JP2002299252A - 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】クラックと貫通転位を同時に抑制すること。 【解決手段】 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２を格子状に形成し、基板１
表面を各々分離して露出させることで、エピタキシャル
成長領域を各々独立した小さな領域とすることができ
る。ここに主として単結晶から成る反応防止層を形成
し、製造工程中に応力と熱による基板と上層のIII族窒
化物系化合物半導体との化学反応を起こさないようにす
ることができる。こののち２つの異なる温度範囲で、同
一又は異なる組成のIII族窒化物系化合物半導体を交互
に形成した歪み緩和層を形成することで基板と上層との
応力を緩和することができ、貫通転位の発生を抑制し、
又はエピタキシャル上層で貫通転位を消滅させることが
可能となる。この上に形成する所望のIII族窒化物系化
合物半導体は、クラックを防止しつつ、貫通転位を抑制
したものとすることができる。

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】しかしこのようにクラ
ックが発生しないよう選択成長をさせても、実際には応
力緩和が十分に行えず、特に貫通転位は減少しなかっ
た。即ち、クラック（断裂）の発生はそれによる応力緩
和を意味するので、そのクラックを抑制すると、貫通転
位には応力がかかったままの状態となり、エピタキシャ
ル成長中に各貫通転位を消滅（上方への伝播の阻止）さ
せることは却って阻害されることとなっていた。

【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、III族窒化
物系化合物半導体のエピタキシャル成長において、クラ
ック（断裂）の抑制と、貫通転位の減少とを同時に成す
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に記載の発明によれば、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II
I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、基板表面を各々分
離して露出させる工程と、各々分離して露出された基板
表面上方に、２つの異なる温度範囲で、同一又は異なる
組成のIII族窒化物系化合物半導体を交互に形成した歪
み緩和層を形成する工程と、所望のIII族窒化物系化合
物半導体を歪み緩和層の上に形成する工程とを含み、基
板表面上方に形成されるIII族窒化物系化合物半導体が
隣同士各々分離して形成されることを特徴とする。ここ
でマスク材の形状である格子状とは、方形の窓部を有す
るものでなくても良い。例えば蜂の巣状のように、多角
形の窓部を有するものでも良い。また、２つの異なる温
度範囲とは、交互に形成する際、２種類の温度が各々完
全には同一温度でなくても良いことを意味する。

【０００８】また、請求項２に記載の発明によれば、２
つの異なる温度範囲は、２００℃以上６００℃以下と９
００℃以上１２００℃以下とであることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明によれば、２００℃以上６
００℃以下で形成されるIII族窒化物系化合物半導体層
は厚さ10nm以上100nm以下、９００℃以上１２００℃以
下で形成されるIII族窒化物系化合物半導体層は厚さ200
nm以上1μm以下であることを特徴とする。また、請求項
４に記載の発明によれば、歪み緩和層を形成する工程
は、２つの異なる温度範囲を２回以上ずつ行うことを特
徴とする。

【０００９】また、請求項５に記載の発明によれば、各
々分離して露出された基板表面の面積が、1mm²以下であ
ることを特徴とする。また、請求項６に記載の発明によ
れば、各々分離して露出された基板表面の面積が、0.3m
m²以下であることを特徴とする。

【００１０】また、請求項７に記載の発明によれば、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８に記載の発明によれば、マスク材が主として二酸
化ケイ素(SiO₂)から成ることを特徴とする。また、請求
項９に記載の発明によれば、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。ここで主として単結晶から成る反応防止層と
は、基板表面近傍の結晶状態はともかく、当該反応防止
層が単結晶を形成する温度等の条件で形成されることを
意味する。また、請求項１０に記載の発明によれば、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１１に記載の発明によれば、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。

【００１１】また、請求項１２に記載の発明は、請求項
１乃至請求項１１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１３に
記載の発明は、請求項１乃至請求項１１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。

【００１２】

【作用及び発明の効果】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、
基板表面を各々分離して露出させることで、III族窒化
物系化合物半導体をエピタキシャル成長させる領域を各
々独立した小さな領域とすることができる。こののち２
つの異なる温度範囲で、同一又は異なる組成のIII族窒
化物系化合物半導体を交互に形成した歪み緩和層を形成
することで基板と上層との応力を緩和することができ、
貫通転位の発生を抑制し、又はエピタキシャル上層で貫
通転位を消滅させることが可能となる。この上に形成す
る所望のIII族窒化物系化合物半導体は、クラックを防
止しつつ、貫通転位を抑制したものとすることができる
（請求項１）。

【００１３】２つの異なる温度範囲は、２００℃以上６
００℃以下と９００℃以上１２００℃以下とし、低温で
成長した層と高温で成長とした層を交互に形成すること
が望ましい。低温成長層において応力が緩和され、高温
成長層が単結晶層となることで上層ほど応力が緩和さ
れ、貫通転位の抑制された層とすることができる（請求
項２）。低温成長層は薄く、高温成長層は厚くすること
が望ましく、各々10nm以上100nm以下と、200nm以上1μm
以下とすることが望ましい（請求項３）。歪み緩和層は
交互に形成される層が多いほど応力が緩和されるので、
低温成長層と高温成長層は各々２層以上形成することが
望ましい（請求項４）。

【００１４】各々分離して露出された基板表面の面積
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
越える露出面に形成されるエピタキシャル成長層は数μ
m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以下の露出面とすると、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５、６）。0.01mm²未満と
すると１素子に対して十分な大きさではなくなってしま
う。

【００１５】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７）。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
８）。露出した基板表面に主として単結晶から成る反応
防止層を形成することで、製造工程中、即ちエピタキシ
ャル成長、電極形成、フォトリソグラフ、エッチングそ
の他の処理、昇温及び室温への降温の際に応力により、
基板と上層のIII族窒化物系化合物半導体とが化学反応
を起こさないようにすることができる（請求項９）。反
応防止層の厚さは少なくとも100nm必要であり（請求項
１０）、その組成はIII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１１）。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AlG
aNを形成する場合、シリコン(Si)基板と窒化ガリウム(G
aN)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。

【００１６】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１２、１
３）。また、成長領域を区切ることにより、基板全体に
成長する場合よりも格段に基板のそりが低減できるた
め、素子作製プロセスでの歩留まりが向上する。

【００１７】

【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は窓枠状に形成され、窓部はシリコン(S
i)基板１面が露出される。次に露出したシリコン(Si)基
板１面に、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(S
i)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、多層膜から成る歪み緩和層４がエピタキシャル成長
により形成される。歪み緩和層４は、異なる温度範囲で
形成されるGaN層４１１と４１２、AlGaN層４２１と４２
２を交互に積層したものである。歪み緩和層４の上に、
所望のIII族窒化物系化合物半導体層であるGaN層５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、歪み緩和層４、GaN層５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’、歪み緩
和層４’、GaN層５’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。即ち、マ
スク材２の端部上方に歪み緩和層４やIII族窒化物系化
合物半導体層５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。
具体的には、窓枠状のマスク材２の、枠幅を十分にとる
ことで容易に達成される。尚、反応防止層３、歪み緩和
層４、GaN層５から成る積層部は、図２（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２（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３以下では、
図２（ａ）の形式で記載するが、いずれの場合も図２
（ｂ）のような積層を排除するものではない。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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、基板露出
面上方の領域毎に、種々の横方向エピタキシャル成長に
より貫通転位を減らす構成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。

【００２４】本願の基板露出面を区画するマスク材は、
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。

【００２５】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。

【００２６】歪み緩和層は、非晶質の層と単結晶の層と
を積層する。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。尚、単結晶の層にインジウム(In)その他の
原子半径の大きい元素をドープしても良い。

【００２７】電極形成、或いは横方向エピタキシャル成
長を用いる場合にIII族窒化物系化合物半導体をエッチ
ングをするとき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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】〔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500nm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。窓枠は幅50μm、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。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(Si)
基板１の露出面が形成された。

【００３２】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。

【００３３】次に、TMG、SiH₄及びNH₃を導入して、n-Al
GaN:Si層から成る反応防止層３の上に、500nmの厚さのn
-GaN:Si層４１１を形成した。次に、n型のシリコン(Si)
基板１の温度を500℃に下げ、TMA、TMG、SiH₄及びNH₃を
導入して、20nmの厚さのn-AlGaN:Si層４２１を形成し
た。n-AlGaN:Si層４２１のAlとGaのモル比は約３：７と
なった。次にn型のシリコン(Si)基板１の温度を1100℃
に上げ、TMG、SiH₄及びNH ₃を導入して、500nmの厚さのn
-GaN:Si層４１２を形成した。更にn型のシリコン(Si)基
板１の温度を500℃に下げ、TMA、TMG、SiH₄及びNH₃を導
入して、20nmの厚さのn-AlGaN:Si層４２２を形成した。
n-AlGaN:Si層４２２のAlとGaのモル比は約３：７となっ
た。このようにして、1100℃の高温で500nmの厚さに形
成したn-GaN:Si層４１１、４１２と、500℃の低温で20n
mの厚さに形成したn-AlGaN:Si層４２１、４２２とを交
互に形成して成る厚さ約1μmの歪み緩和層４を形成し
た。

【００３４】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、歪み緩和
層４の上に、5μmの厚さのn-GaN:Si層５を形成した。こ
ののち、このように形成したn-GaN:Si層５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
のエッジ上方に歪み緩和層４やn-GaN:Si層５が形成され
ていても隣の300μm×300μmの方形状に露出したシリコ
ン(Si)基板１面上方に形成された歪み緩和層４’やn-Ga
N:Si層５’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５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。

【００３５】〔第２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)面上の歪み緩和層４を有するn-GaN:Si層５を積層
し、続けて次のようにIII族窒化物系化合物半導体を積
層して図３に示す発光ダイオード１００を形成した。

【００３６】n-GaN:Si層５の上に、シリコン(Si)ドープ
のAl_0.15Ga_0.85Nから成るｎクラッド層１０６、発光層
１０７、マグネシウム(Mg)ドープのAl_0.15Ga_0.85Nから
成るｐクラッド層１０８、マグネシウム(Mg)ドープのGa
Nから成るｐコンタクト層１０９を形成した。次にｐコ
ンタクト層１０９上に金(Au)から成る電極１１０を、シ
リコン基板１裏面にアルミニウム(Al)から成る電極１１
１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。

【００３７】〔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)面上の歪み緩和層４を有するn-GaN:Si層５を積層
し、続けて次のようにIII族窒化物系化合物半導体を積
層して図４に示すレーザダイオード２００を形成した。

【００３８】n-GaN:Si層５の上に、シリコン(Si)ドープ
のAl_0.15Ga_0.85Nから成るｎクラッド層２０６、シリコ
ン(Si)ドープのGaNから成るｎガイド層２０７、ＭＱＷ
構造の発光層２０８、マグネシウム(Mg)ドープのGaNか
ら成るｐガイド層２０９、マグネシウム(Mg)ドープのAl
_0.15Ga_0.85Nから成るｐクラッド層２１０、マグネシウ
ム(Mg)ドープのGaNから成るｐコンタクト層２１１を形
成した。次にｐコンタクト層２１１上に金(Au)から成る
電極２１２を、シリコン基板１裏面にアルミニウム(Al)
から成る電極２１３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）１００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実施例におけるエピタキシャル成長層の側
面の詳細を示す断面図。

【図３】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発光素子の構成を示す断面図。

【図４】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。

【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 歪み緩和層 ４１１、４１２ 歪み緩和層を形成する高温成長n-GaN:
Si層 ４２１、４２２ 歪み緩和層を形成する低温成長n-AlGa
N:Si層 ５ GaN層 １００ 発光ダイオード ２００ レーザダイオード １０６、２０６ n-AlGaNクラッド層 ２０７ n-GaNガイド層 １０７、２０８ 発光層 ２０９ p-GaNガイド層 １０８、２１０ p-AlGaNクラッド層 １０９、２１１ p-GaN層 １１０、２１２ ｐ電極 １１１、２１３ ｎ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 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 AA03 AA40 AA44 CA05 CA33 CA34 CA40 CA57 CA83 5F045 AA03 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AD13 AD14 AD15 AD16 AF03 BB12 CA10 CA12 DA53 DB02 5F073 AA74 CA07 CB04 CB19 CB22 EA28

Claims (13)

【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、基板表面を
   各々分離して露出させる工程と、 前記各々分離して露出された基板表面上方に、２つの異
   なる温度範囲で、同一又は異なる組成のIII族窒化物系
   化合物半導体を交互に形成した歪み緩和層を形成する工
   程と、 所望のIII族窒化物系化合物半導体を前記歪み緩和層の
   上に形成する工程とを含み、 基板表面上方に形成されるIII族窒化物系化合物半導体
   が隣同士各々分離して形成されることを特徴とするIII
   族窒化物系化合物半導体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記２つの異なる温度範囲は、２００℃
   以上６００℃以下と、９００℃以上１２００℃以下とで
   あ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２００℃以上６００℃以下で形成さ
   れるIII族窒化物系化合物半導体層は厚さ10nm以上100nm
   以下、前記９００℃以上１２００℃以下で形成されるII
   I族窒化物系化合物半導体層は厚さ200nm以上1μm以下で
   あることを特徴とする請求項２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】 前記歪み緩和層を形成する工程は、２つ
   の異なる温度範囲を２回以上ずつ行うことを特徴とする
   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】 前記各々分離して露出された基板表面の
   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４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】 前記各々分離して露出された基板表面の
   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４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】 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】 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８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。
10. 【請求項１０】 前記反応防止層の厚さが、100nm以上1
    μm以下であることを特徴とする請求項９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】 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。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至請求項１１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。
13. 【請求項１３】 請求項１乃至請求項１１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。