JP2002016000A - Nitride semiconductor element and nitride semiconductor substrate - Google Patents
Nitride semiconductor element and nitride semiconductor substrateInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、III 族窒化物系半
導体(以下、窒化物系半導体と呼ぶ)を用いた発光ダイ
オード素子、半導体レーザ素子、受光素子、トランジス
タ等の窒化物系半導体素子およびこのような窒化物系半
導体素子に用いられる窒化物系半導体基板に関する。The present invention relates to a nitride semiconductor device such as a light emitting diode device, a semiconductor laser device, a light receiving device, a transistor and the like using a group III nitride semiconductor (hereinafter referred to as a nitride semiconductor). The present invention relates to a nitride semiconductor substrate used for such a nitride semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、GaN等の窒化物系半導体を用い
た半導体素子の研究開発が進められている。2. Description of the Related Art In recent years, research and development of semiconductor devices using nitride semiconductors such as GaN have been advanced.
【0003】図11は従来の窒化物系半導体レーザ素子
の例を示す模式的な断面図である。図11に示すよう
に、半導体レーザ素子は、サファイア基板81上にバッ
ファ層82、アンドープGaN層83、n−GaNコン
タクト層84、n−AlGaNクラッド層85、n−G
aN光ガイド層86、発光層87、p−GaN光ガイド
層88が順に形成されてなる。p−GaN光ガイド層8
8の所定幅の領域上にリッジ状にp−AlGaNクラッ
ド層89が形成されており、このリッジ状のp−AlG
aNクラッド層89の側面に電流狭窄層91が形成され
ている。さらに、p−AlGaNクラッド層89の上面
および電流狭窄層91上にp−GaNコンタクト層90
が形成されている。p−GaNコンタクト層90からn
−GaNコンタクト層84までの一部領域が除去されて
n−GaNコンタクト層84が露出し、メサ形状が形成
されている。露出したn−GaNコンタクト層84の所
定領域上にn電極93が形成され、p−GaNコンタク
ト層90の所定領域上にp電極92が形成されている。FIG. 11 is a schematic sectional view showing an example of a conventional nitride semiconductor laser device. As shown in FIG. 11, a semiconductor laser device includes a sapphire substrate 81, a buffer layer 82, an undoped GaN layer 83, an n-GaN contact layer 84, an n-AlGaN cladding layer 85, an n-G
The aN light guide layer 86, the light emitting layer 87, and the p-GaN light guide layer 88 are sequentially formed. p-GaN optical guide layer 8
8, a ridge-shaped p-AlGaN cladding layer 89 is formed on the region having a predetermined width.
A current confinement layer 91 is formed on the side surface of the aN clad layer 89. Further, a p-GaN contact layer 90 is formed on the upper surface of the p-AlGaN cladding layer 89 and the current confinement layer 91.
Are formed. From the p-GaN contact layer 90 to n
A part of the region up to the -GaN contact layer 84 is removed to expose the n-GaN contact layer 84, forming a mesa shape. An n-electrode 93 is formed on a predetermined region of the exposed n-GaN contact layer 84, and a p-electrode 92 is formed on a predetermined region of the p-GaN contact layer 90.
【0004】図11に示す半導体レーザ素子において、
発光層87で発生した光の閉じ込めを効果的に行うた
め、および良好な垂直方向の遠視野像を得るためには、
n−AlGaNクラッド層85とn−GaN光ガイド層
86との屈折率の差およびp−AlGaNクラッド層8
9とp−光ガイド層88との屈折率の差を大きくする
か、または、n−AlGaNクラッド層85およびp−
AlGaNクラッド層89の厚さを大きくする必要があ
る。In the semiconductor laser device shown in FIG.
In order to effectively confine the light generated in the light emitting layer 87 and to obtain a good vertical far-field image,
The difference in the refractive index between the n-AlGaN cladding layer 85 and the n-GaN optical guide layer 86 and the p-AlGaN cladding layer 8
9 and the difference in the refractive index between the p-light guide layer 88 and the n-AlGaN cladding layer 85 and the p-
It is necessary to increase the thickness of the AlGaN cladding layer 89.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】n−AlGaNクラッ
ド層85とn−GaN光ガイド層86との屈折率の差、
およびp−AlGaNクラッド層89とp−光ガイド層
88との屈折率の差を大きくする方法としては、n−A
lGaNクラッド層85およびp−AlGaNクラッド
層89のAl組成を大きくすることが考えられる。The difference in the refractive index between the n-AlGaN cladding layer 85 and the n-GaN optical guide layer 86,
As a method for increasing the difference in the refractive index between the p-AlGaN cladding layer 89 and the p-light guide layer 88, nA
It is conceivable to increase the Al composition of the lGaN cladding layer 85 and the p-AlGaN cladding layer 89.
【0006】しかしながら、結晶成長中におけるAl原
子の表面拡散が小さいことから、n−AlGaNクラッ
ド層85およびp−AlGaNクラッド層89において
Al組成を大きくすると、これらの層85,89におい
て良好な結晶性を実現することが困難となる。However, since the surface diffusion of Al atoms during crystal growth is small, if the Al composition is increased in the n-AlGaN cladding layer 85 and the p-AlGaN cladding layer 89, good crystallinity in these layers 85 and 89 is obtained. Is difficult to achieve.
【0007】また、Al組成の大きなp−AlGaNク
ラッド層89およびn−AlGaNクラッド層85にお
いて結晶性の向上を図るためには、これらの層85,8
9の成長時の基板温度を高くする必要がある。しかしな
がら、これらの層85,89を高温で成長させた場合に
おいても、十分に良好な結晶性を得ることはできない。In order to improve the crystallinity of the p-AlGaN cladding layer 89 and the n-AlGaN cladding layer 85 having a large Al composition, these layers 85, 8
It is necessary to increase the substrate temperature during the growth of No. 9. However, even when these layers 85 and 89 are grown at a high temperature, sufficiently good crystallinity cannot be obtained.
【0008】さらに、この場合、AlGaNの格子定数
がGaNの格子定数よりも小さいことから、上記のよう
にAl組成が大きく結晶性が劣化したn−AlGaNク
ラッド層85およびp−AlGaNクラッド層89にお
いては、クラックが発生しやすくなる。Furthermore, in this case, since the lattice constant of AlGaN is smaller than the lattice constant of GaN, the n-AlGaN cladding layer 85 and the p-AlGaN cladding layer 89 having a large Al composition and degraded crystallinity as described above. Cracks easily occur.
【0009】ところで、通常、p−AlGaNクラッド
層89においてはMgの活性化率が低いためキャリア濃
度を高くすることが困難であり、特に、前述のようにA
l組成の大きなp−AlGaNクラッド層89において
は、結晶性が劣化しているためキャリア濃度を高くする
ことができない。In the p-AlGaN cladding layer 89, it is usually difficult to increase the carrier concentration due to the low activation rate of Mg.
In the p-AlGaN cladding layer 89 having a large 1 composition, the carrier concentration cannot be increased because the crystallinity is deteriorated.
【0010】以上のことから、n−AlGaNクラッド
層85およびp−AlGaNクラッド層89においては
Al組成を大きくすることが困難である。From the above, it is difficult to increase the Al composition in the n-AlGaN cladding layer 85 and the p-AlGaN cladding layer 89.
【0011】一方、n−AlGaNクラッド層85およ
びp−AlGaNクラッド層89の厚さを大きくする場
合においても、前述のようにAlGaNの格子定数がG
aNの格子定数よりも小さいことから、これらの層8
5,89においてクラックが発生しやすくなる。このた
め、n−AlGaNクラッド層85およびp−AlGa
Nクラッド層89においては膜厚を大きくすることが困
難である。On the other hand, even when the thicknesses of the n-AlGaN cladding layer 85 and the p-AlGaN cladding layer 89 are increased, the lattice constant of AlGaN is G as described above.
These layers 8 are smaller than the lattice constant of aN.
At 5, 89, cracks easily occur. Therefore, the n-AlGaN cladding layer 85 and the p-AlGa
It is difficult to increase the thickness of the N cladding layer 89.
【0012】以上のように、上記の半導体レーザ素子に
おいては、n−AlGaNクラッド層85およびp−A
lGaNクラッド層89におけるAl組成および膜厚を
大きくすることが困難であるため、半導体レーザ素子の
素子特性の向上を図ることが困難である。As described above, in the above semiconductor laser device, the n-AlGaN cladding layer 85 and the p-A
Since it is difficult to increase the Al composition and the film thickness in the lGaN cladding layer 89, it is difficult to improve the device characteristics of the semiconductor laser device.
【0013】一方、窒化物系半導体からなる受光素子、
特に300nmよりも波長の短い紫外線領域の光に対し
て高い感度を有する受光素子においては、受光部のAl
GaN層のAl組成および膜厚を大きくする必要があ
る。On the other hand, a light receiving element made of a nitride semiconductor,
In particular, in a light-receiving element having high sensitivity to light in the ultraviolet region having a wavelength shorter than 300 nm, the light-receiving portion Al
It is necessary to increase the Al composition and the film thickness of the GaN layer.
【0014】しかしながら、前述のように、Al組成お
よび膜厚の大きなAlGaN層においては結晶性が劣化
しやすくクラックが発生しやすい。このため、受光部の
AlGaN層のAl組成および膜厚を大きくすることは
困難である。したがって、短波長の光に対して高い感度
を有する受光素子を実現することは困難である。However, as described above, in an AlGaN layer having a large Al composition and a large film thickness, the crystallinity is easily deteriorated and cracks are easily generated. For this reason, it is difficult to increase the Al composition and the film thickness of the AlGaN layer of the light receiving section. Therefore, it is difficult to realize a light receiving element having high sensitivity to short wavelength light.
【0015】ところで、サファイア基板上にGaN系半
導体層が形成されてなる窒化物系半導体素子において
は、サファイア基板とGaN系半導体層との間の格子定
数の差が大きい。このため、サファイア基板上に形成さ
れたGaN系半導体層は多くの転位を含んでおり結晶性
が劣化している。したがって、サファイア基板を用いた
窒化物系半導体素子においては、良好な素子特性を実現
することが困難である。Meanwhile, in a nitride-based semiconductor device having a GaN-based semiconductor layer formed on a sapphire substrate, the difference in lattice constant between the sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer is large. For this reason, the GaN-based semiconductor layer formed on the sapphire substrate contains many dislocations and has deteriorated crystallinity. Therefore, it is difficult to realize good device characteristics in a nitride semiconductor device using a sapphire substrate.
【0016】そこで、サファイア基板の代わりに、サフ
ァイア基板に比べて窒化物系半導体に近い格子定数を有
するSiC基板やGaN基板を用いた窒化物系半導体素
子の研究が進められている。Therefore, research on a nitride semiconductor device using a SiC substrate or a GaN substrate having a lattice constant closer to that of a nitride semiconductor than a sapphire substrate instead of the sapphire substrate has been conducted.
【0017】さらに、SiC基板においては、表面に傾
斜面(オフ面)を形成することにより、基板上に形成す
る窒化物系半導体層の結晶性の向上を図る試みが行われ
ている。Further, attempts have been made to improve the crystallinity of the nitride-based semiconductor layer formed on the SiC substrate by forming an inclined surface (off-surface) on the surface.
【0018】例えば、特開平11−233391号にお
いては、Si結晶の(0001)Si面に対して0.0
2度ないし0.6度の範囲内で傾斜した面(オフ面)を
有するSiC基板が開示されている。このような角度で
傾斜したオフ面を有するSiC基板を用いることによ
り、SiC基板上の窒化物系半導体層の成長において、
SiC基板のオフ角度と等しいオフ角度の窒化物系半導
体の成長表面が形成される。この結果、窒化物系半導体
層がステップフローモードで成長することにより、窒化
物系半導体層において良好な結晶性が得られることが示
されている。さらに、GaN基板においても、上記のS
iC基板と同様のオフ面を形成することが有効であろう
ということが示唆されている。また、ここでは、3.5
°と傾斜の大きなオフ面を有するSiC基板を用いて作
製した半導体レーザ素子においてはレーザ発振が起こら
ず、この原因として、GaN表面に段差が100nm程
度の凹凸が形成されていることが示されている。For example, in JP-A-11-233391, a value of 0.0
A SiC substrate having a plane (off plane) inclined within a range of 2 degrees to 0.6 degrees is disclosed. By using a SiC substrate having an off-plane inclined at such an angle, in growing a nitride-based semiconductor layer on the SiC substrate,
A growth surface of the nitride semiconductor having an off angle equal to the off angle of the SiC substrate is formed. As a result, it is shown that good crystallinity can be obtained in the nitride-based semiconductor layer by growing the nitride-based semiconductor layer in the step flow mode. Further, in a GaN substrate, the above S
It has been suggested that forming an off-plane similar to an iC substrate would be effective. Also, here, 3.5
Laser oscillation does not occur in a semiconductor laser device manufactured using a SiC substrate having an off-plane having a large inclination of °°, and as a cause, it is shown that unevenness with a step of about 100 nm is formed on the GaN surface. I have.
【0019】しかしながら、本発明者が、特開平11−
233391号に開示されたSiC基板と同様の0.0
2度ないし0.6度のオフ面を有するGaN基板上に成
長させた窒化物系半導体層について検討したところ、こ
のようなオフ面を有するGaN基板上に成長させた窒化
物系半導体層、特にAlGaN等のAlを有する窒化物
系半導体層においては充分良好な結晶性が得られないこ
とが明らかとなった。However, the present inventor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open
0.03 similar to the SiC substrate disclosed in US Pat.
When a nitride-based semiconductor layer grown on a GaN substrate having an off-plane of 2 degrees to 0.6 degrees was examined, a nitride-based semiconductor layer grown on a GaN substrate having such an off-plane, particularly, It has been clarified that sufficiently good crystallinity cannot be obtained in a nitride-based semiconductor layer having Al such as AlGaN.
【0020】本発明の目的は、窒化物系半導体層の結晶
性の向上を図ることにより素子特性の向上が図られた窒
化物系半導体素子を提供することである。An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device in which the device characteristics are improved by improving the crystallinity of the nitride semiconductor layer.
【0021】本発明の他の目的は、良好な結晶性を有す
る窒化物系半導体層を成長させることが可能な窒化物系
半導体基板を提供することである。Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor substrate on which a nitride semiconductor layer having good crystallinity can be grown.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
者が種々の実験および検討を行った結果、GaN基板で
は、上記の特開平11−233391号の開示内容とは
逆の発想でオフ角度を0.02〜0.6度の範囲よりも
大きくした場合において、結晶性の良好な窒化物系半導
体層が得られることを見出した。そして、この結果に基
づいて以下の本発明を案出した。As a result of various experiments and studies conducted by the present inventor, the present inventors have found that the GaN substrate has an off-angle based on a concept reverse to that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-233391. Is larger than the range of 0.02 to 0.6 degrees, a nitride-based semiconductor layer having good crystallinity can be obtained. And based on this result, the following present invention was devised.
【0023】本発明に係る窒化物系半導体基板は、六方
晶系の窒化物系半導体からなる窒化物系半導体基板であ
って、(0001)面から所定の方向に所定の角度傾斜
した傾斜面を有し、傾斜面の傾斜角度が1度以上20度
以下である。A nitride-based semiconductor substrate according to the present invention is a nitride-based semiconductor substrate made of a hexagonal nitride-based semiconductor, and has an inclined surface inclined at a predetermined angle from a (0001) plane in a predetermined direction. And the inclination angle of the inclined surface is 1 degree or more and 20 degrees or less.
【0024】本発明に係る窒化物系半導体基板の傾斜面
においては、原子オーダーの段差が形成されている。こ
こで、このような原子オーダーの段差が形成された窒化
物系半導体基板の傾斜面上に窒化物系半導体層を成長さ
せた場合、窒化物系半導体層においては主としてステッ
プフローモードで成長が起こる。それにより、窒化物系
半導体基板上に形成された窒化物系半導体層において
は、転位が低減されて良好な結晶性が実現される。At the inclined surface of the nitride-based semiconductor substrate according to the present invention, a step of an atomic order is formed. Here, when a nitride-based semiconductor layer is grown on an inclined surface of a nitride-based semiconductor substrate having such a step of the atomic order, growth occurs mainly in the step-flow mode in the nitride-based semiconductor layer. . Thereby, in the nitride-based semiconductor layer formed on the nitride-based semiconductor substrate, dislocations are reduced and good crystallinity is realized.
【0025】また、このような窒化物系半導体基板と、
その上に成長させる窒化物系半導体層とにおいては、格
子定数の差が低減されている。したがって、このような
窒化物系半導体基板を用いて窒化物系半導体層を成長さ
せる場合においては、窒化物系半導体層において、基板
との格子定数の差に起因して発生する転位を低減するこ
とが可能となり、良好な結晶性を実現することができ
る。Further, such a nitride-based semiconductor substrate,
The difference in lattice constant between the nitride-based semiconductor layer grown thereon and the nitride-based semiconductor layer is reduced. Therefore, when a nitride-based semiconductor layer is grown using such a nitride-based semiconductor substrate, it is necessary to reduce dislocations generated in the nitride-based semiconductor layer due to a difference in lattice constant from the substrate. And good crystallinity can be realized.
【0026】以上のように、本発明に係る窒化物系半導
体基板を用いることにより、その上に形成する窒化物系
半導体層において良好な結晶性を実現することが可能と
なる。このことから、本発明に係る窒化物系半導体基板
を用いて窒化物系半導体素子を作製することにより、素
子特性の向上が図られた窒化物系半導体素子を得ること
が可能となる。As described above, by using the nitride-based semiconductor substrate according to the present invention, it is possible to realize good crystallinity in the nitride-based semiconductor layer formed thereon. Accordingly, by manufacturing a nitride-based semiconductor device using the nitride-based semiconductor substrate according to the present invention, it is possible to obtain a nitride-based semiconductor device with improved device characteristics.
【0027】また、傾斜面の傾斜方向は、基板面内にお
いて<11-20>方向から0度以上7度以下の範囲内の
方向であるか、もしくはこれと等価な方向であることが
好ましい。なお、六方晶系の窒化物系半導体において
は、[11-20]方向、[-2110]方向、[-12-1
0]方向、[-1-120]方向、[2-1-10]方向および
[1-210]方向が等価な面方位である。ここでは、こ
れらの等価な面方位を一般表記<11-20>方向で表
す。The inclination direction of the inclined surface is preferably a direction in the range of 0 to 7 degrees from the <11-20> direction in the substrate plane, or a direction equivalent thereto. In the hexagonal nitride semiconductor, the [11-20] direction, the [-2110] direction, and [-12-1]
The [0], [-1-120], [2-1-10] and [1-210] directions are equivalent plane directions. Here, these equivalent plane orientations are represented by the general notation <11-20>.
【0028】上記のような傾斜方向の傾斜面を有する窒
化物系半導体基板上に窒化物系半導体層を形成した場
合、窒化物系半導体層の表面には単原子層の段差が形成
されやすく、この結果、段差間の間隔が短くなり、窒化
物系半導体層の結晶成長がよりステップモードで起こり
やすくなる。したがって、この場合においては、良好な
結晶性を有する窒化物系半導体を形成することができ
る。When a nitride-based semiconductor layer is formed on a nitride-based semiconductor substrate having an inclined surface in the above-described inclination direction, a step of a monoatomic layer is easily formed on the surface of the nitride-based semiconductor layer. As a result, the interval between the steps is reduced, and the crystal growth of the nitride-based semiconductor layer is more likely to occur in the step mode. Therefore, in this case, a nitride semiconductor having good crystallinity can be formed.
【0029】また、窒化物系半導体基板はGaNから構
成されてもよい。このようなGaN基板上に窒化物系半
導体層を形成した場合においては、GaN基板と窒化物
系半導体層との格子定数の差を小さくすることができ
る。このため、窒化物系半導体層において、基板との格
子定数の差に起因して発生する転位を低減することが可
能となる。したがって、より良好な結晶性を有する窒化
物系半導体層を形成することが可能となる。The nitride-based semiconductor substrate may be made of GaN. When a nitride-based semiconductor layer is formed on such a GaN substrate, the difference in lattice constant between the GaN substrate and the nitride-based semiconductor layer can be reduced. For this reason, in the nitride-based semiconductor layer, it is possible to reduce dislocations generated due to a difference in lattice constant from the substrate. Therefore, a nitride-based semiconductor layer having better crystallinity can be formed.
【0030】本発明に係る窒化物系半導体素子は、六方
晶系の窒化物系半導体からなる窒化物系半導体基板上に
1層以上の窒化物系半導体層が形成されてなる窒化物系
半導体素子であって、窒化物系半導体基板は(000
1)面から所定の方向に所定の角度傾斜した傾斜面を有
し、傾斜面の傾斜角度は1度以上20度以下である。A nitride-based semiconductor device according to the present invention comprises a nitride-based semiconductor substrate formed of a hexagonal nitride-based semiconductor and one or more nitride-based semiconductor layers formed on the substrate. And the nitride semiconductor substrate is (000
1) It has an inclined surface inclined at a predetermined angle from the surface in a predetermined direction, and the inclination angle of the inclined surface is 1 degree or more and 20 degrees or less.
【0031】本発明に係る窒化物系半導体素子において
は、(0001)面から所定の方向に1度以上20度以
下の範囲内で所定の角度傾斜した傾斜面を有する窒化物
系半導体基板が用いられている。このような窒化物系半
導体基板の傾斜面においては、原子オーダーの段差が形
成されている。In the nitride semiconductor device according to the present invention, a nitride semiconductor substrate having an inclined surface inclined at a predetermined angle within a range of 1 ° to 20 ° from a (0001) plane in a predetermined direction is used. Have been. At the inclined surface of such a nitride-based semiconductor substrate, a step of an atomic order is formed.
【0032】上記のような原子オーダーの段差が形成さ
れた窒化物系半導体基板の傾斜面上に1層以上の窒化物
系半導体層を成長させると、この窒化物系半導体層にお
いては主としてステップフローモードで成長が起こる。
それにより、窒化物系半導体層において、転位が低減さ
れて良好な結晶性が実現される。When one or more nitride-based semiconductor layers are grown on the inclined surface of the nitride-based semiconductor substrate on which the steps of the atomic order are formed, the nitride-based semiconductor layer mainly has a step flow. Growth occurs in the mode.
Thereby, in the nitride-based semiconductor layer, dislocations are reduced and good crystallinity is realized.
【0033】また、この場合、窒化物系半導体基板の格
子定数が、窒化物系半導体層の格子定数に近いため、窒
化物系半導体層においては、基板との格子定数の差に起
因して発生する転位が低減されている。したがって、窒
化物系半導体基板上に形成された窒化物系半導体層にお
いては、さらに結晶性の向上が図られる。In this case, since the lattice constant of the nitride-based semiconductor substrate is close to the lattice constant of the nitride-based semiconductor layer, the nitride-based semiconductor layer is generated due to a difference in lattice constant from the substrate. Dislocations are reduced. Therefore, in the nitride-based semiconductor layer formed on the nitride-based semiconductor substrate, the crystallinity is further improved.
【0034】以上のように、窒化物系半導体基板を備え
た上記の窒化物系半導体素子においては、窒化物系半導
体層において良好な結晶性を得ることが可能となる。こ
のため、窒化物系半導体素子においては、素子特性の向
上を図ることが可能となる。As described above, in the above-described nitride semiconductor device provided with the nitride semiconductor substrate, it is possible to obtain good crystallinity in the nitride semiconductor layer. For this reason, in the nitride-based semiconductor device, it is possible to improve the device characteristics.
【0035】また、窒化物系半導体基板の傾斜面の傾斜
方向は、基板面内において<11-20>方向から0度以
上7度以下の範囲内の方向であることが好ましい。The inclination direction of the inclined surface of the nitride-based semiconductor substrate is preferably in the range of 0 ° to 7 ° from the <11-20> direction in the substrate plane.
【0036】上記のような傾斜方向の傾斜面を有する窒
化物系半導体基板上においては、窒化物系半導体層の表
面に単原子層の段差が形成されやすく、その結果、段差
間の間隔が短くなり、窒化物系半導体層の結晶成長がさ
らにステップモードで起こりやすくなる。したがって、
この場合においては、窒化物系半導体層において、良好
な結晶性が実現される。On the nitride-based semiconductor substrate having the inclined surface in the above-described inclined direction, a step of a monoatomic layer is easily formed on the surface of the nitride-based semiconductor layer, and as a result, the interval between the steps is short. Thus, the crystal growth of the nitride-based semiconductor layer is more likely to occur in the step mode. Therefore,
In this case, good crystallinity is realized in the nitride-based semiconductor layer.
【0037】窒化物系半導体基板はGaNから構成され
てもよい。このようなGaNからなる基板上に窒化物系
半導体層を成長させることにより、基板と窒化物系半導
体層との格子定数の差を小さくすることができる。この
ため、窒化物系半導体層において、基板との格子定数の
差に起因して発生する転位を低減することが可能とな
る。したがって、より良好な結晶性を有する窒化物系半
導体層を形成することが可能となり、窒化物系半導体素
子の素子特性が向上する。The nitride-based semiconductor substrate may be composed of GaN. By growing a nitride-based semiconductor layer on such a substrate made of GaN, the difference in lattice constant between the substrate and the nitride-based semiconductor layer can be reduced. For this reason, in the nitride-based semiconductor layer, it is possible to reduce dislocations generated due to a difference in lattice constant from the substrate. Therefore, a nitride-based semiconductor layer having better crystallinity can be formed, and the device characteristics of the nitride-based semiconductor device are improved.
【0038】窒化物系半導体層は少なくとも1層以上の
Alを含む窒化物系半導体層から構成されてもよい。The nitride semiconductor layer may be composed of at least one or more nitride semiconductor layers containing Al.
【0039】ここで、通常は、結晶成長におけるAlの
表面拡散が小さいため、Alの組成の大きな窒化物系半
導体層においては結晶成長がステップフローモードで起
こりにくい。このため、Al組成の大きな窒化物系半導
体層においては良好な結晶性を実現することが困難であ
る。Here, since the surface diffusion of Al during crystal growth is usually small, crystal growth hardly occurs in the step flow mode in a nitride-based semiconductor layer having a large Al composition. Therefore, it is difficult to realize good crystallinity in a nitride-based semiconductor layer having a large Al composition.
【0040】これに対して、この場合においては、傾斜
面を有する窒化物系半導体基板上にAlを含む窒化物系
半導体層が形成されている。このため、Alを含む窒化
物系半導体層においては、Al組成を大きくしても結晶
成長をステップフローモードで進めることが可能とな
る。したがって、この場合においては、Alを含む窒化
物系半導体層においてAl組成を大きくするとともに結
晶性の向上を図ることが可能となる。On the other hand, in this case, a nitride semiconductor layer containing Al is formed on a nitride semiconductor substrate having an inclined surface. Therefore, in the nitride-based semiconductor layer containing Al, crystal growth can proceed in the step flow mode even when the Al composition is increased. Therefore, in this case, it is possible to increase the Al composition and improve the crystallinity in the nitride-based semiconductor layer containing Al.
【0041】このようなAl組成が大きくかつ結晶性の
良好なAlを含む窒化物系半導体層を有する窒化物系半
導体素子においては、素子特性の向上を図ることが可能
となる。In such a nitride semiconductor device having a nitride semiconductor layer containing Al having a large Al composition and good crystallinity, the device characteristics can be improved.
【0042】また、窒化物系半導体層は、第1の窒化物
系半導体層、能動素子領域および第2の窒化物系半導体
層がこの順で形成されることにより構成されてもよい。
なお、この場合の窒化物系半導体素子の能動素子領域と
は、例えば発光ダイオード素子や半導体レーザ素子の発
光層や活性層、導波路素子のコア層、PINフォトダイ
オードのI層、フォトダイオードやHBT(ヘテロ接合
バイポーラトランジスタ)のpn接合部分、FET(電
界効果型トランジスタ)のチャネル部分等に相当する。Further, the nitride-based semiconductor layer may be constituted by forming a first nitride-based semiconductor layer, an active element region and a second nitride-based semiconductor layer in this order.
The active element region of the nitride-based semiconductor element in this case is, for example, a light emitting layer or an active layer of a light emitting diode element or a semiconductor laser element, a core layer of a waveguide element, an I layer of a PIN photodiode, a photodiode or an HBT. (A heterojunction bipolar transistor), a channel portion of an FET (field effect transistor), and the like.
【0043】この場合においては、第1および第2の窒
化物系半導体層ならびに能動素子領域において、主とし
てステップフローモードで成長が起こる。このため、第
1および第2の窒化物系半導体層ならびに能動素子領域
において、転位が低減されて良好な結晶性が実現され
る。In this case, growth occurs mainly in the step flow mode in the first and second nitride semiconductor layers and the active element region. Therefore, in the first and second nitride-based semiconductor layers and the active element region, dislocations are reduced, and good crystallinity is realized.
【0044】第1の窒化物系半導体層はAlを含む窒化
物系半導体層を含み、第2の窒化物系半導体層はAlを
含む窒化物系半導体層を含んでもよい。また、第1の窒
化物系半導体層のAlを含む窒化物系半導体層および第
2の窒化物系半導体層のAlを含む窒化物系半導体層は
AlGaNから構成されてもよい。The first nitride-based semiconductor layer may include a nitride-based semiconductor layer containing Al, and the second nitride-based semiconductor layer may include a nitride-based semiconductor layer containing Al. Further, the first nitride-based semiconductor layer containing Al and the second nitride-based semiconductor layer containing Al may be made of AlGaN.
【0045】[0045]
【発明の実施の形態】以下においては、本発明に係る窒
化物系半導体基板の製造方法について説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to the present invention will be described below.
【0046】図1は、本発明に係る窒化物系半導体基板
の製造方法の例を示す模式的な工程断面図である。FIG. 1 is a schematic process sectional view showing an example of a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to the present invention.
【0047】まず、図1(a)に示すように、(000
1)面を主面とするn−GaN基板1aを用意する。First, as shown in FIG.
1) An n-GaN substrate 1a having a surface as a main surface is prepared.
【0048】次に、図1(b)に示すように、図中のA
−A線上のn−GaN基板1aの領域を研磨して除去す
る。それにより、(0001)面から所定の方向(以
下、オフ方向と呼ぶ)に所定の角度(以下、オフ角度と
呼ぶ)Bだけ傾斜した面(以下、オフ面と呼ぶ)を露出
させる。Next, as shown in FIG.
-A region of the n-GaN substrate 1a on the A line is removed by polishing. As a result, a surface (hereinafter, referred to as an off surface) inclined by a predetermined angle (hereinafter, referred to as an off angle) B in a predetermined direction (hereinafter, referred to as an off direction) from the (0001) plane is exposed.
【0049】ここで、n−GaN基板1におけるオフ角
度Bは、1〜20°の範囲内の所定の角度とする。ま
た、オフ方向は、基板面内においてGaNの<11-20
>方向から±7°の範囲内の所定の方向とする。Here, the off-angle B in the n-GaN substrate 1 is a predetermined angle in the range of 1 to 20 °. In addition, the off direction corresponds to <11−20 of GaN in the substrate plane.
> A predetermined direction within a range of ± 7 ° from the direction.
【0050】なお、ここでは、[11-20]方向および
これと等価な方向を一般表記<11-20>方向で表す。Here, the [11-20] direction and directions equivalent thereto are represented by the general notation <11-20> direction.
【0051】以上のようにして、図1(c)に示すよう
に、表面にオフ面が形成されたn−GaNオフ基板1を
作製する。この場合、n−GaNオフ基板1の表面すな
わちオフ面には、原子オーダーの段差が形成されてい
る。なお、図1(c)は原子オーダーの段差を高さ方向
に誇張して描いた模式図である。As described above, as shown in FIG. 1C, an n-GaN off-substrate 1 having an off-surface formed on the surface is manufactured. In this case, a step in the order of atoms is formed on the surface of the n-GaN off-substrate 1, that is, on the off-surface. FIG. 1C is a schematic diagram in which a step in the order of atoms is exaggerated in the height direction.
【0052】また、本発明に係る窒化物系半導体基板の
他の製造方法は、ワイヤーソー等でほぼ所定のオフ角度
で基板状に切り出し、その基板の表面を鏡面研磨するこ
とにより所定のオフ角度の基板を製造してもよい。In another method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to the present invention, a substrate is cut into a substrate shape at a substantially predetermined off angle with a wire saw or the like, and the surface of the substrate is mirror-polished to a predetermined off angle. May be manufactured.
【0053】オフ角度Bおよびオフ方向が上記のように
設定されたn−GaNオフ基板1上にGaN系半導体層
を成長させる場合、GaN系半導体層においては結晶成
長がステップフローモードで起こりやすくなる。このた
め、n−GaNオフ基板1上に形成されたGaN系半導
体層においては、転位が低減されて良好な結晶性が実現
される。When a GaN-based semiconductor layer is grown on the n-GaN off-substrate 1 in which the off-angle B and the off-direction are set as described above, crystal growth is likely to occur in the GaN-based semiconductor layer in a step flow mode. . For this reason, in the GaN-based semiconductor layer formed on the n-GaN off-substrate 1, dislocations are reduced and good crystallinity is realized.
【0054】特に、このようなn−GaNオフ基板1を
用いる場合においては、GaN系半導体層を通常の成長
温度よりも低い温度で成長させた場合においても、Ga
N系半導体層の結晶成長をステップフローモード進める
ことが可能である。したがって、GaN系半導体層を低
温で成長させた場合においても、良好な結晶性を有する
GaN系半導体層を形成することができる。In particular, when such an n-GaN off-substrate 1 is used, even when the GaN-based semiconductor layer is grown at a temperature lower than a normal growth temperature, Ga
The crystal growth of the N-based semiconductor layer can proceed in a step flow mode. Therefore, even when the GaN-based semiconductor layer is grown at a low temperature, a GaN-based semiconductor layer having good crystallinity can be formed.
【0055】以下、本発明の実施例として、図1に示す
方法により作製したn−GaNオフ基板1上にAlGa
N層を成長させる場合について説明する。In the following, as an embodiment of the present invention, AlGa on an n-GaN off substrate 1 manufactured by the method shown in FIG.
The case where an N layer is grown will be described.
【0056】本実施例においては、図2(a)に示すよ
うに、例えば、MOVPE(有機金属化学的気相成長
法)により、n−GaNオフ基板1上にAlGaN層1
5を成長させる(図2(b))。この場合、AlGaN
層15においては、ステップフローモードで成長が進
む。In this embodiment, as shown in FIG. 2A, an AlGaN layer 1 is formed on an n-GaN off substrate 1 by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), for example.
5 is grown (FIG. 2B). In this case, AlGaN
In layer 15, growth proceeds in a step flow mode.
【0057】ところで、通常、結晶成長におけるAl原
子の表面拡散が小さいことから、例えば平坦なn−Ga
N層の(0001)面上にAl組成の大きなAlGaN
層を成長させる場合においては結晶成長がステップフロ
ーモードで起こりにくい。By the way, since the surface diffusion of Al atoms during crystal growth is usually small, for example, flat n-Ga
AlGaN with large Al composition on (0001) plane of N layer
When growing a layer, crystal growth is unlikely to occur in step flow mode.
【0058】これに対して、原子オーダーの段差が形成
されたn−GaNオフ基板1のオフ面上にAlGaN層
15を成長させる場合、結晶成長におけるAl原子の表
面拡散が小さいにもかかわらず、AlGaN層15は主
としてステップフローモードで成長が起こる。特にこの
場合においては、AlGaN層15のAl組成を大きく
した場合においてもステップフローモードで成長を進め
ることが可能である。On the other hand, when the AlGaN layer 15 is grown on the off-surface of the n-GaN off-substrate 1 on which the steps of the atomic order are formed, despite the small surface diffusion of Al atoms in the crystal growth, The AlGaN layer 15 mainly grows in a step flow mode. In particular, in this case, even when the Al composition of the AlGaN layer 15 is increased, the growth can proceed in the step flow mode.
【0059】ここで、上記のようなAlGaN層15の
ステップフローモード成長においては、結晶中の転位を
低減することが可能である。したがって、n−GaNオ
フ基板1上に成長したAlGaN層15においては、良
好な結晶性が実現される。Here, in the step flow mode growth of the AlGaN layer 15 as described above, it is possible to reduce dislocations in the crystal. Therefore, good crystallinity is realized in the AlGaN layer 15 grown on the n-GaN off substrate 1.
【0060】特に、この場合においては、Al組成の大
きなAlGaN層15においても良好な結晶性が実現さ
れ、クラックの発生も防止される。したがって、n−G
aNオフ基板15を用いることにより、AlGaN層1
5のAl組成を大きくすることが可能となる。In particular, in this case, good crystallinity is realized even in the AlGaN layer 15 having a large Al composition, and generation of cracks is prevented. Therefore, nG
By using the aN-off substrate 15, the AlGaN layer 1
5 can be increased.
【0061】また、この場合においては、n−GaNオ
フ基板1とAlGaN層15との間の格子定数の差が、
サファイア基板とAlGaN層との間の格子定数の差に
比べて小さい。このため、n−GaNオフ基板1上に成
長させたAlGaN層15においては、基板との格子定
数の差に起因して発生する転位が低減されており、より
良好な結晶性が実現される。In this case, the difference in lattice constant between the n-GaN off substrate 1 and the AlGaN layer 15 is as follows:
The difference in lattice constant between the sapphire substrate and the AlGaN layer is small. Therefore, in the AlGaN layer 15 grown on the n-GaN off-substrate 1, the dislocation generated due to the difference in lattice constant from the substrate is reduced, and better crystallinity is realized.
【0062】さらに、n−GaNオフ基板1を用いるこ
とにより、AlGaN層15を通常のAlGaNの成長
時の基板温度よりも低い温度、例えば750〜950℃
で成長させる場合においても、AlGaN層15の結晶
成長をステップフローモードで進めることが可能とな
る。したがって、AlGaN層15をこのような低温で
成長させる場合においても、AlGaN層15において
は良好な結晶性が実現可能となる。Further, by using the n-GaN off-substrate 1, the AlGaN layer 15 can be formed at a temperature lower than the substrate temperature during normal AlGaN growth,
In the case where the AlGaN layer 15 is grown, the crystal growth of the AlGaN layer 15 can be performed in the step flow mode. Therefore, even when the AlGaN layer 15 is grown at such a low temperature, good crystallinity can be realized in the AlGaN layer 15.
【0063】なお、上記において、AlGaN層15は
アンドープ、n型およびp型のいずれであってもよい。In the above, the AlGaN layer 15 may be undoped, n-type or p-type.
【0064】ここで、前述のように、n−GaNオフ基
板1を用いることによりAlGaN層15の結晶性が向
上することから、AlGaN層15においてはMgの活
性化率を高くしてキャリア濃度を高くすることが可能と
なる。特に、この場合においては、Al組成の大きなp
−AlGaN層においてもキャリア濃度を高くすること
が可能となる。したがって、この場合においては、n−
GaNオフ基板1により、より大きな効果が得られる。Here, as described above, since the crystallinity of the AlGaN layer 15 is improved by using the n-GaN off-substrate 1, the activation rate of Mg in the AlGaN layer 15 is increased to reduce the carrier concentration. It becomes possible to raise it. In particular, in this case, p having a large Al composition
-It is possible to increase the carrier concentration also in the AlGaN layer. Therefore, in this case, n-
With the GaN off substrate 1, a greater effect can be obtained.
【0065】続いて、図1のn−GaNオフ基板1を用
いて作製された窒化物系半導体素子について説明する。Next, a nitride-based semiconductor device manufactured by using the n-GaN off-substrate 1 of FIG. 1 will be described.
【0066】図3は、本発明に係る窒化物系半導体素子
の一例を示す模式的な斜視図である。なお、この場合に
おいては、本発明に係る窒化物系半導体素子として、窒
化物系半導体レーザ素子について説明する。FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example of the nitride-based semiconductor device according to the present invention. In this case, a nitride semiconductor laser device will be described as the nitride semiconductor device according to the present invention.
【0067】図3に示す半導体レーザ素子100は、以
下の方法により作製される。半導体レーザ素子100の
作製時には、まず、図4(a)に示すように、n−Ga
Nオフ基板1のオフ面上に、バッファ層2、n−AlG
aN第2クラッド層層3、n−GaN第1クラッド層
4、多重量子井戸(MQW)構造を有するMQW発光層
5、p−GaN第1クラッド層6、p−AlGaN第2
クラッド層7およびp−GaNキャップ層8を順に成長
させる。The semiconductor laser device 100 shown in FIG. 3 is manufactured by the following method. When manufacturing the semiconductor laser device 100, first, as shown in FIG.
A buffer layer 2 and an n-AlG
aN second cladding layer 3, n-GaN first cladding layer 4, MQW light emitting layer 5 having a multiple quantum well (MQW) structure, p-GaN first cladding layer 6, p-AlGaN second cladding layer 6
The cladding layer 7 and the p-GaN cap layer 8 are sequentially grown.
【0068】上記のMQW発光層5は、膜厚4nm程度
のGaN障壁層と、膜厚4nm程度のIn0.15Ga0.85
N井戸層とが交互に積層されてなる。この場合、GaN
障壁層は5層であり、In0.15Ga0.85N井戸層は4層
である。The MQW light emitting layer 5 includes a GaN barrier layer having a thickness of about 4 nm and an In 0.15 Ga 0.85
N well layers are alternately stacked. In this case, GaN
There are five barrier layers, and four In 0.15 Ga 0.85 N well layers.
【0069】なお、図4(a)においては、n−GaN
オフ基板1のオフ面を模式的に水平かつ平坦で表してい
るが、この場合のn−GaNオフ基板1は、図1(c)
に示すように、GaNの(0001)面から[11-2
0]方向へ2°オフしたオフ面を有している。また、オ
フ面には原子オーダーの段差が形成されている。In FIG. 4A, n-GaN
The off surface of the off-substrate 1 is schematically shown as being horizontal and flat. In this case, the n-GaN off-substrate 1 is shown in FIG.
As shown in [11-2], [11-2]
0] direction. Further, a step of an atomic order is formed on the off plane.
【0070】各層2〜8の組成、膜厚、成長時の基板温
度およびキャリア濃度は表1に示すとおりである。The composition, film thickness, substrate temperature during growth and carrier concentration of each of the layers 2 to 8 are as shown in Table 1.
【0071】[0071]
【表1】 [Table 1]
【0072】上記の各層2〜8は大気圧のMOVPE法
(有機金属化学的気相成長法)により成長させる。この
場合、原料ガスとして、トリメチルアルミニウム(TM
Al)、トリメチルガリウム(TMGa)、トリメチル
インジウム(TMIn)、NH3 、シランガス(SiH
4 )、シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 M
G)を用いる。Each of the above-mentioned layers 2 to 8 is grown by the MOVPE method (metal organic chemical vapor deposition) at atmospheric pressure. In this case, trimethyl aluminum (TM
Al), trimethylgallium (TMGa), trimethylindium (TMIn), NH 3 , silane gas (SiH
4 ), cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 M
G) is used.
【0073】この場合においては、n−GaNオフ基板
1上に各層2〜8を成長させるため、各層2〜8におい
ては結晶成長が主としてステップフローモードで起こ
る。したがって、各層2〜8においては、転位が低減さ
れて良好な結晶性が実現される。In this case, since each of the layers 2 to 8 is grown on the n-GaN off-substrate 1, crystal growth mainly occurs in the step flow mode in each of the layers 2 to 8. Therefore, in each of layers 2 to 8, dislocations are reduced and good crystallinity is realized.
【0074】特に、上記においては、n−GaNオフ基
板1を用いていることにより、Al組成が0.3と大き
くかつ膜厚の大きなn−AlGaN第2クラッド層3お
よびp−AlGaN第2クラッド層7においても、結晶
成長をステップフローモードで進めることが可能とな
る。したがって、これらの層3,7においても良好な結
晶性が実現され、クラックの発生が防止される。In particular, in the above, the use of the n-GaN off-substrate 1 allows the n-AlGaN second cladding layer 3 and the p-AlGaN second cladding layer 3 having a large Al composition and a large thickness to be 0.3. Also in the layer 7, the crystal growth can proceed in the step flow mode. Therefore, good crystallinity is realized also in these layers 3 and 7, and the occurrence of cracks is prevented.
【0075】また、上記のようにp−AlGaN第2ク
ラッド層7の結晶性が良好であることから、p−AlG
aN第2クラッド層7においては、Mgの活性化率を高
くしてキャリア濃度を2×1018cm-3程度と高くする
ことが可能となる。Since the p-AlGaN second cladding layer 7 has good crystallinity as described above, p-AlG
In the aN second cladding layer 7, it is possible to increase the activation rate of Mg to increase the carrier concentration to about 2 × 10 18 cm −3 .
【0076】さらに、この場合、n−GaNオフ基板1
と各層2〜8との格子定数の差が小さいため、各層2〜
8においては基板との格子定数の差に起因して発生する
転位が低減されている。したがって、各層2〜8におい
ては、より良好な結晶性が実現可能となる。Further, in this case, the n-GaN off substrate 1
And the difference between the lattice constants of the layers 2 to 8 is small.
In No. 8, the dislocation generated due to the difference in lattice constant from the substrate is reduced. Therefore, in each of the layers 2 to 8, better crystallinity can be realized.
【0077】なお、上記においては、n−AlGaN第
2クラッド層3およびp−AlGaN第2クラッド層7
の成長時の基板温度を1150℃としているが、これよ
りも低い温度、例えば750〜950℃でこれらの層
3,7を成長させてもよい。この場合においても、n−
AlGaN第2クラッド層3およびp−AlGaN第2
クラッド層7において結晶成長をステップフローモード
で進めることが可能となる。したがって、このような低
温で成長させた場合においても、これらの層3,7にお
いて良好な結晶性が実現可能となる。In the above description, the n-AlGaN second cladding layer 3 and the p-AlGaN second cladding layer 7
Although the substrate temperature at the time of growth is 1150 ° C., these layers 3 and 7 may be grown at a lower temperature, for example, 750 to 950 ° C. Also in this case, n-
AlGaN second cladding layer 3 and p-AlGaN second
Crystal growth in the cladding layer 7 can be performed in a step flow mode. Therefore, even when grown at such a low temperature, good crystallinity can be realized in these layers 3 and 7.
【0078】続いて、図4(b)に示すように、p−G
aNキャップ層8の全面に、例えばECR(電子サイク
ロトロン共鳴)プラズマCVD法により、厚さ0.2μ
m程度のSi3 N4 等のシリコン窒化物からなる電流狭
窄層9形成する。次に、フォトリソグラフィおよびBH
F(緩衝フッ酸)によるウェットエッチングで、幅2μ
m程度のストライプ状の領域のシリコン窒化物を除去
し、p−GaNキャップ層8を露出させる。それによ
り、ストライプ状の電流通路10が形成される。Subsequently, as shown in FIG.
On the entire surface of the aN cap layer 8, for example, a 0.2 μm thick
A current confinement layer 9 made of silicon nitride such as Si 3 N 4 having a thickness of about m is formed. Next, photolithography and BH
Wet etching with F (buffered hydrofluoric acid), width 2μ
The silicon nitride in the stripe-shaped region of about m is removed to expose the p-GaN cap layer 8. Thus, a stripe-shaped current path 10 is formed.
【0079】次に、図5(e)に示すように、例えば7
6Torrの減圧MOVPE法により、電流狭窄層9上
およびストライプ状開口部内のp−GaNキャップ層8
上に厚さが3〜5μmでありキャリア濃度が3×1018
cm-3のMgドープGaNからなるp−GaNコンタク
ト層11を形成する。この際、p−GaNキャップ層8
の露出した部分に選択的にp−GaNが成長するよう
に、成長条件を適切に調整する。例えば、基板温度を約
100℃上昇させ、NH3 の量を約3倍に増加させる。Next, as shown in FIG.
The p-GaN cap layer 8 on the current confinement layer 9 and in the stripe-shaped opening is formed by the reduced pressure MOVPE method of 6 Torr.
The thickness is 3-5 μm and the carrier concentration is 3 × 10 18
A p-GaN contact layer 11 made of cm.sup.- 3 Mg-doped GaN is formed. At this time, the p-GaN cap layer 8
The growth conditions are adjusted appropriately so that p-GaN grows selectively on the exposed portions of the. For example, the substrate temperature is increased by about 100 ° C., and the amount of NH 3 is increased by about three times.
【0080】このような条件下で成長を行うと、p−G
aNキャップ層8の露出した部分にp−GaNが成長
し、電流通路10にあたる部分が形成される。一方、電
流狭窄層9上にはp−GaNは結晶成長しない。引続き
結晶成長を継続すると、p−GaNが電流通路10上に
成長するとともに、電流通路10上に成長したp−Ga
Nの側面から横方向に結晶成長が開始し、電流狭窄層9
上にp−GaNからなるp−GaNコンタクト層11が
形成される。例えば、電流通路10にあたる部分を中心
として幅約8μmでp−GaNコンタクト層11が形成
される。When growth is performed under such conditions, pG
The p-GaN grows on the exposed portion of the aN cap layer 8, and a portion corresponding to the current path 10 is formed. On the other hand, p-GaN does not grow on the current confinement layer 9. When the crystal growth is continued, p-GaN grows on the current path 10 and p-Ga grown on the current path 10 continues.
The crystal growth starts in the lateral direction from the side surface of N and the current confinement layer 9
A p-GaN contact layer 11 made of p-GaN is formed thereon. For example, the p-GaN contact layer 11 is formed with a width of about 8 μm around a portion corresponding to the current path 10.
【0081】この結果、p−GaNキャップ層8とp−
GaNコンタクト層11とは幅2μm程度のストライプ
状の電流通路10で接続され、p−GaNキャップ層8
とp−GaNコンタクト層11との間に、電流通路10
の部分を除いて、厚さ0.2μm程度のSi3 N4 から
なる電流狭窄層9が形成される。As a result, the p-GaN cap layer 8 and the p-GaN
The p-GaN cap layer 8 is connected to the GaN contact layer 11 through a stripe-shaped current path 10 having a width of about 2 μm.
Between the current path 10 and the p-GaN contact layer 11.
A current confinement layer 9 made of Si 3 N 4 having a thickness of about 0.2 μm is formed except for the portion of.
【0082】さらに、図6(g)に示すように、n−G
aNオフ基板1の結晶成長面と反対側の面(裏面)上
に、例えばAu/Tiからなるn電極51を形成する。
また、p−GaNコンタクト層11上にAu/Pdから
なるp電極50を形成する。Further, as shown in FIG.
An n-electrode 51 made of, for example, Au / Ti is formed on a surface (back surface) of the aN-off substrate 1 opposite to the crystal growth surface.
Further, a p-electrode 50 made of Au / Pd is formed on the p-GaN contact layer 11.
【0083】最後に、例えばへき開により、ストライプ
状の電流通路10に沿った方向に共振器長300μmの
共振器構造を形成する。それにより、半導体レーザ素子
100が形成される。Finally, a cavity structure having a cavity length of 300 μm is formed in the direction along the stripe-shaped current path 10 by cleavage, for example. Thereby, the semiconductor laser device 100 is formed.
【0084】なお、半導体レーザ素子100の共振器端
面にSi3 N4 、SiO2 、Al2O3 、TiO2 等を
積層した誘電体多層膜等の端面高反射膜や低反射膜を形
成してもよい。Incidentally, a high-reflection film or a low-reflection film such as a dielectric multilayer film in which Si 3 N 4 , SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 or the like is laminated is formed on the cavity end surface of the semiconductor laser device 100. You may.
【0085】上記の半導体レーザ素子100において
は、n−GaNオフ基板1を用いているため、各層2〜
8の結晶成長がステップフローモードで起こる。このた
め、各層2〜8においては転位が低減され、良好な結晶
性が実現される。In the above-described semiconductor laser device 100, since the n-GaN off-substrate 1 is used, each of the layers 2 to
8 occurs in a step flow mode. For this reason, in each of layers 2 to 8, dislocations are reduced, and good crystallinity is realized.
【0086】また、この場合、n−GaNオフ基板1の
格子定数と各層2〜8の格子定数との差が小さい。この
ため、各層2〜8においては、基板との格子定数の差に
起因して発生する転位が低減される。したがって、各層
2〜8においては、より良好な結晶性が実現される。In this case, the difference between the lattice constant of the n-GaN off-substrate 1 and the lattice constants of the layers 2 to 8 is small. Therefore, in each of the layers 2 to 8, dislocations generated due to a difference in lattice constant from the substrate are reduced. Therefore, better crystallinity is realized in each of the layers 2 to 8.
【0087】特に、半導体レーザ素子100において
は、n−GaNオフ基板1を用いることにより、結晶成
長におけるAl原子の表面拡散が小さいn−AlGaN
第2クラッド層3およびp−AlGaN第2クラッド層
7においても、結晶成長をステップフローモードで進め
ることが可能となる。したがって、結晶性の良好なn−
AlGaN第2クラッド層3およびp−AlGaN第2
クラッド層7が得られる。In particular, in the semiconductor laser device 100, by using the n-GaN off-substrate 1, n-AlGaN having small surface diffusion of Al atoms during crystal growth is used.
Also in the second cladding layer 3 and the p-AlGaN second cladding layer 7, the crystal growth can proceed in the step flow mode. Therefore, n-
AlGaN second cladding layer 3 and p-AlGaN second
The clad layer 7 is obtained.
【0088】それにより、n−AlGaN第2クラッド
層3およびp−AlGaN第2クラッド層7においては
ヒロックの発生が減少し、表面モルフォロジも改善され
る。その結果、n−AlGaN第2クラッド層3および
p−AlGaN第2クラッド層7の膜厚およびAl組成
を上記のように大きくした場合においても、n−AlG
aN第2クラッド層3およびp−AlGaN第2クラッ
ド層7において良好な結晶性が実現され、クラックの発
生が防止される。As a result, the occurrence of hillocks in the second n-AlGaN cladding layer 3 and the second p-AlGaN cladding layer 7 is reduced, and the surface morphology is also improved. As a result, even when the thickness and Al composition of the n-AlGaN second cladding layer 3 and the p-AlGaN second cladding layer 7 are increased as described above, the n-AlG
Good crystallinity is realized in the aN second cladding layer 3 and the p-AlGaN second cladding layer 7, and the occurrence of cracks is prevented.
【0089】また、p−AlGaN第2クラッド層7の
結晶性が良好であるため、p−AlGaN第2クラッド
層7においてはAl組成を大きくするとともにキャリア
濃度を高くすることが可能となる。Since the p-AlGaN second cladding layer 7 has good crystallinity, it is possible to increase the Al composition and the carrier concentration in the p-AlGaN second cladding layer 7.
【0090】以上のように、上記の半導体レーザ素子1
00においてはn−GaN基板1を用いることにより、
n−AlGaN第2クラッド層3およびp−AlGaN
第2クラッド層7のAl組成および膜厚を大きくすると
ともにクラックの発生を防止することができる。このた
め、光の閉じ込めを効果的に行うとともに、良好な垂直
方向の遠視野像を得ることが可能となる。As described above, the above semiconductor laser device 1
In 00, by using the n-GaN substrate 1,
n-AlGaN second cladding layer 3 and p-AlGaN
The Al composition and the film thickness of the second cladding layer 7 can be increased and the occurrence of cracks can be prevented. For this reason, it is possible to effectively confine light and obtain a good vertical far-field image.
【0091】また、前述のように、n−GaNオフ基板
1を用いることにより、サファイア基板を用いる場合に
比べて半導体レーザ素子100の各層2〜8において良
好な結晶性が実現される。このため、素子特性の向上を
図ることが可能となる。As described above, by using the n-GaN off-substrate 1, better crystallinity can be realized in each of the layers 2 to 8 of the semiconductor laser device 100 than when using a sapphire substrate. Therefore, it is possible to improve the element characteristics.
【0092】なお、上記においてはオフ基板としてn−
GaNオフ基板1を用いているが、オフ基板の材料はG
aNに限定されるものではない。このようなオフ基板の
材料としては、AlGaN等の六方晶系の窒化物系半導
体を用いることが可能である。In the above description, n-
Although the GaN off-substrate 1 is used, the material of the off-substrate is G
It is not limited to aN. As a material for such an off-substrate, a hexagonal nitride-based semiconductor such as AlGaN can be used.
【0093】また、発光層の材料は上記に限定されるも
のではなく、InGaN単層、InGaN/AlGaN
量子井戸構造、GaN/AlGaN量子井戸構造、Al
GaN単層等であってもよい。この場合においても、上
記と同様の効果が得られる。The material of the light emitting layer is not limited to the above, but may be an InGaN single layer, InGaN / AlGaN
Quantum well structure, GaN / AlGaN quantum well structure, Al
It may be a GaN single layer or the like. In this case, the same effect as above can be obtained.
【0094】特に、発光層がInGaN/AlGaN量
子井戸構造、GaN/AlGaN量子井戸構造、AlG
aN単層等の発光波長の短い材料から構成される場合に
は、キャリアの発光層への閉じ込めを効果的に行うため
に、Al組成の高いクラッド層を形成する必要がある。
このため、このような場合においては、本発明によるク
ラック発生の防止の効果が顕著である。In particular, when the light emitting layer has an InGaN / AlGaN quantum well structure, a GaN / AlGaN quantum well structure,
When a material having a short emission wavelength such as an aN single layer is used, it is necessary to form a clad layer having a high Al composition in order to effectively confine carriers in the light emitting layer.
Therefore, in such a case, the effect of preventing the occurrence of cracks according to the present invention is remarkable.
【0095】また、上記において、n型の第2クラッド
層およびp型の第1のクラッド層の材料はAlGaNに
限定されるものではなく、AlGaBN、AlBN、A
lBInGaN等であれば上記と同様の効果が得られ
る。In the above description, the material of the n-type second cladding layer and the p-type first cladding layer is not limited to AlGaN, but AlGaBN, AlBN, ABN.
With 1BInGaN or the like, the same effects as above can be obtained.
【0096】また、n型の第2クラッド層およびp型の
第1クラッド層以外の各層の材料についても、上記の材
料に限定されるものではない。各層は、III 族窒化物系
半導体から構成されていればよい。The materials of the layers other than the n-type second clad layer and the p-type first clad layer are not limited to the above-mentioned materials. Each layer may be made of a group III nitride semiconductor.
【0097】上記においては、本発明に係る半導体素子
として半導体レーザ素子について説明したが、本発明
は、半導体レーザ素子以外の半導体素子、すなわち発光
ダイオード素子、導波路素子トランジスタ、受光素子等
にも適用可能である。この場合について以下に説明す
る。In the above description, a semiconductor laser device has been described as a semiconductor device according to the present invention. However, the present invention is also applicable to semiconductor devices other than the semiconductor laser device, that is, light emitting diode devices, waveguide device transistors, light receiving devices and the like. It is possible. This case will be described below.
【0098】図7は、本発明に係る半導体素子の他の例
を示す模式的な断面図である。この場合においては、半
導体素子として受光素子について説明する。FIG. 7 is a schematic sectional view showing another example of the semiconductor device according to the present invention. In this case, a light receiving element will be described as a semiconductor element.
【0099】なお、図7においてはn−GaNオフ基板
1のオフ面を模式的に水平かつ平坦で表しているが、こ
の場合のn−GaNオフ基板1は、図1(c)に示すよ
うに、GaNの(0001)面から[11-20]方向へ
15°オフしたオフ面を有している。また、オフ面には
原子オーダーの段差が形成されている。Although the off surface of the n-GaN off substrate 1 is schematically shown in FIG. 7 as being horizontal and flat, the n-GaN off substrate 1 in this case is as shown in FIG. Has an off-plane that is off by 15 ° in the [11-20] direction from the (0001) plane of GaN. Further, a step of an atomic order is formed on the off plane.
【0100】図7に示すように、受光素子101は、n
−GaNオフ基板1上に、膜厚が4μm程度のSiドー
プGaNからなるn−バッファ層21、膜厚が1μm程
度のSiドープAl0.4 Ga0.6 Nからなる第1のn−
AlGaN層22、膜厚が0.1μm程度のSiドープ
Al0.4 Ga0.6 Nからなる第2のn−AlGaN層2
3、Al0.35Ga0.65Nからなる高抵抗AlGaN膜2
4、膜厚が0.1μm程度のMgドープAl0.35Ga
0.65Nからなるp−AlGaN層25および膜厚が0.
05μm程度のMgドープGaNからなるp−GaNコ
ンタクト層26が順に積層されてなる。As shown in FIG. 7, the light receiving element 101 has n
An n-buffer layer 21 made of Si-doped GaN having a thickness of about 4 μm on a GaN off substrate 1 and a first n- buffer layer made of Si-doped Al 0.4 Ga 0.6 N having a thickness of about 1 μm;
AlGaN layer 22, second n-AlGaN layer 2 made of Si-doped Al 0.4 Ga 0.6 N having a thickness of about 0.1 μm
3. High resistance AlGaN film 2 made of Al 0.35 Ga 0.65 N
4. Mg-doped Al 0.35 Ga with a film thickness of about 0.1 μm
A p-AlGaN layer 25 made of 0.65 N and a film thickness of 0.
A p-GaN contact layer 26 made of Mg-doped GaN of about 05 μm is laminated in order.
【0101】この場合、各層21〜23,25,26の
キャリア濃度は、1×1018cm-3、1×1018c
m-3、1×1017cm-3、1×1017cm-3および1×
1018cm-3である。In this case, the carrier concentration of each of the layers 21 to 23, 25, 26 is 1 × 10 18 cm −3 , 1 × 10 18 c
m −3 , 1 × 10 17 cm −3 , 1 × 10 17 cm −3 and 1 ×
It is 10 18 cm -3 .
【0102】受光素子101においては、第1のn−A
lGaN層22、第2のn−AlGaN層23、高抵抗
AlGaN膜24、p−AlGaN層25およびp−G
aNコンタクト層26により受光部PRが構成されてい
る。In the light receiving element 101, the first nA
lGaN layer 22, second n-AlGaN layer 23, high-resistance AlGaN film 24, p-AlGaN layer 25, and p-G
The aN contact layer 26 forms the light receiving section PR.
【0103】ここで、上記の受光素子101をPIN型
受光素子とする場合においては、高抵抗AlGaN膜2
4の膜厚を0.1μmとする。Here, when the light receiving element 101 is a PIN type light receiving element, the high resistance AlGaN film 2
4 has a thickness of 0.1 μm.
【0104】一方、上記の受光素子101をAPD(ア
バランシェフォトダイオード)とする場合においては、
高電圧を印加した際に膜内の電界強度が過度に大きくな
らないようにするために、高抵抗AlGaN膜24の膜
厚を大きくする。ただし、高抵抗AlGaN膜24の膜
厚を大きくし過ぎると、受光素子101のオート速度が
低下する。したがって、この場合の高抵抗AlGaN膜
24の膜厚は、実用化の上で十分なオート速度が実現可
能な膜厚、例えば0.5μm程度とする。On the other hand, when the light receiving element 101 is an APD (avalanche photodiode),
The thickness of the high-resistance AlGaN film 24 is increased in order to prevent the electric field intensity in the film from being excessively increased when a high voltage is applied. However, if the thickness of the high-resistance AlGaN film 24 is too large, the automatic speed of the light receiving element 101 decreases. Therefore, the thickness of the high-resistance AlGaN film 24 in this case is set to a thickness at which a sufficient automatic speed can be realized in practical use, for example, about 0.5 μm.
【0105】n−GaNオフ基板1の結晶成長面と反対
側の面(裏面)には、Ti膜およびAl膜を基板側から
この順で積層してなる2層構造のn電極32が形成され
ている。また、p−GaNコンタクト層26上には、N
i膜およびAu膜をこの順で積層してなる2層構造のp
電極31が形成されている。さらに、第1のn−AlG
aN層22からp−GaNコンタクト層26の周部に、
高抵抗領域HRが形成されている。On the surface (back surface) opposite to the crystal growth surface of the n-GaN off substrate 1, an n-electrode 32 having a two-layer structure formed by laminating a Ti film and an Al film in this order from the substrate side is formed. ing. In addition, on the p-GaN contact layer 26, N
i-layer and Au film in this order, a two-layer p-layer
An electrode 31 is formed. Further, the first n-AlG
From the aN layer 22 to the periphery of the p-GaN contact layer 26,
A high resistance region HR is formed.
【0106】高抵抗領域HRを形成するために、受光素
子101の作製時には、水素イオンを用いたイオンイン
プランテーションによる高抵抗化処理を行う。以下、図
8を参照しながら高抵抗領域HRの形成方法を説明す
る。In order to form the high resistance region HR, at the time of manufacturing the light receiving element 101, a resistance increasing process is performed by ion implantation using hydrogen ions. Hereinafter, a method for forming the high-resistance region HR will be described with reference to FIG.
【0107】なお、図8は、n−GaNオフ基板1上に
各層21〜26が形成された半導体ウエハを上面から見
た図である。図8中の鎖線Aは、素子分離線を示してい
る。すなわち、鎖線Aで区画された領域が、個々の素子
形成領域に相当する。FIG. 8 is a top view of a semiconductor wafer having the layers 21 to 26 formed on the n-GaN off-substrate 1. A chain line A in FIG. 8 indicates an element isolation line. That is, the area defined by the chain line A corresponds to each element formation area.
【0108】図8に示すように、半導体ウエハの斜線で
示す領域30に、ウエハの厚さ方向に水素イオンを打ち
込む。この場合、水素イオンを打ち込む深さは、第1の
n−AlGaN層22に達する深さとする。この後、水
素イオンを打ち込んでいない領域にp電極31を形成す
る。As shown in FIG. 8, hydrogen ions are implanted into the region 30 of the semiconductor wafer indicated by oblique lines in the thickness direction of the wafer. In this case, the depth at which the hydrogen ions are implanted is a depth that reaches the first n-AlGaN layer 22. Thereafter, a p-electrode 31 is formed in a region where hydrogen ions have not been implanted.
【0109】p電極31およびn電極32の形成時に
は、p電極31およびn電極32を構成する各膜を、例
えばEB蒸着法や各種のスパッタ蒸着法により前述の順
で積層する。さらに、リフトオフ法や化学的エッチング
等により、p電極31をリング状に形成する。このよう
にしてp電極31およびn電極32を形成した後、鎖線
Aに沿って個々の受光素子101に分離する。なお、必
要に応じて、p電極31およびn電極32の形成後に加
熱処理を行ってもよい。When forming the p-electrode 31 and the n-electrode 32, the respective films constituting the p-electrode 31 and the n-electrode 32 are laminated in the above-mentioned order by, for example, EB vapor deposition or various sputter vapor depositions. Further, the p-electrode 31 is formed in a ring shape by a lift-off method, chemical etching, or the like. After forming the p-electrode 31 and the n-electrode 32 in this manner, the light-receiving elements 101 are separated along the chain line A. Note that a heat treatment may be performed after the formation of the p-electrode 31 and the n-electrode 32 as necessary.
【0110】上記の受光素子101においては、n−G
aNオフ基板1を用いているため、受光部PRの各層2
1〜26の結晶成長が主としてステップフローモードで
起こる。このため、受光部の各層21〜26において
は、転位が低減されて良好な結晶性が実現され、クラッ
クの発生が防止される。In the light receiving element 101, nG
Since the aN-off substrate 1 is used, each layer 2 of the light receiving portion PR
Crystal growth of 1-26 occurs mainly in step flow mode. For this reason, in each of the layers 21 to 26 of the light receiving portion, dislocations are reduced, and good crystallinity is realized, and generation of cracks is prevented.
【0111】特に、このような受光素子101において
は、AlGaNから構成される第1のn−AlGaN層
22、第2のn−AlGaN層23、高抵抗AlGaN
膜24およびp−AlGaN層25において、結晶成長
におけるAl原子の表面が小さいにもかかわらず、結晶
成長をステップフローモードで進めることが可能とな
る。したがって、これらの層22〜25においては、良
好な結晶性が実現される。In particular, in such a light receiving element 101, the first n-AlGaN layer 22, the second n-AlGaN layer 23, and the high-resistance AlGaN
In the film 24 and the p-AlGaN layer 25, the crystal growth can proceed in the step flow mode despite the small surface of Al atoms in the crystal growth. Therefore, in these layers 22 to 25, good crystallinity is realized.
【0112】それにより、受光部PRの各層22〜25
においては、ヒロックの発生も減少し、表面モルフォロ
ジも改善される。その結果、AlGaNから構成される
受光部PRの各層22〜25においては、クラックの発
生を防止しつつ膜厚およびAl組成を大きくすることが
可能となる。Thus, each layer 22 to 25 of the light receiving portion PR
In, the generation of hillocks is reduced, and the surface morphology is also improved. As a result, in each of the layers 22 to 25 of the light receiving unit PR made of AlGaN, it is possible to increase the film thickness and the Al composition while preventing the occurrence of cracks.
【0113】さらに、前述のようにp−AlGaN層2
5の結晶性が良好であるため、p−AlGaN層25に
おいては、Al組成を大きくするとともにキャリア濃度
を高くすることが可能となる。Further, as described above, the p-AlGaN layer 2
5 has good crystallinity, so that in the p-AlGaN layer 25, it is possible to increase the Al composition and the carrier concentration.
【0114】以上のように、上記の受光素子101にお
いては、クラックの発生を防止しながら受光部PRのA
lGaN層22〜25のAl組成および膜厚を大きくす
ることが可能となる。このため、短波長の光に対して高
い感度を有する受光素子を実現することが可能となる。As described above, in the light receiving element 101, the A of the light receiving section PR is prevented while preventing the occurrence of cracks.
It is possible to increase the Al composition and the film thickness of the lGaN layers 22 to 25. Therefore, it is possible to realize a light receiving element having high sensitivity to light having a short wavelength.
【0115】また、この場合、n−GaNオフ基板1の
格子定数と各層21〜26の格子定数とが近いことか
ら、各層21〜26においては、基板との格子定数の差
に起因して発生する転位が低減される。それにより、各
層21〜26においてはより良好な結晶性が実現され
る。したがって、受光素子101において素子特性の向
上が図られる。In this case, since the lattice constant of the n-GaN off-substrate 1 is close to the lattice constant of each of the layers 21 to 26, the layers 21 to 26 are generated due to the difference in lattice constant from the substrate. Dislocations are reduced. Thereby, better crystallinity is realized in each of the layers 21 to 26. Therefore, the element characteristics of the light receiving element 101 are improved.
【0116】なお、図3の半導体レーザ素子100およ
び図7の受光素子101においては基板上に先にn型層
を形成しているが、基板上にp型層を先に形成してもよ
い。In the semiconductor laser device 100 of FIG. 3 and the light receiving device 101 of FIG. 7, the n-type layer is formed first on the substrate, but the p-type layer may be formed on the substrate first. .
【0117】また、図3の半導体レーザ素子100およ
び図7の受光素子101の各層は、上記以外の結晶成長
方法でも成長が可能である。例えば、HVPE法や、T
MAl、TMGa、TMIn、NH3 、SiH4 、Cp
2 Mgを原料ガスとして用いるガスソースMBE法によ
っても成長可能である。Each layer of the semiconductor laser device 100 of FIG. 3 and the light receiving device 101 of FIG. 7 can be grown by a crystal growth method other than the above. For example, HVPE method, T
MAl, TMGa, TMIn, NH 3 , SiH 4 , Cp
It can also be grown by a gas source MBE method using 2 Mg as a source gas.
【0118】[0118]
【実施例】(実施例1)実施例1においては、図1に示
す方法により、オフ角度が1〜20°の範囲内でそれぞ
れ異なるn−GaNオフ基板1を作製した。次に、図2
に示すように、各n−GaNオフ基板1上にアンドープ
のAl0.3 Ga0.7 Nからなる膜厚2μmのAlGaN
層15を成長させ、このAlGaN層15の転位密度を
測定した。(Example 1) In Example 1, n-GaN off-substrates 1 having different off-angles in the range of 1 to 20 ° were produced by the method shown in FIG. Next, FIG.
As shown in FIG. 2, a 2 μm thick AlGaN made of undoped Al 0.3 Ga 0.7 N is formed on each n-GaN off-substrate 1.
The layer 15 was grown, and the dislocation density of the AlGaN layer 15 was measured.
【0119】なお、実施例1におけるn−GaNオフ基
板1のオフ方向は[11-20]方向とした。また、ここ
では、AlGaN層15の成長時の基板温度を1150
℃とした場合およびAlGaN層15の成長時の基板温
度を950℃とした場合の各々についてAlGaN層1
5の転位密度の測定を行った。The off-direction of the n-GaN off-substrate 1 in Example 1 was the [11-20] direction. Here, the substrate temperature during the growth of the AlGaN layer 15 is set to 1150.
° C and when the substrate temperature during growth of the AlGaN layer 15 was 950 ° C.
The dislocation density of No. 5 was measured.
【0120】実施例1におけるAlGaN層15の転位
密度の測定結果を表2および図9に示す。Table 2 and FIG. 9 show the measurement results of the dislocation density of the AlGaN layer 15 in Example 1.
【0121】[0121]
【表2】 [Table 2]
【0122】表2および図9に示すように、AlGaN
層15の成長時の基板温度が1150℃の場合、n−G
aNオフ基板1のオフ角度が1〜20°の範囲内ではA
lGaN層15の転位密度が6×108 cm-2(6μm
-2)以下と低い。また、AlGaN層15の成長時の基
板温度が950℃の場合、n−GaNオフ基板1のオフ
角度が1〜20°の範囲内ではAlGaN層15の転位
密度が1×109 cm -2(10μm-2)以下と低い。As shown in Table 2 and FIG.
When the substrate temperature during the growth of the layer 15 is 1150 ° C., n-G
When the off angle of the aN off substrate 1 is in the range of 1 to 20 °, A
The dislocation density of the lGaN layer 15 is 6 × 108cm-2(6 μm
-2) Below. In addition, the base during the growth of the AlGaN layer 15
When the plate temperature is 950 ° C., the n-GaN off substrate 1 is turned off.
When the angle is in the range of 1 to 20 °, dislocation of the AlGaN layer 15 is caused.
Density is 1 × 109cm -2(10 μm-2) Below.
【0123】これに対して、AlGaN層15の成長時
の基板温度が1150℃および950℃のいずれの場合
においても、オフ角度が1°未満および20°を超える
と、AlGaN層15の転位密度が増加する。On the other hand, in any case where the substrate temperature at the time of growth of the AlGaN layer 15 is 1150 ° C. or 950 ° C., if the off-angle is less than 1 ° or more than 20 °, the dislocation density of the AlGaN layer 15 becomes lower. To increase.
【0124】以上のことから、オフ角度が1〜20°の
範囲内であるn−GaNオフ基板1を用いることによ
り、成長時の基板温度が1150℃および950℃のい
ずれの場合においても、Al組成が0.3と大きいAl
GaN層15において良好な結晶性が得られることがわ
かった。As described above, by using the n-GaN off-substrate 1 having an off-angle in the range of 1 to 20 °, the Al-Al substrate can be formed even when the substrate temperature during growth is 1150 ° C. or 950 ° C. Al with composition as large as 0.3
It was found that good crystallinity was obtained in the GaN layer 15.
【0125】(実施例2)実施例2においては、図1に
示す方法により、オフ方向が基板面内において[11-2
0]方向から0〜30°の範囲内でそれぞれ異なるn−
GaNオフ基板1を作製した。次に、図2に示すよう
に、各n−GaNオフ基板1上にアンドープのAl0.3
Ga0.7 Nからなる膜厚2μmのAlGaN層15を成
長させ、このAlGaN層15の転位密度を測定した。(Embodiment 2) In the embodiment 2, according to the method shown in FIG.
0] from the direction 0 to 30 °.
A GaN off substrate 1 was produced. Next, as shown in FIG. 2, undoped Al 0.3
An AlGaN layer 15 of Ga 0.7 N having a thickness of 2 μm was grown, and the dislocation density of the AlGaN layer 15 was measured.
【0126】なお、実施例2においては、オフ角度が1
°のn−GaNオフ基板1を用意するとともに、オフ角
度が2°のn−GaNオフ基板1を用意し、各々の場合
についてAlGaN層15の転位密度の測定を行った。
また、この場合のAlGaN層15の成長時の基板温度
は1150℃とした。In the second embodiment, the off angle is 1
° n-GaN off-substrate 1 was prepared, and n-GaN off-substrate 1 having an off-angle of 2 ° was prepared. In each case, the dislocation density of AlGaN layer 15 was measured.
In this case, the substrate temperature during growth of the AlGaN layer 15 was 1150 ° C.
【0127】実施例2におけるAlGaN層15の転位
密度の測定結果を表3および図10に示す。Table 3 and FIG. 10 show the measurement results of the dislocation density of the AlGaN layer 15 in Example 2.
【0128】[0128]
【表3】 [Table 3]
【0129】なお、図10の横軸に示すオフ方向(°)
とは、n−GaNオフ基板1のオフ方向が基板面内にお
いて[11-20]方向から何度(°)ずれた方向である
かを示している。この場合、0°のオフ方向とは[11
-20]方向に相当する。また、30°のオフ方向とは
[01-10]方向に相当する。The off direction (°) shown on the horizontal axis in FIG.
Indicates how many degrees (°) the off direction of the n-GaN off substrate 1 is shifted from the [11-20] direction in the substrate plane. In this case, the 0 ° off direction is [11
−20] direction. The 30 ° off direction corresponds to the [01-10] direction.
【0130】表3および図10に示すように、n−Ga
Nオフ基板のオフ角度1°および2°のいずれの場合に
おいても、基板のオフ方向が[11-20]方向から±7
°の範囲内の方向である場合においてAlGaN層15
の結晶性が最も良好となる。As shown in Table 3 and FIG. 10, n-Ga
In both cases of the off-angles of the N-off substrate of 1 ° and 2 °, the off-direction of the substrate is ± 7 from the [11-20] direction.
°, the AlGaN layer 15
Has the best crystallinity.
【0131】これに対して、基板のオフ方向が[11-2
0]方向から±7°の範囲を超える方向である場合には
AlGaN層15の転位密度が増加する。On the other hand, when the off direction of the substrate is [11-2]
If the direction is more than ± 7 ° from the [0] direction, the dislocation density of the AlGaN layer 15 increases.
【0132】以上のことから、オフ方向が[11-20]
方向から±7°の範囲内の方向であるn−GaNオフ基
板1を用いることにより、オフ角度が1°および2°の
いずれの場合においても、Al組成が0.3と大きなA
lGaN層15において良好な結晶性が得られることが
わかった。From the above, the off direction is [11-20].
By using the n-GaN off-substrate 1 in a direction within a range of ± 7 ° from the direction, the Al composition having a large Al composition of 0.3 at any of the off-angles of 1 ° and 2 °.
It was found that good crystallinity was obtained in the lGaN layer 15.
【図1】本発明に係る窒化物系半導体基板の製造方法の
例を示す模式的な工程断面図である。FIG. 1 is a schematic process sectional view showing an example of a method for manufacturing a nitride-based semiconductor substrate according to the present invention.
【図2】図1の窒化物系半導体基板を用いた実施例を示
す模式的な工程断面図である。2 is a schematic process sectional view showing an example using the nitride semiconductor substrate of FIG. 1;
【図3】本発明に係る窒化物系半導体素子の模式的な斜
視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of a nitride-based semiconductor device according to the present invention.
【図4】図3の窒化物系半導体素子の製造方法を示す模
式的な工程断面図である。FIG. 4 is a schematic process sectional view illustrating the method for manufacturing the nitride-based semiconductor device of FIG.
【図5】図3の窒化物系半導体素子の製造方法を示す模
式的な工程断面図である。FIG. 5 is a schematic step-by-step cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the nitride-based semiconductor device of FIG.
【図6】図3の窒化物系半導体素子の製造方法を示す模
式的な工程断面図である。6 is a schematic process sectional view showing the method for manufacturing the nitride-based semiconductor device of FIG.
【図7】本発明に係る窒化物系半導体素子の他の例を示
す模式的な断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view showing another example of the nitride semiconductor device according to the present invention.
【図8】図7の受光素子の製造方法を示す模式的な平面
図である。FIG. 8 is a schematic plan view showing a method for manufacturing the light receiving element of FIG.
【図9】実施例1の結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the results of Example 1.
【図10】実施例2の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of Example 2.
【図11】従来の半導体レーザ素子を示す模式的な断面
図である。FIG. 11 is a schematic sectional view showing a conventional semiconductor laser device.
1 n−GaNオフ基板 2,21 n−バッファ層 3 n−第2クラッド層 4 n−第1クラッド層 5 MQW発光層 6 p−第1クラッド層 7 p−第2クラッド層 8 p−キャップ層 9 電流狭窄層 10 電流通路 11 p−コンタクト層 22 第1のn−AlGaN層 23 第2のn−AlGaN層 24 高抵抗AlGaN膜 25 p−AlGaN層 26 p−GaNコンタクト層 50 p電極 51 n電極 100 半導体レーザ素子 101 受光素子 REFERENCE SIGNS LIST 1 n-GaN off substrate 2, 21 n-buffer layer 3 n-second cladding layer 4 n-first cladding layer 5 MQW light emitting layer 6 p-first cladding layer 7 p-second cladding layer 8 p-cap layer Reference Signs List 9 current constriction layer 10 current path 11 p-contact layer 22 first n-AlGaN layer 23 second n-AlGaN layer 24 high-resistance AlGaN film 25 p-AlGaN layer 26 p-GaN contact layer 50 p electrode 51 n electrode 100 semiconductor laser element 101 light receiving element
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Claims (9)
物系半導体基板であって、(0001)面から所定の方
向に所定の角度傾斜した傾斜面を有し、前記傾斜面の傾
斜角度が1度以上20度以下であることを特徴とする窒
化物系半導体基板。1. A nitride-based semiconductor substrate comprising a hexagonal nitride-based semiconductor, comprising: an inclined surface inclined at a predetermined angle from a (0001) plane in a predetermined direction; Is not less than 1 degree and not more than 20 degrees.
いて<11-20>方向から0度以上7度以下の範囲内の
方向であるか、もしくはこれと等価な方向であることを
特徴とする請求項1記載の窒化物系半導体基板。2. The inclination direction of the inclined surface is a direction within a range of 0 ° to 7 ° from a <11-20> direction in a substrate plane, or a direction equivalent thereto. The nitride-based semiconductor substrate according to claim 1, wherein
成されることを特徴とする請求項1または2記載の窒化
物系半導体基板。3. The nitride semiconductor substrate according to claim 1, wherein said nitride semiconductor substrate is made of GaN.
物系半導体基板上に1層以上の窒化物系半導体層が形成
されてなる窒化物系半導体素子であって、前記窒化物系
半導体基板は(0001)面から所定の方向に所定の角
度を傾斜した傾斜面を有し、前記傾斜面の傾斜角度が1
度以上20度以下であることを特徴とする窒化物系半導
体素子。4. A nitride-based semiconductor device comprising at least one nitride-based semiconductor layer formed on a nitride-based semiconductor substrate made of a hexagonal nitride-based semiconductor, wherein the nitride-based semiconductor The substrate has an inclined surface inclined at a predetermined angle from the (0001) plane in a predetermined direction, and the inclination angle of the inclined surface is 1
A nitride semiconductor device, wherein the temperature is not less than 20 degrees and not more than 20 degrees.
傾斜方向は、基板面内において<11-20>方向から0
度以上7度以下の範囲内の方向であるか、ももしくはこ
れと透過な方向であることを特徴とする請求項4記載の
窒化物系半導体素子。5. The inclination direction of the inclined surface of the nitride-based semiconductor substrate is 0 from the <11-20> direction in the substrate plane.
5. The nitride-based semiconductor device according to claim 4, wherein the direction is in a range of not less than 7 degrees and not more than 7 degrees.
成されることを特徴とする請求項4または5記載の窒化
物系半導体素子。6. The nitride semiconductor device according to claim 4, wherein said nitride semiconductor substrate is made of GaN.
系半導体層、能動素子領域および第2の窒化物系半導体
層がこの順で形成されてなることを特徴とする請求項4
〜6のいずれかに記載の窒化物系半導体素子。7. The nitride semiconductor layer according to claim 4, wherein a first nitride semiconductor layer, an active element region, and a second nitride semiconductor layer are formed in this order.
7. The nitride-based semiconductor device according to any one of items 6 to 6.
む窒化物系半導体層を含み、前記第2の窒化物系半導体
層はAlを含む窒化物系半導体層を含むことを特徴とす
る請求項7記載の窒化物系半導体素子。8. The method according to claim 1, wherein the first nitride-based semiconductor layer includes a nitride-based semiconductor layer including Al, and the second nitride-based semiconductor layer includes a nitride-based semiconductor layer including Al. The nitride-based semiconductor device according to claim 7, wherein
む窒化物系半導体層および前記第2の窒化物系半導体層
のAlを含む窒化物系半導体層はAlGaNから構成さ
れることを特徴とする請求項8記載の窒化物系半導体素
子。9. The method according to claim 1, wherein the first nitride-based semiconductor layer containing Al and the second nitride-based semiconductor layer containing Al in the second nitride-based semiconductor layer are made of AlGaN. The nitride semiconductor device according to claim 8, wherein
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