基
板を選択的にエッチング除去する方法では、高純度で結
晶性の良いＧａＮが得にくいという問題がある。
半導体の（１１１）基板上にＧａＮの厚膜を成長し、基
板を選択的にエッチング除去する方法では、高純度で結
晶性の良いＧａＮが得にくいという問題がある。
【０００７】一般に、窒化物以外のIII −Ｖ族化合物結
晶は、Ｖ族元素の解離圧が高く、一般的なＧａＮの成長
温度である１０００℃近辺では、結晶からＶ族元素が抜
け、結晶表面が荒れてしまう。このため、III −Ｖ族化
合物半導体基板上に成長したＧａＮエピタキシャル層に
は、基板表面の荒れを反映した結晶性の劣化が見られる
ほか、Ｖ族元素による汚染や結晶欠陥の発生が見られる
という問題がある。
晶は、Ｖ族元素の解離圧が高く、一般的なＧａＮの成長
温度である１０００℃近辺では、結晶からＶ族元素が抜
け、結晶表面が荒れてしまう。このため、III −Ｖ族化
合物半導体基板上に成長したＧａＮエピタキシャル層に
は、基板表面の荒れを反映した結晶性の劣化が見られる
ほか、Ｖ族元素による汚染や結晶欠陥の発生が見られる
という問題がある。
【０００８】この問題を回避するためには、Ｖ族元素の
解離が起こらないような低温域でＧａＮの成長を行えば
良いと考えられる。しかし、立方晶の結晶基板上に低温
でＧａＮを成長すると、成長結晶中に六方晶と立方晶と
が混在してしまい、単結晶ＧａＮが得られないという問
題がある。例えば、ある文献では、７５０℃以下でＧａ
ＮをＭＯＣＶＤ法により成長すると、立方晶が成長して
しまうという報告がされている。
解離が起こらないような低温域でＧａＮの成長を行えば
良いと考えられる。しかし、立方晶の結晶基板上に低温
でＧａＮを成長すると、成長結晶中に六方晶と立方晶と
が混在してしまい、単結晶ＧａＮが得られないという問
題がある。例えば、ある文献では、７５０℃以下でＧａ
ＮをＭＯＣＶＤ法により成長すると、立方晶が成長して
しまうという報告がされている。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、実用的なＧａＮ基板及びその製造方法を提供するこ
とにある。
し、実用的なＧａＮ基板及びその製造方法を提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成したものである。
め、本発明は、次のように構成したものである。
【００１１】請求項１の発明に係る窒化ガリウム基板
は、自立した窒化ガリウム結晶の基板であって、六方晶
と立方晶の両方の結晶系の結晶粒を含むことを特徴とす
る。
は、自立した窒化ガリウム結晶の基板であって、六方晶
と立方晶の両方の結晶系の結晶粒を含むことを特徴とす
る。
【００１２】請求項２の発明に係る窒化ガリウム基板
は、窒化ガリウム以外の材料からなる基板上に、窒化ガ
リウム膜を積層した基板であって、前記窒化ガリウム膜
が六方晶と立方晶の両方の結晶系の結晶粒を含むことを
特徴とする。
は、窒化ガリウム以外の材料からなる基板上に、窒化ガ
リウム膜を積層した基板であって、前記窒化ガリウム膜
が六方晶と立方晶の両方の結晶系の結晶粒を含むことを
特徴とする。
【００１３】この請求項２の発明においては、窒化ガリ
ウム以外の材料からなる基板が、立方晶系を有するIV族
半導体又はIII −Ｖ族化合物半導体の基板から成る形態
（請求項３）、特には、窒化ガリウム以外の材料からな
る基板が、立方晶系を有するＳｉ基板又はＧａＡｓ基板
から成る形態（請求項４）が好ましい。
ウム以外の材料からなる基板が、立方晶系を有するIV族
半導体又はIII −Ｖ族化合物半導体の基板から成る形態
（請求項３）、特には、窒化ガリウム以外の材料からな
る基板が、立方晶系を有するＳｉ基板又はＧａＡｓ基板
から成る形態（請求項４）が好ましい。
【００１４】請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれ
かに記載の窒化ガリウム基板が、その基板表面におい
て、六方晶の結晶粒が［０００１］方向に、立方晶の結
晶粒が［１１１］方向に配向していることを特徴とす
る。
かに記載の窒化ガリウム基板が、その基板表面におい
て、六方晶の結晶粒が［０００１］方向に、立方晶の結
晶粒が［１１１］方向に配向していることを特徴とす
る。
【００１５】請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれ
かに記載の窒化ガリウム基板が、その基板表面におい
て、前記六方晶と立方晶の一方の晶系の結晶粒の面積
が、全体の９０％以上であり、且つその結晶粒が、基板
表面内で略均一に分散していることを特徴とする。
かに記載の窒化ガリウム基板が、その基板表面におい
て、前記六方晶と立方晶の一方の晶系の結晶粒の面積
が、全体の９０％以上であり、且つその結晶粒が、基板
表面内で略均一に分散していることを特徴とする。
【００１６】請求項７の発明に係る窒化ガリウム基板
は、請求項１〜６のいずれかに記載の六方晶と立方晶の
両方の結晶系の窒化ガリウム結晶粒を含む窒化ガリウム
基板上に、窒化ガリウム単結晶膜をエピタキシャル成長
させてあることを特徴とする。
は、請求項１〜６のいずれかに記載の六方晶と立方晶の
両方の結晶系の窒化ガリウム結晶粒を含む窒化ガリウム
基板上に、窒化ガリウム単結晶膜をエピタキシャル成長
させてあることを特徴とする。
【００１７】請求項８の発明に係る窒化ガリウム基板
は、請求項１〜６のいずれかに記載の六方晶と立方晶の
両方の結晶系の窒化ガリウム結晶粒を含む窒化ガリウム
基板上に、六方晶の窒化ガリウム単結晶膜をエピタキシ
ャル成長させてあることを特徴とする。
は、請求項１〜６のいずれかに記載の六方晶と立方晶の
両方の結晶系の窒化ガリウム結晶粒を含む窒化ガリウム
基板上に、六方晶の窒化ガリウム単結晶膜をエピタキシ
ャル成長させてあることを特徴とする。
【００１８】請求項９の発明に係る窒化ガリウム基板の
製造方法は、立方晶系を有するIV族半導体又はIII −Ｖ
族化合物半導体の基板上に、表面の荒れを生じない低温
域で窒化ガリウム結晶を成長し、後に前記基板を除去す
ることで請求項１に記載の自立した窒化ガリウム基板を
得ることを特徴とする。
製造方法は、立方晶系を有するIV族半導体又はIII −Ｖ
族化合物半導体の基板上に、表面の荒れを生じない低温
域で窒化ガリウム結晶を成長し、後に前記基板を除去す
ることで請求項１に記載の自立した窒化ガリウム基板を
得ることを特徴とする。
【００１９】本発明の製造方法において、前記立方晶系
を有するIV族半導体又はIII −Ｖ族化合物半導体の基板
としては、Ｓｉ基板又はＧａＡｓ基板を用いることが好
ましい（請求項１０）。
を有するIV族半導体又はIII −Ｖ族化合物半導体の基板
としては、Ｓｉ基板又はＧａＡｓ基板を用いることが好
ましい（請求項１０）。
【００２０】＜発明の要点＞本発明の要点は、立方晶と
六方晶の混在した窒化ガリウム基板でも、ＧａＮの単結
晶エピタキシャル成長用基板として使用可能であるとい
う点を発見したことにある。
六方晶の混在した窒化ガリウム基板でも、ＧａＮの単結
晶エピタキシャル成長用基板として使用可能であるとい
う点を発見したことにある。
【００２１】すなわち、従来は、ＧａＮ単結晶をエピタ
キシャル成長させるためには、単結晶の基板が必要であ
ると考えられてきた。しかし、発明者の研究の結果、多
結晶基板上でも、ある条件さえ満たされれば、ＧａＮ単
結晶エピタキシャル成長が可能であることが見い出され
た。
キシャル成長させるためには、単結晶の基板が必要であ
ると考えられてきた。しかし、発明者の研究の結果、多
結晶基板上でも、ある条件さえ満たされれば、ＧａＮ単
結晶エピタキシャル成長が可能であることが見い出され
た。
【００２２】ＧａＮの六方晶の（０００１）面と立方晶
の（１１１）面は、原子配列が等価である。従って、基
板表面でＧａＮの六方晶（０００１）と立方晶（１１
１）が混在していても、各結晶粒のチルト角、ローテー
ション角が大きくずれてさえいなければ、単結晶基板表
面と略等しい構造となる。そして、ＧａＡｓのような窒
化物以外のIII −Ｖ族化合物半導体単結晶の（１１１）
基板上に、低温で成長させたＧａＮ結晶は、六方晶と立
方晶が混在していても、その結晶粒は基板表面に平行な
積層欠陥を起点として導入されるため、結晶粒のチルト
角、ローテーション角は、ＧａＮ結晶表面の原子配列を
大きく乱すことはない。
の（１１１）面は、原子配列が等価である。従って、基
板表面でＧａＮの六方晶（０００１）と立方晶（１１
１）が混在していても、各結晶粒のチルト角、ローテー
ション角が大きくずれてさえいなければ、単結晶基板表
面と略等しい構造となる。そして、ＧａＡｓのような窒
化物以外のIII −Ｖ族化合物半導体単結晶の（１１１）
基板上に、低温で成長させたＧａＮ結晶は、六方晶と立
方晶が混在していても、その結晶粒は基板表面に平行な
積層欠陥を起点として導入されるため、結晶粒のチルト
角、ローテーション角は、ＧａＮ結晶表面の原子配列を
大きく乱すことはない。
【００２３】この六方晶と立方晶が混在するＧａＮ基板
上に、さらにＧａＮ系の薄膜をエピタキシャル成長した
場合、基本的には六方晶の結晶粒上には六方晶結晶が、
立方晶結晶粒上には立方晶結晶が成長することになる
が、１００℃程度の高温でのＧａＮ成長は、準安定な立
方晶系は残りにくく、ある臨界膜厚を過ぎたところで、
完全に六方晶に揃った単結晶エピタキシャル膜となって
しまう。従って、本発明に係る多結晶でも、十分ＧａＮ
単結晶成長用基板として実用に足るのである。
上に、さらにＧａＮ系の薄膜をエピタキシャル成長した
場合、基本的には六方晶の結晶粒上には六方晶結晶が、
立方晶結晶粒上には立方晶結晶が成長することになる
が、１００℃程度の高温でのＧａＮ成長は、準安定な立
方晶系は残りにくく、ある臨界膜厚を過ぎたところで、
完全に六方晶に揃った単結晶エピタキシャル膜となって
しまう。従って、本発明に係る多結晶でも、十分ＧａＮ
単結晶成長用基板として実用に足るのである。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図示の実施例を中心に説明する。
図示の実施例を中心に説明する。
【００２５】＜実施例１＞直径５０mmのＧａＡｓ（１１
１）基板上に、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法：
Hydride Vapor Phase Epitaxy ）でＧａＮ膜をエピタキ
シャル成長した。成長は、常圧、窒素雰囲気で、原料に
ＧａＣｌとアンモニアガスを用い、成長温度は低温の７
５０℃で、ＧａＮを２５０μｍ成長した。ＧａＮを成長
した基板を取り出し、王水に漬けてＧａＡｓ基板を溶
解、除去したところ、ＧａＮの自立基板が得られた。
１）基板上に、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法：
Hydride Vapor Phase Epitaxy ）でＧａＮ膜をエピタキ
シャル成長した。成長は、常圧、窒素雰囲気で、原料に
ＧａＣｌとアンモニアガスを用い、成長温度は低温の７
５０℃で、ＧａＮを２５０μｍ成長した。ＧａＮを成長
した基板を取り出し、王水に漬けてＧａＡｓ基板を溶
解、除去したところ、ＧａＮの自立基板が得られた。
【００２６】図１に得られたＧａＮ自立基板１０の断面
構造模式図を示す。このＧａＮ自立基板１０のＸ線トポ
グラフ像を撮影して、基板面内の結晶粒の分布を調べた
ところ、六方晶ＧａＮ結晶１の基板内に、表面に現れて
いる面積にして３％の立方晶ＧａＮ結晶２がほぼ均一に
分散していることがわかった。
構造模式図を示す。このＧａＮ自立基板１０のＸ線トポ
グラフ像を撮影して、基板面内の結晶粒の分布を調べた
ところ、六方晶ＧａＮ結晶１の基板内に、表面に現れて
いる面積にして３％の立方晶ＧａＮ結晶２がほぼ均一に
分散していることがわかった。
【００２７】このＧａＮ自立基板１０をＸＲＤ測定で調
べた結果、基板表面に現れている面は、六方晶部分が
（０００１）面、そして立方晶の結晶粒は、その測定し
た全てが（１１１）面であった。この結晶基板中の砒素
濃度をＳＩＭＳ分析で調べたところ、測定下限以下であ
ったことから、ＧａＡｓ基板からの砒素の混入は、抑え
られていることが確認できた。
べた結果、基板表面に現れている面は、六方晶部分が
（０００１）面、そして立方晶の結晶粒は、その測定し
た全てが（１１１）面であった。この結晶基板中の砒素
濃度をＳＩＭＳ分析で調べたところ、測定下限以下であ
ったことから、ＧａＡｓ基板からの砒素の混入は、抑え
られていることが確認できた。
【００２８】次に、このＧａＮ多結晶から成るＧａＮ自
立基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属ＣＶＤ法：me
tallorganic chemical vapor deposition ）でＧａＮ膜
２０をエピタキシャル成長した。エピタキシャル成長
は、常圧、１１００℃で、原料にトリメチルガリウムと
アンモニア、キャリアガスに水素窒素混合ガスを用いて
行なった。成長したＧａＮ膜２０の厚さは１μｍであ
る。
立基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属ＣＶＤ法：me
tallorganic chemical vapor deposition ）でＧａＮ膜
２０をエピタキシャル成長した。エピタキシャル成長
は、常圧、１１００℃で、原料にトリメチルガリウムと
アンモニア、キャリアガスに水素窒素混合ガスを用いて
行なった。成長したＧａＮ膜２０の厚さは１μｍであ
る。
【００２９】得られたＧａＮエピタキシャル基板の断面
構造模式図を図２に示す。ＧａＮ膜２０をエピタキシャ
ル成長した後の基板表面は、きれいな鏡面状態を呈して
おり、電子線回折測定により、ＧａＮ膜２０が六方晶の
単結晶（六方晶ＧａＮ単結晶層３）であることを確認し
た。
構造模式図を図２に示す。ＧａＮ膜２０をエピタキシャ
ル成長した後の基板表面は、きれいな鏡面状態を呈して
おり、電子線回折測定により、ＧａＮ膜２０が六方晶の
単結晶（六方晶ＧａＮ単結晶層３）であることを確認し
た。
【００３０】＜実施例２＞図３に示すように、直径７５
mmのＧａＡｓ（１１１）基板４上に、ＧａＮ膜３０をエ
ピタキシャル成長した。エピタキシャル成長は、常圧Ｍ
ＯＣＶＤ炉で行なった。原料は、トリメチルガリウムと
アンモニア、キャリアガスは、水素窒素混合ガスで、成
長温度は低温の７３０℃である。ＧａＮ膜３０を２μｍ
成長させて、基板を炉内から取り出した。得られたＧａ
Ｎ基板の断面構造模式図を図３に示す。
mmのＧａＡｓ（１１１）基板４上に、ＧａＮ膜３０をエ
ピタキシャル成長した。エピタキシャル成長は、常圧Ｍ
ＯＣＶＤ炉で行なった。原料は、トリメチルガリウムと
アンモニア、キャリアガスは、水素窒素混合ガスで、成
長温度は低温の７３０℃である。ＧａＮ膜３０を２μｍ
成長させて、基板を炉内から取り出した。得られたＧａ
Ｎ基板の断面構造模式図を図３に示す。
【００３１】成長したＧａＮ膜３０の表面は、光学顕微
鏡で観察したところ、平坦できれいな鏡面になってい
た。このＧａＮ膜面内でＸ線回折測定を行ったところ、
ＧａＮ膜３０の表面は六方晶の（０００１）面であり、
ところどころ立方晶の（１１１）面が混ざっていること
が確認できた。
鏡で観察したところ、平坦できれいな鏡面になってい
た。このＧａＮ膜面内でＸ線回折測定を行ったところ、
ＧａＮ膜３０の表面は六方晶の（０００１）面であり、
ところどころ立方晶の（１１１）面が混ざっていること
が確認できた。
【００３２】次に、図４に示すように、上記で得られた
ＧａＮ基板のＧａＮ膜３０の存在する面以外の面に、Ｐ
ＣＶＤ（Plasma Chemical Vapor Deposition）法でＳｉ
Ｏ2膜を堆積して、保護膜としたものを準備し、これを
ＭＯＣＶＤ炉に入れ、実施例１のＧａＮ膜２０のエピタ
キシャル成長と同じ条件で、ＧａＮ面上に新たにＧａＮ
膜４０を２μｍエピタキシャル成長した。得られたＧａ
Ｎエピ基板の断面構造模式図を図４に示す。
ＧａＮ基板のＧａＮ膜３０の存在する面以外の面に、Ｐ
ＣＶＤ（Plasma Chemical Vapor Deposition）法でＳｉ
Ｏ2膜を堆積して、保護膜としたものを準備し、これを
ＭＯＣＶＤ炉に入れ、実施例１のＧａＮ膜２０のエピタ
キシャル成長と同じ条件で、ＧａＮ面上に新たにＧａＮ
膜４０を２μｍエピタキシャル成長した。得られたＧａ
Ｎエピ基板の断面構造模式図を図４に示す。
【００３３】ＧａＮ膜４０がエピタキシャル成長した後
の基板表面は、きれいな鏡面状態を呈しており、電子線
回折測定により、新たに成長したＧａＮ膜４０は単結晶
（六方晶ＧａＮ単結晶層３）になっていることを確認し
た。
の基板表面は、きれいな鏡面状態を呈しており、電子線
回折測定により、新たに成長したＧａＮ膜４０は単結晶
（六方晶ＧａＮ単結晶層３）になっていることを確認し
た。
【００３４】＜実施例３＞直径１００mmのＳｉ（１１
１）基板上に、ＧａＮ膜をエピタキシャル成長した。エ
ピタキシャル成長は、常圧ＭＯＣＶＤ炉で行なった。原
料は、トリメチルガリウムとアンモニア、キャリアガス
は、水素窒素混合ガスで、成長温度は７５０℃である。
ＧａＮ膜を２μｍ成長させて、基板を炉内から取り出し
た。この基板表面を電子線回折測定で調べたところ、Ｇ
ａＮ膜表面は六方晶の（０００１）面であり、ところど
ころ立方晶の（１１１）面が混ざっていることが確認さ
れた。
１）基板上に、ＧａＮ膜をエピタキシャル成長した。エ
ピタキシャル成長は、常圧ＭＯＣＶＤ炉で行なった。原
料は、トリメチルガリウムとアンモニア、キャリアガス
は、水素窒素混合ガスで、成長温度は７５０℃である。
ＧａＮ膜を２μｍ成長させて、基板を炉内から取り出し
た。この基板表面を電子線回折測定で調べたところ、Ｇ
ａＮ膜表面は六方晶の（０００１）面であり、ところど
ころ立方晶の（１１１）面が混ざっていることが確認さ
れた。
【００３５】上記で得られた基板のＧａＮ膜の設けられ
ている面以外の面に、ＰＣＶＤ法でＳｉＯ2 膜を堆積し
て、保護膜としたものを準備し、これをＨＶＰＥ炉に入
れ、実施例１と同様の条件で、ＧａＮ面上に新たにＧａ
Ｎ膜を２００μｍ成長した。ＧａＮ成長後の基板表面
は、きれいな鏡面状態を呈しており、電子線回折測定に
より、新たに成長したＧａＮ膜は単結晶になっているこ
とを確認した。
ている面以外の面に、ＰＣＶＤ法でＳｉＯ2 膜を堆積し
て、保護膜としたものを準備し、これをＨＶＰＥ炉に入
れ、実施例１と同様の条件で、ＧａＮ面上に新たにＧａ
Ｎ膜を２００μｍ成長した。ＧａＮ成長後の基板表面
は、きれいな鏡面状態を呈しており、電子線回折測定に
より、新たに成長したＧａＮ膜は単結晶になっているこ
とを確認した。
【００３６】得られた基板をフッ酸と硝酸の混合液に浸
漬し、Ｓｉ基板を完全に溶解、除去したところ、表面に
ＧａＮ単結晶層を有するＧａＮの自立基板が得られた。
漬し、Ｓｉ基板を完全に溶解、除去したところ、表面に
ＧａＮ単結晶層を有するＧａＮの自立基板が得られた。
【００３７】＜最適条件について＞上記実施例１〜３か
ら判るように、ＧａＮ膜を成長させる最適条件として
は、ＧａＮ基板表面において、六方晶の結晶粒は［００
０１］方向に、立方晶の結晶粒は［１１１］方向に配向
していることが必要である。これは、六方晶の（０００
１）面と立方晶の（１１１）面が等価な原子配列になっ
ていることを利用しているためであり、この条件が満た
されないと、六方晶と立方晶の混在する多結晶基板上に
ＧａＮを成長させた場合、成長結晶も多結晶化してしま
う。
ら判るように、ＧａＮ膜を成長させる最適条件として
は、ＧａＮ基板表面において、六方晶の結晶粒は［００
０１］方向に、立方晶の結晶粒は［１１１］方向に配向
していることが必要である。これは、六方晶の（０００
１）面と立方晶の（１１１）面が等価な原子配列になっ
ていることを利用しているためであり、この条件が満た
されないと、六方晶と立方晶の混在する多結晶基板上に
ＧａＮを成長させた場合、成長結晶も多結晶化してしま
う。
【００３８】一方の晶系の結晶粒の面積が、全体の９０
％以上であり、且つその結晶粒が、基板表面内で略均一
に分散していることは、その上に成長するＧａＮエピタ
キシャル層を単結晶化させるために必要な条件である。
％以上であり、且つその結晶粒が、基板表面内で略均一
に分散していることは、その上に成長するＧａＮエピタ
キシャル層を単結晶化させるために必要な条件である。
【００３９】前述の通り、本発明に係る基板上に成長さ
れるＧａＮ層は、成長初期過程では多結晶であるが、成
長が進むに従って単結晶化し、最終的には完全な単結晶
の表面を持つＧａＮエピタキシャル成長基板となる。
れるＧａＮ層は、成長初期過程では多結晶であるが、成
長が進むに従って単結晶化し、最終的には完全な単結晶
の表面を持つＧａＮエピタキシャル成長基板となる。
【００４０】しかし、上記六方晶と立方晶の一方の晶系
の結晶粒の面積Ｓが、全体の１０〜９０％（１０％≦Ｓ
＜９０％）の範囲であったり、基板表面内で局所的に偏
在していると、エピタキシャル成長結晶は、いつまでた
っても単結晶化せず、多結晶のまま安定になり、場合に
よっては、成長初期の状態よりも結晶粒の揃わない、ひ
どい多結晶しか得られない。
の結晶粒の面積Ｓが、全体の１０〜９０％（１０％≦Ｓ
＜９０％）の範囲であったり、基板表面内で局所的に偏
在していると、エピタキシャル成長結晶は、いつまでた
っても単結晶化せず、多結晶のまま安定になり、場合に
よっては、成長初期の状態よりも結晶粒の揃わない、ひ
どい多結晶しか得られない。
【００４１】＜他の実施例、変形例＞また、ＧａＮの成
長方法に、低温バッファ層を用いる方法（特願平１０−
７８３３３）や、マスクを用いるエピタキシャルラテラ
ルオーバーグロースを採用することも考えられる。例え
ば、島状の窓を有するマスクによってＧａＡｓ基板を覆
い、孤立した窓からＧａＮを独立に成長させる手法であ
る（特願平１０−１７１２７６号）。
長方法に、低温バッファ層を用いる方法（特願平１０−
７８３３３）や、マスクを用いるエピタキシャルラテラ
ルオーバーグロースを採用することも考えられる。例え
ば、島状の窓を有するマスクによってＧａＡｓ基板を覆
い、孤立した窓からＧａＮを独立に成長させる手法であ
る（特願平１０−１７１２７６号）。
【００４２】本発明の変形例として、ＧａＮではなく、
ＡｌＮやＧａＮにＡｌやＩｎを混ぜた混晶での基板に適
用することが考えられる。また、この考えをさらに窒化
物系以外の材料にも拡大し、ＧａＡｓやＩｎＰ，Ｇａ
Ｐ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＣなどの基板に適用することも考
えられる。
ＡｌＮやＧａＮにＡｌやＩｎを混ぜた混晶での基板に適
用することが考えられる。また、この考えをさらに窒化
物系以外の材料にも拡大し、ＧａＡｓやＩｎＰ，Ｇａ
Ｐ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＣなどの基板に適用することも考
えられる。
【００４３】＜使用方法、応用システムなど＞本発明に
かかるＧａＮ基板は、従来のＧａＮ単結晶成長用基板と
同様の使用方法で用いることができる。また、この基板
をつけたままで、ＧａＮ系発光デバイス・電子デバイス
等のデバイス構造を形成し、チップ化して用いることも
可能である。
かかるＧａＮ基板は、従来のＧａＮ単結晶成長用基板と
同様の使用方法で用いることができる。また、この基板
をつけたままで、ＧａＮ系発光デバイス・電子デバイス
等のデバイス構造を形成し、チップ化して用いることも
可能である。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような優れた効果が得られる。
のような優れた効果が得られる。
【００４５】本発明の第１の形態は、六方晶と立方晶の
両方の結晶系の結晶粒を含む自立した窒化ガリウム結晶
の基板であり、また第２の形態は、窒化ガリウム以外の
材料（例えば、Ｓｉ等のIV族半導体又はＧａＡｓ等のII
I −Ｖ族化合物半導体）からなる基板上に、六方晶と立
方晶の両方の結晶系の結晶粒を含む窒化ガリウム膜を積
層した基板であり、さらに第３の形態は、上記の自立し
た窒化ガリウム結晶の基板上又は上記の窒化ガリウム膜
を積層した基板上に、窒化ガリウム膜をエピタキシャル
成長させた窒化ガリウム基板であり、これらは共に六方
晶と立方晶の両方の結晶系の結晶粒を含んでいることが
許容される窒化ガリウム基板か又はこれを主体としてい
るため、例えば、Ｖ族元素の解離が起こらないような低
温域、すなわち表面の荒れを生じない低温域でＧａＮの
成長を行って、容易に製造することができる。
両方の結晶系の結晶粒を含む自立した窒化ガリウム結晶
の基板であり、また第２の形態は、窒化ガリウム以外の
材料（例えば、Ｓｉ等のIV族半導体又はＧａＡｓ等のII
I −Ｖ族化合物半導体）からなる基板上に、六方晶と立
方晶の両方の結晶系の結晶粒を含む窒化ガリウム膜を積
層した基板であり、さらに第３の形態は、上記の自立し
た窒化ガリウム結晶の基板上又は上記の窒化ガリウム膜
を積層した基板上に、窒化ガリウム膜をエピタキシャル
成長させた窒化ガリウム基板であり、これらは共に六方
晶と立方晶の両方の結晶系の結晶粒を含んでいることが
許容される窒化ガリウム基板か又はこれを主体としてい
るため、例えば、Ｖ族元素の解離が起こらないような低
温域、すなわち表面の荒れを生じない低温域でＧａＮの
成長を行って、容易に製造することができる。
【００４６】しかも、このように立方晶と六方晶の混在
した窒化ガリウム基板であっても、ＧａＮの単結晶エピ
タキシャル成長用基板として使用可能であることが見い
出された。
した窒化ガリウム基板であっても、ＧａＮの単結晶エピ
タキシャル成長用基板として使用可能であることが見い
出された。
【００４７】従って、本発明を用いることにより、従来
は作製が難しかったＧａＮ単結晶基板に代えて、単結晶
基板と同等に用いることの可能な基板を、簡便かつ安価
に提供することができる。また、本発明の窒化ガリウム
基板は、従来の単結晶基板に較べて大口径化が可能であ
り、且つ基板からの不純物汚染がほとんど無いという特
長を有する。
は作製が難しかったＧａＮ単結晶基板に代えて、単結晶
基板と同等に用いることの可能な基板を、簡便かつ安価
に提供することができる。また、本発明の窒化ガリウム
基板は、従来の単結晶基板に較べて大口径化が可能であ
り、且つ基板からの不純物汚染がほとんど無いという特
長を有する。
【００４８】よって、本発明の窒化ガリウム基板を用い
ることで、ＧａＮデバイスの生産歩留まりを大幅に向上
させることが可能であるとともに、そのデバイス性能を
向上させることが可能である。
ることで、ＧａＮデバイスの生産歩留まりを大幅に向上
させることが可能であるとともに、そのデバイス性能を
向上させることが可能である。
【図１】本発明の一実施例にかかる自立したＧａＮ基板
の断面構造を示す模式図である。
の断面構造を示す模式図である。
【図２】図１で示したＧａＮ自立基板上にＧａＮ膜をエ
ピタキシャル成長させた基板の断面構造模式図である。
ピタキシャル成長させた基板の断面構造模式図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかるＧａＮ基板の断面
構造を示す模式図である。
構造を示す模式図である。
【図４】図３で示したＧａＡｓ基板上にＧａＮ膜をエピ
タキシャル成長させた基板の断面構造を示す模式図であ
る。
タキシャル成長させた基板の断面構造を示す模式図であ
る。
１ 六方晶ＧａＮ結晶 ２ 立方晶ＧａＮ結晶 ３ 六方晶ＧａＮ単結晶層 ４ ＧａＡｓ（１１１）基板 ５ ＳｉＯ2 保護膜 １０ ＧａＮ自立基板 ２０、３０、４０ ＧａＮ膜
Claims (10)
- 【請求項１】自立した窒化ガリウム結晶の基板であっ
て、六方晶と立方晶の両方の結晶系の結晶粒を含むこと
を特徴とする窒化ガリウム基板。 - 【請求項２】窒化ガリウム以外の材料からなる基板上
に、窒化ガリウム膜を積層した基板であって、前記窒化
ガリウム膜が六方晶と立方晶の両方の結晶系の結晶粒を
含むことを特徴とする窒化ガリウム基板。 - 【請求項３】前記窒化ガリウム以外の材料からなる基板
が、立方晶系を有するIV族半導体又はIII −Ｖ族化合物
半導体の基板から成ることを特徴とする請求項２に記載
の窒化ガリウム基板。 - 【請求項４】前記窒化ガリウム以外の材料からなる基板
が、立方晶系を有するＳｉ基板又はＧａＡｓ基板から成
ることを特徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム基
板。 - 【請求項５】前記窒化ガリウム基板の基板表面におい
て、六方晶の結晶粒が［０００１］方向に、立方晶の結
晶粒が［１１１］方向に配向していることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の窒化ガリウム基板。 - 【請求項６】前記窒化ガリウム基板の基板表面におい
て、前記六方晶と立方晶の一方の晶系の結晶粒の面積
が、全体の９０％以上であり、且つその結晶粒が、基板
表面内で略均一に分散していることを特徴とする請求項
１〜５のいずれかに記載の窒化ガリウム基板。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の六方晶と
立方晶の両方の結晶系の窒化ガリウム結晶粒を含む窒化
ガリウム基板上に、窒化ガリウム単結晶膜をエピタキシ
ャル成長させてあることを特徴とする窒化ガリウム基
板。 - 【請求項８】請求項１〜６のいずれかに記載の六方晶と
立方晶の両方の結晶系の窒化ガリウム結晶粒を含む窒化
ガリウム基板上に、六方晶の窒化ガリウム単結晶膜をエ
ピタキシャル成長させてあることを特徴とする窒化ガリ
ウム基板。 - 【請求項９】立方晶系を有するIV族半導体又はIII −Ｖ
族化合物半導体の基板上に、表面の荒れを生じない低温
域で窒化ガリウム結晶を成長し、後に前記基板を除去す
ることで請求項１に記載の自立した窒化ガリウム基板を
得ることを特徴とする窒化ガリウム基板の製造方法。 - 【請求項１０】前記立方晶系を有するIV族半導体又はII
I −Ｖ族化合物半導体の基板として、Ｓｉ基板又はＧａ
Ａｓ基板を用いることを特徴とする請求項９に記載の窒
化ガリウム基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001023435A JP2002231640A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 窒化ガリウム基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001023435A JP2002231640A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 窒化ガリウム基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002231640A true JP2002231640A (ja) | 2002-08-16 |
Family
ID=18888723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001023435A Pending JP2002231640A (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 窒化ガリウム基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002231640A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7646040B2 (en) | 2002-11-28 | 2010-01-12 | Showa Denko K.K. | Boron phosphide-based compound semiconductor device, production method thereof and light emitting diode |
| CN102638001A (zh) * | 2011-02-10 | 2012-08-15 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 半导体激光器及其制造方法 |
| JP2013033862A (ja) * | 2011-08-02 | 2013-02-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合基板およびその製造方法、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法 |
-
2001
- 2001-01-31 JP JP2001023435A patent/JP2002231640A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7646040B2 (en) | 2002-11-28 | 2010-01-12 | Showa Denko K.K. | Boron phosphide-based compound semiconductor device, production method thereof and light emitting diode |
| CN102638001A (zh) * | 2011-02-10 | 2012-08-15 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 半导体激光器及其制造方法 |
| JP2013033862A (ja) * | 2011-08-02 | 2013-02-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合基板およびその製造方法、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法 |
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