JP2000269142A - Formation of gallium nitride epitaxial layer and light emitting element - Google Patents

Formation of gallium nitride epitaxial layer and light emitting element

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JP2000269142A
JP2000269142A JP7129899A JP7129899A JP2000269142A JP 2000269142 A JP2000269142 A JP 2000269142A JP 7129899 A JP7129899 A JP 7129899A JP 7129899 A JP7129899 A JP 7129899A JP 2000269142 A JP2000269142 A JP 2000269142A
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JP
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epitaxial layer
gallium nitride
gan
layer
mask
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Hajime Yagi
肇 矢木
Hisayoshi Yamoto
久良 矢元
Yuichi Sato
勇一 佐藤
Hideo Yamanaka
英雄 山中
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize formation method of a GaN epitaxial layer, wherein the increase of manufacturing cost is restrained without generating large thermal strain between an obtained GaN epitaxial layer and a base layer. SOLUTION: In this forming method of a gallium nitride epitaxial layer, a gallium nitride epitaxial layer 2 is obtained by performing crystal growth for gallium nitride by a catalytic CVD method on a surface of a base layer 1. The gallium nitride epitaxial layer 2 can be obtained by forming a mask with an opening part for exposing the surface of the base layer 1, prior to crystal growth of gallium nitride by a catalyst CVD method and thereafter performing crystal growth for gallium nitride selectively by a catalyst CVD method on the surface of the base layer 1 which is exposed inside the opening part of the mask.

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、窒化ガリウムエピ
タキシャル層の形成方法と、この形成方法を用いて得ら
れる窒化ガリウムエピタキシャル層からPN接合層を形
成した、発光素子に関する。
The present invention relates to a method for forming a gallium nitride epitaxial layer and a light emitting device in which a PN junction layer is formed from a gallium nitride epitaxial layer obtained by using this method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高輝度青色LED(発光ダイオー
ド)に用いられる発光層(活性層)、すなわちPN接合
層の結晶材料として、窒化ガリウム(以下、GaNと記
す)が注目されている。GaNの単結晶としてそのエピ
タキシャル層(ただし、GaNのエピタキシャル層は結
晶欠陥が多いのが一般的であり、本発明においても「G
aNエピタキシャル層」は結晶欠陥が多いものを含んだ
意味で用いている。)を形成するには、通常、結晶基板
としてサファイヤ(Al2 3 )基板の(0001)面
や、スピネル(MgAl2 4 )基板の(111)面を
用い、これにMOCVD法(Metal Organic Chemical V
apor Deposition )でエピタキシャル成長させている。
2. Description of the Related Art In recent years, gallium nitride (hereinafter referred to as GaN) has attracted attention as a crystal material of a light emitting layer (active layer) used in a high-brightness blue LED (light emitting diode), that is, a PN junction layer. The epitaxial layer as a GaN single crystal (however, the GaN epitaxial layer generally has many crystal defects.
The “aN epitaxial layer” is used in the sense that it includes a material having many crystal defects. In order to form (), a (0001) plane of a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate or a (111) plane of a spinel (MgAl 2 O 4 ) substrate is usually used as a crystal substrate, and the MOCVD method (Metal Organic Chemical V
apor Deposition).

【0003】このようなGaNのエピタキシャル層を形
成する方法として、サファイヤ基板上にGaNエピタキ
シャル層とGaN:Mgエピタキシャル層とを形成して
これらからPN接合を形成し、発光ダイオードを製造す
る場合について説明する。サファイヤ基板上にGaNの
エピタキシャル層を形成するには、まず、結晶方位(0
001)の面を有する、厚さ約0.5mmのサファイヤ
基板を用意する。次に、このサファイヤ基板の前記(0
001)面を加熱した混酸(硫酸+リン酸)で洗浄し、
続いて純水で洗浄した後乾燥する。
As a method of forming such an epitaxial layer of GaN, a case will be described in which a GaN epitaxial layer and a GaN: Mg epitaxial layer are formed on a sapphire substrate and a PN junction is formed from these layers to manufacture a light emitting diode. I do. In order to form an epitaxial layer of GaN on a sapphire substrate, first, the crystal orientation (0
A sapphire substrate having a surface of (001) and a thickness of about 0.5 mm is prepared. Next, the (0) of this sapphire substrate
001) surface is washed with a heated mixed acid (sulfuric acid + phosphoric acid),
Subsequently, the substrate is washed with pure water and dried.

【0004】次いで、このサファイヤ基板をMOCVD
装置の反応室内に入れ、基板ホルダ(通常グラファイト
製)に固定し保持させる。続いて、反応室内に水素を導
入して酸素や窒素、水分を十分に排出する。さらに、水
素を導入し続けつつ、前記基板ホルダに設けられたヒー
タにより該基板ホルダを介してサファイヤ基板の温度を
約1150℃に上げ、この状態で10分間程度保持す
る。このような高温水素処理により、サファイヤ基板表
面の残留有機汚染や、機械的加工に起因するサファイヤ
基板の歪層を除去することができる。
Then, the sapphire substrate is subjected to MOCVD.
It is placed in the reaction chamber of the apparatus and fixed and held on a substrate holder (usually made of graphite). Subsequently, hydrogen is introduced into the reaction chamber to sufficiently discharge oxygen, nitrogen, and moisture. Further, while continuously introducing hydrogen, the temperature of the sapphire substrate is raised to about 1150 ° C. via the substrate holder by a heater provided in the substrate holder, and the state is maintained for about 10 minutes. By such high-temperature hydrogen treatment, residual organic contamination on the surface of the sapphire substrate and a strained layer of the sapphire substrate caused by mechanical processing can be removed.

【0005】次いで、前記ヒータによる加熱を調整して
サファイヤ基板の温度を約600℃に下げ、原料ガスを
以下に示す流量で流して約6分間気相成長を行わせ、サ
ファイヤ基板上にバッファ層として厚さ約50nmのA
lN層を成長させる。 ・ガス流量 TMA(トリメチルアルミニウム);7 〔μmol/min〕 NH3 ;2.0〔SLM〕 H2 キャリア ;2.5〔SLM〕
Then, the temperature of the sapphire substrate is lowered to about 600 ° C. by adjusting the heating by the heater, and a source gas is flowed at the flow rate shown below to perform vapor phase growth for about 6 minutes, thereby forming a buffer layer on the sapphire substrate. A with a thickness of about 50 nm
A 1N layer is grown.・ Gas flow rate TMA (trimethylaluminum); 7 [μmol / min] NH 3 ; 2.0 [SLM] H 2 carrier; 2.5 [SLM]

【0006】次いで、前記ヒータによる加熱を調整して
サファイヤ基板の温度を約1000℃に上げ、原料ガス
を以下に示す流量で流して約60分間気相成長を行わ
せ、サファイヤ基板上に厚さ3〜121μm程度のGa
Nエピタキシャル層を成長させる。 ・ガス流量 TMG(トリメチルガリウム) ;17 〔μmol/min〕 NH3 ; 2.0〔SLM〕 H2 キャリア ; 2.5〔SLM〕
Then, the temperature of the sapphire substrate is raised to about 1000 ° C. by adjusting the heating by the heater, and a source gas is flowed at a flow rate shown below to perform vapor phase growth for about 60 minutes. Ga of about 3 to 121 μm
A N epitaxial layer is grown.・ Gas flow rate TMG (trimethylgallium); 17 [μmol / min] NH 3 ; 2.0 [SLM] H 2 carrier; 2.5 [SLM]

【0007】次いで、TMG、NH3 、H2 キャリアの
各流量についてはそのままで供給し、これに加えてCp
2 Mg(Bis-cyclopentadienyl magnesium)を、得られ
るGaN:Mgエピタキシャル層中におけるMgの濃度
が2×1020/cm3 となるようにして反応室内に供給
する。
Next, the respective flow rates of TMG, NH 3 and H 2 carriers are supplied as they are, and in addition, Cp
2 Mg (Bis-cyclopentadienyl magnesium) is supplied into the reaction chamber such that the Mg concentration in the obtained GaN: Mg epitaxial layer becomes 2 × 10 20 / cm 3 .

【0008】このようにして原料ガスを反応室51内に
供給すると、前記GaNエピタキシャル層上にGaN:
Mgがエピタキシャル成長し、GaN:Mgエピタキシ
ャル層が得られる。そして、このGaN:Mgエピタキ
シャル層と前記GaNエピタキシャル層とにより、発光
ダイオードのPN接合層が得られる。
When the source gas is supplied into the reaction chamber 51 in this manner, GaN:
Mg grows epitaxially, and a GaN: Mg epitaxial layer is obtained. The GaN: Mg epitaxial layer and the GaN epitaxial layer form a PN junction layer of a light emitting diode.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなGaNエピタキシャル層の形成方法では以下に述べ
る不都合がある。サファイヤ基板と得られるエピタキシ
ャル層とでは、その熱膨張係数が、サファイヤ基板は
7.5×10-6/°K、GaN(a軸)は5.59×1
-6/°Kと大きく異なる。そして、GaNエピタキシ
ャル層の形成は前述したように約1000℃、少なくと
も900℃と高温であることから、このようにして得ら
れたサファイヤ基板上のGaNエピタキシャル層を室温
に戻すと、前記の熱膨張係数の差により、基板とエピタ
キシャル層との間に大きな熱歪が発生してしまう。
However, such a method of forming a GaN epitaxial layer has the following disadvantages. The sapphire substrate and the obtained epitaxial layer have a thermal expansion coefficient of 7.5 × 10 −6 / ° K for sapphire substrate and 5.59 × 1 for GaN (a-axis).
0 -6 / ° K. Since the formation of the GaN epitaxial layer is as high as about 1000 ° C. and at least 900 ° C. as described above, when the GaN epitaxial layer on the sapphire substrate thus obtained is returned to room temperature, the thermal expansion Due to the difference between the coefficients, a large thermal strain occurs between the substrate and the epitaxial layer.

【0010】また、前記の形成方法に用いられるMOC
VD法では、TMG、NH3 等の原料ガスの反応効率が
数%以下と低いため、これら原料ガスのうち未反応のま
まで排出してしまう割合が多くなってしまい、これらの
回収にコストがかかり、また原料ガスそのものの使用量
も増えることによって製造コストの増大を招いてしま
う。
The MOC used in the above-mentioned forming method is
In the VD method, since the reaction efficiency of source gases such as TMG and NH 3 is as low as several percent or less, a large proportion of these source gases are discharged without being reacted, and the cost for recovering these gases is high. In addition, an increase in the use amount of the raw material gas itself causes an increase in manufacturing cost.

【0011】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、得られるGaNエピタキ
シャル層と基層との間に大きな熱歪を発生させることな
く、しかも製造コストの増大を抑えたGaNエピタキシ
ャル層の形成方法と、この方法によって得られたGaN
エピタキシャル層を用いた発光素子を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent a large thermal strain from occurring between an obtained GaN epitaxial layer and a base layer and to suppress an increase in manufacturing cost. Method for forming a GaN epitaxial layer and GaN obtained by the method
An object of the present invention is to provide a light emitting device using an epitaxial layer.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム
(GaN)エピタキシャル層の形成方法では、基層表面
上に、触媒CVD法により窒化ガリウムを結晶成長させ
て窒化ガリウムエピタキシャル層を得ることを前記課題
の解決手段とした。
In the method of forming a gallium nitride (GaN) epitaxial layer according to the present invention, it is an object of the present invention to obtain a gallium nitride epitaxial layer by growing gallium nitride on a surface of a base layer by catalytic CVD. Was the solution.

【0013】触媒CVD法では、原料ガスを化学反応さ
せるエネルギーについては基本的に触媒体によって供給
し、基層において必要なエネルギーは生成したGaNを
基層表面上にエピタキシャル成長(単結晶成長)させる
分、すなわちGaNが基層の結晶方位に沿って整列する
のに必要な分だけであるため、この基層自体の加熱温度
を例えば100〜800℃程度の低温にすることが可能
になる。したがって、このGaNエピタキシャル層の形
成方法によれば、比較的低温でエピタキシャル成長させ
ることができることから、得られるGaNエピタキシャ
ル層と基層との間に大きな熱歪が発生することが防止さ
れる。
In the catalytic CVD method, energy for chemically reacting a raw material gas is basically supplied by a catalyst, and energy required in the base layer is an amount required for epitaxially growing (single crystal growth) the generated GaN on the surface of the base layer. Since only GaN is necessary to align along the crystal orientation of the base layer, the heating temperature of the base layer itself can be reduced to, for example, about 100 to 800 ° C. Therefore, according to this method of forming a GaN epitaxial layer, since epitaxial growth can be performed at a relatively low temperature, generation of large thermal strain between the obtained GaN epitaxial layer and the base layer is prevented.

【0014】また、前述したように触媒CVD法では原
料ガスを触媒体で加熱し活性化させるため、この触媒体
での加熱を原料ガスが十分に活性化する高温とすること
で、その反応効率を高めることが可能になり、その製造
コストの増大が抑えられる。
Further, as described above, in the catalytic CVD method, the raw material gas is heated and activated by the catalyst, and the heating in the catalyst is performed at a high temperature at which the raw material gas is sufficiently activated, so that the reaction efficiency is increased. Can be increased, and an increase in the manufacturing cost can be suppressed.

【0015】本発明の発光素子では、触媒CVD法によ
って基層表面上に窒化ガリウムが結晶成長させられて得
られた窒化ガリウムエピタキシャル層により、PN接合
層が形成されてなることを前記課題の解決手段とした。
In the light emitting device according to the present invention, the PN junction layer is formed by a gallium nitride epitaxial layer obtained by growing gallium nitride on the surface of the base layer by catalytic CVD. And

【0016】この発光素子によれば、前述したエピタキ
シャル層の形成方法で得られたGaNエピタキシャル層
にPN接合層が形成されてなるので、このPN接合層が
熱歪の少ない良好なものとなり、またこのPN接合層の
形成の際の製造コストも低減化される。
According to this light emitting device, a PN junction layer is formed on the GaN epitaxial layer obtained by the above-described method for forming an epitaxial layer. The manufacturing cost for forming the PN junction layer is also reduced.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図1は、本発明におけるGaNエピタキシャル層の形成
方法の第1の実施形態例を説明するための図である。図
1中符号1はサファイヤ基板であり、このサファイヤ基
板1は、本発明における基層となるものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
FIG. 1 is a view for explaining a first embodiment of a method for forming a GaN epitaxial layer according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sapphire substrate, which serves as a base layer in the present invention.

【0018】このサファイヤ基板1上にGaNをエピタ
キシャル成長(結晶成長)させるには、従来と同様にし
て、図1(a)に示すように結晶方位(0001)の面
を有する厚さ約0.5mmのサファイヤ基板1を用意す
る。次に、このサファイヤ基板1の、結晶方位(000
1)面を加熱した混酸(硫酸+リン酸)で洗浄し、続い
て純水で洗浄した後乾燥する。
For epitaxial growth (crystal growth) of GaN on the sapphire substrate 1, a thickness of about 0.5 mm having a crystal orientation (0001) plane as shown in FIG. A sapphire substrate 1 is prepared. Next, the crystal orientation of this sapphire substrate 1 (000
1) The surface is washed with a heated mixed acid (sulfuric acid + phosphoric acid), then washed with pure water and dried.

【0019】次いで、図2に示す触媒CVD装置50に
より、触媒CVD法によって前記(0001)面にGa
Nを結晶成長させ、図1(b)に示すようにサファイヤ
基板1表面上にGaNエピタキシャル層2を形成する。
Next, Ga is applied to the (0001) plane by a catalytic CVD method using a catalytic CVD apparatus 50 shown in FIG.
N is crystal-grown, and a GaN epitaxial layer 2 is formed on the surface of the sapphire substrate 1 as shown in FIG.

【0020】ここで、図2に示した触媒CVD装置50
についてその概略構成を説明すると、この触媒CVD装
置50は、被処理体の処理を行う反応室51と、これに
通じる前室52とを備えて構成されたものであり、反応
室51にはターボ分子ポンプ53、ロータリーポンプ5
4がこの順に接続され、同様に前室52にもターボ分子
ポンプ55、ロータリーポンプ56がこの順に接続され
ている。
Here, the catalytic CVD apparatus 50 shown in FIG.
The catalytic CVD apparatus 50 includes a reaction chamber 51 for processing an object to be processed and a front chamber 52 communicating therewith. Molecular pump 53, rotary pump 5
4 are connected in this order, and similarly, a turbo molecular pump 55 and a rotary pump 56 are connected to the front chamber 52 in this order.

【0021】反応室51には、反応ガス制御系(図示
略)を介して堆積用原料ガス供給源(図示略)に接続し
た原料ガス配管57が設けられており、この原料ガス配
管57から反応室51内に堆積用原料ガスが供給される
ようになっている。また、反応室51内においては、そ
の上部に被処理体となるサファイヤ基板1をセットする
ための基板ホルダ(サセプタ)58が設けられており、
この基板ホルダ58にはヒータ59、熱電対60が設け
られている。
The reaction chamber 51 is provided with a source gas pipe 57 connected to a deposition source gas supply source (not shown) via a reaction gas control system (not shown). The source gas for deposition is supplied into the chamber 51. In the reaction chamber 51, a substrate holder (susceptor) 58 for setting the sapphire substrate 1 to be processed is provided above the reaction chamber 51.
The substrate holder 58 is provided with a heater 59 and a thermocouple 60.

【0022】このような構成のもとに基板ホルダ58で
は、ヒータ59によって基板ホルダ58を介して試料を
加熱できるようになっており、また熱電対60によって
基板ホルダ58の温度を検知してヒータ59による加熱
の度合いを制御できるようになっている。なお、前記基
板ホルダ58としては、例えばグラファイトサセプタが
用いられる。
Under such a configuration, in the substrate holder 58, the sample can be heated by the heater 59 via the substrate holder 58, and the temperature of the substrate holder 58 can be detected by the thermocouple 60 to detect the temperature of the substrate. 59 can control the degree of heating. As the substrate holder 58, for example, a graphite susceptor is used.

【0023】この基板ホルダ58の下方にはシャッター
61が配設されており、さらにその下方には触媒体62
が配設されている。触媒体62は、例えばタングステン
細線をコイル状に巻回したフィラメントからなるもの
で、反応室51の外に配置された電源63に接続され、
これから電力が供給されることによって1600〜18
00℃程度にまで加熱保持されるようになっている。ま
た、この触媒体62は、前記原料ガス配管58の反応室
51内における原料ガス供給口(図示略)の上方に配置
されたもので、原料ガス配管58から供給された堆積用
原料ガスを加熱してこれを分解、活性化させるようにな
っている。
A shutter 61 is provided below the substrate holder 58, and a catalyst 62 is further provided below the shutter 61.
Are arranged. The catalyst body 62 is made of, for example, a filament obtained by winding a thin tungsten wire in a coil shape, and is connected to a power supply 63 arranged outside the reaction chamber 51.
From now on, electric power is supplied, and
It is designed to be heated and held to about 00 ° C. The catalyst body 62 is disposed above a source gas supply port (not shown) in the reaction chamber 51 of the source gas pipe 58, and heats the deposition source gas supplied from the source gas pipe 58. Then, it is decomposed and activated.

【0024】なお、原料ガス配管57が接続する反応ガ
ス制御系は、TMG、TMA、NH3 、H2 の各ガス供
給源がそれぞれ配管で反応室51と排気ポンプ(図示
略)とに接続されて構成されたもので、各反応ガスの配
管中にマスフローコントローラ(MFC)(図示略)と
調整弁(図示略)とが設けられ、これにより反応室51
内へのガスの供給とその停止や、その流量が制御される
ようになっている。
In the reaction gas control system to which the source gas pipe 57 is connected, each gas supply source of TMG, TMA, NH 3 , and H 2 is connected to the reaction chamber 51 and an exhaust pump (not shown) through respective pipes. A mass flow controller (MFC) (not shown) and a regulating valve (not shown) are provided in the piping of each reaction gas.
The supply and stop of the gas into the inside and the flow rate thereof are controlled.

【0025】図3は、本発明のGaNエピタキシャル層
の形成方法の第2の実施形態例を説明するための図であ
る。本例が先の第1の実施形態例と異なるところは、サ
ファイヤ基板1上にGaNを選択的にエピタキシャル成
長(結晶成長)させ、GaNエピタキシャル層2を形成
する点にある。
FIG. 3 is a view for explaining a second embodiment of the method for forming a GaN epitaxial layer according to the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that GaN is selectively epitaxially grown (crystal grown) on the sapphire substrate 1 to form a GaN epitaxial layer 2.

【0026】すなわち、この例では、まず、図3(a)
に示すようにエピタキシャル成長させたいサファイヤ基
板1の(0001)面を露出させた開口部3を有するマ
スク4を形成する。このマスク4については、サファイ
ヤ基板1上に酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シ
リコンのうちの少なくとも一種からなる膜(図示略)を
CVD法等によって形成し、その後公知のリソグラフィ
ー技術、エッチング技術によってパターニングすること
によって形成する。
That is, in this example, first, FIG.
As shown in FIG. 1, a mask 4 having an opening 3 exposing the (0001) plane of the sapphire substrate 1 to be epitaxially grown is formed. As for the mask 4, a film (not shown) made of at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride is formed on the sapphire substrate 1 by a CVD method or the like, and then patterned by a known lithography technique or etching technique. It forms by doing.

【0027】次に、このようにしてマスク4を形成した
サファイヤ基板1を、先の例と同様に加熱した混酸(硫
酸+リン酸)で洗浄し、続いて純水で洗浄した後乾燥す
る。次いで、図2に示す触媒CVD装置50により、先
の例と同様にして触媒CVD法により選択的にGaNを
結晶成長させ、図3(b)に示すように前記マスク4の
開口部3内にて露出したサファイヤ基板1表面上にGa
Nエピタキシャル層2を形成する。
Next, the sapphire substrate 1 on which the mask 4 has been formed in this manner is washed with a mixed acid (sulfuric acid + phosphoric acid) heated in the same manner as in the previous example, subsequently washed with pure water and dried. Next, GaN is selectively crystal-grown by the catalytic CVD method in the same manner as in the previous example by the catalytic CVD apparatus 50 shown in FIG. 2, and the GaN is grown in the opening 3 of the mask 4 as shown in FIG. Ga on the exposed surface of the sapphire substrate 1
An N epitaxial layer 2 is formed.

【0028】ここで、図2に示した触媒CVD装置50
により、サファイヤ基板1表面上にGaNエピタキシャ
ル層2を選択的に形成する方法について詳しく説明す
る。まず、図3(a)に示した状態の、マスク4を形成
したサファイア基板1を、触媒CVD装置50の前室5
2を経由して基板ホルダ58にセットする。次に、ター
ボ分子ポンプ55、ロータリーポンプ56を作動させて
反応室51内を1〜2×10-6Pa程度にまで減圧し、
この状態を約5分保持して特に反応室51内に持ち込ま
れた水分や酸素を排気する。
Here, the catalytic CVD apparatus 50 shown in FIG.
The method for selectively forming the GaN epitaxial layer 2 on the surface of the sapphire substrate 1 will now be described in detail. First, the sapphire substrate 1 on which the mask 4 is formed in the state shown in FIG.
2 and set on the substrate holder 58. Next, the turbo molecular pump 55 and the rotary pump 56 are operated to reduce the pressure inside the reaction chamber 51 to about 1 to 2 × 10 −6 Pa,
This state is maintained for about 5 minutes, and in particular, moisture and oxygen brought into the reaction chamber 51 are exhausted.

【0029】次いで、ヒータ59により基板ホルダ58
を介してサファイヤ基板1を100℃〜800℃程度、
本例では400℃に加熱保持する。また、反応室51内
に前記反応ガス制御系から水素を流し、その流量と反応
室51内の圧力とを所定の値に制御する。反応室51内
の圧力については0.1〜15Pa程度とし、本例では
1.0Paに設定する。また、流量については400
〔sccm〕とする。
Next, the substrate holder 58 is heated by the heater 59.
The sapphire substrate 1 through about 100 ° C. to 800 ° C.,
In this example, the temperature is maintained at 400 ° C. In addition, hydrogen flows from the reaction gas control system into the reaction chamber 51, and the flow rate and the pressure in the reaction chamber 51 are controlled to predetermined values. The pressure in the reaction chamber 51 is set to about 0.1 to 15 Pa, and is set to 1.0 Pa in this example. The flow rate is 400
[Sccm].

【0030】次いで、電源63をオンにすることによっ
て触媒体62に通電し、その温度を1600〜1800
℃程度に上げる。本例では1800℃に設定する。そし
て、この状態で10分間保持する。
Next, the power is supplied to the catalyst 62 by turning on the power supply 63, and the temperature is raised to 1600 to 1800.
Increase to about ° C. In this example, the temperature is set to 1800 ° C. Then, this state is maintained for 10 minutes.

【0031】次いで、前記反応ガス制御系からTMG、
NH3 についてもこれを反応室51内に導入する。すな
わち、本例では、水素流量を250〔sccm〕とし、
TMG流量を1.7〔μmol/min〕、NH3 流量
を150〔sccm〕とすることによって原料ガスを反
応室51内に供給する。
Next, TMG,
NH 3 is also introduced into the reaction chamber 51. That is, in this example, the hydrogen flow rate is set to 250 [sccm],
The source gas is supplied into the reaction chamber 51 by setting the TMG flow rate to 1.7 [μmol / min] and the NH 3 flow rate to 150 [sccm].

【0032】このようにして原料ガスを反応室51内に
供給すると、触媒体62によって加熱され活性化された
水素原子は酸化膜をエッチングすることから、マスク4
の開口部3内に臨むサファイヤ基板1表面では、ここに
形成された薄い自然酸化膜がエッチング除去される。そ
して、自然酸化膜が除去されて露出したサファイヤ基板
1表面に、GaNが100nm/min程度の成膜速度
でエピタキシャル成長する。本例では、原料ガスを40
分間反応室51内に導入してエピタキシャル成長させる
ことにより、厚さ4.0μmのGaNエピタキシャル層
2を形成した。
When the raw material gas is supplied into the reaction chamber 51 in this manner, the hydrogen atoms heated and activated by the catalyst body 62 etch the oxide film, so that the mask 4
On the surface of the sapphire substrate 1 facing the opening 3, the thin native oxide film formed here is removed by etching. Then, GaN is epitaxially grown on the surface of the sapphire substrate 1 exposed by removing the natural oxide film at a film formation rate of about 100 nm / min. In this example, the source gas is 40
The GaN epitaxial layer 2 having a thickness of 4.0 μm was formed by introducing the GaN epitaxial layer into the reaction chamber 51 for minutes.

【0033】また、マスク4上においては、触媒体62
によって活性化された水素原子が該マスク4の表面をエ
ッチングすることから、ある時間内ではこの表面にGa
Nが堆積することがなく、したがって前記GaNエピタ
キシャル層2はサファイヤ基板1表面上に選択的に形成
されたものとなる。
On the mask 4, the catalyst 62
The hydrogen atoms activated by the etching of the surface of the mask 4 cause the surface of the mask 4 to be Ga within a certain time.
Since N is not deposited, the GaN epitaxial layer 2 is selectively formed on the surface of the sapphire substrate 1.

【0034】ここで、前述の、「マスク4上において
は、ある時間内ではこの表面にGaNが堆積することが
ない」とした意味は、反応室51内にある異物や原料ガ
ス中の異物、また反応生成物であるGaNなどがマスク
4表面に付着すると、これを核にしてマスク4表面にG
aNが成長することがあるからであり、「このような核
となる異物等のマスク4表面への付着が起こる時間内に
おいては、該マスク4表面にGaNが堆積することがな
い」との意味である。
Here, the above-mentioned meaning that "GaN is not deposited on the surface of the mask 4 within a certain period of time" means that the foreign matter in the reaction chamber 51, the foreign matter in the source gas, Further, when GaN or the like, which is a reaction product, adheres to the surface of the mask 4, G
This is because aN may grow, meaning that GaN does not deposit on the surface of the mask 4 during the time in which such foreign substances serving as nuclei adhere to the surface of the mask 4. It is.

【0035】なお、具体的に核となる異物等のマスク4
表面への付着が起こる時間については、処理条件等によ
って異なるものの、本例の条件では、40分間の処理を
行ってもマスク4表面へのGaNの堆積が見られず、し
たがって40分以上であると推測される。
It should be noted that the mask 4 for a foreign substance or the like serving as a nucleus is specifically described.
The time required for the adhesion to the surface varies depending on the processing conditions and the like. However, under the conditions of this example, no GaN is deposited on the surface of the mask 4 even after the processing for 40 minutes, and therefore it is 40 minutes or more. It is presumed.

【0036】このようにしてGaNを選択的にエピタキ
シャル成長させたら、前記反応ガス制御系によってTM
G、NH3 ガスの流量をゼロにし、水素ガスのみを流し
続ける。そして、この状態を5分間続けたら、触媒体6
2への電力供給を停止してその温度を下げる。次いで、
水素ガスの流量もゼロにし、さらに反応室51内を1〜
2×10×10-6Pa程度にまで減圧し、この状態を約
5分保持して特にチャンバー内に導入したTMG、NH
3 を排気する。その後、サファイヤ基板1を前室52を
経由して大気圧の外部に取り出す。
After the GaN is selectively epitaxially grown as described above, the TM is controlled by the reaction gas control system.
G, the flow rate of NH 3 gas is set to zero, and only the hydrogen gas is kept flowing. Then, if this state is continued for 5 minutes, the catalyst body 6
Power supply to 2 is stopped to lower its temperature. Then
The flow rate of hydrogen gas was also reduced to zero, and
The pressure was reduced to about 2 × 10 × 10 −6 Pa, this state was maintained for about 5 minutes, and especially TMG and NH introduced into the chamber.
Exhaust 3 Thereafter, the sapphire substrate 1 is taken out of the atmosphere through the front chamber 52.

【0037】このGaNエピタキシャル層2の形成方法
によれば、触媒体62で熱分解して活性化した、高エネ
ルギーを持つ水素原子または水素原子の集団が選択的エ
ッチング作用を有することを利用することにより、マス
ク4上にGaNを堆積させることなくサファイヤ基板1
の表面にのみGaNを選択的に結晶成長(エピタキシャ
ル成長)させることができる。
According to the method of forming the GaN epitaxial layer 2, it is necessary to utilize the fact that hydrogen atoms having a high energy or a group of hydrogen atoms activated by being thermally decomposed by the catalyst body 62 have a selective etching action. Sapphire substrate 1 without depositing GaN on mask 4
GaN can be selectively crystal-grown (epitaxially grown) only on the surface.

【0038】また、触媒体62で堆積用原料ガスを活性
化させるため、サファイヤ基板1から供給するエネルギ
を少なくすることができ、したがってサファイヤ基板1
の温度を例えば100〜800℃と、従来の900〜1
000℃に比べ低温にすることができる。
Further, since the source gas for deposition is activated by the catalyst body 62, the energy supplied from the sapphire substrate 1 can be reduced.
Temperature is, for example, 100 to 800 ° C.,
The temperature can be lower than 000 ° C.

【0039】なお、前記実施形態例においては、基層と
してサファイヤ基板を用いているが、本発明はこれに限
定されることなく、例えばスピネルや、GaN結晶、S
iC単結晶、SiCエピタキシャル層、AlNエピタキ
シャル層などを用いることができ、これらに対しても、
基板温度約100〜800℃といった低温で、GaNエ
ピタキシャル層を選択的に形成することができる。ま
た、前記例では原料ガスとしてTAG、NH3 の他に水
素を用いたが、水素に代えて塩化水素(HCl)や塩素
(Cl2 )、臭化水素(HBr)や臭素(Br2 )を用
いることもできる。
In the above embodiment, a sapphire substrate is used as a base layer. However, the present invention is not limited to this. For example, spinel, GaN crystal, S
iC single crystal, SiC epitaxial layer, AlN epitaxial layer and the like can be used.
The GaN epitaxial layer can be selectively formed at a low substrate temperature of about 100 to 800 ° C. In the above example, hydrogen was used as the raw material gas in addition to TAG and NH 3 , but instead of hydrogen, hydrogen chloride (HCl), chlorine (Cl 2 ), hydrogen bromide (HBr), and bromine (Br 2 ) were used. It can also be used.

【0040】次に、本発明の発光素子について説明す
る。図4は本発明の発光素子を発光ダイオード(LE
D)に適用した場合の一実施形態例を示す図であり、図
4中符号10は発光ダイオードである。この発光ダイオ
ード10は、厚さ300μm程度のサファイヤ基板11
上に、AlNからなる厚さ50nm以下のバッファ層1
2を介して厚さ3μm程度のGaNエピタキシャル層1
3が形成され、さらにその上に厚さ500nm以下程度
のGaN:Mgエピタキシャル層14が形成されて構成
されたものである。
Next, the light emitting device of the present invention will be described. FIG. 4 shows a light emitting device of the present invention as a light emitting diode (LE).
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an embodiment when applied to D), and reference numeral 10 in FIG. 4 denotes a light emitting diode. The light-emitting diode 10 has a sapphire substrate 11 having a thickness of about 300 μm.
A buffer layer 1 made of AlN and having a thickness of 50 nm or less
GaN epitaxial layer 1 having a thickness of about 3 μm
3 and a GaN: Mg epitaxial layer 14 having a thickness of about 500 nm or less is further formed thereon.

【0041】GaNエピタキシャル層13、GaN:M
gエピタキシャル層14はいずれも前述した触媒CVD
法によって形成されたもので、GaNエピタキシャル層
13は、不純物がドープされていないことによりN型の
半導体結晶となっており、一方、GaN:Mgエピタキ
シャル層14は、GaNのエピタキシャル層中にMgが
ドープされていることにより、P型の半導体結晶となっ
ている。したがって、GaNエピタキシャル層13とG
aN:Mgエピタキシャル層14とは、PN接合層を形
成したものとなっている。
GaN epitaxial layer 13, GaN: M
The g-epitaxial layer 14 is formed by the above-described catalytic CVD.
The GaN epitaxial layer 13 is an N-type semiconductor crystal because it is not doped with impurities. On the other hand, the GaN: Mg epitaxial layer 14 has Mg in the GaN epitaxial layer. By being doped, a P-type semiconductor crystal is obtained. Therefore, the GaN epitaxial layer 13 and G
The aN: Mg epitaxial layer 14 has a PN junction layer formed thereon.

【0042】これらGaNエピタキシャル層13および
GaN:Mgエピタキシャル層14には、それぞれAl
電極15を介して配線16が設けられている。また、配
線16、16には、GaNエピタキシャル層13側が負
極、GaN:Mgエピタキシャル層14側が正極となる
ようにして電源(図示略)が接続されるようになってい
る。このような構成により発光ダイオード10は、電源
から順電圧が印加されると、N型のGaNエピタキシャ
ル層13から電子が、またP型のGaN:Mgエピタキ
シャル層14から正孔がPN接合に移動して電子と正孔
が再結合し、その際に光を発する。すなわち、自由な電
子が結合状態になり、この際自由になったエネルギーが
光となって放射されるのである。
The GaN epitaxial layer 13 and the GaN: Mg epitaxial layer 14 have Al
The wiring 16 is provided via the electrode 15. A power supply (not shown) is connected to the wirings 16 and 16 such that the GaN epitaxial layer 13 side is a negative electrode and the GaN: Mg epitaxial layer 14 side is a positive electrode. With such a configuration, when a forward voltage is applied from the power supply, electrons from the N-type GaN epitaxial layer 13 and holes from the P-type GaN: Mg epitaxial layer 14 move to the PN junction in the light emitting diode 10. The electrons and holes recombine and emit light at that time. In other words, the free electrons are bound, and the free energy is emitted as light.

【0043】なお、GaN:Mgエピタキシャル層14
において、そのAl電極15が取り付けられた箇所に
は、後述するように電子ビームによるアニール処理(L
EEBI〔Low-Energy Electron Beam Irradiation〕処
理)がなされてアニール処理部14aが形成されてい
る。
The GaN: Mg epitaxial layer 14
In this case, the portion where the Al electrode 15 is attached is subjected to an annealing process (L
An EEBI (Low-Energy Electron Beam Irradiation) process is performed to form an annealing portion 14a.

【0044】このような構成の発光ダイオード10を作
製するには、先の例と同様にしてまず、用意した厚さ3
00μmのサファイ基板1を、加熱した混酸(硫酸+リ
ン酸)で洗浄し、続いて純水で洗浄した後乾燥する。次
に、このサファイア基板1を、触媒CVD装置50の前
室52を経由させて基板ホルダ58にセットする。次い
で、ターボ分子ポンプ55、ロータリーポンプ56を作
動させて反応室51内を1〜2×10-6Pa程度にまで
減圧し、この状態を約5分保持して特に反応室51内に
持ち込まれた水分や酸素を排気する。
In order to manufacture the light emitting diode 10 having such a configuration, first, the prepared thickness 3
The 00 μm sapphire substrate 1 is washed with a heated mixed acid (sulfuric acid + phosphoric acid), subsequently washed with pure water and dried. Next, the sapphire substrate 1 is set on the substrate holder 58 via the front chamber 52 of the catalytic CVD device 50. Next, the inside of the reaction chamber 51 is depressurized to about 1 to 2 × 10 −6 Pa by operating the turbo molecular pump 55 and the rotary pump 56, and this state is maintained for about 5 minutes, and particularly, the reaction chamber 51 is brought into the reaction chamber 51. Exhaust moisture and oxygen.

【0045】次いで、ヒータ59により基板ホルダ58
を介してサファイヤ基板1を100℃〜800℃程度、
本例では400℃に加熱保持する。また、反応室51内
に前記反応ガス制御系から水素を流し、その流量と反応
室51内の圧力とを所定の値に制御する。反応室51内
の圧力については0.1〜15Pa程度とし、本例では
1.0Paに設定する。また、流量については400
〔sccm〕とする。
Next, the substrate holder 58 is heated by the heater 59.
The sapphire substrate 1 through about 100 ° C. to 800 ° C.,
In this example, the temperature is maintained at 400 ° C. In addition, hydrogen flows from the reaction gas control system into the reaction chamber 51, and the flow rate and the pressure in the reaction chamber 51 are controlled to predetermined values. The pressure in the reaction chamber 51 is set to about 0.1 to 15 Pa, and is set to 1.0 Pa in this example. The flow rate is 400
[Sccm].

【0046】次いで、電源63をオンにすることによっ
て触媒体62に通電し、その温度を1600〜1800
℃程度に上げる。本例では1800℃に設定する。そし
て、この状態で10分間保持する。
Next, the power is supplied to the catalyst 62 by turning on the power supply 63, and the temperature is raised to 1600 to 1800.
Increase to about ° C. In this example, the temperature is set to 1800 ° C. Then, this state is maintained for 10 minutes.

【0047】次いで、前記反応ガス制御系からTMA、
NH3 を反応室51内に導入するとともに、水素の流量
を変える。すなわち、本例では、水素流量を250〔s
ccm〕とし、TMA流量を0.7〔μmol/mi
n〕、NH3 流量を200〔sccm〕とすることによ
って原料ガスを反応室51内に供給する。
Next, TMA,
While introducing NH 3 into the reaction chamber 51, the flow rate of hydrogen is changed. That is, in this example, the hydrogen flow rate is set to 250 [s
ccm] and the TMA flow rate is 0.7 [μmol / mi.
n], the source gas is supplied into the reaction chamber 51 by setting the NH 3 flow rate to 200 [sccm].

【0048】このようにして原料ガスを反応室51内に
供給すると、触媒体62によって加熱され活性化された
水素原子は酸化膜をエッチングすることから、サファイ
ヤ基板1表面に形成された薄い自然酸化膜がエッチング
除去される。そして、自然酸化膜が除去されて露出した
サファイヤ基板1表面に、AlNが50nm/min程
度の成膜速度でエピタキシャル成長する。本例では、原
料ガスを1分間反応室51内に導入してエピタキシャル
成長させることにより、厚さ50nm以下のAlNエピ
タキシャル膜からなるバッファ層12を形成した。
When the raw material gas is supplied into the reaction chamber 51 in this manner, the hydrogen atoms heated and activated by the catalyst body 62 etch the oxide film, so that the thin natural oxide formed on the surface of the sapphire substrate 1 is formed. The film is etched away. Then, AlN is epitaxially grown on the surface of the sapphire substrate 1 exposed by removing the natural oxide film at a deposition rate of about 50 nm / min. In this example, the buffer layer 12 made of an AlN epitaxial film having a thickness of 50 nm or less was formed by introducing a source gas into the reaction chamber 51 for one minute and performing epitaxial growth.

【0049】次いで、反応室51内へのTMA、NH3
の導入を停止し、水素の流量を400〔sccm〕にし
て反応室51内の圧力を1.0Paとすることにより、
特に反応室51内のTMAを排気する。このようにして
反応室51内のTMAを十分に排気したら、前記反応ガ
ス制御系からTMG、NH3 を反応室51内に導入する
とともに、水素の流量を変える。すなわち、水素流量を
250〔sccm〕とし、TMG流量を1.7〔μmo
l/min〕、NH3 流量を150〔sccm〕とする
ことによって原料ガスを反応室51内に供給する。
Next, TMA and NH 3 were introduced into the reaction chamber 51.
Is stopped, the flow rate of hydrogen is set to 400 [sccm], and the pressure in the reaction chamber 51 is set to 1.0 Pa.
In particular, the TMA in the reaction chamber 51 is exhausted. When the TMA in the reaction chamber 51 is sufficiently exhausted in this way, TMG and NH 3 are introduced into the reaction chamber 51 from the reaction gas control system, and the flow rate of hydrogen is changed. That is, the hydrogen flow rate was set to 250 [sccm], and the TMG flow rate was set to 1.7 [μmo.
1 / min] and a NH 3 flow rate of 150 [sccm] to supply the source gas into the reaction chamber 51.

【0050】このようにして原料ガスを反応室51内に
供給すると、サファイヤ基板1上に形成したバッファ層
12表面に、GaNが100nm/min程度の成膜速
度でエピタキシャル成長する。本例では、原料ガスを4
0分間反応室51内に導入してエピタキシャル成長させ
ることにより、厚さ4.0μmのGaNエピタキシャル
層13を形成した。
When the source gas is supplied into the reaction chamber 51 in this manner, GaN epitaxially grows on the surface of the buffer layer 12 formed on the sapphire substrate 1 at a film formation rate of about 100 nm / min. In this example, the source gas is 4
The GaN epitaxial layer 13 having a thickness of 4.0 μm was formed by introducing it into the reaction chamber 51 for 0 minutes and performing epitaxial growth.

【0051】次いで、NH3 流量を200〔sccm〕
に変更するとともに、Cp2 Mg(Bis-cyclopentadien
yl magnesium)を、得られるGaN:Mgエピタキシャ
ル層14中におけるMgの濃度が2×1020/cm3
なるようにして反応室51内に供給する。
Next, the NH 3 flow rate was set to 200 [sccm].
To Cp 2 Mg (Bis-cyclopentadien
yl magnesium) is supplied into the reaction chamber 51 such that the Mg concentration in the obtained GaN: Mg epitaxial layer 14 becomes 2 × 10 20 / cm 3 .

【0052】このようにして原料ガスを反応室51内に
供給すると、前記GaNエピタキシャル層13上に、G
aN:Mgが50nm/min程度の成膜速度でエピタ
キシャル成長する。本例では、原料ガスを約10分間反
応室51内に導入してエピタキシャル成長させることに
より、厚さ500nm以下のGaN:Mgエピタキシャ
ル層14を形成した。
When the raw material gas is supplied into the reaction chamber 51 in this manner, G
aN: Mg is epitaxially grown at a film formation rate of about 50 nm / min. In this example, a GaN: Mg epitaxial layer 14 having a thickness of 500 nm or less was formed by introducing a source gas into the reaction chamber 51 for about 10 minutes and performing epitaxial growth.

【0053】このようにしてGaNを選択的にエピタキ
シャル成長させたら、前記反応ガス制御系によってTM
G、NH3 、Cp2 Mgの各ガスの流量をゼロにし、水
素ガスのみを流し続ける。そして、この状態を5分間続
けたら、触媒体62への電力供給を停止してその温度を
下げる。次いで、水素ガスの流量もゼロにし、さらに反
応室51内を1〜2×10×10-6Pa程度にまで減圧
し、この状態を約5分保持して特にチャンバー内に導入
したTMG、NH3 、Cp2 Mgを排気する。続いて、
サファイヤ基板1を前室52を経由して大気圧の外部に
取り出す。
After the GaN is selectively epitaxially grown as described above, the TM is controlled by the reaction gas control system.
The flow rates of the respective gases of G, NH 3 and Cp 2 Mg are set to zero, and only the hydrogen gas is kept flowing. Then, when this state is continued for 5 minutes, the power supply to the catalyst body 62 is stopped to lower the temperature. Next, the flow rate of the hydrogen gas was also reduced to zero, and the pressure inside the reaction chamber 51 was further reduced to about 1 to 2 × 10 × 10 −6 Pa. This state was maintained for about 5 minutes, and particularly TMG and NH introduced into the chamber. 3. Exhaust Cp 2 Mg. continue,
The sapphire substrate 1 is taken out of the atmosphere through the front chamber 52.

【0054】次いで、GaN:Mgエピタキシャル層1
4の電極取り付け箇所に電子ビームによるアニール処理
(LEEBI〔Low-Energy Electron Beam Irradiatio
n〕処理)を以下の条件で行い、アニール処理部14a
を形成する。 ・アニール処理条件 ビームスポットサイズ;60μm 電流 ;60μA 加速電圧 ;10kV
Next, the GaN: Mg epitaxial layer 1
No. 4 electrode-attached portions were annealed with an electron beam (LEEBI [Low-Energy Electron Beam Irradiatio
n] processing) is performed under the following conditions, and the annealing section 14a
To form -Annealing treatment conditions Beam spot size; 60 µm Current; 60 µA Acceleration voltage; 10 kV

【0055】その後、GaN:Mgエピタキシャル層1
4のアニール処理部14a、およびGaNエピタキシャ
ル層13の所定箇所にAl電極15を形成し、さらにこ
れに配線16を取り付けることにより、図4に示した発
光ダイオード10を得る。なお、Al電極15について
は、アルミニウムを蒸着した後、このアルミニウム膜を
リソグラフィー技術とエッチング技術によってパターニ
ングすることで形成する。
Thereafter, the GaN: Mg epitaxial layer 1
4, an Al electrode 15 is formed at a predetermined portion of the annealing section 14a and the GaN epitaxial layer 13, and a wiring 16 is attached to the Al electrode 15 to obtain the light emitting diode 10 shown in FIG. The Al electrode 15 is formed by evaporating aluminum and then patterning the aluminum film by lithography and etching.

【0056】このようにして得られた発光ダイオード1
0にあっては、PN接合層を形成するGaNエピタキシ
ャル層13、およびGaN:Mgエピタキシャル層14
の形成を触媒CVD法で行っていることから、これらG
aNエピタキシャル層13、およびGaN:Mgエピタ
キシャル層14を熱歪の少ない良好なものとすることが
できる。また、触媒CVD法では原料ガスを触媒体62
で加熱し活性化させるため、この触媒体62での加熱を
1800℃といった高温にすることで原料ガスを十分に
活性化することができ、したがってその反応効率を高め
ることができる。よって、PN接合層の形成の際の製造
コストを従来に比べ低減することができる。
The light emitting diode 1 thus obtained
0, a GaN epitaxial layer 13 forming a PN junction layer and a GaN: Mg epitaxial layer 14
Is formed by the catalytic CVD method.
The aN epitaxial layer 13 and the GaN: Mg epitaxial layer 14 can be made good with little thermal strain. In the catalytic CVD method, the raw material gas is
Therefore, by heating the catalyst 62 at a high temperature such as 1800 ° C., the source gas can be sufficiently activated, and the reaction efficiency can be increased. Therefore, the manufacturing cost for forming the PN junction layer can be reduced as compared with the related art.

【0057】なお、図4に示した例では本発明の発光素
子を発光ダイオードに適用した場合について説明した
が、本発明はこれに限定されることなく、他に例えば半
導体レーザにも適用することができる。
In the example shown in FIG. 4, the case where the light emitting device of the present invention is applied to a light emitting diode has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, a semiconductor laser. Can be.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明の窒化ガリウ
ムエピタキシャル層の形成方法は、触媒CVD法により
窒化ガリウムを結晶成長させて窒化ガリウムエピタキシ
ャル層を得る方法であるから、比較的低温で窒化ガリウ
ムをエピタキシャル成長させることができ、これにより
得られるGaNエピタキシャル層と基層との間に大きな
熱歪が発生するのを防止して良好なGaNエピタキシャ
ル層を得ることができる。
As described above, the method for forming a gallium nitride epitaxial layer according to the present invention is a method in which gallium nitride is crystal-grown by a catalytic CVD method to obtain a gallium nitride epitaxial layer. Can be epitaxially grown, thereby preventing a large thermal strain from being generated between the obtained GaN epitaxial layer and the base layer, and obtaining a good GaN epitaxial layer.

【0059】また、触媒CVD法では原料ガスを触媒体
で加熱し活性化させるため、この触媒体での加熱を原料
ガスが十分に活性化する高温とすることでその反応効率
を高めることができ、したがって反応効率が低いことに
起因して製造コストが増大するのを抑えることができ
る。
Further, in the catalytic CVD method, the raw material gas is heated and activated by the catalyst, and the reaction efficiency can be increased by heating the catalyst at a high temperature at which the raw material gas is sufficiently activated. Therefore, it is possible to suppress an increase in production cost due to a low reaction efficiency.

【0060】また、触媒CVD法により窒化ガリウムを
結晶成長させるに先立ち、前記基層表面を露出させる開
口部を有したマスクを形成し、その後、前記マスクの開
口部内にて露出した前記基層表面上に、触媒CVD法に
より選択的に窒化ガリウムを結晶成長させるようにすれ
ば、窒化ガリウムエピタキシャル層を選択的に形成する
ことができる。
Prior to crystal growth of gallium nitride by the catalytic CVD method, a mask having an opening for exposing the surface of the base layer is formed, and thereafter, a mask is formed on the surface of the base layer exposed in the opening of the mask. If gallium nitride is selectively grown by catalytic CVD, a gallium nitride epitaxial layer can be selectively formed.

【0061】本発明の発光素子によれば、前述したエピ
タキシャル層の形成方法で得られた窒化ガリウムエピタ
キシャル層にPN接合層が形成されてなるものであるか
ら、このPN接合層を熱歪の少ない良好なものとするこ
とができ、またこのPN接合層の製造コストの低減化を
図ることもできる。
According to the light emitting device of the present invention, the PN junction layer is formed on the gallium nitride epitaxial layer obtained by the above-described method for forming an epitaxial layer. The PN junction layer can be made good, and the manufacturing cost of the PN junction layer can be reduced.

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

【図1】(a)、(b)は本発明の窒化ガリウムエピタ
キシャル層の形成方法の第1の実施形態例を工程順に説
明するための要部側断面図である。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) are side sectional views for explaining a first embodiment of a method for forming a gallium nitride epitaxial layer according to the present invention in the order of steps.

【図2】本発明に用いられる触媒CVD装置の概略構成
図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a catalytic CVD apparatus used in the present invention.

【図3】(a)、(b)は本発明の窒化ガリウムエピタ
キシャル層の形成方法の第2の実施形態例を工程順に説
明するための要部側断面図である。
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views of a main part for describing a second embodiment of a method of forming a gallium nitride epitaxial layer according to the present invention in the order of steps.

【図4】本発明の発光素子を発光ダイオード(LED)
に適用した場合の一実施形態例を示す要部側断面図であ
る。
FIG. 4 shows a light emitting device of the present invention as a light emitting diode (LED).
It is a principal part sectional view which shows one Embodiment of this invention when applied to.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…サファイヤ基板、2…GaNエピタキシャル層、3
…開口部、4…マスク、10…発光ダイオード、11…
サファイヤ基板、12…バッファ層、13…GaNエピ
タキシャル層、14…GaN:Mgエピタキシャル層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sapphire substrate, 2 ... GaN epitaxial layer, 3
... opening, 4 ... mask, 10 ... light emitting diode, 11 ...
Sapphire substrate, 12: buffer layer, 13: GaN epitaxial layer, 14: GaN: Mg epitaxial layer

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 勇一 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 山中 英雄 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) 5F041 AA40 CA02 CA23 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA64 CA67 5F045 AB14 AB32 AB33 AB34 AC07 AC12 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AE19 AE21 AE23 AF02 AF04 AF09 BB07 CA09 CA10 DB02 DP05 EK08 HA04 HA19 Continued on the front page (72) Inventor Yuichi Sato 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Hideo Yamanaka 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sonny shares In-house F-term (reference) 5F041 AA40 CA02 CA23 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA64 CA67 5F045 AB14 AB32 AB33 AB34 AC07 AC12 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AE19 AE21 AE23 AF02 AF04 AF09 BB07 CA09 CA10 DB02 DP05 EK08 HA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基層表面上に、触媒CVD法により窒化
ガリウムを結晶成長させて窒化ガリウムエピタキシャル
層を得ることを特徴とする窒化ガリウムエピタキシャル
層の形成方法。
1. A method for forming a gallium nitride epitaxial layer, wherein gallium nitride is grown on a surface of a base layer by catalytic CVD to obtain a gallium nitride epitaxial layer.
【請求項2】 触媒CVD法により窒化ガリウムを結晶
成長させるに先立ち、前記基層表面を露出させる開口部
を有したマスクを形成し、 その後、前記マスクの開口部内にて露出した前記基層表
面上に、触媒CVD法により選択的に窒化ガリウムを結
晶成長させて窒化ガリウムエピタキシャル層を得ること
を特徴とする請求項1記載の窒化ガリウムエピタキシャ
ル層の形成方法。
2. A mask having an opening for exposing the surface of the base layer is formed before crystal growth of gallium nitride by the catalytic CVD method, and thereafter, the mask is formed on the surface of the base layer exposed in the opening of the mask. 2. The method for forming a gallium nitride epitaxial layer according to claim 1, wherein gallium nitride is selectively grown by catalytic CVD to obtain a gallium nitride epitaxial layer.
【請求項3】 前記マスクが酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化窒化シリコンのうちの少なくとも一種からなる
ことを特徴とする請求項2記載の窒化ガリウムエピタキ
シャル層の形成方法。
3. The method for forming a gallium nitride epitaxial layer according to claim 2, wherein said mask is made of at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.
【請求項4】 前記基層がサファイヤ、スピネル、窒化
ガリウム結晶、SiC単結晶、SiCエピタキシャル
層、AlNエピタキシャル層のうちの少なくとも一種か
らなることを特徴とする請求項1記載の窒化ガリウムエ
ピタキシャル層の形成方法。
4. The gallium nitride epitaxial layer according to claim 1, wherein said base layer is made of at least one of sapphire, spinel, gallium nitride crystal, SiC single crystal, SiC epitaxial layer and AlN epitaxial layer. Method.
【請求項5】 触媒CVD法によって基層表面上に窒化
ガリウムが結晶成長させられて得られた窒化ガリウムエ
ピタキシャル層により、PN接合層が形成されてなるこ
とを特徴とする発光素子。
5. A light-emitting element comprising a gallium nitride epitaxial layer obtained by growing gallium nitride on a surface of a base layer by catalytic CVD and forming a PN junction layer.
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