JPH1053487A - 窒素化合物結晶の製造方法 - Google Patents
窒素化合物結晶の製造方法Info
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- JPH1053487A JPH1053487A JP23572196A JP23572196A JPH1053487A JP H1053487 A JPH1053487 A JP H1053487A JP 23572196 A JP23572196 A JP 23572196A JP 23572196 A JP23572196 A JP 23572196A JP H1053487 A JPH1053487 A JP H1053487A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】閃亜鉛鉱型結晶構造をもつ窒素化合物半導体お
よびその混晶によるデバイス作製のために、導電性と劈
開性をもつＧａＰ等の結晶基板上にこれらの結晶層、ヘ
テロ構造、選択成長を可能とする製造技術を目的とす
る。 【構成】Ａｓ化合物よりもＮ化合物の方が化学的に安定
であることを利用し、最も安定なＧａＰ基板１上のＡｓ
化合物結晶層２ａあるいはその混晶層とアンモニアガス
３とを接触させ、２の層を構成するＡｓ原子と窒素原子
の置換反応によって、結晶形を保存したまま、窒素化合
物２ｃおよびその混晶の半導体層を形成する。この時、
生成される窒化物結晶は、もとのＡｓ化合物と同様の閃
亜鉛鉱型の結晶構造と結晶方位をとる。２の層のＡｓ化
合物層をヘテロ構造としたり、パターンを形成しておく
と、そのままの構造で窒化物に変換が可能であり、窒化
物半導体デバイスの基本構造が容易に形成できる。
よびその混晶によるデバイス作製のために、導電性と劈
開性をもつＧａＰ等の結晶基板上にこれらの結晶層、ヘ
テロ構造、選択成長を可能とする製造技術を目的とす
る。 【構成】Ａｓ化合物よりもＮ化合物の方が化学的に安定
であることを利用し、最も安定なＧａＰ基板１上のＡｓ
化合物結晶層２ａあるいはその混晶層とアンモニアガス
３とを接触させ、２の層を構成するＡｓ原子と窒素原子
の置換反応によって、結晶形を保存したまま、窒素化合
物２ｃおよびその混晶の半導体層を形成する。この時、
生成される窒化物結晶は、もとのＡｓ化合物と同様の閃
亜鉛鉱型の結晶構造と結晶方位をとる。２の層のＡｓ化
合物層をヘテロ構造としたり、パターンを形成しておく
と、そのままの構造で窒化物に変換が可能であり、窒化
物半導体デバイスの基本構造が容易に形成できる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子材料の分野に属し、
緑色から紫外線までの波長帯の発光ダイオードやレーザ
ーや光検出器の製作に応用可能な広い禁制帯幅を持つＩ
ＩＩ族元素の窒化物結晶の製造に関する。 【０００２】 【従来の技術】窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などのＩＩ
Ｉ族元素の窒化物結晶（以下窒化物結晶と略称する）の
成長法として、これまでＩＩＩ族元素の塩化物ガスとア
ンモニヤガス（ＮＨ３）とを用いた化学的気相成長法、
ＩＩＩ族元素の有機化合物（有機金属）とアンモニアガ
スとを用いたＯＭＶＰＥ法、真空中でＩＩＩ族元素の蒸
気とアンモニアガスを反応させる分子線エピタキシー法
やホットウヲール法、ＩＩＩ族金属溶媒に窒化物を溶解
さた溶液から窒化物結晶を成長する液相成長法等が用い
られてきた。また、いずれの成長法においても、適当な
基板が無いため、成長用の基板としてサファイヤや炭化
珪素（ＳｉＣ）が用いられている。サファイヤ基板は絶
縁物であるため、サファイヤ基板側からオーミック接触
用の電極の作製が不可能であること、面方位に選択性が
ないこと、窒化物と格子定数の差が大きいこと、劈開が
困難であること、この基板上に成長した結晶は六方晶系
の結晶構造をもつためデバイス作製に都合が悪いこと等
の問題を有する。ＳｉＣ基板は窒化ガリウムと格子定数
が近いが、未だ大型の結晶の成長法が確立していないた
め、価格と品質に問題がある。これらの問題解決の方法
として、最近砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の表面にアンモ
ニアガスを作用させて表面を窒化したものを基板とする
試みが報告されているが、未だ充分な段階には到達して
いない。また、従来の技術では、サファイヤ基板や、Ｓ
ｉＣ基板上の所定の部分に選択的に窒化物結晶層を成長
することは困難であった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明はＧａＰ基板上
に閃亜鉛鉱型の結晶構造をもつ窒化物結晶層を作製する
ことを第一の目的とする。本発明の第二の目的はＧａＰ
基板上に高品質の窒化物結晶層を製作することにある。
本発明の第三の目的はＧａＰ基板の面方位を選択するこ
とにより、その上に生成する窒化物結晶層の結晶方位を
任意に制御するための技術を提供することにある。本発
明の第四の目的は導電性のＧａＰ基板を用いることによ
り、基板側からのオーミック接触用電極の作製を容易に
することにある。本発明の第五の目的は、ＧａＰ基板上
に例えばＧａＡｓとＧａＡｌＡｓとのヘテロ構造層、あ
るいは多層膜を成長させた後、これらの砒化物結晶層を
窒化物結晶層に変換することにより、ＧａＰ基板上に窒
化物の多層膜を形成するための新技術を提供することに
ある。本発明の第六の目的は、ＧａＰ基板上の所定の部
分に選択的に窒化物結晶層を作製する技術を提供すると
ころにある。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明で用いる方法は下
記に要約される。まず、本発明では例えば、ＧａＰ、Ｇ
ａＮ、ＧａＡｓの三者間の化学的な安定性を比べた場合
に、ＧａＰが最も安定であり、これを除いた他の二者の
間での安定性は記載の順序である。従って、ＧａＡｓは
ＮＨ３と反応してＧａＡｓからＧａＮへ変換しやすい
が、ＧａＰはＮＨ３雰囲気中でも安定でありＧａＮへの
変換しにくいことを利用している。ＡｌＡｓはＧａＰと
同程度の化学的安定性をもつが、ＮＨ３と反応してより
安定なＡｌＮへ変換されるので、ＧａＰ基板へなんらの
影響を与えない。一方、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）は
ＮＨ３雰囲気中で容易にＩｎＮへ変換される。これらの
族元素の砒素との化合物が閃亜鉛鉱型の結晶構造を保
つたまま 族元素の窒化物に変換される機構については
現段階ではよく解らないが、結晶格子を壊さない程度に
緩やかにＡｓとＮの置換がおこなわれた結果と考えてい
る。ＧａＡｓとＧａＡｌＡｓのヘテロ接合構造をもつ結
晶層がその接合構造を保持したままで、ＧａＮとＧａＡ
ｌＮのヘテロ接合へ変換されのは、本特許出願者らの研
究により発見されたものであるが、その説明として上記
したごとく、ＡｓとＮの置換が緩やかに行われるためと
考える。ＧａＡｓ表面近傍のみを窒化物に変換する従来
の方法では、ＧａＡｓと窒化物との間に組成勾配層が出
来るため、結晶性の良い変換層が得られなかったが、本
発明ではＧａＰ基板上に成長した砒素化合物結晶層が一
様に窒化物層に変換されるので高品質の窒化物結晶層が
得られる訳である。ＧａＰ基板上に、基板と同一の結晶
方位をもつ砒素化合物結晶層が成長出来ることを利用す
ることにより、基板の面方位を選んで、窒化物層の面方
位を所定のものにできる。ＧａＰ基板上に成長した砒素
化合物結晶層を通常のホトリソグラフイ法を応用して所
定の形状に微細加工した後、ＮＨ３ガスと反応させるこ
とにより、当該基板上に、所定の形状の窒化物結晶層を
製作できる。以上述べたように、本発明により従来の問
題点がすべて解決された。 【０００５】 【作用】まず、本発明の作用効果を明白にするためにそ
の特徴について説明する。本発明は、目的とする窒素化
合物結晶の製造に関与するＩＩＩ族元素の砒素化合物の
生成エネルギーとＩＩＩ族元素の窒素化合物の生成エネ
ルギーの大きさの違い、および、ＩＩＩ族元素の砒素化
合物ならびにＩＩＩ族元素の窒素化合物それぞれにおい
て、化合物を構成するＩＩＩ族元素の蒸気圧が比較的低
く、一方Ｖ族元素の蒸気圧が比較的高いことに着目して
なされたものである。例えば、ＧａＰの生成エネルギー
が標準状態で−２９．２ｋｃａｌ／ｍｏｌであるのに対
して、ＧａＮのそれは−２６．２ｋｃａｌ／ｍｏｌであ
り、またＧａＡｓのそれは−１９．５ｋｃａｌ／ｍｏｌ
であることから、ＧａＡｓが容易にＧａＮに変換される
ことに対して、基板に用いるＧａＰは安定である。ま
た、ＩＩＩ族元素であるガリウム元素単体の蒸気圧が変
換を行う温度、例えば８５０℃で１０−７気圧と比較的
低いのに対して、その温度における砒素（Ａｓ）元素の
蒸気圧は１００気圧以上（但し、Ａｓ４に対して）でガ
リウムに比べて極めて高い値である。この結果、ＧａＡ
ｓがアンモニアとの反応で窒化物であるＧａＮに変換す
る際に遊離される砒素が容易に蒸気となって目的とする
窒化物結晶から離脱できることになる。換言すれば、Ｇ
ａＡｓからＧａＮへの変換反応と、この反応によって生
じた不要の生成物の排除が速やかに行われることが、本
発明のキーポイントである。このことが基本となって、
先に述べた本発明の目的が容易に達成できるわけであ
る。 【０００６】 【実施例】 （イ）図１を用いて説明する。ｎ型で電子濃度３×１０
１７ｃｍ−３の導電性のＧａＰ（１１１）Ｂ基板１の上
に約５μｍ厚のＧａＡｓ層２ａを液相成長させた。この
ＧａＡｓ層はエピタキシャル成長をしており、基板Ｇａ
Ｐと同一の（１１１）配向である。これをスライド式ボ
ート４および５のスライダー４にＧａＡｓ層が下面とな
るように置き、水素中で８００〜９００℃に昇温した。
続いてスライダー下部に１００％のアンモニアガス３を
流し、スライド操作によってＧａＡｓ層とアンモニアガ
スとを接触させて３０〜６０分間置いた。図２はこうし
て得た成長結晶２ｃのＸ線回折の結果である。回折角３
４．６度のピークは閃亜鉛鉱型ＧａＮ結晶の（１１１）
面からの回折に対応する。この時、ＧａＡｓ結晶からの
回折は見られなくなっている。このことからＧａＡｓ層
中のＡｓ原子とアンモニアを構成するＮ原子の置換が起
こったこと、この反応がＧａＡｓ層全体に及び、ＧａＰ
基板で終端していること、同時にＧａＡｓの結晶形であ
る閃亜鉛鉱構造を保存すること等が明らかである。しか
も接触時間を調整することによって回折線の半値輻の狭
い、高品質の結晶が得られている。７７Ｋにおけるフォ
トルミネセンス測定においても閃亜鉛鉱型ＧａＮのバン
ドエッジに対応する波長３８０ｎｍの発光が観測され
た。 （ロ）ＧａＰ（１００）基板１を用いて、（１００）配
向のＧａＡｓ層２ａを液相成長させ、同様の実験をおこ
なった。この場合には閃亜鉛鉱型の（１００）配向のＧ
ａＮ２ｃが成長させることができた。このことから基板
面の方位あるいはその上のＡｓ化合物の結晶方位によっ
て、生成するＧａＮ層の結晶方位を制御できることは明
かである。 （ハ）ＧａＰ基板１上に約５μｍ厚のＧａＡｌＡｓ（Ａ
ｌＡｓ成分０．３モル分率）混晶層を液相成長させ、前
項（イ）と同様の実験をおこなった。得られた結晶層の
Ｘ線回折から、成長層が閃亜鉛鉱型のＧａＮとＡｌＮと
の混晶であること、その成分比率が０．７：０．３であ
ることが分かった。この比率はＥＰＭＡによる分析から
も確認できた。ここで示した混晶組成は一例であり、ア
ンモニア処理前のＧａＡｌＡｓ混晶層の組成によって対
応する組成のＧａＡｌＮ混晶が得られることは言うまで
もない。 （ニ）図３を用いて説明する。スライド式液相成長装置
によってＧａＰ基板１上に約５μｍ厚のＧａＡｓ層２
ａ、および約３μｍ厚のＧａＡｌＡｓ（ＡｌＡｓ成分
０．４モル分率）混晶層２ｂを連続成長し、これをもと
として前項と同様に８００〜９００℃でアンモニアガス
と約１時間の接触をおこなった。その結果、ＧａＡｓ層
２ａはＧａＮ層２ｃに、また同時にＧａＡｌＡｓ混晶層
２ｂはＧａＡｌＮ（ＡｌＮ成分０．４モル分率）混晶層
２ｄに変換できた。前項までの実験事実を勘案すれば、
任意組成の窒素化合物混晶系のヘテロ成長が可能である
ことは明かである。ここではＧａＰ基板上へのＡｓ化合
物の成長法として液相成長の例を示したが、原理から考
えてこの段階の成長方法は本質ではなく、液相成長法以
外の方法を用いても良い。ＧａＰ基板上へのＡｓ化合物
の薄膜多層成長をおこなえば、本方法によって容易に窒
素化合物の多層構造や超格子構造が得られることは明白
である。 （ホ）図４を用いて説明する。ＧａＰ基板１上に約５μ
ｍ厚のＧａＡｓ層を成長し、フォトリソグラフによって
１０μｍ×１０μｍのＧａＡｓアレイ２ｅを作製し、こ
れをもとに同様なアンモニア処理をおこなった。その結
果、ＧａＰ基板上にＧａＮのアレイ２ｆを作製すること
ができた。もちろんここで示したアレイ構造は一例であ
り、種々の手法による任意形状が、任意組成の混晶、多
層ヘテロ構造等に適用できることは言うまでもない。本
実施例ではＧａＰ基板上に成長したＧａＡｓあるいはＧ
ａＡｌＡｓの窒化の例を示したが、ＧａＰ基板上にＩｎ
ＡｓあるいはＩｎＧａＡｓやＩｎＡｌＡｓ混晶の成長が
可能であることは周知の事実である。これらを出発材料
とすれば、前項までの方法によって容易にＩｎ系窒素化
合物および混晶の作製が可能であることは明白である。 【０００７】 【発明の効果】本発明は現在広範囲にデバイス応用され
ている導電性ＧａＰ結晶基板上にＩＩＩ族窒素化合物結
晶層およびそれらの混晶層を成長させることを特徴とす
る窒素化合物半導体の製造方法に関する。従来技術にお
いては窒素化合物半導体の成長には主としてサファイア
基板が用いられているが、デバイスへの応用において、
サファイアが絶縁性であること、劈開が困難であること
等が大きな障害であった。本発明によって、導電性と劈
開性を兼ね持つＧａＰ等の結晶基板を用いることができ
るようになり、かつ窒素化合物半導体デバイスの基本構
造の作製が容易となるので、その発展に大きな期待でき
る。なお、本発明の方法は、窒素化合物結晶以外の結晶
の製造に応用できることは勿論である。
緑色から紫外線までの波長帯の発光ダイオードやレーザ
ーや光検出器の製作に応用可能な広い禁制帯幅を持つＩ
ＩＩ族元素の窒化物結晶の製造に関する。 【０００２】 【従来の技術】窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などのＩＩ
Ｉ族元素の窒化物結晶（以下窒化物結晶と略称する）の
成長法として、これまでＩＩＩ族元素の塩化物ガスとア
ンモニヤガス（ＮＨ３）とを用いた化学的気相成長法、
ＩＩＩ族元素の有機化合物（有機金属）とアンモニアガ
スとを用いたＯＭＶＰＥ法、真空中でＩＩＩ族元素の蒸
気とアンモニアガスを反応させる分子線エピタキシー法
やホットウヲール法、ＩＩＩ族金属溶媒に窒化物を溶解
さた溶液から窒化物結晶を成長する液相成長法等が用い
られてきた。また、いずれの成長法においても、適当な
基板が無いため、成長用の基板としてサファイヤや炭化
珪素（ＳｉＣ）が用いられている。サファイヤ基板は絶
縁物であるため、サファイヤ基板側からオーミック接触
用の電極の作製が不可能であること、面方位に選択性が
ないこと、窒化物と格子定数の差が大きいこと、劈開が
困難であること、この基板上に成長した結晶は六方晶系
の結晶構造をもつためデバイス作製に都合が悪いこと等
の問題を有する。ＳｉＣ基板は窒化ガリウムと格子定数
が近いが、未だ大型の結晶の成長法が確立していないた
め、価格と品質に問題がある。これらの問題解決の方法
として、最近砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の表面にアンモ
ニアガスを作用させて表面を窒化したものを基板とする
試みが報告されているが、未だ充分な段階には到達して
いない。また、従来の技術では、サファイヤ基板や、Ｓ
ｉＣ基板上の所定の部分に選択的に窒化物結晶層を成長
することは困難であった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明はＧａＰ基板上
に閃亜鉛鉱型の結晶構造をもつ窒化物結晶層を作製する
ことを第一の目的とする。本発明の第二の目的はＧａＰ
基板上に高品質の窒化物結晶層を製作することにある。
本発明の第三の目的はＧａＰ基板の面方位を選択するこ
とにより、その上に生成する窒化物結晶層の結晶方位を
任意に制御するための技術を提供することにある。本発
明の第四の目的は導電性のＧａＰ基板を用いることによ
り、基板側からのオーミック接触用電極の作製を容易に
することにある。本発明の第五の目的は、ＧａＰ基板上
に例えばＧａＡｓとＧａＡｌＡｓとのヘテロ構造層、あ
るいは多層膜を成長させた後、これらの砒化物結晶層を
窒化物結晶層に変換することにより、ＧａＰ基板上に窒
化物の多層膜を形成するための新技術を提供することに
ある。本発明の第六の目的は、ＧａＰ基板上の所定の部
分に選択的に窒化物結晶層を作製する技術を提供すると
ころにある。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明で用いる方法は下
記に要約される。まず、本発明では例えば、ＧａＰ、Ｇ
ａＮ、ＧａＡｓの三者間の化学的な安定性を比べた場合
に、ＧａＰが最も安定であり、これを除いた他の二者の
間での安定性は記載の順序である。従って、ＧａＡｓは
ＮＨ３と反応してＧａＡｓからＧａＮへ変換しやすい
が、ＧａＰはＮＨ３雰囲気中でも安定でありＧａＮへの
変換しにくいことを利用している。ＡｌＡｓはＧａＰと
同程度の化学的安定性をもつが、ＮＨ３と反応してより
安定なＡｌＮへ変換されるので、ＧａＰ基板へなんらの
影響を与えない。一方、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）は
ＮＨ３雰囲気中で容易にＩｎＮへ変換される。これらの
族元素の砒素との化合物が閃亜鉛鉱型の結晶構造を保
つたまま 族元素の窒化物に変換される機構については
現段階ではよく解らないが、結晶格子を壊さない程度に
緩やかにＡｓとＮの置換がおこなわれた結果と考えてい
る。ＧａＡｓとＧａＡｌＡｓのヘテロ接合構造をもつ結
晶層がその接合構造を保持したままで、ＧａＮとＧａＡ
ｌＮのヘテロ接合へ変換されのは、本特許出願者らの研
究により発見されたものであるが、その説明として上記
したごとく、ＡｓとＮの置換が緩やかに行われるためと
考える。ＧａＡｓ表面近傍のみを窒化物に変換する従来
の方法では、ＧａＡｓと窒化物との間に組成勾配層が出
来るため、結晶性の良い変換層が得られなかったが、本
発明ではＧａＰ基板上に成長した砒素化合物結晶層が一
様に窒化物層に変換されるので高品質の窒化物結晶層が
得られる訳である。ＧａＰ基板上に、基板と同一の結晶
方位をもつ砒素化合物結晶層が成長出来ることを利用す
ることにより、基板の面方位を選んで、窒化物層の面方
位を所定のものにできる。ＧａＰ基板上に成長した砒素
化合物結晶層を通常のホトリソグラフイ法を応用して所
定の形状に微細加工した後、ＮＨ３ガスと反応させるこ
とにより、当該基板上に、所定の形状の窒化物結晶層を
製作できる。以上述べたように、本発明により従来の問
題点がすべて解決された。 【０００５】 【作用】まず、本発明の作用効果を明白にするためにそ
の特徴について説明する。本発明は、目的とする窒素化
合物結晶の製造に関与するＩＩＩ族元素の砒素化合物の
生成エネルギーとＩＩＩ族元素の窒素化合物の生成エネ
ルギーの大きさの違い、および、ＩＩＩ族元素の砒素化
合物ならびにＩＩＩ族元素の窒素化合物それぞれにおい
て、化合物を構成するＩＩＩ族元素の蒸気圧が比較的低
く、一方Ｖ族元素の蒸気圧が比較的高いことに着目して
なされたものである。例えば、ＧａＰの生成エネルギー
が標準状態で−２９．２ｋｃａｌ／ｍｏｌであるのに対
して、ＧａＮのそれは−２６．２ｋｃａｌ／ｍｏｌであ
り、またＧａＡｓのそれは−１９．５ｋｃａｌ／ｍｏｌ
であることから、ＧａＡｓが容易にＧａＮに変換される
ことに対して、基板に用いるＧａＰは安定である。ま
た、ＩＩＩ族元素であるガリウム元素単体の蒸気圧が変
換を行う温度、例えば８５０℃で１０−７気圧と比較的
低いのに対して、その温度における砒素（Ａｓ）元素の
蒸気圧は１００気圧以上（但し、Ａｓ４に対して）でガ
リウムに比べて極めて高い値である。この結果、ＧａＡ
ｓがアンモニアとの反応で窒化物であるＧａＮに変換す
る際に遊離される砒素が容易に蒸気となって目的とする
窒化物結晶から離脱できることになる。換言すれば、Ｇ
ａＡｓからＧａＮへの変換反応と、この反応によって生
じた不要の生成物の排除が速やかに行われることが、本
発明のキーポイントである。このことが基本となって、
先に述べた本発明の目的が容易に達成できるわけであ
る。 【０００６】 【実施例】 （イ）図１を用いて説明する。ｎ型で電子濃度３×１０
１７ｃｍ−３の導電性のＧａＰ（１１１）Ｂ基板１の上
に約５μｍ厚のＧａＡｓ層２ａを液相成長させた。この
ＧａＡｓ層はエピタキシャル成長をしており、基板Ｇａ
Ｐと同一の（１１１）配向である。これをスライド式ボ
ート４および５のスライダー４にＧａＡｓ層が下面とな
るように置き、水素中で８００〜９００℃に昇温した。
続いてスライダー下部に１００％のアンモニアガス３を
流し、スライド操作によってＧａＡｓ層とアンモニアガ
スとを接触させて３０〜６０分間置いた。図２はこうし
て得た成長結晶２ｃのＸ線回折の結果である。回折角３
４．６度のピークは閃亜鉛鉱型ＧａＮ結晶の（１１１）
面からの回折に対応する。この時、ＧａＡｓ結晶からの
回折は見られなくなっている。このことからＧａＡｓ層
中のＡｓ原子とアンモニアを構成するＮ原子の置換が起
こったこと、この反応がＧａＡｓ層全体に及び、ＧａＰ
基板で終端していること、同時にＧａＡｓの結晶形であ
る閃亜鉛鉱構造を保存すること等が明らかである。しか
も接触時間を調整することによって回折線の半値輻の狭
い、高品質の結晶が得られている。７７Ｋにおけるフォ
トルミネセンス測定においても閃亜鉛鉱型ＧａＮのバン
ドエッジに対応する波長３８０ｎｍの発光が観測され
た。 （ロ）ＧａＰ（１００）基板１を用いて、（１００）配
向のＧａＡｓ層２ａを液相成長させ、同様の実験をおこ
なった。この場合には閃亜鉛鉱型の（１００）配向のＧ
ａＮ２ｃが成長させることができた。このことから基板
面の方位あるいはその上のＡｓ化合物の結晶方位によっ
て、生成するＧａＮ層の結晶方位を制御できることは明
かである。 （ハ）ＧａＰ基板１上に約５μｍ厚のＧａＡｌＡｓ（Ａ
ｌＡｓ成分０．３モル分率）混晶層を液相成長させ、前
項（イ）と同様の実験をおこなった。得られた結晶層の
Ｘ線回折から、成長層が閃亜鉛鉱型のＧａＮとＡｌＮと
の混晶であること、その成分比率が０．７：０．３であ
ることが分かった。この比率はＥＰＭＡによる分析から
も確認できた。ここで示した混晶組成は一例であり、ア
ンモニア処理前のＧａＡｌＡｓ混晶層の組成によって対
応する組成のＧａＡｌＮ混晶が得られることは言うまで
もない。 （ニ）図３を用いて説明する。スライド式液相成長装置
によってＧａＰ基板１上に約５μｍ厚のＧａＡｓ層２
ａ、および約３μｍ厚のＧａＡｌＡｓ（ＡｌＡｓ成分
０．４モル分率）混晶層２ｂを連続成長し、これをもと
として前項と同様に８００〜９００℃でアンモニアガス
と約１時間の接触をおこなった。その結果、ＧａＡｓ層
２ａはＧａＮ層２ｃに、また同時にＧａＡｌＡｓ混晶層
２ｂはＧａＡｌＮ（ＡｌＮ成分０．４モル分率）混晶層
２ｄに変換できた。前項までの実験事実を勘案すれば、
任意組成の窒素化合物混晶系のヘテロ成長が可能である
ことは明かである。ここではＧａＰ基板上へのＡｓ化合
物の成長法として液相成長の例を示したが、原理から考
えてこの段階の成長方法は本質ではなく、液相成長法以
外の方法を用いても良い。ＧａＰ基板上へのＡｓ化合物
の薄膜多層成長をおこなえば、本方法によって容易に窒
素化合物の多層構造や超格子構造が得られることは明白
である。 （ホ）図４を用いて説明する。ＧａＰ基板１上に約５μ
ｍ厚のＧａＡｓ層を成長し、フォトリソグラフによって
１０μｍ×１０μｍのＧａＡｓアレイ２ｅを作製し、こ
れをもとに同様なアンモニア処理をおこなった。その結
果、ＧａＰ基板上にＧａＮのアレイ２ｆを作製すること
ができた。もちろんここで示したアレイ構造は一例であ
り、種々の手法による任意形状が、任意組成の混晶、多
層ヘテロ構造等に適用できることは言うまでもない。本
実施例ではＧａＰ基板上に成長したＧａＡｓあるいはＧ
ａＡｌＡｓの窒化の例を示したが、ＧａＰ基板上にＩｎ
ＡｓあるいはＩｎＧａＡｓやＩｎＡｌＡｓ混晶の成長が
可能であることは周知の事実である。これらを出発材料
とすれば、前項までの方法によって容易にＩｎ系窒素化
合物および混晶の作製が可能であることは明白である。 【０００７】 【発明の効果】本発明は現在広範囲にデバイス応用され
ている導電性ＧａＰ結晶基板上にＩＩＩ族窒素化合物結
晶層およびそれらの混晶層を成長させることを特徴とす
る窒素化合物半導体の製造方法に関する。従来技術にお
いては窒素化合物半導体の成長には主としてサファイア
基板が用いられているが、デバイスへの応用において、
サファイアが絶縁性であること、劈開が困難であること
等が大きな障害であった。本発明によって、導電性と劈
開性を兼ね持つＧａＰ等の結晶基板を用いることができ
るようになり、かつ窒素化合物半導体デバイスの基本構
造の作製が容易となるので、その発展に大きな期待でき
る。なお、本発明の方法は、窒素化合物結晶以外の結晶
の製造に応用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶成長装置と工程の概略図
【図２】ＧａＰ基板上のＧａＡｓ層とＨＮ３との接触に
よって成長したＧａＮ結晶のＸ線回折 【図３】窒化物半導体ヘテロ構造の作製過程の説明図 【図４】窒化物半導体の選択成長の説明図 【符号の説明】 １はＧａＰ基板 ２ａはＧａＡｓ結晶層 ２ｂはＧａＡｌＡｓ混晶層 ２ｃはＧａＮ結晶層 ２ｄはＧａＡｌＮ混晶層 ２ｅはＧａＡｓアレイ ２ｆはＧａＮアレイ ３はＨＮ３ガス ４、５はスライド式ボート（４がスライダー）
よって成長したＧａＮ結晶のＸ線回折 【図３】窒化物半導体ヘテロ構造の作製過程の説明図 【図４】窒化物半導体の選択成長の説明図 【符号の説明】 １はＧａＰ基板 ２ａはＧａＡｓ結晶層 ２ｂはＧａＡｌＡｓ混晶層 ２ｃはＧａＮ結晶層 ２ｄはＧａＡｌＮ混晶層 ２ｅはＧａＡｓアレイ ２ｆはＧａＮアレイ ３はＨＮ３ガス ４、５はスライド式ボート（４がスライダー）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】燐化ガリウム（ＧａＰ）基板上にＩＩＩ族
元素であるアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）お
よびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくても１種類の元
素との砒素化合物結晶層を成長させた後、アンモニアガ
ス雰囲気中で熱処理することにより、当該結晶層に含ま
れる砒素とアンモニアガスから供給される窒素とを入れ
替えて、燐化ガリウム基板上にＩＩＩ族元素の窒素化合
物結晶層を作製することを特徴とする窒素化合物結晶の
製造方法。 【請求項２】 【請求項１】において、燐化ガリウム基板上にＩＩＩ族
元素であるアルミニウム、ガリウムおよびインジウムの
うちの少なくても２種類の元素からなる砒素化合物混晶
層とＩＩＩ族元素であるアルミニウム、ガリウムおよび
インジウムのうちの少なくても１種類の元素との砒素化
合物結晶層の複数の層を構成した後に、燐化ガリウム基
板上に複数の層から成るＩＩＩ族元素の窒素化合物結晶
層を作製することを特徴とする窒素化合物結晶の製造方
法。 【請求項３】 【請求項１】において、燐化ガリウム基板上の所定の位
置にＩＩＩ族元素であるアルミニウム、ガリウムおよび
インジウムのうちの少なくても１種類の元素との砒素化
合物結晶層を選択的に形成させた後、アンモニアガス雰
囲気中で熱処理することにより、当該結晶層に含まれる
砒素とアンモニアガスから供給される窒素とを入れ替え
て、燐化ガリウム基板上に所定の位置に選択的にＩＩＩ
族元素の窒素化合物結晶層を作製することを特徴とする
窒素化合物結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23572196A JPH1053487A (ja) | 1996-08-03 | 1996-08-03 | 窒素化合物結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23572196A JPH1053487A (ja) | 1996-08-03 | 1996-08-03 | 窒素化合物結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1053487A true JPH1053487A (ja) | 1998-02-24 |
Family
ID=16990253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23572196A Pending JPH1053487A (ja) | 1996-08-03 | 1996-08-03 | 窒素化合物結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1053487A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11330544A (ja) * | 1998-05-11 | 1999-11-30 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JPH11330548A (ja) * | 1998-05-15 | 1999-11-30 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2020011882A (ja) * | 2018-07-20 | 2020-01-23 | 国立大学法人東北大学 | 窒化アルミニウム結晶の製造方法 |
-
1996
- 1996-08-03 JP JP23572196A patent/JPH1053487A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11330544A (ja) * | 1998-05-11 | 1999-11-30 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JPH11330548A (ja) * | 1998-05-15 | 1999-11-30 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2020011882A (ja) * | 2018-07-20 | 2020-01-23 | 国立大学法人東北大学 | 窒化アルミニウム結晶の製造方法 |
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