JP2011162439A - Nitride semiconductor free-standing substrate and light emitter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor free-standing substrate whose warpage is reduced, and a light emitter using the same. <P>SOLUTION: The nitride semiconductor free-standing substrate is the one composed of continuously grown nitride semiconductor crystals, wherein the inside of the nitride semiconductor free-standing substrate is provided with inversion domains at density of 10 to 600 pieces/cm<SP>2</SP>in the cross-section parallel to the surface of the substrate, the surface of the substrate has inversion domains at density of 0 to 200 pieces/cm<SP>2</SP>, and the density of the inversion domains arriving at the surface of the substrate is lower than that of the inversion domains at the inside of the nitride semiconductor free-standing substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体自立基板及び発光装置に関する。特に、本発明は、自立基板の反りを低減した窒化物半導体自立基板及びそれを用いた発光装置に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor free-standing substrate and a light emitting device. In particular, the present invention relates to a nitride semiconductor free-standing substrate with reduced warpage of the free-standing substrate and a light emitting device using the same.

従来の窒化物半導体自立基板としてのGaN単結晶基板の製造方法として、例えば、サファイア基板、シリコン基板、又はガリウム砒素基板等の窒化物半導体とは異なる異種基板上に気相成長法を用いて窒化物半導体層をヘテロエピタキシャル成長させた後、研磨、エッチング、又は剥離等の手段を用いて異種基板を除去することにより窒化物半導体層のみを残存させて窒化物半導体自立基板を形成する方法がある(例えば、特許文献1参照)。このGaN単結晶基板の製造方法は、[11−2]方向に一定の間隔をおいて並ぶと共に、[−110]方向に半ピッチずらした点状の窓を有するマスクを(111)GaAs基板の上に形成し、形成したマスク上にGaNバッファ層を成長した後、GaNバッファ層上にGaN結晶をエピタキシャル成長させ、その後、GaAs基板及びマスクを除去してGaN自立基板を形成する工程を備える。   As a conventional method for producing a GaN single crystal substrate as a nitride semiconductor free-standing substrate, for example, nitriding using a vapor phase growth method on a heterogeneous substrate different from a nitride semiconductor such as a sapphire substrate, a silicon substrate, or a gallium arsenide substrate. There is a method of forming a nitride semiconductor self-supporting substrate by heteroepitaxially growing a nitride semiconductor layer and then removing the heterogeneous substrate using means such as polishing, etching, or peeling to leave only the nitride semiconductor layer. For example, see Patent Document 1). In this method of manufacturing a GaN single crystal substrate, a mask having dotted windows arranged at a certain interval in the [11-2] direction and shifted by a half pitch in the [−110] direction is formed on the (111) GaAs substrate. After the GaN buffer layer is grown on the formed mask, a GaN crystal is epitaxially grown on the GaN buffer layer, and then the GaAs substrate and the mask are removed to form a GaN free-standing substrate.

特許第3788041号公報Japanese Patent No. 3788041

しかし、特許文献1に記載のGaN単結晶基板の製造方法では、窒化物半導体の格子定数とは大きく異なる格子定数を有する異種基板上に窒化物半導体結晶が成長されるので、窒化物半導体結晶の成長の初期段階において多くの欠陥が発生する。したがって、異種基板と窒化物半導体結晶とを分離すると、窒化物半導体結晶の表面の欠陥密度と裏面の欠陥密度との差である欠陥密度差が生じる。欠陥密度差が生じると、内部応力が窒化物半導体結晶内に残存する。これにより、異種基板を分離した後の窒化物半導体自立基板には反りが生じる。   However, in the method for manufacturing a GaN single crystal substrate described in Patent Document 1, a nitride semiconductor crystal is grown on a heterogeneous substrate having a lattice constant that is significantly different from the lattice constant of the nitride semiconductor. Many defects occur in the early stages of growth. Therefore, when the heterogeneous substrate and the nitride semiconductor crystal are separated, a defect density difference which is a difference between the defect density on the front surface and the defect density on the back surface of the nitride semiconductor crystal is generated. When the defect density difference occurs, internal stress remains in the nitride semiconductor crystal. As a result, the nitride semiconductor free-standing substrate after the dissimilar substrate is separated is warped.

このような反りを有する窒化物半導体自立基板は、面内で面方位が一様な方向に向いていない。したがって、この窒化物半導体自立基板を研磨等により平坦に加工した場合であっても、面内のオフ角にバラツキが生じる。そして、面内のオフ角にバラツキを有する窒化物半導体自立基板から発光装置を形成すると、このオフ角のバラツキにより発光装置が発する光の波長にバラツキが生じる。更に、所望の波長の光を発する発光装置の歩留りが低下するという不都合がある。   The nitride semiconductor free-standing substrate having such a warp is not oriented in a plane with a uniform plane orientation. Therefore, even when this nitride semiconductor free-standing substrate is processed flat by polishing or the like, the in-plane off-angle varies. When a light emitting device is formed from a nitride semiconductor free-standing substrate having variations in the in-plane off angle, the wavelength of light emitted from the light emitting device varies due to the variation in off angle. Furthermore, there is a disadvantage that the yield of the light emitting device that emits light of a desired wavelength is lowered.

したがって、本発明の目的は、自立基板の反りを低減した窒化物半導体自立基板及びそれを用いた発光装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor free-standing substrate with reduced warpage of the free-standing substrate and a light emitting device using the same.

本発明は、上記目的を達成するため、連続成長した窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体自立基板において、窒化物半導体自立基板の内部に、基板表面と平行な断面において10個/cm2以上から600個/cm2以下の密度でインバージョンドメインを有し、前記基板表面は、0個/cm2以上から200個/cm2以下の密度でインバージョンドメインを有し、前記窒化物半導体自立基板の内部のインバージョンドメインよりも前記基板表面に到達するインバージョンドメインの密度が少ない窒化物半導体自立基板が提供される。 In order to achieve the above object, the present invention provides a nitride semiconductor free-standing substrate made of continuously grown nitride semiconductor crystals, wherein the nitride semiconductor free-standing substrate has 10 / cm 2 or more in a cross section parallel to the substrate surface. The nitride semiconductor free-standing substrate has inversion domains at a density of 600 pieces / cm 2 or less, and the substrate surface has an inversion domain at a density of 0 pieces / cm 2 or more to 200 pieces / cm 2 or less. A nitride semiconductor free-standing substrate is provided in which the density of inversion domains reaching the substrate surface is smaller than the inversion domains inside.

また、上記窒化物半導体自立基板において、基板面内のオフ角のバラツキが0.1度以上0.75度以下であるとよい。   In the nitride semiconductor free-standing substrate, the off-angle variation in the substrate surface is preferably 0.1 ° to 0.75 °.

本発明の発光装置は、前記窒化物半導体自立基板の一方の面側に活性層を含む複数の半導体層を形成し、前記半導体層上に上部電極を形成し、前記窒化物半導体自立基板の他方の面側に下部電極を形成して作製される。   In the light emitting device of the present invention, a plurality of semiconductor layers including an active layer are formed on one surface side of the nitride semiconductor free-standing substrate, an upper electrode is formed on the semiconductor layer, and the other side of the nitride semiconductor free-standing substrate is formed. It is fabricated by forming a lower electrode on the surface side.

また、上記発光装置は、出射される発光波長のバラツキが9nm以上18nm以下であるとよい。    The light emitting device preferably has a variation in emission wavelength of 9 nm to 18 nm.

本発明の窒化物半導体自立基板及び窒化物半導体自立基板の製造方法によれば、自立基板の反りを低減した窒化物半導体自立基板を提供することができ、かつ、反りの少ない窒化物半導体自立基板を製造することができる。   According to the nitride semiconductor free-standing substrate and the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate of the present invention, a nitride semiconductor free-standing substrate with reduced warpage of the free-standing substrate can be provided, and the nitride semiconductor free-standing substrate with less warpage can be provided. Can be manufactured.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法に用いるHVPE炉の概略図を示す。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view of an HVPE furnace used in the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first embodiment of the present invention.

(HVPE炉10の構造)
第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法に用いるハライド気相エピタキシー(Halide Vapor Phase Epitaxy:HVPE)装置としてのHVPE炉10は、石英から形成される石英反応管100と、石英反応管100内部の所定の位置に設置され、窒化物半導体自立基板の原料を搭載する石英ボート120と、石英ボート120に近接した位置に配置されるハロゲンガス導入管としてのHCl導入管130と、窒化物半導体の単結晶が表面上に形成される異種基板1を保持する基板ホルダ150と、異種基板1に近接した位置に配置されるN(窒素)源供給管としてのNH3
入管140とを備える。更に、HVPE炉10は、石英反応管100の周囲を包囲して石英反応管100の内部に熱を供給するヒータ110を備える。
(Structure of HVPE furnace 10)
An HVPE reactor 10 as a halide vapor phase epitaxy (HVPE) apparatus used in the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first embodiment includes a quartz reaction tube 100 formed of quartz, quartz A quartz boat 120 which is installed at a predetermined position inside the reaction tube 100 and mounts the raw material of the nitride semiconductor free-standing substrate; an HCl introduction tube 130 as a halogen gas introduction tube disposed at a position close to the quartz boat 120; A substrate holder 150 for holding a heterogeneous substrate 1 on which a single crystal of a nitride semiconductor is formed, and an NH 3 introduction tube 140 as an N (nitrogen) source supply tube disposed at a position close to the heterogeneous substrate 1; Is provided. Further, the HVPE furnace 10 includes a heater 110 that surrounds the periphery of the quartz reaction tube 100 and supplies heat to the inside of the quartz reaction tube 100.

本実施形態においては、石英ボート120には窒化物半導体結晶の原料の1つとしてのGaメタルが搭載される。そして、ヒータ110の加熱によりGaメタルは溶融して、Ga融液2となる。また、本実施形態に係る異種基板1は、一例として、直径が2インチであり、(0001)面、すなわち、c面を有するサファイア基板である。サファイア基板は、その表面が、石英反応管100の長手方向に対して垂直となるように、基板ホルダ150上に固定される。なお、サファイア基板の表面が石英ボート120から所定の距離だけ離れた位置に配置されるように、基板ホルダ150が配置される位置は調整される。   In the present embodiment, the quartz boat 120 is loaded with Ga metal as one of the raw materials for the nitride semiconductor crystal. Then, the Ga metal is melted by the heating of the heater 110 to become a Ga melt 2. In addition, the heterogeneous substrate 1 according to the present embodiment is, for example, a sapphire substrate having a diameter of 2 inches and having a (0001) plane, that is, a c-plane. The sapphire substrate is fixed on the substrate holder 150 so that the surface thereof is perpendicular to the longitudinal direction of the quartz reaction tube 100. The position where the substrate holder 150 is disposed is adjusted so that the surface of the sapphire substrate is disposed at a position away from the quartz boat 120 by a predetermined distance.

また、本実施形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法により製造される窒化物半導体自立基板は、一例として、InxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表される窒化物半導体から形成される自立基板である。本実施形態に係る窒化物半導体自立基板は、例えば、GaN自立基板である。 Further, the nitride semiconductor free-standing substrate produced by the production method of a nitride semiconductor free-standing substrate according to the present embodiment, as an example, In x Al y Ga 1- xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1 Is a free-standing substrate formed of a nitride semiconductor represented by: The nitride semiconductor free-standing substrate according to this embodiment is, for example, a GaN free-standing substrate.

図2は、本発明の第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造の流れを示す。   FIG. 2 shows a flow of manufacturing the nitride semiconductor free-standing substrate according to the first embodiment of the present invention.

(窒化物半導体自立基板の製造方法)
まず、HVPE炉10内にサファイア基板を導入する(S100)。具体的には、基板ホルダ150上にサファイア基板を固定する。続いて、Gaメタルを搭載した石英ボート120を900℃に加熱して、Gaメタルを溶融してGa融液2とする。更に、サファイア基板が配置されている所定の領域を1100℃に加熱して、水素キャリアガス雰囲気で10分間、サファイア基板の表面をクリーニングする(S110)。クリーニング終了後、サファイア基板が配置されている所定の領域を500℃まで降温する。
(Nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method)
First, a sapphire substrate is introduced into the HVPE furnace 10 (S100). Specifically, a sapphire substrate is fixed on the substrate holder 150. Subsequently, the quartz boat 120 on which the Ga metal is mounted is heated to 900 ° C. to melt the Ga metal to obtain a Ga melt 2. Further, a predetermined region where the sapphire substrate is disposed is heated to 1100 ° C., and the surface of the sapphire substrate is cleaned in a hydrogen carrier gas atmosphere for 10 minutes (S110). After completion of cleaning, the temperature of a predetermined region where the sapphire substrate is disposed is lowered to 500 ° C.

続いて、HCl導入管130から水素キャリアガスと共にHClガスを導入する。HCl導入管130からHClガスが導入されると、石英ボート120内のGa融液2とHClガスとが反応してGaClが生成する。そして、生成したGaClは水素キャリアガスと共にサファイア基板上に供給される。一方、NH3導入管140からは、窒素キャリアガスとNH3ガスとがサファイア基板上に供給される。これにより、サファイア基板上にGaNから形成される低温バッファ層が成長する(S120)。低温バッファ層は、一例として、30nmの膜厚になるように成長される。 Subsequently, HCl gas is introduced from the HCl introduction pipe 130 together with the hydrogen carrier gas. When HCl gas is introduced from the HCl introduction pipe 130, the Ga melt 2 in the quartz boat 120 and the HCl gas react to generate GaCl. The generated GaCl is supplied onto the sapphire substrate together with the hydrogen carrier gas. On the other hand, nitrogen carrier gas and NH 3 gas are supplied from the NH 3 introduction tube 140 onto the sapphire substrate. Thereby, a low-temperature buffer layer formed of GaN grows on the sapphire substrate (S120). As an example, the low-temperature buffer layer is grown to a thickness of 30 nm.

低温バッファ層を成長した後、サファイア基板が配置されている所定の領域を1050℃に加熱する。そして、水素キャリアガスと共にGaClを、HCl導入管130を介して低温バッファ層上に供給すると共に、NH3導入管140からNH3ガスを窒素キャリアガスと共に供給する。例えば、GaNの成長速度が100μm/hourとなる条件で、GaClとNH3とを供給する。そして、一例として、8時間のGaNの成長を実施して、所定膜厚としての膜厚が800μmのGaN結晶を低温バッファ層上に成長させる(S130)。これにより、サファイア基板上に低温バッファ層と所定膜厚のGaN結晶とが形成されたエピタキシャルウエハが得られる。 After growing the low-temperature buffer layer, a predetermined region where the sapphire substrate is disposed is heated to 1050 ° C. Then, supplies GaCl with hydrogen carrier gas, is supplied to the low-temperature buffer layer through the HCl inlet tube 130, NH 3 gas with nitrogen carrier gas from NH 3 inlet tube 140. For example, GaCl and NH 3 are supplied under the condition that the growth rate of GaN is 100 μm / hour. As an example, GaN is grown for 8 hours, and a GaN crystal having a predetermined film thickness of 800 μm is grown on the low-temperature buffer layer (S130). Thereby, an epitaxial wafer in which a low-temperature buffer layer and a GaN crystal having a predetermined thickness are formed on a sapphire substrate is obtained.

続いて、得られたエピタキシャルウエハをHVPE炉10から取り出す(S140)。そして、取り出したエピタキシャルウエハを研磨装置に移送する。次に、研磨装置に移送されたエピタキシャルウエハを、ダイヤモンド研磨剤を用いて研磨する。具体的には、サファイア基板側をラッピングして、サファイア基板及び低温バッファ層を除去する(S150)。これにより、本発明の第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法により製造された窒化物半導体自立基板としての約800μm厚、直径約50mmのGaN自立基板としてのGaN基板がサファイア基板から分離される(S160)。   Subsequently, the obtained epitaxial wafer is taken out from the HVPE furnace 10 (S140). Then, the extracted epitaxial wafer is transferred to a polishing apparatus. Next, the epitaxial wafer transferred to the polishing apparatus is polished using a diamond abrasive. Specifically, the sapphire substrate side is lapped to remove the sapphire substrate and the low-temperature buffer layer (S150). Accordingly, the GaN substrate as the GaN free-standing substrate having a thickness of about 800 μm and a diameter of about 50 mm as the nitride semiconductor free-standing substrate manufactured by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first embodiment of the present invention is sapphire. Separated from the substrate (S160).

第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法によって得られたGaN自立基板は、裏面が凸面となるように反った形状を有していた。なお、GaN自立基板とGaN自立基板の外周の裏面の高さとの差、すなわち反り量は、レーザー変位計を用いて計測すると100μm程度であった。続いて、得られたGaN自立基板の表面及び裏面を研磨して、400μm厚の平坦なGaN自立基板を形成した。得られた400μm厚のGaN自立基板のオフ角を測定すると、GaN自立基板の面内のオフ角のバラツキは、(最大−最小)=0.7度であった。   The GaN free-standing substrate obtained by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first embodiment had a warped shape so that the back surface became a convex surface. The difference between the GaN free-standing substrate and the height of the back surface of the outer periphery of the GaN free-standing substrate, that is, the amount of warpage was about 100 μm when measured using a laser displacement meter. Subsequently, the front and back surfaces of the obtained GaN free-standing substrate were polished to form a flat GaN free-standing substrate having a thickness of 400 μm. When the off-angle of the obtained 400 μm-thick GaN free-standing substrate was measured, the variation in the off-angle of the GaN free-standing substrate was (maximum−minimum) = 0.7 degrees.

また、第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法によって得られた400μm厚のGaN自立基板を劈開して劈開面をTEM観察したところ、インバージョンドメインと考えられる筋状の領域が観察された。なお、インバージョンドメインとは、極性を異にする領域のことである。更に、当該GaN自立基板のCBED(Convergent Beam Electron Diffraction)による極性判定を実施したところ、筋状の領域がインバージョンドメインであることが確認された。そして、第1の実施の形態に係るGaN自立基板のインバージョンドメインの密度については、GaN自立基板の表面と平行な断面において100個/cm2の密度で基板内部に存在していることが認められ、また、100個/cm2の密度で基板表面に存在していることが認められた。 In addition, when the 400 μm-thick GaN free-standing substrate obtained by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first embodiment is cleaved and the cleavage plane is observed with a TEM, a streak region considered to be an inversion domain Was observed. An inversion domain is a region having a different polarity. Further, when the polarity of the GaN free-standing substrate was determined by CBED (Convergent Beam Electron Diffraction), it was confirmed that the streaky region was an inversion domain. The density of the inversion domain of the GaN free-standing substrate according to the first embodiment is found to be present in the substrate at a density of 100 / cm 2 in a cross section parallel to the surface of the GaN free-standing substrate. In addition, it was confirmed to be present on the substrate surface at a density of 100 / cm 2 .

なお、GaN自立基板の内部におけるインバージョンドメインの密度の測定方法の詳細は以下のとおりである。すなわち、GaN自立基板の裏面(成長面と反対側の面)から50μmの高さの位置において、基板表面(又は裏面)と平行な断面を形成する。そして、形成した断面においてインバージョンドメインの密度を測定する。   The details of the method for measuring the density of the inversion domain inside the GaN free-standing substrate are as follows. That is, a cross section parallel to the substrate surface (or back surface) is formed at a position 50 μm high from the back surface (surface opposite to the growth surface) of the GaN free-standing substrate. Then, the density of the inversion domain is measured in the formed cross section.

なお、窒化物半導体の格子定数と大きく異なる格子定数を有するサファイア等の異種基板上には、異種基板の格子構造を引き継いだ状態で窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させることが不可能である。したがって、異種基板上に窒化物半導体結晶が成長する際には、異種基板上の任意の位置に窒化物半導体の結晶の初期核が発生して、発生した初期核を起点として窒化物半導体結晶が成長していく。そして、隣接する結晶同士が融合して、平面的に連続した起伏のない結晶膜に成長していく。このようなヘテロエピタキシャル結晶では、成長段階の初期において多くの結晶欠陥が発生して、成長条件によってはインバージョンドメインが初期核形成の段階で発生する。本実施形態は、結晶成長時にインバージョンドメインを積極的に発生させる条件を採用したものである。   Note that it is impossible to epitaxially grow a nitride semiconductor crystal on a heterogeneous substrate such as sapphire having a lattice constant greatly different from that of the nitride semiconductor in a state in which the lattice structure of the heterogeneous substrate is inherited. Therefore, when a nitride semiconductor crystal grows on a heterogeneous substrate, an initial nucleus of the nitride semiconductor crystal is generated at an arbitrary position on the heterogeneous substrate, and the nitride semiconductor crystal starts from the generated initial nucleus. Growing up. Then, adjacent crystals are fused to grow into a crystal film that is planar and continuous. In such a heteroepitaxial crystal, many crystal defects are generated at the early stage of the growth stage, and an inversion domain is generated at the stage of initial nucleation depending on the growth conditions. In the present embodiment, a condition for actively generating inversion domains during crystal growth is employed.

(比較例)
比較例に係る窒化物半導体自立基板の製造方法は、サファイア基板表面のクリーニング(S110)を実施した後に、サファイア基板が配置されている所定の領域を500℃まで降温した後、サファイア基板の表面を窒化する工程を更に備える点を除き、第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法と同一である。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。なお、サファイア基板の表面を窒化する工程は、サファイア基板上に形成されるGaN結晶層中にインバージョンドメインが発生することを防止することを目的としてなされる工程である。
(Comparative example)
In the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the comparative example, after the surface of the sapphire substrate is cleaned (S110), the temperature of a predetermined region where the sapphire substrate is disposed is lowered to 500 ° C. The method is the same as that of the nitride semiconductor self-supporting substrate manufacturing method according to the first embodiment except that a nitriding step is further provided. Therefore, a detailed description is omitted except for differences. The step of nitriding the surface of the sapphire substrate is a step performed for the purpose of preventing the occurrence of inversion domains in the GaN crystal layer formed on the sapphire substrate.

サファイア基板の表面の窒化は以下のように実施する。すなわち、まず、サファイア基板の近傍に位置するN源供給管としてのNH3導入管140からNH3ガスをサファイア基板上に1L/minで供給して、サファイア基板の表面を含む所定の領域をNH3と水素との混合雰囲気とする。そして、サファイア基板の表面をNH3と水素との混合雰囲気に3分間、曝すことにより、サファイア基板の表面を窒化する。続いて、第1の実施の形態と同様に窒化したサファイア基板の表面上にGaNの低温バッファ層を形成する。その後の工程は、第1の実施の形態と同一である。 Nitriding of the surface of the sapphire substrate is performed as follows. That is, first, NH 3 gas is supplied onto the sapphire substrate at 1 L / min from an NH 3 introduction tube 140 serving as an N source supply tube located in the vicinity of the sapphire substrate, and a predetermined region including the surface of the sapphire substrate is NH. A mixed atmosphere of 3 and hydrogen. Then, the surface of the sapphire substrate is nitrided by exposing the surface of the sapphire substrate to a mixed atmosphere of NH 3 and hydrogen for 3 minutes. Subsequently, a low-temperature buffer layer of GaN is formed on the surface of the nitrided sapphire substrate as in the first embodiment. Subsequent steps are the same as those in the first embodiment.

比較例に係る窒化物半導体自立基板の製造方法により得られたGaN基板は、裏面が凸面となるように反った形状を有していた。比較例に係る窒化物半導体自立基板の製造方法で形成したGaN基板の反り量は、レーザー変位計を用いて計測すると150μm程度であった。続いて、得られた比較例に係るGaN基板の表面及び裏面を研磨して、400μm厚の平坦なGaN基板を形成した。比較例に係る400μm厚のGaN基板のオフ角を測定すると、GaN基板の面内のオフ角のバラツキは、(最大−最小)=0.9度であった。   The GaN substrate obtained by the method for manufacturing a nitride semiconductor self-supporting substrate according to the comparative example had a warped shape so that the back surface became a convex surface. The amount of warpage of the GaN substrate formed by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the comparative example was about 150 μm when measured using a laser displacement meter. Subsequently, the front and back surfaces of the obtained GaN substrate according to the comparative example were polished to form a flat GaN substrate having a thickness of 400 μm. When the off-angle of the 400 μm-thick GaN substrate according to the comparative example was measured, the variation in the off-angle of the GaN substrate was (maximum−minimum) = 0.9 degrees.

(第1の実施の形態の効果)
比較例と第1の実施の形態との相違点は、サファイア基板の表面を窒化するか否かである。第1の実施の形態においては、インバージョンドメインが発生しやすい窒化物半導体結晶の成長条件、すなわち、サファイア基板の表面を窒化せずに、サファイア基板上に低
温バッファ層を形成する。これにより、第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法によれば、インバージョンドメインを有する窒化物半導体自立基板を形成することができる。そして、第1の実施の形態において形成される窒化物半導体自立基板は、サファイア基板の表面を窒化する工程を経て形成された比較例に係る窒化物半導体自立基板よりも反りが小さい。
(Effects of the first embodiment)
The difference between the comparative example and the first embodiment is whether or not the surface of the sapphire substrate is nitrided. In the first embodiment, the low temperature buffer layer is formed on the sapphire substrate without nitriding the growth conditions of the nitride semiconductor crystal in which inversion domains are likely to occur, that is, the surface of the sapphire substrate. Thereby, according to the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first embodiment, a nitride semiconductor free-standing substrate having an inversion domain can be formed. The nitride semiconductor free-standing substrate formed in the first embodiment has a smaller warp than the nitride semiconductor free-standing substrate according to the comparative example formed through the step of nitriding the surface of the sapphire substrate.

なお、本実施形態は、窒化物半導体結晶の成長初期にインバージョンドメインが発生しやすい成長条件の1つは異種基板1の表面の窒化を実施しないことである、という発明者が得た知見を応用したものである。   In the present embodiment, the inventor has obtained knowledge that one of the growth conditions in which inversion domains are likely to occur in the initial stage of growth of a nitride semiconductor crystal is that the surface of the heterogeneous substrate 1 is not nitrided. It is applied.

以上より、第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板は、当該自立基板のオフ角のバラツキが、比較例に係る自立基板と比較して小さくなる。したがって、第1の実施の形態において得られた窒化物半導体自立基板から、LED、LD等の発光装置を製造した場合に、製造した発光装置が発する光の波長のバラツキを低減することができる。更に、第1の実施の形態によれば、発光装置の製造の際の歩留りの向上に大きく寄与することができる。   As described above, in the nitride semiconductor free-standing substrate according to the first embodiment, the variation in the off-angle of the free-standing substrate is smaller than that of the free-standing substrate according to the comparative example. Therefore, when a light emitting device such as an LED or LD is manufactured from the nitride semiconductor free-standing substrate obtained in the first embodiment, variation in the wavelength of light emitted by the manufactured light emitting device can be reduced. Furthermore, according to the first embodiment, it is possible to greatly contribute to the improvement of the yield when manufacturing the light emitting device.

[第2の実施の形態]
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造の流れを示す。
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows a flow of manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the second embodiment of the present invention.

第2の実施の形態では、ボイド形成剥離法(Void−assisted Separation Method:VAS法)を用いる。VAS法は、サファイア基板とGaN成長層との間に網目状構造を有する窒化チタン(TiN)の薄膜を形成して結晶成長を実施する方法である。VAS法を用いてサファイア基板上にGaNエピタキシャル層を成長して、その後、サファイア基板を除去することによりGaN自立基板が得られる。   In the second embodiment, a void-formed separation method (VAS method) is used. The VAS method is a method of performing crystal growth by forming a thin film of titanium nitride (TiN) having a network structure between a sapphire substrate and a GaN growth layer. A GaN epitaxial layer is grown on the sapphire substrate using the VAS method, and then the sapphire substrate is removed to obtain a GaN free-standing substrate.

具体的には、まず、一例として、直径が2インチであり、c面を有する異種基板としてのサファイア基板上に、有機金属気相エピタキシャル成長(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy:MOVPE)法を用いて不純物がドープされていないアンドープのGaN層を形成する(S200)。形成するGaN層の原料としては、トリメチルガリウム(TMG)とNH3とを用いる。なお、形成するアンドープのGaN層の膜厚は、一例として、300nmである。 Specifically, first, as an example, an impurity is formed on a sapphire substrate having a diameter of 2 inches and having a c-plane using a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method. An undoped undoped GaN layer is formed (S200). Trimethylgallium (TMG) and NH 3 are used as raw materials for the GaN layer to be formed. In addition, the film thickness of the undoped GaN layer to be formed is 300 nm as an example.

次に、真空蒸着法を用いて、一例として、形成したGaN層の上に膜厚が20nmのTiを蒸着して、Ti薄膜としてのTi層を形成する(S210)。そして、Ti層が形成されたGaN層を有するサファイア基板を、電気炉に移送する。続いて、電気炉内を20%のNH3と80%のH2との混合ガス雰囲気として、Ti層が形成されたGaN層を有するサファイア基板に1050℃、20分間の熱処理を施す(S220)。これにより、アンドープのGaN層の一部がエッチングされて高密度の空隙を有するボイド形成GaN層が形成されると共に、Ti層が窒化される。窒化されたTi層は、その表面にサブミク
ロンオーダーの微細な開口が高密度に形成された穴形成TiN層に変化する。
Next, as an example, Ti having a thickness of 20 nm is vapor-deposited on the formed GaN layer using a vacuum vapor deposition method to form a Ti layer as a Ti thin film (S210). Then, the sapphire substrate having the GaN layer on which the Ti layer is formed is transferred to an electric furnace. Subsequently, the sapphire substrate having the GaN layer on which the Ti layer is formed is subjected to a heat treatment at 1050 ° C. for 20 minutes with the inside of the electric furnace as a mixed gas atmosphere of 20% NH 3 and 80% H 2 (S220). . As a result, a part of the undoped GaN layer is etched to form a void-formed GaN layer having high-density voids, and the Ti layer is nitrided. The nitrided Ti layer changes to a hole-formed TiN layer in which fine openings of the order of submicron are formed at a high density on the surface.

続いて、ボイド形成GaN層と穴形成TiN層とを有するサファイア基板を、HVPE炉10の基板ホルダ150に搭載する。そして、このサファイア基板の上に、成長開始時のV族原料とIII族原料との比であるV/III比を所定値に調整して、所定厚のGaNを形成する(S230)。具体的には、成長開始時のV/III比を20に設定して、ボイド形成GaN層と穴形成TiN層とを有するサファイア基板上に800μm厚のGaNを形成する。   Subsequently, a sapphire substrate having a void-formed GaN layer and a hole-formed TiN layer is mounted on the substrate holder 150 of the HVPE furnace 10. Then, on this sapphire substrate, the V / III ratio, which is the ratio of the Group V raw material to the Group III raw material at the start of growth, is adjusted to a predetermined value to form GaN having a predetermined thickness (S230). Specifically, the V / III ratio at the start of growth is set to 20, and 800 μm thick GaN is formed on a sapphire substrate having a void-formed GaN layer and a hole-formed TiN layer.

ここで、GaNの形成条件は以下のとおりである。まず、Gaメタルを搭載する石英ボート120を900℃に加熱すると共に、基板ホルダ150の側を1100℃に加熱する。また、キャリアガスとして5%のH2と95%のN2との混合ガスを用い、原料ガスとして、HClガスとGaメタルとを反応させて生成したGaClガスとNH3ガスとを用いる。原料ガスは、GaNの成長開始時におけるV/III比が20になるように設定する。なお、NH3ガスは、GaClガスと同時にサファイア基板上に供給する。 Here, the formation conditions of GaN are as follows. First, the quartz boat 120 on which the Ga metal is mounted is heated to 900 ° C., and the substrate holder 150 side is heated to 1100 ° C. Further, a mixed gas of 5% H 2 and 95% N 2 is used as a carrier gas, and GaCl gas and NH 3 gas generated by reacting HCl gas and Ga metal are used as source gases. The source gas is set so that the V / III ratio at the start of GaN growth is 20. The NH 3 gas is supplied onto the sapphire substrate simultaneously with the GaCl gas.

GaNの成長は、以下のように進行する。まず、GaN結晶の核がTiN層上に3次元の島状に成長する。次に、GaN結晶同士が島状の結晶のそれぞれを起点として、サファイア基板表面の横方向に成長して互いに結合する。これにより、GaN結晶の表面の平坦化が進行する。なお、GaN結晶の成長の進行度合いは、GaN結晶の成長時間を様々に設定して、各成長時間ごとにHVPE炉10外に取り出したサファイア基板の表面及び断面を顕微鏡観察して確認した。   The growth of GaN proceeds as follows. First, the GaN crystal nucleus grows in a three-dimensional island shape on the TiN layer. Next, the GaN crystals grow in the lateral direction on the surface of the sapphire substrate starting from each of the island-shaped crystals and are bonded to each other. Thereby, planarization of the surface of the GaN crystal proceeds. The progress of the growth of the GaN crystal was confirmed by observing the surface and cross section of the sapphire substrate taken out of the HVPE furnace 10 for each growth time under various microscopes.

GaN結晶の成長の終了後、HVPE炉10内を冷却する(S240)。HVPE炉10内を冷却する過程で、TiN層上に形成されたGaN層は、ボイド形成GaN層との境界から自然に剥離する(S250)。これにより、800μm厚の窒化物半導体自立基板としてのGaN自立基板が形成される。   After the growth of the GaN crystal is completed, the inside of the HVPE furnace 10 is cooled (S240). In the process of cooling the inside of the HVPE furnace 10, the GaN layer formed on the TiN layer naturally peels from the boundary with the void-formed GaN layer (S250). Thereby, a GaN free-standing substrate as a nitride semiconductor free-standing substrate having a thickness of 800 μm is formed.

第2の実施の形態において形成されたGaN自立基板は、表面に多数のくぼみが存在すると共に、裏面が凸面となるように反った形状を有していた。第2の実施の形態において形成されたGaN自立基板の反り量を、レーザー変位計を用いて計測したところ、10μm程度であった。続いて、得られたGaN自立基板の表面及び裏面を表面のくぼみがなくなるまで研磨して、400μm厚の平坦なGaN自立基板を形成した。このGaN自立基板のオフ角を測定すると、GaN自立基板の面内のオフ角のバラツキは、(最大−最小)=0.2度であった。   The GaN self-supporting substrate formed in the second embodiment had a large number of indentations on the surface and a warped shape so that the back surface was a convex surface. When the amount of warpage of the GaN free-standing substrate formed in the second embodiment was measured using a laser displacement meter, it was about 10 μm. Subsequently, the front and back surfaces of the obtained GaN free-standing substrate were polished until there was no dent on the front surface to form a flat GaN free-standing substrate having a thickness of 400 μm. When the off-angle of the GaN free-standing substrate was measured, the variation in the off-angle of the GaN free-standing substrate was (maximum−minimum) = 0.2 degrees.

更に、得られたGaN自立基板を劈開して、劈開面をTEM観察すると、劈開面にはインバージョンドメインと考えられる筋状の多数の領域が確認された。これら多数の領域の筋は、GaN自立基板の表面まで到達していた。そして、CBEDによる極性判定を実施したところ、この領域がインバージョンドメインであることが確認された。そして、第2の実施の形態に係るGaN自立基板のインバージョンドメインの密度については、GaN自立基板の表面と平行な断面において300個/cm2の密度で基板内部に存在していることが認められ、また、300個/cm2の密度で基板表面に存在していることが認められた。 Further, when the obtained GaN free-standing substrate was cleaved and the cleaved surface was observed with a TEM, a large number of streaky regions considered to be inversion domains were confirmed on the cleaved surface. Many of these streaks have reached the surface of the GaN free-standing substrate. And when the polarity determination by CBED was implemented, it was confirmed that this area | region is an inversion domain. Then, regarding the density of the inversion domain of the GaN free-standing substrate according to the second embodiment, it is recognized that it exists inside the substrate at a density of 300 / cm 2 in a cross section parallel to the surface of the GaN free-standing substrate. In addition, it was confirmed to be present on the substrate surface at a density of 300 / cm 2 .

(第2の実施の形態の効果)
第2の実施の形態においては、インバージョンドメインが発生しやすい成長条件、すなわち、V/III比を高い条件とする。これにより、第2の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法によれば、インバージョンドメインを有する窒化物半導体自立基板を形成することができる。
(Effect of the second embodiment)
In the second embodiment, the growth conditions in which inversion domains are likely to occur, that is, the V / III ratio is set high. Thereby, according to the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the second embodiment, a nitride semiconductor free-standing substrate having an inversion domain can be formed.

なお、本実施形態は、窒化物半導体結晶の成長初期にインバージョンドメインが発生しやすい成長条件の1つはV/III比を高くすることである一方、インバージョンドメインが消滅しやすい条件はV/III比を低くすることである、との発明者が得た知見を応用したものである。   In the present embodiment, one of the growth conditions in which inversion domains are likely to occur at the initial growth stage of the nitride semiconductor crystal is to increase the V / III ratio, while the conditions in which the inversion domains tend to disappear are V The knowledge obtained by the inventor that the ratio / III is to be lowered is applied.

そして、第2の実施の形態において形成される窒化物半導体自立基板は、成長初期のV/III比を第2の実施の形態よりも低くして形成された比較例に係る窒化物半導体自立基板よりも反りが非常に小さい。したがって、第2の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法によって形成された窒化物半導体自立基板は、当該自立基板のオフ角のバラツキも比較例に係る自立基板よりも小さくなるので、第2の実施の形態において得られた窒化物半導体自立基板は、発光波長のバラツキの小さいLED、LD等の発光素子の製造ができると共に、製造する際の歩留りの向上に大きく寄与することができる。   The nitride semiconductor free-standing substrate formed in the second embodiment is a nitride semiconductor free-standing substrate according to a comparative example formed with a V / III ratio in the initial stage of growth lower than that of the second embodiment. The warpage is very small. Therefore, the nitride semiconductor free-standing substrate formed by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the second embodiment has a smaller off-angle variation of the free-standing substrate than the free-standing substrate according to the comparative example. The nitride semiconductor free-standing substrate obtained in the second embodiment can produce light-emitting elements such as LEDs and LDs with small variations in emission wavelength, and can greatly contribute to the improvement of yield in production. .

[第3の実施の形態]
図4は、本発明の第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造の流れを示す。
[Third Embodiment]
FIG. 4 shows a flow of manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the third embodiment of the present invention.

第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法は、第2の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法とは、TiN層上へのGaN結晶の成長を開始した時のV/III比を、所定膜厚のGaNを形成した後に異なる値のV/III比に変更する点を除き、略同一の工程を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。   The nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method according to the third embodiment is different from the nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method according to the second embodiment when the growth of GaN crystals on the TiN layer is started. Except that the V / III ratio is changed to a different V / III ratio after GaN having a predetermined thickness is formed. Therefore, a detailed description is omitted except for differences.

第3の実施の形態では、TiN層上に成長するGaN結晶の成長条件の1つである成長開始時のV/III比は、15となるように調整する。そして、一例として、500μm厚のGaN結晶を成長した後、V/III比を一例として12になるようにNH3流量を変更、調整して、連続的にGaN結晶の成長を実施する。その他の工程及び成長条件等は第2の実施の形態と同一である。これにより、800μm厚で、第2の実施の形態に係るGaN自立基板とは異なり、表面が平坦なGaN自立基板が得られる。 In the third embodiment, the V / III ratio at the start of growth, which is one of the growth conditions for the GaN crystal grown on the TiN layer, is adjusted to be 15. As an example, after growing a GaN crystal having a thickness of 500 μm, the NH 3 flow rate is changed and adjusted so that the V / III ratio is 12 as an example, and the GaN crystal is continuously grown. Other processes and growth conditions are the same as those in the second embodiment. As a result, a GaN free-standing substrate having a thickness of 800 μm and a flat surface can be obtained unlike the GaN free-standing substrate according to the second embodiment.

具体的には、まず、MOVPE法を用いてアンドープのGaN層をサファイア基板上に形成する(S300)。次に、形成したGaN層の上に膜厚が20nmのTiを真空蒸着法により蒸着して、Ti薄膜を形成する(S310)。そして、Ti薄膜が形成されたGaN層を有するサファイア基板を、電気炉に移送して、電気炉内を20%のNH3と80%のH2との混合ガス雰囲気とする。そして、Ti薄膜が形成されたGaN層を有するサファイア基板に1050℃、20分間の熱処理を施す(S320)。 Specifically, first, an undoped GaN layer is formed on a sapphire substrate using the MOVPE method (S300). Next, Ti having a thickness of 20 nm is deposited on the formed GaN layer by a vacuum deposition method to form a Ti thin film (S310). Then, the sapphire substrate having the GaN layer on which the Ti thin film is formed is transferred to an electric furnace, and the inside of the electric furnace is made a mixed gas atmosphere of 20% NH 3 and 80% H 2 . Then, the sapphire substrate having the GaN layer on which the Ti thin film is formed is subjected to a heat treatment at 1050 ° C. for 20 minutes (S320).

続いて、ボイド形成GaN層と穴形成TiN層とを有するサファイア基板を、HVPE炉10の基板ホルダ150に搭載する。そして、このサファイア基板の上に、成長開始時のV族原料とIII族原料との比であるV/III比を15に調整して、500μm厚のGaNを形成する(S330)。続いて、V/III比を12に変更して、500μm厚に形成したGaN上に、GaN結晶を800μm厚まで連続的に成長する(S340)。
GaN結晶の成長の終了後、HVPE炉10内を冷却する(S350)。HVPE炉内を冷却する過程で、TiN層上に形成されたGaN層は、ボイド形成GaN層との境界から自然に剥離する(S360)。これにより、800μm厚の窒化物半導体自立基板としてのGaN自立基板が形成される。
Subsequently, a sapphire substrate having a void-formed GaN layer and a hole-formed TiN layer is mounted on the substrate holder 150 of the HVPE furnace 10. Then, on this sapphire substrate, the V / III ratio, which is the ratio of the Group V material and the Group III material at the start of growth, is adjusted to 15 to form 500 μm thick GaN (S330). Subsequently, the V / III ratio is changed to 12, and a GaN crystal is continuously grown to a thickness of 800 μm on the GaN formed to a thickness of 500 μm (S340).
After the growth of the GaN crystal is completed, the inside of the HVPE furnace 10 is cooled (S350). In the process of cooling the inside of the HVPE furnace, the GaN layer formed on the TiN layer naturally peels from the boundary with the void-formed GaN layer (S360). Thereby, a GaN free-standing substrate as a nitride semiconductor free-standing substrate having a thickness of 800 μm is formed.

第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法により得られたGaN自立基板は、裏面が凸面になるように反っており、その反り量は、レーザー変位計を用いて計測したところ、120μm程度であった。また、得られたGaN自立基板の表面の50μmと、裏面の350μmとを研磨して、400μm厚の平坦なGaN自立基板を形成した。このGaN自立基板のオフ角を測定すると、GaN自立基板の面内のオフ角のバラツキは、(最大−最小)=0.75度であった。   The GaN free-standing substrate obtained by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the third embodiment is warped so that the back surface is a convex surface, and the amount of warpage is measured using a laser displacement meter. , About 120 μm. Further, 50 μm on the surface of the obtained GaN free-standing substrate and 350 μm on the back surface were polished to form a flat GaN free-standing substrate having a thickness of 400 μm. When the off-angle of the GaN free-standing substrate was measured, the variation in the off-angle of the GaN free-standing substrate was (maximum−minimum) = 0.75 degrees.

更に、第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法により得られたGaN自立基板を劈開して、劈開面をTEM観察した。その結果、インバージョンドメインと考えられる筋状の多数の領域が観察された。CBEDによる極性判定を実施したところ、これら多数の領域がインバージョンドメインであることが確認された。なお、第3の実施の形態に係るGaN自立基板のインバージョンドメインの密度については、GaN自立基板の表面と平行な断面において10個/cm2の密度で基板内部に存在していることが認められ、また、基板表面においては、0個/cm2の密度であることが認められた。 Furthermore, the GaN free-standing substrate obtained by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the third embodiment was cleaved, and the cleavage plane was observed by TEM. As a result, a large number of streak regions thought to be inversion domains were observed. When polarity determination by CBED was performed, it was confirmed that many of these regions were inversion domains. It should be noted that the inversion domain density of the GaN free-standing substrate according to the third embodiment is found to be present in the substrate at a density of 10 / cm 2 in a cross section parallel to the surface of the GaN free-standing substrate. In addition, it was confirmed that the density was 0 / cm 2 on the substrate surface.

なお、形成されるGaN自立基板の寸法は、直径が20mm以上、厚さが200μmであることが好ましい。これは、窒化物半導体自立基板としてハンドリングができる厚さを確保することを要するからである。更に、形成したGaN自立基板が反る場合、同一の曲率をもって反るのであれば、直径が小さい基板であるほど反り量は少なくなり、基板が反ることによるオフ角のバラツキは小さい。すなわち、基板の直径が小さい場合、本発明の第1から第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法を用いる効果が小さい。   Note that the GaN free-standing substrate to be formed preferably has a diameter of 20 mm or more and a thickness of 200 μm. This is because it is necessary to secure a thickness that can be handled as a nitride semiconductor free-standing substrate. Further, if the formed GaN free-standing substrate is warped with the same curvature, the smaller the diameter, the smaller the warping amount, and the smaller the off-angle variation due to the warping of the substrate. That is, when the diameter of the substrate is small, the effect of using the nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method according to the first to third embodiments of the present invention is small.

一方、直径が大きい基板であるほど基板外周部での反り量は大きくなり、基板が反ることによるオフ角のバラツキも大きくなるので、本発明の第1から第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法を用いる効果が非常に大きいからである。すなわち、形成するGaN自立基板の寸法が、直径が20mm以上である場合であっても、本発明の本発明の第1から第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法によれば、反りの少ない窒化物半導体自立基板を形成することができる。   On the other hand, as the substrate has a larger diameter, the amount of warpage at the outer peripheral portion of the substrate increases and the variation in off-angle due to warping of the substrate also increases. Therefore, nitriding according to the first to third embodiments of the present invention. This is because the effect of using the method for manufacturing a physical semiconductor free-standing substrate is very large. That is, even if the GaN free-standing substrate to be formed has a diameter of 20 mm or more, the nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method according to the first to third embodiments of the present invention is used. Thus, a nitride semiconductor free-standing substrate with little warpage can be formed.

(第3の実施の形態の効果)
第3の実施の形態と第2の実施の形態との相違点は、TiN層上にGaN結晶の成長を開始する時のV/III比を成長開始時から所定膜厚までは所定値に維持して、所定膜厚のGaN結晶を成長した後に、V/III比を変更するか否かである。第3の実施の形態においては、所定膜厚のGaN結晶を成長した後は、インバージョンドメインが発生しにくい成長条件、すなわち、V/III比を低い条件とする。
(Effect of the third embodiment)
The difference between the third embodiment and the second embodiment is that the V / III ratio at the time of starting the growth of the GaN crystal on the TiN layer is maintained at a predetermined value from the start of the growth to the predetermined film thickness. Whether or not the V / III ratio is changed after growing a GaN crystal having a predetermined thickness. In the third embodiment, after a GaN crystal having a predetermined thickness is grown, the growth conditions in which inversion domains are less likely to occur, that is, the V / III ratio is set low.

すなわち、第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法では、窒化物半導体結晶成長の成長初期にインバージョンドメインを発生しやすい成長条件を適用すると共に、基板の表面側の成長時には、インバージョンドメインが発生しにくい成長条件を適用する。これにより、窒化物半導体結晶の内部にインバージョンドメインを有し、窒化物半導体結晶の表面に到達するインバージョンドメインが少ない窒化物半導体自立基板を形成することができる。   That is, in the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the third embodiment, a growth condition that easily generates an inversion domain is applied at the initial growth stage of nitride semiconductor crystal growth, and at the time of growth on the surface side of the substrate. Apply growth conditions that are unlikely to cause inversion domains. Thereby, a nitride semiconductor free-standing substrate having an inversion domain inside the nitride semiconductor crystal and few inversion domains reaching the surface of the nitride semiconductor crystal can be formed.

したがって、第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法によれば、異種基板1を剥離した後の窒化物半導体自立基板の反りが非常に小さくなると共に、自立基板の反りに起因したオフ角のバラツキを低減することができるので、当該自立基板を用いて作成した発光素子が発光する光の波長のバラツキを低減することができる。また、当該自立基板を用いて作成した発光素子の歩留りを向上させることができる。   Therefore, according to the method for manufacturing the nitride semiconductor free-standing substrate according to the third embodiment, the warpage of the nitride semiconductor free-standing substrate after the dissimilar substrate 1 is peeled off is very small, and the warpage of the free-standing substrate is caused. Since the variation in the off-angle can be reduced, the variation in the wavelength of light emitted from the light-emitting element formed using the self-supporting substrate can be reduced. In addition, the yield of light-emitting elements manufactured using the self-supporting substrate can be improved.

なお、一度発生したインバージョンドメインは成長条件を一定に保つと、所定の領域を保ちながら結晶成長層の表面まで伸びていく性質を有する。そして、インバージョンドメインが結晶表面まで到達している自立基板を用いて、当該自立基板上に発光装置の半導体層をエピタキシャル成長で形成すると、インバージョンドメインが存在する領域の表面が荒れるという問題が発生する。したがって、従来は、インバージョンドメインが成長層内に発生しないような結晶成長条件が選択されていた。   The inversion domain once generated has a property of extending to the surface of the crystal growth layer while maintaining a predetermined region when the growth conditions are kept constant. If a semiconductor layer of a light-emitting device is formed by epitaxial growth on a free-standing substrate in which the inversion domain reaches the crystal surface, the surface of the region where the inversion domain exists becomes rough. To do. Therefore, conventionally, crystal growth conditions have been selected such that inversion domains do not occur in the growth layer.

しかしながら、第1の実施の形態ないし第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法は、発明者が以下の知見を得てなされたものである。すなわち、まず第1の知見として、窒化物半導体結晶内にインバージョンドメインが存在すると、窒化物半導体の厚さ方向に結晶格子がずれることにより内部応力が緩和され、窒化物半導体自立基板の反りが抑制されることを発明者は見出した。第2の知見として、単位面積当たりのインバージョンドメインの数が多く、かつ、結晶表面付近までインバージョンドメインが伸びていると自立基板の反りが低下する傾向を見出した。更に、第3の知見として、インバージョンドメインが自立基板の最表面まで到達すると、自立基板の表面が荒れるので、インバージョンドメインを自立基板の表面までは到達させず、自立基板の表面に到達しない位置でインバージョンドメインをとめて自立基板を形成することが望ましいことを発明者は見出した。   However, the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first to third embodiments has been made by the inventors with the following knowledge. That is, as a first finding, if an inversion domain exists in a nitride semiconductor crystal, the internal stress is relieved by shifting the crystal lattice in the thickness direction of the nitride semiconductor, and the warpage of the nitride semiconductor free-standing substrate is reduced. The inventors have found that it is suppressed. As a second finding, it has been found that when the number of inversion domains per unit area is large and the inversion domains extend to the vicinity of the crystal surface, the warpage of the free-standing substrate decreases. Furthermore, as a third finding, when the inversion domain reaches the outermost surface of the free-standing substrate, the surface of the free-standing substrate is roughened, so the inversion domain does not reach the surface of the free-standing substrate and does not reach the surface of the free-standing substrate. The inventors have found that it is desirable to stop the inversion domain at a position to form a free-standing substrate.

そこで、第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、インバージョンドメインが基板内部に存在する窒化物半導体自立基板の製造方法を説明して、インバージョンドメインを有する自立基板の優位性を説明した。更に、第3の実施の形態では、本発明に係る窒化物半導体自立基板の最良の製造方法として、インバージョンドメインを内部に有すると共に基板表面にはインバージョンドメインが到達していない自立基板の製造方法について説明したものである。   Therefore, in the first embodiment and the second embodiment, a method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate in which the inversion domain exists inside the substrate will be described, and the superiority of the free-standing substrate having the inversion domain will be described. explained. Furthermore, in the third embodiment, as the best manufacturing method of the nitride semiconductor free-standing substrate according to the present invention, the manufacture of a free-standing substrate that has an inversion domain inside and the inversion domain does not reach the substrate surface. It explains the method.

なお、窒化物半導体自立基板内にインバージョンドメインが発生する製造過程であれば、第1ないし第3の実施の形態に示した窒化物半導体自立基板の製造方法には限定されない。更に、最終的に得られる窒化物半導体自立基板中にインバージョンドメインが残存することは要せず、製造工程中においてインバージョンドメインが発生すればよい。すなわち、窒化物半導体自立基板の製造方法において、インバージョンドメインを有する領域とインバージョンドメインを有さない領域を形成した後、インバージョンドメインを有する領域の少なくとも一部を、研磨、エッチング等により除去して窒化物半導体自立基板を形
成してもよい。
Note that the manufacturing method of the nitride semiconductor free-standing substrate shown in the first to third embodiments is not limited as long as the inversion domain is generated in the nitride semiconductor free-standing substrate. Furthermore, it is not necessary for the inversion domain to remain in the finally obtained nitride semiconductor free-standing substrate, and it is sufficient that the inversion domain is generated during the manufacturing process. That is, in the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate, after forming a region having an inversion domain and a region having no inversion domain, at least a part of the region having an inversion domain is removed by polishing, etching, or the like. Thus, a nitride semiconductor free-standing substrate may be formed.

また、インバージョンドメインを有する窒化物半導体結晶を異種基板上に数mm程度の厚さまで成長させて窒化物半導体結晶のインゴットを形成することもできる。形成した窒化物半導体結晶のインゴットをスライスすることにより、複数枚の窒化物半導体結晶自立基板を得ることができる。   Further, an ingot of a nitride semiconductor crystal can be formed by growing a nitride semiconductor crystal having an inversion domain to a thickness of several millimeters on a different substrate. A plurality of nitride semiconductor crystal free-standing substrates can be obtained by slicing the formed nitride semiconductor crystal ingot.

[第4の実施の形態]
第4の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法は、第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法とは、TiN層上へのGaN結晶の成長を開始した時のV/III比を、所定膜厚のGaNを形成した後に異なる値のV/III比に変更する際に、各V/III比の値が異なる点を除き略同一の工程を備える。したがって、詳細な説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
The nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method according to the fourth embodiment is different from the nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method according to the third embodiment when the growth of GaN crystals on the TiN layer is started. When the V / III ratio is changed to a different V / III ratio after GaN having a predetermined film thickness is formed, substantially the same steps are provided except that the values of the respective V / III ratios are different. Therefore, detailed description is omitted.

第4の実施の形態では、TiN層上に成長するGaN結晶の成長条件の1つである成長開始時のV/III比は、20となるように調整する。そして、一例として、500μm厚のGaN結晶を成長した後、V/III比を12になるようにNH3流量を調整して、連続的にGaN結晶の成長を実施する。その他の工程及び成長条件等は第3の実施の形態と同一である。 In the fourth embodiment, the V / III ratio at the start of growth, which is one of the growth conditions for the GaN crystal grown on the TiN layer, is adjusted to be 20. As an example, after growing a GaN crystal having a thickness of 500 μm, the NH 3 flow rate is adjusted so that the V / III ratio becomes 12, and the GaN crystal is continuously grown. Other processes and growth conditions are the same as those of the third embodiment.

第4の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法により得られたGaN自立基板は、裏面が凸面になるように反っており、その反り量は、レーザー変位計を用いて計測したところ、20μm程度であった。また、得られたGaN自立基板の表面の50μmと、裏面の350μmとを研磨して、400μm厚の平坦なGaN自立基板を形成した。このGaN自立基板のオフ角を測定すると、GaN自立基板の面内のオフ角のバラツキは、(最大−最小)=0.23度であった。   The GaN free-standing substrate obtained by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the fourth embodiment is warped so that the back surface becomes a convex surface, and the amount of warping is measured using a laser displacement meter. About 20 μm. Further, 50 μm on the surface of the obtained GaN free-standing substrate and 350 μm on the back surface were polished to form a flat GaN free-standing substrate having a thickness of 400 μm. When the off-angle of the GaN free-standing substrate was measured, the variation in the off-angle of the GaN free-standing substrate was (maximum−minimum) = 0.23 degrees.

更に、第4の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法により得られたGaN自立基板を劈開して、劈開面をTEM観察した。その結果、インバージョンドメインと考えられる筋状の多数の領域が観察された。CBEDによる極性判定を実施したところ、これら多数の領域がインバージョンドメインであることが確認された。そして、第4の実施の形態に係るGaN自立基板のインバージョンドメインの密度については、GaN自立基板の表面と平行な断面において300個/cm2の密度で基板内部に存在していることが認められ、また、基板表面においては、0個/cm2の密度であることが認められた。 Furthermore, the GaN free-standing substrate obtained by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the fourth embodiment was cleaved, and the cleavage plane was observed by TEM. As a result, a large number of streak regions thought to be inversion domains were observed. When polarity determination by CBED was performed, it was confirmed that many of these regions were inversion domains. Then, regarding the density of the inversion domain of the GaN free-standing substrate according to the fourth embodiment, it is recognized that it exists in the substrate at a density of 300 / cm 2 in a cross section parallel to the surface of the GaN free-standing substrate. In addition, it was confirmed that the density was 0 / cm 2 on the substrate surface.

[第5の実施の形態]
第5の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法は、第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法とは、TiN層上へのGaN結晶の成長を開始した時のV/III比を、所定膜厚のGaNを形成した後に異なる値のV/III比に変更する際に、各V/III比の値が異なる点を除き略同一の工程を備える。したがって、詳細な説明は省略する。
[Fifth Embodiment]
The nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method according to the fifth embodiment is different from the nitride semiconductor free-standing substrate manufacturing method according to the third embodiment when the growth of a GaN crystal on the TiN layer is started. When the V / III ratio is changed to a different V / III ratio after GaN having a predetermined film thickness is formed, substantially the same steps are provided except that the values of the respective V / III ratios are different. Therefore, detailed description is omitted.

第5の実施の形態では、TiN層上に成長するGaN結晶の成長条件の1つである成長開始時のV/III比は、40となるように調整する。そして、一例として、500μm厚のGaN結晶を成長した後、V/III比を12になるようにNH3流量を調整して、連続的にGaN結晶の成長を実施する。その他の工程及び成長条件等は第3の実施の形態と同一である。 In the fifth embodiment, the V / III ratio at the start of growth, which is one of the growth conditions for the GaN crystal grown on the TiN layer, is adjusted to be 40. As an example, after growing a GaN crystal having a thickness of 500 μm, the NH 3 flow rate is adjusted so that the V / III ratio becomes 12, and the GaN crystal is continuously grown. Other processes and growth conditions are the same as those of the third embodiment.

第5の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法により得られたGaN自立基板は、裏面が凸面になるように反っており、その反り量は、レーザー変位計を用いて計測したところ、5μm程度であった。また、得られたGaN自立基板の表面の50μmと、裏面の350μmとを研磨して、400μm厚の平坦なGaN自立基板を形成した。このGaN自立基板のオフ角を測定すると、GaN自立基板の面内のオフ角のバラツキは、(最大−最小)=0.1度であった。   The GaN free-standing substrate obtained by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the fifth embodiment is warped so that the back surface is a convex surface, and the amount of warpage is measured using a laser displacement meter. It was about 5 μm. Further, 50 μm on the surface of the obtained GaN free-standing substrate and 350 μm on the back surface were polished to form a flat GaN free-standing substrate having a thickness of 400 μm. When the off-angle of the GaN free-standing substrate was measured, the variation in the off-angle of the GaN free-standing substrate was (maximum−minimum) = 0.1 degrees.

更に、第5の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法により得られたGaN自立基板を劈開して、劈開面をTEM観察した。その結果、インバージョンドメインと考えられる筋状の多数の領域が観察された。CBEDによる極性判定を実施したところ、これら多数の領域がインバージョンドメインであることが確認された。そして、第5の実施の形態に係るGaN自立基板のインバージョンドメインの密度については、GaN自立基板の表面と平行な断面において600個/cm2の密度で基板内部に存在していることが認められ、また、基板表面においては、200個/cm2の密度であることが認められた。 Furthermore, the GaN free-standing substrate obtained by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the fifth embodiment was cleaved, and the cleavage plane was observed by TEM. As a result, a large number of streak regions thought to be inversion domains were observed. When polarity determination by CBED was performed, it was confirmed that many of these regions were inversion domains. Then, regarding the density of the inversion domain of the GaN free-standing substrate according to the fifth embodiment, it is recognized that it exists in the substrate at a density of 600 / cm 2 in a cross section parallel to the surface of the GaN free-standing substrate. In addition, it was confirmed that the density was 200 / cm 2 on the substrate surface.

[応用例]
図5は、本発明の第1から第5の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法において製造した窒化物半導体自立基板を用いて形成した発光装置の断面図を示す。
[Application example]
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a light emitting device formed using a nitride semiconductor free-standing substrate manufactured in the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first to fifth embodiments of the present invention.

応用例に係る発光装置20は、第1から第5の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法において形成したGaN基板200と、GaN基板200上に形成されるn型クラッド層205と、n型クラッド層205の上に形成される活性層210と、活性層210の上に形成されるp型クラッド層215と、p型クラッド層215の上に形成されるp型コンタクト層220とを備える。   The light emitting device 20 according to the application example includes a GaN substrate 200 formed by the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first to fifth embodiments, an n-type cladding layer 205 formed on the GaN substrate 200, and , An active layer 210 formed on the n-type cladding layer 205, a p-type cladding layer 215 formed on the active layer 210, and a p-type contact layer 220 formed on the p-type cladding layer 215, Is provided.

更に、発光装置20は、GaN基板200のn型クラッド層205が形成されている面の反対側の面の略全面に形成される下部電極235と、p型コンタクト層220のp型クラッド層215と接している面の反対側の所定の領域に形成される上部電極230とを備える。また、応用例に係る活性層210は、量子井戸構造を有する。一例として、活性層210は、3層の井戸層212と、井戸層212をそれぞれ挟み込む4層の障壁層214とを含む多重量子井戸構造を有する。   Furthermore, the light-emitting device 20 includes a lower electrode 235 formed on substantially the entire surface of the GaN substrate 200 opposite to the surface on which the n-type cladding layer 205 is formed, and a p-type cladding layer 215 of the p-type contact layer 220. And an upper electrode 230 formed in a predetermined region on the opposite side of the surface in contact with the electrode. In addition, the active layer 210 according to the application example has a quantum well structure. As an example, the active layer 210 has a multiple quantum well structure including three well layers 212 and four barrier layers 214 sandwiching the well layers 212, respectively.

なお、活性層210が有する量子井戸構造は、単一量子井戸構造、又は歪み量子井戸構造から形成することもできる。更に、活性層210は、量子井戸構造ではなく、ダブルへテロ構造から形成することもできる。   Note that the quantum well structure of the active layer 210 can be formed of a single quantum well structure or a strained quantum well structure. Furthermore, the active layer 210 may be formed not from a quantum well structure but from a double heterostructure.

応用例に係る発光装置20が備える複数の半導体層は、一例として、有機金属化学気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法により形成することができる。複数の半導体層は、一例として、有機金属原料のトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いてMOCVD法により形成することができる。なお、複数の半導体層の形成時に有機金属原料と共に供給するキャリアガスは、一例として、水素及び窒素を用いる。 As an example, the plurality of semiconductor layers included in the light-emitting device 20 according to the application example can be formed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. As an example, the plurality of semiconductor layers can be formed by MOCVD using trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), or biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg), which are organic metal raw materials. Note that hydrogen and nitrogen are used as an example of the carrier gas supplied together with the organometallic raw material when forming the plurality of semiconductor layers.

具体的には、第1から第5の実施の形態において形成したGaN基板200の上に、まず、1050℃において、Siのドーピング濃度が1×1019cm-3であるn型クラッド層205としてのn型GaN層を形成する。n型クラッド層205の膜厚は、一例として4μmである。続いて、800℃において、3層の障壁層214としてのGaN障壁層と、4層の井戸層212としてのIn0.1Ga0.9N井戸層とを含む活性層210としてのInGaN系活性層を形成する。In0.1Ga0.9N井戸層の膜厚は、一例として3nmであり、GaN障壁層の膜厚は、一例として10nmに形成される。 Specifically, an n-type cladding layer 205 having a Si doping concentration of 1 × 10 19 cm −3 at 1050 ° C. is formed on the GaN substrate 200 formed in the first to fifth embodiments. The n-type GaN layer is formed. The film thickness of the n-type cladding layer 205 is 4 μm as an example. Subsequently, at 800 ° C., an InGaN-based active layer as an active layer 210 including a GaN barrier layer as three barrier layers 214 and an In 0.1 Ga 0.9 N well layer as four well layers 212 is formed. . The thickness of the In 0.1 Ga 0.9 N well layer is 3 nm as an example, and the thickness of the GaN barrier layer is 10 nm as an example.

更に、p型クラッド層215としてのp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層と、p型コンタクト層220としてのp型GaNコンタクト層とをこの順で形成する。なお、p型のドーパントとしては、一例として、Mgを用いる。また、上部電極230及び下部電極235を、Ti、Ni、又はAl等を含む金属材料から形成する。 Further, a p-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer as the p-type clad layer 215 and a p-type GaN contact layer as the p-type contact layer 220 are formed in this order. As an example of the p-type dopant, Mg is used. Further, the upper electrode 230 and the lower electrode 235 are formed from a metal material containing Ti, Ni, Al, or the like.

表1は、第1ないし第5の実施の形態において形成された窒化物半導体自立基板、及び比較例において形成された窒化物半導体自立基板を用いて形成した発光装置の発光波長のバラツキの結果を示す。   Table 1 shows the results of variations in the emission wavelength of light emitting devices formed using the nitride semiconductor free-standing substrate formed in the first to fifth embodiments and the nitride semiconductor free-standing substrate formed in the comparative example. Show.

Figure 2011162439
Figure 2011162439

表1の中で、表面モフォロジの欄における記号の意味は以下のとおりである。すなわち、二重丸「◎」は、表面荒れがほとんど観察されなかった基板である。また、一重丸「○」は、表面荒れが少々観察された基板である。更に、バツ「×」は、表面荒れが多く観察された基板である。なお、表面荒れが多いと、発光装置の歩留まりが低下する。   In Table 1, the meanings of symbols in the column of surface morphology are as follows. That is, the double circle “◎” is a substrate on which surface roughness was hardly observed. A single circle “◯” is a substrate on which surface roughness is slightly observed. Furthermore, the cross “X” is a substrate on which a lot of surface roughness was observed. Note that when the surface roughness is large, the yield of the light-emitting device decreases.

第1ないし第5の実施の形態において形成された窒化物半導体自立基板、及び比較例において形成された窒化物半導体自立基板を用いて図5に示す発光装置をそれぞれ形成した。そして、EL測定により、発光波長のバラツキを測定した。その結果、オフ角のバラツキの小さな発光装置で、発光波長のバラツキが小さくなる結果が得られた。これは、インバージョンドメインを有する自立基板を用いることにより基板の反りが低減し、基板面内のオフ角のバラツキが小さくなることに起因する結果である。   The light emitting device shown in FIG. 5 was formed using the nitride semiconductor free-standing substrate formed in the first to fifth embodiments and the nitride semiconductor free-standing substrate formed in the comparative example. And the variation of the light emission wavelength was measured by EL measurement. As a result, a light emitting device having a small off-angle variation resulted in a small variation in emission wavelength. This is a result of using a self-supporting substrate having an inversion domain to reduce the warpage of the substrate and reduce the variation in off-angle within the substrate surface.

表1を参照すると分かるように、GaN自立基板が、自立基板表面と平行な断面、すなわち、基板内部において10個/cm2以上から600個/cm2以下の密度でインバージョンドメインを有する場合、自立基板の反り量を比較例に比べて低減することができる。自立基板の反りが小さい場合(例えば、反り量が5μmから120μmの場合)、発光装置の発光波長のバラツキを、9nmから18nmの範囲にすることができる。なお、0個/cm2以上から200個/cm2以下の密度でインバージョンドメインを自立基板の表面に有する場合、基板表面のモフォロジを良好なものにすることができる。 As seen with reference to Table 1, when the GaN free-standing substrate is, with free-standing substrate surface section parallel, i.e., the 10 / cm 2 or more from 600 / cm 2 or less in density in the inversion domains inside the substrate, The amount of warpage of the free-standing substrate can be reduced as compared with the comparative example. When the warpage of the free-standing substrate is small (for example, when the amount of warpage is 5 μm to 120 μm), the variation in the emission wavelength of the light emitting device can be in the range of 9 nm to 18 nm. Note that when the inversion domain is provided on the surface of the free-standing substrate at a density of 0 piece / cm 2 or more to 200 pieces / cm 2 or less, the morphology of the substrate surface can be improved.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。   While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. In addition, it should be noted that not all the combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.

本発明の第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法に用いる HVPE炉の概略図である。It is the schematic of the HVPE furnace used for the manufacturing method of the nitride semiconductor self-supporting substrate which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造の流れを示す 図である。It is a figure which shows the flow of manufacture of the nitride semiconductor self-supporting substrate concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造の流れを示す 図である。It is a figure which shows the flow of manufacture of the nitride semiconductor self-supporting substrate concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造の流れを示す 図である。It is a figure which shows the flow of manufacture of the nitride semiconductor self-supporting substrate concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第1から5の実施の形態に係る窒化物半導体自立基板の製造方法に おいて製造した窒化物半導体自立基板を用いて形成した発光装置の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a light emitting device formed using a nitride semiconductor free-standing substrate manufactured in the method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to the first to fifth embodiments of the present invention.

1 異種基板
2 Ga融液
10 HVPE炉
20 発光装置
100 石英反応管
110 ヒータ
120 石英ボート
130 HCl導入管
140 NH3導入管
150 基板ホルダ
200 GaN基板
205 n型クラッド層
210 活性層
212 井戸層
214 障壁層
215 p型クラッド層
220 p型コンタクト層
230 上部電極
235 下部電極
1 heterologous substrate 2 Ga melt 10 HVPE furnace 20 light emitting device 100 quartz reaction tube 110 heaters 120 quartz boat 130 HCl inlet tube 140 NH 3 inlet tube 150 substrate holder 200 GaN substrate 205 n-type cladding layer 210 an active layer 212 well layer 214 barrier Layer 215 p-type cladding layer 220 p-type contact layer 230 upper electrode 235 lower electrode

Claims (4)

連続成長した窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体自立基板において、
窒化物半導体自立基板の内部に、基板表面と平行な断面において10個/cm2以上から600個/cm2以下の密度でインバージョンドメインを有し、前記基板表面は、0個/cm2以上から200個/cm2以下の密度でインバージョンドメインを有し、前記窒化物半導体自立基板の内部のインバージョンドメインよりも前記基板表面に到達するインバージョンドメインの密度が少ない窒化物半導体自立基板。
In a nitride semiconductor free-standing substrate comprising a continuously grown nitride semiconductor crystal,
Inside of a nitride semiconductor free-standing substrate has inversion domains 600 / cm 2 or less in a density from 10 / cm 2 or more in a cross section that is parallel to the substrate surface, the substrate surface is 0 / cm 2 or more Nitride semiconductor free-standing substrate having inversion domains at a density of 200 / cm 2 or less and having a lower density of inversion domains reaching the substrate surface than inversion domains inside the nitride semiconductor free-standing substrate.
請求項1に記載の窒化物半導体自立基板の面内のオフ角のバラツキは、0.1度以上0.75度以下である窒化物半導体自立基板。   2. The nitride semiconductor free-standing substrate according to claim 1, wherein an in-plane variation in off-angle of the nitride semiconductor free-standing substrate is not less than 0.1 degrees and not more than 0.75 degrees. 請求項1又は2に記載の窒化物半導体自立基板の一方の面側に活性層を含む複数の半導体層を形成し、前記半導体層上に上部電極を形成し、前記窒化物半導体自立基板の他方の面側に下部電極を形成して作製した発光装置。   A plurality of semiconductor layers including an active layer are formed on one side of the nitride semiconductor free-standing substrate according to claim 1, an upper electrode is formed on the semiconductor layer, and the other of the nitride semiconductor free-standing substrate A light-emitting device manufactured by forming a lower electrode on the surface side of the substrate. 請求項3に記載の発光装置から出射される発光波長のバラツキが9nm以上18nm以下である発光装置。   A light emitting device having a variation in emission wavelength emitted from the light emitting device according to claim 3 of 9 nm or more and 18 nm or less.
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