JPH07267787A - 化合物半導体の単結晶の製造方法 - Google Patents
化合物半導体の単結晶の製造方法Info
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- JPH07267787A JPH07267787A JP6062813A JP6281394A JPH07267787A JP H07267787 A JPH07267787 A JP H07267787A JP 6062813 A JP6062813 A JP 6062813A JP 6281394 A JP6281394 A JP 6281394A JP H07267787 A JPH07267787 A JP H07267787A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＧａＮだけでなく、これを含むIII-Ｖ族の窒
素系化合物の、より高品質な単結晶の製造方法を提供す
ること。 【構成】 基板上１にバッファ層２を介して結晶成長さ
せる工程を経ることによる、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、Ｉ
ｎＮからＩｎＧａＢＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌ
ＢＮ等にいたるIII-Ｖ族の窒素系化合物の単結晶３の製
造方法である。該バッファ層２を形成する物質として、
II族元素の酸化物から選ばれる少なくとも１種よりなる
化合物、特に（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）y （ＨｇＯ）
1-x-y を用いることを特徴とする。また、これにＭｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯ等を適宜加えたも
のも使用可能である。
素系化合物の、より高品質な単結晶の製造方法を提供す
ること。 【構成】 基板上１にバッファ層２を介して結晶成長さ
せる工程を経ることによる、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、Ｉ
ｎＮからＩｎＧａＢＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌ
ＢＮ等にいたるIII-Ｖ族の窒素系化合物の単結晶３の製
造方法である。該バッファ層２を形成する物質として、
II族元素の酸化物から選ばれる少なくとも１種よりなる
化合物、特に（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）y （ＨｇＯ）
1-x-y を用いることを特徴とする。また、これにＭｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯ等を適宜加えたも
のも使用可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光素子の材料等に有
用な化合物半導体の単結晶の製造方法に関し、詳しく
は、 III族典型元素と窒素との化合物半導体の単結晶の
製造方法に関する。
用な化合物半導体の単結晶の製造方法に関し、詳しく
は、 III族典型元素と窒素との化合物半導体の単結晶の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】III族の典型元素と窒素とからなる化合
物半導体は、ＡｌＮやＧａＮ等の２元のものから、これ
らの任意の混晶であるＩｎＡｌＢＮ、ＩｎＧａＢＮ、Ｉ
ｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＢＮ等の多元のものまで、
発光素子等に有用な半導体材料として知られている。例
えば、ＧａＮは直接遷移型バンド構造を有するため高効
率の発光が可能であり、かつ、室温でのバンドギャップ
が約３．４ｅＶと大きいため、青色発光が得られる半導
体デバイスの要求に好適な材料である。以下、これらの
化合物半導体、即ち、 III族典型元素から選ばれる少な
くとも１種の元素と窒素とからなる、２元の化合物半導
体および３元以上の混晶の化合物半導体の全てを総称し
て「III-Ｖ族の窒素系化合物」という。
物半導体は、ＡｌＮやＧａＮ等の２元のものから、これ
らの任意の混晶であるＩｎＡｌＢＮ、ＩｎＧａＢＮ、Ｉ
ｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＢＮ等の多元のものまで、
発光素子等に有用な半導体材料として知られている。例
えば、ＧａＮは直接遷移型バンド構造を有するため高効
率の発光が可能であり、かつ、室温でのバンドギャップ
が約３．４ｅＶと大きいため、青色発光が得られる半導
体デバイスの要求に好適な材料である。以下、これらの
化合物半導体、即ち、 III族典型元素から選ばれる少な
くとも１種の元素と窒素とからなる、２元の化合物半導
体および３元以上の混晶の化合物半導体の全てを総称し
て「III-Ｖ族の窒素系化合物」という。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】III-Ｖ族の窒素系化合
物の単結晶を成長させるためには、厳しい成長条件が要
求される場合が多い。例えば、上記ＧａＮのように、結
晶成長の温度が高く、また結晶成長温度付近に於ける窒
素の平衡解離圧が高い等、高温・高圧の成長条件が必要
となるのである。このため、融液から高品質で大型の単
結晶を製造することは極めて困難である。従って、III-
Ｖ族の窒素系化合物を成長させるには、耐熱性に優れた
サファイア基板やＳｉＣ基板等の異種基板上にヘテロエ
ピタキシャル成長法によって行わざるをえない。ところ
が、これらの基板はIII-Ｖ族の窒素系化合物に対する格
子整合性が良好でないため、良質の単結晶を得ることは
困難であった。本発明の目的は、上記ＧａＮだけでな
く、これを含むIII-Ｖ族の窒素系化合物の、より高品質
な単結晶の製造方法を提供することである。
物の単結晶を成長させるためには、厳しい成長条件が要
求される場合が多い。例えば、上記ＧａＮのように、結
晶成長の温度が高く、また結晶成長温度付近に於ける窒
素の平衡解離圧が高い等、高温・高圧の成長条件が必要
となるのである。このため、融液から高品質で大型の単
結晶を製造することは極めて困難である。従って、III-
Ｖ族の窒素系化合物を成長させるには、耐熱性に優れた
サファイア基板やＳｉＣ基板等の異種基板上にヘテロエ
ピタキシャル成長法によって行わざるをえない。ところ
が、これらの基板はIII-Ｖ族の窒素系化合物に対する格
子整合性が良好でないため、良質の単結晶を得ることは
困難であった。本発明の目的は、上記ＧａＮだけでな
く、これを含むIII-Ｖ族の窒素系化合物の、より高品質
な単結晶の製造方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するために鋭意検討した結果、ＧａＮ、ＡｌＮや
ＩｎＧａＡｌＢＮ等、III-Ｖ族の窒素系化合物の単結晶
成長に対して、ＢｅＯ、ＺｎＯ、ＨｇＯの他、ＣａＯ、
ＳｒＯ、ＣｄＯ等のII族元素の一酸化化合物から特定の
ものをその構成成分とすれば好適なバッファ層となり得
ることを見いだし、さらに、上記III-Ｖ族の窒素系化合
物の各々と、II族元素の一酸化化合物との好ましい組み
合わせを特定することによって本発明を完成させた。即
ち、本発明の製造方法は、以下の特徴を有するものであ
る。 （１）基板上にバッファ層を介して結晶成長させる工程
を経ることによるIII-Ｖ族の窒素系化合物の単結晶の製
造方法であって、該バッファ層を形成する物質が、II族
元素の酸化物から選ばれる少なくとも１種よりなる化合
物であること（但し、該化合物半導体がＧａＮである場
合には、該バッファ層はＺｎＯ以外の化合物である）を
特徴とする化合物半導体の単結晶の製造方法。 （２）II族元素の酸化物が、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、
ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯ、ＨｇＯである（１）
記載の化合物半導体の単結晶の製造方法。 （３）バッファ層を形成する物質である、II族元素の酸
化物から選ばれる少なくとも１種よりなる化合物が、下
式（Ｉ）で示される化合物であり、目的の化合物半導体
の単結晶に対して良好に格子整合するような組成比を有
するものである（１）記載の化合物半導体の単結晶の製
造方法。 （ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）y （ＨｇＯ）1-x-y （Ｉ） 〔上式中、ｘおよびｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１を満
足する。〕 （４）バッファ層を形成する物質が、（３）記載の式
（Ｉ）で示される化合物を基本骨子とするものであり、
該化合物にそのウルツァイト型結晶構造が維持される範
囲内で、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯから
選ばれる少なくとも１種の化合物が、付加され又は置換
されてなるものである（１）記載の化合物半導体の単結
晶の製造方法。
を達成するために鋭意検討した結果、ＧａＮ、ＡｌＮや
ＩｎＧａＡｌＢＮ等、III-Ｖ族の窒素系化合物の単結晶
成長に対して、ＢｅＯ、ＺｎＯ、ＨｇＯの他、ＣａＯ、
ＳｒＯ、ＣｄＯ等のII族元素の一酸化化合物から特定の
ものをその構成成分とすれば好適なバッファ層となり得
ることを見いだし、さらに、上記III-Ｖ族の窒素系化合
物の各々と、II族元素の一酸化化合物との好ましい組み
合わせを特定することによって本発明を完成させた。即
ち、本発明の製造方法は、以下の特徴を有するものであ
る。 （１）基板上にバッファ層を介して結晶成長させる工程
を経ることによるIII-Ｖ族の窒素系化合物の単結晶の製
造方法であって、該バッファ層を形成する物質が、II族
元素の酸化物から選ばれる少なくとも１種よりなる化合
物であること（但し、該化合物半導体がＧａＮである場
合には、該バッファ層はＺｎＯ以外の化合物である）を
特徴とする化合物半導体の単結晶の製造方法。 （２）II族元素の酸化物が、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、
ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯ、ＨｇＯである（１）
記載の化合物半導体の単結晶の製造方法。 （３）バッファ層を形成する物質である、II族元素の酸
化物から選ばれる少なくとも１種よりなる化合物が、下
式（Ｉ）で示される化合物であり、目的の化合物半導体
の単結晶に対して良好に格子整合するような組成比を有
するものである（１）記載の化合物半導体の単結晶の製
造方法。 （ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）y （ＨｇＯ）1-x-y （Ｉ） 〔上式中、ｘおよびｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１を満
足する。〕 （４）バッファ層を形成する物質が、（３）記載の式
（Ｉ）で示される化合物を基本骨子とするものであり、
該化合物にそのウルツァイト型結晶構造が維持される範
囲内で、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯから
選ばれる少なくとも１種の化合物が、付加され又は置換
されてなるものである（１）記載の化合物半導体の単結
晶の製造方法。
【０００５】以下、本発明の製造方法を詳細に説明す
る。図１は、本発明の製造方法によって形成されたIII-
Ｖ族の窒素系化合物の単結晶の例を模式的に示す図であ
る。同図に示すように、本発明の製造方法は、基板１上
にバッファ層２を介して目的の化合物半導体の単結晶３
を成長させる方法であって、該目的の化合物半導体の単
結晶３に対して好適なバッファ層の材料を特定するもの
である。
る。図１は、本発明の製造方法によって形成されたIII-
Ｖ族の窒素系化合物の単結晶の例を模式的に示す図であ
る。同図に示すように、本発明の製造方法は、基板１上
にバッファ層２を介して目的の化合物半導体の単結晶３
を成長させる方法であって、該目的の化合物半導体の単
結晶３に対して好適なバッファ層の材料を特定するもの
である。
【０００６】本発明の成長方法が成長の対象とする目的
の化合物半導体の単結晶３は、上記のように、III-Ｖ族
の窒素系化合物の単結晶である。III-Ｖ族の窒素系化合
物としては、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ等の２元の
化合物半導体の他、ＡｌＢＮ、ＧａＢＮ、ＧａＡｌＮ、
ＩｎＢＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＢＮ、Ｉ
ｎＡｌＢＮ、ＩｎＧａＢＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａ
ＡｌＢＮ等の多元混晶の化合物半導体が例示される。以
下、本発明の製造方法が製造することを目的とするIII-
Ｖ族の窒素系化合物の単結晶を、単に「目的の単結晶」
という。
の化合物半導体の単結晶３は、上記のように、III-Ｖ族
の窒素系化合物の単結晶である。III-Ｖ族の窒素系化合
物としては、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ等の２元の
化合物半導体の他、ＡｌＢＮ、ＧａＢＮ、ＧａＡｌＮ、
ＩｎＢＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＢＮ、Ｉ
ｎＡｌＢＮ、ＩｎＧａＢＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａ
ＡｌＢＮ等の多元混晶の化合物半導体が例示される。以
下、本発明の製造方法が製造することを目的とするIII-
Ｖ族の窒素系化合物の単結晶を、単に「目的の単結晶」
という。
【０００７】目的の単結晶３の組成比について説明す
る。目的の単結晶３が２元の化合物半導体ＢＮ、Ａｌ
Ｎ、ＧａＮ、ＩｎＮ等の場合は、その組成比は化学量論
的組成比に基づき、ほぼ１対１の割合となる。しかし、
目的の単結晶３が、３元以上の混晶ではその組成比は一
定とはならず、各成分元素は互いに任意の割合をもって
混ざり合う。例えば、３元混晶であるＩｎＧａＮの組成
比はＩｎＮとＧａＮとが自在に混ざり合い、組成比をａ
として、一般式Ｉｎa Ｇａ1-a Ｎ（０≦ａ≦１）で表さ
れる化合物半導体となる。これと同様に、他の多元混晶
も各々、組成比を表す変数を用いて次の様に示すことが
できる。 〔３元〕Ｉｎa Ｇａ1-a Ｎ、 Ｉｎa Ａｌ1-a Ｎ、 Ｇ
ａa Ａｌ1-a Ｎ、Ｉｎa Ｂ1-a Ｎ、 Ｇａa Ｂ1-a Ｎ、
Ａｌa Ｂ1-a Ｎ 〔４元〕Ｉｎa Ｇａb Ａｌ1-a-b Ｎ、 Ｉｎa Ｇａb Ｂ
1-a-b Ｎ Ｉｎa Ａｌb Ｂ1-a-b Ｎ、 Ｇａa Ａｌb Ｂ1-a-b Ｎ 〔５元〕Ｉｎa Ｇａb Ａｌc Ｂ1-a-b-c Ｎ ただし、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１である。
る。目的の単結晶３が２元の化合物半導体ＢＮ、Ａｌ
Ｎ、ＧａＮ、ＩｎＮ等の場合は、その組成比は化学量論
的組成比に基づき、ほぼ１対１の割合となる。しかし、
目的の単結晶３が、３元以上の混晶ではその組成比は一
定とはならず、各成分元素は互いに任意の割合をもって
混ざり合う。例えば、３元混晶であるＩｎＧａＮの組成
比はＩｎＮとＧａＮとが自在に混ざり合い、組成比をａ
として、一般式Ｉｎa Ｇａ1-a Ｎ（０≦ａ≦１）で表さ
れる化合物半導体となる。これと同様に、他の多元混晶
も各々、組成比を表す変数を用いて次の様に示すことが
できる。 〔３元〕Ｉｎa Ｇａ1-a Ｎ、 Ｉｎa Ａｌ1-a Ｎ、 Ｇ
ａa Ａｌ1-a Ｎ、Ｉｎa Ｂ1-a Ｎ、 Ｇａa Ｂ1-a Ｎ、
Ａｌa Ｂ1-a Ｎ 〔４元〕Ｉｎa Ｇａb Ａｌ1-a-b Ｎ、 Ｉｎa Ｇａb Ｂ
1-a-b Ｎ Ｉｎa Ａｌb Ｂ1-a-b Ｎ、 Ｇａa Ａｌb Ｂ1-a-b Ｎ 〔５元〕Ｉｎa Ｇａb Ａｌc Ｂ1-a-b-c Ｎ ただし、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１である。
【０００８】目的の単結晶３をバッファ層２上に結晶成
長させるためのプロセスとしては、該目的の単結晶３が
エピタキシャル成長しうるものであればよい。このよう
な成長プロセスとしては、ＭＯＶＰＥ法（Metal Organi
c Vapor Phase Epitaxy:有機金属気相エピタキシャル成
長法）、ＨＶＰＥ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy：
ハイドライド気相エピタキシャル成長法）、ＬＰＥ法
（液相エピタキシャル成長法）、ＭＢＥ法（Molecular
Beam Epitaxy：分子線エピタキシャル成長法）、ＧＳ−
ＭＢＥ法（ガスソースＭＢＥ法）、ＣＢＥ法（ケミカル
ビームエピタキシャル成長法）等が例示される。これら
の成長プロセスの中でも、目的の単結晶に対し良質な厚
膜が必要である場合は、ＨＶＰＥ法が好ましい方法であ
り、良質な薄膜又は薄膜多層構造が必要な場合はＭＯＶ
ＰＥ法、ＭＢＥ法、ＣＢＥ法が好ましい方法である。
長させるためのプロセスとしては、該目的の単結晶３が
エピタキシャル成長しうるものであればよい。このよう
な成長プロセスとしては、ＭＯＶＰＥ法（Metal Organi
c Vapor Phase Epitaxy:有機金属気相エピタキシャル成
長法）、ＨＶＰＥ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy：
ハイドライド気相エピタキシャル成長法）、ＬＰＥ法
（液相エピタキシャル成長法）、ＭＢＥ法（Molecular
Beam Epitaxy：分子線エピタキシャル成長法）、ＧＳ−
ＭＢＥ法（ガスソースＭＢＥ法）、ＣＢＥ法（ケミカル
ビームエピタキシャル成長法）等が例示される。これら
の成長プロセスの中でも、目的の単結晶に対し良質な厚
膜が必要である場合は、ＨＶＰＥ法が好ましい方法であ
り、良質な薄膜又は薄膜多層構造が必要な場合はＭＯＶ
ＰＥ法、ＭＢＥ法、ＣＢＥ法が好ましい方法である。
【０００９】バッファ層２は、目的の単結晶３と基板１
との格子整合性をさらに改善するためにそれらの層間に
介在する層である。以下に、目的の単結晶３に対する最
適なバッファ層の材料を説明する。目的の単結晶に対す
る最適なバッファ層の材料は、II族元素の酸化物から選
ばれる少なくとも１種よりなる化合物である。II族元素
の酸化物としては、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、
ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯ、ＨｇＯ等が例示される。これ
らの中から１種以上のものを選択して化合物を形成する
ことによって、好適なバッファ層の材料となる。但し、
目的の単結晶がＧａＮである場合には、該バッファ層の
材料は単独のＺｎＯ以外の化合物である。これらのバッ
ファ層の材料のなかでも、目的の単結晶全体に対して好
ましいもの、および目的の単結晶の個々に対して特に好
ましい組成比を説明する。
との格子整合性をさらに改善するためにそれらの層間に
介在する層である。以下に、目的の単結晶３に対する最
適なバッファ層の材料を説明する。目的の単結晶に対す
る最適なバッファ層の材料は、II族元素の酸化物から選
ばれる少なくとも１種よりなる化合物である。II族元素
の酸化物としては、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、
ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯ、ＨｇＯ等が例示される。これ
らの中から１種以上のものを選択して化合物を形成する
ことによって、好適なバッファ層の材料となる。但し、
目的の単結晶がＧａＮである場合には、該バッファ層の
材料は単独のＺｎＯ以外の化合物である。これらのバッ
ファ層の材料のなかでも、目的の単結晶全体に対して好
ましいもの、および目的の単結晶の個々に対して特に好
ましい組成比を説明する。
【００１０】上記、II族元素の酸化物のなかで、目的の
単結晶の全てに対して特に重要なバッファ層の材料とな
るのは、その結晶構造が目的の単結晶と同じウルツァイ
ト型であるところの、ＨｇＯ、ＢｅＯ、ＺｎＯである。
従って、目的の単結晶全体に対して特に好適なバッファ
層の材料となるのは、これら３種類の一酸化化合物から
なる下式（Ｉ）で示される化合物である。 （ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）y （ＨｇＯ）1-x-y （Ｉ） （ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。） また、目的の単結晶の個々に対しては、さらに、これら
３種類の一酸化化合物の組み合わせを特定できる。表１
に、目的の単結晶に対する式（Ｉ）で示される化合物の
好ましい組成比を示す。
単結晶の全てに対して特に重要なバッファ層の材料とな
るのは、その結晶構造が目的の単結晶と同じウルツァイ
ト型であるところの、ＨｇＯ、ＢｅＯ、ＺｎＯである。
従って、目的の単結晶全体に対して特に好適なバッファ
層の材料となるのは、これら３種類の一酸化化合物から
なる下式（Ｉ）で示される化合物である。 （ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）y （ＨｇＯ）1-x-y （Ｉ） （ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。） また、目的の単結晶の個々に対しては、さらに、これら
３種類の一酸化化合物の組み合わせを特定できる。表１
に、目的の単結晶に対する式（Ｉ）で示される化合物の
好ましい組成比を示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１におけるバッファ層の材料は、全て式
（Ｉ）のバリエーションであるが、例えば、ＨｇＯが化
合物から排除される場合には、（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）
y を（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）1-x と表記した。上式
（Ｉ）における組成比ｘ、ｙの具体的な値は、以下の様
に決定する。即ち、目的の単結晶の組成比ａ、ｂ、ｃが
変化するとき、格子定数もそれに伴い変化するが、その
格子定数に対して、バッファ層の材料の格子定数が近似
又は一致するように、上式（Ｉ）における組成比ｘ、ｙ
の値を決定すればよい。
（Ｉ）のバリエーションであるが、例えば、ＨｇＯが化
合物から排除される場合には、（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）
y を（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）1-x と表記した。上式
（Ｉ）における組成比ｘ、ｙの具体的な値は、以下の様
に決定する。即ち、目的の単結晶の組成比ａ、ｂ、ｃが
変化するとき、格子定数もそれに伴い変化するが、その
格子定数に対して、バッファ層の材料の格子定数が近似
又は一致するように、上式（Ｉ）における組成比ｘ、ｙ
の値を決定すればよい。
【００１３】バッファ層２の材料として、特に重要な３
種類の酸化物の組み合わせを述べたが、それ以外の化合
物、即ち、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ等について
説明する。これらは、ジンクブレンド型（閃亜鉛鉱型）
の結晶構造であるが、これを式（Ｉ）で示されるウルツ
ァイト型の化合物に対して加えても、その添加量が少量
であれば全体の結晶構造はウルツァイト型に維持され、
バッファ層の材料として用いることができる。即ち、Ｍ
ｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ等を用いる場合は、式
（Ｉ）で示される化合物を基本骨子とし、該化合物にそ
のウルツァイト型の結晶構造が維持される範囲内で、Ｍ
ｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯのうちの１以上
のものを付加し、又は置換すればよい。これらの化合物
としては、（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）y （ＨｇＯ）z （Ｍ
ｇＯ）1-x-y-z 、（ＭｇＯ）x （ＺｎＯ）y （Ｂｅ
Ｏ）1-x-y 、（ＭｇＯ）x （ＺｎＯ）1-x等が例示さ
れ、例えば（ＭｇＯ）x （ＺｎＯ）y （ＢｅＯ）1-x-y
は、ＩｎＧａＡｌＮに対して良好なバッファ層となり、
（ＭｇＯ）x （ＺｎＯ）1-x はＧａＮに対して良好なバ
ッファ層となり得る。
種類の酸化物の組み合わせを述べたが、それ以外の化合
物、即ち、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ等について
説明する。これらは、ジンクブレンド型（閃亜鉛鉱型）
の結晶構造であるが、これを式（Ｉ）で示されるウルツ
ァイト型の化合物に対して加えても、その添加量が少量
であれば全体の結晶構造はウルツァイト型に維持され、
バッファ層の材料として用いることができる。即ち、Ｍ
ｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ等を用いる場合は、式
（Ｉ）で示される化合物を基本骨子とし、該化合物にそ
のウルツァイト型の結晶構造が維持される範囲内で、Ｍ
ｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯのうちの１以上
のものを付加し、又は置換すればよい。これらの化合物
としては、（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）y （ＨｇＯ）z （Ｍ
ｇＯ）1-x-y-z 、（ＭｇＯ）x （ＺｎＯ）y （Ｂｅ
Ｏ）1-x-y 、（ＭｇＯ）x （ＺｎＯ）1-x等が例示さ
れ、例えば（ＭｇＯ）x （ＺｎＯ）y （ＢｅＯ）1-x-y
は、ＩｎＧａＡｌＮに対して良好なバッファ層となり、
（ＭｇＯ）x （ＺｎＯ）1-x はＧａＮに対して良好なバ
ッファ層となり得る。
【００１４】バッファ層２の形成プロセスは、ＭＯＶＰ
Ｅ法、ＨＶＰＥ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ
法、ＣＢＥ法等、目的の単結晶３の成長プロセスと同様
のエピタキシャル成長法の他、スパッタ法、ＣＶＤ法等
の成膜法が有効な方法として挙げられる。特に、スパッ
タ法は簡易的な成膜が可能であるため、バッファ層２の
形成には適している。一方、ＭＯＶＰＥ法は非平衡状態
で、且つある程度の厚みを有する膜を形成可能であるた
め、バッファ層２の形成には好適である。また、バッフ
ァ層２の形成と目的の単結晶３の形成とを、同じエピタ
キシャル成長方法を用いて行なえば、材料の供給を変え
るだけでバッファ層２からＧａＮ単結晶へと、その場で
の連続的な成長が可能となる。
Ｅ法、ＨＶＰＥ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ
法、ＣＢＥ法等、目的の単結晶３の成長プロセスと同様
のエピタキシャル成長法の他、スパッタ法、ＣＶＤ法等
の成膜法が有効な方法として挙げられる。特に、スパッ
タ法は簡易的な成膜が可能であるため、バッファ層２の
形成には適している。一方、ＭＯＶＰＥ法は非平衡状態
で、且つある程度の厚みを有する膜を形成可能であるた
め、バッファ層２の形成には好適である。また、バッフ
ァ層２の形成と目的の単結晶３の形成とを、同じエピタ
キシャル成長方法を用いて行なえば、材料の供給を変え
るだけでバッファ層２からＧａＮ単結晶へと、その場で
の連続的な成長が可能となる。
【００１５】バッファ層２の厚みは限定されるものでは
ないが、通常、０．０１μｍ〜２μｍ、好ましくは０．
０２〜２μｍ、最も好ましくは０．０２〜１．５μｍ程
度とすることによって、バッファ層上に成長する目的の
単結晶の結晶性は良質なものとなる。
ないが、通常、０．０１μｍ〜２μｍ、好ましくは０．
０２〜２μｍ、最も好ましくは０．０２〜１．５μｍ程
度とすることによって、バッファ層上に成長する目的の
単結晶の結晶性は良質なものとなる。
【００１６】上記基板１の材料としては、目的の単結晶
３に対する格子整合性が良好なものを用いる。さらに、
該目的の単結晶の中でも、ＧａＮ等、成長温度が高いも
のに対しては、耐熱性が良好な材料がよい。該目的の単
結晶に対する格子整合性の良好な材料としては、その結
晶格子におけるａ軸の格子定数が、目的の単結晶のそれ
に対して通常±２０％以内、就中±５％以内であり、ウ
ルツァイト型の結晶構造を持つものが好ましい。この様
な材料としては、サファイア結晶基板、ＺｎＯ基板、Ｓ
ｉＣ基板等が例示され、さらにはこれらの基板上に、従
来の結晶成長法によって目的の単結晶と同じものを直接
またはバッファ層を介して薄膜成長させてなる基板等が
例示される。
３に対する格子整合性が良好なものを用いる。さらに、
該目的の単結晶の中でも、ＧａＮ等、成長温度が高いも
のに対しては、耐熱性が良好な材料がよい。該目的の単
結晶に対する格子整合性の良好な材料としては、その結
晶格子におけるａ軸の格子定数が、目的の単結晶のそれ
に対して通常±２０％以内、就中±５％以内であり、ウ
ルツァイト型の結晶構造を持つものが好ましい。この様
な材料としては、サファイア結晶基板、ＺｎＯ基板、Ｓ
ｉＣ基板等が例示され、さらにはこれらの基板上に、従
来の結晶成長法によって目的の単結晶と同じものを直接
またはバッファ層を介して薄膜成長させてなる基板等が
例示される。
【００１７】
【作用】バッファ層に用いられる材料を以上説明したよ
うに決定することによって、該バッファ層の材料の格子
定数を、特定の範囲内において自在に変化させることが
可能となる。このことによって、III-Ｖ族の窒素系化合
物を成長させるに際し、格子整合性を良好とすることが
可能となる。
うに決定することによって、該バッファ層の材料の格子
定数を、特定の範囲内において自在に変化させることが
可能となる。このことによって、III-Ｖ族の窒素系化合
物を成長させるに際し、格子整合性を良好とすることが
可能となる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。 実施例１ 本実施例では、ＢｅＯとＺｎＯとの化合物がＧａＮのバ
ッファ層材料として有効に用いられることを示す。図１
に示すように、サファイア基板１上に、前記式（Ｉ）で
示される化合物のうちＨｇＯの組成比を０とした化合物
（ＢｅＯ）0.13（ＺｎＯ）0.87を、スパッタ法によって
厚さ０．１μｍに形成してバッファ層２とし、該バッフ
ァ層２上に目的の単結晶３であるＧａＮ単結晶をＨＶＰ
Ｅ法によって成長させた。得られたＧａＮ単結晶をＸ線
回折、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法、Ｈａｌｌ効果
測定で評価したところ、ロッキングカーブの半値幅で約
２１０秒、４．２ｋにおけるＰＬスペクトルは半値幅
１．４ｍｅＶのＩ2 発光が支配的であった。また、Mobi
lityは７７ｋにおいて１×１０16ｃｍ-3で約２０００ｃ
ｍ2 ／Ｖ・ｓであり、ＺｎＯをバッファ層とする場合よ
り良質なＧａＮ単結晶であることが確認できた。
説明する。 実施例１ 本実施例では、ＢｅＯとＺｎＯとの化合物がＧａＮのバ
ッファ層材料として有効に用いられることを示す。図１
に示すように、サファイア基板１上に、前記式（Ｉ）で
示される化合物のうちＨｇＯの組成比を０とした化合物
（ＢｅＯ）0.13（ＺｎＯ）0.87を、スパッタ法によって
厚さ０．１μｍに形成してバッファ層２とし、該バッフ
ァ層２上に目的の単結晶３であるＧａＮ単結晶をＨＶＰ
Ｅ法によって成長させた。得られたＧａＮ単結晶をＸ線
回折、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法、Ｈａｌｌ効果
測定で評価したところ、ロッキングカーブの半値幅で約
２１０秒、４．２ｋにおけるＰＬスペクトルは半値幅
１．４ｍｅＶのＩ2 発光が支配的であった。また、Mobi
lityは７７ｋにおいて１×１０16ｃｍ-3で約２０００ｃ
ｍ2 ／Ｖ・ｓであり、ＺｎＯをバッファ層とする場合よ
り良質なＧａＮ単結晶であることが確認できた。
【００１９】実施例２ 本実施例では、前記式（Ｉ）で示される化合物のうち、
（ＢｅＯ）0.08（ＺｎＯ）0.77（ＨｇＯ）0.15が、Ｉｎ
0.34Ｇａ0.66Ｎのバッファ層材料として有効に用いられ
ることを示す。実施例１と同様に、サファイア基板１上
に、（ＢｅＯ）0.08（ＺｎＯ）0.77（ＨｇＯ）0.15をス
パッタ法によって厚さ０．１μｍに形成してバッファ層
２とし、該バッファ層２上に目的の単結晶３であるＩｎ
0.34Ｇａ0.66ＮをＭＯＶＰＥ法によって成長させた。得
られたＩｎ0.34Ｇａ0.66Ｎの結晶をＸ線回折、ＰＬ法で
評価したところ、ロッキングカーブの半値幅で約５００
秒、室温でのＰＬスペクトルはバンド端付近の発光のみ
が測定され、深い準位からの発光は確認されなかった。
この様にバッファ層を上記材料と特定することにより、
従来より良質なＩｎ0.34Ｇａ0.66Ｎ単結晶が得られるよ
うになった。
（ＢｅＯ）0.08（ＺｎＯ）0.77（ＨｇＯ）0.15が、Ｉｎ
0.34Ｇａ0.66Ｎのバッファ層材料として有効に用いられ
ることを示す。実施例１と同様に、サファイア基板１上
に、（ＢｅＯ）0.08（ＺｎＯ）0.77（ＨｇＯ）0.15をス
パッタ法によって厚さ０．１μｍに形成してバッファ層
２とし、該バッファ層２上に目的の単結晶３であるＩｎ
0.34Ｇａ0.66ＮをＭＯＶＰＥ法によって成長させた。得
られたＩｎ0.34Ｇａ0.66Ｎの結晶をＸ線回折、ＰＬ法で
評価したところ、ロッキングカーブの半値幅で約５００
秒、室温でのＰＬスペクトルはバンド端付近の発光のみ
が測定され、深い準位からの発光は確認されなかった。
この様にバッファ層を上記材料と特定することにより、
従来より良質なＩｎ0.34Ｇａ0.66Ｎ単結晶が得られるよ
うになった。
【００２０】実施例３ 本実施例では、前記式（Ｉ）で示される化合物のうち、
ＧａＮに好適なバッファ層材料として表１に示した化合
物（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）1-x のうちＢｅＯをＭｇＯで
置換し最適な組成比とした化合物（ＭｇＯ）0.26（Ｚｎ
Ｏ）0.74が、ＧａＮのバッファ層材料として有効に用い
られることを示す。実施例１と同様に、サファイア基板
１上に、（ＭｇＯ）0.26（ＺｎＯ）0.74をスパッタ法に
よって厚さ０．１μｍに形成してバッファ層２とし、該
バッファ層２上に目的の単結晶３であるＧａＮをＨＶＰ
Ｅ法によって成長させた。得られたＧａＮ単結晶をＸ線
回折、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法、Ｈａｌｌ効果
測定で評価したところ、ロッキングカーブの半値幅で約
２００秒、４．２ｋにおけるＰＬスペクトルは半値幅
１．３５ｍｅＶのＩ2 発光が支配的であった。また、Mo
bilityは７７ｋにおいて１×１０16ｃｍ-3で約２５００
ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであり、ＺｎＯをバッファ層とする場合
より良質なＧａＮ単結晶であることが確認できた。
ＧａＮに好適なバッファ層材料として表１に示した化合
物（ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）1-x のうちＢｅＯをＭｇＯで
置換し最適な組成比とした化合物（ＭｇＯ）0.26（Ｚｎ
Ｏ）0.74が、ＧａＮのバッファ層材料として有効に用い
られることを示す。実施例１と同様に、サファイア基板
１上に、（ＭｇＯ）0.26（ＺｎＯ）0.74をスパッタ法に
よって厚さ０．１μｍに形成してバッファ層２とし、該
バッファ層２上に目的の単結晶３であるＧａＮをＨＶＰ
Ｅ法によって成長させた。得られたＧａＮ単結晶をＸ線
回折、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法、Ｈａｌｌ効果
測定で評価したところ、ロッキングカーブの半値幅で約
２００秒、４．２ｋにおけるＰＬスペクトルは半値幅
１．３５ｍｅＶのＩ2 発光が支配的であった。また、Mo
bilityは７７ｋにおいて１×１０16ｃｍ-3で約２５００
ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであり、ＺｎＯをバッファ層とする場合
より良質なＧａＮ単結晶であることが確認できた。
【００２１】
【発明の効果】II族元素の酸化物から選ばれる少なくと
も１種よりなる化合物を好適に選択することによって、
ＧａＮだけでなく、ＡｌＮ、ＩｎＮ等、さらには多元混
晶であるＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＢＮ等、III-Ｖ
族の窒素系化合物の単結晶に対して、格子整合性の良好
なバッファ層の材料が得られ、これらIII-Ｖ族の窒素系
化合物のより高品質な単結晶が製造可能となった。
も１種よりなる化合物を好適に選択することによって、
ＧａＮだけでなく、ＡｌＮ、ＩｎＮ等、さらには多元混
晶であるＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＢＮ等、III-Ｖ
族の窒素系化合物の単結晶に対して、格子整合性の良好
なバッファ層の材料が得られ、これらIII-Ｖ族の窒素系
化合物のより高品質な単結晶が製造可能となった。
【図１】本発明の製造方法によって形成された、III-Ｖ
族の窒素系化合物の単結晶の例を模式的に示す図であ
る。
族の窒素系化合物の単結晶の例を模式的に示す図であ
る。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ 目的の化合物半導体の単結晶
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 Ｃ３０Ｂ 29/38 Ｄ 8216−4Ｇ Ｚ 8216−4Ｇ Ｈ０１Ｌ 21/20 // Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｍ 8719−4Ｍ 21/208 Ｚ (72)発明者 平松 和政 三重県四日市市芝田１丁目４番22号
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上にバッファ層を介して結晶成長さ
せる工程を経ることによる III族典型元素から選ばれる
少なくとも１種の元素と窒素とからなる化合物半導体の
単結晶の製造方法であって、該バッファ層を形成する物
質が、II族元素の酸化物から選ばれる少なくとも１種よ
りなる化合物であること（但し、該化合物半導体がＧａ
Ｎである場合には、該バッファ層はＺｎＯ以外の化合物
である）を特徴とする化合物半導体の単結晶の製造方
法。 - 【請求項２】 II族元素の酸化物が、ＢｅＯ、ＭｇＯ、
ＣａＯ、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、ＢａＯ、ＨｇＯであ
る請求項１記載の化合物半導体の単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 バッファ層を形成する物質である、II族
元素の酸化物から選ばれる少なくとも１種よりなる化合
物が、下式（Ｉ）で示される化合物であり、目的の化合
物半導体の単結晶に対して良好に格子整合するような組
成比を有するものである請求項１記載の化合物半導体の
単結晶の製造方法。 （ＢｅＯ）x （ＺｎＯ）y （ＨｇＯ）1-x-y （Ｉ） 〔上式中、ｘおよびｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１を満
足する。〕 - 【請求項４】 バッファ層を形成する物質が、請求項３
記載の式（Ｉ）で示される化合物を基本骨子とするもの
であり、該化合物にそのウルツァイト型結晶構造が維持
される範囲内で、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＣｄＯ、Ｂ
ａＯから選ばれる少なくとも１種の化合物が、付加され
又は置換されてなるものである請求項１記載の化合物半
導体の単結晶の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6062813A JPH07267787A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 化合物半導体の単結晶の製造方法 |
| DE69431333T DE69431333T2 (de) | 1993-10-08 | 1994-10-06 | GaN-Einkristall |
| EP94115739A EP0647730B1 (en) | 1993-10-08 | 1994-10-06 | GaN single crystal |
| US08/320,263 US5770887A (en) | 1993-10-08 | 1994-10-11 | GaN single crystal |
| US08/649,492 US5810925A (en) | 1993-10-08 | 1996-05-17 | GaN single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6062813A JPH07267787A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 化合物半導体の単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07267787A true JPH07267787A (ja) | 1995-10-17 |
Family
ID=13211162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6062813A Pending JPH07267787A (ja) | 1993-10-08 | 1994-03-31 | 化合物半導体の単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07267787A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6030886A (en) * | 1996-11-29 | 2000-02-29 | Matsushita Electronics Corporation | Growth of GaN on a substrate using a ZnO buffer layer |
| WO2000016411A1 (en) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing the same |
| JP2008500740A (ja) * | 2004-05-19 | 2008-01-10 | エピヴァレー カンパニー リミテッド | ＧａＮ系窒化膜を形成する方法 |
| CN109285777A (zh) * | 2017-07-21 | 2019-01-29 | 住友电气工业株式会社 | 具有n-极性氮化镓的外延衬底的形成方法 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP6062813A patent/JPH07267787A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6030886A (en) * | 1996-11-29 | 2000-02-29 | Matsushita Electronics Corporation | Growth of GaN on a substrate using a ZnO buffer layer |
| WO2000016411A1 (en) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing the same |
| JP2008500740A (ja) * | 2004-05-19 | 2008-01-10 | エピヴァレー カンパニー リミテッド | ＧａＮ系窒化膜を形成する方法 |
| CN109285777A (zh) * | 2017-07-21 | 2019-01-29 | 住友电气工业株式会社 | 具有n-极性氮化镓的外延衬底的形成方法 |
| JP2019021873A (ja) * | 2017-07-21 | 2019-02-07 | 住友電気工業株式会社 | 基板生産物の製造方法 |
| CN109285777B (zh) * | 2017-07-21 | 2024-02-20 | 住友电气工业株式会社 | 具有n-极性氮化镓的外延衬底的形成方法 |
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