JP5113097B2

JP5113097B2 - Ｉｉｉ族窒化物の結晶製造方法

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Publication number: JP5113097B2
Application number: JP2009012517A
Authority: JP
Inventors: 正二皿山; 浩和岩田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2024-03-01
Also published as: JP2009091247A

Description

本発明は、ＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法に関する。

現在、紫〜青〜緑色光源として用いられているＩｎＧａＡｌＮ系（ＩＩＩ族窒化物）デバイスは、主にサファイアあるいはＳｉＣ基板上に、ＭＯ−ＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ法（分子線結晶成長法）等を用いた結晶成長により作製されている。サファイアやＳｉＣを基板として用いた場合の問題点としては、ＩＩＩ族窒化物との熱膨張係数差や格子定数差が大きいことに起因する結晶欠陥が多くなることが挙げられる。このために、デバイス特性が悪い、例えば発光デバイスの寿命を長くすることが困難であったり、動作電力が大きくなったりするという問題が生じる。

更に、サファイア基板の場合には絶縁性であるために、従来の発光デバイスのように基板側からの電極取り出しが不可能であり、結晶成長した窒化物半導体表面側からの電極取り出しが必要となる。その結果、デバイス面積が大きくなり、高コストにつながるという問題点がある。

また、サファイア基板上に作製したＩＩＩ族窒化物半導体デバイスは、劈開によるチップ分離が困難であり、レーザダイオード（ＬＤ）で必要とされる共振器端面を劈開で得ることが容易ではない。このため、現在はドライエッチングによる共振器端面形成や、あるいはサファイア基板を１００μｍ以下の厚さまで研磨した後に、劈開に近い形での共振器端面形成を行っている。この場合にも、従来のＬＤのような共振器端面とチップ分離を単一工程で、容易に行うことが不可能であり、工程の複雑化ひいてはコスト高につながる。

これらの問題を解決するために、ＧａＮ基板が切望されており、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相エピタキシャル成長法）を用いてＧａＡｓ基板やサファイア基板上に厚膜を形成し、後からこれら基板を除去する方法が、特許文献１（第一の従来技術），特許文献２（第二の従来技術）で提案されている。

また、特許文献３（第三の従来技術）では、サファイア，ＧａＡｓ，ＧａＰあるいはＳｉの基板上にＧａＮまたはＡｌＮ薄膜を堆積した後に、アジ化ナトリウム（ＮａＮ_３）と金属Ｇａを用いて基板上にＧａＮ結晶を成長させることが提案されている。

これらの手法によってＧａＮ自立基板は得られるものの、基本的にはＧａＡｓやサファイア等の異種の材料を基板として用いているため、ＩＩＩ族窒化物と基板材料との熱膨張係数差や格子定数差により高密度の結晶欠陥は残る。この欠陥密度は低減できたとしても、１０^５〜１０^６ｃｍ^−２である。高性能（大出力、長寿命）な半導体デバイスを実現するためには、より一層の欠陥密度低減が必要である。

本発明は、従来よりもより一層、欠陥密度が低減された、実用的な大きさの大型，大面積の高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することの可能なＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、反応容器内で、フラックスと少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるフラックス法によるＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法において、混合融液中のフラックスの量比と前記反応容器内の窒素圧力とをＩＩＩ族窒化物結晶がエピタキシャル成長される条件に制御して、基板上に基板の主面とは異なる面を主たる成長面として凹凸形状を形成させながらＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させることを特徴としている。

ここで、本発明で言うフラックスとは、ＩＩＩ族金属と窒素のみからＩＩＩ族窒化物が形成する通常の反応温度，圧力よりも、低温，低圧で形成させることが可能な物質を指す。このフラックスとしては、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属、あるいはそれらの混合物が使用可能である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法によって結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を平坦化し、その後、ＩＩＩ族窒化物結晶を再度成長することを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、反応容器内で、フラックスと少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるフラックス法によるＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法（以下、フラックス法と呼ぶ）において、混合融液中のフラックスの量比と反応容器内の窒素圧力とをＩＩＩ族窒化物結晶がエピタキシャル成長される条件に制御して、基板上に基板の主面とは異なる面を主たる成長面として凹凸形状を形成させながらＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させるので、従来よりもより一層、欠陥密度が低減された、実用的な大きさの大型，大面積の高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法によって結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を平坦化し、その後、ＩＩＩ族窒化物結晶を再度成長するので、従来よりもより一層、欠陥密度が低減された、実用的な大きさの大型，大面積の高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。

フラックス法によるＩＩＩ族窒化物結晶製造装置の構成例を示す図である。窒素圧力と混合融液中のＮａとＧａの量比をパラメータとしたときの、多核成長条件領域とエピ成長条件領域を表した図である。基板上にフラックス法により多核成長させたＩＩＩ族窒化物を示す図である。基板上に、フラックス法によりＧａＮ膜をエピタキシャル成長した後、ＧａＮ膜上にフラックス法により多核成長させたＩＩＩ族窒化物を示す図である。基板上にフラックス法により本発明のエピタキシャル成長モードで成長させたＩＩＩ族窒化物の一例を示す図である。基板上にフラックス法により本発明のエピタキシャル成長モードで成長させたＩＩＩ族窒化物の他の例を示す図である。本発明のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法によって結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を平坦化した一例を示す図である。本発明を用いた半導体デバイスを説明するための図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明は、反応容器内で、フラックスと少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるフラックス法によるＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法（以下、フラックス法と呼ぶ）に関するものである。

なお、本発明で言うフラックスとは、ＩＩＩ族金属と窒素のみからＩＩＩ族窒化物が形成する通常の反応温度，圧力よりも、低温，低圧で形成させることが可能な物質を指す。このフラックスとしては、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属、あるいはそれらの混合物が使用可能である。

図１はフラックス法によるＩＩＩ族窒化物結晶製造装置の構成例を示す図である。図１のＩＩＩ族窒化物結晶製造装置は、第一の反応容器１０１の内側に第二の反応容器１１３があり、その間（第一の反応容器１０１の内側で、第二の反応容器１１３の外側）に、ＩＩＩ族窒化物が結晶成長可能な温度に制御できるように加熱装置１０６が設けられている。そして、第二の反応容器１１３の内側には、混合融液保持容器１０２が設置されており、混合融液保持容器１０２内には、少なくともＩＩＩ族金属を含む物質としてのＧａとフラックスとしてのＮａとから構成される混合融液１０３が収容されている。また、混合融液保持容器１０２の上には蓋１０９があり、混合融液保持容器１０２と蓋１０９との間には、気体が出入可能な程度の僅かな隙間がある。

また、混合融液保持容器１０２の温度を検知する熱電対１１２が、第二の反応容器１１３内に設置されている。この熱電対１１２は、加熱装置１０６に、温度のフィードバック制御が可能なように接続されている。

また、図１の例では、少なくとも窒素を含む物質として、窒素ガスを用いている。窒素ガスは、第一の反応容器１０１外に設置している窒素ガス容器１０７から、ガス供給管１０４を通して、第一の反応容器１０１内、及び、第二の反応容器１１３内の空間１０８に供給することが出来る。この窒素ガスの圧力を調整するために、圧力調整弁１０５が設けられている。また、反応容器１０１，１１３内の窒素ガスの圧力を検知する圧力センサー１１１が設置されている。このとき、第一の反応容器１０１内の圧力と第二の反応容器１１３内の圧力がほぼ同じ圧力で、且つ所定の圧力となるように、圧力センサー１１１から圧力調整弁１０５にフィードバックがかかるようになっている。

図１のようなフラックス法の結晶製造装置を用いて、窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶を成長する場合、本願の発明者は、混合融液１０３中に溶解する窒素量（窒素溶解量）により、多核成長とエピタキシャル成長（エピ成長）する条件範囲があることを見出した。

ここでいう多核成長とは、ＩＩＩ族窒化物の複数の結晶核が発生し、複数の結晶核のそれぞれが成長（拡大）していく成長モードである。多核成長では、基板の結晶軸の特性に依存せずにＩＩＩ族窒化物が結晶成長する。一方、エピタキシャル成長とは、下地の基板の結晶軸を引き継ぎながらＩＩＩ族窒化物が結晶成長する成長モードである。

図２は窒素圧力と混合融液中のＮａとＧａの量比をパラメータとしたときの、多核成長条件領域とエピ成長条件領域を表した図である。成長温度は７７５℃である。

図２において、窒素圧力が増加するほど、あるいは、Ｎａ量比が増加するほど、ＩＩＩ族窒化物が多核成長し易くなっていることが判る。即ち、混合融液中の窒素溶解量が増加するほど、ＩＩＩ族窒化物が多核成長することが判る。

一方、図２において、窒素圧力が低減するほど、あるいは、Ｎａ量比を下げるほど、ＩＩＩ族窒化物がエピタキシャル成長し易くなっていることが判る。即ち、混合融液中の窒素溶解量が減少するほど、ＩＩＩ族窒化物がエピタキシャル成長することが判る。

本発明は、本願の発明者による上記知見に基づいてなされたものである。

（第１の参考例）
本発明の第１の参考例は、反応容器内で、フラックスと少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるフラックス法によるＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法（すなわち、フラックス法）において、混合融液中の窒素溶解量を制御して、所望の成長モードでＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴としている。

（第２の参考例）
本発明の第２の参考例は、第１の参考例のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法において、混合融液中の窒素溶解量を大きくして、基板上にＩＩＩ族窒化物の複数の結晶核を形成し、その後、該複数の結晶核を拡大成長させる（多核成長させる）ことを特徴としている。

具体的には、混合融液中の窒素溶解量を、図２の点Ａ０の近傍Ａ（Ａ０を含む）にして、結晶成長させると、ＩＩＩ族窒化物を多核成長させることができる。

このように、基板上にＩＩＩ族窒化物を多核成長させることで、欠陥密度が低減したＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。

図３は基板上にフラックス法により多核成長させたＩＩＩ族窒化物（図３の例ではＧａＮ結晶）を示す図である。

図３の例では、基板１１０上に多核成長する条件（例えば窒素圧力４ＭＰａ、Ｎａ量比０．５）でＧａＮを多核成長させる。この基板１１０は、混合融液保持容器１０２内に図１に示すように設置されている。基板１１０の材質は、ＧａＮ結晶が成長するために、混合融液中で機械的，温度的，化学的に耐性のあるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ＧａＮ，サファイア，あるいはサファイア基板上にＧａＮを薄膜成長したものでもよい。図３の例では、基板１１０として、サファイア基板２００上にＧａＮ薄膜２０１をＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相堆積法）により薄膜成長したものを用いた。ＧａＮ薄膜２０１はサファイア基板２００上に成長したため、従来技術でも述べたように、転位等の欠陥密度の高いものである。

このＧａＮ薄膜２０１上に、フラックス法によりＧａＮ結晶２０２を多核成長させる。このＧａＮ結晶２０２を多核ＧａＮ結晶と呼ぶ。多核ＧａＮ結晶２０２の一つのドメイン結晶には、結晶欠陥が殆ど無く、その大きさは数１０μｍ〜数１００μｍある。一方、サファイア基板２００上に成長したＧａＮ薄膜２０１は、通常１０^８〜１０^１０ｃｍ^−２と大きな転位密度となっている。

多核ＧａＮ結晶同士が接する境界領域は結晶欠陥となるが、それでもＧａＮ薄膜２０１の欠陥密度に比較すると、その上部に位置する多核ＧａＮ領域の欠陥密度の方が小さくなる。

このように基板上にフラックス法によりＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）結晶を多核成長させることで、低欠陥密度である高品質なＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）結晶を、従来技術で述べた複雑な工程を経ることなく作製することが可能となる。即ち、低コストと高品質の両立が可能となる。

（第３の参考例）
本発明の第３の参考例は、第２の参考例のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法において、基板の結晶欠陥密度よりも、基板上に成長した結晶核の密度が小さいことを特徴としている。

このように、多核成長では、基板の結晶欠陥密度よりも、基板上に成長した結晶核の密度が小さいので、低欠陥密度である高品質なＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）結晶を作製することができる。

（第４の参考例）
また、本発明の第４の参考例は、第１の参考例のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法において、基板上に所定のＩＩＩ族窒化物結晶を成長した後、混合融液中の窒素溶解量を大きくして、前記所定のＩＩＩ族窒化物結晶上にＩＩＩ族窒化物の複数の結晶核を形成し、その後、該複数の結晶核を拡大成長させる（多核成長させる）ことを特徴としている。

このように、第４の参考例では、基板上に所定のＩＩＩ族窒化物結晶を成長した後、混合融液中の窒素溶解量を大きくして、前記所定のＩＩＩ族窒化物結晶上にＩＩＩ族窒化物の複数の結晶核を多核成長させる点で、第２の参考例と異なっている。ここで、所定のＩＩＩ族窒化物結晶としては、混合融液中の窒素溶解量を、図２の点Ａ０から領域Ｂ０までの範囲内の任意の窒素溶解量にして作製したＩＩＩ族窒化物結晶を用いることができ、従って、多核成長させたＩＩＩ族窒化物結晶、エピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物結晶の任意のＩＩＩ族窒化物結晶を用いることができる。

図４は、基板１１０（サファイア基板２００，ＧａＮ薄膜２０１）上に、フラックス法によりＧａＮ膜２０３をエピタキシャル成長した後、ＧａＮ膜２０３上にフラックス法により多核成長させたＩＩＩ族窒化物２０２（図４の例ではＧａＮ結晶）を示す図である。図４の例では、多核ＧａＮ結晶２０２とＧａＮ薄膜２０１との間に、エピタキシャル成長したＧａＮ膜２０３があることで、多核ＧａＮ結晶２０２をより高品質にすることが出来る。

フラックス法では、成長初期には混合融液中への窒素溶解量が少なく、窒素空孔の結晶が成長し易い。結晶成長が進行すると共に、混合融液中の窒素溶解量が増加し、窒素空孔の少ない高品質なＧａＮ結晶が成長する。

このように、基板上に所定のＩＩＩ族窒化物結晶を成長した後、混合融液中の窒素溶解量を大きくして、前記所定のＩＩＩ族窒化物結晶上にＩＩＩ族窒化物の複数の結晶核を多核成長させることで、低欠陥密度である高品質なＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）結晶を、従来技術で述べた複雑な工程を経ることなく作製することが可能となる。即ち、低コストと高品質の両立が可能となる。

（第１の形態）
本発明の第１の形態は、第１の参考例のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法において、混合融液中の窒素溶解量を小さくして、基板上に基板の主面とは異なる面（具体的には、例えば｛１０−１１｝面）を主たる成長面として凹凸形状を形成させながらＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させることを特徴としている。

具体的には、混合融液中の窒素溶解量を、図２の領域Ｂ０の近傍領域Ｂ（Ｂ０を含む）にして、結晶成長させると（すなわち、混合融液中の窒素溶解量を小さくすると）、基板上に基板の主面とは異なる面（具体的には、例えば｛１０−１１｝面）を主たる成長面として凹凸形状を形成させながらＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させることができる。

このように、混合融液中の窒素溶解量を小さくして、基板上に基板の主面とは異なる面（具体的には、例えば｛１０−１１｝面）を主たる成長面として凹凸形状を形成させながらＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させることで（すなわち、本発明のエピタキシャル成長モードを利用することで）、欠陥密度が低減したＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。

図５は基板上にフラックス法により本発明のエピタキシャル成長モードで成長させたＩＩＩ族窒化物（図５の例ではＧａＮ結晶）の一例を示す図である。

図５の例では、基板１１０上にエピタキシャル成長する条件（例えば窒素圧力４ＭＰａ、Ｎａ量比０．４）でＧａＮをエピタキシャル成長させる。この基板１１０は、混合融液保持容器１０２内に図１に示すように設置されている。基板１１０の材質は、ＧａＮ結晶が成長するために、混合融液中で機械的，温度的，化学的に耐性のあるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ＧａＮ，サファイア，あるいはサファイア基板上にＧａＮを薄膜成長したものでもよい。図５の例では、基板１１０として、サファイア基板２００上にＧａＮ薄膜２０１をＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相堆積法）により薄膜成長したものを用いた。ＧａＮ薄膜２０１はサファイア基板２００上に成長したため、従来技術でも述べたように、転位等の欠陥密度の高いものである。サファイア基板２００の結晶方位はＣ面、即ち（０００１）面である。従って、ＧａＮ薄膜２０１の主面もＣ面となっている。

このＧａＮ薄膜２０１上に、フラックス法によりＧａＮ結晶２０２をエピタキシャル成長させる。このＧａＮ結晶２０２をエピＧａＮ結晶と呼ぶ。エピＧａＮ結晶２０２は（１０−１１）面と等価な結晶面｛１０−１１｝を形成し、凹凸形状を形成しながら成長する。結晶面｛１０−１１｝は図５の斜めで示す面である。

サファイア基板２００上に成長したＧａＮ薄膜２０１は、通常１０^８〜１０^１０ｃｍ^−２と大きな転位密度となっており、その内の結晶成長軸方向（この場合はＣ軸方向＜０００１＞軸）成分を有する転位は、貫通転位となり、エピＧａＮ結晶２０２にも伝播することとなる。しかし、結晶面｛１０−１１｝では、その転位は横方向成分を持って曲がることとなり、Ｃ面への貫通転位は減少する。

すなわち、第１の参考例のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法において、混合融液中の窒素溶解量を小さくして、基板上に基板の主面とは異なる面を主たる成長面として凹凸形状を形成させながらＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させることで（すなわち、基板上に基板の主面と異なる面（具体的には、例えば｛１０−１１｝面）を出し凹凸形状を形成させながらＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させることで）、基板よりも欠陥の少ないＩＩＩ族窒化物結晶を作製することが出来る。

このように基板上にフラックス法によりＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）結晶を本発明のエピタキシャル成長モードでエピタキシャル成長させることで、低欠陥密度である高品質なＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）結晶を、従来技術で述べた複雑な工程を経ることなく作製することが可能となる。即ち、低コストと高品質の両立が可能となる。

（第５の参考例）
本発明の第５の参考例は、第１の参考例のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法において、基板上に所定のＩＩＩ族窒化物結晶を成長した後、混合融液中の窒素溶解量を小さくして、前記所定のＩＩＩ族窒化物結晶上に基板の主面とは異なる面（具体的には、例えば｛１０−１１｝面）を主たる成長面として凹凸形状を形成させながらＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させることを特徴としている。

このように、第５の参考例では、基板上に所定のＩＩＩ族窒化物結晶を成長した後、混合融液中の窒素溶解量を小さくして、前記所定のＩＩＩ族窒化物結晶上に凹凸形状を形成させながらＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる点で、第５の形態と異なっている。

ここで、所定のＩＩＩ族窒化物結晶としては、混合融液中の窒素溶解量を、図２の点Ａ０から領域Ｂ０までの範囲内の任意の窒素溶解量にして作製したＩＩＩ族窒化物結晶を用いることができ、従って、多核成長させたＩＩＩ族窒化物結晶、エピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物結晶の任意のＩＩＩ族窒化物結晶を用いることができる。

図６は、基板１１０（サファイア基板２００，ＧａＮ薄膜２０１）上に、フラックス法によりＧａＮ膜２０３をエピタキシャル成長した後、ＧａＮ膜２０３上にフラックス法によりエピ成長させたＩＩＩ族窒化物２０２（図４の例ではＧａＮ結晶）を示す図である。図６の例では、ＧａＮ結晶２０２とＧａＮ薄膜２０１との間に、エピタキシャル成長したＧａＮ膜２０３があることで、ＧａＮ結晶２０２をより高品質にすることが出来る。

（第２の形態）
本発明の第２の形態は、上記したいずれかのＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法によって結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を平坦化し、その後、ＩＩＩ族窒化物結晶を再度成長することを特徴としている。

図７には、上記したいずれかのＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法によって結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を平坦化した一例が示されている。なお、図７の例は、図３のように多核成長したＩＩＩ族窒化物結晶を平坦化したものとなっている。

このように、本発明では、上記したいずれかのＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法によって結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を平坦化し、その後、ＩＩＩ族窒化物結晶を再度成長することもできる。

（第６の参考例）
本発明の第６の参考例は、上記いずれかのＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法で結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶である。

このように、本発明の第６の参考例は、上記したいずれかの結晶製造方法で結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶であるので、従来よりもより一層の欠陥密度が低減された、実用的な大きさの大型，大面積の高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を提供することができる。

（第７の参考例）
本発明の第７の参考例は、第６の参考例のＩＩＩ族窒化物結晶を用いた半導体デバイスである。

図８は第７の参考例を説明するための図である。なお、図８は本発明のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの応用例である半導体レーザを斜視図である。

図８の半導体レーザでは、第８の参考例で説明した結晶欠陥の密度が低減したＧａＮ基板６０１上に、ＧａＮ系薄膜６０２〜６０７を結晶成長させる。すなわち、ＧａＮ基板６０１上に、順次、ｎ型ＡｌＧａＮ層６０２、ｎ型ＧａＮ層６０３、ＩｎＧａＮＭＱＷ（多重量子井戸）層６０４、ｐ型ＧａＮ層６０５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６０６、ｐ型ＧａＮ層６０７を結晶成長させる。この結晶成長方法としては、ＭＯ−ＶＰＥ（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法等の薄膜結晶成長方法を用いることができる。ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法等は、薄膜成長に適した方式であることから、ｐ型やｎ型の導電性制御、キャリア濃度制御、ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮの混晶組成制御が可能であり、ＧａＮ系薄膜６０２〜６０７のデバイス用薄膜を成長することが出来る。

結晶欠陥は前述したように、第６の参考例のＧａＮ結晶をＧａＮ基板６０１として用いていることから、デバイス用薄膜６０２〜６０７の領域では非常に少ない。

図８の半導体レーザでは、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮの積層膜６０２〜６０７にリッジ構造を形成し、ＳｉＯ_２絶縁膜６０８をコンタクト領域のみ穴開けした状態で形成し、上部及び下部に、各々、ｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ６０９及びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ６１０を形成している。

この半導体レーザのｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ６０９及びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ６１０から電流を注入することで、レーザ発振し、図の矢印方向にレーザ光が出射される。

この半導体レーザは本発明のＧａＮ結晶を基板として用いているため、半導体レーザデバイス中の結晶欠陥が少なく、大出力動作且つ長寿命のもとになっている。また、ＧａＮ基板はｎ型であることから、基板に直接電極を形成することができ、従来のサファイア基板等の絶縁性基板を用いた場合の、ｐ側とｎ側の２つの電極を表面からのみ取り出すことが必要なく、低コスト化を図ることが可能となる。更に、光出射端面を劈開で形成することが可能となり、チップの分離と併せて、低コストで高品質なデバイスを実現することが出来る。

なお、上記の例では、ＩｎＧａＮＭＱＷを活性層としたが、ＡｌＧａＮＭＱＷを活性層として、発光波長の短波長化することも可能である。ＧａＮ基板の欠陥及び不純物が少ないことで、深い順位からの発光が少なくなり、短波長化しても高効率な発光デバイスが可能となる。

また、上記の例では光デバイスへの応用について述べたが、電子デバイスに応用することも本発明の適応範囲である。即ち、欠陥の少ないＧａＮ基板を用いることで、その上にエピタキシャル成長したＧａＮ系薄膜も結晶欠陥が少なく、その結果、リーク電流を抑制出来たり、量子構造にした場合のキャリア閉じ込め効果を高めたり、高性能なデバイスが実現可能となる。

このように、本発明の第７の参考例は、第８の参考例のＩＩＩ族窒化物結晶を用いた半導体デバイスであるので、高品質，高性能の半導体デバイスを提供することができる。

本発明は、光ディスク用青紫色光源、紫外光源（ＬＤ、ＬＥＤ）、電子写真用青紫色光源、ＩＩＩ族窒化物電子デバイスなどに利用可能である。

１０１第一の反応容器
１０２混合融液保持容器
１０３混合融液
１０４ガス供給管
１０５圧力調整弁
１０６加熱装置
１０９蓋
１１１圧力センサー
１１２熱電対
１１３第二の反応容器
１１０基板
２００サファイア基板
２０１ＧａＮ薄膜
２０２ＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ結晶）
２０３ＧａＮ膜
６０１ＧａＮ基板
６０２〜６０７ＧａＮ系薄膜
６０８ＳｉＯ_２絶縁膜
６０９，６１０電極

特開２０００−１２９００号公報特開２００３−１７８９８４号公報特開２０００−３２７４９５号公報

Claims

反応容器内で、フラックスと少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるフラックス法によるＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法において、混合融液中のフラックスの量比と前記反応容器内の窒素圧力とをＩＩＩ族窒化物結晶がエピタキシャル成長される条件に制御して、基板上に基板の主面とは異なる面を主たる成長面として凹凸形状を形成させながらＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法。
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法によって結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を平坦化し、その後、ＩＩＩ族窒化物結晶を再度成長することを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶製造方法。