JP2002170773A - 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法Info
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- JP2002170773A JP2002170773A JP2000363424A JP2000363424A JP2002170773A JP 2002170773 A JP2002170773 A JP 2002170773A JP 2000363424 A JP2000363424 A JP 2000363424A JP 2000363424 A JP2000363424 A JP 2000363424A JP 2002170773 A JP2002170773 A JP 2002170773A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 欠陥密度が低い高品質の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層を成長させることができる窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を簡単なプロセスで容易に
製造し、これを用いて高性能かつ長寿命の半導体装置を
製造する。 【解決手段】 ｃ面サファイア基板２１などの基板上に
例えばｎ型ＡｌＧａＮ層２３のような窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体混晶層を成長させ、これをパターニン
グして種結晶を形成する。この種結晶を用いて基板上に
例えばｎ型ＧａＮ層２４のような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を横方向成長させることにより例えばｎ
型ＧａＮ基板のような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体基板を製造する。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体基板を用い、その上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層を成長させることにより、半導体レーザなどの
半導体装置を製造する。
族化合物半導体層を成長させることができる窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を簡単なプロセスで容易に
製造し、これを用いて高性能かつ長寿命の半導体装置を
製造する。 【解決手段】 ｃ面サファイア基板２１などの基板上に
例えばｎ型ＡｌＧａＮ層２３のような窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体混晶層を成長させ、これをパターニン
グして種結晶を形成する。この種結晶を用いて基板上に
例えばｎ型ＧａＮ層２４のような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を横方向成長させることにより例えばｎ
型ＧａＮ基板のような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体基板を製造する。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体基板を用い、その上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層を成長させることにより、半導体レーザなどの
半導体装置を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半
導体装置およびその製造方法に関し、特に、窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダ
イオードあるいは電子走行素子の製造に適用して好適な
ものである。
−Ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半
導体装置およびその製造方法に関し、特に、窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダ
イオードあるいは電子走行素子の製造に適用して好適な
ものである。
【０００２】
【従来の技術】横方向結晶成長技術を用いて欠陥の少な
い高品質の結晶を作製する方法は、Epitaxial Lateral
Overgrowth（ＥＬＯ）やFacet-initiated Epitaxial La
teralOvergrowth（ＦＩＥＬＯ）と呼ばれ、非晶質絶縁
膜上へのＳｉの成長に始まり、ＧａＡｓ系半導体の成長
への応用を経て、ＧａＮ系半導体の成長へ応用され始め
た（例えば、(1)J.Electrochem.Soc.130,1571(1983)
(2)Jpn.J.Appl.Phys.28,L337(1989) (3)Jpn.J.Appl.Phy
s.36,L899(1997) (4)Jpn.J.Appl.Phys.38,L184(1999))
。加えて、最近はＥＬＯの変形版とも言うべきＰＥＮ
ＤＥＯと呼ばれる成長技術が開発されている（例えば、
(5)Ext.Abstr.G3.38(MRS Fall Meet.Boston,1998) 。
い高品質の結晶を作製する方法は、Epitaxial Lateral
Overgrowth（ＥＬＯ）やFacet-initiated Epitaxial La
teralOvergrowth（ＦＩＥＬＯ）と呼ばれ、非晶質絶縁
膜上へのＳｉの成長に始まり、ＧａＡｓ系半導体の成長
への応用を経て、ＧａＮ系半導体の成長へ応用され始め
た（例えば、(1)J.Electrochem.Soc.130,1571(1983)
(2)Jpn.J.Appl.Phys.28,L337(1989) (3)Jpn.J.Appl.Phy
s.36,L899(1997) (4)Jpn.J.Appl.Phys.38,L184(1999))
。加えて、最近はＥＬＯの変形版とも言うべきＰＥＮ
ＤＥＯと呼ばれる成長技術が開発されている（例えば、
(5)Ext.Abstr.G3.38(MRS Fall Meet.Boston,1998) 。
【０００３】この横方向結晶成長技術により得られる結
晶は、横方向にのびた部分の欠陥密度が１０6 ／ｃｍ2
程度と、この技術を用いない場合の結晶の欠陥密度の１
０9／ｃｍ2 程度よりも３桁程度、欠陥密度の減少が可
能である。この欠陥密度の減少は、例えば半導体レーザ
（レーザダイオード）のような光デバイスを製造する場
合、半導体層中の非発光センタ密度が減少することによ
り、動作特性や素子寿命の改善をもたらす。
晶は、横方向にのびた部分の欠陥密度が１０6 ／ｃｍ2
程度と、この技術を用いない場合の結晶の欠陥密度の１
０9／ｃｍ2 程度よりも３桁程度、欠陥密度の減少が可
能である。この欠陥密度の減少は、例えば半導体レーザ
（レーザダイオード）のような光デバイスを製造する場
合、半導体層中の非発光センタ密度が減少することによ
り、動作特性や素子寿命の改善をもたらす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
横方向結晶成長技術は、上記のような利点を有するもの
の、横方向にのびた部分の結晶の歪み量を調整すること
ができないため、この結晶上に半導体層を成長させて半
導体レーザなどのデバイスを形成する場合には、これら
の半導体層に歪みが生じ、遂には歪みに耐えられなくな
って、新たな欠陥の発生などを引き起こす原因となる。
また、この現象を回避するためには、半導体層の厚さを
最適値より薄く抑えるなど、デバイス構造を最適構造か
ら故意にずらさなければならず、高性能化に支障を来す
という問題が発生する。
横方向結晶成長技術は、上記のような利点を有するもの
の、横方向にのびた部分の結晶の歪み量を調整すること
ができないため、この結晶上に半導体層を成長させて半
導体レーザなどのデバイスを形成する場合には、これら
の半導体層に歪みが生じ、遂には歪みに耐えられなくな
って、新たな欠陥の発生などを引き起こす原因となる。
また、この現象を回避するためには、半導体層の厚さを
最適値より薄く抑えるなど、デバイス構造を最適構造か
ら故意にずらさなければならず、高性能化に支障を来す
という問題が発生する。
【０００５】したがって、この発明が解決しようとする
課題は、欠陥密度が低い高品質の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を成長させることができる窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体基板およびこのような窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を簡単なプロセスで容易に
製造することができる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体基板の製造方法を提供することにある。
課題は、欠陥密度が低い高品質の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を成長させることができる窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体基板およびこのような窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を簡単なプロセスで容易に
製造することができる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体基板の製造方法を提供することにある。
【０００６】この発明が解決しようとする他の課題は、
上記のような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を
用いた高性能かつ長寿命の半導体装置およびこのような
半導体装置を簡単なプロセスで容易に製造することがで
きる半導体装置の製造方法を提供することにある。
上記のような窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を
用いた高性能かつ長寿命の半導体装置およびこのような
半導体装置を簡単なプロセスで容易に製造することがで
きる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の第１の発明は、種結晶を用いて基板上に
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ
た窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板において、種
結晶が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなる
ことを特徴とするものである。
に、この発明の第１の発明は、種結晶を用いて基板上に
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ
た窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板において、種
結晶が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなる
ことを特徴とするものである。
【０００８】この発明の第２の発明は、種結晶を用いて
基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向
成長させることにより窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体基板を製造するようにした窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体基板の製造方法において、種結晶が窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなることを特徴とする
ものである。
基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向
成長させることにより窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体基板を製造するようにした窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体基板の製造方法において、種結晶が窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなることを特徴とする
ものである。
【０００９】この発明の第３の発明は、窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体混晶からなる種結晶を用いて基板上
に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長さ
せた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板と、窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に成長された窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる素子層とを有する
ことを特徴とするものである。
−Ｖ族化合物半導体混晶からなる種結晶を用いて基板上
に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長さ
せた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板と、窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に成長された窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる素子層とを有する
ことを特徴とするものである。
【００１０】この発明の第４の発明は、窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体混晶からなる種結晶を用いて基板上
に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長さ
せる工程と、上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる素子層
を成長させる工程とを有することを特徴とする半導体装
置の製造方法である。
−Ｖ族化合物半導体混晶からなる種結晶を用いて基板上
に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長さ
せる工程と、上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる素子層
を成長させる工程とを有することを特徴とする半導体装
置の製造方法である。
【００１１】この発明において、種結晶を構成する窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、一般的には、Ｇ
ａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる群より選ばれた少なく
とも一種のＩＩＩ族元素と、少なくともＮを含み、場合
によってさらにＡｓまたはＰを含むＶ族元素とからな
る。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、最
も典型的には、Ｂw Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ混晶（ただ
し、０≦ｗ＜１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜
１、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）である。この窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体混晶は、ノンドープであっても、ｎ
型不純物またはｐ型不純物がドーピングされてもよい。
ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅなどの周期律表
のＩＶ族元素またはＶＩ族元素を用いることができ、ｐ
型不純物としては、Ｍｇ、Ｃなどの周期律表のＩＩ族元
素またはＩＶ族元素を用いることができる。
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、一般的には、Ｇ
ａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる群より選ばれた少なく
とも一種のＩＩＩ族元素と、少なくともＮを含み、場合
によってさらにＡｓまたはＰを含むＶ族元素とからな
る。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、最
も典型的には、Ｂw Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ混晶（ただ
し、０≦ｗ＜１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜
１、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）である。この窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体混晶は、ノンドープであっても、ｎ
型不純物またはｐ型不純物がドーピングされてもよい。
ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅなどの周期律表
のＩＶ族元素またはＶＩ族元素を用いることができ、ｐ
型不純物としては、Ｍｇ、Ｃなどの周期律表のＩＩ族元
素またはＩＶ族元素を用いることができる。
【００１２】種結晶は、典型的には、〈１−１００〉方
向に互いに平行に延在するストライプ形状を有する。こ
の種結晶を形成するには、典型的には、基板上に窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶層を成長させた後、こ
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶層をエッチン
グによりパターニングする。このエッチングの際のマス
クとしては、例えば、ＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、Ａｌ
2 Ｏ3 膜、それらの積層膜などを用いることができる。
このマスクは、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を
横方向成長させる前にエッチング除去してもよいし、そ
のまま残した状態で窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を横方向成長させてもよい。
向に互いに平行に延在するストライプ形状を有する。こ
の種結晶を形成するには、典型的には、基板上に窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶層を成長させた後、こ
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶層をエッチン
グによりパターニングする。このエッチングの際のマス
クとしては、例えば、ＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜、Ａｌ
2 Ｏ3 膜、それらの積層膜などを用いることができる。
このマスクは、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を
横方向成長させる前にエッチング除去してもよいし、そ
のまま残した状態で窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を横方向成長させてもよい。
【００１３】種結晶を用いて横方向成長させる窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎおよ
びＢからなる群より選ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族
元素と、少なくともＮを含み、場合によってさらにＡｓ
またはＰを含むＶ族元素とからなり、具体例を挙げる
と、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。特に、横方向成長させ
る窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がＧａＮ層、Ａ
ｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層である場
合には、それぞれＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＩｎＧ
ａＮ基板、ＡｌＧａＩｎＮ基板を得ることができる。こ
れらのＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧ
ａＩｎＮ層はノンドープであっても、ｎ型不純物または
ｐ型不純物をドーピングしたものであってもよく、前者
の場合にはノンドープの基板を、後者の場合にはｎ型ま
たはｐ型の基板を得ることができる。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎおよ
びＢからなる群より選ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族
元素と、少なくともＮを含み、場合によってさらにＡｓ
またはＰを含むＶ族元素とからなり、具体例を挙げる
と、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。特に、横方向成長させ
る窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がＧａＮ層、Ａ
ｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層である場
合には、それぞれＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＩｎＧ
ａＮ基板、ＡｌＧａＩｎＮ基板を得ることができる。こ
れらのＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧ
ａＩｎＮ層はノンドープであっても、ｎ型不純物または
ｐ型不純物をドーピングしたものであってもよく、前者
の場合にはノンドープの基板を、後者の場合にはｎ型ま
たはｐ型の基板を得ることができる。
【００１４】窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横
方向成長させる基板としては、種々のものを用いること
ができ、具体的には、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓ
ｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、スピ
ネル基板、酸化シリコン基板などのほか、厚いＧａＮ層
などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる基
板を用いてもよい。
方向成長させる基板としては、種々のものを用いること
ができ、具体的には、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓ
ｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、スピ
ネル基板、酸化シリコン基板などのほか、厚いＧａＮ層
などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる基
板を用いてもよい。
【００１５】種結晶となる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体混晶層および窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層の成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長
（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長
またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）な
どを用いることができる。半導体装置は、具体的には、
例えば、半導体レーザや発光ダイオードのような発光素
子あるいはＦＥＴのような電子走行素子である。
半導体混晶層および窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層の成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長
（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長
またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）な
どを用いることができる。半導体装置は、具体的には、
例えば、半導体レーザや発光ダイオードのような発光素
子あるいはＦＥＴのような電子走行素子である。
【００１６】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長
させるための種結晶が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶からなるので、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体混晶の組成を制御することによりその格子定数を
制御することができ、この種結晶から横方向成長する窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶の歪み量を調
整することができる。
ば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長
させるための種結晶が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶からなるので、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体混晶の組成を制御することによりその格子定数を
制御することができ、この種結晶から横方向成長する窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶の歪み量を調
整することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。まず、この発明の実施
形態において窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶
成長に用いられるＭＯＣＶＤ装置について説明する。図
１はそのＭＯＣＶＤ装置の構成を示す。
て図面を参照しながら説明する。まず、この発明の実施
形態において窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶
成長に用いられるＭＯＣＶＤ装置について説明する。図
１はそのＭＯＣＶＤ装置の構成を示す。
【００１８】図１に示すように、このＭＯＣＶＤ装置に
おいては、反応管１内にサセプタ２が設けられ、このサ
セプタ２上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長
に用いる基板３が置かれるようになっている。反応管１
の外部には加熱用ＲＦコイル４が設けられており、この
加熱用ＲＦコイル４によりサセプタ２を加熱し、それに
よって基板３を加熱することができるようになってい
る。反応管１の下流の排気管５には圧力調整用部品６が
取り付けられており、必要に応じて、この圧力調整用部
品６を用いて反応管５内を減圧状態から加圧状態に変化
させることにより、加圧状態で結晶成長を行うことがで
きるようになっている。圧力調整用部品６としては、バ
タフライバルブやニードルバルブのほか、減圧用ポン
プ、ガス加圧器などを用いることができる。
おいては、反応管１内にサセプタ２が設けられ、このサ
セプタ２上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長
に用いる基板３が置かれるようになっている。反応管１
の外部には加熱用ＲＦコイル４が設けられており、この
加熱用ＲＦコイル４によりサセプタ２を加熱し、それに
よって基板３を加熱することができるようになってい
る。反応管１の下流の排気管５には圧力調整用部品６が
取り付けられており、必要に応じて、この圧力調整用部
品６を用いて反応管５内を減圧状態から加圧状態に変化
させることにより、加圧状態で結晶成長を行うことがで
きるようになっている。圧力調整用部品６としては、バ
タフライバルブやニードルバルブのほか、減圧用ポン
プ、ガス加圧器などを用いることができる。
【００１９】反応管１内には窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の成長原料が供給されるようになっている。す
なわち、配管７を通じてＶ族元素であるＮの原料ガスと
して例えばアンモニア（ＮＨ3 ）が供給され、配管８を
通じてＩＩＩ族元素の原料ガスが供給される。ＩＩＩ族
元素の原料ガスの供給は、具体的には、ＩＩＩ族元素を
含む有機金属が入った容器（バブラ）９に、純化装置１
０を通って純化された水素（Ｈ2 ）ガス（キャリアガ
ス）を流すことによりＩＩＩ族元素の原料ガスを発生さ
せ、これをバルブＶ1 、Ｖ2 、Ｖ3 の開閉の制御により
配管８に流すことにより行う。容器９は、使用する有機
原料の数に応じた数だけ設けられる。符号１１、１２、
１３は流量制御のためのマスフローコントローラを示
す。
物半導体の成長原料が供給されるようになっている。す
なわち、配管７を通じてＶ族元素であるＮの原料ガスと
して例えばアンモニア（ＮＨ3 ）が供給され、配管８を
通じてＩＩＩ族元素の原料ガスが供給される。ＩＩＩ族
元素の原料ガスの供給は、具体的には、ＩＩＩ族元素を
含む有機金属が入った容器（バブラ）９に、純化装置１
０を通って純化された水素（Ｈ2 ）ガス（キャリアガ
ス）を流すことによりＩＩＩ族元素の原料ガスを発生さ
せ、これをバルブＶ1 、Ｖ2 、Ｖ3 の開閉の制御により
配管８に流すことにより行う。容器９は、使用する有機
原料の数に応じた数だけ設けられる。符号１１、１２、
１３は流量制御のためのマスフローコントローラを示
す。
【００２０】ＩＩＩ族元素の原料としては、具体的に
は、例えば次のようなものが用いられる。すなわち、Ｇ
ａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇ
ａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニ
ウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料として
はトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭ
Ｉ）、Ｂの原料としてはトリエチルホウ素（（Ｃ
2 Ｈ5 ）3 Ｂ、ＴＭＢ）を用いる。
は、例えば次のようなものが用いられる。すなわち、Ｇ
ａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇ
ａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニ
ウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料として
はトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭ
Ｉ）、Ｂの原料としてはトリエチルホウ素（（Ｃ
2 Ｈ5 ）3 Ｂ、ＴＭＢ）を用いる。
【００２１】図１では図示を省略するが、実際には上記
のＶ族元素の原料およびＩＩＩ族元素の原料の供給系統
に加えて、ｎ型ドーパントおよびｐ型ドーパントの供給
系統も設けられ、さらに、必要に応じて、窒素（Ｎ2 ）
やヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガ
スなどの供給系統が設けられる。ｎ型ドーパントとして
は例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型ドーパントとし
ては例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シク
ロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）
が用いられる。
のＶ族元素の原料およびＩＩＩ族元素の原料の供給系統
に加えて、ｎ型ドーパントおよびｐ型ドーパントの供給
系統も設けられ、さらに、必要に応じて、窒素（Ｎ2 ）
やヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガ
スなどの供給系統が設けられる。ｎ型ドーパントとして
は例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型ドーパントとし
ては例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シク
ロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）
が用いられる。
【００２２】次に、この発明の第１の実施形態によるＧ
ａＮ基板の製造方法について説明する。図１〜図６はこ
のＧａＮ基板の製造方法を示す。この第１の実施形態に
おいては、まず、図２Ａに示すように、（０００１）面
方位、すなわちｃ面サファイア基板２１を用意し、この
ｃ面サファイア基板２１を図１に示すＭＯＣＶＤ装置の
反応管１内のサセプタ２上に置く。次に、反応管１内に
Ｈ2 を供給しながらｃ面サファイア基板２１を加熱して
例えば１１００℃に昇温し、この温度で例えば１０分間
保持することによりサーマルクリーニングを行って表面
を清浄化する。
ａＮ基板の製造方法について説明する。図１〜図６はこ
のＧａＮ基板の製造方法を示す。この第１の実施形態に
おいては、まず、図２Ａに示すように、（０００１）面
方位、すなわちｃ面サファイア基板２１を用意し、この
ｃ面サファイア基板２１を図１に示すＭＯＣＶＤ装置の
反応管１内のサセプタ２上に置く。次に、反応管１内に
Ｈ2 を供給しながらｃ面サファイア基板２１を加熱して
例えば１１００℃に昇温し、この温度で例えば１０分間
保持することによりサーマルクリーニングを行って表面
を清浄化する。
【００２３】次に、ｃ面サファイア基板２１の温度を例
えば５００℃に下げ、反応管１内にＮＨ3 およびＴＭＧ
を供給し、図２Ｂに示すように、ＭＯＣＶＤ法により例
えば厚さ３０ｎｍのノンドープのＧａＮバッファ層２２
を成長させる。
えば５００℃に下げ、反応管１内にＮＨ3 およびＴＭＧ
を供給し、図２Ｂに示すように、ＭＯＣＶＤ法により例
えば厚さ３０ｎｍのノンドープのＧａＮバッファ層２２
を成長させる。
【００２４】次に、図２Ｃに示すように、反応管１内に
ＮＨ3 のみを流した状態でｃ面サファイア基板２１の温
度を例えば１０００℃に昇温し、次に反応管１内にさら
にＴＭＧおよびＳｉＨ4 を流し、ＭＯＣＶＤ法により、
ＧａＮバッファ層２２上に、ｎ型不純物としてＳｉがド
ープされた例えば厚さ２μｍ程度のｎ型ＡｌＧａＮ層２
３を成長させる。これらのガスの典型的な流量は、例え
ば、ＴＭＧは３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡは８μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 は６ＳＬＭ（Standard Litter per
Minute）、ＳｉＨ4 は１０ｐｐｍの水素希釈で１ＳＣＣ
Ｍである。
ＮＨ3 のみを流した状態でｃ面サファイア基板２１の温
度を例えば１０００℃に昇温し、次に反応管１内にさら
にＴＭＧおよびＳｉＨ4 を流し、ＭＯＣＶＤ法により、
ＧａＮバッファ層２２上に、ｎ型不純物としてＳｉがド
ープされた例えば厚さ２μｍ程度のｎ型ＡｌＧａＮ層２
３を成長させる。これらのガスの典型的な流量は、例え
ば、ＴＭＧは３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡは８μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 は６ＳＬＭ（Standard Litter per
Minute）、ＳｉＨ4 は１０ｐｐｍの水素希釈で１ＳＣＣ
Ｍである。
【００２５】次に、ｎ型ＡｌＧａＮ層２３を成長させた
ｃ面サファイア基板２１をＭＯＣＶＤ装置から取り出
す。そして、図２Ｄに示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層２
３の全面にＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法な
どにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜２４を成
膜する。
ｃ面サファイア基板２１をＭＯＣＶＤ装置から取り出
す。そして、図２Ｄに示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層２
３の全面にＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法な
どにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜２４を成
膜する。
【００２６】次に、図３Ａに示すように、ＳｉＯ2 膜２
４上にレジスト層２５を塗布する。次に、図３Ｂに示す
ように、所定のフォトマスク（図示せず）を用いてレジ
スト層２５を露光した後、現像を行い、ｎ型ＡｌＧａＮ
層２３の〈１−１００〉方向に延在するストライプ形状
のレジストパターン２６を形成する。このレジストパタ
ーン２６の寸法は、例えば、ストライプの周期を１３μ
ｍ、マスク幅を３μｍ、マスク間のウィンドウの幅を１
０μｍとする。
４上にレジスト層２５を塗布する。次に、図３Ｂに示す
ように、所定のフォトマスク（図示せず）を用いてレジ
スト層２５を露光した後、現像を行い、ｎ型ＡｌＧａＮ
層２３の〈１−１００〉方向に延在するストライプ形状
のレジストパターン２６を形成する。このレジストパタ
ーン２６の寸法は、例えば、ストライプの周期を１３μ
ｍ、マスク幅を３μｍ、マスク間のウィンドウの幅を１
０μｍとする。
【００２７】次に、図３Ｃに示すように、このレジスト
パターン２６をマスクとして例えば反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）法によりＳｉＯ2 膜２４をエッチング
し、さらにｎ型ＡｌＧａＮ層２３およびＧａＮバッファ
層２２を同じくＲＩＥ法により順次エッチングする。
パターン２６をマスクとして例えば反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）法によりＳｉＯ2 膜２４をエッチング
し、さらにｎ型ＡｌＧａＮ層２３およびＧａＮバッファ
層２２を同じくＲＩＥ法により順次エッチングする。
【００２８】次に、図４に示すように、レジストパター
ン２６を除去し、さらにＳｉＯ2 膜２４を例えばフッ酸
系のエッチング液を用いたウエットエッチング、また
は、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガ
スを用いたＲＩＥ法によりエッチング除去する。このよ
うにして、〈１−１００〉方向に延在するストライプ形
状のｎ型ＡｌＧａＮ層２３が互いに平行に形成される。
このｎ型ＡｌＧａＮ層２３は、例えば、ストライプの周
期が１３μｍ、マスク幅が３μｍ、マスク間のウィンド
ウの幅が１０μｍとなる。図５にこの状態のｃ面サファ
イア基板２１の平面図を示す。
ン２６を除去し、さらにＳｉＯ2 膜２４を例えばフッ酸
系のエッチング液を用いたウエットエッチング、また
は、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガ
スを用いたＲＩＥ法によりエッチング除去する。このよ
うにして、〈１−１００〉方向に延在するストライプ形
状のｎ型ＡｌＧａＮ層２３が互いに平行に形成される。
このｎ型ＡｌＧａＮ層２３は、例えば、ストライプの周
期が１３μｍ、マスク幅が３μｍ、マスク間のウィンド
ウの幅が１０μｍとなる。図５にこの状態のｃ面サファ
イア基板２１の平面図を示す。
【００２９】次に、このストライプ形状のｎ型ＡｌＧａ
Ｎ層２３が形成されたｃ面サファイア基板２１を再びＭ
ＯＣＶＤ装置に移し、そのストライプ形状のｎ型ＡｌＧ
ａＮ層２３を種結晶として以下のようにして横方向成長
を行う。具体的には、反応管１内にＮＨ3 のみを流した
状態でｃ面サファイア基板２１の温度を例えば１０００
℃に昇温し、次に反応管１内にさらにＴＭＧおよびＳｉ
Ｈ4 を流し、ＭＯＣＶＤ法により、ストライプ形状のｎ
型ＡｌＧａＮ層２３を種結晶として、図６Ａ、Ｂおよび
Ｃの順序で、ｎ型不純物としてＳｉがドープされた例え
ば厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層２４を成長させる。これら
のガスの典型的な流量は、例えば、ＴＭＧは３０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡは８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 は６
ＳＬＭ、ＳｉＨ4 は１０ｐｐｍの水素希釈で１ＳＣＣＭ
である。
Ｎ層２３が形成されたｃ面サファイア基板２１を再びＭ
ＯＣＶＤ装置に移し、そのストライプ形状のｎ型ＡｌＧ
ａＮ層２３を種結晶として以下のようにして横方向成長
を行う。具体的には、反応管１内にＮＨ3 のみを流した
状態でｃ面サファイア基板２１の温度を例えば１０００
℃に昇温し、次に反応管１内にさらにＴＭＧおよびＳｉ
Ｈ4 を流し、ＭＯＣＶＤ法により、ストライプ形状のｎ
型ＡｌＧａＮ層２３を種結晶として、図６Ａ、Ｂおよび
Ｃの順序で、ｎ型不純物としてＳｉがドープされた例え
ば厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層２４を成長させる。これら
のガスの典型的な流量は、例えば、ＴＭＧは３０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡは８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 は６
ＳＬＭ、ＳｉＨ4 は１０ｐｐｍの水素希釈で１ＳＣＣＭ
である。
【００３０】以上の工程により、図６Ｃに示すように、
ｃ面サファイア基板２１上にｎ型ＧａＮ層２４が横方向
成長したｎ型ＧａＮ基板が製造される。
ｃ面サファイア基板２１上にｎ型ＧａＮ層２４が横方向
成長したｎ型ＧａＮ基板が製造される。
【００３１】図７に、Ａｌ組成が１％のストライプ形状
のｎ型ＡｌＧａＮ層２３を種結晶として用いて横方向成
長させた厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層２４の格子定数ａ、
ｃをＸ線回折測定により求めた結果を示す。図７には、
比較のために、Ａｌ組成が０％のストライプ形状のｎ型
ＡｌＧａＮ層２３、すなわちｎ型ＧａＮ層を種結晶とし
て用いて横方向成長させた厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層２
４の格子定数ａ、ｃをＸ線回折測定により求めた結果も
併せて示す。なお、これらの横方向成長は常圧で行っ
た。
のｎ型ＡｌＧａＮ層２３を種結晶として用いて横方向成
長させた厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層２４の格子定数ａ、
ｃをＸ線回折測定により求めた結果を示す。図７には、
比較のために、Ａｌ組成が０％のストライプ形状のｎ型
ＡｌＧａＮ層２３、すなわちｎ型ＧａＮ層を種結晶とし
て用いて横方向成長させた厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層２
４の格子定数ａ、ｃをＸ線回折測定により求めた結果も
併せて示す。なお、これらの横方向成長は常圧で行っ
た。
【００３２】図７から分かるように、ｎ型ＡｌＧａＮ層
２３からなる種結晶を用いて横方向成長させたｎ型Ｇａ
Ｎ層２４は、ｎ型ＧａＮ層からなる種結晶を用いて横方
向成長させたｎ型ＧａＮ層２４に比べて、格子定数ａが
小さく、ｃが大きくなっている。このため、例えば、ｎ
型ＡｌＧａＮ層２３からなる種結晶を用いて横方向成長
させたｎ型ＧａＮ層２４上にＧａＮよりも格子定数ａが
小さいＡｌＧａＮを成長させる場合、ｎ型ＧａＮ層から
なる種結晶を用いて横方向成長させたｎ型ＧａＮ層２４
上にＡｌＧａＮを成長させる場合に比べて、それらの格
子定数差がより小さくなるので、この格子定数差に起因
してＡｌＧａＮ結晶に蓄積する歪みエネルギーが小さく
なり、欠陥やクラックの少ないＡｌＧａＮ結晶をより厚
く成長させることが可能となる。
２３からなる種結晶を用いて横方向成長させたｎ型Ｇａ
Ｎ層２４は、ｎ型ＧａＮ層からなる種結晶を用いて横方
向成長させたｎ型ＧａＮ層２４に比べて、格子定数ａが
小さく、ｃが大きくなっている。このため、例えば、ｎ
型ＡｌＧａＮ層２３からなる種結晶を用いて横方向成長
させたｎ型ＧａＮ層２４上にＧａＮよりも格子定数ａが
小さいＡｌＧａＮを成長させる場合、ｎ型ＧａＮ層から
なる種結晶を用いて横方向成長させたｎ型ＧａＮ層２４
上にＡｌＧａＮを成長させる場合に比べて、それらの格
子定数差がより小さくなるので、この格子定数差に起因
してＡｌＧａＮ結晶に蓄積する歪みエネルギーが小さく
なり、欠陥やクラックの少ないＡｌＧａＮ結晶をより厚
く成長させることが可能となる。
【００３３】ｎ型ＡｌＧａＮ層２３からなる種結晶を用
いて横方向成長させたｎ型ＧａＮ層２４上にＡｌ組成が
８％で厚さ２μｍのｎ型ＡｌＧａＮ層を成長させた場合
と、ｎ型ＧａＮ層からなる種結晶を用いて横方向成長さ
せたｎ型ＧａＮ層２４上に同じくＡｌ組成が８％で厚さ
２μｍのｎ型ＡｌＧａＮ層を成長させた場合とについ
て、表面観察によりｎ型ＡｌＧａＮ層のクラック密度を
測定したところ、後者では１２５本／ｃｍ2 であったの
に対し、前者では０本／ｃｍ2 であり、顕著な差があっ
た。この結果は、種結晶の相違により、横方向成長した
ｎ型ＧａＮ層２４の結晶格子が、種結晶の影響を受けて
違った歪み方をし、その上にＡｌＧａＮをクラックを発
生することなく成長させることができる厚さに影響を与
えたことを意味する。
いて横方向成長させたｎ型ＧａＮ層２４上にＡｌ組成が
８％で厚さ２μｍのｎ型ＡｌＧａＮ層を成長させた場合
と、ｎ型ＧａＮ層からなる種結晶を用いて横方向成長さ
せたｎ型ＧａＮ層２４上に同じくＡｌ組成が８％で厚さ
２μｍのｎ型ＡｌＧａＮ層を成長させた場合とについ
て、表面観察によりｎ型ＡｌＧａＮ層のクラック密度を
測定したところ、後者では１２５本／ｃｍ2 であったの
に対し、前者では０本／ｃｍ2 であり、顕著な差があっ
た。この結果は、種結晶の相違により、横方向成長した
ｎ型ＧａＮ層２４の結晶格子が、種結晶の影響を受けて
違った歪み方をし、その上にＡｌＧａＮをクラックを発
生することなく成長させることができる厚さに影響を与
えたことを意味する。
【００３４】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、ｃ面サファイア基板２１上にｎ型ＧａＮ層２４を横
方向成長させるための種結晶として、〈１−１００〉方
向に延在するストライプ形状のｎ型ＡｌＧａＮ層２３を
用いていることにより、このｎ型ＡｌＧａＮ層２３の混
晶組成を所望の組成に調整することにより、横方向成長
するｎ型ＧａＮ層２４の結晶の歪み量を制御することが
できる。このため、このｎ型ＧａＮ層２４の結晶の歪み
量の制御により、このｎ型ＧａＮ基板上にＧａＮ系半導
体層を成長させて半導体発光素子や電子走行素子などを
形成する場合、これらのＧａＮ系半導体層とｎ型ＧａＮ
層２４との格子定数差を十分に小さく抑えることができ
る。これによって、これらのＧａＮ系半導体層の欠陥や
クラックの発生を抑えることができ、高品質のＧａＮ系
半導体層を得ることができる。そして、従来のようにこ
れらのＧａＮ系半導体層の欠陥やクラックの発生を抑え
るために、ＧａＮ系半導体層の厚さを最適値より薄くす
るなど、デバイス構造を最適構造から故意にずらす必要
がなくなり、ＧａＮ系半導体層の厚さや組成などの許容
範囲が広がり、これらを理想設計値に設定することが可
能となる。例えば、ＧａＮ系半導体レーザを形成する場
合には、合計の厚さで、ｎ型ＧａＮ層を６μｍ、ｎ型Ａ
ｌＧａＮ層を２μｍ程度成長させる必要があるが、これ
らの必要な厚さのＧａＮ系半導体層の成長を、欠陥やク
ラックの発生を抑えつつ行うことができる。したがっ
て、デバイス設計の自由度を高めることができ、デバイ
ス構造の最適化により、デバイスの動作特性や寿命を大
幅に改善することができる。さらに、上記のようなｎ型
ＧａＮ基板の製造は、すでに確立した従来のプロセスで
容易に行うことができる。
ば、ｃ面サファイア基板２１上にｎ型ＧａＮ層２４を横
方向成長させるための種結晶として、〈１−１００〉方
向に延在するストライプ形状のｎ型ＡｌＧａＮ層２３を
用いていることにより、このｎ型ＡｌＧａＮ層２３の混
晶組成を所望の組成に調整することにより、横方向成長
するｎ型ＧａＮ層２４の結晶の歪み量を制御することが
できる。このため、このｎ型ＧａＮ層２４の結晶の歪み
量の制御により、このｎ型ＧａＮ基板上にＧａＮ系半導
体層を成長させて半導体発光素子や電子走行素子などを
形成する場合、これらのＧａＮ系半導体層とｎ型ＧａＮ
層２４との格子定数差を十分に小さく抑えることができ
る。これによって、これらのＧａＮ系半導体層の欠陥や
クラックの発生を抑えることができ、高品質のＧａＮ系
半導体層を得ることができる。そして、従来のようにこ
れらのＧａＮ系半導体層の欠陥やクラックの発生を抑え
るために、ＧａＮ系半導体層の厚さを最適値より薄くす
るなど、デバイス構造を最適構造から故意にずらす必要
がなくなり、ＧａＮ系半導体層の厚さや組成などの許容
範囲が広がり、これらを理想設計値に設定することが可
能となる。例えば、ＧａＮ系半導体レーザを形成する場
合には、合計の厚さで、ｎ型ＧａＮ層を６μｍ、ｎ型Ａ
ｌＧａＮ層を２μｍ程度成長させる必要があるが、これ
らの必要な厚さのＧａＮ系半導体層の成長を、欠陥やク
ラックの発生を抑えつつ行うことができる。したがっ
て、デバイス設計の自由度を高めることができ、デバイ
ス構造の最適化により、デバイスの動作特性や寿命を大
幅に改善することができる。さらに、上記のようなｎ型
ＧａＮ基板の製造は、すでに確立した従来のプロセスで
容易に行うことができる。
【００３５】次に、この発明の第２の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。この
ＧａＮ系半導体レーザはリッジ構造およびＳＣＨ（Sepa
rateConfinement Heterostructure）構造を有するもの
である。
ａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。この
ＧａＮ系半導体レーザはリッジ構造およびＳＣＨ（Sepa
rateConfinement Heterostructure）構造を有するもの
である。
【００３６】この第２の実施形態においては、まず、第
１の実施形態と同様な方法により、図６Ｃに示すＧａＮ
基板と同様な構造を有するｎ型ＧａＮ基板を図８に示す
ように製造する。
１の実施形態と同様な方法により、図６Ｃに示すＧａＮ
基板と同様な構造を有するｎ型ＧａＮ基板を図８に示す
ように製造する。
【００３７】すなわち、あらかじめサーマルクリーニン
グなどにより表面を清浄化したｃ面サファイア基板５１
上にＭＯＣＶＤ法により例えば５００℃程度の温度で厚
さが例えば３０ｎｍのノンドープのＧａＮバッファ層５
２を成長させた後、例えば１０００℃の成長温度で、Ｍ
ＯＣＶＤ法により、例えば厚さ２μｍのｎ型ＡｌＧａＮ
層５３を成長させる。このｎ型ＡｌＧａＮ層５３は、後
に行うｎ型ＧａＮ層５４の横方向成長の際の種結晶とな
るものであり、レーザ構造形成用のＧａＮ系半導体層の
厚さや組成などに応じてｎ型ＧａＮ層５４の結晶の歪み
量を最適に調整することができるように、その混晶組成
が決定される。このｎ型ＡｌＧａＮ層５３の混晶組成の
一例を挙げると、例えばＡｌ組成が１％である。
グなどにより表面を清浄化したｃ面サファイア基板５１
上にＭＯＣＶＤ法により例えば５００℃程度の温度で厚
さが例えば３０ｎｍのノンドープのＧａＮバッファ層５
２を成長させた後、例えば１０００℃の成長温度で、Ｍ
ＯＣＶＤ法により、例えば厚さ２μｍのｎ型ＡｌＧａＮ
層５３を成長させる。このｎ型ＡｌＧａＮ層５３は、後
に行うｎ型ＧａＮ層５４の横方向成長の際の種結晶とな
るものであり、レーザ構造形成用のＧａＮ系半導体層の
厚さや組成などに応じてｎ型ＧａＮ層５４の結晶の歪み
量を最適に調整することができるように、その混晶組成
が決定される。このｎ型ＡｌＧａＮ層５３の混晶組成の
一例を挙げると、例えばＡｌ組成が１％である。
【００３８】次に、ｎ型ＡｌＧａＮ層５３を成長させた
ｃ面サファイア基板５１をＭＯＣＶＤ装置から取り出
す。そして、ｎ型ＡｌＧａＮ層５３の全面にＣＶＤ法、
真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが
０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を成膜した後、こ
のＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーにより所定のストライ
プ形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、この
レジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエ
ッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ
4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用い
たＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、さらにｎ
型ＡｌＧａＮ層５３およびＧａＮバッファ層５２を順次
エッチングして〈１−１００〉方向に延びるストライプ
形状にパターニングする。このｎ型ＡｌＧａＮ層５３
は、例えば、ストライプの周期を１３μｍ、マスク幅を
３μｍ、マスク間のウィンドウの幅を１０μｍとする。
この後、レジストパターンおよびＳｉＯ2 膜を除去す
る。
ｃ面サファイア基板５１をＭＯＣＶＤ装置から取り出
す。そして、ｎ型ＡｌＧａＮ層５３の全面にＣＶＤ法、
真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが
０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を成膜した後、こ
のＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーにより所定のストライ
プ形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、この
レジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系のエ
ッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ
4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエッチングガスを用い
たＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッチングし、さらにｎ
型ＡｌＧａＮ層５３およびＧａＮバッファ層５２を順次
エッチングして〈１−１００〉方向に延びるストライプ
形状にパターニングする。このｎ型ＡｌＧａＮ層５３
は、例えば、ストライプの周期を１３μｍ、マスク幅を
３μｍ、マスク間のウィンドウの幅を１０μｍとする。
この後、レジストパターンおよびＳｉＯ2 膜を除去す
る。
【００３９】次に、ストライプ形状のｎ型ＡｌＧａＮ層
５３を種結晶として用いて、例えば厚さ５μｍのｎ型Ｇ
ａＮ層５４を横方向成長させる。こうして、図８に示す
ように、ｎ型ＧａＮ基板が製造される。
５３を種結晶として用いて、例えば厚さ５μｍのｎ型Ｇ
ａＮ層５４を横方向成長させる。こうして、図８に示す
ように、ｎ型ＧａＮ基板が製造される。
【００４０】次に、上述のようにして得られたｎ型Ｇａ
Ｎ基板を用い、以下のようにしてＧａＮ系半導体レーザ
を製造する。まず、図９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板
の表面をあらかじめサーマルクリーニングなどにより清
浄化した後、このｎ型ＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法に
より、ｎ型ＧａＮコンタクト層５５、ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層５６、ｎ型ＧａＮ光導波層５７、例えばノンド
ープのＧａ1-x ＩｎxＮ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井
戸構造の活性層５８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５９、
ｐ型ＧａＮ光導波層６０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６
１およびｐ型ＧａＮコンタクト層６２を順次成長させ
る。ここで、Ｉｎを含まない層であるｎ型ＧａＮコンタ
クト層５５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５６、ｎ型Ｇａ
Ｎ光導波層５７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５９、ｐ型
ＧａＮ光導波層６０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６１お
よびｐ型ＧａＮコンタクト層６２の成長温度は例えば１
０００℃程度とし、Ｉｎを含む層であるＧａ1-x Ｉｎx
Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層５８の
成長温度は例えば７００〜８００℃とする。これらのＧ
ａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料とし
てはＴＭＧを、Ａｌの原料としてはＴＭＡを、Ｉｎの原
料としてはＴＭＩを、Ｎの原料としてはＮＨ3を用い
る。また、キャリアガスとしては、例えば、Ｈ2 を用い
る。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例
えばＳｉＨ4 を、ｐ型ドーパントとしては例えば（ＣＨ
3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇあるいは（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇを用い
る。
Ｎ基板を用い、以下のようにしてＧａＮ系半導体レーザ
を製造する。まず、図９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板
の表面をあらかじめサーマルクリーニングなどにより清
浄化した後、このｎ型ＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法に
より、ｎ型ＧａＮコンタクト層５５、ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層５６、ｎ型ＧａＮ光導波層５７、例えばノンド
ープのＧａ1-x ＩｎxＮ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井
戸構造の活性層５８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５９、
ｐ型ＧａＮ光導波層６０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６
１およびｐ型ＧａＮコンタクト層６２を順次成長させ
る。ここで、Ｉｎを含まない層であるｎ型ＧａＮコンタ
クト層５５、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５６、ｎ型Ｇａ
Ｎ光導波層５７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５９、ｐ型
ＧａＮ光導波層６０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６１お
よびｐ型ＧａＮコンタクト層６２の成長温度は例えば１
０００℃程度とし、Ｉｎを含む層であるＧａ1-x Ｉｎx
Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層５８の
成長温度は例えば７００〜８００℃とする。これらのＧ
ａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料とし
てはＴＭＧを、Ａｌの原料としてはＴＭＡを、Ｉｎの原
料としてはＴＭＩを、Ｎの原料としてはＮＨ3を用い
る。また、キャリアガスとしては、例えば、Ｈ2 を用い
る。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例
えばＳｉＨ4 を、ｐ型ドーパントとしては例えば（ＣＨ
3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇあるいは（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇを用い
る。
【００４１】ここで、ｎ型ＧａＮコンタクト層５５は厚
さが例えば４μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉ
がドープされている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５６は
厚さが例えば０．７μｍであり、ｎ型不純物として例え
ばＳｉがドープされている。ｎ型ＧａＮ光導波層５７は
厚さが例えば０．１μｍであり、ｎ型不純物として例え
ばＳｉがドープされている。アンドープＧａ1-x Ｉｎx
Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層５８
は、例えば、井戸層の厚さが３ｎｍ、障壁層の厚さが４
ｎｍ、井戸数が３である。
さが例えば４μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉ
がドープされている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５６は
厚さが例えば０．７μｍであり、ｎ型不純物として例え
ばＳｉがドープされている。ｎ型ＧａＮ光導波層５７は
厚さが例えば０．１μｍであり、ｎ型不純物として例え
ばＳｉがドープされている。アンドープＧａ1-x Ｉｎx
Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層５８
は、例えば、井戸層の厚さが３ｎｍ、障壁層の厚さが４
ｎｍ、井戸数が３である。
【００４２】ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５９は厚さが例
えば２０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがド
ープされている。ｐ型ＧａＮ光導波層６０は厚さが例え
ば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがド
ープされている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６１は例え
ば厚さが０．７μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭ
ｇがドープされている。ｐ型ＧａＮコンタクト層６２は
厚さが例えば０．３μｍであり、ｐ型不純物として例え
ばＭｇがドープされている。
えば２０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがド
ープされている。ｐ型ＧａＮ光導波層６０は厚さが例え
ば０．１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがド
ープされている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６１は例え
ば厚さが０．７μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭ
ｇがドープされている。ｐ型ＧａＮコンタクト層６２は
厚さが例えば０．３μｍであり、ｐ型不純物として例え
ばＭｇがドープされている。
【００４３】次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層
を成長させたｎ型ＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置から取り
出す。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層６２の全面に例
えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などによ
り例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を
形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーにより
メサ部の形状に対応した所定形状のレジストパターン
（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスク
として、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエッ
トエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素
を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2
膜をエッチングし、パターニングする。次に、この所定
形状のＳｉＯ2 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法により
ｎ型ＧａＮコンタクト層５５に達するまでエッチングを
行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素
系ガスを用いる。このエッチングにより、図１０に示す
ように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５６、ｎ型ＧａＮ光
導波層５７、活性層５８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５
９、ｐ型ＧａＮ光導波層６０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層６１およびｐ型ＧａＮコンタクト層６２がメサ形状に
パターニングされる。
を成長させたｎ型ＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置から取り
出す。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層６２の全面に例
えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などによ
り例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を
形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーにより
メサ部の形状に対応した所定形状のレジストパターン
（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスク
として、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエッ
トエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素
を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2
膜をエッチングし、パターニングする。次に、この所定
形状のＳｉＯ2 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法により
ｎ型ＧａＮコンタクト層５５に達するまでエッチングを
行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素
系ガスを用いる。このエッチングにより、図１０に示す
ように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５６、ｎ型ＧａＮ光
導波層５７、活性層５８、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５
９、ｐ型ＧａＮ光導波層６０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層６１およびｐ型ＧａＮコンタクト層６２がメサ形状に
パターニングされる。
【００４４】次に、エッチングマスクとして用いたＳｉ
Ｏ2 膜をエッチング除去した後、再び基板全面に例えば
ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例
えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成
した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーによりリッ
ジ部に対応する所定形状のレジストパターン（図示せ
ず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、
例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチ
ング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエ
ッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッ
チングし、リッジ部に対応する形状とする。
Ｏ2 膜をエッチング除去した後、再び基板全面に例えば
ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例
えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成
した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーによりリッ
ジ部に対応する所定形状のレジストパターン（図示せ
ず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、
例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチ
ング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエ
ッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッ
チングし、リッジ部に対応する形状とする。
【００４５】次に、このＳｉＯ2 膜をマスクとしてＲＩ
Ｅ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６１の厚さ方向の
所定の深さまでエッチングを行うことによりリッジ６３
を形成する。このＲＩＥのエッチングガスとしては例え
ば塩素系ガスを用いる。このリッジ部の延在方向は〈１
−１００〉方向であり、幅は例えば４μｍである。
Ｅ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６１の厚さ方向の
所定の深さまでエッチングを行うことによりリッジ６３
を形成する。このＲＩＥのエッチングガスとしては例え
ば塩素系ガスを用いる。このリッジ部の延在方向は〈１
−１００〉方向であり、幅は例えば４μｍである。
【００４６】次に、エッチングマスクとして用いたＳｉ
Ｏ2 膜をエッチング除去した後、基板全面に例えばＣＶ
Ｄ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば
厚さが０．３μｍのＳｉＯ2 膜のような絶縁膜６４を成
膜する。この絶縁膜６４は、電気絶縁および表面保護の
ためのものである。
Ｏ2 膜をエッチング除去した後、基板全面に例えばＣＶ
Ｄ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば
厚さが０．３μｍのＳｉＯ2 膜のような絶縁膜６４を成
膜する。この絶縁膜６４は、電気絶縁および表面保護の
ためのものである。
【００４７】次に、リソグラフィーによりｎ側電極形成
領域を除いた領域の絶縁膜６４の表面を覆うレジストパ
ターン（図示せず）を形成する。次に、このレジストパ
ターンをマスクとして絶縁膜６４をエッチングすること
により、開口６４ａを形成する。
領域を除いた領域の絶縁膜６４の表面を覆うレジストパ
ターン（図示せず）を形成する。次に、このレジストパ
ターンをマスクとして絶縁膜６４をエッチングすること
により、開口６４ａを形成する。
【００４８】次に、レジストパターンを残したままの状
態で基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜
およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをそ
の上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに
除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁膜６４の
開口６４ａを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層５５にコン
タクトしたｎ側電極６５が形成される。ここで、このｎ
側電極６５を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚
さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎ
ｍである。次に、ｎ側電極６５をオーミック接触させる
ためのアロイ処理を行う。
態で基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜
およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをそ
の上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに
除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁膜６４の
開口６４ａを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層５５にコン
タクトしたｎ側電極６５が形成される。ここで、このｎ
側電極６５を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚
さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎ
ｍである。次に、ｎ側電極６５をオーミック接触させる
ためのアロイ処理を行う。
【００４９】次に、同様なプロセスで、リッジ６３の上
の部分の絶縁膜６４をエッチング除去して開口６４ｂを
形成した後、この開口６４ｂを通じてｐ型ＧａＮコンタ
クト層６２にコンタクトしたＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ
側電極６６を形成する。このｐ側電極６６を構成するＰ
ｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０
ｎｍ、１００ｎｍおよび３００ｎｍである。次に、ｐ側
電極６６をオーミック接触させるためのアロイ処理を行
う。
の部分の絶縁膜６４をエッチング除去して開口６４ｂを
形成した後、この開口６４ｂを通じてｐ型ＧａＮコンタ
クト層６２にコンタクトしたＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ
側電極６６を形成する。このｐ側電極６６を構成するＰ
ｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０
ｎｍ、１００ｎｍおよび３００ｎｍである。次に、ｐ側
電極６６をオーミック接触させるためのアロイ処理を行
う。
【００５０】この後、上述のようにしてレーザ構造が形
成された基板を劈開などによりバー状に加工して両共振
器端面を形成し、さらにこれらの共振器端面に端面コー
ティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ
化する。
成された基板を劈開などによりバー状に加工して両共振
器端面を形成し、さらにこれらの共振器端面に端面コー
ティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ
化する。
【００５１】以上により、目的とするリッジ構造および
ＳＣＨ構造を有するＧａＮ系半導体レーザが製造され
る。このＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造
（価電子帯）を図１１に示す。図１１において、Ｅc は
価電子帯の下端のエネルギーを示す。
ＳＣＨ構造を有するＧａＮ系半導体レーザが製造され
る。このＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造
（価電子帯）を図１１に示す。図１１において、Ｅc は
価電子帯の下端のエネルギーを示す。
【００５２】以上のように、この第２の実施形態によれ
ば、ｎ型ＧａＮ基板のｎ型ＧａＮ層５４の結晶の歪み量
を、その横方向成長の際の種結晶となるｎ型ＡｌＧａＮ
層５３の混晶組成の調整により制御することができるこ
とにより、ｎ型ＧａＮ層５４の結晶の歪み量をその上に
成長させるレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層に応
じて最適化することができる。このため、これらのＧａ
Ｎ系半導体層の欠陥やクラックの発生を抑えつつ、それ
らの厚さや組成を理想設計値に設定することが可能であ
り、レーザ構造の最適化により、動作特性に優れた高性
能で長寿命のＧａＮ系半導体レーザを得ることができ
る。また、このようなＧａＮ系半導体レーザを簡単なプ
ロセスで容易に製造することができる。
ば、ｎ型ＧａＮ基板のｎ型ＧａＮ層５４の結晶の歪み量
を、その横方向成長の際の種結晶となるｎ型ＡｌＧａＮ
層５３の混晶組成の調整により制御することができるこ
とにより、ｎ型ＧａＮ層５４の結晶の歪み量をその上に
成長させるレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層に応
じて最適化することができる。このため、これらのＧａ
Ｎ系半導体層の欠陥やクラックの発生を抑えつつ、それ
らの厚さや組成を理想設計値に設定することが可能であ
り、レーザ構造の最適化により、動作特性に優れた高性
能で長寿命のＧａＮ系半導体レーザを得ることができ
る。また、このようなＧａＮ系半導体レーザを簡単なプ
ロセスで容易に製造することができる。
【００５３】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【００５４】例えば、上述の第１および第２の実施形態
において挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなど
はあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異な
る数値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよ
い。
において挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなど
はあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異な
る数値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよ
い。
【００５５】具体的には、例えば、上述の第１の実施形
態においては、種結晶としてｎ型ＡｌＧａＮ層２３を用
いているが、種結晶としては、必要に応じて、ノンドー
プのＡｌＧａＮ層を用いてもよく、さらには、他の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶層を用いてもよい。
態においては、種結晶としてｎ型ＡｌＧａＮ層２３を用
いているが、種結晶としては、必要に応じて、ノンドー
プのＡｌＧａＮ層を用いてもよく、さらには、他の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶層を用いてもよい。
【００５６】また、上述の第１および第２の実施形態に
おいては、ｃ面サファイア基板を用いているが、必要に
応じて、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、厚いＧ
ａＮ層からなる基板などを用いてもよい。また、ＧａＮ
バッファ層の代わりに、ＡｌＮバッファ層やＡｌＧａＮ
バッファ層を用いてもよい。
おいては、ｃ面サファイア基板を用いているが、必要に
応じて、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、厚いＧ
ａＮ層からなる基板などを用いてもよい。また、ＧａＮ
バッファ層の代わりに、ＡｌＮバッファ層やＡｌＧａＮ
バッファ層を用いてもよい。
【００５７】また、上述の第２の実施形態においては、
この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に
適用した場合について説明したが、この発明は、例え
ば、ＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半
導体レーザの製造に適用してもよいことはもちろん、Ｇ
ａＮ系発光ダイオードの製造に適用してもよく、さらに
はＧａＮ系ＦＥＴなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体を用いた電子走行素子（ＦＥＴなど）に適用しても
よい。
この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザの製造に
適用した場合について説明したが、この発明は、例え
ば、ＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半
導体レーザの製造に適用してもよいことはもちろん、Ｇ
ａＮ系発光ダイオードの製造に適用してもよく、さらに
はＧａＮ系ＦＥＴなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体を用いた電子走行素子（ＦＥＴなど）に適用しても
よい。
【００５８】さらに、上述の第１および第２の実施形態
においては、ＭＯＣＶＤ法により成長を行う際のキャリ
アガスとしてＨ2 ガスを用いているが、必要に応じて、
他のキャリアガス、例えばＨ2 とＮ2 あるいはＨｅ、Ａ
ｒガスなどとの混合ガスを用いてもよい。
においては、ＭＯＣＶＤ法により成長を行う際のキャリ
アガスとしてＨ2 ガスを用いているが、必要に応じて、
他のキャリアガス、例えばＨ2 とＮ2 あるいはＨｅ、Ａ
ｒガスなどとの混合ガスを用いてもよい。
【００５９】また、上述の第１および第２の実施形態に
おいて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に用
いた図１に示すＭＯＣＶＤ装置は単なる一例にすぎず、
必要に応じてこれと構成の異なる他のＭＯＣＶＤ装置を
用いることができる。具体的には、例えば、図１に示す
ＭＯＣＶＤ装置においては、サセプタ２を加熱用ＲＦコ
イルを用いて加熱しているが、サセプタ２は、ヒータを
用いて加熱してもよいし、ランプ加熱を用いて加熱して
もよい。また、反応管１としては、原料ガスが通るとこ
ろ（メインフロー部）以外に、これとは別に基板近くに
ガスを供給することができる仕組みを設けたものを用い
てもよい。この場合、Ｈ2 やＮ2 、あるいは各種不活性
ガスやそれらの混合ガスを流すことで、原料ガスを基板
へ押し付けたり、温度をモニターしている部分を曇らせ
ないようにしている。これらは一般にサブフローとか押
圧ガスと呼ばれているものである。
おいて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に用
いた図１に示すＭＯＣＶＤ装置は単なる一例にすぎず、
必要に応じてこれと構成の異なる他のＭＯＣＶＤ装置を
用いることができる。具体的には、例えば、図１に示す
ＭＯＣＶＤ装置においては、サセプタ２を加熱用ＲＦコ
イルを用いて加熱しているが、サセプタ２は、ヒータを
用いて加熱してもよいし、ランプ加熱を用いて加熱して
もよい。また、反応管１としては、原料ガスが通るとこ
ろ（メインフロー部）以外に、これとは別に基板近くに
ガスを供給することができる仕組みを設けたものを用い
てもよい。この場合、Ｈ2 やＮ2 、あるいは各種不活性
ガスやそれらの混合ガスを流すことで、原料ガスを基板
へ押し付けたり、温度をモニターしている部分を曇らせ
ないようにしている。これらは一般にサブフローとか押
圧ガスと呼ばれているものである。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなる種
結晶を用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横
方向成長させることにより、種結晶の混晶組成の調整に
より、横方向成長する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層の結晶の歪み量を最適に制御することができる。そ
して、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に
素子構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を成長させることにより、欠陥やクラックの発生を抑
えつつ、これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
の厚さや組成を理想設計値に設定することができ、構造
の最適化により高性能かつ長寿命の半導体装置を得るこ
とができる。また、このような半導体装置を簡単なプロ
セスで容易に製造することができる。
ば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなる種
結晶を用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横
方向成長させることにより、種結晶の混晶組成の調整に
より、横方向成長する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層の結晶の歪み量を最適に制御することができる。そ
して、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に
素子構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を成長させることにより、欠陥やクラックの発生を抑
えつつ、これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
の厚さや組成を理想設計値に設定することができ、構造
の最適化により高性能かつ長寿命の半導体装置を得るこ
とができる。また、このような半導体装置を簡単なプロ
セスで容易に製造することができる。
【図１】この発明の実施形態において窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層の成長に用いるＭＯＣＶＤ装置の一
例を示す略線図である。
Ｖ族化合物半導体層の成長に用いるＭＯＣＶＤ装置の一
例を示す略線図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ基板の
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ基板の
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ基板の
製造方法を説明するための断面図である。
製造方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ基板の
製造方法を説明するための平面図である。
製造方法を説明するための平面図である。
【図６】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ基板の
製造方法を説明するための平面図である。
製造方法を説明するための平面図である。
【図７】種結晶としてｎ型ＡｌＧａＮ層およびｎ型Ｇａ
Ｎ層を用いて横方向成長させたｎ型ＧａＮ層の格子定数
の測定結果を示す略線図である。
Ｎ層を用いて横方向成長させたｎ型ＧａＮ層の格子定数
の測定結果を示す略線図である。
【図８】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半
導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態により製造された
ＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略
線図である。
ＧａＮ系半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略
線図である。
２１、５１・・・ｃ面サファイア基板、２３、５３・・
・ｎ型ＡｌＧａＮ層、２４、５４・・・ｎ型ＧａＮ層、
５５・・・ｎ型ＧａＮコンタクト層、５６・・・ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層、５７・・・ｎ型ＧａＮ光導波層、
５８・・・活性層、５９・・・ｐ型ＡｌＧａＮキャップ
層、６０・・・ｐ型ＧａＮ光導波層、６１・・・ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層、６２・・・ｐ型ＧａＮコンタクト
層、６３・・・リッジ、６４・・・絶縁膜、６５・・・
ｎ側電極、６６・・・ｐ側電極
・ｎ型ＡｌＧａＮ層、２４、５４・・・ｎ型ＧａＮ層、
５５・・・ｎ型ＧａＮコンタクト層、５６・・・ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層、５７・・・ｎ型ＧａＮ光導波層、
５８・・・活性層、５９・・・ｐ型ＡｌＧａＮキャップ
層、６０・・・ｐ型ＧａＮ光導波層、６１・・・ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層、６２・・・ｐ型ＧａＮコンタクト
層、６３・・・リッジ、６４・・・絶縁膜、６５・・・
ｎ側電極、６６・・・ｐ側電極
Claims (12)
- 【請求項１】 種結晶を用いて基板上に窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させた窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体基板において、 上記種結晶が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶か
らなることを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体基板。 - 【請求項２】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
混晶はＢw Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ混晶（ただし、０≦ｗ
＜１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｗ＋ｘ＋
ｙ＋ｚ＝１）であることを特徴とする請求項１記載の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板。 - 【請求項３】 上記種結晶は〈１−１００〉方向に互い
に平行に延在する複数のストライプ形状を有することを
特徴とする請求項１記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体基板。 - 【請求項４】 種結晶を用いて基板上に窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させることにより窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を製造するように
した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法
において、 上記種結晶が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶か
らなることを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体基板の製造方法。 - 【請求項５】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
混晶はＢw Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ混晶（ただし、ｗ＋ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１かつｙ≠１）であることを特徴とする請求
項４記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製
造方法。 - 【請求項６】 上記種結晶は〈１−１００〉方向に互い
に平行に延在する複数のストライプ形状を有することを
特徴とする請求項４記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体基板の製造方法。 - 【請求項７】 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶
からなる種結晶を用いて基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を横方向成長させた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体基板と、 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に成長さ
れた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる素子層
とを有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項８】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
混晶はＢw Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ混晶（ただし、０≦ｗ
＜１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｗ＋ｘ＋
ｙ＋ｚ＝１）であることを特徴とする請求項７記載の半
導体装置。 - 【請求項９】 上記種結晶は〈１−１００〉方向に互い
に平行に延在する複数のストライプ形状を有することを
特徴とする請求項７記載の半導体装置。 - 【請求項１０】 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混
晶からなる種結晶を用いて基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる素子層を成長させる
工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１１】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶はＢw ＡｌxＧａy Ｉｎz Ｎ混晶（ただし、０≦
ｗ＜１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｗ＋ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１）であることを特徴とする請求項１０記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 上記種結晶は〈１−１００〉方向に互
いに平行に延在する複数のストライプ形状を有すること
を特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000363424A JP2002170773A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000363424A JP2002170773A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000363424A Pending JP2002170773A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002170773A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007189134A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Sony Corp | ＧａＮ系化合物半導体から成る下地層の形成方法、並びに、ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-11-29 JP JP2000363424A patent/JP2002170773A/ja active Pending
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| JP2007189134A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Sony Corp | ＧａＮ系化合物半導体から成る下地層の形成方法、並びに、ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法 |
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