JP2768343B2 - 窒化ｉｉｉ族化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents
窒化ｉｉｉ族化合物半導体の結晶成長方法Info
- Publication number
- JP2768343B2 JP2768343B2 JP4963296A JP4963296A JP2768343B2 JP 2768343 B2 JP2768343 B2 JP 2768343B2 JP 4963296 A JP4963296 A JP 4963296A JP 4963296 A JP4963296 A JP 4963296A JP 2768343 B2 JP2768343 B2 JP 2768343B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- layer
- gallium nitride
- indium phosphide
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 28
- -1 nitride compound Chemical class 0.000 title claims description 9
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 title claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 86
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 62
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical group [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 62
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 10
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 16
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 10
- WGPCGCOKHWGKJJ-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenezinc Chemical group [Zn]=S WGPCGCOKHWGKJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000981595 Zoysia japonica Species 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に結晶成長
により窒化III族化合物半導体層を形成する結晶成長方
法に関し、特に、基板や結晶成長により形成された層に
クラックが入りにくい結晶成長方法に関する。
により窒化III族化合物半導体層を形成する結晶成長方
法に関し、特に、基板や結晶成長により形成された層に
クラックが入りにくい結晶成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化III
族化合物半導体は、そのバンドギャップが比較的大きい
ので、青色光から紫外光にかけての発光デバイス（発光
ダイオードやレーザダイオード）への応用が期待されて
いる。窒化III族化合物半導体層は、適当な単結晶基板
の上に結晶成長によって形成するのが一般的である。
族化合物半導体は、そのバンドギャップが比較的大きい
ので、青色光から紫外光にかけての発光デバイス（発光
ダイオードやレーザダイオード）への応用が期待されて
いる。窒化III族化合物半導体層は、適当な単結晶基板
の上に結晶成長によって形成するのが一般的である。
【０００３】これまで、窒化ガリウムなどの窒化III族
化合物半導体層を結晶成長により形成する際の基板とし
て、サファイア基板が最もよく使われており、サファイ
ア基板上に窒化ガリウム層を設けた構成の発光ダイオー
ドが報告されている（S. Nakamura: J. Vac. Sci. Tech
nol. A, Vol. 13, No. 3, P.705, May/Jun 1995）。図
３はこの発光ダイオードの構成を示す概略断面図であ
る。
化合物半導体層を結晶成長により形成する際の基板とし
て、サファイア基板が最もよく使われており、サファイ
ア基板上に窒化ガリウム層を設けた構成の発光ダイオー
ドが報告されている（S. Nakamura: J. Vac. Sci. Tech
nol. A, Vol. 13, No. 3, P.705, May/Jun 1995）。図
３はこの発光ダイオードの構成を示す概略断面図であ
る。
【０００４】図３に示す発光ダイオードは、（０００
１）面を表面とするサファイア基板３０１を使用し、こ
のサファイア基板３０１上に、５１０℃で形成された厚
さ３０ｎｍの窒化ガリウム低温バッファ層３０２、１０
２０℃で形成されケイ素が添加された厚さ４μｍのｎ型
窒化ガリウム層３０３、１０２０℃で形成されケイ素が
添加された厚さ０.１５μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ
層３０４、８００℃で形成され亜鉛とケイ素が添加され
た厚さ１００ｎｍのＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ層３０５、１０
２０℃で形成されマグネシウムが添加された厚さ０.１
５μｍのｐ型Ａｌ0.1 5Ｇａ0.85Ｎ層３０６、及び１０２
０℃で形成されマグネシウムが添加された厚さ０.５μ
ｍの窒化ガリウム層３０７を順次積層した構成となって
いる。また、窒化ガリウム層３０７に対して、ニッケル
と金の２層からなるｐ電極３０８が設けられ、ｎ型窒化
ガリウム層３０３に対して、チタンとアルミニウムの２
層からなるｎ電極３０９が設けられている。
１）面を表面とするサファイア基板３０１を使用し、こ
のサファイア基板３０１上に、５１０℃で形成された厚
さ３０ｎｍの窒化ガリウム低温バッファ層３０２、１０
２０℃で形成されケイ素が添加された厚さ４μｍのｎ型
窒化ガリウム層３０３、１０２０℃で形成されケイ素が
添加された厚さ０.１５μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ
層３０４、８００℃で形成され亜鉛とケイ素が添加され
た厚さ１００ｎｍのＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ層３０５、１０
２０℃で形成されマグネシウムが添加された厚さ０.１
５μｍのｐ型Ａｌ0.1 5Ｇａ0.85Ｎ層３０６、及び１０２
０℃で形成されマグネシウムが添加された厚さ０.５μ
ｍの窒化ガリウム層３０７を順次積層した構成となって
いる。また、窒化ガリウム層３０７に対して、ニッケル
と金の２層からなるｐ電極３０８が設けられ、ｎ型窒化
ガリウム層３０３に対して、チタンとアルミニウムの２
層からなるｎ電極３０９が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（００
０１）面を表面とするサファイア基板上に窒化ガリウム
層を結晶成長によって形成する場合、一般には１０００
℃程度の高温を用いるが、サファイアの熱膨張係数はΔ
ａ／ａ＝７.５×１０-6Ｋ-1であり、その上に形成され
るウルツ鉱構造の窒化ガリウムの熱膨張係数はΔａ／ａ
＝５.５９×１０-6Ｋ-1であり、両者が大きく異なるた
め、結晶成長時の高温から室温まで温度を下げる際に、
基板または窒化ガリウム層、さらにはその両方にクラッ
クが入るということがあるという問題が生じる。
０１）面を表面とするサファイア基板上に窒化ガリウム
層を結晶成長によって形成する場合、一般には１０００
℃程度の高温を用いるが、サファイアの熱膨張係数はΔ
ａ／ａ＝７.５×１０-6Ｋ-1であり、その上に形成され
るウルツ鉱構造の窒化ガリウムの熱膨張係数はΔａ／ａ
＝５.５９×１０-6Ｋ-1であり、両者が大きく異なるた
め、結晶成長時の高温から室温まで温度を下げる際に、
基板または窒化ガリウム層、さらにはその両方にクラッ
クが入るということがあるという問題が生じる。
【０００６】窒化III族化合物半導体を結晶成長により
形成する際の基板としては、サファイア以外にヒ化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）等も用いられている。ヒ化ガリウムの
熱膨張係数はΔａ／ａ＝６.８６×１０-6Ｋ-1（室温付
近での値。以下同様）である。（１００）面を表面とす
るヒ化ガリウム基板上に窒化ガリウム層を形成する場
合、形成される窒化ガリウム層は一般に閃亜鉛鉱構造を
とり易いことが知られているが、閃亜鉛鉱構造の窒化ガ
リウムの熱膨張係数はΔａ／ａ＝４.５×１０-6Ｋ-1で
あり、ヒ化ガリウム基板の熱膨張率とは大きく異なる。
また、（１１１）Ａまたは（１１１）Ｂ面を表面とする
ヒ化ガリウム基板上に窒化ガリウム層を形成する場合、
形成される窒化ガリウム層は一般にウルツ鉱構造をとり
易いことが知られているが、ウルツ鉱構造の窒化ガリウ
ムの熱膨張係数は上述したようにΔａ／ａ＝５.５９×
１０-6Ｋ-1であり、この場合もヒ化ガリウム基板とは熱
膨張率が大きく異なる。
形成する際の基板としては、サファイア以外にヒ化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）等も用いられている。ヒ化ガリウムの
熱膨張係数はΔａ／ａ＝６.８６×１０-6Ｋ-1（室温付
近での値。以下同様）である。（１００）面を表面とす
るヒ化ガリウム基板上に窒化ガリウム層を形成する場
合、形成される窒化ガリウム層は一般に閃亜鉛鉱構造を
とり易いことが知られているが、閃亜鉛鉱構造の窒化ガ
リウムの熱膨張係数はΔａ／ａ＝４.５×１０-6Ｋ-1で
あり、ヒ化ガリウム基板の熱膨張率とは大きく異なる。
また、（１１１）Ａまたは（１１１）Ｂ面を表面とする
ヒ化ガリウム基板上に窒化ガリウム層を形成する場合、
形成される窒化ガリウム層は一般にウルツ鉱構造をとり
易いことが知られているが、ウルツ鉱構造の窒化ガリウ
ムの熱膨張係数は上述したようにΔａ／ａ＝５.５９×
１０-6Ｋ-1であり、この場合もヒ化ガリウム基板とは熱
膨張率が大きく異なる。
【０００７】したがって、ヒ化ガリウム基板上に窒化ガ
リウムを形成する場合も、結晶成長時の高温（ヒ化ガリ
ウム基板上の窒化ガリウムを結晶成長させる場合、一般
には数百℃程度）から室温まで温度を下げる際に、基板
または窒化ガリウム層、あるいはその両方にクラックが
入ることがあるという問題点がある。
リウムを形成する場合も、結晶成長時の高温（ヒ化ガリ
ウム基板上の窒化ガリウムを結晶成長させる場合、一般
には数百℃程度）から室温まで温度を下げる際に、基板
または窒化ガリウム層、あるいはその両方にクラックが
入ることがあるという問題点がある。
【０００８】図４(a)は、ヒ化ガリウム基板上に水素化
物気相成長法により結晶形成させた窒化ガリウムの断面
を示す走査型電子顕微鏡写真であり、図４(b)は図４(a)
を模式的に説明する図である。ここでは、ＣｒＯを濃度
０.３３重量ｐｐｍでドープした（１００）面を表面と
する厚さ４５０μｍのヒ化ガリウム基板４０１上に、窒
化ガリウム低温成長バッファ層４０２と窒化ガリウム高
温成長層４０３を順次、結晶成長させた。結晶成長によ
り基板４０１上に形成された層４０２,４０３は、いず
れもアンドープである。成長条件は以下の通りである。
ますヒ化ガリウム基板４０１を基板温度６３０℃から６
４０℃で５分間熱処理することによってヒ化ガリウム基
板４０１の表面の酸化膜を除去し、次に、基板温度を４
８５℃まで下げて窒化ガリウム低温成長バッファ層４０
２を３０分間形成し、その後、基板温度を７００℃まで
上げて窒化ガリウム高温成長層４０３を３０分間形成し
た。このようにヒ化ガリウム基板４０１上に窒化ガリウ
ム層を形成したところ、図４に示すように、ヒ化ガリウ
ム基板４０１にクレパス状のクラック４０４が入ってい
ることが確認された。
物気相成長法により結晶形成させた窒化ガリウムの断面
を示す走査型電子顕微鏡写真であり、図４(b)は図４(a)
を模式的に説明する図である。ここでは、ＣｒＯを濃度
０.３３重量ｐｐｍでドープした（１００）面を表面と
する厚さ４５０μｍのヒ化ガリウム基板４０１上に、窒
化ガリウム低温成長バッファ層４０２と窒化ガリウム高
温成長層４０３を順次、結晶成長させた。結晶成長によ
り基板４０１上に形成された層４０２,４０３は、いず
れもアンドープである。成長条件は以下の通りである。
ますヒ化ガリウム基板４０１を基板温度６３０℃から６
４０℃で５分間熱処理することによってヒ化ガリウム基
板４０１の表面の酸化膜を除去し、次に、基板温度を４
８５℃まで下げて窒化ガリウム低温成長バッファ層４０
２を３０分間形成し、その後、基板温度を７００℃まで
上げて窒化ガリウム高温成長層４０３を３０分間形成し
た。このようにヒ化ガリウム基板４０１上に窒化ガリウ
ム層を形成したところ、図４に示すように、ヒ化ガリウ
ム基板４０１にクレパス状のクラック４０４が入ってい
ることが確認された。
【０００９】本発明の目的は、基板上に窒化III族化合
物半導体を結晶成長させる方法であって、基板や、基板
上に結晶成長によって形成された層に、クラックが入り
にくい結晶成長方法を提供することにある。
物半導体を結晶成長させる方法であって、基板や、基板
上に結晶成長によって形成された層に、クラックが入り
にくい結晶成長方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の窒化III
族化合物半導体の結晶成長方法は、結晶性基板の上に、
窒化ガリウムを少なくとも１層含む半導体層を結晶成長
させる方法において、結晶性基板として、（１００）面
またはそれからの傾斜角が１６°以内である面を表面と
するリン化インジウム（ＩｎＰ）基板を使用する。
族化合物半導体の結晶成長方法は、結晶性基板の上に、
窒化ガリウムを少なくとも１層含む半導体層を結晶成長
させる方法において、結晶性基板として、（１００）面
またはそれからの傾斜角が１６°以内である面を表面と
するリン化インジウム（ＩｎＰ）基板を使用する。
【００１１】本発明の第２の窒化III族化合物半導体の
結晶成長方法は、結晶性基板の上に、窒化ガリウムを少
なくとも１層含む半導体層を結晶成長させる方法におい
て、結晶性基板として、（１００）面またはそれからの
傾斜角が１６°以内である面を表面とするリン化インジ
ウム基板を使用し、リンの単体またはリン化インジウム
におけるリンよりも大きな蒸気圧を示す元素を含まず、
かつ、リン化インジウムとの格子定数の違いが２％以下
である結晶をリン化インジウム基板上に形成し、その
後、半導体層を結晶成長させる。
結晶成長方法は、結晶性基板の上に、窒化ガリウムを少
なくとも１層含む半導体層を結晶成長させる方法におい
て、結晶性基板として、（１００）面またはそれからの
傾斜角が１６°以内である面を表面とするリン化インジ
ウム基板を使用し、リンの単体またはリン化インジウム
におけるリンよりも大きな蒸気圧を示す元素を含まず、
かつ、リン化インジウムとの格子定数の違いが２％以下
である結晶をリン化インジウム基板上に形成し、その
後、半導体層を結晶成長させる。
【００１２】上述の各結晶成長方法において、窒化III
族化合物半導体層は、例えば、水素化物気相成長法によ
って結晶成長させることができる。
族化合物半導体層は、例えば、水素化物気相成長法によ
って結晶成長させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
て、図面を参照して説明する。
【００１４】《第１の実施の形態》図１は、本発明の第
１の実施の形態において、リン化インジウム基板１０１
上に水素化物気相成長法によって結晶成長した窒化ガリ
ウム層を示す断面図である。リン化インジウム基板１０
１は、厚さが４５０μｍであって、スズ（Ｓｎ）が濃度
２×１０18ｃｍ-3でドープされ、（１００）面を表面と
している。このリン化インジウム基板１０１上に、厚さ
５０ｎｍの窒化ガリウム低温成長バッファ層１０２と、
厚さ２μｍの窒化ガリウム高温成長層１０３が、水素化
物気相成長法によって順次、結晶成長している。結晶成
長により基板１０１上に形成された層１０２,１０３は
いずれもアンドープである。成長条件は以下の通りであ
る。まずリン化ガリウム基板１０１を基板温度６３０℃
から６４０℃で５分間熱処理することによってリン化ガ
リウム基板１０１の表面の酸化膜を除去し、次に、基板
温度を４８５℃まで下げて窒化ガリウム低温成長バッフ
ァ層１０２を３０分間形成し、その後基板温度を７００
℃まで上げて窒化ガリウム高温成長層１０３を３０分間
形成する。
１の実施の形態において、リン化インジウム基板１０１
上に水素化物気相成長法によって結晶成長した窒化ガリ
ウム層を示す断面図である。リン化インジウム基板１０
１は、厚さが４５０μｍであって、スズ（Ｓｎ）が濃度
２×１０18ｃｍ-3でドープされ、（１００）面を表面と
している。このリン化インジウム基板１０１上に、厚さ
５０ｎｍの窒化ガリウム低温成長バッファ層１０２と、
厚さ２μｍの窒化ガリウム高温成長層１０３が、水素化
物気相成長法によって順次、結晶成長している。結晶成
長により基板１０１上に形成された層１０２,１０３は
いずれもアンドープである。成長条件は以下の通りであ
る。まずリン化ガリウム基板１０１を基板温度６３０℃
から６４０℃で５分間熱処理することによってリン化ガ
リウム基板１０１の表面の酸化膜を除去し、次に、基板
温度を４８５℃まで下げて窒化ガリウム低温成長バッフ
ァ層１０２を３０分間形成し、その後基板温度を７００
℃まで上げて窒化ガリウム高温成長層１０３を３０分間
形成する。
【００１５】リン化インジウムの（１００）面またはそ
れからの傾斜角が１６°以内である面に窒化ガリウムを
結晶成長させた場合、窒化ガリウムは閃亜鉛鉱構造をと
りやすい。基板であるリン化インジウムの熱膨張係数△
ａ／ａは、４.７５×１０-6Ｋ-1であり、その上に形成
される閃亜鉛鉱構造の窒化ガリウム層の熱膨張係数は前
述のように△ａ／ａ＝４.５×１０-6Ｋ-1であり、両者
の値が非常に近いため、結晶成長終了後に結晶成長時の
高温から室温まで温度を下げる際には、リン化インジウ
ム基板およびその上に形成された窒化ガリウム層のいず
れにもクラックが生じにくい。
れからの傾斜角が１６°以内である面に窒化ガリウムを
結晶成長させた場合、窒化ガリウムは閃亜鉛鉱構造をと
りやすい。基板であるリン化インジウムの熱膨張係数△
ａ／ａは、４.７５×１０-6Ｋ-1であり、その上に形成
される閃亜鉛鉱構造の窒化ガリウム層の熱膨張係数は前
述のように△ａ／ａ＝４.５×１０-6Ｋ-1であり、両者
の値が非常に近いため、結晶成長終了後に結晶成長時の
高温から室温まで温度を下げる際には、リン化インジウ
ム基板およびその上に形成された窒化ガリウム層のいず
れにもクラックが生じにくい。
【００１６】この第１の実施の形態は、図１に示される
構造の半導体層のみに限定されるものではない。（１０
０）面またはそれからの傾斜角が１６°以内である面を
表面とするリン化インジウム基板上に、窒化ガリウムを
少なくとも１層含む半導体層を形成する場合の全てが、
第１の実施の形態に含まれる。
構造の半導体層のみに限定されるものではない。（１０
０）面またはそれからの傾斜角が１６°以内である面を
表面とするリン化インジウム基板上に、窒化ガリウムを
少なくとも１層含む半導体層を形成する場合の全てが、
第１の実施の形態に含まれる。
【００１７】《第２の実施の形態》図２は、本発明の第
２の実施の形態において、リン化インジウム基板２０１
上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によってＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２を形成し、さらにその上に水
素化物気相成長法で形成した窒化ガリウムを示す断面図
である。リン化インジウム基板２０１は、厚さが４５０
μｍであって、スズ（Ｓｎ）が濃度２×１０18ｃｍ-3で
ドープされ、（１００）面を表面としている。このリン
化インジウム基板２０１上に、リン化インジウムと同じ
格子定数を有するＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２が厚さ
０.４μｍで設けられている。このＩｎ0 .53Ｇａ0.47Ａ
ｓ層２０２上に、水素化物気相成長法によって、厚さ５
０ｎｍの窒化ガリウム低温成長バッファ層２０３と、厚
さ２μｍの窒化ガリウム高温成長層２０４が順次、結晶
成長している。結晶成長により基板２０１上に形成され
た層２０２〜２０４は、全てアンドープである。また、
Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２を構成する元素であるイ
ンジウム、ガリウム、ヒ素は、いずれも、リンの単体や
リン化インジウムより、蒸気圧が小さい。
２の実施の形態において、リン化インジウム基板２０１
上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によってＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２を形成し、さらにその上に水
素化物気相成長法で形成した窒化ガリウムを示す断面図
である。リン化インジウム基板２０１は、厚さが４５０
μｍであって、スズ（Ｓｎ）が濃度２×１０18ｃｍ-3で
ドープされ、（１００）面を表面としている。このリン
化インジウム基板２０１上に、リン化インジウムと同じ
格子定数を有するＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２が厚さ
０.４μｍで設けられている。このＩｎ0 .53Ｇａ0.47Ａ
ｓ層２０２上に、水素化物気相成長法によって、厚さ５
０ｎｍの窒化ガリウム低温成長バッファ層２０３と、厚
さ２μｍの窒化ガリウム高温成長層２０４が順次、結晶
成長している。結晶成長により基板２０１上に形成され
た層２０２〜２０４は、全てアンドープである。また、
Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２を構成する元素であるイ
ンジウム、ガリウム、ヒ素は、いずれも、リンの単体や
リン化インジウムより、蒸気圧が小さい。
【００１８】次に、結晶成長条件について説明する。予
め有機金属気相成長法によって表面に厚さ０.４μｍの
Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２を形成されたリン化イン
ジウム基板２０１を用意し、このリン化インジウム基板
２０１を基板温度６３０℃から６４０℃で５分間熱処理
することによって表面の酸化膜を除去する。次に、基板
温度を４８５℃まで下げて窒化ガリウム低温成長バッフ
ァ層２０２を３０分間形成し、その後基板温度を７００
℃まで上げて窒化ガリウム高温成長層２０３を３０分間
形成する。
め有機金属気相成長法によって表面に厚さ０.４μｍの
Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２を形成されたリン化イン
ジウム基板２０１を用意し、このリン化インジウム基板
２０１を基板温度６３０℃から６４０℃で５分間熱処理
することによって表面の酸化膜を除去する。次に、基板
温度を４８５℃まで下げて窒化ガリウム低温成長バッフ
ァ層２０２を３０分間形成し、その後基板温度を７００
℃まで上げて窒化ガリウム高温成長層２０３を３０分間
形成する。
【００１９】この第２の実施の形態は、リン化インジウ
ム基板上２０１に、まずリン化インジウムと格子定数が
同じＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２をまず形成した後
に、窒化ガリウム層を結晶成長させる点で、上述の第１
の実施の形態と異なっている。この第２の実施の形態に
おいても、基板であるリン化インジウムの熱膨張係数と
その上に形成される閃亜鉛鉱構造の窒化ガリウム層の熱
膨張係数の値が非常に近いため、結晶成長終了後に結晶
成長時の高温から室温まで温度を下げる際には、リン化
インジウム基板およびその上に形成された窒化ガリウム
層のいずれにもクラックが生じにくい。リン化インジウ
ム基板を使用する場合、二百数十℃程度以上にするとリ
ン（Ｐ）が基板から抜け始めるが、この第２の実施の形
態では、リン化インジウム基板２０１上に、リンを含ま
ないＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２が設けられているた
め、その後の窒化ガリウム層２０３,２０４の結晶形成
時においてもリン化インジウム基板２０１からリンが抜
けることがない。これによって、より高品質な窒化ガリ
ウム層を形成することができる。
ム基板上２０１に、まずリン化インジウムと格子定数が
同じＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２をまず形成した後
に、窒化ガリウム層を結晶成長させる点で、上述の第１
の実施の形態と異なっている。この第２の実施の形態に
おいても、基板であるリン化インジウムの熱膨張係数と
その上に形成される閃亜鉛鉱構造の窒化ガリウム層の熱
膨張係数の値が非常に近いため、結晶成長終了後に結晶
成長時の高温から室温まで温度を下げる際には、リン化
インジウム基板およびその上に形成された窒化ガリウム
層のいずれにもクラックが生じにくい。リン化インジウ
ム基板を使用する場合、二百数十℃程度以上にするとリ
ン（Ｐ）が基板から抜け始めるが、この第２の実施の形
態では、リン化インジウム基板２０１上に、リンを含ま
ないＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２が設けられているた
め、その後の窒化ガリウム層２０３,２０４の結晶形成
時においてもリン化インジウム基板２０１からリンが抜
けることがない。これによって、より高品質な窒化ガリ
ウム層を形成することができる。
【００２０】なお、Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２はリ
ン化インジウムに格子整合しているが、リン化インジウ
ムからの格子定数のずれが±２％程度以内のＩｎＧａＡ
ｓ層をリン化インジウム基板上に形成することは容易で
ある。また、Ｉｎ0.53Ｇａ0. 47Ａｓ層２０２の熱膨張係
数は△ａ／ａ＝５.６２×１０-6Ｋ-1であって、リン化
インジウム基板２０１の熱膨張係数とやや異なってはい
るものの、Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２はリン化イン
ジウム基板に比ベ十分薄い（本実施の形態では厚さ０.
４μｍである）ため、この熱膨張係数の差はクラックの
有無には影響を与えない。
ン化インジウムに格子整合しているが、リン化インジウ
ムからの格子定数のずれが±２％程度以内のＩｎＧａＡ
ｓ層をリン化インジウム基板上に形成することは容易で
ある。また、Ｉｎ0.53Ｇａ0. 47Ａｓ層２０２の熱膨張係
数は△ａ／ａ＝５.６２×１０-6Ｋ-1であって、リン化
インジウム基板２０１の熱膨張係数とやや異なってはい
るものの、Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層２０２はリン化イン
ジウム基板に比ベ十分薄い（本実施の形態では厚さ０.
４μｍである）ため、この熱膨張係数の差はクラックの
有無には影響を与えない。
【００２１】この第２の実施の形態は、図２に示される
構造の半導体層のみに限定されるものではない。（１０
０）面またはそれからの傾斜角が１６°以内である面を
表面とするリン化インジウム基板上に、まず、単体リン
またはリン化インジウムにおけるリンよりも大きな蒸気
圧を示す元素を含まず、かつ、リン化インジウムとの格
子定数の違いが２％以下である結晶をリン化インジウム
基板上に形成し、次いで、窒化ガリウムを少なくとも１
層含む半導体層を形成する場合の全てが、第２の実施の
形態に含まれる。
構造の半導体層のみに限定されるものではない。（１０
０）面またはそれからの傾斜角が１６°以内である面を
表面とするリン化インジウム基板上に、まず、単体リン
またはリン化インジウムにおけるリンよりも大きな蒸気
圧を示す元素を含まず、かつ、リン化インジウムとの格
子定数の違いが２％以下である結晶をリン化インジウム
基板上に形成し、次いで、窒化ガリウムを少なくとも１
層含む半導体層を形成する場合の全てが、第２の実施の
形態に含まれる。
【００２２】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、結晶成長させるための基板としてリン化インジ
ウムを用いることによりクラックの発生を防止できるの
は、窒化ガリウムの結晶成長に限定されるものではな
い。窒化ガリウムを少なくとも１層含む半導体層を結晶
成長させる場合には、従来一般的に用いられてきたサフ
ァイヤやヒ化ガリウムを基板とするよりもリン化インジ
ウムを基板とした方が結晶成長による半導体層と基板の
熱膨張係数の差が小さくなるため、基板やその上に形成
された半導体層にクラックが生じにくい。
したが、結晶成長させるための基板としてリン化インジ
ウムを用いることによりクラックの発生を防止できるの
は、窒化ガリウムの結晶成長に限定されるものではな
い。窒化ガリウムを少なくとも１層含む半導体層を結晶
成長させる場合には、従来一般的に用いられてきたサフ
ァイヤやヒ化ガリウムを基板とするよりもリン化インジ
ウムを基板とした方が結晶成長による半導体層と基板の
熱膨張係数の差が小さくなるため、基板やその上に形成
された半導体層にクラックが生じにくい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、窒化III
族化合物半導体層を結晶成長させるための基板としてリ
ン化インジウムを用いることにより、結晶成長時の高温
から室温に温度低下したことに起因するクラックが発生
しにくくなるという効果がある。
族化合物半導体層を結晶成長させるための基板としてリ
ン化インジウムを用いることにより、結晶成長時の高温
から室温に温度低下したことに起因するクラックが発生
しにくくなるという効果がある。
【図１】本発明の第１の実施の形態において、リン化イ
ンジウム基板上に形成した窒化ガリウム層を示す断面図
である。
ンジウム基板上に形成した窒化ガリウム層を示す断面図
である。
【図２】本発明の第２の実施の形態において、リン化イ
ンジウム基板上にＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層を形成しさら
にその上に形成した窒化ガリウム層を示す断面図であ
る。
ンジウム基板上にＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層を形成しさら
にその上に形成した窒化ガリウム層を示す断面図であ
る。
【図３】サファイア基板上に形成された窒化ガリウム膜
からなる従来の発光ダイオードの構造を示す断面図であ
る。
からなる従来の発光ダイオードの構造を示す断面図であ
る。
【図４】(a)はヒ化ガリウム基板上に従来技術を用いて
形成した窒化ガリウム層の断面を示す図面代用の走査型
電子顕微鏡写真であり、(b)は図４(a)に示される断面を
模式的に示した図である。
形成した窒化ガリウム層の断面を示す図面代用の走査型
電子顕微鏡写真であり、(b)は図４(a)に示される断面を
模式的に示した図である。
１０１,２０１ リン化インジウム基板 １０２,２０３,３０２,４０２ 窒化ガリウム低温成
長バッファ層 １０３,２０４,４０３ 窒化ガリウム高温成長層 ２０２ Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層 ３０１ サファイア基板 ３０３ ｎ型窒化ガリウム層 ３０４ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層 ３０５ Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ層 ３０６ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層 ３０７ 窒化ガリウム層 ３０８ ｐ電極 ３０９ ｎ電極 ４０１ ヒ化ガリウム基板 ４０４ クラック
長バッファ層 １０３,２０４,４０３ 窒化ガリウム高温成長層 ２０２ Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層 ３０１ サファイア基板 ３０３ ｎ型窒化ガリウム層 ３０４ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層 ３０５ Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ層 ３０６ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層 ３０７ 窒化ガリウム層 ３０８ ｐ電極 ３０９ ｎ電極 ４０１ ヒ化ガリウム基板 ４０４ クラック
フロントページの続き (72)発明者 山口 敦史 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−116090（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−116092（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−181070（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−83017（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−162122（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 28/00 - 35/00 C30B 25/18 H01L 33/00 H01S 3/18 - 3/19 H01S 3/096 H01S 3/103 H01S 3/133 H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/363 ＣＡ（ＳＴＮ) ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (3)
- 【請求項１】 結晶性基板の上に、窒化ガリウムを少な
くとも１層含む半導体層を結晶成長させる方法におい
て、 前記結晶性基板として、（１００）面またはそれからの
傾斜角が１６°以内である面を表面とするリン化インジ
ウム基板を使用することを特徴とする窒化III族化合物
半導体の結晶成長方法。 - 【請求項２】 結晶性基板の上に、窒化ガリウムを少な
くとも１層含む半導体層を結晶成長させる方法におい
て、 前記結晶性基板として、（１００）面またはそれからの
傾斜角が１６°以内である面を表面とするリン化インジ
ウム基板を使用し、 リンの単体またはリン化インジウムにおけるリンよりも
大きな蒸気圧を示す元素を含まず、かつ、リン化インジ
ウムとの格子定数の違いが２％以下である結晶を前記リ
ン化インジウム基板上に形成し、 その後、前記半導体層を結晶成長させることを特徴とす
る窒化III族化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項３】 水素化物気相成長法を用いて前記半導体
層を結晶成長させる請求項１または２に記載の窒化III
族化合物半導体の結晶成長方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4963296A JP2768343B2 (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 窒化ｉｉｉ族化合物半導体の結晶成長方法 |
| US08/799,828 US5825053A (en) | 1996-02-14 | 1997-02-13 | Heterostructure III-V nitride semiconductor device including InP substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4963296A JP2768343B2 (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 窒化ｉｉｉ族化合物半導体の結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09221398A JPH09221398A (ja) | 1997-08-26 |
| JP2768343B2 true JP2768343B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=12836601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4963296A Expired - Fee Related JP2768343B2 (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 窒化ｉｉｉ族化合物半導体の結晶成長方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5825053A (ja) |
| JP (1) | JP2768343B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6566256B1 (en) * | 1999-04-16 | 2003-05-20 | Gbl Technologies, Inc. | Dual process semiconductor heterostructures and methods |
| EP2149907A3 (en) * | 2002-08-29 | 2014-05-07 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | Light-emitting device having light-emitting diodes |
| US20080217652A1 (en) * | 2006-10-24 | 2008-09-11 | Keh-Yung Cheng | Growth of AsSb-Based Semiconductor Structures on InP Substrates Using Sb-Containing Buffer Layers |
| WO2009125983A2 (ko) * | 2008-04-08 | 2009-10-15 | Song June O | 발광 소자 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0700138B1 (en) * | 1994-08-29 | 2001-12-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Strained quantum well semiconducteur laser device and method for fabricating the same |
-
1996
- 1996-02-14 JP JP4963296A patent/JP2768343B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-02-13 US US08/799,828 patent/US5825053A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09221398A (ja) | 1997-08-26 |
| US5825053A (en) | 1998-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3409958B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP4005701B2 (ja) | 窒素化合物半導体膜の形成方法および窒素化合物半導体素子 | |
| EP1932186B1 (en) | Composite host-seed substrate for growing iii-v light-emitting devices | |
| US8878189B2 (en) | Group III nitride semiconductor growth substrate, group III nitride semiconductor epitaxial substrate, group III nitride semiconductor element and group III nitride semiconductor free-standing substrate, and method of producing the same | |
| US5923950A (en) | Method of manufacturing a semiconductor light-emitting device | |
| US20070069225A1 (en) | III-V light emitting device | |
| US20040119063A1 (en) | Gallium nitride-based devices and manufacturing process | |
| JP2003282602A (ja) | 結晶成長用基板およびＺｎＯ系化合物半導体デバイス | |
| JP2009505938A (ja) | 半導体基板並びにハイドライド気相成長法により自立半導体基板を製造するための方法及びそれに使用されるマスク層 | |
| JPH1131864A (ja) | 低転位窒化ガリウムの結晶成長方法 | |
| JP2743901B2 (ja) | 窒化ガリウムの結晶成長方法 | |
| JP4633962B2 (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法 | |
| JP2768343B2 (ja) | 窒化ｉｉｉ族化合物半導体の結晶成長方法 | |
| JPH10341060A (ja) | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 | |
| JP3325713B2 (ja) | 半導体発光素子の製法 | |
| JP2925004B2 (ja) | 窒化ガリウムの結晶成長方法 | |
| JP2005210066A (ja) | 薄膜発光素子およびその製造方法 | |
| JP2999435B2 (ja) | 半導体の製造方法及び半導体発光素子 | |
| JP3147821B2 (ja) | 窒化物系化合物半導体およびその結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 | |
| JP3642199B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2003101157A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP4700147B2 (ja) | 窒化物半導体堆積基板 | |
| US20050090032A1 (en) | Method of manufacturing nitride semiconductor light emitting device | |
| JP2001077480A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JPH10229218A (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |