JPH10106949A - 窒化ガリウム半導体基板及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム半導体基板及びその製造方法Info
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- JPH10106949A JPH10106949A JP25680696A JP25680696A JPH10106949A JP H10106949 A JPH10106949 A JP H10106949A JP 25680696 A JP25680696 A JP 25680696A JP 25680696 A JP25680696 A JP 25680696A JP H10106949 A JPH10106949 A JP H10106949A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 青色発光ダイオード、レーザーや電子デバイ
スに用いられる窒化ガリウムヘテロ接合に関し、結晶性
に優れ、電気的に良好な界面を有する窒化ガリウムヘテ
ロ接合を提供する。 【解決手段】 窒化ガリウムヘテロ成長基板として、４
Ｈ型の炭化珪素単結晶を用いることにより、格子定数差
が少なくでき、伝導帯下端のエネルギー差ΔＥc 、すな
わちバンドオフセットをほぼ０とできる。
スに用いられる窒化ガリウムヘテロ接合に関し、結晶性
に優れ、電気的に良好な界面を有する窒化ガリウムヘテ
ロ接合を提供する。 【解決手段】 窒化ガリウムヘテロ成長基板として、４
Ｈ型の炭化珪素単結晶を用いることにより、格子定数差
が少なくでき、伝導帯下端のエネルギー差ΔＥc 、すな
わちバンドオフセットをほぼ０とできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウムヘテ
ロ接合を有する窒化ガリウム半導体基板およびその製造
方法に係わり、特に、青色発光ダイオード、レーザーや
電子デバイスに用いられる窒化ガリウム半導体基板およ
びその製造方法に関する。
ロ接合を有する窒化ガリウム半導体基板およびその製造
方法に係わり、特に、青色発光ダイオード、レーザーや
電子デバイスに用いられる窒化ガリウム半導体基板およ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、青色、紫色発光ダイオード用材料
として窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体が知られ
ている。この材料は、一般に、主に有機金属気相成長法
（以下ＭＯＣＶＤ法と呼ぶ）により、サファイア基板上
に成長されている。従来、この方法によって成長された
窒化ガリウム化合物半導体は、結晶性が悪く、より適し
た基板材料が求められていた。近年、この基板材料とし
て、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体単結晶が注目を集めてい
る。炭化珪素は耐熱性、機械的強度に優れ、物理的、化
学的にも安定である。炭化珪素単結晶には結晶構造の異
なる数多くの結晶多形が存在する。これらは、その積層
の周期性と結晶の対称性から、３Ｃ型、６Ｈ型、４Ｈ
型、１５Ｒ型等に分類されている。なかでも、６Ｈ型の
炭化珪素は大型の単結晶基板が入手可能であり、結晶構
造が窒化ガリウムと類似しているという特徴を有する。
両者の基底面内での格子定数差は約３％と極めて小さく
（サファイアと窒化ガリウムの格子定数差は約１４
％）、６Ｈ型の炭化珪素単結晶を基板材料として用いる
ことにより、高品質の窒化ガリウム薄膜が得られてい
た。
として窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体が知られ
ている。この材料は、一般に、主に有機金属気相成長法
（以下ＭＯＣＶＤ法と呼ぶ）により、サファイア基板上
に成長されている。従来、この方法によって成長された
窒化ガリウム化合物半導体は、結晶性が悪く、より適し
た基板材料が求められていた。近年、この基板材料とし
て、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体単結晶が注目を集めてい
る。炭化珪素は耐熱性、機械的強度に優れ、物理的、化
学的にも安定である。炭化珪素単結晶には結晶構造の異
なる数多くの結晶多形が存在する。これらは、その積層
の周期性と結晶の対称性から、３Ｃ型、６Ｈ型、４Ｈ
型、１５Ｒ型等に分類されている。なかでも、６Ｈ型の
炭化珪素は大型の単結晶基板が入手可能であり、結晶構
造が窒化ガリウムと類似しているという特徴を有する。
両者の基底面内での格子定数差は約３％と極めて小さく
（サファイアと窒化ガリウムの格子定数差は約１４
％）、６Ｈ型の炭化珪素単結晶を基板材料として用いる
ことにより、高品質の窒化ガリウム薄膜が得られてい
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】６Ｈ型の炭化珪素単結
晶を基板として用いることにより、結晶学的には高品質
の窒化ガリウム単結晶薄膜が得られるようになったが、
６Ｈ型炭化珪素／窒化ガリウムヘテロ接合にはその電気
的特性において大きな問題があった。通常、窒化ガリウ
ム薄膜ヘテロ成長用基板としてはｎ型の基板が用いられ
ており、発光ダイオードやレーザーダイオード等の光デ
バイスをその上に作製した場合は、窒化ガリウムデバイ
スの活性領域にこのｎ型基板より電子を多量に注入する
必要がある。しかしながら、６Ｈ型の炭化珪素単結晶を
基板として用いた場合には、６Ｈ型炭化珪素単結晶の伝
導帯下端が窒化ガリウムの伝導帯下端に比べてエネルギ
ー的に約０．１５電子ボルト低く、このバンドオフセッ
トが炭化珪素基板から窒化ガリウム層への効率的な電子
注入を妨げていた（図２）。
晶を基板として用いることにより、結晶学的には高品質
の窒化ガリウム単結晶薄膜が得られるようになったが、
６Ｈ型炭化珪素／窒化ガリウムヘテロ接合にはその電気
的特性において大きな問題があった。通常、窒化ガリウ
ム薄膜ヘテロ成長用基板としてはｎ型の基板が用いられ
ており、発光ダイオードやレーザーダイオード等の光デ
バイスをその上に作製した場合は、窒化ガリウムデバイ
スの活性領域にこのｎ型基板より電子を多量に注入する
必要がある。しかしながら、６Ｈ型の炭化珪素単結晶を
基板として用いた場合には、６Ｈ型炭化珪素単結晶の伝
導帯下端が窒化ガリウムの伝導帯下端に比べてエネルギ
ー的に約０．１５電子ボルト低く、このバンドオフセッ
トが炭化珪素基板から窒化ガリウム層への効率的な電子
注入を妨げていた（図２）。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、炭化珪素基板から窒化ガリウム層へ効率的な電子
注入が行えるヘテロ接合を有する窒化ガリウム半導体基
板およびその製造方法を提供するものである。
あり、炭化珪素基板から窒化ガリウム層へ効率的な電子
注入が行えるヘテロ接合を有する窒化ガリウム半導体基
板およびその製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化ガリウム
と炭化珪素のヘテロ接合において、ヘテロエピタキシー
基板として、４Ｈ型の炭化珪素単結晶基板を用いる。
と炭化珪素のヘテロ接合において、ヘテロエピタキシー
基板として、４Ｈ型の炭化珪素単結晶基板を用いる。
【０００６】すなわち、上記目的を達成するための本発
明は、窒化ガリウムヘテロ接合を有する半導体基板にお
いて、前記窒化ガリウムヘテロ接合を形成させる基の基
板が４Ｈ型の炭化珪素単結晶であることを特徴とする窒
化ガリウム半導体基板である。
明は、窒化ガリウムヘテロ接合を有する半導体基板にお
いて、前記窒化ガリウムヘテロ接合を形成させる基の基
板が４Ｈ型の炭化珪素単結晶であることを特徴とする窒
化ガリウム半導体基板である。
【０００７】また、上記目的を達成するための本発明
は、窒化ガリウムのヘテロ接合を有する半導体基板の製
造方法として、結晶多形が４Ｈ型の炭化珪素単結晶基板
を用い、該基板上に窒化ガリウムをエピタキシャル成長
させることを特徴とする窒化ガリウム半導体基板の製造
方法である。
は、窒化ガリウムのヘテロ接合を有する半導体基板の製
造方法として、結晶多形が４Ｈ型の炭化珪素単結晶基板
を用い、該基板上に窒化ガリウムをエピタキシャル成長
させることを特徴とする窒化ガリウム半導体基板の製造
方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法では、窒化ガリ
ウムのヘテロエピタキシー基板として、４Ｈ型の炭化珪
素基板を用いることにより、従来法で問題となっていた
窒化ガリウムと炭化珪素の伝導帯バンドオフセットを解
消する。本発明者らは、結晶多形の異なる炭化珪素単結
晶と窒化ガリウムのヘテロ接合を調べ、４Ｈ型の炭化珪
素単結晶を窒化ガリウムヘテロ成長用基板として用いた
場合には、伝導帯下端のエネルギー差、すなわちバンド
オフセットをほぼ０とできることを見いだした（図
１）。
ウムのヘテロエピタキシー基板として、４Ｈ型の炭化珪
素基板を用いることにより、従来法で問題となっていた
窒化ガリウムと炭化珪素の伝導帯バンドオフセットを解
消する。本発明者らは、結晶多形の異なる炭化珪素単結
晶と窒化ガリウムのヘテロ接合を調べ、４Ｈ型の炭化珪
素単結晶を窒化ガリウムヘテロ成長用基板として用いた
場合には、伝導帯下端のエネルギー差、すなわちバンド
オフセットをほぼ０とできることを見いだした（図
１）。
【０００９】４Ｈ型の炭化珪素単結晶基板は、６Ｈ型と
同様に窒化ガリウムとの格子定数差が小さく（約３
％）、結晶学的にも良質な窒化ガリウムをその上に形成
できる。４Ｈ型の炭化珪素単結晶を基板として用いれ
ば、６Ｈ型を使用した場合の利点を全く損なうことな
く、電気的に良好な窒化ガリウムヘテロ接合を形成でき
る。
同様に窒化ガリウムとの格子定数差が小さく（約３
％）、結晶学的にも良質な窒化ガリウムをその上に形成
できる。４Ｈ型の炭化珪素単結晶を基板として用いれ
ば、６Ｈ型を使用した場合の利点を全く損なうことな
く、電気的に良好な窒化ガリウムヘテロ接合を形成でき
る。
【００１０】
【実施例】まず、良く洗浄したｎ型の４Ｈ型の炭化珪素
基板（｛０００１｝面ウエハ）をＭＯＣＶＤ装置のリア
クターにセットし、リアクターを水素で良く置換する。
次に、水素を流しながら温度を摂氏１０５０度まで上昇
させ２０分間保持し、炭化珪素基板のクリーニングを行
う。その後、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）５４×１０
-6モル／分、アンモニア（ＮＨ３）４リットル／分、モ
ノシラン（ＳｉＨ４）２２×１０-11 モル／分を流し
て、６０分間成長させ、ｎ型の窒化ガリウムを３μｍの
膜厚で成長させた。
基板（｛０００１｝面ウエハ）をＭＯＣＶＤ装置のリア
クターにセットし、リアクターを水素で良く置換する。
次に、水素を流しながら温度を摂氏１０５０度まで上昇
させ２０分間保持し、炭化珪素基板のクリーニングを行
う。その後、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）５４×１０
-6モル／分、アンモニア（ＮＨ３）４リットル／分、モ
ノシラン（ＳｉＨ４）２２×１０-11 モル／分を流し
て、６０分間成長させ、ｎ型の窒化ガリウムを３μｍの
膜厚で成長させた。
【００１１】得られた窒化ガリウム薄膜の結晶性を調べ
る目的で、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）
測定を行った。（０００２）反射の半値幅は１００秒程
度で、結晶性が良好であることを示した。
る目的で、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）
測定を行った。（０００２）反射の半値幅は１００秒程
度で、結晶性が良好であることを示した。
【００１２】次に、炭化珪素／窒化ガリウムヘテロ接合
のバンドオフセットを測定する目的で、炭化珪素基板側
にオーミック電極（Ｎｉ）を、窒化ガリウム薄膜側にシ
ョットキー電極（ＴｉＷ）を形成し、容量−電圧特性を
測定した。電子濃度の深さ方向分布より見積もられた炭
化珪素／窒化ガリウムヘテロ接合の伝導帯バンドオフセ
ットはほぼ０であった。
のバンドオフセットを測定する目的で、炭化珪素基板側
にオーミック電極（Ｎｉ）を、窒化ガリウム薄膜側にシ
ョットキー電極（ＴｉＷ）を形成し、容量−電圧特性を
測定した。電子濃度の深さ方向分布より見積もられた炭
化珪素／窒化ガリウムヘテロ接合の伝導帯バンドオフセ
ットはほぼ０であった。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、炭化珪素単結晶基板から窒化ガリウム層への効率的
な電子注入を実現することができ、良好な結晶性と電気
的特性を有する窒化ガリウムヘテロ接合を有する窒化ガ
リウム半導体基板を作製することができる。このような
良好な結晶性と界面特性を有する窒化ガリウム薄膜を用
いれば、特性の優れた窒化ガリウム青色発光素子を製作
することができる。
ば、炭化珪素単結晶基板から窒化ガリウム層への効率的
な電子注入を実現することができ、良好な結晶性と電気
的特性を有する窒化ガリウムヘテロ接合を有する窒化ガ
リウム半導体基板を作製することができる。このような
良好な結晶性と界面特性を有する窒化ガリウム薄膜を用
いれば、特性の優れた窒化ガリウム青色発光素子を製作
することができる。
【図１】 本発明の窒化ガリウム／炭化珪素ヘテロ接合
の伝導帯エネルギー構造の模式図である。
の伝導帯エネルギー構造の模式図である。
【図２】 従来の窒化ガリウム／炭化珪素ヘテロ接合の
伝導帯エネルギー構造の模式図である。
伝導帯エネルギー構造の模式図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化ガリウムヘテロ接合を有する半導体
基板において、前記窒化ガリウムヘテロ接合を形成させ
るヘテロエピタキシー基板が４Ｈ型の炭化珪素単結晶で
あることを特徴とする窒化ガリウム半導体基板。 - 【請求項２】 窒化ガリウムのヘテロ接合を有する半導
体基板の製造方法として、結晶多形が４Ｈ型の炭化珪素
単結晶基板を用い、該基板上に窒化ガリウムをエピタキ
シャル成長させることを特徴とする窒化ガリウム半導体
基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25680696A JPH10106949A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 窒化ガリウム半導体基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25680696A JPH10106949A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 窒化ガリウム半導体基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10106949A true JPH10106949A (ja) | 1998-04-24 |
Family
ID=17297705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25680696A Pending JPH10106949A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 窒化ガリウム半導体基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10106949A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003077835A (ja) * | 2001-09-06 | 2003-03-14 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物素子及びｉｉｉ族窒化物エピタキシャル基板 |
| JP2003282434A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-10-03 | Ngk Insulators Ltd | ＺｎＯ系エピタキシャル成長基板、ＺｎＯ系エピタキシャル下地基板、及びＺｎＯ系膜の製造方法 |
| JP2005286338A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ４ｈ型ポリタイプ基板上に形成された４ｈ型ポリタイプ窒化ガリウム系半導体素子 |
-
1996
- 1996-09-27 JP JP25680696A patent/JPH10106949A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003077835A (ja) * | 2001-09-06 | 2003-03-14 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物素子及びｉｉｉ族窒化物エピタキシャル基板 |
| JP2003282434A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-10-03 | Ngk Insulators Ltd | ＺｎＯ系エピタキシャル成長基板、ＺｎＯ系エピタキシャル下地基板、及びＺｎＯ系膜の製造方法 |
| JP2005286338A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ４ｈ型ポリタイプ基板上に形成された４ｈ型ポリタイプ窒化ガリウム系半導体素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060530 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060724 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061128 |