JP2001267243A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法及び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の製造方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】貫通転位を抑制したIII族窒化物系化合物半導
体を提供すること。 【解決手段】第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１
を点状、ストライプ状又は格子状等の島状態にエッチン
グして段差を設け、底部に、第１のIII族窒化物系化合
物半導体層３１とは異なる層が露出するよう形成する。
こうして、段差の上段の上面及び側面を核として、第２
のIII族窒化物系化合物半導体３２を横方向エピタキシ
ャル成長させることで段差部分を埋めたのち、上方にも
成長させることができる。このとき第２のIII族窒化物
系化合物半導体３２が横方向エピタキシャル成長した部
分の上部は、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１
が有する貫通転位の伝搬が抑制された領域とすることが
できる。
体を提供すること。 【解決手段】第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１
を点状、ストライプ状又は格子状等の島状態にエッチン
グして段差を設け、底部に、第１のIII族窒化物系化合
物半導体層３１とは異なる層が露出するよう形成する。
こうして、段差の上段の上面及び側面を核として、第２
のIII族窒化物系化合物半導体３２を横方向エピタキシ
ャル成長させることで段差部分を埋めたのち、上方にも
成長させることができる。このとき第２のIII族窒化物
系化合物半導体３２が横方向エピタキシャル成長した部
分の上部は、第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１
が有する貫通転位の伝搬が抑制された領域とすることが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物系化
合物半導体の製造方法に関する。特に、横方向エピタキ
シャル成長（ＥＬＯ）成長を用いる、III族窒化物系化
合物半導体の製造方法に関する。尚、III族窒化物系化
合物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような２元
系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN（いずれも0＜x
＜1）のような３元系、AlxGayIn1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y
＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式AlxGayIn
1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表されるも
のがある。なお、本明細書においては、特に断らない限
り、単にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝
導型をｐ型あるいはｎ型にするための不純物がドープさ
れたIII族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とす
る。
合物半導体の製造方法に関する。特に、横方向エピタキ
シャル成長（ＥＬＯ）成長を用いる、III族窒化物系化
合物半導体の製造方法に関する。尚、III族窒化物系化
合物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような２元
系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN（いずれも0＜x
＜1）のような３元系、AlxGayIn1-x-yN（0＜x＜1, 0＜y
＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式AlxGayIn
1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表されるも
のがある。なお、本明細書においては、特に断らない限
り、単にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝
導型をｐ型あるいはｎ型にするための不純物がドープさ
れたIII族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とす
る。
【０００２】III族窒化物系化合物半導体は、例えば発
光素子とした場合、発光スペクトルが紫外から赤色の広
範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオード
(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用され
ている。また、そのバンドギャップが広いため、他の半
導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を期
待できることから、ＦＥＴ等トランジスタへの応用も盛
んに開発されている。また、ヒ素(As)を主成分としてい
ないことで、環境面からも様々な半導体素子一般への開
発が期待されている。このIII族窒化物系化合物半導体
では、通常、サファイアを基板として用い、その上に形
成している。
光素子とした場合、発光スペクトルが紫外から赤色の広
範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオード
(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用され
ている。また、そのバンドギャップが広いため、他の半
導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を期
待できることから、ＦＥＴ等トランジスタへの応用も盛
んに開発されている。また、ヒ素(As)を主成分としてい
ないことで、環境面からも様々な半導体素子一般への開
発が期待されている。このIII族窒化物系化合物半導体
では、通常、サファイアを基板として用い、その上に形
成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サファ
イア基板上にIII族窒化物系化合物半導体を形成する
と、サファイアとIII族窒化物系化合物半導体との格子
定数のミスフィットにより転位が発生し、このため素子
特性が良くないという問題がある。このミスフィットに
よる転位は半導体層を縦方向（基板面に垂直方向）に貫
通する貫通転位であり、III族窒化物系化合物半導体中
に109cm-2程度の転位が伝搬してしまうという問題があ
る。これは組成の異なるIII族窒化物系化合物半導体各
層を最上層まで伝搬する。これにより例えば発光素子の
場合、ＬＤの閾値電流、ＬＤ及びＬＥＤの素子寿命など
の素子特性が良くならないという問題があった。また、
他の半導体素子としても、欠陥により電子が散乱するこ
とから、移動度（モビリティ）の低い半導体素子となる
にとどまっていた。これらは、他の基板を用いる場合も
同様であった。
イア基板上にIII族窒化物系化合物半導体を形成する
と、サファイアとIII族窒化物系化合物半導体との格子
定数のミスフィットにより転位が発生し、このため素子
特性が良くないという問題がある。このミスフィットに
よる転位は半導体層を縦方向（基板面に垂直方向）に貫
通する貫通転位であり、III族窒化物系化合物半導体中
に109cm-2程度の転位が伝搬してしまうという問題があ
る。これは組成の異なるIII族窒化物系化合物半導体各
層を最上層まで伝搬する。これにより例えば発光素子の
場合、ＬＤの閾値電流、ＬＤ及びＬＥＤの素子寿命など
の素子特性が良くならないという問題があった。また、
他の半導体素子としても、欠陥により電子が散乱するこ
とから、移動度（モビリティ）の低い半導体素子となる
にとどまっていた。これらは、他の基板を用いる場合も
同様であった。
【０００４】これについて、図１２の模式図で説明す
る。図１２は、基板９１と、その上に形成されたバッフ
ァ層９２と、更にその上に形成されたIII族窒化物系化
合物半導体層９３を示したものである。基板９１として
はサファイアなど、バッファ層９２としては窒化アルミ
ニウム(AlN)などが従来用いられている。窒化アルミニ
ウム(AlN)のバッファ層９２は、サファイア基板９１とI
II族窒化物系化合物半導体層９３とのミスフィットを緩
和させる目的で設けられているものであるが、それでも
転位の発生を０とすることはできない。この転位発生点
９００から、縦方向（基板面に垂直方向）に貫通転位９
０１が伝播し、それはバッファ層９２、III族窒化物系
化合物半導体層９３をも貫いていく。こうして、III族
窒化物系化合物半導体層９３の上層に、所望の様々なII
I族窒化物系化合物半導体を積層して半導体素子を形成
しようとすると、III族窒化物系化合物半導体層９３の
表面に達した転位９０２から、半導体素子を貫通転位が
更に縦方向に伝搬していくこととなる。このように、従
来の技術では、III族窒化物系化合物半導体層を形成す
る際、転位の伝搬を阻止できないという問題があった。
る。図１２は、基板９１と、その上に形成されたバッフ
ァ層９２と、更にその上に形成されたIII族窒化物系化
合物半導体層９３を示したものである。基板９１として
はサファイアなど、バッファ層９２としては窒化アルミ
ニウム(AlN)などが従来用いられている。窒化アルミニ
ウム(AlN)のバッファ層９２は、サファイア基板９１とI
II族窒化物系化合物半導体層９３とのミスフィットを緩
和させる目的で設けられているものであるが、それでも
転位の発生を０とすることはできない。この転位発生点
９００から、縦方向（基板面に垂直方向）に貫通転位９
０１が伝播し、それはバッファ層９２、III族窒化物系
化合物半導体層９３をも貫いていく。こうして、III族
窒化物系化合物半導体層９３の上層に、所望の様々なII
I族窒化物系化合物半導体を積層して半導体素子を形成
しようとすると、III族窒化物系化合物半導体層９３の
表面に達した転位９０２から、半導体素子を貫通転位が
更に縦方向に伝搬していくこととなる。このように、従
来の技術では、III族窒化物系化合物半導体層を形成す
る際、転位の伝搬を阻止できないという問題があった。
【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、貫通転位の発生を抑制し
たIII族窒化物系化合物半導体を製造することである。
れたものであり、その目的は、貫通転位の発生を抑制し
たIII族窒化物系化合物半導体を製造することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、基板上にIII族窒化物系
化合物半導体をエピタキシャル成長により得るIII族窒
化物系化合物半導体の製造方法において、少なくとも１
層のIII族窒化物系化合物半導体から成り、最上層を第
１のIII族窒化物系化合物半導体とする基底層をエッチ
ングにより、点状、ストライプ状又は格子状等の島状態
とし、第１のIII族窒化物系化合物半導体とは異なる層
の面を底部に露出させるよう段差を設ける工程と、前記
エッチングにより形成された点状、ストライプ状又は格
子状等の島状態の前記第１のIII族窒化物系化合物半導
体の段差の上段の上面及び側面を核として、第２のIII
族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向エピタキシャル
成長させる工程とを有することを特徴とする。尚、本明
細書で基底層とは、単層のIII族窒化物系化合物半導体
層の場合と、III族窒化物系化合物半導体層を少なくと
も１層含む多重層を一括して表現するために用いる。ま
た、ここで島状態とは、エッチングにより形成された段
差の上段の様子を概念的に言うものであって、必ずしも
各々が分離した領域を言うものでなく、ウエハ上全体を
ストライプ状又は格子状に形成するなどのように極めて
広い範囲において段差の上段が連続していても良いもの
とする。また、段差の側面とは必ずしも基板面及びIII
族窒化物系化合物半導体表面に対して垂直となるものを
言うものでなく、斜めの面でも良い。この際、段差の底
部に底面の無い、断面がＶ字状のものでも良い。これら
は特に言及されない限り以下の請求項でも同様とする。
め、請求項１に記載の発明は、基板上にIII族窒化物系
化合物半導体をエピタキシャル成長により得るIII族窒
化物系化合物半導体の製造方法において、少なくとも１
層のIII族窒化物系化合物半導体から成り、最上層を第
１のIII族窒化物系化合物半導体とする基底層をエッチ
ングにより、点状、ストライプ状又は格子状等の島状態
とし、第１のIII族窒化物系化合物半導体とは異なる層
の面を底部に露出させるよう段差を設ける工程と、前記
エッチングにより形成された点状、ストライプ状又は格
子状等の島状態の前記第１のIII族窒化物系化合物半導
体の段差の上段の上面及び側面を核として、第２のIII
族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向エピタキシャル
成長させる工程とを有することを特徴とする。尚、本明
細書で基底層とは、単層のIII族窒化物系化合物半導体
層の場合と、III族窒化物系化合物半導体層を少なくと
も１層含む多重層を一括して表現するために用いる。ま
た、ここで島状態とは、エッチングにより形成された段
差の上段の様子を概念的に言うものであって、必ずしも
各々が分離した領域を言うものでなく、ウエハ上全体を
ストライプ状又は格子状に形成するなどのように極めて
広い範囲において段差の上段が連続していても良いもの
とする。また、段差の側面とは必ずしも基板面及びIII
族窒化物系化合物半導体表面に対して垂直となるものを
言うものでなく、斜めの面でも良い。この際、段差の底
部に底面の無い、断面がＶ字状のものでも良い。これら
は特に言及されない限り以下の請求項でも同様とする。
【０００７】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法におい
て、前記段差の底部の幅は、底部の露出した前記異なる
層の面に縦方向成長が始まるよりも、側面からの横方向
成長により段差が塞がれる方が早いよう形成されること
を特徴とする。
に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法におい
て、前記段差の底部の幅は、底部の露出した前記異なる
層の面に縦方向成長が始まるよりも、側面からの横方向
成長により段差が塞がれる方が早いよう形成されること
を特徴とする。
【０００８】また、請求項３に記載の発明は、段差の側
面は、略全部が｛１１−２０｝面であることを特徴とす
る。
面は、略全部が｛１１−２０｝面であることを特徴とす
る。
【０００９】また、請求項４に記載の発明は、第１のII
I族窒化物系化合物半導体と第２のIII族窒化物系化合物
半導体とが同組成であることを特徴とする。尚、ここで
同組成とは、ドープ程度の差（モル比１パーセント未満
の差）は無視するものとする。
I族窒化物系化合物半導体と第２のIII族窒化物系化合物
半導体とが同組成であることを特徴とする。尚、ここで
同組成とは、ドープ程度の差（モル比１パーセント未満
の差）は無視するものとする。
【００１０】また、請求項５に記載の発明は、異なる層
が、第１のIII族窒化物系化合物半導体とは組成の異な
る第３のIII族窒化物系化合物半導体であることを特徴
とする。
が、第１のIII族窒化物系化合物半導体とは組成の異な
る第３のIII族窒化物系化合物半導体であることを特徴
とする。
【００１１】また、請求項６に記載の発明は、請求項１
乃至請求項５のいずれか１項に記載の製造方法により製
造したIII族窒化物系化合物半導体層の、横方向エピタ
キシャル成長した部分の上層に形成されたことを特徴と
するIII族窒化物系化合物半導体素子である。
乃至請求項５のいずれか１項に記載の製造方法により製
造したIII族窒化物系化合物半導体層の、横方向エピタ
キシャル成長した部分の上層に形成されたことを特徴と
するIII族窒化物系化合物半導体素子である。
【００１２】また、請求項７に記載の発明は、請求項１
乃至請求項５のいずれか１項に記載の製造方法により製
造したIII族窒化物系化合物半導体層の、横方向エピタ
キシャル成長した部分の上層に、異なるIII族窒化物系
化合物半導体層を積層することにより得られることを特
徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子である。
乃至請求項５のいずれか１項に記載の製造方法により製
造したIII族窒化物系化合物半導体層の、横方向エピタ
キシャル成長した部分の上層に、異なるIII族窒化物系
化合物半導体層を積層することにより得られることを特
徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子である。
【００１３】また、請求項８に記載の発明は、請求項１
乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化
合物半導体の製造方法に加えて、横方向エピタキシャル
成長した部分の上層以外を略全部除去することにより、
III族窒化物系化合物半導体層を得ることを特徴とするI
II族窒化物系化合物半導体の製造方法である。
乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化
合物半導体の製造方法に加えて、横方向エピタキシャル
成長した部分の上層以外を略全部除去することにより、
III族窒化物系化合物半導体層を得ることを特徴とするI
II族窒化物系化合物半導体の製造方法である。
【００１４】
【作用及び発明の効果】本発明のIII族窒化物系化合物
半導体の製造方法の概略を図１を参照しながら説明す
る。尚、図１では、従属請求項の説明及び理解を助ける
ため基板１及びバッファ層２を有する図を示している
が、本発明は、縦方向に貫通転位を有するIII族窒化物
系化合物半導体から、縦方向の貫通転位の軽減された領
域を有するIII族窒化物系化合物半導体層を得るもので
あり、基板１及びバッファ層２は本発明に必須の要素で
はない。以下、基板１面上に、バッファ層２を介して形
成された、縦方向（基板面に垂直方向）に貫通転位を有
する第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１を用いて
本発明を適用する例で、本発明の作用効果の要部を説明
する。この場合、バッファ層２が異なる層である。
半導体の製造方法の概略を図１を参照しながら説明す
る。尚、図１では、従属請求項の説明及び理解を助ける
ため基板１及びバッファ層２を有する図を示している
が、本発明は、縦方向に貫通転位を有するIII族窒化物
系化合物半導体から、縦方向の貫通転位の軽減された領
域を有するIII族窒化物系化合物半導体層を得るもので
あり、基板１及びバッファ層２は本発明に必須の要素で
はない。以下、基板１面上に、バッファ層２を介して形
成された、縦方向（基板面に垂直方向）に貫通転位を有
する第１のIII族窒化物系化合物半導体層３１を用いて
本発明を適用する例で、本発明の作用効果の要部を説明
する。この場合、バッファ層２が異なる層である。
【００１５】図１の（ａ）のように、第１のIII族窒化
物系化合物半導体層３１を点状、ストライプ状又は格子
状等の島状態にエッチングし、段差を設けて底部にバッ
ファ層２（異なる層）が露出するよう形成する。こうし
て、段差の上段の上面及び側面を核として、第２のIII
族窒化物系化合物半導体３２を縦及び横方向エピタキシ
ャル成長させることで段差部分を埋めつつ、上方にも成
長させることができる。このとき第２のIII族窒化物系
化合物半導体３２が横方向エピタキシャル成長した部分
の上部は、III族窒化物系化合物半導体層３１が有する
貫通転位の伝搬が抑制され、埋められた段差部分に貫通
転位の軽減された領域を作ることができる（請求項
１）。これにより段差の側面を核として横方向成長する
部分は、貫通転位が縦方向に伝搬しない。III族窒化物
系化合物半導体層３１及びバッファ層２（異なる層）と
第２のIII族窒化物系化合物半導体３２とはエピタキシ
ャル成長により不連続面がほとんど無いならば、絶縁体
等によるマスクを有するものと比較して縦方向（基板１
面の法線方向）へ電流を流す際、不連続部分により抵抗
が生じることが無い。また、構造的にも安定したものと
することができる。
物系化合物半導体層３１を点状、ストライプ状又は格子
状等の島状態にエッチングし、段差を設けて底部にバッ
ファ層２（異なる層）が露出するよう形成する。こうし
て、段差の上段の上面及び側面を核として、第２のIII
族窒化物系化合物半導体３２を縦及び横方向エピタキシ
ャル成長させることで段差部分を埋めつつ、上方にも成
長させることができる。このとき第２のIII族窒化物系
化合物半導体３２が横方向エピタキシャル成長した部分
の上部は、III族窒化物系化合物半導体層３１が有する
貫通転位の伝搬が抑制され、埋められた段差部分に貫通
転位の軽減された領域を作ることができる（請求項
１）。これにより段差の側面を核として横方向成長する
部分は、貫通転位が縦方向に伝搬しない。III族窒化物
系化合物半導体層３１及びバッファ層２（異なる層）と
第２のIII族窒化物系化合物半導体３２とはエピタキシ
ャル成長により不連続面がほとんど無いならば、絶縁体
等によるマスクを有するものと比較して縦方向（基板１
面の法線方向）へ電流を流す際、不連続部分により抵抗
が生じることが無い。また、構造的にも安定したものと
することができる。
【００１６】このとき、段差部分を埋める第２のIII族
窒化物系化合物半導体３２が、段差の下段の底部である
バッファ層２（異なる層）から縦方向にエピタキシャル
成長しないか、又は極めて遅いならば、段差の側面から
横方向にエピタキシャル成長して向かい合う段差の側面
からの横方向エピタキシャル成長面と合体する方が圧倒
的に早い。この時、段差を埋めた部分のIII族窒化物系
化合物半導体３２上部にはバッファ層２（異なる層）か
らは貫通転位が全く伝搬しないか、或いは著しく抑制さ
れ、極めて良質な結晶領域とすることができる（請求項
２）。この場合、図１の（ｃ）のように異なる層上方に
空洞が残ることとなる。その上部は両側の段差の側面を
核として成長してきた第２のIII族窒化物系化合物半導
体３２の成長面の合体が生じている。
窒化物系化合物半導体３２が、段差の下段の底部である
バッファ層２（異なる層）から縦方向にエピタキシャル
成長しないか、又は極めて遅いならば、段差の側面から
横方向にエピタキシャル成長して向かい合う段差の側面
からの横方向エピタキシャル成長面と合体する方が圧倒
的に早い。この時、段差を埋めた部分のIII族窒化物系
化合物半導体３２上部にはバッファ層２（異なる層）か
らは貫通転位が全く伝搬しないか、或いは著しく抑制さ
れ、極めて良質な結晶領域とすることができる（請求項
２）。この場合、図１の（ｃ）のように異なる層上方に
空洞が残ることとなる。その上部は両側の段差の側面を
核として成長してきた第２のIII族窒化物系化合物半導
体３２の成長面の合体が生じている。
【００１７】上記の様な速い横方向エピタキシャル成長
は、III族窒化物系化合物半導体層３１の段差の側面が
｛１１−２０｝面であるとき容易に実現可能である（請
求項３）。このとき例えば横方向エピタキシャル成長中
の成長面の少なくとも上部を｛１１−２０｝面のまま保
つことができる。また、第１のIII族窒化物系化合物半
導体と第２のIII族窒化物系化合物半導体とが同組成で
あるならば、速い横方向エピタキシャル成長は容易に実
現可能である（請求項４）。また、異なる層を第１のII
I族窒化物系化合物半導体とは組成の異なる第３のIII族
窒化物系化合物半導体で形成すれば、少なくとも初期段
階においては異なる層からの縦方向成長を小さいものと
することも可能である（請求項５）。
は、III族窒化物系化合物半導体層３１の段差の側面が
｛１１−２０｝面であるとき容易に実現可能である（請
求項３）。このとき例えば横方向エピタキシャル成長中
の成長面の少なくとも上部を｛１１−２０｝面のまま保
つことができる。また、第１のIII族窒化物系化合物半
導体と第２のIII族窒化物系化合物半導体とが同組成で
あるならば、速い横方向エピタキシャル成長は容易に実
現可能である（請求項４）。また、異なる層を第１のII
I族窒化物系化合物半導体とは組成の異なる第３のIII族
窒化物系化合物半導体で形成すれば、少なくとも初期段
階においては異なる層からの縦方向成長を小さいものと
することも可能である（請求項５）。
【００１８】以上のような方法により、第１のIII族窒
化物系化合物半導体層３１から伝搬する貫通転位を抑制
し構造的に安定なものとする一方、不連続面による抵抗
増加を伴わないで第２のIII族窒化物系化合物半導体３
２を形成することができる。尚、図１では基板面に垂直
な側面を持つ段差を形成するものを示したが、本発明は
これに限られず、段差の側面は斜めの面でも良い。この
際、段差の底部に底面の無い、断面がＶ字状のものでも
良い。これらは以下の説明でも同様である。
化物系化合物半導体層３１から伝搬する貫通転位を抑制
し構造的に安定なものとする一方、不連続面による抵抗
増加を伴わないで第２のIII族窒化物系化合物半導体３
２を形成することができる。尚、図１では基板面に垂直
な側面を持つ段差を形成するものを示したが、本発明は
これに限られず、段差の側面は斜めの面でも良い。この
際、段差の底部に底面の無い、断面がＶ字状のものでも
良い。これらは以下の説明でも同様である。
【００１９】上記の工程で得られたIII族窒化物系化合
物半導体層の、横方向エピタキシャル成長した部分の上
層に素子を形成することで、欠陥の少ない、移動度の大
きい層を有する半導体素子とすることができる（請求項
６）。
物半導体層の、横方向エピタキシャル成長した部分の上
層に素子を形成することで、欠陥の少ない、移動度の大
きい層を有する半導体素子とすることができる（請求項
６）。
【００２０】上記の工程で得られたIII族窒化物系化合
物半導体層の、横方向エピタキシャル成長した部分の上
層に発光素子を形成することで、素子寿命、或いはＬＤ
の閾値の改善された発光素子とすることができる（請求
項７）。
物半導体層の、横方向エピタキシャル成長した部分の上
層に発光素子を形成することで、素子寿命、或いはＬＤ
の閾値の改善された発光素子とすることができる（請求
項７）。
【００２１】また、上記の工程で得られたIII族窒化物
系化合物半導体層の、横方向エピタキシャル成長した部
分の上層のみをその他の層から分離することで、転位等
結晶欠陥の著しく抑制された結晶性の良いIII族窒化物
系化合物半導体を得ることができる（請求項８）。尚
「略全部除去」とは、製造上の簡便さから、一部貫通転
位の残った部分を含んでいたとしても本発明に包含され
ることを示すものである。
系化合物半導体層の、横方向エピタキシャル成長した部
分の上層のみをその他の層から分離することで、転位等
結晶欠陥の著しく抑制された結晶性の良いIII族窒化物
系化合物半導体を得ることができる（請求項８）。尚
「略全部除去」とは、製造上の簡便さから、一部貫通転
位の残った部分を含んでいたとしても本発明に包含され
ることを示すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１に本発明のIII族窒化物系化
合物半導体の製造方法の実施の形態の一例の概略を示
す。図１では、異なる層がバッファ層２である例を示し
ている。基板１と、バッファ層２（異なる層）と、第１
のIII族窒化物系化合物半導体層３１とを形成し、トレ
ンチ状にエッチングをする（図１の（ａ））。この際、
エッチングにより段差が生じ、エッチングされなかった
面を上段として、側面及び段差の底部（下段面）が形成
される。側面は例えば｛１１−２０｝面である。次に横
方向エピタキシャル成長する条件で、段差の側面及び上
面を核として第２のIII族窒化物系化合物半導体３２の
エピタキシャル成長を行う。有機金属成長法を用いれ
ば、成長面を｛１１−２０｝面に保ったまま横方向エピ
タキシャル成長が容易に可能である。こうして、段差の
側面の横方向成長が生じるならば、第２のIII族窒化物
系化合物半導体３２のその部分については、異なる層
（バッファ層）２からの貫通転位が伝搬しない（図１の
（ｂ））。こうして、段差の両側面の横方向成長がエッ
チングされた部分の上方で合体するよう、エッチング形
状と横方向エピタキシャル成長条件とを設定すること
で、エッチングされた上部の第２のIII族窒化物系化合
物半導体３２には貫通転位が抑制された領域を形成する
ことができる（図１の（ｃ））。
合物半導体の製造方法の実施の形態の一例の概略を示
す。図１では、異なる層がバッファ層２である例を示し
ている。基板１と、バッファ層２（異なる層）と、第１
のIII族窒化物系化合物半導体層３１とを形成し、トレ
ンチ状にエッチングをする（図１の（ａ））。この際、
エッチングにより段差が生じ、エッチングされなかった
面を上段として、側面及び段差の底部（下段面）が形成
される。側面は例えば｛１１−２０｝面である。次に横
方向エピタキシャル成長する条件で、段差の側面及び上
面を核として第２のIII族窒化物系化合物半導体３２の
エピタキシャル成長を行う。有機金属成長法を用いれ
ば、成長面を｛１１−２０｝面に保ったまま横方向エピ
タキシャル成長が容易に可能である。こうして、段差の
側面の横方向成長が生じるならば、第２のIII族窒化物
系化合物半導体３２のその部分については、異なる層
（バッファ層）２からの貫通転位が伝搬しない（図１の
（ｂ））。こうして、段差の両側面の横方向成長がエッ
チングされた部分の上方で合体するよう、エッチング形
状と横方向エピタキシャル成長条件とを設定すること
で、エッチングされた上部の第２のIII族窒化物系化合
物半導体３２には貫通転位が抑制された領域を形成する
ことができる（図１の（ｃ））。
【００２３】また、図２のように、基底層として基板上
に形成されたバッファ層、及びこのバッファ層上にエピ
タキシャル成長したIII族窒化物系化合物半導体層を１
周期として、複数周期形成された層を使用するものでも
良い。図２では、バッファ層２１、III族窒化物系化合
物半導体層２２、バッファ層２３、III族窒化物系化合
物半導体層３１をこの順に形成し、III族窒化物系化合
物半導体層３１をエッチングして段差の底部にバッファ
層２３が露出する例を示している。更には、図２の
（ａ）のような工程の段階で、III族窒化物系化合物半
導体層３１の厚さより深いエッチングをして段差の底部
がバッファ層２１とする製造方法（図３）でも良い。い
ずれも段差の下段上方に形成されるIII族窒化物系化合
物半導体層３２は、主に段差の上段の最上層のIII族窒
化物系化合物半導体層３１を核とした横方向エピタキシ
ャル成長により形成され、縦方向に伝搬する貫通転位の
抑制された領域とすることができる。その他、効果はす
でに述べた図１の場合と同様である。
に形成されたバッファ層、及びこのバッファ層上にエピ
タキシャル成長したIII族窒化物系化合物半導体層を１
周期として、複数周期形成された層を使用するものでも
良い。図２では、バッファ層２１、III族窒化物系化合
物半導体層２２、バッファ層２３、III族窒化物系化合
物半導体層３１をこの順に形成し、III族窒化物系化合
物半導体層３１をエッチングして段差の底部にバッファ
層２３が露出する例を示している。更には、図２の
（ａ）のような工程の段階で、III族窒化物系化合物半
導体層３１の厚さより深いエッチングをして段差の底部
がバッファ層２１とする製造方法（図３）でも良い。い
ずれも段差の下段上方に形成されるIII族窒化物系化合
物半導体層３２は、主に段差の上段の最上層のIII族窒
化物系化合物半導体層３１を核とした横方向エピタキシ
ャル成長により形成され、縦方向に伝搬する貫通転位の
抑制された領域とすることができる。その他、効果はす
でに述べた図１の場合と同様である。
【００２４】上記の発明の実施の形態としては、次の中
からそれぞれ選択することができる。
からそれぞれ選択することができる。
【００２５】基板上にIII族窒化物系化合物半導体を順
次積層を形成する場合は、基板としてはサファイア、シ
リコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、Zn
O、MgOその他の無機結晶基板、リン化ガリウム又は砒化
ガリウムのようなIII-V族化合物半導体あるいは窒化ガ
リウム(GaN)その他のIII族窒化物系化合物半導体等を用
いることができる。
次積層を形成する場合は、基板としてはサファイア、シ
リコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、Zn
O、MgOその他の無機結晶基板、リン化ガリウム又は砒化
ガリウムのようなIII-V族化合物半導体あるいは窒化ガ
リウム(GaN)その他のIII族窒化物系化合物半導体等を用
いることができる。
【００２６】III族窒化物系化合物半導体層を形成する
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いて
も良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いて
も良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。
【００２７】例えばサファイア基板上にIII族窒化物系
化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、
サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層
を形成することが好ましい。他の基板を使用する場合も
バッファ層を設けることが望ましい。バッファ層として
は、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGa
yIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）、より好ま
しくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。このバッフ
ァ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良
い。バッファ層の形成方法は、380〜420℃の低温で形成
するものでも良く、逆に1000〜1180℃の範囲で、ＭＯＣ
ＶＤ法で形成しても良い。また、ＤＣマグネトロンスパ
ッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガス
を原材料として、リアクティブスパッタ法によりAlNか
ら成るバッファ層を形成することもできる。同様に一般
式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1、組
成比は任意）のバッファ層を形成することができる。更
には蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレー
ション法、ＥＣＲ法を用いることができる。物理蒸着法
によるバッファ層は、200〜600℃で行うのが望ましい。
さらに望ましくは300〜500℃であり、さらに望ましくは
350〜450℃である。これらのスパッタリング法等の物理
蒸着法を用いた場合には、バッファ層の厚さは、100〜3
000Åが望ましい。さらに望ましくは、100〜400Åが望
ましく、最も望ましくは、100〜300Åである。多重層と
しては、例えばAlxGa1-xN（0≦x≦1）から成る層とGaN
層とを交互に形成する、組成の同じ層を形成温度を例え
ば600℃以下と1000℃以上として交互に形成するなどの
方法がある。勿論、これらを組み合わせても良く、多重
層は３種以上のIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn
1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1,0≦x+y≦1）を積層しても良
い。一般的には緩衝層は非晶質であり、中間層は単結晶
である。緩衝層と中間層を１周期として複数周期形成し
ても良く、繰り返しは任意周期で良い。繰り返しは多い
ほど結晶性が良くなる。
化合物半導体積層する際、結晶性良く形成させるため、
サファイア基板との格子不整合を是正すべくバッファ層
を形成することが好ましい。他の基板を使用する場合も
バッファ層を設けることが望ましい。バッファ層として
は、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGa
yIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）、より好ま
しくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。このバッフ
ァ層は単層でも良く、組成等の異なる多重層としても良
い。バッファ層の形成方法は、380〜420℃の低温で形成
するものでも良く、逆に1000〜1180℃の範囲で、ＭＯＣ
ＶＤ法で形成しても良い。また、ＤＣマグネトロンスパ
ッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガス
を原材料として、リアクティブスパッタ法によりAlNか
ら成るバッファ層を形成することもできる。同様に一般
式AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1、組
成比は任意）のバッファ層を形成することができる。更
には蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレー
ション法、ＥＣＲ法を用いることができる。物理蒸着法
によるバッファ層は、200〜600℃で行うのが望ましい。
さらに望ましくは300〜500℃であり、さらに望ましくは
350〜450℃である。これらのスパッタリング法等の物理
蒸着法を用いた場合には、バッファ層の厚さは、100〜3
000Åが望ましい。さらに望ましくは、100〜400Åが望
ましく、最も望ましくは、100〜300Åである。多重層と
しては、例えばAlxGa1-xN（0≦x≦1）から成る層とGaN
層とを交互に形成する、組成の同じ層を形成温度を例え
ば600℃以下と1000℃以上として交互に形成するなどの
方法がある。勿論、これらを組み合わせても良く、多重
層は３種以上のIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn
1-x-yN（0≦x≦1, 0≦y≦1,0≦x+y≦1）を積層しても良
い。一般的には緩衝層は非晶質であり、中間層は単結晶
である。緩衝層と中間層を１周期として複数周期形成し
ても良く、繰り返しは任意周期で良い。繰り返しは多い
ほど結晶性が良くなる。
【００２８】バッファ層及び上層のIII族窒化物系化合
物半導体は、III族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タ
リウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部
をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)
で置き換えても本発明を実質的に適用できる。また、こ
れら元素を組成に表示できない程度のドープをしたもの
でも良い。例えば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有
しないIII族窒化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN（0
≦x≦1）に、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原
子半径の大きなインジウム(In)、又は窒素(N)よりも原
子半径の大きなヒ素(As)をドープすることで、窒素原子
の抜けによる結晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性
を良くしても良い。この場合はアクセプタ不純物がIII
族原子の位置に容易に入るため、ｐ型結晶をアズグロー
ンで得ることもできる。このようにして結晶性を良くす
ることで本願発明と合わせて更に貫通転位を１００乃至
１０００分の１程度にまで下げることもできる。バッフ
ァ層とIII族窒化物系化合物半導体層とが２周期以上で
形成されている基底層の場合、各III族窒化物系化合物
半導体層に主たる構成元素よりも原子半径の大きな元素
をドープすると更に良い。なお、発光素子として構成す
る場合は、本来III族窒化物系化合物半導体の２元系、
若しくは３元系を用いることが望ましい。
物半導体は、III族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タ
リウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部
をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)
で置き換えても本発明を実質的に適用できる。また、こ
れら元素を組成に表示できない程度のドープをしたもの
でも良い。例えば組成にインジウム(In)、ヒ素(As)を有
しないIII族窒化物系化合物半導体であるAlxGa1-xN（0
≦x≦1）に、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原
子半径の大きなインジウム(In)、又は窒素(N)よりも原
子半径の大きなヒ素(As)をドープすることで、窒素原子
の抜けによる結晶の拡張歪みを圧縮歪みで補償し結晶性
を良くしても良い。この場合はアクセプタ不純物がIII
族原子の位置に容易に入るため、ｐ型結晶をアズグロー
ンで得ることもできる。このようにして結晶性を良くす
ることで本願発明と合わせて更に貫通転位を１００乃至
１０００分の１程度にまで下げることもできる。バッフ
ァ層とIII族窒化物系化合物半導体層とが２周期以上で
形成されている基底層の場合、各III族窒化物系化合物
半導体層に主たる構成元素よりも原子半径の大きな元素
をドープすると更に良い。なお、発光素子として構成す
る場合は、本来III族窒化物系化合物半導体の２元系、
若しくは３元系を用いることが望ましい。
【００２９】ｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープし
ても良い。
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープし
ても良い。
【００３０】横方向エピタキシャル成長としては成長面
が基板に垂直となるものが望ましいが、基板に対して斜
めのファセット面のまま成長するものでも良い。この
際、段差の底部に底面の無い、断面がＶ字状のものでも
良い。
が基板に垂直となるものが望ましいが、基板に対して斜
めのファセット面のまま成長するものでも良い。この
際、段差の底部に底面の無い、断面がＶ字状のものでも
良い。
【００３１】横方向エピタキシャル成長としては、横方
向エピタキシャル成長面の少なくとも上部と基板面とは
垂直であることがより望ましく、更にはいずれもIII族
窒化物系化合物半導体の｛１１−２０｝面であることが
より望ましい。
向エピタキシャル成長面の少なくとも上部と基板面とは
垂直であることがより望ましく、更にはいずれもIII族
窒化物系化合物半導体の｛１１−２０｝面であることが
より望ましい。
【００３２】エッチングする際は、深さと幅の関係か
ら、横方向エピタキシャル成長により塞がれるように段
差を設ける。この時、異なる層からの縦方向成長が少な
くとも初期段階において無い、又は極めて遅いことも利
用する。
ら、横方向エピタキシャル成長により塞がれるように段
差を設ける。この時、異なる層からの縦方向成長が少な
くとも初期段階において無い、又は極めて遅いことも利
用する。
【００３３】異なる層を、AlN、AlxGa1-xN又はAlxGayIn
1-x-yN（x≠0）からなる層とし、第１のIII族窒化物系
化合物半導体をGaNとするならば、AlN、AlxGa1-xN又はA
lxGayIn1-x-yN（x≠0）からなる異なる層は、Cl2、BCl3
などの塩素を含むプラズマエッチングの際ストッパ層と
して働くので好都合である。異なる層を、バッファ層と
III族窒化物系化合物半導体層を任意周期繰り返した基
底層の最も上のバッファ層とするときも同様である。こ
れにより、異なる層からの縦方向成長を抑えて第１のII
I族窒化物系化合物半導体層側面からの横方向成長を促
進させる条件を容易に設定することができる。これは、
段差の設計をも容易とし、段差の深さを浅いものとする
ことができる。
1-x-yN（x≠0）からなる層とし、第１のIII族窒化物系
化合物半導体をGaNとするならば、AlN、AlxGa1-xN又はA
lxGayIn1-x-yN（x≠0）からなる異なる層は、Cl2、BCl3
などの塩素を含むプラズマエッチングの際ストッパ層と
して働くので好都合である。異なる層を、バッファ層と
III族窒化物系化合物半導体層を任意周期繰り返した基
底層の最も上のバッファ層とするときも同様である。こ
れにより、異なる層からの縦方向成長を抑えて第１のII
I族窒化物系化合物半導体層側面からの横方向成長を促
進させる条件を容易に設定することができる。これは、
段差の設計をも容易とし、段差の深さを浅いものとする
ことができる。
【００３４】基板上に積層するIII族窒化物系化合物半
導体層の結晶軸方向が予想できる場合は、III族窒化物
系化合物半導体層のａ面（｛１１−２０｝面）又はｍ面
（｛１−１００｝面）に垂直となるようストライプ状に
マスク或いはエッチングを施すことが有用である。な
お、島状、格子状等に、上記ストライプ及びマスクを任
意に設計して良い。横方向エピタキシャル成長面は、基
板面に垂直なものの他、基板面に対し斜めの角度の成長
面でも良い。III族窒化物系化合物半導体層のａ面とし
て（１１−２０）面を横方向エピタキシャル成長面とす
るには例えばストライプの長手方向はIII族窒化物系化
合物半導体層のｍ面である（１−１００）面に垂直とす
る。例えば基板をサファイアのａ面又はｃ面とする場合
は、どちらもサファイアのｍ面がその上に形成されるII
I族窒化物系化合物半導体層のａ面と通常一致するの
で、これに合わせてエッチングを施す。点状、格子状そ
の他の島状とする場合も、輪郭（側壁）を形成する各面
が｛１１−２０｝面とすることが望ましい。
導体層の結晶軸方向が予想できる場合は、III族窒化物
系化合物半導体層のａ面（｛１１−２０｝面）又はｍ面
（｛１−１００｝面）に垂直となるようストライプ状に
マスク或いはエッチングを施すことが有用である。な
お、島状、格子状等に、上記ストライプ及びマスクを任
意に設計して良い。横方向エピタキシャル成長面は、基
板面に垂直なものの他、基板面に対し斜めの角度の成長
面でも良い。III族窒化物系化合物半導体層のａ面とし
て（１１−２０）面を横方向エピタキシャル成長面とす
るには例えばストライプの長手方向はIII族窒化物系化
合物半導体層のｍ面である（１−１００）面に垂直とす
る。例えば基板をサファイアのａ面又はｃ面とする場合
は、どちらもサファイアのｍ面がその上に形成されるII
I族窒化物系化合物半導体層のａ面と通常一致するの
で、これに合わせてエッチングを施す。点状、格子状そ
の他の島状とする場合も、輪郭（側壁）を形成する各面
が｛１１−２０｝面とすることが望ましい。
【００３５】エッチングマスクは、多結晶シリコン、多
結晶窒化物半導体等の多結晶半導体、酸化珪素(SiOx)、
窒化珪素(SiNx)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジルコニウム
(ZrO X)等の酸化物、窒化物、チタン(Ti)、タングステン
(W)のような高融点金属、これらの多層膜をもちいるこ
とができる。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、ＣＶ
Ｄ等の気相成長法の他、任意である。
結晶窒化物半導体等の多結晶半導体、酸化珪素(SiOx)、
窒化珪素(SiNx)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジルコニウム
(ZrO X)等の酸化物、窒化物、チタン(Ti)、タングステン
(W)のような高融点金属、これらの多層膜をもちいるこ
とができる。これらの成膜方法は蒸着、スパッタ、ＣＶ
Ｄ等の気相成長法の他、任意である。
【００３６】エッチングをする場合は反応性イオンビー
ムエッチング（ＲＩＢＥ）が望ましいが、任意のエッチ
ング方法を用いることができる。基板面に垂直な側面を
有する段差を形成するのでないものとして、異方性エッ
チングにより例えば段差の底部に底面の無い、断面がＶ
字状のものを形成しても良い。
ムエッチング（ＲＩＢＥ）が望ましいが、任意のエッチ
ング方法を用いることができる。基板面に垂直な側面を
有する段差を形成するのでないものとして、異方性エッ
チングにより例えば段差の底部に底面の無い、断面がＶ
字状のものを形成しても良い。
【００３７】上記の貫通転位の抑制された領域を有する
III族窒化物系化合物半導体の、全体或いは貫通転位の
抑制された領域を中心としてその上部にＦＥＴ、発光素
子等の半導体素子を形成することができる。発光素子の
場合は、発光層は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量
子井戸構造（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダ
ブルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或い
はｐｎ接合等により形成しても良い。
III族窒化物系化合物半導体の、全体或いは貫通転位の
抑制された領域を中心としてその上部にＦＥＴ、発光素
子等の半導体素子を形成することができる。発光素子の
場合は、発光層は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量
子井戸構造（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダ
ブルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或い
はｐｎ接合等により形成しても良い。
【００３８】上述の、貫通転位の抑制された領域を有す
るIII族窒化物系化合物半導体を、例えば基板１、バッ
ファ層２及びエッチングにより段差を設けた貫通転位の
抑制されていない部分を除去して、III族窒化物系化合
物半導体基板とすることができる。この上にIII族窒化
物系化合物半導体素子を形成することが可能であり、或
いはより大きなIII族窒化物系化合物半導体結晶を形成
するための基板として用いることができる。除去方法と
しては、メカノケミカルポリッシングの他、任意であ
る。
るIII族窒化物系化合物半導体を、例えば基板１、バッ
ファ層２及びエッチングにより段差を設けた貫通転位の
抑制されていない部分を除去して、III族窒化物系化合
物半導体基板とすることができる。この上にIII族窒化
物系化合物半導体素子を形成することが可能であり、或
いはより大きなIII族窒化物系化合物半導体結晶を形成
するための基板として用いることができる。除去方法と
しては、メカノケミカルポリッシングの他、任意であ
る。
【００３９】以下、発明の具体的な実施例に基づいて説
明する。実施例として発光素子をあげるが、本発明は下
記実施例に限定されるものではなく、任意の素子に適用
できるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法を開示し
ている。
明する。実施例として発光素子をあげるが、本発明は下
記実施例に限定されるものではなく、任意の素子に適用
できるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法を開示し
ている。
【００４０】本発明のIII族窒化物系化合物半導体は、
有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示す）に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、ア
ンモニア(NH3)とキャリアガス(H2又はN2)とトリメチル
ガリウム（Ga(CH3)3，以下「TMG」と記す）とトリメチ
ルアルミニウム（Al(CH3)3，以下「TMA」と記す）、ト
リメチルインジウム（In(CH3)3，以下「TMI」と記
す）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Mg(C
5H5)2、以下「Cp2Mg」と記す）である。
有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示す）に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、ア
ンモニア(NH3)とキャリアガス(H2又はN2)とトリメチル
ガリウム（Ga(CH3)3，以下「TMG」と記す）とトリメチ
ルアルミニウム（Al(CH3)3，以下「TMA」と記す）、ト
リメチルインジウム（In(CH3)3，以下「TMI」と記
す）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Mg(C
5H5)2、以下「Cp2Mg」と記す）である。
【００４１】〔第１実施例〕本実施例の工程を図１に示
す。有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面と
し、単結晶のサファイア基板１上に、温度を400℃まで
低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/min、TMAを20μmol
/minで約3分間供給してAlNのバッファ層２を約40nmの厚
さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1000℃
に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol
/minで導入し、膜厚約0.5μmのGaN層３１を形成した。
す。有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面と
し、単結晶のサファイア基板１上に、温度を400℃まで
低下させて、H2を10L/min、NH3を5L/min、TMAを20μmol
/minで約3分間供給してAlNのバッファ層２を約40nmの厚
さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1000℃
に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol
/minで導入し、膜厚約0.5μmのGaN層３１を形成した。
【００４２】ハードベークレジストマスクを使用して、
反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用いた選
択ドライエッチングにより、幅1μm、間隔1μm、深さ0.
5μmのストライプ状にエッチングした。これにより、Ga
N層３１の幅1μm、段差0.5μmの上段と、幅1μmの露出
したバッファ層２（下段の底部）とが交互に形成された
（図１の（ａ））。この時、深さ0.5μmの段差を形成す
る側面は、GaN層３１の｛１１−２０｝面とした。
反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用いた選
択ドライエッチングにより、幅1μm、間隔1μm、深さ0.
5μmのストライプ状にエッチングした。これにより、Ga
N層３１の幅1μm、段差0.5μmの上段と、幅1μmの露出
したバッファ層２（下段の底部）とが交互に形成された
（図１の（ａ））。この時、深さ0.5μmの段差を形成す
る側面は、GaN層３１の｛１１−２０｝面とした。
【００４３】次に、サファイア基板１の温度を1150℃に
保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを2μmol/min
で導入し、GaN層３１の深さ0.5μmの段差を形成する側
面である｛１１−２０｝面を核としてGaN層３２を横方
向エピタキシャル成長により形成した。この時、段差の
上面と、底部である露出したバッファ層２面からの縦方
向エピタキシャル成長はほとんど生じなかった（図１の
（ｂ））。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とす
る横方向エピタキシャル成長により段差が埋められ、表
面が平坦となった（図１の（ｃ））。こののち、H2を20
L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入し、Ga
N層３２を成長させ、GaN層３１とGaN層３２とを合計3μ
mの厚さとした。GaN層３２の、GaN層３１の深さ0.5μm
の段差の底部上方に形成された部分は、段差の上面上方
に形成された部分に比して貫通転位が著しく抑えられ
た。
保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを2μmol/min
で導入し、GaN層３１の深さ0.5μmの段差を形成する側
面である｛１１−２０｝面を核としてGaN層３２を横方
向エピタキシャル成長により形成した。この時、段差の
上面と、底部である露出したバッファ層２面からの縦方
向エピタキシャル成長はほとんど生じなかった（図１の
（ｂ））。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とす
る横方向エピタキシャル成長により段差が埋められ、表
面が平坦となった（図１の（ｃ））。こののち、H2を20
L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入し、Ga
N層３２を成長させ、GaN層３１とGaN層３２とを合計3μ
mの厚さとした。GaN層３２の、GaN層３１の深さ0.5μm
の段差の底部上方に形成された部分は、段差の上面上方
に形成された部分に比して貫通転位が著しく抑えられ
た。
【００４４】〔第２実施例〕本実施例では、図２のよう
な多重層から成る基底層を用いた。有機洗浄及び熱処理
により洗浄したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基
板１上に、温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、
NH3を5L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給して第１
のAlN層（第１の緩衝層）２１を約40nmの厚さに形成し
た。次に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、
H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入
し、膜厚約0.3μmのGaN層（中間層）２２を形成した。
次に温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5
L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給して第２のAlN
層（第２の緩衝層）２３を約40nmの厚さに形成した。次
に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、H2を20
L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入し、膜
厚約0.5μmのGaN層３１を形成した。こうして、膜厚約4
0nmの第１のAlN層（第１の緩衝層）２１、膜厚約0.3μm
のGaN層（中間層）２２、膜厚約40nmの第２のAlN層（第
２の緩衝層）２３、膜厚約0.5μmのGaN層３１から成る
基底層２０を形成した。一般的には緩衝層は非晶質であ
り、中間層は単結晶である。緩衝層と中間層を１周期と
して複数周期形成しても良く、繰り返しは任意周期で良
い。繰り返しは多いほど結晶性が良くなる。
な多重層から成る基底層を用いた。有機洗浄及び熱処理
により洗浄したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基
板１上に、温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、
NH3を5L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給して第１
のAlN層（第１の緩衝層）２１を約40nmの厚さに形成し
た。次に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、
H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入
し、膜厚約0.3μmのGaN層（中間層）２２を形成した。
次に温度を400℃まで低下させて、H2を10L/min、NH3を5
L/min、TMAを20μmol/minで約3分間供給して第２のAlN
層（第２の緩衝層）２３を約40nmの厚さに形成した。次
に、サファイア基板１の温度を1000℃に保持し、H2を20
L/min、NH3を10L/min、TMGを300μmol/minで導入し、膜
厚約0.5μmのGaN層３１を形成した。こうして、膜厚約4
0nmの第１のAlN層（第１の緩衝層）２１、膜厚約0.3μm
のGaN層（中間層）２２、膜厚約40nmの第２のAlN層（第
２の緩衝層）２３、膜厚約0.5μmのGaN層３１から成る
基底層２０を形成した。一般的には緩衝層は非晶質であ
り、中間層は単結晶である。緩衝層と中間層を１周期と
して複数周期形成しても良く、繰り返しは任意周期で良
い。繰り返しは多いほど結晶性が良くなる。
【００４５】次にハードベークレジストマスクを使用し
て、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用い
た選択ドライエッチングにより、幅1μm、間隔1μm、深
さ0.5μmのストライプ状にエッチングした。これによ
り、GaN層３１の幅1μm、段差0.5μmの上段と、幅1μm
の露出した第２のAlN層２３（下段の底部）とが交互に
形成された（図２）。この時、深さ0.5μmの段差を形成
する側面は、GaN層３１の｛１１−２０｝面とした。
て、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用い
た選択ドライエッチングにより、幅1μm、間隔1μm、深
さ0.5μmのストライプ状にエッチングした。これによ
り、GaN層３１の幅1μm、段差0.5μmの上段と、幅1μm
の露出した第２のAlN層２３（下段の底部）とが交互に
形成された（図２）。この時、深さ0.5μmの段差を形成
する側面は、GaN層３１の｛１１−２０｝面とした。
【００４６】次に、サファイア基板１の温度を1150℃に
保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを2μmol/min
で導入し、GaN層３１の深さ0.5μmの段差を形成する側
面である｛１１−２０｝面を核としてGaN層３２を横方
向エピタキシャル成長により形成した。この時、段差の
上面と、底部である露出した第２のAlN層２３（異なる
層）面からの縦方向エピタキシャル成長はほとんど生じ
なかった。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とす
る横方向エピタキシャル成長により段差が埋められ、表
面が平坦となった。こののち、H2を20L/min、NH3を10L/
min、TMGを300μmol/minで導入し、GaN層３２を成長さ
せ、GaN層３１とGaN層３２とを合計3μmの厚さとした。
GaN層３２の、GaN層３１の深さ0.5μmの段差の底部上方
に形成された部分は、段差の上面上方に形成された部分
に比して貫通転位が著しく抑えられた。
保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを2μmol/min
で導入し、GaN層３１の深さ0.5μmの段差を形成する側
面である｛１１−２０｝面を核としてGaN層３２を横方
向エピタキシャル成長により形成した。この時、段差の
上面と、底部である露出した第２のAlN層２３（異なる
層）面からの縦方向エピタキシャル成長はほとんど生じ
なかった。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とす
る横方向エピタキシャル成長により段差が埋められ、表
面が平坦となった。こののち、H2を20L/min、NH3を10L/
min、TMGを300μmol/minで導入し、GaN層３２を成長さ
せ、GaN層３１とGaN層３２とを合計3μmの厚さとした。
GaN層３２の、GaN層３１の深さ0.5μmの段差の底部上方
に形成された部分は、段差の上面上方に形成された部分
に比して貫通転位が著しく抑えられた。
【００４７】〔第３実施例〕本実施例では、第２実施例
と同様にサファイア基板１上に膜厚約40nmの第１のAlN
層（第１の緩衝層）２１、膜厚約0.3μmのGaN層（中間
層）２２、膜厚約40nmの第２のAlN層（第２の緩衝層）
２３、膜厚約0.5μmのGaN層３１から成る基底層２０を
形成したのち、約0.8μmのエッチングをして、GaN層３
１を最上層とするの幅1μm、段差0.8μmの上段と、幅1
μmの露出した第１のAlN層２１（下段の底部）とを交互
に形成した（図３）。この時、深さ0.8μmの段差を形成
する側面は、GaN層３１、第２のAlN層（第２の緩衝層）
２３、GaN層（中間層）２２の｛１１−２０｝面とし
た。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とする横方
向エピタキシャル成長を第２実施例と同様に行い、表面
が平坦となったのち、GaN層３２を成長させ、GaN層３１
とGaN層３２とを合計3μmの厚さとした。GaN層３２の、
GaN層３１、第２のAlN層（第２の緩衝層）２３及びGaN
層（中間層）２２の深さ約0.8μmの段差の底部上方に形
成された部分は、段差の上面上方に形成された部分に比
して貫通転位が著しく抑えられた。
と同様にサファイア基板１上に膜厚約40nmの第１のAlN
層（第１の緩衝層）２１、膜厚約0.3μmのGaN層（中間
層）２２、膜厚約40nmの第２のAlN層（第２の緩衝層）
２３、膜厚約0.5μmのGaN層３１から成る基底層２０を
形成したのち、約0.8μmのエッチングをして、GaN層３
１を最上層とするの幅1μm、段差0.8μmの上段と、幅1
μmの露出した第１のAlN層２１（下段の底部）とを交互
に形成した（図３）。この時、深さ0.8μmの段差を形成
する側面は、GaN層３１、第２のAlN層（第２の緩衝層）
２３、GaN層（中間層）２２の｛１１−２０｝面とし
た。こうして主に｛１１−２０｝面を成長面とする横方
向エピタキシャル成長を第２実施例と同様に行い、表面
が平坦となったのち、GaN層３２を成長させ、GaN層３１
とGaN層３２とを合計3μmの厚さとした。GaN層３２の、
GaN層３１、第２のAlN層（第２の緩衝層）２３及びGaN
層（中間層）２２の深さ約0.8μmの段差の底部上方に形
成された部分は、段差の上面上方に形成された部分に比
して貫通転位が著しく抑えられた。
【００４８】〔第４実施例〕本実施例では、第１実施例
において、GaN層３１を形成する際、TMIをドープしてGa
N:In層３１とした。インジウム(In)のドープ量は約1×1
016/cm3とした。こののち、第１実施例とほぼ同様にエ
ッチング及びGaNの横方向エピタキシャル成長を行った
（図４）。GaN:In層３１を核として横方向成長したGaN
層３２は第１実施例のそれよりも貫通転位がやや小さく
なった。また、GaN:In層３１上部に縦方向成長したGaN
層３２は、第１実施例のそれよりも貫通転位が約１／１
００に低減された。
において、GaN層３１を形成する際、TMIをドープしてGa
N:In層３１とした。インジウム(In)のドープ量は約1×1
016/cm3とした。こののち、第１実施例とほぼ同様にエ
ッチング及びGaNの横方向エピタキシャル成長を行った
（図４）。GaN:In層３１を核として横方向成長したGaN
層３２は第１実施例のそれよりも貫通転位がやや小さく
なった。また、GaN:In層３１上部に縦方向成長したGaN
層３２は、第１実施例のそれよりも貫通転位が約１／１
００に低減された。
【００４９】〔第５実施例〕第１実施例と同様に形成し
たウエハ上に、次のようにして図５に示すレーザダイオ
ード（ＬＤ）１００を形成した。但し、GaN層３２の形
成の際、シラン（SiH 4）を導入して、GaN層３２をシリ
コン(Si)ドープのｎ型GaNから成る層とした。尚、図を
簡略とするため、GaN層３１とGaN層３２を合わせて単に
GaN層１０３と記載する。
たウエハ上に、次のようにして図５に示すレーザダイオ
ード（ＬＤ）１００を形成した。但し、GaN層３２の形
成の際、シラン（SiH 4）を導入して、GaN層３２をシリ
コン(Si)ドープのｎ型GaNから成る層とした。尚、図を
簡略とするため、GaN層３１とGaN層３２を合わせて単に
GaN層１０３と記載する。
【００５０】サファイア基板１０１、AlNから成るバッ
ファ層１０２、GaN層とｎ型GaN層の２段のGaN層１０３
から成るウエハ上に、シリコン(Si)ドープのAl0.08Ga
0.92Nから成るｎクラッド層１０４、シリコン(Si)ドー
プのGaNから成るｎガイド層１０５、ＭＱＷ構造の発光
層１０６、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るｐガ
イド層１０７、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92
Nから成るｐクラッド層１０８、マグネシウム(Mg)ドー
プのGaNから成るｐコンタクト層１０９を形成した。次
にｐコンタクト層１０９上に金(Au)から成る電極１１０
Ａを、GaN層とｎ型GaN層の２段のGaN層１０３が露出す
るまで一部エッチングしてアルミニウム(Al)から成る電
極１１０Ｂを形成した。レーザダイオード（ＬＤ）１０
０の素子部の要部は、GaN層１０３の横方向エピタキシ
ャル成長領域の上部である、貫通転位の抑制された領域
に形成した。このようにして形成したレーザダイオード
（ＬＤ）１００は素子寿命及び発光効率が著しく向上し
た。
ファ層１０２、GaN層とｎ型GaN層の２段のGaN層１０３
から成るウエハ上に、シリコン(Si)ドープのAl0.08Ga
0.92Nから成るｎクラッド層１０４、シリコン(Si)ドー
プのGaNから成るｎガイド層１０５、ＭＱＷ構造の発光
層１０６、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るｐガ
イド層１０７、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92
Nから成るｐクラッド層１０８、マグネシウム(Mg)ドー
プのGaNから成るｐコンタクト層１０９を形成した。次
にｐコンタクト層１０９上に金(Au)から成る電極１１０
Ａを、GaN層とｎ型GaN層の２段のGaN層１０３が露出す
るまで一部エッチングしてアルミニウム(Al)から成る電
極１１０Ｂを形成した。レーザダイオード（ＬＤ）１０
０の素子部の要部は、GaN層１０３の横方向エピタキシ
ャル成長領域の上部である、貫通転位の抑制された領域
に形成した。このようにして形成したレーザダイオード
（ＬＤ）１００は素子寿命及び発光効率が著しく向上し
た。
【００５１】〔第６実施例〕第１実施例と同様に形成し
たウエハ上に、次のようにして図６に示す発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）２００を形成した。但し、GaN層３２の形
成の際、シラン（SiH 4）を導入して、GaN層３２をシリ
コン(Si)ドープのｎ型GaNから成る層とした。尚、図を
簡略とするため、GaN層３１とGaN層３２を合わせて単に
GaN層２０３と記載する。
たウエハ上に、次のようにして図６に示す発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）２００を形成した。但し、GaN層３２の形
成の際、シラン（SiH 4）を導入して、GaN層３２をシリ
コン(Si)ドープのｎ型GaNから成る層とした。尚、図を
簡略とするため、GaN層３１とGaN層３２を合わせて単に
GaN層２０３と記載する。
【００５２】サファイア基板２０１、AlNから成るバッ
ファ層２０２、GaN層とｎ型GaN層の２段のGaN層２０３
から成るウエハ上に、シリコン(Si)ドープのAl0.08Ga
0.92Nから成るｎクラッド層２０４、発光層２０５、マ
グネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga 0.92Nから成るｐクラ
ッド層２０６、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成る
ｐコンタクト層２０７を形成した。次にｐコンタクト層
２０７上に金(Au)から成る電極２０８Ａを、GaN層とｎ
型GaN層の２段のGaN層２０３が露出するまで一部エッチ
ングしてアルミニウム(Al)から成る電極２０８Ｂを形成
した。このようにして形成した発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）２００は素子寿命及び発光効率が著しく向上した。
ファ層２０２、GaN層とｎ型GaN層の２段のGaN層２０３
から成るウエハ上に、シリコン(Si)ドープのAl0.08Ga
0.92Nから成るｎクラッド層２０４、発光層２０５、マ
グネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga 0.92Nから成るｐクラ
ッド層２０６、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成る
ｐコンタクト層２０７を形成した。次にｐコンタクト層
２０７上に金(Au)から成る電極２０８Ａを、GaN層とｎ
型GaN層の２段のGaN層２０３が露出するまで一部エッチ
ングしてアルミニウム(Al)から成る電極２０８Ｂを形成
した。このようにして形成した発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）２００は素子寿命及び発光効率が著しく向上した。
【００５３】〔第７実施例〕本実施例では基板としてｎ
型シリコン(Si)基板を用いた。ｎ型シリコン(Si)基板３
０１上に温度1150℃で、H2を10L/min、NH3を10L/min、T
MGを100μmol/min、TMAを10μmol/min、H2ガスにより0.
86ppmに希釈されたたシラン(SiH4)を0.2μmol/minで供
給し、膜厚0.5μmのシリコン(Si)ドープのAl0.15Ga0.85
Nから成る層３０２１を形成した。次に、ハードベーク
レジストマスクを使用して、反応性イオンビームエッチ
ング（ＲＩＢＥ）を用いた選択ドライエッチングによ
り、幅1μm、間隔1μm、深さ0.5μmのストライプ状にエ
ッチングした。これにより、n-Al0. 15Ga0.85N層３０２
１の幅1μm、段差0.5μmの上段と、ｎ型シリコン基板３
０１の露出した幅1μmの下段（底部）とが交互に形成さ
れた（図７の（ａ））。この時、深さ0.5μmの段差を形
成する側面は、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１の｛１１−
２０｝面とした。
型シリコン(Si)基板を用いた。ｎ型シリコン(Si)基板３
０１上に温度1150℃で、H2を10L/min、NH3を10L/min、T
MGを100μmol/min、TMAを10μmol/min、H2ガスにより0.
86ppmに希釈されたたシラン(SiH4)を0.2μmol/minで供
給し、膜厚0.5μmのシリコン(Si)ドープのAl0.15Ga0.85
Nから成る層３０２１を形成した。次に、ハードベーク
レジストマスクを使用して、反応性イオンビームエッチ
ング（ＲＩＢＥ）を用いた選択ドライエッチングによ
り、幅1μm、間隔1μm、深さ0.5μmのストライプ状にエ
ッチングした。これにより、n-Al0. 15Ga0.85N層３０２
１の幅1μm、段差0.5μmの上段と、ｎ型シリコン基板３
０１の露出した幅1μmの下段（底部）とが交互に形成さ
れた（図７の（ａ））。この時、深さ0.5μmの段差を形
成する側面は、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１の｛１１−
２０｝面とした。
【００５４】次に、ｎ型シリコン基板３０１の温度を11
50℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを2μm
ol/min、TMAを0.2μmol/min、H2ガスにより希釈された
たシラン(SiH4)を4nmol/minで供給し、n-Al0.15Ga0.85N
層３０２１の深さ0.5μmの段差を形成する側面である
｛１１−２０｝面を核としてn-Al0.15Ga0.85N層３０２
２を横方向エピタキシャル成長により形成した。この
時、段差の上面と底部からの縦方向エピタキシャル成長
はほとんど生じなかった（図７の（ｂ））。こうして主
に｛１１−２０｝面を成長面とする横方向エピタキシャ
ル成長により段差が埋められ、表面が平坦となったの
ち、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMGを100μmol/min、
TMAを10μmol/min、H2ガスにより希釈されたたシラン(S
iH4)を0.2μmol/minで供給し、n-Al0.15Ga0.85N層３０
２２を成長させ、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１とn-Al
0.15Ga0.85N層３０２２を合計2μmの厚さとした（図７
の（ｃ））。以下、2μmの厚さの、n-Al0.15Ga0.85N層
３０２１とn-Al0.15Ga0.85N層３０２２とを合わせてn-A
l0.15Ga0.85N層３０２と記載する。
50℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMGを2μm
ol/min、TMAを0.2μmol/min、H2ガスにより希釈された
たシラン(SiH4)を4nmol/minで供給し、n-Al0.15Ga0.85N
層３０２１の深さ0.5μmの段差を形成する側面である
｛１１−２０｝面を核としてn-Al0.15Ga0.85N層３０２
２を横方向エピタキシャル成長により形成した。この
時、段差の上面と底部からの縦方向エピタキシャル成長
はほとんど生じなかった（図７の（ｂ））。こうして主
に｛１１−２０｝面を成長面とする横方向エピタキシャ
ル成長により段差が埋められ、表面が平坦となったの
ち、H2を10L/min、NH3を10L/min、TMGを100μmol/min、
TMAを10μmol/min、H2ガスにより希釈されたたシラン(S
iH4)を0.2μmol/minで供給し、n-Al0.15Ga0.85N層３０
２２を成長させ、n-Al0.15Ga0.85N層３０２１とn-Al
0.15Ga0.85N層３０２２を合計2μmの厚さとした（図７
の（ｃ））。以下、2μmの厚さの、n-Al0.15Ga0.85N層
３０２１とn-Al0.15Ga0.85N層３０２２とを合わせてn-A
l0.15Ga0.85N層３０２と記載する。
【００５５】上記のようにｎ型シリコン基板３０１に形
成されたn-Al0.15Ga0.85N層３０２上にシリコン(Si)ド
ープのGaNから成るｎガイド層３０３、ＭＱＷ構造の発
光層３０４、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るｐ
ガイド層３０５、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga
0.92Nから成るｐクラッド層３０６、マグネシウム(Mg)
ドープのGaNから成るｐコンタクト層３０７を形成し
た。次にｐコンタクト層３０７上に金(Au)から成る電極
３０８Ａを、シリコン基板３０１裏面にアルミニウム(A
l)から成る電極３０８Ｂを形成した（図８）。レーザダ
イオード（ＬＤ）３００の素子部の要部は、n-Al0.15Ga
0.85N層３０２の横方向エピタキシャル成長領域の上部
である、貫通転位の抑制された領域に形成した。このよ
うにして形成したレーザダイオード（ＬＤ）３００は素
子寿命及び発光効率が著しく向上した。
成されたn-Al0.15Ga0.85N層３０２上にシリコン(Si)ド
ープのGaNから成るｎガイド層３０３、ＭＱＷ構造の発
光層３０４、マグネシウム(Mg)ドープのGaNから成るｐ
ガイド層３０５、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga
0.92Nから成るｐクラッド層３０６、マグネシウム(Mg)
ドープのGaNから成るｐコンタクト層３０７を形成し
た。次にｐコンタクト層３０７上に金(Au)から成る電極
３０８Ａを、シリコン基板３０１裏面にアルミニウム(A
l)から成る電極３０８Ｂを形成した（図８）。レーザダ
イオード（ＬＤ）３００の素子部の要部は、n-Al0.15Ga
0.85N層３０２の横方向エピタキシャル成長領域の上部
である、貫通転位の抑制された領域に形成した。このよ
うにして形成したレーザダイオード（ＬＤ）３００は素
子寿命及び発光効率が著しく向上した。
【００５６】〔第８実施例〕本実施例でも基板としてｎ
型シリコン(Si)基板を用いた。第７実施例のｎ型シリコ
ン基板３０１に形成されたn-Al0.15Ga0.85N層３０２と
同様に、ｎ型シリコン基板４０１に形成されたn-Al0.15
Ga0.85N層４０２のウエハを用意し、発光層４０３、マ
グネシウム(Mg)ドープのAl0.15Ga0.85Nから成るｐクラ
ッド層４０４を形成した。次にｐクラッド層４０４上に
金(Au)から成る電極４０５Ａを、シリコン基板４０１裏
面にアルミニウム(Al)から成る電極４０５Ｂを形成した
（図９）。このようにして形成した発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）４００は素子寿命及び発光効率が著しく向上し
た。
型シリコン(Si)基板を用いた。第７実施例のｎ型シリコ
ン基板３０１に形成されたn-Al0.15Ga0.85N層３０２と
同様に、ｎ型シリコン基板４０１に形成されたn-Al0.15
Ga0.85N層４０２のウエハを用意し、発光層４０３、マ
グネシウム(Mg)ドープのAl0.15Ga0.85Nから成るｐクラ
ッド層４０４を形成した。次にｐクラッド層４０４上に
金(Au)から成る電極４０５Ａを、シリコン基板４０１裏
面にアルミニウム(Al)から成る電極４０５Ｂを形成した
（図９）。このようにして形成した発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）４００は素子寿命及び発光効率が著しく向上し
た。
【００５７】〔応用〕本発明の応用例として、第２のGa
N層３２の貫通転位の低減されていない領域をさらにエ
ッチングし、更にGaN層を横方向エピタキシャル成長さ
せることも有用である。図１０は、第１のGaN層３１、
第２のGaN層３２のエッチングをする位置の模式図であ
る。図１０の（ａ）のように、ストライプ状にエッチン
グをして、段差の上段のGaN層３１（図で斜線）の部分
と、Ｂで示した段差の底部とを形成する。図１０の
（ｂ）のように、図１０の（ａ）でＢで示した段差を埋
めたGaN層３２を残し、ストライプ状にエッチングをし
て、Ａで示した段差の底部とを形成する。こうしてGaN
層３３を段差の上段となった第２のGaN層３２を核とし
て横方向エピタキシャル成長すると、図１０の（ｃ）の
ように、GaN層３１から貫通転位を伝搬している部分で
ある３１と示した領域、横方向エピタキシャル成長した
GaN層３２の上部で貫通転位が抑制された３２と示した
領域、横方向エピタキシャル成長したGaN層３３の上部
で貫通転位が抑制された３３と示した領域とが形成され
る。これにより、ウエハのほぼ全面にわたって、貫通転
位の低減された領域を形成することが可能である。尚、
GaN層３２のエッチング深さは任意として良い。これに
より全面にわたって貫通転位の抑制されたIII族窒化物
系化合物半導体基板を得ることもできる。尚、GaN層３
２をエッチングして段差を形成し、それを核としてGaN
層３３を横方向成長させる場合は、本発明の横方向成長
に限られない。例えば底部にマスクを形成し、底部から
の縦方向成長を遮断し、横方向成長を確実なものとして
も良い。
N層３２の貫通転位の低減されていない領域をさらにエ
ッチングし、更にGaN層を横方向エピタキシャル成長さ
せることも有用である。図１０は、第１のGaN層３１、
第２のGaN層３２のエッチングをする位置の模式図であ
る。図１０の（ａ）のように、ストライプ状にエッチン
グをして、段差の上段のGaN層３１（図で斜線）の部分
と、Ｂで示した段差の底部とを形成する。図１０の
（ｂ）のように、図１０の（ａ）でＢで示した段差を埋
めたGaN層３２を残し、ストライプ状にエッチングをし
て、Ａで示した段差の底部とを形成する。こうしてGaN
層３３を段差の上段となった第２のGaN層３２を核とし
て横方向エピタキシャル成長すると、図１０の（ｃ）の
ように、GaN層３１から貫通転位を伝搬している部分で
ある３１と示した領域、横方向エピタキシャル成長した
GaN層３２の上部で貫通転位が抑制された３２と示した
領域、横方向エピタキシャル成長したGaN層３３の上部
で貫通転位が抑制された３３と示した領域とが形成され
る。これにより、ウエハのほぼ全面にわたって、貫通転
位の低減された領域を形成することが可能である。尚、
GaN層３２のエッチング深さは任意として良い。これに
より全面にわたって貫通転位の抑制されたIII族窒化物
系化合物半導体基板を得ることもできる。尚、GaN層３
２をエッチングして段差を形成し、それを核としてGaN
層３３を横方向成長させる場合は、本発明の横方向成長
に限られない。例えば底部にマスクを形成し、底部から
の縦方向成長を遮断し、横方向成長を確実なものとして
も良い。
【００５８】〔エッチングの変形〕また、図１１は、３
組の｛１１−２０｝面により、島状に段差の上段を形成
する例である。図１１の（ａ）は、３組の｛１１−２
０｝面で形成される外周をも示しているが、これは理解
のため簡略化した模式図であり、実際には島状の段差の
上段はウエハ当たり数千万個形成して良い。図１１の
（ａ）では、島状の段差の上段に対し、段差の底部Ｂは
３倍の面積を有する。図１１の（ｂ）では、島状の段差
の上段に対し、段差の底部Ｂは８倍の面積を有する。
組の｛１１−２０｝面により、島状に段差の上段を形成
する例である。図１１の（ａ）は、３組の｛１１−２
０｝面で形成される外周をも示しているが、これは理解
のため簡略化した模式図であり、実際には島状の段差の
上段はウエハ当たり数千万個形成して良い。図１１の
（ａ）では、島状の段差の上段に対し、段差の底部Ｂは
３倍の面積を有する。図１１の（ｂ）では、島状の段差
の上段に対し、段差の底部Ｂは８倍の面積を有する。
【図１】本発明の第１の実施例に係るIII族窒化物系化
合物半導体の製造工程を示す断面図。
合物半導体の製造工程を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例に係るIII族窒化物系化
合物半導体の製造工程を示す断面図。
合物半導体の製造工程を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施例に係るIII族窒化物系化
合物半導体の製造工程を示す断面図。
合物半導体の製造工程を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施例に係るIII族窒化物系化
合物半導体の製造工程を示す断面図。
合物半導体の製造工程を示す断面図。
【図５】本発明の第５の実施例に係るIII族窒化物系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
【図６】本発明の第６の実施例に係るIII族窒化物系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
【図７】本発明の第７の実施例に係るIII族窒化物系化
合物半導体発光素子の製造工程の一部を示す断面図。
合物半導体発光素子の製造工程の一部を示す断面図。
【図８】本発明の第７の実施例に係るIII族窒化物系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
【図９】本発明の第８の実施例に係るIII族窒化物系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
合物半導体発光素子の構造を示す断面図。
【図１０】第１のIII族窒化物系化合物半導体のエッチ
ングの他の例を示す模式図。
ングの他の例を示す模式図。
【図１１】第１のIII族窒化物系化合物半導体のエッチ
ングの更に別の例を示す模式図。
ングの更に別の例を示す模式図。
【図１２】III族窒化物系化合物半導体を伝搬する貫通
転位を示す断面図。
転位を示す断面図。
１、１０１、２０１、３０１、４０１ 基板 ２、１０２、２０２ バッファ層（異なる層） ２０ 基底層 ２１ 基底層を形成する第１緩衝層 ２２ 基底層を形成する中間層 ２３ 基底層を形成する第２緩衝層（異なる層） ３１ 第１のIII族窒化物系化合物半導体（層） ３２ 第２のIII族窒化物系化合物半導体（層） １０３、２０３ n-GaN層 １０４、２０４、３０２、４０２ n-AlGaNクラッド層 １０５、３０３ n-GaNガイド層 １０６、２０５、３０４、４０３ 発光層 １０７、３０５ p-GaNガイド層 １０８、２０６、３０６、４０４ p-AlGaNクラッド層 １０９、２０７、３０７ p-GaN層 １１０Ａ、２０８Ａ、３０８Ａ、４０５Ａ ｐ電極 １１０Ｂ、２０８Ｂ、３０８Ｂ、４０５Ｂ ｎ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 弘 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 永井 誠二 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） 5F041 AA40 CA02 CA03 CA04 CA05 CA33 CA34 CA40 CA46 CA63 CA64 CA65 CA66 CA67 CA74 5F045 AA04 AA08 AB09 AB14 AB17 AB18 AC07 AC08 AC12 AC15 AF02 AF04 AF09 AF12 BB12 CA09 DA53 HA02 5F073 AA45 AA74 CA07 CA17 CB04 CB05 CB07 DA05 DA25 DA35 EA29
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上にIII族窒化物系化合物半導体を
エピタキシャル成長により得るIII族窒化物系化合物半
導体の製造方法において、 少なくとも１層のIII族窒化物系化合物半導体から成
り、最上層を第１のIII族窒化物系化合物半導体とする
基底層をエッチングにより、点状、ストライプ状又は格
子状等の島状態とし、第１のIII族窒化物系化合物半導
体とは異なる層の面を底部に露出させるよう段差を設け
る工程と、 前記エッチングにより形成された点状、ストライプ状又
は格子状等の島状態の前記第１のIII族窒化物系化合物
半導体の段差の上段の上面及び側面を核として、第２の
III族窒化物系化合物半導体を縦及び横方向エピタキシ
ャル成長させる工程とを有することを特徴とするIII族
窒化物系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項２】 前記段差の底部の幅は、底部の露出した
前記異なる層の面に縦方向成長が始まるよりも、側面か
らの横方向成長により段差が塞がれる方が早いよう形成
されることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物
系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項３】 前記段差の側面は、略全部が｛１１−２
０｝面であることを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項４】 前記第１のIII族窒化物系化合物半導体
と前記第２のIII族窒化物系化合物半導体とが同組成で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のII
I族窒化物系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項５】 前記異なる層が、前記第１のIII族窒化
物系化合物半導体とは組成の異なる第３のIII族窒化物
系化合物半導体であることを特徴とする請求項１乃至請
求項４に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方
法。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法により製
造した前記III族窒化物系化合物半導体層の、横方向エ
ピタキシャル成長した部分の上層に形成されたことを特
徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法により製
造した前記III族窒化物系化合物半導体層の、横方向エ
ピタキシャル成長した部分の上層に、異なるIII族窒化
物系化合物半導体層を積層することにより得られること
を特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項８】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法に加え
て、横方向エピタキシャル成長した部分の上層以外を略
全部除去することにより、前記III族窒化物系化合物半
導体基板を得ることを特徴とするIII族窒化物系化合物
半導体基板の製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000071351A JP4016566B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
| AU2001241108A AU2001241108A1 (en) | 2000-03-14 | 2001-03-12 | Production method of iii nitride compound semiconductor and iii nitride compoundsemiconductor element |
| EP01912283A EP1265273A4 (en) | 2000-03-14 | 2001-03-12 | PROCESS FOR PRODUCING NITRIDE III COMPOUND SEMICONDUCTOR AND SEMICONDUCTOR COMPONENT BASED ON NITRIDE III COMPOUND |
| PCT/JP2001/001928 WO2001069663A1 (fr) | 2000-03-14 | 2001-03-12 | Procede de production de semiconducteur a base de compose de nitrure iii et element en semiconducteur a base de compose de nitrure iii |
| CNB018094708A CN1213462C (zh) | 2000-03-14 | 2001-03-12 | 用于制造ⅲ族氮化物系化合物半导体的方法以及ⅲ族氮化物系化合物半导体器件 |
| KR1020027012052A KR20020084194A (ko) | 2000-03-14 | 2001-03-12 | Ｉｉｉ족 질화물계 화합물 반도체의 제조방법 및 ｉｉｉ족질화물계 화합물 반도체 소자 |
| US10/221,486 US7141444B2 (en) | 2000-03-14 | 2001-03-12 | Production method of III nitride compound semiconductor and III nitride compound semiconductor element |
| TW090105963A TW501289B (en) | 2000-03-14 | 2001-03-14 | Manufacture method of III nitride compound semiconductor and III nitride compound semiconductor element |
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|---|---|
| JP2001267243A true JP2001267243A (ja) | 2001-09-28 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040036382A (ko) * | 2002-10-25 | 2004-04-30 | 엘지전자 주식회사 | 질화갈륨 기판 제조방법 |
| JP2004158500A (ja) * | 2002-11-01 | 2004-06-03 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体、窒化物半導体基板、窒化物半導体素子及びそれらの製造方法 |
| CN102315347A (zh) * | 2010-07-05 | 2012-01-11 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 发光二极管磊晶结构及其制造方法 |
| JP2012244156A (ja) * | 2012-02-06 | 2012-12-10 | Toshiba Corp | 窒化物半導体素子の製造方法 |
| US8809085B2 (en) | 2011-05-16 | 2014-08-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing nitride semiconductor device |
| KR101510377B1 (ko) * | 2008-01-21 | 2015-04-06 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 및 수직형 발광 소자의 제조방법 |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000071351A patent/JP4016566B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR20040036382A (ko) * | 2002-10-25 | 2004-04-30 | 엘지전자 주식회사 | 질화갈륨 기판 제조방법 |
| JP2004158500A (ja) * | 2002-11-01 | 2004-06-03 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体、窒化物半導体基板、窒化物半導体素子及びそれらの製造方法 |
| KR101510377B1 (ko) * | 2008-01-21 | 2015-04-06 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 및 수직형 발광 소자의 제조방법 |
| CN102315347A (zh) * | 2010-07-05 | 2012-01-11 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 发光二极管磊晶结构及其制造方法 |
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