JP5731785B2 - Multilayer semiconductor and method of manufacturing multilayer semiconductor - Google Patents

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Description

本発明は、積層半導体および積層半導体の製造方法に関し、特に結晶成長を行うための成長用基板と半導体膜との格子不整合を緩和する半導体膜の積層構造に関する。   The present invention relates to a stacked semiconductor and a method for manufacturing the stacked semiconductor, and more particularly to a stacked structure of a semiconductor film that alleviates lattice mismatch between a growth substrate and a semiconductor film for crystal growth.

従来技術Conventional technology

GaN系窒化物半導体は、可視光から紫外線に亘る波長領域の光を放射するLEDやレーザダイオード等の発光デバイスに応用され、その高機能化が進んでいる。GaN系窒化物半導体デバイスの作製においては、主にサファイア基板が結晶成長用基板として用いられている。しかしながら、サファイア基板とGaN系窒化物半導体とでは格子定数が大きく異なるため、サファイア基板上に直接GaN系窒化物半導体膜を形成すると欠陥密度が大きくなり、良質な半導体膜を得ることができない。かかる格子不整合に起因する格子歪みを緩和するべく、サファイア基板とGaN系窒化物半導体層(デバイス層)との間にアモルファス状態または多結晶状態を呈するバッファ層を挿入することが行われている。   GaN-based nitride semiconductors are applied to light-emitting devices such as LEDs and laser diodes that emit light in the wavelength range from visible light to ultraviolet light, and their functions are being advanced. In the manufacture of GaN-based nitride semiconductor devices, sapphire substrates are mainly used as crystal growth substrates. However, since the lattice constants of sapphire substrates and GaN-based nitride semiconductors are greatly different, if a GaN-based nitride semiconductor film is directly formed on a sapphire substrate, the defect density increases and a high-quality semiconductor film cannot be obtained. In order to alleviate lattice distortion caused by such lattice mismatch, a buffer layer exhibiting an amorphous state or a polycrystalline state is inserted between the sapphire substrate and the GaN-based nitride semiconductor layer (device layer). .

特許文献1および特許文献2には、成長用基板上に単結晶成長温度よりも低い温度で形成された多層膜からなる第1バッファ層と、単結晶成長温度で形成され、第1バッファ層に接する層がGaおよびInを含まない窒化物からなる多層膜からなる第2バッファ層とを有する半導体素子が開示されている。   In Patent Document 1 and Patent Document 2, a first buffer layer composed of a multilayer film formed on a growth substrate at a temperature lower than a single crystal growth temperature, and a first buffer layer formed at a single crystal growth temperature. A semiconductor element is disclosed in which a layer in contact therewith has a second buffer layer made of a multilayer film made of a nitride containing no Ga and In.

特許文献3には、成長用基板上に単結晶成長温度よりも低い温度で形成されたAlx1Gay1In1-x1-y1N(0≦X1≦1、0≦y1≦1、0≦x1+y1≦1)からなるバッファ層と、単結晶成長温度で形成されたAlx2Gay2In1-x2-y2N(0≦X2≦1、0≦y2≦1、0≦x2+y2≦1、x1=x2、y1=y2)からなる層を交互に3層以上積層させたIII族窒化物半導体が開示されている。 Patent Document 3 discloses that Al x1 Ga y1 In 1-x1-y1 N (0 ≦ X1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ x1) formed on a growth substrate at a temperature lower than the single crystal growth temperature. + y1 ≦ 1) and a buffer layer made of Al x2 Ga y2 In 1-x2-y2 N (0 ≦ X2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, 0 ≦ x2 + y2 ≦ 1) , X1 = x2, y1 = y2), a group III nitride semiconductor in which three or more layers are alternately stacked is disclosed.

特許第3505405号公報Japanese Patent No. 3505405 特許第3976723号公報Japanese Patent No. 3976723 特許第3712770号公報Japanese Patent No. 3712770

バッファ層を有する半導体装置における技術的な課題として以下の2点が挙げられる。第1にバッファ層を成長用基板とデバイス層との間に挿入したとしても、格子歪や貫通転位を完全に防ぐことは困難であり、結晶性の更なる改善が要求されている。   The following two points are cited as technical problems in a semiconductor device having a buffer layer. First, even if a buffer layer is inserted between the growth substrate and the device layer, it is difficult to completely prevent lattice distortion and threading dislocations, and further improvement in crystallinity is required.

第2にバッファ層において導電性を得ようとすると、バッファ層の上に形成されるデバイスの結晶性が著しく悪くなることである。一般的に、n型の導電型を有する窒化物半導体膜を形成する場合、シリコン(Si)をドープしながら結晶成長を行う。しかしながら、窒化物半導体にSiをドープすると原子配列に乱れが生じ、結晶性が劣化する。一般的にバッファ層は比較的低温で形成され、アモルファス状態または多結晶状態を呈するが、その後高温に曝されることにより、最表面は単結晶ライクなアモルファス状態となる。バッファ層にSiをドープした場合、この単結晶ライクな表層の結晶性が劣化するため、その上に形成されるデバイス層の結晶性に悪影響を及ぼす。Siドープによる結晶性の劣化は、ドープ濃度が増大するにつれて顕著となる。   Second, if it is attempted to obtain conductivity in the buffer layer, the crystallinity of the device formed on the buffer layer is significantly deteriorated. Generally, when forming a nitride semiconductor film having n-type conductivity, crystal growth is performed while doping silicon (Si). However, when the nitride semiconductor is doped with Si, the atomic arrangement is disturbed and the crystallinity is deteriorated. In general, the buffer layer is formed at a relatively low temperature and exhibits an amorphous state or a polycrystalline state. However, when exposed to a high temperature, the outermost surface becomes a single crystal-like amorphous state. When the buffer layer is doped with Si, the crystallinity of the single crystal-like surface layer is deteriorated, which adversely affects the crystallinity of the device layer formed thereon. The deterioration of crystallinity due to Si doping becomes more prominent as the doping concentration increases.

従来においては、Siドープによる結晶性の劣化を避けるためバッファ層に導電性を付与しないか、あるいは結晶性を犠牲にすることとで対応していた。例えば、成長用基板を除去することにより作製されるいわゆるシンフィルムLEDを製造する場合、バッファ層が導電性を有していない場合には、バッファ層を研磨するなどしてn型半導体層(デバイス層)を露出させる必要がある。しかしながら、研磨工程を追加することは、歩留りの低下やコストアップを招く。一方、SiC基板等の導電性を有する成長用基板を用いるタイプの半導体装置においては、電流経路を確保するために結晶性を犠牲にしてバッファ層に導電性を持たせる必要がある。   Conventionally, in order to avoid the deterioration of crystallinity due to Si doping, the buffer layer is not provided with conductivity, or the crystallinity is sacrificed. For example, in the case of manufacturing a so-called thin film LED manufactured by removing the growth substrate, if the buffer layer does not have conductivity, the buffer layer is polished to obtain an n-type semiconductor layer (device Layer) needs to be exposed. However, adding a polishing step causes a decrease in yield and an increase in cost. On the other hand, in a semiconductor device using a growth substrate having conductivity such as a SiC substrate, it is necessary to make the buffer layer conductive at the expense of crystallinity in order to secure a current path.

上記した各特許文献は、貫通転位や格子歪みを低減し、結晶性が良好な半導体膜を得るための技術に関するものであるが、バッファ層に導電性を持たせた場合の悪影響への対処についてはいずれも言及していない。   Each of the above-mentioned patent documents relates to a technique for reducing threading dislocations and lattice distortion and obtaining a semiconductor film with good crystallinity, but dealing with adverse effects when the buffer layer is made conductive. Does not mention any.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、バッファ層に導電性を持たせつつもバッファ層上に形成されるデバイス層において良好な結晶性を確保することができる積層半導体およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a point, and a laminated semiconductor capable of ensuring good crystallinity in a device layer formed on a buffer layer while providing conductivity to the buffer layer, and its manufacture It aims to provide a method.

本発明の積層半導体の製造方法は、GaN系窒化物半導体膜を含む積層半導体の製造方法であって、前記GaN系窒化物半導体膜とは異種の材料からなる成長用基板上に第1のバッファ層および第2のバッファ層を交互に3回以上繰り返し積層した中間層を形成する工程と、前記中間層の上にGaN系窒化物半導体膜を成長させてデバイス層を形成する工程と、を含み、前記第1のバッファ層は、単結晶成長温度よりも低い温度でシリコンをドープしつつIn x Ga 1-x N(0<x≦1)膜を成長させることにより形成され、前記第2のバッファ層は、単結晶成長温度でシリコンをドープしつつ互いに組成の異なる2種類のGaN系窒化物半導体膜を交互に繰り返し成長させることにより形成され、前記第2のバッファ層は、前記デバイス層を構成する前記GaN系窒化物半導体膜の格子定数と前記成長用基板の格子定数の中間の格子定数を有するIn x Ga 1-x N(0<x≦1)からなる歪み緩和層と、GaN層とを交互に繰り返し積層して形成され、前記第1のバッファ層は、前記第2のバッファ層よりも高濃度でシリコンドープされ、前記中間層を形成する工程においては、前記成長用基板上に、前記第1のバッファ層及び前記第2のバッファ層をこの順で順次形成する積層工程を、3回以上繰り返して行い、前記デバイス層を形成する工程において、前記デバイス層は前記第2のバッファ層に隣接して形成され、前記中間層は、前記第1のバッファ層及び前記第2のバッファ層を前記単結晶成長温度に曝され続けることで、前記第2のバッファ層よりも高濃度でシリコンドープされた第1のバッファ層から前記第2のバッファ層に向けて前記シリコンの原子が拡散し、前記中間層の全体で略一定の導電率を有することを特徴としている。 The method for producing a laminated semiconductor according to the present invention is a method for producing a laminated semiconductor including a GaN-based nitride semiconductor film, wherein the first buffer is formed on a growth substrate made of a material different from the GaN-based nitride semiconductor film. Forming an intermediate layer in which layers and second buffer layers are alternately and repeatedly stacked three or more times, and growing a GaN-based nitride semiconductor film on the intermediate layer to form a device layer. The first buffer layer is formed by growing an In x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) film while doping silicon at a temperature lower than a single crystal growth temperature, buffer layer, while doping the silicon single crystal growth temperature is formed by repeatedly alternately growing two kinds of GaN based nitride semiconductor films having different compositions from each other, the second buffer layer, said device layer A strain reducing layer made of In x Ga 1-x N ( 0 <x ≦ 1) having an intermediate lattice constant of the GaN-based nitride semiconductor layer lattice constant and the lattice constant of the growth substrate constituting, GaN layer And the first buffer layer is doped with silicon at a higher concentration than the second buffer layer. In the step of forming the intermediate layer, the first buffer layer is formed on the growth substrate. In the step of sequentially forming the first buffer layer and the second buffer layer in this order three or more times and forming the device layer, the device layer is the second buffer layer. The intermediate layer is formed at a higher concentration than the second buffer layer by continuously exposing the first buffer layer and the second buffer layer to the single crystal growth temperature. Silicon dough Is characterized in that is the first from the buffer layer of the silicon toward the second buffer layer atoms are diffused with, it has a substantially constant conductivity across the intermediate layer.

また、本発明の積層半導体は、GaN系窒化物半導体膜を含む積層半導体であって、
前記GaN系窒化物半導体膜とは異種の材料からなる成長用基板と、前記成長用基板上に設けられ、第1のバッファ層と第2のバッファ層とを交互に3回以上繰り返し積層して形成される中間層と、前記中間層の上に設けられたGaN系窒化物半導体からなるデバイス層と、を含み、前記第1のバッファ層は、単結晶成長温度よりも低い成長温度で形成され且つシリコンドープされたIn x Ga 1-x N(0<x≦1)からなり、前記第2のバッファ層は、単結晶成長温度で形成され且つシリコンドープされた互いに組成の異なる2種類のGaN系窒化物半導体膜を交互に繰り返し積層して形成され、前記第2のバッファ層は、前記デバイス層を構成する前記GaN系窒化物半導体膜の格子定数と前記成長用基板の格子定数の中間の格子定数を有するIn x Ga 1-x N(0<x≦1)からなる歪み緩和層と、GaN層とを交互に繰り返し積層して形成され、前記第1のバッファ層は、前記第2のバッファ層よりも高濃度でシリコンドープされ、前記成長用基板は、前記第1のバッファ層に隣接し、前記デバイス層は、前記第2のバッファ層に隣接して形成され、前記中間層は、前記第1のバッファ層から前記第2のバッファ層に向けて前記シリコンの原子が拡散し、前記第1のバッファ層と前記第2のバッファ層との間のシリコン濃度の差が縮小することによって、前記中間層全体が導電性を有することを特徴としている。
The laminated semiconductor of the present invention is a laminated semiconductor including a GaN-based nitride semiconductor film,
The growth substrate made of a different material from the GaN-based nitride semiconductor film and the growth substrate are provided on the growth substrate, and the first buffer layer and the second buffer layer are alternately and repeatedly stacked three or more times. An intermediate layer to be formed; and a device layer made of a GaN-based nitride semiconductor provided on the intermediate layer, wherein the first buffer layer is formed at a growth temperature lower than a single crystal growth temperature. In addition , the second buffer layer is made of silicon-doped In x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) , and the second buffer layer is formed at a single crystal growth temperature and is silicon-doped two types of GaN having different compositions from each other The second buffer layer is formed between the lattice constant of the GaN-based nitride semiconductor film constituting the device layer and the lattice constant of the growth substrate. Lattice constant A strain reducing layer made of In x Ga 1-x N ( 0 <x ≦ 1) which is formed by repeatedly alternately laminating GaN layer, the first buffer layer, from the second buffer layer The growth substrate is adjacent to the first buffer layer, the device layer is formed adjacent to the second buffer layer, and the intermediate layer is the first buffer layer. The silicon atoms diffuse from the buffer layer toward the second buffer layer, and the difference in silicon concentration between the first buffer layer and the second buffer layer is reduced. The entire layer is characterized by conductivity .

本発明の積層半導体およびその製造方法によれば、バッファ層に導電性を持たせつつもバッファ層上に形成されるデバイス層において良好な結晶性を得ることが可能となる。   According to the laminated semiconductor and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to obtain good crystallinity in the device layer formed on the buffer layer while making the buffer layer conductive.

本発明の実施例である積層半導体の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the laminated semiconductor which is an Example of this invention. 本発明の実施例である積層半導体の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the laminated semiconductor which is an Example of this invention. 本発明の実施例である積層半導体の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the laminated semiconductor which is an Example of this invention. 本発明の実施例である積層半導体の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the laminated semiconductor which is an Example of this invention. 本発明の実施例である第1および第2バッファ層におけるSiの濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the density | concentration profile of Si in the 1st and 2nd buffer layer which is an Example of this invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素および部分には同一の参照符を付している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, substantially the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals.

図1は本発明の実施例に係る積層半導体1の構成を示す断面図である。積層半導体1は、成長用基板10とGaN系窒化物半導体からなるデバイス層30との間にGaN系窒化物半導体からなる第1のバッファ層21および第2のバッファ層22が交互に3層ずつ積層されて構成される。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a laminated semiconductor 1 according to an embodiment of the present invention. The laminated semiconductor 1 includes three first buffer layers 21 and two second buffer layers 22 made of GaN-based nitride semiconductor alternately between the growth substrate 10 and the device layer 30 made of GaN-based nitride semiconductor. It is constructed by stacking.

成長用基板10は、GaN系窒化物半導体膜の結晶成長を行うための基板であり、例えばGaN系窒化物半導体とは異種の材料からなるC面サファイア基板である。サファイアとGaNとの格子定数の差は16%と大きく、サファイア基板上に直接デバイス層を成長した場合、基板とGaNとの間の格子定数のミスマッチを吸収するために貫通転位等の欠陥が多数生じ結晶性が悪くなる。このため、本実施例では成長用基板10とデバイス層30との間に第1のバッファ層21および第2のバッファ22を交互に積層した中間層20を挿入することで格子不整合に起因する格子歪みおよび貫通転位の発生を抑制している。   The growth substrate 10 is a substrate for crystal growth of a GaN-based nitride semiconductor film, for example, a C-plane sapphire substrate made of a material different from that of a GaN-based nitride semiconductor. The difference in lattice constant between sapphire and GaN is as large as 16%. When the device layer is grown directly on the sapphire substrate, many defects such as threading dislocations are absorbed to absorb the lattice constant mismatch between the substrate and GaN. Resulting in poor crystallinity. For this reason, in this embodiment, the intermediate layer 20 in which the first buffer layer 21 and the second buffer 22 are alternately stacked is inserted between the growth substrate 10 and the device layer 30, thereby causing lattice mismatch. Generation of lattice distortion and threading dislocation is suppressed.

成長用基板10上には、厚さ約30nmの第1のバッファ層21が形成される。第1のバッファ層は、GaN系窒化物半導体からなる例えばInGa1-xN(0≦x≦1)で表されるアモルファス層(無定形層)または多結晶層である。第1のバッファ層21は、単結晶成長温度よりも低い成長温度で形成されることにより、アモルファス状態または多結晶状態を呈する。尚、単結晶成長温度とは略単結晶状態の半導体膜が形成される範囲の温度をいう。略単結晶状態とは半導体膜全体が単結晶の状態であるもの又は半導体膜の一部がアモルファス状態若しくは多結晶状態であるものの殆どの部分が単結晶状態であるものを含む。第1のバッファ層21は、比較的高濃度(例えば5×1019atom/cm)のSiをドープしながら結晶成長を行うことにより形成され、導電性を有している。 A first buffer layer 21 having a thickness of about 30 nm is formed on the growth substrate 10. The first buffer layer is an amorphous layer (amorphous layer) or a polycrystalline layer represented by, for example, In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) made of a GaN-based nitride semiconductor. The first buffer layer 21 exhibits an amorphous state or a polycrystalline state by being formed at a growth temperature lower than the single crystal growth temperature. Note that the single crystal growth temperature refers to a temperature in a range where a substantially single crystal semiconductor film is formed. The substantially single crystal state includes one in which the entire semiconductor film is in a single crystal state, or one in which a part of the semiconductor film is in an amorphous state or a polycrystalline state, but most of the portion is in a single crystal state. The first buffer layer 21 is formed by crystal growth while doping Si at a relatively high concentration (for example, 5 × 10 19 atoms / cm 3 ), and has conductivity.

第1のバッファ層21の上には、第2のバッファ層22が形成される。第2のバッファ層は、InGa1-xN(0<x≦1)からなる厚さ5nm程度の歪み緩和層22aとGaNからなる厚さ5nm程度のGaN層22bとを繰り返し積層した多層構造を有する。本実施例では歪み緩和層22aとGaN層22bをこの順で交互に4回繰り返して積層している。すなわち、第2のバッファ層22は8つの層により構成されている。緩和層22aは、GaN層22bと異なる組成を有し、且つデバイス層30を構成するGaN系窒化物半導体の格子定数と成長用基板の格子定数の中間の格子定数を有するGaN系窒化物半導体により構成することができる。このような歪み緩和層22aがGaN層22bと交互に積層されることにより、成長用基板10とデバイス層30との間の格子不整合に起因する格子歪みが緩和され、デバイス層30の結晶性を改善することができる。 A second buffer layer 22 is formed on the first buffer layer 21. The second buffer layer is a multilayer in which a strain relaxation layer 22a made of In x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) and a GaN layer 22b made of GaN and having a thickness of about 5 nm are repeatedly stacked. It has a structure. In this embodiment, the strain relaxation layers 22a and the GaN layers 22b are alternately stacked in this order four times. That is, the second buffer layer 22 is composed of eight layers. The relaxation layer 22a is made of a GaN-based nitride semiconductor having a composition different from that of the GaN layer 22b and having a lattice constant intermediate between the lattice constant of the GaN-based nitride semiconductor constituting the device layer 30 and the lattice constant of the growth substrate. Can be configured. By laminating such strain relaxation layers 22a alternately with the GaN layers 22b, lattice strain caused by lattice mismatch between the growth substrate 10 and the device layer 30 is relaxed, and the crystallinity of the device layer 30 is reduced. Can be improved.

尚、第2のバッファ層22の最下層は、歪み緩和層22a又はGaN層22bのいずれであってもよい。第2のバッファ層22に隣接するデバイス層30の最下層の組成がGaNである場合、第2のバッファ層22の最上層はGaN層22bであることが好ましい。これは、第2バッファ層22とデバイス層30において互いに隣接する層の組成を一致させることにより、デバイス層30において欠陥の少ない良質な半導体膜を得ることができるからである。   Note that the lowermost layer of the second buffer layer 22 may be either the strain relaxation layer 22a or the GaN layer 22b. When the composition of the lowermost layer of the device layer 30 adjacent to the second buffer layer 22 is GaN, the uppermost layer of the second buffer layer 22 is preferably the GaN layer 22b. This is because a high-quality semiconductor film with few defects in the device layer 30 can be obtained by matching the compositions of the layers adjacent to each other in the second buffer layer 22 and the device layer 30.

第2のバッファ層22を構成する歪み緩和層22aおよびGaN層22bは、いずれも単結晶成長温度で形成されることにより、単結晶状態を呈する。歪み緩和層22aおよびGaN層22bは、それぞれ、比較的低濃度(例えば1×1016atom/cm)のSiをドープしながら結晶成長を行うことにより形成され、導電性を有している。 The strain relaxation layer 22a and the GaN layer 22b constituting the second buffer layer 22 are both formed at a single crystal growth temperature, thereby exhibiting a single crystal state. Each of the strain relaxation layer 22a and the GaN layer 22b is formed by crystal growth while doping Si at a relatively low concentration (for example, 1 × 10 16 atoms / cm 3 ), and has conductivity.

第1のバッファ層21および第2のバッファ層22は、交互に繰り返し積層され、これにより中間層20が構成される。中間層20は例えば第1のバッファ層21および第2のバッファ層22を交互に繰り返し3回ずつ積層することにより形成される。   The first buffer layer 21 and the second buffer layer 22 are alternately and repeatedly stacked, whereby the intermediate layer 20 is configured. The intermediate layer 20 is formed, for example, by alternately stacking the first buffer layer 21 and the second buffer layer 22 three times each.

デバイス層30は、単結晶状態を呈する最上層に位置する第2のバッファ層22の上に形成される。積層半導体1が例えば半導体発光装置である場合、デバイス層30はGaN系窒化物半導体からなるn型半導体層、活性層、p型半導体層により構成される。より詳細な構成を例示すると、第2のバッファ層22の上には、厚さ4μm程度のGaNからなるn型コンタクト層が形成される。n型コンタクト層の上には、活性層が形成される。活性層はInGaN井戸層/GaN障壁層を交互に繰り返し積層した多重量子井戸構造を有していてもよい。活性層の上には、厚さ40nm程度のAlGaNからなるp型クラッドが形成され、p型クラッド層の上には厚さ150nm程度のp型コンタクト層が形成される。   The device layer 30 is formed on the second buffer layer 22 located in the uppermost layer exhibiting a single crystal state. When the stacked semiconductor 1 is, for example, a semiconductor light emitting device, the device layer 30 includes an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer made of a GaN-based nitride semiconductor. To illustrate a more detailed configuration, an n-type contact layer made of GaN having a thickness of about 4 μm is formed on the second buffer layer 22. An active layer is formed on the n-type contact layer. The active layer may have a multiple quantum well structure in which InGaN well layers / GaN barrier layers are alternately and repeatedly stacked. A p-type cladding made of AlGaN having a thickness of about 40 nm is formed on the active layer, and a p-type contact layer having a thickness of about 150 nm is formed on the p-type cladding layer.

上記した構造を有する積層半導体1の製造方法について以下に説明する。尚、以下においては、積層半導体1が半導体発光装置を構成している場合を例に説明する。   A method for manufacturing the laminated semiconductor 1 having the above-described structure will be described below. In the following, a case where the stacked semiconductor 1 constitutes a semiconductor light emitting device will be described as an example.

図2〜図4は、積層半導体1の製造工程におけるプロセスステップ毎の断面図である。はじめに、成長用基板10を用意する。本実施例では、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によりGaN系窒化物半導体層を形成することができるC面サファイア基板を成長用基板として用いた。成長用基板10をMOCVD装置に投入し、約1000℃の水素雰囲気中で10分程度の加熱を行った(サーマルクリーニング)。   2 to 4 are cross-sectional views for each process step in the manufacturing process of the laminated semiconductor 1. First, the growth substrate 10 is prepared. In this example, a C-plane sapphire substrate on which a GaN-based nitride semiconductor layer can be formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) was used as a growth substrate. The growth substrate 10 was put into an MOCVD apparatus and heated for about 10 minutes in a hydrogen atmosphere at about 1000 ° C. (thermal cleaning).

(第1のバッファ層の形成工程)
基板温度(成長温度)を単結晶成長温度よりも低い温度(低成長温度)である約500℃とし、トリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH )およびドーパントとしてシラン(SiH)を供給して濃度5×1019atom/cmのSiを含むGaNからなる厚さ30nm程度の第1のバッファ層21を形成した。第1のバッファ層21は、上記成長温度で成膜されることにより、アモルファス状態または多結晶状態を呈する。尚、成長温度は、アモルファス状態の膜を形成し得る温度、すなわち350〜800℃の範囲に設定することができる。Si濃度は、第1および第2のバッファ層において目標とする導電率が得られるように設定され、例えば1×1019atom/cm以上1×1021atom/cm以下の範囲に設定することができる。第1バッファ層21の厚さは例えば20〜40nmの範囲に設定することができる(図2(a))。
(First buffer layer forming step)
The substrate temperature (growth temperature) is about 500 ° C., which is lower than the single crystal growth temperature (low growth temperature), and trimethylgallium (TMG), ammonia (NH 3 ), and silane (SiH 4 ) as a dopant are supplied. A first buffer layer 21 made of GaN containing Si with a concentration of 5 × 10 19 atoms / cm 3 and having a thickness of about 30 nm was formed. The first buffer layer 21 is formed at the above growth temperature, thereby exhibiting an amorphous state or a polycrystalline state. The growth temperature can be set to a temperature at which an amorphous film can be formed, that is, in the range of 350 to 800 ° C. The Si concentration is set so as to obtain a target conductivity in the first and second buffer layers, and is set to a range of, for example, 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less. be able to. The thickness of the first buffer layer 21 can be set, for example, in the range of 20 to 40 nm (FIG. 2A).

(第2のバッファ層の形成工程)
基板温度(成長温度)を単結晶成長温度(高成長温度)である1000℃に設定し、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、アンモニア(NH)およびドーパントとしてシラン(SiH)を供給して、第1のバッファ層21上に濃度1×1016atom/cmのSiを含むInGaNからなる厚さ5nm程度の歪み緩和層22aを形成した。続いてトリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH)およびドーパントとしてシラン(SiH)を供給して、歪み緩和層22a上に濃度1×1016atom/cmのSiを含む厚さ5nm程度のGaN層22bを形成した。上記の処理を交互に4回ずつ繰り返すことにより歪み緩和層22aとGaN層22bとが交互に積層された8層からなる第2のバッファ層22を形成した。歪み緩和層22aおよびGaN層22bは、上記成長温度で成膜されることにより、いずれも単結晶状態を呈する。第2のバッファ層22におけるSi濃度が、第1バッファ層21におけるSi濃度よりも低くなるようにSiドープを行った。
(Second buffer layer forming step)
The substrate temperature (growth temperature) is set to a single crystal growth temperature (high growth temperature) 1000 ° C., and trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), ammonia (NH 3 ), and silane (SiH 4 ) as a dopant are used. Then, a strain relaxation layer 22 a having a thickness of about 5 nm and made of InGaN containing Si at a concentration of 1 × 10 16 atoms / cm 3 was formed on the first buffer layer 21. Subsequently, trimethyl gallium (TMG), ammonia (NH 3 ), and silane (SiH 4 ) as a dopant are supplied, and the strain relaxation layer 22a contains Si having a concentration of 1 × 10 16 atoms / cm 3 with a thickness of about 5 nm. A GaN layer 22b was formed. By repeating the above process four times alternately, the second buffer layer 22 composed of eight layers in which the strain relaxation layers 22a and the GaN layers 22b are alternately stacked was formed. The strain relaxation layer 22a and the GaN layer 22b are both formed in the above-described growth temperature, thereby exhibiting a single crystal state. Si doping was performed so that the Si concentration in the second buffer layer 22 was lower than the Si concentration in the first buffer layer 21.

尚、第2バッファ層22の成長温度は、単結晶の半導体膜を形成し得る温度、すなわち9000〜1200℃の範囲に設定することができる。Si濃度は、第1のバッファ層におけるSi濃度よりも低く且つ第1および第2のバッファ層において目標とする導電率が得られるように設定され、例えば1×1015atom/cm以上1×1018atom/cm以下の範囲に設定することができる。歪み緩和層22aおよびGaN層22bの厚さは例えば4〜10nmの範囲に設定することができる。第2のバッファ22の最下層は、InGaNからなる歪み緩和層22aまたはGaN層22bのいずれであってもよいが、最上層はGaN層22bであることが望ましい(図2(b))。 The growth temperature of the second buffer layer 22 can be set to a temperature at which a single crystal semiconductor film can be formed, that is, a range of 9000 to 1200 ° C. The Si concentration is set to be lower than the Si concentration in the first buffer layer and to obtain a target conductivity in the first and second buffer layers, for example, 1 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 1 × It can be set in a range of 10 18 atoms / cm 3 or less. The thickness of the strain relaxation layer 22a and the GaN layer 22b can be set in a range of 4 to 10 nm, for example. The lowermost layer of the second buffer 22 may be either the strain relaxation layer 22a or the GaN layer 22b made of InGaN, but the uppermost layer is preferably the GaN layer 22b (FIG. 2B).

(第1バッファ層と第2バッファ層の積層工程)
上記した第1のバッファ層21の形成工程と第2のバッファ層の形成工程を交互に繰り返し実施した。これにより、成長用基板10上に第1のバッファ層21と第2のバッファ層22が交互に3層ずつ積層して構成される中間層20が形成された。尚、第1および第2のバッファ層の層数がそれぞれ4層以上であってもよい。第1のバッファ層21および第2のバッファ層22を積層する工程において、積層された各層は高温に曝され続ける。これにより、比較的高濃度でSiドープされた第1のバッファ層21から比較的低濃度でSiドープされた第2のバッファ層22に向けてSi原子が拡散し、第1のバッファ層21と第2のバッファ層22との間のSi濃度の差が縮小し、第1および第2のバッファ層からなる中間層20全体が略一定の導電率を有することとなる(図2(c))。
(Lamination process of the first buffer layer and the second buffer layer)
The formation process of the first buffer layer 21 and the formation process of the second buffer layer were repeated alternately. As a result, the intermediate layer 20 formed by alternately laminating the first buffer layer 21 and the second buffer layer 22 on the growth substrate 10 was formed. Note that the number of first and second buffer layers may be four or more. In the step of laminating the first buffer layer 21 and the second buffer layer 22, the laminated layers are continuously exposed to high temperatures. Thereby, Si atoms diffuse from the first buffer layer 21 doped with Si at a relatively high concentration toward the second buffer layer 22 doped with Si at a relatively low concentration, and the first buffer layer 21 The difference in Si concentration with the second buffer layer 22 is reduced, and the entire intermediate layer 20 composed of the first and second buffer layers has a substantially constant conductivity (FIG. 2C). .

図5に第1および第2のバッファ層におけるSi濃度プロファイルを示す。図中の破線は、各層の成膜直後におけるSi濃度プロファイルを示している。最終的に各層において1×1019atom/cm以上のSi濃度が確保され、十分な導電性を得ることができた。 FIG. 5 shows Si concentration profiles in the first and second buffer layers. The broken line in the figure shows the Si concentration profile immediately after the deposition of each layer. Finally, a Si concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more was secured in each layer, and sufficient conductivity could be obtained.

(デバイス層の形成工程)
最上層に位置する第2のバッファ層22の表面に、n型コンタクト層31、活性層32、p型クラッド層33、p型コンタクト層34により構成されるデバイス層30を形成した。
(Device layer formation process)
A device layer 30 composed of an n-type contact layer 31, an active layer 32, a p-type cladding layer 33, and a p-type contact layer 34 was formed on the surface of the second buffer layer 22 located at the uppermost layer.

基板温度(成長温度)1000℃にてトリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH)、シラン(SiH)を供給し、厚さ4μm程度のGaNからなるn型コンタクト層31を形成した。 Trimethyl gallium (TMG), ammonia (NH 3 ), and silane (SiH 4 ) were supplied at a substrate temperature (growth temperature) of 1000 ° C. to form an n-type contact layer 31 made of GaN having a thickness of about 4 μm.

活性層32にはInGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を適用した。InGaN井戸層/GaN障壁層を1周期として5周期成長を行った。基板温度約700℃でトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、アンモニア(NH )を供給し、厚さ2.2nm程度のInGaN井戸層を形成し、続いてトリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH)を供給し、厚さ15nm程度のGaN障壁層を形成した。かかる処理を5周期分繰り返すことにより活性層32を形成した。 A multiple quantum well structure made of InGaN / GaN was applied to the active layer 32. The InGaN well layer / GaN barrier layer was used as one cycle, and five cycles were grown. Trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI) and ammonia (NH 3 ) are supplied at a substrate temperature of about 700 ° C. to form an InGaN well layer having a thickness of about 2.2 nm, followed by trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) was supplied to form a GaN barrier layer having a thickness of about 15 nm. The active layer 32 was formed by repeating this process for five cycles.

次に、基板温度を870℃まで上げ、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、アンモニア(NH)、CP2Mg(bis-cyclopentadienyl Mg)を供給し、厚さ40nm程度のAlGaNからなるp型クラッド33を形成した。引き続きトリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH)、CP2Mgを供給しGaNからなる厚さ150nm程度のp型コンタクト層34を形成した(図3(a))。 Next, the substrate temperature is raised to 870 ° C., and trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), ammonia (NH 3 ), CP2Mg (bis-cyclopentadienyl Mg) is supplied, and p-type made of AlGaN having a thickness of about 40 nm. A clad 33 was formed. Subsequently, trimethylgallium (TMG), ammonia (NH 3 ), and CP 2 Mg were supplied to form a p-type contact layer 34 made of GaN and having a thickness of about 150 nm (FIG. 3A).

(金属支持体形成工程)
デバイス層30の最表面に設けられたp型コンタクト層34上に支持体40を形成した。本実施例では、熱伝導性(放熱性)、電気伝導性、製造容易性(歩留まり)の観点から支持体40をCuめっき膜により構成した。
(Metal support forming process)
The support 40 was formed on the p-type contact layer 34 provided on the outermost surface of the device layer 30. In this embodiment, the support 40 is made of a Cu plating film from the viewpoints of thermal conductivity (heat dissipation), electrical conductivity, and manufacturability (yield).

はじめに、電子ビーム蒸着法などによりp型コンタクト層34上にPt/Ag/Ti/Pt/Auを順次堆積させ、金属下地層を形成した。次に、ウエハを希硫酸溶液に浸し、めっき開始面となる金属下地層のAu面を酸活性した。続いて、硫酸ニッケルと塩化ニッケルの混合浴にウエハを浸漬して金属下地層上に厚さ2μmのニッケルめっき膜を形成した。続いてウエハを硫酸銅めっき浴に浸漬し、ニッケルめっき膜上に支持体40を構成するCuめっき膜を形成した(図3(b))。   First, Pt / Ag / Ti / Pt / Au was sequentially deposited on the p-type contact layer 34 by an electron beam evaporation method or the like to form a metal underlayer. Next, the wafer was dipped in a dilute sulfuric acid solution, and the Au surface of the metal underlayer serving as the plating start surface was acid activated. Subsequently, the wafer was immersed in a mixed bath of nickel sulfate and nickel chloride to form a nickel plating film having a thickness of 2 μm on the metal underlayer. Subsequently, the wafer was immersed in a copper sulfate plating bath, and a Cu plating film constituting the support 40 was formed on the nickel plating film (FIG. 3B).

尚、支持体40は、他の材料、例えばドープされたSiウエハ若しくはGeウエハ、Cu、CuW等の金属基板を用いることができる。更に、支持体40には、絶縁基板の表面に導電性を形成したものか、導電性を有する基板の表面に絶縁層を介して導電層を形成したものを用いてもよい。また、支持体40の形成方法としては、めっき法に限らず、支持体を構成するウエハや金属基板とデバイス層30とを熱圧着により貼り合わせてもよい。   The support 40 can be made of other materials, for example, a doped Si wafer or Ge wafer, or a metal substrate such as Cu or CuW. Further, the support 40 may be one in which conductivity is formed on the surface of an insulating substrate, or one in which a conductive layer is formed on the surface of a conductive substrate via an insulating layer. Further, the method for forming the support 40 is not limited to the plating method, and the wafer or metal substrate constituting the support and the device layer 30 may be bonded together by thermocompression bonding.

(成長用基板除去工程)
レーザリフトオフ法(LLO法)により結晶成長に使用した成長用基板10であるサファイア基板を除去した。LLO法においては、成長用基板10の裏面側からレーザを照射し、成長用基板10との界面近傍におけるGaN系窒化物半導体膜を金属GaとNガスに分解する。成長用基板10を除去することにより、第1のバッファ層21又は第2のバッファ層22が表出する(図4(a))。
(Growth substrate removal process)
The sapphire substrate, which is the growth substrate 10 used for crystal growth, was removed by a laser lift-off method (LLO method). In the LLO method, a laser is irradiated from the back side of the growth substrate 10 to decompose the GaN-based nitride semiconductor film near the interface with the growth substrate 10 into metal Ga and N 2 gas. By removing the growth substrate 10, the first buffer layer 21 or the second buffer layer 22 is exposed (FIG. 4A).

(電極形成工程)
表出した第1のバッファ層21又は第2のバッファ層22の表面に付着した金属Gaを塩酸等による洗浄によって除去した後、フォトリソグラフィおよび電子ビーム加熱蒸着法などにより、成長用基板10を剥離することによって表出した第1のバッファ層21又は第2のバッファ層22の表面にTi(1nm)/Pt(100nm)/Au(1500nm)を順次堆積させn側電極50を形成した(図4(b))。第1および第2のバッファ層は、導電性を有しているため、これらの層を除去することなくn側電極50を形成することができる。
(Electrode formation process)
After the metal Ga adhering to the surface of the exposed first buffer layer 21 or second buffer layer 22 is removed by cleaning with hydrochloric acid or the like, the growth substrate 10 is peeled off by photolithography, electron beam heating vapor deposition or the like. Then, Ti (1 nm) / Pt (100 nm) / Au (1500 nm) was sequentially deposited on the surface of the first buffer layer 21 or the second buffer layer 22 exposed to form the n-side electrode 50 (FIG. 4). (B)). Since the first and second buffer layers have conductivity, the n-side electrode 50 can be formed without removing these layers.

以上の各工程を経ることにより、積層半導体が完成する。上記した本発明の実施例に係る積層半導体およびその製造方法によれば、以下に示す効果を得ることができる。   Through the above steps, a laminated semiconductor is completed. According to the laminated semiconductor and the manufacturing method thereof according to the embodiments of the present invention described above, the following effects can be obtained.

第1に単結晶構造を有する第2のバッファ層22は、比較的低濃度でSiドープされるので、第2のバッファ層22の結晶性を比較的良好に保つことができる。従って、その上に形成されるデバイス層30の結晶性も比較的良好となる。   First, since the second buffer layer 22 having a single crystal structure is doped with Si at a relatively low concentration, the crystallinity of the second buffer layer 22 can be kept relatively good. Therefore, the crystallinity of the device layer 30 formed thereon is relatively good.

また、第1のバッファ層21と第2のバッファ層22を繰り返し積層する過程において、積層された各層は高温に曝され続けるため、比較的高濃度でSiドープされた第1のバッファ層21から比較的低濃度でSiドープされた第2のバッファ層22に向けてSi原子が拡散し、第1および第2のバッファ層においてSi濃度が略均一となり、これらの各層において一定の導電性を得ることが可能となる。このように、熱拡散によってSiドープを行う方が、結晶成長時にドーパントガスを供給してSiドープを行う場合と比較して結晶性に与える影響を少なくすることができる。すなわち、第2バッファ層22において結晶性を損なうことなく十分な導電性を持たせることが可能となる。   Further, in the process of repeatedly laminating the first buffer layer 21 and the second buffer layer 22, each of the laminated layers continues to be exposed to a high temperature, so that the first buffer layer 21 doped with Si at a relatively high concentration is used. Si atoms diffuse toward the second buffer layer 22 doped with Si at a relatively low concentration, and the Si concentration becomes substantially uniform in the first and second buffer layers, and a constant conductivity is obtained in each of these layers. It becomes possible. As described above, when Si doping is performed by thermal diffusion, the influence on crystallinity can be reduced as compared with the case where Si doping is performed by supplying a dopant gas during crystal growth. That is, the second buffer layer 22 can have sufficient conductivity without deteriorating crystallinity.

例えば、導電性を有する成長用基板を使用するタイプの積層半導体においては、成長用基板の裏面から電流を流すためバッファ層に導電性を持たせることが必須となるが、本実施例に係る積層半導体およびその製造方法によれば、結晶性を犠牲にすることなくバッファ層に導電性を持たせることが可能となる。また、第1および第2バッファ層が導電性を有することにより、いわゆるシンフィルムLEDの製造が容易となる。すなわち、成長用基板10を剥離することにより表出した第1および第2バッファ層を除去することなく、表出したバッファ層上に直接電極を形成することができる。   For example, in a laminated semiconductor using a growth substrate having conductivity, it is essential to provide conductivity to the buffer layer in order to pass current from the back surface of the growth substrate. According to the semiconductor and its manufacturing method, the buffer layer can be made conductive without sacrificing crystallinity. Further, since the first and second buffer layers have conductivity, so-called thin film LED can be easily manufactured. That is, an electrode can be formed directly on the exposed buffer layer without removing the first and second buffer layers exposed by peeling the growth substrate 10.

第2にアモルファス構造の第1のバッファ層21と単結晶構造の第2のバッファ層22が繰り返し積層されることにより、貫通転位の発生を抑制することが可能となる。すなわち、単結晶構造の第2のバッファ層22において発生した転位は、その上に形成されるアモルファス構造の第1のバッファ層21を貫通し難くなる。つまり、アモルファス構造の第1のバッファ層21を単結晶構造の第2のバッファ層22の間に挟んで積層することにより、エピタキシャル成長が途切れるので、デバイス層30と隣接する最上部に位置する第2のバッファ層22において欠陥密度を小さくすることができ、これにより、デバイス層30における欠陥密度を小さくすることが可能となる。また、単結晶構造を有する第2のバッファ層22の上にデバイス層30が形成されるので、アモルファス構造を有するバッファ層上にデバイス層を形成する従来の構造と比較して、デバイス層30の結晶性を改善することが可能となる。   Second, by repeatedly laminating the first buffer layer 21 having an amorphous structure and the second buffer layer 22 having a single crystal structure, it is possible to suppress the occurrence of threading dislocations. That is, dislocations generated in the second buffer layer 22 having a single crystal structure are unlikely to penetrate the first buffer layer 21 having an amorphous structure formed thereon. That is, the epitaxial growth is interrupted by laminating the first buffer layer 21 having an amorphous structure between the second buffer layers 22 having a single crystal structure, so that the second layer positioned at the uppermost portion adjacent to the device layer 30 is second. It is possible to reduce the defect density in the buffer layer 22, thereby reducing the defect density in the device layer 30. Further, since the device layer 30 is formed on the second buffer layer 22 having a single crystal structure, the device layer 30 is compared with the conventional structure in which the device layer is formed on the buffer layer having an amorphous structure. Crystallinity can be improved.

第3に、第2のバッファ層22は、デバイス層30を構成する窒化物半導体の格子定数と成長用基板の格子定数の中間の格子定数を有する歪み緩和層22aと、GaN層22bとを交互に繰り返し積層した多層構造を有するので、成長用基板10とデバイス層30との格子不整合に起因する格子歪みが段階的に緩和され、デバイス層30の結晶性が更に改善される。例えば、第2バッファ層22が、弾性を有するInGaNからなる歪み緩和層22aとGaN層22bとを交互に積層した積層構造を有することにより、GaN系窒化物半導体層からなるデバイス層30とサファイア基板との間の格子不整合に起因する格子歪みを緩和することが可能となる。   Third, the second buffer layer 22 includes alternating strain relaxation layers 22 a having a lattice constant intermediate between the lattice constant of the nitride semiconductor constituting the device layer 30 and the lattice constant of the growth substrate, and GaN layers 22 b. Therefore, the lattice strain caused by the lattice mismatch between the growth substrate 10 and the device layer 30 is gradually reduced, and the crystallinity of the device layer 30 is further improved. For example, the second buffer layer 22 has a laminated structure in which strain relaxation layers 22a and GaN layers 22b made of elastic InGaN are alternately stacked, so that a device layer 30 made of a GaN-based nitride semiconductor layer and a sapphire substrate It is possible to alleviate lattice distortion caused by lattice mismatch between the two.

10 成長用基板
20 中間層
21 第1のバッファ層
22 第2のバッファ層
22a 歪み緩和層
22b GaN層
30 デバイス層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Growth substrate 20 Intermediate layer 21 First buffer layer 22 Second buffer layer 22a Strain relaxation layer 22b GaN layer 30 Device layer

Claims (7)

GaN系窒化物半導体膜を含む積層半導体の製造方法であって、
前記GaN系窒化物半導体膜とは異種の材料からなる成長用基板上に第1のバッファ層および第2のバッファ層を交互に3回以上繰り返し積層した中間層を形成する工程と、
前記中間層の上にGaN系窒化物半導体膜を成長させてデバイス層を形成する工程と、を含み、
前記第1のバッファ層は、単結晶成長温度よりも低い温度でシリコンをドープしつつIn x Ga 1-x N(0<x≦1)膜を成長させることにより形成され、
前記第2のバッファ層は、単結晶成長温度でシリコンをドープしつつ互いに組成の異なる2種類のGaN系窒化物半導体膜を交互に繰り返し成長させることにより形成され、
前記第2のバッファ層は、前記デバイス層を構成する前記GaN系窒化物半導体膜の格子定数と前記成長用基板の格子定数の中間の格子定数を有するIn x Ga 1-x N(0<x≦1)からなる歪み緩和層と、GaN層とを交互に繰り返し積層して形成され、
前記第1のバッファ層は、前記第2のバッファ層よりも高濃度でシリコンドープされ
前記中間層を形成する工程においては、前記成長用基板上に、前記第1のバッファ層及び前記第2のバッファ層をこの順で順次形成する積層工程を、3回以上繰り返して行い、
前記デバイス層を形成する工程において、前記デバイス層は前記第2のバッファ層に隣接して形成され、
前記中間層は、前記第1のバッファ層及び前記第2のバッファ層を前記単結晶成長温度に曝され続けることで、前記第2のバッファ層よりも高濃度でシリコンドープされた第1のバッファ層から前記第2のバッファ層に向けて前記シリコンの原子が拡散し、前記中間層の全体で略一定の導電率を有することを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing a laminated semiconductor including a GaN-based nitride semiconductor film,
Forming an intermediate layer in which a first buffer layer and a second buffer layer are alternately and repeatedly stacked three or more times on a growth substrate made of a material different from the GaN-based nitride semiconductor film;
Forming a device layer by growing a GaN-based nitride semiconductor film on the intermediate layer, and
The first buffer layer is formed by growing an In x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) film while doping silicon at a temperature lower than a single crystal growth temperature.
The second buffer layer is formed by alternately and repeatedly growing two types of GaN-based nitride semiconductor films having different compositions while doping silicon at a single crystal growth temperature,
The second buffer layer includes In x Ga 1-x N (0 <x) having a lattice constant intermediate between a lattice constant of the GaN-based nitride semiconductor film constituting the device layer and a lattice constant of the growth substrate. ≦ 1) is formed by alternately laminating strain relaxation layers and GaN layers,
The first buffer layer is silicon doped at a higher concentration than the second buffer layer ;
In the step of forming the intermediate layer, the stacking step of sequentially forming the first buffer layer and the second buffer layer in this order on the growth substrate is repeated three times or more,
In the step of forming the device layer, the device layer is formed adjacent to the second buffer layer;
The intermediate layer is a first buffer doped with silicon at a higher concentration than the second buffer layer by continuously exposing the first buffer layer and the second buffer layer to the single crystal growth temperature. A method of manufacturing, wherein the silicon atoms diffuse from a layer toward the second buffer layer and the intermediate layer has a substantially constant conductivity .
前記第1のバッファ層は1×10 19 atom/cm 3 以上1×10 21 atom/cm 3 以下の濃度でシリコンドープされ、前記第2のバッファ層は1×10 16 atom/cm 3 以上1×10 19 atom/cm 3 以下の濃度でシリコンドープされることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 The first buffer layer is silicon-doped at a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 , and the second buffer layer is 1 × 10 16 atoms / cm 3 to 1 ×. 2. The method according to claim 1 , wherein the silicon is doped at a concentration of 10 19 atoms / cm 3 or less . 前記デバイス層の上に支持基板を形成する工程と、
前記成長用基板を除去して前記第1のバッファ層又は前記第2のバッファ層を露出させる工程と、を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法。
Forming a support substrate on the device layer;
The process according to claim 1 or 2, wherein the further comprising the steps of: by the growth substrate is removed to expose the first buffer layer or the second buffer layer.
前記積層工程においては、前記第1のバッファ層を350℃〜800℃の範囲内の成長温度に設定して形成し、前記第2のバッファ層を1000℃〜1200℃の範囲内の成長温度に設定して形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の製造方法。 In the stacking step, the first buffer layer is formed at a growth temperature within a range of 350 ° C. to 800 ° C., and the second buffer layer is formed at a growth temperature within a range of 1000 ° C. to 1200 ° C. the process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to form set. GaN系窒化物半導体膜を含む積層半導体であって、A laminated semiconductor including a GaN-based nitride semiconductor film,
前記GaN系窒化物半導体膜とは異種の材料からなる成長用基板と、  The growth substrate made of a different material from the GaN-based nitride semiconductor film,
前記成長用基板上に設けられ、第1のバッファ層と第2のバッファ層とを交互に3回以上繰り返し積層して形成される中間層と、  An intermediate layer provided on the growth substrate and formed by alternately and repeatedly stacking a first buffer layer and a second buffer layer at least three times;
前記中間層の上に設けられたGaN系窒化物半導体からなるデバイス層と、を含み、  A device layer made of a GaN-based nitride semiconductor provided on the intermediate layer,
前記第1のバッファ層は、単結晶成長温度よりも低い成長温度で形成され且つシリコンドープされたIn  The first buffer layer is formed at a growth temperature lower than a single crystal growth temperature and is silicon-doped In xx GaGa 1-x1-x N(0<x≦1)からなり、N (0 <x ≦ 1)
前記第2のバッファ層は、単結晶成長温度で形成され且つシリコンドープされた互いに組成の異なる2種類のGaN系窒化物半導体膜を交互に繰り返し積層して形成され、  The second buffer layer is formed by alternately and repeatedly laminating two kinds of GaN-based nitride semiconductor films having different compositions, which are formed at a single crystal growth temperature and are silicon-doped,
前記第2のバッファ層は、前記デバイス層を構成する前記GaN系窒化物半導体膜の格子定数と前記成長用基板の格子定数の中間の格子定数を有するIn  The second buffer layer has an lattice constant intermediate between a lattice constant of the GaN-based nitride semiconductor film constituting the device layer and a lattice constant of the growth substrate. xx GaGa 1-x1-x N(0<x≦1)からなる歪み緩和層と、GaN層とを交互に繰り返し積層して形成され、Formed by alternately and repeatedly laminating strain relaxation layers made of N (0 <x ≦ 1) and GaN layers,
前記第1のバッファ層は、前記第2のバッファ層よりも高濃度でシリコンドープされ、  The first buffer layer is silicon doped at a higher concentration than the second buffer layer;
前記成長用基板は、前記第1のバッファ層に隣接し、  The growth substrate is adjacent to the first buffer layer;
前記デバイス層は、前記第2のバッファ層に隣接して形成され、  The device layer is formed adjacent to the second buffer layer;
前記中間層は、前記第1のバッファ層から前記第2のバッファ層に向けて前記シリコンの原子が拡散し、前記第1のバッファ層と前記第2のバッファ層との間のシリコン濃度の差が縮小することによって、前記中間層全体が導電性を有することを特徴とする積層半導体。  In the intermediate layer, the silicon atoms diffuse from the first buffer layer toward the second buffer layer, and a difference in silicon concentration between the first buffer layer and the second buffer layer. The laminated semiconductor is characterized in that the intermediate layer as a whole has electrical conductivity by being reduced in size.
前記成長用基板は導電性を有することを特徴とする請求項5に記載の積層半導体。The stacked semiconductor according to claim 5, wherein the growth substrate has conductivity. GaN系窒化物半導体膜を含む積層半導体であって、A laminated semiconductor including a GaN-based nitride semiconductor film,
第1のバッファ層と第2のバッファ層とを交互に3回以上繰り返し積層して形成される中間層と、  An intermediate layer formed by alternately and repeatedly laminating the first buffer layer and the second buffer layer at least three times;
前記中間層の下に設けられた電極と、  An electrode provided under the intermediate layer;
前記中間層の上に設けられたGaN系窒化物半導体からなるデバイス層と、  A device layer made of a GaN-based nitride semiconductor provided on the intermediate layer;
前記デバイス層の上に設けられた導電性支持体と、を含み、  A conductive support provided on the device layer,
前記第1のバッファ層は、アモルファス又は多結晶であって、且つシリコンドープされたIn  The first buffer layer is amorphous or polycrystalline, and silicon-doped In xx GaGa 1-x1-x N(0<x≦1)からなり、N (0 <x ≦ 1)
前記第2のバッファ層は、単結晶であって、且つシリコンドープされたIn  The second buffer layer is a single crystal and silicon-doped In xx GaGa 1-x1-x N(0<x≦1)からなる歪み緩和層と、GaN層とを交互に繰り返し積層して形成され、Formed by alternately and repeatedly laminating strain relaxation layers made of N (0 <x ≦ 1) and GaN layers,
前記第1のバッファ層は、前記第2のバッファ層よりも高濃度でシリコンドープされ、  The first buffer layer is silicon doped at a higher concentration than the second buffer layer;
前記中間層は、前記第1のバッファ層から前記第2のバッファ層に向けて前記シリコンの原子が拡散し、前記第1のバッファ層と前記第2のバッファ層との間のシリコン濃度の差が縮小することによって、前記中間層全体が導電性を有することを特徴とする積層半導体。  In the intermediate layer, the silicon atoms diffuse from the first buffer layer toward the second buffer layer, and a difference in silicon concentration between the first buffer layer and the second buffer layer. The laminated semiconductor is characterized in that the intermediate layer as a whole has electrical conductivity by being reduced in size.
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