JP2008153286A - Nitride semiconductor laminate structure, nitride semiconductor apparatus and manufacturing method for the nitride semiconductor laminate structure - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、窒化物半導体発光素子(発光ダイオード、レーザダイオード等)や、パワーデバイス高周波デバイス等の窒化物半導体電子デバイス(トランジスタ、ダイオード等)などの窒化物半導体装置、およびこのような窒化物半導体装置の作製に適用することができる窒化物半導体積層構造、ならびに窒化物半導体積層構造の製造方法に関する。 The present invention relates to nitride semiconductor devices such as nitride semiconductor light emitting elements (light emitting diodes, laser diodes, etc.), nitride semiconductor electronic devices (transistors, diodes, etc.) such as power device high frequency devices, and such nitride semiconductors. The present invention relates to a nitride semiconductor multilayer structure that can be applied to manufacture of a device, and a method for manufacturing a nitride semiconductor multilayer structure.
III-V族半導体においてV族元素として窒素を用いた半導体は「III族窒化物半導体」と呼ばれ、その代表例は、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)である。一般には、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)と表わすことができ、これを、「窒化ガリウム半導体」または「GaN半導体」ということにする。 A semiconductor using nitrogen as a group V element in a group III-V semiconductor is called a “group III nitride semiconductor”, and typical examples thereof are aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), and indium nitride (InN). is there. In general, it can be expressed as Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), which is expressed as “gallium nitride semiconductor” or “GaN semiconductor”. I will say.
c面を主面とする窒化ガリウム(GaN)基板上にIII族窒化物半導体を有機金属化学気相成長法(MOCVD法)によって成長させる窒化物半導体の製造方法が知られている。この方法を適用することにより、N型層およびP型層を有するGaN半導体積層構造を形成することができ、この積層構造を利用した発光デバイスを作製できる。このような発光デバイスは、たとえば、液晶パネル用バックライトの光源として利用可能である。 A nitride semiconductor manufacturing method is known in which a group III nitride semiconductor is grown on a gallium nitride (GaN) substrate having a c-plane as a main surface by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). By applying this method, a GaN semiconductor multilayer structure having an N-type layer and a P-type layer can be formed, and a light-emitting device using this multilayer structure can be manufactured. Such a light emitting device can be used as a light source of a backlight for a liquid crystal panel, for example.
c面を主面とするGaN基板上に再成長されたGaN半導体の主面はc面である。このc面から取り出される光は、ランダム偏光(無偏光)状態となっている。そのため、液晶パネルに入射する際に、入射側偏光板に対応した特定偏光以外は遮蔽され、出射側への輝度に寄与しない。そのため、高輝度な表示を実現し難い(効率は最大でも50%)という問題がある。 The main surface of the GaN semiconductor regrowth on the GaN substrate having the c-plane as the main surface is the c-plane. The light extracted from the c-plane is in a randomly polarized (non-polarized) state. Therefore, when incident on the liquid crystal panel, other than the specific polarized light corresponding to the incident side polarizing plate is shielded and does not contribute to the luminance toward the emission side. Therefore, there is a problem that it is difficult to realize a display with high luminance (efficiency is 50% at the maximum).
この問題を解決するために、c面以外、すなわち、a面、m面等の無極性(ノンポーラ)面、または半極性(セミポーラ)面を主面とするGaN半導体を成長させて、発光デバイスを作製することが検討されている。無極性面または半極性面を主面とするGaN半導体層によってP型層およびN型層を有する発光デバイスを作製すると、強い偏光状態の発光が可能である。そこで、このような発光デバイスの偏光の方向と、液晶パネルの入射側偏光板の通過偏光の方向とを一致させておくことにより、入射側偏光板での損失を少なくすることができる。その結果、高輝度な表示を実現できる。 In order to solve this problem, a GaN semiconductor having a main surface other than the c-plane, that is, a non-polar (non-polar) surface such as a-plane or m-plane, or a semi-polar (semi-polar) surface is grown. Fabrication is under consideration. When a light-emitting device having a P-type layer and an N-type layer is manufactured using a GaN semiconductor layer having a nonpolar surface or a semipolar surface as a main surface, light having a strong polarization state can be emitted. Therefore, the loss in the incident side polarizing plate can be reduced by matching the polarization direction of such a light emitting device with the direction of the passing polarized light of the incident side polarizing plate of the liquid crystal panel. As a result, a display with high luminance can be realized.
ところが、m面(10−10)もしくはa面(11−20)などの無極性面または(10−11)(10−13)もしくは(11−22)などの半極性面上に、GaN半導体を成長させると、横方向または斜め方向に(000−1)面などのN極性面(−c面)が形成され、GaN半導体成長層に多くの積層欠陥が入ってしまう。
このように結晶欠陥の多いGaN半導体層を用いて発光デバイスを作製しても、外部量子効率が低く、満足な発光特性を得ることができない。
Thus, even if a light emitting device is manufactured using a GaN semiconductor layer having many crystal defects, the external quantum efficiency is low and satisfactory light emission characteristics cannot be obtained.
この発明の目的は、c面以外の成長主面を持ち、かつ結晶欠陥が少ないIII族窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層構造およびその製造方法、ならびにそのような窒化ガリウム半導体積層構造を備えた窒化物半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor multilayer structure having a group III nitride semiconductor layer having a growth principal plane other than the c-plane and having few crystal defects, a method for manufacturing the same, and such a gallium nitride semiconductor multilayer structure. Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、c面以外の主面を有する半導体層と、この半導体層上にc面と平行なストライプ状に形成され、c面に平行な成長規制面(−c軸方向への成長を規制する成長規制面)を有するとともに、III-V族半導体以外の材料からなるマスクと、このマスクの間の領域から当該マスクを覆うように、+c軸方向への異方的な横方向選択成長によって形成され、c面以外の主面を持つIII族窒化物半導体層とを含む、窒化物半導体積層構造である。
In order to achieve the above object, the invention according to
この構成によれば、ストライプ状のマスクは、c面に平行な成長規制面を有しているので、マスク間の領域にIII族窒化物半導体層を横方向選択成長させる際に、−c軸方向への結晶成長を抑制できる。これにより、N極性面(−c面)の形成を抑制し、Ga極性面(+c面)のみを選択的に成長させることができるので、III族窒化物半導体層は、結晶欠陥の少ない良好なものとなる。よって、このような半導体積層構造を用いることによって、優れた特性の窒化物半導体デバイスを実現できる。たとえば、発光デバイスを作製した場合に、外部量子効率を高めることができ、優れた発光特性を実現できる。 According to this configuration, since the striped mask has a growth regulation surface parallel to the c-plane, when the group III nitride semiconductor layer is selectively grown in the lateral direction in the region between the masks, the −c axis Crystal growth in the direction can be suppressed. Thereby, formation of the N polar face (-c face) can be suppressed, and only the Ga polar face (+ c face) can be selectively grown. Therefore, the group III nitride semiconductor layer is excellent in that there are few crystal defects. It becomes a thing. Therefore, by using such a semiconductor multilayer structure, a nitride semiconductor device having excellent characteristics can be realized. For example, when a light emitting device is manufactured, the external quantum efficiency can be increased, and excellent light emission characteristics can be realized.
請求項2記載の発明は、前記半導体層の主面にストライプパターンの凸部が形成されており、当該半導体層の凸部の−c軸側側面に沿って、(好ましくは、当該凸部よりも高い)前記マスクが配置されている、請求項1記載の窒化物半導体積層構造である。
前記ストライプパターンの凸部は、ストライプパターンのマスクに対応して、c面と平行なストライプ状をなす。この凸部の−c軸側側面がマスクによって覆われている。マスクの表面において、凸部の−c軸側側面を覆う表面は、当該凸部から−c軸方向への結晶成長を規制する成長規制面となる。このような構成によって、マスク間の領域に成長させられたIII族窒化物半導体層は、凸部の+c軸側側面から+c軸方向へと異方的に成長させて得られた半導体層となり、良好な結晶性を持つ。
According to a second aspect of the present invention, a convex part of a stripe pattern is formed on the main surface of the semiconductor layer, and preferably along the −c-axis side side surface of the convex part of the semiconductor layer (preferably from the convex part). The nitride semiconductor multilayer structure according to
The convex part of the stripe pattern forms a stripe shape parallel to the c-plane corresponding to the mask of the stripe pattern. The side surface of the convex portion on the −c axis side is covered with a mask. On the surface of the mask, the surface that covers the −c-axis side surface of the convex portion serves as a growth regulating surface that regulates crystal growth from the convex portion in the −c-axis direction. With such a configuration, the group III nitride semiconductor layer grown in the region between the masks becomes a semiconductor layer obtained by growing anisotropically from the + c-axis side surface of the convex portion in the + c-axis direction, Good crystallinity.
前記マスクは、凸部よりも高く形成されて、当該凸部の−c軸側側面から突出していることが好ましい。この場合、その突出部分における+c軸側の表面もまた成長規制面となる。すなわち、このような構成によって、マスク間の領域に成長させられたIII族窒化物半導体層は、凸部の+c軸側側面から+c軸方向へと異方的に成長させられるととともに、凸部の上方でも、マスクの成長規制面によって−c軸方向への成長を規制しつつ、+c軸方向への異方成長によって得られた層となる。したがって、このようなIII族窒化物半導体層は、良好な結晶性を持つ。 The mask is preferably formed higher than the convex portion and protrudes from the −c-axis side side surface of the convex portion. In this case, the surface on the + c-axis side in the protruding portion is also a growth regulating surface. That is, with such a configuration, the group III nitride semiconductor layer grown in the region between the masks is anisotropically grown in the + c-axis direction from the + c-axis side surface of the convex portion, and the convex portion The layer obtained by anisotropic growth in the + c-axis direction while the growth in the −c-axis direction is regulated by the growth regulation surface of the mask. Therefore, such a group III nitride semiconductor layer has good crystallinity.
請求項3に記載されているように、前記凸部は、前記半導体層の主面を凹凸状に加工して形成されたものであってもよい。
また、請求項4に記載されているように、前記凸部が前記半導体層の平坦な主面にIII族窒化物半導体からなる凸部を付加して形成されたものであってもよい。
さらにまた、請求項5に記載されているように、前記マスクは、前記半導体層の平坦な主面に形成された断面L字形または断面逆T字形の帯状部を含むものであってもよい。
According to a third aspect of the present invention, the convex portion may be formed by processing the main surface of the semiconductor layer into an uneven shape.
According to a fourth aspect of the present invention, the convex portion may be formed by adding a convex portion made of a group III nitride semiconductor to the flat main surface of the semiconductor layer.
Furthermore, as described in
この場合には、断面L字形またはT字形帯状部の間から露出する半導体層の表面をシードとした結晶成長によってIII族窒化物半導体層が形成されることになる。この場合、帯状部間における半導体層の露出部が、帯状部間の中間位置よりも−c軸方向寄りの位置にあって、マスクの成長規制面(+c軸側の面)の近くに位置していることが好ましい。これにより、−c軸方向への結晶成長をマスクの成長規制面によって効果的に抑制できるので、III族窒化物半導体層は、その結晶性が優れたものとなる。 In this case, the group III nitride semiconductor layer is formed by crystal growth using the surface of the semiconductor layer exposed from between the L-shaped section or the T-shaped strip portion as a seed. In this case, the exposed portion of the semiconductor layer between the strips is located closer to the −c axis direction than the intermediate position between the strips, and is located near the growth regulating surface (the surface on the + c axis side) of the mask. It is preferable. As a result, crystal growth in the −c-axis direction can be effectively suppressed by the growth regulating surface of the mask, so that the group III nitride semiconductor layer has excellent crystallinity.
請求項6に記載されているように、前記半導体層は、c面以外の主面を有する基板を含むものであってもよい。そして、この基板の表面にマスクが形成されていて、III族窒化物半導体層は、基板の表面から成長させられたものであってもよい。
また、請求項7に記載されているように、前記半導体層が、前記基板上に形成され、c面以外の成長主面を有するIII族窒化物半導体層を含むものであってもよい。この場合には、III族窒化物半導体層の表面にマスクが形成されていて、III族窒化物半導体層は当該III族窒化物半導体層の表面から成長させられたものであってもよい。
The semiconductor layer may include a substrate having a main surface other than the c-plane. A mask may be formed on the surface of the substrate, and the group III nitride semiconductor layer may be grown from the surface of the substrate.
In addition, as described in claim 7, the semiconductor layer may include a group III nitride semiconductor layer formed on the substrate and having a growth main surface other than the c-plane. In this case, a mask may be formed on the surface of the group III nitride semiconductor layer, and the group III nitride semiconductor layer may be grown from the surface of the group III nitride semiconductor layer.
前記基板としては、サファイア基板(たとえば、r面を主面とするもの)、炭化シリコン基板(たとえばm面を主面とするもの)、窒化ガリウム基板(たとえば、a面またはm面を主面とするもの)などを用いることができる。
これらと組み合わせられるIII族窒化物半導体層としては、その成長主面がa面またはm面のものを例示できる。より具体的には、r面サファイア基板上にa面GaN層を形成したり、m面炭化シリコン基板上にm面GaN層を形成したり、a面窒化ガリウム基板上にa面GaN層を形成したり、m面窒化ガリウム基板上にm面GaN層を形成したりすればよい。
Examples of the substrate include a sapphire substrate (for example, a surface having an r-plane as a main surface), a silicon carbide substrate (for example, a surface having an m-plane as a main surface), a gallium nitride substrate (for example, an a-plane or an m-plane as a main surface). Can be used).
Examples of the group III nitride semiconductor layer combined with these include those having a growth principal surface of the a-plane or m-plane. More specifically, an a-plane GaN layer is formed on an r-plane sapphire substrate, an m-plane GaN layer is formed on an m-plane silicon carbide substrate, or an a-plane GaN layer is formed on an a-plane gallium nitride substrate. Or an m-plane GaN layer may be formed on an m-plane gallium nitride substrate.
そして、請求項8に記載されているように、前記III族窒化物半導体層の主面が、無極性面または半極性面であってもよい。III族窒化物半導体層の主面の面方位は、半導体層の主面の面方位に従うことになる。
請求項9に記載されているように、前記マスクは、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化窒化シリコンを含むものであることが好ましい。
And as described in
According to a ninth aspect of the present invention, the mask preferably contains silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.
請求項10記載の発明は、請求項1〜9のいずれか一項に記載の窒化物半導体積層構造と、前記III族窒化物半導体層上に形成され、不純物をドープして導電型を制御した複数のIII族窒化物半導体層とを含む、窒化物半導体装置である。これにより、ダイオードやトランジスタなどの半導体デバイスを構成することができる。
請求項11記載の発明は、c面以外の主面を有する半導体層上に、c面に平行な成長規制面(−c軸方向への成長を規制する成長規制面)を有するIII-V族半導体以外の材料からなるマスクを、c面と平行なストライプ状に形成するマスク形成工程と、前記ストライプ状のマスクの間の領域から、+c軸方向への異方的な横方向選択成長によってIII族窒化物半導体を成長させ、当該マスクを覆うとともに、c面以外の主面を持つIII族窒化物半導体層を形成する工程とを含む、窒化物半導体積層構造の製造方法である。
The invention according to
The invention according to
この方法によれば、マスクの成長規制面によって−c軸方向への結晶成長を抑制しながら+c軸方向への異方的な横方向選択成長によってIII族窒化物半導体層を成長させることができる。これにより、N極性面(−c面)の成長を抑制できるから、すぐれた結晶性のIII族窒化物半導体層を形成できる。
請求項12に記載されているように、前記III族窒化物半導体層を形成する工程は、ハイドライド気相成長(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法、有機金属化学気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法または分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法によって行われることが好ましい。
According to this method, the group III nitride semiconductor layer can be grown by anisotropic lateral selective growth in the + c-axis direction while suppressing crystal growth in the −c-axis direction by the growth regulation surface of the mask. . As a result, the growth of the N-polar plane (-c plane) can be suppressed, so that an excellent crystalline group III nitride semiconductor layer can be formed.
The step of forming the group III nitride semiconductor layer according to claim 12 includes a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). It is preferably performed by a Vapor Deposition (MBE) method or a molecular beam epitaxy (MBE) method.
その他、窒化物半導体積層構造の製造方法に関しても、窒化物半導体積層構造の発明の場合と同様な変形が可能である。 In addition, the manufacturing method of the nitride semiconductor multilayer structure can be modified in the same manner as in the invention of the nitride semiconductor multilayer structure.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る発光ダイオードの構造を説明するための図解的な断面図である。この発光ダイオードは、GaN(窒化ガリウム)基板1上にIII族窒化物半導体層としてのGaN半導体層2を再成長させて構成されている。
GaN半導体層2は、GaN基板1側から順に、N型コンタクト層21、発光層としての量子井戸(QW:Quantum Well)層22、GaNファイナルバリア層25、P型電子阻止層23、およびP型コンタクト層24を積層した積層構造を有している。P型コンタクト層24層の表面には、透明電極としてのアノード電極3が形成されており、さらに、このアノード電極3の一部には、配線接続のための接続部4が接合されている。また、N型コンタクト層21には、カソード電極5が接合されている。こうして、発光ダイオード構造が形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view for explaining the structure of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention. This light emitting diode is configured by regrowing a
The
GaN基板1は、支持基板(配線基板)10に接合されている。支持基板10の表面には、配線11,12が形成されている。そして、接続部4と配線11とがボンディングワイヤ13で接続されており、カソード電極5と配線12とがボンディングワイヤ14で接続されている。さらに、図示は省略するが、前記発光ダイオード構造と、ボンディングワイヤ13,14とが、エポキシ樹脂等の透明樹脂によって封止されることにより、発光ダイオード素子が構成されている。
The
N型コンタクト層21は、シリコンをN型ドーパントとして添加したN型GaN層からなる。層厚は3μm以上とすることが好ましい。シリコンのドーピング濃度は、たとえば、1018cm-3とされる。より具体的には、N型コンタクト層21は、GaN基板1上(またはAlN層8上)に結晶成長させられたN型GaN半導体からなる。
量子井戸層22は、シリコンをドープしたInGaN層(たとえば3nm厚)とGaN層(たとえば9nm厚)とを交互に所定周期(たとえば5周期)積層したものである。この量子井戸層22と、P型電子阻止層23との間に、GaNファイナルバリア層25(たとえば40nm厚)が積層される。
The N-
The
P型電子阻止層23は、P型ドーパントとしてのマグネシウムを添加したAlGaN層からなる。層厚は、たとえば、28nmである。マグネシウムのドーピング濃度は、たとえば、3×1019cm-3とされる。
P型コンタクト層24は、P型ドーパントとしてのマグネシウムを高濃度に添加したGaN層からなる。層厚は、たとえば、70nmである。マグネシウムのドーピング濃度は、たとえば、1020cm-3とされる。
The P-type
The P-
アノード電極3は、NiとAuとから構成される透明な薄い金属層(たとえば、200Å以下)で構成される。
カソード電極は、TiとAl層とから構成される膜である。
GaN基板1は、c面以外の主面を有するGaNからなる基板である。より具体的には、無極性面または半極性面を主面とするものである。GaN基板1の主面には、凹凸加工が施されており、所定間隔で平行に形成された複数本の凸条60がc面に平行なストライプ状に形成されている。各凸条60は、断面が矩形であり、一方の側面は、GaN基板1の+c軸方向に向いた+c軸側側面61であり、他方の側面はGaN基板1の−c軸方向に向いた−c軸側側面62である。これらの側面61,62の間には、GaN基板1の主面と平行な頂面63が形成されている。
The anode electrode 3 is composed of a transparent thin metal layer (for example, 200 mm or less) composed of Ni and Au.
The cathode electrode is a film composed of Ti and an Al layer.
The
各凸条60の−c軸側側面62は、帯状のマスク65で覆われている。したがって、マスク65は、GaN基板1の主面上においてc面に平行なストライプ状に形成されている。マスク65は、この例では、断面矩形に形成されており、凸条60の−c軸側側面62の全域を覆っている。また、マスク65は、凸条60よりも高く形成されており、−c軸側側面62の上方に突出している。このマスク65の表面において、+c軸方向を向いた表面が成長規制面66をなす。すなわち、成長規制面66は、凸条60の−c軸側側面62を覆う部分と、凸条60の上方に突出した部分とを有する。
The −c-
N型コンタクト層21は、ストライプ状のマスク65間の領域において露出したGaN基板1の表面からエピタキシャル成長させて得られたものであり、成長規制面66の働きによって、−c軸方向への結晶成長を抑制しつつ、+c軸方向への異方的な選択横方向成長によって形成されたものである。そのため、N極性面(−c面)の形成が抑制されているので、すぐれた結晶性を有している。
The N-
図2は、III族窒化物半導体の結晶構造のユニットセルを表した図解図である。III族窒化物半導体の結晶構造は、六方晶系で近似することができ、六角柱の軸方向に沿うc軸を法線とする面(六角柱の頂面)がc面(0001)である。III族窒化物半導体では、分極方向がc軸に沿っている。そのため、c面は、+c軸側と−c軸側とで異なる性質を示すので、極性面(Polar Plane)と呼ばれる。一方、六角柱の側面がそれぞれm面(10-10)であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がa面(11-20)である。これらは、c面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、無極性面(Nonpolar Plane)である。さらに、c面に対して傾斜している(平行でもなく直角でもない)結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているため、若干の極性のある平面、すなわち、半極性面(Semipolar Plane)である。半極性面の具体例は、(10-1-1)面、(10-1-3)面、(11-22)面などの面である。 FIG. 2 is an illustrative view showing a unit cell having a crystal structure of a group III nitride semiconductor. The crystal structure of the group III nitride semiconductor can be approximated by a hexagonal system, and the surface (the top surface of the hexagonal column) whose normal is the c axis along the axial direction of the hexagonal column is the c plane (0001). . In the group III nitride semiconductor, the polarization direction is along the c-axis. For this reason, the c-plane is called a polar plane because it exhibits different properties on the + c-axis side and the −c-axis side. On the other hand, the side surfaces of the hexagonal columns are m-planes (10-10), respectively, and the plane passing through a pair of ridge lines that are not adjacent to each other is the a-plane (11-20). Since these are crystal planes perpendicular to the c-plane and orthogonal to the polarization direction, they are nonpolar planes, that is, nonpolar planes. Furthermore, since the crystal plane inclined with respect to the c-plane (not parallel nor perpendicular) intersects the polarization direction obliquely, it has a slightly polar plane, that is, a semipolar plane (Semipolar plane). Plane). Specific examples of the semipolar plane include planes such as the (10-1-1) plane, the (10-1-3) plane, and the (11-22) plane.
非特許文献1に、c面に対する結晶面の偏角と当該結晶面の法線方向の分極との関係が示されている。この非特許文献1から、(11-24)面、(10-12)面なども分極の少ない結晶面であり、大きな偏光状態の光を取り出すために採用される可能性のある有力な結晶面であると言える。
たとえば、m面を主面とするGaN単結晶基板は、c面を主面としたGaN単結晶から切り出して作製することができる。切り出された基板のm面は、たとえば、化学的機械的研磨処理によって研磨され、(0001)方向および(11−20)方向の両方に関する方位誤差が、±1°以内(好ましくは±0.3°以内)とされる。こうして、m面を主面とし、かつ、転位や積層欠陥といった結晶欠陥のないGaN単結晶基板が得られる。このようなGaN単結晶基板の表面には、原子レベルの段差が生じているにすぎない。
For example, a GaN single crystal substrate having an m-plane as a main surface can be produced by cutting from a GaN single crystal having a c-plane as a main surface. The m-plane of the cut substrate is polished by, for example, a chemical mechanical polishing process, and an orientation error with respect to both the (0001) direction and the (11-20) direction is within ± 1 ° (preferably ± 0.3). (Within °). In this way, a GaN single crystal substrate having the m-plane as the main surface and free from crystal defects such as dislocations and stacking faults can be obtained. There is only an atomic level step on the surface of such a GaN single crystal substrate.
このようにして得られるGaN単結晶基板上に、MOCVD法によって、発光ダイオード(LED)構造を成長させることができる。
図3は、N型コンタクト層21の形成方法を工程順に示す断面図である。
まず、m面(10−10)(またはa面(11−20))を主面とするGaN基板1の当該主面に、エッチング処理によって凹凸加工が施され、複数本の凸条60がストライプ状に形成される(図3(a))。そして、各凸条60の−c軸側側面62を覆うようにストライプ状パターンのマスク65が形成される(図3(b))。マスク65は、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化窒化シリコンで構成することができる。このような材料の膜をGaN基板1の全面に形成した後、フォトリソグラフィ技術によって、マスク65のパターンに対応するレジストパターンを基板1上に形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとしてエッチングを行うことによって、ストライプ状のマスク65を形成できる。
A light emitting diode (LED) structure can be grown on the GaN single crystal substrate thus obtained by MOCVD.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method of forming the N-
First, the main surface of the
この後、MOCVD法によって、シリコンをドープしながら、c面が成長しやすい条件でGaN半導体をGaN基板1上に成長させることにより、マスク65間の領域からマスク65の上方を覆うN型コンタクト層21を形成することができる。
GaN半導体20は、凸条60の頂面63および+c軸側側面61、ならびに凸条60とマスク65との間のGaN基板1表面をシードとして結晶成長する(図3(c))。このとき、c面が成長しやすい条件で結晶成長を行うので、+c軸側側面61からの横方向選択成長が進行する。その一方で、凸条60の−c軸側側面62はマスク65の成長規制面66によって覆われており、さらに、成長規制面65は凸条60よりも高い位置まで延びているので、−c軸方向への結晶成長が抑制される。これにより、+c軸方向への異方的な横方向選択成長が進行することになる。この横方向選択成長によってマスク65間の領域が埋め尽くされると、GaN半導体20は、マスク65の上方の領域を覆うように成長する。こうして、N型コンタクト層21が得られる(図3(d))。なお、図3(c)および図3(d)においては、GaN半導体20の結晶成長の様子を表すために、成長途中の結晶の表面形状を段階的に示してある。
Thereafter, an N-type contact layer covering the area above the
The
このN型コンタクト層21は、N極面(−c面)の形成が抑制された状態で結晶成長させて得られるため、結晶欠陥密度が低く、良好な結晶性を有することになる。N型コンタクト層21の主面の面方位は、GaN基板1の主面の面方位に従う。すなわち、GaN基板1の主面がm面なら、N型コンタクト層21の主面もm面であり、GaN基板1の主面がa面なら、N型コンタクト層21の主面もa面である。
Since the N-
このN型コンタクト層21の上にさらにエピタキシャル成長させられる各層22〜25もまた、N型コンタクト層21と同じ主面を有することになる。
図4は、GaN半導体層2を構成する各層を成長させるための処理装置の構成を説明するための図解図である。処理室30内に、ヒータ31を内蔵したサセプタ32が配置されている。サセプタ32は、回転軸33に結合されており、この回転軸33は、処理室30外に配置された回転駆動機構34によって回転されるようになっている。これにより、サセプタ32に処理対象のウエハ35を保持させることにより、処理室30内でウエハ35を所定温度に昇温することができ、かつ、回転させることができる。ウエハ35は、前述のGaN基板1を構成する、たとえば、GaN単結晶ウエハである。このウエハ35の主面には、ストライプパターンの凸条60と、同じくストライプパターンのマスク65とが形成されている。
Each of the
FIG. 4 is an illustrative view for explaining the configuration of a processing apparatus for growing each layer constituting the
処理室30には、排気配管36が接続されている。排気配管36はロータリポンプ等の排気設備に接続されている。これにより、処理室30内の圧力は、1/10気圧〜常圧とされ、処理室30内の雰囲気は常時排気されている。
一方、処理室30には、サセプタ32に保持されたウエハ35の表面に向けて原料ガスを供給するための原料ガス供給路40が導入されている。この原料ガス供給路40には、窒素原料ガスとしてのアンモニアを供給するアンモニア原料配管41と、ガリウム原料ガスとしてのトリメチルガリウム(TMG)を供給するガリウム原料配管42と、アルミニウム原料ガスとしてのトリメチルアルミニウム(TMAl)を供給するアルミニウム原料配管43と、インジウム原料ガスとしてのトリメチルインジウム(TMIn)を供給するインジウム原料配管44と、マグネシウム原料ガスとしてのエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCp2Mg)を供給するマグネシウム原料配管45と、シリコンの原料ガスとしてのシラン(SiH4)を供給するシリコン原料配管46とが接続されている。これらの原料配管41〜46には、それぞれバルブ51〜56が介装されている。各原料ガスは、いずれも水素もしくは窒素またはこれらの両方からなるキャリヤガスとともに供給されるようになっている。
An exhaust pipe 36 is connected to the
On the other hand, a raw material
たとえば、m面を主面とするGaN単結晶ウエハをウエハ35としてサセプタ32に保持させる。この状態で、バルブ52〜56は閉じておき、アンモニア原料バルブ51を開いて、処理室30内に、キャリヤガスおよびアンモニアガス(窒素原料ガス)が供給される。さらに、ヒータ31への通電が行われ、ウエハ温度が1000℃〜1100℃(たとえば、1050℃)まで昇温される。これにより、表面の荒れを生じさせることなくGaN半導体を成長させることができるようになる。
For example, a GaN single crystal wafer having an m-plane as a main surface is held on the
ウエハ温度が1000℃〜1100℃に達するまで待機した後、ガリウム原料バルブ52およびシリコン原料バルブ56が開かれる。これにより、原料ガス供給路40から、キャリヤガスとともに、トリメチルガリウムおよびシランが供給される。その結果、ウエハ35の表面に、シリコンがドープされたGaN層からなるN型コンタクト層21が成長する。
After waiting until the wafer temperature reaches 1000 ° C. to 1100 ° C., the
このN型コンタクト層21の成長過程においては、処理室30内のウエハ35に供給されるガリウム原料(トリメチルガリウム)のモル分率に対する窒素原料(アンモニア)のモル分率の比であるV/III比は、1000〜10000の範囲内の値(たとえば、3000)となるように、窒素原料ガスとガリウム原料ガスとの各流量が設定される。これにより、c面の成長が促進される条件となり、GaN基板1上において、GaN半導体の横方向選択成長を行わせることができる。
In the growth process of the N-
N型コンタクト層21を形成した後には、次に、シリコン原料バルブ56が閉じられ、量子井戸層22の成長が行われる。量子井戸層22の成長は、アンモニア原料バルブ51、ガリウム原料バルブ52およびインジウム原料バルブ54を開いてアンモニア、トリメチルガリウムおよびトリメチルインジウムをウエハ35へと供給することによりInGaN層を成長させる工程と、インジウム原料バルブ54を閉じ、アンモニア原料バルブ51およびガリウム原料バルブ52を開いてアンモニアおよびトリメチルガリウムをウエハ35へと供給することにより、無添加のGaN層を成長させる工程とを交互に実行することによって行える。たとえば、GaN層を始めに形成し、その上にInGaN層を形成する。これを5回に渡って繰り返し行った後、最後に、InGaN層上にGaNファイナルバリア層25が形成される。量子井戸層22およびGaNファイナルバリア層25の形成時には、ウエハ35の温度は、たとえば、700℃〜800℃(たとえば730℃)とされることが好ましい。
After the N-
次いで、P型電子阻止層23が形成される。すなわち、アンモニア原料バルブ51、ガリウム原料バルブ52、アルミニウム原料バルブ53およびマグネシウム原料バルブ55が開かれ、他のバルブ54,56が閉じられる。これにより、ウエハ35に向けて、アンモニア、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされたAlGaN層からなるP型電子阻止層23が形成されることになる。このP型電子阻止層23の形成時には、ウエハ35の温度は、1000℃〜1100℃(たとえば1000℃)とされることが好ましい。
Next, a P-type
次に、P型コンタクト層24が形成される。すなわち、アンモニア原料バルブ51、ガリウム原料バルブ52およびマグネシウム原料バルブ55が開かれ、他のバルブ53,54,56が閉じられる。これにより、ウエハ35に向けて、アンモニア、トリメチルガリウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされたGaN層からなるP型コンタクト層24が形成されることになる。P型コンタクト層24の形成時には、ウエハ35の温度は、1000℃〜1100℃(たとえば1000℃)とされることが好ましい。
Next, a P-
こうして、ウエハ35上にGaN半導体層2が成長させられると、このウエハ35は、エッチング装置に移され、たとえばプラズマエッチングによって、図1に示すように、N型コンタクト層21を露出させるための凹部7が形成される。凹部7は、量子井戸層22、P型電子阻止層23およびP型コンタクト層24を島状に取り囲むように形成されてもよく、これにより、量子井戸層22、P型電子阻止層23およびP型コンタクト層24をメサ形に整形するものであってもよい。
Thus, when the
さらに、抵抗加熱または電子線ビームによる金属蒸着装置によって、アノード電極3、接続部4、カソード電極5が形成される。これにより、図1に示す発光ダイオード構造を得ることができる。
このようなウエハプロセスの後に、ウエハ35の劈開によって個別素子が切り出され、この個別素子は、ダイボンディングおよびワイヤボンディングによってリード電極に接続された後、エポキシ樹脂等の透明樹脂中に封止される。こうして、発光ダイオード素子が作製される。
Furthermore, the anode electrode 3, the connection part 4, and the
After such a wafer process, the individual elements are cut out by cleaving the
前述のとおり、この実施形態では、N型コンタクト層21は、−c軸方向への結晶成長を抑制し、+c軸方向への異方的な横方向選択成長によって形成される。そのため、N型コンタクト層21は、結晶欠陥が少なくなり、それに応じて、N型コンタクト層21上に形成される各層22〜24の欠陥密度も抑制される。これにより、非発光再結合を抑制して、発光効率を向上することができる。
As described above, in this embodiment, the N-
図5は、N型コンタクト層21の第2の形成工程を説明するための断面図である。この例では、m面を主面(この例では平坦な表面)とするGaN基板1上にm面を主面とするGaN半導体層69がエピタキシャル成長させられている。このGaN半導体層69の表面には、エッチング処理によって凹凸加工が施されており、これにより、複数本の凸条70がストライプ状に形成されている。複数本の凸条70は、所定の間隔を開けて平行に形成されており、その形成方向は、c面に平行とされている。各凸条70は、断面が矩形に形成されており、+c軸側側面71と、−c軸側側面72と、これらの側面71,72間の頂面73とを有している。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a second step of forming the N-
各凸条70の−c軸側側面72に沿って、断面矩形の帯状のマスク75が形成されている。したがって、帯状のマスク75は、GaN半導体層69の主面上にストライプ状に複数本形成されている。各帯状のマスク75の延在方向は、c面に平行である。マスク75は、凸条70よりも上方に突出する高さに形成されている。マスク75の+c軸側側面は、成長規制面76である。この成長規制面76は、凸条70の−c軸側側面72を覆い、この側面72からの結晶成長を規制するとともに、凸条70の上方においても、−c軸方向への結晶成長を規制する。マスク75の形成は、フォトリソグラフィ工程によって行われる。
A strip-shaped
マスク75の形成の後、MOCVD法によって、N型コンタクト層21が形成される。この形成方法は、前述の場合と同様である。この場合に、N型コンタクト層21を構成するGaN半導体の結晶は、主として、凸条70の+c軸側側面71からの+c軸方向への異方的な横方向選択成長によって形成されることになる。図5には、GaN半導体の結晶成長の様子を表すために、成長途中の結晶の表面形状を段階的に示してある。
After the formation of the
凸条70の頂面73までの領域では、マスク75の成長規制面76が凸条70の−c軸側側面72を覆っていることより、−c軸側への結晶成長が規制される。そして、凸条70の上方の領域でも、−c軸方向への結晶成長が、マスク75の成長規制面76の働きによって抑制される。こうして、N極性面(−c面)の形成を抑制しつつ、GaN半導体を結晶成長させてN型コンタクト層21を形成できる。したがって、N型コンタクト層21は、欠陥密度の低い良好な結晶性を有することになる。
In the region up to the top surface 73 of the
図6は、N型コンタクト層21の第3の形成工程を説明するための断面図である。この例では、平坦な主面(m面)を有するGaN基板1上にGaN半導体を付加することによって、複数本の凸条80が形成されている。この複数本の凸条80は、GaN半導体基板1上にGaN半導体層をエピタキシャル成長させ、このGaN半導体層を、GaN半導体基板1が露出するまで、ストライプパターンにエッチングすることによって得ることができる。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a third formation step of the N-
凸条80の延在方向は、c面に平行である。凸条80は、断面矩形に形成されており、+c軸側側面81と、−c軸側側面82と、これらの間の頂面83とを有している。
各凸条80の−c軸側側面82に沿って、断面矩形の帯状のマスク85が形成されている。したがって、帯状のマスク85は、GaN基板1の主面上にストライプ状に複数本形成されている。各帯状のマスク85の延在方向は、c面に平行である。マスク85は、凸条80よりも上方に突出する高さに形成されている。マスク85の+c軸側側面は、成長規制面86である。この成長規制面86は、凸条80の−c軸側側面82を覆い、この側面82からの結晶成長を規制するとともに、凸条80の上方においても、−c軸方向への結晶成長を規制する。マスク85の形成は、フォトリソグラフィ工程によって行われる。
The extending direction of the
A strip-shaped
マスク85の形成の後、MOCVD法によって、N型コンタクト層21が形成される。この形成方法は、前述の場合と同様である。この場合に、N型コンタクト層21を構成するGaN半導体結晶は、主として、凸条80の+c軸側側面81からの+c軸方向への異方的な横方向選択成長によって形成される。図6には、GaN半導体の結晶成長の様子を表すために、成長途中の結晶の表面形状を段階的に示してある。
After the formation of the
凸条80の頂面83までの領域では、マスク85の成長規制面86が凸条80の−c軸側側面82を覆っていることより、−c軸側への結晶成長が規制される。そして、凸条80の上方の領域でも、−c軸方向への結晶成長が、マスク85の成長規制面86の働きによって抑制される。こうして、N極性面(−c面)の形成を抑制しつつGaN半導体を結晶成長させることができるので、N型コンタクト層21は、欠陥密度の低い良好な結晶性を有することになる。
In the region up to the
図7は、N型コンタクト層21の第4の形成工程を説明するための断面図である。この例では、GaN基板1の主面(m面)は平坦であり、この平坦な主面上に断面L字形の複数本の帯状マスク90がストライプ状に形成されている。マスク90の延在方向は、c面に平行である。各マスク90は、GaN基板1の主面に平行な底部91と、この底部91の+c軸側側縁から立ち上がった成長規制壁92とを有している。この成長規制壁92の+c軸側側面が成長規制面93である。底部91の−c軸側側縁と成長規制面93との間の帯状領域において、GaN基板1が露出している。この露出部95がGaN半導体結晶(N型コンタクト層21)を成長させるときのシードとなる。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a fourth step of forming the N-
マスク85の形成は、フォトリソグラフィ工程によって行われる。より具体的には、まず、底部91をフォトリソグラフィで形成し、この底部91の+c軸側側縁上に成長規制壁92を、やはりフォトリソグラフィで形成すればよい。
マスク85の形成の後、MOCVD法によって、N型コンタクト層21が形成される。この場合に、N型コンタクト層21を構成するGaN半導体結晶は、まず、露出部95からの縦方向選択成長によって、マスク90の底部91から突出する状態まで成長させられる。その後は、横方向選択成長によって、+c軸方向への異方的な成長が行われる。−c軸側への結晶成長は、マスク90の成長規制面93の働きによって抑制される。GaN半導体結晶がマスク90の上端まで達した後にさらに結晶成長を継続することによって、マスク90を覆う領域に至るN型コンタクト層21が形成される。こうして、N極性面(−c面)の形成を抑制しつつGaN半導体を結晶成長させることができるので、N型コンタクト層21は、欠陥密度の低い良好な結晶性を有することになる。
The
After the formation of the
図8は、N型コンタクト層21の第5の形成工程を説明するための断面図である。この図8において、前述の図7に示された各部に対応する部分には、図7の場合と同一の参照符号を付して示す。この例では、GaN基板1の主面(m面)は平坦であり、この平坦な主面上にGaN半導体層89がエピタキシャル成長させられている。このGaN半導体層89の主面(m面)は平坦面であり、この主面上に断面L字形の複数本の帯状マスク90がストライプ状に形成されている。マスク90の延在方向は、c面に平行である。各マスク90は、GaN半導体層89の主面に平行な底部91と、この底部91の+c軸側側縁から立ち上がった成長規制壁92とを有している。この成長規制壁92の+c軸側側面が成長規制面93である。底部91の−c軸側側縁と成長規制面93との間の帯状領域において、GaN半導体層89が露出している。その露出部96がGaN半導体結晶(N型コンタクト層21)を成長させるときのシードとなる。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a fifth step of forming the N-
マスク85の形成の後、MOCVD法によって、N型コンタクト層21が形成される。この場合に、N型コンタクト層21を構成するGaN半導体結晶は、まず、露出部96からの縦方向選択成長によって、マスク90の底部91から突出する状態まで成長させられる。その後は、横方向選択成長によって、+c軸方向への異方的な成長が行われる。−c軸側への結晶成長は、マスク90の成長規制面93の働きによって抑制される。GaN半導体結晶がマスク90の上端まで達した後にさらに結晶成長を継続することによって、マスク90を覆う領域に至るN型コンタクト層21が形成される。こうして、N極性面(−c面)の形成を抑制しつつGaN半導体を結晶成長させることができるので、N型コンタクト層21は、欠陥密度の低い良好な結晶性を有することになる。
After the formation of the
図9は、N型コンタクト層21の第6の形成工程を説明するための断面図である。この図9において、前述の図8に示された各部と同等の部分には同一の参照符号を付して示す。この例では、この例では、GaN半導体層89の平坦な主面(m面)上に、断面逆T字形の複数本の帯状マスク100がストライプ状に形成されている。マスク100の延在方向は、c面に平行である。各マスク100は、GaN半導体層89の主面に平行な底部101と、この底部101の+c軸側側縁寄りの位置から立ち上がった成長規制壁102とを有している。この成長規制壁102の+c軸側側面が成長規制面103である。隣接するマスク100間には、一方のマスク100における底部101の−c軸側側縁と、他方のマスク100における底部101の+c軸側側縁との間の帯状領域において、GaN半導体層89が露出している。その露出部96がGaN半導体結晶(N型コンタクト層21)を成長させるときのシードとなる。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a sixth step of forming the N-
マスク100の形成は、フォトリソグラフィ工程によって行われる。より具体的には、まず、底部101をフォトリソグラフィで形成し、この底部101の+c軸側側縁寄りの位置に、フォトリソグラフィによって成長規制壁102を形成すればよい。
マスク100の形成の後、MOCVD法によって、N型コンタクト層21が形成される。この場合に、N型コンタクト層21を構成するGaN半導体結晶は、まず、露出部96からの縦方向選択成長によって、マスク100の底部101から突出する状態まで成長させられる。その後は、横方向選択成長によって、+c軸方向への異方的な成長が行われる。−c軸側への結晶成長は、マスク100の成長規制面103の働きによって抑制される。GaN半導体結晶がマスク100の上端まで達した後にさらに結晶成長を継続することによって、マスク100を覆う領域に至るN型コンタクト層21が形成される。こうして、N極性面(−c面)の形成を抑制しつつGaN半導体を結晶成長させることができるので、N型コンタクト層21は、欠陥密度の低い良好な結晶性を有することになる。
The
After the formation of the
以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、発光ダイオード構造の形成に本願発明が適用された例について説明したが、この発明は、レーザダイオード等の他の発光デバイスはもちろんのこと、トランジスタやダイオードといった他の電子デバイスの作製にも適用することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the formation of a light emitting diode structure has been described. However, the present invention is not limited to other light emitting devices such as a laser diode, but also other electrons such as a transistor and a diode. It can also be applied to device fabrication.
また、前述の実施形態では、主としてm面を主面とするGaN基板1を用いた例について説明したが、a面を主面とするGaN基板を用いてもよい。また、(10−11)面、(10−13)面、(11−22)などといったセミポーラ面を主面とするGaN基板を用いてもよい。
また、前述の例では、GaN基板1上にGaN半導体層やGaN半導体層2を再成長させた例について説明したが、たとえば、m面を主面とした炭化シリコン基板上に、成長主面をm面としたGaN半導体を成長させるようにしてもよいし、r面を主面とするサファイア基板上にa面を主面とするGaN半導体を成長させるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the example using the
In the above-described example, the example in which the GaN semiconductor layer and the
さらに、前述の実施形態では、MOCVD法によってGaN基板1上にGaN半導体をエピタキシャル成長させる例について説明したが、HVPE法やMBE法などの他のエピタキシャル成長法が適用されてもよい。
また、前述の図3、図5および図6の例では、凸条60,70,80よりもマスク65,75,85が高く形成される例について説明したが、凸条60,70,80と同程度の高さにマスク65,75,85を形成してもよい。この場合でも、凸条60,70,80の−c軸側側面62,72,82からの−c軸方向への結晶成長を規制することができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the GaN semiconductor is epitaxially grown on the
Further, in the examples of FIGS. 3, 5, and 6 described above, the example in which the
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1 GaN基板
2 GaN半導体層
3 アノード電極
4 接続部
5 カソード電極
7 凹部
10 支持基板
11,12 配線
13,14 ボンディングワイヤ
20 GaN半導体
21 N型コンタクト層
22 量子井戸層
23 P型電子阻止層
24 P型コンタクト層
25 ファイナルバリア層
30 処理室
31 ヒータ
32 サセプタ
33 回転軸
34 回転駆動機構
35 ウエハ
36 排気配管
40 原料ガス供給路
41 アンモニア原料配管
42 ガリウム原料配管
43 アルミニウム原料配管
44 インジウム原料配管
45 マグネシウム原料配管
46 シリコン原料配管
51 アンモニア原料バルブ
52 ガリウム原料バルブ
53 アルミニウム原料バルブ
54 インジウム原料バルブ
55 マグネシウム原料バルブ
56 シリコン原料バルブ
60 凸条
61 +c軸側側面
62 −c軸側側面
63 頂面
65 マスク
65 成長規制面
66 成長規制面
69 GaN半導体層
70 凸条
71 +c軸側側面
72 −c軸側側面
73 頂面
75 マスク
76 成長規制面
80 凸条
81 +c軸側側面
82 −c軸側側面
83 頂面
85 マスク
86 成長規制面
89 GaN半導体層
90 マスク
91 底部
92 成長規制壁
93 成長規制面
95 露出部
96 露出部
100 マスク
101 底部
102 成長規制壁
103 成長規制面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GaN substrate 2 GaN semiconductor layer 3 Anode electrode 4 Connection part 5 Cathode electrode 7 Recessed part 10 Support substrate 11,12 Wiring 13,14 Bonding wire 20 GaN semiconductor 21 N-type contact layer 22 Quantum well layer 23 P-type electron blocking layer 24 P Type contact layer 25 Final barrier layer 30 Processing chamber 31 Heater 32 Susceptor 33 Rotating shaft 34 Rotation drive mechanism 35 Wafer 36 Exhaust piping 40 Raw material gas supply passage 41 Ammonia raw material piping 42 Gallium raw material piping 43 Aluminum raw material piping 44 Indium raw material piping 45 Magnesium raw material Piping 46 Silicon raw material piping 51 Ammonia raw material valve 52 Gallium raw material valve 53 Aluminum raw material valve 54 Indium raw material valve 55 Magnesium raw material valve 56 Silicon raw material valve 60 Projection 6 + C-axis side surface 62 -c-axis side surface 63 top surface 65 mask 65 growth regulation surface 66 growth regulation surface 69 GaN semiconductor layer 70 ridge 71 + c-axis side surface 72 -c-axis side surface 73 top surface 75 mask 76 growth regulation surface 80 ridge 81 + c-axis side surface 82 −c-axis side surface 83 top surface 85 mask 86 growth regulating surface 89 GaN semiconductor layer 90 mask 91 bottom portion 92 growth regulating wall 93 growth regulating surface 95 exposed portion 96 exposed portion 100 mask 101 bottom portion 102 Growth regulation wall 103 Growth regulation surface
Claims (12)
この半導体層上にc面と平行なストライプ状に形成され、c面に平行な成長規制面を有するとともに、III-V族半導体以外の材料からなるマスクと、
このマスクの間の領域から当該マスクを覆うように、+c軸方向への異方的な横方向選択成長によって形成され、c面以外の主面を持つIII族窒化物半導体層とを含む、窒化物半導体積層構造。 a semiconductor layer having a principal surface other than the c-plane;
A mask formed on the semiconductor layer in a stripe shape parallel to the c-plane, having a growth regulating surface parallel to the c-plane, and made of a material other than a III-V semiconductor;
A group III nitride semiconductor layer formed by anisotropic lateral selective growth in the + c-axis direction so as to cover the mask from the region between the masks and having a main surface other than the c-plane. Semiconductor semiconductor laminated structure.
前記III族窒化物半導体層上に形成され、不純物をドープして導電型を制御した複数のIII族窒化物半導体層とを含む、窒化物半導体装置。 The nitride semiconductor multilayer structure according to any one of claims 1 to 9,
A nitride semiconductor device comprising: a plurality of group III nitride semiconductor layers formed on the group III nitride semiconductor layer and doped with impurities to control conductivity type.
前記ストライプ状のマスクの間の領域から、+c軸方向への異方的な横方向選択成長によってIII族窒化物半導体を成長させ、当該マスクを覆うとともに、c面以外の主面を持つIII族窒化物半導体層を形成する工程とを含む、窒化物半導体積層構造の製造方法。 a mask forming step of forming, on a semiconductor layer having a principal surface other than the c-plane, a mask made of a material other than a group III-V semiconductor having a growth regulating surface parallel to the c-plane in a stripe shape parallel to the c-plane; ,
A group III nitride semiconductor is grown from the region between the stripe-shaped masks by anisotropic lateral selective growth in the + c-axis direction, covers the mask, and has a main surface other than the c-plane Forming a nitride semiconductor layer, and a method of manufacturing a nitride semiconductor multilayer structure.
Priority Applications (1)
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