JP2002231647A - 窒化物半導体成長基板 - Google Patents
窒化物半導体成長基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】窒化物半導体基板において、保護膜とそれ以外
の領域との識別を容易にし、窒化物半導体層を成長後の
保護膜の認識を容易にし、基板上に形成する発光ダイオ
ード、レーザ素子等の製造工程の正確性及び効率向上に
期待できる窒化物半導体基板を提供する。 【解決手段】窒化物半導体と異なる異種基板上に窒化物
半導体層を成長させ、その後、特定の波長光のみ透過さ
せるミラー特性を有する保護膜を形成し、その上に窒化
物半導体層を形成することにより、後工程において認識
性のいい窒化物半導体基板を形成する。
の領域との識別を容易にし、窒化物半導体層を成長後の
保護膜の認識を容易にし、基板上に形成する発光ダイオ
ード、レーザ素子等の製造工程の正確性及び効率向上に
期待できる窒化物半導体基板を提供する。 【解決手段】窒化物半導体と異なる異種基板上に窒化物
半導体層を成長させ、その後、特定の波長光のみ透過さ
せるミラー特性を有する保護膜を形成し、その上に窒化
物半導体層を形成することにより、後工程において認識
性のいい窒化物半導体基板を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ
ｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦
１）から成る半導体素子を成長させる窒化物半導体成長
基板に関する。
ｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦
１）から成る半導体素子を成長させる窒化物半導体成長
基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＥＤ及びＬＤ等に利用される窒
化物半導体基板をバルク状の単結晶で得るのは困難であ
るため、異種基板を用い、その上に窒化物半導体を成長
させる方法が検討されている。この異種基板上に窒化物
半導体を成長させる場合、異種基板と窒化物半導体との
格子定数不整や熱膨張係数差により窒化物半導体を異種
基板上に成長させると、結晶欠陥が発生する問題があ
る。そのため、このような異種基板を用いる場合には、
バッファー層を介するなどして窒化物半導体を成長させ
る方法が報告されているが、得られた窒化物半導体には
貫通転位等の結晶欠陥が高密度に存在していた。
化物半導体基板をバルク状の単結晶で得るのは困難であ
るため、異種基板を用い、その上に窒化物半導体を成長
させる方法が検討されている。この異種基板上に窒化物
半導体を成長させる場合、異種基板と窒化物半導体との
格子定数不整や熱膨張係数差により窒化物半導体を異種
基板上に成長させると、結晶欠陥が発生する問題があ
る。そのため、このような異種基板を用いる場合には、
バッファー層を介するなどして窒化物半導体を成長させ
る方法が報告されているが、得られた窒化物半導体には
貫通転位等の結晶欠陥が高密度に存在していた。
【０００３】そこで、窒化物半導体を基板に対して横方
向に成長させる方法（以下、ＥＬＯＧ成長法（Epitaxia
lly Lateral OverGrowth GaN)と示す）が検討されてお
り、この方法によると、窒化物半導体が成長する領域に
おいて、発生した結晶欠陥は、保護膜の窓部（開口部）
より窒化物半導体の成長と共に縦方向にのみ進行するた
め、保護膜上に横方向成長した範囲の窒化物半導体は結
晶欠陥が少なく、低欠陥の窒化物半導体基板を得ること
ができる。
向に成長させる方法（以下、ＥＬＯＧ成長法（Epitaxia
lly Lateral OverGrowth GaN)と示す）が検討されてお
り、この方法によると、窒化物半導体が成長する領域に
おいて、発生した結晶欠陥は、保護膜の窓部（開口部）
より窒化物半導体の成長と共に縦方向にのみ進行するた
め、保護膜上に横方向成長した範囲の窒化物半導体は結
晶欠陥が少なく、低欠陥の窒化物半導体基板を得ること
ができる。
【０００４】例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．Ｌ３０９−Ｌ３１
２には、サファイア基板上に成長させた窒化ガリウム上
にＳｉＯ２等の保護膜を部分的に形成し、この上に窒化
ガリウムを成長させることが開示されている。ＳｉＯ２
の保護膜上には窒化ガリウムが直接成長しないため、保
護膜のない部分から成長した窒化ガリウムの横方向への
成長により保護膜上に低欠陥密度の窒化ガリウムを成長
させることができる。
ｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．Ｌ３０９−Ｌ３１
２には、サファイア基板上に成長させた窒化ガリウム上
にＳｉＯ２等の保護膜を部分的に形成し、この上に窒化
ガリウムを成長させることが開示されている。ＳｉＯ２
の保護膜上には窒化ガリウムが直接成長しないため、保
護膜のない部分から成長した窒化ガリウムの横方向への
成長により保護膜上に低欠陥密度の窒化ガリウムを成長
させることができる。
【０００５】上記のＥＬＯＧ成長によれば、従来のバッ
ファ層を用いて成長させた窒化物半導体に比べ、低欠陥
領域の欠陥密度を２桁以上減少させることができる。そ
のため、連続発振が長時間の寿命特性を有する窒化物半
導体レーザ等を達成することができる。
ファ層を用いて成長させた窒化物半導体に比べ、低欠陥
領域の欠陥密度を２桁以上減少させることができる。そ
のため、連続発振が長時間の寿命特性を有する窒化物半
導体レーザ等を達成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、保護膜は窒化物半導体が成長しないか成長し
にくい酸化ケイ素や窒化ケイ素などの特定の材質からな
るものであり、可視光を含む広い波長域の光に対して透
明である。また保護膜は、その上に窒化物半導体を横方
向に成長させるためには、膜厚を薄く形成する必要があ
るため、認識が可能なほどの膜厚にすることはできな
い。そのため、保護膜上に窒化物半導体層が成長した後
に、保護膜の正確な位置を認識することが困難となる。
ここで認識とは後のデバイス工程での位置確認であり、
例えばリッジストライプの形成範囲を正確に位置づけが
できる程度とする。
方法では、保護膜は窒化物半導体が成長しないか成長し
にくい酸化ケイ素や窒化ケイ素などの特定の材質からな
るものであり、可視光を含む広い波長域の光に対して透
明である。また保護膜は、その上に窒化物半導体を横方
向に成長させるためには、膜厚を薄く形成する必要があ
るため、認識が可能なほどの膜厚にすることはできな
い。そのため、保護膜上に窒化物半導体層が成長した後
に、保護膜の正確な位置を認識することが困難となる。
ここで認識とは後のデバイス工程での位置確認であり、
例えばリッジストライプの形成範囲を正確に位置づけが
できる程度とする。
【０００７】上記の理由から、保護膜を用いた窒化物半
導体基板の成長方法において、保護膜上に窒化物半導体
を成長させた後、窒化物半導体層内に埋め込まれた状態
にある保護膜を正確に認識することができず、後の工程
において、レーザ素子を形成するためのマーカー認識が
困難となり、例えば、ストライプ形状の保護膜上部の結
晶性のよい領域に窒化物半導体素子を成長させることが
できない等の問題が生じていた。つまり、保護膜は窒化
物半導体層を成長させた後の工程における基準には成り
得ていなかった。ここで、マーカー認識とは、マーカー
部分とそれ以外領域とを反射光のコントラスト又は形状
で区別し、ウェーハにおけるマーカーの位置を正確に認
識するものである。
導体基板の成長方法において、保護膜上に窒化物半導体
を成長させた後、窒化物半導体層内に埋め込まれた状態
にある保護膜を正確に認識することができず、後の工程
において、レーザ素子を形成するためのマーカー認識が
困難となり、例えば、ストライプ形状の保護膜上部の結
晶性のよい領域に窒化物半導体素子を成長させることが
できない等の問題が生じていた。つまり、保護膜は窒化
物半導体層を成長させた後の工程における基準には成り
得ていなかった。ここで、マーカー認識とは、マーカー
部分とそれ以外領域とを反射光のコントラスト又は形状
で区別し、ウェーハにおけるマーカーの位置を正確に認
識するものである。
【０００８】そこで、本発明は、保護膜上に窒化物半導
体を横方向成長させた後の窒化物半導体基板であって、
保護膜と窒化物半導体を露出した窓部との正確な位置認
識を容易にし、特に該基板上にＬＤ、ＬＥＤ又は受光素
子等の窒化物半導体素子を成長させる製造工程において
好ましい基準となる保護膜を有する窒化物半導体成長基
板を提供することを目的とする。
体を横方向成長させた後の窒化物半導体基板であって、
保護膜と窒化物半導体を露出した窓部との正確な位置認
識を容易にし、特に該基板上にＬＤ、ＬＥＤ又は受光素
子等の窒化物半導体素子を成長させる製造工程において
好ましい基準となる保護膜を有する窒化物半導体成長基
板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は、
以下に示す構成によって達成することができる。窒化物
半導体成長基板であって、窒化物半導体が成長可能な異
種基板上に、下地層となる第１の窒化物半導体層、その
上に窓部を有する保護膜が設けられ、前記保護膜は、誘
電体多層膜からなるミラー構造を有し、保護膜上に横方
向成長させた第２の窒化物半導体層を有する。
以下に示す構成によって達成することができる。窒化物
半導体成長基板であって、窒化物半導体が成長可能な異
種基板上に、下地層となる第１の窒化物半導体層、その
上に窓部を有する保護膜が設けられ、前記保護膜は、誘
電体多層膜からなるミラー構造を有し、保護膜上に横方
向成長させた第２の窒化物半導体層を有する。
【００１０】前記保護膜が紫外光〜赤外光から選ばれる
波長光において特定の波長光以外の波長光については透
過させることなく反射させるミラー特性を有する保護膜
である。
波長光において特定の波長光以外の波長光については透
過させることなく反射させるミラー特性を有する保護膜
である。
【００１１】前記特定の波長光が可視光であり、好まし
くは３８０ｎｍ〜４８０ｎｍである。
くは３８０ｎｍ〜４８０ｎｍである。
【００１２】前記保護膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、
窒化酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化
アルミニウム、窒化アルミニウムから成る誘電体、又は
融点１２００℃以上の金属から成る群から選択された少
なくとも２種以上から成る多層膜であって、好ましくは
酸化ケイ素と窒化ケイ素とからなる誘電体多層膜であ
る。
窒化酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化
アルミニウム、窒化アルミニウムから成る誘電体、又は
融点１２００℃以上の金属から成る群から選択された少
なくとも２種以上から成る多層膜であって、好ましくは
酸化ケイ素と窒化ケイ素とからなる誘電体多層膜であ
る。
【００１３】前記保護膜は、１ペア以上５ペア以下の積
層構造を有する誘電体多層膜である。また保護膜の形状
は、ストライプ状、格子状等の平行線を有するマスクパ
ターンとして形成される。
層構造を有する誘電体多層膜である。また保護膜の形状
は、ストライプ状、格子状等の平行線を有するマスクパ
ターンとして形成される。
【００１４】前記保護膜が凹凸を有する窒化物半導体層
の凹部及び／又は凸部に形成されており、好ましくは、
前記窒化物半導体層の凹部は異種基板が露出されてい
る。さらに、前記保護膜は最上層が酸化ケイ素であるこ
とが好ましい。
の凹部及び／又は凸部に形成されており、好ましくは、
前記窒化物半導体層の凹部は異種基板が露出されてい
る。さらに、前記保護膜は最上層が酸化ケイ素であるこ
とが好ましい。
【００１５】前記異種基板が（０００１）面を主面とす
るサファイアであり、前記保護膜はそのサファイアの
（１１２−０）面に対して垂直なストライプ形状を有す
るか、若しくは前記異種基板が（１１２−０）面を主面
とするサファイアであり、前記保護膜はそのサファイア
の（１１−０２）面に対して垂直なストライプ形状を有
する。
るサファイアであり、前記保護膜はそのサファイアの
（１１２−０）面に対して垂直なストライプ形状を有す
るか、若しくは前記異種基板が（１１２−０）面を主面
とするサファイアであり、前記保護膜はそのサファイア
の（１１−０２）面に対して垂直なストライプ形状を有
する。
【００１６】前記異種基板が（１１１）面を主面とする
スピネルであり、前記保護膜は、そのスピネルの（１１
０）面に対して垂直なストライプ形状を有するものであ
る。その他には、シリコン、炭化珪素、砒化ガリウム、
又は、酸化亜鉛を用いることができる。
スピネルであり、前記保護膜は、そのスピネルの（１１
０）面に対して垂直なストライプ形状を有するものであ
る。その他には、シリコン、炭化珪素、砒化ガリウム、
又は、酸化亜鉛を用いることができる。
【００１７】 前記保護膜はλ１を透過光とし、λ２を
反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＜λ２）にお
いて、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料の
屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、
反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＜λ２）にお
いて、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料の
屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、
【式３】 なる上記式３で示される多層膜である。
【００１８】 前記多層膜はλ１を透過光とし、λ２を
反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＞λ２）にお
いて、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料の
屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、
反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＞λ２）にお
いて、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料の
屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、
【式４】 なる上記式４で示される多層膜である。
【００１９】 前記λ１の波長は窒化物半導体レーザの
発振波長領域であり、好ましくは３５０〜５２０ｎｍで
ある。また前記λ２はλ１との波長差が２０ｎｍ以上で
ある。
発振波長領域であり、好ましくは３５０〜５２０ｎｍで
ある。また前記λ２はλ１との波長差が２０ｎｍ以上で
ある。
【００２０】つまり、本発明の窒化物半導体基板におけ
る保護膜は、誘電体多層膜からなるミラー構造を有する
ため、この保護膜上に窒化物半導体層を横方向成長させ
た後の工程においてもマーカー認識を正確に行うことが
できる。これは、保護膜を誘電体多層膜とすることによ
り、特定の発光波長（例えば、４１０ｎｍ）のみ透過さ
せ、それ以外の波長光は反射させるためである。また、
本発明において、窓部とは、保護膜を取り除き窒化物半
導体を露出させた部分、又は保護膜及び下地である第１
の窒化物半導体層を取り除き異種基板を露出させた部分
を示し、ストライプ形状等である場合、窓部の幅とは保
護膜と保護膜との間の距離を意味する。
る保護膜は、誘電体多層膜からなるミラー構造を有する
ため、この保護膜上に窒化物半導体層を横方向成長させ
た後の工程においてもマーカー認識を正確に行うことが
できる。これは、保護膜を誘電体多層膜とすることによ
り、特定の発光波長（例えば、４１０ｎｍ）のみ透過さ
せ、それ以外の波長光は反射させるためである。また、
本発明において、窓部とは、保護膜を取り除き窒化物半
導体を露出させた部分、又は保護膜及び下地である第１
の窒化物半導体層を取り除き異種基板を露出させた部分
を示し、ストライプ形状等である場合、窓部の幅とは保
護膜と保護膜との間の距離を意味する。
【００２１】本発明における保護膜は、上記の材質から
成る誘電体多層膜にすることで、これらの保護膜は窒化
物半導体が成長しないか又は、成長しにくい性質を有す
るため、保護膜の窓部より成長した窒化物半導体を横方
向に成長させることができる。
成る誘電体多層膜にすることで、これらの保護膜は窒化
物半導体が成長しないか又は、成長しにくい性質を有す
るため、保護膜の窓部より成長した窒化物半導体を横方
向に成長させることができる。
【００２２】上記式３、４及び図５について説明する。
光学薄膜ユーザーズハンドブック（日刊工業新聞社、Ja
mes D.Rancourt 著）に書かれている高反射率帯（阻
止帯）を表す近似式
光学薄膜ユーザーズハンドブック（日刊工業新聞社、Ja
mes D.Rancourt 著）に書かれている高反射率帯（阻
止帯）を表す近似式
【式５】 この式５を用い、式３、４を導出する。まず、高反射率
帯の中心波長をλ２とし、式５を用いると高反射率帯の
波長幅は以下の式６になる。
帯の中心波長をλ２とし、式５を用いると高反射率帯の
波長幅は以下の式６になる。
【式６】 次に、高反射率帯のどこにλ２が存在するか、シミュレ
ーションにより求める。図５は中心波長λ２に対するシ
ミュレーションであって、λ２に対して最も近傍の長、
短波長帯の透過率が１％となる点をエッジとした場合、
エッジ間を１００％とすればλ２は短波長側のエッジか
ら４０％±５％の位置にあることがわかる。これを用い
以下の式を導く。まず、λ１＜λ２の場合には式６に0.
4を掛けた値が、λ２からλ１を引いた値より小さけれ
ばλ１が高反射率帯の外にあるため目的を満足すること
ができる。それを関係式で示すと以下のようになる。
ーションにより求める。図５は中心波長λ２に対するシ
ミュレーションであって、λ２に対して最も近傍の長、
短波長帯の透過率が１％となる点をエッジとした場合、
エッジ間を１００％とすればλ２は短波長側のエッジか
ら４０％±５％の位置にあることがわかる。これを用い
以下の式を導く。まず、λ１＜λ２の場合には式６に0.
4を掛けた値が、λ２からλ１を引いた値より小さけれ
ばλ１が高反射率帯の外にあるため目的を満足すること
ができる。それを関係式で示すと以下のようになる。
【式７】 次に、λ１＞λ２の場合にはλ１＜λ２の場合と同様に
することにより以下の関係式が成り立つ。
することにより以下の関係式が成り立つ。
【式８】 このシュミレーション条件は、基板をＧａＮ、低屈折率
材料をＳｉＯ２、高屈折率材料をＴｉＯ２とし、またλ
２を波長550ｎｍとした。具体的には基板の屈折率ｎｓ
＝2.5、ｎＬ＝1.48、ｎＨ＝2.75を保護膜として、膜厚
はｎＬ＝930Å、ｎＨ＝500Å、ペア数を14ペアとした場
合の実施結果である。
材料をＳｉＯ２、高屈折率材料をＴｉＯ２とし、またλ
２を波長550ｎｍとした。具体的には基板の屈折率ｎｓ
＝2.5、ｎＬ＝1.48、ｎＨ＝2.75を保護膜として、膜厚
はｎＬ＝930Å、ｎＨ＝500Å、ペア数を14ペアとした場
合の実施結果である。
【００２３】ここで、横方向成長を利用した窒化物半導
体成長基板を以下に示す。まず第１の成長基板として
は、異種基板、又は異種基板上にバッファ層を形成した
もの、その他に異種基板上に窒化物半導体を形成したも
の、異種基板上にバッファ層を介して窒化物半導体を形
成したものを準備する。その上に部分的に誘電体多層膜
から成る保護膜を形成する。その後、保護膜の窓部（開
口部）より露出した異種基板や窒化物半導体を成長核と
して窒化物半導体を成長させる。上記に示すように本発
明で使用する保護膜は窒化物半導体が成長しにくいもの
であるため、保護膜上には窒化物半導体は成長をせずに
前記成長核より成長した窒化物半導体が保護膜上を横方
向成長することとなる。さらに、隣り合う窒化物半導体
同士がこの横方向成長を続けることにより保護膜上で接
合し、平坦化することで窒化物半導体基板となる。この
ような窒化物半導体基板を図１に示す。また、図２に示
すように窒化物半導体に凹凸の段差を有し、平面部に保
護膜を形成するものであって、保護膜は凹部底面か凸部
上面のどちらか一方に形成されていればよい。
体成長基板を以下に示す。まず第１の成長基板として
は、異種基板、又は異種基板上にバッファ層を形成した
もの、その他に異種基板上に窒化物半導体を形成したも
の、異種基板上にバッファ層を介して窒化物半導体を形
成したものを準備する。その上に部分的に誘電体多層膜
から成る保護膜を形成する。その後、保護膜の窓部（開
口部）より露出した異種基板や窒化物半導体を成長核と
して窒化物半導体を成長させる。上記に示すように本発
明で使用する保護膜は窒化物半導体が成長しにくいもの
であるため、保護膜上には窒化物半導体は成長をせずに
前記成長核より成長した窒化物半導体が保護膜上を横方
向成長することとなる。さらに、隣り合う窒化物半導体
同士がこの横方向成長を続けることにより保護膜上で接
合し、平坦化することで窒化物半導体基板となる。この
ような窒化物半導体基板を図１に示す。また、図２に示
すように窒化物半導体に凹凸の段差を有し、平面部に保
護膜を形成するものであって、保護膜は凹部底面か凸部
上面のどちらか一方に形成されていればよい。
【００２４】第２の成長基板としては、異種基板、又は
異種基板上にバッファ層を形成したもの、その他に異種
基板上に窒化物半導体を形成したもの、異種基板上にバ
ッファ層を介して窒化物半導体を形成したものを準備す
る。その上に部分的に誘電体多層膜から成る保護膜を形
成する。その後、保護膜の窓部（開口部）より露出した
異種基板や窒化物半導体を成長核として窒化物半導体を
成長させる。この窒化物半導体を保護膜上で横方向成長
させるが、保護膜上での接合をする前に成長を止める。
その後、保護膜を除去する。さらに、窒化物半導体を再
成長させることで平坦な窒化物半導体基板となる。ここ
で、保護膜の除去とは図３に示すような縦方向の除去や
図４に示すように多層膜の上層の一部を除去するもので
ある。これは、保護膜上での窒化物半導体同士の接合を
避けるためである。保護膜上で窒化物半導体を成長させ
れば応力が発生するため、接合部に段差やチルトが発生
してしまう。これでは窒化物半導体基板として使用した
場合に、この上に成長させる発光素子や受光素子の寿命
特性や歩留まりを低下させてしまう。そこで、ここに示
す第２の成長基板では、保護膜上での窒化物半導体同士
の接合を避けることで接合部に発生する段差やチルトを
抑制する。つまり、接合部の下には空洞を設けるもので
ある。第１の成長基板であっても第２の成長基板であっ
ても保護膜、及び窓部の幅は特に限定されない。
異種基板上にバッファ層を形成したもの、その他に異種
基板上に窒化物半導体を形成したもの、異種基板上にバ
ッファ層を介して窒化物半導体を形成したものを準備す
る。その上に部分的に誘電体多層膜から成る保護膜を形
成する。その後、保護膜の窓部（開口部）より露出した
異種基板や窒化物半導体を成長核として窒化物半導体を
成長させる。この窒化物半導体を保護膜上で横方向成長
させるが、保護膜上での接合をする前に成長を止める。
その後、保護膜を除去する。さらに、窒化物半導体を再
成長させることで平坦な窒化物半導体基板となる。ここ
で、保護膜の除去とは図３に示すような縦方向の除去や
図４に示すように多層膜の上層の一部を除去するもので
ある。これは、保護膜上での窒化物半導体同士の接合を
避けるためである。保護膜上で窒化物半導体を成長させ
れば応力が発生するため、接合部に段差やチルトが発生
してしまう。これでは窒化物半導体基板として使用した
場合に、この上に成長させる発光素子や受光素子の寿命
特性や歩留まりを低下させてしまう。そこで、ここに示
す第２の成長基板では、保護膜上での窒化物半導体同士
の接合を避けることで接合部に発生する段差やチルトを
抑制する。つまり、接合部の下には空洞を設けるもので
ある。第１の成長基板であっても第２の成長基板であっ
ても保護膜、及び窓部の幅は特に限定されない。
【００２５】また、保護膜を形成する材質及びそのペア
数、膜厚等の組み合わせにより光の反射率を調整するこ
とができ、これにより、特定波長のみ透過させ他の光を
反射させることができる。具体例としては、レーザ素子
を積層した窒化物半導体基板において、活性層から発光
した迷光（例えばレーザ光）を透過させ、その他の光は
反射させるものである。そのため、保護膜を形成したこ
とによる発光効率の低下等の問題はなくなる。
数、膜厚等の組み合わせにより光の反射率を調整するこ
とができ、これにより、特定波長のみ透過させ他の光を
反射させることができる。具体例としては、レーザ素子
を積層した窒化物半導体基板において、活性層から発光
した迷光（例えばレーザ光）を透過させ、その他の光は
反射させるものである。そのため、保護膜を形成したこ
とによる発光効率の低下等の問題はなくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。
図面を参照しながら説明する。
【００２７】本発明の窒化物半導体成長基板は、図１に
示すように、異種基板１上に第１の窒化物半導体層２を
下地層として成長し、その後、窒化物半導体が成長しな
いか、若しくは成長しにくい材料からなり窓部を有する
保護膜３を形成し、この保護膜の窓部より第２の窒化物
半導体４を成長させたものである。この保護膜３は、誘
電体多層膜からなるミラー構造を有するため、保護膜と
窓部とは視覚的にも光学的にも識別することが可能であ
る。
示すように、異種基板１上に第１の窒化物半導体層２を
下地層として成長し、その後、窒化物半導体が成長しな
いか、若しくは成長しにくい材料からなり窓部を有する
保護膜３を形成し、この保護膜の窓部より第２の窒化物
半導体４を成長させたものである。この保護膜３は、誘
電体多層膜からなるミラー構造を有するため、保護膜と
窓部とは視覚的にも光学的にも識別することが可能であ
る。
【００２８】上記異種基板１と第１の窒化物半導体層２
との間にバッファ層（図示していない。）を形成しても
よく、成長温度は２００℃〜９００℃の低温であり、Ａ
ｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）で示される。またＩｎ
を含んだ窒化物でもよく、その他にはＭｇＯやＺｎＯが
用いられる。また、膜厚は０．５μｍ〜１０オングスト
ロームの膜厚で成長する。窒化物半導体の成長方法や基
板の種類によってはバッファ層は省略することもでき
る。バッファ層には異種基板１と第１の窒化物半導体層
２との格子定数不整や熱膨張係数の違いを緩和する作用
効果を有する。
との間にバッファ層（図示していない。）を形成しても
よく、成長温度は２００℃〜９００℃の低温であり、Ａ
ｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）で示される。またＩｎ
を含んだ窒化物でもよく、その他にはＭｇＯやＺｎＯが
用いられる。また、膜厚は０．５μｍ〜１０オングスト
ロームの膜厚で成長する。窒化物半導体の成長方法や基
板の種類によってはバッファ層は省略することもでき
る。バッファ層には異種基板１と第１の窒化物半導体層
２との格子定数不整や熱膨張係数の違いを緩和する作用
効果を有する。
【００２９】ここで、第１の窒化物半導体層２、及び第
２の窒化物半導体層４は、いずれも一般式ＩｎｘＡｌｙ
Ｇａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によ
って表される組成を有する。但し、これらは互いに異な
る組成であってもよい。
２の窒化物半導体層４は、いずれも一般式ＩｎｘＡｌｙ
Ｇａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によ
って表される組成を有する。但し、これらは互いに異な
る組成であってもよい。
【００３０】本発明において、形成される保護膜の形状
としては、ストライプ状、格子状、又は階段型等、特に
限定する必要はないが、後の工程でマーカー認識できる
ように平行線を有するマスクパターンであることが望ま
しい。
としては、ストライプ状、格子状、又は階段型等、特に
限定する必要はないが、後の工程でマーカー認識できる
ように平行線を有するマスクパターンであることが望ま
しい。
【００３１】以下に、本発明の実施形態における窒化物
半導体成長基板の成長方法及び好適な材料について詳細
に説明する。
半導体成長基板の成長方法及び好適な材料について詳細
に説明する。
【００３２】まず、異種基板１上に、下地層として第１
の窒化物半導体層２を成長させる。本発明において、異
種基板１としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のい
ずれかを主面とするサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、スピネ
ル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６
Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、
Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子接合する酸化物基板を用
いることができる。
の窒化物半導体層２を成長させる。本発明において、異
種基板１としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のい
ずれかを主面とするサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、スピネ
ル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６
Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、
Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子接合する酸化物基板を用
いることができる。
【００３３】異種基板としては、成長させる窒化物半導
体に対して、格子定数及び熱膨張係数ができるだけ近い
ことが望ましく、それによって転位などの欠陥の発生が
少なくなり、また、クラック等がより生じ難くなる。ま
た、保護膜や窒化物半導体層を成長させる際の高熱やエ
ッチング等の加工工程に対して耐えられるものが望まし
い。
体に対して、格子定数及び熱膨張係数ができるだけ近い
ことが望ましく、それによって転位などの欠陥の発生が
少なくなり、また、クラック等がより生じ難くなる。ま
た、保護膜や窒化物半導体層を成長させる際の高熱やエ
ッチング等の加工工程に対して耐えられるものが望まし
い。
【００３４】次に、第１の窒化物半導体層２としては、
アンドープの窒化物半導体、ｎ型不純物としてＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ及びＳ等の少なくとも１種類をドープしたＧａ
Ｎ等の窒化物半導体を用いることができ、このｎ型不純
物濃度を１×１０１７／ｃｍ ３以下とすることができ
る。また、ｐ型不純物としてＭｇ、Ｚｎ等の少なくとも
１種類をドープしたＧａＮ等の窒化物半導体についても
用いることができる。この第１の窒化物半導体層２は、
バッファ層よりも高温で、９００℃〜１１００℃、好ま
しくは、１０５０℃程度で成長させる。第１の窒化物半
導体層２の膜厚としては、特に限定されず１〜３０μ
ｍ、好ましくは２〜２０μｍである。
アンドープの窒化物半導体、ｎ型不純物としてＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ及びＳ等の少なくとも１種類をドープしたＧａ
Ｎ等の窒化物半導体を用いることができ、このｎ型不純
物濃度を１×１０１７／ｃｍ ３以下とすることができ
る。また、ｐ型不純物としてＭｇ、Ｚｎ等の少なくとも
１種類をドープしたＧａＮ等の窒化物半導体についても
用いることができる。この第１の窒化物半導体層２は、
バッファ層よりも高温で、９００℃〜１１００℃、好ま
しくは、１０５０℃程度で成長させる。第１の窒化物半
導体層２の膜厚としては、特に限定されず１〜３０μ
ｍ、好ましくは２〜２０μｍである。
【００３５】次に、第１の窒化物半導体層２の表面上に
保護膜３を形成する。この保護膜は異種基板上に直接成
長させてもよく、又は、異種基板上に薄膜であるバッフ
ァ層のみを成長させた後、保護膜を成長させてもよい。
保護膜３を形成する。この保護膜は異種基板上に直接成
長させてもよく、又は、異種基板上に薄膜であるバッフ
ァ層のみを成長させた後、保護膜を成長させてもよい。
【００３６】この保護膜３の形状としては、保護膜の窓
部（開口部）より窒化物半導体が横方向に成長する形状
であればよくストライプ状、格子状及び、島状など特に
限定されない。さらに、保護膜上に成長させる窒化物半
導体の結晶欠陥を減らすには階段型または傾斜角度を有
するものが好ましい。
部（開口部）より窒化物半導体が横方向に成長する形状
であればよくストライプ状、格子状及び、島状など特に
限定されない。さらに、保護膜上に成長させる窒化物半
導体の結晶欠陥を減らすには階段型または傾斜角度を有
するものが好ましい。
【００３７】保護膜３の材料としては、屈折率差を有す
る誘電体多層膜を形成するものが好ましく、低屈折率と
高屈折率との材質の組み合わせにすることにより保護膜
を形成することができる。具体例としては、低屈折材質
にはＳｉＯ２（５５０ｎｍにおける屈折率１．４６、以
下同様）、Ａｌ２Ｏ３（１．７７）、ＭｇＯ（１．７
４）、ＭｇＦ２（１．３９）、ＳｉＯＮ（１．４６〜
２．０）等が挙げられ、高屈折率材質にはＳｉＮ（２．
０３）、ＡｌＮ（２．１）、ＺｒＯ２（２．１）、Ｔｉ
Ｏ２（２．５）、Ｙ２Ｏ３（１．９４）、ＨｆＯ
ｘ（２．０６）、Ｔａ２Ｏ ５（２．０７）、Ｎｂ２Ｏ５
（２．３９）等が挙げられる。また、１２００℃以上の
融点を有する金属であれば、用いることができる。膜厚
は、それぞれの波長λより膜厚＝λ／４ｎの計算式から
求めることができる。
る誘電体多層膜を形成するものが好ましく、低屈折率と
高屈折率との材質の組み合わせにすることにより保護膜
を形成することができる。具体例としては、低屈折材質
にはＳｉＯ２（５５０ｎｍにおける屈折率１．４６、以
下同様）、Ａｌ２Ｏ３（１．７７）、ＭｇＯ（１．７
４）、ＭｇＦ２（１．３９）、ＳｉＯＮ（１．４６〜
２．０）等が挙げられ、高屈折率材質にはＳｉＮ（２．
０３）、ＡｌＮ（２．１）、ＺｒＯ２（２．１）、Ｔｉ
Ｏ２（２．５）、Ｙ２Ｏ３（１．９４）、ＨｆＯ
ｘ（２．０６）、Ｔａ２Ｏ ５（２．０７）、Ｎｂ２Ｏ５
（２．３９）等が挙げられる。また、１２００℃以上の
融点を有する金属であれば、用いることができる。膜厚
は、それぞれの波長λより膜厚＝λ／４ｎの計算式から
求めることができる。
【００３８】保護膜のペア数としては、特に限定されな
いが保護膜の上に窒化物半導体層が横方向成長する膜厚
の範囲であればよく、１ペア〜５ペア以上の成膜が可能
である。
いが保護膜の上に窒化物半導体層が横方向成長する膜厚
の範囲であればよく、１ペア〜５ペア以上の成膜が可能
である。
【００３９】保護膜３の窓部（開口部）の幅としては、
保護膜の幅よりも小さく形成されていればよく、保護膜
３の大きさとしては、特に限定されないが、例えばスト
ライプで形状した場合、好ましい保護膜のストライプ幅
は５〜２００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍであ
る。また、保護膜が形成されていない窓部（開口部）幅
は、保護膜のストライプ幅よりも狭くすることが望まし
く、好ましい窓部（開口部）幅は２０μｍ以下、より好
ましくは０．５〜１０μｍである。
保護膜の幅よりも小さく形成されていればよく、保護膜
３の大きさとしては、特に限定されないが、例えばスト
ライプで形状した場合、好ましい保護膜のストライプ幅
は５〜２００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍであ
る。また、保護膜が形成されていない窓部（開口部）幅
は、保護膜のストライプ幅よりも狭くすることが望まし
く、好ましい窓部（開口部）幅は２０μｍ以下、より好
ましくは０．５〜１０μｍである。
【００４０】また、保護膜の膜厚は、特に限定されない
が、保護膜の膜厚を厚くすると後の工程において窒化物
半導体が埋まらず鏡面が得られない。そのため、好まし
い誘電体多層膜の膜厚は０．２〜３μｍ、より好ましく
は０．３〜１μｍである。ここで、保護膜３は、例え
ば、ＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、蒸着又はスパ
ッタ等を用いて成膜させることができる。この保護膜３
は所定形状のフォトレジストを形成することで、所定の
領域に選択的に形成することができる。
が、保護膜の膜厚を厚くすると後の工程において窒化物
半導体が埋まらず鏡面が得られない。そのため、好まし
い誘電体多層膜の膜厚は０．２〜３μｍ、より好ましく
は０．３〜１μｍである。ここで、保護膜３は、例え
ば、ＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、蒸着又はスパ
ッタ等を用いて成膜させることができる。この保護膜３
は所定形状のフォトレジストを形成することで、所定の
領域に選択的に形成することができる。
【００４１】次に、保護膜３上を横方向成長させること
で、基板全面に第２の窒化物半導体層４を成長させる。
第２の窒化物半導体４は、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ
１−ｘ− ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって
表される組成を有し、具体例としてはＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ等が挙げられる。また、第２の窒化物半
導体４としては、例えば、アンドープＧａＮの他に、Ｓ
ｉ等のｎ型不純物を１×１０１７／ｃｍ３以下の範囲で
ドープしたＧａＮ、又はＭｇ等のｐ型不純物をドープし
たＧａＮを用いることができる。第２の窒化物半導体４
の膜厚としては、最上面が鏡面になれば特に限定されず
１〜５０μｍ、好ましくは５〜３０μｍとする。
で、基板全面に第２の窒化物半導体層４を成長させる。
第２の窒化物半導体４は、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ
１−ｘ− ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）によって
表される組成を有し、具体例としてはＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ等が挙げられる。また、第２の窒化物半
導体４としては、例えば、アンドープＧａＮの他に、Ｓ
ｉ等のｎ型不純物を１×１０１７／ｃｍ３以下の範囲で
ドープしたＧａＮ、又はＭｇ等のｐ型不純物をドープし
たＧａＮを用いることができる。第２の窒化物半導体４
の膜厚としては、最上面が鏡面になれば特に限定されず
１〜５０μｍ、好ましくは５〜３０μｍとする。
【００４２】ここで、第２の窒化物半導体層４は保護膜
上で横方向成長する第３の窒化物半導体５を形成した
後、保護膜の一部を除去する。その後、第３の窒化物半
導体５を成長核として第２の窒化物半導体層４を成長さ
せる。以上より表面が平坦な窒化物半導体成長基板とな
る。第３の窒化物半導体５は保護膜上で接合することな
く、成長を止める。これは保護膜上で窒化物半導体を接
合させれば、応力より段差が形成され平坦化できないた
めである。また、第２の窒化物半導体層４を第３の窒化
物半導体５の上面、上面及び側面より成長させるため、
接合部には欠陥転位が集中しない。このため、レーザ素
子を形成する領域は拡大され歩留まりの向上が期待でき
る。ここで、保護膜の除去とは図３に示すように縦方向
の除去や、図４に示す表面除去がある。
上で横方向成長する第３の窒化物半導体５を形成した
後、保護膜の一部を除去する。その後、第３の窒化物半
導体５を成長核として第２の窒化物半導体層４を成長さ
せる。以上より表面が平坦な窒化物半導体成長基板とな
る。第３の窒化物半導体５は保護膜上で接合することな
く、成長を止める。これは保護膜上で窒化物半導体を接
合させれば、応力より段差が形成され平坦化できないた
めである。また、第２の窒化物半導体層４を第３の窒化
物半導体５の上面、上面及び側面より成長させるため、
接合部には欠陥転位が集中しない。このため、レーザ素
子を形成する領域は拡大され歩留まりの向上が期待でき
る。ここで、保護膜の除去とは図３に示すように縦方向
の除去や、図４に示す表面除去がある。
【００４３】第２の窒化物半導体層４の最上面が鏡面に
なるまで成長した後、レーザ等の窒化物半導体素子を成
長させるが、前記横方向成長については、何回繰り返し
行ってもよく、最後の横方向成長における保護膜のみが
ミラー特性を有する誘電体多層膜であってもよい。
なるまで成長した後、レーザ等の窒化物半導体素子を成
長させるが、前記横方向成長については、何回繰り返し
行ってもよく、最後の横方向成長における保護膜のみが
ミラー特性を有する誘電体多層膜であってもよい。
【００４４】その他の実施の形態としては第１の窒化物
半導体層に凹凸を形成し、凹部面及び／又は凸部面に誘
電体多層膜からなる保護膜を形成し、第２の窒化物半導
体層４を成長させたものである。これは、異種基板１上
に成長させた第１の窒化物半導体層２にエッチング等に
より凹凸を形成後、ミラー特性を有する保護膜３を成長
させ、その後、第２の窒化物半導体層４を成長させるも
のである。第２の窒化物半導体層４は第１の窒化物半導
体層の側面を成長核として横方向成長するため、欠陥転
位を大幅に低減することができる。
半導体層に凹凸を形成し、凹部面及び／又は凸部面に誘
電体多層膜からなる保護膜を形成し、第２の窒化物半導
体層４を成長させたものである。これは、異種基板１上
に成長させた第１の窒化物半導体層２にエッチング等に
より凹凸を形成後、ミラー特性を有する保護膜３を成長
させ、その後、第２の窒化物半導体層４を成長させるも
のである。第２の窒化物半導体層４は第１の窒化物半導
体層の側面を成長核として横方向成長するため、欠陥転
位を大幅に低減することができる。
【００４５】また、異種基板１上に第１の窒化物半導体
層２を成長後、パターン形状を有する保護膜３を形成
し、エッチング等により形成された凹部底面に保護膜を
成長させ、その後、第２の窒化物半導体層４を成長させ
ることもできる。この窒化物半導体成長基板において、
凹部底面に形成する保護膜は無くてもよい。
層２を成長後、パターン形状を有する保護膜３を形成
し、エッチング等により形成された凹部底面に保護膜を
成長させ、その後、第２の窒化物半導体層４を成長させ
ることもできる。この窒化物半導体成長基板において、
凹部底面に形成する保護膜は無くてもよい。
【００４６】以上より得られた第２の窒化物半導体層４
は、横方向成長により形成された表面領域をカソードル
ミネッセンス（ＣＬ）により観測すると、窒化物半導体
の接合部以外にはほとんど結晶欠陥が見られなくなる。
また、第３の窒化物半導体５を形成し、保護膜上で成長
を止めた後、さらに第２の窒化物半導体層４を成長させ
ることで窒化物半導体基板とする実施形態では接合部の
結晶欠陥も低減されることとなる。
は、横方向成長により形成された表面領域をカソードル
ミネッセンス（ＣＬ）により観測すると、窒化物半導体
の接合部以外にはほとんど結晶欠陥が見られなくなる。
また、第３の窒化物半導体５を形成し、保護膜上で成長
を止めた後、さらに第２の窒化物半導体層４を成長させ
ることで窒化物半導体基板とする実施形態では接合部の
結晶欠陥も低減されることとなる。
【００４７】本発明の窒化物半導体の成長方法におい
て、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層等の
窒化物半導体を成長させる方法としては、特に限定され
ないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ
（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー
法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等の方法
を適用できる。
て、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層等の
窒化物半導体を成長させる方法としては、特に限定され
ないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ
（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー
法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等の方法
を適用できる。
【００４８】また、上記に示す実施の形態において窒化
物半導体に凹凸を形成する場合のエッチング方法として
は、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法が
あり、平滑な面を形成するには、好ましくはドライエッ
チングを用いる。ドライエッチングには、例えば反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッ
チング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング
（ＥＣＲ）等の装置があり、いずれもエッチングガスを
適宜選択することにより、窒化物半導体をエッチングす
ることができる。
物半導体に凹凸を形成する場合のエッチング方法として
は、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法が
あり、平滑な面を形成するには、好ましくはドライエッ
チングを用いる。ドライエッチングには、例えば反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッ
チング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング
（ＥＣＲ）等の装置があり、いずれもエッチングガスを
適宜選択することにより、窒化物半導体をエッチングす
ることができる。
【００４９】
【実施例】以下に本発明の実施例を図１〜図４に示すが
本発明はこれに限定されない。 ［実施例１］図１に示すように、異種基板１として、Ｃ
面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板を用
い、反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キ
ャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（ト
リメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａ
Ｎよりなるバッファ層（図示されていない）を２００オ
ングストロームの膜厚で成長させる。
本発明はこれに限定されない。 ［実施例１］図１に示すように、異種基板１として、Ｃ
面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板を用
い、反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キ
ャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（ト
リメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａ
Ｎよりなるバッファ層（図示されていない）を２００オ
ングストロームの膜厚で成長させる。
【００５０】次に、バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止め
て、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になっ
たら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドー
プＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２を２．５μｍ
の膜厚で成長させる。
て、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になっ
たら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドー
プＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２を２．５μｍ
の膜厚で成長させる。
【００５１】第１の窒化物半導体層２成長後、ウェーハ
を反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体層２
の表面に、ＥＣＲスパッタ装置によりＳｉＯ２を９４２
オングストローム、ＳｉＮｘを６７７オングストローム
成膜するのを１ペアとして３ペア成膜し、保護膜の膜厚
を４８５７オングストロームとする。この保護膜をスト
ライプ幅１４μｍ、ストライプの窓部（開口部）幅６μ
ｍとし、ＭＯＶＰＥ装置に移動させる。
を反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体層２
の表面に、ＥＣＲスパッタ装置によりＳｉＯ２を９４２
オングストローム、ＳｉＮｘを６７７オングストローム
成膜するのを１ペアとして３ペア成膜し、保護膜の膜厚
を４８５７オングストロームとする。この保護膜をスト
ライプ幅１４μｍ、ストライプの窓部（開口部）幅６μ
ｍとし、ＭＯＶＰＥ装置に移動させる。
【００５２】ウェーハを再度、ＭＯＶＰＥの反応容器に
セット後、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．
２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ
（Ｖ／III比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる
第２の窒化物半導体層４を２０μｍの膜厚で成長させ
る。
セット後、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．
２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ
（Ｖ／III比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる
第２の窒化物半導体層４を２０μｍの膜厚で成長させ
る。
【００５３】得られた第２の窒化物半導体層４の表面
は、窒化物半導体同士の接合部以外はほとんど結晶欠陥
が見られず、マーカー認識が正確かつ容易にできる窒化
物半導体成長基板を提供することができた。
は、窒化物半導体同士の接合部以外はほとんど結晶欠陥
が見られず、マーカー認識が正確かつ容易にできる窒化
物半導体成長基板を提供することができた。
【００５４】［実施例２］実施例１において、保護膜に
用いる材質は同様にＳｉＯ２とＳｉＮｘとを用い、それ
ぞれの膜厚をＳｉＯ２が９４２オングストローム、Ｓｉ
Ｎｘが６７７オングストロームとし、２ペアからなる誘
電体多層膜とする他は同様にして行った。得られた窒化
物半導体成長基板は実施例１と同様に良好な結果が得ら
れた。
用いる材質は同様にＳｉＯ２とＳｉＮｘとを用い、それ
ぞれの膜厚をＳｉＯ２が９４２オングストローム、Ｓｉ
Ｎｘが６７７オングストロームとし、２ペアからなる誘
電体多層膜とする他は同様にして行った。得られた窒化
物半導体成長基板は実施例１と同様に良好な結果が得ら
れた。
【００５５】［実施例３］図２に示すように、異種基板
１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファ
イア基板を用い、反応容器内にセットし、温度を５１０
℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア
基板上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていな
い）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファ
イア基板を用い、反応容器内にセットし、温度を５１０
℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア
基板上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていな
い）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５６】次に、バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止め
て、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になっ
たら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドー
プＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２を２．５μｍ
の膜厚で成長させる。
て、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になっ
たら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドー
プＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２を２．５μｍ
の膜厚で成長させる。
【００５７】第１の窒化物半導体層２成長後、ウェーハ
を反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体２の
表面に、ＥＣＲスパッタ装置によりＳｉＯ２を９４２オ
ングストローム、ＳｉＮｘを６７７オングストローム成
膜するのを１ペアとして３ペア成膜し、保護膜の膜厚を
４８５７オングストロームとする。この保護膜をストラ
イプ幅１４μｍ、ストライプ窓部（開口部）幅６μｍと
し、その後、エッチングにより凹凸を形成後、凹部にも
３ペアの保護膜３を成膜し、ＭＯＶＰＥ装置に移動させ
る。
を反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体２の
表面に、ＥＣＲスパッタ装置によりＳｉＯ２を９４２オ
ングストローム、ＳｉＮｘを６７７オングストローム成
膜するのを１ペアとして３ペア成膜し、保護膜の膜厚を
４８５７オングストロームとする。この保護膜をストラ
イプ幅１４μｍ、ストライプ窓部（開口部）幅６μｍと
し、その後、エッチングにより凹凸を形成後、凹部にも
３ペアの保護膜３を成膜し、ＭＯＶＰＥ装置に移動させ
る。
【００５８】ウェーハを再度、ＭＯＶＰＥの反応容器に
セット後、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．
２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ
（Ｖ／III比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる
第２の窒化物半導体層４を２０μｍの膜厚で成長させ
る。
セット後、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．
２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ
（Ｖ／III比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる
第２の窒化物半導体層４を２０μｍの膜厚で成長させ
る。
【００５９】得られた窒化物半導体基板の第２の窒化物
半導体層４の表面は、実施例１と同様に窒化物半導体同
士の接合部以外はほとんど結晶欠陥が見られず、マーカ
ー認識が正確かつ容易にできる窒化物半導体成長基板を
提供することができる。
半導体層４の表面は、実施例１と同様に窒化物半導体同
士の接合部以外はほとんど結晶欠陥が見られず、マーカ
ー認識が正確かつ容易にできる窒化物半導体成長基板を
提供することができる。
【００６０】［実施例４］実施例３において、ストライ
プ形状の保護膜３を形成後、保護膜の窓部よりエッチン
グする工程で異種基板１が露出するまでエッチングを行
い、その後、凹部には保護膜を成膜せずに第２の窒化物
半導体層４を成長させる他は実施例１と同様にして窒化
物半導体基板を成長する。得られる窒化物半導体成長基
板は実施例１と同様な結果が得られる。
プ形状の保護膜３を形成後、保護膜の窓部よりエッチン
グする工程で異種基板１が露出するまでエッチングを行
い、その後、凹部には保護膜を成膜せずに第２の窒化物
半導体層４を成長させる他は実施例１と同様にして窒化
物半導体基板を成長する。得られる窒化物半導体成長基
板は実施例１と同様な結果が得られる。
【００６１】［実施例５］図３に示すように、異種基板
１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファ
イア基板を用い、反応容器内にセットし、温度を５１０
℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア
基板上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていな
い）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。次
に、バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０
５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりな
る第１の窒化物半導体層２を２．５μｍの膜厚で成長さ
せる。
１として、Ｃ面を主面、オリフラ面をＡ面とするサファ
イア基板を用い、反応容器内にセットし、温度を５１０
℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア
基板上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていな
い）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。次
に、バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０
５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりな
る第１の窒化物半導体層２を２．５μｍの膜厚で成長さ
せる。
【００６２】第１の窒化物半導体層２成長後、ウェーハ
を反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体層２
の表面に、ＥＣＲスパッタ装置によりＳｉＯ２を９４２
オングストローム、ＳｉＮｘを６７７オングストローム
成膜するのを１ペアとして３ペア成膜し、保護膜の膜厚
を４８５７オングストロームとする。この保護膜をスト
ライプ幅１４μｍ、ストライプの窓部（開口部）幅６μ
ｍとし、ＭＯＶＰＥ装置に移動させる。
を反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体層２
の表面に、ＥＣＲスパッタ装置によりＳｉＯ２を９４２
オングストローム、ＳｉＮｘを６７７オングストローム
成膜するのを１ペアとして３ペア成膜し、保護膜の膜厚
を４８５７オングストロームとする。この保護膜をスト
ライプ幅１４μｍ、ストライプの窓部（開口部）幅６μ
ｍとし、ＭＯＶＰＥ装置に移動させる。
【００６３】ウェーハを再度、ＭＯＶＰＥの反応容器に
セット後、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．
２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ
（Ｖ／III比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる
第３の窒化物半導体５を保護膜上に横方向成長させる。
その後、保護膜上で第３の窒化物半導体同士が接合する
前に成長を止める。次に、第２の窒化物半導体層４を膜
厚２０μｍで成長させる。
セット後、温度を１０５０℃にして、アンモニアを０．
２７ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを２２５μｍｏｌ／ｍｉｎ
（Ｖ／III比＝１２００）でアンドープＧａＮよりなる
第３の窒化物半導体５を保護膜上に横方向成長させる。
その後、保護膜上で第３の窒化物半導体同士が接合する
前に成長を止める。次に、第２の窒化物半導体層４を膜
厚２０μｍで成長させる。
【００６４】得られた第２の窒化物半導体層４の表面
は、窒化物半導体同士の接合部にも結晶欠陥が見られ
ず、マーカー認識が正確かつ容易にできる窒化物半導体
成長基板を提供することができた。また、この窒化物半
導体成長基板上に形成した窒化物半導体レーザ素子にお
いて、迷光を逃がすことでレーザ光のノイズ成分を低減
することができる。
は、窒化物半導体同士の接合部にも結晶欠陥が見られ
ず、マーカー認識が正確かつ容易にできる窒化物半導体
成長基板を提供することができた。また、この窒化物半
導体成長基板上に形成した窒化物半導体レーザ素子にお
いて、迷光を逃がすことでレーザ光のノイズ成分を低減
することができる。
【００６５】［実施例６］実施例５において、第３の窒
化物半導体を成長後、図３に示すように保護膜を中央部
のみ除去する。その他の条件は実施例１と同様とする。
これにより、窒化物半導体成長基板には空洞を有するた
めエアギャップ効果により基板の反りを緩和することが
できる。
化物半導体を成長後、図３に示すように保護膜を中央部
のみ除去する。その他の条件は実施例１と同様とする。
これにより、窒化物半導体成長基板には空洞を有するた
めエアギャップ効果により基板の反りを緩和することが
できる。
【００６６】［実施例７］実施例５において、第３の窒
化物半導体を成長後、図３に示すように保護膜を表面の
１ペアのみ除去する。その他の条件は実施例１と同様と
する。これにより、上記実施例の効果だけでなく窒化物
半導体成長基板には空洞を有するためエアギャップ効果
により基板の反りを緩和することができる。
化物半導体を成長後、図３に示すように保護膜を表面の
１ペアのみ除去する。その他の条件は実施例１と同様と
する。これにより、上記実施例の効果だけでなく窒化物
半導体成長基板には空洞を有するためエアギャップ効果
により基板の反りを緩和することができる。
【００６７】［実施例８］実施例５において、第３の窒
化物半導体を成長後、保護膜を除去することで第１の窒
化物半導体層を露出する。次に、第３の窒化物半導体、
及び第１の窒化物半導体層から第２の窒化物半導体層を
成長させて平坦な窒化物半導体成長基板とする。得られ
た第２の窒化物半導体層４の表面は、窒化物半導体同士
の接合部にも結晶欠陥が見られず、マーカー認識が正確
かつ容易にできる窒化物半導体成長基板となる。
化物半導体を成長後、保護膜を除去することで第１の窒
化物半導体層を露出する。次に、第３の窒化物半導体、
及び第１の窒化物半導体層から第２の窒化物半導体層を
成長させて平坦な窒化物半導体成長基板とする。得られ
た第２の窒化物半導体層４の表面は、窒化物半導体同士
の接合部にも結晶欠陥が見られず、マーカー認識が正確
かつ容易にできる窒化物半導体成長基板となる。
【００６８】
【発明の効果】本発明における窒化物半導体成長基板
は、保護膜を誘電体多層膜から成るミラー構造とするこ
とにより、窒化物半導体層の成長後においても窒化物半
導体層内にある保護膜がミラー特性を有するため正確か
つ容易に保護膜と窓部の位置認識をすることができる。
そのため、後の工程の管理や加工工程での精度や歩留ま
りの向上が可能となり、更に、横方向成長を利用した窒
化物半導体基板であるから、結晶欠陥の転位を減少させ
た低欠陥である結晶性のよい窒化物半導体基板を提供す
ることができる。
は、保護膜を誘電体多層膜から成るミラー構造とするこ
とにより、窒化物半導体層の成長後においても窒化物半
導体層内にある保護膜がミラー特性を有するため正確か
つ容易に保護膜と窓部の位置認識をすることができる。
そのため、後の工程の管理や加工工程での精度や歩留ま
りの向上が可能となり、更に、横方向成長を利用した窒
化物半導体基板であるから、結晶欠陥の転位を減少させ
た低欠陥である結晶性のよい窒化物半導体基板を提供す
ることができる。
【図１】本発明の窒化物半導体成長基板を模式的に示す
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体成長基板を模式的に示す
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体成長基板を模式的に示す
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の窒化物半導体成長基板を模式的に示す
断面図である。
断面図である。
【図５】本発明における一実施形態のシミュレーション
図である。
図である。
１・・・異種基板 ２・・・第１の窒化物半導体層 ３・・・保護膜 ４・・・第２の窒化物半導体層 ５・・・第３の窒化物半導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE15 DB01 ED05 ED06 EE06 EF03 TC13 TC19 5F041 AA36 AA40 CA34 CA49 CA56 CA57 CA64 CA67 CA74 5F045 AA04 AB14 AB17 AB18 AB31 AB32 AB33 AB34 AB37 AC08 AC12 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AF02 AF03 AF04 AF06 AF09 AF13 AF20 CA10 CA12 DA53 DC51 DC53 DC62 5F073 CA17 CB03 DA05 DA06 DA35 EA06 EA29
Claims (19)
- 【請求項１】 窒化物半導体が成長可能な異種基板上
に、下地層となる第１の窒化物半導体層、その上に窓部
を有する保護膜が設けられ、前記保護膜は、誘電体多層
膜からなるミラー構造を有し、保護膜上に横方向成長さ
せた第２の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒
化物半導体成長基板。 - 【請求項２】 前記保護膜が紫外光〜赤外光から選ばれ
る波長光において特定の波長光以外の波長光については
透過させることなく反射させるミラー特性を有する保護
膜であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導
体成長基板。 - 【請求項３】 前記特定の波長光が可視光であることを
特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体成長基板。 - 【請求項４】 前記特定の波長光が３８０ｎｍ〜４８０
ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半
導体成長基板。 - 【請求項５】 前記保護膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ
素、窒化酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、
酸化アルミニウム、窒化アルミニウムから成る誘電体、
又は融点１２００℃以上の金属から成る群から選択され
た少なくとも２種以上から成る多層膜であることを特徴
とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体成長基板。 - 【請求項６】 前記保護膜は、酸化ケイ素と窒化ケイ素
とからなる誘電体多層膜であることを特徴とする請求項
１乃至５に記載の窒化物半導体成長基板。 - 【請求項７】 前記保護膜は、１ペア以上５ペア以下の
積層構造を有する誘電体多層膜であることを特徴とする
請求項１乃至６に記載の窒化物半導体成長基板。 - 【請求項８】 前記保護膜が、ストライプ状、格子状等
の平行線を有するマスクパターンとして形成されること
を特徴とする請求項１乃至７に記載の窒化物半導体成長
基板。 - 【請求項９】 前記保護膜が凹凸を有する窒化物半導体
層の凹部及び／又は凸部に形成されていることを特徴と
する請求項１乃至８に記載の窒化物半導体成長基板。 - 【請求項１０】 前記窒化物半導体層の凹部は異種基板
が露出されていることを特徴とする請求項９に記載の窒
化物半導体成長基板。 - 【請求項１１】 前記保護膜は最上層が酸化ケイ素であ
ることを特徴とする請求項１乃至１０に記載の窒化物半
導体成長基板。 - 【請求項１２】 前記異種基板が（０００１）面を主面
とするサファイアであり、前記保護膜はそのサファイア
の（１１２−０）面に対して垂直なストライプ形状を有
するか、若しくは前記異種基板が（１１２−０）面を主
面とするサファイアであり、前記保護膜はそのサファイ
アの（１１−０２）面に対して垂直なストライプ形状を
有するものであることを特徴とする請求項１に記載の窒
化物半導体成長基板。 - 【請求項１３】 前記異種基板が（１１１）面を主面と
するスピネルであり、前記保護膜は、そのスピネルの
（１１０）面に対して垂直なストライプ形状を有するも
のであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導
体成長基板。 - 【請求項１４】 前記異種基板は、シリコン、炭化珪
素、砒化ガリウム、又は、酸化亜鉛であることを特徴と
する請求項１に記載の窒化物半導体成長基板。 - 【請求項１５】 前記保護膜はλ１を透過光とし、λ２
を反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＜λ２）に
おいて、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料
の屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、 【式１】 なる上記式１で示される多層膜であることを特徴とする
請求項１乃至１４に記載の窒化物半導体成長基板。 - 【請求項１６】 前記多層膜はλ１を透過光とし、λ２
を反射光とする任意の波長λ１、λ２（λ１＞λ２）に
おいて、ｎｒ＝ｎＨ／ｎＬであり、ｎＨは高屈折率材料
の屈折率、ｎＬは低屈折率材料の屈折率とすれば、 【式２】 なる上記式２で示される多数膜であることを特徴とする
請求項１乃至１４に記載の窒化物半導体成長基板。 - 【請求項１７】 前記λ１の波長は窒化物半導体レーザ
の発振波長領域であることを特徴とする請求項１５又は
１６に記載の窒化物半導体成長基板。 - 【請求項１８】 前記λ１の波長は３５０〜５２０ｎｍ
であることを特徴とする請求項１５乃至１７に記載の窒
化物半導体成長基板。 - 【請求項１９】 前記λ２はλ１との波長差が２０ｎｍ
以上であることを特徴とする請求項１５乃至１８に記載
の窒化物半導体成長基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001359857A JP3849506B2 (ja) | 2000-11-28 | 2001-11-26 | 窒化物半導体成長基板および保護膜を用いた窒化物半導体基板の成長方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000361733 | 2000-11-28 | ||
| JP2000-361733 | 2000-11-28 | ||
| JP2001359857A JP3849506B2 (ja) | 2000-11-28 | 2001-11-26 | 窒化物半導体成長基板および保護膜を用いた窒化物半導体基板の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002231647A true JP2002231647A (ja) | 2002-08-16 |
| JP3849506B2 JP3849506B2 (ja) | 2006-11-22 |
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|---|---|
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-
2001
- 2001-11-26 JP JP2001359857A patent/JP3849506B2/ja not_active Expired - Fee Related
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