JP2002353134A - Nitride based semiconductor element and method for forming nitride based semiconductor - Google Patents

Nitride based semiconductor element and method for forming nitride based semiconductor

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JP2002353134A
JP2002353134A JP2001153275A JP2001153275A JP2002353134A JP 2002353134 A JP2002353134 A JP 2002353134A JP 2001153275 A JP2001153275 A JP 2001153275A JP 2001153275 A JP2001153275 A JP 2001153275A JP 2002353134 A JP2002353134 A JP 2002353134A
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nitride
based semiconductor
layer
forming
facet
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Takashi Kano
隆司 狩野
Yasuhiko Nomura
康彦 野村
Masayuki Hata
雅幸 畑
Tatsuya Kunisato
竜也 國里
Hiroki Daiho
広樹 大保
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a nitride based semiconductor in which dislocation can be reduced in both longitudinal and lateral directions. SOLUTION: The method for forming a nitride based semiconductor comprises a step for forming a facet of second GaN layer 5 on the upper surface of a first GaN layer 3 by growing the second GaN layer 5 selectively in the lateral direction, a step for forming a superlattice layer 6 having a periodic structure, where two layers having different lattice constant are laid alternately, on the surface of the facet, and a step for growing a third GaN layer 7 selectively in the lateral direction on the superlattice layer 6 formed on the surface of the facet.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系半導体
素子および窒化物系半導体の形成方法に関し、より特定
的には、選択横方向成長を用いて形成した窒化物系半導
体層を含む窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の
形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride-based semiconductor device and a method for forming a nitride-based semiconductor, and more particularly to a nitride including a nitride-based semiconductor layer formed using selective lateral growth. The present invention relates to a method for forming a nitride semiconductor device and a nitride semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、発光ダイオード素子などの半導体
発光素子やトランジスタなどの電子素子に用いられる半
導体素子として、GaN系化合物半導体を利用した半導
体素子の開発が盛んに行われている。このようなGaN
系半導体素子の製造の際には、GaNからなる基板の製
造が困難であるため、サファイア、SiC、Siまたは
GaAsなどからなる基板上に、GaN系半導体層をエ
ピタキシャル成長させている。
2. Description of the Related Art In recent years, as a semiconductor element used for a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode element and an electronic element such as a transistor, a semiconductor element using a GaN-based compound semiconductor has been actively developed. Such GaN
Since it is difficult to manufacture a substrate made of GaN when manufacturing a system-based semiconductor element, a GaN-based semiconductor layer is epitaxially grown on a substrate made of sapphire, SiC, Si, GaAs, or the like.

【0003】この場合、サファイアなどの基板とGaN
とでは、格子定数が異なるため、サファイアなどの基板
上に成長させたGaN系半導体層では、基板から上下方
向に延びる貫通転位(格子欠陥)が存在している。この
ようなGaN系半導体層における転位は、半導体素子の
素子特性の劣化および信頼性の低下を招く。
In this case, a substrate such as sapphire and GaN
Since GaN-based semiconductor layers grown on a substrate such as sapphire have threading dislocations (lattice defects) extending vertically from the substrate, since the lattice constants of the GaN-based semiconductor layers are different. Such dislocations in the GaN-based semiconductor layer cause deterioration of device characteristics and reliability of the semiconductor device.

【0004】そこで、上記のようなGaN系半導体層に
おける転位を低減する方法として、従来、選択横方向成
長(ELO:Epitaxyial Lateral
Overgrowth)が提案されている。
Therefore, as a method of reducing dislocations in the GaN-based semiconductor layer as described above, conventionally, selective lateral growth (ELO: Epitaxial Lateral) has been proposed.
Overgrowth) has been proposed.

【0005】従来の選択横方向成長を用いたGaN系半
導体層の形成方法の一例としては、たとえば、サファイ
ア基板上に、約500℃〜約600℃の成長温度で、約
20nmの膜厚を有するAlxGa1-xN(0≦x≦1)
からなるバッファ層を成長させた後、約1000℃まで
基板温度を上昇させて、バッファ層上に、約1μm〜約
2μmの膜厚を有するGaNからなる下地を成長させ
る。この下地の転位密度は、1.0×109cm-2程度
である。この後、その下地上に、SiO2またはSiN
などからなる選択成長用のストライプ状のマスクを設け
て、約1000℃の成長温度で、下地の露出した部分か
らGaN層を選択横方向成長させる。これにより、転位
が横方向に曲げられて、全体的に転位密度が6.0×1
7cm-2程度まで低減されたGaN層が形成される。
As an example of a conventional method of forming a GaN-based semiconductor layer using selective lateral growth, for example, a GaN-based semiconductor layer having a thickness of about 20 nm on a sapphire substrate at a growth temperature of about 500 ° C. to about 600 ° C. Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1)
After growing the buffer layer consisting of GaN, the substrate temperature is raised to about 1000 ° C., and a base of GaN having a thickness of about 1 μm to about 2 μm is grown on the buffer layer. The dislocation density of this underlayer is about 1.0 × 10 9 cm −2 . Then, on the base, SiO 2 or SiN
A GaN layer is selectively laterally grown from the exposed portion of the base at a growth temperature of about 1000 ° C. by providing a stripe-shaped mask for selective growth made of, for example,. As a result, the dislocations are bent in the lateral direction, and the dislocation density is 6.0 × 1 as a whole.
A GaN layer reduced to about 0 7 cm -2 is formed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の選択横
方向成長を用いる窒化物系半導体の形成方法では、縦方
向の転位を横方向に曲げることによって、GaN層の表
面に至る貫通転位の密度を低減していた。しかしなが
ら、GaN層をGaN基板として必要な膜厚まで成長さ
せると、横方向に曲げた転位が再度縦方向に伝播した
り、横方向に曲がらない縦方向の転位が残留するという
不都合があった。それによって、従来の選択横方向成長
を用いる窒化物系半導体の形成方法では、転位密度を1
×106cm-3より小さくすることは困難であった。
In the above-described conventional method for forming a nitride semiconductor using selective lateral growth, the density of threading dislocations reaching the surface of the GaN layer is obtained by bending the vertical dislocations in the horizontal direction. Was reduced. However, when the GaN layer is grown to a required thickness as a GaN substrate, dislocations bent in the horizontal direction are propagated in the vertical direction again, and vertical dislocations that are not bent in the horizontal direction remain. Thus, in the conventional method of forming a nitride-based semiconductor using selective lateral growth, the dislocation density is reduced to 1%.
It was difficult to make it smaller than × 10 6 cm −3 .

【0007】また、上記した従来の選択横方向成長を用
いる窒化物系半導体の形成方法では、縦方向の転位を横
方向に曲げるのみで、横方向の転位は残るので、縦方向
に移動する電子および正孔は、その横方向の転位を横切
って移動することになる。このため、電子および正孔
は、転位を横切る際に、転位から散乱を受けるので、電
子および正孔の縦方向の移動度が低下する。それによっ
て、縦方向の抵抗率が増加するという不都合が生じる。
このように縦方向の抵抗率が増加すると、縦方向通電に
よる発熱によって、発光素子の発光特性が悪化するとい
う問題点があった。
In the above-described conventional method of forming a nitride-based semiconductor using selective lateral growth, only vertical dislocations are bent in the horizontal direction, and the horizontal dislocations remain. And holes will move across the lateral dislocations. Therefore, the electrons and holes are scattered from the dislocations when crossing the dislocations, so that the vertical mobilities of the electrons and holes are reduced. This causes a disadvantage that the resistivity in the vertical direction increases.
As described above, when the resistivity in the vertical direction increases, there is a problem in that the light emission characteristics of the light emitting element are deteriorated due to heat generated by the current flowing in the vertical direction.

【0008】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の一つの目的は、
縦方向および横方向の両方の転位を低減することが可能
な窒化物系半導体の形成方法を提供することである。
[0008] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one object of the present invention is to provide:
An object of the present invention is to provide a method for forming a nitride-based semiconductor capable of reducing dislocations in both the vertical and horizontal directions.

【0009】この発明のもう一つの目的は、縦方向およ
び横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体層を
含む良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を提供
することである。
Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device having good device characteristics including a nitride semiconductor layer in which dislocations in both the vertical and horizontal directions are reduced.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明の一の局面によ
る窒化物系半導体の形成方法は、下地の上面上に、第1
窒化物系半導体層を選択横方向成長させることによっ
て、第1窒化物系半導体層からなるファセットを形成す
る工程と、ファセットの表面上に、格子定数の異なる2
つの層が交互に積層された周期構造を有する超格子層を
形成する工程と、ファセットの表面上に形成された超格
子層上に、第2窒化物系半導体層を選択横方向成長させ
る工程とを備えている。
According to one aspect of the present invention, there is provided a method of forming a nitride-based semiconductor, comprising the steps of:
Forming a facet made of the first nitride-based semiconductor layer by selectively laterally growing the nitride-based semiconductor layer; and forming a facet having a different lattice constant on the surface of the facet.
Forming a superlattice layer having a periodic structure in which two layers are alternately stacked; and selectively growing a second nitride-based semiconductor layer in the lateral direction on the superlattice layer formed on the facet surface. It has.

【0011】この一の局面による窒化物系半導体の形成
方法では、転位が伝播しやすいすべり面となるファセッ
トの表面上に、格子定数の異なる2つの層が交互に積層
された周期構造を有する超格子層を形成することによっ
て、ファセットにより横方向に曲げられた転位は、超格
子層の格子不整合によって発生した界面応力により、超
格子層の延びる方向と平行な方向にさらに曲げられやす
くなる。これにより、超格子層の延びる方向と平行な方
向に曲げられた転位同士がぶつかることによる転位の結
合・消滅が起こりやすくなるので、横方向の転位を低減
することができる。このため、電子および正孔の縦方向
の移動度を向上させることができるので、縦方向の抵抗
率を減少させることができる。その結果、縦方向通電に
よる発熱を抑制することができるので、発光素子の発光
特性が悪化するのを防止することができる。また、横方
向の転位が低減された超格子層上に第2窒化物系半導体
層を選択横方向成長させることによって、縦方向の転位
もより低減することができる。その結果、縦方向および
横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体層を形
成することができる。
In the method for forming a nitride-based semiconductor according to this aspect, a superstructure having a periodic structure in which two layers having different lattice constants are alternately stacked on a facet which is a slip surface through which dislocations easily propagate is provided. By forming the lattice layer, the dislocations bent laterally by the facets are more easily bent in a direction parallel to the direction in which the superlattice layer extends, due to the interface stress generated by the lattice mismatch of the superlattice layer. Accordingly, dislocations bent in a direction parallel to the direction in which the superlattice layer extends collide with each other, so that the dislocations are likely to be coupled or eliminated, so that lateral dislocations can be reduced. For this reason, the mobility of electrons and holes in the vertical direction can be improved, and the resistivity in the vertical direction can be reduced. As a result, heat generation due to vertical energization can be suppressed, so that the light emission characteristics of the light emitting element can be prevented from deteriorating. In addition, by selectively laterally growing the second nitride-based semiconductor layer on the superlattice layer in which lateral dislocations have been reduced, longitudinal dislocations can be further reduced. As a result, a nitride-based semiconductor layer in which dislocations in both the vertical direction and the horizontal direction are reduced can be formed.

【0012】上記一の局面による窒化物系半導体の形成
方法において、好ましくは、第1窒化物系半導体層は、
GaN、および、AlabIncTldGa1-a-b-c-d
(0≦a<1,0≦b<1,0≦c<1,0≦d<1、
a+b+c+d<1)のいずれかを含み、第2窒化物系
半導体層は、GaN、および、AlefIngTlhGa
1-e-f-g-hN(0≦e<1,0≦f<1,0≦g<1,
0≦h<1、e+f+g+h<1)のいずれかを含み、
超格子層は、周期状のInxGa1-xN/AlyGa1-y
(0≦x<1,0≦y≦1)、周期状のInxGa1-x
/AlyGa1- yN(0≦x≦1,0<y≦1)、およ
び、周期状のInuAlvGa1-u-vN/InxAlyGa
1-x-yN(0≦u<1,0≦v<1,0≦x<1,0≦
y<1;InuAlvGa1-u-vNの格子定数は、Inx
yGa1-x-yNの格子定数よりも小さい)からなるグル
ープより選択される1つを含む。このように構成すれ
ば、容易に、超格子層に格子不整合を生じさせることが
できる。
In the method for forming a nitride-based semiconductor according to the one aspect, preferably, the first nitride-based semiconductor layer comprises:
GaN, and, Al a B b In c Tl d Ga 1-abcd N
(0 ≦ a <1, 0 ≦ b <1, 0 ≦ c <1, 0 ≦ d <1,
comprise any of a + b + c + d < 1), the second nitride semiconductor layer, GaN, and, Al e B f In g Tl h Ga
1-efgh N (0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1, 0 ≦ g <1,
0 ≦ h <1, e + f + g + h <1),
Superlattice layer is periodic of In x Ga 1-x N / Al y Ga 1-y N
(0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1), periodic In x Ga 1-x N
/ Al y Ga 1- y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) and periodic In u Al v Ga 1-uv N / In x Al y Ga
1-xy N (0 ≦ u <1,0 ≦ v <1,0 ≦ x <1,0 ≦
y <1; In u Al v lattice constant of the Ga 1-uv N is, an In x A
including one selected from the group consisting of less) than the lattice constant of the l y Ga 1-xy N. With this configuration, it is possible to easily cause lattice mismatch in the superlattice layer.

【0013】上記の窒化物系半導体の形成方法におい
て、好ましくは、下地は、基板を含み、 第1窒化物系
半導体層からなるファセットを形成する工程は、基板の
上面上に、基板の上面の一部が露出するように、マスク
層を形成する工程と、マスク層を用いて、露出された基
板の上面上に、第1窒化物系半導体層を選択横方向成長
させることによってファセットを形成する工程とを含
み、第2窒化物系半導体層を選択横方向成長させる工程
は、ファセットの表面上に超格子層を形成した後、第2
窒化物系半導体層を選択横方向成長させることによっ
て、実質的に平坦な表面を有する第2窒化物系半導体層
を形成する工程を含む。このように構成すれば、基板上
に下地層を形成することなく、基板上に直接第1窒化物
系半導体層および第2窒化物系半導体層を形成すること
ができるので、基板上に形成される層の合計膜厚を薄く
することができる。また、ファセットの表面上に超格子
層を形成した後、第2窒化物系半導体層を選択横方向成
長させることにより、容易に、横方向および縦方向の転
位を低減することができる。
In the above-described method for forming a nitride-based semiconductor, preferably, the step of forming a facet including the substrate and the first nitride-based semiconductor layer includes forming a facet on the upper surface of the substrate. Forming a mask layer so that a portion thereof is exposed, and forming a facet by selectively laterally growing a first nitride-based semiconductor layer on the exposed upper surface of the substrate using the mask layer. The step of selectively growing the second nitride-based semiconductor layer in the lateral direction comprises forming a superlattice layer on the surface of the facet,
Forming a second nitride-based semiconductor layer having a substantially flat surface by selectively growing the nitride-based semiconductor layer in a lateral direction. According to this structure, the first nitride-based semiconductor layer and the second nitride-based semiconductor layer can be formed directly on the substrate without forming an underlayer on the substrate. The total thickness of the layers can be reduced. After forming the superlattice layer on the surface of the facet, the second nitride-based semiconductor layer is selectively grown in the lateral direction, so that the dislocations in the horizontal and vertical directions can be easily reduced.

【0014】上記の窒化物系半導体の形成方法におい
て、好ましくは、下地は、基板上に形成した第3窒化物
系半導体層を含み、第1窒化物系半導体層からなるファ
セットを形成する工程は、第3窒化物系半導体層の面上
に、第3窒化物系半導体層の上面の一部が露出するよう
に、マスク層を形成する工程と、マスク層を用いて、露
出された第3窒化物系半導体層の面上に、第1窒化物系
半導体層を選択横方向成長させることによってファセッ
トを形成する工程とを含み、第2窒化物系半導体層を選
択横方向成長させる工程は、ファセットの表面上に超格
子層を形成した後、第2窒化物系半導体層をさらに選択
横方向成長させることによって、実質的に平坦な表面を
有する第2窒化物系半導体層を形成する工程を含む。こ
のように構成すれば、容易に、横方向および縦方向の転
位を低減することができる。
In the above-described method for forming a nitride-based semiconductor, preferably, the step of forming a facet including the third nitride-based semiconductor layer formed on the substrate and forming the facet made of the first nitride-based semiconductor layer is preferably performed. Forming a mask layer on the surface of the third nitride-based semiconductor layer such that a part of the upper surface of the third nitride-based semiconductor layer is exposed; Forming a facet on the surface of the nitride-based semiconductor layer by selectively growing the first nitride-based semiconductor layer in the lateral direction, and selectively growing the second nitride-based semiconductor layer in the lateral direction. Forming a superlattice layer on the surface of the facet and then selectively laterally growing the second nitride-based semiconductor layer to form a second nitride-based semiconductor layer having a substantially flat surface. Including. With this configuration, the dislocations in the horizontal and vertical directions can be easily reduced.

【0015】この場合、好ましくは、マスク層を用い
て、露出された第3窒化物系半導体層の面上に、第1窒
化物系半導体層を選択横方向成長させることによってフ
ァセットを形成する工程は、さらに、マスク層をマスク
として第3窒化物系半導体層をエッチングすることによ
って、第3窒化物系半導体層の側面を露出させる工程
と、第3窒化物系半導体層の露出された側面を成長界面
として、第1窒化物系半導体層を選択横方向成長させる
ことによってファセットを形成する工程とを含む。この
ように構成すれば、第3窒化物系半導体層の縦方向の転
位が第1窒化物系半導体層に伝播されないので、第1窒
化物系半導体層の転位をより低減することができる。
In this case, preferably, a step of forming a facet by selectively laterally growing the first nitride-based semiconductor layer on the exposed surface of the third nitride-based semiconductor layer using a mask layer. Further exposing a side surface of the third nitride-based semiconductor layer by etching the third nitride-based semiconductor layer using the mask layer as a mask; and exposing the exposed side surface of the third nitride-based semiconductor layer. Forming a facet by selectively growing the first nitride-based semiconductor layer in the lateral direction as the growth interface. According to this structure, the dislocations in the vertical direction of the third nitride-based semiconductor layer are not propagated to the first nitride-based semiconductor layer, so that the dislocations of the first nitride-based semiconductor layer can be further reduced.

【0016】上記の窒化物系半導体の形成方法におい
て、好ましくは、下地は、凹凸形状を有する基板を含
み、第1窒化物系半導体層からなるファセットを形成す
る工程は、凹凸形状を有する基板上に、第1窒化物系半
導体層を選択横方向成長させることによってファセット
を形成する工程を含み、第2窒化物系半導体層を選択横
方向成長させる工程は、ファセットの表面上に超格子層
を形成した後、第2窒化物系半導体層を選択横方向成長
させることによって、実質的に平坦な表面を有する第2
窒化物系半導体層を形成する工程を含む。このように凹
凸形状の基板を用いれば、マスク層を形成することな
く、容易に、第1窒化部系半導体層の選択横方向成長を
行うことができる。また、ファセットの表面上に超格子
層を形成した後、第2窒化物系半導体層を選択横方向成
長させることにより、容易に、横方向および縦方向の転
位を低減することができる。
In the above-described method for forming a nitride-based semiconductor, preferably, the underlayer includes a substrate having an uneven shape, and the step of forming a facet made of the first nitride-based semiconductor layer is preferably performed on the substrate having the uneven shape. And forming a facet by selectively growing the first nitride-based semiconductor layer in the lateral direction. The step of selectively growing the second nitride-based semiconductor layer in the lateral direction comprises forming a superlattice layer on the surface of the facet. After the formation, the second nitride-based semiconductor layer is selectively laterally grown to form a second nitride semiconductor layer having a substantially flat surface.
Forming a nitride-based semiconductor layer. By using a substrate having such an uneven shape, selective lateral growth of the first nitride-based semiconductor layer can be easily performed without forming a mask layer. After forming the superlattice layer on the surface of the facet, the second nitride-based semiconductor layer is selectively grown in the lateral direction, so that the dislocations in the horizontal and vertical directions can be easily reduced.

【0017】上記の窒化物系半導体の形成方法におい
て、好ましくは、ファセットは、第1ファセットおよび
第2ファセットを含み、超格子層は、第1超格子層およ
び第2超格子層を含み、超格子層を形成する工程および
第2窒化物系半導体層を選択横方向成長させる工程は、
第1ファセットの表面上に、第1超格子層を形成する工
程と、第1超格子層を形成した後、第1窒化物系半導体
層をさらに選択横方向成長させることによって第2ファ
セットを形成する工程と、第2ファセットの表面上に、
第2超格子層を形成する工程と、第2超格子層を形成し
た後、第2窒化物系半導体層を選択横方向成長させるこ
とによって、実質的に平坦な表面を有する第2窒化物系
半導体層を形成する工程とを含む。このように、第1超
格子層および第2超格子層を形成することによって、超
格子層を1回のみ形成する場合に比べて、横方向の転位
をより低減することができる。
In the above-described method of forming a nitride-based semiconductor, preferably, the facet includes a first facet and a second facet, and the superlattice layer includes a first superlattice layer and a second superlattice layer. Forming the lattice layer and selectively growing the second nitride-based semiconductor layer in the lateral direction;
Forming a first superlattice layer on the surface of the first facet, forming the first superlattice layer, and then forming a second facet by further selectively growing the first nitride-based semiconductor layer in the lateral direction; And on the surface of the second facet,
Forming a second superlattice layer, and, after forming the second superlattice layer, selectively growing the second nitride-based semiconductor layer in a lateral direction to form a second nitride-based semiconductor layer having a substantially flat surface. Forming a semiconductor layer. As described above, by forming the first superlattice layer and the second superlattice layer, lateral dislocations can be further reduced as compared with a case where the superlattice layer is formed only once.

【0018】この発明の他の局面による窒化物系半導体
素子は、下地の上面上に形成された第1窒化物系半導体
層からなるファセットと、ファセットの表面上に形成さ
れ、格子不整合を生じる2つの層が交互に積層された周
期構造を有する超格子層と、超格子層を覆うように形成
され、実質的に平坦な表面を有する第2窒化物系半導体
層と、第2窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を
有する窒化物系半導体素子層とを備えている。
A nitride-based semiconductor device according to another aspect of the present invention has a facet formed of a first nitride-based semiconductor layer formed on an upper surface of a base and formed on a surface of the facet, causing lattice mismatch. A superlattice layer having a periodic structure in which two layers are alternately stacked, a second nitride-based semiconductor layer formed so as to cover the superlattice layer and having a substantially flat surface, and a second nitride-based semiconductor layer. A nitride-based semiconductor device layer formed on the semiconductor layer and having a device region.

【0019】この他の局面による窒化物系半導体素子で
は、転位が伝播しやすいすべり面となるファセットの表
面上に、格子定数のことなる2つの層が交互に積層され
た周期構造を有する超格子層を形成することによって、
ファセットにより横方向に曲げられた転位は、超格子層
の格子不整合によって発生した界面応力により、超格子
層の延びる方向と平行な方向にさらに曲げられやすくな
る。これにより、超格子層の延びる方向と平行な方向に
曲げられた転位同士がぶつかることによる転位の結合・
消滅が起こりやすくなるので、横方向の転位を低減する
ことができる。このため、電子および正孔の縦方向の移
動度を向上させることができるので、縦方向の抵抗率を
減少させることができる。その結果、縦方向通電による
発熱を抑制することができるので、発光素子の発光特性
が悪化するのを防止することができる。また、横方向の
転位が低減された超格子層上に第2窒化物系半導体層を
選択横方向成長させることによって、縦方向の転位もよ
り低減することができる。その結果、縦方向および横方
向の両方の転位が低減された窒化物系半導体層を得るこ
とができる。そして、そのような縦方向および横方向の
両方の転位が低減された窒化物系半導体層上に、素子領
域を有する窒化物系半導体素子層を成長させれば、良好
な素子特性を有する窒化物系半導体素子を形成すること
ができる。
In the nitride-based semiconductor device according to another aspect, a superlattice having a periodic structure in which two layers having different lattice constants are alternately stacked on a facet which is a slip surface through which dislocations easily propagate. By forming a layer,
Dislocations bent laterally by the facets are more likely to be bent in a direction parallel to the direction in which the superlattice layer extends, due to the interfacial stress generated by the lattice mismatch of the superlattice layer. As a result, dislocations coupled by dislocations bent in a direction parallel to the direction in which the superlattice layer extends collide with each other.
Since extinction is likely to occur, lateral dislocations can be reduced. For this reason, the mobility of electrons and holes in the vertical direction can be improved, and the resistivity in the vertical direction can be reduced. As a result, heat generation due to vertical energization can be suppressed, so that the light emission characteristics of the light emitting element can be prevented from deteriorating. In addition, by selectively laterally growing the second nitride-based semiconductor layer on the superlattice layer in which lateral dislocations have been reduced, longitudinal dislocations can be further reduced. As a result, a nitride-based semiconductor layer in which dislocations in both the vertical and horizontal directions are reduced can be obtained. Then, by growing a nitride-based semiconductor element layer having an element region on such a nitride-based semiconductor layer in which dislocations in both the vertical direction and the horizontal direction are reduced, a nitride having good element characteristics can be obtained. A system semiconductor element can be formed.

【0020】上記一の局面による窒化物系半導体の形成
方法において、好ましくは、第1窒化物系半導体層は、
GaN、および、AlabIncTldGa1-a-b-c-d
(0≦a<1,0≦b<1,0≦c<1,0≦d<1、
a+b+c+d<1)のいずれかを含み、第2窒化物系
半導体層は、GaN、および、AlefIngTlhGa
1-e-f-g-hN(0≦e<1,0≦f<1,0≦g<1,
0≦h<1、e+f+g+h<1)のいずれかを含み、
超格子層は、周期状のInxGa1-xN/AlyGa1-y
(0≦x<1,0≦y≦1)、周期状のInxGa1-x
/AlyGa1- yN(0≦x≦1,0<y≦1)、およ
び、周期状のInuAlvGa1-u-vN/InxAlyGa
1-x-yN(0≦u<1,0≦v<1,0≦x<1,0≦
y<1;InuAlvGa1-u-vNの格子定数は、Inx
yGa1-x-yNの格子定数よりも小さい)からなるグル
ープより選択される1つを含む。このように構成すれ
ば、容易に、超格子層に格子不整合を生じさせることが
できる。
In the method for forming a nitride semiconductor according to the one aspect, preferably, the first nitride semiconductor layer comprises:
GaN, and, Al a B b In c Tl d Ga 1-abcd N
(0 ≦ a <1, 0 ≦ b <1, 0 ≦ c <1, 0 ≦ d <1,
comprise any of a + b + c + d < 1), the second nitride semiconductor layer, GaN, and, Al e B f In g Tl h Ga
1-efgh N (0 ≦ e <1, 0 ≦ f <1, 0 ≦ g <1,
0 ≦ h <1, e + f + g + h <1),
Superlattice layer is periodic of In x Ga 1-x N / Al y Ga 1-y N
(0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1), periodic In x Ga 1-x N
/ Al y Ga 1- y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) and periodic In u Al v Ga 1-uv N / In x Al y Ga
1-xy N (0 ≦ u <1,0 ≦ v <1,0 ≦ x <1,0 ≦
y <1; In u Al v lattice constant of the Ga 1-uv N is, an In x A
including one selected from the group consisting of less) than the lattice constant of the l y Ga 1-xy N. With this configuration, it is possible to easily cause lattice mismatch in the superlattice layer.

【0021】上記の窒化物系半導体素子において、好ま
しくは、下地は、基板を含み、基板の上面上に、基板の
上面の一部が露出するように形成されたマスク層をさら
に備え、ファセットは、露出された基板の上面上に形成
されている。このように構成すれば、基板上に下地層を
形成することなく、基板上に直接第1窒化物系半導体層
および第2窒化物系半導体層を形成することができるの
で、基板上に形成される層の合計膜厚を薄くすることが
できる。
In the above-described nitride-based semiconductor device, preferably, the base includes a substrate, and further includes a mask layer formed on the upper surface of the substrate so as to expose a part of the upper surface of the substrate. , Formed on the upper surface of the exposed substrate. According to this structure, the first nitride-based semiconductor layer and the second nitride-based semiconductor layer can be formed directly on the substrate without forming an underlayer on the substrate. The total thickness of the layers can be reduced.

【0022】上記の窒化物系半導体素子において、好ま
しくは、下地は、基板上に形成した第3窒化物系半導体
層を含み、第3窒化物系半導体層の上面上に、第3窒化
物系半導体層の上面の一部が露出するように形成された
マスク層をさらに備え、ファセットは、露出された第3
窒化物系半導体層の面上に形成されている。このように
構成すれば、マスク層を用いて容易に第1窒化物系半導
体層からなるファセットを形成することができる。
In the above-mentioned nitride-based semiconductor device, the underlayer preferably includes a third nitride-based semiconductor layer formed on the substrate, and the third nitride-based semiconductor layer is formed on the upper surface of the third nitride-based semiconductor layer. The semiconductor device further includes a mask layer formed so that a part of the upper surface of the semiconductor layer is exposed, and the facet includes an exposed third surface.
It is formed on the surface of the nitride-based semiconductor layer. With this configuration, a facet made of the first nitride-based semiconductor layer can be easily formed using the mask layer.

【0023】この場合、好ましくは、下地は、側面が露
出された第3窒化物系半導体層を含み、ファセットは、
少なくとも第3窒化物系半導体層の側面に接触するよう
に形成されている。このように構成すれば、第3窒化物
系半導体層の側面を成長界面として、容易に、第1窒化
物系半導体層の選択横方向成長を行うことができる。
In this case, preferably, the underlayer includes a third nitride-based semiconductor layer whose side surface is exposed, and the facet includes:
It is formed so as to contact at least the side surface of the third nitride-based semiconductor layer. With this configuration, selective lateral growth of the first nitride-based semiconductor layer can be easily performed using the side surface of the third nitride-based semiconductor layer as a growth interface.

【0024】上記の窒化物系半導体素子において、好ま
しくは、下地は、凹凸形状を有する基板を含み、ファセ
ットは、基板の凹部の底面上と基板の凸部の上面上とに
形成されている。このように凹凸形状の基板を用いれ
ば、マスク層を形成することなく、容易に、第1窒化物
系半導体層の選択横方向成長を行うことができる。
In the above-described nitride semiconductor device, preferably, the base includes a substrate having an uneven shape, and the facets are formed on the bottom surface of the concave portion of the substrate and on the upper surface of the convex portion of the substrate. The use of the substrate having such a concavo-convex shape facilitates the selective lateral growth of the first nitride-based semiconductor layer without forming a mask layer.

【0025】上記の窒化物系半導体素子において、好ま
しくは、ファセットは、第1ファセットおよび第2ファ
セットを含み、超格子層は、第1超格子層および第2超
格子層を含み、第1超格子層は、第1ファセットの表面
上に形成されており、第2ファセットは、第1超格子層
を覆うように形成されており、第2超格子層は、第2フ
ァセットの表面上に形成されている。このように、第1
超格子層および第2超格子層を形成することによって、
超格子層を1回のみ形成する場合に比べて、横方向の転
位をより低減することができる。
In the above-described nitride-based semiconductor device, preferably, the facet includes a first facet and a second facet, and the superlattice layer includes a first superlattice layer and a second superlattice layer. The lattice layer is formed on the surface of the first facet, the second facet is formed to cover the first superlattice layer, and the second superlattice layer is formed on the surface of the second facet Have been. Thus, the first
By forming a superlattice layer and a second superlattice layer,
Dislocations in the lateral direction can be further reduced as compared with the case where the superlattice layer is formed only once.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】(第1実施形態)図1〜図6は、本発明の
第1実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説明す
るための断面図である。図1〜図6を参照して、第1実
施形態による窒化物系半導体の形成方法について説明す
る。
(First Embodiment) FIGS. 1 to 6 are sectional views for explaining a method of forming a nitride semiconductor according to a first embodiment of the present invention. The method for forming the nitride-based semiconductor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

【0028】まず、図1に示すように、サファイア基板
1上に、MOCVD法(MetalOrganic C
hemical Vapor Deposition;
有機金属気相成長法)またはHVPE法(Hydrid
e Vaper Phase Epitaxy;ハライ
ド気相成長法)などを用いて、約500℃〜約600℃
の成長温度で、約20nmの膜厚を有するAlxGa1-x
N(0≦x≦1)からなる低温バッファ層2を形成す
る。そして、MOCVD法またはHVPE法などを用い
て、約1050℃の成長温度で、低温バッファ層2上
に、約1μm〜約2μmの膜厚を有する第1GaN層3
を成長させる。なお、サファイア基板1は、本発明の
「基板」の一例であり、第1GaN層3は、本発明の
「下地(第3窒化物系半導体層)」の一例である。
First, as shown in FIG. 1, a MOCVD method (Metal Organic C) is formed on a sapphire substrate 1.
chemical Vapor Deposition;
Metalorganic vapor phase epitaxy) or HVPE (Hydrid)
e Vapor Phase Epitaxy (halide vapor phase epitaxy), etc.
Al x Ga 1-x having a thickness of about 20 nm at a growth temperature of
A low-temperature buffer layer 2 made of N (0 ≦ x ≦ 1) is formed. Then, the first GaN layer 3 having a thickness of about 1 μm to about 2 μm is formed on the low-temperature buffer layer 2 at a growth temperature of about 1050 ° C. by using the MOCVD method or the HVPE method.
Grow. The sapphire substrate 1 is an example of the “substrate” of the present invention, and the first GaN layer 3 is an example of the “base (third nitride-based semiconductor layer)” of the present invention.

【0029】次に、図2に示すように、第1GaN層3
の上面上の全面に、SiO2膜からなるマスク層4を形
成する。このマスク層4を、ウェットエッチングするこ
とにより、図3に示されるようなストライプ状のマスク
層4を形成する。
Next, as shown in FIG. 2, the first GaN layer 3
A mask layer 4 made of a SiO 2 film is formed on the entire upper surface of the substrate. The mask layer 4 is wet-etched to form a stripe-shaped mask layer 4 as shown in FIG.

【0030】この後、図4に示すように、再度、基板温
度を約1050℃まで上昇させて、第1GaN層3上
に、第2GaN層5を形成する。この場合、SiO2
らなるマスク層4上には、GaN層は成長しにくい。こ
のため、成長初期の第2GaN層5は、SiO2からな
るマスク層4の間に露出した第1GaN層3上に、上方
向に選択的に成長する。これにより、SiO2からなる
マスク層4の間に露出した第1GaN層3上にのみ、図
4に示されるような、断面が三角形状のファセット構造
を有する第2GaN層5が形成される。なお、第2Ga
N層5は、本発明の「第1窒化物系半導体層」の一例で
ある。
After that, as shown in FIG. 4, the substrate temperature is raised again to about 1050 ° C., and the second GaN layer 5 is formed on the first GaN layer 3. In this case, it is difficult for the GaN layer to grow on the mask layer 4 made of SiO 2 . Therefore, the second GaN layer 5 in the initial stage of growth selectively grows upward on the first GaN layer 3 exposed between the mask layers 4 made of SiO 2 . As a result, a second GaN layer 5 having a facet structure with a triangular cross section as shown in FIG. 4 is formed only on the first GaN layer 3 exposed between the mask layers 4 made of SiO 2 . The second Ga
The N layer 5 is an example of the “first nitride-based semiconductor layer” of the present invention.

【0031】この後、第1実施形態では、基板温度を約
800℃まで下げた後、ファセット面のみで構成されて
いるとともに、c面が現れてない第2GaN層5からな
る三角形状のファセットの表面上に、図5に示すよう
に、格子定数の異なる2つの層(In0.05Ga0.95
(膜厚:約4nm)/Al0.3Ga0.7N(膜厚:約4n
m))からなる積層膜を8回積層することによって、超
格子層6を形成する。
After that, in the first embodiment, after the substrate temperature is lowered to about 800 ° C., a triangular facet made of the second GaN layer 5 composed only of the facet surface and having no c-plane appears. On the surface, as shown in FIG. 5, two layers having different lattice constants (In 0.05 Ga 0.95 N
(Thickness: about 4 nm) / Al 0.3 Ga 0.7 N (Thickness: about 4 n
The superlattice layer 6 is formed by laminating the laminated film composed of m)) eight times.

【0032】この場合、第2GaN層5からなるファセ
ットの表面(ファセット面)は、成長途中の結晶(第2
GaN層5)のすべり面である。転位はこのすべり面に
沿って伝播しやすい性質を有する。また、格子定数の異
なる2つの層が交互に積層された周期構造を有する超格
子層6では、格子不整合によって発生した界面応力によ
って、超格子層6の延びる方向と平行な方向に転位が曲
がりやすい。それによって、ファセットの横方向の転位
は、ファセットのすべり面(ファセット面)の表面上に
形成された超格子層6に沿って曲がりやすくなる。これ
により、超格子層6において、横方向に曲げられた転位
同士がぶつかることによる転位の結合・消滅が起こりや
すくなるので、横方向の転位が低減される。
In this case, the surface (facet plane) of the facet composed of the second GaN layer 5 is formed by the growing crystal (second face).
This is the slip surface of the GaN layer 5). Dislocations have the property of easily propagating along this slip plane. In the superlattice layer 6 having a periodic structure in which two layers having different lattice constants are alternately stacked, dislocations are bent in a direction parallel to the direction in which the superlattice layer 6 extends due to interface stress generated by lattice mismatch. Cheap. Thereby, the lateral dislocation of the facet is easily bent along the superlattice layer 6 formed on the surface of the slip surface (facet surface) of the facet. Thereby, in the superlattice layer 6, since dislocations bent in the horizontal direction collide with each other, the dislocations are likely to be coupled and annihilated, so that the dislocations in the horizontal direction are reduced.

【0033】そして、図6に示すように、再度、基板温
度を約1050℃まで上昇させて、選択横方向成長によ
り、超格子層6上およびマスク層4上に第3GaN層7
を成長させる。この第3GaN層7は、まず、ファセッ
トの表面上の超格子層6上に成長される。さらに、第3
GaN層7は、横方向に成長する。この横方向成長によ
って、マスク層4上にも第3GaN層7が形成される。
そして、最終的には、各第3GaN層7が合体して、上
面が平坦な連続膜からなる第3GaN層7が形成され
る。なお、この第3GaN層7は、本発明の「第2窒化
物系半導体層」の一例である。
Then, as shown in FIG. 6, the substrate temperature is raised again to about 1050 ° C., and the third GaN layer 7 is formed on the superlattice layer 6 and the mask layer 4 by selective lateral growth.
Grow. This third GaN layer 7 is first grown on the superlattice layer 6 on the facet surface. In addition, the third
The GaN layer 7 grows in the lateral direction. The third GaN layer 7 is also formed on the mask layer 4 by the lateral growth.
Finally, the third GaN layers 7 are united to form the third GaN layer 7 made of a continuous film having a flat upper surface. The third GaN layer 7 is an example of the “second nitride-based semiconductor layer” of the present invention.

【0034】第1実施形態では、上記のように、第2G
aN層5からなるファセットの表面上に、格子定数の異
なる2つの層(In0.05Ga0.95N/Al0.3Ga
0.7N)が互いに積層された周期構造を有する超格子層
6を形成することによって、横方向の転位を低減するこ
とができるので、電子および正孔の縦方向の移動度を向
上させることができる。これにより、縦方向の抵抗率を
減少させることができるので、縦方向通電による発熱を
抑制することができ、その結果、発光素子の発光特性が
悪化するのを防止することができる。
In the first embodiment, as described above, the second G
Two layers (In 0.05 Ga 0.95 N / Al 0.3 Ga) having different lattice constants are formed on the surface of the facet composed of the aN layer 5.
By forming the superlattice layer 6 having a periodic structure in which 0.7 N) are stacked on each other, lateral dislocations can be reduced, so that the vertical mobility of electrons and holes can be improved. . Accordingly, the resistivity in the vertical direction can be reduced, so that heat generation due to the current flowing in the vertical direction can be suppressed, and as a result, the emission characteristics of the light emitting element can be prevented from deteriorating.

【0035】また、第1実施形態では、上記のように、
横方向の転位が低減された超格子層6上に、第3GaN
層7を選択横方向成長させることによって、縦方向の転
位もより低減することができる。その結果、縦方向およ
び横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体層
(第3GaN層7)を形成することができる。
In the first embodiment, as described above,
On the superlattice layer 6 with reduced lateral dislocations, a third GaN
By selectively growing the layer 7 in the lateral direction, the longitudinal dislocations can be further reduced. As a result, a nitride-based semiconductor layer (third GaN layer 7) in which dislocations in both the vertical direction and the horizontal direction are reduced can be formed.

【0036】また、第1実施形態では、上記のように、
超格子層6上に成長される第3GaN層7が平坦化した
段階で、縦方向および横方向の両方の転位が低減された
窒化物系半導体層が形成される。これにより、窒化物系
半導体層(第3GaN層7)の厚みを薄くすることがで
きるので、サファイア基板1と窒化物系半導体層との熱
膨張係数の差に起因する反りやクラックなどの発生を低
減することができる。
In the first embodiment, as described above,
When the third GaN layer 7 grown on the superlattice layer 6 is flattened, a nitride-based semiconductor layer in which dislocations in both the vertical and horizontal directions are reduced is formed. Thereby, the thickness of the nitride-based semiconductor layer (third GaN layer 7) can be reduced, so that the occurrence of warpage or cracks due to the difference in thermal expansion coefficient between the sapphire substrate 1 and the nitride-based semiconductor layer can be prevented. Can be reduced.

【0037】したがって、第1実施形態では、縦方向お
よび横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体を
形成することができる。
Therefore, in the first embodiment, it is possible to form a nitride-based semiconductor in which dislocations in both the vertical and horizontal directions are reduced.

【0038】図7は、上記した第1実施形態の窒化物系
半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を
示した断面図である。次に、図7を参照して、第1実施
形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した半導
体レーザ素子の構造について説明する。なお、「半導体
レーザ素子」は、本発明の「窒化物系半導体素子」の一
例である。
FIG. 7 is a sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the first embodiment. Next, the structure of a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The “semiconductor laser device” is an example of the “nitride-based semiconductor device” of the present invention.

【0039】第1実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図6に示した第1実施形態による第3GaN層
7上に、図7に示すように、n型GaNからなるn型コ
ンタクト層8、n型AlGaNからなるn型クラッド層
9および発光層10が形成されている。発光層10上に
は、p型AlGaNからなるp型クラッド層11が凸部
を有するように形成されている。p型クラッド層11の
凸部の上面上の全面と接触するように、p型GaNから
なるp型コンタクト層12が形成されている。また、p
型コンタクト層12の露出された上面上には、p側電極
13が形成されている。また、p型クラッド層12から
n型コンタクト層8までの一部領域が除去されている。
そのn型コンタクト層8の露出した表面には、n側電極
14が形成されている。
The structure of the semiconductor laser device of the first embodiment is such that an n-type contact layer 8 of n-type GaN is formed on the third GaN layer 7 of the first embodiment shown in FIG. 6 as shown in FIG. , An n-type cladding layer 9 and a light-emitting layer 10 made of n-type AlGaN. On the light emitting layer 10, a p-type cladding layer 11 made of p-type AlGaN is formed so as to have a convex portion. A p-type contact layer 12 made of p-type GaN is formed so as to be in contact with the entire upper surface of the projection of the p-type cladding layer 11. Also, p
On the exposed upper surface of the mold contact layer 12, a p-side electrode 13 is formed. Further, a part of the region from the p-type cladding layer 12 to the n-type contact layer 8 is removed.
An n-side electrode 14 is formed on the exposed surface of the n-type contact layer 8.

【0040】なお、n型コンタクト層8、n型クラッド
層9、発光層10、p型クラッド層11およびp型コン
タクト層12は、本発明の「素子領域を有する窒化物系
半導体素子層」の一例である。
The n-type contact layer 8, the n-type cladding layer 9, the light-emitting layer 10, the p-type cladding layer 11, and the p-type contact layer 12 correspond to the “nitride-based semiconductor element layer having an element region” of the present invention. This is an example.

【0041】上記した第1実施形態の半導体レーザ素子
では、図1〜図6に示した第1実施形態の窒化物系半導
体の形成方法を用いて形成された縦方向および横方向の
両方の転位が低減された第3GaN層7を下地層とし
て、その上に各層8〜12を形成することによって、各
層8〜12において良好な結晶性を実現することができ
る。これにより、第1実施形態では、良好な素子特性を
有する半導体レーザ素子を得ることができる。
In the above-described semiconductor laser device of the first embodiment, both the vertical and horizontal dislocations formed by using the nitride-based semiconductor forming method of the first embodiment shown in FIGS. By forming each of the layers 8 to 12 on the third GaN layer 7 in which is reduced, as a base layer, good crystallinity can be realized in each of the layers 8 to 12. Thus, in the first embodiment, a semiconductor laser device having good device characteristics can be obtained.

【0042】(第2実施形態)図8〜図11は、本発明
の第2実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説明
するための断面図である。この第2実施形態では、上記
第1実施形態と異なり、ファセットおよび超格子層を複
数回(本実施形態では3回)繰り返して形成した例を示
している。以下、図8〜図11参照して、第2実施形態
による窒化物系半導体の形成方法について詳細に説明す
る。
(Second Embodiment) FIGS. 8 to 11 are sectional views for explaining a method of forming a nitride-based semiconductor according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, unlike the first embodiment, an example is shown in which facets and superlattice layers are formed a plurality of times (three times in the present embodiment). Hereinafter, the method for forming the nitride-based semiconductor according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

【0043】まず、第1実施形態の図1〜図5に示した
プロセスと同様のプロセスを用いて、図8に示すよう
に、サファイア基板21上に、AlxGa1-xN(0≦x
≦1)からなる低温バッファ層22、GaNからなる第
1GaN層23、および、SiO2からなるマスク層2
4を順次形成する。そして、選択横方向成長により、マ
スク層24間に露出した第1GaN層23上に、GaN
からなる断面が三角形状の第1ファセット25を形成す
る。そして、三角形状の第1ファセット25の表面上
に、格子定数の異なる2つの層(In0.05Ga0.95
(膜厚:約4nm)/Al0.3Ga0.7N(膜厚:約4n
m))からなる積層膜を8回積層することによって、第
1超格子層26を形成する。
First, using a process similar to that shown in FIGS. 1 to 5 of the first embodiment, as shown in FIG. 8, an Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x
≦ 1) low-temperature buffer layer 22 made of a GaN second 1GaN layer 23 made of, and the mask layer 2 made of SiO 2
4 are sequentially formed. Then, the GaN is exposed on the first GaN layer 23 exposed between the mask layers 24 by the selective lateral growth.
Forms a first facet 25 having a triangular cross section. Then, two layers (In 0.05 Ga 0.95 N) having different lattice constants are formed on the surface of the triangular first facet 25.
(Thickness: about 4 nm) / Al 0.3 Ga 0.7 N (Thickness: about 4 n
The first superlattice layer 26 is formed by laminating the laminated film composed of m)) eight times.

【0044】なお、サファイア基板21は、本発明の
「基板」の一例であり、第1GaN層23は、本発明の
「下地(第3窒化物系半導体層)」の一例である。ま
た、第1ファセット25は、本発明の「第1窒化物系半
導体層」の一例である。
The sapphire substrate 21 is an example of the “substrate” of the present invention, and the first GaN layer 23 is an example of the “base (third nitride-based semiconductor layer)” of the present invention. The first facet 25 is an example of the “first nitride-based semiconductor layer” of the present invention.

【0045】この後、第2実施形態では、図9に示すよ
うに、第1超格子層26上に、選択横方向成長を用い
て、GaNからなる断面が三角形状の第2ファセット2
7を形成する。そして、三角形状の第2ファセット27
の表面上に、第1超格子層26と同様の構成を有する第
2超格子層28を形成する。
Thereafter, in the second embodiment, as shown in FIG. 9, the second facet 2 made of GaN and having a triangular cross section is formed on the first superlattice layer 26 by using selective lateral growth.
7 is formed. Then, the triangular second facet 27
A second superlattice layer 28 having the same configuration as the first superlattice layer 26 is formed on the surface of the first superlattice layer 26.

【0046】さらに、図10に示すように、超格子層2
8上に、選択横方向成長を用いて、GaNからなる断面
が三角形状の第3ファセット29を形成した後、三角形
状の第3ファセット29の表面上に、第1超格子層26
および第2超格子層28と同様の構成を有する第3超格
子層30を形成する。
Further, as shown in FIG.
On the surface of the triangular third facet 29, the first superlattice layer 26 is formed on the surface of the triangular third facet 29 by using selective lateral growth.
Then, a third superlattice layer 30 having a configuration similar to that of the second superlattice layer 28 is formed.

【0047】このように、ファセットの表面上に、超格
子層を形成する工程を3回繰り返した後、図11に示す
ように、再度、基板温度を約1050℃まで上昇させ
て、選択横方向成長により、第3超格子層30上および
マスク層24上にGaNからなる第2GaN層31を成
長させる。この第2GaN層31は、第3超格子層30
上に成長された後、マスク層24上を横方向に成長す
る。そして、最終的には、各第2GaN層31が合体し
て、上面が平坦な連続膜からなる第2GaN層31が形
成される。なお、この第2GaN層31は、本発明の
「第2窒化物系半導体層」の一例である。
After the process of forming the superlattice layer on the surface of the facet is repeated three times, the substrate temperature is increased again to about 1050 ° C. as shown in FIG. By the growth, the second GaN layer 31 made of GaN is grown on the third superlattice layer 30 and the mask layer 24. This second GaN layer 31 is
After being grown thereon, it grows laterally on the mask layer 24. Finally, the second GaN layers 31 are combined to form the second GaN layer 31 formed of a continuous film having a flat upper surface. The second GaN layer 31 is an example of the “second nitride-based semiconductor layer” of the present invention.

【0048】第2実施形態では、上記のように、第1超
格子層26、第2超格子層28および第3超格子層30
を形成することによって、第1実施形態の超格子層6を
1回のみ形成する場合に比べて、横方向の転位をより低
減することができる。
In the second embodiment, as described above, the first superlattice layer 26, the second superlattice layer 28, and the third superlattice layer 30
By forming, the dislocation in the lateral direction can be further reduced as compared with the case where the superlattice layer 6 of the first embodiment is formed only once.

【0049】また、第2実施形態では、上記のように、
横方向の転位が低減された第3超格子層30上に、第2
GaN層31を選択横方向成長させることによって、縦
方向の転位もより低減することができる。その結果、縦
方向および横方向の両方の転位がより低減された窒化物
系半導体層(第2GaN層31)を形成することができ
る。
In the second embodiment, as described above,
The second superlattice layer 30 having reduced lateral dislocations has a second
By selectively growing the GaN layer 31 in the lateral direction, dislocations in the vertical direction can be further reduced. As a result, a nitride-based semiconductor layer (second GaN layer 31) in which dislocations in both the vertical direction and the horizontal direction are further reduced can be formed.

【0050】図12は、上記した第2実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子
を示した断面図である。次に、図12を参照して、第2
実施形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した
半導体レーザ素子の構造について説明する。
FIG. 12 is a sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the second embodiment. Next, referring to FIG.
A structure of a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the embodiment will be described.

【0051】第2実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図11に示した第2実施形態による第2GaN
層31上に、第1実施形態と同様、n型コンタクト層
8、n型クラッド層9、発光層10、p型クラッド層1
1およびp型コンタクト層12が形成されている。な
お、各層8〜12の組成は、第1実施形態と同様であ
る。
The structure of the semiconductor laser device according to the second embodiment is similar to that of the second GaN according to the second embodiment shown in FIG.
On the layer 31, as in the first embodiment, the n-type contact layer 8, the n-type cladding layer 9, the light emitting layer 10, the p-type cladding layer 1
1 and a p-type contact layer 12 are formed. The composition of each of the layers 8 to 12 is the same as in the first embodiment.

【0052】また、p型コンタクト層12の上面上に
は、p側電極13が形成されるとともに、一部領域が除
去されて露出されたn型コンタクト層8の表面には、n
側電極14が形成されている。
On the upper surface of the p-type contact layer 12, a p-side electrode 13 is formed.
A side electrode 14 is formed.

【0053】上記した第2実施形態の半導体レーザ素子
では、図8〜図11に示した第2実施形態の窒化物系半
導体の形成方法を用いて形成された縦方向および横方向
の両方の転位が低減された第2GaN層31を下地層と
して、その上に各層8〜12を形成することによって、
各層8〜12において良好な結晶性を実現することがで
きる。これにより、第2実施形態では、良好な素子特性
を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
In the above-described semiconductor laser device of the second embodiment, both the vertical and horizontal dislocations formed by using the method of forming the nitride-based semiconductor of the second embodiment shown in FIGS. By forming each of the layers 8 to 12 on the second GaN layer 31 in which is reduced as a base layer,
Good crystallinity can be realized in each of the layers 8 to 12. Thus, in the second embodiment, a semiconductor laser device having good device characteristics can be obtained.

【0054】(第3実施形態)図13〜図17は、本発
明の第3実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説
明するための断面図である。この第3実施形態では、サ
ファイア基板41上に直接マスク層42を形成した後、
マスク層42間に露出したサファイア基板41上に、第
1GaN層44からなるファセットと、超格子層45と
を形成した例を示している。以下、図13〜図17参照
して、第3実施形態による窒化物系半導体の形成方法に
ついて詳細に説明する。
(Third Embodiment) FIGS. 13 to 17 are sectional views for explaining a method of forming a nitride-based semiconductor according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, after forming a mask layer 42 directly on a sapphire substrate 41,
An example is shown in which a facet made of a first GaN layer 44 and a superlattice layer 45 are formed on a sapphire substrate 41 exposed between mask layers 42. Hereinafter, the method for forming the nitride-based semiconductor according to the third embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

【0055】まず、図13に示すように、サファイア基
板41の上面上の全面に、SiN膜からなるマスク層4
2を形成する。このマスク層42を、ウェットエッチン
グすることにより、図14に示されるようなストライプ
状のマスク層42を形成する。なお、サファイア基板4
1は、本発明の「基板」の一例である。
First, as shown in FIG. 13, a mask layer 4 made of a SiN film is formed on the entire upper surface of the sapphire substrate 41.
Form 2 The mask layer 42 is wet-etched to form a stripe-shaped mask layer 42 as shown in FIG. The sapphire substrate 4
1 is an example of the “substrate” of the present invention.

【0056】次に、図15に示すように、マスク層42
間に露出したサファイア基板41上に、約500℃〜約
600℃の成長温度で、約20nmの膜厚を有するAl
xGa1-xN(0≦x≦1)からなる低温バッファ層43
を形成する。そして、基板温度を約1050℃まで上昇
させて、その低温バッファ層43上に、選択横方向成長
により、断面が三角形状のファセット構造を有する第1
GaN層44を形成する。なお、第1GaN層44は、
本発明の「第1窒化物系半導体層」の一例である。
Next, as shown in FIG.
On the sapphire substrate 41 exposed in between, at a growth temperature of about 500 ° C. to about 600 ° C., an Al film having a film thickness of about 20 nm
x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) made of low-temperature buffer layer 43
To form Then, the substrate temperature is raised to about 1050 ° C., and a first facet structure having a triangular cross section is formed on the low-temperature buffer layer 43 by selective lateral growth.
A GaN layer 44 is formed. Note that the first GaN layer 44 is
It is an example of the "first nitride-based semiconductor layer" of the present invention.

【0057】この後、図16に示すように、基板温度を
約800℃まで下げた後、ファセット面のみで構成され
ているとともに、c面が現れてない三角形状のファセッ
トの表面上に、格子定数の異なる2つの層(In0.05
0.95N(膜厚:約4nm)/Al0.3Ga0.7N(膜
厚:約4nm))からなる積層膜を8回積層することに
よって、超格子層45を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 16, after the substrate temperature is lowered to about 800 ° C., a lattice is formed on the surface of the triangular facet which is constituted only by the facet surface and has no c-plane. Two layers with different constants (In 0.05 G
The superlattice layer 45 is formed by laminating a laminated film composed of a 0.95 N (film thickness: about 4 nm) / Al 0.3 Ga 0.7 N (film thickness: about 4 nm) eight times.

【0058】次に、図17に示すように、再度、基板温
度を約1050℃まで上昇させて、選択横方向成長によ
り、超格子層45上およびマスク層42上に第2GaN
層46を成長させる。この第2GaN層46は、超格子
層45上に成長された後、マスク層42上を横方向に成
長する。そして、最終的には、各第2GaN層46が合
体して、上面が平坦な連続膜からなる第2GaN層46
が形成される。なお、この第2GaN層46は、本発明
の「第2窒化物系半導体層」の一例である。
Next, as shown in FIG. 17, the substrate temperature is again raised to about 1050 ° C., and the second GaN is formed on the superlattice layer 45 and the mask layer 42 by selective lateral growth.
The layer 46 is grown. The second GaN layer 46 is grown on the superlattice layer 45 and then on the mask layer 42 in the lateral direction. Then, finally, the second GaN layers 46 are united to form the second GaN layer 46 formed of a continuous film having a flat upper surface.
Is formed. The second GaN layer 46 is an example of the “second nitride-based semiconductor layer” of the present invention.

【0059】第3実施形態では、上記のように、サファ
イア基板41上に下地層を形成することなく、サファイ
ア基板41上に直接マスク層42を形成した後、マスク
層42間に露出したサファイア基板41上に、低温バッ
ファ層43を介して、第1GaN層44からなるファセ
ットと、超格子層45と、第2GaN層46とを形成す
ることによって、サファイア基板41上に形成される層
の合計膜厚を薄くすることができる。
In the third embodiment, as described above, after forming the mask layer 42 directly on the sapphire substrate 41 without forming the underlayer on the sapphire substrate 41, the sapphire substrate exposed between the mask layers 42 is formed. By forming a facet made of the first GaN layer 44, a superlattice layer 45, and a second GaN layer 46 on the low-temperature buffer layer 43 via the low-temperature buffer layer 43, the total film of the layers formed on the sapphire substrate 41 is formed. The thickness can be reduced.

【0060】また、第3実施形態では、上記のように、
第1GaN層44からなるファセットの表面上に、格子
定数の異なる2つの層(In0.05Ga0.95N/Al0.3
Ga0 .7N)が互いに積層された周期構造を有する超格
子層45を形成することによって、ファセットにより横
方向に曲げられた転位は、超格子層45の格子不整合に
よって発生した界面応力により、超格子層45の延びる
方向と平行な方向にさらに曲げられやすくなる。これに
より、超格子層45の延びる方向と平行な方向に曲げら
れた転位同士がぶつかることによる転位の結合・消滅が
起こりやすくなるので、横方向の転位を低減することが
できる。このため、電子および正孔の縦方向の移動度を
向上させることができるので、縦方向の抵抗率を減少さ
せることができる。その結果、縦方向通電による発熱を
抑制することができるので、発光素子の発光特性が悪化
するのを防止することができる。
In the third embodiment, as described above,
On the surface of the facet composed of the first GaN layer 44, two layers (In 0.05 Ga 0.95 N / Al 0.3
By Ga 0 .7 N) to form a super lattice layer 45 having stacked periodic structure to each other, dislocations bent laterally by the facets, the interfacial stress generated by the lattice mismatch of the superlattice layer 45 , Can be more easily bent in a direction parallel to the direction in which the superlattice layer 45 extends. Thereby, dislocations bent in a direction parallel to the direction in which the superlattice layer 45 extends collide with each other, so that the dislocations are likely to be coupled or eliminated, so that lateral dislocations can be reduced. For this reason, the mobility of electrons and holes in the vertical direction can be improved, and the resistivity in the vertical direction can be reduced. As a result, heat generation due to vertical energization can be suppressed, so that the light emission characteristics of the light emitting element can be prevented from deteriorating.

【0061】また、第3実施形態では、上記のように、
横方向の転位が低減された超格子層45上に、第2Ga
N層46を選択横方向成長させることによって、縦方向
の転位もより低減することができる。その結果、縦方向
および横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体
層(第2GaN層46)を形成することができる。
In the third embodiment, as described above,
The second Ga is formed on the superlattice layer 45 in which the lateral dislocations are reduced.
By selectively growing the N layer 46 in the lateral direction, dislocations in the vertical direction can be further reduced. As a result, a nitride-based semiconductor layer (second GaN layer 46) in which dislocations in both the vertical direction and the horizontal direction are reduced can be formed.

【0062】したがって、第3実施形態では、縦方向お
よび横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体を
形成することができる。
Therefore, in the third embodiment, it is possible to form a nitride-based semiconductor with reduced dislocations in both the vertical and horizontal directions.

【0063】図18は、上記した第3実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子
を示した断面図である。次に、図18を参照して、第3
実施形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した
半導体レーザ素子の構造について説明する。
FIG. 18 is a sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the third embodiment. Next, referring to FIG.
A structure of a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the embodiment will be described.

【0064】第3実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図17に示した第3実施形態による第2GaN
層46上に、第1実施形態と同様、n型コンタクト層
8、n型クラッド層9、発光層10、p型クラッド層1
1およびp型コンタクト層12が形成されている。な
お、各層8〜12の組成は、第1実施形態と同様であ
る。
The structure of the semiconductor laser device according to the third embodiment is similar to that of the second GaN device according to the third embodiment shown in FIG.
On the layer 46, as in the first embodiment, the n-type contact layer 8, the n-type cladding layer 9, the light emitting layer 10, the p-type cladding layer 1
1 and a p-type contact layer 12 are formed. The composition of each of the layers 8 to 12 is the same as in the first embodiment.

【0065】また、p型コンタクト層12の上面上に
は、p側電極13が形成されるとともに、一部領域が除
去されて露出されたn型コンタクト層8の表面には、n
側電極14が形成されている。
On the upper surface of the p-type contact layer 12, a p-side electrode 13 is formed. On the surface of the n-type contact layer 8 which is partially removed and exposed,
A side electrode 14 is formed.

【0066】上記した第3実施形態の半導体レーザ素子
では、図13〜図17に示した第3実施形態の窒化物系
半導体の形成方法を用いて形成された縦方向および横方
向の両方の転位が低減された第2GaN層46を下地層
として、その上に各層8〜12を形成することによっ
て、各層8〜12において良好な結晶性を実現すること
ができる。これにより、第3実施形態では、良好な素子
特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
In the semiconductor laser device of the third embodiment described above, both the vertical and horizontal dislocations formed by using the method of forming the nitride-based semiconductor of the third embodiment shown in FIGS. By forming each of the layers 8 to 12 on the second GaN layer 46 in which is reduced as a base layer, good crystallinity can be realized in each of the layers 8 to 12. Thus, in the third embodiment, a semiconductor laser device having good device characteristics can be obtained.

【0067】(第4実施形態)図19〜図23は、本発
明の第4実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説
明するための断面図である。この第4実施形態では、エ
ッチングにより露出された第1GaN層53の側面を成
長界面として、第2GaN層55からなるファセットを
形成した後、ファセットの表面上に超格子層56を形成
した例を示している。なお、エッチングにより露出され
た第1GaN層53の側面を成長界面として、第2Ga
N層55からなるファセットを形成する方法は、ペンデ
オ成長と呼ばれており、たとえば、Appl.Phy
s.Lett.Vol.75,No.2,12 Jul
y 1999に開示されている。以下、図19〜図23
参照して、第4実施形態による窒化物系半導体の形成方
法について詳細に説明する。
(Fourth Embodiment) FIGS. 19 to 23 are sectional views for explaining a method of forming a nitride-based semiconductor according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, an example is shown in which after forming a facet composed of the second GaN layer 55 with the side surface of the first GaN layer 53 exposed by etching as a growth interface, a superlattice layer 56 is formed on the surface of the facet. ing. The side of the first GaN layer 53 exposed by etching is used as a growth interface, and the second Ga
A method of forming a facet composed of the N layer 55 is called pendeo growth. Phys
s. Lett. Vol. 75, no. 2,12 Jul
y 1999. Hereinafter, FIGS. 19 to 23
The method for forming the nitride-based semiconductor according to the fourth embodiment will be described in detail with reference to FIG.

【0068】まず、第1実施形態の図1〜図5に示した
プロセスと同様のプロセスを用いて、図19に示すよう
に、サファイア基板51上に、AlxGa1-xN(0≦x
≦1)からなる低温バッファ層52、および、GaNか
らなる第1GaN層53を順次形成する。その第1Ga
N層53の上面上の全面に、SiO2膜からなるマスク
層54を形成する。なお、サファイア基板51は、本発
明の「基板」の一例であり、第1GaN層53は、本発
明の「下地(第3窒化物系半導体層)」の一例である。
First, using a process similar to that shown in FIGS. 1 to 5 of the first embodiment, as shown in FIG. 19, an Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x
A low temperature buffer layer 52 of ≦ 1) and a first GaN layer 53 of GaN are sequentially formed. The first Ga
A mask layer 54 made of a SiO 2 film is formed on the entire upper surface of the N layer 53. The sapphire substrate 51 is an example of the “substrate” of the present invention, and the first GaN layer 53 is an example of the “base (third nitride-based semiconductor layer)” of the present invention.

【0069】この後、第4実施形態では、プラズマエッ
チングを用いて、マスク層54と第1GaN層53とを
ストライプ状にエッチングする。それによって、図20
に示されるような、パターニングされたマスク層54と
第1GaN層53とが形成される。
Thereafter, in the fourth embodiment, the mask layer 54 and the first GaN layer 53 are etched in a stripe shape by using plasma etching. As a result, FIG.
The patterned mask layer 54 and the first GaN layer 53 are formed as shown in FIG.

【0070】次に、基板温度を約1050℃まで上昇さ
せて、上記のようにして露出された第1GaN層53の
側面を成長界面として、選択横方向成長により、第1G
aN層53間に露出した低温バッファ層52上に、断面
が三角形状のファセット構造を有する第2GaN層55
を形成する。なお、第2GaN層55は、本発明の「第
1窒化物系半導体層」の一例である。
Next, the temperature of the substrate is raised to about 1050 ° C., and the side surfaces of the first GaN layer 53 exposed as described above are used as growth interfaces to perform the first lateral growth by selective lateral growth.
On the low-temperature buffer layer 52 exposed between the aN layers 53, a second GaN layer 55 having a facet structure with a triangular cross section is provided.
To form The second GaN layer 55 is an example of the “first nitride-based semiconductor layer” of the present invention.

【0071】そして、図22に示すように、基板温度を
約800℃まで下げた後、ファセット面のみで構成され
ているとともに、c面が現れてない三角形状のファセッ
トの表面上に、格子定数の異なる2つの層(In0.05
0.95N(膜厚:約4nm)/Al0.3Ga0.7N(膜
厚:約4nm))からなる積層膜を8回積層することに
よって、超格子層56を形成する。
Then, as shown in FIG. 22, after the substrate temperature is lowered to about 800 ° C., a lattice constant is formed on the surface of the triangular facet which is constituted only by the facet surface and has no c-plane. Two layers (In 0.05 G
The superlattice layer 56 is formed by laminating a laminated film composed of a 0.95 N (film thickness: about 4 nm) / Al 0.3 Ga 0.7 N (film thickness: about 4 nm) eight times.

【0072】次に、図23に示すように、再度、基板温
度を約1050℃まで上昇させて、選択横方向成長によ
り、超格子層56上およびマスク層54上に第3GaN
層57を成長させる。この第3GaN層57は、超格子
層56上に成長された後、マスク層54上を横方向に成
長する。そして、最終的には、各第3GaN層57が合
体して、上面が平坦な連続膜からなる第3GaN層57
が形成される。なお、この第3GaN層57は、本発明
の「第2窒化物系半導体層」の一例である。
Next, as shown in FIG. 23, the substrate temperature is raised again to about 1050 ° C., and the third GaN layer is formed on the superlattice layer 56 and the mask layer 54 by selective lateral growth.
The layer 57 is grown. The third GaN layer 57 is grown on the superlattice layer 56 and then laterally on the mask layer 54. Finally, the third GaN layers 57 are united, and the third GaN layer 57 is formed of a continuous film having a flat upper surface.
Is formed. The third GaN layer 57 is an example of the “second nitride semiconductor layer” of the present invention.

【0073】第4実施形態では、上記のように、エッチ
ングにより露出された第1GaN層53の側面を成長界
面として、第2GaN層55からなるファセットを形成
することによって、第1GaN層53の縦方向の転位が
第2GaN層55に伝播されないので、第2GaN層5
5の転位をより低減することができる。
In the fourth embodiment, as described above, a facet made of the second GaN layer 55 is formed with the side surface of the first GaN layer 53 exposed by etching as a growth interface, so that the vertical direction of the first GaN layer 53 is Are not propagated to the second GaN layer 55, so that the second GaN layer 5
5 can be further reduced.

【0074】また、第4実施形態では、第2GaN層5
5からなるファセットの表面上に、格子定数の異なる2
つの層(In0.05Ga0.95N/Al0.3Ga0.7N)が互
いに積層された周期構造を有する超格子層56を形成す
ることによって、ファセットにより横方向に曲げられた
転位は、超格子層56の格子不整合によって発生した界
面応力により、超格子層56の延びる方向と平行な方向
にさらに曲げられやすくなる。これにより、超格子層5
6の延びる方向と平行な方向に曲げられた転位同士がぶ
つかることによる転位の結合・消滅が起こりやすくなる
ので、横方向の転位を低減することができる。このた
め、電子および正孔の縦方向の移動度を向上させること
ができるので、縦方向の抵抗率を減少させることができ
る。その結果、縦方向通電による発熱を抑制することが
できるので、発光素子の発光特性が悪化するのを防止す
ることができる。
In the fourth embodiment, the second GaN layer 5
5 having different lattice constants on the surface of
By forming the superlattice layer 56 having a periodic structure in which two layers (In 0.05 Ga 0.95 N / Al 0.3 Ga 0.7 N) are stacked on each other, the dislocations bent in the lateral direction by the facets cause the dislocations of the super lattice layer 56. The interface stress generated by the lattice mismatch makes it easier to bend in a direction parallel to the direction in which the superlattice layer 56 extends. Thereby, the superlattice layer 5
Since dislocations bent in a direction parallel to the direction in which the dislocations 6 collide with each other are likely to be coupled and eliminated due to collision with each other, lateral dislocations can be reduced. For this reason, the mobility of electrons and holes in the vertical direction can be improved, and the resistivity in the vertical direction can be reduced. As a result, heat generation due to vertical energization can be suppressed, so that the light emission characteristics of the light emitting element can be prevented from deteriorating.

【0075】また、第4実施形態では、上記のように、
横方向の転位が低減された超格子層56上に、第3Ga
N層57を選択横方向成長させることによって、縦方向
の転位もより低減することができる。その結果、縦方向
および横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体
層(第3GaN層57)を形成することができる。
In the fourth embodiment, as described above,
The third Ga is formed on the superlattice layer 56 in which the lateral dislocations are reduced.
By selectively growing the N layer 57 in the lateral direction, the dislocation in the vertical direction can be further reduced. As a result, a nitride-based semiconductor layer (third GaN layer 57) in which dislocations in both the vertical and horizontal directions are reduced can be formed.

【0076】したがって、第4実施形態では、縦方向お
よび横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体を
形成することができる。
Therefore, in the fourth embodiment, it is possible to form a nitride-based semiconductor with reduced dislocations in both the vertical and horizontal directions.

【0077】図24は、上記した第4実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子
を示した断面図である。次に、図24を参照して、第4
実施形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した
半導体レーザ素子の構造について説明する。
FIG. 24 is a sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the fourth embodiment. Next, referring to FIG.
A structure of a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the embodiment will be described.

【0078】第4実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図23に示した第4実施形態による第3GaN
層57上に、第1実施形態と同様、n型コンタクト層
8、n型クラッド層9、発光層10、p型クラッド層1
1およびp型コンタクト層12が形成されている。な
お、各層8〜12の組成は、第1実施形態と同様であ
る。
The structure of the semiconductor laser device of the fourth embodiment is similar to that of the third GaN device according to the fourth embodiment shown in FIG.
On the layer 57, as in the first embodiment, the n-type contact layer 8, the n-type cladding layer 9, the light emitting layer 10, the p-type cladding layer 1
1 and a p-type contact layer 12 are formed. The composition of each of the layers 8 to 12 is the same as in the first embodiment.

【0079】また、p型コンタクト層12の上面上に
は、p側電極13が形成されるとともに、一部領域が除
去されて露出されたn型コンタクト層8の表面には、n
側電極14が形成されている。
On the upper surface of the p-type contact layer 12, a p-side electrode 13 is formed. On the surface of the n-type contact layer 8 which is partially removed and exposed,
A side electrode 14 is formed.

【0080】上記した第4実施形態の半導体レーザ素子
では、図19〜図23に示した第4実施形態の窒化物系
半導体の形成方法を用いて形成された縦方向および横方
向の両方の転位が低減された第3GaN層57を下地層
として、その上に各層8〜12を形成することによっ
て、各層8〜12において良好な結晶性を実現すること
ができる。これにより、第4実施形態では、良好な素子
特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
In the semiconductor laser device of the fourth embodiment described above, both the vertical and horizontal dislocations formed by using the method of forming the nitride-based semiconductor of the fourth embodiment shown in FIGS. By forming each of the layers 8 to 12 on the third GaN layer 57 in which is reduced, as a base layer, good crystallinity can be realized in each of the layers 8 to 12. Thus, in the fourth embodiment, a semiconductor laser device having good device characteristics can be obtained.

【0081】(第5実施形態)図25〜図28は、本発
明の第5実施形態による窒化物系半導体の形成方法を説
明するための断面図である。この第5実施形態では、凹
凸形状を有するサファイア基板61上に、第1GaN層
63からなるファセットを形成した後、ファセットの表
面上に超格子層64を形成した例を示している。以下、
図25〜図28参照して、第5実施形態による窒化物系
半導体の形成方法について詳細に説明する。
(Fifth Embodiment) FIGS. 25 to 28 are sectional views for explaining a method of forming a nitride-based semiconductor according to a fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, an example is shown in which a facet composed of a first GaN layer 63 is formed on a sapphire substrate 61 having an uneven shape, and then a superlattice layer 64 is formed on the surface of the facet. Less than,
The method for forming the nitride-based semiconductor according to the fifth embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

【0082】まず、図25に示すように、プラズマエッ
チングなどを用いて、サファイア基板61をストライプ
状の凹凸形状を有するように形成する。そして、図26
に示すように、サファイア基板61の凸部の上面上およ
び凸部の底面上に、約500℃〜約600℃の成長温度
で、約20nmの膜厚を有するAlxGa1-xN(0≦x
≦1)からなる低温バッファ層62を成長させる。な
お、サファイア基板61は、本発明の「基板」の一例で
ある。
First, as shown in FIG. 25, a sapphire substrate 61 is formed so as to have a striped unevenness by plasma etching or the like. And FIG.
As shown in the figure, an Al x Ga 1 -xN (0) film having a thickness of about 20 nm is formed on the upper surface of the convex portion and the bottom surface of the convex portion of the sapphire substrate 61 at a growth temperature of about 500 ° C. to about 600 ° C. ≤x
A low temperature buffer layer 62 of ≦ 1) is grown. The sapphire substrate 61 is an example of the “substrate” of the present invention.

【0083】この後、図27に示すように、基板温度を
約1050℃まで上昇させて、選択横方向成長により、
低温バッファ層62上に、断面が三角形状のファセット
構造を有する第1GaN層63を成長させる。そして、
基板温度を約800℃まで下げた後、ファセット面のみ
で構成されており、c面が現れてない三角形状のファセ
ットの表面上に、格子定数の異なる2つの層(In0.05
Ga0.95N(膜厚:約4nm)/Al0.3Ga0.7N(膜
厚:約4nm))からなる積層膜を8回積層することに
よって、超格子層64を形成する。なお、第1GaN層
63は、本発明の「第1窒化物系半導体層」の一例であ
る。
Thereafter, as shown in FIG. 27, the substrate temperature is raised to about 1050 ° C., and by selective lateral growth,
On the low-temperature buffer layer 62, a first GaN layer 63 having a facet structure having a triangular cross section is grown. And
After the substrate temperature is lowered to about 800 ° C., two layers (In 0.05) having different lattice constants are formed on the surface of a triangular facet which is composed only of facets and does not have a c-plane.
The superlattice layer 64 is formed by laminating a multilayer film of Ga 0.95 N (thickness: about 4 nm) / Al 0.3 Ga 0.7 N (thickness: about 4 nm) eight times. The first GaN layer 63 is an example of the “first nitride-based semiconductor layer” of the present invention.

【0084】次に、図28に示すように、再度、基板温
度を約1050℃まで上昇させて、横方向成長により、
超格子層64上に、GaNからなる第2GaN層65を
成長させる。この第2GaN層65は、超格子層64上
に成長された後、横方向にも成長する。そして、最終的
には、各第2GaN層65が合体して、上面が平坦な連
続膜からなる第2GaN層65が形成される。なお、こ
の第2GaN層65は、本発明の「第2窒化物系半導体
層」の一例である。
Next, as shown in FIG. 28, the substrate temperature is raised again to about 1050 ° C., and by lateral growth,
On the superlattice layer 64, a second GaN layer 65 made of GaN is grown. The second GaN layer 65 also grows in the lateral direction after being grown on the superlattice layer 64. Then, finally, the second GaN layers 65 are united to form the second GaN layer 65 made of a continuous film having a flat upper surface. The second GaN layer 65 is an example of the “second nitride-based semiconductor layer” of the present invention.

【0085】第5実施形態では、上記のように、サファ
イア基板61を凹凸形状に形成するとともに、サファイ
ア基板61の凸部の上面上および凸部の底面上に、低温
バッファ層62を介して第1GaN層63を形成するこ
とによって、マスク層を形成することなく、第1GaN
層63からなるファセットを選択横方向成長により形成
することができる。
In the fifth embodiment, as described above, the sapphire substrate 61 is formed in an uneven shape, and the sapphire substrate 61 is formed on the upper surface of the convex portion and the lower surface of the convex portion via the low-temperature buffer layer 62. By forming the first GaN layer 63, the first GaN layer 63 can be formed without forming a mask layer.
Facets consisting of layer 63 can be formed by selective lateral growth.

【0086】また、第5実施形態では、上記のように、
凹凸形状を有するサファイア基板61上に形成された第
1GaN層63からなるファセットの表面上に、格子定
数の異なる2つの層(In0.05Ga0.95N/Al0.3
0.7N)が互いに積層された周期構造を有する超格子
層64を形成することによって、ファセットにより横方
向に曲げられた転位は、超格子層64の格子不整合によ
って発生した界面応力により、超格子層64の延びる方
向と平行な方向にさらに曲げられやすくなる。これによ
り、超格子層64の延びる方向と平行な方向に曲げられ
た転位同士がぶつかることによる転位の結合・消滅が起
こりやすくなるので、横方向の転位を低減することがで
きる。このため、電子および正孔の縦方向の移動度を向
上させることができるので、縦方向の抵抗率を減少させ
ることができる。その結果、縦方向通電による発熱を抑
制することができるので、発光素子の発光特性が悪化す
るのを防止することができる。
In the fifth embodiment, as described above,
Two layers having different lattice constants (In 0.05 Ga 0.95 N / Al 0.3 G) are formed on the surface of the facet composed of the first GaN layer 63 formed on the sapphire substrate 61 having the uneven shape.
a 0.7 N) to form a superlattice layer 64 having a periodic structure stacked on each other, the dislocations bent in the lateral direction by the facets cause superlattice stress generated by lattice mismatch of the superlattice layer 64 to cause superlattice stress. It becomes easier to bend in a direction parallel to the direction in which the lattice layer 64 extends. Thereby, the dislocations bent in the direction parallel to the direction in which the superlattice layer 64 extends collide with each other, so that the dislocations are likely to be combined and eliminated, so that the lateral dislocations can be reduced. For this reason, the mobility of electrons and holes in the vertical direction can be improved, and the resistivity in the vertical direction can be reduced. As a result, heat generation due to vertical energization can be suppressed, so that the light emission characteristics of the light emitting element can be prevented from deteriorating.

【0087】また、第5実施形態では、上記のように、
横方向の転位が低減された超格子層64上に、第2Ga
N層65を選択横方向成長させることによって、縦方向
の転位もより低減することができる。その結果、縦方向
および横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体
層(第2GaN層65)を形成することができる。
In the fifth embodiment, as described above,
The second Ga is formed on the superlattice layer 64 in which the lateral dislocations are reduced.
By selectively growing the N layer 65 in the horizontal direction, the dislocation in the vertical direction can be further reduced. As a result, a nitride-based semiconductor layer (second GaN layer 65) in which dislocations in both the vertical and horizontal directions are reduced can be formed.

【0088】したがって、第5実施形態では、縦方向お
よび横方向の両方の転位が低減された窒化物系半導体を
形成することができる。
Therefore, in the fifth embodiment, it is possible to form a nitride-based semiconductor with reduced dislocations in both the vertical and horizontal directions.

【0089】図29は、上記した第5実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子
を示した断面図である。次に、図29を参照して、第5
実施形態の窒化物系半導体の形成方法を用いて製造した
半導体レーザ素子の構造について説明する。
FIG. 29 is a sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the fifth embodiment. Next, referring to FIG.
A structure of a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride semiconductor according to the embodiment will be described.

【0090】第5実施形態の半導体レーザ素子の構造と
しては、図28に示した第5実施形態による第2GaN
層65上に、第1実施形態と同様、n型コンタクト層
8、n型クラッド層9、発光層10、p型クラッド層1
1およびp型コンタクト層12が形成されている。な
お、各層8〜12の組成は、第1実施形態と同様であ
る。
The structure of the semiconductor laser device of the fifth embodiment is similar to that of the second GaN device according to the fifth embodiment shown in FIG.
On the layer 65, as in the first embodiment, the n-type contact layer 8, the n-type cladding layer 9, the light-emitting layer 10, the p-type cladding layer 1
1 and a p-type contact layer 12 are formed. The composition of each of the layers 8 to 12 is the same as in the first embodiment.

【0091】また、p型コンタクト層12の上面上に
は、p側電極13が形成されるとともに、一部領域が除
去されて露出されたn型コンタクト層8の表面には、n
側電極14が形成されている。
On the upper surface of the p-type contact layer 12, a p-side electrode 13 is formed. On the surface of the n-type contact layer 8 which is partially removed and exposed,
A side electrode 14 is formed.

【0092】上記した第5実施形態の半導体レーザ素子
では、図25〜図28に示した第5実施形態の窒化物系
半導体の形成方法を用いて形成された縦方向および横方
向の両方の転位が低減された第2GaN層65を下地層
として、その上に各層8〜12を形成することによっ
て、各層8〜12において良好な結晶性を実現すること
ができる。これにより、第5実施形態では、良好な素子
特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
In the semiconductor laser device of the fifth embodiment described above, both the vertical and horizontal dislocations formed by using the nitride semiconductor forming method of the fifth embodiment shown in FIGS. By forming each of the layers 8 to 12 on the second GaN layer 65 in which is reduced as a base layer, good crystallinity can be realized in each of the layers 8 to 12. Thus, in the fifth embodiment, a semiconductor laser device having good device characteristics can be obtained.

【0093】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。
It should be noted that the embodiment disclosed this time is an example in all respects and is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

【0094】たとえば、上記第1〜第5実施形態では、
サファイア基板を基板として用いたが、本発明はこれに
限らず、Si、SiC、AlmGa1-mN(0≦m≦1)
またはGaAsなどの他の材料からなる基板を用いても
同様の効果を得ることができる。
For example, in the first to fifth embodiments,
Although a sapphire substrate was used as the substrate, the present invention is not limited to this, and Si, SiC, Al m Ga 1-m N (0 ≦ m ≦ 1)
Alternatively, a similar effect can be obtained by using a substrate made of another material such as GaAs.

【0095】また、上記第2実施形態では、ファセット
および超格子層を3回形成したが、本発明はこれに限ら
ず、ファセットおよび超格子層を2回形成してもよい
し、4回以上形成してもよい。
In the second embodiment, the facet and the superlattice layer are formed three times. However, the present invention is not limited to this. The facet and the superlattice layer may be formed twice, or four or more times. It may be formed.

【0096】また、上記第3〜第5実施形態では、ファ
セットおよび超格子層を1回形成したが、本発明はこれ
に限らず、ファセットおよび超格子層を2回以上形成し
てもよい。このようにすれば、より横方向の転位を低減
することができる。
In the third to fifth embodiments, the facet and the superlattice layer are formed once. However, the present invention is not limited to this, and the facet and the superlattice layer may be formed two or more times. By doing so, the lateral dislocation can be further reduced.

【0097】また、上記第1〜第5実施形態では、In
0.05Ga0.95N/Al0.3Ga0.7Nからなる超格子層を
形成したが、本発明はこれに限らず、格子定数の異なる
2つの層間に格子不整合が生じる超格子層であればよ
い。たとえば、In組成の異なるInxGa1-xN/In
yGa1-yN(x≠y)超格子層や、InGaN/GaN
超格子層、または、Al組成の異なるAlxGa1-xN/
AlyGa1-yN(x≠y)超格子層や、GaN/AlG
aN超格子層を用いる場合にも、横方向の転位を低減す
ることができる。
In the first to fifth embodiments, In
0.05 Ga 0.95 N / Al 0.3 has formed the Ga superlattice layer consisting of 0.7 N, this invention is not limited thereto and may be a super lattice layer two different layers on the lattice mismatching occurs lattice constants. For example, In x Ga 1-x N / In having different In compositions
y Ga 1-y N (x ≠ y) superlattice layer, InGaN / GaN
Super lattice layer or Al x Ga 1-x N /
Al y Ga 1-y N (x ≠ y) superlattice layer, GaN / AlG
Even when an aN superlattice layer is used, lateral dislocations can be reduced.

【0098】また、上記第1〜第4実施形態では、マス
ク層を、ストライプ形状に形成したが、本発明はこれに
限らず、マスク層を、円形、六角形または三角形などの
形状で形成してもよく、円形、六角形または三角形など
のドットパターンに形成してもよい。また、第4および
第5実施形態のエッチングによりストライプ形状に形成
された第1GaN層53およびサファイア基板61を円
形、六角形または三角形などの形状で形成してもよく、
円形、六角形または三角形などのドットパターンに形成
してもよい。ドットパターンで形成した場合、結晶成長
により得られるGaNからなるファセットの形状は、主
に六角錐の形状になる。
In the first to fourth embodiments, the mask layer is formed in a stripe shape. However, the present invention is not limited to this, and the mask layer may be formed in a circular, hexagonal or triangular shape. Or a dot pattern such as a circle, a hexagon or a triangle. Further, the first GaN layer 53 and the sapphire substrate 61 formed in the stripe shape by the etching of the fourth and fifth embodiments may be formed in a circular, hexagonal or triangular shape,
It may be formed in a dot pattern such as a circle, a hexagon or a triangle. When formed in a dot pattern, the shape of a facet made of GaN obtained by crystal growth is mainly a hexagonal pyramid.

【0099】また、上記第1〜第5実施形態では、横方
向成長技術として、選択横方向成長およびペンデオ成長
を用いたが、本発明はこれに限らず、他の横方向成長技
術を用いてもよい。
In the first to fifth embodiments, selective lateral growth and pendeo growth are used as lateral growth techniques. However, the present invention is not limited to this, and other lateral growth techniques may be used. Is also good.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、縦方向
および横方向の両方の転位を低減することが可能な窒化
物系半導体の形成方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method of forming a nitride-based semiconductor capable of reducing both vertical and horizontal dislocations.

【0101】また、縦方向および横方向の両方の転位が
低減された窒化物系半導体層上に形成された良好な素子
特性を有する窒化物系半導体素子層を含む窒化物系半導
体素子を提供することができる。
Further, the present invention provides a nitride-based semiconductor device including a nitride-based semiconductor device layer having good device characteristics formed on a nitride-based semiconductor layer in which dislocations in both the vertical and horizontal directions are reduced. be able to.

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

【図1】本発明の第1実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method for forming a nitride-based semiconductor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a method of forming a nitride-based semiconductor according to a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 6 is a sectional view illustrating the method for forming the nitride-based semiconductor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】図1〜図6に示した第1実施形態の窒化物系半
導体の形成方法を用いて形成した半導体レーザ素子を示
した断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a semiconductor laser device formed by using the method for forming a nitride-based semiconductor according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 6;

【図8】本発明の第2実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a method for forming a nitride-based semiconductor according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2実施形態による窒化物系半導体の
形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a method for forming a nitride-based semiconductor according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 10 is a sectional view illustrating the method for forming the nitride-based semiconductor according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a method for forming a nitride-based semiconductor according to a second embodiment of the present invention.

【図12】図8〜図11に示した第2実施形態の窒化物
系半導体の形成方法を用いて形成した半導体レーザ素子
を示した断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device formed by using the nitride-based semiconductor forming method of the second embodiment shown in FIGS.

【図13】本発明の第3実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第3実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a method for forming a nitride-based semiconductor according to a third embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第3実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the third embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第3実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 16 is a sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the third embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第3実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the third embodiment of the present invention.

【図18】図13〜図17に示した第3実施形態の窒化
物系半導体の形成方法を用いて形成した半導体レーザ素
子を示した断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device formed by using the method for forming a nitride-based semiconductor according to the third embodiment shown in FIGS.

【図19】本発明の第4実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第4実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第4実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第4実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第4実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図24】図19〜図23に示した第4実施形態の窒化
物系半導体の形成方法を用いて形成した半導体レーザ素
子を示した断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device formed by using the method for forming a nitride-based semiconductor according to the fourth embodiment shown in FIGS. 19 to 23;

【図25】本発明の第5実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the fifth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第5実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the fifth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第5実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the fifth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第5実施形態による窒化物系半導体
の形成方法を説明するための断面図である。
FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the method for forming the nitride-based semiconductor according to the fifth embodiment of the present invention.

【図29】図25〜図28に示した第5実施形態の窒化
物系半導体の形成方法を用いて形成した半導体レーザ素
子を示した断面図である。
FIG. 29 is a sectional view showing a semiconductor laser device formed by using the nitride-based semiconductor forming method of the fifth embodiment shown in FIGS. 25 to 28;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21、41、51、61 サファイア基板(基板) 3、23、53 第1GaN層(下地;第3窒化物系半
導体層) 4、24、42、54 マスク層 5、55 第2GaN層(第1窒化物系半導体層) 6、45、56、64 超格子層 7、57 第3GaN層(第2窒化物系半導体層) 8 n型コンタクト層(窒化物系半導体素子層) 9 n型クラッド層(窒化物系半導体素子層) 10 発光層(窒化物系半導体素子層) 11 p型クラッド層(窒化物系半導体素子層) 12 p型コンタクト層(窒化物系半導体素子層) 25 第1ファセット(第1窒化物系半導体層) 26 第1超格子層 27 第2ファセット 28 第2超格子層 29 第3ファセット 30 第3超格子層 31、46、65 第2GaN層(第2窒化物系半導体
層) 44、63 第1GaN層(第1窒化物系半導体層)
1, 21, 41, 51, 61 Sapphire substrate (substrate) 3, 23, 53 First GaN layer (underlying; third nitride-based semiconductor layer) 4, 24, 42, 54 Mask layer 5, 55 Second GaN layer (first 1 Nitride-based semiconductor layer) 6, 45, 56, 64 Superlattice layer 7, 57 Third GaN layer (second nitride-based semiconductor layer) 8 n-type contact layer (nitride-based semiconductor element layer) 9 n-type clad layer (Nitride-based semiconductor device layer) 10 Light-emitting layer (nitride-based semiconductor device layer) 11 p-type clad layer (nitride-based semiconductor device layer) 12 p-type contact layer (nitride-based semiconductor device layer) 25 First facet ( (First nitride-based semiconductor layer) 26 First superlattice layer 27 Second facet 28 Second superlattice layer 29 Third facet 30 Third superlattice layer 31, 46, 65 Second GaN layer (Second nitride-based semiconductor layer) ) 44, 63 1st GaN layer (first nitride-based semiconductor layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑 雅幸 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 國里 竜也 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 大保 広樹 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA31 CA05 CA40 CA46 CA65 5F045 AA04 AB14 AB17 AB18 AB19 AD09 AD12 AD14 AF02 AF03 AF09 BB12 BB16 CA12 DA53 DA54 DB02 DB06 5F052 KA01 KA03  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masayuki Hata 2-5-2-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Tatsuya Kunisato 2-chome Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka No. 5-5 Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Hiroki Oho 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka F-term in Sanyo Electric Co., Ltd. 5F041 AA31 CA05 CA40 CA46 CA65 5F045 AA04 AB14 AB17 AB18 AB19 AD09 AD12 AD14 AF02 AF03 AF09 BB12 BB16 CA12 DA53 DA54 DB02 DB06 5F052 KA01 KA03

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地の上面上に、第1窒化物系半導体層
を選択横方向成長させることによって、前記第1窒化物
系半導体層からなるファセットを形成する工程と、 前記ファセットの表面上に、格子定数の異なる2つの層
が交互に積層された周期構造を有する超格子層を形成す
る工程と、 前記ファセットの表面上に形成された超格子層上に、第
2窒化物系半導体層を選択横方向成長させる工程とを備
えた、窒化物系半導体の形成方法。
1. A step of forming a facet made of the first nitride-based semiconductor layer by selectively growing a first nitride-based semiconductor layer in a lateral direction on an upper surface of a base; Forming a superlattice layer having a periodic structure in which two layers having different lattice constants are alternately laminated; and forming a second nitride-based semiconductor layer on the superlattice layer formed on the surface of the facet. Selectively growing in the lateral direction.
【請求項2】 前記第1窒化物系半導体層は、GaN、
および、AlabIncTldGa1-a-b-c-dN(0≦a
<1,0≦b<1,0≦c<1,0≦d<1、a+b+
c+d<1)のいずれかを含み、 前記第2窒化物系半導体層は、GaN、および、Ale
fIngTlhGa1-e- f-g-hN(0≦e<1,0≦f<
1,0≦g<1,0≦h<1、e+f+g+h<1)の
いずれかを含み、 前記超格子層は、周期状のInxGa1-xN/AlyGa
1-yN(0≦x<1,0≦y≦1)、周期状のInxGa
1-xN/AlyGa1-yN(0≦x≦1,0<y≦1)、
および、周期状のInuAlvGa1-u-vN/InxAly
Ga1-x-yN(0≦u<1,0≦v<1,0≦x<1,
0≦y<1;InuAlvGa1-u-vNの格子定数は、I
xAlyGa1-x-yNの格子定数よりも小さい)からな
るグループより選択される1つを含む、請求項1に記載
の窒化物系半導体の形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the first nitride-based semiconductor layer includes GaN,
And, Al a B b In c Tl d Ga 1-abcd N (0 ≦ a
<1,0 ≦ b <1,0 ≦ c <1,0 ≦ d <1, a + b +
c + d <1), wherein the second nitride-based semiconductor layer includes GaN and Al e
B f In g Tl h Ga 1 -e- fgh N (0 ≦ e <1,0 ≦ f <
Comprise either 1,0 ≦ g <1,0 ≦ h < 1, e + f + g + h <1), the superlattice layers are periodic in In x Ga 1-x N / Al y Ga
1-y N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1), periodic In x Ga
1-x N / Al y Ga 1-y N (0 ≦ x ≦ 1,0 <y ≦ 1),
And, periodic of In u Al v Ga 1-uv N / In x Al y
Ga 1-xy N (0 ≦ u <1, 0 ≦ v <1, 0 ≦ x <1,
0 ≦ y <1; the lattice constant of In u Al v Ga 1-uv N is I
n x Al y Ga 1-xy includes N one selected from the group consisting of less) than the lattice constant of the nitride-based semiconductor method of forming according to claim 1.
【請求項3】 前記下地は、基板を含み、 前記第1窒化物系半導体層からなるファセットを形成す
る工程は、 前記基板の上面上に、前記基板の上面の一部が露出する
ように、マスク層を形成する工程と、 前記マスク層を用いて、前記露出された基板の上面上
に、前記第1窒化物系半導体層を選択横方向成長させる
ことによってファセットを形成する工程とを含み、 前記第2窒化物系半導体層を選択横方向成長させる工程
は、 前記ファセットの表面上に前記超格子層を形成した後、
前記第2窒化物系半導体層を選択横方向成長させること
によって、実質的に平坦な表面を有する前記第2窒化物
系半導体層を形成する工程を含む、請求項1または2に
記載の窒化物系半導体の形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the base includes a substrate, and the step of forming a facet made of the first nitride-based semiconductor layer includes: exposing a part of the upper surface of the substrate on the upper surface of the substrate; Forming a facet by selectively laterally growing the first nitride-based semiconductor layer on the exposed upper surface of the substrate using the mask layer; The step of selectively growing the second nitride-based semiconductor layer in the lateral direction comprises: after forming the superlattice layer on the surface of the facet,
3. The nitride according to claim 1, further comprising a step of forming the second nitride-based semiconductor layer having a substantially flat surface by selectively laterally growing the second nitride-based semiconductor layer. 4. Method of forming a system semiconductor.
【請求項4】 前記下地は、基板上に形成した第3窒化
物系半導体層を含み、 前記第1窒化物系半導体層からなるファセットを形成す
る工程は、 前記第3窒化物系半導体層の上面上に、前記第3窒化物
系半導体層の上面の一部が露出するように、マスク層を
形成する工程と、 前記マスク層を用いて、前記露出された第3窒化物系半
導体層の面上に、前記第1窒化物系半導体層を選択横方
向成長させることによってファセットを形成する工程と
を含み、 前記第2窒化物系半導体層を選択横方向成長させる工程
は、 前記ファセットの表面上に前記超格子層を形成した後、
前記第2窒化物系半導体層をさらに選択横方向成長させ
ることによって、実質的に平坦な表面を有する前記第2
窒化物系半導体層を形成する工程を含む、請求項1また
は2に記載の窒化物系半導体の形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the underlayer includes a third nitride-based semiconductor layer formed on a substrate, and the step of forming a facet made of the first nitride-based semiconductor layer includes: Forming a mask layer on the upper surface such that a part of the upper surface of the third nitride-based semiconductor layer is exposed; and forming the exposed third nitride-based semiconductor layer using the mask layer. Forming a facet by selectively growing the first nitride-based semiconductor layer in a lateral direction on a surface; and selectively growing the second nitride-based semiconductor layer in a lateral direction on the surface; After forming the superlattice layer thereon,
The second nitride-based semiconductor layer is further selectively laterally grown, so that the second nitride semiconductor layer has a substantially flat surface.
The method for forming a nitride-based semiconductor according to claim 1 or 2, further comprising a step of forming a nitride-based semiconductor layer.
【請求項5】 前記マスク層を用いて、前記露出された
第3窒化物系半導体層の面上に、前記第1窒化物系半導
体層を選択横方向成長させることによってファセットを
形成する工程は、さらに、 前記マスク層をマスクとして前記第3窒化物系半導体層
をエッチングすることによって、前記第3窒化物系半導
体層の側面を露出させる工程と、 前記第3窒化物系半導体層の露出された側面を成長界面
として、前記第1窒化物系半導体層を選択横方向成長さ
せることによってファセットを形成する工程とを含む、
請求項4に記載の窒化物系半導体の形成方法。
5. The step of forming a facet by selectively laterally growing the first nitride-based semiconductor layer on the exposed surface of the third nitride-based semiconductor layer using the mask layer. Further exposing a side surface of the third nitride-based semiconductor layer by etching the third nitride-based semiconductor layer using the mask layer as a mask; and exposing the third nitride-based semiconductor layer. Forming a facet by selectively laterally growing the first nitride-based semiconductor layer using the side surface as a growth interface.
A method for forming a nitride-based semiconductor according to claim 4.
【請求項6】 前記下地は、凹凸形状を有する基板を含
み、 前記第1窒化物系半導体層からなるファセットを形成す
る工程は、 前記凹凸形状を有する基板上に、前記第1窒化物系半導
体層を選択横方向成長させることによってファセットを
形成する工程を含み、 前記第2窒化物系半導体層を選択横方向成長させる工程
は、 前記ファセットの表面上に前記超格子層を形成した後、
前記第2窒化物系半導体層を選択横方向成長させること
によって、実質的に平坦な表面を有する前記第2窒化物
系半導体層を形成する工程を含む、請求項1または2に
記載の窒化物系半導体の形成方法。
6. The method according to claim 6, wherein the base includes a substrate having an uneven shape, and the step of forming a facet made of the first nitride semiconductor layer includes: forming the first nitride semiconductor on the substrate having the uneven shape. Forming a facet by selectively growing a layer in a lateral direction; and forming the second nitride-based semiconductor layer in a lateral direction by forming the superlattice layer on a surface of the facet.
3. The nitride according to claim 1, further comprising a step of forming the second nitride-based semiconductor layer having a substantially flat surface by selectively laterally growing the second nitride-based semiconductor layer. 4. Method of forming a system semiconductor.
【請求項7】 前記ファセットは、第1ファセットおよ
び第2ファセットを含み、 前記超格子層は、第1超格子層および第2超格子層を含
み、 前記超格子層を形成する工程および前記第2窒化物系半
導体層を選択横方向成長させる工程は、 前記第1ファセットの表面上に、前記第1超格子層を形
成する工程と、 前記第1超格子層を形成した後、前記第1窒化物系半導
体層をさらに選択横方向成長させることによって前記第
2ファセットを形成する工程と、 前記第2ファセットの表面上に、前記第2超格子層を形
成する工程と、 前記第2超格子層を形成した後、前記第2窒化物系半導
体層を選択横方向成長させることによって、実質的に平
坦な表面を有する前記第2窒化物系半導体層を形成する
工程とを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒
化物系半導体の形成方法。
7. The facet includes a first facet and a second facet, the superlattice layer includes a first superlattice layer and a second superlattice layer, a step of forming the superlattice layer, and The step of selectively laterally growing the 2-nitride-based semiconductor layer includes: forming the first superlattice layer on the surface of the first facet; and forming the first superlattice layer on the first facet. Forming the second facet by further selectively laterally growing a nitride-based semiconductor layer; forming the second superlattice layer on a surface of the second facet; Forming a second nitride-based semiconductor layer having a substantially flat surface by selectively laterally growing the second nitride-based semiconductor layer after forming the layer. In any one of ~ 6 A method for forming a nitride-based semiconductor according to the above.
【請求項8】 下地の上面上に形成された第1窒化物系
半導体層からなるファセットと、 前記ファセットの表面上に形成され、格子定数の異なる
2つの層が交互に積層された周期構造を有する超格子層
と、 前記超格子層を覆うように形成され、実質的に平坦な表
面を有する第2窒化物系半導体層と、 前記第2窒化物系半導体層上に形成され、素子領域を有
する窒化物系半導体素子層とを備えた、窒化物系半導体
素子。
8. A periodic structure in which a facet formed of a first nitride-based semiconductor layer formed on an upper surface of a base and two layers having different lattice constants formed on the surface of the facet are alternately stacked. A superlattice layer, a second nitride-based semiconductor layer formed so as to cover the superlattice layer, and having a substantially flat surface; and a second nitride-based semiconductor layer formed on the second nitride-based semiconductor layer. And a nitride-based semiconductor device layer having the same.
【請求項9】 前記第1窒化物系半導体層は、GaN、
および、AlabIncTldGa1-a-b-c-dN(0≦a
<1,0≦b<1,0≦c<1,0≦d<1、a+b+
c+d<1)のいずれかを含み、 前記第2窒化物系半導体層は、GaN、および、Ale
fIngTlhGa1-e- f-g-hN(0≦e<1,0≦f<
1,0≦g<1,0≦h<1、e+f+g+h<1)の
いずれかを含み、 前記超格子層は、周期状のInxGa1-xN/AlyGa
1-yN(0≦x<1,0≦y≦1)、周期状のInxGa
1-xN/AlyGa1-yN(0≦x≦1,0<y≦1)、
および、周期状のInuAlvGa1-u-vN/InxAly
Ga1-x-yN(0≦u<1,0≦v<1,0≦x<1,
0≦y<1;InuAlvGa1-u-vNの格子定数は、I
xAlyGa1-x-yNの格子定数よりも小さい)からな
るグループより選択される1つを含む、請求項8に記載
の窒化物系半導体素子。
9. The method according to claim 1, wherein the first nitride-based semiconductor layer comprises GaN,
And, Al a B b In c Tl d Ga 1-abcd N (0 ≦ a
<1,0 ≦ b <1,0 ≦ c <1,0 ≦ d <1, a + b +
c + d <1), wherein the second nitride-based semiconductor layer includes GaN and Al e
B f In g Tl h Ga 1 -e- fgh N (0 ≦ e <1,0 ≦ f <
Comprise either 1,0 ≦ g <1,0 ≦ h < 1, e + f + g + h <1), the superlattice layers are periodic in In x Ga 1-x N / Al y Ga
1-y N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1), periodic In x Ga
1-x N / Al y Ga 1-y N (0 ≦ x ≦ 1,0 <y ≦ 1),
And, periodic of In u Al v Ga 1-uv N / In x Al y
Ga 1-xy N (0 ≦ u <1, 0 ≦ v <1, 0 ≦ x <1,
0 ≦ y <1; the lattice constant of In u Al v Ga 1-uv N is I
n x Al y Ga lattice constant of 1-xy N including one selected from the group consisting of lower) than, nitride-based semiconductor device according to claim 8.
【請求項10】 前記下地は、基板を含み、 前記基板の上面上に、前記基板の上面の一部が露出する
ように形成されたマスク層をさらに備え、 前記ファセットは、前記露出された基板の上面上に形成
されている、請求項8または9に記載の窒化物系半導体
素子。
10. The substrate further includes a mask layer formed on the upper surface of the substrate so that a part of the upper surface of the substrate is exposed, wherein the facet includes the substrate. The nitride-based semiconductor device according to claim 8, wherein the nitride-based semiconductor device is formed on an upper surface of the device.
【請求項11】 前記下地は、基板上に形成した第3窒
化物系半導体層を含み、 前記第3窒化物系半導体層の上面上に、前記第3窒化物
系半導体層の上面の一部が露出するように形成されたマ
スク層をさらに備え、 前記ファセットは、前記露出された第3窒化物系半導体
層の面上に形成されている、請求項8または9に記載の
窒化物系半導体素子。
11. The underlayer includes a third nitride-based semiconductor layer formed on a substrate, and a part of an upper surface of the third nitride-based semiconductor layer on an upper surface of the third nitride-based semiconductor layer. 10. The nitride-based semiconductor according to claim 8, further comprising a mask layer formed so that the third nitride-based semiconductor layer is exposed, and wherein the facet is formed on a surface of the exposed third nitride-based semiconductor layer. 11. element.
【請求項12】 前記下地は、側面が露出された前記第
3窒化物系半導体層を含み、 前記ファセットは、少なくとも前記第3窒化物系半導体
層の側面に接触するように形成されている、請求項11
に記載の窒化物系半導体素子。
12. The underlayer includes the third nitride-based semiconductor layer having a side surface exposed, and the facet is formed so as to contact at least a side surface of the third nitride-based semiconductor layer. Claim 11
3. The nitride-based semiconductor device according to item 1.
【請求項13】 前記下地は、凹凸形状を有する基板を
含み、 前記ファセットは、前記基板の凹部の底面上と前記基板
の凸部の上面上とに形成されている、請求項8または9
に記載の窒化物系半導体素子。
13. The substrate according to claim 8, wherein the base includes a substrate having an uneven shape, and the facet is formed on a bottom surface of a concave portion of the substrate and on a top surface of a convex portion of the substrate.
3. The nitride-based semiconductor device according to item 1.
【請求項14】 前記ファセットは、第1ファセットお
よび第2ファセットを含み、 前記超格子層は、第1超格子層および第2超格子層を含
み、 前記第1超格子層は、前記第1ファセットの表面上に形
成されており、 前記第2ファセットは、前記第1超格子層を覆うように
形成されており、 前記第2超格子層は、前記第2ファセットの表面上に形
成されている、請求項8〜13のいずれか1項に記載の
窒化物系半導体素子。
14. The facet includes a first facet and a second facet, the superlattice layer includes a first superlattice layer and a second superlattice layer, and the first superlattice layer includes the first superlattice layer. The second facet is formed on a surface of a facet, and the second facet is formed to cover the first superlattice layer. The second superlattice layer is formed on a surface of the second facet. The nitride-based semiconductor device according to any one of claims 8 to 13.
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