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JP3179346B2 - 窒化ガリウム結晶の製造方法 - Google Patents

窒化ガリウム結晶の製造方法

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JP3179346B2
JP3179346B2 JP22489996A JP22489996A JP3179346B2 JP 3179346 B2 JP3179346 B2 JP 3179346B2 JP 22489996 A JP22489996 A JP 22489996A JP 22489996 A JP22489996 A JP 22489996A JP 3179346 B2 JP3179346 B2 JP 3179346B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば短波長の半
導体レーザや高温・高速動作トランジスタなどに利用で
きる、窒化ガリウム結晶の製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ光ディスクの読み出し・書
き込みのための光源として広く用いられている。光ディ
スクの単位面積当たりの記録可能情報量は、光源波長の
２乗に反比例するので、高密度記録実現のためにはレー
ザ光源の短波長化が必要不可欠である。窒化ガリウムは
禁制帯幅３．４ｅＶを有する直接遷移型半導体であり、
窒化アルミニウムおよび窒化インジウムとの混晶を形成
することが可能である。このため、半導体レーザ実現の
ために必要なダブルヘテロ接合構造を容易に形成できる
ので、波長４００ｎｍ前後の短波長レーザ材料として期
待されている。
【０００３】従来の窒化ガリウム結晶の製造方法におい
ては、基板にサファイアを用い、前記基板上に窒化アル
ミニウム薄膜または窒化ガリウム薄膜を形成し、前記窒
化アルミニウム薄膜または窒化ガリウム薄膜の成長温度
よりも高温にて窒化ガリウム結晶を形成していた。
【０００４】以下、従来の窒化ガリウム結晶の製造方法
について説明する。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来
の窒化ガリウム結晶の製造方法を説明するための工程順
断面図（フローチャート）である。同図において、５は
窒化ガリウム結晶、６は例えばサファイア基板、７は例
えば窒化アルミニウム薄膜である。サファイア基板６の
上に、例えば成長温度５５０℃でトリメチルアルミニウ
ムとアンモニアを反応させることにより窒化アルミニウ
ム薄膜７を約３００Ａ形成する。続いて、基板温度を例
えば１０５０℃に昇温し、トリメチルガリウムとアンモ
ニアを反応させることにより、窒化ガリウム結晶５を４
μｍの厚さに形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の窒化ガリウム結晶の製造方法では、サファ
イア基板と窒化ガリウム、窒化アンモニウムの格子定数
がそれぞれ六方晶ａ軸において４．７５８Ａ、３．１１
１Ａ、３．１８９Ａであるため、サファイア基板と窒化
ガリウム、窒化アルミニウムとの間で大きく異なること
になり、成長中に基板と成長層との間にストレスが生
じ、成長層側に転位またはクラックが発生する。上記の
従来例によれば、窒化ガリウム結晶の転位密度は１０9
ｃｍ-2程度と大きく、一般に、これより転位密度の小さ
い窒化ガリウム結晶を得ることが困難であった。また、
サファイア基板のへき開面方位と窒化ガリウムのへき開
面方位は３０度異なるため、良好な窒化ガリウムのへき
開を得ることができず、半導体レーザ装置を実現するの
に必要な共振器は、へき開以外の方法、例えばドライエ
ッチングなどにより行わねばならず、良好な共振器を得
るのに多くの困難をともなうのも実情であった。
【０００６】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、転位密度が小さく、また、へき開が容易にできる窒
化ガリウム結晶の製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム結
晶の製造方法は、半導体基板上に前記半導体基板とは格
子定数の異なる半導体薄膜と第１の窒化ガリウム結晶を
順次形成したのち前記半導体基板を除去し、続いて第２
の窒化ガリウム結晶を形成することにより、第２の窒化
ガリウム結晶中の転位密度が大幅に低減され、かつ容易
に特定の結晶面でへき開することができるという知見に
基づいて成されたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】具体的に請求項１の発明は、半導
体基板上に前記半導体基板とは格子定数の異なる半導体
薄膜と第１の窒化ガリウム結晶を順次形成し、続いて前
記半導体基板を除去した後に、前記第１の窒化ガリウム
結晶上に第２の窒化ガリウム結晶を形成するという構成
を有する。この構成により、前記半導体薄膜と第１およ
び第２の窒化ガリウムとの間のストレスによる結晶転位
およびクラックを、窒化ガリウム中ではなく、前記半導
体薄膜中に生じさせることができ、前記第２の窒化ガリ
ウム結晶中の転位密度を低減させることができる。さら
に窒化ガリウムの膜厚を半導体薄膜よりも十分に大きく
出来るので、例えば立方晶（１１０）面などの特定の結
晶面で窒化ガリウムをへき開することで、この面を共振
器端面とする半導体レーザ装置の実現が可能となる。
【０００９】請求項２の発明は、半導体基板上に前記半
導体基板とは格子定数の異なる半導体薄膜を形成した後
に、前記半導体基板を除去し、続いて前記半導体薄膜上
に窒化ガリウム結晶を形成するという構成を有する。こ
の構成により、前記半導体薄膜と前記窒化ガリウム結晶
との間のストレスによる結晶転位およびクラックを窒化
ガリウム結晶中ではなく前記半導体薄膜中に生じさせる
ことができ、転位密度を低減させることができる。さら
に窒化ガリウム結晶の膜厚を半導体薄膜よりも十分に大
きく出来るので、例えば立方晶（１１０）面などの特定
の結晶面で窒化ガリウムをへき開することが可能とな
り、したがって、このへき開面を半導体レーザ装置の共
振器に利用できる。
【００１０】 請求項３の発明は、半導体基板上に前記
半導体基板とは格子定数の異なる半導体薄膜と窒化ガリ
ウム結晶を順次形成した後、半導体基板を除去するとい
う構成を有する。この構成により、窒化ガリウムの膜厚
を半導体薄膜よりも十分に大きく出来るので、例えば立
方晶（１１０）面などの特定の結晶面で窒化ガリウムを
へき開することが可能となる。
【００１１】請求項４の発明は、シリコン基板上に炭化
ケイ素薄膜と第１の窒化ガリウム結晶を順次形成し、続
いて前記シリコン基板を除去した後に、前記第１の窒化
ガリウム結晶上に第２の窒化ガリウム結晶を形成する構
成を有する。この構成によれば、炭化ケイ素の格子定数
が立方晶の場合で４．３６Ａと窒化ガリウムの４．４９
Ａとその差がシリコン（格子定数が５．４３Ａ）と窒化
ガリウムの場合に比べると小さいため、炭化ケイ素薄膜
上に窒化ガリウムを形成することにより、２層間のスト
レスが小さく、したがって転位密度が低減でき、かつ窒
化ガリウムの特定の結晶面により窒化ガリウムをへき開
することが可能となる。
【００１２】請求項５の発明は、請求項２記載の発明に
おいて、シリコン基板上に炭化ケイ素薄膜を形成した後
に、前記シリコン基板を除去し、続いて前記炭化ケイ素
薄膜上に窒化ガリウム結晶を形成する構成を有する。
【００１３】請求項６の発明は、シリコン基板上に炭化
ケイ素薄膜と窒化ガリウム結晶を順次形成し、前記シリ
コン基板を除去する構成を有する。
【００１４】請求項７の発明は、シリコン基板を炭化水
素雰囲気で加熱することにより炭化ケイ素薄膜を形成す
る構成を有する。この構成により、窒化ガリウム結晶成
長における下地となる炭化ケイ素薄膜を均質で再現性よ
く形成することが可能となる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
【００１６】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
における窒化ガリウム結晶の製造方法を示す工程順断面
図である。同図において、１はシリコン基板、２は炭化
ケイ素薄膜、３は第１の窒化ガリウム結晶、４は第２の
窒化ガリウム結晶である。シリコン基板１の上に炭化ケ
イ素２を約５００Ａ形成し、続いて第１の窒化ガリウム
結晶３を約１μｍ形成する。続いて前記１，２および３
をＨＦとＨＮＯ3を混合した酸性溶液中に浸すことによ
り、シリコン基板１のみを除去する。さらに前記窒化ガ
リウム結晶３の上に第２の窒化ガリウム結晶４を約３０
μｍ形成する。従って、本実施例では、シリコン基板１
を除去することにより、窒化ガリウム結晶４の成長に際
して、２層間のストレスによる結晶転位およびクラック
を窒化ガリウム中ではなく前記炭化ケイ素２中に生じさ
せることができ、転位密度を低減させることができる。
さらに、窒化ガリウム膜厚は炭化ケイ素膜厚よりも十分
に大きくできるので、例えば立方晶（１１０）面などで
窒化ガリウム結晶をへき開することが可能である。
【００１７】（実施例２）図２は、本発明の第２の実施
例における窒化ガリウム結晶の製造方法を示す工程順断
面図である。同図において、１はシリコン基板、２は炭
化ケイ素薄膜、５は窒化ガリウム結晶である。シリコン
基板１の上に、炭化ケイ素２を約５０００Ａ形成し、続
いて前記シリコン基板１および炭化ケイ素２をＨＦとＨ
ＮＯ3を混合した酸性溶液中に浸すことにより、前記シ
リコン基板１のみを除去する。さらに、前記の炭化ケイ
素薄膜２の上に、窒化ガリウム結晶５を約３０μｍ形成
する。従って、本実施例では、前記シリコン基板１を除
去することにより、前記窒化ガリウム結晶５の成長に際
して、２層間のストレスによる結晶転位およびクラック
を窒化ガリウム中ではなく前記炭化ケイ素２中に生じさ
せることができ、転位密度を低減させることができる。
さらに、窒化ガリウム膜厚は炭化ケイ素膜厚よりも十分
に大きくできるので、例えば立方晶（１１０）面などで
窒化ガリウム結晶をへき開することが可能である。
【００１８】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
における窒化ガリウム結晶の製造方法を示す工程順断面
図である。同図において、１はシリコン基板、２は炭化
ケイ素薄膜、５は窒化ガリウム結晶である。シリコン基
板１の上に、炭化ケイ素２を約５００Ａ形成し、続いて
窒化ガリウム結晶５を約３０μｍ形成する。続いて前記
シリコン基板１、炭化ケイ素２および窒化ガリウム結晶
５を例えばＨＦとＨＮＯ3を混合した酸性溶液中に浸す
ことにより、前記シリコン基板１のみを除去する。従っ
て、本実施例では、前記シリコン基板１を除去すること
により、窒化ガリウム膜厚を炭化ケイ素膜厚よりも十分
に大きくできるので、例えば立方晶（１１０）面などで
窒化ガリウム結晶をへき開することが可能である。
【００１９】（実施例４）図４は本発明の第１，２，３
の実施例において、炭化ケイ素薄膜をシリコン基板上に
形成する第４の実施例での、成長温度および供給ガスの
タイム・チャートである。同図において、時間１から時
間２の間、例えばＣ3Ｈ8などの炭化水素雰囲気中でシリ
コン基板を室温から１３５０℃まで加熱し、さらには時
間２から時間３の間温度を一定に保った後に、炭化ケイ
素の供給を遮断し、例えば水素雰囲気中にて時間３から
時間４の間にて室温まで降温する。従って、本実施例で
は、シリコン基板を炭化水素雰囲気で加熱することによ
り、炭化ケイ素薄膜を均質で再現性よく形成することが
可能となる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板上に第２の半導体薄膜、続いて窒化ガリウム結
晶を形成し、前記半導体基板を前記窒化ガリウム結晶の
形成前あるいは形成後に除去することにより、転位密度
が低く、かつ、へき開可能な窒化ガリウム結晶を形成で
きるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の窒化ガリウム結晶の製
造方法を示す工程順断面図
【図２】本発明の第２の実施例の窒化ガリウム結晶の製
造方法を示す工程順断面図
【図３】本発明の第３の実施例の窒化ガリウム結晶の製
造方法を示す工程順断面図
【図４】本発明の第４の実施例の窒化ガリウム結晶の製
造方法におけるタイム・チャート
【図５】従来の窒化ガリウム結晶の製造方法を示す工程
順断面図
【符号の説明】
１ シリコン基板 ２ 炭化ケイ素薄膜 ３ 第１の窒化ガリウム結晶 ４ 第２の窒化ガリウム結晶 ５ 窒化ガリウム結晶 ６ サファイア基板 ７ 窒化アルミニウム薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−249499（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−56015（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−326416（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−335562（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−216050（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−273048（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−180025（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−72680（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 33/00 H01S 3/16

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上に前記半導体基板とは格子
    定数の異なる半導体薄膜と第１の窒化ガリウム結晶を順
    次形成し、続いて前記半導体基板を除去した後に、前記
    第１の窒化ガリウム結晶上に第２の窒化ガリウム結晶を
    形成することを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 半導体基板上に前記半導体基板とは格子
    定数の異なる半導体薄膜を形成した後に、前記半導体基
    板を除去し、続いて前記半導体薄膜上に窒化ガリウム結
    晶を形成することを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造
    方法。
  3. 【請求項３】 半導体基板上に前記半導体基板とは格子
    定数の異なる半導体薄膜と窒化ガリウム結晶を順次形成
    した後、半導体基板を除去することを特徴とする窒化ガ
    リウム結晶の製造方法。
  4. 【請求項４】 シリコン基板上に炭化ケイ素薄膜と第１
    の窒化ガリウム結晶を順次形成し、続いて前記シリコン
    基板を除去した後に、前記第１の窒化ガリウム結晶上に
    第２の窒化ガリウム結晶を形成することを特徴とする請
    求項１記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  5. 【請求項５】 シリコン基板上に炭化ケイ素薄膜を形成
    した後に、前記シリコン基板を除去し、続いて前記炭化
    ケイ素薄膜上に窒化ガリウム結晶を形成することを特徴
    とする請求項２記載の窒化ガリウム結晶の製造方法。
  6. 【請求項６】 シリコン基板上に炭化ケイ素薄膜と窒化
    ガリウム結晶を順次形成し、前記シリコン基板を除去す
    ることを特徴とする請求項３記載の窒化ガリウム結晶の
    製造方法。
  7. 【請求項７】 シリコン基板を炭化水素雰囲気で加熱す
    ることにより炭化ケイ素薄膜を形成することを特徴とす
    る請求項４，５又は６記載の窒化ガリウム結晶の製造方
    法。
JP22489996A 1996-08-27 1996-08-27 窒化ガリウム結晶の製造方法 Expired - Fee Related JP3179346B2 (ja)

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