JPH07283437A - 窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長方法Info
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- JPH07283437A JPH07283437A JP9396494A JP9396494A JPH07283437A JP H07283437 A JPH07283437 A JP H07283437A JP 9396494 A JP9396494 A JP 9396494A JP 9396494 A JP9396494 A JP 9396494A JP H07283437 A JPH07283437 A JP H07283437A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 単結晶基板上に窒化ガリウム系半導体結晶を
成長させる方法において、前記単結晶基板としてタンタ
ル酸リチウムあるいはニオブ酸リチウムを用いる。 【効果】 結晶性の優れた窒化ガリウム系半導体結晶を
エピタキシャル成長させることができる。
成長させる方法において、前記単結晶基板としてタンタ
ル酸リチウムあるいはニオブ酸リチウムを用いる。 【効果】 結晶性の優れた窒化ガリウム系半導体結晶を
エピタキシャル成長させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化ガリウム系化合物
半導体結晶の成長方法に関し、特に青色発光材料として
好適な結晶性の優れた窒化ガリウム系化合物半導体結晶
のエピタキシャル成長方法に関するものである。
半導体結晶の成長方法に関し、特に青色発光材料として
好適な結晶性の優れた窒化ガリウム系化合物半導体結晶
のエピタキシャル成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、青色発光材料として窒化ガリウム
系化合物半導体（ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＮ）（０≦ｘ，
ｙ；ｘ＋ｙ１）が注目を集めている。窒化ガリウム系化
合物半導体結晶をサファイア（α−Ａｌ2Ｏ3）基板に成
長させる場合、一般に窒化ガリウム系化合物半導体結晶
の（０００１）面をサファイアの（０００１）面上にさ
せることが多く、格子定数のずれは 16 ％にもなり、結
晶性の優れたる窒化ガリウム系化合物半導体結晶を成長
させることができなかった。
系化合物半導体（ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＮ）（０≦ｘ，
ｙ；ｘ＋ｙ１）が注目を集めている。窒化ガリウム系化
合物半導体結晶をサファイア（α−Ａｌ2Ｏ3）基板に成
長させる場合、一般に窒化ガリウム系化合物半導体結晶
の（０００１）面をサファイアの（０００１）面上にさ
せることが多く、格子定数のずれは 16 ％にもなり、結
晶性の優れたる窒化ガリウム系化合物半導体結晶を成長
させることができなかった。
【０００３】そこで、それを解決するために、窒化ガリ
ウム系化合物半導体結晶の成長方法として、次の２つの
方法が提案されていた。 （１）単結晶基板としてサファイアを用い、サファイア
基板と窒化ガリウム系化合物半導体結晶との格子不整合
を緩和する目的でバッファ層をまず成長し、その後窒化
ガリウム系化合物半導体結晶を成長する方法。 （２）単結晶基板として、窒化ガリウム系化合物半導体
結晶と結晶構造および格子定数のできるだけ近い結晶を
用いる方法。
ウム系化合物半導体結晶の成長方法として、次の２つの
方法が提案されていた。 （１）単結晶基板としてサファイアを用い、サファイア
基板と窒化ガリウム系化合物半導体結晶との格子不整合
を緩和する目的でバッファ層をまず成長し、その後窒化
ガリウム系化合物半導体結晶を成長する方法。 （２）単結晶基板として、窒化ガリウム系化合物半導体
結晶と結晶構造および格子定数のできるだけ近い結晶を
用いる方法。
【０００４】第１の方法として、ＡｌＮバッファ層を用
いるもの（特公昭５９−４８７９４）やＧａＡｌＮバッ
ファ層を用いるもの（特開平４−２９７０２３）が知ら
れている。確かに、これらのバッファ層の導入により、
窒化ガリウム系化合物半導体結晶層の表面モフォロジや
結晶性はある程度向上するが、依然として窒化ガリウム
系化合物半導体結晶はサファイア基板と格子不整合であ
るため、かなり歪んだ状態にあり、そのためこのような
結晶層を用いて発光素子を作成した場合、輝度が思った
ように向上しないという問題があった。
いるもの（特公昭５９−４８７９４）やＧａＡｌＮバッ
ファ層を用いるもの（特開平４−２９７０２３）が知ら
れている。確かに、これらのバッファ層の導入により、
窒化ガリウム系化合物半導体結晶層の表面モフォロジや
結晶性はある程度向上するが、依然として窒化ガリウム
系化合物半導体結晶はサファイア基板と格子不整合であ
るため、かなり歪んだ状態にあり、そのためこのような
結晶層を用いて発光素子を作成した場合、輝度が思った
ように向上しないという問題があった。
【０００５】第２の方法では、基板として、アルミニウ
ムガ−ネット（ＲｅＡｌ2ＡＬ3Ｏ12）やガリウムガ−ネ
ット（ＲｅＧａ2Ｇａ3Ｏ12）を用いるもの（特開昭４９
−３８９９）やＭｎＯ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，ＣａＯ等を用
いるもの（特開平４−２０９５７７）が知られている。
しかし、格子定数が 12.00 〜 12.57 Åの範囲にあるア
ルミニウムガ−ネットやガリウムガ−ネットでは、その
（１１１）面の格子間隔はＧａＮのａ軸の５倍と対応す
るに過ぎず、格子整合性は必ずしも良くない。また、Ｍ
ｎＯ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，ＣａＯ等は格子整合性は良くな
るが、これらの酸化物は熱に弱いために 1000 ℃程度の
高温で成長させる必要のある窒化ガリウム系化合物半導
体結晶を成長させる場合には、基板が熱分解して結晶性
の良好な窒化ガリウム系化合物半導体結晶層が得られな
いという問題があった。
ムガ−ネット（ＲｅＡｌ2ＡＬ3Ｏ12）やガリウムガ−ネ
ット（ＲｅＧａ2Ｇａ3Ｏ12）を用いるもの（特開昭４９
−３８９９）やＭｎＯ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，ＣａＯ等を用
いるもの（特開平４−２０９５７７）が知られている。
しかし、格子定数が 12.00 〜 12.57 Åの範囲にあるア
ルミニウムガ−ネットやガリウムガ−ネットでは、その
（１１１）面の格子間隔はＧａＮのａ軸の５倍と対応す
るに過ぎず、格子整合性は必ずしも良くない。また、Ｍ
ｎＯ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，ＣａＯ等は格子整合性は良くな
るが、これらの酸化物は熱に弱いために 1000 ℃程度の
高温で成長させる必要のある窒化ガリウム系化合物半導
体結晶を成長させる場合には、基板が熱分解して結晶性
の良好な窒化ガリウム系化合物半導体結晶層が得られな
いという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題を解決するためになされたものであり、本発明の目的
は、窒化ガリウム系化合物半導体結晶と比較的良く格子
整合し、窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長条件下
でも安定な単結晶基板を用いることにより、青色発光材
料として好適な良質の窒化ガリウム系化合物半導体結晶
を成長する方法を提供することにある。
題を解決するためになされたものであり、本発明の目的
は、窒化ガリウム系化合物半導体結晶と比較的良く格子
整合し、窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長条件下
でも安定な単結晶基板を用いることにより、青色発光材
料として好適な良質の窒化ガリウム系化合物半導体結晶
を成長する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】本発明者ら
は、窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長に適した基
板用結晶を広く検討した結果、タンタル酸リチウムおよ
びニオブ酸リチウムが極めて優れているとの知見を得
て、本発明を想到した。
は、窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長に適した基
板用結晶を広く検討した結果、タンタル酸リチウムおよ
びニオブ酸リチウムが極めて優れているとの知見を得
て、本発明を想到した。
【０００８】すなわち、本発明は、単結晶基板上に窒化
ガリウム系半導体結晶を成長させる方法において、前記
単結晶基板としてタンタル酸リチウムあるいはニオブ酸
リチウム希土類ガリウムを用いることを特徴とする窒化
ガリウム系化合物半導体結晶の成長方法を提供するもの
である。
ガリウム系半導体結晶を成長させる方法において、前記
単結晶基板としてタンタル酸リチウムあるいはニオブ酸
リチウム希土類ガリウムを用いることを特徴とする窒化
ガリウム系化合物半導体結晶の成長方法を提供するもの
である。
【０００９】タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウ
ムは、融点がそれぞれ 1650 ℃と 1253 ℃で、窒化ガリ
ウム系化合物半導体結晶を成長させる 1000 ℃程度の高
温でも熱的に安定であり、またこれらの単結晶基板は、
表面弾性波デバイスや光関連デバイス用基板として既に
量産化されており、サファイア等の他の酸化物基板より
安価である。さらに、以下に説明するように窒化ガリウ
ム系化合物半導体結晶との格子整合性も良好である。
ムは、融点がそれぞれ 1650 ℃と 1253 ℃で、窒化ガリ
ウム系化合物半導体結晶を成長させる 1000 ℃程度の高
温でも熱的に安定であり、またこれらの単結晶基板は、
表面弾性波デバイスや光関連デバイス用基板として既に
量産化されており、サファイア等の他の酸化物基板より
安価である。さらに、以下に説明するように窒化ガリウ
ム系化合物半導体結晶との格子整合性も良好である。
【００１０】図１にタンタル酸リチウム結晶の（００
１）面のＬｉ原子の配列を示す。三方晶系のイルメナイ
ト構造であるタンタル酸リチウム結晶の（００１）面で
は、図1に示されるようにほぼ六方格子の状態に配列し
ている。図１に実線で示した格子間隔はａ軸の長さに等
しくなっている。ニオブ酸リチウム結晶についても同様
である。
１）面のＬｉ原子の配列を示す。三方晶系のイルメナイ
ト構造であるタンタル酸リチウム結晶の（００１）面で
は、図1に示されるようにほぼ六方格子の状態に配列し
ている。図１に実線で示した格子間隔はａ軸の長さに等
しくなっている。ニオブ酸リチウム結晶についても同様
である。
【００１１】次に、ＧａＮの（０００１）面のＧａ原子
の配列を図２に示す。図２に点線で示した格子間隔はａ
軸の長さの√３倍となり、実線で示した格子間隔はａ軸
の長さに等しくなる。
の配列を図２に示す。図２に点線で示した格子間隔はａ
軸の長さの√３倍となり、実線で示した格子間隔はａ軸
の長さに等しくなる。
【００１２】図３に、タンタル酸リチウム結晶の（００
１）面の原子配列と、ＧａＮの（０００１）面の原子配
列とを対応させた図を示す。図中の黒丸がタンタル酸リ
チウム結晶の（００１）面の原子配列を示し、白四角が
ＧａＮの（０００１）面の原子配列を示す。図３より、
ＧａＮのａ軸の長さの√３倍がタンタル酸リチウム結晶
のａ軸の長さとほぼ等しい値であれば格子整合すること
が分かる。因みに、タンタル酸リチウム結晶の格子間隔
のずれは 7.2 ％であり、サファイアの 16 ％と比較し
てかなり小さくなっている。また、ニオブ酸リチウム結
晶の場合には 7.3 ％となる。
１）面の原子配列と、ＧａＮの（０００１）面の原子配
列とを対応させた図を示す。図中の黒丸がタンタル酸リ
チウム結晶の（００１）面の原子配列を示し、白四角が
ＧａＮの（０００１）面の原子配列を示す。図３より、
ＧａＮのａ軸の長さの√３倍がタンタル酸リチウム結晶
のａ軸の長さとほぼ等しい値であれば格子整合すること
が分かる。因みに、タンタル酸リチウム結晶の格子間隔
のずれは 7.2 ％であり、サファイアの 16 ％と比較し
てかなり小さくなっている。また、ニオブ酸リチウム結
晶の場合には 7.3 ％となる。
【００１３】さらに、タンタル酸リチウムおよびニオブ
酸リチウムの単結晶基板はその上に光導波路や光スイッ
チ等のデバイスを作成できるので、窒化ガリウム系化合
物半導体結晶で作成した発光素子とのモノリシック化が
図れるという波及効果もある。
酸リチウムの単結晶基板はその上に光導波路や光スイッ
チ等のデバイスを作成できるので、窒化ガリウム系化合
物半導体結晶で作成した発光素子とのモノリシック化が
図れるという波及効果もある。
【００１４】
【実施例】タンタル酸リチウム単結晶基板の（００１）
面上に窒化ガリウム系化合物半導体結晶を成長させた実
施例について説明する。 （実施例１）厚さ 500 μｍの（００１）面タンタル酸
リチウム単結晶基板を有機溶剤で洗浄した後、ＭＯＣＶ
Ｄ装置にセットする。基板温度を 1050 ℃とし、水素、
アンモニアガスおよびトリメチルガリウムを流すことに
より、ＧａＮ膜を６０分間成長させた。得られたＧａＮ
膜の厚さは約３μｍであり、表面に若干の異常成長が見
られたが、同様の方法でサファイア基板上に成長したＧ
ａＮ膜に比較し、異常成長の数は約１０分の１と少なか
った。
面上に窒化ガリウム系化合物半導体結晶を成長させた実
施例について説明する。 （実施例１）厚さ 500 μｍの（００１）面タンタル酸
リチウム単結晶基板を有機溶剤で洗浄した後、ＭＯＣＶ
Ｄ装置にセットする。基板温度を 1050 ℃とし、水素、
アンモニアガスおよびトリメチルガリウムを流すことに
より、ＧａＮ膜を６０分間成長させた。得られたＧａＮ
膜の厚さは約３μｍであり、表面に若干の異常成長が見
られたが、同様の方法でサファイア基板上に成長したＧ
ａＮ膜に比較し、異常成長の数は約１０分の１と少なか
った。
【００１５】（実施例２）水素により基板表面を清浄に
するまでの工程は実施例１と同様に行い、表面清浄化
後、基板温度を 550 ℃に下げ、水素に加えて、アンモ
ニアガスおよびトリメチルガリウムを流すことにより、
ＧａＮのバッファ層を 200 Å成長させる。トリメチル
ガリウムの供給を止めて、アンモニア雰囲気下で再び基
板温度を 1050 ℃に上げ、トリメチルガリウムを再び供
給してＧａＮ膜を６０分間成長させた。得られたＧａＮ
膜の表面には異常成長は観察されなかった。また、Ｇａ
Ｎ膜のキャリア濃度は７×１０17ｃｍ-3で、ホ−ル移動
度は２３０ｃｍ2／Ｖｓであった。同様の方法でサファ
イア基板上にＧａＮのバッファ層を介して成長したＧａ
Ｎ膜に比較し、キャリア濃度は約３分の２、ホ−ル移動
度は約１．５倍であり、結晶性の良好なＧａＮ膜であっ
た。
するまでの工程は実施例１と同様に行い、表面清浄化
後、基板温度を 550 ℃に下げ、水素に加えて、アンモ
ニアガスおよびトリメチルガリウムを流すことにより、
ＧａＮのバッファ層を 200 Å成長させる。トリメチル
ガリウムの供給を止めて、アンモニア雰囲気下で再び基
板温度を 1050 ℃に上げ、トリメチルガリウムを再び供
給してＧａＮ膜を６０分間成長させた。得られたＧａＮ
膜の表面には異常成長は観察されなかった。また、Ｇａ
Ｎ膜のキャリア濃度は７×１０17ｃｍ-3で、ホ−ル移動
度は２３０ｃｍ2／Ｖｓであった。同様の方法でサファ
イア基板上にＧａＮのバッファ層を介して成長したＧａ
Ｎ膜に比較し、キャリア濃度は約３分の２、ホ−ル移動
度は約１．５倍であり、結晶性の良好なＧａＮ膜であっ
た。
【００１６】（実施例３）ＧａＮのバッファ層を成長す
るまでは実施例２と同様に行った後、基板温度を800 ℃
に上げた後、トリメチルガリウムに加えてトリメチルイ
ンジウムを供給してＩｎxＧａ1-xＮを１２０分間成長し
た。得られたＩｎxＧａ1-xＮ膜の厚さは約２μｍであ
り、表面に異常成長は観察されなかった。ＥＰＭＡ分析
の結果、Ｉｎのモル比は約１０％（ x ＝ 0.1 ）であっ
た。また、Ｘ線回折強度の半値幅は約５分であり、同様
の方法でサファイア基板上にＧａＮのバッファ層を介し
て成長したＩｎxＧａ1-xＮ膜の約１０分に比較し、小さ
くなっており結晶性が良好であった。
るまでは実施例２と同様に行った後、基板温度を800 ℃
に上げた後、トリメチルガリウムに加えてトリメチルイ
ンジウムを供給してＩｎxＧａ1-xＮを１２０分間成長し
た。得られたＩｎxＧａ1-xＮ膜の厚さは約２μｍであ
り、表面に異常成長は観察されなかった。ＥＰＭＡ分析
の結果、Ｉｎのモル比は約１０％（ x ＝ 0.1 ）であっ
た。また、Ｘ線回折強度の半値幅は約５分であり、同様
の方法でサファイア基板上にＧａＮのバッファ層を介し
て成長したＩｎxＧａ1-xＮ膜の約１０分に比較し、小さ
くなっており結晶性が良好であった。
【００１７】上記実施例では、（００１）面の基板を用
いたが、これに限定されず、（１００），（１１０），
（０１２）等を用途に応じて適宜選定できる。
いたが、これに限定されず、（１００），（１１０），
（０１２）等を用途に応じて適宜選定できる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板として窒化ガリウム系半導体結晶に比較的良く格子
整合し、熱的に安定なタンタル酸リチウムあるいはニオ
ブ酸リチウムを用いるので、青色発光材料として好適な
良質の窒化ガリウム系半導体結晶を成長することができ
た。また、この基板は安価であり、しかもＯＥＩＣへの
発展も期待できる。
基板として窒化ガリウム系半導体結晶に比較的良く格子
整合し、熱的に安定なタンタル酸リチウムあるいはニオ
ブ酸リチウムを用いるので、青色発光材料として好適な
良質の窒化ガリウム系半導体結晶を成長することができ
た。また、この基板は安価であり、しかもＯＥＩＣへの
発展も期待できる。
【図１】タンタル酸リチウムの（００１）面のＬｉ原子
の配列を示す図である。
の配列を示す図である。
【図２】ＧａＮの（０００１）面のＧａ原子の配列を示
す図である。
す図である。
【図３】タンタル酸リチウムの（００１）面の原子配列
と、ＧａＮの（０００１）面の原子配列との対応を示す
図である。
と、ＧａＮの（０００１）面の原子配列との対応を示す
図である。
フロントページの続き (72)発明者 岡崎 均 埼玉県戸田市新曽南三丁目17番35号 株式 会社ジャパンエナジ−内
Claims (1)
- 【請求項１】 単結晶基板上に窒化ガリウム系半導体結
晶を成長させる方法において、前記単結晶基板としてタ
ンタル酸リチウムあるいはニオブ酸リチウムを用いるこ
とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9396494A JPH07283437A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9396494A JPH07283437A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07283437A true JPH07283437A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=14097099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9396494A Pending JPH07283437A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07283437A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015532012A (ja) * | 2012-09-17 | 2015-11-05 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 成形された基板を含む発光デバイス |
| JP2021031375A (ja) * | 2019-08-29 | 2021-03-01 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体、半導体装置及び結晶性酸化膜の成膜方法 |
| JP2021031374A (ja) * | 2019-08-29 | 2021-03-01 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体及び半導体装置並びに積層構造体の製造方法 |
| JP2021038112A (ja) * | 2019-09-02 | 2021-03-11 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体、半導体装置及び半導体システム |
-
1994
- 1994-04-08 JP JP9396494A patent/JPH07283437A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015532012A (ja) * | 2012-09-17 | 2015-11-05 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 成形された基板を含む発光デバイス |
| US10326051B2 (en) | 2012-09-17 | 2019-06-18 | Lumileds Llc | Light emitting device including shaped substrate |
| JP2021031375A (ja) * | 2019-08-29 | 2021-03-01 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体、半導体装置及び結晶性酸化膜の成膜方法 |
| JP2021031374A (ja) * | 2019-08-29 | 2021-03-01 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体及び半導体装置並びに積層構造体の製造方法 |
| JP2021038112A (ja) * | 2019-09-02 | 2021-03-11 | 信越化学工業株式会社 | 積層構造体、半導体装置及び半導体システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020625 |