JP2002043618A - Method for manufacturing nitride semiconductor - Google Patents

Method for manufacturing nitride semiconductor

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JP2002043618A
JP2002043618A JP2000220454A JP2000220454A JP2002043618A JP 2002043618 A JP2002043618 A JP 2002043618A JP 2000220454 A JP2000220454 A JP 2000220454A JP 2000220454 A JP2000220454 A JP 2000220454A JP 2002043618 A JP2002043618 A JP 2002043618A
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layer
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Hidenori Kamei
英徳 亀井
Shuichi Shinagawa
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an MQW light emitting layer improved in light emitting efficiency by suppressing a deterioration of a well layer and improving crystallinity of a barrier layer, and to provide a method for manufacturing a light emitting element at a low cost by shortening a forming time of the MQW light emitting layer. SOLUTION: The method for manufacturing an MQW light emitting layer comprises the steps of growing parts of barrier layers 6, 8 and 10 while raising the temperature of the layers 6, 8 and 10 after the well layers 5, 7 and 9 are grown, and again repeating temperature raising and lowering steps after the parts of the layers 6, 8 and 10 are grown at a constant temperature. Thus, the MQW having excellent crystallinity and high light emitting efficiency can be formed. Further, the method for manufacturing the light emitting element comprises the steps of growing parts of the barrier layers 6, 8 and 10 while raising the temperatures of the layers 6, 8 and 10 after the well layers 6, 8 and 10 are grown, further accelerating the growth rate in the case of growing the parts of the layers 6, 8 and 10 at a constant temperature. Thus, a forming time of the MQW light emitting layer can be shortened, and a manufacturing cost of the emitting element can be reduced.

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】本発明は発光ダイオードや半
導体レーザダイオード等の光デバイスに利用される窒化
物半導体の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor used for an optical device such as a light emitting diode or a semiconductor laser diode.

【0002】[0002]

【従来の技術】III族元素としてAl、Ga、In等を
含み、5族元素としてN等を含むAlGaInNで表さ
れる窒化物半導体は、可視光の発光デバイスや高温動作
電子デバイス用の半導体材料として多用されるようにな
っており、青色や緑色の発光ダイオードや、青紫色のレ
ーザダイオードの分野で実用化が進んでいる。
2. Description of the Related Art A nitride semiconductor represented by AlGaInN containing a group III element such as Al, Ga, In and the like and containing a group V element such as N is a semiconductor material for a visible light emitting device or a high-temperature operating electronic device. It has been widely used in the fields of blue and green light emitting diodes and blue-violet laser diodes.

【0003】この窒化物半導体を用いた発光素子の製造
においては、有機金属気相成長(MOCVD)法によっ
て窒化物半導体薄膜結晶を成長させるのが近来では主流
である。この方法は、サファイアやSiC、GaN等か
らなる基板を設置した反応管内にIII族元素の原料ガス
として有機金属化合物ガス(トリメチルガリウム(以
下、「TMG」と略称する。)、トリメチルアルミニウ
ム(以下、「TMA」と略称する。)、トリメチルイン
ジウム(以下、「TMI」と略称する。)等)と、V族
元素の原料ガスとしてアンモニアやヒドラジン等を供給
し、基板温度をおよそ700℃〜1100℃の高温で保
持して、基板上にn型層と発光層とp型層とを成長させ
てこれらを積層形成するというものである。n型層の成
長時にはn型不純物原料ガスとしてモノシラン(SiH
4)やゲルマン(GeH4)等を、p型層の成長時にはp
型不純物原料ガスとしてシクロペンタジエニルマグネシ
ウム(Cp2Mg)やジメチル亜鉛(Zn(CH32
等をIII族元素の原料ガスと同時に流しながら成長させ
る。
In the manufacture of a light emitting device using a nitride semiconductor, it has recently been the mainstream to grow a nitride semiconductor thin film crystal by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). According to this method, an organic metal compound gas (trimethylgallium (hereinafter, abbreviated as “TMG”), a trimethylaluminum (hereinafter, abbreviated as “TMG”) as a group III element source gas is placed in a reaction tube in which a substrate made of sapphire, SiC, GaN, or the like is installed. (TMA), trimethyl indium (hereinafter abbreviated as "TMI"), and ammonia or hydrazine as a group V element source gas, and the substrate temperature is increased to about 700C to 1100C. At a high temperature, an n-type layer, a light-emitting layer, and a p-type layer are grown on a substrate, and these layers are formed by lamination. During the growth of the n-type layer, monosilane (SiH
4 ) or germane (GeH 4 ), etc.
Cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) or dimethyl zinc (Zn (CH 3 ) 2 )
Are grown simultaneously with the flow of the group III element source gas.

【0004】そして、この成長形成の後、n型層の表面
およびp型層の表面のそれぞれにn側電極およびp側電
極を形成し、チップ状に分離することによって、発光素
子を得ることができる。
After the growth and formation, an n-side electrode and a p-side electrode are formed on the surface of the n-type layer and the surface of the p-type layer, respectively, and separated into chips to obtain a light emitting device. it can.

【0005】発光層は、所望の発光波長となるようにI
nの組成を調整したInGaNを用い、これを発光層よ
りバンドギャップエネルギーの大きいクラッド層で挟み
込んだダブルヘテロ構造や、更に発光層を量子サイズ効
果が生じるような薄い層で形成した量子井戸構造が一般
的に用いられているが、最近では、発光効率の高い量子
井戸構造の方が主流となっている。
[0005] The light-emitting layer is formed so that the desired emission wavelength can be obtained.
A double-hetero structure in which InGaN having a composition of n is adjusted and sandwiched by a cladding layer having a bandgap energy larger than that of the light emitting layer, and a quantum well structure in which the light emitting layer is formed of a thin layer that causes a quantum size effect, is used. Although generally used, recently, a quantum well structure having a higher luminous efficiency has become mainstream.

【0006】この量子井戸構造は井戸層と呼ばれるバン
ドギャップエネルギーの小さい層を井戸層よりもバンド
ギャップエネルギーの大きい層で挟み込むことによって
形成される。
This quantum well structure is formed by sandwiching a layer having a small band gap energy called a well layer with a layer having a larger band gap energy than the well layer.

【0007】また、井戸層が一つである単一量子井戸よ
りも発光効率の高い多重量子井戸(MQW)は、Inx
Ga1-xN(0<x<1)からなる井戸層と、InyAl
zGa 1-y-zN(0≦y<1、0≦z<1、0≦y+z<
1、x>y)からなる障壁層を交互に積層することによ
って形成され、従来のMQWの作製方法としては以下の
3通りに大別される。
Further, a single quantum well having one well layer is used.
The multiple quantum well (MQW) with high luminous efficiency is Inx
Ga1-xA well layer made of N (0 <x <1);yAl
zGa 1-yzN (0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ y + z <
1, x> y) by alternately stacking barrier layers
The conventional MQW manufacturing method is as follows.
There are three main types.

【0008】第一の従来の技術は、特開平10−129
22号公報に開示されている。これは、AlGaNから
なる障壁層とInGaNからなる井戸層を交互に積層し
たMQWからなる窒化物半導体発光素子であり、MOC
VD装置を用いて、サファイア基板上にAlNからなる
バッファ層、Siをド−プしたGaN層を順次に積層し
た後、MQWからなる発光層を積層し、その上にMgを
ドープしたクラッド層及びコンタクト層を順次に積層し
たものである。
[0008] The first prior art is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-129.
No. 22 discloses this. This is a nitride semiconductor light emitting device made of MQW in which barrier layers made of AlGaN and well layers made of InGaN are alternately stacked.
Using a VD apparatus, a buffer layer made of AlN and a GaN layer doped with Si are sequentially laminated on a sapphire substrate, and then a light emitting layer composed of MQW is laminated, and a cladding layer doped with Mg is formed thereon. The contact layers are sequentially laminated.

【0009】この発光素子におけるMQWの成長方法に
ついては、まず基板温度を1100℃に保持し、N2
はH2、アンモニア、TMG、TMAを導入してAl
0.05Ga 0.95Nからなる厚さ50Åの障壁層を形成し、
続いて基板温度を800℃に下げて保持し、N2又は
2、アンモニア、TMG、TMIを供給し、シリコン
と亜鉛がド−プされたIn0.20Ga0.80Nからなる厚さ
50Åの井戸層を形成する。そして、前記障壁層と前記
井戸層を交互に成長し、全体の厚さが0.055μmの
MQWからなる発光層を形成する。この時、障壁層は井
戸層の成長速度と同じにしている。
The method for growing MQW in this light emitting device is described below.
First, the substrate temperature is kept at 1100 ° C.Twoor
Is HTwo, Ammonia, TMG and TMA to introduce Al
0.05Ga 0.95Forming a 50 ° thick barrier layer made of N;
Subsequently, the substrate temperature is lowered to 800 ° C. and held,TwoOr
HTwo, Ammonia, TMG, TMI, silicon
And zinc doped In0.20Ga0.80Thickness consisting of N
A well layer of 50 ° is formed. And the barrier layer and the
Well layers are grown alternately and the total thickness is 0.055 μm.
A light emitting layer made of MQW is formed. At this time, the barrier layer
It is the same as the growth rate of the door layer.

【0010】この構造では、発光層に井戸層と障壁層と
の歪超格子からなるMQWを用いているため、転位の少
ない良質な結晶を得ることができ、窒化物半導体発光素
子の発光効率が向上することが示されている。
[0010] In this structure, since the MQW comprising a strained superlattice of a well layer and a barrier layer is used for the light emitting layer, a high quality crystal with few dislocations can be obtained, and the luminous efficiency of the nitride semiconductor light emitting device can be improved. It has been shown to improve.

【0011】第二の従来の技術は、特開平10−135
514号公報に開示されている。これは、前記発光素子
のMQWの成長方法において、基板温度を900℃に保
持し、N2、TMG、アンモニアを導入して厚さ3.5
nmのGaNからなる障壁層を形成する。次に、基板温
度を750℃に保持しN2、TMG、アンモニアの他
に、TMIを導入して厚さ3.5nmのIn0.16Ga
0.84Nからなる井戸層を形成する。そして、前記障壁層
と前記井戸層を交互に成長し、5層の障壁層と井戸層を
形成する。さらに、基板温度を900℃に保持し、14
nmのGaNからなる最上の障壁層を5段目の量子井戸
層上に形成する。この時、障壁層は井戸層の成長速度と
同じにしている。
A second prior art is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-135.
No. 514. This is because, in the method of growing the MQW of the light emitting device, the substrate temperature is maintained at 900 ° C., and N 3 , TMG, and ammonia are introduced to achieve a thickness of 3.5.
A barrier layer made of GaN having a thickness of nm is formed. Next, the substrate temperature was maintained at 750 ° C., and TMI was introduced in addition to N 2, TMG, and ammonia to form a 3.5 nm thick In 0.16 Ga.
A well layer made of 0.84 N is formed. Then, the barrier layers and the well layers are alternately grown to form five barrier layers and well layers. Further, the substrate temperature is maintained at 900 ° C.
An uppermost barrier layer made of GaN with a thickness of nm is formed on the fifth quantum well layer. At this time, the growth rate of the barrier layer is the same as the growth rate of the well layer.

【0012】この構造では、Siド−プのGaN層およ
びMgド−プのクラッド層に接する側の層を障壁層と
し、かつ各障壁層の厚みを均一にすることによって、発
光する光の波長シフトが防止できることが示されてい
る。第三の従来の技術は、特開平11−224972号
公報に開示されている。これは、前記発光素子のMQW
の成長方法において、基板温度を750℃に保持して、
In0.2Ga0.8Nからなる井戸層を25Åの膜厚で形成
する。次に、TMIのモル比を変化させるのみで同じ基
板温度で、In0.01Ga0.95Nからなる障壁層を50Å
の膜厚で形成する。この操作を13回繰り返し、最後に
井戸層を形成し、総膜厚が0.1μmの多重量子井戸構
造からなる活性層を形成する。この時、障壁層は井戸層
の成長速度と同じにしている。
In this structure, the layer in contact with the Si-doped GaN layer and the Mg-doped clad layer is used as a barrier layer, and the thickness of each barrier layer is made uniform, so that the wavelength of the emitted light is increased. It is shown that the shift can be prevented. The third conventional technique is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-224972. This is the MQW of the light emitting element.
In the growth method, the substrate temperature is maintained at 750 ° C.
A well layer made of In 0.2 Ga 0.8 N is formed with a thickness of 25 °. Next, a barrier layer made of In 0.01 Ga 0.95 N is formed at 50 ° C. at the same substrate temperature only by changing the molar ratio of TMI.
It is formed with a film thickness of. This operation is repeated 13 times, and finally a well layer is formed to form an active layer having a multiple quantum well structure having a total thickness of 0.1 μm. At this time, the growth rate of the barrier layer is the same as the growth rate of the well layer.

【0013】この例では、障壁層を井戸層よりもバンド
ギャップの大きいInGaNとして形成したものであ
り、井戸層の上にInGaNからなる障壁層を形成した
場合、InGaNからなる障壁層はGaNやAlGaN
結晶に比較して結晶が柔らかいため、MQWよりも上の
クラッド層にクラックが発生し難くなり、前記クラッド
層を厚くできるため、特に窒化物半導体からなる半導体
レ−ザの高品質化に有効であることが示されている。
In this example, the barrier layer is formed of InGaN having a bandgap larger than that of the well layer.
Since the crystal is softer than the crystal, cracks are less likely to occur in the cladding layer above the MQW and the cladding layer can be made thicker, which is particularly effective for improving the quality of a semiconductor laser made of a nitride semiconductor. It is shown that there is.

【0014】また、障壁層もInGaNの場合、井戸層
と障壁層が同じ温度で成長できるため、先に形成した井
戸層の分解が抑制されるので、結晶性のよいMQWを形
成できるし、井戸層と障壁層を連続して成長できるの
で、MQWの成長時間も短縮できることが示されてい
る。
Further, when the barrier layer is also made of InGaN, the well layer and the barrier layer can be grown at the same temperature, so that the decomposition of the well layer formed earlier is suppressed. It has been shown that the growth time of MQW can be shortened because the layer and the barrier layer can be grown continuously.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ようなMQWの形成方法においては以下のような問題点
がある。
However, the above-described method for forming the MQW has the following problems.

【0016】まず、第一の従来の技術においては、In
GaNからなる井戸層を成長後、AlGaNからなる障
壁層を成長させる基板温度(1100℃)まで昇温する
過程において、井戸層が分解してしまうため、結晶性の
すぐれた井戸層を成長させることは困難である。
First, in the first prior art, In
After growing the well layer made of GaN, the well layer is decomposed in the process of raising the temperature to the substrate temperature (1100 ° C.) for growing the barrier layer made of AlGaN. It is difficult.

【0017】次に、第二の従来の技術においても、In
GaNからなる井戸層を成長後、GaNからなる障壁層
を成長させる基板温度(900℃)まで昇温する過程に
おいて、少なくとも井戸層の分解が発生するため、結晶
性のすぐれた井戸層を成長させることは困難である。
Next, in the second conventional technique, In
After growing the well layer made of GaN, in the process of raising the temperature to the substrate temperature (900 ° C.) for growing the barrier layer made of GaN, at least the well layer is decomposed, so that a well layer having excellent crystallinity is grown. It is difficult.

【0018】一方、第三の従来の技術においては、井戸
層と障壁層を成長させる基板温度が同じであるため、井
戸層の分解は少ない。しかしながら、MQWにおいて、
障壁層が十分機能するためには、障壁層は井戸層に比較
して十分低いIn組成にする必要がある。この例では、
障壁層のIn組成は0.01であり、このような低いI
n組成を制御することは困難である。
On the other hand, in the third prior art, since the substrate temperature for growing the well layer and the barrier layer is the same, decomposition of the well layer is small. However, in MQW,
In order for the barrier layer to function sufficiently, the barrier layer needs to have a sufficiently lower In composition than the well layer. In this example,
The In composition of the barrier layer is 0.01, and such a low I
It is difficult to control the n composition.

【0019】また、前記障壁層のInGaNは、実質的
にはGaNに近い結晶である。これより、GaNに近い
結晶である障壁層を井戸層と同じ基板温度(750℃)
で成長させることになるため、障壁層の結晶性は従来の
技術1の1100℃付近で成長した場合に比較して悪く
なる。
The InGaN of the barrier layer is a crystal substantially similar to GaN. Thus, the barrier layer, which is a crystal close to GaN, has the same substrate temperature (750 ° C.) as the well layer.
Therefore, the crystallinity of the barrier layer is deteriorated as compared with the conventional technique 1 in which the barrier layer is grown at about 1100 ° C.

【0020】このように、従来のMQWの製造方法で
は、障壁層の結晶性向上のために、障壁層を成長させる
基板温度を井戸層を成長させる基板温度よりも上げると
井戸層が劣化し、障壁層と井戸層を同じ基板温度で成長
させると、障壁層の結晶性が不十分となり、MQWの品
質が低下するという問題があった。
As described above, in the conventional MQW manufacturing method, when the substrate temperature for growing the barrier layer is raised above the substrate temperature for growing the well layer in order to improve the crystallinity of the barrier layer, the well layer deteriorates, If the barrier layer and the well layer are grown at the same substrate temperature, there is a problem that the crystallinity of the barrier layer becomes insufficient and the quality of the MQW deteriorates.

【0021】また、高品質なMQWを作製するために
は、障壁層は井戸層に比較して厚く形成する必要があ
る。前記3つの従来の技術に共通するように、障壁層と
井戸層を同じ成長速度で成長させる方法では、障壁層を
厚くした場合やMQWの周期数を増やした場合に成長時
間が長くなり、MQWの製造コストが高くなる上、MQ
Wの結晶性が低下するという問題があった。
In order to manufacture a high quality MQW, the barrier layer needs to be formed thicker than the well layer. As is common to the three conventional techniques, in the method of growing the barrier layer and the well layer at the same growth rate, the growth time becomes longer when the barrier layer is made thicker or when the number of MQW cycles is increased, and the MQW becomes longer. Production cost increases, and MQ
There is a problem that the crystallinity of W decreases.

【0022】本発明において解決すべき課題は、井戸層
の劣化を抑制し、かつ障壁層の結晶性を向上させること
で、発光効率の向上したMQWの製造方法を提供するこ
とと、MQWの形成時間の短縮化により製造コストを低
減した窒化物半導体からなる発光素子の製造方法を提供
することである。
The problem to be solved in the present invention is to provide a method for manufacturing an MQW with improved luminous efficiency by suppressing the deterioration of the well layer and improving the crystallinity of the barrier layer, and forming the MQW. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light emitting device made of a nitride semiconductor, in which the manufacturing cost is reduced by reducing the time.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、MQWの
製造方法(特に、基板温度、成長速度、雰囲気の水素濃
度及びV/III比)について鋭意検討を行った。その結
果、井戸層の成長に適した基板温度で井戸総を成長した
後に、基板を昇温しながら障壁層の一部(以下、「障壁
層A」と略称する。)を成長し、さらに昇温後に略一定
の基板温度で障壁層の一部(以下、「障壁層B」と略称
する。)を成長した後、基板温度を井戸層を成長させる
温度まで降温し、井戸層を成長させるといった工程を繰
り返すことにより、結晶性に優れ、発光効率の高いMQ
W発光層を形成できることを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies on a method of manufacturing an MQW (particularly, substrate temperature, growth rate, hydrogen concentration in atmosphere, and V / III ratio). As a result, after growing the entire well at a substrate temperature suitable for growing the well layer, a part of the barrier layer (hereinafter abbreviated as “barrier layer A”) is grown while the substrate is being heated, and further raised. After growing a part of the barrier layer (hereinafter abbreviated as “barrier layer B”) at a substantially constant substrate temperature after the temperature, the substrate temperature is lowered to a temperature at which the well layer is grown, and the well layer is grown. By repeating the process, MQ with excellent crystallinity and high luminous efficiency
It has been found that a W light emitting layer can be formed.

【0024】次に、障壁層Bを成長させる際に、雰囲気
の水素濃度を障壁層Aを成長させる場合よりも高くする
ことや、V/III比を障壁層Aを成長させる場合よりに
することによって、障壁層Bの結晶性を改善できること
を見出した。
Next, when growing the barrier layer B, the hydrogen concentration in the atmosphere should be higher than when growing the barrier layer A, and the V / III ratio should be higher than when growing the barrier layer A. Has been found that the crystallinity of the barrier layer B can be improved.

【0025】また、障壁層Bを成長させる際に、井戸層
および障壁層Aよりも速い成長速度で成長させること
や、障壁層Bを成長した後、井戸層を成長させる基板温
度まで降温する際にも、少なくとも障壁層の一部を成長
させる工程を加えることによって、障壁層が厚い場合
や、MQWの周期数が多い場合でも、MQWの形成時間
がさらに短縮できることを見出した。
When the barrier layer B is grown, the growth is performed at a higher growth rate than the well layer and the barrier layer A. When the barrier layer B is grown, the temperature is lowered to the substrate temperature at which the well layer is grown. In addition, it has been found that by adding a step of growing at least a part of the barrier layer, the MQW formation time can be further reduced even when the barrier layer is thick or the number of MQW cycles is large.

【0026】このような構成によれば、MQWの形成時
において、井戸層の分解を抑制できると同時に、障壁層
の結晶性を向上させることができ、発光効率の高いMQ
W発光層を作製することが可能となる。また、MQW発
光層の形成時間を短縮化することができるため、窒化物
半導体からなる発光素子の製造コストを低減することが
可能となる。
According to such a configuration, at the time of forming the MQW, the decomposition of the well layer can be suppressed, the crystallinity of the barrier layer can be improved, and the MQ with high luminous efficiency can be obtained.
A W light emitting layer can be manufactured. Further, since the formation time of the MQW light emitting layer can be shortened, it is possible to reduce the manufacturing cost of the light emitting element made of a nitride semiconductor.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、基板の
上に、窒化物半導体からなる井戸層と、前記井戸層より
もバンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体から
なる障壁層と、を交互に積層した多重量子井戸構造を有
する窒化物半導体を製造する方法であって、第1の基板
温度で前記井戸層を成長させる第1の工程と、前記第1
の基板温度から前記第1の基板温度より高い第2の基板
温度に向かって昇温しながら前記障壁層を成長させる第
2の工程と、前記第2の基板温度から前記第1の基板温
度に降温する第3の工程と、を順に繰り返すことによっ
て多重量子井戸を形成することを特徴とする窒化物半導
体の製造方法である。
According to the first aspect of the present invention, a well layer made of a nitride semiconductor and a barrier layer made of a nitride semiconductor having a band gap energy larger than that of the well layer are formed on a substrate. A method for manufacturing a nitride semiconductor having a multiple quantum well structure alternately stacked, comprising: a first step of growing the well layer at a first substrate temperature;
A second step of growing the barrier layer while increasing the temperature from the substrate temperature to a second substrate temperature higher than the first substrate temperature, and changing the temperature from the second substrate temperature to the first substrate temperature. And a third step of lowering the temperature is repeated in order to form a multiple quantum well, thereby forming a nitride semiconductor.

【0028】この方法は、井戸層の成長直後より、昇温
しながら障壁層を成長させるので、昇温時におけるIn
GaNからなる井戸層の分解が抑制できると同時に、障
壁層の結晶性を高めることができるという作用を有す
る。
According to this method, the barrier layer is grown while raising the temperature immediately after the growth of the well layer.
This has the effect that decomposition of the well layer made of GaN can be suppressed and the crystallinity of the barrier layer can be increased.

【0029】請求項2に記載の発明は、前記第2の工程
により前記障壁層を成長させた後、前記第3の工程の前
に、前記第2の基板温度を略一定に保った基板温度で更
に前記障壁層を成長させる第4の工程を設けることを特
徴とする請求項1に記載の窒化物半導体の製造方法であ
り、井戸層を成長させる基板温度より高い基板温度で保
持した状態において、障壁層の一部を成長させるので、
障壁層の結晶性をさらに高めることができるという作用
を有する。
According to a second aspect of the present invention, after the growth of the barrier layer in the second step and before the third step, the substrate temperature is kept substantially constant. 2. The method for producing a nitride semiconductor according to claim 1, further comprising the step of: growing the barrier layer in a state where the temperature is maintained at a substrate temperature higher than the substrate temperature at which the well layer is grown. , Grow a part of the barrier layer,
This has the effect that the crystallinity of the barrier layer can be further increased.

【0030】請求項3に記載の発明は、前記第4の工程
における前記障壁層の成長の少なくとも一部における成
長速度が、前記第2の工程における前記障壁層の成長速
度より大きいことを特徴とする請求項2に記載の窒化物
半導体の製造方法であり、井戸層よりも相対的に厚い障
壁層や周期数の多いMQWを短時間で成長でき、ト−タ
ルのMQWの成長時間を短縮できるため、MQWからな
る窒化物半導体の製造コストを低減できるという作用を
有する。
The invention according to claim 3 is characterized in that the growth rate of at least a part of the growth of the barrier layer in the fourth step is higher than the growth rate of the barrier layer in the second step. 3. The method of manufacturing a nitride semiconductor according to claim 2, wherein a barrier layer relatively thicker than the well layer and an MQW having a large number of cycles can be grown in a short time, and the total MQW growth time can be shortened. Therefore, there is an effect that the manufacturing cost of the nitride semiconductor made of MQW can be reduced.

【0031】請求項4に記載の発明は、前記第4の工程
における前記障壁層の成長時の少なくとも一部における
雰囲気中の水素濃度が、前記第2の工程における前記障
壁層の成長時の雰囲気中の水素濃度より大きいことを特
徴とする請求項2に記載の窒化物半導体の製造方法であ
り、前記第4の工程で水素濃度を高めることにより、基
板表面での原子のマイグレ−ションが促進され、障壁層
の結晶性をさらに高めることができるという作用を有す
る。
The invention according to claim 4, wherein the hydrogen concentration in the atmosphere in at least a part of the growth of the barrier layer in the fourth step is the same as that of the atmosphere in growing the barrier layer in the second step. 3. The method for producing a nitride semiconductor according to claim 2, wherein the concentration of hydrogen is higher than the concentration of hydrogen in the inside, and by increasing the hydrogen concentration in the fourth step, migration of atoms on the substrate surface is promoted. This has the effect that the crystallinity of the barrier layer can be further increased.

【0032】請求項5に記載の発明は、前記第4の工程
における前記障壁層の成長時の少なくとも一部における
III族原料供給量に対するV族原料供給量の比(以下V
/III比と呼ぶ)が、前記第2の工程における前記障壁
層の成長時のV/III比より小さいことを特徴とする請
求項2に記載の窒化物半導体の製造方法であり、障壁層
Bを成長させる際に、障壁層Bの結晶性を悪化させずに
アンモニアの供給量を大幅に低減でき、MQWからなる
窒化物半導体の製造コストを低減できるという作用を有
する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth step, at least a part of the barrier layer at the time of growth is provided.
The ratio of the supply amount of Group V raw material to the supply amount of Group III raw material (hereinafter referred to as V
/ III ratio) is smaller than the V / III ratio at the time of growth of the barrier layer in the second step. Has the effect of significantly reducing the supply amount of ammonia without deteriorating the crystallinity of the barrier layer B, and reducing the manufacturing cost of a nitride semiconductor made of MQW.

【0033】請求項6に記載の発明は、前記井戸層がI
xGa1-xN(但し、0<x<1)であり、前記障壁層
がInyAlzGa1-y-zN(但し、0≦y<1、0≦z
<1、0≦y+z<1、x>y)であることを特徴とす
る請求項1から5までのいずれかに記載の窒化物半導体
の製造方法であり、井戸層及び障壁層を構成する窒化物
半導体材料を上記の材料に限定することで、MQWを高
品質化することができ、光学的特性のすぐれたMQWか
らなる窒化物半導体を作製できるという作用を有する。
[0033] In the invention described in claim 6, the well layer is formed of I
n x Ga 1-x N (where, 0 <x <1) is, the barrier layer is In y Al z Ga 1-yz N ( where, 0 ≦ y <1,0 ≦ z
6. The method for manufacturing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein <1, 0 ≦ y + z <1, x> y). By limiting the material semiconductor material to the above-mentioned materials, it is possible to improve the quality of MQW and to produce a nitride semiconductor made of MQW having excellent optical characteristics.

【0034】請求項7に記載の発明は、前記障壁層がG
aNであることを特徴とする請求項6に記載の窒化物半
導体の製造方法であり、障壁層の結晶性をさらに高める
ことができ、光学特性のすぐれたMQWからなる窒化物
半導体を作製できるという作用を有する。
[0034] In the invention described in claim 7, the barrier layer is formed of G
7. The method for producing a nitride semiconductor according to claim 6, wherein the nitride semiconductor is aN, wherein the crystallinity of the barrier layer can be further increased, and a nitride semiconductor made of MQW having excellent optical characteristics can be produced. Has an action.

【0035】請求項8に記載の発明は、前記第1の基板
温度が500℃〜900℃であり、前記第2の基板温度
が800℃〜1200℃であることを特徴とする請求項
1から7までのいずれかに記載の窒化物半導体の製造方
法であり、前記第1の基板温度および前記第2の基板温
度を上記の範囲に限定することにより、結晶性のすぐれ
た井戸層及び障壁層を作製できるという作用を有する。
The invention according to claim 8 is characterized in that the first substrate temperature is 500 ° C. to 900 ° C. and the second substrate temperature is 800 ° C. to 1200 ° C. 7. The method for manufacturing a nitride semiconductor according to claim 7, wherein the first substrate temperature and the second substrate temperature are limited to the above ranges, whereby the well layer and the barrier layer having excellent crystallinity are provided. Can be produced.

【0036】請求項9に記載の発明は、前記障壁層の成
長開始時のGa原料供給量が、前記井戸層の成長時のG
a原料供給量より少ないことを特徴とする請求項6から
8までのいずれかに記載の窒化物半導体の製造方法であ
り、井戸層の劣化が抑制できると同時に、障壁層の結晶
性を高めることができるという作用を有する。
According to a ninth aspect of the present invention, the supply amount of Ga material at the start of growth of the barrier layer is less than the supply amount of Ga at the time of growth of the well layer.
The method for producing a nitride semiconductor according to any one of claims 6 to 8, wherein the amount of the raw material supplied is less than the amount of the raw material supplied. It has the effect of being able to.

【0037】請求項10に記載の発明は、前記第3の工
程において、前記第2の工程の少なくとも一部におい
て、前記障壁層を成長させることを特徴とする請求項1
から9までのいずれかに記載の窒化物半導体の製造方法
であり、降温時にも障壁層の一部を成長させることによ
り、特に障壁層を厚くする場合やMQWの周期数を多く
する場合でもMQWの形成時間を短縮化することがで
き、MQWからなる窒化物半導体の製造コストを低減す
ることできるという作用を有する。
According to a tenth aspect of the present invention, in the third step, the barrier layer is grown in at least a part of the second step.
9. The method for manufacturing a nitride semiconductor according to any one of items 1 to 9, wherein a part of the barrier layer is grown even when the temperature is lowered, so that the MQW is formed even when the thickness of the barrier layer is increased or the number of MQW cycles is increased. Can be shortened, and the manufacturing cost of a nitride semiconductor made of MQW can be reduced.

【0038】請求項11に記載の発明は、前記基板がサ
ファイアまたはSiCを含み、前記第1の基板温度より
低温の基板温度で前記基板の上に窒化物半導体を含むバ
ッファ層を形成し、前記バッファ層の上に窒化物半導体
を含む下地層を形成し、前記下地層の上に前記多重量子
井戸を形成することを特徴とする請求項1から10まで
のいずれかに記載の窒化物半導体の製造方法であり、高
い結晶性をもつ下地層を作製でき、その上に成長させる
MQWを高品質化できるため、MQWからなる発光層を
もつ窒化物半導体発光素子の発光効率を高めることがで
きるという作用を有する。
The invention according to claim 11, wherein the substrate contains sapphire or SiC, and a buffer layer containing a nitride semiconductor is formed on the substrate at a substrate temperature lower than the first substrate temperature; 11. The nitride semiconductor according to claim 1, wherein an underlayer containing a nitride semiconductor is formed on the buffer layer, and the multiple quantum well is formed on the underlayer. This is a manufacturing method, in which a base layer having high crystallinity can be manufactured, and the quality of the MQW grown thereon can be improved, so that the luminous efficiency of the nitride semiconductor light emitting device having the light emitting layer composed of the MQW can be improved. Has an action.

【0039】請求項12に記載の発明は、前記基板が窒
化物半導体を含み、前記基板の上に窒化物半導体を含む
下地層を形成し、前記下地層の上に前記多重量子井戸を
形成することを特徴とする請求項1から10までのいず
れかに記載の窒化物半導体の製造方法であり、さらに高
い結晶性をもつ下地層を作製でき、その上に成長させる
MQWを高品質化できるため、MQWからなる発光層を
もつ窒化物半導体発光素子の発光効率を高めることがで
きるという作用を有する。
According to a twelfth aspect of the present invention, the substrate includes a nitride semiconductor, an underlayer including the nitride semiconductor is formed on the substrate, and the multiple quantum well is formed on the underlayer. The method for producing a nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 10, wherein an underlayer having higher crystallinity can be manufactured, and the quality of MQW grown thereon can be improved. And a nitride semiconductor light-emitting device having a light-emitting layer made of MQW.

【0040】請求項13に記載の発明は、前記基板がG
aNであることを特徴とする請求項12に記載の窒化物
半導体の製造方法であり、基板と前記下地層が同一材料
であるため、さらに高い結晶性をもつ下地層を作製で
き、その上に成長させるMQWを高品質化できるため、
MQWからなる発光層をもつ窒化物半導体発光素子の発
光効率を高めることができるという作用を有する。
According to a thirteenth aspect of the present invention, when the substrate is G
13. The method for manufacturing a nitride semiconductor according to claim 12, wherein the substrate and the underlayer are made of the same material, so that an underlayer having higher crystallinity can be produced. Because the quality of MQW to be grown can be improved,
The nitride semiconductor light emitting device having a light emitting layer made of MQW has an effect of increasing the light emitting efficiency.

【0041】以下に、本発明の実施の形態の具体例を、
図面を参照しながら説明する。
Hereinafter, specific examples of the embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to the drawings.

【0042】図1には、本発明の一実施の形態に係るM
QWからなる窒化物半導体発光素子の層構造を表す断面
図を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of M according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a layer structure of a nitride semiconductor light emitting device made of QW.

【0043】この発光素子は、サファイアからなる基板
1の上に、GaNからなるバッファ層2と、GaNから
なる第1のn型クラッド層3と、AlGaNからなる第
2のn型クラッド層4と、InGaNからなる井戸層5
およびGaNからなる障壁層6を交互に成長させたMQ
W層(5〜10)と、AlGaNからなるp型クラッド
層11とが順に積層されている。また、p型クラッド層
11の表面には透光性電極12、p側電極13が順に形
成され、第1のn型クラッド層3の表面にはn側電極1
4が形成されている。
This light emitting device comprises a buffer layer 2 made of GaN, a first n-type clad layer 3 made of GaN, and a second n-type clad layer 4 made of AlGaN on a substrate 1 made of sapphire. Layer 5 made of InGaN
Having barrier layers 6 of GaN and GaN grown alternately
The W layer (5 to 10) and the p-type cladding layer 11 made of AlGaN are sequentially stacked. A light-transmitting electrode 12 and a p-side electrode 13 are sequentially formed on the surface of the p-type cladding layer 11, and the n-side electrode 1 is formed on the surface of the first n-type cladding layer 3.
4 are formed.

【0044】この発光素子におけるMQWは、MOCV
D法を用いて、以下の方法によって作製される。
The MQW of this light emitting device is expressed as MOCV
It is produced by the following method using method D.

【0045】まず、反応管内に十分洗浄したサファイア
からなる基板1を装入し、反応管内に窒素と水素を流し
ながら、基板1を約1050℃で10分間加熱し、基板
1の表面のクリ−ニングを行う。
First, a substrate 1 made of sufficiently washed sapphire is charged into a reaction tube, and the substrate 1 is heated at about 1050 ° C. for 10 minutes while flowing nitrogen and hydrogen into the reaction tube to clean the surface of the substrate 1. Performing

【0046】次に、基板1の温度を550℃まで降下さ
せ、窒素、TMG、アンモニアをそれぞれ流してGaN
バッファ層2を基板1の上に形成する。バッファ層2を
形成後は、窒素とアンモニアをそれぞれを流しながら基
板1の温度を1050℃まで昇温し、この温度下おい
て、窒素、水素、TMG、アンモニア、SiH4をそれ
ぞれ流して第1のn型GaNクラッド層3を形成する。
第1のn型GaNクラッド層3を形成後は、引き続き1
050℃において、窒素、水素、TMG、TMA、アン
モニアをそれぞれ流して第2のn型AlGaNクラッド
層4を形成する。
Next, the temperature of the substrate 1 is lowered to 550 ° C., and nitrogen, TMG and ammonia are respectively flowed to form GaN.
The buffer layer 2 is formed on the substrate 1. After the buffer layer 2 is formed, the temperature of the substrate 1 is raised to 1050 ° C. while flowing nitrogen and ammonia respectively, and at this temperature, nitrogen, hydrogen, TMG, ammonia, and SiH 4 are respectively flowed to form the first. The n-type GaN cladding layer 3 is formed.
After the formation of the first n-type GaN cladding layer 3,
At 050 ° C., nitrogen, hydrogen, TMG, TMA, and ammonia are respectively flowed to form the second n-type AlGaN cladding layer 4.

【0047】次に、水素、TMG、TMAの各供給を止
めて、基板1の温度を750℃まで下げ、窒素、TM
G、TMI、アンモニアをそれぞれ流して、InGaN
からなる井戸層5を形成する。
Next, the supply of hydrogen, TMG and TMA was stopped, the temperature of the substrate 1 was lowered to 750 ° C., and nitrogen, TM
G, TMI, and ammonia are flowed, respectively, and InGaN
Is formed.

【0048】その後、TMIの供給のみを止めて、引き
続き、基板温度を750℃から1050℃まで昇温しな
がら障壁層Aを形成し、更に1050℃において、窒
素、水素、 TMG、アンモニアをそれぞれ流しながら、
障壁層Bを形成し、障壁層Aと障壁層Bを合わせて障壁
層6とする。次に、水素とTMGの供給を止め、基板1
の温度を750℃まで下げる。あとは、井戸層5と障壁
層6と同様の手順を繰返し、井戸層7、障壁層8、井戸
層9、障壁層10を順次積層し、MQWを形成する。こ
の方法によれば、井戸層の分解が抑制できると同時に、
障壁層の結晶性を高めることができる。
Thereafter, only the supply of TMI was stopped, and subsequently, the barrier layer A was formed while the substrate temperature was raised from 750 ° C. to 1050 ° C. Further, at 1050 ° C., nitrogen, hydrogen, TMG and ammonia were respectively flowed. While
The barrier layer B is formed, and the barrier layer A and the barrier layer B are combined to form the barrier layer 6. Next, supply of hydrogen and TMG was stopped, and
Temperature to 750 ° C. Thereafter, the same procedure as that for the well layer 5 and the barrier layer 6 is repeated, and the well layer 7, the barrier layer 8, the well layer 9, and the barrier layer 10 are sequentially stacked to form the MQW. According to this method, decomposition of the well layer can be suppressed, and at the same time,
The crystallinity of the barrier layer can be increased.

【0049】本発明者らの知見によれば、障壁層Bの成
長速度は障壁層Aの成長速度より大きくすることが望ま
しい。具体的には、障壁層Aの成長速度は0.01μm
/h〜0.5μm/hであるのに対し、障壁層Bの成長
速度は0.1μm/h〜10μm/hであることが好ま
しい。障壁層Bの成長速度が0.1μm/hよりも小さ
いとMQWの形成に時間がかかり過ぎるし、10μm/
hより大きいと障壁層Bの結晶性が悪化する。障壁層の
膜厚は井戸層に比較して厚く形成する必要があり、特
に、障壁層Bの成長時に、障壁層Aよりも高い成長速度
とすることによって、高温(概略一定温度)での成長速
度が大きくなるので、障壁層の結晶性が向上すると同時
に、障壁層を厚くする場合や、MQWの周期数を増やす
場合に、成長時間を従来よりも短縮することができ、M
QWからなる窒化物半導体の製造コストを低減できる。
According to the findings of the present inventors, it is desirable that the growth rate of the barrier layer B be higher than that of the barrier layer A. Specifically, the growth rate of the barrier layer A is 0.01 μm
/ H to 0.5 μm / h, whereas the growth rate of the barrier layer B is preferably 0.1 μm / h to 10 μm / h. If the growth rate of the barrier layer B is less than 0.1 μm / h, it takes too much time to form the MQW, and 10 μm / h.
If it is larger than h, the crystallinity of the barrier layer B deteriorates. The barrier layer must be formed thicker than the well layer. In particular, when the barrier layer B is grown at a higher growth rate than the barrier layer A, the growth at a high temperature (approximately constant temperature) is achieved. Since the speed is increased, the crystallinity of the barrier layer is improved, and at the same time, when the thickness of the barrier layer is increased or the number of MQW cycles is increased, the growth time can be shortened as compared with the conventional case.
The manufacturing cost of a nitride semiconductor made of QW can be reduced.

【0050】次に、障壁層Bの成長時の雰囲気の水素濃
度は障壁層Aの成長時の雰囲気の水素濃度よりも高くす
ることが望ましい。具体的には、障壁層Aの成長時の雰
囲気の水素濃度が0%〜5%であるのに対し、障壁層B
の成長時の雰囲気の水素濃度は5%〜70%が好まし
い。ここで、水素濃度は水素ガスの容量比である。障壁
層Bの成長時の雰囲気の水素濃度が5%より低い場合
は、障壁層Bの結晶性が悪化するし、70%以上では、
基板面内での膜厚等の均一性が悪化する。
Next, it is desirable that the hydrogen concentration in the atmosphere when the barrier layer B is grown be higher than the hydrogen concentration in the atmosphere when the barrier layer A is grown. Specifically, while the hydrogen concentration in the atmosphere during the growth of the barrier layer A is 0% to 5%, the barrier layer B
The hydrogen concentration in the atmosphere during the growth of is preferably 5% to 70%. Here, the hydrogen concentration is a volume ratio of hydrogen gas. When the hydrogen concentration in the atmosphere during the growth of the barrier layer B is lower than 5%, the crystallinity of the barrier layer B deteriorates.
The uniformity of the film thickness and the like in the substrate surface is deteriorated.

【0051】障壁層Aにおいては、井戸層の分解を抑制
することが重要となるため、障壁層の成長時の雰囲気の
水素濃度は低い方が、井戸層の分解が抑えられる。これ
に対し、障壁層Bは障壁層の結晶性を向上させることが
重要となるため、高温(1050℃)で障壁層Aよりも
成長時の雰囲気の水素濃度を高めることにより、成長表
面でのマイグレ−ションを促進し、障壁層の結晶性を向
上させることができる。
In the barrier layer A, since it is important to suppress the decomposition of the well layer, the lower the hydrogen concentration in the atmosphere during the growth of the barrier layer, the more the decomposition of the well layer is suppressed. On the other hand, since it is important for the barrier layer B to improve the crystallinity of the barrier layer, by increasing the hydrogen concentration in the atmosphere at the time of growth at a higher temperature (1050 ° C.) than the barrier layer A, the barrier layer B has The migration can be promoted, and the crystallinity of the barrier layer can be improved.

【0052】次に、障壁層Bの成長時のV/III比は障
壁層Aの成長時のV/III比よりも小さくすることが望
ましい。具体的には、障壁層AのV/III比が1×104
〜2×105であるのに対し、障壁層BのV/III比は5
×102〜1×104が好ましい。障壁層BのV/III比
が5×102よりも小さい場合は、障壁層Bの成長時に
成長表面での窒素分圧不足によりピット等が発生しやす
くなり、1×104以上になると成長表面の極性が窒素
面となることにより障壁層Bの表面モフォロギーが悪化
するようになる。
Next, it is desirable that the V / III ratio when the barrier layer B is grown is smaller than the V / III ratio when the barrier layer A is grown. Specifically, the V / III ratio of the barrier layer A is 1 × 10 4
22 × 10 5 , whereas the V / III ratio of the barrier layer B is 5
× 10 2 to 1 × 10 4 is preferred. If the V / III ratio of the barrier layer B is less than 5 × 10 2, the pits are easily generated by nitrogen partial shortage of the growth surface during growth of the barrier layer B, a grown 1 × 10 4 or more The surface morphology of the barrier layer B deteriorates when the polarity of the surface becomes the nitrogen surface.

【0053】次に、MQWの井戸層はInxGa1-x
(0<x<y)、障壁層はInyAl zGa1-y-zN(0
≦y<1、0≦z<1、0≦y+z<1、x>y)とす
ることが望ましい。井戸層の成長直後に昇温しながら障
壁層の一部を成長させるので、障壁層の材料を窒化物半
導体、すなわちInyAlzGa1-y-zN(0≦y<1、
0≦z<1、0≦y+z<1、x>y)とすることによ
り、井戸層の劣化が抑制されると同時に、障壁層の結晶
性も高めることができるため、発光特性のすぐれたMQ
Wからなる窒化物半導体を作製することができる。
Next, the MQW well layer is made of InxGa.1-xN
(0 <x <y), the barrier layer is InyAl zGa1-yzN (0
≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ y + z <1, x> y)
Is desirable. Immediately after the growth of the well layer,
Since a part of the wall layer is grown, the material of the barrier layer is changed to nitride half.
Conductor, ie InyAlzGa1-yzN (0 ≦ y <1,
0 ≦ z <1, 0 ≦ y + z <1, x> y)
As a result, the deterioration of the well layer is suppressed and
MQ with excellent light emission characteristics
A nitride semiconductor made of W can be manufactured.

【0054】また、障壁層をGaNとすれば、障壁層の
結晶性をさらに高めることができる。
When the barrier layer is made of GaN, the crystallinity of the barrier layer can be further improved.

【0055】次に、基板温度については、井戸層は50
0℃〜900℃の範囲が望ましい。井戸層では、成長時
においても分解が発生するので、900℃よりも高いと
InGaNの分解が促進されて井戸層がほとんど成長し
なくなり、500℃よりも低いと井戸層の結晶性が悪く
なる。一方、昇温後の基板温度は800℃〜1200℃
が望ましい。基板温度がより高い方が障壁層の結晶性は
向上するが1200℃よりも高いと、ウェハーの表面荒
れが発生するし、MOCVD装置の基板加熱源への負荷
も大きくなり、好ましくない。また、基板温度が800
℃よりも低いと、十分な結晶性をもつ障壁層が成長でき
ない。
Next, regarding the substrate temperature, the well layer
A range of 0 ° C to 900 ° C is desirable. In the well layer, decomposition occurs even during the growth. Therefore, when the temperature is higher than 900 ° C., the decomposition of InGaN is promoted and the well layer hardly grows. When the temperature is lower than 500 ° C., the crystallinity of the well layer deteriorates. On the other hand, the substrate temperature after the temperature rise is 800 ° C. to 1200 ° C.
Is desirable. When the substrate temperature is higher, the crystallinity of the barrier layer is improved. However, when the temperature is higher than 1200 ° C., the surface of the wafer is roughened and the load on the substrate heating source of the MOCVD apparatus is undesirably increased. When the substrate temperature is 800
If the temperature is lower than ℃, a barrier layer having sufficient crystallinity cannot be grown.

【0056】次に、少なくとも障壁層Aの成長開始時の
Ga原料供給量は井戸層のGa原料供給量より少なくす
ることが望ましい。具体的には、井戸層成長時のTMG
供給量が2μmol/分〜10μmol/分であるのに
対し、障壁層Aの成長開始時のTMG供給量は0.4μ
mol/分〜4μmol/分が好ましい。障壁層Aの成
長開始時のTMG供給量が0.4μmol/分よりも小
さいと、障壁層Aを成長させる際、井戸層の分解を抑制
することが困難となるし、4μmol/分よりも大きい
と、障壁層Aの結晶性が悪化する。これは、障壁層Aの
TMG供給量を増やすと井戸層の分解は抑制され易くな
るが、障壁層を低温で比較的速い成長速度で成長させる
ことになるので、障壁層の結晶性がより悪化するためで
ある。
Next, it is desirable that the supply amount of the Ga source at least at the start of the growth of the barrier layer A be smaller than the supply amount of the Ga source in the well layer. Specifically, TMG during well layer growth
The supply amount is 2 μmol / min to 10 μmol / min, whereas the TMG supply amount at the start of the growth of the barrier layer A is 0.4 μmol / min.
mol / min to 4 μmol / min are preferred. If the supply amount of TMG at the start of the growth of the barrier layer A is smaller than 0.4 μmol / min, it becomes difficult to suppress the decomposition of the well layer when growing the barrier layer A, and is larger than 4 μmol / min. As a result, the crystallinity of the barrier layer A deteriorates. This is because when the supply amount of TMG of the barrier layer A is increased, the decomposition of the well layer is easily suppressed, but the barrier layer is grown at a relatively high growth rate at a low temperature, so that the crystallinity of the barrier layer is further deteriorated. To do that.

【0057】また、障壁層Aを基板温度を昇温させなが
ら成長させる際に、基板温度の上昇に伴い、障壁層Aの
成長速度を徐々に速めることもできる。この場合、Ga
原料供給量は障壁層Aの成長開始初期は0.4μmol
/分〜4μmol/分で、障壁層Aの成長終了直前では
20μmol/分〜100μmol/分とすることがで
きる。
When growing the barrier layer A while increasing the substrate temperature, the growth rate of the barrier layer A can be gradually increased with the increase in the substrate temperature. In this case, Ga
The raw material supply amount is 0.4 μmol in the initial stage of the growth start of the barrier layer A.
/ Min to 4 μmol / min, and can be 20 μmol / min to 100 μmol / min immediately before the completion of the growth of the barrier layer A.

【0058】次に、井戸層を成長させる基板温度よりも
高い基板温度で障壁層を成長した後、基板温度を井戸層
を成長させる温度まで降温する際にも、少なくとも障壁
層の一部を成長させることが、成長時間短縮の点で望ま
しい。前記降温時は井戸層成長後の昇温時に比較して井
戸層への影響(結晶性の劣化)が少なくなるため、前記
昇温時に比較して、成長速度を早くできるという利点が
ある。なお、高温の方が障壁層の結晶性がよいことは明
らかなため、降温開始時の成長速度を早くし、温度の低
下と共に徐々に成長速度を遅くすることも可能である。
これにより、MQWの成長時間が短縮され、MQW発光
層からなる窒化物半導体の製造コストを低減することで
きる。
Next, after growing the barrier layer at a substrate temperature higher than the substrate temperature for growing the well layer, when lowering the substrate temperature to the temperature for growing the well layer, at least a part of the barrier layer is grown. It is desirable to reduce the growth time. Since the influence on the well layer (deterioration of crystallinity) at the time of the temperature decrease is lower than that at the time of the temperature increase after the well layer growth, there is an advantage that the growth rate can be increased as compared with the temperature increase. Since it is clear that the higher the temperature is, the better the crystallinity of the barrier layer is. Therefore, it is possible to increase the growth rate at the start of the temperature drop and gradually decrease the growth rate as the temperature decreases.
Thereby, the growth time of the MQW is shortened, and the manufacturing cost of the nitride semiconductor including the MQW light emitting layer can be reduced.

【0059】次に、基板はサファイアやSiCを用い、
その上にバッファ層を積層し、さらに窒化物半導体から
なる下地層を成長させることにより、高い結晶性をもつ
下地層を成長させることができ、その上に成長させるM
QWの品質が向上するため、MQWからなる窒化物半導
体の発光効率を高めることができる。
Next, the substrate is made of sapphire or SiC.
By laminating a buffer layer thereon and further growing an underlayer made of a nitride semiconductor, an underlayer having high crystallinity can be grown.
Since the quality of QW is improved, the luminous efficiency of the nitride semiconductor composed of MQW can be increased.

【0060】さらに、基板を窒化物半導体基板とするこ
とができる。これにより、基板と下地層の格子定数差お
よび熱膨脹係数差を従来よりも減らすことができ、窒化
物半導体からなる下地層の結晶性をさらに高めることが
できる。これにより、前記下地層の上に成長させるMQ
Wの品質がさらに向上するため、MQWからなる窒化物
半導体の発光効率を高めることができる。
Further, the substrate can be a nitride semiconductor substrate. This makes it possible to reduce the difference between the lattice constant and the coefficient of thermal expansion between the substrate and the underlayer as compared with the related art, and to further enhance the crystallinity of the underlayer made of a nitride semiconductor. Thereby, the MQ grown on the underlayer is
Since the quality of W is further improved, the luminous efficiency of the nitride semiconductor composed of MQW can be increased.

【0061】また、MQWの下地層は一般的にGaNが
用いられており、基板をGaNとすることにより、基板
と下地層が同一材料となり、さらに結晶性にすぐれた下
地層を成長できるため、その上に積層するMQWの品質
をさらに高めることができ、MQWからなる窒化物半導
体の発光効率を高めることができる。
Further, GaN is generally used for the underlayer of the MQW, and by using GaN for the substrate, the substrate and the underlayer are made of the same material, and the underlayer having excellent crystallinity can be grown. The quality of the MQW laminated thereon can be further improved, and the luminous efficiency of the nitride semiconductor comprising the MQW can be increased.

【0062】上記以外にもサファイア、SiC、GaA
s等の基板上に厚膜のGaNを積層したGaN積層基板
を用いてもよいし、前記のGaN積層基板や前記の窒化
物半導体基板上にSiO2等のマスクでパタ−ニングし
たものを基板として用いても同様にMQWからなる窒化
物半導体の発光効率を高めることができる。
In addition to the above, sapphire, SiC, GaAs
A GaN laminated substrate in which a thick GaN is laminated on a substrate such as s may be used, or a GaN laminated substrate or the nitride semiconductor substrate patterned with a mask of SiO 2 or the like may be used as the substrate. Similarly, the luminous efficiency of the nitride semiconductor made of MQW can be increased.

【0063】[0063]

【実施例】以下、本発明のMQW構造をもつ窒化ガリウ
ム系化合物半導体の製造方法の具体例について図面を参
照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a specific example of a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor having an MQW structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0064】(実施例1)図2は、本発明の実施例1に
係るMQWからなる窒化物半導体の層構造を表す断面図
であり、図3は、本発明の実施例1に係るMQWからな
る窒化物半導体の成長プロファイル(基板温度、成長速
度、水素濃度、アンモニア流量)を示す図である。
(Example 1) FIG. 2 is a sectional view showing a layer structure of a nitride semiconductor made of MQW according to Example 1 of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the MQW according to Example 1 of the present invention. FIG. 3 is a view showing a growth profile (substrate temperature, growth rate, hydrogen concentration, ammonia flow rate) of a nitride semiconductor.

【0065】先ず、表面を鏡面に仕上げられたサファイ
アの基板1をMOCVD装置の反応管内の基板ホルダー
に載置した後、基板1の温度を1000℃に保ち、窒素
を5リットル/分、水素を5リットル/分、で流しなが
ら基板1を10分間加熱することにより、基板1の表面
に付着している有機物等の汚れや水分を取り除いた。
First, a sapphire substrate 1 having a mirror-finished surface is placed on a substrate holder in a reaction tube of an MOCVD apparatus. Then, the temperature of the substrate 1 is maintained at 1000 ° C., nitrogen is supplied at 5 l / min, and hydrogen is supplied. The substrate 1 was heated for 10 minutes while flowing at a flow rate of 5 liters / minute, thereby removing dirt and moisture such as organic substances adhering to the surface of the substrate 1.

【0066】次に、基板1の温度を550℃にまで降下
させ、キャリアガスとして窒素を16リットル/分、ア
ンモニアを4リットル/分、TMGを40μmol/
分、で供給して、GaNからなるバッファ層2を25n
mの厚さで成長させた。
Then, the temperature of the substrate 1 was lowered to 550 ° C., and 16 liters / minute of nitrogen, 4 liters / minute of ammonia, and 40 μmol / minute of TMG were used as carrier gases.
, The buffer layer 2 made of GaN is 25 n
m.

【0067】次に、TMGの供給のみを止めて基板1の
温度を1050℃まで昇温させた後、キャリアガスとし
て窒素と水素を各々13リットル/分と3リットル/分
で流しながら、アンモニアを4リットル/分、TMGを
80μmol/分、で供給して、アンドープのGaNか
らなる下地層22を2μmの厚さで成長させた。
Next, after only the supply of TMG is stopped and the temperature of the substrate 1 is raised to 1050 ° C., ammonia is supplied while flowing nitrogen and hydrogen as carrier gases at 13 liter / min and 3 liter / min, respectively. The underlayer 22 made of undoped GaN was grown at a thickness of 2 μm by supplying TMG at 4 μl / min and 80 μmol / min.

【0068】下地層22を成長後、TMGの供給を止
め、基板1の温度を750℃にまで降下させ、この温度
に維持して、キャリアガスとして窒素を14リットル/
分、アンモニアを6リットル/分、TMGを4μmol
/分、TMIを5μmol/分、で供給して、アンドー
プのIn0.15Ga0.85Nからなる量子井戸構造の井戸層
5を2nmの厚さで成長させた。
After the growth of the underlayer 22, the supply of TMG is stopped, the temperature of the substrate 1 is lowered to 750 ° C., and this temperature is maintained, and nitrogen as a carrier gas is supplied at a rate of 14 liter / liter.
Min, ammonia 6 liter / min, TMG 4 μmol
The TMI was supplied at a rate of 5 μmol / min, and a well layer 5 having a quantum well structure made of undoped In 0.15 Ga 0.85 N was grown to a thickness of 2 nm.

【0069】井戸層5を成長後、TMIの供給を止め、
キャリアガスとして窒素を14リットル/分、アンモニ
アを6リットル/分、TMGを2μmol/分で供給し
て、基板1の温度を1050℃に向けて昇温させなが
ら、引き続きアンドープのGaN(障壁層A)を3nm
の厚さで成長させ、基板1の温度が1050℃に達した
ら、キャリアガスとして窒素と水素を各々15リットル
/分と3リットル/分で流しながら、アンモニアを2リ
ットル/分、TMGを40μmol/分、で供給して、
引き続きアンドープのGaN(障壁層B)を12nmの
厚さで成長させた。こうしてアンドープのGaNからな
る厚さ15nmの障壁層6を形成した。そして、キャリ
アガスとして窒素を19リットル/分、アンモニアを1
リットル/分で流しながら、基板温度を再度750℃に
まで降下させ、井戸層5と障壁層6の製法と同様の手順
を繰り返すことにより、井戸層7、障壁層8、井戸層
9、障壁層10を形成した。
After growing the well layer 5, the supply of TMI is stopped.
While supplying nitrogen at 14 L / min, ammonia at 6 L / min and TMG at 2 μmol / min as a carrier gas, and raising the temperature of the substrate 1 to 1050 ° C., the undoped GaN (barrier layer A ) Is 3 nm
When the temperature of the substrate 1 reaches 1050 ° C., while flowing nitrogen and hydrogen as carrier gases at 15 liters / minute and 3 liters / minute, respectively, ammonia is supplied at 2 liters / minute, and TMG is supplied at 40 μmol / minutes. Min, feed in
Subsequently, undoped GaN (barrier layer B) was grown to a thickness of 12 nm. Thus, a barrier layer 6 of undoped GaN having a thickness of 15 nm was formed. Then, 19 liter / min of nitrogen and 1 of ammonia were used as carrier gas.
The substrate temperature is again lowered to 750 ° C. while flowing at a rate of 1 liter / minute, and the same procedure as the method of manufacturing the well layer 5 and the barrier layer 6 is repeated, whereby the well layers 7, 8, 9, 9 are formed. 10 was formed.

【0070】障壁層10を成長後は、基板1の温度を1
050℃に保ち、引き続き、キャリアガスとして窒素と
水素を各々13リットル/分と3リットル/分で流しな
がら、アンモニアを4リットル/分、TMGを80μm
ol/分、で供給して、アンドープのGaNからなるキ
ャップ層23を100nm成長させた。
After the growth of the barrier layer 10, the temperature of the substrate 1 is reduced to 1
While maintaining the temperature at 050 ° C. and continuously flowing nitrogen and hydrogen as carrier gases at 13 liters / minute and 3 liters / minute, respectively, ammonia was supplied at 4 liters / minute and TMG was supplied at 80 μm.
The cap layer 23 made of undoped GaN was grown to a thickness of 100 nm.

【0071】このようにして、3層の井戸層からなるM
QWを形成し、試料1とした。
As described above, M having three well layers
QW was formed, and it was used as Sample 1.

【0072】(比較例1)上記の実施例1の製造方法の
中のMQWを形成する工程において、下地層22を成長
後、TMGの供給を止め、基板1の温度を750℃にま
で降下させ、750℃において、キャリアガスとして窒
素を14リットル/分、アンモニアを6リットル/分、
TMGを4μmol/分、TMIを5μmol/分、で
供給して、アンドープのIn0.15Ga0.85Nからなる単
一量子井戸構造の井戸層5を2nmの厚さで成長させ
た。次に、基板温度は750℃のまま保持し、キャリア
ガスとして窒素を14リットル/分で流しながら、アン
モニアを6リットル/分、TMGを2μmol/分で供
給してアンドープのGaNを15nmの厚さで成長さ
せ、障壁層6とした。
(Comparative Example 1) In the step of forming an MQW in the manufacturing method of Example 1 described above, after growing the base layer 22, the supply of TMG was stopped, and the temperature of the substrate 1 was lowered to 750 ° C. At 750 ° C., 14 liters / minute of nitrogen as carrier gas, 6 liters / minute of ammonia,
By supplying TMG at 4 μmol / min and TMI at 5 μmol / min, a well layer 5 having a single quantum well structure made of undoped In 0.15 Ga 0.85 N was grown to a thickness of 2 nm. Next, while maintaining the substrate temperature at 750 ° C. and supplying nitrogen as a carrier gas at 14 L / min, ammonia is supplied at 6 L / min, TMG is supplied at 2 μmol / min, and undoped GaN is deposited at a thickness of 15 nm. To form a barrier layer 6.

【0073】以降、井戸層5と障壁層6の製法と同様の
手順を繰り返すことにより、井戸層7、障壁層8、井戸
層9、障壁層10を順次に形成した。
Thereafter, the same procedure as the method of manufacturing the well layers 5 and the barrier layers 6 was repeated to form the well layers 7, the barrier layers 8, the well layers 9, and the barrier layers 10 in this order.

【0074】次に、キャリアガスとして窒素を14リッ
トル/分、アンモニアを1リットル/分で流しながら、
基板1の温度を1050℃まで昇温させ、昇温後はキャ
リアガスとして窒素と水素を各々13リットル/分と3
リットル/分で流しながら、アンモニアを4リットル/
分、TMGを80μmol/分、で供給してキャップ層
23を100nm積層した。
Next, while flowing nitrogen at a rate of 14 liters / minute and ammonia at a rate of 1 liter / minute as a carrier gas,
The temperature of the substrate 1 was raised to 1050 ° C., and after the temperature was raised, nitrogen and hydrogen were respectively used as carrier gases at 13 liter / min.
While flowing at a rate of 4 liters / minute,
Then, TMG was supplied at a rate of 80 μmol / min, and the cap layer 23 was laminated to a thickness of 100 nm.

【0075】このようにして、実施例1と同一構造の3
層の井戸層からなるMQWを形成し、試料2とした。
As described above, the third embodiment having the same structure as the first embodiment
An MQW composed of a plurality of well layers was formed and used as a sample 2.

【0076】まず、実施例1の試料1と、比較例1の試
料2についてフォトルミネッセンス(PL)測定装置を
用いて光学特性の比較を行なった。PL測定装置に用い
た励起光はHe−Cdレーザ(波長325nm)で、励
起強度は10mWとした。
First, the optical characteristics of Sample 1 of Example 1 and Sample 2 of Comparative Example 1 were compared using a photoluminescence (PL) measuring apparatus. The excitation light used in the PL measurement device was a He-Cd laser (wavelength: 325 nm), and the excitation intensity was 10 mW.

【0077】図4は、試料1および試料2のフォトルミ
ネッセンススペクトルを示す図である。試料1のPLス
ペクトル31は試料2のPLスペクトル32に比較して
約4倍の発光強度であった。これは、試料1の方がより
高い温度で障壁層を成長したので、MQWの結晶性が向
上したためと考えられる。また、昇温後(1050℃の
一定温度)に障壁層の成長速度を20倍に高めることに
より、試料1のMQWの成長時間が試料2よりも約30
分間短縮できた。
FIG. 4 is a diagram showing the photoluminescence spectra of Sample 1 and Sample 2. The PL spectrum 31 of the sample 1 had an emission intensity about four times that of the PL spectrum 32 of the sample 2. This is probably because the barrier layer was grown at a higher temperature in Sample 1 and the crystallinity of MQW was improved. After the temperature is raised (a constant temperature of 1050 ° C.), the growth rate of the barrier layer is increased by 20 times so that the MQW growth time of sample 1 is about 30 times longer than that of sample 2.
Minutes.

【0078】(実施例2)本発明の第2の実施例である
窒化物半導体を用いた発光素子の製造方法について図1
を参照しながら説明する。
Embodiment 2 A method for manufacturing a light emitting device using a nitride semiconductor according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0079】先ず、表面を鏡面に仕上げられたサファイ
アの基板1をMOCVD装置の反応管内の基板ホルダー
に載置した後、基板1の温度を1000℃に保ち、窒素
を5リットル/分、水素を5リットル/分、で流しなが
ら基板を10分間加熱することにより、基板1の表面に
付着している有機物等の汚れや水分を取り除いた。
First, a sapphire substrate 1 whose surface has been mirror-finished is placed on a substrate holder in a reaction tube of an MOCVD apparatus. Then, the temperature of the substrate 1 is maintained at 1000 ° C., nitrogen is supplied at 5 liter / min, and hydrogen is supplied. The substrate was heated for 10 minutes while flowing at a flow rate of 5 liters / minute to remove dirt and moisture such as organic substances adhering to the surface of the substrate 1.

【0080】次に、基板1の温度を550℃にまで降下
させ、キャリアガスとして窒素を16リットル/分で流
しながら、アンモニアを4リットル/分、TMGを40
μmol/分、で供給して、アンドープのGaNからな
るバッファ層2を25nmの厚さで成長させた。
Next, the temperature of the substrate 1 was lowered to 550 ° C., and nitrogen was supplied at a flow rate of 16 liters / minute while supplying ammonia at a rate of 4 liters / minute and TMG at a flow rate of 40 liters / minute.
The buffer layer 2 made of undoped GaN was grown at a thickness of 25 nm at a rate of μmol / min.

【0081】次に、TMGの供給を止めて1050℃ま
で昇温させた後、キャリアガスとして窒素と水素を各々
13リットル/分と3リットル/分で流しながら、アン
モニアを4リットル/分、TMGを80μmol/分、
10ppm希釈のSiH4を10cc/分、で供給し
て、SiをドープしたGaNからなる第1のn型クラッ
ド層3を2μmの厚さで成長させた。
Next, after the supply of TMG was stopped and the temperature was raised to 1050 ° C., ammonia was added at 4 L / min and TMG was supplied at 13 L / min and 3 L / min as carrier gas, respectively. Is 80 μmol / min,
The first n-type cladding layer 3 made of Si-doped GaN was grown at a thickness of 2 μm by supplying 10 ppm / minute of SiH 4 diluted at 10 ppm.

【0082】第1のn型クラッド層3を成長後、基板1
の温度を1050℃に保ち、キャリアガスとして窒素と
水素を各々15リットル/分と3リットル/分で流しな
がら、アンモニアを2リットル/分、TMGを40μm
ol/分、TMAを3μmol/分、で供給して、アン
ドープのAl0.05Ga0.95Nからなる第2のn型クラッ
ド層4を20nmの厚さで成長させた。
After growing the first n-type cladding layer 3, the substrate 1
At a temperature of 1050 ° C., while flowing nitrogen and hydrogen as carrier gases at 15 liters / minute and 3 liters / minute, respectively, ammonia at 2 liters / minute and TMG at 40 μm.
The second n-type cladding layer 4 made of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N was grown to a thickness of 20 nm by supplying ol / min and TMA at 3 μmol / min.

【0083】第2のn型クラッド層4を成長後、TMG
とSiH4の供給を止め、基板温度を750℃にまで降
下させ、750℃において、キャリアガスとして窒素を
14リットル/分で流しながら、アンモニアを6リット
ル/分、TMGを4μmol/分、TMIを5μmol
/分、で供給して、アンドープのIn0.15Ga0.85Nか
らなる量子井戸構造の井戸層5を2nmの厚さで成長さ
せた。
After growing the second n-type cladding layer 4, TMG
And the supply of SiH 4 were stopped, the substrate temperature was lowered to 750 ° C., and at 750 ° C., nitrogen was flowed as a carrier gas at 14 liters / minute, while 6 liters / minute of ammonia, 4 μmol / minute of TMG, and TMI 5 μmol
Per minute, a well layer 5 having a quantum well structure made of undoped In 0.15 Ga 0.85 N was grown to a thickness of 2 nm.

【0084】井戸層5を成長後、TMIの供給を止め、
キャリアガスとして窒素を14リットル/分、アンモニ
アを6リットル/分、TMGを2μmol/分で供給し
て、基板1の温度を1050℃に向けて昇温させなが
ら、引き続きアンドープのGaN(障壁層A)を3nm
の厚さで成長させ、基板1の温度が1050℃に達した
ら、キャリアガスとして窒素と水素を各々15リットル
/分と3リットル/分で流しながら、アンモニアを2リ
ットル/分、TMGを40μmol/分、で供給して、
引き続きアンドープのGaN(障壁層B)を12nmの
厚さで成長させた。こうしてアンドープのGaNからな
る厚さ15nmの障壁層6を形成した。そして、キャリ
アガスとして窒素を19リットル/分、アンモニアを1
リットル/分で流しながら、基板温度を再度750℃に
まで降下させ、井戸層5と障壁層6の製法と同様の手順
を繰り返すことにより、井戸層7、障壁層8、井戸層
9、障壁層10を順に形成した。
After growing the well layer 5, the supply of TMI is stopped.
While supplying nitrogen at 14 L / min, ammonia at 6 L / min and TMG at 2 μmol / min as a carrier gas, and raising the temperature of the substrate 1 to 1050 ° C., the undoped GaN (barrier layer A ) Is 3 nm
When the temperature of the substrate 1 reaches 1050 ° C., while flowing nitrogen and hydrogen as carrier gases at 15 liters / minute and 3 liters / minute, respectively, ammonia is supplied at 2 liters / minute, and TMG is supplied at 40 μmol / minutes. Min, feed in
Subsequently, undoped GaN (barrier layer B) was grown to a thickness of 12 nm. Thus, a barrier layer 6 of undoped GaN having a thickness of 15 nm was formed. Then, 19 liter / min of nitrogen and 1 of ammonia were used as carrier gas.
The substrate temperature is again lowered to 750 ° C. while flowing at a rate of 1 liter / minute, and the same procedure as the method of manufacturing the well layer 5 and the barrier layer 6 is repeated, whereby the well layers 7, 8, 9, 9 are formed. 10 were formed in order.

【0085】障壁層10を形成後は、基板1の温度を1
050℃に保ち、引き続き、キャリアガスとして窒素と
水素を各々15リットル/分と3リットル/分で流しな
がら、アンモニアを2リットル/分、TMGを40μm
ol/分、TMAを3μmol/分、Cp2Mgを0.
4μmol/分、で供給して、MgをドープさせたAl
0.05Ga0.95Nからなるp型クラッド層11を0.2μ
mの厚さで成長させた。
After forming the barrier layer 10, the temperature of the substrate 1 is reduced to 1
While maintaining the temperature at 050 ° C. and continuously flowing nitrogen and hydrogen as carrier gases at 15 liters / minute and 3 liters / minute, respectively, ammonia was supplied at 2 liters / minute, and TMG was supplied at 40 μm.
ol / min, TMA 3 μmol / min, Cp 2 Mg 0.
Mg-doped Al supplied at 4 μmol / min.
The p-type cladding layer 11 made of 0.05 Ga 0.95 N
m.

【0086】p型クラッド層11を成長後、TMGとT
MAとCp2Mgの供給を止め、窒素を18リットル/
分、アンモニアを2リットル/分、で流しながら、基板
の温度を室温程度にまで冷却させて、基板の上に窒化物
半導体が積層されたウェハーを反応管から取り出した。
After growing the p-type cladding layer 11, TMG and T
The supply of MA and Cp 2 Mg was stopped, and nitrogen was reduced to 18 liters /
Then, while flowing ammonia at a rate of 2 liters / minute, the temperature of the substrate was cooled to about room temperature, and a wafer having a nitride semiconductor laminated on the substrate was taken out of the reaction tube.

【0087】尚、有機金属化合物であるTMGと、TM
Iと、TMAと、Cp2Mgはすべて水素キャリアガス
によって気化することで、反応管に供給した。
Incidentally, TMG which is an organometallic compound, TM
I, TMA, and Cp 2 Mg were all supplied to the reaction tube by being vaporized by a hydrogen carrier gas.

【0088】このようにして形成した窒化ガリウム系化
合物半導体からなる積層構造に対して、別途アニールを
施すことなく、その表面上に、蒸着法により、ニッケル
(Ni)と金(Au)をそれぞれ5nmの厚さで全面に
積層した後、フォトリソグラフィ法とウェットエッチン
グ法により、透光性電極12を形成した。
The thus-formed laminated structure made of a gallium nitride-based compound semiconductor is not separately annealed, and nickel (Ni) and gold (Au) are each deposited on the surface by 5 nm by vapor deposition. Then, the light-transmissive electrode 12 was formed by photolithography and wet etching.

【0089】この後、透光性電極12と露出したp型ク
ラッド層11の上にCVD法によりSiO2からなる絶
縁膜(図示せず)を0.5μmの厚さで堆積させ、フォ
トリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により、
透光性電極12を覆うと同時にp型クラッド層11の表
面の一部を露出させる絶縁膜からなるマスクを形成し
た。
Thereafter, an insulating film (not shown) made of SiO 2 is deposited on the translucent electrode 12 and the exposed p-type cladding layer 11 to a thickness of 0.5 μm by the CVD method, And reactive ion etching,
A mask made of an insulating film that covers the translucent electrode 12 and at the same time exposes a part of the surface of the p-type cladding layer 11 was formed.

【0090】次に、上記のマスクを用いて、塩素系ガス
を用いた反応性イオンエッチング法により、露出させた
p型クラッド層11の表面側から、p型クラッド層11
とMQW層(5〜10)と第2のn型クラッド層4を約
0.4μmの深さで除去して、第1のn型クラッド層3
の表面を露出させた。
Next, using the above-mentioned mask, the p-type cladding layer 11 is exposed from the exposed surface of the p-type cladding layer 11 by a reactive ion etching method using a chlorine-based gas.
, The MQW layers (5 to 10) and the second n-type cladding layer 4 are removed at a depth of about 0.4 μm, and the first n-type cladding layer 3 is removed.
Surface was exposed.

【0091】上記の工程の後、一旦、絶縁膜をウェット
エッチング法により除去して、蒸着法およびフォトリソ
グラフィ法により、透光性電極12の表面上の一部と、
露出させた第1のn型クラッド層3の表面の一部とに、
0.1μm厚のチタン(Ti)と0.5μm厚のAuを
積層して、それぞれp側電極13とn側電極14とし
た。その後、プラズマCVD法とフォトリソグラフィ法
により、透光性電極12の表面を被覆する0.2μm厚
のSiO2からなる絶縁性膜(図示せず)を形成した。
After the above steps, the insulating film is once removed by a wet etching method, and a portion on the surface of the light transmitting electrode 12 is removed by a vapor deposition method and a photolithography method.
A part of the exposed surface of the first n-type cladding layer 3;
Titanium (Ti) having a thickness of 0.1 μm and Au having a thickness of 0.5 μm were laminated to form a p-side electrode 13 and an n-side electrode 14, respectively. Thereafter, an insulating film (not shown) made of SiO 2 having a thickness of 0.2 μm and covering the surface of the translucent electrode 12 was formed by a plasma CVD method and a photolithography method.

【0092】この後、サファイアの基板1の裏面を研磨
して100μm程度にまで薄くし、スクライブによりチ
ップ状に分離した。このチップを電極形成面側を上向き
にしてステムに接着した後、チップのp側電極13とn
側電極14をそれぞれステム上の電極にワイヤで結線
し、その後樹脂モールドして発光素子を作製し、試料3
とした。この発光素子を20mAの順方向電流で駆動し
たところ、ピーク波長470nmの青色で発光した。こ
のときの発光出力は4mWであり、順方向動作電圧は
3.8Vであった。
Thereafter, the back surface of the sapphire substrate 1 was polished to a thickness of about 100 μm and separated into chips by scribing. After bonding this chip to the stem with the electrode formation surface side facing upward, the p-side electrodes 13 of the chip and n
Each of the side electrodes 14 is connected to an electrode on the stem with a wire, and then resin-molded to produce a light emitting element.
And When this light-emitting device was driven by a forward current of 20 mA, light was emitted in blue with a peak wavelength of 470 nm. At this time, the light emission output was 4 mW, and the forward operation voltage was 3.8 V.

【0093】(実施例3)本発明の第3の実施例である
窒化物半導体を用いた発光素子の製造方法について図面
を参照しながら説明する。
(Embodiment 3) A method of manufacturing a light emitting device using a nitride semiconductor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0094】図5は本発明の実施例3に係るMQW構造
をもつ窒化物半導体からなる発光素子の層構造を表す断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a layer structure of a light emitting device made of a nitride semiconductor having an MQW structure according to a third embodiment of the present invention.

【0095】実施例2に示したMQW構造をもつ窒化物
半導体からなる発光素子において、基板が窒化物半導体
の場合について試作し、発光出力を調べた。例として、
窒化物半導体基板がGaNである発光素子を作製した。
基板は、HVPE法(ハイドライド気相成長)により、
サファイア基板上に100μm厚のGaNを積層した
後、基板表面の凹凸を除去するために、ダイヤモンドス
ラリーを用いて深さ10μmの研磨を行なった。研磨後
は、GaN表面に発生した機械加工によるダメージ層を
除去し、最後にサファイア基板を除去してGaN基板2
1とした。GaN基板21は研磨時の潤滑油、ワックス
等の有機物や不純物を除去するため、有機洗浄および超
純水洗浄を実施し、乾燥後に、MOCVD装置の反応管
内の基板ホルダーに載置した。
In the light emitting device made of the nitride semiconductor having the MQW structure shown in the second embodiment, a prototype was manufactured for the case where the substrate was a nitride semiconductor, and the light emission output was examined. As an example,
A light emitting device in which the nitride semiconductor substrate was GaN was manufactured.
The substrate is formed by HVPE (hydride vapor phase epitaxy).
After laminating GaN having a thickness of 100 μm on the sapphire substrate, polishing was performed to a depth of 10 μm using diamond slurry to remove irregularities on the substrate surface. After polishing, the GaN surface was removed by removing the damage layer generated on the GaN surface by machining, and finally the sapphire substrate was removed.
It was set to 1. The GaN substrate 21 was subjected to organic cleaning and ultrapure water cleaning to remove organic substances and impurities such as lubricating oil and wax during polishing, and after drying, was placed on a substrate holder in a reaction tube of a MOCVD apparatus.

【0096】まず、GaN基板21の温度を室温から直
接1050℃まで昇温させた後、キャリアガスとして窒
素と水素を各々13リットル/分と3リットル/分で流
しながら、アンモニアを4リットル/分、TMGを80
μmol/分、10ppm希釈のSiH4を10cc/
分、で供給して、SiをドープしたGaNからなる第1
のn型クラッド層3を2μmの厚さで成長させた。
First, after the temperature of the GaN substrate 21 was directly raised from room temperature to 1050 ° C., ammonia was supplied at a flow rate of 13 liters / minute and 3 liters / minute as carrier gases, and ammonia was supplied at a rate of 4 liters / minute. , TMG to 80
μmol / min, 10 ppm of 10 ppm diluted SiH 4
And a first layer of Si-doped GaN
Was grown with a thickness of 2 μm.

【0097】その後は、実施例2と同様の成長手順によ
り、第2のn型クラッド層4、井戸層5、障壁層6、井
戸層7、障壁層8、井戸層9、障壁層10、Mgドープ
AlGaNクラッド層11を順次に積層し、電極プロセ
スとして透光性電極12、p側電極13、n側電極14
を形成して発光素子を作製し、試料4とした。この発光
素子を20mAの順方向電流で駆動したところ、ピーク
波長470nmの青色で発光した。このときの発光出力
は4mWであり、順方向動作電圧は3.4Vであった。
この場合、発光出力は実施例2で示したサファイア基板
を用いた発光素子(試料3)と同等レベルのものが得ら
れている。これより、基板がGaNの場合、実施例2と
同様に発光素子の発光効率が大幅に向上し、順方向動作
電圧がさらに低減されることを確認した。
Thereafter, the second n-type cladding layer 4, well layer 5, barrier layer 6, well layer 7, barrier layer 8, well layer 9, barrier layer 10, Mg layer 10 A doped AlGaN cladding layer 11 is sequentially stacked, and a light-transmitting electrode 12, a p-side electrode 13, and an n-side electrode 14 are formed as electrode processes.
Was formed to produce a light-emitting element, which was used as Sample 4. When this light-emitting device was driven by a forward current of 20 mA, light was emitted in blue with a peak wavelength of 470 nm. At this time, the light emission output was 4 mW, and the forward operating voltage was 3.4 V.
In this case, a light emission output of a level equivalent to that of the light emitting element (sample 3) using the sapphire substrate shown in Example 2 was obtained. As a result, it was confirmed that when the substrate was GaN, the luminous efficiency of the light emitting device was significantly improved as in Example 2, and the forward operating voltage was further reduced.

【0098】なお、以上説明した実施の形態では主とし
て発光ダイオードに適用した例を説明したが、本発明は
発光ダイオードに限らず、窒化物半導体を用いた半導体
レーザ等の各種の半導体素子に適用することも可能であ
る。
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is mainly applied to a light emitting diode has been described. However, the present invention is not limited to a light emitting diode, but is applied to various semiconductor devices such as a semiconductor laser using a nitride semiconductor. It is also possible.

【0099】[0099]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、多重量子
井戸構造(MQW)からなる窒化物半導体において、井
戸層成長直後に基板を昇温しながら障壁層を成長させる
ことによって、井戸層の劣化を抑制すると同時に、障壁
層の結晶性を向上させることができ、前記窒化物半導体
からなる発光素子における発光効率を向上させることが
できるという優れた効果が得られる。
As described above, according to the present invention, in a nitride semiconductor having a multiple quantum well structure (MQW), the barrier layer is grown while the temperature of the substrate is raised immediately after the growth of the well layer. And at the same time, the crystallinity of the barrier layer can be improved, and the luminous efficiency of the light emitting element made of the nitride semiconductor can be improved.

【0100】また、障壁層を厚く形成したり、MQWの
周期数を増やしたりする場合に、MQW発光層の形成時
間を従来よりも短縮化することができ、窒化物半導体か
らなる発光素子の製造コストを低減することが可能とな
る。
Further, when the barrier layer is formed thick or the number of MQW cycles is increased, the time for forming the MQW light emitting layer can be shortened as compared with the conventional case, and the production of a light emitting device made of a nitride semiconductor can be achieved. Costs can be reduced.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係るMQWからなる窒
化物半導体発光素子の層構造を表す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a layer structure of a nitride semiconductor light emitting device including an MQW according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1に係るMQWからなる窒化物
半導体の層構造を表す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing a layer structure of a nitride semiconductor made of MQW according to a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例1に係るMQWからなる窒化物
半導体の成長プロファイル(基板温度、成長速度、水素
濃度、アンモニア流量)を示す図
FIG. 3 is a view showing a growth profile (substrate temperature, growth rate, hydrogen concentration, ammonia flow rate) of a nitride semiconductor made of MQW according to Example 1 of the present invention.

【図4】試料1および試料2のフォトルミネッセンスス
ペクトルを示す図
FIG. 4 is a diagram showing photoluminescence spectra of Sample 1 and Sample 2.

【図5】本発明の実施例3に係るMQW構造をもつ窒化
物半導体からなる発光素子の層構造を表す断面図
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a layer structure of a light emitting device including a nitride semiconductor having an MQW structure according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 バッファ層 3 第1のn型クラッド層 4 第2のn型クラッド層 5、7、9 井戸層 6、8、10 障壁層 11 p型クラッド層 12 透光性電極 13 p側電極 14 n側電極 21 GaN基板 22 下地層 23 キャップ層 31 試料1のPL強度 32 試料2のPL強度 Reference Signs List 1 substrate 2 buffer layer 3 first n-type cladding layer 4 second n-type cladding layer 5, 7, 9 well layer 6, 8, 10 barrier layer 11 p-type cladding layer 12 light-transmitting electrode 13 p-side electrode 14 n-side electrode 21 GaN substrate 22 underlayer 23 cap layer 31 PL intensity of sample 1 32 PL intensity of sample 2

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 品川 修一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA11 AA13 AA17 AA18 BA08 BA11 BA38 BB12 CA04 CA05 DA03 FA10 HA01 JA06 JA10 JA12 LA11 LA12 LA18 5F041 AA03 AA40 CA05 CA33 CA34 CA40 CA46 CA57 CA65 CA74 CA82 CA88 CA92 DA07 5F045 AA04 AB17 AB18 AC01 AC08 AC12 AC19 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AF02 AF04 AF09 BB12 BB13 CA10 CA12 DA53 DA55 EE12 EK27 EK28 5F073 AA74 CA07 CB05 CB07 DA05 DA25 DA35 EA28  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shuichi Shinagawa 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture F-term in Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (reference) 4K030 AA11 AA13 AA17 AA18 BA08 BA11 BA38 BB12 CA04 CA05 DA03 FA10 HA01 JA06 JA10 JA12 LA11 LA12 LA18 5F041 AA03 AA40 CA05 CA33 CA34 CA40 CA46 CA57 CA65 CA74 CA82 CA88 CA92 DA07 5F045 AA04 AB17 AB18 AC01 AC08 AC12 AC19 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AF02 AF04 AF09 BB12 BB13 CA10 CA12 DA53F07 AE12 CB07 DA05 DA25 DA35 EA28

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の上に、窒化物半導体からなる井戸層
と、前記井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大き
い窒化物半導体からなる障壁層と、を交互に積層した多
重量子井戸構造を有する窒化物半導体を製造する方法で
あって、第1の基板温度で前記井戸層を成長させる第1
の工程と、前記第1の基板温度から前記第1の基板温度
より高い第2の基板温度に向かって昇温しながら前記障
壁層を成長させる第2の工程と、前記第2の基板温度か
ら前記第1の基板温度に降温する第3の工程と、を順に
繰り返すことによって多重量子井戸を形成することを特
徴とする窒化物半導体の製造方法。
1. A nitride having a multiple quantum well structure in which a well layer made of a nitride semiconductor and a barrier layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap energy than the well layer are alternately stacked on a substrate. A method of manufacturing a semiconductor, comprising: growing a well layer at a first substrate temperature;
A step of growing the barrier layer while increasing the temperature from the first substrate temperature to a second substrate temperature higher than the first substrate temperature; and And a third step of lowering the temperature to the first substrate temperature to form a multiple quantum well by sequentially repeating the steps.
【請求項2】前記第2の工程により前記障壁層を成長さ
せた後、前記第3の工程の前に、前記第2の基板温度を
略一定に保った基板温度で更に前記障壁層を成長させる
第4の工程を設けることを特徴とする請求項1に記載の
窒化物半導体の製造方法。
2. After the growth of the barrier layer in the second step, before the third step, the barrier layer is further grown at a substrate temperature that keeps the second substrate temperature substantially constant. 2. The method according to claim 1, further comprising the step of:
【請求項3】前記第4の工程における前記障壁層の成長
の少なくとも一部における成長速度が、前記第2の工程
における前記障壁層の成長速度より大きいことを特徴と
する請求項2に記載の窒化物半導体の製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein a growth rate of at least a part of the growth of the barrier layer in the fourth step is higher than a growth rate of the barrier layer in the second step. A method for manufacturing a nitride semiconductor.
【請求項4】前記第4の工程における前記障壁層の成長
時の少なくとも一部における雰囲気中の水素濃度が、前
記第2の工程における前記障壁層の成長時の雰囲気中の
水素濃度より大きいことを特徴とする請求項2に記載の
窒化物半導体の製造方法。
4. The hydrogen concentration in the atmosphere in at least part of the growth of the barrier layer in the fourth step is higher than the hydrogen concentration in the atmosphere of the growth of the barrier layer in the second step. The method for producing a nitride semiconductor according to claim 2, wherein:
【請求項5】前記第4の工程における前記障壁層の成長
時の少なくとも一部におけるIII族原料供給量に対する
V族原料供給量の比(以下V/III比と呼ぶ)が、前記
第2の工程における前記障壁層の成長時のV/III比よ
り小さいことを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導
体の製造方法。
5. The method according to claim 4, wherein a ratio of a group V source supply amount to a group III source supply amount (hereinafter referred to as a V / III ratio) in at least a part of the growth of said barrier layer in said fourth step is said second ratio. 3. The method according to claim 2, wherein the V / III ratio during the growth of the barrier layer in the step is smaller than the V / III ratio.
【請求項6】前記井戸層がInxGa1-xN(但し、0<
x<1)であり、前記障壁層がInyAlzGa1-y-z
(但し、0≦y<1、0≦z<1、0≦y+z<1、x
>y)であることを特徴とする請求項1から5までのい
ずれかに記載の窒化物半導体の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein said well layer is made of In x Ga 1 -xN (where 0 <
a x <1), the barrier layer is In y Al z Ga 1-yz N
(However, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ y + z <1, x
> Y), the method for producing a nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】前記障壁層がGaNであることを特徴とす
る請求項6に記載の窒化物半導体の製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the barrier layer is GaN.
【請求項8】前記第1の基板温度が500℃〜900℃
であり、前記第2の基板温度が800℃〜1200℃で
あることを特徴とする請求項1から7までのいずれかに
記載の窒化物半導体の製造方法。
8. The temperature of the first substrate is 500 ° C. to 900 ° C.
The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the second substrate temperature is 800C to 1200C.
【請求項9】前記障壁層の成長開始時のGa原料供給量
が、前記井戸層の成長時のGa原料供給量より少ないこ
とを特徴とする請求項6から8までのいずれかに記載の
窒化物半導体の製造方法。
9. The nitride according to claim 6, wherein a supply amount of the Ga source at the start of growth of the barrier layer is smaller than a supply amount of the Ga source at the time of growth of the well layer. Of manufacturing semiconductor products.
【請求項10】前記第3の工程において、前記第2の工
程の少なくとも一部において、前記障壁層を成長させる
ことを特徴とする請求項1から9までのいずれかに記載
の窒化物半導体の製造方法。
10. The nitride semiconductor according to claim 1, wherein, in the third step, the barrier layer is grown in at least a part of the second step. Production method.
【請求項11】前記基板がサファイアまたはSiCを含
み、前記第1の基板温度より低温の基板温度で前記基板
の上に窒化物半導体を含むバッファ層を形成し、前記バ
ッファ層の上に窒化物半導体を含む下地層を形成し、前
記下地層の上に前記多重量子井戸を形成することを特徴
とする請求項1から10までのいずれかに記載の窒化物
半導体の製造方法。
11. A substrate comprising sapphire or SiC, forming a buffer layer containing a nitride semiconductor on the substrate at a substrate temperature lower than the first substrate temperature, and forming a nitride layer on the buffer layer. The method for manufacturing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein an underlayer containing a semiconductor is formed, and the multiple quantum well is formed on the underlayer.
【請求項12】前記基板が窒化物半導体を含み、前記基
板の上に窒化物半導体を含む下地層を形成し、前記下地
層の上に前記多重量子井戸を形成することを特徴とする
請求項1から10までのいずれかに記載の窒化物半導体
の製造方法。
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein said substrate contains a nitride semiconductor, an underlayer containing a nitride semiconductor is formed on said substrate, and said multiple quantum well is formed on said underlayer. 11. The method for producing a nitride semiconductor according to any one of 1 to 10.
【請求項13】前記基板がGaNであることを特徴とす
る請求項12に記載の窒化物半導体の製造方法。
13. The method according to claim 12, wherein the substrate is GaN.
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