JP2002100575A - Low defect nitride semiconductor substrate and its fabricating method - Google Patents

Low defect nitride semiconductor substrate and its fabricating method

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JP2002100575A
JP2002100575A JP2000290908A JP2000290908A JP2002100575A JP 2002100575 A JP2002100575 A JP 2002100575A JP 2000290908 A JP2000290908 A JP 2000290908A JP 2000290908 A JP2000290908 A JP 2000290908A JP 2002100575 A JP2002100575 A JP 2002100575A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a nitride semiconductor for use in a light emitting element, e.g. a light emitting diode or a laser diode, or a light receiving element, e.g. a solar cell or a photosensor, and a method for growing a low defect nitride semiconductor substrate comprising a nitride semiconductor. SOLUTION: A first protective film is formed in pattern on a different kind of substrate and a nitride semiconductor is grown at the window part of the protective film. Subsequently, the first protective film is removed and a nitride semiconductor layer is grown in the lateral direction using the nitride semiconductor as a nucleus. Furthermore, a second protective film is formed in pattern thereon, a nitride semiconductor is grown at the window part of the protective film, the second protective film is removed and a nitride semiconductor layer is grown in the lateral direction using the nitride semiconductor as a nucleus.

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、発光ダイオード、
レーザダイオード等の発光素子、あるいは太陽電池、光
センサー等の受光素子に使用される窒化物半導体(In
xAlyGa1-x-yN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)よ
りなる窒化物半導体素子の成長方法に関し、特に基板上
に低欠陥の窒化物半導体を成長させる成長方法に関す
る。
The present invention relates to a light emitting diode,
A nitride semiconductor (In) used for a light emitting element such as a laser diode or a light receiving element such as a solar cell or an optical sensor.
x Al y Ga 1-xy N , 0 ≦ X, 0 ≦ Y, relates growing method of X + Y ≦ 1) nitride semiconductor device consisting, on the Growth method for particular growing a nitride semiconductor of low defect on the substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、窒化物半導体素子を用いた発光ダ
イオード(LED)や半導体レーザー(LD)の研究が
活発に行われており、高輝度の発光ダイオード(LE
D)や室温連続発振可能な半導体レーザー(LD)が実
現されている。このような窒化物半導体素子を形成する
一般的な方法は、サファイア、スピネル、炭化ケイ素の
ような窒化物半導体と異なる異種基板を用い、その上に
バッファ層を介して窒化物半導体が成長しないかあるい
は成長しにくい材料からなるSiO2等の保護膜を成長
させストライプ形状とし、この上に窒化物半導体を選択
成長させる方法が知られている。また、サファイア、ス
ピネル、炭化ケイ素のような窒化物半導体と異なる異種
基板を用い、その上に下地層となる窒化物半導体を成長
させ、該窒化物半導体を部分的にストライプ形状とし、
形成された下地層の側面に窒化物半導体の横方向の成長
を利用しながら該下地層上に窒化物半導体を選択成長さ
せる方法が知られている。これらは、異種基板上に窒化
物半導体素子を成長させる場合に、格子定数の違いから
発生する転位を低減できる窒化物半導体の横方向の成長
方法であり、エピタキシャルラテラルオーバーグロウス
(Epitaxially lateral over growth:ELOG)と呼
ばれている。このような成長方法により得られた窒化物
半導体基板は、従来の窒化物半導体の成長方法に比べ、
低欠陥である窒化物半導体基板が期待できる。
2. Description of the Related Art In recent years, light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) using nitride semiconductor devices have been actively studied, and high-intensity light-emitting diodes (LEs) have been developed.
D) and a semiconductor laser (LD) capable of continuous oscillation at room temperature have been realized. A general method for forming such a nitride semiconductor device is to use a different kind of substrate such as sapphire, spinel, and silicon carbide different from a nitride semiconductor, on which a nitride semiconductor does not grow via a buffer layer. Alternatively, a method is known in which a protective film made of a material that is difficult to grow, such as SiO 2, is grown into a stripe shape, and a nitride semiconductor is selectively grown thereon. Further, sapphire, spinel, using a different substrate different from the nitride semiconductor such as silicon carbide, growing a nitride semiconductor to be an underlying layer thereon, and partially forming the nitride semiconductor in a stripe shape,
There is known a method of selectively growing a nitride semiconductor on a side surface of a formed underlayer while utilizing the lateral growth of the nitride semiconductor on the underlayer. These are methods for growing a nitride semiconductor in the lateral direction, which can reduce dislocations generated due to a difference in lattice constant when a nitride semiconductor device is grown on a heterogeneous substrate, and is epitaxially laterally overgrown: ELOG). The nitride semiconductor substrate obtained by such a growth method is different from the conventional nitride semiconductor growth method.
A nitride semiconductor substrate with low defects can be expected.

【0003】例えば、Jpn.J.Appl.Phy
s.Vol.37(1988)pp.L309−L31
2には、サファイア基板上に成長させた窒化ガリウム上
にSiO2等の保護膜を部分的に形成して、この上に新
たな窒化ガリウムを成長させることが開示されている。
SiO2上には窒化ガリウムが直接成長しないため、保
護膜の窓部に露出した窒化ガリウムが成長核となり、保
護膜の上の領域において窒化ガリウムが横方向に成長す
る。したがって、SiO2保護膜上に低転位密度の窒化
ガリウムを成長させることができる。
[0003] For example, Jpn. J. Appl. Phys
s. Vol. 37 (1988) pp. L309-L31
No. 2 discloses that a protective film such as SiO 2 is partially formed on gallium nitride grown on a sapphire substrate, and new gallium nitride is grown thereon.
Since gallium nitride does not directly grow on SiO 2 , gallium nitride exposed at the window of the protective film becomes a growth nucleus, and gallium nitride grows laterally in a region above the protective film. Therefore, gallium nitride having a low dislocation density can be grown on the SiO2 protective film.

【0004】また、特開平11−145516号公報に
は、SiO2保護膜を形成する代わりに、シリコン基板
上に成長したAlGaN層をストライプ状にエッチング
してシリコン基板を部分的に露出させ、この上に窒化ガ
リウムを成長させる方法が開示されている。窒化ガリウ
ムはシリコン基板上にはエピタキシャル成長しないた
め、ストライプ状のAlGaN層を成長核として、窒化
ガリウムが横方向にエピタキシャル成長する。したがっ
て、シリコン基板の露出部分の上に低転位密度の窒化ガ
リウムを成長させることができる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-145516 discloses that instead of forming a SiO 2 protective film, an AlGaN layer grown on a silicon substrate is etched in a stripe shape to partially expose the silicon substrate. Disclosed above is a method of growing gallium nitride. Since gallium nitride does not grow epitaxially on a silicon substrate, gallium nitride grows laterally epitaxially with a stripe-shaped AlGaN layer as a growth nucleus. Therefore, gallium nitride having a low dislocation density can be grown on the exposed portion of the silicon substrate.

【0005】これらのELOG成長法によれば、従来の
バッファ層を用いて成長させた窒化物半導体層に比べ
て、結晶欠陥密度を2桁以上減少させることができる。
したがって、これらのELOG成長法によって製造され
た窒化物半導体基板に、LED素子、LD素子、受光素
子などの種々の窒化物半導体素子を形成することによ
り、窒化物半導体素子の寿命特性を飛躍的に向上させる
ことができる。例えば、ELOG成長させた窒化ガリウ
ム基板を用いて製造された窒化ガリウム系化合物半導体
レーザは、1万時間以上の連続発振を達成することがで
きる。
According to these ELOG growth methods, the crystal defect density can be reduced by two orders of magnitude or more as compared with a nitride semiconductor layer grown using a conventional buffer layer.
Therefore, by forming various nitride semiconductor devices such as an LED device, an LD device, and a light receiving device on the nitride semiconductor substrate manufactured by these ELOG growth methods, the life characteristics of the nitride semiconductor device are dramatically improved. Can be improved. For example, a gallium nitride-based compound semiconductor laser manufactured using a gallium nitride substrate grown by ELOG can achieve continuous oscillation for 10,000 hours or more.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述に
ある前記の成長方法では、基板上に窒化物半導体を形成
すると、保護膜上の窒化物半導体層に発生する結晶欠陥
は減少するものの、その上に成長させる窒化物半導体が
保護膜の分解等により結晶性を低下させる問題があっ
た。
However, in the above-mentioned growth method, when a nitride semiconductor is formed on a substrate, crystal defects generated in the nitride semiconductor layer on the protective film are reduced, There is a problem that the nitride semiconductor grown on the substrate deteriorates crystallinity due to decomposition of the protective film.

【0007】また、この成長方法において、酸化ケイ素
等の保護膜上に窒化物半導体を成長させる場合、酸化ケ
イ素が分解する場合があり、酸化ケイ素が分解すると、
酸化ケイ素上から窒化物半導体が異常成長したり、窒化
物半導体の結晶性の低下を招くことがある。一方、酸化
ケイ素の分解を抑えるために低い温度で窒化物半導体を
成長させると、窒化物半導体の単結晶が得られにくく、
窒化物半導体層の結晶性が低下する。
In this growth method, when a nitride semiconductor is grown on a protective film such as silicon oxide, the silicon oxide may be decomposed, and when the silicon oxide is decomposed,
The nitride semiconductor may grow abnormally on the silicon oxide or the crystallinity of the nitride semiconductor may be reduced. On the other hand, when growing a nitride semiconductor at a low temperature to suppress the decomposition of silicon oxide, it is difficult to obtain a single crystal of the nitride semiconductor,
The crystallinity of the nitride semiconductor layer decreases.

【0008】上述にある後記の成長方法については、窒
化物半導体の成長時に酸化ケイ素等の保護膜を有しない
ために、保護膜の分解による結晶性の低下をなくすこと
ができる。さらに、AlGaN層をエッチングすること
によりストライプ状の核を形成し、この核から窒化ガリ
ウムを横方向に成長させることにより、低欠陥の窒化物
半導体層を得ることができる。しかしながら、エッチン
グにより形成した核となるストライプ状AlGaNの端
面は、形状が良くないため、窒化ガリウムの横方向成長
時にできる接合部が拡大する可能性がある。この窒化ガ
リウム同士の接合部とは欠陥が集中する部分であるた
め、欠陥が多い接合部が拡大することにより窒化物半導
体の結晶性が低下する問題があった。
In the above-mentioned growth method described later, since a protective film such as silicon oxide is not provided at the time of growth of the nitride semiconductor, a decrease in crystallinity due to decomposition of the protective film can be eliminated. Further, a stripe-shaped nucleus is formed by etching the AlGaN layer, and gallium nitride is laterally grown from the nucleus, whereby a low-defect nitride semiconductor layer can be obtained. However, since the end surface of the striped AlGaN serving as a nucleus formed by etching is not good in shape, a junction formed at the time of lateral growth of gallium nitride may be enlarged. Since the junction between gallium nitrides is a portion where defects are concentrated, there has been a problem that the crystallinity of the nitride semiconductor is reduced due to the enlargement of the junction with many defects.

【0009】そこで、本発明の目的は、上記に示すEL
OG成長により製造された窒化物半導体基板よりも、結
晶性がよく、量産性を向上させた、優れた発光素子及び
受光素子を形成することのできる窒化物半導体基板を提
供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an EL
It is an object of the present invention to provide a nitride semiconductor substrate which has better crystallinity and improved mass productivity than a nitride semiconductor substrate manufactured by OG growth and can form an excellent light emitting element and light receiving element. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本件の発明に係る窒化物半導体基板は、窒化物半導
体と異なる異種基板上に、パターン形状に第1の保護膜
を形成する工程と、前記第1の保護膜の窓部に窒化物半
導体から成る第1のシード結晶を成長させ、前記第1の
保護膜を取り除くことにより、窒化物半導体から成る第
1のシード結晶を周期的なストライプ状、格子状又は島
状、多角形を有する柱状に形成する工程と、前記第1の
シード結晶を覆って、基板全面に第1の窒化物半導体層
を成長させる工程と、前記第1の窒化物半導体層上に、
パターン形状に第2の保護膜を形成する工程と、前記第
2の保護膜の窓部に窒化物半導体から成る第2のシード
結晶を成長させ、前記第2の保護膜を取り除くことによ
り、窒化物半導体から成る第2のシード結晶を周期的な
ストライプ状、格子状又は島状、多角形を有する柱状に
形成する工程と、前記第2のシード結晶を覆って、基板
全面に第2の窒化物半導体層を成長させる工程とを備え
ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a nitride semiconductor substrate according to the present invention comprises a step of forming a first protective film in a pattern on a different kind of substrate from a nitride semiconductor. Growing a first seed crystal made of a nitride semiconductor in a window portion of the first protective film, and removing the first protective film, so that the first seed crystal made of a nitride semiconductor is periodically removed. Forming a stripe-shaped, lattice-shaped, island-shaped, or polygonal column, growing the first nitride semiconductor layer on the entire surface of the substrate, covering the first seed crystal, On the nitride semiconductor layer of
Forming a second protective film in a pattern shape; and growing a second seed crystal made of a nitride semiconductor in a window of the second protective film, and removing the second protective film to form a nitride film. Forming a second seed crystal made of a compound semiconductor into a periodic stripe, lattice, island, or polygonal column shape, and forming a second nitride over the entire surface of the substrate so as to cover the second seed crystal. Growing a semiconductor layer.

【0011】本発明において、第2の保護膜が、第1の
シード結晶上部及び第1の窒化物半導体同士の接合部上
部にパターン形成されることを特徴とする。
In the present invention, a second protective film is preferably formed in a pattern on the first seed crystal and on the junction between the first nitride semiconductors.

【0012】また、本発明において第1及び第2の保護
膜としては、融点1200℃以上の金属、酸化ケイ素、
窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、及びこれ
らの多層膜等を用いることができる。
In the present invention, as the first and second protective films, a metal having a melting point of 1200 ° C. or more, silicon oxide,
Silicon nitride, titanium oxide, zirconium oxide, a multilayer film thereof, or the like can be used.

【0013】また、本発明において異種基板には、サフ
ァイア、スピネル又は炭化ケイ素を用いることができ
る。
In the present invention, sapphire, spinel, or silicon carbide can be used for the heterogeneous substrate.

【0014】本発明において、第1のシード結晶の幅
(Ws)と第1のシード結晶の窓部の幅(Ww)との比
Ww/Wsが、1〜20である。
In the present invention, the ratio Ww / Ws of the width (Ws) of the first seed crystal to the width (Ww) of the window portion of the first seed crystal is 1 to 20.

【0015】本発明において、第2のシード結晶の厚さ
が、5μm以上である。
In the present invention, the thickness of the second seed crystal is 5 μm or more.

【0016】本発明において、第2の窒化物半導体層
は、第1のシード結晶上部及び第1の窒化物半導体同士
の接合部上部に空洞を有する。
In the present invention, the second nitride semiconductor layer has a cavity above the first seed crystal and above a junction between the first nitride semiconductors.

【0017】窒化物半導体と異なる異種基板上に、周期
的なストライプ状、格子状又は島状、多角形を有する柱
状に等間隔で形成された窒化物半導体から成る第1のシ
ード結晶と、前記第1のシード結晶を覆って、基板全面
に形成された第1の窒化物半導体層と、前記第1の窒化
物半導体層上に、周期的なストライプ状、格子状又は島
状、多角形を有する柱状に形成された窒化物半導体から
成る第2のシード結晶と、前記第2のシード結晶を覆っ
て形成された第2の窒化物半導体層であり、第2のシー
ド結晶どうしの間には空洞を有する窒化物半導体基板で
ある。
A first seed crystal made of a nitride semiconductor formed at regular intervals in a columnar shape having periodic stripes, lattices, islands, or polygons on a heterogeneous substrate different from the nitride semiconductor; A first nitride semiconductor layer formed on the entire surface of the substrate so as to cover the first seed crystal, and a periodic stripe, lattice, island, or polygon is formed on the first nitride semiconductor layer. A second seed crystal made of a nitride semiconductor formed in a columnar shape and a second nitride semiconductor layer formed so as to cover the second seed crystal. It is a nitride semiconductor substrate having a cavity.

【0018】本発明において、第2のシード結晶は、第
1のシード結晶上部及び第1の窒化物半導体同士の接合
部上部を避けて形成される。
In the present invention, the second seed crystal is formed avoiding the upper portion of the first seed crystal and the upper portion of the junction between the first nitride semiconductors.

【0019】本発明において、第1のシード結晶の幅
(Ws)と第1のシード結晶の窓部の幅(Ww)との比
Ww/Wsが、1〜20であり、第2のシード結晶の厚
さが、5μm以上である。
In the present invention, the ratio (Ww / Ws) of the width (Ws) of the first seed crystal to the width (Ww) of the window of the first seed crystal is 1 to 20, and the second seed crystal is formed. Is 5 μm or more.

【0020】上記製造方法により得られた窒化物半導体
基板は、窒化物半導体から成るシード結晶をエッチング
により形成するのではなく、窓部を有する保護膜を形成
し、この保護膜の窓部にシード結晶を成長させ、その
後、保護膜のみを除去することにより、核となるシード
結晶を形成する。これにより、窒化物半導体から成るシ
ード結晶の端面を劣化させることなく、シード結晶より
窒化物半導体層を成長させることができる。そのため、
窒化物半導体層を成長させるのに核となるシード結晶を
エッチングで形成した場合よりも、端面形状がよく、横
方向に成長した窒化物半導体同士の接合部にできる結晶
欠陥の数及び幅を減少することができる。さらに、第2
のシード結晶を形成し、第2の窒化物半導体層を成長さ
せるため、より低欠陥の窒化物半導体基板を得ることが
できる。これは、第2のシード結晶を第1の窒化物半導
体層の結晶性のよい範囲の窒化物半導体上に形成するた
めである。第1の窒化物半導体層において、第1のシー
ド結晶上部及び第1の窒化物半導体同士の接合部には、
結晶欠陥が集中するため、この範囲を避け、第2のシー
ド結晶を形成する。また、第2の窒化物半導体層を成長
させる時に、ストライプ状の第2のシード結晶の窓部に
は空洞を有するため、第2の窒化物半導体層には結晶欠
陥の転位が延びず、結晶性の良い窒化物半導体基板を得
ることができる。
In the nitride semiconductor substrate obtained by the above-described manufacturing method, a protective film having a window is formed instead of forming a seed crystal made of a nitride semiconductor by etching, and a seed film is formed in the window of the protective film. A seed crystal serving as a nucleus is formed by growing a crystal and then removing only the protective film. Thereby, the nitride semiconductor layer can be grown from the seed crystal without deteriorating the end face of the seed crystal made of the nitride semiconductor. for that reason,
End face shape is better than when a seed crystal serving as a nucleus for growing a nitride semiconductor layer is formed by etching, and the number and width of crystal defects formed at a junction between nitride semiconductors grown in the lateral direction are reduced. can do. Furthermore, the second
Is formed and the second nitride semiconductor layer is grown, so that a nitride semiconductor substrate with lower defects can be obtained. This is because the second seed crystal is formed on the nitride semiconductor in the range of good crystallinity of the first nitride semiconductor layer. In the first nitride semiconductor layer, the upper part of the first seed crystal and the junction between the first nitride semiconductors are:
Since crystal defects are concentrated, a second seed crystal is formed avoiding this range. Further, when growing the second nitride semiconductor layer, since the second seed crystal in the form of a stripe has a cavity in the window, dislocations of crystal defects do not extend in the second nitride semiconductor layer, and A nitride semiconductor substrate having good properties can be obtained.

【0021】第2のシード結晶の厚さが、5μm以上で
あると、第2の窒化物半導体層の成長後に、第2のシー
ド結晶の窓部に空洞を有することができる。このため、
第2の窒化物半導体層は、結晶欠陥の多い第2のシード
結晶の窓部からの転位の伝播を防ぐことができる。さら
に、空洞を有することで基板の反りを緩和することもで
きる。
When the thickness of the second seed crystal is 5 μm or more, a cavity can be formed in the window of the second seed crystal after the growth of the second nitride semiconductor layer. For this reason,
The second nitride semiconductor layer can prevent propagation of dislocations from the window of the second seed crystal having many crystal defects. Further, the presence of the cavity can reduce the warpage of the substrate.

【0022】また、保護膜に融点が1200℃以上の金
属、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコ
ニウム、又はこれらの多層膜を用いる。これらの保護膜
材料は、その表面に窒化物半導体が成長しないか、成長
しにくい性質を有する。そのため、保護膜上に、窒化物
半導体を成長させることなく、保護膜の窓部に窒化物半
導体を成長させることができる。
Further, a metal having a melting point of 1200 ° C. or more, silicon oxide, silicon nitride, titanium oxide, zirconium oxide, or a multilayer film thereof is used for the protective film. These protective film materials have such a property that a nitride semiconductor does not grow or hardly grows on the surface thereof. Therefore, the nitride semiconductor can be grown on the window of the protective film without growing the nitride semiconductor on the protective film.

【0023】第1のシード結晶の幅(Ws)と第1のシ
ード結晶の窓部の幅(Ww)との比Ww/Wsが、1〜
20となるように調整することにより、結晶欠陥の転位
を減らすことができる。これは、第1のシード結晶に結
晶欠陥が集中するためであり、第1のシード結晶の窓部
の幅を広くすることにより、第1のシード結晶から横方
向に成長する第1の窒化物半導体を結晶性よく得ること
ができる。
The ratio Ww / Ws of the width (Ws) of the first seed crystal to the width (Ww) of the window of the first seed crystal is 1 to 5.
By adjusting the number to be 20, the dislocation of crystal defects can be reduced. This is because crystal defects are concentrated on the first seed crystal, and by increasing the width of the window of the first seed crystal, the first nitride that grows laterally from the first seed crystal is formed. A semiconductor can be obtained with good crystallinity.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図6は、本発明の成長方法により得られ
る、異種基板上に成長された窒化物半導体を模式的に示
す断面図である。異種基板1上に第1の保護膜2を成膜
し、その後、シード結晶を成長させるための窓部をパタ
ーン形状に形成し、さらに、第1の保護膜2の窓部より
バッファ層(図示されていない)、第1のシード結晶3
を成長させ、その後、第1の保護膜2のみ取り除き、第
1のシード結晶3を核として第1の窒化物半導体層4を
横方向に成長させる。さらに、第1の窒化物半導体層4
上に第1の保護膜2と同様に、第2の保護膜5をパター
ン形成し、第2の保護膜5の窓部より第2のシード結晶
6を成長させ、その後、第2の保護膜5のみ取り除き、
第2のシード結晶6を核として第2の窒化物半導体層7
を横方向に成長させることにより窒化物半導体基板を得
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor grown on a heterogeneous substrate obtained by the growth method of the present invention. A first protective film 2 is formed on a heterogeneous substrate 1, a window for growing a seed crystal is formed in a pattern shape, and a buffer layer (shown in the figure) is formed through the window of the first protective film 2. Not performed), the first seed crystal 3
After that, only the first protective film 2 is removed, and the first nitride semiconductor layer 4 is grown laterally with the first seed crystal 3 as a nucleus. Further, the first nitride semiconductor layer 4
Similarly to the first protective film 2, a second protective film 5 is patterned and a second seed crystal 6 is grown from a window of the second protective film 5, and then a second protective film is formed. Remove only 5,
Second nitride semiconductor layer 7 with second seed crystal 6 as a nucleus
A nitride semiconductor substrate by growing GaN laterally

【0026】ここで、第1のシード結晶3、第1の窒化
物半導体層4、第2のシード結晶6、第2の窒化物半導
体層7は、いずれも一般式InxAlyGa1-x-yN(0
≦x、0≦y、x+y≦1)によって表されることがで
き、これらは互いに異なる組成であってもよい。
[0026] Here, the first seed crystal 3, the first nitride semiconductor layer 4, the second seed crystal 6, the second nitride semiconductor layer 7 are both formula In x Al y Ga 1- xy N (0
≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1), and these may have different compositions.

【0027】さらに、前記第1のシード結晶3、第1の
窒化物半導体層4、第2のシード結晶6、第2の窒化物
半導体層7には、アンドープ(不純物をドープしない状
態、undope)、Si等のn型不純物又は、Mg等
のp型不純物をドープした窒化物半導体を用いることが
できる。
Further, the first seed crystal 3, the first nitride semiconductor layer 4, the second seed crystal 6, and the second nitride semiconductor layer 7 are undoped (doped with no impurities, undoped). , A nitride semiconductor doped with an n-type impurity such as Si or a p-type impurity such as Mg can be used.

【0028】また、上記第1の保護膜2及び第2の保護
膜5には、表面に窒化物半導体が成長しないか、成長し
にくい性質を有するものを用いる。
As the first protective film 2 and the second protective film 5, those having a property such that a nitride semiconductor does not grow or hardly grow on the surface are used.

【0029】また、第2のシード結晶6は、第1のシー
ド結晶上及び第1の窒化物半導体層4同士の接合部上を
避けて形成されることにより、第2のシード結晶は結晶
欠陥の少ない核となる。
Further, since the second seed crystal 6 is formed so as not to cover the first seed crystal and the junction between the first nitride semiconductor layers 4, the second seed crystal 6 has crystal defects. Nucleus with less.

【0030】また、異種基板1上に第1のシード結晶3
を成長する前に、バッファ層を成長させることにより、
異種基板と窒化物半導体との格子定数不整を緩和し、結
晶欠陥を低減することができ、さらに、表面モフォロジ
ーが良好な窒化物半導体を得ることができる。
The first seed crystal 3 is placed on the heterogeneous substrate 1.
By growing the buffer layer before growing
It is possible to alleviate lattice mismatch between a heterogeneous substrate and a nitride semiconductor, reduce crystal defects, and obtain a nitride semiconductor with good surface morphology.

【0031】図1〜図6は、実施の1形態として、窒化
物半導体の成長方法を示す工程断面図である。以下に、
本発明における実施の1形態の窒化物半導体の成長方法
及び好適な材料について説明する。
FIGS. 1 to 6 are sectional views showing a method of growing a nitride semiconductor according to an embodiment. less than,
A method for growing a nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention and suitable materials will be described.

【0032】まず、図1に示すように、異種基板1上
に、第1の保護膜2をCVD、スパッタまたは、蒸着等
の方法により成膜する。本発明において、異種基板1に
は、具体例として、(0001)面[C面]、(11−
02)面[R面]、及び(112−0)面[A面]のい
ずれかを主面とするサファイア、並びに(111)面を
主面とするスピネル(MgAl24)のような絶縁性基
板、SiC(6H、4H、3Cを含む)、その他Zn
S、ZnO、Si及び窒化物半導体と格子接合する酸化
物基板等、窒化物半導体と異なる基板材料を用いること
ができる。ここで基板1が、(0001)面[C面]を
主面とするサファイアであるとき、前記第1の保護膜2
がそのサファイアの(112−0)面[A面]に対して
垂直なストライプ形状を有していること[窒化物半導体
の(101−0)[M面]に垂直方向にストライプを形
成すること]が好ましく、また(112−0)面[A
面]を主面とするサファイアであるとき、前記第1の保
護膜2はそのサファイアの(11−02)面[R面]に
対して垂直なストライプ形状を有していることが好まし
く、また(111)面を主面とするスピネルであると
き、前記第1の保護膜2はそのスピネルの(110)面
に対して垂直なストライプ形状を有していることが好ま
しい。また本発明の成長方法において、異種基板1とな
る材料の主面をオフアングルさせた基板、さらにステッ
プ状にオフアングルさせた基板を用いることもできる。
First, as shown in FIG. 1, a first protective film 2 is formed on a heterogeneous substrate 1 by a method such as CVD, sputtering or vapor deposition. In the present invention, the heterogeneous substrate 1 includes (0001) plane [C plane], (11-
02) Insulation such as sapphire having any one of [R-plane] and (112-0) -plane [A-plane] as a main surface, and spinel (MgAl 2 O 4 ) having a (111) -plane as a main surface. Substrate, SiC (including 6H, 4H, 3C), other Zn
Substrate materials different from nitride semiconductors, such as S, ZnO, Si, and oxide substrates lattice-bonded with nitride semiconductors, can be used. Here, when the substrate 1 is sapphire having a (0001) plane [C-plane] as a main surface, the first protective film 2
Has a stripe shape perpendicular to the (112-0) plane [A plane] of the sapphire [the stripe is formed in the vertical direction on the (101-0) [M plane] of the nitride semiconductor ], And the (112-0) plane [A
Surface], the first protective film 2 preferably has a stripe shape perpendicular to the (11-02) plane [R-plane] of the sapphire. When the spinel has a (111) plane as a main surface, the first protective film 2 preferably has a stripe shape perpendicular to the (110) plane of the spinel. Further, in the growth method of the present invention, a substrate in which the main surface of the material to be the heterogeneous substrate 1 is off-angled, or a substrate in which the material is off-angled in a step shape can be used.

【0033】次に前記第1の保護膜2としては、窒化物
半導体が成長しないか又は、成長しにくい材料からなる
ものが好ましく、具体例としては、酸化ケイ素(SiO
x)、窒化ケイ素(SiNx、酸化チタン(TiOx)、
酸化ジルコニウム(ZrOx)、又はこれらの多層膜の
他、1200℃以上の融点を有する金属等を用いること
ができる。さらに第1の保護膜2の膜厚としては特に限
定されないが、2μm〜5μmであれば、窓部より窒化
物半導体が成長しやすくなるため好ましい。
Next, the first protective film 2 is preferably made of a material on which a nitride semiconductor does not grow or hardly grows. As a specific example, silicon oxide (SiO 2)
x ), silicon nitride (SiN x , titanium oxide (TiO x ),
Zirconium oxide (ZrO x ), a metal film having a melting point of 1200 ° C. or more can be used in addition to these multilayer films. Further, the thickness of the first protective film 2 is not particularly limited, but is preferably 2 μm to 5 μm because the nitride semiconductor is more easily grown from the window.

【0034】また、前記第1の保護膜をストライプ状に
形成する場合において、第1の保護膜のストライプ幅と
しては、特に限定されないが、シード結晶を成長させる
ための第1の保護膜の窓部幅が好ましくは2μm〜10
μm、より好ましくは3μm〜5μmとし、第1の保護
膜の幅としては、10μm〜18μm、好ましくは15
μm〜17μmである。
In the case where the first protective film is formed in a stripe shape, the stripe width of the first protective film is not particularly limited, but a window of the first protective film for growing a seed crystal. Part width is preferably 2 μm to 10
μm, more preferably 3 μm to 5 μm, and the width of the first protective film is 10 μm to 18 μm, preferably 15 μm.
μm to 17 μm.

【0035】前記第1の保護膜をエッチングによりパタ
ーン形成後、エッチングにより荒れた保護膜の端面をウ
ェットエッチングをすることにより保護膜の端面の荒れ
をなくすことができる。これにより、第1の保護膜の窓
部から成長させる第1のシード結晶の結晶特性、特に端
面形状をよくすることができる。
After the first protective film is patterned by etching, the end face of the protective film roughened by the etching is wet-etched, whereby the roughness of the end face of the protective film can be eliminated. This makes it possible to improve the crystal characteristics, particularly the end face shape, of the first seed crystal grown from the window of the first protective film.

【0036】次に、図2に示すように第1の保護膜2の
窓部上にMOCVD等の方法によりバッファ層(図示さ
れていない)及び第1のシード結晶3を成長させ、その
後、第1の保護膜のみを除去する。まず、異種基板1上
に第1の保護層2を形成させた後、バッファ層を成長さ
せる。バッファ層としては、第1のシード結晶3よりも
低温で成長させるものが好ましく、例えばAlN、Ga
N、AlGaN、InGaN等が用いられ、900℃以
下300℃以上の温度で、膜厚0.5μm〜10オング
ストロームで成長される。このように異種基板1上にバ
ッファ層を900℃以下の温度で形成すると、異種基板
1と第1のシード結晶3との格子定数不整を緩和し、第
1のシード結晶3の結晶欠陥が少なくなるため好まし
い。
Next, as shown in FIG. 2, a buffer layer (not shown) and a first seed crystal 3 are grown on the window of the first protective film 2 by a method such as MOCVD. Only the protective film of No. 1 is removed. First, after a first protective layer 2 is formed on a heterogeneous substrate 1, a buffer layer is grown. As the buffer layer, a layer grown at a lower temperature than the first seed crystal 3 is preferable. For example, AlN, Ga
N, AlGaN, InGaN, or the like is used, and is grown at a temperature of 900 ° C. or less and 300 ° C. or more and a film thickness of 0.5 μm to 10 Å. When the buffer layer is formed on the heterogeneous substrate 1 at a temperature of 900 ° C. or less as described above, lattice mismatch between the heterogeneous substrate 1 and the first seed crystal 3 is reduced, and the crystal defects of the first seed crystal 3 are reduced. Is preferred.

【0037】次に、保護膜の窓部上に成長させたバッフ
ァ層上に、第1のシード結晶3を成長させる。この第1
のシード結晶3としては、アンドープののGaN、n型
不純物をドープしたGaN、またはp型不純物をドープ
したGaNを用いることができる。また第1のシード結
晶3は、バッファ層よりも高温で成長させるのが好まし
く、具体的には900〜1100℃、より好ましくは1
050℃で成長され、また膜厚は、特に限定されず、好
ましくは1〜5μm、より好ましくは2〜3μmであ
る。この範囲の膜厚で第1のシード結晶を成長させるこ
とにより、基板の反り及び異常成長を抑制することがで
きるため好ましい。さらに、第1のシード結晶3を成長
後、第1の保護膜2のみ除去し、図2に示す核を形成す
る。
Next, the first seed crystal 3 is grown on the buffer layer grown on the window of the protective film. This first
Undoped GaN, GaN doped with an n-type impurity, or GaN doped with a p-type impurity can be used as the seed crystal 3. Further, the first seed crystal 3 is preferably grown at a higher temperature than the buffer layer, specifically, at 900 to 1100 ° C., more preferably at 1 ° C.
It is grown at 050 ° C., and the film thickness is not particularly limited, but is preferably 1 to 5 μm, more preferably 2 to 3 μm. Growing the first seed crystal with a film thickness in this range is preferable because warpage and abnormal growth of the substrate can be suppressed. Further, after growing the first seed crystal 3, only the first protective film 2 is removed to form the nucleus shown in FIG.

【0038】次に、図3に示すように、第1の窒化物半
導体層4を、第1のシード結晶と同様の成長条件で前記
第1のシード結晶3を核として成長させる。第1の窒化
物半導体層4としては、アンドープのGaN、n型不純
物をドープしたGaN、またはp型不純物をドープした
GaNを用いることができ、前記第1のシード結晶3を
核として横方向に成長させる。第1の窒化物半導体層4
の好ましい膜厚としては、5〜20μmであり、さらに
好ましくは7〜15μmである。この範囲より薄い膜厚
であると、第1の窒化物半導体4の最上面が成長しきれ
ないために空隙ができ、鏡面を得ることができない。ま
た、この範囲より厚い膜厚で成長させると、基板に反り
が生じ、結晶欠陥が拡散する問題が生じる。
Next, as shown in FIG. 3, the first nitride semiconductor layer 4 is grown using the first seed crystal 3 as a nucleus under the same growth conditions as the first seed crystal. As the first nitride semiconductor layer 4, undoped GaN, GaN doped with an n-type impurity, or GaN doped with a p-type impurity can be used, and the first seed crystal 3 is used as a nucleus in the lateral direction. Let it grow. First nitride semiconductor layer 4
Is preferably 5 to 20 μm, more preferably 7 to 15 μm. If the film thickness is smaller than this range, the uppermost surface of the first nitride semiconductor 4 cannot be completely grown, so that a gap is formed and a mirror surface cannot be obtained. Further, when the film is grown with a thickness larger than this range, the substrate is warped, and there is a problem that crystal defects are diffused.

【0039】第1の窒化物半導体4を成長後、図4に示
すように、第2の保護膜5を第1の保護膜2と同様の成
膜条件で成膜し、エッチングにより窓部を有するための
パターン形状を形成する。第2の保護膜5の成膜条件と
しては、特に限定しないが、第1の保護膜の成膜条件と
同様でよく、第2の保護膜5の膜厚としては、5〜10
μm、さらに好ましくは6〜8μmである。ここで、第
2の保護膜5は第1のシード結晶上部及び、第1の窒化
物半導体の接合部を覆うようにパターン形成され、後に
第2のシード結晶が成長する第2の保護膜の窓部幅が等
間隔で形成されるのが好ましい。第2の保護膜5も第1
の保護膜と同様に、窓部をRIE等のエッチングにより
形成後、ウェットエッチングにより第2の保護膜5の端
面形状をよくする。
After growing the first nitride semiconductor 4, as shown in FIG. 4, a second protective film 5 is formed under the same film forming conditions as the first protective film 2, and a window is formed by etching. The pattern shape to have is formed. The film forming conditions of the second protective film 5 are not particularly limited, but may be the same as the film forming conditions of the first protective film.
μm, and more preferably 6 to 8 μm. Here, the second protective film 5 is patterned so as to cover the upper part of the first seed crystal and the junction of the first nitride semiconductor, and the second protective film 5 on which the second seed crystal grows later. It is preferable that the window portions are formed at equal intervals. The second protective film 5 is also a first protective film.
Similarly to the above protective film, after the window is formed by etching such as RIE, the end face shape of the second protective film 5 is improved by wet etching.

【0040】次に、第2の保護膜5の窓部より、第2の
シード結晶6を第1のシード結晶と同様の条件で成長さ
せる。ここで、第2のシード結晶6の膜厚としては、後
の工程で第2の窒化物半導体層を成長させたときに、第
2のシード結晶6の窓部に空洞を有する形状とする膜厚
であれば特に限定されず、好ましくは5〜10μm、よ
り好ましくは5〜7μmとする。その後、図5に示すよ
うに第2の保護膜のみを除去するが、第2の保護膜は、
完全に除去する必要はなく、1μm以下の膜厚であれば
残してもよい。
Next, the second seed crystal 6 is grown from the window of the second protective film 5 under the same conditions as the first seed crystal. Here, the film thickness of the second seed crystal 6 is such that when the second nitride semiconductor layer is grown in a later step, the second seed crystal 6 has a shape having a cavity in the window of the second seed crystal 6. The thickness is not particularly limited as long as it is 5 to 10 μm, preferably 5 to 7 μm. Thereafter, as shown in FIG. 5, only the second protective film is removed.
It is not necessary to completely remove it, and it may be left if the film thickness is 1 μm or less.

【0041】次に、図6に示すように、第2のシード結
晶6を核として第2の窒化物半導体層7を成長させる。
成長条件としては、特に限定されないが、第1の窒化物
半導体層4と同様の条件で成長させることにより、低欠
陥かつ欠陥均一であり、最上面が鏡面である窒化物半導
体基板を得ることができる。ここで、第2の窒化物半導
体層7の膜厚としては、好ましくは5〜30μm、より
好ましくは7〜15μmである。
Next, as shown in FIG. 6, a second nitride semiconductor layer 7 is grown using the second seed crystal 6 as a nucleus.
Although growth conditions are not particularly limited, it is possible to obtain a nitride semiconductor substrate having low defects and uniform defects and having a mirror-like uppermost surface by growing under the same conditions as the first nitride semiconductor layer 4. it can. Here, the thickness of the second nitride semiconductor layer 7 is preferably 5 to 30 μm, more preferably 7 to 15 μm.

【0042】本発明の窒化物半導体の成長方法におい
て、第1のシード結晶3、及び第1の窒化物半導体層
4、第2のシード結晶6、第2の窒化物半導体等の窒化
物半導体を成長させる方法としては、特に限定されない
が、MOVPE(有機金属気相成長法)、HVPE(ハ
ライド気相成長法)、MBE(分子線エピタキシー
法)、MOCVD(有機金属化学気相成長法)等、窒化
物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適
用できる。好ましい成長方法としては、膜厚が100m
以下ではMOCVD法を用いると成長速度をコントロー
ルし易い。MOVPE法は、結晶をきれいに成長させる
ことができ好ましい。しかし、MOVPE法は時間がか
かるため、厚膜を成長させる場合にはHVPE法が好ま
しい。
In the method for growing a nitride semiconductor according to the present invention, the first seed crystal 3, the first nitride semiconductor layer 4, the second seed crystal 6, the second nitride semiconductor, and other nitride semiconductors are removed. The growth method is not particularly limited, but includes MOVPE (metalorganic vapor phase epitaxy), HVPE (halide vapor phase epitaxy), MBE (molecular beam epitaxy), MOCVD (metal organic chemical vapor phase epitaxy), and the like. All known methods for growing nitride semiconductors can be applied. As a preferred growth method, a film thickness of 100 m
In the following, the growth rate can be easily controlled by using the MOCVD method. The MOVPE method is preferable because crystals can be grown cleanly. However, since the MOVPE method takes time, the HVPE method is preferable when a thick film is grown.

【0043】更に本発明の窒化物半導体基板は、上記に
示す製造方法により得られる低欠陥及び欠陥均一であ
り、結晶欠陥の伝播が抑制される窒化物半導体基板であ
るため、この窒化物半導体基板上に、少なくともn型窒
化物半導体層、活性層、及びp型窒化物半導体層を有す
る素子構造を有する窒化物半導体素子を製造すると、良
好な寿命特性が得られると共に、歩留まりを向上させる
ことができ好ましい。
Further, the nitride semiconductor substrate of the present invention is a low-defect and uniform defect obtained by the manufacturing method described above, and is a nitride semiconductor substrate in which propagation of crystal defects is suppressed. When a nitride semiconductor device having an element structure including at least an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer is manufactured thereon, good life characteristics can be obtained and the yield can be improved. It is preferable.

【0044】[0044]

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれ
に限定されない。 [実施例1]実施例1における各工程を図1〜図6を用
いて示す。また実施例1はMOCVD法について示すも
のであるが、本発明の方法は、MOCVD法に限るもの
ではなく、例えばHVPE法、MBE法、その他、窒化
物半導体を成長させる方法を適用できる。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples. [Embodiment 1] Each step in Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. Although the first embodiment shows the MOCVD method, the method of the present invention is not limited to the MOCVD method. For example, an HVPE method, an MBE method, or a method of growing a nitride semiconductor can be applied.

【0045】基板1には、2インチφ、C面を主面と
し、オリフラ面をA面とするサファイア基板を用い、こ
のサファイア基板上に、CVD装置を用い、第1の保護
膜2としてSiO2を膜厚4μmで成膜し、その後、図
1に示すようにドライエッチングにより第1の保護膜を
ストライプ幅17μm、窓部3μmのストライプ状に
し、さらに、端面をウェットエッチングにより荒れをな
くす。
As the substrate 1, a sapphire substrate having a 2-inch φ, C-plane as a main surface and an orientation flat surface as an A-plane is used. On this sapphire substrate, a CVD apparatus is used. 2 was formed in a thickness of 4 [mu] m, then, the first protective film stripe width 17μm by dry etching as shown in FIG. 1, and a stripe-shaped window portion 3 [mu] m, further, eliminating roughness by wet etching the edge face.

【0046】次に、図2に示すように、温度を510℃
にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアと
TMG(トリメチルガリウム)とを用い、保護膜の窓部
上にGaNよりなるバッファ層(図示されていない。)
を200オングストロームの膜厚で成長させ、バッファ
層成長後、TMGのみ止めて、温度を1050℃まで上
昇させ、1050℃になったら、原料ガスにTMG、ア
ンモニアを用い、アンドープGaNよりなる第1のシー
ド結晶3をバッファ層上に3μmの膜厚で成長させる。
Next, as shown in FIG.
Then, a buffer layer (not shown) made of GaN is formed on the window of the protective film using hydrogen as a carrier gas, ammonia and TMG (trimethylgallium) as a source gas.
Is grown to a thickness of 200 angstroms. After the growth of the buffer layer, only TMG is stopped, and the temperature is raised to 1050 ° C. A seed crystal 3 is grown on the buffer layer to a thickness of 3 μm.

【0047】次に第1のシード結晶3を成長後、ウェッ
トエッチング法により、バッファードフッ酸(BHF)
を用い第1の保護膜2のみを除去させる。第1の保護膜
2を除去することにより、核となるストライプ形状の第
1のシード結晶3を形成することができる。
Next, after growing the first seed crystal 3, buffered hydrofluoric acid (BHF) is formed by wet etching.
Is used to remove only the first protective film 2. By removing the first protective film 2, a first seed crystal 3 having a stripe shape serving as a nucleus can be formed.

【0048】その後、図3に示すように1050℃の温
度で、原料ガスにTMG、アンモニアを用い、アンドー
プGaNよりなる第1の窒化物半導体層4を10μmの
膜厚で成長させる。
Thereafter, as shown in FIG. 3, a first nitride semiconductor layer 4 made of undoped GaN is grown at a temperature of 1050 ° C. using TMG and ammonia as source gases to a thickness of 10 μm.

【0049】次に、図4に示すように第2の保護膜5を
第1の窒化物半導体層4上にCVD装置を用い、膜厚7
μmで成膜後、保護膜の幅5μm、保護膜の窓部の幅5
μmでストライプ形成する。
Next, as shown in FIG. 4, a second protective film 5 is formed on the first nitride semiconductor
After forming a film with a thickness of 5 μm, the width of the protective film is 5 μm, and the width of the window of the protective film is 5 μm.
A stripe is formed with a thickness of μm.

【0050】次に、第2の保護膜5の窓部に第2のシー
ド結晶6をMOCVD装置で第1のシード結晶と同じ条
件で5μm成膜し、その後、第2の保護膜5のみを第1
の窒化物半導体層4が露出するように除去する。
Next, a second seed crystal 6 is formed in a window portion of the second protective film 5 to a thickness of 5 μm by the MOCVD apparatus under the same conditions as the first seed crystal, and then only the second protective film 5 is formed. First
Is removed such that the nitride semiconductor layer 4 is exposed.

【0051】次に、図6に示すように、第2のシード結
晶を核として第2の窒化物半導体層7を15μmの膜厚
で成長させる。
Next, as shown in FIG. 6, a second nitride semiconductor layer 7 is grown to a thickness of 15 μm using the second seed crystal as a nucleus.

【0052】以上のようにして得られる窒化物半導体基
板は非常に結晶欠陥が低減されたものであり、高出力L
D等の基板に用いることができる。
The nitride semiconductor substrate obtained as described above has extremely reduced crystal defects, and has a high output L
It can be used for a substrate such as D.

【0053】[実施例2]前記実施例1において、第2
のシード結晶を成長後、第2の保護膜を除去する際に、
第2の保護膜を膜厚0.5μm残した状態で、第2の窒
化物半導体層を成長させる他は同様にして窒化物半導体
基板を成長させる。以上の方法により得られる窒化物半
導体は、実施例1と同様に低欠陥かつ欠陥均一である窒
化物半導体を得ることができる。
[Embodiment 2] In Embodiment 1, the second
After removing the second protective film after growing the seed crystal,
A nitride semiconductor substrate is grown in the same manner except that a second nitride semiconductor layer is grown with the second protective film remaining 0.5 μm thick. With the nitride semiconductor obtained by the above method, a nitride semiconductor having low defects and uniform defects can be obtained as in the first embodiment.

【0054】[実施例3]前記実施例1及び実施例2に
おいて、第2の窒化物半導体を成長させる際に、成長と
同時にn型不純物であるSiを5×1017/cm3ドー
プして15μmの膜厚で成長させる他は同様にして窒化
物半導体を成長させる。得られた窒化物半導体は、実施
例1と同様に低欠陥かつ欠陥均一の窒化物半導体を得る
ことができる。
[Embodiment 3] In the first and second embodiments, when growing the second nitride semiconductor, 5 × 10 17 / cm 3 of Si, which is an n-type impurity, is doped simultaneously with the growth. A nitride semiconductor is grown in the same manner except that the nitride semiconductor is grown to a thickness of 15 μm. With the obtained nitride semiconductor, a nitride semiconductor with low defects and uniform defects can be obtained as in Example 1.

【0055】[実施例4]前記実施例1及び実施例2に
おいて、第2の窒化物半導体を成長させる際に、成長と
同時にp型不純物であるMgを5×1017/cm3ドー
プして15μmの膜厚で成長させる他は同様にして窒化
物半導体を成長させる。得られた窒化物半導体は、実施
例1と同様に低欠陥かつ欠陥均一の窒化物半導体を得る
ことができる。
Fourth Embodiment In the first and second embodiments, when growing the second nitride semiconductor, Mg, which is a p-type impurity, is doped at 5 × 10 17 / cm 3 simultaneously with the growth. A nitride semiconductor is grown in the same manner except that the nitride semiconductor is grown to a thickness of 15 μm. With the obtained nitride semiconductor, a nitride semiconductor with low defects and uniform defects can be obtained as in Example 1.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明は、上記の如く、基板上に成長さ
せる窒化物半導体の核となるシード結晶の端面形状をよ
くすること及び2段階で横方向成長を行うことにより結
晶欠陥を減少させ結晶性が良好であり、欠陥均一な窒化
物半導体を得ることができる。また更に、本発明により
得られた窒化物半導体を基板として素子構造を成長させ
ると、寿命特性等の素子性能が良好な窒化物半導体を提
供することができる。
As described above, the present invention reduces the crystal defects by improving the shape of the end face of the seed crystal serving as the nucleus of the nitride semiconductor grown on the substrate and performing the lateral growth in two stages. A nitride semiconductor having good crystallinity and uniform defects can be obtained. Furthermore, when a device structure is grown using the nitride semiconductor obtained by the present invention as a substrate, a nitride semiconductor having good device performance such as life characteristics can be provided.

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

【図1】図1は、本発明の製造の一工程において得られ
る窒化物半導体基板を模式的に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor substrate obtained in one step of the production of the present invention.

【図2】図2は、本発明の製造の一工程において得られ
る窒化物半導体基板を模式的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor substrate obtained in one step of the production of the present invention.

【図3】図3は、本発明の製造の一工程において得られ
る窒化物半導体基板を模式的に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor substrate obtained in one step of the production of the present invention.

【図4】図4は、本発明の製造の一工程において得られ
る窒化物半導体基板を模式的に示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor substrate obtained in one step of the production of the present invention.

【図5】図5は、本発明の製造の一工程において得られ
る窒化物半導体基板を模式的に示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor substrate obtained in one step of the production of the present invention.

【図6】図6は、本発明の製造の一工程において得られ
る窒化物半導体基板を模式的に示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a nitride semiconductor substrate obtained in one step of the production of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・異種基板 2・・・第1の保護膜 3・・・第1のシード結晶 4・・・第1の窒化物半導体層 5・・・第2の保護膜 6・・・第2のシード結晶 7・・・第2の窒化物半導体層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Different substrate 2 ... 1st protective film 3 ... 1st seed crystal 4 ... 1st nitride semiconductor layer 5 ... 2nd protective film 6 ... 2nd Seed crystal 7 of the second nitride semiconductor layer

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Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】窒化物半導体と異なる異種基板上に、 パターン形状に第1の保護膜を形成する工程と、 前記第1の保護膜の窓部に窒化物半導体から成る第1の
シード結晶を成長させ、前記第1の保護膜を取り除くこ
とにより、核となる第1のシード結晶を周期的なストラ
イプ状、格子状又は島状、多角形を有する柱状に形成す
る工程と、 前記第1のシード結晶を覆って、基板全面に第1の窒化
物半導体層を成長させる工程と、 前記第1の窒化物半導体層上に、パターン形状に第2の
保護膜を形成する工程と、 前記第2の保護膜の窓部に窒化物半導体から成る第2の
シード結晶を成長させ、前記第2の保護膜を取り除くこ
とにより、核となる第2のシード結晶を周期的なストラ
イプ状、格子状又は島状、多角形を有する柱状に形成す
る工程と、 前記第2のシード結晶を覆って、基板全面に第2の窒化
物半導体層を成長させる工程とを備えた窒化物半導体基
板の製造方法。
A step of forming a first protective film in a pattern on a different substrate different from the nitride semiconductor; and forming a first seed crystal made of a nitride semiconductor in a window of the first protective film. Growing and removing the first protective film to form a first seed crystal serving as a nucleus in a periodic stripe shape, lattice shape or island shape, or in a column shape having a polygonal shape; Growing a first nitride semiconductor layer over the entire surface of the substrate so as to cover the seed crystal; forming a second protective film in a pattern on the first nitride semiconductor layer; A second seed crystal made of a nitride semiconductor is grown in the window of the protective film, and the second protective film is removed to form a second seed crystal serving as a nucleus in a periodic stripe shape, lattice shape or A step of forming islands and pillars having a polygonal shape; The second covering the seed crystal, the nitride semiconductor substrate manufacturing method that includes a step of growing a second nitride semiconductor layer on the entire surface of the substrate.
【請求項2】前記第2の保護膜が、第1のシード結晶上
部及び第1の窒化物半導体同士の接合部上部にパターン
形成されることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半
導体基板の製造方法。
2. The nitride semiconductor according to claim 1, wherein the second protective film is patterned on an upper portion of the first seed crystal and an upper portion of a junction between the first nitride semiconductors. Substrate manufacturing method.
【請求項3】前記保護膜が、融点1200℃以上の金
属、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコ
ニウム、及びこれらの多層膜から成る群から選択された
1種から成ることを特徴とする請求項1に記載の窒化物
半導体基板の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the protective film is made of one of a metal having a melting point of 1200 ° C. or higher, silicon oxide, silicon nitride, titanium oxide, zirconium oxide, and a multilayer film of these. A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 1.
【請求項4】前記異種基板は、サファイア、スピネル又
は炭化ケイ素であることを特徴とする請求項1に記載の
窒化物半導体基板の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the heterogeneous substrate is sapphire, spinel or silicon carbide.
【請求項5】前記第1のシード結晶の幅(Ws)と第1
のシード結晶の窓部の幅(Ww)との比Ww/Wsが、
1〜20であることを特徴とする請求項1に記載の窒化
物半導体基板の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein a width (Ws) of said first seed crystal and a width of said first seed crystal are different from each other.
The ratio Ww / Ws to the width (Ww) of the window portion of the seed crystal is
The method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein the number is 1 to 20.
【請求項6】前記第2のシード結晶の膜厚が、5μm以
上であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導
体基板の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the thickness of the second seed crystal is 5 μm or more.
【請求項7】前記第2の窒化物半導体層は、第1のシー
ド結晶上部及び第1の窒化物半導体同士の接合部上部に
空洞を有することを特徴とする請求項1に記載の窒化物
半導体基板の製造方法。
7. The nitride according to claim 1, wherein the second nitride semiconductor layer has a cavity above a first seed crystal and above a junction between the first nitride semiconductors. A method for manufacturing a semiconductor substrate.
【請求項8】窒化物半導体と異なる異種基板上に、 周期的なストライプ状、格子状又は島状、多角形を有す
る柱状に等間隔で形成された窒化物半導体から成る第1
のシード結晶と、 前記第1のシード結晶を覆って、基板全面に形成された
第1の窒化物半導体層と、 前記第1の窒化物半導体層上に、周期的なストライプ
状、格子状又は島状、多角形を有する柱状に形成された
窒化物半導体から成る第2のシード結晶と、 前記第2のシード結晶を覆って形成された第2の窒化物
半導体層であり、第2のシード結晶どうしの間には空洞
を有する窒化物半導体基板。
8. A first semiconductor comprising a nitride semiconductor formed at regular intervals in a periodic stripe, grid, island or polygonal column shape on a heterogeneous substrate different from the nitride semiconductor.
A first nitride semiconductor layer formed on the entire surface of the substrate so as to cover the first seed crystal; and a periodic stripe, lattice, or A second seed crystal made of a nitride semiconductor formed in a pillar shape having an island shape and a polygon, and a second nitride semiconductor layer formed so as to cover the second seed crystal, wherein the second seed A nitride semiconductor substrate having a cavity between crystals.
【請求項9】前記異種基板は、サファイア、スピネル又
は炭化ケイ素であることを特徴とする請求項8に記載の
窒化物半導体基板。
9. The nitride semiconductor substrate according to claim 8, wherein said different kind of substrate is sapphire, spinel or silicon carbide.
【請求項10】前記第2のシード結晶は、第1のシード
結晶上部及び第1の窒化物半導体同士の接合部上部を避
けて形成されることを特徴とする請求項8に記載の窒化
物半導体基板。
10. The nitride according to claim 8, wherein the second seed crystal is formed so as to avoid an upper portion of the first seed crystal and an upper portion of a junction between the first nitride semiconductors. Semiconductor substrate.
【請求項11】前記第1のシード結晶の幅(Ws)と第
1のシード結晶の窓部の幅(Ww)との比がWw/Ws
が、1〜20であることを特徴とする請求項8に記載の
窒化物半導体基板。
11. The ratio of the width (Ws) of the first seed crystal to the width (Ww) of the window of the first seed crystal is Ww / Ws.
10. The nitride semiconductor substrate according to claim 8, wherein the number is 1 to 20.
【請求項12】前記第2のシード結晶の膜厚が、5μm
以上であることを特徴とする請求項8に記載の窒化物半
導体基板。
12. The film thickness of the second seed crystal is 5 μm.
9. The nitride semiconductor substrate according to claim 8, wherein:
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