JP2003007627A - 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法Info
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- JP2003007627A JP2003007627A JP2001194060A JP2001194060A JP2003007627A JP 2003007627 A JP2003007627 A JP 2003007627A JP 2001194060 A JP2001194060 A JP 2001194060A JP 2001194060 A JP2001194060 A JP 2001194060A JP 2003007627 A JP2003007627 A JP 2003007627A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶性に優れた窒化ガリウム（ＧａＮ）系化
合物半導体を得る。 【解決手段】 基板１０上にＳｉＮバッファ体１２を離
散的に形成し、その上に低温ＧａＮバッファ層１４を形
成する。低温ＧａＮバッファ層１４上に離散的に第２の
ＳｉＮバッファ体１５を形成し、高温ＧａＮ半導体層１
６を成長させる。第２のバッファ体１５により低温Ｇａ
Ｎバッファ層１４を大部分被覆するため、昇温時に低温
ＧａＮバッファ層１４の蒸発を抑え、ＧａＮ半導体層１
６の転位を抑制する。
合物半導体を得る。 【解決手段】 基板１０上にＳｉＮバッファ体１２を離
散的に形成し、その上に低温ＧａＮバッファ層１４を形
成する。低温ＧａＮバッファ層１４上に離散的に第２の
ＳｉＮバッファ体１５を形成し、高温ＧａＮ半導体層１
６を成長させる。第２のバッファ体１５により低温Ｇａ
Ｎバッファ層１４を大部分被覆するため、昇温時に低温
ＧａＮバッファ層１４の蒸発を抑え、ＧａＮ半導体層１
６の転位を抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に窒化ガリ
ウム系化合物半導体を製造する方法に関する。
ウム系化合物半導体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体
は、ＬＥＤ等の発光デバイスその他に広く応用されてい
る。例えば、サファイア基板上にＥＬＯ（Epitaxially
Laterally Overgrown）法を用いてＧａＮを成長させた
場合、室温で１０，０００時間以上連続動作可能な青色
レーザも報告されている。ＥＬＯ法においては、サファ
イア基板上に数ミクロンのＧａＮ層を形成し、ＧａＮの
＜１１００＞方向に沿ってストライプ状のマスクＳｉＯ
2を形成し、マスクＳｉＯ2の開口から垂直方向にＧａＮ
を再成長させる。
は、ＬＥＤ等の発光デバイスその他に広く応用されてい
る。例えば、サファイア基板上にＥＬＯ（Epitaxially
Laterally Overgrown）法を用いてＧａＮを成長させた
場合、室温で１０，０００時間以上連続動作可能な青色
レーザも報告されている。ＥＬＯ法においては、サファ
イア基板上に数ミクロンのＧａＮ層を形成し、ＧａＮの
＜１１００＞方向に沿ってストライプ状のマスクＳｉＯ
2を形成し、マスクＳｉＯ2の開口から垂直方向にＧａＮ
を再成長させる。
【０００３】しかしながら、このＥＬＯ法においては、
マスクＳｉＯ2が存在する部分におけるＧａＮ層で転位
密度が減じているにすぎず、ＧａＮ層の一部しか良好な
特性が得られないことになる。
マスクＳｉＯ2が存在する部分におけるＧａＮ層で転位
密度が減じているにすぎず、ＧａＮ層の一部しか良好な
特性が得られないことになる。
【０００４】一方、サファイアとＧａＮの格子不整合に
鑑みて、サファイア基板上に低温でＧａＮあるいはＡｌ
Ｎのバッファ層を成長させ、さらにこのバッファ層の上
にＧａＮ層を成長させることも提案されている。例え
ば、特開平４−２９７０２３号公報には、サファイア基
板上に低温でＧａＡｌＮのバッファ層を成長させ、さら
にＧａＮなどの半導体層を形成することが記載されてい
る。
鑑みて、サファイア基板上に低温でＧａＮあるいはＡｌ
Ｎのバッファ層を成長させ、さらにこのバッファ層の上
にＧａＮ層を成長させることも提案されている。例え
ば、特開平４−２９７０２３号公報には、サファイア基
板上に低温でＧａＡｌＮのバッファ層を成長させ、さら
にＧａＮなどの半導体層を形成することが記載されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法にお
いても、低温バッファ層に高密度の転位が生じるため、
その上に形成されるＧａＮあるいはＧａＡｌＮ層にも高
密度の転位が生じてしまい、長時間の連続動作可能な発
光デバイスを得るには十分でない。
いても、低温バッファ層に高密度の転位が生じるため、
その上に形成されるＧａＮあるいはＧａＡｌＮ層にも高
密度の転位が生じてしまい、長時間の連続動作可能な発
光デバイスを得るには十分でない。
【０００６】そこで、本願出願人は、先に特願平１１−
３７６８４２号にて以下のような製造方法を提案した。
すなわち、サファイア基板上に低温バッファ層を形成す
る前に、サファイア基板上に離散的に、あるいは複数の
孔を有するバッファ体を形成し、このバッファ体の上に
低温バッファ層を形成し、さらに低温バッファ層上にＧ
ａＮ等の半導体を形成するのである。
３７６８４２号にて以下のような製造方法を提案した。
すなわち、サファイア基板上に低温バッファ層を形成す
る前に、サファイア基板上に離散的に、あるいは複数の
孔を有するバッファ体を形成し、このバッファ体の上に
低温バッファ層を形成し、さらに低温バッファ層上にＧ
ａＮ等の半導体を形成するのである。
【０００７】図６及び図７には、本願出願人が先に提案
した製造方法により製造されるＧａＮ系化合物半導体の
構成が示されている。サファイア等の基板１０上にＳｉ
Ｎバッファ体１２が形成されている。ＳｉＮバッファ体
１２は図７に示されるように基板１０を覆うよう層状に
形成されるのではなく、離散的あるいは複数の孔１２ａ
を有するように形成されている。孔１２ａの部分はＳｉ
Ｎバッファ体１２が形成されておらず、基板１０が露出
している。基板１０上に形成されたＳｉＮバッファ体１
２は非晶質状態あるいは結晶状態のいずれでもよく、そ
の上に形成される低温のＧａＮバッファ層１４の結晶成
長を阻害する機能を有する。ＳｉＮバッファ体１２の上
には低温（例えば５００度）でＧａＮバッファ層１４が
約２０ｎｍ形成され、さらにＧａＮバッファ層１４上に
高温（例えば１０７５度）でＧａＮ半導体層１６が約２
μｍ形成される。このような構成とすることで、離散的
に形成されたＳｉＮバッファ体１２の孔１２ａから面内
に垂直な方向に低温バッファ層１４が成長し、やがてバ
ッファ体１２を覆うように面内方向に成長していく。孔
から垂直方向に成長する際には転位が生じやすいが、面
内方向に成長する場合には下地層の影響を受けないため
転位の発生を抑制することができ、結局ＧａＮ半導体層
１６の転位も抑制することができる。
した製造方法により製造されるＧａＮ系化合物半導体の
構成が示されている。サファイア等の基板１０上にＳｉ
Ｎバッファ体１２が形成されている。ＳｉＮバッファ体
１２は図７に示されるように基板１０を覆うよう層状に
形成されるのではなく、離散的あるいは複数の孔１２ａ
を有するように形成されている。孔１２ａの部分はＳｉ
Ｎバッファ体１２が形成されておらず、基板１０が露出
している。基板１０上に形成されたＳｉＮバッファ体１
２は非晶質状態あるいは結晶状態のいずれでもよく、そ
の上に形成される低温のＧａＮバッファ層１４の結晶成
長を阻害する機能を有する。ＳｉＮバッファ体１２の上
には低温（例えば５００度）でＧａＮバッファ層１４が
約２０ｎｍ形成され、さらにＧａＮバッファ層１４上に
高温（例えば１０７５度）でＧａＮ半導体層１６が約２
μｍ形成される。このような構成とすることで、離散的
に形成されたＳｉＮバッファ体１２の孔１２ａから面内
に垂直な方向に低温バッファ層１４が成長し、やがてバ
ッファ体１２を覆うように面内方向に成長していく。孔
から垂直方向に成長する際には転位が生じやすいが、面
内方向に成長する場合には下地層の影響を受けないため
転位の発生を抑制することができ、結局ＧａＮ半導体層
１６の転位も抑制することができる。
【０００８】ところが、この方法でもある程度の転位が
生じてしまう問題があった。すなわち、低温ＧａＮバッ
ファ層１４上に高温でＧａＮ半導体層１６を成長させる
際に、図８に示されるように基板の温度上昇に伴って低
温ＧａＮバッファ層１４の一部が蒸発してしまい（図中
符号１４ａ）、低温ＧａＮバッファ層１４の残存部分か
らＧａＮの成長が始まるため、残存部分がぶつかる部分
で図９に示されるように転位１６ａが発生してしまうの
である。また、蒸発の程度は昇温時間に依存するため、
再現性を確保するためには高速で昇温する必要もある。
生じてしまう問題があった。すなわち、低温ＧａＮバッ
ファ層１４上に高温でＧａＮ半導体層１６を成長させる
際に、図８に示されるように基板の温度上昇に伴って低
温ＧａＮバッファ層１４の一部が蒸発してしまい（図中
符号１４ａ）、低温ＧａＮバッファ層１４の残存部分か
らＧａＮの成長が始まるため、残存部分がぶつかる部分
で図９に示されるように転位１６ａが発生してしまうの
である。また、蒸発の程度は昇温時間に依存するため、
再現性を確保するためには高速で昇温する必要もある。
【０００９】本発明は、上記の問題点に鑑みなされたも
のであり、その目的は、ＧａＮ系半導体のより一層の転
位密度低減を図ることが可能な製造方法を提供すること
にある。
のであり、その目的は、ＧａＮ系半導体のより一層の転
位密度低減を図ることが可能な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
に、本発明は、基板上にバッファ層を低温で成長させ、
さらに前記バッファ層上にＧａＮ系化合物半導体を形成
する窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法において、
前記ＧａＮ系化合物半導体の形成に先立ち、前記バッフ
ァ層上に離散的にバッファ体を形成することを特徴とす
る。
に、本発明は、基板上にバッファ層を低温で成長させ、
さらに前記バッファ層上にＧａＮ系化合物半導体を形成
する窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法において、
前記ＧａＮ系化合物半導体の形成に先立ち、前記バッフ
ァ層上に離散的にバッファ体を形成することを特徴とす
る。
【００１１】また、本発明は、基板上にバッファ層を低
温で成長させ、さらに前記バッファ層上にＧａＮ系化合
物半導体を形成する窒化ガリウム系化合物半導体の製造
方法において、前記バッファ層の形成に先立ち、前記基
板上に離散的に第１バッファ体を形成し、前記ＧａＮ系
化合物半導体の形成に先立ち、前記バッファ層上に離散
的に第２バッファ体を形成することを特徴とする。
温で成長させ、さらに前記バッファ層上にＧａＮ系化合
物半導体を形成する窒化ガリウム系化合物半導体の製造
方法において、前記バッファ層の形成に先立ち、前記基
板上に離散的に第１バッファ体を形成し、前記ＧａＮ系
化合物半導体の形成に先立ち、前記バッファ層上に離散
的に第２バッファ体を形成することを特徴とする。
【００１２】また、本発明は、基板上にバッファ層を低
温で成長させ、さらに前記バッファ層上にＧａＮ系化合
物半導体を形成する窒化ガリウム系化合物半導体の製造
方法において、前記バッファ層の形成に先立ち、前記基
板上に複数の孔を有する第１バッファ体を形成し、前記
ＧａＮ系化合物半導体の形成に先立ち、前記バッファ層
上に複数の孔を有する第２バッファ体を形成することを
特徴とする。
温で成長させ、さらに前記バッファ層上にＧａＮ系化合
物半導体を形成する窒化ガリウム系化合物半導体の製造
方法において、前記バッファ層の形成に先立ち、前記基
板上に複数の孔を有する第１バッファ体を形成し、前記
ＧａＮ系化合物半導体の形成に先立ち、前記バッファ層
上に複数の孔を有する第２バッファ体を形成することを
特徴とする。
【００１３】本方法において、前記バッファ体（第１及
び第２バッファ体を含む）はシリコンあるいはシリコン
化合物とすることができる。
び第２バッファ体を含む）はシリコンあるいはシリコン
化合物とすることができる。
【００１４】また、本方法において、さらに、前記バッ
ファ体の形成に先立ち、前記基板上に離散的に結晶核発
生阻害層を形成することが好適であり、前記結晶核発生
阻害層はストライプ状の所定間隔で形成されたシリコン
あるいはシリコン化合物とすることができる。
ファ体の形成に先立ち、前記基板上に離散的に結晶核発
生阻害層を形成することが好適であり、前記結晶核発生
阻害層はストライプ状の所定間隔で形成されたシリコン
あるいはシリコン化合物とすることができる。
【００１５】また、本方法において、さらに、前記Ｇａ
Ｎ系化合物半導体上にＩｎＧａＮ半導体を形成すること
もできる。
Ｎ系化合物半導体上にＩｎＧａＮ半導体を形成すること
もできる。
【００１６】また、本方法において、さらに、前記Ｇａ
Ｎ系化合物半導体上に量子井戸構造の超格子層を形成す
ることもできる。
Ｎ系化合物半導体上に量子井戸構造の超格子層を形成す
ることもできる。
【００１７】このように、本発明に係る製造方法では、
低温で形成されるバッファ層上に離散的にバッファ体を
形成し、このバッファ体によりＧａＮ系化合物半導体形
成時の昇温に伴う低温バッファ層の蒸発を防ぐことがで
きる。低温バッファ層は昇温過程において結晶化し、Ｇ
ａＮ系化合物半導体は結晶化したバッファ層表面のうち
バッファ体が形成されていない部分から核発生してバッ
ファ体上を面内方向に成長していく。そして、隣の核か
ら発生したものと融合して一つの連続層となる。隣の核
までの距離はバッファ体の離散度によるが例えば１０〜
１００ｎｍであり、高温で成長されるＧａＮ系化合物半
導体の膜厚（例えば２μｍ）と比べて格段に小さく転位
の発生を抑制できる。なお、隣の核との境界領域で発生
する可能性がある転位は、成長中に隣の転位と会合して
ループ状となるためそれ以上膜厚方向に伝搬することは
ない。
低温で形成されるバッファ層上に離散的にバッファ体を
形成し、このバッファ体によりＧａＮ系化合物半導体形
成時の昇温に伴う低温バッファ層の蒸発を防ぐことがで
きる。低温バッファ層は昇温過程において結晶化し、Ｇ
ａＮ系化合物半導体は結晶化したバッファ層表面のうち
バッファ体が形成されていない部分から核発生してバッ
ファ体上を面内方向に成長していく。そして、隣の核か
ら発生したものと融合して一つの連続層となる。隣の核
までの距離はバッファ体の離散度によるが例えば１０〜
１００ｎｍであり、高温で成長されるＧａＮ系化合物半
導体の膜厚（例えば２μｍ）と比べて格段に小さく転位
の発生を抑制できる。なお、隣の核との境界領域で発生
する可能性がある転位は、成長中に隣の転位と会合して
ループ状となるためそれ以上膜厚方向に伝搬することは
ない。
【００１８】第１のバッファ体と第２のバッファ体を用
いた場合には、第１のバッファ体で基板と低温バッファ
層の界面で生じる転位を低減させ、かつ、第２のバッフ
ァ体で低温バッファ層の蒸発を防ぐ機能を有することと
なり、両バッファ体の相乗効果によりＧａＮ系化合物半
導体の転位を著しく減じることができる。
いた場合には、第１のバッファ体で基板と低温バッファ
層の界面で生じる転位を低減させ、かつ、第２のバッフ
ァ体で低温バッファ層の蒸発を防ぐ機能を有することと
なり、両バッファ体の相乗効果によりＧａＮ系化合物半
導体の転位を著しく減じることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
形態について説明する。
【００２０】図１には、本実施形態に係るＧａＮ系化合
物半導体の構成が示されている。（ａ）に示されるよう
に、サファイア等の基板１０上にＳｉＮバッファ体１２
が離散的に形成され、その上に低温（例えば５００度）
でＧａＮバッファ層１４が約２０ｎｍ形成される。Ｓｉ
Ｎバッファ体１２は図７に示されるように複数の孔１２
ａを有しており、ここから低温ＧａＮバッファ層１４が
垂直方向に成長していく。
物半導体の構成が示されている。（ａ）に示されるよう
に、サファイア等の基板１０上にＳｉＮバッファ体１２
が離散的に形成され、その上に低温（例えば５００度）
でＧａＮバッファ層１４が約２０ｎｍ形成される。Ｓｉ
Ｎバッファ体１２は図７に示されるように複数の孔１２
ａを有しており、ここから低温ＧａＮバッファ層１４が
垂直方向に成長していく。
【００２１】本願出願人が先に提案した方法では、低温
ＧａＮバッファ層１４上に直ちに高温（例えば１０７５
度）でＧａＮ半導体層１６を成長させていたが、本実施
形態では低温ＧａＮバッファ層１４上にＳｉＮバッファ
体１２と同様な第２のＳｉＮバッファ体１５が形成され
る。この第２のＳｉＮバッファ体１５も離散的に形成さ
れ、複数の孔を有する。
ＧａＮバッファ層１４上に直ちに高温（例えば１０７５
度）でＧａＮ半導体層１６を成長させていたが、本実施
形態では低温ＧａＮバッファ層１４上にＳｉＮバッファ
体１２と同様な第２のＳｉＮバッファ体１５が形成され
る。この第２のＳｉＮバッファ体１５も離散的に形成さ
れ、複数の孔を有する。
【００２２】そして、第２のＳｉＮバッファ体１５で低
温ＧａＮバッファ体１４の大部分（全部ではないことに
注意されたい）を被覆した後、（ｂ）に示されるように
高温でＧａＮ半導体層１６が形成される。低温ＧａＮバ
ッファ層１４の表面の大部分がＳｉＮバッファ体１５で
覆われているため、基板の温度を上昇させても低温Ｇａ
Ｎバッファ層１４は蒸発せず、昇温の過程で固相エピタ
キシーを起こし結晶化する。したがって、その上に形成
されるＧａＮ半導体層１６はＳｉＮバッファ体１５の孔
が核発生源となって転位の発生を防ぐことができる。
温ＧａＮバッファ体１４の大部分（全部ではないことに
注意されたい）を被覆した後、（ｂ）に示されるように
高温でＧａＮ半導体層１６が形成される。低温ＧａＮバ
ッファ層１４の表面の大部分がＳｉＮバッファ体１５で
覆われているため、基板の温度を上昇させても低温Ｇａ
Ｎバッファ層１４は蒸発せず、昇温の過程で固相エピタ
キシーを起こし結晶化する。したがって、その上に形成
されるＧａＮ半導体層１６はＳｉＮバッファ体１５の孔
が核発生源となって転位の発生を防ぐことができる。
【００２３】図２には、ＭＯＣＶＤ法を用いた本実施形
態に係る製造方法のフローチャートが示されており、図
３には本実施形態で用いられる製造装置が示されてい
る。まず、反応管２０内にサファイア基板１０をサセプ
タ２１上に載置し、Ｈ2雰囲気下でヒータ２２を用いて
サファイア基板１０を１１５０度まで加熱して熱処理す
る。熱処理した後、温度を５００度まで下げ、ガス導入
部２４から通気性を有する微多孔質部材２５を介してＨ
2とＮ2の混合ガスを導入し、ガス導入部２３からシラン
ガス（ＳｉＨ4）、アンモニアガス（ＮＨ3）及びＨ2を
供給してＳｉＮバッファ体１２を形成する（Ｓ１０
１）。ＳｉＨ4の流量は２０ｓｃｃｍ、ＮＨ3の流量は５
ｓｌｍ程度である。
態に係る製造方法のフローチャートが示されており、図
３には本実施形態で用いられる製造装置が示されてい
る。まず、反応管２０内にサファイア基板１０をサセプ
タ２１上に載置し、Ｈ2雰囲気下でヒータ２２を用いて
サファイア基板１０を１１５０度まで加熱して熱処理す
る。熱処理した後、温度を５００度まで下げ、ガス導入
部２４から通気性を有する微多孔質部材２５を介してＨ
2とＮ2の混合ガスを導入し、ガス導入部２３からシラン
ガス（ＳｉＨ4）、アンモニアガス（ＮＨ3）及びＨ2を
供給してＳｉＮバッファ体１２を形成する（Ｓ１０
１）。ＳｉＨ4の流量は２０ｓｃｃｍ、ＮＨ3の流量は５
ｓｌｍ程度である。
【００２４】次に、ＳｉＨ4の供給を停止し、ガス導入
部２３からトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＮＨ3、Ｈ2
を供給して基板温度を４５０度に維持しながらＧａＮバ
ッファ層１４を成長させる（Ｓ１０２）。ＧａＮバッフ
ァ層１４の成長時間は約７５ｓｅｃであり、約２０ｎｍ
成長させる。
部２３からトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＮＨ3、Ｈ2
を供給して基板温度を４５０度に維持しながらＧａＮバ
ッファ層１４を成長させる（Ｓ１０２）。ＧａＮバッフ
ァ層１４の成長時間は約７５ｓｅｃであり、約２０ｎｍ
成長させる。
【００２５】次に、ＴＭＧの供給を停止し、ガス導入部
２３から再びＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｈ2を供給して第２のＳ
ｉＮバッファ体１５を形成する（Ｓ１０３）。第２のＳ
ｉＮバッファ体１５の形成条件は、第１のＳｉＮバッフ
ァ体１２の形成条件と同一とすることができる。
２３から再びＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｈ2を供給して第２のＳ
ｉＮバッファ体１５を形成する（Ｓ１０３）。第２のＳ
ｉＮバッファ体１５の形成条件は、第１のＳｉＮバッフ
ァ体１２の形成条件と同一とすることができる。
【００２６】第２のＳｉＮバッファ体１５を形成した
後、ヒータ２２で基板１０を１０７５度まで加熱し、ガ
ス導入部２３からＴＭＧ、ＮＨ3、Ｈ2を供給してＧａＮ
半導体層１６を成長させる（Ｓ１０４）。
後、ヒータ２２で基板１０を１０７５度まで加熱し、ガ
ス導入部２３からＴＭＧ、ＮＨ3、Ｈ2を供給してＧａＮ
半導体層１６を成長させる（Ｓ１０４）。
【００２７】このように、第２のＳｉＮバッファ体１５
でＧａＮバッファ層１４の蒸発を防ぐことで、ＧａＮ半
導体層１６の転位を効果的に抑制することができる。
でＧａＮバッファ層１４の蒸発を防ぐことで、ＧａＮ半
導体層１６の転位を効果的に抑制することができる。
【００２８】
【実施例】以下の条件で、常圧ＭＯＣＶＤ法によりＧａ
Ｎ系半導体を作成した。
Ｎ系半導体を作成した。
【００２９】（１）従来例
サファイア基板／低温成長ＧａＮバッファ層／高温成長
ＧａＮ層 （２）本願出願人先提案（比較例） サファイア基板／ＳｉＮバッファ体／低温成長ＧａＮバ
ッファ層／高温成長ＧａＮ層 （３）実施例 サファイア基板／第１ＳｉＮバッファ体／低温成長Ｇａ
Ｎバッファ層／第２ＳｉＮバッファ体／高温成長ＧａＮ
層 いずれの例においても、原料には１０ｐｐｍ水素希釈Ｓ
ｉＨ4、ＮＨ3、ＴＭＧを用いた。全ての例において、低
温成長ＧａＮバッファ層及び高温成長ＧａＮ層の成長条
件は同一である。低温成長ＧａＮバッファ層の成長温度
は５００度、成長時間は７５ｓｅｃである。この成長温
度は４５０度〜６００度の範囲であればほぼ同じ効果が
得られる。高温成長ＧａＮ層の成長温度は１０７５度で
ある。第１及び第２のＳｉＮバッファ体の形成温度は５
００度（低温成長ＧａＮバッファ層と同一）で、水素希
釈ＳｉＨ4とＮＨ3の流量はそれぞれ２０ｓｃｃｍ、５ｓ
ｌｍである。形成時間は５０ｓｅｃ〜１５０ｓｅｃの範
囲で変化させたが、本願出願人先提案にあるように１２
５ｓｅｃのときに最も良好な結果が得られる。いずれの
例においても、低温成長ＧａＮバッファ層の成長終了
後、７分で高温成長ＧａＮ層の成長温度である１０７５
度まで昇温し、転位密度を平面ＴＥＭ（透過型電子顕微
鏡）を用いて計測した。以下にその結果を示す。
ＧａＮ層 （２）本願出願人先提案（比較例） サファイア基板／ＳｉＮバッファ体／低温成長ＧａＮバ
ッファ層／高温成長ＧａＮ層 （３）実施例 サファイア基板／第１ＳｉＮバッファ体／低温成長Ｇａ
Ｎバッファ層／第２ＳｉＮバッファ体／高温成長ＧａＮ
層 いずれの例においても、原料には１０ｐｐｍ水素希釈Ｓ
ｉＨ4、ＮＨ3、ＴＭＧを用いた。全ての例において、低
温成長ＧａＮバッファ層及び高温成長ＧａＮ層の成長条
件は同一である。低温成長ＧａＮバッファ層の成長温度
は５００度、成長時間は７５ｓｅｃである。この成長温
度は４５０度〜６００度の範囲であればほぼ同じ効果が
得られる。高温成長ＧａＮ層の成長温度は１０７５度で
ある。第１及び第２のＳｉＮバッファ体の形成温度は５
００度（低温成長ＧａＮバッファ層と同一）で、水素希
釈ＳｉＨ4とＮＨ3の流量はそれぞれ２０ｓｃｃｍ、５ｓ
ｌｍである。形成時間は５０ｓｅｃ〜１５０ｓｅｃの範
囲で変化させたが、本願出願人先提案にあるように１２
５ｓｅｃのときに最も良好な結果が得られる。いずれの
例においても、低温成長ＧａＮバッファ層の成長終了
後、７分で高温成長ＧａＮ層の成長温度である１０７５
度まで昇温し、転位密度を平面ＴＥＭ（透過型電子顕微
鏡）を用いて計測した。以下にその結果を示す。
【００３０】
【表１】
このように、転位密度は従来例＞比較例＞実施例の順で
あり、実施例の方法により転位密度を減少させることが
できた。なお、実施例の場合には観測面積が小さいため
０．１×１０8ｃｍ-2以下の測定は困難であった。
あり、実施例の方法により転位密度を減少させることが
できた。なお、実施例の場合には観測面積が小さいため
０．１×１０8ｃｍ-2以下の測定は困難であった。
【００３１】また、昇温時間を７分から１０分、１５分
と増大させた場合には、従来例では表面が次第に荒れて
くることが確認された。また、比較例ではウエハの一部
で転位密度の低減が観測された。すなわち、転位密度低
減の再現性を確保するためには昇温時間を正確に制御す
る必要がある。一方、実施例では多少の転位密度の増加
と表面の荒れが見られるものの、従来例及び比較例と比
べると格段に影響は小さかった。したがって、実施例に
おいて転位密度低減の再現性確保は極めて容易である。
と増大させた場合には、従来例では表面が次第に荒れて
くることが確認された。また、比較例ではウエハの一部
で転位密度の低減が観測された。すなわち、転位密度低
減の再現性を確保するためには昇温時間を正確に制御す
る必要がある。一方、実施例では多少の転位密度の増加
と表面の荒れが見られるものの、従来例及び比較例と比
べると格段に影響は小さかった。したがって、実施例に
おいて転位密度低減の再現性確保は極めて容易である。
【００３２】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更
が可能である。
が、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更
が可能である。
【００３３】例えば、本実施形態ではＧａＮ半導体層１
６の転位密度が減じるが、ＧａＮ半導体層１６に歪みが
残存してしまう場合も考えられる。そこで、本願出願人
が先に特願２０００−１４３８２６号で提案したよう
に、第１のＳｉＮバッファ体１２を形成する前に、基板
１０上に結晶核発生阻害層を離散的に形成することもで
きる。結晶核発生阻害層はＳｉＯ2やＳｉＮ、Ｓｉなど
結晶の核発生がない、あるいは少ない材料を用いること
ができ、例えばＳｉＯ2を幅２〜５０μｍのストライプ
状に離散的に形成することができる。
６の転位密度が減じるが、ＧａＮ半導体層１６に歪みが
残存してしまう場合も考えられる。そこで、本願出願人
が先に特願２０００−１４３８２６号で提案したよう
に、第１のＳｉＮバッファ体１２を形成する前に、基板
１０上に結晶核発生阻害層を離散的に形成することもで
きる。結晶核発生阻害層はＳｉＯ2やＳｉＮ、Ｓｉなど
結晶の核発生がない、あるいは少ない材料を用いること
ができ、例えばＳｉＯ2を幅２〜５０μｍのストライプ
状に離散的に形成することができる。
【００３４】図４には、このように形成されるＧａＮ系
半導体の構成が示されている。図１（ｂ）と異なる点
は、基板１０と第１のバッファ体１２との間に、ストラ
イプ状のＳｉＯ2１１が形成されていることである。こ
のようにＳｉＯ2１１を形成してその上に第１のＳｉＮ
バッファ体１２、ＧａＮバッファ層１４、第２のＳｉＮ
バッファ体１５、ＧａＮ半導体層１６を形成すると、こ
れらの層はＳｉＯ2１１の開口部から成長し、やがて面
内方向に成長してＳｉＯ2を覆うようになり、他の開口
部から成長してきた層と会合してＧａＮ半導体層１６の
歪みが緩和される。これにより、転位密度と歪みが共に
小さいＧａＮ系半導体を得ることができる。
半導体の構成が示されている。図１（ｂ）と異なる点
は、基板１０と第１のバッファ体１２との間に、ストラ
イプ状のＳｉＯ2１１が形成されていることである。こ
のようにＳｉＯ2１１を形成してその上に第１のＳｉＮ
バッファ体１２、ＧａＮバッファ層１４、第２のＳｉＮ
バッファ体１５、ＧａＮ半導体層１６を形成すると、こ
れらの層はＳｉＯ2１１の開口部から成長し、やがて面
内方向に成長してＳｉＯ2を覆うようになり、他の開口
部から成長してきた層と会合してＧａＮ半導体層１６の
歪みが緩和される。これにより、転位密度と歪みが共に
小さいＧａＮ系半導体を得ることができる。
【００３５】また、図１（ｂ）に示すようにＧａＮ半導
体層１６を形成した後に、ＧａＮ半導体層１６上にＩｎ
ＧａＮ層を形成し、さらにＡｌＧａＮ層を形成すること
でＧａＮ半導体層１６の歪みを緩和することもできる。
体層１６を形成した後に、ＧａＮ半導体層１６上にＩｎ
ＧａＮ層を形成し、さらにＡｌＧａＮ層を形成すること
でＧａＮ半導体層１６の歪みを緩和することもできる。
【００３６】図５には、この場合のＧａＮ系半導体の構
成が示されている。図１（ｂ）と異なる点は、ＧａＮ半
導体層１６上にＩｎＧａＮ層１８及びＡｌＧａＮ層２０
が形成されていることである。ＩｎＧａＮ層１８は例え
ば０．００１〜１μｍとすることができ、Ｉｎ組成は例
えば０．０２〜０．５重量％とすることができる。Ｉｎ
ＧａＮ層１８の硬度はＧａＮ半導体層１６よりも小さい
ため、ＧａＮ半導体層１６の歪みはＩｎＧａＮ層１８で
吸収され、デバイス構造としてもクラックのないものを
得ることができる。
成が示されている。図１（ｂ）と異なる点は、ＧａＮ半
導体層１６上にＩｎＧａＮ層１８及びＡｌＧａＮ層２０
が形成されていることである。ＩｎＧａＮ層１８は例え
ば０．００１〜１μｍとすることができ、Ｉｎ組成は例
えば０．０２〜０．５重量％とすることができる。Ｉｎ
ＧａＮ層１８の硬度はＧａＮ半導体層１６よりも小さい
ため、ＧａＮ半導体層１６の歪みはＩｎＧａＮ層１８で
吸収され、デバイス構造としてもクラックのないものを
得ることができる。
【００３７】なお、ＩｎＧａＮ層１８の代わりに量子井
戸構造の超格子層（あるいは多層量子井戸ＭＱＷ）を形
成してもよい。超格子層は、２〜３ｎｍ厚のＩｎＧａＮ
とＧａＮを交互に積層して構成することができる。
戸構造の超格子層（あるいは多層量子井戸ＭＱＷ）を形
成してもよい。超格子層は、２〜３ｎｍ厚のＩｎＧａＮ
とＧａＮを交互に積層して構成することができる。
【００３８】また、本実施形態では第１バッファ体１２
を形成することを前提としているが、第１バッファ体１
２を形成することなく基板上にＧａＮバッファ層１４を
形成し、ＧａＮバッファ層１４上に第２のバッファ層１
５を形成し、その後ＧａＮ半導体層１６を形成する際
に、ＧａＮ半導体層１６の成長を途中で中断して離散的
に形成された第３バッファ体を介在させ、その後成長を
再開してＧａＮ半導体層１６を形成してもよい。この方
法でも第２バッファ体１５により低温のＧａＮバッファ
層１４の蒸発を防止しつつ、第３バッファ体によりＧａ
Ｎ半導体層１６の転位密度を低減することができる。も
ちろん、第１バッファ体１２、第２バッファ体１５及び
第３バッファ体の全てを形成することもできる。
を形成することを前提としているが、第１バッファ体１
２を形成することなく基板上にＧａＮバッファ層１４を
形成し、ＧａＮバッファ層１４上に第２のバッファ層１
５を形成し、その後ＧａＮ半導体層１６を形成する際
に、ＧａＮ半導体層１６の成長を途中で中断して離散的
に形成された第３バッファ体を介在させ、その後成長を
再開してＧａＮ半導体層１６を形成してもよい。この方
法でも第２バッファ体１５により低温のＧａＮバッファ
層１４の蒸発を防止しつつ、第３バッファ体によりＧａ
Ｎ半導体層１６の転位密度を低減することができる。も
ちろん、第１バッファ体１２、第２バッファ体１５及び
第３バッファ体の全てを形成することもできる。
【００３９】また、本実施形態においてバッファ体はＳ
ｉＮ以外にＳｉやＳｉＯ2を用いることができる。
ｉＮ以外にＳｉやＳｉＯ2を用いることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればＧ
ａＮ系半導体の転位密度低減を図ることができる。
ａＮ系半導体の転位密度低減を図ることができる。
【図１】 実施形態のＧａＮ系化合物半導体の構成図で
ある。
ある。
【図２】 実施形態の製造処理フローチャートである。
【図３】 実施形態の製造装置の概念構成図である。
【図４】 他の実施形態のＧａＮ系化合物半導体の構成
図である。
図である。
【図５】 さらに他の実施形態のＧａＮ系化合物半導体
の構成図である。
の構成図である。
【図６】 関連技術のＧａＮ系化合物半導体の構成図で
ある。
ある。
【図７】 バッファ体の平面図である。
【図８】 図６に示された関連技術の説明図（その１）
である。
である。
【図９】 図６に示された関連技術の説明図（その２）
である。
である。
１０ 基板、１２ 第１バッファ体、１４ ＧａＮバッ
ファ層、１５ 第２バッファ体、１６ ＧａＮ半導体
層。
ファ層、１５ 第２バッファ体、１６ ＧａＮ半導体
層。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 BE15 DB08 EF01
EF02 EF03 TB05 TC14
4K030 AA05 AA11 AA13 BA08 BA11
BA29 BA38 BA40 BB12 CA05
LA18
5F045 AA04 AB14 AB17 AC01 AC08
AC12 AF09 BB12 BB16 CA12
DA53
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上にバッファ層を低温で成長させ、
さらに前記バッファ層上にＧａＮ系化合物半導体を形成
する窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法において、 前記ＧａＮ系化合物半導体の形成に先立ち、前記バッフ
ァ層上に離散的にバッファ体を形成することを特徴とす
る窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項２】 基板上にバッファ層を低温で成長させ、
さらに前記バッファ層上にＧａＮ系化合物半導体を形成
する窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法において、 前記バッファ層の形成に先立ち、前記基板上に離散的に
第１バッファ体を形成し、 前記ＧａＮ系化合物半導体の形成に先立ち、前記バッフ
ァ層上に離散的に第２バッファ体を形成することを特徴
とする窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項３】 基板上にバッファ層を低温で成長させ、
さらに前記バッファ層上にＧａＮ系化合物半導体を形成
する窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法において、 前記バッファ層の形成に先立ち、前記基板上に複数の孔
を有する第１バッファ体を形成し、 前記ＧａＮ系化合物半導体の形成に先立ち、前記バッフ
ァ層上に複数の孔を有する第２バッファ体を形成するこ
とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の製造方
法。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の方法に
おいて、 前記バッファ体はシリコンあるいはシリコン化合物であ
ることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の製造
方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
おいて、さらに、 前記バッファ体の形成に先立ち、前記基板上に離散的に
結晶核発生阻害層を形成することを特徴とする窒化ガリ
ウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項６】 請求項５記載の方法において、 前記結晶核発生阻害層はストライプ状の所定間隔で形成
されたシリコンあるいはシリコン化合物であることを特
徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
おいて、さらに、 前記ＧａＮ系化合物半導体上にＩｎＧａＮ半導体を形成
することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の製
造方法。 - 【請求項８】 請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
おいて、さらに、 前記ＧａＮ系化合物半導体上に量子井戸構造の超格子層
を形成することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導
体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001194060A JP3544958B2 (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001194060A JP3544958B2 (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004064817A Division JP3976745B2 (ja) | 2004-03-08 | 2004-03-08 | 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003007627A true JP2003007627A (ja) | 2003-01-10 |
| JP3544958B2 JP3544958B2 (ja) | 2004-07-21 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001194060A Expired - Lifetime JP3544958B2 (ja) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
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| JP (1) | JP3544958B2 (ja) |
Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006093624A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | ▲さん▼圓光電股▲ふん▼有限公司 | 窒化ガリウム系発光ダイオード |
| JP2006253628A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Siltron Inc | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
| JP2006324622A (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-30 | Sharp Corp | 窒化物系半導体素子の製造方法および発光素子 |
| KR100665301B1 (ko) * | 2005-06-30 | 2007-01-04 | 서울옵토디바이스주식회사 | 고효율 발광소자 |
| US20080142783A1 (en) * | 2005-05-27 | 2008-06-19 | Cree, Inc. | Deep ultraviolet light emitting devices and methods of fabricating deep ultraviolet light emitting devices |
| CN110993689A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 西安电子科技大学芜湖研究院 | 一种氮化镓器件的外延结构 |
| CN111063726A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-24 | 西安电子科技大学芜湖研究院 | 一种Si基氮化镓器件的外延结构 |
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| JP2001176804A (ja) * | 1999-12-14 | 2001-06-29 | Inst Of Physical & Chemical Res | 半導体層の形成方法 |
| JP2001185498A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-07-06 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体膜の成長方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
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-
2001
- 2001-06-27 JP JP2001194060A patent/JP3544958B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| CN111063726A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-24 | 西安电子科技大学芜湖研究院 | 一种Si基氮化镓器件的外延结构 |
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