JPH07202265A - Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法 - Google Patents

Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法

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JPH07202265A
JPH07202265A JP35457293A JP35457293A JPH07202265A JP H07202265 A JPH07202265 A JP H07202265A JP 35457293 A JP35457293 A JP 35457293A JP 35457293 A JP35457293 A JP 35457293A JP H07202265 A JPH07202265 A JP H07202265A
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nitride semiconductor
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Katsuhide Manabe
勝英 真部
Masayoshi Koike
正好 小池
Hisayoshi Kato
久喜 加藤
Isamu Akasaki
勇 赤崎
Hiroshi Amano
浩 天野
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Toyoda Gosei Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】AlxGaYIn1-X-YN（X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) で表
されるIII 族窒化物半導体の基板を容易に製造するこ
と。 【構成】第１に、サファイア基板の両面に酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）から成る中間層を形成する。第２に、そのサファ
イア基板の両面に形成さた２つの中間層の上にIII 族窒
化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) か
らなる２つの半導体層を形成する。第３に、酸化亜鉛の
みをエッチングする溶液を用いた湿式エッチングにより
２つの中間層だけを除去することで、２つの半導体層を
サファイア基板から剥離させて、III 族窒化物半導体(A
lxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0を含む) からなる半導体
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はIII 族窒化物半導体のエ
ピタキシャル基板を得るための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN
系の化合物半導体を用いたものが知られている。そのGa
N 系の化合物半導体は直接遷移型であることから発光効
率が高いこと、光の３原色の１つである青色を発光色と
すること等から注目されている。
【０００３】又、一般式AlxGaYIn1-X-YN（X=0,Y=0,X=Y=
0 を含む) で表されるIII 族窒化物半導体を用いた発光
素子が知られている。この半導体は波長２００〜６５０
ｎｍに対応するエネルギーバンドギャップを有してお
り、直接遷移型である。この半導体は特に可視短波長領
域及び紫外領域の発光素子材料として注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この半導体の結晶は、
成長温度付近で、構成元素の窒素の平衡蒸気圧が極めて
高いため、バルク結晶の作成は極めて困難である。従っ
て、この半導体はサファイア基板上にその半導体をエピ
タキシャル成長させたものが用いられている。従って、
上記半導体を用いた各種の半導体装置は、常に、サファ
イア基板を付けた状態で使用されている。半導体装置は
サファイア基板を付けていることから、電極の取り付け
構造や光の取り出し構造等に制約がある。
【０００５】電極の取付け構造で言えば、サファイア基
板は絶縁体であることから、電極をｐ層とｎ層をサンド
ウッジ構造に挟み込むように取付けることができない。
従って、最上層において、ｐ層とｎ層に対する電極を形
成する必要がある。このためには、絶縁分離のための溝
を形成したり、下層に対する電極を形成するための穴を
形成する工程が余分に必要となる。又、この電極構造で
は、電流は下層の面に平行に注入される。このため、抵
抗が大きくなり、電圧降下が大きくなると共にジュール
熱の発熱量が大きくなるという問題があった。
【０００６】本発明の目的は、AlxGaYIn1-X-YN（X=0,Y=
0,X=Y=0 を含む) で表されるIII 族窒化物半導体の基板
を容易に製造することである。又、本発明の他の目的
は、そのようにして得られた単結晶基板を用いて発光ダ
イオードを構成することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、次の工程から
成る。第１に、サファイア基板の両面に酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）から成る中間層を形成する。第２に、そのサファイ
ア基板の両面に形成さた２つの中間層の上にIII 族窒化
物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) から
なる２つの半導体層を形成する。第３に、酸化亜鉛のみ
をエッチングする溶液を用いた湿式エッチングにより２
つの中間層だけを除去することで、２つの半導体層をサ
ファイア基板から剥離させて、III 族窒化物半導体(Alx
GaYIn1-X -YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) からなる半導体を
得る。
【０００８】
【作用及び発明の効果】酸化亜鉛（ＺｎＯ）の格子定数
はサファイアとIII 族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=
0,Y=0,X=Y=0を含む) との格子定数に近く、サファイア
基板上に良質のIII 族窒化物半導体を成長させることが
できるバッファ層として機能する。又、この中間層のみ
をエッチングにより除去することで、一度に、２枚のII
I 族窒化物半導体基板を得ることができる。このよう
に、本発明では、良質のIII 族窒化物半導体ウエハを製
造することが可能となる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１〜図３は、本発明の窒化ガリウム化合物半
導体（ＧａＮ）を製造する方法を示した工程図である。
図１に示すように、（０００１）方向の面方位を有する
サファイア基板１を準備し、そのサファイア基板１をメ
タノール等の有機薬品で洗浄した。その後、サファイア
基板１をＲＦスパッタリング装置のチャンバー内にセッ
トして、チャンバーを真空に排気した。その後、アルゴ
ン・酸素の混合ガスによりＺｎＯのターゲットをスパッ
タして、図２に示すように、サファイア基板１の両面に
厚さ１００ｎｍで、ＺｎＯから成る中間層２ａ，２ｂを
形成した。この中間層２ａ，２ｂはｃ軸方向への配向度
が強いものであった。
【００１０】次に、中間層２ａ，２ｂの形成されたサフ
ァイア基板１をハロゲン輸送装置のチャンバー内にセッ
トした。そして、チャンバーを真空に排気した後、窒素
ガスを導入して、サファイア基板１をＧａＮ単結晶の成
長が可能な温度１０００℃に加熱した。この時、中間層
２ａ，２ｂのＺｎＯの配向度はさらに向上し、この中間
層２ａ，２ｂの上に単結晶のＧａＮを成長させることが
可能となる。ガリウム（Ｇａ）の原料ガスとして、高温
でＧａと塩化水素（ＨＣｌ）とを反応させて生成したＧ
ａＣｌを用いた。また、窒素（Ｎ）の原料ガスとして、
アンモニアを用いた。ＧａＣｌとアンモニアをサファイ
ア基板１の表面に供給して、ＧａＮの成長を行った。図
３に示すように、５時間の成長により３００μｍの厚さ
のＧａＮから成る半導体層３ａ，３ｂがサファイア基板
１の両面に中間層２ａ，２ｂを介して形成された。
【００１１】次に、中間層２ａ，２ｂと半導体層３ａ，
３ｂの形成されたサファイア基板１を塩酸系エッチャン
トに浸し、エッチャントの温度を６０℃にした。そし
て、約１０分間超音波洗浄器にかけて、中間層２ａ，２
ｂのエッチングを行った。これにより、ＧａＮの半導体
層３ａ，３ｂをサファイア基板１から分離させることが
できた。得られた半導体層３ａ，３ｂはｎ型伝導性を示
し、室温での自由電子濃度は約３×１０17ｃｍ-3、移動
度は約４００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであった。
【００１２】次に、厚さ３００μｍの半導体層３ａ，３
ｂのうち１つの半導体層３を基板として、発光ダイオー
ド１０をＭＯＣＶＤ法により製造した。次に、この構造
の発光ダイオード１０の製造方法について説明する。上
記発光ダイオード１０は、有機金属化合物気相成長法(
以下「M0VPE 」と記す) による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、NH3 とキャリアガスH2とトリメ
チルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」と記す) とトリ
メチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA 」と記す)
とシラン(SiH4)とビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム(Mg(C5H5)2)(以下「Cp2Mg 」と記す）とジエチル亜鉛
( 以下「DEZ 」と記す) である。
【００１３】ＧａＮの半導体基板３をM0VPE 装置のチャ
ンバー内にセットして、チャンバー内を真空に排気した
後、H2とNH3 を流しながら、半導体基板３を温度1000℃
に加熱した。この時、NH3 を流すのは、半導体基板３か
らＧａＮの昇華を防止するためである。
【００１４】次に、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter
／分、TMG を 1.7×10-4モル／分、H2で0.86ppm まで希
釈したシラン(SiH4)を 200 ml/分の割合で、２０分間供
給して、ｎ型のＧａＮから成るバッファ層４を１μｍの
厚さに形成した。
【００１５】次に、サファイア基板１を 900℃にして、
Ｈ2 を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を 1.7
×10-4モル／分、CP2Mg を 2×10-7モル／分の割合で１
０分間供給して、図５に示すように、膜厚 0.5μｍのGa
N から成る層５を形成した。この状態では、ｉ層５は絶
縁体である。
【００１６】次に、反射電子線回析装置を用いて、この
ｉ層５に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件
は、加速電圧10KV、試料電流 1μA 、ビームの移動速度
0.2mm/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度2.1 ×10-5Torr
である。この電子線の照射により、ｉ層５は抵抗率108
Ωcm以上の絶縁体から抵抗率40Ωcmのｐ伝導型半導体と
なった。このようにして、ｐ伝導型を示すｐ層５が得ら
れる。このようにして、図５に示すような多層構造のウ
エハが得られた。
【００１７】次に、図６に示すように、ｐ層５に金（Ａ
ｕ）を、半導体基板（ｎ層）３にアルミニウム（Ａｌ）
を蒸着して、直径が１ｍｍφの電極７、６をそれぞれ形
成した。このようにして形成された、ｐｎ接合の発光ダ
イオード１０のｎ層３、ｎ層４の直列抵抗は、０．２Ω
であった。
【００１８】又、ｎ層３に至る穴をｐ層５の面に垂直に
形成した従来構造の発光ダイオードにおいて、その穴に
ｎ層３に対する電極を形成した場合には、ｎ層３とｎ層
４の直列抵抗は、５０Ωであった。本実施例の発光ダイ
オードの抵抗値は、従来の発光ダイオードの抵抗値に対
して１／２５０に減少している。
【００１９】本実施例の発光ダイオード１０の発光スペ
クトルを観測した。その結果を図７に示す。駆動電流は
１０ｍＡである。発光波長特性は波長約４５０ｎｍにピ
ークが現れ、発光色は青色であった。発光効率は従来の
発光ダイオードに対して２倍に向上した。
【００２０】上記実施例では、中間層２の厚さは１００
ｎｍにしたが、１０ｎｍ〜１μｍの範囲で使用すること
ができる。上記実施例では、ｐｎ構造の発光ダイオード
を示したが、本発明は、ｐｉｎ構造、ＭＩＳ構造の発光
ダイオードにも応用することができる。又、半導体は、
ＧａＮの他、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮでも本発明は応用
することができる。又、半導体は、異種半導体材料のヘ
テロ接合で構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係るＧａＮの半導
体基板の製造方法を示した断面図。
【図２】本発明の具体的な一実施例に係るＧａＮの半導
体基板の製造方法を示した断面図。
【図３】本発明の具体的な一実施例に係るＧａＮの半導
体基板の製造方法を示した断面図。
【図４】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドの製造方法を示した断面図。
【図５】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドの製造方法を示した断面図。
【図６】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドの製造方法を示した断面図。
【図７】発光ダイオードの発光特性を示した図。
【符号の説明】
１…サファイア基板 ２ａ，２ｂ…中間層 ３ａ，３ｂ…半導体層（ＧａＮ） ４…バッファ層（ｎ−ＧａＮ） ５…ｉ層、ｐ層 ６，７…電極 １０…発光ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真部 勝英 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 加藤 久喜 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区神丘町二丁目21 虹 ケ丘東団地19号棟103号室

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】サファイア基板の両面に酸化亜鉛（Ｚｎ
    Ｏ）から成る中間層を形成し、 サファイア基板の両面に形成された中間層の上にIII 族
    窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む)
    からなる２つの半導体層を形成し、 酸化亜鉛のみをエッチングする溶液を用いた湿式エッチ
    ングにより２つの前記中間層だけを除去することで、２
    つの前記半導体層を前記サファイア基板から剥離させ
    て、III 族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=
    0 を含む) からなる２枚の半導体を得る製造方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記中間層の厚さは１
    ０ｎｍ〜１μｍである。
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