JP2002373864A - 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 - Google Patents
窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板Info
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- JP2002373864A JP2002373864A JP2002103723A JP2002103723A JP2002373864A JP 2002373864 A JP2002373864 A JP 2002373864A JP 2002103723 A JP2002103723 A JP 2002103723A JP 2002103723 A JP2002103723 A JP 2002103723A JP 2002373864 A JP2002373864 A JP 2002373864A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸素をｎ型ドーパントとして取り込むことが
できる窒化ガリウム単結晶の成長方法を提供すること。 【解決手段】 Ｃ面以外の面を表面（上面）にもつ種結
晶を用いて、ガリウム原料と窒素原料とドーピングすべ
き酸素を含む原料ガスを供給しながらＣ面以外の表面を
保ちつつ窒化ガリウム結晶を気相成長させることにより
当該表面を通して窒化ガリウム結晶中に酸素をドーピン
グする。または、Ｃ面を表面にもつ種結晶を使って、ガ
リウム原料と窒素原料とドーピングすべき酸素を含む原
料ガスを供給しながらＣ面以外のファセット面を発生さ
せ当該ファセット面を保ちつつ窒化ガリウム結晶をｃ軸
方向に気相成長させることによりファセット面を通して
窒化ガリウム結晶中に酸素をドーピングする。
できる窒化ガリウム単結晶の成長方法を提供すること。 【解決手段】 Ｃ面以外の面を表面（上面）にもつ種結
晶を用いて、ガリウム原料と窒素原料とドーピングすべ
き酸素を含む原料ガスを供給しながらＣ面以外の表面を
保ちつつ窒化ガリウム結晶を気相成長させることにより
当該表面を通して窒化ガリウム結晶中に酸素をドーピン
グする。または、Ｃ面を表面にもつ種結晶を使って、ガ
リウム原料と窒素原料とドーピングすべき酸素を含む原
料ガスを供給しながらＣ面以外のファセット面を発生さ
せ当該ファセット面を保ちつつ窒化ガリウム結晶をｃ軸
方向に気相成長させることによりファセット面を通して
窒化ガリウム結晶中に酸素をドーピングする。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、３−５族窒化物
系化合物半導体からなる発光ダイオードや、半導体レ−
ザなどの発光デバイスや、電子デバイスに用いられる窒
化ガリウム（ＧａＮ）単結晶基板結晶の酸素ドーピング
方法に関する。基板の上にエピ成長するＧａＮ薄膜成長
およびＧａＮバルク結晶成長における、ＧａＮ結晶自体
への不純物ドーピングである。窒化物系化合物半導体と
一般的に表現するのは、積層される薄膜がＧａＮ薄膜だ
けでなく、これにＩｎ、Ｐ、Ａｓ、…などの成分を加え
た三元混晶膜、四元混晶膜を積層することがあるからで
ある。光を発生する活性層はＧａＩｎＮである。しかし
主体はＧａＮである。がその他の成分もあるので窒化物
系と正確に述べているのである。だから以後の記述にお
いて、ＧａＮ系デバイスとかＧａＩｎＮ系デバイスとか
表現するが同一のものをさしているのである。
系化合物半導体からなる発光ダイオードや、半導体レ−
ザなどの発光デバイスや、電子デバイスに用いられる窒
化ガリウム（ＧａＮ）単結晶基板結晶の酸素ドーピング
方法に関する。基板の上にエピ成長するＧａＮ薄膜成長
およびＧａＮバルク結晶成長における、ＧａＮ結晶自体
への不純物ドーピングである。窒化物系化合物半導体と
一般的に表現するのは、積層される薄膜がＧａＮ薄膜だ
けでなく、これにＩｎ、Ｐ、Ａｓ、…などの成分を加え
た三元混晶膜、四元混晶膜を積層することがあるからで
ある。光を発生する活性層はＧａＩｎＮである。しかし
主体はＧａＮである。がその他の成分もあるので窒化物
系と正確に述べているのである。だから以後の記述にお
いて、ＧａＮ系デバイスとかＧａＩｎＮ系デバイスとか
表現するが同一のものをさしているのである。
【０００２】
【従来の技術】窒化物系半導体を用いた発光デバイス
は、青色ＬＥＤをはじめ、既に実用化がなされている。
従来、窒化物系半導体を用いた発光デバイスは、基板と
してサファイヤが用いられていた。単結晶サファイヤ基
板の上に、ＧａＮ層、ＧａＩｎＮ層などをエピタキシャ
ル成長させてエピウエハとする。ＧａＮに対し、ｎ型ド
ーパントとして利用されているものはＳｉである。エピ
ウエハの上にウエハプロセスによってＧａＩｎＮ−ＬＥ
Ｄデバイスを作製する。サファイヤは極めて安定した堅
牢な基板である。サファイヤ基板の上にＧａＮ層やさら
にその上にＧａＩｎＮ層が良好にエピ成長する。現在で
もＧａＮ系の青色ＬＥＤはサファイヤ基板の上に作られ
ている。サファイヤ（α−Ａｌ２Ｏ３）とＧａＮは格子
定数が違う（ミスマッチ）が、それでもサファイヤ基板
の上にＧａＮ層はうまく成長するのである。しかもＧａ
Ｎ層は多大な転位の存在にも拘らず劣化せず堅牢であ
る。
は、青色ＬＥＤをはじめ、既に実用化がなされている。
従来、窒化物系半導体を用いた発光デバイスは、基板と
してサファイヤが用いられていた。単結晶サファイヤ基
板の上に、ＧａＮ層、ＧａＩｎＮ層などをエピタキシャ
ル成長させてエピウエハとする。ＧａＮに対し、ｎ型ド
ーパントとして利用されているものはＳｉである。エピ
ウエハの上にウエハプロセスによってＧａＩｎＮ−ＬＥ
Ｄデバイスを作製する。サファイヤは極めて安定した堅
牢な基板である。サファイヤ基板の上にＧａＮ層やさら
にその上にＧａＩｎＮ層が良好にエピ成長する。現在で
もＧａＮ系の青色ＬＥＤはサファイヤ基板の上に作られ
ている。サファイヤ（α−Ａｌ２Ｏ３）とＧａＮは格子
定数が違う（ミスマッチ）が、それでもサファイヤ基板
の上にＧａＮ層はうまく成長するのである。しかもＧａ
Ｎ層は多大な転位の存在にも拘らず劣化せず堅牢であ
る。
【０００３】サファイヤは三方晶系の単結晶を作るの
で、そのＣ面の上にＧａＮ薄膜を成長させる。サファイ
ヤとＧａＮは晶系が異なるから３回対称性のあるＣ面の
上にしかＧａＮをエピタキシャル成長させることができ
ない。だから現在使用され実績のあるＧａＩｎＮ−ＬＥ
Ｄは何れもＣ面のサファイヤ基板に、ｃ軸方向に成長し
た薄膜の集合からなっている。
で、そのＣ面の上にＧａＮ薄膜を成長させる。サファイ
ヤとＧａＮは晶系が異なるから３回対称性のあるＣ面の
上にしかＧａＮをエピタキシャル成長させることができ
ない。だから現在使用され実績のあるＧａＩｎＮ−ＬＥ
Ｄは何れもＣ面のサファイヤ基板に、ｃ軸方向に成長し
た薄膜の集合からなっている。
【０００４】つまりサファイヤ面上のＧａＮやＧａＩｎ
Ｎ薄膜などエピ層はいずれもＣ面成長している。サファ
イヤを基板に使う限りＣ面成長しかできない。他の面方
位でエピタキシャル成長することは不可能であった。だ
から現在製造され利用されているＧａＩｎＮ−ＬＥＤ、
ＧａＩｎＮ−ＬＤはいずれもＣ面成長のＧａＮ、ＧａＩ
ｎＮ層などのを積み重ねであり、他の面方位の薄膜は存
在しない。しかしながら、ＥＬＯ（エピタキシャルラテ
ラルオーバーグロース）やｐｅｎｄｅｏ−ｅｐｉについ
ては成長途中段階で端部にＣ面以外の面が現れ、その限
りではない。
Ｎ薄膜などエピ層はいずれもＣ面成長している。サファ
イヤを基板に使う限りＣ面成長しかできない。他の面方
位でエピタキシャル成長することは不可能であった。だ
から現在製造され利用されているＧａＩｎＮ−ＬＥＤ、
ＧａＩｎＮ−ＬＤはいずれもＣ面成長のＧａＮ、ＧａＩ
ｎＮ層などのを積み重ねであり、他の面方位の薄膜は存
在しない。しかしながら、ＥＬＯ（エピタキシャルラテ
ラルオーバーグロース）やｐｅｎｄｅｏ−ｅｐｉについ
ては成長途中段階で端部にＣ面以外の面が現れ、その限
りではない。
【０００５】サファイヤとＧａＮは格子不整合が大きく
欠陥が多いのであるが、ＧａＮはセラミックに近い堅牢
さをもっており欠陥が成長しない、欠陥が増大して脆性
化するということはない。夥しい欠陥密度であるがＧａ
Ｎ−ＬＥＤは長寿命であり、すでに厚い実績があり高い
評価がなされている。
欠陥が多いのであるが、ＧａＮはセラミックに近い堅牢
さをもっており欠陥が成長しない、欠陥が増大して脆性
化するということはない。夥しい欠陥密度であるがＧａ
Ｎ−ＬＥＤは長寿命であり、すでに厚い実績があり高い
評価がなされている。
【０００６】ところがサファイヤ基板にはいくつかの欠
点がある。サファイヤ基板は極めて硬くて劈開面がな
い。そのためにウエハプロセスによってデバイスをウエ
ハ上に形成した後、チップに切り出すときに劈開によっ
て分離することができない。機械的に切断（ダイシン
グ）する他はない。ダイシング工程のためにコスト高に
なる。
点がある。サファイヤ基板は極めて硬くて劈開面がな
い。そのためにウエハプロセスによってデバイスをウエ
ハ上に形成した後、チップに切り出すときに劈開によっ
て分離することができない。機械的に切断（ダイシン
グ）する他はない。ダイシング工程のためにコスト高に
なる。
【０００７】ＬＥＤの場合はそれでもよいが、ＬＤ（半
導体レ−ザ）の場合は共振器をなすミラー面が活性層の
両側に必要である。が、劈開面がないから自然劈開によ
ってミラー面を形成することができない。ＲＩＥ（リア
クティブイオンエッチング）等の気相エッチングなどで
端面を精度良く平坦平滑に加工してミラー面を出す必要
がある。これは簡単な作業でない。またチップ毎に加工
しなければならず煩雑な作業である。共振器面出しの作
業がＧａＩｎＮ系−ＬＤの製造コストを押し上げる原因
になっている。
導体レ−ザ）の場合は共振器をなすミラー面が活性層の
両側に必要である。が、劈開面がないから自然劈開によ
ってミラー面を形成することができない。ＲＩＥ（リア
クティブイオンエッチング）等の気相エッチングなどで
端面を精度良く平坦平滑に加工してミラー面を出す必要
がある。これは簡単な作業でない。またチップ毎に加工
しなければならず煩雑な作業である。共振器面出しの作
業がＧａＩｎＮ系−ＬＤの製造コストを押し上げる原因
になっている。
【０００８】さらにサファイヤは絶縁体であるから、底
面に電極を形成するということができない。ｐ電極、ｎ
電極ともに上面に形成しなければならない。サファイヤ
基板の上にｎ型層を何層か積層する必要がある。電流が
横に流れるからｎ型導電層を厚く形成しなければならな
い。積層したｎ型層の上にｐ型層を積んでｐｎ接合を形
成する。上面にあるｐ型層にｐ電極を付けるのは当然で
あるが、外周部のｐ型層を少し除去してｎ型層を露呈さ
せて、その部分にｎ電極をオーミック接合するという煩
雑さがある。工程数、工程時間が増えてコスト高にな
る。また同一面に電極を二箇所形成する必要性から、必
要なチップの面積が大きくなる。その点からもコスト増
大を招いていた。サファイヤ基板のＧａＮ系のＬＥＤは
実績があるが、上記のような欠点を克服できないでい
る。
面に電極を形成するということができない。ｐ電極、ｎ
電極ともに上面に形成しなければならない。サファイヤ
基板の上にｎ型層を何層か積層する必要がある。電流が
横に流れるからｎ型導電層を厚く形成しなければならな
い。積層したｎ型層の上にｐ型層を積んでｐｎ接合を形
成する。上面にあるｐ型層にｐ電極を付けるのは当然で
あるが、外周部のｐ型層を少し除去してｎ型層を露呈さ
せて、その部分にｎ電極をオーミック接合するという煩
雑さがある。工程数、工程時間が増えてコスト高にな
る。また同一面に電極を二箇所形成する必要性から、必
要なチップの面積が大きくなる。その点からもコスト増
大を招いていた。サファイヤ基板のＧａＮ系のＬＥＤは
実績があるが、上記のような欠点を克服できないでい
る。
【０００９】このような問題を解決できる理想的な基板
はＧａＮ単結晶基板である。ＧａＮやＧａＩｎＮなどの
エピ層を堆積させるのであるから、ＧａＮ基板であれば
結晶格子のミスマッチの問題は全くない。それにｎ型Ｇ
ａＮを作ることができれば、ｎ型電極をチップの底面か
らとることが可能になる。上下にｐ電極、ｎ電極を配分
できればデバイス製造もより楽になるし、パッケージへ
の実装においてワイヤボンディングも容易になる。必要
なチップ面積を削減することができる。
はＧａＮ単結晶基板である。ＧａＮやＧａＩｎＮなどの
エピ層を堆積させるのであるから、ＧａＮ基板であれば
結晶格子のミスマッチの問題は全くない。それにｎ型Ｇ
ａＮを作ることができれば、ｎ型電極をチップの底面か
らとることが可能になる。上下にｐ電極、ｎ電極を配分
できればデバイス製造もより楽になるし、パッケージへ
の実装においてワイヤボンディングも容易になる。必要
なチップ面積を削減することができる。
【００１０】それに何よりも、ＧａＮには劈開があるか
ら自然の劈開によってウエハをチップに切り出すことが
できる。但し劈開面は正三角形の辺の方向にあり、矩形
上の劈開面でない。だから劈開だけで矩形状のチップを
切り出すことができない。その点Ｓｉ半導体や、ＧａＡ
ｓ半導体とは違って不利な点である。しかし一部は劈開
によってチップ分離できる。だからダイシングによる切
り出し加工が軽減される。それに半導体レ−ザ（ＬＤ）
とする場合に必須の共振器のミラー面を劈開によって作
り出すことができるのである。劈開によって平坦平滑の
ミラー面ができればＧａＩｎＮ系青色ＬＤをより簡単に
作ることができるはずである。
ら自然の劈開によってウエハをチップに切り出すことが
できる。但し劈開面は正三角形の辺の方向にあり、矩形
上の劈開面でない。だから劈開だけで矩形状のチップを
切り出すことができない。その点Ｓｉ半導体や、ＧａＡ
ｓ半導体とは違って不利な点である。しかし一部は劈開
によってチップ分離できる。だからダイシングによる切
り出し加工が軽減される。それに半導体レ−ザ（ＬＤ）
とする場合に必須の共振器のミラー面を劈開によって作
り出すことができるのである。劈開によって平坦平滑の
ミラー面ができればＧａＩｎＮ系青色ＬＤをより簡単に
作ることができるはずである。
【００１１】しかしながら高品質で大面積のＧａＮ単結
晶を長い間、育成することができなかった。ＧａＮ基板
を入手できないから、ＧａＮ基板の上にＧａＩｎＮ系の
ＬＥＤ、ＬＤを作製するということは不可能であった。
だから実用的なＧａＮ基板上のＬＥＤ、ＬＤを作製する
ことはできなかった。
晶を長い間、育成することができなかった。ＧａＮ基板
を入手できないから、ＧａＮ基板の上にＧａＩｎＮ系の
ＬＥＤ、ＬＤを作製するということは不可能であった。
だから実用的なＧａＮ基板上のＬＥＤ、ＬＤを作製する
ことはできなかった。
【００１２】窒素の蒸気圧が高いので、ＧａＮ融液を入
れたるつぼに種結晶を付けて引き上げるという通常の引
き上げ法ではＧａＮ結晶を作る事はできない。超高圧を
掛けてＧａＮ単結晶を合成することはできるが小さいも
のしか製造することができない。とても実用的な大きさ
のＧａＮ結晶を成長させることは不可能である。また石
英管に封入したボートの中に多結晶を入れて加熱溶融し
端から固化してゆくボート法でもＧａＮ単結晶を作るこ
とはできない。その他の結晶成長技術によってもＧａＮ
の大型の基板を製造することはできなかった。
れたるつぼに種結晶を付けて引き上げるという通常の引
き上げ法ではＧａＮ結晶を作る事はできない。超高圧を
掛けてＧａＮ単結晶を合成することはできるが小さいも
のしか製造することができない。とても実用的な大きさ
のＧａＮ結晶を成長させることは不可能である。また石
英管に封入したボートの中に多結晶を入れて加熱溶融し
端から固化してゆくボート法でもＧａＮ単結晶を作るこ
とはできない。その他の結晶成長技術によってもＧａＮ
の大型の基板を製造することはできなかった。
【００１３】ところが近年になって気相成長法によって
ＧａＮの単結晶を成長させるという手法が提案され様々
な改良がなされている。大型ＧａＮ基板がないので異種
材料の基板を使う。その基板の上に薄膜成長と同様の気
相合成法によってＧａＮの単結晶層を堆積してゆく。気
相成長法は本来は薄膜の成長のための方法であるが、時
間を掛けて成長を持続することによって厚い結晶層が得
られる。厚いＧａＮ結晶が成長したら基板をエッチング
や研磨によって除去することによってＧａＮの単体の基
板ができる。もちろん単純に気相合成するだけではなか
なか良質のＧａＮ結晶を得る事はできない。いくつもの
工夫が必要である。
ＧａＮの単結晶を成長させるという手法が提案され様々
な改良がなされている。大型ＧａＮ基板がないので異種
材料の基板を使う。その基板の上に薄膜成長と同様の気
相合成法によってＧａＮの単結晶層を堆積してゆく。気
相成長法は本来は薄膜の成長のための方法であるが、時
間を掛けて成長を持続することによって厚い結晶層が得
られる。厚いＧａＮ結晶が成長したら基板をエッチング
や研磨によって除去することによってＧａＮの単体の基
板ができる。もちろん単純に気相合成するだけではなか
なか良質のＧａＮ結晶を得る事はできない。いくつもの
工夫が必要である。
【００１４】気相合成といっても幾つかの異なる方法が
ある。これらはいずれもサファイヤ基板の上にＧａＮの
薄層を成長させるために開発された手法である。有機金
属（例えばトリメチルガリウムＴＭＧ）とアンモニアを
原料とする有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ガリウ
ム単体をボートに入れてＨＣｌガスによって酸化しＧａ
ＣｌとするＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシ−）
や、有機金属とＨＣｌを反応させＧａＣｌを作りアンモ
ニアと反応させるＭＯＣ法（有機金属塩化物気相成長
法）、ＧａＮ多結晶を加熱し昇華させて基板へ堆積させ
る昇華法というのがある。サファイヤ基板の上に成長さ
せて先述のＧａＩｎＮ系ＬＥＤを製造するのに用いるこ
とができる。それぞれに長所と短所がある。
ある。これらはいずれもサファイヤ基板の上にＧａＮの
薄層を成長させるために開発された手法である。有機金
属（例えばトリメチルガリウムＴＭＧ）とアンモニアを
原料とする有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ガリウ
ム単体をボートに入れてＨＣｌガスによって酸化しＧａ
ＣｌとするＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシ−）
や、有機金属とＨＣｌを反応させＧａＣｌを作りアンモ
ニアと反応させるＭＯＣ法（有機金属塩化物気相成長
法）、ＧａＮ多結晶を加熱し昇華させて基板へ堆積させ
る昇華法というのがある。サファイヤ基板の上に成長さ
せて先述のＧａＩｎＮ系ＬＥＤを製造するのに用いるこ
とができる。それぞれに長所と短所がある。
【００１５】（１）有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法） そのうちで最もよく利用されているのはＭＯＣＶＤ法で
ある。コールドウオールの反応炉において、ＴＭＧとア
ンモニアを水素で希釈した原料ガスを加熱したサファイ
ヤ基板に吹き付けることによって基板上で直ちに反応を
おこさせてＧａＮを合成する。これは大量のガスを吹き
付けてその一部だけがＧａＮ薄膜形成に寄与するので残
りは無駄になる。収率が低い。成長速度も大きくするこ
とはできない。ＬＥＤの一部をなすＧａＮ薄層の形成に
はよいが、厚いＧａＮ結晶層を積むのには向いていな
い。それに有機金属に含まれる炭素が不純物として混入
するので特性を落とす場合がある。
法） そのうちで最もよく利用されているのはＭＯＣＶＤ法で
ある。コールドウオールの反応炉において、ＴＭＧとア
ンモニアを水素で希釈した原料ガスを加熱したサファイ
ヤ基板に吹き付けることによって基板上で直ちに反応を
おこさせてＧａＮを合成する。これは大量のガスを吹き
付けてその一部だけがＧａＮ薄膜形成に寄与するので残
りは無駄になる。収率が低い。成長速度も大きくするこ
とはできない。ＬＥＤの一部をなすＧａＮ薄層の形成に
はよいが、厚いＧａＮ結晶層を積むのには向いていな
い。それに有機金属に含まれる炭素が不純物として混入
するので特性を落とす場合がある。
【００１６】（２）有機金属塩化物成長法（ＭＯＣ法） ＭＯＣ法はホットウオール型反応炉においてＴＭＧとＨ
Ｃｌを反応させ一旦ＧａＣｌを作り、これを加熱させた
基板の近くでアンモニアと反応させＧａＮとする。この
方法はＧａＣｌを経るのでＭＯＣＶＤ法よりも炭素の混
入が少ないがそれでも炭素混入があり、電子移動度の低
下などを招く場合がある。
Ｃｌを反応させ一旦ＧａＣｌを作り、これを加熱させた
基板の近くでアンモニアと反応させＧａＮとする。この
方法はＧａＣｌを経るのでＭＯＣＶＤ法よりも炭素の混
入が少ないがそれでも炭素混入があり、電子移動度の低
下などを招く場合がある。
【００１７】（３）ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ
法） ＨＶＰＥ法は、Ｇａ単体を原料とする。図１によって説
明する。ホットウオール型反応炉１の周囲にはヒ−タ２
が設置されている。反応炉１の上頂部に２種類の原料ガ
スを導入するためのガス導入管３、４が設けられる。反
応炉１の内部上方空間にＧａボート５を設ける。Ｇａ融
液６をＧａボート５に収容しヒ−タ２によって加熱す
る。反応炉１の上方のガス導入口３はＧａボート５に向
かって開口している。これはＨ２＋ＨＣｌガスを導入す
る。もう一方のガス導入管４はＧａボート５より下方で
開口している。これはＨ２＋ＮＨ３ガスを導入する。
法） ＨＶＰＥ法は、Ｇａ単体を原料とする。図１によって説
明する。ホットウオール型反応炉１の周囲にはヒ−タ２
が設置されている。反応炉１の上頂部に２種類の原料ガ
スを導入するためのガス導入管３、４が設けられる。反
応炉１の内部上方空間にＧａボート５を設ける。Ｇａ融
液６をＧａボート５に収容しヒ−タ２によって加熱す
る。反応炉１の上方のガス導入口３はＧａボート５に向
かって開口している。これはＨ２＋ＨＣｌガスを導入す
る。もう一方のガス導入管４はＧａボート５より下方で
開口している。これはＨ２＋ＮＨ３ガスを導入する。
【００１８】反応炉１の内部空間の下方にはサセプタ７
が回転軸８によって回転昇降自在に支持される。サセプ
タ７の上にはＧａＡｓ基板を載せる。あるいはＧａＡｓ
基板から出発しＧａＮを作ることができれば、サセプタ
７上にＧａＮ基板を載せることもできる。ヒ−タ２によ
ってサセプタ７や基板９を加熱する。ＨＣｌ（＋Ｈ２）
ガスをガス導入管３から供給しＧａ融液６に吹き付ける
とＧａＣｌというガス状の中間生成物ができる。これが
炉内を落下して加熱された基板の近傍でアンモニアと接
触する。基板９の上でＧａＣｌとＮＨ３の反応が起こっ
てＧａＮが合成される。この方法は原料が炭素を含まな
いからＧａＮ薄膜に炭素が混入せず電気特性を劣化させ
るということがない、という利点がある。
が回転軸８によって回転昇降自在に支持される。サセプ
タ７の上にはＧａＡｓ基板を載せる。あるいはＧａＡｓ
基板から出発しＧａＮを作ることができれば、サセプタ
７上にＧａＮ基板を載せることもできる。ヒ−タ２によ
ってサセプタ７や基板９を加熱する。ＨＣｌ（＋Ｈ２）
ガスをガス導入管３から供給しＧａ融液６に吹き付ける
とＧａＣｌというガス状の中間生成物ができる。これが
炉内を落下して加熱された基板の近傍でアンモニアと接
触する。基板９の上でＧａＣｌとＮＨ３の反応が起こっ
てＧａＮが合成される。この方法は原料が炭素を含まな
いからＧａＮ薄膜に炭素が混入せず電気特性を劣化させ
るということがない、という利点がある。
【００１９】（４）昇華法 ＧａＮは高圧を掛けないと融液にできない。低圧で加熱
すると昇華してしまう。この方法は、ＧａＮ多結晶を加
熱し昇華させて空間中を輸送し、より温度の低い基板に
堆積させるものである。
すると昇華してしまう。この方法は、ＧａＮ多結晶を加
熱し昇華させて空間中を輸送し、より温度の低い基板に
堆積させるものである。
【００２０】さらにサファイヤ基板の上に、ＧａＮ薄膜
を成長させる手法の改良も提案されている。有力な改良
法の一つを述べる。
を成長させる手法の改良も提案されている。有力な改良
法の一つを述べる。
【００２１】［ラテラルオーバーグロース法（Lateral
Overgrowth）］ 碓井彰「ハイドライドＶＰＥによる厚膜ＧａＮ結晶の
成長」電子情報通信学会論文誌ｖｏｌ．Ｊ８１−Ｃ−Ｉ
Ｉ、Ｎｏ．１、ｐ５８〜６４（１９９８年１月）、
Overgrowth）］ 碓井彰「ハイドライドＶＰＥによる厚膜ＧａＮ結晶の
成長」電子情報通信学会論文誌ｖｏｌ．Ｊ８１−Ｃ−Ｉ
Ｉ、Ｎｏ．１、ｐ５８〜６４（１９９８年１月）、
【００２２】などにラテラルオーバーグロース法による
ＧａＮ成長の詳しい説明がある。サファイヤ基板の上に
縞状（或いはストライプ状）の窓のあるマスクを付けそ
の上にＧａＮを成長させる。窓の中から別個の結晶粒が
成長し窓を越えてゆき窓の外のマスクの上で合体する。
そのために欠陥密度が減少する。これはサファイヤ基板
の上にＧａＮ膜を付ける際において欠陥密度を減らすた
めの工夫である。
ＧａＮ成長の詳しい説明がある。サファイヤ基板の上に
縞状（或いはストライプ状）の窓のあるマスクを付けそ
の上にＧａＮを成長させる。窓の中から別個の結晶粒が
成長し窓を越えてゆき窓の外のマスクの上で合体する。
そのために欠陥密度が減少する。これはサファイヤ基板
の上にＧａＮ膜を付ける際において欠陥密度を減らすた
めの工夫である。
【００２３】本発明者は気相合成法の中でもＨＶＰＥ法
を利用したＧａＮ結晶基板の製造方法について改良を進
めている。ＧａＮ基板を作ろうとするのであるから異種
材料を基板にするが、サファイヤを基板とするとサファ
イヤだけを除く事ができない。化学的にも物理的にも堅
牢で、研磨やエッチングでサファイヤだけ除去できない
のである。
を利用したＧａＮ結晶基板の製造方法について改良を進
めている。ＧａＮ基板を作ろうとするのであるから異種
材料を基板にするが、サファイヤを基板とするとサファ
イヤだけを除く事ができない。化学的にも物理的にも堅
牢で、研磨やエッチングでサファイヤだけ除去できない
のである。
【００２４】それに対して、基板としてＧａＡｓを用い
るという方法がある。３回対称性のあるＧａＡｓの基板
の上に、Ｇａ金属と水素ガス希釈ＨＣｌ、水素ガス希釈
ＮＨ ３を原料としてＧａＮを成長させる。当然にｃ軸方
向に成長し成長面はＣ面である。そのままでは転位が線
状に成長してゆく。転位が消える事なく永久に伸びてゆ
く。
るという方法がある。３回対称性のあるＧａＡｓの基板
の上に、Ｇａ金属と水素ガス希釈ＨＣｌ、水素ガス希釈
ＮＨ ３を原料としてＧａＮを成長させる。当然にｃ軸方
向に成長し成長面はＣ面である。そのままでは転位が線
状に成長してゆく。転位が消える事なく永久に伸びてゆ
く。
【００２５】そこでＧａＡｓ基板へ直接に或いはある程
度ＧａＮ層が成長したあと多数の規則正しく配列された
穴を有するマスクを載せてマスク穴を通じてＧａＮの成
長を続ける方法などを本発明者は創案している。これは
サファイヤ基板でなく、ＧａＡｓ基板上のＧａＮ成長に
ラテラルオーバーグロース法（Lateral Overgrowth）を
適用したものである。例えば本出願人による
度ＧａＮ層が成長したあと多数の規則正しく配列された
穴を有するマスクを載せてマスク穴を通じてＧａＮの成
長を続ける方法などを本発明者は創案している。これは
サファイヤ基板でなく、ＧａＡｓ基板上のＧａＮ成長に
ラテラルオーバーグロース法（Lateral Overgrowth）を
適用したものである。例えば本出願人による
【００２６】特願平１０−１８３４４６号
【００２７】などに説明がある。これはＧａＡｓ（１１
１）面を基板としてドット、ストライプ窓のあるマスク
によって基板を覆い、その上にＧａＮ膜を気相成長させ
るものである。孤立した窓から結晶核が独立に成長しマ
スクの上で合体するから欠陥の数を減らすことができ
る。転位の延伸を断ち切って欠陥の少ない結晶を成長さ
せることができる。
１）面を基板としてドット、ストライプ窓のあるマスク
によって基板を覆い、その上にＧａＮ膜を気相成長させ
るものである。孤立した窓から結晶核が独立に成長しマ
スクの上で合体するから欠陥の数を減らすことができ
る。転位の延伸を断ち切って欠陥の少ない結晶を成長さ
せることができる。
【００２８】そのような方法によって三回対称性のある
ＧａＡｓ（１１１）面の上にＧａＮ層を気相成長させ
て、ＧａＡｓ基板をエッチング（王水）、研磨によって
除去しＧａＮのみからなる自立膜を製造することが可能
となる。そのようにしてできたＧａＮ結晶は表面がＣ面
（０００１）である。つまり（０００１）面ＧａＮ結晶
である。
ＧａＡｓ（１１１）面の上にＧａＮ層を気相成長させ
て、ＧａＡｓ基板をエッチング（王水）、研磨によって
除去しＧａＮのみからなる自立膜を製造することが可能
となる。そのようにしてできたＧａＮ結晶は表面がＣ面
（０００１）である。つまり（０００１）面ＧａＮ結晶
である。
【００２９】さらにには、そのような製造方法で作製
した２０ｍｍ以上の直径、０．０７ｍｍ以上の厚さをも
つＧａＮ自立単結晶基板を提案している。これもＣ面を
もつＧａＮ（０００１）結晶である。さらに本発明者の
発明にかかる
した２０ｍｍ以上の直径、０．０７ｍｍ以上の厚さをも
つＧａＮ自立単結晶基板を提案している。これもＣ面を
もつＧａＮ（０００１）結晶である。さらに本発明者の
発明にかかる
【００３０】特願平１０−１７１２７６号
【００３１】も、そのような製造方法で作製したＧａＮ
自立単結晶基板を提案する。これも（０００１）面Ｇａ
Ｎ結晶である。これらの発明においては、ＧａＡｓ基板
にＧａＮを厚く気相成長させるからどうしても反りがで
きてしまい、反りを減ずるにはどうすればよいのか？と
いうことが問題になっている。また成長面（Ｃ面）が平
坦な面になる場合とギザギザな粗面になる場合があるが
その条件などを求めている。導電型は殆ど問題になって
いない。
自立単結晶基板を提案する。これも（０００１）面Ｇａ
Ｎ結晶である。これらの発明においては、ＧａＡｓ基板
にＧａＮを厚く気相成長させるからどうしても反りがで
きてしまい、反りを減ずるにはどうすればよいのか？と
いうことが問題になっている。また成長面（Ｃ面）が平
坦な面になる場合とギザギザな粗面になる場合があるが
その条件などを求めている。導電型は殆ど問題になって
いない。
【００３２】Kensaku Motoki, Takuji Okahisa, Naok
i Matsumoto, Masato Matsushima, Hiroya Kimura, Hit
oshi Kasai, Kikurou Takemoto, Koji Uematsu, Tetsuy
a Hirano, Masahiro Nakayama, Seiji Nakahata, Masak
i Ueno, Daijirou Hara, Yoshinao Kumagai, Akinori K
oukitu and Hisashi Seki,"Preparation of Large Free
standing GaN Substrates by Hydride Vapor Phase Epi
taxy Using GaAs as a Starting Substrate", Jpn. J.
Appl.Phys. Vol.40(2001) pp.L140-143
i Matsumoto, Masato Matsushima, Hiroya Kimura, Hit
oshi Kasai, Kikurou Takemoto, Koji Uematsu, Tetsuy
a Hirano, Masahiro Nakayama, Seiji Nakahata, Masak
i Ueno, Daijirou Hara, Yoshinao Kumagai, Akinori K
oukitu and Hisashi Seki,"Preparation of Large Free
standing GaN Substrates by Hydride Vapor Phase Epi
taxy Using GaAs as a Starting Substrate", Jpn. J.
Appl.Phys. Vol.40(2001) pp.L140-143
【００３３】はＧａＡｓ（１１１）結晶を基板としてラ
テラルオーバーグロース法によってＧａＮ単結晶自立膜
を製造している。これも（０００１）ＧａＮ結晶であ
る。厚みは５００μｍで直径は２インチの結晶である。
ｎ型の導電型であったと述べている。転位密度は２×１
０５ｃｍ−２であり、キャリヤ濃度はｎ＝５×１０１８
ｃｍ−３で、移動度は１７０ｃｍ２／Ｖｓ、抵抗率は
８．５×１０−３Ωｃｍであると説明している。ｎ型ド
ーパントについては説明していない。
テラルオーバーグロース法によってＧａＮ単結晶自立膜
を製造している。これも（０００１）ＧａＮ結晶であ
る。厚みは５００μｍで直径は２インチの結晶である。
ｎ型の導電型であったと述べている。転位密度は２×１
０５ｃｍ−２であり、キャリヤ濃度はｎ＝５×１０１８
ｃｍ−３で、移動度は１７０ｃｍ２／Ｖｓ、抵抗率は
８．５×１０−３Ωｃｍであると説明している。ｎ型ド
ーパントについては説明していない。
【００３４】特願平１１−１４４１５１号
【００３５】は、本発明者になるものであるが、ｎ型の
ドーパントとして酸素が有効であることを初めて見い出
している。そして酸素をｎ型ドーパントとしたｎ型Ｇａ
Ｎ自立膜を提案している。さらに酸素はＧａＮ中で活性
化率が高くて１に近いということも発見している。炭素
（Ｃ）もＧａＮ中でｎ型不純物であるから炭素を極力排
除する必要があるといっている。そのためにも現在主流
であるＭＯＣＶＤ法は好ましくない。ＨＶＰＥ法がよい
と主張している。
ドーパントとして酸素が有効であることを初めて見い出
している。そして酸素をｎ型ドーパントとしたｎ型Ｇａ
Ｎ自立膜を提案している。さらに酸素はＧａＮ中で活性
化率が高くて１に近いということも発見している。炭素
（Ｃ）もＧａＮ中でｎ型不純物であるから炭素を極力排
除する必要があるといっている。そのためにも現在主流
であるＭＯＣＶＤ法は好ましくない。ＨＶＰＥ法がよい
と主張している。
【００３６】ＧａＮは３回対称性のある六方晶系（Hexa
gonal symmetry）の結晶であるから、結晶面の表記がＧ
ａＡｓ（閃亜鉛鉱型）など立方晶系（cubic symmetry）
の場合とは相違する。六方晶系の結晶表記法について簡
単に述べる。３つのパラメータによって表現する方法
と、４つのパラメータを使う方法がある。ここでは４パ
ラメータを使った表現を用いる。初めの３つの主軸ａ
軸、ｂ軸、ｄ軸とする。これらの主軸は一平面上にあっ
て、１２０度の中心角を成している。しかもａ＝ｂ＝ｄ
である。
gonal symmetry）の結晶であるから、結晶面の表記がＧ
ａＡｓ（閃亜鉛鉱型）など立方晶系（cubic symmetry）
の場合とは相違する。六方晶系の結晶表記法について簡
単に述べる。３つのパラメータによって表現する方法
と、４つのパラメータを使う方法がある。ここでは４パ
ラメータを使った表現を用いる。初めの３つの主軸ａ
軸、ｂ軸、ｄ軸とする。これらの主軸は一平面上にあっ
て、１２０度の中心角を成している。しかもａ＝ｂ＝ｄ
である。
【００３７】ａ、ｂ、ｄのいずれにも直交する軸があ
る。これをｃ軸という。ａ軸、ｂ軸、ｄ軸に対してｃ軸
は独自のものである。平行な多数の結晶面がある。その
結晶面の原点からかぞえて１番目の結晶面がａ軸、ｂ
軸、ｄ軸、ｃ軸を切る切片が原点から、ａ／ｈ、ｂ／
ｋ、ｄ／ｍ、ｃ／ｎの距離にあるとする。これらの軸の
正の部分を切ることができない場合は反対に延長した−
ａ、−ｂ，−ｄとの交差点を考える。ｈ，ｋ，ｍ，ｎは
必ず整数である。その場合の面指数を（ｈｋｍｎ）と書
くものと約束する。
る。これをｃ軸という。ａ軸、ｂ軸、ｄ軸に対してｃ軸
は独自のものである。平行な多数の結晶面がある。その
結晶面の原点からかぞえて１番目の結晶面がａ軸、ｂ
軸、ｄ軸、ｃ軸を切る切片が原点から、ａ／ｈ、ｂ／
ｋ、ｄ／ｍ、ｃ／ｎの距離にあるとする。これらの軸の
正の部分を切ることができない場合は反対に延長した−
ａ、−ｂ，−ｄとの交差点を考える。ｈ，ｋ，ｍ，ｎは
必ず整数である。その場合の面指数を（ｈｋｍｎ）と書
くものと約束する。
【００３８】３つの主軸ａ、ｂ、ｄに関する指数は幾何
学的な制限則ｈ＋ｋ＋ｍ＝０が存在する。ｃ軸との交差
点の指数ｎは自由である。面指数の表現にはカンマを入
れない習わしであるから正負の整数４つを括弧の中に入
れたものが表記となる。負の数は数字の上に上線を引い
て表現するのが鉱物学の決まりである。それができない
のでここでは前にマイナス符号を付して表す。
学的な制限則ｈ＋ｋ＋ｍ＝０が存在する。ｃ軸との交差
点の指数ｎは自由である。面指数の表現にはカンマを入
れない習わしであるから正負の整数４つを括弧の中に入
れたものが表記となる。負の数は数字の上に上線を引い
て表現するのが鉱物学の決まりである。それができない
のでここでは前にマイナス符号を付して表す。
【００３９】（ｈｋｍｎ）によって表現されるのは個別
面表現である。｛ｈｋｍｎ｝によって表現されるものは
包括面表現である。その結晶の対称操作によって変換し
得る全ての面方位を包含する包括的な表現である。
面表現である。｛ｈｋｍｎ｝によって表現されるものは
包括面表現である。その結晶の対称操作によって変換し
得る全ての面方位を包含する包括的な表現である。
【００４０】面方位とは別に、線方向を示す表現があ
る。個別方向は［ｈｋｍｎ］によって表現する。これは
個別面方位（ｈｋｍｎ）と直交する方向を意味する。包
括方向表示は、＜ｈｋｍｎ＞である。これは個別方位
（ｈｋｍｎ）から結晶が許す対称操作によって到達でき
る全ての個別方位の集合である。
る。個別方向は［ｈｋｍｎ］によって表現する。これは
個別面方位（ｈｋｍｎ）と直交する方向を意味する。包
括方向表示は、＜ｈｋｍｎ＞である。これは個別方位
（ｈｋｍｎ）から結晶が許す対称操作によって到達でき
る全ての個別方位の集合である。
【００４１】Ｃ面が最も代表的な面である。これまでの
結晶成長によって作製されたＧａＮは全てＣ面成長だと
いえる。サファイヤやＧａＡｓなど異種単結晶基板を用
いる場合、三回対称性面を使うしかないのでその上に成
長する面はＣ面に限定される。Ｃ面（０００１）以外に
重要な面が二つある。
結晶成長によって作製されたＧａＮは全てＣ面成長だと
いえる。サファイヤやＧａＡｓなど異種単結晶基板を用
いる場合、三回対称性面を使うしかないのでその上に成
長する面はＣ面に限定される。Ｃ面（０００１）以外に
重要な面が二つある。
【００４２】一つは｛１−１００｝面である。これは劈
開面である。Ｃ面に垂直な面であるが、これは６つの個
別面の集合である。（１−１００）、（１０−１０）、
（０１−１０）、（−１１００）、（−１０１０）、
（０−１１０）の全てをＭ面と呼ぶ。劈開面は互いに６
０度の角度を成しており直交しない。
開面である。Ｃ面に垂直な面であるが、これは６つの個
別面の集合である。（１−１００）、（１０−１０）、
（０１−１０）、（−１１００）、（−１０１０）、
（０−１１０）の全てをＭ面と呼ぶ。劈開面は互いに６
０度の角度を成しており直交しない。
【００４３】もう一つ重要な面は｛１１−２０｝面であ
る。これにも通称があってＡ面と呼ばれる。Ａ面は劈開
面でない。Ａ面も６つの個別面の総称である。（１１−
２０）、（１−２１０）、（−２１１０）、（２−１−
１０）、（−１２−１０）、（−１−１２０）の全てを
Ａ面と呼ぶ。
る。これにも通称があってＡ面と呼ばれる。Ａ面は劈開
面でない。Ａ面も６つの個別面の総称である。（１１−
２０）、（１−２１０）、（−２１１０）、（２−１−
１０）、（−１２−１０）、（−１−１２０）の全てを
Ａ面と呼ぶ。
【００４４】Ｃ面は一義的に決まるが、Ａ面とＭ面は３
つの異なる方向のものがある。あるＡ面とあるＭ面とは
直交する。だからＡ面、Ｍ面、Ｃ面は直交する面の組を
構成することができる。本発明者の
つの異なる方向のものがある。あるＡ面とあるＭ面とは
直交する。だからＡ面、Ｍ面、Ｃ面は直交する面の組を
構成することができる。本発明者の
【００４５】特願平１０−１４７０４９号は、劈開面
（Ｍ面）を辺にもつＧａＮデバイスを提案している。こ
れもＣ面を表面にするＧａＮ結晶である。劈開面を問題
にする発明なのでここに挙げた。貫通転位を減らすため
の工夫もいろいろと提案されている。本発明者の
（Ｍ面）を辺にもつＧａＮデバイスを提案している。こ
れもＣ面を表面にするＧａＮ結晶である。劈開面を問題
にする発明なのでここに挙げた。貫通転位を減らすため
の工夫もいろいろと提案されている。本発明者の
【００４６】特願平１１−２７３８８２号はＣ面を鏡
面成長させるのでなく、Ｃ面以外のファセット面を保有
したままｃ軸方向に成長させることによってファセット
に転位を掃きよせ転位を低減している。これはファセッ
ト面を維持しつつというが、平均的にはＣ面成長であ
る。さらに本発明者の
面成長させるのでなく、Ｃ面以外のファセット面を保有
したままｃ軸方向に成長させることによってファセット
に転位を掃きよせ転位を低減している。これはファセッ
ト面を維持しつつというが、平均的にはＣ面成長であ
る。さらに本発明者の
【００４７】特願２０００−２０７７８３号はＧａＮ
中の貫通転位が面と直交して延伸するという性質を発見
している。Ｃ面成長ならｃ軸方向に貫通転位が伸びる。
そこでこの発明はＣ面成長させたＧａＮをＡ面方向に切
り出し、その上にＡ面成長させるあるいはＣ面成長させ
たＧａＮをＭ面方向に切り出し、その上にＭ面成長させ
るという凝った方法を提案する。その後Ｃ面で切り出
し、低転位のＧａＮ結晶を得るという巧妙な発明であ
る。
中の貫通転位が面と直交して延伸するという性質を発見
している。Ｃ面成長ならｃ軸方向に貫通転位が伸びる。
そこでこの発明はＣ面成長させたＧａＮをＡ面方向に切
り出し、その上にＡ面成長させるあるいはＣ面成長させ
たＧａＮをＭ面方向に切り出し、その上にＭ面成長させ
るという凝った方法を提案する。その後Ｃ面で切り出
し、低転位のＧａＮ結晶を得るという巧妙な発明であ
る。
【００４８】この従来技術、だけがＣ面以外の面で
成長させるということを初めて提唱している。目的は違
うが面方位に着眼した初めての発明であるからここに紹
介した。
成長させるということを初めて提唱している。目的は違
うが面方位に着眼した初めての発明であるからここに紹
介した。
【００４９】
【発明が解決しようとする課題】サファイヤ基板上への
ＧａＮ気相成長法は例外なくＣ面を上面として成長させ
ている。サファイヤ基板（α−Ａｌ２Ｏ３）の３回対称
面の上にＧａＮを成長させる場合、Ｃ面は６回対称性を
もち鏡面になり最も成長させ易いのである。だから現在
製造され使用されているサファイヤ基板上のＧａＩｎＮ
−ＬＥＤやＧａＩｎＮ系−ＬＤはＣ面のＧａＮ層、Ｇａ
ＩｎＮ層の積み重ねである。
ＧａＮ気相成長法は例外なくＣ面を上面として成長させ
ている。サファイヤ基板（α−Ａｌ２Ｏ３）の３回対称
面の上にＧａＮを成長させる場合、Ｃ面は６回対称性を
もち鏡面になり最も成長させ易いのである。だから現在
製造され使用されているサファイヤ基板上のＧａＩｎＮ
−ＬＥＤやＧａＩｎＮ系−ＬＤはＣ面のＧａＮ層、Ｇａ
ＩｎＮ層の積み重ねである。
【００５０】それはＧａＡｓを基板とするときも同様で
ＧａＡｓの３回対称面（１１１）の上にＧａＮを成長さ
せるときもＣ面が表面になるように成長させる。本発明
者はＧａＮのｎ型ドーパントとして酸素（Ｏ）を使いた
い。酸素をドープしようとする場合、成長面（Ｃ面）に
はなかなか入っていかない、ということを最近本発明者
が発見した。
ＧａＡｓの３回対称面（１１１）の上にＧａＮを成長さ
せるときもＣ面が表面になるように成長させる。本発明
者はＧａＮのｎ型ドーパントとして酸素（Ｏ）を使いた
い。酸素をドープしようとする場合、成長面（Ｃ面）に
はなかなか入っていかない、ということを最近本発明者
が発見した。
【００５１】これはわかりやすい現象ではない。だから
最近まで誰も気付かなかったのである。本発明者はＣ面
成長させたＧａＮ試料の表面の組成をＳＩＭＳ（Second
aryIon Mass Spectroscopy）によって分析した。これは
イオン（一次イオン）を加速して試料に当て試料からた
たき出される二次イオンの数を数えることによって試料
表面に存在する物質の存在比を求める方法である。初め
の頃は分解能が充分でなくイオンビームがかなりの広が
りを持っていたので二次イオンが広い範囲から放出され
ていた。それで酸素の二次イオンも試料面から出ていた
のでＣ面にも酸素がドープされるかのように見えたので
ある。
最近まで誰も気付かなかったのである。本発明者はＣ面
成長させたＧａＮ試料の表面の組成をＳＩＭＳ（Second
aryIon Mass Spectroscopy）によって分析した。これは
イオン（一次イオン）を加速して試料に当て試料からた
たき出される二次イオンの数を数えることによって試料
表面に存在する物質の存在比を求める方法である。初め
の頃は分解能が充分でなくイオンビームがかなりの広が
りを持っていたので二次イオンが広い範囲から放出され
ていた。それで酸素の二次イオンも試料面から出ていた
のでＣ面にも酸素がドープされるかのように見えたので
ある。
【００５２】しかしながらビームを絞ることによってＳ
ＩＭＳの分解能を上げると意外な事が分かってきた。粗
面化したＣ面は細かく見ると、Ｃ面部分の他に凹凸（フ
ァセット）がたくさんあって傾斜面を保持しながら成長
することがある。二次イオンはＣ面からも凹凸部分から
も放出される。Ｃ面と凹凸部（ファセット）を区別して
酸素二次イオンを測定すると、Ｃ面から酸素が殆どでて
来ないということがわかった。換算してみると、Ｃ面以
外の酸素濃度が５×１０１８ｃｍ−３の時でも、同じ結
晶表面上のＣ面での酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未
満であることが分かった。つまり酸素を取り込む能力に
おいて５０倍もの相違があるという事である。酸素二次
イオンはＣ面から出るのでなく実はファセットから放出
されているのである。
ＩＭＳの分解能を上げると意外な事が分かってきた。粗
面化したＣ面は細かく見ると、Ｃ面部分の他に凹凸（フ
ァセット）がたくさんあって傾斜面を保持しながら成長
することがある。二次イオンはＣ面からも凹凸部分から
も放出される。Ｃ面と凹凸部（ファセット）を区別して
酸素二次イオンを測定すると、Ｃ面から酸素が殆どでて
来ないということがわかった。換算してみると、Ｃ面以
外の酸素濃度が５×１０１８ｃｍ−３の時でも、同じ結
晶表面上のＣ面での酸素濃度は１×１０１７ｃｍ−３未
満であることが分かった。つまり酸素を取り込む能力に
おいて５０倍もの相違があるという事である。酸素二次
イオンはＣ面から出るのでなく実はファセットから放出
されているのである。
【００５３】また、成長条件を変化させ、全面鏡面のＣ
面としたサンプルを作成し、表面よりＳＩＭＳにて分析
を行うと、やはり、酸素は1×１０１７ｃｍ−３未満で
あり濃度は低かった。
面としたサンプルを作成し、表面よりＳＩＭＳにて分析
を行うと、やはり、酸素は1×１０１７ｃｍ−３未満で
あり濃度は低かった。
【００５４】ということはＣ面には酸素が殆どドープさ
れないということである。Ｃ面成長でありＣ面には酸素
が入らないのに酸素が自然に入ってしまうのはＣ面以外
のファセット面があるからである。そういうことが初め
て分かってきた。
れないということである。Ｃ面成長でありＣ面には酸素
が入らないのに酸素が自然に入ってしまうのはＣ面以外
のファセット面があるからである。そういうことが初め
て分かってきた。
【００５５】単結晶が成長しているのであるから面内の
どの部分も結晶方位は同一である。ファセットの部分も
上方がｃ軸になるような構造をもっている。だからｃ軸
方向に成長しているのである。それはそうなのである
が、表面に露呈した面がＣ面でないということである。
そして原料ガスに含まれる酸素が結晶内に取り込まれる
かどうかということはその部位の内部的な結晶構造によ
るのでなくて、結晶成長時の表面自体の微視的な構造に
よるのである。表面が傾いておりＣ面以外の面、たとえ
ばＭ面やＡ面が露呈しているのであれば、その面がもつ
独自の酸素吸着能力によって酸素を取り込むということ
になる。
どの部分も結晶方位は同一である。ファセットの部分も
上方がｃ軸になるような構造をもっている。だからｃ軸
方向に成長しているのである。それはそうなのである
が、表面に露呈した面がＣ面でないということである。
そして原料ガスに含まれる酸素が結晶内に取り込まれる
かどうかということはその部位の内部的な結晶構造によ
るのでなくて、結晶成長時の表面自体の微視的な構造に
よるのである。表面が傾いておりＣ面以外の面、たとえ
ばＭ面やＡ面が露呈しているのであれば、その面がもつ
独自の酸素吸着能力によって酸素を取り込むということ
になる。
【００５６】ＧａＮの成長においてファセットとなる部
分は平均的な成長方向に沿って連続する事が多い。ファ
セットは頻繁に消滅・発生を繰り返すのでない。例え
ば、ｃ軸方向に結晶成長する場合、ファセット面が維持
されて縦方向にＧａＮがｃ軸方向に成長してゆくという
ことである。だからＳＩＭＳとエッチングを組み合わせ
て酸素濃度を結晶の深さ方向にｃ軸方向に測定すると酸
素濃度分布はだいたいどの深さでも同じようなばらつき
を示す。だからＣ面成長においても酸素がドープされる
のはＣ面以外の微視的なファセット面が存在するからで
ある。
分は平均的な成長方向に沿って連続する事が多い。ファ
セットは頻繁に消滅・発生を繰り返すのでない。例え
ば、ｃ軸方向に結晶成長する場合、ファセット面が維持
されて縦方向にＧａＮがｃ軸方向に成長してゆくという
ことである。だからＳＩＭＳとエッチングを組み合わせ
て酸素濃度を結晶の深さ方向にｃ軸方向に測定すると酸
素濃度分布はだいたいどの深さでも同じようなばらつき
を示す。だからＣ面成長においても酸素がドープされる
のはＣ面以外の微視的なファセット面が存在するからで
ある。
【００５７】そのようなことは未だに斯界の専門家にも
知られていない。酸素ドープしたＧａＮがｎ型になる理
由は本発明者等がによって初めて明らかにしている。
酸素が窒素サイトを置換してｎ型不純物になるのであろ
う。しかし酸素をＧａＮ中でｎ型ドーパントとして利用
するというのは未だ主流でない。本発明者が主張してい
るだけである。ＧａＮ中のｎ型ドーパントとして主流で
あるのは硅素（Ｓｉ）である。Ｓｉがガリウム（Ｇａ）
サイトを置き換えてｎ型になると考えられている。酸素
をｎ型ドーパントとするという着想は本発明者以外に見
当たらないのが現状である。それに酸素ドープには面方
位依存性がある事がいまだに知られていない。ＧａＮ成
長は３回対称性のある異種材料から成長するので必ずＣ
面を表面とする成長しか行われていない。しかし前記の
実験からＣ面には酸素が殆ど入らない。だからＣ面鏡面
成長に固執すると酸素を所望の濃度でドープすることが
できない。ということは所望の抵抗率のｎ型ＧａＮ基板
を作ることができないということである。そのような新
発見に基づき本発明は酸素を効率良くドーピングするこ
とのできるＧａＮ結晶成長方法を提案する。
知られていない。酸素ドープしたＧａＮがｎ型になる理
由は本発明者等がによって初めて明らかにしている。
酸素が窒素サイトを置換してｎ型不純物になるのであろ
う。しかし酸素をＧａＮ中でｎ型ドーパントとして利用
するというのは未だ主流でない。本発明者が主張してい
るだけである。ＧａＮ中のｎ型ドーパントとして主流で
あるのは硅素（Ｓｉ）である。Ｓｉがガリウム（Ｇａ）
サイトを置き換えてｎ型になると考えられている。酸素
をｎ型ドーパントとするという着想は本発明者以外に見
当たらないのが現状である。それに酸素ドープには面方
位依存性がある事がいまだに知られていない。ＧａＮ成
長は３回対称性のある異種材料から成長するので必ずＣ
面を表面とする成長しか行われていない。しかし前記の
実験からＣ面には酸素が殆ど入らない。だからＣ面鏡面
成長に固執すると酸素を所望の濃度でドープすることが
できない。ということは所望の抵抗率のｎ型ＧａＮ基板
を作ることができないということである。そのような新
発見に基づき本発明は酸素を効率良くドーピングするこ
とのできるＧａＮ結晶成長方法を提案する。
【００５８】
【課題を解決するための手段】成長面を変えて成長させ
るなど詳細な検討を重ねた結果、酸素の取り込み量は面
方位依存性があるということが分かった。酸素ドープ量
の面方位依存性があることを発見したのは本発明者の実
験の成果である。それに、Ｃ面には入らないがどのよう
な面方位にも酸素が入らないということでないというこ
とが分かった。Ｃ面以外で酸素が入り（ドーピングさ
れ）易い面が存在するのである。酸素ドープしやすい面
方位は大きく２つの種類のものがある、ということが分
かってきた。
るなど詳細な検討を重ねた結果、酸素の取り込み量は面
方位依存性があるということが分かった。酸素ドープ量
の面方位依存性があることを発見したのは本発明者の実
験の成果である。それに、Ｃ面には入らないがどのよう
な面方位にも酸素が入らないということでないというこ
とが分かった。Ｃ面以外で酸素が入り（ドーピングさ
れ）易い面が存在するのである。酸素ドープしやすい面
方位は大きく２つの種類のものがある、ということが分
かってきた。
【００５９】それは次のような面方位である。 （１） ｛ｋｋ−２ｋｈ｝ （ｋ，ｈは整数） 特に、｛１１−２０｝面が顕著な効果を示す、というこ
とがわかっている。｛１１−２２｝面でも酸素の取り込
み効率は大きい。高面指数になるに従い、酸素の取り込
み効率は低下してゆく傾向があるようである。
とがわかっている。｛１１−２２｝面でも酸素の取り込
み効率は大きい。高面指数になるに従い、酸素の取り込
み効率は低下してゆく傾向があるようである。
【００６０】（２） ｛ｋ−ｋ０ｈ｝ （ｋ，ｈは整
数） 特に、｛１−１００｝面が顕著な効果を示す。｛１−１
０１｝面でも酸素の取り込み効率は大きい。この面方位
も高面指数になるに従い、酸素の取り込み効率が低下し
てゆく傾向があるようである。
数） 特に、｛１−１００｝面が顕著な効果を示す。｛１−１
０１｝面でも酸素の取り込み効率は大きい。この面方位
も高面指数になるに従い、酸素の取り込み効率が低下し
てゆく傾向があるようである。
【００６１】つまり面｛ｈｋｍｎ｝には固有の酸素ドー
ピング能力というようなものがあり、これをＯＤ｛ｈｋ
ｍｎ｝という関数によって表現できる。
ピング能力というようなものがあり、これをＯＤ｛ｈｋ
ｍｎ｝という関数によって表現できる。
【００６２】ＯＤ｛ｈｋｍｎ｝の詳細はいまだよくわか
らないが、Ｃ面以外の面｛ｈｋｍｎ｝についてＯＤ｛ｈ
ｋｍｎ｝＞ＯＤ｛０００１｝ということが言える。つま
りＣ面は酸素ドーピングが最も難しい面だということで
ある。
らないが、Ｃ面以外の面｛ｈｋｍｎ｝についてＯＤ｛ｈ
ｋｍｎ｝＞ＯＤ｛０００１｝ということが言える。つま
りＣ面は酸素ドーピングが最も難しい面だということで
ある。
【００６３】Ａ面｛１１−２０｝については、ＯＤ｛１
１−２０｝＞５０ＯＤ｛０００１｝である。 Ａ面はＣ
面よりも５０倍以上も酸素ドーピングしやすいというこ
とである。
１−２０｝＞５０ＯＤ｛０００１｝である。 Ａ面はＣ
面よりも５０倍以上も酸素ドーピングしやすいというこ
とである。
【００６４】Ｍ面｛１−１００｝についても、ＯＤ｛１
−１００｝＞５０ＯＤ｛０００１｝である。Ｍ面はＣ面
よりも５０倍以上も酸素ドーピングしやすいのである。
−１００｝＞５０ＯＤ｛０００１｝である。Ｍ面はＣ面
よりも５０倍以上も酸素ドーピングしやすいのである。
【００６５】酸素ドーピングを行うには、Ｃ面以外の面
を上面に持つように結晶成長することによって効率的に
ドーピングができる。この方法によってドーピングする
には、バルク結晶内で、結晶成長の履歴がＣ面以外の面
である領域において、酸素ドーピングがなされる。
を上面に持つように結晶成長することによって効率的に
ドーピングができる。この方法によってドーピングする
には、バルク結晶内で、結晶成長の履歴がＣ面以外の面
である領域において、酸素ドーピングがなされる。
【００６６】必ずしも全面がこれらの（Ｃ面以外の）結
晶面である必要はない。部分的にファセット面という形
で存在するだけであってもよい。もちろんＣ面成長部分
が広く存在する場合は、その部分での酸素取り込み効率
は低下している。
晶面である必要はない。部分的にファセット面という形
で存在するだけであってもよい。もちろんＣ面成長部分
が広く存在する場合は、その部分での酸素取り込み効率
は低下している。
【００６７】酸素取り込みの面方位依存性はその現象を
本発明者らが発見したばかりである。そのメカニズムの
詳細は未だ不明である。結晶面の表面に出ている原子の
結合の手の状態が異なる事に起因する特定元素の結合の
仕方が異なるため、不純物の取り込まれ方が変化するも
のと考えられる。
本発明者らが発見したばかりである。そのメカニズムの
詳細は未だ不明である。結晶面の表面に出ている原子の
結合の手の状態が異なる事に起因する特定元素の結合の
仕方が異なるため、不純物の取り込まれ方が変化するも
のと考えられる。
【００６８】特にＧａＮ（０００１）Ｇａ面が成長面と
なった場合、酸素がｎ型キャリヤとして入るべき窒素サ
イトに、非常に入りにくいメカニズムが働いているもの
と推測される。これらの現象は当然ながら、サファイ
ア、ＳｉＣ、ＧａＮ等のいかなる下地基板、種結晶を用
いた場合においても見られる普遍的な現象である。
なった場合、酸素がｎ型キャリヤとして入るべき窒素サ
イトに、非常に入りにくいメカニズムが働いているもの
と推測される。これらの現象は当然ながら、サファイ
ア、ＳｉＣ、ＧａＮ等のいかなる下地基板、種結晶を用
いた場合においても見られる普遍的な現象である。
【００６９】
【発明の実施の形態】なお酸素のドーピングは、結晶成
長中の原料ガスの中に水を含ませるのが最も効果的であ
る。ＨＶＰＥの場合はアンモニア（ＮＨ３）、塩化水素
ガス（ＨＣｌ）に水を含ませる。もともとＮＨ３、ＨＣ
ｌには不純物として水が含まれている事が多く、特に水
を原料ガスに追加しなくても元々含まれた水分によって
酸素ドープされる事もある。しかし安定的に酸素ドーピ
ングを行うためには微量の水を原料ガスに定量的に加え
るのが望ましい。
長中の原料ガスの中に水を含ませるのが最も効果的であ
る。ＨＶＰＥの場合はアンモニア（ＮＨ３）、塩化水素
ガス（ＨＣｌ）に水を含ませる。もともとＮＨ３、ＨＣ
ｌには不純物として水が含まれている事が多く、特に水
を原料ガスに追加しなくても元々含まれた水分によって
酸素ドープされる事もある。しかし安定的に酸素ドーピ
ングを行うためには微量の水を原料ガスに定量的に加え
るのが望ましい。
【００７０】本発明の思想に従って、効率的に酸素ドー
ピングする方法には多く分けて二つの手法がある。一つ
はＣ軸以外の方向に成長させる（非Ｃ軸成長）させるこ
とであり、もうひとつはＣ軸方向にファセット成長させ
ることである。つまり非Ｃ軸成長とファセットＣ軸成長
である。
ピングする方法には多く分けて二つの手法がある。一つ
はＣ軸以外の方向に成長させる（非Ｃ軸成長）させるこ
とであり、もうひとつはＣ軸方向にファセット成長させ
ることである。つまり非Ｃ軸成長とファセットＣ軸成長
である。
【００７１】（甲）［非Ｃ軸成長］Ｃ面以外の面｛ｈｋ
ｍｎ｝を表面（上面）にもつ種結晶を用いて、Ｃ面以外
の面で結晶成長させ、その面方位にのびた単結晶インゴ
ットを製造する方法。甲の方法は、種結晶の結晶面｛ｈ
ｋｍｎ｝をそのまま維持して結晶成長した場合、全面に
おいて、効率的に酸素ドーピングがなされる。
ｍｎ｝を表面（上面）にもつ種結晶を用いて、Ｃ面以外
の面で結晶成長させ、その面方位にのびた単結晶インゴ
ットを製造する方法。甲の方法は、種結晶の結晶面｛ｈ
ｋｍｎ｝をそのまま維持して結晶成長した場合、全面に
おいて、効率的に酸素ドーピングがなされる。
【００７２】例えば、種結晶全面において、｛１−１０
０｝面（Ｍ面）、或いは一般的に｛ｋ−ｋ０ｈ｝面
（ｋ，ｈは整数）である場合に効率的な酸素ドーピング
が行われる。
０｝面（Ｍ面）、或いは一般的に｛ｋ−ｋ０ｈ｝面
（ｋ，ｈは整数）である場合に効率的な酸素ドーピング
が行われる。
【００７３】また｛１１−２０｝（Ａ面）或いは一般的
に｛ｋｋ−２ｋｈ｝面（ｋ，ｈは整数）においても同様
である。この場合の酸素ドープ効率は単純に
に｛ｋｋ−２ｋｈ｝面（ｋ，ｈは整数）においても同様
である。この場合の酸素ドープ効率は単純に
【００７４】ＯＤ＝ＯＤ｛ｈｋｍｎ｝
【００７５】によって象徴的に表現される。この方法は
原理は単純であるが実行するには幾つかの問題がある。
Ｃ面以外の表面を持つＧａＮ単結晶は天然に存在しない
し、異種基板から気相成長によって製造することもでき
ない。現在ＬＥＤやＬＤに使われている、サファイヤの
３回対称面の上に成長させたＧａＮ、ＧａＩｎＮ薄膜は
Ｃ面結晶である。先述のようにサファイヤ基板上に成長
させた場合はサファイヤを除去できずＧａＮ結晶単体を
得ることはできない。
原理は単純であるが実行するには幾つかの問題がある。
Ｃ面以外の表面を持つＧａＮ単結晶は天然に存在しない
し、異種基板から気相成長によって製造することもでき
ない。現在ＬＥＤやＬＤに使われている、サファイヤの
３回対称面の上に成長させたＧａＮ、ＧａＩｎＮ薄膜は
Ｃ面結晶である。先述のようにサファイヤ基板上に成長
させた場合はサファイヤを除去できずＧａＮ結晶単体を
得ることはできない。
【００７６】ＧａＡｓ（１１１）面の上に気相成長させ
た場合、Ｃ面をもつＧａＮ結晶が成長する。ＧａＡｓ基
板を王水で除去できるからＧａＮの単体単結晶が得られ
る。しかしその結晶も表面はＣ面である。厚いＧａＮの
結晶を作り、例えばＡ面方向に切断してＡ面を表面に持
つ単結晶を作り、これを種結晶とする。このようにＣ面
以外の面をもつ種結晶を作るという前工程が必要にな
る。
た場合、Ｃ面をもつＧａＮ結晶が成長する。ＧａＡｓ基
板を王水で除去できるからＧａＮの単体単結晶が得られ
る。しかしその結晶も表面はＣ面である。厚いＧａＮの
結晶を作り、例えばＡ面方向に切断してＡ面を表面に持
つ単結晶を作り、これを種結晶とする。このようにＣ面
以外の面をもつ種結晶を作るという前工程が必要にな
る。
【００７７】（乙）［ファセットＣ軸成長］Ｃ面を上面
とする結晶を成長させるが、ミクロに見ればＣ面以外の
ファセット面を持つように成長させる方法。
とする結晶を成長させるが、ミクロに見ればＣ面以外の
ファセット面を持つように成長させる方法。
【００７８】乙の方法は種結晶表面の平均的な結晶面が
Ｃ面であっても、ミクロにＣ面以外のファセット面を持
って成長した場合、ファセット面を通して酸素をドーピ
ングする効果が得られるのである。
Ｃ面であっても、ミクロにＣ面以外のファセット面を持
って成長した場合、ファセット面を通して酸素をドーピ
ングする効果が得られるのである。
【００７９】具体的なファセット面としては、｛１−１
０１｝面などの｛ｋ−ｋ０ｈ｝面（ｋ，ｈは整数）があ
る。これらはＭ面を傾斜させた面である。Ｍ面自体はＣ
面と垂直であるからファセット面とはならない。
０１｝面などの｛ｋ−ｋ０ｈ｝面（ｋ，ｈは整数）があ
る。これらはＭ面を傾斜させた面である。Ｍ面自体はＣ
面と垂直であるからファセット面とはならない。
【００８０】或いは｛１１−２２｝面などの｛ｋｋ−２
ｋｈ｝面などがある。これらはＡ面を傾斜させた面であ
る。Ａ面自体はＣ面と垂直であるからＣ面成長でのファ
セット面とはならない。これは単一のファセット面をＣ
面内に含む場合である。
ｋｈ｝面などがある。これらはＡ面を傾斜させた面であ
る。Ａ面自体はＣ面と垂直であるからＣ面成長でのファ
セット面とはならない。これは単一のファセット面をＣ
面内に含む場合である。
【００８１】単一といってもＧａＮ結晶はｃ軸まわりに
６回対称性があるからこれらの面は６つの個別面の集合
である。単一の面であっても６角錘状の穴（ピット）や
６角錘状の突起をＣ面上に形成することができる。全部
の面が出現しないこともあるがそれでも３角錐状穴、突
起とか異形の５角錘状の穴、突起を形成する。
６回対称性があるからこれらの面は６つの個別面の集合
である。単一の面であっても６角錘状の穴（ピット）や
６角錘状の突起をＣ面上に形成することができる。全部
の面が出現しないこともあるがそれでも３角錐状穴、突
起とか異形の５角錘状の穴、突起を形成する。
【００８２】これは単一のファセット面を含む場合であ
るが、複数のファセット面を含むようなＣ面成長をさせ
ることによって酸素ドープを有効にすることができる。
例えば、｛ｋｋ−２ｋｈ｝面、｛ｋ−ｋ０ｈ｝面からな
る複数のファセット面を含んで結晶成長させる事によっ
て酸素ドーピングさせることができる。例えば｛１１−
２１｝面が６つと｛１−１０１｝面が６つで正１２角錐
を形成することができる。二つの面の組み合わせによっ
てそのような穴または突起を形成できる。３以上の面が
集まればより複雑な形状の角錐の穴や突起を作り出すこ
とができる。
るが、複数のファセット面を含むようなＣ面成長をさせ
ることによって酸素ドープを有効にすることができる。
例えば、｛ｋｋ−２ｋｈ｝面、｛ｋ−ｋ０ｈ｝面からな
る複数のファセット面を含んで結晶成長させる事によっ
て酸素ドーピングさせることができる。例えば｛１１−
２１｝面が６つと｛１−１０１｝面が６つで正１２角錐
を形成することができる。二つの面の組み合わせによっ
てそのような穴または突起を形成できる。３以上の面が
集まればより複雑な形状の角錐の穴や突起を作り出すこ
とができる。
【００８３】｛ｋｋ−２ｋｈ｝面、｛ｋ−ｋ０ｈ｝面
（ｋ，ｈは整数）の集合からなる逆六角錐（六角錐
穴）、逆十二角錐（十二角錐穴）形状のピット状ファセ
ット面を保有しながらＣ面成長させる場合、このピット
状ファセット面において酸素ドープすることができる。
この方法は複合的であり、｛ｈｋｍｎ｝面のＣ面内での
存在確率をρ｛ｈｋｍｎ｝と書くと、酸素ドープ効率は
（ｋ，ｈは整数）の集合からなる逆六角錐（六角錐
穴）、逆十二角錐（十二角錐穴）形状のピット状ファセ
ット面を保有しながらＣ面成長させる場合、このピット
状ファセット面において酸素ドープすることができる。
この方法は複合的であり、｛ｈｋｍｎ｝面のＣ面内での
存在確率をρ｛ｈｋｍｎ｝と書くと、酸素ドープ効率は
【００８４】ＯＤ＝Σρ｛ｈｋｍｎ｝ＯＤ｛ｈｋｍｎ｝ というように象徴的に表現することができる。
【００８５】ＧａＮの成長方法は従来のサファイヤ基板
上の成長方法として有効なＨＶＰＥ法、ＭＯＣ法、ＭＯ
ＣＶＤ法、昇華法など全てを利用することができる。
上の成長方法として有効なＨＶＰＥ法、ＭＯＣ法、ＭＯ
ＣＶＤ法、昇華法など全てを利用することができる。
【００８６】
【実施例】［実施例１（Ｍ面（１−１００）を上面とす
る結晶成長；図２）］ＧａＮ単結晶のインゴットから切
り出した表面がＭ面（１−１００）からなるＧａＮ種結
晶を準備した（図２（ａ））。ＧａＮ単結晶は、ＧａＡ
ｓ基板の上にラテラルオーバーグロース法によってＧａ
ＮをＣ面成長させＧａＡｓ基板を王水で溶解除去したも
のである。Ｍ面だからこの結晶の成長方向に平行な一つ
の面で切っていることになる。
る結晶成長；図２）］ＧａＮ単結晶のインゴットから切
り出した表面がＭ面（１−１００）からなるＧａＮ種結
晶を準備した（図２（ａ））。ＧａＮ単結晶は、ＧａＡ
ｓ基板の上にラテラルオーバーグロース法によってＧａ
ＮをＣ面成長させＧａＡｓ基板を王水で溶解除去したも
のである。Ｍ面だからこの結晶の成長方向に平行な一つ
の面で切っていることになる。
【００８７】このＭ面種結晶は表面研磨してあり、表面
に加工変質層は除去されて全く存在しない。
に加工変質層は除去されて全く存在しない。
【００８８】この種結晶の上に、ＨＶＰＥ法によって、
ＧａＮ結晶を成長させた（図２（ｂ））。その成長条件
は、以下の通りである。なお窒素分の原料ガスであるＮ
Ｈ３については、２ｐｐｍほどの水を含んだ原料ガスを
使用した。水は酸素源として含ませているのである。
ＧａＮ結晶を成長させた（図２（ｂ））。その成長条件
は、以下の通りである。なお窒素分の原料ガスであるＮ
Ｈ３については、２ｐｐｍほどの水を含んだ原料ガスを
使用した。水は酸素源として含ませているのである。
【００８９】・成長温度 １０２０℃ ・ＮＨ３分圧 ０．２ａｔｍ （２×１０４Ｐａ） ・ＨＣｌ分圧 １×１０−２ａｔｍ（１０３Ｐａ） ・成長時間 ６時間
【００９０】成長膜厚さが約５００μｍとなった。その
後、下地の種結晶部を研削除去した（図２（ｃ））。さ
らに表面を研磨した（図２（ｄ））。種結晶を除いて成
長部だけにした結晶層の厚みは約４００μｍであった。
後、下地の種結晶部を研削除去した（図２（ｃ））。さ
らに表面を研磨した（図２（ｄ））。種結晶を除いて成
長部だけにした結晶層の厚みは約４００μｍであった。
【００９１】この試料の電気的特性をホール（Hall）測
定によって求めると、４点での平均が、 ・キャリヤ濃度 ＝ ６×１０１８ｃｍ−３ ・キャリヤ移動度＝ １６０Ｖｓ／ｃｍ２ の程度であり結晶内でほぼ均一であった。
定によって求めると、４点での平均が、 ・キャリヤ濃度 ＝ ６×１０１８ｃｍ−３ ・キャリヤ移動度＝ １６０Ｖｓ／ｃｍ２ の程度であり結晶内でほぼ均一であった。
【００９２】さらに同一サンプルの表面付近のＳＩＭＳ
（Secondary Ion Mass Spectroscopy）分析を行った。
その測定の結果次のようなことが分かった。
（Secondary Ion Mass Spectroscopy）分析を行った。
その測定の結果次のようなことが分かった。
【００９３】水素（Ｈ） ２×１０１７ｃｍ−３ 炭素（Ｃ） ３×１０１６ｃｍ−３ 酸素（Ｏ） ８×１０１８ｃｍ−３ 珪素（Ｓｉ） ３×１０１７ｃｍ−３
【００９４】キャリヤ濃度が６×１０１８ｃｍ−３であ
り、酸素濃度が８×１０１８ｃｍ− ３である。ＧａＮの
中でｎ型不純物になる可能性のある炭素（１０１６ｃｍ
−３のオーダー）、珪素（１０１７ｃｍ−３のオーダ
ー）はキャリヤ濃度（１０１８ｃｍ−３のオーダー）よ
いもずっと低い。ということはこれらのキャリヤ（電
子）は、酸素に由来するということである。酸素がｎ型
不純物として働いており、その活性化率がかなり高いと
いうことを示唆する。
り、酸素濃度が８×１０１８ｃｍ− ３である。ＧａＮの
中でｎ型不純物になる可能性のある炭素（１０１６ｃｍ
−３のオーダー）、珪素（１０１７ｃｍ−３のオーダ
ー）はキャリヤ濃度（１０１８ｃｍ−３のオーダー）よ
いもずっと低い。ということはこれらのキャリヤ（電
子）は、酸素に由来するということである。酸素がｎ型
不純物として働いており、その活性化率がかなり高いと
いうことを示唆する。
【００９５】抵抗率を測定したところ、７×１０−３Ω
ｃｍ程度でかなり高い導電性をもっている。ｎ型導電性
のＧａＮ基板として利用できる。つまりサファイヤのよ
うに上面にｎ電極をとらなければならないということは
なくｎ型ＧａＮ基板の底面からｎ電極をとることが可能
となる。この実施例によって製造された試料は、表面が
平坦な、厚さ４００μｍの単体のＧａＮ基板である。Ｇ
ａＮ基板の上に、その後、エピタキシャル成長を行って
デバイスを作製することができるような形状となってい
る。
ｃｍ程度でかなり高い導電性をもっている。ｎ型導電性
のＧａＮ基板として利用できる。つまりサファイヤのよ
うに上面にｎ電極をとらなければならないということは
なくｎ型ＧａＮ基板の底面からｎ電極をとることが可能
となる。この実施例によって製造された試料は、表面が
平坦な、厚さ４００μｍの単体のＧａＮ基板である。Ｇ
ａＮ基板の上に、その後、エピタキシャル成長を行って
デバイスを作製することができるような形状となってい
る。
【００９６】［比較例１（Ｃ面（０００１）を上面とす
る結晶成長；図３）］ＧａＮ単結晶のインゴットから切
り出した、表面がＣ面（０００１）面からなるＧａＮ種
結晶を準備した（図３（ａ））。表面の極性はＧａ面で
ある。このＣ面種結晶は表面研磨してあり、表面に加工
変質層が全く存在しない。
る結晶成長；図３）］ＧａＮ単結晶のインゴットから切
り出した、表面がＣ面（０００１）面からなるＧａＮ種
結晶を準備した（図３（ａ））。表面の極性はＧａ面で
ある。このＣ面種結晶は表面研磨してあり、表面に加工
変質層が全く存在しない。
【００９７】この種結晶の上にＨＶＰＥ法によってＧａ
Ｎを成長させた。その成長条件は、以下の通りである。
実施例１と同様に窒素分の原料ガスであるＮＨ３につい
ては、２ｐｐｍほどの水を含んだ原料ガスを使用した。
Ｎを成長させた。その成長条件は、以下の通りである。
実施例１と同様に窒素分の原料ガスであるＮＨ３につい
ては、２ｐｐｍほどの水を含んだ原料ガスを使用した。
【００９８】 ・成長温度 １０５０℃ ・ＮＨ３分圧 ０．１５ａｔｍ （１．５×１０４Ｐａ） ・ＨＣｌ分圧 ５×１０−３ａｔｍ（５×１０２Ｐａ） ・成長時間 １０時間
【００９９】成長膜厚さが約５００μｍとなった（図３
（ｂ））。表面は（０００１）面からなる平坦な鏡面状
態であった。成長後の表面もＣ面を維持している事が分
かる。その後、下地の種結晶部を研削除去した（図３
（ｃ））。表面を研磨し種結晶を除いて成長部だけにし
た結晶層の厚みは約４００μｍであった（図３
（ｄ））。
（ｂ））。表面は（０００１）面からなる平坦な鏡面状
態であった。成長後の表面もＣ面を維持している事が分
かる。その後、下地の種結晶部を研削除去した（図３
（ｃ））。表面を研磨し種結晶を除いて成長部だけにし
た結晶層の厚みは約４００μｍであった（図３
（ｄ））。
【０１００】この試料の電気的特性をホール（Hall）測
定によって求めようとしたが測定不能であった。その原
因は、ＧａＮ結晶が高抵抗の膜となっており極めて電気
伝導度が低くて現在保有している測定機器では測定でき
ないからである。基板面内どの点においても測定不能で
あった。つまり自由に動き得る電子が乏しくキャリヤ濃
度が低すぎて充分な電流が流れず測定できないというこ
とである。
定によって求めようとしたが測定不能であった。その原
因は、ＧａＮ結晶が高抵抗の膜となっており極めて電気
伝導度が低くて現在保有している測定機器では測定でき
ないからである。基板面内どの点においても測定不能で
あった。つまり自由に動き得る電子が乏しくキャリヤ濃
度が低すぎて充分な電流が流れず測定できないというこ
とである。
【０１０１】さらにこの試料の表面付近のＳＩＭＳ（Se
condary Ion Mass Spectroscopy）分析を行った。その
測定の結果次のようなことが分かった。
condary Ion Mass Spectroscopy）分析を行った。その
測定の結果次のようなことが分かった。
【０１０２】水素（Ｈ） １×１０１８ｃｍ−３ 炭素（Ｃ） ７×１０１６ｃｍ−３ 酸素（Ｏ） １×１０１７ｃｍ−３ 珪素（Ｓｉ） ２×１０１６ｃｍ−３以下
【０１０３】このように酸素濃度が実施例１よりずっと
低い。約１／１００程度に低下していることが分かる。
これは面方位（Ｃ面とＭ面）の違いだけに起因する。つ
まり酸素の取り込みについて著しい面方位依存性がある
ということである。Ｓｉについても約１／１０に減少し
ており、Ｓｉについても面方位依存性が見られる。炭素
や水素はむしろＣ面成長の方が結晶中へより多く入るよ
うである。が、依存性は少ない。もっとも顕著な面方位
依存を示すのは酸素である。
低い。約１／１００程度に低下していることが分かる。
これは面方位（Ｃ面とＭ面）の違いだけに起因する。つ
まり酸素の取り込みについて著しい面方位依存性がある
ということである。Ｓｉについても約１／１０に減少し
ており、Ｓｉについても面方位依存性が見られる。炭素
や水素はむしろＣ面成長の方が結晶中へより多く入るよ
うである。が、依存性は少ない。もっとも顕著な面方位
依存を示すのは酸素である。
【０１０４】この比較例ではｎ型不純物としての酸素の
取り込み量が少ないからｎ型キャリヤ（電子）が放出さ
れず絶縁体になるのであろうと考えられる。このような
高抵抗の基板は底面からｎ電極を取り出せないのでＧａ
Ｎデバイスの導電性基板としては使用不能である。
取り込み量が少ないからｎ型キャリヤ（電子）が放出さ
れず絶縁体になるのであろうと考えられる。このような
高抵抗の基板は底面からｎ電極を取り出せないのでＧａ
Ｎデバイスの導電性基板としては使用不能である。
【０１０５】［実施例２（Ｃ面（０００１）を上面とし
ピット状ファセット面を維持する結晶成長；図４）］Ｇ
ａＮ単結晶のインゴットから切り出した、表面がＣ面
（０００１）からなるＧａＮ種結晶を準備した（図４
（ａ））。この表面の極性はＧａ面である。このＣ面種
結晶は表面研磨してあり、表面の加工変質層は除去され
て全く存在しない。
ピット状ファセット面を維持する結晶成長；図４）］Ｇ
ａＮ単結晶のインゴットから切り出した、表面がＣ面
（０００１）からなるＧａＮ種結晶を準備した（図４
（ａ））。この表面の極性はＧａ面である。このＣ面種
結晶は表面研磨してあり、表面の加工変質層は除去され
て全く存在しない。
【０１０６】この種結晶の上に、ＨＶＰＥ法によって、
ＧａＮを成長させた。その成長条件は、以下の通りであ
る。窒素分の原料ガスであるＮＨ３については、２ｐｐ
ｍほどの水を含んだ原料ガスを使用した。
ＧａＮを成長させた。その成長条件は、以下の通りであ
る。窒素分の原料ガスであるＮＨ３については、２ｐｐ
ｍほどの水を含んだ原料ガスを使用した。
【０１０７】・成長温度 １０３０℃ ・ＮＨ３分圧 ０．２ａｔｍ （２×１０４Ｐａ） ・ＨＣｌ分圧 １×１０−２ａｔｍ（１０３Ｐａ） ・成長時間 ５時間
【０１０８】成長膜厚さが約５００μｍとなった（４
（ｂ））。表面状態は、比較例１のように平坦なＣ面の
鏡面ではなかった。成長後の結晶の表面は、Ｃ面以外の
小面からなる多数のファセット面を有する。ファセット
面がキラキラと光を反射し光って見える。特に逆六角錐
状、逆十二角錐状のファセット面からなるピット状形態
が見られる。つまり角錐のピットの集合である。これら
の錘面がファセット面である。このサンプルにおいて
は、Ｃ面はほとんど見られない。
（ｂ））。表面状態は、比較例１のように平坦なＣ面の
鏡面ではなかった。成長後の結晶の表面は、Ｃ面以外の
小面からなる多数のファセット面を有する。ファセット
面がキラキラと光を反射し光って見える。特に逆六角錐
状、逆十二角錐状のファセット面からなるピット状形態
が見られる。つまり角錐のピットの集合である。これら
の錘面がファセット面である。このサンプルにおいて
は、Ｃ面はほとんど見られない。
【０１０９】様々な面方位のものが混在している。多い
のは｛１−１０１｝面、｛１１−２２｝面、｛１−１０
２｝面、｛１１−２４｝面である。これらを纏めて｛ｋ
−ｋ０ｈ｝（ｋ，ｈは整数）、｛ｋｋ−２ｋｈ｝面
（ｋ，ｈは整数）というように表現することができる。
のは｛１−１０１｝面、｛１１−２２｝面、｛１−１０
２｝面、｛１１−２４｝面である。これらを纏めて｛ｋ
−ｋ０ｈ｝（ｋ，ｈは整数）、｛ｋｋ−２ｋｈ｝面
（ｋ，ｈは整数）というように表現することができる。
【０１１０】その後、下地の種結晶部を研削除去した
（図４（ｃ））。種結晶を除いて成長部だけにした結晶
層の厚みは約４００μｍであった。この基板はファセッ
ト面のため表面が平坦でない。そこで両面を研磨して厚
さ３５０μｍの基板とした（図４（ｄ））。
（図４（ｃ））。種結晶を除いて成長部だけにした結晶
層の厚みは約４００μｍであった。この基板はファセッ
ト面のため表面が平坦でない。そこで両面を研磨して厚
さ３５０μｍの基板とした（図４（ｄ））。
【０１１１】この試料の電気的特性をホール（Hall）測
定によって求めると、４点での平均が、 ・キャリヤ濃度 ＝ ５×１０１８ｃｍ−３ ・キャリヤ移動度＝ １７０Ｖｓ／ｃｍ２
定によって求めると、４点での平均が、 ・キャリヤ濃度 ＝ ５×１０１８ｃｍ−３ ・キャリヤ移動度＝ １７０Ｖｓ／ｃｍ２
【０１１２】の程度であり結晶内でほぼ均一であった。
さらに同じ試料の表面付近のＳＩＭＳ（Secondary Ion
Mass Spectroscopy）分析を行った。その測定の結果次
のようなことが分かった。
さらに同じ試料の表面付近のＳＩＭＳ（Secondary Ion
Mass Spectroscopy）分析を行った。その測定の結果次
のようなことが分かった。
【０１１３】水素（Ｈ） ２×１０１７ｃｍ−３ 炭素（Ｃ） ３×１０１６ｃｍ−３ 酸素（Ｏ） ５×１０１８ｃｍ−３ 珪素（Ｓｉ） ４×１０１６ｃｍ−３ 以下
【０１１４】キャリヤ濃度が５×１０１８ｃｍ−３であ
り、酸素濃度が５×１０１８ｃｍ− ３である。ＧａＮの
中でｎ型不純物になる可能性のある炭素（１０１６ｃｍ
−３のオーダー）、珪素（１０１６ｃｍ−３のオーダ
ー）はキャリヤ濃度（１０１８ｃｍ−３のオーダー）よ
いもずっと低い。ということはこれらのキャリヤ（電
子）は、酸素に由来するということである。酸素濃度と
キャリヤ濃度が同程度だということは、酸素がｎ型不純
物として働いており、その活性化率がかなり高いという
ことを示唆する。
り、酸素濃度が５×１０１８ｃｍ− ３である。ＧａＮの
中でｎ型不純物になる可能性のある炭素（１０１６ｃｍ
−３のオーダー）、珪素（１０１６ｃｍ−３のオーダ
ー）はキャリヤ濃度（１０１８ｃｍ−３のオーダー）よ
いもずっと低い。ということはこれらのキャリヤ（電
子）は、酸素に由来するということである。酸素濃度と
キャリヤ濃度が同程度だということは、酸素がｎ型不純
物として働いており、その活性化率がかなり高いという
ことを示唆する。
【０１１５】抵抗率を測定したところ、６×１０−３Ω
ｃｍ程度でかなり高い導電性をもっている。ｎ型導電性
のＧａＮ基板として利用できる。つまりサファイヤのよ
うに上面にｎ電極をとらなければならないということは
なくｎ型ＧａＮ基板の底面からｎ電極をとることが可能
となる。この実施例はｃ軸方向の成長でもＣ面以外のフ
ァセット面を維持しつつ成長させるとファセット面から
酸素が入り込み低抵抗のｎ型ＧａＮ結晶を製造できると
いうことを意味している。この実施例にかかる試料片
は、表面が平坦な、厚さ３５０μｍの単体のｎ型ＧａＮ
基板であった。その後に、ＧａＮ基板表面上にさらにエ
ピタキシャル成長を行い、デバイス作製が可能な形状で
あった。
ｃｍ程度でかなり高い導電性をもっている。ｎ型導電性
のＧａＮ基板として利用できる。つまりサファイヤのよ
うに上面にｎ電極をとらなければならないということは
なくｎ型ＧａＮ基板の底面からｎ電極をとることが可能
となる。この実施例はｃ軸方向の成長でもＣ面以外のフ
ァセット面を維持しつつ成長させるとファセット面から
酸素が入り込み低抵抗のｎ型ＧａＮ結晶を製造できると
いうことを意味している。この実施例にかかる試料片
は、表面が平坦な、厚さ３５０μｍの単体のｎ型ＧａＮ
基板であった。その後に、ＧａＮ基板表面上にさらにエ
ピタキシャル成長を行い、デバイス作製が可能な形状で
あった。
【０１１６】
【発明の効果】これまで行われてきたＧａＮのＣ面鏡面
成長では酸素ドーピングが殆ど不可能であった。本発明
は、Ｃ面以外の面が上面になるように成長させるか、フ
ァセットを維持しながらＣ面成長させることによって、
Ｃ面以外の面を露呈させつつＧａＮ成長を行うようにす
る。本発明によって、ＧａＮ結晶中へ効果的に酸素を取
り込むようにすることができる。面方位を決めることに
よって酸素のドーピング量を正確に制御することができ
る。酸素がｎ型ドーパントとして有効に機能することが
できる。極めて効率的な酸素ドーピング方法である。
成長では酸素ドーピングが殆ど不可能であった。本発明
は、Ｃ面以外の面が上面になるように成長させるか、フ
ァセットを維持しながらＣ面成長させることによって、
Ｃ面以外の面を露呈させつつＧａＮ成長を行うようにす
る。本発明によって、ＧａＮ結晶中へ効果的に酸素を取
り込むようにすることができる。面方位を決めることに
よって酸素のドーピング量を正確に制御することができ
る。酸素がｎ型ドーパントとして有効に機能することが
できる。極めて効率的な酸素ドーピング方法である。
【図１】ＨＶＰＥ法によるＧａＮ結晶の成長装置の概略
断面図。
断面図。
【図２】Ｍ面（１−１００）を持つＧａＮ種結晶の上
に、ＧａＮ層を気相成長法によって成長させる実施例１
の工程を示すＧａＮ結晶の断面図。（ａ）はＭ面（１−
１００）を持つＧａＮ種結晶断面図、（ｂ）はＧａＮ種
結晶の上に、（１−１００）結晶を成長させた状態のＧ
ａＮ結晶断面図。（ｃ）は種結晶を除去した成長部分だ
けのＧａＮ結晶断面図。（ｄ）はさらに研磨した状態の
Ｍ面ＧａＮ結晶の断面図。
に、ＧａＮ層を気相成長法によって成長させる実施例１
の工程を示すＧａＮ結晶の断面図。（ａ）はＭ面（１−
１００）を持つＧａＮ種結晶断面図、（ｂ）はＧａＮ種
結晶の上に、（１−１００）結晶を成長させた状態のＧ
ａＮ結晶断面図。（ｃ）は種結晶を除去した成長部分だ
けのＧａＮ結晶断面図。（ｄ）はさらに研磨した状態の
Ｍ面ＧａＮ結晶の断面図。
【図３】Ｃ面（０００１）を持つＧａＮ種結晶の上に、
ＧａＮ層を気相成長法によって成長させる比較例１の工
程を示すＧａＮ結晶の断面図。（ａ）はＣ面（０００
１）を持つＧａＮ種結晶断面図、（ｂ）はＧａＮ種結晶
の上に、（０００１）結晶を成長させた状態のＧａＮ結
晶断面図。（ｃ）は種結晶を除去した成長部分だけのＧ
ａＮ結晶断面図。（ｄ）はさらに研磨した状態のＣ面Ｇ
ａＮ結晶の断面図。
ＧａＮ層を気相成長法によって成長させる比較例１の工
程を示すＧａＮ結晶の断面図。（ａ）はＣ面（０００
１）を持つＧａＮ種結晶断面図、（ｂ）はＧａＮ種結晶
の上に、（０００１）結晶を成長させた状態のＧａＮ結
晶断面図。（ｃ）は種結晶を除去した成長部分だけのＧ
ａＮ結晶断面図。（ｄ）はさらに研磨した状態のＣ面Ｇ
ａＮ結晶の断面図。
【図４】Ｃ面（０００１）を持つＧａＮ種結晶の上に、
ファセット面を維持しながらＧａＮ層を気相成長法によ
って成長させる実施例２の工程を示すＧａＮ結晶の断面
図。（ａ）はＣ面（０００１）を持つＧａＮ種結晶断面
図、（ｂ）はＧａＮ種結晶の上に、ファセットを多数有
する（０００１）結晶を成長させた状態のＧａＮ結晶断
面図。（ｃ）は種結晶を除去した成長部分だけのＧａＮ
結晶断面図。（ｄ）はさらに研磨した状態のＣ面ＧａＮ
結晶の断面図。
ファセット面を維持しながらＧａＮ層を気相成長法によ
って成長させる実施例２の工程を示すＧａＮ結晶の断面
図。（ａ）はＣ面（０００１）を持つＧａＮ種結晶断面
図、（ｂ）はＧａＮ種結晶の上に、ファセットを多数有
する（０００１）結晶を成長させた状態のＧａＮ結晶断
面図。（ｃ）は種結晶を除去した成長部分だけのＧａＮ
結晶断面図。（ｄ）はさらに研磨した状態のＣ面ＧａＮ
結晶の断面図。
１ ＨＶＰＥ反応炉 ２ ヒ−タ ３ 原料ガス導入管 ４ 原料ガス導入管 ５ Ｇａ溜（Ｇａボート） ６ Ｇａ融液 ７ サセプタ ８ 回転軸 ９ 基板 １０ ガス排出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA13 AA14 AA20 BA08 BA38 CA04 DA08 EA01 LA18 5F045 AA04 AB14 AC12 AC13 AF04 AF13 CA10
Claims (21)
- 【請求項１】 Ｓｉ化合物を含まずガリウム原料と窒素
原料とドーピングすべき酸素を含む原料ガスを供給しつ
つ、Ｃ面以外の一定方位の表面を保ちつつ窒化ガリウム
結晶を気相成長させることにより、当該Ｃ面以外の面を
通して結晶中に酸素ドーピングを行うことを特徴とする
窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法。 - 【請求項２】 ｛ｋｋ−２ｋｈ｝面（ｋ，ｈは整数）を
保ちつつ窒化ガリウム結晶を成長させることにより、
｛ｋｋ−２ｋｈ｝面を通して結晶中に酸素ドーピングを
行うことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム結
晶への酸素ドーピング方法。 - 【請求項３】 ｛ｋ−ｋ０ｈ｝面（ｋ，ｈは整数）を保
ちつつ窒化ガリウム結晶を成長させることにより、｛ｋ
−ｋ０ｈ｝面を通して結晶中に酸素ドーピングを行うこ
とを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム結晶への
酸素ドーピング方法。 - 【請求項４】 ｛１１−２０｝面（Ａ面）を保ちつつ窒
化ガリウム結晶を成長させることにより、｛１１−２
０｝面を通して結晶中に酸素ドーピングを行うことを特
徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム結晶への酸素ド
ーピング方法。 - 【請求項５】 ｛１−１００｝面（Ｍ面）を保ちつつ窒
化ガリウム結晶を成長させることにより、｛１−１０
０｝面を通して結晶中に酸素ドーピングを行うことを特
徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム結晶への酸素ド
ーピング方法。 - 【請求項６】 ｃ軸方向に窒化ガリウムを結晶成長させ
る場合において、Ｓｉ化合物を含まずガリウム原料と窒
素原料とドーピングすべき酸素を含む原料ガスを供給し
つつ、Ｃ面以外のファセット面を発生させファセット面
を保ちつつ窒化ガリウム結晶をｃ軸方向に気相成長させ
ることにより、当該ファセット面を通して結晶中に酸素
ドーピングを行うことを特徴とする窒化ガリウム結晶へ
の酸素ドーピング方法。 - 【請求項７】 ｛ｋｋ−２ｋｈ｝（ｋ，ｈは整数）で表
現されるファセット面を発生させ、｛ｋｋ−２ｋｈ｝フ
ァセット面を保ちつつ窒化ガリウム結晶をｃ軸方向に気
相成長させることにより、｛ｋｋ−２ｋｈ｝ファセット
面を通して結晶中に酸素ドーピングを行うことを特徴と
する請求項６に記載の窒化ガリウム結晶への酸素ドーピ
ング方法。 - 【請求項８】 ｛１１−２２｝面からなるファセット面
を有して結晶成長させることにより、当該ファセット面
より酸素ドーピングを行うことを特徴とする請求項７に
記載の窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法。 - 【請求項９】 ｛ｋ−ｋ０ｈ｝（ｋ，ｈは整数）で表現
されるファセット面を発生させ、｛ｋ−ｋ０ｈ｝ファセ
ット面を保ちつつ窒化ガリウム結晶をｃ軸方向に気相成
長させることにより、｛ｋ−ｋ０ｈ｝ファセット面を通
して結晶中に酸素ドーピングを行うことを特徴とする請
求項６に記載の窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方
法。 - 【請求項１０】 ｛１−１０１｝面からなるファセット
面を有して結晶成長させることにより、当該ファセット
面より酸素ドーピングを行うことを特徴とする請求項９
に記載の窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法。 - 【請求項１１】 ｛ｋｋ−２ｋｈ｝（ｋ，ｈは整数）と
｛ｋ−ｋ０ｈ｝（ｋ、ｈは整数）で表現される面方位の
異なる２種類以上のファセット面を発生させ、｛ｋｋ−
２ｋｈ｝と｛ｋ−ｋ０ｈ｝のファセット面を保ちつつ窒
化ガリウム結晶をｃ軸方向に気相成長させることによ
り、｛ｋｋ−２ｋｈ｝と｛ｋ−ｋ０ｈ｝ファセット面を
通して結晶中に酸素ドーピングを行うことを特徴とする
請求項６に記載の窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング
方法。 - 【請求項１２】 Ｃ面以外の面（非Ｃ面）をもつ窒化ガ
リウム単結晶基板の上に、Ｓｉ化合物を含まずガリウム
原料と窒素原料と酸素あるいは酸素化合物を含む原料ガ
スを供給しつつ、Ｃ面以外の一定方位の表面（非Ｃ面）
を保ちつつ窒化ガリウム結晶を非Ｃ軸方向に気相成長さ
せることにより、当該Ｃ面以外の非Ｃ面を通して結晶中
に酸素ドーピングを行い、非Ｃ面窒化ガリウム基板を除
去しあるいは除去しないでえられた自立しており酸素を
ｎ型不純物として含む非Ｃ面ｎ型である酸素ドープされ
たｎ型窒化ガリウム単結晶基板。 - 【請求項１３】 ｛ｋｋ−２ｋｈ｝面（ｋ，ｈは整数）
をもつ窒化ガリウム単結晶基板の上に、｛ｋｋ−２ｋ
ｈ｝面を保ちつつ窒化ガリウム結晶を成長させることに
より、｛ｋｋ−２ｋｈ｝面を通して結晶中に酸素ドーピ
ングを行うことによってえられたｎ型で｛ｋｋ−２ｋ
ｈ｝面をもつことを特徴とする請求項１２に記載の酸素
ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶結晶基板。 - 【請求項１４】 ｛ｋ−ｋ０ｈ｝面（ｋ，ｈは整数）を
もつ窒化ガリウム単結晶基板の上に、｛ｋ−ｋ０ｈ｝面
を保ちつつ窒化ガリウム結晶を成長させることにより、
｛ｋ−ｋ０ｈ｝面を通して結晶中に酸素ドーピングを行
うことによって得られたｎ型で｛ｋ−ｋ０ｈ｝面をもつ
ことを特徴とする請求項１２に記載の酸素ドープされた
ｎ型窒化ガリウム単結晶基板。 - 【請求項１５】 ｛１１−２０｝面（Ａ面）をもつ窒化
ガリウム基板の上に、｛１１−２０｝面（Ａ面）を保ち
つつ窒化ガリウム結晶を成長させることにより、｛１１
−２０｝面を通して結晶中に酸素ドーピングを行うこと
によって得られたｎ型で｛１１−２０｝面（Ａ面）をも
つことを特徴とする請求項１３に記載の酸素ドープされ
たｎ型窒化ガリウム単結晶基板。 - 【請求項１６】 ｛１−１００｝面（Ｍ面）をもつ窒化
ガリウム単結晶基板の上に、｛１−１００｝面（Ｍ面）
を保ちつつ窒化ガリウム結晶を成長させることにより、
｛１−１００｝面を通して結晶中に酸素ドーピングを行
うことによって得られたｎ型で｛１−１００｝面（Ｍ
面）を有することを特徴とする請求項１４に記載の酸素
ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板。 - 【請求項１７】 窒化ガリウム以外の材料の基板あるい
はＣ面窒化ガリウム基板の上にガリウム原料と窒素原料
と酸素又は酸素化合物を含みＳｉ化合物を含まない原料
ガスを供給しつつ、Ｃ面以外のファセット面を発生させ
非Ｃ面ファセット面を保ちつつ窒化ガリウム結晶をｃ軸
方向に気相成長させることにより、当該非Ｃ面ファセッ
ト面を通して結晶中に酸素ドーピングを行うことによっ
てえられた結晶からファセット面を研磨によって除去
し、窒化ガリウム以外の基板を用いた場合は基板を除去
し、Ｃ面窒化ガリウム基板を用いた場合は基板を除去し
あるいは基板を除去しないでえられる自立しており酸素
をｎ型不純物として含むＣ面ｎ型である酸素ドープされ
たｎ型窒化ガリウム単結晶基板。 - 【請求項１８】 ｛ｋｋ−２ｋｈ｝（ｋ，ｈは整数）で
表現されるファセット面を発生させ、｛ｋｋ−２ｋｈ｝
ファセット面を保ちつつ窒化ガリウム結晶をｃ軸方向に
気相成長させることにより、｛ｋｋ−２ｋｈ｝ファセッ
ト面を通して結晶中に酸素ドーピングを行い｛ｋｋ−２
ｋｈ｝ファセット面を研磨によって除去したことによっ
てえられた自立しており酸素をｎ型不純物として含むＣ
面ｎ型である請求項１７に記載の酸素ドープされたｎ型
窒化ガリウム単結晶基板。 - 【請求項１９】 ｛１１−２２｝面からなるファセット
面を有して結晶成長させることにより、当該｛１１−２
２｝ファセット面より酸素ドーピングを行い｛１１−２
２｝を研磨によって除去したことによって得られた自立
しており酸素をｎ型不純物として含むＣ面ｎ型であるこ
とを特徴とする請求項１８に記載の酸素ドープされたｎ
型窒化ガリウム単結晶基板。 - 【請求項２０】 ｛ｋ−ｋ０ｈ｝（ｋ，ｈは整数）で表
現されるファセット面を発生させ、｛ｋ−ｋ０ｈ｝ファ
セット面を保ちつつ窒化ガリウム結晶をｃ軸方向に気相
成長させることにより、｛ｋ−ｋ０ｈ｝ファセット面を
通して結晶中に酸素ドーピングを行い｛ｋ−ｋ０ｈ｝フ
ァセット面を研磨によって除去したことによって得られ
た自立しており酸素をｎ型不純物として含むＣ面ｎ型で
あることを特徴とする請求項１７に記載の酸素ドープさ
れたｎ型窒化ガリウム単結晶基板。 - 【請求項２１】 ｛１−１０１｝面からなるファセット
面を有して結晶成長させることにより、当該ファセット
面より酸素ドーピングを行い｛１−１０１｝面を除去す
ることによって得られた自立しており酸素をｎ型不純物
として含むＣ面ｎ型であることを特徴とする請求項２０
に記載の酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基
板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002103723A JP3826825B2 (ja) | 2001-04-12 | 2002-04-05 | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001113872 | 2001-04-12 | ||
| JP2001-113872 | 2001-04-12 | ||
| JP2002103723A JP3826825B2 (ja) | 2001-04-12 | 2002-04-05 | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006130914A Division JP4562000B2 (ja) | 2001-04-12 | 2006-05-10 | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
| JP2006137194A Division JP4562001B2 (ja) | 2001-04-12 | 2006-05-17 | 窒化ガリウム単結晶基板ならびにその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002373864A true JP2002373864A (ja) | 2002-12-26 |
| JP3826825B2 JP3826825B2 (ja) | 2006-09-27 |
Family
ID=26613492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002103723A Expired - Fee Related JP3826825B2 (ja) | 2001-04-12 | 2002-04-05 | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3826825B2 (ja) |
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