JPH0983016A - 窒化物半導体の成長方法 - Google Patents
窒化物半導体の成長方法Info
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- JPH0983016A JPH0983016A JP23750195A JP23750195A JPH0983016A JP H0983016 A JPH0983016 A JP H0983016A JP 23750195 A JP23750195 A JP 23750195A JP 23750195 A JP23750195 A JP 23750195A JP H0983016 A JPH0983016 A JP H0983016A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板の上に成長させる窒化物半導体の結晶性
を向上させ、信頼性に優れたＬＥＤ、ＬＤ等を実現す
る。 【構成】 気相成長法により、ＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ
（０≦a、０≦b、a＋b≦１）で示される窒化物半導体を
基板上にエピタキシャル成長させる方法において、基板
にＳｉＣを使用し、そのＳｉＣ基板の上にX値が順次小
さくなるように組成傾斜したＡｌXＧａ1-XＮ（０≦X≦
１）層を成長させ、そのＡｌXＧａ1-XＮ層の上に窒化物
半導体を成長させることにより、窒化物半導体の格子不
整合による歪みを緩和して結晶性を飛躍的に向上させ
る。
を向上させ、信頼性に優れたＬＥＤ、ＬＤ等を実現す
る。 【構成】 気相成長法により、ＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ
（０≦a、０≦b、a＋b≦１）で示される窒化物半導体を
基板上にエピタキシャル成長させる方法において、基板
にＳｉＣを使用し、そのＳｉＣ基板の上にX値が順次小
さくなるように組成傾斜したＡｌXＧａ1-XＮ（０≦X≦
１）層を成長させ、そのＡｌXＧａ1-XＮ層の上に窒化物
半導体を成長させることにより、窒化物半導体の格子不
整合による歪みを緩和して結晶性を飛躍的に向上させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気相成長法により窒化物
半導体ＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ（０≦a、０≦b、a＋b≦
１）の結晶を基板上に成長させる方法に関する。
半導体ＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ（０≦a、０≦b、a＋b≦
１）の結晶を基板上に成長させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ）、分子線気相成長法（ＭＢＥ）、ハライド気
相成長法（ＨＤＶＰＥ）等の気相成長法により基板上に
エピタキシャル成長される。一般に化合物半導体をエピ
タキシャル成長させるには、化合物半導体と格子定数が
一致した基板を用いると結晶性の良いものが得られるこ
とが常識であるが、窒化物半導体には格子整合する基板
がないため、現在格子定数で１３％もの差があるサファ
イア基板の上に成長されるのが常であった。
ＯＶＰＥ）、分子線気相成長法（ＭＢＥ）、ハライド気
相成長法（ＨＤＶＰＥ）等の気相成長法により基板上に
エピタキシャル成長される。一般に化合物半導体をエピ
タキシャル成長させるには、化合物半導体と格子定数が
一致した基板を用いると結晶性の良いものが得られるこ
とが常識であるが、窒化物半導体には格子整合する基板
がないため、現在格子定数で１３％もの差があるサファ
イア基板の上に成長されるのが常であった。
【０００３】サファイア基板の場合、窒化物半導体を成
長させる前にまずサファイア基板上にＡｌＮ、ＧａＮよ
りなるバッファ層を成長させ、そのバッファ層の上に窒
化物半導体を成長することが知られている。例えば特公
昭５９−４８７９４号、特公平４−１５２００号公報に
はＡｌＮをバッファ層とする方法が記載され、また特開
昭６０−１７３８２９号、平４−２９７０２３号公報に
はＧａＮをバッファ層とする方法が記載されている。そ
の中でも特開平４−２９７０２３号による方法は現在実
用化されている窒化物半導体ＬＥＤの基幹技術の一つと
なっている。
長させる前にまずサファイア基板上にＡｌＮ、ＧａＮよ
りなるバッファ層を成長させ、そのバッファ層の上に窒
化物半導体を成長することが知られている。例えば特公
昭５９−４８７９４号、特公平４−１５２００号公報に
はＡｌＮをバッファ層とする方法が記載され、また特開
昭６０−１７３８２９号、平４−２９７０２３号公報に
はＧａＮをバッファ層とする方法が記載されている。そ
の中でも特開平４−２９７０２３号による方法は現在実
用化されている窒化物半導体ＬＥＤの基幹技術の一つと
なっている。
【０００４】その他窒化物半導体を成長させる基板には
ＺｎＳ（特開平４−６８５７９）、ＭｎＯ（特開平４−
２０９５７７）、ＺｎＯ（特開平４−２３６４７７）、
ＳｉＣ（特開平４−２２３３３０）等数々提案されてお
り、特に特開平４−２２３３３０号公報にはＳｉＣ基板
表面にＳｉＣバッファ層を形成し、このバッファ層の上
に窒化物半導体を成長させる技術が示されている。
ＺｎＳ（特開平４−６８５７９）、ＭｎＯ（特開平４−
２０９５７７）、ＺｎＯ（特開平４−２３６４７７）、
ＳｉＣ（特開平４−２２３３３０）等数々提案されてお
り、特に特開平４−２２３３３０号公報にはＳｉＣ基板
表面にＳｉＣバッファ層を形成し、このバッファ層の上
に窒化物半導体を成長させる技術が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】現在、サファイア基板
の上に成長された窒化物半導体で、青色ＬＥＤ、青緑色
ＬＥＤ等が実用化されているが、将来、さらに高輝度で
信頼性に優れたＬＥＤ、またＬＤのような高度な発光デ
バイス等を実現するためには、窒化物半導体の結晶性を
さらに向上させる必要がある。従って本発明はこのよう
な事情を鑑みて成されたもので、その目的とするところ
は基板の上に成長させる窒化物半導体の結晶性を向上さ
せ、信頼性に優れたＬＥＤ、ＬＤ等を実現することにあ
る。
の上に成長された窒化物半導体で、青色ＬＥＤ、青緑色
ＬＥＤ等が実用化されているが、将来、さらに高輝度で
信頼性に優れたＬＥＤ、またＬＤのような高度な発光デ
バイス等を実現するためには、窒化物半導体の結晶性を
さらに向上させる必要がある。従って本発明はこのよう
な事情を鑑みて成されたもので、その目的とするところ
は基板の上に成長させる窒化物半導体の結晶性を向上さ
せ、信頼性に優れたＬＥＤ、ＬＤ等を実現することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体の
成長方法は、気相成長法によりＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ
（０≦a、０≦b、a＋b≦１）で示される窒化物半導体を
基板上にエピタキシャル成長させる方法において、基板
にＳｉＣを使用し、そのＳｉＣ基板の上にX値が順次小
さくなるように組成傾斜したＡｌXＧａ1-XＮ（０≦X≦
１）層を成長させ、そのＡｌXＧａ1-XＮ層の上に前記窒
化物半導体を成長させることを特徴とする。
成長方法は、気相成長法によりＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ
（０≦a、０≦b、a＋b≦１）で示される窒化物半導体を
基板上にエピタキシャル成長させる方法において、基板
にＳｉＣを使用し、そのＳｉＣ基板の上にX値が順次小
さくなるように組成傾斜したＡｌXＧａ1-XＮ（０≦X≦
１）層を成長させ、そのＡｌXＧａ1-XＮ層の上に前記窒
化物半導体を成長させることを特徴とする。
【０００７】本発明の成長方法において、気相成長法に
は先にも述べたように、例えばＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ
法、ＨＤＶＰＥ法等が採用できるが、好ましくはＭＯＶ
ＰＥ法で成長させることにより結晶性の良い半導体層が
得られる。
は先にも述べたように、例えばＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ
法、ＨＤＶＰＥ法等が採用できるが、好ましくはＭＯＶ
ＰＥ法で成長させることにより結晶性の良い半導体層が
得られる。
【０００８】また基板のＳｉＣは単結晶のＳｉＣ基板を
利用する。ＳｉＣには４Ｈ、６Ｈ、３Ｃ等数々の結晶構
造があるが特に限定するものではない。好ましくは６Ｈ
−ＳｉＣの（０００１）面、３Ｃ−ＳｉＣの（１１１）
面の上に成長させることにより結晶性の良い窒化物半導
体が得られる。
利用する。ＳｉＣには４Ｈ、６Ｈ、３Ｃ等数々の結晶構
造があるが特に限定するものではない。好ましくは６Ｈ
−ＳｉＣの（０００１）面、３Ｃ−ＳｉＣの（１１１）
面の上に成長させることにより結晶性の良い窒化物半導
体が得られる。
【０００９】組成傾斜したＡｌXＧａ1-XＮ層とはＡｌ混
晶比がＳｉＣ基板より離れるに従って少なくなるように
構成したＡｌXＧａ1-XＮ層であり、このＡｌXＧａ1-XＮ
層は単一層で組成傾斜するように構成しても良いし、ま
た後に述べるように複数のＡｌXＧａ1-XＮ層を積層した
多層膜で構成して、各層の構成をＳｉＣより離れるに従
ってＡｌ混晶比を少なくしたＡｌXＧａ1-XＮとしても良
い。
晶比がＳｉＣ基板より離れるに従って少なくなるように
構成したＡｌXＧａ1-XＮ層であり、このＡｌXＧａ1-XＮ
層は単一層で組成傾斜するように構成しても良いし、ま
た後に述べるように複数のＡｌXＧａ1-XＮ層を積層した
多層膜で構成して、各層の構成をＳｉＣより離れるに従
ってＡｌ混晶比を少なくしたＡｌXＧａ1-XＮとしても良
い。
【００１０】ＡｌXＧａ1-XＮ層は５ｎｍ〜５μｍの膜厚
で成長することが望ましく、さらに好ましくは５ｎｍ〜
３μｍに調整する。５ｎｍよりも薄いと組成傾斜した層
が形成しにくく、また２μｍよりも厚いとＡｌXＧａ1-X
Ｎ層自身にクラックが入りやすくなるからである。また
組成傾斜させたＡｌXＧａ1-XＮ層の最表面はＧａＮとす
ることがさらに望ましい。ＧａＮとすると、その上に成
長する窒化物半導体層の結晶性が特に良くなる。
で成長することが望ましく、さらに好ましくは５ｎｍ〜
３μｍに調整する。５ｎｍよりも薄いと組成傾斜した層
が形成しにくく、また２μｍよりも厚いとＡｌXＧａ1-X
Ｎ層自身にクラックが入りやすくなるからである。また
組成傾斜させたＡｌXＧａ1-XＮ層の最表面はＧａＮとす
ることがさらに望ましい。ＧａＮとすると、その上に成
長する窒化物半導体層の結晶性が特に良くなる。
【００１１】次に本発明の成長方法は前記ＡｌXＧａ1-X
Ｎ層と基板との間にＡｌＮ層を成長させることを特徴と
する。このＡｌＮ層を成長させることにより、その上の
Ａｌ XＧａ1-XＮ層の結晶性がさらに良くなる。従ってＡ
ｌXＧａ1-XＮ層の上に成長する窒化物半導体層の結晶性
も良くなる。ＡｌＮ層の膜厚は１ｎｍ〜０．１μｍの膜
厚で形成することが望ましい。０．１μｍよりも厚いと
ＡｌＮ層自身にクラックが入りやすくなるので、その上
に結晶性の良いＡｌXＧａ1-XＮ層が成長しにくい。Ａｌ
Ｎ層の成長条件は通常の気相成長法の条件で成長でき
る。例えばＭＯＶＰＥ法であれば、４００℃〜１２００
℃の範囲内に加熱されたＳｉＣ基板の表面に、Ａｌを含
む有機金属ガスと、窒素の水素化物とを供給することに
より成長できる。この場合、９００℃以下で成長された
ＡｌＮはアモルファスのＡｌＮを含む結晶となり、約９
００℃以上で成長されたＡｌＮは単結晶に近い結晶とな
るが、いずれの場合においても、そのＡｌＮ層の上に結
晶性の良いＡｌXＧａ1-XＮ層が成長可能である。
Ｎ層と基板との間にＡｌＮ層を成長させることを特徴と
する。このＡｌＮ層を成長させることにより、その上の
Ａｌ XＧａ1-XＮ層の結晶性がさらに良くなる。従ってＡ
ｌXＧａ1-XＮ層の上に成長する窒化物半導体層の結晶性
も良くなる。ＡｌＮ層の膜厚は１ｎｍ〜０．１μｍの膜
厚で形成することが望ましい。０．１μｍよりも厚いと
ＡｌＮ層自身にクラックが入りやすくなるので、その上
に結晶性の良いＡｌXＧａ1-XＮ層が成長しにくい。Ａｌ
Ｎ層の成長条件は通常の気相成長法の条件で成長でき
る。例えばＭＯＶＰＥ法であれば、４００℃〜１２００
℃の範囲内に加熱されたＳｉＣ基板の表面に、Ａｌを含
む有機金属ガスと、窒素の水素化物とを供給することに
より成長できる。この場合、９００℃以下で成長された
ＡｌＮはアモルファスのＡｌＮを含む結晶となり、約９
００℃以上で成長されたＡｌＮは単結晶に近い結晶とな
るが、いずれの場合においても、そのＡｌＮ層の上に結
晶性の良いＡｌXＧａ1-XＮ層が成長可能である。
【００１２】次にＡｌXＧａ1-XＮ層はX値が互いに異な
る層が積層された多層膜よりなることを特徴とする。つ
まりＳｉＣ基板側にＡｌ混晶比が大きいＡｌＧａＮ層を
形成し、その上にＡｌ混晶比が小さいＡｌＧａＮ層を形
成し、次第にＡｌ組成比の小さいＡｌＧａ層を積層した
多層膜とする。多層膜は何層積層しても特に問題はない
が、前記のようにＡｌＧａＮ層の総膜厚は５ｎｍ〜５μ
ｍの範囲に調整することが望ましい。
る層が積層された多層膜よりなることを特徴とする。つ
まりＳｉＣ基板側にＡｌ混晶比が大きいＡｌＧａＮ層を
形成し、その上にＡｌ混晶比が小さいＡｌＧａＮ層を形
成し、次第にＡｌ組成比の小さいＡｌＧａ層を積層した
多層膜とする。多層膜は何層積層しても特に問題はない
が、前記のようにＡｌＧａＮ層の総膜厚は５ｎｍ〜５μ
ｍの範囲に調整することが望ましい。
【００１３】
【作用】ＳｉＣ基板上に組成傾斜したＡｌＧａＮ層を形
成すると、そのＡｌＧａＮ層が基板との格子不整合に起
因する転位、歪み等を減少させることができる。これは
Ａｌ混晶比の多いＡｌＧａＮ層がＳｉＣの格子定数に近
いからであると推察できる。従って、組成傾斜したＡｌ
ＧａＮ層を成長させる前にＡｌＮ層を一番先に成長させ
ると、ＡｌＧａＮの結晶性が良くなる。しかも順にＡｌ
混晶比を減少させることにより、最初に形成したＡｌ混
晶比の大きいＡｌＧａＮ層の格子欠陥が次第に緩和され
て、結晶性の良いＡｌＧａＮ層が次第に成長されるので
ある。結晶性のよいＡｌＧａＮ層が成長できると、その
上に成長させる窒化物半導体は先に形成したＡｌＧａＮ
層が格子整合基板となるので、窒化物半導体の結晶性が
飛躍的に向上する。
成すると、そのＡｌＧａＮ層が基板との格子不整合に起
因する転位、歪み等を減少させることができる。これは
Ａｌ混晶比の多いＡｌＧａＮ層がＳｉＣの格子定数に近
いからであると推察できる。従って、組成傾斜したＡｌ
ＧａＮ層を成長させる前にＡｌＮ層を一番先に成長させ
ると、ＡｌＧａＮの結晶性が良くなる。しかも順にＡｌ
混晶比を減少させることにより、最初に形成したＡｌ混
晶比の大きいＡｌＧａＮ層の格子欠陥が次第に緩和され
て、結晶性の良いＡｌＧａＮ層が次第に成長されるので
ある。結晶性のよいＡｌＧａＮ層が成長できると、その
上に成長させる窒化物半導体は先に形成したＡｌＧａＮ
層が格子整合基板となるので、窒化物半導体の結晶性が
飛躍的に向上する。
【００１４】
【実施例】以下、ＭＯＶＰＥ法による本発明の成長方法
について述べる。
について述べる。
【００１５】１０５０℃に加熱された６Ｈ−ＳｉＣ基板
の（０００１）面に、水素ガスをキャリアガスとして、
ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とアンモニアガスを
供給し、ＡｌＮよりなる薄膜を５０ｎｍの膜厚で成長さ
せる。このＡｌＮ薄膜は４００℃〜１２００℃の範囲で
成長可能であり、前記のようにおよそ９００℃以下で成
長させるとアモルファスのＡｌＮを含む結晶が成長し、
９００℃以上で成長させると単結晶のＡｌＮ薄膜が成長
する傾向にあるが、アモルファスのＡｌＮ薄膜、単結晶
のＡｌＮ薄膜、いずれを成長させてもよい。
の（０００１）面に、水素ガスをキャリアガスとして、
ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とアンモニアガスを
供給し、ＡｌＮよりなる薄膜を５０ｎｍの膜厚で成長さ
せる。このＡｌＮ薄膜は４００℃〜１２００℃の範囲で
成長可能であり、前記のようにおよそ９００℃以下で成
長させるとアモルファスのＡｌＮを含む結晶が成長し、
９００℃以上で成長させると単結晶のＡｌＮ薄膜が成長
する傾向にあるが、アモルファスのＡｌＮ薄膜、単結晶
のＡｌＮ薄膜、いずれを成長させてもよい。
【００１６】続いて、基板を１０５０℃に保持したまま
で、ＴＭＡガスに加えて、ＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）ガスを徐々に流し、組成傾斜したＡｌＧａＮ層を成
長させる。ＴＭＧおよびＴＭＡのガス流量はマスフロー
コントローラにより制御し、ＴＭＧのガスのガス流量を
時間の経過と共に徐々に多くし、同時にＴＭＡガスの流
量を徐々に少なくして、ＴＭＧガスとＴＭＡガスの合計
のガス量を常時ほぼ同一に調整してＡｌＧａＮ層を成長
させる。そして最後にＴＭＡガスを止めてＧａＮ層が成
長するようにする。以上のようにして組成傾斜したＡｌ
ＧａＮ層を２μｍの膜厚で成長させる。なお傾斜組成Ａ
ｌＧａＮ層は最上層がＧａＮとなるようにしたが、特に
傾斜組成していれば最上層をＧａＮとする必要はない。
好ましくは最上層はX値が０．５よりも小さいＡｌXＧａ
1-XＮ層、さらに好ましくは０．３以下とする方が、そ
のＡｌXＧａ1-XＮ層の上に結晶性の良い窒化物半導体層
を成長できる。
で、ＴＭＡガスに加えて、ＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）ガスを徐々に流し、組成傾斜したＡｌＧａＮ層を成
長させる。ＴＭＧおよびＴＭＡのガス流量はマスフロー
コントローラにより制御し、ＴＭＧのガスのガス流量を
時間の経過と共に徐々に多くし、同時にＴＭＡガスの流
量を徐々に少なくして、ＴＭＧガスとＴＭＡガスの合計
のガス量を常時ほぼ同一に調整してＡｌＧａＮ層を成長
させる。そして最後にＴＭＡガスを止めてＧａＮ層が成
長するようにする。以上のようにして組成傾斜したＡｌ
ＧａＮ層を２μｍの膜厚で成長させる。なお傾斜組成Ａ
ｌＧａＮ層は最上層がＧａＮとなるようにしたが、特に
傾斜組成していれば最上層をＧａＮとする必要はない。
好ましくは最上層はX値が０．５よりも小さいＡｌXＧａ
1-XＮ層、さらに好ましくは０．３以下とする方が、そ
のＡｌXＧａ1-XＮ層の上に結晶性の良い窒化物半導体層
を成長できる。
【００１７】続いて、ＴＭＡガスを完全に止め、ＴＭＧ
ガス、アンモニアガスで１０５０℃にてＧａＮ層を３μ
ｍの膜厚で成長させる。
ガス、アンモニアガスで１０５０℃にてＧａＮ層を３μ
ｍの膜厚で成長させる。
【００１８】成長後基板を取り出し、得られたＧａＮ層
の結晶性を評価するためダブルクリスタルＸ線ロッキン
グカーブの半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Max
imum）を測定したところ、１．５分と非常に結晶性に優
れていることが判明した。またホール測定装置で結晶の
移動度を測定したところ、９００cm2／Ｖ・secと優れた
値を示した。なおＦＷＨＭは小さいほど結晶性が良いと
評価でき、移動度は大きいほど結晶性がよいと評価でき
る。例えばサファイア基板上にＧａＮをバッファ層とし
て成長したノンドープのＧａＮ単結晶層で３分〜５分で
あり、また移動度は５００〜６００cm2／Ｖ・secの範囲
である。
の結晶性を評価するためダブルクリスタルＸ線ロッキン
グカーブの半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Max
imum）を測定したところ、１．５分と非常に結晶性に優
れていることが判明した。またホール測定装置で結晶の
移動度を測定したところ、９００cm2／Ｖ・secと優れた
値を示した。なおＦＷＨＭは小さいほど結晶性が良いと
評価でき、移動度は大きいほど結晶性がよいと評価でき
る。例えばサファイア基板上にＧａＮをバッファ層とし
て成長したノンドープのＧａＮ単結晶層で３分〜５分で
あり、また移動度は５００〜６００cm2／Ｖ・secの範囲
である。
【００１９】［実施例２］実施例１において、ＳｉＣ基
板の上にＡｌＮ薄膜を成長させない他は同様にしてＧａ
Ｎ層を成長させたところ、ＦＷＨＭは２分、移動度８０
０cm2／Ｖ・secであり、実施例１に比較して若干結晶性
が劣っていた。
板の上にＡｌＮ薄膜を成長させない他は同様にしてＧａ
Ｎ層を成長させたところ、ＦＷＨＭは２分、移動度８０
０cm2／Ｖ・secであり、実施例１に比較して若干結晶性
が劣っていた。
【００２０】［実施例３］実施例１において、ＡｌＮ薄
膜成長後、温度を１０５０℃に保持したままで、ＴＭ
Ａ、ＴＭＧのガス流量を調節して、まずＡｌ0.9Ｇａ0.1
Ｎ層を０．２μｍ成長させる。続いてＡｌ0.8Ｇａ0.2Ｎ
層を０．２μｍ、Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層を０．２μｍ・・
・・・Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を０．２μｍ、Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ層を０．２μｍの順に９層積層して、組成傾斜し
たＡｌＧａＮ多層膜を１．８μｍの膜厚で成長する。後
は実施例１と同様にしてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層の上にＧａ
Ｎ層を２μｍ成長したところ、得られたＧａＮ層の結晶
性は、実施例１とほぼ同一の値を示した。
膜成長後、温度を１０５０℃に保持したままで、ＴＭ
Ａ、ＴＭＧのガス流量を調節して、まずＡｌ0.9Ｇａ0.1
Ｎ層を０．２μｍ成長させる。続いてＡｌ0.8Ｇａ0.2Ｎ
層を０．２μｍ、Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層を０．２μｍ・・
・・・Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を０．２μｍ、Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ層を０．２μｍの順に９層積層して、組成傾斜し
たＡｌＧａＮ多層膜を１．８μｍの膜厚で成長する。後
は実施例１と同様にしてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層の上にＧａ
Ｎ層を２μｍ成長したところ、得られたＧａＮ層の結晶
性は、実施例１とほぼ同一の値を示した。
【００２１】［実施例４］実施例１において、傾斜組成
させたＡｌＧａＮ層を成長させた後、同じく温度を１０
５０℃に保持しながら、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニア
ガスでＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を２μｍ成長させる。このＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層のＦＷＨＭは２分、移動度は８００cm
2／Ｖ・secであり、ＡｌＧａＮとしては非常に結晶性が
よいことを示している。
させたＡｌＧａＮ層を成長させた後、同じく温度を１０
５０℃に保持しながら、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニア
ガスでＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を２μｍ成長させる。このＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層のＦＷＨＭは２分、移動度は８００cm
2／Ｖ・secであり、ＡｌＧａＮとしては非常に結晶性が
よいことを示している。
【００２２】［実施例５］図１は本発明の方法により得
られたレーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。
以下実施例５をこの図面を元に説明する。
られたレーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。
以下実施例５をこの図面を元に説明する。
【００２３】厚さ５００μｍの６Ｈ−ＳｉＣ基板１の
（０００１）面に、ＡｌＮ薄膜２を５０ｎｍ、ＡｌＮ〜
ＧａＮまで組成傾斜させたｎ型ＡｌＧａＮ層３を２μｍ
の膜厚で実施例１と同様にして積層する。なお、組成傾
斜ＡｌＧａＮ層３は好ましいｎ型とするためにＳｉをド
ープしており、Ｓｉ源としてシランガスを原料ガスと同
時に流しながらドープして成長した。
（０００１）面に、ＡｌＮ薄膜２を５０ｎｍ、ＡｌＮ〜
ＧａＮまで組成傾斜させたｎ型ＡｌＧａＮ層３を２μｍ
の膜厚で実施例１と同様にして積層する。なお、組成傾
斜ＡｌＧａＮ層３は好ましいｎ型とするためにＳｉをド
ープしており、Ｓｉ源としてシランガスを原料ガスと同
時に流しながらドープして成長した。
【００２４】次に基板の温度を８００℃にして、原料ガ
スにＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、ＴＭＧ、ア
ンモニア、シランガスを用い、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ
層４を０．１μｍの膜厚で成長した。
スにＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、ＴＭＧ、ア
ンモニア、シランガスを用い、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ
層４を０．１μｍの膜厚で成長した。
【００２５】続いてＴＭＩの流量を多くして、活性層と
してノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層５を２ｎｍの膜厚で
形成して、単一量子井戸構造となるようにした。
してノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層５を２ｎｍの膜厚で
形成して、単一量子井戸構造となるようにした。
【００２６】次にＴＭＩを止め、基板の温度を１０５０
℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、ｐ
型不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニル
マグネシウム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.
85Ｎ層６を０．１μｍ成長した。
℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、ｐ
型不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニル
マグネシウム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.
85Ｎ層６を０．１μｍ成長した。
【００２７】続いてＴＭＡの流量を多くして、Ｍｇドー
プｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層７を０．１μｍ成長した。
プｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層７を０．１μｍ成長した。
【００２８】最後にＴＭＡを止め、Ｍｇドープｐ型Ｇａ
Ｎ層８を０．５μｍ成長した。
Ｎ層８を０．５μｍ成長した。
【００２９】以上のようにして窒化物半導体層を積層し
たウェーハを反応容器から取り出し、エッチング装置に
て最上層のｐ−ＧａＮ層８より、組成傾斜ｎ−ＡｌＧａ
Ｎ層３が露出するまでエッチングを行う。エッチング
後、露出したｎ−ＡｌＧａＮ層３に負電極１０を設け、
最上層のｐ−ＧａＮ層にストライプ状の正電極１１を設
けた。
たウェーハを反応容器から取り出し、エッチング装置に
て最上層のｐ−ＧａＮ層８より、組成傾斜ｎ−ＡｌＧａ
Ｎ層３が露出するまでエッチングを行う。エッチング
後、露出したｎ−ＡｌＧａＮ層３に負電極１０を設け、
最上層のｐ−ＧａＮ層にストライプ状の正電極１１を設
けた。
【００３０】電極設置後、正電極のストライプに対して
垂直な方向でウェーハを劈開し、その劈開面に常法に従
って誘電体多層膜よりなる反射膜を形成してレーザ素子
とする。図１はそのストライプ状の正電極１１に垂直な
方向で劈開した素子の断面図を示している。なおこのレ
ーザ素子は、しきい値電流密度５００ｍＡ／cm2におい
て、室温でレーザ発振を示し、出力５ｍＷであった。こ
れは組成傾斜したＡｌＧａＮ層の上に成長した窒化物半
導体の結晶性が良く、さらに基板の劈開性による共振面
の形成が容易であったことによる。
垂直な方向でウェーハを劈開し、その劈開面に常法に従
って誘電体多層膜よりなる反射膜を形成してレーザ素子
とする。図１はそのストライプ状の正電極１１に垂直な
方向で劈開した素子の断面図を示している。なおこのレ
ーザ素子は、しきい値電流密度５００ｍＡ／cm2におい
て、室温でレーザ発振を示し、出力５ｍＷであった。こ
れは組成傾斜したＡｌＧａＮ層の上に成長した窒化物半
導体の結晶性が良く、さらに基板の劈開性による共振面
の形成が容易であったことによる。
【００３１】このレーザ素子は以下の利点がある。まず
第一に基板にＳｉＣを用いた場合、ＳｉＣ基板は導電性
を有しているため通常の負電極はＳｉＣ基板に接して設
けられる。つまり正電極と負電極とが対向した状態とさ
れる。しかし、ＳｉＣと窒化物半導体とはヘテロエピで
ある。従ってＳｉＣと窒化物半導体層との界面にヘテロ
エピに起因する障壁が存在するため、素子のＶｆ（順方
向電圧）が上昇する。一方、本発明によるレーザ素子は
ＳｉＣという導電性基板を使用したにも関わらず、負電
極を基板側に設けず、敢えて窒化物半導体をエッチング
して同一面側に設けた構造としている。従って、電流が
ＳｉＣと窒化物半導体層との界面を流れないので、Ｖｆ
の上昇を抑制できる。第二に組成傾斜させたＡｌＧａＮ
層３は１μｍ以上と厚く成長させることにより、負電極
を形成するためのコンタクト層、及び活性層の発光を閉
じこめるためのクラッド層にもなる。さらに第三にＳｉ
Ｃは従来のサファイア基板と異なり劈開性を有してい
る。このためＳｉＣの劈開性を利用すれば、窒化物半導
体の劈開面をレーザ素子の光共振面とするのに非常に都
合がよい。
第一に基板にＳｉＣを用いた場合、ＳｉＣ基板は導電性
を有しているため通常の負電極はＳｉＣ基板に接して設
けられる。つまり正電極と負電極とが対向した状態とさ
れる。しかし、ＳｉＣと窒化物半導体とはヘテロエピで
ある。従ってＳｉＣと窒化物半導体層との界面にヘテロ
エピに起因する障壁が存在するため、素子のＶｆ（順方
向電圧）が上昇する。一方、本発明によるレーザ素子は
ＳｉＣという導電性基板を使用したにも関わらず、負電
極を基板側に設けず、敢えて窒化物半導体をエッチング
して同一面側に設けた構造としている。従って、電流が
ＳｉＣと窒化物半導体層との界面を流れないので、Ｖｆ
の上昇を抑制できる。第二に組成傾斜させたＡｌＧａＮ
層３は１μｍ以上と厚く成長させることにより、負電極
を形成するためのコンタクト層、及び活性層の発光を閉
じこめるためのクラッド層にもなる。さらに第三にＳｉ
Ｃは従来のサファイア基板と異なり劈開性を有してい
る。このためＳｉＣの劈開性を利用すれば、窒化物半導
体の劈開面をレーザ素子の光共振面とするのに非常に都
合がよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法による
と、結晶性の良い窒化物半導体層が得られる。例えば結
晶のホール測定において、移動度が９００cm2／Ｖ・sec
という値は窒化物半導体では非常に優れた値である。ま
た本発明によると結晶性の良い窒化物半導体が得られる
ため、実施例５のように発光素子を作成した場合、発光
出力の高い素子を得ることができ、その産業上の利用価
値は大きい。
と、結晶性の良い窒化物半導体層が得られる。例えば結
晶のホール測定において、移動度が９００cm2／Ｖ・sec
という値は窒化物半導体では非常に優れた値である。ま
た本発明によると結晶性の良い窒化物半導体が得られる
ため、実施例５のように発光素子を作成した場合、発光
出力の高い素子を得ることができ、その産業上の利用価
値は大きい。
【図１】 本発明の一実施例に係る方法により得られた
窒化物半導体レーザ素子の構造を示す模式断面図。
窒化物半導体レーザ素子の構造を示す模式断面図。
１・・・・ＳｉＣ基板 ２・・・・ＡｌＮ薄膜 ３・・・・Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層 ４・・・・Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層 ５・・・・ノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層 ６・・・・Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層 ７・・・・Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層 ８・・・・ｐ型ＧａＮ層 １０・・・・負電極 １１・・・・正電極
Claims (3)
- 【請求項１】 気相成長法により、ＩｎaＡｌbＧａ
1-a-bＮ（０≦a、０≦b、a＋b≦１）で示される窒化物
半導体を基板上にエピタキシャル成長させる方法におい
て、基板にＳｉＣを使用し、そのＳｉＣ基板の上にX値
が順次小さくなるように組成傾斜したＡｌXＧａ1-XＮ
（０≦X≦１）層を成長させ、そのＡｌXＧａ1- XＮ層の
上に前記窒化物半導体を成長させることを特徴とする窒
化物半導体の成長方法。 - 【請求項２】 前記ＡｌXＧａ1-XＮ層と基板との間にＡ
ｌＮ層を成長させることを特徴とする請求項１に記載の
窒化物半導体の成長方法。 - 【請求項３】 前記ＡｌXＧａ1-XＮ層は、X値が互いに
異なる層が積層された多層膜よりなることを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体の成長方
法。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0983016A true JPH0983016A (ja) | 1997-03-28 |
| JP3604205B2 JP3604205B2 (ja) | 2004-12-22 |
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- 1995-09-18 JP JP23750195A patent/JP3604205B2/ja not_active Expired - Fee Related
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