JP2002050580A - 窒化物半導体の気相成長方法 - Google Patents

窒化物半導体の気相成長方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化ガリウム系化合物半導体などの気相成長
技術において、均一で再現性の高い結晶層を得ることの
できる窒化物半導体の気相成長方法を提供する。 【解決手段】 基板上に結晶成長を阻害する保護膜を、
該保護膜の一部を開口した窓領域内で第１窒化物半導体
層が臨むように形成し、その第１窒化物半導体層からの
第２窒化物半導体層の選択成長を所要の成長開始温度で
開始し、続いて前記成長開始温度よりも高い温度に昇温
して結晶成長を継続する。昇温前の低い温度では気相成
長によって均一な低温成長層が得られ、続いて高温の成
長層を形成した際にはその均一さを反映して均一で再現
性の高い結晶層が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子等を
形成する場合に用いられる結晶成長方法に関し、特に窒
化物半導体を選択的に結晶成長させる結晶成長方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体の如き窒化
物半導体を形成する気相成長技術において、低転位密度
で高品質結晶を得る方法としては、例えば特開平10-312
971号公報に記載される技術のように、一旦、第１の
（即ち第１層目の）窒化ガリウム系化合物半導体層を堆
積した後に酸化珪素や窒化珪素などからなる窒化ガリウ
ム系化合物半導体の成長を阻害する材料で保護膜を形成
し、その保護膜で覆われていない領域から第２の（即ち
第２層目の）窒化ガリウム系化合物半導体を面内方向
（横方向）に成長することで、基板界面から垂直に伸び
る貫通転位の伝播を妨げる技術が知られる。
【０００３】また、同様な技術としては、MRS Internet
J. Nitride Semicond. Res. 4S1,G3.38 (1999).に記載
されるように、例えば一旦第１窒化ガリウム系化合物半
導体層を成長した後に、リアクティブイオンエッチング
（以下、RIEと称す）装置などを用いてその半導体層を
選択的に除去し、その後成長装置内で残された結晶から
第２の窒化ガリウム系化合物半導体結晶を選択的に成長
することで貫通転位密度を低減する技術も知られる。こ
れらの技術を使用することで106cm-2程度までの転位密
度を有する結晶膜が得られ、半導体レーザの高寿命化な
どが実現されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の第１の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層上に保護膜材料を形成した後に再
成長する技術においては、保護膜を形成していない領域
すなわち保護膜を開口した窓領域の面積をなるべく小さ
くすることで下地の貫通転位が第２の窒化ガリウム系化
合物半導体結晶層へ伝播することを最小限にできる。し
かし、一般にこのような選択成長が行われる成長温度は
保護膜上への堆積を少なくするため及び通常のＧａＮの
成長温度が1000℃以上であることにより1000℃以上と比
較的に高温であり、そのために蒸発が激しく、上記窓領
域の面積を小さくするとなかなか結晶成長が開始せず、
また成長する部分と成長しにくい部分ができるなど良好
な均一性や再現性を実現することが困難である。そのた
め，上記窓領域の面積を小さくすることができず、これ
らの方法だけで第２の窒化ガリウム系化合物半導体結晶
中の貫通転位密度を低減するには限界がある。
【０００５】そこで、本発明は、このような技術的課題
に鑑み、保護膜を使用した窒化物半導体の気相成長技術
において、良好な均一性と再現性を実現し，保護膜を形
成しない領域が小さな場合であっても高品質な半導体結
晶を成長させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体の
気相成長方法は、基板上に結晶成長を阻害する保護膜
を、該保護膜の一部を開口した窓領域内で第１窒化物半
導体層が臨むように形成し、前記第１窒化物半導体層か
らの第２窒化物半導体層の選択成長を所要の成長開始温
度で開始し、続いて前記成長開始温度よりも高い温度に
昇温して結晶成長を継続することを特徴とする。
【０００７】また、本発明の他の窒化物半導体の気相成
長方法は、基板上に結晶成長を阻害する保護膜を、該保
護膜の一部を開口した窓領域内で第１窒化物半導体層が
臨むように形成し、前記第１窒化物半導体層からの第２
窒化物半導体層の選択成長を前記第１窒化物半導体層も
しくは前記第２窒化物半導体層の表面の窒化物半導体の
脱離状態が低い状態で開始し、続いて前記第２窒化物半
導体層の表面の窒化物半導体の脱離状態が成長開始時よ
りも高くなる状態で結晶成長を継続することを特徴とす
る。
【０００８】選択的な結晶成長を行う場合、一般的には
保護膜上には結晶成長しない成長温度や成長原料ガスの
蒸発度で結晶成長が進められるが、このような温度や蒸
発度では蒸発が激しいことから、保護膜を開口した窓領
域での再成長も効率良く進められているとは言えない。
そこで、第２窒化物半導体層を再成長する際に、所要の
成長開始温度で開始してその後昇温して成長を継続した
り、或いは窒化物半導体層の表面の窒化物半導体の脱離
状態が低い状態で開始しその後該脱離状態を高い状態と
することで、窓領域での窒化物半導体の蒸発を抑えて堆
積させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体の気相成長
方法は、基板上に結晶成長を阻害する保護膜を、該保護
膜の一部を開口した窓領域内で第１窒化物半導体層が臨
むように形成し、前記第１窒化物半導体層からの第２窒
化物半導体層の選択成長を所要の成長開始温度で開始
し、続いて前記成長開始温度よりも高い温度に昇温して
結晶成長を継続することを特徴とする。
【００１０】本発明に用いられる基板は、一例としてサ
ファイア基板が使用されるが、窒化物半導体の結晶成長
用に一般的に使用されるサファイア基板に限定されるも
のではなく、他の異種基板もしくは他の窒化物半導体基
板でも良い。
【００１１】第１窒化物半導体層は、基板上に直接また
はバッファ層を介して形成される第１層目の窒化物半導
体層であり、このような窒化物半導体層としては、例え
ば窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）系化合物半導体、窒化インジウム（Ｉ
ｎＮ）系化合物半導体、窒化インジウムガリウム（Ｉｎ
ＧａＮ）系化合物半導体、窒化アルミニウムガリウム
（ＡｌＧａＮ）系化合物半導体を形成することができ、
特に窒化ガリウム系化合物半導体などの窒化物半導体が
好ましい。その中でも第１窒化物半導体層はウルツ鉱型
の結晶構造を有することが好ましい。なお、本発明にお
いて、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなどは必ずし
も、３元混晶のみ、２元混晶のみの窒化物半導体を指す
のではなく、例えばＩｎＧａＮでは、ＩｎＧａＮの作用
を変化させない範囲での微量のＡｌ、その他の不純物を
含んでいても本発明の範囲であることはいうまでもな
い。また、第１層目とは次に形成する窒化物半導体層よ
りも先に形成されることを相対的に示すものであり、第
１層目の窒化物半導体層よりも前にさらに他の窒化物半
導体層などが形成されていても良い。また、本明細書に
おいて、基板の全部又は一部が窒化物半導体からなる場
合、第１窒化物半導体層は基板の表層部であっても良
い。
【００１２】この第１窒化物半導体層の成長方法として
は、種々の気相成長法を挙げることができ、例えば有機
金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法）
や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などの気相成長法
や、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などを用い
ることができる。その中でもＭＯＶＰＥ法によると、迅
速に結晶性の良いものが得られる。ＭＯＶＰＥ法では、
ＧａソースとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥ
Ｇ（トリエチルガリウム）、ＡｌソースとしてはＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＡ（トリエチルアル
ミニウム）、Ｉｎソースとしては、ＴＭＩ（トリメチル
インジウム）、ＴＥＩ（トリエチルインジウム）などの
アルキル金属化合物が多く使用され、窒素源としてはア
ンモニア、ヒドラジンなどのガスが使用される。また、
不純物ソースとしてはＳｉであればシランガス、Ｇｅで
あればゲルマンガス、ＭｇであればＣｐ２Ｍｇ（シクロ
ペンタジエニルマグネシウム）、ＺｎであればＤＥＺ
（ジエチルジンク）などのガスが使用される。ＭＯＶＰ
Ｅ法では、これらのガスを例えば600℃以上に加熱され
た基板の表面に供給して、ガスを分解することにより、
ＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体をエピタキシャル成長さ
せることができる。
【００１３】本発明で用いられる保護膜は結晶成長を阻
害する膜であり、例えば酸化珪素や窒化珪素などの材料
によって形成される。形成する窓領域のサイズや窒化物
半導体層の材料などに応じて、膜厚を選ぶことができ、
好ましくは約５ｎｍから約５０ｎｍ程度より好ましくは
約１０ｎｍから約３０ｎｍ程度の厚みで形成される。こ
の保護膜には所要のサイズ、形状の窓領域が形成され
る。窓領域の数は単数、複数を問わず、異なるサイズ、
形状の窓領域が混在するようなものであっても良い。窓
領域としては、帯状、格子状、円形状、楕円形、正方形
状、六角形状、三角形状、矩形状、菱形状、その他の多
角形およびこれらの変形形状などの形状にすることがで
き、窓領域の開口部はテーパーなどの傾斜面を有してい
ても良い。
【００１４】この保護膜に形成される窓領域には第１窒
化物半導体層が臨み、その状態で第２窒化物半導体層が
初期温度が比較的低温な1020℃以下、望ましくは400℃
から980℃の初期温度で形成され、続いて昇温されて成
長温度は望ましくは950℃以上に設定される。窒化ガリ
ウム系化合物半導体の場合、一般に高品質な窒化ガリウ
ム系化合物半導体結晶の成長温度は1000℃以上で、また
第２窒化ガリウム系化合物半導体層を成長する際には保
護膜上への堆積を防ぐためにも、1000℃以上の高温で選
択成長することが多いが、この1000℃以上の温度では保
護膜の形成されていない領域からの再成長も起きにくく
なる。そこで、第２窒化物半導体層を比較的低温な1020
℃以下としながら形成し始め、ついで、高品質な第２窒
化物半導体層を形成するように昇温させる。比較的低温
な1020℃以下の成長工程では、原料ガスの蒸発が窓領域
内でも高温時に比べて抑制されることになり、供給され
た原料ガスに対して効率良く第２窒化物半導体層が均一
に堆積される。
【００１５】このような２段階の第２窒化物半導体層の
形成のための温度は、再成長初期の成長温度で基板主面
から垂直方向に30nm以上、望ましくは100nm以上、もし
くは保護膜の膜厚以上成長してから昇温するようにする
ことができ、また、この昇温後に再び降温し、この操作
を繰り返してもよい。さらに、昇温及び降温の途中には
成長を中断しても良く継続しても良い。昇温の温度曲線
は急峻なカーブを描くものに限定されず、ゆっくりと温
度が高くなるものであっても良く、小刻みな多段階の昇
温を伴うものであっても良い。成長を行うための装置
は、低温成長時と高温成長時で同じ装置を用いても良
く、異なる装置や異なるチャンバーを使用するものであ
っても良い。基板の温度制御には、所要の加熱装置が使
用されるが、エネルギービームの照射などによって昇温
する手法を用いても良い。
【００１６】本発明において、成長開始温度から昇温し
た高い温度と該成長開始温度の温度差は20℃以上である
ことが好ましい。成長開始温度から昇温した高い温度と
該成長開始温度の温度差が２０℃未満である場合には、
成長開始時の蒸発の少ない状態がそのまま継続されるの
で、その後の結晶成長において保護膜上への堆積が多く
なってしまう。また、前記温度差が20℃未満である場合
には、その堆積物が多結晶またはアモルファス状である
ため、保護膜の窓部から結晶成長する窒化物半導体結晶
の品質を悪化させるおそれも生ずる。
【００１７】また、本発明の他の窒化物半導体の気相成
長方法は、基板上に結晶成長を阻害する保護膜を、該保
護膜の一部を開口した窓領域内で第１窒化物半導体層が
臨むように形成し、前記第１窒化物半導体層からの第２
窒化物半導体層の選択成長を前記第１窒化物半導体層も
しくは前記第２窒化物半導体層の表面の窒化物半導体の
脱離状態が低い状態で開始し、続いて前記第２窒化物半
導体層の表面の窒化物半導体の脱離状態が成長開始時よ
りも高くなる状態で結晶成長を継続することを特徴とす
る。
【００１８】この発明においては、窒化物半導体層表面
の窒化物半導体の脱離状態が低い状態から高い状態への
2段階に調節される工程を用いて窒化物半導体の気相成
長が行われるが、このような脱離状態の調節は、温度、
圧力及び各ガスの流量や各ガスの種類の制御、レーザー
その他のエネルギービームの照射などによる局所的な活
性化、プラズマ、マイクロ波やその他の電磁波の導入な
どの様々な手段を利用できる。
【００１９】窒化物半導体の脱離状態が低い状態では、
成長原料ガスの供給に対する結晶成長の進行度が高くな
り、窓領域内でも着実に結晶成長が進められるが、逆に
窒化物半導体の脱離状態が高い状態では、選択的な成長
が進められる。したがって、窒化物半導体の脱離状態が
低い状態で結晶成長を開始すれば、微細な窓領域からも
着実に結晶成長が進められ、且つ窒化物半導体の脱離状
態が高い状態に切り替えられた後でも先に窒化物半導体
の脱離状態が低い状態で結晶成長したところからの成長
がなされるため、均一に且つ再現性の高い結晶成長をす
ることができる。
【００２０】以下、本発明を各実施例を参照しながら更
に詳細に説明する。各実施例はそれぞれ半導体発光素子
を製造するのに一般的な窒化物半導体の気相成長方法と
して説明されるが、製造される素子は発光ダイオードや
半導体レーザーなどの半導体発光素子に限定されず、フ
ァセットを共振器面や電流狭窄に利用した半導体レーザ
デバイス、選択成長により素子同士が分離された発光も
しくは電子デバイス、ファセットやファセットにより形
成される稜線や頂点に作製する低次元構造を利用した量
子デバイスなどであっても良い。また、本発明の窒化物
半導体の気相成長方法は、その要旨を逸脱しない範囲で
変形、変更などが可能であり、本発明は以下の各実施例
に限定されるものではない。
【００２１】実施例１ 図１および図３を参照しながら本発明の実施例１につい
て説明する。まず、図１の(a)に示すように、基板主面
をC+面とするサファイア基板１０上に有機金属気相成長
法により厚さ約2μmのエピタキシャルGaN層１１を第１
窒化物半導体層として成長する。
【００２２】次に、図１の（ｂ）に示すように、このGa
N層１１上にSiO2からなる保護膜１２を形成する。このS
iO2からなる保護膜１２の厚さは約20nmであり、選択成
長を行った場合にその上での結晶成長を阻害するように
機能する。この保護膜１２には、フォトリソグラフィー
技術によって開口されて窓領域１３が形成される。この
保護膜１２の一部が開口された窓領域１３内では該保護
膜１２の下部のGaN層１１の表面が臨む。
【００２３】このように窓領域１３を形成したところ
で、ウエハ状のサファイヤ基板１０を有機金属気相成長
装置の中に導入し、窒素原料としてアンモニア、Ga原料
としてトリメチルガリウム、キャリアガスとして水素と
窒素を用いてGaNを成長させる。この時の温度は比較的
に低温の980℃から成長を開始し、5分後比較的に高温な
1020℃まで昇温する。
【００２４】図１の（ｃ）は、その成長開始時の低温成
長GaN層１４が成長しているところを示す図であり、保
護膜１２上には低温成長GaN層１４が成長しないが窓領
域１３内では該保護膜１２の下部のGaN層１１表面から
低温成長GaN層１４が成長する。この選択的な結晶成長
は比較的低温であることから、窒化物半導体の脱離状態
が窓領域内でも高温時に比べて抑制され、供給された原
料ガスに対して効率良く第２窒化物半導体層であるGaN
層が堆積される。
【００２５】このような低温での低温成長GaN層１４が
形成された後、図２の（ｄ）に示すように、成長が継続
されて横方向の成長を伴った高温成長ＧａＮ層１５が形
成される。この高温成長ＧａＮ層１５は既に窓領域１３
に形成されている低温成長GaN層１４を結晶種としなが
ら継続的に形成されるものであり、その比較的低温な温
度により低温成長GaN層１４が均一に形成されているた
め、その均一性を反映して高温成長ＧａＮ層１５も均一
に形成される。なお、高温成長ＧａＮ層１５が形成され
る温度は例えば1020℃であり、従来の選択成長と同じ温
度あるが、高温成長ＧａＮ層１５の高温は低温成長GaN
層１４の低温に対する形容であり、低温成長GaN層１４
の成長温度に対して比較的に高温であることを意味す
る。
【００２６】図２の（e）はさらに高温成長ＧａＮ層１
５の成長が進んだ時点での工程断面図である。サファイ
ヤ基板１０上のＧａＮ層１１には貫通転位などが存在す
るが、第２窒化物半導体層である高温成長GaN層１５の
横方向成長により貫通転位は遮断され、その結晶性は良
好なものとなる。特に、高温成長ＧａＮ層１５の成長
は、低温成長GaN層１４が均一に形成されているため、
その均一性を反映したものとなり、高温成長ＧａＮ層１
５も均一性に優れ且つ再現性にも優れる。
【００２７】図３は本実施例における温度の制御を示す
図であり、時間と共に当初比較的低温な温度Ａで結晶成
長が開始され、続いて比較的高温な温度Ｂまで昇温さ
れ、均一で結晶性に優れたＧａＮ層が得られる。温度Ａ
は1020℃以下であって、望ましくは400℃から980℃の範
囲の温度である。また、温度Ｂは望ましくは950℃以上
の温度である。ＧａＮ層を成長させるための温度の組み
合わせの一例を挙げれば、温度Ａは980℃であり、温度
Ｂは例えば1020℃である。このような温度制御は窒化物
半導体の脱離状態を制御しているという観点からでも捉
えることができ、低温から高温への制御は窒化物半導体
の脱離状態を低い状態から高い状態に制御しているとも
捉えることが可能である。
【００２８】本実施例において低温成長GaN層１４は第
２窒化物半導体層の成長初期に形成されるが、その大き
さは基板主面から垂直方向に30nm若しくは保護膜１２の
厚み以上とされ、それ以上に低温成長GaN層１４を成長
した後に昇温される。基板主面から垂直方向に30nm以下
の微小なサイズの場合、横方向への成長を円滑に開始さ
せることが困難になる場合があり、第２窒化物半導体の
再成長を図る上で、基板主面から垂直方向に30nm以上の
厚みがあることが好ましい。また、保護膜１２が薄い場
合は、横方向成長も容易に進められるため、低温成長Ga
N層１４の厚みが保護膜１２の厚みよりも厚ければ良好
な結晶性を得る上では好ましい。
【００２９】上述のように、本実施例の窒化物半導体の
気相成長方法では、GaN層の結晶成長に際して、比較的
低温な温度で結晶成長が開始され、続いて比較的高温な
温度まで昇温されることから、均一で結晶性に優れたＧ
ａＮ層が得られることになる。本実施例で結晶成長され
た半導体層はGaN層であるが、窒化物としてはこれに限
定されずに、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ、ＴａをＩＩＩ族と
し、主にＮをＶ族とするような半導体層が含まれるもの
であり、微量な不純物を含むような層であっても良い。
【００３０】実施例２ 本実施例は本発明の窒化物半導体の気相成長方法と従来
の窒化物半導体の気相成長方法を比較したものであり、
特にストライプ状の窓領域を形成して比較したものであ
る。
【００３１】まず、C面サファイア基板３０上に有機金
属気相成長法により厚さ2μmのGaNのエピタキシャル層
３１を成長し、次にGaNのエピタキシャル層３１上にSiO
2からなる保護膜３２を形成した(図４の(a))。ここでSi
O2からなる保護膜３２の厚さは約20nmである。
【００３２】図４の（ｂ）のように保護膜３２にストラ
イプ状の窓領域３３をウルツ鉱型窒化ガリウムの{1,-1,
0,0}方向に延在させ、ストライプ幅は2，3，5，10μmと
しながらストライプ同士の距離はその6倍とした。これ
らのウェハを有機金属気相成長装置に導入し、窒素原料
としてアンモニア、Ga原料としてトリメチルガリウム、
キャリアガスとして水素と窒素を用いて30分間GaNを成
長した。
【００３３】本発明に従った窒化物半導体の気相成長方
法では、一旦980℃から成長を開始し5分後1020℃まで昇
温し、合計30分間成長したところ、いずれも保護膜３２
の形成されていない窓領域３３から均一に成長してお
り、例えば2μmの幅のストライプからも整然と成長して
いるのが確認された。本発明を適用することで、下地Ga
Nの露出領域の狭い２段階成長が可能となり、貫通転位
密度の低い窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長が可
能となる。また、このような状態から、図２の(e)のよ
うに平坦になるまで成長する場合も，均一性に優れるこ
とで再現性にも優れる。
【００３４】今度は同じストライプのパターンを使用
し、従来技術と同様に1020℃まで昇温し、30分間GaNを
成長したところ、温度が高いためストライプのごく一部
から成長が始まっているため、均一性も再現性もよくな
いことが確認された。特に2μm幅以下のストライプでは
ほとんど結晶が成長せず、1020℃で成長する場合はスト
ライプ幅をさらに狭めて再成長GaN層の貫通転位密度を
低減することは困難であることが判明した。
【００３５】なお、本実施例ではウルツ鉱型結晶構造の
{1,-1,0,0}方向に作成したストライプの例を示したが，
他の方向でも本発明の効果は得られる。
【００３６】実施例３ 本実施例は本発明の窒化物半導体の気相成長方法と従来
の窒化物半導体の気相成長方法を比較したものであり、
特に六角状の窓領域を形成して比較したものである。
【００３７】C面サファイア基板４０上に有機金属気相
成長法により厚さ2μmのGaNのエピタキシャル層４１を
成長した。次に、図５の（ａ）に示すように、このGaN
膜上にSiO2からなる保護膜４２を形成した。SiO2保護膜
４２の厚さは約20nmである．本実施例では、複数の六角
形の窓領域４３の開いた保護膜４２とした。このウェハ
を有機金属気相成長装置に導入し、窒素原料としてアン
モニア、Ga原料としてトリメチルガリウム、キャリアガ
スとして水素と窒素を用いて30分間GaNを成長した。
【００３８】本発明の窒化物半導体の気相成長方法を適
用し、一旦980℃から成長を開始し、5分後1020℃まで昇
温し、合計30分間成長した結果、保護膜４２の形成され
ていない窓領域４３から均一に成長していることが確認
された。また、このような選択成長を利用して3次元構
造の素子を作製する場合の均一性と再現性も良くなるこ
とが判明した。
【００３９】比較のため、従来技術を適用し1020℃まで
昇温し、30分間GaNを成長した結果、保護膜４２の窓領
域４３上に6つの(1,-1,0,1)面で形成される六角錐型のG
aNが成長しているが、温度が高いため六角形の窓領域４
３のうち上にGaNが成長したものはごくわずかであるこ
とが分かった。その大きさや形の均一性も再現性も素子
形成に好適なものであるとは言えない。このような理由
で1020℃で成長する場合は穴や窓領域の径をさらに狭め
て再成長GaN層の貫通転位密度を低減することは困難で
あることが判明した。
【００４０】このような3次元構造の例としては，本実
施例では六角形の窓形状を採用したが、円形や他の多角
形，あるいはその他の形状の窓形状でも本発明の効果は
得られる。
【００４１】なお、上述の各実施例においては、第１窒
化物半導体層として、エピタキシャル成長のＧａＮ層が
形成されるものとして説明したが、窒化物が少なくとも
表面に存在する基板たとえばＧａＮ基板を第１窒化物半
導体層として利用することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】本発明の窒化物半導体の気相成長方法に
よれば、第２窒化物半導体を成長する際に、２段階の温
度制御によって、保護膜に覆われない面積を小さくする
ことや均一性と再現性に優れた結晶の成長が可能とな
る。第２窒化物半導体の貫通転位密度を低減でき、半導
体デバイスの長寿命化や高性能化を実現できる。また、
特に結晶成長の均一性をあげることから、保護膜により
分離された半導体デバイスの作製や、その成長時の3次
元形状を利用したデバイスの作製において、ウェハ内で
均一性にすぐれたデバイスを作製することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の窒化物半導体の気相成長方法の
実施例１の工程断面図であり、図１において（ａ）はGa
N層の形成工程を示す断面図、（ｂ）は窓領域の形成工
程を示す断面図、（ｃ）は低温成長GaN層の形成工程を
示す断面図である。
【図２】図２は本発明の窒化物半導体の気相成長方法の
実施例１の工程断面図であり、図２において（ｄ）は高
温成長GaN層の形成工程を示す断面図、（ｅ）は高温成
長GaN層の更なる成長工程を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の窒化物半導体の気相成長方法の
温度制御を説明するための時間と温度の関係を示す図で
ある。
【図４】図４は本発明の窒化物半導体の気相成長方法の
実施例２の工程図であり、図４において（a）は窓領域
の形成工程を示す断面図、（ｂ）は窓領域のパターンを
示す平面図である。
【図５】図５は本発明の窒化物半導体の気相成長方法の
実施例３の工程図であり、図４において（a）は窓領域
の形成工程を示す断面図、（ｂ）は窓領域のパターンを
示す平面図である。
【符号の説明】
１０、３０、４０ サファイヤ基板 １１、３１、４１ GaN層 １２、３２、４２ 保護膜 １３、３３、４３ 窓領域 １４ 低温成長GaN層 １５ 高温成長GaN層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土居 正人 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 大畑 豊治 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE15 DB08 EE07 EF01 5F041 AA40 CA40 CA46 CA65 CA77 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AC08 AC09 AC12 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AF09 AF13 BB02 BB12 CA12 DA53 DB02 DB04 DB06 5F073 CA17 CB05 DA05 EA29

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に結晶成長を阻害する保護膜を、
    該保護膜の一部を開口した窓領域内で第１窒化物半導体
    層が臨むように形成し、前記第１窒化物半導体層からの
    第２窒化物半導体層の選択成長を所要の成長開始温度で
    開始し、続いて前記成長開始温度よりも高い温度に昇温
    して結晶成長を継続することを特徴とする窒化物半導体
    の気相成長方法。
  2. 【請求項２】 前記成長開始温度は1020℃以下であるこ
    とを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体の気相成長
    方法。
  3. 【請求項３】 前記昇温後の成長温度は950℃以上である
    ことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体の気相成
    長方法。
  4. 【請求項４】 前記基板主面から垂直方向に30nm若しく
    は前記保護膜の厚み以上に前記第２窒化物半導体層を成
    長した後に昇温することを特徴とする請求項１記載の窒
    化物半導体の気相成長方法。
  5. 【請求項５】 前記第２窒化物半導体層は窒化ガリウム
    系化合物半導体層であることを特徴とする請求項１記載
    の窒化物半導体の気相成長方法。
  6. 【請求項６】 前記保護膜の一部を開口した窓領域の大
    きさは0.5μｍから20μｍの範囲にあることを特徴とす
    る請求項１記載の窒化物半導体の気相成長方法。
  7. 【請求項７】 前記成長開始温度から昇温した前記高い
    温度と該成長開始温度の温度差は20℃以上であることを
    特徴とする請求項１記載の窒化物半導体の気相成長方
    法。
  8. 【請求項８】 基板上に結晶成長を阻害する保護膜を、
    該保護膜の一部を開口した窓領域内で第１窒化物半導体
    層が臨むように形成し、前記第１窒化物半導体層からの
    第２窒化物半導体層の選択成長を前記第１窒化物半導体
    層もしくは前記第２窒化物半導体層の表面の窒化物半導
    体の脱離状態が低い状態で開始し、続いて前記表面の窒
    化物半導体の脱離状態が成長開始時よりも高くなる状態
    で結晶成長を継続することを特徴とする窒化物半導体の
    気相成長方法。
  9. 【請求項９】 前記第２窒化物半導体層は窒化ガリウム
    系化合物半導体層であり、前記成長原料ガスはトリメチ
    ルガリウムもしくはトリエチルガリウムとアンモニアか
    らなることを特徴とする請求項８記載の窒化物半導体の
    気相成長方法。
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