JPH09221398A - 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
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- JPH09221398A JPH09221398A JP4963296A JP4963296A JPH09221398A JP H09221398 A JPH09221398 A JP H09221398A JP 4963296 A JP4963296 A JP 4963296A JP 4963296 A JP4963296 A JP 4963296A JP H09221398 A JPH09221398 A JP H09221398A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板上に、窒化ガリウムを結晶成長させる際
に、基板や基板上の結晶成長層にクラックが入りにくく
する。 【解決手段】窒化ガリウム層203,204などの結晶
成長用の基板として、リン化インジウム基板201を使
用し、例えばリン化インジウム(100)面上で結晶成
長を行わせる。その際、リン化インジウム基板上に、ま
ず、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(例
えば、In0.53Ga0.47As層202)を形成し、その
のちこの結晶上に窒化III族化合物半導体層を設け、結
晶成長時における基板からのリンの脱離を防ぐようにし
てもよい。
に、基板や基板上の結晶成長層にクラックが入りにくく
する。 【解決手段】窒化ガリウム層203,204などの結晶
成長用の基板として、リン化インジウム基板201を使
用し、例えばリン化インジウム(100)面上で結晶成
長を行わせる。その際、リン化インジウム基板上に、ま
ず、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(例
えば、In0.53Ga0.47As層202)を形成し、その
のちこの結晶上に窒化III族化合物半導体層を設け、結
晶成長時における基板からのリンの脱離を防ぐようにし
てもよい。
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 (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H01L 21/205 H01L 21/205 (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
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 true JPH09221398A (ja) | 1997-08-26 |
JP2768343B2 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) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002542624A (ja) * | 1999-04-16 | 2002-12-10 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | 二段階プロセスによる半導体のヘテロ構造体及び製造方法 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE60336252D1 (de) * | 2002-08-29 | 2011-04-14 | Seoul Semiconductor Co Ltd | Lichtemittierendes bauelement mit lichtemittierenden dioden |
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
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002542624A (ja) * | 1999-04-16 | 2002-12-10 | シービーエル テクノロジーズ インコーポレイテッド | 二段階プロセスによる半導体のヘテロ構造体及び製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5825053A (en) | 1998-10-20 |
JP2768343B2 (ja) | 1998-06-25 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |