JP2002363000A - Method for growing nitride semiconductor - Google Patents

Method for growing nitride semiconductor

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JP2002363000A
JP2002363000A JP2001170475A JP2001170475A JP2002363000A JP 2002363000 A JP2002363000 A JP 2002363000A JP 2001170475 A JP2001170475 A JP 2001170475A JP 2001170475 A JP2001170475 A JP 2001170475A JP 2002363000 A JP2002363000 A JP 2002363000A
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JP
Japan
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nitride semiconductor
substrate
temperature
buffer layer
low
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JP2001170475A
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Japanese (ja)
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Katsunori Yanashima
克典 簗嶋
Hiroshi Nakajima
中島  博
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for growing a nitride semiconductor, by which the nitride semiconductor having a good crystal state can be grown on a crystalline nitride semiconductor substrate. SOLUTION: The method of growing a crystal of the nitride semiconductor on the crystalline nitride semiconductor substrate comprises supply of gaseous raw materials onto the substrate while keeping the temperature of the substrate within the temperature range of 400 to 600 deg.C so as to form a low temperature buffer layer composed of the nitride semiconductor material on the surface of the substrate. Thereafter, supplying the gaseous raw materials onto the substrate while keeping the temperature of the substrate at a predetermined temperature higher than 600 deg.C so as to grow the nitride semiconductor on the low temperature buffer layer formed on the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体の成長
方法に関し、特には結晶性の窒化物半導体からなる基板
上に窒化物半導体を結晶成長させる方法に関する。
The present invention relates to a method for growing a nitride semiconductor, and more particularly to a method for growing a nitride semiconductor on a substrate made of a crystalline nitride semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】発光ダイオード、レーザダイオードなど
の発光素子、または光センサなどの受光素子に使用され
る窒化物半導体の作製は、サファイアや、炭化珪素等の
異種基板上への成長によってなされている。
2. Description of the Related Art A nitride semiconductor used for a light-emitting element such as a light-emitting diode or a laser diode, or a light-receiving element such as an optical sensor is manufactured by growing it on a heterogeneous substrate such as sapphire or silicon carbide. .

【0003】この場合、サファイアや炭化珪素からなる
異種基板上に、アモルファス状の窒化ガリウムからなる
低温バッファー層を形成し、この低温バッファー層上に
結晶性の窒化物半導体を形成している。また、形成され
る結晶性の窒化物半導体の転位を防止するために、この
低温バッファー層上に窒化物半導体を形成した後、この
窒化物半導体をストライプ状にエッチングし、再度窒化
物半導体を成長させることで、横方向に成長した部分に
は下部層からの転位の影響が少ないことを利用した窒化
物半導体の結晶成長が行われている。
In this case, a low-temperature buffer layer made of amorphous gallium nitride is formed on a heterogeneous substrate made of sapphire or silicon carbide, and a crystalline nitride semiconductor is formed on the low-temperature buffer layer. Further, in order to prevent dislocation of the formed crystalline nitride semiconductor, after forming the nitride semiconductor on the low-temperature buffer layer, the nitride semiconductor is etched in a stripe shape, and the nitride semiconductor is grown again. By doing so, the crystal growth of the nitride semiconductor is performed on the part grown in the lateral direction by utilizing the fact that the dislocation from the lower layer has little effect.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した成長
方法であっても、窒化物半導体の転位を十分に防止する
ことはできなかった。
However, even with the above-described growth method, dislocation of the nitride semiconductor could not be sufficiently prevented.

【0005】このようななか、ハイドライド気相成長法
や、有機金属気相成長法の発達により、比較的膜厚の厚
い窒化物半導体からなる結晶性基板を作製することが可
能になってきてきる。そして、このようにして得られた
結晶性の窒化物半導体基板上に窒化物半導体を結晶成長
させることで、上述した転位の問題や、劈開性や欠陥の
低減、熱伝導性の向上を図ることができ、より良好な結
晶性を有する窒化物半導体を得ることができると考えら
れている。
[0005] Under such circumstances, with the development of the hydride vapor phase epitaxy method and the organometallic vapor phase epitaxy method, it has become possible to produce a crystalline substrate made of a nitride semiconductor having a relatively large thickness. By growing a nitride semiconductor crystal on the crystalline nitride semiconductor substrate obtained in this way, the above-described dislocation problem, reduction of cleavage and defects, and improvement of thermal conductivity are achieved. It is considered that a nitride semiconductor having better crystallinity can be obtained.

【0006】ところが、結晶性の窒化物半導体基板上
に、窒化物半導体を良好な結晶状態で成長させるための
成長条件は、いまだ確立されていなかった。
However, growth conditions for growing a nitride semiconductor in a good crystalline state on a crystalline nitride semiconductor substrate have not been established yet.

【0007】そこで本発明は、発光素子や受光素子に好
適に用いられる結晶状態の良好な窒化物半導体を、結晶
性の窒化物半導体基板上に成長させることが可能な窒化
物半導体の成長方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a method for growing a nitride semiconductor capable of growing a nitride semiconductor having a good crystalline state, which is suitably used for a light emitting element and a light receiving element, on a crystalline nitride semiconductor substrate. The purpose is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、結晶性の窒化物半導体からなる基板
上に窒化物半導体を結晶成長させる方法であり、前記基
板に対して原料ガスを供給すると共に当該基板を400
℃〜600℃の範囲に保持することで、当該基板表面に
窒化物半導体材料で構成された低温バッファー層を形成
した後、この基板に対して原料ガスを供給すると共に当
該基板を600℃よりも高い所定の温度に保持すること
で、低温バッファー層が形成された当該基板表面に窒化
物半導体を結晶成長させることを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a method for growing a nitride semiconductor on a substrate made of a crystalline nitride semiconductor. Gas is supplied and the substrate is
By maintaining the temperature in the range of from about 600 ° C. to about 600 ° C., after forming a low-temperature buffer layer made of a nitride semiconductor material on the surface of the substrate, a source gas is supplied to the substrate and the substrate is heated to a temperature lower than By maintaining the temperature at a high predetermined temperature, a nitride semiconductor crystal is grown on the surface of the substrate on which the low-temperature buffer layer is formed.

【0009】このような方法では、400℃〜600℃
で形成された低温バッファー層を有する基板の温度が、
窒化物半導体を結晶成長させる工程において600℃よ
りも高い所定の温度にさらに昇温され、この昇温過程に
おいて低温バッファー層内に微小成長核が形成される。
このため、窒化物半導体を結晶成長させる際には、この
微小成長核を中心に窒化物半導体の二次元成長が加速さ
れ、基板の上部に表面平坦な窒化物半導体が形成される
ことになる。
In such a method, 400 ° C. to 600 ° C.
The temperature of the substrate having the low-temperature buffer layer formed in
In the step of growing the crystal of the nitride semiconductor, the temperature is further raised to a predetermined temperature higher than 600 ° C., and in this temperature raising process, micro-growth nuclei are formed in the low-temperature buffer layer.
For this reason, when crystal-growing a nitride semiconductor, the two-dimensional growth of the nitride semiconductor is accelerated centering on the fine growth nucleus, and a nitride semiconductor having a flat surface is formed on the upper portion of the substrate.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の窒化物半導体の成
長方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
尚、ここでは、窒化物半導体として窒化ガリウム(Ga
N)を成長させる場合の実施の形態を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the method for growing a nitride semiconductor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
Here, gallium nitride (Ga) is used as the nitride semiconductor.
An embodiment for growing N) will be described.

【0011】図1は実施形態の窒化物半導体の成長に用
いるMOCVD(metal organic-CVD)装置の一例を示
す概略図である。このMOCVD装置は、窒化物半導体
の成長処理が施される基板Wを密閉状態で収納するため
の反応管1を備えている。この反応管1内には、基板W
を支持するためのサセプタ2が設けられており、内部雰
囲気およびサセプタ2に支持した状態の基板Wの温度制
御が自在であることとする。また、反応管1には、反応
管1内にガスを供給する供給管ライン3と、反応管1内
のガスを排気するベントライン4が接続されており、ベ
ントライン4は除害装置101に接続されている。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an MOCVD (metal organic-CVD) apparatus used for growing a nitride semiconductor according to the embodiment. This MOCVD apparatus includes a reaction tube 1 for accommodating a substrate W on which a nitride semiconductor growth process is performed in a sealed state. In the reaction tube 1, a substrate W
The susceptor 2 for supporting the substrate W is provided, and the internal atmosphere and the temperature of the substrate W supported by the susceptor 2 can be controlled freely. The reaction tube 1 is connected to a supply line 3 for supplying gas into the reaction tube 1 and a vent line 4 for exhausting gas from the reaction tube 1. It is connected.

【0012】供給管ライン3よびベントライン4には、
窒素(N)原料としてアンモニアガスを供給するアンモ
ニアガス供給手段5、水素ガス供手段6、ガリウム(G
a)原料としてトリメチルガリウム(TMG)を供給す
るための第1供給管7、シリコン(Si)原料としてテ
トラエチルシランを供給するための第2供給管8がそれ
ぞれ接続されている。尚、シリコンは、窒化ガリウムか
らなる窒化物半導体に導入されるn型不純物であること
とする。
The supply pipe line 3 and the vent line 4
Ammonia gas supply means 5 for supplying ammonia gas as a nitrogen (N) raw material, hydrogen gas supply means 6, gallium (G
a) A first supply pipe 7 for supplying trimethylgallium (TMG) as a raw material and a second supply pipe 8 for supplying tetraethylsilane as a silicon (Si) raw material are connected to each other. Note that silicon is an n-type impurity introduced into a nitride semiconductor made of gallium nitride.

【0013】また、アンモニアガス供給手段5は、バル
ブV5a,V5bを介して供給管ライン3およびベント
ライン4に接続されている。このアンモニアガス供給手
段5には、バルブV5a,V5bよりも上流側に流量制
御部(マスフローコントローラ)F5が備えられてい
る。
The ammonia gas supply means 5 is connected to the supply pipe line 3 and the vent line 4 via valves V5a and V5b. The ammonia gas supply means 5 is provided with a flow control unit (mass flow controller) F5 upstream of the valves V5a and V5b.

【0014】さらに、水素ガス供給手段6には、水素純
化装置6aが設けられ、この水素純化装置6aと供給管
ライン3との間およびベントライン4との間にそれぞれ
流量制御部F6a,F6bが設けられている。
Further, the hydrogen gas supply means 6 is provided with a hydrogen purifier 6a. Flow controllers F6a and F6b are provided between the hydrogen purifier 6a and the supply pipe line 3 and between the hydrogen purifier 6 and the vent line 4, respectively. Is provided.

【0015】そして、第1供給管7は、バルブV7a,
V7bを介して供給管ライン3およびベントライン4に
接続されている。この第1供給管7は、原料溶液(ここ
ではTMG)が貯蔵されたバブラ11に接続されてい
る。このバブラ11には、水素ガス純化装置6aからの
分岐管が流量制御部F7を介して接続され、分岐管の先
端がバブラ11内に貯蔵されたTMG内に配置されてい
る。
The first supply pipe 7 is provided with a valve V7a,
V7b is connected to the supply pipe line 3 and the vent line 4. The first supply pipe 7 is connected to a bubbler 11 in which a raw material solution (here, TMG) is stored. A branch pipe from the hydrogen gas purifier 6a is connected to the bubbler 11 via a flow control unit F7, and the tip of the branch pipe is disposed in the TMG stored in the bubbler 11.

【0016】また同様に、第2供給管8は、バルブV8
a,V8bを介して供給管ライン3およびベントライン
4に接続されている。この第2供給管8は、原料溶液
(ここではテトラエチルシラン)が貯蔵されたバブラ1
2に接続されている。このバブラ12には、水素ガス純
化装置6aからの分岐管が流量制御部F8を介して接続
され、分岐管の先端がバブラ12内に貯蔵されたテトラ
エチルシラン内に配置されている。
Similarly, the second supply pipe 8 is connected to a valve V8.
a, V8b are connected to the supply pipe line 3 and the vent line 4. The second supply pipe 8 is connected to a bubbler 1 in which a raw material solution (here, tetraethylsilane) is stored.
2 are connected. A branch pipe from the hydrogen gas purifier 6a is connected to the bubbler 12 via a flow control unit F8, and the tip of the branch pipe is disposed in tetraethylsilane stored in the bubbler 12.

【0017】以上のような構成のMOCVD装置では、
アンモニアガス供給手段5から供給されたアンモニア
が、流量制御部F5により流量制御された状態で供給管
ライン3を介して反応管1内に導入される。この際、バ
ルブ5a,5bによって、供給管ライン3とベントライ
ン4との間でのアンモニア導入の切り換えが行われる。
In the MOCVD apparatus configured as described above,
Ammonia supplied from the ammonia gas supply means 5 is introduced into the reaction tube 1 via the supply pipe line 3 in a state where the flow rate is controlled by the flow rate control unit F5. At this time, switching of the introduction of ammonia between the supply pipe line 3 and the vent line 4 is performed by the valves 5a and 5b.

【0018】また、水素純化装置6aによって高純度化
された水素ガスが、流量制御部F6aにより流量制御さ
れた状態で供給管ライン3を介して反応管1内に導入さ
れる。さらに、この水素ガスは、流量制御部F6bによ
り流量制御された状態で、ベントライン4側にも供給さ
れる。
Further, hydrogen gas highly purified by the hydrogen purifier 6a is introduced into the reaction tube 1 through the supply pipe line 3 while the flow rate is controlled by the flow control unit F6a. Further, the hydrogen gas is also supplied to the vent line 4 while the flow rate is controlled by the flow rate control unit F6b.

【0019】また、水素純化装置6aによって高純度化
された水素ガスは、キャリアガスとしてバブラ11内の
TMGやバブラ12内のテトラエチルシランに供給され
る。これによって各バブラ11,12のそれぞれから、
その蒸気圧分の原料ガスがキャリアガス(水素ガス)と
共に第1供給管7または第2供給管8を介して供給管ラ
イン3に供給され、さらに反応管1内に供給される。こ
の際、原料ガスの発生量は、水素純化装置6aの分岐管
に設けた流量制御部F7,F8を用いて水素ガス流量を
調整することによって制御される。尚、バブラ11で発
生して第1供給管7に採取された原料ガスは、バルブ7
a,7bによって供給管ライン3とベントライン4との
間で切り換えられる。さらに、バブラ12で発生して第
2供給管8に採取された原料ガスは、バルブ8a,8b
によって供給管ライン3とベントライン4との間で切り
換えられる。
The hydrogen gas highly purified by the hydrogen purifier 6a is supplied to TMG in the bubbler 11 and tetraethylsilane in the bubbler 12 as a carrier gas. Thereby, from each of the bubblers 11 and 12,
The raw material gas corresponding to the vapor pressure is supplied to the supply pipe line 3 via the first supply pipe 7 or the second supply pipe 8 together with the carrier gas (hydrogen gas), and further supplied into the reaction pipe 1. At this time, the amount of the source gas generated is controlled by adjusting the flow rate of the hydrogen gas using the flow control units F7 and F8 provided in the branch pipe of the hydrogen purifier 6a. The source gas generated in the bubbler 11 and collected in the first supply pipe 7 is supplied to the valve 7.
Switching between the supply pipe line 3 and the vent line 4 is performed by a and 7b. Further, the raw material gas generated in the bubbler 12 and collected in the second supply pipe 8 is supplied to the valves 8a and 8b.
Is switched between the supply line 3 and the vent line 4.

【0020】一方、処理を行う基板Wは、反応管1内の
サセプタ2に保持され、反応管1内に密閉収納した状態
で所定温度に保持される。そして、所定温度に保持され
た基板Wに対して、上述のように各原料ガスがそれぞれ
に調整された流量で供給され、基板Wの処理が行われ
る。
On the other hand, the substrate W to be processed is held by the susceptor 2 in the reaction tube 1 and is kept at a predetermined temperature in a state of being housed in the reaction tube 1 in a closed state. Then, as described above, each source gas is supplied to the substrate W maintained at a predetermined temperature at a flow rate adjusted respectively, and the processing of the substrate W is performed.

【0021】尚、窒化物半導体としてホウ素(B)が導
入された窒化ガリウムを成長させる場合には、ホウ素原
料ガス用の原料溶液としてトリエチルボロンを用いる。
また、窒化物半導体としてアルミニウム(Al)が導入
された窒化ガリウム(AlGaN,AlGaInN)、
または窒化アルミニウム(AlN)を成長させる場合に
は、アルミニウム原料ガス用の原料溶液としてトリメチ
ルアルミニウムを用いる。さらに、窒化物半導体として
インジウム(In)が導入された窒化ガリウム(InG
aN,AlGaInN)、または窒化インジウム(In
N)を成長させる場合には、インジウム原料ガス用の原
料としてトリメチルインジウムを用いる。これらの原料
は、ガリウム原料ガス用の原料溶液となるTMGと同様
にバブラ内に貯蔵され、キャリアガス(ここでは水素ガ
ス)と共に反応管1内に供給されることとする。尚、ト
リメチルインジウムは固体原料であるため、バブラ内に
おいて溶解させて用いることとする。以上の他にも、窒
化物半導体を構成する材料に応じたIII族原料ガス供給
用の原料(原料溶液)を、同様に用いることとする。さ
らにここでは、シリコン(Si)原料としてテトラエチ
ルシランを用いる場合を説明したが、シリコン原料とし
ては、テトラエチルシランに限定されることなく、モノ
シランやジシランを用いても良い。
When growing gallium nitride into which boron (B) is introduced as a nitride semiconductor, triethylboron is used as a source solution for a boron source gas.
Gallium nitride (AlGaN, AlGaInN) into which aluminum (Al) is introduced as a nitride semiconductor;
Alternatively, when growing aluminum nitride (AlN), trimethyl aluminum is used as a source solution for an aluminum source gas. Further, gallium nitride (InG) into which indium (In) is introduced as a nitride semiconductor is used.
aN, AlGaInN) or indium nitride (In)
When growing N), trimethylindium is used as a raw material for the indium raw material gas. These raw materials are stored in a bubbler like TMG which is a raw material solution for gallium raw material gas, and supplied into the reaction tube 1 together with a carrier gas (here, hydrogen gas). Since trimethylindium is a solid raw material, it is used after being dissolved in a bubbler. In addition to the above, a raw material (raw material solution) for supplying a group III raw material gas according to the material constituting the nitride semiconductor is used in the same manner. Furthermore, here, the case where tetraethylsilane is used as the silicon (Si) raw material has been described, but the silicon raw material is not limited to tetraethylsilane, and monosilane or disilane may be used.

【0022】図2は本発明の第1実施形態に係る基板の
温度シーケンスと、各原料ガスの導入のタイミングを示
すグラフである。以下に、このグラフおよび上記図1を
用いて窒化物半導体の成長方法の第1実施形態を説明す
る。
FIG. 2 is a graph showing the temperature sequence of the substrate and the timing of introducing each source gas according to the first embodiment of the present invention. The first embodiment of the nitride semiconductor growth method will be described below with reference to this graph and FIG.

【0023】先ず、MOCVD装置の反応管1内のサセ
プタ2上に基板Wを載置固定し、反応管1内を密閉す
る。この基板Wは、窒化物半導体基板であり、結晶性の
窒化ガリウムからなるか、またはサファイアなどの異種
基板上に結晶性の窒化ガリウム層を形成してなることと
する。
First, the substrate W is mounted and fixed on the susceptor 2 in the reaction tube 1 of the MOCVD apparatus, and the inside of the reaction tube 1 is sealed. This substrate W is a nitride semiconductor substrate and is made of crystalline gallium nitride or a crystalline gallium nitride layer formed on a heterogeneous substrate such as sapphire.

【0024】次に、基板Wの加熱を開始すると共に、反
応管1内のガスを排気しながら、反応管1内へのアンモ
ニアガス(NH3)の供給を開始する。尚、反応管1内
へのアンモニアガスの供給は、反応管1内が室温状態か
ら開始しても良く、以降のTMGの供給以前であれば基
板Wの温度がある程度昇温した後であっても良い。
Next, the heating of the substrate W is started, and the supply of ammonia gas (NH 3 ) into the reaction tube 1 is started while the gas in the reaction tube 1 is exhausted. The supply of the ammonia gas into the reaction tube 1 may be started from a room temperature state in the reaction tube 1, and after the temperature of the substrate W has increased to some extent before the supply of TMG thereafter. Is also good.

【0025】そして、反応管1内にアンモニアガスを供
給しつつ、基板Wの温度を、第1の成長温度Tg1にま
で所定速度で上昇させる。この際、第1の成長温度Tg
1は、400℃〜600℃の範囲に設定されることとす
る。
Then, while supplying ammonia gas into the reaction tube 1, the temperature of the substrate W is raised at a predetermined speed to the first growth temperature Tg1. At this time, the first growth temperature Tg
1 is set in the range of 400 ° C. to 600 ° C.

【0026】そして、基板Wの温度を400℃〜600
℃の範囲に保持すると共に、反応管1内へのIII族原料
(ここではTMG)の供給を開始し、基板Wの表面に、
この基板Wと同一材料(すなわち窒化ガリウム)からな
る低温バッファー層を形成する。この低温バッファー層
は、非晶質層または多結晶層さらにはこれらの混合層と
なる。尚、TMGの供給と同時にテトラエチルシランの
供給も開始し、以降の工程で成長させる結晶性の窒化物
半導体と同様の組成の低温バッファー層を成長させる。
また、TMGおよびテトラエチルシランの供給開始は、
基板Wの温度が300℃に達した以降、好ましくは40
0℃に達した以降に設定されることとする。これによ
り、窒素原料として供給されるアンモニアが分解した後
にTMGを供給することが可能になり、ガリウムと窒素
とを良好に結合させた低温バッファー層を形成すること
が可能になる。
Then, the temperature of the substrate W is set at 400 ° C. to 600 ° C.
C., and supply of the group III raw material (here, TMG) into the reaction tube 1 is started.
A low-temperature buffer layer made of the same material as the substrate W (that is, gallium nitride) is formed. This low temperature buffer layer becomes an amorphous layer or a polycrystalline layer, or a mixed layer thereof. The supply of tetraethylsilane is started simultaneously with the supply of TMG, and a low-temperature buffer layer having the same composition as the crystalline nitride semiconductor to be grown in the subsequent steps is grown.
Also, the start of supply of TMG and tetraethylsilane
After the temperature of the substrate W reaches 300 ° C.,
It will be set after reaching 0 ° C. This makes it possible to supply TMG after the ammonia supplied as the nitrogen source is decomposed, and to form a low-temperature buffer layer in which gallium and nitrogen are preferably combined.

【0027】ここで、各原料ガスの流量は、一例として
アンモニアガスが10slm(standard liter/minute
s:標準状態でのliter/minutes)、TMGが50μm
ol/min、テトラエチルシランが1.5×10-3
μmol/minに設定される。
Here, the flow rate of each source gas is, for example, 10 slm (standard liter / minute) of ammonia gas.
s: liter / minutes under standard conditions), TMG is 50 μm
ol / min, 1.5 × 10 −3 of tetraethylsilane
It is set to μmol / min.

【0028】そして、30nm〜50nmの膜厚で、好
ましくは38nm〜40nmの膜厚で低温バッファー層
を形成した後、基板Wの温度を第2の成長温度Tg2に
まで所定速度で上昇させる。この際、第2の成長温度T
g2は、600℃よりも高く、900℃以上1300℃
以下(900℃〜1300℃)の範囲、好ましくは10
00℃〜1200℃の範囲に設定されることとする。
After forming the low-temperature buffer layer with a thickness of 30 to 50 nm, preferably 38 to 40 nm, the temperature of the substrate W is raised at a predetermined rate to the second growth temperature Tg2. At this time, the second growth temperature T
g2 is higher than 600 ° C. and 900 ° C. or higher and 1300 ° C.
Below (900 ° C. to 1300 ° C.), preferably 10
The temperature is set in the range of 00 ° C to 1200 ° C.

【0029】この第1の成長温度Tg1から第2の成長
温度Tg2までの昇温期間には、反応管1内へのアンモ
ニアガスの供給は続けられることとする。これにより、
低温バッファー層からの窒素の抜けを防止する。ただ
し、TMGおよびテトラメチルシランの供給は、この昇
温期間の間には停止しても良く、続けても良い。ただ
し、昇温基板の間に、TMGおよびテトラメチルシラン
の供給を停止した場合、基板Wの温度が第2の成長温度
Tg2に達してから20分を越えるまで前にTMGおよ
びテトラメチルシランの供給を再開させることとする。
このようにTMGの再供給時間を設定することで、低温
バッファー層表面からの窒化物半導体構成材料の脱離を
防止する。
During the temperature rise period from the first growth temperature Tg1 to the second growth temperature Tg2, the supply of ammonia gas into the reaction tube 1 is continued. This allows
Prevents escape of nitrogen from the low temperature buffer layer. However, the supply of TMG and tetramethylsilane may be stopped or continued during this heating period. However, when the supply of TMG and tetramethylsilane is stopped between the heated substrates, the supply of TMG and tetramethylsilane is performed before the temperature of the substrate W reaches the second growth temperature Tg2 and exceeds 20 minutes. Will be restarted.
By setting the re-supply time of TMG in this manner, detachment of the nitride semiconductor constituent material from the surface of the low-temperature buffer layer is prevented.

【0030】そして、第2の成長温度Tg2に保った基
板WにTMGを供給することにより、低温バッファー層
が形成された基板W表面に、基板Wと同一材料(すなわ
ち窒化ガリウム)で構成された窒化物半導体を結晶成長
させる。そして、結晶性の窒化物半導体の膜厚が所定値
に達したところで、反応管1内への各原料ガスの供給を
停止し、基板W温度を降下させ、一連の窒化物半導体の
成長工程を終了させる。ただし、窒素原料となるアンモ
ニアガスは、基板W温度の降下中も供給し続けても良
い。
Then, by supplying TMG to the substrate W maintained at the second growth temperature Tg2, the same material as the substrate W (ie, gallium nitride) was formed on the surface of the substrate W on which the low-temperature buffer layer was formed. A nitride semiconductor crystal is grown. When the thickness of the crystalline nitride semiconductor reaches a predetermined value, the supply of each source gas into the reaction tube 1 is stopped, the temperature of the substrate W is lowered, and a series of nitride semiconductor growth steps is performed. Terminate. However, the ammonia gas serving as the nitrogen raw material may be continuously supplied even when the temperature of the substrate W is falling.

【0031】以上の窒化物半導体の成長方法では、結晶
性の窒化物半導体からなる基板W上に、400℃〜60
0℃の低温処理によって基板Wと同一材料で構成された
低温バッファー層を形成した後、この低温バッファー層
の形成よりも高温の処理にて基板Wと同一材料で構成さ
れた窒化物半導体を結晶成長させている。このため、低
温バッファー層を有する基板は、600℃よりも高い第
2の成長温度Tg2にまでさらに昇温され、この昇温過
程において低温バッファー層内に微小成長核が形成され
る。そして、窒化物半導体を結晶成長させる際には、こ
の微小成長核を中心に窒化物半導体の二次元成長が加速
され、これによって基板Wの上部に表面平坦な窒化物半
導体が形成されることになる。
In the above-described method for growing a nitride semiconductor, the substrate W made of a crystalline nitride semiconductor is
After forming a low-temperature buffer layer composed of the same material as the substrate W by low-temperature processing at 0 ° C., a nitride semiconductor composed of the same material as the substrate W is crystallized by processing at a higher temperature than the formation of the low-temperature buffer layer. Growing. For this reason, the substrate having the low-temperature buffer layer is further heated to the second growth temperature Tg2 higher than 600 ° C., and in this heating process, minute growth nuclei are formed in the low-temperature buffer layer. Then, when growing the crystal of the nitride semiconductor, the two-dimensional growth of the nitride semiconductor is accelerated centering on the micro-growth nucleus, whereby a nitride semiconductor having a flat surface on the upper surface of the substrate W is formed. Become.

【0032】この結果、結晶性の窒化物半導体からなる
基板W上に、表面性および結晶状態が良好で発光素子や
受光素子に好適に用いることが可能な窒化物半導体を結
晶成長させることが可能になる。
As a result, on the substrate W made of a crystalline nitride semiconductor, it is possible to grow a crystal of the nitride semiconductor having good surface properties and crystalline state and suitable for use in a light emitting element and a light receiving element. become.

【0033】図3には、低温バッファー層の形成工程を
行った場合と行わない場合とで、基板W上に形成された
窒化物半導体の表面粗さを比較した結果を示す。
FIG. 3 shows the result of comparing the surface roughness of the nitride semiconductor formed on the substrate W with and without the step of forming the low-temperature buffer layer.

【0034】ここで、低温バッファー層の形成工程有り
の場合には、基板Wを第1の成長温度Tg1=500℃
にまで昇温させた時点でTMGの供給を開始して40n
mの膜厚の低温バッファー層を形成し、その後TMGの
供給を一時停止して基板Wを第2の成長温度Tg2=1
100℃にまで昇温させ、10分経過した後に再度TM
Gの供給を開始して膜厚2μmの結晶性の窒化物半導体
を形成した。
Here, when the low-temperature buffer layer is formed, the substrate W is heated to the first growth temperature Tg1 = 500 ° C.
When the temperature was raised to, the supply of TMG was started and 40 n
m, a supply of TMG is temporarily stopped, and the substrate W is cooled to the second growth temperature Tg2 = 1.
The temperature was raised to 100 ° C., and after 10 minutes, TM
The supply of G was started to form a crystalline nitride semiconductor having a thickness of 2 μm.

【0035】一方、低温バッファー層の形成工程無しの
場合には、基板Wを成長温度Tg=1100℃にまで昇
温させた時点でTMGの供給を開始し、膜厚2μmの結
晶性の窒化物半導体を形成した。
On the other hand, when the low-temperature buffer layer was not formed, the supply of TMG was started when the substrate W was heated to the growth temperature Tg = 1100 ° C., and the crystalline nitride having a thickness of 2 μm was formed. A semiconductor was formed.

【0036】尚、表面粗さは、得られた窒化物半導体の
表面段差を表面段差計で測定し、表面の凹凸のトップと
ボトムとの間隔を表面段差Δd(μm)として表示し
た。
The surface roughness was measured by measuring the surface step of the obtained nitride semiconductor with a surface step meter, and the distance between the top and bottom of the surface irregularities was indicated as a surface step Δd (μm).

【0037】図3のグラフに示されるように、基板W上
に低温バッファー層を形成した後に結晶性の窒化物半導
体を結晶成長させた場合には、低温バッファー層を形成
せずに基板W上に結晶性の窒化物半導体を成長させた場
合と比較し、表面段差Δdが小さく表面状態の良好な窒
化物半導体が基板W上に形成されることが確認できた。
As shown in the graph of FIG. 3, when the crystalline nitride semiconductor is grown after forming the low-temperature buffer layer on the substrate W, the low-temperature buffer layer is not formed on the substrate W. It was confirmed that a nitride semiconductor having a small surface step Δd and a good surface state was formed on the substrate W as compared with the case where a crystalline nitride semiconductor was grown.

【0038】また、図4には、低温バッファー層の形成
工程を行った場合と行わない場合とで、基板W上に形成
された窒化物半導体の発光強度を比較した結果を示す。
各場合における窒化物半導体の成長手順は、図3の表面
段差Δdを測定した窒化物半導体と同様であることと
し、不純物としてシリコンを2×1018個/cm3の濃
度で含有する窒化物半導体を、基板W上に2μmの膜厚
でホモエピタキシャル成長させた。
FIG. 4 shows the results of comparison of the emission intensity of the nitride semiconductor formed on the substrate W with and without the low-temperature buffer layer forming step.
The growth procedure of the nitride semiconductor in each case is the same as that of the nitride semiconductor in which the surface step Δd was measured in FIG. 3, and the nitride semiconductor containing silicon as an impurity at a concentration of 2 × 10 18 / cm 3. Was homoepitaxially grown on the substrate W to a thickness of 2 μm.

【0039】そして、基板W上に成長させた窒化物半導
体に関し、フォトルミネッセンス測定を行った。この
際、窒化物半導体の励起にはHe−Cdレーザ(波長3
25nm)を用い、室温にてフォトルミネッセンス測定
を行った。そして、図4には、フォトルミネッセンス測
定における発光積分強度を、最も強度の高い値を1.0
とした相対値で示した。
Then, photoluminescence measurement was performed on the nitride semiconductor grown on the substrate W. At this time, a He-Cd laser (wavelength 3
25 nm) at room temperature. FIG. 4 shows the integrated emission intensity in the photoluminescence measurement, where the highest value is 1.0%.
The relative values are shown as follows.

【0040】図4のグラフに示されるように、結晶性の
窒化物半導体からなる基板W上に、同一材料で構成され
た低温バッファー層を形成した後に結晶性の窒化物半導
体を結晶成長させた場合には、低温バッファー層を形成
せずに基板上に窒化物半導体をホモエピタキシャル成長
させた場合と比較し、フォトルミネッセンスの発光積分
強度が高く、すなわち非発光センタの少ない結晶状態の
良好な窒化物半導体が基板W上に形成されることが確認
できた。
As shown in the graph of FIG. 4, a low-temperature buffer layer made of the same material was formed on a substrate W made of a crystalline nitride semiconductor, and then the crystalline nitride semiconductor was grown. In this case, compared to the case where a nitride semiconductor is homoepitaxially grown on a substrate without forming a low-temperature buffer layer, the integrated emission intensity of photoluminescence is high, that is, a nitride having a good crystalline state with few non-emission centers It was confirmed that the semiconductor was formed on the substrate W.

【0041】またここで、低温バッファー層の形成工程
を経て得られた窒化物半導体は、低温バッファー層の形
成工程を経ずに得られた窒化物半導体と比較して、原子
間力顕微鏡による表面の原子ステップの出方が鮮明であ
り、原子レベルでの明瞭な表面平坦性が確認された。し
かも、透過型電子顕微鏡での観察によれば、基板Wとそ
の表面上に成長させた窒化物半導体との界面に新たに発
生した欠陥はほとんど見られず、結晶状態の良好な窒化
物半導体が得られていることが確認された。
Here, the nitride semiconductor obtained through the low-temperature buffer layer forming step is compared with the nitride semiconductor obtained without the low-temperature buffer layer forming step by using an atomic force microscope. The step of the atomic step was clear, and clear surface flatness at the atomic level was confirmed. In addition, according to observation with a transmission electron microscope, a newly generated defect is hardly observed at the interface between the substrate W and the nitride semiconductor grown on the surface thereof, and a nitride semiconductor having a good crystalline state is obtained. It was confirmed that it was obtained.

【0042】尚、上述した実施形態においては、結晶性
の窒化ガリウムからなる基板上に窒化ガリウムからなる
低温バッファー層を形成し、さらにこの低温バッファー
層上に窒化ガリウムを結晶成長させる手順を示した。し
かし本発明は、基板、バッファー層およびその上部に結
晶成長させる窒化物半導体層が同一組成材料で有る場合
に限定されることはない。例えば、基板および結晶性の
窒化物半導体層は、それぞれが、一般式BuAlxGay
InzN(0≦u≦1,0≦x≦1,0≦y≦1,0≦
z≦1,u+x+y+z=1)で表されるIII族原料と
窒化物とからなる結晶層の窒化物半導体であれば、異な
る組成であっても良く、同様の効果を得ることができ
る。同様に、低温バッファー層も、上記一般式に示す窒
化物半導体を構成する材料を用いた構成であれば、基板
および結晶性の窒化物半導体層と同一組成である必要は
ない。
In the above-described embodiment, a procedure was described in which a low-temperature buffer layer made of gallium nitride was formed on a substrate made of crystalline gallium nitride, and crystal growth of gallium nitride was performed on this low-temperature buffer layer. . However, the present invention is not limited to the case where the substrate, the buffer layer, and the nitride semiconductor layer on which the crystal is grown are made of the same composition material. For example, the substrate and the crystallinity of the nitride semiconductor layer, respectively, the general formula B u Al x Ga y
In z N (0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦
A different composition may be used as long as it is a nitride semiconductor of a crystal layer composed of a group III raw material and a nitride represented by z ≦ 1, u + x + y + z = 1), and similar effects can be obtained. Similarly, the low-temperature buffer layer does not need to have the same composition as the substrate and the crystalline nitride semiconductor layer as long as the low-temperature buffer layer is formed using the material constituting the nitride semiconductor represented by the above general formula.

【0043】また、上述した実施形態においては、結晶
性の窒化物半導体からなる基板上に、直接低温バッファ
ー層を形成した後に結晶性の窒化物半導体を結晶成長さ
せる手順を説明した。しかし本発明は、窒化物半導体上
に酸化シリコン(SiO2)等からなるパターンを形成
し、このパターンから露出する窒化物半導体部分から低
温バッファー層を形成して結晶性の窒化物半導体を結晶
成長させる場合にも同様に適用でき、同様の効果を得る
ことができる。
Further, in the above-described embodiment, the procedure of forming a low-temperature buffer layer directly on a substrate made of a crystalline nitride semiconductor and then growing the crystal of the crystalline nitride semiconductor was described. However, according to the present invention, a pattern made of silicon oxide (SiO 2 ) or the like is formed on a nitride semiconductor, and a low-temperature buffer layer is formed from a portion of the nitride semiconductor exposed from the pattern to grow a crystalline nitride semiconductor. The same effect can be obtained in the case of performing the same.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように本発明の窒化物半導
体の成長方法によれば、結晶性の窒化物半導体からなる
基板上に、窒化物半導体を表面平坦に結晶成長させるこ
とができ、表面性および結晶状態が良好で発光素子や受
光素子に好適に用いることが可能な窒化物半導体を得る
ことが可能になる。
As described above, according to the method for growing a nitride semiconductor of the present invention, a nitride semiconductor can be crystal-grown with a flat surface on a substrate made of a crystalline nitride semiconductor. It is possible to obtain a nitride semiconductor which has favorable properties and a crystalline state and can be suitably used for a light emitting element or a light receiving element.

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

【図1】本発明の窒化物半導体の成長方法に用いるMO
CVD装置の一例を示す構成図である。
FIG. 1 shows an MO used in a nitride semiconductor growth method of the present invention.
It is a block diagram which shows an example of a CVD apparatus.

【図2】実施形態における窒化物半導体の成長方法を説
明するための基板温度シーケンスの一例を示すグラフで
ある。
FIG. 2 is a graph showing an example of a substrate temperature sequence for explaining a nitride semiconductor growth method in the embodiment.

【図3】低温バッファー層形成工程の有無と表面粗さと
の関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the presence or absence of a low-temperature buffer layer forming step and the surface roughness.

【図4】低温バッファー層形成工程の有無と発光強度と
の関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the presence or absence of a low-temperature buffer layer forming step and the emission intensity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

W…基板(窒化物半導体基板) W: Substrate (nitride semiconductor substrate)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G077 AA03 BE15 DB01 DB13 EA02 EF03 TB05 TC06 TC14 TC19 5F041 AA40 CA34 CA40 CA65 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AD09 AD15 AF04 AF09 BB12 CA12 CA13 CB02 DA53 5F088 AB07 BA18 CB04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4G077 AA03 BE15 DB01 DB13 EA02 EF03 TB05 TC06 TC14 TC19 5F041 AA40 CA34 CA40 CA65 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AD09 AD15 AF04 AF09 BB12 CA12 CA13 CB02 DA53 5F088 AB07 BA18 CB04

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶性の窒化物半導体からなる基板上に
窒化物半導体を結晶成長させる方法であって、 前記基板に対して原料ガスを供給すると共に当該基板を
400℃〜600℃の温度範囲に保持することで、当該
基板表面に窒化物半導体材料で構成された低温バッファ
ー層を形成する工程と、 前記基板に対して原料ガスを供給すると共に当該基板を
600℃よりも高い所定の温度に保持することで、前記
低温バッファー層が形成された当該基板表面に窒化物半
導体を結晶成長させる工程とを行うことを特徴とする窒
化物半導体の成長方法。
1. A method for growing a nitride semiconductor on a substrate made of a crystalline nitride semiconductor, the method comprising: supplying a source gas to the substrate and subjecting the substrate to a temperature range of 400 ° C. to 600 ° C. Forming a low-temperature buffer layer composed of a nitride semiconductor material on the surface of the substrate by supplying the source gas to the substrate and raising the substrate to a predetermined temperature higher than 600 ° C. Holding the low-temperature buffer layer to perform crystal growth of the nitride semiconductor on the surface of the substrate on which the low-temperature buffer layer is formed.
【請求項2】 請求項1記載の窒化物半導体の成長方法
において、 前記窒化物半導体を結晶成長させる工程では、前記基板
を900℃〜1300℃の温度範囲に保持することを特
徴とする窒化物半導体の成長方法。
2. The nitride semiconductor growth method according to claim 1, wherein in the step of growing the crystal of the nitride semiconductor, the substrate is kept at a temperature in a range of 900 ° C. to 1300 ° C. Semiconductor growth method.
【請求項3】 請求項1記載の窒化物半導体の成長方法
において、 前記低温バッファー層を形成する工程と、前記窒化物半
導体を結晶成長させる工程とを複数回繰り返し行うこと
を特徴とする窒化物半導体の成長方法。
3. The nitride semiconductor growth method according to claim 1, wherein the step of forming the low-temperature buffer layer and the step of crystal-growing the nitride semiconductor are repeated a plurality of times. Semiconductor growth method.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001148545A (en) * 1999-09-09 2001-05-29 Sharp Corp Nitride semiconductor laser element and manufacturing method therefor
JP2002353144A (en) * 2001-05-23 2002-12-06 Ricoh Co Ltd p-TYPE III NITRIDE SEMICONDUCTOR, ITS PRODUCING METHOD AND SEMICONDUCTOR DEVICE

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001148545A (en) * 1999-09-09 2001-05-29 Sharp Corp Nitride semiconductor laser element and manufacturing method therefor
JP2002353144A (en) * 2001-05-23 2002-12-06 Ricoh Co Ltd p-TYPE III NITRIDE SEMICONDUCTOR, ITS PRODUCING METHOD AND SEMICONDUCTOR DEVICE

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