JPH08186329A - 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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- JPH08186329A JPH08186329A JP32822294A JP32822294A JPH08186329A JP H08186329 A JPH08186329 A JP H08186329A JP 32822294 A JP32822294 A JP 32822294A JP 32822294 A JP32822294 A JP 32822294A JP H08186329 A JPH08186329 A JP H08186329A
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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、その基板上に、７００
℃以下の温度でＭＯＣＶＤ法により形成したＧａＮや、
Ｒｆスパッタ法により形成したＺｎＯやＩｎ2 Ｏ3 など
よりなるバッファ層を設け、その上にＧａＮ系半導体結
晶を成長させる。 【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｝面上にバ
ッファ層を介してＧａＮ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、その基板上に、７００
℃以下の温度でＭＯＣＶＤ法により形成したＧａＮや、
Ｒｆスパッタ法により形成したＺｎＯやＩｎ2 Ｏ3 など
よりなるバッファ層を設け、その上にＧａＮ系半導体結
晶を成長させる。 【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｝面上にバ
ッファ層を介してＧａＮ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｛０１
１｝面を用い、該基板上に予めバッファ層を形成した
後、窒化ガリウム系半導体結晶の成長を行なうことを特
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~ ０
１~ ）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。
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｛０１
１｝面を用い、該基板上に予めバッファ層を形成した
後、窒化ガリウム系半導体結晶の成長を行なうことを特
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~ ０
１~ ）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、前記バッファ層は、
基板を７００℃以下の温度に保持して形成した窒化ガリ
ウム系結晶よりなる薄膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む薄
膜または酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）を含む薄膜など
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、基板は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。
基板を７００℃以下の温度に保持して形成した窒化ガリ
ウム系結晶よりなる薄膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む薄
膜または酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）を含む薄膜など
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、基板は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、その基板上に予めバッファ層を形成し、その上に
ＧａＮ系半導体結晶を成長させることによって、先ずバ
ッファ層となる薄膜はアモルファス状態となり、その後
ＧａＮ系半導体結晶の成長温度まで基板温度を上げる際
にｃ軸配向で再結晶化する。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｛１０
１｝面または｛０１１｝面上にバッファ層を介してＧａ
Ｎ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｛１０１｝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、その基板上に予めバッファ層を形成し、その上に
ＧａＮ系半導体結晶を成長させることによって、先ずバ
ッファ層となる薄膜はアモルファス状態となり、その後
ＧａＮ系半導体結晶の成長温度まで基板温度を上げる際
にｃ軸配向で再結晶化する。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｛１０
１｝面または｛０１１｝面上にバッファ層を介してＧａ
Ｎ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｛１０１｝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、以下の各実施
例は本発明を具体的に例示したに過ぎず、それら各実施
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、以下の各実施
例は本発明を具体的に例示したに過ぎず、それら各実施
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１）厚さ５００μｍ、面方位（０
１１）のＮｄＧａＯ3 よりなる基板を有機溶剤で洗浄し
た後、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置内に設置し
た。そして、基板温度を５５０℃に保持した。その状態
で、Ｈ2 （水素ガス）に加えて原料ガスとしてＮＨ3 ガ
スとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を流し、厚さ数百オ
ングストロームのＧａＮよりなる薄膜（バッファ層）を
形成した。なお、バッファ層を形成する際の基板温度は
７００℃以下が妥当であるが、その理由は、基板温度が
７００℃を超えるとＧａＮ薄膜がその形成時に結晶化し
てしまうからである。その後、基板をＭＯＣＶＤ装置か
ら取り出して、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を基板部に輸送するとともに、
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とを反応させてバッファ
層上に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３
０分間行なった。この実施例１で得られたＧａＮのエピ
タキシャル成長膜の厚さは約２μｍであり、その表面に
は殆ど異常成長が認められなかった。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。
１１）のＮｄＧａＯ3 よりなる基板を有機溶剤で洗浄し
た後、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置内に設置し
た。そして、基板温度を５５０℃に保持した。その状態
で、Ｈ2 （水素ガス）に加えて原料ガスとしてＮＨ3 ガ
スとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を流し、厚さ数百オ
ングストロームのＧａＮよりなる薄膜（バッファ層）を
形成した。なお、バッファ層を形成する際の基板温度は
７００℃以下が妥当であるが、その理由は、基板温度が
７００℃を超えるとＧａＮ薄膜がその形成時に結晶化し
てしまうからである。その後、基板をＭＯＣＶＤ装置か
ら取り出して、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を基板部に輸送するとともに、
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とを反応させてバッファ
層上に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３
０分間行なった。この実施例１で得られたＧａＮのエピ
タキシャル成長膜の厚さは約２μｍであり、その表面に
は殆ど異常成長が認められなかった。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】（実施例２）厚さ５００μｍ、面方位（０
１１）のＮｄＧａＯ3 よりなる基板を有機溶剤で洗浄し
た後、Ｒｆスパッタリング装置内に設置した。そして、
チャンバー内を圧力０．３TorrのＯ2 （酸素）ガス雰囲
気に保ちながら、６０分間、ＺｎＯよりなるターゲット
をスパッターし、基板上に厚さ数百オングストロームの
アモルファス状のＺｎＯ薄膜（バッファ層）を形成し
た。その際、基板温度を特に制御しなかったが、スパッ
タ中に基板温度は１００℃程度まで上昇していた。その
後、基板をＲｆスパッタリング装置から取り出して、ハ
イドライドＶＰＥ装置内に設置した。そして、上記実施
例１と同一条件及び同一手順でバッファ層上にＧａＮを
エピタキシャル成長させた。この実施例２で得られたＧ
ａＮのエピタキシャル成長膜の厚さは約２μｍであり、
その表面には殆ど異常成長が認められなかった。また、
このＧａＮ膜のＸ線回折パターンは図２に示した回折パ
ターンと略同じであり、成長したＧａＮの主面は（００
０１）面（ｃ面）であることがわかった。
１１）のＮｄＧａＯ3 よりなる基板を有機溶剤で洗浄し
た後、Ｒｆスパッタリング装置内に設置した。そして、
チャンバー内を圧力０．３TorrのＯ2 （酸素）ガス雰囲
気に保ちながら、６０分間、ＺｎＯよりなるターゲット
をスパッターし、基板上に厚さ数百オングストロームの
アモルファス状のＺｎＯ薄膜（バッファ層）を形成し
た。その際、基板温度を特に制御しなかったが、スパッ
タ中に基板温度は１００℃程度まで上昇していた。その
後、基板をＲｆスパッタリング装置から取り出して、ハ
イドライドＶＰＥ装置内に設置した。そして、上記実施
例１と同一条件及び同一手順でバッファ層上にＧａＮを
エピタキシャル成長させた。この実施例２で得られたＧ
ａＮのエピタキシャル成長膜の厚さは約２μｍであり、
その表面には殆ど異常成長が認められなかった。また、
このＧａＮ膜のＸ線回折パターンは図２に示した回折パ
ターンと略同じであり、成長したＧａＮの主面は（００
０１）面（ｃ面）であることがわかった。
【００２２】（実施例３）厚さ５００μｍ、面方位（０
１１）のＮｄＧａＯ3 よりなる基板を有機溶剤で洗浄し
た後、Ｒｆスパッタリング装置内に設置した。そして、
チャンバー内を圧力０．３TorrのＡｒ（アルゴン）ガス
雰囲気に保ちながら、６０分間、ＩＴＯ（indium-tin o
xide）よりなるターゲットをスパッターし、基板上に厚
さ数百オングストロームのアモルファス状のＳｎドープ
Ｉｎ2 Ｏ3 薄膜（バッファ層）を形成した。その際、基
板温度を特に制御しなかったが、スパッタ中に基板温度
は１００℃程度まで上昇していた。その後、基板をＲｆ
スパッタリング装置から取り出して、ハイドライドＶＰ
Ｅ装置内に設置した。そして、上記実施例１と同一条件
及び同一手順でバッファ層上にＧａＮをエピタキシャル
成長させた。この実施例３で得られたＧａＮのエピタキ
シャル成長膜の厚さは約２μｍであり、その表面には殆
ど異常成長が認められなかった。また、このＧａＮ膜の
Ｘ線回折パターンは図２に示した回折パターンと略同じ
であり、成長したＧａＮの主面は（０００１）面（ｃ
面）であることがわかった。
１１）のＮｄＧａＯ3 よりなる基板を有機溶剤で洗浄し
た後、Ｒｆスパッタリング装置内に設置した。そして、
チャンバー内を圧力０．３TorrのＡｒ（アルゴン）ガス
雰囲気に保ちながら、６０分間、ＩＴＯ（indium-tin o
xide）よりなるターゲットをスパッターし、基板上に厚
さ数百オングストロームのアモルファス状のＳｎドープ
Ｉｎ2 Ｏ3 薄膜（バッファ層）を形成した。その際、基
板温度を特に制御しなかったが、スパッタ中に基板温度
は１００℃程度まで上昇していた。その後、基板をＲｆ
スパッタリング装置から取り出して、ハイドライドＶＰ
Ｅ装置内に設置した。そして、上記実施例１と同一条件
及び同一手順でバッファ層上にＧａＮをエピタキシャル
成長させた。この実施例３で得られたＧａＮのエピタキ
シャル成長膜の厚さは約２μｍであり、その表面には殆
ど異常成長が認められなかった。また、このＧａＮ膜の
Ｘ線回折パターンは図２に示した回折パターンと略同じ
であり、成長したＧａＮの主面は（０００１）面（ｃ
面）であることがわかった。
【００２３】（比較例）バッファ層の形成を行なわない
他は、上記実施例１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。
他は、上記実施例１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。
【００２４】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
前に予め基板上にバッファ層を形成することにより、バ
ッファ層上に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
前に予め基板上にバッファ層を形成することにより、バ
ッファ層上に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。
【００２５】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（０１
１）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（１０
１）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（０１
１）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（１０
１）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。
【００２６】また、上記実施例においては、バッファ層
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。
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。
【００２７】さらに、本発明は、ハイドライドＶＰＥ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。
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。
【００２８】さらにまた、バッファ層の形成方法は、Ｍ
ＯＣＶＤ法及びＲｆスパッタ法に限らず、他の薄膜形成
方法でもよい。
ＯＣＶＤ法及びＲｆスパッタ法に限らず、他の薄膜形成
方法でもよい。
【００２９】
【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、該基板上に予めバッファ層を形成した後、窒化ガリ
ウム系半導体結晶の成長を行なうようにしたため、Ｇａ
Ｎ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｝面上にバッファ層を介し
てＧａＮ系半導体結晶の（０００１）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、該基板上に予めバッファ層を形成した後、窒化ガリ
ウム系半導体結晶の成長を行なうようにしたため、Ｇａ
Ｎ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｝面上にバッファ層を介し
てＧａＮ系半導体結晶の（０００１）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１でエピタキシャル成長させたＧａＮ結
晶のＸ線回折パターンを示す図である。
晶のＸ線回折パタ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エピタキシャル
成長させたＧａＮ結晶のＸ線回折パターンを示す図であ
る。
成長させたＧａＮ結晶のＸ線回折パターンを示す図であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/205 33/00 Ｃ // Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｒ
Claims (5)
- 【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
基板上に予めバッファ層を形成した後、窒化ガリウム系
半導体結晶の成長を行なう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】 前記バッファ層は、基板を７００℃以下
の温度に保持して形成した窒化ガリウム系結晶よりなる
薄膜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】 前記バッファ層は、酸化亜鉛を含む薄膜
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４】 前記バッファ層は、酸化インジウムを含
む薄膜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５】 前記基板は、ＮｄＧａＯ3 で表されるネ
オジムガレートよりなることを特徴とする請求項１、
２、３または４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 |
|---|---|---|---|
| JP32822294A JPH08186329A (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 |
|---|---|---|---|
| JP32822294A JPH08186329A (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 (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186329A true JPH08186329A (ja) | 1996-07-16 |
Family
ID=18207811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32822294A Pending JPH08186329A (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) | JPH08186329A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08208385A (ja) * | 1995-01-27 | 1996-08-13 | Japan Energy Corp | 窒化ガリウム系半導体結晶の成長方法 |
| JP2002542624A (ja) * | 1999-04-16 | 2002-12-10 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | 二段階プロセスによる半導体のヘテロ構造体及び製造方法 |
| 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 |
| KR100438813B1 (ko) * | 1997-10-24 | 2004-07-16 | 삼성전기주식회사 | 질화갈륨(gan) 웨이퍼 제조방법 |
| KR100450785B1 (ko) * | 1997-12-23 | 2004-11-16 | 삼성전기주식회사 | 질화갈륨후막제조방법 |
| JP2005179167A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-07-07 | Kenichiro Miyahara | 薄膜形成用基板、薄膜基板及び発光素子 |
| 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 JP32822294A patent/JPH08186329A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08208385A (ja) * | 1995-01-27 | 1996-08-13 | Japan Energy Corp | 窒化ガリウム系半導体結晶の成長方法 |
| KR100438813B1 (ko) * | 1997-10-24 | 2004-07-16 | 삼성전기주식회사 | 질화갈륨(gan) 웨이퍼 제조방법 |
| KR100450785B1 (ko) * | 1997-12-23 | 2004-11-16 | 삼성전기주식회사 | 질화갈륨후막제조방법 |
| JP2002542624A (ja) * | 1999-04-16 | 2002-12-10 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | 二段階プロセスによる半導体のヘテロ構造体及び製造方法 |
| 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 |
| JP2005179167A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-07-07 | Kenichiro Miyahara | 薄膜形成用基板、薄膜基板及び発光素子 |
| 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 |
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