JP3257344B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサファイア等の基板上
に、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させる方
法に関し、特に結晶性の優れた窒化ガリウム系半導体化
合物のエピタキシャル層の成長方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】最近、窒化ガリウム系化
合物半導体、例えば、一般式が［Ｇａ_ｘＡｌ_１−ｘＮ
（但し、Ｘは０≦Ｘ≦１の範囲にある。）］の青色発光
デバイスが注目されている。窒化ガリウム系化合物半導
体の結晶を成長させる方法として、有機金属化合物気相
成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ法」という。）がよく知ら
れている。この方法はサファイア基板を設置した反応容
器内に、反応ガスとして有機金属化合物ガスを供給し、
結晶成長温度をおよそ９００℃〜１１００℃の高温で保
持して、基板上に化合物半導体結晶のエピタキシャル層
を成長させる方法である。例えばＧａＮエピタキシャル
層を成長させる場合には、ＩＩＩ族ガスとしてトリメチ
ルガリウムと、Ｖ族ガスとしてアンモニアガスとを使用
する。

【０００３】このようにして成長させた窒化ガリウム系
化合物半導体のエピタキシャル層を発光デバイスとして
用いるためには、第一に結晶性を向上させることが不可
欠である。

【０００４】また、ＭＯＣＶＤ法を用いてサファイア基
板上に直接成長された、例えばＧａＮ層の表面は、６角
ピラミッド状、ないしは６角柱状の成長パターンとなっ
て無数の凹凸ができ、その表面モフォロジーが極めて悪
くなる欠点がある。表面に無数の凹凸がある表面モフォ
ロジーの極めて悪い半導体の結晶層を使用して青色発光
デバイスを作ることは、非常に歩留が悪く、ほとんど不
可能であった。

【０００５】このような問題を解決するために、窒化ガ
リウム系化合物半導体の結晶を成長させる前に、基板上
にＡｌＮのバッファ層を成長させる方法が提案されてい
る｛Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ ４８，（１９８
６），３５３、（アプライドフィジックス レターズ
４８巻、１９８６年、３５３頁）、および特開平２−２
２９４７６号公報｝。この方法は、サファイア基板上
に、成長温度４００〜９００℃の低温で、膜厚が１００
〜５００オングストロームのＡｌＮのバッファ層を設け
るものである。この方法によれば、バッファ層であるＡ
ｌＮ層上にＧａＮを成長させることによって、ＧａＮ半
導体層の結晶性および表面モフォロジーを改善できる特
徴がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記方法
は、バッファ層の成長条件が厳しく制限され、しかも膜
厚を１００〜５００オングストロームと非常に薄い範囲
に厳密に設定する必要があるため、そのバッファ層を、
大面積のサファイア基板、例えば約５０ｍｍφのサファ
イア基板上全面に、均一に一定の膜厚で形成することが
困難である。したがって、そのバッファ層の上に形成す
る窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性および表面モフ
ォロジーを歩留よく改善することが困難であり、またそ
の結晶性は未だ実用的な発光ダイオード、半導体レーザ
ー等を作るまでには至っておらず、さらなる結晶性の向
上が必要であった。

【０００７】本発明はこのような事情を鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、バッファ層上に
成長させる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性および
表面モフォロジーを実用レベルにまで改善し、さらに窒
化ガリウム系化合物半導体が安定して、歩留よく成長で
きるための成長方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体の結晶成長方法は、有機金属化合物気相成
長法により、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長
させる方法を改良したものである。本発明の方法は、ま
ず２００℃以上、９００℃以下の温度において、一般式
Ｇａ_ＸＡｌ_１−ＸＮ（但し０．５≦Ｘ≦１の範囲であ
る。）よりなるバッファ層を多結晶を含む状態で成長さ
せる。次に基板を昇温させて多結晶のバッファ層を部分
的に単結晶化し、これを種結晶としてバッファ層の上に
窒化ガリウム系化合物半導体を成長させることを特徴と
している。

【０００９】さらに、本発明の請求項２の窒化ガリウム
系化合物半導体の結晶成長方法は、前記バッファ層を窒
化ガリウム系化合物半導体層の上に成長させている。さ
らにまた、請求項３の窒化ガリウム系化合物半導体の成
長方法は、前記窒化ガリウム系化合物半導体層成長中に
Ｓｉ又はＭｇをドープしている。さらにまた、請求項４
の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は、前記バッ
ファ層の膜厚を０．２ μｍ以下としている。

【００１０】前記バッファ層の厚さは、図４〜図６に示
すように、好ましくは０．００２μｍ以上、０．２μｍ
以下、さらに好ましくは０．０１〜０．２μｍの範囲に
調整する。その厚さが０．００２μｍより薄く、また、
０．２μｍより厚いと、バッファ層の上に形成される窒
化ガリウム系化合物半導体の結晶の表面モフォロジーが
悪くなる傾向にある。

【００１１】また前記バッファ層の成長温度は２００℃
以上９００℃以下、好ましくは４００〜８００℃の範囲
調整する。２００℃より低いと、バッファ層が形成しに
くく、また９００℃より高いと、バッファ層が単結晶と
なってしまい、後述するバッファ層としての作用を果た
さなくなる傾向にある。

【００１２】

【作用】図１にＧａ_ｘＡｌ_１−ｘＮをバッファ層とし
て、その上に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長
させた場合のエピタキシャルウエハの構造を表す断面図
を示し、図２にＡｌＮをバッファ層として、同じくその
上に、同じ結晶を成長させた場合のエピタキシャルウエ
ハの構造を表す断面図を示す。本発明のバッファ層は従
来のバッファ層に比べて、厚さの許容範囲が大きいた
め、歩留良くバッファ層および窒化ガリウム系化合物半
導体結晶が成長できる。

【００１３】ところでＡｌＮをバッファ層として窒化ガ
リウム系化合物半導体の結晶を成長させる方法は、Ｔｈ
ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ．１６３，（１９８
８），４１５（シィン ソリッド フィルムズ １６３
巻、１９８８年、４１５頁）、およびＡｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ ４８，（１９８６），３５３（アプライ
ドフィジックス レターズ ４８巻、１９８６年、３５
３頁）等に詳しく述べられているが、それらの文献に記
載されているバッファ層の作用を簡単に述べると以下の
内容である。

【００１４】低温（約６００℃）で成長させるＡｌＮは
多結晶層であり、このバッファ層を例えばＧａＮを成長
させるために約１０００℃にまで温度を上げる際、層が
部分的に単結晶化する。部分的に単結晶化した部分が、
１０００℃でＧａＮを成長させる時に方位の揃った種結
晶となり、その種結晶からＧａＮ結晶が成長し、均一な
ＧａＮ単結晶層が成長できる。バッファ層がないときは
サファイア基板自身が種結晶となるため、方位が大きく
ばらついたＧａＮの六角柱の結晶が成長してしまうとい
う内容である。

【００１５】本発明のようにＧａ_ｘＡｌ_１−ｘＮ（０．
５≦Ｘ≦１）をバッファ層として形成した場合を従来の
ＡｌＮをバッファ層とした場合と比較すると、以下のよ
うになると考えられる。

【００１６】まずバッファ層として、例えばＸ＝１のＧ
ａＮを形成する場合を考えると、ＧａＮの融点は１１０
０℃であり、ＡｌＮの融点は１７００℃である。このた
め６００℃でＧａＮのバッファ層を形成すると、多結晶
のバッファ層が成長する。次にこの多結晶のＧａＮバッ
ファ層の上にＧａＮのエピタキシャル層を成長するため
に１０００℃まで温度を上げると、ＧａＮのバッファ層
は部分的に単結晶化し、ＡｌＮをバッファ層とした場合
と同様に、ＧａＮエピタキシャル層用の種結晶として作
用することになる。

【００１７】しかもＡｌＮをバッファ層として形成した
場合よりも、 融点が低いので温度を上昇していると
きに容易に単結晶化しやすい。このため、バッファ層の
厚さを厚くしても、バッファ層としての効果が期待でき
る。 バッファ層がＧａＮなので、その上にＧａＮの
エピタキシャル層を成長する場合、同一材料の上に同一
材料を成長するため結晶性の向上が期待できる。等の利
点があると考えられる。

【００１８】以上のことを確認するため、ＡｌＮ、Ｇａ
_０．５Ａｌ_０．５Ｎ、ＧａＮの３種類のバッファ層を６
００℃でそれぞれサファイア基板上に形成し、その上に
１０００℃でＧａＮエピタキシャル層を４μｍの厚さで
成長させた場合の、ＧａＮエピタキシャル層のダブルク
リスタルＸ線ロッキングカーブの半値巾（ＦＷＨＭ：ｆ
ｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ−ｍａｘｉｍｕ
ｍ）とバッファ層の膜厚との関係を求めた図を図３に表
す。ＦＷＨＭは小さいほど結晶性がよい。

【００１９】図３に示すように、ＧａＮ、およびＧａ
_０．５Ａｌ_０．５Ｎのバッファ層としたものは、広いバ
ッファ層の膜厚範囲で結晶性がよく、従来のＡｌＮのバ
ッファ層に比較して極めて優れた特性を示している。

【００２０】図４〜図７に、サファイア基板上に形成す
るＧａＮバッファ層の膜厚を変え、さらにその上にＧａ
Ｎのエピタキシャル層を４μｍ成長させた場合の、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層の表面の結晶構造を表す顕微鏡写真
図を示す。図４から図７まで順に、バッファ層厚さは
０．００２μｍ、０．０７μｍ、０．２０μｍ、０μｍ
（バッファ層無し）である。

【００２１】これらの図を見ても分かるように、バッフ
ァ層がない場合は、図７が示すように表面に６角柱状の
結晶が現れる。バッファ層を形成する際の条件にもよる
が、バッファ層を形成するにしたがって表面が鏡面均一
になる傾向がある。しかしバッファ層が厚すぎると、表
面の状態（表面モフォロジー）が悪くなる傾向にある。
したがって好ましいバッファ層の厚さは０．０１μｍか
ら０．２μｍの間である。

【００２２】また本発明の結晶成長方法によるバッファ
層は、サファイア基板上だけでなく窒化ガリウム系化合
物半導体のエピタキシャル層を有する層であれば、どの
層に形成してもよい。例えばｎ型ＧａＮエピタキシャル
層の上に、ｐ型不純物であるＭｇがドープされたｐ型Ｇ
ａＮのエピタキシャル層を形成したい場合、前記ｎ型Ｇ
ａＮエピタキシャル層の上にバッファ層を形成し、その
バッファ層の上にｐ型ＧａＮエピタキシャル層を成長さ
せることもできる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。但し以下
に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための
方法を例示するものであって、本発明の方法は成長条
件、有機金属化合物ガスの種類、使用材料等を下記のも
のに特定するものではない。この発明の成長方法は、特
許請求の範囲において種々の変更を加えることができ
る。

【００２４】図８に示す装置を用いて窒化ガリウム系化
合物半導体の結晶成長を行った。 ［実施例１］ 下記の工程でサファイア基板にＧａＮのエピタキシャル
層を４μｍの膜厚で成長させた。 洗浄された２イン
チφのサファイア基板をサセプター２の上に載せる。
ステンレス製の反応容器１内の空気を、排気ポンプ６
で排気した後、さらに内部をＨ_２で置換する。 その
後、Ｈ_２ガスを反応ガス噴射管４と、反応容器１上部の
副噴射管５とから、反応容器１内に供給しながら、サセ
プター２をヒーター３によって１０６０℃まで加熱す
る。 この状態を１０分間保持し、サファイア基板表
面の酸化膜を除去する。 次にサセプター２の温度を
５００℃まで下げて、温度が安定するまで静置する。
続いて副噴射管５からＨ_２とＮ_２の混合ガスを供給
し、反応ガス噴射管４からアンモニアガスとＨ_２ガスの
混合ガスを供給する。副噴射管５から供給するＨ_２ガス
とＮ_２ガスの流量はそれぞれ１０リットル／分、反応ガ
ス噴射管４から供給するアンモニアガスの流量は４リッ
トル／分、Ｈ_２ガスの流量は１リットル／分とし、この
状態でサセプター２の温度が５００℃に安定するまで待
つ。 その後、バッファ層を形成するため、反応ガス
噴射管４からアンモニアガスとＨ_２ガスに加えて、ＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）ガスを２．７×１０^−５モル
／分で１分間流す。 次にＴＭＧガスのみを止めて、
バッファ層の成長を止める。ここで膜厚０．０２μｍの
バッファ層が形成できる。さらに他のガスを流しながら
サセプター２の温度を１０００℃まで上昇させる。
サセプター２の温度が１０２０℃まで上昇した後、反応
ガス噴射管４からアンモニアガスとＨ_２ガスに加えて、
ＴＭＧガスを５．４×１０^−５モル／分の流量で６０分
間供給して、ＧａＮエピタキシャル層を、４．０μｍの
膜厚で成長させる。この間、副噴射管５から常にＨ_２と
Ｎ_２ガスを前述の条件で供給し続け、反応ガスで反応容
器内が汚染されないようにしている。またサセプター２
は均一に結晶が成長するように、モーター７で５ｒｐｍ
で回転させる。なお当然のことではあるが、ガスを供給
している間、排気ポンプ６の配管と分岐した排気管８か
ら、供給しているガスを外部へ放出している。上記のよ
うにしてサファイア基板上に、膜厚０．０２μｍのＧａ
Ｎバッファ層、その上に４μｍのＧａＮエピタキシャル
層を成長させた。

【００２５】［比較例１］ のバッファ層を形成する工程において、ＡｌＮのバッ
ファ層を０．０２μｍの膜厚で形成する以外は、実施例
１と同様にして、ＡｌＮバッファ層の上に４μｍのＧａ
Ｎエピタキシャル層を成長させた。なおＡｌＮバッファ
層を形成する際、において、反応ガス噴射管４からア
ンモニアガスとＨ_２ガスに加えて、ＴＭＡ（トリメチル
アルミニウム）を２．７×１０^−５モル／分で１分間流
した。

【００２６】成長後ホール測定を室温で行い、本発明に
よるＧａＮエピタキシャル層と、比較例１によるＧａＮ
エピタキシャル層の、キャリア濃度と移動度とをそれぞ
れ求め、その結果によるキャリア濃度、および移動度の
面内分布を表す図を、図９および図１０に示す。本発明
は図９、比較例は図１０、キャリア濃度は●、移動度は
○で示している。

【００２７】ノンドープの結晶を成長させた場合は、キ
ャリア濃度が小さく、しかも移動度が大きい程、結晶性
が良く、また不純物濃度が小さいことを表す。

【００２８】本発明によるＧａＮは、図９に示すように
キャリア濃度が４×１０^１６／ｃｍ^３、移動度が６００
ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃと非常によい値を示す。一方、Ａｌ
Ｎをバッファ層とした比較例１は、キャリア濃度が１×
１０^１８／ｃｍ^３、および移動度が約９０ｃｍ^２／Ｖ・
ｓｅｃであった。

【００２９】［実施例２］ のバッファ層を形成する工程において、Ｇａ_０．５Ａ
ｌ_０．５Ｎのバッファ層を、０．０２μｍの膜厚で形成
して、バッファ層と窒化ガリウム系化合物半導体とを同
一組成としない以外は、実施例１と同様にして、バッフ
ァ層の上にＧａＮエピタキシャル層を成長した。なおバ
ッファ層を形成する際、反応ガス噴射管４からアンモニ
アガスと、Ｈ_２ガスに加えて、ＴＭＧを２．７×１０
^−５モル／分、ＴＭＡを２．７×１０^−５モル／分でそ
れぞれ０．５分間流した。このＧａＮエピタキシャル層
も図３に示すように、優れたＸ線ロッキングカーブを示
し、また顕微鏡観察による表面モフォロジーは実施例１
と同等、キャリア濃度および移動度は、実施例１と比較
例１との中間に位置するものであった。

【００３０】［実施例３］ においてバッファ層の成長温度を６００℃とし、の
ガス流時間を２．５分間に変えて、バッファ層の膜厚を
０．０５μｍとする他は、実施例１と同様にして、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層を成長した。このＧａＮエピタキシ
ャル層も表面モフォロジーは実施例１と同等、Ｘ線ロッ
キングカーブの半値巾は３分と優れた結晶性を示し、キ
ャリア濃度、移動度とも実施例１と同等であった。

【００３１】［実施例４］ においてバッファ層の成長温度を８００℃とする他
は、実施例１と同様にして、ＧａＮエピタキシャル層を
成長した。このＧａＮエピタキシャル層も表面モフォロ
ジーは実施例１と同等、Ｘ線ロッキングカーブの半値巾
は３分と優れた結晶性を示し、キャリア濃度、移動度と
も実施例１と同等であった。

【００３２】［実施例５］ のバッファ層を形成する工程において、実施例２と同
様の条件で、Ｇａ_０．５Ａｌ_０．５Ｎのバッファ層を
０．０２μｍの膜厚で形成し、において、反応ガス噴
射管４からアンモニアガスとＨ_２ガスに加えて、ＴＭＡ
ガスを２．７×１０^−５モル／分、ＴＭＧガスを２．７
×１０^−５モル／分の流量で６０分間供給して、Ｇａ
_０．５Ａｌ_０．５Ｎエピタキシャル層を４．０μｍの膜
厚で成長させる他は、実施例１と同様にして、サファイ
ア基板上に、膜厚０．０２μｍのＧａ_０．５Ａｌ_０．５
Ｎバッファ層と、その上に４μｍのＧａ_０．５Ａｌ
_０．５Ｎエピタキシャル層を成長させた。このＧａ
_０．５Ａｌ_０．５Ｎエピタキシャル層も、表面モフォロ
ジーは実施例１と同等であった。

【００３３】［実施例６］ において、アンモニアガス、Ｈ_２ガス、およびＴＭＧ
ガスに加えて、Ｃｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニル
マグネシウム）ガスを流しながら、ＧａＮエピタキシャ
ル層にｐ型の不純物であるＭｇをドープして、ｐ型Ｇａ
Ｎエピタキシャル層を４．０μｍの膜厚で成長させた。
上記のようにしてサファイア基板上に、膜厚０．０２μ
ｍのＧａＮバッファ層、その上にＭｇを１０^２０／ｃｍ
^３ドープした膜厚４．０μｍのｐ型ＧａＮエピタキシャ
ル層を成長させた。このｐ型ＧａＮエピタキシャル層
も、表面モフォロジーは実施例１と同等であり、キャリ
ア濃度２．０×１０^１５／ｃｍ^３、移動度９．４ｃｍ^２
／Ｖ・ｓｅｃと窒化ガリウム系化合物半導体では、初め
てｐ型特性を示した。このことは、このエピタキシャル
層の結晶性が非常に優れていることを示している。

【００３４】［実施例７］ 実施例１で得た膜厚４μｍのＧａＮエピタキシャル層の
上に、実施例６と同様にして、膜厚０．０２μｍのＧａ
Ｎバッファ層、その上にＭｇを１０^２０／ｃｍ^３ドープ
した膜厚４．０μｍのｐ型ＧａＮエピタキシャル層を成
長させた。このｐ型ＧａＮエピタキシャル層も、表面モ
フォロジーは実施例１と同等であり、キャリア濃度３．
５×１０^１５／ｃｍ^３、移動度８．５ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅ
ｃと同じくｐ型特性を示した。

【００３５】［実施例８］ において、アンモニアガス、Ｈ_２ガス、およびＴＭＧ
ガスに加えて、シラン（ＳｉＨ_４）ガスを流しながら、
ＧａＮエピタキシャル層にｎ型の不純物であるＳｉをド
ープして、４．０μｍの膜厚で成長させた。上記のよう
にしてサファイア基板上に、膜厚０．０２μｍのＧａＮ
バッファ層、その上に、Ｓｉを約１０^２０／ｃｍ^３ドー
プした膜厚４μｍのｎ型ＧａＮエピタキシャル層を成長
させた。このｎ型ＧａＮエピタキシャル層も、表面モフ
ォロジーは実施例１と同等であり、キャリア濃度１．０
×１０^１９／ｃｍ^３と非常に高いキャリア濃度を示し
た。

【００３６】［比較例２］ ＡｌＮのバッファ層を０．０２μｍの膜厚で形成する以
外は、実施例８と同様にＳｉをドープして、サファイア
基板上に形成したＡｌＮバッファ層の上に、さらに４μ
ｍのｎ型ＧａＮエピタキシャル層を成長させた。このｎ
型ＧａＮエピタキシャル層は、キャリア濃度が５．０×
１０^１８／ｃｍ^３であり、比較例１程のキャリア濃度は
得られず、不純物により補償されて低くなっていると考
えられる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、Ｇａ_ｘＡｌ_１−ｘ
Ｎ（０．５≦Ｘ≦１）をバッファ層に形成することによ
って、その上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導体
の結晶性が、飛躍的に向上する。特に、本発明の窒化ガ
リウム系化合物半導体の結晶成長方法は、バッファ層で
あるＧａ_ｘＡｌ_ｌ−ｘＮのＸの値を０．５≦Ｘ≦１の範
囲に特定し、さらに、窒化ガリウム系化合物半導体を成
長させる反応容器内でバッファ層も成長させることを特
徴とする。バッファ層のＸの範囲を０．５≦Ｘ≦１の範
囲に特定することにより、本発明の窒化ガリウム系化合
物半導体の結晶成長方法は、図３に示すように、従来の
ＡｌＮをバッファ層に使用する窒化ガリウム系化合物半
導体よりもＦＷＨＭを著しく改善できる。ＦＷＨＭは結
晶性を示すパラメータである。したがって、本発明の方
法は、バッファ層と窒化ガリウム系化合物半導体とを同
一の反応容器内で成長させることに加えて、Ｘの範囲を
０．５≦Ｘ≦１に特定することにより、窒化ガリウム系
化合物半導体の結晶を成長させる方法にとって最も大切
な、結晶性を著しく改善できるという極めて優れた特長
を実現する。キャリア濃度と移動度も、結晶性を示すパ
ラメータである。ノンドープの結晶を成長させた場合、
キャリア濃度が小さく、しかも移動度が大きい程、結晶
性が良く、また不純物濃度が小さいことを表す。本発明
の実施例１で試作された窒化ガリウム系化合物半導体
は、図９に示すように、結晶のホール測定において、キ
ャリア濃度が４×１０^１６／ｃｍ^３、移動度６００ｃｍ
^２／Ｖ・ｓｅｃという極めて優れた値を示す。この値
は、窒化ガリウム系化合物半導体結晶において飛躍的に
優れた値である。ちなみに、ＡｌＮをバッファ層とする
従来の方法で製作された窒化ガリウム系化合物半導体
は、キャリア濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３、移動度が約
９０ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃである。本発明の方法で結晶成
長させた窒化ガリウム系化合物半導体は、キャリア濃度
が１００倍以上、移動度が約７倍も優れている。さら
に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方
法は、バッファ層を形成することによって、その上に成
長させるＭｇをドープしたＧａＮエピタキシャル層が、
何の処理もなしにｐ型を示す。これは全く初めてのこと
であり、本発明の方法で成長させた窒化ガリウム系化合
物半導体の結晶性がいかに優れているかを示すものであ
る。またそのバッファ層上に成長させるＳｉをドープし
たｎ型ＧａＮも、ＡｌＮをバッファ層としたものに比較
して、非常に高いキャリア濃度を示す。さらにまた、従
来のＡｌＮバッファ層に比べて、本発明の方法では、バ
ッファ層を成長させるための条件が緩やかである。すな
わち、バッファ層の厚みの広い範囲で、その上に成長さ
せる窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性がよい。こ
のため発光素子を形成する際の量産性に優れている。こ
のように本発明の技術を用いることにより、窒化ガリウ
ム系化合物半導体の結晶を利用して、青色発光ダイオー
ドはもちろんのこと、半導体レーザーまで、実用化に向
けてその用途は非常に大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の結晶成長方法によるエピタキシャル
ウエハの構造を表す概略断面図

【図２】 従来の結晶成長方法によるエピタキシャルウ
エハの構造を表す概略断面図

【図３】 ＧａＮエピタキシャル層のダブルクリスタル
Ｘ線ロッキングカーブの半値巾（ＦＷＨＭ）と、バッフ
ァ層の膜厚との関係を表す図

【図４】 ＧａＮエピタキシャル層の結晶の構造を表す
顕微鏡写真図

【図５】 ＧａＮエピタキシャル層の結晶の構造を表す
顕微鏡写真図

【図６】 ＧａＮエピタキシャル層の結晶の構造を表す
顕微鏡写真図

【図７】 ＧａＮエピタキシャル層の結晶の構造を表す
顕微鏡写真図

【図８】 本発明に使用した装置の部分概略断面図

【図９】 本発明の方法によるＧａＮ結晶のホール測定
結果による、キャリア濃度、および移動度の面内分布を
表す図

【図１０】 従来の方法によるＧａＮ結晶のホール測定
結果による、キャリア濃度、および移動度の面内分布を
表す図

【符号の説明】

１…反応容器 ２…サセプター ３…ヒーター ４…反応ガス噴射管 ５…副噴射管 ６…排気ポンプ ７…モーター ８…排気管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/205 H01S 5/323 610

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッファ層の上に、有機金属化合物気相
   成長法で反応容器内に反応ガスを供給して、バッファ層
   よりも高温で窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長
   させる方法において、バッファ層と窒化ガリウム系化合物半導体の両方を有機
   金属化合物気相成長法で成長させると共に、窒化ガリウ
   ム系化合物半導体を成長させる反応容器内において、窒
   化ガリウム系化合物半導体を成長させる前に、２００℃
   以上９００℃以下の温度で、 一般式を、Ｇａ_ＸＡｌ
   _１−ＸＮ（但しＸは０．５≦Ｘ≦１の範囲である。）と
   するバッファ層を、０．２μｍ以下の膜厚で成長させ、
   続いて多結晶のバッファ層を部分的に単結晶化するまで
   温度を上げてこれを種結晶として、窒化ガリウム系化合
   物半導体を成長させると共に、バッファ層と窒化ガリウ
   ム系化合物半導体を成長させる基板に、サファイア基板
   を使用することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導
   体の結晶成長方法。
2. 【請求項２】 前記バッファ層を窒化ガリウム系化合物
   半導体層の上に成長させることを特徴とする請求項１に
   記載の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法。
3. 【請求項３】 前記窒化ガリウム系化合物半導体層成長
   中にＳｉ又はＭｇをドープすることを特徴とする請求項
   １または２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶
   成長方法。
4. 【請求項４】 前記バッファ層の膜厚が０．２μｍ以下
   であることを特徴とする請求項１〜３の内のいずれか１
   項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方
   法。