JP4333377B2 - GaN single crystal substrate and a method for manufacturing the same, and light emitting devices - Google Patents

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本発明は、光の吸収係数が小さいGaN単結晶基板およびその製造方法ならびに発光デバイスに関する。 The present invention relates to a method and to a light emitting device light absorption coefficient is small GaN single crystal substrate and its manufacturing.

発光ダイオード(Light Emitting Diode;以下LEDという)またはレーザダイオード(Laser Diode;以下LDという)などの発光デバイスの基板として、サファイア基板、GaN基板などが用いられている。 Light emitting diodes (Light Emitting Diode; hereinafter referred LED) or a laser diode; as a substrate for light emitting devices, such as (Laser Diode hereinafter LD), a sapphire substrate, a GaN substrate is used.

しかし、サファイア基板は絶縁性が高いため、サファイア基板の裏面(基板上に発光層を有する半導体層が形成されていない面をいう、以下同じ)に電極を設けることができないため、サファイア基板上に形成した半導体層(たとえば、n型GaN層)上に電極を形成する必要があり、電流が厚みの小さい半導体層を通過することにより発光デバイスの駆動電圧が高くなるという問題点があった。 However, since the sapphire substrate has a high insulating property, (meaning a surface not semiconductor layer is formed having a light emitting layer on the substrate, hereinafter the same) back surface of the sapphire substrate can not be provided electrodes, on a sapphire substrate forming a semiconductor layer (for example, n-type GaN layer) must form an electrode on a current drive voltage of the light emitting device is disadvantageously increased by passing through a small semiconductor layer thick.

これに対して、GaN基板は、GaN基板の裏面に電極を設けることができるため、発光デバイスの駆動電圧を低減することができるが、サファイア基板に比べて光の吸収係数が大きく、LEDなどにおいて発光の一部がGaN基板に吸収され、光出力を低下させるという問題があった。 In contrast, GaN substrate, it is possible to form electrodes on the back surface of the GaN substrate, it is possible to reduce the driving voltage of the light emitting device, large light absorption coefficient in comparison with the sapphire substrate, LED in such some of the light emission is absorbed in the GaN substrate, there is a problem of reducing the light output. 透明度が高く、光の吸収係数の小さいGaN基板およびその製造方法が提案されているが、そのGaN基板の光吸収係数も十分小さなものではなかった(たとえば、特許文献1を参照)。 High transparency, but low GaN substrate and a method of manufacturing the same absorption coefficient of light is proposed, the optical absorption coefficient of the GaN substrate also was not small enough (for example, see Patent Document 1). このため、光の吸収係数の小さいGaN単結晶基板およびその製造方法ならびに光出力の大きい発光デバイスの開発が要望されていた。 Therefore, development of a large light-emitting device of a small GaN single crystal substrate and a method for manufacturing the same, and the light output of light absorption coefficient has been desired.

また、サファイア基板またはGaN基板の裏面に凹凸を設けて光を基板の側面に向けて反射させることによって基板側面からの光の取り出し効率を上げることを提案されているが、その光の取り出し効率の向上も十分大きなものではなかった(たとえば、特許文献2を参照)。 Also, have been proposed to increase the extraction efficiency of light from the substrate side by providing irregularities on the back surface of the sapphire substrate or a GaN substrate and reflects light toward the side surface of the substrate, the extraction efficiency of the light improved was not large enough (e.g., see Patent Document 2).
特開2000−12900号公報 JP 2000-12900 JP 特開2002−368261号公報 JP 2002-368261 JP

上記状況を鑑みて、本発明は、光の吸収係数の小さいGaN単結晶基板およびその製造方法ならびに光出力の大きい発光デバイスを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a large light emitting device of small GaN single crystal substrate and a method for manufacturing the same, and the light output of light absorption coefficient.

本発明は、厚さが70μm〜450μmであるGaN単結晶基板であって、GaN単結晶基板は、ドーパントとして酸素、硫黄およびケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含み、波長375nmの光の吸収係数が34cm -1 〜68cm -1 であり、かつ波長500nmの光の吸収係数が7cm -1 〜10cm -1 であることを特徴とするGaN単結晶基板である。 The present invention relates to a GaN single crystal substrate is a thick Saga 70Myuemu~450myuemu, GaN single crystal substrate includes at least one element selected from the group consisting of oxygen, sulfur and silicon as dopants, wavelength 375nm light absorption coefficient is 34cm -1 ~68cm -1, and a GaN single crystal substrate, wherein the absorption coefficient of light of wavelength 500nm is 7cm -1 ~10cm -1.

本発明にかかるGaN単結晶基板のキャリア濃度は5×10 17 cm -3 〜2×10 19 cm -3であることが好ましい。 The carrier concentration of a GaN single crystal substrate in the present invention is preferably 5 × 10 17 cm -3 ~2 × 10 19 cm -3. また、本発明にかかるGaN単結晶基板の主面の表面粗さRaは10nm以下であることが好ましい。 The surface roughness Ra of the main surface of the GaN single crystal substrate according to the present invention is preferably 10nm or less.

また、本発明は、 上記GaN単結晶基板の製造方法であって、 GaAs基板上に点状またはストライプ状の開口窓を有するマスク層を形成する工程と、開口窓上にGaNバッファ層を少なくとも2回成長させる工程と、GaNバッファ層上にHVPE法によりGaN単結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、GaAs基板を除去する工程とを少なくとも含み、GaN単結晶層をエピタキシャル成長させる工程において、原料ガスとして、NH 3 ガスおよびGa融液と反応してGaClガスとなるHClガスに加えて、O 2 およびN 2 の混合ガス、SiH 4 およびH 2 の混合ガス、またはH 2 SおよびH 2 の混合ガスを用いる GaN単結晶基板の製造方法である。 Further, the present invention is a manufacturing method of the GaN single crystal substrate, forming a mask layer having a dot-shaped or stripe-shaped open windows on a GaAs substrate, at least 2 A GaN buffer layer on the opening window a step of times grown epitaxially growing a GaN single crystal layer by HVPE on a GaN buffer layer, viewed at least containing a step of removing the GaAs substrate, and in the step of epitaxially growing a GaN single crystal layer, as a raw material gas , NH 3 reacts with the gas and the Ga melt in addition to the HCl gas as a GaCl gas, a mixed gas of O 2 and N 2, a mixed gas of SiH 4 and H 2 or a gas mixture of H 2 S and H 2, a method for producing a GaN single crystal substrate used.

さらに、本発明は、上記GaN単結晶基板上に、少なくとも1層のIII族窒化物半導体層が形成されている発光デバイスである。 Furthermore, the present invention is, in the GaN single crystal substrate, a light emitting device III-nitride semiconductor layers at least one layer is formed.

上記のように、本発明によれば、光の吸収係数の小さいGaN単結晶基板およびその製造方法ならびに光出力の大きい発光デバイスを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a large light emitting device of small GaN single crystal substrate and a method for manufacturing the same, and the light output of light absorption coefficient.

本発明にかかる一のGaN単結晶基板は、直径が20mm以上、かつ厚さが70μm〜450μmであるGaN単結晶基板であって、GaN単結晶基板の375nm〜500nmの波長領域にある光の吸収係数αが7cm -1 〜68cm -1である。 One GaN single crystal substrate according to the present invention has a diameter of 20mm or more, and a GaN single crystal substrate which is the thickness of 70Myuemu~450myuemu, absorption in a wavelength range of 375nm~500nm GaN single crystal substrate coefficient α is 7cm -1 ~68cm -1.

GaN単結晶基板の直径が20mm未満であると基板の生産性が低下し、厚さが70μm未満であると基板の機械的強度が低下し、厚さが450μmを超えると基板による光の吸収量が大きくなる。 The diameter of the GaN single crystal substrate is reduced substrate in productivity is less than 20 mm, the thickness decreases the mechanical strength of the substrate is less than 70 [mu] m, the thickness exceeds 450μm the amount of light absorbed by the substrate It increases. さらに厚さが200μm以上であると基板の機械的強度が向上し、基板の取り扱いが容易になる。 Further the thickness is 200μm or more improved mechanical strength of the substrate, handling of the substrate is facilitated. したがって、GaN単結晶基板の厚さは、200μm〜450μmが好ましい。 Therefore, the thickness of the GaN single crystal substrate, 200Myuemu~450myuemu is preferred.

また、375nm〜500nmの波長領域にある光の吸収係数αが7cm -1未満となるような低キャリア濃度においては、GaN基板電気抵抗が大きくなり、GaN単結晶基板の裏側に電極を設けるような構造の発光デバイスを構成すると駆動電圧が大きくなる。 Also, as in the low carrier concentration, such as the absorption coefficient of light α is less than 7 cm -1 in the wavelength region of 375Nm~500nm, GaN substrate electrical resistance increases, an electrode is provided on the back side of the GaN single crystal substrate a driving voltage constituting the light emitting device structure is increased. 一方、375nm〜500nmの波長領域にある光の吸収係数αが68cm -1を超えるとGaN単結晶基板の光の吸収係数が増大し発光デバイスの光出力が低下する。 On the other hand, the light output of the optical absorption coefficient α exceeding 68cm -1 absorption coefficient of light of the GaN single crystal substrate is increased emission device is lowered in the wavelength region of 375Nm~500nm. なお、光の波長が小さいほどその光は高いエネルギーを有しているためGaN単結晶基板のその光の吸収係数が大きくなる。 Incidentally, as the wavelength of light is small the light absorption coefficient of the light of the GaN single crystal substrate since it has a high energy increases.

ここで、光の吸収係数αは次式(1)で定義される。 Here, the absorption coefficient of light α is defined by the following equation (1).

α=−(1/H)In(I/I 0 ) (1) α = - (1 / H) In (I / I 0) (1)
(式(1)中、I 0は入射光の強度、Iは観測光の強度、Hは基板の厚さを表わす。また、Inは自然対数を示す。) (Intensity in the formula (1), I 0 is the incident light, I is the intensity of the observation light, H is representative of the thickness of the substrate. Further, In denotes the natural logarithm.)
本発明にかかるGaN単結晶基板のキャリア濃度は5×10 17 cm -3 〜2×10 19 cm -3であることが好ましい。 The carrier concentration of a GaN single crystal substrate in the present invention is preferably 5 × 10 17 cm -3 ~2 × 10 19 cm -3. GaN単結晶基板のキャリア濃度が5×10 17 cm -3未満であると、GaN単結晶基板の電気抵抗が大きくなり、GaN単結晶基板の裏側に電極を設けるような構造の発光デバイスを構成することができない。 When the carrier concentration of the GaN single crystal substrate is less than 5 × 10 17 cm -3, the electrical resistance of the GaN single crystal substrate is increased, constituting the light emitting device having a structure as an electrode is provided on the back side of the GaN single crystal substrate it can not be. 一方、GaN単結晶基板のキャリア濃度が2×10 19 cm -3を超えると、禁制帯内のドナー準位以外の準位も増大するため光の吸収係数が大きくなる。 On the other hand, when the carrier concentration of the GaN single crystal substrate is more than 2 × 10 19 cm -3, the absorption coefficient of light for even increase levels of other donor level position in the forbidden band is increased.

本発明にかかるGaN単結晶基板は、ドーパントとしてO、C、SおよびSiからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含むことが好ましい。 GaN single crystal substrate according to the present invention, O, C, may include at least one element selected from the group consisting of S and Si preferred as a dopant. GaN単結晶基板へのドーピングにより、OまたはSはGaN単結晶のNの位置に、CまたはSiはGaN単結晶のGaの位置に入って、いずれもn型導電性を示し、GaN単結晶基板の電気抵抗を下げることができる。 The doping of the GaN single crystal substrate, O or S in the position of the N single-crystal GaN, C or Si is contained in the position of Ga of GaN single crystal, both indicate n-type conductivity, GaN single-crystal substrate it is possible to reduce the electrical resistance of.

本発明にかかるGaN単結晶基板の主面の表面粗さRaは10nm以下であることが好ましい。 Surface roughness Ra of the main surface of a GaN single crystal substrate in the present invention is preferably 10nm or less. 表面粗さRaが10nm未満であると、その表面上に形成される半導体層の結晶性が低下するため、発光デバイスの作製に不利となる。 When the surface roughness Ra is less than 10 nm, the crystallinity of the semiconductor layer formed on its surface is reduced, which is disadvantageous for production of light emitting devices. ここで、表面粗さRaは、JIS B 0601における算術平均粗さRaを意味する。 Here, the surface roughness Ra means an arithmetic mean roughness Ra of JIS B 0601. すなわち、Raは次式(2)で定義されるように基準長さLにおけるZ(x)の絶対値の平均をいう。 That, Ra refers to the average of the absolute value of Z (x) in the reference length L, as defined by the following equation (2). ここで、Z(x)は、任意の位置xにおける粗さ曲線の高さを示す。 Here, Z (x) indicates the height of the roughness curve at an arbitrary position x. GaN単結晶基板の主面の表面粗さRaは、主面をMP(Mechanical Polishing;機械的研磨)法またはCMP(Chemical Mechanical Polishing;化学機械的研磨)法などにより研磨することによって、小さくすることができる。 Surface roughness Ra of the main surface of the GaN single crystal substrate, a main surface MP (Mechanical Polishing; mechanical polishing) method or CMP; by polishing or the like (Chemical Mechanical Polishing Chemical mechanical polishing) method, be reduced can.

本発明にかかる一のGaN単結晶基板の製造方法は、図1を参照して、図1(a)に示すようにGaAs基板1上に点状またはストライプ状の開口窓21を有するマスク層を形成する工程(以下、マスク層形成工程という)と、図1(b)に示すように開口窓21上に第1のGaNバッファ層3aを成長させる工程(以下、第1のGaNバッファ層形成工程という)と、図1(c)に示すように第1のGaNバッファ層3a上に第2のバッファ層3bを成長させてGaNバッファ層3を形成する工程(以下、第2のバッファ層形成工程という)と、図1(d)に示すようにGaNバッファ層3上にHVPE法によりGaN単結晶層4をエピタキシャル成長させる工程(以下、GaN単結晶層形成工程という)と、図1(e)に示すようにGa Manufacturing method of one of GaN single crystal substrate according to the present invention, with reference to FIG. 1, a mask layer having a dot-shaped or stripe-shaped opening window 21 on the GaAs substrate 1 as shown in FIG. 1 (a) forming step (hereinafter, referred to as the mask layer forming step) and the step of growing the first GaN buffer layer 3a on the opening window 21 as shown in FIG. 1 (b) (hereinafter, the first GaN buffer layer forming step a) that the step of forming the first GaN buffer layer 3 is grown a second buffer layer 3b on the GaN buffer layer 3a as shown in FIG. 1 (c) (hereinafter, the second buffer layer forming step a) of FIG. 1 (step of epitaxially growing a GaN single crystal layer 4 by the HVPE method on the GaN buffer layer 3, as shown in d) (hereinafter, the GaN that single crystal layer forming step), in FIG. 1 (e) Ga as shown s基板1、マスク層2およびGaNバッファ層3を除去する工程(以下、GaAs基板除去工程)とを少なくとも含む。 s substrate 1, the step of removing the mask layer 2 and the GaN buffer layer 3 (hereinafter, GaAs substrate removing step) comprising at least a.

GaNバッファ層3を2回以上に分けて成長させることにより、GaNバッファ層3上に形成されるGaN単結晶層4の結晶性がさらに向上して、光を吸収する内在準位濃度が低下することにより、GaN単結晶基板の光の吸収係数が著しく小さくなったものと考えられる。 By growing separately GaN buffer layer 3 in two or more times, and the GaN crystal of the single crystal layer 4 is further improved, which is formed on the GaN buffer layer 3, the endogenous level concentrations that absorb light decreases by the absorption coefficient of light of the GaN single crystal substrate it is considered that remarkably reduced. ここで、GaNバッファ層を2回形成した場合において、図1(d)において第1のGaNバッファ層3aと第2のバッファ層3bとの区別はなく、全体としてひとつのGaNバッファ層3を形成する。 Here, formation in the case where the GaN buffer layer was formed twice, 1 instead of the first GaN buffer layer 3a distinction between the second buffer layer 3b (d), the single GaN buffer layer 3 as a whole to. 以下、各工程についてさらに詳しく説明する。 Hereinafter will be described in more detail each step.

(マスク層形成工程) (Mask layer forming step)
マスク層形成工程においては、図1(a)を参照して、GaAs基板1上に点状またはストライプ状の開口窓21を有するマスク層2を形成する。 In the mask layer forming step, with reference to FIG. 1 (a), forming a mask layer 2 having a dot-shaped or stripe-shaped opening window 21 on the GaAs substrate 1. 点状の開口窓とは円状または多角形状の孤立した点としての開口窓をいい、ストライプ状の開口窓とは帯状の開口窓をいう。 Refers to the opening window of as isolated points of the circular or polygonal shape is a point-shaped opening window, refers to a strip of open windows is a stripe-shaped opening window. ここで、GaN単結晶層を均一に成長させる観点から、点状またはストライプ状の開口部は等間隔に配列することが好ましい。 Here, from the viewpoint of uniformly growing a GaN single crystal layer, point-like or stripe-shaped opening is preferably arranged at equal intervals. GaN単結晶層を成長させるための基板として用いられるGaAsは立方晶系であり、一般的には(111)A面、(111)B面を結晶成長面として用いる。 GaAs used as the substrate for growing the GaN single crystal layer is a cubic, generally (111) A plane, (111) using the B plane as a crystal growth plane. A面とはGa原子が露出している面を、B面とはAs原子が露出している面をいう。 An exposed surface is Ga atoms and A surface means a surface that is exposed As atoms from the B side.

GaAs基板上に開口部を有するマスク層の形成は、たとえばGaAs基板全体にマスク材料を被覆した後、フォトリソグラフィにより等間隔に開口窓を設けることにより行なうことができる。 Formation of a mask layer having an opening on a GaAs substrate, for example after coating the mask material on the entire GaAs substrate, can be performed by providing the equal intervals in the open windows by photolithography. ここで、マスク材料としては、Si 34 、SiO 2などが挙げられる。 Here, the mask material, Si 3 N 4, SiO 2 or the like can be mentioned. また、マスク層の厚さは、特に制限はないが、100nm〜300nm程度が好ましい。 The thickness of the mask layer is not particularly limited, about 100nm~300nm are preferred.

点状の開口窓の形成は、たとえば、図2を参照して、GaAs基板1の(111)A面上に[11−2]方向に一定間隔Pをおいてならびかつ[−110]方向には半ピッチずれた正方形状の開口窓21を設けることにより行なう。 Formation of point-like opening window, for example, with reference to FIG. 2, the GaAs substrate 1 (111) on the A surface [11-2] direction as well at regular intervals P and [-110] direction It is carried out by providing a square opening window 21 which is offset half a pitch. ここで、[−110]方向の間隔Qは、3 1/2 ×P/2であることが好ましい。 Here, [- 110] interval Q direction is preferably 3 1/2 × P / 2. このときは、点状の開口窓21が、一辺の長さがPの正三角形の頂点に位置するように配列されている。 At this time, point-like opening window 21, the length of one side is arranged at vertices of an equilateral triangle of P. このような開口窓の配列とすることにより、開口窓21にGaNバッファ層を2回以上成長させた後、GaN単結晶層4を成長させると、GaNは六方晶系であるため、図3に示すようにGaN単結晶4はほぼ六角形状に成長し、図4に示すように六角形のGaN単結晶4がほぼ同時に隣のGaN単結晶と接触して、それ以後均等な厚みで成長する。 By the arrangement of such open window, after the GaN buffer layer in the opening window 21 is grown more than once, when growing a GaN single crystal layer 4, since GaN is hexagonal, in FIG. 3 the GaN single crystal 4 as shown grow substantially hexagonal shape, in contact with the hexagonal GaN single crystal 4 is almost the same time next to the GaN single crystal as shown in FIG. 4, thereafter grown at a uniform thickness. また、ストライプ状の開口窓の形成は、たとえば、[11−2]方向もしくは[−110]方向に伸びるストライプ状の開口窓を設けることにより行なう。 The formation of the stripe-shaped open windows, for example, carried out by providing a stripe-shaped open windows that extend in the 11-2] direction or [110] direction.

(GaNバッファ層形成工程) (GaN buffer layer forming step)
次に、図1(b)および図1(c)を参照して、上記開口窓21にGaNバッファ層を2回以上成長させる。 Next, referring to FIG. 1 (b) and FIG. 1 (c), the growing GaN buffer layer more than once in the opening window 21. 本発明においては、GaNバッファ層を2回以上形成させることが、GaN単結晶層の結晶性を向上させる観点から好ましい。 In the present invention, the GaN buffer layer be formed more than once, from the viewpoint of improving the crystallinity of the GaN single crystal layer. GaNバッファ層を2回以上形成する場合、第1のGaNバッファ層、第2のGaNバッファ層および第nのGaNバッファ層(ここで、nは2以上の整数)を形成する方法には、特に制限はなく、HVPE(ハイドライド気相成長法;Hydride Vapor Phase Epitaxy)法、MOCVD(有機金属化学気相堆積法;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、MOC(有機金属塩化物気相成長;Metal Organic Chloride Method)法などの気相成長を用いることができる。 When forming a GaN buffer layer more than once, the first GaN buffer layer, GaN buffer layer of the second GaN buffer layer and the n (where, n represents an integer of 2 or more) to a method of forming a can, in particular, There is no limitation, HVPE (hydride vapor phase epitaxy; hydride vapor phase epitaxy) method, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition; metal organic chemical vapor deposition) method, MOC (organic metal chloride vapor phase growth; metal organic chloride Useful method) can be used as a vapor phase growth, such as method. ここで、GaNバッファ層とは、GaNのアモルファス層であり、上記気相成長方法において、400℃〜600℃の低温雰囲気で成長を行なうのが一般的である。 Here, the GaN buffer layer, an amorphous layer of GaN, in the vapor phase growth method, it is common to grow at a low temperature atmosphere of 400 ° C. to 600 ° C.. また、GaNバッファ層全体の厚さを20nm〜100nm程度にすることにより、マスク層の開口窓部分のみにGaNバッファ層を形成することができる。 Further, by setting the thickness of the whole GaN buffer layer of about 20 nm to 100 nm, it is possible to form the GaN buffer layer only on the opening window portion of the mask layer.

HVPE法は、図5を参照して、周囲に円筒形のヒータ102を有するホットウオール型の反応炉101の上頂部に設けられた原料ガス導入口103から導入されたHClガス113がGa溜105内のGa融液106と反応してGaClガス116となる。 HVPE method, with reference to FIG. 5, HCl gas 113 Ga reservoir 105 is introduced from the raw material gas inlet 103 provided on the top of the reactor 101 of the hot-wall type having a heater 102 of cylindrical periphery a GaCl gas 116 reacts with the Ga melt 106 of the inner. 反応炉101の上頂部に設けられた原料ガス導入口から導入されたNH 3ガス114を導入して、上記GaClガス116と反応させてGaNを合成してサセプタ107上に設置された基板109上に堆積させるものである。 And the NH 3 gas 114 introduced from the raw material gas inlet provided on the top of the reactor 101 is introduced, the GaCl gas 116 was reacted by synthesizing GaN by the upper substrate 109 placed on the susceptor 107 it is intended to be deposited in. なお、反応性の制御の観点から、原料ガスであるHClガスおよびNH 3ガスは、H 2ガスなどのキャリアガスと混合して用いられるのが一般的である。 In view of control of the reactive, HCl gas and NH 3 gas as a raw material gas is to be mixed with a carrier gas such as H 2 gas are common.

MOCVD法は、コールドウオール型の反応炉において、TMG(トリメチルガリウム)などのGaの有機金属化合物ガスとNH 3ガスとをキャリアガスであるH 2ガスとともに、加熱した基板上に吹き付けることにより、TMGとNH 3が反応してできたGaNを基板上に成長させるものである。 MOCVD method, in a reaction furnace of the cold wall type, TMG an organometallic compound gas and NH 3 gas Ga of (trimethyl gallium), such as with H 2 gas as a carrier gas, by blowing the heated substrate, TMG the GaN that NH 3 is Deki react with those grown on the substrate.

MOC法は、TMGなどのGaの有機金属ガスとHClガスとをホットウオール型の反応炉で反応させてGaClを合成し、これと基板付近に流したNH3ガスとを反応させて、加熱した基板上にGaNを成長させるものである。 MOC method is an organometallic gas and HCl gas and Ga such as TMG and GaCl is synthesized by reacting in a reaction furnace of the hot wall type, is reacted with NH3 gas was flowed to the vicinity of the substrate, heated substrate it is intended to grow the GaN on.

(GaN単結晶形成工程) (GaN single crystal formation step)
次に、図1(d)を参照して、上記GaNバッファ層3上にGaN単結晶層4をエピタキシャル成長させる。 Next, referring to FIG. 1 (d), the epitaxial growth of a GaN single crystal layer 4 on the GaN buffer layer 3. 本発明においては、GaNバッファ層上にGaN単結晶をエピタキシャル成長させる方法として、HVPE法を用いることが好ましい。 In the present invention, a method of epitaxially growing a GaN single crystal GaN buffer layer, it is preferable to use a HVPE method. 気相成長方法としては、上記のようにHVPE法以外にも、MOCVD法、MOC法などがあるが、MOCVD法およびMOC法においては原料としてTMGなどのGaの有機金属化合物を用いるため、GaN単結晶中にCが多く混入してGaN単結晶の光の吸収係数を大きくするが、HVPE法においてはGaの有機金属化合物を用いないため、GaN単結晶中へのCの混入を低減することができる。 As the vapor phase growth method, in addition to the HVPE method as described above also, MOCVD method, and the like MOC method, for using the organometallic compound of Ga, such as TMG as the raw material in the MOCVD method and the MOC method, GaN single and C is much mixed in the crystal to increase the absorption coefficient of light of the GaN single crystal, but because in the HVPE method using no organic metal compound of Ga, it is possible to reduce the mixing of C to GaN single crystal it can. また、HVPE法は、MOCVD法およびMOC法に比べて結晶の成長速度が大きいため、GaN単結晶をより効率よく作製することができる。 Further, HVPE method, since the growth rate of the crystal in comparison with the MOCVD method and MOC method is large, it is possible to more efficiently produce a GaN single crystal. HVPE法において、雰囲気温度を800℃〜1050℃程度の高温にしてGaN単結晶をエピタキシャル成長させる。 In HVPE method, epitaxially growing a GaN single crystal by the ambient temperature to a high temperature of about 800 ° C. to 1050 ° C.. このとき、GaNバッファ層は結晶化する。 At this time, GaN buffer layer is crystallized.

(GaAs基板除去工程) (GaAs substrate removing step)
次に、図1(d)および図1(e)を参照して、GaAs基板1を除去する。 Next, referring to FIG. 1 (d) and FIG. 1 (e), removing the GaAs substrate 1. GaAs基板1を除去する方法には、特に制限がないが、たとえば王水によってエッチングすることができる。 The method of removing the GaAs substrate 1, although there are no particular limitations, may be etched for example by aqua regia. また、マスク層2および結晶化が不十分なGaNバッファ層3は研磨などによって除去することができる。 The mask layer 2 and the crystallization insufficient GaN buffer layer 3 can be removed by polishing or the like. このようにして、GaN単結晶層4が得られる。 In this way, GaN single crystal layer 4 is obtained. なお、このようにして得られたGaN単結晶層は、O、C、SまたはSiなどのドーパントを添加しなくても、通常n型導電性を有するが、上記ドーパントを加えることにより、GaN単結晶層の電気抵抗をさらに低減することができる。 Note that thus obtained GaN single crystal layer, O, C, without addition of dopant such as S, or Si, has a normal n-type conductivity, by adding the dopant, GaN single it can be further reduced electrical resistance of the crystal layer. さらに、上記GaN単結晶層を所定厚さに加工することによりGaN単結晶基板が得られる。 Further, the GaN single crystal substrate obtained by processing the GaN single crystal layer to a predetermined thickness.

本発明にかかる一の発光デバイスは、図6を参照して、上記GaN単結晶基板60の一つの主面に、n型GaN層61、In 0.2 Ga 0.8 N層およびGaN層を交互に5段重ねた多重量子井戸活性層62、p型Al 0.15 Ga 0.85 N層63、p型GaN層64、p側電極65が順次積層され、GaN単結晶基板60の他の主面にn側電極66が形成された発光デバイスである。 One light-emitting device according to the present invention, with reference to FIG. 6, in one of the main surface of the GaN single crystal substrate 60, n-type GaN layer 61, In 0.2 Ga 0.8 N layer and 5 stages GaN layer alternately overlapping multiple quantum well active layer 62, p-type Al 0.15 Ga 0.85 n layer 63, p-type GaN layer 64, p-side electrode 65 are sequentially laminated was, the n-side electrode 66 on the other main surface of the GaN single crystal substrate 60 it is formed light emitting devices. このように、発光デバイスの基板として光の吸収係数が小さいGaN単結晶基板を用いることにより、駆動電圧が小さくかつ光出力の高い発光デバイスを得ることができる。 In this way, by using the GaN single crystal substrate absorption coefficient of light as the substrate of the light emitting device is small, it is possible to drive voltage to obtain a high light emitting devices of small and light output.

(実施例1) (Example 1)
1. 1. GaN単結晶基板の作製 (1)マスク層形成工程 図1(a)を参照して、直径50mmのGaAs基板1上に、大気圧下でのCVD法によりマスク層2として厚さ100nmのSi 34層を形成した。 With reference to fabrication of GaN single crystal substrate (1) the mask layer forming process diagram 1 (a), on a GaAs substrate 1 having a diameter of 50 mm, a thickness of 100nm as a mask layer 2 by CVD under the atmospheric pressure Si 3 to form a N 4 layer. 次いで、フォトリソグラフィにより、図2においてPが4μm、Qが3.5μmである正三角形の頂点に開口窓21(開口窓は一辺が1μmの正方形)が配列した。 Next, by photolithography, P 2 is 4 [mu] m, Q is an opening window 21 at the apexes of an equilateral triangle which is 3.5 [mu] m (opening window is a side 1μm square) was the sequence.

(2)GaNバッファ層形成工程 図1(b)を参照して、上記開口窓21上に、HVPE法により、原料ガスとしてHClガス(分圧60.8Pa)およびNH 3ガス(分圧1.31×10 4 Pa)を用いて、雰囲気温度475℃で、厚さ40nmの第1のGaNバッファ層3aを成長させた(第1のGaNバッファ層形成工程)。 (2) with reference to the GaN buffer layer forming process diagram 1 (b), on the opening window 21, by HVPE, HCl gas as a source gas (partial pressure 60.8Pa) and NH 3 gas (partial pressure 1. 31 × 10 4 Pa) and according to the ambient temperature 475 ° C., was grown first GaN buffer layer 3a having a thickness of 40 nm (the first GaN buffer layer forming step).

続けて、図1(c)を参照して、上記第1のGaNバッファ層3a上に、HVPE法により、原料ガスとしてHClガス(分圧60.8Pa)およびNH 3ガス(分圧1.31×10 4 Pa)を用いて、雰囲気温度500℃で、厚さ40nmの第2のGaNバッファ層3bを成長させて(第2のGaNバッファ層形成工程)、厚さ80nmのGaNバッファ層3を形成した。 Subsequently, referring to FIG. 1 (c), the said on the first GaN buffer layer 3a, by HVPE, HCl gas as a source gas (partial pressure 60.8Pa) and NH 3 gas (partial pressure 1.31 × 10 4 Pa) and according to the ambient temperature 500 ° C., by growing a second GaN buffer layer 3b having a thickness of 40 nm (second GaN buffer layer forming step), the GaN buffer layer 3 having a thickness of 80nm the formed. ここで、GaNバッファ層の厚さ(80nm)はマスク層の厚さ(100nm)より小さいため、GaNバッファ層3はマスク層2の開口窓21部分にのみ形成した。 Here, since the thickness of the GaN buffer layer (80 nm) is smaller than the thickness of the mask layer (100 nm), GaN buffer layer 3 is formed only in the opening window 21 portion of the mask layer 2.

(3)GaN単結晶層形成工程 次に、図1(d)を参照して、上記GaNバッファ層3上に、HVPE法により、原料ガスとしてHClガス(分圧1.25×10 3 Pa)、NH 3ガス(分圧1.31×10 4 Pa)および0.1質量%のO 2を含有するO 2およびN 2の混合ガス(分圧23.4Pa)を用いて、雰囲気温度1000℃で、厚さ450μmのGaN単結晶層4を形成した。 (3) GaN single crystal layer formation step Next, with reference to FIG. 1 (d), on the GaN buffer layer 3, by HVPE, HCl gas as a source gas (partial pressure 1.25 × 10 3 Pa) , using NH 3 gas (partial pressure 1.31 × 10 4 Pa) and 0.1 wt% of a mixed gas of O 2 and N 2 containing O 2 (partial pressure 23.4Pa), ambient temperature 1000 ° C. in, to form a GaN single crystal layer 4 having a thickness of 450 [mu] m.

(4)GaAs基板除去工程 次に、図1(d)および図1(e)を参照して、GaAs基板1を王水でエッチングすることにより除去し、マスク層2および結晶化が不十分なGaNバッファ層3はMP法によって除去して、GaN単結晶層4を得た。 (4) GaAs substrate removing step Next, referring to FIG. 1 (d) and FIG. 1 (e), the GaAs substrate 1 is removed by etching in aqua regia, the mask layer 2 and the crystallization is insufficient GaN buffer layer 3 is removed by the MP method, to obtain a GaN single crystal layer 4. さらに、このGaN単結晶層4をスライス刃または内周刃によりスライスした後、CMP法により表面粗さRaが3nmで厚さが200μmであるGaN単結晶基板を得た。 Furthermore, after slicing by this slicing blade GaN single-crystal layer 4 or the inner circumferential edge, the surface roughness Ra was obtained GaN single crystal substrate thickness at 3nm is 200μm by CMP. 得られたGaN単結晶基板のキャリア濃度は5×10 17 cm -3であり、波長375nmの光の吸収係数は34cm -1 、波長500nmの光の吸収係数は7cm -1であった。 The carrier concentration of the obtained GaN single crystal substrate is 5 × 10 17 cm -3, the absorption coefficient of light of wavelength 375nm is 34cm -1, the absorption coefficient of light of wavelength 500nm was 7 cm -1. ここで、GaN単結晶基板のキャリア濃度は van der Pauw 法により室温(23℃)にて測定し、光の吸収係数は分光光度計を用いて測定した。 Here, the carrier concentration of the GaN single crystal substrate was measured at room temperature (23 ° C.) by van der Pauw method, the light absorption coefficient was measured using a spectrophotometer.

2. 2. LEDの作製 発光デバイスとしては、以下のLEDを作製した。 The LED manufacturing the light emitting device was prepared following the LED. 図6を参照して、まず、上記の直径が50mm、厚さが250μm、表面粗さRaが3nmのGaN単結晶基板60の一つの主面上に、MOCVD法により、厚さ1.5μmのn型GaN層61、厚さ3nmのIn 0.2 Ga 0.8 N層および厚さ15nmのGaN層を交互に5段重ねた多重量子井戸活性層62、厚さ30nmのp型Al 0.15 Ga 0.85 N層63、厚さ100nmのp型GaN層64を順次形成した。 Referring to FIG. 6, firstly, the above diameter 50 mm, is 250μm thick, the surface roughness Ra on one main surface of the GaN single crystal substrate 60 of 3 nm, by MOCVD, a thickness of 1.5μm n-type GaN layer 61, a thickness of 3nm in 0.2 Ga 0.8 n layer and the multiple quantum well active layer 62 overlapped 5 stages alternating GaN layer having a thickness of 15 nm, a thickness of 30 nm p-type Al 0.15 Ga 0.85 n layer 63 , it was successively formed a p-type GaN layer 64 having a thickness of 100 nm. さらに、p型GaN層64上にp側電極65としてAu/Ni(p型GaN層側がAu層)層を形成した。 Furthermore, as the p-side electrode 65 Au / Ni (p-type GaN layer side Au layer) was formed layer on the p-type GaN layer 64. 次に、チップ分割を容易にするために、GaN単結晶基板60の他の主面をCMP法によりラッピングを行ない、GaN単結晶基板60の厚さを200μmとした。 Next, in order to facilitate division into chips, the other main surface of the GaN single crystal substrate 60 subjected to lapping by CMP, the thickness of the GaN single crystal substrate 60 and 200 [mu] m. 次に、GaN単結晶基板60の他の主面における各300μm×300μm区画の中央部上にn側電極66として直径80μmの大きさのTi/Al(GaN単結晶基板側がTi)層を形成した。 Next, other sizes of Ti / Al diameter 80μm as n-side electrode 66 on the center of each 300 [mu] m × 300 [mu] m sections on the main surface of the GaN single crystal substrate 60 (GaN single crystal substrate side Ti) to form a layer . さらに、上記n側電極が他の主面の中央部に位置するように、上記半導体層およびp側電極が形成されたGaN単結晶基板60を大きさ300μm×300μmのチップに分割してLEDを得た。 Further, as the n-side electrode is positioned at the center of the other main surface, the LED is divided into chips of the semiconductor layer and a p-size side GaN single crystal substrate 60 on which electrodes are formed 300 [mu] m × 300 [mu] m Obtained. 得られたLEDの20mAにおける駆動電圧は3.3V、発光波長460nmにおける光出力は4.8mWであった。 Driving voltage at 20mA of the resulting LED is 3.3V, the light output at the emission wavelength of 460nm was 4.8 mW. 結果を表1にまとめた。 The results are summarized in Table 1.

(実施例2) (Example 2)
GaN単結晶形成工程の際に、原料ガスとしてHClガス(分圧1.25×10 3 Pa)、NH 3ガス(分圧1.31×10 4 Pa)および0.1質量%のO 2を含有するO 2およびN 2の混合ガス(分圧6.55×10 2 Pa)を用いた他は実施例1と同様にして、GaN単結晶基板を作製した。 When the GaN single-crystal-forming step, HCl gas as a source gas (partial pressure 1.25 × 10 3 Pa), the NH 3 gas (partial pressure 1.31 × 10 4 Pa) and 0.1 wt% of O 2 except for using a mixed gas of O 2 and N 2 containing (partial pressure 6.55 × 10 2 Pa) in the same manner as in example 1 to produce GaN single crystal substrate. 得られたGaN単結晶基板のキャリア濃度は2×10 19 cm -3であり、波長375nmの光の吸収係数は68cm -1 、波長500nmの光の吸収係数は10cm -1であった。 The carrier concentration of the obtained GaN single crystal substrate is 2 × 10 19 cm -3, the absorption coefficient of light of wavelength 375nm is 68cm -1, the absorption coefficient of light of wavelength 500nm was 10 cm -1. また、実施例1と同様にしてLEDを作製した。 Further, an LED was formed in the same manner as in Example 1. 得られたLEDの20mAにおける駆動電圧は3.2V、発効波長460nmにおける光出力は3.5mWであった。 Driving voltage at 20mA of the resulting LED is 3.2 V, the light output at the entry into force Wavelength 460nm was 3.5 mW. 結果を表1にまとめた。 The results are summarized in Table 1.

(実施例3) (Example 3)
GaN単結晶形成工程の際に、原料ガスとしてHClガス(分圧1.25×10 3 Pa)、NH 3ガス(分圧1.31×10 4 Pa)および0.1質量%のSiH 4を含有するSiH 4およびH 2の混合ガス(分圧93.5Pa)を用いた他は実施例1と同様にして、GaN単結晶基板を作製した。 When the GaN single-crystal-forming step, HCl gas as a source gas (partial pressure 1.25 × 10 3 Pa), the NH 3 gas (partial pressure 1.31 × 10 4 Pa) and SiH 4 of 0.1 wt% except for using a mixed gas of SiH 4 and H 2 containing (partial pressure 93.5Pa) in the same manner as in example 1 to produce GaN single crystal substrate. 得られたGaN単結晶基板のキャリア濃度は5×10 17 cm -3であり、波長375nmの光の吸収係数は35cm -1 、波長500nmの光の吸収係数は8cm -1であった。 The carrier concentration of the obtained GaN single crystal substrate is 5 × 10 17 cm -3, the absorption coefficient of light of wavelength 375nm is 35 cm -1, the absorption coefficient of light of wavelength 500nm was 8 cm -1. また、実施例1と同様にしてLEDを作製した。 Further, an LED was formed in the same manner as in Example 1. 得られたLEDの20mAにおける駆動電圧は3.3V、発光波長460nmにおける光出力は4.7mWであった。 Driving voltage at 20mA of the resulting LED is 3.3V, the light output at the emission wavelength of 460nm was 4.7 mW. 結果を表1にまとめた。 The results are summarized in Table 1.

(実施例4) (Example 4)
GaN単結晶形成工程の際に、原料ガスとしてHClガス(分圧1.25×10 3 Pa)、NH 3ガス(分圧1.31×10 4 Pa)および1質量%のH 2 Sを含有するH 2 SおよびH 2の混合ガス(分圧3.12×10 2 Pa)を用いた他は実施例1と同様にして、GaN単結晶基板を作製した。 When the GaN single-crystal-forming step, HCl gas as a source gas (partial pressure 1.25 × 10 3 Pa), containing NH 3 gas (partial pressure 1.31 × 10 4 Pa) and 1 wt% of H 2 S except for using a mixed gas of H 2 S and H 2 (partial pressure 3.12 × 10 2 Pa) for in the same manner as in example 1 to produce GaN single crystal substrate. 得られたGaN単結晶基板のキャリア濃度は5×10 17 cm -3であり、波長375nmの光の吸収係数は39cm -1 、波長500nmの光の吸収係数は10cm -1であった。 The carrier concentration of the obtained GaN single crystal substrate is 5 × 10 17 cm -3, the absorption coefficient of light of wavelength 375nm is 39cm -1, the absorption coefficient of light of wavelength 500nm was 10 cm -1. また、実施例1と同様にしてLEDを作製した。 Further, an LED was formed in the same manner as in Example 1. 得られたLEDの20mAにおける駆動電圧は3.4V、発光波長460nmにおける光出力は4.5mWであった。 Driving voltage at 20mA of the resulting LED is 3.4 V, the light output at the emission wavelength of 460nm was 4.5 mW. 結果を表1にまとめた。 The results are summarized in Table 1.

(比較例1) (Comparative Example 1)
GaN単結晶形成工程の際に、原料ガスとしてHClガス(分圧1.25×10 3 Pa)およびNH 3ガス(分圧1.31×10 4 Pa)のみを用いた他は実施例1と同様にして、GaN単結晶基板を作製した。 When the GaN single-crystal-forming step, except for using only the HCl gas as a source gas (partial pressure 1.25 × 10 3 Pa) and NH 3 gas (partial pressure 1.31 × 10 4 Pa) and Example 1 Similarly, to produce a GaN single crystal substrate. 得られたGaN単結晶基板のキャリア濃度は1×10 17 cm -3であり、波長375nmの光の吸収係数は26cm -1 、波長500nmの光の吸収係数は4cm -1であった。 The carrier concentration of the obtained GaN single crystal substrate is 1 × 10 17 cm -3, 26cm -1 is the absorption coefficient of light of wavelength 375 nm, the absorption coefficient of light of wavelength 500nm was 4 cm -1. また、実施例1と同様にしてLEDを作製した。 Further, an LED was formed in the same manner as in Example 1. 得られたLEDの20mAにおける駆動電圧は5.4V、発効波長460nmにおける光出力は5.0mWであった。 Driving voltage at 20mA of the resulting LED is 5.4V, the light output at the entry into force Wavelength 460nm was 5.0 mW. 結果を表1にまとめた。 The results are summarized in Table 1.

(比較例2) (Comparative Example 2)
GaNバッファ層形成工程の際に、上記開口窓21上に、HVPE法により、原料ガスとしてHClガス(分圧60.8Pa)およびNH 3ガス(分圧1.31×10 4 Pa)を用いて、雰囲気温度500℃で、厚さ80nmのGaNバッファ層を1回で成長させ、2回目以降のGaNバッファ層を成長行なわなかった他は実施例2と同様にして、GaN単結晶基板を作製した。 When the GaN buffer layer forming step, on the opening window 21, by HVPE, HCl gas as a source gas (partial pressure 60.8Pa) and NH 3 with a gas (partial pressure 1.31 × 10 4 Pa) , at ambient temperature 500 ° C., a GaN buffer layer having a thickness of 80nm was grown at once, the other was not performed growing a GaN buffer layer of second and subsequent in the same manner as in example 2, to produce GaN single crystal substrate . 得られたGaN単結晶基板のキャリア濃度は2×10 19 cm -3であり、波長375nmの光の吸収係数は110cm -1 、波長500nmの光の吸収係数は25cm -1であった。 The carrier concentration of the obtained GaN single crystal substrate is 2 × 10 19 cm -3, the absorption coefficient of light of wavelength 375nm is 110 cm -1, the absorption coefficient of light of wavelength 500nm was 25 cm -1. また、実施例1と同様にしてLEDを作製した。 Further, an LED was formed in the same manner as in Example 1. 得られたLEDの20mAにおける駆動電圧は3.2V、発光波長460nmにおける光出力は2.2mWであった。 Driving voltage at 20mA of the resulting LED is 3.2 V, the light output at the emission wavelength of 460nm was 2.2 mW. 結果を表1にまとめた。 The results are summarized in Table 1.

(比較例3) (Comparative Example 3)
サファイア基板(波長375nmおよび波長500nmの光の吸収係数が2cm -1 )を用いて以下の発光デバイスを作製した。 Sapphire substrate (absorption coefficient of light of wavelength 375nm and the wavelength 500nm is 2 cm -1) was manufactured following light emitting devices using. 本発光デバイスは、図7参照して、大きさが400μm×300μm、厚さが200μm、表面粗さRaが3nmのサファイア基板70の一つの主面上に、MOCVD法により、厚さ1.5μmのn型GaN層61が形成され、このn型GaN層61の一部(300μm×300μm)上に、厚さ3nmのIn 0.2 Ga 0.8 N層および厚さ15nmのGaN層を交互に5段重ねた多重量子井戸活性層62、厚さ30nmのp型Al 0.15 Ga 0.85 N層63、厚さ100nmのp型GaN層64が順次形成されている。 This light emitting device is to refer to FIG. 7, the 400 [mu] m × 300 [mu] m size, is 200μm thick, on one main surface of a surface roughness Ra of 3nm sapphire substrate 70 by MOCVD thickness 1.5μm is n-type GaN layer 61 is formed, on a portion of the n-type GaN layer 61 (300μm × 300μm), stacked five stages alternating GaN layer of in 0.2 Ga 0.8 n layer and a thickness 15nm of thickness 3nm multiple quantum well active layer 62, a thickness of 30 nm p-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 63, the p-type GaN layer 64 having a thickness of 100nm are sequentially formed a. さらに、p型GaN層64上にp側電極65としてAu/Ni(p型GaN層側がAu層)層が形成されている。 Furthermore, as the p-side electrode 65 on the p-type GaN layer 64 Au / Ni (p-type GaN layer side Au layer) layer is formed. また、n型GaN層の残りの一部(100μm×300μm)に他の半導体層と接触しないようにn側電極として直径80μmの大きさのTi/Al(n型GaN層側がTi)層を形成した。 Further, the remaining portion of the n-type GaN layer (100μm × 300μm) to a diameter of 80μm as n-side electrode so as not to contact the other semiconductor layer size of Ti / Al (n-type GaN layer side Ti) layer formed did. 得られたLEDの20mAにおける駆動電圧は3.7V、発光波長460nmにおける光出力は4.9mWであった。 Driving voltage at 20mA of the resulting LED is 3.7V, the light output at the emission wavelength of 460nm was 4.9 mW. 結果を表1にまとめた。 The results are summarized in Table 1.

表1から明らかなように、375nm〜500nmの波長領域にある光の吸収係数が7cm -1 〜68cm -1である実施例1〜実施例4におけるLEDの駆動電圧は3.2V〜3.4Vと低く、かつ光出力は3.5mW〜4.7mWと高くなった。 Table 1 As is apparent, LED driving voltage in Examples 1 to 4 the absorption coefficient of light is 7cm -1 ~68cm -1 in the wavelength region of 375nm~500nm is 3.2V~3.4V and low and the light output was as high as 3.5MW~4.7MW. すなわち、低駆動電圧で高出力のLEDが得られた。 That, LED of high output at a low driving voltage is obtained. これに対して、基板の波長500nmの光の吸収係数が4と小さい比較例1のLEDの駆動電圧は、5.4Vと大きくなった。 In contrast, LED driving voltage of the absorption coefficient is 4 small Comparative Example 1 of the optical wavelength 500nm of the substrate was as large as 5.4V. これは、基板のキャリア濃度が小さく基板の電気抵抗が大きいことによるものである。 This is due to the electrical resistance of the substrate smaller carrier concentration of the substrate is large. また、基板の波長375nmの光の吸収係数が110cm -1と大きい比較例2のLEDの光出力は、2.2mWに低下した。 Further, the optical output light absorption coefficient of the LED large Comparative Example 2 and 110 cm -1 in the wavelength of the substrate 375nm was reduced to 2.2 mW. これは、GaN単結晶基板の光の吸収係数が大きいことによるものである。 This is due to the absorption coefficient of light of the GaN single crystal substrate is large.

なお、実施例1〜実施例4におけるLEDの駆動電圧は3.2V〜3.4Vであり、従来の典型的なLEDである比較例3のLEDの駆動電圧3.7Vよりもさらに小さくすることができた。 The driving voltage of the LED in Examples 1 to 4 are 3.2V~3.4V, be even smaller than the drive voltage 3.7V of the LED of Comparative Example 3 is a conventional typical LED It could be.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。 Embodiments and examples disclosed herein are carried out are to be considered and not restrictive in all respects as illustrative. 本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。 The scope of the invention being indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalency of the claims.

上記のように、本発明は、光の吸収係数の小さいGaN単結晶基板およびその製造方法、ならびに光出力の大きい発光デバイスを提供ために広く利用することができる。 As described above, the present invention is smaller GaN single crystal substrate and method of manufacturing the same absorption coefficient of light, and can be widely used for providing a large light-emitting device of the light output.

本発明にかかる一のGaN単結晶基板の製造方法を説明する概略断面図である。 Manufacturing method of one of GaN single crystal substrate according to the present invention is a schematic sectional view illustrating a. ここで、(a)はマスク層形成工程を、(b)は第1のGaNバッファ層形成工程を、(c)は第2のGaNバッファ層形成工程を、(d)はGaN単結晶形成工程を、(e)はGaAs基板除去工程を示す。 Here, (a) represents a mask layer forming step, (b) is a first GaN buffer layer formation step, (c) is the second GaN buffer layer formation step, (d) the GaN single crystal formation step the, (e) shows a GaAs substrate removing step. マスク層における開口窓の配列を示す図である。 Is a diagram showing an arrangement of the open windows in the mask layer. 開口窓上におけるGaN単結晶層の成長を示す図である。 Is a diagram showing the growth of a GaN single crystal layer on the opening window. 図3に続くGaN単結晶層の成長を示す図である。 Is a diagram showing the growth of a subsequent GaN single crystalline layer in Figure 3. HVPE法を説明する概略模式図である。 It is a schematic diagram illustrating a HVPE method. 発光デバイスの一の形態を示す概略断面図である。 It is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a light emitting device. 発光デバイスの他の形態を示す概略断面図である。 It is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of a light emitting device.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 GaAs基板、2 マスク層、3 GaNバッファ層、3a 第1のGaNバッファ層、3b 第2のGaNバッファ層、4 GaN単結晶層、21 開口窓、60 GaN単結晶基板、61 n型GaN層、62 多重量子井戸活性層、63 p型Al 0.15 Ga 0.85 N層、64 p型GaN層、65 p側電極、66 n側電極、70 サファイア基板、80 出力光、101 反応炉、102 ヒータ、103,104 原料ガス導入口、105 Ga溜、106 Ga融液、107 サセプタ、108 シャフト、109 基板、110 ガス排出口、113 HClガス、114 NH 3ガス、116 GaClガス。 1 GaAs substrate, 2 a mask layer, 3 GaN buffer layer, 3a first GaN buffer layer, 3b second GaN buffer layer, 4 GaN single-crystal layer, 21 an open window, 60 GaN single crystal substrate, 61 n-type GaN layer , 62 multi-quantum well active layer, 63 p-type Al 0.15 Ga 0.85 n layer, 64 p-type GaN layer, 65 p-side electrode, 66 n-side electrode, 70 a sapphire substrate, 80 an output light, 101 reactor, 102 a heater, 103 , 104 raw material gas inlet, 105 Ga reservoir, 106 Ga melt 107 susceptor 108 shaft, 109 a substrate, 110 a gas outlet, 113 HCl gas, 114 NH 3 gas, 116 GaCl gas.

Claims (5)

  1. さが70μm〜450μmであるGaN単結晶基板であって、 A GaN single crystal substrate is a thick Saga 70Myuemu~450myuemu,
    前記GaN単結晶基板は、ドーパントとして酸素、硫黄およびケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含み、波長375nmの光の吸収係数が34cm -1 〜68cm -1 であり、かつ波長500nmの光の吸収係数が7cm -1 〜10cm -1 であることを特徴とするGaN単結晶基板。 The GaN single crystal substrate, the oxygen as a dopant comprises at least one element selected from the group consisting of sulfur and silicon, the absorption coefficient of light of wavelength 375nm is 34cm -1 ~68cm -1, and the wavelength of 500nm light GaN single crystal substrate, wherein the absorption coefficient of a 7cm -1 ~10cm -1.
  2. 前記GaN単結晶基板のキャリア濃度が5×10 17 cm -3 〜2×10 19 cm -3であることを特徴とする請求項1に記載のGaN単結晶基板。 GaN single crystal substrate according to claim 1, wherein the carrier concentration of the GaN single crystal substrate is 5 × 10 17 cm -3 ~2 × 10 19 cm -3.
  3. 前記GaN単結晶基板の主面の表面粗さRaが10nm以下であることを特徴とする請求項1 または請求項2のいずれかに記載のGaN単結晶基板。 GaN single crystal substrate according to claim 1 or claim 2 surface roughness Ra of the main surface of the GaN single crystal substrate, characterized in that at 10nm or less.
  4. 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のGaN単結晶基板の製造方法であって、 A method of manufacturing a GaN single crystal substrate according to any one of claims 1 to 3,
    GaAs基板上に点状またはストライプ状の開口窓を有するマスク層を形成する工程と、前記開口窓上にGaNバッファ層を少なくとも2回成長させる工程と、前記GaNバッファ層上にHVPE法によりGaN単結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、GaAs基板を除去する工程とを少なくとも含み、 Forming a mask layer having a dot-shaped or stripe-shaped open windows on a GaAs substrate, and growing at least twice a GaN buffer layer on the opening window, GaN single by HVPE on the GaN buffer layer epitaxially growing a crystal layer, at least it viewed including the step of removing the GaAs substrate, and
    前記GaN単結晶層をエピタキシャル成長させる工程において、原料ガスとして、NH 3 ガスおよびGa融液と反応してGaClガスとなるHClガスに加えて、O 2 およびN 2 の混合ガス、SiH 4 およびH 2 の混合ガス、またはH 2 SおよびH 2 の混合ガスを用いる GaN単結晶基板の製造方法。 In the step of epitaxially growing the GaN single crystal layer, as a source gas, NH 3 reacts with the gas and the Ga melt in addition to the HCl gas as a GaCl gas, a mixed gas of O 2 and N 2, SiH 4 and H 2 mixed gas or method of manufacturing a GaN single crystal substrate using a mixed gas of H 2 S and H 2, of.
  5. 請求項1〜請求項のいずれかに記載のGaN単結晶基板上に、少なくとも1層のIII族窒化物半導体層が形成されている発光デバイス。 A light emitting device according to the GaN single crystal substrate according to any one of claim 1 to claim 3, and Group III nitride semiconductor layer at least one layer is formed.
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