ＧａＮ層の選択成長方法

• 只友 一行
• 星野 勝之

• 国立大学法人山口大学

窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＧａＮ系化合物半導体は、青色発光ダイオード、レーザダイオードさらには電子デバイス用の原材料として、従来より研究が進められている。
またＧａＮ系化合物では、ＬＥＤ素子の光取り出し効率向上や転位低減等のためのＧａＮ層の成長方法に関して多数の提案がなされている。その一つとして凹凸加工を施したサファイア基板上へのＧａＮ層の成長方法が試みられている。

凹凸を施した表面を有するサファイア基板上に普通にＧａＮを成長させると、図４のように凹凸部双方からＧａＮ層が成長する。図４(a)(b) はサファイアの面方位が異なる。紙面方向が、(a)ではサファイアのａ軸、(b)ではｍ軸である。
上記の成長方法によると、従来の成長方法で得られたＧａＮ層よりも特性は改善されるが、（ａ）の場合は凸部から成長するＧａＮ層が基板表面の転位等の欠陥を引き継いで成長するため転位密度が減少しない欠点があった。また、（ｂ）の場合は全体的に転位密度は減少するが、転位の減少の割合は小さい欠点があった。例えば非特許文献１によると、１０^８［ｃｍ^－２］オーダー以上の転位密度がなお残存していることが明記されている。

このため特許文献１では、凸部をシリコン酸化膜で被覆することにより、凸部からの成長を抑止してサファイア基板の凹部から成長を開始して、凸部上に横方向成長をさせるＧａＮ層の選択成長方法が提案されている。
ところがこの方法では、凸部をシリコン酸化膜で被覆するための工程をさらに必要とするという問題点を有する。
【特許文献１】
特開２００４－５５７９９号公報
【非特許文献１】
K.Tadatomo etal.,Jpn.J.Appl.Phys.40(2001)L583
【非特許文献２】
K.Tadatomo etal.,J.Light&Vis.Env.Vol.27,No3,2003

本発明は、ＧａＮ層の選択成長方法に関する。

• H01L  21/205     固体を析出させるガス状化合物の還元または分解を用いるもの，すなわち化学的析出を用いるもの
• C30B  29/38      窒化物
• C23C  16/34      窒化物

• 4G077AA03 薄膜状
• 4G077BE15 ＧａＮ
• 4G077DB08 有機金属化合物（ＭＯＣＶＤ）
• 4G077EA02 基板、反応ゾーンの
• 4G077EC09 原料ガス、供給ガス組成の（例、混合比）
• 4G077ED04 基板に特徴ある（例、形状、構造）
• 4G077ED06 基板材料の選択○
• 4G077HA02 発光材料（例、レーザー素子）
• 4G077HA12 基板材料（例、半導体、磁性材料、超電導体用）
• 4G077TA07 成長条件の特定（例、温度、圧力）
• 4G077TB05 有機金属気相成長法
• 4G077TC01 原料ガス、媒体、雰囲気
• 4G077TC06 基板温度
• 4G077TJ03 温度制御
• 4G077TJ05 組成制御（原料蒸発量制御）
• 4G077TK01 材質
• 4G077TK04 形状（例、凹凸、面取り、粗面）
• 4K030AA13 ＮＨ３系主反応ガス
• 4K030AA17 Ｈ２系キャリヤーガス
• 4K030AA18 Ｎ２系キャリヤーガス
• 4K030BA08 Ｇａ
• 4K030BA38 窒化物
• 4K030BB02 単結晶からなるもの
• 4K030BB14 部分的な被覆を有するもの
• 4K030CA05 セラミックからなるもの
• 4K030FA10 熱による
• 4K030JA06 濃度，組成，比率
• 5F045AA04 ＭＯＣＶＤ
• 5F045AB14 ＧａＮ
• 5F045AC15 Ｎ２
• 5F045AD14 １０００≦Ｔ＜１１００℃
• 5F045AD15 １１００≦Ｔ＜１２００℃
• 5F045AD16 １２００≦Ｔ＜１３００℃
• 5F045AE29 常圧（１気圧、７６０Ｔｏｒｒ、１０１３ｈ）
• 5F045AF09 アルミナ・サファイア・スピネル・ベリリア基板への成膜
• 5F045AF12 基板表面の状態（面粗さ・ステップ等）に特徴
• 5F045BB12 結晶性・格子整合性の向上・結晶欠陥の防止
• 5F045CA11 青色用
• 5F045CA12 半導体レーザ
• 5F045DB09 マスクレス成長
• 5F045EE12 ガス供給流量・流量比・配合比に特徴
• 5F045EE13 膜成分以外のガス（エッチングガス・水素等）の供給に特徴
• 5F045GB11 成膜後の測定・測定結果に基づく制御