JP2002299251A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成長領域を区分したエピタキシャル成長におい
て、エッジ部を盛り上げないようにすること。 【解決手段】格子状のマスク２により成長領域Ｄを区分
したエピタキシャル成長において、隣接する成長領域Ｄ
のエッジ部分との間、マスク２の帯の中央部にIII族窒
化物系化合物半導体の消費領域Ｃが形成されているの
で、成長領域Ｄのエッジ部分に不必要にIII族及びV族の
原料が供給されることが無い。これにより、素子形成領
域Ｄのエッジ部分と中央部とでIII族及びV族の原料の供
給量の差が抑制され、素子領域Ｄ中央部が凹部となるこ
とがない

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物系化
合物半導体の製造方法及び半導体素子に関する。尚、II
I族窒化物系化合物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNの
ような２元系、Al _xGa_1-xN、Al_xIn_1-xN、Ga_xIn_1-xN（い
ずれも0＜x＜1）のような３元系、Al_xGa_yIn _1-x-yN（0＜
x＜1, 0＜y＜1, 0＜x+y＜1）の４元系を包括した一般式
Al_xGa_yIn_{1-x -y}N（0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1）で表
されるものがある。なお、本明細書においては、特に断
らない限り、単にIII族窒化物系化合物半導体と言う場
合は、伝導型をｐ型あるいはｎ型にするための不純物が
ドープされたIII族窒化物系化合物半導体をも含んだ表
現とする。

【０００２】

【従来の技術】III族窒化物系化合物半導体は、例えば
発光素子とした場合、発光スペクトルが紫外から赤色の
広範囲に渡る直接遷移型の半導体であり、発光ダイオー
ド(LED)やレーザダイオード(LD)等の発光素子に応用さ
れている。また、そのバンドギャップが広いため、他の
半導体を用いた素子よりも高温において安定した動作を
期待できることから、ＦＥＴ等トランジスタへの応用も
盛んに開発されている。また、ヒ素(As)を主成分として
いないことで、環境面からも様々な半導体素子一般への
開発が期待されている。このIII族窒化物系化合物半導
体では、サファイアを基板とし、その上に形成した素子
の他、シリコン(Si)基板を用いるものがある。

【０００３】シリコン(Si)基板上にIII族窒化物系化合
物半導体を形成すると、シリコン(Si)基板とIII族窒化
物系化合物半導体との格子定数のミスフィットにより常
に応力がかかった状態でエピタキシャル成長を行うこと
となる。また、シリコン(Si)基板とIII族窒化物系化合
物半導体との熱膨張率の差は、降温時にその応力を増大
させ、III族窒化物系化合物半導体層に多数のクラック
（断裂）を生じさせることとなる。これにより、発光素
子その他の素子を形成した領域にクラック（断裂）が生
じた場合はその素子は不良品となり、歩留まりが極めて
悪いものとなっていた。

【０００４】そこで例えば、各素子形成領域の大きさ
（1mm²以下）に成長領域を区分し、当該成長領域以外に
窓枠状のマスクを形成する技術がある。これにより各領
域が小さくなること、また隣接する領域からの応力等が
伝播しないことによりクラック（断裂）の発生を抑制
し、且つクラックが発生したとしても当該クラックの発
生した素子領域のみにとどめることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところがこのような素
子形成領域を区分してエピタキシャル成長を行うと、通
常、当該領域のエッジ部分がより早く成長し、領域中央
部が凹部となるようなエピタキシャル成長となってしま
う。これを図７に示す。図７では、基板９１とマスク材
９２とIII族窒化物系化合物半導体層９３とで示した
が、III族窒化物系化合物半導体層９３は単層に限られ
ない。図７のようになるのは素子形成領域Ｄのエッジ部
分Ｅと中央部ＭとでIII族及びV族の原料の供給量に差が
あり、エッジ部分により多くのIII族及びV族の原料が供
給されることとなるからである。

【０００６】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、成長領域を
区分したエピタキシャル成長において、成長領域のエッ
ジ部分が盛り上がらないようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、基板上にIII族窒化物系
化合物半導体をエピタキシャル成長により得るIII族窒
化物系化合物半導体の製造方法において、基板表面に、
III族窒化物系化合物半導体がエピタキシャル成長しな
いマスク材を格子状に形成し、素子形成用の基板表面を
各々分離して露出させるとともに、格子状のマスクの帯
の中央部に、III族窒化物系化合物半導体の消費領域を
形成する工程と、各々分離して露出された素子形成用の
基板表面に、所望のIII族窒化物系化合物半導体を形成
する工程とを含むことを特徴とする。ここで、格子状の
マスクの帯の中央部とは、マスクの帯全域にわたって連
続して形成された中央部に限定されない。例えば破線
状、点在する円形状その他任意である。尚、消費領域の
形成は、マスク材を格子状に形成するのと同時でも、ま
た、マスク材を格子状に形成した後でも良い。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、消費量域
は、素子形成に用いない基板表面を露出させて形成する
ことを特徴とする。

【０００９】また、請求項３に記載の発明は、消費量域
は、基板をも一部削除して段差のある基板面を露出させ
て形成することを特徴とする。この際、予め基板を削除
して段差のある基板面を形成したのち、マスク材を格子
状に形成する場合も本願発明に包含される。

【００１０】また、請求項４に記載の発明は、素子形成
領域の面積が、0.01mm²以上1mm²以下であることを特徴
とする。また、請求項５に記載の発明は、素子形成領域
の面積が、0.01mm²以上0.3mm²以下であることを特徴と
する。

【００１１】また、請求項６に記載の発明は、基板がシ
リコン(Si)から成ることを特徴とする。また、請求項７
に記載の発明は、マスク材が主として二酸化ケイ素(SiO
₂)から成ることを特徴とする。また、請求項８に記載の
発明は、製造工程中に基板と上層のIII族窒化物系化合
物半導体とが化学反応を起こさないよう、各々分離して
露出された素子形成用の基板表面に、主として単結晶か
ら成る反応防止層を形成する工程を含むことを特徴とす
る。尚、消費領域に反応防止層が形成されることを排除
するものではない。また、請求項９に記載の発明は、反
応防止層の厚さが、100nm以上1μm以下であることを特
徴とする。また、請求項１０に記載の発明は、反応防止
層が、III族窒化物系化合物半導体であってIII族中のア
ルミニウム(Al)の組成がモル比30%以上であることを特
徴とする。

【００１２】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のIII族窒化物
系化合物半導体の製造方法により得られたIII族窒化物
系化合物半導体層上に形成したことを特徴とするIII族
窒化物系化合物半導体素子である。また、請求項１２に
記載の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項
に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法により
得られたIII族窒化物系化合物半導体層上に、異なるIII
族窒化物系化合物半導体層を積層することにより得られ
ることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素
子である。

【００１３】

【作用及び発明の効果】格子状のマスクにより成長領域
を区分したエピタキシャル成長において、隣接する成長
領域のエッジ部分との間、マスクの帯の中央部にIII族
窒化物系化合物半導体の消費領域が形成されているの
で、成長領域のエッジ部分に不必要にIII族及びV族の原
料が供給されることが無い。これにより、素子形成領域
のエッジ部分と中央部とでIII族及びV族の原料の供給量
の差が抑制され、素子領域エッジ部が凸部となることが
なくなり、素子形成領域のクラックや欠陥が大幅に低減
される（請求項１）。

【００１４】消費領域は単に素子形成に用いない基板表
面を露出させても、また更に基板をも一部削除して段差
を形成しても良い（請求項２、３）。

【００１５】素子形成領域の面積は、0.01mm²以上1mm²
以下であることが望ましく、更には0.01mm²以上0.3mm²
以下であることが望ましい。1mm²越える領域に形成され
るエピタキシャル成長層は数μmの厚さに形成すると応
力からクラックの発生が非常に多くなる。0.3mm²以下の
領域とすると、各エピタキシャル形成領域は１素子単位
程度となり、歩留まりを更に上げることができる（請求
項４、５）。0.01mm²未満の領域では１個の素子領域と
して充分ではない。

【００１６】本発明は、III族窒化物系化合物半導体と
の熱膨張率の差が大きいシリコン(Si)基板である場合に
特に有効である（請求項６）。また、マスク材としては
二酸化ケイ素(SiO₂)を用いることが簡便である（請求項
７）。反応防止層を形成することで、基板と上層のIII
族窒化物系化合物半導体が製造工程中に反応しないよう
にすることができる（請求項８）。反応防止層の厚さは
少なくとも100nm必要であり（請求項９）、その組成はI
II族中のアルミニウム(Al)の組成がモル比30%以上であ
るIII族窒化物系化合物半導体であることがより望まし
い（請求項１０）。これにより、例えばシリコン(Si)基
板と窒化ガリウム(GaN)との間にAlGaNを形成する場合、
シリコン(Si)基板と窒化ガリウム(GaN)とが直接接しな
いことでこれらの間で窒素原子が移動して窒化ケイ素と
金属ガリウムその他が生成することを防ぐことができ
る。その他、III族窒化物系化合物半導体と条件により
反応を起こし得る基板との間に反応防止層を形成するこ
とは有用である。

【００１７】上記のように形成した所望のIII族窒化物
系化合物半導体層に任意の素子を形成したもの、或い
は、異なるIII族窒化物系化合物半導体層を積層して発
光素子としたものは、クラックの発生も貫通転位の抑制
も同時になされるので歩留まりが高く、且つ高品質の素
子又は発光素子とすることができる（請求項１１、１
２）。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の具体的な一実施
例における構成を示す断面図である。シリコン(Si)基板
１に、酸化ケイ素(SiO₂)から成るマスク材２が形成され
る。マスク材２は主として窓枠状に形成され、窓部はシ
リコン(Si)基板１面が露出される。更に、窓枠部中央部
にも帯状にシリコン(Si)基板１面が露出される（図１の
（ａ））。マスク材２の形状を平面図としたものを図２
の（ａ）〜（ｃ）に例示する。図２の（ａ）〜（ｃ）の
Ｄと示した方形状の部分が素子形成領域であり、Ｃと示
した帯状部分は消費領域である。Ｃと示した帯状の消費
領域は、図２の（ａ）のようにウエハ全体としてつなが
ったものとして形成されても、図２の（ｂ）のように各
辺で分離したものとしても良いが、つながったものは消
費領域に応力が集中し、素子形成領域のクラックが更に
低減できるためより好ましい。また、図２の（ｃ）のよ
うに窓枠の交差部（素子形成領域の角部に隣接した部
分）に設けても良い。次に露出したシリコン(Si)基板１
面、即ち素子形成領域Ｄと消費領域Ｃの両方に、エピタ
キシャル成長によりAlGaNから成る反応防止層３が形成
される。反応防止層３は、シリコン(Si)基板１と上層の
III族窒化物系化合物半導体の反応を防ぐためのもので
あり、主として単結晶から成る。次に、反応防止層３の
上に、所望のIII族窒化物系化合物半導体層であるGaN層
４がエピタキシャル成長により形成される。ここで、反
応防止層３、GaN層４から成る積層部は、隣の露出した
基板１面に形成された反応防止層３’、GaN層４’から
成る積層部とは、エピタキシャル成長の際に接続しない
条件で形成される。同じく、素子形成領域Ｄに積層され
たものと消費領域Ｃに積層されたものもエピタキシャル
成長の際に接続しない条件で形成される。即ち、マスク
材２の端部上方にIII族窒化物系化合物半導体層４が形
成されたとしても、マスク材２の中央部まで覆われない
条件でエピタキシャル成長を行う（図１の（ｂ））。具
体的には、成長温度、成長速度などの反応条件により、
横方向成長を抑えることで達成される。窓枠状のマスク
材２の、枠幅を十分にとると、やはりエッジ部の成長速
度が中央部より大きくなってしまう。したがって、枠幅
は20μm以下、望ましくは1〜10μmとする。尚、反応防
止層３、GaN層４から成る積層部は、図３（ａ）のよう
にマスク材２上部で基板１面に対し垂直面を有していて
も、また、図３（ｂ）のように斜めの面であっても、ど
ちらも本願発明に包含される。図１及び図４以下では、
図３（ａ）の形式で記載するが、いずれの場合も図３
（ｂ）のような積層を排除するものではない。

【００１９】図４は、本発明の別の具体的な一実施例に
おける構成を示す断面図である。シリコン(Si)基板１
に、酸化ケイ素(SiO₂)から成るマスク材２が形成され
る。マスク材２は主として窓枠状に形成され、窓部はシ
リコン(Si)基板１面が露出される。更に、窓枠部中央部
にも帯状にシリコン(Si)基板１を一部削って段差を有す
る面が露出される（図４の（ａ））。マスク材２の形状
を平面図としたものは図２の（ａ）〜（ｃ）に例示した
ものと同様である。次に露出したシリコン(Si)基板１
面、即ち素子形成領域Ｄと消費領域Ｃ’の両方に、エピ
タキシャル成長によりAlGaNから成る反応防止層３が形
成される。反応防止層３は、シリコン(Si)基板１と上層
のIII族窒化物系化合物半導体の反応を防ぐためのもの
であり、主として単結晶から成る。次に、反応防止層３
の上に、所望のIII族窒化物系化合物半導体層であるGaN
層４がエピタキシャル成長により形成される。ここで、
反応防止層３、GaN層４から成る積層部は、隣の露出し
た基板１面に形成された反応防止層３’、GaN層４’か
ら成る積層部とは、エピタキシャル成長の際に接続しな
い条件で形成される。同じく、素子形成領域Ｄに積層さ
れたものと消費領域Ｃに積層されたものもエピタキシャ
ル成長の際に接続しない条件で形成される。即ち、マス
ク材２の端部上方にIII族窒化物系化合物半導体層４が
形成されたとしても、マスク材２の中央部まで覆われな
い条件でエピタキシャル成長を行う（図４の（ｂ））。
具体的には、成長温度、成長速度などの反応条件によ
り、横方向成長を抑えることで達成される。窓枠状のマ
スク材２の、枠幅を十分にとると、やはりエッジ部の成
長速度が中央部より大きくなってしまう。したがって、
枠幅は20μm以下、望ましくは1〜10μmとする。又は消
費領域Ｃ’の段差を大きくとることで容易に達成され
る。

【００２０】上記の発明の実施の形態としては、次の中
からそれぞれ選択することができる。

【００２１】基板上にIII族窒化物系化合物半導体を順
次積層を形成する場合は、基板としてはサファイア、シ
リコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl₂O₄)、Li
GaO₂、NdGaO₃、ZnO、MgOその他の無機結晶基板、リン化
ガリウム又は砒化ガリウムのようなIII-V族化合物半導
体あるいは窒化ガリウム(GaN)その他のIII族窒化物系化
合物半導体等を用いることができる。勿論、窒化ガリウ
ム(GaN)その他のIII族窒化物系化合物半導体膜を形成し
た基板、特にバッファ層として或いは更に厚膜を形成し
た基板を用いても良い。

【００２２】III族窒化物系化合物半導体層を形成する
方法としては有機金属気相成長法（MOCVD又はMOVPE）が
好ましいが、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相
成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いて
も良く、各層を各々異なる成長方法で形成しても良い。

【００２３】III族窒化物系化合物半導体は、III族元素
の組成の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換え
ても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ素(As)、
アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても本発明を
実質的に適用できる。また、これら元素を組成に表示で
きない程度のドープをしたものでも良い。例えば組成に
インジウム(In)、ヒ素(As)を有しないIII族窒化物系化
合物半導体であるAl_xGa _1-xN（0≦x≦1）に、アルミニウ
ム(Al)、ガリウム(Ga)よりも原子半径の大きなインジウ
ム(In)、又は窒素(N)よりも原子半径の大きなヒ素(As)
をドープすることで、窒素原子の抜けによる結晶の拡張
歪みを圧縮歪みで補償し結晶性を良くしても良い。この
場合はアクセプタ不純物がIII族原子の位置に容易に入
るため、ｐ型結晶をアズグローンで得ることもできる。
このようにして結晶性を良くすることで本願発明と合わ
せて更に貫通転位を１００乃至１０００分の１程度にま
で下げることもできる。なお、発光素子として構成する
場合は、本来III族窒化物系化合物半導体の２元系、若
しくは３元系を用いることが望ましい。

【００２４】ｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形
成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、
C等IV族元素又はVI族元素を添加することができる。ま
た、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II
族元素又はIV族元素を添加することができる。これらを
複数或いはｎ型不純物とｐ型不純物を同一層にドープし
ても良い。

【００２５】本願と組み合わせていわゆる横方向エピタ
キシャル成長を行う構成としても良い。即ち、本願の素
子形成領域上方に形成したIII族窒化物系化合物半導体
上で、横方向エピタキシャル成長により貫通転位を減少
させることを組み合わせても良い。横方向エピタキシャ
ル成長としては成長面が基板に垂直となるものが望まし
いが、基板に対して斜めのファセット面のまま成長する
ものでも良い。この際、段差の底部に底面の無い、断面
がＶ字状のものでも良い。

【００２６】本願発明における素子形成領域を区分する
マスク材は、多結晶シリコン、多結晶窒化物半導体等の
多結晶半導体、酸化珪素(SiO_x)、窒化珪素(SiN_x)、酸化
チタン(TiO_X)、酸化ジルコニウム(ZrO_X)等の酸化物、窒
化物、チタン(Ti)、タングステン(W)のような高融点金
属、これらの多層膜をもちいることができる。これらの
成膜方法は蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相成長法の
他、任意である。

【００２７】反応防止層は、基板と上層のIII族窒化物
系化合物半導体が製造工程中に反応しないようにするも
のである。例えばシリコン(Si)基板とGaNとは、間に層
がないか、又は間に薄い層のみある場合は、製造工程中
に応力により反応が促進され、GaNから窒素原子が移動
し、シリコン(Si)基板と窒化ケイ素を形成することが知
られている。そこで、単結晶で厚いものが良く、アルミ
ニウム(Al)を多く含むIII族窒化物系化合物半導体Al_xGa
_yIn_1-x-yN（例えばx≧0.3）が好ましい。アルミニウム
(Al)と窒素の結合が強いため、シリコン(Si)とGaNが反
応し難くなるためである。また、いわゆるバッファ層的
な非晶質でなく、主として単結晶であることが重要であ
る。

【００２８】非晶質の層と単結晶の層とを積層した歪み
緩和層を設けても良い。非晶質の層と単結晶の層を１周
期として複数周期形成しても良く、繰り返しは任意周期
で良い。繰り返しは多いほど結晶性が良くなる。非晶質
の層としては低温で成長したIII族窒化物系化合物半導
体が好ましく、アルミニウム(Al)を含む層が更に好まし
い。単結晶の層としては高温で成長したIII族窒化物系
化合物半導体が好ましく、伝導性のドーパントを入れる
ことを除外して考えれば２元系のIII族窒化物系化合物
半導体が更に好ましい。また、単結晶の層にインジウム
(In)その他の原子半径の大きな原子をドープしても良
い。

【００２９】電極形成、或いは横方向エピタキシャル成
長のためにIII族窒化物系化合物半導体をエッチングを
する場合は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が望ま
しいが、任意のエッチング方法を用いることができる。
基板面に垂直な側面を形成するのでないものとして、異
方性エッチングにより例えば底部に底面の無い、断面が
Ｖ字状のものを形成しても良い。

【００３０】上記の貫通転位の抑制された領域を有する
III族窒化物系化合物半導体の上部にＦＥＴ、発光素子
等の半導体素子を形成することができる。発光素子の場
合は、発光層は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、単一量子
井戸構造（ＳＱＷ）の他、ホモ構造、ヘテロ構造、ダブ
ルヘテロ構造のものが考えられるが、ｐｉｎ接合或いは
ｐｎ接合等により形成しても良い。

【００３１】以下、発明の具体的な実施例に基づいて説
明する。実施例として発光素子をあげるが、本発明は下
記実施例に限定されるものではなく、任意の素子に適用
できるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法を開示し
ている。

【００３２】本発明のIII族窒化物系化合物半導体は、
有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示す）に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、ア
ンモニア(NH₃)とキャリアガス(H₂又はN₂)とトリメチル
ガリウム（Ga(CH₃)₃，以下「TMG」と記す）とトリメチ
ルアルミニウム（Al(CH₃)₃，以下「TMA」と記す）、ト
リメチルインジウム（In(CH₃)₃，以下「TMI」と記
す）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Mg(C
₅H₅)₂、以下「Cp₂Mg」と記す）である。

【００３３】〔第１実施例〕n型のシリコン(Si)基板１
の(111)面に、スパッタリングにより酸化シリコン(Si
O₂)膜２を300nmの厚さに形成した。これをフォトリソグ
ラフによりレジストマスクを形成してバッファードHFの
ウエットエッチングにより、酸化シリコン(SiO ₂)膜を窓
枠状に残して除去した。その窓枠は幅10μm、酸化シリ
コン(SiO₂)膜２の除去されたシリコン(Si)基板１の(11
1)面は300μm×300μmの方形状と、窓枠中央部の幅50μ
mの格子状となった（図２の（ａ））。こうして多数の
各々分離された、300μm×300μmの方形状のシリコン(S
i)基板１の露出面Ｄと、窓枠中央部の幅50μmの格子状
の露出面Ｃとが形成された（図１の（ａ））。窓枠状の
酸化シリコン(SiO₂)膜２の窓枠幅（図１の（ａ）でＷと
示した幅）は10μmである。

【００３４】次にn型のシリコン(Si)基板１を1100℃に
保持し、TMA、TMG、SiH₄及びNH₃を導入して、300μm×3
00μmの方形状に露出したシリコン(Si)基板１の(111)面
に300nmの厚さのn-AlGaN:Si層から成る反応防止層３を
形成した。形成されたn-AlGaN:Si層３のAlとGaのモル比
は約３：７であった。

【００３５】次に、n型のシリコン(Si)基板１の温度を1
100℃に上げ、TMG、SiH₄及びNH₃を導入して、反応防止
層３の上に、5μmの厚さのn-GaN:Si層４を形成した。こ
ののち、このように形成したn-GaN:Si層４は、窓枠状の
酸化シリコン(SiO₂)膜２により各々分離された300μm×
300μmの方形状に露出したシリコン(Si)基板１面上方に
形成されており、一部窓枠状の酸化シリコン(SiO₂)膜２
のエッジ上方にn-GaN:Si層４が形成されていても隣の30
0μm×300μmの方形状に露出したシリコン(Si)基板１面
上方に形成されたn-GaN:Si層４’や窓枠中央部の幅50μ
mの露出面Ｃに形成されたn-GaN:Si層４Ｃとは分離され
たままであった（図１の（ｂ））。このように形成した
n-GaN:Si層４を20℃/分で降温し室温に戻したが、クラ
ックは発生していなかった。また、素子形成領域のエッ
ジ部と中央部との厚みの差は50nm以下であった。

【００３６】〔第２実施例〕n型のシリコン(Si)基板１
の(111)面に、フォトリソグラフによりレジストマスク
を形成してフッ酸／過酸化水素のウエットエッチにより
幅50μm、深さ4μmの窓枠状にエッチングして溝部Ｃ’
を形成した。窓枠に囲まれた領域は310μm×310μmの方
形状とした。次にスパッタリングにより酸化シリコン(S
iO₂)膜２を300nmの厚さに形成した。これをフォトリソ
グラフによりレジストマスクを形成してバッファードHF
のウエットエッチングにより、酸化シリコン(SiO₂)膜を
窓枠状に残して除去した。窓枠は前記幅50μm、深さ4μ
mの窓枠状の溝部Ｃ’を中央に有する幅60μmの形状と
し、酸化シリコン(SiO₂)膜２の除去されたシリコン(Si)
基板１の(111)面は300μm×300μmの方形状となった
（図２の（ａ））。こうして多数の各々分離された、30
0μm×300μmの方形状のシリコン(Si)基板１の露出面Ｄ
と、窓枠中央部の幅50μm、深さ4μmの格子状の露出面
（溝部）Ｃ’とが形成された（図４の（ａ））。

【００３７】次にn型のシリコン(Si)基板１を1100℃に
保持し、TMA、TMG、SiH₄及びNH₃を導入して、300μm×3
00μmの方形状に露出したシリコン(Si)基板１の(111)面
に300nmの厚さのn-AlGaN:Si層から成る反応防止層３を
形成した。形成されたn-AlGaN:Si層３のAlとGaのモル比
は約３：７であった。

【００３８】次に、n型のシリコン(Si)基板１の温度を1
100℃に上げ、TMG、SiH₄及びNH₃を導入して、反応防止
層３の上に、5μmの厚さのn-GaN:Si層４を形成した。こ
ののち、このように形成したn-GaN:Si層４は、窓枠状の
酸化シリコン(SiO₂)膜２により各々分離された300μm×
300μmの方形状に露出したシリコン(Si)基板１面上方に
形成されており、一部窓枠状の酸化シリコン(SiO₂)膜２
のエッジ上方にn-GaN:Si層４が形成されていても隣の30
0μm×300μmの方形状に露出したシリコン(Si)基板１面
上方に形成されたn-GaN:Si層４’や窓枠中央部の幅50μ
m、深さ4μmの露出面（溝部）Ｃ’に形成されたn-GaN:S
i層４Ｃ’とは分離されたままであった。このように形
成したn-GaN:Si層４を20℃/分で降温し室温に戻した
が、クラックは発生していなかった。また、素子形成領
域のエッジ部と中央部との厚みの差は50nm以下であっ
た。

【００３９】〔第３実施例〕第１実施例と同様に、300
μm×300μmの方形状に露出したシリコン(Si)基板１の
(111)面上のn-GaN:Si層４を積層し、続けて次のようにI
II族窒化物系化合物半導体を積層して図５に示す発光ダ
イオード１００を形成した。

【００４０】n-GaN:Si層４の上に、シリコン(Si)ドープ
のAl_0.08Ga_0.92Nから成るｎクラッド層１０５、発光層
１０６、マグネシウム(Mg)ドープのAl_0.08Ga_0.92Nから
成るｐクラッド層１０７、マグネシウム(Mg)ドープのGa
Nから成るｐコンタクト層１０８を形成した。次にｐコ
ンタクト層１０８上に金(Au)から成る電極１０９を、シ
リコン基板１の裏面にアルミニウム(Al)から成る電極１
１０を形成した。このようにして形成した発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）１００は素子寿命及び発光効率が著しく向
上した。

【００４１】〔第４実施例〕第１実施例と同様に、300
μm×300μmの方形状に露出したシリコン(Si)基板１の
(111)面上のn-GaN:Si層４を積層し、続けて次のようにI
II族窒化物系化合物半導体を積層して図６に示すレーザ
ダイオード２００を形成した。

【００４２】n-GaN:Si層５の上に、シリコン(Si)ドープ
のAl_0.08Ga_0.92Nから成るｎクラッド層２０５、シリコ
ン(Si)ドープのGaNから成るｎガイド層２０６、ＭＱＷ
構造の発光層２０７、マグネシウム(Mg)ドープのGaNか
ら成るｐガイド層２０８、マグネシウム(Mg)ドープのAl
_0.08Ga_0.92Nから成るｐクラッド層２０９、マグネシウ
ム(Mg)ドープのGaNから成るｐコンタクト層２１０を形
成した。次にｐコンタクト層２１０上に金(Au)から成る
電極２１１を、シリコン基板１の裏面にアルミニウム(A
l)から成る電極２１２を形成した。このようにして形成
したレーザダイオード（ＬＤ）２００は素子寿命及び発
光効率が著しく向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な第１の実施例に係るIII族窒
化物系化合物半導体の製造工程を示す断面図。

【図２】第１実施例における窓枠状の酸化シリコン(SiO
₂)膜の形状を示す平面図。

【図３】第１実施例におけるエピタキシャル成長層の側
面の詳細を示す断面図。

【図４】本発明の具体的な第２の実施例に係るIII族窒
化物系化合物半導体の製造工程を示す断面図。

【図５】本発明の具体的な第３の実施例に係るIII族窒
化物系化合物半導体発光素子の構成を示す断面図。

【図６】本発明の具体的な第４の実施例に係るIII族窒
化物系化合物半導体発光素子の構成を示す断面図。

【図７】従来の選択成長に係るIII族窒化物系化合物半
導体のエピタキシャル成長状況を示す断面図。

【符号の説明】

１ シリコン(Si)基板 ２ 酸化シリコン(SiO₂)膜 ３ n-AlGaN:Siから成る反応防止層 ４ GaN層 １００ 発光ダイオード ２００ レーザダイオード １０５、２０５ n-AlGaNクラッド層 ２０６ n-GaNガイド層 １０６、２０７ 発光層 ２０８ p-GaNガイド層 １０７、２０９ p-AlGaNクラッド層 １０８、２１０ p-GaN層 １０９、２１１ ｐ電極 １１０、２１２ ｎ電極 Ｃ 消費領域 Ｄ 素子形成領域 Ｅ 素子形成領域のエッジの凸部 Ｗ 消費領域と素子形成領域を区分するマスクの幅 ９１ 基板 ９２ マスク材 ９３ III族窒化物系化合物半導体

フロントページの続き (72)発明者 永井 誠二 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 冨田 一義 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 5F041 AA41 CA05 CA34 CA40 CA65 CA83 5F045 AA03 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AF02 AF04 AF06 AF09 BB02 BB13 CA10 DB02 5F073 AA74 CA07 CB04 CB19 CB22 DA05

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にIII族窒化物系化合物半導体を
   エピタキシャル成長により得るIII族窒化物系化合物半
   導体の製造方法において、 基板表面に、III族窒化物系化合物半導体がエピタキシ
   ャル成長しないマスク材を格子状に形成し、素子形成用
   の基板表面を各々分離して露出させるとともに、前記格
   子状のマスクの帯の中央部に、III族窒化物系化合物半
   導体の消費領域を形成する工程と、 前記各々分離して露出された素子形成用の基板表面上方
   に、所望のIII族窒化物系化合物半導体を形成する工程
   とを含むことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記消費量域は、素子形成に用いない基
   板表面を露出させて形成することを特徴とする請求項１
   に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記消費量域は、前記基板をも一部削除
   して段差のある基板面を露出させて形成することを特徴
   とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体の
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記素子形成領域の面積が、0.01mm²以
   上1mm²以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項
   ３のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記素子形成領域の面積が、0.01mm²以
   上0.3mm²以下であることを特徴とする請求項１乃至請求
   項３のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導
   体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記基板がシリコン(Si)から成ることを
   特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載
   のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
7. 【請求項７】 前記マスク材が主として二酸化ケイ素(S
   iO₂)から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項６の
   いずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製
   造方法。
8. 【請求項８】 製造工程中に基板と上層のIII族窒化物
   系化合物半導体とが化学反応を起こさないよう、前記各
   々分離して露出された素子形成用の基板表面に主として
   単結晶から成る反応防止層を形成する工程を含むことを
   特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載
   のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
9. 【請求項９】 前記反応防止層の厚さが、100nm以上1μ
   m以下であることを特徴とする請求項８に記載のIII族窒
   化物系化合物半導体の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記反応防止層が、III族窒化物系化
    合物半導体であってIII族中のアルミニウム(Al)の組成
    がモル比30%以上であることを特徴とする請求項１乃至
    請求項９のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物
    半導体の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至請求項１０のいずれか１
    項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法によ
    り得られたIII族窒化物系化合物半導体層上に形成した
    ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至請求項１０のいずれか１
    項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法によ
    り得られたIII族窒化物系化合物半導体層上に、異なるI
    II族窒化物系化合物半導体層を積層することにより得ら
    れることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光
    素子。