JP2002313741A - ＧａＮ系化合物半導体結晶およびその製造方法 - Google Patents
ＧａＮ系化合物半導体結晶およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイトを基板
として用いたＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法にお
いて、コンタミネーションの発生を効果的に抑制する技
術を提供する。 【解決手段】 １または２種類以上の希土類元素を含む
希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶を基板として
その表面にＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる方法
において、前記基板の少なくとも裏面をＳｉＯ２で被覆
して、基板の構成元素である希土類元素が結晶成長中に
取り込まれるのを防止するようにした。
として用いたＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法にお
いて、コンタミネーションの発生を効果的に抑制する技
術を提供する。 【解決手段】 １または２種類以上の希土類元素を含む
希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶を基板として
その表面にＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる方法
において、前記基板の少なくとも裏面をＳｉＯ２で被覆
して、基板の構成元素である希土類元素が結晶成長中に
取り込まれるのを防止するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光デバイス、電
子デバイスなどの半導体デバイスの製造に用いられるＧ
ａＮ系化合物半導体結晶の製造方法に関する。
子デバイスなどの半導体デバイスの製造に用いられるＧ
ａＮ系化合物半導体結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、Ｉｎ
ＧａＡｌＮ等のＧａＮ系化合物半導体（ＩｎｘＧａｙＡ
ｌ１−ｘ−ｙＮ 但し０≦ｘ，ｙ；ｘ＋ｙ≦１）は、発
光デバイスやパワーデバイスなどの電子デバイス等の半
導体デバイスの材料として期待され、またその他種々の
分野で応用可能な材料として注目されている。
ＧａＡｌＮ等のＧａＮ系化合物半導体（ＩｎｘＧａｙＡ
ｌ１−ｘ−ｙＮ 但し０≦ｘ，ｙ；ｘ＋ｙ≦１）は、発
光デバイスやパワーデバイスなどの電子デバイス等の半
導体デバイスの材料として期待され、またその他種々の
分野で応用可能な材料として注目されている。
【０００３】従来、ＧａＮ系化合物半導体のバルク結晶
を成長させるのは困難であったため、上記電子デバイス
には、例えばサファイア等の異種結晶上へのヘテロエピ
タキシーによってＧａＮ等の薄膜単結晶を形成した基板
が用いられていた。
を成長させるのは困難であったため、上記電子デバイス
には、例えばサファイア等の異種結晶上へのヘテロエピ
タキシーによってＧａＮ等の薄膜単結晶を形成した基板
が用いられていた。
【０００４】ところが、サファイア結晶とＧａＮ系化合
物半導体結晶とは格子不整合性が大きいので、サファイ
ア結晶上に成長させたＧａＮ系化合物半導体結晶の転位
密度が大きくなり結晶欠陥が発生してしまうという問題
があった。さらに、サファイアは熱伝導率が小さく放熱
しにくいので、サファイア結晶上にＧａＮ系化合物半導
体結晶を成長させた基板を消費電力の大きい電子デバイ
ス等に用いると高温になりやすいという問題があった。
物半導体結晶とは格子不整合性が大きいので、サファイ
ア結晶上に成長させたＧａＮ系化合物半導体結晶の転位
密度が大きくなり結晶欠陥が発生してしまうという問題
があった。さらに、サファイアは熱伝導率が小さく放熱
しにくいので、サファイア結晶上にＧａＮ系化合物半導
体結晶を成長させた基板を消費電力の大きい電子デバイ
ス等に用いると高温になりやすいという問題があった。
【０００５】そこで、熱伝導率が大きくＧａＮ系化合物
半導体結晶と格子整合する基板の必要性が一層高まり、
ハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥと略する）を
利用したＥＬＯ（Epitaxial lateral overgrowth）法等
の研究が急速に進められた。ここでＥＬＯ法とは、例え
ばサファイア基板上にマスクとなる絶縁膜を形成し、該
絶縁膜の一部に開口部を設けて絶縁膜をマスクとし、露
出しているサファイア基板面をエピタキシャル成長の種
として結晶性の高いＧａＮ系化合物半導体結晶を成長さ
せる方法である。この方法によれば、マスクに設けられ
た開口部内側のサファイア基板表面からＧａＮ系化合物
半導体結晶の成長が始まりマスク上に成長層が広がって
いくので、結晶中の転位密度を小さく抑えることがで
き、結晶欠陥の少ないＧａＮ系化合物半導体結晶を得る
ことができる。
半導体結晶と格子整合する基板の必要性が一層高まり、
ハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥと略する）を
利用したＥＬＯ（Epitaxial lateral overgrowth）法等
の研究が急速に進められた。ここでＥＬＯ法とは、例え
ばサファイア基板上にマスクとなる絶縁膜を形成し、該
絶縁膜の一部に開口部を設けて絶縁膜をマスクとし、露
出しているサファイア基板面をエピタキシャル成長の種
として結晶性の高いＧａＮ系化合物半導体結晶を成長さ
せる方法である。この方法によれば、マスクに設けられ
た開口部内側のサファイア基板表面からＧａＮ系化合物
半導体結晶の成長が始まりマスク上に成長層が広がって
いくので、結晶中の転位密度を小さく抑えることがで
き、結晶欠陥の少ないＧａＮ系化合物半導体結晶を得る
ことができる。
【０００６】しかし、ＥＬＯ法により得られたＧａＮ系
化合物半導体結晶は熱歪みが大きいため、ウェハ製造工
程のポリッシングによりサファイア基板を離間させてＧ
ａＮ系化合物半導体結晶ウェハを単体で得ようとすると
ＧａＮ系化合物半導体結晶ウェハが歪んでしまうという
問題があった。
化合物半導体結晶は熱歪みが大きいため、ウェハ製造工
程のポリッシングによりサファイア基板を離間させてＧ
ａＮ系化合物半導体結晶ウェハを単体で得ようとすると
ＧａＮ系化合物半導体結晶ウェハが歪んでしまうという
問題があった。
【０００７】そこで本発明者等は、異種結晶基板の材料
の一つとして希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶
を用い、且つその｛０１１｝面または｛１０１｝面を成
長面としてＧａＮ系化合物半導体をヘテロエピタキシー
によって成長させる方法を提案した（ＷＯ９５／２７８
１５号）。なお、ここでいう｛０１１｝面または｛１０
１｝面とは、それぞれ（０１１）面、（１０１）面と等
価な面の組を表す。
の一つとして希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶
を用い、且つその｛０１１｝面または｛１０１｝面を成
長面としてＧａＮ系化合物半導体をヘテロエピタキシー
によって成長させる方法を提案した（ＷＯ９５／２７８
１５号）。なお、ここでいう｛０１１｝面または｛１０
１｝面とは、それぞれ（０１１）面、（１０１）面と等
価な面の組を表す。
【０００８】前記先願の成長技術によれば、例えば希土
類１３（３Ｂ）族ペロブスカイトの一つであるＮｄＧａ
Ｏ３を基板として、その｛０１１｝面または｛１０１｝
面にＧａＮを成長させる場合、格子不整合は１．２％程
度であり格子不整合性をサファイアやその代替品として
用いられるＳｉＣを基板とした場合よりも極めて小さく
なる。よって、結晶中の転位密度が低くなるので結晶欠
陥の少ないＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させること
ができた。
類１３（３Ｂ）族ペロブスカイトの一つであるＮｄＧａ
Ｏ３を基板として、その｛０１１｝面または｛１０１｝
面にＧａＮを成長させる場合、格子不整合は１．２％程
度であり格子不整合性をサファイアやその代替品として
用いられるＳｉＣを基板とした場合よりも極めて小さく
なる。よって、結晶中の転位密度が低くなるので結晶欠
陥の少ないＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させること
ができた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記先
願の成長方法ではＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させ
る際に基板との格子不整合による結晶欠陥の発生を抑え
ることができたが、得られたＧａＮ系化合物半導体結晶
にコンタミネーション（汚染）が発生するため結晶性が
悪くなり、半導体素子のデバイス特性に悪影響を及ぼす
おそれがあるという問題があった。
願の成長方法ではＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させ
る際に基板との格子不整合による結晶欠陥の発生を抑え
ることができたが、得られたＧａＮ系化合物半導体結晶
にコンタミネーション（汚染）が発生するため結晶性が
悪くなり、半導体素子のデバイス特性に悪影響を及ぼす
おそれがあるという問題があった。
【００１０】本発明は、希土類１３（３Ｂ）族ペロブス
カイトを基板として用いたＧａＮ系化合物半導体結晶の
製造方法において、コンタミネーションの発生を効果的
に抑制する技術を提供することを目的とする。
カイトを基板として用いたＧａＮ系化合物半導体結晶の
製造方法において、コンタミネーションの発生を効果的
に抑制する技術を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、１または２種類以上の希土類元素を含む
希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶を基板として
その表面（一主面）にＧａＮ系化合物半導体結晶を成長
させる方法において、前記基板の少なくとも裏面をＳｉ
Ｏ２で被覆するようにした。
成するために、１または２種類以上の希土類元素を含む
希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶を基板として
その表面（一主面）にＧａＮ系化合物半導体結晶を成長
させる方法において、前記基板の少なくとも裏面をＳｉ
Ｏ２で被覆するようにした。
【００１２】これにより、希土類１３（３Ｂ）族ペロブ
スカイト結晶基板の裏面で希土類元素が分解するのを防
止できるので、分解した希土類元素によりＧａＮ系化合
物半導体結晶にコンタミネーションが発生するのを効果
的に防ぐことができる。
スカイト結晶基板の裏面で希土類元素が分解するのを防
止できるので、分解した希土類元素によりＧａＮ系化合
物半導体結晶にコンタミネーションが発生するのを効果
的に防ぐことができる。
【００１３】また、１３（３Ｂ）族元素としてＡｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎの少なくとも１種類を含んでいる希土類１３
（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶、例えばＮｄＧａＯ３結
晶を基板として用いる場合に適用できる。
ａ，Ｉｎの少なくとも１種類を含んでいる希土類１３
（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶、例えばＮｄＧａＯ３結
晶を基板として用いる場合に適用できる。
【００１４】また、前記ＧａＮ化合物半導体結晶は、前
記基板上にハイドライドＶＰＥ法により形成するのが望
ましい。
記基板上にハイドライドＶＰＥ法により形成するのが望
ましい。
【００１５】また、前記ＳｉＯ２の厚みを０．１から１
０μｍとすることにより、基板裏面から希土類元素、例
えばＮｄが分解するのを効果的に抑えることができる。
０μｍとすることにより、基板裏面から希土類元素、例
えばＮｄが分解するのを効果的に抑えることができる。
【００１６】前記製造方法により得られる、Ｎｄ濃度が
１．０×１０１６ｃｍ−３未満でかつＸ線ロッキングカ
ーブの半値幅が０．２５°未満であるＧａＮ系化合物半
導体結晶は、半導体デバイス用材料として好適である。
１．０×１０１６ｃｍ−３未満でかつＸ線ロッキングカ
ーブの半値幅が０．２５°未満であるＧａＮ系化合物半
導体結晶は、半導体デバイス用材料として好適である。
【００１７】以下に、本発明を完成するに至った過程に
ついて説明する。まず、本発明者等は前記先願で提案し
たＧａＮ系化合物半導体結晶の成長方法により得られた
ＧａＮ系化合物半導体結晶の中には、結晶性が悪くなっ
ているものがあることに気付いた。つまり、前記成長方
法ではＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる際に基板
との格子不整合による結晶欠陥の発生を抑えることがで
きたが、得られたＧａＮ系化合物半導体結晶の結晶性が
悪くなることがあるため、半導体デバイスの材料に適し
たＧａＮ化合物半導体結晶を製造する方法として実用化
することは困難であることが判明した。
ついて説明する。まず、本発明者等は前記先願で提案し
たＧａＮ系化合物半導体結晶の成長方法により得られた
ＧａＮ系化合物半導体結晶の中には、結晶性が悪くなっ
ているものがあることに気付いた。つまり、前記成長方
法ではＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる際に基板
との格子不整合による結晶欠陥の発生を抑えることがで
きたが、得られたＧａＮ系化合物半導体結晶の結晶性が
悪くなることがあるため、半導体デバイスの材料に適し
たＧａＮ化合物半導体結晶を製造する方法として実用化
することは困難であることが判明した。
【００１８】そこで、本発明者等は前記成長方法にはさ
らに改良する余地があると考え、前記成長方法により得
られるＧａＮ系化合物半導体結晶の結晶性を改善すべく
鋭意研究を重ねた。
らに改良する余地があると考え、前記成長方法により得
られるＧａＮ系化合物半導体結晶の結晶性を改善すべく
鋭意研究を重ねた。
【００１９】まず、本発明者等は前記成長方法により得
られたＧａＮ化合物半導体結晶の結晶性が悪くなる原因
を調査した。その結果、ＧａＮ化合物半導体結晶にコン
タミネーションが発生していることが判明し、これによ
り結晶性が劣化していることが確認された。そして、本
発明者等はＮｄＧａＯ３基板の構成元素であるＮｄが原
因で結晶中にコンタミネーションが発生すると推測し
た。つまり、ＮｄＧａＯ ３基板中のＧａはＧａ２Ｏ３な
どの酸化物として揮発してしまうが、Ｎｄの酸化物は安
定のため基板付近に残留しているので、ＧａＮ系化合物
半導体結晶の成長反応の過程で発生する水素に還元され
て結晶中に取り込まれやすいと考えた。
られたＧａＮ化合物半導体結晶の結晶性が悪くなる原因
を調査した。その結果、ＧａＮ化合物半導体結晶にコン
タミネーションが発生していることが判明し、これによ
り結晶性が劣化していることが確認された。そして、本
発明者等はＮｄＧａＯ３基板の構成元素であるＮｄが原
因で結晶中にコンタミネーションが発生すると推測し
た。つまり、ＮｄＧａＯ ３基板中のＧａはＧａ２Ｏ３な
どの酸化物として揮発してしまうが、Ｎｄの酸化物は安
定のため基板付近に残留しているので、ＧａＮ系化合物
半導体結晶の成長反応の過程で発生する水素に還元され
て結晶中に取り込まれやすいと考えた。
【００２０】次に、結晶中のＮｄ濃度と結晶性の関係を
調査するために、ＮｄＧａＯ３基板上にＧａＮ化合物半
導体結晶を異なる成長条件で成長させて、Ｎｄ濃度が
１．０×１０１７〜１．１×１０１８ｃｍ−３の範囲に
ある複数の試料を得た。なお、Ｎｄ濃度は２次イオン質
量分析（ＳＩＭＳ）によるバルク分析（半定量値）でＯ
２イオンを用いて測定した。
調査するために、ＮｄＧａＯ３基板上にＧａＮ化合物半
導体結晶を異なる成長条件で成長させて、Ｎｄ濃度が
１．０×１０１７〜１．１×１０１８ｃｍ−３の範囲に
ある複数の試料を得た。なお、Ｎｄ濃度は２次イオン質
量分析（ＳＩＭＳ）によるバルク分析（半定量値）でＯ
２イオンを用いて測定した。
【００２１】そして、これらの試料についてＸ線ロッキ
ングカーブ（ＸＲＣ）の半値幅（ＦＷＨＭ）を測定した
ところ、図１中に示すような結果が得られ、Ｎｄ濃度と
ＦＷＨＭとは相関関係があることが分かった。これよ
り、結晶中のＮｄ濃度が小さくなると結晶性が向上する
ことが確認できた。図１中、▲印（Ａ）〜（Ｃ）が上記
条件で得られた試料を測定したＦＷＨＭ値をプロットし
たものである。
ングカーブ（ＸＲＣ）の半値幅（ＦＷＨＭ）を測定した
ところ、図１中に示すような結果が得られ、Ｎｄ濃度と
ＦＷＨＭとは相関関係があることが分かった。これよ
り、結晶中のＮｄ濃度が小さくなると結晶性が向上する
ことが確認できた。図１中、▲印（Ａ）〜（Ｃ）が上記
条件で得られた試料を測定したＦＷＨＭ値をプロットし
たものである。
【００２２】本発明者等は、さらに、基板をサファイア
基板に変えて同様の成長条件により基板上にＧａＮ化合
物半導体結晶を成長させたときのＮｄ濃度とＦＷＨＭと
測定した。その結果、Ｎｄ濃度は２．３×１０１５ｃｍ
−３でありＮｄによるコンタミネーションはＮｄＧａＯ
３を基板としたときに比較して少ないことが分かった。
但し、サファイア結晶とＧａＮ化合物半導体結晶とは格
子不整合性が大きいので、ＦＷＨＭは大きく結晶性は悪
かった（図１の×印（Ｄ））。
基板に変えて同様の成長条件により基板上にＧａＮ化合
物半導体結晶を成長させたときのＮｄ濃度とＦＷＨＭと
測定した。その結果、Ｎｄ濃度は２．３×１０１５ｃｍ
−３でありＮｄによるコンタミネーションはＮｄＧａＯ
３を基板としたときに比較して少ないことが分かった。
但し、サファイア結晶とＧａＮ化合物半導体結晶とは格
子不整合性が大きいので、ＦＷＨＭは大きく結晶性は悪
かった（図１の×印（Ｄ））。
【００２３】この実験より、ＮｄＧａＯ３基板からＮｄ
が分解されＧａＮ化合物半導体結晶に取り込まれてコン
タミネーションが発生することが分かった。これより、
ＮｄＧａＯ３基板から分解されるＮｄを抑制すればＧａ
Ｎ化合物半導体結晶にＮｄコンタミネーションが発生す
るのを防止でき、結晶性を向上できるという見解を得
た。
が分解されＧａＮ化合物半導体結晶に取り込まれてコン
タミネーションが発生することが分かった。これより、
ＮｄＧａＯ３基板から分解されるＮｄを抑制すればＧａ
Ｎ化合物半導体結晶にＮｄコンタミネーションが発生す
るのを防止でき、結晶性を向上できるという見解を得
た。
【００２４】そして次に、ＮｄＧａＯ３基板からＮｄが
分解されるのを抑制するために、裏面をＳｉＯ２でコー
ティングしたＮｄＧａＯ３基板を用いてＧａＮ化合物半
導体結晶を成長させる実験を行った。その結果、ＧａＮ
化合物半導体結晶中のＮｄ濃度は５．４×１０１５ｃｍ
−３と非常に小さくなり、ＳｉＯ２で裏面をコーティン
グすることによりＮｄが結晶中に取り込まれるのを抑制
できた。また、このＧａＮ化合物半導体結晶のＦＷＨＭ
は０．１８°となり、本発明者等の見解通り結晶性に優
れた結晶を得ることができた（図１の●印（Ｅ））。
分解されるのを抑制するために、裏面をＳｉＯ２でコー
ティングしたＮｄＧａＯ３基板を用いてＧａＮ化合物半
導体結晶を成長させる実験を行った。その結果、ＧａＮ
化合物半導体結晶中のＮｄ濃度は５．４×１０１５ｃｍ
−３と非常に小さくなり、ＳｉＯ２で裏面をコーティン
グすることによりＮｄが結晶中に取り込まれるのを抑制
できた。また、このＧａＮ化合物半導体結晶のＦＷＨＭ
は０．１８°となり、本発明者等の見解通り結晶性に優
れた結晶を得ることができた（図１の●印（Ｅ））。
【００２５】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
で、希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト基板の表面に
ＧａＮ系化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる
際に裏面をＳｉＯ２で被覆することにより、半導体装置
に適した高品質のＧａＮ化合物半導体単結晶を成長させ
ることができる。
で、希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト基板の表面に
ＧａＮ系化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる
際に裏面をＳｉＯ２で被覆することにより、半導体装置
に適した高品質のＧａＮ化合物半導体単結晶を成長させ
ることができる。
【００２６】なお、本発明は、ＮｄＧａＯ３基板にＧａ
Ｎ化合物半導体結晶を成長させる実験により見出された
ものであるが、ＧａＮ化合物半導体結晶以外にも、Ｉｎ
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等のＧａＮ系化合物半導体結晶を成
長させた場合も同様の効果が得られると考えられる。ま
た、希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶基板とし
ては、ＮｄＧａＯ３以外にＮｄＡｌＯ３，ＮｄＩｎＯ３
等を用いることができる。
Ｎ化合物半導体結晶を成長させる実験により見出された
ものであるが、ＧａＮ化合物半導体結晶以外にも、Ｉｎ
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等のＧａＮ系化合物半導体結晶を成
長させた場合も同様の効果が得られると考えられる。ま
た、希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶基板とし
ては、ＮｄＧａＯ３以外にＮｄＡｌＯ３，ＮｄＩｎＯ３
等を用いることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を、ＮｄＧａＯ３結晶を基板としてＧａＮ化合物半導体
結晶を成長させる場合について説明する。
を、ＮｄＧａＯ３結晶を基板としてＧａＮ化合物半導体
結晶を成長させる場合について説明する。
【００２８】（実施例）まず、ＮｄＧａＯ３のインゴッ
トをスライスして結晶成長用の基板とした。このとき、
ＮｄＧａＯ３基板の大きさは５０ｍｍ径で、厚さは０．
５ｍｍとした。
トをスライスして結晶成長用の基板とした。このとき、
ＮｄＧａＯ３基板の大きさは５０ｍｍ径で、厚さは０．
５ｍｍとした。
【００２９】次に、前記基板の一方の面にスパッタリン
グ装置を用いてＳｉＯ２を３μｍ塗布し、他方の面を結
晶成長面とした。
グ装置を用いてＳｉＯ２を３μｍ塗布し、他方の面を結
晶成長面とした。
【００３０】次に、鏡面研磨したＮｄＧａＯ３基板をア
セトン中で５分間超音波洗浄を行い、続けてメタノール
で５分間超音波洗浄を行った。その後、Ｎ２ガスでブロ
ーして液滴を吹き飛ばしてから自然乾燥させた。次に、
洗浄したＮｄＧａＯ３基板を硫酸系エッチャント（燐
酸：硫酸＝１：３、８０℃）で５分間エッチングした。
セトン中で５分間超音波洗浄を行い、続けてメタノール
で５分間超音波洗浄を行った。その後、Ｎ２ガスでブロ
ーして液滴を吹き飛ばしてから自然乾燥させた。次に、
洗浄したＮｄＧａＯ３基板を硫酸系エッチャント（燐
酸：硫酸＝１：３、８０℃）で５分間エッチングした。
【００３１】次に、このＮｄＧａＯ３基板をＳｉＯ２塗
布面を裏面としてハイドライドＶＰＥ装置内の所定の部
位に配置した後、Ｎ２ガスを導入しながら基板温度を６
２０℃まで昇温し、ＧａメタルとＨＣｌガスから生成さ
れたＧａＣｌと、ＮＨ３ガスとをＮ２キャリアガスを用
いてＮｄＧａＯ３基板上に供給し、約１００ｎｍのＧａ
Ｎ保護層を形成した。ＮｄＧａＯ３は８００℃以上の高
温でＮＨ３やＨ２と反応してネオジウム化合物を生成し
てしまうので、本実施形態ではキャリアガスとしてＮ２
を用い、成長温度を６２０℃の低温で保護層を形成する
ことによりネオジウム化合物が生成されないようにして
いる。
布面を裏面としてハイドライドＶＰＥ装置内の所定の部
位に配置した後、Ｎ２ガスを導入しながら基板温度を６
２０℃まで昇温し、ＧａメタルとＨＣｌガスから生成さ
れたＧａＣｌと、ＮＨ３ガスとをＮ２キャリアガスを用
いてＮｄＧａＯ３基板上に供給し、約１００ｎｍのＧａ
Ｎ保護層を形成した。ＮｄＧａＯ３は８００℃以上の高
温でＮＨ３やＨ２と反応してネオジウム化合物を生成し
てしまうので、本実施形態ではキャリアガスとしてＮ２
を用い、成長温度を６２０℃の低温で保護層を形成する
ことによりネオジウム化合物が生成されないようにして
いる。
【００３２】次に、基板温度を１０００℃に昇温し、Ｇ
ａメタルとＨＣｌガスから生成されたＧａＣｌと、ＮＨ
３ガスとをＮ２キャリアガスを用いてＮｄＧａＯ３基板
上に供給した。このとき、ＧａＣｌ分圧が５．０×１０
−３ａｔｍ、ＮＨ３分圧が３．０×１０−１ａｔｍとな
るようにそれぞれのガス導入量を制御しながら約４０μ
ｍ／ｈの成長速度で３００分間ＧａＮ化合物半導体結晶
を成長させた。
ａメタルとＨＣｌガスから生成されたＧａＣｌと、ＮＨ
３ガスとをＮ２キャリアガスを用いてＮｄＧａＯ３基板
上に供給した。このとき、ＧａＣｌ分圧が５．０×１０
−３ａｔｍ、ＮＨ３分圧が３．０×１０−１ａｔｍとな
るようにそれぞれのガス導入量を制御しながら約４０μ
ｍ／ｈの成長速度で３００分間ＧａＮ化合物半導体結晶
を成長させた。
【００３３】その後、冷却速度５．３℃／ｍｉｎで９０
分間冷却して膜厚が約２００μｍのＧａＮ化合物半導体
結晶を得た。
分間冷却して膜厚が約２００μｍのＧａＮ化合物半導体
結晶を得た。
【００３４】得られたＧａＮ化合物半導体結晶は、Ｎｄ
濃度が５．４×１０１５ｃｍ−３で、ＦＷＨＭが０．１
８である結晶性に優れた単結晶であった。
濃度が５．４×１０１５ｃｍ−３で、ＦＷＨＭが０．１
８である結晶性に優れた単結晶であった。
【００３５】（比較例１）次に、比較例としてＮｄＧａ
Ｏ３基板の裏面をＳｉＯ２でコーティングしないで上記
実施例と同様の結晶成長を行った。
Ｏ３基板の裏面をＳｉＯ２でコーティングしないで上記
実施例と同様の結晶成長を行った。
【００３６】比較例１では、ＮｄＧａＯ３のインゴット
をスライスして得られた基板をそのまま用いて結晶成長
させた。このとき、ＮｄＧａＯ３基板の大きさは実施例
と同じで、基板の洗浄も実施例と同様とした。
をスライスして得られた基板をそのまま用いて結晶成長
させた。このとき、ＮｄＧａＯ３基板の大きさは実施例
と同じで、基板の洗浄も実施例と同様とした。
【００３７】この基板を用いてＧａＮ化合物半導体結晶
を成長させたところ、得られたＧａＮ化合物半導体結晶
は、Ｎｄ濃度が１．０〜１．３×１７ｃｍ−３で実施例
に比較して一桁以上大きかった。また、ＦＷＨＭは０．
４〜０．８３であり、実施例に比較して結晶品質が劣っ
ていた。
を成長させたところ、得られたＧａＮ化合物半導体結晶
は、Ｎｄ濃度が１．０〜１．３×１７ｃｍ−３で実施例
に比較して一桁以上大きかった。また、ＦＷＨＭは０．
４〜０．８３であり、実施例に比較して結晶品質が劣っ
ていた。
【００３８】（比較例２）比較例２では、比較例１と同
様の基板を用いて成長温度１１００℃でＧａＮ化合物半
導体結晶を成長させた。ただし、成長温度以外の成長条
件はすべて実施例と同様とした。
様の基板を用いて成長温度１１００℃でＧａＮ化合物半
導体結晶を成長させた。ただし、成長温度以外の成長条
件はすべて実施例と同様とした。
【００３９】比較例２で得られたＧａＮ化合物半導体結
晶は、Ｎｄ濃度が６．８×１０１７〜５．９×１０１８
ｃｍ−３であった。これは、比較例２では比較例１より
も高温で結晶を成長させたので、ＮｄＧａＯ３基板から
Ｎｄが分解されやすくなり、結晶中のＮｄ濃度が大きく
なったためと考えられる。また、比較例２で得られたＧ
ａＮ化合物半導体結晶は、ＦＷＨＭが１．２付近であり
実施例に比較して結晶品質が劣っていた。
晶は、Ｎｄ濃度が６．８×１０１７〜５．９×１０１８
ｃｍ−３であった。これは、比較例２では比較例１より
も高温で結晶を成長させたので、ＮｄＧａＯ３基板から
Ｎｄが分解されやすくなり、結晶中のＮｄ濃度が大きく
なったためと考えられる。また、比較例２で得られたＧ
ａＮ化合物半導体結晶は、ＦＷＨＭが１．２付近であり
実施例に比較して結晶品質が劣っていた。
【００４０】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
の形態に限定されるものではない。例えば、ＮｄＧａＯ
３基板の裏面をコーティングする材料としてＳｉＯ２以
外にもＳｉＣ，ｐＢＮ等を利用することができる。ま
た、ＧａＮ化合物半導体結晶を成長させる場合に制限さ
れず、例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等のＧａＮ系化
合物半導体結晶の成長方法に適用しても同様の効果を得
ることができる。また、基板として用いられる希土類１
３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶はＮｄＧａＯ３結晶に
制限されず、例えば、ＮｄＡｌＯ３，ＮｄＩｎＯ３等を
用いることができる。
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
の形態に限定されるものではない。例えば、ＮｄＧａＯ
３基板の裏面をコーティングする材料としてＳｉＯ２以
外にもＳｉＣ，ｐＢＮ等を利用することができる。ま
た、ＧａＮ化合物半導体結晶を成長させる場合に制限さ
れず、例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等のＧａＮ系化
合物半導体結晶の成長方法に適用しても同様の効果を得
ることができる。また、基板として用いられる希土類１
３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶はＮｄＧａＯ３結晶に
制限されず、例えば、ＮｄＡｌＯ３，ＮｄＩｎＯ３等を
用いることができる。
【００４１】また、結晶成長条件としては、ＧａＣｌ分
圧が１．０×１０−３〜１．０×１０−２ａｔｍ、ＮＨ
３分圧が１．０×１０−１〜４．０×１０−１ａｔｍ、
成長速度が３０〜１００μｍ／ｈ、 成長温度が９３０
〜１０５０℃、冷却速度が４〜１０℃／ｍｉｎであるこ
とが望ましい。
圧が１．０×１０−３〜１．０×１０−２ａｔｍ、ＮＨ
３分圧が１．０×１０−１〜４．０×１０−１ａｔｍ、
成長速度が３０〜１００μｍ／ｈ、 成長温度が９３０
〜１０５０℃、冷却速度が４〜１０℃／ｍｉｎであるこ
とが望ましい。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、１または２種類以上の
希土類元素を含む希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト
結晶を基板としてその表面にＧａＮ系化合物半導体結晶
を成長させる方法において、前記基板の少なくとも裏面
をＳｉＯ２でコーティングするようにしたので、基板の
裏面で希土類元素（例えばＮｄ）が分解するのを抑制で
きるので、分解した希土類元素によりＧａＮ系化合物半
導体結晶にコンタミネーションが発生するのを効果的に
防ぐことができ、ＧａＮ系化合物半導体結晶の結晶性を
向上させることができるという効果を奏する。
希土類元素を含む希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト
結晶を基板としてその表面にＧａＮ系化合物半導体結晶
を成長させる方法において、前記基板の少なくとも裏面
をＳｉＯ２でコーティングするようにしたので、基板の
裏面で希土類元素（例えばＮｄ）が分解するのを抑制で
きるので、分解した希土類元素によりＧａＮ系化合物半
導体結晶にコンタミネーションが発生するのを効果的に
防ぐことができ、ＧａＮ系化合物半導体結晶の結晶性を
向上させることができるという効果を奏する。
【図１】ＧａＮ化合物半導体結晶中のＮｄ濃度とＸ線ロ
ッキングカーブの半値幅との関係を示すグラフである。
ッキングカーブの半値幅との関係を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年６月２９日（２００１．６．２
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３４】得られたＧａＮ化合物半導体結晶は、Ｎｄ
濃度が５．４×１０１５ｃｍ−３で、ＦＷＨＭが０．１
８°である結晶性に優れた単結晶であった。
濃度が５．４×１０１５ｃｍ−３で、ＦＷＨＭが０．１
８°である結晶性に優れた単結晶であった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】この基板を用いてＧａＮ化合物半導体結晶
を成長させたところ、得られたＧａＮ化合物半導体結晶
は、Ｎｄ濃度が１．０〜１．３×１７ｃｍ−３で実施例
に比較して一桁以上大きかった。また、ＦＷＨＭは０．
４〜０．８３°であり、実施例に比較して結晶品質が劣
っていた。
を成長させたところ、得られたＧａＮ化合物半導体結晶
は、Ｎｄ濃度が１．０〜１．３×１７ｃｍ−３で実施例
に比較して一桁以上大きかった。また、ＦＷＨＭは０．
４〜０．８３°であり、実施例に比較して結晶品質が劣
っていた。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】比較例２で得られたＧａＮ化合物半導体結
晶は、Ｎｄ濃度が６．８×１０１７〜５．９×１０１８
ｃｍ−３であった。これは、比較例２では比較例１より
も高温で結晶を成長させたので、ＮｄＧａＯ３基板から
Ｎｄが分解されやすくなり、結晶中のＮｄ濃度が大きく
なったためと考えられる。また、比較例２で得られたＧ
ａＮ化合物半導体結晶は、ＦＷＨＭが１．２°付近であ
り実施例に比較して結晶品質が劣っていた。
晶は、Ｎｄ濃度が６．８×１０１７〜５．９×１０１８
ｃｍ−３であった。これは、比較例２では比較例１より
も高温で結晶を成長させたので、ＮｄＧａＯ３基板から
Ｎｄが分解されやすくなり、結晶中のＮｄ濃度が大きく
なったためと考えられる。また、比較例２で得られたＧ
ａＮ化合物半導体結晶は、ＦＷＨＭが１．２°付近であ
り実施例に比較して結晶品質が劣っていた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AB01 BE15 DB05 EB06 EE06 TK01 5F045 AB14 AB32 AC03 AC12 AD10 AD14 AF05 AF11 AF13 BB06 BB07 BB12 BB14 CA10 EB13 EE12 HA04
Claims (6)
- 【請求項１】 １または２種類以上の希土類元素を含む
希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶を基板として
その表面にＧａＮ系化合物半導体結晶を成長させる方法
において、 前記基板の少なくとも裏面をＳｉＯ２で被覆することを
特徴とするＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法。 - 【請求項２】 基板として用いられる上記希土類１３
（３Ｂ）族ペロブスカイト結晶を構成する１３（３Ｂ）
族元素は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎの中の少なくとも１つであ
ることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系化合物半
導体結晶の製造方法。 - 【請求項３】 前記希土類１３（３Ｂ）族ペロブスカイ
ト結晶基板は、ＮｄＧａＯ３結晶であることを特徴とす
る請求項２に記載のＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方
法。 - 【請求項４】 前記ＧａＮ系化合物半導体結晶は、前記
基板上にハイドライドＶＰＥ法により形成されることを
特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のＧａ
Ｎ系化合物半導体結晶の製造方法。 - 【請求項５】 前記ＳｉＯ２の厚みは０．１から１０μ
ｍであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れ
かに記載のＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法。 - 【請求項６】 Ｎｄ濃度が１．０×１０１６ｃｍ−３未
満で、かつＸ線ロッキングカーブの半値幅が０．２５°
未満であることを特徴とする半導体デバイス用ＧａＮ化
合物半導体結晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001119759A JP2002313741A (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | ＧａＮ系化合物半導体結晶およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001119759A JP2002313741A (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | ＧａＮ系化合物半導体結晶およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002313741A true JP2002313741A (ja) | 2002-10-25 |
Family
ID=18969924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001119759A Pending JP2002313741A (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | ＧａＮ系化合物半導体結晶およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002313741A (ja) |
-
2001
- 2001-04-18 JP JP2001119759A patent/JP2002313741A/ja active Pending
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