JP2009221056A - Crystal growth method, crystal growth apparatus, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光デバイス等に用いられる材料の結晶を成長させる方法、および結晶を成長させるための装置に関するものである。また、この方法によって得られる結晶を含んだ半導体デバイスに関する。 The present invention relates to a method for growing a crystal of a material used for a light emitting device and the like, and an apparatus for growing the crystal. Moreover, it is related with the semiconductor device containing the crystal | crystallization obtained by this method.
今日、LD(レーザーダイオード)、LED(発光ダイオード)等の発光デバイスの材料には、例えばGaN(窒化ガリウム)等のIII族元素窒化物の結晶が用いられている。この結晶は、気相エピタキシャル成長法等によって作製されており、例えば、基板としてサファイア基板を用いて、当該基板の上に結晶をヘテロエピタキシャル成長させる。このようにして作製されたIII族元素窒化物結晶の転移密度は、約108個/cm2〜109個/cm2である。発光デバイスの材料として用いられる当該結晶には、デバイスの信頼性を保つためにも、転移密度がより低いものが望まれている。したがって、結晶成長方法の一つである気相エピタキシャル成長法において、転位密度を減少させることは重要な課題である。 Today, Group III element nitride crystals such as GaN (gallium nitride) are used as materials for light emitting devices such as LD (laser diode) and LED (light emitting diode). This crystal is produced by a vapor phase epitaxial growth method or the like. For example, a sapphire substrate is used as a substrate, and the crystal is heteroepitaxially grown on the substrate. The transition density of the group III element nitride crystal thus produced is about 10 8 pieces / cm 2 to 10 9 pieces / cm 2 . The crystal used as the material of the light-emitting device is desired to have a lower transition density in order to maintain the reliability of the device. Therefore, in the vapor phase epitaxial growth method which is one of crystal growth methods, it is an important issue to reduce the dislocation density.
この課題を解決するための方法として、特許文献1にはELOG(Epitaxial lateral over growth)法が、また特許文献2にはファセット成長法等が開示されている。これらの気相成長方法によれば、結晶の転移密度を105個/cm2〜107個/cm2程度まで下げることができる。
As methods for solving this problem, Patent Document 1 discloses an ELOG (Epitaxial Lateral Over Growth) method, and
また、気相成長方法ではなく、液相において結晶を成長させる方法も検討されており、Na(ナトリウム)等のアルカリ金属をフラックスとして用いるNaフラックス法が特許文献3に開示されている。従来、GaNやAlN(窒化アルミニウム)等のIII族元素窒化物結晶は、融点における窒素の平衡蒸気圧が1万気圧以上もある。このため、GaNを液相で成長させるには、1,200℃(1,473K)、8,000気圧(8,000×1.01325×105Pa)という条件を要する。しかしながら、Naフラックス法を用いることにより、750℃(1,023K)、50気圧(50×1.01325×105Pa)という、比較的低温低圧下においてGaN結晶を成長させることができる。 Further, a method of growing crystals in a liquid phase instead of a vapor phase growth method has been studied, and a Na flux method using an alkali metal such as Na (sodium) as a flux is disclosed in Patent Document 3. Conventionally, group III element nitride crystals such as GaN and AlN (aluminum nitride) have an equilibrium vapor pressure of nitrogen at the melting point of 10,000 atmospheres or more. For this reason, in order to grow GaN in a liquid phase, conditions of 1,200 ° C. (1,473 K) and 8,000 atmospheres (8,000 × 1.01325 × 10 5 Pa) are required. However, by using the Na flux method, a GaN crystal can be grown at a relatively low temperature and low pressure of 750 ° C. (1,023 K) and 50 atm (50 × 1.01325 × 10 5 Pa).
さらに、特許文献4および非特許文献1には、種結晶を用いたNaフラックス法によって、GaN結晶を液相成長(LPE:Liquid Phase Epitaxy)させる方法が開示されている。なお、種結晶とは、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によって、サファイア基板上にGaN結晶層を成膜して形成されたものである。このような種結晶を用いて作製された結晶の転移密度は、104個/cm2〜106個/cm2程度であり、気相成長法により作製された結晶よりも、さらに低いものが得られる。
しかしながら、上述したような種結晶を用いた結晶成長方法では、種結晶の作製工程が複雑であるため、生産性が悪いという問題がある。 However, the crystal growth method using the seed crystal as described above has a problem that the productivity of the seed crystal is poor because the preparation process of the seed crystal is complicated.
また、種結晶を用いずに、基板上に結晶を液相成長させる際には、原料液と基板との濡れ性が重要となる。この濡れ性が悪い場合、結晶を成長させることが困難となるばかりでなく、たとえ結晶を成長させることができたとしても、結晶軸が一定方向に揃っていない等の、結晶性の悪いものとなる虞がある。 Further, when crystal growth is performed on a substrate without using a seed crystal, wettability between the raw material solution and the substrate is important. If this wettability is poor, not only is it difficult to grow the crystal, but even if the crystal can be grown, the crystal axis is not aligned in a certain direction, etc. There is a risk of becoming.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、種結晶層を形成することなく、高品質な結晶を生産性よく作製することができる結晶成長方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a crystal growth method capable of producing high-quality crystals with high productivity without forming a seed crystal layer. It is in.
本発明に係る結晶成長方法は、上記課題を解決するために、基板の上において、原料液と原料ガスとを接触させて、上記原料液と上記原料ガスとの化合物の結晶を成長させる結晶成長工程を含む結晶成長方法において、上記基板の表面の少なくとも一部が窒化処理されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the crystal growth method according to the present invention is a crystal growth method in which a source liquid and a source gas are brought into contact with each other on a substrate to grow a crystal of a compound of the source liquid and the source gas. In the crystal growth method including the steps, at least a part of the surface of the substrate is nitrided.
上記の構成によれば、本発明に係る結晶成長方法は、窒化処理された基板の上に結晶を成長させるため、結晶軸が一定方向に揃った結晶を容易に作製することができる。 According to the above configuration, since the crystal growth method according to the present invention grows a crystal on a nitrided substrate, it is possible to easily produce a crystal with crystal axes aligned in a certain direction.
具体的には、本発明に係る結晶成長方法は、表面の少なくとも一部が窒化処理された基板を用いている。そのため、当該基板の表面のうち、窒化処理の対象部分を構成する原子の一部は、窒素原子に置換されている。このように、基板の表面のうち、原子構造が変化している部分は、原料液と基板との濡れ性が改善されるため、当該基板の上に結晶を成長させることが容易になる。 Specifically, the crystal growth method according to the present invention uses a substrate whose surface is at least partially nitrided. Therefore, a part of atoms constituting the target portion of the nitriding treatment in the surface of the substrate is replaced with nitrogen atoms. Thus, in the portion of the surface of the substrate where the atomic structure is changed, the wettability between the raw material liquid and the substrate is improved, so that it is easy to grow crystals on the substrate.
また、上記基板を用いて結晶を成長させた場合、窒化処理によって基板表面に導入された窒素原子と、結晶原料原子とが結合することによって結晶核が生成する。その後、当該結晶核から、優先的に結晶の成長が始まる。このように、結晶の成長が始まる位置を窒化処理によって制御できるため、結晶軸が一定の方向に揃った結晶を作製することができるという効果を奏する。 In addition, when a crystal is grown using the substrate, a crystal nucleus is generated by combining a nitrogen atom introduced to the substrate surface by nitriding treatment and a crystal raw material atom. Thereafter, crystal growth starts preferentially from the crystal nucleus. Thus, since the position where crystal growth starts can be controlled by nitriding treatment, it is possible to produce a crystal with crystal axes aligned in a certain direction.
また、本発明に係る結晶成長方法では、上記基板の表面のうち、上記結晶の核を発生させるための領域が窒化処理されていることが好ましい。 In the crystal growth method according to the present invention, it is preferable that a region for generating the nucleus of the crystal in the surface of the substrate is nitrided.
上記の構成によれば、結晶核を発生させる領域を特定しているため、結晶軸の方向が揃った結晶を作製することができる。 According to the above configuration, since the region in which crystal nuclei are generated is specified, it is possible to produce a crystal with aligned crystal axis directions.
具体的には、基板の表面における特定の領域を窒化処理することにより、当該領域に結晶核を優先的に発生させることができる。このように、結晶核の発生位置を特定することによって、核から成長する結晶の方向を制御することができる。したがって、例えば、結晶が横方向に優先的に成長するように制御することによって、結晶軸の方向が一定に揃った結晶が得られる。さらに、結晶軸の方向を揃えることによって、結晶粒界が少なく、平坦性に優れた結晶も作製することができるという効果を奏する。 Specifically, by nitriding a specific region on the surface of the substrate, crystal nuclei can be preferentially generated in the region. Thus, by specifying the generation position of the crystal nucleus, the direction of the crystal growing from the nucleus can be controlled. Therefore, for example, by controlling so that the crystal grows preferentially in the lateral direction, a crystal having a uniform crystal axis direction can be obtained. Furthermore, by aligning the direction of the crystal axis, it is possible to produce a crystal with few crystal grain boundaries and excellent flatness.
また、本発明に係る結晶成長方法では、さらに、上記基板は円形状に窒化処理されていることが好ましい。 In the crystal growth method according to the present invention, the substrate is preferably nitrided in a circular shape.
上記の構成によれば、窒化処理する領域が円形状であることにより、基板の表面に発生する核は円形状に制御される。したがって、例えば、結晶を横方向へ成長させた場合、結晶が円形状に広がりながら成長するため、結晶粒界が少ない結晶を作製することができる。 According to the above configuration, since the region to be nitrided is circular, the nuclei generated on the surface of the substrate are controlled to be circular. Therefore, for example, when a crystal is grown in the lateral direction, the crystal grows while spreading in a circular shape, so that a crystal with few crystal grain boundaries can be manufactured.
また、本発明に係る結晶成長方法では、さらに、上記基板はストライプ形状に窒化処理されていることが好ましい。 In the crystal growth method according to the present invention, the substrate is preferably nitrided in a stripe shape.
上記の構成によれば、窒化処理する領域がストライプ形状であることにより、基板の表面上に発生する核はストライプ形状に制御される。したがって、結晶を横方向へ成長させた場合、それぞれの核から成長した結晶が会合するまでの時間を短縮することができるばかりでなく、基板の表面全体に平坦な結晶を作製することもできる。 According to the above configuration, since the region to be nitrided has a stripe shape, the nuclei generated on the surface of the substrate are controlled to have a stripe shape. Therefore, when the crystal is grown in the lateral direction, not only can the time required for the crystals grown from the respective nuclei to associate with each other, but also a flat crystal can be produced on the entire surface of the substrate.
また、本発明に係る結晶成長方法は、上記原料ガスは窒素を含み、上記原料金属はIII族元素を含むことが好ましい。 In the crystal growth method according to the present invention, the source gas preferably contains nitrogen, and the source metal preferably contains a group III element.
上記の構成によれば、原料ガス中の窒素と、原料金属からなる原料液中のIII族元素とを反応させて、発光デバイスの材料として好適なIII族元素窒化物を製造することができる。 According to said structure, the group III element nitride suitable as a material of a light-emitting device can be manufactured by making the nitrogen in source gas react with the group III element in the raw material liquid which consists of source metals.
また、本発明に係る結晶成長方法は、さらに、上記結晶成長工程では、フラックスとして、アルカリ金属を用いることが好ましい。 In the crystal growth method according to the present invention, it is preferable to use an alkali metal as the flux in the crystal growth step.
上記の構成によれば、原料液にアルカリ金属が含まれることによって、結晶の成長温度および、成長雰囲気の圧力を低減させることができるため、より簡便に結晶を得ることができる。 According to said structure, since the growth temperature of a crystal | crystallization and the pressure of a growth atmosphere can be reduced by containing an alkali metal in a raw material liquid, a crystal | crystallization can be obtained more simply.
また、本発明に係る結晶成長方法では、上記基板は、サファイア基板であることが好ましい。 In the crystal growth method according to the present invention, the substrate is preferably a sapphire substrate.
上記の構成によれば、基板の材料として、熱安定性および化学安定性に優れたサファイアを用いることにより、窒化処理する際に、比較的容易にサファイアの構成元素である酸素原子を窒素原子に置換することができる。 According to the above configuration, by using sapphire excellent in thermal stability and chemical stability as the material of the substrate, oxygen atoms, which are constituent elements of sapphire, can be converted into nitrogen atoms relatively easily during nitriding. Can be replaced.
さらに、本発明に係る半導体デバイスは、上記結晶成長方法によって作製された上記結晶を有することを特徴としている。 Furthermore, a semiconductor device according to the present invention is characterized by having the crystal produced by the crystal growth method.
上記の構成によれば、本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係る結晶成長方法によって、製造コストが抑えられた結晶の上に作製されるため、最終製品である半導体デバイスのコストパフォーマンスを大幅に向上させることができる。 According to the above configuration, the semiconductor device according to the present invention is manufactured on the crystal whose manufacturing cost is suppressed by the crystal growth method according to the present invention, so that the cost performance of the final product semiconductor device is greatly increased. Can be improved.
本発明に係る結晶成長装置は、上記の問題を解決するために、基板の表面を窒化処理する窒化処理手段と、上記窒化処理手段によって窒化処理された、上記基板の上において、原料液と原料ガスとを接触させて、上記原料液と上記原料ガスとの化合物の結晶を成長させる結晶成長手段とを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a crystal growth apparatus according to the present invention includes a nitriding treatment means for nitriding the surface of a substrate, and a raw material solution and a raw material on the substrate nitrided by the nitriding treatment means. Crystal growth means for growing a crystal of a compound of the raw material liquid and the raw material gas in contact with a gas is provided.
上記の構成によれば、本発明に係る結晶成長方法と同様の作用効果を奏する。 According to said structure, there exists an effect similar to the crystal growth method concerning this invention.
また、本発明に係る結晶成長装置は、上記窒化処理手段は、アンモニア雰囲気下におけるアニール処理によって、上記基板の表面を窒化処理することが好ましい。 In the crystal growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the nitriding treatment means nitrides the surface of the substrate by annealing in an ammonia atmosphere.
上記の構成によれば、窒化処理手段はアンモニア雰囲気下においてアニール処理をするため、結晶の製造コストを抑えることができる。 According to the above configuration, since the nitriding means performs the annealing process in an ammonia atmosphere, the manufacturing cost of the crystal can be suppressed.
具体的には、アニール処理に用いた窒素ガスは、結晶成長工程においても利用することが可能であり、さらに、高温アニールによってアンモニアを分解すると窒素原子が生成され、当該窒素原子も結晶成長工程に利用できる。 Specifically, the nitrogen gas used for the annealing treatment can be used in the crystal growth process, and further, when ammonia is decomposed by high-temperature annealing, nitrogen atoms are generated, and the nitrogen atoms are also used in the crystal growth process. Available.
したがって、原料ガスの供給量を削減することができるばかりではなく、原料液と原料ガスとの反応効率も向上するという効果を奏する。 Therefore, not only can the supply amount of the raw material gas be reduced, but also the effect of improving the reaction efficiency between the raw material liquid and the raw material gas can be achieved.
また、本発明に係る結晶成長装置は、上記窒化処理手段は、窒素雰囲気下におけるプラズマ処理によって、上記基板の表面を窒化処理することが好ましい。 In the crystal growth apparatus according to the present invention, it is preferable that the nitriding treatment means nitrides the surface of the substrate by plasma treatment in a nitrogen atmosphere.
上記の構成によれば、窒化処理手段は窒素雰囲気下においてプラズマ処理をすることにより、結晶の製造コストを抑えることができる。 According to said structure, the nitriding process means can suppress the manufacturing cost of a crystal | crystallization by performing a plasma process in nitrogen atmosphere.
具体的には、プラズマ処理に用いた窒素ガスは、結晶成長工程においても利用することが可能であり、さらに、プラズマ処理によって生成した窒素原子も結晶成長工程に利用できる。 Specifically, the nitrogen gas used for the plasma treatment can be used also in the crystal growth step, and further, nitrogen atoms generated by the plasma treatment can be used in the crystal growth step.
したがって、原料ガスの供給量を削減することができるばかりではなく、原料液と原料ガスとの反応効率も向上するという効果を奏する。 Therefore, not only can the supply amount of the raw material gas be reduced, but also the effect of improving the reaction efficiency between the raw material liquid and the raw material gas can be achieved.
以上のように、本発明に係る結晶成長方法は、上記課題を解決するために、基板の上において、原料液と原料ガスとを接触させて、上記原料液と上記原料ガスとの化合物の結晶を成長させる結晶成長工程を含む結晶成長方法において、上記基板の表面の少なくとも一部が窒化処理されていることを特徴としている。また、本発明に係る結晶成長装置は、基板の表面を窒化処理する窒化処理手段と、上記窒化処理手段によって窒化処理された、上記基板の上において、原料液と原料ガスとを接触させて、上記原料液と上記原料ガスとの化合物の結晶を成長させる結晶成長手段とを備えていることを特徴としている。 As described above, in order to solve the above-described problem, the crystal growth method according to the present invention brings a raw material liquid and a raw material gas into contact with each other on a substrate to crystallize a compound of the raw material liquid and the raw material gas. In the crystal growth method including the crystal growth step of growing the substrate, at least a part of the surface of the substrate is nitrided. Further, the crystal growth apparatus according to the present invention comprises a nitriding treatment means for nitriding the surface of the substrate, and contacting the raw material liquid and the raw material gas on the substrate that has been nitrided by the nitriding treatment means, Crystal growth means for growing crystals of a compound of the raw material liquid and the raw material gas is provided.
上記の構成によれば、種結晶層を用いることなく、高品質な結晶を生産性よく作製することができる結晶成長方法、および結晶成長装置を提供することができる。 According to said structure, the crystal growth method and crystal growth apparatus which can produce a high quality crystal | crystallization with sufficient productivity can be provided, without using a seed crystal layer.
<1.本発明に係る結晶成長方法>
本発明に係る結晶成長方法は、基板の上において、原料液と原料ガスとを接触させて、上記原料液と上記原料ガスとの化合物の結晶を成長させる結晶成長工程を含む結晶成長方法において、上記基板の表面の少なくとも一部が窒化処理されていればよい。
<1. Crystal Growth Method According to the Present Invention>
The crystal growth method according to the present invention is a crystal growth method including a crystal growth step of growing a compound crystal of the raw material liquid and the raw material gas by bringing the raw material liquid and the raw material gas into contact with each other on a substrate. It is sufficient that at least a part of the surface of the substrate is nitrided.
上述のように、本発明に係る結晶成長方法では、表面に窒化処理が施された基板の上に、結晶を成長させることを特徴としている。 As described above, the crystal growth method according to the present invention is characterized in that a crystal is grown on a substrate having a surface subjected to nitriding treatment.
窒化処理とは、基板の表面において、基板を構成する原子である、例えば、酸素原子等を窒素原子に置換する処理のことである。 The nitriding process is a process of substituting, for example, oxygen atoms or the like, which are atoms constituting the substrate, with nitrogen atoms on the surface of the substrate.
当該窒化処理の一例としては、まず、窒化処理をする窒化処理手段の内部に、基板を配置する。次に、窒化処理手段の内部を窒素雰囲気下にすると共に、当該窒化処理手段を加熱装置によって加熱する。これにより、基板の表面を構成する原子の一部は、窒素原子に置換される。そのような窒化処理をする窒化処理手段としては、例えば、アニール炉、およびプラズマ処理炉が挙げられるが、これに限定されず、例えば、MOCVD装置のような、窒素原子を含有するガスを流すことが可能であり、かつ加熱することもできる装置を用いてもよい。 As an example of the nitriding treatment, first, a substrate is placed inside a nitriding treatment means for performing nitriding treatment. Next, the inside of the nitriding means is placed in a nitrogen atmosphere, and the nitriding means is heated by a heating device. Thereby, some of the atoms constituting the surface of the substrate are replaced with nitrogen atoms. Examples of the nitriding means for performing nitriding include, but are not limited to, an annealing furnace and a plasma processing furnace. For example, a gas containing nitrogen atoms such as an MOCVD apparatus is allowed to flow. It is possible to use a device that can be heated and heated.
このように、基板の表面における原子構造が変化することによって、結晶を成長させる際に、基板と原料液との濡れ性が大きく改善する。したがって、結晶成長が容易になるという効果を奏する。 As described above, the change in the atomic structure on the surface of the substrate greatly improves the wettability between the substrate and the raw material liquid when the crystal is grown. Therefore, there is an effect that crystal growth is facilitated.
なお、上記「基板の表面」とは、基板の上に結晶が形成される面を意味する。また、本発明に用いられる基板の材料としては、熱安定性および化学安定性に優れた、サファイアであることが好ましいが、これに限定されず、例えば、シリコンまたは炭化珪素等を用いることも可能である。 The “surface of the substrate” means a surface on which a crystal is formed on the substrate. The material of the substrate used in the present invention is preferably sapphire, which is excellent in thermal stability and chemical stability, but is not limited thereto, and for example, silicon or silicon carbide can be used. It is.
また、上記窒化処理は、基板の表面において、結晶の核を発生させる領域に施されることが好ましい。なお、当該領域は、基板の表面の少なくとも一部であればよいが、図4に示すような円形状の領域71、または図5に示すようなストライプ形状の領域72であることがより好ましい。
Further, the nitriding treatment is preferably performed on a region where crystal nuclei are generated on the surface of the substrate. The region may be at least a part of the surface of the substrate, but is preferably a
具体的には、図4に示す窒化処理された円形領域71では、基板7と原料液との濡れ性が改善されているため、結晶核が優先的に生成される。さらに、核の生成後に、例えば、横方向へ結晶を成長させていくと、結晶が円形状に広がりながら成長する。したがって、結晶粒界の少ない結晶を作製することができる。なお、上記「結晶粒界」とは、基板7の上に複数の結晶核を成長させたとき、これら核から成長した結晶同士が接合する境界面において、結晶の方向が均一ではない面を意味する。この結晶粒界では、不純物が残留しやすく、また転位等の欠陥が集中しているため、結晶性、電気特性、または耐エッチング性等が大きく変化することがある。したがって、結晶粒界はより少ない方が好ましい。
Specifically, in the
また、円形領域71の大きさは、基板7の表面における、少なくとも一部の領域であればよいが、基板7の表面の面積の半分以下である方がより好ましい。このような大きさに制限することにより、結晶軸の方向が揃った、結晶性のよい結晶を作製しやすいという効果を奏する。
Further, the size of the
さらに、図5に示すような、ストライプ形状に窒化処理された領域72を有する、基板7を用いることにより、結晶軸の方向が揃った、平坦な形状を有する結晶を短時間に得ることができる。
Further, by using the
具体的には、窒化処理されたストライプ形状領域72では、基板7と原料液との濡れ性が改善されているため、結晶核が優先的にストライプ形状に生成される。したがって、核の生成後に、例えば、横方向へ結晶を成長させていくと、結晶が会合するまでの時間を短縮することができる。
Specifically, in the stripe-shaped region 72 subjected to nitriding treatment, the wettability between the
さらに、窒化処理領域をストライプ形状に制御することによって、基板7の表面全体に、平坦な結晶を作製することもできる。なお、ストライプの幅および本数は、成長する結晶の種類と反応条件に応じて、最適なものを適宜選択すれば良い。
Further, by controlling the nitriding region in a stripe shape, a flat crystal can be formed on the entire surface of the
原料液とは、原料金属を加熱して、融解することにより得られる溶液である。原料金属としては、III族元素の金属であればよく、例えば、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、およびタリウム(Tl)等のIII族元素の金属を用いることができるが、ガリウム(Ga)であることがより好ましい。原料金属がガリウム(Ga)であることにより、半導体素子の材料として好適に用いることができる。 A raw material liquid is a solution obtained by heating and melting a raw material metal. The source metal may be any group III element metal. For example, a group III element metal such as aluminum (Al), indium (In), and thallium (Tl) can be used, but gallium (Ga). It is more preferable that When the source metal is gallium (Ga), it can be suitably used as a material for a semiconductor element.
原料ガスとは、上記原料液と反応させることにより、結晶が合成されるガスである。原料ガスは、原料液と反応して結晶が合成されるものであればよいが、窒素を含有しているものが好ましい。原料ガスが窒素を含有していることにより、発光デバイスとして好適な窒化物の結晶が合成される。そのような原料ガスとしては、窒素原子を含んでいればよいが、例えば窒素(N2)ガス、およびアンモニア(NH3)ガス等を用いることができる。なお、これらの原料ガスは、単独または混合して用いることが可能である。 The source gas is a gas in which crystals are synthesized by reacting with the source liquid. The source gas may be any gas that can react with the source liquid to synthesize crystals, but preferably contains nitrogen. When the source gas contains nitrogen, a nitride crystal suitable for a light emitting device is synthesized. As such a source gas, it is sufficient if it contains nitrogen atoms. For example, nitrogen (N 2 ) gas, ammonia (NH 3 ) gas, or the like can be used. These source gases can be used alone or in combination.
また、本発明に係る結晶成長方法では、窒化処理された基板の上において、上述した原料液と原料ガスとを接触させて、結晶を成長させる。このような結晶成長方法としては、詳しくは後述するが、例えば、反応容器内に原料液と原料ガスとが存在している状態において、反応容器に加熱等の処理を加える。これにより、原料液と原料ガスとが反応し、結晶が成長する。 In the crystal growth method according to the present invention, the crystal is grown by bringing the above-described raw material liquid and raw material gas into contact with each other on the nitrided substrate. Such a crystal growth method will be described in detail later. For example, in a state where the raw material liquid and the raw material gas are present in the reaction vessel, the reaction vessel is heated. As a result, the raw material liquid and the raw material gas react to grow crystals.
ここで、上記反応によって成長する化合物の結晶とは、例えば、III族元素の金属による窒化物が挙げられるが、その中でも窒化ガリウム結晶であることがより好ましい。このように、結晶が窒化ガリウムであることにより、発光デバイスの材料として好適に用いることができるという効果を奏する。 Here, the crystal of the compound grown by the above reaction includes, for example, a nitride of a group III element metal, and among them, a gallium nitride crystal is more preferable. Thus, when the crystal is gallium nitride, there is an effect that it can be suitably used as a material for a light emitting device.
結晶成長工程とは、基板の上に供給された原料液と、原料ガスとを反応させ、これらの化合物の結晶を合成しながら成長させる工程である。 The crystal growth step is a step in which a raw material liquid supplied on a substrate and a raw material gas are reacted to grow while synthesizing crystals of these compounds.
上記結晶成長工程の一例としては、詳細は後述するが、まず、窒化処理された基板を反応容器内に配置する。次に、基板の上に供給された原料液と、原料ガスとを、加熱装置によって加熱して反応させる。この反応により、原料液および原料ガスからは化合物の結晶が合成され、この結晶を目的の大きさとなるまで成長させる。 As an example of the crystal growth step, details will be described later, but first, a nitrided substrate is placed in a reaction vessel. Next, the raw material liquid supplied on the substrate and the raw material gas are heated and reacted by a heating device. By this reaction, a compound crystal is synthesized from the raw material liquid and the raw material gas, and the crystal is grown to a desired size.
このように、結晶成長工程において、窒化処理された基板を用いることによって、基板と原料液との濡れ性が大きく改善し、結晶成長が容易になるという効果を奏する。さらに、上述したように、窒化処理をする領域が、円形状またはストライプ形状であることにより、結晶軸の方向が揃った、結晶性のよい結晶を作製できるという効果を奏する。 As described above, in the crystal growth process, the use of the nitrided substrate significantly improves the wettability between the substrate and the raw material liquid, and the crystal growth is facilitated. Furthermore, as described above, since the region to be nitrided is circular or stripe-shaped, it is possible to produce a crystal with good crystallinity with aligned crystal axis directions.
<2.本発明に係る結晶成長装置>
次に、本発明の一実施形態に係る結晶成長装置の構成について、図1〜図3を参照して説明する。
<2. Crystal growth apparatus according to the present invention>
Next, the configuration of the crystal growth apparatus according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態に係る結晶成長装置1の構成を示した断面図である。図1に示すように、本発明の結晶成長装置1は、結晶成長部2およびガス供給部10を備えている。この結晶成長部2は、耐熱耐圧容器3と、加熱装置4と、反応容器5とを備えている。また、ガス供給部10は、ガス貯蔵部11と、圧力調整器12と、接続パイプ13とを備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a crystal growth apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the crystal growth apparatus 1 of the present invention includes a
結晶成長部2の周囲は、加熱装置4によって囲まれている。また、結晶成長部2の内部には耐熱耐圧容器3が配置されており、さらに、耐熱耐圧容器3には反応容器5が配置されている。
The periphery of the
反応容器5は、その一部が開口した状態のものである限り限定されないが、例えば、アルミナ製坩堝等を用いることができる。反応容器5は、耐熱耐圧容器3の内部に設置されており、反応容器5の内部には、窒化処理が施された基板7が配置されている。ここで、基板7の上に原料液8が供給されることにより、ガス供給部10から供給された原料ガスと、原料液8とが反応する。これにより、基板7の上に原料液8と原料ガスとの化合物の結晶が合成される。
The
また、耐熱耐圧容器3は、密閉可能な容器であればよいが、例えば、SUS(ステンレス鋼)製容器等を用いることができる。この耐熱耐圧容器3には密閉蓋6を設けている。そのため、密閉蓋6を開くと、反応容器5を容易に耐熱耐圧容器3の内部に配置でき、また、密閉蓋6を閉じると、耐熱耐圧容器3を密閉できる。
In addition, the heat-resistant and pressure-resistant container 3 may be any container that can be sealed, but for example, a SUS (stainless steel) container or the like can be used. The heat and pressure resistant container 3 is provided with a hermetic lid 6. Therefore, when the sealing lid 6 is opened, the
加熱装置4は、反応容器5の内部を結晶の成長温度以上に上げて、任意の時間保持できるものであればよいが、例えば、電気炉等を用いることができる。このように、反応容器5内部の温度を、加熱装置4を用いて成長温度にすると、原料液8と原料ガスとの反応が促進するため、結晶を効率よく得ることができる。この加熱装置4は耐熱耐圧容器3の外側に設けられており、加熱装置4によって耐熱耐圧容器3を加熱すると、反応容器5も加熱できる。なお、加熱装置4は、必ずしも耐熱耐圧容器3の外側に設置する必要はなく、耐熱耐圧容器3と反応容器5との間に設置しても良いし、耐熱耐圧容器3または反応容器5に一体化しても良い。
The heating device 4 may be any device that can raise the inside of the
また、図1に示すように、結晶成長部2とガス貯蔵部11とは、接続パイプ13によって接続されている。具体的には、この接続パイプ13は、結晶成長部2の加熱装置4を貫通して、耐熱耐圧容器3の内部にまで至っている。ここで、上述したように、反応容器5の一部は開口している。そのため、ガス貯蔵部11から耐熱耐圧容器3に原料ガスが供給されることによって、反応容器5の内部にも原料ガスが供給される。これにより、耐熱耐圧容器3および、反応容器5の内部を原料ガスの雰囲気下(加圧雰囲気)にすることができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
このとき、接続パイプ13に設けられた圧力調整器12は、耐熱耐圧容器3を密閉することによって、反応容器5の内部を結晶の成長雰囲気の圧力に調整し、任意の時間保持することが可能となる。さらに、当該圧力を結晶の成長雰囲気の圧力よりも高く、または低くすることもできる。そのような圧力調整器12には、反応容器5内の成長雰囲気の圧力を調整するものであればよいが、例えば、圧力センサーおよび圧力調整弁等を備えた構成であることが好ましい。
At this time, the
このように、反応容器5内部の圧力を、圧力調整器12を用いて結晶の成長雰囲気の圧力にすることによって、原料液8と原料ガスとの反応が促進する。したがって、効率よく結晶を得ることができる。
Thus, the reaction between the
また、本発明に係る結晶成長装置1は、図2および図3に示すような窒化処理手段をさらに備えていてもよい。 Further, the crystal growth apparatus 1 according to the present invention may further include a nitriding means as shown in FIGS.
図2は、窒化処理手段として、アニール炉20を備えた結晶成長装置1を示した図である。アニール炉20では、当該炉内に配置した基板7を、アンモニア雰囲気下において、高温アニール処理をする。このように、基板7の表面に窒化処理をする。
FIG. 2 is a diagram showing a crystal growth apparatus 1 provided with an
具体的には、図2に示すように、アニール炉20には加熱ヒーター24が備えられている。この加熱ヒーター24の中に基板7を設置し、ガス貯蔵部11からアンモニアガスを供給しながらアニール炉20を加熱する。これにより、基板7の表面に窒化処理を施すことができる。
Specifically, as shown in FIG. 2, the annealing
また、その他の窒化処理手段として、図3に示すようなプラズマ処理炉30を用いることもできる。
As another nitriding means, a
具体的には、図3に示すように、プラズマ処理炉30には、プラズマを発生させるための上部電極31、および下部電極32が設置されている。この上部電極31には高周波電源33が接続されており、また、下部電極32は接地されている。なお、電極材料としては、これに限定しないが、例えばカーボンが挙げられる。また、下部電極32の下方には加熱ヒーター34が設置されており、上方には基板7が設置されている。具体的な窒化処理方法としては、まず、加熱ヒーター34によって加熱しながら、ガス貯蔵部11から窒素ガスを供給する。次に、上部電極31―下部電極32間においてプラズマを発生することによって、基板7の表面に窒化処理を施す。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
また、上述したように、本発明に係る結晶成長装置1に備えられた窒化処理手段である、アニール炉20およびプラズマ処理炉30は、接続パイプ13によって結晶成長部2と接続されている。このように接続されていることによって、例えば、窒化処理の際に、窒化処理手段において用いた、アンモニアガスまたは窒素ガスを結晶成長部2に導入することができる。したがって、結晶成長工程において、これらのガスを原料ガスとして用いることができるため、結晶の製造コストをより一層抑えることができる。
Further, as described above, the annealing
なお、本発明に係る結晶成長装置1は、例えば以下の方法によって製造できる。まず、従来公知の方法を用いて耐熱耐圧容器3の外側に加熱装置4を配置する。その後、接続パイプ13の一方を、加熱装置4を貫通させて耐熱耐圧容器3内部に至るように接続し、接続パイプ13のもう一方をガス貯蔵部11と接続する。このようにして、結晶成長装置1を製造してもよい。
The crystal growth apparatus 1 according to the present invention can be manufactured, for example, by the following method. First, the heating device 4 is disposed outside the heat and pressure resistant container 3 using a conventionally known method. Thereafter, one end of the
<3.本発明に係る結晶成長工程>
次に、図1に示す結晶成長装置1を参照して、本発明に係る結晶成長工程を以下に説明する。
<3. Crystal Growth Process According to the Present Invention>
Next, the crystal growth process according to the present invention will be described below with reference to the crystal growth apparatus 1 shown in FIG.
まず、反応容器5の内部に、所定の量だけ秤量した原料金属と、表面の少なくとも一部が窒化処理された基板7を入れる。また、必要に応じてフラックスとなる物質も入れる。
First, the raw material metal weighed by a predetermined amount and the
次に、耐熱耐圧容器3の密閉蓋6を開けて、耐熱耐圧容器3の内部に反応容器5を設置する。その後、密閉蓋6を閉じることによって耐熱耐圧容器3を密閉し、耐熱耐圧容器3の内部を外部雰囲気から遮断する。
Next, the hermetic lid 6 of the heat and pressure resistant container 3 is opened, and the
次に、加熱装置4を用いて、反応容器5の温度が結晶の成長温度になるまで昇温する。また、原料ガスを、供給部10であるガス貯蔵部11から接続パイプ13を介して、耐熱耐圧容器3内に供給する。さらに圧力調整器12を用いて、反応容器5内部を結晶の成長圧力にする。
Next, the heating device 4 is used to raise the temperature of the
このとき、上記成長温度を一定時間保持することによって、原料液8と原料ガスとが反応して、原料液8と原料ガスとの化合物の結晶を成長させることができる。なお、当該成長温度は、成長させる結晶の種類に応じて、最適な温度を適宜選択すれば良い。
At this time, by holding the growth temperature for a certain period of time, the
また、上記成長圧力を一定時間保持することによって、原料液8と原料ガスとが反応して、原料液8と原料ガスとの化合物の結晶を、より効率よく成長させることができる。当該成長圧力は、成長させる結晶の種類に応じて、最適な圧力を適宜選択すれば良い。
Further, by maintaining the growth pressure for a certain period of time, the
このように、成長温度および成長圧力を一定時間保持することによって、原料液8と原料ガスとが反応し、基板7の上に、原料液8と原料ガスとの化合物の結晶が成長する。
Thus, by holding the growth temperature and the growth pressure for a certain time, the
このとき、例えば、原料金属としてIII族元素、フラックスとしてアルカリ金属、原料ガスとして窒素を含有するガス、および基板として窒化処理されたサファイア基板を用いることによって、サファイア基板上にIII族元素窒化物結晶を成長させることができる。 At this time, for example, by using a group III element as a source metal, an alkali metal as a flux, a gas containing nitrogen as a source gas, and a nitrided sapphire substrate as a substrate, a group III element nitride crystal on the sapphire substrate Can grow.
次に、結晶が所望の大きさに成長した後、結晶の温度が室温になるまで冷却する。冷却方法としては、結晶の温度を室温にまで下げることが可能である限り、限定されないが、例えば、結晶成長装置1を室温に放置する方法、またはクーラー等の従来公知の冷却手段を用いる方法等を適用できる。 Next, after the crystal grows to a desired size, it is cooled until the temperature of the crystal reaches room temperature. The cooling method is not limited as long as the temperature of the crystal can be lowered to room temperature. For example, the crystal growth apparatus 1 is allowed to stand at room temperature, or a conventionally known cooling means such as a cooler is used. Can be applied.
また、結晶を冷却した後に、耐熱耐圧容器3の密閉蓋6を開いて、反応容器5から結晶を取り出す。このとき、反応容器5内部には原料液8の固化した塊があるため、この塊を除去する。除去方法としては、例えば、水、エタノール、および塩酸等の溶液に浸漬する方法がある。
Further, after cooling the crystal, the hermetic lid 6 of the heat and pressure resistant container 3 is opened, and the crystal is taken out from the
<4.本発明に係る半導体デバイス>
次に、本発明に係る半導体デバイスの例として、本発明の結晶成長方法によって得られた結晶を用いた、発光ダイオード(LED)について、図6および図7を参照して説明する。
<4. Semiconductor Device According to the Present Invention>
Next, as an example of the semiconductor device according to the present invention, a light-emitting diode (LED) using a crystal obtained by the crystal growth method of the present invention will be described with reference to FIGS.
図6は、本発明に係る発光ダイオードの中間部材を示す断面図である。この図に示すように、基板7の上には、本発明に係る結晶成長方法によって成長させた、GaN結晶層7aが形成されている。また、さらにその上には、n型コンタクト層7b、活性層7c、p型ブロック層7d、およびp型コンタクト層7eが、順に積層されている。GaN結晶層7aの上に積層された各層は、従来公知の方法によって形成され得る。このような方法としては、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD)等が挙げられる。
FIG. 6 is a sectional view showing an intermediate member of the light emitting diode according to the present invention. As shown in this figure, a
また、図7は、本発明に係る発光ダイオードを示す断面図である。この図に示すように、本発明の発光ダイオードの構成は、上述した中間部材の構成と以下の点において異なっている。つまり、基板7およびGaN結晶層7aの一部は取り除かれ、その位置にn側電極7hが形成されている。さらに、p型コンタクト層7eの上には、積層7fおよび金属基板7gが形成されている。なお、積層7fは、図示しないが、p側電極、光反射層、および接着層からなる。
FIG. 7 is a sectional view showing a light emitting diode according to the present invention. As shown in this figure, the configuration of the light emitting diode of the present invention differs from the configuration of the intermediate member described above in the following points. That is, a part of the
また、発光ダイオードの中間部材から発光ダイオードを形成する過程は、例えば、次のような手順によって形成される。 Moreover, the process of forming a light emitting diode from the intermediate member of a light emitting diode is formed by the following procedures, for example.
まず、p型コンタクト層7eの上に、積層7fを形成する。次に、積層7fの上に金属基板7gを接着する。その後、基板7を剥離するのであるが、このとき、基板7を剥離した面を整えるために、GaN結晶層7aの一部を研磨する。さらに、GaN結晶層7aの下に、n側電極7hを形成することによって、本発明のLED素子が作製される。
First, the
以上のように、本実施の形態に係る発光ダイオードは、本発明の結晶成長方法により作製した、転位密度の低いGaN結晶層7aを用いている。このため、GaN結晶層7aの上に形成される活性層7は、転位密度を低く抑えることができる。したがって、発光強度の大きいLEDを作製することができる。
As described above, the light-emitting diode according to the present embodiment uses the
また、本実施の形態に係る結晶成長方法によって得られた結晶は、発光ダイオードに用いられるのみではなく、他にもレーザーダイオード等の発光デバイス、高出力IC、または高周波IC等の電子デバイスにも適用できる。 In addition, the crystal obtained by the crystal growth method according to the present embodiment is not only used for a light emitting diode, but also for a light emitting device such as a laser diode, an electronic device such as a high output IC, or a high frequency IC. Applicable.
<実施例1>
実施例1では、図2に示す結晶成長装置1を用いて、GaN結晶を成長させた。
<Example 1>
In Example 1, a GaN crystal was grown using the crystal growth apparatus 1 shown in FIG.
まず、アニール炉20において、サファイア基板7(2インチウェハの1/4)を1,050℃、アンモニア雰囲気下で、5分間アニールすることによって窒化処理した。このように窒化処理されたサファイア基板7を、X線光電子分光法により測定した結果、サファイアを構成する酸素原子の約15%が窒素原子に置換していることがわかった。
First, in the
次に、窒化処理されたサファイア基板7の上に、原料金属であるGa(50mg)と、フラックスであるNa(80mg)とを設置した。その後、それらをアルミナ製坩堝(反応容器)5に入れた。
Next, on the
また、アルミナ製坩堝5をSUS製耐熱耐圧容器3に配置した後、電気炉(加熱装置)4にセットした。さらに、窒素ボンベ(ガス貯蔵部)11とSUS製耐熱耐圧容器3とを、SUS製パイプ(接続パイプ)13によって接続した。
Further, after placing the
ここで、電気炉4を加熱して、SUS製耐熱耐圧容器3内の温度を850℃(1,123K)に調節した。また、圧力調整器12を用いて、SUS製耐熱耐圧容器3内の窒素雰囲気圧力を40気圧(40×1.01325×105Pa)に調節した。そして、上述した温度を5時間保持して、GaN結晶を成長させた。
Here, the electric furnace 4 was heated and the temperature in the SUS heat-resistant pressure-resistant container 3 was adjusted to 850 ° C. (1,123 K). Moreover, the nitrogen atmosphere pressure in the heat-resistant pressure-resistant container 3 made from SUS was adjusted to 40 atmospheres (40 * 1.01325 * 10 < 5 > Pa) using the
結晶の成長が終了した後、SUS製耐熱耐圧容器3内の温度を室温まで冷却し、大気開放した後に、アルミナ製坩堝5からGaN結晶を取り出した。このGaN結晶の表面には、Naが付着していた。そのため、エタノールおよび水にそれぞれ30分間浸漬させて、Naを除去した。さらに、GaN結晶の表面に付着していた、未反応のGa金属および、Ga−Na合金を、12N塩酸に20分間浸漬させて除去した。これによって、サファイア基板7の上に、厚さ約10μmのGaN結晶が得られた。
After the growth of the crystal was completed, the temperature in the SUS heat-resistant pressure-resistant vessel 3 was cooled to room temperature and released to the atmosphere, and then the GaN crystal was taken out from the
以上の工程により得られたGaN結晶を、走査電子顕微鏡、およびX線回折装置によって評価した。その結果、得られたGaN結晶は、結晶粒界が随所に見られたものの、無色透明であった。また、結晶成長方向の結晶軸のゆらぎ度合いは小さく、結晶性のよいGaN結晶であることがわかった。 The GaN crystal obtained by the above steps was evaluated by a scanning electron microscope and an X-ray diffractometer. As a result, the obtained GaN crystal was colorless and transparent although crystal grain boundaries were observed everywhere. It was also found that the degree of fluctuation of the crystal axis in the crystal growth direction was small and the GaN crystal had good crystallinity.
次に、上記の方法によって得られたGaN結晶を用いて、図7に示したLEDと同様の素子の構成を有するLEDを作製した。 Next, using the GaN crystal obtained by the above method, an LED having the same device configuration as the LED shown in FIG. 7 was produced.
まず、GaN結晶層7aの上に、MOCVD装置を用いて、以下の層を作成した。
First, the following layers were formed on the
すなわち、n型GaNコンタクト層7bは、原料はトリメチルガリウムとアンモニアとし、またドーパントとしてはシランを用いた。また、In(インジウム)GaN活性層7cの原料には、n型コンタクト層7bに用いた原料に、さらにトリメチルインジウムを加えたものを用いた。これらを用いて、成長温度と原料供給量とを変えながら、障壁層と井戸層とを繰り返し積層した。また、In(インジウム)GaN活性層7cの上には、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、およびアンモニアを原料として、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムをドーパントとしたp型Al(アルミニウム)GaNブロック層7d、およびp型GaNコンタクト層7eを順次積層した。その後、p型GaNコンタクト層7eの上に、p側電極、光反射層、および接着層からなる積層7fを形成した。また、接着層にSi(シリコン)基板7gをリフローによって接着した後、サファイア基板7側からGaN結晶層7aに、波長355nmのYAGレーザーを照射することによって、サファイア基板7を剥離した。最後に、GaN結晶層7aの一部を研磨することによって、サファイア基板7を剥離した面を平坦化させ、n側電極7hを形成した。これにより、LED素子を作製した。
That is, the n-type
ここで、本実施例において作製したLEDと、従来公知の方法であるMOCVD装置を用いて、サファイア基板7の上にGaNバッファ層を作製したLEDとが発する、200mAにおける光の発光強度を比較した。
Here, the light emission intensity at 200 mA emitted from the LED produced in this example and the LED produced with the GaN buffer layer on the
その結果、本発明のLEDは、従来公知の方法によって作製したLEDに比べて、1.2倍の発光強度を有することがわかった。 As a result, it was found that the LED of the present invention has a light emission intensity 1.2 times that of an LED produced by a conventionally known method.
<実施例2>
実施例2では、図3に示す結晶成長装置1を用いて、GaN結晶を成長させた。なお、本実施例の結晶成長装置1の構成は、実施例1で用いた結晶成長装置1の窒化処理手段がプラズマ処理炉30に置き換わっている。
<Example 2>
In Example 2, a GaN crystal was grown using the crystal growth apparatus 1 shown in FIG. In the crystal growth apparatus 1 of the present embodiment, the nitriding means of the crystal growth apparatus 1 used in the first embodiment is replaced with a
本実施例では、直径1cmのロッド状のカーボン電極を用いて、プラズマ処理をすることによって、直径2インチのサファイア基板7の中心から、半径0.5cmの円領域を窒化処理した。
In this example, a circular region having a radius of 0.5 cm was nitrided from the center of the
まず、基板7を400℃に加熱し、高周波電力50W、窒素分圧10.5Torrとし、30分間プラズマ処理をした。このように窒化処理されたサファイア基板7を用いて、実施例1と同様方法により、結晶を成長させた。
First, the
ここで、上記の方法により得られたGaN結晶を、X線回折によって測定したところ、結晶成長方向の結晶軸のゆらぎ度合いは、より小さくなっていることがわかった。 Here, when the GaN crystal obtained by the above method was measured by X-ray diffraction, it was found that the degree of fluctuation of the crystal axis in the crystal growth direction was smaller.
また、実施例1と同様の方法により、この結晶を用いてLED素子を作製した。このようにして作製したLEDと、従来公知の方法によって作製したLEDとの200mAにおける発光強度を比較した。その結果、本実施例のLEDは、従来公知の方法によって作製したLEDに比べて1.3倍の発光強度を有することがわかった。 In addition, an LED element was produced using this crystal by the same method as in Example 1. The emission intensity at 200 mA was compared between the LED manufactured in this way and the LED manufactured by a conventionally known method. As a result, it was found that the LED of this example had a light emission intensity 1.3 times that of an LED produced by a conventionally known method.
<実施例3>
実施例3では、図3に示す結晶成長装置1を用いて、GaN結晶を成長させた。
<Example 3>
In Example 3, a GaN crystal was grown using the crystal growth apparatus 1 shown in FIG.
本実施例では、アルミナ製のマスクを作製し、基板7の上に設置した状態で、直径2インチのロッド状のカーボン電極を用いてプラズマ処理をすることによって、直径2インチのサファイア基板7の上に、ストライプ形状の領域を窒化処理した。このとき、ストライプ形状の幅を2mm、間隔を3mmとした。
In the present embodiment, a mask made of alumina is manufactured and placed on the
まず、基板7を400℃に加熱し、高周波電力50W、窒素分圧10.5Torrとし、40分間プラズマ処理をした。このように窒化処理されたサファイア基板7を用いて、実施例1と同様方法により結晶を成長させたところ、4時間で平坦なGaN結晶が得られた。
First, the
また、実施例1と同様の方法により、この結晶を用いてLED素子を作製した。このようにして作製したLEDと、従来公知の方法によって作製したLEDとの200mAにおける発光強度を比較した。その結果、本実施例のLEDは、従来公知の方法によって作製したLEDに比べて1.2倍の発光強度を有することがわかった。 In addition, an LED element was produced using this crystal by the same method as in Example 1. The emission intensity at 200 mA was compared between the LED manufactured in this way and the LED manufactured by a conventionally known method. As a result, it was found that the LED of this example had a light emission intensity 1.2 times that of an LED produced by a conventionally known method.
本発明に係る結晶成長方法によれば、高品質かつコストが安い結晶を作製することができるため、実用価値は極めて高く、例えば、半導体素子の材料として用いることにより、半導体製造産業等に広く利用できる。 According to the crystal growth method of the present invention, a crystal of high quality and low cost can be produced, so that the practical value is extremely high. For example, it can be widely used in the semiconductor manufacturing industry by using it as a material for a semiconductor element. it can.
1 結晶成長装置
2 結晶成長部(結晶成長手段)
3 耐熱耐圧容器
4 加熱装置
5 反応容器
6 密閉蓋
7 基板
8 原料液
10 ガス供給部
11 ガス貯蔵部
12 圧力調整器
13 接続パイプ
20 アニール炉(窒化処理手段)
24 加熱ヒーター
30 プラズマ処理炉(窒化処理手段)
31 上部電極
32 下部電極
33 高周波電源
34 加熱ヒーター
71 窒化処理領域(円形状)
72 窒化処理領域(ストライプ形状)
7a GaN(窒化ガリウム)結晶層
7b n型コンタクト層
7c 活性層
7d p型ブロック層
7e p型コンタクト層
7f 積層(p側電極、光反射層、接着層)
7g 金属基板
7h n側電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Heat-resistant pressure vessel 4
24
31
72 Nitrided region (stripe shape)
7a GaN (gallium nitride)
Claims (11)
上記基板の表面の少なくとも一部が窒化処理されていることを特徴とする結晶成長方法。 In a crystal growth method including a crystal growth step of growing a compound crystal of the raw material liquid and the raw material gas by bringing the raw material liquid and the raw material gas into contact with each other on the substrate,
A crystal growth method, wherein at least a part of the surface of the substrate is nitrided.
上記窒化処理手段によって窒化処理された基板の上において、原料液と原料ガスとを接触させて、上記原料液と上記原料ガスとの化合物の結晶を成長させる結晶成長手段とを備えていることを特徴とする結晶成長装置。 Nitriding means for nitriding the surface of the substrate;
Crystal growth means for growing a compound crystal of the raw material liquid and the raw material gas by bringing the raw material liquid and the raw material gas into contact with each other on the substrate nitrided by the nitriding means. A crystal growth apparatus.
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JP6996436B2 (en) | 2018-07-05 | 2022-01-17 | 日本電信電話株式会社 | Layered material laminated structure and its manufacturing method |
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