JP3454037B2 - ＧａＮ系素子用基板及びその製造方法及びＧａＮ系素子 - Google Patents
ＧａＮ系素子用基板及びその製造方法及びＧａＮ系素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、青色発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）に用いられ
るＧａＮ系素子用基板及びその製造方法及びＧａＮ系素
子に関する。
ード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）に用いられ
るＧａＮ系素子用基板及びその製造方法及びＧａＮ系素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系化合物半導体、例えば窒化ガリ
ウム（ＧａＮ）、窒化インジムガリウム（ＩｎＧａ
Ｎ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）等は、
青色発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）用として脚光を浴びている。
ウム（ＧａＮ）、窒化インジムガリウム（ＩｎＧａ
Ｎ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）等は、
青色発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）用として脚光を浴びている。
【０００３】又、このＧａＮ系化合物半導体は、耐熱性
や耐環境性が良いので光素子以外の電子デバイス用素子
に適用するための開発も行われている。
や耐環境性が良いので光素子以外の電子デバイス用素子
に適用するための開発も行われている。
【０００４】ところで、ＧａＮ系化合物半導体は、バル
ク結晶成長が難しく、実用化に耐えるＧａＮ基板は、未
だ得られていない。現在、広く実用化されているＧａＮ
成長用の基板は、サファイヤが用いられている。単結晶
サファイヤ基板の上に、例えば、有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ法）でＧａＮをエピタキシャル成長させる
方法が一般的である。
ク結晶成長が難しく、実用化に耐えるＧａＮ基板は、未
だ得られていない。現在、広く実用化されているＧａＮ
成長用の基板は、サファイヤが用いられている。単結晶
サファイヤ基板の上に、例えば、有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ法）でＧａＮをエピタキシャル成長させる
方法が一般的である。
【０００５】サファイヤ基板は、ＧａＮと格子定数が異
なるので、サファイヤ基板上に直接ＧａＮを成長させた
のでは単結晶膜を成長させることはできない。
なるので、サファイヤ基板上に直接ＧａＮを成長させた
のでは単結晶膜を成長させることはできない。
【０００６】このための対策として、特開昭６３−１８
８９８３号公報に開示されているようにサファイヤ基板
上に一旦低温でＡｌＮやＧａＮのバッファ層を成長さ
せ、このバッファ層で格子の歪みを緩和させてから、こ
のバッファ層上にＧａＮを成長させる方法が知られてい
る。
８９８３号公報に開示されているようにサファイヤ基板
上に一旦低温でＡｌＮやＧａＮのバッファ層を成長さ
せ、このバッファ層で格子の歪みを緩和させてから、こ
のバッファ層上にＧａＮを成長させる方法が知られてい
る。
【０００７】しかしながら、上述したように、低温成長
のバッファ層で格子の歪みを緩和させる方法であっても
厳密には、サファイヤ基板とＧａＮとの格子定数のずれ
は如何ともし難く、ＧａＮに欠陥部分を生じ製品として
のＧａＮ系レーザダイオード（ＬＤ）に障害をもたらす
ことがある。
のバッファ層で格子の歪みを緩和させる方法であっても
厳密には、サファイヤ基板とＧａＮとの格子定数のずれ
は如何ともし難く、ＧａＮに欠陥部分を生じ製品として
のＧａＮ系レーザダイオード（ＬＤ）に障害をもたらす
ことがある。
【０００８】又、サファイヤ基板は、絶縁性であるため
ＧａＮ系素子を製作する場合、基板裏面側に電極を取り
付けることができない。このため、例えば青色ＬＥＤで
は、ＧａＮ結晶表面からサファイヤ基板に近いＧａＮ層
まで掘り下げて、そこに電極を設けている。
ＧａＮ系素子を製作する場合、基板裏面側に電極を取り
付けることができない。このため、例えば青色ＬＥＤで
は、ＧａＮ結晶表面からサファイヤ基板に近いＧａＮ層
まで掘り下げて、そこに電極を設けている。
【０００９】しかしながら、サファイヤ基板の表面側に
ｐ側電極とｎ側電極との２つの電極を設けなければ成ら
ず、電極面積を確保するのに難がある。又、光を取り出
すのに２つの電極が位置的に邪魔になるなどの問題が指
摘されていた。
ｐ側電極とｎ側電極との２つの電極を設けなければ成ら
ず、電極面積を確保するのに難がある。又、光を取り出
すのに２つの電極が位置的に邪魔になるなどの問題が指
摘されていた。
【００１０】更に、サファイヤ基板には、劈開性がない
ため、ＧａＮ系素子のチップ化が難しい。レーザダイオ
ード（ＬＤ）を製作する際に、劈開による共振器の製作
が困難である、等の問題がある。
ため、ＧａＮ系素子のチップ化が難しい。レーザダイオ
ード（ＬＤ）を製作する際に、劈開による共振器の製作
が困難である、等の問題がある。
【００１１】上述の事情に対応して、サファイヤ基板に
代えて、砒化ガリウム（ＧａＡｓ），シリコン（Ｓ
ｉ），三酸化ネオジム・ガリウムＮｄＧａＯ3 （ＮＧ
Ｏ）などの基板が検討され、これらの基板に対しても、
低温でＡｌＮやＧａＮのバッファ層を成長させ、その上
にＧａＮを成長させる方法が採られている。
代えて、砒化ガリウム（ＧａＡｓ），シリコン（Ｓ
ｉ），三酸化ネオジム・ガリウムＮｄＧａＯ3 （ＮＧ
Ｏ）などの基板が検討され、これらの基板に対しても、
低温でＡｌＮやＧａＮのバッファ層を成長させ、その上
にＧａＮを成長させる方法が採られている。
【００１２】しかしながら、依然として格子定数差の問
題や、成長するＧａＮの結晶形制御の問題が解決せず、
実用化されていない。
題や、成長するＧａＮの結晶形制御の問題が解決せず、
実用化されていない。
【００１３】次に、具体的な従来例について説明する。
【００１４】直径２インチのサファイヤｃ面基板上に、
減圧（０．１ａｔｍ）ＭＯＶＰＥ法でアンドープＧａＮ
結晶を成長させた。基板温度を５５０℃に設定した後、
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とアンモニア（ＮＨ
3 ）を原料としてＡｌＮバッファ層を５００オングスト
ローム成長させる。
減圧（０．１ａｔｍ）ＭＯＶＰＥ法でアンドープＧａＮ
結晶を成長させた。基板温度を５５０℃に設定した後、
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とアンモニア（ＮＨ
3 ）を原料としてＡｌＮバッファ層を５００オングスト
ローム成長させる。
【００１５】その後、基板温度を９００℃まで昇温し、
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ3 ）
を原料としてＧａＮ層を２μｍ成長させた。
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ3 ）
を原料としてＧａＮ層を２μｍ成長させた。
【００１６】この従来例では、成長した結晶の４結晶Ｘ
線ロッキングカーブの半値幅は、３５０ａｒｃｓｅｃで
あり、ＴＥＭ観察によるＧａＮ結晶中の転移密度は、８
〜１１×１０8 cm-3であった。
線ロッキングカーブの半値幅は、３５０ａｒｃｓｅｃで
あり、ＴＥＭ観察によるＧａＮ結晶中の転移密度は、８
〜１１×１０8 cm-3であった。
【００１７】更に、具体的な他の従来例について図２を
参照して以下に説明する。
参照して以下に説明する。
【００１８】サファイア基板を用いたＧａＮ系青色ＬＥ
Ｄを製作した例であり、直径２インチのサファイヤｃ面
基板１１上に、減圧（０．１ａｔｍ）ＭＯＶＰＥ法で次
のような結晶成長を行った。
Ｄを製作した例であり、直径２インチのサファイヤｃ面
基板１１上に、減圧（０．１ａｔｍ）ＭＯＶＰＥ法で次
のような結晶成長を行った。
【００１９】原料は、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ），トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルイン
ジウム（ＴＭＩ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）が用いられ
る。
Ａ），トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルイン
ジウム（ＴＭＩ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）が用いられ
る。
【００２０】ドーパントは、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、
ジエチル亜鉛（ＤＥＺ），ビスシクロペンタジエニルマ
グネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）が用いられる。
ジエチル亜鉛（ＤＥＺ），ビスシクロペンタジエニルマ
グネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）が用いられる。
【００２１】サファイヤｃ面基板１１の基板温度を５５
０℃に設定し、ＡｌＮバッファ層１０を５００オングス
トローム成長させる。その後、基板温度を１０００℃ま
で昇温し，Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層６を４μｍ成長さ
せ、引き続きＳｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層５を０．１μ
ｍ成長させた。
０℃に設定し、ＡｌＮバッファ層１０を５００オングス
トローム成長させる。その後、基板温度を１０００℃ま
で昇温し，Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層６を４μｍ成長さ
せ、引き続きＳｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層５を０．１μ
ｍ成長させた。
【００２２】次いで、基板温度を７００℃まで下げ、Ｚ
ｎドープＩｎＧａＮ層４を５００オングストローム成長
させ、再度、基板温度を１０００℃に戻し、Ｍｇドープ
ｐ型ＡｌＧａＮ層３を０．１μｍ成長させ、その上にＭ
ｇドープｐ型ＧａＮ層２を０．２μｍ成長させた。
ｎドープＩｎＧａＮ層４を５００オングストローム成長
させ、再度、基板温度を１０００℃に戻し、Ｍｇドープ
ｐ型ＡｌＧａＮ層３を０．１μｍ成長させ、その上にＭ
ｇドープｐ型ＧａＮ層２を０．２μｍ成長させた。
【００２３】上述のような構成におけるｐ層を低抵抗化
させるため、窒素雰囲気中で７００℃で１時間の熱処理
を施し、最終的に図２に示すようなサファイア基板を用
いたＧａＮ系青色ＬＥＤが製作された。
させるため、窒素雰囲気中で７００℃で１時間の熱処理
を施し、最終的に図２に示すようなサファイア基板を用
いたＧａＮ系青色ＬＥＤが製作された。
【００２４】この他の従来例では、基板に絶縁性のサフ
ァイアを用いているので、ｎ側電極をこの基板の裏面に
は設けることができない。このため、図２に示すように
気相エッチング（ＲＩＥ）装置でＧａＮ結晶の一部をｎ
型ＧａＮ層６が露出するまでエッチングし、露出された
ｎ型ＧａＮ層６の上にｎ側電極９を形成した。
ァイアを用いているので、ｎ側電極をこの基板の裏面に
は設けることができない。このため、図２に示すように
気相エッチング（ＲＩＥ）装置でＧａＮ結晶の一部をｎ
型ＧａＮ層６が露出するまでエッチングし、露出された
ｎ型ＧａＮ層６の上にｎ側電極９を形成した。
【００２５】又、この他の従来例で発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）をチップとするため、基板の裏側からダイシング
ソーで切り溝を作り分割すると、切り溝以外の部分で割
れが生ずることが多く、チップの歩留まりは４０％にも
満たなかった。
ＥＤ）をチップとするため、基板の裏側からダイシング
ソーで切り溝を作り分割すると、切り溝以外の部分で割
れが生ずることが多く、チップの歩留まりは４０％にも
満たなかった。
【００２６】得られたチップをステムに搭載し、通電し
たところ発光波長４５０nmの青色発光が観察された。こ
の時の発光出力は、２０ｍＡ通電時で１．５ｍＷであっ
た。
たところ発光波長４５０nmの青色発光が観察された。こ
の時の発光出力は、２０ｍＡ通電時で１．５ｍＷであっ
た。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上述した
現状に鑑み、基板を導電性とし、高品質なＧａＮ系結晶
を成長させることができ、構成上、基板の裏面及び表面
のそれぞれにｎ型及びｐ型の電極を設けることができ、
電極の配置が要する面積及び光の取り出しに支障を来す
ことがなく、更に、劈開性に優れＧａＮ系素子のチップ
化が容易であり、特にＧａＮ系レーザダイオード（ＬＥ
Ｄ）では、発光効率、光の取り出し効率の向上が図れる
ＧａＮ系素子用基板及びその製造方法及びＧａＮ系素子
を提供することを目的とする。
現状に鑑み、基板を導電性とし、高品質なＧａＮ系結晶
を成長させることができ、構成上、基板の裏面及び表面
のそれぞれにｎ型及びｐ型の電極を設けることができ、
電極の配置が要する面積及び光の取り出しに支障を来す
ことがなく、更に、劈開性に優れＧａＮ系素子のチップ
化が容易であり、特にＧａＮ系レーザダイオード（ＬＥ
Ｄ）では、発光効率、光の取り出し効率の向上が図れる
ＧａＮ系素子用基板及びその製造方法及びＧａＮ系素子
を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決しようとする手段】上記目的を達成するた
め、この発明のＧａＮ系素子用基板は、シリコン単結晶
基板と、前記シリコン単結晶基板上に堆積された窒化し
た表面を有する金属アルミニウム単結晶層と、前記金属
アルミニウム単結晶層上に成長したＡｌxＩｎyＧａ
(1-x-y)Ｎ（但し０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１，０≦（ｘ＋
ｙ）＜１）で表される単結晶層と、より構成される。
め、この発明のＧａＮ系素子用基板は、シリコン単結晶
基板と、前記シリコン単結晶基板上に堆積された窒化し
た表面を有する金属アルミニウム単結晶層と、前記金属
アルミニウム単結晶層上に成長したＡｌxＩｎyＧａ
(1-x-y)Ｎ（但し０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１，０≦（ｘ＋
ｙ）＜１）で表される単結晶層と、より構成される。
【００２９】又、この発明のＧａＮ系素子用基板の製造
方法は、シリコン単結晶基板上に金属アルミニウム単結
晶層を堆積する工程と、前記堆積された金属アルミニウ
ム単結晶層を４００℃以上であって前記金属アルミニウ
ム単結晶層が融解しない温度の範囲内で加熱する工程
と、前記加熱工程後に前記金属アルミニウム単結晶層の
表面を窒化する工程と、より成る。
方法は、シリコン単結晶基板上に金属アルミニウム単結
晶層を堆積する工程と、前記堆積された金属アルミニウ
ム単結晶層を４００℃以上であって前記金属アルミニウ
ム単結晶層が融解しない温度の範囲内で加熱する工程
と、前記加熱工程後に前記金属アルミニウム単結晶層の
表面を窒化する工程と、より成る。
【００３０】更に、この発明のＧａＮ系素子は、シリコ
ン単結晶基板と、前記シリコン単結晶基板上に堆積され
た窒化した表面を有する金属アルミニウム単結晶層と、
前記窒化した表面を有する金属アルミニウム単結晶層上
に成長したＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ（但し０≦ｘ＜
１、０≦ｙ＜１，０≦（ｘ＋ｙ）＜１）で表される単結
晶層と、前記シリコン単結晶基板及び前記ＧａＮ単結晶
層にそれぞれ形成される電極と、より構成される。
ン単結晶基板と、前記シリコン単結晶基板上に堆積され
た窒化した表面を有する金属アルミニウム単結晶層と、
前記窒化した表面を有する金属アルミニウム単結晶層上
に成長したＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ（但し０≦ｘ＜
１、０≦ｙ＜１，０≦（ｘ＋ｙ）＜１）で表される単結
晶層と、前記シリコン単結晶基板及び前記ＧａＮ単結晶
層にそれぞれ形成される電極と、より構成される。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００３２】第１の実施の形態として、直径２インチの
Ｓｉ｛１１１｝基板上に蒸着装置で金属Ａｌ膜を５００
オングストローム堆積させ、ＭＯＶＰＥ装置にセットす
る。この金属Ａｌ膜上に、０．１ａｔｍの減圧下でアン
ドープＧａＮ結晶を成長させた。
Ｓｉ｛１１１｝基板上に蒸着装置で金属Ａｌ膜を５００
オングストローム堆積させ、ＭＯＶＰＥ装置にセットす
る。この金属Ａｌ膜上に、０．１ａｔｍの減圧下でアン
ドープＧａＮ結晶を成長させた。
【００３３】具体的には、金属Ａｌ膜を堆積したＳｉ基
板を窒素雰囲気中で、５００℃で５分間保持した後、基
板温度を６００℃にした雰囲気中にアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）を流し、１０分間、Ａｌ表面を窒化させた。
板を窒素雰囲気中で、５００℃で５分間保持した後、基
板温度を６００℃にした雰囲気中にアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）を流し、１０分間、Ａｌ表面を窒化させた。
【００３４】更に、その後、基板温度を９００℃まで昇
温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）を原料としてＧａＮ層を２μｍ成長させた。
温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）を原料としてＧａＮ層を２μｍ成長させた。
【００３５】上述した本発明の第１の実施の形態では、
成長した結晶の４結晶Ｘ線ロッキングカーブの半値幅
は、１２０ａｒｃｓｅｃであり、ＴＥＭ観察によるＧａ
Ｎ結晶中の転移密度は、４〜６×１０6 cm-3であった。
成長した結晶の４結晶Ｘ線ロッキングカーブの半値幅
は、１２０ａｒｃｓｅｃであり、ＴＥＭ観察によるＧａ
Ｎ結晶中の転移密度は、４〜６×１０6 cm-3であった。
【００３６】本発明の第２の実施の形態として、ＧａＮ
系素子としてのＧａＮ系青色ＬＥＤを製作する例につい
て図１を参照して説明する。
系素子としてのＧａＮ系青色ＬＥＤを製作する例につい
て図１を参照して説明する。
【００３７】従来との比較をするため、製作に使用する
装置、原料及びドーパントは、他の従来例で説明したも
のと同一のものを用い、その説明は省略する。
装置、原料及びドーパントは、他の従来例で説明したも
のと同一のものを用い、その説明は省略する。
【００３８】使用した基板８は、直径２インチのＳｉ
｛１１１｝基板であり、ｐドープｎ型で、キャリア濃度
は、５×１０18cm-3である。
｛１１１｝基板であり、ｐドープｎ型で、キャリア濃度
は、５×１０18cm-3である。
【００３９】この基板をＭＯＶＰＥ装置セットし、基板
温度を５５０℃に保持して、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）だけを供給する。このため、トリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）がＳｉ基板８上で熱分解して、Ａｌ
単結晶薄膜７が成長する。
温度を５５０℃に保持して、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）だけを供給する。このため、トリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）がＳｉ基板８上で熱分解して、Ａｌ
単結晶薄膜７が成長する。
【００４０】Ａｌ単結晶薄膜７が、４００オングストロ
ームの厚さに成長したところでトリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）の供給を止め、次いでアンモニア（ＮＨ3 ）
を供給し、Ａｌ単結晶薄膜７の表面を１０分間窒化処理
する。
ームの厚さに成長したところでトリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）の供給を止め、次いでアンモニア（ＮＨ3 ）
を供給し、Ａｌ単結晶薄膜７の表面を１０分間窒化処理
する。
【００４１】その後、基板温度を１０００℃まで上げ、
Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層６を４μｍ成長させ、引き続き
Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層５を０．１μｍ成長させ
た。
Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層６を４μｍ成長させ、引き続き
Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層５を０．１μｍ成長させ
た。
【００４２】次いで、基板温度を７００℃まで下げ、Ｚ
ｎドープＩｎＧａＮ層４を５００オングストローム成長
させ、再度、基板温度を１０００℃に戻し、Ｍｇドープ
ｐ型ＡｌＧａＮ層３を０．１μｍ成長させ、その上にＭ
ｇドープｐ型ＧａＮ層２を０．２μｍ成長させた。
ｎドープＩｎＧａＮ層４を５００オングストローム成長
させ、再度、基板温度を１０００℃に戻し、Ｍｇドープ
ｐ型ＡｌＧａＮ層３を０．１μｍ成長させ、その上にＭ
ｇドープｐ型ＧａＮ層２を０．２μｍ成長させた。
【００４３】Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層２の上にはｐ側電
極１が設けられ、Ｓｉ基板８の裏面には、ｎ側電極９が
設けられる。
極１が設けられ、Ｓｉ基板８の裏面には、ｎ側電極９が
設けられる。
【００４４】上述のような構成におけるｐ層を低抵抗化
させるため、窒素雰囲気中で７００℃で１時間の熱処理
を施し、最終的に図１に示すようなＳｉ基板を用いたＧ
ａＮ系素子、例えばＧａＮ系青色ＬＥＤが製作された。
させるため、窒素雰囲気中で７００℃で１時間の熱処理
を施し、最終的に図１に示すようなＳｉ基板を用いたＧ
ａＮ系素子、例えばＧａＮ系青色ＬＥＤが製作された。
【００４５】上述のようにして得られたチップをシステ
ムに搭載し、通電したところ発光波長４５０nmの青色発
光が観察された。その時の発光出力は２０ｍＡ通電時に
２．２ｍＷであった。
ムに搭載し、通電したところ発光波長４５０nmの青色発
光が観察された。その時の発光出力は２０ｍＡ通電時に
２．２ｍＷであった。
【００４６】上述の第１及び第２の実施形態によれば、
高品質なＧａＮ系結晶を成長させることができ、導電性
基板としてＳｉ基板を用いているため、Ｓｉ基板の裏面
及び表面のそれぞれにｎ型及びｐ型の電極を設けること
ができ、電極の配置が要する面積及び光の取り出しに支
障を来すことがなく、製造工程上も従来の電極を設ける
ためのＲＩＥによるＧａＮ系結晶のエッチング作業が不
要となる。
高品質なＧａＮ系結晶を成長させることができ、導電性
基板としてＳｉ基板を用いているため、Ｓｉ基板の裏面
及び表面のそれぞれにｎ型及びｐ型の電極を設けること
ができ、電極の配置が要する面積及び光の取り出しに支
障を来すことがなく、製造工程上も従来の電極を設ける
ためのＲＩＥによるＧａＮ系結晶のエッチング作業が不
要となる。
【００４７】又、電極を作るためのフォトリソグラフィ
工程が大幅に簡略化できる。更に、Ｓｉ基板の裏側から
ダイシングソーで切り溝を入れて分割しても、切り溝以
外のところで割れることはなかった。このため、チップ
の歩留まりは、９０％以上の高率となった。
工程が大幅に簡略化できる。更に、Ｓｉ基板の裏側から
ダイシングソーで切り溝を入れて分割しても、切り溝以
外のところで割れることはなかった。このため、チップ
の歩留まりは、９０％以上の高率となった。
【００４８】尚、上述の第１及び第２の実施形態によれ
ば、金属Ａｌ膜、又はＡｌ単結晶薄膜を加熱する温度を
５００℃、又は５５０℃としたが、単相のＡｌが得ら
れ、その上にＧａＮを成長させたときに、良好な結晶性
が確保できる４００℃以上で、且つＡｌ膜が融解しない
温度の範囲内であれば良い。
ば、金属Ａｌ膜、又はＡｌ単結晶薄膜を加熱する温度を
５００℃、又は５５０℃としたが、単相のＡｌが得ら
れ、その上にＧａＮを成長させたときに、良好な結晶性
が確保できる４００℃以上で、且つＡｌ膜が融解しない
温度の範囲内であれば良い。
【００４９】従って、Ａｌの融点６６０℃以上であって
も、Ａｌと基板のＳｉとが固相反応を起こして合金化し
融解しない場合には８００℃で加熱しても構わない。こ
のように、Ａｌ膜が融解しない温度は、Ａｌ膜の厚さ
や、堆積条件によって決まるので特定されない。
も、Ａｌと基板のＳｉとが固相反応を起こして合金化し
融解しない場合には８００℃で加熱しても構わない。こ
のように、Ａｌ膜が融解しない温度は、Ａｌ膜の厚さ
や、堆積条件によって決まるので特定されない。
【００５０】又、上述の第１及び第２の実施の形態によ
れば、窒化処理したＡｌ膜の表面にＧａＮ層を成長させ
たが、この窒化処理したＡｌ膜の表面に低温でＡｌＮや
ＧａＮ層を成長させた後、その上にＧａＮ層を成長させ
ても良い。このバッファ層で格子の歪みを緩和させるこ
とができる。
れば、窒化処理したＡｌ膜の表面にＧａＮ層を成長させ
たが、この窒化処理したＡｌ膜の表面に低温でＡｌＮや
ＧａＮ層を成長させた後、その上にＧａＮ層を成長させ
ても良い。このバッファ層で格子の歪みを緩和させるこ
とができる。
【００５１】又、上述の製造方法の実施の形態において
は、Ａｌ膜の表面を窒化処理する工程を採用したが、Ａ
ｌ膜の表面をあえて窒化処理しなくともＧａＮを成長さ
せるために流すＮ原料とＡｌとの反応とによって、Ａｌ
膜の表面が自然と窒化されることがあるので、強制的に
窒化処理することなく、その工程を省くこともできる。
は、Ａｌ膜の表面を窒化処理する工程を採用したが、Ａ
ｌ膜の表面をあえて窒化処理しなくともＧａＮを成長さ
せるために流すＮ原料とＡｌとの反応とによって、Ａｌ
膜の表面が自然と窒化されることがあるので、強制的に
窒化処理することなく、その工程を省くこともできる。
【００５２】尚、上述の実施の形態は、ＧａＮ系素子、
例えばＧａＮ系青色ＬＥＤについて説明したが、レーザ
ダイオード（ＬＤ）や受光素子、又はＧａＮ系材料の耐
熱性、耐環境性、その他物性を活かした電子デバイス用
素子や、ＳＡＷフィルタ等、ＧａＮ系材料を用いる素子
に広く用いることができる。
例えばＧａＮ系青色ＬＥＤについて説明したが、レーザ
ダイオード（ＬＤ）や受光素子、又はＧａＮ系材料の耐
熱性、耐環境性、その他物性を活かした電子デバイス用
素子や、ＳＡＷフィルタ等、ＧａＮ系材料を用いる素子
に広く用いることができる。
【００５３】
【発明の効果】上述した本発明のＧａＮ系素子用基板及
びその製造方法及びＧａＮ系素子によれば、基板にＳｉ
半導体結晶を用いているため、従来のサファイア基板で
はできなかった裏面電極を設けることができる。これに
より、ＧａＮ系素子の製作が容易になるばかりでなく、
構造設計に裕度が生まれる。又、裏面電極の採用が可能
になることからＧａＮ系素子を作成した時に、光取り出
し面を高率良く設けることができ、発光素子の輝度向上
が図れる。
びその製造方法及びＧａＮ系素子によれば、基板にＳｉ
半導体結晶を用いているため、従来のサファイア基板で
はできなかった裏面電極を設けることができる。これに
より、ＧａＮ系素子の製作が容易になるばかりでなく、
構造設計に裕度が生まれる。又、裏面電極の採用が可能
になることからＧａＮ系素子を作成した時に、光取り出
し面を高率良く設けることができ、発光素子の輝度向上
が図れる。
【００５４】ＧａＮ結晶の結晶性が向上し、欠陥密度が
減ることから、ＧａＮ系素子の特性が向上する。発光ダ
イオード（ＬＥＤ）では輝度が向上し、レーザダイオー
ド（ＬＤ）では、寿命が延び、信頼性が増す。
減ることから、ＧａＮ系素子の特性が向上する。発光ダ
イオード（ＬＥＤ）では輝度が向上し、レーザダイオー
ド（ＬＤ）では、寿命が延び、信頼性が増す。
【００５５】又、サファイア基板では、困難であった基
板の機械加工が容易となり、素子のチップ化歩留まりが
向上する。特に、結晶の劈開が可能となることから、レ
ーザダイオード（ＬＤ）の共振器の作成が容易となる。
板の機械加工が容易となり、素子のチップ化歩留まりが
向上する。特に、結晶の劈開が可能となることから、レ
ーザダイオード（ＬＤ）の共振器の作成が容易となる。
【００５６】又、Ｓｉ基板は、サファイア基板に比べて
安価であることから、素子作成のプロセスの簡略化の効
果と合せて、ＧａＮ系素子の製造コストを低減できる。
安価であることから、素子作成のプロセスの簡略化の効
果と合せて、ＧａＮ系素子の製造コストを低減できる。
【００５７】更に、全ての材料、装置が従来のＧａＮ系
結晶の製造プロセスと同一のものを使用できるので、経
済的効果が高く、高品質なＧａＮ系結晶に基づくＧａＮ
系素子用基板及びその製造方法、及びＧａＮ系素子を得
ることができる。
結晶の製造プロセスと同一のものを使用できるので、経
済的効果が高く、高品質なＧａＮ系結晶に基づくＧａＮ
系素子用基板及びその製造方法、及びＧａＮ系素子を得
ることができる。
【図１】本発明の一実施の形態を示すＧａＮ系青色発光
ダイオード（ＬＥＤ）の概略断面図。
ダイオード（ＬＥＤ）の概略断面図。
【図２】従来のＧａＮ系青色発光ダイオード（ＬＥＤ）
の概略断面図。
の概略断面図。
１ ｐ側電極
２ ｐ型ＧａＮ層
３ ｐ型ＡｌＧａＮ層
４ ＩｎＧａＮ層
５ ｎ型ＡｌＧａＮ層
６ ｎ型ＧａＮ層
７ 金属Ａｌ層
８ シリコン基板
９ ｎ側電極
Claims (14)
- 【請求項１】シリコン単結晶基板と、前記シリコン単結
晶基板上に堆積された窒化した表面を有する金属アルミ
ニウム単結晶層と、前記窒化した表面を有する金属アル
ミニウム単結晶層上に成長したＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)
Ｎ（但し０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１，０≦（ｘ＋ｙ）＜
１）で表される単結晶層と、より成るＧａＮ系素子用基
板。 - 【請求項２】シリコン単結晶基板と、前記シリコン単結
晶基板上に堆積された表面を窒化した金属アルミニウム
単結晶とより成るＧａＮ系素子用基板。 - 【請求項３】シリコン単結晶基板と、前記シリコン単結
晶基板上に堆積された表面を窒化した金属アルミニウム
単結晶と、前記金属アルミニウム単結晶層上に成長した
Ａｌx Ｉｎy Ｇａ(1-x-y) Ｎ（但し０≦ｘ＜１、０≦ｙ
＜１，０≦（ｘ＋ｙ）＜１）で表される単結晶層と、よ
り成るＧａＮ系素子用基板。 - 【請求項４】前記シリコン単結晶基板は、Ｓｉ｛１１
１｝基板であることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれかに記載のＧａＮ系素子用基板。 - 【請求項５】シリコン単結晶基板と、前記シリコン単結
晶基板上に堆積された表面を窒化した金属アルミニウム
単結晶と、前記金属アルミニウム単結晶の表面に低温で
成長されたＡｌＮ又はＧａＮより成るバッファ層と、前
記バッファ層上に成長したＡｌx Ｉｎy Ｇａ(1-x-y) Ｎ
（但し０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１，０≦（ｘ＋ｙ）＜１）
で表される単結晶層と、より成るＧａＮ系素子用基板。 - 【請求項６】前記シリコン単結晶基板は、Ｓｉ｛１１
１｝基板であることを特徴とする請求項５に記載のＧａ
Ｎ系素子用基板。 - 【請求項７】シリコン単結晶基板上に金属アルミニウム
単結晶層を堆積する工程と、前記堆積された金属アルミ
ニウム単結晶層を４００℃以上であって前記金属アルミ
ニウム単結晶層が融解しない温度の範囲内で加熱する工
程と、前記加熱工程後に前記金属アルミニウム単結晶層
の表面を窒化する工程と、より成るＧａＮ系素子用基板
の製造方法。 - 【請求項８】シリコン単結晶基板上に金属アルミニウム
単結晶層を堆積する工程と、前記堆積された金属アルミ
ニウム単結晶層を４００℃以上であって前記金属アルミ
ニウム単結晶層が融解しない温度の範囲内で加熱する工
程と、前記加熱工程後に前記金属アルミニウム単結晶層
の表面を窒化する工程と、前記窒化された前記金属アル
ミニウム単結晶層の表面上に、Ａｌx Ｉｎy Ｇａ
(1-x-y) Ｎ（但し０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦（ｘ＋
ｙ）＜１）で表される単結晶層を成長させる工程と、よ
り成るＧａＮ系素子用基板の製造方法。 - 【請求項９】シリコン単結晶基板上に金属アルミニウム
単結晶層を４００℃以上であって前記金属アルミニウム
単結晶層が融解しない温度の範囲内で加熱しながら堆積
する工程と、前記堆積された前記金属アルミニウム単結
晶層の表面を窒化する工程と、前記窒化された前記金属
アルミニウム単結晶層の表面上に、Ａｌx Ｉｎy Ｇａ
(1-x-y) Ｎ（但し０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１，０≦（ｘ＋
ｙ）＜１）で表される単結晶層を成長させる工程と、よ
り成るＧａＮ系素子用基板の製造方法。 - 【請求項１０】シリコン単結晶基板上に金属アルミニウ
ム単結晶層を堆積する工程と、前記堆積された金属アル
ミニウム単結晶層を４００℃以上であって前記金属アル
ミニウム単結晶層が融解しない温度の範囲内で加熱する
工程と、前記金属アルミニウム単結晶層の表面上に、Ａ
ｌx Ｉｎy Ｇａ(1-x-y) Ｎ（但し０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜
１，０≦（ｘ＋ｙ）＜１）で表される単結晶層を成長さ
せる工程と、より成るＧａＮ系素子用基板の製造方法。 - 【請求項１１】前記シリコン単結晶基板は、Ｓｉ｛１１
１｝基板であることを特徴とする請求項７ないし１０の
いずれかに記載のＧａＮ系素子用基板の製造方法。 - 【請求項１２】シリコン単結晶基板と、前記シリコン単
結晶基板上に堆積された窒化した表面を有する金属アル
ミニウム単結晶層と、前記窒化した表面を有する金属ア
ルミニウム単結晶層上に成長したＡｌxＩｎyＧａ
(1-x-y)Ｎ（但し０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１，０≦（ｘ＋
ｙ）＜１）で表される単結晶層と、前記シリコン単結晶
基板及び前記ＧａＮ単結晶層にそれぞれ形成される電極
と、より成るＧａＮ系素子。 - 【請求項１３】シリコン単結晶基板と、前記シリコン単
結晶基板上に堆積された表面を窒化した金属アルミニウ
ム単結晶と、前記金属アルミニウム単結晶層上に成長し
たＡｌx Ｉｎy Ｇａ(1-x-y) Ｎ（但し０≦ｘ＜１、０≦
ｙ＜１，０≦（ｘ＋ｙ）＜１）で表される単結晶層と、
前記シリコン単結晶基板及び前記ＧａＮ単結晶層にそれ
ぞれ形成される電極と、より成るＧａＮ系素子。 - 【請求項１４】前記シリコン単結晶基板は、Ｓｉ｛１１
１｝基板であることを特徴とする請求項１２又は１３に
記載のＧａＮ系素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25622996A JP3454037B2 (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | ＧａＮ系素子用基板及びその製造方法及びＧａＮ系素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25622996A JP3454037B2 (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | ＧａＮ系素子用基板及びその製造方法及びＧａＮ系素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10107317A JPH10107317A (ja) | 1998-04-24 |
| JP3454037B2 true JP3454037B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=17289732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25622996A Expired - Fee Related JP3454037B2 (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | ＧａＮ系素子用基板及びその製造方法及びＧａＮ系素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3454037B2 (ja) |
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| KR100576857B1 (ko) | 2003-12-24 | 2006-05-10 | 삼성전기주식회사 | ＧａＮ 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| KR101319512B1 (ko) | 2005-05-02 | 2013-10-21 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물계 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| CN100338790C (zh) * | 2005-09-30 | 2007-09-19 | 晶能光电（江西）有限公司 | 在硅衬底上制备铟镓铝氮薄膜的方法 |
| JP5057774B2 (ja) * | 2006-12-26 | 2012-10-24 | 京セラ株式会社 | 発光素子及び照明装置 |
-
1996
- 1996-09-27 JP JP25622996A patent/JP3454037B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10107317A (ja) | 1998-04-24 |
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