JP2002338396A - Nitride semiconductor substrate and method for producing the same - Google Patents
Nitride semiconductor substrate and method for producing the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体基板
およびその製造方法に関する。The present invention relates to a nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】窒化物半導体基板を用いたデバイスの製
造においては、基板上に成長させる窒化物半導体層と格
子整合する適当な基板がなく、格子不整合が13%のサ
ファイアや、格子不整合が3%のSiC(炭化シリコ
ン)などからなる基板が用いられてきた。そして、その
基板と窒化物半導体層との格子不整合や熱膨張係数の違
いにより、成長させた窒化物半導体層には108〜10
10cm−2という高い密度の転位が発生するため、従
来の成長法においては、成長条件を変化させることによ
り、転位密度の低減を図っていた。2. Description of the Related Art In the manufacture of a device using a nitride semiconductor substrate, there is no suitable substrate that lattice-matches with a nitride semiconductor layer grown on the substrate, and sapphire having a lattice mismatch of 13% or lattice mismatch. Substrates made of 3% SiC (silicon carbide) or the like. Then, due to lattice mismatch between the substrate and the nitride semiconductor layer and a difference in thermal expansion coefficient, the grown nitride semiconductor layer has a thickness of 10 8 to 10
Since dislocations having a high density of 10 cm −2 are generated, the conventional growth method has attempted to reduce the dislocation density by changing the growth conditions.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の成長法
では、転位密度は108cm−2以上であり、転位密度
の低減には限界があった。However, in the conventional growth method, the dislocation density is 10 8 cm −2 or more, and there is a limit in reducing the dislocation density.
【0004】窒化物半導体基板に存在する転位は、リー
ク電流の原因となり、また、非発光再結合中心となるな
ど、窒化物半導体層の電気的、光学的特性に影響を及ぼ
し、転位密度が高いほど、その影響は大きくなる。それ
に付随して、窒化物半導体基板上に作製したデバイスの
特性の劣化をもたらす。窒化物半導体系のデバイスにお
いて、レーザーの発振しきい電流密度が高い、デバイス
寿命が短い、などの問題は、転位密度が高いことが一因
である。[0004] Dislocations present in the nitride semiconductor substrate cause a leakage current and affect the electrical and optical characteristics of the nitride semiconductor layer, such as non-radiative recombination centers, resulting in a high dislocation density. The more the effect, the greater the effect. Accompanying this, the characteristics of the device fabricated on the nitride semiconductor substrate are deteriorated. In a nitride semiconductor device, problems such as a high laser oscillation threshold current density and a short device life are due in part to a high dislocation density.
【0005】最近、選択成長を使った技術(Epitaxial
Lateral Overgrowth:ELO)が開発され、転位密度を
約107cm−2にまで低減できることが見出された
(A. Usui et a1. Jpn. J. App1. Phys. 36(1997)L89
9)。これは選択成長であらわれる横方向成長によっ
て、転位の伝播方向が垂直方向から水平方向に曲げられ
ることによる。Recently, a technique using selective growth (Epitaxial
Lateral overgrowth (ELO) was developed and found to be able to reduce the dislocation density to about 10 7 cm −2 (A. Usui et al. Jpn. J. App1. Phys. 36 (1997) L89).
9). This is because the direction of propagation of dislocations is bent from the vertical direction to the horizontal direction by the lateral growth that appears as the selective growth.
【0006】また、選択成長であらわれるのと類似の横
方向成長を優先的に引き起こし、その結果、転位密度を
低減できるペンデオ成長(Pendeo Epitaxy:T. S. Zhe1
evaet a1. MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 4
S1, G3. 38(1998))が開発された。[0006] Pendeo growth (Pendeo Epitaxy: TS Zhe1), which preferentially causes lateral growth similar to that of selective growth, thereby reducing dislocation density.
evaet a1. MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 4
S1, G3. 38 (1998)).
【0007】また、その手法をレーザ構造の作製に適用
し、低転位密度領域に作製した紫色レーザは、低しきい
電流密度(約2KA/cm2)で発振し、かつ連続動作
寿命が3000時間を超えている(S. Nakamura et a1.
Jpn. J. Appl. phys. 37(1998)L1020)。The technique is applied to the fabrication of a laser structure, and a violet laser fabricated in a low dislocation density region oscillates at a low threshold current density (about 2 KA / cm 2 ) and has a continuous operating life of 3000 hours. (S. Nakamura et a1.
Jpn. J. Appl. Phys. 37 (1998) L1020).
【0008】さらに、低温中間層堆積法(M. Iwaya et
a1. Jpn. J. App1. Phys. 37(1998)L316)が提案されて
いる。これは、窒化物半導体層の成長を中断し、基板温
度を約500℃に下げ、窒化ガリウム、あるいは窒化ア
ルミニウムを数十nm堆積した後に、基板温度を再び上
げ、再成長させると転位が低減するという性質を利用し
た転位低減成長法である。Further, a low-temperature intermediate layer deposition method (M. Iwaya et al.)
a1. Jpn. J. App1. Phys. 37 (1998) L316) has been proposed. This is because the growth of the nitride semiconductor layer is interrupted, the substrate temperature is lowered to about 500 ° C., and after depositing gallium nitride or aluminum nitride for several tens of nm, the substrate temperature is raised again and the regrowth reduces dislocations. This is a dislocation reduction growth method utilizing the above property.
【0009】図3は、第1の従来技術における前記EL
Oにより作製した窒化物半導体基板の概略断面図であ
る。FIG. 3 shows the EL device according to the first prior art.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor substrate manufactured by O.
【0010】図3に示すように、サファイア基板31
(あるいはSiC基板)上にGaN(窒化ガリウム)層
32を成長させ、その上にラインアンドスペースのパタ
ンのSiO2マスク33を形成し、その上にGaN層3
4を再成長させ、SiO2マスク33を埋め込み、平坦
化し、窒化物半導体基板35を作製する。[0010] As shown in FIG.
(Or SiC substrate), a GaN (gallium nitride) layer 32 is grown, a line and space pattern SiO 2 mask 33 is formed thereon, and a GaN layer 3 is formed thereon.
4 is regrown, an SiO 2 mask 33 is buried and flattened, and a nitride semiconductor substrate 35 is manufactured.
【0011】垂直方向に延びる転位36は、いったん水
平方向に曲げられる(転位37)。そのため、SiO2
マスク33を形成し、その上にGaNを再成長させたG
aN層34における、SiO2マスク33上の横方向成
長部分上の表面では転位が低減する(例えば図のA
部)。しかし、SiO2マスク33上の結晶領域で転位
は集合し(例えば図のB部)、上に延び、表面に高密度
転位、欠陥領域が形成される(例えば図のC部)。The dislocation 36 extending in the vertical direction is once bent in the horizontal direction (dislocation 37). Therefore, SiO 2
A mask 33 is formed, and GaN is regrown thereon.
Dislocations are reduced on the surface of the aN layer 34 on the laterally grown portion on the SiO 2 mask 33 (for example, A in the figure).
Department). However, dislocations gather in the crystal region on the SiO 2 mask 33 (for example, portion B in the figure), extend upward, and a high-density dislocation and defect region are formed on the surface (for example, portion C in the diagram).
【0012】図4は、第2の従来技術における前記ペン
デオ成長により作製した窒化物半導体基板の概略断面図
である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a nitride semiconductor substrate manufactured by the pendeo growth in the second prior art.
【0013】図4に示すように、SiC基板41(ある
いはサファイア基板)上にGaN層を成長し、このGa
N成長層の一部を残し、基板界面までGaN層をエッチ
ングで取り去ってGaN核42を形成する。その上に、
GaN層43を再成長させ、GaN核42を埋め込み、
平坦化し、窒化物半導体基板44を作製する。As shown in FIG. 4, a GaN layer is grown on a SiC substrate 41 (or a sapphire substrate).
A GaN nucleus 42 is formed by etching away the GaN layer to the substrate interface, leaving a part of the N growth layer. in addition,
GaN layer 43 is regrown, GaN nucleus 42 is buried,
After flattening, a nitride semiconductor substrate 44 is manufactured.
【0014】再成長させるGaN層43においては、横
方向成長が生じ、転位が横方向に曲がる。しかし、Ga
N核42の上では転位45が残留し、横方向成長の結合
部分では、転位が集合し、表面に高密度転位、欠陥領域
が形成される(図のD部)。In the GaN layer 43 to be regrown, lateral growth occurs, and dislocations bend in the lateral direction. However, Ga
Dislocations 45 remain on the N nuclei 42, and at the coupling portions grown in the lateral direction, the dislocations gather to form high-density dislocations and defect regions on the surface (part D in the figure).
【0015】図5は、第3の従来技術における前記低温
中間層堆積法により作製した窒化物半導体基板の概略断
面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of a nitride semiconductor substrate manufactured by the low-temperature intermediate layer deposition method according to the third prior art.
【0016】図5に示すように、サファイア基板51
(あるいはSiC基板)上にGaN層52を成長させ、
成長温度を500℃まで下げ、窒化ガリウムまたは窒化
アルミニウムからなる低温中間層53を数十nm堆積す
る。その上にGaN層54を成長させ、成長温度を50
0℃まで下げ、窒化ガリウムまたは窒化アルミニウムか
らなる低温中間層55を数十nm堆積し、さらにGaN
層56を成長させる。As shown in FIG. 5, the sapphire substrate 51
Growing a GaN layer 52 on the (or SiC substrate),
The growth temperature is lowered to 500 ° C., and a low-temperature intermediate layer 53 made of gallium nitride or aluminum nitride is deposited to several tens of nm. A GaN layer 54 is grown thereon, and the growth temperature is set to 50.
0 ° C., a low-temperature intermediate layer 55 of gallium nitride or aluminum nitride was deposited for several tens nm,
The layer 56 is grown.
【0017】このように低温中間層53、55を数層
(図では2層)重ねることで、窒化物半導体基板57全
体での転位低減が可能となる。しかし、温度を昇降させ
る必要があり、更にそれを繰り返す必要があるので、こ
の手法による窒化物半導体基板57の作製には多くの時
間を要する。By disposing several layers (two layers in the figure) of the low-temperature intermediate layers 53 and 55 in this way, it is possible to reduce dislocations in the entire nitride semiconductor substrate 57. However, since it is necessary to raise and lower the temperature and further repeat the process, it takes much time to manufacture the nitride semiconductor substrate 57 by this method.
【0018】前述のように、従来の低転位密度窒化物半
導体基板においては、転位低減のために、プロセスや時
間の増加を必要とし、また、手法によっては空間的に転
位の疎密の分布が生じる。As described above, the conventional low dislocation density nitride semiconductor substrate requires an increase in the number of processes and time for reducing dislocations, and a spatial distribution of dislocation density is generated spatially depending on the method. .
【0019】本発明はこのような従来の課題にかんがみ
てなされたものであり、その目的は、基板上の窒化物半
導体層の転位を、簡易にかつ基板の全面にわたって均一
に低減させた窒化物半導体基板およびその製造方法を提
供することにある。The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to reduce the dislocation of a nitride semiconductor layer on a substrate simply and uniformly over the entire surface of the substrate. An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の窒化物半導体基板は、基板上に形成した第
1の窒化物層と、前記第1の窒化物層上に形成した第2
の窒化物からなる複数の突起状核と、前記第1の窒化物
層および前記突起状核上に形成した第3の窒化物層とを
有することを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a nitride semiconductor substrate according to the present invention has a first nitride layer formed on a substrate and a first nitride layer formed on the first nitride layer. Second
And a plurality of protruding nuclei made of the above nitride, and the first nitride layer and a third nitride layer formed on the protruding nuclei.
【0021】また、本発明の窒化物半導体基板は、(0
001)面または(0001)面から数度(10度未
満)傾斜した面方位を持つ前記基板上に前記第1の窒化
物層を形成したことを特徴とする。Further, the nitride semiconductor substrate of the present invention has a (0
The first nitride layer is formed on the substrate having a plane orientation inclined several degrees (less than 10 degrees) from the (001) plane or the (0001) plane.
【0022】また、本発明の窒化物半導体基板は、前記
基板がサファイア、SiC、またはGaNからなること
を特徴とする。Further, the nitride semiconductor substrate according to the present invention is characterized in that the substrate is made of sapphire, SiC or GaN.
【0023】また、本発明の窒化物半導体基板の製造方
法は、基板上に第1の窒化物層を成長させ、前記第1の
窒化物層上に第2の窒化物からなる複数の突起状核を成
長させ、前記第1の窒化物層および前記突起状核上に第
3の窒化物層を成長させることを特徴とする。Further, according to the method of manufacturing a nitride semiconductor substrate of the present invention, a first nitride layer is grown on a substrate, and a plurality of protrusions made of a second nitride are formed on the first nitride layer. A nucleus is grown, and a third nitride layer is grown on the first nitride layer and the protruding nucleus.
【0024】また、本発明の窒化物半導体基板の製造方
法は、前記第1の窒化物層、前記突起状核、第3の窒化
物層の少なくとも1つの成長法はMOVPE成長法であ
ることを特徴とする。Further, in the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to the present invention, it is preferable that at least one of the first nitride layer, the protrusion nuclei, and the third nitride layer is grown by MOVPE. Features.
【0025】また、本発明の窒化物半導体基板の製造方
法は、前記突起状核を、MOVPE成長におけるキャリ
アガスを水素から窒素に切り替えることにより形成する
ことを特徴とする。Further, the method of manufacturing a nitride semiconductor substrate according to the present invention is characterized in that the protruding nuclei are formed by switching a carrier gas in MOVPE growth from hydrogen to nitrogen.
【0026】本発明の窒化物半導体基板およびその製造
方法では、第1の窒化物層の上に第2の窒化物からなる
突起状核を形成し、その上に第3の窒化物層を形成する
ことにより、第3の窒化物層を横方向に成長させること
が可能となり、これにより第1の窒化物層に存在する垂
直方向に延びる転位の伝搬を横方向に曲げることができ
るので、窒化物半導体基板の表面まで延びる転位を低減
でき、窒化物半導体層の転位を簡易にかつ基板の全面に
わたって均一に低減させた低転位密度の窒化物半導体基
板を提供することができる。According to the nitride semiconductor substrate and the method of manufacturing the same of the present invention, a projection nucleus made of a second nitride is formed on a first nitride layer, and a third nitride layer is formed thereon. By doing so, the third nitride layer can be grown in the lateral direction, and the propagation of the vertically extending dislocations existing in the first nitride layer can be bent in the lateral direction. It is possible to provide a low-dislocation-density nitride semiconductor substrate in which dislocations extending to the surface of the semiconductor substrate can be reduced, and dislocations in the nitride semiconductor layer can be easily and uniformly reduced over the entire surface of the substrate.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
【0028】図1(a)、(b)、図2(c)、(d)
は本発明の実施の形態における窒化物半導体基板の製造
方法の手順を示す概略工程断面図である。なお、図2
(d)は本実施の形態における窒化物半導体基板の構造
を示す概略工程図である。FIGS. 1 (a), 1 (b), 2 (c), (d)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a procedure of a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention. Note that FIG.
(D) is a schematic process drawing showing the structure of the nitride semiconductor substrate in the present embodiment.
【0029】まず、図1(a)に示すように、サファイ
ア基板1(またはSiC基板)上に第1の窒化物層とし
てGaN層2を成長させる。First, as shown in FIG. 1A, a GaN layer 2 is grown as a first nitride layer on a sapphire substrate 1 (or SiC substrate).
【0030】すなわち、アンモニアとトリメチルガリウ
ムを、水素ガスをキャリアガスとして供給するMOVP
E法(有機金属気相成長法)を用いて、(0001)面
または(0001)面から数度(10度未満)傾斜した
面方位を持つサファイア基板1(またはSiC基板)上
に第1の窒化物層であるGaN層2を成長させる。図中
の3は、水素キャリアガスを示す。That is, MOVP which supplies ammonia and trimethylgallium with hydrogen gas as a carrier gas
Using the E method (metal organic chemical vapor deposition), a first surface is formed on a sapphire substrate 1 (or a SiC substrate) having a (0001) plane or a plane direction inclined several degrees (less than 10 degrees) from the (0001) plane. A GaN layer 2 which is a nitride layer is grown. 3 in the figure indicates a hydrogen carrier gas.
【0031】サファイア基板1の場合は、まず、水素ガ
スのキャリアガス中で、約500℃の低温で窒化ガリウ
ムあるいは窒化アルミニウム層(図示省略)を低温バッ
ファ層として堆積させる。その後、温度を約1000℃
に上げ、膜厚2〜3μmのGaN層2を成長させる。In the case of the sapphire substrate 1, first, a gallium nitride or aluminum nitride layer (not shown) is deposited as a low-temperature buffer layer at a low temperature of about 500 ° C. in a carrier gas of hydrogen gas. Thereafter, the temperature is increased to about 1000 ° C.
And a GaN layer 2 having a thickness of 2 to 3 μm is grown.
【0032】サファイア基板1に替えてSiC基板を用
いる場合は、まず、水素ガスのキャリアガス中で、約1
100℃で窒化アルミニウム層(図示省略)を低温バッ
ファ層として堆積させる。その後、温度を約1000℃
に下げ、膜厚2〜3μmのGaN層2を成長させる。When a SiC substrate is used in place of the sapphire substrate 1, first, in a carrier gas of hydrogen gas, about 1
At 100 ° C., an aluminum nitride layer (not shown) is deposited as a low temperature buffer layer. Thereafter, the temperature is increased to about 1000 ° C.
And a GaN layer 2 having a thickness of 2 to 3 μm is grown.
【0033】なお、前記窒化アルミニウムバッファ層の
堆積には、アルミニウムの原料としてトリメチルアルミ
ニウムを用いる。In depositing the aluminum nitride buffer layer, trimethyl aluminum is used as a raw material of aluminum.
【0034】GaN層2は、通常使われるキャリアガス
を水素とした条件で成長する。このGaN層2には、基
板との格子不整合により高い転位密度が生成されてい
る。図中の4は、転位を示す。The GaN layer 2 is grown under the condition that a commonly used carrier gas is hydrogen. The GaN layer 2 has a high dislocation density due to lattice mismatch with the substrate. 4 in the figure indicates a dislocation.
【0035】次に、図1(b)に示すように、サファイ
ア基板1(またはSiC基板)上に形成した第1の窒化
物層であるGaN層2上に、第2の窒化物としてGaN
からなる複数の突起状核(すなわち、3次元核)5を成
長させる。この突起状核5は、GaN層2を形成した
後、キャリアガスを水素から窒素に切り替えることによ
り形成することができる。図中の6は、窒素キャリアガ
スを示す。突起状核5は、円錐形状をしている。Next, as shown in FIG. 1B, GaN as a second nitride is formed on a GaN layer 2 which is a first nitride layer formed on a sapphire substrate 1 (or a SiC substrate).
A plurality of protruding nuclei (that is, three-dimensional nuclei) 5 consisting of The protruding nuclei 5 can be formed by switching the carrier gas from hydrogen to nitrogen after forming the GaN layer 2. Reference numeral 6 in the figure denotes a nitrogen carrier gas. The protruding nucleus 5 has a conical shape.
【0036】次に、図2(c)に示すように、サファイ
ア基板1上のGaN層2上に形成した複数の突起状核5
上に、キャリアガスを窒素から水素に戻し、さらに横方
向成長する条件で、これらの突起状核5を埋め込むよう
にGaN層7を成長させる。図中の8は、水素キャリア
ガスを示す。横方向成長する条件とは、例えば、アンモ
ニアに対するトリメチルガリウムの比率を大きくしたガ
リウムリッチの状態での成長である。Next, as shown in FIG. 2C, a plurality of protruding nuclei 5 formed on the GaN layer 2 on the sapphire substrate 1 are formed.
On top, the GaN layer 7 is grown so as to bury these protruding nuclei 5 under the condition of returning the carrier gas from nitrogen to hydrogen and further growing in the lateral direction. Reference numeral 8 in the drawing denotes a hydrogen carrier gas. The condition for lateral growth is, for example, growth in a gallium-rich state in which the ratio of trimethylgallium to ammonia is increased.
【0037】GaN層7をMOVPE法による横方向成
長する条件で成長を行うと、上方向に延びていた転位が
突起状核5の斜面から横方向に曲がる。図中の9は、横
方向成長(転位の曲がり)を示す。When the GaN layer 7 is grown under the condition of lateral growth by the MOVPE method, the dislocations extending upward bend laterally from the slope of the protruding nuclei 5. 9 in the figure indicates lateral growth (dislocation bending).
【0038】本実施の形態により作製した窒化物半導体
基板10を図2(d)に示す。突起状核5から転位11
が曲がり、GaN層7の表面まで転位は伝播せず、転位
密度を低減させた低転位密度窒化物半導体基板10が作
製される。FIG. 2D shows the nitride semiconductor substrate 10 manufactured according to the present embodiment. Dislocation 11 from protruding nucleus 5
Are bent, dislocations do not propagate to the surface of the GaN layer 7, and a low dislocation density nitride semiconductor substrate 10 having a reduced dislocation density is manufactured.
【0039】本実施の形態の窒化物半導体基板10は、
図2(d)に示すように、サファイア基板1(またはS
iC基板)上に形成した第1の窒化物層であるGaN層
2と、GaN層2上に形成した第2の窒化物であるGa
Nからなる複数の突起状核5と、GaN層2および突起
状核5上に形成した第3の窒化物層であるGaN層7と
を有するものである。また、(0001)面または(0
001)面から数度傾斜した面方位を持つサファイア基
板1(またはSiC基板)上に第1の窒化物層であるG
aN層2を形成したものである。The nitride semiconductor substrate 10 according to the present embodiment
As shown in FIG. 2D, the sapphire substrate 1 (or S
a GaN layer 2 which is a first nitride layer formed on an iC substrate) and a Ga which is a second nitride layer formed on the GaN layer 2
It has a plurality of protruding nuclei 5 made of N, and a GaN layer 7 which is a third nitride layer formed on the GaN layer 2 and the protruding nuclei 5. The (0001) plane or (0)
001) on a sapphire substrate 1 (or a SiC substrate) having a plane orientation inclined several degrees from the plane.
An aN layer 2 is formed.
【0040】また、本実施の形態の窒化物半導体基板1
0の製造方法は、サファイア基板1(またはSiC基
板)上に第1の窒化物層であるGaN層2を成長させ、
GaN層2上に第2の窒化物であるGaNからなる複数
の突起状核5を成長させ、GaN層2および突起状核5
上に第3の窒化物層であるGaN層7を成長させるもの
である。また、GaN層2、7、および突起状核5はM
OVPE成長法により成長させた。また、突起状核5
は、MOVPE成長におけるキャリアガスを水素から窒
素に切り替えることにより形成した。その後、キャリア
ガスを窒素から水素に戻し、横方向成長条件で成長させ
ることにより、転位を横方向に曲げて、基板表面での転
位を低減させる。このように、窒化物半導体層の成長に
おいて、突起状核5が成長表面に存在するとき、GaN
層7を横方向成長条件で埋め込むことにより、転位を横
方向に曲げることができる。したがって、時間をかけ
ず、窒化物半導体基板10を成長装置の外に出してプロ
セスを行うことを必要とせず、簡易にかつ窒化物半導体
層の成長面全体に均一に転位が低減された窒化物半導体
基板10の作製が可能となった。本実施の形態の窒化物
半導体基板およびその製造方法によれば、転位密度が従
来の108〜1010cm−2から107cm−2に低
減された。Further, nitride semiconductor substrate 1 of the present embodiment
In the manufacturing method of No. 0, a GaN layer 2 as a first nitride layer is grown on a sapphire substrate 1 (or a SiC substrate).
On the GaN layer 2, a plurality of protruding nuclei 5 made of GaN, which is a second nitride, are grown, and the GaN layer 2 and the protruding nuclei 5 are grown.
A GaN layer 7 as a third nitride layer is grown thereon. The GaN layers 2 and 7 and the protruding nuclei 5 are M
It was grown by the OVPE growth method. In addition, the protruding nucleus 5
Was formed by switching the carrier gas in MOVPE growth from hydrogen to nitrogen. Then, the carrier gas is changed from nitrogen to hydrogen and grown under the lateral growth conditions, whereby the dislocations are bent in the horizontal direction to reduce the dislocations on the substrate surface. Thus, in the growth of the nitride semiconductor layer, when the protruding nuclei 5 exist on the growth surface, the GaN
By embedding layer 7 under lateral growth conditions, dislocations can be bent laterally. Therefore, it is not necessary to take the nitride semiconductor substrate 10 out of the growth apparatus to perform the process without taking time, and the dislocation is reduced simply and uniformly over the entire growth surface of the nitride semiconductor layer. The semiconductor substrate 10 can be manufactured. According to the nitride semiconductor substrate of the present embodiment and the method for manufacturing the same, the dislocation density has been reduced from the conventional 10 8 to 10 10 cm −2 to 10 7 cm −2 .
【0041】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば、前記実施の形
態では、基板としてサファイア基板やSiC基板を用い
た例を示したが、これらに替わり、GaN基板を用いて
も同様のプロセスにて低転位密度窒化物半導体基板を得
ることができる。ただし、このGaN基板を用いる場合
にはバッファ層の形成は必要ない。Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It is. For example, in the above-described embodiment, an example in which a sapphire substrate or a SiC substrate is used as a substrate is shown. However, a low dislocation density nitride semiconductor substrate can be obtained by a similar process using a GaN substrate instead. it can. However, when this GaN substrate is used, it is not necessary to form a buffer layer.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板上の窒化物半導体層の転位を、簡易にかつ基板の全
面にわたって均一に低減させた低転位密度窒化物半導体
基板およびその製造方法を提供することができる。As described above, according to the present invention,
A low dislocation density nitride semiconductor substrate in which dislocations of a nitride semiconductor layer on a substrate are easily and uniformly reduced over the entire surface of the substrate, and a method for manufacturing the same can be provided.
【図1】(a)、(b)は本発明の実施の形態における
窒化物半導体基板の製造方法の手順を示す概略工程断面
図である。FIGS. 1A and 1B are schematic process cross-sectional views showing a procedure of a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
【図2】(c)、(d)は本発明の実施の形態における
窒化物半導体基板の製造方法の手順および窒化物半導体
基板の構造を示す概略工程断面図である。FIGS. 2 (c) and 2 (d) are schematic sectional views showing a procedure of a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate and a structure of the nitride semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
【図3】第1の従来技術における前記ELOにより作製
した窒化物半導体基板の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor substrate manufactured by the ELO in the first conventional technique.
【図4】第2の従来技術における前記ペンデオ成長によ
り作製した窒化物半導体基板の概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor substrate manufactured by the pendeo growth according to a second conventional technique.
【図5】第3の従来技術における前記低温中間層堆積法
により作製した窒化物半導体基板の概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of a nitride semiconductor substrate manufactured by the low-temperature intermediate layer deposition method according to a third conventional technique.
1…サファイア基板、2…GaN層、3…水素キャリア
ガス、4…転位、5…突起状核、6…窒素キャリアガ
ス、7…GaN層、8…水素キャリアガス、9…横方向
成長(転位の曲がり)、10…窒化物半導体基板、11
…転位、31…サファイア基板、32…GaN層、33
…SiO2マスク、34…GaN層、35…窒化物半導
体基板、36、37…転位、41…SiC基板、42…
GaN核、43…GaN層、44…窒化物半導体基板、
45…転位、51…サファイア基板、52…GaN層、
53…低温中間層、54…GaN層、55…低温中間
層、56…GaN層、57…窒化物半導体基板、58…
転位。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sapphire substrate, 2 ... GaN layer, 3 ... Hydrogen carrier gas, 4 ... Dislocation, 5 ... Projection nucleus, 6 ... Nitrogen carrier gas, 7 ... GaN layer, 8 ... Hydrogen carrier gas, 9 ... Lateral growth (dislocation) 10) nitride semiconductor substrate, 11
... dislocation, 31 ... sapphire substrate, 32 ... GaN layer, 33
... SiO 2 mask, 34 ... GaN layer, 35 ... nitride semiconductor substrate, 36, 37 ... dislocation, 41 ... SiC substrate, 42 ...
GaN nucleus, 43 GaN layer, 44 nitride semiconductor substrate,
45: dislocation, 51: sapphire substrate, 52: GaN layer,
53: low temperature intermediate layer, 54: GaN layer, 55: low temperature intermediate layer, 56: GaN layer, 57: nitride semiconductor substrate, 58 ...
Dislocation.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G077 AA03 BE15 DB08 ED06 EE05 EF03 TB05 TC14 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AC15 AD09 AD13 AD14 AF02 AF04 AF09 BB08 BB12 CA12 DA53 DA67 5F073 CA01 CB04 CB05 DA04 EA28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4G077 AA03 BE15 DB08 ED06 EE05 EF03 TB05 TC14 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AC15 AD09 AD13 AD14 AF02 AF04 AF09 BB08 BB12 CA12 DA53 DA67 5F073 CA01 CB04 CB05 DA04 EA28
Claims (8)
第1の窒化物層上に形成した第2の窒化物からなる複数
の突起状核と、前記第1の窒化物層および前記突起状核
上に形成した第3の窒化物層とを有することを特徴とす
る窒化物半導体基板。1. A first nitride layer formed on a substrate, a plurality of protruding nuclei made of a second nitride formed on the first nitride layer, and the first nitride layer And a third nitride layer formed on the protruding nuclei.
数度傾斜した面方位を持つ前記基板上に前記第1の窒化
物層を形成したことを特徴とする請求項1記載の窒化物
半導体基板。2. The nitride semiconductor according to claim 1, wherein the first nitride layer is formed on the (0001) plane or on the substrate having a plane orientation inclined several degrees from the (0001) plane. substrate.
とする請求項1または2記載の窒化物半導体基板。3. The nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein said substrate is made of sapphire.
る請求項1または2記載の窒化物半導体基板。4. The nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein said substrate is made of SiC.
る請求項1または2記載の窒化物半導体基板。5. The nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein said substrate is made of GaN.
第1の窒化物層上に第2の窒化物からなる複数の突起状
核を成長させ、前記第1の窒化物層および前記突起状核
上に第3の窒化物層を成長させることを特徴とする窒化
物半導体基板の製造方法。6. A first nitride layer is grown on a substrate, and a plurality of protruding nuclei made of a second nitride are grown on the first nitride layer. And growing a third nitride layer on the protruding nuclei.
第3の窒化物層の少なくとも1つの成長法はMOVPE
成長法であることを特徴とする請求項6記載の窒化物半
導体基板の製造方法。7. A method of growing at least one of said first nitride layer, said protruding nuclei and said third nitride layer.
7. The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 6, wherein the method is a growth method.
キャリアガスを水素から窒素に切り替えることにより形
成することを特徴とする請求項6または7記載の窒化物
半導体基板の製造方法。8. The method of manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 6, wherein the protruding nuclei are formed by switching a carrier gas in MOVPE growth from hydrogen to nitrogen.
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- 2001-05-14 JP JP2001143131A patent/JP2002338396A/en active Pending
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