JP4380666B2 - Epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents
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Description
この発明は、III−V族化合物半導体のエピタキシャルウェハおよびその製造方法に関する。より詳細には、GaN系化合物半導体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to an epitaxial wafer of a III-V compound semiconductor and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a GaN compound semiconductor.
図6に、現在市販されているサファイア基板を用いたGaN系の青色および緑色の半導体発光素子(LED)の断面図を示す。図6のLEDは、サファイア基板1と、基板1上に形成されたGaNバッファ層2と、GaNバッファ層2上に形成された六方晶のGaNエピタキシャル層3とで構成されたエピタキシャルウェハ上に、第1のクラッド層4、発光層5、第2のクラッド層6およびGaNエピタキシャル層7が順に積層され、GaNエピタキシャル層3および7上にオーミック電極8および9がそれぞれ配置されている。図6のLEDにおいては、GaNバッファ層2は、サファイア基板1とGaNエピタキシャル層3との格子定数の差による歪を緩和するために設けられている。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of GaN blue and green semiconductor light emitting devices (LEDs) using a commercially available sapphire substrate. The LED shown in FIG. 6 is formed on an epitaxial wafer composed of a
図6のLEDは、絶縁性のサファイアを基板1に用いているので、電極を形成して素子を作製する際に、2種の電極を基板の同一面側に形成する必要がある。このため、フォトリソグラフィによるパターニングが2回以上必要である。また、反応性イオンエッチングによる窒化物のエッチングを行う必要もあるので生産工程が複雑になる。さらに、サファイアは硬度が高いので、素子分離の際に取り扱いにくいという問題もあった。
Since the LED of FIG. 6 uses insulating sapphire for the
そこで、このような欠点を有するサファイアに代えて、導電性のGaAsを基板として使用するという試みがなされている。たとえば以下の文献1では、GaAs(100)面上に立方晶のGaNを成長させている。しかしながら、一般にGaAs(100)面上に成長させた立方晶GaNは、文献1に示されている透過型電子顕微鏡写真にあるように、積層欠陥が非常に多く、品質が悪いものとなる。これは立方晶GaNは六方晶GaNに比べ、不安定であることが原因と考えられている。
一方、GaAs(111)面上に、より安定な六方晶GaNを成長させるという試みもなされている。たとえば上記の文献2ではMOVPE法によるGaAs(111)A面上、GaAs(111)B面上へのGaNの成長が報告されている。しかしながら、青色LEDの作製に十分な特性を持つGaNの成長には至っていない。これは、前述のサファイア基板上の半導体発光素子のエピタキシャル層がMOVPE法によって1000℃以上の成長温度で成長されたものであるのに対し、文献2のGaNエピタキシャル層の成長温度は最高でも800℃と低いことが原因として挙げられる。文献2のGaNエピタキシャル層の成長温度が低いのは、GaAs基板を加熱すると、約600℃で蒸気圧の高い砒素が抜けるためである。
On the other hand, attempts have been made to grow more stable hexagonal GaN on the GaAs (111) plane. For example, the
上述のように、従来GaAs(111)基板上へ六方晶GaN膜をエピタキシャル成長させる場合、GaAs基板の熱による損傷を避けるため、基板温度を850℃程度までしか上げられなかった。その結果、従来の有機金属クロライド気相エピタキシャル法で得られる六方晶GaNエピタキシャル膜は、ノンドープのGaNのキャリア濃度が1×1019(cm-3)と高く、青色LEDの作製に十分な電気特性ではなかった。 As described above, when a hexagonal GaN film is epitaxially grown on a conventional GaAs (111) substrate, the substrate temperature can only be raised to about 850 ° C. in order to avoid damage to the GaAs substrate due to heat. As a result, the hexagonal GaN epitaxial film obtained by the conventional organometallic chloride vapor phase epitaxial method has a high carrier concentration of non-doped GaN of 1 × 10 19 (cm −3 ), and has sufficient electrical characteristics for the production of blue LEDs. It wasn't.
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、GaAs半導体基板上に形成された、青色LEDの作製に十分な電気特性を持つGaNエピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and provide a GaN epitaxial wafer formed on a GaAs semiconductor substrate and having sufficient electrical characteristics for manufacturing a blue LED, and a method for manufacturing the same. .
本発明に従うと、立方晶半導体(111)基板と、前記基板上に形成された厚さが60nm以上の第1のGaN層と、第1のGaN層上に形成された厚さ0.1μm以上の第2のGaN層とを備えることを特徴とするエピタキシャルウェハが提供される。本発明のエピタキシャルウェハにおいては、第1のGaN層の厚さが、200nm以下であることが好ましく、第2のGaN層の厚さが、5μm以下であることが好ましい。 According to the present invention, a cubic semiconductor (111) substrate, a first GaN layer having a thickness of 60 nm or more formed on the substrate, and a thickness of 0.1 μm or more formed on the first GaN layer. There is provided an epitaxial wafer comprising a second GaN layer. In the epitaxial wafer of the present invention, the thickness of the first GaN layer is preferably 200 nm or less, and the thickness of the second GaN layer is preferably 5 μm or less.
また、本発明のエピタキシャルウェハでは、立方晶半導体(111)基板が、GaAs(111)基板であることが好ましい。GaAs(111)基板が、GaAs(111)A面基板である場合には、砒素が抜けにくい点が有利であり、GaAs(111)基板が、GaAs(111)B面基板である場合には、表面を研磨仕上げし易い点が好ましい。 In the epitaxial wafer of the present invention, the cubic semiconductor (111) substrate is preferably a GaAs (111) substrate. When the GaAs (111) substrate is a GaAs (111) A-plane substrate, it is advantageous that arsenic is difficult to escape. When the GaAs (111) substrate is a GaAs (111) B-plane substrate, It is preferable that the surface is easily polished.
一方、本発明においては、Gaを含む有機金属およびHClを含む第1の原料ガスと、NH3を含む第2の原料ガスを外部から加熱された反応管内に供給し、反応管内に設置された基板上に第1の温度でバッファ層を気相成長させる工程と、バッファ層を形成した基板の温度を前記第1の温度から上昇させてバッファ層の結晶性を向上させる工程と、前記第1および第2の原料ガスを前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱された反応管内に供給し、前記バッファ層上にGaN層を成長させる工程とを備えることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法が提供される。前記第1の温度は、400℃以上600℃以下であることが好ましく、前記第2の温度は850℃以上1000℃以下であることが好ましい。 On the other hand, in the present invention, a first raw material gas containing an organic metal containing Ga and HCl and a second raw material gas containing NH3 are supplied into a reaction tube heated from the outside, and a substrate installed in the reaction tube. Vapor phase growth of the buffer layer at a first temperature thereon, increasing the temperature of the substrate on which the buffer layer is formed from the first temperature to improve the crystallinity of the buffer layer, Supplying a second source gas into a reaction tube heated to a second temperature higher than the first temperature, and growing a GaN layer on the buffer layer. A manufacturing method is provided. The first temperature is preferably 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, and the second temperature is preferably 850 ° C. or more and 1000 ° C. or less.
また、バッファ層を形成した基板の温度を第1の温度から上昇させてバッファ層の結晶性を向上させる工程において、NH3を前記基板上に供給しながら基板の温度を上昇させることも好ましい。一方、前記GaN層の成長速度が4μm/時以上10μm/時以下であることが好ましい。 In the step of raising the temperature of the substrate on which the buffer layer is formed from the first temperature to improve the crystallinity of the buffer layer, it is also preferable to raise the temperature of the substrate while supplying NH 3 onto the substrate. On the other hand, the growth rate of the GaN layer is preferably 4 μm / hour or more and 10 μm / hour or less.
本発明のエピタキシャルウェハは立方晶半導体(111)基板上に形成された、厚さが60nm以上の第1のGaN層を備える。この第1のGaN層は、400〜600℃の低温で形成されたアモルファスのものが、その後昇温することにより結晶性となったものである。従って、積層欠陥が多く、また、塩素、水素、酸素などの不純物濃度が高くなっている。また、この第1のGaN層は、その後の高温の成膜工程において半導体基板を保護することを主な目的とする。そのために、半導体基板を傷めない400〜600℃の低温で成長させなければならず、60nm以上の厚さであることが必要である。一方、この第1のGaN層は、低温で成長させるので成長速度が遅い。従って、200nm以上の厚さに形成することは製造効率の点から不利であり、また、それ以上の厚さに形成しても半導体基板保護の機能はさして向上しない。 The epitaxial wafer of the present invention comprises a first GaN layer formed on a cubic semiconductor (111) substrate and having a thickness of 60 nm or more. The first GaN layer is an amorphous layer formed at a low temperature of 400 to 600 ° C., and becomes crystalline when the temperature is raised thereafter. Therefore, there are many stacking faults, and the concentration of impurities such as chlorine, hydrogen, and oxygen is high. The primary purpose of the first GaN layer is to protect the semiconductor substrate in the subsequent high-temperature film forming process. Therefore, the semiconductor substrate must be grown at a low temperature of 400 to 600 ° C. which does not damage the substrate, and the thickness needs to be 60 nm or more. On the other hand, since the first GaN layer is grown at a low temperature, the growth rate is slow. Therefore, the formation of a thickness of 200 nm or more is disadvantageous from the viewpoint of manufacturing efficiency, and even if the thickness is formed more than that, the function of protecting the semiconductor substrate is not improved.
一方、本発明のエピタキシャルウェハは、第1のGaN層上に形成された厚さ0.1μm以上の第2のGaN層とを備える。この第2のGaN層は、いわゆるエピタキシャル層であり、厚さが5μm以下であることが好ましい。第2のGaN層の厚さが5μmを超えると、応力によりGaN膜にクラックが生じる。 On the other hand, the epitaxial wafer of the present invention comprises a second GaN layer formed on the first GaN layer and having a thickness of 0.1 μm or more. The second GaN layer is a so-called epitaxial layer and preferably has a thickness of 5 μm or less. When the thickness of the second GaN layer exceeds 5 μm, a crack occurs in the GaN film due to stress.
本発明の方法では、Gaを含む有機金属およびHClを含む第1の原料ガスと、NH3を含む第2の原料ガスを外部から加熱された反応管内に供給し、反応管内に設置された基板上に低い第1の温度でバッファ層を気相成長させる。このバッファ層は、前述のように半導体基板の保護のために形成するもので、半導体基板を傷めない400〜600℃の低温で形成する。また、このバッファ層は、成膜直後はアモルファスであるが、その後の昇温工程により結晶性のものとなる。しかしながら、後にこのバッファ層上に形成されるエピタキシャル層と比較すると、積層欠陥が非常に多いことで区別が可能である。従って、本発明の方法に従えば、従来使用が難しかったGaAs基板も使用可能である。尚、バッファ層の昇温工程では、NH3を基板上に供給する事が好ましい。これによりGaNバッファ層が昇温中に蒸発、昇華することを防ぐことができる。 In the method of the present invention, a first source gas containing an organic metal containing Ga and HCl and a second source gas containing NH 3 are supplied into a reaction tube heated from the outside, and a substrate installed in the reaction tube. A buffer layer is vapor grown at a low first temperature. This buffer layer is formed for protecting the semiconductor substrate as described above, and is formed at a low temperature of 400 to 600 ° C. so as not to damage the semiconductor substrate. The buffer layer is amorphous immediately after the film formation, but becomes crystalline by the subsequent temperature raising step. However, as compared with an epitaxial layer formed later on this buffer layer, the number of stacking faults is so great that it can be distinguished. Therefore, according to the method of the present invention, a GaAs substrate that has been difficult to use can be used. In the step of raising the buffer layer, NH 3 is preferably supplied onto the substrate. As a result, the GaN buffer layer can be prevented from evaporating and sublimating during the temperature rise.
このバッファ層で保護された半導体基板上に、今度はGaNのエピタキシャル成長に適した高温でGaN層を形成する。この成長温度は、850℃以上1000℃以下が好ましい。GaN層は、最終的に作製する素子に必要な厚さだけ成長させるが、0.1μm未満では薄すぎ、5μmを越えるとクラックの発生の危険がある。 On the semiconductor substrate protected by this buffer layer, a GaN layer is formed at a high temperature suitable for epitaxial growth of GaN. This growth temperature is preferably 850 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. The GaN layer is grown to a thickness necessary for the device to be finally produced, but if it is less than 0.1 μm, it is too thin, and if it exceeds 5 μm, there is a risk of cracking.
また、上記のGaN層の成長速度は、4μm/時以上10μm/時以下であることが好ましい。成長速度が4μm/時未満であると基板が熱による損傷を受けGaNエピタキシャル膜が剥離することがある。また成長速度が10μm/時を超えるとGaNエピタキシャル膜の結晶性が悪化し、青色LEDの作製に十分な電気特性を持つGaNを得ることができない。 The growth rate of the GaN layer is preferably 4 μm / hour or more and 10 μm / hour or less. If the growth rate is less than 4 μm / hour, the substrate may be damaged by heat and the GaN epitaxial film may be peeled off. On the other hand, if the growth rate exceeds 10 μm / hour, the crystallinity of the GaN epitaxial film deteriorates, and it is not possible to obtain GaN having sufficient electrical characteristics for manufacturing a blue LED.
さらに、本発明では、HClを含む第1の原料ガスと、NH3を含む第2の原料ガスを外部から加熱された反応管内に供給し、前記反応管内部に配置された容器内に収納された金属Gaと第1の原料ガスに含まれたHClとを反応させてGaClを生成させ、前記反応管内に設置された基板上に第1の温度でバッファ層を気相成長させる工程と、バッファ層を形成した前記基板の温度を前記第1の温度から上昇させてバッファ層の結晶性を向上させる工程と、前記第1および第2の原料ガスを前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱された反応管内に供給し、前記バッファ層上にGaN層を成長させる工程とを備えることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法が提供される。本発明のこの方法は、いわゆるハイドライド気相エピタキシ(Hydride Vapor Phase Epitaxy ;HVPE)と呼ばれる方法である。本発明のこの方法においては、金属Gaは例えば石英ボートに収容し、常に800℃以上に保たれることが好ましい。また、HClを含む第1の原料ガスを金属Gaが収容された石英ボートに吹き込み、GaClを生成することが好ましい。 Furthermore, in the present invention, the first source gas containing HCl and the second source gas containing NH 3 are supplied from the outside into the reaction tube heated and stored in a container disposed inside the reaction tube. Reacting the metal Ga with HCl contained in the first source gas to produce GaCl, and vapor-phase-growing a buffer layer at a first temperature on the substrate installed in the reaction tube; A step of raising the temperature of the substrate on which the layer is formed from the first temperature to improve the crystallinity of the buffer layer; and a second step in which the first and second source gases are higher than the first temperature. And supplying a process tube heated to a temperature to grow a GaN layer on the buffer layer. This method of the present invention is a so-called hydride vapor phase epitaxy (HVPE). In this method of the present invention, it is preferable that the metal Ga is accommodated in, for example, a quartz boat and always kept at 800 ° C. or higher. In addition, it is preferable to generate GaCl by blowing a first source gas containing HCl into a quartz boat containing metal Ga.
実施例1
図4は、本発明の方法で本発明のエピタキシャルウェハを製造するのに使用可能な気相成長装置の概略構成を示す図である。図4の装置は、第1のガス導入口51、第2のガス導入口52および排気口53を有する石英の反応チャンバ54と、この反応チャンバ54の外部からチャンバー内全体を加熱するための抵抗加熱ヒーター55とを備える。また、反応チャンバ54内には、基板ホルダ56が設けられ、基板57がその上に搭載される。
Example 1
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a vapor phase growth apparatus that can be used for manufacturing the epitaxial wafer of the present invention by the method of the present invention. 4 includes a
上記の装置を用いて、以下のように本発明の方法で本発明のエピタキシャルウェハを作製した。先ず、反応チャンバ54内の基板ホルダ56にGaAs(111)A面基板57を搭載した。次に、抵抗加熱ヒーター55により外部からチャンバ54内全体を加熱して、基板57を450℃に保持した状態で、第1のガス導入口51からTMGを分圧6.4×10-4atmで、塩化水素を分圧6.4×10-4atmで導入し、第2のガス導入口52からはV族原料としてアンモニアガス(NH3)を0.11atmで導入した。キャリアガスとしては水素ガスを用いた。このような条件で、30分間成膜を行い、厚さ100nmのGaNバッファ層を形成した。
Using the above apparatus, the epitaxial wafer of the present invention was produced by the method of the present invention as follows. First, a GaAs (111) A
次に、このようにGaNバッファ層が形成された基板57の温度を、NH3の分圧0.11atmという雰囲気で、抵抗加熱ヒーター55により900℃まで昇温した後、TMG、HCl、NH3の分圧をそれぞれ2.4×10-3atm、2.4×10-3atm、0.11atmという条件で、30分間成膜を行った。
Next, the temperature of the
その結果、バッファ層上に、厚さ3μmの鏡面状のGaNエピタキシャル層が形成された。成長速度は6μm/時であった。得られたエピタキシャルウェハの断面図を図1に示す。図1のエピタキシャルウェハは、GaAs(111)A面基板11上に不純物濃度が高い第1のGaN層12と、その上に積層された第2のGaN層13を備える。X線回折測定の結果、六方晶GaNのピークが観測され、第2のGaN層13は六方晶GaNで構成されていることが確認された。電気特性をHall測定により求めたところn型キャリア濃度1×1017(cm-3)、電子移動度500(cm2/Vs)であった。
As a result, a mirror-like GaN epitaxial layer having a thickness of 3 μm was formed on the buffer layer. The growth rate was 6 μm / hour. A cross-sectional view of the obtained epitaxial wafer is shown in FIG. The epitaxial wafer shown in FIG. 1 includes a
図2に、得られたエピタキシャルウェハの断面の透過型電子顕微鏡写真を示す。図2の下から1/4ほどの横線が多い部分がバッファ層だった部分であり、この横線は積層欠陥を示す。すなわち、バッファ層であった部分は、エピタキシャルウェハ完成後も積層欠陥が多く、容易に区別が可能である。また、図3に得られたエピタキシャルウェハの二次イオン質量分析(SIMS)の結果を示す。図3からわかるよう、本発明のエピタキシャルウェハのバッファ層であった部分は水素、酸素、塩素等の不純物濃度が高くなっている。これは、バッファ層を低温で成長させたためである。不純物濃度は、塩素が5×1021/cm3、水素が4×1019/cm3、酸素が1.5×1019/cm3に達することもある。上記の実施例では、GaAs(111)A面基板を使用したが、GaAs(111)B面基板を使用して同様な条件でエピタキシャルウェハを作製した場合でも、やや膜剥がれが発生しやすい傾向があるもののほぼ同等の特性のGaN層が得られた。 FIG. 2 shows a transmission electron micrograph of a cross section of the obtained epitaxial wafer. A portion where there is a quarter horizontal line from the bottom of FIG. 2 is a buffer layer, and the horizontal line indicates a stacking fault. That is, the portion that was the buffer layer has many stacking faults even after completion of the epitaxial wafer, and can be easily distinguished. Moreover, the result of the secondary ion mass spectrometry (SIMS) of the epitaxial wafer obtained in FIG. 3 is shown. As can be seen from FIG. 3, the portion which was the buffer layer of the epitaxial wafer of the present invention has a high concentration of impurities such as hydrogen, oxygen and chlorine. This is because the buffer layer was grown at a low temperature. The impurity concentration may reach 5 × 10 21 / cm 3 for chlorine, 4 × 10 19 / cm 3 for hydrogen, and 1.5 × 10 19 / cm 3 for oxygen. In the above embodiment, a GaAs (111) A-plane substrate is used. However, even when an epitaxial wafer is manufactured under the same conditions using a GaAs (111) B-plane substrate, film peeling tends to occur slightly. A GaN layer having almost the same characteristics was obtained.
実施例2
図5に、本発明の方法で本発明のエピタキシャルウェハを製造するのに使用可能なハイドライド気相エピタキシ装置の概略構成を示す。図5の装置は、第1のガス導入口51、第2のガス導入口52および排気口53を有する石英の反応チャンバ54と、この反応チャンバ54の外部からチャンバー内全体を加熱するための抵抗加熱ヒーター55とを備える。反応チャンバ54内の上部には、金属Ga59を収納した石英ボート58が、第1のガス導入口51から導入された原料ガスが石英ボート58内に吹き込まれるよう配置されている。さらに反応チャンバ54内には、基板ホルダ56が設けられ、基板57がその上に搭載される。
Example 2
FIG. 5 shows a schematic configuration of a hydride vapor phase epitaxy apparatus that can be used to manufacture the epitaxial wafer of the present invention by the method of the present invention. The apparatus of FIG. 5 includes a
本実施例では、上記の装置を用いて、以下のように本発明の方法で本発明のエピタキシャルウェハを作製した。先ず、石英ボート58内に金属Ga59を収納し、反応チャンバ54内の基板ホルダ56にGaAs(111)A面基板57を搭載した。次に、抵抗加熱ヒーター55により外部からチャンバ54内全体を加熱して、金属Ga59を800℃以上に基板57を500℃に保持した状態で、第1のガス導入口51から塩化水素ガス(HCl)を分圧6.4×10-4atmで、第2のガス導入口52からはV族原料としてアンモニアガス(NH3)を0.11atmで導入した。キャリアガスとしては水素ガスを用いた。HClガスは石英ボート58内に吹き込まれ、金属Ga59と反応してGaClを生成し、GaClはチャンバ54の下流に運ばれた。このような条件で成膜を行い、GaNバッファ層を形成した。GaNバッファ層が厚さ90nmになったところでHClガスの供給を止めてバッファ層の成長を停止した。
In this example, the epitaxial wafer of the present invention was manufactured by the method of the present invention using the above apparatus as follows. First, the
次に、このようにGaNバッファ層が形成された基板57の温度を、NH3を流したままで、抵抗加熱ヒーター55により980℃まで昇温した後、再度HClガスの供給を開始し、GaNバッファ層上にGaNエピタキシャル層を成長させた。HCl、NH3の分圧はそれぞれ2.4×10-3atm、0.11atmという条件で、成膜を行った。基板温度は1030℃程度でも成膜は可能であるが、GaAs基板がNH3ガスと反応して激しく損傷するので、1000℃以下が好ましい。
Next, the temperature of the
GaN層が約4μmに成長したら、HClの供給を止め、NH3を流したままで冷却する。こうして、バッファ層上に、厚さ4μmの鏡面状のGaNエピタキシャル層が形成された。SIMS分析によると実施例1のものとは異なり炭素不純物は検出限界以下であった。電気特性をHall測定により求めたところn型キャリア濃度1×1018(cm-3)、電子移動度250(cm2/Vs)、X線半値幅は約5.2分であった。 When the GaN layer grows to about 4 μm, the supply of HCl is stopped and cooling is performed with NH 3 flowing. Thus, a mirror-like GaN epitaxial layer having a thickness of 4 μm was formed on the buffer layer. According to SIMS analysis, unlike in Example 1, carbon impurities were below the detection limit. When the electrical characteristics were determined by Hall measurement, the n-type carrier concentration was 1 × 10 18 (cm −3 ), the electron mobility was 250 (cm 2 / Vs), and the X-ray half width was about 5.2 minutes.
比較例1
バッファ層の厚さの違いによるGaNエピタキシャル層成長の差異を比べるため、GaAs(111)A面基板1の上に30nmのバッファ層を成膜した後に、GaNエピタキシャル層を成膜した。なお、バッファ層の厚さ以外のバッファ層、エピタキシャル層の成長条件は実施例1と同条件とした。その結果、GaAs基板上のGaN膜は完全に剥離した。
Comparative Example 1
In order to compare the difference in the growth of the GaN epitaxial layer due to the difference in the thickness of the buffer layer, a GaN epitaxial layer was formed after forming a 30 nm buffer layer on the GaAs (111)
比較例2
成長速度の違いによるGaNエピタキシャル層成長の差異を比べるため、GaNエピタキシャル層を成長速度3μm/hで成膜した。成長速度はTMGの投入量により変更するため、本比較例では、原料TMG、HCl、NH3の分圧はそれぞれ4.8×10-4atm、4.8×10-4atm、0.11atmである。なお、エピタキシャル層成長時の原料分圧以外のバッファ層、エピタキシャル層の成長条件は実施例1と同条件とした。その結果、GaAs基板上のGaN膜は完全に剥離した。
Comparative Example 2
In order to compare the difference in GaN epitaxial layer growth due to the difference in growth rate, a GaN epitaxial layer was formed at a growth rate of 3 μm / h. In this comparative example, the partial pressures of the raw materials TMG, HCl, and NH 3 are 4.8 × 10 −4 atm, 4.8 × 10 −4 atm, and 0.11 atm, respectively, because the growth rate changes depending on the amount of TMG input. The growth conditions of the buffer layer and the epitaxial layer other than the raw material partial pressure during the epitaxial layer growth were the same as those in Example 1. As a result, the GaN film on the GaAs substrate was completely peeled off.
比較例3
成長温度の違いによるGaNエピタキシャル層成長の差異を比べるため、GaNエピタキシャル層を成長温度800℃で成膜した。なお、エピタキシャル層の成長温度以外のバッファ層、エピタキシャル層の成長条件は実施例1と同条件とした。その結果、バッファ層12上に、厚さ3μmの鏡面状のGaNエピタキシャル層13が形成された。X線回折測定の結果、六方晶GaNのピークが観測され、GaNエピタキシャル層13は六方晶GaNで構成されていることが確認された。電気特性をHall測定により求めたところn型キャリア濃度1×1019(cm-3)、電子移動度100(cm2/Vs)であった。
Comparative Example 3
In order to compare the difference in GaN epitaxial layer growth due to the difference in growth temperature, a GaN epitaxial layer was formed at a growth temperature of 800 ° C. The growth conditions of the buffer layer and the epitaxial layer other than the growth temperature of the epitaxial layer were the same as those in Example 1. As a result, a mirror-like
以上説明したように、この発明によれば、立方晶半導体(111)基板上に青色LEDの作製に十分な高品質のGaNエピタキシャルウェハを製造することが可能になる。GaAs(111)等の基板を使用することにより、従来よりも素子分離が容易で、電気的コンタクトも容易に形成できる青色LEDが得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a high-quality GaN epitaxial wafer sufficient for producing a blue LED on a cubic semiconductor (111) substrate. By using a substrate such as GaAs (111), it is possible to obtain a blue LED in which element isolation is easier than before and electrical contacts can be easily formed.
1 サファイア基板
2 GaNバッファ層
3 GaNエピタキシャル層
4 クラッド層
5 発光層
6 クラッド層
7 コンタクト層
8 オーミック電極
9 オーミック電極
11 GaAs基板
12 第1のGaN層
13 GaNエピタキシャル層
51 第1のガス導入口
52 第2のガス導入口
53 排気口
54 反応チャンバ
55 抵抗加熱ヒータ
56 サセプタ
57 基板
58 石英ボート
59 金属Ga
DESCRIPTION OF
11 GaAs substrate
12 First GaN layer
13 GaN epitaxial layer
51 First gas inlet
52 Second gas inlet
53 Exhaust vent
54 Reaction chamber
55 Resistance heater
56 Susceptor
57 PCB
58 Quartz boat
59 Metal Ga
Claims (1)
或いは、HClを含む第1の原料ガスと、NH3を含む第2の原料ガスを外部から加熱された反応管内に供給し、前記反応管内部に配置された容器内に収納された金属Gaと第1の原料ガスに含まれたHClとを反応させてGaClを生成させ、
前記反応管内に設置されたGaAs(111)A面基板上に400℃以上600℃以下の温度で厚み60nm以上のバッファ層を気相成長させる工程と、
前記バッファ層を形成した前記基板の温度を、NH3ガスを前記基板に供給しながら、上昇させてバッファ層の結晶性を向上させる工程と、
前記第1および第2の原料ガスを、850℃以上1030℃以下に加熱された反応管内に供給し、4μm/時以上10μm/時以下のGaN層の成長速度で前記バッファ層上にGaN層を成長させる工程と
を備えることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法。 Supplying a first source gas containing an organic metal containing Ga and HCl, and a second source gas containing NH 3 into a reaction tube heated from the outside;
Alternatively, a first raw material gas containing HCl and a second raw material gas containing NH 3 are supplied into a reaction tube heated from the outside, and a metal Ga stored in a container disposed inside the reaction tube; React with HCl contained in the first source gas to generate GaCl;
Vapor-phase growth of a buffer layer having a thickness of 60 nm or more on a GaAs (111) A-plane substrate installed in the reaction tube at a temperature of 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower;
Increasing the temperature of the substrate on which the buffer layer is formed while supplying NH 3 gas to the substrate to improve the crystallinity of the buffer layer;
The first and second source gases are supplied into a reaction tube heated to 850 ° C. or higher and 1030 ° C. or lower, and a GaN layer is formed on the buffer layer at a growth rate of 4 μm / hour or more and 10 μm / hour or less. And a step of growing the epitaxial wafer.
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