JPH08186078A - 窒化ガリウム系半導体結晶の成長方法 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体結晶の成長方法Info
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- JPH08186078A JPH08186078A JP32822194A JP32822194A JPH08186078A JP H08186078 A JPH08186078 A JP H08186078A JP 32822194 A JP32822194 A JP 32822194A JP 32822194 A JP32822194 A JP 32822194A JP H08186078 A JPH08186078 A JP H08186078A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 希土類３Ｂ族ペロブスカイトを基板とし、そ
の基板の｛１０１｝面または｛０１１｝面上にＧａＮ系
半導体結晶のｃ面を安定して成長させることができるよ
うに改良した結晶成長方法を提供し、それによって青色
発光材料として好適な良質のＧａＮ系半導体結晶を得
る。 【構成】 面方位（０１１）のＮｄＧａＯ3 （ネオジム
ガレート）よりなる基板を用い、その基板を、ＧａＮ系
半導体結晶の成長開始前に、予めＧａＣｌ雰囲気下にさ
らして処理する。 【効果】 ＧａＮ系半導体結晶に比較的良く格子整合
し、かつ、熱的及び化学的に安定な希土類３Ｂ族ペロブ
スカイト基板の｛１０１｝面または｛０１１｝面上にＧ
ａＮ系半導体結晶のｃ面が安定して成長し、青色発光用
半導体材料として良好なＧａＮ系半導体結晶が得られ
る。
の基板の｛１０１｝面または｛０１１｝面上にＧａＮ系
半導体結晶のｃ面を安定して成長させることができるよ
うに改良した結晶成長方法を提供し、それによって青色
発光材料として好適な良質のＧａＮ系半導体結晶を得
る。 【構成】 面方位（０１１）のＮｄＧａＯ3 （ネオジム
ガレート）よりなる基板を用い、その基板を、ＧａＮ系
半導体結晶の成長開始前に、予めＧａＣｌ雰囲気下にさ
らして処理する。 【効果】 ＧａＮ系半導体結晶に比較的良く格子整合
し、かつ、熱的及び化学的に安定な希土類３Ｂ族ペロブ
スカイト基板の｛１０１｝面または｛０１１｝面上にＧ
ａＮ系半導体結晶のｃ面が安定して成長し、青色発光用
半導体材料として良好なＧａＮ系半導体結晶が得られ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系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ＧａＮ系半導体結晶のエ
ピタキシャル成長方法に関する。なお、本明細書におい
ては、ＧａＮ系結晶とは、ＧａＮ、ＡｌＮ（窒化アルミ
ニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）及びそれらの混晶
であるＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，０≦ｙ，ｘ
＋ｙ≦１）を含むものである。
Ｎ）系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ＧａＮ系半導体結晶のエ
ピタキシャル成長方法に関する。なお、本明細書におい
ては、ＧａＮ系結晶とは、ＧａＮ、ＡｌＮ（窒化アルミ
ニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）及びそれらの混晶
であるＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，０≦ｙ，ｘ
＋ｙ≦１）を含むものである。
【０００２】
【従来の技術】近時、青色発光材料としてＧａＮ系半導
体が注目されている。従来、ＧａＮ系半導体結晶をエピ
タキシャル成長させる場合、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ
3 ）基板を用い、ＧａＮ系半導体結晶の（０００１）面
をサファイア基板の（０００１）面上に一致させること
が多い。その際の格子定数のずれは１６％にもなり、結
晶性の優れたＧａＮ系半導体結晶を成長させることがで
きないという問題点があった。
体が注目されている。従来、ＧａＮ系半導体結晶をエピ
タキシャル成長させる場合、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ
3 ）基板を用い、ＧａＮ系半導体結晶の（０００１）面
をサファイア基板の（０００１）面上に一致させること
が多い。その際の格子定数のずれは１６％にもなり、結
晶性の優れたＧａＮ系半導体結晶を成長させることがで
きないという問題点があった。
【０００３】その解決策として、サファイア基板上にバ
ッファ層となるＡｌＮ膜を成長させ、そのＡｌＮ膜上に
ＧａＮ系半導体結晶を成長させる方法（特公昭５９−４
８７９４号、特開平２−２２９４７６号）や、ＧａＡｌ
Ｎよりなるバッファ層の上にＧａＮ系半導体結晶を成長
させる方法（特開平４−２９７０２３号）などが提案さ
れている。これらの提案によれば、バッファ層の導入に
より、サファイア基板とＧａＮ系半導体結晶との格子不
整合が緩和され、ＧａＮ系半導体結晶の表面モフォロジ
や結晶性が向上するとされている。
ッファ層となるＡｌＮ膜を成長させ、そのＡｌＮ膜上に
ＧａＮ系半導体結晶を成長させる方法（特公昭５９−４
８７９４号、特開平２−２２９４７６号）や、ＧａＡｌ
Ｎよりなるバッファ層の上にＧａＮ系半導体結晶を成長
させる方法（特開平４−２９７０２３号）などが提案さ
れている。これらの提案によれば、バッファ層の導入に
より、サファイア基板とＧａＮ系半導体結晶との格子不
整合が緩和され、ＧａＮ系半導体結晶の表面モフォロジ
や結晶性が向上するとされている。
【０００４】また、他の解決策として、アルミニウムガ
ーネット（ＲｅＡｌ2 Ａｌ3 Ｏ12、但し、ＲｅはＧｄ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙのいずれか一
つである。）またはガリウムガーネット（ＲｅＡｌ2 Ｇ
ａ3 Ｏ12、但し、ＲｅはＰｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙのいずれか一つであ
る。）よりなる基板を用いる方法（特開昭４９−３８９
９号）や、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯまたはＣａＯ等より
なる基板を用いる方法（特開平４−２０９５７７号）な
どが提案されている。これらの提案によれば、サファイ
アを基板とする場合に比べて格子定数の不一致が大きく
緩和され、また良好な基板表面が容易に得られ、結晶性
のよいＧａＮ結晶を得ることができるとされている。
ーネット（ＲｅＡｌ2 Ａｌ3 Ｏ12、但し、ＲｅはＧｄ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙのいずれか一
つである。）またはガリウムガーネット（ＲｅＡｌ2 Ｇ
ａ3 Ｏ12、但し、ＲｅはＰｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙのいずれか一つであ
る。）よりなる基板を用いる方法（特開昭４９−３８９
９号）や、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯまたはＣａＯ等より
なる基板を用いる方法（特開平４−２０９５７７号）な
どが提案されている。これらの提案によれば、サファイ
アを基板とする場合に比べて格子定数の不一致が大きく
緩和され、また良好な基板表面が容易に得られ、結晶性
のよいＧａＮ結晶を得ることができるとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ａ
ｌＮバッファ層やＧａＡｌＮバッファ層を設ける提案で
は、ＧａＮ系半導体結晶とサファイア基板との格子不整
合は解消されていないため、バッファ層を介してもＧａ
Ｎ系半導体結晶は未だかなり歪んだ状態にある。従っ
て、このような歪んだ結晶層を用いて発光素子を作製し
ても、輝度が思ったように向上しないという問題点があ
った。
ｌＮバッファ層やＧａＡｌＮバッファ層を設ける提案で
は、ＧａＮ系半導体結晶とサファイア基板との格子不整
合は解消されていないため、バッファ層を介してもＧａ
Ｎ系半導体結晶は未だかなり歪んだ状態にある。従っ
て、このような歪んだ結晶層を用いて発光素子を作製し
ても、輝度が思ったように向上しないという問題点があ
った。
【０００６】また、上記アルミニウムガーネットやガリ
ウムガーネットを基板に用いる提案では、それら基板の
格子定数が１２．００〜１２．５７オングストロームの
範囲にあるため、それらの結晶の（１１１）面の格子間
隔はＧａＮのａ軸の５倍に対応しており、格子整合性は
必ずしも良くない。従って、ＧａＮ系半導体結晶の歪み
は解消されず、作製した発光素子の輝度が向上しないと
いう問題点があった。
ウムガーネットを基板に用いる提案では、それら基板の
格子定数が１２．００〜１２．５７オングストロームの
範囲にあるため、それらの結晶の（１１１）面の格子間
隔はＧａＮのａ軸の５倍に対応しており、格子整合性は
必ずしも良くない。従って、ＧａＮ系半導体結晶の歪み
は解消されず、作製した発光素子の輝度が向上しないと
いう問題点があった。
【０００７】さらに、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯまたはＣ
ａＯ等の基板を用いる提案では、格子整合性が改善され
る代わりに、ＧａＮ系半導体結晶の成長温度（略１００
０℃）で基板が熱分解してしまい、結晶性の良好なＧａ
Ｎ系半導体結晶層が得られないという問題点があった。
ａＯ等の基板を用いる提案では、格子整合性が改善され
る代わりに、ＧａＮ系半導体結晶の成長温度（略１００
０℃）で基板が熱分解してしまい、結晶性の良好なＧａ
Ｎ系半導体結晶層が得られないという問題点があった。
【０００８】そこで、本出願人は、先に、ＧａＮ系半導
体結晶との格子整合性がよく、かつ、ＧａＮ系半導体結
晶の成長温度においても安定している基板材料として、
ネオジムガレート（ＮｄＧａＯ3 ）等の希土類３Ｂ族ペ
ロブスカイトが好適であり、その結晶の｛１０１｝面ま
たは｛０１１｝面を利用することを提案した（特願平６
−２４６８０３号）。しかし、その後の研究により、希
土類３Ｂ族ペロブスカイトの結晶系（斜方晶）とＧａＮ
の結晶系（六方晶）とが異なることにより、希土類３Ｂ
族ペロブスカイト基板上にＧａＮ系半導体結晶を成長さ
せると、ＧａＮ系半導体結晶の所望の結晶面である（０
００１）面（ｃ面）が成長せずに、ｃ面とは異なる結晶
面が成長してしまうことがあるということがわかった。
体結晶との格子整合性がよく、かつ、ＧａＮ系半導体結
晶の成長温度においても安定している基板材料として、
ネオジムガレート（ＮｄＧａＯ3 ）等の希土類３Ｂ族ペ
ロブスカイトが好適であり、その結晶の｛１０１｝面ま
たは｛０１１｝面を利用することを提案した（特願平６
−２４６８０３号）。しかし、その後の研究により、希
土類３Ｂ族ペロブスカイトの結晶系（斜方晶）とＧａＮ
の結晶系（六方晶）とが異なることにより、希土類３Ｂ
族ペロブスカイト基板上にＧａＮ系半導体結晶を成長さ
せると、ＧａＮ系半導体結晶の所望の結晶面である（０
００１）面（ｃ面）が成長せずに、ｃ面とは異なる結晶
面が成長してしまうことがあるということがわかった。
【０００９】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、希土類３Ｂ族ペロブスカイトを基板とし、その基板
の｛１０１｝面または｛０１１｝面上にＧａＮ系半導体
結晶のｃ面を安定して成長させることができるように改
良した結晶成長方法を提供し、それによって青色発光材
料として好適な良質のＧａＮ系半導体結晶を得ることを
目的とする。
で、希土類３Ｂ族ペロブスカイトを基板とし、その基板
の｛１０１｝面または｛０１１｝面上にＧａＮ系半導体
結晶のｃ面を安定して成長させることができるように改
良した結晶成長方法を提供し、それによって青色発光材
料として好適な良質のＧａＮ系半導体結晶を得ることを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は、ＧａＮ系半導体結晶の成長開始前に希
土類３Ｂ族ペロブスカイト基板の表面を適当な方法で処
理することによって、基板上にＧａＮ系半導体結晶のｃ
面を安定して成長させることができると考え、鋭意研究
を重ねた結果、本発明の完成に至った。
に、本発明者は、ＧａＮ系半導体結晶の成長開始前に希
土類３Ｂ族ペロブスカイト基板の表面を適当な方法で処
理することによって、基板上にＧａＮ系半導体結晶のｃ
面を安定して成長させることができると考え、鋭意研究
を重ねた結果、本発明の完成に至った。
【００１１】即ち、本発明は、基板上にＧａＮ系半導体
結晶を成長させるにあたり、前記基板として希土類３Ｂ
族ペロブスカイトの｛１０１｝面または｛０１１｝面を
用い、該基板を、予め３Ｂ族元素を含む化合物よりなる
雰囲気下にさらして処理した後、ＧａＮ系半導体結晶の
成長を開始することを特徴とする。ここで、｛１０１｝
面または｛０１１｝面とは、それぞれ（１０１）面また
は（０１１）面と等価な面を表し、（１~ ０１）面、
（１０１~ ）面、（１~ ０１~ ）面、または（０１~
１）面、（０１１~ ）面、（０１~ １~ ）面のことであ
る。なお、右肩に“~ ”を付した指数はマイナスの指数
である。また、｛１０１｝面または｛０１１｝面よりわ
ずかにオフアングルした基板を用いてもよい。
結晶を成長させるにあたり、前記基板として希土類３Ｂ
族ペロブスカイトの｛１０１｝面または｛０１１｝面を
用い、該基板を、予め３Ｂ族元素を含む化合物よりなる
雰囲気下にさらして処理した後、ＧａＮ系半導体結晶の
成長を開始することを特徴とする。ここで、｛１０１｝
面または｛０１１｝面とは、それぞれ（１０１）面また
は（０１１）面と等価な面を表し、（１~ ０１）面、
（１０１~ ）面、（１~ ０１~ ）面、または（０１~
１）面、（０１１~ ）面、（０１~ １~ ）面のことであ
る。なお、右肩に“~ ”を付した指数はマイナスの指数
である。また、｛１０１｝面または｛０１１｝面よりわ
ずかにオフアングルした基板を用いてもよい。
【００１２】具体的には、例えば、前記３Ｂ族元素を含
む化合物は、塩化ガリウム等の３Ｂ族元素の塩化物であ
り、前記基板はＮｄＧａＯ3 で表されるネオジムガレー
トよりなる。なお、３Ｂ族元素を含む化合物は、塩化ガ
リウム等の３Ｂ族元素の塩化物に限らないし、また、基
板もＮｄＧａＯ3 以外の希土類３Ｂ族ペロブスカイトで
もよい。ここで、希土類元素は単一の元素である必要は
なく、周期律表の３Ｂ族元素との混合物でもよい。ま
た、３Ｂ族元素はＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ及びこれらの混合物
である。
む化合物は、塩化ガリウム等の３Ｂ族元素の塩化物であ
り、前記基板はＮｄＧａＯ3 で表されるネオジムガレー
トよりなる。なお、３Ｂ族元素を含む化合物は、塩化ガ
リウム等の３Ｂ族元素の塩化物に限らないし、また、基
板もＮｄＧａＯ3 以外の希土類３Ｂ族ペロブスカイトで
もよい。ここで、希土類元素は単一の元素である必要は
なく、周期律表の３Ｂ族元素との混合物でもよい。ま
た、３Ｂ族元素はＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ及びこれらの混合物
である。
【００１３】
【作用】上記した手段によれば、基板として希土類３Ｂ
族ペロブスカイトの｛１０１｝面または｛０１１｝面を
用い、その基板を、ＧａＮ系半導体結晶の成長開始前
に、予めガリウム等の３Ｂ族元素を含む化合物よりなる
雰囲気下にさらして処理することによって、基板表面に
ガリウム等がｃ軸方向に配向して吸着或は堆積する。そ
れにより、その後に成長するＧａＮ系半導体結晶の配向
がｃ軸方向に定まるものと考えられ、希土類３Ｂ族ペロ
ブスカイト基板の｛１０１｝面または｛０１１｝面上に
ＧａＮ系半導体結晶の（０００１）面（ｃ面）が成長す
る。また、希土類３Ｂ族ペロブスカイト基板の｛１０
１｝面または｛０１１｝面上にＧａＮ系半導体結晶のｃ
面が成長することによって、基板とＧａＮ系結晶との格
子不整合は最も小さくなる。
族ペロブスカイトの｛１０１｝面または｛０１１｝面を
用い、その基板を、ＧａＮ系半導体結晶の成長開始前
に、予めガリウム等の３Ｂ族元素を含む化合物よりなる
雰囲気下にさらして処理することによって、基板表面に
ガリウム等がｃ軸方向に配向して吸着或は堆積する。そ
れにより、その後に成長するＧａＮ系半導体結晶の配向
がｃ軸方向に定まるものと考えられ、希土類３Ｂ族ペロ
ブスカイト基板の｛１０１｝面または｛０１１｝面上に
ＧａＮ系半導体結晶の（０００１）面（ｃ面）が成長す
る。また、希土類３Ｂ族ペロブスカイト基板の｛１０
１｝面または｛０１１｝面上にＧａＮ系半導体結晶のｃ
面が成長することによって、基板とＧａＮ系結晶との格
子不整合は最も小さくなる。
【００１４】ここで、希土類３Ｂ族ペロブスカイトの
｛１０１｝面または｛０１１｝面を基板として用いる利
点について説明する。一般に、希土類３Ｂ族ペロブスカ
イトは、融点が高く、ＧａＮ系半導体結晶を成長させる
温度において熱的に安定であり、また原料ガスであるＨ
Ｃｌ（塩化水素）やＮＨ3 （アンモニア）等に対しても
化学的に安定である。さらに、以下に説明するようにＧ
ａＮ系半導体結晶との格子整合性も良好である。
｛１０１｝面または｛０１１｝面を基板として用いる利
点について説明する。一般に、希土類３Ｂ族ペロブスカ
イトは、融点が高く、ＧａＮ系半導体結晶を成長させる
温度において熱的に安定であり、また原料ガスであるＨ
Ｃｌ（塩化水素）やＮＨ3 （アンモニア）等に対しても
化学的に安定である。さらに、以下に説明するようにＧ
ａＮ系半導体結晶との格子整合性も良好である。
【００１５】図１に斜方晶系である希土類３Ｂ族ペロブ
スカイト結晶の（０１１）面または（１０１）面の３Ｂ
族原子の配列を示す。図１に点線で示した格子間隔は
（０１１）面ではａ軸の長さに等しく、（１０１）面で
はｂ軸の長さに等しくなり、実線で示した格子間隔は
（０１１）面と（１０１）面ともａ軸、ｂ軸、ｃ軸のそ
れぞれの長さｌa 、ｌb 、ｌc の自乗の和の平方根の２
分の１に等しくなっている。希土類３Ｂ族ペロブスカイ
トでは、上記各軸の間に、ｌa とｌb とが略等しく、か
つ、次式： ｌc ＝√（ｌa2＋ｌb2）／２ の関係が略成り立つため、希土類３Ｂ族ペロブスカイト
結晶の（０１１）面または（１０１）面では、図１に示
されるように略六方格子の状態に配列している。
スカイト結晶の（０１１）面または（１０１）面の３Ｂ
族原子の配列を示す。図１に点線で示した格子間隔は
（０１１）面ではａ軸の長さに等しく、（１０１）面で
はｂ軸の長さに等しくなり、実線で示した格子間隔は
（０１１）面と（１０１）面ともａ軸、ｂ軸、ｃ軸のそ
れぞれの長さｌa 、ｌb 、ｌc の自乗の和の平方根の２
分の１に等しくなっている。希土類３Ｂ族ペロブスカイ
トでは、上記各軸の間に、ｌa とｌb とが略等しく、か
つ、次式： ｌc ＝√（ｌa2＋ｌb2）／２ の関係が略成り立つため、希土類３Ｂ族ペロブスカイト
結晶の（０１１）面または（１０１）面では、図１に示
されるように略六方格子の状態に配列している。
【００１６】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
の長さに等しい。
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
の長さに等しい。
【００１７】図３に、希土類元素としてＮｄ（ネオジ
ム）を選んだ場合の希土類ガリウムペロブスカイト結晶
の（０１１）面または（１０１）面の原子配列と、Ｇａ
Ｎの（０００１）面の原子配列とを対応させた図を示
す。図中の白丸が希土類ガリウムペロブスカイト結晶の
（０１１）面または（１０１）面の原子配列を示し、黒
丸が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倍が希土類ガリウムペロ
ブスカイト結晶のａ軸、ｂ軸、ｃ軸のそれぞれの長さの
自乗の和の平方根の２分の１、ａ軸の長さ、あるいはｂ
軸の長さのいずれか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、希土類ガリウムペロブスカイ
ト結晶の場合にはＧａＮとの格子間隔のずれは０．１〜
６．１％の範囲にあり、サファイアの１６％と比較して
かなり小さくなる。特に、ＬａＧａＯ3 、ＰｒＧａＯ3
およびＮｄＧａＯ3 の場合には格子間隔のずれは０．１
〜１．８％となる。また、希土類アルミニウムペロブス
カイト結晶の場合には格子間隔のずれは３．６〜８．３
％の範囲となる。希土類インジウムペロブスカイト結晶
の場合、ＧａＮとの格子間隔のずれは大きくなるが、Ｉ
ｎＧａＯ3 の場合Ｉｎ0.4 Ｇａ0.6 Ｎとはほぼ格子整合
し、ＩｎＮとＧａＮの混晶結晶を成長させる場合に利点
がある。
ム）を選んだ場合の希土類ガリウムペロブスカイト結晶
の（０１１）面または（１０１）面の原子配列と、Ｇａ
Ｎの（０００１）面の原子配列とを対応させた図を示
す。図中の白丸が希土類ガリウムペロブスカイト結晶の
（０１１）面または（１０１）面の原子配列を示し、黒
丸が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倍が希土類ガリウムペロ
ブスカイト結晶のａ軸、ｂ軸、ｃ軸のそれぞれの長さの
自乗の和の平方根の２分の１、ａ軸の長さ、あるいはｂ
軸の長さのいずれか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、希土類ガリウムペロブスカイ
ト結晶の場合にはＧａＮとの格子間隔のずれは０．１〜
６．１％の範囲にあり、サファイアの１６％と比較して
かなり小さくなる。特に、ＬａＧａＯ3 、ＰｒＧａＯ3
およびＮｄＧａＯ3 の場合には格子間隔のずれは０．１
〜１．８％となる。また、希土類アルミニウムペロブス
カイト結晶の場合には格子間隔のずれは３．６〜８．３
％の範囲となる。希土類インジウムペロブスカイト結晶
の場合、ＧａＮとの格子間隔のずれは大きくなるが、Ｉ
ｎＧａＯ3 の場合Ｉｎ0.4 Ｇａ0.6 Ｎとはほぼ格子整合
し、ＩｎＮとＧａＮの混晶結晶を成長させる場合に利点
がある。
【００１８】また、希土類３Ｂ族ペロブスカイト結晶の
（０１１）面または（１０１）面では、基板最表面層が
３Ｂ族元素となっているので、同種元素を含むＧａＮ系
化合物半導体結晶が、同種元素を含まないサファイア等
の基板を用いた場合に比較して、容易に成長できると考
えられる。
（０１１）面または（１０１）面では、基板最表面層が
３Ｂ族元素となっているので、同種元素を含むＧａＮ系
化合物半導体結晶が、同種元素を含まないサファイア等
の基板を用いた場合に比較して、容易に成長できると考
えられる。
【００１９】
【実施例】以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の
特徴とするところを明らかとする。なお、以下の実施例
は本発明の一例を例示したに過ぎず、その実施例により
本発明が何ら制限を受けないのはいうまでもない。
特徴とするところを明らかとする。なお、以下の実施例
は本発明の一例を例示したに過ぎず、その実施例により
本発明が何ら制限を受けないのはいうまでもない。
【００２０】（実施例）厚さ５００μｍ、面方位（０１
１）のＮｄＧａＯ3 よりなる基板を有機溶剤で洗浄した
後、ハイドライドＶＰＥ装置内に設置した。そして、基
板部を８００℃、Ｇａ原料部を８５０℃にそれぞれ保持
するとともに、Ｎ2 （窒素ガス）をキャリアガスとして
流した。続いて、Ｇａ原料の上流側からＮ2 で希釈した
ＨＣｌガスを流し、Ｇａ原料とＨＣｌとの反応生成物で
あるＧａＣｌを基板部に輸送した。特に限定しないが、
例えば、本例ではそのＧａＣｌ処理を５分間行なった。
しかる後、上記ガスと並行して、Ｇａ原料部をバイパス
して基板の直前にＮＨ3 ガスを流し、そのＮＨ3 ガスと
ＧａＣｌとを反応させて基板上にＧａＮをエピタキシャ
ル成長させた。特に限定しないが、例えば、このＧａＮ
のエピタキシャル成長を３０分間行なった。この実施例
で得られたＧａＮの膜厚は約２μｍであり、その表面に
は異常成長が全く認められなかった。また、このＧａＮ
膜のＸ線回折パターンを図４に示すが、同図より明らか
なように、（０００２）及び（０００４）の回折が強い
ことから、成長したＧａＮの主面は（０００１）面（ｃ
面）であることがわかった。
１）のＮｄＧａＯ3 よりなる基板を有機溶剤で洗浄した
後、ハイドライドＶＰＥ装置内に設置した。そして、基
板部を８００℃、Ｇａ原料部を８５０℃にそれぞれ保持
するとともに、Ｎ2 （窒素ガス）をキャリアガスとして
流した。続いて、Ｇａ原料の上流側からＮ2 で希釈した
ＨＣｌガスを流し、Ｇａ原料とＨＣｌとの反応生成物で
あるＧａＣｌを基板部に輸送した。特に限定しないが、
例えば、本例ではそのＧａＣｌ処理を５分間行なった。
しかる後、上記ガスと並行して、Ｇａ原料部をバイパス
して基板の直前にＮＨ3 ガスを流し、そのＮＨ3 ガスと
ＧａＣｌとを反応させて基板上にＧａＮをエピタキシャ
ル成長させた。特に限定しないが、例えば、このＧａＮ
のエピタキシャル成長を３０分間行なった。この実施例
で得られたＧａＮの膜厚は約２μｍであり、その表面に
は異常成長が全く認められなかった。また、このＧａＮ
膜のＸ線回折パターンを図４に示すが、同図より明らか
なように、（０００２）及び（０００４）の回折が強い
ことから、成長したＧａＮの主面は（０００１）面（ｃ
面）であることがわかった。
【００２１】（比較例）上記５分間のＧａＣｌ処理を行
なわない他は、上記実施例と同一条件及び同一手順で面
方位（０１１）のＮｄＧａＯ3 基板上に直接ＧａＮをエ
ピタキシャル成長させた。比較例で得られたＧａＮ膜の
Ｘ線回折パターンを図５に示すが、同図より明らかなよ
うに、成長したＧａＮの主面は（１１２~ ４）面であ
り、ｃ面からの回折は全く認められなかった。
なわない他は、上記実施例と同一条件及び同一手順で面
方位（０１１）のＮｄＧａＯ3 基板上に直接ＧａＮをエ
ピタキシャル成長させた。比較例で得られたＧａＮ膜の
Ｘ線回折パターンを図５に示すが、同図より明らかなよ
うに、成長したＧａＮの主面は（１１２~ ４）面であ
り、ｃ面からの回折は全く認められなかった。
【００２２】以上、具体的な例を挙げて説明したよう
に、本発明を適用してＧａＮのエピタキシャル成長開始
前に予めＮｄＧａＯ3 基板をＧａＣｌ処理することによ
り、基板上にＧａＮ結晶の（０００１）面（ｃ面）が安
定して成長することが確認された。
に、本発明を適用してＧａＮのエピタキシャル成長開始
前に予めＮｄＧａＯ3 基板をＧａＣｌ処理することによ
り、基板上にＧａＮ結晶の（０００１）面（ｃ面）が安
定して成長することが確認された。
【００２３】なお、上記実施例においては、基板材料は
ＮｄＧａＯ3 であるとしたが、それ以外の希土類３Ｂ族
ペロブスカイト、例えば希土類アルミニウムペロブスカ
イトなどでも基板上にＧａＮ結晶のｃ面が安定して成長
するという同様の効果が得られる。また、基板の面方位
は（０１１）であるとしたが、それに等価である（０１
~ １）、（０１１~ ）、（０１~ １~ ）の各面方位、或
は（１０１）およびそれに等価である（１~ ０１）、
（１０１~ ）、（１~ ０１~ ）の各面方位であっても、
さらにはそれら各面方位からわずかにオフアングルして
いても、ＧａＮ結晶のｃ面が安定して成長するという同
様の効果が得られるのは勿論である。
ＮｄＧａＯ3 であるとしたが、それ以外の希土類３Ｂ族
ペロブスカイト、例えば希土類アルミニウムペロブスカ
イトなどでも基板上にＧａＮ結晶のｃ面が安定して成長
するという同様の効果が得られる。また、基板の面方位
は（０１１）であるとしたが、それに等価である（０１
~ １）、（０１１~ ）、（０１~ １~ ）の各面方位、或
は（１０１）およびそれに等価である（１~ ０１）、
（１０１~ ）、（１~ ０１~ ）の各面方位であっても、
さらにはそれら各面方位からわずかにオフアングルして
いても、ＧａＮ結晶のｃ面が安定して成長するという同
様の効果が得られるのは勿論である。
【００２４】また、上記実施例においては、ＧａＮのエ
ピタキシャル成長開始前にＧａＣｌを基板部に輸送して
基板表面の処理を行なったが、その処理の際に基板部に
流すガスはＧａＣｌに限らず、３Ｂ族元素を含む化合物
のガスであればよい。
ピタキシャル成長開始前にＧａＣｌを基板部に輸送して
基板表面の処理を行なったが、その処理の際に基板部に
流すガスはＧａＣｌに限らず、３Ｂ族元素を含む化合物
のガスであればよい。
【００２５】さらに、上記実施例においては、基板上に
ＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させたが、これに限ら
ず、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びそれらとＧａＮとの混晶である
Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦
１）を成長させても、その結晶のｃ面が安定して成長す
るという同様の効果が得られる。
ＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させたが、これに限ら
ず、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びそれらとＧａＮとの混晶である
Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦
１）を成長させても、その結晶のｃ面が安定して成長す
るという同様の効果が得られる。
【００２６】さらにまた、本発明は、ハイドライドＶＰ
Ｅ法によりＧａＮ系半導体結晶をエピタキシャル成長さ
せる場合に限らず、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法
など他の成長方法にも適用可能である。
Ｅ法によりＧａＮ系半導体結晶をエピタキシャル成長さ
せる場合に限らず、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法
など他の成長方法にも適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】本発明に係る窒化ガリウム系半導体結晶
の成長方法によれば、基板上に窒化ガリウム系半導体結
晶を成長させるにあたり、前記基板として希土類３Ｂ族
ペロブスカイトの｛１０１｝面または｛０１１｝面を用
い、該基板を、予め３Ｂ族元素を含む化合物よりなる雰
囲気下にさらして処理した後、窒化ガリウム系半導体結
晶の成長を開始するようにしたため、ＧａＮ系半導体結
晶に比較的良く格子整合し、かつ、熱的及び化学的に安
定な希土類３Ｂ族ペロブスカイト基板の｛１０１｝面ま
たは｛０１１｝面上にＧａＮ系半導体結晶の（０００
１）面（ｃ面）が安定して成長する。従って、青色発光
用半導体材料として良好なＧａＮ系半導体結晶が得られ
る。
の成長方法によれば、基板上に窒化ガリウム系半導体結
晶を成長させるにあたり、前記基板として希土類３Ｂ族
ペロブスカイトの｛１０１｝面または｛０１１｝面を用
い、該基板を、予め３Ｂ族元素を含む化合物よりなる雰
囲気下にさらして処理した後、窒化ガリウム系半導体結
晶の成長を開始するようにしたため、ＧａＮ系半導体結
晶に比較的良く格子整合し、かつ、熱的及び化学的に安
定な希土類３Ｂ族ペロブスカイト基板の｛１０１｝面ま
たは｛０１１｝面上にＧａＮ系半導体結晶の（０００
１）面（ｃ面）が安定して成長する。従って、青色発光
用半導体材料として良好なＧａＮ系半導体結晶が得られ
る。
【図１】希土類ガリウムペロブスカイトの（０１１）面
または（１０１）面のＧａ原子の配列を示す図である。
または（１０１）面のＧａ原子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】希土類ガリウムペロブスカイトの（０１１）面
または（１０１）面の原子配列と、ＧａＮの（０００
１）面の原子配列との対応を示す図である。
または（１０１）面の原子配列と、ＧａＮの（０００
１）面の原子配列との対応を示す図である。
【図４】実施例で成長させたＧａＮ結晶のＸ線回折パタ
ーンを示す図である。
ーンを示す図である。
【図５】比較として本発明を適用せずに成長させたＧａ
Ｎ結晶のＸ線回折パターンを示す図である。
Ｎ結晶のＸ線回折パターンを示す図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に窒化ガリウム系半導体結晶を成
長させるにあたり、前記基板として希土類３Ｂ族ペロブ
スカイトの｛１０１｝面または｛０１１｝面を用い、該
基板を、予め３Ｂ族元素を含む化合物よりなる雰囲気下
にさらして処理した後、窒化ガリウム系半導体結晶の成
長を開始することを特徴とする窒化ガリウム系半導体結
晶の成長方法。 - 【請求項２】 前記３Ｂ族元素を含む化合物は、３Ｂ族
元素の塩化物であることを特徴とする請求項１記載の窒
化ガリウム系半導体結晶の成長方法。 - 【請求項３】 前記基板はＮｄＧａＯ3 で表されるネオ
ジムガレートよりなり、前記３Ｂ族元素の塩化物は塩化
ガリウムであることを特徴とする請求項２記載の窒化ガ
リウム系半導体結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32822194A JP3263891B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 窒化ガリウム系半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32822194A JP3263891B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 窒化ガリウム系半導体結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186078A true JPH08186078A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3263891B2 JP3263891B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=18207802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32822194A Expired - Fee Related JP3263891B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 窒化ガリウム系半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3263891B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003048800A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-21 | Nikko Materials Co Ltd | ＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法 |
| WO2008035632A1 (fr) | 2006-09-20 | 2008-03-27 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN MONOCRISTAL DE GaN, SUBSTRAT DE MATRICE DE FILM MINCE DE GaN ET APPAREIL DE CROISSANCE DE MONOCRISTAL DE GaN |
| WO2008126532A1 (ja) | 2007-03-14 | 2008-10-23 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | エピタキシャル成長用基板および窒化物系化合物半導体単結晶の製造方法 |
-
1994
- 1994-12-28 JP JP32822194A patent/JP3263891B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003048800A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-21 | Nikko Materials Co Ltd | ＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法 |
| JP4673514B2 (ja) * | 2001-08-06 | 2011-04-20 | Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 | ＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法 |
| WO2008035632A1 (fr) | 2006-09-20 | 2008-03-27 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN MONOCRISTAL DE GaN, SUBSTRAT DE MATRICE DE FILM MINCE DE GaN ET APPAREIL DE CROISSANCE DE MONOCRISTAL DE GaN |
| US8137460B2 (en) | 2006-09-20 | 2012-03-20 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | Manufacturing method of GaN thin film template substrate, GaN thin film template substrate and GaN thick film single crystal |
| WO2008126532A1 (ja) | 2007-03-14 | 2008-10-23 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | エピタキシャル成長用基板および窒化物系化合物半導体単結晶の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3263891B2 (ja) | 2002-03-11 |
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