JP2002184707A - 窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法 - Google Patents
窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
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- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板の上面に、少ない成長工程の回数で、転位
が少なく、かつ、離脱に起因する結晶欠陥の少ない結晶
性の良好な窒化物系半導体層を形成することが可能な窒
化物系半導体の形成方法を提供する。 【解決手段】サファイア基板１の上面上に、サファイア
基板１の上面の一部が露出するように、ＳｉＮからなる
マスク層２を形成する工程と、露出されたサファイア基
板１の上面上およびマスク層２の上面上に、ＡｌＧａＮ
バッファ層３を形成する工程と、その後、ＧａＮ層４を
成長させる工程とを備えている。
が少なく、かつ、離脱に起因する結晶欠陥の少ない結晶
性の良好な窒化物系半導体層を形成することが可能な窒
化物系半導体の形成方法を提供する。 【解決手段】サファイア基板１の上面上に、サファイア
基板１の上面の一部が露出するように、ＳｉＮからなる
マスク層２を形成する工程と、露出されたサファイア基
板１の上面上およびマスク層２の上面上に、ＡｌＧａＮ
バッファ層３を形成する工程と、その後、ＧａＮ層４を
成長させる工程とを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系半導体
素子および窒化物系半導体の形成方法に関し、より特定
的には、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミ
ニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ
素）もしくはＴｌＮ（窒化タリウム）、または、これら
の混晶などのIII−Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物
系半導体と呼ぶ）、および、これらの混晶にＡｓ、Ｐお
よびＳｂの少なくとも１つの元素を含む混晶などのIII
−Ｖ族窒化物系半導体からなる化合物半導体層を有する
窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法に
関する。
素子および窒化物系半導体の形成方法に関し、より特定
的には、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミ
ニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ
素）もしくはＴｌＮ（窒化タリウム）、または、これら
の混晶などのIII−Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物
系半導体と呼ぶ）、および、これらの混晶にＡｓ、Ｐお
よびＳｂの少なくとも１つの元素を含む混晶などのIII
−Ｖ族窒化物系半導体からなる化合物半導体層を有する
窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、発光ダイオード素子などの半導体
発光素子やトランジスタなどの電子素子に用いられる半
導体素子として、ＧａＮ系化合物半導体を利用した半導
体素子の開発が盛んに行われている。このようなＧａＮ
系半導体素子の製造の際には、ＧａＮからなる基板の製
造が困難であるため、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉまたは
ＧａＡｓなどからなる基板上に、ＧａＮ系半導体層をエ
ピタキシャル成長させている。
発光素子やトランジスタなどの電子素子に用いられる半
導体素子として、ＧａＮ系化合物半導体を利用した半導
体素子の開発が盛んに行われている。このようなＧａＮ
系半導体素子の製造の際には、ＧａＮからなる基板の製
造が困難であるため、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉまたは
ＧａＡｓなどからなる基板上に、ＧａＮ系半導体層をエ
ピタキシャル成長させている。
【０００３】この場合、サファイアなどの基板とＧａＮ
とでは、格子定数が異なるため、サファイアなどの基板
上に成長させたＧａＮ系半導体層では、基板から上下方
向に延びる貫通転位（格子欠陥）が存在している。この
格子欠陥の転位密度は、１０ 9ｃｍ-2程度である。この
ようなＧａＮ系半導体層における転位は、半導体素子の
素子特性の劣化および信頼性の低下を招く。
とでは、格子定数が異なるため、サファイアなどの基板
上に成長させたＧａＮ系半導体層では、基板から上下方
向に延びる貫通転位（格子欠陥）が存在している。この
格子欠陥の転位密度は、１０ 9ｃｍ-2程度である。この
ようなＧａＮ系半導体層における転位は、半導体素子の
素子特性の劣化および信頼性の低下を招く。
【０００４】そこで、上記のようなＧａＮ系半導体層に
おける転位を低減する方法として、従来、選択横方向成
長（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｙｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ
Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）が提案されている。この選択横
方向成長については、たとえば、応用電子物性分科会誌
第４巻（１９９８）の第５３頁〜第５８頁および第２１
０頁〜第２１５頁などに開示されている。
おける転位を低減する方法として、従来、選択横方向成
長（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｙｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ
Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）が提案されている。この選択横
方向成長については、たとえば、応用電子物性分科会誌
第４巻（１９９８）の第５３頁〜第５８頁および第２１
０頁〜第２１５頁などに開示されている。
【０００５】図１０〜図１２は、従来の選択横方向成長
を用いた窒化物系半導体の形成方法を説明するための断
面図である。次に、図１０〜図１２を参照して、従来の
選択横方向成長を用いた窒化物系半導体の形成方法につ
いて説明する。
を用いた窒化物系半導体の形成方法を説明するための断
面図である。次に、図１０〜図１２を参照して、従来の
選択横方向成長を用いた窒化物系半導体の形成方法につ
いて説明する。
【０００６】まず、図１０に示すように、サファイア基
板１０１のＣ（０００１）面上に数十ｎｍの膜厚を有す
るＡｌＧａＮバッファ層１０２を形成した後、そのＡｌ
ＧａＮバッファ層１０２上に、３〜４μｍの膜厚を有す
るＧａＮからなる第１ＧａＮ層１０３を形成する。さら
に、第１ＧａＮ層１０３上に、選択成長マスクとして、
ＳｉＯ2からなるストライプ状（細長状）のマスク層１
０４を形成する。
板１０１のＣ（０００１）面上に数十ｎｍの膜厚を有す
るＡｌＧａＮバッファ層１０２を形成した後、そのＡｌ
ＧａＮバッファ層１０２上に、３〜４μｍの膜厚を有す
るＧａＮからなる第１ＧａＮ層１０３を形成する。さら
に、第１ＧａＮ層１０３上に、選択成長マスクとして、
ＳｉＯ2からなるストライプ状（細長状）のマスク層１
０４を形成する。
【０００７】次に、マスク層１０４を選択成長マスクと
して、再成長を行うことによって、１０μｍ以上の膜厚
を有するＧａＮからなる第２ＧａＮ層１０５を成長させ
る。ここで、マスク層１０４の上には、ＧａＮが成長し
にくいため、成長初期の第２ＧａＮ層１０５は、隣接す
るマスク層１０４の間で露出した第１ＧａＮ層１０３の
上面上に選択的に成長する。この場合、露出された第１
ＧａＮ層１０３の上面上において、第２ＧａＮ層１０５
は、図１１の矢印Ｙの方向（ｃ軸方向）に成長する。こ
れにより、露出された第１ＧａＮ層１０３の上面上に、
図１１に示されるような、断面が三角形状のファセット
構造を有する第２ＧａＮ層１０５が成長される。
して、再成長を行うことによって、１０μｍ以上の膜厚
を有するＧａＮからなる第２ＧａＮ層１０５を成長させ
る。ここで、マスク層１０４の上には、ＧａＮが成長し
にくいため、成長初期の第２ＧａＮ層１０５は、隣接す
るマスク層１０４の間で露出した第１ＧａＮ層１０３の
上面上に選択的に成長する。この場合、露出された第１
ＧａＮ層１０３の上面上において、第２ＧａＮ層１０５
は、図１１の矢印Ｙの方向（ｃ軸方向）に成長する。こ
れにより、露出された第１ＧａＮ層１０３の上面上に、
図１１に示されるような、断面が三角形状のファセット
構造を有する第２ＧａＮ層１０５が成長される。
【０００８】さらに、第１ＧａＮ層１０３の上面上にお
ける第２ＧａＮ層１０５の成長が進むと、第２ＧａＮ層
１０５は、図１１に示す矢印Ｘの方向（横方向）にも成
長する。この第２ＧａＮ層１０５の横方向成長によっ
て、マスク層１０４上にも第２ＧａＮ層１０５が形成さ
れる。
ける第２ＧａＮ層１０５の成長が進むと、第２ＧａＮ層
１０５は、図１１に示す矢印Ｘの方向（横方向）にも成
長する。この第２ＧａＮ層１０５の横方向成長によっ
て、マスク層１０４上にも第２ＧａＮ層１０５が形成さ
れる。
【０００９】さらに、第２ＧａＮ層１０５を横方向成長
させると、図１２に示すように、ファセット構造の各第
２ＧａＮ層１０５が合体して連続膜となる。これによ
り、平坦な上面を有する第２ＧａＮ層１０５が形成され
る。このようにして形成された平坦化された第２ＧａＮ
層１０５の表面付近では、貫通転位が低減されている。
させると、図１２に示すように、ファセット構造の各第
２ＧａＮ層１０５が合体して連続膜となる。これによ
り、平坦な上面を有する第２ＧａＮ層１０５が形成され
る。このようにして形成された平坦化された第２ＧａＮ
層１０５の表面付近では、貫通転位が低減されている。
【００１０】上記のように、従来の窒化物系半導体の形
成方法では、第２ＧａＮ層１０５の選択横方向成長を行
うことによって、第２ＧａＮ層１０５の貫通転位を低減
することができる。このような転位が低減された第２Ｇ
ａＮ層１０５上に窒化物系半導体層（図示せず）を形成
することによって、サファイア基板１０１上に良好な結
晶性を有する窒化物系半導体層を形成することができ
る。
成方法では、第２ＧａＮ層１０５の選択横方向成長を行
うことによって、第２ＧａＮ層１０５の貫通転位を低減
することができる。このような転位が低減された第２Ｇ
ａＮ層１０５上に窒化物系半導体層（図示せず）を形成
することによって、サファイア基板１０１上に良好な結
晶性を有する窒化物系半導体層を形成することができ
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の選択横方向成長を用いる窒化物系半導体の形成
方法では、サファイア基板１０１上に第１ＧａＮ層１０
３を形成した後、マスク層１０４を形成し、さらにその
後、第２ＧａＮ層１０５を形成している。このため、良
好な結晶性を有する窒化物系半導体層を得るために、第
１ＧａＮ層１０３および第２ＧａＮ層１０５の２回のＧ
ａＮ層の成長が必要である。その結果、従来の選択横方
向成長を用いた方法では、製造プロセスが複雑になると
いう不都合があった。
た従来の選択横方向成長を用いる窒化物系半導体の形成
方法では、サファイア基板１０１上に第１ＧａＮ層１０
３を形成した後、マスク層１０４を形成し、さらにその
後、第２ＧａＮ層１０５を形成している。このため、良
好な結晶性を有する窒化物系半導体層を得るために、第
１ＧａＮ層１０３および第２ＧａＮ層１０５の２回のＧ
ａＮ層の成長が必要である。その結果、従来の選択横方
向成長を用いた方法では、製造プロセスが複雑になると
いう不都合があった。
【００１２】また、従来の選択横方向成長を用いた方法
では、マスク層１０４を形成する工程において、第１Ｇ
ａＮ層１０３の表面が汚染される場合がある。この場合
には、この汚染された表面上に、第２ＧａＮ層１０５が
形成されるため、第２ＧａＮ層１０５が良好に形成され
ないという不都合もあった。
では、マスク層１０４を形成する工程において、第１Ｇ
ａＮ層１０３の表面が汚染される場合がある。この場合
には、この汚染された表面上に、第２ＧａＮ層１０５が
形成されるため、第２ＧａＮ層１０５が良好に形成され
ないという不都合もあった。
【００１３】さらに、上記した従来の選択横方向成長を
用いる方法では、第１ＧａＮ層１０３と第２ＧａＮ層１
０５との２層のＧａＮ層が必要であるので、サファイア
基板１０１上に形成される各層の合計の膜厚が大きくな
り、その結果、ウェハの反りが大きくなるという不都合
があった。
用いる方法では、第１ＧａＮ層１０３と第２ＧａＮ層１
０５との２層のＧａＮ層が必要であるので、サファイア
基板１０１上に形成される各層の合計の膜厚が大きくな
り、その結果、ウェハの反りが大きくなるという不都合
があった。
【００１４】そこで、従来、上記のような不都合を解決
するため、選択横方向成長を用いる方法において、１回
の成長で転位を低減したＧａＮ層を形成する方法が提案
されている。この提案された方法は、たとえば、特開２
０００−２１７８９号公報に開示されている。この従来
の提案された方法では、サファイア基板上にＳｉＯ2マ
スクを形成した後、その上に低温成長ＧａＮバッファ層
および高温成長ＧａＮ層を形成することによって、１回
の成長で転位を低減したＧａＮ層を形成する。
するため、選択横方向成長を用いる方法において、１回
の成長で転位を低減したＧａＮ層を形成する方法が提案
されている。この提案された方法は、たとえば、特開２
０００−２１７８９号公報に開示されている。この従来
の提案された方法では、サファイア基板上にＳｉＯ2マ
スクを形成した後、その上に低温成長ＧａＮバッファ層
および高温成長ＧａＮ層を形成することによって、１回
の成長で転位を低減したＧａＮ層を形成する。
【００１５】この従来の提案された方法によれば、マス
クを形成する前にＧａＮ層を形成する必要がないので、
上記したマスク下のＧａＮ層が汚染されるという不都合
や、基板上の各層の合計膜厚が大きくなってウェハの反
りが大きくなるという不都合を解決することが可能であ
る。また、１回の成長でＧａＮ層を形成するので、少な
い成長工程の回数で、転位が少ない窒化物系半導体層を
形成することが可能である。このため、製造プロセスが
複雑になることもない。
クを形成する前にＧａＮ層を形成する必要がないので、
上記したマスク下のＧａＮ層が汚染されるという不都合
や、基板上の各層の合計膜厚が大きくなってウェハの反
りが大きくなるという不都合を解決することが可能であ
る。また、１回の成長でＧａＮ層を形成するので、少な
い成長工程の回数で、転位が少ない窒化物系半導体層を
形成することが可能である。このため、製造プロセスが
複雑になることもない。
【００１６】しかしながら、上記した従来の提案された
方法では、低温成長ＧａＮバッファ層は、ＳｉＯ2マス
クの開口部内のみに形成されており、ＳｉＯ2マスクの
上面上には形成されていない。このため、高温成長Ｇａ
Ｎ層を横方向に成長させる際、その高温成長ＧａＮ層の
成長最表面と、マスクの上面とが接触するので、この接
触部分での高温成長ＧａＮ層の成長最表面からの離脱が
大きくなる。このように離脱が大きくなると、新たな結
晶欠陥が発生し、その結果、ＧａＮ層の欠陥が多くなる
という問題点があった。
方法では、低温成長ＧａＮバッファ層は、ＳｉＯ2マス
クの開口部内のみに形成されており、ＳｉＯ2マスクの
上面上には形成されていない。このため、高温成長Ｇａ
Ｎ層を横方向に成長させる際、その高温成長ＧａＮ層の
成長最表面と、マスクの上面とが接触するので、この接
触部分での高温成長ＧａＮ層の成長最表面からの離脱が
大きくなる。このように離脱が大きくなると、新たな結
晶欠陥が発生し、その結果、ＧａＮ層の欠陥が多くなる
という問題点があった。
【００１７】また、上記した従来の提案された方法で
は、マスクがＳｉＯ2からなるため、ＳｉＯ2中の酸素原
子が、成長後のＧａＮ層の上面に現れる。このため、Ｇ
ａＮ層を下地層として窒化物系発光素子を形成した場
合、発光素子が良好に発光しないという問題点もあっ
た。
は、マスクがＳｉＯ2からなるため、ＳｉＯ2中の酸素原
子が、成長後のＧａＮ層の上面に現れる。このため、Ｇ
ａＮ層を下地層として窒化物系発光素子を形成した場
合、発光素子が良好に発光しないという問題点もあっ
た。
【００１８】なお、特開平１０−３１２９７１号公報の
図４にも、上記した特開２０００−２１７８９号公報と
同様、基板上に直接ＳｉＯ2マスクを形成した後、１回
の選択横方向成長により、転位を低減したＧａＮ層を形
成する技術が記載されている。しかし、この特開平１０
−３１２９７１号公報に開示された技術においても、上
記した特開２０００−２１７８９号公報の場合と同様、
ＳｉＯ2マスクの上面上にはバッファ層が形成されてい
ないので、ＧａＮ層を横方向に成長させる際、ＧａＮ層
の成長最表面とマスク層の上面とが接触する。このた
め、この接触部分でのＧａＮ層の成長最表面からの離脱
が大きくなる。これにより、新たな結晶欠陥が発生し、
結果として、ＧａＮ層の欠陥が多くなるという問題点が
生じる。
図４にも、上記した特開２０００−２１７８９号公報と
同様、基板上に直接ＳｉＯ2マスクを形成した後、１回
の選択横方向成長により、転位を低減したＧａＮ層を形
成する技術が記載されている。しかし、この特開平１０
−３１２９７１号公報に開示された技術においても、上
記した特開２０００−２１７８９号公報の場合と同様、
ＳｉＯ2マスクの上面上にはバッファ層が形成されてい
ないので、ＧａＮ層を横方向に成長させる際、ＧａＮ層
の成長最表面とマスク層の上面とが接触する。このた
め、この接触部分でのＧａＮ層の成長最表面からの離脱
が大きくなる。これにより、新たな結晶欠陥が発生し、
結果として、ＧａＮ層の欠陥が多くなるという問題点が
生じる。
【００１９】上記のように、従来では、少ない成長工程
の回数で、転位が少ない窒化物系半導体層を形成するこ
とは可能であるが、離脱に起因する結晶欠陥の少ない窒
化物系半導体層を形成するのは困難であった。
の回数で、転位が少ない窒化物系半導体層を形成するこ
とは可能であるが、離脱に起因する結晶欠陥の少ない窒
化物系半導体層を形成するのは困難であった。
【００２０】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の一つの目的は、
少ない成長工程の回数で、転位が少なく、かつ、離脱に
起因する結晶欠陥の少ない窒化物系半導体層を形成する
ことが可能な窒化物系半導体の形成方法を提供すること
である。
ためになされたものであり、この発明の一つの目的は、
少ない成長工程の回数で、転位が少なく、かつ、離脱に
起因する結晶欠陥の少ない窒化物系半導体層を形成する
ことが可能な窒化物系半導体の形成方法を提供すること
である。
【００２１】この発明のもう一つの目的は、転位が少な
く、かつ、離脱に起因する結晶欠陥の少ない窒化物系半
導体層を含む良好な素子特性を有する窒化物系半導体素
子を提供することである。
く、かつ、離脱に起因する結晶欠陥の少ない窒化物系半
導体層を含む良好な素子特性を有する窒化物系半導体素
子を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】この発明の一の局面によ
る窒化物系半導体の形成方法は、基板の上面上に、基板
の上面の一部が露出するように、マスク層を形成する工
程と、露出された基板の上面上およびマスク層の上面上
に、バッファ層を形成する工程と、その後、窒化物系半
導体層を成長させる工程とを備えている。
る窒化物系半導体の形成方法は、基板の上面上に、基板
の上面の一部が露出するように、マスク層を形成する工
程と、露出された基板の上面上およびマスク層の上面上
に、バッファ層を形成する工程と、その後、窒化物系半
導体層を成長させる工程とを備えている。
【００２３】上記一の局面による窒化物系半導体の形成
方法では、露出された基板の上面上のみならず、マスク
層の上面上にもバッファ層を形成することによって、そ
のバッファ層上に窒化物系半導体層を成長させる際に、
マスク層上で横方向成長する窒化物系半導体層の成長最
表面がマスク層に接触することがない。これにより、窒
化物系半導体層の成長最表面からの離脱が起こりにくく
なるので、欠陥の少ない窒化物系半導体層を形成するこ
とができる。また、基板上に直接マスク層を形成するこ
とによって、マスク層を形成する前に窒化物系半導体を
形成する必要がないので、窒化物系半導体層の成長工程
の回数を減少させることができる。その結果、少ない成
長工程の回数で、横方向成長により転位が低減された窒
化物系半導体層を形成することができる。したがって、
本発明では、少ない成長工程の回数で、転位が少なく、
かつ、離脱に起因する欠陥の少ない結晶性の良好な窒化
物系半導体層を形成することができる。
方法では、露出された基板の上面上のみならず、マスク
層の上面上にもバッファ層を形成することによって、そ
のバッファ層上に窒化物系半導体層を成長させる際に、
マスク層上で横方向成長する窒化物系半導体層の成長最
表面がマスク層に接触することがない。これにより、窒
化物系半導体層の成長最表面からの離脱が起こりにくく
なるので、欠陥の少ない窒化物系半導体層を形成するこ
とができる。また、基板上に直接マスク層を形成するこ
とによって、マスク層を形成する前に窒化物系半導体を
形成する必要がないので、窒化物系半導体層の成長工程
の回数を減少させることができる。その結果、少ない成
長工程の回数で、横方向成長により転位が低減された窒
化物系半導体層を形成することができる。したがって、
本発明では、少ない成長工程の回数で、転位が少なく、
かつ、離脱に起因する欠陥の少ない結晶性の良好な窒化
物系半導体層を形成することができる。
【００２４】上記一の局面による窒化物系半導体の形成
方法において、好ましくは、マスク層は、窒化物および
高融点金属のうちのいずれかを含む。このように構成す
れば、マスク層は、ＳｉＯ2のように酸素を含む膜では
ないので、マスク層を構成する酸素原子が窒化物系半導
体層の表面に現れてデバイス特性が悪化するという不都
合も生じない。この場合、マスク層は、ＳｉＮを含むの
が好ましい。このようにすれば、ＳｉＮの窒素（Ｎ）原
子によって、より欠陥の少ない窒化物系半導体層を形成
することができる。また、この場合、マスク層は、窒化
物および高融点金属のうちのいずれかが最表面に露出し
た多層膜を含んでいてもよい。このように構成すれば、
マスク層の最上面には、ＳｉＯ2のように酸素を含む膜
がないので、酸素原子が窒化物系半導体層の表面に現れ
てデバイス特性が悪化するという不都合も生じない。
方法において、好ましくは、マスク層は、窒化物および
高融点金属のうちのいずれかを含む。このように構成す
れば、マスク層は、ＳｉＯ2のように酸素を含む膜では
ないので、マスク層を構成する酸素原子が窒化物系半導
体層の表面に現れてデバイス特性が悪化するという不都
合も生じない。この場合、マスク層は、ＳｉＮを含むの
が好ましい。このようにすれば、ＳｉＮの窒素（Ｎ）原
子によって、より欠陥の少ない窒化物系半導体層を形成
することができる。また、この場合、マスク層は、窒化
物および高融点金属のうちのいずれかが最表面に露出し
た多層膜を含んでいてもよい。このように構成すれば、
マスク層の最上面には、ＳｉＯ2のように酸素を含む膜
がないので、酸素原子が窒化物系半導体層の表面に現れ
てデバイス特性が悪化するという不都合も生じない。
【００２５】上記の場合、マスク層は、ストライプ構造
を有するのが好ましい。このようにストライプ構造のマ
スク層を用いれば、窒化物系半導体層を横方向成長させ
る際のファセットの結合部の数が少なくなるので、容易
に、窒化物系半導体層の平坦化を行うことができる。ま
た、ファセット間の結合方向が同一方向となり、結合部
におけるファセット間の面方位のずれが抑制される。
を有するのが好ましい。このようにストライプ構造のマ
スク層を用いれば、窒化物系半導体層を横方向成長させ
る際のファセットの結合部の数が少なくなるので、容易
に、窒化物系半導体層の平坦化を行うことができる。ま
た、ファセット間の結合方向が同一方向となり、結合部
におけるファセット間の面方位のずれが抑制される。
【００２６】また、上記の場合、基板の上面とマスク層
の側面との為す角度が鋭角であるのが好ましい。このよ
うに基板の上面とマスク層の側面との為す角度が鋭角に
なるように構成すれば、その上には結晶性の良い窒化物
系半導体層が形成される。
の側面との為す角度が鋭角であるのが好ましい。このよ
うに基板の上面とマスク層の側面との為す角度が鋭角に
なるように構成すれば、その上には結晶性の良い窒化物
系半導体層が形成される。
【００２７】また、上記の場合、窒化物系半導体層上
に、素子領域を有する窒化物系半導体素子層を成長させ
る工程をさらに備えるようにしてもよい。このように構
成すれば、欠陥の少ない窒化物系半導体層の上に、素子
領域を有する窒化物系半導体素子層が成長されるので、
容易に、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を
形成することができる。
に、素子領域を有する窒化物系半導体素子層を成長させ
る工程をさらに備えるようにしてもよい。このように構
成すれば、欠陥の少ない窒化物系半導体層の上に、素子
領域を有する窒化物系半導体素子層が成長されるので、
容易に、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を
形成することができる。
【００２８】この発明の他の局面による窒化物系半導体
素子は、基板の上面上に、基板の上面の一部が露出する
ように形成されたマスク層と、露出された基板の上面上
およびマスク層の上面上に形成されたバッファ層と、バ
ッファ層を覆うように形成された窒化物系半導体層と、
窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有する窒化
物系半導体素子層とを備えている。
素子は、基板の上面上に、基板の上面の一部が露出する
ように形成されたマスク層と、露出された基板の上面上
およびマスク層の上面上に形成されたバッファ層と、バ
ッファ層を覆うように形成された窒化物系半導体層と、
窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有する窒化
物系半導体素子層とを備えている。
【００２９】上記他の局面による窒化物系半導体素子で
は、露出された基板の上面上のみならず、マスク層の上
面上にもバッファ層を形成することによって、そのバッ
ファ層上に窒化物系半導体層を成長させる際に、マスク
層上で横方向成長する窒化物系半導体層の成長最表面が
マスク層に接触することがない。これにより、窒化物系
半導体層の成長最表面からの離脱が起こりにくくなるの
で、欠陥の少ない窒化物系半導体層を得ることができ
る。また、基板上に直接マスク層を形成することによっ
て、マスク層を形成する前に窒化物系半導体層を形成す
る必要がないので、窒化物系半導体層の成長工程の回数
を減少させることができる。これにより、少ない成長工
程の回数で、横方向成長により転位が低減された窒化物
系半導体層を得ることができる。そして、その離脱に起
因する欠陥が少なく、かつ、転位が低減された窒化物系
半導体層の上に、素子領域を有する窒化物系半導体素子
層を成長させれば、容易に、良好な素子特性を有する窒
化物系半導体素子を得ることができる。
は、露出された基板の上面上のみならず、マスク層の上
面上にもバッファ層を形成することによって、そのバッ
ファ層上に窒化物系半導体層を成長させる際に、マスク
層上で横方向成長する窒化物系半導体層の成長最表面が
マスク層に接触することがない。これにより、窒化物系
半導体層の成長最表面からの離脱が起こりにくくなるの
で、欠陥の少ない窒化物系半導体層を得ることができ
る。また、基板上に直接マスク層を形成することによっ
て、マスク層を形成する前に窒化物系半導体層を形成す
る必要がないので、窒化物系半導体層の成長工程の回数
を減少させることができる。これにより、少ない成長工
程の回数で、横方向成長により転位が低減された窒化物
系半導体層を得ることができる。そして、その離脱に起
因する欠陥が少なく、かつ、転位が低減された窒化物系
半導体層の上に、素子領域を有する窒化物系半導体素子
層を成長させれば、容易に、良好な素子特性を有する窒
化物系半導体素子を得ることができる。
【００３０】上記他の局面による窒化物系半導体素子に
おいて、好ましくは、マスク層は、窒化物および高融点
金属のうちのいずれかを含む。このように構成すれば、
マスク層はＳｉＯ2のように酸素を含む膜ではないの
で、マスク層を構成する酸素原子が窒化物系半導体層の
表面に現れてデバイス特性が悪化するという不都合を有
効に防止することができる。この場合、マスク層は、Ｓ
ｉＮを含むのが好ましい。このようにすれば、ＳｉＮの
窒素（Ｎ）原子によって、より欠陥の少ない窒化物系半
導体層を形成することができる。また、この場合、マス
ク層は、窒化物および高融点金属のうちのいずれかが最
表面に露出した多層膜を含んでいてもよい。このように
構成すれば、マスク層の最上面には、ＳｉＯ2のように
酸素を含む膜がないので、酸素原子が窒化物系半導体層
の表面に現れてデバイス特性が悪化するという不都合も
生じない。
おいて、好ましくは、マスク層は、窒化物および高融点
金属のうちのいずれかを含む。このように構成すれば、
マスク層はＳｉＯ2のように酸素を含む膜ではないの
で、マスク層を構成する酸素原子が窒化物系半導体層の
表面に現れてデバイス特性が悪化するという不都合を有
効に防止することができる。この場合、マスク層は、Ｓ
ｉＮを含むのが好ましい。このようにすれば、ＳｉＮの
窒素（Ｎ）原子によって、より欠陥の少ない窒化物系半
導体層を形成することができる。また、この場合、マス
ク層は、窒化物および高融点金属のうちのいずれかが最
表面に露出した多層膜を含んでいてもよい。このように
構成すれば、マスク層の最上面には、ＳｉＯ2のように
酸素を含む膜がないので、酸素原子が窒化物系半導体層
の表面に現れてデバイス特性が悪化するという不都合も
生じない。
【００３１】上記の場合、マスク層は、ストライプ構造
を有するのが好ましい。このようにストライプ構造のマ
スク層を用いれば、窒化物系半導体層を横方向成長させ
る際のファセットの結合部の数が少なくなるので、容易
に、窒化物系半導体層の平坦化を行うことができる。ま
た、ファセット間の結合方向が同一方向となり、結合部
におけるファセット間の面方位のずれが抑制される。
を有するのが好ましい。このようにストライプ構造のマ
スク層を用いれば、窒化物系半導体層を横方向成長させ
る際のファセットの結合部の数が少なくなるので、容易
に、窒化物系半導体層の平坦化を行うことができる。ま
た、ファセット間の結合方向が同一方向となり、結合部
におけるファセット間の面方位のずれが抑制される。
【００３２】また、上記の場合、基板の上面とマスク層
の側面との為す角度が鋭角であるのが好ましい。このよ
うに基板の上面とマスク層の側面との為す角度が鋭角に
なるように構成すれば、その上には結晶性の良い窒化物
系半導体層が形成される。
の側面との為す角度が鋭角であるのが好ましい。このよ
うに基板の上面とマスク層の側面との為す角度が鋭角に
なるように構成すれば、その上には結晶性の良い窒化物
系半導体層が形成される。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。
態を図面に基づいて説明する。
【００３４】図１〜図４は、本発明の一実施形態による
窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図およ
び斜視図である。図１〜図４を参照して、本実施形態の
窒化物系半導体の形成方法について説明する。
窒化物系半導体の形成方法を説明するための断面図およ
び斜視図である。図１〜図４を参照して、本実施形態の
窒化物系半導体の形成方法について説明する。
【００３５】まず、図１および図２に示すように、サフ
ァイア基板１のＣ（０００１）面上に、選択成長マスク
として、約０．１μｍの厚みを有するＳｉＮからなるマ
スク層２を形成する。このマスク層２は、ストライプ状
（ストライプ構造）に、約７μｍのピッチ間隔で複数形
成する。このマスク層２の具体的な形成方法としては、
まず、サファイア基板１のＣ面上の全面に、プラズマＣ
ＶＤ法（プラズマ化学気相成長法）または電子ビーム蒸
着法などを用いて、ＳｉＮ膜（図示せず）を形成する。
そして、そのＳｉＮ膜上に、フォトレジストからなるス
トライプ状のマスクパターン（図示せず）を形成する。
さらに、そのマスクパターンをマスクとして、ＨＦ（フ
ッ酸）溶液を用いた湿式エッチング、または、ＣＦ4ガ
スとＯ2ガスとを用いたドライエッチングなどを用い
て、ＳｉＮ膜を一部除去することによって、ストライプ
状のマスク層２を形成する。
ァイア基板１のＣ（０００１）面上に、選択成長マスク
として、約０．１μｍの厚みを有するＳｉＮからなるマ
スク層２を形成する。このマスク層２は、ストライプ状
（ストライプ構造）に、約７μｍのピッチ間隔で複数形
成する。このマスク層２の具体的な形成方法としては、
まず、サファイア基板１のＣ面上の全面に、プラズマＣ
ＶＤ法（プラズマ化学気相成長法）または電子ビーム蒸
着法などを用いて、ＳｉＮ膜（図示せず）を形成する。
そして、そのＳｉＮ膜上に、フォトレジストからなるス
トライプ状のマスクパターン（図示せず）を形成する。
さらに、そのマスクパターンをマスクとして、ＨＦ（フ
ッ酸）溶液を用いた湿式エッチング、または、ＣＦ4ガ
スとＯ2ガスとを用いたドライエッチングなどを用い
て、ＳｉＮ膜を一部除去することによって、ストライプ
状のマスク層２を形成する。
【００３６】なお、７μｍのピッチ幅は、マスク層２の
形成領域の幅とマスク層２を形成していない領域の幅と
が、それぞれ、２μｍと５μｍの場合、３μｍと４μｍ
の場合、４μｍと３μｍの場合、５μｍと２μｍの場合
のいずれであってもよい。また、これら以外の比率の幅
であってもよい。
形成領域の幅とマスク層２を形成していない領域の幅と
が、それぞれ、２μｍと５μｍの場合、３μｍと４μｍ
の場合、４μｍと３μｍの場合、５μｍと２μｍの場合
のいずれであってもよい。また、これら以外の比率の幅
であってもよい。
【００３７】次に、図３に示すように、ＳｉＮからなる
マスク層２が形成されたサファイア基板１の上面に、Ｍ
ＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属
気相成長法）またはＨＶＰＥ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａ
ｐｅｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ；ハライド気相成
長法）などを用いて、約５００℃〜７００℃の成長温度
で、約１０ｎｍ〜１００ｎｍ（約０．０１μｍ〜０．１
μｍ）の膜厚を有するＡｌxＧａＮ1-xバッファ層３（０
≦ｘ≦１）を形成する。そして、ＭＯＣＶＤ法またはＨ
ＶＰＥ法などを用いて、約１０００℃〜１２００℃の成
長温度で、ＧａＮ層４を形成する。
マスク層２が形成されたサファイア基板１の上面に、Ｍ
ＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属
気相成長法）またはＨＶＰＥ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａ
ｐｅｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ；ハライド気相成
長法）などを用いて、約５００℃〜７００℃の成長温度
で、約１０ｎｍ〜１００ｎｍ（約０．０１μｍ〜０．１
μｍ）の膜厚を有するＡｌxＧａＮ1-xバッファ層３（０
≦ｘ≦１）を形成する。そして、ＭＯＣＶＤ法またはＨ
ＶＰＥ法などを用いて、約１０００℃〜１２００℃の成
長温度で、ＧａＮ層４を形成する。
【００３８】このとき、ＡｌＧａＮバッファ層３は、Ｓ
ｉＮからなるマスク層２上にも成長する。この場合、Ｓ
ｉＮからなるマスク層２上のＡｌＧａＮバッファ層３上
には、高温成長ＧａＮ層は成長しにくい。このため、高
温成長ＧａＮ層は、ＳｉＮからなるマスク層２の間に露
出したサファイア基板１上のＡｌＧａＮバッファ層３上
に、図３の矢印Ｙの方向に選択的に成長する。これによ
り、サファイア基板１の上面のうち、ＳｉＮからなるマ
スク層２の間に露出した部分上のＡｌＧａＮバッファ層
３上にのみ、図３に示されるような、（１１−２２）面
の斜面が露出した断面形状の三角形のファセット構造を
有するＧａＮ層４が形成される。
ｉＮからなるマスク層２上にも成長する。この場合、Ｓ
ｉＮからなるマスク層２上のＡｌＧａＮバッファ層３上
には、高温成長ＧａＮ層は成長しにくい。このため、高
温成長ＧａＮ層は、ＳｉＮからなるマスク層２の間に露
出したサファイア基板１上のＡｌＧａＮバッファ層３上
に、図３の矢印Ｙの方向に選択的に成長する。これによ
り、サファイア基板１の上面のうち、ＳｉＮからなるマ
スク層２の間に露出した部分上のＡｌＧａＮバッファ層
３上にのみ、図３に示されるような、（１１−２２）面
の斜面が露出した断面形状の三角形のファセット構造を
有するＧａＮ層４が形成される。
【００３９】そして、さらに、ＧａＮ層４の成長が進む
と、ＧａＮ層４は、図３の矢印Ｘの方向（横方向）に成
長する。この横方向成長によって、マスク層２上にもＧ
ａＮ層４が形成される。そして、最終的には、ファセッ
ト構造の各ＧａＮ層４が合体して、図４に示されるよう
な、上面が平坦な連続膜となる。本実施形態では、８μ
ｍ程度の膜厚を有する上面が平坦な連続膜からなるＧａ
Ｎ層４が形成される。なお、このＧａＮ層４が、本発明
の「窒化物系半導体層」の一例である。
と、ＧａＮ層４は、図３の矢印Ｘの方向（横方向）に成
長する。この横方向成長によって、マスク層２上にもＧ
ａＮ層４が形成される。そして、最終的には、ファセッ
ト構造の各ＧａＮ層４が合体して、図４に示されるよう
な、上面が平坦な連続膜となる。本実施形態では、８μ
ｍ程度の膜厚を有する上面が平坦な連続膜からなるＧａ
Ｎ層４が形成される。なお、このＧａＮ層４が、本発明
の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００４０】本実施形態では、上記のように、露出され
たサファイア基板１の上面上のみならず、マスク層２の
上面上にもＡｌＧａＮバッファ層３を成長させることに
よって、そのＡｌＧａＮバッファ層３上に、ＧａＮ層４
を成長させる際に、マスク層２上で横方向成長するＧａ
Ｎ層４の成長最表面がマスク層２に接触することがな
い。これにより、ＧａＮ層４の成長最表面からの離脱が
起こりにくくなるので、離脱に起因する欠陥の少ないＧ
ａＮ層４を形成することができる。
たサファイア基板１の上面上のみならず、マスク層２の
上面上にもＡｌＧａＮバッファ層３を成長させることに
よって、そのＡｌＧａＮバッファ層３上に、ＧａＮ層４
を成長させる際に、マスク層２上で横方向成長するＧａ
Ｎ層４の成長最表面がマスク層２に接触することがな
い。これにより、ＧａＮ層４の成長最表面からの離脱が
起こりにくくなるので、離脱に起因する欠陥の少ないＧ
ａＮ層４を形成することができる。
【００４１】また、本実施形態では、サファイア基板１
上に直接マスク層２を形成することによって、マスク層
２を形成する前にＧａＮ層を形成する必要がないので、
ＧａＮ層の成長工程の回数を減少させることができる。
その結果、少ない成長工程の回数で、横方向成長により
転位が低減されたＧａＮ層４を形成することができる。
上に直接マスク層２を形成することによって、マスク層
２を形成する前にＧａＮ層を形成する必要がないので、
ＧａＮ層の成長工程の回数を減少させることができる。
その結果、少ない成長工程の回数で、横方向成長により
転位が低減されたＧａＮ層４を形成することができる。
【００４２】したがって、本実施形態では、少ない成長
工程の回数で、転位が少なく、かつ、離脱に起因する欠
陥の少ない結晶性の良好なＧａＮ層４を形成することが
できる。
工程の回数で、転位が少なく、かつ、離脱に起因する欠
陥の少ない結晶性の良好なＧａＮ層４を形成することが
できる。
【００４３】また、本実施形態では、マスク層２をＳｉ
Ｎから構成することによって、マスク層２をＳｉＯ2の
ように酸素を含む膜によって形成する場合のように、マ
スク層２を構成する酸素原子がＧａＮ層４の表面に現れ
てデバイス特性が悪化するという不都合も生じない。
Ｎから構成することによって、マスク層２をＳｉＯ2の
ように酸素を含む膜によって形成する場合のように、マ
スク層２を構成する酸素原子がＧａＮ層４の表面に現れ
てデバイス特性が悪化するという不都合も生じない。
【００４４】また、本実施形態では、マスク層２をスト
ライプ構造を有するように形成することによって、Ｇａ
Ｎ層４を横方向成長させる際のファセットの結合部の数
が少なくなるので、容易にＧａＮ層４の平坦化を行うこ
とができる。
ライプ構造を有するように形成することによって、Ｇａ
Ｎ層４を横方向成長させる際のファセットの結合部の数
が少なくなるので、容易にＧａＮ層４の平坦化を行うこ
とができる。
【００４５】図５は、上記した本実施形態の窒化物系半
導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示
した断面図である。次に、図５を参照して、本実施形態
の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レ
ーザ素子の構造および製造プロセスについて説明する。
導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示
した断面図である。次に、図５を参照して、本実施形態
の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レ
ーザ素子の構造および製造プロセスについて説明する。
【００４６】本実施形態の半導体レーザ素子の構造とし
ては、図５に示すように、サファイア基板１の上面上
に、直接、所定の間隔を隔ててストライプ状（ストライ
プ構造）の約０．１μｍの膜厚を有するＳｉＮからなる
マスク層２が形成されている。マスク層２間に位置する
サファイア基板１の上面上、および、マスク層２の上面
上には、約１０ｎｍ〜１００ｎｍ（約０．０１μｍ〜
０．１μｍ）の膜厚を有するＡｌＧａＮバッファ層３が
形成されている。ＡｌＧａＮバッファ層３上には、約８
μｍの膜厚を有する表面が平坦化されたＧａＮ層４が形
成されている。
ては、図５に示すように、サファイア基板１の上面上
に、直接、所定の間隔を隔ててストライプ状（ストライ
プ構造）の約０．１μｍの膜厚を有するＳｉＮからなる
マスク層２が形成されている。マスク層２間に位置する
サファイア基板１の上面上、および、マスク層２の上面
上には、約１０ｎｍ〜１００ｎｍ（約０．０１μｍ〜
０．１μｍ）の膜厚を有するＡｌＧａＮバッファ層３が
形成されている。ＡｌＧａＮバッファ層３上には、約８
μｍの膜厚を有する表面が平坦化されたＧａＮ層４が形
成されている。
【００４７】また、ＧａＮ層４上には、約４μｍの膜厚
を有するｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタクト層５
が形成されている。第１導電型コンタクト層５上には、
約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなる
第１導電型クラッド層６が形成されている。第１導電型
クラッド層６上には、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸
（ＭＱＷ）発光層７が形成されている。ＭＱＷ発光層７
上には、約０．４５μｍの膜厚を有するｐ型ＡｌＧａＮ
からなる第２導電型クラッド層８が形成されている。そ
の第２導電型クラッド層８上には、約０．１５μｍの膜
厚を有するｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタクト層
９が形成されている。また、第１導電型コンタクト層５
の露出された上面上には、ｎ型の第１導電型電極１０が
形成されている。また、第２導電型コンタクト層９の上
面上には、ｐ型の第２導電型電極１１が形成されてい
る。
を有するｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタクト層５
が形成されている。第１導電型コンタクト層５上には、
約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮからなる
第１導電型クラッド層６が形成されている。第１導電型
クラッド層６上には、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸
（ＭＱＷ）発光層７が形成されている。ＭＱＷ発光層７
上には、約０．４５μｍの膜厚を有するｐ型ＡｌＧａＮ
からなる第２導電型クラッド層８が形成されている。そ
の第２導電型クラッド層８上には、約０．１５μｍの膜
厚を有するｐ型ＧａＮからなる第２導電型コンタクト層
９が形成されている。また、第１導電型コンタクト層５
の露出された上面上には、ｎ型の第１導電型電極１０が
形成されている。また、第２導電型コンタクト層９の上
面上には、ｐ型の第２導電型電極１１が形成されてい
る。
【００４８】なお、第１導電型コンタクト層５、第１導
電型クラッド層６、ＭＱＷ発光層７、第２導電型クラッ
ド層８および第２導電型コンタクト層９は、本発明の
「窒化物系半導体素子層」の一例である。
電型クラッド層６、ＭＱＷ発光層７、第２導電型クラッ
ド層８および第２導電型コンタクト層９は、本発明の
「窒化物系半導体素子層」の一例である。
【００４９】上記のような構造を有する本実施形態の半
導体レーザ素子の形成方法としては、まず、図１〜図４
を用いて説明した本実施形態の窒化物系半導体の形成方
法を用いて、サファイア基板１上に、約０．１μｍの膜
厚を有するＳｉＮからなるマスク層２、約１０ｎｍ〜１
００ｎｍ（約０．０１μｍ〜０．１μｍ）の膜厚を有す
るＡｌＧａＮバッファ層３、および、約８μｍの膜厚を
有するＧａＮ層４を順次形成する。
導体レーザ素子の形成方法としては、まず、図１〜図４
を用いて説明した本実施形態の窒化物系半導体の形成方
法を用いて、サファイア基板１上に、約０．１μｍの膜
厚を有するＳｉＮからなるマスク層２、約１０ｎｍ〜１
００ｎｍ（約０．０１μｍ〜０．１μｍ）の膜厚を有す
るＡｌＧａＮバッファ層３、および、約８μｍの膜厚を
有するＧａＮ層４を順次形成する。
【００５０】次に、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、また
は、トリメチルアルミニウム，トリメチルガリウム，ト
リメチルインジウム，ＮＨ3，ＳｉＨ4（シランガス），
Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を原
料ガスとして用いるガスソースＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕ
ｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ；分子線エピタキシ
ャル成長法）などを用いて、ＧａＮ層４上に、約４μｍ
の膜厚を有するｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタク
ト層５、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮ
からなる第１導電型クラッド層６、ＩｎＧａＮからなる
多重量子井戸（ＭＱＷ）発光層７、約０．４５μｍの膜
厚を有するｐ型ＡｌＧａＮからなる第２導電型クラッド
層８、および、約０．１５μｍの膜厚を有するｐ型Ｇａ
Ｎからなる第２導電型コンタクト層９を順次形成する。
は、トリメチルアルミニウム，トリメチルガリウム，ト
リメチルインジウム，ＮＨ3，ＳｉＨ4（シランガス），
Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を原
料ガスとして用いるガスソースＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕ
ｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ；分子線エピタキシ
ャル成長法）などを用いて、ＧａＮ層４上に、約４μｍ
の膜厚を有するｎ型ＧａＮからなる第１導電型コンタク
ト層５、約０．４５μｍの膜厚を有するｎ型ＡｌＧａＮ
からなる第１導電型クラッド層６、ＩｎＧａＮからなる
多重量子井戸（ＭＱＷ）発光層７、約０．４５μｍの膜
厚を有するｐ型ＡｌＧａＮからなる第２導電型クラッド
層８、および、約０．１５μｍの膜厚を有するｐ型Ｇａ
Ｎからなる第２導電型コンタクト層９を順次形成する。
【００５１】そして、第２導電型コンタクト層９から第
１導電型コンタクト層５までの一部領域をエッチングす
ることによって、第１導電型コンタクト層５の所定領域
を露出する。この露出した第１導電型コンタクト層５の
所定領域上に、ｎ型の第１導電型電極１０を形成する。
また、第２導電型コンタクト層９上の所定領域に、ｐ型
の第２導電型電極１１を形成する。
１導電型コンタクト層５までの一部領域をエッチングす
ることによって、第１導電型コンタクト層５の所定領域
を露出する。この露出した第１導電型コンタクト層５の
所定領域上に、ｎ型の第１導電型電極１０を形成する。
また、第２導電型コンタクト層９上の所定領域に、ｐ型
の第２導電型電極１１を形成する。
【００５２】上記した本実施形態の半導体レーザ素子で
は、図１〜図４に示した本実施形態の窒化物系半導体の
形成方法を用いて形成された結晶性の良好なＧａＮ層４
を下地層として、その上に各層５〜９が形成されてい
る。すなわち、上述したように、露出されたサファイア
基板１の上面上のみならず、マスク層２の上面上にもＡ
ｌＧａＮバッファ層３を形成することによって、ＧａＮ
層４をマスク層２上に横方向成長させる際に、ＧａＮ層
４の成長最表面からの離脱が起こりにくくなるので、離
脱に起因する欠陥の少ないＧａＮ層４を形成することが
できる。また、ＧａＮ層４を選択横方向成長により形成
することによって、ＧａＮ層４の表面の転位が低減され
ている。このように、離脱に起因する欠陥が少なく、か
つ、転位が低減された結晶性の良好なＧａＮ層を下地層
として、その上に各層５〜９を形成することによって、
各層５〜９において良好な結晶性を実現することができ
る。これにより、本実施形態では、良好な素子特性を有
するとともに高い信頼性を有する半導体レーザ素子を得
ることができる。
は、図１〜図４に示した本実施形態の窒化物系半導体の
形成方法を用いて形成された結晶性の良好なＧａＮ層４
を下地層として、その上に各層５〜９が形成されてい
る。すなわち、上述したように、露出されたサファイア
基板１の上面上のみならず、マスク層２の上面上にもＡ
ｌＧａＮバッファ層３を形成することによって、ＧａＮ
層４をマスク層２上に横方向成長させる際に、ＧａＮ層
４の成長最表面からの離脱が起こりにくくなるので、離
脱に起因する欠陥の少ないＧａＮ層４を形成することが
できる。また、ＧａＮ層４を選択横方向成長により形成
することによって、ＧａＮ層４の表面の転位が低減され
ている。このように、離脱に起因する欠陥が少なく、か
つ、転位が低減された結晶性の良好なＧａＮ層を下地層
として、その上に各層５〜９を形成することによって、
各層５〜９において良好な結晶性を実現することができ
る。これにより、本実施形態では、良好な素子特性を有
するとともに高い信頼性を有する半導体レーザ素子を得
ることができる。
【００５３】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。
【００５４】たとえば、上記実施形態では、サファイア
基板１を基板として用いたが、本発明はこれに限らず、
ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板またはスピネル基
板などを用いても同様の効果を得ることができる。
基板１を基板として用いたが、本発明はこれに限らず、
ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板またはスピネル基
板などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００５５】また、上記実施形態では、マスク層２をＳ
ｉＮによって形成したが、本発明はこれに限らず、Ｓｉ
Ｎ以外の窒化物や高融点金属によってマスク層２を形成
しても同様の効果を得ることができる。この場合の高融
点金属は、特に、融点が、１０００℃以上のものである
ことが好ましい。さらに、マスク層２は、ＳｉＮなどの
窒化物や高融点金属が最上面に出ている多層膜を用いて
もよい。この場合にも、マスク層２の最上面には、Ｓｉ
Ｏ2のような酸素を含む膜がないので、酸素原子がＧａ
Ｎ層４の表面に現れてデバイス特性が悪化するという不
都合が生じない。
ｉＮによって形成したが、本発明はこれに限らず、Ｓｉ
Ｎ以外の窒化物や高融点金属によってマスク層２を形成
しても同様の効果を得ることができる。この場合の高融
点金属は、特に、融点が、１０００℃以上のものである
ことが好ましい。さらに、マスク層２は、ＳｉＮなどの
窒化物や高融点金属が最上面に出ている多層膜を用いて
もよい。この場合にも、マスク層２の最上面には、Ｓｉ
Ｏ2のような酸素を含む膜がないので、酸素原子がＧａ
Ｎ層４の表面に現れてデバイス特性が悪化するという不
都合が生じない。
【００５６】また、上記実施形態では、ＳｉＮからなる
マスク層２の断面を図１に示すような長方形状とした
が、本発明はこれに限らず、他の形状としてもよい。た
とえば、図６に示すような台形状を有するマスク層１
２、図７に示すような逆台形状を有するマスク層２２、
または、図８に示すような形状のマスク層３２を用いて
もよい。また、図９に示すように、台形状の下層４２ａ
と長方形状の上層４２ｂとからなる２層構造のマスク層
４２であってもよい。このように、マスク層は多層構造
であってもよい。また、図１および図６〜図９に示した
ような構造を適宜組み合わせた構造を有するマスク層で
あってもよい。また、特に、図７または図８に示すよう
に、基板１の上面と、マスク層２２または３２との為す
角度が鋭角である場合、その上には結晶性の良いＧａＮ
層（窒化物系半導体層）４が形成された。
マスク層２の断面を図１に示すような長方形状とした
が、本発明はこれに限らず、他の形状としてもよい。た
とえば、図６に示すような台形状を有するマスク層１
２、図７に示すような逆台形状を有するマスク層２２、
または、図８に示すような形状のマスク層３２を用いて
もよい。また、図９に示すように、台形状の下層４２ａ
と長方形状の上層４２ｂとからなる２層構造のマスク層
４２であってもよい。このように、マスク層は多層構造
であってもよい。また、図１および図６〜図９に示した
ような構造を適宜組み合わせた構造を有するマスク層で
あってもよい。また、特に、図７または図８に示すよう
に、基板１の上面と、マスク層２２または３２との為す
角度が鋭角である場合、その上には結晶性の良いＧａＮ
層（窒化物系半導体層）４が形成された。
【００５７】また、上記実施形態におけるサファイア基
板（基板）１、ＡｌＧａＮバッファ層（バッファ層）
３、ＧａＮ層（窒化物系半導体層）４、および、各層
（窒化物系半導体素子層）５〜９は、ＧａＮ（窒化ガリ
ウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化イ
ンジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくはＴｌＮ（窒化
タリウム）、または、これらの混晶などのIII−Ｖ族窒
化物系半導体、および、これら混晶にＡｓ、ＰおよびＳ
ｂのうち少なくとも１つの元素を含む混晶などのIII−
Ｖ族窒化物系半導体から構成するようにしてもよい。
板（基板）１、ＡｌＧａＮバッファ層（バッファ層）
３、ＧａＮ層（窒化物系半導体層）４、および、各層
（窒化物系半導体素子層）５〜９は、ＧａＮ（窒化ガリ
ウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化イ
ンジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくはＴｌＮ（窒化
タリウム）、または、これらの混晶などのIII−Ｖ族窒
化物系半導体、および、これら混晶にＡｓ、ＰおよびＳ
ｂのうち少なくとも１つの元素を含む混晶などのIII−
Ｖ族窒化物系半導体から構成するようにしてもよい。
【００５８】また、上記実施形態では、ＡｌＧａＮバッ
ファ層３およびＧａＮ層４に不純物元素のドーピングを
行っていないが、本発明はこれに限らず、ＡｌＧａＮバ
ッファ層３およびＧａＮ層４にｎ型不純物のドーピング
を行うことによって第１導電型の層としてもよい。
ファ層３およびＧａＮ層４に不純物元素のドーピングを
行っていないが、本発明はこれに限らず、ＡｌＧａＮバ
ッファ層３およびＧａＮ層４にｎ型不純物のドーピング
を行うことによって第１導電型の層としてもよい。
【００５９】また、上記実施形態では、マスク層２を７
μｍのピッチ幅で形成したが、本発明はこれに限らず、
マスク層２のピッチ幅は、７μｍ以外でもよく、１μｍ
以上、３０μｍ以下の幅であればよい。
μｍのピッチ幅で形成したが、本発明はこれに限らず、
マスク層２のピッチ幅は、７μｍ以外でもよく、１μｍ
以上、３０μｍ以下の幅であればよい。
【００６０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、少ない
成長工程の回数で、転位が少なく、かつ、離脱に起因す
る結晶欠陥の少ない窒化物系半導体層を形成することが
可能な窒化物系半導体の形成方法を提供することができ
る。
成長工程の回数で、転位が少なく、かつ、離脱に起因す
る結晶欠陥の少ない窒化物系半導体層を形成することが
可能な窒化物系半導体の形成方法を提供することができ
る。
【００６１】また、転位が少なく、かつ、離脱に起因す
る結晶欠陥の少ない窒化物系半導体層上に形成された良
好な素子特性を有する窒化物系半導体素子層を含む窒化
物系半導体素子を提供することができる。
る結晶欠陥の少ない窒化物系半導体層上に形成された良
好な素子特性を有する窒化物系半導体素子層を含む窒化
物系半導体素子を提供することができる。
【図１】本発明の一実施形態による窒化物系半導体の形
成方法を説明するための断面図である。
成方法を説明するための断面図である。
【図２】図１に示した工程における斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による窒化物系半導体の形
成方法を説明するための断面図である。
成方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による窒化物系半導体の形
成方法を説明するための断面図である。
成方法を説明するための断面図である。
【図５】図１〜図４に示した本実施形態の窒化物系半導
体の形成方法を用いて形成した半導体レーザ素子を示し
た断面図である。
体の形成方法を用いて形成した半導体レーザ素子を示し
た断面図である。
【図６】本実施形態の窒化物系半導体の形成方法に用い
るマスク層の形状の変形例を示した断面図である。
るマスク層の形状の変形例を示した断面図である。
【図７】本実施形態の窒化物系半導体の形成方法に用い
るマスク層の形状の変形例を示した断面図である。
るマスク層の形状の変形例を示した断面図である。
【図８】本実施形態の窒化物系半導体の形成方法に用い
るマスク層の形状の変形例を示した断面図である。
るマスク層の形状の変形例を示した断面図である。
【図９】本実施形態の窒化物系半導体の形成方法に用い
るマスク層の形状の変形例を示した断面図である。
るマスク層の形状の変形例を示した断面図である。
【図１０】従来の窒化物系半導体の形成方法を説明する
ための断面図である。
ための断面図である。
【図１１】従来の窒化物系半導体の形成方法を説明する
ための断面図である。
ための断面図である。
【図１２】従来の窒化物系半導体の形成方法を説明する
ための断面図である。
ための断面図である。
１ サファイア基板（基板） ２ マスク層 ３ ＡｌＧａＮバッファ層（バッファ層） ４ ＧａＮ層（窒化物系半導体層） ５ 第１導電型コンタクト層（窒化物系半導体素子層） ６ 第１導電型クラッド層（窒化物系半導体素子層） ７ ＭＱＷ発光層（窒化物系半導体素子層） ８ 第２導電型クラッド層（窒化物系半導体素子層） ９ 第２導電型コンタクト層（窒化物系半導体素子層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 伸彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 狩野 隆司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA11 AA13 BA38 BB12 CA01 FA10 HA04 LA11 5F041 AA11 AA40 AA42 CA34 CA40 CA46 5F045 AA04 AA05 AA08 AB09 AB14 AB17 AB33 AC01 AC08 AC12 AC19 AD09 AD10 AD11 AD14 AD15 AD16 AF02 AF03 AF04 AF09 AF13 AF20 BB12 CA10 CA12 DA53 DA55 HA12
Claims (13)
- 【請求項１】 基板の上面上に、前記基板の上面の一部
が露出するように、マスク層を形成する工程と、 前記露出された基板の上面上および前記マスク層の上面
上に、バッファ層を形成する工程と、 その後、窒化物系半導体層を成長させる工程とを備え
た、窒化物系半導体の形成方法。 - 【請求項２】 前記マスク層は、窒化物および高融点金
属のうちのいずれかを含む、請求項１に記載の窒化物系
半導体の形成方法。 - 【請求項３】 前記マスク層は、ＳｉＮを含む、請求項
２に記載の窒化物系半導体の形成方法。 - 【請求項４】 前記マスク層は、窒化物および高融点金
属のうちのいずれかが最表面に露出した多層膜を含む、
請求項２または３に記載の窒化物系半導体の形成方法。 - 【請求項５】 前記マスク層は、ストライプ構造を有す
る、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導
体の形成方法。 - 【請求項６】 前記基板の上面と前記マスク層の側面と
の為す角度が鋭角である、請求項１〜５のいずれか１項
に記載の窒化物系半導体の形成方法。 - 【請求項７】 前記窒化物系半導体層上に、素子領域を
有する窒化物系半導体素子層を成長させる工程をさらに
備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物系
半導体の形成方法。 - 【請求項８】 基板の上面上に、前記基板の上面の一部
が露出するように形成されたマスク層と、 前記露出された基板の上面上および前記マスク層の上面
上に形成されたバッファ層と、 前記バッファ層を覆うように形成された窒化物系半導体
層と、 前記窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有する
窒化物系半導体素子層とを備えた、窒化物系半導体素
子。 - 【請求項９】 前記マスク層は、窒化物および高融点金
属のうちのいずれかを含む、請求項８に記載の窒化物系
半導体素子。 - 【請求項１０】 前記マスク層は、ＳｉＮを含む、請求
項９に記載の窒化物系半導体素子。 - 【請求項１１】 前記マスク層は、窒化物および高融点
金属のうちのいずれかが最表面に露出した多層膜を含
む、請求項９または１０に記載の窒化物系半導体素子。 - 【請求項１２】 前記マスク層は、ストライプ構造を有
する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の窒化物系
半導体素子。 - 【請求項１３】 前記基板の上面と前記マスク層の側面
との為す角度が鋭角である、請求項８〜１２のいずれか
１項に記載の窒化物系半導体素子。
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|---|---|---|---|
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| US12/155,804 US20080248603A1 (en) | 2000-10-04 | 2008-06-10 | Nitride-based semiconductor element and method of preparing nitride-based semiconductor |
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