JP2751987B2 - Method for growing indium gallium nitride semiconductor - Google Patents

Method for growing indium gallium nitride semiconductor

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JP2751987B2
JP2751987B2 JP10655793A JP10655793A JP2751987B2 JP 2751987 B2 JP2751987 B2 JP 2751987B2 JP 10655793 A JP10655793 A JP 10655793A JP 10655793 A JP10655793 A JP 10655793A JP 2751987 B2 JP2751987 B2 JP 2751987B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は青色発光ダイオード、青
色レーザーダイオード等に使用される窒化インジウムガ
リウム半導体の成長方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for growing an indium gallium nitride semiconductor used for a blue light emitting diode, a blue laser diode and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】青色ダイオード、青色レーザーダイオー
ド等に使用される実用的な半導体材料として窒化ガリウ
ム(GaN)、窒化インジウムガリウム(InGa
N)、窒化ガリウムアルミニウム(GaAlN)等の窒
化ガリウム系化合物半導体が注目されており、その中で
もInGaNはバンドギャップが2eV〜3.4eVま
であるため非常に有望視されている。
2. Description of the Related Art Gallium nitride (GaN) and indium gallium nitride (InGa) are practical semiconductor materials used for blue diodes, blue laser diodes, and the like.
N), gallium nitride-based compound semiconductors such as gallium aluminum nitride (GaAlN) have been attracting attention, and among them, InGaN is very promising because it has a band gap of 2 eV to 3.4 eV.

【0003】従来、有機金属気相成長法{以下、MOC
VD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法
という。}によりInGaNを成長させる場合、成長温
度500℃〜600℃の低温で、サファイア基板上に成
長されていた。なぜなら、InNの融点はおよそ500
℃、GaNの融点はおよそ1000℃であるため、60
0℃以上の高温でInGaNを成長させると、InGa
N中のInNの分解圧がおよそ10気圧以上となり、I
nGaNがほとんど分解してしまい、形成されるものは
GaのメタルとInのメタルの堆積物のみとなってしま
うからである。従って、従来InGaNを成長させよう
とする場合は成長温度を低温に保持しなければならなか
った。
Conventionally, metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOC)
It is called VD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. When InGaN is grown by}, it was grown on a sapphire substrate at a low growth temperature of 500 ° C. to 600 ° C. Because the melting point of InN is about 500
° C, and the melting point of GaN is about 1000 ° C.
When InGaN is grown at a high temperature of 0 ° C. or more, InGa
When the decomposition pressure of InN in N becomes about 10 atm or more,
This is because nGaN is almost completely decomposed and only Ga metal and In metal deposits are formed. Therefore, conventionally, when growing InGaN, the growth temperature had to be maintained at a low temperature.

【0004】このような条件の下で成長されたInGa
Nの結晶性は非常に悪く、例えば室温でフォトルミネッ
センス測定を行っても、バンド間発光はほとんど見られ
ず、深い準位からの発光がわずかに観測されるのみであ
り、青色発光が観測されたことはなかった。しかも、X
線回折でInGaNのピークを検出しようとしてもほと
んどピークは検出されず、その結晶性は、単結晶という
よりも、アモルファス状結晶に近いのが実状であった。
InGaP grown under such conditions
The crystallinity of N is very poor. For example, even if photoluminescence measurement is performed at room temperature, emission between bands is hardly observed, emission from a deep level is only slightly observed, and blue emission is observed. I never did. And X
Even if an attempt was made to detect the peak of InGaN by line diffraction, almost no peak was detected, and the crystallinity was closer to an amorphous crystal rather than a single crystal.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】青色発光ダイオード、
青色レーザーダイオード等の青色発光デバイスを実現す
るためには、高品質で、かつ優れた結晶性を有するIn
GaNの実現が強く望まれている。しかしながらInG
aNの成長に成功したという報告は未だされておらず、
その成長方法もよく知られていないのが実状である。よ
って、本発明はこの問題を解決するべくなされたもので
あり、その目的とするところは、高品質で結晶性に優れ
たInGaNの成長方法を提供すると共に、再現性良く
確実にその結晶が得られる方法を提供するものである。
A blue light emitting diode,
In order to realize a blue light emitting device such as a blue laser diode, it is necessary to use high quality and excellent crystallinity.
Realization of GaN is strongly desired. However InG
There have been no reports of the successful growth of aN,
The fact is that the growth method is not well known. Therefore, the present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a method for growing InGaN with high quality and excellent crystallinity, and to obtain the crystal with good reproducibility. It provides a method to be used.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】我々は、InGaNをM
OCVD法で成長するにあたり、数々の実験を繰り返し
た結果、GaNの上に、ある特定の範囲内の成長温度と
成長速度で成長させることにより、その結晶性が格段に
向上することを新たに見いだし本発明を成すに至った。
Means for Solving the Problems We have developed InGaN into M
As a result of repeating a number of experiments in growing by the OCVD method, it has been newly found that the crystallinity is significantly improved by growing on GaN at a growth temperature and a growth rate within a specific range. The present invention has been accomplished.

【0007】即ち、本発明の成長方法は、原料ガスとし
て、ガリウム源のガスと、インジウム源のガスと、窒素
源のガスとを用い、MOCVD法により、一般式Inα
Ga1-αN(但し、0<α<0.5)で表される窒化イ
ンジウムガリウム半導体を成長させる方法であって、成
長温度(℃)をX軸、成長温度(オングストローム/
分)をY軸として、添付図1のa(650,1)、b
(650,5)、c(900,60)、d(900,1)
の各座標で囲まれた領域内の条件で、次に成長させる窒
化ガリウム層または窒化ガリウムアルミニウム層よりも
低温で成長させるバッファ層を介して、バッファ層より
も高温で成長させた該窒化ガリウム層または窒化ガリウ
ムアルミニウム層の上に、成長させることを特徴とす
る。
[0007] In other words, the growth method of the present invention, a raw material gas
Gallium source gas, indium source gas, and nitrogen
Using the source gas and the MOCVD method, the general formula Inα
A method of growing an indium gallium nitride semiconductor represented by Ga1-αN (where 0 <α <0.5), wherein a growth temperature (° C.) is an X-axis, a growth temperature (angstrom /
A) (650, 1) and b in FIG.
(650,5), c (900,60), d (900,1)
Nitrogen under the conditions of the area surrounded by the coordinates, which then grow
Gallium nitride layer or gallium aluminum nitride layer
Through the buffer layer grown at low temperature, from the buffer layer
Gallium nitride layer or gallium nitride layer grown at high temperature
It is characterized by being grown on a aluminum layer .

【0008】本発明の成長方法において、MOCVD法
に用いる原料ガスとして、例えばガリウム源にはトリメ
チルガリウム(TMG)、トリエチルガリウム(TE
G)、インジウム源としてトリメチルインジウム(TM
I)、トリエチルインジウム(TEI)等の有機金属化
合物ガス、窒素源にはアンモニア(NH3)、ヒドラジ
ン(N24)等のガスを好ましく用いることができ、こ
れらのガスをキャリアガスと共に混合し、加熱された基
板に向かって噴射することによりInGaNを成長させ
ることができる。InGaNの成長速度はGa源のガス
流量を制御することにより調整することができる。
In the growth method of the present invention, as a source gas used for the MOCVD method, for example, a gallium source is trimethylgallium (TMG) or triethylgallium (TEG).
G), trimethylindium (TM) as an indium source
I), an organometallic compound gas such as triethylindium (TEI), and a gas such as ammonia (NH 3 ) or hydrazine (N 2 H 4 ) can be preferably used as a nitrogen source. These gases are mixed with a carrier gas. Then, InGaN can be grown by spraying the heated substrate. The growth rate of InGaN can be adjusted by controlling the gas flow rate of the Ga source.

【0009】成長温度は650℃〜900℃の範囲に調
整する必要がある。650℃より低い温度でもInGa
Nを成長させることは可能であるが、前記したように6
00℃以下であると、GaNの結晶が成長しにくいた
め、InGaNの結晶ができにくく、できたとしても従
来のように結晶性の悪いInGaNとなる。また600
℃〜650℃では再現性よく結晶性に優れたInGaN
を得ることが困難となる傾向にある。900℃より高い
温度であるとInNが分解しやすくなるため、InGa
NがGaNになりやすい傾向にある。成長温度は700
℃〜850℃の範囲が最も好ましい。
[0009] The growth temperature must be adjusted in the range of 650 ° C to 900 ° C. InGa even at temperatures lower than 650 ° C
Although it is possible to grow N, as described above, 6
When the temperature is lower than 00 ° C., GaN crystals are difficult to grow, so that it is difficult to form InGaN crystals. Also 600
InGaN with excellent reproducibility and excellent crystallinity at ℃ to 650 ℃
Tends to be difficult to obtain. If the temperature is higher than 900 ° C., InN is easily decomposed, so that InGa
N tends to be GaN. The growth temperature is 700
Most preferably, it is in the range of 850C to 850C.

【0010】基板にはSi、SiC等もあるが、サファ
イアが用いられることが多い。また、基板の上に低温で
GaXAl1-XN(0≦X≦1)よりなるバッファ層を形
成することにより、その上に成長するGaNの結晶性を
向上させることができ、好ましくはAlNよりも、Ga
Nバッファ層の方が、その上に成長するGaN層の結晶
性を向上させることができる。
Although there are Si, SiC and the like for the substrate, sapphire is often used. Further, by forming a buffer layer made of Ga x Al 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1) on the substrate at a low temperature, the crystallinity of GaN grown on the buffer layer can be improved. Ga rather than AlN
The N buffer layer can improve the crystallinity of the GaN layer grown thereon.

【0011】成長中に供給する原料ガス中のインジウム
源のガスのインジウムのモル比は、ガリウム1に対し、
好ましく0.1以上、さらに好ましくは1.0以上に調
整することが望ましい。インジウムのモル比が0.1よ
り少ないと、InGaNの混晶が得にくく、また結晶性
が悪くなる傾向にある。なぜなら、成長温度650℃以
上では、多少なりともInNの分解が発生しInNがG
aN結晶中に入りにくくなる。そのため好ましくその分
解分よりもインジウムを多く供給することによって、I
nNをGaNの結晶中により多く入れることができる。
The molar ratio of indium in the gas of the indium source in the source gas supplied during growth is 1 gallium to 1 gallium.
It is desirable to adjust it to preferably 0.1 or more, more preferably 1.0 or more. If the molar ratio of indium is less than 0.1, it is difficult to obtain a mixed crystal of InGaN, and the crystallinity tends to deteriorate. At a growth temperature of 650 ° C. or higher, the decomposition of InN occurs to some extent, and
It becomes difficult to enter the aN crystal. Therefore, by supplying a larger amount of indium than the decomposition component, I
More nN can be included in the GaN crystal.

【0012】このように650℃以上ではInNが非常
に分解しやすく、GaNは分解しにくい性質を有してい
るため、InGaNの成長速度はGaNの成長速度に支
配される。つまり、前記のようにガリウム源のガス流量
を調整することによって成長速度を自由に調整すること
ができる。
At 650 ° C. or higher, InN is very easily decomposed and GaN is hardly decomposed, so that the growth rate of InGaN is governed by the growth rate of GaN. That is, the growth rate can be freely adjusted by adjusting the gas flow rate of the gallium source as described above.

【0013】また、InαGa1-αNの目的とするα値
は、インジウムガスのガリウムに対するモル比、および
成長温度を変えることにより適宜変更できる。例えばI
nを多くしようとすれば650℃前後の低温で成長させ
るか、または原料ガスのInのモル比を多くすればよ
い、一方Gaを多くしようとするならば900℃前後の
高温で成長させればよい。インジウムガスのモル比は高
温で成長するほど多くする方が好ましく、例えば、90
0℃前後の成長温度では、インジウムをガリウムの10
〜50倍程度供給することにより、α値を0.5未満と
するInαGa1-αNを得ることができる。
The desired α value of InαGa1-αN can be appropriately changed by changing the molar ratio of indium gas to gallium and the growth temperature. For example I
In order to increase n, it is necessary to grow at a low temperature of about 650 ° C., or to increase the molar ratio of In in the source gas, while to increase Ga, it is necessary to grow at a high temperature of about 900 ° C. Good. It is preferable that the molar ratio of indium gas be increased as the temperature grows at a high temperature.
At a growth temperature of around 0 ° C., indium is converted to 10 g of gallium.
By supplying about 50 times, it is possible to obtain InαGa 1 -αN having an α value of less than 0.5.

【0014】さらに、結晶性に優れたInαGa1-αN
が得られるα値は0<X<0.5の範囲にあり、またα
値を0.5以上とするInαGa1-αNを発光ダイオー
ド等の発光デバイスの発光素子とした場合、その発光波
長は黄色の領域にあり、青色として使用し得るものでは
ないため、α値は0.5未満を限定理由とした。
Further, InαGa1-αN having excellent crystallinity
Is in the range of 0 <X <0.5, and α
When InαGa1-αN having a value of 0.5 or more is used as a light-emitting element of a light-emitting device such as a light-emitting diode, the emission wavelength is in a yellow region and cannot be used as blue, so the α value is 0.1. Less than 5 was the limiting reason.

【0015】さらにまた、これらの原料ガスのキャリア
ガスとして、好ましく窒素を使用することにより、In
GaN中のInNが分解して結晶格子中から出ていくの
を抑制することができる。
Further, by preferably using nitrogen as a carrier gas for these source gases, In
It is possible to prevent InN in GaN from decomposing and coming out of the crystal lattice.

【0016】[0016]

【作用】従来ではサファイア基板の上にInGaN層を
成長させていたが、サファイアとInGaNとでは格子
定数不整がおよそ15%以上もあるため、得られた結晶
の結晶性が悪くなると考えられる。一方、本発明ではG
aN層の上に成長させることにより、その格子定数不整
を5%以下と小さくすることができるため、結晶性に優
れたInGaNを形成することができる。本発明の成長
方法において、このGaN層のGaの一部をAlで置換
してもよく、またSi、Ge等のn型不純物、Zn、M
g、Cd等のp型不純物をドープしてもよく、技術範囲
内である。
In the past, an InGaN layer was grown on a sapphire substrate. However, since the lattice constant of sapphire and InGaN is about 15% or more, the crystallinity of the obtained crystal is considered to be deteriorated. On the other hand, in the present invention, G
By growing on the aN layer, the lattice constant irregularity can be reduced to 5% or less, so that InGaN having excellent crystallinity can be formed. In the growth method of the present invention, part of Ga in the GaN layer may be replaced with Al, and n-type impurities such as Si and Ge, Zn, M
A p-type impurity such as g or Cd may be doped, which is within the technical range.

【0017】図1は、MOCVD法により、サファイア
基板上にGaNバッファ層とGaN層とを順に積層した
後、さらにそのGaN層の上に数々の成長温度、成長速
度でInGaN層を成長させ、成長させたInGaN層
に室温でHe−Cdレーザーを照射し、そのフォトルミ
ネッセンス測定を行った結果、図2−aに示すようなI
nGaNのバンド間の発光ピークが得られたものだけを
プロットした図である。また、同時に本願の請求項1の
成長温度および成長速度の範囲も示している。なお、図
2−(A)に示すようにInGaNのシャープなバンド
間発光が得られているものは、そのInGaNの結晶性
が優れていると見なすことができる。
FIG. 1 shows that a GaN buffer layer and a GaN layer are sequentially stacked on a sapphire substrate by MOCVD, and then an InGaN layer is grown on the GaN layer at various growth temperatures and growth rates. A He-Cd laser was irradiated to the InGaN layer at room temperature, and the photoluminescence was measured. As a result, as shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram in which only emission peaks between nGaN bands are obtained. In addition, the ranges of the growth temperature and the growth rate according to claim 1 of the present application are also shown. Note that, as shown in FIG. 2A, those in which sharp interband emission of InGaN is obtained can be regarded as having excellent crystallinity of InGaN.

【0018】図2は、GaN層の上に、成長温度805
℃において、In0.15Ga0.85Nを成長速度20オング
ストローム/分で成長させたもの(A)と、成長速度6
0オングストローム/分で成長させたもの(B)とのフ
ォトルミネッセンス測定のスペクトルを比較して示す図
である。この図において、縦軸の発光強度は任意単位で
あり、(B)のスペクトルの発光強度は実測値を6倍に
拡大して示している。つまり、(B)の発光強度の1/
6が、(A)の縦軸のスケールと同一となる。
FIG. 2 shows that the growth temperature 805
In ° C., which was grown at a growth rate of 20 Å / min In0.15Ga0.8 5 N and (A), the growth rate 6
It is a figure which shows and compares the spectrum of the photoluminescence measurement with the thing (B) grown at 0 angstrom / min. In this figure, the luminous intensity on the vertical axis is an arbitrary unit, and the luminous intensity of the spectrum in FIG. That is, 1 / l of the emission intensity of (B)
6 is the same as the scale on the vertical axis of (A).

【0019】この図に示すように(A)では406nm
付近に強いIn0.15Ga0.85Nのバンド間発光が見られ
るのに対し、(B)では強度が弱く、しかも深い準位か
らの発光が強くなっている。即ち、(A)の方が(B)
に比して圧倒的に結晶性が優れていることを示し、40
6nm付近のピークを見ると(A)は(B)に比してお
よそ35倍も発光強度が大きい。
As shown in this figure, in FIG.
For In0.15Ga0.8 5 of band-to-band emission of N is seen strong in the vicinity, has become a strong light emission from the (B) in strength is weak, yet a deep level. That is, (A) is (B)
Shows that the crystallinity is overwhelmingly superior to that of
Looking at the peak near 6 nm, the emission intensity of (A) is about 35 times larger than that of (B).

【0020】このように図1に示す範囲、つまりa点の
成長温度650℃、成長速度1オングストローム/分
と、b点の成長温度650℃、成長速度5オングストロ
ーム/分と、c点の成長温度900℃、成長速度60オ
ングストローム/分と、d点の成長温度900℃、成長
速度1オングストローム/分とを結ぶ範囲内の条件で、
InGaNをGaNの上に成長させることにより、優れ
た結晶性を実現できる。さらに、好ましい範囲としてプ
ロット数の多い成長温度700〜850℃で囲まれる範
囲を推奨できる。
As described above, the range shown in FIG. 1, ie, the growth temperature at point a 650 ° C. and the growth rate of 1 Å / min, the growth temperature at point b 650 ° C., the growth rate 5 Å / min, and the growth temperature at point c Under conditions within a range between 900 ° C. and a growth rate of 60 Å / min, and a growth temperature of 900 ° C. and a growth rate of 1 Å / min at point d,
By growing InGaN on GaN, excellent crystallinity can be realized. Further, as a preferable range, a range surrounded by a growth temperature of 700 to 850 ° C. with a large number of plots can be recommended.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を元に実施例で本発明の成長方法
を詳説する。図3は本発明の成長方法に使用したMOC
VD装置の主要部の構成を示す概略断面図であり、反応
部の構造、およびその反応部と通じるガス系統図を示し
ている。1は真空ポンプおよび排気装置と接続された反
応容器、2は基板を載置するサセプター、3はサセプタ
ーを加熱するヒーター、4はサセプターを回転、上下移
動させる制御軸、5は基板に向かって斜め、または水平
に原料ガスを供給する石英ノズル、6は不活性ガスを基
板に向かって垂直に供給することにより、原料ガスを基
板面に押圧して、原料ガスを基板に接触させる作用のあ
るコニカル石英チューブ、7は基板である。TMG、T
MI等の有機金属化合物ソースは微量のバブリングガス
によって気化され、メインガスであるキャリアガスによ
って反応容器内に供給される。なお、特に図示していな
いが、各原料ガス、キャリアガスの流量は、各ガスライ
ンに設置されたマスフローコントローラ(MFC)によ
って制御されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The growth method of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 3 shows the MOC used in the growth method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of the VD apparatus, illustrating a structure of a reaction unit and a gas system diagram communicating with the reaction unit. 1 is a reaction vessel connected to a vacuum pump and an exhaust device, 2 is a susceptor for mounting a substrate, 3 is a heater for heating the susceptor, 4 is a control axis for rotating and moving the susceptor up and down, and 5 is a diagonal toward the substrate. Or a quartz nozzle for supplying the raw material gas horizontally, and a conical nozzle 6 for supplying the raw material gas to the substrate surface by pressing the raw material gas against the substrate surface by supplying an inert gas vertically toward the substrate. A quartz tube 7 is a substrate. TMG, T
An organic metal compound source such as MI is vaporized by a slight amount of bubbling gas and supplied into the reaction vessel by a carrier gas as a main gas. Although not particularly shown, the flow rates of each source gas and carrier gas are controlled by a mass flow controller (MFC) installed in each gas line.

【0022】[実施例1] まず、よく洗浄したサファイア基板7をサセプター2に
セットし、反応容器内を水素で十分置換する。
[Example 1] First, a well-cleaned sapphire substrate 7 is set on a susceptor 2, and the inside of a reaction vessel is sufficiently replaced with hydrogen.

【0023】次に、石英ノズル5から水素を流しながら
ヒーター3で温度を1050℃まで上昇させ、20分間
保持しサファイア基板7のクリーニングを行う。
Next, the temperature is raised to 1050 ° C. by the heater 3 while flowing hydrogen from the quartz nozzle 5 and held for 20 minutes to clean the sapphire substrate 7.

【0024】続いて、温度を510℃まで下げ、石英ノ
ズル5からアンモニア(NH3)4リットル/分と、T
MGを27×10-6モル/分と、キャリアガスとして水
素を2リットル/分とで流しながら、1分間保持してG
aNバッファー層を約200オングストローム成長す
る。この間、コニカル石英チューブ7からは水素を10
リットル/分と、窒素を10リットル/分とで流し続
け、サセプター2をゆっくりと回転させる。
Subsequently, the temperature is lowered to 510 ° C., and ammonia (NH 3 ) 4 L / min.
While holding the MG at 27 × 10 −6 mol / min and the hydrogen as a carrier gas at 2 liter / min, hold for 1 minute and
The aN buffer layer is grown for about 200 angstroms. During this time, 10 hydrogen was supplied from the conical quartz tube 7.
The susceptor 2 is rotated slowly, with the flow of liters / minute and nitrogen flowing at 10 liters / minute.

【0025】バッファ層成長後、TMGのみ止めて、温
度を1020℃まで上昇させる。温度が1020℃にな
ったら、同じく水素をキャリアガスとしてTMGを60
×10-6モル/分で流して30分間成長させ、GaN層
を約2μm成長させる。
After the growth of the buffer layer, only TMG is stopped, and the temperature is increased to 1020 ° C. When the temperature reaches 1020 ° C., hydrogen is also used as a carrier gas and TMG is
It is grown at a flow rate of × 10 -6 mol / min for 30 minutes to grow a GaN layer of about 2 μm.

【0026】GaN層成長後、温度を805℃にして、
キャリアガスを窒素に切り替え、窒素を2リットル/
分、TMGを2×10-6モル/分、TMIを20×10
-6モル/分、アンモニアを4リットル/分、およびn型
不純物ガスとしてシラン(SiH4)を1×10-9モル
/分で流しながら、SiドープInGaNを成長速度2
0オングストーム/分で60分間成長させる。なお、こ
の間、コニカル石英チューブ7から供給するガスも窒素
のみとし、20リットル/分で流し続ける。
After growing the GaN layer, the temperature is raised to 805 ° C.
Switch the carrier gas to nitrogen and use 2 liters of nitrogen /
Min, TMG 2 × 10 -6 mol / min, TMI 20 × 10
-6 mol / min, 4 l / min of ammonia, and 1 × 10 −9 mol / min of silane (SiH 4 ) as an n-type impurity gas, while growing Si-doped InGaN at a growth rate of 2 × 10 −9 mol / min.
Grow at 0 Angstrom / min for 60 minutes. During this time, the gas supplied from the conical quartz tube 7 is only nitrogen, and the gas is kept flowing at 20 liter / min.

【0027】成長後、反応容器からウエハーを取り出
し、InGaN層に10mWのHe−Cdレーザーを照
射して室温でフォトルミネッセンス測定を行うと、ピー
ク波長406nmにIn0.15Ga0.85Nの強いバンド間
発光を示した。
After the growth, the wafer was taken out of the reaction vessel, and the InGaN layer was irradiated with a 10 mW He-Cd laser to perform photoluminescence measurement at room temperature. Indicated.

【0028】[実施例2] 実施例1のバッファ層成長後、TMGのみ止めて、温度
を1020℃まで上昇させる。温度が1020℃になっ
たら、同じく水素をキャリアガスとしてTMGを54×
10-6モル/分、TMAを6×10-6モル/分で流して
30分間成長させ、Ga0.9Al0.1N層を2μm成長さ
せる他は実施例1と同様にしてSiドープInGaN
を、Ga0.9Al0.1N層の上に成長させる。成長後、得
られたInGaN層のフォトルミネッセンス測定を行う
と、同じくピーク波長406nmにIn0.15Ga0.85N
の強いバンド間発光を示した。
Example 2 After growing the buffer layer of Example 1, only TMG was stopped and the temperature was raised to 1020 ° C. When the temperature reaches 1020 ° C, hydrogen is used as a carrier gas and TMG is added to 54 ×
10 -6 mol / min, by flowing TMA at 6 × 10 -6 mol / min was grown for 30 minutes, Si-doped InGaN other to 2μm grow Ga0.9Al0.1N layer in the same manner as in Example 1
Is grown on the Ga0.9Al0.1N layer. After the growth, a photoluminescence measurement of the obtained InGaN layer showed that the peak wavelength of In0.15Ga0.85N was 406 nm.
Strong in-band emission.

【0029】[比較例] GaN層成長後InGaNを成長させる際、TMGの流
量を3倍にして、SiドープInGaNを成長温度80
5℃、成長速度60オングストローム/分で20分間成
長させる他は実施例1と同様にして、InGaNを成長
させる。このInGaNのフォトルミネッセンス測定を
行ったところ、430nm付近に微弱なバンド間発光を
示し、550nm付近の深い準位のブロードな発光が支
配的であった。これより成長されたInGaNの結晶性
は非常に悪いことがわかった。
COMPARATIVE EXAMPLE When growing InGaN after growing the GaN layer, the flow rate of TMG was tripled, and Si-doped InGaN was grown at a growth temperature of 80.
InGaN is grown in the same manner as in Example 1 except that growth is performed at 5 ° C. and a growth rate of 60 Å / min for 20 minutes. When the photoluminescence of InGaN was measured, weak interband light emission was observed at about 430 nm, and broad light emission at a deep level near 550 nm was dominant. It was found that the crystallinity of the grown InGaN was very poor.

【0030】このことを確かめるために成長したInG
aNのX線ロッキングカーブを測定したところ、その半
値幅は約1度近くあり、またピーク位置はGaNの所に
あり、結晶はInGaNがアモルファス状になっている
ことが判明した。
To confirm this, the grown InG
When the X-ray rocking curve of aN was measured, it was found that the half value width was about 1 degree, the peak position was at GaN, and the crystal of InGaN was amorphous.

【0031】[0031]

【発明の効果】従来、発光波長が青色領域にある発光ダ
イオードで実用化されている半導体材料はSiCしかな
く、他の材料は未だ実用域には至っていない。また室温
で発光する青色レーザーダイオードはいまだに報告され
ていない。
Conventionally, the only semiconductor material practically used in light emitting diodes having an emission wavelength in the blue region is SiC, and other materials have not yet reached the practical range. A blue laser diode emitting at room temperature has not yet been reported.

【0032】しかしながら、本発明の成長方法による
と、一般式αを0<α<0.5とする結晶性に優れたI
nαGa1-αNを確実に成長させることができ、αを前
記範囲とするInGaNはその発光波長が青色〜緑色
域にある。そのため、本発明の方法を用いることによ
り、窒化ガリウム系化合物半導体を利用した半導体デバ
イスをダブルへテロ構造にでき、発光効率の高い青色発
光ダイオードや、青色レーザーダイオードが実現可能と
なり、その産業上の利用価値は非常に大きい。
However, according to the growth method of the present invention, I having excellent crystallinity satisfying the general formula α of 0 <α <0.5.
nαGa1-αN can be surely grown, and InGaN having α in the above range has an emission wavelength in the blue to green region. Therefore, by using the method of the present invention, a semiconductor device using a gallium nitride-based compound semiconductor can have a double hetero structure, and a blue light-emitting diode or a blue laser diode with high luminous efficiency can be realized. The utility value is very large.

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

【図1】 本発明の請求項1に係る成長温度と成長速度
の範囲を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a range of a growth temperature and a growth rate according to claim 1 of the present invention.

【図2】 本発明の一実施例によるInGaNと、本発
明の範囲外によるInGaNとのフォトルミネッセンス
測定のスペクトルを比較して示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a comparison of spectra of photoluminescence measurements of InGaN according to an embodiment of the present invention and InGaN outside the scope of the present invention.

【図3】 本発明の一実施例に使用したMOCVD装置
の主要部の構成を示す概略断面図。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a configuration of a main part of an MOCVD apparatus used in one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・・・・・反応容器 2・・・・・・・・サセプター 3・・・・・・・・ヒーター 4・・・・・・・・制御軸 5・・・・・・・・石英ノズル 6・・・・・・・・コニカル石英
チューブ 7・・・・・・・・基板
1 ······ Reaction vessel 2 ······························ Heater 4 ··············・ Quartz nozzle 6 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Conical quartz tube 7 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Substrate

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 33/00 H01S 3/18 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 33/00 H01S 3/18 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 原料ガスとして、ガリウム源のガスと、
インジウム源のガスと、窒素源のガスとを用い、有機金
属気相成長法により、一般式InαGa1-αN(但し、
0<α<0.5)で表される窒化インジウムガリウム半
導体を成長させる方法であって、成長温度(℃)をX
軸、成長温度(オングストローム/分)をY軸として、
添付図1のa(650,1)、b(650,5)、c(9
00,60)、d(900,1)の各座標で囲まれた領域
内の条件で、次に成長させる窒化ガリウム層または窒化
ガリウムアルミニウム層よりも低温で成長させるバッフ
ァ層を介して、バッファ層よりも高温で成長させた該窒
化ガリウム層または窒化ガリウムアルミニウム層の上
に、成長させることを特徴とする窒化インジウムガリウ
ム半導体の成長方法。
1. A gas of a gallium source as a source gas;
Using a gas of an indium source and a gas of a nitrogen source , a general formula InαGa1-αN (however,
0 <α <0.5), wherein the growth temperature (° C.) is X
Axis, growth temperature (angstrom / min) as Y axis,
A (650, 1), b (650, 5), c (9)
Gallium nitride layer or nitride layer to be grown next under the conditions in the area surrounded by the coordinates of (00, 60) and d (900, 1).
Buffer grown at lower temperature than gallium aluminum layer
Through the buffer layer, the nitride grown at a higher temperature than the buffer layer.
Above gallium nitride layer or gallium aluminum nitride layer
The method of growing indium gallium nitride semiconductor, characterized in that growing.
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