JP2000269142A - 窒化ガリウムエピタキシャル層の形成方法及び発光素子 - Google Patents
窒化ガリウムエピタキシャル層の形成方法及び発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 得られるＧａＮエピタキシャル層と基層との
間に大きな熱歪を発生させることなく、しかも製造コス
トの増大を抑えたＧａＮエピタキシャル層の形成方法の
提供が望まれている。 【解決手段】 基層１表面上に、触媒ＣＶＤ法により窒
化ガリウムを結晶成長させて窒化ガリウムエピタキシャ
ル層２を得る窒化ガリウムエピタキシャル層の形成方
法。触媒ＣＶＤ法により窒化ガリウムを結晶成長させる
に先立ち、基層１表面を露出させる開口部３を有したマ
スク４を形成し、その後、マスク４の開口部３内にて露
出した基層１表面上に、触媒ＣＶＤ法により選択的に窒
化ガリウムを結晶成長させて窒化ガリウムエピタキシャ
ル層２を得るようにしてもよい。
間に大きな熱歪を発生させることなく、しかも製造コス
トの増大を抑えたＧａＮエピタキシャル層の形成方法の
提供が望まれている。 【解決手段】 基層１表面上に、触媒ＣＶＤ法により窒
化ガリウムを結晶成長させて窒化ガリウムエピタキシャ
ル層２を得る窒化ガリウムエピタキシャル層の形成方
法。触媒ＣＶＤ法により窒化ガリウムを結晶成長させる
に先立ち、基層１表面を露出させる開口部３を有したマ
スク４を形成し、その後、マスク４の開口部３内にて露
出した基層１表面上に、触媒ＣＶＤ法により選択的に窒
化ガリウムを結晶成長させて窒化ガリウムエピタキシャ
ル層２を得るようにしてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウムエピ
タキシャル層の形成方法と、この形成方法を用いて得ら
れる窒化ガリウムエピタキシャル層からＰＮ接合層を形
成した、発光素子に関する。
タキシャル層の形成方法と、この形成方法を用いて得ら
れる窒化ガリウムエピタキシャル層からＰＮ接合層を形
成した、発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高輝度青色ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）に用いられる発光層（活性層）、すなわちＰＮ接合
層の結晶材料として、窒化ガリウム（以下、ＧａＮと記
す）が注目されている。ＧａＮの単結晶としてそのエピ
タキシャル層（ただし、ＧａＮのエピタキシャル層は結
晶欠陥が多いのが一般的であり、本発明においても「Ｇ
ａＮエピタキシャル層」は結晶欠陥が多いものを含んだ
意味で用いている。）を形成するには、通常、結晶基板
としてサファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ）基板の（０００１）面
や、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）基板の（１１１）面を
用い、これにＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical V
apor Deposition ）でエピタキシャル成長させている。
ド）に用いられる発光層（活性層）、すなわちＰＮ接合
層の結晶材料として、窒化ガリウム（以下、ＧａＮと記
す）が注目されている。ＧａＮの単結晶としてそのエピ
タキシャル層（ただし、ＧａＮのエピタキシャル層は結
晶欠陥が多いのが一般的であり、本発明においても「Ｇ
ａＮエピタキシャル層」は結晶欠陥が多いものを含んだ
意味で用いている。）を形成するには、通常、結晶基板
としてサファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ）基板の（０００１）面
や、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）基板の（１１１）面を
用い、これにＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical V
apor Deposition ）でエピタキシャル成長させている。
【０００３】このようなＧａＮのエピタキシャル層を形
成する方法として、サファイヤ基板上にＧａＮエピタキ
シャル層とＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層とを形成して
これらからＰＮ接合を形成し、発光ダイオードを製造す
る場合について説明する。サファイヤ基板上にＧａＮの
エピタキシャル層を形成するには、まず、結晶方位（０
００１）の面を有する、厚さ約０．５ｍｍのサファイヤ
基板を用意する。次に、このサファイヤ基板の前記（０
００１）面を加熱した混酸（硫酸＋リン酸）で洗浄し、
続いて純水で洗浄した後乾燥する。
成する方法として、サファイヤ基板上にＧａＮエピタキ
シャル層とＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層とを形成して
これらからＰＮ接合を形成し、発光ダイオードを製造す
る場合について説明する。サファイヤ基板上にＧａＮの
エピタキシャル層を形成するには、まず、結晶方位（０
００１）の面を有する、厚さ約０．５ｍｍのサファイヤ
基板を用意する。次に、このサファイヤ基板の前記（０
００１）面を加熱した混酸（硫酸＋リン酸）で洗浄し、
続いて純水で洗浄した後乾燥する。
【０００４】次いで、このサファイヤ基板をＭＯＣＶＤ
装置の反応室内に入れ、基板ホルダ（通常グラファイト
製）に固定し保持させる。続いて、反応室内に水素を導
入して酸素や窒素、水分を十分に排出する。さらに、水
素を導入し続けつつ、前記基板ホルダに設けられたヒー
タにより該基板ホルダを介してサファイヤ基板の温度を
約１１５０℃に上げ、この状態で１０分間程度保持す
る。このような高温水素処理により、サファイヤ基板表
面の残留有機汚染や、機械的加工に起因するサファイヤ
基板の歪層を除去することができる。
装置の反応室内に入れ、基板ホルダ（通常グラファイト
製）に固定し保持させる。続いて、反応室内に水素を導
入して酸素や窒素、水分を十分に排出する。さらに、水
素を導入し続けつつ、前記基板ホルダに設けられたヒー
タにより該基板ホルダを介してサファイヤ基板の温度を
約１１５０℃に上げ、この状態で１０分間程度保持す
る。このような高温水素処理により、サファイヤ基板表
面の残留有機汚染や、機械的加工に起因するサファイヤ
基板の歪層を除去することができる。
【０００５】次いで、前記ヒータによる加熱を調整して
サファイヤ基板の温度を約６００℃に下げ、原料ガスを
以下に示す流量で流して約６分間気相成長を行わせ、サ
ファイヤ基板上にバッファ層として厚さ約５０ｎｍのＡ
ｌＮ層を成長させる。 ・ガス流量 ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）；７ 〔μｍｏｌ／ｍｉｎ〕 ＮＨ3 ；２．０〔ＳＬＭ〕 Ｈ2 キャリア ；２．５〔ＳＬＭ〕
サファイヤ基板の温度を約６００℃に下げ、原料ガスを
以下に示す流量で流して約６分間気相成長を行わせ、サ
ファイヤ基板上にバッファ層として厚さ約５０ｎｍのＡ
ｌＮ層を成長させる。 ・ガス流量 ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）；７ 〔μｍｏｌ／ｍｉｎ〕 ＮＨ3 ；２．０〔ＳＬＭ〕 Ｈ2 キャリア ；２．５〔ＳＬＭ〕
【０００６】次いで、前記ヒータによる加熱を調整して
サファイヤ基板の温度を約１０００℃に上げ、原料ガス
を以下に示す流量で流して約６０分間気相成長を行わ
せ、サファイヤ基板上に厚さ３〜１２１μｍ程度のＧａ
Ｎエピタキシャル層を成長させる。 ・ガス流量 ＴＭＧ（トリメチルガリウム） ；１７ 〔μｍｏｌ／ｍｉｎ〕 ＮＨ3 ； ２．０〔ＳＬＭ〕 Ｈ2 キャリア ； ２．５〔ＳＬＭ〕
サファイヤ基板の温度を約１０００℃に上げ、原料ガス
を以下に示す流量で流して約６０分間気相成長を行わ
せ、サファイヤ基板上に厚さ３〜１２１μｍ程度のＧａ
Ｎエピタキシャル層を成長させる。 ・ガス流量 ＴＭＧ（トリメチルガリウム） ；１７ 〔μｍｏｌ／ｍｉｎ〕 ＮＨ3 ； ２．０〔ＳＬＭ〕 Ｈ2 キャリア ； ２．５〔ＳＬＭ〕
【０００７】次いで、ＴＭＧ、ＮＨ3 、Ｈ2 キャリアの
各流量についてはそのままで供給し、これに加えてＣｐ
2 Ｍｇ（Bis-cyclopentadienyl magnesium）を、得られ
るＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層中におけるＭｇの濃度
が２×１０20／ｃｍ3 となるようにして反応室内に供給
する。
各流量についてはそのままで供給し、これに加えてＣｐ
2 Ｍｇ（Bis-cyclopentadienyl magnesium）を、得られ
るＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層中におけるＭｇの濃度
が２×１０20／ｃｍ3 となるようにして反応室内に供給
する。
【０００８】このようにして原料ガスを反応室５１内に
供給すると、前記ＧａＮエピタキシャル層上にＧａＮ：
Ｍｇがエピタキシャル成長し、ＧａＮ：Ｍｇエピタキシ
ャル層が得られる。そして、このＧａＮ：Ｍｇエピタキ
シャル層と前記ＧａＮエピタキシャル層とにより、発光
ダイオードのＰＮ接合層が得られる。
供給すると、前記ＧａＮエピタキシャル層上にＧａＮ：
Ｍｇがエピタキシャル成長し、ＧａＮ：Ｍｇエピタキシ
ャル層が得られる。そして、このＧａＮ：Ｍｇエピタキ
シャル層と前記ＧａＮエピタキシャル層とにより、発光
ダイオードのＰＮ接合層が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＧａＮエピタキシャル層の形成方法では以下に述べ
る不都合がある。サファイヤ基板と得られるエピタキシ
ャル層とでは、その熱膨張係数が、サファイヤ基板は
７．５×１０-6／°Ｋ、ＧａＮ（ａ軸）は５．５９×１
０-6／°Ｋと大きく異なる。そして、ＧａＮエピタキシ
ャル層の形成は前述したように約１０００℃、少なくと
も９００℃と高温であることから、このようにして得ら
れたサファイヤ基板上のＧａＮエピタキシャル層を室温
に戻すと、前記の熱膨張係数の差により、基板とエピタ
キシャル層との間に大きな熱歪が発生してしまう。
うなＧａＮエピタキシャル層の形成方法では以下に述べ
る不都合がある。サファイヤ基板と得られるエピタキシ
ャル層とでは、その熱膨張係数が、サファイヤ基板は
７．５×１０-6／°Ｋ、ＧａＮ（ａ軸）は５．５９×１
０-6／°Ｋと大きく異なる。そして、ＧａＮエピタキシ
ャル層の形成は前述したように約１０００℃、少なくと
も９００℃と高温であることから、このようにして得ら
れたサファイヤ基板上のＧａＮエピタキシャル層を室温
に戻すと、前記の熱膨張係数の差により、基板とエピタ
キシャル層との間に大きな熱歪が発生してしまう。
【００１０】また、前記の形成方法に用いられるＭＯＣ
ＶＤ法では、ＴＭＧ、ＮＨ3 等の原料ガスの反応効率が
数％以下と低いため、これら原料ガスのうち未反応のま
まで排出してしまう割合が多くなってしまい、これらの
回収にコストがかかり、また原料ガスそのものの使用量
も増えることによって製造コストの増大を招いてしま
う。
ＶＤ法では、ＴＭＧ、ＮＨ3 等の原料ガスの反応効率が
数％以下と低いため、これら原料ガスのうち未反応のま
まで排出してしまう割合が多くなってしまい、これらの
回収にコストがかかり、また原料ガスそのものの使用量
も増えることによって製造コストの増大を招いてしま
う。
【００１１】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、得られるＧａＮエピタキ
シャル層と基層との間に大きな熱歪を発生させることな
く、しかも製造コストの増大を抑えたＧａＮエピタキシ
ャル層の形成方法と、この方法によって得られたＧａＮ
エピタキシャル層を用いた発光素子を提供することにあ
る。
で、その目的とするところは、得られるＧａＮエピタキ
シャル層と基層との間に大きな熱歪を発生させることな
く、しかも製造コストの増大を抑えたＧａＮエピタキシ
ャル層の形成方法と、この方法によって得られたＧａＮ
エピタキシャル層を用いた発光素子を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム
（ＧａＮ）エピタキシャル層の形成方法では、基層表面
上に、触媒ＣＶＤ法により窒化ガリウムを結晶成長させ
て窒化ガリウムエピタキシャル層を得ることを前記課題
の解決手段とした。
（ＧａＮ）エピタキシャル層の形成方法では、基層表面
上に、触媒ＣＶＤ法により窒化ガリウムを結晶成長させ
て窒化ガリウムエピタキシャル層を得ることを前記課題
の解決手段とした。
【００１３】触媒ＣＶＤ法では、原料ガスを化学反応さ
せるエネルギーについては基本的に触媒体によって供給
し、基層において必要なエネルギーは生成したＧａＮを
基層表面上にエピタキシャル成長（単結晶成長）させる
分、すなわちＧａＮが基層の結晶方位に沿って整列する
のに必要な分だけであるため、この基層自体の加熱温度
を例えば１００〜８００℃程度の低温にすることが可能
になる。したがって、このＧａＮエピタキシャル層の形
成方法によれば、比較的低温でエピタキシャル成長させ
ることができることから、得られるＧａＮエピタキシャ
ル層と基層との間に大きな熱歪が発生することが防止さ
れる。
せるエネルギーについては基本的に触媒体によって供給
し、基層において必要なエネルギーは生成したＧａＮを
基層表面上にエピタキシャル成長（単結晶成長）させる
分、すなわちＧａＮが基層の結晶方位に沿って整列する
のに必要な分だけであるため、この基層自体の加熱温度
を例えば１００〜８００℃程度の低温にすることが可能
になる。したがって、このＧａＮエピタキシャル層の形
成方法によれば、比較的低温でエピタキシャル成長させ
ることができることから、得られるＧａＮエピタキシャ
ル層と基層との間に大きな熱歪が発生することが防止さ
れる。
【００１４】また、前述したように触媒ＣＶＤ法では原
料ガスを触媒体で加熱し活性化させるため、この触媒体
での加熱を原料ガスが十分に活性化する高温とすること
で、その反応効率を高めることが可能になり、その製造
コストの増大が抑えられる。
料ガスを触媒体で加熱し活性化させるため、この触媒体
での加熱を原料ガスが十分に活性化する高温とすること
で、その反応効率を高めることが可能になり、その製造
コストの増大が抑えられる。
【００１５】本発明の発光素子では、触媒ＣＶＤ法によ
って基層表面上に窒化ガリウムが結晶成長させられて得
られた窒化ガリウムエピタキシャル層により、ＰＮ接合
層が形成されてなることを前記課題の解決手段とした。
って基層表面上に窒化ガリウムが結晶成長させられて得
られた窒化ガリウムエピタキシャル層により、ＰＮ接合
層が形成されてなることを前記課題の解決手段とした。
【００１６】この発光素子によれば、前述したエピタキ
シャル層の形成方法で得られたＧａＮエピタキシャル層
にＰＮ接合層が形成されてなるので、このＰＮ接合層が
熱歪の少ない良好なものとなり、またこのＰＮ接合層の
形成の際の製造コストも低減化される。
シャル層の形成方法で得られたＧａＮエピタキシャル層
にＰＮ接合層が形成されてなるので、このＰＮ接合層が
熱歪の少ない良好なものとなり、またこのＰＮ接合層の
形成の際の製造コストも低減化される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明におけるＧａＮエピタキシャル層の形成
方法の第１の実施形態例を説明するための図である。図
１中符号１はサファイヤ基板であり、このサファイヤ基
板１は、本発明における基層となるものである。
図１は、本発明におけるＧａＮエピタキシャル層の形成
方法の第１の実施形態例を説明するための図である。図
１中符号１はサファイヤ基板であり、このサファイヤ基
板１は、本発明における基層となるものである。
【００１８】このサファイヤ基板１上にＧａＮをエピタ
キシャル成長（結晶成長）させるには、従来と同様にし
て、図１（ａ）に示すように結晶方位（０００１）の面
を有する厚さ約０．５ｍｍのサファイヤ基板１を用意す
る。次に、このサファイヤ基板１の、結晶方位（０００
１）面を加熱した混酸（硫酸＋リン酸）で洗浄し、続い
て純水で洗浄した後乾燥する。
キシャル成長（結晶成長）させるには、従来と同様にし
て、図１（ａ）に示すように結晶方位（０００１）の面
を有する厚さ約０．５ｍｍのサファイヤ基板１を用意す
る。次に、このサファイヤ基板１の、結晶方位（０００
１）面を加熱した混酸（硫酸＋リン酸）で洗浄し、続い
て純水で洗浄した後乾燥する。
【００１９】次いで、図２に示す触媒ＣＶＤ装置５０に
より、触媒ＣＶＤ法によって前記（０００１）面にＧａ
Ｎを結晶成長させ、図１（ｂ）に示すようにサファイヤ
基板１表面上にＧａＮエピタキシャル層２を形成する。
より、触媒ＣＶＤ法によって前記（０００１）面にＧａ
Ｎを結晶成長させ、図１（ｂ）に示すようにサファイヤ
基板１表面上にＧａＮエピタキシャル層２を形成する。
【００２０】ここで、図２に示した触媒ＣＶＤ装置５０
についてその概略構成を説明すると、この触媒ＣＶＤ装
置５０は、被処理体の処理を行う反応室５１と、これに
通じる前室５２とを備えて構成されたものであり、反応
室５１にはターボ分子ポンプ５３、ロータリーポンプ５
４がこの順に接続され、同様に前室５２にもターボ分子
ポンプ５５、ロータリーポンプ５６がこの順に接続され
ている。
についてその概略構成を説明すると、この触媒ＣＶＤ装
置５０は、被処理体の処理を行う反応室５１と、これに
通じる前室５２とを備えて構成されたものであり、反応
室５１にはターボ分子ポンプ５３、ロータリーポンプ５
４がこの順に接続され、同様に前室５２にもターボ分子
ポンプ５５、ロータリーポンプ５６がこの順に接続され
ている。
【００２１】反応室５１には、反応ガス制御系（図示
略）を介して堆積用原料ガス供給源（図示略）に接続し
た原料ガス配管５７が設けられており、この原料ガス配
管５７から反応室５１内に堆積用原料ガスが供給される
ようになっている。また、反応室５１内においては、そ
の上部に被処理体となるサファイヤ基板１をセットする
ための基板ホルダ（サセプタ）５８が設けられており、
この基板ホルダ５８にはヒータ５９、熱電対６０が設け
られている。
略）を介して堆積用原料ガス供給源（図示略）に接続し
た原料ガス配管５７が設けられており、この原料ガス配
管５７から反応室５１内に堆積用原料ガスが供給される
ようになっている。また、反応室５１内においては、そ
の上部に被処理体となるサファイヤ基板１をセットする
ための基板ホルダ（サセプタ）５８が設けられており、
この基板ホルダ５８にはヒータ５９、熱電対６０が設け
られている。
【００２２】このような構成のもとに基板ホルダ５８で
は、ヒータ５９によって基板ホルダ５８を介して試料を
加熱できるようになっており、また熱電対６０によって
基板ホルダ５８の温度を検知してヒータ５９による加熱
の度合いを制御できるようになっている。なお、前記基
板ホルダ５８としては、例えばグラファイトサセプタが
用いられる。
は、ヒータ５９によって基板ホルダ５８を介して試料を
加熱できるようになっており、また熱電対６０によって
基板ホルダ５８の温度を検知してヒータ５９による加熱
の度合いを制御できるようになっている。なお、前記基
板ホルダ５８としては、例えばグラファイトサセプタが
用いられる。
【００２３】この基板ホルダ５８の下方にはシャッター
６１が配設されており、さらにその下方には触媒体６２
が配設されている。触媒体６２は、例えばタングステン
細線をコイル状に巻回したフィラメントからなるもの
で、反応室５１の外に配置された電源６３に接続され、
これから電力が供給されることによって１６００〜１８
００℃程度にまで加熱保持されるようになっている。ま
た、この触媒体６２は、前記原料ガス配管５８の反応室
５１内における原料ガス供給口（図示略）の上方に配置
されたもので、原料ガス配管５８から供給された堆積用
原料ガスを加熱してこれを分解、活性化させるようにな
っている。
６１が配設されており、さらにその下方には触媒体６２
が配設されている。触媒体６２は、例えばタングステン
細線をコイル状に巻回したフィラメントからなるもの
で、反応室５１の外に配置された電源６３に接続され、
これから電力が供給されることによって１６００〜１８
００℃程度にまで加熱保持されるようになっている。ま
た、この触媒体６２は、前記原料ガス配管５８の反応室
５１内における原料ガス供給口（図示略）の上方に配置
されたもので、原料ガス配管５８から供給された堆積用
原料ガスを加熱してこれを分解、活性化させるようにな
っている。
【００２４】なお、原料ガス配管５７が接続する反応ガ
ス制御系は、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 、Ｈ2 の各ガス供
給源がそれぞれ配管で反応室５１と排気ポンプ（図示
略）とに接続されて構成されたもので、各反応ガスの配
管中にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）（図示略）と
調整弁（図示略）とが設けられ、これにより反応室５１
内へのガスの供給とその停止や、その流量が制御される
ようになっている。
ス制御系は、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 、Ｈ2 の各ガス供
給源がそれぞれ配管で反応室５１と排気ポンプ（図示
略）とに接続されて構成されたもので、各反応ガスの配
管中にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）（図示略）と
調整弁（図示略）とが設けられ、これにより反応室５１
内へのガスの供給とその停止や、その流量が制御される
ようになっている。
【００２５】図３は、本発明のＧａＮエピタキシャル層
の形成方法の第２の実施形態例を説明するための図であ
る。本例が先の第１の実施形態例と異なるところは、サ
ファイヤ基板１上にＧａＮを選択的にエピタキシャル成
長（結晶成長）させ、ＧａＮエピタキシャル層２を形成
する点にある。
の形成方法の第２の実施形態例を説明するための図であ
る。本例が先の第１の実施形態例と異なるところは、サ
ファイヤ基板１上にＧａＮを選択的にエピタキシャル成
長（結晶成長）させ、ＧａＮエピタキシャル層２を形成
する点にある。
【００２６】すなわち、この例では、まず、図３（ａ）
に示すようにエピタキシャル成長させたいサファイヤ基
板１の（０００１）面を露出させた開口部３を有するマ
スク４を形成する。このマスク４については、サファイ
ヤ基板１上に酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シ
リコンのうちの少なくとも一種からなる膜（図示略）を
ＣＶＤ法等によって形成し、その後公知のリソグラフィ
ー技術、エッチング技術によってパターニングすること
によって形成する。
に示すようにエピタキシャル成長させたいサファイヤ基
板１の（０００１）面を露出させた開口部３を有するマ
スク４を形成する。このマスク４については、サファイ
ヤ基板１上に酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シ
リコンのうちの少なくとも一種からなる膜（図示略）を
ＣＶＤ法等によって形成し、その後公知のリソグラフィ
ー技術、エッチング技術によってパターニングすること
によって形成する。
【００２７】次に、このようにしてマスク４を形成した
サファイヤ基板１を、先の例と同様に加熱した混酸（硫
酸＋リン酸）で洗浄し、続いて純水で洗浄した後乾燥す
る。次いで、図２に示す触媒ＣＶＤ装置５０により、先
の例と同様にして触媒ＣＶＤ法により選択的にＧａＮを
結晶成長させ、図３（ｂ）に示すように前記マスク４の
開口部３内にて露出したサファイヤ基板１表面上にＧａ
Ｎエピタキシャル層２を形成する。
サファイヤ基板１を、先の例と同様に加熱した混酸（硫
酸＋リン酸）で洗浄し、続いて純水で洗浄した後乾燥す
る。次いで、図２に示す触媒ＣＶＤ装置５０により、先
の例と同様にして触媒ＣＶＤ法により選択的にＧａＮを
結晶成長させ、図３（ｂ）に示すように前記マスク４の
開口部３内にて露出したサファイヤ基板１表面上にＧａ
Ｎエピタキシャル層２を形成する。
【００２８】ここで、図２に示した触媒ＣＶＤ装置５０
により、サファイヤ基板１表面上にＧａＮエピタキシャ
ル層２を選択的に形成する方法について詳しく説明す
る。まず、図３（ａ）に示した状態の、マスク４を形成
したサファイア基板１を、触媒ＣＶＤ装置５０の前室５
２を経由して基板ホルダ５８にセットする。次に、ター
ボ分子ポンプ５５、ロータリーポンプ５６を作動させて
反応室５１内を１〜２×１０-6Ｐａ程度にまで減圧し、
この状態を約５分保持して特に反応室５１内に持ち込ま
れた水分や酸素を排気する。
により、サファイヤ基板１表面上にＧａＮエピタキシャ
ル層２を選択的に形成する方法について詳しく説明す
る。まず、図３（ａ）に示した状態の、マスク４を形成
したサファイア基板１を、触媒ＣＶＤ装置５０の前室５
２を経由して基板ホルダ５８にセットする。次に、ター
ボ分子ポンプ５５、ロータリーポンプ５６を作動させて
反応室５１内を１〜２×１０-6Ｐａ程度にまで減圧し、
この状態を約５分保持して特に反応室５１内に持ち込ま
れた水分や酸素を排気する。
【００２９】次いで、ヒータ５９により基板ホルダ５８
を介してサファイヤ基板１を１００℃〜８００℃程度、
本例では４００℃に加熱保持する。また、反応室５１内
に前記反応ガス制御系から水素を流し、その流量と反応
室５１内の圧力とを所定の値に制御する。反応室５１内
の圧力については０．１〜１５Ｐａ程度とし、本例では
１．０Ｐａに設定する。また、流量については４００
〔ｓｃｃｍ〕とする。
を介してサファイヤ基板１を１００℃〜８００℃程度、
本例では４００℃に加熱保持する。また、反応室５１内
に前記反応ガス制御系から水素を流し、その流量と反応
室５１内の圧力とを所定の値に制御する。反応室５１内
の圧力については０．１〜１５Ｐａ程度とし、本例では
１．０Ｐａに設定する。また、流量については４００
〔ｓｃｃｍ〕とする。
【００３０】次いで、電源６３をオンにすることによっ
て触媒体６２に通電し、その温度を１６００〜１８００
℃程度に上げる。本例では１８００℃に設定する。そし
て、この状態で１０分間保持する。
て触媒体６２に通電し、その温度を１６００〜１８００
℃程度に上げる。本例では１８００℃に設定する。そし
て、この状態で１０分間保持する。
【００３１】次いで、前記反応ガス制御系からＴＭＧ、
ＮＨ3 についてもこれを反応室５１内に導入する。すな
わち、本例では、水素流量を２５０〔ｓｃｃｍ〕とし、
ＴＭＧ流量を１．７〔μｍｏｌ／ｍｉｎ〕、ＮＨ3 流量
を１５０〔ｓｃｃｍ〕とすることによって原料ガスを反
応室５１内に供給する。
ＮＨ3 についてもこれを反応室５１内に導入する。すな
わち、本例では、水素流量を２５０〔ｓｃｃｍ〕とし、
ＴＭＧ流量を１．７〔μｍｏｌ／ｍｉｎ〕、ＮＨ3 流量
を１５０〔ｓｃｃｍ〕とすることによって原料ガスを反
応室５１内に供給する。
【００３２】このようにして原料ガスを反応室５１内に
供給すると、触媒体６２によって加熱され活性化された
水素原子は酸化膜をエッチングすることから、マスク４
の開口部３内に臨むサファイヤ基板１表面では、ここに
形成された薄い自然酸化膜がエッチング除去される。そ
して、自然酸化膜が除去されて露出したサファイヤ基板
１表面に、ＧａＮが１００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度
でエピタキシャル成長する。本例では、原料ガスを４０
分間反応室５１内に導入してエピタキシャル成長させる
ことにより、厚さ４．０μｍのＧａＮエピタキシャル層
２を形成した。
供給すると、触媒体６２によって加熱され活性化された
水素原子は酸化膜をエッチングすることから、マスク４
の開口部３内に臨むサファイヤ基板１表面では、ここに
形成された薄い自然酸化膜がエッチング除去される。そ
して、自然酸化膜が除去されて露出したサファイヤ基板
１表面に、ＧａＮが１００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度
でエピタキシャル成長する。本例では、原料ガスを４０
分間反応室５１内に導入してエピタキシャル成長させる
ことにより、厚さ４．０μｍのＧａＮエピタキシャル層
２を形成した。
【００３３】また、マスク４上においては、触媒体６２
によって活性化された水素原子が該マスク４の表面をエ
ッチングすることから、ある時間内ではこの表面にＧａ
Ｎが堆積することがなく、したがって前記ＧａＮエピタ
キシャル層２はサファイヤ基板１表面上に選択的に形成
されたものとなる。
によって活性化された水素原子が該マスク４の表面をエ
ッチングすることから、ある時間内ではこの表面にＧａ
Ｎが堆積することがなく、したがって前記ＧａＮエピタ
キシャル層２はサファイヤ基板１表面上に選択的に形成
されたものとなる。
【００３４】ここで、前述の、「マスク４上において
は、ある時間内ではこの表面にＧａＮが堆積することが
ない」とした意味は、反応室５１内にある異物や原料ガ
ス中の異物、また反応生成物であるＧａＮなどがマスク
４表面に付着すると、これを核にしてマスク４表面にＧ
ａＮが成長することがあるからであり、「このような核
となる異物等のマスク４表面への付着が起こる時間内に
おいては、該マスク４表面にＧａＮが堆積することがな
い」との意味である。
は、ある時間内ではこの表面にＧａＮが堆積することが
ない」とした意味は、反応室５１内にある異物や原料ガ
ス中の異物、また反応生成物であるＧａＮなどがマスク
４表面に付着すると、これを核にしてマスク４表面にＧ
ａＮが成長することがあるからであり、「このような核
となる異物等のマスク４表面への付着が起こる時間内に
おいては、該マスク４表面にＧａＮが堆積することがな
い」との意味である。
【００３５】なお、具体的に核となる異物等のマスク４
表面への付着が起こる時間については、処理条件等によ
って異なるものの、本例の条件では、４０分間の処理を
行ってもマスク４表面へのＧａＮの堆積が見られず、し
たがって４０分以上であると推測される。
表面への付着が起こる時間については、処理条件等によ
って異なるものの、本例の条件では、４０分間の処理を
行ってもマスク４表面へのＧａＮの堆積が見られず、し
たがって４０分以上であると推測される。
【００３６】このようにしてＧａＮを選択的にエピタキ
シャル成長させたら、前記反応ガス制御系によってＴＭ
Ｇ、ＮＨ3 ガスの流量をゼロにし、水素ガスのみを流し
続ける。そして、この状態を５分間続けたら、触媒体６
２への電力供給を停止してその温度を下げる。次いで、
水素ガスの流量もゼロにし、さらに反応室５１内を１〜
２×１０×１０-6Ｐａ程度にまで減圧し、この状態を約
５分保持して特にチャンバー内に導入したＴＭＧ、ＮＨ
3 を排気する。その後、サファイヤ基板１を前室５２を
経由して大気圧の外部に取り出す。
シャル成長させたら、前記反応ガス制御系によってＴＭ
Ｇ、ＮＨ3 ガスの流量をゼロにし、水素ガスのみを流し
続ける。そして、この状態を５分間続けたら、触媒体６
２への電力供給を停止してその温度を下げる。次いで、
水素ガスの流量もゼロにし、さらに反応室５１内を１〜
２×１０×１０-6Ｐａ程度にまで減圧し、この状態を約
５分保持して特にチャンバー内に導入したＴＭＧ、ＮＨ
3 を排気する。その後、サファイヤ基板１を前室５２を
経由して大気圧の外部に取り出す。
【００３７】このＧａＮエピタキシャル層２の形成方法
によれば、触媒体６２で熱分解して活性化した、高エネ
ルギーを持つ水素原子または水素原子の集団が選択的エ
ッチング作用を有することを利用することにより、マス
ク４上にＧａＮを堆積させることなくサファイヤ基板１
の表面にのみＧａＮを選択的に結晶成長（エピタキシャ
ル成長）させることができる。
によれば、触媒体６２で熱分解して活性化した、高エネ
ルギーを持つ水素原子または水素原子の集団が選択的エ
ッチング作用を有することを利用することにより、マス
ク４上にＧａＮを堆積させることなくサファイヤ基板１
の表面にのみＧａＮを選択的に結晶成長（エピタキシャ
ル成長）させることができる。
【００３８】また、触媒体６２で堆積用原料ガスを活性
化させるため、サファイヤ基板１から供給するエネルギ
を少なくすることができ、したがってサファイヤ基板１
の温度を例えば１００〜８００℃と、従来の９００〜１
０００℃に比べ低温にすることができる。
化させるため、サファイヤ基板１から供給するエネルギ
を少なくすることができ、したがってサファイヤ基板１
の温度を例えば１００〜８００℃と、従来の９００〜１
０００℃に比べ低温にすることができる。
【００３９】なお、前記実施形態例においては、基層と
してサファイヤ基板を用いているが、本発明はこれに限
定されることなく、例えばスピネルや、ＧａＮ結晶、Ｓ
ｉＣ単結晶、ＳｉＣエピタキシャル層、ＡｌＮエピタキ
シャル層などを用いることができ、これらに対しても、
基板温度約１００〜８００℃といった低温で、ＧａＮエ
ピタキシャル層を選択的に形成することができる。ま
た、前記例では原料ガスとしてＴＡＧ、ＮＨ3 の他に水
素を用いたが、水素に代えて塩化水素（ＨＣｌ）や塩素
（Ｃｌ2 ）、臭化水素（ＨＢｒ）や臭素（Ｂｒ2 ）を用
いることもできる。
してサファイヤ基板を用いているが、本発明はこれに限
定されることなく、例えばスピネルや、ＧａＮ結晶、Ｓ
ｉＣ単結晶、ＳｉＣエピタキシャル層、ＡｌＮエピタキ
シャル層などを用いることができ、これらに対しても、
基板温度約１００〜８００℃といった低温で、ＧａＮエ
ピタキシャル層を選択的に形成することができる。ま
た、前記例では原料ガスとしてＴＡＧ、ＮＨ3 の他に水
素を用いたが、水素に代えて塩化水素（ＨＣｌ）や塩素
（Ｃｌ2 ）、臭化水素（ＨＢｒ）や臭素（Ｂｒ2 ）を用
いることもできる。
【００４０】次に、本発明の発光素子について説明す
る。図４は本発明の発光素子を発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）に適用した場合の一実施形態例を示す図であり、図
４中符号１０は発光ダイオードである。この発光ダイオ
ード１０は、厚さ３００μｍ程度のサファイヤ基板１１
上に、ＡｌＮからなる厚さ５０ｎｍ以下のバッファ層１
２を介して厚さ３μｍ程度のＧａＮエピタキシャル層１
３が形成され、さらにその上に厚さ５００ｎｍ以下程度
のＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４が形成されて構成
されたものである。
る。図４は本発明の発光素子を発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）に適用した場合の一実施形態例を示す図であり、図
４中符号１０は発光ダイオードである。この発光ダイオ
ード１０は、厚さ３００μｍ程度のサファイヤ基板１１
上に、ＡｌＮからなる厚さ５０ｎｍ以下のバッファ層１
２を介して厚さ３μｍ程度のＧａＮエピタキシャル層１
３が形成され、さらにその上に厚さ５００ｎｍ以下程度
のＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４が形成されて構成
されたものである。
【００４１】ＧａＮエピタキシャル層１３、ＧａＮ：Ｍ
ｇエピタキシャル層１４はいずれも前述した触媒ＣＶＤ
法によって形成されたもので、ＧａＮエピタキシャル層
１３は、不純物がドープされていないことによりＮ型の
半導体結晶となっており、一方、ＧａＮ：Ｍｇエピタキ
シャル層１４は、ＧａＮのエピタキシャル層中にＭｇが
ドープされていることにより、Ｐ型の半導体結晶となっ
ている。したがって、ＧａＮエピタキシャル層１３とＧ
ａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４とは、ＰＮ接合層を形
成したものとなっている。
ｇエピタキシャル層１４はいずれも前述した触媒ＣＶＤ
法によって形成されたもので、ＧａＮエピタキシャル層
１３は、不純物がドープされていないことによりＮ型の
半導体結晶となっており、一方、ＧａＮ：Ｍｇエピタキ
シャル層１４は、ＧａＮのエピタキシャル層中にＭｇが
ドープされていることにより、Ｐ型の半導体結晶となっ
ている。したがって、ＧａＮエピタキシャル層１３とＧ
ａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４とは、ＰＮ接合層を形
成したものとなっている。
【００４２】これらＧａＮエピタキシャル層１３および
ＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４には、それぞれＡｌ
電極１５を介して配線１６が設けられている。また、配
線１６、１６には、ＧａＮエピタキシャル層１３側が負
極、ＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４側が正極となる
ようにして電源（図示略）が接続されるようになってい
る。このような構成により発光ダイオード１０は、電源
から順電圧が印加されると、Ｎ型のＧａＮエピタキシャ
ル層１３から電子が、またＰ型のＧａＮ：Ｍｇエピタキ
シャル層１４から正孔がＰＮ接合に移動して電子と正孔
が再結合し、その際に光を発する。すなわち、自由な電
子が結合状態になり、この際自由になったエネルギーが
光となって放射されるのである。
ＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４には、それぞれＡｌ
電極１５を介して配線１６が設けられている。また、配
線１６、１６には、ＧａＮエピタキシャル層１３側が負
極、ＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４側が正極となる
ようにして電源（図示略）が接続されるようになってい
る。このような構成により発光ダイオード１０は、電源
から順電圧が印加されると、Ｎ型のＧａＮエピタキシャ
ル層１３から電子が、またＰ型のＧａＮ：Ｍｇエピタキ
シャル層１４から正孔がＰＮ接合に移動して電子と正孔
が再結合し、その際に光を発する。すなわち、自由な電
子が結合状態になり、この際自由になったエネルギーが
光となって放射されるのである。
【００４３】なお、ＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４
において、そのＡｌ電極１５が取り付けられた箇所に
は、後述するように電子ビームによるアニール処理（Ｌ
ＥＥＢＩ〔Low-Energy Electron Beam Irradiation〕処
理）がなされてアニール処理部１４ａが形成されてい
る。
において、そのＡｌ電極１５が取り付けられた箇所に
は、後述するように電子ビームによるアニール処理（Ｌ
ＥＥＢＩ〔Low-Energy Electron Beam Irradiation〕処
理）がなされてアニール処理部１４ａが形成されてい
る。
【００４４】このような構成の発光ダイオード１０を作
製するには、先の例と同様にしてまず、用意した厚さ３
００μｍのサファイ基板１を、加熱した混酸（硫酸＋リ
ン酸）で洗浄し、続いて純水で洗浄した後乾燥する。次
に、このサファイア基板１を、触媒ＣＶＤ装置５０の前
室５２を経由させて基板ホルダ５８にセットする。次い
で、ターボ分子ポンプ５５、ロータリーポンプ５６を作
動させて反応室５１内を１〜２×１０-6Ｐａ程度にまで
減圧し、この状態を約５分保持して特に反応室５１内に
持ち込まれた水分や酸素を排気する。
製するには、先の例と同様にしてまず、用意した厚さ３
００μｍのサファイ基板１を、加熱した混酸（硫酸＋リ
ン酸）で洗浄し、続いて純水で洗浄した後乾燥する。次
に、このサファイア基板１を、触媒ＣＶＤ装置５０の前
室５２を経由させて基板ホルダ５８にセットする。次い
で、ターボ分子ポンプ５５、ロータリーポンプ５６を作
動させて反応室５１内を１〜２×１０-6Ｐａ程度にまで
減圧し、この状態を約５分保持して特に反応室５１内に
持ち込まれた水分や酸素を排気する。
【００４５】次いで、ヒータ５９により基板ホルダ５８
を介してサファイヤ基板１を１００℃〜８００℃程度、
本例では４００℃に加熱保持する。また、反応室５１内
に前記反応ガス制御系から水素を流し、その流量と反応
室５１内の圧力とを所定の値に制御する。反応室５１内
の圧力については０．１〜１５Ｐａ程度とし、本例では
１．０Ｐａに設定する。また、流量については４００
〔ｓｃｃｍ〕とする。
を介してサファイヤ基板１を１００℃〜８００℃程度、
本例では４００℃に加熱保持する。また、反応室５１内
に前記反応ガス制御系から水素を流し、その流量と反応
室５１内の圧力とを所定の値に制御する。反応室５１内
の圧力については０．１〜１５Ｐａ程度とし、本例では
１．０Ｐａに設定する。また、流量については４００
〔ｓｃｃｍ〕とする。
【００４６】次いで、電源６３をオンにすることによっ
て触媒体６２に通電し、その温度を１６００〜１８００
℃程度に上げる。本例では１８００℃に設定する。そし
て、この状態で１０分間保持する。
て触媒体６２に通電し、その温度を１６００〜１８００
℃程度に上げる。本例では１８００℃に設定する。そし
て、この状態で１０分間保持する。
【００４７】次いで、前記反応ガス制御系からＴＭＡ、
ＮＨ3 を反応室５１内に導入するとともに、水素の流量
を変える。すなわち、本例では、水素流量を２５０〔ｓ
ｃｃｍ〕とし、ＴＭＡ流量を０．７〔μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ〕、ＮＨ3 流量を２００〔ｓｃｃｍ〕とすることによ
って原料ガスを反応室５１内に供給する。
ＮＨ3 を反応室５１内に導入するとともに、水素の流量
を変える。すなわち、本例では、水素流量を２５０〔ｓ
ｃｃｍ〕とし、ＴＭＡ流量を０．７〔μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ〕、ＮＨ3 流量を２００〔ｓｃｃｍ〕とすることによ
って原料ガスを反応室５１内に供給する。
【００４８】このようにして原料ガスを反応室５１内に
供給すると、触媒体６２によって加熱され活性化された
水素原子は酸化膜をエッチングすることから、サファイ
ヤ基板１表面に形成された薄い自然酸化膜がエッチング
除去される。そして、自然酸化膜が除去されて露出した
サファイヤ基板１表面に、ＡｌＮが５０ｎｍ／ｍｉｎ程
度の成膜速度でエピタキシャル成長する。本例では、原
料ガスを１分間反応室５１内に導入してエピタキシャル
成長させることにより、厚さ５０ｎｍ以下のＡｌＮエピ
タキシャル膜からなるバッファ層１２を形成した。
供給すると、触媒体６２によって加熱され活性化された
水素原子は酸化膜をエッチングすることから、サファイ
ヤ基板１表面に形成された薄い自然酸化膜がエッチング
除去される。そして、自然酸化膜が除去されて露出した
サファイヤ基板１表面に、ＡｌＮが５０ｎｍ／ｍｉｎ程
度の成膜速度でエピタキシャル成長する。本例では、原
料ガスを１分間反応室５１内に導入してエピタキシャル
成長させることにより、厚さ５０ｎｍ以下のＡｌＮエピ
タキシャル膜からなるバッファ層１２を形成した。
【００４９】次いで、反応室５１内へのＴＭＡ、ＮＨ3
の導入を停止し、水素の流量を４００〔ｓｃｃｍ〕にし
て反応室５１内の圧力を１．０Ｐａとすることにより、
特に反応室５１内のＴＭＡを排気する。このようにして
反応室５１内のＴＭＡを十分に排気したら、前記反応ガ
ス制御系からＴＭＧ、ＮＨ3 を反応室５１内に導入する
とともに、水素の流量を変える。すなわち、水素流量を
２５０〔ｓｃｃｍ〕とし、ＴＭＧ流量を１．７〔μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ〕、ＮＨ3 流量を１５０〔ｓｃｃｍ〕とする
ことによって原料ガスを反応室５１内に供給する。
の導入を停止し、水素の流量を４００〔ｓｃｃｍ〕にし
て反応室５１内の圧力を１．０Ｐａとすることにより、
特に反応室５１内のＴＭＡを排気する。このようにして
反応室５１内のＴＭＡを十分に排気したら、前記反応ガ
ス制御系からＴＭＧ、ＮＨ3 を反応室５１内に導入する
とともに、水素の流量を変える。すなわち、水素流量を
２５０〔ｓｃｃｍ〕とし、ＴＭＧ流量を１．７〔μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ〕、ＮＨ3 流量を１５０〔ｓｃｃｍ〕とする
ことによって原料ガスを反応室５１内に供給する。
【００５０】このようにして原料ガスを反応室５１内に
供給すると、サファイヤ基板１上に形成したバッファ層
１２表面に、ＧａＮが１００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速
度でエピタキシャル成長する。本例では、原料ガスを４
０分間反応室５１内に導入してエピタキシャル成長させ
ることにより、厚さ４．０μｍのＧａＮエピタキシャル
層１３を形成した。
供給すると、サファイヤ基板１上に形成したバッファ層
１２表面に、ＧａＮが１００ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速
度でエピタキシャル成長する。本例では、原料ガスを４
０分間反応室５１内に導入してエピタキシャル成長させ
ることにより、厚さ４．０μｍのＧａＮエピタキシャル
層１３を形成した。
【００５１】次いで、ＮＨ3 流量を２００〔ｓｃｃｍ〕
に変更するとともに、Ｃｐ2 Ｍｇ（Bis-cyclopentadien
yl magnesium）を、得られるＧａＮ：Ｍｇエピタキシャ
ル層１４中におけるＭｇの濃度が２×１０20／ｃｍ3 と
なるようにして反応室５１内に供給する。
に変更するとともに、Ｃｐ2 Ｍｇ（Bis-cyclopentadien
yl magnesium）を、得られるＧａＮ：Ｍｇエピタキシャ
ル層１４中におけるＭｇの濃度が２×１０20／ｃｍ3 と
なるようにして反応室５１内に供給する。
【００５２】このようにして原料ガスを反応室５１内に
供給すると、前記ＧａＮエピタキシャル層１３上に、Ｇ
ａＮ：Ｍｇが５０ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度でエピタ
キシャル成長する。本例では、原料ガスを約１０分間反
応室５１内に導入してエピタキシャル成長させることに
より、厚さ５００ｎｍ以下のＧａＮ：Ｍｇエピタキシャ
ル層１４を形成した。
供給すると、前記ＧａＮエピタキシャル層１３上に、Ｇ
ａＮ：Ｍｇが５０ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度でエピタ
キシャル成長する。本例では、原料ガスを約１０分間反
応室５１内に導入してエピタキシャル成長させることに
より、厚さ５００ｎｍ以下のＧａＮ：Ｍｇエピタキシャ
ル層１４を形成した。
【００５３】このようにしてＧａＮを選択的にエピタキ
シャル成長させたら、前記反応ガス制御系によってＴＭ
Ｇ、ＮＨ3 、Ｃｐ2 Ｍｇの各ガスの流量をゼロにし、水
素ガスのみを流し続ける。そして、この状態を５分間続
けたら、触媒体６２への電力供給を停止してその温度を
下げる。次いで、水素ガスの流量もゼロにし、さらに反
応室５１内を１〜２×１０×１０-6Ｐａ程度にまで減圧
し、この状態を約５分保持して特にチャンバー内に導入
したＴＭＧ、ＮＨ3 、Ｃｐ2 Ｍｇを排気する。続いて、
サファイヤ基板１を前室５２を経由して大気圧の外部に
取り出す。
シャル成長させたら、前記反応ガス制御系によってＴＭ
Ｇ、ＮＨ3 、Ｃｐ2 Ｍｇの各ガスの流量をゼロにし、水
素ガスのみを流し続ける。そして、この状態を５分間続
けたら、触媒体６２への電力供給を停止してその温度を
下げる。次いで、水素ガスの流量もゼロにし、さらに反
応室５１内を１〜２×１０×１０-6Ｐａ程度にまで減圧
し、この状態を約５分保持して特にチャンバー内に導入
したＴＭＧ、ＮＨ3 、Ｃｐ2 Ｍｇを排気する。続いて、
サファイヤ基板１を前室５２を経由して大気圧の外部に
取り出す。
【００５４】次いで、ＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１
４の電極取り付け箇所に電子ビームによるアニール処理
（ＬＥＥＢＩ〔Low-Energy Electron Beam Irradiatio
n〕処理）を以下の条件で行い、アニール処理部１４ａ
を形成する。 ・アニール処理条件 ビームスポットサイズ；６０μｍ 電流 ；６０μＡ 加速電圧 ；１０ｋＶ
４の電極取り付け箇所に電子ビームによるアニール処理
（ＬＥＥＢＩ〔Low-Energy Electron Beam Irradiatio
n〕処理）を以下の条件で行い、アニール処理部１４ａ
を形成する。 ・アニール処理条件 ビームスポットサイズ；６０μｍ 電流 ；６０μＡ 加速電圧 ；１０ｋＶ
【００５５】その後、ＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１
４のアニール処理部１４ａ、およびＧａＮエピタキシャ
ル層１３の所定箇所にＡｌ電極１５を形成し、さらにこ
れに配線１６を取り付けることにより、図４に示した発
光ダイオード１０を得る。なお、Ａｌ電極１５について
は、アルミニウムを蒸着した後、このアルミニウム膜を
リソグラフィー技術とエッチング技術によってパターニ
ングすることで形成する。
４のアニール処理部１４ａ、およびＧａＮエピタキシャ
ル層１３の所定箇所にＡｌ電極１５を形成し、さらにこ
れに配線１６を取り付けることにより、図４に示した発
光ダイオード１０を得る。なお、Ａｌ電極１５について
は、アルミニウムを蒸着した後、このアルミニウム膜を
リソグラフィー技術とエッチング技術によってパターニ
ングすることで形成する。
【００５６】このようにして得られた発光ダイオード１
０にあっては、ＰＮ接合層を形成するＧａＮエピタキシ
ャル層１３、およびＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４
の形成を触媒ＣＶＤ法で行っていることから、これらＧ
ａＮエピタキシャル層１３、およびＧａＮ：Ｍｇエピタ
キシャル層１４を熱歪の少ない良好なものとすることが
できる。また、触媒ＣＶＤ法では原料ガスを触媒体６２
で加熱し活性化させるため、この触媒体６２での加熱を
１８００℃といった高温にすることで原料ガスを十分に
活性化することができ、したがってその反応効率を高め
ることができる。よって、ＰＮ接合層の形成の際の製造
コストを従来に比べ低減することができる。
０にあっては、ＰＮ接合層を形成するＧａＮエピタキシ
ャル層１３、およびＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層１４
の形成を触媒ＣＶＤ法で行っていることから、これらＧ
ａＮエピタキシャル層１３、およびＧａＮ：Ｍｇエピタ
キシャル層１４を熱歪の少ない良好なものとすることが
できる。また、触媒ＣＶＤ法では原料ガスを触媒体６２
で加熱し活性化させるため、この触媒体６２での加熱を
１８００℃といった高温にすることで原料ガスを十分に
活性化することができ、したがってその反応効率を高め
ることができる。よって、ＰＮ接合層の形成の際の製造
コストを従来に比べ低減することができる。
【００５７】なお、図４に示した例では本発明の発光素
子を発光ダイオードに適用した場合について説明した
が、本発明はこれに限定されることなく、他に例えば半
導体レーザにも適用することができる。
子を発光ダイオードに適用した場合について説明した
が、本発明はこれに限定されることなく、他に例えば半
導体レーザにも適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように本発明の窒化ガリウ
ムエピタキシャル層の形成方法は、触媒ＣＶＤ法により
窒化ガリウムを結晶成長させて窒化ガリウムエピタキシ
ャル層を得る方法であるから、比較的低温で窒化ガリウ
ムをエピタキシャル成長させることができ、これにより
得られるＧａＮエピタキシャル層と基層との間に大きな
熱歪が発生するのを防止して良好なＧａＮエピタキシャ
ル層を得ることができる。
ムエピタキシャル層の形成方法は、触媒ＣＶＤ法により
窒化ガリウムを結晶成長させて窒化ガリウムエピタキシ
ャル層を得る方法であるから、比較的低温で窒化ガリウ
ムをエピタキシャル成長させることができ、これにより
得られるＧａＮエピタキシャル層と基層との間に大きな
熱歪が発生するのを防止して良好なＧａＮエピタキシャ
ル層を得ることができる。
【００５９】また、触媒ＣＶＤ法では原料ガスを触媒体
で加熱し活性化させるため、この触媒体での加熱を原料
ガスが十分に活性化する高温とすることでその反応効率
を高めることができ、したがって反応効率が低いことに
起因して製造コストが増大するのを抑えることができ
る。
で加熱し活性化させるため、この触媒体での加熱を原料
ガスが十分に活性化する高温とすることでその反応効率
を高めることができ、したがって反応効率が低いことに
起因して製造コストが増大するのを抑えることができ
る。
【００６０】また、触媒ＣＶＤ法により窒化ガリウムを
結晶成長させるに先立ち、前記基層表面を露出させる開
口部を有したマスクを形成し、その後、前記マスクの開
口部内にて露出した前記基層表面上に、触媒ＣＶＤ法に
より選択的に窒化ガリウムを結晶成長させるようにすれ
ば、窒化ガリウムエピタキシャル層を選択的に形成する
ことができる。
結晶成長させるに先立ち、前記基層表面を露出させる開
口部を有したマスクを形成し、その後、前記マスクの開
口部内にて露出した前記基層表面上に、触媒ＣＶＤ法に
より選択的に窒化ガリウムを結晶成長させるようにすれ
ば、窒化ガリウムエピタキシャル層を選択的に形成する
ことができる。
【００６１】本発明の発光素子によれば、前述したエピ
タキシャル層の形成方法で得られた窒化ガリウムエピタ
キシャル層にＰＮ接合層が形成されてなるものであるか
ら、このＰＮ接合層を熱歪の少ない良好なものとするこ
とができ、またこのＰＮ接合層の製造コストの低減化を
図ることもできる。
タキシャル層の形成方法で得られた窒化ガリウムエピタ
キシャル層にＰＮ接合層が形成されてなるものであるか
ら、このＰＮ接合層を熱歪の少ない良好なものとするこ
とができ、またこのＰＮ接合層の製造コストの低減化を
図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の窒化ガリウムエピタ
キシャル層の形成方法の第１の実施形態例を工程順に説
明するための要部側断面図である。
キシャル層の形成方法の第１の実施形態例を工程順に説
明するための要部側断面図である。
【図２】本発明に用いられる触媒ＣＶＤ装置の概略構成
図である。
図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の窒化ガリウムエピタ
キシャル層の形成方法の第２の実施形態例を工程順に説
明するための要部側断面図である。
キシャル層の形成方法の第２の実施形態例を工程順に説
明するための要部側断面図である。
【図４】本発明の発光素子を発光ダイオード（ＬＥＤ）
に適用した場合の一実施形態例を示す要部側断面図であ
る。
に適用した場合の一実施形態例を示す要部側断面図であ
る。
１…サファイヤ基板、２…ＧａＮエピタキシャル層、３
…開口部、４…マスク、１０…発光ダイオード、１１…
サファイヤ基板、１２…バッファ層、１３…ＧａＮエピ
タキシャル層、１４…ＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層
…開口部、４…マスク、１０…発光ダイオード、１１…
サファイヤ基板、１２…バッファ層、１３…ＧａＮエピ
タキシャル層、１４…ＧａＮ：Ｍｇエピタキシャル層
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 勇一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 山中 英雄 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA02 CA23 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA64 CA67 5F045 AB14 AB32 AB33 AB34 AC07 AC12 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AE19 AE21 AE23 AF02 AF04 AF09 BB07 CA09 CA10 DB02 DP05 EK08 HA04 HA19
Claims (5)
- 【請求項１】 基層表面上に、触媒ＣＶＤ法により窒化
ガリウムを結晶成長させて窒化ガリウムエピタキシャル
層を得ることを特徴とする窒化ガリウムエピタキシャル
層の形成方法。 - 【請求項２】 触媒ＣＶＤ法により窒化ガリウムを結晶
成長させるに先立ち、前記基層表面を露出させる開口部
を有したマスクを形成し、 その後、前記マスクの開口部内にて露出した前記基層表
面上に、触媒ＣＶＤ法により選択的に窒化ガリウムを結
晶成長させて窒化ガリウムエピタキシャル層を得ること
を特徴とする請求項１記載の窒化ガリウムエピタキシャ
ル層の形成方法。 - 【請求項３】 前記マスクが酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化窒化シリコンのうちの少なくとも一種からなる
ことを特徴とする請求項２記載の窒化ガリウムエピタキ
シャル層の形成方法。 - 【請求項４】 前記基層がサファイヤ、スピネル、窒化
ガリウム結晶、ＳｉＣ単結晶、ＳｉＣエピタキシャル
層、ＡｌＮエピタキシャル層のうちの少なくとも一種か
らなることを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウムエ
ピタキシャル層の形成方法。 - 【請求項５】 触媒ＣＶＤ法によって基層表面上に窒化
ガリウムが結晶成長させられて得られた窒化ガリウムエ
ピタキシャル層により、ＰＮ接合層が形成されてなるこ
とを特徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7129899A JP2000269142A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 窒化ガリウムエピタキシャル層の形成方法及び発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7129899A JP2000269142A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 窒化ガリウムエピタキシャル層の形成方法及び発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000269142A true JP2000269142A (ja) | 2000-09-29 |
Family
ID=13456627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7129899A Pending JP2000269142A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 窒化ガリウムエピタキシャル層の形成方法及び発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000269142A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005047718A (ja) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Kyocera Corp | 半導体素子用単結晶サファイア基板とその製造方法及び半導体発光素子 |
| JP2010510166A (ja) * | 2006-11-22 | 2010-04-02 | エス．オー．アイ．テック シリコン オン インシュレータ テクノロジーズ | 三塩化ガリウムの噴射方式 |
| JP2013514661A (ja) * | 2009-12-16 | 2013-04-25 | ナショナル セミコンダクター コーポレーション | 半導体基板上のラージエリアガリウム窒化物又は他の窒化物ベース構造のための応力補償 |
| US20130104802A1 (en) * | 2006-11-22 | 2013-05-02 | Soitec | Gallium trichloride injection scheme |
| JP2013546178A (ja) * | 2010-10-22 | 2013-12-26 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | ホットワイヤ化学気相堆積プロセスにおけるタンタルフィラメントの寿命を向上させるための方法 |
| JP2015512139A (ja) * | 2012-01-13 | 2015-04-23 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 基板上に第ｉｉｉ−ｖ族層を堆積させる方法 |
| US9481944B2 (en) | 2006-11-22 | 2016-11-01 | Soitec | Gas injectors including a funnel- or wedge-shaped channel for chemical vapor deposition (CVD) systems and CVD systems with the same |
-
1999
- 1999-03-17 JP JP7129899A patent/JP2000269142A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005047718A (ja) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Kyocera Corp | 半導体素子用単結晶サファイア基板とその製造方法及び半導体発光素子 |
| JP2010510166A (ja) * | 2006-11-22 | 2010-04-02 | エス．オー．アイ．テック シリコン オン インシュレータ テクノロジーズ | 三塩化ガリウムの噴射方式 |
| US20130104802A1 (en) * | 2006-11-22 | 2013-05-02 | Soitec | Gallium trichloride injection scheme |
| US9481944B2 (en) | 2006-11-22 | 2016-11-01 | Soitec | Gas injectors including a funnel- or wedge-shaped channel for chemical vapor deposition (CVD) systems and CVD systems with the same |
| US9481943B2 (en) * | 2006-11-22 | 2016-11-01 | Soitec | Gallium trichloride injection scheme |
| JP2013514661A (ja) * | 2009-12-16 | 2013-04-25 | ナショナル セミコンダクター コーポレーション | 半導体基板上のラージエリアガリウム窒化物又は他の窒化物ベース構造のための応力補償 |
| JP2013546178A (ja) * | 2010-10-22 | 2013-12-26 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | ホットワイヤ化学気相堆積プロセスにおけるタンタルフィラメントの寿命を向上させるための方法 |
| JP2015512139A (ja) * | 2012-01-13 | 2015-04-23 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 基板上に第ｉｉｉ−ｖ族層を堆積させる方法 |
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