JPH0918092A - 単結晶ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体層の成長方法 - Google Patents
単結晶ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体層の成長方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 格子定数が大きく異なる下地の窒化物系の単
結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に高品質の窒化物系
の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所要の厚さに成
長させることを可能とする。 【構成】 単結晶のＧａＮ層３上にＭＯＣＶＤ法によ
り、まず５６０℃程度の低い成長温度でＡｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎバッファ層４を成長させた後、その上に例えば１
０００℃の成長温度でＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５を成長さ
せる。
結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に高品質の窒化物系
の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を所要の厚さに成
長させることを可能とする。 【構成】 単結晶のＧａＮ層３上にＭＯＣＶＤ法によ
り、まず５６０℃程度の低い成長温度でＡｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎバッファ層４を成長させた後、その上に例えば１
０００℃の成長温度でＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５を成長さ
せる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、単結晶ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層の成長方法に関し、特に、窒化物系単結
晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に用いて好適なも
のである。
化合物半導体層の成長方法に関し、特に、窒化物系単結
晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に用いて好適なも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮなどの
窒化物（ナイトライド）系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
は、その禁制帯幅が２．８ｅＶから６．８ｅＶに亘って
おり、赤色から紫外線の発光が可能な発光素子の実現が
理論上可能であるため、近年、注目を集めている。
窒化物（ナイトライド）系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
は、その禁制帯幅が２．８ｅＶから６．８ｅＶに亘って
おり、赤色から紫外線の発光が可能な発光素子の実現が
理論上可能であるため、近年、注目を集めている。
【０００３】この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に
より発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザーなどを
製造する場合には、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＮな
どを多層に積層した多層構造を形成する必要がある。従
って、この多層構造において各層の結晶性および表面状
態を良好にすることが必要となる。
より発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザーなどを
製造する場合には、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＮな
どを多層に積層した多層構造を形成する必要がある。従
って、この多層構造において各層の結晶性および表面状
態を良好にすることが必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＡｌＧ
ａＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体の格子定数は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
の場合と異なり、相互にかなり異なっていることから、
欠陥を発生することなく所要の厚さの単結晶層を成長さ
せることは一般に困難である。逆に言えば、成長層の厚
さを一定値以上にすると、欠陥が発生して結晶性や表面
状態の劣化が生じるのを避けることができない。例え
ば、ＧａＮ層上にＡｌＮ層を成長させる場合、ＡｌＮお
よびＧａＮの格子定数はａ軸方向で３％異なっているた
め、欠陥を発生することなく成長させることができる単
結晶層の厚さは理論上は高々２０ｎｍ程度に過ぎず、こ
れ以上の厚さに成長させると、欠陥が発生して結晶性お
よび表面状態とも劣化してしまう。
ａＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体の格子定数は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
の場合と異なり、相互にかなり異なっていることから、
欠陥を発生することなく所要の厚さの単結晶層を成長さ
せることは一般に困難である。逆に言えば、成長層の厚
さを一定値以上にすると、欠陥が発生して結晶性や表面
状態の劣化が生じるのを避けることができない。例え
ば、ＧａＮ層上にＡｌＮ層を成長させる場合、ＡｌＮお
よびＧａＮの格子定数はａ軸方向で３％異なっているた
め、欠陥を発生することなく成長させることができる単
結晶層の厚さは理論上は高々２０ｎｍ程度に過ぎず、こ
れ以上の厚さに成長させると、欠陥が発生して結晶性お
よび表面状態とも劣化してしまう。
【０００５】この問題を実例について説明する。すなわ
ち、ＧａＮ層上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を成長させ、そ
の表面を光学顕微鏡により観察したところ、このＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層の厚さが３００ｎｍ程度でクロスハッ
チパターンが見られた。図２Ｂにその一例を示す。この
クロスハッチパターンは、ＧａＮ層とＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ層との間の格子定数差による引っ張り力がこのＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層に加わって裂けが生じたことによるも
のである。このような成長層の裂けは、導波路構造を有
する発光素子においては、光反射の原因となり、素子の
劣化の原因となっている。
ち、ＧａＮ層上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を成長させ、そ
の表面を光学顕微鏡により観察したところ、このＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層の厚さが３００ｎｍ程度でクロスハッ
チパターンが見られた。図２Ｂにその一例を示す。この
クロスハッチパターンは、ＧａＮ層とＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ層との間の格子定数差による引っ張り力がこのＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層に加わって裂けが生じたことによるも
のである。このような成長層の裂けは、導波路構造を有
する発光素子においては、光反射の原因となり、素子の
劣化の原因となっている。
【０００６】従って、この発明の目的は、格子定数が大
きく異なる下地の窒化物系の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層上に高品質の窒化物系の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層を所要の厚さに成長させることができる単
結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法を提供する
ことにある。
きく異なる下地の窒化物系の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層上に高品質の窒化物系の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体層を所要の厚さに成長させることができる単
結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、少なくともＧａおよびＮ
を含む第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にこ
の第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と異なる少
なくともＧａおよびＮを含む第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を気相成長法により成長させるようにし
た単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法におい
て、第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第２
の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とほぼ同一の組成
を有する非単結晶バッファ層を気相成長法により成長さ
せ、非単結晶バッファ層上に第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を気相成長法により成長させるようにし
たことを特徴とするものである。
に、この発明の第１の発明は、少なくともＧａおよびＮ
を含む第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にこ
の第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と異なる少
なくともＧａおよびＮを含む第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を気相成長法により成長させるようにし
た単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法におい
て、第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第２
の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とほぼ同一の組成
を有する非単結晶バッファ層を気相成長法により成長さ
せ、非単結晶バッファ層上に第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を気相成長法により成長させるようにし
たことを特徴とするものである。
【０００８】この発明の第１の発明においては、第２の
単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長温度よりも低
い成長温度で非単結晶バッファ層を成長させる。
単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長温度よりも低
い成長温度で非単結晶バッファ層を成長させる。
【０００９】この発明の第２の発明は、単結晶ＧａＮ層
上に単結晶ＡｌＧａＮ層を気相成長法により成長させる
ようにした単結晶ＡｌＧａＮ層の成長方法において、単
結晶ＧａＮ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層とほぼ同一の組成
を有する非単結晶バッファ層を気相成長法により成長さ
せ、非単結晶バッファ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層を気相
成長法により成長させるようにしたことを特徴とするも
のである。
上に単結晶ＡｌＧａＮ層を気相成長法により成長させる
ようにした単結晶ＡｌＧａＮ層の成長方法において、単
結晶ＧａＮ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層とほぼ同一の組成
を有する非単結晶バッファ層を気相成長法により成長さ
せ、非単結晶バッファ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層を気相
成長法により成長させるようにしたことを特徴とするも
のである。
【００１０】この発明の第２の発明においては、単結晶
ＡｌＧａＮ層の成長温度よりも低い成長温度で非単結晶
バッファ層を成長させる。
ＡｌＧａＮ層の成長温度よりも低い成長温度で非単結晶
バッファ層を成長させる。
【００１１】この発明においては、典型的には、気相成
長法として有機金属化学気相成長法を用いる。この場
合、非単結晶バッファ層の成長温度は、例えば、４５０
〜８００℃とする。
長法として有機金属化学気相成長法を用いる。この場
合、非単結晶バッファ層の成長温度は、例えば、４５０
〜８００℃とする。
【００１２】この発明において、気相成長法としては、
有機金属化学気相成長法のほかに、分子線エピタキシー
法を用いてもよい。
有機金属化学気相成長法のほかに、分子線エピタキシー
法を用いてもよい。
【００１３】この発明は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体を用いた発光素子のほか、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体を用いたトランジスタなどの製造に適用す
ることが可能である。
半導体を用いた発光素子のほか、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体を用いたトランジスタなどの製造に適用す
ることが可能である。
【００１４】
【作用】上述のように構成されたこの発明の第１の発明
による単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法に
よれば、第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に
第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とほぼ同一の
組成を有する非単結晶バッファ層を成長させ、この非単
結晶バッファ層上に第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層を成長させるようにしているので、第１の単結晶
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層との間に大きな格子定数差があって
も、非単結晶バッファ層内で格子緩和が起こることによ
り、第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はそれ自
身の格子定数をもって非単結晶バッファ層上に成長する
ことができる。
による単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法に
よれば、第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に
第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とほぼ同一の
組成を有する非単結晶バッファ層を成長させ、この非単
結晶バッファ層上に第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層を成長させるようにしているので、第１の単結晶
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層との間に大きな格子定数差があって
も、非単結晶バッファ層内で格子緩和が起こることによ
り、第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はそれ自
身の格子定数をもって非単結晶バッファ層上に成長する
ことができる。
【００１５】上述のように構成されたこの発明の第２の
発明による単結晶ＡｌＧａＮ層の成長方法によれば、単
結晶ＧａＮ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層とほぼ同一の組成
を有する非単結晶バッファ層を成長させ、この非単結晶
バッファ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層を成長させるように
しているので、単結晶ＧａＮ層と単結晶ＡｌＧａＮ層と
の間に大きな格子定数差があっても、非単結晶バッファ
層内で格子緩和が起こることにより、単結晶ＡｌＧａＮ
層はそれ自身の格子定数をもって非単結晶バッファ層上
に成長することができる。
発明による単結晶ＡｌＧａＮ層の成長方法によれば、単
結晶ＧａＮ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層とほぼ同一の組成
を有する非単結晶バッファ層を成長させ、この非単結晶
バッファ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層を成長させるように
しているので、単結晶ＧａＮ層と単結晶ＡｌＧａＮ層と
の間に大きな格子定数差があっても、非単結晶バッファ
層内で格子緩和が起こることにより、単結晶ＡｌＧａＮ
層はそれ自身の格子定数をもって非単結晶バッファ層上
に成長することができる。
【００１６】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００１７】図１はこの発明の第１実施例を示す。この
第１実施例においては、サファイア基板上に有機金属化
学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりＧａＮ／ＡｌＧａＮ
ヘテロ構造を形成する場合について説明する。
第１実施例においては、サファイア基板上に有機金属化
学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりＧａＮ／ＡｌＧａＮ
ヘテロ構造を形成する場合について説明する。
【００１８】図１に示すように、この第１実施例におい
ては、まず、ｃ面サファイア基板１上に例えば成長温度
５６０℃でＧａＮバッファ層２を成長させた後、成長温
度を例えば１０００℃に上昇させ、このＧａＮバッファ
層２上にＧａＮ層３を成長させる。ここで、ＧａＮバッ
ファ層２の厚さは例えば３０ｎｍ、ＧａＮ層３の厚さは
例えば２μｍである。これらのＧａＮバッファ層２およ
びＧａＮ層３の成長の際には、原料ガスとしては、例え
ば、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｎ
原料としてアンモニア（ＮＨ3 ）を用い、キャリアガス
としては、例えば水素（Ｈ2 ）および窒素（Ｎ2 ）を用
い、それらの供給量は例えばＴＭＧが１３０μｍｏｌ／
分、ＮＨ3 が０．４ｍｏｌ／分、Ｈ2 が８ｌ／分、Ｎ2
が５ｌ／分である。このようにｃ面サファイア基板１上
に低温でまずＧａＮバッファ層２を成長させ、このＧａ
Ｎバッファ層２上に成長温度１０００℃でＧａＮ層３を
成長させることにより、表面が鏡面の高品質の単結晶の
ＧａＮ層３を成長させることができる。この技術は、特
開平２−２２９４７６号公報および特開平４−２９７０
２３号公報に開示されている技術と同様なものである。
ては、まず、ｃ面サファイア基板１上に例えば成長温度
５６０℃でＧａＮバッファ層２を成長させた後、成長温
度を例えば１０００℃に上昇させ、このＧａＮバッファ
層２上にＧａＮ層３を成長させる。ここで、ＧａＮバッ
ファ層２の厚さは例えば３０ｎｍ、ＧａＮ層３の厚さは
例えば２μｍである。これらのＧａＮバッファ層２およ
びＧａＮ層３の成長の際には、原料ガスとしては、例え
ば、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｎ
原料としてアンモニア（ＮＨ3 ）を用い、キャリアガス
としては、例えば水素（Ｈ2 ）および窒素（Ｎ2 ）を用
い、それらの供給量は例えばＴＭＧが１３０μｍｏｌ／
分、ＮＨ3 が０．４ｍｏｌ／分、Ｈ2 が８ｌ／分、Ｎ2
が５ｌ／分である。このようにｃ面サファイア基板１上
に低温でまずＧａＮバッファ層２を成長させ、このＧａ
Ｎバッファ層２上に成長温度１０００℃でＧａＮ層３を
成長させることにより、表面が鏡面の高品質の単結晶の
ＧａＮ層３を成長させることができる。この技術は、特
開平２−２２９４７６号公報および特開平４−２９７０
２３号公報に開示されている技術と同様なものである。
【００１９】次に、ＴＭＧおよびＮＨ3 に加えてＡｌ原
料として例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）をさ
らに供給するとともに、成長温度を再び５６０℃に下
げ、ＧａＮ層３上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバッファ層４を
成長させる。このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバッファ層４の厚
さは例えば１０ｎｍである。このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバ
ッファ層４の成長の際のＴＭＡの供給量は例えば３０μ
ｍｏｌ／分である。ここで、この低温で成長させたＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎバッファ層４は、下地の単結晶のＧａＮ
層３の結晶方位を受け継いでいるものの、非単結晶、す
なわち多結晶または非晶質状態になっていると考えられ
る。
料として例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）をさ
らに供給するとともに、成長温度を再び５６０℃に下
げ、ＧａＮ層３上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバッファ層４を
成長させる。このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバッファ層４の厚
さは例えば１０ｎｍである。このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバ
ッファ層４の成長の際のＴＭＡの供給量は例えば３０μ
ｍｏｌ／分である。ここで、この低温で成長させたＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎバッファ層４は、下地の単結晶のＧａＮ
層３の結晶方位を受け継いでいるものの、非単結晶、す
なわち多結晶または非晶質状態になっていると考えられ
る。
【００２０】次に、ＴＭＡおよびＴＭＧの供給を遮断し
た後、成長温度を１０００℃に上昇させ、上記流量のＴ
ＭＡおよびＴＭＧを供給し、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバッフ
ァ層４上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５を成長させる。この
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の厚さは例えば１μｍである。
ここで、ＧａＮとＡｌＧａＮとの間には大きな格子定数
差があるが、多結晶または非晶質のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ
バッファ層４内で格子緩和が起こることにより、Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層５はそれ自身の格子定数をもってこの
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバッファ層４上に成長することがで
きる。これによって、単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５
を１μｍと十分に厚く成長させることができる。
た後、成長温度を１０００℃に上昇させ、上記流量のＴ
ＭＡおよびＴＭＧを供給し、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバッフ
ァ層４上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５を成長させる。この
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の厚さは例えば１μｍである。
ここで、ＧａＮとＡｌＧａＮとの間には大きな格子定数
差があるが、多結晶または非晶質のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ
バッファ層４内で格子緩和が起こることにより、Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層５はそれ自身の格子定数をもってこの
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバッファ層４上に成長することがで
きる。これによって、単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５
を１μｍと十分に厚く成長させることができる。
【００２１】このようにして得られたＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ層５の表面を光学顕微鏡により観察したところ、クロ
スハッチパターンのない鏡面であった。図２Ａに、この
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の表面を光学顕微鏡により撮影
した一例を示す。一方、比較のために、Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎバッファ層４を成長させずにｃ面サファイア基板
１上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５を直接成長させた場合の
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の表面を光学顕微鏡により撮影
した一例を図２Ｂに示す。図２Ｂからわかるように、ｃ
面サファイア基板１上に直接成長させたＡｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層５の表面には、クロスハッチパターンが見ら
れ、これはこのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５に裂けが生じて
いることを示す。
Ｎ層５の表面を光学顕微鏡により観察したところ、クロ
スハッチパターンのない鏡面であった。図２Ａに、この
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の表面を光学顕微鏡により撮影
した一例を示す。一方、比較のために、Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎバッファ層４を成長させずにｃ面サファイア基板
１上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５を直接成長させた場合の
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の表面を光学顕微鏡により撮影
した一例を図２Ｂに示す。図２Ｂからわかるように、ｃ
面サファイア基板１上に直接成長させたＡｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層５の表面には、クロスハッチパターンが見ら
れ、これはこのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５に裂けが生じて
いることを示す。
【００２２】以上のように、この第１実施例によれば、
ＧａＮ層３上にまず低温で非単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎバッファ層４を成長させ、このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバ
ッファ層４上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５を例えば成長温
度１０００℃で成長させるようにしていることにより、
表面が鏡面の高品質の単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５
を十分な厚さに成長させることができる。
ＧａＮ層３上にまず低温で非単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎバッファ層４を成長させ、このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバ
ッファ層４上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５を例えば成長温
度１０００℃で成長させるようにしていることにより、
表面が鏡面の高品質の単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５
を十分な厚さに成長させることができる。
【００２３】次に、この発明の第２実施例について説明
する。この第２実施例においては、サファイア基板上に
ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ／ＡｌＧａＮダブルヘテロ構
造を形成する場合について説明する。
する。この第２実施例においては、サファイア基板上に
ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ／ＡｌＧａＮダブルヘテロ構
造を形成する場合について説明する。
【００２４】図３に示すように、この第２実施例におい
ては、まず、第１実施例と同様にして、ｃ面サファイア
基板１上にＧａＮバッファ層２、ＧａＮ層３、Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎバッファ層４およびＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５
を順次成長させる。ただし、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の
厚さは例えば０．５μｍとする。
ては、まず、第１実施例と同様にして、ｃ面サファイア
基板１上にＧａＮバッファ層２、ＧａＮ層３、Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎバッファ層４およびＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５
を順次成長させる。ただし、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の
厚さは例えば０．５μｍとする。
【００２５】次に、例えば成長温度１０００℃でＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層５上にＧａＮ層６、Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ層７およびＧａＮ層８を順次成長させる。この場合、
ＧａＮ層６の厚さは例えば３０ｎｍ、Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ層７の厚さは例えば０．５μｍ、ＧａＮ層８の厚さは
例えば１００ｎｍとする。
0.15Ｇａ0.85Ｎ層５上にＧａＮ層６、Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ層７およびＧａＮ層８を順次成長させる。この場合、
ＧａＮ層６の厚さは例えば３０ｎｍ、Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ層７の厚さは例えば０．５μｍ、ＧａＮ層８の厚さは
例えば１００ｎｍとする。
【００２６】以上のように、この第２実施例によれば、
ＧａＮ層３上にまず低温で非単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎバッファ層４を成長させ、このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバ
ッファ層４上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５、ＧａＮ層６、
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層７およびＧａＮ層８を例えば成長
温度１０００℃で順次成長させるようにしていることに
より、これらのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５、ＧａＮ層６、
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層７およびＧａＮ層８を、表面が鏡
面の高品質の単結晶でしかも十分な厚さに成長させるこ
とができる。これによって、高品質のＧａＮ／ＡｌＧａ
Ｎダブルヘテロ構造を形成することができ、このＧａＮ
／ＡｌＧａＮダブルヘテロ構造により、光の反射損失が
ない良好な導波路構造を形成することができる。
ＧａＮ層３上にまず低温で非単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎバッファ層４を成長させ、このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバ
ッファ層４上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５、ＧａＮ層６、
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層７およびＧａＮ層８を例えば成長
温度１０００℃で順次成長させるようにしていることに
より、これらのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５、ＧａＮ層６、
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層７およびＧａＮ層８を、表面が鏡
面の高品質の単結晶でしかも十分な厚さに成長させるこ
とができる。これによって、高品質のＧａＮ／ＡｌＧａ
Ｎダブルヘテロ構造を形成することができ、このＧａＮ
／ＡｌＧａＮダブルヘテロ構造により、光の反射損失が
ない良好な導波路構造を形成することができる。
【００２７】次に、この発明の第３実施例について説明
する。この第３実施例においては、サファイア基板上に
ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ／ＧａＩｎＮヘテロ構造を形
成する場合について説明する。
する。この第３実施例においては、サファイア基板上に
ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ／ＧａＩｎＮヘテロ構造を形
成する場合について説明する。
【００２８】図４に示すように、この第３実施例におい
ては、まず、第１実施例と同様にして、ｃ面サファイア
基板１上にＧａＮバッファ層２およびＧａＮ層３を順次
成長させる。
ては、まず、第１実施例と同様にして、ｃ面サファイア
基板１上にＧａＮバッファ層２およびＧａＮ層３を順次
成長させる。
【００２９】次に、ＴＭＧおよびＮＨ3 の供給を遮断し
た後、成長温度を例えば５６０℃に下げ、ＴＭＧおよび
ＮＨ3 に加えてＩｎ原料として例えばトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩｎ）をさらに供給し、ＧａＮ層３上にＧａ
0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９を成長させる。このＧａ
0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９の厚さは例えば１５ｎｍで
ある。このＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９の成長の際
のＴＭＧおよびＴＭＩｎの供給量はそれぞれ例えば１３
μｍｏｌ／分および５０μｍｏｌ／分である。ここで、
この低温で成長させたＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９
は、下地の単結晶ＧａＮ層３の結晶方位を受け継いでい
るものの、非単結晶、すなわち多結晶または非晶質状態
になっていると考えられる。
た後、成長温度を例えば５６０℃に下げ、ＴＭＧおよび
ＮＨ3 に加えてＩｎ原料として例えばトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩｎ）をさらに供給し、ＧａＮ層３上にＧａ
0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９を成長させる。このＧａ
0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９の厚さは例えば１５ｎｍで
ある。このＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９の成長の際
のＴＭＧおよびＴＭＩｎの供給量はそれぞれ例えば１３
μｍｏｌ／分および５０μｍｏｌ／分である。ここで、
この低温で成長させたＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９
は、下地の単結晶ＧａＮ層３の結晶方位を受け継いでい
るものの、非単結晶、すなわち多結晶または非晶質状態
になっていると考えられる。
【００３０】次に、ＴＭＧおよびＴＭＩｎの供給を遮断
した後、成長温度を例えば８００℃に上昇させ、上記流
量のＴＭＧおよびＴＭＩｎを供給し、Ｇａ0.92Ｉｎ0.08
Ｎバッファ層９上にＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１０を成長さ
せる。このＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１０の厚さは例えば１
μｍである。ここで、ＧａＮとＧａＩｎＮとの間には大
きな格子定数差があるが、多結晶または非晶質のＧａ
0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９内で格子緩和が起こること
により、Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１０はそれ自身の格子定
数をもってこのＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９上に成
長することができる。これによって、単結晶のＧａ0.92
Ｉｎ0.08Ｎ層１０を１μｍと十分に厚く成長させること
ができる。
した後、成長温度を例えば８００℃に上昇させ、上記流
量のＴＭＧおよびＴＭＩｎを供給し、Ｇａ0.92Ｉｎ0.08
Ｎバッファ層９上にＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１０を成長さ
せる。このＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１０の厚さは例えば１
μｍである。ここで、ＧａＮとＧａＩｎＮとの間には大
きな格子定数差があるが、多結晶または非晶質のＧａ
0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９内で格子緩和が起こること
により、Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１０はそれ自身の格子定
数をもってこのＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層９上に成
長することができる。これによって、単結晶のＧａ0.92
Ｉｎ0.08Ｎ層１０を１μｍと十分に厚く成長させること
ができる。
【００３１】以上のように、この第３実施例によれば、
ＧａＮ層３上にまず低温で非単結晶のＧａ0.92Ｉｎ0.08
Ｎバッファ層９を成長させ、このＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎバ
ッファ層９上にＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１０を例えば成長
温度８００℃で成長させるようにしていることにより、
表面が鏡面の高品質の単結晶のＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１
０を十分な厚さに成長させることができる。
ＧａＮ層３上にまず低温で非単結晶のＧａ0.92Ｉｎ0.08
Ｎバッファ層９を成長させ、このＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎバ
ッファ層９上にＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１０を例えば成長
温度８００℃で成長させるようにしていることにより、
表面が鏡面の高品質の単結晶のＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１
０を十分な厚さに成長させることができる。
【００３２】次に、この発明の第４実施例について説明
する。この第４実施例においては、サファイア基板上に
ＭＯＣＶＤ法によりＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮダブルヘテ
ロ構造を形成する場合について説明する。
する。この第４実施例においては、サファイア基板上に
ＭＯＣＶＤ法によりＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮダブルヘテ
ロ構造を形成する場合について説明する。
【００３３】図５に示すように、この第４実施例におい
ては、まず、第１実施例と同様にして、ｃ面サファイア
基板１上にＧａＮバッファ層２、ＧａＮ層３、Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎバッファ層４およびＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５
を順次成長させる。ただし、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の
厚さは例えば０．５μｍとする。
ては、まず、第１実施例と同様にして、ｃ面サファイア
基板１上にＧａＮバッファ層２、ＧａＮ層３、Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎバッファ層４およびＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５
を順次成長させる。ただし、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５の
厚さは例えば０．５μｍとする。
【００３４】次に、第３実施例と同様にして、Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ層５上に例えば成長温度８００℃でＧａ0.92
Ｉｎ0.08Ｎ層１１を成長させる。このＧａ0.92Ｉｎ0.08
Ｎ層１１の厚さは例えば１５ｎｍである。
Ｇａ0.85Ｎ層５上に例えば成長温度８００℃でＧａ0.92
Ｉｎ0.08Ｎ層１１を成長させる。このＧａ0.92Ｉｎ0.08
Ｎ層１１の厚さは例えば１５ｎｍである。
【００３５】次に、ＴＭＧおよびＴＭＩｎの供給を遮断
した後、成長温度を１０００℃に上昇させ、第２実施例
のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層７およびＧａＮ層８と同様にし
て、Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１１上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ
層１２およびＧａＮ層１３を成長させる。Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層１２の厚さは例えば０．５μｍ、ＧａＮ層１３
の厚さは例えば１００ｎｍである。
した後、成長温度を１０００℃に上昇させ、第２実施例
のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層７およびＧａＮ層８と同様にし
て、Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層１１上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ
層１２およびＧａＮ層１３を成長させる。Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層１２の厚さは例えば０．５μｍ、ＧａＮ層１３
の厚さは例えば１００ｎｍである。
【００３６】以上のように、この第４実施例によれば、
ＧａＮ層３上にまず低温で非単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎバッファ層４を成長させ、このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバ
ッファ層４上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５、Ｇａ0.92Ｉｎ
0.08Ｎ層１１、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１２およびＧａＮ
層１３を順次成長させるようにしていることにより、こ
れらのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５、Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層
１１、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１２およびＧａＮ層１３
を、表面が鏡面の高品質の単結晶でしかも十分な厚さに
成長させることができる。これによって、高品質のＡｌ
ＧａＮ／ＧａＩｎＮダブルヘテロ構造を形成することが
でき、このＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮダブルヘテロ構造に
より良好な導波路構造を形成することができる。
ＧａＮ層３上にまず低温で非単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎバッファ層４を成長させ、このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバ
ッファ層４上にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５、Ｇａ0.92Ｉｎ
0.08Ｎ層１１、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１２およびＧａＮ
層１３を順次成長させるようにしていることにより、こ
れらのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層５、Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層
１１、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１２およびＧａＮ層１３
を、表面が鏡面の高品質の単結晶でしかも十分な厚さに
成長させることができる。これによって、高品質のＡｌ
ＧａＮ／ＧａＩｎＮダブルヘテロ構造を形成することが
でき、このＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮダブルヘテロ構造に
より良好な導波路構造を形成することができる。
【００３７】以上、この発明の実施例につき具体的に説
明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるもの
でなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可
能である。
明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるもの
でなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可
能である。
【００３８】例えば、上述の第１実施例〜第４実施例に
おいて挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、これと異な
る数値を用いてもよい。
おいて挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、これと異な
る数値を用いてもよい。
【００３９】なお、この発明をトランジスタなどの製造
に適用する場合、窒化物系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層に裂けが生じないことにより、キャリアの移動が阻害
されないという利点を得ることができる。
に適用する場合、窒化物系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層に裂けが生じないことにより、キャリアの移動が阻害
されないという利点を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の第１の
発明によれば、第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層上に第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とほぼ
同一の組成を有する非単結晶バッファ層を気相成長法に
より成長させ、この非単結晶バッファ層上に第２の単結
晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を気相成長法により成長
させるようにしていることにより、格子定数が大きく異
なる下地の窒化物系の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層上に高品質の窒化物系の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層を所要の厚さに成長させることができる。
発明によれば、第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層上に第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とほぼ
同一の組成を有する非単結晶バッファ層を気相成長法に
より成長させ、この非単結晶バッファ層上に第２の単結
晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を気相成長法により成長
させるようにしていることにより、格子定数が大きく異
なる下地の窒化物系の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層上に高品質の窒化物系の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層を所要の厚さに成長させることができる。
【００４１】また、この発明の第２の発明によれば、単
結晶ＧａＮ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層とほぼ同一の組成
を有する非単結晶バッファ層を気相成長法により成長さ
せ、この非単結晶バッファ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層を
気相成長法により成長させるようにしていることによ
り、格子定数が大きく異なる下地の単結晶ＧａＮ層上に
高品質の単結晶ＡｌＧａＮ層を所要の厚さに成長させる
ことができる。
結晶ＧａＮ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層とほぼ同一の組成
を有する非単結晶バッファ層を気相成長法により成長さ
せ、この非単結晶バッファ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層を
気相成長法により成長させるようにしていることによ
り、格子定数が大きく異なる下地の単結晶ＧａＮ層上に
高品質の単結晶ＡｌＧａＮ層を所要の厚さに成長させる
ことができる。
【図１】この発明の第１実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図２】この発明の第１実施例により形成されたＧａＮ
／ＡｌＧａＮヘテロ構造におけるＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層
の表面を撮影した光学顕微鏡写真および従来の技術によ
り形成されたＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ構造におけるＡ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層の表面を撮影した光学顕微鏡写真で
ある。
／ＡｌＧａＮヘテロ構造におけるＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層
の表面を撮影した光学顕微鏡写真および従来の技術によ
り形成されたＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ構造におけるＡ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層の表面を撮影した光学顕微鏡写真で
ある。
【図３】この発明の第２実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図４】この発明の第３実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図５】この発明の第４実施例を説明するための略線図
である。
である。
１ ｃ面サファイア基板 ２ ＧａＮバッファ層 ３、６、８、１３ ＧａＮ層 ４ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバッファ層 ５、７、１２ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層 ９ Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎバッファ層 １０、１１ Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ層
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくともＧａおよびＮを含む第１の単
結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にこの第１の単結晶
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と異なる少なくともＧａお
よびＮを含む第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
を気相成長法により成長させるようにした単結晶ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体層の成長方法において、 上記第１の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に上記
第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とほぼ同一の
組成を有する非単結晶バッファ層を気相成長法により成
長させ、 上記非単結晶バッファ層上に上記第２の単結晶ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層を気相成長法により成長させるよう
にしたことを特徴とする単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層の成長方法。 - 【請求項２】 上記第２の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層の成長温度よりも低い成長温度で上記非単結晶バ
ッファ層を成長させるようにしたことを特徴とする請求
項１記載の単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方
法。 - 【請求項３】 上記気相成長法として有機金属化学気相
成長法を用いることを特徴とする請求項１記載の単結晶
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項４】 上記非単結晶バッファ層の成長温度を４
５０〜８００℃とすることを特徴とする請求項３記載の
単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項５】 上記気相成長法として分子線エピタキシ
ー法を用いることを特徴とする請求項１記載の単結晶Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項６】 単結晶ＧａＮ層上に単結晶ＡｌＧａＮ層
を気相成長法により成長させるようにした単結晶ＡｌＧ
ａＮ層の成長方法において、 上記単結晶ＧａＮ層上に上記単結晶ＡｌＧａＮ層とほぼ
同一の組成を有する非単結晶バッファ層を気相成長法に
より成長させ、 上記非単結晶バッファ層上に上記単結晶ＡｌＧａＮ層を
気相成長法により成長させるようにしたことを特徴とす
る単結晶ＡｌＧａＮ層の成長方法。 - 【請求項７】 上記単結晶ＡｌＧａＮ層の成長温度より
も低い成長温度で上記非単結晶バッファ層を成長させる
ようにしたことを特徴とする請求項６記載の単結晶Ａｌ
ＧａＮ層の成長方法。 - 【請求項８】 上記気相成長法として有機金属化学気相
成長法を用いるようにしたことを特徴とする請求項６記
載の単結晶ＡｌＧａＮ層の成長方法。 - 【請求項９】 上記非単結晶バッファ層の成長温度を４
５０〜８００℃とすることを特徴とする請求項８記載の
単結晶ＡｌＧａＮ層の成長方法。 - 【請求項１０】 上記気相成長法として分子線エピタキ
シー法を用いることを特徴とする請求項６記載の単結晶
ＡｌＧａＮ層の成長方法。
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