JPH1192296A - Substrate for growing gallium nitride crystal and its use - Google Patents

Substrate for growing gallium nitride crystal and its use

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JPH1192296A
JPH1192296A JP25908197A JP25908197A JPH1192296A JP H1192296 A JPH1192296 A JP H1192296A JP 25908197 A JP25908197 A JP 25908197A JP 25908197 A JP25908197 A JP 25908197A JP H1192296 A JPH1192296 A JP H1192296A
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JP
Japan
Prior art keywords
gan
substrate
based crystal
openings
crystal
Prior art date
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Pending
Application number
JP25908197A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuyuki Tadatomo
一行 只友
Hiroaki Okagawa
広明 岡川
Keiji Miyashita
啓二 宮下
Yoichiro Ouchi
洋一郎 大内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate for growing a GaN crystal capable of producing a thick high-quality GaN crystal substrate free from defects such as dislocation and provide a process for producing a GaN crystal substrate by using the above substrate. SOLUTION: A mask layer 2 is formed on a surface of a base substrate 1 enabling the growth of a GaN crystal, plural openings 4 are formed on the upper face of the mask layer and the surface of the base substrate is exposed at the bottom in the openings. The arrangement pattern of the openings on the upper surface of the mask layer is a pattern to position the openings on the crossing points of a mesh having a quadrate form S1 as the smallest constituent unit. The quadrate S1 has a parallelogramic form or a square form devoid of the side of the (11-20) direction of the GaN crystal growing on the base substrate.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、GaN系結晶成長
用基板と、それを用いたGaN系結晶基板の製造方法に
関するものである。
The present invention relates to a GaN-based crystal growth substrate and a method for manufacturing a GaN-based crystal substrate using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的なGaN系半導体結晶(以下、G
aN系結晶)の厚膜成長方法としては、サファイア基板
上にZnO等のバッファ層を形成し、その上にハイドラ
イド気相エピタキシャル成長法(以下、HVPE)で該
GaN系結晶を成長させる方法がある。また、その改良
技術として、サファイア基板に代え、スピネル、LG
O、LAO、ZnO、SiC等の基板を用いたり、易劈
開性の基板を用いたり、或いは基板表面にマスクを設け
その上に選択成長させる方法等がある。
2. Description of the Related Art A general GaN-based semiconductor crystal (hereinafter referred to as G
As a method of growing a thick film of (aN-based crystal), there is a method of forming a buffer layer of ZnO or the like on a sapphire substrate and growing the GaN-based crystal on the buffer layer by hydride vapor phase epitaxial growth (hereinafter, HVPE). As an improved technology, spinel, LG,
There are a method of using a substrate of O, LAO, ZnO, SiC, or the like, a method of using an easily cleavable substrate, a method of providing a mask on the substrate surface, and performing selective growth thereon.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaN
系結晶が厚膜成長すると、GaN系結晶とサファイア基
板との格子定数及び熱膨張係数の違いから界面に多大の
ストレスが掛かり、GaN系結晶が割れ大型基板が得ら
れないといった問題点があった。また、転位密度が極め
て大きい(1×109 cm-2〜1×1010cm-2)基板
しか得られないといった問題点があった。ここで転位と
は、基板上に半導体層を成長させるときに、格子定数が
合致していない(格子不整合)状態で成長させた場合に
発生する欠陥であり、これら転位は結晶欠陥であるため
非発光再結合中心として働いたり、そこが電流のパスと
して働き漏れ電流の原因になるなど、当該GaN系半導
体材料を発光素子に用いた場合に発光特性や寿命特性を
低下させる原因となる。
SUMMARY OF THE INVENTION However, GaN
When the system-based crystal grows in a thick film, a large stress is applied to the interface due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the GaN-based crystal and the sapphire substrate, and there is a problem that the GaN-based crystal is broken and a large substrate cannot be obtained. . Further, there is a problem that only a substrate having an extremely large dislocation density (1 × 10 9 cm −2 to 1 × 10 10 cm −2 ) can be obtained. Here, dislocations are defects that occur when a semiconductor layer is grown on a substrate in a state where lattice constants do not match (lattice mismatch), and these dislocations are crystal defects. When the GaN-based semiconductor material is used for a light-emitting element, it functions as a non-radiative recombination center or functions as a current path and causes a leakage current.

【0004】本発明は、厚膜で、しかも転位などの欠陥
を内包しない高品質なGaN系結晶基板を得ることがで
きるGaN系結晶成長用基板と、それを用いたGaN系
結晶基板の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention relates to a GaN-based crystal growth substrate capable of obtaining a high-quality GaN-based crystal substrate which is thick and does not include defects such as dislocations, and a method of manufacturing a GaN-based crystal substrate using the same. The purpose is to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の特徴を
有するものである。 (1)GaN系結晶が成長可能なベース基板の面にマス
ク層が設けられ、マスク層はそれ自身の表面からは実質
的に結晶成長し得ない材料からなり、マスク層の上面に
は複数の開口部が設けられ、該開口部内の底にはベース
基板が露出しており、マスク層の上面における開口部の
配置パターンが、四角形を最小構成単位とする網目の交
点に開口部が位置するよう配置されたパターンであっ
て、その網目の最小構成単位の四角形が、平行四辺形で
あるか、または、ベース基板上に成長するGaN系結晶
の〈11−20〉方向の辺を有しない方形であることを
特徴とするGaN系結晶成長用基板。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the following features. (1) A mask layer is provided on a surface of a base substrate on which a GaN-based crystal can be grown, and the mask layer is made of a material that cannot substantially grow crystals from its own surface. An opening is provided, the base substrate is exposed at the bottom in the opening, and the arrangement pattern of the opening on the upper surface of the mask layer is such that the opening is located at the intersection of a mesh having a square as a minimum constituent unit. In the arranged pattern, the square of the minimum structural unit of the mesh is a parallelogram or a square having no sides in the <11-20> direction of the GaN-based crystal grown on the base substrate. A GaN-based crystal growth substrate, characterized in that:

【0006】(2)開口部の開口形状が、ベース基板上
に成長するGaN系結晶の〈1−100〉方向に延びる
平行な2辺を有する方形である上記(1)記載のGaN
系結晶成長用基板。
(2) The GaN according to the above (1), wherein the opening has a rectangular shape having two parallel sides extending in the <1-100> direction of a GaN-based crystal grown on a base substrate.
Substrate for crystal growth.

【0007】(3)上記平行四辺形が、ベース基板上に
成長するGaN系結晶の〈1−100〉方向に延びる平
行な2辺を有する平行四辺形である上記(1)記載のG
aN系結晶成長用基板。
(3) The G according to (1), wherein the parallelogram is a parallelogram having two parallel sides extending in the <1-100> direction of a GaN-based crystal grown on a base substrate.
aN-based crystal growth substrate.

【0008】(4)上記平行四辺形が、ベース基板上に
成長するGaN系結晶の〈11−20〉方向に延びる平
行な2辺を有する平行四辺形である上記(1)記載のG
aN系結晶成長用基板。
(4) The G according to (1), wherein the parallelogram is a parallelogram having two parallel sides extending in the <11-20> direction of a GaN-based crystal grown on a base substrate.
aN-based crystal growth substrate.

【0009】(5)上記平行四辺形が、ベース基板上に
成長するGaN系結晶の〈1−100〉方向に延びる直
線および〈11−20〉方向に延びる直線のいずれも辺
に含まない平行四辺形である上記(1)記載のGaN系
結晶成長用基板。
(5) The parallelogram is a parallelogram that does not include a straight line extending in the <1-100> direction and a straight line extending in the <11-20> direction of the GaN-based crystal grown on the base substrate. The GaN-based crystal growth substrate according to the above (1), which is in the form of

【0010】(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記
載のGaN系結晶成長用基板を用い、該基板上の開口部
内の底に露出したベース基板面を出発点としてマスク層
上を覆うまでGaN系結晶層を成長させる工程を有する
ことを特徴とするGaN系結晶基板の製造方法。
(6) The substrate for growing a GaN-based crystal according to any one of the above (1) to (5), wherein the base substrate surface exposed at the bottom in the opening on the substrate is used as a starting point on the mask layer. A method of growing a GaN-based crystal layer until the GaN-based crystal substrate is covered.

【0011】本明細書でいう「平行四辺形」は、「方
形」を含まない。
The term "parallelogram" as used herein does not include "squares".

【0012】ベース基板自体の結晶方位とその上に成長
するGaN系結晶の結晶方位とは一義的な関係にある
が、完全に一致しない場合がある。例えばサファイア結
晶基板のC面上に成長するGaN結晶は、C軸方向には
一致しているが、a軸については互いに回転方向に30
°ずれた関係にある。従って、本明細書では、ミラー指
数(hkil)によって、ベース基板面やマスク層上面
などの面内に特定の方向を指定する場合、別段の断りが
無い限り、ベース基板面に成長した結果のGaN系結晶
の結晶方位で示すものとする。
Although the crystal orientation of the base substrate itself and the crystal orientation of the GaN-based crystal grown thereon have a unique relationship, they may not completely match. For example, GaN crystals growing on the C-plane of a sapphire crystal substrate are aligned in the C-axis direction, but the a-axis is 30
° The relationship is shifted. Therefore, in this specification, when a specific direction is designated in a plane such as the base substrate surface or the mask layer upper surface by the Miller index (hkil), the GaN grown on the base substrate surface unless otherwise specified. It is indicated by the crystal orientation of the system crystal.

【0013】本明細書では、GaN系結晶などの六方格
子結晶の格子面を4つのミラー指数(hkil)によっ
て指定する場合があれば、記載の便宜上、指数が負のと
きには、その指数の前にマイナス記号を付けて表記する
ものとし、この負の指数に関する表記方法以外は、一般
的なミラー指数の表記方法に準じる。従って、GaN系
結晶の場合では、C軸に平行なプリズム面(特異面)は
6面あるが、例えば、その1つの面は(1−100)と
表記し、6面を等価な面としてまとめる場合には{1−
100}と表記する。また、前記{1−100}面に垂
直でかつC軸に平行な面を等価的にまとめて{11−2
0}と表記する。また、(1−100)面に垂直な方向
は〔1−100〕、それと等価な方向の集合を〈1−1
00〉とし、(11−20)面に垂直な方向は〔11−
20〕、それと等価な方向の集合を〈11−20〉と表
記する。但し、図面では、指数が負である場合には、そ
の指数の上にマイナス記号を付けて表記しミラー指数の
表記方法に全て準じる。
In this specification, if the lattice plane of a hexagonal lattice crystal such as a GaN-based crystal is specified by four Miller indices (hkil), for convenience of description, if the index is negative, it is preceded by the index. The notation is given with a minus sign, and the description method according to the general Miller index is used except for the notation method regarding the negative exponent. Therefore, in the case of a GaN-based crystal, there are six prism surfaces (singular surfaces) parallel to the C axis. For example, one of the surfaces is expressed as (1-100), and the six surfaces are grouped as equivalent surfaces. In that case,
Expressed as 100 °. Also, planes perpendicular to the {1-100} plane and parallel to the C-axis are equivalently grouped into {11-2}.
Notated as 0}. The direction perpendicular to the (1-100) plane is [1-100], and a set of directions equivalent thereto is <1-1-1.
00>, and the direction perpendicular to the (11-20) plane is [11-
20], and a set of directions equivalent thereto is denoted as <11-20>. However, in the drawings, when the exponent is negative, a minus sign is added to the exponent, and all the notations are followed according to the Miller exponent notation.

【0014】本明細書では、ベース基板面のうち、マス
ク層によって被覆された領域を「マスク領域」、マスク
層に設けられた開口部内の底面に露出した領域を「非マ
スク領域」とも呼んで説明する。マスク層の上面の領域
は、マスク領域に等しいものとみなし、同義として説明
に用いる。
In the present specification, a region covered by the mask layer on the base substrate surface is also called a "mask region", and a region exposed on the bottom surface in an opening provided in the mask layer is also called a "non-mask region". explain. The region on the upper surface of the mask layer is regarded as being equal to the mask region, and is used in the description as synonymous.

【0015】[0015]

【作用】本発明者らは、先にGaN系結晶とサファイア
結晶基板との格子定数及び熱膨張係数の違いに起因する
GaN系結晶層のクラック対策として、図7に示すよう
に、ベース基板1上に、マスク層2を設け、該マスク層
に開口部をマトリクス状に点在させて設け(換言する
と、マスク層を格子状に設け)、該開口部内にベース基
板面を露出させてこの部分を非マスク領域とし、図6
(a)に示すように、非マスク領域11だけにGaN系
結晶層30を成長させることを提案している(特開平7
−273367号公報)。ベース基板面全体に対してチ
ップサイズのGaN系結晶層30を点在させることによ
って、個々のGaN系結晶層の面積が微小化し、クラッ
クは防止される。
As a countermeasure against cracking of the GaN-based crystal layer caused by the difference between the lattice constant and the coefficient of thermal expansion between the GaN-based crystal and the sapphire crystal substrate, as shown in FIG. On top of this, a mask layer 2 is provided, openings are provided in the mask layer in a matrix pattern (in other words, the mask layers are provided in a grid pattern), and the base substrate surface is exposed in the openings to form a portion. Is a non-mask area, and FIG.
As shown in FIG. 1A, it has been proposed to grow a GaN-based crystal layer 30 only in the non-mask region 11 (Japanese Patent Laid-Open No. Hei.
-273337). By dispersing the chip-size GaN-based crystal layers 30 over the entire surface of the base substrate, the area of each GaN-based crystal layer is reduced, and cracks are prevented.

【0016】その後本発明者らがさらに研究を重ねた結
果、点在的に成長させたGaN系結晶層30をさらに成
長させると、厚さ方向だけでなく、図6(b)に示すよ
うに、厚さ方向に垂直な方向、即ち、開口部を中心とし
てマスク層上面に沿って拡がる方向(以下、単に「横方
向」という)へも成長が行われることが確認された。し
かも、厚さ方向(C軸方向)と同じ程度の成長速度があ
り、結晶方位依存性が判明した。
As a result of further studies by the present inventors, as a result of further growth of the GaN-based crystal layer 30 that is scattered and grown, not only in the thickness direction but also as shown in FIG. It was also confirmed that the growth was also performed in a direction perpendicular to the thickness direction, that is, in a direction extending along the upper surface of the mask layer around the opening (hereinafter, simply referred to as “lateral direction”). In addition, the growth rate was about the same as that in the thickness direction (C-axis direction), and the crystal orientation dependence was found.

【0017】さらに、GaN系結晶層30におけるGa
N系結晶中に存在する転位は、ベース基板を含む下地か
ら継承するか、何れかの成長界面で発生し、結晶成長と
共に成長する特性があるが、図6(b)に示す如く、マ
スク層2の上に当たる領域(≒マスク領域)には発生源
となる下地(成長界面)が存在しないので、無転位状態
となることを知見した。また、上述の横方向の成長をさ
らに進めると、図6(c)に示す如く、GaN系結晶は
マスク層2の上を完全に覆ってマスク層を埋め込み、こ
の領域には非常に欠陥の少ない平坦でクラックの無い大
型且つ厚膜のGaN系結晶層3が得られる事を見いだし
た。
Further, Ga in the GaN-based crystal layer 30
The dislocations present in the N-based crystal have the property of being inherited from the base including the base substrate or occurring at any of the growth interfaces and growing together with the crystal growth. As shown in FIG. It has been found that since there is no underlying layer (growth interface) serving as a source in a region corresponding to the region 2 (≒ mask region), a dislocation-free state is obtained. Further, when the above-described lateral growth is further advanced, as shown in FIG. 6C, the GaN-based crystal completely covers the mask layer 2 and embeds the mask layer, and this region has very few defects. It has been found that a large and thick GaN-based crystal layer 3 that is flat and free from cracks can be obtained.

【0018】また、開口部の形状については、外形線に
〈1−100〉方向の辺を有する形状が好ましいことが
わかった。特に〈1−100〉方向に延びる平行な2辺
を有する方形状とすることによって、この開口部から横
方向に成長するGaN系結晶(以下、単に「結晶」とも
いう)の成長面には、{11−20}面が確保される。
この{11−20}面はオフファセットな面であり、フ
ァセットな{1−100}面(M面)に比べて、結晶が
高速に成長する。逆に、ファセットな面は、安定した面
であって、結晶成長は遅い。
It was also found that the shape of the opening is preferably a shape having sides in the <1-100> direction in the outline. In particular, by forming a rectangular shape having two parallel sides extending in the <1-100> direction, a growth surface of a GaN-based crystal (hereinafter, also simply referred to as “crystal”) that grows laterally from this opening has: The {11-20} plane is secured.
The {11-20} plane is an off-facet plane, and the crystal grows faster than the facet {1-100} plane (M plane). Conversely, a facet plane is a stable plane and crystal growth is slow.

【0019】さらに本発明者らは、マスク層に開口部を
点在させるに際し、開口部の配置パターンを、図7に示
すような〈1−100〉方向、〈11−20〉方向の直
交のマトリクス状配置としたときに、解決すべき問題が
存在することを見い出した。これを次に説明する。図8
(a)は、図7の1つの開口部およびその周辺を部分的
に拡大し、1つの方形状の開口部からGaN系結晶が横
方向に成長する様子を示した図である。開口部4aはG
aN系結晶に隠れており二点鎖線で示している。開口部
4aの辺のうち〈1−100〉方向に延びる辺からは、
オフファセットな面32が〈11−20〉方向へ高速に
成長し、また、〈11−20〉方向に延びる辺からは、
ファセットな面31が〈1−100〉方向へ緩やかに成
長する。説明のために、以下、オフファセットな面を太
い破線で、ファセットな面を太線で示す。結晶が開口部
から横方向に成長を開始した直後は、横方向の成長面は
互いに直交する2方向の面(図8(a)では31、3
2)だけとみなしてよい。しかし、成長が進むにつれ、
面31と面32とが交わる角部にファセットな面33が
現れる。
Further, the present inventors, when scattering the openings in the mask layer, change the arrangement pattern of the openings in the <1-100> direction and the <11-20> direction orthogonal to each other as shown in FIG. They found that there was a problem to be solved when they were arranged in a matrix. This will be described below. FIG.
FIG. 8A is a diagram showing a state in which one of the openings in FIG. 7 and its periphery are partially enlarged, and a GaN-based crystal grows laterally from one of the square openings. The opening 4a is G
It is hidden by the aN-based crystal and is indicated by a two-dot chain line. From the side extending in the <1-100> direction among the sides of the opening 4a,
The off-faceted surface 32 grows at high speed in the <11-20> direction, and from the side extending in the <11-20> direction,
The facet 31 grows slowly in the <1-100> direction. For the purpose of explanation, the off-faceted surface is indicated by a thick broken line, and the facetted surface is indicated by a thick line. Immediately after the crystal starts to grow in the lateral direction from the opening, the lateral growth surface is a plane in two directions orthogonal to each other (31, 3 in FIG. 8A).
You may consider only 2). But as growth progresses,
A facet face 33 appears at a corner where the face 31 and the face 32 intersect.

【0020】従って、開口部を、図7に示すような〈1
−100〉方向、〈11−20〉方向の直交のマトリク
ス状配置としたとき、図8(b)に示すように、その最
小のマトリクス2×2を構成する4つの開口部4a、4
b、4c、4dに囲まれて各々から等しい距離にある中
央の領域(中心点mの付近)は、ある時点で、成長の遅
いファセットな面33a、33b、33c、33dだけ
で閉鎖的に囲まれた状態になる。
Therefore, the opening is formed as shown in FIG.
As shown in FIG. 8B, when the matrix is arranged in a matrix orthogonal to the -100> direction and the <11-20> direction, the four openings 4a, 4a,
The central region (near the center point m) surrounded by b, 4c and 4d and at an equal distance from each other, is at some point closedly surrounded only by the slow growing facetted surfaces 33a, 33b, 33c and 33d. It will be in a state where it was lost.

【0021】いったん、このようなファセットな面だけ
で囲まれた状態になると、次の問題が生じる。これが上
記した解決すべき問題である。 A.成長の遅いファセットな面だけで囲まれているか
ら、その囲まれた領域(空間)を、結晶成長を継続して
閉じるためには長時間を要する。 B.結晶成長を継続して囲まれた領域を閉じるとき、そ
の間、結晶は厚さ方向(C軸方向)には高速で成長する
ので、囲まれた領域が閉じる頃には、結晶の厚さは意図
した寸法をはるかに超えて無駄に長大な寸法となる。 C.囲まれた領域が閉じたとしても、最後に閉じた部分
(中心m)は、4方向からの成長面がほぼ1点に合流し
た状態となるために、その合流した部分の結晶品質は、
少しずつ結晶方位の異なったものが融合したものとな
り、転位を含む高密度の欠陥が集中した低い結晶品質と
なる。
Once the facet is surrounded only by such a facet, the following problem occurs. This is the problem to be solved. A. Since it is surrounded only by the facet surface that is slowly growing, it takes a long time to continuously close the surrounded area (space) with the crystal growth. B. When the crystal growth is continued and the enclosed region is closed, the crystal grows at a high speed in the thickness direction (C-axis direction) during that time. It becomes a uselessly long dimension far exceeding the size that has been set. C. Even if the enclosed region is closed, the finally closed portion (center m) is in a state where the growth surfaces from four directions merge at almost one point, so that the crystal quality of the merged portion is:
Those having different crystal orientations are gradually merged, resulting in low crystal quality in which high-density defects including dislocations are concentrated.

【0022】本発明では、開口部の配置パターンを、
〈11−20〉方向、〈1−100〉方向の直交の方形
マトリクス状配置を避け、平行四辺形、または〈11−
20〉方向の辺を含まない方形とすることによって、フ
ァセットな面だけで囲まれる状態を回避し、上記3つの
問題のうち少なくとも1つを改善している。特に、図3
に示すように、各開口部から集合して来た結晶の成長面
が中央の領域を囲んだ時、2つのファセットな面と、1
つのオフファセットな面とによって囲む状態となるよう
に、開口部の位置を移動することによって、上記3つの
問題は次のように全て解消する。 a.オフファセットな面の高速な成長によって、囲まれ
た領域を短時間で閉じることができる。 b.囲まれた領域が厚さ方向の成長に対して早い時期に
閉じるため、意図する厚さの結晶を得ることができる。 c.最後に閉じた部分(中心m)は、3方向から集まっ
た結晶構造となるために、4方向からの集合に比べて結
晶品質が改善される。これに加えて、囲まれた領域が早
い時期に閉じその後に厚さ方向に成長するので、閉じた
部分の結晶品質は、厚さ方向へ成長するにつれて回復
し、意図する厚さとなった時点における表層付近の結晶
品質は、閉じた時点よりもさらに改善されている。
In the present invention, the arrangement pattern of the openings is
Avoid a rectangular matrix arrangement orthogonal to the <11-20> direction and the <1-100> direction.
By making the rectangle not include sides in the <20> direction, it is possible to avoid a state where the face is surrounded only by facet faces, and to improve at least one of the above three problems. In particular, FIG.
As shown in the figure, when the growth surface of the crystal gathered from each opening surrounds the central region, two facet surfaces and one
By moving the position of the opening so as to be surrounded by the two off-faceted surfaces, the above three problems are all solved as follows. a. The fast growth of off-faceted surfaces allows the enclosed area to be closed in a short time. b. Since the enclosed region closes early on against growth in the thickness direction, a crystal having an intended thickness can be obtained. c. Since the finally closed portion (center m) has a crystal structure gathered from three directions, the crystal quality is improved as compared with the assembly from four directions. In addition to this, since the enclosed region closes early and then grows in the thickness direction, the crystal quality of the closed portion recovers as it grows in the thickness direction, and at the time when the intended thickness is reached. The crystal quality near the surface has been further improved than at the time of closing.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】先ず、本発明によるGaN系結晶
成長用基板について説明する。図1に示すように、ベー
ス基板1(マスク層を部分的に切欠いて見せている)の
面上にマスク層2が設けられている。マスク層2にはそ
の上面から複数の開口部4が設けられ、該開口部内の底
にベース基板面が露出している。マスク層2の上面にお
ける開口部4の配置パターンは、マスク層の上面に四角
形S1(太線で示す)を最小構成単位とする網目を想定
し、その網目の交点に開口部3が位置する様に配置され
たパターンである。本発明では、マスク層上面に想定し
た前記網目(以下、単に「網目」とだけいう)の最小構
成単位である四角形S1を、平行四辺形とするか、また
は、〈11−20〉方向の辺を有しない方形とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a GaN-based crystal growth substrate according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, a mask layer 2 is provided on a surface of a base substrate 1 (a mask layer is partially cut away). The mask layer 2 is provided with a plurality of openings 4 from the upper surface, and the base substrate surface is exposed at the bottom in the openings. The arrangement pattern of the openings 4 on the upper surface of the mask layer 2 is such that a mesh having a square S1 (shown by a thick line) as a minimum constituent unit is assumed on the upper surface of the mask layer, and the opening 3 is located at the intersection of the meshes. It is a arranged pattern. In the present invention, the square S1, which is the minimum structural unit of the mesh (hereinafter, simply referred to as "mesh") assumed on the upper surface of the mask layer, is a parallelogram or a side in the <11-20> direction. With no square.

【0024】ベース基板は、GaN系結晶が成長可能な
ものであればよく、例えば、従来からGaN系結晶を成
長させる際に汎用されている、サファイア、水晶、Si
C等を用いてもよい。なかでも、サファイアのC面、A
面、6H−SiC基板、特にC面サファイア基板が好ま
しい。またこれら材料の表面に、GaN系結晶との格子
定数や熱膨張係数の違いを緩和するためのZnO、Mg
OやAlN等のバッファ層を設けたものであっても良
い。
The base substrate may be any substrate on which a GaN-based crystal can be grown. For example, sapphire, crystal, Si
C or the like may be used. Above all, C surface of sapphire, A
A 6H-SiC substrate, particularly a C-plane sapphire substrate, is preferred. In addition, ZnO, Mg for reducing the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient with the GaN-based crystal on the surface of these materials.
It may be provided with a buffer layer such as O or AlN.

【0025】ベース基板は、成長させるGaN系結晶と
なるべく格子定数が近く且つ熱膨張係数ができるだけ近
いものを選択することが、転位などの欠陥を本来的に少
なくする点及びクラック等をより生じにくくする点で望
ましい。また、後述するマスク層の薄膜形成の際におけ
る高熱やエッチングに対する耐性に優れることが好まし
い。このような点から、ベース基板は、少なくともその
表層がInX GaY AlZ N(0≦X≦1、0≦Y≦
1、0≦Z≦1、X+Y+Z=1)からなるものが挙げ
られる。具体的には、サファイア基板上に、MOVPE
法によりZnOやAlN等のバッファ層、及びGaN又
はGaAlNの薄層を順次成膜したものが好適に用い得
る。このようなベース基板であれば、該ベース基板上に
成長させるGaN系結晶内に新たに発生する転位の密度
を低く抑える事が出来、良好な結晶性を得ることができ
る。
It is important to select a base substrate having a lattice constant as close as possible and a thermal expansion coefficient as close as possible to the GaN-based crystal to be grown. Is desirable. Further, it is preferable that the mask layer has excellent resistance to high heat and etching when forming a thin film of a mask layer described later. From such a point, the base substrate has at least the surface layer of In x Ga y Al Z N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦
1, 0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z = 1). Specifically, on a sapphire substrate, MOVPE
A layer in which a buffer layer of ZnO or AlN or the like and a thin layer of GaN or GaAlN are sequentially formed by the method can be suitably used. With such a base substrate, the density of dislocations newly generated in the GaN-based crystal grown on the base substrate can be suppressed low, and good crystallinity can be obtained.

【0026】マスク層は、それ自身の表面からは実質的
にGaN系結晶が成長し得ない材料を用いる。このよう
な材料としては、例えば非晶質体が例示され、さらにこ
の非晶質体としてSi、Ti、Ta、Zr等の窒化物や
酸化物等が例示される。特に、耐熱性に優れると共に成
膜及びエッチング除去が比較的容易なSiO2 膜が好適
に使用できる。
The mask layer is made of a material that does not allow a GaN-based crystal to grow substantially from its own surface. As such a material, for example, an amorphous body is exemplified, and as the amorphous body, a nitride or an oxide such as Si, Ti, Ta, or Zr is exemplified. In particular, a SiO 2 film which is excellent in heat resistance and relatively easy to form and remove by etching can be suitably used.

【0027】マスク層は、例えば真空蒸着、スパッタ、
CVD等の方法により基板全表面を覆うように形成した
後、通常のフォトリソグラフィー技術によって光感光性
レジストのパターニングを行い、エッチングによって基
板の一部を露出させる等の手段で形成される。
The mask layer is formed, for example, by vacuum deposition, sputtering,
After the substrate is formed so as to cover the entire surface of the substrate by a method such as CVD, the photosensitive resist is patterned by a usual photolithography technique, and a part of the substrate is exposed by etching.

【0028】開口部の開口形状は、上記作用の説明で述
べたように、〈1−100〉方向に延びる平行な2辺を
有する方形が好ましい。この〈1−100〉方向に延び
る2辺からは、オフファセットな面が高速に成長を開始
するので、この辺を長い寸法として確保することが好ま
しく、逆に、〈11−20〉方向に延びる2辺は、短く
する方が基板面の無駄がない。
As described above in the description of the operation, the opening shape of the opening is preferably a square having two parallel sides extending in the <1-100> direction. From the two sides extending in the <1-100> direction, since the off-facet surface starts growing at a high speed, it is preferable to secure this side as a long dimension, and conversely, the two sides extending in the <11-20> direction. The shorter the side, the less waste of the substrate surface.

【0029】開口部の開口形状は、全てを合同な形状と
する必要はなく、必要に応じて大小の変化を設けてもよ
い。開口形状をさらに好ましく限定する条件について
は、開口部の配置パターンと関連させて後述する。
It is not necessary that all of the openings have a congruent shape, and the openings may be varied in size as needed. Conditions for further preferably limiting the opening shape will be described later in connection with the arrangement pattern of the opening.

【0030】開口部の配置パターンは、上記したよう
に、網目の最小構成単位の四角形を、平行四辺形、また
は、〈11−20〉方向、〈1−100〉方向からなる
方形以外の方形となるように配置するパターンである。
図1の態様では、網目の最小構成単位の四角形は、〈1
−100〉方向に延びる平行な2直線y1、y2の一部
を2辺として有する平行四辺形S1である。同図では、
説明のために開口部の総数を9穴としている。マスク層
上面に想定される網目全体のパターンは、図1の例で
は、〈1−100〉方向に延びる平行な直線y1〜y3
と、これらと直角以外の角度θ1(=平行四辺形の内角
の1つ)で交わる平行線m1〜m3とが交差してなる網
目である。網目全体の外周形状は、同図の例では最小構
成単位の平行四辺形S1と相似形になっているが、例え
ば、開口部4e、4fを省略するなど、基板の外形に応
じて外周付近の開口部を増設・削減してよい。
As described above, the arrangement pattern of the openings is such that the square constituting the minimum structural unit of the mesh is a parallelogram or a square other than the square composed of the <11-20> and <1-100> directions. It is a pattern that is arranged so that
In the embodiment of FIG. 1, the square of the minimum structural unit of the mesh is <1
This is a parallelogram S1 having a part of two parallel straight lines y1 and y2 extending in the −100> direction as two sides. In the figure,
For the sake of explanation, the total number of openings is 9 holes. In the example of FIG. 1, the pattern of the entire mesh assumed on the upper surface of the mask layer is parallel straight lines y1 to y3 extending in the <1-100> direction.
And parallel lines m1 to m3 that intersect these at an angle θ1 (= one of the inner angles of the parallelogram) other than a right angle. The outer peripheral shape of the entire mesh is similar to the parallelogram S1 as the minimum constituent unit in the example of FIG. 3, but, for example, the openings 4e and 4f are omitted. Openings may be added or reduced.

【0031】また、網目の最小構成単位の四角形を、
〈1−100〉方向に延びる平行な2辺を有することが
条件の平行四辺形とする場合、その様な網目のパターン
は、図1の例のように2方向の平行線だけで決定された
全て合同な平行四辺形からなるものだけではない。例え
ば、図2(a)のように、互いに鏡面対称の平行四辺形
S1、S2を交互に組合わせたパターンや、図2(b)
のように、全ての平行四辺形S11、S12、S21、S22を
互いに異なる平行四辺形として組合わせたパターン、お
よび、図2(a)、(b)のパターンを任意に組合わせ
たパターンなどが挙げられる。
Further, the square of the minimum structural unit of the mesh is
In the case where a parallelogram is required to have two parallel sides extending in the <1-100> direction, such a mesh pattern is determined only by parallel lines in two directions as in the example of FIG. Not only are they all made of congruent parallelograms. For example, as shown in FIG. 2A, a pattern in which parallelograms S1 and S2 mirror-symmetrical to each other are alternately combined, and FIG.
As shown in the figure, a pattern obtained by combining all the parallelograms S11, S12, S21, and S22 as different parallelograms, and a pattern obtained by arbitrarily combining the patterns of FIGS. No.

【0032】開口部の配置パターンを図1〜図2に示す
態様とすることによって、網目の最小構成単位である平
行四辺形の4つの頂点に位置する開口部4a、4b、4
c、4dから集まって来た結晶の成長面が中央の領域を
囲んだ時、ファセットな面だけで4方を囲まれる状態が
解消される。この特徴をより顕著なものとするために
は、図3に示すように、2つのファセットな面33a、
33cと、1つのオフファセットな面32dによって囲
まれる状態(このとき、面33b、33d、32aによ
って囲まれる状態も同時に存在する)となるように、網
目の最小構成単位である平行四辺形の形状と開口部の開
口形状とを次のように決定するのが好ましい。
By setting the arrangement pattern of the openings as shown in FIGS. 1 and 2, the openings 4a, 4b, 4 located at the four vertices of the parallelogram which is the minimum structural unit of the mesh
When the growth surface of the crystals gathered from c and 4d surrounds the central region, the situation where four faces are surrounded only by the facet surface is eliminated. In order to make this feature more pronounced, as shown in FIG. 3, two faceted surfaces 33a,
The shape of a parallelogram, which is the minimum structural unit of the mesh, so as to be in a state surrounded by 33c and one off-facet surface 32d (there is also a state surrounded by surfaces 33b, 33d, and 32a at this time). It is preferable to determine the shape of the opening and the shape of the opening as follows.

【0033】開口形状については、〈1−100〉方向
の長辺を有する長方形とする場合、該長辺の長さは、図
3で説明すると、2つの開口4a、4cからのファセッ
トな面33aと面33cとが接触したとき、オフファセ
ットな面32dがこれら面33aと33cと対応し三角
形を形成し得るように、オフファセットな面の成長に伴
う減少を考慮して充分な長さとするのが好ましい。具体
的な開口形状の寸法を例示すると、〈1−100〉方向
10μm〜10mm、〈11−20〉方向1μm〜10
μmの範囲のなかから、〈1−100〉方向に長い長方
形となるよう選択するのが好ましい。
When the opening shape is a rectangle having a long side in the <1-100> direction, the length of the long side is, as described with reference to FIG. 3, the facet face 33a from the two openings 4a and 4c. When the contact with the surface 33c, the off-facetted surface 32d corresponds to these surfaces 33a and 33c and can form a triangle. Is preferred. Illustrative dimensions of the opening shape are, for example, 10 μm to 10 mm in the <1-100> direction, and 1 μm to 10 mm in the <11-20> direction.
It is preferable to select from the range of μm such that the rectangle is long in the <1-100> direction.

【0034】網目の最小構成単位である平行四辺形の形
状については、〈1−100〉方向の2辺のうちの一方
が、他方に対して、該辺の長さの半分だけ〈1−10
0〉方向にずれた形状が好ましい。換言すると、図1の
場合では、平行四辺形の4つの頂点に位置する開口部4
a、4b、4c、4dのうち、3つの開口部の組(4
a、4c、4d)および(4a、4d、4b)が各々2
等辺3角形の頂点に位置するような平行四辺形の形状で
ある。平行四辺形の〈1−100〉方向の辺の長さは、
上記開口形状の寸法と、〈1−100〉方向の開口部間
の間隙(マスク領域の長さ)とから決定される。〈1−
100〉方向の開口部間の間隙は、1μm〜10μm程
度であり、これに対して結晶が高速に成長する〈11−
20〉方向の開口部間の間隙は、2μm〜50μm程度
である。これら寸法は、横方向の結晶成長速度を参照し
決定すればよい。
Regarding the shape of the parallelogram which is the minimum structural unit of the mesh, one of the two sides in the <1-100> direction is set to <1-10
A shape shifted in the 0> direction is preferable. In other words, in the case of FIG. 1, the openings 4 located at the four vertices of the parallelogram are
a, 4b, 4c, and 4d, a set of three openings (4
a, 4c, 4d) and (4a, 4d, 4b) are each 2
The shape is a parallelogram located at the apex of an equilateral triangle. The length of the side of the parallelogram in the <1-100> direction is
It is determined from the dimensions of the opening shape and the gap (length of the mask region) between the openings in the <1-100> direction. <1-
The gap between the openings in the <100> direction is about 1 μm to 10 μm, whereas the crystal grows at a high speed <11−
The gap between the openings in the <20> direction is about 2 μm to 50 μm. These dimensions may be determined with reference to the crystal growth rate in the lateral direction.

【0035】次に、開口部の配置パターンの他の態様を
示す。図4に示す態様は、網目の最小構成単位の四角形
を、〈11−20〉方向に延びる平行な2辺を有する平
行四辺形S3とした態様である。同図に示す態様とする
ことによって、横方向に結晶を成長させた場合には、フ
ァセットな面だけで囲まれた状態(ハッチングで示す領
域)となり、早期にこの領域が閉じることはできない
が、図8(b)に示す4方向からの合流の態様と比べる
と、上記作用の説明で述べたように、最後に閉じた部分
は、3方向から合流した結晶構造となるために、結晶品
質が改善される。
Next, another embodiment of the arrangement pattern of the openings will be described. The mode shown in FIG. 4 is a mode in which the square as the minimum structural unit of the mesh is a parallelogram S3 having two parallel sides extending in the <11-20> direction. By adopting the mode shown in the figure, when the crystal is grown in the lateral direction, it is in a state surrounded by only the facet surface (region indicated by hatching), and this region cannot be closed early, As compared with the mode of merging from four directions shown in FIG. 8B, as described in the above description of the operation, the finally closed portion has a crystal structure merging from three directions, so that the crystal quality is low. Be improved.

【0036】図5に示す態様は、網目の最小構成単位の
四角形を、〈1−100〉方向に延びる直線および〈1
1−20〉方向に延びる直線のいずれも辺に含まない平
行四辺形とした態様である。また、網目の最小構成単位
の四角形を、〈1−100〉方向に延びる直線および
〈11−20〉方向に延びる直線のいずれも辺に含まな
い方形とする態様も、図5と同じ作用を示す同類であ
る。このような態様とすることによって、横方向の成長
面が中央の領域を囲んだときの形状は複雑になるが、オ
フファセット面の存在によって、この領域は早期に閉じ
られ、図1の態様と同様、最後に閉じる部分の結晶品質
が改善され得る。
In the embodiment shown in FIG. 5, the square of the minimum structural unit of the mesh is formed by a straight line extending in the <1-100> direction and a <1-100> line.
In this embodiment, none of the straight lines extending in the <1-20> direction is a parallelogram. In addition, a mode in which the square of the minimum structural unit of the mesh is a square that does not include any of the straight lines extending in the <1-100> direction and the straight lines extending in the <11-20> direction on the sides also has the same effect as in FIG. 5. Is the same. By adopting such an aspect, the shape when the lateral growth surface surrounds the central region becomes complicated, but due to the presence of the off-facet surface, this region is closed early, and the structure shown in FIG. Similarly, the crystal quality of the last closing part can be improved.

【0037】本発明のGaN系結晶基板の製造方法は、
上記説明のGaN系結晶成長用基板を用いてGaN系結
晶を成長させる製造方法である。GaN系結晶の成長
は、ベース基板上の非マスク部(開口部の底面)が出発
点となって始まる。成長を続けると、図6(a)に示す
ように、開口部内はGaN系結晶によって充填され、さ
らに図6(b)に示すように、GaN系結晶はマスク層
の上面よりも高く膨出する。このとき、GaN系結晶は
高さ方向(C軸方向)だけでなく、前記膨出部の側面を
出発点として横方向へも成長が始まる。横方向への成長
については、図1〜5に示すとおりである。やがて、横
方向への成長面によって囲まれた領域は閉じ、図6
(c)に示すように、マスク層2上を完全に覆うと共に
厚さ方向への成長が継続し、GaN系結晶層が形成され
る。このGaN系結晶層だけを切り出して、またはベー
ス基板と一体のままで、GaN系結晶基板として用い
る。
The method for producing a GaN-based crystal substrate according to the present invention comprises:
This is a manufacturing method for growing a GaN-based crystal using the GaN-based crystal growth substrate described above. The growth of the GaN-based crystal starts from a non-mask portion (the bottom surface of the opening) on the base substrate as a starting point. As the growth continues, the inside of the opening is filled with a GaN-based crystal as shown in FIG. 6A, and the GaN-based crystal swells higher than the upper surface of the mask layer as shown in FIG. 6B. . At this time, the GaN-based crystal starts growing not only in the height direction (C-axis direction) but also in the lateral direction starting from the side surface of the bulging portion. The growth in the lateral direction is as shown in FIGS. Eventually, the region surrounded by the lateral growth surface is closed, and FIG.
As shown in (c), the mask layer 2 is completely covered and the growth in the thickness direction is continued to form a GaN-based crystal layer. This GaN-based crystal layer alone is cut out or used as a GaN-based crystal substrate while being integrated with the base substrate.

【0038】本発明によるGaN系結晶成長用基板上に
形成されたGaN系結晶層は、図6(c)に示すよう
に、非マスク部直上に相当する部分には転位等の欠陥が
継承されることがある。しかし、少なくともマスク層2
上の部分は、膨出部の側面(転位等の欠陥が存在しない
面)を出発点とする横方向成長にて形成されたものであ
るので、転位等の欠陥が存在しない極めて高品質な結晶
である。しかもGaN系結晶層とベース基板との直接接
触部位は非マスク部のみであって接触面積は小さく、両
者の熱膨脹係数の相違の影響をあまり受けないことか
ら、厚肉のGaN系結晶層が容易に成長させ得るという
利点もある。
In the GaN-based crystal layer formed on the GaN-based crystal growth substrate according to the present invention, as shown in FIG. 6 (c), a portion corresponding to a portion immediately above the non-mask portion is inherited by defects such as dislocations. Sometimes. However, at least the mask layer 2
Since the upper portion is formed by lateral growth starting from the side surface of the bulge (the surface having no defects such as dislocations) as a starting point, an extremely high-quality crystal having no defects such as dislocations is formed. It is. In addition, the direct contact portion between the GaN-based crystal layer and the base substrate is only the non-mask portion, the contact area is small, and the GaN-based crystal layer is not largely affected by the difference in the thermal expansion coefficient between the two, so that a thick GaN-based crystal layer is easily formed. There is also the advantage that it can be grown in

【0039】本発明のGaN系結晶成長用基板上に結晶
成長させるべきGaN系結晶は、式InX GaY AlZ
N(0≦X≦1,0≦Y≦1,0≦Z≦1,X+Y+Z
=1)で決定される化合物半導体である。特に、厚膜層
として有用なものとしてはGaNが挙げられる。
The GaN-based crystal to be grown on the GaN-based crystal growth substrate of the present invention has the formula In x Ga Y Al Z
N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1, X + Y + Z
= 1). In particular, GaN is useful as a thick film layer.

【0040】GaN系結晶の成長方法については制限は
なく、HVPE、MOVPE、MBEなどが例示できる
が、とりわけHVPEは成長速度が非常に大きいという
利点があるため好ましい。
The method of growing the GaN-based crystal is not limited, and examples thereof include HVPE, MOVPE, and MBE. Among them, HVPE is particularly preferable because it has an advantage that the growth rate is very high.

【0041】本発明の製造方法によって得られたGaN
系結晶基板またはGaN系半導体基板を用い、該基板上
にクラッド層と活性層とからなる発光部等及び電極を形
成することで、LEDやLD等の発光素子を製造するこ
とができる。
GaN obtained by the manufacturing method of the present invention
A light-emitting element such as an LED or an LD can be manufactured by using a base crystal substrate or a GaN-based semiconductor substrate and forming a light-emitting portion and an electrode including a cladding layer and an active layer on the substrate.

【0042】[0042]

【実施例】【Example】

実施例1 本実施例では、図1に示す様に、開口部の配置パターン
における網目の最小構成単位の四角形を、〈1−10
0〉方向に延びる平行な2辺を有する平行四辺形とし
て、GaN系結晶成長用基板を製作し、さらに、該基板
を用いてGaN結晶基板を製作した。
Embodiment 1 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the square of the minimum structural unit of the mesh in the arrangement pattern of the openings is changed to <1-10
A GaN-based crystal growth substrate was manufactured as a parallelogram having two parallel sides extending in the 0> direction, and a GaN crystal substrate was manufactured using the substrate.

【0043】〔GaN系結晶成長用基板の製作〕直径2
インチ、厚さ330μm、C面サファイア基板上に、M
OVPE装置を使って、厚さ20nmのAlNバッファ
層を低温成長し、続いて1.5μmのGaN薄層を成長
し、ベース基板とした。この基板の表面に、SiO2
膜からなるマスク層をスパッタリング法で全面に形成し
た後、エッチングによって開口部を設け、図1に示すタ
イプのGaN系結晶成長用基板を得た。
[Manufacture of GaN Crystal Growth Substrate] Diameter 2
Inch, 330 μm thick, C-plane sapphire substrate
Using an OVPE apparatus, an AlN buffer layer having a thickness of 20 nm was grown at a low temperature, and then a GaN thin layer having a thickness of 1.5 μm was grown and used as a base substrate. After a mask layer made of a SiO 2 thin film was formed on the entire surface of the substrate by a sputtering method, an opening was provided by etching to obtain a GaN-based crystal growth substrate of the type shown in FIG.

【0044】開口部の開口形状は全て合同であって、
〈11−20〉方向3μm×〈1−100〉方向100
μmの長方形である。
The shapes of the openings are all the same,
3 μm in <11-20> direction × 100 in <1-100> direction
It is a rectangle of μm.

【0045】開口部の配置パターンは、互いに隣合った
開口部間の間隔(開口部間に挟まれたマスク領域の幅)
が、〈11−20〉方向5μm、〈1−100〉方向2
μmであって、網目の最小構成単位の平行四辺形におけ
る〈1−100〉方向の2辺のうちの一方が、他方に対
して、該辺の長さの半分だけ〈1−100〉方向にずれ
てなる平行四辺形のパターンである。
The arrangement pattern of the openings is the distance between the openings adjacent to each other (the width of the mask area sandwiched between the openings).
Is 5 μm in the <11-20> direction and 2 in the <1-100> direction.
μm, one of the two sides in the <1-100> direction in the parallelogram of the minimum structural unit of the mesh is one-half the length of the side in the <1-100> direction with respect to the other. It is a parallelogram pattern shifted.

【0046】〔GaN系結晶層の形成〕上記GaN系結
晶成長用基板をHVPE装置に装填し、図6に示すよう
に、非マスク領域を出発点として厚さ200μmのGa
N系結晶層を形成した。GaN系結晶はマスク層上を横
方向にも成長しマスク層を完全に覆った。
[Formation of GaN-based Crystal Layer] The above-mentioned GaN-based crystal growth substrate was loaded into an HVPE apparatus, and as shown in FIG. 6, a 200 μm-thick Ga
An N-based crystal layer was formed. The GaN-based crystal grew also on the mask layer in the lateral direction and completely covered the mask layer.

【0047】GaN系結晶層上の平坦性は良好であっ
た。また、各開口部から結晶が横方向に成長して合流し
た部分は、3方向から1点への合流であり、合流の後に
厚さ方向に成長し、表層付近の結晶品質は良好であっ
た。
The flatness on the GaN-based crystal layer was good. The portion where the crystals grew in the lateral direction from each opening and merged was a merge from three directions to one point, grew in the thickness direction after the merge, and the crystal quality near the surface layer was good. .

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、GaN
系結晶成長用基板における開口部の配置パターンの特徴
によって、〈11−20〉方向、〈1−100〉方向の
直交マトリクス状配置パターンに比べて、各開口部から
横方向に成長した結晶が早期に合流点を閉じることが可
能となり、その後の厚さ方向への成長によって、結晶品
質を改善することができる。また、合流点に集合する横
方向の成長面の数も、4面から3面へと減少でき、この
点からも結晶品質は改善される。
As described above, the present invention relates to GaN
Due to the characteristics of the arrangement pattern of the openings in the substrate for system crystal growth, crystals grown in the lateral direction from the respective openings are earlier than the orthogonal matrix arrangement patterns in the <11-20> direction and the <1-100> direction. It is possible to close the confluence point, and the crystal quality can be improved by subsequent growth in the thickness direction. In addition, the number of laterally growing surfaces converging at the junction can be reduced from four to three, and from this point the crystal quality is also improved.

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

【図1】本発明のGaN系結晶成長用基板の一例を示す
図であって、マスク層上の開口部の配置パターンを示す
図である。
FIG. 1 is a view showing one example of a GaN-based crystal growth substrate of the present invention, and is a view showing an arrangement pattern of openings on a mask layer.

【図2】図1に示す開口部の配置パターンのバリエーシ
ョンを示す図である。基板から配置パターンだけを抜き
出して示している。図2(b)の紙面上での結晶方位は
図2(a)と同様、上下〈1−100〉、左右〈11−
20〉である。
FIG. 2 is a diagram showing a variation of an arrangement pattern of openings shown in FIG. 1; Only the arrangement pattern is extracted from the substrate and shown. The crystal orientation on the paper surface of FIG. 2B is the same as in FIG.
20>.

【図3】図1または図2の配置パターンによる作用を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an operation by the arrangement pattern of FIG. 1 or FIG. 2;

【図4】本発明のGaN系結晶成長用基板における開口
部の配置パターンの他の例を示す図であって、同時に、
各開口部から成長した結晶の横方向の成長面が中央の領
域を囲んだ状態を示している。囲まれた領域にはハッチ
ングを施している。
FIG. 4 is a view showing another example of the arrangement pattern of the openings in the substrate for growing a GaN-based crystal of the present invention.
This shows a state in which the lateral growth surface of the crystal grown from each opening surrounds the central region. The enclosed area is hatched.

【図5】本発明のGaN系結晶成長用基板の他の例を示
す図である。
FIG. 5 is a view showing another example of the GaN-based crystal growth substrate of the present invention.

【図6】GaN系結晶層がマスク層上を横方向に成長す
る様子を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing how a GaN-based crystal layer grows on a mask layer in a lateral direction.

【図7】開口部の配置パターンを、〈1−100〉方向
と〈11−20〉方向からなる直交のマトリクス状の配
置パターンとした例を示す図である。この図では、マス
ク層2を一部破断で切欠いてベース基板1を見せてい
る。マスク層上面にはハッチングを施しており、各開口
部4の内部底面にはベース基板面が現れている。
FIG. 7 is a diagram showing an example in which the arrangement pattern of openings is an orthogonal matrix arrangement pattern composed of <1-100> directions and <11-20> directions. In this figure, the base substrate 1 is shown with the mask layer 2 partially cut away and cut away. The upper surface of the mask layer is hatched, and the base substrate surface appears on the inner bottom surface of each opening 4.

【図8】開口部から結晶が横方向に成長する様子を示す
図であって、特に、図8(b)では、GaN系結晶が4
方向から1点に合流する状態を示している。図8(b)
の紙面上での結晶方位は図8(a)と同様、上下〈1−
100〉、左右〈11−20〉である。
FIG. 8 is a view showing a state in which a crystal grows laterally from an opening. In particular, in FIG.
It shows a state where it joins one point from the direction. FIG. 8B
The crystal orientation on the paper surface is the same as in FIG.
100> and left and right <11-20>.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ベース基板 2 マスク層 4 開口部 S1 網目の最小構成単位の四角形 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base substrate 2 Mask layer 4 Opening S1 Square of minimum structural unit of mesh

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 洋一郎 兵庫県伊丹市池尻4丁目3番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoichiro Ouchi 4-3 Ikejiri, Itami-shi, Hyogo Mitsubishi Electric Cable Industry Co., Ltd. Itami Works

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 GaN系結晶が成長可能なベース基板の
面にマスク層が設けられ、マスク層はそれ自身の表面か
らは実質的に結晶成長し得ない材料からなり、マスク層
の上面には複数の開口部が設けられ、該開口部内の底に
はベース基板が露出しており、 マスク層の上面における開口部の配置パターンが、四角
形を最小構成単位とする網目の交点に開口部が位置する
よう配置されたパターンであって、その網目の最小構成
単位の四角形が、平行四辺形であるか、または、ベース
基板上に成長するGaN系結晶の〈11−20〉方向の
辺を有しない方形であることを特徴とするGaN系結晶
成長用基板。
1. A mask layer is provided on a surface of a base substrate on which a GaN-based crystal can be grown. The mask layer is made of a material that cannot substantially grow crystals from its own surface. A plurality of openings are provided, the base substrate is exposed at the bottom in the openings, and the arrangement pattern of the openings on the top surface of the mask layer is such that the openings are located at the intersections of the meshes having a square as a minimum constituent unit. And the square of the smallest structural unit of the mesh is a parallelogram or does not have a side in the <11-20> direction of the GaN-based crystal grown on the base substrate. A GaN-based crystal growth substrate having a rectangular shape.
【請求項2】 開口部の開口形状が、ベース基板上に成
長するGaN系結晶の〈1−100〉方向に延びる平行
な2辺を有する方形である請求項1記載のGaN系結晶
成長用基板。
2. The substrate for growing a GaN-based crystal according to claim 1, wherein the opening has a rectangular shape having two parallel sides extending in a <1-100> direction of the GaN-based crystal grown on the base substrate. .
【請求項3】 上記平行四辺形が、ベース基板上に成長
するGaN系結晶の〈1−100〉方向に延びる平行な
2辺を有する平行四辺形である請求項1記載のGaN系
結晶成長用基板。
3. The GaN-based crystal for growing a GaN-based crystal according to claim 1, wherein the parallelogram is a parallelogram having two parallel sides extending in a <1-100> direction of a GaN-based crystal grown on a base substrate. substrate.
【請求項4】 上記平行四辺形が、ベース基板上に成長
するGaN系結晶の〈11−20〉方向に延びる平行な
2辺を有する平行四辺形である請求項1記載のGaN系
結晶成長用基板。
4. The GaN-based crystal for growing a GaN-based crystal according to claim 1, wherein the parallelogram is a parallelogram having two parallel sides extending in the <11-20> direction of a GaN-based crystal grown on a base substrate. substrate.
【請求項5】 上記平行四辺形が、ベース基板上に成長
するGaN系結晶の〈1−100〉方向に延びる直線お
よび〈11−20〉方向に延びる直線のいずれも辺に含
まない平行四辺形である請求項1記載のGaN系結晶成
長用基板。
5. A parallelogram which does not include any of a straight line extending in the <1-100> direction and a straight line extending in the <11-20> direction of the GaN-based crystal grown on the base substrate. The GaN-based crystal growth substrate according to claim 1, wherein
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載のGaN
系結晶成長用基板を用い、該基板上の開口部内の底に露
出したベース基板面を出発点としてマスク層上を覆うま
でGaN系結晶層を成長させる工程を有することを特徴
とするGaN系結晶基板の製造方法。
6. The GaN according to claim 1,
A step of growing a GaN-based crystal layer from a base substrate surface exposed at a bottom in an opening on the substrate using a substrate for growing the base crystal to cover a mask layer from the starting point. Substrate manufacturing method.
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