JP3189877B2 - 低転位窒化ガリウムの結晶成長方法 - Google Patents
低転位窒化ガリウムの結晶成長方法Info
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S2304/12—Pendeo epitaxial lateral overgrowth [ELOG], e.g. for growing GaN based blue laser diodes
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウムの結
晶成長方法に関し、特に、転位密度の低い窒化ガリウム
の結晶成長方法に関する。
晶成長方法に関し、特に、転位密度の低い窒化ガリウム
の結晶成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウムは、燐化インジウムや砒化
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯幅エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム
系化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子、特に
半導体レーザ（以下単にレーザと略記する）への応用が
期待されている。
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯幅エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム
系化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子、特に
半導体レーザ（以下単にレーザと略記する）への応用が
期待されている。
【０００３】従来、代表的な窒化ガリウム系化合物半導
体である窒化ガリウムは、有機金属化学気相成長（以下
ＭＯＶＰＥと略記する）法により、（１１−２０）面ま
たは（０００１）面を表面とするサファイア基板上に形
成されることが一般的であった。
体である窒化ガリウムは、有機金属化学気相成長（以下
ＭＯＶＰＥと略記する）法により、（１１−２０）面ま
たは（０００１）面を表面とするサファイア基板上に形
成されることが一般的であった。
【０００４】図１８は、このような従来の技術の窒化ガ
リウムの結晶成長方法によりサファイア（０００１）面
基板上に形成された代表的な窒化ガリウム系レーザの概
略断面図である（S. Nakamura et al., Jpn. J. Appl.
Phys. 35 (1996) L74)。図１８において、この窒化ガリ
ウム系レーザは、（０００１）面を表面とするサファイ
ア基板１０１上に、成長温度５５０℃の厚さ３００Åの
アンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１８０
２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１８０３、珪素が添加された厚さ０．１ μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9 Ｎ層１８０４、珪素が添加さ
れた厚さ０．４ μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ 0.85Ｎクラッ
ド層１８０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型
窒化ガリウム光ガイド層１８０６、厚さ２５Åのアンド
ープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と厚さ５０Åのア
ンドープのＩｎ0.05 Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる２６周
期の多重量子井戸構造活性層１８０７、マグネシウムが
添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層１
８０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ
型窒化ガリウム光ガイド層１８０９、マグネジウムが添
加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラ
ッド層１８１０、マグネシウムが添加された厚さ０．５
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１８１１、ニッケ
ル（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１８１
２、チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）か
らなるｎ電極１８１３が形成されている。半導体結晶層
１８０２，１８０３，１８０４，１８０５，１８０６，
１８０７，１８０８，１８０９，１８１０，１８１１の
形成はＭＯＶＰＥ法により行われた。
リウムの結晶成長方法によりサファイア（０００１）面
基板上に形成された代表的な窒化ガリウム系レーザの概
略断面図である（S. Nakamura et al., Jpn. J. Appl.
Phys. 35 (1996) L74)。図１８において、この窒化ガリ
ウム系レーザは、（０００１）面を表面とするサファイ
ア基板１０１上に、成長温度５５０℃の厚さ３００Åの
アンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層１８０
２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１８０３、珪素が添加された厚さ０．１ μ
ｍのｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9 Ｎ層１８０４、珪素が添加さ
れた厚さ０．４ μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ 0.85Ｎクラッ
ド層１８０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型
窒化ガリウム光ガイド層１８０６、厚さ２５Åのアンド
ープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と厚さ５０Åのア
ンドープのＩｎ0.05 Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる２６周
期の多重量子井戸構造活性層１８０７、マグネシウムが
添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層１
８０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ
型窒化ガリウム光ガイド層１８０９、マグネジウムが添
加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラ
ッド層１８１０、マグネシウムが添加された厚さ０．５
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１８１１、ニッケ
ル（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１８１
２、チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）か
らなるｎ電極１８１３が形成されている。半導体結晶層
１８０２，１８０３，１８０４，１８０５，１８０６，
１８０７，１８０８，１８０９，１８１０，１８１１の
形成はＭＯＶＰＥ法により行われた。
【０００５】図１９は、やはり上述の従来技術の結晶成
長法によりサファイア（１１−２０）面基板上に形成さ
れた代表的な窒化ガリウム系レーザの概略断面図である
（S.Nakamura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1996)
L217) 。図１９において、この窒化ガリウム系レーザ
は、（１１−２０）面を表面とするサファイア基板１９
０１上に、成長温度５５０℃の厚さ５００Åのアンドー
プの窒化ガリウム低温成長バッファ層１９０２、珪素が
添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層
１８０３、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１８０４、珪素が添加された厚さ０．
４μｍのｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１９０５、
珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光
ガイド層１８０６、厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2
Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる２０周期の多重量子井戸
構造活性層１９０７、マグネシウムが添加された厚さ２
００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ 0.8 Ｎ層１８０８、マグネシ
ウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光
ガイド層１８０９、マグネシウムが添加された厚さ０．
４μｍのｐ型Ａｌ0. 15Ｇａ0.85Ｎグラッド層１８１０、
マグネシウムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型窒化ガ
リウムコンタクト層１８１１、ニッケル（第１層）およ
び金（第２層）からなるｐ電極１８１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１８
１３が形成されている。半導体結晶層１８０２，１８０
３，１８０４，１９０５，１８０６，１９０７，１８０
８，１８０９，１８１０，１８１１の形成はＭＯＶＰＥ
法により行われた。
長法によりサファイア（１１−２０）面基板上に形成さ
れた代表的な窒化ガリウム系レーザの概略断面図である
（S.Nakamura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1996)
L217) 。図１９において、この窒化ガリウム系レーザ
は、（１１−２０）面を表面とするサファイア基板１９
０１上に、成長温度５５０℃の厚さ５００Åのアンドー
プの窒化ガリウム低温成長バッファ層１９０２、珪素が
添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層
１８０３、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１８０４、珪素が添加された厚さ０．
４μｍのｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１９０５、
珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化ガリウム光
ガイド層１８０６、厚さ２５ÅのアンドープのＩｎ0.2
Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ５０ÅのアンドープのＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる２０周期の多重量子井戸
構造活性層１９０７、マグネシウムが添加された厚さ２
００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ 0.8 Ｎ層１８０８、マグネシ
ウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウム光
ガイド層１８０９、マグネシウムが添加された厚さ０．
４μｍのｐ型Ａｌ0. 15Ｇａ0.85Ｎグラッド層１８１０、
マグネシウムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型窒化ガ
リウムコンタクト層１８１１、ニッケル（第１層）およ
び金（第２層）からなるｐ電極１８１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１８
１３が形成されている。半導体結晶層１８０２，１８０
３，１８０４，１９０５，１８０６，１９０７，１８０
８，１８０９，１８１０，１８１１の形成はＭＯＶＰＥ
法により行われた。
【０００６】このような従来技術の結晶成長法により形
成された窒化ガリウムは、貫通転位密度が高いという問
題点がある。よって、その貫通転位密度を低減するため
に、改善された窒化ガリウムの結晶成長法もいくつか考
案されている。
成された窒化ガリウムは、貫通転位密度が高いという問
題点がある。よって、その貫通転位密度を低減するため
に、改善された窒化ガリウムの結晶成長法もいくつか考
案されている。
【０００７】例えば、ある改善された従来技術の窒化ガ
リウムの結晶成長方法は以下の通りである（特願平９−
５９０７６）。まず、ＭＯＶＰＥ法により、サファイア
（０００１）面基板１０１上に、厚さ１μｍの窒化ガリ
ウム層１０２を形成した。次に、前記窒化ガリウム層１
０２の表面に、熱ＣＶＤ法およびリソグラフィーおよび
弗酸によるウエットエッチングにより、窒化ガリウムの
［１１−２０］方向に平行なストライプ状の開口部を有
する酸化珪素マスク１０３を形成した。しかる後に、ハ
イドライド気相成長（以下ハイドライドＶＰＥと略記す
る）法により、前記マスク１０３の開口部に窒化ガリウ
ム層１０４を形成した。ハイドライドＶＰＥ法による前
記窒化ガリウム層１０４の形成は、相隣接する開口部に
形成された窒化ガリウム層１０４が相互に接合し、か
つ、接合部表面の平坦化が終了するまで行われた。
リウムの結晶成長方法は以下の通りである（特願平９−
５９０７６）。まず、ＭＯＶＰＥ法により、サファイア
（０００１）面基板１０１上に、厚さ１μｍの窒化ガリ
ウム層１０２を形成した。次に、前記窒化ガリウム層１
０２の表面に、熱ＣＶＤ法およびリソグラフィーおよび
弗酸によるウエットエッチングにより、窒化ガリウムの
［１１−２０］方向に平行なストライプ状の開口部を有
する酸化珪素マスク１０３を形成した。しかる後に、ハ
イドライド気相成長（以下ハイドライドＶＰＥと略記す
る）法により、前記マスク１０３の開口部に窒化ガリウ
ム層１０４を形成した。ハイドライドＶＰＥ法による前
記窒化ガリウム層１０４の形成は、相隣接する開口部に
形成された窒化ガリウム層１０４が相互に接合し、か
つ、接合部表面の平坦化が終了するまで行われた。
【０００８】また、例えば、別の改善された従来技術の
窒化ガリウムの結晶成長方法は以下の通りである（特開
平８−２５５９３２）。まず、ＭＯＶＰＥ法により、サ
ファイア（０００１）面基板上に、熱ＣＶＤ法およびリ
ソグラフィーおよび弗酸によるウエットエッチングによ
り、窒化ガリウムの［１−１０２］方向に平行なストラ
イプ状の開口部を有する酸化珪素マスク１０３を形成し
た。次に、ＭＯＶＰＥ法により、前記マスク１０３の開
口部にのみ窒化ガリウム層１０４を形成している。
窒化ガリウムの結晶成長方法は以下の通りである（特開
平８−２５５９３２）。まず、ＭＯＶＰＥ法により、サ
ファイア（０００１）面基板上に、熱ＣＶＤ法およびリ
ソグラフィーおよび弗酸によるウエットエッチングによ
り、窒化ガリウムの［１−１０２］方向に平行なストラ
イプ状の開口部を有する酸化珪素マスク１０３を形成し
た。次に、ＭＯＶＰＥ法により、前記マスク１０３の開
口部にのみ窒化ガリウム層１０４を形成している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム、窒化ア
ルミニウム、窒化インジウム、サファイアの常温付近で
の［１０００］軸（α軸）格子定数はそれぞれａＧａＮ
＝３．１８９２Å、αＡＮ＝３．１１Å、αＩｎＮ＝
３．５４Å、αｓａｐ＝４．７５８Åであり、常温付近
での［０００１］軸（ｃ軸）格子定数はそれぞれｃＧａ
Ｎ＝５．１８５Å、ｃＡｌＮ＝４．９８Å、ｃＩｎＮ＝
５．７Å、ｃｓａｐ＝１２．９９１Åである。よって、
従来技術の結晶成長法より形成された図１８に示された
窒化ガリウム系レーザにおいては、ｎ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１８０３より表面側の半導体層とサファイア
（０００１）面基板１０１の間には大きな格子定数差が
存在する。また、従来技術の結晶成長法より形成された
図１９に示された窒化ガリウム系レーザにおいても、ｎ
型窒化ガリウムコンタクト層１８０３より表面側の半導
体層とサファイア（１１−２０）面基板１９０１の間に
は大きな格子定数差が存在する。このように基板と大き
く格子定数が異なる層を形成するヘテロ成長において
は、その格子定数差を吸収するために、比較的低温で形
成されたバッファ層に続いて比較的高温で結晶成長を行
うという二段階成長法が有効である。実際、従来技術の
結晶成長法より形成された図１８および図１９に示され
た窒化ガリウム系レーザにおいては、窒化ガリウム低温
成長バッファ層１８０２および１９０２が、ｎ型窒化ガ
リウムコンタクト層１８０３とサファイア基板１０１お
よび１９０１の間に存在する大きな格子定数差を吸収す
るために形成されている。
ルミニウム、窒化インジウム、サファイアの常温付近で
の［１０００］軸（α軸）格子定数はそれぞれａＧａＮ
＝３．１８９２Å、αＡＮ＝３．１１Å、αＩｎＮ＝
３．５４Å、αｓａｐ＝４．７５８Åであり、常温付近
での［０００１］軸（ｃ軸）格子定数はそれぞれｃＧａ
Ｎ＝５．１８５Å、ｃＡｌＮ＝４．９８Å、ｃＩｎＮ＝
５．７Å、ｃｓａｐ＝１２．９９１Åである。よって、
従来技術の結晶成長法より形成された図１８に示された
窒化ガリウム系レーザにおいては、ｎ型窒化ガリウムコ
ンタクト層１８０３より表面側の半導体層とサファイア
（０００１）面基板１０１の間には大きな格子定数差が
存在する。また、従来技術の結晶成長法より形成された
図１９に示された窒化ガリウム系レーザにおいても、ｎ
型窒化ガリウムコンタクト層１８０３より表面側の半導
体層とサファイア（１１−２０）面基板１９０１の間に
は大きな格子定数差が存在する。このように基板と大き
く格子定数が異なる層を形成するヘテロ成長において
は、その格子定数差を吸収するために、比較的低温で形
成されたバッファ層に続いて比較的高温で結晶成長を行
うという二段階成長法が有効である。実際、従来技術の
結晶成長法より形成された図１８および図１９に示され
た窒化ガリウム系レーザにおいては、窒化ガリウム低温
成長バッファ層１８０２および１９０２が、ｎ型窒化ガ
リウムコンタクト層１８０３とサファイア基板１０１お
よび１９０１の間に存在する大きな格子定数差を吸収す
るために形成されている。
【００１０】しかるに、このような窒化ガリウム低温成
長バッファ層１８０２および１９０２を用いたとして
も、格子定数差を完全に吸収することはできず、従来技
術の結晶成長法より形成された図１８および図１９に示
された窒化ガリウム系レーザにおいては、ｎ型窒化ガリ
ウムコンタクト層１８０３より表面側の半導体層には１
０9 ｃｍ-2程度の密度の貫通転位が生じている。この転
位密度の大きさが、窒化ガリウム系レーザのしきい値の
高さや室温連続発振の際の寿命の短さの原因となってい
る。
長バッファ層１８０２および１９０２を用いたとして
も、格子定数差を完全に吸収することはできず、従来技
術の結晶成長法より形成された図１８および図１９に示
された窒化ガリウム系レーザにおいては、ｎ型窒化ガリ
ウムコンタクト層１８０３より表面側の半導体層には１
０9 ｃｍ-2程度の密度の貫通転位が生じている。この転
位密度の大きさが、窒化ガリウム系レーザのしきい値の
高さや室温連続発振の際の寿命の短さの原因となってい
る。
【００１１】一方、図２２に示された、改善された従来
技術の窒化ガリウムの結晶成長方法によれば、貫通転位
密度を１０7 ｃｍ-2程度まで低減することが可能である
が、そのためには、窒化ガリウム層１０４を厚さ数十μ
ｍ程度以上形成する必要がある。ところが、窒化ガリウ
ムの常温付近でのα軸方向の熱膨張係数はΔαＧａＮ／
αＧａＮ＝５．５９×１０-6Ｋ-1であり、サファイアの
それはΔαｓａｐ／αｓａｐ＝７．５×１０-6Ｋ-1であ
り、両者の間には大きな差がある。よって、図２２に示
された、改善された従来技術の窒化ガリウムの結晶成長
方法において、貫通転位密度を１０7 ｃｍ-2程度まで低
減するために、窒化ガリウム層１０４を厚さ数十μｍ程
度以上形成した場合、窒化ガリウム層１０３とサファイ
ア基板１０１の熱膨張係数差から、試料が大きく反って
しまうという問題があった。
技術の窒化ガリウムの結晶成長方法によれば、貫通転位
密度を１０7 ｃｍ-2程度まで低減することが可能である
が、そのためには、窒化ガリウム層１０４を厚さ数十μ
ｍ程度以上形成する必要がある。ところが、窒化ガリウ
ムの常温付近でのα軸方向の熱膨張係数はΔαＧａＮ／
αＧａＮ＝５．５９×１０-6Ｋ-1であり、サファイアの
それはΔαｓａｐ／αｓａｐ＝７．５×１０-6Ｋ-1であ
り、両者の間には大きな差がある。よって、図２２に示
された、改善された従来技術の窒化ガリウムの結晶成長
方法において、貫通転位密度を１０7 ｃｍ-2程度まで低
減するために、窒化ガリウム層１０４を厚さ数十μｍ程
度以上形成した場合、窒化ガリウム層１０３とサファイ
ア基板１０１の熱膨張係数差から、試料が大きく反って
しまうという問題があった。
【００１２】また、図２３に示された、改善された従来
技術の窒化ガリウムの結晶成長方法によれば、貫通転位
密度を１０5 ｃｍ-2程度まで低減することが可能である
が、幅数μｍ程度以下のストライプ状の領域に関しての
みであり、窒化ガリウム系レーザ等の素子に応用する際
には、素子の構造に関し、大変大きな制約があるという
問題があった。
技術の窒化ガリウムの結晶成長方法によれば、貫通転位
密度を１０5 ｃｍ-2程度まで低減することが可能である
が、幅数μｍ程度以下のストライプ状の領域に関しての
みであり、窒化ガリウム系レーザ等の素子に応用する際
には、素子の構造に関し、大変大きな制約があるという
問題があった。
【００１３】本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法によ
れば、直径数ｃｍ程度以上の大面積の領域において、貫
通転位密度が１０7 ｃｍ-2程度の窒化ガリウム層を形成
することが可能であり、かつ、その厚さは数μｍ程度以
下であるため、窒化ガリウム層と基板の熱膨張係数差か
ら試料が大きく反るという問題もない。
れば、直径数ｃｍ程度以上の大面積の領域において、貫
通転位密度が１０7 ｃｍ-2程度の窒化ガリウム層を形成
することが可能であり、かつ、その厚さは数μｍ程度以
下であるため、窒化ガリウム層と基板の熱膨張係数差か
ら試料が大きく反るという問題もない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法は、（０００１）面または（０００１）面
とのなす角が５°以内である面を表面とする窒化ガリウ
ム層、または単結晶基板の表面に、開口部を有するマス
クを形成する工程と、前記マスクの開口部にのみ選択的
に結晶成長により窒化ガリウム層を形成する工程と、前
記マスクを除去する工程と、基板を温度９００℃以上に
熱することによりマストランスポートを生じせしめる工
程とを、前記順序で少なくとも含むことを特徴とする。
前記単結晶基板としては、（０００１）面または（００
０１）面とのなす角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板、または（１１−２０）面または（１１−
２０）面とのなす角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板を用いることが好ましい。前記マスクの開
口部の形状は、窒化ガリウムの［１１−２０］方向また
は［１１−２０］方向とのなす角が５°以内である方向
に平行なストライプ状であることが好ましい。
結晶成長方法は、（０００１）面または（０００１）面
とのなす角が５°以内である面を表面とする窒化ガリウ
ム層、または単結晶基板の表面に、開口部を有するマス
クを形成する工程と、前記マスクの開口部にのみ選択的
に結晶成長により窒化ガリウム層を形成する工程と、前
記マスクを除去する工程と、基板を温度９００℃以上に
熱することによりマストランスポートを生じせしめる工
程とを、前記順序で少なくとも含むことを特徴とする。
前記単結晶基板としては、（０００１）面または（００
０１）面とのなす角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板、または（１１−２０）面または（１１−
２０）面とのなす角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板を用いることが好ましい。前記マスクの開
口部の形状は、窒化ガリウムの［１１−２０］方向また
は［１１−２０］方向とのなす角が５°以内である方向
に平行なストライプ状であることが好ましい。
【００１５】また、本発明の窒化ガリウムの結晶成長方
法は、（０００１）面または（０００１）面とのなす角
が５°以内である面を表面とする窒化ガリウム層の表面
に、開口部を有するマスクを形成する工程と、前記マス
クの開口部のみをドライエッチングによりエッチングす
る工程と、前記マスクを除去する工程と、基板を温度９
００℃以上に熱することによりマストランスポートを生
じせしめる工程とを、前記順序で少なくとも含むことを
特徴とする。また、本発明の窒化ガリウムの結晶成長方
法は、（０００１）面または（０００１）面とのなす角
が５°以内である面を表面とする窒化ガリウム層、また
は単結晶基板の表面に、開口部を有するマスクを形成す
る工程と、前記マスクの開口部にのみ選択的に結晶成長
により窒化ガリウム層を形成し、相隣接する開口部に形
成された窒化ガリウム層を相互に接合せしめる工程と、
結晶成長を行わずに基板を温度９００℃以上に保持する
ことによりマストランスポートを生じせしめる工程と
を、前記順序で少なくとも含むことを特徴とする。前記
単結晶基板としては、（０００１）面または（０００
１）面とのなす角が５°以内である面を表面とするサフ
ァイア基板、または（１１−２０）面または（１１−２
０）面とのなす角が５°以内である面を表面とするサフ
ァイア基板を用いることが好ましい。前記マスクの開口
部の形状は、窒化ガリウムの［１−１００］方向または
［１−１００］方向とのなす角が５°以内である方向に
平行なストライプ状であることが好ましい。
法は、（０００１）面または（０００１）面とのなす角
が５°以内である面を表面とする窒化ガリウム層の表面
に、開口部を有するマスクを形成する工程と、前記マス
クの開口部のみをドライエッチングによりエッチングす
る工程と、前記マスクを除去する工程と、基板を温度９
００℃以上に熱することによりマストランスポートを生
じせしめる工程とを、前記順序で少なくとも含むことを
特徴とする。また、本発明の窒化ガリウムの結晶成長方
法は、（０００１）面または（０００１）面とのなす角
が５°以内である面を表面とする窒化ガリウム層、また
は単結晶基板の表面に、開口部を有するマスクを形成す
る工程と、前記マスクの開口部にのみ選択的に結晶成長
により窒化ガリウム層を形成し、相隣接する開口部に形
成された窒化ガリウム層を相互に接合せしめる工程と、
結晶成長を行わずに基板を温度９００℃以上に保持する
ことによりマストランスポートを生じせしめる工程と
を、前記順序で少なくとも含むことを特徴とする。前記
単結晶基板としては、（０００１）面または（０００
１）面とのなす角が５°以内である面を表面とするサフ
ァイア基板、または（１１−２０）面または（１１−２
０）面とのなす角が５°以内である面を表面とするサフ
ァイア基板を用いることが好ましい。前記マスクの開口
部の形状は、窒化ガリウムの［１−１００］方向または
［１−１００］方向とのなす角が５°以内である方向に
平行なストライプ状であることが好ましい。
【００１６】上記本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法
においては、マスク材として、例えば、酸化珪素または
窒化珪素を用いることができる。
においては、マスク材として、例えば、酸化珪素または
窒化珪素を用いることができる。
【００１７】上記本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法
においては、窒化ガリウム層を形成する結晶成長法とし
て、例えば、ＭＯＶＰＥ法を用いることができる。
においては、窒化ガリウム層を形成する結晶成長法とし
て、例えば、ＭＯＶＰＥ法を用いることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
【００１９】実施例１ 窒化ガリウム層上の窒化ガリウムの選択成長とマストラ
ンスポートを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度を
低減した。
ンスポートを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度を
低減した。
【００２０】サファイア（０００１）面基板１０１上
に、成長温度５５０℃で厚さ３００Åのアンドープの窒
化ガリウム低温成長バッファ層１８０２を形成した後
に、ＭＯＶＰＥ法により（０００１）面を表面とする厚
さ１．５μｍのアンドープの窒化ガリウム層１０２を形
成した。その後、窒化ガリウム層１０２の表面に、熱化
学気相堆積（以下熱ＣＶＤと略記する）法およびリソグ
ラフィーおよび弗酸によるエッチングにより、窒化ガリ
ウム［１１−２０］方向に平行なストライプ状の開口部
を持つ厚さ３０００Åの酸化珪素マスク１０３を形成し
た。開口部の幅は５μｍ、マスク１０３の幅は５μｍで
あった。しかる後に、ＭＯＶＰＥ法により前記マスク１
０３の開口部にのみ選択的に厚さ１．５μｍのアンドー
プの窒化ガリウム層１０４を形成した。ここまでの工程
を終えた基板の概略断面図を図１に示す。その後、前記
マスク１０３を弗酸によるエッチングにより除去した。
ここまでの工程を終えた基板の概略断面図を図２に示
す。さらに、基板温度１０００℃にて１０分間保持する
と、マストランスポートにより窒化ガリウム層１０４の
表面が平坦化した。ここまでの工程を終えた基板の概略
断面図を図３に示す。
に、成長温度５５０℃で厚さ３００Åのアンドープの窒
化ガリウム低温成長バッファ層１８０２を形成した後
に、ＭＯＶＰＥ法により（０００１）面を表面とする厚
さ１．５μｍのアンドープの窒化ガリウム層１０２を形
成した。その後、窒化ガリウム層１０２の表面に、熱化
学気相堆積（以下熱ＣＶＤと略記する）法およびリソグ
ラフィーおよび弗酸によるエッチングにより、窒化ガリ
ウム［１１−２０］方向に平行なストライプ状の開口部
を持つ厚さ３０００Åの酸化珪素マスク１０３を形成し
た。開口部の幅は５μｍ、マスク１０３の幅は５μｍで
あった。しかる後に、ＭＯＶＰＥ法により前記マスク１
０３の開口部にのみ選択的に厚さ１．５μｍのアンドー
プの窒化ガリウム層１０４を形成した。ここまでの工程
を終えた基板の概略断面図を図１に示す。その後、前記
マスク１０３を弗酸によるエッチングにより除去した。
ここまでの工程を終えた基板の概略断面図を図２に示
す。さらに、基板温度１０００℃にて１０分間保持する
と、マストランスポートにより窒化ガリウム層１０４の
表面が平坦化した。ここまでの工程を終えた基板の概略
断面図を図３に示す。
【００２１】実施例２ 窒化ガリウム層のドライエッチングとマストランスポー
トを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度を低減し
た。
トを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度を低減し
た。
【００２２】サファイア（０００１）面基板１０１上
に、成長温度５５０℃で厚さ３００Åのアンドープの窒
化ガリウム低温成長バッファ層１８０２を形成した後
に、ＭＯＶＰＥ法により（０００１）面を表面とする厚
さ３．０μｍのアンドープの窒化ガリウム層１０２を形
成した。その後、窒化ガリウム層１０２の表面に、熱Ｃ
ＶＤ法およびリソグラフィーおよび弗酸によるエッチン
グにより、窒化ガリウムの［１１−２０］方向に平行な
ストライプ状の開口部を持つ厚さ３０００Åの酸化珪素
マスク１０３を形成した。開口部の幅は５μｍ、マスク
１０３の幅は５μｍであった。しかる後に、前記マスク
１０３の開口部のみを反応性イオンビームエッチング
（以下ＲＩＢＥと略記する）法により、深さ１．５μｍ
エッチングした。ここまでの工程を終えた基板の概略断
面図を図４に示す。その後、前記マスク１０３を弗酸に
よるエッチングにより除去した。ここまでの工程を終え
た基板の概略断面図を図５に示す。さらに、基板温度１
０００℃にて１０分間保持すると、マストランスポート
により窒化ガリウム層１０２の表面が平坦化した。ここ
までの工程を終えた基板の概略断面図を図６に示す。
に、成長温度５５０℃で厚さ３００Åのアンドープの窒
化ガリウム低温成長バッファ層１８０２を形成した後
に、ＭＯＶＰＥ法により（０００１）面を表面とする厚
さ３．０μｍのアンドープの窒化ガリウム層１０２を形
成した。その後、窒化ガリウム層１０２の表面に、熱Ｃ
ＶＤ法およびリソグラフィーおよび弗酸によるエッチン
グにより、窒化ガリウムの［１１−２０］方向に平行な
ストライプ状の開口部を持つ厚さ３０００Åの酸化珪素
マスク１０３を形成した。開口部の幅は５μｍ、マスク
１０３の幅は５μｍであった。しかる後に、前記マスク
１０３の開口部のみを反応性イオンビームエッチング
（以下ＲＩＢＥと略記する）法により、深さ１．５μｍ
エッチングした。ここまでの工程を終えた基板の概略断
面図を図４に示す。その後、前記マスク１０３を弗酸に
よるエッチングにより除去した。ここまでの工程を終え
た基板の概略断面図を図５に示す。さらに、基板温度１
０００℃にて１０分間保持すると、マストランスポート
により窒化ガリウム層１０２の表面が平坦化した。ここ
までの工程を終えた基板の概略断面図を図６に示す。
【００２３】実施例３ 窒化ガリウム層上の窒化ガリウムの選択成長とマストラ
ンスポートを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度を
低減した。
ンスポートを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度を
低減した。
【００２４】サファイア（０００１）面基板１０１上
に、成長温度５５０℃で厚さ３００Åのアンドープの窒
化ガリウム低温成長バッファ層１８０２を形成した後
に、ＭＯＶＰＥ法により（０００１）面を表面とする厚
さ１．５μｍのアンドープの窒化ガリウム層１０２を形
成した。その後、窒化ガリウム層１０２の表面に、熱Ｃ
ＶＤ法およびリソグラフィーおよび弗酸によるエッチン
グにより、窒化ガリウムの［１−１００］方向に平行な
ストライプ状の開口部を持つ厚さ３０００Åの酸化珪素
マスク１０３を形成した。開口部の幅は５μｍ、マスク
１０３の幅は５μｍであった。しかる後に、ＭＯＣＶＤ
法により前記マスクの開口部のみに（０００１）面を表
面とするアンドープの窒化ガリウム層１０４の形成を開
始した。（０００１）面を表面とする窒化ガリウムの
［１１−２０］方向へのラテラル成長速度は速いため、
相隣接する開口部に形成された窒化ガリウム層は次第に
相互に接合し、マストランスポートにより接合部表面の
平坦化が始まったが、その平坦化が完了する前に窒化ガ
リウム層１０４の形成を終了した。窒化ガリウム層１０
４の厚さは１．５μｍであった。窒化ガリウム層１０４
の形成時初期の基板の様子を示す概略断面図を図７に、
相隣接する開口部に形成された窒化ガリウム層が相互に
接合したときの基板の様子を示す概略断面図を図８に、
窒化ガリウム層１０４の形成終了時の基板の様子を示す
概略断面図を図９に示す。さらに結晶成長を行わずに基
板温度１０００℃にて１０分間保持すると、マストラン
スポートにより窒化ガリウム層１０４の表面が平坦化し
た。ここまでの工程を終えた基板の概略断面図を図１０
に示す。
に、成長温度５５０℃で厚さ３００Åのアンドープの窒
化ガリウム低温成長バッファ層１８０２を形成した後
に、ＭＯＶＰＥ法により（０００１）面を表面とする厚
さ１．５μｍのアンドープの窒化ガリウム層１０２を形
成した。その後、窒化ガリウム層１０２の表面に、熱Ｃ
ＶＤ法およびリソグラフィーおよび弗酸によるエッチン
グにより、窒化ガリウムの［１−１００］方向に平行な
ストライプ状の開口部を持つ厚さ３０００Åの酸化珪素
マスク１０３を形成した。開口部の幅は５μｍ、マスク
１０３の幅は５μｍであった。しかる後に、ＭＯＣＶＤ
法により前記マスクの開口部のみに（０００１）面を表
面とするアンドープの窒化ガリウム層１０４の形成を開
始した。（０００１）面を表面とする窒化ガリウムの
［１１−２０］方向へのラテラル成長速度は速いため、
相隣接する開口部に形成された窒化ガリウム層は次第に
相互に接合し、マストランスポートにより接合部表面の
平坦化が始まったが、その平坦化が完了する前に窒化ガ
リウム層１０４の形成を終了した。窒化ガリウム層１０
４の厚さは１．５μｍであった。窒化ガリウム層１０４
の形成時初期の基板の様子を示す概略断面図を図７に、
相隣接する開口部に形成された窒化ガリウム層が相互に
接合したときの基板の様子を示す概略断面図を図８に、
窒化ガリウム層１０４の形成終了時の基板の様子を示す
概略断面図を図９に示す。さらに結晶成長を行わずに基
板温度１０００℃にて１０分間保持すると、マストラン
スポートにより窒化ガリウム層１０４の表面が平坦化し
た。ここまでの工程を終えた基板の概略断面図を図１０
に示す。
【００２５】実施例４ サファイア基板上の窒化ガリウムの選択成長法とマスト
ランスポートを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度
を低減した。
ランスポートを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度
を低減した。
【００２６】サファイア（０００１）面基板１０１上
に、熱ＣＶＤ法およびリソグラフィーおよび弗酸による
エッチングにより、窒化ガリウムの［１１−２０］方向
に平行なストライプ状の開口部を持つ厚さ３０００Åの
酸化珪素マスク１０３を形成した。開口部の幅は５μ
ｍ、マスク１０３の幅は５μｍであった。続いてＭＯＶ
ＰＥ法により前記マスク１０３の開口部にのみ選択的に
成長温度５５０℃で厚さ３００Åのアンドープの窒化ガ
リウム低温成長バッファ層１８０２を形成した後に、Ｍ
ＯＶＰＥ法により前記マスク１０３の開口部のみに（０
００１）面を表面とする厚さ１．５μｍのアンドープの
窒化ガリウム層１０４を形成した。ここまでの工程を終
えた基板の概略断面図を図１１に示す。その後、前記マ
スク１０３を弗酸によるエッチングにより除去した。こ
こまでの工程を終えた基板の概略断面図を図１２に示
す。さらに、基板温度１０００℃にて１０分間保持する
と、マストランスポートにより窒化ガリウム層１０４の
表面が平坦化した。ここまでの工程を終えた基板の概略
断面図を図１３に示す。
に、熱ＣＶＤ法およびリソグラフィーおよび弗酸による
エッチングにより、窒化ガリウムの［１１−２０］方向
に平行なストライプ状の開口部を持つ厚さ３０００Åの
酸化珪素マスク１０３を形成した。開口部の幅は５μ
ｍ、マスク１０３の幅は５μｍであった。続いてＭＯＶ
ＰＥ法により前記マスク１０３の開口部にのみ選択的に
成長温度５５０℃で厚さ３００Åのアンドープの窒化ガ
リウム低温成長バッファ層１８０２を形成した後に、Ｍ
ＯＶＰＥ法により前記マスク１０３の開口部のみに（０
００１）面を表面とする厚さ１．５μｍのアンドープの
窒化ガリウム層１０４を形成した。ここまでの工程を終
えた基板の概略断面図を図１１に示す。その後、前記マ
スク１０３を弗酸によるエッチングにより除去した。こ
こまでの工程を終えた基板の概略断面図を図１２に示
す。さらに、基板温度１０００℃にて１０分間保持する
と、マストランスポートにより窒化ガリウム層１０４の
表面が平坦化した。ここまでの工程を終えた基板の概略
断面図を図１３に示す。
【００２７】実施例５ サファイア基板上の窒化ガリウムの選択成長とマストラ
ンスポートを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度を
低減した。
ンスポートを用いて、窒化ガリウム層の貫通転位密度を
低減した。
【００２８】サファイア（０００１）面基板１０１上
に、熱ＣＶＤ法およびリソグラフィーおよび弗酸による
エッチングにより、窒化ガリウムの［１−１００］方向
に平行なストライプ状の開口部を持つ厚さ３０００Åの
酸化珪素マスク１０３を形成した。開口部の幅は５μ
ｍ、マスク１０３の幅は５μｍであった。続いて、ＭＯ
ＣＶＤ法により前記マスクの開口部のみ成長温度５５０
℃で厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長
バッファ層１８０２を形成した後に、ＭＯＶＰＥ法によ
り前記マスクの開口部にのみ（０００１）面を表面とす
るアンドープの窒化ガリウム層１０４の形成を開始し
た。（０００１）面を表面とする窒化ガリウムの［１１
−２０］方向へのラテラル成長速度は速いため、相隣接
する開口部に形成された窒化ガリウム層は次第に相互に
接合し、マストランスポートにより接合部表面の平坦化
が始まったが、その平坦化が完了する前に窒化ガリウム
層１０４の形成を終了した。窒化ガリウム層１０４の厚
さ１．５μｍであった。窒化ガリウム層１０４形成時初
期の基板の様子を示す概略断面図を図１４に、相隣接す
る開口部に形成された窒化ガリウム層が相互に接合した
ときの基板の様子を示す概略断面図を図１５に、窒化ガ
リウム層１０４の形成終了時の基板の様子を示す概略断
面図を図１６に示す。さらに、結晶成長を行わずに基板
温度１０００℃にて１０分間保持すると、マストランス
ポートにより窒化ガリウム層１０４の表面が平坦化し
た。ここまでの工程を終えた基板の概略断面図を図１７
に示す。
に、熱ＣＶＤ法およびリソグラフィーおよび弗酸による
エッチングにより、窒化ガリウムの［１−１００］方向
に平行なストライプ状の開口部を持つ厚さ３０００Åの
酸化珪素マスク１０３を形成した。開口部の幅は５μ
ｍ、マスク１０３の幅は５μｍであった。続いて、ＭＯ
ＣＶＤ法により前記マスクの開口部のみ成長温度５５０
℃で厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長
バッファ層１８０２を形成した後に、ＭＯＶＰＥ法によ
り前記マスクの開口部にのみ（０００１）面を表面とす
るアンドープの窒化ガリウム層１０４の形成を開始し
た。（０００１）面を表面とする窒化ガリウムの［１１
−２０］方向へのラテラル成長速度は速いため、相隣接
する開口部に形成された窒化ガリウム層は次第に相互に
接合し、マストランスポートにより接合部表面の平坦化
が始まったが、その平坦化が完了する前に窒化ガリウム
層１０４の形成を終了した。窒化ガリウム層１０４の厚
さ１．５μｍであった。窒化ガリウム層１０４形成時初
期の基板の様子を示す概略断面図を図１４に、相隣接す
る開口部に形成された窒化ガリウム層が相互に接合した
ときの基板の様子を示す概略断面図を図１５に、窒化ガ
リウム層１０４の形成終了時の基板の様子を示す概略断
面図を図１６に示す。さらに、結晶成長を行わずに基板
温度１０００℃にて１０分間保持すると、マストランス
ポートにより窒化ガリウム層１０４の表面が平坦化し
た。ここまでの工程を終えた基板の概略断面図を図１７
に示す。
【００２９】
【発明の効果】窒化ガリウムは高温で非常に顕著なマス
トランスポートを示す性質がある。例えば、（０００
１）面を表面とする、表面に数μｍ程度の段差のある窒
化ガリウム層を、基板温度９００℃程度以上で数分程度
以上保持すると、マストランスポートのため表面が平坦
化する。この急激に進行するマストランスポートに伴っ
て、マストランスポート前に窒化ガリウム層に存在し
た、窒化ガリウムのｃ軸に沿って表面に達する貫通転位
の多くは、窒化ガリウムの（０００１）面に平行な方向
に向きを変える。このため、実施例１ないし５に示され
た本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法において、マス
トランスポート前に窒化ガリウム層の表面付近に１０9
ｃｍ-2程度の密度で存在した貫通転位は、マストランス
ポート後には１０7 ｃｍ-2程度の密度まで減少する。実
施例１に示された本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法
において、マストランスポート前の窒化ガリウム層１０
２および１０４中の転位の様子を示す基板の概略断面図
を図２０、マストランスポート後の窒化ガリウム層１０
２および１０４中の転位の様子を示す基板の概略断面図
を図２１に示す。
トランスポートを示す性質がある。例えば、（０００
１）面を表面とする、表面に数μｍ程度の段差のある窒
化ガリウム層を、基板温度９００℃程度以上で数分程度
以上保持すると、マストランスポートのため表面が平坦
化する。この急激に進行するマストランスポートに伴っ
て、マストランスポート前に窒化ガリウム層に存在し
た、窒化ガリウムのｃ軸に沿って表面に達する貫通転位
の多くは、窒化ガリウムの（０００１）面に平行な方向
に向きを変える。このため、実施例１ないし５に示され
た本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法において、マス
トランスポート前に窒化ガリウム層の表面付近に１０9
ｃｍ-2程度の密度で存在した貫通転位は、マストランス
ポート後には１０7 ｃｍ-2程度の密度まで減少する。実
施例１に示された本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法
において、マストランスポート前の窒化ガリウム層１０
２および１０４中の転位の様子を示す基板の概略断面図
を図２０、マストランスポート後の窒化ガリウム層１０
２および１０４中の転位の様子を示す基板の概略断面図
を図２１に示す。
【００３０】本発明の窒化ガリウムの結晶成長法によれ
ば、厚さ数μｍ程度以下で１０7 ｃｍ-2程度の貫通転位
密度が実現できるため、図２２に示されたような従来技
術の窒化ガリウムの結晶成長方法のように、窒化ガリウ
ムと基板の熱膨張係数差から、試料が大きく反ってしま
うという問題もない。
ば、厚さ数μｍ程度以下で１０7 ｃｍ-2程度の貫通転位
密度が実現できるため、図２２に示されたような従来技
術の窒化ガリウムの結晶成長方法のように、窒化ガリウ
ムと基板の熱膨張係数差から、試料が大きく反ってしま
うという問題もない。
【００３１】また、本発明の窒化ガリウムの結晶成長法
によれば、直径数ｃｍ程度以上の大面積の領域に、窒化
ガリウム層を形成することが可能であるため、図２３に
示された従来技術の窒化ガリウムの結晶成長法のよう
に、素子に応用する際に素子構造に大きな制約があると
いう問題もない。
によれば、直径数ｃｍ程度以上の大面積の領域に、窒化
ガリウム層を形成することが可能であるため、図２３に
示された従来技術の窒化ガリウムの結晶成長法のよう
に、素子に応用する際に素子構造に大きな制約があると
いう問題もない。
【００３２】（０００１）面を表面とする窒化ガリウム
の選択成長においては、窒化ガリウムの［１１−２０］
方向へのラテラル成長速度は［０００１］方向への成長
速度と同程度であり、窒化ガリウムの［１−１００］方
向のラテラル成長速度は［０００１］方向の成長速度に
比べ非常に遅いという性質がある。実施例１および実施
例４に示された窒化ガリウムの結晶成長方法は、選択成
長法を用いて窒化ガリウム層１０４を形成しているが、
この場合、窒化ガリウム層１０４のラテラル成長を抑え
る必要があるため、窒化ガリウムの［１１−２０］方向
に平行なストライプ状の開口部を持つマスクパタンを採
用している。一方、実施例３および実施例５に示された
窒化ガリウムの結晶成長方法も、選択成長法を用いて窒
化ガリウム層１０４を形成しているが、この場合は、窒
化ガリウム層１０４のラテラル成長を利用する必要があ
るため、窒化ガリウムの［１−１００］方向に平行なス
トライプ状の開口部を持つマスクパタンを使用してい
る。
の選択成長においては、窒化ガリウムの［１１−２０］
方向へのラテラル成長速度は［０００１］方向への成長
速度と同程度であり、窒化ガリウムの［１−１００］方
向のラテラル成長速度は［０００１］方向の成長速度に
比べ非常に遅いという性質がある。実施例１および実施
例４に示された窒化ガリウムの結晶成長方法は、選択成
長法を用いて窒化ガリウム層１０４を形成しているが、
この場合、窒化ガリウム層１０４のラテラル成長を抑え
る必要があるため、窒化ガリウムの［１１−２０］方向
に平行なストライプ状の開口部を持つマスクパタンを採
用している。一方、実施例３および実施例５に示された
窒化ガリウムの結晶成長方法も、選択成長法を用いて窒
化ガリウム層１０４を形成しているが、この場合は、窒
化ガリウム層１０４のラテラル成長を利用する必要があ
るため、窒化ガリウムの［１−１００］方向に平行なス
トライプ状の開口部を持つマスクパタンを使用してい
る。
【００３３】本発明の窒化ガリウムの結晶成長方法は、
上述した実施例１ないし実施例５に示されるマスクパタ
ンや層構造においてのみ有効であるという訳ではなく、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、あらゆるパタンおよ
びあらゆる層構造において有効である。なお、本発明に
おけるサファイア基板の表面方位に関しては、実施例１
ないし実施例５に示されたような（０００１）面である
必要はなく、（１１−２０）面でもよい。さらにサファ
イア基板の表面面方位に関しては、必ずしも厳密に（０
００１）面または（１１−２０）面である必要はなく、
（０００１）面または（１１−２０）面となす角が５°
程度以内の面ならば本発明の効果に支障はない。さら
に、マスクの開口部のストラライプ方向は必ずしも厳密
に窒化ガリウムの［１１−２０］方向や［１−１００］
方向である必要はなく、窒化ガリウムの［１１−２０］
方向または［１−１００］方向とのなす角が５°程度以
内の方向ならば本発明の効果に支障はない。また、マス
ク材として、酸化珪素ではなく、窒化珪素を用いた場合
においても、本発明の実施に支障はない。
上述した実施例１ないし実施例５に示されるマスクパタ
ンや層構造においてのみ有効であるという訳ではなく、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、あらゆるパタンおよ
びあらゆる層構造において有効である。なお、本発明に
おけるサファイア基板の表面方位に関しては、実施例１
ないし実施例５に示されたような（０００１）面である
必要はなく、（１１−２０）面でもよい。さらにサファ
イア基板の表面面方位に関しては、必ずしも厳密に（０
００１）面または（１１−２０）面である必要はなく、
（０００１）面または（１１−２０）面となす角が５°
程度以内の面ならば本発明の効果に支障はない。さら
に、マスクの開口部のストラライプ方向は必ずしも厳密
に窒化ガリウムの［１１−２０］方向や［１−１００］
方向である必要はなく、窒化ガリウムの［１１−２０］
方向または［１−１００］方向とのなす角が５°程度以
内の方向ならば本発明の効果に支障はない。また、マス
ク材として、酸化珪素ではなく、窒化珪素を用いた場合
においても、本発明の実施に支障はない。
【図１】実施例１に示された本発明の窒化ガリウムの結
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図２】実施例１に示された本発明の窒化ガリウムの結
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図３】実施例１に示された本発明の窒化ガリウムの結
晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す概
略断面図である。
晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す概
略断面図である。
【図４】実施例２に示された本発明の窒化ガリウムの結
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図５】実施例２に示された本発明の窒化ガリウムの結
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図６】実施例２に示された本発明の窒化ガリウムの結
晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す概
略断面図である。
晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す概
略断面図である。
【図７】実施例３に示された本発明の窒化ガリウムの結
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図８】実施例３に示された本発明の窒化ガリウムの結
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図９】実施例３に示された本発明の窒化ガリウムの結
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図１０】実施例３に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す
概略断面図である。
結晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す
概略断面図である。
【図１１】実施例４に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図１２】実施例４に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図１３】実施例４に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す
概略断面図である。
結晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す
概略断面図である。
【図１４】実施例５に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図１５】実施例５に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図１６】実施例５に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
結晶成長方法の工程の中途を示す概略断面図である。
【図１７】実施例５に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す
概略断面図である。
結晶成長方法により形成された、窒化ガリウム層を示す
概略断面図である。
【図１８】従来技術の結晶成長方法により、（０００
１）面サファイア基板上に形成された代表的な窒化ガリ
ウム系レーザの概略断面図である。
１）面サファイア基板上に形成された代表的な窒化ガリ
ウム系レーザの概略断面図である。
【図１９】従来技術の結晶成長方法により、（１１−２
０）面サファイア基板上に形成された代表的な窒化ガリ
ウム系レーザの概略断面図である。
０）面サファイア基板上に形成された代表的な窒化ガリ
ウム系レーザの概略断面図である。
【図２０】実施例１に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法において、マストランスポート前の窒化ガ
リウム層１０２および１０４中の転位の様子を示す基板
の概略断面図である。
結晶成長方法において、マストランスポート前の窒化ガ
リウム層１０２および１０４中の転位の様子を示す基板
の概略断面図である。
【図２１】実施例１に示された本発明の窒化ガリウムの
結晶成長方法において、マストランスポート後の窒化ガ
リウム層１０２および１０４中の転位の様子を示す基板
の概略断面図である。
結晶成長方法において、マストランスポート後の窒化ガ
リウム層１０２および１０４中の転位の様子を示す基板
の概略断面図である。
【図２２】従来技術の窒化ガリウムの結晶成長方法にお
ける基板の断面図の１例である。
ける基板の断面図の１例である。
【図２３】従来技術の窒化ガリウムの結晶成長方法にお
ける素子構造の１例である。
ける素子構造の１例である。
１０１ サファイア（０００１）面基板 １０２ 窒化ガリウム層 １０３ 酸化珪素マスク １０４ 選択成長法により形成された窒化ガリウム層 １０５ 窒化ガリウムのｃ軸に沿って表面に達する貫
通転位 １０６ 窒化ガリウムの（０００１）面と平行な方向
に向きを変えた転位 １８０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 １８０３ ｎ型窒化ガリウムコンタクト層 １８０４ ｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層 １８０５ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １８０６ ｎ型窒化ガリウム光ダイド層 １８０７ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ
多重量子井戸活性層 １８０８ ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層 １８０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １８１０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １８１１ ｐ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎコンタクト層 １８１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １８１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 １９０１ サファイア（１１−２０）面基板 １９０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 １９０５ ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ層 １９０７ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ
多重量子井戸活性層
通転位 １０６ 窒化ガリウムの（０００１）面と平行な方向
に向きを変えた転位 １８０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 １８０３ ｎ型窒化ガリウムコンタクト層 １８０４ ｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層 １８０５ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １８０６ ｎ型窒化ガリウム光ダイド層 １８０７ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ
多重量子井戸活性層 １８０８ ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層 １８０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １８１０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １８１１ ｐ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎコンタクト層 １８１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １８１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 １９０１ サファイア（１１−２０）面基板 １９０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 １９０５ ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ層 １９０７ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ
多重量子井戸活性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−64791（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−274411（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−153931（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／11518（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 C30B 28/00 - 35/00 H01L 21/205 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (10)
- 【請求項１】 （０００１）面または（０００１）面と
のなす角が５°以内である面を表面とする窒化ガリウム
層、または単結晶基板の表面に、開口部を有するマスク
を形成する工程と、前記マスクの開口部にのみ選択的に
結晶成長により窒化ガリウム層を形成する工程と、前記
マスクを除去する工程と、基板を温度９００℃以上に熱
することによりマストランスポートを生じせしめる工程
とを、前記順序で少なくとも含む、窒化ガリウムムの結
晶成長方法。 - 【請求項２】 前記請求項１に記載の窒化ガリウムの結
晶成長法であって、前記単結晶基板として、（０００
１）面または（０００１）面とのなす角が５°以内であ
る面を表面とするサファイア基板、または（１１−２
０）面または（１１−２０）面とのなす角が５°以内で
ある面を表面とするサファイア基板を用いる結晶成長方
法。 - 【請求項３】 前記請求項１ないし請求項２に記載の窒
化ガリウムの結晶成長方法であって、前記マスクの開口
部の形状が、窒化ガリウムの［１１−２０］方向または
［１１−２０］方向とのなす角が５°以内である方向に
平行なストライプ状である結晶成長方法。 - 【請求項４】 （０００１）面または（０００１）面と
のなす角が５°以内である面を表面とする窒化ガリウム
層の表面に、開口部を有するマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口部のみをドライエッチングによりエッ
チングする工程と、前記マスクを除去する工程と、基板
を温度９００℃以上に熱することによりマストランスポ
ートを生じせしめる工程とを、前記順序で少なくとも含
む、窒化ガリウムの結晶成長方法。 - 【請求項５】 （０００１）面または（０００１）面と
のなす角が５°以内である面を表面とする窒化ガリウム
層、または単結晶基板の表面に、開口部を有するマスク
を形成する工程と、前記マスクの開口部のみ選択的に結
晶成長により窒化ガリウム層を形成し、相隣接する開口
部に形成された窒化ガリウム層を相互に接合せしめる工
程と、結晶成長を行わずに基板を温度９００℃以上に保
持することによりマストランスポートを生じせしめる工
程とを、前記順序で少なくとも含む、窒化ガリウムの結
晶成長方法。 - 【請求項６】 前記請求項５に記載の窒化ガリウムの結
晶成長方法であって、前記単結晶基板として、（０００
１）面または（０００１）面とのなす角が５°以内であ
る面を表面とするサファイア基板、または（１１−２
０）面または（１１−２０）面とのなす角が５°以内で
ある面を表面とするサファイア基板を用いる結晶成長方
法。 - 【請求項７】 前記請求項５ないし請求項６に記載の窒
化ガリウムの結晶成長方法であって、前記マスクの開口
部の形状が、窒化ガリウムの［１−１００］方向または
［１−１００］方向とのなす角が５°以内である方向に
平行なストライプ状である結晶成長方法。 - 【請求項８】 酸化珪素または窒化珪素をマスク材とす
る、前記請求項１ないし請求項７に記載の窒化ガリウム
の結晶成長方法。 - 【請求項９】 有機金属化学気相成長法により窒化ガリ
ウム層を形成する、前記請求項１ないし請求項８に記載
の窒化ガリウムの結晶成長方法。 - 【請求項１０】 前記マストランスポートを生じせしめ
る工程により、窒化ガリウム層の表面が平坦化すること
を特徴とする請求項１ないし９にいずれか記載の窒化ガ
リウムの結晶成長方法。
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| KR100519326B1 (ko) * | 1999-04-20 | 2005-10-07 | 엘지전자 주식회사 | 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드의 기판 제조방법 |
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- 1997-07-11 JP JP18658397A patent/JP3189877B2/ja not_active Expired - Fee Related
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