JP2002305149A - Growing method for nitride semiconductor - Google Patents
Growing method for nitride semiconductorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体の成
長方法に関する。[0001] The present invention relates to a method for growing a nitride semiconductor.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体発光素子は、各分野での応用が期
待されており、近年盛んに研究開発が進められている。
特に窒化物系の半導体素子は、例えば発光ダイオード
(LED)、レーザダイオード(LD)、太陽電池、光
センサなどの発光素子、受光素子、あるいはトランジス
タ、パワーデバイスなどの電子デバイスに使用されてい
る。2. Description of the Related Art Semiconductor light emitting devices are expected to be applied in various fields, and have been actively researched and developed in recent years.
In particular, nitride-based semiconductor elements are used for light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs), solar cells, light sensors, and the like, light-receiving elements, and electronic devices such as transistors and power devices.
【0003】このような半導体発光素子を得るために、
窒化物半導体(一般式としてInXAlYGa
1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1で表され
る)を基板上に成長させたものを使用する。優れた半導
体発光素子を得るためには、結晶欠陥の少ない窒化物半
導体を成長させる必要がある。一般に、半導体を基板上
に成長させる際、成長させる半導体と格子整合する基板
を用いると、半導体の結晶欠陥が少なくなって結晶性が
向上することが知られている。しかし、窒化物半導体は
格子整合する基板が現状では存在しないことから、一般
にサファイア、スピネル、炭化ケイ素のような窒化物半
導体と格子整合しない異種基板の上に成長されている。In order to obtain such a semiconductor light emitting device,
Nitride semiconductor (In X Al Y Ga as a general formula)
1- XYN, represented by 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) on a substrate. In order to obtain an excellent semiconductor light emitting device, it is necessary to grow a nitride semiconductor having few crystal defects. In general, it is known that, when a semiconductor is grown on a substrate, using a substrate lattice-matched with the semiconductor to be grown reduces crystal defects of the semiconductor and improves crystallinity. However, since a nitride semiconductor does not have a lattice-matching substrate at present, it is generally grown on a heterogeneous substrate such as sapphire, spinel, or silicon carbide that does not lattice-match with the nitride semiconductor.
【0004】このような実状であるため、良好な窒化物
半導体素子を得るべく窒化物半導体の成長方法について
様々な方法が検討されている。中でも、保護膜を形成し
て窒化物半導体を選択成長させる方法が研究されてい
る。[0004] Under such circumstances, various methods for growing a nitride semiconductor have been studied in order to obtain a good nitride semiconductor device. In particular, a method of forming a protective film and selectively growing a nitride semiconductor has been studied.
【0005】選択成長とは、例えばサファイア上に成長
させたGaN層上に、SiO2、SiNなどよりなるス
トライプ状、円形パターン状または格子状の保護膜を部
分的に形成し、その保護膜上から再度GaNを有機金属
気相成長法(MOVPE)などの気相成長法により成長
させることで、保護膜が形成されていない窓の部分(以
下「窓部」という)から成長が開始し、次第に保護膜上
部でGaNの横方向の成長が生じて、隣接する窓部から
横方向に成長したGaN同士が保護膜上で接合して成長
を続け、結晶欠陥の極めて少ない窒化物半導体を得るも
のである。このような保護膜を形成した後に窒化物半導
体の横方向の成長を利用して窒化物半導体を成長させる
方法は、エビタキシヤル・ラテラル・オーバーグロース
(Epitaxially Lateral Overgrowth:以下「ELOG」
と呼ぶ)と呼ばれている。[0005] The selective growth means that a stripe-like, circular pattern-like or lattice-like protective film made of SiO 2 , SiN, or the like is partially formed on a GaN layer grown on sapphire, for example, and the protective film is formed on the protective film. Then, GaN is again grown by a vapor phase growth method such as metal organic chemical vapor deposition (MOVPE), whereby the growth starts from the window portion where the protective film is not formed (hereinafter referred to as “window portion”), and gradually. Lateral growth of GaN occurs at the top of the protective film, and GaN grown laterally from adjacent windows joins on the protective film and continues to grow to obtain a nitride semiconductor with extremely few crystal defects. is there. A method of growing a nitride semiconductor using the lateral growth of the nitride semiconductor after forming such a protective film is described in Epitaxially Lateral Overgrowth (hereinafter referred to as “ELOG”).
Is called).
【0006】上述したような選択成長層を有する基板
を、例えばレーザ素子に用いる場合には、基板の状態が
最終的に得られる素子の特性を大きく左右する。このた
め、基板を改善して結晶性や表面モフォロジーを改善す
ることは、素子特性に向上に繋がるものであり重要であ
る。When a substrate having a selective growth layer as described above is used for, for example, a laser device, the state of the substrate greatly affects the characteristics of the finally obtained device. For this reason, it is important to improve the crystallinity and surface morphology by improving the substrate, which leads to improvement in device characteristics.
【0007】選択成長により得られる選択成長層は、保
護膜上部と窓部上部とで成長機構が異なるため、結晶性
に違いが生まれる。選択成長層は、上述したように保護
膜上部で横方向に成長して選択成長層同士が結合して形
成される。このため選択成長層表面においては、保護膜
の上方と、保護膜と保護膜との問に位置する窓部の上方
とでは結晶性が異なり、基板表面に結晶性の異なる領域
が分布することになる。[0007] The selective growth layer obtained by selective growth has a different crystallinity because the growth mechanism differs between the upper part of the protective film and the upper part of the window. As described above, the selective growth layer grows in the lateral direction above the protective film and is formed by combining the selective growth layers. Therefore, on the surface of the selective growth layer, the crystallinity is different between the upper part of the protective film and the upper part of the window located between the protective film and the protective film, and regions having different crystallinity are distributed on the substrate surface. Become.
【0008】窓部上部で下層のGaN層から縦方向に成
長された部分では、GaN層の格子欠陥が伝搬して引き
継がれてしまうため、成長されたGaN層でも結晶性が
悪い。[0008] In a portion grown vertically from a lower GaN layer in the upper part of the window, lattice defects of the GaN layer propagate and are inherited, so that the grown GaN layer also has poor crystallinity.
【0009】これに対し、横方向成長により保護膜上方
で成長された部分は、一般に転位密度が縦方向と同じ密
度で横方向に成長されないため、比較的格子欠陥の少な
い領域となる。On the other hand, the portion grown above the protective film by the lateral growth is generally a region having relatively few lattice defects because the dislocation density is not generally grown in the horizontal direction at the same density as the vertical direction.
【0010】したがって、保護膜上方部分を素子形成に
好ましい結晶性の優れた領域として利用できる。この領
域を多くとることができれば、品質の良い素子を多く形
成でき効率が良くなる。Therefore, the upper portion of the protective film can be used as a region having excellent crystallinity which is preferable for forming an element. If this area can be increased, many high-quality elements can be formed and the efficiency can be improved.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、素子形
成に良好な領域の割合を多くするために保護膜の面積を
大きくすると、図1(a)〜(c)に示すように横方向
成長が不足して保護膜1上部で空隙6が発生する問題が
生じる。これは、横方向成長の速度に限界があるため、
保護膜1上で両脇に隣接する窓部から横方向成長するG
aN同士が保護膜1上で接合できず、結果として選択成
長層の結合部で保護膜1との間に空隙6が形成されるた
めである。保護膜1の幅が広いほど横方向成長の速度が
間に合わなくなり、保護膜1上での空隙6の発生が多く
なる傾向にある。このような空隙6の存在により基板に
悪影響を及ぼすことがあるため、良好な基板を形成する
ためには空隙6の発生を抑制しなければならない。However, when the area of the protective film is increased in order to increase the ratio of a region favorable for element formation, lateral growth is insufficient as shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c). As a result, there arises a problem that a gap 6 is generated above the protective film 1. This is due to the limited rate of lateral growth,
G that grows laterally from the windows adjacent to both sides on the protective film 1
This is because aNs cannot be bonded to each other on the protective film 1, and as a result, a gap 6 is formed between the aN and the protective film 1 at the joint of the selective growth layer. As the width of the protective film 1 becomes wider, the rate of lateral growth becomes slower, and the generation of the voids 6 on the protective film 1 tends to increase. Since the presence of such a gap 6 may adversely affect the substrate, the formation of the gap 6 must be suppressed in order to form a good substrate.
【0012】空隙の発生を抑止する方法として、本出願
人は保護膜1のストライプ方向を図2に示すように結晶
面に垂直な方向(一点鎖線)からθ=0.1〜0.4°
ずらして選択成長させる方法を開発した(特開2000
−294827号)。この方法では横方向成長が促進さ
れるため、空隙の発生を抑止して選択成長を好ましい状
態に制御することが可能となる。As a method for suppressing the generation of voids, the present applicant sets the stripe direction of the protective film 1 to θ = 0.1 to 0.4 ° from the direction perpendicular to the crystal plane (dashed line) as shown in FIG.
A method for selective growth with shift has been developed (JP-A-2000-2000)
-294827). In this method, since lateral growth is promoted, it is possible to suppress generation of voids and control selective growth to a preferable state.
【0013】しかしながら、この方法で成長された窒化
物半導体層から素子を形成すると、基板上でストライプ
状に設けられた保護膜1がC面と直角でないため、劈開
面の特性が悪くなるという弊害がある。However, when an element is formed from the nitride semiconductor layer grown by this method, the protection film 1 provided in a stripe pattern on the substrate is not perpendicular to the C plane, so that the characteristics of the cleavage plane deteriorate. There is.
【0014】一方、これを防ぐために保護膜1を構成す
るストライプ状をオリエンテーションフラット面3(以
下「オリフラ面」という)と直交させて選択成長させる
と、素子の特性は改善される。しかしながら、この場合
は横方向成長の速度が促進されないため、上述のように
保護膜1上で両側から横方向成長される窒化物半導体同
士の成長面が結合されず、空隙が生じるという問題があ
る。On the other hand, if the stripes forming the protective film 1 are selectively grown perpendicularly to the orientation flat surface 3 (hereinafter, referred to as the “orientation flat surface”) to prevent this, the characteristics of the element are improved. However, in this case, since the rate of lateral growth is not promoted, there is a problem in that the growth surfaces of the nitride semiconductors laterally grown from both sides on the protective film 1 are not coupled to each other as described above, and voids are generated. .
【0015】もし空隙が生じないように十分な時間をか
けて成長させるとすれば、横方向成長が進むと共に縦方
向への成長も促進されるため、成長層の膜厚が数十μm
となってしまう。格子整合しないサファイアなどの基板
上に窒化物半導体が成長されると、図3に示すように反
りが生じる。この反りは、成長層が厚くなるほど大きく
なるため、窒化物半導体層を厚膜にすることは望ましく
ない。If the growth is carried out for a sufficient time so that no voids are formed, the growth in the lateral direction is promoted and the growth in the vertical direction is promoted.
Will be. When a nitride semiconductor is grown on a substrate such as sapphire that does not lattice match, warpage occurs as shown in FIG. Since this warp increases as the growth layer becomes thicker, it is not desirable to make the nitride semiconductor layer thicker.
【0016】本発明は、このような問題点を解決するた
めのものである。本発明の重要な目的は、横方向成長を
促進することで窒化物半導体層の成長層の厚さを抑え、
かつ保護膜を劈開面と直角に保ったまま成長させること
で、特性の優れた素子を得ることのできる窒化物半導体
の成長方法を提供することにある。The present invention has been made to solve such a problem. An important object of the present invention is to reduce the thickness of the nitride semiconductor layer by promoting lateral growth,
Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor growth method capable of obtaining a device having excellent characteristics by growing the protective film while keeping the protective film perpendicular to the cleavage plane.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に、本発明の窒化物半導体の成長方法は以下の特徴を備
える。本発明の請求項1に記載される窒化物半導体の成
長方法は、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板
の上に第1の窒化物半導体層を成長させる工程と、前記
第1の窒化物半導体層の表面に部分的に形成され、表面
に窒化物半導体が成長され難い性質を有する保護膜を形
成する工程と、前記第1の窒化物半導体層と前記保護膜
で構成される下地層を加熱し、前記下地層の表面に窒素
源のガスと3族源のガスをキャリアガスと共に供給し
て、前記保護膜および下地層の上に連続した第2の窒化
物半導体層を成長させる工程とからなる。さらにこの窒
化物半導体の成長方法は、前記窒素源のガスの濃度が5
〜6slm、前記3族源のガスの濃度が80〜130s
ccmである。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a method for growing a nitride semiconductor according to the present invention has the following features. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein a first nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor; Forming a protective film partially formed on the surface of the semiconductor layer and having a property on the surface on which a nitride semiconductor is unlikely to grow; and forming an underlayer composed of the first nitride semiconductor layer and the protective film on the surface. Heating, supplying a nitrogen source gas and a group 3 source gas together with a carrier gas to the surface of the underlayer to grow a continuous second nitride semiconductor layer on the protective film and the underlayer; Consists of Further, in this nitride semiconductor growing method, the concentration of the nitrogen source gas is 5%.
66 slm, the concentration of the gas of the group 3 source is 80 to 130 s
ccm.
【0018】また、本発明の請求項2に記載される窒化
物半導体の成長方法は、請求項1に記載の特徴に加え
て、前記3族源のガスがトリメチルガリウムであること
を特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the method of growing a nitride semiconductor, in addition to the features of the first aspect, the gas of the Group 3 source is trimethylgallium. .
【0019】さらにまた、本発明の請求項3に記載され
る窒化物半導体の成長方法は、請求項1に記載の特徴に
加えて、前記窒素源のガスがアンモニアであることを特
徴とする。Furthermore, a nitride semiconductor growth method according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in addition to the features described in the first aspect, the nitrogen source gas is ammonia.
【0020】さらにまた、本発明の請求項4に記載され
る窒化物半導体の成長方法は、請求項1から3のいずれ
かに記載の特徴に加えて、前記窒素源のガスの濃度が
5.6slm、前記3族源のガスの濃度が100scc
mであることを特徴とする。Further, in the method for growing a nitride semiconductor according to claim 4 of the present invention, in addition to the features described in any one of claims 1 to 3, the concentration of the nitrogen source gas is set to 5. 6 slm, the gas concentration of the group 3 source is 100 scc
m.
【0021】さらにまた、本発明の請求項5に記載され
る窒化物半導体の成長方法は、窒化物半導体と異なる材
料よりなる異種基板の上に第1の窒化物半導体層を成長
させる工程と、前記第1の窒化物半導体層の表面に部分
的に形成され、表面に窒化物半導体が成長され難い性質
を有するストライプ状の保護膜を前記異種基板のオリエ
ンテーションフラット面と垂直に形成する工程と、前記
第1の窒化物半導体層と前記保護膜で構成される下地層
を加熱し、前記下地層の表面に濃度が5〜6slmであ
る窒素源のガスと、濃度が80〜130sccmである
3族源のガスをキャリアガスと共に供給して、前記保護
膜および下地層の上に連続した第2の窒化物半導体層を
成長させる工程とからなる。Further, in the method for growing a nitride semiconductor according to claim 5 of the present invention, a step of growing a first nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor; Forming a stripe-shaped protective film partially formed on the surface of the first nitride semiconductor layer and having a property that a nitride semiconductor is unlikely to grow on the surface, perpendicular to the orientation flat surface of the heterogeneous substrate; A base layer composed of the first nitride semiconductor layer and the protective film is heated, and a nitrogen source gas having a concentration of 5 to 6 slm and a group III gas having a concentration of 80 to 130 sccm are formed on the surface of the base layer. Supplying a source gas together with a carrier gas to grow a continuous second nitride semiconductor layer on the protective film and the underlayer.
【0022】さらにまた、本発明の請求項6に記載され
る窒化物半導体の成長方法は、請求項1から5のいずれ
かに記載の特徴に加えて、前記キャリアガスの供給が2
〜3sccmであり、第2の窒化物半導体層を保護膜上
部で膜厚が10μm以下となるよう成長させることを特
徴とする。Further, in the method for growing a nitride semiconductor according to claim 6 of the present invention, in addition to the features described in any one of claims 1 to 5, the supply of the carrier gas may be 2 or more.
-3 sccm, and the second nitride semiconductor layer is grown on the protective film so that the film thickness is 10 μm or less.
【0023】さらにまた、本発明の請求項7に記載され
る窒化物半導体の成長方法は、請求項5または6に記載
の特徴に加えて、前記保護膜のストライプ幅が10μm
以上であることを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in addition to the feature of the fifth or sixth aspect, the protective film has a stripe width of 10 μm.
It is characterized by the above.
【0024】さらにまた、本発明の請求項8に記載され
る窒化物半導体の成長方法は、請求項7に記載の特徴に
加えて、前記保護膜のストライプ幅Wsと、保護膜のな
い窓部の幅Wwとの比Ww/Wsが、0.2〜0.5の
範囲であることを特徴とする。Further, in the method of growing a nitride semiconductor according to claim 8 of the present invention, in addition to the features of claim 7, the stripe width Ws of the protective film and the window portion without the protective film are provided. The ratio Ww / Ws to the width Ww is in the range of 0.2 to 0.5.
【0025】さらにまた、本発明の請求項9に記載され
る窒化物半導体の成長方法は、請求項1から8のいずれ
かに記載の特徴に加えて、前記キャリアガスが水素ガス
であることを特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, in addition to the feature of any one of the first to eighth aspects, it is preferable that the carrier gas is a hydrogen gas. Features.
【0026】さらにまた、本発明の請求項10に記載さ
れる窒化物半導体の成長方法は、請求項1から9のいず
れかに記載の特徴に加えて、前記異種基板がサファイ
ア、スピネルもしくは炭化珪素であることを特徴とす
る。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for growing a nitride semiconductor according to any one of the first to ninth aspects, wherein the different substrate is made of sapphire, spinel or silicon carbide. It is characterized by being.
【0027】さらにまた、本発明の請求項11に記載さ
れる窒化物半導体の成長方法は、請求項1から10のい
ずれかに記載の特徴に加えて、前記窒化物半導体の基板
の反りを100μm以下に抑えることを特徴とする。Further, according to the method for growing a nitride semiconductor according to the eleventh aspect of the present invention, in addition to the feature according to any one of the first to tenth aspects, the warpage of the substrate of the nitride semiconductor is set to 100 μm. It is characterized by the following.
【0028】さらにまた、本発明の請求項12に記載さ
れる窒化物半導体の成長方法は、請求項1から11のい
ずれかに記載の特徴に加えて、前記第2の第窒化物半導
体層を成長させる時間が300分以下であることを特徴
とする。Further, according to a method for growing a nitride semiconductor according to a twelfth aspect of the present invention, in addition to the features described in any one of the first to eleventh aspects, the method further comprises the step of: The growth time is 300 minutes or less.
【0029】さらにまた、本発明の請求項13に記載さ
れる窒化物半導体の成長方法は、請求項1から12のい
ずれかに記載の特徴に加えて、前記方法で成長された窒
化物半導体基板上に、更に前記方法を用いて別の窒化物
半導体基板を成長させることを特徴とする。Furthermore, the method of growing a nitride semiconductor according to claim 13 of the present invention, in addition to the features of any of claims 1 to 12, further comprises a nitride semiconductor substrate grown by the method. In addition, another nitride semiconductor substrate is grown by using the above method.
【0030】本発明の窒化物半導体の成長方法は、反応
条件を調整してやることで横方向の成長を促進し、短時
間で空隙をなくすことにより縦方向の成長を抑え、膜厚
の薄い高品質な窒化物半導体を提供するものである。本
発明によれば、横方向の成長速度が改善されるため、縦
方向成長が薄い状態でも、いいかえると第2の窒化物半
導体層を薄くしても、保護膜上で横方向成長が十分に得
られ、空隙の発生を抑えることができる。そして、膜厚
が薄いので窒化物半導体基板の反りを少なくできる。さ
らにまた、十分な成長速度を確保できるために保護膜を
C面とずらすことなく直角に保ったままで成長させるこ
とができ、半導体素子の発光特性が向上し、劈開での歩
留まりも向上する。According to the method for growing a nitride semiconductor of the present invention, the growth in the lateral direction is promoted by adjusting the reaction conditions, the growth in the vertical direction is suppressed by eliminating voids in a short time, and a high quality thin film is obtained. It is intended to provide a simple nitride semiconductor. According to the present invention, since the growth rate in the lateral direction is improved, even if the vertical growth is thin, in other words, even if the second nitride semiconductor layer is thinned, the lateral growth can be sufficiently achieved on the protective film. Thus, the generation of voids can be suppressed. And since the film thickness is thin, the warpage of the nitride semiconductor substrate can be reduced. Furthermore, since a sufficient growth rate can be ensured, the protective film can be grown without being shifted from the C plane while being kept at a right angle, so that the light emitting characteristics of the semiconductor element are improved and the yield in cleavage is improved.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態
は、本発明の技術思想を具体化するための窒化物半導体
の成長方法を例示するものであって、本発明は窒化物半
導体の成長方法を以下のものに特定しない。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below exemplify a nitride semiconductor growth method for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention specifies the nitride semiconductor growth method as follows. do not do.
【0032】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応す
る番号を「課題を解決するための手段の欄」に示される
部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される
部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してな
い。また各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、
説明を明確にするため誇張していることがある。Further, in this specification, in order to make it easy to understand the scope of the claims, the numbers corresponding to the members described in the embodiments are appended to the members indicated in the column of "Means for Solving the Problems". are doing. However, the members described in the claims are not limited to the members of the embodiments. Also, the size and positional relationship of the members shown in each drawing are
Sometimes exaggerated for clarity.
【0033】本明細書において、保護膜が基板の結晶面
と垂直とは、基板がサファイアの場合は結晶の面がA
面、C面、M面、R面から選ばれる1つの面であり、ま
たは基板がスピネルや炭化珪素の場合は(110)面で
あり、これらの面に垂直であることを意味する。In this specification, the term “the protective film is perpendicular to the crystal plane of the substrate” means that the crystal plane is A when the substrate is sapphire.
Plane, C plane, M plane, or R plane, or (110) plane when the substrate is spinel or silicon carbide, which means perpendicular to these planes.
【0034】本発明は、基板となり得るような結晶欠陥
の少ない窒化物半導体の製造を実現するものである。窒
化物半導体は発光ダイオード(LED)、レーザダイオ
ード(LD)、太陽電池、光センサなどの発光素子、受
光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイスの電子
デバイスなどに用いられるものである。The present invention realizes the manufacture of a nitride semiconductor having few crystal defects that can be used as a substrate. Nitride semiconductors are used for light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs), solar cells, light sensors, light-receiving elements, transistors, and electronic devices such as power devices.
【0035】本明細書において説明するn型層の一般式
AlXGa1−XN、p型層のAl XGa1−XNなど
の組成比X値は単に一般式を示しているに過ぎず、n型
層のXとp型層のXとが同一の値を示すものではない。
また同様に他の一般式で使用するY値についても、同一
表記の一般式において必ずしも同一の値を示すものでは
ない。The general formula of the n-type layer described in this specification
AlXGa1-XAl of N and p-type layers XGa1-XN etc.
Is merely a general formula, and the n-type
X of the layer and X of the p-type layer do not indicate the same value.
Similarly, the same applies to the Y value used in other general formulas.
Not necessarily the same value in the general formula
Absent.
【0036】さらにまた、本明細書において窒化ガリウ
ム(GaN)とは、他の金属を含む合金をも意味するも
のとし、例えばAlGaN、InGaN、AlInGa
Nなども含むものとする。Further, in this specification, gallium nitride (GaN) means an alloy containing another metal, for example, AlGaN, InGaN, AlInGa
N and the like.
【0037】窒化ガリウムはマイクロエレクトロニクス
デバイス用に広く研究されている。マイクロエレクトロ
ニクスデバイスにはトランジスタ、フィールドエミッ
タ、および光エレクトロニクスデバイスなどが含まれる
が、本明細書ではこれらに限定しない。Gallium nitride has been extensively studied for microelectronic devices. Microelectronic devices include, but are not limited to, transistors, field emitters, optoelectronic devices, and the like.
【0038】本発明において、窒素源のガスとは、アン
モニア、ヒドラジンなどの水素化物ガスが相当し、3族
源のガスとしては有機金属気相成長法であれば、TMG
(トリメチルガリウム)、TEG(トリエチルガリウ
ム)などの有機Gaガス、HVPEでは、HClのよう
なIII族源と反応するハロゲン化水素ガス、もしくは
ハロゲン化水素ガスと反応したハロゲン化ガリウム(特
にGaCl3)などがGa源のガスに相当する。In the present invention, the gas of the nitrogen source corresponds to a hydride gas such as ammonia or hydrazine.
Organic Ga gas such as (trimethylgallium) and TEG (triethylgallium), and in the case of HVPE, a hydrogen halide gas that reacts with a group III source such as HCl, or a gallium halide (particularly GaCl 3 ) that reacts with a hydrogen halide gas And the like correspond to the gas of the Ga source.
【0039】本発明は、横方向成長を促進するような成
長条件を設定している。特に、原料ガスとして窒素源の
ガスと3族源のガスの流量を調整した。これらの比率を
調整する手段として、窒素源のガスと3族源のガスのい
ずれか、または両者を変化させる方法が考えられるが、
本発明の実施例では基本的に窒素源のガスの供給量を固
定し、3族源のガスの供給量を変化させる方法で行っ
た。In the present invention, growth conditions are set so as to promote lateral growth. In particular, the flow rates of the nitrogen source gas and the group 3 source gas as the source gas were adjusted. As a means for adjusting these ratios, a method of changing one or both of a nitrogen source gas and a group III source gas is considered.
In the embodiment of the present invention, basically, the supply amount of the gas of the nitrogen source is fixed and the supply amount of the gas of the group 3 source is changed.
【0040】第2の窒化物半導体層5を成長させる工程
で、窒素源のガスと3族源のガスをキャリアガスと共に
供給する際に、これらのガスをどのような比率で供給す
るのが好ましいかを決定する方法は様々ある。例えば、
窒素源のガスと3族源のガスの比をモル比で決定する方
法、流量を個別に調整して最適な条件に設定する方法が
ある。反応条件を様々に変化させて試行することで最適
条件を決定することもある。本発明では反応条件を設定
するために、3族源のガスの供給量を一定値に固定し、
窒素源のガスの供給量を変化させながら最適の結果を得
るように調整することにより、それぞれの原料ガスの供
給量を設定する方法を採用している。実験の結果、TM
Gガスの供給量を100sccmで固定し、アンモニア
の供給量を調整して5.6slmとしたとき、横方向成
長が促進されて特性の良いELOGが実現されることを
見出した。In the step of growing the second nitride semiconductor layer 5, when supplying the nitrogen source gas and the group III source gas together with the carrier gas, it is preferable to supply these gases at any ratio. There are various ways to determine this. For example,
There are a method of determining the ratio of the gas of the nitrogen source and the gas of the group 3 source by a molar ratio, and a method of individually adjusting the flow rates and setting the optimum conditions. The optimum conditions may be determined by changing the reaction conditions in various ways. In the present invention, in order to set the reaction conditions, the supply amount of the gas of the Group 3 source is fixed to a constant value,
A method of setting the supply amount of each source gas by adjusting the supply amount of the nitrogen source gas so as to obtain an optimum result is adopted. As a result of the experiment, TM
When the supply amount of G gas was fixed at 100 sccm and the supply amount of ammonia was adjusted to 5.6 slm, it was found that lateral growth was promoted and ELOG having good characteristics was realized.
【0041】本発明の方法を用いて実験した結果、従来
の方法でELOG基板を成長させる場合と比較して、十
分な横方向成長を得るまでの所要時間がおよそ半分に短
縮された。このため、第2の窒化物半導体膜の膜厚も約
半分とすることができ、厚膜を原因とする反りも抑制さ
れた。このように縦方向の成長を増すことなく、あるい
はこれを抑制し、横方向の成長速度が大幅に促進される
詳細な原理は明らかでないが、アンモニアの供給量を増
やすことで成長にうねりが与えられ、これによって横方
向の成長が促進されるものと推定される。As a result of an experiment using the method of the present invention, the time required to obtain sufficient lateral growth was reduced to about half as compared with the case where an ELOG substrate was grown by the conventional method. Therefore, the thickness of the second nitride semiconductor film can be reduced to about half, and the warpage caused by the thick film is suppressed. The detailed principle that the growth rate in the vertical direction is greatly increased without increasing or suppressing the growth in the vertical direction is not clear, but growth is increased by increasing the supply of ammonia. It is presumed that this promotes lateral growth.
【0042】[0042]
【実施例】異種基板2上に窒化物半導体を選択成長させ
ると、その条件により多様な形態で選択成長層として第
2の窒化物半導体層5が形成される。図1は、選択成長
により窒化物半導体が成長する様子を示すものである。
選択成長は、基板の一部を窒化物半導体と反応しない保
護膜1で覆い(図1(a))、保護膜1が覆われていな
い一部の基板表面から窒化物半導体を成長させるもので
ある(図1(b)、(c))。上述した窒化物半導体基
板として着目されているELOG成長は、一般的に基板
にストライプ状の保護膜1を形成して、保護膜1の設け
られていない窓部から窒化物半導体を成長させて、隣り
合う第2の窒化物半導体層5が互いに保護膜1上部で結
合して成膜されるものである(図1)。しかし、この第
2の窒化物半導体層5同士が結合する際に、図1、2に
見られる空隙が形成される。本発明はこのような空隙を
制御するものであり、以下この点について詳しく説明す
る。EXAMPLE When a nitride semiconductor is selectively grown on a heterogeneous substrate 2, a second nitride semiconductor layer 5 is formed as a selectively grown layer in various forms depending on the conditions. FIG. 1 shows how a nitride semiconductor grows by selective growth.
In the selective growth, a part of the substrate is covered with a protective film 1 that does not react with the nitride semiconductor (FIG. 1A), and the nitride semiconductor is grown from a part of the substrate surface where the protective film 1 is not covered. (FIGS. 1B and 1C). ELOG growth, which has been focused on as the nitride semiconductor substrate described above, generally forms a stripe-shaped protective film 1 on a substrate and grows a nitride semiconductor from a window where the protective film 1 is not provided. Adjacent second nitride semiconductor layers 5 are formed by being combined with each other above the protective film 1 (FIG. 1). However, when the second nitride semiconductor layers 5 are bonded to each other, voids shown in FIGS. 1 and 2 are formed. The present invention controls such a gap, and this point will be described in detail below.
【0043】[実施例1]以下、MOVPE(有機金属
気相成長法)を用いて窒化物半導体を成長させる例を示
す。ただ、本発明の方法はMOVPE法に限るものでは
なく、例えばHVPE(ハライド気相成長法)、MBE
(分子線気相成長法)等、窒化物半導体を成長させるの
に知られているすべての方法を適用できる。[Example 1] An example in which a nitride semiconductor is grown using MOVPE (metal organic chemical vapor deposition) will be described below. However, the method of the present invention is not limited to the MOVPE method, for example, HVPE (halide vapor phase epitaxy), MBE
All methods known for growing nitride semiconductors, such as (molecular beam vapor deposition), can be applied.
【0044】図1は以下に示す各工程のウェーハの模式
断面図である。本発明における異種基板2としては、サ
ファイア(A1203)、スピネル(MgA1
204)、炭化珪素(SiC)の単結晶基板を用いる。
この例では、異種基板2として2インチφのサファイア
基板上を使用している。C面を主面とし、オリフラ面3
をA面とするサファイア基板をMOVPE反応容器内に
セットする。温度を500℃として、キャリアガスに水
素、原料ガスにアンモニア(NH3)とトリメチルガリ
ウム(Ga(CH3)3:TMG)とを用い、サファイ
ア基板11上にGaNよりなるバッファ層を200Åの
膜厚で成長させる。FIG. 1 is a schematic sectional view of a wafer in each of the following steps. The foreign substrate 2 in the present invention, sapphire (A1 2 0 3), spinel (MgAl
2 0 4), a single crystal substrate of silicon carbide (SiC).
In this example, a 2 inch φ sapphire substrate is used as the heterogeneous substrate 2. Main surface is C surface, orientation flat surface 3
A sapphire substrate having A as a surface is set in a MOVPE reaction vessel. At a temperature of 500 ° C., a buffer layer made of GaN was formed on the sapphire substrate 11 by using hydrogen as a carrier gas, ammonia (NH 3 ) and trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 : TMG) as a source gas, and forming a 200 ° film on the sapphire substrate 11. Grow in thickness.
【0045】(第1の窒化物半導体層4)バッファ層成
長後、温度を1050℃にして、同じくGaNよりなる
第1の窒化物半導体層4を5μmの膜厚で成長させる。
第1の窒化物半導体層4はAl混晶比X値が0.5以下
のAlXGa1−XN(0≦X≦0.5)を成長させる
ことが望ましい。0.5を超えると、結晶欠陥というよ
りも結晶自体にクラックが入り易くなってしまうため、
結晶成長自体が困難になる傾向にある。また膜厚はバッ
ファ層よりも厚い膜厚で成長させて、10μm以下の膜
厚に調整することが望ましい。基板の種類としては、サ
ファイアの他、SiC、ZnO、スピネル、GaAsな
ど、窒化物半導体を成長させることが知られておりかつ
窒化物半導体と異なる材料を用いることができる。(First Nitride Semiconductor Layer 4) After the growth of the buffer layer, the temperature is set to 1050 ° C., and the first nitride semiconductor layer 4 also made of GaN is grown to a thickness of 5 μm.
It is desirable that the first nitride semiconductor layer 4 is formed by growing Al X Ga 1-X N (0 ≦ X ≦ 0.5) having an Al mixed crystal ratio X value of 0.5 or less. If it exceeds 0.5, cracks tend to occur in the crystal itself rather than crystal defects,
The crystal growth itself tends to be difficult. Further, it is desirable that the film is grown to a thickness larger than that of the buffer layer and adjusted to a thickness of 10 μm or less. As a type of the substrate, it is known to grow a nitride semiconductor such as SiC, ZnO, spinel, and GaAs in addition to sapphire, and a material different from the nitride semiconductor can be used.
【0046】第1の窒化物半導体層4成長後、ウェーハ
を反応容器から取り出し、この第1の窒化物半導体層4
の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、CV
D装置によりストライプ幅14.0μm、ストライプ間
隔(窓部)6μmのSiO2よりなる保護膜1を1μm
の膜厚で形成する(図1(a))。保護膜1の形状とし
てはストライプ状、ドット状、碁盤目状など、どのよう
な形状でも良いが、窓部よりも保護膜1の面積を大きく
する方が、結晶欠陥の少ない第2の窒化物半導体層5が
成長しやすくなる。After the growth of the first nitride semiconductor layer 4, the wafer is taken out of the reaction vessel, and the first nitride semiconductor layer 4 is removed.
Form a striped photomask on the surface of
The protective film 1 made of SiO 2 having a stripe width of 14.0 μm and a stripe interval (window portion) of 6 μm was formed by a D apparatus at 1 μm.
(FIG. 1A). The shape of the protective film 1 may be any shape such as a stripe shape, a dot shape, a grid shape, and the like. However, when the area of the protective film 1 is larger than that of the window portion, the second nitride having less crystal defects can be used. The semiconductor layer 5 grows easily.
【0047】保護膜1の材料としては、保護膜表面に窒
化物半導体が成長しないか、若しくは成長し難い性質を
有する材料を好ましく選択し、例えば酸化ケイ素(Si
OX)、窒化ケイ素(SiXNY)、酸化チタン(Ti
OX)、酸化ジルコニウム(ZrOX)などの酸化物、
窒化物、またこれらの多層膜の他、1200℃以上の融
点を有する金属などを用いることができる。これらの保
護膜材料は、窒化物半導体の成長温度600℃〜110
0℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長し
ないか、もしくは成長し難い性質を有している。保護膜
材料を窒化物半導体表面に形成するには、例えば蒸着、
スパッタ、CVD等の気相成膜技術を用いることができ
る。また、部分的(選択的)に形成するためには、フォ
トリソグラフイー技術を用いて、所定の形状を有するフ
ォトマスクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記
材料を気柏製膜することにより、所定の形状を有する保
護膜を形成できる。なお、保護膜1のストライプ方向
は、図2に示すように、サファイアA面(オリフラ面
3)に対して垂直な方向A−Aに対し、θ=0°の方向
である。As a material of the protective film 1, a material having a property in which a nitride semiconductor does not grow or hardly grows on the surface of the protective film is preferably selected. For example, silicon oxide (Si)
O X ), silicon nitride (Si X N Y ), titanium oxide (Ti
O X), an oxide such as zirconium oxide (ZrO X),
In addition to a nitride, a multilayer film, and a metal having a melting point of 1200 ° C. or more, a metal film or the like can be used. These protective film materials have a nitride semiconductor growth temperature of 600 ° C. to 110 ° C.
It withstands a temperature of 0 ° C., and has a property that a nitride semiconductor does not grow or hardly grows on its surface. To form a protective film material on a nitride semiconductor surface, for example, evaporation,
A vapor phase film forming technique such as sputtering or CVD can be used. Further, in order to partially (selectively) form, a photomask having a predetermined shape is manufactured using photolithography technology, and the material is formed into a film through the photomask. Thereby, a protective film having a predetermined shape can be formed. As shown in FIG. 2, the stripe direction of the protective film 1 is a direction of θ = 0 ° with respect to a direction AA perpendicular to the sapphire A surface (orientation flat surface 3).
【0048】(第2の窒化物半導体層5)保護膜1形成
後、ウェーハを再度MOVPEの反応容器内にセット
し、温度を1050℃にして、アンモニアを0.27m
ol/min、TMGを225μmol/min(V/
III比=1200)でアンドープGaNよりなる第2
の窒化物半導体層5を7μmの膜厚まで成長させる(図
1(b))。第2の窒化物半導体層5は、ある程度の膜
厚まで図1に対して縦方向に成長した後、横方向に成長
し(図1(b))、隣り合う窓部から成長した第2の窒
化物半導体層5同士が結合して、成膜される(図1
(c))。(Second Nitride Semiconductor Layer 5) After the formation of the protective film 1, the wafer is set again in the MOVPE reaction vessel, the temperature is set at 1050 ° C., and ammonia is added for 0.27 m 2.
ol / min and TMG at 225 μmol / min (V /
III ratio = 1200) and a second layer made of undoped GaN
Is grown to a thickness of 7 μm (FIG. 1B). The second nitride semiconductor layer 5 grows in the vertical direction with respect to FIG. 1 to a certain thickness, then grows in the horizontal direction (FIG. 1B), and grows from the adjacent window. The nitride semiconductor layers 5 are bonded together to form a film (FIG. 1).
(C)).
【0049】第2の窒化物半導体層5はハライド気相成
長法(HVPE)を用いて成長させることができるが、
このようにMOVPE法により成長させることもでき
る。第2の窒化物半導体層5はIn、Alを含まないG
aNを成長させることが最も好ましく、成長時のガスと
しては、TMGの他、トリエチルガリウム(Ga(C2
H5)3:TEG)などの有機ガリウム化合物を用い、
窒素源はアンモニア、もしくはヒドラジンを用いること
が最も望ましい。The second nitride semiconductor layer 5 can be grown by using a halide vapor phase epitaxy (HVPE).
In this manner, it can be grown by the MOVPE method. The second nitride semiconductor layer 5 is made of G containing no In or Al.
It is most preferable to grow aN. As a gas at the time of growth, in addition to TMG, triethylgallium (Ga (C 2
H 5 ) 3 : using an organic gallium compound such as TEG),
Most preferably, ammonia or hydrazine is used as the nitrogen source.
【0050】第2の窒化物半導体層5は基本的にはアン
ドープの状態とすると、結晶欠陥が最も少なく、かつ移
動度が大きく、キャリア濃度が小さいものが得られる傾
向にある。ただ、キャリア濃度を高めるためにn型不純
物をドープして成長させてもよい。特に、異種基板2、
第1の窒化物半導体層4、保護膜などを除去して、その
第2の窒化物半導体層5の表面に電極を形成する場合、
第2の窒化物半導体層5にはSi、Geなどのn型不純
物をドープしてキャリア濃度を、例えば1×1017/
cm3〜5×1019/cm3に調整することが望まし
い。When the second nitride semiconductor layer 5 is basically in an undoped state, the second nitride semiconductor layer 5 tends to have the lowest crystal defects, the highest mobility, and the lowest carrier concentration. However, growth may be performed by doping n-type impurities to increase the carrier concentration. In particular, the heterogeneous substrate 2,
When an electrode is formed on the surface of the second nitride semiconductor layer 5 by removing the first nitride semiconductor layer 4, the protective film, and the like,
The second nitride semiconductor layer 5 is doped with an n-type impurity such as Si or Ge to increase the carrier concentration to, for example, 1 × 10 17 /
It is desirable to adjust cm 3 ~5 × 10 19 / cm 3.
【0051】以上の条件で圧力を400Torrとして
250分成長させ、膜厚7μmの第2の窒化物半導体層
5を得た。また得られた窒化物半導体基板の反りは10
0μm以下であった。この窒化物半導体は良好な結晶性
を示し、その空隙の形状も保護膜1のストライプ方向に
おいてはぼ一定に形成され、良好な選択成長がなされて
いた。このため、得られる窒化物半導体の表面は、良好
な均一性を有しており、窒化物半導体素子形成に良好な
基板となるものである。この方法によれば、成長時間を
従来の半分ほどに抑えることができるので、成長スピー
ドが大きく改善されるというメリットが得られる。また
このことにより、縦方向成長が少ない状態でも保護膜1
上の空隙が埋まる。よって、全体の膜厚を抑えることが
でき、基板の反りを少なくできるという利益も享受でき
る。さらに、保護膜1のストライプをサファイア基板の
M面と平行に、すなわち軸ずれを0°にできるので、成
長された窒化物半導体から得れる素子の特性を改善して
歩留まりを良くすることができる。Under the above conditions, the pressure was set to 400 Torr and the growth was performed for 250 minutes to obtain a second nitride semiconductor layer 5 having a thickness of 7 μm. The warp of the obtained nitride semiconductor substrate is 10
It was 0 μm or less. This nitride semiconductor exhibited good crystallinity, and the shape of the voids was formed almost uniformly in the stripe direction of the protective film 1, and good selective growth was achieved. Therefore, the surface of the obtained nitride semiconductor has good uniformity and serves as a good substrate for forming a nitride semiconductor element. According to this method, the growth time can be reduced to about half that of the conventional method, so that there is an advantage that the growth speed is greatly improved. This also allows the protection film 1 to be formed even when the growth in the vertical direction is small.
The upper gap is filled. Therefore, the advantage that the entire film thickness can be suppressed and the warpage of the substrate can be reduced can be enjoyed. Furthermore, since the stripe of the protective film 1 can be parallel to the M plane of the sapphire substrate, that is, the axis shift can be made 0 °, the characteristics of the device obtained from the grown nitride semiconductor can be improved and the yield can be improved. .
【0052】従来の条件では、保護膜のストライプをM
面と直角に設けて、すなわちずれを0°として成長させ
ると、窒化物半導体層を15μm成長させても、保護膜
上の空隙は完全に埋まらなかった。もし保護膜上で半導
体層が埋まるまで待つと、膜厚が数十μmになってしま
い、サファイアとGaNの反りが大きくなってしまう。
本出願人は、横方向成長を促進するために保護膜である
SiO2のストライプ状をサファイア基板の面方位M面
から±0.1〜0.5°ずらして積層する方法を開発し
た。ただ、この方法では窒化物半導体層の成長自体はう
まくできるが、GaNの鏡面を得ることが極めて困難
で、成長された半導体層から採取した素子の特性が上記
ずれのために低下する問題があった。Under the conventional conditions, the stripe of the protective film is M
When the nitride semiconductor layer was grown at a right angle to the plane, that is, with a deviation of 0 °, the gap on the protective film was not completely filled even when the nitride semiconductor layer was grown at 15 μm. If one waits until the semiconductor layer is buried on the protective film, the film thickness becomes several tens μm, and the warpage of sapphire and GaN increases.
The present applicant has developed a method of laminating a stripe shape of SiO 2 serving as a protective film with a deviation of ± 0.1 to 0.5 ° from a plane orientation M plane of a sapphire substrate in order to promote lateral growth. However, although the growth of the nitride semiconductor layer itself can be successfully performed by this method, it is extremely difficult to obtain a mirror surface of GaN, and there is a problem that the characteristics of an element obtained from the grown semiconductor layer are deteriorated due to the above-mentioned deviation. Was.
【0053】本発明の方法では、保護膜上にELOG成
長させる際の反応条件を最適に調整することにより、
7.5ミクロン積層された状態でも低欠陥のELOG基
板が得られる。また、このとき保護膜のストライプがM
面と垂直になるように軸ずれをほぼ0°としても、十分
な横方向成長が得られて保護膜上で空隙が埋まり、品質
の良い半導体成長層を得ることができる。特に、保護膜
の軸ずれがないため、素子構造にしたときの品質が改善
され、歩留まりの向上や半導体レーザーにした場合ビー
ムの特性向上が図られる。In the method of the present invention, by optimally adjusting the reaction conditions for growing ELOG on the protective film,
A low defect ELOG substrate can be obtained even in a state where the layers are stacked at 7.5 microns. At this time, the stripe of the protective film is M
Even if the axis deviation is set to almost 0 ° so as to be perpendicular to the plane, sufficient lateral growth can be obtained, the voids are filled on the protective film, and a high-quality semiconductor growth layer can be obtained. In particular, since there is no axis deviation of the protective film, the quality in the element structure is improved, the yield is improved, and in the case of a semiconductor laser, the beam characteristics are improved.
【0054】以上の方法では従来のELOG成長と比較
して保護膜上でのGaN同士の結合が非常に早いため、
空隙が細くなる。このことが原因で起こっていたリッジ
を形成する際のフォトリソグラフィ認識が改善され、ほ
ぼ完全に行うことができる。In the above method, the bonding between GaN on the protective film is much faster than in the conventional ELOG growth.
The gap becomes thin. The photolithography recognition at the time of forming the ridge, which has been caused by this, has been improved and almost completely performed.
【0055】また、反応の成長レートを落とす成長方法
(T−ELOG)においても、軸ずれを0°とした状態
で基板表面を鏡面で得ることが可能となる。Also, in the growth method (T-ELOG) in which the growth rate of the reaction is reduced, it is possible to obtain a mirror-finished substrate surface with the axis shift set to 0 °.
【0056】[実施例2]さらに本発明の方法をGaN
単体上にELOG成長(第2ELOG)に応用する例を
示す。実施例1において第2の窒化物半導体層5を成長
させた後、図4に示すように新たにその表面に保護膜4
1を形成して、選択成長層である第3の窒化物半導体層
45を形成する。図4(a)に示すように、下地層であ
る第1の半導体層4の窓部を覆うようにして第2の窒化
物半導体層5の表面に保護膜41を設け、第3の窒化物
半導体層45を成長させた。このとき、保護膜41のス
トライプ方向は、最初に形成した保護膜1と平行に形成
し、ストライプ幅14μm、窓部の幅6μmとした。[Example 2] Further, the method of the present invention
An example of application to ELOG growth (second ELOG) on a single body will be described. After growing the second nitride semiconductor layer 5 in the first embodiment, as shown in FIG.
1 to form a third nitride semiconductor layer 45 which is a selective growth layer. As shown in FIG. 4A, a protective film 41 is provided on the surface of the second nitride semiconductor layer 5 so as to cover the window of the first semiconductor layer 4 which is the underlying layer, and the third nitride A semiconductor layer 45 was grown. At this time, the stripe direction of the protective film 41 was formed parallel to the protective film 1 formed first, and the stripe width was 14 μm and the width of the window was 6 μm.
【0057】得られた窒化物半導体は、実施例1と同様
に良好な結晶性を有しており、またその選択成長時も良
好な成長形態を取るため、結合位置が保護膜1のストラ
イプ方向においてほぼ均一であった。この方法によれ
ば、劈開工程で共振器に劈開できるため(GaNのM
面)、窒化物半導体から得られる素子のビーム特性、歩
留まりなどが飛躍的に向上する。The obtained nitride semiconductor has good crystallinity similarly to the first embodiment, and also takes a good growth form during its selective growth. Was almost uniform. According to this method, the cavity can be cleaved in the cleavage step (M
Surface), beam characteristics, yield, and the like of an element obtained from a nitride semiconductor are dramatically improved.
【0058】このように本発明では、第2の窒化物半導
体層5を2回もしくはそれ以上の回数で形成しても良
い。その際、以上の実施例のように既に形成された第2
の窒化物半導体層5における窓部を覆うようにして保護
膜1を形成することで、比較的結晶性の悪い窓部からの
結晶欠陥の伝播を防止できるので好ましい。また本発明
では形成できる保護膜1の幅を広くとることができるた
め、図4に示すように、2回目以降に形成する保護膜1
をその下の窓部を覆うに十分な程度に形成し、1回目よ
りも保護膜1の幅を狭く形成することもできる。As described above, in the present invention, the second nitride semiconductor layer 5 may be formed twice or more times. At this time, the second formed already as in the above embodiment is used.
It is preferable to form the protective film 1 so as to cover the window portion of the nitride semiconductor layer 5 because the propagation of crystal defects from the window portion having relatively poor crystallinity can be prevented. Further, in the present invention, since the width of the protective film 1 that can be formed can be widened, as shown in FIG.
May be formed to an extent sufficient to cover the window underneath, and the width of the protective film 1 may be narrower than the first time.
【0059】[実施例3]Embodiment 3
【0060】実施例1により得られた窒化物半導体を基
板として、以下に説明する各層を積層して、図5に示す
レーザ素子を形成する。Using the nitride semiconductor obtained in Example 1 as a substrate, layers described below are laminated to form a laser device shown in FIG.
【0061】実施例1において異種基板101の上に形
成された選択成長層は、以下に形成する各層の窒化物半
導体基板102として用いる。この上にまず、アンドー
プのGaN104を15μmの膜厚で成長させ、これも
窒化物半導体基板とする。The selective growth layer formed on the heterogeneous substrate 101 in Example 1 is used as a nitride semiconductor substrate 102 of each layer to be formed below. First, undoped GaN 104 is grown to a thickness of 15 μm thereon, which is also used as a nitride semiconductor substrate.
【0062】(n側コンタクト層105)次に、アンモ
ニアとTMG、不純物ガスとしてシランガスを用い、窒
化物半導体基板104の上に、1050℃でSiを3×
1018/cm3ドープしたGaNよりなるn側コンタ
クト層105を4μmの膜厚で成長させる。(N-side contact layer 105) Next, using ammonia and TMG, and silane gas as an impurity gas, Si
An n-side contact layer 105 made of GaN doped with 10 18 / cm 3 is grown to a thickness of 4 μm.
【0063】(クラック防止層106)次に、TMG、
TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、
温度を800℃にしてIn0.06Ga0.94Nより
なるクラック防止層106を0.15μmの膜厚で成長
させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。(Crack preventing layer 106) Next, TMG,
Using TMI (trimethylindium) and ammonia,
The temperature was set to 800 ° C. and the In 0 . 06 Ga 0 . A crack preventing layer 106 made of 94N is grown to a thickness of 0.15 μm. The crack prevention layer can be omitted.
【0064】(n側クラッド層107)続いて、105
0℃でTMA(トリメチルアルミニウム)、TMG、ア
ンモニアを用い、アンドープAl0.16Ga0.84
Nよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、続いてTMA
を止めて、シランガスを流し、Siを1×1019/c
m3ドープしたn型GaNよりなる層を25Åの膜厚で
成長させる。それらの層を交互に積層して超格子層を構
成し、総膜厚1.2μmの超格子よりなるn側クラッド
層107を成長させる。(N-side cladding layer 107)
At 0 ° C., using TMA (trimethylaluminum), TMG and ammonia, undoped Al 0 . 16 Ga 0 . 84
A layer of N is grown to a thickness of 25 ° followed by TMA
Is stopped, silane gas is flowed, and Si is reduced to 1 × 10 19 / c.
m 3 doped with n-type made of GaN layer is grown to the thickness of 25 Å. These layers are alternately stacked to form a superlattice layer, and an n-side cladding layer 107 made of a superlattice having a total film thickness of 1.2 μm is grown.
【0065】(n側光ガイド層108)続いて、シラン
ガスを止め、1050℃でアンドープGaNよりなるn
側光ガイド層108を0.1μmの膜厚で成長させる。
このn側光ガイド層108にn型不純物をドープしても
良い。(N-side light guide layer 108) Subsequently, the silane gas is stopped, and n
The side light guide layer 108 is grown to a thickness of 0.1 μm.
The n-side light guide layer 108 may be doped with an n-type impurity.
【0066】(活性層109)次に、温度を800℃に
して、SiドープIn0.05Ga0.95Nよりなる
障璧層を100Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度
で、アンドープIn0. 2Ga0.8Nよりなる井戸層
を40Åの膜厚で成長させる。障璧層と井戸層とを2回
交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚380Å
の多重量子井戸構造(MQW)の活性層を成長させる。
活性層は本実施例のようにアンドープでもよいし、また
n型不純物及び/又はp型不純物をドープしても良い。
不純物は井戸層、障璧層両方にドープしても良く、いず
れか一方にドープしてもよい。ここで、障壁層にのみn
型不純物をドープすると、閥値が低下しやすくなる。(Active Layer 109) Next, the temperature was raised to 800 ° C.
And Si-doped In0.05Ga0.95Consisting of N
A barrier layer is grown to a thickness of 100 ° followed by the same temperature
And undoped In0. 2Ga0.8Well layer made of N
Is grown to a thickness of 40 °. Two times for the barrier layer and the well layer
Alternately stacked, finally ending with a barrier layer, total thickness 380Å
Of an active layer having a multiple quantum well structure (MQW).
The active layer may be undoped as in this embodiment, or
An n-type impurity and / or a p-type impurity may be doped.
Impurities may be doped into both the well layer and the barrier layer.
One of them may be doped. Here, n is applied only to the barrier layer.
Doping with a type impurity tends to lower the threshold value.
【0067】(p側キャップ層110)次に、温度を1
050℃に上げ、TMG、TMA、アンモニア、Cp2
Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、p
側光ガイド層111よりもバンドギャップエネルギーが
大きい、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型A
l0.3Ga0.7Nよりなるp側キャップ層107を
300Åの膜厚で成長させる。(P-side cap layer 110)
Raise to 050 ° C, TMG, TMA, ammonia, Cp 2
Using Mg (cyclopentadienyl magnesium), p
P-type A doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg, which has a larger band gap energy than the side light guide layer 111
l 0 . 3 Ga 0 . A p-side cap layer 107 of 7N is grown to a thickness of 300 °.
【0068】(p側光ガイド層111)続いてCp2M
g、TMAを止め、1050℃で、バンドギャップエネ
ルギーがp側キャップ層110よりも小さい、アンドー
プGaNよりなるp側光ガイド層111を0.1pmの
膜厚で成長させる。(P-side light guide layer 111) Subsequently, Cp 2 M
g, TMA is stopped, and at 1050 ° C., a p-side optical guide layer 111 made of undoped GaN having a band gap energy smaller than that of the p-side cap layer 110 is grown to a thickness of 0.1 pm.
【0069】(p側クラッド層112)続いて、105
0℃でアンドープAl0.16Ga0.84Nよりなる
層を25Åの膜厚で成長させ、続いてCp2Mg、TM
Aを止め、アンドープGaNよりなる層を25Åの膜厚
で成長させ、総膜厚0.6μmの超格子層よりなるp側
クラッド層112を成長させる。p側クラッド層112
は、少なくとも一方がAlを含む窒化物半導体層を含
み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半
導体層を積層した超格子で作製する場合、不純物をいず
れか一方の層に多くドープする、いわゆる変調ドープを
行うと結晶性が良くなる傾向にある。ただ、両方に同じ
ようにドープしても良い。p側クラッド層112は、A
lを含む窒化物半導体層、好ましくはAIXGa1−X
N(0<X<1)を含む超格子構造とすることが望まし
く、さらに好ましくはGaNとAIGaNとを積層した
超格子構造とする。p側クラッド層112を超格子構造
とすることによって、クラッド層全体のAl混晶比を上
げることができる。これによって、クラッド層自体の屈
折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが
大きくなるので、閥値を低下させる上で非常に有効であ
る。さらに、超格子としたことにより、クラッド層自体
に発生するビットが超格子にしないものよりも少なくな
るので、ショートする確率も低くなる。(P-side cladding layer 112)
At 0 ° C., undoped Al 0 . 16 Ga 0 . A layer of 84N is grown to a thickness of 25 ° followed by Cp 2 Mg, TM
A is stopped, a layer of undoped GaN is grown to a thickness of 25 °, and a p-side cladding layer 112 of a superlattice layer having a total thickness of 0.6 μm is grown. p-side cladding layer 112
In the case where a superlattice in which at least one includes a nitride semiconductor layer containing Al and the bandgap energies are different from each other is formed using a superlattice, one of the layers is heavily doped with impurities, so-called modulation doping. , The crystallinity tends to be improved. However, both may be doped in the same manner. The p-side cladding layer 112
1, preferably a nitride semiconductor layer containing AI x Ga 1-x
It is desirable to have a superlattice structure including N (0 <X <1), and more preferably a superlattice structure in which GaN and AIGaN are stacked. When the p-side cladding layer 112 has a superlattice structure, the Al mixed crystal ratio of the entire cladding layer can be increased. This reduces the refractive index of the cladding layer itself and further increases the band gap energy, which is very effective in lowering the threshold value. Further, by using the superlattice, the number of bits generated in the cladding layer itself is reduced as compared with the case where the superlattice is not used.
【0070】(p側コンタクト層113)最後に、10
50℃で、p側クラッド層109の上に、Mgを1×1
020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp側コン
タクト層113を150Åの膜厚で成長させる。p側コ
ンタクト層はp型のInXAlYGa1−X−YN(0
≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成することができ、好
ましくはMgをドープしたGaNとすれば、p電極12
0と最も好ましいオーミック接触が得られる。コンタク
ト層113は電極を形成する層であるので、1×10
17/cm3以上の高キャリア濃度とすることが望まし
い。1×1017/cm3よりも低いと電極と好ましい
オーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さらにコ
ンタクト層の組成をGaNとすると、電極材料と好まし
いオーミックが得られやすくなる。(P-side contact layer 113) Finally, 10
At 50 ° C., 1 × 1 Mg was added on the p-side cladding layer 109.
A p-side contact layer 113 made of p-type GaN doped with 0 20 / cm 3 is grown to a thickness of 150 °. p-side contact layer of p-type In X Al Y Ga 1-X -Y N (0
.Ltoreq.X, 0.ltoreq.Y, and X + Y.ltoreq.1). Preferably, the p-electrode 12
The most favorable ohmic contact with 0 is obtained. Since the contact layer 113 is a layer for forming an electrode, 1 × 10
It is desirable to have a high carrier concentration of 17 / cm 3 or more. If it is lower than 1 × 10 17 / cm 3, it tends to be difficult to obtain an electrode and a preferable ohmic. Further, when the composition of the contact layer is GaN, it becomes easy to obtain a preferable ohmic material with the electrode material.
【0071】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器から取り出し、最上層のp側コン
タクト層の表面にSiO2よりなる保護膜を形成して、
RIE(反応性イオンエッチング)を用いSiCl4ガ
スによりエッチングし、n電極を形成すべきn側コンタ
クト層105の表面を露出させる。このように窒化物半
導体を深くエッチングするには保護膜としてSiO2が
最適である。The wafer on which the nitride semiconductor has been grown as described above is taken out of the reaction vessel, and a protective film made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-side contact layer.
Etching is performed by SiCl 4 gas using RIE (reactive ion etching) to expose the surface of the n-side contact layer 105 where the n-electrode is to be formed. In order to etch a nitride semiconductor deeply, SiO 2 is optimal as a protective film.
【0072】次に、ストライプ状の導波路領域を、エッ
チングにより、p側クラッド層の膜厚が0.01μmと
なる深さで、幅2μmのリッジストライプを形成する。
この時、上述したように、第2の窒化物半導体層は、保
護膜のストライプに垂直な方向において、結晶性の分布
があり、比較的結晶性の良好な保護膜上部に、導波路領
域が形成されるようにすることで、良好な素子耐久性を
有するものとなる。また、第2の窒化物半導体層が結合
時に空隙を有する場合には、その空隙の上部を避けるよ
うに、導波路領域を形成することが好ましく、こうする
ことで空隙から伸びる結晶欠陥を防止できる。Next, a ridge stripe having a width of 2 μm is formed in the stripe-shaped waveguide region by etching so that the thickness of the p-side cladding layer becomes 0.01 μm.
At this time, as described above, the second nitride semiconductor layer has a crystallinity distribution in a direction perpendicular to the stripe of the protective film, and the waveguide region is formed on the protective film having relatively good crystallinity. By being formed, the element has good element durability. In the case where the second nitride semiconductor layer has a gap at the time of bonding, it is preferable to form a waveguide region so as to avoid the upper part of the gap, whereby crystal defects extending from the gap can be prevented. .
【0073】リッジストライプ形成後、リッジの側面及
び露出されたp側クラッド層表面にZrO2よりなる保
護膜を形成し、これを覆ってp側コンタクト層113の
表面にNi/Auよりなるp電極120を形成する。n
側コンタクト層105の表面にはTi/Alよりなるn
電極121をストライプと平行な方向で形成する。After the formation of the ridge stripe, a protective film made of ZrO 2 is formed on the side surfaces of the ridge and on the exposed surface of the p-side cladding layer, and over this, a p-electrode made of Ni / Au is formed on the surface of the p-side contact layer 113. 120 is formed. n
On the surface of the side contact layer 105, n made of Ti / Al
The electrode 121 is formed in a direction parallel to the stripe.
【0074】以上のようにして、n電極とp電極とを形
成したウェーハのサファイア基板を研磨して70μmと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面((11−00)面、六方晶
系の側面に相当する面=M面)に共振器を作製する。こ
の共振器面にSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜
を形成し、最後にp電極に平行な方向で、バーを切断し
て図5に示すようなレーザ素子とする。なおこの時の共
振器長は800μmであった。As described above, the sapphire substrate of the wafer on which the n-electrode and the p-electrode have been formed is polished to 70 μm, and then cleaved in a bar shape from the substrate side in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrodes. A resonator is formed on a cleavage plane ((11-00) plane, a plane corresponding to a hexagonal side surface = M plane). A dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 is formed on the resonator surface, and finally, the bar is cut in a direction parallel to the p-electrode to obtain a laser device as shown in FIG. The resonator length at this time was 800 μm.
【0075】得られたレーザ素子は、良好な素子特性を
有し、またウェーハにおいて、素子特性のばらつきが少
なく、歩留まりを大幅に向上させるものであった。The obtained laser device had good device characteristics, had little variation in device characteristics on the wafer, and greatly improved the yield.
【0076】なお、以上の実施例では半導体レーザ素子
について説明したが、本発明は半導体レーザに限らず、
LED素子、スーパールミネッセントダイオードのよう
な他の窒化物半導体発光素子にも適用できる。Although the semiconductor laser device has been described in the above embodiments, the present invention is not limited to a semiconductor laser.
The present invention can be applied to other nitride semiconductor light emitting devices such as an LED device and a super luminescent diode.
【0077】[0077]
【発明の効果】本発明の窒化物半導体の成長方法によれ
ば、反りの少ない基板を得ることができ、しかも特性の
良い素子を歩留まり良く得ることのできる半導体基板を
成長するという特長を実現する。それは、本発明の窒化
物半導体の成長方法では、反応条件の制御によって横方
向成長が促進され、短時間で保護膜上の成長層同士が接
合して空隙を埋めることができるからである。すなわ
ち、従来よりも成長スピードを上げて縦方向の成長が薄
い段階で十分な横方向成長が得られるので、基板の膜厚
を薄くして反りを抑えることが可能となる。さらに、保
護膜の軸ずれをなくして成長させても十分な横方向成長
が得られるので、成長された窒化物半導体から得られる
素子の特性も品質の良いものが得られ、かつ歩留まりも
改善できるというメリットが享受できる。このように本
発明は、異種基板上に窒化物半導体を選択成長させる際
の条件を最適に設定することによって、工程の短縮化や
歩留まりの向上などによって生産効率を改善すると同時
に、レーザ等としたときの品質の向上をも図ることが可
能となる。According to the method for growing a nitride semiconductor of the present invention, it is possible to obtain a substrate with less warpage and to realize a feature of growing a semiconductor substrate capable of obtaining a device having good characteristics with a high yield. . This is because, in the nitride semiconductor growth method of the present invention, the lateral growth is promoted by controlling the reaction conditions, and the growth layers on the protective film can be joined to fill the void in a short time. That is, a sufficient lateral growth can be obtained at a stage where the growth in the vertical direction is thinner by increasing the growth speed as compared with the related art, so that it is possible to reduce the thickness of the substrate and suppress the warpage. Further, since sufficient lateral growth can be obtained even when the protective film is grown without any misalignment of the protective film, the characteristics of the element obtained from the grown nitride semiconductor are also high in quality and the yield can be improved. You can enjoy the advantage. Thus, the present invention improves the production efficiency by shortening the process and improving the yield by optimizing the conditions for selectively growing a nitride semiconductor on a heterogeneous substrate, and at the same time, adopts a laser or the like. It is also possible to improve the quality at the time.
【0078】さらにまた本発明の方法は、GaN単体上
にELOG成長させる、すなわちELOG上にさらに第
2のELOG成長を行う方法にも応用できる。多重にE
LOG成長させる場合、第2のELOG成長のみならず
第1のELOG成長においても保護膜のずれをなくして
0°で成長させて、その上に成長させる第2のELOG
の際横方向成長が促進されて空隙が埋まりやすくなる。
この方法によれば劈開工程で共振器に垂直に、GaNの
M面に劈開できるため、これを素子にしたときのビーム
特性、歩留まりなどが飛躍的に向上するというメリット
も実現できる。Further, the method of the present invention can be applied to a method of growing ELOG on GaN alone, that is, a method of further performing second ELOG growth on ELOG. E for multiple
In the case of LOG growth, in the first ELOG growth as well as in the second ELOG growth, the shift of the protective film is eliminated and the second ELOG is grown on 0 ° and grown thereon.
At this time, the lateral growth is promoted and the voids are easily filled.
According to this method, it is possible to cleave the M-plane of GaN perpendicularly to the resonator in the cleavage step, so that it is possible to realize the merit of dramatically improving the beam characteristics, yield, and the like when this is used as an element.
【図1】窒化物半導体が選択成長される工程を示す模式
断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a step of selectively growing a nitride semiconductor.
【図2】異種基板上に保護膜を形成する状態を示す模式
図である。FIG. 2 is a schematic view showing a state in which a protective film is formed on a heterogeneous substrate.
【図3】成長された窒化物半導体に反りが生じた状態を
示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing a state in which a grown nitride semiconductor is warped.
【図4】本発明の一実施例に係る窒化物半導体の成長工
程を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a step of growing a nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施例に係るレーザ素子の要部構造
を示す模式断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a main structure of a laser device according to one embodiment of the present invention.
1・・・保護膜 2・・・異種基板 3・・・オリエンテーションフラット面 4・・・第1の窒化物半導体層 5・・・第2の窒化物半導体層 6・・・空隙 41・・・保護膜 45・・・第3の窒化物半導体層 101・・・異種基板 102・・・窒化物半導体基板 104・・・GaN 105・・・n側コンタクト層 106・・・クラック防止層 107・・・n側クラッド層 108・・・n側光ガイド層 109・・・活性層 110・・・p側キャップ層 111・・・p側光ガイド層 112・・・p側クラッド層 113・・・p側コンタクト層 120・・・p電極 121・・・n電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Protective film 2 ... Different kind of substrate 3 ... Orientation flat surface 4 ... 1st nitride semiconductor layer 5 ... 2nd nitride semiconductor layer 6 ... Void 41 ... Protective film 45: third nitride semiconductor layer 101: heterogeneous substrate 102: nitride semiconductor substrate 104: GaN 105: n-side contact layer 106: crack preventing layer 107 N-side cladding layer 108 n-side light guide layer 109 active layer 110 p-side cap layer 111 p-side light guide layer 112 p-side cladding layer 113 p Side contact layer 120 ... p electrode 121 ... n electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AF02 AF09 BB11 DA53 DB02 EE12 5F073 AA13 AA74 CA07 CA17 CB05 DA05 DA07 DA32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AF02 AF09 BB11 DA53 DB02 EE12 5F073 AA13 AA74 CA07 CA17 CB05 DA05 DA07 DA32
Claims (13)
基板の上に第1の窒化物半導体層を成長させる工程と、 前記第1の窒化物半導体層の表面に部分的に形成され、
表面に窒化物半導体が成長され難い性質を有する保護膜
を形成する工程と、 前記第1の窒化物半導体層と前記保護膜で構成される下
地層を加熱し、前記下地層の表面に窒素源のガスと3族
源のガスをキャリアガスと共に供給して、前記保護膜お
よび下地層の上に連続した第2の窒化物半導体層を成長
させる工程とからなる窒化物半導体の成長方法であっ
て、 前記窒素源のガスの濃度が5〜6slm、前記3族源の
ガスの濃度が80〜130sccmである窒化物半導体
の成長方法。A step of growing a first nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate made of a material different from a nitride semiconductor; and forming a first nitride semiconductor layer partially on a surface of the first nitride semiconductor layer.
Forming a protective film having a property on the surface of which the nitride semiconductor is unlikely to grow, heating a base layer composed of the first nitride semiconductor layer and the protective film, and forming a nitrogen source on the surface of the base layer. And supplying a group 3 source gas together with a carrier gas to grow a continuous second nitride semiconductor layer on the protective film and the underlayer. The method for growing a nitride semiconductor, wherein the nitrogen source gas has a concentration of 5 to 6 slm and the group 3 source gas has a concentration of 80 to 130 sccm.
であ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 the gas of the Group 3 source is trimethylgallium.
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。3. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein said nitrogen source gas is ammonia.
m、前記3族源のガスの濃度が100sccmであるこ
とを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の窒化
物半導体の成長方法。4. The concentration of the nitrogen source gas is 5.6 sl.
The method for growing a nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein m and the concentration of the gas of the Group 3 source are 100 sccm.
基板の上に第1の窒化物半導体層を成長させる工程と、 前記第1の窒化物半導体層の表面に部分的に形成され、
表面に窒化物半導体が成長され難い性質を有するストラ
イプ状の保護膜を前記異種基板のオリエンテーションフ
ラット面と垂直に形成する工程と、 前記第1の窒化物半導体層と前記保護膜で構成される下
地層を加熱し、前記下地層の表面に濃度が5〜6slm
である窒素源のガスと、濃度が80〜130sccmで
ある3族源のガスをキャリアガスと共に供給して、前記
保護膜および下地層の上に連続した第2の窒化物半導体
層を成長させる工程とからなる窒化物半導体の成長方
法。5. A step of growing a first nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate made of a material different from a nitride semiconductor; and forming a first nitride semiconductor layer partially on a surface of the first nitride semiconductor layer;
Forming a stripe-shaped protective film having a property on which a nitride semiconductor is unlikely to grow on the surface perpendicular to the orientation flat surface of the heterogeneous substrate; and forming a protective film composed of the first nitride semiconductor layer and the protective film. The formation layer is heated, and the surface of the underlayer has a concentration of 5 to 6 slm.
Supplying a gas of a nitrogen source and a gas of a group 3 source having a concentration of 80 to 130 sccm together with a carrier gas to grow a continuous second nitride semiconductor layer on the protective film and the underlayer. And a method for growing a nitride semiconductor.
mであり、 第2の窒化物半導体層を保護膜上部で膜厚が1μm〜1
0μmとなるよう成長させることを特徴とする請求項1
または5記載の窒化物半導体の成長方法。6. The supply of the carrier gas is 2-3 scc.
m, the thickness of the second nitride semiconductor layer is 1 μm to 1
2. The method according to claim 1, wherein the layer is grown to a thickness of 0 μm.
Or the method for growing a nitride semiconductor according to 5.
上であることを特徴とする請求項5または6記載の窒化
物半導体の成長方法。7. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 5, wherein a stripe width of the protective film is 10 μm or more.
膜のない窓部の幅Wwとの比Ww/Wsが、0.2〜
0.5の範囲であることを特徴とする請求項7記載の窒
化物半導体の成長方法。8. The ratio Ww / Ws of the stripe width Ws of the protective film to the width Ww of the window without the protective film is 0.2 to 0.2.
8. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 7, wherein the range is 0.5.
を特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の窒化物
半導体の成長方法。9. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the carrier gas is a hydrogen gas.
もしくは炭化珪素であることを特徴とする請求項1から
9のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方法。10. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the heterogeneous substrate is sapphire, spinel, or silicon carbide.
反りを100μm以下に抑えることを特徴とする請求項
1から10のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方
法。11. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the warpage of the entire substrate of the manufactured nitride semiconductor is suppressed to 100 μm or less.
せる時間が300分以下であることを特徴とする請求項
1から11のいずれかに記載の窒化物半導体の成長方
法。12. The method for growing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the time for growing said second nitride semiconductor layer is 300 minutes or less.
板上に、更に前記方法を用いて別の窒化物半導体基板を
成長させることを特徴とする請求項1から12のいずれ
かに記載の窒化物半導体の成長方法。13. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein another nitride semiconductor substrate is further grown on said nitride semiconductor substrate grown by said method using said method. Method of growing semiconductors.
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US7915747B2 (en) | 2005-06-27 | 2011-03-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Substrate for forming semiconductor layer including alignment marks |
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