JP2001274519A - 半導体素子用基板およびその製造方法およびそれを用いた半導体素子 - Google Patents
半導体素子用基板およびその製造方法およびそれを用いた半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 欠陥の少ない、平坦な半導体素子用基板を平
易な工程で製造する。 【解決手段】 6Ｈ-SiC基板11上に温度500℃でAlNバッ
ファ層12を２０nm程度の膜厚で形成する。続いて、温度
を1050℃にしてInをドープしながらGaN層13を3μm程度
成長させる。その後SiO2膜14を形成し、レジスト15を塗
布後、幅5μmのSiO2膜14が残るように、30μm程度の間
隔で形成する。これをマスクにしてGaN層13およびバッ
ファ層12をドライエッチングにより基板11まで除去し、
矩形状の溝ストライプを形成する。レジスト15とSiO2膜
14を除去した後、GaN層16を結晶成長させる。その後、S
iO2膜17を形成し、転位密度の多いInがドープされたGaN
層13の上端の１μｍ程度外側から、GaN層13の上部と、
隣接するGaN層13の中間距離の上部を覆うまでSiO2膜17
が残るようにパターニングする。GaN層18を選択成長に
よりSiO2膜17上を覆うまで成長する。続いて、Inをドー
プしながらGaN層19を成長させる。
易な工程で製造する。 【解決手段】 6Ｈ-SiC基板11上に温度500℃でAlNバッ
ファ層12を２０nm程度の膜厚で形成する。続いて、温度
を1050℃にしてInをドープしながらGaN層13を3μm程度
成長させる。その後SiO2膜14を形成し、レジスト15を塗
布後、幅5μmのSiO2膜14が残るように、30μm程度の間
隔で形成する。これをマスクにしてGaN層13およびバッ
ファ層12をドライエッチングにより基板11まで除去し、
矩形状の溝ストライプを形成する。レジスト15とSiO2膜
14を除去した後、GaN層16を結晶成長させる。その後、S
iO2膜17を形成し、転位密度の多いInがドープされたGaN
層13の上端の１μｍ程度外側から、GaN層13の上部と、
隣接するGaN層13の中間距離の上部を覆うまでSiO2膜17
が残るようにパターニングする。GaN層18を選択成長に
よりSiO2膜17上を覆うまで成長する。続いて、Inをドー
プしながらGaN層19を成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子用基板
およびその製造方法およびその半導体素子用基板を用い
た半導体素子および半導体レーザ装置、特に、欠陥密度
の少ない基板を作製するのが困難であるIII族窒素化合
物からなる半導体素子用基板およびその製造方法および
その半導体素子用基板を用いた半導体素子および半導体
レーザ装置に関するものである。
およびその製造方法およびその半導体素子用基板を用い
た半導体素子および半導体レーザ装置、特に、欠陥密度
の少ない基板を作製するのが困難であるIII族窒素化合
物からなる半導体素子用基板およびその製造方法および
その半導体素子用基板を用いた半導体素子および半導体
レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】４１０ｎｍ帯の短波長半導体レーザとし
て、1999年発行のJpn.Appl.phys.Vol.38.pp.L226-L229
において、サファイヤ基板上にＧａＮを形成した後、Ｓ
ｉＯ２をマスクとして、選択成長を利用してＧａＮを形
成した後、サファイヤ基板を剥がしたＧａＮ基板を利用
して、その基板上に、ｎ−ＧａＮバッファ層、ｎ−Ｉｎ
ＧａＮクラック防止層、ｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ変調ド
ープ超格子クラッド層、ｎ−ＧａＮ光導波層、ｎ−Ｉｎ
ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ−ＡｌＧａ
Ｎキャリアブロック層、ｐ−ＧａＮ光導波層、ｐ−Ａｌ
ＧａＮ／ＧａＮ変調ドープ超格子クラッド層、ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層を積層してなるものが報告されている。
しかしながら、この半導体レーザではまだ、欠陥密度が
多く、高出力での信頼性が得られていない。
て、1999年発行のJpn.Appl.phys.Vol.38.pp.L226-L229
において、サファイヤ基板上にＧａＮを形成した後、Ｓ
ｉＯ２をマスクとして、選択成長を利用してＧａＮを形
成した後、サファイヤ基板を剥がしたＧａＮ基板を利用
して、その基板上に、ｎ−ＧａＮバッファ層、ｎ−Ｉｎ
ＧａＮクラック防止層、ｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ変調ド
ープ超格子クラッド層、ｎ−ＧａＮ光導波層、ｎ−Ｉｎ
ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ−ＡｌＧａ
Ｎキャリアブロック層、ｐ−ＧａＮ光導波層、ｐ−Ａｌ
ＧａＮ／ＧａＮ変調ドープ超格子クラッド層、ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層を積層してなるものが報告されている。
しかしながら、この半導体レーザではまだ、欠陥密度が
多く、高出力での信頼性が得られていない。
【０００３】そこで、これらの半導体レーザに用いる低
欠陥な基板を作製する方法として、1998年発行のExt.Ab
str.(MRS Fall Meet.Boston)G3.38において、T.S.Zhele
va氏らによる、Pendeo-Epitaxy-A New Approach for La
teral Growth of Gallium Nitride Structuresが紹介さ
れている。ここでは、ＳｉＯ２のマスクをせず、ＧａＮ
を形成した後、ストライプ状にＧａＮをサファイヤ基板
までとり除き、その基板上にＧａＮを成長することによ
り、ＧａＮの横方向への成長を利用して、平坦な膜が形
成されることが報告されている。また、この方法を利用
して、1999年発行のSPIE Vol.3628.pp.158においては、
ＩｎＧａＮ多重量子井戸半導体レーザ装置ができること
が報告されているが、信頼性として、５ｍＷレベルにと
どまっており、さらに、欠陥密度の低減が必要である。
欠陥な基板を作製する方法として、1998年発行のExt.Ab
str.(MRS Fall Meet.Boston)G3.38において、T.S.Zhele
va氏らによる、Pendeo-Epitaxy-A New Approach for La
teral Growth of Gallium Nitride Structuresが紹介さ
れている。ここでは、ＳｉＯ２のマスクをせず、ＧａＮ
を形成した後、ストライプ状にＧａＮをサファイヤ基板
までとり除き、その基板上にＧａＮを成長することによ
り、ＧａＮの横方向への成長を利用して、平坦な膜が形
成されることが報告されている。また、この方法を利用
して、1999年発行のSPIE Vol.3628.pp.158においては、
ＩｎＧａＮ多重量子井戸半導体レーザ装置ができること
が報告されているが、信頼性として、５ｍＷレベルにと
どまっており、さらに、欠陥密度の低減が必要である。
【０００４】さらに、特開平10-312971号において、Ｇ
ａＮ化合物半導体層とサファイヤ基板結晶の熱膨張差お
よび格子定数差によって生じるクラックを抑え、欠陥の
導入を抑制する方法として、マスクにより成長領域を制
限し、エピタキシャル成長によりＧａＮ化合物半導体膜
のファセット構造を形成し、マスクを覆うまでファセッ
ト構造を完全に埋め込み、最終的には平坦な表面を有す
る結晶成長方法が報告されている。本方法では種となる
成長領域の下地全体が格子不整合の大きな基板上に成長
されているために、基板の影響を受け、横方向に成長す
る結晶方位が変わり、平坦化も困難であり、この方法を
繰り返しても面方位に差が生じるため、欠陥を実用レベ
ルまで低減できないという欠点があった。
ａＮ化合物半導体層とサファイヤ基板結晶の熱膨張差お
よび格子定数差によって生じるクラックを抑え、欠陥の
導入を抑制する方法として、マスクにより成長領域を制
限し、エピタキシャル成長によりＧａＮ化合物半導体膜
のファセット構造を形成し、マスクを覆うまでファセッ
ト構造を完全に埋め込み、最終的には平坦な表面を有す
る結晶成長方法が報告されている。本方法では種となる
成長領域の下地全体が格子不整合の大きな基板上に成長
されているために、基板の影響を受け、横方向に成長す
る結晶方位が変わり、平坦化も困難であり、この方法を
繰り返しても面方位に差が生じるため、欠陥を実用レベ
ルまで低減できないという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、特に短
波長の半導体レーザ装置において、その基板の結晶欠陥
が多いことから、高出力下での信頼性等に問題があっ
た。
波長の半導体レーザ装置において、その基板の結晶欠陥
が多いことから、高出力下での信頼性等に問題があっ
た。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みて、欠陥密度の低
い、信頼性の高い半導体素子用基板およびその製造方法
およびその半導体素子用基板を用いた半導体素子および
半導体レーザ装置を提供することを目的とするものであ
る。
い、信頼性の高い半導体素子用基板およびその製造方法
およびその半導体素子用基板を用いた半導体素子および
半導体レーザ装置を提供することを目的とするものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子用基
板の製造方法は、ベース基板上に、低温成長法により形
成されるＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層を介し
て、Ｉｎをドープしながら第一のIII族窒素化合物層を
結晶成長させる第一の工程と、バッファ層および第一の
III族窒素化合物層を基板まで除去して残ったライン部
と該ライン部間に形成されたスペース部とからなるライ
ンアンドスペースのパターンを形成する第二の工程と、
該ライン部を結晶成長の核として第二のIII族窒素化合
物層を結晶成長させる第三の工程と、ライン部の上部の
第二のIII族窒素化合物層の上に、III族窒素化合物が結
晶成長し得ない材料からなるマスク層を形成し、該マス
ク層が形成されていない第二のIII族窒素化合物層の表
面をIII族窒素化合物の結晶成長の核にして、第三のIII
族窒素化合物層を、表面が平坦化するまで結晶成長させ
る第四の工程と、該第三のIII族窒素化合物層の上に、
Ｉｎをドープしながら第四のIII族窒素化合物層を形成
する第五の工程とを含むことを特徴とするものである。
板の製造方法は、ベース基板上に、低温成長法により形
成されるＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層を介し
て、Ｉｎをドープしながら第一のIII族窒素化合物層を
結晶成長させる第一の工程と、バッファ層および第一の
III族窒素化合物層を基板まで除去して残ったライン部
と該ライン部間に形成されたスペース部とからなるライ
ンアンドスペースのパターンを形成する第二の工程と、
該ライン部を結晶成長の核として第二のIII族窒素化合
物層を結晶成長させる第三の工程と、ライン部の上部の
第二のIII族窒素化合物層の上に、III族窒素化合物が結
晶成長し得ない材料からなるマスク層を形成し、該マス
ク層が形成されていない第二のIII族窒素化合物層の表
面をIII族窒素化合物の結晶成長の核にして、第三のIII
族窒素化合物層を、表面が平坦化するまで結晶成長させ
る第四の工程と、該第三のIII族窒素化合物層の上に、
Ｉｎをドープしながら第四のIII族窒素化合物層を形成
する第五の工程とを含むことを特徴とするものである。
【０００８】第二のIII族窒素化合物層を、Ｉｎをドー
プしながら結晶成長させてもよい。
プしながら結晶成長させてもよい。
【０００９】また、さらに第三のIII族窒素化合物層
を、Ｉｎをドープしながら結晶成長させてもよい。
を、Ｉｎをドープしながら結晶成長させてもよい。
【００１０】Ｉｎのドープ量は、１０18ｃｍ-3以上１０
21ｃｍ-3以下であることが望ましい。
21ｃｍ-3以下であることが望ましい。
【００１１】第一のIII族窒素化合物、第二のIII族窒素
化合物、第三のIII族窒素化合物および第四のIII族窒素
化合物層のうち少なくとも１つを、導電性不純物をドー
ピングしながら形成してもよい。
化合物、第三のIII族窒素化合物および第四のIII族窒素
化合物層のうち少なくとも１つを、導電性不純物をドー
ピングしながら形成してもよい。
【００１２】また、マスク層は、ライン部の上部から、
該ライン部に隣接する２つのライン部のうち一方のライ
ン部との中間位置の上部まで覆うように形成することが
望ましい。
該ライン部に隣接する２つのライン部のうち一方のライ
ン部との中間位置の上部まで覆うように形成することが
望ましい。
【００１３】前記工程のうち最後の工程後、ベース基板
を除去してもよい。
を除去してもよい。
【００１４】ベース基板は、サファイア、ＳｉＣ、Ｚｎ
Ｏ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、
ＧｅおよびＳｉからなる群より選ばれるいずれか一つで
あることが望ましい。
Ｏ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＧａＡｓ、ＧａＰ、
ＧｅおよびＳｉからなる群より選ばれるいずれか一つで
あることが望ましい。
【００１５】バッファ層および各III族窒素化合物層
を、ＨＶＰＥ（hydride vapor phase epitaxy）法また
はＭＯＣＶＤ(metalorganic chemical vapor depositio
n)法により形成することが望ましい。
を、ＨＶＰＥ（hydride vapor phase epitaxy）法また
はＭＯＣＶＤ(metalorganic chemical vapor depositio
n)法により形成することが望ましい。
【００１６】各III族窒素化合物層は、ＧａＮまたはＡ
ｌＧａＮからなることが望ましい。
ｌＧａＮからなることが望ましい。
【００１７】本発明の半導体素子用基板は、上記構成に
よる本発明の半導体素子用基板の製造方法により製造さ
れたことを特徴とするものである。
よる本発明の半導体素子用基板の製造方法により製造さ
れたことを特徴とするものである。
【００１８】本発明の半導体素子は、上記構成による本
発明の半導体素子用基板の製造方法により製造された半
導体素子用基板上に半導体層を備えてなることを特徴と
するものである。
発明の半導体素子用基板の製造方法により製造された半
導体素子用基板上に半導体層を備えてなることを特徴と
するものである。
【００１９】本発明の半導体レーザ装置は、上記構成に
よる本発明の半導体素子用基板の製造方法により製造さ
れた半導体素子用基板上に、半導体層を備えてなり、該
半導体層に形成された電流注入窓となるストライプの幅
が１μｍ以上であることを特徴とするものである。
よる本発明の半導体素子用基板の製造方法により製造さ
れた半導体素子用基板上に、半導体層を備えてなり、該
半導体層に形成された電流注入窓となるストライプの幅
が１μｍ以上であることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の効果】本発明の半導体素子用基板の製造方法に
よれば、ベース基板上に、低温成長法により形成される
ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層を介してＩｎを
ドープしながら第一のIII族窒素化合物層を結晶成長
し、バッファ層と第一のIII族窒素化合物層を基板まで
除去して残ったライン部と該ライン部間に形成されたス
ペース部とからなるラインアンドスペースのパターンを
形成し、該ライン部を結晶成長の核として第二のIII族
窒素化合物層を結晶成長させ、ライン部の上部の第二の
III族窒素化合物層の上に、III族窒素化合物が結晶成長
し得ない材料からなるマスク層を形成し、マスク層が形
成されていない第二のIII族窒素化合物層の表面をIII族
窒素化合物の結晶成長の核にして、第三のIII族窒素化
合物層を、表面が平坦化するまで結晶成長させ、その上
にＩｎをドープしながら第四のIII族窒素化合物層を形
成することにより、低欠陥な半導体素子用基板を形成す
ることができる。
よれば、ベース基板上に、低温成長法により形成される
ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層を介してＩｎを
ドープしながら第一のIII族窒素化合物層を結晶成長
し、バッファ層と第一のIII族窒素化合物層を基板まで
除去して残ったライン部と該ライン部間に形成されたス
ペース部とからなるラインアンドスペースのパターンを
形成し、該ライン部を結晶成長の核として第二のIII族
窒素化合物層を結晶成長させ、ライン部の上部の第二の
III族窒素化合物層の上に、III族窒素化合物が結晶成長
し得ない材料からなるマスク層を形成し、マスク層が形
成されていない第二のIII族窒素化合物層の表面をIII族
窒素化合物の結晶成長の核にして、第三のIII族窒素化
合物層を、表面が平坦化するまで結晶成長させ、その上
にＩｎをドープしながら第四のIII族窒素化合物層を形
成することにより、低欠陥な半導体素子用基板を形成す
ることができる。
【００２１】具体的には、Ｉｎ原子は、結晶成長中に表
面拡散しやすく、それにより結晶成長中に転位が終結す
るという効果があるため、第一のIII族窒素化合物層
を、Ｉｎをドープしながら結晶成長することにより、バ
ッファ層の下部から生じている貫通欠陥を終結させて欠
陥密度を低減することができる。また、第四のIII族窒
素化合物層にＩｎをドープすることにより、選択成長さ
れた第三のIII族窒素化合物層に存在する若干の転位の
影響を受けることなく、低欠陥な結晶を形成することが
できる。
面拡散しやすく、それにより結晶成長中に転位が終結す
るという効果があるため、第一のIII族窒素化合物層
を、Ｉｎをドープしながら結晶成長することにより、バ
ッファ層の下部から生じている貫通欠陥を終結させて欠
陥密度を低減することができる。また、第四のIII族窒
素化合物層にＩｎをドープすることにより、選択成長さ
れた第三のIII族窒素化合物層に存在する若干の転位の
影響を受けることなく、低欠陥な結晶を形成することが
できる。
【００２２】また、第二のIII族窒素化合物層を、Ｉｎ
をドープしながら結晶成長させてもよく、上記同様に、
転位を低減させる効果がある。また、第三のIII族窒素
化合物層を、Ｉｎをドープしながら結晶成長させてもよ
く、上記同様に、転位を低減させる効果がある。
をドープしながら結晶成長させてもよく、上記同様に、
転位を低減させる効果がある。また、第三のIII族窒素
化合物層を、Ｉｎをドープしながら結晶成長させてもよ
く、上記同様に、転位を低減させる効果がある。
【００２３】Ｉｎのドープ量は、１０18ｃｍ-3以上１０
21ｃｍ-3以下であることが望ましく、この範囲にするこ
とにより、結晶成長されたIII族窒素化合物層の表面モ
フォロジーが良くなる。
21ｃｍ-3以下であることが望ましく、この範囲にするこ
とにより、結晶成長されたIII族窒素化合物層の表面モ
フォロジーが良くなる。
【００２４】また第一のIII族窒素化合物、第二のIII族
窒素化合物、第三のIII族窒素化合物および第四のIII族
窒素化合物層の少なくとも１つを、導電性不純物をドー
ピングしながら形成してもよく、これにより、導電性の
基板を作製することができる。
窒素化合物、第三のIII族窒素化合物および第四のIII族
窒素化合物層の少なくとも１つを、導電性不純物をドー
ピングしながら形成してもよく、これにより、導電性の
基板を作製することができる。
【００２５】また、マスク層は、ライン部の上部から、
該ライン部に隣接する２つのライン部のうち一方のライ
ン部との中間位置の上部まで覆うように形成することが
望ましく、これにより、ライン部の中間距離に位置す
る、第三のIII族窒素化合物層の横方向の結晶成長が合
体した時に形成される欠陥をマスクできるので、その欠
陥が上層へ影響を及ぼすことを防止できる。
該ライン部に隣接する２つのライン部のうち一方のライ
ン部との中間位置の上部まで覆うように形成することが
望ましく、これにより、ライン部の中間距離に位置す
る、第三のIII族窒素化合物層の横方向の結晶成長が合
体した時に形成される欠陥をマスクできるので、その欠
陥が上層へ影響を及ぼすことを防止できる。
【００２６】前記工程のうち最後の工程後、ベース基板
を除去しても、特性上あるいは信頼性上問題はない。
を除去しても、特性上あるいは信頼性上問題はない。
【００２７】各III族窒素化合物をＧａＮまたはＡｌＧ
ａＮとすることにより、これらの基板を作製することが
できる。
ａＮとすることにより、これらの基板を作製することが
できる。
【００２８】本発明の半導体素子用基板によれば、上記
記載による本発明の半導体素子用基板の製造方法により
製造されたものであるので、欠陥密度が低く、信頼性が
高い。
記載による本発明の半導体素子用基板の製造方法により
製造されたものであるので、欠陥密度が低く、信頼性が
高い。
【００２９】本発明の半導体素子によれば、上記記載に
よる本発明の半導体素子用基板の製造方法により製造さ
れた半導体素子用基板上に半導体層を備えてなるもので
あるので、低欠陥な基板の上に形成されているので、特
性および信頼性を向上させることができる。
よる本発明の半導体素子用基板の製造方法により製造さ
れた半導体素子用基板上に半導体層を備えてなるもので
あるので、低欠陥な基板の上に形成されているので、特
性および信頼性を向上させることができる。
【００３０】本発明の半導体レーザ装置によれば、上記
記載による本発明の半導体素子用基板の製造方法により
製造された半導体素子用基板上に、半導体層を備えてな
り、該半導体層に形成された電流注入窓となるストライ
プの幅が１μｍ以上であることにより、高出力下であっ
ても高い信頼性を得ることができる。
記載による本発明の半導体素子用基板の製造方法により
製造された半導体素子用基板上に、半導体層を備えてな
り、該半導体層に形成された電流注入窓となるストライ
プの幅が１μｍ以上であることにより、高出力下であっ
ても高い信頼性を得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
を用いて詳細に説明する。
【００３２】本発明の第１の実施の形態による半導体素
子用基板の製造方法について説明し、その半導体素子用
基板の製造過程を図１に示す。トリメチルガリウム（TM
G）、トリメチルアルミニウム（TMA）、トリメチルイン
ジウム（TMI）およびアンモニアを成長用原料とし、n型
ドーパントガスとしてシランガスを用い、p型ドーパン
トとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）
を用いる。
子用基板の製造方法について説明し、その半導体素子用
基板の製造過程を図１に示す。トリメチルガリウム（TM
G）、トリメチルアルミニウム（TMA）、トリメチルイン
ジウム（TMI）およびアンモニアを成長用原料とし、n型
ドーパントガスとしてシランガスを用い、p型ドーパン
トとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）
を用いる。
【００３３】図１ａに示すように、有機金属気相成長法
により（０００１）面6Ｈ-SiC基板11上に温度500℃でAl
Nバッファ層12を２０nm程度の膜厚で形成する。続い
て、温度を1050℃にしてInをドープしながらGaN層13を3
μm程度成長させる。その後、SiO2膜14を形成し、レジ
スト15を塗布後、通常のリソグラフィーを用いて、
により（０００１）面6Ｈ-SiC基板11上に温度500℃でAl
Nバッファ層12を２０nm程度の膜厚で形成する。続い
て、温度を1050℃にしてInをドープしながらGaN層13を3
μm程度成長させる。その後、SiO2膜14を形成し、レジ
スト15を塗布後、通常のリソグラフィーを用いて、
【００３４】
【数式１】 方向に、30μm程度の間隔で、幅5μmのSiO2膜14を残す
ようにして、ラインアンドスペースのパターンを形成す
る。
ようにして、ラインアンドスペースのパターンを形成す
る。
【００３５】次に、図１ｂに示すように、レジスト15と
SiO2膜14をマスクとして、塩素系のガスを用いてInがド
ープされたGaN層13およびバッファ層12をドライエッチ
ングにより除去し、矩形状のストライプを形成する。こ
の場合、基板をエッチングしてもよい。
SiO2膜14をマスクとして、塩素系のガスを用いてInがド
ープされたGaN層13およびバッファ層12をドライエッチ
ングにより除去し、矩形状のストライプを形成する。こ
の場合、基板をエッチングしてもよい。
【００３６】次に、図１ｃに示すように、レジスト15と
SiO2膜14を除去後、GaN層16を10μm程度選択成長させ
る。この時、GaN層16はSiC基板11上には付着せず、横方
向の結晶成長が起こる。最終的にストライプが合体し表
面が平坦化する。
SiO2膜14を除去後、GaN層16を10μm程度選択成長させ
る。この時、GaN層16はSiC基板11上には付着せず、横方
向の結晶成長が起こる。最終的にストライプが合体し表
面が平坦化する。
【００３７】次に、図１ｄに示すように、SiO2膜17を形
成し、レジスト（図示せず）を塗布後、通常のリソグラ
フィーを用いて、
成し、レジスト（図示せず）を塗布後、通常のリソグラ
フィーを用いて、
【００３８】
【数式２】 方向にSiO2膜17をパターニングする。このとき、SiO2膜
17は、残されたGaN層13の一方の上端の１μｍ程度外側
からGaN層13の上部と、隣接するGaN層との中間距離の上
部まで覆われているように形成する。GaN層13間の中間
領域は、GaN層16が平坦化で合体した欠陥密度の多い領
域であるため、この上部までマスク層を形成することが
望ましい。次に、GaN層18を選択成長によりSiO2膜17上
を覆うまで成長する。続いて、InをドープしながらGaN
層19を成長させて半導体素子用基板を完成させる。
17は、残されたGaN層13の一方の上端の１μｍ程度外側
からGaN層13の上部と、隣接するGaN層との中間距離の上
部まで覆われているように形成する。GaN層13間の中間
領域は、GaN層16が平坦化で合体した欠陥密度の多い領
域であるため、この上部までマスク層を形成することが
望ましい。次に、GaN層18を選択成長によりSiO2膜17上
を覆うまで成長する。続いて、InをドープしながらGaN
層19を成長させて半導体素子用基板を完成させる。
【００３９】ここで、Inのドープ量は表面モホロジーが
良好な範囲である1018ｃｍ-3以上10 21ｃｍ-3以下が望ま
しい。
良好な範囲である1018ｃｍ-3以上10 21ｃｍ-3以下が望ま
しい。
【００４０】また、GaN層16およびGaN層18にもInをドー
プしながら形成してもよい。Inドープを行うと、Ｉｎ原
子の表面拡散により転位の発生が抑制され、転位が終結
し、GaN層の欠陥密度が小さくなるので、例えば、半導
体発光素子や半導体レーザの発光効率を向上させること
ができる。
プしながら形成してもよい。Inドープを行うと、Ｉｎ原
子の表面拡散により転位の発生が抑制され、転位が終結
し、GaN層の欠陥密度が小さくなるので、例えば、半導
体発光素子や半導体レーザの発光効率を向上させること
ができる。
【００４１】このように作製した基板上に、GaN系半導
体層（例えば、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等)を結晶
成長することにより、半導体発光素子並びに電子デバイ
スを作製できる。
体層（例えば、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等)を結晶
成長することにより、半導体発光素子並びに電子デバイ
スを作製できる。
【００４２】基板は、（０００１）面4Ｈ-SiC基板を用
いてもよい。
いてもよい。
【００４３】また、図２に示すように、GaN層19を膜厚1
00〜200μm程度で結晶成長させた後、SiC基板を除去し
てもよい。また、上記のように、GaN層19を100〜200μm
程度成長し、SiC基板を除去した後、GaN系半導体層（例
えばGaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等)を結晶成長するこ
とによっても、半導体発光素子並びに電子デバイスを作
製できる。
00〜200μm程度で結晶成長させた後、SiC基板を除去し
てもよい。また、上記のように、GaN層19を100〜200μm
程度成長し、SiC基板を除去した後、GaN系半導体層（例
えばGaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等)を結晶成長するこ
とによっても、半導体発光素子並びに電子デバイスを作
製できる。
【００４４】本実施の形態では、GaN層の成長の際、導
電性不純物をドープしない場合について述べたが、導電
性不純物をドープすることにより、nまたはp型GaN導電
性基板を作製できる。例えば、ｐ型の不純物Mgの活性化
のためには、成長後窒素雰囲気中で、熱処理を実施する
か、または、窒素リッチ雰囲気で成長を実施するかのい
ずれの方法を用いてもよい。また、導電性の基板を作製
した後、前述の図２のようにSiC基板11を除去し、さら
にバッファ層を除去することにより、裏面に電極を形成
することができる。
電性不純物をドープしない場合について述べたが、導電
性不純物をドープすることにより、nまたはp型GaN導電
性基板を作製できる。例えば、ｐ型の不純物Mgの活性化
のためには、成長後窒素雰囲気中で、熱処理を実施する
か、または、窒素リッチ雰囲気で成長を実施するかのい
ずれの方法を用いてもよい。また、導電性の基板を作製
した後、前述の図２のようにSiC基板11を除去し、さら
にバッファ層を除去することにより、裏面に電極を形成
することができる。
【００４５】また、上記各GaN層の結晶成長には、ガリ
ウム（Ga）と塩化水素（HCl）の反応生成物であるGaCl
とアンモニア（NH3）を用いるハイドライドVPE法を用い
た成長方法でもよい。
ウム（Ga）と塩化水素（HCl）の反応生成物であるGaCl
とアンモニア（NH3）を用いるハイドライドVPE法を用い
た成長方法でもよい。
【００４６】本実施の形態では、SiC基板を用いた場合
について説明したが、 サファイア、ZnO、LiGaO2、LiAl
O2、ZnSe、GaAs、GaP、GeあるいはSi等の基板上へも同
様の手法により形成できる。
について説明したが、 サファイア、ZnO、LiGaO2、LiAl
O2、ZnSe、GaAs、GaP、GeあるいはSi等の基板上へも同
様の手法により形成できる。
【００４７】マスク材料としては、上記のSiO2以外にも
SiNやAlN、TiN等の高温にたいして耐熱特性のよいマス
ク材料を用いてもよい。
SiNやAlN、TiN等の高温にたいして耐熱特性のよいマス
ク材料を用いてもよい。
【００４８】本実施の形態では、GaNを結晶成長させるG
aN基板の製造方法について述べたが、本発明はGaNの代
わりに、AlGaNを結晶成長させてAlGaN基板の製造にも用
いることができる。
aN基板の製造方法について述べたが、本発明はGaNの代
わりに、AlGaNを結晶成長させてAlGaN基板の製造にも用
いることができる。
【００４９】本発明の第２の実施の形態による半導体レ
ーザ素子について説明し、その断面図を図３に示す。本
実施の形態による半導体レーザ素子に用いる基板は上記
第１の実施の形態による半導体素子用基板を用いる。図
３に示すように、上記図１ｄに示すGaN層19上に、ｎ-Ga
Nコンタクト層21、150ペアのｎ-Al0.14Ga0.86N（2.5ｎ
ｍ）/GaN（2.5ｎｍ）超格子クラッド層22、ｎ-GaN光導
波層23、n-In0.02Ga0.9 8N（10.5ｎｍ）/In0.15Ga0.85N
（3.5ｎｍ）３重量子井戸活性層24、ｐ-Al0.2Ga0 .8Nキ
ャリアブロック層25、ｐ-GaN光導波層26、150ペアのｐ-
Al0.14Ga0.86N（2.5ｎｍ）/GaN（2.5ｎｍ）超格子クラ
ッド層27、ｐ-GaNコンタクト層28を積層する。ｐ型の不
純物Mgの活性化のために、成長後窒素雰囲気中で、熱処
理を実施するか、または、窒素リッチ雰囲気で成長を実
施するかのいずれの方法を用いてもよい。引き続き、Si
O2膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成し、通
常のリソグラフィーにより1〜2μmの幅よりなるストラ
イプ領域外のレジストとSiO2膜を除去する。RIE（反応
性イオンエッチング装置）で選択エッチングにより、ｐ
-Al0.14Ga0.86N（2.5ｎｍ）/GaN（2.5ｎｍ）超格子クラ
ッド層27の途中までエッチングを行う。このエッチング
のｐ-Al0.14Ga0.86N（2.5ｎｍ）/GaN（2.5ｎｍ）超格子
クラッド層27の残し厚は、基本横モード発振が達成でき
る厚みとする。
ーザ素子について説明し、その断面図を図３に示す。本
実施の形態による半導体レーザ素子に用いる基板は上記
第１の実施の形態による半導体素子用基板を用いる。図
３に示すように、上記図１ｄに示すGaN層19上に、ｎ-Ga
Nコンタクト層21、150ペアのｎ-Al0.14Ga0.86N（2.5ｎ
ｍ）/GaN（2.5ｎｍ）超格子クラッド層22、ｎ-GaN光導
波層23、n-In0.02Ga0.9 8N（10.5ｎｍ）/In0.15Ga0.85N
（3.5ｎｍ）３重量子井戸活性層24、ｐ-Al0.2Ga0 .8Nキ
ャリアブロック層25、ｐ-GaN光導波層26、150ペアのｐ-
Al0.14Ga0.86N（2.5ｎｍ）/GaN（2.5ｎｍ）超格子クラ
ッド層27、ｐ-GaNコンタクト層28を積層する。ｐ型の不
純物Mgの活性化のために、成長後窒素雰囲気中で、熱処
理を実施するか、または、窒素リッチ雰囲気で成長を実
施するかのいずれの方法を用いてもよい。引き続き、Si
O2膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成し、通
常のリソグラフィーにより1〜2μmの幅よりなるストラ
イプ領域外のレジストとSiO2膜を除去する。RIE（反応
性イオンエッチング装置）で選択エッチングにより、ｐ
-Al0.14Ga0.86N（2.5ｎｍ）/GaN（2.5ｎｍ）超格子クラ
ッド層27の途中までエッチングを行う。このエッチング
のｐ-Al0.14Ga0.86N（2.5ｎｍ）/GaN（2.5ｎｍ）超格子
クラッド層27の残し厚は、基本横モード発振が達成でき
る厚みとする。
【００５０】その後、レジストとSiO2膜を除去し、引き
続きSiO2膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成
し、ストライプ領域とストライプ領域の各々の端から50
μm外側の領域以外のSiO2膜とレジストを除去し、RIEで
n-GaNコンタクト層21が露出するまでエッチングを行
う。その後、通常のリソグラフィー技術を用い絶縁膜2
9、Ti/Auよりなるn電極31と、p-GaNコンタクト層上にス
トライプ状にNi/Auよりなるp電極30を形成する。その
後、基板を研磨し、へき開して形成した共振器面に高反
射率コート、無反射コートを行い、その後、チップ化し
て半導体レーザ素子を完成させる。
続きSiO2膜（図示せず）とレジスト（図示せず）を形成
し、ストライプ領域とストライプ領域の各々の端から50
μm外側の領域以外のSiO2膜とレジストを除去し、RIEで
n-GaNコンタクト層21が露出するまでエッチングを行
う。その後、通常のリソグラフィー技術を用い絶縁膜2
9、Ti/Auよりなるn電極31と、p-GaNコンタクト層上にス
トライプ状にNi/Auよりなるp電極30を形成する。その
後、基板を研磨し、へき開して形成した共振器面に高反
射率コート、無反射コートを行い、その後、チップ化し
て半導体レーザ素子を完成させる。
【００５１】また、上記のように作製された半導体レー
ザ素子の発振する波長λに関しては、Ｉｎx4Ｇａ1-x4N
を活性層とし、組成を0≦x4≦0.5とすることにより、36
0≦λ≦550（ｎｍ）の範囲で制御が可能である。
ザ素子の発振する波長λに関しては、Ｉｎx4Ｇａ1-x4N
を活性層とし、組成を0≦x4≦0.5とすることにより、36
0≦λ≦550（ｎｍ）の範囲で制御が可能である。
【００５２】本実施の形態による半導体レーザ素子は、
欠陥の少ないGaN結晶の上に形成されているので、信頼
性が高い。
欠陥の少ないGaN結晶の上に形成されているので、信頼
性が高い。
【００５３】上記各半導体層の導電性を反転（n型とp型
を入れ換え）して形成してもよい。
を入れ換え）して形成してもよい。
【００５４】また、本実施の形態では、狭ストライプの
基本モード発振する半導体レーザ素子について述べた
が、ストライプ幅を２μｍ以上にして、幅広ストライプ
の高出力半導体レーザ素子を作製することができる。
基本モード発振する半導体レーザ素子について述べた
が、ストライプ幅を２μｍ以上にして、幅広ストライプ
の高出力半導体レーザ素子を作製することができる。
【００５５】また、本発明の半導体素子用基板を、低欠
陥な基板が必要なAlGaN系の短波長の半導体レーザ（活
性層の組成により、発振波長は300nm〜360nmの範囲で制
御が可能である）に用いることは、非常に効果的であ
り、信頼性の高い半導体レーザを得ることができる。
陥な基板が必要なAlGaN系の短波長の半導体レーザ（活
性層の組成により、発振波長は300nm〜360nmの範囲で制
御が可能である）に用いることは、非常に効果的であ
り、信頼性の高い半導体レーザを得ることができる。
【００５６】本発明による半導体素子用基板は、広範囲
な低欠陥領域を有するので、信頼性が高いため、高速な
情報・画像処理及び通信、計測、医療、印刷の分野での
必要とされる光・電子デバイス作製用の基板として応用
できる。ここでいう、半導体素子あるいは光・電子デバ
イスとしては、電界効果トランジスタ、半導体レーザ素
子、半導体光増幅器、半導体発光素子、光検出器等が挙
げられる。
な低欠陥領域を有するので、信頼性が高いため、高速な
情報・画像処理及び通信、計測、医療、印刷の分野での
必要とされる光・電子デバイス作製用の基板として応用
できる。ここでいう、半導体素子あるいは光・電子デバ
イスとしては、電界効果トランジスタ、半導体レーザ素
子、半導体光増幅器、半導体発光素子、光検出器等が挙
げられる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体素子用
基板の製造過程を示す図
基板の製造過程を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態による半導体素子用
基板からSiC基板を除去した半導体素子用基板を示す断
面図
基板からSiC基板を除去した半導体素子用基板を示す断
面図
【図３】本発明の第２の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す断面図
素子を示す断面図
11 ＳｉＣ基板 12 AlNバッファ層 13 InドープGaN層 14,17 ＳｉＯ2膜 15 レジスト 16 GaN層 18 GaN層 19 InドープGaN層
Claims (13)
- 【請求項１】 ベース基板上に、低温成長法により形成
されるＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層を介し
て、Ｉｎをドープしながら第一のIII族窒素化合物層を
結晶成長させる第一の工程と、 前記バッファ層および第一のIII族窒素化合物層を基板
まで除去して残ったライン部と該ライン部間に形成され
たスペース部とからなるラインアンドスペースのパター
ンを形成する第二の工程と、 該ライン部を結晶成長の核として第二のIII族窒素化合
物層を結晶成長させる第三の工程と、 前記ライン部の上部の前記第二のIII族窒素化合物層の
上に、III族窒素化合物が結晶成長し得ない材料からな
るマスク層を形成し、該マスク層が形成されていない第
二のIII族窒素化合物層の表面をIII族窒素化合物の結晶
成長の核にして、第三のIII族窒素化合物層を、表面が
平坦化するまで結晶成長させる第四の工程と、 該第三のIII族窒素化合物層の上に、Ｉｎをドープしな
がら第四のIII族窒素化合物層を形成する第五の工程と
を含むことを特徴とする半導体素子用基板の製造方法。 - 【請求項２】 前記第二のIII族窒素化合物層を、Ｉｎ
をドープしながら結晶成長させることを特徴とする請求
項１記載の半導体素子用基板の製造方法。 - 【請求項３】 前記第三のIII族窒素化合物層を、Ｉｎ
をドープしながら結晶成長させることを特徴とする請求
項１または２記載の半導体素子用基板の製造方法。 - 【請求項４】 前記Ｉｎのドープ量が、１０18ｃｍ-3以
上１０21ｃｍ-3以下であることを特徴とする請求項１、
２または３記載の半導体素子用基板の製造方法。 - 【請求項５】 前記第一のIII族窒素化合物、第二のIII
族窒素化合物、第三のIII族窒素化合物および第四のIII
族窒素化合物層のうち少なくとも１つを、導電性不純物
をドーピングしながら形成することを特徴とする請求項
１から４いずれか１項記載の半導体素子用基板の製造方
法。 - 【請求項６】 前記マスク層を、前記ライン部の上部か
ら、該ライン部に隣接する２つのライン部のうち一方の
ライン部との中間位置の上部まで覆うように形成するこ
とを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の半導
体素子用基板の製造方法。 - 【請求項７】 前記工程のうち最後の工程後、前記ベー
ス基板を除去することを特徴とする請求項１から６いず
れか１項記載の半導体素子用基板の製造方法。 - 【請求項８】 前記ベース基板が、サファイア、Ｓｉ
Ｃ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＧａＡｓ、
ＧａＰ、ＧｅおよびＳｉからなる群より選ばれるいずれ
か一つであることを特徴とする請求項１から７いずれか
１項記載の半導体素子用基板の製造方法。 - 【請求項９】 前記バッファ層および前記各III族窒素
化合物層を、ＨＶＰＥ法またはＭＯＣＶＤ法により形成
することを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載
の半導体素子用基板の製造方法。 - 【請求項１０】 前記各III族窒素化合物層が、ＧａＮ
またはＡｌＧａＮからなることを特徴とする請求項１か
ら９いずれか１項記載の半導体素子用基板の製造方法。 - 【請求項１１】 前記請求項１から１０いずれか１項記
載の半導体素子用基板の製造方法により製造された半導
体素子用基板。 - 【請求項１２】 前記請求項１から１０いずれか１項記
載の半導体素子用基板の製造方法により製造された半導
体素子用基板上に半導体層を備えてなることを特徴とす
る半導体素子。 - 【請求項１３】 前記請求項１から１０いずれか１項記
載の半導体素子用基板の製造方法により製造された半導
体素子用基板上に、半導体層を備えてなり、該半導体層
に形成された電流注入窓となるストライプの幅が１μｍ
以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000082287A JP2001274519A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 半導体素子用基板およびその製造方法およびそれを用いた半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000082287A JP2001274519A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 半導体素子用基板およびその製造方法およびそれを用いた半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001274519A true JP2001274519A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18599116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000082287A Withdrawn JP2001274519A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 半導体素子用基板およびその製造方法およびそれを用いた半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001274519A (ja) |
-
2000
- 2000-03-23 JP JP2000082287A patent/JP2001274519A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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