JPH07201745A - 半導体ウェハ及びその製造方法 - Google Patents
半導体ウェハ及びその製造方法Info
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- JPH07201745A JPH07201745A JP33698493A JP33698493A JPH07201745A JP H07201745 A JPH07201745 A JP H07201745A JP 33698493 A JP33698493 A JP 33698493A JP 33698493 A JP33698493 A JP 33698493A JP H07201745 A JPH07201745 A JP H07201745A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】（０００１）面サファイア基板の成長面を傾斜
することによって、ＧａＮエピタキシャル結晶の純度及
び結晶性を大幅に向上し、かつ高濃度ｐ型ＧａＮをアズ
グロウンの状態で得る。 【構成】サファイア単結晶基板の（０００１）面を＜２
１* １* ０＞方向もしくは＜０１１* ０＞方向に数度傾
けて鏡面研磨することにより、微傾斜（０００１）面サ
ファイア単結晶基板４とする。微傾斜（０００１）面５
には多くのステップ６が存在する。このためステップ端
を基点としたＧａＮエピタキシャル結晶２のステップフ
ローモード成長が容易に実現する。その結果、結晶欠陥
が大幅に低減する。
することによって、ＧａＮエピタキシャル結晶の純度及
び結晶性を大幅に向上し、かつ高濃度ｐ型ＧａＮをアズ
グロウンの状態で得る。 【構成】サファイア単結晶基板の（０００１）面を＜２
１* １* ０＞方向もしくは＜０１１* ０＞方向に数度傾
けて鏡面研磨することにより、微傾斜（０００１）面サ
ファイア単結晶基板４とする。微傾斜（０００１）面５
には多くのステップ６が存在する。このためステップ端
を基点としたＧａＮエピタキシャル結晶２のステップフ
ローモード成長が容易に実現する。その結果、結晶欠陥
が大幅に低減する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サファイア結晶基板上
にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ等の窒化物薄膜結晶を形成した半導
体ウェハ及びその製造方法に関する。
にＧａ、Ａｌ、Ｉｎ等の窒化物薄膜結晶を形成した半導
体ウェハ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ及びその関連化合物によるＬＥ
Ｄ、ＬＤやＨＥＭＴなどの素子の実現が期待されてい
る。
Ｄ、ＬＤやＨＥＭＴなどの素子の実現が期待されてい
る。
【０００３】ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮはサファイア単結
晶のＣ−面、即ち（０００１）面の鏡面に研磨された面
上にエピタキシャル成長されている。
晶のＣ−面、即ち（０００１）面の鏡面に研磨された面
上にエピタキシャル成長されている。
【０００４】エピタキシャル成長は主に気相成長により
行なわれている。特に有機金属気相エピタキシー（ＭＯ
ＶＰＥ）法が多く用いられているが、化学気相エピタキ
シー（ＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
や、これらに光励起やプラズマを用いたものも用いられ
ている。
行なわれている。特に有機金属気相エピタキシー（ＭＯ
ＶＰＥ）法が多く用いられているが、化学気相エピタキ
シー（ＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
や、これらに光励起やプラズマを用いたものも用いられ
ている。
【０００５】ＭＯＶＰＥ法では、前述のサファイア単結
晶基板を水素もしくは窒素雰囲気中で１０００℃程度に
加熱し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア
（ＮＨ3 ）のガスを流すことにより、ＧａＮのエピタキ
シャル薄膜を成長している。
晶基板を水素もしくは窒素雰囲気中で１０００℃程度に
加熱し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア
（ＮＨ3 ）のガスを流すことにより、ＧａＮのエピタキ
シャル薄膜を成長している。
【０００６】ＡｌＮやＩｎＮの場合は、各々ＴＭＧの代
りにトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリメチルイ
ンジウム（ＴＭＩ）を流して成長する。
りにトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリメチルイ
ンジウム（ＴＭＩ）を流して成長する。
【０００７】従来、サファイア基板上に、ＡｌＮやＧａ
Ｎの１００〜１０００Ａ程度の薄膜を６００℃程度の低
温で成長する。これを１０００℃程度に加熱して熱処理
し、その後その温度でＧａＮを成長することにより、Ｇ
ａＮ層の品質が向上することが報告されており、キャリ
ア濃度が４×１０16〜２×１０17cm-3程度のｎ型のアン
ドープＧａＮエピタキシャル結晶が得られている（公知
例１、２）。
Ｎの１００〜１０００Ａ程度の薄膜を６００℃程度の低
温で成長する。これを１０００℃程度に加熱して熱処理
し、その後その温度でＧａＮを成長することにより、Ｇ
ａＮ層の品質が向上することが報告されており、キャリ
ア濃度が４×１０16〜２×１０17cm-3程度のｎ型のアン
ドープＧａＮエピタキシャル結晶が得られている（公知
例１、２）。
【０００８】また、亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍ
ｇ）を添加したＧａＮを電子線で照射処理することや
（公知例１、３）、不活性ガス中でアニールすることに
より（公知例４）１×１０17〜６×１０18cm-3のキャリ
ア濃度のｐ型ＧａＮエピタキシャル結晶が得られてい
る。
ｇ）を添加したＧａＮを電子線で照射処理することや
（公知例１、３）、不活性ガス中でアニールすることに
より（公知例４）１×１０17〜６×１０18cm-3のキャリ
ア濃度のｐ型ＧａＮエピタキシャル結晶が得られてい
る。
【０００９】公知例１：「高輝度青色発光のための電子
材料技術、田口編、Ｐ５１〜５８，１９９１年１２月発
行（サイエンスフォーラム社）」 公知例２：Ｓ．ＮＡＫＡＭＵＲＡ：Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖ
ＯＬ３０，Ｎｏ１０Ａ，１９９１，ｐｐＬ１７０５〜Ｌ
１７０７ 公知例３：Ｓ．ＮＡＫＡＭＵＲＡ：Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖ
ＯＬ３０，Ｎｏ１０Ａ，１９９１，ｐｐＬ１７０８〜Ｌ
１７１１ 公知例４：Ｓ．ＮＡＫＡＭＵＲＡ：Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．ｖ
ｏｌ３１，（１９９２）ｐｐ１２５８〜１１２６６ Ｐ
ａｒｔ１，Ｎｏ. ５Ａ
材料技術、田口編、Ｐ５１〜５８，１９９１年１２月発
行（サイエンスフォーラム社）」 公知例２：Ｓ．ＮＡＫＡＭＵＲＡ：Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖ
ＯＬ３０，Ｎｏ１０Ａ，１９９１，ｐｐＬ１７０５〜Ｌ
１７０７ 公知例３：Ｓ．ＮＡＫＡＭＵＲＡ：Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．Ｖ
ＯＬ３０，Ｎｏ１０Ａ，１９９１，ｐｐＬ１７０８〜Ｌ
１７１１ 公知例４：Ｓ．ＮＡＫＡＭＵＲＡ：Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．ｖ
ｏｌ３１，（１９９２）ｐｐ１２５８〜１１２６６ Ｐ
ａｒｔ１，Ｎｏ. ５Ａ
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来方法で成
長したＧａＮ結晶は、低温成長バッファ層を介在させて
もまだ純度や結晶性が不十分である。
長したＧａＮ結晶は、低温成長バッファ層を介在させて
もまだ純度や結晶性が不十分である。
【００１１】また、高濃度のｎ型ＧａＮ（ここで高濃度
とはキャリア濃度が１×１０18cm-3以上をいう）エピタ
キシャル結晶は、Ｓｉドープなどにより容易に得られて
いるのに対して、高濃度のｐ型ＧａＮエピタキシャル結
晶は電子線照射や成長後の熱処理によって一部実験的に
得られているものの、これらの後処理なしにいわゆるア
ズグロウン（as grown）の状態で容易に得られるまでに
は致っていない。
とはキャリア濃度が１×１０18cm-3以上をいう）エピタ
キシャル結晶は、Ｓｉドープなどにより容易に得られて
いるのに対して、高濃度のｐ型ＧａＮエピタキシャル結
晶は電子線照射や成長後の熱処理によって一部実験的に
得られているものの、これらの後処理なしにいわゆるア
ズグロウン（as grown）の状態で容易に得られるまでに
は致っていない。
【００１２】本発明者等は、従来は基板の成長面につい
ては全く未検討で、傾斜していない（０００１）面サフ
ァイア基板のみを用いて専らエピタキシャル成長法の改
良及び成長結晶の後処理により品質の改善を行なってい
た点に着目し、観点を変えて基板の成長面について鋭意
検討したところ、成長面を傾斜させると大幅な品質向上
がはかれるという知見を得た。
ては全く未検討で、傾斜していない（０００１）面サフ
ァイア基板のみを用いて専らエピタキシャル成長法の改
良及び成長結晶の後処理により品質の改善を行なってい
た点に着目し、観点を変えて基板の成長面について鋭意
検討したところ、成長面を傾斜させると大幅な品質向上
がはかれるという知見を得た。
【００１３】したがって本発明の目的は、成長面を傾斜
することによって、上述した従来技術の問題点を解決
し、純度及び結晶性が大幅に向上し、かつ高濃度ｐ型ド
ーピングが可能となるＧａＮ及び関連化合物（ＡｌＮ、
ＩｎＮ及びこれらとＧａＮの混晶）の半導体ウェハ及び
その製造方法を提供することにある。
することによって、上述した従来技術の問題点を解決
し、純度及び結晶性が大幅に向上し、かつ高濃度ｐ型ド
ーピングが可能となるＧａＮ及び関連化合物（ＡｌＮ、
ＩｎＮ及びこれらとＧａＮの混晶）の半導体ウェハ及び
その製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＧａＮ等をエ
ピタキシャル成長させる基板としてサファイア単結晶基
板の（０００１）面を所定晶軸方向に傾けて鏡面研磨し
た、いわゆる微傾斜面の基板を用いている。この微傾斜
（０００１）面上にＧａＮ等をエピタキシャル成長させ
ることにより高品質な高濃度ｐ型ＧａＮ及び関連化合物
のエピタキシャル結晶を実現したものである。
ピタキシャル成長させる基板としてサファイア単結晶基
板の（０００１）面を所定晶軸方向に傾けて鏡面研磨し
た、いわゆる微傾斜面の基板を用いている。この微傾斜
（０００１）面上にＧａＮ等をエピタキシャル成長させ
ることにより高品質な高濃度ｐ型ＧａＮ及び関連化合物
のエピタキシャル結晶を実現したものである。
【００１５】すなわち、本発明の半導体ウェハは、（０
００１）面を＜２１* １* ０＞方向もしくは＜０１１*
０＞方向に微傾斜した鏡面を有するサファイア結晶基板
の微傾斜（０００１）面上に、窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム
（ＩｎＮ）、またはこれらの混晶のｐ型、ｎ型、または
ｉ型薄膜の単層もしくは多層の結晶が積層されているも
のである。
００１）面を＜２１* １* ０＞方向もしくは＜０１１*
０＞方向に微傾斜した鏡面を有するサファイア結晶基板
の微傾斜（０００１）面上に、窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム
（ＩｎＮ）、またはこれらの混晶のｐ型、ｎ型、または
ｉ型薄膜の単層もしくは多層の結晶が積層されているも
のである。
【００１６】また本発明の半導体ウェハは、（０００
１）面を＜２１* １* ０＞方向もしくは＜０１１* ０＞
方向に微傾斜した鏡面を有するサファイア結晶基板の微
傾斜（０００１）面上に、ＧａＮバッファ層、ｐ型Ｇａ
Ｎ層、ｎ型ＧａＮ層が順次積層して、青色発光ダイオー
ド用ウェハとしたものである。
１）面を＜２１* １* ０＞方向もしくは＜０１１* ０＞
方向に微傾斜した鏡面を有するサファイア結晶基板の微
傾斜（０００１）面上に、ＧａＮバッファ層、ｐ型Ｇａ
Ｎ層、ｎ型ＧａＮ層が順次積層して、青色発光ダイオー
ド用ウェハとしたものである。
【００１７】また、本発明の半導体ウェハの製造方法
は、サファイア単結晶基板の（０００１）面を微傾斜し
たまま鏡面研磨し、その上にウェハの単層もしくは多層
構造のエピタキシャル層を成長するようにしたものであ
る。
は、サファイア単結晶基板の（０００１）面を微傾斜し
たまま鏡面研磨し、その上にウェハの単層もしくは多層
構造のエピタキシャル層を成長するようにしたものであ
る。
【００１８】また、本発明の半導体ウェハの製造方法
は、サファイア結晶基板上にバッファ層を成長し、その
上にｐ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層を成長してｐｎ構造の
ＧａＮエピタキシャル結晶を気相成長する工程を有する
半導体ウェハの製造方法において、サファイア結晶基板
に、（０００１）面を＜２１* １* ０＞方向もしくは＜
０１１* ０＞方向に微傾斜した面を鏡面とするサファイ
ア結晶基板を用いたものである。
は、サファイア結晶基板上にバッファ層を成長し、その
上にｐ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層を成長してｐｎ構造の
ＧａＮエピタキシャル結晶を気相成長する工程を有する
半導体ウェハの製造方法において、サファイア結晶基板
に、（０００１）面を＜２１* １* ０＞方向もしくは＜
０１１* ０＞方向に微傾斜した面を鏡面とするサファイ
ア結晶基板を用いたものである。
【００１９】これら半導体ウェハ、及び半導体ウェハの
製造方法において、微傾斜角度は２°〜１０°のいずれ
かであることが好ましい。
製造方法において、微傾斜角度は２°〜１０°のいずれ
かであることが好ましい。
【００２０】ものである。
【００２１】
【作用】従来の（０００１）面サファイア基板上に成長
したＧａＮエピタキシャル結晶には、窒素の抜けた空孔
や他の結晶欠陥が多く存在し、これがアンドープＧａＮ
の純度が良くない原因や、ｐ型ＧａＮが容易に得られな
い原因の一つとなっていると考えられる。
したＧａＮエピタキシャル結晶には、窒素の抜けた空孔
や他の結晶欠陥が多く存在し、これがアンドープＧａＮ
の純度が良くない原因や、ｐ型ＧａＮが容易に得られな
い原因の一つとなっていると考えられる。
【００２２】これらの結晶欠陥は結晶のエピタキシャル
成長中に発生すると考えられる。すなわち、ＧａＮ／サ
ファイア系結晶ではサファイア基板とＧａＮ結晶の格子
定数等の物性がかなり異なるいわゆるヘテロエピタキシ
ャル成長のため、図３に示すように、（０００１）面サ
ファイア単結晶基板１上の（０００１）面３に成長する
ＧａＮエピタキシャル結晶２は島状の三次元成長をしや
すく、これが前記の欠陥を発生しやすくしていると考え
られる。
成長中に発生すると考えられる。すなわち、ＧａＮ／サ
ファイア系結晶ではサファイア基板とＧａＮ結晶の格子
定数等の物性がかなり異なるいわゆるヘテロエピタキシ
ャル成長のため、図３に示すように、（０００１）面サ
ファイア単結晶基板１上の（０００１）面３に成長する
ＧａＮエピタキシャル結晶２は島状の三次元成長をしや
すく、これが前記の欠陥を発生しやすくしていると考え
られる。
【００２３】これに対して、ＧａＡｓ基板上のＧａＡｓ
エピタキシャル成長のような同種基板上に成長するホモ
エピタキシャルでは、エピタキシャル成長モードが二次
元成長となるため、結晶欠陥が非常に低減される。
エピタキシャル成長のような同種基板上に成長するホモ
エピタキシャルでは、エピタキシャル成長モードが二次
元成長となるため、結晶欠陥が非常に低減される。
【００２４】ところで、前述した低温成長ＡｌＮバッフ
ァや低温成長ＧａＮバッファはこの二次元成長を促進す
る効果があると考えられるがまだ不十分である。二次元
成長を実現するためには成長モードをステップフローモ
ードにすることが有効である。
ァや低温成長ＧａＮバッファはこの二次元成長を促進す
る効果があると考えられるがまだ不十分である。二次元
成長を実現するためには成長モードをステップフローモ
ードにすることが有効である。
【００２５】この点で、図１に示すように、本発明の微
傾斜（０００１）面サファイア単結晶基板４を用いる
と、微傾斜（０００１）面５に多くのステップ６が存在
するため、このステップ端を基点としたＧａＮエピタキ
シャル結晶２のステップフローモード成長が容易に実現
する。
傾斜（０００１）面サファイア単結晶基板４を用いる
と、微傾斜（０００１）面５に多くのステップ６が存在
するため、このステップ端を基点としたＧａＮエピタキ
シャル結晶２のステップフローモード成長が容易に実現
する。
【００２６】したがって、二次元成長による良質なＧａ
Ｎ及び関連化合物結晶を得ることができる。また、高濃
度のｐ型ＧａＮエピタキシャル結晶を電子線照射や成長
後の熱処理などの後処理なしにアズグロウンの状態で容
易に得られる一方、ｎ型ＧａＮエピタキシャル結晶の濃
度もより高めることができる。
Ｎ及び関連化合物結晶を得ることができる。また、高濃
度のｐ型ＧａＮエピタキシャル結晶を電子線照射や成長
後の熱処理などの後処理なしにアズグロウンの状態で容
易に得られる一方、ｎ型ＧａＮエピタキシャル結晶の濃
度もより高めることができる。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の半導体ウェハを、サファイア
単結晶基板上の微傾斜面にＡｌ、Ｇａ等の窒化物薄膜結
晶を気相形成した実施例について説明する。
単結晶基板上の微傾斜面にＡｌ、Ｇａ等の窒化物薄膜結
晶を気相形成した実施例について説明する。
【００２８】＜実施例１＞ （０００１）面を＜２１* １* ０＞方向に２°傾けて鏡
面研磨したサファイア単結晶基板をＭＯＶＰＥ装置の反
応炉中のグラファイトサセプタ上にセットし、高純度水
素を十分流して炉内をパージした。
面研磨したサファイア単結晶基板をＭＯＶＰＥ装置の反
応炉中のグラファイトサセプタ上にセットし、高純度水
素を十分流して炉内をパージした。
【００２９】次に、水素ガスを炉内に流しながらサセプ
タを加熱して基板を１０００℃以上に加熱し、１０分以
上保持した。その後、基板温度を６００℃にし、ＴＭＡ
とＮＨ3 を炉内に流していわゆる低温成長のＡｌＮバッ
ファ層を５０ｎｍ成長した。
タを加熱して基板を１０００℃以上に加熱し、１０分以
上保持した。その後、基板温度を６００℃にし、ＴＭＡ
とＮＨ3 を炉内に流していわゆる低温成長のＡｌＮバッ
ファ層を５０ｎｍ成長した。
【００３０】そして、ＴＭＡの炉内への供給を止め、水
素とＮＨ3 を流したまま基板を１０３０℃に加熱し、そ
の後ＴＭＧを炉内に流してＧａＮを５μm 成長した。こ
のアンドープＧａＮエピタキシャル結晶の電気特性をホ
ール効果法により測定したところ、ｎ型でキャリア濃度
が５×１０15cm-3程度であり、従来に比べ大幅な純度向
上が認められた。
素とＮＨ3 を流したまま基板を１０３０℃に加熱し、そ
の後ＴＭＧを炉内に流してＧａＮを５μm 成長した。こ
のアンドープＧａＮエピタキシャル結晶の電気特性をホ
ール効果法により測定したところ、ｎ型でキャリア濃度
が５×１０15cm-3程度であり、従来に比べ大幅な純度向
上が認められた。
【００３１】なお、成長時の水素、ＮＨ3 、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＡの流量は各々、１０ｌ／ｍｉｎ、５ｌ／ｍｉｎ、３
ｃｃ／ｍｉｎ、０．８ｃｃ／ｍｉｎである。
ＭＡの流量は各々、１０ｌ／ｍｉｎ、５ｌ／ｍｉｎ、３
ｃｃ／ｍｉｎ、０．８ｃｃ／ｍｉｎである。
【００３２】＜実施例２＞ （０００１）面を＜２１* １* ０＞方向へ５°及び１０
°傾けたサファイア基板を用いて実施例１と同様なエピ
タキシャル成長を評価を行なったところ、同様なキャリ
ア濃度のアンドープＧａＮ結晶が得られた。キャリア濃
度は傾斜角度が大きいほど小さくなる傾向が見られた。
°傾けたサファイア基板を用いて実施例１と同様なエピ
タキシャル成長を評価を行なったところ、同様なキャリ
ア濃度のアンドープＧａＮ結晶が得られた。キャリア濃
度は傾斜角度が大きいほど小さくなる傾向が見られた。
【００３３】＜実施例３＞ （０００１）面を＜０１１* ０＞方向へ２°、５°１０
°と傾けたサファイア基板を用いて実施例１と同様なエ
ピタキシャル成長を行なったところ実施例１、２と同様
な結果が得られた。
°と傾けたサファイア基板を用いて実施例１と同様なエ
ピタキシャル成長を行なったところ実施例１、２と同様
な結果が得られた。
【００３４】＜実施例４＞実施例１で用いたＡｌＮバッ
ファ層の代りにＧａＮバッファ層を６００℃で２０ｎｍ
成長し、その他の条件は実施例１と全く同じ条件でアン
ドープＧａＮ結晶を成長した。アンドープＧａＮエピタ
キシャル結晶のキャリア濃度はｎ型で１×１０15cm-3程
度であり、実施例１より高純度の結晶が得られた。
ファ層の代りにＧａＮバッファ層を６００℃で２０ｎｍ
成長し、その他の条件は実施例１と全く同じ条件でアン
ドープＧａＮ結晶を成長した。アンドープＧａＮエピタ
キシャル結晶のキャリア濃度はｎ型で１×１０15cm-3程
度であり、実施例１より高純度の結晶が得られた。
【００３５】＜実施例５＞本実施例は、図２に示すＬＥ
Ｄ用ｐｎ接合ＧａＮエピタキシャル結晶ウェハの例であ
る。（０００１）面を＜２１* １* ０＞方向に２°傾け
た面を鏡面とする微傾斜（０００１）面サファイア単結
晶基板４を用いてｐｎ構造のＧａＮエピタキシャル結晶
７、８、９をＭＯＶＰＥ法により成長した。
Ｄ用ｐｎ接合ＧａＮエピタキシャル結晶ウェハの例であ
る。（０００１）面を＜２１* １* ０＞方向に２°傾け
た面を鏡面とする微傾斜（０００１）面サファイア単結
晶基板４を用いてｐｎ構造のＧａＮエピタキシャル結晶
７、８、９をＭＯＶＰＥ法により成長した。
【００３６】実施例１と同様に基板４を１０５０℃で水
素ガスを流しながら加熱し、表面清浄化を行なった。次
に５００℃に基板温度を下げて水素とＴＭＧとＮＨ3 を
流し低温度成長ＧａＮバッファ層７を２５ｎｍ成長し
た。次に水素とＮＨ3 を流しながら基板温度を１０３０
℃に上げ水素とＴＭＧとＮＨ3 とビスシクロペンタジエ
チルマグネシウム（ＣＰ2 Ｍｇ）を流してｐ型ＧａＮ層
８を２μm 成長した。
素ガスを流しながら加熱し、表面清浄化を行なった。次
に５００℃に基板温度を下げて水素とＴＭＧとＮＨ3 を
流し低温度成長ＧａＮバッファ層７を２５ｎｍ成長し
た。次に水素とＮＨ3 を流しながら基板温度を１０３０
℃に上げ水素とＴＭＧとＮＨ3 とビスシクロペンタジエ
チルマグネシウム（ＣＰ2 Ｍｇ）を流してｐ型ＧａＮ層
８を２μm 成長した。
【００３７】引き続き水素とＴＭＧとＮＨ3 とジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を流し、ｎ型ＧａＮ層９を２μm 成長し
た。その後ＮＨ3 と水素を流しながら結晶を冷却し６０
０℃〜８００℃になった時点で水素とＮＨ3 を流すのを
停止し、代りに高純度Ｎ2 ガスを流して室温まで冷却し
た。
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を流し、ｎ型ＧａＮ層９を２μm 成長し
た。その後ＮＨ3 と水素を流しながら結晶を冷却し６０
０℃〜８００℃になった時点で水素とＮＨ3 を流すのを
停止し、代りに高純度Ｎ2 ガスを流して室温まで冷却し
た。
【００３８】ここで、水素、ＮＨ3 、ＴＭＧ、ＣＰ2 Ｍ
ｇ、Ｓｉ2 Ｈ6 、Ｎ2 の各々の流量は、２０ｌ／ｍｉ
ｎ、５ｌ／ｍｉｎ、１ｃｃ／ｍｉｎ、２ｃｃ／ｍｉｎ、
１×１０-4ｃｃ／ｍｉｎ、２０ｌ／ｍｉｎである。
ｇ、Ｓｉ2 Ｈ6 、Ｎ2 の各々の流量は、２０ｌ／ｍｉ
ｎ、５ｌ／ｍｉｎ、１ｃｃ／ｍｉｎ、２ｃｃ／ｍｉｎ、
１×１０-4ｃｃ／ｍｉｎ、２０ｌ／ｍｉｎである。
【００３９】成長した結晶のキャリア濃度はｎ型ＧａＮ
層９がジシランによるＳｉドープで５×１０19cm-3、ｐ
型ＧａＮ層８がアズグロウン状態で１×１０19cm-3であ
り、ともに１×１０18cm-3を超えるはるかに高い高キャ
リア濃度のｐ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層が得られた。
層９がジシランによるＳｉドープで５×１０19cm-3、ｐ
型ＧａＮ層８がアズグロウン状態で１×１０19cm-3であ
り、ともに１×１０18cm-3を超えるはるかに高い高キャ
リア濃度のｐ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層が得られた。
【００４０】＜実施例６＞実施例５の成長、評価を、＜
２１* １* ０＞方向へ５°、１０°と各々傾けた基板や
＜０１１* ０＞方向へ２°、５°、１０°と傾けた基板
についても行なったところ、実施例５と同様な結果を得
た。
２１* １* ０＞方向へ５°、１０°と各々傾けた基板や
＜０１１* ０＞方向へ２°、５°、１０°と傾けた基板
についても行なったところ、実施例５と同様な結果を得
た。
【００４１】＜他の実施例＞なお、微傾斜（０００１）
面サファイア単結晶基板上に成長できる結晶としては、
ＡｌＮやＧａＮの他にＩｎＮ及びこれらの混晶やこれら
を含む多層構造エピタキシャル結晶がある。
面サファイア単結晶基板上に成長できる結晶としては、
ＡｌＮやＧａＮの他にＩｎＮ及びこれらの混晶やこれら
を含む多層構造エピタキシャル結晶がある。
【００４２】また、エピタキシャル成長法は、ＭＯＶＰ
Ｅの他にＭＢＥやプラズマＣＶＤなど他の気相成長法を
用いることもできる。
Ｅの他にＭＢＥやプラズマＣＶＤなど他の気相成長法を
用いることもできる。
【００４３】さらに、サファイア基板に代えてシリコン
カーバイド（ＳｉＣ）やシリコン基板などを用いたＧａ
Ｎ及び関連化合物のエピタキシャル成長においても本発
明の微傾斜面上成長は可能であり、エピタキシャル結晶
の品質を向上させることができる。
カーバイド（ＳｉＣ）やシリコン基板などを用いたＧａ
Ｎ及び関連化合物のエピタキシャル成長においても本発
明の微傾斜面上成長は可能であり、エピタキシャル結晶
の品質を向上させることができる。
【００４４】
(1) 請求項１に記載の半導体ウェハによれば、結晶欠陥
の少ない高品質なＧａＮ及び関連化合物エピタキシャル
結晶を実現できる。
の少ない高品質なＧａＮ及び関連化合物エピタキシャル
結晶を実現できる。
【００４５】(2) 請求項２に記載の半導体ウェハによれ
ば、より高輝度の青色発光ダイオードを作ることができ
る。
ば、より高輝度の青色発光ダイオードを作ることができ
る。
【００４６】(3) 請求項３に記載の半導体ウェハの製造
方法によれば、サファイア基板上に結晶欠陥の少ない高
品質な半導体エピタキシャル層を形成できる。
方法によれば、サファイア基板上に結晶欠陥の少ない高
品質な半導体エピタキシャル層を形成できる。
【００４７】(4) 請求項４に記載の半導体ウェハの製造
方法によれば、アズグロウンの状態で高濃度のｐ型Ｇａ
Ｎを容易に実現できる。
方法によれば、アズグロウンの状態で高濃度のｐ型Ｇａ
Ｎを容易に実現できる。
【００４８】(5) 請求項５に記載の発明によれば、微傾
斜角を最適な値に規定したので、結晶欠陥のより少ない
高品質なＧａＮ及び関連化合物エピタキシャル結晶を実
現できる。
斜角を最適な値に規定したので、結晶欠陥のより少ない
高品質なＧａＮ及び関連化合物エピタキシャル結晶を実
現できる。
【図１】本発明の半導体ウェハの実施例を説明するため
の微傾斜（０００１）面サファイア基板上のＧａＮエピ
タキシャル結晶の二次元成長モード（ステップフローモ
ード）を示す基板成長断面模式図。
の微傾斜（０００１）面サファイア基板上のＧａＮエピ
タキシャル結晶の二次元成長モード（ステップフローモ
ード）を示す基板成長断面模式図。
【図２】本発明の半導体ウェハの実施例を説明するため
のＬＥＤ用ｐｎ接合ＧａＮエピタキシャル結晶ウェハの
一例の断面図。
のＬＥＤ用ｐｎ接合ＧａＮエピタキシャル結晶ウェハの
一例の断面図。
【図３】従来の（０００１）面サファイア基板上のＧａ
Ｎエピタキシャル結晶の三次元成長モードを示す基板成
長断面模式図。
Ｎエピタキシャル結晶の三次元成長モードを示す基板成
長断面模式図。
２ ＧａＮエピタキシャル結晶 ４ 微傾斜（０００１）面サファイア単結晶基板 ５ 微傾斜（０００１）面 ６ ステップ ７ 低温成長ＧａＮバッファ層 ８ ｐ型ＧａＮ層 ９ ｎ型ＧａＮ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 隈 彰二 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサーチセンタ内
Claims (5)
- 【請求項１】（０００１）面を＜２１* １* ０＞（以
下、１* は上にバーの付いた１を意味する。）方向もし
くは＜０１１* ０＞方向に微傾斜した鏡面を有するサフ
ァイア結晶基板の微傾斜（０００１）面上に、窒化ガリ
ウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化イ
ンジウム（ＩｎＮ）、またはこれらの混晶のｐ型、ｎ
型、またはｉ型薄膜の単層もしくは多層の結晶が積層さ
れている半導体ウェハ。 - 【請求項２】（０００１）面を＜２１* １* ０＞方向も
しくは＜０１１* ０＞方向に微傾斜した鏡面を有するサ
ファイア結晶基板の微傾斜（０００１）面上に、ＧａＮ
バッファ層、ｐ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層が積層されて
いる半導体ウェハ。 - 【請求項３】サファイア結晶基板の（０００１）面を微
傾斜したまま鏡面研磨し、その上に半導体の単層もしく
は多層構造のエピタキシャル層を成長することを特徴と
する半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項４】サファイア結晶基板上にバッファ層を成長
し、その上にｐ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層を成長してｐ
ｎ構造のＧａＮエピタキシャル結晶を気相成長する工程
を有する半導体ウェハの製造方法において、 上記サファイア結晶基板に、（０００１）面を＜２１*
１* ０＞方向もしくは＜０１１* ０＞方向に微傾斜した
面を鏡面とするサファイア結晶基板を用いたことを特徴
とする半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項５】上記微傾斜角度が２°〜１０°のいずれか
である請求項１もしくは２に記載の半導体ウェハ、また
は請求項３もしくは４に記載の半導体ウェハの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33698493A JPH07201745A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体ウェハ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33698493A JPH07201745A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体ウェハ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201745A true JPH07201745A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18304410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33698493A Pending JPH07201745A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体ウェハ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07201745A (ja) |
Cited By (18)
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| CN112563119A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-03-26 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 大斜切角异质衬底-氮化镓复合结构及其生长方法 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33698493A patent/JPH07201745A/ja active Pending
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