JPH10135140A - Hetero-epitaxial growing method, hetero-epitaxial layer and semiconductor light-emitting device - Google Patents
Hetero-epitaxial growing method, hetero-epitaxial layer and semiconductor light-emitting deviceInfo
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- JPH10135140A JPH10135140A JP28560696A JP28560696A JPH10135140A JP H10135140 A JPH10135140 A JP H10135140A JP 28560696 A JP28560696 A JP 28560696A JP 28560696 A JP28560696 A JP 28560696A JP H10135140 A JPH10135140 A JP H10135140A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘテロエピタキシ
ャル成長方法およびその方法により成長させたヘテロエ
ピタキシャル層に関し、またこのヘテロエピタキシャル
層を有する半導体発光素子に関する。The present invention relates to a heteroepitaxial growth method, a heteroepitaxial layer grown by the method, and a semiconductor light emitting device having the heteroepitaxial layer.
【0002】[0002]
【従来の技術】基板上に基板と異なった材料をエピタキ
シャル成長するとき、従来は、基板に何の加工も施すこ
となく表面処理を施すだけでエピタキシャル成長を実施
していた。2. Description of the Related Art Conventionally, when a material different from that of a substrate is epitaxially grown on the substrate, the epitaxial growth has been conventionally performed only by performing a surface treatment without performing any processing on the substrate.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】基板とエピタキシャル
成長材料との間に、熱膨張係数や格子定数の差が存在す
るとき、エピタキシャル成長層や基板中に歪みが発生す
る。そのため、熱膨張係数と格子定数の差が大きいと、
エピタキシャル成長層にクラックが入ったり、エピタキ
シャル成長層が剥離したり、時には、基板が割れること
もあった。また、基板には常に大きな反りが生じた。When there is a difference between the coefficient of thermal expansion and the lattice constant between the substrate and the epitaxially grown material, distortion occurs in the epitaxially grown layer and the substrate. Therefore, if the difference between the coefficient of thermal expansion and the lattice constant is large,
The epitaxial growth layer was cracked, the epitaxial growth layer was peeled off, and sometimes the substrate was broken. In addition, the substrate was constantly warped.
【0004】青色等の短波長発光素子や高温環境用電子
デバイスとして重要なIII 族窒化物半導体をエピタキシ
ャル成長させる場合、熱膨張係数や格子定数の観点から
適した基板材料がなかった。例えば、基板としてサファ
イアや炭化珪素(SiC)を用いると、基板上に成長し
たIII 族窒化物エピタキシャル成長膜には多数のクラッ
クが入ってしまい、発光素子作製の歩留まりは40%程
度となってしまう。またチップ化する際一般に、個々の
半導体発光素子の切り離しを容易にするために、エピタ
キシャル成長後、基板を研磨して薄くするが、この研磨
して切り離しするときに基板が割れることがある。これ
を避けるため、半導体発光素子をチップ化するときに、
基板を研磨した後、研磨用治具に基板を張り付けたまま
基板側からダイヤモンドソウで切断したり、あるいは研
磨用治具に張り付けた基板をダイヤモンド等で毛描いた
後、研磨用治具から基板を剥離するという操作を行って
いた。この場合、切断や毛描きは半導体発光素子分離領
域を基板側から見て作業する必要があり、透明基板でな
ければ不可能であった。仮に透明基板でなかったとした
ら、工程の歩留まりは極めて低いものになってしまう。
その上、基板の反りがフォトリソグラフィ工程を一層難
しいものにしていた。[0004] When a group III nitride semiconductor, which is important as a short-wavelength light-emitting element such as blue light or an electronic device for a high-temperature environment, is epitaxially grown, there is no suitable substrate material from the viewpoints of thermal expansion coefficient and lattice constant. For example, if sapphire or silicon carbide (SiC) is used as the substrate, a large number of cracks will be formed in the group III nitride epitaxial growth film grown on the substrate, and the yield of the light emitting device fabrication will be about 40%. In general, when forming a chip, the substrate is polished and thinned after epitaxial growth in order to facilitate separation of individual semiconductor light emitting elements. However, the substrate may be broken when the substrate is polished and separated. To avoid this, when a semiconductor light emitting device is chipped,
After the substrate is polished, the substrate is attached to the polishing jig and cut with a diamond saw from the substrate side, or the substrate attached to the polishing jig is painted with diamond or the like, and then the substrate is removed from the polishing jig. Has been performed. In this case, it is necessary to perform the cutting and the hair drawing when the semiconductor light emitting element isolation region is viewed from the substrate side, and it is impossible to do so unless the substrate is a transparent substrate. If it were not a transparent substrate, the yield of the process would be extremely low.
In addition, the warpage of the substrate has made the photolithography process more difficult.
【0005】更に、III 族窒化物半導体In1-x-y Ga
x Aly N層(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦
1)からなる半導体層を有する半導体発光素子を作製す
る場合には、基板が劈開性を有していてもIn1-x-y G
ax Aly N層に劈開性がなかったり劈開しにくいた
め、チップ化の歩留まりが低いという問題があった。一
方、レーザを作製する場合には、劈開面が鏡面であるこ
とが必要であるが、鏡面を得ることは困難であった。そ
こで、劈開面を鏡面にするためドライエッチングを行っ
ていたが、一般にエッチング速度が遅くエッチングのス
ループットが低いという問題があった。また、エッチン
グ面は成長面に垂直(90度)である必要があるが、一
般には70度程度でしかなく、レーザ共振器用鏡として
の効果が低いので発振閾値電流が高くなる原因となって
いた。Further, a group III nitride semiconductor In 1-xy Ga
x Al y N layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦
In the case of manufacturing a semiconductor light emitting device having a semiconductor layer composed of 1), even if the substrate has cleavage, In 1-xy G
Since a x Al y N layer cleaved difficult or no cleavage to, there is a problem of low yield of the chips. On the other hand, when manufacturing a laser, it is necessary that the cleavage plane be a mirror surface, but it is difficult to obtain a mirror surface. Therefore, dry etching is performed to make the cleavage plane a mirror surface, but there is a problem that the etching rate is generally low and the etching throughput is low. Further, the etched surface needs to be perpendicular (90 degrees) to the growth surface, but is generally only about 70 degrees, and has a low effect as a mirror for a laser resonator, which causes an increase in oscillation threshold current. .
【0006】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、エピタキシャル成長層
や基板に歪み、クラック等を発生しないヘテロエピタキ
シャル成長方法およびその方法により成長されたヘテロ
エピタキシャル成長層を有する半導体発光素子を提供す
ることにある。また。本発明の他の目的は、III 族窒化
物半導体In1-x-y Gax Aly Nを含む半導体発光素
子を高い歩留まりで製造することができるエピタキシャ
ル成長方法およびその方法により成長されたエピタキシ
ャル層を有する半導体発光素子を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a heteroepitaxial growth method that does not cause distortion, cracks, and the like in an epitaxial growth layer and a substrate, and a heteroepitaxial growth layer grown by the method. It is to provide a semiconductor light emitting device having the following. Also. Another object of the present invention is to provide an epitaxial growth method capable of manufacturing a semiconductor light emitting device containing a group III nitride semiconductor In 1-xy Ga x Al y N at a high yield, and a semiconductor having an epitaxial layer grown by the method. It is to provide a light emitting element.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、基板
上に、基板とは異なる格子定数を有する半導体層を成長
させるヘテロエピタキシャル成長方法において、基板上
の所定部位に半導体層を選択成長させるための開口部を
有する層を形成して、この開口部によって基板の所定部
位を露出させる工程と、開口部によって露出された基板
の表面上に半導体層を選択的にヘテロエピタキシャル成
長させる工程とを備えたことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a heteroepitaxial growth method for growing a semiconductor layer having a lattice constant different from that of a substrate on a substrate, wherein the semiconductor layer is selectively grown at a predetermined position on the substrate. Forming a layer having an opening for exposing a predetermined portion of the substrate by the opening; and selectively heteroepitaxially growing a semiconductor layer on the surface of the substrate exposed by the opening. It is characterized by having.
【0008】請求項1のヘテロエピタキシャル成長方法
において、半導体層が、In1-x-yGax Aly N層(0
≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)を含む多層膜
であるとすることができる。In the heteroepitaxial growth method according to the first aspect, the semiconductor layer is an In 1-xy Ga x Al y N layer (0
≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).
【0009】請求項1または請求項2のヘテロエピタキ
シャル成長方法において、開口部が周期的に形成されて
いるとすることができる。In the heteroepitaxial growth method according to claim 1 or 2, the openings may be formed periodically.
【0010】請求項1、請求項2、または請求項3のヘ
テロエピタキシャル成長方法において、基板がサファイ
ヤ又は炭化珪素であるとすることができる。[0010] In the heteroepitaxial growth method according to claim 1, 2, or 3, the substrate may be sapphire or silicon carbide.
【0011】請求項5記載の発明は、請求項1、2、3
および4の発明のいずれかの方法により成長させたヘテ
ロエピタキシャル層であることを特徴とする。[0011] The invention according to claim 5 is the invention according to claims 1, 2, and 3.
And a heteroepitaxial layer grown by the method of any one of the inventions of (4) and (4).
【0012】請求項6記載の発明は、半導体発光素子が
請求項5のヘテロエピタキシャル層を有することを特徴
とする。According to a sixth aspect of the present invention, a semiconductor light emitting device has the heteroepitaxial layer of the fifth aspect.
【0013】本発明において、基板表面が露出された開
口部は、周期的に縦横に配列されていることが好まし
い。但し、この配置間隔は等間隔であってもなくてもよ
く、開口部の大きさは、成長層が基板から剥離せず膜中
に大きなクラックも入らず基板が割れることがないよう
に、ヘテロエピタキシャル層の歪みが大きくならない範
囲で変更しうる。その大きさは、基板とエピタキシャル
層との組み合わせで決まる。例えばサファイア基板上に
GaNをヘテロエピタキシャル成長させる場合には、一
辺が1500μm以下の範囲内で変えることができる。
基板上の所定部位を露出させる膜、すなわち半導体の成
長速度が基板上の成長速度より小さい膜(以下「マス
ク」という)の大きさも緩和効果を妨げないような範囲
内で変更することができ、例えばマスクの幅を1500
μm以下の範囲内で変えることができる。In the present invention, it is preferable that the openings whose substrate surfaces are exposed are periodically arranged vertically and horizontally. However, the arrangement interval may or may not be equal, and the size of the opening is heterogeneous so that the growth layer does not peel off from the substrate, large cracks do not enter the film, and the substrate does not break. It can be changed as long as the strain of the epitaxial layer does not increase. Its size is determined by the combination of the substrate and the epitaxial layer. For example, when GaN is heteroepitaxially grown on a sapphire substrate, one side can be changed within a range of 1500 μm or less.
The size of a film that exposes a predetermined portion on the substrate, that is, a film in which the growth rate of the semiconductor is lower than the growth rate on the substrate (hereinafter referred to as a “mask”) can be changed within a range that does not hinder the relaxation effect, For example, if the width of the mask is 1500
It can be changed within the range of μm or less.
【0014】(作 用)本発明に従って、基板上にヘテ
ロエピタキシャル層を結晶成長させると、基板の単結晶
表面が露出している部分にはInGaAlN単結晶が成
長するが、基板の単結晶表面が露出していない部分に
は、条件によっては全く結晶が成長しなかったり、多結
晶になったりあるいは非晶質になったりする。基板表面
全面に単結晶を成長させる場合に比べて、結晶や基板に
発生する歪みを軽減したり、なくしたりすることがで
き、基板が割れたり、InGaAlN結晶にクラックが
生じることもなく、更には、成長後の基板が反ることも
ない。従って、III 族窒化物半導体In1-x-y Gax A
ly Nからなる層を有する半導体発光素子のチップ化の
歩留まりを高く設定することができ、結果的に安価な半
導体素子を再現性良く提供することができる。(Operation) According to the present invention, when a heteroepitaxial layer is crystal-grown on a substrate, an InGaAlN single crystal grows in a portion where the single crystal surface of the substrate is exposed, but the single crystal surface of the substrate grows. Crystals do not grow, become polycrystalline, or become amorphous depending on the conditions in the portions that are not exposed. Compared with the case of growing a single crystal on the entire surface of the substrate, the strain generated in the crystal and the substrate can be reduced or eliminated, and the substrate is not cracked and the InGaAlN crystal does not crack, and furthermore, Also, the substrate after growth does not warp. Therefore, the group III nitride semiconductor In 1-xy Ga x A
l y N layer can be set high yield of chips of a semiconductor light emitting device having a made of, can be provided with good reproducibility consequently inexpensive semiconductor device.
【0015】InGaAlNは、平坦な二次元成長が困
難で三次元成長しやすい性質を持っている。一方では、
狭い領域の選択成長では平坦な二次元成長面が容易に得
られる性質をInGaAlNは有する。更に、その側壁
がほぼ鏡面で基板面に垂直となりやすい。従って、レー
ザを作製するときには、半導体層をストライプ状に選択
成長させることにより理想的な共振器を形成することが
できる。InGaAlN has the property that it is difficult to grow flat two-dimensionally and it is easy to grow three-dimensionally. on the one hand,
InGaAlN has the property that a flat two-dimensional growth surface can be easily obtained by selective growth in a narrow region. Further, the side wall is likely to be substantially mirror-surface and perpendicular to the substrate surface. Therefore, when manufacturing a laser, an ideal resonator can be formed by selectively growing a semiconductor layer in a stripe shape.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施例
に基づいて説明する。なお、実施例は一つの例示であっ
て、本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ある
いは改良を行い得ることは言うまでもない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on an embodiment shown in the drawings. The embodiment is merely an example, and it goes without saying that various changes or improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.
【0017】(実施例1)図1〜図3は本発明の第一の
実施例を説明する図である。図1は、本発明における結
晶成長前の基板構造を示す。図1(a)は結晶成長する
側の基板表面の平面図であり、図1(b)は平面図のA
−A′における切断面を示す断面図である。ここでは、
基板単結晶3として厚さ330μmのサファイア(00
01)を用い、基板表面に形成されている膜は厚さ0.
6μmのSiO2 膜2である。一辺が500μmの正方
形からなる基板単結晶露出表面1は、600μmごとに
周期的に縦横に配列されている。但し、この配置間隔は
等間隔でなくてもよく、基板単結晶露出表面の一辺の大
きさ500μmは、ヘテロエピタキシャル層の歪みが大
きくならない範囲内で変更しうる。また、マスクとして
のSiO2 膜の大きさも緩和効果を妨げないような範囲
内で変更することができる。図2に、半導体発光素子構
造用の結晶成長を行った後の基板断面構造を示す。サフ
ァイヤの基板単結晶3の上の露出部1上にエピタキシャ
ル結晶層4を成長させる。この時、基板表面を深さ5n
m程度窒化してから成長してもよい。また、この窒化層
はマスク形成前に作製してもよい。エピタキシャル結晶
層は、基板の露出部にのみ選択的に結晶成長し、SiO
2 膜2上には成長しなかった。成長したエピタキシャル
結晶層中には、ほとんどクラックが発生せず、基板が割
れることも反ることもなかった。次いで、電極を形成し
た後、厚さ80μmとなるまで研磨した。続いて、保護
膜としてエピタキシャル成長面側に膜厚1μm程度のレ
ジストを塗布し、エピタキシャル成長面側からダイヤモ
ンドスクライバで毛描いた。その後、シリコン基板のI
C等に用いられているような通常の方法で、チップ化を
行った。基板の反りがないため、フォトリソグラフィ工
程が容易であった。完成した半導体発光素子の詳細構造
をあらためて図3に示す。本発明の半導体発光素子は、
サファイア(0001)の基板単結晶3の表面に窒化層
(窒化深さ5nm)19を形成し、膜厚50nmのAl
Nバッファ層5、膜厚5μmのSiドープn型低抵抗G
aN層6、膜厚50nmのZnドーピングにより半絶縁
化したGaN発光層7、電極8およびn型低抵抗層のオ
ーミック電極9からなる。電極8に正の電圧を、電極9
に負の電圧を加えると、GaN発光層7は480nmの
波長で発光した。最大出力は0.8mWであり、外部量
子効率は0.22%であった。(Embodiment 1) FIGS. 1 to 3 are views for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a substrate structure before crystal growth in the present invention. FIG. 1A is a plan view of a substrate surface on a side on which a crystal grows, and FIG.
It is sectional drawing which shows the cut surface in -A '. here,
As the substrate single crystal 3, sapphire (00
01), and the film formed on the substrate surface has a thickness of 0.1 mm.
This is a 6 μm SiO 2 film 2. The substrate single crystal exposed surface 1 composed of a square having a side of 500 μm is arranged vertically and horizontally at intervals of 600 μm. However, the arrangement intervals need not be equal intervals, and the size of one side of the exposed surface of the substrate single crystal of 500 μm can be changed within a range where the strain of the heteroepitaxial layer does not increase. Also, the size of the SiO 2 film as a mask can be changed within a range that does not hinder the relaxation effect. FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the substrate after crystal growth for a semiconductor light emitting device structure is performed. An epitaxial crystal layer 4 is grown on the exposed portion 1 on the sapphire substrate single crystal 3. At this time, the substrate surface has a depth of 5n.
It may be grown after nitriding by about m. The nitride layer may be formed before forming the mask. The epitaxial crystal layer grows selectively only on the exposed portion of the substrate,
2 did not grow on film 2. Cracks hardly occurred in the grown epitaxial crystal layer, and the substrate did not crack or warp. Next, after forming an electrode, it was polished to a thickness of 80 μm. Subsequently, a resist having a thickness of about 1 μm was applied to the epitaxial growth surface side as a protective film, and the surface was coated with a diamond scriber from the epitaxial growth surface side. Then, the silicon substrate I
Chips were formed by a usual method used for C and the like. Since there was no substrate warpage, the photolithography process was easy. FIG. 3 shows the detailed structure of the completed semiconductor light emitting device. The semiconductor light emitting device of the present invention,
A nitride layer (nitrification depth 5 nm) 19 is formed on the surface of the substrate single crystal 3 of sapphire (0001), and a 50 nm-thick Al
N buffer layer 5, 5 μm thick Si-doped n-type low resistance G
An aN layer 6, a GaN light emitting layer 7, which is semi-insulated by Zn doping with a thickness of 50 nm, an electrode 8, and an ohmic electrode 9 of an n-type low resistance layer. A positive voltage is applied to the electrode 8 and the electrode 9
When a negative voltage was applied to, the GaN light emitting layer 7 emitted light at a wavelength of 480 nm. The maximum output was 0.8 mW, and the external quantum efficiency was 0.22%.
【0018】実施例1では、基板単結晶としてサファイ
アを用いたが、これの代わりに炭化珪素(SiC)等の
他の材料を用いてもよい。また、半導体の成長速度が基
板上の成長速度より小さい膜としてSiO2 膜を用いた
が、これの代わりにSiN等の他の材料を用いてもよ
い。ここで用いた成長条件によれば完全な選択成長が可
能であったが、マスク上に多少成長が起きても、マスク
上には単結晶は成長せず、膜厚も単結晶領域に比べて薄
いので、エピタキシャル成長膜内にクラックは発生しな
い。もちろん、基板が割れることもない。従って、本発
明の効果を享受することができる。In the first embodiment, sapphire is used as the substrate single crystal, but another material such as silicon carbide (SiC) may be used instead. Further, although the SiO 2 film is used as the film in which the growth rate of the semiconductor is lower than the growth rate on the substrate, another material such as SiN may be used instead. According to the growth conditions used here, perfect selective growth was possible, but even if some growth occurred on the mask, a single crystal did not grow on the mask, and the film thickness was smaller than that of the single crystal region. Since it is thin, no crack occurs in the epitaxially grown film. Of course, the substrate does not break. Therefore, the effects of the present invention can be enjoyed.
【0019】(実施例2)図4は本発明の第二の実施例
を説明する図である。図4は、半導体発光素子を共振器
の軸方向に垂直な方向で切ったときの断面図である。用
いた基板は実施例1に示した基板と同じ構造である。た
だし、基板単結晶3上の単結晶露出部1の形状を0.5
×1mmの四角形とし、マスクの幅を100μmとし
た。結晶の成長方法は基本的なところは実施例1と同じ
である。厳密に選択成長を行ったところ、図2に示した
ものと同様の完全な選択成長ができた。図4に示す半導
体発光素子は、サファイア(0001)の基板単結晶3
の表面に形成した窒化層(窒化深さ5nm)19、膜厚
50nmのGaNバッファ層10、膜厚5μm及び電子
濃度5×1018cm-3のSiドープn型GaAlN電流
注入及び光閉じ込めの層11、膜厚2μm及び電子濃度
1019cm-3のSiドープn型GaNキャリア閉じ込め
層12、10nmのアンドープIn0.1 Ga0.9 N単一
量子井戸発光層13、膜厚2μm及びホール濃度1018
cm-3のMgドープp型GaNキャリア閉じ込め層1
4、膜厚2μm及びホール濃度5×1017cm-3のMg
ドープp型GaAlN電流注入及び光閉じ込め層15、
SiO2 電流狭窄層16、p型オーミック電極17、n
型オーミック電極18からなる。ここで、チップ化には
実施例1と同様の方法を用いた。また、エピタキシャル
成長領域の側壁が基板の表面に垂直であり、原子オーダ
ーで平坦であったことから、共振器端面の形成には何の
工程も必要としなかった。(Embodiment 2) FIG. 4 is a view for explaining a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view when the semiconductor light emitting device is cut in a direction perpendicular to the axial direction of the resonator. The substrate used has the same structure as the substrate shown in the first embodiment. However, the shape of the single crystal exposed portion 1 on the substrate single crystal 3 is 0.5
× 1 mm square, and the mask width was 100 μm. The crystal growth method is basically the same as that of the first embodiment. When strictly selective growth was performed, complete selective growth similar to that shown in FIG. 2 was achieved. The semiconductor light emitting device shown in FIG. 4 is a substrate single crystal 3 of sapphire (0001).
Layer (nitride depth 5 nm) 19, GaN buffer layer 10 having a thickness of 50 nm, Si-doped n-type GaAlN current injection and optical confinement layer having a thickness of 5 μm and an electron concentration of 5 × 10 18 cm -3 11, a Si-doped n-type GaN carrier confinement layer 12 with a film thickness of 2 μm and an electron concentration of 10 19 cm −3 , an undoped In 0.1 Ga 0.9 N single quantum well light-emitting layer 13 with a thickness of 10 nm, a film thickness of 2 μm and a hole concentration of 10 18
cm- 3 Mg-doped p-type GaN carrier confinement layer 1
4. Mg with a film thickness of 2 μm and a hole concentration of 5 × 10 17 cm -3
Doped p-type GaAlN current injection and light confinement layer 15,
SiO 2 current confinement layer 16, p-type ohmic electrode 17, n
It consists of a type ohmic electrode 18. Here, the same method as in Example 1 was used for chip formation. Further, since the side walls of the epitaxial growth region were perpendicular to the surface of the substrate and were flat in the order of atoms, no steps were required for forming the resonator end face.
【0020】電極18に負の電圧を、電極17に正の電
圧を加えることにより、電子及び正孔を発光層13に注
入した。その結果、液体窒素温度において、閾値電流6
20mAでレーザ発振した。発振波長は375nmであ
る。最大出力は3mWであり、外部量子効率は12%で
あった。Electrons and holes were injected into the light emitting layer 13 by applying a negative voltage to the electrode 18 and a positive voltage to the electrode 17. As a result, at liquid nitrogen temperature, the threshold current 6
Laser oscillation was performed at 20 mA. The oscillation wavelength is 375 nm. The maximum output was 3 mW and the external quantum efficiency was 12%.
【0021】通常の全面単結晶基板を用い、本実施例と
同一の層構造を成長し、共振器端面をドライエッチング
で形成して、同一の構造のレーザを作製したところ、そ
の閾値電流は960mAであった。本発明の実施例の閾
値に比べて、340mAの閾値の上昇が見られた。この
理由は、ドライエッチングによって形成した端面が基板
表面に対して垂直から約20度傾いていることと、エッ
チング加工のためのフォトリソグラフィ工程において一
般に良く発生する筋状のストライエーションが端面に存
在するためと考えられる。The same layer structure as that of this embodiment was grown on a normal single-crystal substrate, and the cavity end face was formed by dry etching to produce a laser having the same structure. The threshold current was 960 mA. Met. An increase in the threshold value of 340 mA was observed as compared with the threshold value in the example of the present invention. The reason for this is that the end face formed by dry etching is inclined about 20 degrees from the perpendicular to the substrate surface, and streak-like striations generally occurring in the photolithography process for etching processing are present on the end face. It is thought to be.
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明によれば、エピタキシャル膜にク
ラックが入ることもないし、基板が割れることもない。
従って、歪みによる素子作製歩留まりの低下を生じな
い。また、チップ化をエピタキシャル成長層側から行え
るため、工程が容易となり、基板側からチップ化を図る
より、歩留まりが高くなる。さらに、エピタキシャル成
長層中に歪みが入らないため、歪みによる物性の変化を
考慮する必要もなく、素子設計が容易となるという効果
も有する。According to the present invention, no crack is formed in the epitaxial film, and no crack occurs in the substrate.
Therefore, the production yield of the element does not decrease due to the distortion. In addition, since chip formation can be performed from the epitaxial growth layer side, the process is facilitated, and the yield is increased as compared to chip formation from the substrate side. Furthermore, since no strain is introduced into the epitaxial growth layer, there is no need to consider a change in physical properties due to the strain, and there is an effect that the element design becomes easy.
【0023】本発明の半導体発光素子は、エピタキシャ
ル成長層を選択的に成長することができるため、エピタ
キシャル層成長後には自動的に素子分離ができており、
また、InGaAlN材料がファセットを持った三次元
成長しやすい性質を利用することにより、条件によって
は基板面にほぼ垂直に、原子オーダーで滑らかなファセ
ットを形成することができる。このことは、特に半導体
発光素子としてレーザを作製する場合、素子作製工程の
簡略化および高品質共振器形成を図ることができる極め
て大きな効果である。In the semiconductor light emitting device of the present invention, since the epitaxial growth layer can be selectively grown, the device can be automatically separated after the epitaxial layer is grown.
In addition, by utilizing the property that the InGaAlN material has a facet and is easy to grow three-dimensionally, a smooth facet in the order of atoms can be formed substantially perpendicular to the substrate surface depending on conditions. This is an extremely large effect that simplification of the element manufacturing process and formation of a high-quality resonator can be achieved particularly when a laser is manufactured as a semiconductor light emitting element.
【図1】(a)本発明における結晶成長前の基板構造を
示す断面図、(b)本発明における結晶成長前の基板構
造を示す平面図である。1A is a cross-sectional view illustrating a substrate structure before crystal growth according to the present invention, and FIG. 1B is a plan view illustrating a substrate structure before crystal growth according to the present invention.
【図2】本発明における結晶成長を行った後の基板構造
を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a substrate structure after crystal growth according to the present invention.
【図3】本発明の半導体発光素子の構造を示す断面図で
ある。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the semiconductor light emitting device of the present invention.
【図4】本発明の他の態様の半導体発光素子の構造を示
す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
1 基板単結晶露出表面 2 SiO2 膜 3 基板単結晶 4 エピタキシャル結晶層 5 AlNバッファ層 6 Siドープn型GaN層 7 ZnドーピングGaN発光層 8 電極 9 電極 10 GaNバッファ層 11 Siドープn型GaAlN層 12 Siドープn型GaN層 13 In0.1 Ga0.9 N発光層 14 Mgドープp型GaN層 15 Mgドープp型GaAlN層 16 SiO2 層 17 電極 18 電極 19 窒化層REFERENCE SIGNS LIST 1 substrate single crystal exposed surface 2 SiO 2 film 3 substrate single crystal 4 epitaxial crystal layer 5 AlN buffer layer 6 Si-doped n-type GaN layer 7 Zn-doped GaN light emitting layer 8 electrode 9 electrode 10 GaN buffer layer 11 Si-doped n-type GaAlN layer Reference Signs List 12 Si-doped n-type GaN layer 13 In 0.1 Ga 0.9 N light-emitting layer 14 Mg-doped p-type GaN layer 15 Mg-doped p-type GaAlN layer 16 SiO 2 layer 17 Electrode 18 Electrode 19 Nitride layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/203 H01L 21/203 M H01S 3/18 H01S 3/18 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/203 H01L 21/203 M H01S 3/18 H01S 3/18
Claims (6)
する半導体層を成長させるヘテロエピタキシャル成長方
法において、 前記基板上の所定部位に前記半導体層を選択成長させる
ための開口部を有する層を形成して該開口部によって前
記基板の前記所定部位を露出させる工程と、 前記開口部によって露出された基板の表面上に前記半導
体層を選択的にヘテロエピタキシャル成長させる工程と
を備えたことを特徴とするヘテロエピタキシャル成長方
法。1. A heteroepitaxial growth method for growing a semiconductor layer having a lattice constant different from that of a substrate on a substrate, wherein a layer having an opening for selectively growing the semiconductor layer is formed at a predetermined position on the substrate. Exposing the predetermined portion of the substrate by the opening, and selectively heteroepitaxially growing the semiconductor layer on the surface of the substrate exposed by the opening. Heteroepitaxial growth method.
y N層(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)を
含む多層膜であることを特徴とする請求項1に記載のヘ
テロエピタキシャル成長方法。2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of In 1-xy Ga x Al.
2. The heteroepitaxial growth method according to claim 1, wherein the multilayer film includes a yN layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).
とを特徴とする請求項1又は2に記載のヘテロエピタキ
シャル成長方法。3. The heteroepitaxial growth method according to claim 1, wherein the openings are formed periodically.
ることを特徴とする請求項1、2および3のいずれかに
記載のヘテロエピタキシャル成長方法。4. The heteroepitaxial growth method according to claim 1, wherein the substrate is sapphire or silicon carbide.
かの方法により成長させたことを特徴とするヘテロエピ
タキシャル層。5. A heteroepitaxial layer grown by the method according to claim 1, 2, 3, or 4.
を有することを特徴とする半導体発光素子。6. A semiconductor light emitting device comprising the heteroepitaxial layer according to claim 5.
Priority Applications (1)
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JP28560696A JPH10135140A (en) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | Hetero-epitaxial growing method, hetero-epitaxial layer and semiconductor light-emitting device |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=17693712
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