JP2001024221A - Gallium nitride compound semiconductor and its manufacture - Google Patents

Gallium nitride compound semiconductor and its manufacture

Info

Publication number
JP2001024221A
JP2001024221A JP19108599A JP19108599A JP2001024221A JP 2001024221 A JP2001024221 A JP 2001024221A JP 19108599 A JP19108599 A JP 19108599A JP 19108599 A JP19108599 A JP 19108599A JP 2001024221 A JP2001024221 A JP 2001024221A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
gan
axis
lattice constant
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP19108599A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3857467B2 (en
Inventor
Isamu Akasaki
勇 赤崎
Hiroshi Amano
浩 天野
Hideo Yamaguchi
栄雄 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Corp filed Critical Japan Science and Technology Corp
Priority to JP19108599A priority Critical patent/JP3857467B2/en
Publication of JP2001024221A publication Critical patent/JP2001024221A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3857467B2 publication Critical patent/JP3857467B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve crystallinity and optical properties, etc., of a GaN layer formed in an MOVPE method. SOLUTION: On an AlN buffer layer provided on a sapphire board, a GaN or AlGaN compound semiconductor is film-formed in an organometallic compound vapor growth (MOVPE) method. In this case, an In dope GaN film or an A1GaN film for constitution is provided with a-axis lattice constant and c-axis lattice constant (where an a-axis and a c-axis satisfy substantially relation between distortion and stress of bulk GaN or A1xGa1-xN) between a value of lattice constant of a GaN film or a AlxGa1-xN film formed in the MOVPE method and a value of lattice constant of bulk GaN or AlxGa1-xN.

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、有機金属化合物気
相成長(MOVPE)法により成膜した青色発光ダイオ
ード、青色レーザダイオード等に用いられる窒化ガリウ
ム系化合物半導体およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor used for a blue light emitting diode, a blue laser diode and the like formed by a metal organic compound vapor phase epitaxy (MOVPE) method and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、青色発光ダイオード、青色レーザ
ダイオード等に使用される半導体材料として、GaN
系、AlGaN系、GaInN系等の化合物半導体が注
目されている。GaN単結晶薄膜は、反応炉に、例え
ば、有機金属であるトリメチルガリウム(TMG)、ト
リメチルアルミニウム(TMA)、アンモニア等を水素
ガスをキャリアガスとして供給し、サファイア基板上に
エピタキシャル成長させるMOVPE法により通常得ら
れる。このMOVPE法によりAlGaN、GaN等を
形成する際に、短波長領域に発光センタを形成するアク
セプタ不純物としてMg、Znを添加する方法も公知で
ある。
2. Description of the Related Art Conventionally, GaN has been used as a semiconductor material for blue light emitting diodes, blue laser diodes, and the like.
Attention has been focused on compound semiconductors such as AlGaN-based, GaInN-based, and the like. The GaN single crystal thin film is usually formed by MOVPE, in which, for example, an organic metal such as trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), or ammonia is supplied as a carrier gas using a hydrogen gas as a carrier gas and epitaxially grown on a sapphire substrate. can get. When AlGaN, GaN, or the like is formed by the MOVPE method, a method of adding Mg and Zn as acceptor impurities that form a light emission center in a short wavelength region is also known.

【0003】ただ、基板のサファイアとGaNは、格子
定数不整および熱膨張係数差が大きく、サファイア基板
上に直接GaN膜の成長を行うと、成長膜のピット、成
長膜と基板界面でのクラック等のマクロな欠陥はもとよ
り、結晶方位の空間的微小揺らぎ等の問題があるため、
表面が平坦で良質なGaN単結晶薄膜を作成することは
容易ではない。
However, sapphire and GaN of the substrate have a large lattice constant mismatch and a large difference in thermal expansion coefficient, and when a GaN film is grown directly on the sapphire substrate, pits in the grown film, cracks at the interface between the grown film and the substrate, and the like. In addition to the macro defects described above, there are problems such as spatial micro fluctuations in the crystal orientation.
It is not easy to produce a high quality GaN single crystal thin film with a flat surface.

【0004】本発明者らは、先に、基板温度850〜1
030℃でのGaN膜の成長直前に600℃程度の低温
でAlNをサファイア基板上に堆積し、これをバッファ
層とすることで上記問題を解決できることを見出した。
この方法によれば、AlNバッファ層を用いない場合と
比べて自由電子濃度が室温で1017cm-3程度と2桁程
度低く、かつ室温でのホール電子移動度は、350〜4
50cm2 /V・sと一桁程度大きい。
[0004] The present inventors have previously proposed a substrate temperature of 850-1.
It has been found that the above problem can be solved by depositing AlN on a sapphire substrate at a low temperature of about 600 ° C. immediately before the growth of the GaN film at 030 ° C. and using this as a buffer layer.
According to this method, the free electron concentration at room temperature is as low as about 10 17 cm −3, which is about two orders of magnitude lower than when no AlN buffer layer is used, and the hole electron mobility at room temperature is 350 to 4
50 cm 2 / V · s, which is about an order of magnitude larger.

【0005】また、この方法をさらに発展させ、アクセ
プタ不純物であるMgをドープして成長させた膜は、そ
のままでは高抵抗であるが、低加速電子線照射処理を施
すことによりp型となり、低抵抗化(数Ωcm)し、発
光特性も向上することを報告した(「Japanese Journal
OF Applied Physics 」Vol.28,L2112,1989 )。
Further, by further developing this method, a film grown by doping with Mg, which is an acceptor impurity, has a high resistance as it is, but becomes p-type by performing a low-acceleration electron beam irradiation treatment, and becomes a p-type film. It has been reported that resistance (several Ωcm) and light emission characteristics are improved (Japanese Journal
OF Applied Physics "Vol.28, L2112, 1989).

【0006】最近、GaNに少量のInをMBE法やM
OVPE法でドープすることによりさらに結晶性が改善
されることが報告されている(C.K.Shuら「Appl.Phys.Le
tt.」73,1998,641およびF.Widmann ら「Appl.Phys.Let
t.」73,1998,2642 、沈ら「第59回応用物理学会学術
講演会予稿集」,17pYB17,1998、沈ら「第46回応用物
理学関係連合講演会予稿集」,28pL11,29pN2,1999)。
Recently, a small amount of In has been added to GaN by MBE or M
It has been reported that the crystallinity can be further improved by doping by the OVPE method (CK Shu et al., Appl. Phys.
tt., 73, 1998, 641 and F. Widmann et al., Appl.Phys.Let.
73.1998, 2642, Shen et al. `` Proceedings of the 59th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics, '' 17pYB17,1998, Shen et al. 1999).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】高密度記録媒体および
フルカラーデバイスを可能にする材料として、III 族窒
化物が有望視されているが、このデバイスを電流で駆動
させるために、pn接合の形を取ることが不可欠であ
る。短波長レーザダイオードを構成している各層の中の
p型GaN層の作製に用いられるMOVPE法では、例
えば、GaNの原料として、トリメチルガリウムおよび
アンモニアを使用し、p型伝導度制御材料の不純物原料
として、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp
2 Mg)を使用している。また、キャリアガスとして水
素を用い、膜成長温度は、1000℃前後であり、Mg
がGaN中にドーピングされた膜をその後に熱処理する
ことによりp型低抵抗の膜が得られる。
As a material that enables high-density recording media and full-color devices, Group III nitrides are promising. However, in order to drive this device with electric current, a pn junction must be formed. It is essential to take. In the MOVPE method used for producing a p-type GaN layer in each layer constituting a short-wavelength laser diode, for example, trimethylgallium and ammonia are used as GaN raw materials, and an impurity raw material of a p-type conductivity control material is used. As biscyclopentadienyl magnesium (Cp
2 Mg). Hydrogen was used as a carrier gas, the film growth temperature was around 1000 ° C.,
Then, a film in which GaN is doped is heat-treated to obtain a p-type low-resistance film.

【0008】しかし、従来のMOVPE法では、GaN
の場合、p型キャリア濃度はせいぜい2×1018cm-3
という値であり、GaInNの場合、5×1017cm-3
程度であり、キャリア注入の高効率化および抵抗の低減
化という点で十分とは言えない。そこで、現在、p型G
aN層の正孔キャリア濃度の増大によるそれらの特性の
改善が特に望まれている。
However, in the conventional MOVPE method, GaN
, The p-type carrier concentration is at most 2 × 10 18 cm −3
In the case of GaInN, 5 × 10 17 cm −3
This is not sufficient in terms of increasing the efficiency of carrier injection and reducing the resistance. Therefore, now p-type G
It is particularly desirable to improve their properties by increasing the hole carrier concentration in the aN layer.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、先に、キャ
リア濃度を増大させる方法として、次のような新たな手
法を見出し、特許出願した(特願平10−288550
号)。
The present inventor has previously found the following new method as a method for increasing the carrier concentration, and filed a patent application (Japanese Patent Application No. 10-288550).
issue).

【0010】すなわち、先の特許出願の発明は、基板上
に設けたバッファ層上に有機金属化合物気相成長法によ
り原料ガスとして少なくともガリウム源のガスと窒素源
のガスとp型不純物を含むガスを用いてGaN系半導体
を成長させる方法において、p型不純物を含むガスとし
てMgを含むガスを用い、これらの原料のキャリアガス
として実質的に窒素ガスを流すとともに、インジウム源
のガスを加えて成長温度を800〜1100℃の範囲と
して、Mgが不活性化した高抵抗のAlx Ga 1-x-y
y N(0≦x≦1,0<y<0.3,x+y<1)膜
を形成し、この膜をアニールすることにより正孔キャリ
ア濃度を増大させることを特徴とするp型III 族窒化物
半導体の製造方法である。
That is, the invention of the earlier patent application is based on
Metalorganic compound vapor deposition on the buffer layer
At least a gallium source gas and a nitrogen source
GaN-based semiconductor using a gas containing p-type impurities and a gas containing p-type impurities
In the method of growing p, a gas containing p-type impurities is used.
Using a gas containing Mg, the carrier gas of these raw materials
Flow nitrogen gas substantially as well as an indium source
And the growth temperature is in the range of 800 to 1100 ° C.
And high-resistance Al with Mg inactivatedxGa 1-xyI
nyN (0 ≦ x ≦ 1, 0 <y <0.3, x + y <1) film
Is formed, and this film is annealed to form a hole carrier.
P-type group III nitride characterized by increasing the concentration
This is a method for manufacturing a semiconductor.

【0011】先の特許出願の発明によれば、GaNで、
7.0×1018cm-3程度、GaInNで、1.0×1
18cm-3程度に達する高い正孔キャリア濃度を実現す
ることができ、発光ダイオードの高効率化、レーザダイ
オードの低しきい値化を示す特性が得られた。しかし、
成膜後アニールする必要があった。
According to the invention of the earlier patent application, GaN
About 7.0 × 10 18 cm −3 , GaInN, 1.0 × 1
A high hole carrier concentration as high as about 0 18 cm -3 could be realized, and characteristics indicating high efficiency of the light emitting diode and low threshold of the laser diode were obtained. But,
Annealing had to be performed after film formation.

【0012】本発明者らは、上記の先の特許出願の発明
に基づく製造方法について更に実験研究を続けたとこ
ろ、GaNの歪みを制御することにより、GaN膜のX
線ロッキングカーブ(XRC)の半値幅(FMHM)が
TMI流量に依存性を有しており、微量のInがドープ
されるとGa1-x Inx Nの混晶と異なる膜構造とな
り、この膜構造により、アニールすることなく結晶性、
光学特性が改善されることを発見した。
The present inventors continued further experimental research on the manufacturing method based on the invention of the above-mentioned prior patent application.
The half-width (FMHM) of the line rocking curve (XRC) depends on the TMI flow rate. If a small amount of In is doped, the film structure becomes different from that of Ga 1-x In x N mixed crystal. Depending on the structure, crystallinity without annealing,
It has been found that the optical properties are improved.

【0013】すなわち、本発明は、サファイア基板上に
設けたAlNバッファ層上に有機金属化合物気相成長
(MOVPE)法により成膜したGaN化合物半導体で
あって、MOVPE法により成膜したGaN膜の格子定
数の値とバルクGaNの格子定数の値との間のa軸格子
定数およびc軸格子定数(ただし、a軸とc軸はバルク
BaNの歪みと応力の関係を実質的に満たす)を有する
InドープGaN膜からなることを特徴とする窒化ガリ
ウム系化合物半導体である。
That is, the present invention relates to a GaN compound semiconductor formed by metalorganic compound vapor deposition (MOVPE) on an AlN buffer layer provided on a sapphire substrate. It has an a-axis lattice constant and a c-axis lattice constant between the lattice constant value and the lattice constant value of bulk GaN (where the a-axis and c-axis substantially satisfy the strain-stress relationship of bulk BaN). A gallium nitride-based compound semiconductor comprising an In-doped GaN film.

【0014】バルクGaNの格子定数とは、原理的には
無歪みのGaNの格子定数であり、報告値にばらつきは
あるが、代表的なものは、a軸3.1892A、c軸
5.1850Aである。a軸とc軸の格子定数は相関性
があり、周知の理論式に基づくバルクGaNの歪みと応
力の関係を実質的に満たす必要がある。
The lattice constant of bulk GaN is, in principle, the lattice constant of unstrained GaN, and the reported values vary, but typical ones are 3.1892 A for the a-axis and 5.1850 A for the c-axis. It is. The lattice constants of the a-axis and the c-axis are correlated, and it is necessary to substantially satisfy the relationship between strain and stress of bulk GaN based on a well-known theoretical formula.

【0015】InドープしないGaN膜を窒素ガスをキ
ャリアとして厚さ2μmに成膜した場合は、a軸の格子
定数は3.1911Aであり、c軸の格子定数は5.1
830Aである。水素ガスをキャリアとして厚さ2μm
に成膜した場合は、a軸の格子定数は3.1841Aで
あり、c軸の格子定数は5.1883Aである。この格
子定数の値は成膜の厚みが厚くなるほどバルクGaNの
格子定数に近付く傾向にある。
When a GaN film not doped with In is formed to a thickness of 2 μm using nitrogen gas as a carrier, the lattice constant of the a-axis is 3.1911 A and the lattice constant of the c-axis is 5.1.
830A. 2μm thickness using hydrogen gas as carrier
In this case, the lattice constant of the a-axis is 3.1841A and the lattice constant of the c-axis is 5.1883A. The value of this lattice constant tends to approach the lattice constant of bulk GaN as the film thickness increases.

【0016】また、本発明は、サファイア基板上に設け
たAlNバッファ層上に有機金属化合物気相成長(MO
VPE)法により成膜したAlGaN化合物半導体であ
って、MOVPE法により成膜したAlx Ga1-x N膜
の格子定数の値とバルクAl x Ga1-x N(ただし、0
<x≦1)の格子定数の値との間のa軸格子定数および
c軸格子定数(ただし、a軸とc軸はバルクAlx Ga
1-x Nの歪みと応力の関係を実質的に満たす)を有する
InドープAlx Ga1-x N(ただし、0<x≦1)か
らなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体で
ある。
According to the present invention, there is provided a sapphire substrate.
Metal organic chemical vapor deposition (MO) on the grown AlN buffer layer
(VPE) method.
Thus, the Al film formed by the MOVPE methodxGa1-xN film
Of lattice constant and bulk Al xGa1-xN (however, 0
A-axis lattice constant between the value of the lattice constant of <x ≦ 1) and
c-axis lattice constant (however, a-axis and c-axis are bulk AlxGa
1-xN which substantially satisfies the relationship between strain and stress)
In-doped AlxGa1-xN (however, 0 <x ≦ 1)
Gallium nitride-based compound semiconductor
is there.

【0017】バルクAlx Ga1-x N(ただし、0<x
≦1)の格子定数とは、原理的には無歪みのAlx Ga
1-x Nの格子定数であり、例えば、Al0.15Ga0.85
膜のa軸の格子定数は3.1774A、c軸の格子定数
は5.1542Aである。a軸とc軸の格子定数は相関
性があり、周知の理論式に基づくバルクAl0.15Ga
0.85Nの歪みと応力の関係を実質的に満たす必要があ
る。
[0017] Bulk AlxGa1-xN (where 0 <x
The lattice constant of ≦ 1) is essentially a strain-free AlxGa
1-xN is a lattice constant of, for example, Al0.15Ga0.85N
The lattice constant of the a-axis of the film is 3.1774 A, and the lattice constant of the c-axis
Is 5.1542A. Lattice constants of a-axis and c-axis are correlated
Al based on well-known theoretical formula0.15Ga
0.85It is necessary to substantially satisfy the relationship between strain and stress of N
You.

【0018】水素ガスをキャリアガスとして厚さ3μm
に成膜した場合は、InドープしないAl0.15Ga0.85
N膜のa軸の格子定数は3.1824Aであり、c軸の
格子定数は5.1792Aである。
3 μm in thickness using hydrogen gas as carrier gas
When the film is formed on the substrate, Al 0.15 Ga 0.85
The lattice constant of the a-axis of the N film is 3.1824 A, and the lattice constant of the c-axis is 5.1792 A.

【0019】さらに、本発明は、サファイア基板上に設
けたAlNバッファ層上に有機金属化合物気相成長法に
より原料ガスとしてトリメチルガリウムおよびアンモニ
アを含むガスを用いてGaN化合物半導体を成長させる
方法において、これらの原料のキャリアガスとして窒素
ガス、水素ガス、または窒素と水素の混合ガスを流すと
ともに、キャリアガスとInガス源の流量比を10〜2
0000、成長温度を900〜1150℃とし、Inド
ープGaN膜を形成することを特徴とする窒化ガリウム
系化合物半導体の製造方法である。
Further, the present invention relates to a method for growing a GaN compound semiconductor on a AlN buffer layer provided on a sapphire substrate by using a gas containing trimethylgallium and ammonia as a raw material gas by a metalorganic compound vapor deposition method. Nitrogen gas, hydrogen gas, or a mixed gas of nitrogen and hydrogen is flowed as a carrier gas for these raw materials, and the flow ratio of the carrier gas to the In gas source is 10 to 2
000, a growth temperature of 900 to 1150 ° C., and an In-doped GaN film is formed.

【0020】また、本発明は、サファイア基板上に設け
たAlNバッファ層上に有機金属化合物気相成長法によ
り原料ガスとしてトリメチルガリウム、トリアルキルア
ルミニウム、およびアンモニアを含むガスを用いてAl
x Ga1-x N(ただし、0<x≦1)化合物半導体を成
長させる方法において、これらの原料のキャリアガスと
して窒素ガス、水素ガス、または窒素と水素の混合ガス
を流すとともに、キャリアガスとInガス源の流量比を
10〜20000、成長温度を900〜1200℃と
し、InドープAlGaN膜を形成することを特徴とす
る窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法である。
Further, according to the present invention, an AlN buffer layer provided on a sapphire substrate is formed on a AlN buffer layer using a gas containing trimethylgallium, trialkylaluminum, and ammonia as a source gas by a metalorganic compound vapor deposition method.
In a method of growing a compound semiconductor of xGa 1 -xN (where 0 <x ≦ 1), a nitrogen gas, a hydrogen gas, or a mixed gas of nitrogen and hydrogen is flowed as a carrier gas for these raw materials, A method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor, comprising forming an In-doped AlGaN film at a flow rate ratio of an In gas source of 10 to 20,000 and a growth temperature of 900 to 1200 ° C.

【0021】本発明者らが新たに行った実験によって、
原料のキャリアガスとして窒素ガスを0.3〜30sl
mの流量で流すとともに、トリメチルインジウムを0.
01〜20μmol/分の流量で流して、成長温度を9
00〜1150℃とし、GaN膜をサファイア基板上に
設けたAlNバッファ層上に成膜した場合に、ドープに
より結晶中にはInが含まれているにもかかわらず、a
軸の格子定数が小さく、c軸の格子定数が大きくなって
おり、バルクGaNの格子定数に近付いていることが判
明した。
According to a new experiment conducted by the present inventors,
0.3-30 sl of nitrogen gas as carrier gas of raw material
m at a flow rate of 0.1 m, and trimethylindium is added at 0.1 m.
Flow at a flow rate of 01 to 20 μmol / min and a growth temperature of 9
When the temperature was set to 00 to 1150 ° C. and the GaN film was formed on the AlN buffer layer provided on the sapphire substrate, even though the crystal contained In by doping, a
It has been found that the lattice constant of the axis is small and the lattice constant of the c-axis is large, approaching the lattice constant of bulk GaN.

【0022】また、窒素ガス0.3〜30slmに代え
て水素ガスをキャリアガスとする場合も、その量を窒素
ガスの場合よりも増大し1〜40slmの流量で流すこ
とにより、キャリアガスとして窒素ガスを0.3〜30
slm使用した場合と逆にa軸の格子定数が大きくな
り、c軸の格子定数が小さくなり、バルクGaNの格子
定数に近付いていることが判明した。
Also, when hydrogen gas is used as a carrier gas instead of nitrogen gas at 0.3 to 30 slm, the amount of nitrogen gas is increased as compared with the case of nitrogen gas and is flowed at a flow rate of 1 to 40 slm. 0.3-30 gas
Contrary to the case where slm was used, it was found that the lattice constant of the a-axis became large and the lattice constant of the c-axis became small, approaching the lattice constant of bulk GaN.

【0023】つまり、これは、混晶とは異なる構造が得
られることを意味する。通常、Ga 1-x Inx Nという
表記を用いた場合、混晶を意味し、母体となるGaNの
III族であるGaの一部がInと置き換わったことを示
している。したがって、この場合、Ga原子よりもIn
原子の方が、原子半径が大きいために、格子定数を測定
するとInを含んだ方がa軸、c軸ともに大きくなる。
That is, a structure different from the mixed crystal is obtained.
Means that Usually Ga 1-xInxN
When the notation is used, it means a mixed crystal, and the base GaN
Shows that part of Ga in Group III has been replaced by In
are doing. Therefore, in this case, In atoms are better than Ga atoms.
Measures lattice constants because atoms have a larger atomic radius
Then, when In is included, both the a-axis and the c-axis become larger.

【0024】図1に、InをドープしたGaNのa軸と
c軸の格子定数の関係を示す。なお、dは膜厚である。
図1の右寄りの領域に示す■(d=3μm)、□(d=
2μm)は、キャリアガスとして実質的に窒素ガスを用
い、N2 /In比を100〜2000として成膜したI
nドープGaN膜の格子定数を示し、Inドープしてい
ないGaN膜の格子定数の値とバルクGaNの格子定数
の値との間の格子定数であることが分かる。
FIG. 1 shows the relationship between the lattice constants of the a-axis and the c-axis of In-doped GaN. Note that d is a film thickness.
■ (d = 3 μm), □ (d =
2 μm) is a film formed by substantially using a nitrogen gas as a carrier gas and setting the N 2 / In ratio to 100 to 2000.
It shows the lattice constant of the n-doped GaN film, and it can be seen that the lattice constant is between the lattice constant of the GaN film not doped with In and the lattice constant of bulk GaN.

【0025】図1の左寄りの領域に示す●(d=3μ
m)、○(d=2μm)は、キャリアガスとして実質的
に水素ガスを用い、H2 /In比を100〜2000と
して成膜したGaNである。図1に示すように、この場
合は、InドープGaN膜の格子定数は、窒素ガスをキ
ャリアガスとした場合のInドープGaN膜の格子定数
とは相違するが、InドープしていないGaN膜の格子
定数の値とバルクGaNの格子定数の値との間の格子定
数であることが分かる。図1の太い線で示す矢印は、T
MI流量の増大方向を示し、TMI流量と格子定数との
間には相関性があり、TMI流量が増大するにつれてバ
ルクGaNの格子定数により近付くことが分かる。
In the leftward region of FIG. 1, ● (d = 3 μm)
m) and ((d = 2 μm) are GaN films formed with a H 2 / In ratio of 100 to 2000 using substantially hydrogen gas as a carrier gas. As shown in FIG. 1, in this case, the lattice constant of the In-doped GaN film is different from the lattice constant of the In-doped GaN film when nitrogen gas is used as a carrier gas, but is different from that of the GaN film without In-doping. It can be seen that the lattice constant is between the value of the lattice constant and the value of the lattice constant of bulk GaN. The arrow indicated by the thick line in FIG.
It shows the increasing direction of the MI flow rate, and shows that there is a correlation between the TMI flow rate and the lattice constant, and it approaches the lattice constant of bulk GaN as the TMI flow rate increases.

【0026】一般に、Ga1-x Inx Nの場合、xの増
大と共に、a軸とc軸の格子定数は、バルクGaNのそ
れらよりも共に大きくなっていく。ところが、図1に示
されるように、TMI流量の増大につれて、キャリアガ
スとして実質的に窒素ガスを用いて、N2 /In比を1
00〜2000として成膜したGaNでは、a軸がちぢ
み、c軸が延びている。これに対して、キャリアガスと
して実質的に水素ガスを用いて、H2 /In比を100
〜2000として成膜したGaNでは、a軸は延びてい
るが、c軸はちぢんでいる。
In general, in the case of Ga 1-x In x N, as x increases, the lattice constants of the a-axis and the c-axis both become larger than those of bulk GaN. However, as shown in FIG. 1, as the TMI flow rate increases, the N 2 / In ratio is increased to 1 using substantially nitrogen gas as a carrier gas.
In the GaN films formed with the thicknesses of 00 to 2000, the a-axis is indented and the c-axis is extended. On the other hand, the H 2 / In ratio is set to 100
In the case of GaN having a film thickness of 20002000, the a-axis is extended, but the c-axis is steep.

【0027】窒素ガスキャリアを用いた場合と水素ガス
キャリアを用いた場合とでこのような差が生じる原因は
明確には解明されていないが、水素キャリアガスを用い
た場合には、AlNバッファ層の表面がエッチングされ
バッファ層の膜厚及び表面状態に変化が生じることが原
因であると考えられる。
The cause of such a difference between the case where a nitrogen gas carrier is used and the case where a hydrogen gas carrier is used is not clearly understood, but when a hydrogen carrier gas is used, the AlN buffer layer This is considered to be caused by the fact that the surface of the substrate is etched to change the thickness and surface state of the buffer layer.

【0028】総じてみると、バルクGaNのa軸とc軸
の格子定数の値に近付いていることが分かる。したがっ
て、この現象は、InがGaNに取り込まれて混晶を形
成しているという考え方では説明がつかない。
In general, it can be seen that the values of the lattice constants of the a-axis and c-axis of bulk GaN are approaching. Therefore, this phenomenon cannot be explained by the idea that In is taken into GaN to form a mixed crystal.

【0029】そこで、本発明者らは、この現象は「固溶
体硬化」が生じているものと判断した。すなわち、In
がGaと置き換わるのではなく、GaN中の転位の部分
に取り込まれるために、転位の運動が阻止され、結晶が
硬くなったために、GaNの歪みを抑制する効果として
働き、バルクGaNの格子定数に近付くのであると考え
られる。
Therefore, the present inventors have determined that this phenomenon is caused by "solid solution hardening". That is, In
Is not replaced by Ga, but is taken into the dislocation part in GaN, so that the movement of the dislocation is prevented, and the crystal becomes hard, which acts as an effect of suppressing the distortion of GaN, and has an effect on the lattice constant of bulk GaN. It is thought to be approaching.

【0030】そして、InドープGaN膜の格子定数が
MOVPE法により成膜したGaN膜の格子定数の値と
バルクGaNの格子定数の値との間である場合は、アニ
ールなしで結晶学的特性、光学的特性、電気的特性は大
幅に改善され、転位密度は1×1010cm-2から5×1
8 cm-2に、窒素キャリアガス中で作製した場合は、
発光効率は最大40倍の上昇が見られ、電気的特性に関
しては、残留不純物及び欠陥に基づく電子のホール濃度
は、7×1017cm-3が5×1016cm-3に減少した。
また、水素キャリアガス中で作製した場合は、発光効率
は最大10倍の上昇が見られ、電子のホール濃度は、1
×1017cm-3が2×1016cm-3に減少した。
If the lattice constant of the In-doped GaN film is between the value of the lattice constant of the GaN film formed by the MOVPE method and the value of the lattice constant of bulk GaN, The optical and electrical properties are greatly improved, and the dislocation density is from 1 × 10 10 cm −2 to 5 × 1
To 0 8 cm -2, if produced in a nitrogen carrier gas,
The luminous efficiency was increased up to 40 times at the maximum, and with respect to the electrical characteristics, the hole concentration of electrons due to residual impurities and defects was reduced from 7 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 16 cm −3 .
In the case of manufacturing in a hydrogen carrier gas, the luminous efficiency is increased up to 10 times at the maximum, and the electron hole concentration is 1%.
× 10 17 cm -3 has been reduced to 2 × 10 16 cm -3 .

【0031】図2の(a)には、窒素をキャリアガスと
し、成長温度900℃とした場合のTMI流量(μmo
l/分)とGaN膜のc軸方向の結晶モザイク性(いわ
ゆるチルト)との関係を示す。図2の(b)には、Ga
N膜のa軸方向の結晶モザイク性(いわゆるツイスト)
との関係を示す。InをGaN膜にドープするためにT
MI流量を増大するほど半値幅は狭くなり、すなわち構
造的に改善されている。好適なTMI流量は、窒素キャ
リアを使用する場合は、0.01〜20μmol/分で
あった。
FIG. 2A shows the TMI flow rate (μmo) when nitrogen is used as a carrier gas and the growth temperature is 900 ° C.
1 / min) and the crystal mosaic property (so-called tilt) in the c-axis direction of the GaN film. FIG. 2B shows Ga
Crystal mosaicity in the a-axis direction of the N film (so-called twist)
The relationship is shown below. In order to dope In into the GaN film,
As the MI flow rate is increased, the half width becomes narrower, that is, the structure is improved. The preferred TMI flow rate was 0.01-20 μmol / min when using a nitrogen carrier.

【0032】本発明のInドープGaN膜は、アニール
無し、すなわちas grownでもp型を示す。さら
に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法
は、p型にかかわらず、通常のGaNやAlGaNに適
用することで、Inドープによる転位密度低減によって
結晶性の改善の他に、光学特性の改善が得られ、LED
の発光効率が約30%アップし、レーザーダイオードの
発振しきい値が1/5に低減するという顕著な特性がも
たらされる。また、従来、GaN上にAlGaNを成膜
する際の問題であったクラック(割れ)の発生を抑制す
ることも可能となった。このような改善が生じる効果の
原因は、上述の「固溶体硬化」の効果で説明がつく。
The In-doped GaN film of the present invention shows p-type even without annealing, that is, as grown. Furthermore, the method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor of the present invention is applied to ordinary GaN or AlGaN, regardless of the p-type, to improve the crystallinity by reducing the dislocation density by In doping, and to improve the optical characteristics. Improved, LED
Luminous efficiency is increased by about 30%, and a remarkable characteristic that the oscillation threshold value of the laser diode is reduced to 1/5 is provided. Further, it has also become possible to suppress the generation of cracks, which has conventionally been a problem when forming AlGaN on GaN. The cause of the effect of such improvement can be explained by the effect of “solid solution hardening” described above.

【0033】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体は、
単層膜およびGaN/AlGaN、AlGaN/AlG
aN多重量子井戸構造の井戸層および/または障壁層に
おいても同様の効果がみられた。図3は、本発明をレー
ザーダイオードに適用した構造を示す。Inをドープす
る組み合わせとしては、p層、n層、活性層の3種類が
考えられる。いずれの層に適用しても、レーザーの発振
しきい値の減少と発光強度が増大する。
The gallium nitride-based compound semiconductor of the present invention comprises:
Single layer film and GaN / AlGaN, AlGaN / AlG
A similar effect was observed in the well layer and / or barrier layer having the aN multiple quantum well structure. FIG. 3 shows a structure in which the present invention is applied to a laser diode. As a combination for doping In, three types of a p layer, an n layer, and an active layer can be considered. Whichever layer is used, the lasing threshold of the laser decreases and the emission intensity increases.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】本発明の製造方法には、横型反応
管を用いて基板のサファイア上にGaNを成長させる従
来公知の装置を用いることができる。例えば、誘導加熱
される基板ホルダを横型管状の反応管内に置き、サファ
イア基板を斜めにホルダに保持し、反応ガスを常圧でキ
ャリアガスとともに導入口から反応管内に流入し、高温
の基板上で分解させ、化合物半導体膜を基板上に堆積さ
せた後、真空排気口から反応ガスを排出させるようにす
る。サファイア基板の上には、公知の手段により低温で
AlN層をバッファ層として設ける。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the production method of the present invention, a conventionally known apparatus for growing GaN on sapphire of a substrate using a horizontal reaction tube can be used. For example, the substrate holder to be induction-heated is placed in a horizontal tubular reaction tube, the sapphire substrate is held diagonally in the holder, and the reaction gas flows into the reaction tube together with the carrier gas at normal pressure from the introduction port into the reaction tube. After the decomposition and the deposition of the compound semiconductor film on the substrate, the reaction gas is discharged from the vacuum exhaust port. On the sapphire substrate, an AlN layer is provided as a buffer layer at a low temperature by a known means.

【0035】GaNの原料としては、トリメチルガリウ
ム(TMG)およびアンモニア(NH3 )が適する。I
n源としては、トリメチルインジウム(TMI)、トリ
エチルインジウム(TEI)、インジウムトリスアセチ
ルアセナート、インジウムトリスジピバロイルメタナー
ト、インジウムトリスヘキサフルオロアセチルアセナー
ト等を使用できる。
As a raw material of GaN, trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are suitable. I
As the n source, trimethyl indium (TMI), triethyl indium (TEI), indium trisacetylacenate, indium trisdipivaloyl methanate, indium trishexafluoroacetylacenate, or the like can be used.

【0036】キャリアガスガスは、In源との流量比N
2 /In、H2 /In、(N2 5〜95容量%+H2
/Inを10〜20000とする。成長温度は、GaN
膜の場合900〜1150℃、AlGaN膜の場合90
0〜1200℃が好ましく、結晶性の点では、最も好適
な範囲は950〜1050℃である。
The carrier gas has a flow rate ratio N with respect to the In source.
2 / In, H 2 / In, (N 2 5 to 95% by volume + H 2 )
/ In is set to 10 to 20,000. The growth temperature is GaN
900-1150 ° C for film, 90 for AlGaN film
The temperature is preferably from 0 to 1200 ° C, and from the viewpoint of crystallinity, the most preferable range is from 950 to 1050 ° C.

【0037】p型不純物を含むガスとしてMgを含むガ
スを用いる場合は、Mg原料としては、ビスシクロペン
タジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)、メチルビスシ
クロペンタジエニルマグネシウム(C6 7 2 Mg、
(CH3 5 4 2 Mg、(C5 5 5 4 2
g、(i−C3 7 5 4 2 Mg、(n−C3 7
5 4 2 Mg等を用いてもよい。ドープされるMg
は1×1019cm-3程度以上が必要であり、Mg濃度
は、Mgを含むガスの一定の流量範囲ではその流量に比
例するので、該ガスの流量を適切な範囲に調整する。
Gas containing Mg as a gas containing p-type impurities
When using magnesium, biscyclopen
Tadienyl magnesium (CpTwoMg), methyl bis
Clopentadienyl magnesium (C6H7)TwoMg,
(CHThreeCFiveHFour)TwoMg, (CFiveHFiveCFiveHFour)TwoM
g, (i-CThreeH7CFiveHFour)TwoMg, (n-CThreeH 7
CFiveHFour)TwoMg or the like may be used. Mg to be doped
Is 1 × 1019cm-3More than required, Mg concentration
Is proportional to the flow rate of the gas containing Mg in a certain flow rate range.
For example, the flow rate of the gas is adjusted to an appropriate range.

【0038】Al源を加えて、AlGaNを成膜する場
合は、Alの原料としては、トリメチルアルミニウム
(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)等
のトリアルキルアルミニウムが適する。
In the case of forming an AlGaN film by adding an Al source, a trialkylaluminum such as trimethylaluminum (TMAl) or triethylaluminum (TEAl) is suitable as a raw material of Al.

【0039】以上をまとめると、具体的条件としては、
TMGa:2.5〜25μmol/分、アンモニア:
0.02〜0.2mol/分、TMI:0.01〜20
μmol/分(≦500sccm)、キャリアガスとし
ての窒素:0.3〜30slm、または水素ガス:1〜
40slm、または水素ガス+窒素ガス:1〜40sl
mを流し、成長温度を900〜1200℃とし、成長圧
力を70〜760Torrとして、厚さ100〜200
0nmのGaN層を成長させる。
To summarize the above, specific conditions are as follows:
TMGa: 2.5 to 25 μmol / min, ammonia:
0.02 to 0.2 mol / min, TMI: 0.01 to 20
μmol / min (≦ 500 sccm), nitrogen as a carrier gas: 0.3 to 30 slm, or hydrogen gas: 1 to 1
40 slm or hydrogen gas + nitrogen gas: 1 to 40 sl
m, the growth temperature is 900 to 1200 ° C., the growth pressure is 70 to 760 Torr, and the thickness is 100 to 200.
A 0 nm GaN layer is grown.

【0040】さらに、Mg源を加える場合は、ビスシク
ロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg):0.0
1〜0.5μmol/分、TMAlを加える場合は、T
MAl:30〜300μmol/分が好ましい。
When an Mg source is added, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg): 0.0
1 to 0.5 μmol / min. When adding TMAl, T
MAl: 30 to 300 μmol / min is preferred.

【0041】成長中に供給する原料ガスとしてのIn源
ガスのモル比は、ガリウム源ガス1に対して、0.00
1以上、より好ましくは0.01以上、さらに好ましく
は、1.0以上に調整する。0.1より少ないと、結晶
性が悪くなる。In源ガスのモル比は成長温度が高いほ
ど大きくする方が好ましく、それに応じて結晶性が良く
なる。
The molar ratio of the In source gas supplied as a source gas during the growth was 0.00
It is adjusted to 1 or more, more preferably 0.01 or more, and still more preferably 1.0 or more. If it is less than 0.1, the crystallinity will be poor. It is preferable to increase the molar ratio of the In source gas as the growth temperature increases, and accordingly the crystallinity improves.

【0042】MOVPE法でGaNを形成するには、窒
素源の反応ガスとして通常アンモニアを用いているが、
この場合、結晶欠陥の少ない化合物半導体を実用的な速
度で基板上に堆積するには、III 族元素のアルキル化合
物の〜50万倍のアンモニア流量を必要とし、また通常
1000〜1200℃の高い成長温度としてアンモニア
の利用効率を高めることが望ましい。本発明は、ほぼこ
の温度に近い高温で成長させることができ、アンモニア
の利用効率を高め、生産性を著しく向上させる効果をも
たらす。
To form GaN by the MOVPE method, ammonia is usually used as a reaction gas of a nitrogen source.
In this case, in order to deposit a compound semiconductor having few crystal defects on a substrate at a practical rate, an ammonia flow rate of 500,000 times that of an alkyl compound of a group III element is required, and a high growth rate of 1000 to 1200 ° C. is usually required. It is desirable to increase the utilization efficiency of ammonia as the temperature. The present invention can be grown at a high temperature close to this temperature, has the effect of increasing the efficiency of ammonia utilization, and significantly improving productivity.

【0043】[0043]

【実施例】実施例1 横型反応管を用いた常圧MOVPE法により下記の条件
で実施した。基板にはサファイア(0001)面を用
い、GaNの成長に先立ち、サファイア基板を1150
℃において、10分間水素ベーキングした後、成長温度
600℃において、成長時間5分間でAlNバッファ層
を約50nm堆積した。原料の流量は、TMA:5sc
cm、NH3 :1slm、キャリアガスとしてのN2
総量3slmで行なった。
Example 1 An atmospheric pressure MOVPE method using a horizontal reaction tube was carried out under the following conditions. A sapphire (0001) plane was used as the substrate.
After hydrogen baking at 10 ° C. for 10 minutes, an AlN buffer layer of about 50 nm was deposited at a growth temperature of 600 ° C. for a growth time of 5 minutes. The flow rate of the raw material is TMA: 5 sc
cm, NH 3 : 1slm, N 2 as carrier gas:
The total amount was 3 slm.

【0044】その後続けて、成長温度約1000℃、成
長時間約20分でGaN層を約2μmと3μmの二通り
堆積した。流量は、TMG:10sccm、NH3 :1
slm、Cp2 Mg:20sccm、TMI:0.4〜
8.0μmol/分、キャリアガスとしてのN2 :8.
5slm、総量10slmにて行なった。なお、比較の
ためにTMI流量を0とした場合についても成膜した。
Subsequently, two GaN layers of about 2 μm and 3 μm were deposited at a growth temperature of about 1000 ° C. and a growth time of about 20 minutes. The flow rate is TMG: 10 sccm, NH 3 : 1
slm, Cp 2 Mg: 20sccm, TMI: 0.4~
8.0 μmol / min, N 2 as carrier gas:
The test was performed at 5 slm and a total amount of 10 slm. For comparison, a film was also formed when the TMI flow rate was set to 0.

【0045】実施例2 キャリアガスとしてN2 ガスの代わりにH2 ガスを同じ
流量で用いた以外は、実施例1と同様の条件で、GaN
層を約2μmと3μmの二通り堆積した。この実施例
1、実施例2によって得られたInドープGaNのTM
I流量(μmol/分)とc軸方向の結晶モザイク性
(いわゆるチルト)との関係を図4に示す。また、同様
にa軸方向の結晶モザイク性(いわゆるツイスト)を図
5に示す。この図5は、刃状転位、らせん転位密度の減
少を示唆する結果を表している。また、TMI流量と格
子定数の関係を下記の表1(実施例1)、表2(実施例
2)に示す。実施例2は、実施例1と比較して結晶性が
劣るもののTMI流量と結晶性には相関性があり、TM
I流量を増大することによって結晶性を向上させること
ができることが分かる。
Example 2 GaN was used under the same conditions as in Example 1 except that H 2 gas was used at the same flow rate instead of N 2 gas as the carrier gas.
Layers were deposited in duplicate, about 2 μm and 3 μm. TM of In-doped GaN obtained by Examples 1 and 2
FIG. 4 shows the relationship between the I flow rate (μmol / min) and the crystal mosaic property (so-called tilt) in the c-axis direction. Similarly, FIG. 5 shows the crystal mosaic property (so-called twist) in the a-axis direction. FIG. 5 shows the results suggesting a decrease in the density of edge dislocations and screw dislocations. Table 1 (Example 1) and Table 2 (Example 2) below show the relationship between the TMI flow rate and the lattice constant. In Example 2, although the crystallinity was inferior to Example 1, there was a correlation between the TMI flow rate and the crystallinity.
It can be seen that the crystallinity can be improved by increasing the I flow rate.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】図6に、InドープGaNの原子間力顕微
鏡(AFM)による表面観察結果を示す。図6(a)
は、TMIを原料ガスに加えず、Inドープしていない
GaN膜の場合であり、(b)は、TMIを1.6μm
ol/分で流してGaNにInをドープした場合であ
り、表面状態が非常に良好になっていることが分かる。
FIG. 6 shows the results of surface observation of In-doped GaN using an atomic force microscope (AFM). FIG. 6 (a)
(B) shows the case of a GaN film which is not doped with In and doped with TMI, and (b) shows that the TMI is 1.6 μm.
In this case, GaN was doped with In at a flow rate of ol / min. It can be seen that the surface condition was very good.

【0049】実施例3 TMA:20sccmを加え、水素ガスをキャリアとし
た以外は、実施例1と同様の条件で3μmのAlGaN
膜を形成した。Mg濃度2×1019cm-3、正孔キャリ
ア濃度1.0×1018cm-3、移動度0.1cm2 /V
Sのp型のAl 0.15Ga0.85N膜が得られた。
Example 3 TMA: 20 sccm was added, and hydrogen gas was used as a carrier.
3 μm AlGaN under the same conditions as in Example 1 except for
A film was formed. Mg concentration 2 × 1019cm-3, Hole carry
A concentration 1.0 × 1018cm-3, Mobility 0.1cmTwo/ V
S p-type Al 0.15Ga0.85An N film was obtained.

【0050】図7に、InをドープしたAl0.15Ga
0.85Nのc軸方向の結晶モザイク性(いわゆるチルト)
を示す。また、TMI流量と格子定数の関係を下記の表
3に示す。
FIG. 7 shows Al 0.15 Ga doped with In.
Crystal mosaicity in the c-axis direction of 0.85 N (so-called tilt)
Is shown. Table 3 below shows the relationship between the TMI flow rate and the lattice constant.

【0051】[0051]

【表3】 [Table 3]

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明は、窒化ガリウム系半導体の結晶
性を改善し、残留不純物や欠陥に基づくホール濃度を減
少させ、光学的特性を改善し、その結果、発光ダイオー
ドの高効率化やレーザダイオードの低しきい値化に大き
な効果をもたらすものである。
According to the present invention, the crystallinity of a gallium nitride based semiconductor is improved, the hole concentration based on residual impurities and defects is reduced, and the optical characteristics are improved. This has a great effect on lowering the threshold value of the diode.

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

【図1】InドープGaNのa軸の格子定数とc軸の格
子定数とTMI流量との関係を示すグラフ。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the a-axis lattice constant, the c-axis lattice constant, and the TMI flow rate of In-doped GaN.

【図2】(a)は、 TMI流量(μmol/分)とc
軸方向の結晶モザイク性(いわゆるチルト)との関係を
示すグラフ。(b)は、TMI流量(μmol/分)と
a軸方向の結晶モザイク性(いわゆるツイスト)との関
係を示すグラフ。
FIG. 2 (a) shows TMI flow rate (μmol / min) and c
5 is a graph showing a relationship with crystal mosaicity (so-called tilt) in the axial direction. (B) is a graph showing the relationship between the TMI flow rate (μmol / min) and the crystal mosaicity in the a-axis direction (so-called twist).

【図3】本発明の製造方法をレーザーダイオードに適用
した構造を示す模式図。
FIG. 3 is a schematic view showing a structure in which the manufacturing method of the present invention is applied to a laser diode.

【図4】実施例1、実施例2によって得られたInドー
プGaNのTMI流量(μmol/分)とc軸方向の結
晶モザイク性(いわゆるチルト)との関係を示すグラ
フ。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the TMI flow rate (μmol / min) of In-doped GaN obtained in Example 1 and Example 2 and crystal mosaicity (so-called tilt) in the c-axis direction.

【図5】実施例1、実施例2によって得られたInドー
プGaNのTMI流量(μmol/分)とa軸方向の結
晶モザイク性(いわゆるツイスト)との関係を示すグラ
フ。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the TMI flow rate (μmol / min) of In-doped GaN obtained in Example 1 and Example 2 and crystal mosaicity in the a-axis direction (so-called twist).

【図6】(a)は、TMIを原料ガスに加えず、Inド
ープしていないGaN、(b)は、TMIを0.4μm
ol/分で流してInドープしたGaNの原子間力顕微
鏡(AFM)による表面観察結果を示す図面代用写真。
FIG. 6 (a) shows GaN without adding TMI to the source gas and not doped with In, and FIG. 6 (b) shows TMI of 0.4 μm
A drawing substitute photograph showing the surface observation result of an In-doped GaN flowing at ol / min using an atomic force microscope (AFM).

【図7】InドープAl0.15Ga0.85Nのc軸方向の結
晶モザイク性(いわゆるチルト)を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing crystal mosaicity (so-called tilt) in the c-axis direction of In-doped Al 0.15 Ga 0.85 N.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 AA03 AA40 CA05 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA65 FF01 FF16 5F045 AA04 AB14 AB17 AB18 AC08 AC12 AC15 AC19 AD13 AD14 AD15 AF09 BB12 BB16 CA11 DA53 HA06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F041 AA03 AA40 CA05 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA65 FF01 FF16 5F045 AA04 AB14 AB17 AB18 AC08 AC12 AC15 AC19 AD13 AD14 AD15 AF09 BB12 BB16 CA11 DA53 HA06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サファイア基板上に設けたAlNバッフ
ァ層上に有機金属化合物気相成長(MOVPE)法によ
り成膜したGaN化合物半導体であって、MOVPE法
により成膜したGaN膜の格子定数の値とバルクGaN
の格子定数の値との間のa軸格子定数およびc軸格子定
数(ただし、a軸とc軸はバルクGaNの歪みと応力の
関係を実質的に満たす)を有するInドープGaN膜か
らなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体。
1. A lattice constant of a GaN compound semiconductor formed by a metalorganic compound vapor deposition (MOVPE) method on an AlN buffer layer provided on a sapphire substrate, wherein the GaN film is formed by the MOVPE method. And bulk GaN
Consisting of an In-doped GaN film having an a-axis lattice constant and a c-axis lattice constant between the lattice constants (where the a-axis and c-axis substantially satisfy the relationship between strain and stress of bulk GaN). A gallium nitride-based compound semiconductor, comprising:
【請求項2】 サファイア基板上に設けたAlNバッフ
ァ層上に有機金属化合物気相成長(MOVPE)法によ
り成膜したAlGaN化合物半導体であって、MOVP
E法により成膜したAlx Ga1-x N膜の格子定数の値
とバルクAl x Ga1-x N(ただし、0<x≦1)の格
子定数の値との間のa軸格子定数およびc軸格子定数
(ただし、a軸とc軸はバルクAlx Ga1-x Nの歪み
と応力の関係を実質的に満たす)を有するInドープA
x Ga1-x N(ただし、0<x≦1)からなることを
特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体。
2. An AlN buffer provided on a sapphire substrate.
Metal organic compound vapor phase epitaxy (MOVPE)
AlGaN compound semiconductor formed by MOVP
Al deposited by E methodxGa1-xValue of lattice constant of N film
And bulk Al xGa1-xCase of N (however, 0 <x ≦ 1)
A-axis lattice constant and c-axis lattice constant between the values of the child constants
(However, a-axis and c-axis are bulk AlxGa1-xN distortion
Which substantially satisfies the relationship between
lxGa1-xN (where 0 <x ≦ 1)
A gallium nitride-based compound semiconductor.
【請求項3】 サファイア基板上に設けたAlNバッフ
ァ層上に有機金属化合物気相成長法により原料ガスとし
てGaを含む有機金属およびアンモニアを含むガスを用
いてGaN化合物半導体を成長させる方法において、こ
れらの原料のキャリアガスとして窒素ガス、水素ガス、
または窒素と水素の混合ガスを流すとともに、キャリア
ガスとInガス源の流量比を10〜20000、成長温
度を900〜1150℃とし、InドープGaN膜を形
成することを特徴とする請求項1記載の窒化ガリウム系
化合物半導体の製造方法。
3. A method of growing a GaN compound semiconductor on a AlN buffer layer provided on a sapphire substrate by a metal organic compound vapor deposition method using an organic metal containing Ga and a gas containing ammonia as a source gas. Nitrogen gas, hydrogen gas,
2. The method according to claim 1, wherein a mixed gas of nitrogen and hydrogen is supplied, a flow ratio of a carrier gas to an In gas source is 10 to 20,000, a growth temperature is 900 to 1150 ° C., and an In-doped GaN film is formed. A method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor.
【請求項4】 サファイア基板上に設けたAlNバッフ
ァ層上に有機金属化合物気相成長法により原料ガスとし
てGaを含む有機金属、Alを含む有機金属、およびア
ンモニアを含むガスを用いてAlx Ga1-x N(ただ
し、0<x≦1)化合物半導体を成長させる方法におい
て、これらの原料のキャリアガスとして窒素ガス、水素
ガス、または窒素ガスと水素の混合ガスを流すととも
に、キャリアガスとInガス源の流量比を10〜200
00、成長温度を900〜1200℃とし、Inドープ
AlGaN膜を形成することを特徴とする請求項2記載
の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
4. An Al x Ga layer is formed on an AlN buffer layer provided on a sapphire substrate by a metal organic compound vapor phase epitaxy using an organic metal containing Ga, an organic metal containing Al, and a gas containing ammonia as a source gas. In a method for growing a 1-xN (where 0 <x ≦ 1) compound semiconductor, a nitrogen gas, a hydrogen gas, or a mixed gas of a nitrogen gas and a hydrogen gas is flowed as a carrier gas for these materials, and a carrier gas and an In gas are mixed. Gas source flow ratio 10-200
3. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor according to claim 2, wherein the growth temperature is 900 to 1200 ° C., and an In-doped AlGaN film is formed.
JP19108599A 1999-07-05 1999-07-05 Gallium nitride compound semiconductor and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP3857467B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19108599A JP3857467B2 (en) 1999-07-05 1999-07-05 Gallium nitride compound semiconductor and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19108599A JP3857467B2 (en) 1999-07-05 1999-07-05 Gallium nitride compound semiconductor and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001024221A true JP2001024221A (en) 2001-01-26
JP3857467B2 JP3857467B2 (en) 2006-12-13

Family

ID=16268619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19108599A Expired - Fee Related JP3857467B2 (en) 1999-07-05 1999-07-05 Gallium nitride compound semiconductor and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3857467B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008277852A (en) * 2008-06-16 2008-11-13 Showa Denko Kk Method of manufacturing group iii nitride semiconductor light emitting element
JP2009260386A (en) * 2002-04-15 2009-11-05 Regents Of The Univ Of California NON-POLAR a-PLANE GALLIUM NITRIDE THIN FILM GROWN BY METAL ORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION
US8785965B2 (en) 2008-09-09 2014-07-22 Panasonic Corporation Nitride-based semiconductor light-emitting device and method for fabricating the same
JP5559814B2 (en) * 2009-12-08 2014-07-23 パナソニック株式会社 Nitride-based semiconductor light-emitting diode and manufacturing method thereof
US8809867B2 (en) 2002-04-15 2014-08-19 The Regents Of The University Of California Dislocation reduction in non-polar III-nitride thin films
WO2014203613A1 (en) 2013-06-17 2014-12-24 東京エレクトロン株式会社 Device and method for transferring substrate for forming compound semiconductor film, and system and method for forming compound semiconductor film
CN107946187A (en) * 2012-01-25 2018-04-20 住友化学株式会社 Nitride semiconductor epitaxial chip and field effect type nitride transistor
JP2018110172A (en) * 2016-12-28 2018-07-12 豊田合成株式会社 Method of manufacturing semiconductor structure and method of manufacturing semiconductor element
JP2018110171A (en) * 2016-12-28 2018-07-12 豊田合成株式会社 Semiconductor array body and manufacturing method of micro device
CN111384152A (en) * 2018-12-28 2020-07-07 晶元光电股份有限公司 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009260386A (en) * 2002-04-15 2009-11-05 Regents Of The Univ Of California NON-POLAR a-PLANE GALLIUM NITRIDE THIN FILM GROWN BY METAL ORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION
US8809867B2 (en) 2002-04-15 2014-08-19 The Regents Of The University Of California Dislocation reduction in non-polar III-nitride thin films
US9039834B2 (en) 2002-04-15 2015-05-26 The Regents Of The University Of California Non-polar gallium nitride thin films grown by metalorganic chemical vapor deposition
JP2008277852A (en) * 2008-06-16 2008-11-13 Showa Denko Kk Method of manufacturing group iii nitride semiconductor light emitting element
US8785965B2 (en) 2008-09-09 2014-07-22 Panasonic Corporation Nitride-based semiconductor light-emitting device and method for fabricating the same
JP5559814B2 (en) * 2009-12-08 2014-07-23 パナソニック株式会社 Nitride-based semiconductor light-emitting diode and manufacturing method thereof
CN107946187A (en) * 2012-01-25 2018-04-20 住友化学株式会社 Nitride semiconductor epitaxial chip and field effect type nitride transistor
WO2014203613A1 (en) 2013-06-17 2014-12-24 東京エレクトロン株式会社 Device and method for transferring substrate for forming compound semiconductor film, and system and method for forming compound semiconductor film
KR20160021247A (en) 2013-06-17 2016-02-24 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Device and method for transferring substrate for forming compound semiconductor film, and system and method for forming compound semiconductor film
JP2018110172A (en) * 2016-12-28 2018-07-12 豊田合成株式会社 Method of manufacturing semiconductor structure and method of manufacturing semiconductor element
JP2018110171A (en) * 2016-12-28 2018-07-12 豊田合成株式会社 Semiconductor array body and manufacturing method of micro device
CN111384152A (en) * 2018-12-28 2020-07-07 晶元光电股份有限公司 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips

Also Published As

Publication number Publication date
JP3857467B2 (en) 2006-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7709284B2 (en) Method for deposition of magnesium doped (Al, In, Ga, B)N layers
US5290393A (en) Crystal growth method for gallium nitride-based compound semiconductor
JP5346146B2 (en) Semiconductor device having selectively doped III-V nitride layer
US6630692B2 (en) III-Nitride light emitting devices with low driving voltage
US7951617B2 (en) Group III nitride semiconductor stacked structure and production method thereof
US6518082B1 (en) Method for fabricating nitride semiconductor device
JP4948720B2 (en) Nitrogen compound semiconductor laminate, light emitting element, optical pickup system, and method for producing nitrogen compound semiconductor laminate.
JP2000232238A (en) Nitride semiconductor light-emitting element and manufacture thereof
JPH088217B2 (en) Crystal growth method for gallium nitride-based compound semiconductor
JP2003124128A (en) Method of manufacturing iii nitride-based compound semiconductor
JPH05243614A (en) Method of growing compound semiconductor, its light-emitting device, and the manufacture
JP3857467B2 (en) Gallium nitride compound semiconductor and manufacturing method thereof
JP2003133246A (en) Gallium nitride compound semiconductor light emitting element and its manufacturing method
JP3064891B2 (en) Group 3-5 compound semiconductor, method of manufacturing the same, and light emitting device
JP2002100837A (en) Nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method therefor
JPH07312350A (en) Crystal growth method of gallium nitride-based compound semiconductor
JP4867064B2 (en) Group 3-5 compound semiconductor for light emitting device and method for producing the same
JP3478287B2 (en) Crystal growth method of gallium nitride based compound semiconductor and gallium nitride based compound semiconductor
JP3752739B2 (en) Light emitting element
JPH09148626A (en) Manufacture of iii-v group compound semiconductor
JP2001308464A (en) Nitride semiconductor element, method for manufacturing nitride semiconductor crystal, and nitride semiconductor substrate
JP4010318B2 (en) Light emitting element
JP2003309074A (en) Method for manufacturing gallium aluminum nitride layer, iii nitride semiconductor light emitting element and method for manufacturing the same
JP3859990B2 (en) Method for producing compound semiconductor
JP4009043B2 (en) Method for producing p-type group III nitride semiconductor

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060530

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060731

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060912

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060914

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100922

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees