JPH08259385A - エピタキシャルウェハおよびその製造方法 - Google Patents
エピタキシャルウェハおよびその製造方法Info
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- JPH08259385A JPH08259385A JP6804895A JP6804895A JPH08259385A JP H08259385 A JPH08259385 A JP H08259385A JP 6804895 A JP6804895 A JP 6804895A JP 6804895 A JP6804895 A JP 6804895A JP H08259385 A JPH08259385 A JP H08259385A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 たとえば三原色発光素子等に使用可能な高性
能のエピタキシャルウェハ、およびそれを工業的に製造
できる方法を提供する。 【構成】 ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰからなる群か
ら選ばれる化合物半導体基板１と、基板１上に形成され
た厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ
層２と、バッファ層２上に形成されたＧａＮを含むエピ
タキシャル層３と、バッファ層２とエピタキシャル層３
との界面に位置する不整合面９とを備える。バッファ層
２は、有機金属クロライド気相エピタキシ成長法によ
り、第１の温度で形成され、エピタキシャル層３は、有
機金属クロライド気相エピタキシ成長法により、第１の
温度より高い第２の温度で形成される。
能のエピタキシャルウェハ、およびそれを工業的に製造
できる方法を提供する。 【構成】 ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰからなる群か
ら選ばれる化合物半導体基板１と、基板１上に形成され
た厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ
層２と、バッファ層２上に形成されたＧａＮを含むエピ
タキシャル層３と、バッファ層２とエピタキシャル層３
との界面に位置する不整合面９とを備える。バッファ層
２は、有機金属クロライド気相エピタキシ成長法によ
り、第１の温度で形成され、エピタキシャル層３は、有
機金属クロライド気相エピタキシ成長法により、第１の
温度より高い第２の温度で形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、エピタキシャルウェ
ハおよびその製造方法に関するものであり、特に、三原
色発光素子等の各種デバイスに用いられるエピタキシャ
ルウェハおよびその製造方法に関するものである。
ハおよびその製造方法に関するものであり、特に、三原
色発光素子等の各種デバイスに用いられるエピタキシャ
ルウェハおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来のＡｌＧａＡｓ系の赤色発
光素子（ＬＥＤ）の一例の構造を示す断面図である。
光素子（ＬＥＤ）の一例の構造を示す断面図である。
【０００３】図５を参照して、この赤色発光素子１００
は、ＺｎがドープされたＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなる
基板１０１と、基板１０１上に形成されたｐ型Ａｌ0.35
Ｇａ 0.65Ａｓからなる赤色発光層１０２と、赤色発光層
１０２上に形成されたｎ型Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓからな
るクラッド層１０３とを備え、電極は、基板１０１およ
びクラッド層１０３からとっている。
は、ＺｎがドープされたＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなる
基板１０１と、基板１０１上に形成されたｐ型Ａｌ0.35
Ｇａ 0.65Ａｓからなる赤色発光層１０２と、赤色発光層
１０２上に形成されたｎ型Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓからな
るクラッド層１０３とを備え、電極は、基板１０１およ
びクラッド層１０３からとっている。
【０００４】なお、赤色発光素子の材料としては、この
ようなＡｌＧａＡｓ系以外に、ＧａＡｓＰ系のものも適
用されている。
ようなＡｌＧａＡｓ系以外に、ＧａＡｓＰ系のものも適
用されている。
【０００５】また、図６は、たとえば日経サイエンス１
９９４年１０月号、ｐ．４４に記載された、現在市販が
開始されているＧａＮ系の青色発光素子（ＬＥＤ）の一
例の構造を示す断面図である。
９９４年１０月号、ｐ．４４に記載された、現在市販が
開始されているＧａＮ系の青色発光素子（ＬＥＤ）の一
例の構造を示す断面図である。
【０００６】図６を参照して、この青色発光素子２００
は、サファイア基板２０１と、基板２０１上に形成され
たＧａＮバッファ層２０２と、バッファ層２０２上に形
成された六方晶のｎ型ＧａＮエピタキシャル層２０３と
から構成されたエピタキシャルウェハ上に、ｎ型ＡｌＧ
ａＮからなるクラッド層２０４、Ｚｎがドープされたｎ
型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる青色発光層２０５、ｐ型
ＡｌＧａＮからなるクラッド層２０６およびｐ型ＧａＮ
エピタキシャル層２０７が順に形成され、電極は、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層２０３，２０７からとっている。
は、サファイア基板２０１と、基板２０１上に形成され
たＧａＮバッファ層２０２と、バッファ層２０２上に形
成された六方晶のｎ型ＧａＮエピタキシャル層２０３と
から構成されたエピタキシャルウェハ上に、ｎ型ＡｌＧ
ａＮからなるクラッド層２０４、Ｚｎがドープされたｎ
型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる青色発光層２０５、ｐ型
ＡｌＧａＮからなるクラッド層２０６およびｐ型ＧａＮ
エピタキシャル層２０７が順に形成され、電極は、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層２０３，２０７からとっている。
【０００７】なお、この青色発光素子において、ＧａＮ
バッファ層２０２は、サファイア基板２０１とＧａＮエ
ピタキシャル層２０３との格子定数の差による歪みを緩
和するために設けられている。
バッファ層２０２は、サファイア基板２０１とＧａＮエ
ピタキシャル層２０３との格子定数の差による歪みを緩
和するために設けられている。
【０００８】さらに、図７は、青色発光素子と同様に現
在市販が開始されているＧａＮ系の青緑色発光素子（Ｌ
ＥＤ）の一例の構造を示す断面図である。
在市販が開始されているＧａＮ系の青緑色発光素子（Ｌ
ＥＤ）の一例の構造を示す断面図である。
【０００９】図７を参照して、この青緑色発光素子３０
０は、サファイア基板３０１と、基板３０１上に形成さ
れたＧａＮバッファ層３０２と、ＧａＮバッファ層３０
２上に形成された六方晶のｎ型ＧａＮエピタキシャル層
３０３とから構成されたエピタキシャルウェハ上に、ｎ
型ＡｌＧａＮからなるクラッド層３０４、Ｚｎがドープ
されたｎ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる青緑色発光層３
０５、ｐ型ＡｌＧａＮからなるクラッド層３０６および
ｐ型ＧａＮエピタキシャル層３０７が順に形成され、電
極は、ＧａＮエピタキシャル層３０３，３０７からとっ
ている。
０は、サファイア基板３０１と、基板３０１上に形成さ
れたＧａＮバッファ層３０２と、ＧａＮバッファ層３０
２上に形成された六方晶のｎ型ＧａＮエピタキシャル層
３０３とから構成されたエピタキシャルウェハ上に、ｎ
型ＡｌＧａＮからなるクラッド層３０４、Ｚｎがドープ
されたｎ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる青緑色発光層３
０５、ｐ型ＡｌＧａＮからなるクラッド層３０６および
ｐ型ＧａＮエピタキシャル層３０７が順に形成され、電
極は、ＧａＮエピタキシャル層３０３，３０７からとっ
ている。
【００１０】なお、この青緑色発光素子において、Ｇａ
Ｎバッファ層３０２は、サファイア基板３０１とＧａＮ
エピタキシャル層３０３との格子定数の差による歪みを
緩和するために設けられている。
Ｎバッファ層３０２は、サファイア基板３０１とＧａＮ
エピタキシャル層３０３との格子定数の差による歪みを
緩和するために設けられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
上述のように、赤色、青色、緑色のそれぞれ個別の発光
素子（ＬＥＤ）を作製することはできたが、ハイブリッ
ドになったものは作製することができなかった。なぜな
ら、上述のように、青色および緑色発光素子はＧａＮ層
をサファイア基板上に成長させるものであるが、多層構
造の三原色発光素子を作製するためには、赤色発光素子
のＡｌＧａＡｓ層上へＧａＮ層を形成する技術が必要と
なるからである。
上述のように、赤色、青色、緑色のそれぞれ個別の発光
素子（ＬＥＤ）を作製することはできたが、ハイブリッ
ドになったものは作製することができなかった。なぜな
ら、上述のように、青色および緑色発光素子はＧａＮ層
をサファイア基板上に成長させるものであるが、多層構
造の三原色発光素子を作製するためには、赤色発光素子
のＡｌＧａＡｓ層上へＧａＮ層を形成する技術が必要と
なるからである。
【００１２】しかしながら、従来、赤色発光素子の材料
として用いられるＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓＰ層上
に、青色発光素子の材料として用いられるＧａＮ層を形
成することはできなかった。そのため、従来、マルチカ
ラーを表示する際には、各色のＬＥＤを個別に設置する
必要があり、画素密度を高くすることができないという
問題があった。
として用いられるＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓＰ層上
に、青色発光素子の材料として用いられるＧａＮ層を形
成することはできなかった。そのため、従来、マルチカ
ラーを表示する際には、各色のＬＥＤを個別に設置する
必要があり、画素密度を高くすることができないという
問題があった。
【００１３】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、たとえば三原色発光素子等に使用可能な高性能のエ
ピタキシャルウェハ、およびそれを工業的に製造できる
方法を、提供することにある。
し、たとえば三原色発光素子等に使用可能な高性能のエ
ピタキシャルウェハ、およびそれを工業的に製造できる
方法を、提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明によるエピタキ
シャルウェハは、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰからな
る群から選ばれる化合物半導体基板と、基板上に形成さ
れた厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッフ
ァ層と、バッファ層上に形成されたＧａＮを含むエピタ
キシャル層と、バッファ層とエピタキシャル層との界面
に位置する不整合面とを備えている。
シャルウェハは、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰからな
る群から選ばれる化合物半導体基板と、基板上に形成さ
れた厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッフ
ァ層と、バッファ層上に形成されたＧａＮを含むエピタ
キシャル層と、バッファ層とエピタキシャル層との界面
に位置する不整合面とを備えている。
【００１５】ここで、バッファ層とエピタキシャル層と
の界面に位置する不整合面としては、たとえば、バッフ
ァ層とエピタキシャル層との成長温度の違いによる結晶
格子のずれによるもの等が考えられる。なお、この不整
合面は、透過電子顕微鏡による素子の断面観察から、バ
ッファ層とエピタキシャル層のコントラストの違いとし
て観察することができる。
の界面に位置する不整合面としては、たとえば、バッフ
ァ層とエピタキシャル層との成長温度の違いによる結晶
格子のずれによるもの等が考えられる。なお、この不整
合面は、透過電子顕微鏡による素子の断面観察から、バ
ッファ層とエピタキシャル層のコントラストの違いとし
て観察することができる。
【００１６】好ましくは、バッファ層の厚さは、２０ｎ
ｍ〜６０ｎｍであるとよい。また、この発明によるエピ
タキシャルウェハの製造方法は、ＡｌＧａＡｓおよびＧ
ａＡｓＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上
に、外部から反応室全体を加熱しながら塩化水素および
ガリウムを含む有機金属原料を含む第１のガスとアンモ
ニアを含む第２のガスとを反応室内に導入して反応室内
に設置された基板上に気相成長させる方法により、第１
の温度で、ＧａＮからなるバッファ層を形成するステッ
プと、バッファ層上に、外部から反応室全体を加熱しな
がら塩化水素およびガリウムを含む有機金属原料を含む
第１のガスとアンモニアを含む第２のガスとを反応室内
に導入して反応室内に設置された基板上に気相成長させ
る方法により、第１の温度より高い第２の温度で、Ｇａ
Ｎを含むエピタキシャル層を形成するステップとを備え
ている。
ｍ〜６０ｎｍであるとよい。また、この発明によるエピ
タキシャルウェハの製造方法は、ＡｌＧａＡｓおよびＧ
ａＡｓＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上
に、外部から反応室全体を加熱しながら塩化水素および
ガリウムを含む有機金属原料を含む第１のガスとアンモ
ニアを含む第２のガスとを反応室内に導入して反応室内
に設置された基板上に気相成長させる方法により、第１
の温度で、ＧａＮからなるバッファ層を形成するステッ
プと、バッファ層上に、外部から反応室全体を加熱しな
がら塩化水素およびガリウムを含む有機金属原料を含む
第１のガスとアンモニアを含む第２のガスとを反応室内
に導入して反応室内に設置された基板上に気相成長させ
る方法により、第１の温度より高い第２の温度で、Ｇａ
Ｎを含むエピタキシャル層を形成するステップとを備え
ている。
【００１７】ガリウムを含む有機金属原料としては、た
とえば、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム等が
用いられる。
とえば、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム等が
用いられる。
【００１８】好ましくは、第１の温度は３００℃〜７０
０℃であり、第２の温度は７５０℃以上であるとよい。
０℃であり、第２の温度は７５０℃以上であるとよい。
【００１９】さらに好ましくは、第１の温度は４００℃
〜６００℃であるとよい。
〜６００℃であるとよい。
【００２０】
【作用】この発明によるエピタキシャルウェハは、厚さ
が１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層を備
えている。
が１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層を備
えている。
【００２１】本願発明におけるこのバッファ層は、この
ような基板とＧａＮエピタキシャル層との格子定数の差
による歪を緩和する作用の他に、耐熱性コーティングと
しての作用も兼ね備えている。
ような基板とＧａＮエピタキシャル層との格子定数の差
による歪を緩和する作用の他に、耐熱性コーティングと
しての作用も兼ね備えている。
【００２２】すなわち、ＧａＮのエピタキシャル成長
は、通常８００℃〜１１００℃という非常に高温で行な
う必要があるが、ＧａＮおよびサファイア基板は、８０
０℃以上の高温でも熱ダメージを受けることがなかっ
た。しかしながら、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰ基板
は、８００℃以上の高温ではＡｓやＰの抜けが起こり、
基板としての役目を果たせなくなってしまう。このよう
なことから、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰ基板上にＧ
ａＮエピタキシャル層を形成するためには、耐熱性コー
ティングを施す必要がある。本願発明においてＧａＮエ
ピタキシャル層より低温で形成されるＧａＮバッファ層
は、このような耐熱性コーティングとして作用するもの
でもある。
は、通常８００℃〜１１００℃という非常に高温で行な
う必要があるが、ＧａＮおよびサファイア基板は、８０
０℃以上の高温でも熱ダメージを受けることがなかっ
た。しかしながら、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰ基板
は、８００℃以上の高温ではＡｓやＰの抜けが起こり、
基板としての役目を果たせなくなってしまう。このよう
なことから、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰ基板上にＧ
ａＮエピタキシャル層を形成するためには、耐熱性コー
ティングを施す必要がある。本願発明においてＧａＮエ
ピタキシャル層より低温で形成されるＧａＮバッファ層
は、このような耐熱性コーティングとして作用するもの
でもある。
【００２３】このＧａＮバッファ層の厚さは、１０ｎｍ
〜８０ｎｍである。１０ｎｍより薄いと、エピタキシャ
ル層を形成するための昇温中にバッファ層が部分的に途
切れ、この上に形成されたエピタキシャル層が剥れてし
まうからである。一方、８０ｎｍより厚いと、フラット
なバッファ層の低温成長に核成長が混ざり、この核を中
心にピラミッド状にエピタキシャル層が成長してしまう
からである。
〜８０ｎｍである。１０ｎｍより薄いと、エピタキシャ
ル層を形成するための昇温中にバッファ層が部分的に途
切れ、この上に形成されたエピタキシャル層が剥れてし
まうからである。一方、８０ｎｍより厚いと、フラット
なバッファ層の低温成長に核成長が混ざり、この核を中
心にピラミッド状にエピタキシャル層が成長してしまう
からである。
【００２４】また、この発明に従うエピタキシャルウェ
ハの製造方法によれば、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰ
からなる群から選ばれる化合物半導体基板上に、ＧａＮ
エピタキシャル層の成長温度よりも低い温度で、ＧａＮ
バッファ層を形成している。
ハの製造方法によれば、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰ
からなる群から選ばれる化合物半導体基板上に、ＧａＮ
エピタキシャル層の成長温度よりも低い温度で、ＧａＮ
バッファ層を形成している。
【００２５】そのため、基板結晶がダメージを受けるこ
となく、高品質な立方晶のＧａＮエピタキシャル層を成
長させることができる。
となく、高品質な立方晶のＧａＮエピタキシャル層を成
長させることができる。
【００２６】このＧａＮからなるバッファ層を形成する
際の温度は、３００℃〜７００℃が好ましい。３００℃
より低いと、ＧａＮからなるバッファ層が成長しないか
らである。一方、７００℃より高いと、基板が熱ダメー
ジを受けて、この上に形成されたエピタキシャル層が剥
れてしまうからである。
際の温度は、３００℃〜７００℃が好ましい。３００℃
より低いと、ＧａＮからなるバッファ層が成長しないか
らである。一方、７００℃より高いと、基板が熱ダメー
ジを受けて、この上に形成されたエピタキシャル層が剥
れてしまうからである。
【００２７】また、この発明によれば、ＧａＮバッファ
層およびＧａＮエピタキシャル層の形成に、外部から反
応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウムを含む
有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを含む第２
のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置された基
板上に気相成長させる方法（以下「有機金属クロライド
気相エピタキシ成長法」という）が用いられている。こ
の有機金属クロライド気相エピタキシ成長法は、成長速
度が速い上に、急峻なヘテロ界面を得ることが可能であ
る。
層およびＧａＮエピタキシャル層の形成に、外部から反
応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウムを含む
有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを含む第２
のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置された基
板上に気相成長させる方法（以下「有機金属クロライド
気相エピタキシ成長法」という）が用いられている。こ
の有機金属クロライド気相エピタキシ成長法は、成長速
度が速い上に、急峻なヘテロ界面を得ることが可能であ
る。
【００２８】さらに、この発明によれば、バッファ層お
よびエピタキシャル層が同一の有機金属クロライド気相
エピタキシ成長法により形成される。そのため、同一チ
ャンバ内で一貫成長させることが可能となる。
よびエピタキシャル層が同一の有機金属クロライド気相
エピタキシ成長法により形成される。そのため、同一チ
ャンバ内で一貫成長させることが可能となる。
【００２９】
（実施例１）図１は、この発明によるエピタキシャルウ
ェハの一例の構造を示す断面図である。
ェハの一例の構造を示す断面図である。
【００３０】図１を参照して、このエピタキシャルウェ
ハは、ＡｌＧａＡｓ基板１上にＧａＮバッファ層２が形
成され、さらにその上にＧａＮエピタキシャル層３が形
成されている。
ハは、ＡｌＧａＡｓ基板１上にＧａＮバッファ層２が形
成され、さらにその上にＧａＮエピタキシャル層３が形
成されている。
【００３１】次に、このように構成されるエピタキシャ
ルウェハの製造方法について、以下に説明する。
ルウェハの製造方法について、以下に説明する。
【００３２】図２は、この発明による有機金属クロライ
ド気相エピタキシ成長法を用いたエピタキシャルウェハ
の製造に用いられる気相成長装置の概略構成を示す図で
ある。図２を参照して、この装置は、第１のガス導入口
５１と第２のガス導入口５２と排気口５３とを有する反
応チャンバ５４と、この反応チャンバ５４の外部からチ
ャンバ内全体を加熱するための抵抗加熱ヒータ５５とか
ら構成される。
ド気相エピタキシ成長法を用いたエピタキシャルウェハ
の製造に用いられる気相成長装置の概略構成を示す図で
ある。図２を参照して、この装置は、第１のガス導入口
５１と第２のガス導入口５２と排気口５３とを有する反
応チャンバ５４と、この反応チャンバ５４の外部からチ
ャンバ内全体を加熱するための抵抗加熱ヒータ５５とか
ら構成される。
【００３３】このように構成される装置を用いて、以下
のようにエピタキシャルウェハの作製を行なった。
のようにエピタキシャルウェハの作製を行なった。
【００３４】図２を参照して、まず、石英からなる反応
チャンバ５４内に、Ｈ2 ＳＯ4 系の通常のエッチング液
で前処理された、あるいは前処理を施していないＡｌＧ
ａＡｓ（１００）面基板１を設置した。
チャンバ５４内に、Ｈ2 ＳＯ4 系の通常のエッチング液
で前処理された、あるいは前処理を施していないＡｌＧ
ａＡｓ（１００）面基板１を設置した。
【００３５】次に、抵抗加熱ヒータ５５により外部から
チャンバ内全体を加熱して、基板１を５００℃に保持し
た状態で、第１のガス導入口５１からＩＩＩ族原料とし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）および塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）をそれぞれ分圧８×１０-4ａｔｍ、８×１０-4ａ
ｔｍで導入し、一方、第２のガス導入口５２からはＶ族
原料としてアンモニアガス（ＮＨ3 ）を分圧１．６×１
０-1ａｔｍで導入した。このような条件で、１５分間エ
ピタキシャル成長させ、厚さ３０ｎｍのＧａＮバッファ
層２を形成した。
チャンバ内全体を加熱して、基板１を５００℃に保持し
た状態で、第１のガス導入口５１からＩＩＩ族原料とし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）および塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）をそれぞれ分圧８×１０-4ａｔｍ、８×１０-4ａ
ｔｍで導入し、一方、第２のガス導入口５２からはＶ族
原料としてアンモニアガス（ＮＨ3 ）を分圧１．６×１
０-1ａｔｍで導入した。このような条件で、１５分間エ
ピタキシャル成長させ、厚さ３０ｎｍのＧａＮバッファ
層２を形成した。
【００３６】次に、このようにＧａＮバッファ層２が形
成された基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ５５により８
５０℃まで昇温した後、ＴＭＧａ、ＨＣｌ、ＮＨ3 の分
圧をそれぞれ８×１０-4ａｔｍ、８×１０-4ａｔｍ、
１．６×１０-1ａｔｍという条件で、６０分間エピタキ
シャル成長させた。
成された基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ５５により８
５０℃まで昇温した後、ＴＭＧａ、ＨＣｌ、ＮＨ3 の分
圧をそれぞれ８×１０-4ａｔｍ、８×１０-4ａｔｍ、
１．６×１０-1ａｔｍという条件で、６０分間エピタキ
シャル成長させた。
【００３７】その結果、ＧａＮバッファ層２上に、厚さ
２μｍの鏡面状のＧａＮエピタキシャル層３が形成され
た。このＧａＮエピタキシャル層３のフォトルミネセン
ス（ＰＬ）スペクトルは、ピーク波長が３６０ｎｍの強
い発光が観測された。また、Ｘ線回折の結果、六方晶を
含まない立方晶のＧａＮエピタキシャル層が成長してい
ることが確認された。
２μｍの鏡面状のＧａＮエピタキシャル層３が形成され
た。このＧａＮエピタキシャル層３のフォトルミネセン
ス（ＰＬ）スペクトルは、ピーク波長が３６０ｎｍの強
い発光が観測された。また、Ｘ線回折の結果、六方晶を
含まない立方晶のＧａＮエピタキシャル層が成長してい
ることが確認された。
【００３８】（実施例２）ＧａＮバッファ層２およびＧ
ａＮエピタキシャル層３の成長条件を以下のように変更
し、他の条件は実施例１と同様にして、図１に示す構造
を有するエピタキシャルウェハを作製した。
ａＮエピタキシャル層３の成長条件を以下のように変更
し、他の条件は実施例１と同様にして、図１に示す構造
を有するエピタキシャルウェハを作製した。
【００３９】ＧａＮバッファ層の成長条件 基板温度：４００℃ ＴＭＧａ分圧：１×１０-4ａｔｍ ＨＣｌの分圧：１×１０-4ａｔｍ ＮＨ3 の分圧：５×１０-1ａｔｍ 成長時間：４０分間ＧａＮエピタキシャル層の成長条件 基板温度：９００℃ ＴＭＧａ分圧：３×１０-4ａｔｍ ＨＣｌの分圧：３×１０-4ａｔｍ ＮＨ3 の分圧：８×１０-1ａｔｍ 成長時間：６０分間 このようにして得られたエピタキシャルウェハにおいて
は、厚さ４０ｎｍのＧａＮバッファ層２の上に、厚さ８
μｍの鏡面状のＧａＮエピタキシャル層３が形成されて
いた。
は、厚さ４０ｎｍのＧａＮバッファ層２の上に、厚さ８
μｍの鏡面状のＧａＮエピタキシャル層３が形成されて
いた。
【００４０】このＧａＮエピタキシャル層３のＰＬスペ
クトルは、ピーク波長が３６０ｎｍの強い発光が観測さ
れた。また、Ｘ線回折の結果、六方晶を含まない立方晶
のＧａＮエピタキシャル層が成長していることが確認さ
れた。
クトルは、ピーク波長が３６０ｎｍの強い発光が観測さ
れた。また、Ｘ線回折の結果、六方晶を含まない立方晶
のＧａＮエピタキシャル層が成長していることが確認さ
れた。
【００４１】（比較例１）ＧａＮバッファ層の有無によ
るＧａＮエピタキシャル層の特性の差異について調べる
ため、ＡｌＧａＡｓ基板上に、直接ＧａＮエピタキシャ
ル層を成長させた。なお、ＧａＮエピタキシャル層の成
長条件は、実施例１と同様とした。
るＧａＮエピタキシャル層の特性の差異について調べる
ため、ＡｌＧａＡｓ基板上に、直接ＧａＮエピタキシャ
ル層を成長させた。なお、ＧａＮエピタキシャル層の成
長条件は、実施例１と同様とした。
【００４２】その結果、ＧａＮバッファ層を設けない場
合には、ＡｌＧａＡｓ基板表面が高温によりダメージを
受けて凹凸ができ、その上に形成されたＧａＮエピタキ
シャル層は基板から剥れてしまっている様子が観察でき
た。
合には、ＡｌＧａＡｓ基板表面が高温によりダメージを
受けて凹凸ができ、その上に形成されたＧａＮエピタキ
シャル層は基板から剥れてしまっている様子が観察でき
た。
【００４３】また、バッファ層の有無による特性の差異
を比較するため、前述の実施例１とこの比較例１で得ら
れたエピタキシャルウェハについて、表面粗さ計による
ＧａＮエピタキシャル表面の凹凸の測定、Ｘ線回折およ
びＰＬ測定の結果を比較した。
を比較するため、前述の実施例１とこの比較例１で得ら
れたエピタキシャルウェハについて、表面粗さ計による
ＧａＮエピタキシャル表面の凹凸の測定、Ｘ線回折およ
びＰＬ測定の結果を比較した。
【００４４】その結果、ＧａＮエピタキシャル層表面の
凹凸については大きな差が見られ、ＧａＮバッファ層を
設けることにより著しく表面ホモロジーが改善されるこ
とがわかった。また、Ｘ線回折、ＰＬ測定の結果につい
ても、ＧａＮバッファ層を設けた実施例についてのみ、
非常にシャープなピークが観察された。
凹凸については大きな差が見られ、ＧａＮバッファ層を
設けることにより著しく表面ホモロジーが改善されるこ
とがわかった。また、Ｘ線回折、ＰＬ測定の結果につい
ても、ＧａＮバッファ層を設けた実施例についてのみ、
非常にシャープなピークが観察された。
【００４５】（実施例３）ＧａＮバッファ層の最適厚さ
を検討するため、ＡｌＧａＡｓ基板上に種々の厚さのＧ
ａＮバッファ層を形成し、この上にＧａＮエピタキシャ
ル層を成長させて、得られたＧａＮエピタキシャル層の
特性を比較した。
を検討するため、ＡｌＧａＡｓ基板上に種々の厚さのＧ
ａＮバッファ層を形成し、この上にＧａＮエピタキシャ
ル層を成長させて、得られたＧａＮエピタキシャル層の
特性を比較した。
【００４６】なお、ＧａＮバッファ層およびＧａＮエピ
タキシャル層の成長条件は、実施例１と同様とした。
タキシャル層の成長条件は、実施例１と同様とした。
【００４７】図３は、ＧａＮバッファ層の厚さと、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）
との関係を示す図である。図３において、横軸はＧａＮ
バッファ層の厚さ（ｎｍ）を示し、縦軸はＸ線ピークの
半値幅（ＦＷＨＭ）（分）を示している。
Ｎエピタキシャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）
との関係を示す図である。図３において、横軸はＧａＮ
バッファ層の厚さ（ｎｍ）を示し、縦軸はＸ線ピークの
半値幅（ＦＷＨＭ）（分）を示している。
【００４８】また、図４は、ＧａＮバッファ層の厚さ
と、ＧａＮエピタキシャル層の表面凹凸との関係を示す
図である。図４において、横軸はＧａＮバッファ層の厚
さ（ｎｍ）を示し、縦軸は表面凹凸（μｍ）を示してい
る。なお、表面凹凸とは、凸部最上点と凹部最下点の差
である。
と、ＧａＮエピタキシャル層の表面凹凸との関係を示す
図である。図４において、横軸はＧａＮバッファ層の厚
さ（ｎｍ）を示し、縦軸は表面凹凸（μｍ）を示してい
る。なお、表面凹凸とは、凸部最上点と凹部最下点の差
である。
【００４９】図３および図４より明らかなように、バッ
ファ層の厚さが薄すぎても厚すぎても、その上に成長す
るＧａＮエピタキシャル層の結晶特性は低下してしま
う。そのため、ＧａＮバッファ層の厚さとしては１０ｎ
ｍ〜８０ｎｍが好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ〜
６０ｎｍであると良いことがわかる。
ファ層の厚さが薄すぎても厚すぎても、その上に成長す
るＧａＮエピタキシャル層の結晶特性は低下してしま
う。そのため、ＧａＮバッファ層の厚さとしては１０ｎ
ｍ〜８０ｎｍが好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ〜
６０ｎｍであると良いことがわかる。
【００５０】（実施例４）ＡｌＧａＡｓ基板の代わりに
ＧａＡｓＰ基板を用いて、実施例１と同様の条件でＧａ
Ｎバッファ層を形成し、さらにその上に実施例１と同様
の条件でＧａＮエピタキシャル層を形成した。
ＧａＡｓＰ基板を用いて、実施例１と同様の条件でＧａ
Ｎバッファ層を形成し、さらにその上に実施例１と同様
の条件でＧａＮエピタキシャル層を形成した。
【００５１】このようにして得られたエピタキシャルウ
ェハについて、ＧａＮエピタキシャル層のＰＬ測定およ
びＸ線回折測定を行なった。その結果、実施例１と同様
に良好なピークが得られた。
ェハについて、ＧａＮエピタキシャル層のＰＬ測定およ
びＸ線回折測定を行なった。その結果、実施例１と同様
に良好なピークが得られた。
【００５２】（実施例５）ＩＩＩ族原料としてＴＭＧａ
の代わりにＴＥＧａ（トリエチルガリウム）を用いて、
実施例１と同様の条件でＧａＮバッファ層を形成し、さ
らにその上にＴＥＧａを用いて実施例１と同様の条件で
ＧａＮエピタキシャル層を形成した。
の代わりにＴＥＧａ（トリエチルガリウム）を用いて、
実施例１と同様の条件でＧａＮバッファ層を形成し、さ
らにその上にＴＥＧａを用いて実施例１と同様の条件で
ＧａＮエピタキシャル層を形成した。
【００５３】このようにして得られたエピタキシャルウ
ェハについて、ＧａＮエピタキシャル層のＰＬ測定およ
びＸ線回折測定を行なった。その結果、実施例１と同様
に良好なピークが得られた。
ェハについて、ＧａＮエピタキシャル層のＰＬ測定およ
びＸ線回折測定を行なった。その結果、実施例１と同様
に良好なピークが得られた。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓＰ基板を用いて、高品
質の立方晶のＧａＮエピタキシャル層が形成されたエピ
タキシャルウェハが得られる。そのため、この発明によ
るエピタキシャルウェハは、三原色発光素子等の各種デ
バイスへの適用が可能となる。
ば、ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓＰ基板を用いて、高品
質の立方晶のＧａＮエピタキシャル層が形成されたエピ
タキシャルウェハが得られる。そのため、この発明によ
るエピタキシャルウェハは、三原色発光素子等の各種デ
バイスへの適用が可能となる。
【００５５】また、この発明によれば、速い成長速度
で、かつ同一チャンバ内でエピタキシャルウェハを製造
することができる上に、ヘテロ成長や多数枚成長も可能
である。したがって、この発明による方法は、工業的生
産に対しても十分に適用することができる。
で、かつ同一チャンバ内でエピタキシャルウェハを製造
することができる上に、ヘテロ成長や多数枚成長も可能
である。したがって、この発明による方法は、工業的生
産に対しても十分に適用することができる。
【図１】この発明によるエピタキシャルウェハの一例の
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図２】この発明による有機金属クロライド気相エピタ
キシ成長法を用いたエピタキシャルウェハの製造に用い
られる気相成長装置の概略構成を示す図である。
キシ成長法を用いたエピタキシャルウェハの製造に用い
られる気相成長装置の概略構成を示す図である。
【図３】ＧａＮバッファ層の厚さと、ＧａＮエピタキシ
ャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示
す図である。
ャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示
す図である。
【図４】ＧａＮバッファ層の厚さと、ＧａＮエピタキシ
ャル層の表面凹凸との関係を示す図である。
ャル層の表面凹凸との関係を示す図である。
【図５】従来の赤色発光素子の一例の構造を示す断面図
である。
である。
【図６】従来の青色発光素子の一例の構造を示す断面図
である。
である。
【図７】従来の緑色発光素子の一例の構造を示す断面図
である。
である。
１ ＡｌＧａＡｓ基板 ２ ＧａＮバッファ層 ３ ＧａＮエピタキシャル層 ５１ 第１のガス導入口 ５２ 第２のガス導入口 ５３ 排気口 ５４ 反応チャンバ ５５ 抵抗加熱ヒータ なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
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 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｃ Ｂ (72)発明者 関 壽 東京都八王子市南陽台３−21−12 (72)発明者 纐纈 明伯 東京都府中市幸町２−41−13
Claims (5)
- 【請求項１】 ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰからなる
群から選ばれる化合物半導体基板と、 前記基板上に形成された、厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍの
ＧａＮからなるバッファ層と、 前記バッファ層上に形成された、ＧａＮを含むエピタキ
シャル層と、 前記バッファ層と前記エピタキシャル層との界面に位置
する不整合面とを備える、エピタキシャルウェハ。 - 【請求項２】 前記バッファ層の厚さは、２０ｎｍ〜６
０ｎｍである、請求項１記載のエピタキシャルウェハ。 - 【請求項３】 ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓＰからなる
群から選ばれる化合物半導体基板上に、外部から反応室
全体を加熱しながら塩化水素およびガリウムを含む有機
金属原料を含む第１のガスとアンモニアを含む第２のガ
スとを反応室内に導入して反応室内に設置された基板上
に気相成長させる方法により、第１の温度で、ＧａＮか
らなるバッファ層を形成するステップと、 前記バッファ層上に、外部から反応室全体を加熱しなが
ら塩化水素およびガリウムを含む有機金属原料を含む第
１のガスとアンモニアを含む第２のガスとを反応室内に
導入して反応室内に設置された基板上に気相成長させる
方法により、前記第１の温度より高い第２の温度で、Ｇ
ａＮを含むエピタキシャル層を形成するステップとを備
える、エピタキシャルウェハの製造方法。 - 【請求項４】 前記第１の温度は３００℃〜７００℃で
あり、前記第２の温度は７５０℃以上である、請求項３
記載のエピタキシャルウェハの製造方法。 - 【請求項５】 前記第１の温度は４００℃〜６００℃で
ある、請求項４記載のエピタキシャルウェハの製造方
法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6804895A JPH08259385A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | エピタキシャルウェハおよびその製造方法 |
| US08/574,628 US5843590A (en) | 1994-12-26 | 1995-12-19 | Epitaxial wafer and method of preparing the same |
| TW084113694A TW317036B (ja) | 1994-12-26 | 1995-12-21 | |
| EP95120238A EP0720240A3 (en) | 1994-12-26 | 1995-12-21 | Epitaxial wafer and method of preparing the same |
| CN95120460A CN1134037A (zh) | 1994-12-26 | 1995-12-22 | 外延片及其制造方法 |
| KR1019950056323A KR960026994A (ko) | 1994-12-26 | 1995-12-26 | 에피텍셜웨이퍼 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6804895A JPH08259385A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | エピタキシャルウェハおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08259385A true JPH08259385A (ja) | 1996-10-08 |
Family
ID=13362522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6804895A Withdrawn JPH08259385A (ja) | 1994-12-26 | 1995-03-27 | エピタキシャルウェハおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08259385A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012039151A (ja) * | 2011-11-08 | 2012-02-23 | Toshiba Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP2013503464A (ja) * | 2009-08-25 | 2013-01-31 | アイクストロン、エスイー | Ｃｖｄ方法およびｃｖｄ反応炉 |
| US8658450B2 (en) | 2010-02-24 | 2014-02-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Crystal growth method and semiconductor light emitting device |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP6804895A patent/JPH08259385A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013503464A (ja) * | 2009-08-25 | 2013-01-31 | アイクストロン、エスイー | Ｃｖｄ方法およびｃｖｄ反応炉 |
| US8658450B2 (en) | 2010-02-24 | 2014-02-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Crystal growth method and semiconductor light emitting device |
| US9246055B2 (en) | 2010-02-24 | 2016-01-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Crystal growth method and semiconductor light emitting device |
| JP2012039151A (ja) * | 2011-11-08 | 2012-02-23 | Toshiba Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |