JP2011138895A - Method of manufacturing crystal, and method of manufacturing light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結晶の製造方法および発光素子の製造方法に関し、より特定的には、反応容器内でInxAlyGa(1-x-y)N(窒化インジウムアルミニウムガリウム)結晶(0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1)を製造する方法およびその結晶を備えた発光素子を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a manufacturing method and light-emitting element of the crystal, and more specifically, within the reaction vessel In x Al y Ga (1- xy) N ( indium aluminum gallium nitride) crystal (0 ≦ x <1 , 0 ≦ y <1, 0 <x + y ≦ 1), and a method for manufacturing a light-emitting element including the crystal.
有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor deposition)法は、代表的なInxAlyGa(1-x-y)N結晶(以下、InAlGaN結晶とも言う)の製造方法の一つであり、たとえばIII族有機金属を気化させ、それを基板表面で熱的に分解させ、V族ガスと反応させて成膜する方法である。この方法は生産性に優れていることから、半導体装置を製造する際の成膜技術として広く用いられている。 Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor deposition ) method, typical In x Al y Ga (1- xy) N crystal is one of the production method (hereinafter, also referred to as InAlGaN crystal), for example, In this method, a group III organic metal is vaporized, thermally decomposed on the substrate surface, and reacted with a group V gas to form a film. Since this method is excellent in productivity, it is widely used as a film forming technique when manufacturing a semiconductor device.
MOCVD法に用いられるMOCVD装置は、チャンバと、チャンバ内に配置されたサセプタと、基板表面に反応ガスを流すための通路とを備えている。MOCVD装置においては、サセプタ上に基板を載置し、基板を適当な温度に加熱し、通路を通じて基板表面に有機金属のガスを導入することにより成膜が行なわれる。ここで、成膜される膜の厚さを均一にするために、MOCVD装置には反応ガスを基板表面に沿って均一に流すことが要求される。MOCVD装置においては、反応ガスを基板表面に沿って均一に流すために、様々な通路形状が提案されてきた。 An MOCVD apparatus used for the MOCVD method includes a chamber, a susceptor disposed in the chamber, and a passage for flowing a reaction gas to the surface of the substrate. In the MOCVD apparatus, a substrate is placed on a susceptor, the substrate is heated to an appropriate temperature, and an organic metal gas is introduced into the substrate surface through a passage to form a film. Here, in order to make the thickness of the film to be formed uniform, the MOCVD apparatus is required to flow the reaction gas uniformly along the substrate surface. In the MOCVD apparatus, various passage shapes have been proposed in order to flow the reaction gas uniformly along the substrate surface.
従来のMOCVD装置として、たとえば特開2008−16609号公報(特許文献1)には、基板を載置するためのサセプタと、基板に反応ガスを導入するための通路を備えたMOCVD装置が開示されている。通路は、横型三層流方式であり、サセプタの載置面に対して平行に延びている。通路において基板に最も遠い位置に水素(H2)ガス、窒素(N2)ガスなどのパージガスが用いられ、それよりも基板に近い位置にトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、トリメチルアルミニウム(TMA)などのIII族元素を含む有機金属ガスとH2ガス、N2ガスなどのキャリアガスとの混合ガスが用いられ、それよりも基板に近い位置、つまり基板に最も近い位置にアンモニア(NH3)などのV族元素を含むガスとH2ガス、N2ガスなどのキャリアガスとの混合ガスが用いられている。これらのガスがMOCVD装置に導入されると、互いに混合された反応ガスがサセプタにおいて載置面に平行に導入されて拡散され、サセプタによって加熱される。混合ガスに含まれる有機金属ガスは加熱によって分解し中間反応体となり、NH3ガスと反応してInAlGaN結晶となる。その結果、InAlGaN結晶が基板の表面に成膜される。 As a conventional MOCVD apparatus, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-16609 (Patent Document 1) discloses a MOCVD apparatus including a susceptor for placing a substrate and a passage for introducing a reaction gas into the substrate. ing. The passage is a horizontal three-layer flow system and extends in parallel to the mounting surface of the susceptor. A purge gas such as hydrogen (H 2 ) gas or nitrogen (N 2 ) gas is used at a position farthest from the substrate in the passage, and trimethyl gallium (TMG), trimethyl indium (TMI), and trimethyl aluminum are positioned closer to the substrate. A mixed gas of an organometallic gas containing a group III element such as (TMA) and a carrier gas such as H 2 gas or N 2 gas is used, and ammonia (at a position closer to the substrate, that is, a position closest to the substrate). A mixed gas of a gas containing a group V element such as NH 3 ) and a carrier gas such as H 2 gas or N 2 gas is used. When these gases are introduced into the MOCVD apparatus, the reaction gases mixed with each other are introduced and diffused parallel to the mounting surface in the susceptor and heated by the susceptor. The organometallic gas contained in the mixed gas is decomposed by heating to become an intermediate reactant, and reacts with NH 3 gas to become InAlGaN crystals. As a result, an InAlGaN crystal is formed on the surface of the substrate.
しかしながら、上記特許文献1に開示のMOCVD装置では、サセプタの上流側と下流側との各々において供給される反応ガスの条件が異なる。このため、製造される結晶の厚みが均一でないという問題が生じていた。
However, in the MOCVD apparatus disclosed in
また、InxAlyGa(1-x-y)N(0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1)結晶を製造するためには、TMG、TMIおよびTMAのうちの2種または3種を用いる必要がある。このため、InAlGaN結晶を製造する条件においては、製造される結晶の成長速度が遅いという問題が生じていた。 Further, In x Al y Ga (1 -xy) N (0 ≦ x <1,0 ≦ y <1,0 <x + y ≦ 1) to produce the crystal, TMG, 2 kinds of TMI and TMA Or three types need to be used. For this reason, there has been a problem that the growth rate of the produced crystal is slow under the conditions for producing the InAlGaN crystal.
したがって、本発明の目的は、InAlGaN結晶の厚みを均一にし、かつ成長速度を向上する結晶の製造方法および発光素子の製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a crystal and a method for manufacturing a light-emitting element, in which the thickness of the InAlGaN crystal is made uniform and the growth rate is improved.
本発明者は、InAlGaN結晶の厚みが不均一である原因を鋭意研究した結果、サセプタの上流側ではIII族原料の有機金属ガスがV族原料の原料ガス層を拡散しにくく、有機金属ガスが基板に到達しにくいことに起因していることを見い出した。 As a result of earnest research on the cause of the non-uniform thickness of the InAlGaN crystal, the present inventor found that the organometallic gas of the group III material hardly diffuses in the source gas layer of the group V material on the upstream side of the susceptor. We found out that it was caused by difficulty in reaching the substrate.
また、本発明者は、InAlGaN結晶の成長速度が遅い原因を鋭意研究した結果、3元系または4元系のInAlGaN結晶を製造するためには、たとえばTMG、TMIおよびTMAのうちの2種または3種を用いる必要があるが、InAlGaN結晶を製造する条件において、TMG、TMIおよびTMAが互いに気相反応しやすいことに起因していることを見い出した。 In addition, as a result of intensive studies on the cause of the slow growth rate of InAlGaN crystals, the present inventor has produced two or more of TMG, TMI and TMA, for example, to produce a ternary or quaternary InAlGaN crystal. Although it is necessary to use three types, it has been found that TMG, TMI and TMA are easily vapor-phase reacted with each other under the conditions for producing InAlGaN crystals.
そこで、本発明の結晶の製造方法は、反応容器内でInxAlyGa(1-x-y)N結晶(0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1)を製造する方法であって、以下の工程を備える。主表面を有する基板を準備する。基板の主表面に沿った方向に原料ガスを供給しながら、基板を加熱することにより基板の主表面にInxAlyGa(1-x-y)N結晶を成長する。InxAlyGa(1-x-y)N結晶を成長する工程では、基板の主表面に垂直な方向において主表面に近い側に位置する第1のガス供給部からV族元素の原料を含む第1原料ガスを基板の主表面上に供給するとともに、基板の主表面に垂直な方向において第1のガス供給部より主表面から遠い側に位置する第2のガス供給部から、複数のIII族元素の原料である有機金属を含む第2原料ガスを基板の主表面上に供給し、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の0.5以上0.8以下にし、反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にする。 Therefore, the production method of the crystal of the present invention, a method of manufacturing the In x Al y Ga (1- xy) N crystal (0 ≦ x <1,0 ≦ y <1,0 <x + y ≦ 1) in a reaction vessel And the following steps are provided. A substrate having a main surface is prepared. While supplying the raw material gas in a direction along the main surface of the substrate, growing In x Al y Ga (1- xy) N crystal on the main surface of the substrate by heating the substrate. The In x Al y Ga (1- xy) growing a N crystals, containing raw materials of Group V element from the first gas supply portion located closer to the main surface in a direction perpendicular to the main surface of the substrate first A source gas is supplied onto the main surface of the substrate, and a plurality of III groups are supplied from the second gas supply unit located on the side farther from the main surface than the first gas supply unit in the direction perpendicular to the main surface of the substrate. A second source gas containing an organic metal that is an elemental raw material is supplied onto the main surface of the substrate, and the flow rate of the first source gas is set to 0.5 to 0.8 of the flow rate of the second source gas, The pressure is set to 20 kPa or more and less than 60 kPa.
本発明の結晶の製造方法によれば、V族元素の原料である第1原料ガスの流速をIII族元素の原料である第2原料ガスの0.5以上0.8以下にすることによって、第2原料ガスが第1原料ガスを拡散して、基板の上流側に届くことを見い出した。このため、たとえばサセプタを回転することによって、第1および第2原料ガスを基板の主表面に沿って均一に流すことができるので、製造する結晶の厚みを均一にすることができる。 According to the method for producing a crystal of the present invention, by setting the flow rate of the first source gas that is the source of the group V element to 0.5 to 0.8 of the second source gas that is the source of the group III element, It was found that the second source gas diffuses the first source gas and reaches the upstream side of the substrate. For this reason, for example, by rotating the susceptor, the first and second source gases can be made to flow uniformly along the main surface of the substrate, so that the thickness of the crystal to be manufactured can be made uniform.
また、反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にすることによって、複数のIII族元素の原料ガスが互いに気相反応することを抑制できることを見い出した。このため、III族元素の原料ガスを基板の主表面に到達させることができるので、2種または3種のIII族元素を含むInAlGaN結晶の成長速度を向上できる。
Further, it has been found that by making the pressure in the
上記結晶の製造方法において好ましくは、InxAlyGa(1-x-y)N結晶を成長する工程では、第1原料ガスの流速を0.18m/s以上0.35m/s以下にする。 In the foregoing method of producing a crystal in the In x Al y Ga (1- xy) growing a N crystals, the flow rate of the first source gas below 0.18 m / s or more 0.35 m / s.
V族元素を含む第1原料ガスの流速を上記のように小さくすることにより、第2原料ガスが第1原料ガスをより拡散しやすくなる。このため、より均一な厚みを有する結晶を製造することができる。 By reducing the flow rate of the first source gas containing the group V element as described above, the second source gas can more easily diffuse the first source gas. For this reason, the crystal | crystallization which has more uniform thickness can be manufactured.
本発明の発光素子の製造方法は、上記結晶の製造方法により、基板の主表面にInxAlyGa(1-x-y)N結晶を成長する工程と、InxAlyGa(1-x-y)N結晶上に電極を形成する工程とを備える。 The method for manufacturing a light emitting device of the present invention includes a step of growing an In x Al y Ga (1-xy) N crystal on a main surface of a substrate by the above-described crystal manufacturing method, and In x Al y Ga (1-xy). Forming an electrode on the N crystal.
本発明の発光素子の製造方法によれば、上記結晶の製造方法によりInAlGaN結晶を製造しているので、厚みを均一にし、かつ成長速度を向上して発光素子を製造することができる。 According to the method for manufacturing a light-emitting element of the present invention, since the InAlGaN crystal is manufactured by the above-described crystal manufacturing method, the light-emitting element can be manufactured with a uniform thickness and an improved growth rate.
本発明の結晶の製造方法および発光素子の製造方法によれば、InAlGaN結晶の厚みを均一にし、かつ成長速度を向上することができる。 According to the crystal manufacturing method and the light emitting element manufacturing method of the present invention, the thickness of the InAlGaN crystal can be made uniform and the growth rate can be improved.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャル膜を説明する。図1に示すように、エピタキシャル膜25は、主表面20aを有する基板20と、基板20の主表面20a上に形成されたバッファ層21と、バッファ層21上に形成されたInAlGaN層22とを備えている。
(Embodiment 1)
With reference to FIG. 1, the epitaxial film in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the
基板20は、たとえばサファイア(Al2O3)基板、窒化ガリウム(GaN)基板などである。基板20は、たとえば2インチ以上の主表面20aを有する。
The
バッファ層21は、たとえばGaN層である。なお、バッファ層21は、省略されてもよい。
The
InAlGaN層22は、InxAlyGa(1-x-y)N結晶(0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1)である。つまり、InAlGaN層22は、InxAlyN結晶(0<x<1、0<y<1、x+y=1)、InxGa(1-x)N結晶(0<x<1)、およびAlyGa(1-y)N結晶(0<y<1)の3元系の結晶、またはInxAlyGa(1-x-y)N結晶(0<x<1、0<y<1、0<x+y<1)の4元系の結晶のいずれかである。
The InAlGaN
InAlGaN層22の厚みのばらつきは、6%以内であり、4%以内であることが好ましく、2%以内であることがより好ましい。厚みのばらつきが6%以内の場合には、このInAlGaN層22を発光素子のクラッド層に用いると、光閉じ込めの分布を均一にできるので、十分な光閉じ込めができる半導体レーザなどの発光素子の歩留まりを向上できる。4%以内の場合には発光素子の歩留まりをより向上でき、2%以内の場合には発光素子の歩留まりをより一層向上できる。
The variation in the thickness of the InAlGaN
ここで、厚みのばらつきとは、InAlGaN層22において、最も大きい厚みと、最も小さい厚みと、厚みの中央値とを測定し、{最も大きい厚み−最も小さい厚み)/中央値}×100をばらつきの値としている。これは、InAlGaN層22を成長する際に、成長速度の最大値、最小値および中央値を測定して、中央値からの分布を求めることによっても、測定され得る。なお、中央値は、たとえば5点測定したときの中央に位置する値である。
Here, the variation in thickness means that the largest thickness, the smallest thickness, and the median value of thicknesses are measured in the
InAlGaN層22は、3元系の結晶であっても、4元系の結晶であってもよいが、4元系の結晶であることが好ましい。4元系の結晶の場合、インジウム(In)の組成比xは1%以上4%以下で、アルミニウム(Al)の組成比yは10%以上30%以下であることが好ましい。この場合、このInAlGaN層22をクラッド層として好適に用いることができる。
The
また、4元系のInAlGaN結晶は、このInAlGaNと同じバンドギャップのAlGaNの格子定数d(AlGaN)よりもGaNの格子定数d(GaN)に近い格子定数d(InAlGaN)を提供できる。また、4元系のInAlGaN結晶は、このInAlGaNと同じ屈折率のAlGaNの格子定数d(AlGaN)よりもGaNの格子定数d(GaN)に近い格子定数d(InAlGaN)を提供できる。 Further, the quaternary InAlGaN crystal can provide a lattice constant d (InAlGaN) closer to the lattice constant d (GaN) of GaN than the lattice constant d (AlGaN) of AlGaN having the same band gap as that of InAlGaN. The quaternary InAlGaN crystal can provide a lattice constant d (InAlGaN) closer to the lattice constant d (GaN) of GaN than the lattice constant d (AlGaN) of AlGaN having the same refractive index as that of InAlGaN.
InAlGaN層22において、基板20の主表面20aに平行な方向の面の直径は、たとえば2インチ以上である。
In the
続いて、図2を参照して、本実施の形態における結晶の製造装置について説明する。本実施の形態では、結晶の製造装置として、MOCVD装置を用いている。 Next, with reference to FIG. 2, the crystal manufacturing apparatus in the present embodiment will be described. In this embodiment, an MOCVD apparatus is used as a crystal manufacturing apparatus.
図2に示すように、MOCVD装置1は、反応容器3と、サセプタ5と、ヒータ9と、原料ガス供給部11とを備えている。反応容器3内にはサセプタ5とヒータ9と原料ガス供給部11とが配置されている。原料ガス供給部11は図2中横方向に延びており、原料ガス供給部11の内部にはサセプタ5の載置面(図2では上面)が面している。
As shown in FIG. 2, the
サセプタ5は、反応容器3の内部に配置されている。このサセプタ5は円盤形状を有しており、同じく円盤形状を有するヒータ9上に配置されている。サセプタ5の下部には回転機構としての回転軸13が取り付けられており、これにより、サセプタ5は原料ガス供給部11の内部に載置面が面した状態で回転可能となっている。サセプタ5の載置面には平面的に見て円形状を有する複数の溝7が形成されている。これらの溝7の各々に主表面20aを有する基板20の各々が載置され、これにより基板20が加熱される。サセプタ5の載置面にはたとえば7つの溝7が形成されており、これらの溝7の各々に円形の基板20が載置される。ヒータ9は、サセプタ5を介して基板20を加熱する。
The
原料ガス供給部11は、反応容器3に、基板20の主表面20aに沿った方向から第1および第2原料ガスG1、G2、およびサブフローとしてのガスG3を供給している。つまり、原料ガス供給部11は、基板20の主表面20aに第1および第2原料ガスG1、G2およびガスG3で構成される反応ガスを流すための通路である。本実施の形態の原料ガス供給部11はサセプタ5の載置面に対して平行に延びており、原料ガスの流れ方向(図2中左側から右側へ向かう方向)に垂直な面で見ると矩形の断面形状を有している。また、原料ガス供給部11は横型三層流方式であり、上流側(図2中左側)に第1のガス供給部11aと、第2のガス供給部11bと、第3のガス供給部11cとを含んでいる。
The source
この第1のガス供給部11aは、基板20の主表面20aに垂直な方向Dにおいて主表面20aに近い側に位置している。第2のガス供給部11bは、基板20の主表面20aに垂直な方向Dにおいて第1のガス供給部11aより主表面20aから遠い側に位置している。第3のガス供給部11cは、基板20の主表面20aに垂直な方向Dにおいて第2のガス供給部11bより主表面20aから遠い側に位置している。つまり、サセプタ5の載置面と垂直な方向Dにおいて、第1のガス供給部11a、第2のガス供給部11b、第3のガス供給部11cの順に、サセプタ5の載置面に近い。
The first gas supply unit 11 a is located on the side close to the
なお、第1〜第3のガス供給部11a〜11cの第1および第2原料ガスG1、G2およびガスG3の出口の位置は、基板20の主表面20aに沿った方向、つまり第1および第2原料ガスG1、G2およびガスG3の流れ方向において図2に示すように異なっていてもよく、同じであってもよい。
The positions of the outlets of the first and second source gases G1, G2, and gas G3 of the first to third gas supply units 11a to 11c are the directions along the
第1のガス供給部11aは、V族元素の原料を含む第1原料ガスG1を反応容器3に供給する。第1原料ガスG1として、たとえば、NH3ガスなどのV族元素を含むガスと、H2ガス、N2ガスなどのキャリアガスとの混合ガスを用いることができる。
The first gas supply unit 11 a supplies the first source gas G <b> 1 containing the group V element source to the
第2のガス供給部11bは、III族元素の原料である複数の有機金属を含む第2原料ガスG2を反応容器に供給する。第2原料ガスG2として、TMG、TMI、またはTMAなどのIII族元素を含む2種以上の有機金属ガスと、H2ガス、N2ガスなどのキャリアガスとの混合ガスを用いることができる。なお、ガリウム(Ga)源、Al源およびIn源として、上記材料の代わりに、あるいは上記材料とともに、他の材料(たとえばトリエチルガリウム(TEG)、トリエチルアミン(TEA)、トリエチルインジウム(TEI))などを用いてもよい。 The second gas supply unit 11b supplies a second source gas G2 containing a plurality of organic metals, which are group III element sources, to the reaction vessel. As the second source gas G2, a mixed gas of two or more kinds of organometallic gases containing a group III element such as TMG, TMI, or TMA and a carrier gas such as H 2 gas or N 2 gas can be used. In addition, as a gallium (Ga) source, an Al source, and an In source, other materials (for example, triethylgallium (TEG), triethylamine (TEA), triethylindium (TEI)) or the like can be used instead of or in addition to the above materials. It may be used.
第3のガス供給部11cは、原料を含まないガスG3を供給する。ガスG3は、第1および第2原料ガスG1、G2の反応を抑制するパージガスが好適に用いられる。ガスG3として、H2ガス、N2ガスなどのキャリアガスを用いることができる。
The 3rd
なお、MOCVD装置1において、第3のガス供給部11cは省略されていてもよい。この場合に、反応容器3において基板20の主表面20a(サセプタ5の載置面)と対向する面(図2において上壁)に原料ガスG1、G2が供給されることにより結晶が堆積することを抑制するためのパージ機構などの手段が設けられていることが好ましい。
In the
また、本実施の形態のMOCVD装置1では、サセプタ5は反応容器の下方に配置されているフェースアップ方式であるが特にこれに限定されない。MOCVD装置は、反応容器の上方にサセプタ5が配置されているフェースダウン方式であってもよい。
Further, in the
続いて、図1および図2を参照して、本実施の形態における結晶の製造方法について説明する。本実施の形態では、図2に示すMOCVD装置1を用いて、MOCVD法により図1に示すエピタキシャル膜25を製造する。
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, a method for manufacturing a crystal in the present embodiment will be described. In the present embodiment, the
まず、主表面20aを有する基板20を準備する。準備する基板20は特に限定されないが、たとえばサファイア基板、GaN基板などを用いることができる。この工程では、たとえばMOCVD装置1において、サセプタ5の載置面に基板20が載置され、基板20をサセプタ5に保持させる。
First, the
次に、基板20の主表面20aに沿った方向に原料ガスを供給しながら、基板20を加熱することにより基板20の主表面20a上にバッファ層21を成長する。
Next, the
バッファ層21を成長する工程では、基板20の主表面20aに垂直な方向Dにおいて主表面20aに近い側に位置する第1のガス供給部11aからV族元素の原料を含む第1原料ガスG1を基板20の主表面20a上に供給するとともに、基板20の主表面20aに垂直な方向Dにおいて第1のガス供給部11aより主表面20aから遠い側に位置する第2のガス供給部11bから、III族元素を含む第2原料ガスG2を基板20の主表面20a上に供給する。さらに、基板20の主表面20aに垂直な方向Dにおいて第2のガス供給部11bより主表面20aから遠い側に位置する第3のガス供給部11cから、原料を含まないガスG3を供給する。
In the step of growing the
具体的には、MOCVD装置1においては、サセプタ5の載置面に基板20が載置された状態で、ヒータ9によってサセプタ5が加熱され、回転軸13でサセプタ5が回転される。そして、第1および第2のガス供給部11a、11bの各々から、原料ガスを構成する第1および第2原料ガスG1、G2と、第3のガス供給部11cから、原料ガスを構成しないガスG3とが導入される。原料ガスは上流側から下流側(図2中右方向)に流れていく。第1および第2原料ガスG1、G2は、たとえば上述した材料を用いることができる。これらの原料ガスG1、G2およびガスG3の各々が第1〜第3のガス供給部11a〜11cの各々へ導入されると、サセプタ5上において載置面に平行に導入されて拡散され、加熱されたサセプタ5により加熱される。第2原料ガスG2に含まれるIII族元素を有するガスは加熱によって分解し中間反応体となり、同様に加熱によって分解した第1原料ガスG1に含まれるV族元素を有するガスの中間反応体と反応してGaN結晶となる。その結果、GaN結晶が基板20の主表面20aに成膜される。
Specifically, in the
次に、基板20の主表面20aに沿った方向に原料ガスを供給しながら、基板20を加熱することにより基板20の主表面20a上(本実施の形態ではバッファ層21上)にInAlGaN結晶(本実施の形態ではInAlGaN層22)を成長する。InAlGaN層22を成長する工程では、第1原料ガスG1の流速を第2原料ガスG2の流速の0.5以上0.8以下にし、かつ反応容器3内の圧力を20kPa以上60kPa未満にする。
Next, an InAlGaN crystal (on the
具体的には、第1原料ガスG1の流速を第2原料ガスG2の流速の0.5以上0.8以下になるように、第1および第2のガス供給部11a、11bから反応容器3へ供給する第1および第2原料ガスG1、G2の流速を調整する。また、反応容器3内の圧力が20kPa以上60kPa未満になるように、ガスG3の導入、パージなどを行なって反応容器3内の圧力を調整する。
Specifically, the
第1原料ガスG1の流速を第2原料ガスG2の流速の0.5以上にすることによって、高い成長速度を維持できるとともに、成長させるInAlGaN層22の表面のモフォロジーを良好にすることができる。第1原料ガスG1の流速を第2原料ガスG2の流速の0.8以下にすることによって、複数のIII族元素の原料である複数の有機金属ガスを含む第2原料ガスG2が、V族原料の第1原料ガスG1を拡散しやすく、基板20の上流側に届く。このため、回転軸13によりサセプタ5を回転することによって、基板20の主表面20aに沿って均一に第1および第2原料ガスG1、G2を流すことができるので、基板20の主表面20aに垂直な方向の成長速度を均一にできるので、製造するInAlGaN層22の厚みを均一にすることができる。
By setting the flow rate of the first source gas G1 to 0.5 or more of the flow rate of the second source gas G2, a high growth rate can be maintained and the surface morphology of the grown
反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にすることによって、第2原料ガスG2において、III族元素の原料である2種以上の有機金属ガスが互いに気相反応することを抑制できる。このため、III族元素の原料ガスを基板の主表面に到達させることができるので、2種または3種のIII族元素を含むInAlGaN結晶の成長速度を向上できる。 By setting the pressure in the reaction vessel to 20 kPa or more and less than 60 kPa, it is possible to suppress a gas phase reaction between two or more kinds of organometallic gases that are the raw materials of the group III element in the second raw material gas G2. For this reason, since the group III element source gas can reach the main surface of the substrate, the growth rate of the InAlGaN crystal containing two or three group III elements can be improved.
InAlGaN層22を成長する工程では、第1原料ガスG1の流速を0.18m/s以上0.35m/s以下にすることが好ましい。このように第1原料ガスG1の流速を小さくすると、第2原料ガスG2が第1原料ガスG1をより拡散しやすくなるので、InAlGaN層22の成長速度分布を均一に改善することができる。このため、より均一な厚みのInAlGaN層22を製造することができる。
In the step of growing the
InAlGaN層22を成長する工程では、870℃以上940℃以下でInAlGaN層22を成長することが好ましい。870℃以上の場合、InAlGaN層22のモフォロジーを良好にできる。940℃以下の場合、Inを含むInAlGaN層22を成長する際にInの取り込みが良好である。
In the step of growing the
この工程では、バッファ層21を成長する工程と同様に、バッファ層21上にInAlGaN層22を成長する。具体的には、第1および第2原料ガスG1、G2は、たとえば上述した材料を用いることができる。これらの原料ガスG1、G2およびガスG3の各々が第1〜第3のガス供給部11a〜11cの各々へ導入されると、サセプタ5上において載置面に平行に導入されて拡散され、加熱されたサセプタ5により加熱される。第2原料ガスG2に含まれる複数のIII族元素を有するガスは加熱によって分解し中間反応体となり、同様に加熱によって分解した第1原料ガスG1に含まれるV族元素を有するガスの中間反応体と反応してInAlGaN結晶となる。その結果、InAlGaN結晶よりなるInAlGaN層22がバッファ層21上に成膜される。
In this step, an
なお、上記バッファ層21を成長する工程およびInAlGaN層22を成長する工程においては、第1および第2原料ガスG1、G2と同時にドーパントガスを基板20の主表面20aに供給することにより、ドーパントを含む層を成長することもできる。
In the step of growing the
以上の工程を実施することにより、図1に示すエピタキシャル膜25を製造することができる。本実施の形態ではバッファ層21を備えたエピタキシャル膜25の製造方法について説明したが、バッファ層21は省略されてもよい。また、バッファ層21を成長する工程を実施する場合には、InAlGaN層22を成長する工程と同様にバッファ層21を成長してもよい。
By performing the above steps, the
以上説明したように、本実施の形態における結晶の製造方法によれば、反応容器3内でInxAlyGa(1-x-y)N結晶(0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1)を製造する方法であって、主表面20aを有する基板20を準備する工程と、基板20の主表面20aに沿った方向に原料ガスを供給しながら、基板20を加熱することにより基板20の主表面20aにInxAlyGa(1-x-y)N結晶(InAlGaN層22)を成長する工程とを備え、InxAlyGa(1-x-y)N結晶を成長する工程では、基板20の主表面20aに垂直な方向において主表面20aに近い側に位置する第1のガス供給部11aからV族元素の原料を含む第1原料ガスG1を基板20の主表面20a上に供給するとともに、基板20の主表面20aに垂直な方向において第1のガス供給部11aより主表面20aから遠い側に位置する第2のガス供給部11bから、複数のIII族元素の原料である有機金属を含む第2原料ガスG2を基板20の主表面20a上に供給し、第1原料ガスG1の流速を第2原料ガスG2の流速の0.5以上0.8以下にし、反応容器3内の圧力を20kPa以上60kPa未満にする。
As described above, according to the manufacturing method of the crystal in the present embodiment, the reaction vessel 3 In x Al y Ga (1 -xy) N crystal (0 ≦ x <1,0 ≦ y <1,0 <X + y ≦ 1) is a method of manufacturing a
本実施の形態の結晶の製造方法によれば、V族元素の原料である第1原料ガスG1の流速をIII族元素の原料である第2原料ガスG2の0.5以上0.8以下にすることによって、第2原料ガスG2が第1原料ガスG1を拡散して、基板20の上流側に届くことを見い出した。このため、サセプタ5を回転することによって、厚みの均一な結晶を製造することができる。
According to the crystal manufacturing method of the present embodiment, the flow rate of the first source gas G1 that is the source of the group V element is set to 0.5 to 0.8 of the second source gas G2 that is the source of the group III element. As a result, it was found that the second source gas G2 diffuses the first source gas G1 and reaches the upstream side of the
また、反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にすることによって、2種または3種のIII族元素の原料ガスが互いに気相反応することを抑制できることを見い出した。このため、III族元素の原料ガスである第2原料ガスG2を基板20の主表面20aに到達させることができるので、2種または3種のIII族元素を含むInAlGaN結晶の成長速度を向上できる。特に、従来の大型の反応容器では下流側で成長速度が著しく低下していたが、本実施の形態では大型の反応容器でも反応容器3内の圧力を制御することによって、成長速度の低下を効果的に抑制できる。
Further, it has been found that by making the pressure in the
したがって、本実施の形態における結晶製造方法によれば、InAlGaN結晶の厚みを均一にし、かつ成長速度を向上する結晶を製造することができる。 Therefore, according to the crystal manufacturing method of the present embodiment, it is possible to manufacture a crystal that makes the thickness of the InAlGaN crystal uniform and improves the growth rate.
(実施の形態2)
図3を参照して、本実施の形態におけるエピタキシャル膜30について説明する。エピタキシャル膜30は、基板20と、n型バッファ層32と、n型クラッド層33と、アンドープ光ガイド層34、36と、活性層35と、p型電子ブロック層37と、p型クラッド層38と、p型コンタクト層39とを備えている。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 3, the
基板20は、たとえばGaN基板である。n型バッファ層32は、基板20の主表面20a上に形成され、たとえばn型GaN層である。n型クラッド層33は、n型バッファ層32上に形成され、たとえばn型InAlGaN層である。アンドープ光ガイド層34は、n型クラッド層33上に形成され、たとえばInGaN層である。活性層35は、アンドープ光ガイド層34上に形成され、たとえばInGaNよりなる井戸層とGaNよりなる障壁層とを含む多重量子井戸構造である。なお、活性層35は、単一の半導体材料よりなっていてもよい。アンドープ光ガイド層36は、活性層35上に形成され、たとえばInGaNよりなる。p型電子ブロック層37は、アンドープ光ガイド層36上に形成され、たとえばAlGaNよりなる。p型クラッド層38は、p型電子ブロック層37上に形成され、たとえばp型AlGaNである。p型コンタクト層39は、p型クラッド層38上に形成され、たとえばp型GaNである。
The
本実施の形態では、n型クラッド層33、アンドープ光ガイド層34、井戸層、p型電子ブロック層37、p型クラッド層38は、実施の形態1のInAlGaN層22と同様である。
In the present embodiment, the n-
続いて、本実施の形態におけるエピタキシャル膜30の製造方法について説明する。本実施の形態におけるエピタキシャル膜30は、実施の形態1で説明したMOCVD装置1を用いて製造される。
Then, the manufacturing method of the
具体的には、まず、実施の形態1と同様に、主表面20aを有する基板20を準備する。
Specifically, first, as in the first embodiment, a
次に、基板20上に、n型バッファ層32と、n型クラッド層33と、アンドープ光ガイド層34と、活性層35と、アンドープ光ガイド層36と、p型電子ブロック層37と、p型クラッド層38と、p型コンタクト層39とをこの順で成長する。この工程では、たとえば図2に示すMOCVD装置1において、第2原料ガスG2の種類を変更することで各々の層を成長する。
Next, on the
各々の層においてInAlGaN結晶を成長する工程は、実施の形態1のInAlGaN層22を成長する工程と同様に行なう。つまり、本実施の形態では、n型クラッド層33、アンドープ光ガイド層34、井戸層、p型電子ブロック層37、p型クラッド層38を成長する場合には、第1原料ガスG1の流速を第2原料ガスG2の流速の0.5以上0.8以下にし、反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にする。また、GaNなどの2元系の層を成長する場合にも、実施の形態1のInAlGaN層22を成長する工程と同様に行なってもよい。
The step of growing the InAlGaN crystal in each layer is performed in the same manner as the step of growing the
以上の工程を実施することにより、図3に示すエピタキシャル膜30を形成することができる。
By performing the above steps, the
以上説明したように、本実施の形態のInAlGaN結晶を含むエピタキシャル膜30の製造方法によれば、V族元素の原料である第1原料ガスG1の流速をIII族元素の原料である第2原料ガスG2の0.5以上0.8以下にしてInAlGaN結晶を成長している。このため、第2原料ガスG2が第1原料ガスG1を拡散して、基板20の上流側に届くことため、たとえばサセプタを回転することによって、エピタキシャル膜30を構成する各々の層の厚みを均一にすることができる。
As described above, according to the method of manufacturing the
また、反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にしている。このため、第2原料ガスG2において2種または3種のIII族元素の原料ガスが互いに気相反応することを抑制できるので、III族元素の原料ガスを基板20の主表面20aに到達させることができるので、2種または3種のIII族元素を含むInAlGaN結晶の各々の層の成長速度を向上できる。したがって、エピタキシャル膜30の成長速度を向上できる。
Moreover, the pressure in the reaction vessel is set to 20 kPa or more and less than 60 kPa. Therefore, it is possible to suppress the gas phase reaction between the two or three group III element source gases in the second source gas G2, so that the group III element source gas reaches the
(実施の形態3)
図4を参照して、本実施の形態における発光素子の一例としての半導体レーザ40について説明する。半導体レーザ40は、図3に示す実施の形態2のエピタキシャル膜30と、絶縁膜41と、p型電極42と、n型電極43とを備えている。絶縁膜41は、開口部を有し、p型コンタクト層39上に形成され、たとえば二酸化ケイ素(SiO2)よりなる。p型電極42は、絶縁膜41の開口部から露出したp型コンタクト層39に接するように形成され、たとえばニッケル(Ni)/金(Au)よりなる。n型電極43は、基板20の裏面に形成され、たとえばチタン(Ti)/Alよりなる。
(Embodiment 3)
With reference to FIG. 4, a
続いて、本実施の形態における半導体レーザ40の製造方法について説明する。まず、実施の形態2のエピタキシャル膜30の製造方法にしたがって、エピタキシャル膜30を製造する。
Next, a method for manufacturing the
次に、エピタキシャル膜30のp型コンタクト層39上に、フォトリソグラフィにより開口部を有する絶縁膜41を形成する。
Next, an insulating
次に、絶縁膜41の開口部内を埋めるようにp型電極42を形成し、基板20の裏面にn型電極43を形成する。p型電極42およびn型電極43の形成方法は特に限定されないが、たとえば蒸着法により形成することができる。
Next, a p-
以上の工程を実施することによって、図4に示す半導体レーザ40を製造することができる。
By performing the above steps, the
以上説明したように、本実施の形態における半導体レーザ40の製造方法によれば、各々の層の厚みを均一にし、かつ成長速度を向上したエピタキシャル膜30を用いている。各々の厚みを均一にしているので歩留まりを向上し、かつ成長速度を向上しているので製造コストを低減した半導体レーザ40を製造することができる。
As described above, according to the method of
なお、本実施の形態では、発光素子として半導体レーザを例に挙げて説明したが、半導体レーザに限定されず、本発明はたとえば発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などを適用することもできる。 In the present embodiment, the semiconductor laser is described as an example of the light emitting element. However, the present invention is not limited to the semiconductor laser, and the present invention can also be applied, for example, a light emitting diode (LED).
本実施例では、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の0.5以上0.8以下にし、反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にすることによる効果について調べた。 In this example, the effect of setting the flow rate of the first source gas to 0.5 to 0.8 that of the second source gas and setting the pressure in the reaction vessel to 20 kPa to less than 60 kPa was examined.
(試料1)
試料1では、図2に示すMOCVD装置1を用いた実施の形態1にしたがって、図1に示すエピタキシャル膜25を製造した。
(Sample 1)
For
具体的には、まず、基板20として、サファイア基板を準備した。そして、MOCVD装置1の反応容器内の圧力を40kPaにし、ヒータ9によりサセプタ5の温度を900℃に設定した。また、サセプタ5は回転させなかった。この状態で、この基板20の主表面20a上に、バッファ層21としてGaNを形成した。
Specifically, first, a sapphire substrate was prepared as the
MOCVD装置1内の状態を同様に維持して、以下の条件で、バッファ層21上に、4元系のInAlGaNを成長した。第1原料ガスG1としてアンモニアおよび窒素を用い、第2原料ガスG2としてTMG、TMA、TMIおよび窒素を用いた。第1原料ガスG1の流速を0.18m/sとし、第2原料ガスG2の流速を0.34m/sとした。第2原料ガスG2としてのTMG、TMAおよびTMIのそれぞれのモル濃度を1.75×10-4、1.00×10-4、2.21×10-4とした。また、第3のガス供給部11cから供給されるガスG3として、0.77m/sの流速の窒素を用いた。
The state in the
以上の工程を実施することにより、試料1のエピタキシャル膜を製造した。
(試料2)
試料2のエピタキシャル膜は、基本的には試料1のエピタキシャル膜を同様に製造したが、InAlGaN層を形成する工程において第1原料ガスG1の流速を0.34m/sとした点においてのみ異なっていた。
By performing the above steps, an epitaxial film of
(Sample 2)
The epitaxial film of sample 2 was basically manufactured in the same manner as the epitaxial film of
(評価方法)
試料1および試料2のエピタキシャル膜について、InAlGaN層22の成長速度を測定した。その結果を図5に示す。
(Evaluation methods)
For the epitaxial films of
また、試料1および試料2のエピタキシャル膜のInAlGaN層22について、InxAlyGa(1-x-y)N結晶のIn組成比xおよびAl組成比yをSIMSにより測定した。その結果を図6および図7に示す。
Furthermore, the
図5〜図7において、横軸Lとは、サセプタの中心を0としたときの、サセプタの中心からの距離を示し、正の値は第1〜第3のガス供給部11a〜11cに対して遠い方向であり、負の値は第1〜第3のガス供給部11a〜11cに大して近い方向である。つまり、Lの値が小さいほど第1〜第3のガス供給部11a〜11cに近く、Lの絶対値が大きいほどサセプタの外周側に位置する。 5 to 7, the horizontal axis L indicates the distance from the center of the susceptor when the center of the susceptor is 0, and the positive value is relative to the first to third gas supply units 11a to 11c. The negative value is a direction closer to the first to third gas supply units 11a to 11c. That is, the smaller the value of L, the closer to the first to third gas supply units 11a to 11c, and the larger the absolute value of L, the closer to the outer periphery of the susceptor.
(評価結果)
図5に示すように、反応容器内の圧力が40kPaで、かつ第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の0.5とした試料1は、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の1.0とした試料2に比べて、第2原料ガスG2の有機金属ガスが上流側で基板20に到達しやすくなり、上流側の成長速度が増加して、成長速度分布が直線状になっていることがわかった。
(Evaluation results)
As shown in FIG. 5, in the
また、図6および図7に示すように、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の0.5とした試料1は、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の1.0とした試料2に比べて、上流側でAlおよびInの取り込みが増加して、AlおよびInの取り込みが直線状になっていることがわかった。
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, in the
試料1および試料2はサセプタ5を回転せずに成長したが、これらの結果から、サセプタ5を回転させることにより、基板20の主表面20aに沿った方向の成長速度を均一にできることがわかった。このため、サセプタ5を回転させることにより、厚みの均一なInAlGaN結晶を製造できることがわかった。
一方、試料2は、成長速度分布が凸状になっていたため、サセプタ5を回転した場合であっても、外周側の厚みが中央の厚みよりも小さくなり、厚みのばらつきのあるInAlGaN結晶になることがわかった。
On the other hand, since the growth rate distribution of Sample 2 is convex, even when the
以上より、本実施例によれば、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の0.5以上0.8以下にし、反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にすることにより、成長速度を均一にできることが確認できた。 As described above, according to the present example, the first raw material gas flow rate is 0.5 or more and 0.8 or less of the second raw material gas flow rate, and the pressure in the reaction vessel is 20 kPa or more and less than 60 kPa. It was confirmed that the speed could be made uniform.
本実施例では、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の0.5以上0.8以下にし、反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にすることによる効果について調べた。 In this example, the effect of setting the flow rate of the first source gas to 0.5 to 0.8 that of the second source gas and setting the pressure in the reaction vessel to 20 kPa to less than 60 kPa was examined.
(本発明例1〜5)
本発明例1〜5は、図2に示すMOCVD装置1を用いた実施の形態1にしたがって、図1に示すエピタキシャル膜25を製造した。
(Invention Examples 1 to 5)
In inventive examples 1 to 5, the
具体的には、まず、基板20として、サファイア基板を準備した。そして、MOCVD装置1の反応容器内の圧力を下記の表1に記載の20kPaまたは40kPaにし、サセプタ5の温度を900℃に設定した。また、サセプタ5を回転させた。この状態で、この基板20の主表面20a上に、バッファ層21としてGaNを形成した。
Specifically, first, a sapphire substrate was prepared as the
MOCVD装置1内の状態を同様に維持して、バッファ層21上に、4元系のInAlGaNを成長した。第1原料ガスG1としてアンモニアおよび窒素を用い、第2原料ガスG2としてTMG、TMA、TMIおよび窒素を用いた。第1および第2原料ガスG1、G2の流速および流量をそれぞれ下記の表1に記載の通りにした。また、第2原料ガスG2として、TMG、TMAおよびTMIのそれぞれのモル濃度を下記の表1の通りとした。また、第3のガス供給部11cから供給される原料を含まないガスG3の流速および流量は下記の表1の通りにした。
The quaternary InAlGaN was grown on the
以上の工程を実施することにより、本発明例1〜5のエピタキシャル膜を製造した。
(比較例1〜4)
比較例1〜4のエピタキシャル膜は、基本的には本発明例1〜5のエピタキシャル膜を同様に製造したが、InAlGaN層を形成する工程において第1原料の流速を第2原料ガスの流速の0.5〜0.8の範囲外および/または反応容器内の圧力を60kPaにした点において異なっていた。
By implementing the above process, the epitaxial film of the invention examples 1-5 was manufactured.
(Comparative Examples 1-4)
The epitaxial films of Comparative Examples 1 to 4 were basically manufactured in the same manner as the epitaxial films of Invention Examples 1 to 5, but the flow rate of the first raw material was set to the flow rate of the second raw material gas in the step of forming the InAlGaN layer. The difference was that the pressure outside the range of 0.5 to 0.8 and / or the pressure in the reaction vessel was 60 kPa.
(評価方法)
本発明例1〜5および比較例1〜4のエピタキシャル膜のInAlGaN層について、成長速度、InxAlyGa(1-x-y)N結晶のIn組成比xおよびAl組成比yを実施例1と同様に測定した。本発明例5の結果をそれぞれ図8〜図10に示す。
(Evaluation methods)
The InAlGaN layer of the epitaxial film of the present invention Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, growth rate, and In x Al y Ga (1- xy) N Example 1 In composition ratio x and the Al composition ratio y of the crystal It measured similarly. The results of Example 5 of the present invention are shown in FIGS.
なお、図8〜図10において、横軸Lとは、サセプタの中心を0としたときの、サセプタの中心からの距離を示し、Lの値が小さいほど第1〜第3のガス供給部11a〜11cに近く、外周側に位置することを意味する。 8 to 10, the horizontal axis L indicates the distance from the center of the susceptor when the center of the susceptor is 0. The smaller the value of L, the first to third gas supply units 11a. It means that it is close to ~ 11c and located on the outer peripheral side.
図8のように、成長速度を測定することにより、成長速度の最大値、最小値、および中央値からの分布を測定することができる。このようにして、本発明例1〜5および比較例1〜4のエピタキシャル膜のInAlGaN層について、成長速度の最大値、最小値、および中央値からの分布について調べた。その結果を下記の表1に示す。 As shown in FIG. 8, by measuring the growth rate, the distribution from the maximum value, the minimum value, and the median value of the growth rate can be measured. In this way, the growth rates from the maximum value, the minimum value, and the median value of the InAlGaN layers of the epitaxial films of Invention Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were examined. The results are shown in Table 1 below.
なお、表1において、中央値は、サセプタ中心部からサセプタ外周部の方向に直線状に5点(ウエハ中心座標を0とすると、0mm、±10mm、±20mmの5点)を測定したときの最大値と最小値との間の値とした。中央値の分布は、(厚みの最大値−厚みの最小値)/中央値とした。 In Table 1, the median is the value when 5 points are measured linearly from the susceptor center to the outer periphery of the susceptor (5 points of 0 mm, ± 10 mm, and ± 20 mm when the wafer center coordinates are 0). The value was between the maximum value and the minimum value. The median distribution was (maximum thickness-minimum thickness) / median.
(評価結果)
表1に示すように、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の0.5以上0.8以下にし、かつ反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にした本発明例1〜5のエピタキシャル膜のInAlGaN層22は、成長速度の中央値からの分布が0.074以下であり、基板20の主表面20aに垂直な方向の成長速度が均一であったことがわかった。このため、InAlGaN層の厚みを均一にできることがわかった。さらに、本発明例1〜5のInAlGaN層22の成長速度の最小値は0.41μm/h以上となり、3種の有機金属ガスが互いに反応することを抑制できたことがわかった。このため、InAlGaN層の成長速度を向上できることがわかった。
(Evaluation results)
As shown in Table 1, Invention Examples 1 to 5 in which the flow rate of the first source gas was set to 0.5 to 0.8 of the flow rate of the second source gas, and the pressure in the reaction vessel was set to 20 kPa to less than 60 kPa. In the
また、第1原料ガスG1の流速が0.18m/s以上0.35m/s以下であった本発明例2〜5のInAlGaN層22は、成長速度の中央値からの分布が0.052以下であり、成長速度の最小値は0.50μm/h以上となった。このことから、第1原料ガスの流速を0.18m/s以上0.35m/s以下にすることにより、厚みをより均一にし、かつ成長速度をより向上できることがわかった。 In the InAlGaN layers 22 of Invention Examples 2 to 5 in which the flow rate of the first source gas G1 was 0.18 m / s or more and 0.35 m / s or less, the distribution from the median growth rate was 0.052 or less. The minimum growth rate was 0.50 μm / h or more. From this, it was found that the thickness can be made more uniform and the growth rate can be further improved by setting the flow rate of the first source gas to 0.18 m / s or more and 0.35 m / s or less.
一方、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の1.0とした比較例1および比較例2は、第1原料ガスの流速が高かったので、第2原料ガス中の有機金属ガスが第1原料ガス中を十分に拡散できなかったため、成長速度のばらつきが本発明例1〜5よりも大きかった。 On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which the flow rate of the first raw material gas was 1.0, which is the flow rate of the second raw material gas, the flow rate of the first raw material gas was high, so the organometallic gas in the second raw material gas However, since the first raw material gas could not be sufficiently diffused, the variation in growth rate was larger than those of Examples 1 to 5 of the present invention.
反応容器内の圧力が60kPaで、第1原料ガスの流速が第2原料ガスの流速の1.0であった比較例3は、有機金属ガスが互いに反応したため、成長速度の最小値が本発明例1〜5よりも低かった。 In Comparative Example 3 in which the pressure in the reaction vessel was 60 kPa and the flow rate of the first raw material gas was 1.0, which was the flow rate of the second raw material gas, the organometallic gases reacted with each other. It was lower than Examples 1-5.
反応容器内の圧力が60kPaであった比較例4は、成長速度のばらつきが本発明例1〜5よりも大きく、かつ成長速度の最小値が本発明例1〜5よりも低かった。成長速度の最小値が低いということは、InAlGaN結晶の成長速度が低いことを意味する。 In Comparative Example 4 in which the pressure in the reaction vessel was 60 kPa, the variation in the growth rate was larger than those of Invention Examples 1 to 5, and the minimum value of the growth rate was lower than that of Invention Examples 1 to 5. A low growth rate means that the growth rate of the InAlGaN crystal is low.
以上より、本実施例によれば、第1原料ガスの流速を第2原料ガスの流速の0.5以上0.8以下にし、反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にすることにより、InAlGaN結晶の厚みを均一にし、かつ成長速度を向上することができることが確認できた。 As described above, according to this example, the flow rate of the first source gas is set to 0.5 to 0.8 that of the second source gas, and the pressure in the reaction vessel is set to 20 kPa to less than 60 kPa. It was confirmed that the crystal thickness can be made uniform and the growth rate can be improved.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
1 MOCVD装置、3 反応容器、5 サセプタ、7 溝、9 ヒータ、11 原料ガス供給部、11a 第1のガス供給部、11b 第2のガス供給部、11c 第3のガス供給部、13 回転軸、20 基板、20a 主表面、21 バッファ層、22 InAlGaN層、25,30 エピタキシャル膜、32 n型バッファ層、33 n型クラッド層、34,36 アンドープ光ガイド層、35 活性層、37 p型電子ブロック層、38 p型クラッド層、39 p型コンタクト層、40 半導体レーザ、41 絶縁膜、42 p型電極、43 n型電極、G1 第1原料ガス、G2 第2原料ガス、G3 ガス。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
主表面を有する基板を準備する工程と、
前記基板の前記主表面に沿った方向に原料ガスを供給しながら、前記基板を加熱することにより前記基板の前記主表面に前記InxAlyGa(1-x-y)N結晶を成長する工程とを備え、
前記InxAlyGa(1-x-y)N結晶を成長する工程では、
前記基板の前記主表面に垂直な方向において前記主表面に近い側に位置する第1のガス供給部からV族元素の原料を含む第1原料ガスを前記基板の前記主表面上に供給するとともに、前記基板の前記主表面に垂直な方向において前記第1のガス供給部より前記主表面から遠い側に位置する第2のガス供給部から、複数のIII族元素の原料である有機金属を含む第2原料ガスを前記基板の前記主表面上に供給し、
前記第1原料ガスの流速を前記第2原料ガスの流速の0.5以上0.8以下にし、
前記反応容器内の圧力を20kPa以上60kPa未満にする、結晶の製造方法。 In a reaction vessel an In x Al y Ga (1- xy) N crystal (0 ≦ x <1,0 ≦ y <1,0 <x + y ≦ 1) a method for producing a,
Preparing a substrate having a main surface;
While supplying the raw material gas in a direction along the main surface of the substrate, a step of growing the In x Al y Ga (1- xy) N crystal on the major surface of the substrate by heating the substrate With
In the In x Al y Ga (1- xy) growing a N crystal,
A first source gas containing a group V element source is supplied onto the main surface of the substrate from a first gas supply unit located on the side close to the main surface in a direction perpendicular to the main surface of the substrate; An organic metal that is a raw material for a plurality of group III elements from a second gas supply unit located on a side farther from the main surface than the first gas supply unit in a direction perpendicular to the main surface of the substrate Supplying a second source gas onto the main surface of the substrate;
The flow rate of the first source gas is 0.5 to 0.8 that of the second source gas,
A method for producing a crystal, wherein the pressure in the reaction vessel is 20 kPa or more and less than 60 kPa.
前記InxAlyGa(1-x-y)N結晶上に電極を形成する工程とを備えた、発光素子の製造方法。 The method for producing a crystal according to claim 1 or 2, a step of growing the In x Al y Ga (1- xy) N crystal on the main surface of said substrate,
It said In x Al y Ga and a step of forming an electrode on (1-xy) N crystal, method of manufacturing the light emitting device.
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