JPH06196755A - Indium gallium nitride semiconductor and method of growing the same - Google Patents

Indium gallium nitride semiconductor and method of growing the same

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JPH06196755A
JPH06196755A JP10655493A JP10655493A JPH06196755A JP H06196755 A JPH06196755 A JP H06196755A JP 10655493 A JP10655493 A JP 10655493A JP 10655493 A JP10655493 A JP 10655493A JP H06196755 A JPH06196755 A JP H06196755A
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gallium nitride
gas
ingan
growing
indium
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Shuji Nakamura
修二 中村
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Abstract

PURPOSE:To improve a crystallizability and a quality of an indium gallium nitride (InGaN) semiconductor and obtain the practical InGaN, by doping Si or Ge into the InGaN semiconductor represented in a specific general expression and growing it. CONSTITUTION:In a method of growing an indium gallium nitride compound semiconductor by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a gas of a gallium source, a gas of an indium source, a gas of a nitrogen source and a gas of a silicon source or a germanium source are used as a material gas, and further a carrier gas of the material gas is used as a nitrogen, and the indium gallium nitride semiconductor represented in a general expression InxGa1-NN (where 0<x (0.5) into which Si or Ge is doped is grown on a gallium nitride layer at a growth temperature of higher than 600 deg.C. A crystallizability and a quality of the semiconductor can be further improved and the practical InGaN is obtained, and a semiconductor material stacked in a blue luminescent device can be formed in a double hetero structure.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

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

【0003】従来、有機金属気相成長法(以下MOCV
D法という。)によりInGaNを成長させる場合、成
長温度500℃〜600℃の低温で、サファイア基板上
に成長されていた。なぜなら、InNの融点はおよそ5
00℃、GaNの融点はおよそ1000℃であるため、
600℃以上の高温でInGaNを成長させると、In
GaN中のInNの分解圧がおよそ10気圧以上とな
り、InGaNがほとんど分解してしまい、形成される
ものはGaのメタルとInのメタルの堆積物のみとなっ
てしまうからである。従って、InGaNを成長させよ
うとする場合は成長温度を低温に保持しなければならな
かった。
Conventionally, metal organic chemical vapor deposition (hereinafter MOCV)
It is called D method. In the case of growing InGaN according to (4), it was grown on a sapphire substrate at a low growth temperature of 500 ° C to 600 ° C. Because the melting point of InN is about 5
Since 00 ° C and the melting point of GaN are about 1000 ° C,
When InGaN is grown at a high temperature of 600 ° C. or higher, In
This is because the decomposition pressure of InN in GaN becomes about 10 atm or more, and InGaN is almost decomposed, and only the deposits of Ga metal and In metal are formed. Therefore, in order to grow InGaN, the growth temperature had to be kept low.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような条件の下で
成長されたInGaNの結晶性は非常に悪く、例えば室
温でフォトルミネッセンス測定を行っても、バンド間発
光はほとんど見られず、深い準位からの発光がわずかに
観測されるのみであり、青色発光が観測されたことはな
かった。しかも、X線回折でInGaNのピークを検出
しようとしてもほとんどピークは検出されず、その結晶
性は、単結晶というよりも、アモルファス状結晶に近い
のが実状であった。
The crystallinity of InGaN grown under such conditions is very poor. For example, even when photoluminescence measurement is performed at room temperature, almost no band-to-band emission is observed and a deep quasi-state is obtained. Only a slight emission from the position was observed, and no blue emission was observed. Moreover, when trying to detect a peak of InGaN by X-ray diffraction, almost no peak was detected, and the crystallinity was closer to that of an amorphous crystal rather than a single crystal.

【0005】青色発光ダイオード、青色レーザーダイオ
ード等の青色発光デバイスを実現するためには、高品質
で、かつ優れた結晶性を有するInGaNの実現が強く
望まれている。よって、本発明はこの問題を解決するべ
くなされたものであり、その目的とするところは、高品
質で結晶性に優れたInGaN、およびその成長方法を
提供するものである。
In order to realize blue light emitting devices such as blue light emitting diodes and blue laser diodes, it has been strongly desired to realize InGaN having high quality and excellent crystallinity. Therefore, the present invention has been made to solve this problem, and an object thereof is to provide InGaN having high quality and excellent crystallinity, and a growth method thereof.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】我々はInGaNをMO
CVD法で成長するにあたり、原料ガスのキャリアガス
として窒素を用い、さらに従来のようにサファイアの上
でなくGaNまたはGaAlNの上に成長させることに
より、600℃より高い温度でも、優れた結晶性で成長
でき、しかも、特定の元素をドープしながら成長させる
ことにより、その結晶性、特性が格段に向上することを
新たに見いだし本発明をなすに至った。
[Means for Solving the Problems]
When growing by the CVD method, nitrogen is used as a carrier gas of a source gas, and by growing on GaN or GaAlN instead of on sapphire as in the conventional case, excellent crystallinity can be obtained even at a temperature higher than 600 ° C. The present invention has been newly found out that the crystallinity and characteristics thereof can be remarkably improved by growing them while doping them with a specific element.

【0007】即ち、本発明の成長方法は、MOCVD法
による窒化インジウムガリウム化合物半導体の成長方法
であって、原料ガスとしてガリウム源のガスと、インジ
ウム源のガスと、窒素源のガスと、ケイ素源のガスまた
はゲルマニウム源のガスとを用い、さらに前記原料ガス
のキャリアガスを窒素として、600℃より高い成長温
度で、窒化ガリウム層の上に、SiまたはGeをドープ
した一般式InXGa1 -XN(但しXは0<X<0.5)で
表される窒化インジウムガリウム半導体を成長させるこ
とを特徴とする。
That is, the growth method of the present invention is a method for growing an indium gallium nitride compound semiconductor by the MOCVD method, wherein the source gas is a gallium source gas, an indium source gas, a nitrogen source gas, and a silicon source. of using a gas of a gas or germanium source, a further nitrogen carrier gas of the source gas, at a growth temperature higher than 600 ° C., on the gallium nitride layer, formula doped with Si or Ge in X Ga 1 - It is characterized by growing an indium gallium nitride semiconductor represented by X N (where X is 0 <X <0.5).

【0008】MOCVD法による本発明の成長方法にお
いて、原料ガスには、例えばGa源としてトリメチルガ
リウム{Ga(CH33:TMG}、トリエチルガリウ
ム{Ga(C253:TEG}、窒素源としてアンモ
ニア(NH3)、ヒドラジン(N24)、インジウム源
としてトリメチルインジウム{In(CH33:TM
I}、トリエチルインジウム{In(C253:TE
I}、ケイ素源としてシラン(SiH4)、ゲルマニウ
ム源としてゲルマン(GeH4)等を好ましく用いるこ
とができる。
In the growth method of the present invention by the MOCVD method, the source gases are, for example, trimethylgallium {Ga (CH 3 ) 3 : TMG} as a Ga source, triethylgallium {Ga (C 2 H 5 ) 3 : TEG}, Ammonia (NH 3 ) and hydrazine (N 2 H 4 ) as nitrogen sources, trimethylindium {In (CH 3 ) 3 : TM as indium sources
I}, triethylindium {In (C 2 H 5 ) 3 : TE
I}, silane (SiH 4 ) as a silicon source, and germane (GeH 4 ) as a germanium source can be preferably used.

【0009】さらに、前記原料ガスのキャリアガスとし
て窒素を使用することにより、600℃より高い成長温
度でも、InGaN中のInNが分解して結晶格子中か
ら出ていくのを抑制することができる。
Further, by using nitrogen as the carrier gas of the raw material gas, it is possible to prevent InN in InGaN from decomposing and going out of the crystal lattice even at a growth temperature higher than 600.degree.

【0010】成長中に供給する原料ガス中のインジウム
源のガスのインジウムのモル比は、ガリウム1に対し、
好ましくは0.1以上、さらに好ましくは1.0以上に
調整する。インジウムのモル比が0.1より少ないと、
InGaNの混晶が得にくく、また結晶性が悪くなる傾
向にある。なぜなら、本発明の成長方法は600℃より
高い温度でInGaNを成長させるため、多少なりとも
InNの分解が発生する。従ってInNがGaN結晶中
に入りにくくなるため、好ましくその分解分よりもイン
ジウムを多く供給することによって、InNをGaNの
結晶中に入れることができる。従って、インジウムのモ
ル比は高温で成長するほど多くする方が好ましく、例え
ば、900℃前後の成長温度では、インジウムをガリウ
ムの10〜50倍程度供給することにより、X値を0.
5未満とするInXGa1-XNを得ることができる。
The molar ratio of indium of the source gas of indium in the source gas supplied during the growth is as follows:
It is adjusted to preferably 0.1 or more, more preferably 1.0 or more. When the molar ratio of indium is less than 0.1,
Mixed crystals of InGaN are difficult to obtain, and the crystallinity tends to deteriorate. This is because the growth method of the present invention grows InGaN at a temperature higher than 600 ° C., so that some decomposition of InN occurs. Therefore, InN is less likely to enter the GaN crystal, and therefore it is possible to incorporate InN into the GaN crystal by preferably supplying more indium than the decomposed portion. Therefore, it is preferable to increase the molar ratio of indium as it grows at a higher temperature. For example, at a growth temperature of about 900 ° C., indium is supplied in an amount of 10 to 50 times that of gallium so that the X value becomes 0.
In X Ga 1-X N having a ratio of less than 5 can be obtained.

【0011】成長温度は600℃より高い温度であれば
よく、好ましくは700℃以上、900℃以下の範囲に
調整する。600℃以下であると、GaNの結晶が成長
しにくいため、InGaNの結晶ができにくく、できた
としても従来のように結晶性の悪いInGaNとなる。
また、900℃より高い温度であるとInNが分解しや
すくなるため、InGaNがGaNになりやすい傾向に
ある。
The growth temperature may be higher than 600 ° C., and is preferably adjusted to a range of 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. If the temperature is 600 ° C. or lower, it is difficult to grow a GaN crystal, and thus it is difficult to form an InGaN crystal, and even if it is formed, InGaN has poor crystallinity as in the conventional case.
Further, if the temperature is higher than 900 ° C., InN is likely to be decomposed, and InGaN tends to be GaN.

【0012】供給するインジウムガスのモル比、成長温
度は目的とするInXGa1-XNのX値0<X<0.5の範
囲において、適宜変更できる。例えばInを多くしよう
とすれば650℃前後の低温で成長させるか、または原
料ガス中のInのモル比を多くすればよい。Gaを多く
しようとするならば900℃前後の高温で成長させれば
よい。しかしながら、600℃より高い温度でX値を
0.5以上とするInXGaN1-XNを成長させることは
非常に困難であり、またX値を0.5以上とするInX
1-XNを発光ダイオード等の発光デバイスに使用した
場合、その発光波長は黄色の領域にあり、青色、紫外と
して使用し得るものではないため、X値は0.5未満を
限定理由とした。
The molar ratio of the supplied indium gas and the growth temperature can be appropriately changed within the range of the target X value of In X Ga 1-X N 0 <X <0.5. For example, in order to increase In, the growth may be performed at a low temperature of about 650 ° C., or the molar ratio of In in the source gas may be increased. If it is desired to increase the amount of Ga, it may be grown at a high temperature around 900 ° C. However, an In X G to the X value at temperatures higher than 600 ° C. it is very difficult to grow a InXGaN1-XN to 0.5 or more, the X value of 0.5 or more
When a 1-X N is used in a light emitting device such as a light emitting diode, its emission wavelength is in the yellow region and it cannot be used for blue or ultraviolet light. did.

【0013】[0013]

【作用】図2は、本発明の成長方法において、供給した
Siと、得られたSiドープInGaNのフォトルミネ
ッセンス強度の関係を示す図である。これは、キャリア
ガスとして窒素を2リットル/分、原料ガスとしてTM
Gを2×10-6モル/分、TMIを20×10-6モル/
分、NH3を4リットル/分で供給し、さらにSiをド
ープするため、シランガスの供給量を変えて、GaN層
上にSiをドープしたIn0.25Ga0.75Nを成長させ、
成長後、得られたSiドープIn0.25Ga0.75N層に、
10mWのHe−Cdレーザーを照射し、その450n
mにおけるフォトルミネッセンス強度を測定したもので
ある。なお、この図は、GaN層上に形成したSiをド
ープしないIn0.25Ga0.75N層のフォトルミネッセン
ス強度を1とした場合の相対強度で示している。このS
iをドープしないIn0.25Ga75Nのフォトルミネッセ
ンスのスペクトルを図4に示す。これとは別に、本発明
のSiをドープしたIn0.25Ga0.75Nのフォトルミネ
ッセンスのスペクトルを図5に示す。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the supplied Si and the photoluminescence intensity of the Si-doped InGaN obtained in the growth method of the present invention. This is nitrogen at 2 liters / minute as carrier gas and TM as raw material gas.
G 2 × 10 -6 mol / min, TMI 20 × 10 -6 mol / min
, NH 3 is supplied at a rate of 4 liters / minute, and Si is further doped. Therefore, the amount of silane gas supplied is changed to grow Si-doped In0.25Ga0.75N on the GaN layer.
After the growth, on the obtained Si-doped In0.25Ga0.75N layer,
Irradiate 10mW He-Cd laser, 450n
The photoluminescence intensity at m is measured. This figure shows relative intensity when the photoluminescence intensity of the In0.25Ga0.75N layer not doped with Si formed on the GaN layer is 1. This S
The photoluminescence spectrum of In0.25Ga75N not doped with i is shown in FIG. Separately, the photoluminescence spectrum of Si-doped In0.25Ga0.75N of the present invention is shown in FIG.

【0014】図2に示すように、Siをドープするに従
ってInGaNのフォトルミネッセンス強度が飛躍的に
増大する。原料ガス中のケイ素のモル比をガリウム1に
対し、1×10-5〜0.05の範囲に調整することによ
り、その強度はSiをドープしないものに比較して、5
倍以上に達し、最大では60〜70倍にも向上する。
As shown in FIG. 2, the photoluminescence intensity of InGaN increases dramatically as Si is doped. By adjusting the molar ratio of silicon in the raw material gas to the range of 1 × 10 −5 to 0.05 with respect to gallium 1, the strength thereof is 5 compared to that not doped with Si.
It is more than doubled, and the maximum improvement is 60 to 70 times.

【0015】図3も同じく、供給したGeと、得られた
GeドープIn0.25Ga0.75Nのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図である。これも、キャリアガスとし
て窒素を2リットル/分、原料ガスとしてTMGを2×
10-6モル/分、TMIを20×10-6モル/分、NH
3を4リットル/分と先ほどと同条件で供給し、さらに
Geをドープするためゲルマンガスの供給量を変えて、
GaN層上にGeをドープしたIn0.25Ga0.75Nを成
長させ、成長後、得られたGeドープIn0.25Ga0.75
N層の450nmにおけるフォトルミネッセンス強度を
測定したものである。なお、この図も、GaN層上に形
成した何もドープしないIn0.25Ga0.75N層のフォト
ルミネッセンス強度を1とした場合の相対強度で示して
いる。
Similarly, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the supplied Ge and the photoluminescence intensity of the obtained Ge-doped In0.25Ga0.75N. Again, nitrogen is used as a carrier gas at 2 liters / minute and TMG is used as a source gas at 2 ×.
10 -6 mol / min, TMI 20 × 10 -6 mol / min, NH
3 was supplied under the same conditions as 4 liters / minute, and the supply amount of germane gas was changed to dope Ge.
Ge-doped In0.25Ga0.75N was grown on the GaN layer, and after growth, the obtained Ge-doped In0.25Ga0.75N was obtained.
The photoluminescence intensity at 450 nm of the N layer is measured. This figure also shows the relative intensity when the photoluminescence intensity of the undoped In0.25Ga0.75N layer formed on the GaN layer is 1.

【0016】図3も図2と同様に、Geをドープするに
従ってInGaNのフォトルミネッセンス強度が飛躍的
に増大し、原料ガス中のゲルマニウムのモル比をガリウ
ム1に対し、1×10-4〜0.5に調整することによ
り、その強度はSiをドープしないものに比較して、5
倍以上に達し、最大では、同じく60〜70倍にも向上
することが分かる。
In FIG. 3 as well as FIG. 2, the photoluminescence intensity of InGaN dramatically increases as Ge is doped, and the molar ratio of germanium in the source gas is 1 × 10 −4 to 0 with respect to gallium 1. By adjusting to 0.5, the strength is 5 compared to that not doped with Si.
It can be seen that the number of times is more than double, and the maximum is also improved by 60 to 70 times.

【0017】以上のようにしてInGaNを成長させる
ことにより、InGaN中にSiまたはGeを1016
cm3〜1022/cm3でドープすることができる。フォトル
ミネッセンスの結果より、その最適値は1018〜1020
/cm3である。
By growing InGaN as described above, Si or Ge in InGaN is reduced to 10 16 /
It can be doped with cm 3 to 10 22 / cm 3 . From the photoluminescence result, the optimum value is 10 18 to 10 20.
/ Cm 3 .

【0018】本発明の成長方法は、原料ガスのキャリア
ガスを窒素とすることにより、600℃より高い成長温
度において、InGaNの分解を抑制することができ、
またInNが多少分解しても、原料ガス中のインジウム
を多く供給することにより高品質なInGaNを得るこ
とができる。
In the growth method of the present invention, by using nitrogen as the carrier gas of the source gas, decomposition of InGaN can be suppressed at a growth temperature higher than 600 ° C.,
Even if InN is decomposed to some extent, high quality InGaN can be obtained by supplying a large amount of indium in the source gas.

【0019】さらに、従来ではサファイア基板の上にI
nGaN層を成長させていたが、サファイアとInGa
Nとでは格子定数不整がおよそ15%以上もあるため、
得られた結晶の結晶性が悪くなると考えられる。一方、
本発明ではGaNまたはGaAlN層の上に成長させる
ことにより、その格子定数不整を5%以下と小さくする
ことができるため、結晶性に優れたInGaNを形成す
ることができる。図4はGaN層の上に成長したInG
aNであるが、それを顕著に表しており、従来法では、
InGaNのフォトルミネッセンスのスペクトルは全く
測定できなかったが、本発明では明らかに結晶性が向上
しているために450nmの青色領域に発光ピークが現
れている。また、本発明の成長方法において、このGa
NのGaの一部をAlで置換してもよく、技術範囲内で
ある。
Further, conventionally, I is formed on a sapphire substrate.
I was growing an nGaN layer, but sapphire and InGa
Since the lattice constant irregularity is about 15% or more with N,
It is considered that the crystallinity of the obtained crystals deteriorates. on the other hand,
In the present invention, since the lattice constant irregularity can be reduced to 5% or less by growing it on the GaN or GaAlN layer, InGaN having excellent crystallinity can be formed. Figure 4 shows InG grown on a GaN layer.
It is aN, but it represents it remarkably, and in the conventional method,
The photoluminescence spectrum of InGaN could not be measured at all, but in the present invention, since the crystallinity is obviously improved, an emission peak appears in the blue region of 450 nm. In the growth method of the present invention, the Ga
A part of Ga of N may be replaced with Al, which is within the technical range.

【0020】さらにまた、Si、Geをドープすること
により、ドープしないものに比較して、フォトルミネッ
センス強度を5〜70倍と飛躍的に増大させることがで
きる。これは、Si、Geの効果によりさらに結晶性、
品質が向上していることを顕著に示すものである。図5
はそれを示す図であり、図4の1/50のレンジでスペ
クトルを測定したものであり、格段に発光強度が増大し
ていることが分かる。
Furthermore, by doping with Si or Ge, the photoluminescence intensity can be dramatically increased to 5 to 70 times as much as that without doping. This is due to the effect of Si and Ge, more crystalline,
It clearly shows that the quality is improved. Figure 5
FIG. 4 is a diagram showing this, which is obtained by measuring a spectrum in the range of 1/50 of FIG. 4, and it can be seen that the emission intensity is remarkably increased.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を元に実施例で本発明の成長方法
を詳説する。図1は本発明の成長方法に使用したMOC
VD装置の主要部の構成を示す概略断面図であり、反応
部の構造、およびその反応部と通じるガス系統図を示し
ている。1は真空ポンプおよび排気装置と接続された反
応容器、2は基板を載置するサセプター、3はサセプタ
ーを加熱するヒーター、4はサセプターを回転、上下移
動させる制御軸、5は基板に向かって斜め、または水平
に原料ガスを供給する石英ノズル、6は不活性ガスを基
板に向かって垂直に供給することにより、原料ガスを基
板面に押圧して、原料ガスを基板に接触させる作用のあ
るコニカル石英チューブ、7は基板である。TMG、T
MI等の有機金属化合物ソースは微量のバブリングガス
によって気化され、シラン、ゲルマン等のドーピングガ
スと共にメインガスであるキャリアガスによって反応容
器内に供給される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The growth method of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows the MOC used in the growth method of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the main part of the VD device, showing the structure of a reaction part and a gas system diagram communicating with the reaction part. Reference numeral 1 is a reaction vessel connected to a vacuum pump and an exhaust device, 2 is a susceptor for mounting a substrate, 3 is a heater for heating the susceptor, 4 is a control shaft for rotating and vertically moving the susceptor, and 5 is a diagonal to the substrate. , Or a quartz nozzle that supplies the raw material gas horizontally, and 6 is a conical device that presses the raw material gas against the substrate surface by supplying the inert gas vertically toward the substrate to bring the raw material gas into contact with the substrate. A quartz tube, 7 is a substrate. TMG, T
The organic metal compound source such as MI is vaporized by a small amount of bubbling gas, and is supplied into the reaction vessel by a carrier gas which is a main gas together with a doping gas such as silane and germane.

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

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

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

【0025】バッファ層成長後、TMGのみ止めて、温
度を1030℃まで上昇させる。温度が1030℃にな
ったら、同じく水素をキャリアガスとしてTMGを54
×10ー6モル/分で流して30分間成長させ、GaN層
を2μm成長させる。
After the growth of the buffer layer, only TMG is stopped and the temperature is raised to 1030.degree. When the temperature reaches 1030 ° C, hydrogen is used as carrier gas and TMG is added to 54
Flowing at 10 −6 mol / min for 30 minutes to grow the GaN layer to 2 μm.

【0026】GaN層成長後、温度を800℃にして、
キャリアガスを窒素に切り替え、窒素を2リットル/
分、TMGを2×10-6モル/分、TMIを20×10
-6モル/分、シランガスを2×10-9モル/分、アンモ
ニアを4リットル/分で流しながら、SiドープInG
aN層を60分間成長させる。なお、この間、コニカル
石英チューブ7から供給するガスも窒素のみとし、20
リットル/分で流し続ける。
After growing the GaN layer, the temperature is set to 800 ° C.
Switch the carrier gas to nitrogen and add 2 liters of nitrogen
Min, TMG 2 × 10 -6 mol / min, TMI 20 × 10
-6 mol / min, silane gas at 2 × 10 -9 mol / min, and ammonia at 4 liters / min while Si-doped InG
Grow the aN layer for 60 minutes. During this time, the gas supplied from the conical quartz tube 7 is nitrogen only,
Continue to flow at l / min.

【0027】以上のようにして得られたInGaN層の
X線ロッキングカーブを取ると、In0.25Ga0.75Nの
組成を示すところにピークを有しており、その半値幅は
6分であった。この6分という値は従来報告されている
中では最小値であり、本発明の方法によるInGaNの
結晶性が非常に優れていることを示している。また、S
IMSにより、InGaN中のSiを測定したところ、
2×1019/cm3であった。
When the X-ray rocking curve of the InGaN layer obtained as described above was taken, it had a peak at a composition of In0.25Ga0.75N, and its half-value width was 6 minutes. This value of 6 minutes is the lowest value reported in the past, and shows that the crystallinity of InGaN by the method of the present invention is very excellent. Also, S
When Si in InGaN was measured by IMS,
It was 2 × 10 19 / cm 3 .

【0028】[実施例2]GaN層成長後、TMGを2
×10-6モル/分、TMIを20×10-6モル/分、ゲ
ルマンガスを2×10-8モル/分で流す他は実施例1と
同様にして、GeドープInGaN層を成長させた。
[Embodiment 2] After the growth of the GaN layer, TMG is added to 2
A Ge-doped InGaN layer was grown in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of x10 -6 mol / min, TMI of 20 × 10 -6 mol / min, and germane gas of 2 × 10 -8 mol / min were applied. .

【0029】得られたInGaN層にHe−Cdレーザ
ーを照射してそのフォトルミネッセンスを測定すると、
450nmに発光ピークを有しており、X線ロッキング
カーブを測定すると、In0.25Ga0.75Nの組成を示す
ところにピークを有しており、その半値幅は同じく6分
であった。また、InGaN中のGe濃度はおよそ1×
1019/cm3であった。
When the obtained InGaN layer was irradiated with He—Cd laser and its photoluminescence was measured,
It had an emission peak at 450 nm, and when an X-ray rocking curve was measured, it had a peak at a composition of In0.25Ga0.75N, and its half-value width was also 6 minutes. Further, the Ge concentration in InGaN is about 1 ×.
It was 10 19 / cm 3 .

【0030】[実施例3]GaN層成長後、TMIを2
×10-7モル/分で流す他は実施例1と同様にして、S
iドープInGaN層を成長させた。
[Example 3] After the growth of the GaN layer, the TMI was adjusted to 2
S was carried out in the same manner as in Example 1 except that the flow rate was × 10 −7 mol / min.
An i-doped InGaN layer was grown.

【0031】得られたInGaN層のX線ロッキングカ
ーブを測定すると、In0.08Ga0.92Nの組成を示すと
ころにピークを有しており、その半値幅は6分であっ
た。またHe−Cdレーザーを照射してそのフォトルミ
ネッセンスを測定すると、390nmに強い紫色のIn
GaNのバンド間発光が見られた。
When the X-ray rocking curve of the obtained InGaN layer was measured, it had a peak at the composition of In0.08Ga0.92N, and the half-value width was 6 minutes. When the photoluminescence of He-Cd laser was measured and the photoluminescence was measured at 390 nm, In
Interband emission of GaN was observed.

【0032】[実施例4]実施例1のバッファ層成長
後、TMGのみ止めて、温度を1030℃まで上昇させ
る。温度が1030℃になったら、同じく水素をキャリ
アガスとしてTMGを54×10ー6モル/分、TMAを
6×10-6モル/分で流して30分間成長させ、Ga0.
9Al0.1N層を2μm成長させる他は実施例1と同様に
してGa0.9Al0.1N層の上にSiドープInGaN層
を成長させた。その結果、得られたInGaN層のX線
ロッキングカーブは、同じくIn0.25Ga0.75Nの組成
を示すところにピークを有しており、その半値幅は6分
であった。またSi濃度も2×1019/cm3と同一であ
った。
[Embodiment 4] After the growth of the buffer layer in Embodiment 1, only TMG is stopped and the temperature is raised to 1030.degree. When the temperature became 1030 ° C., likewise hydrogen 54 × 10 -6 mol / min and TMG as the carrier gas, by flowing TMA at 6 × 10 -6 mol / min was grown for 30 minutes, Ga0.
A Si-doped InGaN layer was grown on the Ga0.9Al0.1N layer in the same manner as in Example 1 except that the 9Al0.1N layer was grown to a thickness of 2 μm. As a result, the X-ray rocking curve of the obtained InGaN layer had a peak at the same composition of In0.25Ga0.75N, and the full width at half maximum was 6 minutes. The Si concentration was also the same as 2 × 10 19 / cm 3 .

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明の成長方法によると、従来では不
可能であったInGaN層の単結晶を成長させることが
でき、またSi、Geをドープして成長させることによ
り、その結晶性、品質をさらに向上させることができ
る。従って本発明により実用的なInGaNが得られる
ため、将来開発される青色発光デバイスに積層される半
導体材料をダブルへテロ構造にでき、青色レーザーダイ
オードが実現可能となり、その産業上の利用価値は大き
い。
According to the growth method of the present invention, it is possible to grow a single crystal of an InGaN layer, which has been impossible in the past, and the crystallinity and quality of Si and Ge are increased by growing the single crystal. Can be further improved. Therefore, since practical InGaN can be obtained by the present invention, a semiconductor material to be laminated on a blue light emitting device which will be developed in the future can be made into a double hetero structure, and a blue laser diode can be realized, and its industrial utility value is great. .

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

【図1】 本発明の成長方法の一実施例に使用したMO
CVD装置の主要部の構成を示す概略断面図。
FIG. 1 is an MO used in one embodiment of the growth method of the present invention.
The schematic sectional drawing which shows the structure of the principal part of a CVD apparatus.

【図2】 本発明の成長方法による、供給したSiと、
得られたSiドープInGaNのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method of supplying Si according to a growth method of the present invention;
The figure which shows the relationship of the photoluminescence intensity of obtained Si dope InGaN.

【図3】 本発明の成長方法による、供給したGeと、
得られたGeドープInGaNのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図。
FIG. 3 shows the Ge supplied according to the growth method of the present invention,
The figure which shows the relationship of the photoluminescence intensity of the obtained Ge dope InGaN.

【図4】 本発明の一実施例の工程で得られるInGa
Nのフォトルミネッセンス測定によるスペクトルを示す
図。
FIG. 4 shows InGa obtained by the process of one embodiment of the present invention.
The figure which shows the spectrum by the photoluminescence measurement of N.

【図5】 本発明の一実施例によるInGaNのフォト
ルミネッセンス測定によるスペクトルを示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a spectrum of InGaN measured by photoluminescence according to an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式InXGa1-XN(但しXは0<X<
0.5)で表される窒化インジウムガリウム半導体にS
iまたはGeがドープされていることを特徴とする窒化
インジウムガリウム半導体。
1. The general formula In X Ga 1-X N (where X is 0 <X <
0.5) to the indium gallium nitride semiconductor represented by S)
An indium gallium nitride semiconductor characterized by being doped with i or Ge.
【請求項2】 有機金属気相成長法による窒化インジウ
ムガリウム化合物半導体の成長方法であって、原料ガス
としてガリウム源のガスと、インジウム源のガスと、窒
素源のガスと、ケイ素源のガスまたはゲルマニウム源の
ガスとを用い、さらに前記原料ガスのキャリアガスを窒
素として、600℃より高い成長温度で、窒化ガリウム
層の上に、SiまたはGeをドープした一般式InX
1-XN(但しXは0<X<0.5)で表される窒化イン
ジウムガリウム半導体を成長させることを特徴とする窒
化インジウムガリウム半導体の成長方法。
2. A method for growing an indium gallium nitride compound semiconductor by metalorganic vapor phase epitaxy, comprising a source gas containing a gallium source gas, an indium source gas, a nitrogen source gas, and a silicon source gas. using a germanium source gas, further carrier gas of the material gas as nitrogen, at temperatures above 600 ° C. growth temperature, on the gallium nitride layer, formula doped with Si or Ge an in X G
a 1-X N (where X is 0 <X <0.5) is used to grow the indium gallium nitride semiconductor.
【請求項3】 前記原料ガス中のガリウムに対するイン
ジウムのモル比を0.1以上に調整することを特徴とす
る請求項2に記載の窒化インジウムガリウム半導体の成
長方法。
3. The method for growing an indium gallium nitride semiconductor according to claim 2, wherein the molar ratio of indium to gallium in the source gas is adjusted to 0.1 or more.
【請求項4】 前記原料ガス中のケイ素のガリウムに対
するモル比を1×10-5〜0.05に調整することを特
徴とする請求項2に記載の窒化インジウムガリウム半導
体の成長方法。
4. The method for growing an indium gallium nitride semiconductor according to claim 2, wherein the molar ratio of silicon to gallium in the source gas is adjusted to 1 × 10 −5 to 0.05.
【請求項5】 前記原料ガス中のゲルマニウムのガリウ
ムに対するモル比を1×10-4〜0.5に調整すること
を特徴とする請求項2に記載の窒化インジウムガリウム
半導体の成長方法。
5. The method for growing an indium gallium nitride semiconductor according to claim 2, wherein the molar ratio of germanium to gallium in the source gas is adjusted to 1 × 10 −4 to 0.5.
【請求項6】 前記窒化ガリウム層はそのガリウムの一
部をアルミニウムで置換した窒化ガリウムアルミニウム
層であることを特徴とする請求項2に記載の窒化インジ
ウムガリウム半導体の成長方法。
6. The method for growing an indium gallium nitride semiconductor according to claim 2, wherein the gallium nitride layer is a gallium aluminum nitride layer in which a part of gallium is replaced with aluminum.
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