JP2006278402A - Manufacturing method of nitride semiconductor - Google Patents

Manufacturing method of nitride semiconductor Download PDF

Info

Publication number
JP2006278402A
JP2006278402A JP2005090952A JP2005090952A JP2006278402A JP 2006278402 A JP2006278402 A JP 2006278402A JP 2005090952 A JP2005090952 A JP 2005090952A JP 2005090952 A JP2005090952 A JP 2005090952A JP 2006278402 A JP2006278402 A JP 2006278402A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stage
nitride semiconductor
layer
manufacturing
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005090952A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4544628B2 (en
Inventor
Michiichi Takeuchi
道一 武内
Katsunobu Aoyanagi
克信 青柳
Koji Kawasaki
宏治 川崎
Toru Kinoshita
亨 木下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Tokyo Institute of Technology NUC
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
Tokuyama Corp
Tokyo Institute of Technology NUC
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokuyama Corp, Tokyo Institute of Technology NUC, RIKEN Institute of Physical and Chemical Research filed Critical Tokuyama Corp
Priority to JP2005090952A priority Critical patent/JP4544628B2/en
Publication of JP2006278402A publication Critical patent/JP2006278402A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4544628B2 publication Critical patent/JP4544628B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a nitride semiconductor capable of manufacturing superior single crystal of nitride semiconductor having high quality. <P>SOLUTION: The manufacturing method of a nitride semiconductor includes a first step of forming an amorphous GaN layer, a second step of forming a micro three-dimensional crystal nucleus, by subjecting the GaN layer formed in the first step to temperature rising annealing for partial crystallization, a third step of forming a periodic lamination structure in which an Al<SB>x</SB>Ga<SB>1-x</SB>N (0≤x<1) layer and an AlN layer are laminated alternately by a plurality of layers on the micro three-dimensional crystal nucleus formed in the second step, and a fourth step of forming a single-crystal layer of the nitride semiconductor on the periodic lamination structure formed in the third step. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体の製造方法に関し、さらに詳細には、高品質な窒化物半導体を作製することのできる窒化物半導体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor, and more particularly to a method for manufacturing a nitride semiconductor capable of producing a high-quality nitride semiconductor.

近年、深紫外波長領域(波長200〜350nm)の光を発生するデバイスの材料として、窒化物半導体が非常に注目されている。   In recent years, nitride semiconductors have attracted a great deal of attention as materials for devices that generate light in the deep ultraviolet wavelength region (wavelength 200 to 350 nm).

こうした深紫外波長領域(波長200〜350nm)の光を発生するデバイスの材料として用いられる窒化物半導体の代表的なものとして、GaN、AlGaNあるいはAlNなどがある。   Typical examples of the nitride semiconductor used as a material for a device that generates light in the deep ultraviolet wavelength region (wavelength 200 to 350 nm) include GaN, AlGaN, and AlN.

従来、こうしたGaN、AlNあるはAlGaNなどの単結晶は、以下に説明するような製造方法により製造されていた。   Conventionally, such single crystals such as GaN, AlN, or AlGaN have been manufactured by a manufacturing method as described below.

なお、GaN、AlNあるいはAlGaNなどの単結晶の製造には、有機金属気相エピタキシー法(MOVPE)、ハイドライド気相エピタキシー法(HVPE)、分子線エピタキシー法(MBE)を代表とする従来より公知の結晶成長装置が使用されている。   For the production of single crystals such as GaN, AlN or AlGaN, conventionally known methods such as metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), hydride vapor phase epitaxy (HVPE), and molecular beam epitaxy (MBE) are known. A crystal growth apparatus is used.

図1には、こうした公知の結晶成長装置のうち本発明で使用した結晶成長装置である有機金属気相エピタキシー法(MOVPE)装置の概略構成説明図が示されており、結晶成長装置10は、原料ガスを内部に導入するための導入口12aと内部に存在しているガスを排出するための排気口12bとを備えた結晶成長反応炉12と、結晶成長反応炉12の内部配置されて表面にGaN、AlNあるはAlGaNなどの単結晶を成膜させる基板14を載置するためのサセプター16と、結晶成長反応炉12の外周に巻回されてサセプター16を誘導加熱する誘導加熱コイル18とを有して構成されている。   FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) apparatus which is a crystal growth apparatus used in the present invention among such known crystal growth apparatuses. A crystal growth reactor 12 having an inlet 12a for introducing a raw material gas into the interior and an exhaust port 12b for exhausting a gas existing inside, and a surface disposed inside the crystal growth reactor 12 A susceptor 16 for placing a substrate 14 on which a single crystal such as GaN, AlN or AlGaN is deposited, and an induction heating coil 18 wound around the outer periphery of the crystal growth reactor 12 to inductively heat the susceptor 16; It is comprised.

以下に説明するGaN、AlGaNあるいはAlNの単結晶の製造方法は、上記した結晶成長装置10により単結晶成長させることにより製造される。   A method for manufacturing a single crystal of GaN, AlGaN or AlN described below is manufactured by growing a single crystal using the crystal growth apparatus 10 described above.


I.GaNの製造方法
まず、GaNの単結晶の製造方法について説明する。

I. First, a method for producing a GaN single crystal will be described.

GaNの単結晶の製造は、以下に示すステージ(1−1)〜(1−6)の工程の順番で処理することにより行われる。ステージ(1−1)〜(1−6)の工程で製造されたGaNを特定するにあたっては、「(1−x)系」と称することとする。   Manufacture of the single crystal of GaN is performed by processing in the order of the process of the following stages (1-1)-(1-6). In specifying GaN manufactured in the steps (1-1) to (1-6), it is referred to as “(1-x) system”.

なお、以下の説明においては、図2に示すステージ(1−1)〜(1−6)により作製される(1−x)系のGaNの成長時間の変化に伴う反射率の変化を示すグラフ、図3(a)に示すステージ(1−2)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真、図3(b)に示すステージ(1−2)の終了時における基板14の断面概念図、図4(a)に示すステージ(1−3)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真、図4(b)に示すステージ(1−3)の終了時における基板14の断面概念図、図5(a)に示すステージ(1−4)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真および図5(b)に示すステージ(1−4)の終了時における基板14の断面概念図をあわせて参照する。   In the following description, a graph showing a change in reflectance accompanying a change in the growth time of (1-x) GaN produced by stages (1-1) to (1-6) shown in FIG. FIG. 3A is a Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (1-2) shown in FIG. 3A, FIG. 4B is a conceptual cross-sectional view of the substrate 14 at the end of the stage (1-2) shown in FIG. Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (1-3) shown in (a), conceptual cross-sectional view of the substrate 14 at the end of the stage (1-3) shown in FIG. 4 (b), FIG. A Nomarski optical micrograph photographed at the end of the stage (1-4) shown in FIG. 5 and a conceptual sectional view of the substrate 14 at the end of the stage (1-4) shown in FIG.

ステージ(1−1):GaNの単結晶を成長させる基板14(具体的には、サファイア基板である。)の基板温度を550℃の低温とし炉内圧力を200mbarとして、TMGとNHとを結晶成長反応炉12内にフローさせ、アモルファス状のGaN層を20nmの厚さに形成する。このときに、形成されたアモルファス状のGaN層の表面を観察すると、平坦な膜が形成されている。 Stage (1-1): (. Specifically, a sapphire substrate) The substrate 14 for growing a single crystal of GaN low temperature and then furnace pressure and the substrate temperature 550 ° C. as 200 mbar, the TMG and NH 3 The amorphous GaN layer is formed to a thickness of 20 nm by flowing into the crystal growth reactor 12. At this time, when the surface of the formed amorphous GaN layer is observed, a flat film is formed.

ステージ(1−2):ステージ(1−1)の後に、HとNHとのフロー下で、基板14の基板温度をGaNの成長温度である1050℃まで6分で昇温する。この際に、アモルファス状のGaN層は、部分的に結晶化される。即ち、図3(a)に示すステージ(1−2)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真からは、基板14の表面にGaN層の結晶化した部分が微小3次元結晶核となって観察できる。図3(b)には、ステージ(1−2)の終了時における基板14の断面概念図が示されている。 Stage (1-2): After stage (1-1), the substrate temperature of the substrate 14 is raised to 1050 ° C., which is the growth temperature of GaN, in 6 minutes under the flow of H 2 and NH 3 . At this time, the amorphous GaN layer is partially crystallized. That is, from the Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (1-2) shown in FIG. 3A, the crystallized portion of the GaN layer on the surface of the substrate 14 can be observed as a minute three-dimensional crystal nucleus. . FIG. 3B shows a conceptual cross-sectional view of the substrate 14 at the end of the stage (1-2).

ステージ(1−3):基板14の基板温度が1050℃に到達した後に、TMGフローを再開するとGaNの成長が開始されることになるのだが、成長初期にはステージ(1−2)で形成された微小3次元結晶核を元とした3次元成長が生じ、初期核が3次元的に発達する。即ち、図4(a)に示すステージ(1−3)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真からは、基板14の表面において微小3次元結晶核が3次元成長した3次元ファセット構造が観察できる。図4(b)には、ステージ(1−3)の終了時における基板14の断面概念図が示されている。   Stage (1-3): After the substrate temperature of the substrate 14 reaches 1050 ° C., when the TMG flow is restarted, the growth of GaN will start. Three-dimensional growth based on the formed small three-dimensional crystal nucleus occurs, and the initial nucleus develops three-dimensionally. That is, from the Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (1-3) shown in FIG. 4A, a three-dimensional facet structure in which minute three-dimensional crystal nuclei are three-dimensionally grown on the surface of the substrate 14 can be observed. FIG. 4B shows a conceptual cross-sectional view of the substrate 14 at the end of the stage (1-3).

ステージ(1−4):成長が進み、膜厚が100〜150nm程度になると、微小3次元結晶核が3次元成長した3次元ファセット構造同士が会合するようになる。その際には、成長温度を上げるために基板14の基板温度を1080℃まで上昇させる。図5(a)にはステージ(1−4)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真が示されており、図5(b)にはステージ(1−3)の終了時における基板14の断面概念図が示されている。   Stage (1-4): As the growth progresses and the film thickness becomes about 100 to 150 nm, the three-dimensional facet structures in which minute three-dimensional crystal nuclei are three-dimensionally grown come to associate with each other. At that time, the substrate temperature of the substrate 14 is raised to 1080 ° C. in order to increase the growth temperature. FIG. 5A shows a Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (1-4), and FIG. 5B shows a sectional concept of the substrate 14 at the end of the stage (1-3). The figure is shown.

ステージ(1−5):ステージ(1−4)の後に、成長を継続すると膜厚250〜500nm程度でほぼ平坦面が現れる。   Stage (1-5): After the stage (1-4), when the growth is continued, a substantially flat surface appears with a film thickness of about 250 to 500 nm.

ステージ(1−6):最終的に1〜2μm程度の厚さのGaN層を形成する。そのX線評価によれば、(002)ロッキングカーブ半値幅が250〜350arcsec、および(100)ロッキングカーブ半値幅が400〜arcsecといった品質のGaNの単結晶が得られた。貫通転位密度としては、3×10〜cm−2といったものとなる。 Stage (1-6): Finally, a GaN layer having a thickness of about 1 to 2 μm is formed. According to the X-ray evaluation, GaN single crystals of (002) rocking curve half width of 250 to 350 arcsec and (100) rocking curve half width of 400 to arcsec were obtained. The threading dislocation density is 3 × 10 8 to cm −2 .


上記したステージ(1−1)〜(1−6)の工程で製造されたGaN層は、InGaNを活性層として用いる青色LED素子の下地層として十分な品質を備えるものであった。

The GaN layer manufactured in the steps (1-1) to (1-6) described above has sufficient quality as a base layer of a blue LED element using InGaN as an active layer.


II.AlNの製造方法
次に、AlNの単結晶の製造方法について説明する。

II. Next, a method for producing an AlN single crystal will be described.

以下においては、AlNの単結晶の製造方法として、ステージ(2−1)〜(2−4)の工程による製造方法と、ステージ(3−1)〜(3−6)の工程による製造方法とについて説明する。   In the following, as a method for producing a single crystal of AlN, a production method according to the steps (2-1) to (2-4) and a production method according to the steps (3-1) to (3-6) Will be described.

AlNは、ステージ(2−1)〜(2−4)あるいはステージ(3−1)〜(3−6)の工程の順番で処理することにより、それぞれ製造されるものである。なお、ステージ(2−1)〜(2−4)の工程で製造されたAlNを特定するにあたっては「(2−x)系」と称することとし、ステージ(3−1)〜(3−6)の工程で製造されたAlNを特定するにあたっては「(3−x)系」と称することとする。   AlN is manufactured by processing in the order of steps (2-1) to (2-4) or stages (3-1) to (3-6). In specifying the AlN manufactured in the steps (2-1) to (2-4), it is referred to as “(2-x) system”, and the stages (3-1) to (3-6) are used. In identifying the AlN produced in the process of), it is referred to as “(3-x) system”.


II−1.(2−x)系のAlNの製造方法
ステージ(2−1):AlNの単結晶を成長させる基板14(具体的には、サファイア基板である。)の基板温度を620℃の低温とし炉内圧力を100mbarとして、TMAとNHとを結晶成長反応炉12内にフローさせ、アモルファス状のAlN層を40nmの厚さに形成する。このときに、形成されたアモルファス状のAlN層の表面を観察すると、平坦な膜が形成されている。

II-1. (2-x) Production Method of AlN Stage (2-1): The temperature of the substrate 14 (specifically, a sapphire substrate) on which an AlN single crystal is grown is set to a low temperature of 620 ° C. TMA and NH 3 are flowed into the crystal growth reactor 12 at a pressure of 100 mbar, and an amorphous AlN layer is formed to a thickness of 40 nm. At this time, when the surface of the formed amorphous AlN layer is observed, a flat film is formed.

ステージ(2−2):ステージ(2−1)の後に、HとNHとのフロー下で、基板14の基板温度をAlNの成長温度である1130℃まで4分で昇温する。この際に、アモルファス状のAlN層は部分的に結晶化されるが、アモルファス状のGaN層の場合とは異なり、明瞭な3次元的な構造は形成されず、顕微鏡レベルでは平坦なままである。 Stage (2-2): After stage (2-1), the substrate temperature of the substrate 14 is raised to 1130 ° C., which is the growth temperature of AlN, in 4 minutes under the flow of H 2 and NH 3 . At this time, the amorphous AlN layer is partially crystallized, but unlike the amorphous GaN layer, a clear three-dimensional structure is not formed and remains flat at the microscope level. .

ステージ(2−3):基板14の基板温度が1130℃に到達した後に炉内圧力を50mbarとして、TMAフローを再開するとAlNの成長が開始されることになるのだが、ステージ(2−2)で形成された表面が平坦なために、ステージ(1−2)の場合とは異なり成長初期から平坦面を確保して成長は進む。   Stage (2-3): When the substrate temperature of the substrate 14 reaches 1130 ° C. and the furnace pressure is 50 mbar and the TMA flow is resumed, the growth of AlN will be started, but the stage (2-2) Since the surface formed in step (1) is flat, unlike the stage (1-2), the flat surface is secured from the initial stage of growth and the growth proceeds.

ステージ(2−4):最終的に1〜2μm程度の厚さのAlN層を形成する。そのX線評価によれば、(002)ロッキングカーブ半値幅が1000〜arcsec、および(100)ロッキングカーブ半値幅が3000〜arcsecといった品質のAlNの単結晶が得られた。貫通転位密度としては、3×1010〜cm−2といったものとなる。 Stage (2-4): Finally, an AlN layer having a thickness of about 1 to 2 μm is formed. According to the X-ray evaluation, AlN single crystals having (002) rocking curve half width of 1000 to arcsec and (100) rocking curve half width of 3000 to arcsec were obtained. The threading dislocation density is 3 × 10 10 to cm −2 .


即ち、ステージ(2−1)〜(2−4)によるAlNの製造方法においては、上記したステージ(1−1)〜(1−6)によるGaNの製造方法における初期のステージで見られた初期核形成および会合のプロセスが無いため、結晶品質が向上しないものと考えられる。

That is, in the AlN manufacturing method using the stages (2-1) to (2-4), the initial stage of the GaN manufacturing method using the stages (1-1) to (1-6) described above is the initial stage. It is considered that the crystal quality is not improved because there is no nucleation and association process.


II−2.(3−x)系のAlNの製造方法
(3−x)系のAlNの製造方法は、ステージ(2−1)〜(2−4)によるAlNの製造方法を改良したものである。

II-2. (3-x) Production Method of AlN The (3-x) production method of AlN is an improvement of the production method of AlN by stages (2-1) to (2-4).

ステージ(3−1):AlNの単結晶を成長させる基板14(具体的には、サファイア基板である。)の基板温度を620℃の低温とし炉内圧力を100mbarとして、TMAとNHとを結晶成長反応炉12内にフローさせ、アモルファス状のAlNの膜厚を40nm未満の厚さに形成する。このように、低温成長のアモルファス状のAlNの膜厚を40nmから薄くしていくと、40nmと厚い場合と異なって、サファイア上では低温成長のアモルファス状のAlNの付着の様子は局所的にムラが生じたものなる。そのムラは、形成したAlN膜厚が薄いほど顕著なものとなる。 Stage (3-1): The substrate temperature of the substrate 14 (specifically, a sapphire substrate) on which an AlN single crystal is grown is set to a low temperature of 620 ° C., the furnace pressure is set to 100 mbar, and TMA and NH 3 are mixed. The film is flowed into the crystal growth reactor 12 to form an amorphous AlN film having a thickness of less than 40 nm. Thus, when the film thickness of amorphous AlN grown at a low temperature is reduced from 40 nm, the state of adhesion of amorphous AlN grown at a low temperature is locally uneven on sapphire, unlike when it is as thick as 40 nm. Will occur. The unevenness becomes more prominent as the formed AlN film becomes thinner.

ステージ(3−2):ステージ(3−1)の後に、HとNHとのフロー下で、基板14の基板温度をAlNの成長温度である1130℃まで4分で昇温する。この際に、ステージ(3−1)で形成された局所的なムラは保存されたままである。 Stage (3-2): After stage (3-1), the substrate temperature of substrate 14 is raised to 1130 ° C., which is the growth temperature of AlN, in 4 minutes under the flow of H 2 and NH 3 . At this time, the local unevenness formed in the stage (3-1) remains preserved.

ステージ(3−3):基板14の基板温度が1130℃に到達した後に炉内圧力を50mbarとして、TMAフローを再開するとAlNの成長が開始されることになるのだが、この際に、ステージ(3−1)で形成された局所ムラを種として成長が進む。   Stage (3-3): After the substrate temperature of the substrate 14 reaches 1130 ° C., the furnace pressure is set to 50 mbar, and when the TMA flow is resumed, the growth of AlN is started. Growth proceeds using the local unevenness formed in 3-1) as a seed.

ステージ(3−4):局所ムラが顕著であるほど、即ち、低温成長のアモルファス状のAlNの膜厚が薄いほど、その後のAlN膜成長によって得られる表面は荒れたものとなる。   Stage (3-4): The surface obtained by subsequent AlN film growth becomes rougher as the local unevenness becomes more conspicuous, that is, as the film thickness of amorphous AlN grown at low temperature becomes thinner.

ステージ(3−5):ステージ(3−4)における表面の荒れを生じさせないため、平坦面を確保するに適した交互供給法をAlN成長に適応すると、表面の荒れを抑制して平坦なAlN膜を得ることができる。   Stage (3-5): In order not to cause surface roughness in stage (3-4), if an alternate supply method suitable for securing a flat surface is applied to AlN growth, surface roughness is suppressed and flat AlN A membrane can be obtained.

ステージ(3−6):上記のようにして、低温成長のアモルファス状のAlNの膜厚を薄くし、交互供給法にて平坦性を確保しながら、最終的に1〜2μm程度の厚さのAlN層を形成する。そのX線評価では、(002)ロッキングカーブ半値幅が〜100arcsec、および(100)ロッキングカーブ半値幅が〜2000arcsecといったAlNの単結晶が得られた。貫通転位密度としては、〜1010cm−2といったものとなる。 Stage (3-6): As described above, the film thickness of amorphous AlN grown at a low temperature is reduced, and finally the thickness of about 1 to 2 μm is obtained while ensuring flatness by the alternate supply method. An AlN layer is formed. In the X-ray evaluation, AlN single crystals having (002) rocking curve half-width of ~ 100 arcsec and (100) rocking curve half-width of ~ 2000 arcsec were obtained. The threading dislocation density is 10 10 cm −2 .


III.AlGaNの製造方法
次に、深紫外発光素子を実現するために実質的に有用となるAlGaNの単結晶の製造方法について説明する。

III. Next, a method for producing an AlGaN single crystal that is substantially useful for realizing a deep ultraviolet light-emitting device will be described.

以下においては、AlGaNの単結晶の製造方法として、ステージ(1−1)〜(1−6)で形成されたGaN層の上にAlGaN層を形成するというステージ(4−1)の工程による製造方法と、ステージ(1−1)〜(1−6)で形成されたGaN層の上に、ステージ(2−1)で形成された低温成長アモルファス状AlN層を一旦形成後AlGaN層を形成するというステージ(5−1)〜(5−3)の工程による製造方法と、ステージ(2−1)〜(2−4)で形成されたAlN層の上にAlGaN層を形成するというステージ(6−1)の工程による製造方法と、ステージ(3−1)〜(3−6)で形成されたAlN層の上にAlGaN層を形成するというステージ(7−1)の工程による製造方法と、ステージ(2−1)〜(2−2)またはステージ(3−1)〜(3−2)で形成された低温成長のアモルファス状のAlN層の上にAlGaN層を形成するというステージ(8−1)の工程による製造方法とについて説明する。   In the following, as a method for producing a single crystal of AlGaN, production by the process of stage (4-1) in which an AlGaN layer is formed on the GaN layer formed in stages (1-1) to (1-6). The method and the low-temperature growth amorphous AlN layer formed in the stage (2-1) are once formed on the GaN layer formed in the stages (1-1) to (1-6), and then the AlGaN layer is formed. And the stage (6) in which an AlGaN layer is formed on the AlN layer formed in stages (2-1) to (2-4). -1), a manufacturing method according to the stage (7-1) process of forming an AlGaN layer on the AlN layer formed at the stages (3-1) to (3-6), Stage (2-1) to (2 2) or the manufacturing method according to the stage (8-1) process of forming an AlGaN layer on the low-temperature-grown amorphous AlN layer formed in the stages (3-1) to (3-2). To do.

AlGaNは、上記した各ステージの工程を順番に処理することにより、それぞれ製造されるものである。なお、ステージ(4−1)の工程で製造されたAlGaNを特定するにあたっては「(4−1)系」と称することとし、ステージ(5−1)〜(5−3)の工程で製造されたAlGaNを特定するにあたっては「(5−x)系」と称することとし、ステージ(6−1)の工程で製造されたAlGaNを特定するにあたっては「(6−1)系」と称することとし、ステージ(7−1)の工程で製造されたAlGaNを特定するにあたっては「(7−1)系」と称することとし、ステージ(8−1)の工程で製造されたAlGaNを特定するにあたっては「(8−1)系」と称することとする。   AlGaN is manufactured by processing the processes of each stage described above in order. In specifying the AlGaN manufactured in the process of the stage (4-1), it is referred to as “(4-1) system” and manufactured in the processes of the stages (5-1) to (5-3). In specifying AlGaN, it is referred to as “(5-x) system”, and in specifying AlGaN manufactured in the stage (6-1), it is referred to as “(6-1) system”. In specifying the AlGaN manufactured in the process of the stage (7-1), it is referred to as “(7-1) system”, and in specifying the AlGaN manufactured in the process of the stage (8-1). It will be referred to as “(8-1) system”.


III−1.(4−1)系のAlGaNの製造方法(厚膜のGaN層の上へのAlGaN層の形成)
ステージ(4−1):ステージ(1−1)〜(1−6)により形成された厚さ2μm程度のGaNの上にAlGaNを1120℃、炉内圧力50mbarにて形成する。AlGaN層はAl組成比が大きくなるにつれて、薄い膜厚を臨界値としてクラックが発生する(結晶成長条件にもよるが、Al0.2Ga0.8Nでは300nm程度の膜厚でクラックが発生し、Al0.35Ga0.65Nでは100nm程度の膜厚でクラックが発生する。)。クラックが生じない臨界膜厚以内では、下地となるGaN層の高品質を比較的受け継いだ結晶性のAlGaNを形成可能であるが、発光素子には電極層を十分に厚くする必要があり、この手法では、クラックを回避しながら電極層を形成することができるほどの膜厚を確保することができない。

III-1. (4-1) Production method of AlGaN (formation of AlGaN layer on thick GaN layer)
Stage (4-1): AlGaN is formed on GaN having a thickness of about 2 μm formed by stages (1-1) to (1-6) at 1120 ° C. and a furnace pressure of 50 mbar. As the Al composition ratio increases, the AlGaN layer cracks with a thin film thickness as a critical value (although depending on the crystal growth conditions, cracks occur with a film thickness of about 300 nm in Al 0.2 Ga 0.8 N. In the case of Al 0.35 Ga 0.65 N, cracks occur with a film thickness of about 100 nm.) Within the critical film thickness where cracks do not occur, it is possible to form crystalline AlGaN that is relatively inherited from the high quality of the underlying GaN layer. However, the light-emitting element must have a sufficiently thick electrode layer. With this method, it is not possible to ensure a film thickness that allows the electrode layer to be formed while avoiding cracks.


III−2.(5−x)系のAlGaNの製造方法(厚膜のGaN層の上へのAlGaN層の形成)
ステージ(5−1):ステージ(1−1)〜(1−6)により形成された厚さ2μm程度のGaNの上に、(2−1)同様620℃低温成長のアモルファス状のAlN層を炉内圧力100mbarにて厚さ40nm程度形成する。

III-2. (5-x) Manufacturing Method of AlGaN (Formation of AlGaN Layer on Thick GaN Layer)
Stage (5-1): An amorphous AlN layer grown at a low temperature of 620 ° C. as in (2-1) on GaN having a thickness of about 2 μm formed by stages (1-1) to (1-6). A thickness of about 40 nm is formed at a furnace pressure of 100 mbar.

ステージ(5−2):ステージ(5−1)の後に、(2−2)同様HとNHとのフロー下で、基板14の基板温度をAlGaNの成長温度である1120℃まで4分で昇温する。 Stage (5-2): After stage (5-1), under the flow of H 2 and NH 3 as in (2-2), the substrate temperature of the substrate 14 is increased to 1120 ° C., which is the growth temperature of AlGaN, for 4 minutes. Raise the temperature.

ステージ(5−3):基板14の基板温度が1120℃に到達した後に炉内圧力を50mbarとして、TMG、TMAフローを流し始めるとAlGaNが成長される。この手法によれば、クラックの発生を回避することはできるが、X線(002)ロッキングカーブの半値幅は下地となるGaN層のものから大きくは変化しないのだが、(100)ロッキングカーブの半値幅は大幅に増大する。結果的に貫通転位密度は、1010〜cm−2といったものとなる。 Stage (5-3): When the substrate temperature of the substrate 14 reaches 1120 ° C., the furnace pressure is set to 50 mbar, and when the TMG and TMA flows are started, AlGaN is grown. According to this method, the occurrence of cracks can be avoided, but the half width of the X-ray (002) rocking curve does not change significantly from that of the underlying GaN layer. The price range increases significantly. As a result, the threading dislocation density is 10 10 to cm −2 .


III−3.(6−1)系のAlGaNの製造方法(厚膜のAlN層の上へのAlGaN層の形成)
ステージ(6−1):ステージ(2−1)〜(2−4)により形成された厚さ1μm程度のAlNの上にAlGaNを1120℃、炉内圧力50mbarにて形成する。この手法によれば、クラックは発生しないが、下地となるAlN層の貫通転位密度を受け継いで、AlGaN層は平坦表面ではあるが結晶品質は向上せず、貫通転位密度で1010〜cm−2といったものとなる。

III-3. (6-1) Manufacturing method of AlGaN (formation of AlGaN layer on thick AlN layer)
Stage (6-1): AlGaN is formed on AlN having a thickness of about 1 μm formed by stages (2-1) to (2-4) at 1120 ° C. and a furnace pressure of 50 mbar. According to this technique, cracks do not occur, but inherit the threading dislocation density of the underlying AlN layer, and although the AlGaN layer has a flat surface, the crystal quality does not improve, and the threading dislocation density is 10 10 to cm −2. It will be something like that.


III−4.(7−1)系のAlGaNの製造方法(厚膜のAlN層の上へのAlGaN層の形成)
ステージ(7−1):ステージ(3−1)〜(3−6)により形成された厚さ1μm程度のAlNの上にAlGaNを1120℃、炉内圧力50mbarにて形成する。この手法によれば、クラックは発生しないが、下地となるAlN層の表面状態を受け継いで、平坦面が得られにくい傾向が顕著となる。また、状況によっては、AlGaN組成が局所的に揺らいだ膜が形成される。結晶品質も下地となるAlNと同等か悪化し、やはり貫通転位密度で1010〜cm−2といったものとなる。ステージ(2−1)〜(2−4)で得られるAlNの品質を向上させるために用いたステージ(3−1)〜(3−6)ではあるが、AlGaNをその上に形成する場合はむしろ不利な点ばかりが目立つこととなる。

III-4. (7-1) Manufacturing method of AlGaN system (formation of AlGaN layer on thick AlN layer)
Stage (7-1): AlGaN is formed on AlN having a thickness of about 1 μm formed by stages (3-1) to (3-6) at 1120 ° C. and a furnace pressure of 50 mbar. According to this method, cracks do not occur, but the tendency to hardly obtain a flat surface by inheriting the surface state of the underlying AlN layer becomes significant. Further, depending on the situation, a film in which the AlGaN composition fluctuates locally is formed. The crystal quality is the same as or worse than that of the underlying AlN, and the threading dislocation density is still 10 10 to cm −2 . In the case of forming AlGaN on the stages (3-1) to (3-6) used for improving the quality of AlN obtained in the stages (2-1) to (2-4) Rather, only the disadvantages stand out.


III−5.(8−1)系のAlGaNの製造方法(低温成長のアモルファス状のAlN層の上へのAlGaN層の形成)
ステージ(8−1):ステージ(2−1)〜(2−2)またはステージ(3−1)〜(3−2)で形成された低温成長のアモルファス状のAlN層の上にAlGaNを1120℃、炉内圧力50mbarにて形成する。この手法によっても、状況は(6−1)系のAlGaNや(7−1)系のAlGaNと似たものとなり、結晶品質は向上しない。

III-5. (8-1) Manufacturing method of AlGaN (formation of AlGaN layer on low-temperature grown amorphous AlN layer)
Stage (8-1): AlGaN 1120 is deposited on the amorphous AlN layer grown at a low temperature formed in stages (2-1) to (2-2) or stages (3-1) to (3-2). It is formed at a temperature of 50 ° C. and a furnace pressure of 50 mbar. Even with this method, the situation is similar to (6-1) AlGaN and (7-1) AlGaN, and the crystal quality is not improved.


即ち、上記において説明した従来の手法によれば、InGaN系青色発光LEDで成功したGaN層と同等品質のAlGaN層を得ることは非常に難しいという問題点があった。

That is, according to the conventional method described above, there is a problem that it is very difficult to obtain an AlGaN layer having the same quality as that of a GaN layer that has succeeded in an InGaN-based blue light-emitting LED.

しかしながら、上記において説明した従来の手法により生起される現象を詳細に鑑みると、次のような考察が得られる。   However, considering the phenomenon caused by the conventional method described above in detail, the following consideration can be obtained.

(a)結晶品質の向上、特に、貫通転位密度低減のためには、初期に顕微鏡レベルで明 瞭に観察可能な3次元核を形成させる必要がある。   (A) In order to improve the crystal quality, particularly to reduce the threading dislocation density, it is necessary to form three-dimensional nuclei that can be clearly observed at the microscope level in the initial stage.

(b)その3次元核を横方向成長にて会合させてやる必要がある。   (B) It is necessary to associate the three-dimensional nuclei by lateral growth.

(c)最終的にクラックが入らないようにせねばならない。   (C) Finally, it should be prevented from cracking.


ここで、上記(a)を実現するために有効な手法は、低温成長アモルファスGaNを利用することである。つまり上記(a)を実現するためには、ステージ(9−1)〜(9−4)の工程による製造方法に示すように、ステージ(1−1)〜(1−2)のプロセスを利用し、その後にAlGaN層を形成すればよい。このステージ(9−1)〜(9−4)の工程による製造方法によれば、下地に相当するGaN層の膜厚はたかだか20nmであるため、2μmの膜厚のGaNを用いた系と異なり、クラック発生臨界膜厚は大いに増大するものであった。本願出願人の実験においては、Al0.2Ga0.8N層では膜厚3μm程度まで、また、Al0.35Ga0.65N層では膜厚1μm程度までは、クラックフリーであることが確認できた。

Here, an effective technique for realizing the above (a) is to use low-temperature grown amorphous GaN. That is, in order to realize the above (a), the processes of stages (1-1) to (1-2) are used as shown in the manufacturing method according to the processes of stages (9-1) to (9-4). Then, an AlGaN layer may be formed thereafter. According to the manufacturing method according to the steps (9-1) to (9-4), since the film thickness of the GaN layer corresponding to the base is at most 20 nm, it is different from the system using GaN having a film thickness of 2 μm. The critical film thickness at which cracks occur was greatly increased. In the applicant's experiment, the Al 0.2 Ga 0.8 N layer is crack-free up to a film thickness of about 3 μm, and the Al 0.35 Ga 0.65 N layer is up to a film thickness of about 1 μm. Was confirmed.

以下に、AlGaNの単結晶の製造方法として、ステージ(9−1)〜(9−4)の工程による製造方法について説明する。AlGaNは、ステージ(9−1)〜(9−4)の工程の順番で処理することにより製造されるものである。なお、ステージ(9−1)〜(9−4)の工程で製造されたAlGaNを特定するにあたっては「(9−x)系」と称することとする。   Below, the manufacturing method by the process of stages (9-1)-(9-4) is demonstrated as a manufacturing method of the single crystal of AlGaN. AlGaN is manufactured by processing in the order of the steps (9-1) to (9-4). In addition, when specifying AlGaN manufactured in the steps (9-1) to (9-4), it is referred to as “(9-x) system”.

ステージ(9−1):ステージ(1−1)と同様な処理を行う。   Stage (9-1): The same processing as in stage (1-1) is performed.

ステージ(9−2):ステージ(1−2)と同様な処理を行う。   Stage (9-2): The same processing as in stage (1-2) is performed.

ステージ(9−3):基板14の基板温度が1050℃に到達した後に速やかに炉内圧力を50mbarとして、TMG、TMA、NHフローによってAlGaNの成長を開始する。途中、基板温度を1120℃まで昇温する。すると、ステージ(1−3)とは異なり、ステージ(1−2)で形成された微小3次元核を即座に埋めていくような形で成長が進む。 Stage (9-3): After the substrate temperature of the substrate 14 reaches 1050 ° C., the furnace pressure is immediately set to 50 mbar, and the growth of AlGaN is started by the TMG, TMA, and NH 3 flows. In the middle, the substrate temperature is raised to 1120 ° C. Then, unlike the stage (1-3), the growth proceeds in such a manner that the minute three-dimensional nucleus formed in the stage (1-2) is immediately filled.

ステージ(9−4):最終的に膜厚1μm程度のAl0.35Ga0.65N層を形成する。そのX線評価では、(002)ロッキングカーブ半値幅が600arcsec程度であり、(100)ロッキングカーブ半値幅が1800arcsec程度といった品質のAlGaNが得られた。貫通転位密度としては、1×1010cm−2前後といったものとなる。 Stage (9-4): Finally, an Al 0.35 Ga 0.65 N layer having a thickness of about 1 μm is formed. In the X-ray evaluation, AlGaN having a quality of (002) rocking curve half width of about 600 arcsec and (100) rocking curve half width of about 1800 arcsec was obtained. The threading dislocation density is about 1 × 10 10 cm −2 .


こうしたステージ(9−1)〜(9−4)の工程による製造方法によれば、ある程度高品質のAlGaNを得ることができるもであったが、AlGaNを含めてさらに品質の高い優れた窒化物半導体の単結晶の開発が強く要望されていた。

According to the manufacturing method by the processes of the stages (9-1) to (9-4), it is possible to obtain AlGaN of high quality to some extent, but excellent nitrides having higher quality including AlGaN. There was a strong demand for the development of semiconductor single crystals.


なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

Note that the prior art that the applicant of the present application knows at the time of filing a patent application is not an invention related to a known literature invention, so there is no prior art document information to be described.

本発明は、従来の技術に対する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、品質の高い優れた窒化物半導体の単結晶を製造することを可能にする窒化物半導体の製造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the above-described demand for the prior art, and an object of the present invention is to provide a nitride capable of producing a high-quality nitride semiconductor single crystal. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor.

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、窒化物半導体の製造方法において、アモルファス状のGaN層を形成する第1のステップと、上記第1のステップで形成した上記GaN層を昇温アニールすることにより部分的に結晶化して微小3次元結晶核を形成する第2のステップと、上記第2のステップで形成した上記微小3次元結晶核上に、AlGa1−xN(0≦x<1)層とAlN層とを交互に複数層積層させた周期積層構造を形成する第3ステップと、上記第3のステップで形成した上記周期積層構造上に窒化物半導体の単結晶層を形成する第4のステップとを有するようにしたものである。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the method for manufacturing a nitride semiconductor, the first step of forming an amorphous GaN layer and the first step are formed. The second step of partially crystallizing the GaN layer by annealing to form a micro three-dimensional crystal nucleus, and the Al x on the micro three-dimensional crystal nucleus formed in the second step. A third step of forming a periodic laminated structure in which a plurality of Ga 1-x N (0 ≦ x <1) layers and AlN layers are alternately laminated; and the periodic laminated structure formed in the third step. And a fourth step of forming a single crystal layer of the nitride semiconductor.

また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、本発明のうち請求項1に記載の発明において、上記第4のステップにおいて単結晶層を形成する窒化物半導体は、AlGa1−yN(0≦y≦1)であるようにしたものである。 The invention according to claim 2 of the present invention is the invention according to claim 1 of the present invention, wherein the nitride semiconductor forming the single crystal layer in the fourth step is Al y Ga 1−. y N (0 ≦ y ≦ 1).

また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、窒化物半導体の製造方法において、アモルファス状のGaN層を形成する第1のステップと、上記第1のステップで形成した上記GaN層を昇温アニールすることにより部分的に結晶化して微小3次元結晶核を形成する第2のステップと、上記第2のステップで形成した上記微小3次元結晶核上にGaNを成長することにより微小3次元結晶核を発達させた3次元ファセット構造を形成する第3のステップと、上記第3のステップで形成した上記3次元ファセット構造上に、AlGa1−xN(0≦x<1)層とAlN層とを交互に複数層積層させた周期積層構造を形成する第4ステップと、上記第4のステップで形成した上記周期積層構造上に窒化物半導体の単結晶層を形成する第5のステップとを有するようにしたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the nitride semiconductor manufacturing method, the first step of forming the amorphous GaN layer and the GaN layer formed in the first step are elevated. A second step of partially crystallizing by thermal annealing to form a micro three-dimensional crystal nucleus, and a micro three-dimensional by growing GaN on the micro three-dimensional crystal nucleus formed in the second step. A third step of forming a three-dimensional facet structure in which crystal nuclei are developed, and an Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) layer on the three-dimensional facet structure formed in the third step A fourth step of forming a periodic stacked structure in which a plurality of AlN layers and AlN layers are alternately stacked, and a fifth step of forming a single crystal layer of a nitride semiconductor on the periodic stacked structure formed in the fourth step The It has a tep.

また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、本発明のうち請求項3に記載の発明において、上記第5のステップにおいて単結晶層を形成する窒化物半導体は、AlGa1−yN(0≦y≦1)であるようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the nitride semiconductor forming the single crystal layer in the fifth step is Al y Ga 1−. y N (0 ≦ y ≦ 1).

また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、窒化物半導体の製造方法において、アモルファス状のGaN層を形成する第1のステップと、上記第1のステップで形成した上記GaN層を昇温アニールすることにより部分的に結晶化して微小3次元結晶核を形成する第2のステップと、上記第2のステップで形成した上記微小3次元結晶核上にGaNを成長することにより微小3次元結晶核を発達させた3次元ファセット構造を形成する第3のステップと、上記第3のステップで形成した上記3次元ファセット構造のGaN成長を中断して昇温アニールする第4のステップと、上記第4のステップで昇温アニールした後に、AlGa1−xN(0≦x<1)層とAlN層とを交互に複数層積層させた周期積層構造を形成する第5のステップと、上記第5のステップで形成した上記周期積層構造上に窒化物半導体の単結晶層を形成する第6のステップとを有するようにしたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the nitride semiconductor manufacturing method, the first step of forming the amorphous GaN layer and the GaN layer formed in the first step are elevated. A second step of partially crystallizing by thermal annealing to form a micro three-dimensional crystal nucleus, and a micro three-dimensional by growing GaN on the micro three-dimensional crystal nucleus formed in the second step. A third step of forming a three-dimensional facet structure in which crystal nuclei are developed; a fourth step of interrupting the GaN growth of the three-dimensional facet structure formed in the third step and annealing at elevated temperature; After performing the temperature increase annealing in the fourth step, a fifth step of forming a periodic stacked structure in which a plurality of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) layers and AlN layers are alternately stacked. And a sixth step of forming a single crystal layer of a nitride semiconductor on the periodic laminated structure formed in the fifth step.

また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、本発明のうち請求項5に記載の発明において、上記第6のステップにおいて単結晶層を形成する窒化物半導体は、AlGa1−yN(0≦y≦1)であるようにしたものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the nitride semiconductor forming the single crystal layer in the sixth step is Al y Ga 1−. y N (0 ≦ y ≦ 1).

本発明によれば、従来に比べて著しく品質の高い優れた窒化物半導体の単結晶を製造することができるようになるという優れた効果が奏される。   According to the present invention, it is possible to produce an excellent nitride semiconductor single crystal having significantly higher quality than conventional ones.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による窒化物半導体の製造方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。   Hereinafter, an example of an embodiment of a nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

なお、この本発明による窒化物半導体の製造方法においても、結晶成長装置としては、上記において説明した結晶成長装置10のような公知の結晶成長装置を用いる。   In the nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention, a known crystal growth apparatus such as the crystal growth apparatus 10 described above is used as the crystal growth apparatus.


まず、本発明による窒化物半導体の製造方法の第1の実施の形態により、窒化物半導体としてAlGaNの単結晶を製造する製造方法について説明する。

First, a manufacturing method for manufacturing a single crystal of AlGaN as a nitride semiconductor according to a first embodiment of a manufacturing method of a nitride semiconductor according to the present invention will be described.

本発明による窒化物半導体の製造方法の第1の実施の形態によるAlGaNの単結晶の製造は、以下に示すステージ(10−1)〜(10−4)の工程の順番で処理することにより行われる。ステージ(10−1)〜(10−4)の工程で製造されたAlGaNを特定するにあたっては、「(10−x)系」と称することとする。   The production of the AlGaN single crystal according to the first embodiment of the method for producing a nitride semiconductor according to the present invention is performed by processing in the order of the steps (10-1) to (10-4) shown below. Is called. In specifying the AlGaN manufactured in the steps (10-1) to (10-4), it is referred to as “(10-x) system”.

ステージ(10−1):ステージ(1−1)と同様な処理を行う。   Stage (10-1): The same processing as in stage (1-1) is performed.

ステージ(10−2):ステージ(1−2)と同様な処理を行う。   Stage (10-2): The same processing as in stage (1-2) is performed.

ステージ(10−3):基板14の基板温度が1050℃に到達した後に速やかに炉内圧力を50mbarとして、TMG、TMA、NHフローによる膜厚20〜40nm程度のAlGaN層と、TMA、NHフローによる膜厚5nm程度のAlN層とを、交互に10〜20周期程度積層させた周期積層構造を形成する。途中、基板温度を1120℃まで昇温する。すると、ステージ(1−3)とは異なり、ステージ(1−2)で形成された微小3次元核を即座に埋めていくような形で成長が進む。 Stage (10-3): Immediately after the substrate temperature of the substrate 14 reaches 1050 ° C., the furnace pressure is set to 50 mbar, an AlGaN layer having a thickness of about 20 to 40 nm by TMG, TMA, NH 3 flow, and TMA, NH A periodic laminated structure is formed by alternately laminating about 10 to 20 periods of AlN layers having a film thickness of about 5 nm by three flows. In the middle, the substrate temperature is raised to 1120 ° C. Then, unlike the stage (1-3), the growth proceeds in such a manner that the minute three-dimensional nucleus formed in the stage (1-2) is immediately filled.

ステージ(10−4):ステージ(10−3)における周期積層構造の作製の終了後に、AlGaN成長に移行する。   Stage (10-4): After completing the production of the periodic laminated structure in stage (10-3), the process shifts to AlGaN growth.

このステージ(10−1)〜(10−4)の工程による製造方法によれば、上記したステージ(9−1)〜(9−3)の工程による製造方法ではクラック発生臨界膜厚が高々1μm程度であったAl0.35Ga0.65N層についても、3μm程度の膜厚までクラックフリーであることが確認できた。そのX線評価では、ステージ(9−1)〜(9−3)の工程による製造方法と同等か、わずかに良好な値を示すことがわかった。貫通転位密度についても、ステージ(9−1)〜(9−3)の工程による製造方法と同等である。 According to the manufacturing method according to the stages (10-1) to (10-4), the crack generation critical film thickness is 1 μm at most in the manufacturing method according to the above-described stages (9-1) to (9-3). It was also confirmed that the Al 0.35 Ga 0.65 N layer, which was about, was crack-free up to a film thickness of about 3 μm. In the X-ray evaluation, it was found that the manufacturing method according to the steps (9-1) to (9-3) was equivalent to or slightly better than the manufacturing method. The threading dislocation density is also equivalent to the manufacturing method according to the steps (9-1) to (9-3).


次に、本発明による窒化物半導体の製造方法の第2の実施の形態により、窒化物半導体としてAlGaNの単結晶を製造する製造方法について説明する。

Next, a manufacturing method for manufacturing a single crystal of AlGaN as a nitride semiconductor according to a second embodiment of the manufacturing method of a nitride semiconductor according to the present invention will be described.

この本発明による窒化物半導体の製造方法の第2の実施の形態は、上記した「(b) その3次元核を横方向成長にて会合させてやる必要がある。」に鑑みてなされたものであり、3次元核を横方向成長にて会合させるような処理を含むものである。具体的には、ステージ(1−1)〜(1−3)までの処理を行い、その後、周期積層構造の作製、AlGaN成長へと移行するようにしたものである。   The second embodiment of the nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention has been made in view of the above-mentioned “(b) It is necessary to associate the three-dimensional nuclei by lateral growth”. And includes processing for associating three-dimensional nuclei by lateral growth. Specifically, the processes from the stages (1-1) to (1-3) are performed, and then the process proceeds to fabrication of a periodic stacked structure and AlGaN growth.

即ち、本発明による窒化物半導体の製造方法の第2の実施の形態によるAlGaNの単結晶の製造は、以下に示すステージ(11−1)〜(11−5)の工程の順番で処理することにより行われる。ステージ(11−1)〜(11−5)の工程で製造されたAlGaNを特定するにあたっては、「(11−x)系」と称することとする。   That is, the production of the single crystal of AlGaN according to the second embodiment of the method for producing a nitride semiconductor according to the present invention is performed in the order of the steps (11-1) to (11-5) shown below. Is done. In specifying the AlGaN manufactured in the steps (11-1) to (11-5), it is referred to as “(11-x) system”.

なお、以下の説明においては、図7(a)に示すステージ(11−2)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真、図7(b)に示すステージ(11−2)の終了時における基板14の断面概念図、図8(a)に示すステージ(11−3)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真、図8(b)に示すステージ(11−3)の終了時における基板14の断面概念図、図9に示すステージ(11−4)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真をあわせて参照する。   In the following description, a Nomarski optical micrograph taken at the end of the stage (11-2) shown in FIG. 7A, and the substrate 14 at the end of the stage (11-2) shown in FIG. 7B. , A Nomarski optical micrograph taken at the end of the stage (11-3) shown in FIG. 8 (a), and a cross-sectional concept of the substrate 14 at the end of the stage (11-3) shown in FIG. 8 (b). The Nomarski optical micrograph photographed at the end of the stage (11-4) shown in FIG. 9 is also referred to.

ステージ(11−1):ステージ(1−1)と同じ処理を行う。   Stage (11-1): The same processing as in stage (1-1) is performed.

ステージ(11−2):ステージ(1−2)と同じ処理を行う(図7(a)(b)参照)。   Stage (11-2): The same processing as in stage (1-2) is performed (see FIGS. 7A and 7B).

ステージ(11−3):ステージ(1−3)と同じ処理を行う(図8(a)(b)参照)。   Stage (11-3): The same process as in stage (1-3) is performed (see FIGS. 8A and 8B).

ステージ(11−4):その後に速やかに炉内圧力を50mbarとして、TMG、TMA、NHフローによる膜厚20〜40nm程度のAlGaN層と、TMA、NHフローによる膜厚5nm程度のAlN層とを、交互に10〜20周期程度積層させた周期積層構造を形成する。途中、基板温度を1120℃まで昇温する。すると、ステージ(1−4)とは異なり、ステージ(11−3)、即ち、ステージ(1−3)で形成された微小3次元結晶核を即座に埋めていくような形では成長が進まない。即ち、図9のノマルスキ光学顕微鏡写真に示すように、緩やかに平坦性を回復するか、むしろ3次元核構造を保存する形で成長が進む。 Stage (11-4): Immediately thereafter, the furnace pressure was set to 50 mbar, an AlGaN layer having a thickness of about 20 to 40 nm by TMG, TMA, and NH 3 flows, and an AlN layer having a thickness of about 5 nm by TMA and NH 3 flows Are periodically stacked for about 10 to 20 periods. In the middle, the substrate temperature is raised to 1120 ° C. Then, unlike the stage (1-4), the stage (11-3), that is, the growth does not proceed in a form in which the minute three-dimensional crystal nucleus formed in the stage (1-3) is immediately filled. . That is, as shown in the Nomarski optical micrograph of FIG. 9, the growth progresses in such a manner that the flatness is gradually recovered or the three-dimensional nuclear structure is preserved.

ステージ(11−5):ステージ(11−4)における周期積層構造の作製の終了後に、AlGaN成長に移行すると、3次元構造を埋め込む形に成長が移行し、500nmほどの成長で平坦面が得られる。   Stage (11-5): After the fabrication of the periodic laminated structure in stage (11-4), when shifting to AlGaN growth, the growth shifts to fill the three-dimensional structure, and a flat surface is obtained with growth of about 500 nm. It is done.

このステージ(11−1)〜(11−5)の工程で作製された(11−x)系のAlGaN層は、ステージ(10−1)〜(10−4)の工程で作製された(10−x)系のAlGaN層と比べると、クラック発生臨界膜厚は薄くなるのだが、X線評価では(002)で400arcsec程度、100)で1400arcsec程度となり、(10−x)系より良好な値を示す。   The (11-x) AlGaN layer produced in the steps (11-1) to (11-5) was produced in the steps (10-1) to (10-4) (10 -X) Although the critical film thickness at which cracks occur is thinner than the AlGaN layer of the x system, the X-ray evaluation is about 400 arcsec at (002) and about 1400 arcsec at 100), which is a better value than the (10-x) system. Indicates.


次に、本発明による窒化物半導体の製造方法の第3の実施の形態により、窒化物半導体としてAlGaNの単結晶を製造する製造方法について説明する。

Next, a manufacturing method for manufacturing an AlGaN single crystal as a nitride semiconductor according to a third embodiment of the manufacturing method of a nitride semiconductor according to the present invention will be described.

この本発明による窒化物半導体の製造方法の第3の実施の形態は、上記した「(b) その3次元核を横方向成長にて会合させてやる必要がある。」に鑑みてなされたものであり、3次元核を横方向成長にて会合させるような処理を含むものである。具体的には、ステージ(1−1)〜(1−3)までの処理を行い、その後、この本発明による窒化物半導体の製造方法の第3の実施の形態に特有の処理に移行するようにしたものである。   The third embodiment of the method for manufacturing a nitride semiconductor according to the present invention has been made in view of the above-mentioned “(b) It is necessary to associate the three-dimensional nuclei by lateral growth”. And includes processing for associating three-dimensional nuclei by lateral growth. Specifically, the processes from stage (1-1) to (1-3) are performed, and then the process shifts to a process peculiar to the third embodiment of the nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention. It is a thing.

即ち、本発明による窒化物半導体の製造方法の第3の実施の形態によるAlGaNの単結晶の製造は、以下に示すステージ(12−1)〜(12−8)の工程の順番で処理することにより行われる。ステージ(12−1)〜(12−8)の工程で製造されたAlGaNを特定するにあたっては、「(12−x)系」と称することとする。   That is, the production of the single crystal of AlGaN according to the third embodiment of the method for producing a nitride semiconductor according to the present invention is performed in the order of the steps (12-1) to (12-8) shown below. Is done. In specifying the AlGaN manufactured in the steps (12-1) to (12-8), it is referred to as “(12-x) system”.

なお、以下の説明においては、図6に示すステージ(12−1)〜(12−8)により作製される(12−x)系のAlGaNの成長時間の変化に伴う反射率の変化を示すグラフ、図7(a)に示すステージ(12−2)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真、図7(b)に示すステージ(12−2)の終了時における基板14の断面概念図、図8(a)に示すステージ(12−3)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真、図8(b)に示すステージ(12−3)の終了時における基板14の断面概念図、図10(a)に示すステージ(12−6)((12−5)の終了時)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真、図10(b)に示すステージ(12−6)((12−5)の終了時)における基板14の断面概念図および図11に示すステージ(12−7)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真をあわせて参照する。   In the following description, a graph showing a change in reflectance accompanying a change in the growth time of (12-x) AlGaN produced by stages (12-1) to (12-8) shown in FIG. FIG. 7A is a Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (12-2) shown in FIG. 7A, and FIG. 8 is a conceptual cross-sectional view of the substrate 14 at the end of the stage (12-2) shown in FIG. Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (12-3) shown in (a), conceptual cross-sectional view of the substrate 14 at the end of the stage (12-3) shown in FIG. 8 (b), FIG. Nomarski optical micrograph taken at the end of the stage (12-6) (at the end of (12-5)) shown in FIG. 10, at the end of the stage (12-6) ((12-5) shown in FIG. 10B) ) Conceptual sectional view of the substrate 14 in FIG. And references together Nomarski optical microscope photograph taken at the end of stage (12-7) shown in Figure 11.

ステージ(12−1):ステージ(1−1)と同じ処理を行う。   Stage (12-1): The same processing as in stage (1-1) is performed.

ステージ(12−2):ステージ(1−2)と同じ処理を行う(図7(a)(b)参照)。   Stage (12-2): The same processing as stage (1-2) is performed (see FIGS. 7A and 7B).

ステージ(12−3):ステージ(1−3)と同じ処理を行う(図8(a)(b)参照)。   Stage (12-3): The same processing as in stage (1-3) is performed (see FIGS. 8A and 8B).

ステージ(12−4):成長が進み、膜厚が100〜150nm程度から3次元核同士が会合する(ステージ(1−4)において発生する現象)ようになるが、ステージ(12−4)においては、会合し始める直前でTMGフローを止めてGaN成長を中断する。その際に、NHフローは止めない。 Stage (12-4): Growth progresses and three-dimensional nuclei meet from a thickness of about 100 to 150 nm (a phenomenon that occurs in stage (1-4)), but in stage (12-4) Stops the TMG flow and interrupts GaN growth just before the meeting begins. At that time, the NH 3 flow is not stopped.

ステージ(12−5):ステージ(12−4)の状態から、基板温度を1120℃に上昇するとともに、NH流量をGaN成長時の流量の1.5倍程度に上昇する(具体的には、GaN成長時2Lから3Lまで上昇した。)。なお、上昇時間は1分30秒であり、1120℃での待機時間1分30秒である。 Stage (12-5): From the stage (12-4) state, the substrate temperature is increased to 1120 ° C., and the NH 3 flow rate is increased to about 1.5 times the flow rate during GaN growth (specifically, , Rose from 2L to 3L during GaN growth.) The rising time is 1 minute 30 seconds, and the waiting time at 1120 ° C. is 1 minute 30 seconds.

ステージ(12−6):ステージ(12−5)の処理の結果、成長を中断しているにもかかわらず、ステージ(12−2)で生じさせ、ステージ(12−3)で発展させた3次元核構造が平坦なものへと移行する(図10(a)(b)参照)。なお、このステージ(12−6)は、ステージ(1−4)と同等の平坦性確保移行ステージであるが、ステージ(1−4)が結晶成長によって平坦にしているのに対して、ステージ(12−4)〜(12−6)は、TMGフローを止めての成長中断中の昇温アニールにより平坦にしているものである。   Stage (12-6): Although the growth was interrupted as a result of the processing of stage (12-5), it was generated in stage (12-2) and developed in stage (12-3) 3 The dimensional nucleus structure moves to a flat one (see FIGS. 10A and 10B). This stage (12-6) is a stage for ensuring flatness equivalent to the stage (1-4), but the stage (1-4) is flattened by crystal growth while the stage ( 12-4) to (12-6) are flattened by temperature rising annealing during interruption of growth after stopping the TMG flow.

ステージ(12−7):ステージ(12−6)の処理の後は、ステージ(11−4)〜(11−5)の処理と同様な処理を行う。即ち、その後に速やかに炉内圧力を50mbarとして、TMG、TMA、NHフローによる膜厚20〜40nm程度のAlGaN層と、TMA、NHフローによる膜厚5nm程度のAlN層とを、交互に10〜20周期程度積層させた周期積層構造を形成する。なお、ステージ(12−5)で既に基板温度を1120℃まで昇温しているので、ステージ(12−7)では昇温を行わない。ステージ(12−7)においては、ステージ(12−6)で得られた平坦面を保存する形か、さらに平坦性を向上させるかたちで成長が進む(図11参照)。 Stage (12-7): After the processing of stage (12-6), the same processing as the processing of stages (11-4) to (11-5) is performed. That is, after that, the furnace pressure is quickly set to 50 mbar, and an AlGaN layer having a thickness of about 20 to 40 nm by TMG, TMA, and NH 3 flows and an AlN layer having a thickness of about 5 nm by TMA and NH 3 flows are alternately alternated. A periodic laminated structure is formed by laminating about 10 to 20 periods. Since the substrate temperature has already been raised to 1120 ° C. in the stage (12-5), the temperature is not raised in the stage (12-7). In the stage (12-7), the growth proceeds in the form of preserving the flat surface obtained in the stage (12-6) or further improving the flatness (see FIG. 11).

ステージ(12−8):ステージ(12−7)における周期積層構造の作製の終了後に、AlGaN成長に移行する。クラック発生臨界膜厚は、ステージ(11−1)〜(11−5)により作製された(11−x)系のAlGaNと同等かわずかに大きな値となる。即ち、ステージ(10−1)〜(10−4)により作製された(10−x)系で得られるAlGaN膜に比べるとクラック発生臨界膜厚は小さくなる。X線評価では、(002)で400arcsec程度と(11−x)系と同等だが、(100)で〜1200arcsecと(11−x)系よりさらに良好な値を示す。   Stage (12-8): After the production of the periodic laminated structure in stage (12-7), the process shifts to AlGaN growth. The critical film thickness at which cracking occurs is equal to or slightly larger than the (11-x) AlGaN produced by the stages (11-1) to (11-5). In other words, the critical film thickness for crack generation is smaller than that of the AlGaN film obtained by the (10-x) system produced by the stages (10-1) to (10-4). In the X-ray evaluation, (002) is about 400 arcsec, which is equivalent to the (11-x) system, but (100) shows ~ 1200 arcsec and a better value than the (11-x) system.


ここで、(12−x)系のX線評価に関しては、表1に示すように、(002)では(11−x)系と同等であるが、(100)の値は良好となる。その理由は、以下の通りである。

Here, regarding the X-ray evaluation of the (12-x) system, as shown in Table 1, (002) is equivalent to the (11-x) system, but the value of (100) is good. The reason is as follows.

即ち、X線(002)半値幅の値は、結晶のC軸方位ずれの度合いを示しており、貫通転位中の螺旋転位密度を間接的に示唆している。螺旋転位は、初期核およびその後の3次元構造形成によって発生した3次元構造体を起源としたスパイラル成長に付帯する転位である。   That is, the X-ray (002) half width value indicates the degree of C-axis orientation shift of the crystal and indirectly suggests the screw dislocation density during threading dislocations. The screw dislocation is a dislocation incidental to spiral growth originating from a three-dimensional structure generated by the initial nucleus and subsequent three-dimensional structure formation.

(10−x)系、(11−x)系ならびに(12−x)系の製造方法においては、初期核形成を行う低温アモルファス状GaN成長については、それぞれステージ(10−1)〜(10−2)、ステージ(11−1)〜(11−2)ならびにステージ(12−1)〜(12−2)で行われるが、これらは全てその内容が共通している処理であり、ステージ(1−1)〜(1−2)と同じである。   In the (10-x) type, (11-x) type and (12-x) type production methods, stages (10-1) to (10-) are used for low-temperature amorphous GaN growth for initial nucleation, respectively. 2), stages (11-1) to (11-2) and stages (12-1) to (12-2), all of which are common processes, and stage (1 -1) to (1-2).

ここで、(10−x)系の製造方法と、(11−x)系ならびに(12−x)系の製造方法との差異は、その後における、初期核を3次元的に発展させるステージ(具体的には、ステージ(1−3)である。)の有無にある。(11−x)系と(12−x)系との製造方法では、ここまでのステージは共通なので、X線(002)の値がほぼ同等となるものである。   Here, the difference between the (10-x) type manufacturing method and the (11-x) type and (12-x) type manufacturing method is the stage (specifically) in which the initial nucleus is developed three-dimensionally thereafter. (In other words, it is stage (1-3)). In the manufacturing methods of the (11-x) system and the (12-x) system, since the stages so far are common, the values of the X-ray (002) are almost equal.

一方、X線(100)半値幅の値は、結晶がC軸を回転軸として回転ずれを起こしている度合いを示しており、貫通転位中の刃状転位密度と密接に関係があり、ここでも(12−x)系AlGaNの形成法の優位性が見て取れる。   On the other hand, the value of the X-ray (100) half width indicates the degree to which the crystal is deviated from rotation about the C axis, and is closely related to the edge dislocation density during threading dislocation. The superiority of the (12-x) -based AlGaN formation method can be seen.


なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(3)に示すように変形することができるものである。

The embodiment described above can be modified as shown in the following (1) to (3).

(1)上記した各実施の形態においては、TMG、TMA、NHフローによる膜厚20〜40nm程度のAlGa1−xN(0≦x<1)層と、TMA、NHフローによる膜厚5nm程度のAlN層とを、交互に10〜20周期程度積層させた周期積層構造を形成するようにした。ここで、AlGa1−xN(0≦x<1)層の組成であるxは、基本的には当周期積層構造上にその後形成されるAlGa1−yN(0≦y≦1)層の組成yとの間で、「x=y」となるよう選択されるものではあるが、これに限られるものではないことは勿論であり、さらには、AlGa1−xN(0≦x<1)層ならびにAlN層の膜厚は上記に限られるものではないことは勿論であり、また、周期積層構造の周期数も上記に限られるものではないことは勿論である。 (1) In each of the above-described embodiments, an Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) layer having a thickness of about 20 to 40 nm by TMG, TMA, and NH 3 flows, and TMA and NH 3 flows. A periodic laminated structure was formed by alternately laminating AlN layers having a thickness of about 5 nm for about 10 to 20 periods. Here, x, which is the composition of the Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) layer, is basically Al y Ga 1-y N (0 ≦ y) subsequently formed on the periodic laminated structure. ≦ 1) It is selected so as to be “x = y” with respect to the composition y of the layer, but is not limited to this, and further, Al x Ga 1-x Of course, the film thickness of the N (0 ≦ x <1) layer and the AlN layer is not limited to the above, and the number of periods of the periodic laminated structure is not limited to the above. .

(2)上記した実施の形態においては、窒化物半導体としてAlGaNの単結晶層を製造する場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、本発明の窒化物半導体の製造方法によれば、窒化物半導体としてGaNやAlNの単結晶層を製造することができる。即ち、上記した実施の形態においては、窒化物半導体としてAl0.2Ga0.8NおよびAl0.35Ga0.65Nの単結晶を製造する場合について説明したが、これらに限られるものではないことは本発明による窒化物半導体の製造方法の詳細を鑑みれば明かとなる。つまり、本発明による窒化物半導体の製造方法において、結晶品質を向上させるステージは、成長初期のGaNによる微小3次元結晶核形成(ステージ(10−1)〜(10−2)、ステージ(11−1)〜(11−2)、ステージ(12−1)〜(12−2))、さらには状況により3次元結晶核形成に引き続く3次元ファセット構造形成(ステージ(11−3)、ステージ(12−3))、さらには状況により3次元ファセット構造形成に引き続く昇温アニールによる再平坦化(ステージ(12−4)〜(12−6))までであり、こうした結晶品質向上のためのGaN層形成ステージの後のAlGa1−xN(0≦x<1)/AlN多層構造形成ステージ(ステージ(10−3)、ステージ(11−4)、ステージ(12−7))は、クラック抑制のためのステージとして機能を分離することができる。そのため、結晶品質向上のためのGaN層形成ステージおよびAlGa1−xN(0≦x<1)/AlN多層構造形成ステージを経た後に窒化物半導体を形成する本発明による窒化物半導体の製造方法によれば、窒化物半導体としてGaNやAlNも含めたAlGa1−yN(0≦y≦1)とした一般的な組成の単結晶層を製造することができる。 (2) In the above-described embodiment, the case where a single crystal layer of AlGaN is manufactured as a nitride semiconductor has been described. However, the present invention is not limited to this, and the manufacture of the nitride semiconductor of the present invention is not limited to this. According to the method, a single crystal layer of GaN or AlN can be manufactured as a nitride semiconductor. That is, in the above-described embodiment, the case where the single crystals of Al 0.2 Ga 0.8 N and Al 0.35 Ga 0.65 N are manufactured as the nitride semiconductor has been described. This is not apparent from the details of the nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention. That is, in the method for producing a nitride semiconductor according to the present invention, the stage for improving the crystal quality is the formation of micro three-dimensional crystal nuclei (stages (10-1) to (10-2), stage (11- 1) to (11-2), stages (12-1) to (12-2)), and further three-dimensional facet structure formation (stage (11-3), stage (12) following three-dimensional crystal nucleation depending on circumstances. -3)), and further up to replanarization (stages (12-4) to (12-6)) by temperature rising annealing subsequent to the formation of the three-dimensional facet structure depending on the situation, and the GaN layer for improving the crystal quality. Al x Ga 1-x N after forming stage (0 ≦ x <1) / AlN multilayer structure formed stage (stage (10-3), the stage (11-4), the stage (12-7)) Can separate functions as a stage for crack suppression. Therefore, manufacture of a nitride semiconductor according to the present invention in which a nitride semiconductor is formed after going through a GaN layer forming stage for improving crystal quality and an Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) / AlN multilayer structure forming stage According to the method, it is possible to manufacture a single crystal layer having a general composition of Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1) including GaN and AlN as a nitride semiconductor.

(3)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(2)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。   (3) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in above-mentioned (1) thru | or (2) suitably.

本発明は、深紫外波長領域の光を発生するデバイスの材料として利用することができるものである。   The present invention can be used as a material for a device that generates light in the deep ultraviolet wavelength region.

図1は、結晶成長装置の概略構成説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a crystal growth apparatus. 図2は、ステージ(1−1)〜(1−6)により作製される(1−x)系のGaNの成長時間の変化に伴う反射率の変化を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a change in reflectance accompanying a change in growth time of (1-x) GaN produced by stages (1-1) to (1-6). 図3(a)は、ステージ(1−2)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真であり、図3(b)は、ステージ(1−2)の終了時における基板の断面概念図である。FIG. 3A is a Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (1-2), and FIG. 3B is a conceptual cross-sectional view of the substrate at the end of the stage (1-2). 図4(a)は、ステージ(1−3)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真であり、図4(b)は、ステージ(1−3)の終了時における基板の断面概念図である。4A is a Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (1-3), and FIG. 4B is a conceptual cross-sectional view of the substrate at the end of the stage (1-3). 図5(a)は、ステージ(1−4)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真であり、図5(b)は、ステージ(1−4)の終了時における基板の断面概念図である。FIG. 5A is a Nomarski optical microscope photograph taken at the end of the stage (1-4), and FIG. 5B is a conceptual cross-sectional view of the substrate at the end of the stage (1-4). 図6は、ステージ(12−1)〜(12−8)により作製される(12−x)系のAlGaNの成長時間の変化に伴う反射率の変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a change in reflectance accompanying a change in growth time of (12-x) AlGaN produced by stages (12-1) to (12-8). 図7(a)は、ステージ(12−2)の終了時(ステージ(11−2)の終了時共通、ステージ(1−2)の終了時と同じ)に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真であり、図7(b)は、ステージ(12−2)の終了時(ステージ(11−2)の終了時と共通、ステージ(1−2)の終了時と同じ)における基板の断面概念図である。FIG. 7A is a Nomarski optical micrograph taken at the end of the stage (12-2) (common at the end of the stage (11-2), the same as at the end of the stage (1-2)). FIG. 7B is a conceptual cross-sectional view of the substrate at the end of the stage (12-2) (same as the end of the stage (11-2) and the same as the end of the stage (1-2)). 図8(a)は、ステージ(12−3)の終了時(ステージ(11−3)の終了時と共通、ステージ(1−3)の終了時と同じ)に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真であり、図8(b)は、ステージ(12−3)の終了時(ステージ(11−3)の終了時と共通、ステージ(1−3)の終了時と同じ)における基板の断面概念図である。FIG. 8A is a Nomarski optical micrograph taken at the end of the stage (12-3) (same as the end of the stage (11-3), the same as the end of the stage (1-3)). FIG. 8B is a conceptual cross-sectional view of the substrate at the end of the stage (12-3) (same as the end of the stage (11-3), the same as the end of the stage (1-3)). . 図9は、ステージ(11−4)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真である。FIG. 9 is a Nomarski optical micrograph taken at the end of the stage (11-4). 図10(a)は、ステージ(12−6)(ステージ(12−5)の終了時)に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真であり、図10(b)は、ステージ(12−6)(ステージ(12−5)の終了時)における基板の断面概念図である。FIG. 10A is a Nomarski optical micrograph taken on stage (12-6) (at the end of stage (12-5)), and FIG. 10B shows stage (12-6) (stage ( 12-5) is a conceptual cross-sectional view of a substrate at the time of completion of 12-5). 図11は、ステージ(12−7)の終了時に撮影したノマルスキ光学顕微鏡写真である。FIG. 11 is a Nomarski optical micrograph taken at the end of the stage (12-7).

符号の説明Explanation of symbols

10 結晶成長装置
12 結晶成長反応炉
12a 導入口
12b 排気口
14 結晶成長反応炉
16 サセプター
18 誘導加熱コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Crystal growth apparatus 12 Crystal growth reactor 12a Inlet 12b Exhaust port 14 Crystal growth reactor 16 Susceptor 18 Induction heating coil

Claims (6)

窒化物半導体の製造方法において、
アモルファス状のGaN層を形成する第1のステップと、
前記第1のステップで形成した前記GaN層を昇温アニールすることにより部分的に結晶化して微小3次元結晶核を形成する第2のステップと、
前記第2のステップで形成した前記微小3次元結晶核上に、AlGa1−xN(0≦x<1)層とAlN層とを交互に複数層積層させた周期積層構造を形成する第3ステップと、
前記第3のステップで形成した前記周期積層構造上に窒化物半導体の単結晶層を形成する第4のステップと
を有することを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
In the method for manufacturing a nitride semiconductor,
A first step of forming an amorphous GaN layer;
A second step in which the GaN layer formed in the first step is partially crystallized by annealing at a high temperature to form a micro three-dimensional crystal nucleus;
A periodic stacked structure in which a plurality of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) layers and AlN layers are alternately stacked is formed on the micro three-dimensional crystal nucleus formed in the second step. The third step;
And a fourth step of forming a single crystal layer of the nitride semiconductor on the periodic stacked structure formed in the third step.
請求項1に記載の窒化物半導体の製造方法において、
前記第4のステップにおいて単結晶層を形成する窒化物半導体は、AlGa1−yN(0≦y≦1)である
ことを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
In the manufacturing method of the nitride semiconductor according to claim 1,
The nitride semiconductor forming the single crystal layer in the fourth step is Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1).
窒化物半導体の製造方法において、
アモルファス状のGaN層を形成する第1のステップと、
前記第1のステップで形成した前記GaN層を昇温アニールすることにより部分的に結晶化して微小3次元結晶核を形成する第2のステップと、
前記第2のステップで形成した前記微小3次元結晶核上にGaNを成長することにより微小3次元結晶核を発達させた3次元ファセット構造を形成する第3のステップと、
前記第3のステップで形成した前記3次元ファセット構造上に、AlGa1−xN(0≦x<1)層とAlN層とを交互に複数層積層させた周期積層構造を形成する第4ステップと、
前記第4のステップで形成した前記周期積層構造上に窒化物半導体の単結晶層を形成する第5のステップと
を有することを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
In the method for manufacturing a nitride semiconductor,
A first step of forming an amorphous GaN layer;
A second step in which the GaN layer formed in the first step is partially crystallized by annealing at a high temperature to form a micro three-dimensional crystal nucleus;
A third step of forming a three-dimensional facet structure in which a minute three-dimensional crystal nucleus is developed by growing GaN on the minute three-dimensional crystal nucleus formed in the second step;
A periodic stacked structure in which a plurality of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) layers and AlN layers are alternately stacked is formed on the three-dimensional facet structure formed in the third step. 4 steps,
And a fifth step of forming a single crystal layer of the nitride semiconductor on the periodic laminated structure formed in the fourth step.
請求項3に記載の窒化物半導体の製造方法において、
前記第5のステップにおいて単結晶層を形成する窒化物半導体は、AlGa1−yN(0≦y≦1)である
ことを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
In the manufacturing method of the nitride semiconductor according to claim 3,
The nitride semiconductor forming the single crystal layer in the fifth step is Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1).
窒化物半導体の製造方法において、
アモルファス状のGaN層を形成する第1のステップと、
前記第1のステップで形成した前記GaN層を昇温アニールすることにより部分的に結晶化して微小3次元結晶核を形成する第2のステップと、
前記第2のステップで形成した前記微小3次元結晶核上にGaNを成長することにより微小3次元結晶核を発達させた3次元ファセット構造を形成する第3のステップと、
前記第3のステップで形成した前記3次元ファセット構造のGaN成長を中断して昇温アニールする第4のステップと、
前記第4のステップで昇温アニールした後に、AlGa1−xN(0≦x<1)層とAlN層とを交互に複数層積層させた周期積層構造を形成する第5のステップと、
前記第5のステップで形成した前記周期積層構造上に窒化物半導体の単結晶層を形成する第6のステップと
を有することを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
In the method for manufacturing a nitride semiconductor,
A first step of forming an amorphous GaN layer;
A second step in which the GaN layer formed in the first step is partially crystallized by annealing at a high temperature to form a micro three-dimensional crystal nucleus;
A third step of forming a three-dimensional facet structure in which a minute three-dimensional crystal nucleus is developed by growing GaN on the minute three-dimensional crystal nucleus formed in the second step;
A fourth step in which the GaN growth of the three-dimensional facet structure formed in the third step is interrupted to perform temperature rising annealing;
A fifth step of forming a periodic laminated structure in which a plurality of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) layers and AlN layers are alternately laminated after performing the temperature increase annealing in the fourth step; ,
And a sixth step of forming a single crystal layer of the nitride semiconductor on the periodic laminated structure formed in the fifth step.
請求項5に記載の窒化物半導体の製造方法において、
前記第6のステップにおいて単結晶層を形成する窒化物半導体は、AlGa1−yN(0≦y≦1)である
ことを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
In the manufacturing method of the nitride semiconductor according to claim 5,
The nitride semiconductor forming a single crystal layer in the sixth step is Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1).
JP2005090952A 2005-03-28 2005-03-28 Manufacturing method of nitride semiconductor Expired - Fee Related JP4544628B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005090952A JP4544628B2 (en) 2005-03-28 2005-03-28 Manufacturing method of nitride semiconductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005090952A JP4544628B2 (en) 2005-03-28 2005-03-28 Manufacturing method of nitride semiconductor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006278402A true JP2006278402A (en) 2006-10-12
JP4544628B2 JP4544628B2 (en) 2010-09-15

Family

ID=37212892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005090952A Expired - Fee Related JP4544628B2 (en) 2005-03-28 2005-03-28 Manufacturing method of nitride semiconductor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4544628B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0856015A (en) * 1994-08-12 1996-02-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Formation of semiconductor thin film
JP2002075871A (en) * 2000-08-24 2002-03-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of semiconductor substrate
JP2004140317A (en) * 2002-04-26 2004-05-13 Oki Electric Ind Co Ltd Manufacturing methods of laminate and semiconductor device
JP2004235193A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Sharp Corp Manufacturing method for nitride iii-v compound semiconductor device and nitride iii-v compound semiconductor device
JP2005005657A (en) * 2003-06-09 2005-01-06 Sc Technology Kk Crystal layer structure of field effect transistor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0856015A (en) * 1994-08-12 1996-02-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Formation of semiconductor thin film
JP2002075871A (en) * 2000-08-24 2002-03-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of semiconductor substrate
JP2004140317A (en) * 2002-04-26 2004-05-13 Oki Electric Ind Co Ltd Manufacturing methods of laminate and semiconductor device
JP2004235193A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Sharp Corp Manufacturing method for nitride iii-v compound semiconductor device and nitride iii-v compound semiconductor device
JP2005005657A (en) * 2003-06-09 2005-01-06 Sc Technology Kk Crystal layer structure of field effect transistor

Also Published As

Publication number Publication date
JP4544628B2 (en) 2010-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4335187B2 (en) Nitride semiconductor device manufacturing method
JP4696886B2 (en) Method for manufacturing self-supporting gallium nitride single crystal substrate and method for manufacturing nitride semiconductor device
JP4088111B2 (en) Porous substrate and manufacturing method thereof, GaN-based semiconductor multilayer substrate and manufacturing method thereof
TWI358468B (en) Nitride semiconductor free-standing substrate
TWI437637B (en) Method for manufacturing gallium nitride single crystalline substrate using self-split
WO2006126330A1 (en) METHOD FOR GROWTH OF GaN SINGLE CRYSTAL, METHOD FOR PREPARATION OF GaN SUBSTRATE, PROCESS FOR PRODUCING GaN-BASED ELEMENT, AND GaN-BASED ELEMENT
JP2007067077A (en) Nitride semiconductor device and method of manufacturing same
US8216869B2 (en) Group III nitride semiconductor and a manufacturing method thereof
JP2000353821A (en) Nitride semiconductor device and manufacture thereof
JP2004319711A (en) Porous substrate for epitaxial growth and its manufacturing method, and method of manufacturing group iii nitride semiconductor substrate
JP2010251738A (en) Nitride semiconductor epitaxial substrate
JP2007059850A (en) Substrate for depositing group iii nitride, manufacturing method thereof, and semiconductor device using the same
JP5892014B2 (en) Nitride semiconductor device and method for identifying manufacturing conditions thereof
JP5056299B2 (en) Nitride semiconductor base substrate, nitride semiconductor multilayer substrate, and method of manufacturing nitride semiconductor base substrate
CN105826438B (en) A kind of light emitting diode with metal buffer layer and preparation method thereof
JP2009208991A (en) Method for producing nitride semiconductor substrate
JP2014009156A (en) Method for producing gallium nitride substrate and gallium nitride substrate produced thereby
JP2008124151A (en) Single crystal substrate and method of manufacturing nitride semiconductor single crystal
JP2009221083A (en) Group iii nitride semiconductor and method for manufacturing the same
JP4544628B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor
JP2005203418A (en) Nitride compound semiconductor substrate and its manufacturing method
JP2007197240A (en) Method for manufacturing gallium nitride single crystal substrate and gallium nitride single crystal substrate
JP2010123818A (en) Nitride semiconductor multilayered structure and method of manufacturing the same
JP2010267759A (en) Method of manufacturing laminate
JP2014201457A (en) Method for producing crystal laminate structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20071023

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Effective date: 20100316

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20100330

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Effective date: 20100517

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100608

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Effective date: 20100628

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130709

Year of fee payment: 3

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees