JPH07267796A - ＧａＮ単結晶の製造方法 - Google Patents
ＧａＮ単結晶の製造方法Info
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- JPH07267796A JPH07267796A JP6281594A JP6281594A JPH07267796A JP H07267796 A JPH07267796 A JP H07267796A JP 6281594 A JP6281594 A JP 6281594A JP 6281594 A JP6281594 A JP 6281594A JP H07267796 A JPH07267796 A JP H07267796A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶構造の欠陥や不純物が極めて少ない高品
質な、しかもＧａＮ単結晶だけを単独で基板として用い
ることが可能なほど十分な厚みを有するＧａＮ単結晶を
も製造しうるＧａＮ単結晶の製造方法を提供することで
ある。 【構成】 基板１上に直接又はＧａＮ単結晶との格子整
合性の良好な物質からなるバッファ層２を介してＧａＮ
単結晶３を成長させる工程を有するＧａＮ単結晶の製造
方法であって、当該基板１が、サファイア結晶基板１ａ
と、該サファイア結晶基板１ａ上に形成されるＧａx Ａ
ｌ1-x Ｎからなるバッファ層１ｂと、該バッファ層１ｂ
上に形成されるＧａＮ単結晶の表層１ｃとからなる、三
層構造であることを特徴とする。特に、三層構造の基板
１の形成において、バッファ層１ｂおよびＧａＮ単結晶
の表層１ｃを形成する方法がＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法で
あることが好ましい。
質な、しかもＧａＮ単結晶だけを単独で基板として用い
ることが可能なほど十分な厚みを有するＧａＮ単結晶を
も製造しうるＧａＮ単結晶の製造方法を提供することで
ある。 【構成】 基板１上に直接又はＧａＮ単結晶との格子整
合性の良好な物質からなるバッファ層２を介してＧａＮ
単結晶３を成長させる工程を有するＧａＮ単結晶の製造
方法であって、当該基板１が、サファイア結晶基板１ａ
と、該サファイア結晶基板１ａ上に形成されるＧａx Ａ
ｌ1-x Ｎからなるバッファ層１ｂと、該バッファ層１ｂ
上に形成されるＧａＮ単結晶の表層１ｃとからなる、三
層構造であることを特徴とする。特に、三層構造の基板
１の形成において、バッファ層１ｂおよびＧａＮ単結晶
の表層１ｃを形成する方法がＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法で
あることが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、青色ＬＥＤ等のＧａＮ
単結晶基板として好適に用いることができるＧａＮ単結
晶の製造方法に関する。
単結晶基板として好適に用いることができるＧａＮ単結
晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ディスプレイ等における多色化の要
求や、通信・記録等におけるデータ密度向上の要求によ
って、青色から紫外線波長領域に至る短波長の発光が可
能な半導体デバイスの出現が強く求められている。この
青色〜紫外発光デバイス用の半導体材料として、 III−
Ｖ系化合物半導体では最もバンドギャップの広い窒化物
であるＧａＮ系単結晶が着目されている。ＧａＮは、直
接遷移型バンド構造を有するため高効率の発光が可能で
あり、かつ、室温でのバンドギャップが約３．４ｅＶと
大きいため青色〜紫外発光を呈し、上記半導体デバイス
の要求に好適な材料である。しかし、ＧａＮは、結晶成
長温度が高く、また結晶成長温度付近での窒素の平衡解
離圧が高いため、融液から高品質で大型の単結晶を製造
することは極めて困難である。従って、ＧａＮ系単結晶
の成長は、耐熱性に優れたサファイア基板またはＳｉＣ
基板上への、ＭＯＣＶＤ技術またはＭＢＥ技術による非
平衡反応に基づくヘテロエピタキシャル成長法によって
行われていた。これに対して、近年、ＺｎＯやＡｌＮを
バッファ層としてサファイア基板上に成膜した上にＧａ
Ｎ単結晶を成長させる方法が提案され、上記サファイア
基板上への直接的な結晶成長にくらべＧａＮ系単結晶薄
膜の品質は向上した。
求や、通信・記録等におけるデータ密度向上の要求によ
って、青色から紫外線波長領域に至る短波長の発光が可
能な半導体デバイスの出現が強く求められている。この
青色〜紫外発光デバイス用の半導体材料として、 III−
Ｖ系化合物半導体では最もバンドギャップの広い窒化物
であるＧａＮ系単結晶が着目されている。ＧａＮは、直
接遷移型バンド構造を有するため高効率の発光が可能で
あり、かつ、室温でのバンドギャップが約３．４ｅＶと
大きいため青色〜紫外発光を呈し、上記半導体デバイス
の要求に好適な材料である。しかし、ＧａＮは、結晶成
長温度が高く、また結晶成長温度付近での窒素の平衡解
離圧が高いため、融液から高品質で大型の単結晶を製造
することは極めて困難である。従って、ＧａＮ系単結晶
の成長は、耐熱性に優れたサファイア基板またはＳｉＣ
基板上への、ＭＯＣＶＤ技術またはＭＢＥ技術による非
平衡反応に基づくヘテロエピタキシャル成長法によって
行われていた。これに対して、近年、ＺｎＯやＡｌＮを
バッファ層としてサファイア基板上に成膜した上にＧａ
Ｎ単結晶を成長させる方法が提案され、上記サファイア
基板上への直接的な結晶成長にくらべＧａＮ系単結晶薄
膜の品質は向上した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
方法によってバッファ層上に形成されるＧａＮ単結晶
は、あくまで薄膜状のものであって、該ＧａＮ単結晶を
単独に分離して用いることは機械的強度上の問題等から
困難であり、該ＧａＮ単結晶はもとの基板上に形成され
た状態で用いることを余儀なくされていた。また、Ｚｎ
Ｏバッファ層上にＧａＮ単結晶を成長させていた従来の
技術（例えば、特願平５−２５３０９８）では、得られ
たＧａＮ単結晶中には、未だ結晶構造の欠陥や不純物が
残存するという問題があった。本発明の目的は、結晶構
造の欠陥や不純物が極めて少ない高品質な、しかもＧａ
Ｎ単結晶だけを単独で基板として用いることが可能なほ
ど十分な厚みを有するＧａＮ単結晶をも製造しうるＧａ
Ｎ単結晶の製造方法を提供することである。以下、結晶
構造の欠陥や不純物を含んでいても実質的に全体が１つ
のＧａＮ単結晶であるような基板を、表層だけがＧａＮ
単結晶であるような基板と区別して「ＧａＮ単結晶単独
の基板」という。
方法によってバッファ層上に形成されるＧａＮ単結晶
は、あくまで薄膜状のものであって、該ＧａＮ単結晶を
単独に分離して用いることは機械的強度上の問題等から
困難であり、該ＧａＮ単結晶はもとの基板上に形成され
た状態で用いることを余儀なくされていた。また、Ｚｎ
Ｏバッファ層上にＧａＮ単結晶を成長させていた従来の
技術（例えば、特願平５−２５３０９８）では、得られ
たＧａＮ単結晶中には、未だ結晶構造の欠陥や不純物が
残存するという問題があった。本発明の目的は、結晶構
造の欠陥や不純物が極めて少ない高品質な、しかもＧａ
Ｎ単結晶だけを単独で基板として用いることが可能なほ
ど十分な厚みを有するＧａＮ単結晶をも製造しうるＧａ
Ｎ単結晶の製造方法を提供することである。以下、結晶
構造の欠陥や不純物を含んでいても実質的に全体が１つ
のＧａＮ単結晶であるような基板を、表層だけがＧａＮ
単結晶であるような基板と区別して「ＧａＮ単結晶単独
の基板」という。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、従来、Ｇ
ａＮ単結晶の成長の基礎として用いていたサファイア基
板の代わりに、サファイア基板とＧａx Ａｌ1-x Ｎ（式
中の添字ｘは、この化合物の組成比を示すものであり、
その範囲は０≦ｘ≦１である。以下、同様）からなるバ
ッファ層とＧａＮ単結晶の表層とからなる三層構造のも
のを基板として用いることによって、該三層構造の基板
上に、ＧａＮ単結晶単独の基板として用いるのに十分な
厚みで、且つ良質のＧａＮ単結晶が成長可能であること
を見いだし本発明を完成した。
ａＮ単結晶の成長の基礎として用いていたサファイア基
板の代わりに、サファイア基板とＧａx Ａｌ1-x Ｎ（式
中の添字ｘは、この化合物の組成比を示すものであり、
その範囲は０≦ｘ≦１である。以下、同様）からなるバ
ッファ層とＧａＮ単結晶の表層とからなる三層構造のも
のを基板として用いることによって、該三層構造の基板
上に、ＧａＮ単結晶単独の基板として用いるのに十分な
厚みで、且つ良質のＧａＮ単結晶が成長可能であること
を見いだし本発明を完成した。
【０００５】即ち、本発明の製造方法は以下の特徴を有
するものである。 （１）基板上に直接又はＧａＮ単結晶との格子整合性の
良好な物質からなるバッファ層を介してＧａＮ単結晶を
成長させる工程を有するＧａＮ単結晶の製造方法であっ
て、当該基板が、サファイア結晶基板と、該サファイア
結晶基板上に形成されるＧａx Ａｌ1-x Ｎからなるバッ
ファ層と、該バッファ層上に形成されるＧａＮ単結晶の
表層とからなる、サファイア結晶基板・Ｇａx Ａｌ1-x
Ｎバッファ層・ＧａＮ単結晶の表層の、三層構造である
ことを特徴とするＧａＮ単結晶の製造方法。 （２）サファイア結晶基板上にＧａx Ａｌ1-x Ｎバッフ
ァ層を形成する方法及びその上にＧａＮ単結晶の表層を
形成する方法が、有機金属気相エピタキシャル成長法
（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy ：以下、「ＭＯ
ＶＰＥ法」という。）又は分子線エピタキシャル成長法
（Molecular Beam Epitaxy：以下、「ＭＢＥ法」とい
う。）である（１）記載のＧａＮ単結晶の製造方法。
するものである。 （１）基板上に直接又はＧａＮ単結晶との格子整合性の
良好な物質からなるバッファ層を介してＧａＮ単結晶を
成長させる工程を有するＧａＮ単結晶の製造方法であっ
て、当該基板が、サファイア結晶基板と、該サファイア
結晶基板上に形成されるＧａx Ａｌ1-x Ｎからなるバッ
ファ層と、該バッファ層上に形成されるＧａＮ単結晶の
表層とからなる、サファイア結晶基板・Ｇａx Ａｌ1-x
Ｎバッファ層・ＧａＮ単結晶の表層の、三層構造である
ことを特徴とするＧａＮ単結晶の製造方法。 （２）サファイア結晶基板上にＧａx Ａｌ1-x Ｎバッフ
ァ層を形成する方法及びその上にＧａＮ単結晶の表層を
形成する方法が、有機金属気相エピタキシャル成長法
（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy ：以下、「ＭＯ
ＶＰＥ法」という。）又は分子線エピタキシャル成長法
（Molecular Beam Epitaxy：以下、「ＭＢＥ法」とい
う。）である（１）記載のＧａＮ単結晶の製造方法。
【０００６】以下、本発明の製造方法の一例を詳細に説
明する。図１は、本発明の製造方法によって形成された
ＧａＮ単結晶の一例を模式的に示す図である。本発明の
ＧａＮ単結晶の製造方法は、同図に示すように、サファ
イア結晶基板１ａ・Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂ・
ＧａＮ単結晶の表層１ｃからなる三層構造の基板１上
に、直接、又はＧａＮ単結晶との格子整合性の良好な物
質からなるバッファ層２を介して、製造目的のＧａＮ単
結晶３を成長させる工程を有する製造方法である。以
下、サファイア結晶基板・Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層
・ＧａＮ単結晶の表層からなる上記三層構造の基板を、
単に「三層構造の基板」という。
明する。図１は、本発明の製造方法によって形成された
ＧａＮ単結晶の一例を模式的に示す図である。本発明の
ＧａＮ単結晶の製造方法は、同図に示すように、サファ
イア結晶基板１ａ・Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂ・
ＧａＮ単結晶の表層１ｃからなる三層構造の基板１上
に、直接、又はＧａＮ単結晶との格子整合性の良好な物
質からなるバッファ層２を介して、製造目的のＧａＮ単
結晶３を成長させる工程を有する製造方法である。以
下、サファイア結晶基板・Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層
・ＧａＮ単結晶の表層からなる上記三層構造の基板を、
単に「三層構造の基板」という。
【０００７】三層構造の基板１は、サファイア結晶基板
１ａ上にＧａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂを形成し、さ
らに該Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂ上にＧａＮ単結
晶の表層１ｃを形成して得られるものである。サファイ
ア結晶基板１ａ上へのＧａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂ
の形成方法、およびＧａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂ上
へのＧａＮ単結晶の表層１ｃの形成方法は、各々、形成
の基礎となる層の結晶構造に対してエピタキシャル成長
しうる方法が好ましい。エピタキシャル成長しうる方法
としては、上記ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法の他、ＨＶＰＥ
法（Hydride Vapor Phase Epitaxy ：ハイドライド気相
エピタキシャル成長法）、ＬＰＥ法（液相エピタキシャ
ル成長法）、ＧＳ−ＭＢＥ法（ガスソースＭＢＥ法）、
ＣＢＥ法（ケミカルビームエピタキシャル成長法）等が
有効な方法として挙げられる。上記種々の成長方法の中
でも、ＭＯＶＰＥ法は非平衡状態で、且つ、ある程度高
温下で結晶成長ができるため、良質な結晶を得るのに好
ましい成長方法である。また、ＭＢＥ法は膜厚制御の点
から好ましい方法であるが、前記ＭＯＶＰＥ法の方が特
に好ましい方法である。また、Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバッフ
ァ層１ｂの形成とＧａＮ単結晶の表層１ｃの形成とを、
同じエピタキシャル成長方法を用いて行なえば、材料の
供給を変えるだけでＧａx Ａｌ1-x ＮからＧａＮへと、
その場での連続的な成長が可能となるので好ましい。従
って、サファイア結晶基板１ａ上にＧａx Ａｌ1-x Ｎを
結晶成長させる方法、及びその上にＧａＮを結晶成長さ
せる方法が共にＭＯＶＰＥ法であることが、最も好まし
い基板１の形成方法の１つであるといえる。
１ａ上にＧａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂを形成し、さ
らに該Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂ上にＧａＮ単結
晶の表層１ｃを形成して得られるものである。サファイ
ア結晶基板１ａ上へのＧａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂ
の形成方法、およびＧａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層１ｂ上
へのＧａＮ単結晶の表層１ｃの形成方法は、各々、形成
の基礎となる層の結晶構造に対してエピタキシャル成長
しうる方法が好ましい。エピタキシャル成長しうる方法
としては、上記ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法の他、ＨＶＰＥ
法（Hydride Vapor Phase Epitaxy ：ハイドライド気相
エピタキシャル成長法）、ＬＰＥ法（液相エピタキシャ
ル成長法）、ＧＳ−ＭＢＥ法（ガスソースＭＢＥ法）、
ＣＢＥ法（ケミカルビームエピタキシャル成長法）等が
有効な方法として挙げられる。上記種々の成長方法の中
でも、ＭＯＶＰＥ法は非平衡状態で、且つ、ある程度高
温下で結晶成長ができるため、良質な結晶を得るのに好
ましい成長方法である。また、ＭＢＥ法は膜厚制御の点
から好ましい方法であるが、前記ＭＯＶＰＥ法の方が特
に好ましい方法である。また、Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバッフ
ァ層１ｂの形成とＧａＮ単結晶の表層１ｃの形成とを、
同じエピタキシャル成長方法を用いて行なえば、材料の
供給を変えるだけでＧａx Ａｌ1-x ＮからＧａＮへと、
その場での連続的な成長が可能となるので好ましい。従
って、サファイア結晶基板１ａ上にＧａx Ａｌ1-x Ｎを
結晶成長させる方法、及びその上にＧａＮを結晶成長さ
せる方法が共にＭＯＶＰＥ法であることが、最も好まし
い基板１の形成方法の１つであるといえる。
【０００８】バッファ層１ｂとなるＧａx Ａｌ1-x Ｎの
組成比ｘは、その上に表層１ｃとして形成されるＧａＮ
単結晶と格子整合性が良好となるように決定すればよい
が、該組成比ｘは、ＧａＮ単結晶に対してただ１つの値
として限定されるものではなく、製造条件（例えば、成
長温度・成長圧力・原料の供給速度等）に対応して変更
すればよい。該バッファ層１ｂの厚みは限定されるもの
ではないが、５０Å〜１０００Å程度であれば、該バッ
ファ層上に成長するＧａＮ単結晶の結晶性が最も良質な
ものとなるため、バッファ層としては適当な厚みであ
る。ＧａＮ単結晶の表層１ｃの厚みもまた限定されるも
のではないが、０．３μｍ以上であれば、目的のＧａＮ
単結晶３を成長する際の良質な基板と成り得るため、Ｇ
ａＮ単結晶の表層１ｃとしては好ましい厚みである。
組成比ｘは、その上に表層１ｃとして形成されるＧａＮ
単結晶と格子整合性が良好となるように決定すればよい
が、該組成比ｘは、ＧａＮ単結晶に対してただ１つの値
として限定されるものではなく、製造条件（例えば、成
長温度・成長圧力・原料の供給速度等）に対応して変更
すればよい。該バッファ層１ｂの厚みは限定されるもの
ではないが、５０Å〜１０００Å程度であれば、該バッ
ファ層上に成長するＧａＮ単結晶の結晶性が最も良質な
ものとなるため、バッファ層としては適当な厚みであ
る。ＧａＮ単結晶の表層１ｃの厚みもまた限定されるも
のではないが、０．３μｍ以上であれば、目的のＧａＮ
単結晶３を成長する際の良質な基板と成り得るため、Ｇ
ａＮ単結晶の表層１ｃとしては好ましい厚みである。
【０００９】目的のＧａＮ単結晶３を三層構造の基板１
上に成長させる場合、該三層構造の基板１上に直接形成
してもよく、また、該三層構造の基板１上にバッファ層
２をいったん形成した上に形成してもよい。
上に成長させる場合、該三層構造の基板１上に直接形成
してもよく、また、該三層構造の基板１上にバッファ層
２をいったん形成した上に形成してもよい。
【００１０】バッファ層２をいったん形成する場合、そ
のバッファ層２に用いられる物質は、ＧａＮ単結晶との
格子整合性が良好なものであればよい。ＧａＮ単結晶と
の格子整合性が良好な物質とは、結晶格子におけるａ軸
の格子定数が、ＧａＮ単結晶のそれに対して±１０％以
内、好ましくは±５％以内であって、ウルツァイト型の
結晶構造を持つものを言い、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＺｎＢｅ
Ｏ等が挙げられる。特に、ＺｎＯは酸によるエッチング
除去性が良好であり、目的のＧａＮ単結晶単独の基板を
容易に分離することができ、好ましい材質である。
のバッファ層２に用いられる物質は、ＧａＮ単結晶との
格子整合性が良好なものであればよい。ＧａＮ単結晶と
の格子整合性が良好な物質とは、結晶格子におけるａ軸
の格子定数が、ＧａＮ単結晶のそれに対して±１０％以
内、好ましくは±５％以内であって、ウルツァイト型の
結晶構造を持つものを言い、ＺｎＯ、ＢｅＯ、ＺｎＢｅ
Ｏ等が挙げられる。特に、ＺｎＯは酸によるエッチング
除去性が良好であり、目的のＧａＮ単結晶単独の基板を
容易に分離することができ、好ましい材質である。
【００１１】バッファ層２の形成方法は、前述の三層構
造の基板１を形成する方法と同じく、ＭＯＶＰＥ法、Ｈ
ＶＰＥ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法等のエピタキシャル成長
法の他、スパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜法が有効な方法
として挙げられる。特に、ＭＯＶＰＥ法は非平衡状態
で、且つある程度の厚みを有する膜を形成可能であるた
め、バッファ層２の形成には好適である。また、バッフ
ァ層２の形成と目的のＧａＮ単結晶３の形成とを、同じ
エピタキシャル成長方法を用いて行なえば、上記三層構
造の基板１の場合と同様に、材料の供給を変えるだけで
バッファ層２からＧａＮ単結晶へと、その場での連続的
な成長が可能となる。バッファ層２の厚みは、限定され
るものではなく、０．１μｍ以上あれば良いが、エッチ
ング除去性を考慮すれば０．５μｍ以上が好ましい。
造の基板１を形成する方法と同じく、ＭＯＶＰＥ法、Ｈ
ＶＰＥ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法等のエピタキシャル成長
法の他、スパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜法が有効な方法
として挙げられる。特に、ＭＯＶＰＥ法は非平衡状態
で、且つある程度の厚みを有する膜を形成可能であるた
め、バッファ層２の形成には好適である。また、バッフ
ァ層２の形成と目的のＧａＮ単結晶３の形成とを、同じ
エピタキシャル成長方法を用いて行なえば、上記三層構
造の基板１の場合と同様に、材料の供給を変えるだけで
バッファ層２からＧａＮ単結晶へと、その場での連続的
な成長が可能となる。バッファ層２の厚みは、限定され
るものではなく、０．１μｍ以上あれば良いが、エッチ
ング除去性を考慮すれば０．５μｍ以上が好ましい。
【００１２】目的のＧａＮ単結晶３をエピタキシャル成
長させる方法としては、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶ
ＰＥ法、ＬＰＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ法、ＣＢＥ法等が有効
な方法として挙げられる。特に、ＨＶＰＥ法は、従来の
サファイア基板の代わりに用いる三層構造の基板１表面
の良質な結晶構造を十分に生かすことができるエピタキ
シャル成長法であり、この方法によって得られるＧａＮ
単結晶は、良質で、ＧａＮ単結晶単独の基板として用い
ることが可能なほど十分な厚みとなり得る。
長させる方法としては、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶ
ＰＥ法、ＬＰＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ法、ＣＢＥ法等が有効
な方法として挙げられる。特に、ＨＶＰＥ法は、従来の
サファイア基板の代わりに用いる三層構造の基板１表面
の良質な結晶構造を十分に生かすことができるエピタキ
シャル成長法であり、この方法によって得られるＧａＮ
単結晶は、良質で、ＧａＮ単結晶単独の基板として用い
ることが可能なほど十分な厚みとなり得る。
【００１３】本発明の製造方法によって得られたＧａＮ
単結晶３を、ＧａＮ単結晶単独の基板とする場合には、
該ＧａＮ単結晶３の成長の基礎となった結晶層を除去す
る必要がある。このような方法としては、酸等による化
学的な除去方法や、切断・切削等の機械的な除去方法、
その他公知の除去方法を用いてよいが、目的のＧａＮ単
結晶３から得られるＧａＮウェハーが単数枚の場合、あ
るいはバッファ層がＧａＮ単結晶３に対してエッチング
の選択性を有する場合、酸等による化学的な除去方法が
有効である。
単結晶３を、ＧａＮ単結晶単独の基板とする場合には、
該ＧａＮ単結晶３の成長の基礎となった結晶層を除去す
る必要がある。このような方法としては、酸等による化
学的な除去方法や、切断・切削等の機械的な除去方法、
その他公知の除去方法を用いてよいが、目的のＧａＮ単
結晶３から得られるＧａＮウェハーが単数枚の場合、あ
るいはバッファ層がＧａＮ単結晶３に対してエッチング
の選択性を有する場合、酸等による化学的な除去方法が
有効である。
【００１４】
【作用】本発明では、ＧａＮ単結晶を成長させるために
従来用いられていたサファイア基板の代わりとして、上
記のように、サファイア結晶基板・Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバ
ッファ層・ＧａＮ単結晶の表層からなる三層構造の基板
を用いている。この三層構造の基板は、表面が高品質の
ＧａＮ単結晶であるために、該基板上にＧａＮ単結晶を
直接エピタキシャル成長させることによって、高品質な
結晶構造を有するＧａＮ単結晶が得られる。また同様
に、該三層構造の基板上に、いったんバッファ層を形成
する場合であっても、従来のサファイア基板上に形成し
ていたバッファ層に比べて高品質な結晶構造を有するバ
ッファ層となり、ひいては、その上に形成されるＧａＮ
単結晶も高品質な結晶構造となる。
従来用いられていたサファイア基板の代わりとして、上
記のように、サファイア結晶基板・Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバ
ッファ層・ＧａＮ単結晶の表層からなる三層構造の基板
を用いている。この三層構造の基板は、表面が高品質の
ＧａＮ単結晶であるために、該基板上にＧａＮ単結晶を
直接エピタキシャル成長させることによって、高品質な
結晶構造を有するＧａＮ単結晶が得られる。また同様
に、該三層構造の基板上に、いったんバッファ層を形成
する場合であっても、従来のサファイア基板上に形成し
ていたバッファ層に比べて高品質な結晶構造を有するバ
ッファ層となり、ひいては、その上に形成されるＧａＮ
単結晶も高品質な結晶構造となる。
【００１５】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。本実施例では、本発明の製造方法によってＧ
ａＮ単結晶を形成し、さらにＧａＮ単結晶単独の基板が
得られるに至る製造例を示す。図１に示すように、先
ず、厚み３００μｍ、面積５ｃｍ×５ｃｍのサファイア
結晶基板１ａを用い、該サファイア結晶基板１ａ上に、
バッファ層１ｂとしてＡｌＮ（即ち、Ｇａx Ａｌ1-xＮ
の組成比ｘが０の場合）をＭＯＶＰＥ法によって厚み５
００Åまでエピタキシャル成長させ、その状態のままで
材料ガスを切替え、同じＭＯＶＰＥ法によってＧａＮを
厚み２μｍまでエピタキシャル成長させて表層１ｃと
し、サファイア結晶基板１ａ・ＡｌＮバッファ層１ｂと
ＧａＮ単結晶の表層１ｃとからなる総厚約３０２μｍの
三層構造の基板１を作成した。次いで、三層構造の基板
１上に、ＭＯＶＰＥ法によってＺｎＯを厚み０．５μｍ
までエピタキシャル成長させてバッファ層２とし、その
後異なる反応管内でＨＶＰＥ法によってＧａＮを厚み５
００μｍまでエピタキシャル成長させて、目的のＧａＮ
単結晶３とした。最後に、エッチングによってＺｎＯバ
ッファ層を除去してＧａＮ単結晶３だけを分離し、基板
として用いるに十分な厚み５００μｍを有するＧａＮ単
結晶単独の基板を得ることができた。
説明する。本実施例では、本発明の製造方法によってＧ
ａＮ単結晶を形成し、さらにＧａＮ単結晶単独の基板が
得られるに至る製造例を示す。図１に示すように、先
ず、厚み３００μｍ、面積５ｃｍ×５ｃｍのサファイア
結晶基板１ａを用い、該サファイア結晶基板１ａ上に、
バッファ層１ｂとしてＡｌＮ（即ち、Ｇａx Ａｌ1-xＮ
の組成比ｘが０の場合）をＭＯＶＰＥ法によって厚み５
００Åまでエピタキシャル成長させ、その状態のままで
材料ガスを切替え、同じＭＯＶＰＥ法によってＧａＮを
厚み２μｍまでエピタキシャル成長させて表層１ｃと
し、サファイア結晶基板１ａ・ＡｌＮバッファ層１ｂと
ＧａＮ単結晶の表層１ｃとからなる総厚約３０２μｍの
三層構造の基板１を作成した。次いで、三層構造の基板
１上に、ＭＯＶＰＥ法によってＺｎＯを厚み０．５μｍ
までエピタキシャル成長させてバッファ層２とし、その
後異なる反応管内でＨＶＰＥ法によってＧａＮを厚み５
００μｍまでエピタキシャル成長させて、目的のＧａＮ
単結晶３とした。最後に、エッチングによってＺｎＯバ
ッファ層を除去してＧａＮ単結晶３だけを分離し、基板
として用いるに十分な厚み５００μｍを有するＧａＮ単
結晶単独の基板を得ることができた。
【００１６】上記実施例において得られたＧａＮ単結晶
単独の基板を、Ｘ線回折、フォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）法、Ｈａｌｌ効果測定で評価したところ、ロッキン
グカーブの半値幅で約４ｍｉｎ、低温ＰＬ法ではエキシ
トンに関与する鋭いピークのみが観察された。 Mobilit
y は室温において２×１０17ｃｍ-3で約４００ｃｍ2 ／
Ｖ・ｓであり、高品質なＧａＮ単結晶単独の基板である
ことが確認された。即ち、本発明が、高品質でしかも３
００μｍ以上の十分な厚みのＧａＮ単結晶の製造も可能
であることがわかった。
単独の基板を、Ｘ線回折、フォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）法、Ｈａｌｌ効果測定で評価したところ、ロッキン
グカーブの半値幅で約４ｍｉｎ、低温ＰＬ法ではエキシ
トンに関与する鋭いピークのみが観察された。 Mobilit
y は室温において２×１０17ｃｍ-3で約４００ｃｍ2 ／
Ｖ・ｓであり、高品質なＧａＮ単結晶単独の基板である
ことが確認された。即ち、本発明が、高品質でしかも３
００μｍ以上の十分な厚みのＧａＮ単結晶の製造も可能
であることがわかった。
【００１７】
【発明の効果】本発明のＧａＮ単結晶の製造方法によっ
て、従来に比べてさらに高品質なＧａＮ単結晶が得られ
る。また、基板の高品質化によって、目的のＧａＮ単結
晶が高品質化するに伴い、単独の基板として十分な厚み
のものも製造が可能となる。従って、従来では得ること
が困難であったＧａＮ単結晶の単独基板が容易に得ら
れ、高効率の青色発光を呈するＬＥＤや、紫外線レーザ
ーダイオード、または耐熱性の良好な半導体デバイス用
に好適なＧａＮ単結晶の単独基板を提供することができ
る。
て、従来に比べてさらに高品質なＧａＮ単結晶が得られ
る。また、基板の高品質化によって、目的のＧａＮ単結
晶が高品質化するに伴い、単独の基板として十分な厚み
のものも製造が可能となる。従って、従来では得ること
が困難であったＧａＮ単結晶の単独基板が容易に得ら
れ、高効率の青色発光を呈するＬＥＤや、紫外線レーザ
ーダイオード、または耐熱性の良好な半導体デバイス用
に好適なＧａＮ単結晶の単独基板を提供することができ
る。
【図１】本発明の製造方法によって形成されたＧａＮ単
結晶の一例を模式的に示す図である。
結晶の一例を模式的に示す図である。
１ 基板 １ａ サファイア基板 １ｂ Ｇａx Ａｌ1-x Ｎバッファ層 １ｃ ＧａＮ単結晶の表層 ２ バッファ層 ３ ＧａＮ単結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 和政 三重県四日市市芝田１丁目４番22号
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に直接又はＧａＮ単結晶との格子
整合性の良好な物質からなるバッファ層を介してＧａＮ
単結晶を成長させる工程を有するＧａＮ単結晶の製造方
法であって、当該基板が、サファイア結晶基板と、該サ
ファイア結晶基板上に形成されるＧａx Ａｌ1-x Ｎ（た
だし、式中の添字ｘは、０〜１の値をとる）からなるバ
ッファ層と、該バッファ層上に形成されるＧａＮ単結晶
の表層とからなる、サファイア結晶基板・Ｇａx Ａｌ
1-x Ｎバッファ層・ＧａＮ単結晶の表層の、三層構造で
あることを特徴とするＧａＮ単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 サファイア結晶基板上にＧａx Ａｌ1-x
Ｎバッファ層を形成する方法及びその上にＧａＮ単結晶
の表層を形成する方法が、有機金属気相エピタキシャル
成長法又は分子線エピタキシャル成長法である請求項１
記載のＧａＮ単結晶の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6281594A JPH07267796A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | ＧａＮ単結晶の製造方法 |
| DE69431333T DE69431333T2 (de) | 1993-10-08 | 1994-10-06 | GaN-Einkristall |
| EP94115739A EP0647730B1 (en) | 1993-10-08 | 1994-10-06 | GaN single crystal |
| US08/320,263 US5770887A (en) | 1993-10-08 | 1994-10-11 | GaN single crystal |
| US08/649,492 US5810925A (en) | 1993-10-08 | 1996-05-17 | GaN single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6281594A JPH07267796A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | ＧａＮ単結晶の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001159939A Division JP3749454B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | ＧａＮ単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07267796A true JPH07267796A (ja) | 1995-10-17 |
Family
ID=13211217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6281594A Pending JPH07267796A (ja) | 1993-10-08 | 1994-03-31 | ＧａＮ単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07267796A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2002299253A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Toyoda Gosei Co Ltd | 半導体基板の製造方法及び半導体素子 |
| US6841808B2 (en) | 2000-06-23 | 2005-01-11 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and method for producing the same |
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-
1994
- 1994-03-31 JP JP6281594A patent/JPH07267796A/ja active Pending
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