JPH10199815A - ＧａＮ系結晶の製造方法 - Google Patents
ＧａＮ系結晶の製造方法Info
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- JPH10199815A JPH10199815A JP234497A JP234497A JPH10199815A JP H10199815 A JPH10199815 A JP H10199815A JP 234497 A JP234497 A JP 234497A JP 234497 A JP234497 A JP 234497A JP H10199815 A JPH10199815 A JP H10199815A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高品質のＧａＮ系結晶を容易に製造し得る新
規な製造方法を提供することにある。 【解決手段】 第三ｂ族元素の酸リチウムや第二族元素
の酸化物のような化学分解性材料からなる基板の上に該
基板が分解しない条件下にＩｎＧａＡｌＮの保護層を成
長し、更にその上に該基板が分解する条件下にＩｎＧａ
ＡｌＮの結晶層を成長することを特徴とするＧａＮ系結
晶の製造方法。 【効果】 高品質且つ大面積のＧａＮ系基板を容易にし
かも高歩留りにて製造することができる。このＧａＮ系
基板は、青色発光素子の製造に好適である。
規な製造方法を提供することにある。 【解決手段】 第三ｂ族元素の酸リチウムや第二族元素
の酸化物のような化学分解性材料からなる基板の上に該
基板が分解しない条件下にＩｎＧａＡｌＮの保護層を成
長し、更にその上に該基板が分解する条件下にＩｎＧａ
ＡｌＮの結晶層を成長することを特徴とするＧａＮ系結
晶の製造方法。 【効果】 高品質且つ大面積のＧａＮ系基板を容易にし
かも高歩留りにて製造することができる。このＧａＮ系
基板は、青色発光素子の製造に好適である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＮ系結晶の製
造方法に関する。
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ディスプレイ等における多色化の要
求や、通信・記録等におけるデータ密度の向上の要求か
ら、近時、高輝度の青色発光が可能な半導体素子を容易
に製造することが強く要求されている。青色発光する半
導体発光素子の製造に用いられる材料として、ＧａＮ系
結晶が注目されている。ＧａＮ系結晶は、直接遷移型バ
ンド構造を有するため高効率の発光が可能であり、かつ
室温でのバンドギャップが大きいため、上記の要求に応
え得る青色発光素子用に好適な材料である。しかし、Ｇ
ａＮ系結晶は融点が高く、またその融点付近での窒素の
蒸気圧が高いため、融液からバルク結晶を成長させるこ
とは極めて困難である。このため、ＧａＮ系結晶を利用
したＬＥＤやＬＤなどの発光素子の製造は、サファイア
基板上にＡｌＮのようなＧａＮ系結晶との格子整合性の
良好な物質からなるバッファー層を形成し、その上にＧ
ａＮ系結晶を成長させているのが現状である。
求や、通信・記録等におけるデータ密度の向上の要求か
ら、近時、高輝度の青色発光が可能な半導体素子を容易
に製造することが強く要求されている。青色発光する半
導体発光素子の製造に用いられる材料として、ＧａＮ系
結晶が注目されている。ＧａＮ系結晶は、直接遷移型バ
ンド構造を有するため高効率の発光が可能であり、かつ
室温でのバンドギャップが大きいため、上記の要求に応
え得る青色発光素子用に好適な材料である。しかし、Ｇ
ａＮ系結晶は融点が高く、またその融点付近での窒素の
蒸気圧が高いため、融液からバルク結晶を成長させるこ
とは極めて困難である。このため、ＧａＮ系結晶を利用
したＬＥＤやＬＤなどの発光素子の製造は、サファイア
基板上にＡｌＮのようなＧａＮ系結晶との格子整合性の
良好な物質からなるバッファー層を形成し、その上にＧ
ａＮ系結晶を成長させているのが現状である。
【０００３】ところが、上記の方法から得られる発光素
子はサファイア基板を有し、また該基板は絶縁体である
ために、電極の設置が特定の位置に限定され、つぎに説
明するように発光素子の構造設計上の自由度が制限され
るという問題がある。図１は、ＧａＮ結晶を用いた従来
のＬＥＤの断面構造図例である。同図において、１はｐ
側電極、２はｎ側電極、４はｎ型ＧａＮ層、６はｐ型Ｇ
ａＮ層である。ｐ側電極１とｎ側電極２とは、サファイ
ア基板Ｓが絶縁体であるために導電性の基板を用いたＬ
ＥＤのように、基板を挟んで互いに対向設置することが
できない。このため図示するように、両電極は、共にサ
ファイア基板Ｓの同一面側に設けざるを得なくなってい
る。この両電極の形成構造は、発光素子の製造面や実装
面において種々の問題があり、また発光面積の点で不利
でもある。またＧａＮ系のＬＤを製造する場合において
も、電極形成位置において上記ＬＥＤと同様の問題があ
り、またサファイアは劈開性がないために劈開による共
振器面が作製できない不利もある。
子はサファイア基板を有し、また該基板は絶縁体である
ために、電極の設置が特定の位置に限定され、つぎに説
明するように発光素子の構造設計上の自由度が制限され
るという問題がある。図１は、ＧａＮ結晶を用いた従来
のＬＥＤの断面構造図例である。同図において、１はｐ
側電極、２はｎ側電極、４はｎ型ＧａＮ層、６はｐ型Ｇ
ａＮ層である。ｐ側電極１とｎ側電極２とは、サファイ
ア基板Ｓが絶縁体であるために導電性の基板を用いたＬ
ＥＤのように、基板を挟んで互いに対向設置することが
できない。このため図示するように、両電極は、共にサ
ファイア基板Ｓの同一面側に設けざるを得なくなってい
る。この両電極の形成構造は、発光素子の製造面や実装
面において種々の問題があり、また発光面積の点で不利
でもある。またＧａＮ系のＬＤを製造する場合において
も、電極形成位置において上記ＬＥＤと同様の問題があ
り、またサファイアは劈開性がないために劈開による共
振器面が作製できない不利もある。
【０００４】上記に鑑み、近時、ＧａＮ系結晶が導電性
であることに着目して、それをサファイア基板に代えて
基板として用いる発光素子の提案がなされている。Ｇａ
Ｎ系結晶の基板を用いることによって、該ＧａＮ系結晶
基板とその上に形成されるＧａＮ系半導体エピタキシャ
ル層からなる積層体に対して、ｐ側電極とｎ側電極を該
積層体の上下から挟むように設けることができ、しかし
てサファイア基板を使用した際にみられる上記した種々
の問題が解決される。その上、良好な格子整合性の故に
該ＧａＮ系基板の上には高品質のＧａＮ系半導体層をエ
ピタキシャルにて形成することができ、さらにＧａＮ系
基板は劈開性にも優れているので、高性能のＬＤの製作
にも有利である。
であることに着目して、それをサファイア基板に代えて
基板として用いる発光素子の提案がなされている。Ｇａ
Ｎ系結晶の基板を用いることによって、該ＧａＮ系結晶
基板とその上に形成されるＧａＮ系半導体エピタキシャ
ル層からなる積層体に対して、ｐ側電極とｎ側電極を該
積層体の上下から挟むように設けることができ、しかし
てサファイア基板を使用した際にみられる上記した種々
の問題が解決される。その上、良好な格子整合性の故に
該ＧａＮ系基板の上には高品質のＧａＮ系半導体層をエ
ピタキシャルにて形成することができ、さらにＧａＮ系
基板は劈開性にも優れているので、高性能のＬＤの製作
にも有利である。
【０００５】ＧａＮ系結晶を用いた発光素子の提案と共
に、該ＧａＮ系結晶基板の製造方法も提案されている。
その提案においては、サファイア基板上にＺｎＯからな
るバッファー層を設け、その上にＨＶＰＥ法などにて厚
肉のＧａＮ系結晶層を成長し、その後該バッファー層を
酸処理にて除去してサファイア基板とＧａＮ系結晶層と
を分離して厚肉ＧａＮ系結晶を得、これを基板として用
いる。
に、該ＧａＮ系結晶基板の製造方法も提案されている。
その提案においては、サファイア基板上にＺｎＯからな
るバッファー層を設け、その上にＨＶＰＥ法などにて厚
肉のＧａＮ系結晶層を成長し、その後該バッファー層を
酸処理にて除去してサファイア基板とＧａＮ系結晶層と
を分離して厚肉ＧａＮ系結晶を得、これを基板として用
いる。
【０００６】ところで上記のＧａＮ系結晶の製造方法
は、厚肉のＧａＮ系結晶層を能率よく成長させるために
高温度下で行われるが、ＧａＮ系結晶成長の過程でこの
高温度によりＺｎＯバッファー層の一部乃至全部が化学
分解により消失し、露出したサファイア基板の表面直上
にＧａＮ系結晶が成長する問題がある。その場合、サフ
ァイア基板とＧａＮ系結晶との格子不整合に基づき、成
長結晶中にクラックが生じて高品質のＧａＮ系結晶が得
られず、また更にＧａＮ系結晶成長後の酸処理によって
もサファイア基板とＧａＮ系結晶層とを分離し得なくな
る。
は、厚肉のＧａＮ系結晶層を能率よく成長させるために
高温度下で行われるが、ＧａＮ系結晶成長の過程でこの
高温度によりＺｎＯバッファー層の一部乃至全部が化学
分解により消失し、露出したサファイア基板の表面直上
にＧａＮ系結晶が成長する問題がある。その場合、サフ
ァイア基板とＧａＮ系結晶との格子不整合に基づき、成
長結晶中にクラックが生じて高品質のＧａＮ系結晶が得
られず、また更にＧａＮ系結晶成長後の酸処理によって
もサファイア基板とＧａＮ系結晶層とを分離し得なくな
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかして本発明の課題
は、高品質のＧａＮ系結晶を容易に製造し得る新規な製
造方法を提供することにある。
は、高品質のＧａＮ系結晶を容易に製造し得る新規な製
造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、つぎの特徴を
有する。 (1) 化学分解性材料からなる基板の上に該基板が分解し
ない条件下にＩｎX Ｇａ Y ＡｌZ Ｎ（ここに０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）の保護
層を成長し、更にその上に該基板が分解する条件下にＩ
ｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ（ここに０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、
０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）の結晶層を成長すること
を特徴とするＧａＮ系結晶の製造方法。 (2) 化学分解性材料が第三ｂ族元素の酸リチウムまたは
第二族酸化物である上記(1) 記載のＧａＮ系結晶の製造
方法。 (3) 化学分解性材料が第三ｂ族元素の酸リチウムまたは
第二族酸化物であり、且つ該結晶層の成長を第三ｂ族元
素の酸リチウムまたは第二族酸化物が還元により分解す
る条件下で行う上記(1) または(2) 記載のＧａＮ系結晶
の製造方法。
有する。 (1) 化学分解性材料からなる基板の上に該基板が分解し
ない条件下にＩｎX Ｇａ Y ＡｌZ Ｎ（ここに０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）の保護
層を成長し、更にその上に該基板が分解する条件下にＩ
ｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ（ここに０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、
０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）の結晶層を成長すること
を特徴とするＧａＮ系結晶の製造方法。 (2) 化学分解性材料が第三ｂ族元素の酸リチウムまたは
第二族酸化物である上記(1) 記載のＧａＮ系結晶の製造
方法。 (3) 化学分解性材料が第三ｂ族元素の酸リチウムまたは
第二族酸化物であり、且つ該結晶層の成長を第三ｂ族元
素の酸リチウムまたは第二族酸化物が還元により分解す
る条件下で行う上記(1) または(2) 記載のＧａＮ系結晶
の製造方法。
【０００９】
【作用】化学分解性材料の基板の上に該基板が分解しな
い条件下において、ＩｎＧａＡｌＮの保護層を成長させ
る。得られた保護層は、すこぶる化学的に安定であり、
また該保護層と同類の物質からなる故に格子整合が良好
なＩｎＧａＡｌＮの結晶層を成長する際の基板的機能を
なすので、得られた該結晶層は極めて高品質である。ま
たその成長の過程で化学分解性材料の基板が分解消失し
ても基板的機能をなす該保護層が存続するので、ＩｎＧ
ａＡｌＮ結晶層の成長に何等の支障がない。さらに、Ｉ
ｎＧａＡｌＮ結晶層の成長を寧ろ化学分解性材料の基板
が分解する条件下で行うことにより、該結晶層成長後で
の該基板の除去が不要あるいは少なくとも容易となる。
い条件下において、ＩｎＧａＡｌＮの保護層を成長させ
る。得られた保護層は、すこぶる化学的に安定であり、
また該保護層と同類の物質からなる故に格子整合が良好
なＩｎＧａＡｌＮの結晶層を成長する際の基板的機能を
なすので、得られた該結晶層は極めて高品質である。ま
たその成長の過程で化学分解性材料の基板が分解消失し
ても基板的機能をなす該保護層が存続するので、ＩｎＧ
ａＡｌＮ結晶層の成長に何等の支障がない。さらに、Ｉ
ｎＧａＡｌＮ結晶層の成長を寧ろ化学分解性材料の基板
が分解する条件下で行うことにより、該結晶層成長後で
の該基板の除去が不要あるいは少なくとも容易となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明において上記の保護層およ
び結晶層は、いずれも下記の一般式（１）、 ＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ （１） （ここに０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ
＋Ｚ＝１）で示される化合物からなる。以下において、
一般式（１）で示される化合物をＧａＮ系化合物と称
し、保護層をＧａＮ系保護層と、また結晶層をＧａＮ系
結晶層と言う。ＧａＮ系化合物の例としては、例えばＧ
ａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮなどである。
び結晶層は、いずれも下記の一般式（１）、 ＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ （１） （ここに０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ
＋Ｚ＝１）で示される化合物からなる。以下において、
一般式（１）で示される化合物をＧａＮ系化合物と称
し、保護層をＧａＮ系保護層と、また結晶層をＧａＮ系
結晶層と言う。ＧａＮ系化合物の例としては、例えばＧ
ａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮなどである。
【００１１】ＧａＮ系保護層およびＧａＮ系結晶層の成
長は、従来知られている方法によって行ってよい。Ｇａ
Ｎ系保護層の成長については、例えばスパッタ法、ＭＯ
ＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイド
ライド気相成長法）、ＭＥＢ法（分子線エピタキシャル
法）、Ｐ−ＣＶＤ法（プラズマ−化学気相堆積法）など
が挙げられる。ＧａＮ系結晶層の成長については、ＨＶ
ＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＥＢ法などが挙げられ、特に
ＨＶＰＥ法が好ましい。
長は、従来知られている方法によって行ってよい。Ｇａ
Ｎ系保護層の成長については、例えばスパッタ法、ＭＯ
ＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイド
ライド気相成長法）、ＭＥＢ法（分子線エピタキシャル
法）、Ｐ−ＣＶＤ法（プラズマ−化学気相堆積法）など
が挙げられる。ＧａＮ系結晶層の成長については、ＨＶ
ＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＥＢ法などが挙げられ、特に
ＨＶＰＥ法が好ましい。
【００１２】また本発明においては、化学分解性材料か
らなる基板が出発基板として用いられるが、該化学分解
性材料としてはＧａＮ系結晶層を上記した方法などにて
ＧａＮ系保護層上に成長させる場合の成長環境下で分解
性を示す材料が用いられる。なお化学分解性材料の分解
は、熱分解、気化、還元、溶解、あるいはその他の化学
現象や物理化学現象であってよい。
らなる基板が出発基板として用いられるが、該化学分解
性材料としてはＧａＮ系結晶層を上記した方法などにて
ＧａＮ系保護層上に成長させる場合の成長環境下で分解
性を示す材料が用いられる。なお化学分解性材料の分解
は、熱分解、気化、還元、溶解、あるいはその他の化学
現象や物理化学現象であってよい。
【００１３】周期律表第三ｂ族元素の酸リチウムや周期
律表第二族（二ａ族並びに二ｂ族）元素の酸化物は、６
００℃前後以上の高温度で化学分解するので、ＧａＮ系
結晶層をかかる高温度で行う場合に好ましい材料例であ
る。第三ｂ族元素の酸リチウムの例としては、ＬｉＧａ
Ｏ3 、ＬｉＡｌＯ3 などであり、第二族元素の酸化物
（複酸化物や複合酸化物も含む）の例としては、Ｚｎ
Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯなどであり、またＡｌなどの周期律
表第三ｂ族元素との複酸化物や複合酸化物、例えばＭｇ
Ａｌ2 Ｏ4 などであってもよい。化学分解する雰囲気と
しては還元性または非還元性雰囲気のいずれであっても
よいが、化学分解の容易性の点から還元性雰囲気が好ま
しい。還元性雰囲気下での化学分解が始まる温度の数例
を示すと、ＬｉＧａＯ3 は約６００〜７００℃、ＬｉＡ
ｌＯ3 は約６００〜７００℃、ＺｎＯは約５００〜６０
０℃、ＭｇＯは約５００〜６００℃である。
律表第二族（二ａ族並びに二ｂ族）元素の酸化物は、６
００℃前後以上の高温度で化学分解するので、ＧａＮ系
結晶層をかかる高温度で行う場合に好ましい材料例であ
る。第三ｂ族元素の酸リチウムの例としては、ＬｉＧａ
Ｏ3 、ＬｉＡｌＯ3 などであり、第二族元素の酸化物
（複酸化物や複合酸化物も含む）の例としては、Ｚｎ
Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯなどであり、またＡｌなどの周期律
表第三ｂ族元素との複酸化物や複合酸化物、例えばＭｇ
Ａｌ2 Ｏ4 などであってもよい。化学分解する雰囲気と
しては還元性または非還元性雰囲気のいずれであっても
よいが、化学分解の容易性の点から還元性雰囲気が好ま
しい。還元性雰囲気下での化学分解が始まる温度の数例
を示すと、ＬｉＧａＯ3 は約６００〜７００℃、ＬｉＡ
ｌＯ3 は約６００〜７００℃、ＺｎＯは約５００〜６０
０℃、ＭｇＯは約５００〜６００℃である。
【００１４】周期律表第三ｂ族元素の酸リチウムや第二
族元素の酸化物は、高温度下での還元によって分解する
ことが好ましい。ＶＰＥ法は、ＧａＮ系結晶の成長源と
してＮＨ3 を分解して得られる窒素を利用するが、その
分解の際に水素も発生するのでＶＰＥ装置内は還元雰囲
気となる。従って、この還元雰囲気を上記化合物の化学
分解に利用できる。
族元素の酸化物は、高温度下での還元によって分解する
ことが好ましい。ＶＰＥ法は、ＧａＮ系結晶の成長源と
してＮＨ3 を分解して得られる窒素を利用するが、その
分解の際に水素も発生するのでＶＰＥ装置内は還元雰囲
気となる。従って、この還元雰囲気を上記化合物の化学
分解に利用できる。
【００１５】しかして、ＧａＮ系結晶層の成長は、使用
した基板構成材の熱分解温度以上の高温度や第二族元素
酸化物の基板を使用する場合は、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰ
Ｅ法などによる還元性雰囲気の利用が好ましい。この場
合、基板の分解の程度については、ＧａＮ系結晶層の成
長終了後において基板が１００％分解している必要はな
く、その一部のみが分解しているだけで充分である。し
かし、下式（２）で表される基板の分解度が少なくとも
１０％、特に少なくとも２０％であることが好ましい。 基板の分解度（％）＝１００（Ｗ３−Ｗ４）／Ｗ３ （２） ここに、Ｗ３はＧａＮ系結晶層成長前における基板の重
量であり、Ｗ４はＧａＮ系結晶層の成長終了後における
基板の重量である。なおＷ４の値の測定は、ＧａＮ系結
晶層の成長後に基板を塩酸にてエッチング処理して除去
し、その除去前後の重量差から求めることができる。
した基板構成材の熱分解温度以上の高温度や第二族元素
酸化物の基板を使用する場合は、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰ
Ｅ法などによる還元性雰囲気の利用が好ましい。この場
合、基板の分解の程度については、ＧａＮ系結晶層の成
長終了後において基板が１００％分解している必要はな
く、その一部のみが分解しているだけで充分である。し
かし、下式（２）で表される基板の分解度が少なくとも
１０％、特に少なくとも２０％であることが好ましい。 基板の分解度（％）＝１００（Ｗ３−Ｗ４）／Ｗ３ （２） ここに、Ｗ３はＧａＮ系結晶層成長前における基板の重
量であり、Ｗ４はＧａＮ系結晶層の成長終了後における
基板の重量である。なおＷ４の値の測定は、ＧａＮ系結
晶層の成長後に基板を塩酸にてエッチング処理して除去
し、その除去前後の重量差から求めることができる。
【００１６】一方、ＧａＮ系保護層は、化学分解性材料
基板が分解しない低温度下や非還元雰囲気下で行われ
る。この場合、基板の多少の分解は許容されるが、下式
（３）で表される基板の分解度が多くとも５％以内、特
に多くとも１％以内であることが好ましい。 基板の分解度（％）＝１００（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１ （３） ここに、Ｗ１はＧａＮ系保護層成長前における基板の重
量であり、Ｗ２はＧａＮ系保護層成長終了後における基
板の重量であって、式（２）のＷ３の値と実質的に等し
い。なおＷ２の値の測定は、上記Ｗ４の測定方法と同じ
方法にて行ってよい。
基板が分解しない低温度下や非還元雰囲気下で行われ
る。この場合、基板の多少の分解は許容されるが、下式
（３）で表される基板の分解度が多くとも５％以内、特
に多くとも１％以内であることが好ましい。 基板の分解度（％）＝１００（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１ （３） ここに、Ｗ１はＧａＮ系保護層成長前における基板の重
量であり、Ｗ２はＧａＮ系保護層成長終了後における基
板の重量であって、式（２）のＷ３の値と実質的に等し
い。なおＷ２の値の測定は、上記Ｗ４の測定方法と同じ
方法にて行ってよい。
【００１７】化学分解性材料基板上に形成されるＧａＮ
系保護層は、その厚みが過少であるとその上にＧａＮ系
結晶を成長する過程で同時に化学分解性材料基板がＧａ
Ｎ系保護層との界面から分解し始め、ＧａＮ系保護層の
役割を果たさなくなるので、少なくとも０．０５μｍ程
度、特に少なくとも０．０３μｍ程度の厚みを有するこ
とが好ましい。また上記した化学分解性材料基板の基板
の分解度の問題とは別に、ＧａＮ系保護層を低温度域で
ゆっくり成長させると、結晶性が良好となり、ひいては
その上に成長されるＧａＮ系結晶層の結晶も一層良好と
なる。かかる理由からＧａＮ系保護層の成長温度は、４
００〜６００℃程度の低温度域が特に好ましい。
系保護層は、その厚みが過少であるとその上にＧａＮ系
結晶を成長する過程で同時に化学分解性材料基板がＧａ
Ｎ系保護層との界面から分解し始め、ＧａＮ系保護層の
役割を果たさなくなるので、少なくとも０．０５μｍ程
度、特に少なくとも０．０３μｍ程度の厚みを有するこ
とが好ましい。また上記した化学分解性材料基板の基板
の分解度の問題とは別に、ＧａＮ系保護層を低温度域で
ゆっくり成長させると、結晶性が良好となり、ひいては
その上に成長されるＧａＮ系結晶層の結晶も一層良好と
なる。かかる理由からＧａＮ系保護層の成長温度は、４
００〜６００℃程度の低温度域が特に好ましい。
【００１８】ＧａＮ系結晶層は、自体基板として使用さ
れるものであるから、その厚膜度は基板として使用する
に相応しい厚さ、例えば１０〜１０００μｍ程度、特に
５０〜５００μｍ程度が適当である。
れるものであるから、その厚膜度は基板として使用する
に相応しい厚さ、例えば１０〜１０００μｍ程度、特に
５０〜５００μｍ程度が適当である。
【００１９】ＧａＮ系結晶層を形成した後、化学分解性
材料基板を除去して該ＧａＮ系結晶層を得る。その除去
は、例えば塩酸、硝酸、硫酸などの酸によるウェットエ
ッチングなどの化学的方法により行うことができる。か
くしてＧａＮ系結晶の基板を得ることができる。該Ｇａ
Ｎ系結晶基板の片面にはＧａＮ系保護層が付着している
が、それを除去する必要は特になくＧａＮ系結晶基板の
一部として利用してよい。
材料基板を除去して該ＧａＮ系結晶層を得る。その除去
は、例えば塩酸、硝酸、硫酸などの酸によるウェットエ
ッチングなどの化学的方法により行うことができる。か
くしてＧａＮ系結晶の基板を得ることができる。該Ｇａ
Ｎ系結晶基板の片面にはＧａＮ系保護層が付着している
が、それを除去する必要は特になくＧａＮ系結晶基板の
一部として利用してよい。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を実施例により一層詳細に説明
する。
する。
【００２１】実施例１ 還元性雰囲気下における化学分解温度が約７００℃のＬ
ｉＧａＯ3 からなる２ｃｍ角、厚さ３００μｍのＬｉＧ
ａＯ3 基板を用い、これを通常のＭＯＶＰＥ装置内に設
置し、窒素を２０ＳＬＭで流しながら５００℃まで昇温
した。つぎにアンモニア１０ＳＬＭ、水素１０ＳＬＭ、
窒素１０ＳＬＭ、およびトリメチルガリウム５０μモル
／分を流しながらＧａＮからなる厚さ０．０５μｍの保
護層を成長させた。この成長による基板の分解度は０％
であった。このＧａＮ保護層付きのＬｉＧａＯ3 基板を
通常のＨＶＰＥ装置内に設置し、ＬｉＧａＯ3 の化学分
解温度以上の１０００℃まで昇温し、Ｇａと反応させる
ために塩化水素１ＳＬＭおよびアンモニア３ＳＬＭを流
して、厚さ１００μｍの厚膜ＧａＮ結晶を得た。この成
長による基板の分解度は、３０％であった。上記で得た
厚膜ＧａＮ結晶を有するＬｉＧａＯ3 基板を塩酸中に３
０分間浸漬して残留するＬｉＧａＯ3 層を完全に除去
し、かくして目的のＧａＮ結晶基板を得た。
ｉＧａＯ3 からなる２ｃｍ角、厚さ３００μｍのＬｉＧ
ａＯ3 基板を用い、これを通常のＭＯＶＰＥ装置内に設
置し、窒素を２０ＳＬＭで流しながら５００℃まで昇温
した。つぎにアンモニア１０ＳＬＭ、水素１０ＳＬＭ、
窒素１０ＳＬＭ、およびトリメチルガリウム５０μモル
／分を流しながらＧａＮからなる厚さ０．０５μｍの保
護層を成長させた。この成長による基板の分解度は０％
であった。このＧａＮ保護層付きのＬｉＧａＯ3 基板を
通常のＨＶＰＥ装置内に設置し、ＬｉＧａＯ3 の化学分
解温度以上の１０００℃まで昇温し、Ｇａと反応させる
ために塩化水素１ＳＬＭおよびアンモニア３ＳＬＭを流
して、厚さ１００μｍの厚膜ＧａＮ結晶を得た。この成
長による基板の分解度は、３０％であった。上記で得た
厚膜ＧａＮ結晶を有するＬｉＧａＯ3 基板を塩酸中に３
０分間浸漬して残留するＬｉＧａＯ3 層を完全に除去
し、かくして目的のＧａＮ結晶基板を得た。
【００２２】実施例２ ＬｉＧａＯ3 基板に代えて、ＬｉＡｌＯ3 （還元性雰囲
気下における化学分解温度：約７００℃）からなる基板
を用いた以外は、実施例１と同様にＧａＮ結晶基板を得
た。なお、その際、ＧａＮからなる厚さ０．０５μｍの
保護層の成長による基板の分解度は０％であり、厚さ１
００μｍの厚膜ＧａＮ結晶の成長による基板の分解度は
３２％であった。
気下における化学分解温度：約７００℃）からなる基板
を用いた以外は、実施例１と同様にＧａＮ結晶基板を得
た。なお、その際、ＧａＮからなる厚さ０．０５μｍの
保護層の成長による基板の分解度は０％であり、厚さ１
００μｍの厚膜ＧａＮ結晶の成長による基板の分解度は
３２％であった。
【００２３】実施例３ ＬｉＧａＯ3 基板に代えて、ＺｎＯ（還元性雰囲気下に
おける化学分解温度：約６００℃）からなる基板を用い
た以外は、実施例１と同様にＧａＮ結晶基板を得た。但
し、ＧａＮからなる厚さ０．０５μｍの保護層の成長温
度は５００℃であり、該層の成長による基板の分解度は
０％であった。また厚さ１００μｍの厚膜ＧａＮ結晶の
成長温度は１０００℃であり、該層の成長による基板の
分解度は２９％であった。
おける化学分解温度：約６００℃）からなる基板を用い
た以外は、実施例１と同様にＧａＮ結晶基板を得た。但
し、ＧａＮからなる厚さ０．０５μｍの保護層の成長温
度は５００℃であり、該層の成長による基板の分解度は
０％であった。また厚さ１００μｍの厚膜ＧａＮ結晶の
成長温度は１０００℃であり、該層の成長による基板の
分解度は２９％であった。
【００２４】比較例１ ＭｇＯバッファー層を有するサファイア基板の該ＭｇＯ
バッファー層の上に実施例１と同じ条件にて厚さ１００
μｍの厚膜ＧａＮ結晶を成長させた。しかし、厚膜Ｇａ
Ｎ結晶を成長中にＭｇＯの熱分解が進んだためにサファ
イア種基板面上に直接ＧａＮ結晶が成長した領域が生
じ、その領域では、格子定数の差によりＧａＮ結晶内に
クラックが入った。また、残存する少量のＭｇＯバッフ
ァー層を塩酸により除去しても、サファイア種基板から
厚膜ＧａＮ結晶を分離できなかった。このためにダイア
モンドペーストによる機械的研磨によりＧａＮ結晶基板
を得た。得られたＧａＮ結晶基板は発生クラックによ
り、０．０５インチ角前後の小面積のものばかりであっ
た。
バッファー層の上に実施例１と同じ条件にて厚さ１００
μｍの厚膜ＧａＮ結晶を成長させた。しかし、厚膜Ｇａ
Ｎ結晶を成長中にＭｇＯの熱分解が進んだためにサファ
イア種基板面上に直接ＧａＮ結晶が成長した領域が生
じ、その領域では、格子定数の差によりＧａＮ結晶内に
クラックが入った。また、残存する少量のＭｇＯバッフ
ァー層を塩酸により除去しても、サファイア種基板から
厚膜ＧａＮ結晶を分離できなかった。このためにダイア
モンドペーストによる機械的研磨によりＧａＮ結晶基板
を得た。得られたＧａＮ結晶基板は発生クラックによ
り、０．０５インチ角前後の小面積のものばかりであっ
た。
【００２５】実施例１〜３、および比較例１から得た各
ＧａＮ結晶基板の特長を以下に示す。なお以下において
平均面積の単位はｍｍ角であり、移動度の単位はＶ／ｃ
ｍ．Ｓであり、またＸ線回折半値幅の単位は秒である。
実施例１（平均面積：４００、移動度：３５２、Ｘ線回
折半値幅：１５５）、実施例２（平均面積：４００、移
動度：３４５、Ｘ線回折半値幅：１６０）、実施例３
（平均面積：４００、移動度：３３０、Ｘ線回折半値
幅：１５０）、比較例１（平均面積：２、移動度：１５
１、Ｘ線回折半値幅：４５０）。
ＧａＮ結晶基板の特長を以下に示す。なお以下において
平均面積の単位はｍｍ角であり、移動度の単位はＶ／ｃ
ｍ．Ｓであり、またＸ線回折半値幅の単位は秒である。
実施例１（平均面積：４００、移動度：３５２、Ｘ線回
折半値幅：１５５）、実施例２（平均面積：４００、移
動度：３４５、Ｘ線回折半値幅：１６０）、実施例３
（平均面積：４００、移動度：３３０、Ｘ線回折半値
幅：１５０）、比較例１（平均面積：２、移動度：１５
１、Ｘ線回折半値幅：４５０）。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、高品質且つ大面積のＧ
ａＮ系基板を容易にしかも高歩留りにて製造することが
できる。このＧａＮ系基板を用いることにより、劈開に
よる共振面の作製、基板の表裏面にｐ、ｎ両電極を対向
設置することなど、赤色ＬＤやＬＥＤにおいて行われて
いることが青色のＬＤやＬＥＤの製造にも適用できるこ
とになる。
ａＮ系基板を容易にしかも高歩留りにて製造することが
できる。このＧａＮ系基板を用いることにより、劈開に
よる共振面の作製、基板の表裏面にｐ、ｎ両電極を対向
設置することなど、赤色ＬＤやＬＥＤにおいて行われて
いることが青色のＬＤやＬＥＤの製造にも適用できるこ
とになる。
【図１】従来の青色ＬＥＤ構造を模式的に示す図であ
る。
る。
Ｓ サファイア基板 １ ｐ側電極 ２ ｎ側電極 ４ ｎ型ＧａＮ層 ６ ｐ型ＧａＮ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 只友 一行 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内
Claims (3)
- 【請求項１】 化学分解性材料からなる基板の上に該基
板が分解しない条件下にＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ（ここに
０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝
１）の保護層を成長し、更にその上に該基板が分解する
条件下にＩｎXＧａY ＡｌZ Ｎ（ここに０≦Ｘ≦１、０
≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）の結晶層を成
長することを特徴とするＧａＮ系結晶の製造方法。 - 【請求項２】 化学分解性材料が第三ｂ族元素の酸リチ
ウムまたは第二族酸化物である請求項１記載のＧａＮ系
結晶の製造方法。 - 【請求項３】 化学分解性材料が第三ｂ族元素の酸リチ
ウムまたは第二族酸化物であり、且つ該結晶層の成長を
第三ｂ族元素の酸リチウムまたは第二族酸化物が還元に
より分解する条件下で行う請求項１または２記載のＧａ
Ｎ系結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP234497A JPH10199815A (ja) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | ＧａＮ系結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP234497A JPH10199815A (ja) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | ＧａＮ系結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10199815A true JPH10199815A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=11526676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP234497A Pending JPH10199815A (ja) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | ＧａＮ系結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10199815A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2006008500A (ja) * | 2004-05-21 | 2006-01-12 | Mitsubishi Chemicals Corp | 窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板 |
| WO2008078672A1 (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2008297143A (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | National Sun Yat-Sen Univ | Ｃｖｄとｈｖｐｅによる窒化ガリウムの生長方法 |
| US7811902B2 (en) | 2005-02-22 | 2010-10-12 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Method for manufacturing nitride based single crystal substrate and method for manufacturing nitride based light emitting diode using the same |
| JP2013227178A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | ＧａＮ自立基板の製造方法 |
-
1997
- 1997-01-09 JP JP234497A patent/JPH10199815A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2006008500A (ja) * | 2004-05-21 | 2006-01-12 | Mitsubishi Chemicals Corp | 窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板 |
| JP4600146B2 (ja) * | 2004-05-21 | 2010-12-15 | 三菱化学株式会社 | 窒化物半導体基板の製造方法 |
| US7811902B2 (en) | 2005-02-22 | 2010-10-12 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Method for manufacturing nitride based single crystal substrate and method for manufacturing nitride based light emitting diode using the same |
| WO2008078672A1 (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2008297143A (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | National Sun Yat-Sen Univ | Ｃｖｄとｈｖｐｅによる窒化ガリウムの生長方法 |
| JP2013227178A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | ＧａＮ自立基板の製造方法 |
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