JPH11135889A - 結晶成長用基板及びそれを用いた発光装置 - Google Patents
結晶成長用基板及びそれを用いた発光装置Info
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- JPH11135889A JPH11135889A JP29918397A JP29918397A JPH11135889A JP H11135889 A JPH11135889 A JP H11135889A JP 29918397 A JP29918397 A JP 29918397A JP 29918397 A JP29918397 A JP 29918397A JP H11135889 A JPH11135889 A JP H11135889A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来にない窒化ガリウムのエピタキシャル成
長に好適な結晶成長用基板を及びそれを用いた発光装置
を提供すること。 【解決手段】 サファイア結晶を基板母材とし、その表
面にＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｇａ，Ｙ，Ｏ，
Ｎ，Ｃのうち１種以上のイオンを注入した後、熱処理を
施すことにより、サファイア結晶表面に窒化ガリウムと
整合性の良い結晶薄相を生成せしめることを特徴とする
結晶成長用基板、及びこの結晶成長用基板上に、少なく
とも窒化ガリウムを主成分とする単結晶層から成るレー
ザー素子を配設したことを特徴とする発光装置。
長に好適な結晶成長用基板を及びそれを用いた発光装置
を提供すること。 【解決手段】 サファイア結晶を基板母材とし、その表
面にＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｇａ，Ｙ，Ｏ，
Ｎ，Ｃのうち１種以上のイオンを注入した後、熱処理を
施すことにより、サファイア結晶表面に窒化ガリウムと
整合性の良い結晶薄相を生成せしめることを特徴とする
結晶成長用基板、及びこの結晶成長用基板上に、少なく
とも窒化ガリウムを主成分とする単結晶層から成るレー
ザー素子を配設したことを特徴とする発光装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は青色・紫外域の発受
光デバイスへの応用が期待されているIII 族窒化物半導
体の代表格である窒化ガリウム (ＧａＮ) 薄膜を気相成
長（特に、エピタキシャル成長）させるのに好適な結晶
成長用基板及びそれを用いた発光装置に関する。
光デバイスへの応用が期待されているIII 族窒化物半導
体の代表格である窒化ガリウム (ＧａＮ) 薄膜を気相成
長（特に、エピタキシャル成長）させるのに好適な結晶
成長用基板及びそれを用いた発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮは光デバイスのみならず、最近で
は高温エレクトロニクス、耐環境デバイス等への応用が
注目されている。しかし、ＧａＮは融点における窒素の
平衡蒸気圧が極めて高いため、融液からのバルク結晶の
作製は極めて困難であり、また、ヘテロエピタキシャル
成長についても格子整合する基板がなく、これまで各種
基板材料の検討が行われて来た。
は高温エレクトロニクス、耐環境デバイス等への応用が
注目されている。しかし、ＧａＮは融点における窒素の
平衡蒸気圧が極めて高いため、融液からのバルク結晶の
作製は極めて困難であり、また、ヘテロエピタキシャル
成長についても格子整合する基板がなく、これまで各種
基板材料の検討が行われて来た。
【０００３】そのような基板材料の中で、結晶構造が同
じ６回対称で、耐熱性に優れ、比較的大面積の単結晶が
入手しやすいことから、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）
が最も広く用いられている。しかしながら、ＧａＮとサ
ファイア基板との間には大きな格子定数差（約１３．８
％）及び熱膨張係数差（約２５．５％）があるため、１
９８０年代前半までは欠陥の多い結晶しか得られていな
かった。
じ６回対称で、耐熱性に優れ、比較的大面積の単結晶が
入手しやすいことから、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）
が最も広く用いられている。しかしながら、ＧａＮとサ
ファイア基板との間には大きな格子定数差（約１３．８
％）及び熱膨張係数差（約２５．５％）があるため、１
９８０年代前半までは欠陥の多い結晶しか得られていな
かった。
【０００４】その後、ＡｌＮやＧａＮの低温堆積緩衝層
技術の開発により、高品質なＧａＮ薄膜結晶が得られ、
現在ではＧａＮ系青色・緑色発光ダイオ−ド（ＬＥＤ）
が実用化されているものの、今後ＧａＮ系の半導体レ−
ザ応用や益々高輝度・高出力化が求められつつあること
を考えると、サファイア基板に替わる基板材料の開発が
不可欠である。
技術の開発により、高品質なＧａＮ薄膜結晶が得られ、
現在ではＧａＮ系青色・緑色発光ダイオ−ド（ＬＥＤ）
が実用化されているものの、今後ＧａＮ系の半導体レ−
ザ応用や益々高輝度・高出力化が求められつつあること
を考えると、サファイア基板に替わる基板材料の開発が
不可欠である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】エピタキシー（epitax
y ）は、一般に基板となるホスト結晶の低指数結晶面上
に、一定の結晶学的方位関係を持ってゲスト結晶がover
growthする現象を指している。
y ）は、一般に基板となるホスト結晶の低指数結晶面上
に、一定の結晶学的方位関係を持ってゲスト結晶がover
growthする現象を指している。
【０００６】そして、同種結晶間の関係に対してはホモ
エピタキシー、異種結晶間に対してはヘテロエピタキシ
ーと一般に呼ばれている。エピタキシー関係の取り易さ
の目安として、ホスト相とゲスト相の格子サイズの不一
致の程度を表すミスフィット比（misfit ratio ）が良
く用いられている。これは２つの格子を重ね合せて、サ
イズの差を百分率で表したミスフィト比が小さいもの
が、エピタキシー関係を取り易いとするものである。エ
ピタキシー関係をとるのは一般に数％以下のミスフィッ
ト比であることが知られている。
エピタキシー、異種結晶間に対してはヘテロエピタキシ
ーと一般に呼ばれている。エピタキシー関係の取り易さ
の目安として、ホスト相とゲスト相の格子サイズの不一
致の程度を表すミスフィット比（misfit ratio ）が良
く用いられている。これは２つの格子を重ね合せて、サ
イズの差を百分率で表したミスフィト比が小さいもの
が、エピタキシー関係を取り易いとするものである。エ
ピタキシー関係をとるのは一般に数％以下のミスフィッ
ト比であることが知られている。
【０００７】この観点からすると、サファイアのＧａＮ
に対するミスフィット比１３．８％は例外に属する。従
って、サファイア上への直接のＧａＮのエピタキシーは
欠陥が多く、低品質な結晶しか得られなかった訳であ
り、これを回避するために中間相の導入が必要になった
経緯も理解できる。つまり、ＧａＮに対してミスフィッ
ト比が出来るだけ小さい基板材料が求められている。
に対するミスフィット比１３．８％は例外に属する。従
って、サファイア上への直接のＧａＮのエピタキシーは
欠陥が多く、低品質な結晶しか得られなかった訳であ
り、これを回避するために中間相の導入が必要になった
経緯も理解できる。つまり、ＧａＮに対してミスフィッ
ト比が出来るだけ小さい基板材料が求められている。
【０００８】上記の理由でこれまで、サファイア以外に
Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＳｉＣ，ＺｎＯなどが試みられたが、
ＧａＮエピタキシャル膜の結晶性はサファイアの場合に
比べて劣り、未だ実用化レベルのものは得られていない
のが現状である。
Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＳｉＣ，ＺｎＯなどが試みられたが、
ＧａＮエピタキシャル膜の結晶性はサファイアの場合に
比べて劣り、未だ実用化レベルのものは得られていない
のが現状である。
【０００９】そこで、本発明では欠陥の極めて少ない良
質なＧａＮ薄膜を成長しうる新規で優れた窒化ガリウム
用エピタキシャル成長基板（結晶成長用基板）及びそれ
を用いた発光装置を提供することを目的とする。
質なＧａＮ薄膜を成長しうる新規で優れた窒化ガリウム
用エピタキシャル成長基板（結晶成長用基板）及びそれ
を用いた発光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の窒化ガリウム用エピタキシャル成長基板は
基板母材としてこれまで実績のあるサファイアを用い、
その表層部分にのみ窒化ガリウムに対してサファイアよ
りミスフィット比が小さい相（化合物層）を形成せしめ
ることを特徴とする。この相を形成する材料としては酸
化物、窒化物、半導体などから格子定数や熱膨脹率など
を考慮し、整合性の良い材料を選定することが可能であ
る。
め、本発明の窒化ガリウム用エピタキシャル成長基板は
基板母材としてこれまで実績のあるサファイアを用い、
その表層部分にのみ窒化ガリウムに対してサファイアよ
りミスフィット比が小さい相（化合物層）を形成せしめ
ることを特徴とする。この相を形成する材料としては酸
化物、窒化物、半導体などから格子定数や熱膨脹率など
を考慮し、整合性の良い材料を選定することが可能であ
る。
【００１１】また、これらの相のサファイア表層への構
成方法としては、イオン注入法を用いることが推奨され
る。これは本方法が基本的にはほとんど全てのイオン
を、注入される材料のエピタキシー条件、すなわち、結
晶学的相似性を考慮せずに、材料内に導入出来るからで
ある。更に、イオン注入後に適切な熱処理を施すことに
より、原子の移動や相互作用で相変化や反応生成物の析
出など表面層に新たな特性を制御性良く、付与すること
が出来るというメリットがある。
成方法としては、イオン注入法を用いることが推奨され
る。これは本方法が基本的にはほとんど全てのイオン
を、注入される材料のエピタキシー条件、すなわち、結
晶学的相似性を考慮せずに、材料内に導入出来るからで
ある。更に、イオン注入後に適切な熱処理を施すことに
より、原子の移動や相互作用で相変化や反応生成物の析
出など表面層に新たな特性を制御性良く、付与すること
が出来るというメリットがある。
【００１２】上記イオン種は、窒化ガリウムを気相成長
させるのに好適なものとして、少なくともＡｌ，Ｓｉ，
Ｍｇ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｇａ，Ｙ，Ｏ，Ｎ，Ｃから選択され
る一種以上とすると好適である。
させるのに好適なものとして、少なくともＡｌ，Ｓｉ，
Ｍｇ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｇａ，Ｙ，Ｏ，Ｎ，Ｃから選択され
る一種以上とすると好適である。
【００１３】すなわち、ミスフィト比が小さい材料の構
成イオン種をサファイアにイオン注入し、１０００℃以
上の適当な熱処理を加えることで、サファイア表面層に
窒化ガリウムと整合性の良い結晶相（化合物層）を生成
せしめることにより、これまでにない優れた窒化ガリウ
ム用エピタキシャル成長基板を提供出来る。なお、この
ような化合物層はＴＥＭやＳＩＭＳ等により分析が可能
である。
成イオン種をサファイアにイオン注入し、１０００℃以
上の適当な熱処理を加えることで、サファイア表面層に
窒化ガリウムと整合性の良い結晶相（化合物層）を生成
せしめることにより、これまでにない優れた窒化ガリウ
ム用エピタキシャル成長基板を提供出来る。なお、この
ような化合物層はＴＥＭやＳＩＭＳ等により分析が可能
である。
【００１４】また、本発明の発光素子は、このような結
晶成長用基板上に、少なくとも窒化ガリウムを主成分と
する単結晶層から成るレーザー素子を配設したことを特
徴とする。
晶成長用基板上に、少なくとも窒化ガリウムを主成分と
する単結晶層から成るレーザー素子を配設したことを特
徴とする。
【００１５】なお、結晶成長用基板と窒化ガリウムを主
成分とする単結晶層との間に、結晶成長用基板と単結晶
と結晶構造が類似した材質の非晶質や結晶質のバッファ
層を介在させてもよく、そのような場合も含むものとす
る。
成分とする単結晶層との間に、結晶成長用基板と単結晶
と結晶構造が類似した材質の非晶質や結晶質のバッファ
層を介在させてもよく、そのような場合も含むものとす
る。
【００１６】また、上記レーザー素子には上記単結晶層
だけでなく上記バッファ層等のその他の層も含んでもよ
いものとする。また、上記バッファ層が結晶成長用基板
に含まれるものとしてもよいものとする。
だけでなく上記バッファ層等のその他の層も含んでもよ
いものとする。また、上記バッファ層が結晶成長用基板
に含まれるものとしてもよいものとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。Ｃ面を主面とする所定の大きさのサフ
ァイア基板を用意し、この基板の表面にＡｌ，Ｓｉ，Ｍ
ｇ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｇａ，Ｙ，Ｏ，Ｎ，Ｃから選択される
一種以上のイオンを注入することにより化合物層を形成
して、しかる後に適当な温度（１０００℃以上），雰囲
気等の条件で熱処理を施して、エピタキシャル成長用基
板（結晶成長用基板）とする。
詳細に説明する。Ｃ面を主面とする所定の大きさのサフ
ァイア基板を用意し、この基板の表面にＡｌ，Ｓｉ，Ｍ
ｇ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｇａ，Ｙ，Ｏ，Ｎ，Ｃから選択される
一種以上のイオンを注入することにより化合物層を形成
して、しかる後に適当な温度（１０００℃以上），雰囲
気等の条件で熱処理を施して、エピタキシャル成長用基
板（結晶成長用基板）とする。
【００１８】そして、この基板上に非晶質のバッファ
層、及び窒化ガリウムを主成分とする単結晶の気相成長
を行わせ、活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅
を有する層で挟んだダブルヘテロ構造のＧａＮ（窒化ガ
リウム）系化合物半導体から成る、半導体レーザーダイ
オード（発光装置）を作製する。なお、上記バッファ層
は、窒化ガリウム系の単結晶との格子定数と結晶成長用
基板との格子定数の相違をできるだけ緩和させるように
設けているが、結晶成長が良好に行われるのであればバ
ッファ層は無くともよい。
層、及び窒化ガリウムを主成分とする単結晶の気相成長
を行わせ、活性層をその禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅
を有する層で挟んだダブルヘテロ構造のＧａＮ（窒化ガ
リウム）系化合物半導体から成る、半導体レーザーダイ
オード（発光装置）を作製する。なお、上記バッファ層
は、窒化ガリウム系の単結晶との格子定数と結晶成長用
基板との格子定数の相違をできるだけ緩和させるように
設けているが、結晶成長が良好に行われるのであればバ
ッファ層は無くともよい。
【００１９】図１に具体的な半導体レーザーダイオード
ＬＤの斜視図を、図２にそのＸ−Ｘ断面図を示すよう
に、本発明の半導体レーザーダイオードは、基板１の主
面１ａはイオン注入により形成した化合物層となってお
り、この主面１ａ上に非晶質の窒化ガリウムもしくはＡ
ｌＮ（窒化アルミニウム）層から成るバッファ層２を備
え、該バッファ層２上に半導体の多重層３を備えてい
る。このように、半導体レーザダイオードＬＤは、基板
１上に少なくとも窒化ガリウムを主成分とする単結晶層
から成るレーザー素子を配設して構成されている。
ＬＤの斜視図を、図２にそのＸ−Ｘ断面図を示すよう
に、本発明の半導体レーザーダイオードは、基板１の主
面１ａはイオン注入により形成した化合物層となってお
り、この主面１ａ上に非晶質の窒化ガリウムもしくはＡ
ｌＮ（窒化アルミニウム）層から成るバッファ層２を備
え、該バッファ層２上に半導体の多重層３を備えてい
る。このように、半導体レーザダイオードＬＤは、基板
１上に少なくとも窒化ガリウムを主成分とする単結晶層
から成るレーザー素子を配設して構成されている。
【００２０】この多重層３は、バッファ層２の前面に備
えたＳｉ（シリコン）をドープしたｎ型ＧａＮ層からな
るｎ＋層３１と、このｎ＋層３１上に備えた電極４１
と、該電極４１以外の部分に備えたＳｉをドープしたＡ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層からなるｎ層３２と、Ｓｉをドープ
したＧａＮ層から成る活性層３３と、Ｍｇ（マグネシウ
ム）をドープしたＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層からなるｐ層３
４と、これを覆うＳｉＯ2 （酸化珪素）層３５と、Ｓｉ
Ｏ2 層３５の窓部に備えた電極４２から構成されてい
る。
えたＳｉ（シリコン）をドープしたｎ型ＧａＮ層からな
るｎ＋層３１と、このｎ＋層３１上に備えた電極４１
と、該電極４１以外の部分に備えたＳｉをドープしたＡ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層からなるｎ層３２と、Ｓｉをドープ
したＧａＮ層から成る活性層３３と、Ｍｇ（マグネシウ
ム）をドープしたＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層からなるｐ層３
４と、これを覆うＳｉＯ2 （酸化珪素）層３５と、Ｓｉ
Ｏ2 層３５の窓部に備えた電極４２から構成されてい
る。
【００２１】そして、図１に示すように基板１の対向す
る端面１ｂ，１ｂは所定の面に沿ってへき開した面とな
っており、上記多重層３の対向端面（共振面）３ａ，３
ａが形成されている面は、それぞれこの端面１ｂ，１ｂ
に連なった面となっている。以下、図１及び図２に示す
半導体レーザーダイオードＬＤの製造方法を説明する。
まず、Ｃ面を主面とする基板を用意し、この基板に対し
てイオン注入を行いその後、１０００℃以上，空気中で
熱処理を施し、基板を有機洗浄した後、結晶成長装置の
結晶成長部に設置する。装置内を真空排気した後、水素
を供給し、水素雰囲気中で約１２００℃まで昇温して、
基板表面に付着した炭化水素系ガスを除去する。
る端面１ｂ，１ｂは所定の面に沿ってへき開した面とな
っており、上記多重層３の対向端面（共振面）３ａ，３
ａが形成されている面は、それぞれこの端面１ｂ，１ｂ
に連なった面となっている。以下、図１及び図２に示す
半導体レーザーダイオードＬＤの製造方法を説明する。
まず、Ｃ面を主面とする基板を用意し、この基板に対し
てイオン注入を行いその後、１０００℃以上，空気中で
熱処理を施し、基板を有機洗浄した後、結晶成長装置の
結晶成長部に設置する。装置内を真空排気した後、水素
を供給し、水素雰囲気中で約１２００℃まで昇温して、
基板表面に付着した炭化水素系ガスを除去する。
【００２２】次に、基板１の温度を約５００℃程度まで
降温し、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）及びＮＨ3 （ア
ンモニア）を供給して、基板１上に約３００Åの厚みに
窒化ガリウムを成長させてバッファ層２とする。つぎ
に、基板１の温度を１０３０℃まで上昇させ、上記ガス
に加えてＳｉＨ4 （シラン）を供給し、Ｓｉドープ型Ｇ
ａＮ層からなるｎ層３１を成長させる。
降温し、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）及びＮＨ3 （ア
ンモニア）を供給して、基板１上に約３００Åの厚みに
窒化ガリウムを成長させてバッファ層２とする。つぎ
に、基板１の温度を１０３０℃まで上昇させ、上記ガス
に加えてＳｉＨ4 （シラン）を供給し、Ｓｉドープ型Ｇ
ａＮ層からなるｎ層３１を成長させる。
【００２３】一旦、基板１を成長炉から取り出し、ｎ＋
層３１の表面の一部をＳｉＯ2 でマスクした後、再び成
長炉に戻し、真空排気して水素及びＮＨ3 を供給して、
１０３０℃まで昇温する。次にＴＭＡ（トリメチルアル
ミニウム）、ＴＭＧ及びＳｉＨ4 を供給して、ＳｉＯ2
がマスクされていない部分に厚さ０．５μm 程度のＳｉ
ドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層を形成してｎ層３２とす
る。
層３１の表面の一部をＳｉＯ2 でマスクした後、再び成
長炉に戻し、真空排気して水素及びＮＨ3 を供給して、
１０３０℃まで昇温する。次にＴＭＡ（トリメチルアル
ミニウム）、ＴＭＧ及びＳｉＨ4 を供給して、ＳｉＯ2
がマスクされていない部分に厚さ０．５μm 程度のＳｉ
ドープＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層を形成してｎ層３２とす
る。
【００２４】つぎに、ＴＭＧ及びＳｉＨ4 を供給し、厚
さ０．２μm 程度のＳｉドープＧａＮ層を成膜して活性
層３３とする。次にＴＭＡ、ＴＭＧ及び（Ｃ5 Ｈ5 ）2
Ｍｇ（ビスシクロペンタディエニルマグネシウム）を供
給して、厚さ０．５μm 程度のマグネシウムドープＡｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層からなるｐ層３４を形成する。
さ０．２μm 程度のＳｉドープＧａＮ層を成膜して活性
層３３とする。次にＴＭＡ、ＴＭＧ及び（Ｃ5 Ｈ5 ）2
Ｍｇ（ビスシクロペンタディエニルマグネシウム）を供
給して、厚さ０．５μm 程度のマグネシウムドープＡｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層からなるｐ層３４を形成する。
【００２５】次にマスクとして使用したＳｉＯ2 をフッ
酸系エッチャントにより除去し、ｐ層３４上にＳｉＯ2
層３５を堆積した後、所定の大きさの短冊状に窓を開
け、真空チャンバに移してｐ層３４に電子線照射を行
う。この電子線照射によりｐ層３４はｐ伝導を示した。
そして、ｐ層３４の窓にあたる部分と、ｎ＋層３１に、
各々金属の電極４１，４２を形成した。ここで、陽極
（電極４２）は、例えば上層：Ａｕ（金）／下層：Ｃｒ
（クロム）の２層構造や上層：Ａｕ／中間層：Ｐｔ（白
金）／下層：Ｔｉ（チタン）の３層構造等とし、陰極
（電極４１）は、例えば上層：Ａｕ／中間層：Ｎｉ（ニ
ッケル）／下層：Ａｕ−Ｇｅ（ゲルマニウム）合金の３
層構造等とする。
酸系エッチャントにより除去し、ｐ層３４上にＳｉＯ2
層３５を堆積した後、所定の大きさの短冊状に窓を開
け、真空チャンバに移してｐ層３４に電子線照射を行
う。この電子線照射によりｐ層３４はｐ伝導を示した。
そして、ｐ層３４の窓にあたる部分と、ｎ＋層３１に、
各々金属の電極４１，４２を形成した。ここで、陽極
（電極４２）は、例えば上層：Ａｕ（金）／下層：Ｃｒ
（クロム）の２層構造や上層：Ａｕ／中間層：Ｐｔ（白
金）／下層：Ｔｉ（チタン）の３層構造等とし、陰極
（電極４１）は、例えば上層：Ａｕ／中間層：Ｎｉ（ニ
ッケル）／下層：Ａｕ−Ｇｅ（ゲルマニウム）合金の３
層構造等とする。
【００２６】上記のレーザー素子を成す多重層３が１枚
の基板１上に多数形成される。そして、この酸化物基板
１と多重層３を同時に分割することによって、図１及び
図２に示す個々の半導体レーザーダイオードを得ること
ができる。
の基板１上に多数形成される。そして、この酸化物基板
１と多重層３を同時に分割することによって、図１及び
図２に示す個々の半導体レーザーダイオードを得ること
ができる。
【００２７】この分割を行う際に、多重層３の対向端面
３ａ，３ａ及び基板１の端面１ｂ，１ｂは、所定の面に
沿ったへき開により分割され、その他の端面はダイヤモ
ンドカッタ等で切断して分割する。このようにして発振
効率の高い優れた半導体レーザーダイオードを得ること
ができる。
３ａ，３ａ及び基板１の端面１ｂ，１ｂは、所定の面に
沿ったへき開により分割され、その他の端面はダイヤモ
ンドカッタ等で切断して分割する。このようにして発振
効率の高い優れた半導体レーザーダイオードを得ること
ができる。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００２９】（例１）Ｃ面を主面とする直径２インチで
厚さ５００μｍのサファイア基板を用いて、これにＭｇ
陽イオンを注入（３００ＫｅＶ，５×１０17／ｃｍ2 ）
した。このサファイア基板を空気中１０００℃で熱処理
を行ったところ、Ｃ面上に厚さ０．１μｍの析出相が観
察された。電子顕微鏡による解析の結果、本析出相はＭ
ｇＡｌ2 Ｏ4 のスピネルであることが確認された。
厚さ５００μｍのサファイア基板を用いて、これにＭｇ
陽イオンを注入（３００ＫｅＶ，５×１０17／ｃｍ2 ）
した。このサファイア基板を空気中１０００℃で熱処理
を行ったところ、Ｃ面上に厚さ０．１μｍの析出相が観
察された。電子顕微鏡による解析の結果、本析出相はＭ
ｇＡｌ2 Ｏ4 のスピネルであることが確認された。
【００３０】次に、このウエハ−を窒化ガリウム用エピ
タキシャル成長基板として、ＭＯＶＰＥ法で窒化ガリウ
ムの成長を行った。原料ガスとしては水素、トリメチル
ガリウム、アンモニウムをそれぞれ１リットル／分、
０．５ｃｃ／分、２リットル／分の流量で流し、キャリ
ヤ−ガス、ガリウム源、窒素源に用いた。成長初期段階
では５００℃で２５０Ａの厚さの窒化ガリウムバッファ
層を成長させた後、基板の温度を１０３５℃に上げ、成
長圧力２５０ｔｏｒｒ、成長速度１．２μｍ／ｈｒの成
長条件で、窒化ガリウム単結晶薄膜を約３．０μｍ成長
させた。
タキシャル成長基板として、ＭＯＶＰＥ法で窒化ガリウ
ムの成長を行った。原料ガスとしては水素、トリメチル
ガリウム、アンモニウムをそれぞれ１リットル／分、
０．５ｃｃ／分、２リットル／分の流量で流し、キャリ
ヤ−ガス、ガリウム源、窒素源に用いた。成長初期段階
では５００℃で２５０Ａの厚さの窒化ガリウムバッファ
層を成長させた後、基板の温度を１０３５℃に上げ、成
長圧力２５０ｔｏｒｒ、成長速度１．２μｍ／ｈｒの成
長条件で、窒化ガリウム単結晶薄膜を約３．０μｍ成長
させた。
【００３１】得られた薄膜をＸ線回折法で測定し評価し
たところ、結晶性の目安となるロッキングカ−ブの半値
幅は平均１５０arcsecと、同様な条件で窒化ガリウムを
成長させたサファイアの平均値４２０arcsecよりも小さ
い値を示し、従って結晶性はサファイア基板単独よりも
良いことが確認された。また、室温でのフォトルミネッ
センスによる発光スペクトルを測定したところ、３６０
ｎｍの波長領域に強いピ−クが観察され、発光デバイス
として十分な光学特性を示すことが分かった。
たところ、結晶性の目安となるロッキングカ−ブの半値
幅は平均１５０arcsecと、同様な条件で窒化ガリウムを
成長させたサファイアの平均値４２０arcsecよりも小さ
い値を示し、従って結晶性はサファイア基板単独よりも
良いことが確認された。また、室温でのフォトルミネッ
センスによる発光スペクトルを測定したところ、３６０
ｎｍの波長領域に強いピ−クが観察され、発光デバイス
として十分な光学特性を示すことが分かった。
【００３２】（例２）実施例１と同様のサファイア基板
を用い、これにＺｎ陽イオンを注入（４００ＫｅＶ，２
×１０17／ｃｍ2 ）した。ついでこのウエハ−を酸素雰
囲気下１２００℃で熱処理を行ったところ、サファイア
表面上に厚さ約０．３μｍの層状析出物が観察された。
この析出物は電子線回折によりＺｎＯであることが確認
された。
を用い、これにＺｎ陽イオンを注入（４００ＫｅＶ，２
×１０17／ｃｍ2 ）した。ついでこのウエハ−を酸素雰
囲気下１２００℃で熱処理を行ったところ、サファイア
表面上に厚さ約０．３μｍの層状析出物が観察された。
この析出物は電子線回折によりＺｎＯであることが確認
された。
【００３３】このようにして得られた窒化ガリウム用エ
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
【００３４】得られた薄膜をＸ線回折法で測定し評価し
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は５０arcsecと同
様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイアの平均
値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従って結晶性は
サファイア単独よりも優れていることが確認された。
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は５０arcsecと同
様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイアの平均
値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従って結晶性は
サファイア単独よりも優れていることが確認された。
【００３５】また、例１と同様にして室温の発光スペク
トルを測定したところ、３６０ｎｍの波長域付近に強い
ピ−クが観測され、発光デバイスとして十分な光学特性
を有することが分かった。
トルを測定したところ、３６０ｎｍの波長域付近に強い
ピ−クが観測され、発光デバイスとして十分な光学特性
を有することが分かった。
【００３６】（例３）例１とサイズ、厚みは同じでＡ面
を有するサファイア基板を用い、これにＴｉ陽イオンを
注入（４００ＫｅＶ，５×１０17／ｃｍ2 ）し、次に酸
素イオンを注入（２００ＫｅＶ，３×１０17／ｃｍ2 ）
した後、酸素雰囲気下１１００℃で熱処理を行ったとこ
ろ、Ａ面上に厚さ約Ｏ．４μｍの層状析出物が観察され
た。この析出層は電子線回折の結果、ＴｉＯ2 であるこ
とが確認された。
を有するサファイア基板を用い、これにＴｉ陽イオンを
注入（４００ＫｅＶ，５×１０17／ｃｍ2 ）し、次に酸
素イオンを注入（２００ＫｅＶ，３×１０17／ｃｍ2 ）
した後、酸素雰囲気下１１００℃で熱処理を行ったとこ
ろ、Ａ面上に厚さ約Ｏ．４μｍの層状析出物が観察され
た。この析出層は電子線回折の結果、ＴｉＯ2 であるこ
とが確認された。
【００３７】このようにして得られた窒化ガリウム用エ
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
【００３８】得られた薄膜をＸ線回折法で測定し評価し
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は１００arcsecと
同様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイアの平
均値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従って、サフ
ァイア単独よりも良好な結晶性を有することが確認され
た。
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は１００arcsecと
同様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイアの平
均値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従って、サフ
ァイア単独よりも良好な結晶性を有することが確認され
た。
【００３９】また、発光スペクトルの測定でも、３６０
ｎｍの波長域近辺に強いピ−クが観測され、発光デバイ
スとして十分な光学特性を示すことが分かった。
ｎｍの波長域近辺に強いピ−クが観測され、発光デバイ
スとして十分な光学特性を示すことが分かった。
【００４０】（例４）例３と同様なサファイア基板を用
い、これにＹ陽イオンを注入（１ＭｅＶ，４×１０16／
ｃｍ2 ）し、ついで酸素雰囲気下１５００℃で熱処理を
行ったところ、サファイア表面に厚さ約０．９μｍの薄
層が観察された。透過電子顕微鏡による解析の結果、本
析出層はＹＡｌ０3 であることが確認された。
い、これにＹ陽イオンを注入（１ＭｅＶ，４×１０16／
ｃｍ2 ）し、ついで酸素雰囲気下１５００℃で熱処理を
行ったところ、サファイア表面に厚さ約０．９μｍの薄
層が観察された。透過電子顕微鏡による解析の結果、本
析出層はＹＡｌ０3 であることが確認された。
【００４１】このようにして得られた窒化ガリウム用エ
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
【００４２】得られた薄膜をＸ線回折法で測定し評価し
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は平均１８０arcs
ecと、同様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイ
アの平均値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従っ
て、結晶性はサファイア単独よりも良いことが分かっ
た。
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は平均１８０arcs
ecと、同様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイ
アの平均値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従っ
て、結晶性はサファイア単独よりも良いことが分かっ
た。
【００４３】また、例１と同様にして室温でのスペクト
ルを測定したところ、３６０ｎｍの波長域付近に強いピ
−クが観測され、発光デバイスとして十分な光学特性を
示すことが分かった。
ルを測定したところ、３６０ｎｍの波長域付近に強いピ
−クが観測され、発光デバイスとして十分な光学特性を
示すことが分かった。
【００４４】（例５）例１と同様なサファイア基板を用
いて、これにＳｉ陽イオンを注入（４００ＫｅＶ，７×
１０17／ｃｍ2 ）し、次に炭素イオン注入（３００Ｋｅ
Ｖ，４×１０17／ｃｍ2 ）したサファイアを還元雰囲気
中１１００℃で熱処理したところ、基板表面に厚さ約
０．２μｍ程度の析出物が層状に形成された。これを電
子線回折法により同定したところ、析出物は６Ｈ−Ｓｉ
Ｃであることが分かった。
いて、これにＳｉ陽イオンを注入（４００ＫｅＶ，７×
１０17／ｃｍ2 ）し、次に炭素イオン注入（３００Ｋｅ
Ｖ，４×１０17／ｃｍ2 ）したサファイアを還元雰囲気
中１１００℃で熱処理したところ、基板表面に厚さ約
０．２μｍ程度の析出物が層状に形成された。これを電
子線回折法により同定したところ、析出物は６Ｈ−Ｓｉ
Ｃであることが分かった。
【００４５】このようにして得られた窒化ガリウム用エ
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの薄膜成長を行った。
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの薄膜成長を行った。
【００４６】得られた薄膜をＸ線回折法で測定し評価し
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は平均４０arcsec
と、同様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイア
の平均値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従って、
結晶性はサファイア単独よりも良いことが分かった。
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は平均４０arcsec
と、同様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイア
の平均値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従って、
結晶性はサファイア単独よりも良いことが分かった。
【００４７】また、発光スペクトルの測定結果も発光デ
バイスとして満足すべく、３６０ｎｍの波長域に強いピ
−クが観測された。
バイスとして満足すべく、３６０ｎｍの波長域に強いピ
−クが観測された。
【００４８】（例６）例１と同様なサファイア基板を用
いて、これにＡｌ陽イオンを注入（３００ＫｅＶ，５×
１０17／ｃｍ2 ）し、次に窒素イオンを注入（３００Ｋ
ｅＶ，４×１０17／ｃｍ2 ）したサファイアを窒素雰囲
気中１２００℃で熱処理したところ、基板表面近傍に厚
さ約０．３μｍ程度の析出物が層状に生成した。これを
電子顕微鏡で同定したところ、ＡｌＮであることが確認
された。
いて、これにＡｌ陽イオンを注入（３００ＫｅＶ，５×
１０17／ｃｍ2 ）し、次に窒素イオンを注入（３００Ｋ
ｅＶ，４×１０17／ｃｍ2 ）したサファイアを窒素雰囲
気中１２００℃で熱処理したところ、基板表面近傍に厚
さ約０．３μｍ程度の析出物が層状に生成した。これを
電子顕微鏡で同定したところ、ＡｌＮであることが確認
された。
【００４９】このようにして得られた窒化ガリウム用エ
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
【００５０】得られた薄膜をＸ線回折法で測定し評価し
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は平均３０arcsec
と、同様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイア
の平均値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従って結
晶性は遥かに改善されていることが分かった。
たところ、ロッキングカ−ブの半値幅は平均３０arcsec
と、同様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイア
の平均値４２０arcsecよりも小さい値を示し、従って結
晶性は遥かに改善されていることが分かった。
【００５１】また、発光スペクトル測定の結果も、３６
０ｎｍの波長域付近に強いピ−クが観測され、発光デバ
イスとして十分な光学特性を示すことが分かった。
０ｎｍの波長域付近に強いピ−クが観測され、発光デバ
イスとして十分な光学特性を示すことが分かった。
【００５２】（例７）例１と同様なサファイア基板を用
いて、これにＧａ陽イオンを注入（４００ＫｅＶ，４．
５×１０17／ｃｍ2 ）し、次に窒素イオンを注入（４０
０ＫｅＶ，２×１０17／ｃｍ2 ）したサファイアを窒素
雰囲気中１２００℃で熱処理を行ったところ、基板表面
に厚さ約０．５μｍの層状生成物が析出した。これを電
子顕微鏡で解析したところ、本生成層はＧａＮであるこ
とが分かった。
いて、これにＧａ陽イオンを注入（４００ＫｅＶ，４．
５×１０17／ｃｍ2 ）し、次に窒素イオンを注入（４０
０ＫｅＶ，２×１０17／ｃｍ2 ）したサファイアを窒素
雰囲気中１２００℃で熱処理を行ったところ、基板表面
に厚さ約０．５μｍの層状生成物が析出した。これを電
子顕微鏡で解析したところ、本生成層はＧａＮであるこ
とが分かった。
【００５３】このようにして得られた窒化ガリウム用エ
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
ピタキシャル成長基板を用いて、例１と同様な条件で同
様な膜厚の窒化ガリウムの成長を行った。
【００５４】得られた薄膜をＸ線回折法で測定評価した
ところ、ロッキングカ−ブの半値幅は１０arcsecと、同
様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイアの平均
値４２０arcsecよりも遥かに小さい値を示し、従って、
非常に結晶性の良い高品質な膜であることが確認され
た。また、発光スペクトル測定の結果も、３６０ｎｍの
波長域にシャ−プで強いピ−クが観測され、発光デバイ
スとして申し分ない光学特性を示した。
ところ、ロッキングカ−ブの半値幅は１０arcsecと、同
様な条件で窒化ガリウムを成長させたサファイアの平均
値４２０arcsecよりも遥かに小さい値を示し、従って、
非常に結晶性の良い高品質な膜であることが確認され
た。また、発光スペクトル測定の結果も、３６０ｎｍの
波長域にシャ−プで強いピ−クが観測され、発光デバイ
スとして申し分ない光学特性を示した。
【００５５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の結晶成長
用基板によれば、サファイア単結晶体の表面に所定のイ
オン種の注入により化合物層を形成するようにしたの
で、窒化ガリウム単結晶とサファイア単結晶体表面の結
晶学的相似性を考慮することなく、所望の表面特性を付
与することができる。
用基板によれば、サファイア単結晶体の表面に所定のイ
オン種の注入により化合物層を形成するようにしたの
で、窒化ガリウム単結晶とサファイア単結晶体表面の結
晶学的相似性を考慮することなく、所望の表面特性を付
与することができる。
【００５６】また、従来のサファイア基板の耐久性・機
械的強度を保持しつつ、その表面層に窒化ガリウムと整
合性が極めて良好な結晶相（化合物層）を内在している
ため、品質の大変優れた窒化ガリウム系単結晶薄膜を成
長することができ、ひいては特性の優れた画期的な発光
装置を提供できる。
械的強度を保持しつつ、その表面層に窒化ガリウムと整
合性が極めて良好な結晶相（化合物層）を内在している
ため、品質の大変優れた窒化ガリウム系単結晶薄膜を成
長することができ、ひいては特性の優れた画期的な発光
装置を提供できる。
【図１】本発明に係る半導体レーザーダイオ−ドを示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
１ ・・・ 基板 １ａ・・・ 主面 １ｂ・・・ 端面 ２ ・・・ バッファ層 ３ ・・・ 多重層（レーザー素子） ３ａ・・・ 対向端面 ３１，３２，３３，３４ ・・・ 窒化ガリウムを主成
分とする単結晶層 ＬＤ ・・・ 半導体レーザーダイオード（発光装置）
分とする単結晶層 ＬＤ ・・・ 半導体レーザーダイオード（発光装置）
Claims (2)
- 【請求項１】 サファイア単結晶体の表面に、少なくと
もＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｇａ，Ｙ，Ｏ，Ｎ，
Ｃから選択される一種以上のイオンを注入した化合物層
を形成し、該化合物層上に窒化ガリウムを主成分とする
単結晶を気相成長させるように成した結晶成長用基板。 - 【請求項２】 請求項１に記載の結晶成長用基板上に、
少なくとも窒化ガリウムを主成分とする単結晶層から成
るレーザー素子を配設したことを特徴とする発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29918397A JPH11135889A (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 結晶成長用基板及びそれを用いた発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29918397A JPH11135889A (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 結晶成長用基板及びそれを用いた発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135889A true JPH11135889A (ja) | 1999-05-21 |
Family
ID=17869226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29918397A Pending JPH11135889A (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 結晶成長用基板及びそれを用いた発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11135889A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002175985A (ja) * | 2000-12-05 | 2002-06-21 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法及び窒化物半導体エピタキシャルウェハ |
| JP2005005723A (ja) * | 2004-06-25 | 2005-01-06 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法及び窒化物半導体エピタキシャルウェハ |
| JP2005272203A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Neomax Co Ltd | 膜形成用基板および半導体膜の形成方法 |
| JP2008118134A (ja) * | 2006-11-03 | 2008-05-22 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 窒化物半導体発光素子及び製造方法 |
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| US9632537B2 (en) | 2013-09-23 | 2017-04-25 | Apple Inc. | Electronic component embedded in ceramic material |
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| US10406634B2 (en) | 2015-07-01 | 2019-09-10 | Apple Inc. | Enhancing strength in laser cutting of ceramic components |
-
1997
- 1997-10-30 JP JP29918397A patent/JPH11135889A/ja active Pending
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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