JP2002293697A - METHOD OF GROWING GaN EPITAXIAL LAYER - Google Patents

METHOD OF GROWING GaN EPITAXIAL LAYER

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JP2002293697A
JP2002293697A JP2001096203A JP2001096203A JP2002293697A JP 2002293697 A JP2002293697 A JP 2002293697A JP 2001096203 A JP2001096203 A JP 2001096203A JP 2001096203 A JP2001096203 A JP 2001096203A JP 2002293697 A JP2002293697 A JP 2002293697A
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gan
epitaxial layer
temperature
growing
buffer layer
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Application number
JP2001096203A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Seki
壽 関
Akinori Koketsu
明伯 纐纈
Yoshinao Kumagai
義直 熊谷
Kikurou Takemoto
菊郎 竹本
Hiroya Kimura
浩也 木村
Hitoshi Kasai
仁 笠井
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide epitaxial growth of GaN which is capable of growing a good-quality GaN crystal on a GaAs substrate. SOLUTION: This method of growing the GaN epitaxial layer includes a step of growing a GaN buffer layer 20 on the GaAs substrate 10, a step of heating up the GaAs substrate 10 from the temperature (for example, 550 deg.C) at which the GaN buffer layer 20 is formed up to the temperature (for example, 1,000 deg.C) at which the GaN is ought to be epitaxially grown within 35 minutes and a step of growing the GaN epitaxial layer 30 on the GaN buffer layer 20.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、青紫色レーザ、L
ED、及び高周波・高出力電子デバイスに用いられるG
aNをエピタキシャル成長させる方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a blue-violet laser,
ED and G used for high frequency and high power electronic devices
The present invention relates to a method for epitaxially growing aN.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN(窒化ガリウム)は、単結晶育成
が困難であり、これまで大型のバルク結晶は得られてい
ない。最近、高温高圧下での融液成長により数mm角の
バルク結晶が得られているものの、電子デバイスの基板
等として実用化できる段階ではない。また、昇華法やN
a融液中での成長の試みもなされているが、これらによ
っても大型の結晶は得ることができない。
2. Description of the Related Art It is difficult to grow a single crystal of GaN (gallium nitride), and a large bulk crystal has not been obtained so far. Recently, bulk crystals of several mm square have been obtained by melt growth under high temperature and high pressure, but are not at a stage where they can be put to practical use as substrates for electronic devices. Also, sublimation method or N
(a) Attempts have been made to grow in a melt, but even with these, large crystals cannot be obtained.

【0003】現在、GaN単結晶基板の作製方法として
最も技術的に進んでいるのは、HVPE(Hydride Vapo
r Phase Epitaxy)法によってサファイア基板上にGa
Nをヘテロエピタキシャル成長させる方法である。サフ
ァイアは化学的に安定であるため、GaNエピタキシャ
ル成長雰囲気の反応性の高い環境下においても変化せ
ず、基板として非常に扱い易い。
At present, the most technologically advanced method of manufacturing a GaN single crystal substrate is HVPE (Hydride Vapo).
r Phase Epitaxy) method on a sapphire substrate
This is a method of heteroepitaxially growing N. Since sapphire is chemically stable, it does not change even in a highly reactive environment of a GaN epitaxial growth atmosphere and is very easy to handle as a substrate.

【0004】ところが、このサファイア基板を用いる方
法には、成長させたGaNのエピタキシャル層をサファ
イア基板から剥離するのが困難というデメリットが存在
する。
However, this method using a sapphire substrate has a disadvantage that it is difficult to separate the grown GaN epitaxial layer from the sapphire substrate.

【0005】これに対して、成長させたGaNエピタキ
シャル層からの剥離を容易に行える基板として、GaA
s基板が挙げられる。GaAsは、サファイアに比べて
柔らかく王水等で容易に溶解除去できるため、エピタキ
シャル層からの除去が容易である。
On the other hand, GaAs is a substrate that can be easily separated from a grown GaN epitaxial layer.
s substrate. GaAs is softer than sapphire and can be easily dissolved and removed with aqua regia or the like, so that GaAs can be easily removed from the epitaxial layer.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaA
s基板上にGaNをエピタキシャル成長させる場合、次
のような問題が起こる。すなわち、GaAsは化学的に
不安定であるため、1000℃以上の高温で且つ水素、
アンモニア及び塩化水素の混合ガスによる還元雰囲気中
という通常行われるエピタキシャル成長の厳しい状況下
においては、GaAs基板そのものの反応、分解が進行
してしまい、この上にGaNをエピタキシャル成長させ
るのが困難である。
SUMMARY OF THE INVENTION However, GaAs
When GaN is epitaxially grown on an s substrate, the following problems occur. That is, since GaAs is chemically unstable, it is used at a high temperature of 1000 ° C. or more and hydrogen,
Under a severe condition of normal epitaxial growth, which is usually performed in a reducing atmosphere using a mixed gas of ammonia and hydrogen chloride, the reaction and decomposition of the GaAs substrate itself proceed, and it is difficult to epitaxially grow GaN thereon.

【0007】この問題を解消するために、例えば筑波大
学の長谷川らは、GaAs基板の(111)B面上に5
50℃でGaNのバッファ層を形成した後に、850℃
で3μm程度のGaNの中間層を成長させ、その後、1
000℃まで昇温してGaNの厚膜を得ている(199
9年2月)。ところがこの方法では、得られるGaNの
厚膜の結晶品質が中間層の結晶性に依存するため、良質
の結晶を得ることが困難であり、手間もかかるというの
が現状である。
In order to solve this problem, for example, Hasegawa et al. Of the University of Tsukuba proposed that 5 (5)
After forming a GaN buffer layer at 50 ° C.,
To grow a GaN intermediate layer of about 3 μm.
The temperature was raised to 000 ° C. to obtain a thick GaN film (199).
February 9). However, in this method, since the crystal quality of the obtained GaN thick film depends on the crystallinity of the intermediate layer, it is difficult to obtain a high-quality crystal, and it is time-consuming.

【0008】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、GaAs基板上に良質のGaN結晶を
成長させることができるGaNのエピタキシャル成長を
提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide an epitaxial growth of GaN that can grow a good-quality GaN crystal on a GaAs substrate.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、GaAs基板にGaNバッファ層を成長
させるステップと、前記GaNバッファ層を形成した温
度からGaNをエピタキシャル成長すべき温度まで、前
記GaAs基板を35分以内で昇温するステップと、前
記GaNバッファ層上にGaNエピタキシャル層を成長
させるステップと、を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for growing a GaN buffer layer on a GaAs substrate, comprising: Heating the GaAs substrate within 35 minutes; and growing a GaN epitaxial layer on the GaN buffer layer.

【0010】本発明では、バッファ層の成長温度からG
aNエピタキシャル層を成長させる温度まで、35分以
内という短時間で昇温させる。すると、GaNの成長に
使用するNH3等のガスとGaAsとの反応や、加熱に
よるGaAsの分解を防止することができ、GaNエピ
タキシャル層の成長段階においてもGaAs基板の結晶
品質は劣化していない。従って、このようなGaAs基
板上に成長するGaNエピタキシャル層は、結晶品質が
良好なものとなる。
According to the present invention, G is determined from the growth temperature of the buffer layer.
The temperature is raised to a temperature for growing the aN epitaxial layer in a short time of 35 minutes or less. Then, it is possible to prevent a reaction between GaAs and a gas such as NH 3 used for growing GaN, and to prevent decomposition of GaAs due to heating, and the crystal quality of the GaAs substrate is not deteriorated even in the growth stage of the GaN epitaxial layer. . Therefore, the GaN epitaxial layer grown on such a GaAs substrate has good crystal quality.

【0011】また、本発明のGaNエピタキシャル層の
成長方法において、GaNバッファ層は、厚さ200オ
ングストローム〜2000オングストロームの範囲にす
ることが好ましい。バッファ層をこの程度の厚さにする
ことで、GaAs基板とGaNエピタキシャル層との格
子不整合を緩和することができ、良好なエピタキシャル
層とすることができる。
In the method of growing a GaN epitaxial layer according to the present invention, the GaN buffer layer preferably has a thickness in a range of 200 Å to 2000 Å. When the buffer layer has such a thickness, lattice mismatch between the GaAs substrate and the GaN epitaxial layer can be reduced, and a favorable epitaxial layer can be obtained.

【0012】また、本発明のGaNエピタキシャル層の
成長方法において、GaNバッファ層の成長温度は、4
50℃〜600℃の範囲内であることが好ましい。この
ような成長温度にすることで、GaAs基板とGaNエ
ピタキシャル層との格子不整合を緩和できる緩衝層とす
ることができる。尚、バッファ層にGaNを成長させる
ことになるが、本発明においてはこの成長もエピタキシ
ャル成長と称する。
In the method of growing a GaN epitaxial layer according to the present invention, the growth temperature of the GaN buffer layer may be 4 or less.
The temperature is preferably in the range of 50 ° C to 600 ° C. With such a growth temperature, it is possible to provide a buffer layer that can reduce lattice mismatch between the GaAs substrate and the GaN epitaxial layer. Note that GaN is grown on the buffer layer. In the present invention, this growth is also called epitaxial growth.

【0013】また、本発明のGaNエピタキシャル層の
成長方法において、GaNエピタキシャル層は、950
℃以上で行うことが好ましい。このような温度に設定す
ることで、良質なGaNのエピタキシャル成長を行うこ
とができる。
In the method of growing a GaN epitaxial layer according to the present invention, the GaN epitaxial layer may have a thickness of 950.
It is preferable to carry out at a temperature of not less than ° C. By setting such a temperature, epitaxial growth of high-quality GaN can be performed.

【0014】さらに、GaNエピタキシャル層は、ハイ
ドライド気相成長法又は有機金属塩化水素気相成長法等
によって成長させることができる。
Further, the GaN epitaxial layer can be grown by a hydride vapor phase epitaxy method or an organometallic hydrogen chloride vapor phase epitaxy method.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るGaNエピタキシャル層の成長方法の好適な実
施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一
符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a method for growing a GaN epitaxial layer according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the same reference numerals are used for the same elements, and redundant description will be omitted.

【0016】図1は、本実施形態の成長方法を示す製造
工程図である。まず、図1(a)に示す工程で、GaA
s基板10を気相成長装置の反応容器内に設置する。
尚、GaAs基板10としては、GaAs(111)A
基板又はGaAs(111)B基板の何れを用いてもよ
い。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing the growth method of this embodiment. First, in the step shown in FIG.
The s substrate 10 is set in a reaction vessel of a vapor phase growth apparatus.
The GaAs substrate 10 is made of GaAs (111) A
Either a substrate or a GaAs (111) B substrate may be used.

【0017】図2を参照して、本実施形態で使用するH
VPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法用の気相成
長装置50を説明する。気相成長装置50は、第1ガス
導入ポート51、第2ガス導入ポート53、第3ガス導
入ポート55、及び排気ポート57を有する反応チャン
バ59と、この反応チャンバ59を加熱するための抵抗
加熱ヒータ61と、を備えている。また、反応チャンバ
59内には、Gaメタルのソースボート63と、GaA
s基板10を支持する回転支持部材65とが設けられて
いる。
Referring to FIG. 2, H used in the present embodiment
The vapor phase growth apparatus 50 for the VPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method will be described. The vapor phase growth apparatus 50 includes a reaction chamber 59 having a first gas introduction port 51, a second gas introduction port 53, a third gas introduction port 55, and an exhaust port 57, and a resistance heating for heating the reaction chamber 59. And a heater 61. Further, a source boat 63 made of Ga metal and a GaAs
A rotation support member 65 that supports the s substrate 10 is provided.

【0018】そして、このような気相成長装置50を用
いて、図1(b)に示す工程において、GaAs基板1
0上にGaN(窒化ガリウム)のバッファ層20を成長
させる。
Using such a vapor phase growth apparatus 50, in the step shown in FIG.
On GaN, a buffer layer 20 of GaN (gallium nitride) is grown.

【0019】GaNバッファ層20の成長方法を詳しく
説明すると、まず、抵抗加熱ヒータ61によりGaAs
基板10の温度を約450℃〜約600℃に昇温保持し
た状態で、第2ガス導入ポート53より塩化水素(HC
l)を分圧1×10-4atm〜4×10-3atmでGa
メタルのソースボート63に導入する。この処理によ
り、Gaメタルと塩化水素(HCl)とが反応し、塩化
ガリウム(GaCl)が生成される。
The method of growing the GaN buffer layer 20 will be described in detail.
With the temperature of the substrate 10 kept at about 450 ° C. to about 600 ° C., hydrogen chloride (HC) is supplied through the second gas introduction port 53.
l) is changed to Ga at a partial pressure of 1 × 10 −4 atm to 4 × 10 −3 atm.
The metal source boat 63 is introduced. By this treatment, Ga metal reacts with hydrogen chloride (HCl) to generate gallium chloride (GaCl).

【0020】次いで、第1ガス導入ポート51よりアン
モニア(NH3)を分圧0.05atm〜0.5atm
で導入し、GaAs基板10付近で当該NH3とGaC
lとを反応させ、GaNを生成させる。尚、第1ガス導
入ポート51及び第2ガス導入ポート53には、キャリ
アガスとして水素(H2)を導入する。また、第3ガス
導入ポート55には、水素(H2)のみを導入する。こ
のような条件下で、約5分〜約60分間GaNを成長さ
せることにより、GaAs基板10上に、厚さ約200
オングストローム〜約2000オングストローム(×1
-10m)のGaNバッファ層20を成長させることが
できる。
Next, ammonia (NH 3 ) is supplied through the first gas introduction port 51 to a partial pressure of 0.05 atm to 0.5 atm.
And the NH 3 and GaC near the GaAs substrate 10.
and GaN to produce GaN. In addition, hydrogen (H 2 ) is introduced as a carrier gas into the first gas introduction port 51 and the second gas introduction port 53. Also, only hydrogen (H 2 ) is introduced into the third gas introduction port 55. By growing GaN under such conditions for about 5 minutes to about 60 minutes, a thickness of about 200 nm is formed on the GaAs substrate 10.
Angstrom to about 2000 Angstrom (× 1
0 -10 m) of the GaN buffer layer 20 can be grown in.

【0021】尚、上記のように、GaNバッファ層20
の厚さを200オングストローム〜2000オングスト
ロームの範囲にすることで、GaAs基板10と後述の
GaNエピタキシャル層との格子不整合を緩和すること
ができ、良好なエピタキシャル層とすることができる。
また、GaNバッファ層20の成長温度を450℃〜6
00℃の範囲内にすることで、GaAs基板10とGa
Nエピタキシャル層との格子不整合を緩和できる緩衝層
とすることができる
As described above, the GaN buffer layer 20
By setting the thickness in the range of 200 angstroms to 2000 angstroms, lattice mismatch between the GaAs substrate 10 and a GaN epitaxial layer, which will be described later, can be reduced, and a favorable epitaxial layer can be obtained.
Further, the growth temperature of the GaN buffer layer 20 is set to 450 ° C. to 6 ° C.
By setting the temperature within the range of 00 ° C., the GaAs substrate 10 and the Ga
A buffer layer capable of alleviating lattice mismatch with the N epitaxial layer

【0022】このようにGaNバッファ層20を形成し
た後、抵抗加熱ヒータ61の加熱温度の出力を向上し、
GaNバッファ層20を形成した温度から次のGaNエ
ピタキシャル層を成長すべき温度まで35分以内でGa
As基板10を昇温する。GaNエピタキシャル層を成
長すべき温度は、950℃以上であることが好ましい。
このような温度で成長させることにより、良質のGaN
のエピタキシャル成長を行うことができる。
After forming the GaN buffer layer 20 in this manner, the output of the heating temperature of the resistance heater 61 is improved,
From the temperature at which the GaN buffer layer 20 was formed to the temperature at which the next GaN epitaxial layer should be grown, Ga
The temperature of the As substrate 10 is raised. The temperature at which the GaN epitaxial layer should be grown is preferably 950 ° C. or higher.
By growing at such a temperature, good quality GaN
Can be epitaxially grown.

【0023】所定の温度までGaAs基板10を昇温さ
せた後、図1(c)に示す工程で、GaNバッファ層2
0上にGaNエピタキシャル層30を成長させる。Ga
Nエピタキシャル層30は、図2の気相成長装置50を
用いて、HVPE法によって成長させる。詳しくは、抵
抗加熱ヒータ61によりGaAs基板10の温度を約9
50℃〜約1030℃に保持しながら、約20μm/h
r〜約200μm/hrの成長速度で、GaNバッファ
層20上に厚さ約20μm〜約600μmのGaNエピ
タキシャル層30を成長させる。
After raising the temperature of the GaAs substrate 10 to a predetermined temperature, the GaN buffer layer 2 is formed in a step shown in FIG.
Then, a GaN epitaxial layer 30 is grown on the substrate. Ga
The N epitaxial layer 30 is grown by the HVPE method using the vapor phase growth apparatus 50 of FIG. Specifically, the temperature of the GaAs substrate 10 is reduced to about 9 by the resistance heater 61.
While maintaining the temperature at 50 ° C. to about 1030 ° C., about 20 μm / h
A GaN epitaxial layer 30 having a thickness of about 20 μm to about 600 μm is grown on the GaN buffer layer 20 at a growth rate of r to about 200 μm / hr.

【0024】GaNエピタキシャル層30を成長させた
後、GaAs基板10を除去することで単結晶のGaN
基板を得ることができる。GaAs基板10は、王水等
で容易に溶解除去させることができる。
After the GaN epitaxial layer 30 is grown, the GaAs substrate 10 is removed to remove the single crystal GaN.
A substrate can be obtained. The GaAs substrate 10 can be easily dissolved and removed with aqua regia or the like.

【0025】ここで、本実施形態では、上記のようにG
aNバッファ層20の成長温度からGaNエピタキシャ
ル層30を成長させる温度まで、35分以内という短時
間で昇温させている。このため、GaNの成長に使用す
るNH3等のガスとGaAsとの反応や、加熱によるG
aAsの分解を防止することができ、GaNエピタキシ
ャル層30の成長段階においてもGaAs基板10の結
晶品質は劣化していない。従って、このようなGaAs
基板10上に成長するGaNエピタキシャル層30は、
結晶品質が良好なものとなる。
Here, in the present embodiment, G
The temperature is raised from the growth temperature of the aN buffer layer 20 to the temperature at which the GaN epitaxial layer 30 is grown in a short time of 35 minutes or less. For this reason, the reaction between GaAs and a gas such as NH 3 used for growing GaN,
The decomposition of aAs can be prevented, and the crystal quality of the GaAs substrate 10 is not degraded even in the growth stage of the GaN epitaxial layer 30. Therefore, such GaAs
The GaN epitaxial layer 30 grown on the substrate 10
Good crystal quality.

【0026】このように、GaNバッファ層が形成され
た基板を急速に昇温させることにより、GaAsの反応
や分解を防いでGaAs基板上に良質のGaN結晶を成
長できることは、これまで1000℃以上の高温ではG
aAs基板がNH3に侵されて劣化すると考えられてい
た常識を覆すものである。エピタキシャル層の成長後、
GaAs基板10を溶解除去して大型のGaN基板が得
られることは、これまでサファイア基板上に形成してき
たGaN系素子の作製技術に新たな優れた道を切り開く
ものであり、その工業的価値は極めて大きく、実用化へ
つなげることができる。
As described above, by rapidly raising the temperature of the substrate on which the GaN buffer layer is formed, it is possible to prevent the reaction and decomposition of GaAs and grow a good-quality GaN crystal on the GaAs substrate. G at high temperatures
This overturns the common belief that the aAs substrate is deteriorated by being attacked by NH 3 . After the growth of the epitaxial layer,
The fact that a large-sized GaN substrate can be obtained by dissolving and removing the GaAs substrate 10 opens a new and superior path to the manufacturing technology of the GaN-based device formed on the sapphire substrate, and its industrial value is It is extremely large and can be put to practical use.

【0027】尚、本実施形態では、ハイドライド気相成
長法によってGaNエピタキシャル層30を成長させた
が、この他、有機金属塩化水素気相成長法(MOHVP
E法;Metal Organic Hydrogen Chloride VPE)等によ
っても成長させることができる。有機金属塩化水素気相
成長法では、トリメチルガリウム(TMG)と塩化水素
(HCl)を反応させて塩化ガリウム(GaCl)を生
成し、更にGaClにNH3を反応させてGaNを生成
するものである。ハイドライド気相成長法以外の方法を
用いた場合でも、エピタキシャル層成長段階でGaAs
基板10が反応或いは分解していないことから、GaN
エピタキシャル層30の結晶品質は良好になる。
In this embodiment, the GaN epitaxial layer 30 is grown by the hydride vapor phase epitaxy method.
It can also be grown by E method; Metal Organic Hydrogen Chloride VPE). In the metalorganic hydrogen chloride vapor phase epitaxy, gallium chloride (GaCl) is produced by reacting trimethylgallium (TMG) with hydrogen chloride (HCl), and GaCl is reacted with NH 3 to produce GaN. . Even when a method other than the hydride vapor phase epitaxy is used, GaAs may be formed at the epitaxial layer growth stage.
Since the substrate 10 has not reacted or decomposed, GaN
The crystal quality of the epitaxial layer 30 becomes good.

【0028】また、本実施形態では、GaAs基板10
を500℃付近まで昇温させてGaNバッファ層20を
形成し、その後続いて、GaNエピタキシャル層30の
成長温度(1000℃付近)まで昇温させている。これ
とは異なり、GaNバッファ層20が成長されているが
室温程度まで降温したGaAs基板を準備し、これをG
aNバッファ層20を形成した温度付近まで昇温させ、
その後、35分以内でGaNエピタキシャル層30を形
成すべき温度まで昇温させてもよい。
In this embodiment, the GaAs substrate 10
Is raised to around 500 ° C. to form the GaN buffer layer 20, and subsequently to the growth temperature of the GaN epitaxial layer 30 (around 1000 ° C.). Alternatively, a GaAs substrate on which a GaN buffer layer 20 has been grown but which has been cooled to about room temperature is prepared and
raising the temperature to around the temperature at which the aN buffer layer 20 was formed,
Thereafter, the temperature may be raised to a temperature at which the GaN epitaxial layer 30 is to be formed within 35 minutes.

【0029】[0029]

【実施例】次に、実施例に基づいて、本発明をより具体
的に説明する。
Next, the present invention will be described more specifically based on examples.

【0030】[実施例1]GaAs基板の(111)A
面上に、500℃で厚さ50nmのGaNバッファ層を
形成した後、GaAs基板を20分間で1000℃まで
昇温させた。そして、50μm/時間の速度で2時間か
けて、バッファ層上にGaNをエピタキシャル成長させ
た。降温して基板を見たところ、GaAs基板上に鏡面
上のGaNが成長していることが観察された。この際の
GaN表面の顕微鏡写真を図3に示しておく。また、G
aAs基板を王水で溶解してGaNの厚さを測定したと
ころ、100μmであった。
Example 1 (111) A of GaAs substrate
After a GaN buffer layer having a thickness of 50 nm was formed at 500 ° C. on the surface, the GaAs substrate was heated to 1000 ° C. for 20 minutes. Then, GaN was epitaxially grown on the buffer layer over a period of 2 hours at a speed of 50 μm / hour. When the substrate was cooled and the substrate was observed, it was observed that GaN on the mirror surface was grown on the GaAs substrate. FIG. 3 shows a micrograph of the GaN surface at this time. G
When the aAs substrate was dissolved in aqua regia and the thickness of GaN was measured, it was 100 μm.

【0031】[比較例1]GaAs基板の(111)A
面上に、500℃で厚さ50nmのGaNバッファ層を
形成した後、GaAs基板を50分間で1000℃まで
昇温させた。そして、50μm/時間の速度で2時間か
けて、バッファ層上にGaNをエピタキシャル成長させ
た。エピタキシャル層の成長中、反応下部の電気炉から
はみ出した場所において、Asの析出が増加してゆくこ
とが観察された。成長後、降温して基板を見たところ、
GaAs基板は殆ど劣化しており、ぼろぼろになってい
た。
[Comparative Example 1] (111) A of GaAs substrate
After forming a GaN buffer layer having a thickness of 50 nm at 500 ° C. on the surface, the GaAs substrate was heated to 1000 ° C. in 50 minutes. Then, GaN was epitaxially grown on the buffer layer over a period of 2 hours at a speed of 50 μm / hour. During the growth of the epitaxial layer, it was observed that the amount of As deposited increased at locations protruding from the electric furnace below the reaction. After growth, the temperature was lowered and the substrate was
The GaAs substrate was almost degraded and ragged.

【0032】[実施例2]GaAs基板の(111)A
面上に、550℃で厚さ50nmのGaNバッファ層を
形成した後、昇温速度(昇温時間)とGaNの結晶品質
との相関関係を検討したところ、結晶品質の指標である
X線半値幅の値と、550℃から1000℃(その差は
450℃)まで昇温させる時間との相関が判明した。
Example 2 (111) A of GaAs substrate
After forming a GaN buffer layer with a thickness of 50 nm at 550 ° C. on the surface, the correlation between the heating rate (heating time) and the crystal quality of GaN was examined. A correlation was found between the value of the value width and the time required to raise the temperature from 550 ° C. to 1000 ° C. (the difference was 450 ° C.).

【0033】図4及び図5に、それぞれX線半値幅の昇
温速度依存性、及び、X線半値幅の昇温時間依存性を示
す。図4に示すように、昇温速度が12.9℃/分以上
であれば、X線半値幅は最小化されることが判る。尚、
昇温速度が12.9℃/分のときのX線半値幅は19.
0分、昇温速度が15℃/分のときのX線半値幅は1
9.0分、昇温速度が16.1℃/分のときのX線半値
幅は19.0分であった。昇温速度が12.9℃/分以
上ということは、言い換えれば、550℃から1000
℃までの昇温時間が35分以内ということである。
FIGS. 4 and 5 show the dependency of the X-ray half-width on the heating rate and the dependency of the X-ray half-width on the heating time, respectively. As shown in FIG. 4, it can be seen that when the heating rate is 12.9 ° C./min or more, the X-ray half width is minimized. still,
The X-ray half width at a heating rate of 12.9 ° C./min is 19.
The X-ray half-width at 0 minutes and when the heating rate is 15 ° C./min is 1
The X-ray half-width at 9.0 minutes and when the temperature was raised at a rate of 16.1 ° C./minute was 19.0 minutes. The fact that the rate of temperature rise is 12.9 ° C./minute or more means that the temperature rise rate is from 550 ° C. to 1000 ° C.
This means that the temperature rise time to 35 ° C. is within 35 minutes.

【0034】また、本発明者らは、実験により、成長温
度を1000℃以下にする場合でも昇温速度を高めるこ
とで著しい効果が得られることを確認している。この実
験では、GaNバッファ層を形成した後に950℃まで
22分間でGaAs基板を昇温させると、X線半値幅は
25分であり、GaNエピタキシャル層の鏡面化率は6
6%と結晶品質は比較的良好であった。一方、GaNバ
ッファ層を形成した後に950℃まで52分間でGaA
s基板を昇温させると、X線半値幅は100分で、Ga
Nエピタキシャル層の鏡面化率は0%であった。
Further, the present inventors have confirmed through experiments that a remarkable effect can be obtained by increasing the heating rate even when the growth temperature is set to 1000 ° C. or lower. In this experiment, when the GaAs substrate was heated to 950 ° C. for 22 minutes after the GaN buffer layer was formed, the X-ray half-width was 25 minutes, and the mirror planarization rate of the GaN epitaxial layer was 6%.
The crystal quality was relatively good at 6%. On the other hand, after forming the GaN buffer layer, the GaAs
When the temperature of the s substrate was raised, the X-ray half width was 100 minutes, and Ga
The mirroring ratio of the N epitaxial layer was 0%.

【0035】以上、本発明者らによってなされた発明を
実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実
施形態に限定されるものではない。
As described above, the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のGaNエ
ピタキシャル層の成長方法によれば、GaNバッファ層
の成長温度からGaNエピタキシャル層を成長させる温
度まで、35分以内という短時間で昇温させているた
め、GaAs基板の結晶品質は劣化しない。従って、こ
のようなGaAs基板上に成長するGaNエピタキシャ
ル層は、結晶品質が良好なものとなる。
As described above, according to the method of growing a GaN epitaxial layer of the present invention, the temperature is raised from the growth temperature of the GaN buffer layer to the temperature at which the GaN epitaxial layer is grown within a short time of 35 minutes or less. Therefore, the crystal quality of the GaAs substrate does not deteriorate. Therefore, the GaN epitaxial layer grown on such a GaAs substrate has good crystal quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のGaNエピタキシャル層の成長工程を
示す製造工程図である。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a growth process of a GaN epitaxial layer of the present invention.

【図2】GaNバッファ層及びGaNエピタキシャル層
をハイドライド気相成長法によって成長させるための気
相成長装置を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a vapor phase growth apparatus for growing a GaN buffer layer and a GaN epitaxial layer by a hydride vapor phase epitaxy method.

【図3】本発明の成長方法によって得られたGaNエピ
タキシャル層の表面状態を示す顕微鏡写真である。
FIG. 3 is a micrograph showing a surface state of a GaN epitaxial layer obtained by a growth method of the present invention.

【図4】X線半値幅(GaNの結晶品質)の昇温速度依
存性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the temperature-rise rate dependence of the X-ray half-width (GaN crystal quality).

【図5】X線半値幅(GaNの結晶品質)の昇温時間依
存性を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the temperature rise time dependency of the X-ray half-width (crystal quality of GaN).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…GaAs基板、20…GaNバッファ層、30…
GaNエピタキシャル層、59…反応チャンバ、61…
抵抗加熱ヒータ。
10: GaAs substrate, 20: GaN buffer layer, 30:
GaN epitaxial layer, 59 ... reaction chamber, 61 ...
Resistance heater.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 義直 東京都府中市幸町2−41−7 府中第2宿 舎303 (72)発明者 竹本 菊郎 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 木村 浩也 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 笠井 仁 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Fターム(参考) 4G077 AA03 BE15 DB05 DB08 EA02 ED06 EF03 TB03 TB05 TC06 TC13 5F041 AA40 CA40 CA46 CA64 5F045 AA01 AA03 AA04 AB14 AC03 AC12 AD08 AD09 AD10 AD13 AF04 BB12 CA10 CA12 DA53 DP03 5F052 GC04 GC10 HA01 JA07 KA01 KA05 KA06 5F073 CA02 CB02 CB07 DA04 DA05 EA28  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshinao Kumagai 2-41-7, Sachimachi, Fuchu-shi, Tokyo Fuchu 2nd Inn Building 303 (72) Inventor Kikuro Takemoto 1-1-1, Kunyokita, Itami-shi, Hyogo No. Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (72) Inventor Hiroya Kimura 1-1-1, Koyo Kita, Itami City, Hyogo Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (72) Inventor Jin Kasai Kitaichi, Kyoyo Itami City, Hyogo Prefecture 1-1 1-1 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works F term (reference) 4G077 AA03 BE15 DB05 DB08 EA02 ED06 EF03 TB03 TB05 TC06 TC13 5F041 AA40 CA40 CA46 CA64 5F045 AA01 AA03 AA04 AB14 AC03 AC12 AD08 AD09 AD10 AD13 AF04 DA53 DP03 5F052 GC04 GC10 HA01 JA07 KA01 KA05 KA06 5F073 CA02 CB02 CB07 DA04 DA05 EA28

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 GaAs基板にGaNバッファ層を成長
させるステップと、 前記GaNバッファ層を形成した温度からGaNをエピ
タキシャル成長すべき温度まで、前記GaAs基板を3
5分以内で昇温するステップと、 前記GaNバッファ層上にGaNエピタキシャル層を成
長させるステップと、 を含むことを特徴とするGaNエピタキシャル層の成長
方法。
A step of growing a GaN buffer layer on a GaAs substrate;
A method for growing a GaN epitaxial layer, comprising: raising a temperature within 5 minutes; and growing a GaN epitaxial layer on the GaN buffer layer.
【請求項2】 前記GaNバッファ層は、厚さ200〜
2000オングストロームの範囲にすることを特徴とす
る請求項1記載のGaNエピタキシャル層の成長方法。
2. The method according to claim 1, wherein the GaN buffer layer has a thickness of 200 to 200.
2. The method for growing a GaN epitaxial layer according to claim 1, wherein the thickness is in the range of 2000 angstrom.
【請求項3】 前記GaNバッファ層の成長温度は、4
50℃〜600℃の範囲内であることを特徴とする請求
項1記載のGaNエピタキシャル層の成長方法。
3. The growth temperature of the GaN buffer layer is 4
The method for growing a GaN epitaxial layer according to claim 1, wherein the temperature is in a range of 50C to 600C.
【請求項4】 前記GaNエピタキシャル層は、950
℃以上で行うことを特徴とする請求項1記載のGaNエ
ピタキシャル層の成長方法。
4. The GaN epitaxial layer has a thickness of 950.
2. The method for growing a GaN epitaxial layer according to claim 1, wherein the method is performed at a temperature of not less than C.
【請求項5】 前記GaNエピタキシャル層は、ハイド
ライド気相成長法又は有機金属塩化水素気相成長法によ
って成長させることを特徴とする請求項1記載のGaN
エピタキシャル層の成長方法。
5. The GaN epitaxial layer according to claim 1, wherein the GaN epitaxial layer is grown by a hydride vapor phase epitaxy method or an organometallic hydrogen chloride vapor phase epitaxy method.
A method for growing an epitaxial layer.
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