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JP2016001650A - Group 13 element nitride crystal layer and functional device - Google Patents

Group 13 element nitride crystal layer and functional device Download PDF

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JP2016001650A JP2014120572A JP2014120572A JP2016001650A JP 2016001650 A JP2016001650 A JP 2016001650A JP 2014120572 A JP2014120572 A JP 2014120572A JP 2014120572 A JP2014120572 A JP 2014120572A JP 2016001650 A JP2016001650 A JP 2016001650A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystal layer and a function element which, in a group 13 element nitride crystal layer, obtains desired conductivity and can suppress functional heterogeneity due to heterogeneity in the conductivity of the crystal layer.SOLUTION: On the surface 3a of a crystal layer 3 made of group 13 element nitride, a first region 8, and a second region 9 having carrier concentration and defect density which are higher than those of the first region 8 are present. The ratio (second region/first region) of a product of the carrier concentration and the defect density of the second region 9 to the product of the carrier concentration and the defect density of the first region 8 is 10 or more and 1000 or less.

Description

本発明は、13族元素窒化物結晶層および機能素子に関するものである。本発明は、例えば、高品質であることが要求される技術分野、例えばポスト蛍光灯といわれている高演色性の青色LEDや高速高密度光メモリ用青紫レーザ、ハイブリッド自動車用のインバータに用いるパワーデバイスなどに用いることができる。   The present invention relates to a group 13 element nitride crystal layer and a functional element. The present invention relates to a power device used in, for example, a technical field required to have high quality, for example, a high color rendering blue LED called a post fluorescent lamp, a blue-violet laser for high-speed high-density optical memory, and an inverter for a hybrid vehicle. Can be used.

近年、窒化ガリウムなどの13族元素窒化物を用いて、青色LEDや白色LED、青紫色半導体レーザなどの半導体デバイスを作製し、その半導体デバイスを各種電子機器へ応用することが活発に研究されている。
白色LEDの用途拡大に伴い、LEDチップにはより一層の高性能化が求められている。高性能化とは、高効率化、高輝度化である。
In recent years, semiconductor devices such as blue LEDs, white LEDs, and blue-violet semiconductor lasers are manufactured using group 13 element nitrides such as gallium nitride, and application of the semiconductor devices to various electronic devices has been actively studied. Yes.
As the application of white LEDs expands, LED chips are required to have higher performance. High performance means high efficiency and high brightness.

窒化ガリウム自立基板の製法として、HVPE法がよく知られている。その中でも、高品質な結晶を得る方法として、DEEP法(特許文献1、非特許文献1)やVAS法(特許文献2、3)が開示されている。   The HVPE method is well known as a method for manufacturing a gallium nitride free-standing substrate. Among these, as a method for obtaining high-quality crystals, a DEEP method (Patent Document 1, Non-Patent Document 1) and a VAS method (Patent Documents 2 and 3) are disclosed.

現時点で一般的に用いられている構造では、サファイア上基板上にMOCVD法でGaN薄膜(発光部)を形成する構造では、発光部の転位密度が10×10〜10×1010/cmと非常に大きいため、転位部分でキャリアの非発光再結合が発生し、発光効率の向上が困難であった。 In a structure generally used at present, a dislocation density of the light emitting part is 10 × 10 9 to 10 × 10 10 / cm 2 in a structure in which a GaN thin film (light emitting part) is formed on a sapphire substrate by MOCVD. Therefore, non-radiative recombination of carriers occurred at the dislocation part, and it was difficult to improve luminous efficiency.

一方、フラックス法は、液相法の一つであり、窒化ガリウムの場合、フラックスとして金属ナトリウムを用いることで窒化ガリウムの結晶成長に必要な温度を800℃程度、圧力を数MPaに緩和することができる。具体的には、金属ナトリウムと金属ガリウムとの混合融液中に窒素ガスが溶解し、窒化ガリウムが過飽和状態になって結晶として成長する。こうした液相法では、気相法に比べて転位が発生しにくいため、転位密度の低い高品質な窒化ガリウムを得ることができる(特許文献4)。   On the other hand, the flux method is one of liquid phase methods. In the case of gallium nitride, the temperature required for crystal growth of gallium nitride is reduced to about 800 ° C. and the pressure is reduced to several MPa by using metallic sodium as the flux. Can do. Specifically, nitrogen gas is dissolved in a mixed melt of metallic sodium and metallic gallium, and gallium nitride becomes supersaturated and grows as crystals. In such a liquid phase method, dislocations are less likely to occur than in a gas phase method, so that high-quality gallium nitride having a low dislocation density can be obtained (Patent Document 4).

SEIテクニカルレビュー2009年7月第175号SEI Technical Review No. 175 in July 2009

特許-3801125Patent-3801125 特許-3631724Patent-3631724 特許-4396816Patent-4396816 特開2009-012986JP2009-012986

例えば縦型構造のLEDやレーザーダイオードを作製するには、13族元素窒化物結晶層が高い導電性を有することが必要である。ところが、導電性を付与するために、Siや酸素を結晶層中にドープすると、結晶層の導電性が不均一となってリーク電流が生じ、発光強度分布の不均一化が生じることがあった。   For example, in order to produce an LED or a laser diode having a vertical structure, the group 13 element nitride crystal layer needs to have high conductivity. However, when Si or oxygen is doped into the crystal layer to provide conductivity, the conductivity of the crystal layer becomes non-uniform, resulting in leakage current and non-uniform emission intensity distribution. .

本発明の課題は、13族元素窒化物結晶層において所望の導電性を得ると共に、結晶層の導電性の不均一による機能の不均一化を抑制できるようにすることである。   An object of the present invention is to obtain desired conductivity in a group 13 element nitride crystal layer and to suppress non-uniform function due to non-uniform conductivity of the crystal layer.

本発明は、13族元素窒化物からなる種結晶上に成長した、13族元素窒化物からなる結晶層であって、
結晶層の表面に、第一の領域と、第一の領域よりも高いキャリア濃度および欠陥密度を有する第二の領域とが存在しており、第一の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積に対する第二の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積の比率(第二の領域/第一の領域)が10以上、1000以下であることを特徴とする。
The present invention is a crystal layer made of a group 13 element nitride grown on a seed crystal made of a group 13 element nitride,
A first region and a second region having a higher carrier concentration and defect density than the first region exist on the surface of the crystal layer, and the product of the carrier concentration and the defect density of the first region. The ratio of the product of the carrier concentration and the defect density of the second region to the second region (second region / first region) is 10 or more and 1000 or less.

また、本発明は、13族元素窒化物からなる種結晶、およびこの種結晶上に設けられた前記13族元素窒化物結晶層を有することを特徴とする、複合基板に係るものである。   The present invention also relates to a composite substrate comprising a seed crystal composed of a group 13 element nitride and the group 13 element nitride crystal layer provided on the seed crystal.

また、本発明は、前記13族元素窒化物結晶層、および前記結晶層の表面上に形成された13族元素窒化物からなる機能層を備えていることを特徴とする、機能素子に係るものである。   In addition, the present invention relates to a functional element comprising the group 13 element nitride crystal layer and a functional layer made of a group 13 element nitride formed on a surface of the crystal layer. It is.

前述したように、13族元素窒化物結晶層に所望の導電性を付与するためにはドーピングが必要である。しかし、ドーピングの際、結晶層の全面に均一にドープすることが難しかった。特に、結晶層のうちドープ量が多い領域では結晶性が劣化する傾向があり、転位密度が大きくなっていることを見いだした。この結果、導電性が高い領域では、結晶性が劣化している上に、電流が流れ易くなっているために、その領域で電流集中が局所的に起こる。この結果、局所的な発熱が起こり、また発光強度が不均一となることがわかってきた。   As described above, doping is necessary to impart desired conductivity to the group 13 element nitride crystal layer. However, it has been difficult to dope the entire crystal layer uniformly during doping. In particular, it has been found that the crystallinity tends to deteriorate in a region where the doping amount is large in the crystal layer, and the dislocation density is increased. As a result, in a region with high conductivity, the crystallinity is deteriorated and a current easily flows. Therefore, current concentration locally occurs in that region. As a result, it has been found that local heat generation occurs and the emission intensity becomes non-uniform.

本発明者は、こうした13族元素窒化物結晶層の機能低下が生ずる理由について更に検討した。すなわち、結晶性の良好な表面では、ドーパントがなかなか結晶中に取り込まれず、その周囲に吐き出されたドーパント元素により、結晶成長モードが変わってしまい、平滑成長できず、結晶性が悪くなってしまった領域が生ずる。そして、こうした結晶性の劣化した領域に多量のドーパント元素が取り込まれたものと考えられた。   The present inventor further examined the reason why the functional degradation of such a group 13 element nitride crystal layer occurs. That is, on the surface with good crystallinity, the dopant is not easily taken into the crystal, and the crystal growth mode is changed by the dopant element spouted around the surface, so that smooth growth cannot be performed and the crystallinity is deteriorated. An area arises. And it was thought that a large amount of dopant element was taken in the region where the crystallinity was deteriorated.

従って、この問題の解決は難しく、単にドーパント量を増加させても、全体としての導電性は向上せず、電流集中が起こりやすい欠陥密度とキャリア濃度が高い領域が支配的となり、リーク電流による機能低下が起こりやすくなる。一方、ドーパント量を減らすと、所望の導電性を得ることが難しくなる。   Therefore, it is difficult to solve this problem. Even if the amount of dopant is simply increased, the overall conductivity is not improved, and a region having a high defect density and high carrier concentration, where current concentration easily occurs, is dominant. Decline is likely to occur. On the other hand, when the amount of dopant is reduced, it becomes difficult to obtain desired conductivity.

本発明者は、こうした知見に基づき、成長条件を種々工夫することによって、結晶層の表面に、キャリア濃度および欠陥密度の相対的に低い第一の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積に対する第二の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積の比率(第二の領域/第一の領域)が10以上、1000以下の場合に、第二の領域における局所的な電流集中を抑制し、素子としての機能低下を抑制することに成功した。すなわち、これによって、キャリア濃度分布を、LED等の機能素子の性能に影響がない程度に調整して、結晶品質向上との両立を図れることを見いだした。   Based on these findings, the present inventor has devised various growth conditions to provide a first solution to the product of the carrier concentration and the defect density of the first region having a relatively low carrier concentration and defect density on the surface of the crystal layer. When the ratio of the product of the carrier concentration and the defect density in the second region (second region / first region) is 10 or more and 1000 or less, local current concentration in the second region is suppressed, and the element As a result, we succeeded in suppressing the functional decline. That is, it has been found that this allows the carrier concentration distribution to be adjusted to such an extent that the performance of functional elements such as LEDs is not affected, thereby achieving both improvement in crystal quality.

(a)は、種結晶1上に形成された13族元素窒化物結晶層2を示す模式図であり、(b)は、複合基板4を示す模式図であり、(c)は、複合基板4上に機能素子構造5を形成してなる機能素子15を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the group 13 element nitride crystal layer 2 formed on the seed crystal 1, (b) is a schematic diagram which shows the composite substrate 4, (c) is a composite substrate 4 is a schematic diagram showing a functional element 15 formed by forming a functional element structure 5 on 4. (a)は、種結晶1上で発生した核6を示す模式図であり、(b)は、核6からの成長方向を示す模式図である。(A) is a schematic diagram showing a nucleus 6 generated on the seed crystal 1, and (b) is a schematic diagram showing a growth direction from the nucleus 6. 本発明の結晶層の表面状態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the surface state of the crystal layer of this invention. 本発明の実施形態の結晶層の表面のカソードミネッセンスを示す写真である。It is a photograph which shows the cathode minence of the surface of the crystal layer of embodiment of this invention. 図5と同じ部位についてのSEM写真である。It is a SEM photograph about the same part as FIG. 図5の写真に結晶軸を記入した写真である。It is the photograph which wrote the crystal axis in the photograph of FIG. 図5の写真の説明図である。It is explanatory drawing of the photograph of FIG.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に説明する。
好適な実施形態においては、図1(a)に示すように、13族元素窒化物からなる種結晶1の表面1aに13族元素窒化物結晶層2を形成する。次いで、好ましくは、結晶層2の表面2aを研磨加工することで、図1(b)に示すように結晶層3を薄くし、複合基板4を得る。3aは研磨後の表面である。
The present invention will be further described below with reference to the drawings as appropriate.
In a preferred embodiment, as shown in FIG. 1A, a group 13 element nitride crystal layer 2 is formed on the surface 1a of the seed crystal 1 made of a group 13 element nitride. Next, preferably, the surface 2a of the crystal layer 2 is polished to make the crystal layer 3 thinner as shown in FIG. 3a is the surface after polishing.

こうして得られた複合基板4の表面3aに機能層5を気相法で形成し、機能素子15を得る(図1(c))。ただし、5a、5b、5c、5d、5eは、表面3a上に成長した用途に応じて設計されるエピタキシャル層である。   A functional layer 5 is formed on the surface 3a of the composite substrate 4 obtained in this way by a vapor phase method to obtain a functional element 15 (FIG. 1C). However, 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e are epitaxial layers designed according to the use grown on the surface 3a.

なお、機能層5を形成する前に13族元素窒化物結晶層2の表面2aを研磨することは必須ではなく、成長面をそのまま利用することもできる。また、図1(b)の複合基板4を作製した後に種結晶1を研削加工等によって除去し、その後に結晶層3の表面に機能層5を形成することができる。   It is not essential to polish the surface 2a of the group 13 element nitride crystal layer 2 before forming the functional layer 5, and the growth surface can be used as it is. In addition, after the composite substrate 4 of FIG. 1B is manufactured, the seed crystal 1 can be removed by grinding or the like, and then the functional layer 5 can be formed on the surface of the crystal layer 3.

(種結晶)
本発明では、種結晶は、13族元素窒化物結晶層を育成可能な限り、特に限定されない。ここでいう13族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第13族元素のことである。13族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。この13族元素窒化物は、特に好ましくは、GaN、AlN、GaAlNである。
(Seed crystal)
In the present invention, the seed crystal is not particularly limited as long as the group 13 element nitride crystal layer can be grown. The group 13 element referred to here is a group 13 element according to the periodic table established by IUPAC. The group 13 element is specifically gallium, aluminum, indium, thallium, or the like. This group 13 element nitride is particularly preferably GaN, AlN, or GaAlN.

種結晶は、それ自体で自立基板(支持基板)を形成していてよく、あるいは別の支持基板上に形成された種結晶膜であってよい。この種結晶膜は、一層であってよく、あるいは支持基板側にバッファ層を含んでいて良い。
種結晶膜の形成方法は気相成長法が好ましいが、有機金属化学気相成長(MOCVD:
Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法、パルス励起堆積(PXD)法、MBE法、昇華法を例示できる。有機金属化学気相成長法が特に好ましい。また、成長温度は、950〜1200℃が好ましい。
The seed crystal may form a self-supporting substrate (support substrate) by itself, or may be a seed crystal film formed on another support substrate. This seed crystal film may be a single layer, or may include a buffer layer on the support substrate side.
The seed crystal film is preferably formed by vapor deposition, but metal organic chemical vapor deposition (MOCVD:
Examples thereof include a metal organic chemical vapor deposition (HVAP) method, a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method, a pulse excitation deposition (PXD) method, an MBE method, and a sublimation method. Metalorganic chemical vapor deposition is particularly preferred. The growth temperature is preferably 950 to 1200 ° C.

支持基板上に種結晶膜を形成する場合には、支持基板を構成する単結晶の材質は限定されないが、サファイア、AlNテンプレート、GaNテンプレート、GaN自立基板、シリコン単結晶、SiC単結晶、MgO単結晶、スピネル(MgAl)、LiAlO、LiGaO、LaAlO,LaGaO,NdGaO等のペロブスカイト型複合酸化物、SCAM(ScAlMgO)を例示できる。また組成式〔A1−y(Sr1−xBa〕〔(Al1−zGa1−u・D〕O(Aは、希土類元素である;Dは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である;y=0.3〜0.98;x=0〜1;z=0〜1;u=0.15〜0.49;x+z=0.1〜2)の立方晶系のペロブスカイト構造複合酸化物も使用できる。 When the seed crystal film is formed on the support substrate, the material of the single crystal constituting the support substrate is not limited, but sapphire, AlN template, GaN template, GaN free-standing substrate, silicon single crystal, SiC single crystal, MgO single Examples thereof include crystals, spinel (MgAl 2 O 4 ), LiAlO 2 , LiGaO 2 , LaAlO 3 , LaGaO 3 , NdGaO 3 and other perovskite complex oxides, SCAM (ScAlMgO 4 ). The composition formula [A 1-y (Sr 1- x Ba x) y ] [(Al 1-z Ga z) 1-u · D u ] O 3 (A is a rare earth element; D is niobium and One or more elements selected from the group consisting of tantalum; y = 0.3-0.98; x = 0-1; z = 0-1; u = 0.15-0.49; x + z = 0 .1 to 2) cubic perovskite structure composite oxides can also be used.

13族元素窒化物結晶層の育成方向は、ウルツ鉱構造のc面の法線方向であってよく、またa 面、m面それぞれの法線方向であってもよい。   The growth direction of the group 13 element nitride crystal layer may be the normal direction of the c-plane of the wurtzite structure, or may be the normal direction of the a-plane and the m-plane.

種結晶の表面における転位密度は、種結晶上に設ける13族元素窒化物結晶層の転位密度を低減するという観点から、低いことが望ましい。この観点からは、種結晶の転位密度は、7×10cm−2以下が好ましく、5×10cm−2以下が更に好ましい。また、種結晶の転位密度は品質の点からは低いほど良いので、下限は特にないが、一般的には、5×107cm−2以上であることが多い。 The dislocation density on the surface of the seed crystal is desirably low from the viewpoint of reducing the dislocation density of the group 13 element nitride crystal layer provided on the seed crystal. From this viewpoint, the dislocation density of the seed crystal is preferably 7 × 10 8 cm −2 or less, and more preferably 5 × 10 8 cm −2 or less. Further, the lower the dislocation density of the seed crystal, the better from the viewpoint of quality, so there is no particular lower limit, but in general, it is often 5 × 10 7 cm −2 or more.

(13族元素窒化物結晶層)
窒化ガリウム結晶層の製法は特に限定されないが、有機金属化学気相成長(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法、パルス励起堆積(PXD)法、MBE法、昇華法などの気相法、フラックス法などの液相法を例示できる。
(Group 13 element nitride crystal layer)
The manufacturing method of the gallium nitride crystal layer is not particularly limited, but metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, hydride vapor deposition (HVPE) method, pulse excitation deposition (PXD) method, MBE method, sublimation Examples thereof include gas phase methods such as the method, and liquid phase methods such as the flux method.

この結晶層を構成する13族元素窒化物において、13族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第13族元素のことである。13族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。この13族元素窒化物は、特に好ましくは、GaN、AlN、GaAlNである。また、添加剤としては、炭素や、低融点金属(錫、ビスマス、銀、金)、高融点金属(鉄、マンガン、チタン、クロムなどの遷移金属)が挙げられる。低融点金属は、ナトリウムの酸化防止を目的として添加する場合があり、高融点金属は、坩堝を入れる容器や育成炉のヒーターなどから混入する場合がある。   In the group 13 element nitride constituting the crystal layer, the group 13 element is a group 13 element according to a periodic table established by IUPAC. The group 13 element is specifically gallium, aluminum, indium, thallium, or the like. This group 13 element nitride is particularly preferably GaN, AlN, or GaAlN. Examples of the additive include carbon, low melting point metals (tin, bismuth, silver, gold) and high melting point metals (transition metals such as iron, manganese, titanium, and chromium). The low melting point metal may be added for the purpose of preventing oxidation of sodium, and the high melting point metal may be mixed from a container in which a crucible is put or a heater of a growth furnace.

本発明においては、結晶層2、3の表面2a、3aに、例えば図3に示すように、第一の領域8と、第一の領域8よりも高いキャリア濃度(ドーパント濃度)および欠陥密度を有する第二の領域9とが存在している。そして、第一の領域8のキャリア濃度と欠陥密度との積に対する第二の領域9のキャリア濃度と欠陥密度との積の比率(第二の領域/第一の領域)が10以上、1000以下である。   In the present invention, the surfaces 2a and 3a of the crystal layers 2 and 3 have a first region 8 and a higher carrier concentration (dopant concentration) and defect density than the first region 8, as shown in FIG. There is a second region 9 having. The ratio of the product of the carrier concentration and the defect density of the second region 9 to the product of the carrier concentration and the defect density of the first region 8 (second region / first region) is 10 or more and 1000 or less. It is.

第一の領域8のキャリア濃度(ドーパント濃度)と欠陥密度との積に対する第二の領域9のキャリア濃度(ドーパント濃度)と欠陥密度との積の比率(第二の領域/第一の領域)は、10以上とするが、20以上が更に好ましい。また、この比率が大きくなり過ぎると電流集中が起きやすくなるので、この観点からは、1000以下とする。   Ratio of product of carrier concentration (dopant concentration) and defect density of second region 9 to product of carrier concentration (dopant concentration) and defect density of first region 8 (second region / first region) Is 10 or more, more preferably 20 or more. Further, if this ratio becomes too large, current concentration tends to occur. From this point of view, it is set to 1000 or less.

ここで、ドーパントが、n型ドーパントであって、Si、Ge、酸素である場合には、活性化率が90%以上と高いため、厳密には同じではないが、ほぼドーパント濃度=キャリア濃度と見なすことができる。以下、電流集中によるリーク防止という本発明の観点から、「キャリア濃度」として記載をするが、活性化率をほぼ100%とみなして、これを「ドーパント濃度」と読み替えても良い。   Here, when the dopant is an n-type dopant and is Si, Ge, or oxygen, since the activation rate is as high as 90% or higher, it is not exactly the same, but the dopant concentration is almost equal to the carrier concentration. Can be considered. Hereinafter, although described as “carrier concentration” from the viewpoint of the present invention of leakage prevention due to current concentration, the activation rate may be regarded as almost 100%, and this may be read as “dopant concentration”.

また、好適な実施形態においては、第一の領域8の面積に対する第二の領域9の面積の比率(第二の領域/第一の領域)が10以下である。すなわち、キャリア濃度と欠陥密度の高い領域9の面積比率がある程度以上増えないようにすることで、所望の導電性を全体としては維持しつつも、同時に所定量存在する第一の領域(低キャリア濃度かつ低欠陥密度)によって、局所的な電流集中を抑制できる。   In a preferred embodiment, the ratio of the area of the second region 9 to the area of the first region 8 (second region / first region) is 10 or less. That is, by preventing the area ratio of the region 9 having a high carrier concentration and high defect density from increasing to a certain extent, the first region (low carrier) is present at the same time while maintaining the desired conductivity as a whole. Local concentration of current can be suppressed by concentration and low defect density.

好適な実施形態においては、結晶層表面において、第一の領域8が連続相を形成しており、第二の領域9が、第一の領域8によって区分された分散相を形成している。例えば図3の例では、第一の領域8が細長い形状をしており、かつ互いにつながることで連続相を形成している。また、第二の領域9は、それぞれ第一の領域8によって包囲されており、分散相を形成している。   In a preferred embodiment, the first region 8 forms a continuous phase and the second region 9 forms a dispersed phase separated by the first region 8 on the crystal layer surface. For example, in the example of FIG. 3, the first region 8 has an elongated shape and is connected to each other to form a continuous phase. The second regions 9 are each surrounded by the first region 8 to form a dispersed phase.

ただし、連続相とは、結晶層表面において第一の領域8が連続していることを意味するが、第一の領域8のすべてが完全に連続していることを必須としているわけではなく、全体のパターンに影響しない範囲で少量の第一の領域8が他の第一の領域8に対して分離されていることは許容するものとする。   However, the continuous phase means that the first region 8 is continuous on the surface of the crystal layer, but does not necessarily require that all of the first regions 8 are completely continuous. It is allowed that a small amount of the first region 8 is separated from the other first regions 8 within a range that does not affect the entire pattern.

また、分散相とは、第二の領域9が概ね第一の領域8によって区画されていて、互いにつながらない多数の領域に分かれていることを意味する。ただし、結晶層表面において第二の領域9が第一の領域8によって分離されていても、結晶層の内部において第二の領域9が連続していることは許容される。   The dispersed phase means that the second region 9 is roughly divided by the first region 8 and is divided into a number of regions that are not connected to each other. However, even if the second region 9 is separated by the first region 8 on the surface of the crystal layer, the second region 9 is allowed to continue inside the crystal layer.

また、好適な実施形態においては、第一の領域8が13族元素窒化物のm面に略平行に延びる部分8aを含む。これは、結晶成長に際して、m面に略平行な方向、あるいはm面に対して約60°、120°の方向に延びる部分ではドーパントがあまり取り込まれず、そのまま成長して第一の領域8を形成したものと考えられる。また、第一の領域8の外側にドーパントが排出されることで、第二の領域9が生成する。第一の領域は、結晶成長時に互いにつながって連続相を形成し、ドーパントを取り込んだ第二の領域は第一の領域によって区画されるようになる。   In a preferred embodiment, the first region 8 includes a portion 8a extending substantially parallel to the m-plane of the group 13 element nitride. This is because, in crystal growth, a dopant is not taken in so much in a direction substantially parallel to the m-plane, or in a direction extending about 60 ° or 120 ° with respect to the m-plane, and the first region 8 is formed by growing as it is. It is thought that. Further, the second region 9 is generated by discharging the dopant to the outside of the first region 8. The first regions are connected to each other during crystal growth to form a continuous phase, and the second region incorporating the dopant is partitioned by the first region.

例えば図3の例においては、第一の領域8は細長い線状に延びており、m面に略平行な部分8aを多く含んでいる。また、これと同時に、m面に対して約60°傾斜した部分8b、120°傾斜した部分8cを含んでいる。言い換えると、第二の領域8は、m面に平行な方向に延びる部分と、m面に平行な方向からc軸を中心として3回回転対称な方向に延びる部分とを含む。むろん、第一の領域8は、更に他の方向に向かって屈曲する部分を含んでいて良い。   For example, in the example of FIG. 3, the first region 8 extends in an elongated line shape and includes many portions 8 a substantially parallel to the m-plane. At the same time, a portion 8b inclined about 60 ° and a portion 8c inclined 120 ° with respect to the m-plane are included. In other words, the second region 8 includes a portion extending in a direction parallel to the m plane and a portion extending in a direction rotationally symmetric about the c axis from the direction parallel to the m plane. Of course, the first region 8 may further include a portion that bends in another direction.

図4は、本発明実施例で撮影されたカソードミネッセンス写真であり、図6は、図4に各軸を記入したものである。図7には、図4、図6の写真の概要を写し取った。図7に示すように実際の写真でも、第一の領域8、第二の領域9を確認できる。また、第一の領域8には、各部分8a、8b、8cの存在を確認できる。   FIG. 4 is a cathode minence photograph taken in the embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram in which each axis is entered in FIG. FIG. 7 shows a summary of the photographs in FIGS. 4 and 6. As shown in FIG. 7, the first region 8 and the second region 9 can be confirmed even in an actual photograph. In the first region 8, the presence of each portion 8a, 8b, 8c can be confirmed.

好適な実施形態においては、結晶層が液相法、好ましくはフラックス法によって形成されており、第一の領域のキャリア濃度が1×1017/cm以下であり、第一の領域の欠陥密度が1×10/cm以下であり、第二の領域のキャリア濃度が1×1018/cm以上であり、第二の領域の欠陥密度が1×10/cm以上、1×10/cm以下である。 In a preferred embodiment, the crystal layer is formed by a liquid phase method, preferably a flux method, the carrier concentration of the first region is 1 × 10 17 / cm 3 or less, and the defect density of the first region is Is 1 × 10 4 / cm 2 or less, the carrier concentration of the second region is 1 × 10 18 / cm 3 or more, and the defect density of the second region is 1 × 10 4 / cm 2 or more, 1 × 10 7 / cm 2 or less.

本実施形態においては、第一の領域のキャリア濃度が5×1016/cm以下であることが更に好ましい。また、第一の領域の欠陥密度が5×10/cm以下であることが更に好ましい。 In the present embodiment, the carrier concentration in the first region is more preferably 5 × 10 16 / cm 3 or less. The defect density in the first region is more preferably 5 × 10 3 / cm 2 or less.

また、本実施形態においては、第二の領域のキャリア濃度が5×1018/cm以上であることが更に好ましい。 In the present embodiment, the carrier concentration in the second region is more preferably 5 × 10 18 / cm 3 or more.

また、好適な実施形態においては、結晶層が気相法によって形成されており、第一の領域のキャリア濃度が1×1018/cm以下であり、第一の領域の欠陥密度が1×10/cm以下であり、第二の領域のキャリア濃度が1×1019/cm以上であり、第二の領域の欠陥密度が1×10/cm以上である。 In a preferred embodiment, the crystal layer is formed by a vapor phase method, the carrier concentration in the first region is 1 × 10 18 / cm 3 or less, and the defect density in the first region is 1 ×. 10 6 / cm 2 or less, the carrier concentration of the second region is 1 × 10 19 / cm 3 or more, and the defect density of the second region is 1 × 10 8 / cm 2 or more.

本実施形態においては、第一の領域のキャリア濃度が5×1017/cm以下であることが更に好ましい。また、本実施形態においては、第一の領域の欠陥密度が5×10/cm以下であることが更に好ましい。また、本実施形態においては、第二の領域のキャリア濃度が5×1018/cm以下であることが更に好ましい。また、本実施形態においては、第二の領域の欠陥密度が2×10/cm以上であることが更に好ましい。 In the present embodiment, the carrier concentration in the first region is more preferably 5 × 10 17 / cm 3 or less. In the present embodiment, the defect density in the first region is more preferably 5 × 10 5 / cm 2 or less. In the present embodiment, the carrier concentration in the second region is more preferably 5 × 10 18 / cm 3 or less. In the present embodiment, the defect density in the second region is more preferably 2 × 10 8 / cm 2 or more.

特に好適な実施形態においては、13族元素窒化物結晶層をフラックス法によって育成する。この際、フラックスの種類は、13族元素窒化物を生成可能である限り、特に限定されない。好適な実施形態においては、アルカリ金属とアルカリ土類金属の少なくとも一方を含むフラックスを使用し、ナトリウム金属を含むフラックスが特に好ましい。   In a particularly preferred embodiment, the group 13 element nitride crystal layer is grown by a flux method. At this time, the type of the flux is not particularly limited as long as the group 13 element nitride can be generated. In a preferred embodiment, a flux containing at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal is used, and a flux containing sodium metal is particularly preferred.

フラックスには、13族元素の原料物質を混合し、使用する。この原料物質としては、単体金属、合金、化合物を適用できるが、13族元素の単体金属が取扱いの上からも好適である。   For the flux, a raw material of a group 13 element is mixed and used. As the raw material, a single metal, an alloy, or a compound can be applied, but a single metal of a group 13 element is preferable from the viewpoint of handling.

本発明においては、第一の領域および第二の領域は、以下のようにして測定し、識別する。
カソードルミネッセンス測定器(たとえば、 (株)堀場製作所製MPシリーズ)を用い、倍率50〜500倍、画像撮影領域を0.1〜1mm角とする。
In the present invention, the first region and the second region are measured and identified as follows.
Using a cathodoluminescence measuring instrument (for example, MP series manufactured by Horiba, Ltd.), the magnification is 50 to 500 times, and the image capturing area is 0.1 to 1 mm square.

(13族元素窒化物結晶層の育成の制御例)
本発明の13族元素窒化物結晶層を育成するための好適な制御方法を例示する。
(Control example of growth of group 13 element nitride crystal layer)
The suitable control method for growing the group 13 element nitride crystal layer of this invention is illustrated.

フラックス法の場合には、好ましくは、初期段階では、縦方向の成長を促進する際に、なるべく低い過飽和度とし、かつ融液の対流を抑制することによって、できるだけ濃度勾配のみを駆動力として結晶成長させる。   In the case of the flux method, preferably, in the initial stage, when promoting the growth in the vertical direction, by using a supersaturation as low as possible and suppressing the convection of the melt, only the concentration gradient as much as possible is used as the driving force. Grow.

具体的には、初期段階では、以下の方法で育成することが好ましい。
(1A) ルツボ内の融液の平均育成温度を高めにすることで過飽和度を大きくして核6の形成を抑制する(図2)。
(2A) ルツボの上部をルツボの底部よりも高温に保持することによって、ルツボ内での融液の対流を抑制する。
(3A)融液の攪拌はしないようにするか、あるいは攪拌速度を小さくする。
(4A) 窒素含有ガスの分圧を低くする。
Specifically, in the initial stage, it is preferable to grow by the following method.
(1A) By increasing the average growth temperature of the melt in the crucible, the degree of supersaturation is increased to suppress the formation of nuclei 6 (FIG. 2).
(2A) By holding the upper part of the crucible at a higher temperature than the bottom part of the crucible, the convection of the melt in the crucible is suppressed.
(3A) Do not stir the melt or reduce the stirring speed.
(4A) Lower the partial pressure of the nitrogen-containing gas.

これによって、初期段階では、核6の形成が抑制され、核6から上方へと向かって結晶成長する(矢印C)。   Thereby, in the initial stage, the formation of the nucleus 6 is suppressed, and the crystal grows upward from the nucleus 6 (arrow C).

好適な実施形態においては、初期段階の条件を停止した後、育成条件を変更することによって、結晶成長速度を上げる(後期段階)。この結果、結晶成長7は横方向への成長が主となる(矢印A、B)。   In a preferred embodiment, after stopping the initial stage conditions, the growth conditions are changed to increase the crystal growth rate (late stage). As a result, the crystal growth 7 is mainly in the lateral direction (arrows A and B).

例えば、以下のような条件を適用可能である。
(初期段階)
(1A) ルツボ内の融液の平均育成温度を870〜885℃とする。
(2A) ルツボの上部の温度を,ルツボの底部の温度よりも0.5〜1℃高く保持する。
(3A) 融液の攪拌はしないようにするか、あるいは攪拌速度を30rpm以下とする。また、攪拌方向を1方向とする。
(4A) 窒素含有ガスの分圧を3.5〜3.8MPaとする。
For example, the following conditions can be applied.
(Early stage)
(1A) The average growth temperature of the melt in the crucible is set to 870 to 885 ° C.
(2A) Keep the temperature at the top of the crucible 0.5-1 ° C. higher than the temperature at the bottom of the crucible.
(3A) The melt is not stirred or the stirring speed is 30 rpm or less. The stirring direction is one direction.
(4A) The partial pressure of the nitrogen-containing gas is set to 3.5 to 3.8 MPa.

後期段階では、以下のようにすることが好ましい。
(1B) ルツボ内の融液の平均育成温度を850〜860℃とする。また、初期段階との平均育成温度の差を10〜25℃とする。
(3B) 融液の攪拌をし、攪拌方向を定期的に変更する。更に、回転方向を変えるときに、ルツボの回転を停止させること。この場合には、回転停止時間は100秒〜6000秒が好ましく、600秒〜3600秒が更に好ましい。また、回転停止時間の前後における回転時間は10秒〜600秒が好ましく、回転速度は10〜30rpmが好ましい。
(4B) 窒素含有ガスの分圧を4.0〜4.2MPaとする。また、初期段階における窒素含有ガスの分圧よりも0.2〜0.5MPa高くする。
In the later stage, the following is preferable.
(1B) The average growth temperature of the melt in the crucible is set to 850 to 860 ° C. Moreover, the difference of the average growth temperature with an initial stage shall be 10-25 degreeC.
(3B) Stir the melt and periodically change the stirring direction. In addition, stop the crucible rotation when changing the direction of rotation. In this case, the rotation stop time is preferably 100 seconds to 6000 seconds, and more preferably 600 seconds to 3600 seconds. The rotation time before and after the rotation stop time is preferably 10 seconds to 600 seconds, and the rotation speed is preferably 10 to 30 rpm.
(4B) The partial pressure of the nitrogen-containing gas is set to 4.0 to 4.2 MPa. Moreover, it is 0.2 to 0.5 MPa higher than the partial pressure of the nitrogen-containing gas in the initial stage.

ここで、好ましくは、後期段階では、製造条件を徐々に変化させことによって、低転位領域とキャリア濃度とのバランスをとる。具体的には、融液の攪拌速度を徐々に上昇させたり、攪拌時の最高回転速度での保持時間を徐々に長くする。   Here, preferably, in the latter stage, the low dislocation region and the carrier concentration are balanced by gradually changing the manufacturing conditions. Specifically, the stirring speed of the melt is gradually increased, or the holding time at the maximum rotation speed during stirring is gradually increased.

フラックス法では、窒素原子を含む気体を含む雰囲気下で単結晶を育成する。このガスは窒素ガスが好ましいが、アンモニアでもよい。
雰囲気中の窒素原子を含む気体以外のガスは限定されないが、不活性ガスが好ましく、アルゴン、ヘリウム、ネオンが特に好ましい。
In the flux method, a single crystal is grown in an atmosphere containing a gas containing nitrogen atoms. This gas is preferably nitrogen gas, but may be ammonia.
The gas other than the gas containing nitrogen atoms in the atmosphere is not limited, but an inert gas is preferable, and argon, helium, and neon are particularly preferable.

育成の初期段階では、前記した(1A)〜(4A)の条件下で、1時間以上保持することが好ましく、2時間以上保持することが更に好ましい。また、初期段階での保持時間は10時間以下が好ましい。   In the initial stage of the growth, it is preferably held for 1 hour or more, more preferably 2 hours or more under the conditions (1A) to (4A) described above. Further, the holding time in the initial stage is preferably 10 hours or less.

融液における13族元素窒化物/フラックス(例えばナトリウム)の比率(mol比率)は、本発明の観点からは、高くすることが好ましく、18mol%以上が好ましく、25mol%以上が更に好ましい。ただし、この割合が大きくなり過ぎると結晶品質が落ちる傾向があるので、40mol%以下が好ましい。   From the viewpoint of the present invention, the ratio (mol ratio) of Group 13 element nitride / flux (for example, sodium) in the melt is preferably increased, preferably 18 mol% or more, and more preferably 25 mol% or more. However, if this ratio becomes too large, the crystal quality tends to deteriorate, so 40 mol% or less is preferable.

(結晶層の加工および形態)
好適な実施形態においては、13族元素窒化物結晶層が円板状であるが、角板などの他の形態でも良い。また、好適な実施形態においては、結晶層の寸法が、直径φ25mm以上である。これによって、機能素子の量産に適した、取り扱い易い結晶層を提供できる。
(Processing and morphology of crystal layer)
In the preferred embodiment, the group 13 element nitride crystal layer is disk-shaped, but other forms such as a square plate may be used. In a preferred embodiment, the crystal layer has a diameter of 25 mm or more. Thereby, an easy-to-handle crystal layer suitable for mass production of functional elements can be provided.

13族元素窒化物結晶層の表面を研削、研磨加工する場合について述べる。
研削(グライディング)とは、砥粒をボンドで固定した固定砥粒を高速回転させながら対象物に接触させて、対象物の面を削り取ることをいう。かかる研削によって、粗い面が形成される。窒化ガリウム基板の底面を研削する場合、硬度の高いSiC、Al23、ダイヤモンドおよびCBN(キュービックボロンナイトライド、以下同じ)などで形成され、粒径が10μm以上100μm以下程度の砥粒を含む固定砥粒が好ましく用いられる。
The case where the surface of the group 13 element nitride crystal layer is ground and polished will be described.
Grinding refers to scraping off the surface of an object by bringing fixed abrasive grains, which are fixed by abrasive bonds, into contact with the object while rotating at high speed. A rough surface is formed by this grinding. When grinding the bottom surface of a gallium nitride substrate, it is formed of high hardness SiC, Al 2 O 3 , diamond, CBN (cubic boron nitride, the same shall apply hereinafter), etc., and contains abrasive grains having a particle size of about 10 μm to 100 μm Fixed abrasives are preferably used.

また、研磨(ラッピング)とは、遊離砥粒(固定されていない砥粒をいう、以下同じ)を介して定盤と対象物とを互いに回転させながら接触させて、または固定砥粒と対象物とを互いに回転させながら接触させて、対象物の面を磨くことをいう。かかる研磨によって、研削の場合よりも面粗さが小さい面であって微研磨(ポリシング)の場合より粗い面が形成される。硬度の高いSiC、Al23、ダイヤモンドおよびCBNなどで形成され、粒径が0.5μm以上15μm以下程度の砥粒が好ましく用いられる。 In addition, polishing (lapping) means that a surface plate and an object are brought into contact with each other through loose abrasive grains (referred to as non-fixed abrasive grains hereinafter), or fixed abrasive grains and an object. The surface of the object is polished by rotating and rotating each other. By this polishing, a surface having a surface roughness smaller than that in the case of grinding and a surface rougher than that in the case of fine polishing (polishing) is formed. Abrasive grains formed of SiC, Al 2 O 3 , diamond, CBN, or the like having high hardness and having a particle size of about 0.5 μm to 15 μm are preferably used.

微研磨(ポリシング)とは、遊離砥粒を介して研磨パッドと対象物とを互いに回転させながら接触させて、または固定砥粒と対象物とを互いに回転させながら接触させて、対象物の面を微細に磨いて平滑化することをいう。かかる微研磨によって、研磨の場合よりも面粗さが小さい結晶成長面が形成される。   Fine polishing (polishing) means that the polishing pad and the object are brought into contact with each other through rotating abrasive grains, or the fixed abrasive grains and the object are brought into contact with each other while being rotated, and the surface of the object is brought into contact. This means smoothing by smoothing. By such fine polishing, a crystal growth surface having a smaller surface roughness than that in the case of polishing is formed.

(機能層および機能素子)
前述した機能層は、単一層であってよく、複数層であってよい。また、機能としては、高輝度・高演色性の白色LEDや高速高密度光メモリ用青紫レーザディスク、ハイブリッド自動車用のインバータ用のパワーデバイスなどに用いることができる。
(Functional layer and functional element)
The functional layer described above may be a single layer or a plurality of layers. As functions, it can be used for white LEDs with high luminance and high color rendering, blue-violet laser disks for high-speed and high-density optical memory, power devices for inverters for hybrid vehicles, and the like.

13族元素窒化物結晶層上に気相法、好ましくは有機金属気相成長(MOCVD)法により半導体発光ダイオード(LED)を作製すると、LED内部の転位密度が前記結晶層と同等となる。   When a semiconductor light emitting diode (LED) is fabricated on a group 13 element nitride crystal layer by a vapor phase method, preferably by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, the dislocation density inside the LED becomes equal to that of the crystal layer.

機能層の成膜温度は、成膜速度の観点から、950℃以上が好ましく、1000℃以上が更に好ましい。また、欠陥を抑制するという観点からは、機能層の成膜温度は、1200℃以下が好ましく、1150℃以下が更に好ましい。   The film forming temperature of the functional layer is preferably 950 ° C. or higher, more preferably 1000 ° C. or higher, from the viewpoint of the film forming speed. Further, from the viewpoint of suppressing defects, the film formation temperature of the functional layer is preferably 1200 ° C. or lower, and more preferably 1150 ° C. or lower.

機能層の材質は、13族元素窒化物が好ましい。13族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第13族元素のことである。13族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。   The material of the functional layer is preferably a group 13 element nitride. Group 13 elements are Group 13 elements according to the periodic table established by IUPAC. The group 13 element is specifically gallium, aluminum, indium, thallium, or the like.

発光素子構造は、例えば、n型半導体層、このn型半導体層上に設けられた発光領域およびこの発光領域上に設けられたp型半導体層を備えている。図1(c)の発光素子15では、複合基板4上に、n型コンタクト層5a、n型クラッド層5b、活性層5c、p型クラッド層5d、p型コンタクト層5eが形成されており、発光素子構造5を構成する。   The light-emitting element structure includes, for example, an n-type semiconductor layer, a light-emitting region provided on the n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer provided on the light-emitting region. In the light emitting element 15 of FIG. 1C, an n-type contact layer 5a, an n-type cladding layer 5b, an active layer 5c, a p-type cladding layer 5d, and a p-type contact layer 5e are formed on the composite substrate 4. A light emitting element structure 5 is formed.

また、前記発光構造には、更に、図示しないn型半導体層用の電極、p型半導体層用の電極、導電性接着層、バッファ層、導電性支持体などを設けることができる。   The light emitting structure may further include an n-type semiconductor layer electrode, a p-type semiconductor layer electrode, a conductive adhesive layer, a buffer layer, a conductive support, and the like (not shown).

本発光構造では、半導体層から注入される正孔と電子の再結合によって発光領域で光が発生すると、その光をp型半導体層上の透光性電極又は13族元素窒化物単結晶膜側から取り出す。なお、透光性電極とは、p型半導体層のほぼ全面に形成された金属薄膜又は透明導電膜からなる光透過性の電極のことである。   In this light emitting structure, when light is generated in the light emitting region due to recombination of holes and electrons injected from the semiconductor layer, the light is transmitted to the translucent electrode or the group 13 element nitride single crystal film side on the p-type semiconductor layer. Take out from. The translucent electrode is a translucent electrode made of a metal thin film or a transparent conductive film formed on almost the entire surface of the p-type semiconductor layer.

n型半導体層、p型半導体層を構成する半導体の材質は、III −V 族系化合物半導体からなり、以下を例示できる。
AlyInxGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1)
n型導電性を付与するためのドープ材としては、珪素、ゲルマニウム、酸素を例示できる。また、p型導電性を付与するためのドープ材としては、マグネシウム、亜鉛を例示できる。
The material of the semiconductor constituting the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer is made of a III-V group compound semiconductor, and the following can be exemplified.
Al y In x Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)
Examples of the doping material for imparting n-type conductivity include silicon, germanium, and oxygen. Moreover, magnesium and zinc can be illustrated as a dope material for providing p-type conductivity.

発光構造を構成する各半導体層の成長方法は、種々の気相成長方法を挙げることができる。例えば、有機金属化合物気相成長法(MOCVD(MOVPE)法)、分子線エピタキシー法(MBE法)、ハイドライト気相成長法(HVPE法)等を用いることができる。その中でもMOCVD法によると、各半導体層の結晶性や平坦度の良好なものを得ることができる。MOCVD法では、GaソースとしてTMG(トリメチルガリウム)、TEG(トリエチルガリウム)などのアルキル金属化合物が多く使用され、窒素源としては、アンモニア、ヒドラジンなどのガスが使用される。   Examples of the growth method of each semiconductor layer constituting the light emitting structure include various vapor phase growth methods. For example, an organic metal compound vapor phase growth method (MOCVD (MOVPE) method), a molecular beam epitaxy method (MBE method), a hydride vapor phase growth method (HVPE method), or the like can be used. Among them, the MOCVD method can obtain a semiconductor layer with good crystallinity and flatness. In the MOCVD method, alkyl metal compounds such as TMG (trimethyl gallium) and TEG (triethyl gallium) are often used as the Ga source, and gases such as ammonia and hydrazine are used as the nitrogen source.

発光領域は、量子井戸活性層を含む。量子井戸活性層の材料は、n型半導体層およびp型半導体層の材料よりもバンドギャップが小さくなるように設計される。量子井戸活性層は単一量子井戸(SQW)構造であっても多重量子井戸(MQW)構造であってもよい。量子井戸活性層の材質は以下を例示できる。   The light emitting region includes a quantum well active layer. The material of the quantum well active layer is designed so that the band gap is smaller than the materials of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. The quantum well active layer may have a single quantum well (SQW) structure or a multiple quantum well (MQW) structure. The material of a quantum well active layer can illustrate the following.

量子井戸活性層の好適例として、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN系量子井戸活性層(x=0.15、y=0.20)であって、膜厚がそれぞれ3nm/8nmであるものを3〜10周期形成させたMQW構造が挙げられる。   As a preferred example of the quantum well active layer, an AlxGa1-xN / AlyGa1-yN-based quantum well active layer (x = 0.15, y = 0.20) having a thickness of 3 nm / 8 nm, respectively, 3 An MQW structure formed for 10 to 10 periods is mentioned.

(実施例1)
(種結晶基板の作製)
直径52mm、厚さ500μmのc面サファイア基板の上に、HVPE法を用いて、530℃にて、低温GaNバッファ層を50nm堆積させたのちに、1100℃にて、厚さ150μmのGaN種結晶膜を積層させた。TEM観察による欠陥密度は、1×10/cmであった。有機溶剤、超純水でそれぞれ10分間超音波洗浄した後に乾燥させて、これを種結晶基板1とした。
(Example 1)
(Preparation of seed crystal substrate)
A 50-nm low-temperature GaN buffer layer was deposited on a c-plane sapphire substrate having a diameter of 52 mm and a thickness of 500 μm at 530 ° C. using a HVPE method, and then a GaN seed crystal having a thickness of 150 μm at 1100 ° C. The membrane was laminated. The defect density by TEM observation was 1 × 10 8 / cm 2 . The seed crystal substrate 1 was obtained by ultrasonically washing with an organic solvent and ultrapure water for 10 minutes and then drying.

(液相法GaN結晶成長)
不活性ガスを充填したグローブボックス中で、金属Gaと金属Naをモル比20:80で秤量し、種結晶基板とともに、アルミナ製の坩堝の底に配置した。また、ドーパントとして、ゲルマニウムをガリウムに対して、0.8モル%量を添加した。この坩堝を複数段積み重ねて、ステンレス製の保持容器(内々容器)に収納し、さらにこの坩堝が複数段収納された内々容器を複数段積み重ねて、ステンレス製の保持容器(内容器)に収納した。これを予め真空ベークしてある耐圧容器内に備えられた回転台の上に設置した後、耐圧容器の蓋をして密閉した。次いで、耐圧容器内を真空ポンプにて0.1Pa以下まで真空引きした。なお、本実験で用いた内容器と内々容器は、特許文献4に記載のものである。
(Liquid phase GaN crystal growth)
In a glove box filled with an inert gas, metal Ga and metal Na were weighed at a molar ratio of 20:80, and placed together with the seed crystal substrate at the bottom of an alumina crucible. Further, germanium was added as a dopant in an amount of 0.8 mol% with respect to gallium. The crucibles are stacked in a plurality of stages and stored in a stainless steel holding container (inside container), and the crucibles are stored in a plurality of stages and stored in a stainless steel holding container (inner container). . This was placed on a turntable provided in a pressure vessel that had been vacuum-baked in advance, and then the pressure vessel was covered and sealed. Next, the inside of the pressure vessel was evacuated to 0.1 Pa or less with a vacuum pump. The inner container and the inner container used in this experiment are those described in Patent Document 4.

続いて、耐圧容器内部に設置したヒーターを発熱させることで、坩堝内の原料を融解させ、Ga−Na混合融液を生じさせた。坩堝温度が880℃になるように加熱しながら、3.8MPaになるまで窒素ガスボンベから窒素ガスを導入して結晶成長を開始した。この温度圧力条件は、過飽和度が低く、ほとんど成長しない条件である。積極的に攪拌を行わない本育成条件下では、局所的な成長やメルトバックが発生しながら核が生成し、5時間後にはおよそ2ミクロンのGaN結晶が成長する(初期段階)。   Subsequently, by heating the heater installed inside the pressure vessel, the raw material in the crucible was melted to produce a Ga—Na mixed melt. Crystal growth was started by introducing nitrogen gas from a nitrogen gas cylinder until the temperature of the crucible became 880 ° C. until the temperature became 3.8 MPa. This temperature-pressure condition is a condition in which the degree of supersaturation is low and hardly grows. Under the main growth conditions in which no agitation is actively performed, nuclei are generated while local growth and meltback occur, and a GaN crystal of about 2 microns grows after 5 hours (initial stage).

その後、坩堝温度を850℃まで20分かけて降温し、圧力を4.0MPaに変化させると同時に、回転台の連続的な反転による撹拌を開始して、結晶成長モードを変化させた。回転条件は、中心軸周りに20rpmの速度で一定周期の時計回りと反時計回りで回転させた。加速時間=6秒、保持時間=200秒、減速時間=6秒、停止時間=1秒とした。この状態で1時間保持した。この段階で、粒成長がおこり、核がすこしずつ会合しながら成長していく。この後、反転頻度を変化(保持時間を1000秒まで20時間かけてゆっくりと増加した)し、加速、減速時間、停止時間は変えなかった。この条件下で、粒はさらに会合しながら大きくなり、この間で、GaN結晶の厚さはおよそ100ミクロン増加した(後期段階)。   Thereafter, the temperature of the crucible was lowered to 850 ° C. over 20 minutes, and the pressure was changed to 4.0 MPa. At the same time, stirring by continuous inversion of the turntable was started to change the crystal growth mode. The rotation conditions were a clockwise rotation and a counterclockwise rotation at a constant cycle at a speed of 20 rpm around the central axis. Acceleration time = 6 seconds, holding time = 200 seconds, deceleration time = 6 seconds, stop time = 1 second. This state was maintained for 1 hour. At this stage, grain growth occurs, and the nuclei grow as they are gathered. Thereafter, the inversion frequency was changed (the holding time was slowly increased to 1000 seconds over 20 hours), and the acceleration, deceleration time, and stop time were not changed. Under these conditions, the grains grew larger with further association, during which the GaN crystal thickness increased by approximately 100 microns (late stage).

次いで、室温まで自然冷却し、成長した窒化ガリウム結晶板を回収した。12段の坩堝を用いて種結晶基板上に成長した窒化ガリウムの厚さをそれぞれ測定したところ、最小厚さは約90ミクロン、最大厚さは約130ミクロンであり、平均は110ミクロン、標準偏差は10ミクロンと、バラツキが小さかった。   Subsequently, it was naturally cooled to room temperature, and the grown gallium nitride crystal plate was recovered. When the thickness of the gallium nitride grown on the seed crystal substrate was measured using a 12-stage crucible, the minimum thickness was about 90 microns, the maximum thickness was about 130 microns, the average was 110 microns, and the standard deviation The variation was as small as 10 microns.

次いで、レーザーリフトオフ加工を施し、サファイア基板から窒化ガリウム結晶層を分離し、得られた窒化ガリウム結晶層の両面を研磨加工することで、総厚さを200ミクロンとし、さらに、外周部をベベリング加工することで、直径2インチの窒化ガリウムウェハーを作成した。クラックの発生は見られなかった。   Next, laser lift-off processing is performed, the gallium nitride crystal layer is separated from the sapphire substrate, the both sides of the obtained gallium nitride crystal layer are polished, the total thickness is 200 microns, and the outer peripheral portion is beveled Thus, a gallium nitride wafer having a diameter of 2 inches was produced. No cracks were observed.

カソードルミネッセンス法により研磨面を観測したところ、面内で、明るく発光が観察される第二の領域9と、暗い第一の領域8に分かれていることが確認された(図4、図6参照)。図5は、図4と同じ部分のSEM写真である。また、100μm×100μm角の領域におけるダークスポットの個数をカウントすることで、ダークスポット密度を算出し、欠陥密度とした。第二の領域9における欠陥密度は、1×10/cm〜1×10/cmであった。一方、第一の領域9における欠陥密度は、第二の領域における玄関密度よりも小さく、2×10/cm〜1×10/cmであった。 When the polished surface was observed by the cathodoluminescence method, it was confirmed that the surface was divided into a second region 9 where light emission was observed brightly and a dark first region 8 (see FIGS. 4 and 6). ). FIG. 5 is an SEM photograph of the same portion as FIG. Moreover, the dark spot density was calculated by counting the number of dark spots in a 100 μm × 100 μm square region, and was defined as the defect density. The defect density in the second region 9 was 1 × 10 4 / cm 2 to 1 × 10 7 / cm 2 . On the other hand, the defect density in the first region 9 was 2 × 10 3 / cm 2 to 1 × 10 4 / cm 2 smaller than the entrance density in the second region.

次に、テラヘルツ波を用いて、5mmステップで面内のキャリア濃度分布を測定した。ついで、測定箇所の中心部分において、カソードルミネッセンス法により、その0.1mm×0.1mm角領域の欠陥密度を測定した。キャリア濃度が1×1018/cm以上の第二の領域9における欠陥密度は2×10/cmであったのに対し、キャリア濃度が1×1017/cm以下の領域における欠陥密度は5×10/cmであり、有意差が見られた。 Next, in-plane carrier concentration distribution was measured in 5 mm steps using terahertz waves. Next, the defect density in the 0.1 mm × 0.1 mm square region was measured by the cathodoluminescence method at the center of the measurement location. The defect density in the second region 9 having a carrier concentration of 1 × 10 18 / cm 3 or more was 2 × 10 4 / cm 2 , whereas the defect in the region having a carrier concentration of 1 × 10 17 / cm 3 or less. The density was 5 × 10 3 / cm 2 and a significant difference was observed.

また、第一の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積に対する前記第二の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積の比率(第二の領域/第一の領域)は10〜200であった。   The ratio of the product of the carrier concentration and the defect density in the second region to the product of the carrier concentration and the defect density in the first region (second region / first region) was 10 to 200. .

この窒化ガリウム基板を用いて、MOCVD法により、青色LED構造を成膜した。その上に、櫛型のp型電極パターン(1mm×1mm角)を形成し、その後、レーザーリフトオフ技術を用いてサファイア基板を分離し、さらに分離面を平滑に研磨した後にn型電極を形成した。レーザーダイシングにより、1mm×1mm角のチップに切断して縦型構造のLEDチップを作成した。350mA駆動時における内部量子効率を測定したところ、約80%と高い値が得られた。発光強度は面内で均一であった。   A blue LED structure was formed by MOCVD using this gallium nitride substrate. A comb-shaped p-type electrode pattern (1 mm × 1 mm square) was formed thereon, and then the sapphire substrate was separated using a laser lift-off technique, and the n-type electrode was formed after the separation surface was polished smoothly. . The LED chip having a vertical structure was prepared by cutting into 1 mm × 1 mm square chips by laser dicing. When the internal quantum efficiency at 350 mA drive was measured, a high value of about 80% was obtained. The emission intensity was uniform in the plane.

さらに1000mAまで増加させてその内部量子効率を測定したところ、70%と高い値を維持していた。300mAの場合に対する内部量子効率の低下の割合は10%であった。   When the internal quantum efficiency was further increased to 1000 mA, the high value of 70% was maintained. The rate of decrease in internal quantum efficiency relative to the case of 300 mA was 10%.

(実施例2)
液相法によってGaNを再成長するかわりに、HVPE法を用いてGaNを再成長させた以外は、実施例1と同様に実験を行った。
III族原料にガリウム(Ga)と塩化水素(HCl)の反応生成物である塩化ガリウム(GaCl)とV族原料にアンモニア(NH)ガスを用いるハイドライドVPE法を用いた。MOCVD法のGaN膜(厚さ2ミクロン)が成膜されたサファイア基板をハイドライドVPEの成長装置にセットし、アンモニア雰囲気で成長温度1000℃に昇温した。成長温度が安定してから、HCl流量を40cc/毎分で供給し、NH流量1000cc/毎分、およびシラン(SiH)流量0.01cc/毎分でn型のGaN結晶を成長させた。2時間保持して、約100ミクロン成長させた後、NH3流量を3時間かけて徐々に2000cc/毎分まで増加させ、さらに150ミクロン成長させた。その後、NHガス雰囲気で常温まで冷却し、成長装置より取り出した。
(Example 2)
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that GaN was regrown using the HVPE method instead of regrowth by GaN using the liquid phase method.
A hydride VPE method using gallium chloride (GaCl), which is a reaction product of gallium (Ga) and hydrogen chloride (HCl), as a group III source and ammonia (NH 3 ) gas as a group V source was used. A sapphire substrate on which a MOCVD GaN film (thickness: 2 microns) was formed was set in a hydride VPE growth apparatus and heated to a growth temperature of 1000 ° C. in an ammonia atmosphere. After the growth temperature was stabilized, an HCl flow rate was supplied at 40 cc / min, and an n-type GaN crystal was grown at an NH 3 flow rate of 1000 cc / min and a silane (SiH 4 ) flow rate of 0.01 cc / min. . After maintaining for 2 hours to grow about 100 microns, the NH3 flow rate was gradually increased to 2000 cc / min over 3 hours and further grown to 150 microns. After cooling to room temperature in the NH 3 gas atmosphere, taken out of the growth apparatus.

次いで、レーザーリフトオフ加工を施し、サファイアから、窒化ガリウム結晶層を分離した。得られた窒化ガリウム結晶層の両面を研磨加工することで、総厚さを200ミクロンとし、さらに、外周部をベベリング加工することで、直径2インチの窒化ガリウムウェハーを作成した。クラックの発生は見られなかった。   Next, laser lift-off processing was performed to separate the gallium nitride crystal layer from sapphire. By polishing both surfaces of the obtained gallium nitride crystal layer, the total thickness was 200 microns, and the outer peripheral portion was beveled to prepare a gallium nitride wafer having a diameter of 2 inches. No cracks were observed.

カソードルミネッセンス法により欠陥密度を測定した。研磨面内において、明るく発光が観察される第二の領域と、暗い第一の領域に分かれていることが確認された。100μm×100μm角の領域におけるダークスポットの個数をカウントすることで、欠陥密度を算出した。明るい第二の領域の欠陥密度は、1×10/cm〜5×10/cmであった。一方、暗い第一の領域の欠陥密度は、相対的に明るい第一の領域よりも値が小さく、2×10/cm〜1×10/cmであった。 The defect density was measured by the cathodoluminescence method. In the polished surface, it was confirmed that it was divided into a second region where light emission was observed brightly and a dark first region. The defect density was calculated by counting the number of dark spots in a 100 μm × 100 μm square area. The defect density of the bright second region was 1 × 10 8 / cm 2 to 5 × 10 8 / cm 2 . On the other hand, the defect density of the dark first region was smaller than that of the relatively bright first region, and was 2 × 10 5 / cm 2 to 1 × 10 6 / cm 2 .

次に、テラヘルツ波を用いて、5mmステップで面内のキャリア濃度分布を測定した。ついで、測定箇所の中心部分において、カソードルミネッセンス法により、その0.1mm×0.1mm角領域の欠陥密度を測定した。キャリア濃度が1×1018/cm以上の領域の欠陥密度は2×10/cmであったのに対し、キャリア濃度が1×1017/cm以下の領域の欠陥密度は7×10/cmであり、有意差が見られた。 Next, in-plane carrier concentration distribution was measured in 5 mm steps using terahertz waves. Next, the defect density in the 0.1 mm × 0.1 mm square region was measured by the cathodoluminescence method at the center of the measurement location. The defect density in the region where the carrier concentration is 1 × 10 18 / cm 3 or more was 2 × 10 8 / cm 2 , whereas the defect density in the region where the carrier concentration was 1 × 10 17 / cm 3 or less was 7 ×. It was 10 5 / cm 2 , and a significant difference was observed.

また、第一の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積に対する前記第二の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積の比率(第二の領域/第一の領域)は500〜1000であった。 The ratio of the product of the carrier concentration and the defect density in the second region to the product of the carrier concentration and the defect density in the first region (second region / first region) was 500 to 1000. .

この窒化ガリウム基板を用いて、MOCVD法により、青色LED構造を成膜した。その上に、櫛型のp型電極パターン(1mm×1mm角)を形成し、その後、レーザーリフトオフ技術を用いてサファイア基板を分離し、さらに分離面を平滑に研磨した後にn型電極を形成した。レーザーダイシングにより、1mm×1mm角チップに切断して縦型構造のLEDチップを作成した。   A blue LED structure was formed by MOCVD using this gallium nitride substrate. A comb-shaped p-type electrode pattern (1 mm × 1 mm square) was formed thereon, and then the sapphire substrate was separated using a laser lift-off technique, and the n-type electrode was formed after the separation surface was polished smoothly. . An LED chip having a vertical structure was formed by cutting into 1 mm × 1 mm square chips by laser dicing.

350mA駆動時における内部量子効率を測定したところ、約65%と高い値が得られた。発光強度は面内で均一であった。さらに1000mAまで駆動電流を増加させてその内部量子効率を測定したところ、50%と比較的高い値を維持していた。350mA駆動時に比べて内部量子効率の低下は約15%であった。   When the internal quantum efficiency at 350 mA drive was measured, a high value of about 65% was obtained. The emission intensity was uniform in the plane. Furthermore, when the driving current was increased to 1000 mA and the internal quantum efficiency was measured, it was maintained at a relatively high value of 50%. The decrease in internal quantum efficiency was about 15% compared to when driving at 350 mA.

(比較例1)
実施例1においては、結晶育成の後期段階において、攪拌時の反転頻度を変化させた(保持時間を1000秒まで20時間かけてゆっくりと増加した)。本比較例では、この反転頻度の変更を行わず、一貫して同じ回転条件で結晶育成を行った以外は、実施例1と同様に実験を行った。すなわち、本比較例の条件下では、中心軸周りに20rpmの速度で一定周期の時計回りと反時計回りで回転させた。加速時間=6秒、保持時間=200秒、減速時間=6秒、停止時間=1秒である。
(Comparative Example 1)
In Example 1, in the latter stage of crystal growth, the reversal frequency during stirring was changed (the holding time increased slowly over 20 hours up to 1000 seconds). In this comparative example, an experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the reversal frequency was not changed and crystal growth was consistently performed under the same rotation conditions. That is, under the conditions of this comparative example, the rotation was performed at a speed of 20 rpm around the central axis in a clockwise direction and a counterclockwise direction. Acceleration time = 6 seconds, holding time = 200 seconds, deceleration time = 6 seconds, stop time = 1 second.

得られた結晶層について、カソードルミネッセンス法により欠陥密度を測定した。カソードミネッセンス像は、明るく発光する領域と発光強度が弱い領域に分かれていた。明るく発光する領域の欠陥密度は、2〜5×10/cmであり、発光強度が弱い領域の欠陥密度は概ね均一であり、3×10/cmであった。 About the obtained crystal layer, the defect density was measured by the cathodoluminescence method. The cathode minence image was divided into a bright light emitting region and a weak light emitting region. The defect density in the brightly emitting region was 2 to 5 × 10 7 / cm 2 , and the defect density in the region with low emission intensity was almost uniform and 3 × 10 6 / cm 2 .

念のため、第一の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積に対する第二の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積の比率(第二の領域/第一の領域)を、実施例1と同様のやり方で測定したところ、ほぼ2000であった。   As a precaution, the ratio of the product of the carrier concentration and the defect density of the second region to the product of the carrier concentration and the defect density of the first region (second region / first region) is When measured in the same manner, it was almost 2000.

実施例1と同様にLEDを作成し、その発光特性を調べたところ、2V印加時のリーク電流が100マイクロアンペアと大きく、発光特性が悪いLEDが多く、良好なLEDを作成できた割合は約半数しかなかった。   The LED was made in the same manner as in Example 1, and the light emission characteristics were examined. As a result, the leakage current when 2V was applied was as large as 100 microamperes, and many LEDs had poor light emission characteristics. There were only half.

(比較例2)
HVPE法の成長条件を、NH3流量を1000cc/毎分で一定とした以外は実施例2と同様にして実験を行った。
(Comparative Example 2)
The experiment was performed in the same manner as in Example 2 except that the growth conditions of the HVPE method were set so that the NH3 flow rate was constant at 1000 cc / min.

カソードルミネッセンス法により、結晶層の研磨面の欠陥密度を測定した。カソードミネッセンス像は、明るく発光する領域と発光強度が弱い領域に分かれていた。明るく発光する領域の欠陥密度は、2〜5×10/cmであり、発光強度が弱い領域の欠陥密度は概ね均一であり、3×10/cmであった。 The defect density of the polished surface of the crystal layer was measured by the cathodoluminescence method. The cathode minence image was divided into a bright light emitting region and a weak light emitting region. The defect density in the brightly emitting region was 2 to 5 × 10 8 / cm 2 , and the defect density in the region with low emission intensity was almost uniform and 3 × 10 7 / cm 2 .

念のため、第一の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積に対する第二の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積の比率(第二の領域/第一の領域)を、実施例1と同様のやり方で測定したところ、10000であり、キャリア濃度が高い領域では欠陥密度が大きかった。   As a precaution, the ratio of the product of the carrier concentration and the defect density of the second region to the product of the carrier concentration and the defect density of the first region (second region / first region) is When measured in the same manner, it was 10,000, and the defect density was large in the region where the carrier concentration was high.

実施例1と同様にLEDを作成し、その発光特性を調べたところ、2V印加時におけるリーク電流が150マイクロアンペアと大きく、また発光特性が悪いLEDが多かった。良好なLEDを作成できた割合は半数以下しかなかった。   When LEDs were prepared in the same manner as in Example 1 and the light emission characteristics thereof were examined, the leakage current when 2 V was applied was as large as 150 microamperes, and many LEDs had poor light emission characteristics. Only less than half were able to produce good LEDs.

Claims (12)

13族元素窒化物からなる結晶層であって、
前記結晶層の表面に、第一の領域と、前記第一の領域よりも高いキャリア濃度および欠陥密度を有する第二の領域とが存在しており、前記第一の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積に対する前記第二の領域のキャリア濃度と欠陥密度との積の比率(第二の領域/第一の領域)が10以上、1000以下であることを特徴とする、13族元素窒化物からなる結晶層。
A crystal layer made of a group 13 element nitride,
A first region and a second region having a higher carrier concentration and defect density than the first region are present on the surface of the crystal layer, and the carrier concentration and defect density of the first region are present. The ratio of the product of the carrier concentration of the second region and the defect density to the product of the second region (second region / first region) is 10 or more and 1000 or less, the group 13 element nitride A crystal layer consisting of
前記表面において、前記第一の領域が連続相を形成しており、前記第二の領域が前記第一の領域によって区分された分散相を形成していることを特徴とする、請求項1記載の結晶層。   The said surface WHEREIN: Said 1st area | region forms the continuous phase, Said 2nd area | region forms the dispersed phase divided by said 1st area | region. Crystal layer. 前記第一の領域が前記13族元素窒化物のm面に略平行に延びる部分を含むことを特徴とする、請求項1または2記載の結晶層。   3. The crystal layer according to claim 1, wherein the first region includes a portion extending substantially parallel to the m-plane of the group 13 element nitride. 前記結晶層がフラックス法によって形成されており、前記第一の領域のキャリア濃度が1×1017/cm以下であり、前記第一の領域の欠陥密度が1×10/cm以下であり、前記第二の領域のキャリア濃度が1×1018/cm以上であり,前記第二の領域の欠陥密度が1×10/cm以上、1×10/cm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の結晶層。 The crystal layer is formed by a flux method, the carrier concentration of the first region is 1 × 10 17 / cm 3 or less, and the defect density of the first region is 1 × 10 4 / cm 2 or less. Yes, the carrier concentration of the second region is 1 × 10 18 / cm 3 or more, and the defect density of the second region is 1 × 10 4 / cm 2 or more and 1 × 10 7 / cm 2 or less. The crystal layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the crystal layer is characterized in that 前記結晶層が気相法によって形成されており、前記第一の領域のキャリア濃度が1×1018/cm以下であり、前記第一の領域の欠陥密度が1×10/cm以下であり、前記第二の領域のキャリア濃度が1×1019/cm以上であり,前記第二の領域の欠陥密度が1×10/cm以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の結晶層。 The crystal layer is formed by a vapor phase method, the carrier concentration of the first region is 1 × 10 18 / cm 3 or less, and the defect density of the first region is 1 × 10 6 / cm 2 or less. The carrier concentration of the second region is 1 × 10 19 / cm 3 or more, and the defect density of the second region is 1 × 10 8 / cm 2 or more. The crystal layer according to any one of claims 1 to 3. 前記結晶層がフラックス法によって形成されており、前記第一の領域のドーパント濃度が1×1017/cm以下であり、前記第一の領域の欠陥密度が1×10/cm以下であり、前記第二の領域のドーパント濃度が1×1018/cm以上であり,前記第二の領域の欠陥密度が1×10/cm以上、1×10/cm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の結晶層。 The crystal layer is formed by a flux method, the dopant concentration of the first region is 1 × 10 17 / cm 3 or less, and the defect density of the first region is 1 × 10 4 / cm 2 or less. Yes, the dopant concentration of the second region is 1 × 10 18 / cm 3 or more, and the defect density of the second region is 1 × 10 4 / cm 2 or more and 1 × 10 7 / cm 2 or less. The crystal layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the crystal layer is characterized in that 前記結晶層が気相法によって形成されており、前記第一の領域のドーパント濃度が1×1018/cm以下であり、前記第一の領域の欠陥密度が1×10/cm以下であり、前記第二の領域のドーパント濃度が1×1019/cm以上であり,前記第二の領域の欠陥密度が1×10/cm以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の結晶層。 The crystal layer is formed by a vapor phase method, the dopant concentration of the first region is 1 × 10 18 / cm 3 or less, and the defect density of the first region is 1 × 10 6 / cm 2 or less. The dopant concentration of the second region is 1 × 10 19 / cm 3 or more, and the defect density of the second region is 1 × 10 8 / cm 2 or more. The crystal layer according to any one of claims 1 to 3. 前記結晶層の前記表面が研磨面であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一つの請求項に記載の結晶層。   The crystal layer according to claim 1, wherein the surface of the crystal layer is a polished surface. 13族元素窒化物からなる種結晶、およびこの種結晶上に設けられた請求項1〜8のいずれか一つの請求項に記載の13族元素窒化物結晶層を有することを特徴とする、複合基板。   A composite comprising a seed crystal composed of a group 13 element nitride, and a group 13 element nitride crystal layer according to any one of claims 1 to 8 provided on the seed crystal. substrate. 請求項1〜8のいずれか一つの請求項に記載の13族元素窒化物結晶層、および前記結晶層の前記表面上に形成された13族元素窒化物からなる機能層を備えていることを特徴とする、機能素子。   A group 13 element nitride crystal layer according to any one of claims 1 to 8, and a functional layer made of a group 13 element nitride formed on the surface of the crystal layer. A functional element. 前記機能層が発光機能を有することを特徴とする、請求項10記載の機能素子。   The functional element according to claim 10, wherein the functional layer has a light emitting function. 13族元素窒化物からなる種結晶を更に備えており、この種結晶上に前記13族元素窒化物結晶層が設けられていることを特徴とする、請求項10または11記載の機能素子。   The functional element according to claim 10 or 11, further comprising a seed crystal made of a group 13 element nitride, wherein the group 13 element nitride crystal layer is provided on the seed crystal.
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