JPH09181355A - Crystal growth method and semiconductor light emitting device - Google Patents

Crystal growth method and semiconductor light emitting device

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JPH09181355A
JPH09181355A JP33647395A JP33647395A JPH09181355A JP H09181355 A JPH09181355 A JP H09181355A JP 33647395 A JP33647395 A JP 33647395A JP 33647395 A JP33647395 A JP 33647395A JP H09181355 A JPH09181355 A JP H09181355A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To grow an excellent GaN crystal layer almost free from deffects on an SiC substrate. SOLUTION: A GaN layer is grown on the surface of a hydrogen-terminated 6H-SiC (0001) substrate. First, the surface of the 6H-SiC (0001) substrate 10 is terminated with hydrogen. The substrate is set in an MOCVD device and kept at a temperature of 1000 deg.C, and trimethyl gallium and ammonia are fed into the MOCVD device together with hydrogen carrier gas. By this method, a hetero-epitaxially growth of GaN single crystal thin film 11 is attained on the surface 12 of the SiC substrate 10.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置、特に、
シリコンカーバイド上に化合物半導体層を結晶成長させ
る方法および半導体発光デバイスに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device,
The present invention relates to a method for growing a crystal of a compound semiconductor layer on silicon carbide and a semiconductor light emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン基板上に、シリコンカーバイド
(以下、SiCと記す。)をエピタキシャル成長させる
ことは既に報告されている。参考文献としては、松波ら
による、IEEE Trans.Electron Devices ED-28,1235(198
1)がある。
2. Description of the Related Art Epitaxial growth of silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) on a silicon substrate has already been reported. For references, see Matsunami et al., IEEE Trans.Electron Devices ED-28, 1235 (198
There is 1).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、SiC結晶
上に、SiCとは格子定数の異なるGaN等の化合物半
導体を成長させる結晶成長方法およびその化合物半導体
層を用いた半導体発光装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a crystal growth method for growing a compound semiconductor such as GaN having a lattice constant different from that of SiC on a SiC crystal, and a semiconductor light emitting device using the compound semiconductor layer. The purpose is to

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、水素ターミネイトしたSiC結晶と、
前記結晶上に形成したGaN層とを備えた半導体発光装
置とし、SiC結晶はシリコン基板やダイヤモンド基板
上に形成してもよい。
In order to achieve the above object, the present invention provides a hydrogen-terminated SiC crystal,
The semiconductor light emitting device may include a GaN layer formed on the crystal, and the SiC crystal may be formed on a silicon substrate or a diamond substrate.

【0005】またSiC結晶上に成長させる半導体層
は、一般にAlxGayInzN(x+y+z=1、0≦
x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される半導体層
を用いてもよい。
The semiconductor layer grown on the SiC crystal is generally AlxGayInzN (x + y + z = 1, 0 ≦.
A semiconductor layer represented by x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) may be used.

【0006】結晶成長方法としても、水素ターミネイト
したSiC結晶を用いるものである。SiC上にGaN
層を形成する方法として、水素ターミネイトしたSiC
結晶上に、Gaの膜を薄く成長させ、そのGaを窒化さ
せ、GaN薄膜を形成し、そのGaN薄膜上に、低温で
GaN層を形成させて、その後に昇温し良結晶化させる
方法もある。
The crystal growth method also uses a hydrogen-terminated SiC crystal. GaN on SiC
As a method of forming a layer, hydrogen terminated SiC
There is also a method in which a Ga film is thinly grown on a crystal, the Ga is nitrided to form a GaN thin film, a GaN layer is formed on the GaN thin film at a low temperature, and then the temperature is raised to achieve good crystallization. is there.

【0007】また、Si(001)基板の清浄表面に、3C-SiC
(001)をエピタキシャル成長させる工程と、前記3C-SiC
(001)上に、Siをエピタキシャル成長させる工程と、
前記Si表面に3C-SiC(111)SiCをエピタキシャル成
長させる工程により、第1層めのSiCと、第2層目の
SiCとの面方位を異なったものとすることができる。
In addition, 3C-SiC is applied to the clean surface of the Si (001) substrate.
Epitaxially growing (001), and 3C-SiC
A step of epitaxially growing Si on (001),
By the step of epitaxially growing 3C-SiC (111) SiC on the Si surface, the plane orientation of the first layer of SiC and the second layer of SiC can be made different.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明者らは、6H,4H,3C等のSiC
基板表面から、酸化膜や不純物を取り除き清浄化し、表
面原子のダングリングボンドを、水素によりターミネイ
トし、安定化された表面を形成することにより、SiC基
板がSiC以外の、例えばGaN等のような物質の単結晶をヘ
テロエピタキシャル成長させるための基板として有効に
機能することを確認した。以下、具体的にその方法につ
いて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have found that SiC such as 6H, 4H, 3C, etc.
By removing oxide film and impurities from the surface of the substrate and cleaning it, dangling bonds of surface atoms are terminated with hydrogen to form a stabilized surface, so that the SiC substrate is made of materials other than SiC, such as GaN. It was confirmed that the material effectively functions as a substrate for heteroepitaxial growth of a single crystal. The method will be specifically described below.

【0009】(実施の形態1)図1のように、研磨処理
され平滑化された6Hまたは4H、3C,15R等の単結晶SiC
基板1の表面2を、アセトン、アルコール、トリクロエ
ン等の有機溶剤で洗浄し、有機物質を取り除く。更にフ
ッ酸溶液にひたすことにより洗浄し、酸化物を取り除
く。この場合、一度表面を酸化して酸化膜を形成し、こ
の酸化膜を除去することにより表面の欠陥の少ない基板
を形成することが出来る。
(First Embodiment) As shown in FIG. 1, 6H or 4H, 3C, 15R, etc. single crystal SiC polished and smoothed
The surface 2 of the substrate 1 is washed with an organic solvent such as acetone, alcohol or tricloene to remove the organic substance. Further, it is washed by dipping it in a hydrofluoric acid solution to remove oxides. In this case, the surface is once oxidized to form an oxide film, and the oxide film is removed, whereby a substrate with few surface defects can be formed.

【0010】この洗浄SiC基板を真空装置内に導入
し、水素ガスを真空槽内に、1x10-6Torr以上の圧力に達
するまで導入し、水素雰囲気中でSiC基板1を加熱し
た。
The cleaned SiC substrate was introduced into a vacuum apparatus, hydrogen gas was introduced into the vacuum chamber until a pressure of 1 × 10 −6 Torr or more was reached, and the SiC substrate 1 was heated in a hydrogen atmosphere.

【0011】800℃以上の温度まで加熱されたSiC基
板1表面は、水素と反応し若干エッチされ、さらに清浄
な表面が形成される。この場合、水素はガスを導入する
だけでも良いが、2000℃以上に熱せられたフィラメント
によってクラッキングされた原子状水素を供給すると、
より低いガス圧の1x10-7Torrでも、より低い基板温度60
0℃の条件でも清浄表面の形成が可能であった。
The surface of the SiC substrate 1 heated to a temperature of 800 ° C. or higher reacts with hydrogen and is slightly etched to form a cleaner surface. In this case, hydrogen may only be introduced as a gas, but if atomic hydrogen cracked by a filament heated to 2000 ° C. or higher is supplied,
Lower substrate temperature 60 at lower gas pressure of 1x10-7 Torr
A clean surface could be formed even at 0 ° C.

【0012】このようにして形成された清浄SiC基板
表面1には、酸化物や不純物などのSiC以外の物質は存
在せず、SiC表面原子のダングリングボンドは、水素
によりターミネイトされて安定化されていた。
On the clean SiC substrate surface 1 thus formed, there are no substances other than SiC such as oxides and impurities, and dangling bonds of SiC surface atoms are stabilized by hydrogen being terminated by hydrogen. Was there.

【0013】特に基板1の表面が3C-SiC(111)面又は6H,
4H-SiC(0001)面に対応する炭素面の場合に、図2の様
に、表面が炭素面の炭素3のダングリングボンド4が水
素5でターミネイトされて安定化されて、平滑・清浄な
表面が得られた。
Particularly, the surface of the substrate 1 is 3C-SiC (111) plane or 6H,
In the case of the carbon surface corresponding to the 4H-SiC (0001) surface, as shown in FIG. 2, the dangling bond 4 of the carbon 3 having the carbon surface is terminated by hydrogen 5 and stabilized, and is smooth and clean. The surface was obtained.

【0014】炭素と水素の結合は、1100℃程度の温度以
上で分解し始めるため、この温度以下では安定である。
したがって、1000℃程度にまで温度をあげる必要の
ある結晶成長には炭素のダングリングボンドを用いる方
がよい。つまりSiC基板の炭素面の方をもちいるのが
よい。
The bond between carbon and hydrogen begins to decompose above a temperature of about 1100 ° C. and is stable below this temperature.
Therefore, it is better to use the carbon dangling bond for the crystal growth that requires raising the temperature to about 1000 ° C. That is, it is better to use the carbon surface of the SiC substrate.

【0015】一方、Siと水素の結合は、600℃程度の温
度以上で分解し水素が表面から離脱し安定化が保持され
ない。このため、上記800℃の温度においては、表面がS
i面の場合は、Siが水素と反応して盛んにエッチされ、
安定な表面が得にくい。よって800℃の温度でSiC
基板上に結晶成長させる場合にはSi面は使用しないほ
うがよい。これに対し、炭素面においては、1000℃
程度でも安定な炭素水素結合が保持され、表面が安定化
される。
On the other hand, the bond between Si and hydrogen is decomposed at a temperature of about 600 ° C. or higher, and hydrogen is released from the surface, so that stabilization is not maintained. Therefore, at the temperature of 800 ° C above, the surface is S
In the case of i-plane, Si reacts with hydrogen and is actively etched,
It is difficult to obtain a stable surface. Therefore, at a temperature of 800 ° C, SiC
When crystal is grown on the substrate, it is better not to use the Si surface. On the other hand, on the carbon surface, 1000 ° C
Stable carbon-hydrogen bonds are retained even to some extent, and the surface is stabilized.

【0016】図3の様に、基板1と薄膜が異なる物質
で、ヘテロエピタキシャル成長により単結晶薄膜6を成
長させる場合、格子の整合が不十分でラティスミスマッ
チが大きいと、通常の基板1と薄膜6の界面7での強い
相互作用を有するヘテロエピタキシャル界面において多
くのミスフィット転位8が形成されて、良好な単結晶薄
膜を得ることが出来ない。
As shown in FIG. 3, when a single crystal thin film 6 is grown by heteroepitaxial growth using a substance different from the substrate 1 and the thin film, if the lattice matching is insufficient and the lattice mismatch is large, the ordinary substrate 1 and the thin film 6 are not formed. A large number of misfit dislocations 8 are formed at the heteroepitaxial interface having a strong interaction at the interface 7, and a good single crystal thin film cannot be obtained.

【0017】本実施の形態のように、水素によってター
ミネイトされたSiC基板表面を利用して薄膜を形成す
る場合は、基板と薄膜の界面7における相互作用は、水
素を介して作用するため、直接の結合ではなく、ファン
デルワールス力のような弱い相互作用になると考えられ
る。この弱い相互作用が界面7で発生するミスフィット
転移の密度を低く保ち、ヘテロエピタキシャル成長を高
性能化すると考えられる。
When a thin film is formed by using the surface of the SiC substrate terminated by hydrogen as in this embodiment, the interaction at the interface 7 between the substrate and the thin film acts via hydrogen, and therefore, it is directly performed. It is considered to be a weak interaction such as van der Waals force, rather than a bond of. It is considered that this weak interaction keeps the density of misfit dislocations generated at the interface 7 low and improves the performance of heteroepitaxial growth.

【0018】水素によるターミネイトとは、SiC基板
表面から出ているダングリングボンドに水素を結合させ
ることをいう。そしてここではダングリングボンドのす
べてを水素により完全に結合させてしまわなくてもよ
い。たとえば、表面のダングリングボンドに対して、水
素を30パーセント程度を結合させるだけでも効果があ
ることが実験的に確かめられた。
The term "terminated by hydrogen" means that hydrogen is bonded to the dangling bond emerging from the surface of the SiC substrate. And here, it is not necessary to completely bond all of the dangling bonds with hydrogen. For example, it was experimentally confirmed that even if about 30% of hydrogen is bonded to the dangling bond on the surface, it is effective.

【0019】成長させる薄膜に一致する基板が存在しな
い場合や、図4の様にバッファー層9を基板1とヘテロ
エピタキシャル薄膜6の界面に形成することが必要であ
るといわれている場合は、本発明の水素ターミネイト基
板表面が有効に働いた。
If there is no substrate corresponding to the thin film to be grown, or if it is said that it is necessary to form the buffer layer 9 at the interface between the substrate 1 and the heteroepitaxial thin film 6 as shown in FIG. The hydrogen-terminated substrate surface of the invention worked effectively.

【0020】本実施例ではSiCとして、3C-SiC(111)
面、α-SiC(0001)面について述べたが、他の面、例えば
3C-SiC(001)面、又はα-SiC(1210)面等でも有効であ
る。
In this embodiment, 3C-SiC (111) is used as SiC.
Surface, α-SiC (0001) surface, but other surfaces, for example
The 3C-SiC (001) plane or the α-SiC (1210) plane is also effective.

【0021】(実施の形態2)実施の形態1で説明した
水素ターミネイトSiC基板上に、GaN結晶を成長さ
せる方法について図5を用いて説明する。
(Second Embodiment) A method of growing a GaN crystal on the hydrogen-terminated SiC substrate described in the first embodiment will be described with reference to FIG.

【0022】基板は、水素ターミネイト6H-SiC(0001)と
し、この基板表面に、GaNを成長させる。まず、MOCV
D装置成長室内に、実施の形態1の水素ターミネイト6H-
SiC(0001)基板10を設置する。基板温度を1000℃に保
持し、水素キャリアガスと共にトリメチルガリウム(T
MG)およびアンモニアを供給する。
The substrate is hydrogen terminated 6H-SiC (0001), and GaN is grown on the surface of this substrate. First, MOCV
D Hydrogen growth 6H- of Embodiment 1 is placed in the growth chamber of the device.
The SiC (0001) substrate 10 is installed. The substrate temperature is kept at 1000 ° C, and trimethylgallium (T
MG) and ammonia.

【0023】この方法により、低温下において膜成長を
行うバッファ層の形成は行わなかったが、6H-SiC(0001)
表面12にGaN単結晶薄膜11がヘテロエピタキシャル
成長した。
By this method, a buffer layer for growing a film at a low temperature was not formed, but 6H-SiC (0001) was used.
The GaN single crystal thin film 11 was heteroepitaxially grown on the surface 12.

【0024】6H-SiC(0001)表面の結晶の終端面12が炭
素面を用いた。炭素と炭素をターミネイトしている水素
との結合は強いため、1000℃の基板温度での水素雰囲気
下のGaN膜形成の条件下では、6H-SiC(0001)表面をタ
ーミネイトしている水素は保持され、GaNとの界面12
を形成した。GaN(0001)面が、基板の6H-SiC(0001)面上
に成長しヘテロエピタキシャル成長薄膜が得られた。Ga
N結晶11と水素ターミネイトSiC結晶10は接してお
り、GaNヘテロエピタキシャル薄膜11の欠陥密度は109
cm-2以下であった。このようにSiC基板の6H-SiC(000
1)水素ターミネイト表面12により、SiCと、ヘテロ
エピタキシャルGaN結晶との界面エネルギーが緩和され
て、界面におけるヘテロエピタキシャルGaN結晶の転移
の発生が抑制された。
A carbon surface was used as the termination surface 12 of the crystal on the 6H-SiC (0001) surface. Since the bond between carbon and hydrogen terminating carbon is strong, hydrogen terminating on the 6H-SiC (0001) surface is retained under the conditions of GaN film formation under a hydrogen atmosphere at a substrate temperature of 1000 ° C. Interface with GaN 12
Was formed. The GaN (0001) plane was grown on the 6H-SiC (0001) plane of the substrate to obtain a heteroepitaxial growth thin film. Ga
The N crystal 11 and the hydrogen-terminated SiC crystal 10 are in contact with each other, and the defect density of the GaN heteroepitaxial thin film 11 is 10 9
It was below cm -2 . In this way, 6H-SiC (000
1) The hydrogen-terminated surface 12 relaxed the interface energy between the SiC and the heteroepitaxial GaN crystal, and suppressed the occurrence of the transition of the heteroepitaxial GaN crystal at the interface.

【0025】GaNは基板表面との弱い相互作用によりそ
の方向が決定されるが、結晶の表面は物質自身の有する
表面エネルギーによって決定される。このため、基板の
6H-SiC(0001)とヘテロエピタキシャルGaN(0001)は原子
レベルで接しているが、異なる結晶が接する場合の界面
エネルギーは低く保たれている。界面における結晶の乱
れの抑制は、欠陥密度の小さいヘテロエピタキシャル成
長を可能とする。
The direction of GaN is determined by its weak interaction with the surface of the substrate, but the surface of the crystal is determined by the surface energy of the substance itself. Therefore, the board
6H-SiC (0001) and heteroepitaxial GaN (0001) are in contact with each other at the atomic level, but the interface energy when different crystals are in contact is kept low. The suppression of crystal disorder at the interface enables heteroepitaxial growth with a low defect density.

【0026】界面にバッファー層を形成するヘテロエピ
タキシャル成長の場合は、バッファー層がこの界面エネ
ルギーの低減を行う。本発明においては、このバッファ
ー層の効果を、原子層である水素ターミネイト表面によ
って実現したもので、バッファー層の形成よりも、制御
性・再現性・界面の清浄性に優れており、より低欠陥の
高性能のヘテロエピタキシャル成長単結晶薄膜の成長を
実現できた。
In the case of heteroepitaxial growth in which a buffer layer is formed at the interface, the buffer layer reduces this interface energy. In the present invention, the effect of this buffer layer is realized by the hydrogen-terminated surface, which is an atomic layer, and it has better controllability, reproducibility, and interface cleanliness than the formation of the buffer layer, resulting in lower defects. It was possible to realize the growth of a high-performance heteroepitaxially grown single crystal thin film.

【0027】GaN発光素子などのデバイスを形成するた
めには、基板のSiCはn型が好ましい。SiCのn型化は例え
ばN(窒素)をドーピングすることにより達成される。
ここではGaNの成長について説明したが、AlxGay
InzN(x+y+z=1)結晶でも、同様の成長がで
きる。
In order to form a device such as a GaN light emitting device, the substrate SiC is preferably n-type. The n-type conversion of SiC is achieved by doping N (nitrogen), for example.
Although the growth of GaN has been described here, Al x Ga y
The same growth can be performed with an In z N (x + y + z = 1) crystal.

【0028】本実施例では6H-SiC(0001)面について述べ
たがこの面と同等の3C-SiC(111)面、4H等も含むα-SiC
の(0001)面についても有効で、更に他の面例えば3C-SiC
(001)面、又はα-SiC(1210)面等でも有効であった。
In the present embodiment, the 6H-SiC (0001) plane was described, but the 3C-SiC (111) plane equivalent to this plane, α-SiC including 4H, etc.
Is also effective for the (0001) plane, and other planes such as 3C-SiC
The (001) plane or the α-SiC (1210) plane was also effective.

【0029】ここでのSiC基板表面のCダングリング
ボンドへの水素は約40パ−セントである。30以上か
ら100パーセント未満であればこのうえに結晶成長す
るGaNは結晶欠陥の少ないものとなる。これは、1パ
ーセント以下のほんの少しのCのダングリングボンドで
も存在すればがGaNがSiCの表面のC(炭素)ダン
グリングボンドと結合し、基板との結合を保って結晶成
長できるためである。また、30パーセントより小さい
と、水素でターミネイトしているダングリングボンドが
少なく、ほとんどのCにGaNが結合するのでSiC上
のGaN結晶に転移が入ることになるからである。本実
施の形態では、水素の割合を30以上100パ−セント
未満としている。この水素ターミネイトの値は、GaN成
長前のSiC基板の表面である。GaN成長中に基板温度や成
長雰囲気を変えることにより、すでに形成されているGa
N/SiC界面に存在するターミネイト水素比率が減少する
場合がある。例えば、成長途中でGaN成長温度を120
0度と変化させると、ターミネイト水素比率は殆どゼロ
に減少する。また、GaN成長後に昇温してもGaN/SiC界面
のターミネイト水素比率は減少する。
Here, the hydrogen to the C dangling bond on the surface of the SiC substrate is about 40 percent. If it is 30 or more and less than 100%, the crystal growth of GaN on top of this is small in crystal defects. This is because GaN bonds to the C (carbon) dangling bond on the surface of SiC and crystal growth can be performed while maintaining the bond to the substrate, even if the dangling bond of C is as small as 1% or less. . On the other hand, if it is less than 30%, the number of dangling bonds terminated by hydrogen is small, and GaN is bonded to most of C, so that transition occurs in the GaN crystal on SiC. In this embodiment, the ratio of hydrogen is 30 or more and less than 100 percent. The value of this hydrogen terminator is the surface of the SiC substrate before GaN growth. By changing the substrate temperature and growth atmosphere during GaN growth, Ga
The ratio of terminating hydrogen existing at the N / SiC interface may decrease. For example, the GaN growth temperature is set to 120 during the growth.
When changed to 0 degree, the terminating hydrogen ratio is reduced to almost zero. In addition, the ratio of terminating hydrogen at the GaN / SiC interface decreases even if the temperature is raised after GaN growth.

【0030】(実施の形態3)Si上に、SiCを成長
させ、その上に、GaNを成長させる方法について説明
する。
(Third Embodiment) A method of growing SiC on Si and then growing GaN on it will be described.

【0031】図6のように、1x10-8Torr 以上の高真空
下で900℃以上まで昇温し、清浄化されたSi(001)(2x1)
基板13表面に、バックグランド圧力を1x10-7Torr以下
に保って、炭化水素等のガス状の炭素のSi基板表面への
寄与を抑え、例えば電子線蒸着器を用いて黒鉛に8kV,10
0mA程度の電子線を照射することにより分子状の炭素を
昇華させてSi基板表面へ供給することにより、SiC/Si界
面14が原子レベルで接している急峻な界面であるヘテ
ロエピタキシャル炭化珪素薄膜15を形成した。
As shown in FIG. 6, Si (001) (2x1) cleaned by heating to 900 ° C. or higher under high vacuum of 1 × 10-8 Torr or higher.
The background pressure on the surface of the substrate 13 is kept at 1 × 10 −7 Torr or less to suppress the contribution of gaseous carbon such as hydrocarbon to the surface of the Si substrate. For example, using an electron beam evaporator, 8 kV, 10
By irradiating an electron beam of about 0 mA to sublimate the molecular carbon and supply it to the surface of the Si substrate, the hetero-epitaxial silicon carbide thin film 15 is a steep interface where the SiC / Si interface 14 is in contact with the atomic level. Was formed.

【0032】この場合、分子状の炭素のSi表面14への
供給は、基板温度が400℃以下の状態から始められ、S
i基板13は炭素の供給を続けたまま徐々に昇温されて
900℃以上まで加熱された。ガス状の炭素は基板表面に
存在するステップエッジや結晶欠陥などの反応サイトか
ら反応し、結晶方位の異なる双晶などを多く含み問題が
あった。
In this case, the supply of molecular carbon to the Si surface 14 is started when the substrate temperature is 400 ° C. or lower, and S
The i substrate 13 is gradually heated while continuing to supply carbon.
Heated to above 900 ° C. Gaseous carbon reacts from reaction sites such as step edges and crystal defects existing on the substrate surface, and there are many problems such as twin crystals having different crystal orientations.

【0033】一方、分子状の炭素の供給による上述のSi
基板表面13の炭化処理によって形成されたヘテロエピ
タキシャル炭化珪素15は、SiC/Si界面が原子レベルで
接している急峻な界面を有しており、結晶方位の異なる
双晶などを殆ど含まないことを確認した。
On the other hand, the above-mentioned Si by the supply of molecular carbon
The heteroepitaxial silicon carbide 15 formed by the carbonization treatment of the substrate surface 13 has a steep interface where the SiC / Si interface is in contact with each other at the atomic level, and contains almost no twins having different crystal orientations. confirmed.

【0034】上記炭化処理に続いてSiを1357℃程度に保
たれたクヌーセンセルから供給して、基板温度1050℃で
SiC薄膜を成長させるとヘテロエピタキシャル単結晶SiC
薄膜が得られた。ヘテロエピタキシャルSiC薄膜の膜厚
を100Å以上とすることにより、良好な単相の単結晶薄
膜が得られた。
Subsequent to the above carbonization treatment, Si was supplied from a Knudsen cell kept at about 1357 ° C., and at a substrate temperature of 1050 ° C.
Heteroepitaxial single crystal SiC when grown on SiC thin film
A thin film was obtained. A good single-phase single crystal thin film was obtained by setting the thickness of the heteroepitaxial SiC thin film to 100 Å or more.

【0035】このヘテロエピタキシャル単結晶SiC薄
膜の表面を利用すると、炭化珪素基板として実施の形態
1、2のごとく機能する。つまり、SiC薄膜の表面を
水素によりターミネイトし、その上に欠陥の少ないGa
N結晶を成長させることができる。この場合は、もとも
との基板として、Siウェハを使用することができ、Si
C単結晶をカット・研磨した基板を用いる場合に比べ
て、非常に安価になる。
Utilizing the surface of this heteroepitaxial single crystal SiC thin film functions as a silicon carbide substrate as in the first and second embodiments. That is, the surface of the SiC thin film is terminated by hydrogen, and Ga having few defects is formed on the surface.
N crystals can be grown. In this case, a Si wafer can be used as the original substrate.
It is much cheaper than using a substrate obtained by cutting and polishing a C single crystal.

【0036】さらに、レーザーなどを形成する場合に必
要な劈開技術についても、基板のSiの劈開を利用して、
Si基板上に形成されたGaN薄膜を劈開させることに
より、効率的に行うことが出来る。
Further, as for the cleavage technique required when forming a laser, etc., the cleavage of Si of the substrate is utilized.
By cleaving the GaN thin film formed on the Si substrate, it can be efficiently performed.

【0037】この実施の形態の様に、SiCの形成のた
めに分子状の炭素源を用いた場合は、100Å程度の薄い
膜厚でも良好な結晶性を達成できた。つまり、炭素源と
しては分子状が好ましい。
When a molecular carbon source was used to form SiC as in this embodiment, good crystallinity could be achieved even with a thin film thickness of about 100Å. That is, the carbon source is preferably molecular.

【0038】ここで、使用するSi基板は(001)、(111)ど
ちらの面でも有効であったが、0.05度から10度程度傾
けてカットしたoff-cut基板を用いると単相の単結晶を
成長させるために有効であった。
Here, the Si substrate used was effective on both the (001) and (111) planes, but if an off-cut substrate cut at an angle of about 0.05 to 10 degrees was used, a single-phase single crystal was used. Was effective for growing.

【0039】GaN発光素子などのデバイスを形成するた
めには、基板のSiはn型の方が良く、更にその表面に形
成されるSiCハタロエピタキシャル薄膜もn型が好まし
い。SiCのn型化は例えばN(窒素)をドーピングするこ
とにより達成される。
In order to form a device such as a GaN light emitting element, the substrate Si is preferably n-type, and the SiC halo epitaxial thin film formed on the surface is also preferably n-type. The n-type conversion of SiC is achieved by doping N (nitrogen), for example.

【0040】(実施の形態4)Si基板上にSiCヘテロエ
ピタキシャル薄膜を成長させた炭化珪素基板について、
劈開を考慮してSiCの結晶方位を制御する方法について
実施の形態4として説明する。
(Embodiment 4) Regarding a silicon carbide substrate in which a SiC heteroepitaxial thin film is grown on a Si substrate,
A method for controlling the crystal orientation of SiC in consideration of cleavage will be described as a fourth embodiment.

【0041】図7の様に、Si(001)基板13の清浄(2x1)
表面14に、実施の形態3のごとく、3C-SiC(001)面1
5をヘテロエピタキシャル成長させた。
As shown in FIG. 7, cleaning of the Si (001) substrate 13 (2x1)
As in the third embodiment, the surface 14 has a 3C-SiC (001) surface 1
5 was heteroepitaxially grown.

【0042】3C-SiC(001)表面16に、今度は、Si1
7をヘテロエピタキシャル成長させ、更に、その表面1
8にSiC19を再びヘテロエピタキシャル成長させ
た。すると、二度目の3C-SiCヘテロエピタキシャル薄膜
19の結晶方位は、3C-SiC(111)面となった。
On the 3C-SiC (001) surface 16, this time Si1
7 is heteroepitaxially grown, and further, its surface 1
Then, SiC19 was heteroepitaxially grown on the sample No. 8 again. Then, the crystal orientation of the 3C-SiC heteroepitaxial thin film 19 for the second time was the 3C-SiC (111) plane.

【0043】さらにこのSiC19の上に、GaN結晶
21を成長する。成長温度は約1100℃である。Si
C19の表面は水素ターミネイトされたC面となってい
る。
Further, a GaN crystal 21 is grown on this SiC 19. The growth temperature is about 1100 ° C. Si
The surface of C19 is a hydrogen terminated C plane.

【0044】この2重のヘテロエピタキシャル成長SiC
薄膜は、実施の形態1、2および3で述べた炭化珪素基
板として有効に機能する。
This double heteroepitaxial growth SiC
The thin film effectively functions as the silicon carbide substrate described in the first, second and third embodiments.

【0045】Si(001)面は互いに直行するSi[110]劈開方
向を有する。よって、この劈開を3C-SiC(111)面のヘテ
ロエピタキシャル薄膜、更にその表面20に成長させる
例えばGaN(0001)面21の3C-SiC(111)面に対応する他の
材料のヘテロエピタキシャル薄膜についても利用するこ
とができ有効である。
The Si (001) planes have Si [110] cleavage directions perpendicular to each other. Therefore, regarding this cleavage, a heteroepitaxial thin film of a 3C-SiC (111) plane, and a heteroepitaxial thin film of another material corresponding to the 3C-SiC (111) plane of the GaN (0001) plane 21, which is further grown on the surface 20, Is also available and effective.

【0046】(実施の形態5)実施の形態1で説明した
水素ターミネイトされたSiC表面へのGaNのヘテロエピタ
キシャル成長をさせる場合に有効な、GaNの2ステッ
プ成長について説明する。
(Embodiment 5) The two-step growth of GaN, which is effective when performing heteroepitaxial growth of GaN on the hydrogen-terminated SiC surface described in Embodiment 1, will be described.

【0047】まず図8の(a)の様に水素ターミネイトさ
れた表面12を有する基板10をGaN成長室内に導入
し、700℃に加熱しトリメチルガリウム(TMG)を
供給する。原子層程度の薄いGa薄膜22を水素ターミネ
イトしたSiC表面に形成する。SiC基板はC面とな
っている。
First, as shown in FIG. 8A, the substrate 10 having the hydrogen-terminated surface 12 is introduced into the GaN growth chamber and heated to 700 ° C. to supply trimethylgallium (TMG). A thin Ga thin film 22 having an atomic layer thickness is formed on the hydrogen-terminated SiC surface. The SiC substrate has a C surface.

【0048】この時、窒素は供給せず、ガリウムのみの
供給とする。この後、アンモニアを供給し、ガリウムを
窒化し、(b)の様にGaN薄膜23に変化させる。
At this time, nitrogen is not supplied and only gallium is supplied. After that, ammonia is supplied to nitride gallium and transform it into the GaN thin film 23 as shown in (b).

【0049】さらにトリメチルガリウムとアンモニアの
供給を続け、(c)に示すように、GaN薄膜24を10
00Å程度の膜厚まで成長させる。この時形成されるG
aN薄膜24が非晶質構造をとっていると有効であるこ
とも確認した。
Further, the supply of trimethylgallium and ammonia was continued, and as shown in FIG.
Grow to a film thickness of about 00Å. G formed at this time
It was also confirmed that it is effective if the aN thin film 24 has an amorphous structure.

【0050】次に、基板温度を1000℃に上昇させ、
さらにGaN薄膜の成長を続ける。基板温度の上昇途中
で、GaN薄膜の結晶性が向上し非晶質成分も結晶化し(d)
の様に良好なヘテロエピタキシャル単結晶GaN層25
が得られる。基板温度1000℃で成長するGaN薄膜は
成長に伴って結晶性が更に向上し、非常に良好なヘテロ
エピタキシャルGaN薄膜が成長した。
Next, the substrate temperature is raised to 1000.degree.
We will continue to grow GaN thin films. While the substrate temperature was rising, the crystallinity of the GaN thin film improved and the amorphous component also crystallized (d).
Heteroepitaxial single crystal GaN layer 25 as good as
Is obtained. The crystallinity of the GaN thin film grown at a substrate temperature of 1000 ° C. further improved with the growth, and a very good heteroepitaxial GaN thin film was grown.

【0051】本実施の形態の2ステップ成長は、単結晶
のSiC基板を用いた場合でも、Si基板上にヘテロエピタ
キシャル成長したSiCを用いた場合でも有効である。3C-
SiC(001)面、3C-SiC(111)面、α-SiC(0001)面、更には
他の結晶面に於いても有効である。
The two-step growth of this embodiment is effective both when using a single-crystal SiC substrate and when using SiC that is heteroepitaxially grown on a Si substrate. 3C-
It is also effective for SiC (001) plane, 3C-SiC (111) plane, α-SiC (0001) plane, and other crystal planes.

【0052】(実施の形態6)次に基板としてダイヤモ
ンドを用いた場合について説明する。
(Sixth Embodiment) Next, the case where diamond is used as the substrate will be described.

【0053】図9のようにダイヤモンド単結晶基板26
を用いて、その表面27にSiC単結晶28をヘテロエピ
タキシャル成長させて、このSiC表面29を水素ターミ
ネイトし基板とした。
As shown in FIG. 9, a diamond single crystal substrate 26
Was used to heteroepitaxially grow a SiC single crystal 28 on its surface 27, and this SiC surface 29 was hydrogen-terminated to form a substrate.

【0054】ダイヤモンド上のSiCのヘテロエピタキシ
ャル成長は、基板を1050℃に加熱し、SiとCを基板
表面に供給することにより達成できる。この場合のヘテ
ロエピタキシャルSiC薄膜の成長条件は実施の形態3の
条件と同様であったが、炭化処理は必要としなかった。
Heteroepitaxial growth of SiC on diamond can be achieved by heating the substrate to 1050 ° C. and supplying Si and C to the surface of the substrate. The growth conditions of the heteroepitaxial SiC thin film in this case were the same as those of the third embodiment, but no carbonization treatment was required.

【0055】このダイヤモンド表面に形成されたSiC薄
膜表面に、例えばGaN薄膜30を実施の形態2または5
のようにヘテロエピタキシャル成長させた。このダイヤ
モンド表面のヘテロエピタキシャル薄膜は、劈開が可能
であり、更にダイヤモンドの熱伝導率がSiに比べて一
桁以上高いために、ハイパワー動作に適している。これ
は、ハイパワー動作に伴う発熱をダイヤモンド基板が効
率的に逃がすことが出来るためである。また、ダイヤモ
ンド単結晶基板がダイヤモンドの多結晶の基板でも有効
であることを確認した。
On the surface of the SiC thin film formed on this diamond surface, for example, a GaN thin film 30 is formed according to the second or fifth embodiment.
Was heteroepitaxially grown. This heteroepitaxial thin film on the diamond surface is capable of being cleaved, and the thermal conductivity of diamond is higher than that of Si by one digit or more, so that it is suitable for high power operation. This is because the diamond substrate can efficiently release the heat generated by the high power operation. In addition, it was confirmed that the diamond single crystal substrate is also effective for a diamond polycrystalline substrate.

【0056】さらに、図10のように、Si基板31上に
形成されたダイヤモンド薄膜32、又はダイヤモンド基
板上にヘテロエピタキシャル成長させたダイヤモンド薄
膜を用いても有効である。
Further, as shown in FIG. 10, it is also effective to use the diamond thin film 32 formed on the Si substrate 31 or the diamond thin film heteroepitaxially grown on the diamond substrate.

【0057】Si基板上へのヘテロエピタキシャル成長
は、Si基板31上に先にSiC薄膜33を形成しその表面
にダイヤモンド薄膜32を成長させた場合に良好なヘテ
ロエピタキシャル薄膜が得られた。この場合のSiCのSi
基板上へのヘテロエピタキシャル成長は実施の形態3で
述べた方法を用いた。
In the heteroepitaxial growth on the Si substrate, a good heteroepitaxial thin film was obtained when the SiC thin film 33 was first formed on the Si substrate 31 and the diamond thin film 32 was grown on the surface thereof. Si of SiC in this case
For the heteroepitaxial growth on the substrate, the method described in the third embodiment was used.

【0058】ダイヤモンドの成長は、マイクロ波CVD
プラズマ製膜装置を用い、COを例えば10%含んだ水素
ガスを4000Pa程度の圧力で110sccm流しマイクロ波パワ
ー300Wで成膜した。この場合の基板温度は850℃程度
で一時間の成膜で1ミクロンの膜厚のダイヤモンド薄膜
が形成された。
The growth of diamond is performed by microwave CVD.
Using a plasma film forming apparatus, hydrogen gas containing, for example, 10% of CO was passed at 110 sccm at a pressure of about 4000 Pa to form a film with microwave power of 300 W. In this case, the substrate temperature was about 850 ° C., and a diamond thin film having a thickness of 1 μm was formed by film formation for one hour.

【0059】(実施の形態7)実施の形態6で述べた図
11のダイヤモンド基板表面34の炭素ダングリングボ
ンドを水素によりターミネイトすることにより、実施の
形態6で述べたようなSiCの表面への成長を必要としな
いダイヤモンド単体でも、例えばGaN薄膜35のエピタ
キシャル基板として有効に機能することを確認した。
(Embodiment 7) By terminating the carbon dangling bonds on the diamond substrate surface 34 of FIG. 11 described in Embodiment 6 with hydrogen, the surface of SiC as described in Embodiment 6 is formed. It was confirmed that even a simple diamond that does not require growth can effectively function as an epitaxial substrate for the GaN thin film 35, for example.

【0060】つまり、ダイヤモンド単結晶基板、または
他の基板(例えばSi基板など)の表面に形成されたダイ
ヤモンド薄膜の表面を、水素プラズマにさらすことによ
り表面を水素化して本発明の基板として使用できる。
That is, the surface of a diamond thin film formed on the surface of a diamond single crystal substrate or another substrate (such as a Si substrate) is exposed to hydrogen plasma to hydrogenate the surface, which can be used as the substrate of the present invention. .

【0061】水素プラズマは、例えば実施の形態6で述
べたダイヤモンド薄膜形成装置に於いて、CO等の炭素源
を供給せずに水素のみを供給して同様の条件で発生さ
せ、そのプラズマ中に基板をさらすことにより水素ター
ミネイト基板が形成される。この水素ターミネイト表面
34に例えばGaN35が上記実施の形態のように有効に
ヘテロエピタキシャル成長した。
Hydrogen plasma is generated under the same conditions by supplying only hydrogen without supplying a carbon source such as CO in the diamond thin film forming apparatus described in the sixth embodiment. A hydrogen-terminated substrate is formed by exposing the substrate. For example, GaN 35 was effectively heteroepitaxially grown on the hydrogen-terminated surface 34 as in the above embodiment.

【0062】(実施の形態8)上記実施の形態を用いて
半導体発光素子を製造した実施の形態について説明す
る。
(Embodiment 8) An embodiment in which a semiconductor light emitting device is manufactured using the above embodiment will be described.

【0063】まず、n型SiC(6H-SiC(0001))基板を
洗浄したのち、真空装置内にセットし、水素ガスを真空
槽内に、1x10-6Torr以上の圧力に達するまで導入し、水
素雰囲気中でn型SiC基板を加熱した。800℃以上の
温度まで加熱されたSiC基板表面は、水素と反応し若
干エッチされ、さらに清浄な表面が形成される。このよ
うにして形成された清浄なn型SiC基板表面には、酸
化物や不純物などのSiC以外の物質は存在せず、SiC
表面原子のダングリングボンドは、水素によりターミネ
イトされて安定化されていた。
First, after cleaning the n-type SiC (6H-SiC (0001)) substrate, it was set in a vacuum apparatus, and hydrogen gas was introduced into the vacuum chamber until a pressure of 1 × 10 −6 Torr or more was reached, and hydrogen was introduced. The n-type SiC substrate was heated in the atmosphere. The surface of the SiC substrate heated to a temperature of 800 ° C. or higher reacts with hydrogen and is slightly etched to form a cleaner surface. On the surface of the clean n-type SiC substrate formed in this manner, there are no substances other than SiC such as oxides and impurities.
The dangling bond of the surface atom was terminated by hydrogen and stabilized.

【0064】次に、このn型SiC基板温度を1000℃に
保持し、水素キャリアガスと共にトリメチルガリウム
(TMG)およびアンモニアを供給することにより、Ga
N単結晶薄膜11をエピタキシャル成長させる。ドーパ
ントとしては、n型はSi、p型はMgを用いた。つま
り、GaN結晶の成長時にドーパンントとしてSiを導
入することでn型GaNとし、引続きMgを導入するこ
とでp型GaNとした。最後にp型GaN上にはp型電
極を、n型SiC基板にはn型電極を形成した。このよ
うにして、n型SiC基板上に形成したGaN結晶を用
いた発光素子を製造することができた。
Next, the temperature of the n-type SiC substrate is maintained at 1000 ° C., and trimethylgallium (TMG) and ammonia are supplied together with the hydrogen carrier gas to obtain Ga.
The N single crystal thin film 11 is epitaxially grown. As the dopant, Si was used for n-type and Mg was used for p-type. That is, n-type GaN was obtained by introducing Si as a dopant during GaN crystal growth, and p-type GaN was obtained by subsequently introducing Mg. Finally, a p-type electrode was formed on the p-type GaN and an n-type electrode was formed on the n-type SiC substrate. Thus, the light emitting device using the GaN crystal formed on the n-type SiC substrate could be manufactured.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明により、GaN等のヘテロエピタキ
シャル成長用の有効なSiC結晶およびSuC基板が提
供できる。つまり、従来バッファー層等を成長させ、格
子ミスマッチを緩和させてヘテロエピタキシャル成長さ
せていたのを、SiC結晶またはSiC基板表面のダン
グリングボンドを水素ターミネイトすることにより、結
晶または基板表面とヘテロエピタキシャル成長単結晶薄
膜との界面エネルギーを低く保ち、直接エピタキシャル
成長可能とした。よって従来のバッファー層は必要とせ
ず欠陥密度の低いヘテロエピタキシャル成長を可能とす
る結晶または基板として機能する。
According to the present invention, an effective SiC crystal for Heteroepitaxial growth of GaN or the like and a SuC substrate can be provided. In other words, the conventional method of growing a buffer layer or the like to alleviate the lattice mismatch and perform the heteroepitaxial growth is that the dangling bond on the surface of the SiC crystal or the SiC substrate is hydrogen terminated to form a heteroepitaxial growth single crystal with the crystal or the substrate surface. The interface energy with the thin film was kept low, enabling direct epitaxial growth. Therefore, the conventional buffer layer does not need to function as a crystal or substrate that enables heteroepitaxial growth with a low defect density.

【0066】この場合、結晶または基板表面は、炭素の
ダングリングボンドとそれをターミネイトしている水素
のよって構成されているのが最も好ましい。これは炭素
水素の結合が安定なためで、SiCやダイヤモンドの水素
ターミネイト表面がこれに当たる。
In this case, it is most preferable that the crystal or the substrate surface is composed of carbon dangling bonds and hydrogen terminating the dangling bonds. This is because the carbon-hydrogen bond is stable, and this is the hydrogen-terminated surface of SiC or diamond.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態を示すSiC基板の断面図FIG. 1 is a sectional view of a SiC substrate showing an embodiment.

【図2】基板表面の原子構造を示す図FIG. 2 is a diagram showing an atomic structure of a substrate surface.

【図3】基板表面に形成されたヘテロエピタキシャル単
結晶薄膜を示す断面図
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a heteroepitaxial single crystal thin film formed on a substrate surface.

【図4】従来のバッファ相を必要とするヘテロエピタキ
シャル成長薄膜を示す断面図
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional heteroepitaxial growth thin film requiring a buffer phase.

【図5】実施の形態2に係るヘテロエピタキシャル成長
薄膜を示す断面図
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a heteroepitaxial growth thin film according to a second embodiment.

【図6】実施の形態3に係るSiC/Si基板を示す断面図FIG. 6 is a sectional view showing a SiC / Si substrate according to a third embodiment.

【図7】実施の形態4に係る層状構造を有する炭化珪素
基板を示す断面図
FIG. 7 is a sectional view showing a silicon carbide substrate having a layered structure according to a fourth embodiment.

【図8】実施の形態5に係る2ステップ成長のプロセス
FIG. 8 is a process diagram of two-step growth according to the fifth embodiment.

【図9】実施の形態6に係るダイヤモンドを含む基板を
示す断面図
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a substrate containing diamond according to a sixth embodiment.

【図10】実施の形態6に係るダイヤモンド/Si基板を
示す断面図
FIG. 10 is a sectional view showing a diamond / Si substrate according to a sixth embodiment.

【図11】実施の形態7に係るダイヤモンド表面へのヘ
テロエピタキシャル成長薄膜を示す断面図
FIG. 11 is a sectional view showing a heteroepitaxial growth thin film on a diamond surface according to the seventh embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 基板表面 3 炭素表面原子 4 ダングリングボンド 5 水素 6 薄膜 7 界面 8 ミスフィット転移 9 バッファー層 10 SiC基板 11 GaN単結晶薄膜 12 SiC炭素終端面 13 Si基板 14 SiC/Si界面 15 SiC薄膜 16 SiC薄膜表面 17 Si薄膜 18 Si薄膜表面 19 2層目のSiC薄膜 20 2層目のSiC薄膜表面 21 GaN薄膜 22 Ga薄膜 23 GaN初期薄膜 24 低温成長GaN薄膜 25 高温成長GaN薄膜 26 ダイヤモンド基板 27 ダイヤモンド表面 28 SiC薄膜 29 SiC薄膜表面 30 GaN薄膜 31 Si基板 32 ダイヤモンド薄膜 33 SiC薄膜 34 ダイヤモンド基板表面 35 ヘテロエピタキシャル成長薄膜 1 substrate 2 substrate surface 3 carbon surface atom 4 dangling bond 5 hydrogen 6 thin film 7 interface 8 misfit transition 9 buffer layer 10 SiC substrate 11 GaN single crystal thin film 12 SiC carbon termination surface 13 Si substrate 14 SiC / Si interface 15 SiC thin film 16 SiC thin film surface 17 Si thin film 18 Si thin film surface 19 Second layer SiC thin film 20 Second layer SiC thin film surface 21 GaN thin film 22 Ga thin film 23 GaN initial thin film 24 Low temperature grown GaN thin film 25 High temperature grown GaN thin film 26 Diamond substrate 27 Diamond surface 28 SiC thin film 29 SiC thin film surface 30 GaN thin film 31 Si substrate 32 Diamond thin film 33 SiC thin film 34 Diamond substrate surface 35 Heteroepitaxial growth thin film

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水素ターミネイトしたSiC結晶と、 前記結晶上に形成したGaN層とを備えた半導体発光装
置。
1. A semiconductor light emitting device comprising a hydrogen-terminated SiC crystal and a GaN layer formed on the crystal.
【請求項2】シリコン基板と、 前記基板上に形成したSiC結晶と、 前記SiC結晶上に形成したGaN層を備え、 前記SiCの表面が水素によりターミネイトされている
半導体発光装置。
2. A semiconductor light emitting device comprising a silicon substrate, a SiC crystal formed on the substrate, and a GaN layer formed on the SiC crystal, wherein the surface of the SiC is terminated by hydrogen.
【請求項3】GaN層に替えてAlxGayInzN(x
+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)
層を用いた請求項2に記載の半導体発光装置。
3. A GaN layer is replaced with AlxGayInzN (x
+ Y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)
The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein a layer is used.
【請求項4】シリコン基板として、オフ基板を用いる請
求項2または3に記載の半導体発光装置。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein an off substrate is used as the silicon substrate.
【請求項5】シリコン基板に替えて、ダイヤモンド基板
を用いる請求項2に記載の半導体発光装置。
5. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein a diamond substrate is used instead of the silicon substrate.
【請求項6】シリコン基板と、 前記基板上に形成した第1のSiC結晶と、 前記SiC結晶上に形成したSi結晶と、 前記Si結晶上に形成した第2のSiC結晶と、 前記SiC結晶上に形成したGaN層を備え、 前記第2のSiCの表面が水素によりターミネイトされ
ており、 かつ、前記第1および第2のSiCの結晶方位が異なる
半導体発光装置。
6. A silicon substrate, a first SiC crystal formed on the substrate, a Si crystal formed on the SiC crystal, a second SiC crystal formed on the Si crystal, and the SiC crystal. A semiconductor light emitting device comprising a GaN layer formed above, wherein the surface of the second SiC is terminated by hydrogen, and the crystal orientations of the first and second SiC are different.
【請求項7】SiC結晶のC面を用いる請求項1〜6の
いずれかに記載の半導体発光装置。
7. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a C plane of SiC crystal is used.
【請求項8】水素ターミネイトしたSiC結晶を用いる
結晶成長方法。
8. A crystal growth method using a hydrogen terminated SiC crystal.
【請求項9】SiC結晶表面を水素によりターミネイト
する工程と、 前記結晶表面にGaN結晶を成長する工程とを有する結
晶成長方法。
9. A crystal growth method comprising: a step of terminating an SiC crystal surface with hydrogen; and a step of growing a GaN crystal on the crystal surface.
【請求項10】GaN結晶に替えてAlxGayInzN
(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦
1)結晶を成長する請求項9に記載の結晶成長方法。
10. AlxGayInzN in place of GaN crystal
(X + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦
1) The crystal growth method according to claim 9, wherein the crystal is grown.
【請求項11】水素ターミネイトがダングリングボンド
の30以上100パーセント未満である請求項8、9ま
たは10に記載の結晶成長方法。
11. The crystal growth method according to claim 8, 9 or 10, wherein the hydrogen terminate is 30% or more and less than 100% of the dangling bond.
【請求項12】水素ターミネイトしたSiC結晶上に、
Gaの膜を薄く成長させる工程と、 前記Gaを窒化させ、GaN薄膜を形成する工程と、 前記GaN薄膜上に、600度以上900度以下の低温
でGaN層を形成させる工程と、 前記非晶質GaN層を900度以上に加熱し良結晶化さ
せる工程とを有する結晶成長方法。
12. A hydrogen-terminated SiC crystal,
Growing a Ga film thinly; nitriding the Ga to form a GaN thin film; forming a GaN layer on the GaN thin film at a low temperature of 600 ° C. to 900 ° C .; Growth method including the step of heating the high quality GaN layer to 900 ° C. or higher for good crystallization.
【請求項13】Si(001)基板の清浄表面に、3C-SiC(001)
をエピタキシャル成長させる工程と、 前記3C-SiC(001)上に、Siをエピタキシャル成長させ
る工程と、 前記Si表面に3C-SiC(111)SiCをエピタキシャル成
長させる工程とを有する結晶成長方法。
13. A clean surface of a Si (001) substrate is coated with 3C-SiC (001).
And a step of epitaxially growing Si on the 3C-SiC (001), and a step of epitaxially growing 3C-SiC (111) SiC on the Si surface.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999009585A1 (en) * 1997-08-13 1999-02-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor substrate and semiconductor device
FR2823770A1 (en) * 2001-04-19 2002-10-25 Commissariat Energie Atomique Semiconductor material surface treatment method, for passivation or metallization, preparing surface with particular atomic scale organization to exhibit dangling bonds for absorption of e.g. hydrogen
WO2004084283A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-30 Japan Science And Technology Agency Method of growing semiconductor crystal
KR100450781B1 (en) * 1997-08-20 2004-11-16 삼성전자주식회사 Method for manufacturing GaN single crystal
JP2005097104A (en) * 2003-09-22 2005-04-14 Commiss Energ Atom PROTECTION OF SiC SURFACE BY GaN LAYER
JP2008258561A (en) * 2007-03-13 2008-10-23 Covalent Materials Corp Nitride semiconductor single crystal
JP2010037139A (en) * 2008-08-05 2010-02-18 Shin Etsu Handotai Co Ltd Method for manufacturing semiconductor substrate
JP2012238861A (en) * 2004-01-22 2012-12-06 Cree Inc Silicon carbide on diamond substrate and related device and method
JP2018203587A (en) * 2017-06-07 2018-12-27 株式会社Sumco Method for manufacturing nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor substrate
JP2020508276A (en) * 2017-08-31 2020-03-19 アールエフエイチアイシー コーポレイション Wafer having group III nitride layer and diamond layer

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999009585A1 (en) * 1997-08-13 1999-02-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor substrate and semiconductor device
KR100450781B1 (en) * 1997-08-20 2004-11-16 삼성전자주식회사 Method for manufacturing GaN single crystal
US7008886B2 (en) 2001-04-19 2006-03-07 Commissariat A L'energie Atomique Process for treatment of the surface of a semiconducting material, particularly using hydrogen, and surface obtained using this process
FR2823770A1 (en) * 2001-04-19 2002-10-25 Commissariat Energie Atomique Semiconductor material surface treatment method, for passivation or metallization, preparing surface with particular atomic scale organization to exhibit dangling bonds for absorption of e.g. hydrogen
WO2002086202A1 (en) * 2001-04-19 2002-10-31 Commissariat A L'energie Atomique Method for treating the surface of a semiconductor material
KR100715828B1 (en) * 2003-03-19 2007-05-10 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 Method of Growing Semiconductor Crystal
EP1617464A1 (en) * 2003-03-19 2006-01-18 Japan Science and Technology Agency Method of growing semiconductor crystal
WO2004084283A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-30 Japan Science And Technology Agency Method of growing semiconductor crystal
US7625447B2 (en) 2003-03-19 2009-12-01 Japan Science And Technology Agency Method of growing semiconductor crystal
EP1617464A4 (en) * 2003-03-19 2011-04-27 Japan Science & Tech Agency Method of growing semiconductor crystal
JP2005097104A (en) * 2003-09-22 2005-04-14 Commiss Energ Atom PROTECTION OF SiC SURFACE BY GaN LAYER
JP2012238861A (en) * 2004-01-22 2012-12-06 Cree Inc Silicon carbide on diamond substrate and related device and method
US9142617B2 (en) 2004-01-22 2015-09-22 Cree, Inc. Wide bandgap device having a buffer layer disposed over a diamond substrate
JP2008258561A (en) * 2007-03-13 2008-10-23 Covalent Materials Corp Nitride semiconductor single crystal
JP2010037139A (en) * 2008-08-05 2010-02-18 Shin Etsu Handotai Co Ltd Method for manufacturing semiconductor substrate
JP2018203587A (en) * 2017-06-07 2018-12-27 株式会社Sumco Method for manufacturing nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor substrate
JP2020508276A (en) * 2017-08-31 2020-03-19 アールエフエイチアイシー コーポレイション Wafer having group III nitride layer and diamond layer
KR20200041289A (en) * 2017-08-31 2020-04-21 알에프에이치아이씨 주식회사 Wafers with group III-nitride and diamond layers

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