JPH10126009A - 半導体結晶成長方法 - Google Patents
半導体結晶成長方法Info
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- JPH10126009A JPH10126009A JP8297743A JP29774396A JPH10126009A JP H10126009 A JPH10126009 A JP H10126009A JP 8297743 A JP8297743 A JP 8297743A JP 29774396 A JP29774396 A JP 29774396A JP H10126009 A JPH10126009 A JP H10126009A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 立方晶ＧａＮ系半導体結晶成長方法におい
て、格子不整を小さくして結晶の完全性を向上させる。 【解決手段】 一方の主面が（００１）結晶面を呈する
Ｗ（タングステン）の単結晶基板１０を準備した後、前
記一方の主面に清浄化処理及び窒化処理を順次に施し、
この後前記一方の主面にＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法等によ
り立方晶ＧａＮをヘテロエピタキシャル成長させる。立
方晶ＧａＮの単位格子は、Ｗの単位格子に対して平面的
に４５°の角度をなして成長するので、体心立方のＷの
格子定数が３．１６Åであり且つ立方晶ＧａＮの格子定
数が４．５２Åであっても、格子不整は約１％となる。
て、格子不整を小さくして結晶の完全性を向上させる。 【解決手段】 一方の主面が（００１）結晶面を呈する
Ｗ（タングステン）の単結晶基板１０を準備した後、前
記一方の主面に清浄化処理及び窒化処理を順次に施し、
この後前記一方の主面にＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法等によ
り立方晶ＧａＮをヘテロエピタキシャル成長させる。立
方晶ＧａＮの単位格子は、Ｗの単位格子に対して平面的
に４５°の角度をなして成長するので、体心立方のＷの
格子定数が３．１６Åであり且つ立方晶ＧａＮの格子定
数が４．５２Åであっても、格子不整は約１％となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、立方晶ＧａＮ
（窒化ガリウム）系半導体の結晶成長方法に関し、特に
Ｗ（タングステン）基板の（００１）結晶面に立方晶Ｇ
ａＮ系半導体層をヘテロエピタキシャル成長させること
により格子不整を小さくして結晶の完全性向上を図った
ものである。
（窒化ガリウム）系半導体の結晶成長方法に関し、特に
Ｗ（タングステン）基板の（００１）結晶面に立方晶Ｇ
ａＮ系半導体層をヘテロエピタキシャル成長させること
により格子不整を小さくして結晶の完全性向上を図った
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体レーザーを製造する等の目
的でＧａＮ系半導体が利用されている。ＧａＮ系半導体
層の結晶成長方法としては、ＧａＮ単結晶基板上にＧａ
Ｎ系半導体層をホモエピタキシャル成長させるのが理想
的であるが、ＧａＮ単結晶基板を準備するのが困難であ
るため、実用化が困難である。そこで、従来は、（イ）
六方晶サファイア基板上に六方晶ＧａＮ系半導体層をヘ
テロエピタキシャル成長させる方法、（ロ）立方晶Ｇａ
Ａｓ基板上に立方晶ＧａＮ系半導体層をヘテロエピタキ
シャル成長させる方法等が用いられている。
的でＧａＮ系半導体が利用されている。ＧａＮ系半導体
層の結晶成長方法としては、ＧａＮ単結晶基板上にＧａ
Ｎ系半導体層をホモエピタキシャル成長させるのが理想
的であるが、ＧａＮ単結晶基板を準備するのが困難であ
るため、実用化が困難である。そこで、従来は、（イ）
六方晶サファイア基板上に六方晶ＧａＮ系半導体層をヘ
テロエピタキシャル成長させる方法、（ロ）立方晶Ｇａ
Ａｓ基板上に立方晶ＧａＮ系半導体層をヘテロエピタキ
シャル成長させる方法等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した（イ）及び
（ロ）の方法は、いずれも基板として良質の単結晶を準
備することができるものの、基板の単結晶とＧａＮ結晶
との格子不整が大きいため、良質の結晶成長が困難であ
った。
（ロ）の方法は、いずれも基板として良質の単結晶を準
備することができるものの、基板の単結晶とＧａＮ結晶
との格子不整が大きいため、良質の結晶成長が困難であ
った。
【０００４】図６は、上記した（イ）の方法による従来
のＧａＮ成長状態を示すもので、１Ａは六方晶サファイ
アの単位格子、１Ｂは六方晶ＧａＮの単位格子をそれぞ
れ示す。六方晶ＧａＮの単位格子１Ｂは、六方晶サファ
イアの単位格子１Ａに対して平面的に３０°の角度をな
して成長する。
のＧａＮ成長状態を示すもので、１Ａは六方晶サファイ
アの単位格子、１Ｂは六方晶ＧａＮの単位格子をそれぞ
れ示す。六方晶ＧａＮの単位格子１Ｂは、六方晶サファ
イアの単位格子１Ａに対して平面的に３０°の角度をな
して成長する。
【０００５】図７（Ａ），（Ｂ）は、図６の単位格子１
Ａ，１Ｂをそれぞれ個別的に示すものである。単位格子
１Ａの格子定数ａ1 ＝４．７５８Åに対して単位格子１
Ｂのａ1 対応の間隔ａ3 ＝２ａ2 ｃｏｓ３０°を比較す
ると次の数１に示すようになる。ここで、ａ2 は、単位
格子１Ｂの格子定数で、３．１８９Åである。
Ａ，１Ｂをそれぞれ個別的に示すものである。単位格子
１Ａの格子定数ａ1 ＝４．７５８Åに対して単位格子１
Ｂのａ1 対応の間隔ａ3 ＝２ａ2 ｃｏｓ３０°を比較す
ると次の数１に示すようになる。ここで、ａ2 は、単位
格子１Ｂの格子定数で、３．１８９Åである。
【０００６】
【数１】 従って、格子不整は１３．９％となる。
【０００７】また、立方晶ＧａＡｓの格子定数５．６５
３３Åに対して立方晶ＧａＮの格子定数４．５２Åを比
較すると、格子不整は２０％となる。
３３Åに対して立方晶ＧａＮの格子定数４．５２Åを比
較すると、格子不整は２０％となる。
【０００８】上記のように格子不整が大きいと、ヘテロ
エピタキシャル成長する結晶の完全性が劣るという問題
点があった。
エピタキシャル成長する結晶の完全性が劣るという問題
点があった。
【０００９】結晶の完全性を向上させる方法としては、
５００〜６００℃の低温でＧａＮ又はＩｎＮからなるバ
ッファ層を成長させた後昇温してバッファ層上にＧａＮ
を成長させる方法が提案されている。通常、バッファ層
は２００〜５００Å程度の厚さが望ましく、アモルファ
スがよいといわれている。アモルファスが昇温により結
晶化するとき良質の結晶となる。良質な結晶が出来れ
ば、それを下地とする成長は容易である。
５００〜６００℃の低温でＧａＮ又はＩｎＮからなるバ
ッファ層を成長させた後昇温してバッファ層上にＧａＮ
を成長させる方法が提案されている。通常、バッファ層
は２００〜５００Å程度の厚さが望ましく、アモルファ
スがよいといわれている。アモルファスが昇温により結
晶化するとき良質の結晶となる。良質な結晶が出来れ
ば、それを下地とする成長は容易である。
【００１０】しかし、このような方法は、工程数が増大
すると共に最適条件を設定するのが容易でないという問
題点があった。
すると共に最適条件を設定するのが容易でないという問
題点があった。
【００１１】この発明の目的は、工程の複雑化を伴うこ
となく結晶の完全性を向上させることができる新規な立
方晶ＧａＮ系半導体結晶成長方法を提供することにあ
る。
となく結晶の完全性を向上させることができる新規な立
方晶ＧａＮ系半導体結晶成長方法を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体結
晶成長方法は、一方の主面が（００１）結晶面を呈する
タングステンの単結晶基板を準備する工程と、前記一方
の主面に立方晶窒化ガリウム系半導体層をヘテロエピタ
キシャル成長させる工程とを含むものである。
晶成長方法は、一方の主面が（００１）結晶面を呈する
タングステンの単結晶基板を準備する工程と、前記一方
の主面に立方晶窒化ガリウム系半導体層をヘテロエピタ
キシャル成長させる工程とを含むものである。
【００１３】この発明の方法によれば、立方晶ＧａＮの
単位格子は、Ｗの単位格子に対して平面的に４５°の角
度をなして成長するので、体心立方のＷの格子定数が
３．１６Åであり且つ立方晶ＧａＮの格子定数が４．５
２Åであっても、格子不整は約１％となり、結晶の完全
性が向上する。
単位格子は、Ｗの単位格子に対して平面的に４５°の角
度をなして成長するので、体心立方のＷの格子定数が
３．１６Åであり且つ立方晶ＧａＮの格子定数が４．５
２Åであっても、格子不整は約１％となり、結晶の完全
性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１〜３は、この発明の一実施形
態に係る立方晶ＧａＮ系半導体結晶成長方法を示すもの
で、各々の図に対応する工程（１）〜（３）を順次に説
明する。
態に係る立方晶ＧａＮ系半導体結晶成長方法を示すもの
で、各々の図に対応する工程（１）〜（３）を順次に説
明する。
【００１５】（１）一方の主面１０ａが（００１）結晶
面を呈するＷの単結晶基板１０を準備する。一例として
ＦＺ（フローティングゾーン）法によりＷ単結晶を引き
上げ、（００１）結晶面を切り出して表面を研磨するこ
とによりＷ基板１０を準備する。
面を呈するＷの単結晶基板１０を準備する。一例として
ＦＺ（フローティングゾーン）法によりＷ単結晶を引き
上げ、（００１）結晶面を切り出して表面を研磨するこ
とによりＷ基板１０を準備する。
【００１６】（２）Ｗ基板１０をエピタキシャル成長炉
に入れ、清浄化処理を施す。すなわち、室温で真空引き
するか又は窒素又は不活性ガスでパージして酸素を除去
し、水分を排除した後、水素雰囲気中で７００℃以上に
加熱することでＷ基板１０の表面を清浄化する。引き続
いて窒素雰囲気中で９００℃以上に加熱することでＷ基
板１０の表面を窒化する。図２及び図４において、１２
は窒化層を示す。窒化処理として、エピタキシャル成長
に先立ってエピタキシャル成長温度でアンモニアを流し
てもよい。アンモニアの場合、低温で窒化処理可能であ
る。 （３）次に、上記したのと同じエピタキシャル成長炉内
においてＭＯＣＶＤ（Metalorganic ＣＶＤ）法により
Ｗ基板１０の主面１０ａ上に立方晶ＧａＮ層１４をヘテ
ロエピタキシャル成長させる。このときの処理条件は、
一例として、 トリメチルガリウム（ＴＭＧ）流量：１μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ アンモニア流量：５ｍｍｏｌ／ｍｉｎ ＴＭＧ及びアンモニアのためのキャリアガス：窒素 成長温度：６５０℃ とすることができる。
に入れ、清浄化処理を施す。すなわち、室温で真空引き
するか又は窒素又は不活性ガスでパージして酸素を除去
し、水分を排除した後、水素雰囲気中で７００℃以上に
加熱することでＷ基板１０の表面を清浄化する。引き続
いて窒素雰囲気中で９００℃以上に加熱することでＷ基
板１０の表面を窒化する。図２及び図４において、１２
は窒化層を示す。窒化処理として、エピタキシャル成長
に先立ってエピタキシャル成長温度でアンモニアを流し
てもよい。アンモニアの場合、低温で窒化処理可能であ
る。 （３）次に、上記したのと同じエピタキシャル成長炉内
においてＭＯＣＶＤ（Metalorganic ＣＶＤ）法により
Ｗ基板１０の主面１０ａ上に立方晶ＧａＮ層１４をヘテ
ロエピタキシャル成長させる。このときの処理条件は、
一例として、 トリメチルガリウム（ＴＭＧ）流量：１μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ アンモニア流量：５ｍｍｏｌ／ｍｉｎ ＴＭＧ及びアンモニアのためのキャリアガス：窒素 成長温度：６５０℃ とすることができる。
【００１７】この結果、Ｗ基板１０の主面１０ａ上に
は、図４及び図５に示すように立方晶ＧａＮ層１４が成
長する。すなわち、Ｗ基板１０の表面に窒化処理により
化学的に吸着したＮは、図４に示すようにＧａＮ層１４
中のＮの役割を果たし、立方晶ＧａＮの単位格子１４Ａ
は、図５に示すようにＷの単位格子１０Ａに対して平面
的に４５°の角度をなして成長する。
は、図４及び図５に示すように立方晶ＧａＮ層１４が成
長する。すなわち、Ｗ基板１０の表面に窒化処理により
化学的に吸着したＮは、図４に示すようにＧａＮ層１４
中のＮの役割を果たし、立方晶ＧａＮの単位格子１４Ａ
は、図５に示すようにＷの単位格子１０Ａに対して平面
的に４５°の角度をなして成長する。
【００１８】体心立方格子であるＷ単結晶の（００１）
面に立方晶のＧａＮ層１４をヘテロエピタキシャル成長
させると、ＧａＮ層１４の（００１）面ができる。図５
に示すようにＷ及びＧａＮの格子定数をそれぞれａ4 及
びａ5 とすると、ａ4 ＝３．１６Å，ａ5 ＝４．５２Å
であり、これらの格子不整は３０％である。しかし、Ｗ
の（００１）面に立方晶ＧａＮをヘテロエピタキシャル
成長させると、特別の工夫をしなくても図５に示すよう
に４５°傾いて成長するので、格子不整は、次の数２に
示すように約１％となる。
面に立方晶のＧａＮ層１４をヘテロエピタキシャル成長
させると、ＧａＮ層１４の（００１）面ができる。図５
に示すようにＷ及びＧａＮの格子定数をそれぞれａ4 及
びａ5 とすると、ａ4 ＝３．１６Å，ａ5 ＝４．５２Å
であり、これらの格子不整は３０％である。しかし、Ｗ
の（００１）面に立方晶ＧａＮをヘテロエピタキシャル
成長させると、特別の工夫をしなくても図５に示すよう
に４５°傾いて成長するので、格子不整は、次の数２に
示すように約１％となる。
【００１９】
【数２】 従って、格子不整は殆ど解消されることになり、ＧａＮ
層１４の結晶の完全性が大幅に向上する。
層１４の結晶の完全性が大幅に向上する。
【００２０】上記した実施形態において、ＧａＮ層１４
には、Ｉｎ，Ａｌ等を含有させるようにしてもよい。ま
た、エピタキシャル成長法としては、ＭＯＣＶＤ法に限
らず、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法等の方法
を用いてもよい。
には、Ｉｎ，Ａｌ等を含有させるようにしてもよい。ま
た、エピタキシャル成長法としては、ＭＯＣＶＤ法に限
らず、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法等の方法
を用いてもよい。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、Ｗの
単結晶基板の（００１）結晶面に立方晶ＧａＮ系半導体
層をヘテロエピタキシャル成長させるようにしたので、
格子不整を小さくして結晶の完全性を向上させることが
できる効果が得られるものである。
単結晶基板の（００１）結晶面に立方晶ＧａＮ系半導体
層をヘテロエピタキシャル成長させるようにしたので、
格子不整を小さくして結晶の完全性を向上させることが
できる効果が得られるものである。
【００２２】その上、バッファ層等を必要としないの
で、工程が簡単となる利点もある。
で、工程が簡単となる利点もある。
【図１】 この発明の一実施形態に係る半導体結晶成長
方法におけるＷ基板準備工程を示す基板断面図である。
方法におけるＷ基板準備工程を示す基板断面図である。
【図２】 図１の工程に続く窒化工程を示す基板断面図
である。
である。
【図３】 図２の工程に続くＧａＮ成長工程を示す基板
断面図である。
断面図である。
【図４】 ＧａＮ成長状態を示す側面図である。
【図５】 ＧａＮ成長状態を示す平面図である。
【図６】 従来のＧａＮ成長状態を示す平面図である。
【図７】 六方晶サファイアの単位格子及び六方晶Ｇａ
Ｎの単位格子を示す平面図である。
Ｎの単位格子を示す平面図である。
１０：Ｗ基板、１２：窒化層、１４：ＧａＮ層。
Claims (2)
- 【請求項１】一方の主面が（００１）結晶面を呈するタ
ングステンの単結晶基板を準備する工程と、 前記一方の主面に立方晶窒化ガリウム系半導体層をヘテ
ロエピタキシャル成長させる工程とを含む半導体結晶成
長方法。 - 【請求項２】一方の主面が（００１）結晶面を呈するタ
ングステンの単結晶基板を準備する工程と、 前記一方の主面に清浄化処理を施す工程と、 前記清浄化処理の後、前記一方の主面に窒化処理を施す
工程と、 前記窒化処理の後、前記一方の主面に立方晶窒化ガリウ
ム系半導体層をヘテロエピタキシャル成長させる工程と
を含む半導体結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8297743A JPH10126009A (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | 半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8297743A JPH10126009A (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | 半導体結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10126009A true JPH10126009A (ja) | 1998-05-15 |
Family
ID=17850610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8297743A Pending JPH10126009A (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | 半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10126009A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08172056A (ja) * | 1994-12-20 | 1996-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | 化合物半導体層の成長方法 |
| JPH08172055A (ja) * | 1994-12-20 | 1996-07-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体結晶の成長方法およびその装置 |
| JPH08264829A (ja) * | 1995-03-20 | 1996-10-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体構造およびその製造方法 |
| JPH08264439A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Hamamatsu Photonics Kk | 窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法 |
-
1996
- 1996-10-21 JP JP8297743A patent/JPH10126009A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08172056A (ja) * | 1994-12-20 | 1996-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | 化合物半導体層の成長方法 |
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| JPH08264829A (ja) * | 1995-03-20 | 1996-10-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体構造およびその製造方法 |
| JPH08264439A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Hamamatsu Photonics Kk | 窒化物半導体のヘテロエピタキシャル成長方法 |
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