JPH11130597A - 転位線の伝搬方向の制御方法およびその用途 - Google Patents
転位線の伝搬方向の制御方法およびその用途Info
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- JPH11130597A JPH11130597A JP29304997A JP29304997A JPH11130597A JP H11130597 A JPH11130597 A JP H11130597A JP 29304997 A JP29304997 A JP 29304997A JP 29304997 A JP29304997 A JP 29304997A JP H11130597 A JPH11130597 A JP H11130597A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 転位線の伝搬方向を意図する方向に向かわせ
得る制御方法を提供し、その制御方法によって、好まし
いＧａＮ系結晶基材を形成する方法、さらにその用途を
提供することである。 【解決手段】 ベース基板面１上に、マスク領域１２と
非マスク領域１１とを形成するようにマスク層２を設け
る。非マスク領域からＧａＮ系結晶の結晶成長を開始
し、成長するＧａＮ系結晶の、Ｃ軸方向への成長速度と
Ｃ軸に垂直な方向への成長速度との比を制御することに
よって、転位線の伝搬方向を制御する。この方法を用い
てＧａＮ系結晶を成長させ、マスク領域上および／また
は非マスク領域上の意図する領域に、転位線の通過を回
避させてなる低転位のＧａＮ系結晶部分を形成し、Ｇａ
Ｎ系結晶基材を得る。さらにこの基材を、ベース基板と
して、また発光素子として用いる。
得る制御方法を提供し、その制御方法によって、好まし
いＧａＮ系結晶基材を形成する方法、さらにその用途を
提供することである。 【解決手段】 ベース基板面１上に、マスク領域１２と
非マスク領域１１とを形成するようにマスク層２を設け
る。非マスク領域からＧａＮ系結晶の結晶成長を開始
し、成長するＧａＮ系結晶の、Ｃ軸方向への成長速度と
Ｃ軸に垂直な方向への成長速度との比を制御することに
よって、転位線の伝搬方向を制御する。この方法を用い
てＧａＮ系結晶を成長させ、マスク領域上および／また
は非マスク領域上の意図する領域に、転位線の通過を回
避させてなる低転位のＧａＮ系結晶部分を形成し、Ｇａ
Ｎ系結晶基材を得る。さらにこの基材を、ベース基板と
して、また発光素子として用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＮ系結晶基材
の製造方法、特に、転位の伝搬方向を操作する技術と、
その用途に関する。
の製造方法、特に、転位の伝搬方向を操作する技術と、
その用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系結晶材料を用いた半導体発光素
子は近年高輝度のダイオード（ＬＥＤ）が実現されたの
を機会に研究が活発に行われており、半導体レーザの室
温連続発振の報告も聞かれる様になっている。これらＧ
ａＮ系半導体発光素子を作製する一般的な方法は、基板
としてサファイアの単結晶を用い、その上に低温でバッ
ファ層を成長し、その後ＧａＮ系結晶からなる発光部を
形成するといった手順が用いられている。
子は近年高輝度のダイオード（ＬＥＤ）が実現されたの
を機会に研究が活発に行われており、半導体レーザの室
温連続発振の報告も聞かれる様になっている。これらＧ
ａＮ系半導体発光素子を作製する一般的な方法は、基板
としてサファイアの単結晶を用い、その上に低温でバッ
ファ層を成長し、その後ＧａＮ系結晶からなる発光部を
形成するといった手順が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】結晶基板上にＧａＮ系
結晶層を成長させる場合、他の半導体の場合と同様、基
板とＧａＮ系結晶との格子定数が整合しない（格子不整
合）状態では転位などの欠陥が発生する。また、転位
は、不純物の混入や多層膜界面での歪み等の要因によっ
ても発生する。これら発生した転位は、結晶層が成長す
るにつれて層の厚みが増しても上方に継承され、転位線
（貫通転位）と呼ばれる連続した欠陥部分となる。
結晶層を成長させる場合、他の半導体の場合と同様、基
板とＧａＮ系結晶との格子定数が整合しない（格子不整
合）状態では転位などの欠陥が発生する。また、転位
は、不純物の混入や多層膜界面での歪み等の要因によっ
ても発生する。これら発生した転位は、結晶層が成長す
るにつれて層の厚みが増しても上方に継承され、転位線
（貫通転位）と呼ばれる連続した欠陥部分となる。
【０００４】転位線が発光特性や寿命に悪影響を及ぼす
ことは知られている。転位は結晶欠陥であるため非発光
再結合中心として働いたり、転位線が電流のパスとして
働き漏れ電流の原因になるなど、発光特性や寿命特性を
低下させる原因となる。
ことは知られている。転位は結晶欠陥であるため非発光
再結合中心として働いたり、転位線が電流のパスとして
働き漏れ電流の原因になるなど、発光特性や寿命特性を
低下させる原因となる。
【０００５】ＧａＮ系半導体発光素子、特にサファイア
結晶を基板として用いたものにおいては、基板とＧａＮ
系層との間に大きな格子不整合が存在するため転位密度
が１０10ｃｍ-2以上にもなることが知られており、これ
らが伝搬してなる転位線は活性層をも通過し、発光特性
や寿命特性の向上を阻害する要因となっていると考えら
れている。
結晶を基板として用いたものにおいては、基板とＧａＮ
系層との間に大きな格子不整合が存在するため転位密度
が１０10ｃｍ-2以上にもなることが知られており、これ
らが伝搬してなる転位線は活性層をも通過し、発光特性
や寿命特性の向上を阻害する要因となっていると考えら
れている。
【０００６】本発明の目的は、上記問題に鑑み、ベース
基板とＧａＮ系結晶層との界面において発生する転位線
の伝搬方向を意図する方向に向かわせ得る制御方法を提
供し、さらにその制御方法によって、基板上に成長させ
たＧａＮ系結晶層中に、転位線の通過を回避させて低転
位のＧａＮ系結晶部分を形成する方法を提供し、これら
の方法によって、得られる好ましい発光素子、ＧａＮ系
結晶基材を提供することである。
基板とＧａＮ系結晶層との界面において発生する転位線
の伝搬方向を意図する方向に向かわせ得る制御方法を提
供し、さらにその制御方法によって、基板上に成長させ
たＧａＮ系結晶層中に、転位線の通過を回避させて低転
位のＧａＮ系結晶部分を形成する方法を提供し、これら
の方法によって、得られる好ましい発光素子、ＧａＮ系
結晶基材を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の制御方法は、次
の特徴を有するものである。 （１）ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成長可能な
ベース基板面の一部または全部の領域に、マスク領域と
非マスク領域とを形成するようにマスク層を設け、マス
ク層の材料をそれ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結
晶が成長し得ない材料として、非マスク領域からＧａＮ
系結晶の結晶成長を開始し、成長するＧａＮ系結晶の、
Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への成長速度
との比を制御することによって、ＧａＮ系結晶中におけ
る転位線の伝搬方向を制御することを特徴とする、Ｇａ
Ｎ系結晶中における転位線の伝搬方向の制御方法。
の特徴を有するものである。 （１）ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成長可能な
ベース基板面の一部または全部の領域に、マスク領域と
非マスク領域とを形成するようにマスク層を設け、マス
ク層の材料をそれ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結
晶が成長し得ない材料として、非マスク領域からＧａＮ
系結晶の結晶成長を開始し、成長するＧａＮ系結晶の、
Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への成長速度
との比を制御することによって、ＧａＮ系結晶中におけ
る転位線の伝搬方向を制御することを特徴とする、Ｇａ
Ｎ系結晶中における転位線の伝搬方向の制御方法。
【０００８】（２）Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直
な方向への成長速度との比の制御が、マスク層の形成パ
ターン、結晶成長法、結晶成長時の雰囲気ガスの組合わ
せを選択することによってなされるものである上記
（１）記載の転位線の伝搬方向の制御方法。
な方向への成長速度との比の制御が、マスク層の形成パ
ターン、結晶成長法、結晶成長時の雰囲気ガスの組合わ
せを選択することによってなされるものである上記
（１）記載の転位線の伝搬方向の制御方法。
【０００９】また本発明のＧａＮ系結晶基材の製造方法
は次の特徴を有するものである。 （３）ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成長可能な
ベース基板面の一部または全部の領域に、マスク領域と
非マスク領域とを形成するようにマスク層を設け、マス
ク層の材料をそれ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結
晶が成長し得ない材料として、非マスク領域からＧａＮ
系結晶の結晶成長を開始し、成長するＧａＮ系結晶の、
Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への成長速度
との比を制御することによって、転位線の伝搬方向を制
御し、マスク領域上および／または非マスク領域上の意
図する領域に、転位線の通過を回避させてなる低転位の
ＧａＮ系結晶部分を形成することを特徴とするＧａＮ系
結晶基材の製造方法。
は次の特徴を有するものである。 （３）ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成長可能な
ベース基板面の一部または全部の領域に、マスク領域と
非マスク領域とを形成するようにマスク層を設け、マス
ク層の材料をそれ自身の表面からは実質的にＧａＮ系結
晶が成長し得ない材料として、非マスク領域からＧａＮ
系結晶の結晶成長を開始し、成長するＧａＮ系結晶の、
Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への成長速度
との比を制御することによって、転位線の伝搬方向を制
御し、マスク領域上および／または非マスク領域上の意
図する領域に、転位線の通過を回避させてなる低転位の
ＧａＮ系結晶部分を形成することを特徴とするＧａＮ系
結晶基材の製造方法。
【００１０】（４）Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直
な方向への成長速度との比の制御が、マスク層の形成パ
ターン、結晶成長法、結晶成長時の雰囲気ガスの組合わ
せを選択することによってなされるものである上記
（３）記載のＧａＮ系結晶基材の製造方法。
な方向への成長速度との比の制御が、マスク層の形成パ
ターン、結晶成長法、結晶成長時の雰囲気ガスの組合わ
せを選択することによってなされるものである上記
（３）記載のＧａＮ系結晶基材の製造方法。
【００１１】（５）結晶成長法が、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）である上記（４）記載のＧａＮ系結晶基
材の製造方法。
（ＭＯＣＶＤ）である上記（４）記載のＧａＮ系結晶基
材の製造方法。
【００１２】（６）結晶成長法が、ハイドライド気相エ
ピタキシャル成長法（ＨＶＰＥ）である上記（４）記載
のＧａＮ系結晶基材の製造方法。
ピタキシャル成長法（ＨＶＰＥ）である上記（４）記載
のＧａＮ系結晶基材の製造方法。
【００１３】（７）雰囲気ガスが、Ｎ2 および／または
Ｈ2 である上記（４）〜（６）のいずれかに記載のＧａ
Ｎ系結晶基材の製造方法。
Ｈ2 である上記（４）〜（６）のいずれかに記載のＧａ
Ｎ系結晶基材の製造方法。
【００１４】本発明のＧａＮ系半導体発光素子は、上記
（３）〜（７）のいずれかに記載のＧａＮ系結晶基材の
製造方法によって製造されたＧａＮ系結晶基材が用いら
れてなる半導体発光素子であって、該製造方法によって
ＧａＮ系結晶基材中に形成された、転位線の通過が回避
されてなる低転位のＧａＮ系結晶部分が、発光層におけ
る発光の中心部に位置していることを特徴とする。
（３）〜（７）のいずれかに記載のＧａＮ系結晶基材の
製造方法によって製造されたＧａＮ系結晶基材が用いら
れてなる半導体発光素子であって、該製造方法によって
ＧａＮ系結晶基材中に形成された、転位線の通過が回避
されてなる低転位のＧａＮ系結晶部分が、発光層におけ
る発光の中心部に位置していることを特徴とする。
【００１５】本発明のＧａＮ系結晶基材は、上記（３）
〜（７）のいずれかに記載のＧａＮ系結晶基材の製造方
法によって製造されたＧａＮ系結晶基材が新たにベース
基板として用いられ、前記製造方法によって伝搬方向を
制御されて該新たなベース基板の上面に到達する転位線
の終端を覆う部分だけにマスク層が設けられて、該新た
なベース基板の上面にマスク領域と非マスク領域とが形
成され、マスク層の材料はそれ自身の表面からは実質的
にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料であり、非マスク領
域から前記マスク層の上面を覆うまで成長した低転位の
ＧａＮ系結晶層を有することを特徴とする。
〜（７）のいずれかに記載のＧａＮ系結晶基材の製造方
法によって製造されたＧａＮ系結晶基材が新たにベース
基板として用いられ、前記製造方法によって伝搬方向を
制御されて該新たなベース基板の上面に到達する転位線
の終端を覆う部分だけにマスク層が設けられて、該新た
なベース基板の上面にマスク領域と非マスク領域とが形
成され、マスク層の材料はそれ自身の表面からは実質的
にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料であり、非マスク領
域から前記マスク層の上面を覆うまで成長した低転位の
ＧａＮ系結晶層を有することを特徴とする。
【００１６】
【作用】本明細書では、ＧａＮ系結晶やサファイア基板
などの六方格子結晶の格子面を４つのミラー指数（ｈｋ
ｉｌ）によって指定する場合があれば、記載の便宜上、
指数が負のときには、その指数の前にマイナス記号を付
けて表記するものとし、この負の指数に関する表記方法
以外は、一般的なミラー指数の表記方法に準じる。従っ
て、ＧａＮ系結晶の場合では、Ｃ軸に平行なプリズム面
（特異面）は６面あるが、例えば、その１つの面は（１
−１００）と表記し、６面を等価な面としてまとめる場
合には｛１−１００｝と表記する。また、前記｛１−１
００｝面に垂直でかつＣ軸に平行な面を等価的にまとめ
て｛１１−２０｝と表記する。また、（１−１００）面
に垂直な方向は〔１−１００〕、それと等価な方向の集
合を〈１−１００〉とし、（１１−２０）面に垂直な方
向は〔１１−２０〕、それと等価な方向の集合を〈１１
−２０〉と表記する。但し、図面にミラー指数を記入す
る場合があれば、指数が負のときには、その指数の上に
マイナス記号を付けて表記し、ミラー指数の一般的な表
記方法に全て準じる。
などの六方格子結晶の格子面を４つのミラー指数（ｈｋ
ｉｌ）によって指定する場合があれば、記載の便宜上、
指数が負のときには、その指数の前にマイナス記号を付
けて表記するものとし、この負の指数に関する表記方法
以外は、一般的なミラー指数の表記方法に準じる。従っ
て、ＧａＮ系結晶の場合では、Ｃ軸に平行なプリズム面
（特異面）は６面あるが、例えば、その１つの面は（１
−１００）と表記し、６面を等価な面としてまとめる場
合には｛１−１００｝と表記する。また、前記｛１−１
００｝面に垂直でかつＣ軸に平行な面を等価的にまとめ
て｛１１−２０｝と表記する。また、（１−１００）面
に垂直な方向は〔１−１００〕、それと等価な方向の集
合を〈１−１００〉とし、（１１−２０）面に垂直な方
向は〔１１−２０〕、それと等価な方向の集合を〈１１
−２０〉と表記する。但し、図面にミラー指数を記入す
る場合があれば、指数が負のときには、その指数の上に
マイナス記号を付けて表記し、ミラー指数の一般的な表
記方法に全て準じる。
【００１７】「マスク領域」と「非マスク領域」は、と
もにベース基板面（該ベース基板の表層がＧａＮ系結晶
の薄膜層である場合には該薄膜層の上面）中の領域であ
る。マスク層の上面の領域は、マスク領域に等しいもの
とみなし、同義として説明に用いる。
もにベース基板面（該ベース基板の表層がＧａＮ系結晶
の薄膜層である場合には該薄膜層の上面）中の領域であ
る。マスク層の上面の領域は、マスク領域に等しいもの
とみなし、同義として説明に用いる。
【００１８】本発明者らは、先にＧａＮ系結晶とサファ
イア結晶基板との格子定数及び熱膨張係数の違いに起因
するＧａＮ系結晶層のクラック対策として、図５（ａ）
に示すように、ベース基板１上に、格子状にパターニン
グしたマスク層２を設け、基板面が露出している領域１
１だけにＧａＮ系結晶層３０を成長させ、ベース基板面
全体に対してチップサイズのＧａＮ系結晶層３０を点在
させることによって、クラックを防止することを提案し
ている（特開平７−２７３３６７号公報）。
イア結晶基板との格子定数及び熱膨張係数の違いに起因
するＧａＮ系結晶層のクラック対策として、図５（ａ）
に示すように、ベース基板１上に、格子状にパターニン
グしたマスク層２を設け、基板面が露出している領域１
１だけにＧａＮ系結晶層３０を成長させ、ベース基板面
全体に対してチップサイズのＧａＮ系結晶層３０を点在
させることによって、クラックを防止することを提案し
ている（特開平７−２７３３６７号公報）。
【００１９】その後本発明者らがさらに研究を重ねた結
果、点在的に成長させたＧａＮ系結晶層３０をさらに成
長させると、図５（ｂ）に示すように、厚さ方向（Ｃ軸
方向）だけでなく、各ＧａＮ系結晶層３０からマスク層
２上へ向けての横方向（Ｃ軸に垂直な方向）へも成長が
行われることが確認された。しかも、横方向への成長速
度は、結晶方位によっては厚さ方向と同程度の高速な成
長が可能な場合もあり、結晶方位依存性が判明した。
果、点在的に成長させたＧａＮ系結晶層３０をさらに成
長させると、図５（ｂ）に示すように、厚さ方向（Ｃ軸
方向）だけでなく、各ＧａＮ系結晶層３０からマスク層
２上へ向けての横方向（Ｃ軸に垂直な方向）へも成長が
行われることが確認された。しかも、横方向への成長速
度は、結晶方位によっては厚さ方向と同程度の高速な成
長が可能な場合もあり、結晶方位依存性が判明した。
【００２０】このマスク層よりも上方への成長をさらに
進めると、厚み方向、横方向への成長がさらに継続さ
れ、図５（ｃ）に示す如く、ＧａＮ系結晶は、マスク領
域１２を完全に覆ってマスク層を埋め込み、非常に欠陥
の少ない平坦でクラックの無い大型且つ厚膜のＧａＮ系
結晶層３が得られる事を見いだした。
進めると、厚み方向、横方向への成長がさらに継続さ
れ、図５（ｃ）に示す如く、ＧａＮ系結晶は、マスク領
域１２を完全に覆ってマスク層を埋め込み、非常に欠陥
の少ない平坦でクラックの無い大型且つ厚膜のＧａＮ系
結晶層３が得られる事を見いだした。
【００２１】このとき、ＧａＮ系結晶層３中に存在する
転位線は、ベース基板を含む下地から継承するか、成長
界面で発生し、図５（ｃ）に示す如く、単に非マスク領
域から上方へ伝搬していくものと考えていた。
転位線は、ベース基板を含む下地から継承するか、成長
界面で発生し、図５（ｃ）に示す如く、単に非マスク領
域から上方へ伝搬していくものと考えていた。
【００２２】ところが、その後の本発明者等の研究によ
って、上記のようにマスク領域と非マスク領域とを形成
しそのマスク層を埋め込むまで結晶成長を行なう方法
（以下「埋め込み選択成長法」とも呼んで説明する）を
行う場合、マスク層の形成パターン、結晶成長法、結晶
成長時の雰囲気ガスの組合わせを選択することによっ
て、転位線の上方への伝搬方向が意図する方向を制御で
きることを見い出したのである。この制御方法によっ
て、マスク領域上、非マスク領域上のいずれの領域へも
転位線の継承方向を意図的に変化させることができるよ
うになった。換言すると、転位線の通過を回避させるこ
とによって、マスク領域上、非マスク領域上のいずれの
領域でも、低転位の部分とすることができるようになっ
たのである。転位線の伝搬方向を変化させるための要素
である、マスク層の形成パターン、結晶成長法、結晶成
長時の雰囲気ガスの組合わせの詳細については後述す
る。
って、上記のようにマスク領域と非マスク領域とを形成
しそのマスク層を埋め込むまで結晶成長を行なう方法
（以下「埋め込み選択成長法」とも呼んで説明する）を
行う場合、マスク層の形成パターン、結晶成長法、結晶
成長時の雰囲気ガスの組合わせを選択することによっ
て、転位線の上方への伝搬方向が意図する方向を制御で
きることを見い出したのである。この制御方法によっ
て、マスク領域上、非マスク領域上のいずれの領域へも
転位線の継承方向を意図的に変化させることができるよ
うになった。換言すると、転位線の通過を回避させるこ
とによって、マスク領域上、非マスク領域上のいずれの
領域でも、低転位の部分とすることができるようになっ
たのである。転位線の伝搬方向を変化させるための要素
である、マスク層の形成パターン、結晶成長法、結晶成
長時の雰囲気ガスの組合わせの詳細については後述す
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】先ず、本発明による転位線の伝搬
方向の制御方法は、図１（ａ）および図２（ａ）に示す
ように、ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成長可能
なベース基板面１の一部または全部の領域に、マスク領
域１２と非マスク領域１１とを形成するようにマスク層
２を設ける。マスク層の材料をそれ自身の表面からは実
質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料とする。ここま
では、本発明者等によって提案された「埋め込み選択成
長法」と同様である。
方向の制御方法は、図１（ａ）および図２（ａ）に示す
ように、ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成長可能
なベース基板面１の一部または全部の領域に、マスク領
域１２と非マスク領域１１とを形成するようにマスク層
２を設ける。マスク層の材料をそれ自身の表面からは実
質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料とする。ここま
では、本発明者等によって提案された「埋め込み選択成
長法」と同様である。
【００２４】このベース基板を用いて、非マスク領域か
らＧａＮ系結晶の結晶成長を開始する。このとき、Ｇａ
Ｎ系結晶を成長させるに際し、該ＧａＮ系結晶の、Ｃ軸
方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への成長速度との
比を制御することによって、結晶がマスク層よりも高く
成長する時の結晶表面の形態を、大きく分ければ、次の
（ａ）、（ｂ）のように変化させることができる。
らＧａＮ系結晶の結晶成長を開始する。このとき、Ｇａ
Ｎ系結晶を成長させるに際し、該ＧａＮ系結晶の、Ｃ軸
方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への成長速度との
比を制御することによって、結晶がマスク層よりも高く
成長する時の結晶表面の形態を、大きく分ければ、次の
（ａ）、（ｂ）のように変化させることができる。
【００２５】（ａ）Ｃ軸方向への成長速度を大きくとれ
ば、結晶成長時の表面の形態は、図１（ｂ）に示すよう
に、先ずピラミッド状となる。このように成長させるこ
とによって、転位線Ｌの伝搬を、同図のようにマスク領
域側に屈曲させることができる。さらに結晶成長を続け
ると、図１（ｃ）に示すように、隣合ったマスク領域か
らの結晶同士が合流し、平坦な上面の状態へと向かう。
このとき、転位線も結晶同士の合流面に沿って上方に向
かう。
ば、結晶成長時の表面の形態は、図１（ｂ）に示すよう
に、先ずピラミッド状となる。このように成長させるこ
とによって、転位線Ｌの伝搬を、同図のようにマスク領
域側に屈曲させることができる。さらに結晶成長を続け
ると、図１（ｃ）に示すように、隣合ったマスク領域か
らの結晶同士が合流し、平坦な上面の状態へと向かう。
このとき、転位線も結晶同士の合流面に沿って上方に向
かう。
【００２６】（ｂ）Ｃ軸に垂直な方向への成長速度を大
きくとれば、結晶成長時の表面の形態は、図２（ｂ）に
示すように、最初から上面が平坦な台形のように成長す
る。このように成長させることによって、転位線Ｌを同
図のように、上方に向かって直線的に伝搬させることが
できる。この場合さらに結晶成長を続けると、図２
（ｃ）に示すように、隣合ったマスク領域からの結晶同
士が合流し、平坦な上面の状態は維持され、結晶層の厚
みが増す。このとき、転位線はそのまま継続して上方へ
伝搬する。
きくとれば、結晶成長時の表面の形態は、図２（ｂ）に
示すように、最初から上面が平坦な台形のように成長す
る。このように成長させることによって、転位線Ｌを同
図のように、上方に向かって直線的に伝搬させることが
できる。この場合さらに結晶成長を続けると、図２
（ｃ）に示すように、隣合ったマスク領域からの結晶同
士が合流し、平坦な上面の状態は維持され、結晶層の厚
みが増す。このとき、転位線はそのまま継続して上方へ
伝搬する。
【００２７】上記Ｃ軸方向（厚み方向）への成長速度
と、Ｃ軸に垂直な方向（横方向）への成長速度との比を
制御するための要素は、マスク層の形成パターン、結晶
成長法、結晶成長時の雰囲気ガスであり、これらをいか
に組合せるかが重要である。その選択によって上記
（ａ）、（ｂ）の結晶成長状態が達成できる。
と、Ｃ軸に垂直な方向（横方向）への成長速度との比を
制御するための要素は、マスク層の形成パターン、結晶
成長法、結晶成長時の雰囲気ガスであり、これらをいか
に組合せるかが重要である。その選択によって上記
（ａ）、（ｂ）の結晶成長状態が達成できる。
【００２８】マスクの形成パターンは、マスク領域の外
形線の方向、即ち、マスク領域と非マスク領域との境界
線の方向が重要である。マスク領域と非マスク領域との
境界線を〈１−１００〉方向に伸びる直線とする場合、
ＧａＮ系結晶の｛１１−２０｝面が、この境界線を越
え、マスク層の上面に沿って横方向に成長する面として
確保される。｛１１−２０｝面はオフファセット面であ
るため、ファセット面である｛１−１００｝面に比べ
て、ＧａＮ系結晶は横方向に高速に成長する。横方向成
長速度が速くなると、｛１−１０１｝面などの斜めファ
セットが形成され難い。その結果平坦に埋め込むのが＜
１１−２０＞に比べ薄くて済む。
形線の方向、即ち、マスク領域と非マスク領域との境界
線の方向が重要である。マスク領域と非マスク領域との
境界線を〈１−１００〉方向に伸びる直線とする場合、
ＧａＮ系結晶の｛１１−２０｝面が、この境界線を越
え、マスク層の上面に沿って横方向に成長する面として
確保される。｛１１−２０｝面はオフファセット面であ
るため、ファセット面である｛１−１００｝面に比べ
て、ＧａＮ系結晶は横方向に高速に成長する。横方向成
長速度が速くなると、｛１−１０１｝面などの斜めファ
セットが形成され難い。その結果平坦に埋め込むのが＜
１１−２０＞に比べ薄くて済む。
【００２９】逆に、マスク領域と非マスク領域との境界
線を〈１１−２０〉方向の直線とする場合、ファセット
面である｛１−１００｝面がこの境界線を越えて横方向
に成長する面として確保され、横方向への成長速度は遅
くなる。横方向成長速度に対しＣ軸方向の成長速度が速
いため、｛１−１０１｝面などの斜めファセットが形成
され易い。よって錘状の形状が先ず形成されてから平坦
化する。このため平坦に埋め込むにはある程度の厚みが
必要となる。
線を〈１１−２０〉方向の直線とする場合、ファセット
面である｛１−１００｝面がこの境界線を越えて横方向
に成長する面として確保され、横方向への成長速度は遅
くなる。横方向成長速度に対しＣ軸方向の成長速度が速
いため、｛１−１０１｝面などの斜めファセットが形成
され易い。よって錘状の形状が先ず形成されてから平坦
化する。このため平坦に埋め込むにはある程度の厚みが
必要となる。
【００３０】上記マスクパターンの効果を最も顕著に現
すパターンの一例として、ストライプ状のマスクパター
ンが挙げられる。ストライプ状のマスクパターンは、帯
状のマスク層を縞状に配置したパターンである。従っ
て、帯状のマスク領域と帯状の非マスク領域とが交互に
並ぶ。この帯の長手方向が、上記したマスク領域と非マ
スク領域との境界線の方向である。マスクパターンは、
ストライプ状だけに限定されず、境界線を考慮して任意
のパターンとしてもよい。
すパターンの一例として、ストライプ状のマスクパター
ンが挙げられる。ストライプ状のマスクパターンは、帯
状のマスク層を縞状に配置したパターンである。従っ
て、帯状のマスク領域と帯状の非マスク領域とが交互に
並ぶ。この帯の長手方向が、上記したマスク領域と非マ
スク領域との境界線の方向である。マスクパターンは、
ストライプ状だけに限定されず、境界線を考慮して任意
のパターンとしてもよい。
【００３１】結晶成長法としては、ＨＶＰＥ、ＭＯＣＶ
Ｄが挙げられる。特に、厚膜を作製する場合は成長速度
の速いＨＶＰＥ法が好ましい。
Ｄが挙げられる。特に、厚膜を作製する場合は成長速度
の速いＨＶＰＥ法が好ましい。
【００３２】雰囲気ガスはＨ2 、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈｅ等が
挙げられるが、形状等を制御するにはＨ2 、Ｎ2 が好ま
しく用いられる。Ｈ2 リッチな雰囲気ガス中で成長を行
った場合、Ｃ軸方向の成長速度が速くなる。特に、マス
ク領域と非マスク領域との境界線の方向を〈１１−２
０〉方向の直線とする場合（横方向に遅い場合）の組合
せでは、図１（ｂ）に示すように、顕著にピラミッド状
（錘状）の形状が先ず形成されてから平坦化する。この
ため平坦に埋め込むにはある程度の厚みが必要となる。
挙げられるが、形状等を制御するにはＨ2 、Ｎ2 が好ま
しく用いられる。Ｈ2 リッチな雰囲気ガス中で成長を行
った場合、Ｃ軸方向の成長速度が速くなる。特に、マス
ク領域と非マスク領域との境界線の方向を〈１１−２
０〉方向の直線とする場合（横方向に遅い場合）の組合
せでは、図１（ｂ）に示すように、顕著にピラミッド状
（錘状）の形状が先ず形成されてから平坦化する。この
ため平坦に埋め込むにはある程度の厚みが必要となる。
【００３３】一方、Ｎ2 リッチな雰囲気ガス中で成長を
行った場合、Ｈ2 リッチな雰囲気の場合に比べ、Ｃ軸方
向の成長速度が遅くなるため、相対的に横方向成長速度
が速く、マスクパターンとの組合せによって横方向への
成長をより高速にした場合、転位線は、図２（ｂ）に示
すように、Ｃ軸方向に伝搬しマスク領域上の結晶は低転
位となる。
行った場合、Ｈ2 リッチな雰囲気の場合に比べ、Ｃ軸方
向の成長速度が遅くなるため、相対的に横方向成長速度
が速く、マスクパターンとの組合せによって横方向への
成長をより高速にした場合、転位線は、図２（ｂ）に示
すように、Ｃ軸方向に伝搬しマスク領域上の結晶は低転
位となる。
【００３４】ＭＯＣＶＤによる結晶成長は、主にＨ2 リ
ッチ雰囲気下で行われる場合が多い。例えば、 III族ガ
スとして、キャリアガス水素１０（Ｌ）＋有機金属バブ
リング用水素１００（ｃｃ）。Ｖ族ガスとして、キャリ
アガス水素５（Ｌ）＋アンモニア５（Ｌ）。この場合、
水素濃度は７５％、であり、これがＨ2 リッチの一例で
ある。この場合、窒素濃度は０％である。
ッチ雰囲気下で行われる場合が多い。例えば、 III族ガ
スとして、キャリアガス水素１０（Ｌ）＋有機金属バブ
リング用水素１００（ｃｃ）。Ｖ族ガスとして、キャリ
アガス水素５（Ｌ）＋アンモニア５（Ｌ）。この場合、
水素濃度は７５％、であり、これがＨ2 リッチの一例で
ある。この場合、窒素濃度は０％である。
【００３５】一方、Ｎ2 リッチは、上記ＭＯＣＶＤによ
る結晶成長でいうと、 III族キャリアガスを窒素に変え
た場合の窒素濃度は約５０％である。また、Ｖ族キャリ
アガスのみを窒素に変えた場合、窒素濃度は約２５％で
ある。よって、窒素濃度が２５％以上程度をＮ2 リッチ
という。
る結晶成長でいうと、 III族キャリアガスを窒素に変え
た場合の窒素濃度は約５０％である。また、Ｖ族キャリ
アガスのみを窒素に変えた場合、窒素濃度は約２５％で
ある。よって、窒素濃度が２５％以上程度をＮ2 リッチ
という。
【００３６】上記組合せによって、基板−成長層界面を
起点とし上に伸びる転位線の形成のされ方は、マスク領
域上に、｛１−１０１｝面などの斜めファセットが出る
場合この面で曲げられるため、マスク領域上に転位が形
成され、この結果マスク開口部上が低転位領域となる。
一方横方向成長速度が速く、｛１−１０１｝面などの斜
めファセット面が形成され難い場合は、貫通転位はＣ軸
方向に伝搬する。この場合マスク上に横方向成長した領
域は低転位となる。
起点とし上に伸びる転位線の形成のされ方は、マスク領
域上に、｛１−１０１｝面などの斜めファセットが出る
場合この面で曲げられるため、マスク領域上に転位が形
成され、この結果マスク開口部上が低転位領域となる。
一方横方向成長速度が速く、｛１−１０１｝面などの斜
めファセット面が形成され難い場合は、貫通転位はＣ軸
方向に伝搬する。この場合マスク上に横方向成長した領
域は低転位となる。
【００３７】成長条件を変化させる事で埋め込み厚さ・
低転位領域形成部を制御できるためにデバイス設計の自
由度が上がる。またＧａＮ層とベース基板との直接接触
部位は非マスク部のみで接触面積は小さく両者の熱膨張
係数の相違の影響をあまりうけない事から、厚肉のＧａ
Ｎ層が容易に成長させ得ると言う利点もある。
低転位領域形成部を制御できるためにデバイス設計の自
由度が上がる。またＧａＮ層とベース基板との直接接触
部位は非マスク部のみで接触面積は小さく両者の熱膨張
係数の相違の影響をあまりうけない事から、厚肉のＧａ
Ｎ層が容易に成長させ得ると言う利点もある。
【００３８】ベース基板は、ＧａＮ系結晶が成長可能な
ものであればよく、例えば、従来からＧａＮ系結晶を成
長させる際に汎用されている、サファイア、水晶、Ｓｉ
Ｃ等を用いてもよい。なかでも、サファイアのＣ面、Ａ
面、６Ｈ−ＳｉＣ基板、特にＣ面サファイア基板が好ま
しい。またこれら材料の表面に、ＧａＮ系結晶との格子
定数や熱膨張係数の違いを緩和するためのＺｎＯ、Ｍｇ
ＯやＡｌＮ等のバッファ層を設けたものであっても良
い。
ものであればよく、例えば、従来からＧａＮ系結晶を成
長させる際に汎用されている、サファイア、水晶、Ｓｉ
Ｃ等を用いてもよい。なかでも、サファイアのＣ面、Ａ
面、６Ｈ−ＳｉＣ基板、特にＣ面サファイア基板が好ま
しい。またこれら材料の表面に、ＧａＮ系結晶との格子
定数や熱膨張係数の違いを緩和するためのＺｎＯ、Ｍｇ
ＯやＡｌＮ等のバッファ層を設けたものであっても良
い。
【００３９】特に、ベース基板は、成長させるＧａＮ系
結晶となるべく格子定数が近く且つ熱膨張係数ができる
だけ近いものを選択することが、転位などの欠陥を本来
的に少なくする点及びクラック等をより生じにくくする
点で望ましい。また、後述するマスク層の薄膜形成の際
における高熱やエッチングに対する耐性に優れることが
好ましい。このような点から、ベース基板は、少なくと
もその表層がＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦
Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなるものが
挙げられる。具体的には、サファイア基板上に、ＭＯＶ
ＰＥ法によりＺｎＯやＡｌＮ等のバッファ層、次いでＧ
ａＮ又はＧａＡｌＮの薄層を順次成膜したものが好適に
用い得る。このようなベース基板であれば、該ベース基
板上に成長させるＧａＮ系結晶内に新たに発生する転位
の密度を低く抑える事が出来、良好な結晶性を得ること
ができる。
結晶となるべく格子定数が近く且つ熱膨張係数ができる
だけ近いものを選択することが、転位などの欠陥を本来
的に少なくする点及びクラック等をより生じにくくする
点で望ましい。また、後述するマスク層の薄膜形成の際
における高熱やエッチングに対する耐性に優れることが
好ましい。このような点から、ベース基板は、少なくと
もその表層がＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦
Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなるものが
挙げられる。具体的には、サファイア基板上に、ＭＯＶ
ＰＥ法によりＺｎＯやＡｌＮ等のバッファ層、次いでＧ
ａＮ又はＧａＡｌＮの薄層を順次成膜したものが好適に
用い得る。このようなベース基板であれば、該ベース基
板上に成長させるＧａＮ系結晶内に新たに発生する転位
の密度を低く抑える事が出来、良好な結晶性を得ること
ができる。
【００４０】マスク層は、それ自身の表面からは実質的
にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料を用いる。このよう
な材料としては、例えば非晶質体が例示され、さらにこ
の非晶質体としてＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ等の窒化物や
酸化物、即ち、ＳｉＯ2 、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ
2 等が例示される。特に、耐熱性に優れると共に成膜及
びエッチング除去が比較的容易なＳｉＯ2 膜が好適に使
用できる。
にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料を用いる。このよう
な材料としては、例えば非晶質体が例示され、さらにこ
の非晶質体としてＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ等の窒化物や
酸化物、即ち、ＳｉＯ2 、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ
2 等が例示される。特に、耐熱性に優れると共に成膜及
びエッチング除去が比較的容易なＳｉＯ2 膜が好適に使
用できる。
【００４１】マスク層は、例えば真空蒸着、スパッタ、
ＣＶＤ等の方法により基板全表面を覆うように形成した
後、通常のフォトリソグラフィー技術によって光感光性
レジストのパターニングを行い、エッチングによって基
板の一部を露出させる等の手段で形成される。
ＣＶＤ等の方法により基板全表面を覆うように形成した
後、通常のフォトリソグラフィー技術によって光感光性
レジストのパターニングを行い、エッチングによって基
板の一部を露出させる等の手段で形成される。
【００４２】ＧａＮ系結晶は、式ＩｎX ＧａY ＡｌZ Ｎ
（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝
１）で決定される化合物半導体である。特に、厚膜層と
して有用なものとしてはＧａＮが挙げられる。
（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝
１）で決定される化合物半導体である。特に、厚膜層と
して有用なものとしてはＧａＮが挙げられる。
【００４３】本発明によるＧａＮ系結晶基材の製造方法
は、上記説明による転位線の伝搬方向の制御方法を利用
し、転位線を自在に湾曲させ、マスク層を覆うまでＧａ
Ｎ系結晶の成長を行い、所望の領域を低転位とした基材
を得るものである。
は、上記説明による転位線の伝搬方向の制御方法を利用
し、転位線を自在に湾曲させ、マスク層を覆うまでＧａ
Ｎ系結晶の成長を行い、所望の領域を低転位とした基材
を得るものである。
【００４４】また、本発明によるＧａＮ系半導体発光素
子は、上記ＧａＮ系結晶基材の製造方法によって製造さ
れたＧａＮ系結晶基材を用いるものであり、そのＧａＮ
系結晶層を発光部として用いる。特に、上記ＧａＮ系結
晶基材の製造方法によって、そのＧａＮ系結晶層中に形
成された、転位線の通過を意図的に回避させて得た低転
位のＧａＮ系結晶部分を、発光層における発光の中心部
に位置するように利用した発光素子である。
子は、上記ＧａＮ系結晶基材の製造方法によって製造さ
れたＧａＮ系結晶基材を用いるものであり、そのＧａＮ
系結晶層を発光部として用いる。特に、上記ＧａＮ系結
晶基材の製造方法によって、そのＧａＮ系結晶層中に形
成された、転位線の通過を意図的に回避させて得た低転
位のＧａＮ系結晶部分を、発光層における発光の中心部
に位置するように利用した発光素子である。
【００４５】また、本発明によるＧａＮ系結晶基材は、
上記ＧａＮ系結晶基材の製造方法によって製造されたＧ
ａＮ系結晶基材がさらに、新たなベース基板（新ベース
基板）として用いられた基材である。本発明による基材
の製造方法によって、伝搬方向を制御されて、新ベース
基板の上面に到達させた転位線の終端を覆う部分だけに
マスク層を設ける。このマスク層は上記説明したものと
同様である。これによって新ベース基板の上面にマスク
領域と非マスク領域とを形成する。この非マスク領域か
ら前記マスク層の上面を覆うまで成長させると、層全体
が低転位のＧａＮ系結晶層が得られるのである。
上記ＧａＮ系結晶基材の製造方法によって製造されたＧ
ａＮ系結晶基材がさらに、新たなベース基板（新ベース
基板）として用いられた基材である。本発明による基材
の製造方法によって、伝搬方向を制御されて、新ベース
基板の上面に到達させた転位線の終端を覆う部分だけに
マスク層を設ける。このマスク層は上記説明したものと
同様である。これによって新ベース基板の上面にマスク
領域と非マスク領域とを形成する。この非マスク領域か
ら前記マスク層の上面を覆うまで成長させると、層全体
が低転位のＧａＮ系結晶層が得られるのである。
【００４６】
実施例１ 本実施例では、図１に示すように、マスク領域上に転位
線を曲げ、非マスク領域を低転位領域とした例である。 〔ベース基板の作成〕最も基礎の結晶基板としてはサフ
ァイアＣ面基板を用いた。まずこのサファイア基板をＭ
ＯＣＶＤ装置内に配置し、水素雰囲気下で１１００℃ま
で昇温し、サーマルエッチングを行った。その後温度を
５００℃まで下げＡｌ原料としてトリメチルアルミニウ
ム（以下ＴＭＡ）、Ｎ原料としてアンモニアを流し、Ａ
ｌＮ低温バッファ層を成長させた。つづいて温度を１０
００℃に昇温しＧａ原料としてトリメチルガリウム（以
下ＴＭＧ）を、Ｎ原料としてアンモニアを流し、ＧａＮ
層を２μｍ成長させ、ベース基板を得た。
線を曲げ、非マスク領域を低転位領域とした例である。 〔ベース基板の作成〕最も基礎の結晶基板としてはサフ
ァイアＣ面基板を用いた。まずこのサファイア基板をＭ
ＯＣＶＤ装置内に配置し、水素雰囲気下で１１００℃ま
で昇温し、サーマルエッチングを行った。その後温度を
５００℃まで下げＡｌ原料としてトリメチルアルミニウ
ム（以下ＴＭＡ）、Ｎ原料としてアンモニアを流し、Ａ
ｌＮ低温バッファ層を成長させた。つづいて温度を１０
００℃に昇温しＧａ原料としてトリメチルガリウム（以
下ＴＭＧ）を、Ｎ原料としてアンモニアを流し、ＧａＮ
層を２μｍ成長させ、ベース基板を得た。
【００４７】〔マスク層の形成〕その後成長装置から取
出しスパッタリング装置にてＳｉＯ2 マスク層を形成し
た。ＳｉＯ2 マスク層のパターンは、帯の長手方向が、
成長するＧａＮ系結晶の〈１１−２０〉方向になるスト
ライプ状とした。
出しスパッタリング装置にてＳｉＯ2 マスク層を形成し
た。ＳｉＯ2 マスク層のパターンは、帯の長手方向が、
成長するＧａＮ系結晶の〈１１−２０〉方向になるスト
ライプ状とした。
【００４８】〔ＧａＮ系結晶の成長；基材の完成〕次に
この試料をＭＯＣＶＤ装置内に配置し水素雰囲気（アン
モニアを含む）下で、１０００℃まで昇温しＴＭＧ、ア
ンモニアを３０分間流し、ＧａＮ結晶を成長させた。Ｇ
ａＮ結晶は、先ず図１（ｂ）に示すように、ピラミッド
状を呈し、転位線はマスク領域側に屈曲した。その後平
坦になるまで成長を続けたところ１０μｍで平坦になっ
た。
この試料をＭＯＣＶＤ装置内に配置し水素雰囲気（アン
モニアを含む）下で、１０００℃まで昇温しＴＭＧ、ア
ンモニアを３０分間流し、ＧａＮ結晶を成長させた。Ｇ
ａＮ結晶は、先ず図１（ｂ）に示すように、ピラミッド
状を呈し、転位線はマスク領域側に屈曲した。その後平
坦になるまで成長を続けたところ１０μｍで平坦になっ
た。
【００４９】〔発光素子の形成〕その後、図３に示すよ
うに、低転位領域が発光層４の発光の中心に位置するよ
うに電流阻止層５を設け発光素子を形成したところ発光
効率の高いものが作製できた。図３では、６は上部側の
クラッド層、７、８は電極である。
うに、低転位領域が発光層４の発光の中心に位置するよ
うに電流阻止層５を設け発光素子を形成したところ発光
効率の高いものが作製できた。図３では、６は上部側の
クラッド層、７、８は電極である。
【００５０】実施例２ マスク層の帯の長手方向を、成長するＧａＮ系結晶の
〈１−１００〉方向になるストライプ状とし、雰囲気ガ
スを窒素リッチとしたこと以外は実施例１と同様にＧａ
Ｎ系結晶層を形成した。この結果平坦になるまでの厚み
は２μｍであった。その後、図４に示すように、低転位
領域が発光層４の発光の中心に位置するように電流阻止
層５を設け発光素子を形成したところ発光効率の高いも
のが作製できた。図３と同様、６は上部側のクラッド
層、７、８は電極である。
〈１−１００〉方向になるストライプ状とし、雰囲気ガ
スを窒素リッチとしたこと以外は実施例１と同様にＧａ
Ｎ系結晶層を形成した。この結果平坦になるまでの厚み
は２μｍであった。その後、図４に示すように、低転位
領域が発光層４の発光の中心に位置するように電流阻止
層５を設け発光素子を形成したところ発光効率の高いも
のが作製できた。図３と同様、６は上部側のクラッド
層、７、８は電極である。
【００５１】
【発明の効果】本発明によって、ベース基板とＧａＮ系
結晶層との界面において発生する転位線の伝搬方向を意
図する方向に向かわせることができた。これによって基
板上に成長させたＧａＮ系結晶層の任意の部位に、転位
線の通過が回避された低転位のＧａＮ系結晶部分を形成
できた。
結晶層との界面において発生する転位線の伝搬方向を意
図する方向に向かわせることができた。これによって基
板上に成長させたＧａＮ系結晶層の任意の部位に、転位
線の通過が回避された低転位のＧａＮ系結晶部分を形成
できた。
【００５２】また、低転位なＧａＮ系結晶基材を作製す
る事でこれを利用した各種デバイスの性能を向上させる
事が出来た。低転位領域の形成を制御する事が出来るた
め、デバイス設計の幅が広がり、また、僅かな膜厚で埋
め込む事が可能ともなったので、そりの問題が無くなっ
た。
る事でこれを利用した各種デバイスの性能を向上させる
事が出来た。低転位領域の形成を制御する事が出来るた
め、デバイス設計の幅が広がり、また、僅かな膜厚で埋
め込む事が可能ともなったので、そりの問題が無くなっ
た。
【図１】本発明の制御方法、およびＧａＮ系結晶基材の
製造方法の一例を示す図である。
製造方法の一例を示す図である。
【図２】本発明の制御方法、およびＧａＮ系結晶基材の
製造方法の他の例を示す図である。
製造方法の他の例を示す図である。
【図３】図１に示す本発明の製造方法によって得られた
ＧａＮ系結晶基材を用いたＧａＮ系発光素子の一例を示
す図である。
ＧａＮ系結晶基材を用いたＧａＮ系発光素子の一例を示
す図である。
【図４】図２に示す本発明の製造方法によって得られた
ＧａＮ系結晶基材を用いたＧａＮ系発光素子の一例を示
す図である。
ＧａＮ系結晶基材を用いたＧａＮ系発光素子の一例を示
す図である。
【図５】マスク層上へのＧａＮ系結晶の成長を示す図で
ある。
ある。
１ ベース基板 １ａ 基礎の結晶基板 １ｂ バッファ層 １ｃ ＧａＮ系結晶の表層 ２ マスク層 １１ 非マスク領域 １２ マスク領域 ３ ＧａＮ系結晶層 Ｌ 転位線 ４ 発光層 ５ 電流阻止層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 浩一 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 (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 (9)
- 【請求項１】 ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成
長可能なベース基板面の一部または全部の領域に、マス
ク領域と非マスク領域とを形成するようにマスク層を設
け、マスク層の材料をそれ自身の表面からは実質的にＧ
ａＮ系結晶が成長し得ない材料として、非マスク領域か
らＧａＮ系結晶の結晶成長を開始し、成長するＧａＮ系
結晶の、Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への
成長速度との比を制御することによって、ＧａＮ系結晶
中における転位線の伝搬方向を制御することを特徴とす
る、ＧａＮ系結晶中における転位線の伝搬方向の制御方
法。 - 【請求項２】 Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方
向への成長速度との比の制御が、マスク層の形成パター
ン、結晶成長法、結晶成長時の雰囲気ガスの組合わせを
選択することによってなされるものである請求項１記載
の転位線の伝搬方向の制御方法。 - 【請求項３】 ＧａＮ系結晶がＣ軸を厚み方向として成
長可能なベース基板面の一部または全部の領域に、マス
ク領域と非マスク領域とを形成するようにマスク層を設
け、マスク層の材料をそれ自身の表面からは実質的にＧ
ａＮ系結晶が成長し得ない材料として、非マスク領域か
らＧａＮ系結晶の結晶成長を開始し、成長するＧａＮ系
結晶の、Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方向への
成長速度との比を制御することによって、転位線の伝搬
方向を制御し、マスク領域上および／または非マスク領
域上の意図する領域に、転位線の通過を回避させてなる
低転位のＧａＮ系結晶部分を形成することを特徴とする
ＧａＮ系結晶基材の製造方法。 - 【請求項４】 Ｃ軸方向への成長速度とＣ軸に垂直な方
向への成長速度との比の制御が、マスク層の形成パター
ン、結晶成長法、結晶成長時の雰囲気ガスの組合わせを
選択することによってなされるものである請求項３記載
のＧａＮ系結晶基材の製造方法。 - 【請求項５】 結晶成長法が、有機金属気相成長法であ
る請求項４記載のＧａＮ系結晶基材の製造方法。 - 【請求項６】 結晶成長法が、ハイドライド気相エピタ
キシャル成長法である請求項４記載のＧａＮ系結晶基材
の製造方法。 - 【請求項７】 雰囲気ガスが、Ｎ2 および／またはＨ2
である請求項４〜６のいずれかに記載のＧａＮ系結晶基
材の製造方法。 - 【請求項８】 請求項３〜７のいずれかに記載のＧａＮ
系結晶基材の製造方法によって製造されたＧａＮ系結晶
基材が用いられてなる半導体発光素子であって、該製造
方法によってＧａＮ系結晶基材中に形成された、転位線
の通過が回避されてなる低転位のＧａＮ系結晶部分が、
発光層における発光の中心部に位置していることを特徴
とするＧａＮ系半導体発光素子。 - 【請求項９】 請求項３〜７のいずれかに記載のＧａＮ
系結晶基材の製造方法によって製造されたＧａＮ系結晶
基材が新たにベース基板として用いられ、前記製造方法
によって伝搬方向を制御されて該新たなベース基板の上
面に到達する転位線の終端を覆う部分だけにマスク層が
設けられて、該新たなベース基板の上面にマスク領域と
非マスク領域とが形成され、マスク層の材料はそれ自身
の表面からは実質的にＧａＮ系結晶が成長し得ない材料
であり、非マスク領域から前記マスク層の上面を覆うま
で成長した低転位のＧａＮ系結晶層を有することを特徴
とするＧａＮ系結晶基材。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29304997A JPH11130597A (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 転位線の伝搬方向の制御方法およびその用途 |
| EP98105090A EP0874405A3 (en) | 1997-03-25 | 1998-03-20 | GaN group crystal base member having low dislocation density, use thereof and manufacturing methods thereof |
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