JP2677221B2 - 窒化物系iii−v族化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents

窒化物系iii−v族化合物半導体結晶の成長方法

Info

Publication number
JP2677221B2
JP2677221B2 JP32080494A JP32080494A JP2677221B2 JP 2677221 B2 JP2677221 B2 JP 2677221B2 JP 32080494 A JP32080494 A JP 32080494A JP 32080494 A JP32080494 A JP 32080494A JP 2677221 B2 JP2677221 B2 JP 2677221B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound semiconductor
nitride
semiconductor crystal
substrate
growing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP32080494A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH08181077A (ja
Inventor
晴夫 砂川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP32080494A priority Critical patent/JP2677221B2/ja
Publication of JPH08181077A publication Critical patent/JPH08181077A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2677221B2 publication Critical patent/JP2677221B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、GaAs基板上のハイ
ドライド気相成長による窒化物系III−V族化合物半
導体結晶の成長方法に関し、特に、発光ダイオードやレ
ーザに用いるための結晶性、光学特性に優れた窒化物系
III−V族化合物半導体結晶の成長方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】GaNを代表とする窒化物系III−V
族化合物半導体は、青色発光素子用材料として注目され
ている。従来、窒化物系III−V族化合物半導体結晶
の成長には、基板として、サファイアが多く用いられて
きた。しかしながら、サファイア基板を用いた場合、通
常の成長温度は900〜1100℃と高温となるため
に、成長装置もこれに対応した設計としなければなら
ず、装置の材質や維持の点で問題があった。また、サフ
ァイアの加工性が悪く、レーザや発光ダイオード用にチ
ップ化することが極めて困難である。さらに、サファイ
アは電気的に絶縁物であり、素子の電極形成のために選
択エッチングなどの複雑なプロセスを必要とした。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来のサファイア
基板に対し、GaAs基板は、劈開が容易なためにチッ
プ化が簡単に行え、電極も基板の裏面に形成できるので
プロセスが簡略化できるという利点を持っている。しか
しながら、GaAs基板結晶上に、結晶性に優れた窒化
物系III−V族化合物半導体をエピタキシャル成長さ
せた例はなく、サファイア基板結晶上のような高輝度の
発光ダイオードの作製例もない。これは、GaAsとG
aNとの間に大きな格子不整合(20%)があり、ま
た、両者の化学的性質が異なるために高品質の連続した
膜を成長させることが極めて難しいためである。また、
結晶性を向上させるために、サファイア基板上のように
高温成長を行うと、基板から砒素が蒸発し、今度はかえ
って良質の窒化物を成長させることを困難にする。
【0004】実際に塩化ガリウム(GaCl)、アンモ
ニア(NH3 )を原料とするハイドライド気相成長法を
用いてGaAs(100)基板上700℃でGaNの成
長を行ったところ、GaAs基板とGaN層の界面が凹
凸となり、平坦な表面を有するGaN膜を得ることがで
きなかった。また、得られた結晶のX線回折の結果、多
結晶GaNが成長していることがわかり、発光ダイオー
ドを作製しても強い発光を得ることができなかった。
【0005】本発明の目的は、GaAs基板結晶を用い
て、ハイドライド気相成長法により結晶性・光学特性に
優れた窒化物系III−V族化合物半導体結晶を得るた
めの成長方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、GaAs基板
上にハイドライド気相成長法を用いて窒化物系III−
V族化合物半導体結晶を成長させる窒化物系III−V
族化合物半導体結晶の成長方法において、前記GaAs
基板上に第1の窒化物系III−V族化合物半導体結晶
であるGaN単結晶を350℃以上、530℃以下の成
長温度で、1nmから50nmの膜厚で形成した後、前
記第1の窒化物系III−V族化合物半導体結晶上に第
2の窒化物系III−V族化合物半導体結晶を成長させ
ることを特徴としている。
【0007】
【作用】発光ダイオードやレーザに用いられる窒化物系
III−V族化合物の成長温度は、その光学的性質を向
上させるためには、700℃以上の高温成長が望まし
い。しかしながら、GaAs基板上に、すぐにこのよう
な高温で成長させようとしても、連続膜を得ることは極
めて困難であることは、すでに述べた通りである。そこ
で、本発明では、第1の窒化物系III−V族化合物半
導体単結晶を比較的低温で成長させて、まず単結晶の連
続膜を形成し、次に単結晶の連続膜上に成長温度を高め
て光学的性質に優れた第2の窒化物系III−V族化合
物半導体の結晶を成長させている。
【0008】図2のようなハイドライド気相成長装置を
用いて、GaAs(100)面、および(111)B面
基板上に、510℃の成長温度で、30nmの膜厚で形
成したGaN膜のX線回折パターンを図3に示す。A
は、本発明の方法で成長した場合を示しており、Bは、
700℃の成長温度でGaAs基板に直接成長した場合
を示している。(100)GaAs基板上のGaN膜か
らは、(002)面の回折ピークが現れて、立方晶の単
結晶GaNが成長していることが判明した。GaAs
(111)B面基板上を用いた場合には(0002)面
からの回折ピークが現れ、六方晶の単結晶GaN膜が成
長していた。しかしながら、550℃以上の成長温度で
は多結晶GaN膜となった。
【0009】ところで、サファイア基板上にアモルファ
ス状のGaNや窒化アルミニウム(AlN)のバッファ
層を形成し、その上に窒化ガリウム系III−V族化合
物半導体結晶を成長させる方法は、アプライド フィズ
ィックス レターズ(Appl.Phys.Lett.
vol48(1986),p353)などに記載されて
いるが、これらの文献に記載されている低温成長バッフ
ァ層の作用は、次の通りである。
【0010】サファイア基板上に600℃の低温で成長
するAlN層は、アモルファス状であり、この層が、例
えばGaNを成長させるために950℃の温度まで昇温
する際、部分的に単結晶化する。この単結晶化した部分
が、950℃でGaNを成長させる際に核となり、そこ
からGaN結晶が成長し、均一なGaN単結晶が成長す
る。バッファ層が無いときは、サファイア基板において
この核になる部分が極めて少なく、均一なGaN層を成
長させることができない。
【0011】この結果を、本発明のようにGaAsを基
板としてハイドライドVPE法で530℃以下の温度で
成長した場合と比較すると、以下の点で異なる。まず、
従来例は、用いる基板材料がサファイア基板であるが、
本発明はGaAs基板を用いることを特徴としている。
また、従来例では、最初に成長する膜がアモルファスG
aNあるいはAlN膜であるのに対し、本発明では、ハ
イドライド気相成長により単結晶のGaN膜を基板上に
成長させる点で大きく異なる。これにより、第2の窒化
物層を完全に二次元成長化させることができるために、
より表面性にすぐれて、しかも結晶性に優れた膜を成長
させることができる。
【0012】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0013】図1は、本発明のIII−V族化合物半導
体結晶の成長方法の一実施例を示す工程図である。11
はGaAs基板、12aは第1のGaN層、12bは第
2のGaN層である。
【0014】まず、成長方法の工程について説明する。
基板としては(100)面、および(111)B面を有
するGaAs11を用いた(図1(a))。このGaA
s基板11を図2のようなハイドライド気相成長装置に
セットし、510℃の温度で30nmの第1のGaN層
12を成長させた(図1(b))。引き続いて、基板温
度を700℃まで昇温し、第2のGaN層12bを成長
させた(図1(b))。
【0015】工程の詳細は、次の通りである。結晶成長
には図2に示したガリウム(Ga)、塩化水素(HC
l)、アンモニア(NH3 )を原料とするハイドライド
気相成長装置を用いた。まず、表面層をケミカルエッチ
ングしたGaAs基板11(図1(a))を基板ホルダ
ー21にのせ、反応管22内の成長領域にセットする。
ガス導入管23からキャリアガスとして水素(H2 )を
毎分当たり2000cc供給しながら、Gaソース24
の入ったソースボート25を800℃、GaAs基板1
1を510℃の温度に昇温する。温度が安定したところ
で、Gaソース24上にガス導入管23よりHClを毎
分当たり1cc供給して、Gaソース24との反応生成
物である塩化ガリウム(GaCl)をGaAs基板11
領域に供給する。NH3 ガスは、ガス導入管26より毎
分当たり600cc供給する。成長領域で、GaClと
NH3 ガスが反応して20分間で約30nmの膜厚が形
成できた(図1(b))。この後、HClの供給を止
め、NH3 ガスだけを供給しながら基板を700℃まで
昇温した。温度が安定したところで、再びGaソース2
4上にガス導入管23よりHClを毎分当たり1cc供
給して第2のGaN層12bを形成した(図1
(c))。このとき30分間の成長で0.6μmの膜厚
が得られた。成長したGaNの表面は、非常に平坦であ
った。
【0016】このようにして得られた(100)面、お
よび(111)B面GaAs基板上のGaN層(図1
(c))について、X線回折によりその結晶性を調べた
結果、(100)面のGaAs基板上で立方晶の結晶
が、(111)B面GaAs基板上で六方晶の単結晶が
得られた。また、X線回折ピークの半値幅は、700℃
の温度でGaAs基板に直接成長したGaN膜の半値幅
が15分であったのに対し、本実施例による方法で形成
したGaN膜では約3分であり、結晶性が大幅に向上し
た。また、発光ダイオードを作製した結果、従来のGa
As上の発光ダイオードに比較して10倍以上の明るさ
が得られた。
【0017】本実施例では、第1の窒化物系III−V
族化合物半導体をGaNとしたが、GaNに限らず、
X Ga 1-X N(0≦X≦1)でも同様な効果を得るこ
とができる。
【0018】また、本実施例では、基板としてGaAs
基板を用いた例について説明したが、本発明は、GaA
s基板に限定されるものではなく、例えば、InP、G
aP等のIII−V族化合物半導体を用いても同様な効
果を得ることができる。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ハイド
ライド気相成長法を用いてGaAs基板上に結晶性にす
ぐれ、発光ダイオードやレーザに適用できる高品質窒化
物系III−V族化合物半導体結晶を得ることができ
る。これは、530℃以下の低温成長で、まず平坦性に
優れた単結晶を成長させ、その後昇温して、今度は光学
的に優れた単結晶を成長させるためである。これによ
り、窒化物系III−V族化合物半導体の青色発光ダイ
オードやレーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のIII−V族化合物半導体結晶の成長
方法の一実施例を示す工程図である。
【図2】本発明の実施例に用いたハイドライド気相成長
装置の概略を示す図である。
【図3】本発明の実施例においてGaAs基板上に形成
したGaN結晶のX線回折パターンを示す図である。
【符号の説明】
11 GaAs基板 12a 第1のGaN層 12b 第2のGaN層 21 基板ホルダー 22 反応管 23,26 ガス導入管 24 Gaソース 25 ソースボート

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】GaAs基板上にハイドライド気相成長法
    を用いて窒化物系III−V族化合物半導体結晶を成長
    させる窒化物系III−V族化合物半導体結晶の成長方
    法において、 前記GaAs基板上に第1の窒化物系III−V族化合
    物半導体結晶であるGaN単結晶を350℃以上、53
    0℃以下の成長温度で、1nmから50nmの膜厚で形
    成した後、前記第1の窒化物系III−V族化合物半導
    体結晶上に第2の窒化物系III−V族化合物半導体結
    晶を成長させることを特徴とする窒化物系III−V族
    化合物半導体結晶の成長方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の窒化物系III−V族化合
    物半導体結晶の成長方法において、前記GaAs基板の
    (100)面または(111)B面上に前記第1の窒化
    物系III−V族化合物半導体結晶であるGaN単結晶
    を形成することを特徴とする窒化物系III−V族化合
    物半導体結晶の成長方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の窒化物系III−V族化合
    物半導体結晶の成長方法において、前記GaNに代えて
    In X Ga 1-X N(0≦X≦1)を用いることを特徴と
    する窒化物系III−V族化合物半導体結晶の成長方
    法。
  4. 【請求項4】請求項1記載の窒化物系III−V族化合
    物半導体結晶の成長方法において、前記GaAs基板に
    代えて、InP基板またはGaP基板を用いることを特
    徴とする窒化物系III−V族化合物半導体結晶の成長
    方法。
JP32080494A 1994-12-22 1994-12-22 窒化物系iii−v族化合物半導体結晶の成長方法 Expired - Lifetime JP2677221B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32080494A JP2677221B2 (ja) 1994-12-22 1994-12-22 窒化物系iii−v族化合物半導体結晶の成長方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32080494A JP2677221B2 (ja) 1994-12-22 1994-12-22 窒化物系iii−v族化合物半導体結晶の成長方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08181077A JPH08181077A (ja) 1996-07-12
JP2677221B2 true JP2677221B2 (ja) 1997-11-17

Family

ID=18125428

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32080494A Expired - Lifetime JP2677221B2 (ja) 1994-12-22 1994-12-22 窒化物系iii−v族化合物半導体結晶の成長方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2677221B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08181386A (ja) * 1994-12-22 1996-07-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体光素子
JP3899652B2 (ja) * 1997-03-14 2007-03-28 住友電気工業株式会社 エピタキシャルウェハ
JP2000114594A (ja) * 1998-10-06 2000-04-21 Toshiba Corp 半導体発光装置
JP4850324B2 (ja) * 1999-07-16 2012-01-11 アバゴ・テクノロジーズ・イーシービーユー・アイピー(シンガポール)プライベート・リミテッド 窒化物半導体素子および窒化物半導体レーザ素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jpn.J.Appl.Phys.4[33](1994)pp.1747−1752

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08181077A (ja) 1996-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5099763B2 (ja) 基板製造方法およびiii族窒化物半導体結晶
JP3875821B2 (ja) GaN膜の製造方法
JP2704181B2 (ja) 化合物半導体単結晶薄膜の成長方法
JP4581490B2 (ja) Iii−v族窒化物系半導体自立基板の製造方法、及びiii−v族窒化物系半導体の製造方法
CN101388338B (zh) 制备用于生长氮化镓的衬底和制备氮化镓衬底的方法
US6420283B1 (en) methods for producing compound semiconductor substrates and light emitting elements
US5923950A (en) Method of manufacturing a semiconductor light-emitting device
JP2004319711A (ja) エピタキシャル成長用多孔質基板およびその製造方法ならびにiii族窒化物半導体基板の製造方法
US6648966B2 (en) Wafer produced thereby, and associated methods and devices using the wafer
US6194744B1 (en) Method of growing group III nitride semiconductor crystal layer and semiconductor device incorporating group III nitride semiconductor crystal layer
JP3094965B2 (ja) 窒化ガリウム厚膜の結晶成長方法
JP5093740B2 (ja) 半導体結晶膜の成長方法
JP2000252217A (ja) 化合物半導体の製造方法
Kryliouk et al. Growth of GaN single crystal substrates
JP2897821B2 (ja) 半導体結晶性膜の成長方法
JP3772816B2 (ja) 窒化ガリウム結晶基板、その製造方法、窒化ガリウム系半導体素子および発光ダイオード
JP2677221B2 (ja) 窒化物系iii−v族化合物半導体結晶の成長方法
JP2003332234A (ja) 窒化層を有するサファイア基板およびその製造方法
JP3257344B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法
JPH0983017A (ja) エピタキシャルウェハおよびその製造方法
JP2000340509A (ja) GaN基板およびその製造方法
JPH088185A (ja) GaN系化合物半導体薄膜の積層構造および成長方法
JP3946805B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法
US20050066885A1 (en) Group III-nitride semiconductor substrate and its manufacturing method
JP2003031509A (ja) 化合物半導体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19970624

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070725

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080725

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100725

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110725

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110725

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120725

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120725

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130725

Year of fee payment: 16

EXPY Cancellation because of completion of term