JP2003209062A - Crystal growth method of compound semiconductor layer and semiconductor element - Google Patents

Crystal growth method of compound semiconductor layer and semiconductor element

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JP2003209062A
JP2003209062A JP2002008825A JP2002008825A JP2003209062A JP 2003209062 A JP2003209062 A JP 2003209062A JP 2002008825 A JP2002008825 A JP 2002008825A JP 2002008825 A JP2002008825 A JP 2002008825A JP 2003209062 A JP2003209062 A JP 2003209062A
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compound semiconductor
semiconductor layer
crystal
selective growth
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Tsuyoshi Biwa
剛志 琵琶
Hiroyuki Okuyama
浩之 奥山
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystal growth method of compound semiconductor layer which is suitable for forming a semiconductor light emitting element having an excellent crystal property by effectively controlling crystal defects. <P>SOLUTION: A plane (111), a plane inclining to the plane (111) within ±10° in angles, and a plane which is chemically equivalent to those planes, are formed as selective growth reference planes to a compound semiconductor substrate of a zincblende structure. Moreover, a compound semiconductor layer of a wurtzite structure is formed by the crystal growth method with the selective growth from the selective growth reference plane in order to form a plane (1-101), a plane with inclination to the plane (1-101) within ±10° or the plane equivalent in the crystal property to those planes. Accordingly, the flat plane (1-101) having an excellent crystal property can be formed on the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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】本発明は閃亜鉛鉱構造化合物
半導体基板上にウルツ鉱構造の化合物半導体層を結晶成
長させる化合物半導体層の結晶成長方法及びその結晶成
長方法によって形成される半導体素子に関し、特に結晶
性に優れた半導体発光素子を形成するのに好適な化合物
半導体層の結晶成長方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal growth method of a compound semiconductor layer in which a wurtzite structure compound semiconductor layer is crystal-grown on a zinc blende structure compound semiconductor substrate, and a semiconductor device formed by the crystal growth method. In particular, the present invention relates to a crystal growth method of a compound semiconductor layer suitable for forming a semiconductor light emitting device having excellent crystallinity.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化ガリウム(GaN)はそのバンドギ
ャップが比較的大きいことから、青色光から紫外光にか
けての半導体発光素子、例えば発光ダイオードやレーザ
ーダイオードなどへの応用が期待されている。従来、窒
化ガリウム層は所要なサファイア基板の上に結晶成長に
よって形成されるのが一般的であり、例えば発光ダイオ
ードを形成する場合、サファイア基板上に、510℃で
形成された厚さ30nmの窒化ガリウム低温バッファ
層、1020℃で形成され珪素が添加された厚さ4μm
のn型窒化ガリウム層、1020℃で形成され珪素が添
加された厚さ0.15μmのn型Al0.15Ga
0.85N層、800℃で形成され亜鉛と珪素が添加さ
れた厚さ100nmのIn0.06Ga0.94N層、
1020℃で形成されマグネシウムが添加された厚さ
0.15μmのp型Al0.15Ga0.8 N層、及
び1020℃で形成されマグネシウムが添加された厚さ
0.5μmのp型窒化ガリウム層を順次積層した構成と
なっているものが知られている(例えば、S. Nakamura:
J. Val. Sci. Technol. A, Vol. 13, No.3, P705 May/
Jun 1995参照)。この構造の発光ダイオードに対して
は、p電極とn電極がそれぞれ取り付けられる構造とさ
れており、p型窒化ガリウム層に対してニッケルと金の
2層からなるp電極が設けられ、n型窒化ガリウム層に
対してチタンとアルミ二ウムの2層からなるn電極が設
けられている。
2. Description of the Related Art Since gallium nitride (GaN) has a relatively large bandgap, it is expected to be applied to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode or a laser diode from blue light to ultraviolet light. Conventionally, a gallium nitride layer is generally formed by crystal growth on a required sapphire substrate. For example, when a light emitting diode is formed, a nitriding layer having a thickness of 30 nm formed at 510 ° C. is formed on the sapphire substrate. Gallium low temperature buffer layer, formed at 1020 ° C. and having silicon added, thickness of 4 μm
N-type gallium nitride layer at 1020 ° C. and silicon-added with a thickness of 0.15 μm of n-type Al 0.15 Ga
0.85 N layer, 100 nm thick In 0.06 Ga 0.94 N layer formed at 800 ° C. and added with zinc and silicon,
0.15 μm thick p-type Al 0.15 Ga 0.8 5 N layer formed at 1020 ° C. and containing magnesium, and 0.5 μm thick p-type nitridation formed at 1020 ° C. and containing magnesium A structure in which gallium layers are sequentially stacked is known (for example, S. Nakamura:
J. Val. Sci. Technol. A, Vol. 13, No. 3, P705 May /
See Jun 1995). The light emitting diode having this structure has a structure in which a p-electrode and an n-electrode are attached respectively, and nickel and gold are added to the p-type gallium nitride layer.
A p-electrode made of two layers is provided, and an n-electrode made of two layers of titanium and aluminum is provided for the n-type gallium nitride layer.

【0003】このようなサファイア基板を用いて結晶成
長させた窒化ガリウム層には、他の基板上に形成したも
のに比べて表面の平坦性が良く結晶性に優れているとい
う利点がある。しかしながら、サファイア基板が導電性
を持たないことやへき開ができないことに起因する問題
点があり、さらにGaAsなどのIII−V族系化合物
半導体で培われてきたプロセス技術を利用できないと言
う問題点がある。
The gallium nitride layer crystal-grown using such a sapphire substrate has an advantage that the surface flatness is excellent and the crystallinity is excellent as compared with those formed on other substrates. However, there are problems that the sapphire substrate has no conductivity and cannot be cleaved, and that the process technology cultivated in III-V group compound semiconductors such as GaAs cannot be used. is there.

【0004】そこで、III−V族系化合物半導体で培
われてきたプロセス技術を利用するために、窒化ガリウ
ム層の結晶成長をGaAs基板などの閃亜鉛鉱構造化合
物半導体基板上で行うことが試みられている。例えば特
開平9−194299号公報に開示される窒化ガリウム
の結晶成長方法では、(100)面に対して予め傾いた
表面を用い、その傾斜した表面に窒化ガリウム膜を形成
して各種発光素子を形成するための窒化ガリウム層を形
成する。このような傾斜した表面を利用することで、窒
化ガリウム膜の結晶性を(100)面や(111)B面
に対して成膜する場合よりも良好なものにできるという
利点がある。また、同様に、(100)基板に対して傾
斜した面を用いて閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板上に窒
化ガリウム系化合物半導体層を形成する技術として、特
開平9−191128号公報に記載される技術が知られ
ている。
Therefore, in order to utilize the process technology cultivated in III-V group compound semiconductors, it has been attempted to carry out crystal growth of a gallium nitride layer on a zinc blende structure compound semiconductor substrate such as a GaAs substrate. ing. For example, in the crystal growth method of gallium nitride disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-194299, a surface inclined in advance with respect to the (100) plane is used, and a gallium nitride film is formed on the inclined surface to form various light emitting devices. A gallium nitride layer for forming is formed. The use of such an inclined surface has an advantage that the crystallinity of the gallium nitride film can be improved as compared with the case where the gallium nitride film is formed on the (100) plane or the (111) B plane. Further, similarly, as a technique of forming a gallium nitride-based compound semiconductor layer on a zinc blende structure compound semiconductor substrate using a surface inclined with respect to a (100) substrate, it is described in JP-A-9-191128. The technology is known.

【0005】更に、導電性があり且つへき開が可能なG
aAs基板上に良質な窒化ガリウム膜を形成するため
に、例えば特開平9−255496号公報に開示される
ように、基板表面にGa過剰面を形成する技術も知られ
る。このGa過剰面を形成する際には、V族元素を含む
原料を供給することもなく600〜700℃の低温で熱
処理を行う。この熱処理によって、後からV族原料を供
給した際には、GaAsの表面を十分に初期窒化するこ
とができ、平坦性に優れた窒化ガリウム層を結晶成長さ
せることが可能となる。
Further, G is electrically conductive and can be cleaved.
In order to form a high-quality gallium nitride film on an aAs substrate, a technique of forming a Ga-excessive surface on the substrate surface is also known, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-255496. When forming this Ga-excessive surface, heat treatment is performed at a low temperature of 600 to 700 ° C. without supplying a raw material containing a Group V element. By this heat treatment, when the group V source material is supplied later, the surface of GaAs can be sufficiently initial-nitrided, and the gallium nitride layer having excellent flatness can be grown.

【0006】また、半導体プロセス技術においては、最
も一般的なシリコン基板を用い、シリコン基板上に窒化
ガリウム層を結晶成長させる技術も知られており、(0
01)面と数度の角度をなすシリコン基板上に異方性エ
ッチングを行い、[1、1、1]方向に窒化ガリウム系化
合物半導体層の[0、0、0、1]方向が配向するように
構成された平坦な窒化ガリウム系化合物半導体層の(1
−101)面を形成する技術も知られている(Proceedi
ngs 2001 Korea-Japan Joint Workshop on Advanced Se
miconductor Process and Equipments, pp.84-88)。
In the semiconductor process technology, there is also known a technology in which a gallium nitride layer is crystal-grown on a silicon substrate using the most general silicon substrate.
Anisotropic etching is performed on a silicon substrate forming an angle of several degrees with the (01) plane, and the [0, 0, 0, 1] direction of the gallium nitride compound semiconductor layer is oriented in the [1, 1, 1] direction. Of the flat gallium nitride-based compound semiconductor layer configured as
-101) surface forming technology is also known (Proceedi
ngs 2001 Korea-Japan Joint Workshop on Advanced Se
miconductor Process and Equipments, pp.84-88).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】通常、窒化ガリウム系
化合物半導体を結晶成長させる場合には、(0001)
面を利用することが行われているが、(0001)面は
窒素原子を捉えるためのダングリングボンドの数として
は他の面、例えばS面((1−101)面)よりもその
数が少なくなることが知られており、製造される半導体
発光素子の発光特性などは必ずしも十分ではないという
側面を有している。しかしながら、現状のプロセス技術
においては、S面((1−101)面を基板上の平坦な
主面とすることは困難であり、S面((1−101)面
は素子構造上、最終的には傾斜した面となってしまう。
Usually, when crystal-growing a gallium nitride-based compound semiconductor, (0001)
Although the plane is used, the number of dangling bonds for capturing a nitrogen atom in the (0001) plane is larger than that in another plane, for example, the S plane ((1-101) plane). It is known that the number of semiconductor light emitting elements is reduced, and thus the manufactured semiconductor light emitting element has an aspect that the light emitting characteristics are not always sufficient. However, in the current process technology, it is difficult to make the S-plane ((1-101) plane a flat main surface on the substrate, and the S-plane ((1-101) plane is a final element structure. Will have an inclined surface.

【0008】同様に、GaAs基板などの閃亜鉛鉱構造
化合物半導体基板を用いた場合では、基板が導電性を有
し、且つへき開なども実現可能であるが、特開平9−1
94299号公報や特開平9−191128号公報に開
示される技術にように、単に予め傾いた表面を結晶成長
の基準に用いる場合には、その傾いた角度で結晶面が決
定されてしまうため、逆に精度良く傾斜させなければデ
バイス特性にばらつきが発生するというような新たな問
題も発生する。
Similarly, when a zinc blende structure compound semiconductor substrate such as a GaAs substrate is used, the substrate has conductivity and cleaving can be realized.
When a pre-tilted surface is simply used as a reference for crystal growth as in the techniques disclosed in Japanese Patent No. 94299 and Japanese Patent Laid-Open No. 9-191128, the crystal plane is determined by the tilted angle. On the contrary, if the tilt is not made with high precision, a new problem occurs that the device characteristics vary.

【0009】また、特開平9−255496号公報に開
示されるようにGa過剰面を形成する技術では、表面平
坦性の改善策としては注目すべきではあるが、Ga過剰
な領域が半導体発光素子に残存することもあり、製造さ
れる半導体発光素子の発光特性などが劣化するという問
題が発生する。
Further, in the technique of forming a Ga-excessive surface as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-255496, it should be noted as a measure for improving the surface flatness, but the Ga-excessive region is a semiconductor light emitting element. In some cases, the problem may occur that the light emitting characteristics of the manufactured semiconductor light emitting element deteriorate.

【0010】前述のようにシリコン基板を用いて平坦な
窒化ガリウム系化合物半導体層の(1−101)面を形
成する技術では、窒化ガリウム層の成長初期段階におい
て、シリコン基板の表面に被着する原子がガリウム原子
か窒素原子かが特定されないと言う問題が発生する。す
なわち、シリコン基板上に堆積される窒化ガリウム系化
合物半導体の[0、0、0、1]方向では、窒化ガリウム
系化合物半導体は極性を有しているが、これに対してシ
リコン基板自体はダイヤモンド構造基板であり、その
[1、1、1]方向は無極性である。従って、無極性のシ
リコン基板上では堆積がガリウム原子か窒素原子のいず
れかから始まるかは特定されず、仮に異なる原子で堆積
が始まった結晶層同士が衝突した場合には、歪などが生
じて欠陥を生じ易くなる。
In the technique of forming a flat (1-101) plane of a gallium nitride-based compound semiconductor layer using a silicon substrate as described above, the gallium nitride layer is deposited on the surface of the silicon substrate in the initial stage of growth. There is a problem that it is not specified whether the atom is a gallium atom or a nitrogen atom. That is, in the [0, 0, 0, 1] direction of the gallium nitride-based compound semiconductor deposited on the silicon substrate, the gallium nitride-based compound semiconductor has polarity, whereas the silicon substrate itself is diamond. Is a structural substrate,
The [1,1,1] direction is non-polar. Therefore, it is not specified whether the deposition starts from gallium atoms or nitrogen atoms on a non-polar silicon substrate, and if the crystal layers that started deposition with different atoms collide with each other, strain or the like may occur. Defects are likely to occur.

【0011】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑
み、結晶欠陥を有効に抑制して結晶性に優れた半導体発
光素子を形成するのに好適な化合物半導体層の結晶成長
方法の提供及びその化合物半導体層の結晶成長方法によ
って形成される半導体素子の提供を目的とする。
In view of the above technical problems, the present invention provides a crystal growth method for a compound semiconductor layer suitable for forming a semiconductor light emitting device having excellent crystallinity by effectively suppressing crystal defects, and An object of the present invention is to provide a semiconductor device formed by the crystal growth method of the compound semiconductor layer.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述の技術的な課題を解
決するため、本発明の化合物半導体層の結晶成長方法
は、閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板に(111)面、
(111)面に対する傾斜が±10°以内の面、若しく
はこれらと結晶学的に等価な面を選択成長基準面として
形成し、選択成長により前記選択成長基準面からウルツ
鉱構造の化合物半導体層を結晶成長させて(1−10
1)面、(1−101)面に対する傾斜が±10°以内
の面、若しくはこれらと結晶学的に等価な面を形成させ
ることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned technical problems, a crystal growth method for a compound semiconductor layer according to the present invention comprises a (111) plane on a zinc blende structure compound semiconductor substrate,
A plane having an inclination within ± 10 ° with respect to the (111) plane or a plane crystallographically equivalent to these planes is formed as a selective growth reference plane, and a compound semiconductor layer having a wurtzite structure is formed from the selective growth reference plane by the selective growth. Crystal growth (1-10
1) plane, a plane having an inclination with respect to the (1-101) plane within ± 10 °, or a plane crystallographically equivalent to these planes.

【0013】本発明の化合物半導体層の結晶成長方法に
よれば、閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板上にウルツ鉱構
造の化合物半導体層が結晶成長されるが、その成長方法
は選択成長によるものであり、その選択成長は選択成長
基準面から開始する。この選択成長基準面を閃亜鉛鉱構
造化合物半導体基板の(111)面、(111)面に対
する傾斜が±10°以内の面、若しくはこれらと結晶学
的に等価な面に選ぶことで、選択成長を施すことで(1
−101)面、(1−101)面に対する傾斜が±10
°以内の面、若しくはこれらと結晶学的に等価な面を有
するウルツ鉱構造の化合物半導体層を得ることができ
る。閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板自体は、前述のよう
に極性を有する材料からなるため、欠陥密度を低減で
き、選択成長により形成される(1−101)面は表面
のダングリングボンド密度が高いため良質の結晶を堆積
させる。
According to the crystal growth method of a compound semiconductor layer of the present invention, a compound semiconductor layer having a wurtzite structure is crystal-grown on a zinc blende structure compound semiconductor substrate. The growth method is selective growth. , The selective growth starts from the selective growth reference plane. The selective growth reference plane is selected to be the (111) plane of the zinc blende structure compound semiconductor substrate, the plane having an inclination within ± 10 ° with respect to the (111) plane, or a plane crystallographically equivalent to these planes. By applying (1
-101) plane, inclination with respect to (1-101) plane is ± 10
It is possible to obtain a compound semiconductor layer having a wurtzite structure having a plane within ° or a plane crystallographically equivalent to these planes. Since the zinc blende structure compound semiconductor substrate itself is made of a material having polarity as described above, the defect density can be reduced and the (1-101) plane formed by selective growth has a high surface dangling bond density. Deposit good quality crystals.

【0014】このような結晶面の選択によって結晶性に
優れた結晶層が得られることについて、例えば閃亜鉛鉱
構造化合物半導体基板としてGaAs基板を選び、ウル
ツ鉱構造の化合物半導体層としてGaN層を形成する場
合を例にして説明すると、GaAs基板の[1、1、1]
方向はGaN層の[0、0、0、1]方向と平行に配向す
ることとなり、GaAs基板の(111)面を選択成長
基準面としながら所要の選択成長を行った場合にはGa
As基板の本来の主面[0、0、1]方向とGaN層の
[1、−1、0、1]方向が約7度以下の傾斜角を以って
揃うことになる。従って、GaAs基板の本来の主面
[0、0、1]方向と略同方向での結晶面の形成が可能で
あり、欠陥も少なく良質な結晶が得られる。
Regarding the fact that a crystal layer having excellent crystallinity can be obtained by selecting such crystal planes, for example, a GaAs substrate is selected as a zinc blende structure compound semiconductor substrate and a GaN layer is formed as a wurtzite structure compound semiconductor layer. For example, the case of [1], [1] of a GaAs substrate is explained.
The direction is oriented parallel to the [0, 0, 0, 1] direction of the GaN layer, and when the required selective growth is performed with the (111) plane of the GaAs substrate as the reference plane for selective growth, Ga
The original main surface [0, 0, 1] direction of the As substrate and the GaN layer
The [1, -1, 0, 1] directions are aligned with an inclination angle of about 7 degrees or less. Therefore, the original main surface of the GaAs substrate
Crystal planes can be formed in the same direction as the [0, 0, 1] direction, and a good quality crystal with few defects can be obtained.

【0015】また、本発明の半導体素子は、閃亜鉛鉱構
造化合物半導体基板に(111)面、(111)面に対
する傾斜が±10°以内の面、若しくはこれらと結晶学
的に等価な面を選択成長基準面として形成し、選択成長
により前記選択成長基準面から結晶成長させて(1−1
01)面、(1−101)面に対する傾斜が±10°以
内の面、若しくはこれらと結晶学的に等価な面を有して
ウルツ鉱構造の化合物半導体層を形成し、前記ウルツ鉱
構造の化合物半導体層に第1の導電型層、第2の導電型
層、及び活性層を形成してなることを特徴とする。
In the semiconductor element of the present invention, the zincblende structure compound semiconductor substrate is provided with a (111) plane, a plane within ± 10 ° with respect to the (111) plane, or a plane crystallographically equivalent to these planes. It is formed as a selective growth reference plane, and crystals are grown from the selective growth reference plane by selective growth (1-1
The compound semiconductor layer having a wurtzite structure is formed with a 01) plane, a plane with an inclination of ± 10 ° or less with respect to the (1-101) plane, or a plane crystallographically equivalent to these. It is characterized in that a compound semiconductor layer is formed with a first conductivity type layer, a second conductivity type layer, and an active layer.

【0016】前述の本発明の化合物半導体層の結晶成長
方法によれば、結晶欠陥の少ない良質なウルツ鉱構造の
化合物半導体層が形成されるため、そのウルツ鉱構造の
化合物半導体層を用いて第1の導電型層、第2の導電型
層、及び活性層を形成することで、発光特性に優れた素
子などを形成することが可能である。
According to the crystal growth method for a compound semiconductor layer of the present invention described above, a high-quality compound semiconductor layer having a wurtzite structure with few crystal defects is formed. By forming the first conductivity type layer, the second conductivity type layer, and the active layer, it is possible to form an element having excellent light emitting characteristics.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照しながら説明する。本発明にかかる化
合物半導体層の結晶成長方法は、閃亜鉛鉱構造化合物半
導体基板に(111)面、(111)面に対する傾斜が
±10°以内の面、若しくはこれらと結晶学的に等価な
面を選択成長基準面として形成し、選択成長により前記
選択成長基準面からウルツ鉱構造の化合物半導体層を結
晶成長させて(1−101)面、(1−101)面に対
する傾斜が±10°以内の面、若しくはこれらと結晶学
的に等価な面を形成させることを特徴とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The crystal growth method of a compound semiconductor layer according to the present invention is a (111) plane on a zincblende structure compound semiconductor substrate, a plane within ± 10 ° with respect to the (111) plane, or a plane crystallographically equivalent to these planes. Is formed as the selective growth reference plane, and the compound semiconductor layer having a wurtzite structure is crystal-grown from the selective growth reference plane by the selective growth, and the inclination with respect to the (1-101) plane and the (1-101) plane is within ± 10 °. Or a surface crystallographically equivalent to these surfaces is formed.

【0018】本発明に使用される基板は、閃亜鉛鉱構造
化合物半導体基板であり、例えば砒化ガリウム(GaA
s)に代表されるようなIII−V族化合物半導体から
なるように構成することができ、更には閃亜鉛鉱構造化
合物半導体基板はbeta-SiC、BN、BP、AlP、AlAS、GaP、
GaAs、GaSb、beta-ZnS、ZnSe、ZnTe、beta-HgS、HgSe、
HgTe、InP、InAs、InSbから選ばれた材料の中の1つ若
しくは幾つかを組み合わせた構成であっても良い。ま
た、後述するようなへき開工程を含まない素子の製造方
法においては、ガラス基板や、シリコン基板、サファイ
ア基板などの各種基板上に、これらの閃亜鉛鉱構造化合
物層を積層させて基板を構成しても良い。
The substrate used in the present invention is a zinc blende structure compound semiconductor substrate such as gallium arsenide (GaA).
s), and a zinc-blende structure compound semiconductor substrate may be composed of a group III-V compound semiconductor such as beta-SiC, BN, BP, AlP, AlAS, GaP,
GaAs, GaSb, beta-ZnS, ZnSe, ZnTe, beta-HgS, HgSe,
The structure may be one or a combination of materials selected from HgTe, InP, InAs, and InSb. Further, in a device manufacturing method that does not include a cleavage step as described below, a substrate is formed by laminating these zinc blende structure compound layers on various substrates such as a glass substrate, a silicon substrate, and a sapphire substrate. May be.

【0019】このような閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板
には、(111)面、(111)面に対する傾斜が±1
0°以内の面、若しくはこれらと結晶学的に等価な面を
選択成長基準面となるように加工を施す。基板の主面は
典型的には(001)面を有し、このような主面を(0
01)面とする閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板を用いる
場合においては、(111)面を臨ませる目的で、異方
性エッチングなどの方法によって基板の主面に凹凸を形
成し、(001)面に対して傾斜した段差部となって現
れる(111)面を形成することが可能である。このよ
うな(111)面は、エッチングのマスクを利用して選
択的な異方性エッチングを施すことで任意のパターンに
形成でき、そのマスクの形状を制御することで、凹凸の
凹部若しくは凸部はストライプ状若しくは多角形形状に
することも可能である。
In such a zinc blende structure compound semiconductor substrate, the inclination with respect to the (111) plane and the (111) plane is ± 1.
A surface within 0 ° or a surface crystallographically equivalent to these surfaces is processed so as to serve as a reference surface for selective growth. The major surface of the substrate typically has a (001) plane, and such a major surface is (0
In the case of using a zinc blende structure compound semiconductor substrate for the (01) plane, in order to expose the (111) plane, unevenness is formed on the main surface of the substrate by a method such as anisotropic etching to form the (001) plane. It is possible to form a (111) plane that appears as a stepped portion inclined with respect to. Such a (111) plane can be formed into an arbitrary pattern by performing selective anisotropic etching using an etching mask. By controlling the shape of the mask, uneven or concave Can also be striped or polygonal.

【0020】例えば、異方性エッチングなどの方法によ
って基板の主面に凹部を形成して、後述するように、そ
の側面を傾斜した(111)面とする場合では、その対
向する側面が(−1−11)面となり、これら(11
1)面と(−1−11)面の双方から結晶成長を図った
場合では、これら(111)面と(−1−11)面から
それぞれ成長した結晶同士がぶつかり合いこととなるこ
とから、一方の(111)面のみが開口部から臨むよう
な成長阻害膜が選択成長に先立って形成される。成長阻
害膜は、その膜上での結晶成長を阻害させるための膜で
あり、選択的に形成された開口部には成長阻害膜が存在
しないことから、所要の選択成長が行われる。この成長
阻害膜は、例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜など
の絶縁膜からなるマスク材料が使用される。このマスク
の開口部の形状は、一例としてストライプ状とされる
が、へき開をしない素子の場合やへき開する場合であっ
てもへき開に問題が生じない形状とされていれば良く、
例えば曲線状、円形状、楕円形状、三角形状、五角形状
又は六角形状などの多角形形状、若しくはこれらの複合
体であっても良い。また、通常の半導体プロセスのよう
に、複数個の開口部を形成することが可能である。
For example, when a concave portion is formed on the main surface of the substrate by a method such as anisotropic etching and the side surface thereof is an inclined (111) surface, the opposite side surface is (-). 1-11) plane, and these (11
When crystal growth is attempted from both the 1) plane and the (-1-11) plane, the crystals grown from the (111) plane and the crystals grown from the (-1-11) plane collide with each other. Prior to the selective growth, a growth-inhibiting film is formed such that only one (111) plane faces the opening. The growth-inhibiting film is a film for inhibiting crystal growth on the film, and the growth-inhibiting film does not exist in the selectively formed opening, so that the required selective growth is performed. A mask material made of an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is used for the growth inhibiting film. The shape of the opening of this mask is a stripe shape as an example, but it may be a shape that does not cause a problem in cleavage even in the case of an element that does not cleave or when cleaving,
For example, the shape may be a curved shape, a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, a polygonal shape such as a pentagonal shape or a hexagonal shape, or a composite thereof. Moreover, it is possible to form a plurality of openings as in a normal semiconductor process.

【0021】このように選択成長基準面となる面は(1
11)面を中心に、(111)面に対する傾斜が±10
°以内の面や、これらと結晶学的に等価な面も含まれ
る。正確に(111)面でなくとも実験結果等によれば
(111)面に対する傾斜が±10°以内の面でも或る
程度同様な結晶成長が可能であり、このような傾斜した
基板や領域を用いても良い。また、これらと結晶学的に
等価な面(例えば(−1‐1‐1)面)も同様に含めて考
えることができる。
As described above, the plane serving as the selective growth reference plane is (1
Centering on the (11) plane, the inclination with respect to the (111) plane is ± 10
Surfaces within ° and surfaces crystallographically equivalent to these are also included. According to the experimental results and the like, even if the (111) plane is not accurate, it is possible to achieve similar crystal growth to some extent even on a plane within ± 10 ° with respect to the (111) plane. You may use. Further, a plane crystallographically equivalent to these (for example, a (-1-1-1) plane) can be considered in the same manner.

【0022】このような選択成長のマスクとなる成長阻
害膜等を形成したところで、(111)面、(111)
面に対する傾斜が±10°以内の面、若しくはこれらと
結晶学的に等価な面を成長阻害膜の開口部から臨ませな
がら選択的な結晶成長によってウルツ鉱構造の化合物半
導体層を結晶成長させる。選択成長させる化合物半導体
層としてはウルツ鉱型の結晶構造を有する窒化物半導
体、BeMgZnCdS系化合物半導体、およびBeM
gZnCdO系化合物半導体などが好ましい。窒化物半
導体からなる結晶層としては、例えばIII族系化合物
半導体を用いることができ、更には窒化ガリウム(Ga
N)系化合物半導体、窒化アルミニウム(AlN)系化
合物半導体、窒化インジウム(InN)系化合物半導
体、窒化インジウムガリウム(InGaN)系化合物半
導体、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)系化合
物半導体を好ましくは形成することができ、特に窒化ガ
リウム系化合物半導体が好ましい。
When a growth-inhibiting film or the like serving as a mask for such selective growth is formed, the (111) plane and (111) plane are formed.
A compound semiconductor layer having a wurtzite structure is crystal-grown by selective crystal growth while facing a plane with an inclination of ± 10 ° or less or a plane crystallographically equivalent to the plane from the opening of the growth-inhibiting film. As the compound semiconductor layer to be selectively grown, a nitride semiconductor having a wurtzite type crystal structure, a BeMgZnCdS compound semiconductor, and BeM
A gZnCdO-based compound semiconductor or the like is preferable. As the crystal layer made of a nitride semiconductor, for example, a group III compound semiconductor can be used, and gallium nitride (Ga
N) -based compound semiconductors, aluminum nitride (AlN) -based compound semiconductors, indium nitride (InN) -based compound semiconductors, indium gallium nitride (InGaN) -based compound semiconductors, aluminum gallium nitride (AlGaN) -based compound semiconductors are preferably formed. In particular, gallium nitride-based compound semiconductors are preferable.

【0023】なお、本発明において、InGaN、Al
GaN、GaNなどは必ずしも、3元混晶のみ、2元混
晶のみの窒化物半導体を指すのではなく、例えばInG
aNでは、InGaNの作用を変化させない範囲での微
量のAl、その他の不純物を含んでいても本発明の範囲
であることはいうまでもない。また、S面に実質的に等
価な面とは、S面に対して5乃至6度の範囲で傾いた面
方位を含むものである。ここで本明細書中、窒化物とは
B、Al、Ga、In、TaをIII族とし、V族にN
を含む化合物を指し、全体の1%以内若しくは1x10
20cm以下の不純物の混入を含む場合もある。
In the present invention, InGaN, Al
GaN, GaN, etc. do not necessarily mean a nitride semiconductor of only a ternary mixed crystal and only a binary mixed crystal.
Needless to say, aN is within the scope of the present invention even if it contains a trace amount of Al and other impurities within a range that does not change the action of InGaN. Further, the surface substantially equivalent to the S-plane includes a plane orientation tilted in the range of 5 to 6 degrees with respect to the S-plane. Here, in the present specification, the term “nitride” refers to B, Al, Ga, In, and Ta as group III, and the group V as N.
Refers to compounds containing, within 1% of the whole or 1x10
In some cases, impurities of 20 cm 3 or less are included.

【0024】この化合物半導体層の成長方法としては、
種々の気相成長法を挙げることができ、例えば有機金属
化合物気相成長法(MOCVD(MOVPE)法)や分
子線エピタキシー法(MBE法)などの気相成長法や、
ハイドライド気相成長法(HVPE法)を用いることが
できる。その中でもMOVPE法によると、迅速に結晶
性の良いものが得られる。MOVPE法では、Gaソー
スとしてTMG(トリメチルガリウム)、TEG(トリ
エチルガリウム)、AlソースとしてはTMA(トリメ
チルアルミニウム)、TEA(トリエチルアルミニウ
ム)、Inソースとしては、TMI(トリメチルインジ
ウム)、TEI(トリエチルインジウム)などのアルキ
ル金属化合物が多く使用され、窒素源としてはアンモニ
ア、ヒドラジンなどのガスが使用される。また、不純物
ソースとしてはSiであればシランガス、Geであれば
ゲルマンガス、MgであればCp2Mg(シクロペンタ
ジエニルマグネシウム)、ZnであればDEZ(ジエチ
ルジンク)などのガスが使用される。MOVPE法で
は、これらのガスを例えば600°C以上に加熱された
基板の表面に供給して、ガスを分解することにより、I
nAlGaN系化合物半導体をエピタキシャル成長させ
ることができる。
As a method of growing this compound semiconductor layer,
Various vapor phase epitaxy methods can be mentioned, for example, vapor phase epitaxy methods such as organometallic compound vapor phase epitaxy method (MOCVD (MOVPE) method) and molecular beam epitaxy method (MBE method),
A hydride vapor phase epitaxy method (HVPE method) can be used. Among them, according to the MOVPE method, a material having good crystallinity can be obtained quickly. In the MOVPE method, TMG (trimethylgallium) and TEG (triethylgallium) as Ga sources, TMA (trimethylaluminum) and TEA (triethylaluminum) as Al sources, and TMI (trimethylindium) and TEI (triethylindium) as In sources. ) And other alkyl metal compounds are often used, and as the nitrogen source, gases such as ammonia and hydrazine are used. As the impurity source, silane gas is used for Si, germane gas is used for Ge, Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used for Mg, and DEZ (diethyl zinc) is used for Zn. In the MOVPE method, these gases are supplied to the surface of the substrate heated to, for example, 600 ° C. or higher to decompose the gas, thereby
The nAlGaN-based compound semiconductor can be epitaxially grown.

【0025】前述のように、(111)面を中心に、
(111)面に対する傾斜が±10°以内の面や、これ
らと結晶学的に等価な面を選択成長の成長開始面である
選択成長基準面として選択成長を行った場合では、S面
((1−101)面)、(1−101)面に対する傾斜
が±10°以内の面、若しくはこれらと結晶学的に等価
な面を有するウルツ鉱構造の化合物半導体層が平坦な面
として現れる。S面はこのような選択成長した際に見ら
れる安定面であり、比較的得やすい面である。
As described above, centering around the (111) plane,
In the case where selective growth is performed using a plane with an inclination with respect to the (111) plane within ± 10 ° or a plane crystallographically equivalent to these planes as the selective growth reference plane which is the growth start surface of the selective growth, the S plane (( The compound semiconductor layer having a wurtzite structure having a (1-101) plane), a plane having an inclination within ± 10 ° with respect to the (1-101) plane, or a plane crystallographically equivalent to these appears as a flat plane. The S-plane is a stable surface that is observed when such selective growth is performed, and is a surface that is relatively easy to obtain.

【0026】S面ついては、窒化ガリウム系化合物半導
体を用いて結晶層を構成した場合には、S面上、Gaか
らNへのボンド数が2または3とC−面の次に多くな
る。ここでC−面はC+面の上には事実上得ることがで
きないので、S面でのボンド数は最も多いものとなる。
例えば、C+面を主面に有するサファイア基板に窒化物
を成長した場合、一般にウルツ鉱型の窒化物の表面はC
+面になるが、上述に如き選択成長を利用することで平
坦なS面を安定して形成することができ、C+面に平行
な面では脱離しやすい傾向をもつNのボンドがGaから
一本のボンドで結合しているのに対し、S面では少なく
とも一本以上のポンドで結合することになる。従って、
実効的にV/III 比が上昇することになり、積層構造の結
晶性の向上に有利である。また、S面自体は選択成長基
準面と異なる方位であることから、転位がS面に対して
曲がることにもなり、欠陥の低減にも有利となる。ま
た、選択成長のマスクも基板転位の低減に寄与する。
Regarding the S-plane, when a crystal layer is formed by using a gallium nitride-based compound semiconductor, the number of bonds from Ga to N becomes 2 or 3 on the S-plane, which is next to the C-plane. Here, since the C-plane cannot be practically obtained on the C + plane, the number of bonds on the S-plane becomes the largest.
For example, when a nitride is grown on a sapphire substrate having a C + plane as the main surface, the surface of the wurtzite type nitride is generally C
Although it becomes a + plane, a flat S plane can be stably formed by utilizing the selective growth as described above, and an N bond which tends to be detached on a plane parallel to the C + plane is less than Ga. While they are bonded by a book bond, they are bonded by at least one pound on the S side. Therefore,
This effectively increases the V / III ratio, which is advantageous for improving the crystallinity of the laminated structure. Further, since the S-plane itself has an orientation different from that of the selective growth reference plane, dislocations may bend with respect to the S-plane, which is also advantageous in reducing defects. The selective growth mask also contributes to the reduction of substrate dislocation.

【0027】また、化合物半導体層を選択成長させる開
始面としては、極性を有する閃亜鉛鉱構造化合物半導体
基板が用いられることから、その上に化合物半導体層を
積層する場合には該極性に起因する原子の整列が起こ
り、結晶の規則性を高めて欠陥密度を低く抑えることが
できる。即ち、無極性のシリコン基板と対比してみる
と、堆積がガリウム原子か窒素原子のいずれかから始ま
るかは特定されず、仮に異なる原子で堆積が始まった結
晶層同士が衝突した場合には歪などが生じて欠陥を生じ
易くなると言う問題がシリコン基板では発生していた
が、そのような問題は異なる原子が層毎に積層され表面
に極性を有する閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板では発生
しないことになる。
Further, since a zincblende structure compound semiconductor substrate having polarity is used as the starting surface for selectively growing the compound semiconductor layer, when the compound semiconductor layer is laminated thereon, it is caused by the polarity. Atomic alignment occurs, which can increase the crystal regularity and suppress the defect density. In other words, when compared with a non-polar silicon substrate, it is not specified whether the deposition starts from gallium atoms or nitrogen atoms. However, the problem that the defects tend to occur easily occurs in the silicon substrate, but such a problem does not occur in the zinc blende structure compound semiconductor substrate in which different atoms are stacked in layers and have polarities on the surface. become.

【0028】選択成長させるウルツ鉱型の結晶構造を有
する化合物半導体層には、素子を例えば発光素子として
機能させるために、第1導電型半導体層、活性層、およ
び第2導電型半導体層が積層される。第1導電型半導体
層は下層の化合物半導体層と連続的に形成しても良い。
第1導電型半導体層、活性層、および第2導電型半導体
層において、第1導電型はp型又はn型であり、第2導
電型はその反対の導電型である。例えば結晶層をシリコ
ンドープの窒化ガリウム系化合物半導体層によって構成
した場合では、n型半導体層をシリコンドープの窒化ガ
リウム系化合物半導体層によって構成し、その上にIn
GaN層を活性層として形成し、さらにその上にp型半
導体層としてマグネシウムドープの窒化ガリウム系化合
物半導体層を形成してダブルヘテロ構造を形成すること
ができる。活性層であるInGaN層をAlGaN層で
挟む構造や片側だけにAlGaN層を形成する構造とす
ることも可能である。また、活性層は単一のバルク活性
層で構成することも可能であるが、単一量子井戸(SQ
W)構造、二重量子井戸(DQW)構造、多重量子井戸
(MQW)構造などの量子井戸構造を形成したものであ
っても良い。量子井戸構造には必要に応じて量子井戸の
分離のために障壁層が併用される。活性層をInGaN
層とした場合には、特に製造工程上も製造し易い構造と
なり、素子の発光特性を良くすることができる。さらに
このInGaN層は、窒素原子の脱離しにくい構造であ
るS面の上での成長では特に結晶化しやすくしかも結晶
性も良くなり、発光効率を上げることが出来る。
In the compound semiconductor layer having a wurtzite type crystal structure to be selectively grown, a first conductive type semiconductor layer, an active layer, and a second conductive type semiconductor layer are laminated in order to make the device function as a light emitting device, for example. To be done. The first conductivity type semiconductor layer may be formed continuously with the lower compound semiconductor layer.
In the first conductivity type semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type semiconductor layer, the first conductivity type is p-type or n-type, and the second conductivity type is the opposite conductivity type. For example, when the crystal layer is composed of a silicon-doped gallium nitride compound semiconductor layer, the n-type semiconductor layer is composed of a silicon-doped gallium nitride compound semiconductor layer, and In
A double hetero structure can be formed by forming a GaN layer as an active layer and further forming a magnesium-doped gallium nitride-based compound semiconductor layer as a p-type semiconductor layer thereon. It is also possible to adopt a structure in which the InGaN layer which is the active layer is sandwiched between AlGaN layers or a structure in which the AlGaN layer is formed on only one side. The active layer may be composed of a single bulk active layer, but a single quantum well (SQ
A quantum well structure such as a W) structure, a double quantum well (DQW) structure, and a multiple quantum well (MQW) structure may be formed. A barrier layer is additionally used in the quantum well structure for the purpose of separating the quantum well. InGaN active layer
When the layer is formed, the structure is particularly easy to manufacture in the manufacturing process, and the light emitting characteristics of the device can be improved. Furthermore, this InGaN layer is particularly easy to crystallize and has good crystallinity when grown on the S-plane, which has a structure in which nitrogen atoms are hard to be desorbed, and the luminous efficiency can be improved.

【0029】なお、窒化物半導体はノンドープでも結晶
中にできる窒素空孔のためにn型となる性質があるが、
通常Si、Ge、Seなどのドナー不純物を結晶成長中
にドープすることで、キャリア濃度の好ましいn型とす
ることができる。また、窒化物半導体をp型とするに
は、結晶中にMg、Zn、C、Be、Ca、Baなどの
アクセプター不純物をドープすることによって得られる
が、高キャリア濃度のp層を得るためには、アクセプタ
ー不純物のドープ後、窒素、アルゴンなどの不活性ガス
雰囲気で400℃以上でアニーリングを行うことが好ま
しく、電子線照射などにより活性化する方法もあり、マ
イクロ波照射、光照射などで活性化する方法もある。
It should be noted that the nitride semiconductor has a property of becoming n-type due to nitrogen vacancies formed in the crystal even if it is non-doped.
Usually, by doping a donor impurity such as Si, Ge, or Se during crystal growth, an n-type having a preferable carrier concentration can be obtained. Further, the p-type nitride semiconductor can be obtained by doping the crystal with an acceptor impurity such as Mg, Zn, C, Be, Ca, or Ba, but in order to obtain a p-layer having a high carrier concentration, Is preferably annealed at 400 ° C. or higher in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon after doping with an acceptor impurity. There is also a method of activation by electron beam irradiation or the like, which is activated by microwave irradiation, light irradiation, or the like. There is also a way to make it.

【0030】第1導電型半導体層と第2導電型半導体層
には、n側電極(若しくはn電極)とp側電極(p電
極)が形成される。n側電極としてはTi/Al/Pt
/Auなどの金属材料を蒸着したり、或いはITOなど
の透明電極を形成しても良い。p側電極は例えばNi/
Pt/AuまたはNi(Pt)/Pt/Auの積層構造
としたり、或いは薄いNi膜を接触抵抗を下げるための
コンタクトメタルとしながらAgやアルミニウムなどの
薄膜で電極層を形成しても良い。複数のレーザー素子の
間でp電極またはn電極の一方は共通化することもで
き、これらの電極層は一般的に各電極は多層の金属膜を
蒸着などによって被着して形成されるが、素子ごとに区
分するためにフォトリソグラフィーを用いてリフトオフ
などにより微細加工することができる。
An n-side electrode (or n-electrode) and a p-side electrode (p-electrode) are formed on the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer. Ti / Al / Pt as n-side electrode
A metal material such as / Au may be vapor-deposited, or a transparent electrode such as ITO may be formed. The p-side electrode is, for example, Ni /
The electrode layer may be formed of a laminated structure of Pt / Au or Ni (Pt) / Pt / Au, or may be formed of a thin film of Ag or aluminum while using a thin Ni film as a contact metal for reducing the contact resistance. One of the p-electrode and the n-electrode can be shared by a plurality of laser elements, and these electrode layers are generally formed by depositing a multilayer metal film by vapor deposition or the like on each electrode. In order to divide each element, it is possible to perform fine processing by lift-off or the like using photolithography.

【0031】本発明の化合物半導体層の結晶成長方法を
用いて半導体素子を形成する場合、特に半導体レーザー
素子を形成する場合には、ストライプ状の結晶成長部の
端面などに共振器が形成される。よく知られているよう
に、共振器は結晶のへき開によって形成することがで
き、一例としてはストライプ状の開口部の長手方向に実
質的に垂直な面に共振面をへき開などによって形成する
ことができる。この場合において、(111)面を選択
成長基準面として選択成長された化合物半導体層の(1
−120)面は、閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板の(1
−10)面と平行となり、共に結晶面で割る場合に極め
て有効とされる。なお、へき開によって共振面を形成し
ない場合でもエッチング法などによって共振面を形成し
ても良い。
When a semiconductor device is formed by using the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the present invention, particularly when a semiconductor laser device is formed, a resonator is formed on the end face of the stripe-shaped crystal growth portion or the like. . As is well known, a resonator can be formed by cleaving a crystal, and for example, a resonator plane can be formed by cleaving a plane substantially perpendicular to the longitudinal direction of a striped opening. it can. In this case, (1) of the compound semiconductor layer selectively grown using the (111) plane as a reference plane for selective growth.
The (-120) plane is (1) of the zinc blende structure compound semiconductor substrate.
It is parallel to the −10) plane and is extremely effective when both are divided by the crystal plane. Even if the resonance surface is not formed by cleavage, the resonance surface may be formed by an etching method or the like.

【0032】また、本発明の化合物半導体層の結晶成長
方法により形成される半導体レーザー素子を複数個配列
させるように形成することで、表示装置や照明装置を構
成することができる。このような半導体レーザー素子を
複数個配列させた表示装置においては、高密度に発光素
子を配置することができ、電極の共通化による製造の容
易性も向上する。また、単色の発光による表示装置に限
らず、多色の発光による表示装置を構成することも可能
である。
Further, by forming a plurality of semiconductor laser elements formed by the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the present invention so as to be arranged, a display device and a lighting device can be constructed. In a display device in which a plurality of such semiconductor laser elements are arranged, the light emitting elements can be arranged at a high density, and the easiness of manufacturing can be improved by sharing the electrodes. Further, it is not limited to a display device that emits light of a single color, and a display device that emits light of multiple colors can be configured.

【0033】以下、本発明を各実施形態を参照しながら
更に詳細に説明する。なお、本発明の化合物半導体層の
結晶成長方法は、その要旨を逸脱しない範囲で変形、変
更などが可能であり、本発明は以下の各実施形態に限定
されるものではない。
The present invention will be described in more detail below with reference to each embodiment. The crystal growth method of the compound semiconductor layer of the present invention can be modified and changed without departing from the scope of the invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.

【0034】[第1の実施形態]本実施形態の化合物半導
体層の結晶成長方法は、閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板
の例として(001)面を主面とするGaAs基板を使
用し、その上に積層する化合物半導体層をGaN層とす
る例である。
[First Embodiment] In the crystal growth method of a compound semiconductor layer of the present embodiment, a GaAs substrate having a (001) plane as a main surface is used as an example of a zinc blende structure compound semiconductor substrate, and In this example, the compound semiconductor layer to be laminated on is a GaN layer.

【0035】図1の(a)に示すように、(001)面
を主面11aとするGaAs基板11が用意される。こ
のGaAs基板11は閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板の
一例であり、図1に示す断面11cが(1−10)面と
され、後述するようなへき開工程で結晶のへき開を行う
場合には、当該(1−10)面をへき開面とすることが
でき、容易にへき開をすることができる。なお、図1の
(b)は基板の主面の面方位と断面の面方位を図示した
ものであり、明細書本文のマイナス記号はバー記号で図
示している。なお、本実施形態では、(001)面を主
面11aとするGaAs基板11が閃亜鉛鉱構造化合物
半導体基板として用いられるが、これに限らず、(10
0)面に対する傾斜が±15°以内の面、若しくはこれ
らと結晶学的に等価な面を主面とするような閃亜鉛鉱構
造化合物半導体基板、例えば傾斜基板等を用いても良
い。
As shown in FIG. 1A, a GaAs substrate 11 having a (001) plane as a main surface 11a is prepared. This GaAs substrate 11 is an example of a zinc blende structure compound semiconductor substrate, and the cross section 11c shown in FIG. 1 has a (1-10) plane, and when a crystal is cleaved in a cleaving step as described later, The (1-10) plane can be used as a cleavage plane and can be easily cleaved. It should be noted that FIG. 1B shows the plane orientation of the main surface and the plane orientation of the cross section of the substrate, and the minus symbol in the text of the specification is indicated by a bar symbol. In the present embodiment, the GaAs substrate 11 having the (001) plane as the main surface 11a is used as the zinc blende structure compound semiconductor substrate, but the present invention is not limited to this.
It is also possible to use a zinc blende structure compound semiconductor substrate, for example, a tilted substrate, whose main surface is a surface whose inclination is within ± 15 ° with respect to the (0) plane, or a crystallographically equivalent surface.

【0036】次に、GaAs基板11の主面11a全面
にフォトレジスト膜を形成し、そのフォトレジスト膜を
ストライプ状の開口パターンとなるように選択的に露光
し現像する。次に異方性エッチングを行って、フォトレ
ジスト膜の開口部の底部に臨むGaAs基板11の主面
11aを削り、図2に示すような凹部12をGaAs基
板11の主面11aに形成する。凹部12の形状は約4
5度に傾いた一対の傾斜側面と底面を伴う構造とされ、
一対の傾斜側面はそれぞれ[−1、−1、1]方向と
[1、1、1]方向の面方位を有しており、[1、1、1]
方向の面方位を有する(111)面及び[−1、−1、
1]方向の面方位を有する(−1−11)面が上側から
見ると帯状に延長され、その帯状の(111)面が所定
のピッチで平行に並べられたパターンを形成する。な
お、本実施形態では、異方性エッチングを底面が残るよ
うな形状で終了させているが、更に深くエッチングして
底面を無くして断面V字状としたり、エッチングの種類
を変えたり、或いは傾斜基板を用いることで、一対の傾
斜側面が対称に現れないように制御することも可能であ
る。
Next, a photoresist film is formed on the entire main surface 11a of the GaAs substrate 11, and the photoresist film is selectively exposed and developed so as to form a stripe-shaped opening pattern. Next, anisotropic etching is performed to remove the main surface 11a of the GaAs substrate 11 facing the bottom of the opening of the photoresist film, and the recess 12 shown in FIG. 2 is formed in the main surface 11a of the GaAs substrate 11. The shape of the recess 12 is about 4
It is a structure with a pair of inclined side surfaces and a bottom surface inclined at 5 degrees,
The pair of inclined side surfaces are respectively in the [-1, -1, 1] direction and
It has a plane orientation of [1,1,1] direction, and [1,1,1]
(111) plane having a plane orientation of direction and [-1, -1,
The (-1-11) plane having the plane orientation of the 1] direction is extended in a strip shape when viewed from above, and the strip-shaped (111) plane is formed in parallel at a predetermined pitch. In the present embodiment, the anisotropic etching is finished so that the bottom surface remains. However, the bottom surface is removed by deeper etching to form a V-shaped cross section, the type of etching is changed, or the inclination is changed. By using the substrate, it is possible to control so that the pair of inclined side surfaces do not appear symmetrically.

【0037】次に、凹部12が形成されたGaAs基板
11の主面11a全面に薄いシリコン酸化膜が気相成長
法などによって成長阻害膜13として形成される。この
成長阻害膜13は凹部12内の一対の傾斜側面及び底面
にも沿って形成され、この凹部12の内部を一旦被覆す
る。続いて、成長阻害膜13上にフォトレジスト膜が形
成され、該フォトレジスト膜をストライプ状の開口パタ
ーンとなるように選択的に露光し現像する。この開口パ
ターンは、各(111)面が開口してフォトレジスト膜
の底部に(111)面が露出するようなパターンとされ
る。すなわち、その帯状の(111)面が所定のピッチ
で平行に並べられた繰り返しパターンとなっていること
から、フォトレジスト膜の開口部も帯状のものが所定の
ピッチで平行に並べられた繰り返しパターンとなる。フ
ォトレジスト膜の選択的な露光及び現像によって、フォ
トレジスト膜の開口部の底部には成長阻害膜13の表面
が臨み、その成長阻害膜13をエッチングにより選択的
に除去して、(111)面からなる選択成長基準面14
を形成する。ここで形成される選択成長基準面14は本
実施形態では(111)面であるが、これに限定され
ず、(111)面に対する傾斜が±10°以内の面やこ
れらと結晶学的に等価な面であっても良い。
Next, a thin silicon oxide film is formed as a growth inhibition film 13 by a vapor phase growth method or the like on the entire main surface 11a of the GaAs substrate 11 in which the recess 12 is formed. The growth inhibiting film 13 is formed along the pair of inclined side surfaces and the bottom surface in the recess 12 and once covers the inside of the recess 12. Then, a photoresist film is formed on the growth inhibiting film 13, and the photoresist film is selectively exposed and developed so as to have a stripe-shaped opening pattern. The opening pattern is such that each (111) surface is opened and the (111) surface is exposed at the bottom of the photoresist film. That is, since the strip-shaped (111) planes are repetitive patterns arranged in parallel at a predetermined pitch, the openings of the photoresist film also have repetitive patterns in which strip-shaped openings are arranged in parallel at a predetermined pitch. Becomes Due to the selective exposure and development of the photoresist film, the surface of the growth inhibiting film 13 is exposed at the bottom of the opening of the photoresist film, and the growth inhibiting film 13 is selectively removed by etching to form the (111) plane. Selective growth reference plane consisting of 14
To form. The selective growth reference plane 14 formed here is the (111) plane in the present embodiment, but the present invention is not limited to this, and a plane having an inclination within ± 10 ° with respect to the (111) plane or crystallographically equivalent to these planes. It may be an aspect.

【0038】次に、図4に示すように、選択成長によっ
てウルツ鉱型結晶構造の化合物半導体層としてシリコン
ドープのn型GaNコンタクト層15を形成する。この
シリコンドープのn型GaNコンタクト層15は、選択
成長基準面14である(111)面から選択的に成長
し、仮に原料ガスが成長阻害膜13上に堆積された場合
でも容易に該成長阻害膜13上では蒸発してしまう。こ
のシリコンドープのn型GaNコンタクト層15は略断
面正三角形状を維持するように成長し、基板主面の法線
方向から見た場合では図示の断面に垂直な方向を長手方
向とする帯状のパターンに成長する。
Next, as shown in FIG. 4, a silicon-doped n-type GaN contact layer 15 is formed as a compound semiconductor layer having a wurtzite crystal structure by selective growth. The silicon-doped n-type GaN contact layer 15 selectively grows from the (111) plane that is the selective growth reference plane 14, and even if the source gas is deposited on the growth inhibition film 13, the growth inhibition is easily caused. It evaporates on the film 13. This silicon-doped n-type GaN contact layer 15 grows so as to maintain a substantially equilateral triangular shape in cross section, and when viewed from the direction normal to the main surface of the substrate, has a strip shape having a direction perpendicular to the illustrated cross section as a longitudinal direction. Grow into a pattern.

【0039】図5はさらにシリコンドープのn型GaN
コンタクト層15の成長が進んだ状態を示しており、略
断面正三角形状のシリコンドープのn型GaNコンタク
ト層15の一部はその高さ(基板主面の法線方向の位
置)が成長阻害膜13を越えたところで、該成長阻害膜
13の上にも延在される。その結果、シリコンドープの
n型GaNコンタクト層15の基板主面の上側には、平
坦で比較的に大きな(1−101)面(即ちS面)15
sが現れる。また、シリコンドープのn型GaNコンタ
クト層15の底面側は(0001)面とされ、n型Ga
Nコンタクト層15の(0001)面と(1−101)
面とで稜線が形成される。
FIG. 5 further shows silicon-doped n-type GaN.
It shows a state in which the growth of the contact layer 15 has progressed, and the height (position in the direction normal to the main surface of the substrate) of a portion of the silicon-doped n-type GaN contact layer 15 having a substantially triangular cross section is growth impeded. It extends over the growth-inhibiting film 13 beyond the film 13. As a result, a flat and relatively large (1-101) plane (that is, S plane) 15 is formed above the main surface of the substrate of the silicon-doped n-type GaN contact layer 15.
s appears. The bottom side of the silicon-doped n-type GaN contact layer 15 is the (0001) plane, and the n-type Ga is
(0001) plane of N contact layer 15 and (1-101)
A ridgeline is formed with the surface.

【0040】更に選択成長を続けることで、(1−10
1)面15sがさらに成長し、隣接するシリコンドープ
のn型GaNコンタクト層15同士が統合して行き、図
6の(a)に示すように平坦な1つの面を構成するよう
に大きく結晶成長する。本例では(111)面側に対向
する傾斜側面の(−1−11)面上には空洞部が形成さ
れるが、必ずしも空洞部を構成しなくとも良い。
By continuing selective growth, (1-10
1) The surface 15s is further grown, the adjacent silicon-doped n-type GaN contact layers 15 are integrated, and large crystal growth is performed to form one flat surface as shown in FIG. To do. In this example, a cavity is formed on the (-1-11) plane of the inclined side surface facing the (111) plane, but the cavity does not necessarily have to be formed.

【0041】図6の(b)に示すように、シリコンドー
プのn型GaNコンタクト層15の(1−101)面は
GaAs基板11の(001)面と略7度程度の角度差
を持っているだけであり、このためGaAs基板11の
主面とほぼ揃った面を有するシリコンドープのn型Ga
Nコンタクト層15が形成される。なお、図6の(b)
は図6の(a)の断面11cにおける面方位を示す図で
あり、図6の(b)で該断面11cに垂直なGaAs基
板の面方位[1、−1、0]方向とGaNの[1-120]
方向は一致する。
As shown in FIG. 6B, the (1-101) plane of the silicon-doped n-type GaN contact layer 15 has an angle difference of about 7 degrees with the (001) plane of the GaAs substrate 11. Therefore, silicon-doped n-type Ga having a surface substantially aligned with the main surface of the GaAs substrate 11 is present.
The N contact layer 15 is formed. In addition, (b) of FIG.
6A is a diagram showing a plane orientation in a cross section 11c of FIG. 6A. In FIG. 6B, a plane orientation [1, -1, 0] direction of a GaAs substrate perpendicular to the cross section 11c and a GaN [ 1-120]
The directions are the same.

【0042】次に、シリコンドープのn型GaNコンタ
クト層15の(1−101)面を基礎として、図7に示
すように、半導体レーザーなどの発光素子として機能さ
せるための各半導体層を順次積層する。先ず、シリコン
ドープのn型GaNコンタクト層15上には、n型Al
GaNクラッド層16が形成され、そのn型AlGaN
クラッド層16上にはn型GaNガイド層17が形成さ
れる。n型GaNガイド層17上にはInGaN/Ga
Nからなる多重量子井戸(MQW)層18が形成され、
この多重量子井戸(MQW)層18上にはp型AlGa
N層19が形成され、該p型AlGaN層19の上にp
型GaNガイド層20が形成される。このp型GaNガ
イド層20の上にはp型AlGaNクラッド層21、及
びp型GaNコンタクト層22が形成される。
Next, based on the (1-101) plane of the silicon-doped n-type GaN contact layer 15, as shown in FIG. 7, each semiconductor layer for sequentially functioning as a light emitting element such as a semiconductor laser is sequentially laminated. To do. First, n-type Al is formed on the silicon-doped n-type GaN contact layer 15.
The GaN clad layer 16 is formed and its n-type AlGaN is formed.
An n-type GaN guide layer 17 is formed on the clad layer 16. InGaN / Ga is formed on the n-type GaN guide layer 17.
A multiple quantum well (MQW) layer 18 of N is formed,
On the multiple quantum well (MQW) layer 18, p-type AlGa is formed.
An N layer 19 is formed, and p is formed on the p-type AlGaN layer 19.
The type GaN guide layer 20 is formed. A p-type AlGaN cladding layer 21 and a p-type GaN contact layer 22 are formed on the p-type GaN guide layer 20.

【0043】このような各化合物半導体層を形成した
後、例えばレーザー発振の共振面を形成する目的でへき
開が行われる。へき開は結晶構造体を所定の結晶面に沿
って割ることであり、本実施形態では図7の点線で示す
へき開線30がGaAs基板の面方位[1、−1、0]方
向とGaNの[1-120]方向が平行に配向したそれぞ
れGaAs基板の(1−10)面とGaN系半導体層の
(1−120)面であり、図8に示すように、これらの
面で同時のへき開が容易に行われる。
After forming each of the compound semiconductor layers as described above, cleavage is performed for the purpose of forming a resonance plane for laser oscillation, for example. Cleavage is to break the crystal structure along a predetermined crystal plane, and in the present embodiment, the cleavage line 30 shown by the dotted line in FIG. 7 is the plane orientation [1, -1, 0] direction of the GaAs substrate and the GaN [ The [1-120] plane is the (1-10) plane of the GaAs substrate and the (1-120) plane of the GaN-based semiconductor layer, which are oriented in parallel with each other, and as shown in FIG. Easily done.

【0044】次に、図9に示すように、GaAs基板1
1及びマスク材として機能した成長阻害膜13が除去さ
れる。これらGaAs基板11と成長阻害膜13の除去
には、エッチング法や、研磨法、レーザーアブレーショ
ンなどの各種の手法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 9, the GaAs substrate 1
1 and the growth inhibition film 13 functioning as a mask material are removed. Various methods such as an etching method, a polishing method, and laser ablation can be used to remove the GaAs substrate 11 and the growth inhibition film 13.

【0045】成長阻害膜13は凹部12に形成した凹凸
のある表面を有しており、その成長阻害膜13を除去し
た後のn型GaNコンタクト層15の裏面も、該成長阻
害膜13の形状を反映して凹凸を有した形状となる。そ
こで、本実施形態においては、n型GaNコンタクト層
15の裏面が研磨されて、図10に示すように、n型G
aNコンタクト層15の裏面が平坦面とされる。この裏
面の平坦化の後、素子分離やp電極、n電極の形成が行
われて、半導体発光素子が形成される。
The growth-inhibiting film 13 has an uneven surface formed in the recess 12, and the back surface of the n-type GaN contact layer 15 after the growth-inhibiting film 13 is removed also has the shape of the growth-inhibiting film 13. Reflecting the above, the shape becomes uneven. Therefore, in the present embodiment, the back surface of the n-type GaN contact layer 15 is polished, and as shown in FIG.
The back surface of the aN contact layer 15 is made flat. After the flattening of the back surface, element isolation and formation of a p-electrode and an n-electrode are performed to form a semiconductor light emitting element.

【0046】以上の如き、本実施形態の化合物半導体層
の結晶成長方法によれば、GaAs基板11自体は、前
述のように極性を有する材料からなるため、欠陥密度を
低減できる。また、選択成長により形成される(1−1
01)面は表面のダングリングボンド密度が高いことか
ら、良質の結晶を堆積させることができ、しかも(1−
101)面は平坦な面を構成することから、各種の化合
物半導体層を積層して素子を形成する場合に有利であ
る。
As described above, according to the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the present embodiment, the GaAs substrate 11 itself is made of the material having the polarity as described above, so that the defect density can be reduced. In addition, it is formed by selective growth (1-1
Since the (01) plane has a high dangling bond density on the surface, good quality crystals can be deposited, and (1-)
Since the (101) plane constitutes a flat plane, it is advantageous when a device is formed by laminating various compound semiconductor layers.

【0047】また、前述の結晶面の選択からは、選択成
長のマスクの間で臨むGaAs基板11の(111)面
は基板の主面の法線方向でみた場合には傾斜した面であ
り、この傾斜した(111)面を結晶成長の開始面であ
る選択成長基準面14とすることで、基板転位の低減を
図ることも可能である。さらに、GaAs基板の面方位
[1、−1、0]方向とGaNの[1-120]方向が平行
に配向したそれぞれGaAs基板の(1−10)面とG
aN系半導体層の(1−120)面をへき開面とするこ
とで、これらの面が平行であることから、容易にへき開
作業を進めることができ、良好な共振面を形成すること
が可能である。
From the selection of the above-mentioned crystal planes, the (111) plane of the GaAs substrate 11 facing between the selective growth masks is an inclined plane when viewed in the direction normal to the principal plane of the substrate, By using this inclined (111) plane as the selective growth reference plane 14 which is the crystal growth start plane, it is possible to reduce substrate dislocations. Furthermore, the plane orientation of the GaAs substrate
The [1, -1, 0] direction and the [1-120] direction of GaN are oriented parallel to each other and the (1-10) plane of the GaAs substrate and the G direction, respectively.
By making the (1-120) plane of the aN-based semiconductor layer a cleavage plane, since these planes are parallel to each other, the cleavage work can be easily carried out and a good resonance plane can be formed. is there.

【0048】[第2の実施形態]図11は、前述の化合物
半導体層の結晶成長方法を用いて形成した半導体発光素
子の一例を示す図である。この半導体発光素子は、レー
ザー素子であり、前述のへき開面51を共振面に有する
素子である。
[Second Embodiment] FIG. 11 is a view showing an example of a semiconductor light emitting device formed by using the above-described compound semiconductor layer crystal growth method. This semiconductor light emitting element is a laser element and has the above-mentioned cleavage plane 51 as a resonance plane.

【0049】シリコンドープのn型GaNコンタクト層
42は選択成長基準面から成長した化合物半導体膜であ
り、そのn型GaNコンタクト層42の上面は(1−1
01)面とされる。この(1−101)面を介して連続
するようにn型AlGaNクラッド層43が形成され、
そのn型AlGaNクラッド層43上にはn型GaNガ
イド層44が形成される。n型GaNガイド層44上に
はInGaN/GaNからなる多重量子井戸(MQW)
層45が形成され、この多重量子井戸(MQW)層45
上にはp型AlGaN層46が形成され、該p型AlG
aN層46の上にp型GaNガイド層47が形成され
る。このp型GaNガイド層47の上にはp型AlGa
Nクラッド層48、及び例えばマグネシウムドープとさ
れるp型GaNコンタクト層49が形成される。
The silicon-doped n-type GaN contact layer 42 is a compound semiconductor film grown from the selective growth reference plane, and the upper surface of the n-type GaN contact layer 42 is (1-1
01) surface. The n-type AlGaN cladding layer 43 is formed so as to be continuous through the (1-101) plane,
An n-type GaN guide layer 44 is formed on the n-type AlGaN cladding layer 43. Multiple quantum wells (MQW) made of InGaN / GaN on the n-type GaN guide layer 44
The layer 45 is formed, and the multiple quantum well (MQW) layer 45 is formed.
A p-type AlGaN layer 46 is formed on the p-type AlG layer 46.
A p-type GaN guide layer 47 is formed on the aN layer 46. On the p-type GaN guide layer 47, p-type AlGa is formed.
An N clad layer 48 and a p-type GaN contact layer 49 which is, for example, magnesium-doped are formed.

【0050】また、n型GaNコンタクト層42の裏面
には、n電極41が形成され、p型GaNコンタクト層
49の上にはp電極50が形成される。ここでn電極4
1としてはTi/Al/Pt/Auなどの金属材料を蒸
着したり、或いはITOなどの透明電極を形成しても良
い。p電極50は例えばNi/Pt/AuまたはNi
(Pt)/Pt/Auの積層構造としたり、或いは薄い
Ni膜を接触抵抗を下げるためのコンタクトメタルとし
ながらAgやアルミニウムなどの薄膜で電極層を形成し
ても良い。
An n electrode 41 is formed on the back surface of the n-type GaN contact layer 42, and a p electrode 50 is formed on the p-type GaN contact layer 49. Where n electrode 4
For example, a metal material such as Ti / Al / Pt / Au may be vapor-deposited, or a transparent electrode such as ITO may be formed. The p-electrode 50 is, for example, Ni / Pt / Au or Ni
A laminated structure of (Pt) / Pt / Au may be used, or an electrode layer may be formed of a thin film of Ag or aluminum while using a thin Ni film as a contact metal for reducing contact resistance.

【0051】このような本実施形態に半導体発光素子に
おいては、ウルツ鉱型の化合物半導体層として形成され
るGaN層が極めて良好な結晶性を有していることか
ら、その発光特性が改善され、その寿命も長くさせるこ
とができる。また、前述のように、GaAs基板の(1
−10)面とGaN系半導体層の(1−120)面を同
時にへき開したへき開面51を共振面とすることから、
その製造も容易であり、へき開を用いた精度の高い共振
面が当該半導体発光素子のレーザ発振に寄与することに
なる。
In such a semiconductor light emitting device according to the present embodiment, since the GaN layer formed as the wurtzite type compound semiconductor layer has extremely good crystallinity, its light emitting characteristics are improved, The life can be extended. In addition, as described above, (1
Since the cleavage plane 51 obtained by simultaneously cleaving the (-10) plane and the (1-120) plane of the GaN-based semiconductor layer serves as a resonance plane,
Its manufacture is also easy, and the highly accurate resonance surface using cleavage contributes to the laser oscillation of the semiconductor light emitting device.

【0052】なお、本実施形態では、半導体素子を半導
体レーザーなどの半導体発光素子としたが、これに限定
されず、半導体素子をトランジスタ、受光素子、その他
の機能素子としても良い。また、半導体発光素子も発光
ダイオードなどであっても良い。
In this embodiment, the semiconductor element is a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser. However, the semiconductor element is not limited to this, and the semiconductor element may be a transistor, a light receiving element or other functional element. The semiconductor light emitting element may also be a light emitting diode or the like.

【0053】[0053]

【発明の効果】上述の本発明の化合物半導体層の結晶成
長方法によれば、閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板自体
は、前述のように極性を有する材料からなるため、欠陥
密度を低減できる。また、選択成長により形成される
(1−101)面は表面のダングリングボンド密度が高
いことから、良質の結晶を堆積させることができ、しか
も(1−101)面は平坦な面を構成することから、各
種の化合物半導体層を積層して素子を形成する場合に有
利である。
According to the above-described crystal growth method of the compound semiconductor layer of the present invention, since the zinc blende structure compound semiconductor substrate itself is made of the polar material as described above, the defect density can be reduced. Further, since the (1-101) plane formed by selective growth has a high dangling bond density on the surface, good quality crystals can be deposited, and the (1-101) plane constitutes a flat surface. Therefore, it is advantageous when a device is formed by laminating various compound semiconductor layers.

【0054】また、前述の結晶面の選択からは、選択成
長のマスクの間で臨む閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板の
(111)面は基板の主面の法線方向でみた場合には傾
斜した面であり、この傾斜した(111)面を結晶成長
の開始面である選択成長基準面とすることで、基板転位
の低減を図ることも可能である。さらに、閃亜鉛鉱構造
化合物半導体基板の面方位[1、−1、0]方向とGaN
の[1-120]方向が平行に配向したそれぞれ閃亜鉛鉱
構造化合物半導体基板の(1−10)面とGaN系半導
体層の(1−120)面をへき開面とすることで、これ
らの面が平行であることから、容易にへき開作業を進め
ることができ、レーザー素子を形成する場合に良好な共
振面を形成することが可能である。
From the selection of the above-mentioned crystal planes, the (111) plane of the zinc blende structure compound semiconductor substrate facing between the selective growth masks is inclined when viewed in the direction normal to the main surface of the substrate. It is also possible to reduce substrate dislocations by using this inclined (111) plane as a selective growth reference plane which is a crystal growth start plane. Furthermore, the plane orientation [1, -1, 0] direction of the zinc blende structure compound semiconductor substrate and GaN
The [1-120] planes of the zinc-blende structure compound semiconductor substrate and the (1-120) plane of the GaN-based semiconductor layer, which are oriented in parallel with the [1-120] directions, are cleaved planes. Are parallel to each other, it is possible to easily proceed the cleavage work, and it is possible to form a good resonance surface when forming a laser element.

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

【図1】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層の
結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、(a)
はGaAs基板を示す工程斜視断面図であり、(b)は
その断面における面方位を示す図である。
FIG. 1 is a process perspective sectional view according to a crystal growth method of a compound semiconductor layer of a first embodiment of the present invention, FIG.
[FIG. 3] is a perspective view showing a GaAs substrate in a perspective view, and (b) is a view showing a plane orientation in the cross section.

【図2】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層の
結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、GaA
s基板上に凹部を形成した工程を示す工程斜視断面図で
ある。
FIG. 2 is a perspective cross-sectional view of a process according to the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the first embodiment of the present invention, wherein
It is a process perspective sectional view showing a process of forming a recess on an s substrate.

【図3】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層の
結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、成長阻
害膜を形成したところを示す工程斜視断面図である。
FIG. 3 is a process perspective cross-sectional view according to the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the first embodiment of the present invention, which is a process perspective cross-sectional view showing a state where the growth inhibition film is formed.

【図4】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層の
結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、成長阻
害膜をマスクとして選択成長をしているところを示す工
程斜視断面図である。
FIG. 4 is a perspective cross-sectional view of a step related to the crystal growth method for the compound semiconductor layer of the first embodiment of the present invention, showing a selective perspective growth using the growth inhibition film as a mask. is there.

【図5】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層の
結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、前記選
択成長を進めた段階の工程斜視断面図である。
FIG. 5 is a process perspective sectional view according to the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the first embodiment of the present invention, which is a process perspective sectional view at a stage where the selective growth is advanced.

【図6】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層の
結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、選択成
長により平坦面を形成したところを示す工程斜視断面図
である。
FIG. 6 is a process perspective sectional view according to the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the first embodiment of the present invention, and is a process perspective sectional view showing a flat surface formed by selective growth.

【図7】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層の
結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、窒化ガ
リウム系半導体層を積層したところを示す工程斜視断面
図である。
FIG. 7 is a process perspective cross-sectional view relating to the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the first embodiment of the present invention, and is a process perspective cross-sectional view showing a state in which gallium nitride based semiconductor layers are laminated.

【図8】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層の
結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、へき開
工程を示す工程斜視断面図である。
FIG. 8 is a process perspective sectional view according to the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the first embodiment of the present invention, which is a process perspective sectional view showing a cleavage process.

【図9】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層の
結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、基板及
び成長阻害膜の除去工程を示す工程斜視断面図である。
FIG. 9 is a perspective perspective sectional view of a step of a crystal growth method for a compound semiconductor layer according to a first embodiment of the present invention, which is a perspective perspective sectional view of a step of removing a substrate and a growth inhibition film.

【図10】 本発明の第1の実施形態の化合物半導体層
の結晶成長方法にかかる工程斜視断面図であって、窒化
ガリウム系半導体層の裏面側の研磨工程を示す工程斜視
断面図である。
FIG. 10 is a perspective cross-sectional view of a step relating to the crystal growth method of the compound semiconductor layer of the first embodiment of the present invention, which is a perspective cross-sectional view of the step of polishing the back surface side of the gallium nitride based semiconductor layer.

【図11】 本発明の第2の実施形態の半導体発光素子
の斜視断面図である。
FIG. 11 is a perspective sectional view of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 GaAs基板 12 凹部 13 成長阻害膜 14 選択成長基準面 15、42 n型GaNコンタクト層 16、43 n型AlGaNクラッド層 17、44 n型GaNガイド層 18、45 多重量子井戸(MQW)層 19、46 p型AlGaN層 20、47 p型GaNガイド層 21、48 p型AlGaNクラッド層 22、49 p型GaNコンタクト層 41 n電極 50 p電極 51 へき開面 11 GaAs substrate 12 recess 13 Growth inhibition film 14 Selective growth reference plane 15, 42 n-type GaN contact layer 16,43 n-type AlGaN cladding layer 17,44 n-type GaN guide layer 18, 45 Multiple quantum well (MQW) layer 19, 46 p-type AlGaN layer 20, 47 p-type GaN guide layer 21, 48 p-type AlGaN cladding layer 22, 49 p-type GaN contact layer 41 n electrode 50 p electrode 51 Cleaved surface

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Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板に(11
1)面、(111)面に対する傾斜が±10°以内の
面、若しくはこれらと結晶学的に等価な面を選択成長基
準面として形成し、選択成長により前記選択成長基準面
からウルツ鉱構造の化合物半導体層を結晶成長させて
(1−101)面、(1−101)面に対する傾斜が±
10°以内の面、若しくはこれらと結晶学的に等価な面
を形成させることを特徴とする化合物半導体層の結晶成
長方法。
1. A zincblende structure compound semiconductor substrate (11
1) plane, a plane having an inclination within ± 10 ° with respect to the (111) plane, or a plane crystallographically equivalent to these planes is formed as a selective growth reference plane, and by selective growth, a wurtzite structure is formed from the selective growth reference plane. When the compound semiconductor layer is crystal-grown, the inclination with respect to the (1-101) plane and the (1-101) plane is ±.
A method for growing a crystal of a compound semiconductor layer, which comprises forming a plane within 10 ° or a plane crystallographically equivalent thereto.
【請求項2】 前記(1−101)面若しくはこれと結
晶学的に等価な面は平坦な面とされることを特徴とする
請求項1記載の化合物半導体層の結晶成長方法。
2. The crystal growth method for a compound semiconductor layer according to claim 1, wherein the (1-101) plane or a plane crystallographically equivalent thereto is a flat plane.
【請求項3】 前記選択成長基準面においては選択成長
するウルツ鉱構造の化合物半導体層の[0,0,0,
1]方向が前記閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板の[1,
1,1]方向に配向することを特徴とする請求項1記載
の化合物半導体層の結晶成長方法。
3. The [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
[1] direction of the zinc blende structure compound semiconductor substrate [1,
The crystal growth method for a compound semiconductor layer according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer is oriented in the [1, 1] direction.
【請求項4】 前記選択成長基準面が前記閃亜鉛鉱構造
化合物半導体基板の(111)面若しくは(111)面
に対する傾斜が±10°以内の面、若しくはこれらと結
晶学的に等価な面であることを特徴とする請求項1記載
の化合物半導体層の結晶成長方法。
4. The selective growth reference plane is a (111) plane of the zincblende structure compound semiconductor substrate or a plane within ± 10 ° with respect to the (111) plane, or a plane crystallographically equivalent to these planes. The method for growing a crystal of a compound semiconductor layer according to claim 1, wherein:
【請求項5】 前記閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板の選
択成長の際の主面は、(100)面、(100)面に対
する傾斜が±15°以内の面、若しくはこれらと結晶学
的に等価な面であることを特徴とする請求項1記載の化
合物半導体層の結晶成長方法。
5. The main surface during selective growth of the zinc blende structure compound semiconductor substrate is a (100) surface, a surface having an inclination with respect to the (100) surface within ± 15 °, or crystallographically equivalent to these. The method for growing a crystal of a compound semiconductor layer according to claim 1, wherein
【請求項6】 前記閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板の選
択成長が施される面は、凹凸が形成された面であること
を特徴とする請求項1記載の化合物半導体層の結晶成長
方法。
6. The crystal growth method for a compound semiconductor layer according to claim 1, wherein the surface on which the zinc-blende structure compound semiconductor substrate is selectively grown is a surface on which irregularities are formed.
【請求項7】 前記凹凸は前記閃亜鉛鉱構造化合物半導
体基板の主面に対して選択的な異方性エッチングを施す
ことで形成されることを特徴とする請求項6記載の化合
物半導体層の結晶成長方法。
7. The compound semiconductor layer according to claim 6, wherein the unevenness is formed by subjecting the main surface of the zinc blende structure compound semiconductor substrate to selective anisotropic etching. Crystal growth method.
【請求項8】 前記凹凸の凹部若しくは凸部はストライ
プ状若しくは多角形形状に形成されることを特徴とする
請求項6記載の化合物半導体層の結晶成長方法。
8. The crystal growth method for a compound semiconductor layer according to claim 6, wherein the concave or convex portions of the irregularities are formed in a stripe shape or a polygonal shape.
【請求項9】 前記選択成長は前記選択成長基準面以外
を覆う成長阻害膜を用いることを特徴とする請求項1記
載の化合物半導体層の結晶成長方法。
9. The method for crystal growth of a compound semiconductor layer according to claim 1, wherein the selective growth is performed by using a growth inhibition film covering a surface other than the selective growth reference plane.
【請求項10】 前記選択成長により形成される前記ウ
ルツ鉱構造の化合物半導体層は、前記閃亜鉛鉱構造化合
物半導体基板の主面の全部若しくは一部を被覆するよう
に形成されることを特徴とする請求項1記載の化合物半
導体層の結晶成長方法。
10. The compound semiconductor layer of the wurtzite structure formed by the selective growth is formed so as to cover all or part of a main surface of the zinc blende structure compound semiconductor substrate. The method for growing a crystal of a compound semiconductor layer according to claim 1.
【請求項11】 前記閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板は
III−V族化合物半導体からなることを特徴とする請
求項1記載の化合物半導体層の結晶成長方法。
11. The crystal growth method for a compound semiconductor layer according to claim 1, wherein the zinc blende structure compound semiconductor substrate is made of a III-V group compound semiconductor.
【請求項12】 前記閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板は
beta-SiC、BN、BP、AlP、AlAS、GaP、GaAs、GaSb、beta
-ZnS、ZnSe、ZnTe、beta-HgS、HgSe、HgTe、InP、InA
s、及びInSbから選ばれた材料の1つ若しくは組み合わ
せより構成されることを特徴とする請求項1記載の化合
物半導体層の結晶成長方法。
12. The zinc blende structure compound semiconductor substrate
beta-SiC, BN, BP, AlP, AlAS, GaP, GaAs, GaSb, beta
-ZnS, ZnSe, ZnTe, beta-HgS, HgSe, HgTe, InP, InA
2. The method for growing a crystal of a compound semiconductor layer according to claim 1, comprising one or a combination of materials selected from s and InSb.
【請求項13】 前記選択成長基準面がIII族原子か
らなる面によって構成されることを特徴とする請求項1
記載の化合物半導体層の結晶成長方法。
13. The selective growth reference plane is constituted by a plane composed of a group III atom.
A method for growing a crystal of a compound semiconductor layer according to claim 1.
【請求項14】 前記ウルツ鉱構造の化合物半導体層は
窒化物化合物半導体層であることを特徴とする請求項1
記載の化合物半導体層の結晶成長方法。
14. The compound semiconductor layer having a wurtzite structure is a nitride compound semiconductor layer.
A method for growing a crystal of a compound semiconductor layer according to claim 1.
【請求項15】 前記窒化物化合物半導体層は窒化ガリ
ウム系化合物半導体層であることを特徴とする請求項1
4記載の化合物半導体層の結晶成長方法。
15. The nitride compound semiconductor layer is a gallium nitride-based compound semiconductor layer.
4. The crystal growth method of the compound semiconductor layer according to 4.
【請求項16】 閃亜鉛鉱構造化合物半導体基板に(1
11)面、(111)面に対する傾斜が±10°以内の
面、若しくはこれらと結晶学的に等価な面を選択成長基
準面として形成し、選択成長により前記選択成長基準面
から結晶成長させて(1−101)面、(1−101)
面に対する傾斜が±10°以内の面、若しくはこれらと
結晶学的に等価な面を有してウルツ鉱構造の化合物半導
体層を形成し、前記ウルツ鉱構造の化合物半導体層に第
1の導電型層、第2の導電型層、及び活性層を形成して
なることを特徴とする半導体素子。
16. A zinc blende structure compound semiconductor substrate (1
11) plane, a plane having an inclination within ± 10 ° with respect to the (111) plane, or a plane crystallographically equivalent to these planes is formed as a selective growth reference plane, and crystals are grown from the selective growth reference plane by selective growth. (1-101) plane, (1-101)
A wurtzite structure compound semiconductor layer having a surface with an inclination of ± 10 ° or less, or a surface crystallographically equivalent thereto, and the wurtzite structure compound semiconductor layer has a first conductivity type. A semiconductor element comprising a layer, a second conductivity type layer, and an active layer.
【請求項17】 前記活性層からは光が取り出されるこ
とを特徴とする請求項16記載の半導体素子。
17. The semiconductor device according to claim 16, wherein light is extracted from the active layer.
【請求項18】 前記前記ウルツ鉱構造の化合物半導体
層はへき開され、そのへき開面が共振器端面として用い
られることを特徴とする請求項16記載の半導体素子。
18. The semiconductor device according to claim 16, wherein the compound semiconductor layer having the wurtzite structure is cleaved, and the cleaved surface is used as a cavity end surface.
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