JP2000164513A

JP2000164513A - 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法および半導体素子の製造方法

Info

Publication number: JP2000164513A
Application number: JP33640498A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Hashimoto; 茂樹橋本; Katsunori Yanashima; 克典簗嶋; Yasunori Asazuma; 庸紀朝妻; Masao Ikeda; 昌夫池田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】成長に寄与する窒素原料種を増加させること
により、高い結晶性を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体を成長させることができる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体の成長方法を提供する。【解決手段】窒素の原料であるアンモニアガスを含む
原料ガスをキャリアガスと共に反応管３の内部に供給す
る。反応管３の内部における原料ガスの流れは基板１４
の成長面に対して平行な方向となっており、反応管３の
内部における原料ガスの流速は２ｍ／ｓ以下となってい
る。流速が遅い分だけアンモニアは十分に加熱され、分
解効率が向上し、窒素原料種の基板１４の成長面への供
給量が増加すると共に、成長中に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体から窒素が蒸発することを抑制できる。ま
た、反応管３の内部の圧力は加圧とすることが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒素を含むＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体を有機金属化学気相成長（Metal Or
ganic Chemical Vapor Deposition ；ＭＯＣＶＤ）法を
用いて成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
成長方法および半導体素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表さ
れる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、緑色から青
色の可視領域、更には紫外領域までの発光を得ることが
できる発光素子を構成する材料として、また、高周波電
子素子あるいは耐環境電子素子などを構成する材料とし
て有望視されている。特に、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）が実用
化されて以来、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は大
きな注目を集めている。また、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体を用いた半導体レーザ（ＬＤ）の実現も
報告されており、光ディスク装置の光源を初めとした応
用が期待されている。

【０００３】このような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体は、通常、サファイア基板や炭化珪素（ＳｉＣ）基
板の上に成長させることにより作製される。窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる方法としては、Ｍ
ＯＣＶＤ法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線
エピタキシー）法などがある。中でも、ＭＯＣＶＤ法は
高真空を必要としないため実用上有効であり、多用され
ている。

【０００４】例えば、ＭＯＣＶＤ法により窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合には、ＭＯＣＶ
Ｄ装置の反応管内に、成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体に応じて、ガリウム（Ｇａ），アルミニウ
ム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）あるいはホウ素（Ｂ）
などの原料である有機金属原料ガスを供給すると共に、
窒素の原料であるアンモニアガス（ＮＨ₃）を供給し、
反応管内に配置した基板の成長面に成長させていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒素の
原料として用いているアンモニアガスは分解効率が低
く、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の一般的な成長
温度である１０００℃程度の高温下においても数％程度
分解されるのみである。よって、アンモニアが反応管内
において十分に加熱されない場合には分解率が更に低く
なり、アンモニアが十分に分解されていなかった。その
ため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の飽和蒸気圧
が高いこととの相乗効果により、成長中に窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体から窒素が蒸発しやすく、窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は窒素が不足した状態とな
り、結晶性が低下してしまうという問題があった。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、成長に寄与する窒素原料種を増加さ
せることにより、高い結晶性を有する窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体を成長させることができる窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法およびそれを用いた
半導体素子の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法は、ＩＩＩ族元素の
うちの少なくとも１種とＶ族元素のうちの少なくとも窒
素とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、有機
金属化学気相成長法により、反応管内において原料ガス
を供給し基板の成長面に成長させるものであって、反応
管内において原料ガスを基板の成長面に対して平行な方
向に２ｍ／ｓ以下の流速で供給するものである。

【０００８】本発明による半導体素子の製造方法は、Ｉ
ＩＩ族元素のうちの少なくとも１種とＶ族元素のうちの
少なくとも窒素とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層を備えた半導体素子を製造するものであって、有
機金属化学気相成長法により、反応管内において基板の
成長面に対して平行な方向に原料ガスを２ｍ／ｓ以下の
流速で供給し、基板の成長面に前記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層を成長させる工程を含むものである。

【０００９】本発明による窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の成長方法では、有機金属化学気相成長法によ
り、反応管内において原料ガスが基板の成長面に対して
平行な方向に２ｍ／ｓ以下の流速で供給され、基板の成
長面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が成長する。
ここでは、原料ガスが２ｍ／ｓ以下の流速で供給されて
いるので、原料ガスが十分に加熱され、分解が促進され
る。

【００１０】本発明による半導体素子の製造方法では、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が、本発明の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法により形成さ
れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本実施の形態について図面
を参照して詳細に説明する。

【００１２】本発明の一実施の形態に係る窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の成長方法は、例えば、ＩＩＩ族
元素であるガリウム，アルミニウム，インジウムおよび
ホウ素からなる群のうちの少なくとも１種と、Ｖ族元素
である窒素，ヒ素（Ａｓ）およびリン（Ｐ）からなる群
のうちの少なくとも窒素とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体を成長させるものである。例えば、このよ
うな窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、Ｇａ
Ｎ，ＡｌＮ，ＩｎＮ，ＡｌＧａＮ混晶，ＧａＩｎＮ混晶
あるいはＡｌＧａＩｎＮ混晶がある。また、この窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、必要に応じて、ケイ素
（Ｓｉ）などのｎ型不純物またはマグネシウム（Ｍｇ）
などのｐ型不純物を含む場合もある。

【００１３】図１は本発明の一本実施の形態に係る窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法に用いるＭＯ
ＣＶＤ装置の概略構成を表すものである。図２は図１に
示したＭＯＣＶＤ装置の一部を拡大して表している。

【００１４】このＭＯＣＶＤ装置は、図１に示したよう
に、ガス供給管１とガス排気管２とが接続された反応管
３を備えている。ガス供給管１には、Ｖ族元素およびｎ
型不純物であるケイ素の原料としてそれらの元素を含む
気体原料を供給する気体原料供給部４がバルブ５ａを介
して接続されており、気体原料の供給量はマスフローコ
ントローラ６により制御されるようになっている。

【００１５】ガス供給管１には、また、ＩＩＩ族元素お
よびｐ型不純物であるマグネシウムの原料としてそれら
の元素を含む有機金属原料ガスを供給する有機金属原料
ガス供給部７がバルブ８ａを介して接続されている。こ
の有機金属原料ガス供給部７にはキャリアガス供給部９
がマスフローコントローラ１０を介して接続されてお
り、水素ガス（Ｈ₂）などのキャリアガスの流量によ
り、有機金属原料ガスの供給量が制御されるようになっ
ている。キャリアガス供給部９は、また、マスフローコ
ントローラ１１を介して直接ガス供給管１にも接続され
ている。すなわち、反応管３には、キャリアガスと共
に、必要に応じて選択された気体原料と有機金属原料ガ
スとが原料ガスとして供給されるようになっている。

【００１６】ガス排気管２には、排ガス処理装置１２が
接続されている。この排ガス処理装置１２には、ガス送
出管１３およびバルブ５ｂ，８ｂを介して気体ガス供給
部４および有機金属原料ガス供給部７がそれぞれ接続さ
れており、不要となった気体ガスおよび有機金属原料ガ
スを排気できるようになっている。

【００１７】反応管３は、石英ガラスなどの十分な強度
を有しかつ熱的に安定な材料により構成されている。反
応管３の厚さは、反応管３の内部の圧力が２気圧になっ
ても外圧（すなわち大気圧）との圧力差に耐えることが
できるように、十分厚くなっている。また、図２に示し
たように、反応管３の内部には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体を成長させる基板１４を載置する例えばグ
ラファイト製のサセプタ１５が配設されている。反応管
３の外部には、ＲＦ（Radio Frequency ）コイル１６が
反応管３を取り囲むように配設されており、このＲＦコ
イル１６による誘導加熱によりサセプタ１５を加熱し、
それにより基板１４および反応管３の内部に供給された
原料ガスを加熱するようになっている。

【００１８】反応管３の一端部には圧力調整装置１７を
介してガス供給管１と接続されたガス導入部３ａが設け
られ、他端部には圧力調整装置１８を介してガス排気管
２と接続されたガス排気部３ｂが設けられている。これ
らガス導入部３ａとガス排気部３ｂはサセプタ１５を介
してほぼ対向して位置しており、ガス導入部３ａから反
応管３の内部に導入された原料ガスは、矢印で示したよ
うに、ガス排気部３ｂに向かってサセプタ１５の載置面
および基板１４の成長面に対して平行に流れるようにな
っている。

【００１９】圧力調整装置１７は、反応管３の内部の圧
力を所定の値に保つためのものであり、例えば、レギュ
レータ、バルブと圧力センサとの組み合わせにより圧力
を制御するいわゆる圧力コントローラ、ガスの流量を制
御することにより圧力を間接的に制御することが可能な
マスフローコントローラ、ニードル弁あるいはピエゾバ
ルブにより構成される。圧力調整装置１８は、ガスが通
過する領域の断面積を調節してガスの流れにくさを制御
することにより反応管３の内部の圧力を高く保つと共
に、サセプタ１５に載置された基板１４の近傍における
圧力の安定化を図るものである。この圧力調整装置１８
は、例えば、ニードル弁、バタフライ弁、ピエゾバル
ブ、サーマルバルブ、あるいは電磁弁により構成され
る。

【００２０】なお、このＭＯＣＶＤ装置では、圧力調整
装置１７，１８および原料ガス（すなわち気体原料およ
び有機金属原料ガス）とキャリアガスとの流量をそれぞ
れ調節することにより、反応管３の内部における原料ガ
スの流速および内部の圧力をそれぞれ制御するようにな
っている。

【００２１】本実施の形態では、このようなＭＯＣＶＤ
装置を用い、次のようにして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体を成長させる。

【００２２】まず、原料として、成長させる窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＩＩＩ族元素に対応した有機
金属と、Ｖ族元素に対応した気体ガスとをそれぞれ用意
する。例えば、ガリウムの原料としてはトリメチルガリ
ウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）を、アルミニウムの原料とし
てはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）を、
インジウムの原料としてはトリメチルインジウム（（Ｃ
Ｈ₃）₃Ｉｎ）を、ホウ素の原料としてはトリエチルボ
ロン（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）をそれぞれ用いる。また、窒
素の原料としてはアンモニアを、ヒ素の原料としてはア
ルシン（ＡｓＨ₃）を、リンの原料としてはホスフィン
（ＰＨ₃）をそれぞれ用いる。

【００２３】更に、例えば、ｎ型不純物としてケイ素を
添加する場合にはシランを用意し、ｐ型不純物としてマ
グネシウムを添加する場合にはビス＝シクロペンタジエ
ニルマグネシウム（（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｍｇ）を用意する。

【００２４】次いで、例えばｃ面サファイアあるいは炭
化珪素よりなる基板１４をサセプタ１５の載置面に載置
し、ＲＦコイル１６により基板１４を成長温度に加熱す
る。その際、ＧａＮあるいはＡｌＧａＮ混晶などのイン
ジウムを含まないものを成長させる場合には成長温度を
１０００℃程度とし、ＧａＩｎＮ混晶などのインジウム
を含むものを成長させる場合にはＩｎＮの分解を抑制す
るために成長温度を７００〜８００℃とする。

【００２５】なお、基板１４にｃ面サファイアのものを
用いる場合には、通常、基板１４の上に５６０℃程度の
低温でＧａＮよりなるバッファ層を成長させてから窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を行う。

【００２６】続いて、反応管３の内部に、アンモニアガ
スを含む気体原料および有機金属原料ガスを原料ガスと
して、水素ガスなどのキャリアガスと共に供給する。そ
の際、原料ガスおよびキャリアガスの流量と圧力調整装
置１７，１８とをそれぞれ調節し、反応管３の内部にお
ける原料ガスおよびキャリアガスの流速を２ｍ／ｓ以下
０．４ｍ／ｓ以上の範囲内、例えば１．２ｍ／ｓに設定
する。また、反応管３の内部の圧力を１気圧以上２気圧
以下の範囲内、例えば１．２気圧に設定する。

【００２７】このように反応管３の内部における原料ガ
スの流速を２ｍ／ｓ以下とするのは、原料ガスがサセプ
タ１５または基板１４により十分加熱されるように流速
を遅くし、アンモニアの熱分解を促進させるためであ
る。また、流速を０．４ｍ／ｓ以上とするのは、原料ガ
スの熱対流に打ち勝って、効率的に基板１４の成長表面
へ原料ガスを供給するためである。すなわち、原料ガス
の流速が遅くなると、サセプタ１５によって加熱された
原料ガスには基板１４に対して垂直な方向に大きな温度
勾配が存在するため、原料ガスの熱対流が顕著となり、
原料ガスが基板１４に効率的に供給されなくなるからで
ある。

【００２８】更に、反応管３の内部の圧力を１気圧以上
とするのは、基板１４に対してより多くの窒素原料種を
供給すると共に、成長中の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体から窒素が蒸発することを抑制するためである。
加えて、圧力を２気圧以下とするのは、２気圧を超える
と加圧することによる効果が飽和すると共に、現実的で
安全な圧力としては２気圧が上限であると考えられるか
らである。

【００２９】これにより反応管３の内部に供給された原
料ガスは、反応管３の内部において熱分解され、基板１
４の成長面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が成長
する。ここでは、上述したように、原料ガスの反応管３
の内部における流速が２ｍ／ｓ以下と遅くなっているの
で、アンモニアガスが十分に加熱され、分解効率が向上
し、基板１４の成長面に供給される窒素原料種が増加す
ると共に、成長中の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
から窒素が蒸発することが抑制される。また、反応管３
の内部の圧力が１気圧以上となっているので、常圧また
は減圧の場合に比べて基板１４に供給される窒素原料種
が増加すると共に、成長中の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体から窒素が蒸発することが抑制される。よっ
て、窒素不足が改善され結晶性が向上した窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体が得られる。

【００３０】ここで、この成長方法により得られる効果
について、具体的な実験例に基づき更に説明する。

【００３１】ここでは、ｎ型不純物としてケイ素を添加
したｎ型ＧａＮを、反応管３の内部における原料ガスの
流速を種々変化させて成長させた。その際、反応管３の
内部の圧力はいずれも１．４気圧とし、成長温度は１０
００℃とした。このようにして得られた各ｎ型ＧａＮの
結晶層について、Ｘ線回折およびフォトルミネッセンス
による発光強度の測定をそれぞれ行った。なお、発光強
度の測定では、励起光として発光波長３２５ｎｍのＨｅ
−Ｃｄレーザを用いた。

【００３２】図３は、反応管３の内部における原料ガス
の流速とＸ線回折によるロッキングカーブの半値幅との
関係を表すものである。図３に示したように、原料ガス
の流速を２ｍ／ｓ以下とするとロッキングカーブの半値
幅が小さくなることが分かった。すなわち、原料ガスの
流速を２ｍ／ｓ以下とすれば結晶方位の揺らぎが少ない
良好な結晶が得られることが分かった。

【００３３】図４は、反応管３の内部における原料ガス
の流速とフォトルミネッセンスの発光強度との関係を表
すものである。図４に示したように、原料ガスの流速が
２ｍ／ｓ以下とするとフォトルミネッセンスの発光強度
が大きくなり、流速を遅くするほど増大する傾向にある
が、１．０ｍ／ｓ付近を過ぎると逆に減少しはじめ、
０．４ｍ／ｓよりも遅い流速では十分な発光強度が得ら
れないことが分かった。すなわち、原料ガスの流速を２
ｍ／ｓ以下０．４ｍ／ｓ以上とすれば、結晶欠陥などに
起因する電子と正孔とが再結合しても発光しない非発光
再結合の割合が低下し、結晶性が向上することが分かっ
た。

【００３４】以上の実験結果より、反応管３の内部にお
ける原料ガスの流速を２ｍ／ｓ以下にすれば、流速が遅
い分だけサセプタ１５または基板１４により原料ガスが
加熱される時間が長くなり、その結果、アンモニアが十
分に加熱されて分解効率が向上し、窒素原料種が増加し
て結晶性が向上することが分かった。

【００３５】このように、本実施の形態によれば、反応
管３の内部において原料ガスを基板１４の成長面に対し
て平行な方向に２ｍ／ｓ以下の流速で供給するようにし
たので、窒素の原料であるアンモニアガスを十分に加熱
することができ、分解効率を高めることができる。よっ
て、成長に寄与する窒素原料種を増加させることがで
き、基板１４の成長面への供給量を多くできると共に、
成長中の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から窒素が
蒸発することを抑制できる。従って、結晶性を向上させ
ることができる。

【００３６】また、反応管３の内部の圧力を１気圧以上
とするようにしたので、反応管３の内部を常圧または減
圧状態にして成長を行う場合に比べて多くの窒素原料種
を基板１４の成長面に供給することができると共に、成
長中の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から窒素が蒸
発することを抑制できる。よって、更に結晶性を向上さ
せることができる。

【００３７】なお、本実施の形態に係る窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の成長方法は、次のように半導体素
子の製造方法において用いられる。

【００３８】図５は本実施の形態に係る成長方法を用い
て製造する半導体素子である半導体レーザの構成を表す
ものである。まず、窒素の原料であるアンモニア、ＩＩ
Ｉ族元素の原料である有機金属、ｎ型不純物として添加
するケイ素の原料であるシランおよびｐ型不純物として
添加するマグネシウムの原料である有機金属をそれぞれ
上述したように用意する。次いで、例えばｃ面サファイ
アよりなる基板２１を用意し、サセプタ１５の載置面に
載置する。

【００３９】続いて、反応管３の内部に原料ガスをキャ
リアガスと共に選択的に供給して、基板２１の成長面に
ＧａＮよりなるバッファ層２２を成長させる。その際、
基板２１の温度は５６０℃程度とし、反応管３の内部に
おける原料ガスの流速は２ｍ／ｓ以下０．４ｍ／ｓ以上
の範囲内、例えば１．２ｍ／ｓと、反応管３の内部の圧
力は１気圧以上２気圧以下の範囲内、例えば１．２気圧
とする。

【００４０】バッファ層２２を成長させたのち、バッフ
ァ層２２の上に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
である各層をそれぞれ成長させる。すなわち、反応管３
の内部に原料ガスをキャリアガスと共に選択的に供給し
て、ケイ素を添加したｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタク
ト層２３，ケイ素を添加したｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ
型クラッド層２４，ケイ素を添加したｎ型ＧａＮよりな
るｎ型ガイド層２５，組成の異なるＧａＩｎＮ層を積層
した多重量子井戸構造を有する活性層２６，マグネシウ
ムを添加したｐ型ＧａＮよりなるｐ型ガイド層２７，マ
グネシウムを添加したｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラ
ッド層２８およびマグネシウムを添加したｐ型ＧａＮよ
りなるｐ型コンタクト層２９を順次成長させる。

【００４１】なお、その際、基板２１の温度は活性層２
６を成長させる場合には７００〜８００℃とし、活性層
２６以外の各層を成長させる場合には１０００℃とす
る。また、反応管３の内部における原料ガスの流速は２
ｍ／ｓ以下０．４ｍ／ｓ以上の範囲内、例えば１．２ｍ
／ｓとし、反応管３の内部の圧力は１気圧以上２気圧以
下の範囲内、例えば１．２気圧とする。すなわち、反応
管３の内部における原料ガスの流速を遅くすることによ
り、アンモニアの分解効率を向上させ、窒素原料種を増
加させるようにする。また、反応管３の内部を加圧とす
ることによっても窒素原料種を増加させるようにする。

【００４２】ｎ型コンタクト層２３からｐ型コンタクト
層２９までを成長させたのち、ｐ型ガイド層２７，ｐ型
クラッド層２８およびｐ型コンタクト層２９に導入した
ｐ型不純物を活性化させるために、熱処理を行う。熱処
理を行ったのち、ｐ型コンタクト層２９の上に、ｎ側電
極３０の形成位置に対応してストライプ形状のレジスト
パターンを形成する。そののち、このレジストパターン
をマスクとして反応性イオンエッチング（Reactive Ion
Etching；ＲＩＥ）法により、ｐ型コンタクト層２９，
ｐ型クラッド層２８，ｐ型ガイド層２７，活性層２６，
ｎ型ガイド層２５，ｎ型クラッド層２４を順次選択的に
除去し、ｎ型コンタクト層２３を露出させる。

【００４３】ｎ型コンタクト層２３を露出させたのち、
レジストパターンを除去し、ｐ型コンタクト層２９の上
に、例えば、ニッケル（Ｎｉ）層，白金（Ｐｔ）層およ
び金（Ａｕ）層を順次蒸着し、ｐ側電極３０を形成す
る。また、露出させたｎ型コンタクト層２３の上に、例
えば、チタン（Ｔｉ）層，アルミニウム層，白金層およ
び金層を順次蒸着してｎ側電極３１を形成する。そのの
ち、加熱処理を行いｐ側電極３０およびｎ側電極３１を
それぞれ合金化する。これにより、図５に示した半導体
レーザを完成させる。

【００４４】このように、この半導体素子の製造方法に
よれば、本実施の形態に係る窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の成長方法を用いるようにしたので、ｎ型コン
タクト層２３，ｎ型クラッド層２４，ｎ型ガイド層２
５，活性層２６，ｐ型ガイド層２７，ｐ型クラッド層２
８およびｐ型コンタクト層２９の結晶性を向上させるこ
とができる。よって、結晶欠陥などに起因する電子と正
孔とが再結合しても発光しない非発光再結合の割合を低
くすることができ、発光効率を向上させることができ
る。

【００４５】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態にお
いては、反応管３の内部において原料ガスを基板１４の
成長面に対して平行な方向に流すようにしたが、原料ガ
スの流れの方向は、基板１４の成長面に対して実質的に
平行であればよい。

【００４６】また、上記実施の形態においては、反応管
３の内部を加圧とするようにしたが、常圧下および減圧
下においても、反応管３の内部における原料ガスの流量
を２ｍ／ｓ以下とすれば、本発明の効果を得ることがで
きる。但し、上記実施の形態においても説明したよう
に、加圧とした方がより高い効果が得られるので好まし
い。

【００４７】更に、上記実施の形態においては、窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のうちのＧａＮについての
み具体的な実験例を挙げて本発明の効果を説明したが、
他の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体についてもそれ
と同様の効果を得ることができる。

【００４８】加えて、上記実施の形態においては、ＭＯ
ＣＶＤ装置について具体的な一例を挙げて説明したが、
本発明には、他の構成を有するＭＯＣＶＤ装置を用いる
こともできる。例えば、上記実施の形態においては、反
応管３の内部に基板１４の成長面を上向きに配置するよ
うにしたが、基板１４の成長面を下向きに配置するよう
にしてもよい。また、上記実施の形態においては、ＲＦ
コイル１６によりサセプタ１５を加熱し、それにより基
板１を加熱するようにしたが、ヒータにより基板１を加
熱するなど、他の方法により基板を加熱するようにして
もよい。更に、反応管３の外周を、石英ガラスあるいは
ステンレス鋼などにより形成された容器により覆うよう
にしてもよい。

【００４９】更にまた、上記実施の形態においては、半
導体素子の一例として具体的な半導体レーザを挙げてそ
の製造方法を説明したが、本発明は、他の構成を有する
半導体レーザを製造する場合にも同様に適用することが
できる。また、本発明は発光ダイオードなどの他の半導
体発光素子を製造する場合、およびトランジスタなどの
半導体発光素子以外の半導体素子を製造する場合にも広
く適用することができる。すなわち、本発明は、窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を備えた半導体素子を製
造する際に広く適用することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項４のいずれか１項に記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の成長方法によれば、反応管内において原料ガ
スを基板の成長面に対して平行な方向に２ｍ／ｓ以下の
流速で供給するようにしたので、原料ガスを十分に加熱
することができ、分解効率を向上させることができる。
よって、成長に寄与する窒素原料種を増加させることが
でき、基板の成長面への供給量を多くできると共に、成
長中の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から窒素が蒸
発することを抑制できる。従って、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体の結晶性を向上させることができるとい
う効果を奏する。

【００５１】特に、請求項３記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体の成長方法によれば、反応管内の圧力を
１気圧より高くするようにしたので、反応管内を常圧ま
たは減圧状態にして成長を行う場合に比べて多くの窒素
原料種を基板の成長面に供給することができると共に、
成長中の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から窒素が
蒸発することを抑制できる。の成長中に、成長層から窒
素が蒸発することを抑制することができる。よって、更
に結晶性を向上させることができるという効果を奏す
る。

【００５２】また、請求項５記載の半導体素子の製造方
法によれば、本発明の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の成長方法を用いるようにしたので、窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体層の結晶性を向上させることがで
き、半導体素子の性能を向上させることができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体の成長方法に用いるＭＯＣＶＤ装置の
概略を表す構成図である。

【図２】図１に示したＭＯＣＶＤ装置の一部を拡大して
表す部分断面図である。

【図３】反応管内における原料ガスの流速とＸ線回折ロ
ッキングカーブの半値幅との関係を示す特性図である。

【図４】反応管内における原料ガスの流速とフォトルミ
ネッセンスの発光強度との関係を示す特性図である。

【図５】本発明の一実施の形態に係る窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体の成長方法を用いて作製する半導体レ
ーザの構成を表す断面図である。

【符号の説明】

１…ガス供給管、２…ガス排気管、３…反応管、３ａ…
ガス導入部、３ｂ…ガス排気部、４…気体原料供給部、
５ａ，５ｂ，８ａ，８ｂ…バルブ、６，１０，１１…マ
スフローコントローラ、７…有機金属原料ガス供給部、
９…キャリアガス供給部、１２…排ガス処理装置、１３
…ガス送出管、１４…基板、１５…サセプタ、１６…Ｒ
Ｆコイル、１７，１８…圧力調整装置、２１…基板、２
２…バッファ層、２３…ｎ型コンタクト層、２４…ｎ型
クラッド層、２５…ｎ型ガイド層、２６…活性層、２７
…ｐ型ガイド層、２８…ｐ型コンタクト層、２９…ｐ型
クラッド層、３０…ｐ側電極、３１…ｎ側電極

フロントページの続き (72)発明者朝妻庸紀東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者池田昌夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 DB02 DB08 DB11 EA04 HA02 TA04 TA07 TB05 TC01 TC09 TG04 TK11 5F041 CA04 CA14 CA22 CA34 CA40 CA46 CA65 CA82 CB03 CB13 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AC01 AC08 AC09 AC12 AD11 AD12 AD14 AE30 AF02 AF09 AF13 BB12 CA12 CB02 DA55 DP04 DQ06 EE20 EK02 5F073 AA45 AA74 CA07 CB05 CB22 DA05 DA25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＩＩＩ族元素のうちの少なくとも１種と
Ｖ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、有機金属化学気相成長
法により、反応管内において原料ガスを供給し基板の成
長面に成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
成長方法であって、反応管内において原料ガスを基板の成長面に対して平行
な方向に２ｍ／ｓ以下の流速で供給することを特徴とす
る窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。
【請求項２】反応管内における原料ガスの流速を０．
４ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする請求項１記載の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。
【請求項３】反応管内の圧力を１気圧より高くするこ
とを特徴とする請求項１記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体の成長方法。
【請求項４】窒素の原料ガスとしてアンモニアガスを
用いることを特徴とする請求項１記載の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の成長方法。
【請求項５】ＩＩＩ族元素のうちの少なくとも１種と
Ｖ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を備えた半導体素子の製
造方法であって、有機金属化学気相成長法により、反応管内において基板
の成長面に対して平行な方向に原料ガスを２ｍ／ｓ以下
の流速で供給し、基板の成長面に前記窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程を含むことを特徴
とする半導体素子の製造方法。