JP2000277435A - ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長方法及び半導体結晶基材 - Google Patents
ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長方法及び半導体結晶基材Info
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- JP2000277435A JP2000277435A JP7726799A JP7726799A JP2000277435A JP 2000277435 A JP2000277435 A JP 2000277435A JP 7726799 A JP7726799 A JP 7726799A JP 7726799 A JP7726799 A JP 7726799A JP 2000277435 A JP2000277435 A JP 2000277435A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧａＮ系化合物半導体結晶のエピタキシャル
成長において、マスク材料を用いること無しに転位密度
を低減させ、高品質なエピタキシャル膜を得るための成
長方法を提供すること。 【解決手段】 基板１表面にＧａＮ系化合物半導体膜２
を形成した後、ＳｉＯ２パターン３をその上に形成し、
次いでこのパターン３を水素を含む雰囲気で蒸発させる
ことによりアンチサーファクタント領域(Ｓｉ残留部４)
を選択的に形成する。このアンチサーファクタント領域
上部に空洞５を形成しながらＧａＮ系化合物半導体結晶
２０をエピタキシャル成長させる。転位線６は空洞５で
遮断されるため、高品質なＧａＮ系化合物半導体結晶２
０が得られる。
成長において、マスク材料を用いること無しに転位密度
を低減させ、高品質なエピタキシャル膜を得るための成
長方法を提供すること。 【解決手段】 基板１表面にＧａＮ系化合物半導体膜２
を形成した後、ＳｉＯ２パターン３をその上に形成し、
次いでこのパターン３を水素を含む雰囲気で蒸発させる
ことによりアンチサーファクタント領域(Ｓｉ残留部４)
を選択的に形成する。このアンチサーファクタント領域
上部に空洞５を形成しながらＧａＮ系化合物半導体結晶
２０をエピタキシャル成長させる。転位線６は空洞５で
遮断されるため、高品質なＧａＮ系化合物半導体結晶２
０が得られる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、ＧａＮ系化合物半
導体結晶の成長方法及び半導体結晶基材に関するもので
ある。
導体結晶の成長方法及び半導体結晶基材に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系化合物半導体結晶のエピタキシ
ャル成長は、格子整合する基板の入手が困難であるた
め、一般にサファイア基板などの上にバッファ層を介し
て行われている。この場合、エピタキシャル膜と基板と
の格子不整合のため、成長界面から欠陥が導入され、エ
ピタキシャル膜の表面には約１０10ｃｍ-1オーダーの転
位が存在する。前記エピタキシャル膜中の転位は、デバ
イスにおいてリーク電流や電極材料の拡散の原因となる
ため、転位密度を減らす方法が試みられている。
ャル成長は、格子整合する基板の入手が困難であるた
め、一般にサファイア基板などの上にバッファ層を介し
て行われている。この場合、エピタキシャル膜と基板と
の格子不整合のため、成長界面から欠陥が導入され、エ
ピタキシャル膜の表面には約１０10ｃｍ-1オーダーの転
位が存在する。前記エピタキシャル膜中の転位は、デバ
イスにおいてリーク電流や電極材料の拡散の原因となる
ため、転位密度を減らす方法が試みられている。
【０００３】その一つとして、例えば特開平１０−３１
２９７１号公報に記載されているような、選択成長を用
いた方法がある。この方法は、ＳｉＯ2などのマスク材
料を用いて基板上にパターニングを施与して選択成長を
行い、さらにこのマスク材料を埋め込むまで成長を続け
ることで、マスク材料により転位が遮断され、転位密度
の低減がなされるものである。
２９７１号公報に記載されているような、選択成長を用
いた方法がある。この方法は、ＳｉＯ2などのマスク材
料を用いて基板上にパターニングを施与して選択成長を
行い、さらにこのマスク材料を埋め込むまで成長を続け
ることで、マスク材料により転位が遮断され、転位密度
の低減がなされるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の方
法では、マスク材料を埋め込む際に、マスク上を成長面
に対して横方向に成長した結晶が、成長が進むにつれそ
の結晶軸が傾く（Ｔｉｌｔ；チルト）という現象がおこ
る。マスク上ではチルトした結晶同士が合体するのでそ
こで新たな欠陥が発生する。結晶軸がチルトする原因は
定かではないが、マスク材料が影響しているものと考え
られる。
法では、マスク材料を埋め込む際に、マスク上を成長面
に対して横方向に成長した結晶が、成長が進むにつれそ
の結晶軸が傾く（Ｔｉｌｔ；チルト）という現象がおこ
る。マスク上ではチルトした結晶同士が合体するのでそ
こで新たな欠陥が発生する。結晶軸がチルトする原因は
定かではないが、マスク材料が影響しているものと考え
られる。
【０００５】従って本発明は、ＧａＮ系化合物半導体結
晶のエピタキシャル成長において、マスク材料を用いる
こと無しに転位密度を低減させ、高品質なエピタキシャ
ル膜を得るための成長方法を提供することを目的とす
る。
晶のエピタキシャル成長において、マスク材料を用いる
こと無しに転位密度を低減させ、高品質なエピタキシャ
ル膜を得るための成長方法を提供することを目的とす
る。
【０００６】さらに本発明は、上記成長方法により、高
品質なＧａＮ系化合物半導体結晶を提供することを目的
とする。
品質なＧａＮ系化合物半導体結晶を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のＧａＮ系化合物
半導体結晶の成長方法は、基板表面にアンチサーファク
タント領域を選択的に形成し、アンチサーファクタント
領域上部に空洞を形成しながらＧａＮ系化合物半導体結
晶をエピタキシャル成長させる工程を有することを特徴
とするものである。
半導体結晶の成長方法は、基板表面にアンチサーファク
タント領域を選択的に形成し、アンチサーファクタント
領域上部に空洞を形成しながらＧａＮ系化合物半導体結
晶をエピタキシャル成長させる工程を有することを特徴
とするものである。
【０００８】また本発明のＧａＮ系化合物半導体結晶の
成長方法においては、前記基板表面にＧａＮ系化合物半
導体膜を形成した後、アンチサーファクタント領域を選
択的に形成し、アンチサーファクタント領域上部に空洞
を形成しながらＧａＮ系化合物半導体結晶をエピタキシ
ャル成長させる工程を具備させても良い。
成長方法においては、前記基板表面にＧａＮ系化合物半
導体膜を形成した後、アンチサーファクタント領域を選
択的に形成し、アンチサーファクタント領域上部に空洞
を形成しながらＧａＮ系化合物半導体結晶をエピタキシ
ャル成長させる工程を具備させても良い。
【０００９】前記アンチサーファクタント領域を、パタ
ーニングされたＳｉＯ2を水素を含む雰囲気で蒸発させ
ることにより形成することは、好ましい形成方法の一つ
である。
ーニングされたＳｉＯ2を水素を含む雰囲気で蒸発させ
ることにより形成することは、好ましい形成方法の一つ
である。
【００１０】本発明のＧａＮ系化合物半導体基材は、基
板上に上記したいずれかに記載の方法で得られたＧａＮ
系化合物半導体結晶を備えたものであり、すなわち、基
板表面に直接又はＧａＮ化合物半導体膜を介して、その
表面にアンチサーファクタント領域を選択的に形成し、
アンチサーファクタント領域上部に空洞を形成しながら
エピタキシャル成長させたＧａＮ系化合物半導体を有す
ることを特徴とするものである。
板上に上記したいずれかに記載の方法で得られたＧａＮ
系化合物半導体結晶を備えたものであり、すなわち、基
板表面に直接又はＧａＮ化合物半導体膜を介して、その
表面にアンチサーファクタント領域を選択的に形成し、
アンチサーファクタント領域上部に空洞を形成しながら
エピタキシャル成長させたＧａＮ系化合物半導体を有す
ることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の態様】以下本発明の実施態様につき、図
１を用いて説明する。まず基板１上にＧａＮ系化合物半
導体２を予め成長しておき、その表面にＳｉＯ2のパタ
ーン３をフォトリソグラフィー技術などを用い形成する
（図１（ａ））。ここで基板はサファイア、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、ＺｎＯ、スピネル等を用いることができる。パター
ン形状についてはどの様な形でも構わないが、エピタキ
シャル成長の成長速度に異方性があることから、ストラ
イプ状が好ましい。
１を用いて説明する。まず基板１上にＧａＮ系化合物半
導体２を予め成長しておき、その表面にＳｉＯ2のパタ
ーン３をフォトリソグラフィー技術などを用い形成する
（図１（ａ））。ここで基板はサファイア、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、ＺｎＯ、スピネル等を用いることができる。パター
ン形状についてはどの様な形でも構わないが、エピタキ
シャル成長の成長速度に異方性があることから、ストラ
イプ状が好ましい。
【００１２】この基板を成長装置にセットし、水素を含
む雰囲気で成長温度まで昇温する。水素を含む雰囲気と
は、水素ガスまたは水素ガスを含む混合ガスを流した状
態でも構わないし、例えばアンモニア（ＮＨ3）など水
素基を含むガスを流し、これが熱分解し、分解した水素
が存在している状態でも構わない。
む雰囲気で成長温度まで昇温する。水素を含む雰囲気と
は、水素ガスまたは水素ガスを含む混合ガスを流した状
態でも構わないし、例えばアンモニア（ＮＨ3）など水
素基を含むガスを流し、これが熱分解し、分解した水素
が存在している状態でも構わない。
【００１３】基板表面のＳｉＯ２は成長温度に達する間
に蒸発し、ＳｉＯ2パターンが存在していた領域はＳｉ
残留部４で覆われる（図１（ｂ））。この状態でＧａＮ
系化合物半導体のエピタキシャル成長を行うと、Ｓｉ残
留部４で覆われていない部分から成長が起こる（図１
（ｃ））。２０は、成長されたＧａＮ系化合物半導体結
晶を示している。ここでの成長方法は気相成長が好まし
く、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＣＶＤ法）やハ
イドライドＶＰＥ法（ＨＶＰＥ法）が好ましい。
に蒸発し、ＳｉＯ2パターンが存在していた領域はＳｉ
残留部４で覆われる（図１（ｂ））。この状態でＧａＮ
系化合物半導体のエピタキシャル成長を行うと、Ｓｉ残
留部４で覆われていない部分から成長が起こる（図１
（ｃ））。２０は、成長されたＧａＮ系化合物半導体結
晶を示している。ここでの成長方法は気相成長が好まし
く、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＣＶＤ法）やハ
イドライドＶＰＥ法（ＨＶＰＥ法）が好ましい。
【００１４】Ｓｉはアンチサーファクタント材料として
知られており、Ｓｉで覆われることによりその領域の表
面エネルギーが高くなり、そこからの成長は起こりにく
くなる。このまま成長を続けると、ＧａＮ系化合物半導
体結晶２０はＳｉで覆われた領域を覆うような形で成長
が進み（図１（ｄ））、やがて空洞５が形成される（図
１（ｅ））。
知られており、Ｓｉで覆われることによりその領域の表
面エネルギーが高くなり、そこからの成長は起こりにく
くなる。このまま成長を続けると、ＧａＮ系化合物半導
体結晶２０はＳｉで覆われた領域を覆うような形で成長
が進み（図１（ｄ））、やがて空洞５が形成される（図
１（ｅ））。
【００１５】下地から伸びた転位線６はこの空洞部で遮
断されるため、エピタキシャル膜表面での転位密度は低
減される。またマスク材料を用いていないために、空洞
上部で結晶が横方向成長する際に、結晶軸が傾く現象は
起こらないので、新たな欠陥が発生することもない。
断されるため、エピタキシャル膜表面での転位密度は低
減される。またマスク材料を用いていないために、空洞
上部で結晶が横方向成長する際に、結晶軸が傾く現象は
起こらないので、新たな欠陥が発生することもない。
【００１６】本発明ではアンチサーファクタント領域を
選択的に形成するため、前記空洞部の形成位置を制御す
ることが可能である。従って、空洞部の上方に櫛状の電
極構造を形成すれば、電極下部はほぼ無転位であるため
電極材料の拡散が抑制される。
選択的に形成するため、前記空洞部の形成位置を制御す
ることが可能である。従って、空洞部の上方に櫛状の電
極構造を形成すれば、電極下部はほぼ無転位であるため
電極材料の拡散が抑制される。
【００１７】本発明により得られた半導体結晶基材の表
面に、前記各工程を繰り返すことにより、低転位化は促
進され、無転位に近い結晶が得られる。
面に、前記各工程を繰り返すことにより、低転位化は促
進され、無転位に近い結晶が得られる。
【００１８】本発明の実施の形態では、基板上にＧａＮ
系化合物半導体を予め成長しておき、その表面にアンチ
サーファクタント領域を形成したが、基板の表面に直接
アンチサーファクタント領域を形成してもかまわない。
系化合物半導体を予め成長しておき、その表面にアンチ
サーファクタント領域を形成したが、基板の表面に直接
アンチサーファクタント領域を形成してもかまわない。
【００１９】また本発明の実施の形態では、ＳｉＯ2を
蒸発させることによりアンチサーファクタント領域を得
る例について述べたが、その形成方法についてはこれに
限られるものではなく、例えばフォトリソグラフィー技
術によりレジストパターンを作製し、そこへＳｉを含む
ガス、例えばＳｉＨ4やテトラエチルシランを作用さ
せ、その後レジストを除去することにより選択的にアン
チサーファクタント領域を形成しても良い。
蒸発させることによりアンチサーファクタント領域を得
る例について述べたが、その形成方法についてはこれに
限られるものではなく、例えばフォトリソグラフィー技
術によりレジストパターンを作製し、そこへＳｉを含む
ガス、例えばＳｉＨ4やテトラエチルシランを作用さ
せ、その後レジストを除去することにより選択的にアン
チサーファクタント領域を形成しても良い。
【００２０】また本発明の実施の形態では、アンチサー
ファクタント材料としてＳｉを用いる例について述べた
が、Ｍｇを用いても同様の効果が得られる。
ファクタント材料としてＳｉを用いる例について述べた
が、Ｍｇを用いても同様の効果が得られる。
【００２１】
【実施例】以下具体的な実施例につき説明する。サファ
イアｃ面基板上に予めＧａＮ膜を１．５μｍ成長させ、
これをベース基板として用いた。ＧａＮ表面に厚さ２０
ｎｍのＳｉＯ2膜をスパッタリングにより堆積させ、フ
ォトリソグラフィー技術によりストライプ状のパターン
を形成し、エッチングにより、２μｍ間隔で幅２μｍの
ストライプ状のＳｉＯ2を得た。この時ストライプの方
向は下地のＧａＮ膜の＜１−１００＞方向と平行になる
ようにした。
イアｃ面基板上に予めＧａＮ膜を１．５μｍ成長させ、
これをベース基板として用いた。ＧａＮ表面に厚さ２０
ｎｍのＳｉＯ2膜をスパッタリングにより堆積させ、フ
ォトリソグラフィー技術によりストライプ状のパターン
を形成し、エッチングにより、２μｍ間隔で幅２μｍの
ストライプ状のＳｉＯ2を得た。この時ストライプの方
向は下地のＧａＮ膜の＜１−１００＞方向と平行になる
ようにした。
【００２２】上記のように表面にＳｉＯ２パターンが形
成されたベース基板をＭＯＣＶＤ装置内にセットし、窒
素キャリアガスを１０ｓｌｍ、アンモニアを５ｓｌｍ流
し、成長温度１０００℃まで昇温した。この間にＳｉＯ
2は蒸発し、Ｓｉで覆われたストライプ状の領域が得ら
れた。
成されたベース基板をＭＯＣＶＤ装置内にセットし、窒
素キャリアガスを１０ｓｌｍ、アンモニアを５ｓｌｍ流
し、成長温度１０００℃まで昇温した。この間にＳｉＯ
2は蒸発し、Ｓｉで覆われたストライプ状の領域が得ら
れた。
【００２３】成長温度が安定した後、キャリアガスを水
素に切り換え、さらにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を
７０μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、Ｓｉで覆われた領域を覆
い、空洞が形成されるまでＧａＮを成長した。
素に切り換え、さらにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を
７０μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、Ｓｉで覆われた領域を覆
い、空洞が形成されるまでＧａＮを成長した。
【００２４】このようにして成長したＧａＮ表面の転位
密度を測定したところ、１０7ｃｍ- 1であった。また断
面ＴＥＭ観察から、空洞上部での新たな欠陥の発生は観
察されなかった。
密度を測定したところ、１０7ｃｍ- 1であった。また断
面ＴＥＭ観察から、空洞上部での新たな欠陥の発生は観
察されなかった。
【００２５】
【発明の効果】以上説明した通りの本発明の成長方法に
よれば、マスク材料を用いること無しに転位密度の低減
させることができ、より高品質なＧａＮ系化合物半導体
結晶の作製が可能となる。この上にＬＥＤやＬＤなどの
半導体発光素子や受光素子、電子デバイスを作製すれ
ば、その特性は飛躍的に向上することが期待される。
よれば、マスク材料を用いること無しに転位密度の低減
させることができ、より高品質なＧａＮ系化合物半導体
結晶の作製が可能となる。この上にＬＥＤやＬＤなどの
半導体発光素子や受光素子、電子デバイスを作製すれ
ば、その特性は飛躍的に向上することが期待される。
【図１】本発明のＧａＮ系化合物半導体結晶の成長工程
を示す概略図である。
を示す概略図である。
１ 基板 ２ ＧａＮ系化合物半導体結晶 ３ ＳｉＯ2 ４ Ｓｉ残留部 ５ 空洞 ６ 転位線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 只友 一行 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA33 CA40 CA46 CA65 CA74 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AF02 AF03 AF09 AF13 CA09 CA13 DA67 DB02 DB04
Claims (4)
- 【請求項１】 基板表面にアンチサーファクタント領域
を選択的に形成し、アンチサーファクタント領域上部に
空洞を形成しながらＧａＮ系化合物半導体結晶をエピタ
キシャル成長させる工程を有することを特徴とするＧａ
Ｎ系化合物半導体結晶の成長方法。 - 【請求項２】 前記基板表面にＧａＮ系化合物半導体膜
を形成した後、アンチサーファクタント領域を選択的に
形成することを特徴とする請求項１記載のＧａＮ系化合
物半導体結晶の成長方法。 - 【請求項３】 前記アンチサーファクタント領域を、パ
ターニングされたＳｉＯ2を水素を含む雰囲気で蒸発さ
せることにより形成することを特徴とする請求項１又は
２のいずれかに記載のＧａＮ系化合物半導体結晶の成長
方法。 - 【請求項４】 基板上に、請求項１、２又は３のいずれ
かに記載の方法で得られたＧａＮ系化合物半導体結晶を
備えてなるＧａＮ系化合物半導体基材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7726799A JP3545962B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長方法及び半導体結晶基材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7726799A JP3545962B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長方法及び半導体結晶基材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277435A true JP2000277435A (ja) | 2000-10-06 |
| JP3545962B2 JP3545962B2 (ja) | 2004-07-21 |
Family
ID=13629082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7726799A Expired - Fee Related JP3545962B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長方法及び半導体結晶基材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3545962B2 (ja) |
Cited By (12)
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| KR20030000188A (ko) * | 2001-06-22 | 2003-01-06 | 엘지전자 주식회사 | Ｉｎ을 첨가한 질화물 반도체 기판 제조 방법 |
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-
1999
- 1999-03-23 JP JP7726799A patent/JP3545962B2/ja not_active Expired - Fee Related
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