JP2001185498A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体膜の成長方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体膜の成長方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子Info
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- JP2001185498A JP2001185498A JP37043799A JP37043799A JP2001185498A JP 2001185498 A JP2001185498 A JP 2001185498A JP 37043799 A JP37043799 A JP 37043799A JP 37043799 A JP37043799 A JP 37043799A JP 2001185498 A JP2001185498 A JP 2001185498A
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- iii nitride
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
- H01S2304/12—Pendeo epitaxial lateral overgrowth [ELOG], e.g. for growing GaN based blue laser diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
Abstract
(57)【要約】
【目的】 横方向成長法（ＥＬＯ法）を実行する際のい
わゆるマスク層を簡易に形成する。 【構成】 基板上にIII族窒化物系化合物半導体の結晶
成長を抑止する成長抑止材料を島状に蒸着し、これを横
方向成長法を実行する際のマスク層とする。
わゆるマスク層を簡易に形成する。 【構成】 基板上にIII族窒化物系化合物半導体の結晶
成長を抑止する成長抑止材料を島状に蒸着し、これを横
方向成長法を実行する際のマスク層とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はIII族窒化物系化合物半
導体膜の成長方法に関する。更に詳しくは、横方向成長
（Epitaxial Lateral Overgrowth）法を用いたIII族窒
化物系化合物半導体膜の成長方法の改良に関する。
導体膜の成長方法に関する。更に詳しくは、横方向成長
（Epitaxial Lateral Overgrowth）法を用いたIII族窒
化物系化合物半導体膜の成長方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】横方向成長法は特開平１０−３１２９７
１号公報において紹介されている。当該公報によれば、
フォトリソグラフィー法とウエットエッチング法を用い
てＳｉＯ２などの成長抑止材料からなるマスク層を基板
表面にパターニングする。そして、マスクの窓、即ち基
板が露出されている部分にIII族窒化物系化合物半導体
層をファセット構造を形成しながら成長させて、結晶欠
陥転移の少ないIII族窒化物系化合物半導体層をエピタ
キシャル成長させている。
１号公報において紹介されている。当該公報によれば、
フォトリソグラフィー法とウエットエッチング法を用い
てＳｉＯ２などの成長抑止材料からなるマスク層を基板
表面にパターニングする。そして、マスクの窓、即ち基
板が露出されている部分にIII族窒化物系化合物半導体
層をファセット構造を形成しながら成長させて、結晶欠
陥転移の少ないIII族窒化物系化合物半導体層をエピタ
キシャル成長させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の横方向成長法に
よれば、確かにIII族窒化物系化合物半導体層を結晶性
よく成長させることができる。しかしながら、従来の方
法では成長抑止材料からなるマスク層を基板の全面に形
成した後、これをフォトリソ工程やエッチング工程を経
てパターニングしなければならないので形成方法が煩雑
である。また、パターニングを確実に行うためには成長
抑止材料からなるマスク層にある程度膜厚（例えば、
０．１〜１．０μｍ）が要求されるため、III族窒化物
系化合物半導体層の平坦化が困難である。換言すれば、
III族窒化物系化合物半導体層を平坦にするにはこれを
厚く積層しなければならず、その工程に時間がかかって
いた。
よれば、確かにIII族窒化物系化合物半導体層を結晶性
よく成長させることができる。しかしながら、従来の方
法では成長抑止材料からなるマスク層を基板の全面に形
成した後、これをフォトリソ工程やエッチング工程を経
てパターニングしなければならないので形成方法が煩雑
である。また、パターニングを確実に行うためには成長
抑止材料からなるマスク層にある程度膜厚（例えば、
０．１〜１．０μｍ）が要求されるため、III族窒化物
系化合物半導体層の平坦化が困難である。換言すれば、
III族窒化物系化合物半導体層を平坦にするにはこれを
厚く積層しなければならず、その工程に時間がかかって
いた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は上記の課題を
解決するためになされた。即ち、その構成は次のとおり
である。基板上に成長抑止材料を島状に蒸着し、横方向
成長法を実行して前記基板と前記島状成長抑止材料の上
にIII族窒化物系化合物半導体を成長させる、ことを特
徴とするIII族窒化物系化合物半導体膜の成長方法。
解決するためになされた。即ち、その構成は次のとおり
である。基板上に成長抑止材料を島状に蒸着し、横方向
成長法を実行して前記基板と前記島状成長抑止材料の上
にIII族窒化物系化合物半導体を成長させる、ことを特
徴とするIII族窒化物系化合物半導体膜の成長方法。
【０００５】この発明の成長方法によれば、島状に蒸着
された成長抑止材料の間から露出する基板表面において
III族窒化物系化合物半導体層がファセット構造を形成
しながら成長する。これにより、結晶欠陥転移を抑制す
る横方向成長が実行される。ここに、成長抑止材料は蒸
着やスパッタリング等のＣＶＤ法若しくはＰＶＤ法によ
り形成されるので、従来例のようにフォトリソ工程やエ
ッチング工程を伴ったパターニングが不要となり、いわ
ゆるマスク層の形成が簡易なものとなる。更には、パタ
ーニングを経ない当該島層はこれを薄くすることが可能
であるので、その後に成長されるIII族窒化物系化合物
半導体層の平坦化が容易になる。また、基板との密着点
が細かく無数に存在するため密着が強くかつ均一であ
り、クラック等が入りにくい効果もある。
された成長抑止材料の間から露出する基板表面において
III族窒化物系化合物半導体層がファセット構造を形成
しながら成長する。これにより、結晶欠陥転移を抑制す
る横方向成長が実行される。ここに、成長抑止材料は蒸
着やスパッタリング等のＣＶＤ法若しくはＰＶＤ法によ
り形成されるので、従来例のようにフォトリソ工程やエ
ッチング工程を伴ったパターニングが不要となり、いわ
ゆるマスク層の形成が簡易なものとなる。更には、パタ
ーニングを経ない当該島層はこれを薄くすることが可能
であるので、その後に成長されるIII族窒化物系化合物
半導体層の平坦化が容易になる。また、基板との密着点
が細かく無数に存在するため密着が強くかつ均一であ
り、クラック等が入りにくい効果もある。
【０００６】以下、この発明の要素について詳細に説明
する。基板はその上にIII族窒化物系化合物半導体を成
長させることができるものであれば特に限定されない。
例えば、サファイア、スピネル、シリコン、炭化シリコ
ン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マ
グネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導
体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。
本発明者らの検討によれば、基板としてはサファイアが
好ましく、特にそのａ面を用いることが好ましい。
する。基板はその上にIII族窒化物系化合物半導体を成
長させることができるものであれば特に限定されない。
例えば、サファイア、スピネル、シリコン、炭化シリコ
ン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マ
グネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導
体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。
本発明者らの検討によれば、基板としてはサファイアが
好ましく、特にそのａ面を用いることが好ましい。
【０００７】結晶性の良いIII族窒化物系化合物半導体
を形成させるためにはサファイア基板上にサファイア基
板との格子不整合を是正するためにバッファ層を形成す
ることが好ましい。バッファ層にはＡｌＸＧａＹＩｎ１
ーＸーＹＮ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１、０＜Ｘ＋Ｙ＜
１）で表現される四元系の化合物半導体、ＡｌＸＧａ１
−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で表現される三元系の化合物半導
体、並びにＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮを用いることがで
きる。バッファ層を用いた場合には、当該バッファ層の
上に成長抑止材料層が島状に形成される。
を形成させるためにはサファイア基板上にサファイア基
板との格子不整合を是正するためにバッファ層を形成す
ることが好ましい。バッファ層にはＡｌＸＧａＹＩｎ１
ーＸーＹＮ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１、０＜Ｘ＋Ｙ＜
１）で表現される四元系の化合物半導体、ＡｌＸＧａ１
−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で表現される三元系の化合物半導
体、並びにＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮを用いることがで
きる。バッファ層を用いた場合には、当該バッファ層の
上に成長抑止材料層が島状に形成される。
【０００８】成長抑止材料とは、その上にIII族窒化物
系化合物半導体が基板上又はバッファ層上に比較してエ
ピタキシャル成長し難い材料をいう。成長抑止材料とし
ては、金属としてのＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｗ，Ａｇ及びＲｈ、金属酸化物としてのＦｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｇ及びＲｈの酸化物、酸化物と
してのＳｉＯｘ、並びに窒化物としてのＳｉＮｘから選
ばれる少なくとも１種の材料を挙げることができる。特
開平１０−３１２９７１号公報ではかかる成長抑止材料
として、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘが挙げられている。また、
第６０回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（1999.
9）２Ｐ−Ｗ−５によれば、タングステン（Ｗ）を成長
抑止材として利用できることが記載されている。発光ダ
イオードの基板にこのような金属材料を成長抑止材とし
て使用するとこれが反射層の役目をし、発光層で発光し
た光を有効に利用できるようになる。また、成長抑止材
を導電性の金属としてかつ島状のそれらを連続させれば
導電性も向上する。これにより、ｎ型III族窒化物慶化
合物半導体層の面内導電性が向上し、もって発光の面分
布の均一化を図ることができる。
系化合物半導体が基板上又はバッファ層上に比較してエ
ピタキシャル成長し難い材料をいう。成長抑止材料とし
ては、金属としてのＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｗ，Ａｇ及びＲｈ、金属酸化物としてのＦｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｇ及びＲｈの酸化物、酸化物と
してのＳｉＯｘ、並びに窒化物としてのＳｉＮｘから選
ばれる少なくとも１種の材料を挙げることができる。特
開平１０−３１２９７１号公報ではかかる成長抑止材料
として、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘが挙げられている。また、
第６０回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（1999.
9）２Ｐ−Ｗ−５によれば、タングステン（Ｗ）を成長
抑止材として利用できることが記載されている。発光ダ
イオードの基板にこのような金属材料を成長抑止材とし
て使用するとこれが反射層の役目をし、発光層で発光し
た光を有効に利用できるようになる。また、成長抑止材
を導電性の金属としてかつ島状のそれらを連続させれば
導電性も向上する。これにより、ｎ型III族窒化物慶化
合物半導体層の面内導電性が向上し、もって発光の面分
布の均一化を図ることができる。
【０００９】島状とは、成長抑止材料の塊が相互に空間
を空けて形成されていることをいい、各島は独立してい
ても、連続していてもよい。各島の平均面積は０．１〜
１０００μｍ２であり前記基板の１０〜９５面積％を被
覆するのとすることが好ましい。更に好ましくは、各島
の平均面積は１〜１０μｍ２であり前記基板の５０〜９
０面積％を被覆するものとする。
を空けて形成されていることをいい、各島は独立してい
ても、連続していてもよい。各島の平均面積は０．１〜
１０００μｍ２であり前記基板の１０〜９５面積％を被
覆するのとすることが好ましい。更に好ましくは、各島
の平均面積は１〜１０μｍ２であり前記基板の５０〜９
０面積％を被覆するものとする。
【００１０】基板上に成長抑止材料層を島状に形成する
ためには、真空蒸着法、スパッタリング法、イオン蒸着
法、プラズマＣＶＤ法などを用いることができる。この
なかでも、島間に確実に空間をあけてそこから基板表面
を露出させるため、成長抑止材料の蒸着粒子を大きくで
きる真空蒸着法が好ましい。蒸着粒子が小さいと、基板
の一部を露出した状態で成長抑止材料層を形成すること
が困難だからである。
ためには、真空蒸着法、スパッタリング法、イオン蒸着
法、プラズマＣＶＤ法などを用いることができる。この
なかでも、島間に確実に空間をあけてそこから基板表面
を露出させるため、成長抑止材料の蒸着粒子を大きくで
きる真空蒸着法が好ましい。蒸着粒子が小さいと、基板
の一部を露出した状態で成長抑止材料層を形成すること
が困難だからである。
【００１１】成長抑止材料島群を備えた基板上にIII族
窒化物系化合物半導体層を成長させる。ここにIII族窒
化物系化合物半導体とは一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ
１−Ｘ −ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦
１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２
元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧ
ａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０≦ｘ≦１）のいわゆ
る３元系を包含する。III族元素の一部をボロン
（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、
窒素（Ｎ）の一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチ
モン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III
族窒化物系化合物半導体層は任意のドーパントを含むも
のであっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物とし
て、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いるこ
とができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族
窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若し
くは炉による加熱にさらすことも可能である。III族窒
化物系化合物半導体層の形成方法は特に限定されない
が、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知
の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長
法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング
法、電子シャワー法等によっても形成することができ
る。
窒化物系化合物半導体層を成長させる。ここにIII族窒
化物系化合物半導体とは一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ
１−Ｘ −ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦
１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２
元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧ
ａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０≦ｘ≦１）のいわゆ
る３元系を包含する。III族元素の一部をボロン
（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、
窒素（Ｎ）の一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチ
モン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III
族窒化物系化合物半導体層は任意のドーパントを含むも
のであっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物とし
て、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いるこ
とができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族
窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若し
くは炉による加熱にさらすことも可能である。III族窒
化物系化合物半導体層の形成方法は特に限定されない
が、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知
の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長
法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング
法、電子シャワー法等によっても形成することができ
る。
【００１２】成長抑止材料島群を備えた基板に上記方法
を実行してIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャ
ル成長させると、III族窒化物系化合物半導体層は初期
段階では成長抑止材料の上の成長はないか、あっても遅
く、露出した基板の部分（成長領域）上で急速な結晶成
長が生じ、ここにファセット構造が形成される。更にエ
ピタキシャル成長を続けると、ファセット構造の面に対
して垂直な方向に成長が進むため、成長抑止材料層の上
をIII族窒化物系化合物半導体が覆うことになる。そし
て、隣接する成長領域から成長したIII族窒化物系化合
物半導体と接触する。更にエピタキシャル成長を進める
と、ファセット構造が埋め込まれて最終的に平坦な表面
のIII族窒化物系化合物半導体層が得られる。かかる横
方向成長法を実行すると、基板との界面で発生したIII
族窒化物系化合物半導体の格子欠陥に起因する転位がフ
ァセット構造により横方向に曲げられ、その結果、III
族窒化物系化合物半導体層表面の格子欠陥が大幅に低減
される。
を実行してIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャ
ル成長させると、III族窒化物系化合物半導体層は初期
段階では成長抑止材料の上の成長はないか、あっても遅
く、露出した基板の部分（成長領域）上で急速な結晶成
長が生じ、ここにファセット構造が形成される。更にエ
ピタキシャル成長を続けると、ファセット構造の面に対
して垂直な方向に成長が進むため、成長抑止材料層の上
をIII族窒化物系化合物半導体が覆うことになる。そし
て、隣接する成長領域から成長したIII族窒化物系化合
物半導体と接触する。更にエピタキシャル成長を進める
と、ファセット構造が埋め込まれて最終的に平坦な表面
のIII族窒化物系化合物半導体層が得られる。かかる横
方向成長法を実行すると、基板との界面で発生したIII
族窒化物系化合物半導体の格子欠陥に起因する転位がフ
ァセット構造により横方向に曲げられ、その結果、III
族窒化物系化合物半導体層表面の格子欠陥が大幅に低減
される。
【００１３】このように本発明によれば、横方向成長法
（ＥＬＯ法）による効果が得られる。かかる効果を確認
するため、本発明者らは次の実験を行った。まず、サフ
ァイア基板のａ面を洗浄した後、基板温度を約４００℃
にしＡｌＮバッファ層（膜厚６０ｎｍ）をＭＯＣＶＤ法
により形成した。その後、基板を真空蒸着装置に移して
ニッケル（Ｎｉ）を膜厚成長速度０．５ｎｍ／ｓｅｃで
７．５ｎｍの膜厚に蒸着した。これにより、成長抑止材
料としてのＮｉ層が島状に形成される（図１）。バッフ
ァ層、成長抑止層ともイオン化蒸着法で形成すれば１プ
ロセスで形成することができる。その後、基板をＭＯＣ
ＶＤ装置の反応室へ戻し、１０００℃の基板温度でＧａ
Ｎ層を２μｍの膜厚で形成した。その表面は平坦であっ
た。このＧａＮ層のロッキングカーブを図２に示す。そ
の半値幅は２５．３ｓｅｃであった。一方、Ｎｉの蒸着
を省略するほかは上記と同じ条件を実行して得られたＧ
ａＮ層のロッキングカーブは図３に示す通りであり、そ
の半値幅は２８．７ｓｅｃであった。図２と図３との比
較より、島状のＮｉ層を有するものはこれの無いものに
比べてその結晶性が向上していることが確認できる。こ
れは島状のＮｉ層の間が成長領域となりそこにＧａＮの
ファセット構造が形成され、いわゆる横方向成長法によ
りＧａＮ層が形成されたためである。
（ＥＬＯ法）による効果が得られる。かかる効果を確認
するため、本発明者らは次の実験を行った。まず、サフ
ァイア基板のａ面を洗浄した後、基板温度を約４００℃
にしＡｌＮバッファ層（膜厚６０ｎｍ）をＭＯＣＶＤ法
により形成した。その後、基板を真空蒸着装置に移して
ニッケル（Ｎｉ）を膜厚成長速度０．５ｎｍ／ｓｅｃで
７．５ｎｍの膜厚に蒸着した。これにより、成長抑止材
料としてのＮｉ層が島状に形成される（図１）。バッフ
ァ層、成長抑止層ともイオン化蒸着法で形成すれば１プ
ロセスで形成することができる。その後、基板をＭＯＣ
ＶＤ装置の反応室へ戻し、１０００℃の基板温度でＧａ
Ｎ層を２μｍの膜厚で形成した。その表面は平坦であっ
た。このＧａＮ層のロッキングカーブを図２に示す。そ
の半値幅は２５．３ｓｅｃであった。一方、Ｎｉの蒸着
を省略するほかは上記と同じ条件を実行して得られたＧ
ａＮ層のロッキングカーブは図３に示す通りであり、そ
の半値幅は２８．７ｓｅｃであった。図２と図３との比
較より、島状のＮｉ層を有するものはこれの無いものに
比べてその結晶性が向上していることが確認できる。こ
れは島状のＮｉ層の間が成長領域となりそこにＧａＮの
ファセット構造が形成され、いわゆる横方向成長法によ
りＧａＮ層が形成されたためである。
【００１４】成長抑止層が島状となる膜厚は３０．０ｎ
ｍ以下である。望ましくは２０．０ｎｍ以下、更に望ま
しくは１０．０ｎｍ以下である。成長抑止層をＮｉ以外
の材料で形成した場合も上記と同様な結果が得られる。
ｍ以下である。望ましくは２０．０ｎｍ以下、更に望ま
しくは１０．０ｎｍ以下である。成長抑止層をＮｉ以外
の材料で形成した場合も上記と同様な結果が得られる。
【００１５】なお、上記成長抑止層を多段に形成するこ
とができる。即ち、第１の成長抑止層の上にIII族窒化
物系化合物半導体層を好ましくはその表面が平坦になる
まで成長させ、その上に再度島状の成長抑止層を形成し
て更にIII族窒化物系化合物半導体層を成長させる（以
下、必要に応じてこれを繰返す。）。また、ＡｌＮやＧ
ａＮからなるバッファ層をＭＯＣＶＤ法により４００℃
程度の比較的低い温度で成長させてその上にIII族窒化
物系化合物半導体を当該バッファ層より高い温度で成長
させ、このIII族窒化物系化合物半導体層の上に島状の
成長抑止層を単層、若しくは既述のように多段に形成す
ることもできる。
とができる。即ち、第１の成長抑止層の上にIII族窒化
物系化合物半導体層を好ましくはその表面が平坦になる
まで成長させ、その上に再度島状の成長抑止層を形成し
て更にIII族窒化物系化合物半導体層を成長させる（以
下、必要に応じてこれを繰返す。）。また、ＡｌＮやＧ
ａＮからなるバッファ層をＭＯＣＶＤ法により４００℃
程度の比較的低い温度で成長させてその上にIII族窒化
物系化合物半導体を当該バッファ層より高い温度で成長
させ、このIII族窒化物系化合物半導体層の上に島状の
成長抑止層を単層、若しくは既述のように多段に形成す
ることもできる。
【００１６】
【実施例】次に、この発明の実施例を説明する。実施例
は発光ダイオード１０であり、その構成を図４に示す。
は発光ダイオード１０であり、その構成を図４に示す。
【００１７】 層 ： 組成：ドーパント （膜厚） 透光性電極１９ ｐ型クラッド層 １８ ： ｐ−ＧａＮ:Ｍｇ （0.3μm） 発光層 １７ ： 超格子構造 量子井戸層 ： Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ （3.5nm) バリア層 ： ＧａＮ （3.5nm） 量子井戸層とバリア層の繰り返し数：1〜10 ｎ型クラッド層 １６ ： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ （4μm） 成長抑止材料層 １３ ： Ｎｉ (7.5nm) ＡｌＮバッファ層 １２ ： ＡｌＮ （60nm） 基板 １１ ： サファイア（ａ面） （300μm）
【００１８】ｎ型クラッド層１６は発光層１７側の低電
子濃度ｎ-層と下地層１５側の高電子濃度ｎ＋層とから
なる２層構造とすることができる。発光層１７は超格子
構造のものに限定されない。発光素子の構成としてはシ
ングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のもの
などを用いることができる。発光層１７とｐ型クラッド
層１８との間にマグネシウム等のアクセプタをドープし
たバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層
を介在させることもできる。これは発光層１７中に注入
された電子がｐ型クラッド層１８に拡散するのを防止す
るためである。ｐ型クラッド層１８を発光層１７側の低
ホール濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とから
なる２層構造とすることができる。
子濃度ｎ-層と下地層１５側の高電子濃度ｎ＋層とから
なる２層構造とすることができる。発光層１７は超格子
構造のものに限定されない。発光素子の構成としてはシ
ングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のもの
などを用いることができる。発光層１７とｐ型クラッド
層１８との間にマグネシウム等のアクセプタをドープし
たバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層
を介在させることもできる。これは発光層１７中に注入
された電子がｐ型クラッド層１８に拡散するのを防止す
るためである。ｐ型クラッド層１８を発光層１７側の低
ホール濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とから
なる２層構造とすることができる。
【００１９】上記構成の発光ダイオードにおいて、成長
抑止材料層１３は真空蒸着により形成し、成膜速度は
０．５ｎｍ／ｓｅｃ、膜厚は７．５ｎｍである。即ち、
ｎクラッド層１６までは図２の結果を得たときと同じ条
件である。ｎ型クラッド層１６より上のIII族窒化物系
化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して
形成する。
抑止材料層１３は真空蒸着により形成し、成膜速度は
０．５ｎｍ／ｓｅｃ、膜厚は７．５ｎｍである。即ち、
ｎクラッド層１６までは図２の結果を得たときと同じ条
件である。ｎ型クラッド層１６より上のIII族窒化物系
化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して
形成する。
【００２０】次に、マスクを形成してｐ型クラッド層１
８、活性層１７及びｎ型クラッド層１６の一部を反応性
イオンエッチングにより除去し、ｎ電極パッド２１を形
成すべきｎ型クラッド層１６を表出させる。
８、活性層１７及びｎ型クラッド層１６の一部を反応性
イオンエッチングにより除去し、ｎ電極パッド２１を形
成すべきｎ型クラッド層１６を表出させる。
【００２１】半導体表面上にフォトレジストを一様に塗
布して、フォトリソグラフィにより、ｐ型クラッド層１
８の上の電極形成部分のフォトレジストを除去して、そ
の部分のｐ型クラッド層１８を露出させる。蒸着装置に
て、露出させたｐ型クラッド層１８の上に、Ａｕ−Ｃｏ
透光性電極層１９を形成する。次に、同様にしてｐ電極
パッド２０、ｎ電極パッド２１を蒸着する。この結果、
島状のＮｉ層を有する発光ダイオードでは５％程度の発
光強度の向上が観測された。
布して、フォトリソグラフィにより、ｐ型クラッド層１
８の上の電極形成部分のフォトレジストを除去して、そ
の部分のｐ型クラッド層１８を露出させる。蒸着装置に
て、露出させたｐ型クラッド層１８の上に、Ａｕ−Ｃｏ
透光性電極層１９を形成する。次に、同様にしてｐ電極
パッド２０、ｎ電極パッド２１を蒸着する。この結果、
島状のＮｉ層を有する発光ダイオードでは５％程度の発
光強度の向上が観測された。
【００２２】以上、明細書では発光素子を例に採り説明
してきたが、この発明は各種半導体素子に適用される。
ここに素子には、発光ダイオード、受光ダイオード、レ
ーザダイオード、太陽電池等の光素子の他、整流器、サ
イリスタ及びトランジスタ等のバイポーラ素子、ＦＥＴ
等のユニポーラ素子並びにマイクロウェーブ素子などの
電子デバイスを挙げられる。また、これらの素子の中間
体としての積層体にも本発明は適用されるものである。
なお、発光素子の構成としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接
合やｐｎ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造若しくはダ
ブルへテロ構造のものを用いることができる。発光層と
して量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子
井戸構造）を採用することもできる。
してきたが、この発明は各種半導体素子に適用される。
ここに素子には、発光ダイオード、受光ダイオード、レ
ーザダイオード、太陽電池等の光素子の他、整流器、サ
イリスタ及びトランジスタ等のバイポーラ素子、ＦＥＴ
等のユニポーラ素子並びにマイクロウェーブ素子などの
電子デバイスを挙げられる。また、これらの素子の中間
体としての積層体にも本発明は適用されるものである。
なお、発光素子の構成としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接
合やｐｎ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造若しくはダ
ブルへテロ構造のものを用いることができる。発光層と
して量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子
井戸構造）を採用することもできる。
【００２３】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００２４】以下、次の事項を開示する。 （７） 基板と、該基板を露出させる部分を有する成長
抑止材料層と、前記基板及び前記成長抑止材料層とを被
覆するIII族窒化物系化合物半導体層とを備えてなるIII
族窒化物系化合物半導体素子であって、前記成長抑止材
料層が物理蒸着法により形成されている、ことを特徴と
するIII族窒化物系化合物半導体素子。 （８） 前記物理蒸着法は真空蒸着法である、ことを特
徴とする（７）に記載のIII族窒化物系化合物半導体素
子。 （９） 前記基板はサファイア製である、ことを特徴と
する（８）に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子。 （９−１） 前記サファイア基板の上にＡｌＮ製のバッ
ファ層が形成され、該バッファ層の上に前記成長抑止材
料層が形成されている、ことを特徴とする（９）に記載
のIII族窒化物系化合物半導体素子。 （１０） 前記成長抑止材料層はＮｉからなる、ことを
特徴とする（９）又は（９−１）に記載のIII族窒化物
系化合物半導体素子。 （１１） 基板上に成長抑止材料を一部基板面が露出す
るように島状に形成し、横方向成長法を実行して前記基
板と前記島状成長抑止材料の上にIII族窒化物系化合物
半導体を成長させる、ことを特徴とするIII族窒化物系
化合物半導体素子の製造方法。 （１２） 前記島状の成長抑止材料は真空蒸着法により
形成される、ことを特徴とする（１１）請求項１に記載
のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。 （１３） 前記成長抑止材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｒｈ及びこれらの酸化物並びにＳ
ｉＯｘ、ＳｉＮｘから選ばれる少なくとも１種の材料か
らなる、ことを特徴とする（１１）または（１２）に記
載のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。 （２１） 基板上に成長抑止材料を一部基板面が露出す
るように島状に形成し、横方向成長法を実行して前記基
板と前記島状成長抑止材料の上にIII族窒化物系化合物
半導体を成長させる、ことを特徴とする積層体の製造方
法。 （２２） 前記島状の成長抑止材料は真空蒸着法により
形成される、ことを特徴とする（２１）に記載の積層体
の製造方法。 （２３） 前記成長抑止材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｒｈ及びこれらの酸化物並びにＳ
ｉＯｘ、ＳｉＮｘから選ばれる少なくとも１種の材料か
らなる、ことを特徴とする（２１）または（２２）に記
載の積層体の製造方法。 （３４） 基板と、該基板上に形成された成長抑止材料
島群であって各島の平均面積が０．１〜１０００μｍ２
であり前記基板の１０〜９５面積％を被覆する成長抑止
材料島群と、前記基板及び前記成長抑止材料島群の上に
横方向成長法により形成されたIII族窒化物系化合物半
導体層を有する積層体。 （３５） 前記各島の平均面積は１〜１０μｍ２であり
前記基板の５０〜９０面積％を被覆する、ことを特徴と
する（３４）に記載の積層体。 （３６） 前記成長抑止材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｒｈ及びこれらの酸化物並びにＳ
ｉＯｘ、ＳｉＮｘから選ばれる少なくとも１種の材料か
らなる、ことを特徴とする（３４）又は（３５）に記載
の積層体。 （３７） 基板と、該基板を露出させる部分を有する成
長抑止材料層と、前記基板及び前記成長抑止材料層とを
被覆するIII族窒化物系化合物半導体層とを備えてなる
積層体であって、前記成長抑止材料層が物理蒸着法によ
り形成されている、ことを特徴とする積層体。 （３８） 前記物理蒸着法は真空蒸着法である、ことを
特徴とする（３７）に記載の積層体。 （３９） 前記基板はサファイア製である、ことを特徴
とする（３８）に記載の積層体。 （３９−１） 前記サファイア基板の上にＡｌＮ製のバ
ッファ層が形成され、該バッファ層の上に前記成長抑止
材料層が形成されている、ことを特徴とする（３９）に
記載の積層体。 （４０） 前記成長抑止材料層はＮｉからなる、ことを
特徴とする（３９）又は（３９−１）に記載の積層体。
抑止材料層と、前記基板及び前記成長抑止材料層とを被
覆するIII族窒化物系化合物半導体層とを備えてなるIII
族窒化物系化合物半導体素子であって、前記成長抑止材
料層が物理蒸着法により形成されている、ことを特徴と
するIII族窒化物系化合物半導体素子。 （８） 前記物理蒸着法は真空蒸着法である、ことを特
徴とする（７）に記載のIII族窒化物系化合物半導体素
子。 （９） 前記基板はサファイア製である、ことを特徴と
する（８）に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子。 （９−１） 前記サファイア基板の上にＡｌＮ製のバッ
ファ層が形成され、該バッファ層の上に前記成長抑止材
料層が形成されている、ことを特徴とする（９）に記載
のIII族窒化物系化合物半導体素子。 （１０） 前記成長抑止材料層はＮｉからなる、ことを
特徴とする（９）又は（９−１）に記載のIII族窒化物
系化合物半導体素子。 （１１） 基板上に成長抑止材料を一部基板面が露出す
るように島状に形成し、横方向成長法を実行して前記基
板と前記島状成長抑止材料の上にIII族窒化物系化合物
半導体を成長させる、ことを特徴とするIII族窒化物系
化合物半導体素子の製造方法。 （１２） 前記島状の成長抑止材料は真空蒸着法により
形成される、ことを特徴とする（１１）請求項１に記載
のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。 （１３） 前記成長抑止材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｒｈ及びこれらの酸化物並びにＳ
ｉＯｘ、ＳｉＮｘから選ばれる少なくとも１種の材料か
らなる、ことを特徴とする（１１）または（１２）に記
載のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。 （２１） 基板上に成長抑止材料を一部基板面が露出す
るように島状に形成し、横方向成長法を実行して前記基
板と前記島状成長抑止材料の上にIII族窒化物系化合物
半導体を成長させる、ことを特徴とする積層体の製造方
法。 （２２） 前記島状の成長抑止材料は真空蒸着法により
形成される、ことを特徴とする（２１）に記載の積層体
の製造方法。 （２３） 前記成長抑止材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｒｈ及びこれらの酸化物並びにＳ
ｉＯｘ、ＳｉＮｘから選ばれる少なくとも１種の材料か
らなる、ことを特徴とする（２１）または（２２）に記
載の積層体の製造方法。 （３４） 基板と、該基板上に形成された成長抑止材料
島群であって各島の平均面積が０．１〜１０００μｍ２
であり前記基板の１０〜９５面積％を被覆する成長抑止
材料島群と、前記基板及び前記成長抑止材料島群の上に
横方向成長法により形成されたIII族窒化物系化合物半
導体層を有する積層体。 （３５） 前記各島の平均面積は１〜１０μｍ２であり
前記基板の５０〜９０面積％を被覆する、ことを特徴と
する（３４）に記載の積層体。 （３６） 前記成長抑止材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｒｈ及びこれらの酸化物並びにＳ
ｉＯｘ、ＳｉＮｘから選ばれる少なくとも１種の材料か
らなる、ことを特徴とする（３４）又は（３５）に記載
の積層体。 （３７） 基板と、該基板を露出させる部分を有する成
長抑止材料層と、前記基板及び前記成長抑止材料層とを
被覆するIII族窒化物系化合物半導体層とを備えてなる
積層体であって、前記成長抑止材料層が物理蒸着法によ
り形成されている、ことを特徴とする積層体。 （３８） 前記物理蒸着法は真空蒸着法である、ことを
特徴とする（３７）に記載の積層体。 （３９） 前記基板はサファイア製である、ことを特徴
とする（３８）に記載の積層体。 （３９−１） 前記サファイア基板の上にＡｌＮ製のバ
ッファ層が形成され、該バッファ層の上に前記成長抑止
材料層が形成されている、ことを特徴とする（３９）に
記載の積層体。 （４０） 前記成長抑止材料層はＮｉからなる、ことを
特徴とする（３９）又は（３９−１）に記載の積層体。
【図１】図１はサファイア基板状に形成された成長抑止
材料島（Ｎｉ製）を示す模式図である。
材料島（Ｎｉ製）を示す模式図である。
【図２】図２は本発明により形成されたＧａＮ層のＸ線
ロッキングカーブを示す。
ロッキングカーブを示す。
【図３】図３は比較例のＧａＮ層のＸ線ロッキングカー
ブである。
ブである。
【図４】図４はこの発明の実施例の発光ダイオードを示
す。
す。
１０ 発光ダイオード １２ ＡｌＮバッファ層 １３ 成長抑止材料層 １６ ｎ型クラッド層 １７ 発光層 １８ ｐ型クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 伊藤 潤 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 野杁 静代 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 柴田 直樹 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 渡邉 大志 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 BA02 BA08 BA11 BA38 BA55 CA04 CA05 DA05 FA10 HA04 LA11 LA14 5F041 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA65 CA66 5F045 AA04 AA18 AB09 AB14 AB17 AB18 AB32 AB33 AF02 AF03 AF04 AF09 AF13 AF20 BB12 CA10 CA12 CA13 DA53 DA55
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に成長抑止材料を一部基板面が露
出するように島状に形成し、横方向成長法を実行して前
記基板と前記島状成長抑止材料の上にIII族窒化物系化
合物半導体を成長させる、ことを特徴とするIII族窒化
物系化合物半導体膜の成長方法。 - 【請求項２】 前記島状の成長抑止材料は真空蒸着法に
より形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のII
I族窒化物系化合物半導体膜の成長方法。 - 【請求項３】 前記成長抑止材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｒｈ及びこれらの酸化物並
びにＳｉＯｘ、ＳｉＮｘから選ばれる少なくとも１種の
材料からなる、ことを特徴とする請求項１または２に記
載のIII族窒化物系化合物半導体膜の成長方法。 - 【請求項４】 基板と、該基板上に形成された成長抑止
材料島群であって各島の平均面積が０．１〜１０００μ
ｍ２であり前記基板の１０〜９５面積％を被覆する成長
抑止材料島群と、前記基板及び前記成長抑止材料島群の
上に横方向成長法により形成されたIII族窒化物系化合
物半導体層を有するIII族窒化物系化合物半導体素子。 - 【請求項５】 前記各島の平均面積は１〜１０μｍ２で
あり前記基板の５０〜９０面積％を被覆する、ことを特
徴とする請求項４に記載のIII族窒化物系化合物半導体
素子。 - 【請求項６】 前記成長抑止材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｒｈ及びこれらの酸化物並
びにＳｉＯｘ、ＳｉＮｘから選ばれる少なくとも１種の
材料からなる、ことを特徴とする請求項４又は５に記載
のIII族窒化物系化合物半導体素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37043799A JP3603713B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体膜の成長方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
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|---|---|---|---|
| JP37043799A JP3603713B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体膜の成長方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001185498A true JP2001185498A (ja) | 2001-07-06 |
| JP3603713B2 JP3603713B2 (ja) | 2004-12-22 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37043799A Expired - Fee Related JP3603713B2 (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体膜の成長方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
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-
1999
- 1999-12-27 JP JP37043799A patent/JP3603713B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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