JP2003151910A - ＧａＮ系半導体基材 - Google Patents
ＧａＮ系半導体基材Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＬＥＰＳ法を用いながらも、転位密度が低減
されたＡｌＧａＮ結晶層が成長した基材を提供するこ
と。 【解決手段】 結晶基板１の表面にＬＥＰＳ法を実施し
得る凹凸を加工し、該凹部または凸部からＧａＮ系結晶
層２を成長させる。このとき、Ａｌ組成の小さい方のＡ
ｌＧａＮ層２１、２３、２５、２７と、Ａｌ組成の大き
い方のＡｌＧａＮ層２２、２４、２６、２８とを交互に
成長させて積層構造としながら、上面が平坦となるまで
成長させる。これによって、ＡｌＧａＮでありながら
も、ＬＥＰＳ法によって好ましく成長し、ＡｌＧａＮ結
晶層となる。
されたＡｌＧａＮ結晶層が成長した基材を提供するこ
と。 【解決手段】 結晶基板１の表面にＬＥＰＳ法を実施し
得る凹凸を加工し、該凹部または凸部からＧａＮ系結晶
層２を成長させる。このとき、Ａｌ組成の小さい方のＡ
ｌＧａＮ層２１、２３、２５、２７と、Ａｌ組成の大き
い方のＡｌＧａＮ層２２、２４、２６、２８とを交互に
成長させて積層構造としながら、上面が平坦となるまで
成長させる。これによって、ＡｌＧａＮでありながら
も、ＬＥＰＳ法によって好ましく成長し、ＡｌＧａＮ結
晶層となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも表層に
ＧａＮ系半導体結晶層を有するＧａＮ系半導体基材に関
し、特に、該ＧａＮ系半導体結晶層が、転位密度を低減
させたＡｌＧａＮ層を含む基材に関するものである。
ＧａＮ系半導体結晶層を有するＧａＮ系半導体基材に関
し、特に、該ＧａＮ系半導体結晶層が、転位密度を低減
させたＡｌＧａＮ層を含む基材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系半導体結晶（以下、「ＧａＮ系
結晶」ともいう）を用いた半導体素子・デバイスの性能
（寿命、初期特性）を向上させるためには、該結晶の転
位密度を低減することが不可欠である。この目的のため
に、ＥＬＯ法（選択成長法、ラテラルエピタキシャル成
長法などとも呼ばれる）など、種々の低転位密度化のた
めの成長技術が開発され、素子形成の際に応用されてい
る。ＧａＮ系半導体とは、ＩｎXＧａYＡｌZＮ（０≦Ｘ
≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で示
される化合物半導体であって、例えば、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどが重要な化合物として
挙げられる。
結晶」ともいう）を用いた半導体素子・デバイスの性能
（寿命、初期特性）を向上させるためには、該結晶の転
位密度を低減することが不可欠である。この目的のため
に、ＥＬＯ法（選択成長法、ラテラルエピタキシャル成
長法などとも呼ばれる）など、種々の低転位密度化のた
めの成長技術が開発され、素子形成の際に応用されてい
る。ＧａＮ系半導体とは、ＩｎXＧａYＡｌZＮ（０≦Ｘ
≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で示
される化合物半導体であって、例えば、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどが重要な化合物として
挙げられる。
【０００３】一方、ＧａＮ系結晶を用いた半導体レーザ
（発生光の波長は、緑色域〜紫外域）では、一般的に基
板上にｎ型コンタクト層（ｎ−ＧａＮ）、ｎ型クラッド
層（ｎ−ＡｌＧａＮ）、ｎ型光伝播層（ｎ−ＧａＮ）、
発光層（ＩｎＧａＮ系ＭＱＷ層）、ｐ型ＡｌＧａＮキャ
ップ層、ｐ型光伝播層、ｐ型クラッド層（ｎ−ＡｌＧａ
Ｎ）、ｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＮ）が形成され、活
性層および光伝播層内を光が横方向（積層方向に垂直に
形成されたストライプに沿った方向）に伝播する。光が
横方向に伝播する際には、該光が、クラッド層さらには
それよりも外側の層（例えばコンタクト層）へ染み出す
ことを防ぎ、放射パターン（ＦＦＰ：Far Field Patter
n）を単峰性にし、伝播光の光密度を低下させないため
に、クラッド層としてはバンドギャップが光伝播層より
大きく、屈折率の小さいＡｌＧａＮによって形成するこ
とが必要である。そして、該ＡｌＧａＮ層は、比較的厚
い層である方が好ましい。また、ＡｌＧａＮ系紫外線受
光素子は、光感応層としてＡｌＧａＮを使うが、検出可
能な光の長波長端は光感応層のバンドギャップ（Ｅ
ｇ）、即ちＡｌＮ組成比で決定される。この時にも、比
較的厚いＡｌＧａＮ層が必要になる。
（発生光の波長は、緑色域〜紫外域）では、一般的に基
板上にｎ型コンタクト層（ｎ−ＧａＮ）、ｎ型クラッド
層（ｎ−ＡｌＧａＮ）、ｎ型光伝播層（ｎ−ＧａＮ）、
発光層（ＩｎＧａＮ系ＭＱＷ層）、ｐ型ＡｌＧａＮキャ
ップ層、ｐ型光伝播層、ｐ型クラッド層（ｎ−ＡｌＧａ
Ｎ）、ｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＮ）が形成され、活
性層および光伝播層内を光が横方向（積層方向に垂直に
形成されたストライプに沿った方向）に伝播する。光が
横方向に伝播する際には、該光が、クラッド層さらには
それよりも外側の層（例えばコンタクト層）へ染み出す
ことを防ぎ、放射パターン（ＦＦＰ：Far Field Patter
n）を単峰性にし、伝播光の光密度を低下させないため
に、クラッド層としてはバンドギャップが光伝播層より
大きく、屈折率の小さいＡｌＧａＮによって形成するこ
とが必要である。そして、該ＡｌＧａＮ層は、比較的厚
い層である方が好ましい。また、ＡｌＧａＮ系紫外線受
光素子は、光感応層としてＡｌＧａＮを使うが、検出可
能な光の長波長端は光感応層のバンドギャップ（Ｅ
ｇ）、即ちＡｌＮ組成比で決定される。この時にも、比
較的厚いＡｌＧａＮ層が必要になる。
【０００４】従来のＥＬＯ法は、ＧａＮ系結晶が実質的
に成長し得ない材料（ＳｉＯ2等）からなるマスクを用
い、該マスク上を横方向成長（ラテラル成長）させるこ
とによって、転位線の伝播方向をコントロールし、転位
密度を低減させている。しかし、そのようなマスクであ
っても、ＡｌＧａＮは、Ａｌ成分の存在のために、マス
クを起点として結晶が成長してしまう。よって、マスク
を用いた従来のＥＬＯでは、ＡｌＧａＮの好ましい横方
向成長が困難であり、高品質、低転位密度のＡｌＧａＮ
層が得られなかった。
に成長し得ない材料（ＳｉＯ2等）からなるマスクを用
い、該マスク上を横方向成長（ラテラル成長）させるこ
とによって、転位線の伝播方向をコントロールし、転位
密度を低減させている。しかし、そのようなマスクであ
っても、ＡｌＧａＮは、Ａｌ成分の存在のために、マス
クを起点として結晶が成長してしまう。よって、マスク
を用いた従来のＥＬＯでは、ＡｌＧａＮの好ましい横方
向成長が困難であり、高品質、低転位密度のＡｌＧａＮ
層が得られなかった。
【０００５】一方、マスクを用いないラテラル成長法も
提案されている。この方法は、ＬＥＰＳ法などと呼ばれ
ており、例えば、図５（ａ）に示すように、サファイア
などの結晶基板１１０上にストライプ溝加工を施して凹
凸を形成し、図５（ｂ）に示すように、該凹凸の凸部の
上方部分から低温バッファ層（図示せず）を介してＧａ
Ｎ系結晶２１０を成長させ、図５（ｃ）に示すように、
凹部上（即ち、空中）を横方向成長させ、隣同士互いに
合体させて、ＧａＮ系結晶層３１０とする方法である。
以下、この凹凸を用いた結晶成長法を「ＬＥＰＳ法」と
呼んで説明する。ＬＥＰＳ法については、例えば、国際
公開公報ＷＯ００／５５８９３や、文献（Jpn. J. App
l. Phys. Vol. 40(2001)L583．）に詳細に記載されてい
る。
提案されている。この方法は、ＬＥＰＳ法などと呼ばれ
ており、例えば、図５（ａ）に示すように、サファイア
などの結晶基板１１０上にストライプ溝加工を施して凹
凸を形成し、図５（ｂ）に示すように、該凹凸の凸部の
上方部分から低温バッファ層（図示せず）を介してＧａ
Ｎ系結晶２１０を成長させ、図５（ｃ）に示すように、
凹部上（即ち、空中）を横方向成長させ、隣同士互いに
合体させて、ＧａＮ系結晶層３１０とする方法である。
以下、この凹凸を用いた結晶成長法を「ＬＥＰＳ法」と
呼んで説明する。ＬＥＰＳ法については、例えば、国際
公開公報ＷＯ００／５５８９３や、文献（Jpn. J. App
l. Phys. Vol. 40(2001)L583．）に詳細に記載されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の研究によれば、ＬＥＰＳ法によって、例えば凸部
からＡｌＧａＮを成長させようとする場合、横方向成長
速度が遅いという問題や、横方向成長した結晶同士の合
体（coalescence）が非常に遅くなるかまたは起こらな
いという問題や、また、結晶同士を合体させても、該合
体部に形成され易いボイドが起因となって多数のクラッ
クが発生するという問題が顕在化し、ＡｌＧａＮ結晶層
として成長させることが困難であることがわかった。
者等の研究によれば、ＬＥＰＳ法によって、例えば凸部
からＡｌＧａＮを成長させようとする場合、横方向成長
速度が遅いという問題や、横方向成長した結晶同士の合
体（coalescence）が非常に遅くなるかまたは起こらな
いという問題や、また、結晶同士を合体させても、該合
体部に形成され易いボイドが起因となって多数のクラッ
クが発生するという問題が顕在化し、ＡｌＧａＮ結晶層
として成長させることが困難であることがわかった。
【０００７】本発明の課題は、上記問題を解決し、ＬＥ
ＰＳ法を用いながらも、転位密度が低減されたＡｌＧａ
Ｎ結晶層を上面に有するＧａＮ系半導体基材を提供する
ことにある。
ＰＳ法を用いながらも、転位密度が低減されたＡｌＧａ
Ｎ結晶層を上面に有するＧａＮ系半導体基材を提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のＧａＮ系結晶基
材は次の特徴を有するものである。 （１）結晶基板と、該基板上に成長したＧａＮ系半導体
結晶層とを有するＧａＮ系半導体基材であって、前記結
晶基板の上面には凹凸が加工され、前記ＧａＮ系半導体
結晶層は、該凹凸の凹部および／または凸部から該凹凸
を覆って成長した層であり、該層には、さらにＡｌＧａ
Ｎ結晶層からなる積層構造が含まれ、該積層構造は、少
なくとも積層方向に隣接する層同士の間で互いにＡｌ組
成比が異なるようにＡｌＧａＮ結晶層が積層されたもの
であることを特徴とするＧａＮ系半導体基材。
材は次の特徴を有するものである。 （１）結晶基板と、該基板上に成長したＧａＮ系半導体
結晶層とを有するＧａＮ系半導体基材であって、前記結
晶基板の上面には凹凸が加工され、前記ＧａＮ系半導体
結晶層は、該凹凸の凹部および／または凸部から該凹凸
を覆って成長した層であり、該層には、さらにＡｌＧａ
Ｎ結晶層からなる積層構造が含まれ、該積層構造は、少
なくとも積層方向に隣接する層同士の間で互いにＡｌ組
成比が異なるようにＡｌＧａＮ結晶層が積層されたもの
であることを特徴とするＧａＮ系半導体基材。
【０００９】（２）上記凹凸が、ストライプパターンと
して形成され、該ストライプの長手方向が、その上に成
長するＧａＮ系半導体結晶の〈１１−２０〉方向、また
は〈１−１００〉方向である上記（１）記載のＧａＮ系
半導体基材。
して形成され、該ストライプの長手方向が、その上に成
長するＧａＮ系半導体結晶の〈１１−２０〉方向、また
は〈１−１００〉方向である上記（１）記載のＧａＮ系
半導体基材。
【００１０】（３）上記凹凸が、断面矩形波状のストラ
イプパターンとして形成され、凹溝部分の溝深さをｄ、
溝幅をＷ１として、ｄ／Ｗ１で定められるアスペクト比
が０．０１以上である上記（１）記載のＧａＮ系半導体
基材。
イプパターンとして形成され、凹溝部分の溝深さをｄ、
溝幅をＷ１として、ｄ／Ｗ１で定められるアスペクト比
が０．０１以上である上記（１）記載のＧａＮ系半導体
基材。
【００１１】（４）上記積層構造が、大きい方のＡｌ組
成比のＡｌＧａＮ結晶層と、小さい方のＡｌ組成比のＡ
ｌＧａＮ結晶層とが、交互に積層されたものである上記
（１）記載のＧａＮ系半導体基材。
成比のＡｌＧａＮ結晶層と、小さい方のＡｌ組成比のＡ
ｌＧａＮ結晶層とが、交互に積層されたものである上記
（１）記載のＧａＮ系半導体基材。
【００１２】（５）大きい方のＡｌ組成比が０．０１〜
０．７であって、小さい方のＡｌ組成比が０〜０．１で
ある上記（４）記載のＧａＮ系半導体基材。
０．７であって、小さい方のＡｌ組成比が０〜０．１で
ある上記（４）記載のＧａＮ系半導体基材。
【００１３】（６）上記積層構造が、超格子構造である
上記（１）〜（５）のいずれかに記載のＧａＮ系半導体
基材。
上記（１）〜（５）のいずれかに記載のＧａＮ系半導体
基材。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明によるＧａＮ系結晶基材
（当該基材）は、図１に例示するように、結晶基板１
と、該基板上に成長したＧａＮ系結晶層２とによって構
成される。結晶基板１の表面には、ＬＥＰＳ法を実施し
得るように凹凸（同図では、凸部１ａ、凹部１ｂ）が加
工され、ＧａＮ系結晶層２が、ＬＥＰＳ法に従って該凹
凸の凹部および／または凸部から該凹凸を覆って成長し
ている。ここで、従来のＬＥＰＳ法と異なる点は、凹凸
上に成長している該ＧａＮ系結晶層２が、従来のＬＥＰ
Ｓ法に見られるような単一材料だけで成長した層ではな
く、ＡｌＧａＮ結晶層からなる積層構造を含んでいる点
である。その積層構造は、隣接する層同士の間で互いに
Ａｌ組成比が異なるようにＡｌＧａＮ結晶層（２１〜２
８）が積層されたものである。換言すると、ＧａＮ系結
晶層２は、ＡｌＧａＮ結晶層による積層を行いながら、
ＬＥＰＳ法特有の結晶成長を行って得られた層である。
（当該基材）は、図１に例示するように、結晶基板１
と、該基板上に成長したＧａＮ系結晶層２とによって構
成される。結晶基板１の表面には、ＬＥＰＳ法を実施し
得るように凹凸（同図では、凸部１ａ、凹部１ｂ）が加
工され、ＧａＮ系結晶層２が、ＬＥＰＳ法に従って該凹
凸の凹部および／または凸部から該凹凸を覆って成長し
ている。ここで、従来のＬＥＰＳ法と異なる点は、凹凸
上に成長している該ＧａＮ系結晶層２が、従来のＬＥＰ
Ｓ法に見られるような単一材料だけで成長した層ではな
く、ＡｌＧａＮ結晶層からなる積層構造を含んでいる点
である。その積層構造は、隣接する層同士の間で互いに
Ａｌ組成比が異なるようにＡｌＧａＮ結晶層（２１〜２
８）が積層されたものである。換言すると、ＧａＮ系結
晶層２は、ＡｌＧａＮ結晶層による積層を行いながら、
ＬＥＰＳ法特有の結晶成長を行って得られた層である。
【００１５】上記積層構造を含んだ構成とすることによ
って、ＬＥＰＳ法を用いながら、ＡｌＧａＮ結晶を、転
位密度の低減された層として成長させることができる。
この積層構造の最上層を必要なだけ厚くして、素子のク
ラッド層などに利用してもよい。
って、ＬＥＰＳ法を用いながら、ＡｌＧａＮ結晶を、転
位密度の低減された層として成長させることができる。
この積層構造の最上層を必要なだけ厚くして、素子のク
ラッド層などに利用してもよい。
【００１６】上記積層構造は、積層方向に隣接する層同
士の間でＡｌ組成比が互いに異なっておればよく、Ａｌ
組成比の積層の仕方（組合せ方）として大きく分ける
と、次のような態様が挙げられる。 （ａ）大きい方のＡｌ組成比のＡｌＧａＮ結晶層と、小
さい方のＡｌ組成比のＡｌＧａＮ結晶層とが、交互に成
長した積層構造。 （ｂ）Ａｌ組成比が段階的に変化するように積層された
構造。 （ｃ）上記（ａ）、（ｂ）以外の構成であって、異なる
Ａｌ組成比のＡｌＧａＮ層が、規則的にまたは不規則に
積層された構造。
士の間でＡｌ組成比が互いに異なっておればよく、Ａｌ
組成比の積層の仕方（組合せ方）として大きく分ける
と、次のような態様が挙げられる。 （ａ）大きい方のＡｌ組成比のＡｌＧａＮ結晶層と、小
さい方のＡｌ組成比のＡｌＧａＮ結晶層とが、交互に成
長した積層構造。 （ｂ）Ａｌ組成比が段階的に変化するように積層された
構造。 （ｃ）上記（ａ）、（ｂ）以外の構成であって、異なる
Ａｌ組成比のＡｌＧａＮ層が、規則的にまたは不規則に
積層された構造。
【００１７】上記積層構造における、各層の境界部分
は、Ａｌ組成比がステップ状に変化し境界面が明確にな
っていても、Ａｌ組成比が連続的（グラデーション状）
に変化して境界面が不明確になっていてもよい。本発明
では、境界面が不明確であっても、異なるＡｌ組成比が
層状に変化しているならば、積層構造とみなす。Ａｌ組
成比変化の連続性、不連続性は、ＬＥＰＳ法を実施する
際の気相成長において自由に制御可能である。
は、Ａｌ組成比がステップ状に変化し境界面が明確にな
っていても、Ａｌ組成比が連続的（グラデーション状）
に変化して境界面が不明確になっていてもよい。本発明
では、境界面が不明確であっても、異なるＡｌ組成比が
層状に変化しているならば、積層構造とみなす。Ａｌ組
成比変化の連続性、不連続性は、ＬＥＰＳ法を実施する
際の気相成長において自由に制御可能である。
【００１８】上記（ａ）の積層構造は、大小２種類だけ
のＡｌＧａＮを交互に成長させる構造だけに限定される
ものではなく、大きい方（または小さい方）のＡｌ組成
比のＡｌＧａＮ結晶層同士は、互いにＡｌ組成比が異な
っていてもよい。例えば、大小のＡｌ組成を交互に繰り
返しながらも、全体としては、下層側から上層側に向か
って、Ａｌ組成が上昇していく態様などであってもよ
い。また、大小２種類だけのＡｌＧａＮを交互に成長さ
せた後、最後の１層を所望のＡｌ組成比としてもよい。
以下、大小２種類だけのＡｌＧａＮを交互に成長させる
態様を代表的に取り上げて、上記（ａ）の積層構造を説
明する。
のＡｌＧａＮを交互に成長させる構造だけに限定される
ものではなく、大きい方（または小さい方）のＡｌ組成
比のＡｌＧａＮ結晶層同士は、互いにＡｌ組成比が異な
っていてもよい。例えば、大小のＡｌ組成を交互に繰り
返しながらも、全体としては、下層側から上層側に向か
って、Ａｌ組成が上昇していく態様などであってもよ
い。また、大小２種類だけのＡｌＧａＮを交互に成長さ
せた後、最後の１層を所望のＡｌ組成比としてもよい。
以下、大小２種類だけのＡｌＧａＮを交互に成長させる
態様を代表的に取り上げて、上記（ａ）の積層構造を説
明する。
【００１９】本発明者等の研究によれば、ＧａＮは十分
な横方向成長速度を持つために、ＬＥＰＳ法が有効とな
る材料であるが、ＡｌＧａＮは、Ａｌ成分のために横方
向成長が遅くなり、好ましい結晶層が得難い。そこで、
上記（ａ）の積層構造のように、Ａｌ組成比のより大き
いＡｌyＧａ1 -yＮ層（０≦ｙ≦１）と、Ａｌ組成比のよ
り小さいＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１、ｘ＜ｙ）層と
を交互に成長させながら１つの層として形成する。これ
によって、図１に示すように、小さいＡｌ組成比のＡｌ
xＧａ1-xＮ層（２１、２３、２５、２７）が横方向への
成長を促進する層となり、大きいＡｌ組成比のＡｌyＧ
ａ1-yＮ層を含みながらも、層２全体として、結晶基板
の凸部１ａの上方部分から横方向に好ましく成長し、隣
同士互いに合体して１つのＧａＮ系結晶層２となる。
な横方向成長速度を持つために、ＬＥＰＳ法が有効とな
る材料であるが、ＡｌＧａＮは、Ａｌ成分のために横方
向成長が遅くなり、好ましい結晶層が得難い。そこで、
上記（ａ）の積層構造のように、Ａｌ組成比のより大き
いＡｌyＧａ1 -yＮ層（０≦ｙ≦１）と、Ａｌ組成比のよ
り小さいＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１、ｘ＜ｙ）層と
を交互に成長させながら１つの層として形成する。これ
によって、図１に示すように、小さいＡｌ組成比のＡｌ
xＧａ1-xＮ層（２１、２３、２５、２７）が横方向への
成長を促進する層となり、大きいＡｌ組成比のＡｌyＧ
ａ1-yＮ層を含みながらも、層２全体として、結晶基板
の凸部１ａの上方部分から横方向に好ましく成長し、隣
同士互いに合体して１つのＧａＮ系結晶層２となる。
【００２０】上記（ａ）の積層構造では、Ａｌ組成比が
小さい方のＡｌxＧａ1-xＮ層の該Ａｌ組成比ｘは、０．
１以下が好ましく、ｘ＝０（即ち、ＧａＮ）が横方向成
長の点で最も好ましい。一方、Ａｌ組成比が大きい方の
ＡｌyＧａ1-yＮ層の該Ａｌ組成比ｙは、当該基材を用い
て形成する素子のクラッド層や受光層として必要なＡｌ
ＧａＮの組成比とすればよく、限定されないが、０．０
１≦ｙ≦０．７、特に、０．０２≦ｙ≦０．５が実使用
上好ましい範囲として挙げられる。
小さい方のＡｌxＧａ1-xＮ層の該Ａｌ組成比ｘは、０．
１以下が好ましく、ｘ＝０（即ち、ＧａＮ）が横方向成
長の点で最も好ましい。一方、Ａｌ組成比が大きい方の
ＡｌyＧａ1-yＮ層の該Ａｌ組成比ｙは、当該基材を用い
て形成する素子のクラッド層や受光層として必要なＡｌ
ＧａＮの組成比とすればよく、限定されないが、０．０
１≦ｙ≦０．７、特に、０．０２≦ｙ≦０．５が実使用
上好ましい範囲として挙げられる。
【００２１】ＡｌxＧａ1-xＮ層と、ＡｌyＧａ1-yＮ層の
各々の層厚さは、共に、５０ｎｍ程度以下とすることが
好ましく、特に、１０ｎｍ程度以下として、両層による
超格子構造とすることが好ましい。超格子構造とするこ
とによって、転位を導入して歪みを緩和する前に次の層
構造が形成されるためにクラックの発生も防止すること
ができ、該ＡｌxＧａ1-xＮ層とＡｌyＧａ1-yＮ層の膜厚
の重み付けがなされた平均組成のＡｌＧａＮ混晶として
の性質を具備したＡｌＧａＮ層を作製することができ
る。
各々の層厚さは、共に、５０ｎｍ程度以下とすることが
好ましく、特に、１０ｎｍ程度以下として、両層による
超格子構造とすることが好ましい。超格子構造とするこ
とによって、転位を導入して歪みを緩和する前に次の層
構造が形成されるためにクラックの発生も防止すること
ができ、該ＡｌxＧａ1-xＮ層とＡｌyＧａ1-yＮ層の膜厚
の重み付けがなされた平均組成のＡｌＧａＮ混晶として
の性質を具備したＡｌＧａＮ層を作製することができ
る。
【００２２】ＡｌxＧａ1-xＮ層とＡｌyＧａ1-yＮ層とに
よる交互の積層構造は、図３（ａ）に示すように、少な
くとも、隣り合った成長起点から成長した結晶同士が互
いに結合するまでは、その交互の積層を繰り返すことが
好ましい。互いに結合した後も、図１に示すように、層
上面がフラットになるまで交互の積層を継続させてもよ
く、また、図３（ｂ）に示すように、ＡｌyＧａ1-yＮ層
２ａだけを該層２ａの上面がフラットになるまで厚膜に
成長させてもよい。
よる交互の積層構造は、図３（ａ）に示すように、少な
くとも、隣り合った成長起点から成長した結晶同士が互
いに結合するまでは、その交互の積層を繰り返すことが
好ましい。互いに結合した後も、図１に示すように、層
上面がフラットになるまで交互の積層を継続させてもよ
く、また、図３（ｂ）に示すように、ＡｌyＧａ1-yＮ層
２ａだけを該層２ａの上面がフラットになるまで厚膜に
成長させてもよい。
【００２３】ＧａＮ系結晶層２の総層厚は限定されず、
成長条件や凸凹の周期によっても異なるが、発光素子、
受光素子などにおいて必要となるＡｌＧａＮ層の厚さは
概ね１μｍ〜１０μｍ程度である。また、表層のＡｌＧ
ａＮ層は必要に応じて厚く成長させてもよい。
成長条件や凸凹の周期によっても異なるが、発光素子、
受光素子などにおいて必要となるＡｌＧａＮ層の厚さは
概ね１μｍ〜１０μｍ程度である。また、表層のＡｌＧ
ａＮ層は必要に応じて厚く成長させてもよい。
【００２４】結晶基板の凹凸上に、ＡｌxＧａ1-xＮ層と
ＡｌyＧａ1-yＮ層とを交互に成長させて行く場合、どち
らの層を最初に成長させてもよいが、例えば、ＧａＮ低
温成長バッファ層を用いる場合などでは、Ａｌ組成のよ
り小さいＡｌxＧａ1-xＮ層の方を先に成長させること
で、結晶の乱れが小さく、よりスムーズにＡｌＧａＮ層
へ移行することが期待できる。また、ＡｌＮ低温成長バ
ッファ層を用いる場合にはＡｌ組成の大きいＡｌyＧａ
1-yＮ層の方を先に成長させるなど、その時のバッファ
層に応じて、適宜、最初の層のＡｌ組成を選択すればよ
い。
ＡｌyＧａ1-yＮ層とを交互に成長させて行く場合、どち
らの層を最初に成長させてもよいが、例えば、ＧａＮ低
温成長バッファ層を用いる場合などでは、Ａｌ組成のよ
り小さいＡｌxＧａ1-xＮ層の方を先に成長させること
で、結晶の乱れが小さく、よりスムーズにＡｌＧａＮ層
へ移行することが期待できる。また、ＡｌＮ低温成長バ
ッファ層を用いる場合にはＡｌ組成の大きいＡｌyＧａ
1-yＮ層の方を先に成長させるなど、その時のバッファ
層に応じて、適宜、最初の層のＡｌ組成を選択すればよ
い。
【００２５】上記（ｂ）の積層構造におけるＡｌ組成比
の増減パターンは、限定されないが、Ａｌ組成比を単調
に増加させていくパターンは、最上層のＡｌ組成を大き
くする方法としては有効である。また、用途や目的に応
じては、Ａｌ組成比の単調増加の後、特定の層から上
は、Ａｌ組成を単調に減少させてもよく、また、特定周
期で増減を繰り返してもよい。
の増減パターンは、限定されないが、Ａｌ組成比を単調
に増加させていくパターンは、最上層のＡｌ組成を大き
くする方法としては有効である。また、用途や目的に応
じては、Ａｌ組成比の単調増加の後、特定の層から上
は、Ａｌ組成を単調に減少させてもよく、また、特定周
期で増減を繰り返してもよい。
【００２６】当該基材に用いられる結晶基板は、ＧａＮ
系結晶が成長可能なものであればよく、結晶成長が最初
に出発するためのベースとなる結晶基板（同じ材料だけ
からなる基板）であっても、その表面に格子整合のため
のバッファ層、さらにはＧａＮ系結晶膜が形成されたも
のであってもよい。
系結晶が成長可能なものであればよく、結晶成長が最初
に出発するためのベースとなる結晶基板（同じ材料だけ
からなる基板）であっても、その表面に格子整合のため
のバッファ層、さらにはＧａＮ系結晶膜が形成されたも
のであってもよい。
【００２７】ベースとなる結晶基板としては、サファイ
ア（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３
Ｃ）、Ｓｉ、スピネル、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＮＧＯ、Ｇ
ａＮ、ＡｌＮ（またはＡｌＮを表層として有する基板）
などを用いることができるが、発明の目的に対応するな
らばこの他の材料を用いてもよい。なお、基板の面方位
は特に限定されなく、更にジャスト基板でも良いしオフ
角を付与した基板であっても良い。ＬＥＰＳ法が転位密
度の低減を目的とする結晶成長法であることから、結晶
基板が、サファイアやＳｉＣなど、ＧａＮ系以外の材料
からなる基板である場合に、本発明の有用性はより顕著
となる。
ア（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３
Ｃ）、Ｓｉ、スピネル、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＮＧＯ、Ｇ
ａＮ、ＡｌＮ（またはＡｌＮを表層として有する基板）
などを用いることができるが、発明の目的に対応するな
らばこの他の材料を用いてもよい。なお、基板の面方位
は特に限定されなく、更にジャスト基板でも良いしオフ
角を付与した基板であっても良い。ＬＥＰＳ法が転位密
度の低減を目的とする結晶成長法であることから、結晶
基板が、サファイアやＳｉＣなど、ＧａＮ系以外の材料
からなる基板である場合に、本発明の有用性はより顕著
となる。
【００２８】バッファ層は必要に応じて上記ベースとな
る結晶基板上に形成すればよく、特にサファイア基板を
用いる場合は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮなどによる
ＧａＮ系低温成長バッファ層が好ましいものとして挙げ
られる。
る結晶基板上に形成すればよく、特にサファイア基板を
用いる場合は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮなどによる
ＧａＮ系低温成長バッファ層が好ましいものとして挙げ
られる。
【００２９】結晶基板の表面に加工すべき凹凸のパター
ンは、ＬＥＰＳ法が実施可能な凹凸であればよい。例え
ば、ドット状の凹部（または凸部）が配列されたパター
ン、直線状または曲線状の凹溝（または凸尾根）が一定
間隔で配列されたストライプ状の凹凸パターンなどが挙
げられる。凸条が格子状をなすように配置されたパター
ンは、角穴ドット状の凹部が規則的に配列されたパター
ンの一種である。凹凸の断面形状は、基本的に矩形（台
形を含む）波状が好ましい。最終的に得るべきＧａＮ系
結晶層上面の平坦化の点からは、凹凸のピッチは、一定
である方が好ましい。
ンは、ＬＥＰＳ法が実施可能な凹凸であればよい。例え
ば、ドット状の凹部（または凸部）が配列されたパター
ン、直線状または曲線状の凹溝（または凸尾根）が一定
間隔で配列されたストライプ状の凹凸パターンなどが挙
げられる。凸条が格子状をなすように配置されたパター
ンは、角穴ドット状の凹部が規則的に配列されたパター
ンの一種である。凹凸の断面形状は、基本的に矩形（台
形を含む）波状が好ましい。最終的に得るべきＧａＮ系
結晶層上面の平坦化の点からは、凹凸のピッチは、一定
である方が好ましい。
【００３０】上記種々の凹凸の態様の中でも、直線状ま
たは曲線状の凹溝（または凸条）が一定間隔で配列され
たストライプ状の凹凸パターンは、その作製工程を簡略
化できると共に、パターンの作製が容易であるので好ま
しい。
たは曲線状の凹溝（または凸条）が一定間隔で配列され
たストライプ状の凹凸パターンは、その作製工程を簡略
化できると共に、パターンの作製が容易であるので好ま
しい。
【００３１】凹凸のパターンをストライプ状とする場
合、そのストライプの長手方向はＧａＮ系結晶の成長の
仕方に重要な影響を与える。ストライプの長手方向をそ
の上に成長するＧａＮ系結晶の〈１−１００〉方向とす
る場合、成長条件に依っては｛１１−２０｝面が凸部か
ら横方向成長する面となる。｛１１−２０｝面は、｛１
−１００｝面に比べて横方向に高速に成長する性質を有
する。これは、異なるＡｌ組成比の層を交互に成長させ
ることによる横方向成長性の向上がより顕著に現れる態
様である。またこの場合、凹部は、図１に示すように、
空洞として残り易くなる。
合、そのストライプの長手方向はＧａＮ系結晶の成長の
仕方に重要な影響を与える。ストライプの長手方向をそ
の上に成長するＧａＮ系結晶の〈１−１００〉方向とす
る場合、成長条件に依っては｛１１−２０｝面が凸部か
ら横方向成長する面となる。｛１１−２０｝面は、｛１
−１００｝面に比べて横方向に高速に成長する性質を有
する。これは、異なるＡｌ組成比の層を交互に成長させ
ることによる横方向成長性の向上がより顕著に現れる態
様である。またこの場合、凹部は、図１に示すように、
空洞として残り易くなる。
【００３２】逆に、ストライプの長手方向をその上に成
長するＧａＮ系結晶の〈１１−２０〉方向とする場合、
｛１−１００｝面が凸部から凹部上に向かって横方向成
長する面となり、横方向への成長速度は遅くなる。その
結果、Ｃ軸方向の成長速度の方が速くなり、｛１−１０
１｝面などの斜めファセットが形成され易くなる。この
場合には、凹凸の寸法の取り方によって、凹部内の底面
からもＧａＮ系結晶がファセット成長し、凹部を結晶で
充填することも可能となる。この場合、ＡｌＧａＮ結晶
層は、図４（ａ）に示すように、凹部および凸部の各上
面において三角凸状に成長した後、上面が平坦化して１
つの層となる傾向が強くなる。この態様では、図４
（ｂ）に示すように、ファセット成長から平坦化までの
うちの、初期や中期などの一部、または全部の過程にお
いて、異なるＡｌ組成比の層を交互に成長させる。
長するＧａＮ系結晶の〈１１−２０〉方向とする場合、
｛１−１００｝面が凸部から凹部上に向かって横方向成
長する面となり、横方向への成長速度は遅くなる。その
結果、Ｃ軸方向の成長速度の方が速くなり、｛１−１０
１｝面などの斜めファセットが形成され易くなる。この
場合には、凹凸の寸法の取り方によって、凹部内の底面
からもＧａＮ系結晶がファセット成長し、凹部を結晶で
充填することも可能となる。この場合、ＡｌＧａＮ結晶
層は、図４（ａ）に示すように、凹部および凸部の各上
面において三角凸状に成長した後、上面が平坦化して１
つの層となる傾向が強くなる。この態様では、図４
（ｂ）に示すように、ファセット成長から平坦化までの
うちの、初期や中期などの一部、または全部の過程にお
いて、異なるＡｌ組成比の層を交互に成長させる。
【００３３】図４（ａ）に示すようなファセット成長初
期の三角凸状の結晶は、単一の材料だけで成長させるだ
けでなく、ＡｌＧａＮ層を交互に成長させながら三角凸
状まで成長させてもよい。
期の三角凸状の結晶は、単一の材料だけで成長させるだ
けでなく、ＡｌＧａＮ層を交互に成長させながら三角凸
状まで成長させてもよい。
【００３４】凹凸のパターンをストライプ状とし、凹凸
の断面形状を矩形波状とする場合、図２に示す凹凸の各
部の好ましい寸法は、凹溝の幅Ｗ１が０．５μｍ〜２０
μｍ程度、凸条の幅Ｗ２が０．５μｍ〜２０μｍ程度、
凹凸の振幅（凹溝の深さ）ｄが０．０５μｍ〜５μｍ程
度であり、ｄ／Ｗ１で定められるアスペクト比は、０．
０１以上が好ましい。これらの範囲のなかでも、凸部の
上部だけから成長させるには、凹溝の幅Ｗ１は０．５μ
ｍ〜２０μｍ、凸条の幅Ｗ２は０．５μｍ〜５μｍ、凹
凸の振幅ｄは０．２μｍ〜５μｍとすることが特に好ま
しい。一方、凹部、凸部の両方からファセット成長させ
るには、凹溝の幅Ｗ１は０．５μｍ〜２０μｍ、凸条の
幅Ｗ２は０．５μｍ〜２０μｍ、凹凸の振幅ｄは０．０
５μｍ〜３μｍとすることが特に好ましい。
の断面形状を矩形波状とする場合、図２に示す凹凸の各
部の好ましい寸法は、凹溝の幅Ｗ１が０．５μｍ〜２０
μｍ程度、凸条の幅Ｗ２が０．５μｍ〜２０μｍ程度、
凹凸の振幅（凹溝の深さ）ｄが０．０５μｍ〜５μｍ程
度であり、ｄ／Ｗ１で定められるアスペクト比は、０．
０１以上が好ましい。これらの範囲のなかでも、凸部の
上部だけから成長させるには、凹溝の幅Ｗ１は０．５μ
ｍ〜２０μｍ、凸条の幅Ｗ２は０．５μｍ〜５μｍ、凹
凸の振幅ｄは０．２μｍ〜５μｍとすることが特に好ま
しい。一方、凹部、凸部の両方からファセット成長させ
るには、凹溝の幅Ｗ１は０．５μｍ〜２０μｍ、凸条の
幅Ｗ２は０．５μｍ〜２０μｍ、凹凸の振幅ｄは０．０
５μｍ〜３μｍとすることが特に好ましい。
【００３５】凹凸の加工方法としては、例えば、通常の
フォトリソグラフイ技術を用いて、目的の凹凸の態様に
応じてパターン化し、ＲＩＥ技術等を使ってエッチング
加工を施して目的の凹凸を得る方法などが例示される。
フォトリソグラフイ技術を用いて、目的の凹凸の態様に
応じてパターン化し、ＲＩＥ技術等を使ってエッチング
加工を施して目的の凹凸を得る方法などが例示される。
【００３６】ＧａＮ系結晶の成長を行う方法は、ＨＶＰ
Ｅ、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ法などがよい。厚膜を作製する
場合はＨＶＰＥ法が好ましいが、薄膜を形成する場合は
ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法が好ましい。
Ｅ、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ法などがよい。厚膜を作製する
場合はＨＶＰＥ法が好ましいが、薄膜を形成する場合は
ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法が好ましい。
【００３７】ＧａＮ系結晶を成長させる際の成長条件
（ガス種、成長圧力、成長温度、など）によって、ファ
セット面を形成させながら成長させるかどうかを制御す
る事ができる。減圧成長ではＮＨ3分圧が低い場合｛１
−１０１｝面のファセットが出易く、常圧成長では減圧
に比べファセット面が出易い。また成長温度を上げると
横方向成長が促進されるが、低温成長すると横方向成長
よりもＣ軸方向の成長が速くなり、ファセット面が形成
されやすくなる。
（ガス種、成長圧力、成長温度、など）によって、ファ
セット面を形成させながら成長させるかどうかを制御す
る事ができる。減圧成長ではＮＨ3分圧が低い場合｛１
−１０１｝面のファセットが出易く、常圧成長では減圧
に比べファセット面が出易い。また成長温度を上げると
横方向成長が促進されるが、低温成長すると横方向成長
よりもＣ軸方向の成長が速くなり、ファセット面が形成
されやすくなる。
【００３８】当該基材は、ＬＥＰＳ法によって表層を形
成されたものでありながら、該表層が転位密度の低減さ
れた高品質なＡｌＧａＮ層となっている。このＡｌＧａ
Ｎ層は、短波長域に感度を持つ受光素子の受光層として
有用であり、感度の向上等に寄与する。また、ＬＥＤや
半導体レーザの発光層、クラッド層などにも有用であ
り、素子の特性を向上させるものとなる。その他、高品
質なＡｌＧａＮ層を必要とするデバイスの形成に、当該
基材は有用となる。
成されたものでありながら、該表層が転位密度の低減さ
れた高品質なＡｌＧａＮ層となっている。このＡｌＧａ
Ｎ層は、短波長域に感度を持つ受光素子の受光層として
有用であり、感度の向上等に寄与する。また、ＬＥＤや
半導体レーザの発光層、クラッド層などにも有用であ
り、素子の特性を向上させるものとなる。その他、高品
質なＡｌＧａＮ層を必要とするデバイスの形成に、当該
基材は有用となる。
【００３９】当該基材のＧａＮ系結晶層は、転位密度を
低減されたＡｌＧａＮ層を有することが特徴であるが、
ＡｌＧａＮ層が必ず当該基材の表層である必要はなく、
その上にさらにＧａＮ結晶層など必要な結晶層を備えて
いてもよい。
低減されたＡｌＧａＮ層を有することが特徴であるが、
ＡｌＧａＮ層が必ず当該基材の表層である必要はなく、
その上にさらにＧａＮ結晶層など必要な結晶層を備えて
いてもよい。
【００４０】また、当該基材は、必ずしも単独の部材と
して取り扱われ流通する必要はなく、１つの成長工程で
形成される積層体の基材部分に含まれるものであっても
よい。即ち、種々のＧａＮ系素子を形成する過程におい
て、気相成長装置内で当該基材を形成した後、結晶成長
を中断することなくその上に素子構造を成長させても、
該素子には当該基材が存在する。
して取り扱われ流通する必要はなく、１つの成長工程で
形成される積層体の基材部分に含まれるものであっても
よい。即ち、種々のＧａＮ系素子を形成する過程におい
て、気相成長装置内で当該基材を形成した後、結晶成長
を中断することなくその上に素子構造を成長させても、
該素子には当該基材が存在する。
【００４１】
【実施例】実施例１
本実施例では、サファイア基板上にストライプ状の凹凸
パターンを形成し、凸部から（ＧａＮ層／Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ層）の交互成長を、それぞれの層厚を１００ｎｍ
として行い、結晶層が凹部を覆い上面が平坦となるまで
交互成長させて当該基材を得（最終の表層はＡｌＧａＮ
層）として、該表層の結晶品質を評価した。
パターンを形成し、凸部から（ＧａＮ層／Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ層）の交互成長を、それぞれの層厚を１００ｎｍ
として行い、結晶層が凹部を覆い上面が平坦となるまで
交互成長させて当該基材を得（最終の表層はＡｌＧａＮ
層）として、該表層の結晶品質を評価した。
【００４２】Ｃ面サファイア基板にフォトレジストによ
るストライプ状のパターニング（凹溝の幅３μｍ、周期
６μｍ、ストライプの長手方向は成長するＧａＮ系結晶
にとって〈１−１００〉方向である）を行い、ＲＩＥ装
置で１．５μｍの深さまで断面方形となるようエッチン
グし、表面がストライプ状パターンの凹凸となったサフ
ァイア基板を得た。
るストライプ状のパターニング（凹溝の幅３μｍ、周期
６μｍ、ストライプの長手方向は成長するＧａＮ系結晶
にとって〈１−１００〉方向である）を行い、ＲＩＥ装
置で１．５μｍの深さまで断面方形となるようエッチン
グし、表面がストライプ状パターンの凹凸となったサフ
ァイア基板を得た。
【００４３】このサファイア基板を、通常の常圧ＭＯＶ
ＰＥ装置に装填し、窒素ガス主成分雰囲気下で１１００
℃まで昇温し、サーマルクリーニングを行った。温度を
５００℃まで下げ、III 族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、
厚さ３０ｎｍのＧａＮ低温バッファ層を凸部の上面およ
び凹部の底面に形成した。
ＰＥ装置に装填し、窒素ガス主成分雰囲気下で１１００
℃まで昇温し、サーマルクリーニングを行った。温度を
５００℃まで下げ、III 族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、
厚さ３０ｎｍのＧａＮ低温バッファ層を凸部の上面およ
び凹部の底面に形成した。
【００４４】続いて温度を１０００℃に昇温し、ＴＭ
Ｇ、アンモニアを流して行うＧａＮ層（層厚１００ｎ
ｍ）の成長と、ＴＭＧ、トリメチルアルミニウム（以下
ＴＭＡ）、アンモニアを流して行うＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層
（層厚１００ｎｍ）の成長とを交互に繰り返すことによ
って積層構造を形成しながら、横方向に成長させ、隣り
合った凸部から成長した結晶同士が主結晶となり、互い
に接合しさらに層上面が略平坦になるまで交互の成長を
継続した後、最上層にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を厚さ５０
０ｎｍ成長させ、本発明による基材を得た。成長したＧ
ａＮ系結晶層の総厚（基板の凸部上面から層上面まで）
は３μｍであった。
Ｇ、アンモニアを流して行うＧａＮ層（層厚１００ｎ
ｍ）の成長と、ＴＭＧ、トリメチルアルミニウム（以下
ＴＭＡ）、アンモニアを流して行うＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層
（層厚１００ｎｍ）の成長とを交互に繰り返すことによ
って積層構造を形成しながら、横方向に成長させ、隣り
合った凸部から成長した結晶同士が主結晶となり、互い
に接合しさらに層上面が略平坦になるまで交互の成長を
継続した後、最上層にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を厚さ５０
０ｎｍ成長させ、本発明による基材を得た。成長したＧ
ａＮ系結晶層の総厚（基板の凸部上面から層上面まで）
は３μｍであった。
【００４５】当該基板の上に、さらにＳｉを添加したＧ
ａＮ結晶層を１μｍ成長させ、該ＧａＮ結晶層の上面
を、カソードルミネッセンスによって観察したところ、
ダークスポットの密度（＝転位密度）は、凹部の上方に
対応する領域（横方向成長した部分）で約１×１０4個
／ｃｍ2と、極端に低下しており、転位密度が部分的に
低減された高品質なＡｌＧａＮ結晶層であることがわか
った。しかし、一部にクラックの発生が観測された。
ａＮ結晶層を１μｍ成長させ、該ＧａＮ結晶層の上面
を、カソードルミネッセンスによって観察したところ、
ダークスポットの密度（＝転位密度）は、凹部の上方に
対応する領域（横方向成長した部分）で約１×１０4個
／ｃｍ2と、極端に低下しており、転位密度が部分的に
低減された高品質なＡｌＧａＮ結晶層であることがわか
った。しかし、一部にクラックの発生が観測された。
【００４６】実施例２
本実施例では、ＧａＮ層と、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層とを交
互に繰り返して成長させてなる積層構造を、超格子構造
としたこと以外は、実施例１と同様にして当該基材を得
た。超格子構造の両層の層厚は、共に１０ｎｍである。
互に繰り返して成長させてなる積層構造を、超格子構造
としたこと以外は、実施例１と同様にして当該基材を得
た。超格子構造の両層の層厚は、共に１０ｎｍである。
【００４７】また、実施例１と同様、隣り合った凸部か
ら成長した結晶同士が、互いに接合しさらに層上面が略
平坦になるまで交互の成長を継続した後、最上層にＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層を厚さ１μｍ成長させた。成長したＧ
ａＮ系結晶層の総厚（基板の凸部上面から層上面まで）
は３μｍであった。
ら成長した結晶同士が、互いに接合しさらに層上面が略
平坦になるまで交互の成長を継続した後、最上層にＡｌ
0.15Ｇａ0.85Ｎ層を厚さ１μｍ成長させた。成長したＧ
ａＮ系結晶層の総厚（基板の凸部上面から層上面まで）
は３μｍであった。
【００４８】当該基板の上に、さらにＳｉを添加したＧ
ａＮ結晶層を１μｍ成長させ、該ＧａＮ結晶層の上面
を、カソードルミネッセンスによって観察したところ、
ダークスポットの密度は、実施例１と同様に凹部の上方
に対応する領域で約１×１０4個／ｃｍ2となっていた
が、実施例１とは異なり、クラックの発生が無かった。
ａＮ結晶層を１μｍ成長させ、該ＧａＮ結晶層の上面
を、カソードルミネッセンスによって観察したところ、
ダークスポットの密度は、実施例１と同様に凹部の上方
に対応する領域で約１×１０4個／ｃｍ2となっていた
が、実施例１とは異なり、クラックの発生が無かった。
【００４９】実施例３
本実施例では、サファイア基板上にストライプ状の凹凸
パターンを形成し、凸部および凹部から（ＧａＮ層／Ａ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層）の交互成長を、それぞれの層厚を１
０ｎｍとして行い、凹部、凸部から成長した結晶が一体
化し上面が平坦となるまで交互成長させて当該基材を得
（最終の表層はＡｌＧａＮ層）、該表層の結晶品質を評
価した。
パターンを形成し、凸部および凹部から（ＧａＮ層／Ａ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層）の交互成長を、それぞれの層厚を１
０ｎｍとして行い、凹部、凸部から成長した結晶が一体
化し上面が平坦となるまで交互成長させて当該基材を得
（最終の表層はＡｌＧａＮ層）、該表層の結晶品質を評
価した。
【００５０】Ｃ面サファイア基板にフォトレジストによ
るストライプ状のパターニング（凹溝の幅３μｍ、周期
６μｍ、ストライプの長手方向は成長するＧａＮ系結晶
にとって〈１１−２０〉方向である）を行い、ＲＩＥ装
置で１．５μｍの深さまで断面方形となるようエッチン
グし、表面がストライプ状パターンの凹凸となったサフ
ァイア基板を得た。
るストライプ状のパターニング（凹溝の幅３μｍ、周期
６μｍ、ストライプの長手方向は成長するＧａＮ系結晶
にとって〈１１−２０〉方向である）を行い、ＲＩＥ装
置で１．５μｍの深さまで断面方形となるようエッチン
グし、表面がストライプ状パターンの凹凸となったサフ
ァイア基板を得た。
【００５１】このサファイア基板上に、実施例１と同様
の方法でＧａＮ層（層厚１０ｎｍ）の成長と、Ａｌ0.3
Ｇａ0.7Ｎ層（層厚１０ｎｍ）の成長とを交互に繰り返
すことによって積層構造を形成し、凸部および凹部から
からファセット成長した結晶同士が互いに一体化し、さ
らに層上面が略平坦になるまで交互の成長を継続した
後、最上層にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を厚さ５００ｎｍ成
長させ、本発明による基材を得た。成長したＧａＮ系結
晶層の総厚（基板の凸部上面から層上面まで）は３μｍ
であった。
の方法でＧａＮ層（層厚１０ｎｍ）の成長と、Ａｌ0.3
Ｇａ0.7Ｎ層（層厚１０ｎｍ）の成長とを交互に繰り返
すことによって積層構造を形成し、凸部および凹部から
からファセット成長した結晶同士が互いに一体化し、さ
らに層上面が略平坦になるまで交互の成長を継続した
後、最上層にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を厚さ５００ｎｍ成
長させ、本発明による基材を得た。成長したＧａＮ系結
晶層の総厚（基板の凸部上面から層上面まで）は３μｍ
であった。
【００５２】当該基板の上に、さらにＳｉを添加したＧ
ａＮ結晶層を１μｍ成長させ、該ＧａＮ結晶層の上面
を、カソードルミネッセンスによって観察したところ、
ダークスポットの密度（＝転位密度）は、全体的に約４
×１０6個／ｃｍ2程度であり、クラックの無い、転位密
度が低減されたＡｌＧａＮ結晶層であることがわかっ
た。
ａＮ結晶層を１μｍ成長させ、該ＧａＮ結晶層の上面
を、カソードルミネッセンスによって観察したところ、
ダークスポットの密度（＝転位密度）は、全体的に約４
×１０6個／ｃｍ2程度であり、クラックの無い、転位密
度が低減されたＡｌＧａＮ結晶層であることがわかっ
た。
【００５３】比較例
実施例１と全く同様に凹凸加工したサファイア基板を用
い、該凹凸上に、Ａｌ 0.15Ｇａ0.75Ｎだけを３μｍ連続
的に成長させた。このサンプルは凹凸が完全に埋め込ま
れておらず平坦な表面になっていなかった。また、全面
にクラックが無数に走っており、デバイスには使えなか
った。
い、該凹凸上に、Ａｌ 0.15Ｇａ0.75Ｎだけを３μｍ連続
的に成長させた。このサンプルは凹凸が完全に埋め込ま
れておらず平坦な表面になっていなかった。また、全面
にクラックが無数に走っており、デバイスには使えなか
った。
【００５４】
【発明の効果】本発明によって、転位密度を効果的に低
減することが可能なＬＥＰＳ法を用いながらも、この成
長法では成長困難であったＡｌＧａＮを成長させ、高品
質なＡｌＧａＮ結晶層を表層として有する基材を提供す
ることが可能となった。さらに、超格子構造を形成しな
がらのＡｌＧａＮ層同士の交互成長とすることによっ
て、クラックをより好ましく抑制できるようになった。
減することが可能なＬＥＰＳ法を用いながらも、この成
長法では成長困難であったＡｌＧａＮを成長させ、高品
質なＡｌＧａＮ結晶層を表層として有する基材を提供す
ることが可能となった。さらに、超格子構造を形成しな
がらのＡｌＧａＮ層同士の交互成長とすることによっ
て、クラックをより好ましく抑制できるようになった。
【図１】本発明のＧａＮ系結晶基材において、凹部を空
洞として残す場合の構造を模式的に示す断面図である。
洞として残す場合の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のＧａＮ系結晶基材における結晶基板の
凹凸の寸法を示す図である。
凹凸の寸法を示す図である。
【図３】本発明のＧａＮ系結晶基材における積層構造部
分の構造例を示す断面図である。
分の構造例を示す断面図である。
【図４】本発明のＧａＮ系結晶基材において、凹部およ
び凸部からＡｌＧａＮ結晶層をファセット成長させる場
合の構造を模式的に示す断面図である。
び凸部からＡｌＧａＮ結晶層をファセット成長させる場
合の構造を模式的に示す断面図である。
【図５】従来のＬＥＰＳ法の結晶成長過程を示す模式図
である。
である。
【符号の説明】
１ 結晶基板
１ａ 凸部
１ｂ 凹部
２ ＧａＮ系結晶層
２１、２３、２５、２７ 小さいＡｌ組成比のＡｌＧａ
Ｎ結晶層 ２２、２４、２６、２８ 大きいＡｌ組成比のＡｌＧａ
Ｎ結晶層
Ｎ結晶層 ２２、２４、２６、２８ 大きいＡｌ組成比のＡｌＧａ
Ｎ結晶層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大内 洋一郎
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 常川 高志
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 CA34 CA40 CA65 CA74
CA75
5F045 AA04 AB17 AC08 AC12 AF09
BB12 CA12 CA13 DA52
Claims (6)
- 【請求項１】 結晶基板と、該基板上に成長したＧａＮ
系半導体結晶層とを有するＧａＮ系半導体基材であっ
て、 前記結晶基板の上面には凹凸が加工され、 前記ＧａＮ系半導体結晶層は、該凹凸の凹部および／ま
たは凸部から該凹凸を覆って成長した層であり、該層に
は、さらにＡｌＧａＮ結晶層からなる積層構造が含ま
れ、該積層構造は、少なくとも積層方向に隣接する層同
士の間で互いにＡｌ組成比が異なるようにＡｌＧａＮ結
晶層が積層されたものであることを特徴とするＧａＮ系
半導体基材。 - 【請求項２】 上記凹凸が、ストライプパターンとして
形成され、該ストライプの長手方向が、その上に成長す
るＧａＮ系半導体結晶の〈１１−２０〉方向、または
〈１−１００〉方向である請求項１記載のＧａＮ系半導
体基材。 - 【請求項３】 上記凹凸が、断面矩形波状のストライプ
パターンとして形成され、凹溝部分の溝深さをｄ、溝幅
をＷ１として、ｄ／Ｗ１で定められるアスペクト比が
０．０１以上である請求項１記載のＧａＮ系半導体基
材。 - 【請求項４】 上記積層構造が、大きい方のＡｌ組成比
のＡｌＧａＮ結晶層と、小さい方のＡｌ組成比のＡｌＧ
ａＮ結晶層とが、交互に積層されたものである請求項１
記載のＧａＮ系半導体基材。 - 【請求項５】 大きい方のＡｌ組成比が０．０１〜０．
７であって、小さい方のＡｌ組成比が０〜０．１である
請求項４記載のＧａＮ系半導体基材。 - 【請求項６】 上記積層構造が、超格子構造である請求
項１〜５のいずれかに記載のＧａＮ系半導体基材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001352224A JP2003151910A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | ＧａＮ系半導体基材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001352224A JP2003151910A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | ＧａＮ系半導体基材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003151910A true JP2003151910A (ja) | 2003-05-23 |
| JP2003151910A5 JP2003151910A5 (ja) | 2005-07-07 |
Family
ID=19164432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001352224A Pending JP2003151910A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | ＧａＮ系半導体基材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003151910A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009224704A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物系半導体発光素子、エピタキシャルウエハ、及び窒化物系半導体発光素子を作製する方法 |
| WO2011022128A3 (en) * | 2009-08-21 | 2011-04-14 | Bridgelux, Inc. | High brightness led utilizing a roughened active layer and conformal cladding |
| JP2014082496A (ja) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Lg Innotek Co Ltd | 発光素子 |
| WO2015156504A1 (ko) * | 2014-04-07 | 2015-10-15 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템 |
-
2001
- 2001-11-16 JP JP2001352224A patent/JP2003151910A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009224704A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物系半導体発光素子、エピタキシャルウエハ、及び窒化物系半導体発光素子を作製する方法 |
| WO2011022128A3 (en) * | 2009-08-21 | 2011-04-14 | Bridgelux, Inc. | High brightness led utilizing a roughened active layer and conformal cladding |
| US8232568B2 (en) | 2009-08-21 | 2012-07-31 | Bridgelux, Inc. | High brightness LED utilizing a roughened active layer and conformal cladding |
| JP2014082496A (ja) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Lg Innotek Co Ltd | 発光素子 |
| US8890200B2 (en) | 2012-10-17 | 2014-11-18 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device and lighting apparatus having the same |
| WO2015156504A1 (ko) * | 2014-04-07 | 2015-10-15 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템 |
| US9911901B2 (en) | 2014-04-07 | 2018-03-06 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device having buffer layer with graded composition |
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