JP2002280308A - Method of growing nitride semiconductor and element using the same - Google Patents

Method of growing nitride semiconductor and element using the same

Info

Publication number
JP2002280308A
JP2002280308A JP2001077001A JP2001077001A JP2002280308A JP 2002280308 A JP2002280308 A JP 2002280308A JP 2001077001 A JP2001077001 A JP 2001077001A JP 2001077001 A JP2001077001 A JP 2001077001A JP 2002280308 A JP2002280308 A JP 2002280308A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride semiconductor
layer
semiconductor layer
growth
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001077001A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3562478B2 (en
Inventor
Toru Takasone
徹 高曽根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Chemical Industries Ltd filed Critical Nichia Chemical Industries Ltd
Priority to JP2001077001A priority Critical patent/JP3562478B2/en
Publication of JP2002280308A publication Critical patent/JP2002280308A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3562478B2 publication Critical patent/JP3562478B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a growth method for a nitride semiconductor, which can be used for element structure in the arrangement of the element structure of a counter electrode, out of, by reducing the through transposition of a nitride semiconductor. SOLUTION: This growth method possesses a process of selectively forming a first surface 1 on the surface of a first nitride semiconductor 1 and a second surface 2 larger in the growth speed of a nitride semiconductor than that first surface, and a process of growing the a second nitride semiconductor 12 on the first surface 1 and the second surface of the first nitride semiconductor 1. Hereby, the growth from the second surface is performed to cover the first surface 1, whereby defect density can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、窒化物半導体の成長方
法及びそれを用いた窒化物半導体素子に係り、特に窒化
物半導体基板及びそれを用いた素子に関する。
The present invention relates to a method for growing a nitride semiconductor and a nitride semiconductor device using the same, and more particularly, to a nitride semiconductor substrate and a device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化物半導体を用いたレーザ素子は、主
に青色〜紫色の短い波長のレーザ光を発振するものであ
り、光ディスク装置などその特性を活かして様々な用途
が検討されている。このレーザ素子の連続発振は、近年
実現され、実用化されているが、その応用において素子
の特性が十分満足のいくものではなく、さらなる素子特
性の向上が求められている。また、窒化物半導体素子を
用いたLEDでは、紫外域〜赤色の発光色が得られ、そ
の他にも受光素子、トランジスタなどの様々な素子にも
用いることができる。
2. Description of the Related Art A laser device using a nitride semiconductor mainly oscillates a laser beam having a short wavelength of blue to violet, and various uses thereof such as an optical disk device are under study. The continuous oscillation of this laser device has been realized and put into practical use in recent years, but the characteristics of the device are not sufficiently satisfactory in its application, and further improvement in device characteristics is required. In addition, an LED using a nitride semiconductor element can emit light in the ultraviolet region to red, and can be used for various elements such as a light receiving element and a transistor.

【0003】このような窒化物半導体素子は、主に窒化
物半導体と異なる材料の異種基板において、低温成長バ
ッファ層を形成しその上に、その温度よりも高温で成長
させた窒化物半導体などの下地層を介して素子構造が形
成される。しかし、上記素子の中でも大電流、高出力で
の駆動が必要なLD、高出力タイプのLEDなどでは、
結晶欠陥、特に貫通転位などの転位密度が素子特性を決
定する大きな要因となっている。これは、転位密度が大
きくなると、上記大電流、高出力駆動下で、素子特性が
悪化し、実用に足る素子が得られ難いことにある。この
ため、このような窒化物半導体素子には、ELOG(Ep
itaxially Lateral Overgrowth)などの横方向の成長を
用いて成膜される窒化物半導体層を下地層とし、その下
地層の上に素子構造を形成することで、転位密度の良好
な基板を用いることとなり、上記問題を解決できる。ま
た、異種基板上に、ELOGなどの横方向成長を用いた
窒化物半導体基板を形成後、異種基板を除去して、窒化
物半導体の単体基板とすることもできる。このような下
地層、窒化物半導体基板は、上述した他の素子にも適用
できる。
[0003] Such a nitride semiconductor device is mainly formed by forming a low-temperature growth buffer layer on a heterogeneous substrate made of a different material from the nitride semiconductor, and then growing the buffer layer at a temperature higher than that temperature. An element structure is formed via the underlayer. However, among the above-mentioned elements, LDs requiring high current and high output driving, high output type LEDs, etc.
Crystal defects, particularly dislocation densities such as threading dislocations, are a major factor in determining device characteristics. This is because, when the dislocation density is increased, the element characteristics are deteriorated under the above-mentioned large current and high output driving, and it is difficult to obtain a practically usable element. For this reason, such a nitride semiconductor device includes ELOG (Ep
By using a nitride semiconductor layer formed using lateral growth such as itaxially lateral overgrowth as an underlayer and forming an element structure on the underlayer, a substrate with a good dislocation density can be used. Can solve the above problem. Alternatively, after forming a nitride semiconductor substrate using lateral growth such as ELOG on a heterogeneous substrate, the heterogeneous substrate may be removed to form a nitride semiconductor single substrate. Such an underlayer and a nitride semiconductor substrate can be applied to the other devices described above.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、EL
OGなどの横方向成長を伴って成膜された窒化物半導体
として知られた方法に、窒化物半導体の上に選択的にS
iOなどのマスクを表面に形成し、マスク開口部から
窒化物半導体を成長させ、マスク上部でマスクを覆うよ
うに横方向成長させて、成膜させる方法がある。しか
し、この方法では、マスク材料が、窒化物半導体内部に
残されることになり、素子構造によっては、マスクによ
り電流の流れが阻害されるものとなるため、素子構造が
制限される場合がある。また、図6に示すように、横方
向の成長で、隣接する各々の横方向成長の窒化物半導体
同士と接合することで成膜されるが、このような方法で
は、接合する前までは、異なるマスク開口部から成長し
た各々の窒化物半導体は、分離して成長される状態にあ
ることから、各窒化物半導体の成長速度の違いにより、
図に示す接合部の位置が変化し、各々の窒化物半導体が
個々に成長することからこれを制御することは困難であ
る。このことで、図に示す接合の不良を招いたり、場所
により接合されない部分が存在したり、接合位置にばら
つきを発生させ、窒化物半導体基板として、取り扱いの
困難なものとなる。このように分離して成長させる段階
を経る窒化物半導体の成長方法では、マスク材料を用い
ない方法でも存在し、例えばエッチングなどにより島状
若しくは、凹凸を形成した窒化物半導体から成長させる
方法でも、接合するまでは、個々の窒化物半導体は、互
いに干渉せずに横方向成長することから、横方向成長速
度の僅かな差でも、接合位置のばらつき、接合不良を生
み出す原因となる。
As described above, the EL
A method known as a nitride semiconductor formed with lateral growth, such as OG, is used to selectively deposit S on the nitride semiconductor.
There is a method in which a mask of iO 2 or the like is formed on the surface, a nitride semiconductor is grown from a mask opening, and a lateral direction is grown so as to cover the mask above the mask, thereby forming a film. However, in this method, the mask material is left inside the nitride semiconductor, and depending on the element structure, the flow of current is hindered by the mask, so that the element structure may be limited. In addition, as shown in FIG. 6, in the lateral growth, a film is formed by joining with each of the adjacent laterally grown nitride semiconductors. Since each nitride semiconductor grown from a different mask opening is in a state of being grown separately, a difference in the growth rate of each nitride semiconductor causes
Since the position of the junction shown in the figure changes and each nitride semiconductor grows individually, it is difficult to control this. As a result, the bonding failure shown in the figure is caused, there is a portion that is not bonded depending on the location, or a variation occurs in the bonding position, which makes the nitride semiconductor substrate difficult to handle. In the method of growing a nitride semiconductor through the step of growing separately as described above, there is also a method that does not use a mask material, for example, a method of growing from a nitride semiconductor having islands or irregularities formed by etching, Until bonding, the individual nitride semiconductors grow laterally without interfering with each other. Therefore, even a slight difference in the growth rate in the horizontal direction causes variations in bonding positions and poor bonding.

【0005】従って、結晶性に優れた窒化物半導体の成
長方法において、制御性に優れ、得られる窒化物半導体
の結晶性にばらつきの少ない方法が、量産などにおい
て、必要となる。
Therefore, in a method of growing a nitride semiconductor having excellent crystallinity, a method which is excellent in controllability and has a small variation in the crystallinity of the obtained nitride semiconductor is required for mass production and the like.

【0006】さらに、図6に示すように、横方向に成長
させる場合でも、膜厚方向への成長も発現し、このこと
から、マスク領域、若しくは隣り合う窒化物半導体の成
長表面の距離、すなわち横方向成長させる距離が長くな
れば、必然的に厚膜になる傾向にある。窒化物半導体の
膜厚が大きくなるとコストが増大し、また、異種基板上
に成長させた場合には基板が反る問題も、膜厚が大きく
なるに従って、反りも大きくなるため、反りの大きな窒
化物半導体は、素子構造の形成などにおいて、取り扱い
を困難なものとする。このため、窒化物半導体の膜厚
は、できるだけ薄く形成することが好ましいものとな
る。一方で、横方向成長領域を大きくすると、横方向成
長により形成された領域では、貫通転位が窒化物半導体
の成長と共に進行して、膜厚方向に転位が進行しないこ
とから、横方向成長領域では、貫通転位の少ない領域と
なり、LD、LEDなどではこの低転位欠陥密度領域を
利得領域、電流注入領域、若しくは発光再結合領域とし
て、利用することから、広い低転位欠陥密度領域であれ
ば素子の特性に有利なものとなる。従って、従来の窒化
物半導体の成長方法では、貫通転位などの欠陥密度が低
い領域を形成しようとすると、横方向成長させる距離も
しくは面積を大きくする必要があり、横方向成長領域を
大きくすると、必然的に窒化物半導体の膜厚が大きくな
り、窒化物半導体素子に用いるのに不利なものとなる。
また、横方向成長距離が長くなると、上述した各々の窒
化物半導体の成長速度の差に起因する接合不良の発生率
も増大し、ついには良好な接合が困難となる。すなわ
ち、この問題も、横方向成長時に、各窒化物半導体が分
離されて、個々に成長することに起因する問題であると
も考えられる。
Further, as shown in FIG. 6, even in the case of growing in the lateral direction, growth in the film thickness direction also occurs, which indicates that the distance between the mask region or the growth surface of the adjacent nitride semiconductor, that is, As the distance for lateral growth increases, the film tends to be thicker. As the thickness of the nitride semiconductor increases, the cost increases. In addition, when the nitride semiconductor is grown on a heterogeneous substrate, the substrate warps, and as the film thickness increases, the warpage increases. The material semiconductor is difficult to handle in forming an element structure or the like. For this reason, it is preferable that the nitride semiconductor be formed as thin as possible. On the other hand, when the lateral growth region is enlarged, in the region formed by the lateral growth, threading dislocations progress with the growth of the nitride semiconductor and dislocations do not progress in the film thickness direction. In the LD, LED, and the like, the low dislocation defect density region is used as a gain region, a current injection region, or a light emitting recombination region. This is advantageous for the characteristics. Therefore, in the conventional method for growing a nitride semiconductor, in order to form a region having a low defect density such as threading dislocations, it is necessary to increase the distance or area for the lateral growth. As a result, the thickness of the nitride semiconductor becomes large, which is disadvantageous for use in nitride semiconductor devices.
In addition, when the lateral growth distance becomes longer, the occurrence rate of bonding failure due to the difference between the growth rates of the respective nitride semiconductors also increases, and good bonding becomes difficult at last. That is, it is considered that this problem is also caused by the fact that each nitride semiconductor is separated and grown individually during the lateral growth.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであり、特に転位密度を低減し、且つその制
御に優れた窒化物半導体の成長方法を提供するものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in particular, to provide a method for growing a nitride semiconductor which has reduced dislocation density and is excellent in its control.

【0008】本発明は、以下の(1)〜(5)の構成に
より、課題を解決するものである。 (1)第1の窒化物半導体表面に、選択的に第1の表面
と、該第1の表面よりも窒化物半導体の成長速度の大き
い第2の表面とを形成する工程と、該工程の後、第1の
窒化物半導体の第1の表面及び第2の表面に第2の窒化
物半導体を成長させる工程とを具備してなることを特徴
とする窒化物半導体の成長方法。この方法により、第2
の窒化物半導体層は、第1の表面、第2の表面から異な
る成長速度で成長され、このことにより各表面上で異な
る成長形態が実現され、結果として、第1の表面上の第
2の窒化物半導体層には、貫通転位が低減された低欠陥
密度領域が形成される。さらに、第1の表面、第2の表
面から、窒化物半導体が成長するため、従来のように独
立して成長させることがなく、互いに影響されながら窒
化物半導体が成長することで、膜厚を小さくして貫通転
位の低減、鏡面の表面が得られ、さらにその成長を容易
に制御可能である。この時、第1の表面、第2の表面
は、第1の窒化物半導体層にそれぞれ複数設けられ、好
ましくは交互に設けられることで、互いに影響した成長
が可能である。また、第1の表面、第2の表面の形状
は、特に限定されないが、好ましくはストライプ状とし
て、交互に形成されることで、良好な第2の窒化物半導
体層の成長が可能となる。 (2)前記第1の表面が、第2の表面よりも大きな凹凸
を有していることを特徴とする請求項1記載の窒化物半
導体の成長方法。このことにより、上述したような成長
速度の差が発生し、転位欠陥密度の低減に寄与するもの
となる。また、表面に凹凸を呈していることで、凹凸を
有する第1の表面では、成長初期において2次元成長、
3次元成長が混在した複雑な成長形態が起こると考えら
れ、これにより第1の窒化物半導体層から第2の窒化物
半導体層に伝搬する貫通転位の数を低減することができ
る。 (3)前記第1の表面及び第2の表面を形成する工程
が、前記第1の窒化物半導体表面に選択的にマスクを形
成して、マスクが形成されていない非マスク領域の第1
の窒化物半導体を熱分解により一部を除去して第1の表
面を形成し、該マスクを除去して第2の表面を形成する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の窒化物半導体の
成長方法。このように熱処理により、第1の表面、第2
の表面を形成することで、容易に成長速度に差が設けら
れる表面が形成され、また上述した第2の窒化物半導体
層に伝搬する貫通転位を低減する凹凸を呈した表面が容
易に形成することができる。 (4)前記第2の窒化物半導体を下地層とし、該下地層
の上に、窒化物半導体を有する素子構造が設けられた窒
化物半導体素子。第2の窒化物半導体層を成長基板とし
て用いることで、結晶性に優れた素子構造が形成され、
さらにその低欠陥密度領域B内に、活性層に電流が流れ
る電流領域を選択的に設けることで、高出力、長寿命の
窒化物半導体素子が得られる。 (5)前記第2の窒化物半導体が、窒化物半導体を有す
る素子構造内に設けられていることを特徴とする窒化物
半導体素子。本発明の第2の窒化物半導体層は、従来の
横方向成長法と異なり、薄膜で良好な鏡面有する層が形
成できるため、この第2の窒化物半導体層を素子構造内
に設けることも可能となり、素子構造設計の自由度が大
きくなる。
The present invention solves the problem by the following constitutions (1) to (5). (1) selectively forming, on the first nitride semiconductor surface, a first surface and a second surface having a higher growth rate of the nitride semiconductor than the first surface; And a step of growing a second nitride semiconductor on the first surface and the second surface of the first nitride semiconductor. By this method, the second
Are grown at different growth rates from the first surface and the second surface, thereby realizing different growth morphologies on each surface, and consequently, the second semiconductor layer on the first surface. A low defect density region with reduced threading dislocations is formed in the nitride semiconductor layer. Further, since the nitride semiconductor grows from the first surface and the second surface, the nitride semiconductor does not grow independently as in the conventional case. By reducing the size, threading dislocations can be reduced and a mirror surface can be obtained, and the growth can be easily controlled. At this time, a plurality of first surfaces and a plurality of second surfaces are provided on the first nitride semiconductor layer, and preferably, the first surface and the second surface are alternately provided. In addition, the shapes of the first surface and the second surface are not particularly limited, but are preferably formed alternately in a stripe shape, so that a favorable second nitride semiconductor layer can be grown. (2) The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the first surface has irregularities larger than the second surface. As a result, the above-described difference in growth rate occurs, which contributes to a reduction in dislocation defect density. In addition, since the surface has irregularities, the first surface having irregularities has two-dimensional growth in the initial stage of growth.
It is considered that a complex growth mode in which three-dimensional growth is mixed occurs, whereby the number of threading dislocations propagating from the first nitride semiconductor layer to the second nitride semiconductor layer can be reduced. (3) The step of forming the first surface and the second surface includes selectively forming a mask on the surface of the first nitride semiconductor, and forming a first mask on a non-mask region where the mask is not formed.
3. The nitride semiconductor according to claim 1, wherein a portion of the nitride semiconductor is removed by thermal decomposition to form a first surface, and the mask is removed to form a second surface. Growth method. Thus, the first surface and the second surface
By forming the surface, a surface having a difference in growth rate is easily formed, and a surface having irregularities for reducing threading dislocations propagating to the second nitride semiconductor layer is easily formed. be able to. (4) A nitride semiconductor device in which the second nitride semiconductor is used as an underlayer, and an element structure having the nitride semiconductor is provided on the underlayer. By using the second nitride semiconductor layer as a growth substrate, an element structure with excellent crystallinity is formed,
Further, by selectively providing a current region in which current flows through the active layer in the low defect density region B, a nitride semiconductor device with high output and long life can be obtained. (5) The nitride semiconductor device, wherein the second nitride semiconductor is provided in an element structure including the nitride semiconductor. Unlike the conventional lateral growth method, the second nitride semiconductor layer of the present invention can be formed as a thin film having a good mirror surface. Therefore, the second nitride semiconductor layer can be provided in the element structure. And the degree of freedom in element structure design is increased.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明に用いる窒化物半導体は、
窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に窒化
物半導体を形成したものを用いても良く、また、Ga
N、AlNなどの窒化物半導体の単体基板、若しくは後
述する単体化された窒化物半導体基板を用いても良い。
具体的には、第1の窒化物半導体層としては、異種基板
の上に形成した窒化物半導体、他の窒化物半導体若しく
は窒化物半導体基板の上に形成した窒化物半導体、を用
いることができる。また、本発明における窒化物半導体
の組成は、特に限定されるものではないが、具体的に
は、III−V族窒化ガリウム系化合物半導体として知
られている材料を用いることができ、例えば、Inx
yGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y
≦1)、さらにはB、P等を加えたInAlGaBN、
InAlGaNPなどにも適用できる。好ましくは、I
nを含まない、すなわちIn混晶比が0の窒化物半導体
を用いることで、分解温度が低く、分解しやすく、結晶
成長温度が低く制限されるInを含まないことで、良好
な結晶性で成長させることができる。また、構成元素が
すくない方が、良好な結晶性が得られる傾向にあり、1
μmを超えるような膜厚での成長においては、3元混
晶、2元混晶の窒化物半導体を用いることが良好な結晶
性の窒化物半導体が得られ、なおかつ、結晶成長の制御
にも有利である。このため、比較的厚膜で形成される第
2の窒化物半導体には、AlN、AlGaN、GaNが
好ましく用いられ、特に、AlGaNは、Alの混晶比
yを、例えばy≦0.3と低く抑えることで結晶性の良
好な窒化物半導体を形成でき、GaNであるとその中で
も特に優れた結晶性の窒化物半導体となるため好まし
い。また、このような基板となる窒化物半導体には、p
型不純物、n型不純物がドープされていても良く、アン
ドープで形成すると結晶性に優れたものとなる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The nitride semiconductor used in the present invention is:
A nitride semiconductor formed on a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor may be used.
A single substrate of a nitride semiconductor such as N or AlN, or a singulated nitride semiconductor substrate described later may be used.
Specifically, as the first nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor formed on a heterogeneous substrate, another nitride semiconductor, or a nitride semiconductor formed on a nitride semiconductor substrate can be used. . In addition, the composition of the nitride semiconductor in the present invention is not particularly limited, but specifically, a material known as a group III-V gallium nitride-based compound semiconductor can be used. x A
l y Ga 1-xy N ( 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y
≦ 1), InAlGaBN further added with B, P, etc.
It can also be applied to InAlGaNP and the like. Preferably, I
By using a nitride semiconductor that does not contain n, that is, a nitride semiconductor having an In mixed crystal ratio of 0, the decomposition temperature is low, it is easily decomposed, and the crystal growth temperature is low. Can grow. Also, when the constituent elements are small, good crystallinity tends to be obtained.
In the case of growth with a film thickness exceeding μm, using a ternary mixed crystal and a binary mixed crystal nitride semiconductor can obtain a good crystalline nitride semiconductor, and can also control crystal growth. It is advantageous. For this reason, AlN, AlGaN, and GaN are preferably used for the second nitride semiconductor formed with a relatively thick film. In particular, AlGaN has a mixed crystal ratio y of Al, for example, y ≦ 0.3. By suppressing the concentration, a nitride semiconductor having good crystallinity can be formed, and GaN is particularly preferable because a nitride semiconductor having excellent crystallinity can be obtained. Further, the nitride semiconductor serving as such a substrate includes p
A type impurity or an n-type impurity may be doped, and when formed undoped, excellent crystallinity is obtained.

【0010】また、第1の窒化物半導体と第2の窒化物
半導体の組成は、特に限定されず、同じ組成の窒化物半
導体を用いても良く、異なる組成であってもよい。好ま
しくは、格子不整合が小さくなるように、両者の組成を
決定することであり、このため、組成をなるべく近いも
のを選択するか、更に好ましくは、両者を同一の組成と
することで、格子不整合の問題が解決される。また、第
1の窒化物半導体層、第2の窒化物半導体層には、n型
不純物、p型不純物がドープされていても良く、アンド
ープで成長させても良い。結晶性を良くするには、不純
物濃度を1×1018/cm以下として低濃度でドー
プすることで、キャリアを保持して結晶性も維持された
窒化物半導体となり、更に好ましくは5×1016/cm
未満となるドープ量とすることで、結晶性に更に優
れ、アンドープとすることで、結晶性に最も優れた窒化
物半導体を成長させることが可能となる。
[0010] The compositions of the first nitride semiconductor and the second nitride semiconductor are not particularly limited, and nitride semiconductors having the same composition may be used or different compositions. Preferably, the composition of the two is determined so that the lattice mismatch is reduced. Therefore, by selecting a composition that is as close as possible to the composition, or more preferably, by making the two have the same composition, The inconsistency problem is solved. Further, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer may be doped with an n-type impurity or a p-type impurity, or may be grown undoped. In order to improve the crystallinity, the impurity concentration is set to 1 × 10 18 / cm 3 or less and doped at a low concentration to obtain a nitride semiconductor which retains carriers and maintains crystallinity, more preferably 5 × 10 18 / cm 3. 16 / cm
By setting the doping amount to be less than 3 , the crystallinity is further improved, and by undoping, the nitride semiconductor having the highest crystallinity can be grown.

【0011】また、第1の窒化物半導体層、第2の窒化
物半導体層の膜厚は、本発明において、特に限定され
ず、第2の窒化物半導体層は、平坦な表面が形成される
膜厚で形成する。第1の窒化物半導体層の膜厚は、第1
の表面、第2の表面が形成される膜厚であればよい。
In the present invention, the thicknesses of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are not particularly limited, and a flat surface is formed in the second nitride semiconductor layer. It is formed with a film thickness. The thickness of the first nitride semiconductor layer is
It is sufficient that the thickness is such that the first surface and the second surface are formed.

【0012】本発明の窒化物半導体の成長に用いる異種
基板としては、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、スピネル(MgA124
のような絶縁性基板、SiC(6H、4H、3Cを含
む)、ZnS、ZnO、GaAs、Si、及び窒化物半
導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長
させることが可能で従来から知られており、窒化物半導
体と異なる基板材料を用いることができる。好ましい異
種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。
また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この
場合ステップ状にオフアングルした基板を用いると窒化
ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長する傾
向にあるため好ましい。この時、オフ角としては、0.
1°〜0.5°、好ましくは0.1°〜0.2°とする
ことで、良好な窒化物半導体の結晶成長が可能となる。
例えば、サファイアC面の基板で、上記範囲内にオフア
ングルした基板を用いることができる。また、以上に加
えて、本発明では、窒化物半導体の単体基板を用いるこ
ともできる。単体基板を得るには、上述した異種基板の
上に、厚膜の窒化物半導体(第3の窒化物半導体層)を
成長させ、異種基板を除去する方法がある。この場合、
窒化物半導体の膜厚として、具体的には50μm以上で
形成し、異種基板を除去することができ、好ましくは1
00μm以上とすることで、異種基板の除去を効率的に
できる。また、前記異種基板上に、低温成長バッファ層
を介して、第1の窒化物半導体層、第2の窒化物半導体
層を形成した後、第3の窒化物半導体層を成長させる場
合には、基板との格子不整合、熱膨張係数差により基板
に反りが発生するが、この素子を低く抑えるには、80
μm以上120μm以下の範囲とすることが好ましい。
この単体基板を第1の窒化物半導体層としても良く、単
体基板上に成長させた窒化物半導体層を第1の窒化物半
導体層としても良い。
As the heterogeneous substrate used for growing the nitride semiconductor of the present invention, for example, sapphire or spinel (MgA1 2 O 4 ) having any one of C-plane, R-plane and A-plane as a main surface.
It is possible to grow a nitride semiconductor such as an insulating substrate such as SiC (including 6H, 4H, and 3C), an oxide substrate lattice-matched with ZnS, ZnO, GaAs, Si, and a nitride semiconductor. And a substrate material different from the nitride semiconductor can be used. Preferred heterosubstrates include sapphire and spinel.
In addition, the heterogeneous substrate may be off-angled. In this case, it is preferable to use a substrate that is off-angled in a step-like manner because the underlayer made of gallium nitride tends to grow with good crystallinity. At this time, the off angle is set to 0.
By setting the angle to 1 ° to 0.5 °, preferably 0.1 ° to 0.2 °, favorable crystal growth of the nitride semiconductor becomes possible.
For example, a sapphire C-plane substrate that is off-angle within the above range can be used. In addition to the above, in the present invention, a single substrate of a nitride semiconductor can be used. In order to obtain a single substrate, there is a method of growing a thick nitride semiconductor (third nitride semiconductor layer) on the above-mentioned heterogeneous substrate and removing the heterogeneous substrate. in this case,
Specifically, the nitride semiconductor is formed to have a thickness of 50 μm or more, and can remove a heterogeneous substrate.
By setting the thickness to 00 μm or more, it is possible to efficiently remove different kinds of substrates. Further, when forming a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer on the heterogeneous substrate via a low-temperature growth buffer layer, and then growing a third nitride semiconductor layer, The substrate may be warped due to lattice mismatch with the substrate and a difference in thermal expansion coefficient.
It is preferable that the thickness be in the range of not less than μm and not more than 120 μm.
This single substrate may be used as the first nitride semiconductor layer, or the nitride semiconductor layer grown on the single substrate may be used as the first nitride semiconductor layer.

【0013】本発明の第1の窒化物半導体は、上述した
ように、異種基板上に形成しても良く、窒化物半導体基
板の上に形成しても良い。異種基板の上に、第1の窒化
物半導体を形成する場合には、異種基板と第1の窒化物
半導体との間に、下地層を設けると良い。この時、異種
基板と第1の窒化物半導体との間に設けられる下地層と
しては、好ましくはAlGaN、GaNを用いること
で、良好な結晶性の第1の窒化物半導体を形成すること
ができる。更に好ましくは、Al混晶比が0.3以下の
AlGaN若しくはGaNを用いることで良好な結晶性
でもって、第1の窒化物半導体を形成できる。下地層
(基板)として具体的には、アンドープ(不純物をドー
プしない状態、undope)、Si、Ge、及びS等のn型
不純物をドープしたAlGaN、GaNを用いることが
でき、好ましくはアンドープのものを用いることで、そ
の他の組成の窒化物半導体を用いた場合に比べて、良好
な結晶性を有し、成長基板として優れた表面モフォロジ
ーを形成できる。窒化物半導体基板と、第1の窒化物半
導体との間に下地層を設ける場合にもこれと同様な下地
層を用いることができる。
As described above, the first nitride semiconductor of the present invention may be formed on a heterogeneous substrate, or may be formed on a nitride semiconductor substrate. In the case where the first nitride semiconductor is formed over a different kind of substrate, an underlayer may be provided between the different kind of substrate and the first nitride semiconductor. At this time, AlGaN or GaN is preferably used as a base layer provided between the heterogeneous substrate and the first nitride semiconductor, whereby a first nitride semiconductor having good crystallinity can be formed. . More preferably, the first nitride semiconductor can be formed with good crystallinity by using AlGaN or GaN having an Al mixed crystal ratio of 0.3 or less. Specific examples of the underlayer (substrate) include undoped (undope), AlGaN and GaN doped with n-type impurities such as Si, Ge, and S, and preferably undoped. By using, compared to the case of using a nitride semiconductor having another composition, excellent crystallinity and excellent surface morphology as a growth substrate can be formed. When an underlayer is provided between the nitride semiconductor substrate and the first nitride semiconductor, a similar underlayer can be used.

【0014】さらに、この下地層、第1の窒化物半導体
層を形成する場合において、それよりも低温で成長させ
たバッファ層を、異種基板若しくは窒化物半導体基板
と、下地層との間に設けることで、好ましい窒化物半導
体の成長、すなわち良好な下地層の形成を実現できる。
このバッファ層とは、上述した下地層、第1の窒化物半
導体層の成長温度よりも低温で成長させた低温成長バッ
ファ層であり、具体的にはAlN、GaN、AlGa
N、InGaN等のInxAlyGa1-x-yN(0≦x≦
1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)が用いられ、300
℃以上900℃以下の温度で、膜厚0.5μm以下10
Å(オングストローム)以上で形成される。この時、好
ましい組成としては、AlGa1−xN(0<x≦
1)とすることで、良好なバッファ層として機能し、更
にはAl混晶比xを0.5以下としたAlGaN、Ga
Nが好ましいバッファ層として用いることができる。こ
のバッファ層には、不純物がドープされていても、アン
ドープであってもどちらでも良い。特にこのようなバッ
ファ層を異種基板上に接して形成することで、優れたバ
ッファの機能を利用することができ、その上に上記下地
層若しくは、第1の窒化物半導体層を形成することで良
好な結晶性で、異種基板上に窒化物半導体を成長させる
ことが可能となる。すなわち、異種基板上に、第1の窒
化物半導体層を形成する場合には、第1の窒化物半導体
層と異種基板との間に少なくとも上記低温成長バッファ
層を設けることで、第1の窒化物半導体層の結晶性を良
好なものとでき、これに加えて、第1の窒化物半導体層
と低温成長バッファ層との間に下地層を設けることで、
更に結晶性を良好なものとできる。この時、下地層、第
1の窒化物半導体層の成長温度は、低温成長バッファ層
よりも高温で、具体的には800℃以上1200℃以下
の温度範囲で成長させる。
Further, in the case of forming the underlayer and the first nitride semiconductor layer, a buffer layer grown at a lower temperature than the buffer layer is provided between the heterogeneous substrate or the nitride semiconductor substrate and the underlayer. This makes it possible to realize preferable growth of the nitride semiconductor, that is, formation of a favorable underlayer.
This buffer layer is a low-temperature growth buffer layer grown at a temperature lower than the growth temperature of the above-described underlayer and first nitride semiconductor layer, and specifically, AlN, GaN, AlGa
N, of InGaN, etc. In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦
1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1) is used and 300
At a temperature of not less than 900 ° C and not more than 0.5 μm
Å (angstrom) or more. At this time, a preferable composition is Al x Ga 1-x N (0 <x ≦
By setting it as 1), it functions as a good buffer layer, and furthermore, AlGaN and Ga having an Al mixed crystal ratio x of 0.5 or less.
N can be used as a preferred buffer layer. This buffer layer may be doped with impurities or undoped. In particular, by forming such a buffer layer in contact with a heterogeneous substrate, an excellent buffer function can be used. By forming the base layer or the first nitride semiconductor layer thereon, With good crystallinity, a nitride semiconductor can be grown on a heterogeneous substrate. That is, when the first nitride semiconductor layer is formed on the heterogeneous substrate, at least the low-temperature growth buffer layer is provided between the first nitride semiconductor layer and the heterogeneous substrate, so that the first nitride semiconductor layer is formed. The crystallinity of the nitride semiconductor layer can be improved, and in addition, by providing an underlayer between the first nitride semiconductor layer and the low-temperature growth buffer layer,
Further, the crystallinity can be improved. At this time, the underlying layer and the first nitride semiconductor layer are grown at a temperature higher than that of the low-temperature growth buffer layer, specifically, in a temperature range of 800 ° C. or more and 1200 ° C. or less.

【0015】本発明の窒化物半導体の成長方法におい
て、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)、HV
PE(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、
窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法
を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚が50
μm以下ではMOCVD法を用いると成長速度の制御が
容易である。また膜厚が50μm以下ではHVPEでは
成長速度が速くてコントロールが難しい傾向にあるが、
50μm以上の膜厚では、成長速度の大きなHVPEを
用いることが好ましい。
In the method for growing a nitride semiconductor according to the present invention, the method for growing the nitride semiconductor is not particularly limited, but includes MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), HV
PE (halide vapor phase epitaxy), MBE (molecular beam epitaxy), MOCVD (metal organic chemical vapor phase epitaxy), etc.
All known methods for growing nitride semiconductors can be applied. As a preferred growth method, a film thickness of 50
When the thickness is less than μm, the growth rate can be easily controlled by using the MOCVD method. When the film thickness is 50 μm or less, the growth rate is high in HVPE and the control tends to be difficult.
For a film thickness of 50 μm or more, it is preferable to use HVPE having a high growth rate.

【0016】本発明の第1の窒化物半導体層の表面に
は、第1の表面と第2の表面を形成する。第1の表面
は、第2の表面よりも第2の窒化物半導体の成長速度が
小さい表面を有している。具体的には、図2(a)に矢
印の長さで、成長速度の大きさを示すように、第1の窒
化物半導体表面に、成長速度の小さい領域を第1の表面
とし、第1の表面よりも成長速度の大きい領域を第2の
表面とを有する。ここで、図2(a)中の矢印は、矢印
が長いほど、窒化物半導体の成長速度が大きいことを示
すものであり、図2(b)〜(d)は、第2の窒化物半
導体層が成長する様子を模式的に示す断面図である。本
発明の製造方法では、このように、第1の窒化物半導体
層11表面に、第1の表面1と、第1の表面1より窒化
物半導体の成長速度の大きい第2の表面2を設けて(図
2(a))、第1の窒化物半導体層表面に第2の窒化物
半導体層を成長させる(図2(b)〜(d))ものであ
る。このように、本発明では、成長速度の異なる第1の
窒化物半導体層11表面に、第2の窒化物半導体層12
を成長させることで、第2の表面からの窒化物半導体
は、膜厚方向への成長と、図2に示すように、それとは
異なる方向への成長、横方向への成長(図2(b)中の
矢印方向)が実現されていると考えられる。このため、
第1の表面1から成長した窒化物半導体は、その成長が
妨げられ、第1の表面1から窒化物半導体の膜厚方向へ
の成長と伴に延びてきた貫通転位は、それが膜厚方向へ
伝播するのを妨げると考えられ、結果として第1の表面
1上部の第2の窒化物半導体層12表面には、転位欠陥
密度の低い領域Bが形成されると思われる。以下、その
ことについて詳しく述べる。 <第2の窒化物半導体の成長形態>本発明の第2の窒化
物半導体12は、図6に示す従来の横方向成長させる方
法に比べて、横方向に成長させる領域にも、膜厚方向に
成長する窒化物半導体が存在することにある。従来の代
表的な横方向成長方法は、図6の模式断面図にしめすよ
うに、下地層412の窒化物半導体層表面にマスク41
8を設けて(図6(a))、マスク418開口部から窒
化物半導体413aを成長させ(図6(b))、マスク
418上部で横方向の成長をさせ、そして、それぞれの
マスク開口部から成長した窒化物半導体413aがマス
ク418上部で接合して(図6(c))、成膜される。
また、別の方法では、図6(x)〜(z)に示すよう
に、窒化物半導体の下地層412に凹凸を設けるか、若
しくは島状に異種基板410上に点在させて、凸部若し
くは島部の窒化物半導体412から選択的に成長させる
ことで、図6(y)の矢印に示すように横方向への成長
をさせて、それらが、接合することで成膜されるものと
なる。いずれの方法でも、面内で、選択的に窒化物半導
体を成長させる領域と、成長させない領域とを設けて、
窒化物半導体を成長させる領域から窒化物半導体が、個
々に成長させることとなる。また、横方向に成長した領
域では貫通転位が低減できるため、横方向成長領域を大
きくすること、図6において、マスク418の幅を大き
くすること、隣り合う凸部若しくは島部の間隔を大きく
することが好ましいが、横方向への成長を長くすると接
合不良を招いたり、異常成長、接合位置のばらつき、膜
厚方向への成長もあることから窒化物半導体膜が厚くな
る。
On the surface of the first nitride semiconductor layer of the present invention, a first surface and a second surface are formed. The first surface has a surface at which the growth rate of the second nitride semiconductor is lower than that of the second surface. Specifically, as shown by the length of the arrow in FIG. 2A and the magnitude of the growth rate, a region having a small growth rate is defined as a first surface on the first nitride semiconductor surface. And a second surface having a region where the growth rate is higher than the surface. Here, the arrow in FIG. 2A indicates that the longer the arrow, the higher the growth rate of the nitride semiconductor. FIGS. 2B to 2D illustrate the second nitride semiconductor. It is sectional drawing which shows a mode that a layer grows typically. According to the manufacturing method of the present invention, the first surface 1 and the second surface 2 having a higher growth rate of the nitride semiconductor than the first surface 1 are provided on the surface of the first nitride semiconductor layer 11. (FIG. 2A), a second nitride semiconductor layer is grown on the surface of the first nitride semiconductor layer (FIGS. 2B to 2D). Thus, according to the present invention, the second nitride semiconductor layer 12 is formed on the surface of the first nitride semiconductor layer 11 having different growth rates.
Is grown, the nitride semiconductor from the second surface grows in the film thickness direction, as shown in FIG. 2, grows in a different direction, and grows in the lateral direction (FIG. 2B It is considered that the arrow direction in ()) is realized. For this reason,
The growth of the nitride semiconductor grown from the first surface 1 is hindered, and threading dislocations extending from the first surface 1 along with the growth of the nitride semiconductor in the film thickness direction may be displaced in the film thickness direction. Therefore, it is considered that a region B having a low dislocation defect density is formed on the surface of the second nitride semiconductor layer 12 on the first surface 1 as a result. Hereinafter, this will be described in detail. <Growth Mode of Second Nitride Semiconductor> The second nitride semiconductor 12 of the present invention has a larger thickness direction in the region where the second nitride semiconductor is grown in the lateral direction as compared with the conventional lateral growth method shown in FIG. Is that a nitride semiconductor that grows on the substrate exists. As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 6, a conventional typical lateral growth method uses a mask 41 on the surface of the nitride semiconductor
8 (FIG. 6A), a nitride semiconductor 413a is grown from the opening of the mask 418 (FIG. 6B), lateral growth is performed on the mask 418, and each mask opening is formed. The nitride semiconductor 413a grown from above is bonded above the mask 418 (FIG. 6C), and a film is formed.
In another method, as shown in FIGS. 6 (x) to 6 (z), the base layer 412 of the nitride semiconductor is provided with irregularities, Alternatively, by selectively growing from the nitride semiconductor 412 in the island portion, the film is grown in the lateral direction as shown by the arrow in FIG. Become. In either method, a region where a nitride semiconductor is selectively grown and a region where the nitride semiconductor is not grown are provided in the plane,
The nitride semiconductor is grown individually from the region where the nitride semiconductor is grown. In addition, since threading dislocations can be reduced in the region grown in the lateral direction, the laterally grown region is enlarged, and in FIG. 6, the width of the mask 418 is increased, and the interval between adjacent convex portions or island portions is increased. However, if the growth in the lateral direction is prolonged, the nitride semiconductor film becomes thick because of poor bonding, abnormal growth, variation in the bonding position, and growth in the film thickness direction.

【0017】本発明の第2の窒化物半導体12は、図2
に示すように、異なる成長速度で成長する表面を有する
第1の窒化物半導体層11上に成長させることで、従来
の問題が解決される。これは、選択的に設けられた第1
の表面1と第2の表面2とから窒化物半導体を成長させ
ると、図2(b)に示すように、成長途中では、第1の
窒化物半導体表面には、膜厚の異なる第2の窒化物半導
体層12が形成される。この状態から更に成長が進む
と、図2(b)の点線と矢印で示すように、第2の表面
2から成長した窒化物半導体は、凸部を形成し、膜厚方
向への成長と共に、横方向への成長も始まると考えられ
る。そのため、図2(c)に示すように、第2の表面2
から成長した窒化物半導体が、第1の表面1を覆うよう
な成長が加わるため、次の段階では、第2の窒化物半導
体12は、点線部から実線部に成長し、第1の表面1か
らの成長は、第2の表面2からの成長によりじゃまされ
る形態となると考えられる。このようになることで、第
1の表面1からの成長は、その面積が収縮する傾向とな
り、一方で、第2の表面2からの成長は、その面積が拡
大する傾向となる。すなわち、第2の表面2からの窒化
物半導体の成長が、第1の表面からの窒化物半導体の成
長に優先される形態をとると考えられる。
The second nitride semiconductor 12 of the present invention is shown in FIG.
As shown in (1), the conventional problem can be solved by growing the first nitride semiconductor layer 11 having a surface growing at different growth rates. This is an optional first
When a nitride semiconductor is grown from the surface 1 and the second surface 2 of the first nitride semiconductor, as shown in FIG. A nitride semiconductor layer 12 is formed. When the growth further proceeds from this state, the nitride semiconductor grown from the second surface 2 forms a projection as shown by a dotted line and an arrow in FIG. It is thought that lateral growth will also begin. Therefore, as shown in FIG.
In the next stage, the second nitride semiconductor 12 grows from a dotted line portion to a solid line portion and the first surface 1 Growth from the second surface 2 is considered to be disturbed by growth from the second surface 2. By doing so, the area from the first surface 1 tends to shrink, while the area from the second surface 2 tends to increase. That is, it is considered that the growth of the nitride semiconductor from the second surface 2 takes a higher priority than the growth of the nitride semiconductor from the first surface.

【0018】最後に、更に第2の窒化物半導体12の成
長が進むことで、第1の表面1からの成長はそのほとん
どが遮断され、第2の表面2から成長した窒化物半導体
が、第2の窒化物半導体12の成長の殆どを担う形態を
とると考えられる。このような成長形態で形成された第
2の窒化物半導体12は、第2の表面2の上部の領域A
では、第2の表面2からの膜厚方向への成長で形成され
るものとなり、一方で、第1の表面1の上部の領域Bで
は、第1の表面1からの膜厚方向への成長と、その上を
覆うような第2の表面2からの横方向成長により形成さ
れるものと考えられる。結果として、第2の窒化物半導
体12の表面では、領域Aでは、その成長形態の殆ど
が、膜厚方向への成長となり貫通転位密度の大きい領域
(高欠陥密度領域)となり、領域Bでは横方向成長が成
長途中に含まれると思われるため、転位密度の小さい領
域(低欠陥密度領域)となる。このため、本発明では、
第2の窒化物半導体層の成長により、第1の表面上の貫
通転位を低減させ、選択的に第2の表面上に貫通転位を
分布させることができる。
Finally, as the growth of the second nitride semiconductor 12 further proceeds, most of the growth from the first surface 1 is cut off, and the nitride semiconductor grown from the second surface 2 It is supposed that it takes a form that plays a major role in the growth of the nitride semiconductor 12 of No. 2. The second nitride semiconductor 12 formed in such a growth mode has a region A above the second surface 2.
Is formed by growth from the second surface 2 in the film thickness direction. On the other hand, in the region B above the first surface 1, the film is grown from the first surface 1 in the film thickness direction. Is formed by lateral growth from the second surface 2 so as to cover it. As a result, on the surface of the second nitride semiconductor 12, in the region A, most of the growth form grows in the film thickness direction and becomes a region with a high threading dislocation density (high defect density region), and in the region B, Since the directional growth is considered to be included during the growth, the region becomes a region having a low dislocation density (low defect density region). Therefore, in the present invention,
By growing the second nitride semiconductor layer, threading dislocations on the first surface can be reduced, and threading dislocations can be selectively distributed on the second surface.

【0019】図3は、図2の一部を拡大して示すもの
で、第2の窒化物半導体12の成長形態を点線で示し、
貫通転位14が伝搬する様子を示すものである。これか
らわかるように、本発明では、第1の窒化物半導体11
の表面から第2の窒化物半導体12を成長させること
で、貫通転位を低減させることができる。すなわち、成
長が進むに従って、第1の表面1から延びる貫通転位
は、成長途中で止まり、一方でその情報には、第2の表
面2から成長した横方向への成長により、第1の表面1
を覆うように、横方向に貫通転位が延びている。本発明
は、従来の方法とは異なり、横方向成長がなされている
領域でも、窒化物半導体が成長しているため、その成長
を制御しやすく、また隣接する第1の表面1、第2の表
面2から共に成長することから、第2の窒化物半導体1
2は、従来の膜厚方向だけの成長方法と同様に、表面全
体に成膜されることから、従来の成長方法と同様に制御
が容易となる。さらに、第1の表面1と第2の表面2と
から同時に第2の窒化物半導体12が成長することか
ら、平坦な表面が得られるための膜厚も、従来の横方向
成長法より薄くなる。具体的には、図6(a)〜(c)
に示す方法では、マスクパターンにもよるが、少なくと
も5μm以上の選択成長領域(横方向成長領域)413
aの膜厚が必要であり、マスク幅を広げて横方向への成
長領域を大きくすると10μm以上の膜厚が必要となる
が、本発明の方法では、第1の表面1、第2の表面2の
面積、形状、パターンにより異なるが、従来の方法より
も、膜厚が薄くても、良好な表面が得られる傾向にあ
る。具体的には、後述の実施例1及び比較例1を比べて
明らかなように、第1の表面、第2の表面のピッチと比
較例1におけるマスクのピッチとを同じ条件とした場合
に、実施例1では平坦な表面が約5μmの膜厚で得ら
れ、比較例1では約10μmの膜厚で成長させることで
平坦な表面が得られることから、本発明の方法では、従
来の1/3〜1/2の膜厚で、欠陥密度の低減が可能と
なる。また、実施例4で示すように、第2の窒化物半導
体層表面を良好な鏡面として、窒化物半導体層の良好な
成長が可能となる表面モフォロジーを得るために、更に
3μmの膜厚で成長させる。このように、本発明の第2
の窒化物半導体層を成長させて平坦な表面が得られた
後、更に成長させることで下地層の効果が得られ、表面
モフォロジーを良好なものとし、鏡面の表面を得る。
FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG. 2, in which the growth form of the second nitride semiconductor 12 is indicated by a dotted line.
This shows how threading dislocations 14 propagate. As can be seen from the above, in the present invention, the first nitride semiconductor 11
By growing second nitride semiconductor 12 from the surface of, threading dislocations can be reduced. That is, as the growth proceeds, the threading dislocations extending from the first surface 1 stop during the growth, while the information includes the lateral growth that has grown from the second surface 2 and the first surface 1
Threading dislocations extend in the lateral direction so as to cover. According to the present invention, unlike the conventional method, since the nitride semiconductor is grown even in the region where the lateral growth is performed, the growth is easy to control, and the adjacent first surface 1 and second The second nitride semiconductor 1 grows together from the surface 2
No. 2 is formed on the entire surface in the same manner as in the conventional growth method only in the film thickness direction, so that the control is easy as in the conventional growth method. Further, since the second nitride semiconductor 12 grows simultaneously from the first surface 1 and the second surface 2, the film thickness for obtaining a flat surface is also smaller than that of the conventional lateral growth method. . Specifically, FIGS. 6 (a) to 6 (c)
In the method shown in (1), the selective growth region (lateral growth region) 413 having a size of at least 5 μm or more depends on the mask pattern.
In the method of the present invention, a film thickness of 10 μm or more is required if the mask width is increased and the lateral growth region is increased by enlarging the mask width. Although it differs depending on the area, shape, and pattern of No. 2, a good surface tends to be obtained even if the film thickness is smaller than that of the conventional method. Specifically, as is apparent from a comparison between Example 1 and Comparative Example 1 described later, when the pitch of the first surface and the second surface and the pitch of the mask in Comparative Example 1 are the same, In Example 1, a flat surface was obtained with a film thickness of about 5 μm, and in Comparative Example 1, a flat surface was obtained by growing with a film thickness of about 10 μm. With a thickness of 3 to 1/2, the defect density can be reduced. Further, as shown in Example 4, in order to obtain a surface morphology that enables good growth of the nitride semiconductor layer by using the surface of the second nitride semiconductor layer as a good mirror surface, the film is further grown to a thickness of 3 μm. Let it. Thus, the second aspect of the present invention
After the nitride semiconductor layer is grown and a flat surface is obtained, by further growing, the effect of the underlayer is obtained, the surface morphology is improved, and a mirror surface is obtained.

【0020】本発明の窒化物半導体に用いるn型不純物
としては、Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr等の
IV族、若しくはVI族元素を用いることができ、好ま
しくはSi、Ge、Snを、さらに最も好ましくはSi
を用いることで、良好なキャリアを生成することができ
る。また、p型不純物としては、特に限定されないが、
Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Caなどが挙げられ、
好ましくはMgが用いられる。 <第1の窒化物半導体層の第1の表面、第2の表面>本
発明の第1の窒化物半導体層には、第1の表面と第2の
表面が選択的に形成される。これら第1の表面、第2の
表面の形状、パターンとしては、特に限定されないが、
ストライプ状、島状、格子状、また窒化物半導体の結晶
方位に合わせた六角形状のパターン、ハニカム状とし
て、形成しても良い。この時、このような第1の表面、
第2の表面のパターンは、規則的なもの、周期的なもの
としても良く、不規則的なもの、周期性を持たないもの
としても良い。また、第1の表面、第2の表面のパター
ンは、これらの中から、成長を制御が容易な方法を適宜
選択することができる。この中で好ましくは、ストライ
プ状とすることであり、なぜなら、他のパターンに比べ
て、比較的窒化物半導体の成長の制御が容易であり、製
造工程も簡略化される傾向にあるためである。ストライ
プ状に、第1の表面、第2の表面を形成するには、別の
表面を間に儲けて様々な周期で形成しても良いが、好ま
しくはそれぞれの表面を交互に設けることで、上述した
ように互いに成長が影響されながら成長することがで
き、好ましい。すなわち、どのようなパターンの第1の
表面、第2の表面を形成する場合においても、第1の表
面と第2の表面が隣接して設けられるようにすること
で、互いに影響を及ぼし合うような、例えば図2に示す
ような、第2の窒化物半導体の成長が可能となるため好
ましく、さらには、第1の表面、第2の表面が交互に、
また周期的に繰り返されて設けられるようにすること
で、このような成長形態を最大限に利用することが可能
となる。
As the n-type impurity used in the nitride semiconductor of the present invention, a group IV or group VI element such as Si, Ge, Sn, S, O, Ti, or Zr can be used. Preferably, Si, Ge is used. , Sn, and most preferably Si
By using, a good carrier can be generated. The p-type impurity is not particularly limited,
Be, Zn, Mn, Cr, Mg, Ca and the like,
Preferably, Mg is used. <First Surface and Second Surface of First Nitride Semiconductor Layer> A first surface and a second surface are selectively formed on the first nitride semiconductor layer of the present invention. The shape and pattern of the first surface and the second surface are not particularly limited.
It may be formed in a stripe shape, an island shape, a lattice shape, a hexagonal pattern according to the crystal orientation of the nitride semiconductor, or a honeycomb shape. At this time, such a first surface,
The pattern on the second surface may be regular or periodic, irregular, or non-periodic. For the patterns on the first surface and the second surface, a method that can easily control the growth can be appropriately selected from these. Among them, a stripe shape is preferable because the growth of the nitride semiconductor is relatively easily controlled and the manufacturing process tends to be simplified as compared with other patterns. . In order to form the first surface and the second surface in a stripe shape, another surface may be formed at various intervals with another surface interposed therebetween, but preferably, the respective surfaces are alternately provided. As described above, it is possible to grow while being influenced by each other, which is preferable. That is, even if the first surface and the second surface of any pattern are formed, the first surface and the second surface are provided adjacent to each other so that they affect each other. Preferably, for example, as shown in FIG. 2, the second nitride semiconductor can be grown, and the first surface and the second surface are alternately formed.
In addition, it is possible to maximize the use of such a growth mode by providing the layers repeatedly periodically.

【0021】第1の窒化物半導体層表面に、第1の表
面、第2の表面をストライプ状に形成する場合に、その
周期、ピッチなどは特に限定されず、第2の窒化物半導
体の組成、成長条件により適宜選択すればよい。具体的
には、上述したように第1の表面上方の第2の窒化物半
導体領域Bに低欠陥密度の領域が形成されるため、第1
の表面を大きくすることで、第2の窒化物半導体層表面
全体に占める低欠陥密度領域Bが増すため好ましい。例
えば第1の表面の幅を1μm以上20μm以下、好まし
くは1以上10μm以下であり、第2の表面の幅を3μ
m以上20μm以下、好ましくは10μm以上19μm
以下であるものを形成することで、第2の窒化物半導体
の良好な結晶成長が実現され、好ましい。更に、この条
件下であると、第2の窒化物半導体層は、膜厚10μm
以下で平坦な表面を有する膜が形成され、更に上記好ま
しい条件でストライプ状の第1の表面、第2の表面を形
成すると、5μm以下での成膜が可能となる。これは、
図6に示す従来の成長方法に比べて、本発明の方法で
は、図2に示すように第1の表面、第2の表面から同時
に成長されて、個々の成長は互いに影響を及ぼしあいな
がら成長することで、小さい膜厚での成膜が可能となる
と考えられる。
When the first surface and the second surface are formed in stripes on the surface of the first nitride semiconductor layer, the period, pitch and the like are not particularly limited, and the composition of the second nitride semiconductor is , Depending on the growth conditions. Specifically, since a region having a low defect density is formed in the second nitride semiconductor region B above the first surface as described above,
Is preferable because the low defect density region B occupying the entire surface of the second nitride semiconductor layer increases. For example, the width of the first surface is 1 μm to 20 μm, preferably 1 μm to 10 μm, and the width of the second surface is 3 μm.
m to 20 μm, preferably 10 μm to 19 μm
By forming the following, favorable crystal growth of the second nitride semiconductor is realized, which is preferable. Further, under these conditions, the second nitride semiconductor layer has a thickness of 10 μm
A film having a flat surface is formed below, and when the first surface and the second surface in a stripe shape are further formed under the above preferable conditions, a film having a thickness of 5 μm or less can be formed. this is,
Compared with the conventional growth method shown in FIG. 6, in the method of the present invention, the first growth and the second surface are simultaneously grown as shown in FIG. By doing so, it is considered that a film can be formed with a small film thickness.

【0022】また、第1の窒化物半導体層表面に、第1
の表面、第2の表面をストライプ状に形成する場合に
は、C面を主面とするサファイア、A面を主面とするサ
ファイア、又は(111)面を主面とするスピネルを異
種基板の成長基板として用いることが好ましい。以下、
それぞれの異種基板を用いる場合について説明すると、
C面を主面とするサファイアであるとき、第1、2の表
面のストライプが、そのサファイアのA面に対してほぼ
垂直な方向にストライプ方向を有していることが好まし
く、また、主面がサファイアC面からオフアングルして
いる場合にはオフ角を0.1°以上0.5°以下の範
囲、好ましくは0.1°以上0.2°以下の範囲とす
る。また、ここで、主面がサファイアC面である場合に
は、A面に垂直な方向から僅かにθだけ傾けた方向をス
トライプ方向としても良く、この時θとしては、0.1
〜0.4°の範囲とすることが好ましい。また、第1、
2の表面をストライプ状に形成する場合には、A面を主
面とするサファイアであるとき、第1、2の表面のスト
ライプが、そのサファイアのR面に対してほぼ垂直な方
向にストライプ方向を有していることが好ましく、また
(111)面を主面とするスピネルであるとき、第1、
2の表面のストライプが、そのスピネル(MgAl
24)の(110)面に対してほぼ垂直な方向にストラ
イプ方向を有していること、若しくは図5(a)に示す
ように、これらの垂直な方向からθだけ傾いた方向とす
ること、が好ましい。なぜなら、異種基板と第1、2の
表面のストライプ方向が上記組み合わせであると、基板
面内(異種基板の第1の主面に平行な面内)において、
窒化物半導体の成長が異方性を有し、選択成長層の横方
向の成長(ストライプ方向に垂直な方向)が窒化物半導
体の成長容易な方向となり、好ましい横方向成長が実現
される傾向にあるからである。以上は、異種基板を成長
基板として、第1の窒化物半導体層を成長させることに
ついて述べたが、同様に異種基板上に成長させた窒化物
半導体を、異種基板を除去して得られた単体基板にも適
用できる。この場合には、窒化物半導体基板形成時の各
異種基板の方向に対応して、ストライプ方向を決定す
る。
The first nitride semiconductor layer has a first nitride semiconductor layer on the surface thereof.
When the surface of the second surface is formed in a stripe shape
Is a sapphire whose main surface is C and a sapphire whose main surface is A.
Different from fire or spinel with (111) plane as main surface
It is preferably used as a growth substrate for a seed substrate. Less than,
To explain the case of using different types of substrates,
Tables 1 and 2 for sapphire whose main surface is C
The surface stripes are almost
It is preferable to have the stripe direction in the vertical direction
Also, the main surface is off angle from the sapphire C surface
Off angle is in the range of 0.1 ° to 0.5 °.
Enclosure, preferably in the range of 0.1 ° or more and 0.2 ° or less.
You. Here, when the main surface is a sapphire C surface,
Is a direction that is slightly inclined from the direction perpendicular to the A-plane by θ.
The direction may be the trip direction. At this time, θ is 0.1
It is preferable that the angle is in the range of about 0.4 °. The first,
When the surface of No. 2 is formed in a stripe shape, the surface A is mainly used.
When the sapphire is a plane, the first and second surfaces
If the ripe is almost perpendicular to the R-plane of the sapphire
It is preferable to have a stripe direction in the
When the spinel has a (111) plane as a main surface, the first,
2, the spinel (MgAl
TwoOFour) In the direction almost perpendicular to the (110) plane.
Has an Ip direction, or as shown in FIG.
From these vertical directions,
Is preferable. Because the heterogeneous substrate and the first and second
If the surface stripe direction is the above combination, the substrate
In the plane (in a plane parallel to the first main surface of the heterogeneous substrate)
The growth of the nitride semiconductor is anisotropic and the lateral growth of the selective growth layer
Growth (direction perpendicular to the stripe direction) is nitride semiconductor
Easy growth of the body and favorable lateral growth
This is because they tend to be performed. Above, growing heterogeneous substrates
For growing the first nitride semiconductor layer as a substrate
As mentioned above, nitrides grown on heterogeneous substrates
Semiconductors are also suitable for single substrates obtained by removing different types of substrates.
Can be used. In this case, when forming the nitride semiconductor substrate,
Determine the stripe direction according to the direction of the heterogeneous substrate
You.

【0023】本発明における第1の表面、第2の表面
は、上述したように、第1の表面の窒化物半導体の成長
速度が、第2の表面より小さくなるような表面である。
以下、これら第1の表面、第2の表面について説明す
る。第2の表面は、通常の窒化物半導体が成長可能な表
面を有していれば良く、第1の窒化物半導体の成長表面
をそのまま用いることができる。第1の表面は、第2の
表面よりも成長速度が小さくなるような表面処理を施す
必要がある。また、第1の表面、第2の表面ともに、そ
の表面に何らかの処理を施すことも可能であるが、第1
の表面だけに表面処理を施す方が、製造工程が短縮され
好ましい。
As described above, the first surface and the second surface in the present invention are surfaces at which the growth rate of the nitride semiconductor on the first surface is smaller than that of the second surface.
Hereinafter, the first surface and the second surface will be described. The second surface only needs to have a surface on which a normal nitride semiconductor can be grown, and the growth surface of the first nitride semiconductor can be used as it is. The first surface needs to be subjected to a surface treatment so that the growth rate is lower than that of the second surface. Further, it is possible to apply some treatment to both the first surface and the second surface.
It is preferable to apply a surface treatment only to the surface of the above because the manufacturing process is shortened.

【0024】通常の窒化物半導体表面よりも、成長速度
の小さい窒化物半導体表面を形成するには、様々な方法
があるものと考えられる。例えば、窒化物半導体表面を
熱分解させる方法、エッチングによる方法、不純物イオ
ンを注入する方法、結晶性の悪い表面を形成させる方
法、等様々な方法でもって、結晶表面に損傷を加える
か、変質させることで実現可能である。エッチングによ
り結晶表面に損傷を加えるには、ドライエッチング、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)、イオンビームエッチングなどによ
り、結晶に損傷が加えられた表面を形成すると良い。こ
の時、エッチングガスは、従来知られている窒化物半導
体のエッチングガスを適宜選択すると良い。不純物をイ
オン注入する方法では、上述のn型不純物、p型不純
物、B、Alなどを注入することで、結晶表面に損傷を
加えると良い。また、これら不純物を高濃度でドープし
た窒化物半導体層を成長させた表面も、結晶が損傷して
いるため利用可能である。これらの方法のいずれでも、
選択的に、マスクを形成して、マスク開口部、すなわち
窓部にこれらの表面処理を施すことで、第1の表面、第
2の表面を選択的に形成することとなる。
It is considered that there are various methods for forming a nitride semiconductor surface having a lower growth rate than a normal nitride semiconductor surface. For example, a method of thermally decomposing a nitride semiconductor surface, a method of etching, a method of implanting impurity ions, a method of forming a surface with poor crystallinity, and the like, damage or alter the crystal surface by various methods. This is feasible. In order to damage the crystal surface by etching, the crystal is damaged by dry etching, for example, reactive ion etching (RIE), reactive ion beam etching (RIBE), electron cyclotron etching (ECR), or ion beam etching. It is good to form a given surface. At this time, as the etching gas, a conventionally known etching gas for a nitride semiconductor may be appropriately selected. In the method of ion-implanting impurities, it is preferable to damage the crystal surface by implanting the above-described n-type impurities, p-type impurities, B, Al, and the like. The surface on which a nitride semiconductor layer doped with these impurities at a high concentration is grown can also be used because the crystal is damaged. With either of these methods,
By selectively forming a mask and performing these surface treatments on the mask opening, that is, the window, the first surface and the second surface are selectively formed.

【0025】以上の方法の中で、最も好ましくは、熱分
解を利用することであり、それにより、簡略な製造工程
でもって第1の表面、第2の表面を形成でき、第2の窒
化物半導体の成長を再現性良く、また容易に制御でき、
貫通転位を低減することが可能となる。以下、熱分解に
より、第1の表面を形成する方法について、図1を基に
説明する。
Of the above methods, most preferably, thermal decomposition is used, whereby the first surface and the second surface can be formed by a simple manufacturing process, and the second nitride Semiconductor growth with good reproducibility and easy control,
Threading dislocations can be reduced. Hereinafter, a method of forming the first surface by thermal decomposition will be described with reference to FIG.

【0026】図1に示すように、第1の窒化物半導体層
11表面に、選択的にマスク20を形成し、熱処理、加
熱することで、図1(b)に示すように、マスク20開
口部に、表面の一部が熱分解された第1の表面を、第1
の窒化物半導体層に形成する。続いて、マスク20を除
去して(図1(c))、第2の窒化物半導体層を成長さ
せる(図2(d))。上述したような成長形態でもっ
て、第2の窒化物半導体層が成長されると、図2(d)
に示すように、低欠陥密度の領域Bの表面12bと、高
欠陥密度の領域Aの表面12aを有する第2の窒化物半
導体基板が形成される。この低欠陥密度領域は、転位密
度が1×1010/cm以下であり、好ましくは1×
10/cm以下となるものである。また、高欠陥密
度領域では、転位密度が1×1010/cm以上とな
り、欠陥が多い場合には1×10 /cm以上とな
るものである。また、図4に示すように、第1、2の窒
化物半導体層の成長工程、を2回以上繰り返す、若しく
は図5に示すように、1回目の第1、2の窒化物半導体
層の成長工程の後、第3の窒化物半導体層の成長工程
(厚膜化工程)を経て、2回目の第1、2の窒化物半導
体層の成長工程を実施、更に第1、2の窒化物半導体層
の成長工程、厚膜化工程を繰り返すことにより、低欠陥
密度領域Bの転位密度をさらに低減化することも可能と
なり、10のオーダーの第2の窒化物半導体層表面を
得ることが可能となる。 <マスク材料>本発明で、第1の窒化物半導体層表面に
マスクを形成して、選択的に、マスク開口部の表面を熱
分解させて、第1の表面を形成する場合に、マスク材料
は、熱処理時に、マスクで覆われた領域の第1の窒化物
半導体層表面を保護できれば良い。具体的には、熱処理
条件、マスク材料などにより、マスクで覆われた第1の
窒化物半導体層表面に、影響が及ぼされる場合があって
も、第2の表面が第1の表面の成長速度より大きくなる
ような表面が形成されればよいため、そのような保護機
能を果たす保護膜材料を適宜選択する。すなわち、第2
の表面を覆うマスクでもって、マスク開口部の第1の表
面よりも、熱分解されないようなマスク材料を選択する
ものであり、好ましくは、マスクで覆われた第2の表面
が、熱分解の殆どない面となるようなマスクとすること
である。具体的なマスク材料としては、酸化ケイ素(S
iOX)、窒化ケイ素(SiXY)、酸化チタン(Ti
X)、酸化ジルコニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化
物、またこれらの多層膜、金属、合金等を用いることが
できる。金属、合金材料としては、Cu、Au、Cr等
を挙げることができ、他の金属材料である場合には第1
の表面が形成されるように、ミクロンオーダーのマスク
パターン形成が可能な材料を選択する。このような材料
を用いることで、熱処理時に窒化物半導体を保護し、ま
た窒化物半導体内部へマスク材料が拡散されることがな
い。これらの保護膜を形成する方法としては、従来知ら
れている蒸着、スパッタ、CVD等の気相成膜技術を用
いることができる。
As shown in FIG. 1, a mask 20 is selectively formed on the surface of the first nitride semiconductor layer 11, and heat treatment and heating are performed to open the mask 20 as shown in FIG. In the part, the first surface partially pyrolyzed
Is formed on the nitride semiconductor layer. Subsequently, the mask 20 is removed (FIG. 1C), and a second nitride semiconductor layer is grown (FIG. 2D). When the second nitride semiconductor layer is grown in the growth mode as described above, FIG.
As shown in (2), a second nitride semiconductor substrate having a surface 12b of a region B with a low defect density and a surface 12a of a region A with a high defect density is formed. This low defect density region has a dislocation density of 1 × 10 10 / cm 2 or less, preferably 1 × 10 10 / cm 2.
It is 10 8 / cm 2 or less. Further, in a high defect density region, the dislocation density becomes 1 × 10 10 / cm 2 or more, if there are many defects in which the 1 × 10 1 3 / cm 2 or more. Further, as shown in FIG. 4, the first and second nitride semiconductor layer growth steps are repeated twice or more, or as shown in FIG. 5, the first growth of the first and second nitride semiconductor layers is performed. After the process, a second growth process of the first and second nitride semiconductor layers is performed through a third nitride semiconductor layer growth process (thickening process), and further, the first and second nitride semiconductors are grown. growth process of the layers, by repeating the thick film process, to further reduce the dislocation density of the low defect density region B becomes possible, can be obtained a second nitride semiconductor layer surface of 10 6 Order Becomes <Mask material> In the present invention, when a mask is formed on the surface of the first nitride semiconductor layer and the surface of the mask opening is selectively thermally decomposed to form the first surface, a mask material is used. It is only necessary that the surface of the first nitride semiconductor layer in the region covered with the mask can be protected during the heat treatment. Specifically, even if the heat treatment conditions, the mask material, and the like may affect the surface of the first nitride semiconductor layer covered with the mask, the second surface has a growth rate of the first surface. Since a larger surface may be formed, a protective film material that performs such a protective function is appropriately selected. That is, the second
And a mask material that is less thermally decomposed than the first surface of the mask opening. Preferably, the second surface covered with the mask is formed by thermal decomposition. The purpose is to provide a mask that has almost no surface. As a specific mask material, silicon oxide (S
iO x ), silicon nitride (Si x N y ), titanium oxide (Ti
O X), an oxide such as zirconium oxide (ZrO X), can be used nitride, and these multi-layered films, metals, alloys, and the like. Examples of metals and alloy materials include Cu, Au, Cr and the like.
Is selected so that a mask pattern on the order of microns can be formed so that the surface of the substrate is formed. By using such a material, the nitride semiconductor is protected during the heat treatment, and the mask material is not diffused into the nitride semiconductor. As a method of forming these protective films, conventionally known vapor deposition techniques such as vapor deposition, sputtering, and CVD can be used.

【0027】本発明において、第1の窒化物半導体層を
熱処理により、熱分解させて、第1の表面を形成する方
法としては、第1の窒化物半導体が熱分解可能な温度、
温度領域で、熱処理することで、熱分解でき、図1に示
すように、凹凸を呈した表面が形成される。以下その方
法について、一実施形態を説明する。
In the present invention, the first nitride semiconductor layer is thermally decomposed by heat treatment to form the first surface.
By performing the heat treatment in the temperature range, it can be thermally decomposed, and as shown in FIG. 1, an uneven surface is formed. An embodiment of the method will be described below.

【0028】第1の窒化物半導体層を形成後、その表面
に選択的にマスクを形成し、続いて、上述した窒化物半
導体を成長するのに知られた成長装置の反応容器内に入
れる。ここでは、MOCVD装置の反応容器内に、第1
の窒化物半導体を形成したウエハをセットする。続い
て、反応容器内を窒化物半導体の成長温度域として、キ
ャリアガスなどを供給しながら、一定時間保持する。こ
のようにして、図2(c)に示すように、マスク開口部
を熱分解させる。この時、熱処理温度としては、上述し
たように、第1の窒化物半導体が選択的に熱分解される
ような温度とすることであり、またヒーター・反応容器
などの形状、位置にもよるが、具体的には基板温度30
0℃〜1300℃の範囲、好ましくは800〜1200
℃の範囲とすることである。
After the formation of the first nitride semiconductor layer, a mask is selectively formed on the surface thereof, and then placed in a reaction vessel of a growth apparatus known for growing the above-described nitride semiconductor. Here, the first vessel is placed in the reaction vessel of the MOCVD apparatus.
The wafer on which the nitride semiconductor is formed is set. Subsequently, the inside of the reaction vessel is maintained at a growth temperature region of the nitride semiconductor for a certain period of time while supplying a carrier gas or the like. In this way, the mask opening is thermally decomposed as shown in FIG. At this time, the heat treatment temperature is, as described above, a temperature at which the first nitride semiconductor is selectively thermally decomposed, and also depends on the shape and position of the heater, the reaction vessel, and the like. Specifically, the substrate temperature 30
0 ° C. to 1300 ° C., preferably 800 to 1200
In the range of ° C.

【0029】また、反応容器内にガスを供給すること
で、マスク開口部が選択的に熱分解される効果もあるこ
とから、そのような作用に適したガスを適宜選択するほ
うが良い。これは、マスク開口部において、反応容器内
の雰囲気ガス、フローガスが開口部で露出した第1の窒
化物半導体層に直接接することによる熱分解作用が働く
ことにある。この時、反応容器内の雰囲気温度は特に限
定されないが、具体的には700℃以上900℃以下の
範囲に設定することで熱処理が可能で、好ましくは75
0℃以上850℃の範囲とすることで、マスク下の窒化
物半導体層が熱分解されずに、マスク開口部だけが選択
的に熱処理される熱処理形態を実現できる。また、反応
容器内の雰囲気ガス、フローガスとして具体的には、I
II族元素、V族元素などのソースガス、導電型不純物
のソースガスは、反応容器内に供給せずに、キャリアガ
スなどの雰囲気ガスを用いる方が好ましい。これは、窒
化物半導体の原料となるソースガスを供給すると、上述
したような第1の表面に適した熱分解が得られにくい傾
向にあるためである。また、III族のソースガスを用
いると、III族元素のGa,Al等は、メタルドロッ
プとして第1の窒化物半導体層に付着する傾向にあるた
め、反応容器内に供給しない方が好ましい。このため、
好ましくはV族のソースガスとキャリアガスとすること
で、成長速度を低くする第1の表面が形成される。ソー
スガスとキャリアガスとを組み合わせる場合には、上記
キャリアガスとアンモニアガスとを組み合わせて用いる
ことで好ましい熱処理が実現される。更に好ましくは、
ソースガスを供給せずに、キャリアガスだけを供給する
ことで、成長速度をより低くさせる第1の表面が得ら
れ、またV族元素のソースガスのNHを供給する場合
と供給しない場合とで比較すると、供給しない方が低い
温度での熱処理で熱分解が実現され好ましい。この時、
キャリアガスは、特に限定されないが、Nなどの不活
性ガス、Hなどを用いることができる。ここでは、M
OCVD装置を用いた熱処理方法について述べたが、反
応装置に応じて、キャリアガス(雰囲気)、ソースガス
などを適宜選択することは言うまでもない。また、この
ように、反応容器内にガスを供給する場合には、これら
のガスにも耐えうるマスク材料を選択する。また、反応
容器内の気圧については、特にその違いによる熱処理の
変化はみられないため、減圧下、大気圧下(常圧下)、
加圧下のいずれでも良い。
Further, since supplying the gas into the reaction vessel has an effect of selectively thermally decomposing the mask opening, it is better to appropriately select a gas suitable for such an operation. This is due to the fact that an atmosphere gas and a flow gas in the reaction vessel are in direct contact with the first nitride semiconductor layer exposed in the opening at the mask opening, so that a thermal decomposition action is effected. At this time, the temperature of the atmosphere in the reaction vessel is not particularly limited. Specifically, the heat treatment can be performed by setting the temperature in a range of 700 ° C. or more and 900 ° C. or less.
By setting the temperature in the range of 0 ° C. to 850 ° C., a heat treatment mode in which only the mask opening is selectively heat-treated without thermally decomposing the nitride semiconductor layer under the mask can be realized. In addition, as the atmospheric gas and the flow gas in the reaction vessel, specifically, I
It is preferable to use an atmosphere gas such as a carrier gas without supplying a source gas such as a group II element or a group V element or a source gas of a conductive impurity into the reaction vessel. This is because when a source gas serving as a nitride semiconductor material is supplied, it is difficult to obtain the thermal decomposition suitable for the first surface as described above. When a group III source gas is used, group III elements such as Ga and Al tend to adhere to the first nitride semiconductor layer as metal drops. Therefore, it is preferable not to supply the group III element into the reaction vessel. For this reason,
By using a group V source gas and a carrier gas, the first surface with a low growth rate is formed. When the source gas and the carrier gas are combined, a preferable heat treatment is realized by using the carrier gas and the ammonia gas in combination. More preferably,
By supplying only the carrier gas without supplying the source gas, a first surface for lowering the growth rate can be obtained. In addition, the case where the source gas of group V element NH 3 is supplied and the case where it is not supplied In comparison with the above, it is preferable not to supply it because thermal decomposition is realized by heat treatment at a low temperature. At this time,
The carrier gas is not particularly limited, but an inert gas such as N 2 , H 2, or the like can be used. Here, M
Although the heat treatment method using the OCVD apparatus has been described, it goes without saying that a carrier gas (atmosphere), a source gas, and the like are appropriately selected according to the reaction apparatus. When a gas is supplied into the reaction vessel, a mask material that can withstand these gases is selected. In addition, regarding the atmospheric pressure in the reaction vessel, there is no particular change in the heat treatment due to the difference, so that the pressure is reduced, the atmospheric pressure (normal pressure),
Either under pressure may be used.

【0030】この時、上述したガスを用いた熱処理によ
り、第1の窒化物半導体層中の窒素原子が、主に熱分解
され、InxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦
1,0≦x+y≦1)からなる第1の窒化物半導体層を
用いた場合には、熱処理により、Al、In、Gaなど
が、分解されずに第1の表面に付着することとなる。こ
の場合、マスク除去時に、残留したAl、In、Gaを
溶解除去若しくは洗浄できるような溶液を用いて、除去
すればよい。熱処理により第1の窒化物半導体層表面
に、第1の表面、第2の表面を形成する場合には、Ga
Nを用いることで、第2の窒化物半導体層の成長に優れ
た第1の表面を形成することができる。これは、Alを
含む窒化物半導体、例えばAlGa1−xN(0<x
≦1)、を第1の窒化物半導体層に用いると、熱処理温
度がAlを含まない場合に比べて、高くなるため、マス
ク材料が熱分解され易くなり、利用できるマスク材料が
限定され、またマスクで覆われた第2の表面にも熱分解
が発生するため、熱処理の制御が困難な傾向にある。そ
の結果、得られる第1の表面と第2の表面との成長速度
差が小さくなり、上述した第2の窒化物半導体層の成長
形態が得られにくくなる。また、Inを含む窒化物半導
体、例えばInGa1−yN(0<y≦1)、を第1
の窒化物半導体層に用いると、Inが熱分解しやすいた
めに、マスクで覆われた第2の表面にも熱処理の影響が
及び、選択的に第1の表面を形成し、それを制御するこ
とが困難な傾向にある。
At this time, the nitrogen atoms in the first nitride semiconductor layer are mainly thermally decomposed by the heat treatment using the above-mentioned gas, and In x Al y Ga 1 -xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
In the case where the first nitride semiconductor layer composed of (1,0 ≦ x + y ≦ 1) is used, Al, In, Ga, and the like adhere to the first surface without being decomposed by the heat treatment. In this case, when removing the mask, the remaining Al, In, and Ga may be removed using a solution that can be dissolved or removed or washed. When the first surface and the second surface are formed on the surface of the first nitride semiconductor layer by heat treatment, Ga
By using N, it is possible to form a first surface which is excellent in growing the second nitride semiconductor layer. This nitride semiconductor containing Al, for example Al x Ga 1-x N ( 0 <x
≦ 1) is used for the first nitride semiconductor layer, the heat treatment temperature is higher than that in the case where Al is not included, so that the mask material is easily thermally decomposed, and the available mask material is limited. Since thermal decomposition also occurs on the second surface covered with the mask, the heat treatment tends to be difficult to control. As a result, the difference in growth rate between the obtained first surface and the second surface becomes small, and it becomes difficult to obtain the above-described growth form of the second nitride semiconductor layer. In addition, a nitride semiconductor containing In, for example, In y Ga 1-y N (0 <y ≦ 1) is used as a first semiconductor.
When the nitride semiconductor layer is used, In is easily thermally decomposed, so that the heat treatment also affects the second surface covered with the mask, thereby selectively forming the first surface and controlling the first surface. It tends to be difficult.

【0031】また、本発明の第1の表面を上述した熱処
理により形成すると、図3に示すように、第1の表面1
上に成長した第2の窒化物半導体層12に、第1の窒化
物半導体層11から伝搬する貫通転位の数を低減させる
効果がある。これは、詳しいことは不明であるが、熱処
理による適度な凹凸の形成が原因でないかと考えられ
る。さらに、上述したように、熱処理時に、反応容器内
にガスを供給して熱処理することで貫通転位の低減効果
が選られやすく、更にキャリアがだけを用いた場合に、
その低減効果が最も得られ易い傾向にある。 <本発明の窒化物半導体基板の応用>また、本発明で
は、第2の窒化物半導体層を複数形成することも可能で
ある。具体的には、図4に示すように、第2の窒化物半
導体層12を成長させた後、第2の窒化物半導体に第1
の表面12a、第2の表面12bを形成して、別の窒化
物半導体層13を形成することもできる。このように、
2回以上第1の窒化物半導体層、第2の窒化物半導体を
成長させることもできる。この時、1回目で形成された
第2の窒化物半導体層12には、第1の表面1上に形成
された低欠陥密度領域12aと、第2の表面2上に形成
された高欠陥密度12bが形成されるため、この高欠陥
密度領域12bの貫通転位を減らすように、次の層13
を成長させる。このようにすることで、表面のほぼ全面
が低欠陥密度の窒化物半導体層を形成することができ
る。図4を用いて説明すると、1回目の第2の窒化物半
導体層12を成長させた後、図4(a)、(b)に示す
ように、選択的に熱分解させて凹凸を設けて、2回目の
第1の表面1(12b)、第2の表面2(12a)を形
成する。このように、1回目の成長時の第1の表面1の
上に、2回目の成長の第2の表面12aを、1回目の第
2の表面2の上に2回目の成長の第1の表面12bが設
けられるようにする。この時、1回目の第2の表面2を
覆うように、2回目の第2の表面12aを形成すること
で、図3に示すように、1回目の第2の表面2から延び
た貫通転位を2回目の成長時に、低減することが可能と
なるからである。続いて、2回目の第2の窒化物半導体
層となる窒化物半導体層13を成長させることで、窒化
物半導体層13の表面には、領域A、領域Bとも欠陥が
低減された窒化物半導体が得られる。これとは逆に、2
回目の成長において、1回目の成長により形成された低
欠陥密度領域Bの欠陥密度を更に低減化させるように、
2回目の第1の表面、第2の表面を図とは逆のパターン
とし、1回目の第1の表面上に、2回目の第1の表面を
形成して、低欠陥密度領域Bのさらなる低欠陥化を図る
こともできる。
When the first surface of the present invention is formed by the above-mentioned heat treatment, as shown in FIG.
The second nitride semiconductor layer 12 grown above has an effect of reducing the number of threading dislocations propagating from the first nitride semiconductor layer 11. Although this is not known in detail, it is considered that this may be due to the formation of moderate irregularities due to the heat treatment. Furthermore, as described above, during the heat treatment, the effect of reducing threading dislocations can be easily selected by supplying a gas into the reaction vessel and performing the heat treatment. Further, when only the carrier is used,
The reduction effect tends to be most easily obtained. <Application of Nitride Semiconductor Substrate of the Present Invention> In the present invention, it is also possible to form a plurality of second nitride semiconductor layers. Specifically, as shown in FIG. 4, after growing the second nitride semiconductor layer 12, the first nitride semiconductor
By forming the surface 12a and the second surface 12b, another nitride semiconductor layer 13 can be formed. in this way,
The first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor can be grown two or more times. At this time, the second nitride semiconductor layer 12 formed at the first time has a low defect density region 12a formed on the first surface 1 and a high defect density region 12a formed on the second surface 2. 12b, the next layer 13 is formed so as to reduce threading dislocations in the high defect density region 12b.
Grow. By doing so, a nitride semiconductor layer having a low defect density can be formed on almost the entire surface. Referring to FIG. 4, after growing the second nitride semiconductor layer 12 for the first time, as shown in FIGS. 4A and 4B, it is selectively thermally decomposed to form irregularities. A second first surface 1 (12b) and a second surface 2 (12a) are formed. In this manner, the second surface 12a of the second growth is placed on the first surface 1 at the time of the first growth, and the first surface of the second growth is placed on the second surface 2 of the first growth. The surface 12b is provided. At this time, by forming the second second surface 12a so as to cover the first second surface 2, the threading dislocation extending from the first second surface 2 as shown in FIG. At the time of the second growth. Subsequently, by growing a nitride semiconductor layer 13 to be a second nitride semiconductor layer for the second time, a nitride semiconductor with reduced defects in both the region A and the region B is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 13. Is obtained. On the contrary, 2
In the first growth, the defect density of the low defect density region B formed by the first growth is further reduced,
The second first surface and the second surface are formed in a pattern opposite to that shown in the figure, and the second first surface is formed on the first first surface to further reduce the low defect density region B. Defect reduction can also be achieved.

【0032】また、本発明の第2の窒化物半導体は、図
7に示すように、素子構造104〜112と基板101
との間に設けて、下地層として利用することができ、ま
た図8に示すように、素子構造の内部にも設けることが
できる。
Further, as shown in FIG. 7, the second nitride semiconductor of the present invention comprises an element structure 104-112 and a substrate 101
And can be used as a base layer, and can also be provided inside the element structure as shown in FIG.

【0033】また、図5(a)に示すように、第2の窒
化物半導体層12の上に、成長させた窒化物半導体層
は、図中でハッチングを施して示すように、低欠陥密度
領域12a、高欠陥密度領域12aは、その上に成長さ
せた窒化物半導体にもそのような欠陥密度の分布は、領
域A、Bとして引き継がれる傾向にある。第2の窒化物
半導体層12の上に、厚膜の第3の窒化物半導体層15
を積層して、下地層となる第1の窒化物半導体層11、
第2の窒化物半導体層12、第3の窒化物半導体層15
の一部を除去して、窒化物半導体の単体結晶とすること
もできる。これは、図5(a)、(c)に示すように、
除去領域Cの矢印で示すように、異種基板10側から除
去するものであり、少なくとも、異種基板と、第1の窒
化物半導体層11との間を除去すること、すなわち、少
なくとも第1の窒化物半導体層11を除去することで、
窒化物半導体の単体化を実現する。これにより、第1の
表面1、第2の表面2を有する第1の窒化物半導体層が
除去されることで、結晶性の低い領域が除かれた単体基
板となり、裏面からの電極形成が良好な基板となる。更
に好ましくは、第2の窒化物半導体層を除去すること
で、上述した第2の窒化物半導体の成長形態は横方向の
成長を伴って形成されることから、それを残した単体基
板では、反りの原因となり、また図3に示すように、第
2の窒化物半導体層中には多くの欠陥が設けられること
から、欠陥の伝播の原因となる。更に好ましくは、図5
(b)の除去領域Cとして示すように、第3の窒化物半
導体層の一部が除去されるように、単体基板を形成する
ことであり、これにより、結晶性に優れ、反りの低減さ
れた単体基板となる。
As shown in FIG. 5A, the nitride semiconductor layer grown on the second nitride semiconductor layer 12 has a low defect density as shown by hatching in the figure. In the region 12a and the high defect density region 12a, such a distribution of the defect density tends to be inherited as the regions A and B even in the nitride semiconductor grown thereon. A thick third nitride semiconductor layer 15 is formed on the second nitride semiconductor layer 12.
Are stacked to form a first nitride semiconductor layer 11 serving as an underlayer,
Second nitride semiconductor layer 12, third nitride semiconductor layer 15
Can be removed to form a nitride semiconductor single crystal. This is shown in FIGS. 5A and 5C.
As indicated by the arrow in the removal region C, the removal is performed from the heterogeneous substrate 10 side, and at least the space between the heterogeneous substrate and the first nitride semiconductor layer 11 is removed, that is, at least the first nitride semiconductor layer 11 is removed. By removing the material semiconductor layer 11,
Realize the simplification of nitride semiconductors. Thereby, the first nitride semiconductor layer having the first surface 1 and the second surface 2 is removed, so that a single substrate is obtained in which a region with low crystallinity is removed, and the electrode formation from the back surface is good. Substrate. More preferably, by removing the second nitride semiconductor layer, the above-mentioned growth form of the second nitride semiconductor is formed with lateral growth. As shown in FIG. 3, many defects are provided in the second nitride semiconductor layer, which causes the propagation of defects. More preferably, FIG.
A single substrate is formed so that a part of the third nitride semiconductor layer is removed as shown as a removal region C in (b), whereby the crystallinity is excellent and the warpage is reduced. It becomes a single substrate.

【0034】単体基板を得る場合、上述したように、厚
膜の第3の窒化物半導体層15の膜厚若しくは、異種基
板上に成長させた窒化物半導体の総膜厚を、少なくとも
50μm以上とすることで、単体基板とでき、好ましく
は100μm以上で、単体基板を取り出す際の取り扱い
が容易となり、単体基板の取り出しの歩留まりも向上す
る。また、除去する前の基板の反りを考慮すると、上述
したように、80μm以上120μm以下の範囲とする
ことが好ましい。このような厚膜の第3の窒化物半導体
層15を形成するには、成長速度の大きいHVPEが好
ましく用いられるが、厚膜の第3の窒化物半導体層15
をHVPEで形成すると、生成された核から核成長した
ドメインが膜厚方向に成長するに伴って各ドメインが結
合して成膜される3次元の成長形態となる傾向にあり、
このような場合には、核成長に伴って貫通転位も伝搬す
るため、貫通転位が分散される傾向にある。例えば、図
5(a)に示すように、低欠陥密度領域12b、高欠陥
密度領域12aの上に、第3の窒化物半導体層15成長
させると、貫通転位が分散されて、第2の窒化物半導体
の各領域に対応する領域A、Bで、欠陥密度差が小さく
なったり、平均化されて一様な分布を示すものとなる。
このような成長形態は、HVPEの成長速度を大きくす
ることで、得られる傾向にあり、具体的には、10μm
/hr以上の成長速度で成長させると、この貫通転位の
分散が確認される傾向にある。また、第2の窒化物半導
体層12を厚膜化して、第3の窒化物半導体層としても
よいことは言うまでもない。
When a single substrate is obtained, as described above, the thickness of the thick third nitride semiconductor layer 15 or the total thickness of the nitride semiconductor grown on the heterogeneous substrate is at least 50 μm or more. By doing so, it is possible to form a single substrate, preferably 100 μm or more, which facilitates handling when the single substrate is taken out, and improves the yield of taking out the single substrate. Further, in consideration of the warpage of the substrate before the removal, it is preferable that the thickness be in the range of 80 μm to 120 μm as described above. In order to form such a thick third nitride semiconductor layer 15, HVPE having a high growth rate is preferably used, but the thick third nitride semiconductor layer 15 is preferably used.
Is formed by HVPE, there is a tendency that a domain formed by nucleus growth from a generated nucleus grows in a film thickness direction and a three-dimensional growth form is formed in which each domain is combined and formed into a film.
In such a case, threading dislocations also propagate along with nucleus growth, so that threading dislocations tend to be dispersed. For example, as shown in FIG. 5A, when the third nitride semiconductor layer 15 is grown on the low defect density region 12b and the high defect density region 12a, threading dislocations are dispersed, and In the regions A and B corresponding to the respective regions of the semiconductor, the defect density difference is reduced or averaged to show a uniform distribution.
Such a growth mode tends to be obtained by increasing the growth rate of HVPE, and specifically, 10 μm
When growing at a growth rate of / hr or more, dispersion of threading dislocations tends to be confirmed. Needless to say, the thickness of the second nitride semiconductor layer 12 may be increased to form a third nitride semiconductor layer.

【0035】本発明ではまた、図5に示すように、第2
の窒化物半導体層12、若しくはその上に成長させた第
3の窒化物半導体層15を形成した後、成長基板とした
異種基板、第1の表面を有する第1の窒化物半導体層を
除去するなどして、図5(b)に示すように、窒化物半
導体単体基板とした後、更に、成長表面、除去面に、別
の窒化物半導体層16a、16bを成長させることもで
きる。この方法を用いると、異種基板の上に第1の窒化
物半導体層、第2の窒化物半導体層を成長させて、さら
に第3の窒化物半導体層を厚膜化すると異種基板と窒化
物半導体との格子不整合による基板の反りが大きくなる
ため、異種基板を除去した第3の窒化物半導体単体基板
15aとした後、単体基板に第4の窒化物半導体層16
を成長させて厚膜化することで基板の反りも軽減でき
る。この時、単体基板の上に、成長させる窒化物半導体
層の膜厚として具体的には、100μm以上400μm
以下とすることで反りが軽減され好ましい。また、単体
基板の上に、窒化物半導体を成長させる際にHVPEを
用いると、上述した貫通転位の分散化が進み、貫通転位
密度の分布がなくなる傾向にある。第3の窒化物半導体
の窒化物半導体の組成は、上述したInxAlyGa
1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)
で表される組成の窒化物半導体を用いることができ、好
ましくはInを含まないAlGa1-xN(0≦x≦
1)を用いることで結晶性の良好な厚膜を形成すること
ができる。さらに、第3の窒化物半導体層の下地層とな
る第2の窒化物半導体層と、同一組成とすることで、格
子不整合のない結晶成長が可能となり好ましい。また、
第3の窒化物半導体層の形成にHVPEを用いて成長さ
せる場合には、Inを含まない窒化物半導体層とするこ
とで良好な成長が可能であり、さらにAlGaNで表さ
れる3元混晶よりも、AlN、GaNの2元混晶とする
ことで良好な結晶成長がなされるため、好ましい。
In the present invention, as shown in FIG.
After the formation of the nitride semiconductor layer 12 or the third nitride semiconductor layer 15 grown thereon, the heterogeneous substrate used as the growth substrate and the first nitride semiconductor layer having the first surface are removed. For example, as shown in FIG. 5B, after the nitride semiconductor single substrate is formed, another nitride semiconductor layer 16a, 16b can be further grown on the growth surface and the removed surface. When this method is used, a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer are grown on a heterogeneous substrate, and the third nitride semiconductor layer is further thickened. Since the warpage of the substrate due to lattice mismatch with the third nitride semiconductor substrate 15a becomes large, the third nitride semiconductor substrate 15a from which the dissimilar substrate has been removed is formed, and then the fourth nitride semiconductor layer 16 is formed on the single substrate.
By growing the film to increase the film thickness, the warpage of the substrate can be reduced. At this time, the thickness of the nitride semiconductor layer to be grown on the single substrate is specifically 100 μm to 400 μm.
The following is preferable because warpage is reduced. Further, when HVPE is used when growing a nitride semiconductor on a single substrate, dispersion of threading dislocations described above progresses, and the distribution of threading dislocation density tends to disappear. The composition of the nitride semiconductor of the third nitride semiconductor is the above-mentioned In x Al y Ga
1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1)
In represented can be a nitride semiconductor of the composition, preferably Al x Ga 1-x N ( 0 ≦ x ≦ containing no In
By using 1), a thick film having good crystallinity can be formed. Further, by using the same composition as that of the second nitride semiconductor layer serving as an underlayer of the third nitride semiconductor layer, crystal growth without lattice mismatch can be performed, which is preferable. Also,
When the third nitride semiconductor layer is grown using HVPE, good growth is possible by using a nitride semiconductor layer containing no In, and further, a ternary mixed crystal represented by AlGaN It is more preferable to use a binary mixed crystal of AlN and GaN because good crystal growth can be achieved.

【0036】このように、本発明は、単体基板の形成に
も用いることができ、異種基板上に、第1の窒化物半導
体層、第2の窒化物半導体層を形成して貫通転位を低減
する第1の工程、第1の工程後、厚膜の第3の窒化物半
導体層を成長するなどして厚膜化する第2の工程、第2
の工程後、成長に用いた異種基板、第1の窒化物半導体
層、及び第2の窒化物半導体層の一部若しくは全部、さ
らには第3の窒化物半導体層の一部を除去して窒化物半
導体の単体基板を得る第3の工程を経て、単体基板を形
成することができる。更にまた、第3の工程後に、単体
基板を第1の窒化物半導体層、若しくは単体基板の上に
第1の窒化物半導体層を形成して、第2の窒化物半導体
層を形成する2回目の第1の工程を具備して、更に第2
の工程を経て、厚膜化しても良い。さらに、2回目の第
1の工程、若しくは2回目の第2の工程の後、第3の工
程で、窒化物半導体基板の一部を除去して、膜厚を小さ
く調整することもでき、この時に基板の反りを緩和させ
ると良い。また、第1の工程、第2の工程の後、素子構
造を積層する積層工程を経て、第3の工程を具備しても
良い。すなわち、第2の工程で、単体基板を取り出せる
厚膜の窒化物半導体を形成して、その上に素子構造を形
成して、その後異種基板を除去すること(第3の工程)
で、チップの取り出しに窒化物半導体の劈開でもって、
ウエハを分割することができる。さらにまた、別の形態
として、上述したように、第1、2、3の工程の後、2
回目の第2の工程で、第4の窒化物半導体層16を成長
させて単体基板を更に厚膜化でき、こうすることで上述
したように基板の反りが軽減される。2回以上第2の工
程による厚膜化を実施するには、少なくとも、1回目の
第2の工程後、第3の工程を経て、異種基板を取り除い
て窒化物半導体を単体化する必要があり、こうすること
で、厚膜化の際の基板の割れを防ぐことができる。従っ
て、第1、2、3の工程を経た後、第1の工程と第2の
工程とを様々に組み合わせて、第1の工程での貫通転位
の低減、第2の工程での厚膜化及び反り軽減を、繰り返
し実施することが可能であるが、2回以上の第2の工程
では、基板表面に、大きな段差が形成されるなど表面モ
フォロジーが悪化する傾向が観られる。このため、第
1、2、3の工程を経た後、得られた窒化物半導体単体
基板は、1度だけの厚膜化工程(2回目の第2の工程)
で留めておくことが好ましく、これにより表面モフォロ
ジーに優れ、貫通転位及び反りの軽減された窒化物半導
体単体基板が得られる。
As described above, the present invention can be used for forming a single substrate, and a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer are formed on different kinds of substrates to reduce threading dislocations. A first step, after the first step, a second step of increasing the film thickness by, for example, growing a thick third nitride semiconductor layer,
After the step, the heterogeneous substrate used for the growth, a part or all of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, and a part of the third nitride semiconductor layer are removed and nitrided. Through the third step of obtaining the single substrate of the product semiconductor, the single substrate can be formed. Furthermore, after the third step, the single substrate is formed in the first nitride semiconductor layer or the second time in which the first nitride semiconductor layer is formed on the single substrate and the second nitride semiconductor layer is formed. And the second step
Through the step described above, the film may be thickened. Furthermore, after the second first step or the second second step, in the third step, a part of the nitride semiconductor substrate can be removed to adjust the film thickness to be small. Sometimes it is good to reduce the warpage of the substrate. Further, after the first step and the second step, a third step may be provided through a laminating step of laminating an element structure. That is, in the second step, a thick nitride semiconductor from which a single substrate can be taken out is formed, an element structure is formed thereon, and then the heterogeneous substrate is removed (third step).
Then, take out the chip with cleavage of nitride semiconductor,
The wafer can be divided. Further, as another mode, as described above, after the first, second, and third steps, 2
In the second step, the fourth nitride semiconductor layer 16 is grown to further increase the thickness of the single substrate, thereby reducing the warpage of the substrate as described above. In order to carry out the thickening by the second step two or more times, it is necessary to remove the heterogeneous substrate and singulate the nitride semiconductor through the third step after at least the first second step. By doing so, it is possible to prevent the substrate from cracking when the film is made thick. Therefore, after the first, second, and third steps, the first step and the second step are variously combined to reduce threading dislocations in the first step and increase the film thickness in the second step. Although it is possible to repeatedly perform the warpage reduction, the surface morphology tends to be deteriorated in the second step two or more times, such as formation of a large step on the substrate surface. For this reason, after the first, second, and third steps, the nitride semiconductor single substrate obtained is subjected to only one thickening step (second second step).
In this case, a nitride semiconductor single substrate having excellent surface morphology and reduced threading dislocations and warpage can be obtained.

【0037】また、本発明の第2の窒化物半導体層を窒
化物半導体素子に用いる形態としては、図7に示すよう
に素子構造103〜112と基板101との間に設け
て、下地層として用いても良く、また図8に示すよう
に、素子構造中に第2の窒化物半導体層12を設けても
良い。また、第2の窒化物半導体層12には、第1の表
面上に低欠陥密度領域と、第1の表面上に高欠陥密度領
域と、が形成されることから、これを利用して素子構造
を形成しても良い。具体的には、図7に示すように、第
2の窒化物半導体層12に設けられた低欠陥密度領域1
2bの上に、レーザ素子のストライプ状の導波路領域が
形成されるように、リッジを設けたり、さらにそれを応
用して、図9に示すように、複数の導波路領域を低欠陥
密度領域12b上に設けたレーザ素子を形成するほか、
図10に示すように、低欠陥密度領域12b上に、選択
的に電流が流れる構造として、発光素子とすることがで
きる。このような構造の窒化物半導体素子では、いずれ
にも共通して、第2の窒化物半導体層12に設けられた
低欠陥密度領域12b上の活性層に電流が流れる構造と
なっている。このような構造とすることで、図9,10
中でハッチングを施して低欠陥密度領域が素子構造内に
も引き継がれるため、活性層中の低欠陥密度領域に電流
が選択的に流されて、高出力の窒化物半導体素子が得ら
れる。
As a mode in which the second nitride semiconductor layer of the present invention is used for a nitride semiconductor device, as shown in FIG. The second nitride semiconductor layer 12 may be provided in the element structure as shown in FIG. In the second nitride semiconductor layer 12, a low defect density region is formed on the first surface and a high defect density region is formed on the first surface. A structure may be formed. Specifically, as shown in FIG. 7, the low defect density region 1 provided in the second nitride semiconductor layer 12
A ridge is provided so that a stripe-shaped waveguide region of the laser element is formed on 2b, and a plurality of waveguide regions are formed by applying the ridge to a low defect density region as shown in FIG. In addition to forming a laser element provided on 12b,
As shown in FIG. 10, a structure in which current flows selectively over the low defect density region 12b can be a light emitting element. The nitride semiconductor device having such a structure has a structure in which a current flows through the active layer on the low defect density region 12b provided in the second nitride semiconductor layer 12 in common to both. With such a structure, FIGS.
Since the low defect density region is inherited in the element structure by hatching, current is selectively passed through the low defect density region in the active layer, and a high-output nitride semiconductor device is obtained.

【0038】[0038]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0039】[実施例1]窒化物半導体を成長させる異
種基板として、厚さが425μm、2インチφ、主面が
C面、オリエンテーションフラット面(以下、オリフラ
面と記す)がA面のサファイア基板を用意し、MOCV
Dの反応容器内にそのウエハをセットする。次に、第1
の窒化物半導体層を成長させる下地層として、温度を5
10℃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よりなる低温成長バッファ層を約2
00Å(オングストローム)の膜厚で成長させ、さらに
温度を1050℃とし、原料ガスにTMG、アンモニア
を用い、アンドープのGaNよりなる下地層を2.5μ
mの膜厚で成長させる。この下地層を、第1の窒化物半
導体層、第2の窒化物半導体層を形成する。図1に示す
ように、第1の窒化物半導体層11の上に、サファイア
基板のオリフラ面(A面)に垂直な方向からθ=0.3
°だけ傾けたストライプ状のSiO2からなるマスク2
0を、幅14μm、間隔(開口部の幅)6μmの条件
で、形成する。続いて、ウエハをMOCVD反応容器内
に移し、反応容器内の温度を760℃とし、H、N
をそれぞれ5l(リットル)/min供給しながら20
分保持した。この熱処理により図1(b)に示すよう
に、マスク20開口部が熱分解され、表面があれた第1
の表面が形成される。続いて、バッファードフッ酸に浸
漬して、ストライプを除去することで、熱処理により析
出された第1の表面上のGaも同時に洗浄除去される。
この時、マスク20を除去する方法として、熱処理後に
反応容器内を急冷して、マスク20と第1の窒化物半導
体層11との熱膨張係数差を利用して剥離し、反応容器
からウエハを取り出すことなくマスク20を除去して、
次の第2の窒化物半導体12を成長させることもでき
る。
Example 1 A sapphire substrate having a thickness of 425 μm, a diameter of 2 inches, a main surface of a C-plane, and an orientation flat surface (hereinafter referred to as an orientation flat surface) of an A-plane is used as a heterogeneous substrate on which a nitride semiconductor is grown. Prepare the MOCV
The wafer is set in the reaction vessel D. Next, the first
Temperature of 5 as an underlayer for growing a nitride semiconductor layer of
At 10 ° C., hydrogen was used as a carrier gas, ammonia and TMG (trimethylgallium) were used as source gases, and a low-temperature growth buffer layer made of GaN was formed on a sapphire substrate by about 2 μm.
The substrate is grown to a thickness of 00 ° (angstrom), the temperature is further set to 1050 ° C., and an underlayer made of undoped GaN using TMG and ammonia as source gases is 2.5 μm.
It is grown to a thickness of m. Using this base layer, a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer are formed. As shown in FIG. 1, on the first nitride semiconductor layer 11, θ = 0.3 from a direction perpendicular to the orientation flat surface (A surface) of the sapphire substrate.
Mask 2 made of striped SiO 2 tilted by °
0 is formed under the conditions of a width of 14 μm and an interval (width of the opening) of 6 μm. Subsequently, the wafer is transferred into a MOCVD reaction vessel, the temperature in the reaction vessel is set to 760 ° C., and H 2 , N 2
While supplying 5 l (liter) / min.
Minutes. By this heat treatment, as shown in FIG.
Is formed. Subsequently, by immersing the substrate in buffered hydrofluoric acid to remove the stripes, Ga on the first surface deposited by the heat treatment is simultaneously removed by washing.
At this time, as a method for removing the mask 20, the inside of the reaction vessel is rapidly cooled after the heat treatment, and the mask 20 and the first nitride semiconductor layer 11 are separated by using a difference in thermal expansion coefficient between the mask 20 and the first nitride semiconductor layer 11, and the wafer is removed from the reaction vessel. Remove the mask 20 without taking it out,
The next second nitride semiconductor 12 can also be grown.

【0040】熱処理したことで、第1の窒化物半導体層
11には、マスク領域の第2の表面2と、熱分解された
第1の表面1が形成され、この上に第2の窒化物半導体
層として、アンドープGaNを5μmの膜厚で形成す
る。この第2の窒化物半導体層12を成長させること
で、図1(c)に示すように、第1の表面1から成長し
た凹凸を呈した成長領域は収縮して、第2の表面2から
成長した窒化物半導体が広がり、成長する。得られる第
2の窒化物半導体層12は、第1の表面1上に低欠陥密
度領域B、第2の表面2上に高欠陥密度領域A、が表面
に形成される。これは、第1の表面1から成長した窒化
物半導体は、図3に示すように、第1の窒化物半導体層
11に内在する貫通転位を大幅に減少させる一方で、第
2の表面2からの成長領域が広がり、第1の表面1から
の成長領域が狭まるようにして、第2の窒化物半導体層
12が成長することで、第1の表面1からの貫通転位が
更に減少し、また、第2の表面2の第1の表面1近傍の
領域の貫通転位も減少する。ここで、第2の窒化物半導
体層12を5μmの膜厚で成長させたが、実施例4でも
示すように、5μmの膜厚で成長させることでは表面が
平坦化されるにとどまるため、更に結晶性、表面モフォ
ロジーを向上させる下地層の効果を引き出すために、さ
らに3μmの膜厚で、合計8μmで成長させた後、素子
構造を形成すると良い。
As a result of the heat treatment, the second surface 2 of the mask region and the thermally decomposed first surface 1 are formed on the first nitride semiconductor layer 11, and the second nitride As a semiconductor layer, undoped GaN is formed to a thickness of 5 μm. By growing the second nitride semiconductor layer 12, as shown in FIG. 1C, the growth region having the irregularities grown from the first surface 1 shrinks, and The grown nitride semiconductor spreads and grows. In the obtained second nitride semiconductor layer 12, a low defect density region B is formed on the first surface 1 and a high defect density region A is formed on the second surface 2. This is because the nitride semiconductor grown from the first surface 1 significantly reduces threading dislocations inherent in the first nitride semiconductor layer 11 as shown in FIG. Is grown, the growth region from the first surface 1 is narrowed, and the second nitride semiconductor layer 12 is grown, whereby threading dislocations from the first surface 1 are further reduced. In addition, threading dislocations in a region of the second surface 2 near the first surface 1 are also reduced. Here, the second nitride semiconductor layer 12 was grown with a thickness of 5 μm. However, as shown in Example 4, the growth with a thickness of 5 μm only flattens the surface. In order to obtain the effect of the underlayer for improving the crystallinity and the surface morphology, it is preferable to form the element structure after further growing the film to a thickness of 3 μm and a total of 8 μm.

【0041】このようにして第2の窒化物半導体層12
は、素子構造の形成に好適な窒化物半導体基板となる。
図1に示すように、成長させた第2の窒化物半導体層1
2には、低欠陥密度領域B(12b)と高欠陥密度領域
A(12a)が第1の表面に第2の表面に対応してスト
ライプ状に形成され、それぞれ、幅約6μm、14μm
で、欠陥密度約10、1010/cmである。
Thus, the second nitride semiconductor layer 12
Is a nitride semiconductor substrate suitable for forming an element structure.
As shown in FIG. 1, the grown second nitride semiconductor layer 1
2, a low defect density region B (12b) and a high defect density region A (12a) are formed on the first surface in a stripe shape corresponding to the second surface, and have a width of about 6 μm and a width of 14 μm, respectively.
And the defect density is about 10 8 , 10 10 / cm 2 .

【0042】[実施例2]実施例1において、熱処理時
に、反応容器内に供給するガスを、Hのみとした他
は、実施例1と同様にして、第1の窒化物半導体層、第
2の窒化物半導体層を形成する。得られる第2の窒化物
半導体層は、実施例1と同様に、欠陥密度がストライプ
状に分布し、第1の表面上部では、大幅に貫通転位が減
少した窒化物半導体となる。更に、熱処理条件を、N
とNHとした場合には、実施例1に比べて、第1の表
面上に成長した第2の窒化物半導体層に多くの貫通転位
が発生する傾向にあり、このため、キャリアガスだけを
熱処理に用いた場合に比べて、貫通転位の低減が小さな
ものとなる。
Example 2 The procedure of Example 1 was repeated, except that only H 2 was used as the gas to be supplied into the reaction vessel during the heat treatment. 2 are formed. As in the first embodiment, the obtained second nitride semiconductor layer has a defect density distributed in a stripe shape, and has a threading dislocation greatly reduced at the upper portion of the first surface. Further, the heat treatment conditions were changed to N 2
When NH 3 and NH 3 are used, a large number of threading dislocations tend to be generated in the second nitride semiconductor layer grown on the first surface as compared with the first embodiment. The reduction in threading dislocations is smaller than when used for heat treatment.

【0043】[実施例3]実施例1の熱処理条件におい
て、反応容器内の温度を800℃として、熱分解させる
と、マスクで保護された第2の表面でも、表面の一部で
熱分解が観察され、マスク開口部の第1の表面に比べて
僅かな表面の凹凸を呈するものである。続いて、実施例
1と同様に第2の窒化物半導体層を成長させると、実施
例1ほど、第1の表面、第2の表面との成長速度差が観
られず、第1の表面からの成長領域が狭まり、第2の表
面からの成長領域が広がる傾向が弱まり、第1の表面か
らの貫通転位が表面に到達するものがある一方で、第2
の表面の一部にも熱分解が施されていることから、第2
の表面上の貫通転位が減少する傾向にある。これによ
り、実施例1と比べて、第2の窒化物半導体層は、欠陥
密度差が小さくなり、ストライプ状の欠陥密度の分布が
弱まり、貫通転位が分散された表面となるものの、表面
全体では、貫通転位の減少された窒化物半導体となる。
しかし、一方で、第1の表面と第2の表面との間で、成
長速度差が小さくなるため、第2の表面から成長した窒
化物半導体の横方向成長が減少し、そのために第1の表
面上の第2の窒化物半導体層表面の領域では、実施例1
に比べて、貫通転位の低減効果が小さいものとなり、選
択的に形成された低欠陥密度領域を素子構造に利用する
場合には、実施例1よりも欠陥が多いものとなる。
[Example 3] Under the heat treatment conditions of Example 1, when the temperature inside the reaction vessel was set to 800 ° C and thermal decomposition was performed, thermal decomposition was partially caused even on the second surface protected by the mask. It is observed and exhibits slight surface irregularities as compared to the first surface of the mask opening. Subsequently, when a second nitride semiconductor layer is grown in the same manner as in Example 1, a difference in growth rate between the first surface and the second surface is not observed as in Example 1, and the second nitride semiconductor layer is grown from the first surface. Growth region from the second surface is narrowed and the tendency for the growth region from the second surface to expand is weakened, and threading dislocations from the first surface reach the surface.
Because part of the surface was also thermally decomposed,
Threading dislocations on the surface tend to decrease. As a result, as compared with Example 1, the second nitride semiconductor layer has a smaller defect density difference, weaker stripe-shaped defect density distribution, and a surface in which threading dislocations are dispersed. Thus, a nitride semiconductor with reduced threading dislocations is obtained.
However, on the other hand, since the difference in growth rate between the first surface and the second surface is small, the lateral growth of the nitride semiconductor grown from the second surface is reduced, and therefore, the first In the region of the surface of the second nitride semiconductor layer on the surface,
The effect of reducing threading dislocations is smaller than that of the first embodiment, and when a selectively formed low defect density region is used for the element structure, the number of defects is larger than that of the first embodiment.

【0044】[実施例4]以下、実施例4として図7に
示す模式断面図のレーザ素子構造について、順を追って
説明する。
[Embodiment 4] Hereinafter, as Embodiment 4, the laser device structure of the schematic sectional view shown in FIG. 7 will be described step by step.

【0045】実施例1と同様にして、サファイアの基板
101上に、低温成長バッファ層102、第1の窒化物
半導体層11、第2の窒化物半導体層12を形成した
後、第2の窒化物半導体層の上にバッファ層103とし
て、Al混晶比が0.01のアンドープAlGaNから
なるバッファ層103を形成する。この時、第2の窒化
物半導体層12は、実施例1で示したように、8μmの
膜厚で成長させ、また図に示すように、第1の表面上部
の低欠陥密度領域12bと、第2の表面上部の低欠陥密
度領域12aとが形成されている。このバッファ層10
3は省略可能であるが、第2の窒化物半導体層がGaN
である場合に、それよりも熱膨張係数の小さい窒化物半
導体、AlGa1−aN(0<a≦1)からなるバッ
ファ層103を用いることで、ピットを低減させること
ができるため、第2の窒化物半導体層の上にバッファ層
103を形成することが好ましい。このバッファ層10
3は、第2の窒化物半導体層12のように、膜厚方向の
成長と横方向成長とを伴って成膜された窒化物半導体層
に、ピットが発生しやすい傾向があるが、それを防ぐ効
果がある。
After forming a low-temperature growth buffer layer 102, a first nitride semiconductor layer 11, and a second nitride semiconductor layer 12 on a sapphire substrate 101 in the same manner as in the first embodiment, A buffer layer 103 made of undoped AlGaN having an Al composition ratio of 0.01 is formed as a buffer layer 103 on the semiconductor layer. At this time, the second nitride semiconductor layer 12 is grown to a thickness of 8 μm as shown in Example 1, and as shown in FIG. A low defect density region 12a at the upper portion of the second surface is formed. This buffer layer 10
3 can be omitted, but the second nitride semiconductor layer is made of GaN.
In this case, the pits can be reduced by using the buffer layer 103 made of a nitride semiconductor having a smaller coefficient of thermal expansion, AlaGa1 - aN (0 <a ≦ 1). It is preferable that the buffer layer 103 be formed over the second nitride semiconductor layer. This buffer layer 10
No. 3 has a tendency that pits are easily generated in the nitride semiconductor layer formed along with the growth in the film thickness direction and the lateral direction like the second nitride semiconductor layer 12. Has the effect of preventing.

【0046】更にバッファ層103のAl混晶比aが、
0<a<0.3であると、結晶性を良好なものとしてバ
ッファ層を形成することができる。このバッファ層をn
側コンタクト層として形成しても良く、バッファ層10
3を形成した後、前記バッファ層の組成式で表されるn
側コンタクト層を形成して、バッファ層103とその上
のn側コンタクト層104にもバッファ効果を持たせる
形態でも良い。すなわち、このバッファ層103は、第
2の窒化物半導体層と素子構造との間、又は素子構造中
の活性層と第2の窒化物半導体層との間に設けること、
さらに好ましくは素子構造中の基板側、下部クラッド層
と第2の窒化物半導体層との間に、少なくとも1層以上
設けることで、ピットを低減し、素子特性を向上させる
ことができる。また、n側コンタクト層をバッファ層と
する場合には、電極との良好なオーミックコンタクトが
得られるように、n側コンタクト層のAl混晶比aを
0.1以下とすることが好ましい。この第2の窒化物半
導体層の上に設けるバッファ層は、上述した異種基板上
に設けるバッファ層と同様に300℃以上900℃以下
の低温で成長させても良く、800℃以上1200℃以
下の温度で成長させても良く、好ましくは800℃以上
1200℃以下の温度で単結晶成長させると、上述した
ピット低減効果が得られる傾向にある。このバッファ層
は、n型、p型不純物をドープしても良く、アンドープ
でも良いが、結晶性を良好なものとするためにはアンド
ープで形成することが好ましい。2層以上のバッファ層
を設ける場合には、n型、p型不純物濃度、Al混晶比
を変化させて設けることができる。
Further, the Al mixed crystal ratio a of the buffer layer 103 is
When 0 <a <0.3, the buffer layer can be formed with good crystallinity. This buffer layer is n
The buffer layer 10 may be formed as a side contact layer.
After the formation of No. 3, n represented by the composition formula of the buffer layer
Alternatively, a buffer layer 103 and an n-side contact layer 104 thereon may have a buffer effect by forming a side contact layer. That is, the buffer layer 103 is provided between the second nitride semiconductor layer and the element structure or between the active layer and the second nitride semiconductor layer in the element structure.
More preferably, at least one or more layers are provided between the lower clad layer and the second nitride semiconductor layer on the substrate side in the device structure, whereby pits can be reduced and device characteristics can be improved. Further, when the n-side contact layer is used as a buffer layer, the Al mixed crystal ratio a of the n-side contact layer is preferably set to 0.1 or less so as to obtain a good ohmic contact with the electrode. The buffer layer provided on the second nitride semiconductor layer may be grown at a low temperature of 300 ° C. or more and 900 ° C. or less, similarly to the buffer layer provided on the heterogeneous substrate described above. The single crystal may be grown at a temperature of preferably 800 ° C. or more and 1200 ° C. or less, and the pit reducing effect described above tends to be obtained. This buffer layer may be doped with n-type or p-type impurities or may be undoped, but is preferably formed undoped in order to improve the crystallinity. When two or more buffer layers are provided, they can be provided by changing the n-type and p-type impurity concentrations and the Al mixed crystal ratio.

【0047】AlGaNからなるバッファ層103の上
に、以下の素子構造を形成する。
The following element structure is formed on the buffer layer 103 made of AlGaN.

【0048】n側コンタクト層104:膜厚4μm、S
iを3×1018/cmドープしたGaN若しくはA
0.01Ga0.99N クラック防止層105:膜厚0.15μmのIn0.06
0.94N(省略してもよい) n側クラッド層106:総膜厚1.2μmの超格子構造
膜厚25ÅのアンドープAl0.0516Ga0.95
Nと、膜厚25Å、Siを1×1019/cm3ドープした
GaNと、を交互に積層する。
N-side contact layer 104: 4 μm thick, S
GaN or A doped with 3 × 10 18 / cm 3 of i
l 0.01 Ga 0.99 N anti-crack layer 105: 0.15 μm thick In 0.06 G
a 0.94 N (may be omitted) n-side cladding layer 106: superlattice structure having a total film thickness of 1.2 μm undoped Al 0.0516 Ga 0.95 having a film thickness of 25 °
N and GaN doped with Si at 1 × 10 19 / cm 3 with a thickness of 25 ° are alternately stacked.

【0049】n側光ガイド層107:膜厚0.15μm
のアンドープGaN 活性層108:総膜厚550Åの多重量子井戸構造 S
iを5×1018/cmドープした膜厚140ÅのS
iドープIn0.05Ga0.95Nよりなる障壁層
(B)と、膜厚50ÅのアンドープIn0.13Ga
0.87Nよりなる井戸層(W)とを、(B)-(W)-(B)-(W)-
(B)の順に積層する。
N-side light guide layer 107: film thickness 0.15 μm
Undoped GaN active layer 108: multiple quantum well structure with total thickness of 550 ° S
140 ° -thick S doped with 5 × 10 18 / cm 3 of i
Barrier layer made of i-doped In 0.05 Ga 0.95 N
(B) and a 50 ° -thick undoped In 0.13 Ga
The well layer (W) made of 0.87 N is referred to as (B)-(W)-(B)-(W)-
The layers are laminated in the order of (B).

【0050】p側電子閉込め層109:膜厚100Å、
Mgを1×1020/cmドープしたp型Al0.3
0.7N p側光ガイド層110:膜厚0.15μmのMgを1×
1018/cmドープしたp型GaN p側クラッド層111:総膜厚0.45μmの超格子構
造 膜厚25ÅのアンドープAl0.05Ga0.95
Nと、膜厚25ÅでMgを1×1020/cmドープし
たp型GaNと、を交互に積層する。
P-side electron confinement layer 109: film thickness 100 °,
P-type Al 0.3 G doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg
a 0.7 Np side light guide layer 110: Mg of 0.15 μm thickness is 1 ×
10 18 / cm 3 -doped p-type GaN p-side cladding layer 111: a superlattice structure having a total thickness of 0.45 μm and an undoped Al 0.05 Ga 0.95 thickness of 25 °
N and p-type GaN doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 with a thickness of 25 ° are alternately stacked.

【0051】p側コンタクト層112:膜厚150Å、
Mgを2×1020/cmドープしたp型GaN 素子構造を形成した後、MOCVD装置からウエハを取
り出し、次に、積層した半導体層を、エッチングにより
微細加工し、レーザ素子としての共振器構造を形成す
る。図7に示すように、取り出したウエハ表面(p側コ
ンタクト層112表面)に所望のパターン状のSiO
膜をフォトリソグラフィー技術により形成し、前記n側
コンタクト層104が露出するまでエッチングして、n
電極形成面を設ける。次に、以下のようにして、n側コ
ンタクト層103を露出させなかった領域に、図7に示
すリッジストライプを形成する。先ず、p側コンタクト
層112表面に、SiO2よりなるマスクを形成し、フ
ォトリソグラフィー技術により幅1.8μmのストライ
プ状のSiO2よりなるマスクとする。SiCl4ガスを
用いてRIEにより、p側コンタクト層112、および
p側クラッド層111、p側光ガイド層110の一部を
エッチングして除去し、リッジストライプを形成後、さ
らにPVD装置にウエハを搬送してSiO2からなるマ
スクの上から形成したリッジストライプの露出した表面
にかけて、Zr(主としてZrO2)よりなる保護膜1
62(埋込層)を0.5μm厚さで形成し、ウエハをフ
ッ酸に浸漬し、SiO2のマスクをリフトオフ法により
除去する。このようにして、図7に示すようなストライ
プ状の導波路領域として、幅1.8μmのリッジストラ
イプが形成され、この時リッジストライプはp側光ガイ
ド層が0.1μmの膜厚となる深さまで形成されてい
る。この時、埋込層は、Zrの酸化物に限らず、Ti、
V、Nb、Hf、Ta、Zrよりなる群から選択された
少なくとも一種の元素を含む酸化物、SiN、BN、S
iC、AlNの少なくとも一種、若しくはそれらを組み
合わせたもの、上部クラッド層111と逆導電型のn
型、半絶縁性、i型の窒化物半導体(InxAlyGa
1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦
1))を用いることができる。また、図7に示すよう
に、リッジストライプは、第2の窒化物半導体層12の
低欠陥密度領域12b内に設けられるように、その上方
に配置にする。
P-side contact layer 112: 150 ° thick
After forming a p-type GaN device structure doped with Mg at 2 × 10 20 / cm 3, the wafer is taken out from the MOCVD apparatus, and then the laminated semiconductor layer is finely processed by etching to form a resonator structure as a laser device. To form As shown in FIG. 7, a desired pattern of SiO 2 is formed on the surface of the taken-out wafer (the surface of the p-side contact layer 112).
A film is formed by a photolithography technique, and is etched until the n-side contact layer 104 is exposed.
An electrode formation surface is provided. Next, a ridge stripe shown in FIG. 7 is formed in a region where the n-side contact layer 103 is not exposed as described below. First, a mask made of SiO 2 is formed on the surface of the p-side contact layer 112, and a mask made of 1.8 μm wide stripe-shaped SiO 2 is formed by photolithography. The p-side contact layer 112, the p-side cladding layer 111, and a part of the p-side light guide layer 110 are etched and removed by RIE using SiCl 4 gas, and after forming a ridge stripe, the wafer is further placed in a PVD apparatus. The protective film 1 made of Zr (mainly ZrO 2 ) is transported over the exposed surface of the ridge stripe formed from above the mask made of SiO 2.
62 (buried layer) is formed with a thickness of 0.5 μm, the wafer is immersed in hydrofluoric acid, and the SiO 2 mask is removed by a lift-off method. Thus, a ridge stripe having a width of 1.8 μm is formed as a stripe-shaped waveguide region as shown in FIG. Is formed. At this time, the buried layer is not limited to the oxide of Zr, but Ti,
Oxides containing at least one element selected from the group consisting of V, Nb, Hf, Ta and Zr, SiN, BN, S
at least one of iC and AlN, or a combination thereof, and the upper cladding layer 111 and the opposite conductive type n
-Type , semi-insulating, i-type nitride semiconductor (In x Al y Ga
1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦
1)) can be used. Further, as shown in FIG. 7, the ridge stripe is disposed above the second nitride semiconductor layer 12 so as to be provided in the low defect density region 12b.

【0052】最後に、前記エッチングにより露出したn
側コンタクト層104、p側コンタクト層112表面に
それぞれTi/Alよりなるn電極121、Ni/Au
よりなるp電極120(図7に示すようにリッジストラ
イプ表面に設けられた保護膜162にわたって形成され
る)を形成する。次に、SiO2とTiO2よりなる誘電
体多層膜の反射膜164を設けた後、p,n電極上にN
i−Ti−Au(1000Å−1000Å−8000
Å)よりなる取り出し(パット)電極122,123を
それぞれ設けた。共振器反射面とするエッチング端面側
から約600μmの長さで、各電極に電気的に接合する
取り出し電極122,123を絶縁膜である反射膜16
4を介して形成する。この時、活性層108の幅は、2
00μmの幅(共振器方向に垂直な方向の幅)であり、
n側コンタクト層104露出時に設けられたエッチング
端面(活性層端面を含む)にもSiO2とTiO2よりな
る誘電体多層膜164が設けられ、共振器面とした場合
に反射膜となる。n電極とp電極とを形成した後、スト
ライプ状の電極に垂直な方向で、窒化物半導体のM面
(六方晶系のM面、{1 1- 0 0})でバー状に分割し
て、更にバー状のウエハを分割してレーザ素子を得る。
この時、共振器長は、650μmである。この時、バー
状にする際に、エッチング端面に挟まれた導波路領域内
で劈開して、得られた劈開面を共振器面としても良く、
導波路領域の外で劈開してエッチング端面を共振器面と
しても良く、一方をエッチング端面、他方を劈開面とし
た1対の共振器面を形成しても良い。また、上記エッチ
ング端面の共振面には誘電体多層膜からなる反射膜が設
けられるが、劈開面の共振器面にも、劈開後に反射膜を
設けても良い。この時、反射膜としては、SiO、T
iO、ZrO、ZnO、Al、MgO、ポリ
イミドからなる群の少なくとも一種用いることであり、
λ/4n(λは波長、nは材料の屈折率)の膜厚で積層
した多層膜としても良く、1層だけ用いても良く、反射
膜と同時に共振器端面の露出を防ぐ表面保護膜としても
機能させても良い。また、窒化物半導体の劈開面は、上
記M面の他に、六方晶系に近似したA面{1 1 2- 0}を
用いることができる。
Finally, the n exposed by the etching
N-electrode 121 made of Ti / Al and Ni / Au on the surface of p-side contact layer 104 and p-side contact layer 112, respectively.
A p-electrode 120 (formed over the protective film 162 provided on the ridge stripe surface as shown in FIG. 7) is formed. Next, after providing a reflective film 164 of a dielectric multilayer film composed of SiO 2 and TiO 2 , N
i-Ti-Au (1000-1000-8000)
Extraction (pat) electrodes 122 and 123 composed of Å) were provided, respectively. The extraction electrodes 122 and 123 electrically connected to each electrode and having a length of about 600 μm from the etched end face side serving as the resonator reflection face are used as the reflection film 16 as an insulating film.
4 is formed. At this time, the width of the active layer 108 is 2
00 μm width (width in the direction perpendicular to the resonator direction)
A dielectric multilayer film 164 made of SiO 2 and TiO 2 is also provided on an etching end surface (including an active layer end surface) provided when the n-side contact layer 104 is exposed, and becomes a reflection film when it is used as a resonator surface. After forming the n-electrode and the p-electrode, the substrate is divided into bars in the direction perpendicular to the stripe-shaped electrodes by the M-plane (hexagonal M-plane, {11-00}) of the nitride semiconductor. Then, the bar-shaped wafer is further divided to obtain laser devices.
At this time, the resonator length is 650 μm. At this time, when forming a bar shape, cleavage is performed in the waveguide region sandwiched between the etching end surfaces, and the obtained cleavage surface may be used as a resonator surface,
It is also possible to cleave outside the waveguide region and use the etched end face as a resonator face, or to form a pair of resonator faces with one etched end face and the other as a cleavage face. In addition, a reflection film made of a dielectric multilayer film is provided on the resonance surface of the etching end face, but a reflection film may be provided on the cavity surface of the cleavage surface after cleavage. At this time, SiO 2 , T
iO 2 , ZrO 2 , ZnO, Al 2 O 3 , MgO, at least one member of the group consisting of polyimide,
It may be a multilayer film laminated with a thickness of λ / 4n (λ is the wavelength, n is the refractive index of the material), or may be a single layer, and may be used as a surface protective film for preventing the exposure of the cavity facet simultaneously with the reflection film. May also function. Further, as the cleavage plane of the nitride semiconductor, in addition to the M plane, an A plane {1 1 2-0} approximated to a hexagonal system can be used.

【0053】得られるレーザ素子は、室温で閾値電流密
度2.5kA/cm2、閾値電圧4.5Vで、発振波長4
05nm、30mWの連続発振で、1000時間を超え
る長寿命、高出力のレーザ素子が得られる。ここで、本
実施例では、上述したように、第2の窒化物半導体層1
2に形成された低欠陥密度領域12bと高欠陥密度領域
12aとに対応させて素子構造を形成することで、高出
力の窒化物半導体発光素子を得ることができる。具体的
には、第2の窒化物半導体層12の低欠陥密度領域12
bの上方に、リッジストライプを配置して、その領域で
も低欠陥密度領域が形成されているため、低欠陥密度領
域12b内の活性層に電流が主に流れるようにすること
で、高出力化、長寿命化が可能となる。
[0053] The laser device thus obtained has a threshold current density of 2.5 kA / cm 2 at room temperature, the threshold voltage 4.5V, the oscillation wavelength 4
With a continuous oscillation of 05 nm and 30 mW, a laser element with a long service life exceeding 1000 hours and a high output can be obtained. Here, in the present embodiment, as described above, the second nitride semiconductor layer 1
By forming an element structure corresponding to the low defect density region 12b and the high defect density region 12a formed in 2, a high output nitride semiconductor light emitting device can be obtained. Specifically, the low defect density region 12 of the second nitride semiconductor layer 12
Since a low defect density region is formed in the ridge stripe above this region b, a current mainly flows through the active layer in the low defect density region 12b to increase the output. , And the service life can be extended.

【0054】[実施例5]実施例4と同様に、サファイ
アからなる基板101上に、低温成長バッファ層10
2、第1の窒化物半導体層11、第2の窒化物半導体層
12を形成し、図8に示すように、この第2の窒化物半
導体層12を、Siドープで形成してn側コンタクト層
104とし、続いて、実施例4と同様に、クラック防止
層105〜p側コンタクト層112を積層して、その他
も実施例4と同様にしてレーザ素子を得る。この時、n
側コンタクト層104とクラック防止層105との間
に、実施例1と同様にバッファ層103を設けると、ピ
ットが低減するため好ましい。得られるレーザ素子は、
実施例4とほぼ同等な高出力、長寿命のレーザ素子とな
る。
Example 5 As in Example 4, a low-temperature growth buffer layer 10 was formed on a substrate 101 made of sapphire.
2, a first nitride semiconductor layer 11 and a second nitride semiconductor layer 12 are formed, and as shown in FIG. 8, this second nitride semiconductor layer 12 is A layer 104 is formed, and subsequently, a crack preventing layer 105 to a p-side contact layer 112 are laminated in the same manner as in the fourth embodiment. At this time, n
It is preferable to provide the buffer layer 103 between the side contact layer 104 and the crack prevention layer 105 in the same manner as in the first embodiment because pits are reduced. The resulting laser element is
A high-output, long-life laser device substantially equivalent to the fourth embodiment is obtained.

【0055】[実施例6]実施例5において、第2の窒
化物半導体層12を、SiドープAlGaN(Al混晶
比0.01)とする他は、実施例5と同様にしてレーザ
素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例5とほぼ同
等な高出力、長寿命のレーザ素子となる。この実施例で
は、第1の窒化物半導体層11と第2の窒化物半導体層
12との組成を、GaNとAlGaNとして、異なるよ
うにしたが、得られる第2の窒化物半導体層の結晶性に
大きな変化は現れない。
Example 6 A laser device was fabricated in the same manner as in Example 5, except that the second nitride semiconductor layer 12 was replaced with Si-doped AlGaN (Al alloy crystal ratio: 0.01). obtain. The obtained laser device is a laser device having a high output and a long life almost equivalent to that of the fifth embodiment. In this embodiment, the compositions of the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layer 12 are set to be different from each other as GaN and AlGaN, but the crystallinity of the obtained second nitride semiconductor layer is No major change appears.

【0056】[実施例7]実施例1において、サファイ
アからなる基板の上に、低温成長バッファ層、第1の窒
化物半導体層、第2の窒化物半導体層を形成した後、続
いて、図5に示すように、第2の窒化物半導体層12の
上に、厚膜の第3の窒化物半導体層15を形成して厚膜
化工程を経た後、図4に示すように、2回目の第2の窒
化物半導体層13を成長させる。この時、2回目の第1
の窒化物半導体層14、第2の窒化物半導体層13は、
1回目と同一組成のアンドープGaNを用い、2回目の
第2の窒化物半導体層13の形成は、厚膜の第3の窒化
物半導体層15の上に、2回目の第1の窒化物半導体層
14を1回目と同一条件で形成し、熱処理して、第1の
表面、第2の表面を形成する。その第3の窒化物半導体
層15は、HVPEを用いて100μmの膜厚でアンド
ープGaNを成長させることで、第3の窒化物半導体層
15の表面は、ほぼ全面が10/cmとなる。さら
に2回目の第2の窒化物半導体層を、1回目と同じ条件
で形成することで、2回目の第2の窒化物半導体層の表
面には、欠陥密度5×10/cmの低欠陥密度領域
と、欠陥密度10/cmの高欠陥密度領域と、がそ
れぞれ幅6μm、14μmでストライプ状に形成され
る。
[Example 7] In Example 1, a low-temperature growth buffer layer, a first nitride semiconductor layer, and a second nitride semiconductor layer were formed on a substrate made of sapphire. As shown in FIG. 5, after forming a thick third nitride semiconductor layer 15 on the second nitride semiconductor layer 12 and performing a thickening process, as shown in FIG. The second nitride semiconductor layer 13 is grown. At this time, the first
Of the nitride semiconductor layer 14 and the second nitride semiconductor layer 13
The second formation of the second nitride semiconductor layer 13 using undoped GaN having the same composition as the first formation is performed by forming the second first nitride semiconductor layer 15 on the thick third nitride semiconductor layer 15. The layer 14 is formed under the same conditions as the first time, and is heat-treated to form a first surface and a second surface. The third nitride semiconductor layer 15 is formed by growing undoped GaN with a thickness of 100 μm using HVPE, so that the entire surface of the third nitride semiconductor layer 15 becomes 10 9 / cm 2. . Further, by forming the second nitride semiconductor layer for the second time under the same conditions as the first time, the surface of the second nitride semiconductor layer for the second time has a defect density of 5 × 10 6 / cm 2 . A defect density region and a high defect density region with a defect density of 10 9 / cm 2 are formed in stripes with a width of 6 μm and 14 μm, respectively.

【0057】このようにして得られた2回目の第2の窒
化物半導体層13を、成長基板として、実施例1と同様
に図7に示すレーザ素子を作製する。この時、図5に示
すように、2回目の第2の窒化物半導体層13の下地で
ある、サファイアからなる異種基板、低温成長バッファ
層、1回目の第1の窒化物半導体層11、第2の窒化物
半導体層12、厚膜の第3の窒化物半導体層15の一部
は、研磨などによる除去工程により除去した窒化物半導
体基板の単体化を実施するが、この除去工程は、素子構
造形成後、リッジストライプ形成後、電極形成後のいず
れの段階でも、また素子構造形成前に単体化しても良
い。ここでは、電極形成後に除去工程を実施して単体化
する。
A laser device shown in FIG. 7 is manufactured in the same manner as in Example 1 using the second nitride semiconductor layer 13 obtained as described above as a growth substrate. At this time, as shown in FIG. 5, a heterogeneous substrate made of sapphire, a low-temperature growth buffer layer, a first first nitride semiconductor layer 11, The nitride semiconductor layer 12 and a part of the thick third nitride semiconductor layer 15 are singulated from the nitride semiconductor substrate removed by a removal step such as polishing. It may be singulated at any stage after the formation of the structure, after the formation of the ridge stripe, and after the formation of the electrodes, or before the formation of the element structure. Here, after the electrodes are formed, a removing step is performed to singulate.

【0058】2回目の第2の窒化物半導体層13の上
に、実施例4と同様に、バッファ層103〜p側コンタ
クト層112の素子構造を積層し、リッジストライプ、
電極を形成する。続いて、図5(c)に示すように、サ
ファイアの異種基板10、低温成長バッファ層(図示せ
ず)、1回目の第1の窒化物半導体層11、第2の窒化
物半導体層12、及び厚膜の第3の窒化物半導体層15
の一部を、研磨により除去して(図中の除去領域C)、
窒化物半導体の劈開により、チップを得る。この時、図
7に示すレーザ素子が得られるが、実施例4と異なり、
基板101は、除去工程により一部が除去されて膜厚8
0μmとした第3の窒化物半導体層13からなる単体基
板であり、バッファ層102は形成されずに、第1の窒
化物半導体層11、第2の窒化物半導体層12は、共に
2回目に形成されたものとなる。また、ウエハを分割し
てチップを取り出す際には、実施例4と同じ方法であっ
ても良いが、窒化物半導体のM面でバー状に劈開して、
共振器面の一方を劈開端面とし、基板101に窒化物半
導体単体基板を用いているため、バー状のウエハを更に
窒化物半導体のA面(六方晶系に近似した場合の{1 1
2- 0}面)で共振器方向にほぼ垂直に劈開して、チップ
を取り出す。このように、窒化物半導体の単体基板を用
いると、チップ切断時に、窒化物半導体の劈開面、劈開
容易面を利用することができる。
On the second nitride semiconductor layer 13 for the second time, the device structure of the buffer layer 103 to the p-side contact layer 112 is laminated in the same manner as in the fourth embodiment.
Form electrodes. Subsequently, as shown in FIG. 5C, a sapphire heterogeneous substrate 10, a low-temperature growth buffer layer (not shown), a first first nitride semiconductor layer 11, a second nitride semiconductor layer 12, And thick third nitride semiconductor layer 15
Is removed by polishing (removed area C in the figure),
A chip is obtained by cleavage of the nitride semiconductor. At this time, the laser device shown in FIG. 7 is obtained.
The substrate 101 is partially removed by the removing
This is a single substrate made of the third nitride semiconductor layer 13 having a thickness of 0 μm, the buffer layer 102 is not formed, and the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layer 12 are both formed for the second time. It will be formed. When the wafer is divided and the chips are taken out, the same method as in the fourth embodiment may be used. However, the wafer is cleaved in a bar shape on the M-plane of the nitride semiconductor.
Since one of the resonator surfaces is a cleavage end surface and a nitride semiconductor single substrate is used for the substrate 101, the bar-shaped wafer can be further converted to the nitride semiconductor A-plane ({11 1 when approximating a hexagonal system).
Cleave almost perpendicular to the cavity direction on the (2-0) plane, and take out the chip. As described above, when the single substrate of the nitride semiconductor is used, the cleavage plane and the easy cleavage plane of the nitride semiconductor can be used at the time of chip cutting.

【0059】得られるレーザ素子は、実施例4に比べ
て、低欠陥密度領域の欠陥密度が低減されたため、出
力、素子寿命とも向上する。
In the obtained laser device, the defect density in the low defect density region is reduced as compared with the fourth embodiment, so that both the output and the device life are improved.

【0060】[実施例8]図11に示す対向電極構造の
レーザ素子を作製する。実施例7と同様にして、図4に
示すように、サファイアからなる基板10上に、低温成
長バッファ層、1回目の第1の窒化物半導体層11,第
2の窒化物半導体層12、厚膜の第3の窒化物半導体層
15、2回目の第1の窒化物半導体層14、第2の窒化
物半導体層13を形成するが、実施例7と異なり、第3
の窒化物半導体層15(一部が単体基板201)、2回
目の第1の窒化物半導体層14、第2の窒化物半導体層
13に、それぞれ、n型不純物をドープし、n導電型と
し、ここではSiをドープする。続いて、2回目の第2
の窒化物半導体層13の上に、実施例4と同様に、バッ
ファ層203,その上に素子構造として、クラック防止
層205、n側クラッド層206、n側光ガイド層20
7、活性層208、p側電子閉込め層209、p側光ガ
イド層210、p側クラッド層211、p側コンタクト
層212を積層する。実施例1と異なり、n側コンタク
ト層は形成せず、第3の窒化物半導体層を基板201と
すると同時に、n側コンタクト層とし、バッファ層20
3にもn型不純物としてSiをドープする。続いて、実
施例7と同様に、リッジストライプ、埋込層262、p
電極220を形成して、図4に除去領域Cとして示すよ
うに、基板10、1回目の第1の窒化物半導体層11、
第2の窒化物半導体層12、第3の窒化物半導体層15
の一部を除去して、約80μmの第3の窒化物半導体層
15を単体基板として、基板201に用いる。続いて、
窒化物半導体基板201の裏面側、素子構造が積層され
た面と対向する面側、に図11に示すように、n電極2
21を形成し、その後、実施例4と同様に、窒化物半導
体のM面で劈開して、リッジストライプ方向にほぼ垂直
な劈開でバー状とし、更にその劈開面に垂直な窒化物半
導体のA面で劈開してチップを得る。この後、実施例4
と同様に、反射膜、絶縁膜などを活性層の側面(導波路
に垂直でない面)、導波路に垂直な活性層端面に、形成
し、更に、p電極、n電極に電気的に接続する取り出し
電極を設けて、レーザ素子を得る。
Example 8 A laser device having a counter electrode structure shown in FIG. 11 is manufactured. In the same manner as in Example 7, as shown in FIG. 4, a low-temperature growth buffer layer, a first first nitride semiconductor layer 11, a second nitride semiconductor layer 12, A third nitride semiconductor layer 15 of a film, a second first nitride semiconductor layer 14 and a second nitride semiconductor layer 13 are formed.
The first nitride semiconductor layer 14 and the second nitride semiconductor layer 13 of the second nitride semiconductor layer 15 (partially a single substrate 201) are each doped with an n-type impurity to have an n conductivity type. Here, Si is doped. Then, the second time of the second
A buffer layer 203 is formed on the nitride semiconductor layer 13 in the same manner as in Example 4, and a crack prevention layer 205, an n-side cladding layer 206, and an n-side
7. The active layer 208, the p-side electron confinement layer 209, the p-side light guide layer 210, the p-side cladding layer 211, and the p-side contact layer 212 are laminated. Unlike the first embodiment, the n-side contact layer is not formed, the third nitride semiconductor layer is used as the substrate 201, and at the same time, the buffer layer 20 is used as the n-side contact layer.
3 is also doped with Si as an n-type impurity. Subsequently, as in the seventh embodiment, the ridge stripe, the buried layer 262, p
After the electrode 220 is formed, as shown in FIG. 4 as a removal region C, the substrate 10, the first first nitride semiconductor layer 11,
Second nitride semiconductor layer 12, third nitride semiconductor layer 15
And a third nitride semiconductor layer 15 of about 80 μm is used as a single substrate for the substrate 201. continue,
As shown in FIG. 11, the n-electrode 2 is formed on the back side of the nitride semiconductor substrate 201, on the side opposite to the surface on which the element structure is laminated.
21 are formed, and then cleaved on the M-plane of the nitride semiconductor to form a bar shape by cleavage substantially perpendicular to the ridge stripe direction, as in Example 4, and the nitride semiconductor A perpendicular to the cleavage plane is further formed. Cleave at the surface to obtain a chip. Thereafter, Example 4
Similarly to the above, a reflective film, an insulating film, and the like are formed on the side surface (the surface not perpendicular to the waveguide) of the active layer and on the end surface of the active layer perpendicular to the waveguide, and are further electrically connected to the p-electrode and the n-electrode. A laser element is obtained by providing an extraction electrode.

【0061】このようにして得られるレーザ素子は、電
極が対向配置され、また、下地層である第1の窒化物半
導体層11、第2の窒化物半導体層12には、従来の横
方向成長のようにマスク材料を含有しないので、電流の
流れが阻害されず、良好な電流注入を実現する。このた
め、対向配置された電極構造を有するLD、LEDなど
においても、本発明の第1の窒化物半導体層11、第2
の窒化物半導体層12を用いて、欠陥密度の低減が可能
となる。特に、本実施例のように、転位欠陥を有する窒
化物半導体単体基板を用いる場合に有効である。
In the laser device thus obtained, the electrodes are arranged to face each other, and the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layer 12, which are the underlying layers, have the conventional lateral growth. As described above, since no mask material is contained, the flow of current is not hindered and good current injection is realized. For this reason, the first nitride semiconductor layer 11 and the second
By using the nitride semiconductor layer 12 described above, the defect density can be reduced. This is particularly effective when a nitride semiconductor single substrate having dislocation defects is used as in this embodiment.

【0062】[実施例9]実施例7と同様にして、バッ
ファ層103と同じバッファ層203、n側層230と
してn側コンタクト層104〜n側ガイド層107、活
性層208、p側層231として電子閉込め層109〜
p側コンタクト層112、とを積層して素子構造を積層
してレーザ素子を作製するが、ストライプ状の導波路を
図9に示すように、複数設けたレーザ素子とする。図中
で、ハッチングを施した領域は、第1の窒化物半導体層
11の第1の表面1上に形成された低欠陥密度領域Bを
示すものである。ここで、図9(a)は、素子構造を示
す模式断面図であり、図9(b)は上面から、電極配
置、p側層、リッジストライプの配置を示す模式図であ
る。低欠陥密度領域Bの幅は約6μmで、素子構造の最
上層であるp側コンタクト層まで、領域Bは形成され
る。そのため、ストライプ状に形成された第1の表面1
のほぼ中央部にリッジストライプ240を形成し、各リ
ッジストライプ240は、1つの第1の表面1に対して
1つのリッジストライプ240を配置し、図に示すよう
に各リッジストライプ240は、それぞれ1つの第2の
表面を挟んで、配置する。複数のリッジストライプを形
成して、複数の導波路領域を形成する方法は、これに限
らず、例えば、1つの第1の表面上の低欠陥密度領域B
内に、複数の導波路領域が形成されるように、複数のリ
ッジストライプを配置しても良く、隣接するリッジスト
ライプの間に、2つ以上の第2の表面2上部の高欠陥密
度領域A(図中でハッチングを施していない領域)を設
けても良い。従って、少なくとも1つの素子中に、複数
の低欠陥密度領域Bが設けられ、複数の導波路領域が設
けられるように、低欠陥密度領域Bの一部、好ましくは
全部に重なるようにリッジストライプが複数形成された
構造とすることである。好ましくは、1つの低欠陥密度
領域Bに1つの導波路領域が設けられるように、領域B
内に1つのリッジストライプを形成することである。こ
のようにすることで、活性層及びその上部のp側層23
1に電流が流れる領域(電流領域)の少なくとも一部、
好ましくは全部が、低欠陥密度領域Bに重なって配置さ
れ、活性層の結晶欠陥の少ない場所に選択的に電流が流
れて素子が駆動することから、出力の向上、素子寿命の
向上が図れる。また、本実施例のように、複数の導波路
を設けたアレイ構造のレーザ素子とすることで、高出力
化と共に、選択的に低欠陥密度領域Bに導波路領域を複
数配置することで、更に高出力化、長寿命化が可能とな
る。
Ninth Embodiment In the same manner as in the seventh embodiment, the same buffer layer 203 as the buffer layer 103 and the n-side layers 230 as the n-side contact layers 104 to 107, the active layer 208, and the p-side layer 231. As the electron confinement layer 109 ~
The p-side contact layer 112 and the p-side contact layer 112 are stacked to form an element structure, thereby manufacturing a laser element. As shown in FIG. 9, a laser element is provided with a plurality of stripe-shaped waveguides. In the figure, the hatched area indicates the low defect density area B formed on the first surface 1 of the first nitride semiconductor layer 11. Here, FIG. 9A is a schematic cross-sectional view showing an element structure, and FIG. 9B is a schematic view showing an electrode arrangement, a p-side layer, and a ridge stripe arrangement from the top. The width of the low defect density region B is about 6 μm, and the region B is formed up to the p-side contact layer which is the uppermost layer of the element structure. Therefore, the first surface 1 formed in a stripe shape
Ridge stripes 240 are formed substantially at the center of each of the ridge stripes 240. Each ridge stripe 240 has one ridge stripe 240 disposed on one first surface 1, and as shown in FIG. The two second surfaces are sandwiched and arranged. The method of forming a plurality of waveguide regions by forming a plurality of ridge stripes is not limited to this. For example, a low defect density region B on one first surface may be used.
A plurality of ridge stripes may be arranged such that a plurality of waveguide regions are formed therein, and between two or more adjacent ridge stripes, two or more high defect density regions A on the second surface 2. (Regions not hatched in the drawing) may be provided. Therefore, a plurality of low defect density regions B are provided in at least one element, and a ridge stripe is provided so as to overlap a part, preferably all of the low defect density regions B, so that a plurality of waveguide regions are provided. That is, a plurality of structures are formed. Preferably, the region B is provided so that one waveguide region is provided in one low defect density region B.
Is to form one ridge stripe inside. By doing so, the active layer and the p-side layer 23 on the active layer are formed.
1, at least a part of a region (current region) where current flows,
Preferably, all of them are arranged so as to overlap with the low defect density region B, and a current flows selectively in a place where the crystal defect of the active layer is small, thereby driving the element. Therefore, it is possible to improve the output and the life of the element. Further, as in the present embodiment, by using a laser element having an array structure in which a plurality of waveguides are provided, high output is achieved, and a plurality of waveguide regions are selectively arranged in the low defect density region B. Further, higher output and longer life can be achieved.

【0063】図9に示すように、3つのリッジストライ
プ240を、第2の表面2上部を介してストライプ状に
配置された低欠陥密度領域Bのほぼ中央部にそれぞれ配
置し、n電極221は、リッジストライプ240の外
側、両側に、リッジストライプとほぼ平行なストライプ
状の電極として配置し、p電極220は各リッジストラ
イプ240の上部に形成される。また、埋込層は、実施
例7と同様に、リッジストライプ側面、リッジストライ
プが形成されている露出面に形成する。また、複数のp
電極220、複数のn電極221は、互いに電気的に絶
縁され独立して配置されても良く、電気的に接続されコ
モン電極としても良い。コモン電極とするには、例え
ば、図9(b)に示すように、n電極221が形成され
るn側コンタクト層204の露出面(ハッチングの施さ
れていない領域)を、p側層231を含む凸部領域を囲
むように形成して、n電極222を、活性層端面(共振
器端面)の外側を囲むように、図中では「コ」の字型、
導波路領域にほぼ平行で活性層の両側に配置したストラ
イプ状ののn電極222を延在して形成する。この時、
n電極は、活性層端面の四方を囲むように配置しても良
いが、出射端面側に、n側コンタクト層203露出面を
形成すると、出射光を遮る場合があるので、それを回避
できる大きさでn側コンタクト層203露出面を形成す
ると良い。この時、n側コンタクト層203とオーミッ
ク接続するオーミック電極を、ストライプ状とし、導波
路とほぼ平行に、活性層の外側に、電極を形成して、そ
の上に形成した取り出し電極(パッド電極)で、各電極
を電気的に接続しても良く、オーミック電極間をメタル
配線して電気的に接続しても良い。p電極220をコモ
ン電極にするには、リッジストライプの側面、及びそれ
に連続したp側層231の露出面に設ける埋込層をまた
がり、各リッジストライプに設けられたp電極220と
電気的に接続する取り出し電極を設けることで可能であ
る。また、n電極222と同様に、リッジストライプの
少なくとも一方の端部で、各リッジを接合する凸部をリ
ッジストライプ形成時に設けて、そのp側コンタクト層
表面に各リッジと共通のp電極を設けることも、例えば
図10(c)に示すp側層331とp電極310のよう
にすることも、可能である。ここでは、各リッジストラ
イプ表面のp側コンタクト層表面に、ストライプ状のp
電極を形成して、それらと電気的に接続し、埋込層表面
にまたがって取り出し電極を形成する。
As shown in FIG. 9, three ridge stripes 240 are arranged at substantially the center of the low defect density regions B arranged in a stripe shape over the second surface 2, and the n-electrode 221 is The p-electrode 220 is formed on the outer side and both sides of the ridge stripe 240 as a stripe-shaped electrode substantially parallel to the ridge stripe. The buried layer is formed on the side surface of the ridge stripe and on the exposed surface where the ridge stripe is formed, as in the seventh embodiment. Also, multiple p
The electrode 220 and the plurality of n-electrodes 221 may be electrically insulated from each other and arranged independently, or may be electrically connected and serve as a common electrode. To form a common electrode, for example, as shown in FIG. 9B, the exposed surface of the n-side contact layer 204 where the n-electrode 221 is to be formed (the area not hatched) is replaced with the p-side layer 231. The n-electrode 222 is formed so as to surround the convex region including the active region, and surrounds the outside of the active layer end face (resonator end face).
Stripe-shaped n-electrodes 222 are formed extending parallel to the waveguide region and arranged on both sides of the active layer. At this time,
The n-electrode may be arranged so as to surround four sides of the end face of the active layer. However, if an exposed surface of the n-side contact layer 203 is formed on the emission end face side, the emitted light may be blocked. The exposed surface of the n-side contact layer 203 is preferably formed. At this time, the ohmic electrode that is in ohmic connection with the n-side contact layer 203 is formed in a stripe shape, an electrode is formed almost in parallel with the waveguide, outside the active layer, and an extraction electrode (pad electrode) formed thereon. Thus, the respective electrodes may be electrically connected, or the ohmic electrodes may be electrically connected by metal wiring. To make the p-electrode 220 a common electrode, the p-electrode 220 is electrically connected to the p-electrode 220 provided on each ridge stripe over the buried layer provided on the side surface of the ridge stripe and the exposed surface of the p-side layer 231 continuous therewith. It is possible by providing a take-out electrode. Similarly to the n-electrode 222, at least one end of the ridge stripe is provided with a projection for joining each ridge at the time of forming the ridge stripe, and a p-electrode common to each ridge is provided on the surface of the p-side contact layer. Alternatively, for example, the p-side layer 331 and the p-electrode 310 shown in FIG. 10C can be used. Here, the p-side contact layer surface of each ridge stripe is
Electrodes are formed, electrically connected to them, and an extraction electrode is formed over the buried layer surface.

【0064】このようにして得られるアレイレーザ素子
は、図9に示すように、図中でハッチングを施した低欠
陥密度領域B内に、選択的に各リッジストライプが設け
られ、このことにより、低欠陥密度領域B内にストライ
プ状の導波路領域、特に低欠陥密度領域B内の活性層に
選択的に電流が流れることで、大電流での駆動に適し、
また高出力での発光、レーザ発振が可能となる。
In the array laser device obtained in this manner, as shown in FIG. 9, each ridge stripe is selectively provided in the low defect density region B hatched in the drawing. By selectively supplying a current to the stripe-shaped waveguide region in the low defect density region B, particularly to the active layer in the low defect density region B, it is suitable for driving with a large current.
In addition, light emission and laser oscillation with high output can be performed.

【0065】[実施例10]実施例1と同様にして、サ
ファイアからなる基板301上に、低温成長バッファ層
302、第1の窒化物半導体層11、第2の窒化物半導
体層12を形成し、第2の窒化物半導体層312上に、
図7(a)に示すように、以下のLED素子構造を形成
する。 n側コンタクト層304:Siを4.5×1018/c
ドープしたGaN2.25μm n側第1多層膜層305:アンドープGaN 200n
m/Siを4.5×10 18/cmドープしたGaN
30nm/アンドープGaN 5nmを積層した多層
膜 n側第2多層膜層306:アンドープGaN、4nmの
第1の層とアンドープIn0.13Ga0.87N、2
nmの第2の層とを、1対として、交互に10層ずつ、
10対積層して、最後に第1の層を積層した多層膜 活性層307:アンドープGaN、膜厚20nmよりな
る障壁層(B)と、アンドープIn0.4Ga
0.6N、膜厚3nmよりなる井戸層(W)を交互に、
(B)/(W)/(B)・・・(B)の順で積層して、
障壁層5層、井戸層4層からなる多重量子井戸構造の活
性層 p側クラッド層308:Mgを1×1020/cm
ープしたp型Al0.2Ga0.8N、膜厚4nmの第
3の層、Mgを1×1020/cmドープしたIn
0.03Ga0.97N、膜厚2.5nmの第4の層と
を、1対として、交互に5層ずつ、5対積層して、最後
に第3の層を積層した超格子構造の多層膜p側コンタク
ト層309:Mgを1×1020/cmドープしたp
型GaN以上の素子構造を積層した後、窒素雰囲気中、
700℃でアニーリングを行い、p型層をさらに低抵抗
化する。続いて、n側コンタクト層304が露出するま
で一部をエッチングし、最上層にあるp側コンタクト層
309のほぼ全面に膜厚20nmのNiとAuを含む透
光性のp電極310、p電極310の上に部分的にボン
ディング用のAuよりなるpパッド電極311を0.5
μmの膜厚で形成し、n側コンタクト層4の表面にはW
とAlを含むn電極12を形成してLED素子とする。
このLED素子は順方向電流20mAにおいて、520
nmの純緑色発光を示す。また、このLED素子は、従
来の第1の窒化物半導体層11、第2の窒化物半導体層
12を用いずに、1.5μmのアンドープGaN層を下
地層として形成したLED素子に比べて、出力が20m
Wで飽和していたものが、その出力よりも向上する。こ
れは、活性層面内で、第2の窒化物半導体層12b上の
低欠陥密度領域Bが導入されたことにより、発光効率が
向上したものによるものと考えられる。
[Embodiment 10] In the same manner as in Embodiment 1,
A low-temperature growth buffer layer is formed on a substrate 301 made of fire.
302, first nitride semiconductor layer 11, second nitride semiconductor
The body layer 12 is formed, and on the second nitride semiconductor layer 312,
As shown in FIG. 7A, the following LED element structure is formed.
I do. N-side contact layer 304: 4.5 × 10 Si18/ C
m3Doped GaN 2.25 μm n-side first multilayer layer 305: undoped GaN 200n
m / Si is 4.5 × 10 18/ Cm3Doped GaN
 Multilayer of 30nm / undoped GaN 5nm
Film n-side second multilayer film 306: undoped GaN, 4 nm
First layer and undoped In0.13Ga0.87N, 2
nm second layer as a pair, alternately 10 layers each,
A multilayer film in which 10 pairs are stacked and a first layer is finally stacked Active layer 307: undoped GaN, having a thickness of 20 nm
Barrier layer (B) and undoped In0.4Ga
0.6N, well layers (W) each having a thickness of 3 nm are alternately formed.
(B) / (W) / (B)... (B)
Active multiple quantum well structure consisting of five barrier layers and four well layers
Layer p-side cladding layer 308: 1 × 10 Mg20/ Cm3Do
P-type Al0.2Ga0.8N, 4 nm thick
3 layers, 1 × 10 Mg20/ Cm3Doped In
0.03Ga0.97N, a fourth layer having a thickness of 2.5 nm;
, As a pair, alternately stack 5 pairs of 5 layers
-Layer contact having a superlattice structure in which a third layer is laminated on the p-side
Layer 309: 1 × 10 Mg20/ Cm3Doped p
After stacking element structures of type GaN or more, in a nitrogen atmosphere,
Anneal at 700 ° C to further reduce the resistance of the p-type layer
Become Subsequently, until the n-side contact layer 304 is exposed.
Partly etched by p-side contact layer on top
309 including Ni and Au having a film thickness of 20 nm over almost the entire surface.
Optical p-electrode 310, partially bonded on p-electrode 310
The p pad electrode 311 made of Au for
μm, and the surface of the n-side contact layer 4 has W
And an n-electrode 12 containing Al to form an LED element.
This LED element has a forward current of 20 mA, and
nm pure green emission. This LED element is
Conventional first nitride semiconductor layer 11 and second nitride semiconductor layer
12 without using a 1.5 μm undoped GaN layer
Output is 20m compared to LED element formed as a ground layer
What has been saturated with W is higher than its output. This
This is on the second nitride semiconductor layer 12b in the plane of the active layer.
By introducing the low defect density region B, the luminous efficiency is improved.
It is thought to be due to the improvement.

【0066】[実施例11]実施例10と同様にして、
n側層330となるn側コンタクト層304〜n側第2
のコンタクト層306、活性層307、p側層331と
なるp側クラッド層308〜p側コンタクト層309、
とを積層して素子構造を形成した後、エッチングにより
n側コンタクト層304を露出する際に、図10(b)
に示すように、第1の表面1上に形成された低欠陥密度
領域Bにp側層を残すようにする。具体的には、低欠陥
密度領域B内のp側層331、活性層307に選択的に
電流が流れるように、低欠陥密度領域Bの一部、好まし
くは全部と、p側層に電流が流れる電流領域とを重ねる
ことである。この時、低欠陥密度領域B内の電流領域
は、素子内に複数設けるものであり、ここでは図10
(b)に示すように、3つ設ける。
[Embodiment 11] In the same manner as in Embodiment 10,
n-side contact layer 304 to become n-side layer 330 to n-side second
The p-side cladding layer 308 to the p-side contact layer 309 to be the contact layer 306, the active layer 307, and the p-side layer 331.
After exposing the n-side contact layer 304 by etching after forming an element structure by stacking
As shown in FIG. 7, the p-side layer is left in the low defect density region B formed on the first surface 1. Specifically, current flows through a part, preferably all, of the low defect density region B and the p-side layer so that current flows selectively through the p-side layer 331 and the active layer 307 in the low defect density region B. This is to overlap the flowing current region. At this time, a plurality of current regions in the low defect density region B are provided in the element.
As shown in (b), three are provided.

【0067】すなわち、実施例9のレーザアレイ素子と
同様に、低欠陥密度領域B内の活性層に選択的に電流が
流れる構造とし、高欠陥密度領域A(図10(b)中で
ハッチングを施していない領域)の活性層を除去した構
造とする。ここでは、n側コンタクト層304が露出す
る深さで、p側層331領域内に、溝を設けてn電極を
形成しているが、このほかにも、図9のレーザアレイ素
子と同様に、活性層307に達しない深さで高欠陥密度
領域Aを除くように溝を設けて、選択的に複数の電流領
域を低欠陥密度領域B内に配置した構造とすることもで
きる。また、n側層330が露出する深さで溝を形成
し、n電極を設けない構造とすることもできる。ここで
は、図10(b)に示すように、低欠陥密度領域Bに挟
まれた1つ若しくは複数の高欠陥密度領域A内のp側
層、活性層、及びn側層の一部となる深さで除去し、各
低欠陥密度領域B内で突出したp側層331との間に溝
が形成され、この溝内にn電極を形成する。この時、n
側コンタクト層304上に設けられるp側層331を含
む突出部は、図10(c)に示すように、櫛形とし、す
なわち、低欠陥密度領域B内に設けられたストライプ状
の各電流領域、すなわちp側層の各突出部が、少なくと
も一方の端部で接合された凸部形状であり、逆にいう
と、突出部形成時の溝が、各ストライプ状のp側層の突
出部を離間・分離しないように形成されている。このよ
うにp側層331の各凸部が、離間されずに接合される
ことで、その表面のp側コンタクト層309にp電極3
10のコモン電極を形成でき、ワイヤボンディングに有
利な電極構造が形成される。更に、n電極312も図1
0(c)に示すように、コモン電極とすることで同様な
効果が得られる電極構造となる。このn電極312は、
少なくとも、突出したp側層331を間に挟むように、
対向配置されたn電極、図中では最も外側で、ストライ
プ状のp側層の凸部にほぼ平行な1対のn電極、を設け
ることで、各電流領域への電流の注入が良好なものとな
り、さらにまた、その1対のn電極をコモン電極となる
ように、各電極を接合するように延在されたn電極を形
成する。ここでは、p側層331の突出部の三方を囲む
ようにn電極が形成されているが、このように、突出部
のp側層の周囲を一部が欠けたn電極で囲む構造でも良
く、周囲をほぼ完全に囲むn電極を形成しても良い。ま
た、これら外側のn電極の他に、p側層331の各突出
部の間に、n電極を形成しても良く、こうすることで各
突出部に良好に電流が注入され好ましい。ここでは、図
10(c)に示すように、p側層331の突出部の外側
に、その突出部のストライプ方向にほぼ平行で、対向し
て配置された外側のn電極と、p側層331の各突出部
の間に、同じくほぼ平行に配置された内側のn電極と、
をコモン電極となるように、櫛形に形成しp側層331
の突出部の櫛形とn電極の櫛形とを、凹凸が嵌合するよ
うに、対向して配置された電極構造とする。
That is, similarly to the laser array element of the ninth embodiment, the structure is such that a current selectively flows through the active layer in the low defect density region B, and the high defect density region A (hatched in FIG. 10B). In this case, the active layer is removed from the active region. Here, an n-electrode is formed by providing a groove in the p-side layer 331 region at a depth at which the n-side contact layer 304 is exposed. In addition, similarly to the laser array element of FIG. Alternatively, a groove may be provided at a depth that does not reach the active layer 307 so as to exclude the high defect density region A, and a plurality of current regions may be selectively arranged in the low defect density region B. Alternatively, a structure may be employed in which a groove is formed at a depth where the n-side layer 330 is exposed, and no n-electrode is provided. Here, as shown in FIG. 10 (b), it becomes a part of the p-side layer, the active layer, and the n-side layer in one or a plurality of high defect density regions A sandwiched between the low defect density regions B. A groove is formed between the p-side layer 331 protruding in each of the low defect density regions B, and an n-electrode is formed in the groove. At this time, n
The protruding portion including the p-side layer 331 provided on the side contact layer 304 has a comb shape as shown in FIG. 10C, that is, each stripe-shaped current region provided in the low defect density region B, That is, each protruding portion of the p-side layer has a convex shape joined at least at one end, and conversely, the groove at the time of forming the protruding portion separates the protruding portion of each striped p-side layer. -It is formed so as not to separate. As described above, since the respective protrusions of the p-side layer 331 are joined without being separated from each other, the p-electrode 3 is formed on the p-side contact layer 309 on the surface thereof.
Ten common electrodes can be formed, and an electrode structure advantageous for wire bonding is formed. Further, the n-electrode 312 is also shown in FIG.
As shown in FIG. 0 (c), the use of the common electrode results in an electrode structure having the same effect. This n-electrode 312 is
At least, so as to sandwich the protruding p-side layer 331 therebetween.
Good current injection into each current region by providing opposing n-electrodes, a pair of n-electrodes on the outermost side in the figure, almost parallel to the convex portions of the stripe-shaped p-side layer Further, an n-electrode extended so as to join each electrode is formed so that the pair of n-electrodes becomes a common electrode. Here, the n-electrode is formed so as to surround three sides of the protruding portion of the p-side layer 331. In this manner, a structure in which the periphery of the p-side layer of the protruding portion is partially surrounded by the n-electrode partially omitted may be employed. Alternatively, an n-electrode that almost completely surrounds the periphery may be formed. Further, in addition to these outer n-electrodes, an n-electrode may be formed between each protruding portion of the p-side layer 331, and this is preferable because current is favorably injected into each protruding portion. Here, as shown in FIG. 10 (c), outside the protruding portion of the p-side layer 331, an outer n-electrode substantially parallel to and facing the stripe direction of the protruding portion, and a p-side layer 331, between each protruding part, an inner n-electrode also arranged substantially in parallel,
Is formed in a comb shape so as to be a common electrode, and the p-side layer 331 is formed.
And the comb shape of the n-electrode have an electrode structure arranged to face each other so that the unevenness fits.

【0068】このようにして得られる発光素子は、実施
例10に比べて、さらに高出力の発光が得られる。これ
は、低欠陥密度領域B内に選択的に電流領域を配置した
構造とすることで、低欠陥密度領域Bを有効に利用で
き、出力の飽和を抑えた発光素子となるからである。
The light emitting device thus obtained can emit light of higher output than that of the tenth embodiment. This is because, by adopting a structure in which the current region is selectively arranged in the low defect density region B, the low defect density region B can be effectively used, and the light emitting element has a suppressed output saturation.

【0069】ここで、実施例9及び11は、図11(実
施例8)に示すように、p電極、n電極とを、基板20
1を挟んで対向は位置した構造とすることも可能であ
る。この場合には、基板201の裏面に形成するn電極
は、p電極の形状に対応して、同様な形状で電極を形成
しても良く、すなわち、p電極の形状を基板201裏面
に投影した形状のn電極として、正負一対の電極間を効
率的に電流が流れるようにしても良く、低欠陥密度領域
Bの形状とほぼ同じとして、低欠陥密度領域B内に一
部、好ましくは全部が重なるように形成しても良く、複
数設けられた電流領域の一部、好ましくはほぼ全てを覆
うようにn電極を形成して、電流を効率的に注入するこ
とが好ましい。
In the ninth and eleventh embodiments, as shown in FIG. 11 (eighth embodiment), a p-electrode and an n-electrode are
It is also possible to adopt a structure in which the opposing members are positioned with respect to each other. In this case, the n-electrode formed on the back surface of the substrate 201 may have an electrode formed in a similar shape corresponding to the shape of the p-electrode, that is, the shape of the p-electrode is projected on the back surface of the substrate 201. As the shape of the n-electrode, a current may efficiently flow between the pair of positive and negative electrodes, and a part, preferably all, of the n-electrode has a shape substantially the same as that of the low defect density region B. It is preferable that the n-electrode is formed so as to cover a part, preferably almost all of the plurality of current regions, and to efficiently inject a current.

【0070】[比較例1]図6に示すように、異種基板
410として、厚さが425μm、2インチφ、主面が
C面、オリエンテーションフラット面(以下、オリフラ
面と記す)がA面のサファイア基板を用意し、MOCV
Dの反応容器内にそのウエハをセットする。次に、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410上にGaNよりなるバッファ層(図
示されていない)を約200Å(オングストローム)の
膜厚で成長させ、さらに温度を1050℃とし、原料ガ
スにTMG、アンモニアを用い、アンドープのGaNよ
りなる下地層412を2.5μmの膜厚で成長させる。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 As shown in FIG. 6, a heterogeneous substrate 410 has a thickness of 425 μm, a diameter of 2 inches, a main surface of a C surface, and an orientation flat surface (hereinafter referred to as an orientation flat surface) of an A surface. Prepare sapphire substrate, MOCV
The wafer is set in the reaction vessel D. Next, the temperature is raised to 510 ° C., a hydrogen is used as a carrier gas, and ammonia and TMG (trimethylgallium) are used as a source gas. ), The temperature is further increased to 1050 ° C., and an underlayer 412 made of undoped GaN is grown to a thickness of 2.5 μm using TMG and ammonia as source gases.

【0071】下地層102形成後に、その上に、さらに
窒化ガリウムからなる選択成長層413aを形成して、
これも窒化ガリウムからなる下地層とする。選択成長層
としては図6(a)〜(c)に示す順序に沿って形成す
る。下地層413aを形成後、ウエハを反応容器から取
り出し、CVD装置に載置して、下地層413aの上に
選択成長させるためマスク領域として保護膜418を形
成する(図12(a))。この時、マスク領域となる保
護膜418は、サファイア基板のオリフラ面(A面)に
垂直なストライプ状のSiO2膜を、幅6μm、間隔
(開口部の幅)14μmで、ウエハのほぼ全面の前記下
地層413a上に形成する。続いて、ウエハをMOCV
D反応容器内に戻し、温度1050℃、原料ガスTM
G、アンモニアを用いて、保護膜418の設けられてい
ない非マスク領域表面、すなわち前記下地層413aが
露出している表面に、アンドープのGaNを15μmの
膜厚で成長させ(図6(b),(c))、平坦な表面有
する窒化物半導体基板413aとする(図6(c))。
この窒化物半導体基板の成長は、初期段階において、選
択的に前記非マスク領域だけに窒化物半導体が成長する
が、ある程度の膜厚で成長すると、厚さ方向への成長に
加えて、マスク領域の保護膜418に向かう横方向(基
板面内)に成長して、マスク領域の上部が横方向成長し
た窒化物半導体によりふさがれた結果、下地層413a
の上に膜厚15μmの窒化物半導体基板413aが形成
される。この時、実施例1に比較して、横方向の成長が
成される選択成長層413aが、接合されるために約1
0μmの膜厚を必要とし、これにより平坦化され、良好
な鏡面を得るためにさらに成長させて、約15μmの膜
厚となる。このようにして得られた選択成長層413a
は、マスク418上部での接合位置にばらつきがあり、
接合不良が発生するものもある。すなわち、実施例1に
比較して、厚膜の成長が必要とされ、さらにその成長も
制御が困難なものである。
After the formation of the underlayer 102, a selective growth layer 413a made of gallium nitride is further formed thereon.
This is also an underlayer made of gallium nitride. The selective growth layer is formed in the order shown in FIGS. After the formation of the underlayer 413a, the wafer is taken out of the reaction vessel, placed on a CVD apparatus, and a protective film 418 is formed as a mask region for selective growth on the underlayer 413a (FIG. 12A). At this time, the protective film 418 serving as a mask region is formed of a stripe-shaped SiO 2 film perpendicular to the orientation flat surface (A surface) of the sapphire substrate with a width of 6 μm and an interval (width of the opening) of 14 μm over substantially the entire surface of the wafer. It is formed on the underlayer 413a. Then, the wafer is MOCV
D Return to the reaction vessel, temperature 1050 ° C, source gas TM
G, undoped GaN is grown to a thickness of 15 μm on the surface of the non-mask region where the protective film 418 is not provided, that is, the surface where the underlayer 413a is exposed, using G and ammonia (FIG. 6B). , (C)) and a nitride semiconductor substrate 413a having a flat surface (FIG. 6 (c)).
In the growth of the nitride semiconductor substrate, in the initial stage, the nitride semiconductor is selectively grown only in the non-mask region. However, when the nitride semiconductor is grown to a certain thickness, in addition to the growth in the thickness direction, the mask region is grown. Is grown in the lateral direction (in the plane of the substrate) toward the protective film 418, and the upper part of the mask region is blocked by the laterally grown nitride semiconductor.
A nitride semiconductor substrate 413a having a thickness of 15 μm is formed thereon. At this time, as compared with the first embodiment, the selective growth layer 413a that grows in the lateral direction is about 1
It requires a film thickness of 0 μm, which is planarized and further grown to obtain a good mirror surface to a film thickness of about 15 μm. The selective growth layer 413a thus obtained
Has a variation in the bonding position above the mask 418,
In some cases, poor bonding occurs. That is, compared to the first embodiment, a thick film needs to be grown, and the growth is also difficult to control.

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明の製造方法による窒化物半導体の
成長では、従来と異なり、第1の表面、第二の表面上の
異なる成長領域が、表面に分布されて、成長させること
で、各成長領域が互いに影響されながら成長することか
ら、その成長を制御することが容易で、且つ、従来より
も薄い膜厚で、表面モフォロジーに優れた窒化物半導体
表面が得られる。また、そのようにして得られた窒化物
半導体層を、素子構造の成長基板、若しくは、素子構造
中に用いることで、優れた特性の窒化物半導体素子が得
られる。また、本発明の第2の窒化物半導体層、及びそ
の上に積層した素子構造には、低欠陥密度領域Bと高欠
陥密度領域Aとが分布したものとなり、その低欠陥密度
領域Bに、電流領域、導波路領域、活性層領域を選択的
に配置することで、優れた素子特性の窒化物半導体素子
が得られる。
In the growth of the nitride semiconductor according to the manufacturing method of the present invention, differently from the conventional method, different growth regions on the first surface and the second surface are distributed on the surface and grown. Since the growth regions grow while being influenced by each other, it is easy to control the growth, and it is possible to obtain a nitride semiconductor surface having a smaller film thickness than the conventional one and excellent in surface morphology. In addition, by using the nitride semiconductor layer thus obtained in a growth substrate having an element structure or in an element structure, a nitride semiconductor element having excellent characteristics can be obtained. In the second nitride semiconductor layer of the present invention and the element structure laminated thereon, a low defect density region B and a high defect density region A are distributed, and the low defect density region B has By selectively disposing the current region, the waveguide region, and the active layer region, a nitride semiconductor device having excellent device characteristics can be obtained.

【0073】[0073]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する
模式断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating a growth method according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する
模式断面図。
FIG. 2 is a schematic sectional view illustrating a growth method according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体を説明
する模式断面図。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する
模式断面図。
FIG. 4 is a schematic sectional view illustrating a growth method according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態に係る成長方法を説明する
模式断面図。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a growth method according to one embodiment of the present invention.

【図6】従来の成長方法を説明する模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a conventional growth method.

【図7】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を
説明する模式断面図。
FIG. 7 is a schematic sectional view illustrating a nitride semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を
説明する模式断面図。
FIG. 8 is a schematic sectional view illustrating a nitride semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子を
説明する模式断面図。
FIG. 9 is a schematic sectional view illustrating a nitride semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子
を説明する模式断面図。
FIG. 10 is a schematic sectional view illustrating a nitride semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体素子
を説明する模式断面図。
FIG. 11 is a schematic sectional view illustrating a nitride semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・第1の表面、2・・・第2の表面、10・・・
異種基板、11・・・第1の窒化物半導体層、12・・
・第2の窒化物半導体層、13、14・・・窒化物半導
体層、15・・・第3の窒化物半導体層層、100・・
・結晶欠陥、101,201,301・・・基板、10
2・・・窒化物半導体基板、103,203,303・
・・バッファ層、104,304・・・n型コンタクト
層、105,205・・・クラック防止層、106,2
06・・・n型クラッド層、107,207・・・n型
光ガイド層、108,208,308・・・活性層、1
09,209・・・p型電子閉込め層、110,210
・・・p型光ガイド層、111,211・・・p型クラ
ッド層、112,212・・・p型コンタクト層、12
0,220,310・・・p電極、121,222,3
12・・・n電極、122,311・・・pパッド電
極、123・・・nパッド電極、162,262・・・
第2の保護膜(埋込層)、164・・・絶縁膜、23
0,330・・・n側層、231,331・・・p側層
1 1st surface, 2 2nd surface, 10 ...
Heterogeneous substrate, 11 ... first nitride semiconductor layer, 12 ...
A second nitride semiconductor layer, 13, 14 ... nitride semiconductor layer, 15 ... third nitride semiconductor layer layer, 100 ...
・ Crystal defects, 101, 201, 301 ... substrate, 10
2 ... nitride semiconductor substrate, 103, 203, 303
..Buffer layers, 104, 304... N-type contact layers, 105, 205... Crack preventing layers, 106, 2
06 ... n-type cladding layer, 107, 207 ... n-type light guide layer, 108, 208, 308 ... active layer, 1
09, 209... P-type electron confinement layer, 110, 210
... p-type light guide layer, 111, 211 ... p-type cladding layer, 112, 212 ... p-type contact layer, 12
0, 220, 310... P electrode, 121, 222, 3
12 ... n electrode, 122, 311 ... p pad electrode, 123 ... n pad electrode, 162,262 ...
Second protective film (embedded layer), 164... Insulating film, 23
0, 330... N-side layer, 231, 331.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AB19 AB32 AB33 AC08 AC12 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AF02 AF03 AF04 AF06 AF09 AF13 AF20 BB12 CA10 CA12 DA51 DA53 DA54 DA55 DB02 EE14 HA16 5F073 AA11 AA13 AA45 AA51 AA74 AA77 AA83 CA07 CB05 CB07 CB20 DA05 DA35 EA29  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AB19 AB32 AB33 AC08 AC12 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AF02 AF03 AF04 AF06 AF09 AF13 AF20 BB12 CA10 CA12 DA51 DA53 DA54 DA55 DB02 EE14 HA16 5F073 AA11 AA13 AA45 AA51 AA74 AA77 AA83 CA07 CB05 CB07 CB20 DA05 DA35 EA29

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の窒化物半導体表面に、選択的に第1
の表面と、該第1の表面よりも窒化物半導体の成長速度
の大きい第2の表面とを形成する工程と、該工程の後、
第1の窒化物半導体の第1の表面及び第2の表面に第2
の窒化物半導体を成長させる工程とを具備してなること
を特徴とする窒化物半導体の成長方法。
1. A method according to claim 1, wherein the first nitride semiconductor surface is selectively covered with a first nitride semiconductor.
Forming a surface and a second surface having a higher growth rate of the nitride semiconductor than the first surface; and after the step,
A second surface is provided on the first surface and the second surface of the first nitride semiconductor.
Growing the nitride semiconductor according to (1).
【請求項2】前記第1の表面が、第2の表面よりも大き
な凹凸を有していることを特徴とする請求項1記載の窒
化物半導体の成長方法。
2. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein said first surface has larger irregularities than said second surface.
【請求項3】前記第1の表面及び第2の表面を形成する
工程が、前記第1の窒化物半導体表面に選択的にマスク
を形成して、マスクが形成されていない非マスク領域の
第1の窒化物半導体を熱分解により一部を除去して第1
の表面を形成し、該マスクを除去して第2の表面を形成
することを特徴とする請求項1又は2記載の窒化物半導
体の成長方法。
3. The step of forming the first surface and the second surface comprises selectively forming a mask on the surface of the first nitride semiconductor, and forming a mask on a non-mask region where the mask is not formed. Part 1 of the nitride semiconductor is removed by thermal decomposition,
3. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the surface is formed and the mask is removed to form a second surface.
【請求項4】前記第2の窒化物半導体を下地層とし、該
下地層の上に、窒化物半導体を有する素子構造が設けら
れた窒化物半導体素子。
4. A nitride semiconductor device, wherein the second nitride semiconductor is used as a base layer, and an element structure having a nitride semiconductor is provided on the base layer.
【請求項5】前記第2の窒化物半導体が、窒化物半導体
を有する素子構造内に設けられていることを特徴とする
窒化物半導体素子。
5. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein said second nitride semiconductor is provided in an element structure having a nitride semiconductor.
JP2001077001A 2001-03-16 2001-03-16 Method for growing nitride semiconductor and device using the same Expired - Fee Related JP3562478B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001077001A JP3562478B2 (en) 2001-03-16 2001-03-16 Method for growing nitride semiconductor and device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001077001A JP3562478B2 (en) 2001-03-16 2001-03-16 Method for growing nitride semiconductor and device using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002280308A true JP2002280308A (en) 2002-09-27
JP3562478B2 JP3562478B2 (en) 2004-09-08

Family

ID=18933821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001077001A Expired - Fee Related JP3562478B2 (en) 2001-03-16 2001-03-16 Method for growing nitride semiconductor and device using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3562478B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006156509A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 Sony Corp Semiconductor device
JP2010074133A (en) * 2008-09-18 2010-04-02 Korea Univ Industrial & Academic Collaboration Foundation Method of forming nitride semiconductor through ion implantation and electronic device using the same
JP5099008B2 (en) * 2006-07-26 2012-12-12 富士通株式会社 Compound semiconductor device using SiC substrate and manufacturing method thereof
EP2037507A4 (en) * 2006-07-05 2015-11-25 Panasonic Ip Man Co Ltd Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same
WO2019169122A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-06 Tokyo Electron Limited Method to transfer patterns to a layer
CN113488564A (en) * 2021-06-15 2021-10-08 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 Preparation method of aluminum nitride template

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006156509A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 Sony Corp Semiconductor device
EP2037507A4 (en) * 2006-07-05 2015-11-25 Panasonic Ip Man Co Ltd Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same
JP5099008B2 (en) * 2006-07-26 2012-12-12 富士通株式会社 Compound semiconductor device using SiC substrate and manufacturing method thereof
JP2010074133A (en) * 2008-09-18 2010-04-02 Korea Univ Industrial & Academic Collaboration Foundation Method of forming nitride semiconductor through ion implantation and electronic device using the same
WO2019169122A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-06 Tokyo Electron Limited Method to transfer patterns to a layer
US10916428B2 (en) 2018-03-02 2021-02-09 Tokyo Electron Limited Method to transfer patterns to a layer
CN113488564A (en) * 2021-06-15 2021-10-08 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 Preparation method of aluminum nitride template
CN113488564B (en) * 2021-06-15 2023-01-03 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 Preparation method of aluminum nitride template

Also Published As

Publication number Publication date
JP3562478B2 (en) 2004-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100917260B1 (en) Crystal film, crystal substrate and semiconductor device
JP5028640B2 (en) Nitride semiconductor laser device
US6984841B2 (en) Nitride semiconductor light emitting element and production thereof
JP3791246B2 (en) Nitride semiconductor growth method, nitride semiconductor device manufacturing method using the same, and nitride semiconductor laser device manufacturing method
JP4304750B2 (en) Nitride semiconductor growth method and nitride semiconductor device
WO2003036771A1 (en) Nitride semiconductor laser element, and production method therefor
JP2002246698A (en) Nitride semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
JP2001007447A (en) Nitride semiconductor laser element
JP2002185082A (en) Nitride semiconductor laser array
JP3446660B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP2002270971A (en) Nitride semiconductor element
JP4873116B2 (en) Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP2000196201A (en) Nitride semiconductor laser element
JP2003124576A (en) Nitride semiconductor substrate and its growing method
JP3925127B2 (en) Nitride semiconductor substrate and growth method thereof
JP3562478B2 (en) Method for growing nitride semiconductor and device using the same
JP4211358B2 (en) Nitride semiconductor, nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2001044570A (en) Nitride semiconductor laser element
JP4255168B2 (en) Nitride semiconductor manufacturing method and light emitting device
JP4628651B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor light emitting device
JP4784012B2 (en) Nitride semiconductor substrate and manufacturing method thereof
JP2008028375A (en) Nitride semiconductor laser device
JP2000216502A (en) Manufacture of nitride semiconductor element
JP2003273463A (en) Nitride semiconductor laser element and method of manufacturing the same
JP3656454B2 (en) Nitride semiconductor laser device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040203

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040405

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040511

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040524

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090611

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090611

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090611

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100611

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100611

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees