JPH1074980A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPH1074980A JPH1074980A JP11951597A JP11951597A JPH1074980A JP H1074980 A JPH1074980 A JP H1074980A JP 11951597 A JP11951597 A JP 11951597A JP 11951597 A JP11951597 A JP 11951597A JP H1074980 A JPH1074980 A JP H1074980A
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- aluminum nitride
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
-
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- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 III−Ｖ族窒化物と格子定数及び熱膨張係数
が整合した基板を用い、その基板上に結晶性の良好なII
I−Ｖ族窒化物単結晶膜を成長させた発光素子やダイオ
ード等の半導体素子を提供する。 【解決手段】 窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化
ホウ素、窒化インジウム及びこれらの混晶から選ばれた
少なくとも１種のIII−Ｖ族窒化物単結晶膜１２、１
４、１５が、窒化アルミニウム単結晶基板１１上に直接
形成されるか、又は少なくとも１種のIII−Ｖ族窒化物
の低温成長バッファー層１３を介して形成されている半
導体素子であり、連続発振が可能な短波長の発光素子や
高温で動作するダイオード等として有用である。
が整合した基板を用い、その基板上に結晶性の良好なII
I−Ｖ族窒化物単結晶膜を成長させた発光素子やダイオ
ード等の半導体素子を提供する。 【解決手段】 窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化
ホウ素、窒化インジウム及びこれらの混晶から選ばれた
少なくとも１種のIII−Ｖ族窒化物単結晶膜１２、１
４、１５が、窒化アルミニウム単結晶基板１１上に直接
形成されるか、又は少なくとも１種のIII−Ｖ族窒化物
の低温成長バッファー層１３を介して形成されている半
導体素子であり、連続発振が可能な短波長の発光素子や
高温で動作するダイオード等として有用である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高密度光デ
ィスクの読み取り装置などに用いられる、III−Ｖ窒化
物を用いた発光ダイオードやレーザーダイオードなどの
短波長の発光素子や、フォトダイオードなどの受光素
子、高温環境でも動作する高温半導体素子、高速動作半
導体素子などの半導体素子に関するものである。
ィスクの読み取り装置などに用いられる、III−Ｖ窒化
物を用いた発光ダイオードやレーザーダイオードなどの
短波長の発光素子や、フォトダイオードなどの受光素
子、高温環境でも動作する高温半導体素子、高速動作半
導体素子などの半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ウルツ鉱型結晶構造を持つIII−Ｖ族窒
化物は広い禁制帯幅を有する直接遷移型の半導体である
ため、短波長の発光素子や受光素子、更に高温半導体素
子や高速半導体素子の材料として注目されている。この
ようなウルツ鉱型結晶構造を持つIII−Ｖ族窒化物とし
ては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）、及びこれらの混晶があり、物質の違いや混晶の組
成比を変化させることにより禁制帯幅を変化させること
ができる。
化物は広い禁制帯幅を有する直接遷移型の半導体である
ため、短波長の発光素子や受光素子、更に高温半導体素
子や高速半導体素子の材料として注目されている。この
ようなウルツ鉱型結晶構造を持つIII−Ｖ族窒化物とし
ては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）、及びこれらの混晶があり、物質の違いや混晶の組
成比を変化させることにより禁制帯幅を変化させること
ができる。
【０００３】特に、窒化ガリウム及びその混晶は、発光
素子材料として活発に研究されている。そして、最近で
は窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色及び青緑色
ＬＥＤ（発光ダイオード）が実用化され、次の段階とし
て高密度光ディスクの読み取り装置などに使用される短
波長ＬＤ（レーザーダイオード）の実用化が期待されて
いる。
素子材料として活発に研究されている。そして、最近で
は窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色及び青緑色
ＬＥＤ（発光ダイオード）が実用化され、次の段階とし
て高密度光ディスクの読み取り装置などに使用される短
波長ＬＤ（レーザーダイオード）の実用化が期待されて
いる。
【０００４】ところで、ＬＥＤやＬＤなどの半導体素子
を形成する場合には、半導体の単結晶膜を同種の単結晶
基板上に成長させる必要があるが、前記したIII−Ｖ族
窒化物は基板となる大型の単結晶を合成することができ
なかったため、従来から異種基板上にIII−Ｖ族窒化物
単結晶膜を成長させるヘテロエピタキシャル成長が用い
られていた。このヘテロエピタキシャル成長のための基
板としては、サファイア単結晶の（０００１）面（Ｃ
面）や（１１−２０）面（Ａ面）、Ｓｉ単結晶の（１１
１）面、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶の（０００１）面、ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4単結晶の（１１１）面などが知られている。
を形成する場合には、半導体の単結晶膜を同種の単結晶
基板上に成長させる必要があるが、前記したIII−Ｖ族
窒化物は基板となる大型の単結晶を合成することができ
なかったため、従来から異種基板上にIII−Ｖ族窒化物
単結晶膜を成長させるヘテロエピタキシャル成長が用い
られていた。このヘテロエピタキシャル成長のための基
板としては、サファイア単結晶の（０００１）面（Ｃ
面）や（１１−２０）面（Ａ面）、Ｓｉ単結晶の（１１
１）面、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶の（０００１）面、ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4単結晶の（１１１）面などが知られている。
【０００５】これらの中でもサファイア単結晶基板は、
低温成長バッファー層を介して結晶性の良好な窒化ガリ
ウム系化合物半導体の単結晶膜を成長させることが可能
であり、また比較的安価なため、上記の窒化ガリウム系
化合物半導体を用いた青色及び青緑色ＬＥＤなどに最も
一般的に用いられている。
低温成長バッファー層を介して結晶性の良好な窒化ガリ
ウム系化合物半導体の単結晶膜を成長させることが可能
であり、また比較的安価なため、上記の窒化ガリウム系
化合物半導体を用いた青色及び青緑色ＬＥＤなどに最も
一般的に用いられている。
【０００６】しかし、特にＬＤについてはＧａＡｓ系化
合物半導体やＩｎＰ系化合物半導体を用いた赤外域のも
のが実用化されているが、III−Ｖ族窒化物を用いた青
色発光のＬＤはまだ研究段階にあり、幾つかの研究報告
がなされている。例えば、Ｊｐｎ. Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈ
ｙｓ., Ｖｏｌ.３５（１９９６）ＰＰ.Ｌ７４〜Ｌ７
６、Ｊｐｎ. Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ., Ｖｏｌ.３５
（１９９６）ＰＰ.Ｌ２１７〜Ｌ２２０、及びＡｐｐｌ.
Ｐｈｙｓ. Ｌｅｔｔ., Ｖｏｌ.６８、 Ｎｏ.１５（１
９９６）ＰＰ.２１０５〜２１０７などがあるが、いず
れもパルス発振である。
合物半導体やＩｎＰ系化合物半導体を用いた赤外域のも
のが実用化されているが、III−Ｖ族窒化物を用いた青
色発光のＬＤはまだ研究段階にあり、幾つかの研究報告
がなされている。例えば、Ｊｐｎ. Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈ
ｙｓ., Ｖｏｌ.３５（１９９６）ＰＰ.Ｌ７４〜Ｌ７
６、Ｊｐｎ. Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ., Ｖｏｌ.３５
（１９９６）ＰＰ.Ｌ２１７〜Ｌ２２０、及びＡｐｐｌ.
Ｐｈｙｓ. Ｌｅｔｔ., Ｖｏｌ.６８、 Ｎｏ.１５（１
９９６）ＰＰ.２１０５〜２１０７などがあるが、いず
れもパルス発振である。
【０００７】また、連続発振としては、Ａｐｐｌ. Ｐｈ
ｙｓ. Ｌｅｔｔ., Ｖｏｌ.６９、Ｎｏ.２６（１９９
６）ＰＰ.４０５６〜４０５８に報告があるが、連続発
振中の温度上昇のため寿命が短い。その理由は、使用す
る単結晶基板がIII−Ｖ族窒化物ではないため、基板上
のIII−Ｖ族窒化物単結晶膜との間で格子定数の差及び
熱膨張係数の差が大きく、結晶性の良好なIII−Ｖ族窒
化物単結晶膜の合成が困難であり、単結晶膜中に転位な
どの多くの欠陥を含んでしまうためである。
ｙｓ. Ｌｅｔｔ., Ｖｏｌ.６９、Ｎｏ.２６（１９９
６）ＰＰ.４０５６〜４０５８に報告があるが、連続発
振中の温度上昇のため寿命が短い。その理由は、使用す
る単結晶基板がIII−Ｖ族窒化物ではないため、基板上
のIII−Ｖ族窒化物単結晶膜との間で格子定数の差及び
熱膨張係数の差が大きく、結晶性の良好なIII−Ｖ族窒
化物単結晶膜の合成が困難であり、単結晶膜中に転位な
どの多くの欠陥を含んでしまうためである。
【０００８】このように発光素子としての応用は一部で
実現しているが、高温半導体素子や高速半導体素子はま
だ実用化されていない。その理由もまた、III−Ｖ族窒
化物単結晶膜中に転位などの多くの欠陥を含まれている
ためである。高温下では転位が増殖して性能を著しく低
下させるため寿命が短くなり、またこれらの転位はキャ
リアの移動度を下げてしまうため高速動作の実現が困難
である。
実現しているが、高温半導体素子や高速半導体素子はま
だ実用化されていない。その理由もまた、III−Ｖ族窒
化物単結晶膜中に転位などの多くの欠陥を含まれている
ためである。高温下では転位が増殖して性能を著しく低
下させるため寿命が短くなり、またこれらの転位はキャ
リアの移動度を下げてしまうため高速動作の実現が困難
である。
【０００９】このため低温成長バッファー層の導入によ
る膜質の改善が試みられているが、充分な改善がなされ
ていない現状である。また、使用する単結晶基板の劈開
が困難であるため、ＬＤの形成に際して共振面の平坦性
を確保できず、共振面の形成工程も複雑であるという問
題点がある。
る膜質の改善が試みられているが、充分な改善がなされ
ていない現状である。また、使用する単結晶基板の劈開
が困難であるため、ＬＤの形成に際して共振面の平坦性
を確保できず、共振面の形成工程も複雑であるという問
題点がある。
【００１０】上記問題点を解決する方法として、III−
Ｖ族窒化物である窒化ガリウム単結晶を単結晶基板に利
用する試みが、Ｊｐｎ. Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ., Ｖ
ｏｌ.３５（１９９６）ＰＰ.Ｌ７７〜Ｌ７９に報告され
ている。しかしながら、現在合成できる窒化ガリウム単
結晶は最大でも約２ｍｍ角と小さく、連続発振可能なＬ
Ｄなどの半導体素子としての実用化は困難である。
Ｖ族窒化物である窒化ガリウム単結晶を単結晶基板に利
用する試みが、Ｊｐｎ. Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ., Ｖ
ｏｌ.３５（１９９６）ＰＰ.Ｌ７７〜Ｌ７９に報告され
ている。しかしながら、現在合成できる窒化ガリウム単
結晶は最大でも約２ｍｍ角と小さく、連続発振可能なＬ
Ｄなどの半導体素子としての実用化は困難である。
【００１１】更に、発光素子、特にＬＤは発光時の発熱
量が大きく、高速半導体素子は高速動作時の発熱量が大
きいため、更に高温半導体素子でも素子の劣化をおさえ
るため、熱の放散性を良くする必要があることから、熱
伝導率の大きな基板を用いることが望ましい。しかしな
がら、必要な単結晶膜を結晶成長させることが可能なサ
ファイア、Ｓｉ、ＭｇＡｌ2Ｏ4等の基板は、いずれも熱
伝導率が小さい。このため、高出力や温度安定性の要求
される素子では、これらの基板をヒートシンク材料にボ
ンディングして用いている。尚、Ｊｐｎ. Ｊ. Ａｐｐ
ｌ. Ｐｈｙｓ.,Ｖｏｌ.３４（１９９５）ＰＰ.Ｌ１５１
７〜Ｌ１５１９には、サファイア単結晶基板上にＡｌＮ
膜を介してＧａＮ層を形成した素子が提案されている
が、サファイア単結晶を基板とするので上記放熱性の問
題が解決されていない。
量が大きく、高速半導体素子は高速動作時の発熱量が大
きいため、更に高温半導体素子でも素子の劣化をおさえ
るため、熱の放散性を良くする必要があることから、熱
伝導率の大きな基板を用いることが望ましい。しかしな
がら、必要な単結晶膜を結晶成長させることが可能なサ
ファイア、Ｓｉ、ＭｇＡｌ2Ｏ4等の基板は、いずれも熱
伝導率が小さい。このため、高出力や温度安定性の要求
される素子では、これらの基板をヒートシンク材料にボ
ンディングして用いている。尚、Ｊｐｎ. Ｊ. Ａｐｐ
ｌ. Ｐｈｙｓ.,Ｖｏｌ.３４（１９９５）ＰＰ.Ｌ１５１
７〜Ｌ１５１９には、サファイア単結晶基板上にＡｌＮ
膜を介してＧａＮ層を形成した素子が提案されている
が、サファイア単結晶を基板とするので上記放熱性の問
題が解決されていない。
【００１２】熱伝導率の大きな材料の基板上に半導体材
料を成長させた例としては、特開昭６４−４２８１３号
公報に示されるように、ダイヤモンド単結晶基板上に半
導体の単結晶膜を形成したものがある。これは、ダイヤ
モンド単結晶基板上に、窒化ガリウム、窒化インジウ
ム、窒化アルミニウムなどから選択された少なくとも１
種の物質からなる少なくとも１層の単結晶層を形成した
薄膜単結晶基板に関するもので、熱伝導率が大きく、熱
膨張係数が小さく、耐熱性及び環境性に優れた基板を提
供することを目的としている。しかし、このダイヤモン
ド単結晶基板も、III−Ｖ族窒化物単結晶との格子定数
及び熱膨張係数の整合が充分でない。
料を成長させた例としては、特開昭６４−４２８１３号
公報に示されるように、ダイヤモンド単結晶基板上に半
導体の単結晶膜を形成したものがある。これは、ダイヤ
モンド単結晶基板上に、窒化ガリウム、窒化インジウ
ム、窒化アルミニウムなどから選択された少なくとも１
種の物質からなる少なくとも１層の単結晶層を形成した
薄膜単結晶基板に関するもので、熱伝導率が大きく、熱
膨張係数が小さく、耐熱性及び環境性に優れた基板を提
供することを目的としている。しかし、このダイヤモン
ド単結晶基板も、III−Ｖ族窒化物単結晶との格子定数
及び熱膨張係数の整合が充分でない。
【００１３】
【発明が解決しようとす課題】上記のごとく、III−Ｖ
族窒化物単結晶膜の成長に従来から使用されてきたサフ
ァイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＡｌ2Ｏ4などの基板材料
は、III−Ｖ族窒化物との格子定数や熱膨張係数の整合
が充分でない。このため、これらの基板上に結晶性の良
好なIII−Ｖ族窒化物単結晶膜を合成することは困難で
あり、現状では基板との間に低温成長バッファー層の形
成が必要不可欠であった。
族窒化物単結晶膜の成長に従来から使用されてきたサフ
ァイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＡｌ2Ｏ4などの基板材料
は、III−Ｖ族窒化物との格子定数や熱膨張係数の整合
が充分でない。このため、これらの基板上に結晶性の良
好なIII−Ｖ族窒化物単結晶膜を合成することは困難で
あり、現状では基板との間に低温成長バッファー層の形
成が必要不可欠であった。
【００１４】また、上記した従来使用のＳｉＣ以外の各
単結晶基板は、ＬＤの共振面形成のための劈開ができな
かった。エッチングにより劈開面を形成する試みがある
が、十分平坦な共振面が得られず、形成工程も複雑にな
る欠点があった。また、ＳｉＣを基板とした場合には、
原因は明らかではないが、恐らく熱膨張率の差に伴う応
力、あるいはＳｉＣ成分のＧａＮ膜中への拡散のため、
発光特性が悪いという問題があった。更に、従来最も一
般的に使用されているサファイア基板は熱伝導率が極め
て小さく、発光素子などに用いるためにはヒートシンク
にボンディングする必要があった。しかも、サファイア
は導電性がないため、ヒートシンクにボンディングする
際の電極の取りまわしが困難であった。
単結晶基板は、ＬＤの共振面形成のための劈開ができな
かった。エッチングにより劈開面を形成する試みがある
が、十分平坦な共振面が得られず、形成工程も複雑にな
る欠点があった。また、ＳｉＣを基板とした場合には、
原因は明らかではないが、恐らく熱膨張率の差に伴う応
力、あるいはＳｉＣ成分のＧａＮ膜中への拡散のため、
発光特性が悪いという問題があった。更に、従来最も一
般的に使用されているサファイア基板は熱伝導率が極め
て小さく、発光素子などに用いるためにはヒートシンク
にボンディングする必要があった。しかも、サファイア
は導電性がないため、ヒートシンクにボンディングする
際の電極の取りまわしが困難であった。
【００１５】上記Ｊｐｎ. Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ.,
Ｖｏｌ.３５（１９９６）ＰＰ.Ｌ７７〜Ｌ７９に記載さ
れるように、窒化ガリウムの単結晶基板を使用すれば良
質のIII−Ｖ族窒化物単結晶膜の合成が可能である。し
かし、基板に用いる窒化ガリウム単結晶は大型化が困難
な現状であり、また熱伝導率も小さく、放熱性に劣って
いる。また、特開昭６４−４２８１３号公報の技術は、
放熱を目的として熱伝導率が大きいダイヤモンド単結晶
基板を用いているが、III−Ｖ族窒化物単結晶との格子
定数や熱膨張係数の整合が充分でないといった問題があ
った。
Ｖｏｌ.３５（１９９６）ＰＰ.Ｌ７７〜Ｌ７９に記載さ
れるように、窒化ガリウムの単結晶基板を使用すれば良
質のIII−Ｖ族窒化物単結晶膜の合成が可能である。し
かし、基板に用いる窒化ガリウム単結晶は大型化が困難
な現状であり、また熱伝導率も小さく、放熱性に劣って
いる。また、特開昭６４−４２８１３号公報の技術は、
放熱を目的として熱伝導率が大きいダイヤモンド単結晶
基板を用いているが、III−Ｖ族窒化物単結晶との格子
定数や熱膨張係数の整合が充分でないといった問題があ
った。
【００１６】本発明は、このような現状に鑑み、III−
Ｖ族窒化物と格子定数及び熱膨張係数が整合している基
板を用い、特に劈開面をもち、熱伝導率が良く、比較的
大きな単結晶が得られる基板を用いて、その基板上に結
晶性の良好なIII−Ｖ族窒化物単結晶膜を成長させ、III
−Ｖ族窒化物を用いた連続発振が可能な短波長の発光素
子、受光素子、高温半導体素子や高速半導体素子などの
半導体素子を提供することを目的とする。
Ｖ族窒化物と格子定数及び熱膨張係数が整合している基
板を用い、特に劈開面をもち、熱伝導率が良く、比較的
大きな単結晶が得られる基板を用いて、その基板上に結
晶性の良好なIII−Ｖ族窒化物単結晶膜を成長させ、III
−Ｖ族窒化物を用いた連続発振が可能な短波長の発光素
子、受光素子、高温半導体素子や高速半導体素子などの
半導体素子を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する半導体素子は、窒化アルミニウム
単結晶基板と、該基板上に直接形成されるか、又は該基
板上に窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、
窒化インジウム及びこれらの物質からなる混晶の中から
選ばれた少なくとも１種のIII−Ｖ族窒化物の低温成長
バッファー層を介して形成された、窒化ガリウム、窒化
アルミニウム、窒化ホウ素、窒化インジウム及びこれら
の物質からなる混晶の中から選ばれた少なくとも１種の
III−Ｖ族窒化物の単結晶膜とを備えることを特徴とす
る。
め、本発明が提供する半導体素子は、窒化アルミニウム
単結晶基板と、該基板上に直接形成されるか、又は該基
板上に窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、
窒化インジウム及びこれらの物質からなる混晶の中から
選ばれた少なくとも１種のIII−Ｖ族窒化物の低温成長
バッファー層を介して形成された、窒化ガリウム、窒化
アルミニウム、窒化ホウ素、窒化インジウム及びこれら
の物質からなる混晶の中から選ばれた少なくとも１種の
III−Ｖ族窒化物の単結晶膜とを備えることを特徴とす
る。
【００１８】本発明における半導体素子とは、発光素
子、受光素子、高温半導体素子、高速半導体素子などを
含み、特に発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレ
ーザーダイオード（ＬＤ）を含むものである。特にＬＤ
の場合には、共振面を窒化アルミニウム単結晶基板とII
I−Ｖ族窒化物単結晶膜の劈開によって形成することが
できる。その場合、劈開面としてIII−Ｖ族窒化物単結
晶膜の（１０−１０）面か（１１−２０）面を利用し、
そのためには窒化アルミニウム単結晶の（０００１）面
を基板とするか、若しくは劈開面としてIII−Ｖ族窒化
物単結晶膜の（０００１）面を利用し、そのためには窒
化アルミニウム単結晶の（１０−１０）面か（１１−２
０）面を基板とすることが有利である。
子、受光素子、高温半導体素子、高速半導体素子などを
含み、特に発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレ
ーザーダイオード（ＬＤ）を含むものである。特にＬＤ
の場合には、共振面を窒化アルミニウム単結晶基板とII
I−Ｖ族窒化物単結晶膜の劈開によって形成することが
できる。その場合、劈開面としてIII−Ｖ族窒化物単結
晶膜の（１０−１０）面か（１１−２０）面を利用し、
そのためには窒化アルミニウム単結晶の（０００１）面
を基板とするか、若しくは劈開面としてIII−Ｖ族窒化
物単結晶膜の（０００１）面を利用し、そのためには窒
化アルミニウム単結晶の（１０−１０）面か（１１−２
０）面を基板とすることが有利である。
【００１９】また、基板として窒化アルミニウム単結晶
を使用する本発明においては、これまで結晶性及び膜表
面の平滑性に優れたIII−Ｖ族窒化物単結晶膜を成長さ
せるために必要であったIII−Ｖ族窒化物の低温成長バ
ッファー層を無くし、窒化アルミニウム単結晶基板上に
III−Ｖ族窒化物単結晶膜を直接形成して半導体素子を
構成することも可能である。
を使用する本発明においては、これまで結晶性及び膜表
面の平滑性に優れたIII−Ｖ族窒化物単結晶膜を成長さ
せるために必要であったIII−Ｖ族窒化物の低温成長バ
ッファー層を無くし、窒化アルミニウム単結晶基板上に
III−Ｖ族窒化物単結晶膜を直接形成して半導体素子を
構成することも可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明は、III−Ｖ族窒化物と格
子定数及び熱膨張係数が近く、熱伝導率が良好であっ
て、比較的大きな単結晶が得られる窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）を基板として用い、この窒化アルミニウム単
結晶基板上にIII−Ｖ族窒化物を成長させることにより
結晶性の優れた単結晶膜を形成し、短波長の発光に適し
た発光素子などの半導体素子を実現したものである。
子定数及び熱膨張係数が近く、熱伝導率が良好であっ
て、比較的大きな単結晶が得られる窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）を基板として用い、この窒化アルミニウム単
結晶基板上にIII−Ｖ族窒化物を成長させることにより
結晶性の優れた単結晶膜を形成し、短波長の発光に適し
た発光素子などの半導体素子を実現したものである。
【００２１】一般に発光素子などの半導体素子を実現化
するためには、製造コストを低減できるよう大きな単結
晶基板を用いる必要がある。III−Ｖ族窒化物の単結晶
は自然には産出せず、人工合成する必要があって、従来
から窒化ホウ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウムの各
単結晶の人工合成が行われている。その中でも、窒化ア
ルミニウム単結晶は比較的大きなものを安定的に且つ安
価に合成することができるので、半導体素子を形成する
ための基板として適している。
するためには、製造コストを低減できるよう大きな単結
晶基板を用いる必要がある。III−Ｖ族窒化物の単結晶
は自然には産出せず、人工合成する必要があって、従来
から窒化ホウ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウムの各
単結晶の人工合成が行われている。その中でも、窒化ア
ルミニウム単結晶は比較的大きなものを安定的に且つ安
価に合成することができるので、半導体素子を形成する
ための基板として適している。
【００２２】また、本発明者らは、特願平８−１４１２
３６号として、更に大型で高品質の窒化物単結晶の製造
方法を提案した。この方法は、ＡｌＮなどの窒化物の粉
末に該窒化物と加熱下に反応してこれを分解気化させる
酸化物の粉末を混合し、その混合粉末を窒素雰囲気中か
又は水素及び／又は炭素を含む窒素雰囲気中において該
窒化物の昇華温度又は溶融温度よりも低い温度で加熱
し、窒化物粉末を酸化物粉末との反応により分解気化せ
しめ、この分解気化成分を気相から基板上に結晶成長さ
せて、ＡｌＮ等の窒化物を得るものである。
３６号として、更に大型で高品質の窒化物単結晶の製造
方法を提案した。この方法は、ＡｌＮなどの窒化物の粉
末に該窒化物と加熱下に反応してこれを分解気化させる
酸化物の粉末を混合し、その混合粉末を窒素雰囲気中か
又は水素及び／又は炭素を含む窒素雰囲気中において該
窒化物の昇華温度又は溶融温度よりも低い温度で加熱
し、窒化物粉末を酸化物粉末との反応により分解気化せ
しめ、この分解気化成分を気相から基板上に結晶成長さ
せて、ＡｌＮ等の窒化物を得るものである。
【００２３】この方法によって、バルク素材として実用
に供し得る大きさのもの、具体的には長さ及び幅が共に
１０ｍｍ以上且つ厚みが３００μｍ以上の窒化アルミニ
ウム単結晶を製造することができ、この大型で高品質の
窒化アルミニウム単結晶は本発明の半導体素子用の基板
として最適である。特に、ＡｌＮ粉末に混合する酸化物
粉末として、IVａ族又はＶａ族元素の酸化物、中でもＴ
ｉＯ2粉末を使用することが好ましく、この場合に得ら
れる窒素以外の成分の９０モル％以上がＡｌであって、
酸素含有量が５００ｐｐｍ以下の高品質の窒化アルミニ
ウム単結晶が、本発明の半導体素子の基板として特に好
ましい。
に供し得る大きさのもの、具体的には長さ及び幅が共に
１０ｍｍ以上且つ厚みが３００μｍ以上の窒化アルミニ
ウム単結晶を製造することができ、この大型で高品質の
窒化アルミニウム単結晶は本発明の半導体素子用の基板
として最適である。特に、ＡｌＮ粉末に混合する酸化物
粉末として、IVａ族又はＶａ族元素の酸化物、中でもＴ
ｉＯ2粉末を使用することが好ましく、この場合に得ら
れる窒素以外の成分の９０モル％以上がＡｌであって、
酸素含有量が５００ｐｐｍ以下の高品質の窒化アルミニ
ウム単結晶が、本発明の半導体素子の基板として特に好
ましい。
【００２４】かかる窒化アルミニウム単結晶の結晶性
は、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅で１.
５分以下であることが好ましく、半値幅が１.５分を上
回る単結晶基板を用いると半導体素子の寿命などの性能
を低下させる傾向がある。また、窒化アルミニウムの基
板としての厚みは、３００μｍ以下であることが好まし
く、３００μｍ未満になると結晶性が低下しやすい。
は、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅で１.
５分以下であることが好ましく、半値幅が１.５分を上
回る単結晶基板を用いると半導体素子の寿命などの性能
を低下させる傾向がある。また、窒化アルミニウムの基
板としての厚みは、３００μｍ以下であることが好まし
く、３００μｍ未満になると結晶性が低下しやすい。
【００２５】窒化アルミニウム単結晶には、遷移金属を
１０ｐｐｂ以上０.１モル％以下含有することが好まし
く、特に遷移金属はチタンであることが好ましい。遷移
金属は半導体素子の性能を劣化させる酸素と結合しやす
く、単結晶中に微量に含まれる酸素不純物を捕獲して、
単結晶基板から半導体素子への酸素の拡散を起こりにく
くし、半導体素子の性能劣化を抑制する。しかし、遷移
金属の含有量が１０ｐｐｂ未満ではこの効果がみられ
ず、０.１モル％を越えると単結晶中に遷移金属及びそ
の窒化物や酸化物などが異物として析出するため、窒化
アルミニウム単結晶の結晶性が損なわれる。
１０ｐｐｂ以上０.１モル％以下含有することが好まし
く、特に遷移金属はチタンであることが好ましい。遷移
金属は半導体素子の性能を劣化させる酸素と結合しやす
く、単結晶中に微量に含まれる酸素不純物を捕獲して、
単結晶基板から半導体素子への酸素の拡散を起こりにく
くし、半導体素子の性能劣化を抑制する。しかし、遷移
金属の含有量が１０ｐｐｂ未満ではこの効果がみられ
ず、０.１モル％を越えると単結晶中に遷移金属及びそ
の窒化物や酸化物などが異物として析出するため、窒化
アルミニウム単結晶の結晶性が損なわれる。
【００２６】III−Ｖ族窒化物を用いた発光素子、中で
もＬＥＤとＬＤは、発光素子の特性（発光強度、寿命な
ど）の向上のために結晶性の良さが求められる。単結晶
基板上に形成される単結晶膜の結晶性は、単結晶基板と
単結晶膜の格子定数及び熱膨張係数が近いほど良くなる
ことが知られている。本発明で基板とする窒化アルミニ
ウムは、それ自体がIII−Ｖ族窒化物であることから、
従来基板として用いられてきたサファイア、Ｓｉ、Ｓｉ
Ｃ、ＭｇＡｌ2Ｏ4に比べて、単結晶膜を構成するIII−
Ｖ族窒化物と格子定数及び熱膨張係数が近い。
もＬＥＤとＬＤは、発光素子の特性（発光強度、寿命な
ど）の向上のために結晶性の良さが求められる。単結晶
基板上に形成される単結晶膜の結晶性は、単結晶基板と
単結晶膜の格子定数及び熱膨張係数が近いほど良くなる
ことが知られている。本発明で基板とする窒化アルミニ
ウムは、それ自体がIII−Ｖ族窒化物であることから、
従来基板として用いられてきたサファイア、Ｓｉ、Ｓｉ
Ｃ、ＭｇＡｌ2Ｏ4に比べて、単結晶膜を構成するIII−
Ｖ族窒化物と格子定数及び熱膨張係数が近い。
【００２７】従って、窒化アルミニウム単結晶基板上に
形成されるIII−Ｖ族窒化物膜は結晶性が良く、これを
用いた本発明の発光素子は従来構造のものより特性が向
上する。このため、従来技術では異種基板上に結晶性の
良いIII−Ｖ族窒化物の単結晶膜を得るために低温成長
のバッファー層の形成が必要不可欠とされていたが、本
発明では必ずしもバッファー層を設ける必要が無い。
形成されるIII−Ｖ族窒化物膜は結晶性が良く、これを
用いた本発明の発光素子は従来構造のものより特性が向
上する。このため、従来技術では異種基板上に結晶性の
良いIII−Ｖ族窒化物の単結晶膜を得るために低温成長
のバッファー層の形成が必要不可欠とされていたが、本
発明では必ずしもバッファー層を設ける必要が無い。
【００２８】また、発光素子のうちＬＤは、その構造に
共振面を形成する必要がある。共振面は高い平坦性が要
求されることから、劈開による形成が好ましい。本発明
では、窒化アルミニウム単結晶基板上にIII−Ｖ族窒化
物単結晶膜を形成するので、両者の結晶面方位は揃い、
劈開面も一致する。よって、従来のサファイア基板等の
場合と異なり、単結晶基板と単結晶膜の劈開によって容
易に共振面を形成することができる。
共振面を形成する必要がある。共振面は高い平坦性が要
求されることから、劈開による形成が好ましい。本発明
では、窒化アルミニウム単結晶基板上にIII−Ｖ族窒化
物単結晶膜を形成するので、両者の結晶面方位は揃い、
劈開面も一致する。よって、従来のサファイア基板等の
場合と異なり、単結晶基板と単結晶膜の劈開によって容
易に共振面を形成することができる。
【００２９】この場合、特に、窒化アルミニウム単結晶
基板として（０００１）面、（１０−１０）面、（１１
−２０）面の基板を用いることが好ましい。（０００
１）面基板の場合には、劈開面として（１０−１０）面
か（１１−２０）面を利用した共振面を基板面と垂直に
形成することにより、素子形成が容易になる。（１０−
１０）面基板の場合には（０００１）面か（１−２１
０）面を、また（１１−２０）面基板の場合は（０００
１）面か（１−１００）面を、それぞれ劈開面として利
用した共振面を基板面と垂直に形成することによって、
素子形成が容易になる。それ以外の面方位の基板を用い
た場合は、基板に対して劈開面が斜めに傾くため、素子
形成の際の取り扱いが難しくなる。
基板として（０００１）面、（１０−１０）面、（１１
−２０）面の基板を用いることが好ましい。（０００
１）面基板の場合には、劈開面として（１０−１０）面
か（１１−２０）面を利用した共振面を基板面と垂直に
形成することにより、素子形成が容易になる。（１０−
１０）面基板の場合には（０００１）面か（１−２１
０）面を、また（１１−２０）面基板の場合は（０００
１）面か（１−１００）面を、それぞれ劈開面として利
用した共振面を基板面と垂直に形成することによって、
素子形成が容易になる。それ以外の面方位の基板を用い
た場合は、基板に対して劈開面が斜めに傾くため、素子
形成の際の取り扱いが難しくなる。
【００３０】中でも（１０−１０）面基板又は（１１−
２０）面基板を用いることが好ましい。これは、（００
０１）面基板の場合は３０°回転ごとに劈開面が存在す
るため、劈開面がきれいにならず、平坦な共振面を形成
しにくくなるのに対して、（１０−１０）面基板と（１
１−２０）面基板では劈開面が９０°回転になり、きれ
いな共振面を比較的容易に形成できるからである。
２０）面基板を用いることが好ましい。これは、（００
０１）面基板の場合は３０°回転ごとに劈開面が存在す
るため、劈開面がきれいにならず、平坦な共振面を形成
しにくくなるのに対して、（１０−１０）面基板と（１
１−２０）面基板では劈開面が９０°回転になり、きれ
いな共振面を比較的容易に形成できるからである。
【００３１】更に、III−Ｖ族窒化物を用いた発光素
子、中でもＬＥＤとＬＤ、及び高速動作半導体素子で
は、駆動電力が大きくなることが予測され、また高温半
導体素子でも温度によるダメージを減らすため、特に放
熱性の良い構造が必要となる。窒化アルミニウムは、従
来基板として用いられてきたサファイア、ＭｇＡｌ2Ｏ4
等に比べ極めて大きな熱伝導率を有するため、上記の半
導体素子を形成した場合に放熱性が良く、基板とは別に
ヒートシンクを用いる必要がない。従って、これら従来
の基板材料を用いる場合よりも、コスト低減が可能であ
る。特にIII−Ｖ族化合物を用いたＬＤは発振しきい値
電流や駆動電圧が大きく、発熱量が極めて大きくなるこ
とが予想されるため、本発明の構造が極めて有効とな
る。
子、中でもＬＥＤとＬＤ、及び高速動作半導体素子で
は、駆動電力が大きくなることが予測され、また高温半
導体素子でも温度によるダメージを減らすため、特に放
熱性の良い構造が必要となる。窒化アルミニウムは、従
来基板として用いられてきたサファイア、ＭｇＡｌ2Ｏ4
等に比べ極めて大きな熱伝導率を有するため、上記の半
導体素子を形成した場合に放熱性が良く、基板とは別に
ヒートシンクを用いる必要がない。従って、これら従来
の基板材料を用いる場合よりも、コスト低減が可能であ
る。特にIII−Ｖ族化合物を用いたＬＤは発振しきい値
電流や駆動電圧が大きく、発熱量が極めて大きくなるこ
とが予想されるため、本発明の構造が極めて有効とな
る。
【００３２】尚、本発明で用いる窒化アルミニウム基板
では、その上に結晶性及び膜表面の平滑性に優れたIII
−Ｖ族窒化物単結晶膜を成長させるために、III−Ｖ族
窒化物単結晶膜を形成させる面の表面粗さを０.１μｍ
以下とすることが好ましい。
では、その上に結晶性及び膜表面の平滑性に優れたIII
−Ｖ族窒化物単結晶膜を成長させるために、III−Ｖ族
窒化物単結晶膜を形成させる面の表面粗さを０.１μｍ
以下とすることが好ましい。
【００３３】窒化アルミニウム単結晶基板上に成長させ
るIII−Ｖ族窒化物単結晶膜は、ウルツ鉱型結晶構造を
有するIII−Ｖ族窒化物、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ
及びＩｎＮ、並びにＡｌxＧａ(1-x)Ｎ、ＩｎxＧａ(1-x)
Ｎ、ＢxＧａ(1-x)Ｎ、ＢxＡｌ(1-x)Ｎ、ＩｎxＡｌ(1-x)
Ｎ、ＢxＩｎ(1-x)Ｎなどの混晶である。混晶の場合に
は、例に挙げた３元混晶の他に、４元や更に多元の混晶
を用いても良い。
るIII−Ｖ族窒化物単結晶膜は、ウルツ鉱型結晶構造を
有するIII−Ｖ族窒化物、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ
及びＩｎＮ、並びにＡｌxＧａ(1-x)Ｎ、ＩｎxＧａ(1-x)
Ｎ、ＢxＧａ(1-x)Ｎ、ＢxＡｌ(1-x)Ｎ、ＩｎxＡｌ(1-x)
Ｎ、ＢxＩｎ(1-x)Ｎなどの混晶である。混晶の場合に
は、例に挙げた３元混晶の他に、４元や更に多元の混晶
を用いても良い。
【００３４】これらのIII−Ｖ族窒化物の単結晶膜を窒
化アルミニウム単結晶基板上に成長させる方法として
は、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔ
ａｘｙｍｅｔｈｏｄ；分子線エピタキシー法）、ＭＯＣ
ＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；有
機金属化学蒸着法）、スパッタ法、真空蒸着法など、基
板上に単結晶膜を形成するのに用いられている公知の方
法を用いることができる。これらの方法で単結晶膜を成
長させるためには、基板を高温に加熱する必要があり、
単結晶膜の成長可能な基板温度は成長させる膜の種類や
成膜方法により異なるが、III−V族窒化物単結晶膜では
５００℃から１３００℃の間が好ましい。
化アルミニウム単結晶基板上に成長させる方法として
は、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔ
ａｘｙｍｅｔｈｏｄ；分子線エピタキシー法）、ＭＯＣ
ＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；有
機金属化学蒸着法）、スパッタ法、真空蒸着法など、基
板上に単結晶膜を形成するのに用いられている公知の方
法を用いることができる。これらの方法で単結晶膜を成
長させるためには、基板を高温に加熱する必要があり、
単結晶膜の成長可能な基板温度は成長させる膜の種類や
成膜方法により異なるが、III−V族窒化物単結晶膜では
５００℃から１３００℃の間が好ましい。
【００３５】窒化アルミニウム基板上には、上記のごと
くIII−Ｖ族窒化物単結晶膜を低温成長バッファー層の
介在なしに成長させることができる。しかしながら、結
晶性及び膜表面の平滑性に優れたIII−Ｖ族窒化物単結
晶膜を成長させるためには、基板上にIII−Ｖ族窒化物
の低温成長バッファー層を形成し、この上に単結晶膜を
形成することが望ましい。低温成長バッファー層を利用
する場合、バッファー層としてはウルツ鉱型結晶構造を
有するIII−Ｖ族窒化物を使用でき、特に格子整合する
ものが好ましいが、必ずしもその上に成長させる単結晶
膜と同一の材料に制限されるものではない。
くIII−Ｖ族窒化物単結晶膜を低温成長バッファー層の
介在なしに成長させることができる。しかしながら、結
晶性及び膜表面の平滑性に優れたIII−Ｖ族窒化物単結
晶膜を成長させるためには、基板上にIII−Ｖ族窒化物
の低温成長バッファー層を形成し、この上に単結晶膜を
形成することが望ましい。低温成長バッファー層を利用
する場合、バッファー層としてはウルツ鉱型結晶構造を
有するIII−Ｖ族窒化物を使用でき、特に格子整合する
ものが好ましいが、必ずしもその上に成長させる単結晶
膜と同一の材料に制限されるものではない。
【００３６】低温成長バッファー層の形成方法として
は、先に述べたIII−Ｖ族窒化物単結晶膜の形成方法と
同一の方法を用いれば良いが、基板温度を単結晶膜を成
長させる場合よりも低くし、アモルファス又は多結晶の
膜を成長させる必要がある。低温成長バッファー層を形
成するための基板温度は、成長させる膜の種類や成膜方
法により異なるが、一般に２０℃から９００℃の間であ
る。尚、低温成長バッファー層は、形成時はアモルファ
ス又は多結晶であるが、その上に単結晶膜を形成するた
めに基板温度を高くした際に単結晶に変化することが多
い。
は、先に述べたIII−Ｖ族窒化物単結晶膜の形成方法と
同一の方法を用いれば良いが、基板温度を単結晶膜を成
長させる場合よりも低くし、アモルファス又は多結晶の
膜を成長させる必要がある。低温成長バッファー層を形
成するための基板温度は、成長させる膜の種類や成膜方
法により異なるが、一般に２０℃から９００℃の間であ
る。尚、低温成長バッファー層は、形成時はアモルファ
ス又は多結晶であるが、その上に単結晶膜を形成するた
めに基板温度を高くした際に単結晶に変化することが多
い。
【００３７】半導体素子におけるIII−Ｖ族窒化物単結
晶膜は、通常は不純物の添加により導電率を制御して用
いられる。即ち、本発明のIII−Ｖ族窒化物単結晶膜で
は、不純物として、ケイ素、スズ、酸素、硫黄、セレ
ン、テルルなどから選ばれた少なくとも１種類を添加す
ることによりｎ型伝導性を、あるいは亜鉛、ベリリウ
ム、マグネシウム、カリウムなどから選ばれた少なくと
も１種類を添加することによりｐ型伝導性を持たせるこ
とが可能である。低温成長バッファー層も、III−Ｖ族
窒化物単結晶膜と同様に、不純物添加により導電率を制
御して用いることができる。
晶膜は、通常は不純物の添加により導電率を制御して用
いられる。即ち、本発明のIII−Ｖ族窒化物単結晶膜で
は、不純物として、ケイ素、スズ、酸素、硫黄、セレ
ン、テルルなどから選ばれた少なくとも１種類を添加す
ることによりｎ型伝導性を、あるいは亜鉛、ベリリウ
ム、マグネシウム、カリウムなどから選ばれた少なくと
も１種類を添加することによりｐ型伝導性を持たせるこ
とが可能である。低温成長バッファー層も、III−Ｖ族
窒化物単結晶膜と同様に、不純物添加により導電率を制
御して用いることができる。
【００３８】以上のようにして、図１に示すように窒化
アルミニウム単結晶基板１上にIII−Ｖ族窒化物単結晶
膜２を形成し、更にその上に材料や混晶の組成比の変化
によりバンドギャップを変化させたIII−Ｖ族窒化物の
単結晶膜を積層した構造を形成して、所定の電極を設け
ることにより、発光ダイオードやレーザーダイオードな
どの本発明の半導体素子を形成することができる。
アルミニウム単結晶基板１上にIII−Ｖ族窒化物単結晶
膜２を形成し、更にその上に材料や混晶の組成比の変化
によりバンドギャップを変化させたIII−Ｖ族窒化物の
単結晶膜を積層した構造を形成して、所定の電極を設け
ることにより、発光ダイオードやレーザーダイオードな
どの本発明の半導体素子を形成することができる。
【００３９】
【実施例】実施例１ まず、基板とする窒化アルミニウム単結晶を以下のごと
く製造した。純度９９％のＡｌＮ粉末と純度９９％のＴ
ｉＯ2粉末をＡｌＮに対するＴｉＯ2のモル比が０.７５
となるように配合し、エタノール中で超音波混合を行
い、その後乾燥することによりエタノールを除去して混
合粉末とした。一方、結晶成長用の基板として、１０ｍ
ｍ角のｃ面カットされたβ型ＳｉＣ単結晶板を準備し
た。
く製造した。純度９９％のＡｌＮ粉末と純度９９％のＴ
ｉＯ2粉末をＡｌＮに対するＴｉＯ2のモル比が０.７５
となるように配合し、エタノール中で超音波混合を行
い、その後乾燥することによりエタノールを除去して混
合粉末とした。一方、結晶成長用の基板として、１０ｍ
ｍ角のｃ面カットされたβ型ＳｉＣ単結晶板を準備し
た。
【００４０】この混合粉末とＳｉＣ単結晶基板を、図２
に示すように加熱炉内に配置した。即ち、加熱炉３は、
誘導加熱コイル４と断熱材マッフル５とを備え、断熱材
マッフル５の内側には蓋を備えた容器状の黒鉛坩堝６を
配置し、その内側に蓋のないＢＮ坩堝７が備え付けてあ
る。また、加熱炉３の上部には、雰囲気ガスの入口８ａ
と出口８ｂを設けてある。この加熱炉３のＢＮ坩堝７内
に、圧縮成形した上記混合粉末９を配置し、その上方に
対向させて上記ＳｉＣ単結晶板の基板１０をセットし
た。
に示すように加熱炉内に配置した。即ち、加熱炉３は、
誘導加熱コイル４と断熱材マッフル５とを備え、断熱材
マッフル５の内側には蓋を備えた容器状の黒鉛坩堝６を
配置し、その内側に蓋のないＢＮ坩堝７が備え付けてあ
る。また、加熱炉３の上部には、雰囲気ガスの入口８ａ
と出口８ｂを設けてある。この加熱炉３のＢＮ坩堝７内
に、圧縮成形した上記混合粉末９を配置し、その上方に
対向させて上記ＳｉＣ単結晶板の基板１０をセットし
た。
【００４１】この加熱炉３内を一旦真空にした後、入口
８ａから窒素ガスを導入して炉内を１気圧（７６０Ｔｏ
ｒｒ）とし、誘導加熱により混合粉末９の周囲をＡｌＮ
の分解温度（２２００℃）より低い１８００℃に加熱す
る一方、加熱部制御により基板１０の周囲を１７００℃
に昇温して２４時間保持した。この時の加熱炉３内の気
相成分を分光分析した結果、酸素分圧は０.０５Ｔｏｒ
ｒ、炭素分圧（Ｐｒ）と酸素分圧（Ｐｏ）の比Ｐｒ／Ｐ
ｏは２.０であった。
８ａから窒素ガスを導入して炉内を１気圧（７６０Ｔｏ
ｒｒ）とし、誘導加熱により混合粉末９の周囲をＡｌＮ
の分解温度（２２００℃）より低い１８００℃に加熱す
る一方、加熱部制御により基板１０の周囲を１７００℃
に昇温して２４時間保持した。この時の加熱炉３内の気
相成分を分光分析した結果、酸素分圧は０.０５Ｔｏｒ
ｒ、炭素分圧（Ｐｒ）と酸素分圧（Ｐｏ）の比Ｐｒ／Ｐ
ｏは２.０であった。
【００４２】その結果、ＳｉＣ単結晶板からなる基板１
０の下側表面に、１０ｍｍ角で厚み８２００μｍの透明
琥珀色の窒化アルミニウムが成長し、Ｘ線回折による結
晶性評価により窒化アルミニウムの単結晶であることが
確認できた。また、その組成分析の結果、Ａｌの含有率
は９２モル％であり、酸素量は３５０ｐｐｍ、炭素は８
モル％、Ｔｉが０.０２モル％であった。
０の下側表面に、１０ｍｍ角で厚み８２００μｍの透明
琥珀色の窒化アルミニウムが成長し、Ｘ線回折による結
晶性評価により窒化アルミニウムの単結晶であることが
確認できた。また、その組成分析の結果、Ａｌの含有率
は９２モル％であり、酸素量は３５０ｐｐｍ、炭素は８
モル％、Ｔｉが０.０２モル％であった。
【００４３】上記のごとく得られた窒化アルミニウム単
結晶の表面を平坦に研磨して、有機溶媒により洗浄し、
その（０００１）面を基板として用いて、図３に示す構
造を有するＩｎ0.1Ｇ0.9Ｎを活性層とした発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）を形成した。即ち、上記の窒化アルミニウ
ム基板１１を用い、この窒化アルミニウム基板１１の表
面にｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層１３を介してｎ型
ＧａＮ単結晶膜１２を形成し、更にｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9
Ｎ単結晶膜１４及びｐ型ＧａＮ単結晶膜１５を順に成膜
し、電極１６、１７を形成することにより、Ｉｎ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎを活性層とする発光ダイオード（ＬＥＤ）を形
成した。
結晶の表面を平坦に研磨して、有機溶媒により洗浄し、
その（０００１）面を基板として用いて、図３に示す構
造を有するＩｎ0.1Ｇ0.9Ｎを活性層とした発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）を形成した。即ち、上記の窒化アルミニウ
ム基板１１を用い、この窒化アルミニウム基板１１の表
面にｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層１３を介してｎ型
ＧａＮ単結晶膜１２を形成し、更にｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9
Ｎ単結晶膜１４及びｐ型ＧａＮ単結晶膜１５を順に成膜
し、電極１６、１７を形成することにより、Ｉｎ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎを活性層とする発光ダイオード（ＬＥＤ）を形
成した。
【００４４】上記各III−Ｖ族窒化物単結晶膜の成長
は、ＭＯＣＶＤ法を用いて、大気圧下で以下の通り行っ
た。最初のｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層１３は、キ
ャリアガスとしてＨ2を１０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料
ガスとしてＮＨ3、トリメチルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2
希釈、濃度１０ｐｐｍ）をそれぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、
３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、４ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で反
応室内に導入し、基板温度５００℃にて１分間保持し
て、窒化アルミニウム単結晶基板１１上にｎ型ＧａＮ低
温成長バッファー層１３を膜厚２５ｎｍだけ成長させ
た。次に、導入ガスはそのままで基板温度を１０００℃
に上昇させ、低温成長バッファー層１３上にｎ型ＧａＮ
単結晶膜１２を６０分間で４μｍの膜厚に成長させた。
は、ＭＯＣＶＤ法を用いて、大気圧下で以下の通り行っ
た。最初のｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層１３は、キ
ャリアガスとしてＨ2を１０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料
ガスとしてＮＨ3、トリメチルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2
希釈、濃度１０ｐｐｍ）をそれぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、
３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、４ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で反
応室内に導入し、基板温度５００℃にて１分間保持し
て、窒化アルミニウム単結晶基板１１上にｎ型ＧａＮ低
温成長バッファー層１３を膜厚２５ｎｍだけ成長させ
た。次に、導入ガスはそのままで基板温度を１０００℃
に上昇させ、低温成長バッファー層１３上にｎ型ＧａＮ
単結晶膜１２を６０分間で４μｍの膜厚に成長させた。
【００４５】引き続いて基板温度を８００℃にし、キャ
リアガスとしてＮ2ガスを１０ｌ／ｍｉｎの流量で、原
料ガスとしてＮＨ3、トリメチルインジウム、トリメチ
ルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）をそ
れぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、２４μｍｏｌ／ｍｉｎ、２μ
ｍｏｌ／ｍｉｎ、１ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で反応室内
に導入し、ｎ型ＧａＮ単結晶膜１２上にｎ型Ｉｎ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ単結晶膜１４を７分間で２０ｎｍの膜厚に成長
させた。更に、基板温度を再び１０００℃とし、ｎ型Ｉ
ｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶膜１４上にｐ型ＧａＮ単結晶膜１
５を１５分間で膜厚０.８μｍに成長させた。その際、
成長に用いたガスは、ＳｉＨ4に代えてビスシクロペン
タジエチルマグネシウムを３.６μｍｏｌ／ｍｉｎの流
量で用いた以外、ｎ型ＧａＮ単結晶膜１２の成長時と同
じとした。
リアガスとしてＮ2ガスを１０ｌ／ｍｉｎの流量で、原
料ガスとしてＮＨ3、トリメチルインジウム、トリメチ
ルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）をそ
れぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、２４μｍｏｌ／ｍｉｎ、２μ
ｍｏｌ／ｍｉｎ、１ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で反応室内
に導入し、ｎ型ＧａＮ単結晶膜１２上にｎ型Ｉｎ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ単結晶膜１４を７分間で２０ｎｍの膜厚に成長
させた。更に、基板温度を再び１０００℃とし、ｎ型Ｉ
ｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶膜１４上にｐ型ＧａＮ単結晶膜１
５を１５分間で膜厚０.８μｍに成長させた。その際、
成長に用いたガスは、ＳｉＨ4に代えてビスシクロペン
タジエチルマグネシウムを３.６μｍｏｌ／ｍｉｎの流
量で用いた以外、ｎ型ＧａＮ単結晶膜１２の成長時と同
じとした。
【００４６】以上の各単結晶膜の成長を行った後、膜成
長後の基板全体をＮ2雰囲気中にて７００℃でアニール
処理した。その後、反応性ドライエッチングにより各窒
化物単結晶膜を部分的に加工することにより、ｎ型Ｇａ
Ｎ単結晶層１２の一部を表面に露出させた。最後に、最
上層のｐ型ＧａＮ単結晶膜１５上及び露出させたｎ型Ｇ
ａＮ単結晶膜１２上に、スパッタ法によりアルミニウム
の電極１６、１７をそれぞれ形成して、ＬＥＤを構成し
た。
長後の基板全体をＮ2雰囲気中にて７００℃でアニール
処理した。その後、反応性ドライエッチングにより各窒
化物単結晶膜を部分的に加工することにより、ｎ型Ｇａ
Ｎ単結晶層１２の一部を表面に露出させた。最後に、最
上層のｐ型ＧａＮ単結晶膜１５上及び露出させたｎ型Ｇ
ａＮ単結晶膜１２上に、スパッタ法によりアルミニウム
の電極１６、１７をそれぞれ形成して、ＬＥＤを構成し
た。
【００４７】尚、各工程途中のサンプルをそれぞれ用意
し、ＲＨＥＥＤ（高速反射電子線回析）を用いてその結
晶構造を評価したところ、ｎ型ＧａＮ単結晶膜１２、ｎ
型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶膜１４、ｐ型ＧａＮ単結晶膜
１５とも全てウルツ鉱型結晶構造を有する単結晶膜とな
っており、それぞれの（０００１）面が窒化アルミニウ
ム単結晶基板１１の（０００１）面に平行に成長してい
ることが判明した。
し、ＲＨＥＥＤ（高速反射電子線回析）を用いてその結
晶構造を評価したところ、ｎ型ＧａＮ単結晶膜１２、ｎ
型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶膜１４、ｐ型ＧａＮ単結晶膜
１５とも全てウルツ鉱型結晶構造を有する単結晶膜とな
っており、それぞれの（０００１）面が窒化アルミニウ
ム単結晶基板１１の（０００１）面に平行に成長してい
ることが判明した。
【００４８】かくして得られたＬＥＤの特性を室温にて
評価したところ、４４０ｎｍにピーク波長を持つ青色発
光が確認された。また、このＬＥＤを１時間連続して発
光させたところ、素子性能に影響を与えるほどの素子の
温度上昇はなく、輝度の低下等の性能劣化は生じなかっ
た。
評価したところ、４４０ｎｍにピーク波長を持つ青色発
光が確認された。また、このＬＥＤを１時間連続して発
光させたところ、素子性能に影響を与えるほどの素子の
温度上昇はなく、輝度の低下等の性能劣化は生じなかっ
た。
【００４９】実施例２ 上記実施例１と同じ窒化アルミニウム単結晶の（０００
１）面を基板として用い、図４に示す構造を有するＩｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ量子井戸構造２７を
活性層としたレーザーダイオード（ＬＤ）を形成した。
１）面を基板として用い、図４に示す構造を有するＩｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ量子井戸構造２７を
活性層としたレーザーダイオード（ＬＤ）を形成した。
【００５０】即ち、図４に示すように、上記の窒化アル
ミニウム基板２１の表面に、ｎ型ＧａＮ低温成長バッフ
ァー層２３を形成し、引き続き順次ｎ型ＧａＮ単結晶膜
２２、ｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶膜２４、ｎ型Ａｌ
0.15Ｇ0.85Ｎ単結晶膜２５、ｎ型ＧａＮ単結晶膜２６、
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ量子井戸構造２
７、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単結晶膜２８、ｐ型ＧａＮ単
結晶膜２９、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜３０、ｐ
型ＧａＮ単結晶膜３１を形成し、電極３２、３３を形成
してＬＤを構成した。
ミニウム基板２１の表面に、ｎ型ＧａＮ低温成長バッフ
ァー層２３を形成し、引き続き順次ｎ型ＧａＮ単結晶膜
２２、ｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶膜２４、ｎ型Ａｌ
0.15Ｇ0.85Ｎ単結晶膜２５、ｎ型ＧａＮ単結晶膜２６、
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ量子井戸構造２
７、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単結晶膜２８、ｐ型ＧａＮ単
結晶膜２９、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜３０、ｐ
型ＧａＮ単結晶膜３１を形成し、電極３２、３３を形成
してＬＤを構成した。
【００５１】上記各III−Ｖ族窒化物単結晶膜の成長
は、ＭＯＣＶＤ法を用い、大気圧下で下記のごとく行っ
た。最初に、窒化アルミニウム単結晶基板２１上に、基
板温度５００℃にてｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層２
３を成長させた。その際、キャリアガスとしてＨ2を１
０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料ガスとしてＮＨ3、トリメ
チルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）を
それぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、４
ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で反応室内に導入し、２５ｎｍ
の膜厚に成長させた。
は、ＭＯＣＶＤ法を用い、大気圧下で下記のごとく行っ
た。最初に、窒化アルミニウム単結晶基板２１上に、基
板温度５００℃にてｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層２
３を成長させた。その際、キャリアガスとしてＨ2を１
０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料ガスとしてＮＨ3、トリメ
チルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）を
それぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、４
ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で反応室内に導入し、２５ｎｍ
の膜厚に成長させた。
【００５２】次に、導入ガスはそのままで基板温度を１
０００℃に上昇させ、ｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層
２３上に、ｎ型ＧａＮ単結晶膜２２を６０分間で膜厚４
μｍまで成長させた。その後、キャリアガスとしてＨ2
ガスを１０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料ガスとしてＮ
Ｈ3、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、Ｓ
ｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）をそれぞれ４.０ｌ
／ｍｉｎ、２４μｍｏｌ／ｍｉｎ、２μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、１ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で反応室内に導入し、ｎ
型ＧａＮ単結晶膜２２上にｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶
膜２４を３５分間で１００ｎｍの膜厚に成長させた。
０００℃に上昇させ、ｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層
２３上に、ｎ型ＧａＮ単結晶膜２２を６０分間で膜厚４
μｍまで成長させた。その後、キャリアガスとしてＨ2
ガスを１０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料ガスとしてＮ
Ｈ3、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、Ｓ
ｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）をそれぞれ４.０ｌ
／ｍｉｎ、２４μｍｏｌ／ｍｉｎ、２μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、１ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で反応室内に導入し、ｎ
型ＧａＮ単結晶膜２２上にｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶
膜２４を３５分間で１００ｎｍの膜厚に成長させた。
【００５３】次に、基板温度を再び１０００℃とし、ｎ
型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜を成長させた。即ち、原
料ガスとしてＮＨ3、トリメチルアルミニウム、トリメ
チルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）を
それぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、６μｍｏｌ／ｍｉｎ、２４
μｍｏｌ／ｍｉｎ、４ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で用い、
５分間で４００ｎｍの膜厚に成長させた。続いて、この
ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜２５上に、ｎ型ＧａＮ
単結晶膜２６を成長させた。原料ガスなど成長条件は前
のｎ型ＧａＮ単結晶膜２２と同様であり、２分間で１０
０ｎｍの膜厚に成長させた。
型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜を成長させた。即ち、原
料ガスとしてＮＨ3、トリメチルアルミニウム、トリメ
チルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）を
それぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、６μｍｏｌ／ｍｉｎ、２４
μｍｏｌ／ｍｉｎ、４ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で用い、
５分間で４００ｎｍの膜厚に成長させた。続いて、この
ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜２５上に、ｎ型ＧａＮ
単結晶膜２６を成長させた。原料ガスなど成長条件は前
のｎ型ＧａＮ単結晶膜２２と同様であり、２分間で１０
０ｎｍの膜厚に成長させた。
【００５４】更に、このｎ型ＧａＮ単結晶膜２６の上
に、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎをそれぞれ
２.５ｎｍ／５.０ｎｍの膜厚で積層して、２６周期の量
子井戸構造２７を形成した。その際、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
層の形成には、キャリアガスとしてＨ2ガスを１０ｌ／
ｍｉｎの流量で、原料ガスとしてＮＨ3、トリメチルガ
リウム、トリメチルインジウムをそれぞれ４.０ｌ／ｍ
ｉｎ、１μｍｏｌ／ｍｉｎ、２４μｍｏｌ／ｍｉｎの流
量で用いた。また、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層は、キャリア
ガスとしてＨ2ガスを１０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料ガ
スとしてＮＨ3、トリメチルガリウム、トリメチルイン
ジウムをそれぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、１μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、１.２μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で用いて成長を行っ
た。
に、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎをそれぞれ
２.５ｎｍ／５.０ｎｍの膜厚で積層して、２６周期の量
子井戸構造２７を形成した。その際、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
層の形成には、キャリアガスとしてＨ2ガスを１０ｌ／
ｍｉｎの流量で、原料ガスとしてＮＨ3、トリメチルガ
リウム、トリメチルインジウムをそれぞれ４.０ｌ／ｍ
ｉｎ、１μｍｏｌ／ｍｉｎ、２４μｍｏｌ／ｍｉｎの流
量で用いた。また、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層は、キャリア
ガスとしてＨ2ガスを１０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料ガ
スとしてＮＨ3、トリメチルガリウム、トリメチルイン
ジウムをそれぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、１μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、１.２μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で用いて成長を行っ
た。
【００５５】引き続いて、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単結晶
膜２８を成長させた。原料ガスはＮＨ3、トリメチルア
ルミニウム、トリメチルガリウム、ビスシクロペンタジ
エチルマグネシウムをそれぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、１０
μｍｏｌ／ｍｉｎ、２４μｍｏｌ／ｍｉｎ、３.６μｍ
ｏｌ／ｍｉｎの流量で用い、４分間で２００ｎｍの膜厚
まで成長させた。このｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単結晶膜２
８の上に、ｐ型ＧａＮ単結晶膜２９を成長させた。成長
に用いた原料ガスは先のｎ型ＧａＮ単結晶膜２２と同様
であるが、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）に代え
て、ビスシクロペンタジエチルマグネシウムを３.６μ
ｍｏｌ／ｍｉｎの流量で用い、１００ｎｍの膜厚に成長
させた。
膜２８を成長させた。原料ガスはＮＨ3、トリメチルア
ルミニウム、トリメチルガリウム、ビスシクロペンタジ
エチルマグネシウムをそれぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、１０
μｍｏｌ／ｍｉｎ、２４μｍｏｌ／ｍｉｎ、３.６μｍ
ｏｌ／ｍｉｎの流量で用い、４分間で２００ｎｍの膜厚
まで成長させた。このｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単結晶膜２
８の上に、ｐ型ＧａＮ単結晶膜２９を成長させた。成長
に用いた原料ガスは先のｎ型ＧａＮ単結晶膜２２と同様
であるが、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐｐｍ）に代え
て、ビスシクロペンタジエチルマグネシウムを３.６μ
ｍｏｌ／ｍｉｎの流量で用い、１００ｎｍの膜厚に成長
させた。
【００５６】更に、このｐ型ＧａＮ単結晶膜２９上に、
ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜３０を成長させた。成
長に用いた原料ガスは、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐ
ｐｍ）に代えてビスシクロペンタジエチルマグネシウム
を３.６μｍｏｌ／ｍｉｎ流した以外、先のｎ型Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜２５の成長時と同様であり、８
分間で４００ｎｍの膜厚に成長させた。次に、前のｐ型
ＧａＮ単結晶膜２９の場合と同様にして、ｐ型ＧａＮ単
結晶膜３１を５００ｎｍの膜厚に成長させた。
ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜３０を成長させた。成
長に用いた原料ガスは、ＳｉＨ4（Ｈ2希釈、濃度１０ｐ
ｐｍ）に代えてビスシクロペンタジエチルマグネシウム
を３.６μｍｏｌ／ｍｉｎ流した以外、先のｎ型Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜２５の成長時と同様であり、８
分間で４００ｎｍの膜厚に成長させた。次に、前のｐ型
ＧａＮ単結晶膜２９の場合と同様にして、ｐ型ＧａＮ単
結晶膜３１を５００ｎｍの膜厚に成長させた。
【００５７】以上の各単結晶膜の成長を行った後、Ｎ2
雰囲気中にて全体を７００℃でアニール処理した。次
に、反応性ドライエッチングにより各窒化物単結晶膜を
部分的に加工することにより、下層のｎ型ＧａＮ単結晶
層２２の一部を表面に露出させた。その後、窒化アルミ
ニウム単結晶基板２１の（１０−１０）面を劈開し、共
振器を形成した後、最上層のｐ型ＧａＮ単結晶膜３１上
及び露出したｎ型ＧａＮ単結晶膜２２上にスパッタ法に
よりアルミニウムの電極３２、３３を形成して、ＬＤを
構成した。
雰囲気中にて全体を７００℃でアニール処理した。次
に、反応性ドライエッチングにより各窒化物単結晶膜を
部分的に加工することにより、下層のｎ型ＧａＮ単結晶
層２２の一部を表面に露出させた。その後、窒化アルミ
ニウム単結晶基板２１の（１０−１０）面を劈開し、共
振器を形成した後、最上層のｐ型ＧａＮ単結晶膜３１上
及び露出したｎ型ＧａＮ単結晶膜２２上にスパッタ法に
よりアルミニウムの電極３２、３３を形成して、ＬＤを
構成した。
【００５８】尚、各工程途中のサンプルをそれぞれ用意
し、ＲＨＥＥＤを用いて評価したところ、各層とも全て
ウルツ鉱型結晶構造を有する単結晶膜となっており、各
単結晶膜の（０００１）面が窒化アルミニウム単結晶基
板２１の（０００１）面に平行に成長していることが判
明した。
し、ＲＨＥＥＤを用いて評価したところ、各層とも全て
ウルツ鉱型結晶構造を有する単結晶膜となっており、各
単結晶膜の（０００１）面が窒化アルミニウム単結晶基
板２１の（０００１）面に平行に成長していることが判
明した。
【００５９】得られたＬＥＤの特性を室温にて評価した
ところ、４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半価幅が０.
９ｎｍのレーザ光の発光が確認された。また、１時間連
続して発光させたところ、素子性能に影響を与えるほど
の素子の温度上昇はなく、輝度の低下等の性能劣化は生
じなかった。
ところ、４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半価幅が０.
９ｎｍのレーザ光の発光が確認された。また、１時間連
続して発光させたところ、素子性能に影響を与えるほど
の素子の温度上昇はなく、輝度の低下等の性能劣化は生
じなかった。
【００６０】実施例３ 図４に示す低温成長バッファー層２３を形成しないこと
以外は上記実施例２と同様にして、図５に示す構造のＬ
Ｄを製造した。尚、図５に示すＬＤは、低温成長バッフ
ァー層２３が存在しない点を除いて実施例２における図
４のＬＤと同一構造である。
以外は上記実施例２と同様にして、図５に示す構造のＬ
Ｄを製造した。尚、図５に示すＬＤは、低温成長バッフ
ァー層２３が存在しない点を除いて実施例２における図
４のＬＤと同一構造である。
【００６１】この図５の構造のＬＤの特性を室温で評価
したところ、４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半価幅が
１.０ｎｍのレーザ光の発光が確認された。また、１時
間連続して発光させたが、素子性能に影響を与えるほど
の素子の温度上昇はなく、輝度の低下等の性能劣化は生
じなかった。この結果から、低温成長バッファー層を形
成しなくとも、これを形成した実施例２のＬＤと比べ
て、実用性能の点で大きな違いは認められないことが分
かった。
したところ、４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半価幅が
１.０ｎｍのレーザ光の発光が確認された。また、１時
間連続して発光させたが、素子性能に影響を与えるほど
の素子の温度上昇はなく、輝度の低下等の性能劣化は生
じなかった。この結果から、低温成長バッファー層を形
成しなくとも、これを形成した実施例２のＬＤと比べ
て、実用性能の点で大きな違いは認められないことが分
かった。
【００６２】比較例１ 図６に示すように、サファイア単結晶の（０００１）面
からなるサファイア単結晶基板４１を用い、且つ共振器
をドライエッチングで形成した以外は、上記実施例２と
同様にして、ＬＤの形成を行った。即ち、図６に示すＬ
Ｄは、基板の材質と共振面の形成方法が異なる以外、実
施例２における図４のＬＤと同一構造である。
からなるサファイア単結晶基板４１を用い、且つ共振器
をドライエッチングで形成した以外は、上記実施例２と
同様にして、ＬＤの形成を行った。即ち、図６に示すＬ
Ｄは、基板の材質と共振面の形成方法が異なる以外、実
施例２における図４のＬＤと同一構造である。
【００６３】このＬＤの特性を室温にて評価したとこ
ろ、４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半価幅が１.８ｎ
ｍのレーザ光の発光が確認されたが、１０分間の連続発
光で明らかな輝度の低下が生じた。
ろ、４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半価幅が１.８ｎ
ｍのレーザ光の発光が確認されたが、１０分間の連続発
光で明らかな輝度の低下が生じた。
【００６４】実施例４ 基板とする窒化アルミニウム単結晶を合成する際に、使
用するＳｉＣ単結晶基板を６Ｈ−ＳｉＣの（１０−１
０）面とした以外は前記実施例１と同様にして、窒化ア
ルミニウム単結晶の（１０−１０）面を合成した。この
窒化アルミニウム（１０−１０）面を基板として用い、
（０００１）面で劈開した以外は前記実施例２と同様に
して、図４に示す構造のＬＤを製造した。
用するＳｉＣ単結晶基板を６Ｈ−ＳｉＣの（１０−１
０）面とした以外は前記実施例１と同様にして、窒化ア
ルミニウム単結晶の（１０−１０）面を合成した。この
窒化アルミニウム（１０−１０）面を基板として用い、
（０００１）面で劈開した以外は前記実施例２と同様に
して、図４に示す構造のＬＤを製造した。
【００６５】このＬＤの特性を室温で評価したところ、
４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半値幅が０.６ｎｍの
レーザ光の発光が得られた。この結果から、窒化アルミ
ニウム単結晶基板に（１０−１０）面を用いて、（００
０１）面の劈開で共振器を構成することによって、発光
スペクトルの半値幅がより一層狭いＬＤを形成でき、共
振面の形成に（０００１）面を用いることが好ましいこ
とが分かった。
４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半値幅が０.６ｎｍの
レーザ光の発光が得られた。この結果から、窒化アルミ
ニウム単結晶基板に（１０−１０）面を用いて、（００
０１）面の劈開で共振器を構成することによって、発光
スペクトルの半値幅がより一層狭いＬＤを形成でき、共
振面の形成に（０００１）面を用いることが好ましいこ
とが分かった。
【００６６】実施例５ 基板とする窒化アルミニウム単結晶を合成する際に、使
用するＳｉＣ単結晶基板を６Ｈ−ＳｉＣの（０００１）
面とし、窒化アルミニウム単結晶の成長時間を５０分及
び１時間とした以外は前記実施例１と同様にして、窒化
アルミニウム単結晶の（０００１）面をそれぞれ合成し
た。得られた各窒化アルミニウム単結晶は、厚みがそれ
ぞれ２９０ｎｍ及び３４０ｎｍであり、（０００２）面
のロッキングカーブをＣｕ−Ｋα線によるガリウム（１
１０）面を用いた４結晶法で測定した半値幅はそれぞれ
１.７分及び１.２分であった。
用するＳｉＣ単結晶基板を６Ｈ−ＳｉＣの（０００１）
面とし、窒化アルミニウム単結晶の成長時間を５０分及
び１時間とした以外は前記実施例１と同様にして、窒化
アルミニウム単結晶の（０００１）面をそれぞれ合成し
た。得られた各窒化アルミニウム単結晶は、厚みがそれ
ぞれ２９０ｎｍ及び３４０ｎｍであり、（０００２）面
のロッキングカーブをＣｕ−Ｋα線によるガリウム（１
１０）面を用いた４結晶法で測定した半値幅はそれぞれ
１.７分及び１.２分であった。
【００６７】これらの厚みの異なる各窒化アルミニウム
単結晶の（０００１）面を基板として用い、前記実施例
２と同様にして図４に示す構造のＬＤをそれぞれ製造し
た。得られた各ＬＤの特性を室温で評価したところ、共
に４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半値幅がそれぞれ
１.６ｎｍ及び１.５ｎｍのレーザ光の発光が得られた。
更に、２４時間発光させた後、再び半値幅を測定する
と、それぞれ１.８ｎｍ及び１.５ｎｍとなった。
単結晶の（０００１）面を基板として用い、前記実施例
２と同様にして図４に示す構造のＬＤをそれぞれ製造し
た。得られた各ＬＤの特性を室温で評価したところ、共
に４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半値幅がそれぞれ
１.６ｎｍ及び１.５ｎｍのレーザ光の発光が得られた。
更に、２４時間発光させた後、再び半値幅を測定する
と、それぞれ１.８ｎｍ及び１.５ｎｍとなった。
【００６８】これらの結果から、窒化アルミニウム単結
晶基板のロッキングカーブの半値幅が１.５分を越える
基板（厚み２９０ｎｍ）を用いたＬＤでは、発光スペク
トルの半値幅が広く、しかも発光特性に経時変化が見ら
れる傾向があるため、単結晶基板のロッキングカーブ半
値幅は１.５分以下が好ましいことが分かった。また、
窒化アルミニウム単結晶基板の厚みを３００μｍ以上に
することで、結晶性の良い単結晶が得られることが分か
った。
晶基板のロッキングカーブの半値幅が１.５分を越える
基板（厚み２９０ｎｍ）を用いたＬＤでは、発光スペク
トルの半値幅が広く、しかも発光特性に経時変化が見ら
れる傾向があるため、単結晶基板のロッキングカーブ半
値幅は１.５分以下が好ましいことが分かった。また、
窒化アルミニウム単結晶基板の厚みを３００μｍ以上に
することで、結晶性の良い単結晶が得られることが分か
った。
【００６９】実施例６ 基板とする窒化アルミニウム単結晶を合成する際に、Ａ
ｌＮに対するＴｉＯ2のモル比を０.００１、０.２、及
び１０となるように変化させた混合粉末を用い、使用す
るＳｉＣ単結晶基板を６Ｈ−ＳｉＣの（０００１）面と
し、混合粉末の周囲の温度を１９００℃とした以外は前
記実施例１と同様にして、窒化アルミニウム単結晶の
（０００１）面を合成した。得られた各単結晶中に含ま
れるＴｉの含有量は、それぞれ窒素以外の成分の８ｐｐ
ｂ、０.０６モル％、及び０.１５モル％であった。
ｌＮに対するＴｉＯ2のモル比を０.００１、０.２、及
び１０となるように変化させた混合粉末を用い、使用す
るＳｉＣ単結晶基板を６Ｈ−ＳｉＣの（０００１）面と
し、混合粉末の周囲の温度を１９００℃とした以外は前
記実施例１と同様にして、窒化アルミニウム単結晶の
（０００１）面を合成した。得られた各単結晶中に含ま
れるＴｉの含有量は、それぞれ窒素以外の成分の８ｐｐ
ｂ、０.０６モル％、及び０.１５モル％であった。
【００７０】これらのＴｉ含有量の異なる各窒化アルミ
ニウム単結晶の（０００１）面を基板として用い、前記
実施例２と同様にして図４に示す構造のＬＤをそれぞれ
製造した。得られた各ＬＤの特性を室温で評価したとこ
ろ、共に４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半値幅がそれ
ぞれ０.８ｎｍ、１.０ｎｍ及び１.９ｎｍのレーザ光の
発光が確認された。更に、２４時間発光させた後、再び
半値幅を測定すると、それぞれ１.５ｎｍ、１.０ｎｍ及
び１.９ｎｍとなった。
ニウム単結晶の（０００１）面を基板として用い、前記
実施例２と同様にして図４に示す構造のＬＤをそれぞれ
製造した。得られた各ＬＤの特性を室温で評価したとこ
ろ、共に４２０ｎｍにピーク波長を持ち、半値幅がそれ
ぞれ０.８ｎｍ、１.０ｎｍ及び１.９ｎｍのレーザ光の
発光が確認された。更に、２４時間発光させた後、再び
半値幅を測定すると、それぞれ１.５ｎｍ、１.０ｎｍ及
び１.９ｎｍとなった。
【００７１】これらの結果から、遷移金属であるＴｉの
含有量が１０ｐｐｂ未満の窒化アルミニウム単結晶基板
に形成したＬＤは発光特性に経時変化が認められ、また
同含有量が０.１モル％を越える基板に形成したＬＤは
発光の半値幅が広くなる傾向があることが分かった。こ
のことから、窒化アルミニウム単結晶基板中の遷移金属
であるチタンの含有量は、１０ｐｐｂ以上０.１モル％
以下が好ましいことが分かった。
含有量が１０ｐｐｂ未満の窒化アルミニウム単結晶基板
に形成したＬＤは発光特性に経時変化が認められ、また
同含有量が０.１モル％を越える基板に形成したＬＤは
発光の半値幅が広くなる傾向があることが分かった。こ
のことから、窒化アルミニウム単結晶基板中の遷移金属
であるチタンの含有量は、１０ｐｐｂ以上０.１モル％
以下が好ましいことが分かった。
【００７２】実施例７ 前記実施例１と同じ窒化アルミニウム単結晶の（０００
１）面を基板として用い、図７に示す構造を有するＡｌ
0.5Ｇａ0.5Ｎのｐ−ｎ接合ダイオードを形成した。即
ち、図７に示すように、前記の窒化アルミニウム単結晶
基板２１の表面に、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３４
を形成し、引き続きその上にｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結
晶膜３５を形成した後、電極３６、３７を設けてダイオ
ードを構成した。
１）面を基板として用い、図７に示す構造を有するＡｌ
0.5Ｇａ0.5Ｎのｐ−ｎ接合ダイオードを形成した。即
ち、図７に示すように、前記の窒化アルミニウム単結晶
基板２１の表面に、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３４
を形成し、引き続きその上にｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結
晶膜３５を形成した後、電極３６、３７を設けてダイオ
ードを構成した。
【００７３】上記各III−Ｖ族窒化物単結晶膜の成長
は、ＭＯＣＶＤ法を用い、大気圧下で下記のごとく行っ
た。最初に、窒化アルミニウム単結晶基板２１上に、基
板温度１０００℃にてｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３
４を成長させた。その際、キャリアガスとしてＨ2を１
０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料ガスとしてＮＨ3、トリメ
チルアルミニウム、トリメチルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2
希釈、濃度１０ｐｐｍ）をそれぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、
１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、１６μｍｏｌ／ｍｉｎ、４ｎｍ
ｏｌ／ｍｉｎの流量で反応室内に導入し、３分間で３０
０ｎｍの膜厚に成長させた。
は、ＭＯＣＶＤ法を用い、大気圧下で下記のごとく行っ
た。最初に、窒化アルミニウム単結晶基板２１上に、基
板温度１０００℃にてｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３
４を成長させた。その際、キャリアガスとしてＨ2を１
０ｌ／ｍｉｎの流量で、原料ガスとしてＮＨ3、トリメ
チルアルミニウム、トリメチルガリウム、ＳｉＨ4（Ｈ2
希釈、濃度１０ｐｐｍ）をそれぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、
１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、１６μｍｏｌ／ｍｉｎ、４ｎｍ
ｏｌ／ｍｉｎの流量で反応室内に導入し、３分間で３０
０ｎｍの膜厚に成長させた。
【００７４】次に、基板温度を１０００℃に保ったま
ま、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３５を成長させた。
その際、原料ガスとしてＮＨ3、トリメチルアルミニウ
ム、トリメチルガリウム、ビスシクロペンタジエチルマ
グネシウムを、それぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、１０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、１５μｍｏｌ／ｍｉｎ、３.６ｎｍｏｌ／
ｍｉｎの流量で用い、４分間で３２０ｎｍの膜厚に成長
させた。
ま、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３５を成長させた。
その際、原料ガスとしてＮＨ3、トリメチルアルミニウ
ム、トリメチルガリウム、ビスシクロペンタジエチルマ
グネシウムを、それぞれ４.０ｌ／ｍｉｎ、１０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、１５μｍｏｌ／ｍｉｎ、３.６ｎｍｏｌ／
ｍｉｎの流量で用い、４分間で３２０ｎｍの膜厚に成長
させた。
【００７５】以上の各単結晶膜３４、３５の成長を行っ
た後、反応性ドライエッチングにより各単結晶膜３４、
３５を部分的に加工することにより、下層のｎ型Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３４の一部を表面に露出させた。
その後、この露出させたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜
３４上及び最上層のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３５
上に、スパッタリング法によりチタンの電極３６、３７
をそれぞれ形成して、ダイオードを構成した。
た後、反応性ドライエッチングにより各単結晶膜３４、
３５を部分的に加工することにより、下層のｎ型Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３４の一部を表面に露出させた。
その後、この露出させたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜
３４上及び最上層のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜３５
上に、スパッタリング法によりチタンの電極３６、３７
をそれぞれ形成して、ダイオードを構成した。
【００７６】得られたダイオードの電気的特性を評価し
たところ、室温で良好な整流特性が得られ、ダイオード
として動作していることが確認された。更に、温度を２
００℃まで上昇させて同様の動作テストを行った結果、
整流特性が確認され、高温下でもダイオードとして動作
することが分かった。このことから、窒化アルミニウム
単結晶基板は、ダイオードを構成するのにも適している
ことが分かった。
たところ、室温で良好な整流特性が得られ、ダイオード
として動作していることが確認された。更に、温度を２
００℃まで上昇させて同様の動作テストを行った結果、
整流特性が確認され、高温下でもダイオードとして動作
することが分かった。このことから、窒化アルミニウム
単結晶基板は、ダイオードを構成するのにも適している
ことが分かった。
【００７７】比較例２ 図８に示すようにサファイア単結晶の（０００１）面か
らなるサファイア単結晶基板４１を用いた以外は、上記
実施例７と同様にしてダイオードを作成した。即ち、図
８に示すダイオードは、基板の材質が異なる以外、実施
例７における図７のダイオードと同一の構造である。
らなるサファイア単結晶基板４１を用いた以外は、上記
実施例７と同様にしてダイオードを作成した。即ち、図
８に示すダイオードは、基板の材質が異なる以外、実施
例７における図７のダイオードと同一の構造である。
【００７８】このダイオードの電気的特性を評価したと
ころ、室温では整流特性が得られダイオードとして同一
することが確認できたが、温度を２００℃に上昇させて
同様の動作テストを行った結果、整流特性は確認できな
かった。
ころ、室温では整流特性が得られダイオードとして同一
することが確認できたが、温度を２００℃に上昇させて
同様の動作テストを行った結果、整流特性は確認できな
かった。
【００７９】
【発明の効果】本発明によれば、III−Ｖ族窒化物と格
子定数及び熱膨張係数が整合していて、劈開面をもち、
放熱性が良好な大型の窒化アルミニウム単結晶基板を用
いることにより、その上に結晶性の良好なIII−Ｖ族窒
化物単結晶膜を成長させることができ、III−Ｖ族窒化
物を用いた半導体素子、例えば連続発振可能な短波長の
発光素子、受光素子、高温半導体素子、高速半導体素子
などを提供することができる。
子定数及び熱膨張係数が整合していて、劈開面をもち、
放熱性が良好な大型の窒化アルミニウム単結晶基板を用
いることにより、その上に結晶性の良好なIII−Ｖ族窒
化物単結晶膜を成長させることができ、III−Ｖ族窒化
物を用いた半導体素子、例えば連続発振可能な短波長の
発光素子、受光素子、高温半導体素子、高速半導体素子
などを提供することができる。
【００８０】また、本発明によれば、従来必要であった
低温成長バッファー層が不要になるうえ、ヒートシンク
を取り付ける必要のない放熱性に優れた半導体素子を提
供することができ、特にIII−Ｖ族窒化物を用いた発光
ダイオードやレーザーダイオードなどの発光素子を実現
することが可能となり、レーザーダイオードでは基板の
劈開を利用して共振器を作ることができる。
低温成長バッファー層が不要になるうえ、ヒートシンク
を取り付ける必要のない放熱性に優れた半導体素子を提
供することができ、特にIII−Ｖ族窒化物を用いた発光
ダイオードやレーザーダイオードなどの発光素子を実現
することが可能となり、レーザーダイオードでは基板の
劈開を利用して共振器を作ることができる。
【図１】本発明の半導体素子の要部を示す概略の断面図
である。
である。
【図２】実施例１における窒化アルミニウム単結晶基板
の製造に用いた加熱炉を示す概略の断面図である。
の製造に用いた加熱炉を示す概略の断面図である。
【図３】実施例１の発光ダイオードの構造を示す概略の
断面図である。
断面図である。
【図４】実施例２のレーザーダイオードの構造を示す概
略の断面図である。
略の断面図である。
【図５】実施例３のレーザーダイオードの構造を示す概
略の断面図である。
略の断面図である。
【図６】比較例１のレーザーダイオードの構造を示す概
略の断面図である。
略の断面図である。
【図７】実施例７のダイオードの構造を示す概略の断面
図である。
図である。
【図８】比較例２のダイオードの構造を示す概略の断面
図である。
図である。
１ 窒化アルミニウム単結晶基板 ２ III−Ｖ族窒化物単結晶膜 ３ 加熱炉 ４ 誘導加熱コイル ５ 断熱材マッフル ６ 黒鉛坩堝 ７ ＢＮ坩堝 ９ 混合粉末 １０ 基板 １１ 窒化アルミニウム単結晶基板 １２ ｎ型ＧａＮ単結晶膜 １３ ｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層 １４ ｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶膜 １５ ｐ型ＧａＮ単結晶膜 １６、１７ 電極 ２１ 窒化アルミニウム単結晶基板 ２２ ｎ型ＧａＮ単結晶膜 ２３ ｎ型ＧａＮ低温成長バッファー層 ２４ ｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ単結晶膜 ２５ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜 ２６ ｎ型ＧａＮ単結晶膜 ２７ Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ量子井
戸構造 ２８ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単結晶膜 ２９ ｐ型ＧａＮ単結晶膜 ３０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜 ３１ ｐ型ＧａＮ単結晶膜 ３２、３３ 電極 ３４ ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜 ３５ ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜 ３６、３６ 電極 ４１ サファイア単結晶基板
戸構造 ２８ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単結晶膜 ２９ ｐ型ＧａＮ単結晶膜 ３０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ単結晶膜 ３１ ｐ型ＧａＮ単結晶膜 ３２、３３ 電極 ３４ ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜 ３５ ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶膜 ３６、３６ 電極 ４１ サファイア単結晶基板
Claims (10)
- 【請求項１】 窒化アルミニウム単結晶基板と、該基板
上に直接形成された窒化ガリウム、窒化アルミニウム、
窒化ホウ素、窒化インジウム及びこれらの物質からなる
混晶の中から選ばれた少なくとも１種のIII−Ｖ族窒化
物の単結晶膜とを備えることを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 前記単結晶膜が窒化アルミニウム基板上
に、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒
化インジウム及びこれらの物質からなる混晶の中から選
ばれた少なくとも１種のIII−Ｖ族窒化物の低温成長バ
ッファー層を介して形成されていることを特徴とする、
請求項１に記載の半導体素子。 - 【請求項３】 窒化アルミニウム単結晶基板のＸ線回折
におけるロッキングカーブの半値幅が１.５分以下であ
ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体素
子。 - 【請求項４】 窒化アルミニウム単結晶基板の厚みが３
００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３の
いずれかに記載の半導体素子。 - 【請求項５】 窒化アルミニウム単結晶基板が１０ｐｐ
ｂ以上０.１モル以下の遷移金属を含有することを特徴
とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子。 - 【請求項６】 遷移金属がチタンであることを特徴とす
る、請求項５に記載の半導体素子。 - 【請求項７】 前記半導体素子が、発光ダイオード又は
レーザーダイオードであることを特徴とする、請求項１
〜６のいずれかに記載の半導体素子。 - 【請求項８】 レーザーダイオードの共振面が、窒化ア
ルミニウム単結晶基板とIII−Ｖ族窒化物単結晶膜の劈
開によって形成されることを特徴とする、請求項７に記
載の半導体素子。 - 【請求項９】 レーザーダイオードを構成する窒化アル
ミニウム単結晶基板の面方位が（０００１）面であるこ
とを特徴とする、請求項７又は８に記載の半導体素子。 - 【請求項１０】 レーザーダイオードを構成する窒化ア
ルミニウム単結晶基板の面方位が（１０−１０）面、又
は（１１−２０）面であることを特徴とする、請求項７
又は８に記載の半導体素子。
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Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000174392A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-23 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2001230497A (ja) * | 1999-12-06 | 2001-08-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化物半導体装置 |
| US6462354B1 (en) | 1999-05-24 | 2002-10-08 | Sony Corporation | Semiconductor device and semiconductor light emitting device |
| JP2004047763A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体の製造方法および半導体ウェハならびに半導体デバイス |
| JP2004047762A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体の製造方法および半導体ウェハならびに半導体デバイス |
| JP2008098512A (ja) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体構造 |
| JP2008211235A (ja) * | 1996-06-25 | 2008-09-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体素子 |
| JP2009206226A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| US7687822B2 (en) | 2003-08-26 | 2010-03-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light emitting apparatus |
| JP2010212611A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子 |
| JP2011049610A (ja) * | 2010-12-10 | 2011-03-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＡｌＮ結晶の表面処理方法、ＡｌＮ結晶基板、エピタキシャル層付ＡｌＮ結晶基板および半導体デバイス |
| WO2011108738A1 (ja) * | 2010-03-01 | 2011-09-09 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体素子およびその製造方法 |
| WO2014156191A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 旭化成株式会社 | 半導体発光素子の製造方法、および半導体発光素子 |
| JP2015185831A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 旭化成株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
Families Citing this family (59)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5679152A (en) * | 1994-01-27 | 1997-10-21 | Advanced Technology Materials, Inc. | Method of making a single crystals Ga*N article |
| JPH10335750A (ja) * | 1997-06-03 | 1998-12-18 | Sony Corp | 半導体基板および半導体装置 |
| JP4119501B2 (ja) * | 1997-07-10 | 2008-07-16 | ローム株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP3043689B2 (ja) * | 1997-11-17 | 2000-05-22 | 日本ピラー工業株式会社 | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法 |
| EP1099258B1 (de) | 1998-06-30 | 2013-08-14 | OSRAM Opto Semiconductors GmbH | Lichtquelle zur erzeugung sichtbaren lichts |
| AU1626400A (en) * | 1998-11-16 | 2000-06-05 | Emcore Corporation | Iii-nitride quantum well structures with indium-rich clusters and methods of making the same |
| US6636538B1 (en) * | 1999-03-29 | 2003-10-21 | Cutting Edge Optronics, Inc. | Laser diode packaging |
| US6713789B1 (en) * | 1999-03-31 | 2004-03-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and method of producing the same |
| JP2001168388A (ja) * | 1999-09-30 | 2001-06-22 | Sharp Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体チップ及びその製造方法ならびに窒化ガリウム系化合物半導体ウエハー |
| DE19953839A1 (de) * | 1999-11-09 | 2001-05-10 | Paul Drude Inst Fuer Festkoerp | Hocheffiziente UV-Emitter auf Nitridhalbleiterbasis |
| JP3659101B2 (ja) * | 1999-12-13 | 2005-06-15 | 富士ゼロックス株式会社 | 窒化物半導体素子及びその製造方法 |
| US6486499B1 (en) * | 1999-12-22 | 2002-11-26 | Lumileds Lighting U.S., Llc | III-nitride light-emitting device with increased light generating capability |
| US6596079B1 (en) * | 2000-03-13 | 2003-07-22 | Advanced Technology Materials, Inc. | III-V nitride substrate boule and method of making and using the same |
| JP3968968B2 (ja) * | 2000-07-10 | 2007-08-29 | 住友電気工業株式会社 | 単結晶ＧａＮ基板の製造方法 |
| US6599362B2 (en) | 2001-01-03 | 2003-07-29 | Sandia Corporation | Cantilever epitaxial process |
| US6773504B2 (en) * | 2001-04-12 | 2004-08-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Oxygen doping method to gallium nitride single crystal substrate and oxygen-doped N-type gallium nitride freestanding single crystal substrate |
| US8633093B2 (en) | 2001-04-12 | 2014-01-21 | Sumitomo Electric Industries Ltd. | Oxygen doping method to gallium nitride single crystal substrate |
| US6888867B2 (en) * | 2001-08-08 | 2005-05-03 | Nobuhiko Sawaki | Semiconductor laser device and fabrication method thereof |
| JP2003059835A (ja) * | 2001-08-13 | 2003-02-28 | Sony Corp | 窒化物半導体の成長方法 |
| US7211146B2 (en) * | 2001-09-21 | 2007-05-01 | Crystal Is, Inc. | Powder metallurgy crucible for aluminum nitride crystal growth |
| US6955858B2 (en) * | 2001-12-07 | 2005-10-18 | North Carolina State University | Transition metal doped ferromagnetic III-V nitride material films and methods of fabricating the same |
| US20060005763A1 (en) * | 2001-12-24 | 2006-01-12 | Crystal Is, Inc. | Method and apparatus for producing large, single-crystals of aluminum nitride |
| US8545629B2 (en) | 2001-12-24 | 2013-10-01 | Crystal Is, Inc. | Method and apparatus for producing large, single-crystals of aluminum nitride |
| US7638346B2 (en) * | 2001-12-24 | 2009-12-29 | Crystal Is, Inc. | Nitride semiconductor heterostructures and related methods |
| US6878975B2 (en) * | 2002-02-08 | 2005-04-12 | Agilent Technologies, Inc. | Polarization field enhanced tunnel structures |
| JP4307113B2 (ja) * | 2002-03-19 | 2009-08-05 | 宣彦 澤木 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP4457564B2 (ja) * | 2002-04-26 | 2010-04-28 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| EP1712662A4 (en) * | 2003-06-30 | 2009-12-02 | Kenichiro Miyahara | SUBSTRATE FOR THE MANUFACTURE OF THIN FILMS, SUBSTRATE FOR THIN FILMS AND LIGHT EMITTING ELEMENT |
| US7250360B2 (en) * | 2005-03-02 | 2007-07-31 | Cornell Research Foundation, Inc. | Single step, high temperature nucleation process for a lattice mismatched substrate |
| KR101172091B1 (ko) * | 2005-10-06 | 2012-08-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 피형 질화물 반도체 및 그 제조 방법 |
| JP2009517329A (ja) * | 2005-11-28 | 2009-04-30 | クリスタル・イズ，インコーポレイテッド | 低欠陥の大きな窒化アルミニウム結晶及びそれを製造する方法 |
| JP5281408B2 (ja) | 2005-12-02 | 2013-09-04 | クリスタル・イズ，インコーポレイテッド | ドープされた窒化アルミニウム結晶及びそれを製造する方法 |
| RU2315135C2 (ru) | 2006-02-06 | 2008-01-20 | Владимир Семенович Абрамов | Метод выращивания неполярных эпитаксиальных гетероструктур на основе нитридов элементов iii группы |
| US9034103B2 (en) * | 2006-03-30 | 2015-05-19 | Crystal Is, Inc. | Aluminum nitride bulk crystals having high transparency to ultraviolet light and methods of forming them |
| EP2918708B1 (en) * | 2006-03-30 | 2019-10-30 | Crystal Is, Inc. | Method for annealing of aluminium nitride wafer |
| KR101094913B1 (ko) * | 2006-06-09 | 2011-12-16 | 소이텍 | Iii-v 족 반도체 물질을 형성하기 위한 제조 공정 시스템 |
| US20100224890A1 (en) * | 2006-09-18 | 2010-09-09 | Cree, Inc. | Light emitting diode chip with electrical insulation element |
| JP5575482B2 (ja) | 2006-11-22 | 2014-08-20 | ソイテック | 単結晶ｉｉｉ−ｖ族半導体材料のエピタキシャル堆積法、及び堆積システム |
| US20090223441A1 (en) * | 2006-11-22 | 2009-09-10 | Chantal Arena | High volume delivery system for gallium trichloride |
| EP2094406B1 (en) | 2006-11-22 | 2015-10-14 | Soitec | Method, apparatus and gate valve assembly for forming monocrystalline group iii-v semiconductor material |
| JP5656184B2 (ja) | 2006-11-22 | 2015-01-21 | ソイテック | 三塩化ガリウムの噴射方式 |
| US9580836B2 (en) | 2006-11-22 | 2017-02-28 | Soitec | Equipment for high volume manufacture of group III-V semiconductor materials |
| US9481944B2 (en) | 2006-11-22 | 2016-11-01 | Soitec | Gas injectors including a funnel- or wedge-shaped channel for chemical vapor deposition (CVD) systems and CVD systems with the same |
| US9481943B2 (en) | 2006-11-22 | 2016-11-01 | Soitec | Gallium trichloride injection scheme |
| WO2008064077A2 (en) * | 2006-11-22 | 2008-05-29 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Methods for high volume manufacture of group iii-v semiconductor materials |
| JP2009123718A (ja) * | 2007-01-16 | 2009-06-04 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体素子及びその製造方法、ｉｉｉ族窒化物化合物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ |
| US9771666B2 (en) | 2007-01-17 | 2017-09-26 | Crystal Is, Inc. | Defect reduction in seeded aluminum nitride crystal growth |
| CN107059116B (zh) | 2007-01-17 | 2019-12-31 | 晶体公司 | 引晶的氮化铝晶体生长中的缺陷减少 |
| US8080833B2 (en) | 2007-01-26 | 2011-12-20 | Crystal Is, Inc. | Thick pseudomorphic nitride epitaxial layers |
| CN101652832B (zh) * | 2007-01-26 | 2011-06-22 | 晶体公司 | 厚的赝晶氮化物外延层 |
| US8088220B2 (en) * | 2007-05-24 | 2012-01-03 | Crystal Is, Inc. | Deep-eutectic melt growth of nitride crystals |
| DE102007038988A1 (de) | 2007-08-17 | 2009-02-19 | Robert Bosch Gmbh | Stator einer elektrischen Maschine |
| US8383439B2 (en) * | 2007-10-25 | 2013-02-26 | Showa Denko K.K. | Apparatus for manufacturing group-III nitride semiconductor layer, method of manufacturing group-III nitride semiconductor layer, group-III nitride semiconductor light-emitting device, method of manufacturing group-III nitride semiconductor light-emitting device, and lamp |
| JP2011508428A (ja) * | 2007-12-20 | 2011-03-10 | エス． オー． アイ． テック シリコン オン インシュレーター テクノロジーズ | 半導体材料を大量生産するためのｉｎ−ｓｉｔｕチャンバ洗浄プロセスの方法 |
| US20100314551A1 (en) * | 2009-06-11 | 2010-12-16 | Bettles Timothy J | In-line Fluid Treatment by UV Radiation |
| CN105951177B (zh) | 2010-06-30 | 2018-11-02 | 晶体公司 | 使用热梯度控制的大块氮化铝单晶的生长 |
| JP5100919B2 (ja) * | 2011-03-22 | 2012-12-19 | 日本碍子株式会社 | 窒化ガリウム層の製造方法およびこれに用いる種結晶基板 |
| US8962359B2 (en) | 2011-07-19 | 2015-02-24 | Crystal Is, Inc. | Photon extraction from nitride ultraviolet light-emitting devices |
| US20150280057A1 (en) | 2013-03-15 | 2015-10-01 | James R. Grandusky | Methods of forming planar contacts to pseudomorphic electronic and optoelectronic devices |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3565704A (en) * | 1967-12-19 | 1971-02-23 | Westinghouse Electric Corp | Aluminum nitride films and processes for producing the same |
| JP2664056B2 (ja) * | 1987-08-10 | 1997-10-15 | 住友電気工業株式会社 | 薄膜単結晶基板 |
| JPH08116092A (ja) * | 1994-08-26 | 1996-05-07 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子およびその製法 |
| US5693963A (en) * | 1994-09-19 | 1997-12-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compound semiconductor device with nitride |
| JPH09186404A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-07-15 | Fujitsu Ltd | ＧａＮ堆積ウエーハ及び光半導体装置 |
-
1997
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Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008211235A (ja) * | 1996-06-25 | 2008-09-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体素子 |
| JP2000174392A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-23 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| US6462354B1 (en) | 1999-05-24 | 2002-10-08 | Sony Corporation | Semiconductor device and semiconductor light emitting device |
| JP2001230497A (ja) * | 1999-12-06 | 2001-08-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化物半導体装置 |
| JP2004047763A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体の製造方法および半導体ウェハならびに半導体デバイス |
| JP2004047762A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体の製造方法および半導体ウェハならびに半導体デバイス |
| US7687822B2 (en) | 2003-08-26 | 2010-03-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light emitting apparatus |
| JP2008098512A (ja) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体構造 |
| JP2009206226A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP2010212611A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子 |
| WO2011108738A1 (ja) * | 2010-03-01 | 2011-09-09 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体素子およびその製造方法 |
| JP2011205082A (ja) * | 2010-03-01 | 2011-10-13 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 半導体素子およびその製造方法 |
| US8735938B2 (en) | 2010-03-01 | 2014-05-27 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Semiconductor device and method of producing the same |
| JP2011049610A (ja) * | 2010-12-10 | 2011-03-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＡｌＮ結晶の表面処理方法、ＡｌＮ結晶基板、エピタキシャル層付ＡｌＮ結晶基板および半導体デバイス |
| WO2014156191A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 旭化成株式会社 | 半導体発光素子の製造方法、および半導体発光素子 |
| KR20150122738A (ko) * | 2013-03-29 | 2015-11-02 | 아사히 가세이 가부시키가이샤 | 반도체 발광 소자의 제조 방법, 및 반도체 발광 소자 |
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