JP2001313254A - 窒化物系iii−v族化合物半導体層の成長方法 - Google Patents
窒化物系iii−v族化合物半導体層の成長方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面荒れやクラックがなく結晶性も良好な良
質の窒化物系III−V族化合物半導体基板を高い生産
性で製造することができる窒化物系III−V族化合物
半導体層の成長方法を提供する。 【解決手段】 c面サファイア基板1上にMOCVD法
やMBE法により4μm/h以下の成長速度で薄いGa
N層2を成長させた後、このGaN層2上にハイドライ
ドVPE法により4μm/hよりも大きくかつ200μ
m/h以下の成長速度で十分に厚いGaN層3を成長さ
せる。次に、c面サファイア基板1をエッチングまたは
ラッピングにより除去し、GaN層2、3からなるGa
N基板を得る。この後、GaN層2またはGaN層3の
表面のうち成長表面として用いる方の表面をエッチング
またはポリッシングして良質な表面状態とする。
質の窒化物系III−V族化合物半導体基板を高い生産
性で製造することができる窒化物系III−V族化合物
半導体層の成長方法を提供する。 【解決手段】 c面サファイア基板1上にMOCVD法
やMBE法により4μm/h以下の成長速度で薄いGa
N層2を成長させた後、このGaN層2上にハイドライ
ドVPE法により4μm/hよりも大きくかつ200μ
m/h以下の成長速度で十分に厚いGaN層3を成長さ
せる。次に、c面サファイア基板1をエッチングまたは
ラッピングにより除去し、GaN層2、3からなるGa
N基板を得る。この後、GaN層2またはGaN層3の
表面のうち成長表面として用いる方の表面をエッチング
またはポリッシングして良質な表面状態とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系III
−V族化合物半導体層の成長方法に関し、特に、窒化物
系III−V族化合物半導体を用いた半導体装置、例え
ば半導体レーザ用の基板の製造に適用して好適なもので
ある。
−V族化合物半導体層の成長方法に関し、特に、窒化物
系III−V族化合物半導体を用いた半導体装置、例え
ば半導体レーザ用の基板の製造に適用して好適なもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、例えば、光ディスクや光磁気ディ
スクに対する記録、再生の高密度化、高解像度化の要求
から、短波長の緑色や青色や紫外線発光の半導体レーザ
の開発の要求が高まっている。
スクに対する記録、再生の高密度化、高解像度化の要求
から、短波長の緑色や青色や紫外線発光の半導体レーザ
の開発の要求が高まっている。
【0003】このような短波長での発光が可能な半導体
発光素子の製造に用いる材料としては、GaN、AlG
aN、GaInNなどに代表される窒化物系III−V
族化合物半導体が適していることが知られている(例え
ば、Jpn.J.Appl.Phys.30(1991)L1998)。
発光素子の製造に用いる材料としては、GaN、AlG
aN、GaInNなどに代表される窒化物系III−V
族化合物半導体が適していることが知られている(例え
ば、Jpn.J.Appl.Phys.30(1991)L1998)。
【0004】これまで、窒化物系III−V族化合物半
導体層の成長は、有機金属化学気相成長(MOCVD)
法や分子線エピタキシー(MBE)法により行われてい
る。この場合、成長基板としては、サファイア(Al2
O3 )基板または炭化ケイ素(SiC)基板が主に使用
されている。
導体層の成長は、有機金属化学気相成長(MOCVD)
法や分子線エピタキシー(MBE)法により行われてい
る。この場合、成長基板としては、サファイア(Al2
O3 )基板または炭化ケイ素(SiC)基板が主に使用
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
サファイア基板または炭化ケイ素基板上に窒化物系II
I−V族化合物半導体層を成長させた場合には、それら
の間の格子定数や熱膨張係数の違いにより、欠陥が生成
されたりクラックが発生したりするなどの問題がある。
また、これらのサファイア基板または炭化ケイ素基板上
に窒化物系III−V族化合物半導体層を多層に成長さ
せて例えば半導体レーザを製造する場合、その共振器端
面を劈開により形成することが困難であるという問題が
ある。
サファイア基板または炭化ケイ素基板上に窒化物系II
I−V族化合物半導体層を成長させた場合には、それら
の間の格子定数や熱膨張係数の違いにより、欠陥が生成
されたりクラックが発生したりするなどの問題がある。
また、これらのサファイア基板または炭化ケイ素基板上
に窒化物系III−V族化合物半導体層を多層に成長さ
せて例えば半導体レーザを製造する場合、その共振器端
面を劈開により形成することが困難であるという問題が
ある。
【0006】これらの問題は、窒化物系III−V族化
合物半導体基板を得ることができれば解決することがで
きる。すなわち、窒化物系III−V族化合物半導体基
板上に窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させ
た場合には、それらの格子定数や熱膨張係数が一致して
いることにより、欠陥が生成されたりクラックが発生し
たりするなどの問題がない。また、例えば半導体レーザ
を製造する場合には、その共振器端面を劈開により形成
することができる。そして、これらの利点に加えて、基
板の裏面に電極を形成することができるという利点が合
わさって、高信頼性の半導体装置、例えば半導体レーザ
を高歩留まりで製造することが可能となる。
合物半導体基板を得ることができれば解決することがで
きる。すなわち、窒化物系III−V族化合物半導体基
板上に窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させ
た場合には、それらの格子定数や熱膨張係数が一致して
いることにより、欠陥が生成されたりクラックが発生し
たりするなどの問題がない。また、例えば半導体レーザ
を製造する場合には、その共振器端面を劈開により形成
することができる。そして、これらの利点に加えて、基
板の裏面に電極を形成することができるという利点が合
わさって、高信頼性の半導体装置、例えば半導体レーザ
を高歩留まりで製造することが可能となる。
【0007】ところが、窒化物系III−V族化合物半
導体基板を製造するには、窒素の蒸気圧が高いことによ
り、Si基板やGaAs基板などの製造に一般に用いら
れている方法は用いることができない。
導体基板を製造するには、窒素の蒸気圧が高いことによ
り、Si基板やGaAs基板などの製造に一般に用いら
れている方法は用いることができない。
【0008】GaNの成長方法としては、MOCVD法
やMBE法以外に、ハイドライド(水素化物)を原料と
して用いるハイドライド気相エピタキシー(VPE)法
が知られている。このハイドライドVPE法によれば、
1時間に数〜数百μmの厚さのGaN層を成長させるこ
とができるため、GaN基板を製造する有効な方法の一
つと考えられる。このGaN基板の製造に関しては、こ
れまで、サファイア基板やGaAs基板などの上にハイ
ドライドVPE法によりGaN層を成長させた報告があ
る。しかしながら、この方法で得られたGaN基板は、
結晶性や表面状態が悪かったり、GaN層が基板に垂直
ではなく斜めに成長することから、基板として用いるの
には品質が不十分であった。
やMBE法以外に、ハイドライド(水素化物)を原料と
して用いるハイドライド気相エピタキシー(VPE)法
が知られている。このハイドライドVPE法によれば、
1時間に数〜数百μmの厚さのGaN層を成長させるこ
とができるため、GaN基板を製造する有効な方法の一
つと考えられる。このGaN基板の製造に関しては、こ
れまで、サファイア基板やGaAs基板などの上にハイ
ドライドVPE法によりGaN層を成長させた報告があ
る。しかしながら、この方法で得られたGaN基板は、
結晶性や表面状態が悪かったり、GaN層が基板に垂直
ではなく斜めに成長することから、基板として用いるの
には品質が不十分であった。
【0009】したがって、この発明の目的は、表面荒れ
やクラックがなく結晶性も良好な良質の窒化物系III
−V族化合物半導体基板を高い生産性で製造することが
できる窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法
を提供することにある。
やクラックがなく結晶性も良好な良質の窒化物系III
−V族化合物半導体基板を高い生産性で製造することが
できる窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法
を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意検討を行った。その結果、表面荒れやク
ラックがなく結晶性も良好な良質の窒化物系III−V
族化合物半導体基板を高い生産性で製造するには、ま
ず、窒化物系III−V族化合物半導体の成長に一般に
用いられているサファイア基板などの上に、表面荒れや
クラックの発生を抑えることができる程度の小さい成長
速度で窒化物系III−V族化合物半導体層を薄く成長
させた後、その上により大きい成長速度で窒化物系II
I−V族化合物半導体層を厚く成長させるのが有効であ
るという結論に到達し、この発明を案出するに至った。
達成すべく鋭意検討を行った。その結果、表面荒れやク
ラックがなく結晶性も良好な良質の窒化物系III−V
族化合物半導体基板を高い生産性で製造するには、ま
ず、窒化物系III−V族化合物半導体の成長に一般に
用いられているサファイア基板などの上に、表面荒れや
クラックの発生を抑えることができる程度の小さい成長
速度で窒化物系III−V族化合物半導体層を薄く成長
させた後、その上により大きい成長速度で窒化物系II
I−V族化合物半導体層を厚く成長させるのが有効であ
るという結論に到達し、この発明を案出するに至った。
【0011】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明による窒化物系III−V族化合物半導体層の成
長方法は、基板上に第1の気相成長法により第1の所定
の成長速度で第1のBw Alx Gay Inz N層(ただ
し、0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦
1、w+x+y+z=1)を成長させる工程と、第1の
Bw Alx Gay Inz N層上に第2の気相成長法によ
り第1の所定の成長速度よりも大きい第2の成長速度で
第2のBw Alx Gay Inz N層(ただし、0≦w≦
1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、w+x+y
+z=1)を成長させる工程とを有することを特徴とす
るものである。
の発明による窒化物系III−V族化合物半導体層の成
長方法は、基板上に第1の気相成長法により第1の所定
の成長速度で第1のBw Alx Gay Inz N層(ただ
し、0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦
1、w+x+y+z=1)を成長させる工程と、第1の
Bw Alx Gay Inz N層上に第2の気相成長法によ
り第1の所定の成長速度よりも大きい第2の成長速度で
第2のBw Alx Gay Inz N層(ただし、0≦w≦
1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、w+x+y
+z=1)を成長させる工程とを有することを特徴とす
るものである。
【0012】ここで、第1のBw Alx Gay Inz N
層および第2のBw Alx Gay Inz N層を、表面荒
れやクラックがなく結晶性も良好な良質のものとする観
点から、好適には、第1の所定の成長速度は4μm/h
以下とし、第2の所定の成長速度は4μm/hよりも大
きくかつ200μm/h以下とする。
層および第2のBw Alx Gay Inz N層を、表面荒
れやクラックがなく結晶性も良好な良質のものとする観
点から、好適には、第1の所定の成長速度は4μm/h
以下とし、第2の所定の成長速度は4μm/hよりも大
きくかつ200μm/h以下とする。
【0013】この発明において、第1の気相成長法とし
ては有機金属化学気相成長法や分子線エピタキシー法な
どが用いられ、第2の気相成長法としてはハイドライド
気相エピタキシー法や有機金属化学気相成長法などが用
いられる。第1の気相成長法と第2の気相成長法との組
み合わせの具体例を挙げると、第1の気相成長法が有機
金属化学気相成長法であり、第2の気相成長法がハイド
ライド気相エピタキシー法である場合、第1の気相成長
法および第2の気相成長法がそれぞれ有機金属化学気相
成長法である場合、第1の気相成長法が分子線エピタキ
シー法であり、第2の気相成長法がハイドライド気相エ
ピタキシー法である場合、第1の気相成長法が分子線エ
ピタキシー法であり、第2の気相成長法が有機金属化学
気相成長法である場合などである。
ては有機金属化学気相成長法や分子線エピタキシー法な
どが用いられ、第2の気相成長法としてはハイドライド
気相エピタキシー法や有機金属化学気相成長法などが用
いられる。第1の気相成長法と第2の気相成長法との組
み合わせの具体例を挙げると、第1の気相成長法が有機
金属化学気相成長法であり、第2の気相成長法がハイド
ライド気相エピタキシー法である場合、第1の気相成長
法および第2の気相成長法がそれぞれ有機金属化学気相
成長法である場合、第1の気相成長法が分子線エピタキ
シー法であり、第2の気相成長法がハイドライド気相エ
ピタキシー法である場合、第1の気相成長法が分子線エ
ピタキシー法であり、第2の気相成長法が有機金属化学
気相成長法である場合などである。
【0014】この発明において、第1のBw Alx Ga
y Inz N層の厚さは、好適には、表面荒れやクラック
の発生がなく、良好な結晶性も得られ、しかも成長に時
間がかからない厚さに選ばれる。この第1のBw Alx
Gay Inz N層の厚さは、具体的には例えば0.3〜
10μmであり、好適には、3±2μmあるいは1〜5
μmである。
y Inz N層の厚さは、好適には、表面荒れやクラック
の発生がなく、良好な結晶性も得られ、しかも成長に時
間がかからない厚さに選ばれる。この第1のBw Alx
Gay Inz N層の厚さは、具体的には例えば0.3〜
10μmであり、好適には、3±2μmあるいは1〜5
μmである。
【0015】この発明においては、第1のBw Alx G
ay Inz N層および第2のBw Alx Gay Inz N
層は、必要に応じて、n型またはp型とすることがあ
る。この場合、n型不純物としては、典型的には、IV
族元素であるC、Si、GeおよびSnとVI族元素で
あるS、SeおよびTeとからなる群より選ばれた少な
くとも一種の元素が用いられ、p型不純物としては、典
型的には、IV族元素であるC、Si、GeおよびSn
とII族元素であるBe、Mg、Ca、ZnおよびCd
とからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素が用い
られる。これらのn型不純物およびp型不純物の原料と
しては、単体、有機化合物または水素化物のいずれを用
いてもよい。
ay Inz N層および第2のBw Alx Gay Inz N
層は、必要に応じて、n型またはp型とすることがあ
る。この場合、n型不純物としては、典型的には、IV
族元素であるC、Si、GeおよびSnとVI族元素で
あるS、SeおよびTeとからなる群より選ばれた少な
くとも一種の元素が用いられ、p型不純物としては、典
型的には、IV族元素であるC、Si、GeおよびSn
とII族元素であるBe、Mg、Ca、ZnおよびCd
とからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素が用い
られる。これらのn型不純物およびp型不純物の原料と
しては、単体、有機化合物または水素化物のいずれを用
いてもよい。
【0016】この発明において、III族元素である
B、Al、GaおよびInの原料としては、単体または
これらのIII族元素を含む有機金属化合物のいずれを
用いてもよい。
B、Al、GaおよびInの原料としては、単体または
これらのIII族元素を含む有機金属化合物のいずれを
用いてもよい。
【0017】この発明において、特に、ハイドライド気
相エピタキシー法におけるハイドライドガスとしては、
HCl、HF、HBr、HIなどを用いることができ
る。
相エピタキシー法におけるハイドライドガスとしては、
HCl、HF、HBr、HIなどを用いることができ
る。
【0018】また、このハイドライド気相エピタキシー
法により第1のBw Alx Gay Inz N層または第2
のBw Alx Gay Inz N層を成長させる場合のN原
料としては、アンモニアのほか、ヒドラジン、ジメチル
ヒドラジン、モノメチルヒドラジンなどの一般式N2 R
4 (ただし、RはHまたはアルキル基)で表されるヒド
ラジン系の原料、有機アミンなどを用いることができ
る。これらのうち、有機アミンの具体例を挙げると、第
一級アミンとしては、プロピルアミン、イソプロピルア
ミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、ターシャリブ
チルアミン、第二ブチルアミンなどがあり、第二級アミ
ンとしては、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミ
ン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジターシャ
リブチルアミン、第二ブチルアミンなどがあり、第三級
アミンとしては、トリプロピルアミン、トリイソプロピ
ルアミン、トリブチルアミン、トリイソブチルアミン、
トリターシャリブチルアミン、トリ第二ブチルアミン、
トリアリルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピル
メチルアミン、ジプロピルメチルアミン、ジブチルメチ
ルアミン、ジイソブチルメチルアミン、ジ第二ブチルメ
チルアミン、ジターシャリブチルメチルアミンなどがあ
る。
法により第1のBw Alx Gay Inz N層または第2
のBw Alx Gay Inz N層を成長させる場合のN原
料としては、アンモニアのほか、ヒドラジン、ジメチル
ヒドラジン、モノメチルヒドラジンなどの一般式N2 R
4 (ただし、RはHまたはアルキル基)で表されるヒド
ラジン系の原料、有機アミンなどを用いることができ
る。これらのうち、有機アミンの具体例を挙げると、第
一級アミンとしては、プロピルアミン、イソプロピルア
ミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、ターシャリブ
チルアミン、第二ブチルアミンなどがあり、第二級アミ
ンとしては、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミ
ン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジターシャ
リブチルアミン、第二ブチルアミンなどがあり、第三級
アミンとしては、トリプロピルアミン、トリイソプロピ
ルアミン、トリブチルアミン、トリイソブチルアミン、
トリターシャリブチルアミン、トリ第二ブチルアミン、
トリアリルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピル
メチルアミン、ジプロピルメチルアミン、ジブチルメチ
ルアミン、ジイソブチルメチルアミン、ジ第二ブチルメ
チルアミン、ジターシャリブチルメチルアミンなどがあ
る。
【0019】この発明においては、第2のBw Alx G
ay Inz N層を成長させる際に、この第2のBw Al
x Gay Inz N層と基板との間の熱膨張係数の違いに
よりこの第2のBw Alx Gay Inz N層に欠陥が生
成されたりクラックが発生したりするのを防止する目的
で、好適には、少なくとも第2のBw Alx Gay In
z N層を成長させる際における基板の厚さを、この第2
のBw Alx Gay Inz N層の厚さ以下とする。具体
的には、第2のBw Alx Gay Inz N層よりも厚い
基板を用いる場合には、第1のBw Alx Gay Inz
N層を成長させた後、第2のBw Alx Gay Inz N
層を成長させる前に、この基板をその裏面側からエッチ
ングまたはラッピングすることによりその厚さを第2の
Bw Al x Gay Inz N層の厚さ以下とすればよい。
あるいは、最初から第2のBw Alx Gay Inz N層
の厚さ以下の厚さの基板を用いてもよい。典型的には、
少なくとも第2のBw Alx Gay Inz N層を成長さ
せる際における基板の厚さは、例えば400μm以下、
好適には200μm以下とする。
ay Inz N層を成長させる際に、この第2のBw Al
x Gay Inz N層と基板との間の熱膨張係数の違いに
よりこの第2のBw Alx Gay Inz N層に欠陥が生
成されたりクラックが発生したりするのを防止する目的
で、好適には、少なくとも第2のBw Alx Gay In
z N層を成長させる際における基板の厚さを、この第2
のBw Alx Gay Inz N層の厚さ以下とする。具体
的には、第2のBw Alx Gay Inz N層よりも厚い
基板を用いる場合には、第1のBw Alx Gay Inz
N層を成長させた後、第2のBw Alx Gay Inz N
層を成長させる前に、この基板をその裏面側からエッチ
ングまたはラッピングすることによりその厚さを第2の
Bw Al x Gay Inz N層の厚さ以下とすればよい。
あるいは、最初から第2のBw Alx Gay Inz N層
の厚さ以下の厚さの基板を用いてもよい。典型的には、
少なくとも第2のBw Alx Gay Inz N層を成長さ
せる際における基板の厚さは、例えば400μm以下、
好適には200μm以下とする。
【0020】この発明においては、窒化物系III−V
族化合物半導体のみからなる基板を得るために、第2の
Bw Alx Gay Inz N層を成長させた後、基板をエ
ッチングまたはラッピングすることにより基板を除去す
る。このとき、第2のBw Alx Gay Inz N層の表
面に損傷が生じたり、汚染が生じたりするのを防止する
ために、好適には、基板を除去する前に第2のBw Al
x Gay Inz N層の表面を保護膜により覆っておく。
族化合物半導体のみからなる基板を得るために、第2の
Bw Alx Gay Inz N層を成長させた後、基板をエ
ッチングまたはラッピングすることにより基板を除去す
る。このとき、第2のBw Alx Gay Inz N層の表
面に損傷が生じたり、汚染が生じたりするのを防止する
ために、好適には、基板を除去する前に第2のBw Al
x Gay Inz N層の表面を保護膜により覆っておく。
【0021】この発明においては、第1のBw Alx G
ay Inz N層または第2のBw Alx Gay Inz N
層の表面をポリッシングまたはエッチングすることによ
り良質な表面状態を得る。ここで、第1のBw Alx G
ay Inz N層または第2のBw Alx Gay Inz N
層のいずれの表面をポリッシングまたはエッチングする
かは、いずれの表面に半導体装置用の窒化物系III−
V族化合物半導体層を成長させるかによる。
ay Inz N層または第2のBw Alx Gay Inz N
層の表面をポリッシングまたはエッチングすることによ
り良質な表面状態を得る。ここで、第1のBw Alx G
ay Inz N層または第2のBw Alx Gay Inz N
層のいずれの表面をポリッシングまたはエッチングする
かは、いずれの表面に半導体装置用の窒化物系III−
V族化合物半導体層を成長させるかによる。
【0022】この発明においては、基板として、例え
ば、サファイア基板、炭化ケイ素基板またはマグネシウ
ム・アルミニウム・スピネル基板を用いる。
ば、サファイア基板、炭化ケイ素基板またはマグネシウ
ム・アルミニウム・スピネル基板を用いる。
【0023】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、基板上に第1の気相成長法により第1の所定の成長
速度、好適には4μm/h以下の成長速度で第1のBw
AlxGay Inz N層(ただし、0≦w≦1、0≦x
≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、w+x+y+z=1)
を成長させるようにしていることにより、この第1のB
w Alx Gay Inz N層は表面荒れやクラックがなく
結晶性も良好な良質のものとすることができる。そし
て、この第1のBw Alx Gay Inz N層上に第2の
気相成長法により第1の所定の成長速度よりも大きい第
2の所定の成長速度、好適には4μm/hよりも大きく
かつ200μm/h以下の成長速度で第2のBw Alx
Gay Inz N層(ただし、0≦w≦1、0≦x≦1、
0≦y≦1、0≦z≦1、w+x+y+z=1)を成長
させるようにしていることにより、第1のBw Alx G
ay Inz N層と同様に表面荒れやクラックがなく結晶
性も良好な良質の第2のBw Alx Gay Inz N層を
短時間で十分な厚さに成長させることができる。さら
に、この後、これらの第1のBw Alx Gay Inz N
層および第2のBw Alx Gay Inz N層の成長に用
いた基板を除去することにより、Bw Alx Gay In
z N基板、具体的には例えばGaN基板などを高い生産
性で製造することができる。
ば、基板上に第1の気相成長法により第1の所定の成長
速度、好適には4μm/h以下の成長速度で第1のBw
AlxGay Inz N層(ただし、0≦w≦1、0≦x
≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、w+x+y+z=1)
を成長させるようにしていることにより、この第1のB
w Alx Gay Inz N層は表面荒れやクラックがなく
結晶性も良好な良質のものとすることができる。そし
て、この第1のBw Alx Gay Inz N層上に第2の
気相成長法により第1の所定の成長速度よりも大きい第
2の所定の成長速度、好適には4μm/hよりも大きく
かつ200μm/h以下の成長速度で第2のBw Alx
Gay Inz N層(ただし、0≦w≦1、0≦x≦1、
0≦y≦1、0≦z≦1、w+x+y+z=1)を成長
させるようにしていることにより、第1のBw Alx G
ay Inz N層と同様に表面荒れやクラックがなく結晶
性も良好な良質の第2のBw Alx Gay Inz N層を
短時間で十分な厚さに成長させることができる。さら
に、この後、これらの第1のBw Alx Gay Inz N
層および第2のBw Alx Gay Inz N層の成長に用
いた基板を除去することにより、Bw Alx Gay In
z N基板、具体的には例えばGaN基板などを高い生産
性で製造することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【0025】まず、この発明の第1の実施形態によるG
aN基板の製造方法について説明する。
aN基板の製造方法について説明する。
【0026】図1はこの第1の実施形態によるGaN基
板の製造方法を工程順に示す断面図である。
板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【0027】この第1の実施形態においては、まず、図
1Aに示すように、図示省略したMOCVD装置の反応
管内に例えば厚さが450nmのc面サファイア基板1
を入れた後、反応管内にキャリアガスとして例えばH2
とN2 との混合ガスを流し、例えば1050℃で20分
間熱処理を行うことによりそのc面サファイア基板1の
表面をサーマルクリーニングする。次に、基板温度を例
えば510℃に下げた後、反応管内にN原料としてのア
ンモニア(NH3 )およびGa原料としてのトリメチル
ガリウム(TMG、Ga(CH3 )3 )を供給し、c面
サファイア基板1上にGaNバッファ層(図示せず)を
成長させる。次に、反応管内へのTMGの供給を停止
し、NH3 の供給はそのまま続けながら、成長温度を例
えば約1000℃まで上昇させた後、反応管内に再びT
MGを供給してGaN層2を4μm/h以下の成長速度
で成長させる。このGaN層2の厚さは例えば3μmと
する。このようにしてMOCVD法により4μm/h以
下の成長速度で成長されたGaN層2は、表面荒れやク
ラックなどの発生が抑えられ結晶性も良好な良質のもの
である。
1Aに示すように、図示省略したMOCVD装置の反応
管内に例えば厚さが450nmのc面サファイア基板1
を入れた後、反応管内にキャリアガスとして例えばH2
とN2 との混合ガスを流し、例えば1050℃で20分
間熱処理を行うことによりそのc面サファイア基板1の
表面をサーマルクリーニングする。次に、基板温度を例
えば510℃に下げた後、反応管内にN原料としてのア
ンモニア(NH3 )およびGa原料としてのトリメチル
ガリウム(TMG、Ga(CH3 )3 )を供給し、c面
サファイア基板1上にGaNバッファ層(図示せず)を
成長させる。次に、反応管内へのTMGの供給を停止
し、NH3 の供給はそのまま続けながら、成長温度を例
えば約1000℃まで上昇させた後、反応管内に再びT
MGを供給してGaN層2を4μm/h以下の成長速度
で成長させる。このGaN層2の厚さは例えば3μmと
する。このようにしてMOCVD法により4μm/h以
下の成長速度で成長されたGaN層2は、表面荒れやク
ラックなどの発生が抑えられ結晶性も良好な良質のもの
である。
【0028】GaN層2の成長に引き続き、反応管内に
おいて、例えばジエチルイオウ(DES、S(C
2 H5 )2 )を原料としてGaN層2上にS膜(図示せ
ず)を成長させてこのGaN層2の表面を覆う。この
後、c面サファイア基板1を反応管から取り出す。ここ
で、このようにc面サファイア基板1を反応管から取り
出す前にGaN層2の表面をS膜で覆っておく理由は、
GaN層2の表面が露出した状態でc面サファイア基板
1を反応管から取り出して大気にさらすと、GaN層2
の表面が汚染されて後にこのGaN層2上にハイドライ
ドVPE法によりGaN層を成長させる際に悪影響を及
ぼすおそれがあることから、これを防止するためであ
る。
おいて、例えばジエチルイオウ(DES、S(C
2 H5 )2 )を原料としてGaN層2上にS膜(図示せ
ず)を成長させてこのGaN層2の表面を覆う。この
後、c面サファイア基板1を反応管から取り出す。ここ
で、このようにc面サファイア基板1を反応管から取り
出す前にGaN層2の表面をS膜で覆っておく理由は、
GaN層2の表面が露出した状態でc面サファイア基板
1を反応管から取り出して大気にさらすと、GaN層2
の表面が汚染されて後にこのGaN層2上にハイドライ
ドVPE法によりGaN層を成長させる際に悪影響を及
ぼすおそれがあることから、これを防止するためであ
る。
【0029】次に、c面サファイア基板1をその裏面側
からラッピングすることにより、このc面サファイア基
板1の厚さを、次の工程でハイドライドVPE法により
成長させるGaN層の厚さ以下にしておく。これは、c
面サファイア基板1とこのGaN層との間の熱膨張係数
の違いにより、このGaN層に欠陥が生成されたりクラ
ックが発生したりするのを防止するためである。この
後、図1Bに示すように、c面サファイア基板1上のG
aN層2上に、ハイドライドVPE法により、十分な厚
さ(例えば、200μm)のGaN層3をホモエピタキ
シャル成長させる。
からラッピングすることにより、このc面サファイア基
板1の厚さを、次の工程でハイドライドVPE法により
成長させるGaN層の厚さ以下にしておく。これは、c
面サファイア基板1とこのGaN層との間の熱膨張係数
の違いにより、このGaN層に欠陥が生成されたりクラ
ックが発生したりするのを防止するためである。この
後、図1Bに示すように、c面サファイア基板1上のG
aN層2上に、ハイドライドVPE法により、十分な厚
さ(例えば、200μm)のGaN層3をホモエピタキ
シャル成長させる。
【0030】このGaN層3の成長は、具体的には、図
2に示すハイドライドVPE装置を用いて次のように行
う。すなわち、GaN層2を成長させたc面サファイア
基板1を、図2に示すハイドライドVPE装置の石英ガ
ラス製の反応管11内に設置されたサセプタ12上に置
く。反応管11の上流部分は仕切り板13により上下二
つの部分に分離されており、その上側の部分における仕
切り板13上に単体の原料であるGa14を入れたボー
ト15を置く。このボート15が置かれた、反応管11
の仕切り板13の上側の部分には、配管16を介してH
Clガスを供給するとともに、配管17を介してN2 ガ
スをキャリアガスとして供給することができるようにな
っている。また、反応管11の仕切り板13の下側の部
分には、配管18を介してNH3 ガスを供給するととも
に、配管19を介してN2 ガスをキャリアガスとして供
給することができるようになっている。ここで、反応管
11は、外部に設置されたヒーター20により、その長
手方向に所要の温度勾配がつくように加熱しておく。符
号21〜24はガスの流量制御のためのマスフローコン
トローラーを示す。
2に示すハイドライドVPE装置を用いて次のように行
う。すなわち、GaN層2を成長させたc面サファイア
基板1を、図2に示すハイドライドVPE装置の石英ガ
ラス製の反応管11内に設置されたサセプタ12上に置
く。反応管11の上流部分は仕切り板13により上下二
つの部分に分離されており、その上側の部分における仕
切り板13上に単体の原料であるGa14を入れたボー
ト15を置く。このボート15が置かれた、反応管11
の仕切り板13の上側の部分には、配管16を介してH
Clガスを供給するとともに、配管17を介してN2 ガ
スをキャリアガスとして供給することができるようにな
っている。また、反応管11の仕切り板13の下側の部
分には、配管18を介してNH3 ガスを供給するととも
に、配管19を介してN2 ガスをキャリアガスとして供
給することができるようになっている。ここで、反応管
11は、外部に設置されたヒーター20により、その長
手方向に所要の温度勾配がつくように加熱しておく。符
号21〜24はガスの流量制御のためのマスフローコン
トローラーを示す。
【0031】GaN層3の成長に先立ち、まず、反応管
11内において、c面サファイア基板1を成長温度に加
熱することにより、GaN層2の表面のS膜を蒸発させ
て除去する。このとき、この加熱時にGaN層2からN
が脱離するのを防止するために、反応管11内にはNH
3 ガスを流しておく。
11内において、c面サファイア基板1を成長温度に加
熱することにより、GaN層2の表面のS膜を蒸発させ
て除去する。このとき、この加熱時にGaN層2からN
が脱離するのを防止するために、反応管11内にはNH
3 ガスを流しておく。
【0032】このようにしてS膜を除去した後、反応管
11の仕切り板13の上側の部分にHClガスおよびキ
ャリアガスとしてのN2 ガスを供給するとともに、反応
管11の仕切り板13の下側の部分にNH3 ガスおよび
キャリアガスとしてのN2 ガスを供給する。このとき、
反応管11の仕切り板13の上側の部分においては、H
ClとGa14との反応によりGaClが生成され、こ
のGaClと反応管11の仕切り板13の下側の部分に
供給されたNH3 とがサセプタ12の上方で合流するこ
とにより、c面サファイア基板1上のGaN層2上にG
aN層3が成長する。このGaN層3の成長速度は、4
μm/hよりも大きくかつ200μm/h以下の範囲内
で、他に支障のない限りできるだけ大きく選ぶ。このと
きの典型的な成長条件の一例を挙げると、HCl流量は
20μmol/min、NH3 流量は1SLM、N2 流
量は0.5SLM、ボート15内のGa14の付近の温
度は800℃、サセプタ12上に置かれたc面サファイ
ア基板1の部分の温度は980℃である。なお、反応管
11内に供給されたガスは、最終的には除害装置に送ら
れて除害処理が行われる。
11の仕切り板13の上側の部分にHClガスおよびキ
ャリアガスとしてのN2 ガスを供給するとともに、反応
管11の仕切り板13の下側の部分にNH3 ガスおよび
キャリアガスとしてのN2 ガスを供給する。このとき、
反応管11の仕切り板13の上側の部分においては、H
ClとGa14との反応によりGaClが生成され、こ
のGaClと反応管11の仕切り板13の下側の部分に
供給されたNH3 とがサセプタ12の上方で合流するこ
とにより、c面サファイア基板1上のGaN層2上にG
aN層3が成長する。このGaN層3の成長速度は、4
μm/hよりも大きくかつ200μm/h以下の範囲内
で、他に支障のない限りできるだけ大きく選ぶ。このと
きの典型的な成長条件の一例を挙げると、HCl流量は
20μmol/min、NH3 流量は1SLM、N2 流
量は0.5SLM、ボート15内のGa14の付近の温
度は800℃、サセプタ12上に置かれたc面サファイ
ア基板1の部分の温度は980℃である。なお、反応管
11内に供給されたガスは、最終的には除害装置に送ら
れて除害処理が行われる。
【0033】次に、このようにしてGaN層3が成長さ
れたc面サファイア基板1を反応管11から取り出した
後、図1Cに示すように、例えばCVD法によりGaN
層3上にSiO2 膜4を成膜してこのGaN層3の表面
を覆う。
れたc面サファイア基板1を反応管11から取り出した
後、図1Cに示すように、例えばCVD法によりGaN
層3上にSiO2 膜4を成膜してこのGaN層3の表面
を覆う。
【0034】次に、図1Dに示すように、c面サファイ
ア基板1を例えばウエットエッチング法によりエッチン
グ除去する。このウエットエッチングは、例えば、H3
PO 4 −H2 SO4 系のエッチング液(例えば、H3 P
O4 :H2 SO4 =1:1)を用いて285℃で行う。
さらに、例えばHF系のエッチング液を用いたウエット
エッチング法によりSiO2 膜4をエッチング除去す
る。
ア基板1を例えばウエットエッチング法によりエッチン
グ除去する。このウエットエッチングは、例えば、H3
PO 4 −H2 SO4 系のエッチング液(例えば、H3 P
O4 :H2 SO4 =1:1)を用いて285℃で行う。
さらに、例えばHF系のエッチング液を用いたウエット
エッチング法によりSiO2 膜4をエッチング除去す
る。
【0035】この後、GaN層3の表面を成長表面とし
て用いる場合にはこのGaN層3の表面を、また、Ga
N層2の表面を成長表面として用いる場合にはこのGa
N層2の表面を、気相エッチング法、液相化学エッチン
グ法、機械的化学ポリッシング法などを用いてエッチン
グまたはポリッシングを行うことにより平坦化するとと
もに、良質な表面状態とする。
て用いる場合にはこのGaN層3の表面を、また、Ga
N層2の表面を成長表面として用いる場合にはこのGa
N層2の表面を、気相エッチング法、液相化学エッチン
グ法、機械的化学ポリッシング法などを用いてエッチン
グまたはポリッシングを行うことにより平坦化するとと
もに、良質な表面状態とする。
【0036】以上により、図1Eに示すように、MOC
VD法により成長された薄いGaN層2とその上にハイ
ドライドVPE法により成長された十分に厚いGaN層
3とからなる単結晶のGaN基板が製造される。
VD法により成長された薄いGaN層2とその上にハイ
ドライドVPE法により成長された十分に厚いGaN層
3とからなる単結晶のGaN基板が製造される。
【0037】以上のように、この第1の実施形態によれ
ば、c面サファイア基板1上にMOCVD法により4μ
m/h以下の成長速度で薄いGaN層2を成長させてい
ることにより、GaN層2の表面荒れやクラックの発生
が抑えられ、結晶性も良好とすることができる。そし
て、この良質のGaN層2上にハイドライドVPE法に
より、4μm/hよりも大きくかつ200μm/h以下
の成長速度で、基板の主要部となる十分に厚いGaN層
3を成長させていることにより、このGaN層3の表面
荒れやクラックの発生を抑え、結晶性も良好なものとす
ることができる。これによって、その後にc面サファイ
ア基板1を除去することにより、良質のGaN基板を得
ることができる。また、このGaN基板の主要部を構成
する厚いGaN層3の成長には成長速度が極めて大きい
ハイドライドVPE法を用いているので、例えば厚さ2
00μmのGaN層3を成長させるのに必要な時間は、
使用する成長速度にもよるが、例えば数時間程度と短時
間で済み、生産性が高い。さらに、このGaN基板は、
使用するc面サファイア基板1の径に応じて、例えば2
インチ径以上の大面積のものとすることができる。
ば、c面サファイア基板1上にMOCVD法により4μ
m/h以下の成長速度で薄いGaN層2を成長させてい
ることにより、GaN層2の表面荒れやクラックの発生
が抑えられ、結晶性も良好とすることができる。そし
て、この良質のGaN層2上にハイドライドVPE法に
より、4μm/hよりも大きくかつ200μm/h以下
の成長速度で、基板の主要部となる十分に厚いGaN層
3を成長させていることにより、このGaN層3の表面
荒れやクラックの発生を抑え、結晶性も良好なものとす
ることができる。これによって、その後にc面サファイ
ア基板1を除去することにより、良質のGaN基板を得
ることができる。また、このGaN基板の主要部を構成
する厚いGaN層3の成長には成長速度が極めて大きい
ハイドライドVPE法を用いているので、例えば厚さ2
00μmのGaN層3を成長させるのに必要な時間は、
使用する成長速度にもよるが、例えば数時間程度と短時
間で済み、生産性が高い。さらに、このGaN基板は、
使用するc面サファイア基板1の径に応じて、例えば2
インチ径以上の大面積のものとすることができる。
【0038】このようにして製造されるGaN基板は、
窒化物系III−V族化合物半導体を用いた各種の半導
体装置の製造に用いて好適なものである。すなわち、こ
のGaN基板上にMOCVD法などにより窒化物系II
I−V族化合物半導体層を成長させることにより、各種
の半導体装置を製造することができる。特に、このGa
N基板上に窒化物系III−V族化合物半導体層を成長
させて半導体レーザを製造する場合には、これらの窒化
物系III−V族化合物半導体層をGaN基板とともに
劈開することにより、半導体レーザの共振器端面を容易
に形成することができる。さらに、GaN層2、3をn
型とすればn型のGaN基板を得ることができ、GaN
層2、3をp型とすればp型のGaN基板を得ることが
でき、これらの場合にはGaN基板の裏面にn型電極ま
たはp型電極を形成することができるという利点を得る
ことができる。これによって、高信頼性の半導体レーザ
を高歩留まりで製造することが可能である。
窒化物系III−V族化合物半導体を用いた各種の半導
体装置の製造に用いて好適なものである。すなわち、こ
のGaN基板上にMOCVD法などにより窒化物系II
I−V族化合物半導体層を成長させることにより、各種
の半導体装置を製造することができる。特に、このGa
N基板上に窒化物系III−V族化合物半導体層を成長
させて半導体レーザを製造する場合には、これらの窒化
物系III−V族化合物半導体層をGaN基板とともに
劈開することにより、半導体レーザの共振器端面を容易
に形成することができる。さらに、GaN層2、3をn
型とすればn型のGaN基板を得ることができ、GaN
層2、3をp型とすればp型のGaN基板を得ることが
でき、これらの場合にはGaN基板の裏面にn型電極ま
たはp型電極を形成することができるという利点を得る
ことができる。これによって、高信頼性の半導体レーザ
を高歩留まりで製造することが可能である。
【0039】次に、この発明の第2の実施形態について
説明する。
説明する。
【0040】この第2の実施形態においては、GaN基
板の主要部を構成するGaN層3をハイドライドVPE
法により成長させるためのハイドライドVPE装置とし
て図3に示すようなものを用いる。その他のことは、第
1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
板の主要部を構成するGaN層3をハイドライドVPE
法により成長させるためのハイドライドVPE装置とし
て図3に示すようなものを用いる。その他のことは、第
1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【0041】図3に示すように、このハイドライドVP
E装置においては、石英ガラス製の反応管31内に設置
されたサセプタ32上に、GaN層2を成長させたc面
サファイア基板1が置かれ、また、反応管31の上流部
分は仕切り板33により上下二つの部分に分離されてい
る。この場合、Ga原料としては有機金属化合物である
TMG34を用い、このTMG34が入れられたバブラ
35内に配管36を介してN2 ガスをキャリアガスとし
て供給し、それによるバブリングにより発生するTMG
ガスを配管37を介して、反応管31の仕切り板33の
上側の部分に供給するとともに、配管38を介してN2
ガスをキャリアガスとして供給する。符号39はバイパ
ス配管を示す。バブラ35から供給されるTMGガス
の、配管37とバイパス配管39との間の切り換えは、
バルブ40、41の開閉によって行う。さらに、反応管
31の仕切り板33の上側の部分には、配管42を介し
てHClガスを供給するとともに、配管43を介してN
2 ガスをキャリアガスとして供給することができるよう
になっている。一方、反応管31の仕切り板33の下側
の部分には、配管44を介してNH3 ガスを供給すると
ともに、配管45を介してN2 ガスをキャリアガスとし
て供給することができるようになっている。ここで、反
応管31は、外部に設置されたヒーター46により、そ
の長手方向に所要の温度勾配がつくように加熱してお
く。符号47〜52はガスの流量制御のためのマスフロ
ーコントローラーを示す。
E装置においては、石英ガラス製の反応管31内に設置
されたサセプタ32上に、GaN層2を成長させたc面
サファイア基板1が置かれ、また、反応管31の上流部
分は仕切り板33により上下二つの部分に分離されてい
る。この場合、Ga原料としては有機金属化合物である
TMG34を用い、このTMG34が入れられたバブラ
35内に配管36を介してN2 ガスをキャリアガスとし
て供給し、それによるバブリングにより発生するTMG
ガスを配管37を介して、反応管31の仕切り板33の
上側の部分に供給するとともに、配管38を介してN2
ガスをキャリアガスとして供給する。符号39はバイパ
ス配管を示す。バブラ35から供給されるTMGガス
の、配管37とバイパス配管39との間の切り換えは、
バルブ40、41の開閉によって行う。さらに、反応管
31の仕切り板33の上側の部分には、配管42を介し
てHClガスを供給するとともに、配管43を介してN
2 ガスをキャリアガスとして供給することができるよう
になっている。一方、反応管31の仕切り板33の下側
の部分には、配管44を介してNH3 ガスを供給すると
ともに、配管45を介してN2 ガスをキャリアガスとし
て供給することができるようになっている。ここで、反
応管31は、外部に設置されたヒーター46により、そ
の長手方向に所要の温度勾配がつくように加熱してお
く。符号47〜52はガスの流量制御のためのマスフロ
ーコントローラーを示す。
【0042】この第2の実施形態によっても、第1の実
施形態と同様な利点を得ることができる。
施形態と同様な利点を得ることができる。
【0043】次に、この発明の第3の実施形態について
説明する。第1の実施形態および第2の実施形態におい
ては、GaN基板を製造する場合について説明したが、
この第3の実施形態においては、Ga1-x Inx N基板
(ただし、0<x≦1)を製造する場合について説明す
る。
説明する。第1の実施形態および第2の実施形態におい
ては、GaN基板を製造する場合について説明したが、
この第3の実施形態においては、Ga1-x Inx N基板
(ただし、0<x≦1)を製造する場合について説明す
る。
【0044】この第3の実施形態においては、まず、図
4Aに示すように、第1の実施形態と同様にして、例え
ばMOCVD法により、c面サファイア基板61上にG
a1- x Inx N層62を4μm/h以下の成長速度で成
長させる。ここで、このGa 1-x Inx N層62におい
て、0<x≦1である。
4Aに示すように、第1の実施形態と同様にして、例え
ばMOCVD法により、c面サファイア基板61上にG
a1- x Inx N層62を4μm/h以下の成長速度で成
長させる。ここで、このGa 1-x Inx N層62におい
て、0<x≦1である。
【0045】Ga1-x Inx N層62の成長に引き続
き、MOCVD装置の反応管内において、例えばDES
を原料としてGa1-x Inx N層62上にS膜(図示せ
ず)を成長させてこのGa1-x Inx N層62の表面を
覆う。この後、c面サファイア基板61を反応管から取
り出す。このようにc面サファイア基板61を反応管か
ら取り出す前にGa1-x Inx N層62の表面をS膜で
覆っておく理由は、第1の実施形態において、c面サフ
ァイア基板1を反応管から取り出す前にGaN層2の表
面をS膜で覆っておく理由と同じである。
き、MOCVD装置の反応管内において、例えばDES
を原料としてGa1-x Inx N層62上にS膜(図示せ
ず)を成長させてこのGa1-x Inx N層62の表面を
覆う。この後、c面サファイア基板61を反応管から取
り出す。このようにc面サファイア基板61を反応管か
ら取り出す前にGa1-x Inx N層62の表面をS膜で
覆っておく理由は、第1の実施形態において、c面サフ
ァイア基板1を反応管から取り出す前にGaN層2の表
面をS膜で覆っておく理由と同じである。
【0046】次に、c面サファイア基板61をその裏面
側からラッピングすることにより、このc面サファイア
基板61の厚さを、次の工程でハイドライドVPE法に
より成長させるGa1-x Inx N層の厚さ以下にしてお
く。これは、c面サファイア基板61とこのGa1-x I
nx N層との間の熱膨張係数の違いにより、このGa
1-x Inx N層に欠陥が生成されたりクラックが発生し
たりするのを防止するためである。この後、図4Bに示
すように、c面サファイア基板61上のGa1-xInx
N層62上に、ハイドライドVPE法により、十分な厚
さ(例えば、200μm)のGa1-x Inx N層63を
成長させる。
側からラッピングすることにより、このc面サファイア
基板61の厚さを、次の工程でハイドライドVPE法に
より成長させるGa1-x Inx N層の厚さ以下にしてお
く。これは、c面サファイア基板61とこのGa1-x I
nx N層との間の熱膨張係数の違いにより、このGa
1-x Inx N層に欠陥が生成されたりクラックが発生し
たりするのを防止するためである。この後、図4Bに示
すように、c面サファイア基板61上のGa1-xInx
N層62上に、ハイドライドVPE法により、十分な厚
さ(例えば、200μm)のGa1-x Inx N層63を
成長させる。
【0047】このGa1-x Inx N層63の成長は、具
体的には、図5に示すハイドライドVPE装置を用いて
次のように行う。すなわち、Ga1-x Inx N層62を
成長させたc面サファイア基板61を、図5に示すハイ
ドライドVPE装置の石英ガラス製の反応管71内に設
置されたサセプタ72上に置く。反応管71の上流部分
は仕切り板73、74により三つの部分に分離されてお
り、その最上段の部分における仕切り板74上に単体の
原料であるIn75を入れたボート76を置き、中段の
部分における仕切り板73上に単体の原料であるGa7
7を入れたボート78を置く。ボート76が置かれた、
反応管71の仕切り板74の上側の部分には、配管79
を介してHClガスを供給するとともに、配管80を介
してN2ガスをキャリアガスとして供給することができ
るようになっている。また、反応管71の仕切り板73
と仕切り板74との間の部分には、配管81を介してH
Clガスを供給するとともに、配管82を介してN2 ガ
スをキャリアガスとして供給することができるようにな
っている。さらに、反応管71の最下段の部分には、配
管83を介してNH3 ガスを供給するとともに、配管8
4を介してN2 ガスをキャリアガスとして供給すること
ができるようになっている。ここで、反応管71は、外
部に設置されたヒーター85により、その長手方向に所
要の温度勾配がつくように加熱しておく。符号86〜9
1はガスの流量制御のためのマスフローコントローラー
を示す。
体的には、図5に示すハイドライドVPE装置を用いて
次のように行う。すなわち、Ga1-x Inx N層62を
成長させたc面サファイア基板61を、図5に示すハイ
ドライドVPE装置の石英ガラス製の反応管71内に設
置されたサセプタ72上に置く。反応管71の上流部分
は仕切り板73、74により三つの部分に分離されてお
り、その最上段の部分における仕切り板74上に単体の
原料であるIn75を入れたボート76を置き、中段の
部分における仕切り板73上に単体の原料であるGa7
7を入れたボート78を置く。ボート76が置かれた、
反応管71の仕切り板74の上側の部分には、配管79
を介してHClガスを供給するとともに、配管80を介
してN2ガスをキャリアガスとして供給することができ
るようになっている。また、反応管71の仕切り板73
と仕切り板74との間の部分には、配管81を介してH
Clガスを供給するとともに、配管82を介してN2 ガ
スをキャリアガスとして供給することができるようにな
っている。さらに、反応管71の最下段の部分には、配
管83を介してNH3 ガスを供給するとともに、配管8
4を介してN2 ガスをキャリアガスとして供給すること
ができるようになっている。ここで、反応管71は、外
部に設置されたヒーター85により、その長手方向に所
要の温度勾配がつくように加熱しておく。符号86〜9
1はガスの流量制御のためのマスフローコントローラー
を示す。
【0048】Ga1-x Inx N層63の成長に先立ち、
まず、反応管71内において、c面サファイア基板61
を成長温度に加熱することにより、Ga1-x Inx N層
62の表面のS膜を蒸発させて除去する。このとき、こ
の加熱時にGa1-x Inx N層62からNが脱離するの
を防止するために、反応管71内にはNH3 ガスを流し
ておく。
まず、反応管71内において、c面サファイア基板61
を成長温度に加熱することにより、Ga1-x Inx N層
62の表面のS膜を蒸発させて除去する。このとき、こ
の加熱時にGa1-x Inx N層62からNが脱離するの
を防止するために、反応管71内にはNH3 ガスを流し
ておく。
【0049】このようにしてS膜を除去した後、反応管
71の仕切り板74の上側の部分にHClガスおよびキ
ャリアガスとしてのN2 ガスを供給し、反応管71の仕
切り板73と仕切り板74との間の部分にHClガスお
よびキャリアガスとしてのN 2 ガスを供給し、反応管7
1の仕切り板73の下側の部分にNH3 ガスおよびキャ
リアガスとしてのN2 ガスを供給する。このとき、反応
管71の仕切り板74の上側の部分においては、HCl
とIn75との反応によりInClが生成されるととも
に、反応管71の仕切り板73と仕切り板74との間の
部分においては、HClとGa77との反応によりGa
Clが生成される。そして、これらのInClおよびG
aClと反応管71の仕切り板73の下側の部分に供給
されたNH3 とがサセプタ72の上方で合流することに
より、c面サファイア基板61上のGa1-x Inx N層
62上にGa1-x Inx N層63が成長する。このGa
1- x Inx N層63の成長速度は、4μm/hよりも大
きくかつ200μm/h以下の範囲内で、他に支障のな
い限りできるだけ大きく選ぶ。このときの典型的な成長
条件の一例を挙げると、HCl流量は20μmol/m
in、NH3 流量は1SLM、N2 流量は0.5SL
M、ボート76内のIn75の付近の温度は750℃、
ボート78内のGa77の付近の温度は800℃、サセ
プタ72上に置かれたc面サファイア基板61の部分の
温度は980℃である。なお、反応管71内に供給され
たガスは、最終的には除害装置に送られて除害処理が行
われる。
71の仕切り板74の上側の部分にHClガスおよびキ
ャリアガスとしてのN2 ガスを供給し、反応管71の仕
切り板73と仕切り板74との間の部分にHClガスお
よびキャリアガスとしてのN 2 ガスを供給し、反応管7
1の仕切り板73の下側の部分にNH3 ガスおよびキャ
リアガスとしてのN2 ガスを供給する。このとき、反応
管71の仕切り板74の上側の部分においては、HCl
とIn75との反応によりInClが生成されるととも
に、反応管71の仕切り板73と仕切り板74との間の
部分においては、HClとGa77との反応によりGa
Clが生成される。そして、これらのInClおよびG
aClと反応管71の仕切り板73の下側の部分に供給
されたNH3 とがサセプタ72の上方で合流することに
より、c面サファイア基板61上のGa1-x Inx N層
62上にGa1-x Inx N層63が成長する。このGa
1- x Inx N層63の成長速度は、4μm/hよりも大
きくかつ200μm/h以下の範囲内で、他に支障のな
い限りできるだけ大きく選ぶ。このときの典型的な成長
条件の一例を挙げると、HCl流量は20μmol/m
in、NH3 流量は1SLM、N2 流量は0.5SL
M、ボート76内のIn75の付近の温度は750℃、
ボート78内のGa77の付近の温度は800℃、サセ
プタ72上に置かれたc面サファイア基板61の部分の
温度は980℃である。なお、反応管71内に供給され
たガスは、最終的には除害装置に送られて除害処理が行
われる。
【0050】次に、このようにしてGa1-x Inx N層
63が成長されたc面サファイア基板61を反応管71
から取り出した後、図4Cに示すように、例えばCVD
法によりGa1-x Inx N層63上にSiO2 膜64を
成膜してこのGa1-x InxN層63の表面を覆う。
63が成長されたc面サファイア基板61を反応管71
から取り出した後、図4Cに示すように、例えばCVD
法によりGa1-x Inx N層63上にSiO2 膜64を
成膜してこのGa1-x InxN層63の表面を覆う。
【0051】次に、図4Dに示すように、c面サファイ
ア基板61を例えばウエットエッチング法によりエッチ
ング除去する。このウエットエッチングは、例えば、H
3 PO4 −H2 SO4 系のエッチング液(例えば、H3
PO4 :H2 SO4 =1:1)を用いて285℃で行
う。さらに、例えばHF系のエッチング液を用いたウエ
ットエッチング法によりSiO2 膜64をエッチング除
去する。
ア基板61を例えばウエットエッチング法によりエッチ
ング除去する。このウエットエッチングは、例えば、H
3 PO4 −H2 SO4 系のエッチング液(例えば、H3
PO4 :H2 SO4 =1:1)を用いて285℃で行
う。さらに、例えばHF系のエッチング液を用いたウエ
ットエッチング法によりSiO2 膜64をエッチング除
去する。
【0052】この後、Ga1-x Inx N層63の表面を
成長表面として用いる場合にはこのGa1-x Inx N層
63の表面を、また、Ga1-x Inx N層62の表面を
成長表面として用いる場合にはこのGa1-x Inx N層
62の表面を、気相エッチング法、液相化学エッチング
法、機械的化学ポリッシング法などを用いてエッチング
またはポリッシングを行うことにより平坦化するととも
に、良質な表面状態とする。
成長表面として用いる場合にはこのGa1-x Inx N層
63の表面を、また、Ga1-x Inx N層62の表面を
成長表面として用いる場合にはこのGa1-x Inx N層
62の表面を、気相エッチング法、液相化学エッチング
法、機械的化学ポリッシング法などを用いてエッチング
またはポリッシングを行うことにより平坦化するととも
に、良質な表面状態とする。
【0053】以上により、図4Eに示すように、MOC
VD法により成長された薄いGa1- x Inx N層62と
その上にハイドライドVPE法により成長された十分に
厚いGa1-x Inx N層63とからなる単結晶のGa
1-x Inx N基板が製造される。
VD法により成長された薄いGa1- x Inx N層62と
その上にハイドライドVPE法により成長された十分に
厚いGa1-x Inx N層63とからなる単結晶のGa
1-x Inx N基板が製造される。
【0054】以上のように、この第3の実施形態によれ
ば、c面サファイア基板61上にMOCVD法により4
μm/h以下の成長速度で薄いGa1-x Inx N層62
を成長させていることにより、Ga1-x Inx N層62
の表面荒れやクラックの発生が抑えられ、結晶性も良好
とすることができる。そして、この良質のGa1-x In
x N層62上にハイドライドVPE法により、4μm/
hよりも大きくかつ200μm/h以下の成長速度で、
基板の主要部となる十分に厚いGa1-x InxN層63
を成長させていることにより、このGa1-x Inx N層
63の表面荒れやクラックの発生を抑え、結晶性も良好
なものとすることができ、これによって良質のGa1-x
Inx N基板を得ることができる。また、このGa1-x
Inx N基板の主要部を構成する厚いGa1-x Inx N
層63の成長には成長速度が極めて大きいハイドライド
VPE法を用いているので、例えば厚さ200μmのG
a 1-x Inx N基板を得るのに必要な時間は、使用する
成長速度にもよるが、例えば数時間程度と短時間で済
み、生産性が高い。さらに、このGa1-x Inx N基板
は、使用するc面サファイア基板61の径に応じて、例
えば2インチ径以上の大面積のものとすることができ
る。
ば、c面サファイア基板61上にMOCVD法により4
μm/h以下の成長速度で薄いGa1-x Inx N層62
を成長させていることにより、Ga1-x Inx N層62
の表面荒れやクラックの発生が抑えられ、結晶性も良好
とすることができる。そして、この良質のGa1-x In
x N層62上にハイドライドVPE法により、4μm/
hよりも大きくかつ200μm/h以下の成長速度で、
基板の主要部となる十分に厚いGa1-x InxN層63
を成長させていることにより、このGa1-x Inx N層
63の表面荒れやクラックの発生を抑え、結晶性も良好
なものとすることができ、これによって良質のGa1-x
Inx N基板を得ることができる。また、このGa1-x
Inx N基板の主要部を構成する厚いGa1-x Inx N
層63の成長には成長速度が極めて大きいハイドライド
VPE法を用いているので、例えば厚さ200μmのG
a 1-x Inx N基板を得るのに必要な時間は、使用する
成長速度にもよるが、例えば数時間程度と短時間で済
み、生産性が高い。さらに、このGa1-x Inx N基板
は、使用するc面サファイア基板61の径に応じて、例
えば2インチ径以上の大面積のものとすることができ
る。
【0055】このようにして製造されるGa1-x Inx
N基板は、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた
各種の半導体装置の製造に用いて好適なものである。す
なわち、このGa1-x Inx N基板上にMOCVD法な
どにより窒化物系III−V族化合物半導体層を成長さ
せることにより、各種の半導体装置を製造することがで
きる。特に、このGa1-x Inx N基板上に窒化物系I
II−V族化合物半導体層を成長させて半導体レーザを
製造する場合には、これらの窒化物系III−V族化合
物半導体層をGa1-x Inx N基板とともに劈開するこ
とにより、半導体レーザの共振器端面を容易に形成する
ことができる。さらに、Ga1-x InxN層62、63
をn型とすればn型のGa1-x Inx N基板を得ること
ができ、Ga1-x Inx N層62、63をp型とすれば
p型のGa1-x Inx N基板を得ることができ、これら
の場合にはGa1-x Inx N基板の裏面にn型電極また
はp型電極を形成することができるという利点を得るこ
とができる。これによって、高信頼性の半導体レーザを
高歩留まりで製造することが可能である。
N基板は、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた
各種の半導体装置の製造に用いて好適なものである。す
なわち、このGa1-x Inx N基板上にMOCVD法な
どにより窒化物系III−V族化合物半導体層を成長さ
せることにより、各種の半導体装置を製造することがで
きる。特に、このGa1-x Inx N基板上に窒化物系I
II−V族化合物半導体層を成長させて半導体レーザを
製造する場合には、これらの窒化物系III−V族化合
物半導体層をGa1-x Inx N基板とともに劈開するこ
とにより、半導体レーザの共振器端面を容易に形成する
ことができる。さらに、Ga1-x InxN層62、63
をn型とすればn型のGa1-x Inx N基板を得ること
ができ、Ga1-x Inx N層62、63をp型とすれば
p型のGa1-x Inx N基板を得ることができ、これら
の場合にはGa1-x Inx N基板の裏面にn型電極また
はp型電極を形成することができるという利点を得るこ
とができる。これによって、高信頼性の半導体レーザを
高歩留まりで製造することが可能である。
【0056】次に、この発明の第4の実施形態について
説明する。第1の実施形態および第2の実施形態におい
てはGaN基板を製造する場合について説明し、第3の
実施形態においてはGa1-x Inx N基板を製造する場
合について説明したが、この第4の実施形態において
は、より一般的に、Bw Alx Gay Inz N(ただ
し、0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦
1、w+x+y+z=1)基板を製造する場合について
説明する。
説明する。第1の実施形態および第2の実施形態におい
てはGaN基板を製造する場合について説明し、第3の
実施形態においてはGa1-x Inx N基板を製造する場
合について説明したが、この第4の実施形態において
は、より一般的に、Bw Alx Gay Inz N(ただ
し、0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦
1、w+x+y+z=1)基板を製造する場合について
説明する。
【0057】この第4の実施形態においては、まず、図
6Aに示すように、第1の実施形態と同様にして、例え
ばMOCVD法により、c面サファイア基板101上に
BwAlx Gay Inz N層102を成長させる。ただ
し、このBw Alx Gay Inz N層102において、
0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、w
+x+y+z=1である。
6Aに示すように、第1の実施形態と同様にして、例え
ばMOCVD法により、c面サファイア基板101上に
BwAlx Gay Inz N層102を成長させる。ただ
し、このBw Alx Gay Inz N層102において、
0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、w
+x+y+z=1である。
【0058】Bw Alx Gay Inz N層102の成長
に引き続き、MOCVD装置の反応管内において、例え
ばDESを原料としてBw Alx Gay Inz N層10
2上にS膜(図示せず)を成長させてこのBw Alx G
ay Inz N層102の表面を覆う。この後、c面サフ
ァイア基板101を反応管から取り出す。このようにc
面サファイア基板101を反応管から取り出す前にBw
Alx Gay Inz N層102の表面をS膜で覆ってお
く理由は、第1の実施形態において、c面サファイア基
板1を反応管から取り出す前にGaN層2の表面をS膜
で覆っておく理由と同じである。
に引き続き、MOCVD装置の反応管内において、例え
ばDESを原料としてBw Alx Gay Inz N層10
2上にS膜(図示せず)を成長させてこのBw Alx G
ay Inz N層102の表面を覆う。この後、c面サフ
ァイア基板101を反応管から取り出す。このようにc
面サファイア基板101を反応管から取り出す前にBw
Alx Gay Inz N層102の表面をS膜で覆ってお
く理由は、第1の実施形態において、c面サファイア基
板1を反応管から取り出す前にGaN層2の表面をS膜
で覆っておく理由と同じである。
【0059】次に、c面サファイア基板101をその裏
面側からラッピングすることにより、このc面サファイ
ア基板101の厚さを、次の工程でハイドライドVPE
法により成長させるBw Alx Gay Inz N層の厚さ
以下にしておく。これは、c面サファイア基板101と
このBw Alx Gay Inz N層との間の熱膨張係数の
差に起因して、このBw Alx Gay Inz N層に欠陥
が生成されたりクラックが発生したりするのを防止する
ためである。この後、図6Bに示すように、c面サファ
イア基板101上のBw Alx Gay Inz N層102
上に、ハイドライドVPE法により、十分な厚さ(例え
ば、200μm)のBw Alx Gay Inz N層103
を成長させる。
面側からラッピングすることにより、このc面サファイ
ア基板101の厚さを、次の工程でハイドライドVPE
法により成長させるBw Alx Gay Inz N層の厚さ
以下にしておく。これは、c面サファイア基板101と
このBw Alx Gay Inz N層との間の熱膨張係数の
差に起因して、このBw Alx Gay Inz N層に欠陥
が生成されたりクラックが発生したりするのを防止する
ためである。この後、図6Bに示すように、c面サファ
イア基板101上のBw Alx Gay Inz N層102
上に、ハイドライドVPE法により、十分な厚さ(例え
ば、200μm)のBw Alx Gay Inz N層103
を成長させる。
【0060】このBw Alx Gay Inz N層103の
成長は、具体的には、図7に示すハイドライドVPE装
置を用いて次のように行う。すなわち、Bw Alx Ga
y Inz N層102を成長させたc面サファイア基板1
01を、図7に示すハイドライドVPE装置の石英ガラ
ス製の反応管111内に設置されたサセプタ112上に
置く。反応管111の上流部分は仕切り板113、11
4、115、116により五つの部分に分離されてい
る。この場合、B原料としては有機金属化合物であるト
リエチルホウ素(TEB、B(C2 H5 )3 )117を
用い、Al原料としては有機金属化合物であるトリメチ
ルアルミニウム(TMA、Al(CH3 ) 3 )118を
用いる。そして、TEB117が入れられたバブラ11
9内に配管120を介してN2 ガスをキャリアガスとし
て供給し、それによるバブリングにより発生するTEB
ガスを配管121を介して、反応管111の仕切り板1
16の上側の部分に供給する。この反応管111の仕切
り板116の上側の部分にはさらに、配管122を介し
てHClガスを供給する。また、TMA118が入れら
れたバブラ120´内に配管123を介してN2 ガスを
キャリアガスとして供給し、それによるバブリングによ
り発生するTMAガスを配管124を介して、反応管1
11の仕切り板115と仕切り板116との間の部分に
供給する。符号125、126はバイパス配管を示す。
ここで、バブラ119から供給されるTEBガスの、配
管121とバイパス配管125との間の切り換えは、バ
ルブ127、128の開閉によって行う。また、バブラ
120から供給されるTMAガスバイパス配管126と
の間の切り換えは、バルブ129、130の開閉によっ
て行う。反応管111の仕切り板114と仕切り板11
5との間の部分における仕切り板114上には単体の原
料であるIn131を入れたボート132を置く。この
ボート132が置かれた、反応管111の仕切り板11
4と仕切り板115との間の部分には、配管133を介
してHClガスを供給するとともに、配管134を介し
てN2 ガスをキャリアガスとして供給することができる
ようになっている。また、反応管111の仕切り板11
3と仕切り板114との間の部分における仕切り板11
3上には単体の原料であるGa135を入れたボート1
36を置く。このボート136が置かれた、反応管11
1の仕切り板113と仕切り板114との間の部分に
は、配管137を介してHClガスを供給するととも
に、配管138を介してN2 ガスをキャリアガスとして
供給することができるようになっている。さらに、反応
管111の仕切り板113の下側の部分には、配管13
9を介してNH3 ガスを供給するとともに、配管140
を介してN2 ガスをキャリアガスとして供給することが
できるようになっている。ここで、反応管111は、外
部に設置されたヒーター141により、その長手方向に
所要の温度勾配がつくように加熱しておく。符号142
〜151はガスの流量制御のためのマスフローコントロ
ーラーを示す。
成長は、具体的には、図7に示すハイドライドVPE装
置を用いて次のように行う。すなわち、Bw Alx Ga
y Inz N層102を成長させたc面サファイア基板1
01を、図7に示すハイドライドVPE装置の石英ガラ
ス製の反応管111内に設置されたサセプタ112上に
置く。反応管111の上流部分は仕切り板113、11
4、115、116により五つの部分に分離されてい
る。この場合、B原料としては有機金属化合物であるト
リエチルホウ素(TEB、B(C2 H5 )3 )117を
用い、Al原料としては有機金属化合物であるトリメチ
ルアルミニウム(TMA、Al(CH3 ) 3 )118を
用いる。そして、TEB117が入れられたバブラ11
9内に配管120を介してN2 ガスをキャリアガスとし
て供給し、それによるバブリングにより発生するTEB
ガスを配管121を介して、反応管111の仕切り板1
16の上側の部分に供給する。この反応管111の仕切
り板116の上側の部分にはさらに、配管122を介し
てHClガスを供給する。また、TMA118が入れら
れたバブラ120´内に配管123を介してN2 ガスを
キャリアガスとして供給し、それによるバブリングによ
り発生するTMAガスを配管124を介して、反応管1
11の仕切り板115と仕切り板116との間の部分に
供給する。符号125、126はバイパス配管を示す。
ここで、バブラ119から供給されるTEBガスの、配
管121とバイパス配管125との間の切り換えは、バ
ルブ127、128の開閉によって行う。また、バブラ
120から供給されるTMAガスバイパス配管126と
の間の切り換えは、バルブ129、130の開閉によっ
て行う。反応管111の仕切り板114と仕切り板11
5との間の部分における仕切り板114上には単体の原
料であるIn131を入れたボート132を置く。この
ボート132が置かれた、反応管111の仕切り板11
4と仕切り板115との間の部分には、配管133を介
してHClガスを供給するとともに、配管134を介し
てN2 ガスをキャリアガスとして供給することができる
ようになっている。また、反応管111の仕切り板11
3と仕切り板114との間の部分における仕切り板11
3上には単体の原料であるGa135を入れたボート1
36を置く。このボート136が置かれた、反応管11
1の仕切り板113と仕切り板114との間の部分に
は、配管137を介してHClガスを供給するととも
に、配管138を介してN2 ガスをキャリアガスとして
供給することができるようになっている。さらに、反応
管111の仕切り板113の下側の部分には、配管13
9を介してNH3 ガスを供給するとともに、配管140
を介してN2 ガスをキャリアガスとして供給することが
できるようになっている。ここで、反応管111は、外
部に設置されたヒーター141により、その長手方向に
所要の温度勾配がつくように加熱しておく。符号142
〜151はガスの流量制御のためのマスフローコントロ
ーラーを示す。
【0061】Bw Alx Gay Inz N層103の成長
に先立ち、まず、反応管111内において、c面サファ
イア基板101を成長温度に加熱することにより、Bw
Al x Gay Inz N層102の表面のS膜を蒸発させ
て除去する。このとき、この加熱時にBw Alx Gay
Inz N層62からNが脱離するのを防止するために、
反応管111内にはNH3 ガスを流しておく。
に先立ち、まず、反応管111内において、c面サファ
イア基板101を成長温度に加熱することにより、Bw
Al x Gay Inz N層102の表面のS膜を蒸発させ
て除去する。このとき、この加熱時にBw Alx Gay
Inz N層62からNが脱離するのを防止するために、
反応管111内にはNH3 ガスを流しておく。
【0062】このようにしてS膜を除去した後、反応管
111の仕切り板116の上側の部分にTEBガスおよ
びHClガスを供給し、反応管111の仕切り板115
と仕切り板116との間の部分にTMAガスおよびHC
lガスを供給し、反応管111の仕切り板114と仕切
り板115との間の部分にHClガスおよびキャリアガ
スとしてのN2 ガスを供給し、反応管111の仕切り板
113と仕切り板114との間の部分にHClガスおよ
びキャリアガスとしてのN2 ガスを供給し、反応管11
1の仕切り板113の下側の部分にNH3 ガスおよびキ
ャリアガスとしてのN2 ガスを供給する。このとき、反
応管111の仕切り板114と仕切り板115との間の
部分においては、HClとIn131との反応によりI
nClが生成されるとともに、反応管111の仕切り板
113と仕切り板114との間の部分においては、HC
lとGa135との反応によりGaClが生成される。
そして、これらのInClおよびGaClと、反応管1
11の仕切り板116の上側の部分に供給されたTEB
ガスと、反応管111の仕切り板115と仕切り板11
6との間の部分に供給されたTMAガスと、反応管11
1の仕切り板113の下側の部分に供給されたNH3 と
がサセプタ112の上方で合流することにより、c面サ
ファイア基板101上のBw Alx Gay Inz N層1
02上にBwAlx Gay Inz N層103が成長す
る。このBw Alx Gay Inz N層103の成長速度
は、4μm/hよりも大きくかつ200μm/h以下の
範囲内で、他に支障のない限りできるだけ大きく選ぶ。
このときの典型的な成長条件の一例を挙げると、TEB
流量は40μmol/min、TMA流量は50μmo
l/min、HCl流量は20μmol/min、NH
3 流量は1SLM、N2 流量は0.5SLM、ボート1
32内のIn131の付近の温度は750℃、ボート1
36内のGa135の付近の温度は800℃、サセプタ
112上に置かれたc面サファイア基板101の部分の
温度は980℃である。
111の仕切り板116の上側の部分にTEBガスおよ
びHClガスを供給し、反応管111の仕切り板115
と仕切り板116との間の部分にTMAガスおよびHC
lガスを供給し、反応管111の仕切り板114と仕切
り板115との間の部分にHClガスおよびキャリアガ
スとしてのN2 ガスを供給し、反応管111の仕切り板
113と仕切り板114との間の部分にHClガスおよ
びキャリアガスとしてのN2 ガスを供給し、反応管11
1の仕切り板113の下側の部分にNH3 ガスおよびキ
ャリアガスとしてのN2 ガスを供給する。このとき、反
応管111の仕切り板114と仕切り板115との間の
部分においては、HClとIn131との反応によりI
nClが生成されるとともに、反応管111の仕切り板
113と仕切り板114との間の部分においては、HC
lとGa135との反応によりGaClが生成される。
そして、これらのInClおよびGaClと、反応管1
11の仕切り板116の上側の部分に供給されたTEB
ガスと、反応管111の仕切り板115と仕切り板11
6との間の部分に供給されたTMAガスと、反応管11
1の仕切り板113の下側の部分に供給されたNH3 と
がサセプタ112の上方で合流することにより、c面サ
ファイア基板101上のBw Alx Gay Inz N層1
02上にBwAlx Gay Inz N層103が成長す
る。このBw Alx Gay Inz N層103の成長速度
は、4μm/hよりも大きくかつ200μm/h以下の
範囲内で、他に支障のない限りできるだけ大きく選ぶ。
このときの典型的な成長条件の一例を挙げると、TEB
流量は40μmol/min、TMA流量は50μmo
l/min、HCl流量は20μmol/min、NH
3 流量は1SLM、N2 流量は0.5SLM、ボート1
32内のIn131の付近の温度は750℃、ボート1
36内のGa135の付近の温度は800℃、サセプタ
112上に置かれたc面サファイア基板101の部分の
温度は980℃である。
【0063】次に、このようにしてBw Alx Gay I
nz N層103が成長されたc面サファイア基板101
を反応管111から取り出した後、図6Cに示すよう
に、例えばCVD法によりBw Alx Gay Inz N層
103上にSiO2 膜104を成膜してこのBw Alx
Gay Inz N層104の表面を覆う。
nz N層103が成長されたc面サファイア基板101
を反応管111から取り出した後、図6Cに示すよう
に、例えばCVD法によりBw Alx Gay Inz N層
103上にSiO2 膜104を成膜してこのBw Alx
Gay Inz N層104の表面を覆う。
【0064】次に、図6Dに示すように、c面サファイ
ア基板101を例えばウエットエッチング法によりエッ
チング除去する。このウエットエッチングは、例えば、
H3PO4 −H2 SO4 系のエッチング液(例えば、H
3 PO4 :H2 SO4 =1:1)を用いて285℃で行
う。この後、例えばHF系のエッチング液を用いたウエ
ットエッチング法によりSiO2 膜104をエッチング
除去する。
ア基板101を例えばウエットエッチング法によりエッ
チング除去する。このウエットエッチングは、例えば、
H3PO4 −H2 SO4 系のエッチング液(例えば、H
3 PO4 :H2 SO4 =1:1)を用いて285℃で行
う。この後、例えばHF系のエッチング液を用いたウエ
ットエッチング法によりSiO2 膜104をエッチング
除去する。
【0065】この後、Bw Alx Gay Inz N層10
3の表面を成長表面として用いる場合にはこのBw Al
x Gay Inz N層103の表面を、また、Bw Alx
Ga y Inz N層102の表面を成長表面として用いる
場合にはこのBw Alx Ga y Inz N層102の表面
を、気相エッチング法、液相化学エッチング法、機械的
化学ポリッシング法などを用いてエッチングまたはポリ
ッシングを行うことにより平坦化するとともに、良質な
表面状態とする。
3の表面を成長表面として用いる場合にはこのBw Al
x Gay Inz N層103の表面を、また、Bw Alx
Ga y Inz N層102の表面を成長表面として用いる
場合にはこのBw Alx Ga y Inz N層102の表面
を、気相エッチング法、液相化学エッチング法、機械的
化学ポリッシング法などを用いてエッチングまたはポリ
ッシングを行うことにより平坦化するとともに、良質な
表面状態とする。
【0066】以上により、図6Eに示すように、MOC
VD法により成長された薄いBw Alx Gay Inz N
層102とその上にハイドライドVPE法により成長さ
れた十分に厚いBw Alx Gay Inz N層103とか
らなる単結晶のBw Alx Gay Inz N基板が製造さ
れる。
VD法により成長された薄いBw Alx Gay Inz N
層102とその上にハイドライドVPE法により成長さ
れた十分に厚いBw Alx Gay Inz N層103とか
らなる単結晶のBw Alx Gay Inz N基板が製造さ
れる。
【0067】以上のように、この第4の実施形態によれ
ば、c面サファイア基板101上にMOCVD法により
4μm/h以下の成長速度で薄いBw Alx Gay In
z N層102を成長させていることにより、Bw Alx
Gay Inz N層102の表面荒れやクラックの発生が
抑えられ、結晶性も良好とすることができる。そして、
この良質のBw Alx Gay Inz N層102上にハイ
ドライドVPE法により基板の主要部となる十分に厚い
Bw Alx Gay Inz N層103を成長させているこ
とにより、このBw Alx Gay Inz N層103の表
面荒れやクラックの発生を抑え、結晶性も良好なものと
することができ、これによって良質のB w Alx Gay
Inz N基板を得ることができる。また、このBw Al
x GayInz N基板の主要部を構成する厚いBw Al
x Gay Inz N層103の成長には成長速度が極めて
大きいハイドライドVPE法を用いているので、例えば
厚さ200μmのGaN基板を得るのに必要な時間は、
使用する成長速度にもよるが、例えば数時間程度と短時
間で済み、生産性が高い。さらに、このBw AlxGa
y Inz N基板は、使用するc面サファイア基板101
の径に応じて、例えば2インチ径以上の大面積のものと
することができる。
ば、c面サファイア基板101上にMOCVD法により
4μm/h以下の成長速度で薄いBw Alx Gay In
z N層102を成長させていることにより、Bw Alx
Gay Inz N層102の表面荒れやクラックの発生が
抑えられ、結晶性も良好とすることができる。そして、
この良質のBw Alx Gay Inz N層102上にハイ
ドライドVPE法により基板の主要部となる十分に厚い
Bw Alx Gay Inz N層103を成長させているこ
とにより、このBw Alx Gay Inz N層103の表
面荒れやクラックの発生を抑え、結晶性も良好なものと
することができ、これによって良質のB w Alx Gay
Inz N基板を得ることができる。また、このBw Al
x GayInz N基板の主要部を構成する厚いBw Al
x Gay Inz N層103の成長には成長速度が極めて
大きいハイドライドVPE法を用いているので、例えば
厚さ200μmのGaN基板を得るのに必要な時間は、
使用する成長速度にもよるが、例えば数時間程度と短時
間で済み、生産性が高い。さらに、このBw AlxGa
y Inz N基板は、使用するc面サファイア基板101
の径に応じて、例えば2インチ径以上の大面積のものと
することができる。
【0068】このようにして製造されるBw Alx Ga
y Inz N基板は、窒化物系III−V族化合物半導体
を用いた各種の半導体装置の製造に用いて好適なもので
ある。すなわち、このBw Alx Gay Inz N基板上
にMOCVD法などにより窒化物系III−V族化合物
半導体層を成長させることにより、各種の半導体装置を
製造することができる。特に、このBw Alx Gay I
nz N基板上に窒化物系III−V族化合物半導体層を
成長させて半導体レーザを製造する場合には、これらの
窒化物系III−V族化合物半導体層をBw Alx Ga
y Inz N基板とともに劈開することにより、半導体レ
ーザの共振器端面を容易に形成することができる。さら
に、Bw Alx Gay Inz N層102、103をn型
とすればn型のBw Alx Gay Inz N基板を得るこ
とができ、Bw Alx Gay In z N層102、103
をp型とすればp型のBw Alx Gay Inz N基板を
得ることができ、これらの場合にはBw Alx Gay I
nz N基板の裏面にn型電極またはp型電極を形成する
ことができるという利点を得ることができる。これによ
って、高信頼性の半導体レーザを高歩留まりで製造する
ことが可能である。
y Inz N基板は、窒化物系III−V族化合物半導体
を用いた各種の半導体装置の製造に用いて好適なもので
ある。すなわち、このBw Alx Gay Inz N基板上
にMOCVD法などにより窒化物系III−V族化合物
半導体層を成長させることにより、各種の半導体装置を
製造することができる。特に、このBw Alx Gay I
nz N基板上に窒化物系III−V族化合物半導体層を
成長させて半導体レーザを製造する場合には、これらの
窒化物系III−V族化合物半導体層をBw Alx Ga
y Inz N基板とともに劈開することにより、半導体レ
ーザの共振器端面を容易に形成することができる。さら
に、Bw Alx Gay Inz N層102、103をn型
とすればn型のBw Alx Gay Inz N基板を得るこ
とができ、Bw Alx Gay In z N層102、103
をp型とすればp型のBw Alx Gay Inz N基板を
得ることができ、これらの場合にはBw Alx Gay I
nz N基板の裏面にn型電極またはp型電極を形成する
ことができるという利点を得ることができる。これによ
って、高信頼性の半導体レーザを高歩留まりで製造する
ことが可能である。
【0069】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【0070】例えば、上述の第1〜第4の実施形態にお
いて挙げた数値、基板および原料ガスはあくまでも例に
過ぎず、必要に応じて異なる数値、基板および原料ガス
を用いてもよい。具体的には、c面サファイア基板1、
61、101の代わりに、他の面方位のサファイア基板
を用いてもよいことは勿論、SiC基板やMgAl2O
4 基板などを用いてもよい。また、Ga原料としては、
TMGの代わりにTEGを用いてもよい。
いて挙げた数値、基板および原料ガスはあくまでも例に
過ぎず、必要に応じて異なる数値、基板および原料ガス
を用いてもよい。具体的には、c面サファイア基板1、
61、101の代わりに、他の面方位のサファイア基板
を用いてもよいことは勿論、SiC基板やMgAl2O
4 基板などを用いてもよい。また、Ga原料としては、
TMGの代わりにTEGを用いてもよい。
【0071】また、上述の第1の実施形態においては、
c面サファイア基板1上にGaN層2を成長させた後に
c面サファイア基板1をその裏面側からラッピングする
ことによりc面サファイア基板1をその後にハイドライ
ドVPE法により成長される厚いGaN層3よりも薄く
しているが、最初からGaN層3よりも薄いc面サファ
イア基板1を用い、その上にGaN層2およびGaN層
3を成長させるようにしてもよい。第3および第4の実
施形態においても同様である。
c面サファイア基板1上にGaN層2を成長させた後に
c面サファイア基板1をその裏面側からラッピングする
ことによりc面サファイア基板1をその後にハイドライ
ドVPE法により成長される厚いGaN層3よりも薄く
しているが、最初からGaN層3よりも薄いc面サファ
イア基板1を用い、その上にGaN層2およびGaN層
3を成長させるようにしてもよい。第3および第4の実
施形態においても同様である。
【0072】また、上述の第1の実施形態におけるGa
N層2、第2の実施形態におけるGa1-x Inx N層6
2および第3の実施形態におけるBw Alx Gay In
z N層102の成長には、MBE法を用いてもよい。ま
た、保護膜としてのSiO2膜4、64、104の代わ
りに、例えばプラズマCVD法などにより成膜されたS
iN膜などを用いてもよい。
N層2、第2の実施形態におけるGa1-x Inx N層6
2および第3の実施形態におけるBw Alx Gay In
z N層102の成長には、MBE法を用いてもよい。ま
た、保護膜としてのSiO2膜4、64、104の代わ
りに、例えばプラズマCVD法などにより成膜されたS
iN膜などを用いてもよい。
【0073】さらに、上述の第1の実施形態において
は、GaN層2の表面を覆うためのS膜はMOCVD法
により成長させているが、このS膜は、GaN層2を成
長させたc面サファイア基板1を硫化アンモニウム
((NH4 )2 Sx )中に適当な時間、例えば1分間程
度浸すことにより形成することも可能である。この場
合、S膜を形成した後には純水で洗浄し、その後N2 ブ
ローを行うことにより乾燥させる。第3の実施形態にお
いてGa1-x Inx N層62の表面を覆うためのS膜に
ついても、第4の実施形態においてBw Alx Gay I
nz N層102の表面を覆うためのS膜についても、同
様である。
は、GaN層2の表面を覆うためのS膜はMOCVD法
により成長させているが、このS膜は、GaN層2を成
長させたc面サファイア基板1を硫化アンモニウム
((NH4 )2 Sx )中に適当な時間、例えば1分間程
度浸すことにより形成することも可能である。この場
合、S膜を形成した後には純水で洗浄し、その後N2 ブ
ローを行うことにより乾燥させる。第3の実施形態にお
いてGa1-x Inx N層62の表面を覆うためのS膜に
ついても、第4の実施形態においてBw Alx Gay I
nz N層102の表面を覆うためのS膜についても、同
様である。
【0074】さらに、場合によっては、第1の実施形態
において、MOCVD装置の反応管内でS膜を形成しな
いでc面サファイア基板1を取り出し、ハイドライドV
PE装置の反応管内で例えば成長温度に加熱することに
より表面をサーマルクリーニングするだけで清浄表面を
得ることができることもある。
において、MOCVD装置の反応管内でS膜を形成しな
いでc面サファイア基板1を取り出し、ハイドライドV
PE装置の反応管内で例えば成長温度に加熱することに
より表面をサーマルクリーニングするだけで清浄表面を
得ることができることもある。
【0075】さらに、キャリアガスとしては、N2 以外
の不活性ガスを用いてもよく、必要に応じて水素を含む
ものであってもよい。
の不活性ガスを用いてもよく、必要に応じて水素を含む
ものであってもよい。
【0076】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、基板上に第1の気相成長法により第1の所定の成長
速度で第1のBw Alx Gay Inz N層を成長させる
工程と、第1のBw Alx Gay Inz N層上に第2の
気相成長法により第1の所定の成長速度よりも大きい第
2の所定の成長速度で第2のBw Alx Gay Inz N
層を成長させる工程とを有することにより、これらの第
1のBw Alx Gay In z N層および第2のBw Al
x Gay Inz N層を表面荒れやクラックがなく結晶性
も良好な良質のものとすることができる。また、第2の
Bw Alx Gay Inz N層を短時間で十分な厚さに成
長させることができる。そして、この後、これらの第1
のBw Alx Gay Inz N層および第2のBw Alx
Gay InzN層の成長に用いた基板を除去することに
より、Bw Alx Gay Inz N基板、具体的には例え
ばGaN基板などを高い生産性で製造することができ
る。
ば、基板上に第1の気相成長法により第1の所定の成長
速度で第1のBw Alx Gay Inz N層を成長させる
工程と、第1のBw Alx Gay Inz N層上に第2の
気相成長法により第1の所定の成長速度よりも大きい第
2の所定の成長速度で第2のBw Alx Gay Inz N
層を成長させる工程とを有することにより、これらの第
1のBw Alx Gay In z N層および第2のBw Al
x Gay Inz N層を表面荒れやクラックがなく結晶性
も良好な良質のものとすることができる。また、第2の
Bw Alx Gay Inz N層を短時間で十分な厚さに成
長させることができる。そして、この後、これらの第1
のBw Alx Gay Inz N層および第2のBw Alx
Gay InzN層の成長に用いた基板を除去することに
より、Bw Alx Gay Inz N基板、具体的には例え
ばGaN基板などを高い生産性で製造することができ
る。
【図1】この発明の第1の実施形態によるGaN基板の
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
【図2】この発明の第1の実施形態によるGaN基板の
製造に用いるハイドライドVPE装置の一例を示す略線
図である。
製造に用いるハイドライドVPE装置の一例を示す略線
図である。
【図3】この発明の第2の実施形態によるGaN基板の
製造に用いるハイドライドVPE装置の一例を示す略線
図である。
製造に用いるハイドライドVPE装置の一例を示す略線
図である。
【図4】この発明の第3の実施形態によるGa1-x In
x N基板の製造方法を説明するための断面図である。
x N基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図5】この発明の第3の実施形態によるGa1-x In
x N基板の製造に用いるハイドライドVPE装置の一例
を示す略線図である。
x N基板の製造に用いるハイドライドVPE装置の一例
を示す略線図である。
【図6】この発明の第4の実施形態によるBw Alx G
ay Inz N基板の製造方法を説明するための断面図で
ある。
ay Inz N基板の製造方法を説明するための断面図で
ある。
【図7】この発明の第4の実施形態によるBw Alx G
ay Inz N基板の製造に用いるハイドライドVPE装
置の一例を示す略線図である。
ay Inz N基板の製造に用いるハイドライドVPE装
置の一例を示す略線図である。
1、61、101・・・c面サファイア基板、2、3・
・・GaN層、4、64、104・・・SiO2 膜、1
1、71、111・・・反応管、62、63・・・Ga
1-x Inx N層、102、103・・・Bw Alx Ga
y Inz N層
・・GaN層、4、64、104・・・SiO2 膜、1
1、71、111・・・反応管、62、63・・・Ga
1-x Inx N層、102、103・・・Bw Alx Ga
y Inz N層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨岡 聡 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) 5F045 AA03 AA04 AA05 AB09 AB14 AC08 AC12 AF02 AF09 BB09 CA11 DA53
Claims (18)
- 【請求項1】 基板上に第1の気相成長法により第1の
所定の成長速度で第1のBw Alx Gay Inz N層
(ただし、0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦
z≦1、w+x+y+z=1)を成長させる工程と、 上記第1のBw Alx Gay Inz N層上に第2の気相
成長法により上記第1の所定の成長速度よりも大きい第
2の所定の成長速度で第2のBw Alx GayInz N
層(ただし、0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0
≦z≦1、w+x+y+z=1)を成長させる工程とを
有することを特徴とする窒化物系III−V族化合物半
導体層の成長方法。 - 【請求項2】 上記第1の所定の成長速度は4μm/h
以下であり、上記第2の成長速度は4μm/hよりも大
きくかつ200μm/h以下であることを特徴とする請
求項1記載の窒化物系III−V族化合物半導体層の成
長方法。 - 【請求項3】 上記第1の気相成長法は有機金属化学気
相成長法であり、上記第2の気相成長法はハイドライド
気相エピタキシー法であることを特徴とする請求項1記
載の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項4】 上記第1の気相成長法および上記第2の
気相成長法はそれぞれ有機金属化学気相成長法であるこ
とを特徴とする請求項1記載の窒化物系III−V族化
合物半導体層の成長方法。 - 【請求項5】 上記第1の気相成長法は分子線エピタキ
シー法であり、上記第2の気相成長法はハイドライド気
相エピタキシー法であることを特徴とする請求項1記載
の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項6】 上記第1の気相成長法は分子線エピタキ
シー法であり、上記第2の気相成長法は有機金属化学気
相成長法であることを特徴とする請求項1記載の窒化物
系III−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項7】 上記第1のBw Alx Gay Inz N層
の厚さは0.3〜10μmであることを特徴とする請求
項1記載の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長
方法。 - 【請求項8】 上記第1のBw Alx Gay Inz N層
の厚さは1〜5μmであることを特徴とする請求項1記
載の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項9】 上記第1のBw Alx Gay Inz N層
および上記第2のB w Alx Gay Inz N層はn型で
あり、n型不純物としてIV族元素であるC、Si、G
eおよびSnとVI族元素であるS、SeおよびTeと
からなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含むこ
とを特徴とする請求項1記載の窒化物系III−V族化
合物半導体層の成長方法。 - 【請求項10】 上記第1のBw Alx Gay Inz N
層および上記第2のBw Alx Gay Inz N層はp型
であり、p型不純物としてIV族元素であるC、Si、
GeおよびSnとII族元素であるBe、Mg、Ca、
ZnおよびCdとからなる群より選ばれた少なくとも一
種の元素を含むことを特徴とする請求項1記載の窒化物
系III−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項11】 上記n型不純物の原料は単体、有機化
合物または水素化物であることを特徴とする請求項9記
載の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項12】 上記p型不純物の原料は単体、有機化
合物または水素化物であることを特徴とする請求項10
記載の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方
法。 - 【請求項13】 III族元素であるB、Al、Gaお
よびInの原料として単体または上記III族元素を含
む有機金属化合物を用いることを特徴とする請求項1記
載の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項14】 上記基板はサファイア基板、炭化ケイ
素基板またはマグネシウム・アルミニウム・スピネル基
板であることを特徴とする請求項1記載の窒化物系II
I−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項15】 少なくとも上記第2のBw Alx Ga
y Inz N層を成長させる際における上記基板の厚さが
上記第2のBw Alx Gay Inz N層の厚さ以下であ
ることを特徴とする請求項1記載の窒化物系III−V
族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項16】 少なくとも上記第2のBw Alx Ga
y Inz N層を成長させる際における上記基板の厚さが
400μm以下であることを特徴とする請求項1記載の
窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項17】 少なくとも上記第2のBw Alx Ga
y Inz N層を成長させる際における上記基板の厚さが
200μm以下であることを特徴とする請求項1記載の
窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法。 - 【請求項18】 上記第1のBw Alx Gay Inz N
層および上記第2のBw Alx Gay Inz N層はGa
N層であることを特徴とする請求項1記載の窒化物系I
II−V族化合物半導体層の成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001113914A JP2001313254A (ja) | 2001-04-12 | 2001-04-12 | 窒化物系iii−v族化合物半導体層の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001113914A JP2001313254A (ja) | 2001-04-12 | 2001-04-12 | 窒化物系iii−v族化合物半導体層の成長方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32526096A Division JP3721674B2 (ja) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | 窒化物系iii−v族化合物半導体基板の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001313254A true JP2001313254A (ja) | 2001-11-09 |
Family
ID=18965071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001113914A Abandoned JP2001313254A (ja) | 2001-04-12 | 2001-04-12 | 窒化物系iii−v族化合物半導体層の成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001313254A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7645340B2 (en) | 2002-04-09 | 2010-01-12 | Tokyo University Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd. | Vapor phase growth method for A1-containing III-V group compound semiconductor, and method and device for producing A1-containing III-V group compound semiconductor |
-
2001
- 2001-04-12 JP JP2001113914A patent/JP2001313254A/ja not_active Abandoned
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7645340B2 (en) | 2002-04-09 | 2010-01-12 | Tokyo University Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd. | Vapor phase growth method for A1-containing III-V group compound semiconductor, and method and device for producing A1-containing III-V group compound semiconductor |
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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