JP2002261027A - GaN-FAMILY SEMICONDUCTOR BASE AND ITS MANUFACTURING METHOD - Google Patents

GaN-FAMILY SEMICONDUCTOR BASE AND ITS MANUFACTURING METHOD

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JP2002261027A JP2001057909A JP2001057909A JP2002261027A JP 2002261027 A JP2002261027 A JP 2002261027A JP 2001057909 A JP2001057909 A JP 2001057909A JP 2001057909 A JP2001057909 A JP 2001057909A JP 2002261027 A JP2002261027 A JP 2002261027A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the structure of a GaN-family semiconductor base where dislocation density is reduced, and to provide a method for manufacturing the structure. SOLUTION: An etch pit P is formed on an upper surface 1a of a first GaN- family crystal layer 1, and a second GaN-family crystal layer 2 is formed on the upper surface 1a so that the etch pit becomes a cavity, and/or is filled with a GaN-family crystal, thus controlling the propagation of a dislocation line by the etch pitch, hence reducing dislocation of an upper layer low.

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、GaN系半導体基
材及びその製造方法に関し、特に結晶の低転位化に有用
な基材の構造及び該基材の製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a GaN-based semiconductor substrate and a method for producing the same, and more particularly, to a structure of a substrate useful for reducing dislocations of a crystal and a method for producing the substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN系半導体材料を結晶成長させる場
合、この系の材料は格子整合する結晶基板がないため
に、サファイア、SiC、スピネル、最近ではSiなど
の格子整合しない結晶基板を用いている。しかしなが
ら、そのような該結晶基板上に成長したGaN系結晶の
膜中には、格子整合しないことに起因して、1010個/
cm 2もの転位が存在している。近年、高輝度の発光ダ
イオード、半導体レーザーなどが実現されているが、特
性向上を図るためには転位密度の低減が望まれている。
2. Description of the Related Art A field for crystal growth of a GaN-based semiconductor material
In this case, this type of material has no
Sapphire, SiC, spinel, recently Si
Is used. However,
Described the GaN-based crystal grown on such a crystal substrate.
Due to the lack of lattice matching, 10TenPieces/
cm TwoThere are also dislocations. In recent years, high-brightness light emitting
Iodine and semiconductor lasers have been realized,
It is desired to reduce the dislocation density in order to improve the property.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この転位密度の低減を
図る方法としては、例えば、選択成長法(ラテラル成長
法)が挙げられる。この方法は、上記結晶基板上にバッ
ファ層を介して(GaN結晶基板の場合にはそのまま)
GaN系結晶を気相成長させるにあたり、結晶基板上に
部分的なマスク(GaN系結晶が実質的に成長し得ない
材料からなる)を設けて選択成長することで、マスク上
面にラテラル方向の結晶成長を行わせ、転位密度が低減
された高品質な結晶を得る方法である(例えば特開平1
0−312971号公報)。
As a method for reducing the dislocation density, there is, for example, a selective growth method (lateral growth method). This method uses a buffer layer on the crystal substrate (as it is in the case of a GaN crystal substrate)
In vapor-phase growth of a GaN-based crystal, a partial mask (made of a material that cannot substantially grow a GaN-based crystal) is provided on a crystal substrate and selectively grown, whereby a crystal in a lateral direction is formed on the upper surface of the mask. In this method, high-quality crystals with a reduced dislocation density are grown by performing growth.
0-312971).

【0004】しかしながら上記の方法では、GaN基板
上にマスク層を形成する必要があり、マスク材料による
層形成工程、ストライプなどのパターンの転写工程な
ど、工程が非常に多くなってしまうという問題があっ
た。また、マスク層材料として汎用されているものはS
iO2などであるため、その上にGaN系結晶層を成長
させると、Si成分がこの結晶成長層中に移行するとい
う、いわゆるオートドーピング汚染の問題がある。さら
には、SiO2マスク層上に、Al成分を含むGaN系
材料(例えば、AlGaN)を成長させた場合、マスク
層上面からも結晶成長が起こり、ラテラル成長法自体が
効果的に行えないという問題もあった。
However, in the above method, it is necessary to form a mask layer on the GaN substrate, and there is a problem that the number of steps such as a layer forming step using a mask material and a step of transferring a pattern such as stripes is extremely increased. Was. A material commonly used as a mask layer material is S
Since it is made of iO 2 or the like, if a GaN-based crystal layer is grown thereon, there is a problem of so-called auto-doping contamination in which a Si component moves into the crystal growth layer. Furthermore, when a GaN-based material (for example, AlGaN) containing an Al component is grown on the SiO 2 mask layer, crystal growth also occurs from the upper surface of the mask layer, and the lateral growth method itself cannot be effectively performed. There was also.

【0005】一方、上記のような問題を解消する試みと
して、マスクを用いずにラテラル成長法を方法が提案さ
れている。この方法は、SiCからなるベース基板上に
バッファ層及びGaN層を形成した結晶基板に対して、
該基板上面からSiC基板にまで至るストライプ溝加工
を施して、帯状に連なる凸部を残し、この凸部の上部に
位置することになるGaN層から結晶成長させる方法で
ある(MRS 1998 FallMeeting予稿集G3.38)。また、ベ
ース基板としてサファイア基板を使用することができ、
その方法も開示されている(例えば、特開平11−19
1659号公報)。また、基板に凹部、凸部を加工し、
凹部に空洞を作るように窒化ガリウム系半導体を成長す
ることにより転位の伝搬を抑制する方法(特開2000
−106455号公報)が開示されている。
On the other hand, as an attempt to solve the above problem, a lateral growth method without using a mask has been proposed. This method is applied to a crystal substrate in which a buffer layer and a GaN layer are formed on a base substrate made of SiC.
This is a method in which stripe grooves are formed from the upper surface of the substrate to the SiC substrate to leave convex portions connected in a band shape, and a crystal is grown from a GaN layer located above the convex portions (MRS 1998 Fall Meeting Meeting) G3.38). Also, a sapphire substrate can be used as a base substrate,
The method is also disclosed (for example, see JP-A-11-19).
No. 1659). In addition, concave and convex parts are processed on the substrate,
A method of suppressing propagation of dislocations by growing a gallium nitride based semiconductor so as to form a cavity in a concave portion
-106455).

【0006】これらの方法によれば、SiO2マスク無
しでラテラル成長させることができ、上述のSiO2
スクを用いることに起因する各種の問題を解消すること
が可能となる。
[0006] According to these methods, it is possible to laterally grown without the SiO 2 mask, it is possible to solve the various problems caused by the use of SiO 2 mask described above.

【0007】しかしながら、上記のようなマスクを用い
ないラテラル成長方法は、いずれも、成長の起点となる
凸部を帯状(稜線状)に残すために、ストライプなどの
パターンの転写工程などが必要であり、工程数が多くな
るという問題があった。
However, all of the above-described lateral growth methods using no mask require a step of transferring a pattern such as a stripe or the like in order to leave a projection serving as a growth starting point in a band shape (ridge line shape). There is a problem that the number of steps increases.

【0008】本発明の課題は、上記問題を解決し、転位
密度が低減された、新たなるGaN系半導体基材の構造
およびその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a new structure of a GaN-based semiconductor substrate having a reduced dislocation density and a method of manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の特徴を
有するものである。 (1)第一番目のGaN系結晶層上に第二番目のGaN
系結晶層が成長してなる積層構造を有するGaN系半導
体基材であって、第一番目のGaN系結晶層の上面は、
エッチピットが形成されたものであり、第二番目のGa
N系結晶層が成長することによって、前記エッチピット
が、空洞状態および/またはGaN系結晶にて充填され
た状態となっていることを特徴とするGaN系半導体基
材。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the following features. (1) Second GaN on the first GaN-based crystal layer
A GaN-based semiconductor substrate having a stacked structure formed by growing a system-based crystal layer, wherein the top surface of the first GaN-based crystal layer is
Etch pits are formed, and the second Ga
A GaN-based semiconductor substrate, wherein the etch pits are in a hollow state and / or filled with GaN-based crystals by growing an N-based crystal layer.

【0010】(2)第二番目のGaN系結晶層の上面に
再びエッチピットが形成され、または、第二番目のGa
N系結晶層の上面に他のGaN系結晶層が成長しその上
面に再びエッチピットが形成され、前記再び形成された
エッチピットが、空洞状態および/またはGaN系結晶
にて充填された状態となるように、さらなるGaN系結
晶層が成長しており、この繰り返しによって、エッチピ
ットが形成された上面を有するGaN系結晶層が、2以
上積層された状態にある、上記(1)記載のGaN系半
導体基材。
(2) Etch pits are formed again on the upper surface of the second GaN-based crystal layer, or the second Ga
Another GaN-based crystal layer is grown on the upper surface of the N-based crystal layer, etch pits are formed again on the upper surface, and the re-formed etch pits are in a cavity state and / or a state filled with GaN-based crystals. The GaN-based crystal layer according to the above (1), wherein a further GaN-based crystal layer is grown, and by this repetition, two or more GaN-based crystal layers having an upper surface on which etch pits are formed are stacked. Based semiconductor substrate.

【0011】(3)エッチピットが形成された上面にお
いて、該エッチピットが1×106個/cm2以上の密度
で存在するものである上記(1)または(2)記載のG
aN系半導体基材。
(3) The G according to the above (1) or (2), wherein the etch pits are present at a density of 1 × 10 6 / cm 2 or more on the upper surface on which the etch pits are formed.
aN-based semiconductor substrate.

【0012】(4)エッチピットが、100nm以上の
口径を有するものである上記(1)または(2)記載の
GaN系半導体基材。
(4) The GaN-based semiconductor substrate according to the above (1) or (2), wherein the etch pit has a diameter of 100 nm or more.

【0013】(5)第一番目のGaN系結晶層の上面に
エッチピットを形成し、前記エッチピットが、空洞状態
および/またはGaN系結晶にて充填された状態となる
ように、該上面に第二番目のGaN系結晶層を成長させ
る工程を有することを特徴とするGaN系半導体基材の
製造方法。
(5) An etch pit is formed on an upper surface of the first GaN-based crystal layer, and the etch pit is formed on the upper surface such that the etch pit is in a hollow state and / or is filled with a GaN-based crystal. A method for producing a GaN-based semiconductor substrate, comprising a step of growing a second GaN-based crystal layer.

【0014】(6)第二番目のGaN系結晶層の上面に
再びエッチピットを形成し、または、第二番目のGaN
系結晶層の上面に他のGaN系結晶層を成長させその上
面に再びエッチピットを形成し、前記再び形成されたエ
ッチピットが、空洞状態および/またはGaN系結晶に
て充填された状態となるように、さらなるGaN系結晶
層を成長させるという、繰り返しの工程を有するもので
ある上記(5)記載の製造方法。
(6) Etch pits are formed again on the upper surface of the second GaN-based crystal layer, or
Another GaN-based crystal layer is grown on the upper surface of the system-crystal layer, and etch pits are formed again on the upper surface, and the re-formed etch pits are in a cavity state and / or a state filled with GaN-based crystals. (5) The manufacturing method according to the above (5), which has a repeated step of growing a further GaN-based crystal layer.

【0015】[0015]

【発明の実施の態様】本発明によるGaN系半導体基材
を、製造方法と共に詳細に説明する。図1は本発明に係
るGaN系半導体基材の結晶成長状態を説明するための
断面図である。同図に示すように、本発明によるGaN
系半導体基材は、第一番目のGaN系結晶層(以下、
「第一層」と略す)1上に、第二番目のGaN系結晶層
(以下、「第二層」と略す)2を成長させてなる積層構
造を含むものである。同図の例では、最下層に、最初の
結晶成長を出発させるためのベースとなる結晶基板Sが
用いられ、その上に第一層1が形成されている。第一層
1は、上面にエッチピットPが形成されたものであり、
このエッチピットPは、第二層2の成長によって、図1
(a)に示すように空洞状態となっているか、または、
図1(b)に示すように,第二層のGaN系結晶にて充
填された状態となっている。これらエッチピットの空洞
/充填の状態は、後述するように、第二層の成長条件に
よって変化し、第一層の上面に形成された多数のエッチ
ピットのうち、あるものは空洞であり、あるものは結晶
にて充填されている場合もある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A GaN-based semiconductor substrate according to the present invention will be described in detail along with a manufacturing method. FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a crystal growth state of a GaN-based semiconductor substrate according to the present invention. As shown in FIG.
-Based semiconductor substrate is a first GaN-based crystal layer (hereinafter, referred to as a GaN-based crystal layer).
It includes a stacked structure formed by growing a second GaN-based crystal layer (hereinafter abbreviated as “second layer”) 2 on a “first layer” 1. In the example shown in the figure, a crystal substrate S serving as a base for starting initial crystal growth is used as the lowermost layer, and the first layer 1 is formed thereon. The first layer 1 has an etch pit P formed on the upper surface,
This etch pit P is formed by the growth of the second layer 2 as shown in FIG.
Is in a hollow state as shown in (a), or
As shown in FIG. 1B, the second layer is filled with the GaN-based crystal. The state of the cavity / fill of these etch pits changes depending on the growth condition of the second layer, as described later, and among a large number of etch pits formed on the upper surface of the first layer, some are cavities and some are. The object may be filled with crystals.

【0016】このような積層構造を含む当該GaN系半
導体基材を製造するには、図1に示すように、先ず、第
一層1の上面をエッチングしてエッチピットPを形成
し、このエッチピットが、空洞状態および/または充填
状態となるように、該上面に第二層を成長させればよ
い。
In order to manufacture the GaN-based semiconductor substrate having such a laminated structure, first, as shown in FIG. 1, the upper surface of the first layer 1 is etched to form etch pits P. The second layer may be grown on the upper surface such that the pits are in a hollow state and / or a filled state.

【0017】「GaN系」、「GaN系半導体」とは、
AlxGa1-x-yInyN(0≦x≦1、0≦y≦1、0
≦x+y≦1)で示される化合物半導体をいう。前記式
中の組成比x、yを変化させたものとして、GaN、A
lGaN(例えば、Al0.2Ga0.8N)、InGaN
(例えば、In0.4Ga0.6N)などが挙げられる。本発
明における、第一層、第二層は、前記式によって示され
るGaN系半導体を結晶成長させたものであり、互いに
同じ組成でも、異なる組成でもよい。本発明でいう第一
層、第二層は、GaN系結晶層からなる積層体中のどの
部分に位置していてもよい。
"GaN-based" and "GaN-based semiconductor"
Al x Ga 1-xy In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0
≦ x + y ≦ 1). As the composition ratios x and y in the above formula are changed, GaN, A
lGaN (eg, Al 0.2 Ga 0.8 N), InGaN
(For example, In 0.4 Ga 0.6 N). In the present invention, the first layer and the second layer are obtained by crystal-growing a GaN-based semiconductor represented by the above formula, and may have the same composition or different compositions. The first layer and the second layer referred to in the present invention may be located at any part in the stacked body composed of the GaN-based crystal layer.

【0018】図1に示すように、最初の結晶成長を出発
させるためのベースとなる結晶基板Sを用いる場合、そ
のような結晶基板としては、サファイア(C面、A面、
R面)、SiC(6H、4H、3C)、GaN、Al
N、Si、スピネル、ZnO,GaAs,NGOなどが
挙げられるが、これらに限定されるものではなく、第一
層が得られるならば、これら以外の材料を用いてもよ
い。ベースとなる結晶基板の面方位は特に限定されず、
また、ジャスト基板でも良いし、オフ角を付与した基板
であっても良い。
As shown in FIG. 1, when a crystal substrate S serving as a base for starting initial crystal growth is used, such a crystal substrate may be sapphire (C-plane, A-plane,
R surface), SiC (6H, 4H, 3C), GaN, Al
Examples include N, Si, spinel, ZnO, GaAs, and NGO, but are not limited thereto, and other materials may be used as long as the first layer can be obtained. The plane orientation of the base crystal substrate is not particularly limited,
Further, a just substrate or a substrate having an off angle may be used.

【0019】第一層の結晶品質を向上させるために、ベ
ースとなる結晶基板上には、格子整合のためのバッファ
層を形成してもよく、また、GaN系結晶の薄膜を成長
させておいてもよい。例えば、サファイア基板などに数
μmのGaN系半導体をエピタキシャル成長してある基
板を用いる等である。
In order to improve the crystal quality of the first layer, a buffer layer for lattice matching may be formed on the base crystal substrate, or a GaN-based crystal thin film may be grown. May be. For example, a substrate in which a GaN-based semiconductor of several μm is epitaxially grown on a sapphire substrate or the like is used.

【0020】次に、第一層表面に形成するエッチピット
について詳細に説明する。転位などの結晶欠陥を含む結
晶の表面をエッチングしたときに、欠陥の場所に小さな
窪み(食凹)ができることは知られている。この窪みが
エッチピットである。例えば、文献(Proc. Int. Works
hop on Nitride Semiconductors IPAP Conf. Series 1
pp.536)では、HClガスのエッチングにより形成した
エッチピットが転位に対応する報告もされている。従
来、エッチピットは、結晶表面の転位の数や分布状態を
調べるための測定手段として利用されている(エッチピ
ット法)。即ち、従来において、エッチピットを形成す
るということは、結晶の品質を調べるためにサンプルに
対して行われる、一種の破壊試験である。これに対し
て、本発明では、下記に詳述するように、結晶基材の製
造工程にエッチピットの形成工程を取り入れ、結晶基材
自体の内部に積極的にエッチピットを含ませることによ
って、エッチピットを覆って成長する上層の低転位化を
達成している。
Next, the etch pit formed on the surface of the first layer will be described in detail. It is known that when a surface of a crystal including a crystal defect such as a dislocation is etched, a small pit (a pit) is formed at the position of the defect. This depression is an etch pit. For example, in the literature (Proc. Int. Works
hop on Nitride Semiconductors IPAP Conf.Series 1
pp. 536), it has been reported that etch pits formed by etching with HCl gas correspond to dislocations. Conventionally, an etch pit has been used as a measuring means for examining the number and distribution of dislocations on a crystal surface (etch pit method). That is, in the related art, forming an etch pit is a kind of destructive test performed on a sample to check the quality of a crystal. On the other hand, in the present invention, as described in detail below, a process of forming an etch pit is incorporated in the manufacturing process of the crystal base material, and by actively including the etch pit inside the crystal base material itself, Lower dislocations in the upper layer that grows over the etch pits have been achieved.

【0021】本発明では、先ず、LEDの発光強度と、
エッチピットの密度との間に強い相関関係があることに
着目している。例えば、サファイア基板上に、AlN低
温バッファ層、n−GaNコンタクト層、n−AlGa
Nクラッド層(Al組成10%)、InGaN発光層
(In組成7%)、p−AlGaNクラッド層(Al組
成10%)、p−GaNコンタクト層を形成して、LE
D構造のエピウエハーを得た。このウエハーについて、
PL測定により発光層の発光強度を測定した後、ドライ
エッチングにてエッチピットを形成した。上記PL発光
強度とエッチピットの関係を調べたところ、図2に示す
ような相関関係があることが判明した。
In the present invention, first, the emission intensity of the LED and
We note that there is a strong correlation with the etch pit density. For example, on a sapphire substrate, an AlN low-temperature buffer layer, an n-GaN contact layer, an n-AlGa
Forming an N cladding layer (Al composition 10%), an InGaN light emitting layer (In composition 7%), a p-AlGaN cladding layer (Al composition 10%), and a p-GaN contact layer,
An epi-wafer having a D structure was obtained. About this wafer,
After measuring the light emission intensity of the light emitting layer by PL measurement, an etch pit was formed by dry etching. When the relationship between the PL emission intensity and the etch pit was examined, it was found that there was a correlation as shown in FIG.

【0022】結晶層上面に、或る密度のエッチピットが
現れるとき、その結晶層内には、必ず該エッチピットの
密度と同等以上の転位線が存在する。転位線は下層から
上層へと伝搬するので、発光層内にも同様の転位線が存
在することになる。一方、発光層内の転位は、非発光中
心として働くことは知られている。よって、デバイス構
造における表面p−GaN層のエッチピットの密度の大
小は、発光層内の転位密度の大小に対応し、PL強度と
強い相関関係を持つと考えられる。
When a certain density of etch pits appears on the upper surface of the crystal layer, dislocation lines having a density equal to or higher than the density of the etch pit always exist in the crystal layer. Since dislocation lines propagate from the lower layer to the upper layer, similar dislocation lines exist in the light emitting layer. On the other hand, it is known that dislocations in the light emitting layer act as non-light emitting centers. Therefore, it is considered that the magnitude of the etch pit density of the surface p-GaN layer in the device structure corresponds to the magnitude of the dislocation density in the light emitting layer, and has a strong correlation with the PL intensity.

【0023】本発明では、GaN系結晶の表面をエッチ
ングしたときに、転位が存在する部分にエッチピットが
形成されることに着目し、図1(a)に示すように、エ
ッチピットを形成することによって、転位線(m1、m
2、m3)が上方へ伝搬するのをそこで止め、あるい
は、図1(b)に示すように、転位線(m1、m2、m
3)の伝搬方向をそこで変えて1つの転位線m4へと集
合させ、上層を低転位化させるものである。
In the present invention, attention is paid to the fact that when the surface of a GaN-based crystal is etched, an etch pit is formed in a portion where a dislocation exists, and the etch pit is formed as shown in FIG. Thus, dislocation lines (m1, m
2, m3) stops propagating upward, or as shown in FIG. 1 (b), dislocation lines (m1, m2, m
The propagation direction in 3) is changed there, and it is gathered into one dislocation line m4 to lower the dislocation in the upper layer.

【0024】エッチピットによって上層の転位密度が低
減されることについて、さらに詳しく説明する。第一層
内に存在する転位は、例えば、最初の結晶基板Sとの界
面において発生し、図1の積層体内に描かれた破線mの
ように、転位線として上方に伝搬する。転位線を含む第
一層の上面をエッチングしエッチピットを形成すると、
図1(a)、(b)のように、該エッチピットの中心部
には転位線m1が位置することになる。エッチピットと
転位線とは、必ず一対一に中心で対応するとは限らず、
同図のm2、m3ように、エッチピットの斜面に転位線
が位置することもある。
The fact that the dislocation density of the upper layer is reduced by the etch pit will be described in more detail. The dislocation existing in the first layer is generated, for example, at the interface with the first crystal substrate S, and propagates upward as a dislocation line as indicated by a broken line m drawn in the stacked body in FIG. When etching the upper surface of the first layer containing dislocation lines to form etch pits,
As shown in FIGS. 1A and 1B, the dislocation line m1 is located at the center of the etch pit. The etch pits and dislocation lines do not always correspond one-to-one at the center,
Dislocation lines may be located on the slopes of the etch pits as indicated by m2 and m3 in FIG.

【0025】このようにエッチピットを形成した第一層
上に、第二層を再成長させると、成長条件によっては、
図1(a)に示すように、第一層上面1aから成長した
第二層2は、厚さ方向への成長のみならず、エッチピッ
トP上を覆うように横方向へも成長し、ついにはエッチ
ピットPは完全に覆われ、同図のように空洞として残
る。結果、転位線m1、m2、m3は、それ自体の存在
に起因して形成されたエッチピットによって、第二層へ
の伝搬を止められ、第二層は低転位化されたことにな
る。あるいは、成長条件によっては、図1(b)に示す
ように、エッチピットの内部を充填するように第二層が
成長する場合がある。そのような場合には、エッチピッ
トの凹面が再成長界面となって、該界面(特にエッチピ
ットの斜面)において転位線m1、m2、m3は伝搬方
向を変え、互いにエッチピットの中心付近で集合した転
位線m4となり、その周囲が低転位化される。この場合
も、転位線m1、m2、m3は、それ自体の存在に起因
して形成されたエッチピットによって、第二層へ伝搬す
る数が減少し、第二層は低転位化されたことになる。
When the second layer is regrown on the first layer on which the etch pits are formed, depending on the growth conditions,
As shown in FIG. 1A, the second layer 2 grown from the upper surface 1a of the first layer grows not only in the thickness direction but also in the lateral direction so as to cover the etch pits P. Represents that the etch pit P is completely covered and remains as a cavity as shown in FIG. As a result, the dislocation lines m1, m2, and m3 are stopped from propagating to the second layer by the etch pits formed due to the existence of the dislocation lines m1, m2, and m3, and the second layer is reduced in dislocation. Alternatively, depending on the growth conditions, as shown in FIG. 1B, the second layer may grow so as to fill the inside of the etch pit. In such a case, the concave surface of the etch pit becomes a regrowth interface, and the dislocation lines m1, m2, and m3 change the propagation direction at the interface (especially, the slope of the etch pit), and gather at the vicinity of the center of the etch pit. The dislocation line m4 is formed, and the periphery thereof is reduced in dislocation. Also in this case, the number of the dislocation lines m1, m2, and m3 that propagate to the second layer is reduced by the etch pits formed due to the existence of the dislocation lines m1, m2, and m3. Become.

【0026】上記のように、従来、転位の存在を確認す
るための破壊検査手段として専ら用いられていたエッチ
ピットを、本発明では結晶成長に応用し、結晶基材内に
積極的に組み込んで転位線の伝搬制御に応用している。
これによって、第一層の上面に所定の条件にてエッチン
グを施すだけで、該上面にランダムに存在する無数の転
位に対して、エッチピットが自動的かつ選択的に対応し
て発生し、それ以上の層への伝搬を効果的に抑制する。
As described above, in the present invention, the etch pit, which has been conventionally used exclusively as a destructive inspection means for confirming the existence of dislocations, is applied to crystal growth, and is actively incorporated into a crystal base material. It is applied to dislocation line propagation control.
As a result, only by etching the upper surface of the first layer under predetermined conditions, etch pits are automatically and selectively generated in response to countless dislocations randomly present on the upper surface. The propagation to the above layers is effectively suppressed.

【0027】図3に、GaN結晶のC面をドライエッチ
ングした時に現われるエッチピットのSEM像を示す。
同図の映像では、エッチピットの形状は、円錐状を呈す
る窪みであるが、エッチング条件によっては、六角錐
状、部分球状、すりばち状、それらを複合した物などい
ろいろな形が現われる。
FIG. 3 shows an SEM image of an etch pit that appears when the C plane of the GaN crystal is dry-etched.
In the image of FIG. 3, the shape of the etch pit is a conical depression, but depending on the etching conditions, various shapes such as a hexagonal pyramid, a partially spherical shape, a slash-like shape, and a composite of them appear.

【0028】エッチピットを形成するためのエッチング
方法としては、転位に対応するエッチピットが形成でき
ればどのような方法でも良く、HCl等のガスを用いた
気相エッチングや、リン酸、硫酸、KOH等のエッチン
グ液を用いたウエットエッチング、Cl2、BCl3など
気相−固相界面における化学的・物理的反応を利用した
ドライエッチングなどが挙げられる。
As an etching method for forming an etch pit, any method can be used as long as an etch pit corresponding to a dislocation can be formed, such as gas phase etching using a gas such as HCl, phosphoric acid, sulfuric acid, KOH, or the like. Wet etching using an etching solution, dry etching using a chemical / physical reaction at a gas-solid interface such as Cl 2 and BCl 3, and the like.

【0029】エッチピットの大きさは、上記のようにエ
ッチピット全体の形状が種々異なる為、大きさを一意に
表すことは難しいが、本発明では、エッチピットを形成
すべき結晶層の上面(一般的な結晶成長ではC面)にお
ける、エッチピットの開口部分の口径によって大きさを
表わす。該開口部分が円形でない場合には、最大の長さ
を口径とする。また、複数のエッチピットが連なってい
るような場合は、個々のエッチピットの形状を推定し、
口径を調べればよい。エッチピットの口径は、エッチン
グ条件、例えば、エッチング時間によって変化し、数n
m以下のものから10μmを越えるものまでできるが、
転位密度を低減させる効果を得るには10nm以上が好
ましく、より好ましくは100nm以上、特に1μm以
上であれば転位密度を低減させる効果はさらに顕著にな
る。
As described above, it is difficult to uniquely express the size of the etch pit due to the various shapes of the entire etch pit as described above. However, according to the present invention, the upper surface of the crystal layer on which the etch pit is to be formed ( The size is represented by the diameter of the opening portion of the etch pit on the C plane in general crystal growth). If the opening is not circular, the maximum length is the diameter. In the case where a plurality of etch pits are connected, the shape of each etch pit is estimated,
What is necessary is just to check the caliber. The diameter of the etch pit changes depending on the etching conditions, for example, the etching time.
m to over 10 μm,
In order to obtain the effect of reducing the dislocation density, the thickness is preferably 10 nm or more, more preferably 100 nm or more, and particularly 1 μm or more, the effect of reducing the dislocation density becomes more remarkable.

【0030】エッチピットの形状は、エッチング条件に
よってはいろいろな形が現われ、どのような形状でも転
位密度を低減させる効果はあるが、なかでもファセット
面が出た六角錐状(凹状)は、エッチピット内を結晶が
充填するような再成長になっても、図1(b)に示すよ
うに、複数の転位線がファセット面でより効果的に曲が
り、合体が生じ、転位密度の低減ができるので、好まし
い形状である。
Various shapes of the etch pits appear depending on the etching conditions, and any shape has an effect of reducing the dislocation density. Among them, the hexagonal pyramid (concave shape) having a facet surface is an etch pit. Even if the pits are regrown to fill the crystal, as shown in FIG. 1B, the plurality of dislocation lines bend more effectively on the facet surface, coalesce, and the dislocation density can be reduced. Therefore, it is a preferable shape.

【0031】本発明はエッチピットを積極的に用いてG
aN系結晶層を低転位化するものであるが、第一層が、
その上面に、口径100nm以上のエッチピットが1×
10 4個/cm2以上存在するような転位を含む結晶であ
れば、転位密度を低減する効果が顕著になり、特に、1
×106個/cm2以上、さらには、1×107個/cm2
以上存在するような品質の結晶に対しては、転位密度の
低減効果は極めて顕著になる。
In the present invention, G is actively used by using etch pits.
The first layer is to lower the dislocation of the aN-based crystal layer.
On the upper surface, an etch pit having a diameter of 100 nm or more is 1 ×
10 FourPieces / cmTwoA crystal containing dislocations as described above
Then, the effect of reducing the dislocation density becomes remarkable.
× 106Pieces / cmTwoAbove, furthermore, 1 × 107Pieces / cmTwo
For crystals of the above-mentioned quality, the dislocation density
The reduction effect becomes extremely remarkable.

【0032】上記では、本発明の有用性が顕著となる対
象物の転位密度をエッチピットの密度で表わしている
が、エッチピットはエッチング方法により数・大きさが
異なるものであり、転位の数と1対1で対応させるのは
難しい。一方、結晶表面の転位を観察する方法として、
カソードルミネッセンスを用いた方法が知られており、
それによって観察されるダークスポットは、転位と1対
1に近い数字が得られると言われている。代表的な値を
示すと、ドライエッチングで形成したエッチピットの数
が、カソードルミネッセンスによって観察されるダーク
スポットの数に比べ、1/100程度であるならば、第
一層が、その上面に、1×106個/cm2以上のダーク
スポットが観察されるような品質の結晶であれば、転位
密度を低減する効果が顕著になるが、1×108個/c
2以上、特に、1×109個/cm2以上存在するよう
な品質の結晶に対しては、本発明による転位密度の低減
効果は極めて顕著になる、と言うことができる。
In the above description, the dislocation density of an object in which the usefulness of the present invention is remarkable is expressed by the density of etch pits. The number and size of the etch pits differ depending on the etching method. It is difficult to make a one-to-one correspondence. On the other hand, as a method of observing dislocations on the crystal surface,
A method using cathodoluminescence is known,
It is said that the dark spot observed by the method can obtain a number close to one-to-one with the dislocation. As a representative value, if the number of etch pits formed by dry etching is about 1/100 of the number of dark spots observed by cathodoluminescence, the first layer is If the crystal has such a quality that a dark spot of 1 × 10 6 / cm 2 or more is observed, the effect of reducing the dislocation density becomes remarkable, but 1 × 10 8 / c 2
It can be said that the effect of reducing the dislocation density according to the present invention is extremely remarkable for a crystal having a quality of at least m 2 , especially at least 1 × 10 9 / cm 2 .

【0033】本発明によるGaN系半導体基材は、製造
途上においては当然にエッチピットの詳細な観察が可能
であるが、第二層以上が形成され基材として完成した後
であっても、当該基材内部に存在する第一層上面にエッ
チピットが形成されたという事実の確認、その口径の評
価は可能である。例えば、図1(a)のように、エッチ
ピットが明らかに空洞として残っている物や、エッチピ
ットの形状が界面として明らかに残っているものについ
ては、断面のSEM(走査型電子顕微鏡)観察によるエ
ッチピット空洞の存在確認から容易に判断できる。ま
た、図1(b)のように、エッチピットが第二層の結晶
によって充填され、しかも、第一層GaN/第二層Ga
Nのように、同一組成のものが再成長したものについて
も、断面のSEM観察によって、その再成長界面を判断
することができ、エッチピットが形成されていたことが
判る。また、断面のTEM(透過型電子顕微鏡)観察に
よれば、格子の不連続性から、エッチピット状を呈する
該再成長界面は容易に識別可能である。結晶成長中に中
断時間を設けた後に再成長を行った場合、その再成長界
面は結晶中に残り、上記手法等によってその再成長界面
の存在(ひいては、中断した事実)は確認可能である。
よって、結晶基材や発光素子・デバイスなどのGaN結
晶積層構造中において、エッチピット状の再成長界面が
残っているものは、結晶表面にエッチピットを形成した
後に再成長を行ったものであり、本発明によるGaN系
半導体基材、製造方法を用いたものであると断定でき
る。
In the GaN-based semiconductor substrate according to the present invention, it is naturally possible to observe the etch pit in detail during the manufacturing process, but even after the second layer or more is formed and the substrate is completed, It is possible to confirm the fact that etch pits were formed on the upper surface of the first layer existing inside the base material and to evaluate the diameter of the etch pits. For example, as shown in FIG. 1 (a), a cross section of an object in which etch pits are clearly left as cavities and those in which an etch pit shape is clearly left as an interface are observed by SEM (scanning electron microscope). Can be easily determined from the confirmation of the existence of the etch pit cavity by the method. Further, as shown in FIG. 1B, the etch pits are filled with the crystal of the second layer, and the first layer GaN / the second layer Ga
The regrowth interface of the same composition, such as N, can be determined by SEM observation of the cross section, and it can be seen that etch pits have been formed. According to TEM (transmission electron microscope) observation of the cross section, the regrowth interface having an etch pit shape can be easily identified from the discontinuity of the lattice. When regrowth is performed after providing an interruption time during crystal growth, the regrowth interface remains in the crystal, and the existence of the regrowth interface (and the fact that the regrowth interface was interrupted) can be confirmed by the above-described method or the like.
Therefore, in a GaN crystal laminated structure such as a crystal base material or a light emitting element / device, those in which an etch pit-shaped regrowth interface remains are those obtained by forming an etch pit on the crystal surface and then performing regrowth. It can be concluded that the GaN-based semiconductor substrate and the manufacturing method according to the present invention are used.

【0034】以上、第一層の上面にエッチピットを形成
し、その上に第二層を再成長させるステップを有する場
合について説明したが、同様の工程をさらに繰り返して
もよい。例えば、図4に示すように、第二層2の上面に
直接エッチピットP2を形成するか、または、第二層上
に他のGaN系結晶層を成長・形成してその上面に再び
エッチピットを形成し、その上にさらなるGaN系結晶
層3を成長させるという繰り返しである。この繰り返し
によって、エッチピットが形成された上面を有するGa
N系結晶層が、2層以上、多重的に積層された状態とな
り、エッチピットが形成された面を重ねる毎に、伝搬す
る転位は減少し、より高品質な結晶を得ることができ
る。
In the above, the case where the etch pit is formed on the upper surface of the first layer and the second layer is regrown thereon has been described, but the same process may be further repeated. For example, as shown in FIG. 4, an etch pit P2 is formed directly on the upper surface of the second layer 2, or another GaN-based crystal layer is grown and formed on the second layer, and the etch pit P is formed on the upper surface again. Is formed, and a further GaN-based crystal layer 3 is grown thereon. By this repetition, Ga having an upper surface on which an etch pit is formed is formed.
Two or more N-based crystal layers are multiply stacked, and the dislocations that propagate are reduced each time the surfaces on which the etch pits are formed are stacked, so that a higher quality crystal can be obtained.

【0035】GaN系結晶層の成長を行う方法は、HV
PE、MOVPE(MOCVD)、MBE法などがよ
い。厚膜を作製する場合はHVPE法が好ましいが、薄
膜を形成する場合はMOVPE法やMBE法が好まし
い。
The method of growing a GaN-based crystal layer is based on HV
PE, MOVPE (MOCVD), MBE and the like are preferable. When forming a thick film, the HVPE method is preferable, but when forming a thin film, the MOVPE method or the MBE method is preferable.

【0036】第二層がエッチピット上を覆い該エッチピ
ットを空洞として残すような結晶成長をするか、或い
は、エッチピット内を充填するような結晶成長をするか
は、成長条件(ガス種、成長圧力、成長温度など)を選
択することにより制御することができる。例えば、第二
層の成長温度を上げると横方向成長が促進され、エッチ
ピットは空洞となり易くなる。また成長時の雰囲気ガス
としてN2を用いても横方向成長が速くなり、エッチピ
ットは空洞となり易くなる。また、エッチピット内を充
填するように結晶成長を行うには、例えば、第二層を低
温で成長させることなど、空洞を形成する場合とは逆の
条件の選択を行えば良い。またこれら以外にも他の成長
方法、例えば、第一層をMOVPE法、第二層をHVP
E法で成長させるなど、異なる成長方法の組み合せを行
ってもよい。以上成長条件によって空洞の形成の制御が
可能であることを示したが、本発明の効果が出る範囲内
であれば、目的に応じ使い分ければよい。
Whether the crystal growth is such that the second layer covers the etch pits and leaves the etch pits as cavities, or whether the crystal growth is to fill the etch pits, depends on the growth conditions (gas type, (Growth pressure, growth temperature, etc.). For example, when the growth temperature of the second layer is increased, lateral growth is promoted, and the etch pits tend to become hollow. Even when N 2 is used as an atmosphere gas during growth, the lateral growth is accelerated, and the etch pits tend to become hollow. Further, in order to perform crystal growth so as to fill the inside of the etch pit, it is only necessary to select conditions opposite to the case of forming a cavity, such as growing the second layer at a low temperature. In addition to these, other growth methods such as MOVPE for the first layer and HVP for the second layer
A combination of different growth methods such as growth by the E method may be performed. Although it has been shown that the formation of cavities can be controlled by the growth conditions as described above, any method can be used depending on the purpose as long as the effects of the present invention are obtained.

【0037】[0037]

【実施例】実施例1 直径2インチ、C面サファイア基板をMOVPE装置に
装着し、水素雰囲気下で1100℃まで昇温し、サーマ
ルエッチングを行った。その後、温度を500℃まで下
げ、3族原料としてトリメチルガリウム(以下TM
G)、N原料としてアンモニアを流し、GaN低温バッ
ファ層を成長させた。次に、温度を1000℃に昇温
し、原料としてTMG、アンモニアを、ドーパントとし
てシランを流し、本発明でいう第一層として、n型Ga
N層を4μm成長させた。
EXAMPLE 1 A C-plane sapphire substrate having a diameter of 2 inches was mounted on a MOVPE apparatus, heated to 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere, and subjected to thermal etching. Thereafter, the temperature was lowered to 500 ° C., and trimethylgallium (hereinafter referred to as TM)
G) Ammonia was flowed as an N source to grow a GaN low-temperature buffer layer. Next, the temperature was raised to 1000 ° C., TMG and ammonia were flowed as raw materials, silane was flowed as a dopant, and n-type Ga was used as the first layer in the present invention.
An N layer was grown 4 μm.

【0038】この積層体をMOVPE装置から取り出
し、第一層の上面をカソードルミネッセンスによって観
察したところ、ダークスポットの密度は、1.0×10
9個/cm-2であった。
The laminate was taken out of the MOVPE apparatus, and the upper surface of the first layer was observed by cathodoluminescence.
It was 9 pieces / cm -2 .

【0039】さらに、この積層体を、RIE(Reactive
Ion Etching)装置にセットし、カソードルミネッセン
スによって観察されるダークスポット密度の1/100
程度となるエッチング条件で、エッチピットの平均の口
径が3.5μmとなるように、第一層の上面をエッチン
グした。第一層上面のエッチピットの密度を測定したと
ころ、1.0×107個/cm-2であった。
Further, this laminate is subjected to RIE (Reactive
Ion Etching) 1/100 of dark spot density observed by cathodoluminescence
The upper surface of the first layer was etched under such etching conditions that the average diameter of the etch pits was 3.5 μm. When the density of the etch pits on the upper surface of the first layer was measured, it was 1.0 × 10 7 / cm −2 .

【0040】第一層上面にエッチピットが形成された積
層体をMOVPE装置に再度装着し、TMG、アンモニ
ア、シランを流し、n型GaN層を3μm再成長させ、
本発明でいう第二層とし、本発明によるGaN系半導体
基材を得た。なお、第二層の成長条件は、横方向への成
長速度を促進させ、エッチピットが空洞として残るよう
に条件選択した。
The laminated body having the etch pits formed on the upper surface of the first layer was mounted again on the MOVPE apparatus, TMG, ammonia and silane were flown, and the n-type GaN layer was regrown by 3 μm.
The GaN-based semiconductor substrate according to the present invention was obtained as the second layer according to the present invention. The growth conditions of the second layer were selected such that the growth rate in the lateral direction was promoted and the etch pits remained as cavities.

【0041】また、比較の為に、第一層成長後に、MO
VPE装置から取り出しただけで、エッチングは行わ
ず、再びMOVPE装置に戻し、第二層を再成長させた
比較例サンプルも作成した。エッチングの有無以外の条
件は、実施例サンプル、比較例サンプル共に同様であ
る。両サンプルの第二層上面をカソードルミネッセンス
で観察し、ダークスポット密度を測定した。該測定結果
を、先の第一層上面のダークスポット密度と共に表1に
示す。
For comparison, the MO layer was grown after the first layer was grown.
The sample was taken out of the VPE apparatus, but was not etched, but was returned to the MOVPE apparatus, and a comparative sample in which the second layer was regrown was also prepared. The conditions other than the presence or absence of the etching are the same for both the example sample and the comparative example sample. The upper surfaces of the second layers of both samples were observed by cathodoluminescence, and the dark spot density was measured. The measurement results are shown in Table 1 together with the dark spot density on the upper surface of the first layer.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】表1に示すとおり、実施例品では、第一層
上面と第二層上面とを比べると、ダークスポット密度が
低減されていることから、第二層が低転位化されている
ことは明らかである。一方、第一層上面にエッチピット
形成を行わなかった比較例品では、実施例品と同じ品質
の第一層を用いていながら、第二層のダークスポット密
度は実施例品の第一層と比べてもほとんど変化がない。
As shown in Table 1, in the example product, when the upper surface of the first layer and the upper surface of the second layer were compared, the dark spot density was reduced. Is clear. On the other hand, in the comparative example product in which no etch pits were formed on the upper surface of the first layer, while using the first layer having the same quality as the example product, the dark spot density of the second layer was lower than that of the first layer of the example product. There is almost no change when compared.

【0044】実施例2 本実施例では、第一層上面のエッチピットの口径を平均
2μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして、当該
GaN系半導体基材を作製した。得られた実施例サンプ
ルの第二層上面のダークスポット密度を測定したとこ
ろ、6.8×108個/cm-2であった。このことか
ら、第一層に形成するエッチピットの口径が、上層の転
位密度に大きく影響することがわかった。
Example 2 In this example, the GaN-based semiconductor substrate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the average diameter of the etch pits on the upper surface of the first layer was 2 μm. When the dark spot density on the upper surface of the second layer of the obtained example sample was measured, it was 6.8 × 10 8 / cm −2 . From this, it was found that the diameter of the etch pit formed in the first layer greatly affected the dislocation density of the upper layer.

【0045】実施例3 本実施例では、実施例1で得られたGaN系半導体基材
を基板として用い、LEDを作製した。実施例1で得ら
れたGaN系半導体基材の第二層上面に、n型Al0.1
Ga0.9Nクラッド層、In0.07Ga0.93N発光層、p
型Al0.1Ga0.9Nクラッド層、p型GaNコンタクト
層を順に層状に成長させ、発光波長370nmの紫外L
ED用のウエハーを作製した。このウエハーに対して、
さらに、n型、p型電極を形成し、素子分離を行い、L
ED素子とした。採取されたLEDチップの出力(20
mA)と、−10V印加時のリーク電流の値(逆電流特
性)を測定した。測定結果の平均値を表2に示す。
Example 3 In this example, an LED was manufactured using the GaN-based semiconductor substrate obtained in Example 1 as a substrate. On the upper surface of the second layer of the GaN-based semiconductor substrate obtained in Example 1, n-type Al 0.1
Ga 0.9 N cladding layer, In 0.07 Ga 0.93 N light emitting layer, p
-Type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer and a p-type GaN contact layer are sequentially grown in layers to form an ultraviolet L having an emission wavelength of 370 nm.
A wafer for ED was manufactured. For this wafer,
Further, an n-type and a p-type electrodes are formed, and element isolation is performed.
An ED element was used. The output of the collected LED chip (20
mA) and the value of the leakage current when -10 V was applied (reverse current characteristic). Table 2 shows the average value of the measurement results.

【0046】比較例サンプル1 実施例3のLEDと比較すべく、上記実施例1において
比較のために形成した、エッチピット無しの比較例サン
プルをウエハー基板として、実施例3と同様に紫外LE
Dチップを作製し、比較例サンプル1とした。 比較例サンプル2 第二層の再成長を行わずに、サファイア基板上に、Ga
N低温バッファ層/n型GaN層(4μm)/n型Al
0.1Ga0.9Nクラッド層/In0.07Ga0.93N発光層/
p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層/p型GaNコンタク
ト層を連続して成長させ、紫外LEDチップを作製し、
比較例サンプル2とした。これら比較例サンプルのLE
Dチップの出力(20mA)と、−10V印加時のリー
ク電流の値(逆電流特性)を測定した結果の平均値を表
2に示す。
Comparative Example Sample 1 In order to compare with the LED of Example 3, the comparative example sample having no etch pit, which was formed for comparison in Example 1 above, was used as a wafer substrate in the same manner as in Example 3 for UV LE.
A D chip was prepared, and this was designated as Comparative Example Sample 1. Comparative Example Sample 2 Ga was deposited on a sapphire substrate without regrowth of the second layer.
N low-temperature buffer layer / n-type GaN layer (4 μm) / n-type Al
0.1 Ga 0.9 N clad layer / In 0.07 Ga 0.93 N light emitting layer /
A p-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer / p-type GaN contact layer is continuously grown to produce an ultraviolet LED chip,
Comparative Example Sample 2 was used. LE of these comparative samples
Table 2 shows the average value of the output (20 mA) of the D chip and the result of measuring the value of the leakage current (reverse current characteristic) when -10 V was applied.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】表2に示すように、本発明による基材を用
いて作製したLEDは、第一層表面にエッチピットを作
製しないサンプル(=従来のもの)に比べ出力が高く、
リーク電流の少ない高品質のLEDであることがわかっ
た。
As shown in Table 2, the output of the LED manufactured using the substrate according to the present invention was higher than that of the sample in which no etch pit was formed on the surface of the first layer (= conventional).
It turned out that it was a high quality LED with little leak current.

【0049】実施例4 本実施例では、実施例1においてエッチピットが形成さ
れた第一層上面に、第二層の再成長を行うに際し、エッ
チピット内が充填される成長条件にて成長を行った。第
二層の成長条件以外は、実施例1と同様である。第二層
の上面に、実施例1の場合と同様の条件にてエッチピッ
トを形成したところ、ダークスポット密度は4.8×1
7個/cm-2であり、転位密度の低減が図られてい
た。
Embodiment 4 In this embodiment, when the second layer is regrown on the upper surface of the first layer on which the etch pits are formed in the first embodiment, the growth is performed under growth conditions that fill the inside of the etch pits. went. Except for the growth condition of the second layer, it is the same as Example 1. When etch pits were formed on the upper surface of the second layer under the same conditions as in Example 1, the dark spot density was 4.8 × 1.
0 7 / cm -2, reduction of dislocation density was achieved.

【0050】実施例5 本実施例では、エッチピットの形成を2重に繰り返し
て、転位密度の低減を行った。実施例1で得られたGa
N系半導体基材(実施例1で示したとおり、第二層上面
のダークスポット密度は3.8×107個/cm-2)を
RIE装置にセットし、その上面をドライエッチング
し、エッチピットを形成した。この時のエッチピットの
口径は平均2μmとした。
Embodiment 5 In this embodiment, the formation of etch pits was repeated twice to reduce the dislocation density. Ga obtained in Example 1
An N-based semiconductor substrate (as shown in Example 1, the dark spot density on the upper surface of the second layer was 3.8 × 10 7 / cm −2 ) was set in an RIE apparatus, and the upper surface was dry-etched and etched. A pit was formed. At this time, the diameter of the etch pit was 2 μm on average.

【0051】この、エッチピットが形成されたGaN系
半導体基材をMOVPE装置に装着し、第二層成長の場
合と同様の条件(横方向への成長速度を促進させエッチ
ピット部が空洞として残る条件)にて、TMG、アンモ
ニア、シランを流し、n型GaN層を3μm再成長さ
せ、第三層とした。得られた第三層の上面のダークスポ
ット密度を測定したところ、2.6×10 7個/cm-2
であり、第二層上面のダークスポット密度との比較か
ら、さらに転位密度が低減されていることがわかった。
The GaN-based structure having the etched pits
Attach the semiconductor substrate to the MOVPE equipment and place
Same conditions as above (the growth rate in the lateral direction is
TMG, Ammo
Near, silane is flowed, and the n-type GaN layer is regrown by 3 μm.
To form a third layer. Dark spot on the upper surface of the obtained third layer
When the cut density was measured, 2.6 × 10 7Pieces / cm-2
Compared to the dark spot density on the upper surface of the second layer
It was found that the dislocation density was further reduced.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上のように、本発明は、エッチピット
形成を積極的に結晶成長工程に取り入れ、該エッチピッ
トを利用して転位線の伝搬制御を行うものである。しか
も、エッチピットは、エッチングを施すだけで、本発明
によって、転位密度が低減された新たなるGaN系半導
体基材およびその製造方法が提供できるようになった。
As described above, according to the present invention, the formation of etch pits is positively incorporated into the crystal growth process, and the propagation of dislocation lines is controlled using the etch pits. In addition, the present invention can provide a new GaN-based semiconductor substrate having a reduced dislocation density and a method for manufacturing the same by simply etching the etch pits.

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

【図1】本発明のGaN系半導体基材の構造の一例を模
式的に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of the structure of a GaN-based semiconductor substrate according to the present invention.

【図2】一般的なGaN系LEDにおけるPL強度と、
素子構造最上層のp−GaN層上面のエッチピットの密
度との関係を示すグラフである。
FIG. 2 shows PL intensity in a general GaN-based LED;
9 is a graph showing a relationship with the density of etch pits on the upper surface of a p-GaN layer on the uppermost layer of an element structure.

【図3】GaN結晶のC面をドライエッチングした時に
現われるエッチピットのSEM像であって、図3(b)
は、図3(a)よりも倍率を上げて示したものである。
FIG. 3 is a SEM image of an etch pit appearing when a C-plane of a GaN crystal is dry-etched, and FIG.
FIG. 3 shows the magnification higher than that of FIG.

【図4】本発明のGaN系半導体基材の構造の他の例を
模式的に示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing another example of the structure of the GaN-based semiconductor substrate of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第一番目のGaN系結晶層(第一層) 2 第二番目のGaN系結晶層(第二層) P エッチピット m1〜m3 転位線 Reference Signs List 1 First GaN-based crystal layer (first layer) 2 Second GaN-based crystal layer (second layer) P Etch pit m1 to m3 Dislocation line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 洋一郎 兵庫県伊丹市池尻4丁目3番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 常川 高志 兵庫県伊丹市池尻4丁目3番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Fターム(参考) 4K030 AA06 AA11 AA13 AA17 BA38 CA05 DA04 FA10 LA14 5F004 AA16 DB19 FA08 5F041 AA03 AA40 CA40 CA65 CA74 5F043 AA05 BB06 DD02 GG10 5F045 AA04 AA05 AB14 AD14 AF04 AF12 BB12 DA53 DA67 HA03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoichiro Ouchi 4-3 Ikejiri, Itami-shi, Hyogo Prefecture Mitsubishi Cable Industries, Ltd. Itami Works (72) Inventor Takashi Tsunekawa 4-3-1 Ikejiri, Itami-shi, Hyogo Mitsubishi Electric Wire F-term (reference) in Itami Works 4K030 AA06 AA11 AA13 AA17 BA38 CA05 DA04 FA10 LA14 5F004 AA16 DB19 FA08 5F041 AA03 AA40 CA40 CA65 CA74 5F043 AA05 BB06 DD02 GG10 5F045 AA04 AA12 AF04

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第一番目のGaN系結晶層上に第二番目
のGaN系結晶層が成長してなる積層構造を有するGa
N系半導体基材であって、 第一番目のGaN系結晶層の上面は、エッチピットが形
成されたものであり、第二番目のGaN系結晶層が成長
することによって、前記エッチピットが、空洞状態およ
び/またはGaN系結晶にて充填された状態となってい
ることを特徴とするGaN系半導体基材。
1. A Ga having a stacked structure in which a second GaN-based crystal layer is grown on a first GaN-based crystal layer.
An N-based semiconductor substrate, wherein an upper surface of the first GaN-based crystal layer has an etch pit formed thereon, and the second GaN-based crystal layer grows, whereby the etch pit is A GaN-based semiconductor base material, which is in a hollow state and / or a state filled with a GaN-based crystal.
【請求項2】 第二番目のGaN系結晶層の上面に再び
エッチピットが形成され、または、第二番目のGaN系
結晶層の上面に他のGaN系結晶層が成長しその上面に
再びエッチピットが形成され、 前記再び形成されたエッチピットが、空洞状態および/
またはGaN系結晶にて充填された状態となるように、
さらなるGaN系結晶層が成長しており、 この繰り返しによって、エッチピットが形成された上面
を有するGaN系結晶層が、2以上積層された状態にあ
る、請求項1記載のGaN系半導体基材。
2. Etch pits are formed again on the upper surface of the second GaN-based crystal layer, or another GaN-based crystal layer is grown on the upper surface of the second GaN-based crystal layer and etched again on the upper surface. A pit is formed, and the re-formed etch pit is in a hollow state and / or
Or, so as to be filled with GaN-based crystal,
2. The GaN-based semiconductor substrate according to claim 1, wherein a further GaN-based crystal layer is growing, and by this repetition, two or more GaN-based crystal layers each having an upper surface on which an etch pit is formed are stacked. 3.
【請求項3】 エッチピットが形成された上面におい
て、該エッチピットが1×106個/cm2以上の密度で
存在するものである請求項1または2記載のGaN系半
導体基材。
3. The GaN-based semiconductor substrate according to claim 1, wherein the etch pits are present at a density of 1 × 10 6 / cm 2 or more on the upper surface on which the etch pits are formed.
【請求項4】 エッチピットが、100nm以上の口径
を有するものである請求項1または2記載のGaN系半
導体基材。
4. The GaN-based semiconductor substrate according to claim 1, wherein the etch pit has a diameter of 100 nm or more.
【請求項5】 第一番目のGaN系結晶層の上面にエッ
チピットを形成し、前記エッチピットが、空洞状態およ
び/またはGaN系結晶にて充填された状態となるよう
に、該上面に第二番目のGaN系結晶層を成長させる工
程を有することを特徴とするGaN系半導体基材の製造
方法。
5. An etching pit is formed on an upper surface of a first GaN-based crystal layer, and the etching pit is formed on the upper surface of the first GaN-based crystal layer such that the etching pit is in a hollow state and / or a state filled with a GaN-based crystal. A method for producing a GaN-based semiconductor substrate, comprising a step of growing a second GaN-based crystal layer.
【請求項6】 第二番目のGaN系結晶層の上面に再び
エッチピットを形成し、または、第二番目のGaN系結
晶層の上面に他のGaN系結晶層を成長させその上面に
再びエッチピットを形成し、前記再び形成されたエッチ
ピットが、空洞状態および/またはGaN系結晶にて充
填された状態となるように、さらなるGaN系結晶層を
成長させるという、繰り返しの工程を有するものである
請求項5記載の製造方法。
6. An etch pit is formed again on the upper surface of the second GaN-based crystal layer, or another GaN-based crystal layer is grown on the upper surface of the second GaN-based crystal layer and etched again on the upper surface. A repetitive process of forming pits and growing a further GaN-based crystal layer such that the re-formed etch pits are in a cavity state and / or a state filled with GaN-based crystals. The manufacturing method according to claim 5, wherein
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