JP2002289579A - 結晶成長用基板、その製造方法、およびＧａＮ系結晶の製造方法 - Google Patents
結晶成長用基板、その製造方法、およびＧａＮ系結晶の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 少なくとも表面がＧａＮ結晶である基板を用
いて、従来よりも高品質なＧａＮ系結晶層を成長させ得
る結晶成長用基板とその製造方法を提供し、また、該結
晶成長用基板を用いたＧａＮ系結晶の製造方法を提供す
ること。 【解決手段】 ＧａＮ基板１に対し、エッチングガスを
用いたエッチングを行うことによって、基板表面のＧａ
Ｎ結晶の表層を除去し、当該結晶成長用基板として、そ
の上にＧａＮ系結晶２を成長させる。これによって、よ
り高品質なＧａＮ系結晶の成長が可能となる。この工程
に、さらに、ラテラル成長法や埋め込み成長法を組み込
んで、結晶品質をさらに向上させることもできる。
いて、従来よりも高品質なＧａＮ系結晶層を成長させ得
る結晶成長用基板とその製造方法を提供し、また、該結
晶成長用基板を用いたＧａＮ系結晶の製造方法を提供す
ること。 【解決手段】 ＧａＮ基板１に対し、エッチングガスを
用いたエッチングを行うことによって、基板表面のＧａ
Ｎ結晶の表層を除去し、当該結晶成長用基板として、そ
の上にＧａＮ系結晶２を成長させる。これによって、よ
り高品質なＧａＮ系結晶の成長が可能となる。この工程
に、さらに、ラテラル成長法や埋め込み成長法を組み込
んで、結晶品質をさらに向上させることもできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＮ系半導体結
晶の製造方法、およびＧａＮ系半導体を結晶成長させる
ための結晶成長用基板に関するものである。
晶の製造方法、およびＧａＮ系半導体を結晶成長させる
ための結晶成長用基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系結晶を用いた光素子、電子素子
が開発され実用化されている。一方で素子の高性能化が
検討され、結晶品質のさらなる向上が求められている。
従来、ＧａＮ系結晶を成長させるための最初の結晶基板
として、サファイアやＳｉＣなどが多く用いられてきた
が、ＧａＮ系結晶の高品質化、素子の高性能化には、Ｇ
ａＮ結晶基板を用い、目的のＧａＮ系結晶をホモエピタ
キシャル成長させることが重要な技術となってきてい
る。
が開発され実用化されている。一方で素子の高性能化が
検討され、結晶品質のさらなる向上が求められている。
従来、ＧａＮ系結晶を成長させるための最初の結晶基板
として、サファイアやＳｉＣなどが多く用いられてきた
が、ＧａＮ系結晶の高品質化、素子の高性能化には、Ｇ
ａＮ結晶基板を用い、目的のＧａＮ系結晶をホモエピタ
キシャル成長させることが重要な技術となってきてい
る。
【０００３】近年、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相エピ
タキシャル成長法）などによるＧａＮ結晶の厚膜成長に
よって、例えば、厚さ３００μｍ程度の、ＧａＮ結晶だ
けからなる単独の結晶基板が使用できるようになってき
ている。
タキシャル成長法）などによるＧａＮ結晶の厚膜成長に
よって、例えば、厚さ３００μｍ程度の、ＧａＮ結晶だ
けからなる単独の結晶基板が使用できるようになってき
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者等
が、上記従来のＧａＮ結晶だけからなる単独の結晶基板
を用いて成長させたＧａＮ系結晶層の品質を検討したと
ころ、その結晶品質は、サファイア結晶上にバッファ層
を介して成長させたＧａＮ系結晶の品質に比べて、顕著
に向上しているとは言えないことがわかった。
が、上記従来のＧａＮ結晶だけからなる単独の結晶基板
を用いて成長させたＧａＮ系結晶層の品質を検討したと
ころ、その結晶品質は、サファイア結晶上にバッファ層
を介して成長させたＧａＮ系結晶の品質に比べて、顕著
に向上しているとは言えないことがわかった。
【０００５】本発明の課題は、上記問題を解決し、少な
くとも表面がＧａＮ結晶である基板を用いて、従来より
も高品質なＧａＮ系結晶層を成長させ得る該結晶の製造
方法を提供することにある。また、本発明の他の課題
は、従来よりも高品質なＧａＮ系結晶層を成長させ得る
結晶成長用基板を提供することである。
くとも表面がＧａＮ結晶である基板を用いて、従来より
も高品質なＧａＮ系結晶層を成長させ得る該結晶の製造
方法を提供することにある。また、本発明の他の課題
は、従来よりも高品質なＧａＮ系結晶層を成長させ得る
結晶成長用基板を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、以下の
特徴を有するものである。 （１）少なくとも表面がＧａＮ結晶からなる結晶基板に
対し、エッチングガスを用いたエッチングを施すことに
よって前記ＧａＮ結晶のうちの表層を除去する工程を有
することを特徴とする、結晶成長用基板の製造方法。
特徴を有するものである。 （１）少なくとも表面がＧａＮ結晶からなる結晶基板に
対し、エッチングガスを用いたエッチングを施すことに
よって前記ＧａＮ結晶のうちの表層を除去する工程を有
することを特徴とする、結晶成長用基板の製造方法。
【０００７】（２）少なくとも表面がＧａＮ結晶からな
る結晶基板の表面に、先に、ラテラル成長法を実施し得
るパターン、材料にてマスク層を形成しておき、次に、
該マスク層のパターン間に露出しているＧａＮ結晶表面
に対し、エッチングガスを用いたエッチングを施すこと
によって、前記ＧａＮ結晶のうちの表層を除去する工程
を有するものである、上記（１）記載の製造方法。
る結晶基板の表面に、先に、ラテラル成長法を実施し得
るパターン、材料にてマスク層を形成しておき、次に、
該マスク層のパターン間に露出しているＧａＮ結晶表面
に対し、エッチングガスを用いたエッチングを施すこと
によって、前記ＧａＮ結晶のうちの表層を除去する工程
を有するものである、上記（１）記載の製造方法。
【０００８】（３）少なくとも表面がＧａＮ結晶からな
る結晶基板の表面に、エッチングガスを用いたエッチン
グを施すことによって、前記ＧａＮ結晶のうちの表層を
除去すると共に、ＧａＮ系結晶の成長出発面となる凹凸
を形成するものである上記（１）記載の製造方法。
る結晶基板の表面に、エッチングガスを用いたエッチン
グを施すことによって、前記ＧａＮ結晶のうちの表層を
除去すると共に、ＧａＮ系結晶の成長出発面となる凹凸
を形成するものである上記（１）記載の製造方法。
【０００９】（４）上記凹凸が、斜面を有する凹凸であ
る上記（３）記載の製造方法。
る上記（３）記載の製造方法。
【００１０】（５）エッチングガスを用いたエッチング
が、少なくとも反応性イオンエッチングを含むことを特
徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方
法。
が、少なくとも反応性イオンエッチングを含むことを特
徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方
法。
【００１１】（６）エッチングガスが、ハロゲンガスま
たはハロゲン化水素ガスまたは水素ガスを含有するもの
である上記（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方
法。
たはハロゲン化水素ガスまたは水素ガスを含有するもの
である上記（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方
法。
【００１２】（７）ハロゲンが塩素である上記（６）記
載の製造方法。
載の製造方法。
【００１３】（８）上記（１）〜（７）のいずれかの製
造方法によって結晶成長用基板を製造し、エッチングガ
スを用いたエッチングによって表層が除去されたＧａＮ
結晶面に、ＧａＮ系結晶を成長させる工程を有すること
を特徴とするＧａＮ系結晶の製造方法。
造方法によって結晶成長用基板を製造し、エッチングガ
スを用いたエッチングによって表層が除去されたＧａＮ
結晶面に、ＧａＮ系結晶を成長させる工程を有すること
を特徴とするＧａＮ系結晶の製造方法。
【００１４】（９）少なくとも表面がＧａＮ結晶からな
る基板の表面に、ラテラル成長法を実施し得る材料、パ
ターンにてマスク層が形成され、該マスク層のパターン
間に露出しているＧａＮ結晶のうちの表層が除去されて
いる結晶成長用基板。
る基板の表面に、ラテラル成長法を実施し得る材料、パ
ターンにてマスク層が形成され、該マスク層のパターン
間に露出しているＧａＮ結晶のうちの表層が除去されて
いる結晶成長用基板。
【００１５】（１０）少なくとも表面がＧａＮ結晶から
なる基板であって、該ＧａＮ結晶のうちのもとの表層が
除去され、かつ、斜面を有する凹凸が形成されている結
晶成長用基板。
なる基板であって、該ＧａＮ結晶のうちのもとの表層が
除去され、かつ、斜面を有する凹凸が形成されている結
晶成長用基板。
【００１６】（１１）少なくとも表面がＧａＮ結晶から
なる基板におけるＧａＮ結晶が、ＨＶＰＥ法によって結
晶成長したものであって、かつ、成長後に、エッチング
ガスを用いたエッチング以外の表面処理方法によってＧ
ａＮ結晶の表面を仕上げられたものである上記（９）ま
たは（１０）記載の結晶成長用基板。
なる基板におけるＧａＮ結晶が、ＨＶＰＥ法によって結
晶成長したものであって、かつ、成長後に、エッチング
ガスを用いたエッチング以外の表面処理方法によってＧ
ａＮ結晶の表面を仕上げられたものである上記（９）ま
たは（１０）記載の結晶成長用基板。
【００１７】
【作用】従来、利用可能となっているＧａＮ結晶基板
は、通常ＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing：化
学的・機械的ポリッシング法）によって平滑化処理がさ
れており、場合によってはエッチング液による表面仕上
げがされている。ここでは最終表面処理までを含めてＣ
ＭＰと呼ぶ。ＣＭＰは、ケミカル効果とメカニカル効果
を複合させた方式や、ケモメカニカル効果を利用した方
式、メカノケミカル効果を応用した方式など、「メカニ
カル＋ケミカル」ポリシッング全体にわたる広い範囲の
メカニズムを包含するポリッシング法である。しかし、
本発明者等の研究によれば、そのＣＭＰによる仕上げ
が、ＧａＮ結晶表面に損傷を与え、その上に成長するＧ
ａＮ系結晶の品質を低下させていることがわかった。
は、通常ＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing：化
学的・機械的ポリッシング法）によって平滑化処理がさ
れており、場合によってはエッチング液による表面仕上
げがされている。ここでは最終表面処理までを含めてＣ
ＭＰと呼ぶ。ＣＭＰは、ケミカル効果とメカニカル効果
を複合させた方式や、ケモメカニカル効果を利用した方
式、メカノケミカル効果を応用した方式など、「メカニ
カル＋ケミカル」ポリシッング全体にわたる広い範囲の
メカニズムを包含するポリッシング法である。しかし、
本発明者等の研究によれば、そのＣＭＰによる仕上げ
が、ＧａＮ結晶表面に損傷を与え、その上に成長するＧ
ａＮ系結晶の品質を低下させていることがわかった。
【００１８】ＣＭＰによる研磨加工・仕上げの必要性
は、一般的にはＧａＮ結晶表面の平坦性、基板厚の均一
性、厚み精度の要求から必然的なものであるが、特にＨ
ＶＰＥ法により厚膜成長したＧａＮ結晶の場合、ＣＭＰ
による研磨加工・仕上げの必要性は顕著に高まる。即
ち、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶を厚膜成長させる
と、その結晶成長の最後、即ち、ＧａＮ結晶の表層に、
ＨＶＰＥ法であるが故の、ＧａＮ系多結晶の副生物の堆
積層が形成される。また、厚膜成長に用いた基板（通
常、サファイア、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＭｇＯ、Ｚ
ｎＯ、ＳｉＣ、ＡＧＯ、ＮＧＯなど）は除去する必要が
あり、ＣＭＰによる研磨加工・仕上げが必要である。即
ち、ＣＭＰによる仕上げは、特に厚膜成長させたＧａＮ
結晶基板にとって、成長表面の仕上げのみならず、基板
を除去したあとの面の仕上げを含めて、必須の表面処理
加工である。
は、一般的にはＧａＮ結晶表面の平坦性、基板厚の均一
性、厚み精度の要求から必然的なものであるが、特にＨ
ＶＰＥ法により厚膜成長したＧａＮ結晶の場合、ＣＭＰ
による研磨加工・仕上げの必要性は顕著に高まる。即
ち、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶を厚膜成長させる
と、その結晶成長の最後、即ち、ＧａＮ結晶の表層に、
ＨＶＰＥ法であるが故の、ＧａＮ系多結晶の副生物の堆
積層が形成される。また、厚膜成長に用いた基板（通
常、サファイア、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＭｇＯ、Ｚ
ｎＯ、ＳｉＣ、ＡＧＯ、ＮＧＯなど）は除去する必要が
あり、ＣＭＰによる研磨加工・仕上げが必要である。即
ち、ＣＭＰによる仕上げは、特に厚膜成長させたＧａＮ
結晶基板にとって、成長表面の仕上げのみならず、基板
を除去したあとの面の仕上げを含めて、必須の表面処理
加工である。
【００１９】しかし、前記したとおり、ＣＭＰによる研
磨加工・仕上げ加工は、ＧａＮ結晶の表層の堆積層を除
去した際に、残されたＧａＮ結晶表面に大きな損傷を与
える。その損傷が、次に成長するＧａＮ系結晶の品質向
上を阻害しているのである。換言すれば、このＣＭＰに
よってＧａＮ結晶表面に残された表面損傷層を好ましく
除去すれば、次に成長するＧａＮ系結晶の品質は向上す
ることになる。しかし、該表面損傷層を除去するには、
跡に損傷を残すようなＣＭＰ法などの除去方法は、当然
に用いることはできない。
磨加工・仕上げ加工は、ＧａＮ結晶の表層の堆積層を除
去した際に、残されたＧａＮ結晶表面に大きな損傷を与
える。その損傷が、次に成長するＧａＮ系結晶の品質向
上を阻害しているのである。換言すれば、このＣＭＰに
よってＧａＮ結晶表面に残された表面損傷層を好ましく
除去すれば、次に成長するＧａＮ系結晶の品質は向上す
ることになる。しかし、該表面損傷層を除去するには、
跡に損傷を残すようなＣＭＰ法などの除去方法は、当然
に用いることはできない。
【００２０】本発明では、エッチングガスを用いたエッ
チング（以下、単に「当該ガスエッチング」とも言う）
を行うことによって、処理後に損傷を残さないように、
ＧａＮ結晶の表層を好適に除去し得ることを見出してい
る。これによって、表面損傷層を好適に除去することが
でき、除去跡の面に成長するＧａＮ系結晶の品質は、従
来よりもさらに向上する。
チング（以下、単に「当該ガスエッチング」とも言う）
を行うことによって、処理後に損傷を残さないように、
ＧａＮ結晶の表層を好適に除去し得ることを見出してい
る。これによって、表面損傷層を好適に除去することが
でき、除去跡の面に成長するＧａＮ系結晶の品質は、従
来よりもさらに向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に、具体的な例を挙げながら
本発明を説明する。本発明による結晶成長用基板の製造
方法は、先ず、図１（ａ）に示すように、少なくとも表
面がＧａＮ結晶からなる基板１に対し、当該ガスエッチ
ングを行うことによって、前記ＧａＮ結晶のうちの表層
（同図においてハッチングを施した表層部分）を除去す
る工程を有するものである。当該製造方法によって、表
面損傷の低減された結晶成長用基板が得られる。また、
本発明によるＧａＮ系結晶の製造方法は、図１（ｂ）に
示すように、この結晶成長用基板１の損傷除去されたＧ
ａＮ結晶面に、ＧａＮ系結晶を成長させる工程を有する
ものである。
本発明を説明する。本発明による結晶成長用基板の製造
方法は、先ず、図１（ａ）に示すように、少なくとも表
面がＧａＮ結晶からなる基板１に対し、当該ガスエッチ
ングを行うことによって、前記ＧａＮ結晶のうちの表層
（同図においてハッチングを施した表層部分）を除去す
る工程を有するものである。当該製造方法によって、表
面損傷の低減された結晶成長用基板が得られる。また、
本発明によるＧａＮ系結晶の製造方法は、図１（ｂ）に
示すように、この結晶成長用基板１の損傷除去されたＧ
ａＮ結晶面に、ＧａＮ系結晶を成長させる工程を有する
ものである。
【００２２】上記基板１は、当該製造方法の原料部材で
あって、少なくとも表面がＧａＮ結晶であればよい。例
えば、ＨＶＰＥ法や昇華法、Ｇａ融液を使った高圧溶液
成長法などによって、単膜の製品として取扱い可能な厚
さ（例えば、５０μｍ程度以上）にまで成長したＧａＮ
結晶だけからなるＧａＮ結晶基板や、任意の厚さのＧａ
Ｎ結晶層を表層として、該ＧａＮ結晶層が成長するため
の最初の結晶基板がその下に（バッファ層等を介しても
よい）付いているものなどであってもよい。以下、この
ような基板を総称して、「ＧａＮ基板」とも呼ぶ。
あって、少なくとも表面がＧａＮ結晶であればよい。例
えば、ＨＶＰＥ法や昇華法、Ｇａ融液を使った高圧溶液
成長法などによって、単膜の製品として取扱い可能な厚
さ（例えば、５０μｍ程度以上）にまで成長したＧａＮ
結晶だけからなるＧａＮ結晶基板や、任意の厚さのＧａ
Ｎ結晶層を表層として、該ＧａＮ結晶層が成長するため
の最初の結晶基板がその下に（バッファ層等を介しても
よい）付いているものなどであってもよい。以下、この
ような基板を総称して、「ＧａＮ基板」とも呼ぶ。
【００２３】従来の表面処理法では表層を除去した跡の
面に、処理に起因する表面損傷が残っていたのに対し
て、本発明の製造方法における重要な特徴は、その表面
損傷層を好適に除去し、しかも除去跡の面に損傷を残さ
ない点にある。従って、ＣＭＰなどによる表面処理が施
され表面に損傷が残っているＧａＮ基板を原料部材とす
ることによって、本発明の有用性は顕著となり、特に、
ＨＶＰＥ法によって厚膜成長して得た従来のＧａＮ基板
は、ＣＭＰによる表面処理によって必須に損傷を受けて
いるから、本発明の有用性が最も顕著となる基板（原料
部材）である。
面に、処理に起因する表面損傷が残っていたのに対し
て、本発明の製造方法における重要な特徴は、その表面
損傷層を好適に除去し、しかも除去跡の面に損傷を残さ
ない点にある。従って、ＣＭＰなどによる表面処理が施
され表面に損傷が残っているＧａＮ基板を原料部材とす
ることによって、本発明の有用性は顕著となり、特に、
ＨＶＰＥ法によって厚膜成長して得た従来のＧａＮ基板
は、ＣＭＰによる表面処理によって必須に損傷を受けて
いるから、本発明の有用性が最も顕著となる基板（原料
部材）である。
【００２４】本発明における当該ガスエッチングは、水
溶液などの液体を使わないことが特徴であって、特に、
気相中でのエッチング加工（ドライエッチング）が好ま
しく、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッ
チング、サーマルエッチングなどが挙げられる。また、
これらを複合的に用いても、他の損傷を与え難いエッチ
ング加工工程を加えてもよい。
溶液などの液体を使わないことが特徴であって、特に、
気相中でのエッチング加工（ドライエッチング）が好ま
しく、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッ
チング、サーマルエッチングなどが挙げられる。また、
これらを複合的に用いても、他の損傷を与え難いエッチ
ング加工工程を加えてもよい。
【００２５】エッチングガスは、当該ガスエッチングに
利用可能なガスであり、ＧａＮ系半導体との反応性を有
する分子種・原子種を含有するガス、または、前記分子
種・原子種を放出するガス、あるいは前記分子種・原子
種からなるガスであって、特にハロゲンガスまたはハロ
ゲン化水素ガスまたは水素ガスを含有するものが、Ｇａ
Ｎ系半導体との反応性に富んでいるという点からは好ま
しく、その中でも特に、塩素ガスまたは塩化水素ガスを
含有するエッチングガスが、他のハロゲン系ガスに比べ
て比較的安全で安価であり好ましい。
利用可能なガスであり、ＧａＮ系半導体との反応性を有
する分子種・原子種を含有するガス、または、前記分子
種・原子種を放出するガス、あるいは前記分子種・原子
種からなるガスであって、特にハロゲンガスまたはハロ
ゲン化水素ガスまたは水素ガスを含有するものが、Ｇａ
Ｎ系半導体との反応性に富んでいるという点からは好ま
しく、その中でも特に、塩素ガスまたは塩化水素ガスを
含有するエッチングガスが、他のハロゲン系ガスに比べ
て比較的安全で安価であり好ましい。
【００２６】当該ガスエッチングによる、ＧａＮ結晶の
うちの表層の除去は、ＧａＮ結晶層のうちの表面から
０．０１μｍ〜１０μｍ程度の厚さまでを除去すること
が好ましいが、研磨損傷は数十μｍ入っている場合もあ
り、対象とするＧａＮ基板表面の損傷深さに応じて、適
宜、除去すべき表層の厚さを決定すればよい。
うちの表層の除去は、ＧａＮ結晶層のうちの表面から
０．０１μｍ〜１０μｍ程度の厚さまでを除去すること
が好ましいが、研磨損傷は数十μｍ入っている場合もあ
り、対象とするＧａＮ基板表面の損傷深さに応じて、適
宜、除去すべき表層の厚さを決定すればよい。
【００２７】ＧａＮ系結晶とは、ＩｎXＧａYＡｌZＮ
（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝
１）で示される化合物半導体の結晶であり、発光素子な
どに重要なものとして、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎなどが挙げられる。
（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝
１）で示される化合物半導体の結晶であり、発光素子な
どに重要なものとして、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎなどが挙げられる。
【００２８】ＧａＮ基板上にＧａＮ系結晶を成長させる
方法は、公知のＧａＮ系結晶成長方法であればよく、重
要な方法として、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＭＯＭＢＥ
法などが挙げられる。
方法は、公知のＧａＮ系結晶成長方法であればよく、重
要な方法として、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＭＯＭＢＥ
法などが挙げられる。
【００２９】本発明による結晶成長用基板、ＧａＮ系結
晶の製造方法では、図１のようにＧａＮ基板の表面をそ
のまま単純にガスエッチングし結晶成長用基板とし、Ｇ
ａＮ系結晶を成長させるだけでなく、エッチング前にラ
テラル成長用マスクを形成しておくことや、エッチング
前後またはそのエッチングによってＧａＮ基板の表面に
凹凸を形成することによって、種々の結晶成長用基板と
成り得、種々の成長法と組み合せてＧａＮ系結晶を成長
させることが可能である。以下に、いくつかの態様を詳
述する。
晶の製造方法では、図１のようにＧａＮ基板の表面をそ
のまま単純にガスエッチングし結晶成長用基板とし、Ｇ
ａＮ系結晶を成長させるだけでなく、エッチング前にラ
テラル成長用マスクを形成しておくことや、エッチング
前後またはそのエッチングによってＧａＮ基板の表面に
凹凸を形成することによって、種々の結晶成長用基板と
成り得、種々の成長法と組み合せてＧａＮ系結晶を成長
させることが可能である。以下に、いくつかの態様を詳
述する。
【００３０】〔マスクを用いたラテラル成長法との組み
合せ例〕図２は、本発明の製造方法に、マスクを用いた
ラテラル成長法を組み込んだ場合の例を示す模式図であ
る。先ず、図２（ａ）に示すように、ＧａＮ基板１の表
面に、ラテラル成長法を実施し得る材料、パターンにて
マスク層Ｍを形成する。図１（ａ）の場合と同様、Ｇａ
Ｎ基板の表面にはＣＭＰ処理に起因する損傷層（ハッチ
ングで示す部分）が存在している。
合せ例〕図２は、本発明の製造方法に、マスクを用いた
ラテラル成長法を組み込んだ場合の例を示す模式図であ
る。先ず、図２（ａ）に示すように、ＧａＮ基板１の表
面に、ラテラル成長法を実施し得る材料、パターンにて
マスク層Ｍを形成する。図１（ａ）の場合と同様、Ｇａ
Ｎ基板の表面にはＣＭＰ処理に起因する損傷層（ハッチ
ングで示す部分）が存在している。
【００３１】ラテラル成長法を実施し得るマスク層の材
料とは、ＧａＮ系結晶が実質的に成長し難いマスク材料
（例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮX、ＳｉＯ1-XＮX、Ｔｉ
Ｏ2、ＺｒＯ2等）である。また、ラテラル成長法を実施
し得るマスク層のパターンは、ラテラル成長の仕方に大
きな影響を示し、例えば、マスク領域と非マスク領域と
の境界線が〈１−１００〉方向や〈１１−２０〉に伸び
ているような、ストライプ状パターン、格子状パター
ン、ドット状開口パターンなどが挙げられる。マスク層
の材料やパターンの詳細は、公知のラテラル成長法を参
照してよい。
料とは、ＧａＮ系結晶が実質的に成長し難いマスク材料
（例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮX、ＳｉＯ1-XＮX、Ｔｉ
Ｏ2、ＺｒＯ2等）である。また、ラテラル成長法を実施
し得るマスク層のパターンは、ラテラル成長の仕方に大
きな影響を示し、例えば、マスク領域と非マスク領域と
の境界線が〈１−１００〉方向や〈１１−２０〉に伸び
ているような、ストライプ状パターン、格子状パター
ン、ドット状開口パターンなどが挙げられる。マスク層
の材料やパターンの詳細は、公知のラテラル成長法を参
照してよい。
【００３２】次に、図２（ｂ）に示すように、マスク層
のパターン間に露出しているＧａＮ結晶表面に対し、当
該ガスエッチングを行うことによって、ＧａＮ結晶の表
層として存在する損傷層を除去する。この加工によっ
て、ＧａＮ基板１の表面に、ラテラル成長法を実施し得
る材料、パターンにてマスク層Ｍが形成され、該マスク
層のパターン間に露出しているＧａＮ結晶のうち表層と
して存在する損傷層が除去された当該結晶成長用基板が
得られる。
のパターン間に露出しているＧａＮ結晶表面に対し、当
該ガスエッチングを行うことによって、ＧａＮ結晶の表
層として存在する損傷層を除去する。この加工によっ
て、ＧａＮ基板１の表面に、ラテラル成長法を実施し得
る材料、パターンにてマスク層Ｍが形成され、該マスク
層のパターン間に露出しているＧａＮ結晶のうち表層と
して存在する損傷層が除去された当該結晶成長用基板が
得られる。
【００３３】次に、図２（ｃ）に示すように、損傷層が
除去された領域からＧａＮ系結晶の成長を出発させる。
ＧａＮ系結晶は、マスク層上面よりも高く成長した後
は、厚さ方向のみならず、マスク層上面に沿って横方向
にも成長（所謂、ラテラル成長）し、マスク層を完全に
覆って、同図のようなＧａＮ系結晶層２となる。該Ｇａ
Ｎ系結晶層２内には、ＧａＮ基板から転位線が伝播して
いない低転位部分が形成される。
除去された領域からＧａＮ系結晶の成長を出発させる。
ＧａＮ系結晶は、マスク層上面よりも高く成長した後
は、厚さ方向のみならず、マスク層上面に沿って横方向
にも成長（所謂、ラテラル成長）し、マスク層を完全に
覆って、同図のようなＧａＮ系結晶層２となる。該Ｇａ
Ｎ系結晶層２内には、ＧａＮ基板から転位線が伝播して
いない低転位部分が形成される。
【００３４】マスクの方位、結晶成長条件を選択するこ
とで、ファセット面を有するＧａＮ系結晶を成長させる
ことができ、転位の伝播方向を変えることで更に低転位
のＧａＮ系結晶を得ることができる。該ラテラル成長法
による成長途中のＧａＮ系結晶の断面形状は、台形状、
三角形状、長方形状など成長条件により制御でき、転位
低減効果を最大限引き出すために選択すれば良い。
とで、ファセット面を有するＧａＮ系結晶を成長させる
ことができ、転位の伝播方向を変えることで更に低転位
のＧａＮ系結晶を得ることができる。該ラテラル成長法
による成長途中のＧａＮ系結晶の断面形状は、台形状、
三角形状、長方形状など成長条件により制御でき、転位
低減効果を最大限引き出すために選択すれば良い。
【００３５】〔ＧａＮ基板面に凹凸を加工した埋め込み
成長法との組み合せ例１〕これは、ＧａＮ基板に当該ガ
スエッチングを施すことによって、ＧａＮ基板のＧａＮ
結晶層表面に、損傷が除去された凹凸を形成し、当該結
晶成長用基板とする態様である。ＧａＮ系結晶の製造で
は、この凸部および凹部から、前記凹凸の凹部内を充填
し該凹凸を埋め込むように、ファセット構造を形成しな
がらＧａＮ系結晶を成長させる。
成長法との組み合せ例１〕これは、ＧａＮ基板に当該ガ
スエッチングを施すことによって、ＧａＮ基板のＧａＮ
結晶層表面に、損傷が除去された凹凸を形成し、当該結
晶成長用基板とする態様である。ＧａＮ系結晶の製造で
は、この凸部および凹部から、前記凹凸の凹部内を充填
し該凹凸を埋め込むように、ファセット構造を形成しな
がらＧａＮ系結晶を成長させる。
【００３６】この埋め込み成長法では、先ず、図３
（ａ）に示すように、ＧａＮ基板１の表面に当該ガスエ
ッチングによって、損傷を除去しながら凹凸１ａとして
加工し、当該結晶成長用基板とする。次に、図３（ｂ）
に示すように、その凹部及び凸部からＧａＮ系結晶２
１、２２をファセット構造を形成させながら成長させる
ことによって、図３（ｃ）に示すように、凹部を空洞と
することなくＧａＮ系結晶で充填し、該凹凸を埋め込ん
で成長させる。以下、この凹凸を用い凹部を充填する成
長法を「当該ファセット成長法」と呼ぶ。
（ａ）に示すように、ＧａＮ基板１の表面に当該ガスエ
ッチングによって、損傷を除去しながら凹凸１ａとして
加工し、当該結晶成長用基板とする。次に、図３（ｂ）
に示すように、その凹部及び凸部からＧａＮ系結晶２
１、２２をファセット構造を形成させながら成長させる
ことによって、図３（ｃ）に示すように、凹部を空洞と
することなくＧａＮ系結晶で充填し、該凹凸を埋め込ん
で成長させる。以下、この凹凸を用い凹部を充填する成
長法を「当該ファセット成長法」と呼ぶ。
【００３７】当該ファセット成長法では、ＧａＮ基板の
表面に凹凸を加工することで、結晶成長当初からファセ
ット面が形成され得る素地面を予め提供し、当該結晶成
長用基板としておく。ＧａＮ基板に凹凸を設けること
で、この面にＧａＮ系結晶の気相成長を行うに際し、相
互の段差にて区画された凹面と凸面を、ファセット構造
成長が生成される単位基準面とする。凹面と凸面の両方
をファセット構造成長可能な面とすることによって、図
３（ｂ）に示すように、成長初期には凹面・凸面の両方
から凸状を呈する結晶成長が起きる。
表面に凹凸を加工することで、結晶成長当初からファセ
ット面が形成され得る素地面を予め提供し、当該結晶成
長用基板としておく。ＧａＮ基板に凹凸を設けること
で、この面にＧａＮ系結晶の気相成長を行うに際し、相
互の段差にて区画された凹面と凸面を、ファセット構造
成長が生成される単位基準面とする。凹面と凸面の両方
をファセット構造成長可能な面とすることによって、図
３（ｂ）に示すように、成長初期には凹面・凸面の両方
から凸状を呈する結晶成長が起きる。
【００３８】この結果、結晶基板からＣ軸方向に伸びる
転位線がファセット面（図３（ｂ）に示す結晶２１、２
２の斜面）で横方向に曲げられ、上方に伝播しなくな
る。その後成長を続け、成長面を平坦化したとき、その
表面近傍は基板からの転位の伝播がさらに低減された低
転位密度領域となる。
転位線がファセット面（図３（ｂ）に示す結晶２１、２
２の斜面）で横方向に曲げられ、上方に伝播しなくな
る。その後成長を続け、成長面を平坦化したとき、その
表面近傍は基板からの転位の伝播がさらに低減された低
転位密度領域となる。
【００３９】ＧａＮ基板面に凹凸を加工することで、横
方向成長に結晶成長領域の寸法的な制限が加わるため
に、例えば凹凸が〈１１−２０〉に平行なストライプ形
状であれば、〈１−１００〉方向の成長に制限が加わる
ために、Ｃ軸方向の成長速度が上昇し、結晶成長速度の
遅い｛１−１０１｝などの斜めのファセットが形成し得
る。この態様では、基板の成長面に凹凸加工を施す事
で、上記横方向成長の成長領域の寸法的な制限を加えて
いる。
方向成長に結晶成長領域の寸法的な制限が加わるため
に、例えば凹凸が〈１１−２０〉に平行なストライプ形
状であれば、〈１−１００〉方向の成長に制限が加わる
ために、Ｃ軸方向の成長速度が上昇し、結晶成長速度の
遅い｛１−１０１｝などの斜めのファセットが形成し得
る。この態様では、基板の成長面に凹凸加工を施す事
で、上記横方向成長の成長領域の寸法的な制限を加えて
いる。
【００４０】当該ファセット成長法で用いられる凹凸の
配置パターンは、ドット状の凹部（または凸部）が配列
されたパターン、直線状または曲線状の凹溝（または凸
尾根）が一定間隔で配列されたストライプ状の凹凸パタ
ーンが挙げられる。また、凹凸の断面形状は、矩形（台
形を含む）波状などが挙げられ、ピッチは、必ずしも一
定である必要はない。これら種々の凹凸の態様の中で
も、直線状または曲線状の凹溝（または凸尾根）が一定
間隔で配列されたストライプ状の凹凸パターンは、その
作製工程を簡略化できると共に、パターンの作製が容易
である。
配置パターンは、ドット状の凹部（または凸部）が配列
されたパターン、直線状または曲線状の凹溝（または凸
尾根）が一定間隔で配列されたストライプ状の凹凸パタ
ーンが挙げられる。また、凹凸の断面形状は、矩形（台
形を含む）波状などが挙げられ、ピッチは、必ずしも一
定である必要はない。これら種々の凹凸の態様の中で
も、直線状または曲線状の凹溝（または凸尾根）が一定
間隔で配列されたストライプ状の凹凸パターンは、その
作製工程を簡略化できると共に、パターンの作製が容易
である。
【００４１】凹凸のパターンをストライプ状とする場
合、そのストライプの長手方向は任意であってよいが、
これを埋め込んで成長するＧａＮ系結晶にとって〈１１
−２０〉方向とした場合、横方向成長に寸法的な制限が
加わった時に、｛１−１０１｝面などの斜めファセット
が形成され易くなる。この結果、基板側からＣ軸方向に
伝播した転位がこのファセット面で横方向に曲げられ、
上方に伝播し難くなり、低転位密度領域を形成できる点
で特に好ましい。
合、そのストライプの長手方向は任意であってよいが、
これを埋め込んで成長するＧａＮ系結晶にとって〈１１
−２０〉方向とした場合、横方向成長に寸法的な制限が
加わった時に、｛１−１０１｝面などの斜めファセット
が形成され易くなる。この結果、基板側からＣ軸方向に
伝播した転位がこのファセット面で横方向に曲げられ、
上方に伝播し難くなり、低転位密度領域を形成できる点
で特に好ましい。
【００４２】一方、ストライプの長手方向を〈１−１０
０〉方向にした場合であっても、ファセット面が形成さ
れやすい成長条件を選ぶ事により前述と同様の効果を得
ることができる。
０〉方向にした場合であっても、ファセット面が形成さ
れやすい成長条件を選ぶ事により前述と同様の効果を得
ることができる。
【００４３】図３（ａ）に示すような断面が矩形波状の
凹凸を例として、当該ファセット成長法に利用可能な凹
凸の好ましい寸法を次に挙げる。凹溝の幅Ｗ１は、０．
５μｍ〜２０μｍ、特に１μｍ〜１０μｍが好ましい。
凸部の幅Ｗ２は、０．５μｍ〜２０μｍ、特に１μｍ〜
１０μｍが好ましい。凹凸の振幅（凹溝の深さ）ｄは、
０．０５μｍ〜５μｍ、特に０．２μｍ〜３μｍが好ま
しい。これらの寸法やそこから計算されるピッチ等は、
他の断面形状の凹凸においても同様である。
凹凸を例として、当該ファセット成長法に利用可能な凹
凸の好ましい寸法を次に挙げる。凹溝の幅Ｗ１は、０．
５μｍ〜２０μｍ、特に１μｍ〜１０μｍが好ましい。
凸部の幅Ｗ２は、０．５μｍ〜２０μｍ、特に１μｍ〜
１０μｍが好ましい。凹凸の振幅（凹溝の深さ）ｄは、
０．０５μｍ〜５μｍ、特に０．２μｍ〜３μｍが好ま
しい。これらの寸法やそこから計算されるピッチ等は、
他の断面形状の凹凸においても同様である。
【００４４】〔ＧａＮ基板の表面に凹凸を形成して行う
成長法との組み合せ例２〕上記で説明した当該ファセッ
ト成長法に対して、当該結晶成長用基板として形成すべ
き凹凸の方向、仕様、結晶成長条件を選択することで、
図４（ａ）に示すように、凸部の上部からＧａＮ系結晶
２１を成長させ、その後、図４（ｂ）に示すように、凹
部を空洞として残して一体となったＧａＮ系結晶層２と
なるまで成長させることができる。これは、マスクを用
いない一種のラテラル成長法であって、凹凸のパターン
・形成方法自体については、公知技術を参照してもよ
い。
成長法との組み合せ例２〕上記で説明した当該ファセッ
ト成長法に対して、当該結晶成長用基板として形成すべ
き凹凸の方向、仕様、結晶成長条件を選択することで、
図４（ａ）に示すように、凸部の上部からＧａＮ系結晶
２１を成長させ、その後、図４（ｂ）に示すように、凹
部を空洞として残して一体となったＧａＮ系結晶層２と
なるまで成長させることができる。これは、マスクを用
いない一種のラテラル成長法であって、凹凸のパターン
・形成方法自体については、公知技術を参照してもよ
い。
【００４５】〔ＧａＮ基板の表面に凹凸を形成して行う
成長法との組み合せ例３〕図５に示すように、ＧａＮ基
板表面のＧａＮ結晶に、損傷が除去された斜面を有する
凹凸を形成して当該結晶成長用基板とし、該凹凸を主な
成長出発面として、該凹凸全体を埋め込むようにＧａＮ
系結晶を成長させることが可能である。
成長法との組み合せ例３〕図５に示すように、ＧａＮ基
板表面のＧａＮ結晶に、損傷が除去された斜面を有する
凹凸を形成して当該結晶成長用基板とし、該凹凸を主な
成長出発面として、該凹凸全体を埋め込むようにＧａＮ
系結晶を成長させることが可能である。
【００４６】ＧａＮ基板の表面をこのような斜面を有す
る凹凸に加工する方法としては、例えば、図５（ａ）に
示すように、ＧａＮ基板１の表面に、両エッジが薄くな
った凸アーチ状の断面形状を有するレジストＲを形成
し、これに当該ガスエッチングを施す方法が挙げられ
る。レジストの材料としては、当該ガスエッチングを受
け得るものを用いることが好ましい。このようなレジス
トＲの付いたＧａＮ基板に、当該ガスエッチングを施す
ことによって、ＧａＮ基板の露出している領域は最初か
ら侵食され、一方、レジストの薄い肩の部分は、エッチ
ングの進行と共に消耗して行き、ＧａＮ結晶のエッチン
グが遅れて始まる。この様にエッチング開始時間がずれ
て行くことで、最終的に、図５（ｂ）に示すように、全
体として三角波に近い断面の凹凸となる。レジストの最
も厚い部分は、当該ガスエッチングで除去されてもよい
が、残してもよく、その場合には、ＧａＮ結晶に損傷を
与えないレジスト専用の除去剤を用い除去すればよい。
また、最終的に凸部のエッチング処理を行うと更に効果
的である。
る凹凸に加工する方法としては、例えば、図５（ａ）に
示すように、ＧａＮ基板１の表面に、両エッジが薄くな
った凸アーチ状の断面形状を有するレジストＲを形成
し、これに当該ガスエッチングを施す方法が挙げられ
る。レジストの材料としては、当該ガスエッチングを受
け得るものを用いることが好ましい。このようなレジス
トＲの付いたＧａＮ基板に、当該ガスエッチングを施す
ことによって、ＧａＮ基板の露出している領域は最初か
ら侵食され、一方、レジストの薄い肩の部分は、エッチ
ングの進行と共に消耗して行き、ＧａＮ結晶のエッチン
グが遅れて始まる。この様にエッチング開始時間がずれ
て行くことで、最終的に、図５（ｂ）に示すように、全
体として三角波に近い断面の凹凸となる。レジストの最
も厚い部分は、当該ガスエッチングで除去されてもよい
が、残してもよく、その場合には、ＧａＮ結晶に損傷を
与えないレジスト専用の除去剤を用い除去すればよい。
また、最終的に凸部のエッチング処理を行うと更に効果
的である。
【００４７】図５（ｂ）に示すような、斜面を有する凹
凸の好ましい寸法を次に挙げる。凹凸のピッチは、１μ
ｍ〜２０μｍ、特に２μｍ〜１０μｍが好ましい。凹凸
の振幅は、０．０５μｍ〜５μｍ、特に０．２μｍ〜３
μｍが好ましい。
凸の好ましい寸法を次に挙げる。凹凸のピッチは、１μ
ｍ〜２０μｍ、特に２μｍ〜１０μｍが好ましい。凹凸
の振幅は、０．０５μｍ〜５μｍ、特に０．２μｍ〜３
μｍが好ましい。
【００４８】次に、図５（ｃ）に示すように、該損傷層
が除去された凹凸の一部または全部からＧａＮ系結晶２
の成長を出発させ、凹凸が完全に埋め込まれるまで成長
させる。上記のとおり、凹溝の側壁斜面が擬似的なファ
セット面として働くか、ＧａＮ系結晶を成長させたと
き、擬似ファセット面が形成され、該擬似ファセット面
を界面として転位線が屈曲し、上層に低転位部分が形成
されるという作用効果が得られる。
が除去された凹凸の一部または全部からＧａＮ系結晶２
の成長を出発させ、凹凸が完全に埋め込まれるまで成長
させる。上記のとおり、凹溝の側壁斜面が擬似的なファ
セット面として働くか、ＧａＮ系結晶を成長させたと
き、擬似ファセット面が形成され、該擬似ファセット面
を界面として転位線が屈曲し、上層に低転位部分が形成
されるという作用効果が得られる。
【００４９】以上のように、本発明の製造方法の工程
に、種々のラテラル成長法、凹凸加工面の埋め込み成長
法などを組み込むことによって、それらの成長法自体が
示す低転位化の作用効果に加えて、その成長の出発領域
から成長するＧａＮ系結晶の品質が、ＧａＮ基板表面の
損傷除去によって向上するため、従来のＧａＮ基板を用
いて行う単なるラテラル成長法・埋め込み成長法より
も、得られるＧａＮ系結晶層の品質はさらに向上する。
に、種々のラテラル成長法、凹凸加工面の埋め込み成長
法などを組み込むことによって、それらの成長法自体が
示す低転位化の作用効果に加えて、その成長の出発領域
から成長するＧａＮ系結晶の品質が、ＧａＮ基板表面の
損傷除去によって向上するため、従来のＧａＮ基板を用
いて行う単なるラテラル成長法・埋め込み成長法より
も、得られるＧａＮ系結晶層の品質はさらに向上する。
【００５０】
【実施例】以下の実施例では、本発明による製造方法お
よび結晶成長用基板を用いてＬＥＤを製作し、従来のも
のと性能を比較した。
よび結晶成長用基板を用いてＬＥＤを製作し、従来のも
のと性能を比較した。
【００５１】実施例１ 本実施例では、当該ガスエッチングを、塩素ガスを含有
するエッチングガスを用いたＲＩＥ法とし、これによっ
てＧａＮ基板の表面を表面の損傷層を除去し、その跡の
面に、ＧａＮ系結晶層を成長させ、ＬＥＤとして、その
発光出力を測定した。
するエッチングガスを用いたＲＩＥ法とし、これによっ
てＧａＮ基板の表面を表面の損傷層を除去し、その跡の
面に、ＧａＮ系結晶層を成長させ、ＬＥＤとして、その
発光出力を測定した。
【００５２】用いたＧａＮ基板は、ＨＶＰＥ法で厚膜成
長された後、ＭＣＰ処理（液体エッチング処理を含む）
によって鏡面研磨仕上げされたものである（市販品：厚
さ３００μｍ、直径５０ｍｍ）。このＧａＮ基板を、通
常の平行平板型ＲＩＥ装置に装填して、高真空排気を行
った後、塩素ガス供給量４０ｓｃｃｍ、圧力５Ｐａ、投
入電力２００Ｗで当該ガスエッチング処理を行った。該
ＧａＮ基板は、水冷してある電極板上にＳｉ基板を介し
て接している。この時のエッチング速度は約１００ｎｍ
／ｍｉｎであり、２５分間で、厚さ２．５μｍの表層を
除去するエッチング処理を行った。処理後の基板が、本
発明による結晶成長用基板である。
長された後、ＭＣＰ処理（液体エッチング処理を含む）
によって鏡面研磨仕上げされたものである（市販品：厚
さ３００μｍ、直径５０ｍｍ）。このＧａＮ基板を、通
常の平行平板型ＲＩＥ装置に装填して、高真空排気を行
った後、塩素ガス供給量４０ｓｃｃｍ、圧力５Ｐａ、投
入電力２００Ｗで当該ガスエッチング処理を行った。該
ＧａＮ基板は、水冷してある電極板上にＳｉ基板を介し
て接している。この時のエッチング速度は約１００ｎｍ
／ｍｉｎであり、２５分間で、厚さ２．５μｍの表層を
除去するエッチング処理を行った。処理後の基板が、本
発明による結晶成長用基板である。
【００５３】該成長用基板をＲＩＥ装置から取り出し
て、常圧横型成長のＭＯＶＰＥ装置に装填し、通常の結
晶成長を行った。基板は均一な成長膜を得るために低速
回転させた。窒素ガスを主成分とした雰囲気ガス中で、
１１００℃まで昇温、５分間保持した後、１０２５℃ま
で降温し、ｎ−ＧａＮ結晶層（コンタクト層兼クラッド
層）を４μｍ成長させた。
て、常圧横型成長のＭＯＶＰＥ装置に装填し、通常の結
晶成長を行った。基板は均一な成長膜を得るために低速
回転させた。窒素ガスを主成分とした雰囲気ガス中で、
１１００℃まで昇温、５分間保持した後、１０２５℃ま
で降温し、ｎ−ＧａＮ結晶層（コンタクト層兼クラッド
層）を４μｍ成長させた。
【００５４】７５０℃まで再度降温した後、発光中心波
長４８０ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を４層有する多重量子
井戸構造（ＭＱＷ）を形成した。１０２５℃まで昇温し
た後、ｐ−ＡｌＧａＮ層（クラッド層）、ｐ−ＧａＮ層
（コンタクト層）を成長させた。
長４８０ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を４層有する多重量子
井戸構造（ＭＱＷ）を形成した。１０２５℃まで昇温し
た後、ｐ−ＡｌＧａＮ層（クラッド層）、ｐ−ＧａＮ層
（コンタクト層）を成長させた。
【００５５】成長終了後、電気炉を停止し室温まで降温
した。途中、８５０℃以下では雰囲気ガスを全て窒素ガ
スに切り替えた。以上の積層構造が形成されたエピ基板
をＭＯＶＰＥ装置から取り出して、ｎ層を露出させるた
めのエッチング加工、ｐ電極およびｎ電極の形成、素子
分離を経てＬＥＤ素子を完成させた。
した。途中、８５０℃以下では雰囲気ガスを全て窒素ガ
スに切り替えた。以上の積層構造が形成されたエピ基板
をＭＯＶＰＥ装置から取り出して、ｎ層を露出させるた
めのエッチング加工、ｐ電極およびｎ電極の形成、素子
分離を経てＬＥＤ素子を完成させた。
【００５６】このＬＥＤ素子のベアチップ状態での発光
出力（電流２０ｍＡ、波長４８０ｎｍ）の条件にて測定
した。測定結果を下記表１に示す。また、比較のため
に、上記ＧａＮ基板の表面に、当該ガスエッチングを施
さず、従来の表面状態のままで、同様の成長プロセスに
てＧａＮ系結晶層を形成し、ＬＥＤ素子を製作した。こ
の比較例品の発光出力を、上記実施例品と同様に測定し
た。測定結果を下記表１に示す。
出力（電流２０ｍＡ、波長４８０ｎｍ）の条件にて測定
した。測定結果を下記表１に示す。また、比較のため
に、上記ＧａＮ基板の表面に、当該ガスエッチングを施
さず、従来の表面状態のままで、同様の成長プロセスに
てＧａＮ系結晶層を形成し、ＬＥＤ素子を製作した。こ
の比較例品の発光出力を、上記実施例品と同様に測定し
た。測定結果を下記表１に示す。
【００５７】実施例２ 本実施例では、当該ガスエッチングを、塩化水素ガスに
よる気相エッチング処理とし、これによってＧａＮ基板
の表面を表面の損傷層を除去し、その跡の面に、ＧａＮ
系結晶層を成長させ、ＬＥＤとして、その発光出力を測
定した。
よる気相エッチング処理とし、これによってＧａＮ基板
の表面を表面の損傷層を除去し、その跡の面に、ＧａＮ
系結晶層を成長させ、ＬＥＤとして、その発光出力を測
定した。
【００５８】実施例１と同様のＧａＮ基板を用い、塩化
水素ガスおよび水素ガスを独立に供給でき、かつ１２０
０℃まで昇温可能な電気炉を用いてエッチング処理を行
った。エッチング速度は温度とガス供給量、ガス組成に
依存するが、ここでは塩化水素ガス供給量５０ｓｃｃｍ
（窒素希釈）、８５０℃、１５分の処理を行った。処理
後の基板が、本発明による結晶成長用基板である。
水素ガスおよび水素ガスを独立に供給でき、かつ１２０
０℃まで昇温可能な電気炉を用いてエッチング処理を行
った。エッチング速度は温度とガス供給量、ガス組成に
依存するが、ここでは塩化水素ガス供給量５０ｓｃｃｍ
（窒素希釈）、８５０℃、１５分の処理を行った。処理
後の基板が、本発明による結晶成長用基板である。
【００５９】該結晶成長用基板を常圧横型成長のＭＯＶ
ＰＥ装置に装填し、実施例１と同様のプロセスにて、ｎ
−ＧａＮ結晶層、発光層としてのＭＱＷ構造、ｐ−Ａｌ
ＧａＮ層（クラッド層）、ｐ-ＧａＮ層（コンタクト
層）を成長させ、ｐおよびｎ電極の形成、素子分離を経
てＬＥＤ素子を完成させた。このＬＥＤ素子の発光出力
を、実施例１と同様の条件にて測定した結果を下記表１
に示す。
ＰＥ装置に装填し、実施例１と同様のプロセスにて、ｎ
−ＧａＮ結晶層、発光層としてのＭＱＷ構造、ｐ−Ａｌ
ＧａＮ層（クラッド層）、ｐ-ＧａＮ層（コンタクト
層）を成長させ、ｐおよびｎ電極の形成、素子分離を経
てＬＥＤ素子を完成させた。このＬＥＤ素子の発光出力
を、実施例１と同様の条件にて測定した結果を下記表１
に示す。
【００６０】実施例３ 本実施例では、当該ガスエッチングを、ＭＯＶＰＥ装置
内での水素ガスによるエッチング処理とし、これによっ
てＧａＮ基板の表面を表面の損傷層を除去し、その跡の
面に、ＧａＮ系結晶層を成長させ、ＬＥＤとした。
内での水素ガスによるエッチング処理とし、これによっ
てＧａＮ基板の表面を表面の損傷層を除去し、その跡の
面に、ＧａＮ系結晶層を成長させ、ＬＥＤとした。
【００６１】実施例１と同様のＧａＮ基板を用い、有機
洗浄を行っただけで、常圧横型成長のＭＯＶＰＥ装置に
装填した。基板は均一な成長膜を得るために低速回転さ
せた。通常窒素ガスを主成分とした雰囲気ガス中で１１
００℃まで昇温、５分間保持のサーマルクリーニングを
まず行うが、ここでは水素ガスを主成分にしたエッチン
グ処理を目的とした熱処理を行った。従って、１０７５
℃で１０分間の熱処理条件を設定した。処理後の基板
が、本発明による結晶成長用基板である。
洗浄を行っただけで、常圧横型成長のＭＯＶＰＥ装置に
装填した。基板は均一な成長膜を得るために低速回転さ
せた。通常窒素ガスを主成分とした雰囲気ガス中で１１
００℃まで昇温、５分間保持のサーマルクリーニングを
まず行うが、ここでは水素ガスを主成分にしたエッチン
グ処理を目的とした熱処理を行った。従って、１０７５
℃で１０分間の熱処理条件を設定した。処理後の基板
が、本発明による結晶成長用基板である。
【００６２】上記エッチング処理の後、実施例１と同様
のプロセスにて、ｎ−ＧａＮ結晶を４μｍ成長し、発光
層としてのＭＱＷ構造、ｐ−ＡｌＧａＮ層（クラッド
層）、ｐ-ＧａＮ層（コンタクト層）を成長させ、エッ
チング加工、ｐおよびｎ電極の形成、素子分離を経てＬ
ＥＤ素子を完成させた。このＬＥＤ素子の発光出力を、
実施例１と同様の条件にて測定した結果を下記表１に示
す。
のプロセスにて、ｎ−ＧａＮ結晶を４μｍ成長し、発光
層としてのＭＱＷ構造、ｐ−ＡｌＧａＮ層（クラッド
層）、ｐ-ＧａＮ層（コンタクト層）を成長させ、エッ
チング加工、ｐおよびｎ電極の形成、素子分離を経てＬ
ＥＤ素子を完成させた。このＬＥＤ素子の発光出力を、
実施例１と同様の条件にて測定した結果を下記表１に示
す。
【００６３】実施例４ 本実施例では、本発明による製造方法に、マスクを用い
たラテラル成長法を組み込んで、ＧａＮ系結晶を成長さ
せ、ＬＥＤ素子として、その発光出力を測定した。
たラテラル成長法を組み込んで、ＧａＮ系結晶を成長さ
せ、ＬＥＤ素子として、その発光出力を測定した。
【００６４】実施例１と同様のＧａＮ基板を用い、フォ
トリソグラフィ技術および電子ビーム蒸着、平行平板型
ＲＩＥによって、該基板面にラテラル成長可能なマスク
パターンを形成した。マスクの仕様は、〈１−１００〉
方位に平行な、２μｍ幅、４μｍ間隔のストライプパタ
ーン、厚さ１００ｎｍ、材料ＳｉＯ2である。
トリソグラフィ技術および電子ビーム蒸着、平行平板型
ＲＩＥによって、該基板面にラテラル成長可能なマスク
パターンを形成した。マスクの仕様は、〈１−１００〉
方位に平行な、２μｍ幅、４μｍ間隔のストライプパタ
ーン、厚さ１００ｎｍ、材料ＳｉＯ2である。
【００６５】マスクが形成されたＧａＮ基板に対して、
実施例１と同様の方法で当該ガスエッチングを行った。
但し、エッチング時間は１０分間とし、深さ１μｍの溝
を形成し、ストライプ状の凸凹構造と、凸部の頂上部に
ＳｉＯ2マスクが残っている基板を得た。この基板が、
本発明による結晶成長用基板である。
実施例１と同様の方法で当該ガスエッチングを行った。
但し、エッチング時間は１０分間とし、深さ１μｍの溝
を形成し、ストライプ状の凸凹構造と、凸部の頂上部に
ＳｉＯ2マスクが残っている基板を得た。この基板が、
本発明による結晶成長用基板である。
【００６６】該結晶成長用基板を常圧横型成長のＭＯＶ
ＰＥ装置に装填し、通常の結晶成長を行った。基板は均
一な成長膜を得るために低速回転させた。窒素ガスを主
成分とした雰囲気ガス中で１１００℃まで昇温、５分間
保持した後、１０２５℃まで降温し、ｎ−ＧａＮ結晶層
を４μｍ成長させて、マスク上を覆うようにラテラル成
長させた。
ＰＥ装置に装填し、通常の結晶成長を行った。基板は均
一な成長膜を得るために低速回転させた。窒素ガスを主
成分とした雰囲気ガス中で１１００℃まで昇温、５分間
保持した後、１０２５℃まで降温し、ｎ−ＧａＮ結晶層
を４μｍ成長させて、マスク上を覆うようにラテラル成
長させた。
【００６７】実施例１と同様のプロセスにて、発光層と
してのＭＱＷ構造、ｐ−ＡｌＧａＮ層（クラッド層）、
ｐ-ＧａＮ層（コンタクト層）を成長させ、ｐおよびｎ
電極の形成、素子分離を経てＬＥＤ素子を完成させた。
このＬＥＤ素子の発光出力を、実施例１と同様の条件に
て測定した結果を下記表１に示す。
してのＭＱＷ構造、ｐ−ＡｌＧａＮ層（クラッド層）、
ｐ-ＧａＮ層（コンタクト層）を成長させ、ｐおよびｎ
電極の形成、素子分離を経てＬＥＤ素子を完成させた。
このＬＥＤ素子の発光出力を、実施例１と同様の条件に
て測定した結果を下記表１に示す。
【００６８】実施例５ 本実施例では、当該ガスエッチングによって、ＧａＮ基
板の表面に斜面を有する凹凸を形成し、該凹凸を埋め込
むようにＧａＮ系結晶を成長させ、ＬＥＤ素子として、
その発光出力を測定した。
板の表面に斜面を有する凹凸を形成し、該凹凸を埋め込
むようにＧａＮ系結晶を成長させ、ＬＥＤ素子として、
その発光出力を測定した。
【００６９】実施例１と同様のＧａＮ基板を用い、〈１
１−２０〉方位に平行な、３μｍ幅、４μｍ間隔、厚さ
４μｍのストライプ状のレジストパターンをフォトリソ
グラフィ技術で形成した。
１−２０〉方位に平行な、３μｍ幅、４μｍ間隔、厚さ
４μｍのストライプ状のレジストパターンをフォトリソ
グラフィ技術で形成した。
【００７０】レジストのポストアニール処理を規定時間
より長時間行うことで、レジストの断面形状を、矩形の
理想形状から、図５（ａ）においてＲで示すように、両
側縁のだれたアーチ形断面形状に変化させた。この基板
を実施例２と同様の方法で当該ガスエッチング処理を行
った。ただし、エッチング時間は２０分間とし、これに
よって深さ２μｍの溝を形成した。レジストの断面形状
がアーチ形であるので、当該ガスエッチングの処理中に
レジストも両側縁部が消耗するために、基板凸部の側縁
部は侵食され、溝の断面形状はＶ字形になった。
より長時間行うことで、レジストの断面形状を、矩形の
理想形状から、図５（ａ）においてＲで示すように、両
側縁のだれたアーチ形断面形状に変化させた。この基板
を実施例２と同様の方法で当該ガスエッチング処理を行
った。ただし、エッチング時間は２０分間とし、これに
よって深さ２μｍの溝を形成した。レジストの断面形状
がアーチ形であるので、当該ガスエッチングの処理中に
レジストも両側縁部が消耗するために、基板凸部の側縁
部は侵食され、溝の断面形状はＶ字形になった。
【００７１】この基板をＲＩＥ装置から取り出し、凸部
の頂部に残存していたレジストＲを専用除去液による洗
浄で除去し、図５（ｂ）に示すように、全体の断面形状
が波形の、ストライプ状の凸凹を表面に有する基板を得
た。この基板が、本発明による結晶成長用基板である。
の頂部に残存していたレジストＲを専用除去液による洗
浄で除去し、図５（ｂ）に示すように、全体の断面形状
が波形の、ストライプ状の凸凹を表面に有する基板を得
た。この基板が、本発明による結晶成長用基板である。
【００７２】該結晶成長用基板を常圧横型成長のＭＯＶ
ＰＥ装置に装填し、通常の結晶成長を行った。基板は均
一な成長膜を得るために低速回転させた。窒素ガスを主
成分とした雰囲気ガス中で１１００℃まで昇温、５分間
保持した後、１０２５℃まで降温し、ｎ−ＧａＮ結晶を
４μｍ成長させて、結晶成長用基板のストライプ状凹凸
を埋め込んだ。
ＰＥ装置に装填し、通常の結晶成長を行った。基板は均
一な成長膜を得るために低速回転させた。窒素ガスを主
成分とした雰囲気ガス中で１１００℃まで昇温、５分間
保持した後、１０２５℃まで降温し、ｎ−ＧａＮ結晶を
４μｍ成長させて、結晶成長用基板のストライプ状凹凸
を埋め込んだ。
【００７３】実施例１と同様のプロセスにて、発光層と
してのＭＱＷ構造、ｐ−ＡｌＧａＮ層（クラッド層）、
ｐ-ＧａＮ層（コンタクト層）を成長させ、ｐおよびｎ
電極の形成、素子分離を経てＬＥＤ素子を完成させた。
このＬＥＤ素子の発光出力を、実施例１と同様の条件に
て測定した結果を下記表１に示す。
してのＭＱＷ構造、ｐ−ＡｌＧａＮ層（クラッド層）、
ｐ-ＧａＮ層（コンタクト層）を成長させ、ｐおよびｎ
電極の形成、素子分離を経てＬＥＤ素子を完成させた。
このＬＥＤ素子の発光出力を、実施例１と同様の条件に
て測定した結果を下記表１に示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】上記表１から明らかなとおり、種々の態様
にてＧａＮ基板に当該ガスエッチングを施した実施例１
〜５の素子は、従来のＧａＮ基板を用いたものに比べ
て、出力が向上していることがわかった。また、実施例
４、５の結果から、本発明に、低転位化のための種々の
手法を組み合せることによって、基板上に成長するＧａ
Ｎ系結晶の品質はより向上し、ひいては、発光素子の発
光出力も向上させ得ることがわかった。
にてＧａＮ基板に当該ガスエッチングを施した実施例１
〜５の素子は、従来のＧａＮ基板を用いたものに比べ
て、出力が向上していることがわかった。また、実施例
４、５の結果から、本発明に、低転位化のための種々の
手法を組み合せることによって、基板上に成長するＧａ
Ｎ系結晶の品質はより向上し、ひいては、発光素子の発
光出力も向上させ得ることがわかった。
【００７６】
【発明の効果】以上のように、本発明では、ＧａＮ基板
に対する従来の表面処理が、その処理自体によって跡に
損傷を残していることに着目している。そして、当該製
造方法・結晶成長用基板では、この損傷を、跡に損傷を
残さない処理法によって好適に除去している。これによ
って、従来よりも高品質なＧａＮ系結晶層を成長させる
ことが可能となった。
に対する従来の表面処理が、その処理自体によって跡に
損傷を残していることに着目している。そして、当該製
造方法・結晶成長用基板では、この損傷を、跡に損傷を
残さない処理法によって好適に除去している。これによ
って、従来よりも高品質なＧａＮ系結晶層を成長させる
ことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造方法の工程を示す概略図であ
る。
る。
【図２】本発明の製造方法に、マスクを用いたラテラル
成長法を組み込んだ場合の例を示す模式図である。図２
（ｂ）の状態が、本発明による結晶成長用基板である。
成長法を組み込んだ場合の例を示す模式図である。図２
（ｂ）の状態が、本発明による結晶成長用基板である。
【図３】本発明の製造方法に、凹凸を利用した成長法を
組み込んだ場合の一例を示す模式図である。ハッチング
は領域を識別するために施している。
組み込んだ場合の一例を示す模式図である。ハッチング
は領域を識別するために施している。
【図４】本発明の製造方法に、凹凸を利用した成長法を
組み込んだ場合の他の例を示す模式図である。
組み込んだ場合の他の例を示す模式図である。
【図５】本発明の製造方法に、斜面を含んだ凹凸を利用
した成長法を組み込んだ場合の一例を示す模式図であ
る。
した成長法を組み込んだ場合の一例を示す模式図であ
る。
１ ＧａＮ基板 ２ ＧａＮ系結晶層
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｈ (72)発明者 大内 洋一郎 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 常川 高志 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA06 AA14 AA16 BA04 BA11 DA04 DA24 DA29 DB19 EA01 FA08 5F041 CA40 CA64 CA74 5F045 AA04 AA05 AB09 AB14 AD11 AD14 AF04 BB12 BB13 BB16 CA10 DA55 DA67 5F052 KA01 KA05 KA10
Claims (11)
- 【請求項１】 少なくとも表面がＧａＮ結晶からなる結
晶基板に対し、エッチングガスを用いたエッチングを施
すことによって前記ＧａＮ結晶のうちの表層を除去する
工程を有することを特徴とする、結晶成長用基板の製造
方法。 - 【請求項２】 少なくとも表面がＧａＮ結晶からなる結
晶基板の表面に、先に、ラテラル成長法を実施し得るパ
ターン、材料にてマスク層を形成しておき、次に、該マ
スク層のパターン間に露出しているＧａＮ結晶表面に対
し、エッチングガスを用いたエッチングを施すことによ
って、前記ＧａＮ結晶のうちの表層を除去する工程を有
するものである、請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 少なくとも表面がＧａＮ結晶からなる結
晶基板の表面に、エッチングガスを用いたエッチングを
施すことによって、前記ＧａＮ結晶のうちの表層を除去
すると共に、ＧａＮ系結晶の成長出発面となる凹凸を形
成するものである請求項１記載の製造方法。 - 【請求項４】 上記凹凸が、斜面を有する凹凸である請
求項３記載の製造方法。 - 【請求項５】 エッチングガスを用いたエッチングが、
少なくとも反応性イオンエッチングを含むことを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。 - 【請求項６】 エッチングガスが、ハロゲンガスまたは
ハロゲン化水素ガスまたは水素ガスを含有するものであ
る請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。 - 【請求項７】 ハロゲンが塩素である請求項６記載の製
造方法。 - 【請求項８】 上記請求項１〜７のいずれかの製造方法
によって結晶成長用基板を製造し、エッチングガスを用
いたエッチングによって表層が除去されたＧａＮ結晶面
に、ＧａＮ系結晶を成長させる工程を有することを特徴
とするＧａＮ系結晶の製造方法。 - 【請求項９】 少なくとも表面がＧａＮ結晶からなる基
板の表面に、ラテラル成長法を実施し得る材料、パター
ンにてマスク層が形成され、該マスク層のパターン間に
露出しているＧａＮ結晶のうちの表層が除去されている
結晶成長用基板。 - 【請求項１０】 少なくとも表面がＧａＮ結晶からなる
基板であって、該ＧａＮ結晶のうちのもとの表層が除去
され、かつ、斜面を有する凹凸が形成されている結晶成
長用基板。 - 【請求項１１】 少なくとも表面がＧａＮ結晶からなる
基板におけるＧａＮ結晶が、ＨＶＰＥ法によって結晶成
長したものであって、かつ、成長後に、エッチングガス
を用いたエッチング以外の表面処理方法によってＧａＮ
結晶の表面を仕上げられたものである請求項９または１
０記載の結晶成長用基板。
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|---|---|---|---|
| JP2001085968A JP3546023B2 (ja) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | 結晶成長用基板の製造方法、およびＧａＮ系結晶の製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2001085968A JP3546023B2 (ja) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | 結晶成長用基板の製造方法、およびＧａＮ系結晶の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| CN105350074A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-02-24 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种提高led外延晶体质量的外延生长方法 |
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-
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- 2001-03-23 JP JP2001085968A patent/JP3546023B2/ja not_active Expired - Fee Related
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