JP2008156141A - Semiconductor substrate and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイス、例えば、LED、レーザ等に使用されるβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板に関し、特に、その上にGaNをエピタキシャル結晶成長させても良質な単結晶膜が得られるβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板に関する。 The present invention relates to a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 single crystal used for semiconductor devices such as LEDs and lasers, and in particular, a high quality single crystal film even when GaN is epitaxially grown thereon. Relates to a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 -based single crystal.
従来、半導体デバイス、例えば、LED、レーザ等の半導体基板にはサファイア基板が使用されているが、その上に成長させるGaNとの格子不整合が16%と大きいために良質なGaNの単結晶膜を成長させることができないといった問題がある。これを解決するものとして、サファイア基板と、サファイア基板の表面に低温で形成されたAlNからなるバッファ層と、バッファ層の上にMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 法によりエピタキシャル成長して形成されたGaN成長層とを備える半導体基板がある(特許文献1)。 Conventionally, a sapphire substrate has been used for a semiconductor substrate such as a semiconductor device such as an LED or a laser, but since the lattice mismatch with GaN grown thereon is as large as 16%, a good quality GaN single crystal film There is a problem that it cannot grow. As a solution to this problem, a sapphire substrate, a buffer layer made of AlN formed on the surface of the sapphire substrate at low temperature, and GaN formed by epitaxial growth on the buffer layer by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method There exists a semiconductor substrate provided with a growth layer (patent document 1).
この半導体基板によれば、サファイア基板とGaN成長層との間にバッファ層を形成することにより、格子定数の不一致を緩和して積層されるエピタキシャル結晶の品質の低下を抑制している。
しかし、特許文献1の半導体基板によれば、サファイア基板とGaN成長層との間にバッファ層を設けてはいるが、格子不整合を十分に緩和することができず、高品質のGaN成長層を得ることは難しい。そして、これを用いて製造した半導体デバイス、例えば、LED、レーザ等の発光素子では、発光層の結晶性が十分でなく、発光効率の向上に限界があった。従って、従来は、結晶構造の異なる半導体基板に、格子定数が異なるGaNを結晶成長させる場合、良質なエピタキシャル結晶成長が十分ではなかった。
However, according to the semiconductor substrate of
従って、本発明の目的は、GaNを結晶成長させる場合でも、転移密度が低い良質なエピタキシャル結晶成長が可能なβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板、(100)面の上にGaNが成長して形成されたエピタキシャル層を有するβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板、及び、これらのβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 single crystal capable of growing a high-quality epitaxial crystal having a low transition density even when GaN is crystal-grown. To provide a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 single crystal having an epitaxial layer formed by growing silicon, and a method for manufacturing a semiconductor substrate made of these β-Ga 2 O 3 single crystals is there.
[1]本発明は、上記の目的を達成するため、所定の面方位である(100)面を有し、前記(100)面の表面層の酸素が除去されたことを特徴とするβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板を提供する。 [1] In order to achieve the above object, the present invention has a (100) plane having a predetermined plane orientation, and the oxygen in the surface layer of the (100) plane is removed. Provided is a semiconductor substrate made of a Ga 2 O 3 based single crystal.
[2]本発明は、上記の目的を達成するため、所定の面方位である(100)面の表面層の酸素が除去され、前記酸素が除去された(100)面上に、ウルツ鉱型構造のGaNが前記GaNのc軸<0001>又は<000―1>方向に成長して形成されたエピタキシャル層を有することを特徴とするβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板を提供する。 [2] According to the present invention, in order to achieve the above object, oxygen in the surface layer of the (100) plane having a predetermined plane orientation is removed, and the wurtzite type is formed on the (100) plane from which the oxygen is removed. Provided is a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 based single crystal, characterized by having an epitaxial layer formed by growing GaN of the structure in the c-axis <0001> or <000-1> direction of the GaN To do.
[3]本発明は、上記の目的を達成するため、所定の面方位である(100)面を有するβ―Ga2O3系単結晶からなる基板を準備する基板準備工程と、前記基板の前記所定の面方位である(100)面の表面層の酸素を除去する酸素除去工程と、を有することを特徴とするβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板の製造方法を提供する。 [3] In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate preparation step of preparing a substrate made of β-Ga 2 O 3 single crystal having a (100) plane having a predetermined plane orientation, And a method of producing a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 single crystal, comprising: an oxygen removing step of removing oxygen from a surface layer having a (100) plane having a predetermined plane orientation. .
[4]前記酸素除去工程は、1気圧以下の雰囲気中において熱処理することを特徴とする上記[3]に記載のβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板の製造方法であってもよい。 [4] The method for producing a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 single crystal according to the above [3], wherein the oxygen removing step is heat-treated in an atmosphere of 1 atm or less. Good.
[5]前記酸素除去工程は、低温、H2雰囲気中において熱処理することを特徴とする上記[4]に記載のβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板の製造方法であってもよい。 [5] The method for producing a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 single crystal as described in [4] above, wherein the oxygen removing step is heat-treated in a low temperature H 2 atmosphere. Good.
本発明によると、GaNを結晶成長させる場合でも、転移密度が低い良質なエピタキシャル結晶成長が可能なβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板、(100)面の上にGaNが成長して形成されたエピタキシャル層を有するβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板、及び、これらのβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, even when GaN is crystal-grown, GaN grows on a (100) plane of a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 single crystal capable of high-quality epitaxial crystal growth with a low transition density. a semiconductor substrate made of β-Ga 2 O 3 single crystal having an epitaxial layer formed Te, and can provide a method for manufacturing a semiconductor substrate consisting of β-Ga 2 O 3 system single crystal.
(第1の実施の形態)
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る面方位を規定した半導体基板の外観斜視図である。図1(b)は、図1(a)の半導体基板の(100)面の部分を拡大して結晶構造を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1A is an external perspective view of a semiconductor substrate that defines a plane orientation according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a diagram showing a crystal structure by enlarging the portion of the (100) plane of the semiconductor substrate of FIG.
本発明の第1の実施の形態に係る半導体基板は、所定の面方位である(100)面を有し、この(100)面の表面層の酸素が除去されたことを特徴とするβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板1である。
The semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention has a (100) plane having a predetermined plane orientation, and the oxygen is removed from the surface layer of the (100) plane. A
半導体基板1は、β―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板1であり、所定の面方位を有して板状に形成されている。β―Ga2O3の結晶構造の方位軸は、a軸<100>、b軸<010>、c軸<001>で構成され、半導体基板1はこれら3つの軸により規定される所定の面方位、すなわち、(100)面、(010)面、(001)面により板状に形成されている。(100)面は、半導体デバイスを作製する場合にこの表面にGaN又はGaN系化合物のエピタキシャル結晶成長が行なわれるので、図1(a)に示したように、(100)面が広い面積を有する板状である。
The
半導体基板1の一部分を拡大して、図1(b)のように結晶構造を示すと、β―Ga2O3の結晶構造は、a軸<100>、b軸<010>、c軸<001>に対して所定の結晶構造で、Ga(ガリウム)原子30及びO(酸素)原子40が配列されている。図1(b)に示したA部拡大図は、半導体基板1の(100)面の表面層の一部を示すが、この表面層においてO原子40の一部が後述する酸素除去方法により除去されている。除去されるO原子40は、β―Ga2O3の結晶構造の(100)表面におけるO原子1層分が好ましいが、これに限られず、GaNのエピタキシャル結晶成長において転移密度が低くなる程度にO原子が除去されていればよい。
When a part of the
(第1の実施の形態に係るβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板1の製造方法)
第1の実施の形態に係るβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板1の製造方法は、所定の面方位である(100)面を有するβ―Ga2O3系単結晶からなる基板を準備する基板準備工程と、前記基板の前記所定の面方位である(100)面の表面の酸素を除去する酸素除去工程とを有して構成されている。
(Method for Producing
The method of manufacturing a
(基板準備工程)
所定の面方位である(100)面を有するβ―Ga2O3系単結晶からなる基板を準備する基板準備工程は、上記示した所定の半導体基板1を作製するか予め製造された半導体基板1を購入する等により、次工程の酸素除去工程の準備をする工程である。
(Board preparation process)
The substrate preparation step of preparing a substrate made of a β-Ga 2 O 3 based single crystal having a (100) plane having a predetermined plane orientation is performed by manufacturing the
半導体基板1は、まず、EFG法あるいはFZ法等によりバルク結晶を作製し、これを切断又は劈開等により板状の半導体基板1を作製する。
As for the
EFG法は、ルツボに原料となるβ―Ga2O3を所定量入れ、加熱して溶解し、β―Ga2O3融液とする。ルツボ内に配置されたスリットダイに形成するスリットによりβ―Ga2O3融液を毛細管現象によりスリットダイ上面に上昇させ、種結晶にβ―Ga2O3融液を接触させて冷却し、任意の形状の断面を有するバルク結晶を作製する。 In the EFG method, a predetermined amount of β-Ga 2 O 3 as a raw material is put in a crucible and heated to be dissolved to obtain a β-Ga 2 O 3 melt. The β-Ga 2 O 3 melt is raised to the upper surface of the slit die by a capillary phenomenon by a slit formed in the slit die arranged in the crucible, and cooled by bringing the β-Ga 2 O 3 melt into contact with the seed crystal, A bulk crystal having a cross section of an arbitrary shape is prepared.
FZ法は、赤外線加熱単結晶製造装置により作製する。種結晶の一端をシードチャックに保持し、棒状の多結晶素材の上端部を素材チャックに保持する。上部回転軸の上下位置を調節して種結晶の上端と多結晶素材の下端を接触させる。ハロゲンランプの光を種結晶の上端と多結晶素材の下端との部位に集光するように、上部回転軸および下部回転軸の上下位置を調節する。これらの調整をして、種結晶の上端と多結晶素材の下端の部位を加熱して、その加熱部位を溶解し、溶解滴を形成する。このとき、種結晶のみを回転させておく。ついで、多結晶素材と種結晶とが十分になじむように当該部を反対方向に回転させながら溶解し、多結晶素材および種結晶を互いに反対方向に引っ張りながら、適度の長さ及び太さの単結晶を形成することでバルク結晶を作製する。 The FZ method is manufactured by an infrared heating single crystal manufacturing apparatus. One end of the seed crystal is held on the seed chuck, and the upper end of the rod-like polycrystalline material is held on the material chuck. The upper and lower positions of the upper rotating shaft are adjusted to bring the upper end of the seed crystal into contact with the lower end of the polycrystalline material. The upper and lower positions of the upper and lower rotary shafts are adjusted so that the light from the halogen lamp is condensed at the upper end of the seed crystal and the lower end of the polycrystalline material. By making these adjustments, the upper end portion of the seed crystal and the lower end portion of the polycrystalline material are heated, and the heated portion is dissolved to form dissolution droplets. At this time, only the seed crystal is rotated. Next, the polycrystalline material and the seed crystal are melted while rotating in the opposite direction so that the polycrystalline material and the seed crystal are sufficiently blended, and the polycrystalline material and the seed crystal are pulled in the opposite directions to obtain a single unit of appropriate length and thickness. Bulk crystals are formed by forming crystals.
上記のように作製されたβ―Ga2O3バルク結晶から所定の面方位を有する板状の半導体基板1を次のように作製する。β―Ga2O3バルク結晶は、b軸<010>方位に結晶成長させた場合には、(100)面の劈開性が強くなるので、(100)面に平行な面と垂直な面で切断して所定の面方位を有する半導体基板1を作製する。a軸<100>方位、c軸<001>方位に結晶成長させた場合は、(100)面、(001)面の劈開性が弱くなるので、全ての面の加工性が良くなり、上記のような切断面の制限はない。
A plate-
(酸素除去工程)
酸素除去工程は、β―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板1の(100)面の表面層の酸素を除去する工程であり、次のような酸素除去方法を使用することが可能である。
(1)1気圧(1×105Pa)より低い圧力中(真空)においての熱処理
(2)低温(400〜1000℃未満)、H2、He+H2、Ar+H2、不活性ガス+H2雰囲気中での熱処理
(3)H2、He+H2、Ar+H2、不活性ガス+H2プラズマにおける処理
(Oxygen removal process)
The oxygen removing step is a step of removing oxygen from the surface layer of the (100) plane of the
(1) Heat treatment in a pressure (vacuum) lower than 1 atm (1 × 10 5 Pa) (2) Low temperature (below 400 to 1000 ° C.), H 2 , He + H 2 , Ar + H 2 , inert gas + H 2 atmosphere (3) Treatment in H 2 , He + H 2 , Ar + H 2 , inert gas + H 2 plasma
半導体基板1の(100)面の表面層の酸素除去量は、例えば、設定気圧、熱処理温度、H2雰囲気中での熱処理による場合はH2フロ―の流量、プラズマ強度及び流量を適宜変更することにより設定される。
The amount of oxygen removed from the surface layer of the (100) surface of the
尚、半導体基板1の(100)面の表面層の酸素が除去される方法であれば、上記の酸素除去方法に限定されずに、本発明の第1の実施の形態に係る半導体基板に適用できる。
(第2の実施の形態)
Note that the method is applicable to the semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention as long as it is a method of removing oxygen from the surface layer of the (100) surface of the
(Second Embodiment)
図2(a)は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体基板10を示す図であり、第1の実施の形態に係る半導体基板1上に、GaNをエピタキシャル結晶成長させた場合の結晶成長方位を示す図であり、Ga2O3のb軸方向から見た図である。同様に、図2(b)は、GaNのc軸<0001>又は<000―1>方向から見た図(図2(a)の上方向から見た図)である。
FIG. 2A is a diagram showing a
本発明の第2の実施の形態に係る半導体基板10は、所定の面方位である(100)面の表面層の酸素が除去され、前記酸素が除去された(100)面上に、ウルツ鉱型構造のGaNが前記GaNのc軸<0001>又は<000―1>方向に成長して形成されたエピタキシャル層を有するβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板である。
In the
図3は、ウルツ鉱型構造のGaNの結晶構造、(a)Ga面及び(b)窒素面を示す図であり、Ga(ガリウム)原子30及びN(窒素)原子50から構成されていることを表わす図である。尚、AlGaN、InGaN等のGaN系化合物ではGa原子30の一部がAl、In等に置換された結晶構造となる。
FIG. 3 is a view showing a crystal structure of GaN having a wurtzite structure, (a) a Ga plane, and (b) a nitrogen plane, and is composed of Ga (gallium)
第2の実施の形態に係る半導体基板10は、第1の実施の形態に係る半導体基板1、すなわち、(100)面の表面層の酸素が除去されたβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板1の(100)面に、GaNをc軸<0001>又は<000―1>方向に成長させることにより得られる。
The
(MOCVD法によるGaNエピタキシャル層の形成方法)
上記示した第2の実施の形態に係る半導体基板10をMOCVD法により作製する方法を示す。
(Method of forming GaN epitaxial layer by MOCVD method)
A method for manufacturing the
まず、(100)面の表面層の酸素が除去された半導体基板1を、反応容器内に保持する。半導体基板1の表面の温度が所定の温度、例えば、400℃〜700℃となるように反応容器内の温度を調節する。反応容器内を100torrまで減圧し、反応容器内にGa供給原料としてのTMG(トリメチルガリウム)と窒素源としてのNH3を、キャリアガスとしてのヘリウムガス又は水素ガスと共に供給して、所定の厚さのGaN層をエピタキシャル成長させる。この後、いわゆる高温アニール処理を施すことが好ましい。これにより、GaNの(11−20)面とβ―Ga2O3の(010)面とがほぼ平行するようになる。
First, the
図4は、第1の実施の形態に係る半導体基板1のβ―Ga2O3基板表面にGaNをエピタキシャル結晶成長させた場合における、GaNのc軸<0001>又は<000―1>方向から見た、GaNのGa原子30及びN原子50を線で結んで結晶格子を視覚化して表したもの、及び、β―Ga2O3のGa原子30及びO原子50を線で結んで結晶格子を視覚化して表したものを重ねて図示したものである。また、図5は、β―Ga2O3基板の(001)面から見たGa原子30及びO原子50の配列状態を視覚化して図示したものである。
FIG. 4 shows the GaN c-axis <0001> or <000-1> direction when GaN is epitaxially grown on the surface of the β-Ga 2 O 3 substrate of the
第2の実施の形態に係る半導体基板10によれば、β―Ga2O3とGaNの結晶のずれが生じていない。これは、第1の実施の形態に係る半導体基板1は、β―Ga2O3の(100)面の表面層の酸素が除去されているので、GaNの格子定数がβ―Ga2O3の格子定数に合致するように、GaN層のエピタキシャル成長が行なわれることによる。すなわち、GaNの2単位格子でみれば、β―Ga2O3のb軸、c軸方向に並進性を満足すること、及び、併進の移動距離が横はβ―Ga2O3のc軸の1倍、縦はβ―Ga2O3のb軸の3倍となっている。
According to the
(第1及び第2の実施の形態の作用、効果)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体基板1、及び、この半導体基板1を用いて構成される本発明の第2の実施の形態に係る半導体基板10の作用、効果を説明する。
(Operations and effects of the first and second embodiments)
The operation and effect of the
図6は、GaN及びβ―Ga2O3の格子定数を示す図である。GaN及びβ―Ga2O3の結晶構造は全く異なっているが、縦・横の数値が近似している。例えば縦方向では、図示したように、GaNの3.189とβ―Ga2O3の3.04は近似しているが、ミスマッチは4.7%である。また、横方向では、GaNの5.52とβ―Ga2O3の5.80は近似しているが、ミスマッチは5.1%である。面積で比較すると、3.189×5.52と3.04×5.80でミスマッチは0.16%である。 FIG. 6 is a diagram showing lattice constants of GaN and β-Ga 2 O 3 . Although the crystal structures of GaN and β-Ga 2 O 3 are completely different, the vertical and horizontal numerical values are approximated. For example, in the vertical direction, as shown in the figure, 3.189 of GaN and 3.04 of β-Ga 2 O 3 are approximated, but the mismatch is 4.7%. In the lateral direction, 5.52 of GaN and 5.80 of β-Ga 2 O 3 are close to each other, but the mismatch is 5.1%. When compared in terms of area, the mismatch is 0.16% between 3.189 × 5.52 and 3.04 × 5.80.
図7は、GaNの格子とβ―Ga2O3の格子像を合わせた状態を視覚化して表す図である。 FIG. 7 is a diagram visualizing a state where a lattice of GaN and a lattice image of β-Ga 2 O 3 are combined.
β―Ga2O3基板の格子の寸法は3.04×5.80である。一方、β―Ga2O3基板の上に結晶成長するGaNのGa原子30を線で結んで結晶格子を視覚化した6角形の縦横寸法は3.189×5.52である。従って、上記したように、それぞれの格子定数は近似するものの、結晶成長する場合には格子不整合が起こり、良質なエピタキシャル結晶成長が困難である。
The lattice dimension of the β-Ga 2 O 3 substrate is 3.04 × 5.80. On the other hand, the hexagonal vertical and horizontal dimensions of the crystal lattice visualized by connecting
図8は、上記した従来のβ―Ga2O3基板にGaNをエピタキシャル結晶成長させた場合における、GaNのc軸<0001>又は<000―1>方向から見た、GaNのGa原子30及びN原子50を線で結んで結晶格子を視覚化して表したもの、及び、β―Ga2O3のGa原子30及びO原子50を線で結んで結晶格子を視覚化して表したものを重ねて図示したものである。また、図9は、β―Ga2O3基板の(001)面から見たGa原子30及びO原子50の配列状態を視覚化して図示したものである。
FIG. 8 shows
図8、9より、β―Ga2O3基板の表面層のO原子50が存在するため、ヘテロエピタキシャル成長となり基板界面では格子の不整合が生じやすい。
8 and 9, since there are
β―Ga2O3基板の表面層のO原子50は図5に示したように除去されており、GaNのc軸<0001>又は<000―1>方向から見ると図4で示されるように、Ga原子30を線で結んで結晶格子を視覚化した6角形が明確になる。すなわち、1層のGa原子30が6角形の頂点と中心に配置されていることがわかる。従って、このような状態でβ―Ga2O3基板の表面にGaNをエピタキシャル結晶成長させると、β―Ga2O3基板界面付近ではホモエピタキシャルに近い成長が得られ、良質なエピタキシャル結晶成長が可能となる。
The
以上から、第1及び第2の実施の形態によれば、次のような効果を有する。
(1)β―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板上にGaNを結晶成長させる場合でも、転移密度が低い良質なエピタキシャル結晶成長が可能となる。
(2)β―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板にGaNをヘテロエピタキシャル結晶成長させる場合、成長条件を最適化することにより転位密度を下げられる可能性がでてきた。これにより、レーザー用基板として大いに期待が持てることになった。
(3)本発明の実施の形態に係る半導体基板は、半導体デバイス、例えば、LED、レーザ等の発光素子を製造するための汎用的な半導体基板として使用でき、広範な用途として利用できる利点を有する。
From the above, according to the first and second embodiments, the following effects are obtained.
(1) Even when GaN is grown on a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 single crystal, high-quality epitaxial crystal growth with a low transition density is possible.
(2) When heteroepitaxial crystal growth of GaN is performed on a semiconductor substrate made of a β-Ga 2 O 3 system single crystal, the dislocation density can be lowered by optimizing the growth conditions. As a result, we have great expectations as a laser substrate.
(3) The semiconductor substrate according to the embodiment of the present invention can be used as a general-purpose semiconductor substrate for manufacturing semiconductor devices, for example, light emitting elements such as LEDs and lasers, and has an advantage that it can be used for a wide range of applications. .
(第2の実施の形態に係る半導体基板のレーザ発光素子への適用例)
図10は、第2の実施の形態に係る半導体基板10を半導体レーザへ適用した場合の半導体レーザ101の模式的斜視図である。半導体レーザ101は、β―Ga2O3系単結晶からなる基板10と、基板10の上にウルツ鉱型構造のGaN系化合物の(0001)面が成長して形成されたエピタキシャル層111と、活性領域112の両端にエピタキシャル層111の劈開面である共振器端面113が形成されたレーザ共振器とを有する。
(Application Example of Semiconductor Substrate According to Second Embodiment to Laser Light-Emitting Element)
FIG. 10 is a schematic perspective view of a semiconductor laser 101 when the
尚、β―Ga2O3系単結晶からなる基板10は、上記のようにβ―Ga2O3単結晶からなることを基本とするが、Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Si、GeおよびSnからなる群から選ばれる1種以上を添加したGaを主成分とした酸化物で構成してもよい。これらの元素を添加することにより、格子定数あるいはバンドギャップエネルギーを制御することができる。例えば、AlとInの元素を添加することにより、(GaxAlyIn(1−x−y))2O3(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表わされる半導体基板を得ることができる。
The
半導体レーザ101は、図10に示すように、β―Ga2O3系単結晶からなる基板10の(100)面上に、n−GaN層122、n−InGaN層123、n−AlGaN層124、n−GaN層125、InGaN MQW126、p−AlGaN層127、p−GaN層128、p−AlGaN層129、及び、p−GaN層130がエピタキシャル層111として形成されている。また、基板10のエピタキシャル層111が形成されていない側の面にn電極131、その反対側の面にp電極132が形成されている。尚、エピタキシャル層111は、上記の各層の全部または一部を有して構成されるものである。
As shown in FIG. 10, the semiconductor laser 101 includes an n-
上記において、主に、n−GaN層122はコンタクト層、n−InGaN層123はクラッド層、n−AlGaN層124は下地層、n−GaN層125はガイド層、InGaN MQW126は発光層、p−AlGaN層127はキャップ層、p−GaN層128はガイド層、p−AlGaN層129はクラッド層、及び、p−GaN層130はコンタクト層として機能する。
In the above, mainly, the n-
p電極132は、図10に示すように、ストライプ型の電極とされ、ストライプ幅により電流狭窄の範囲を規定することにより活性領域112の範囲を設定している。 As shown in FIG. 10, the p-electrode 132 is a stripe-type electrode, and the range of the active region 112 is set by defining the range of current confinement by the stripe width.
ここで、図10に示すように、β―Ga2O3系単結晶からなる基板10の(100)面にエピタキシャル層111が平行に形成されるが、基板10の(001)面は(100)面と103.7°の角度を成している。従って、基板10の劈開面である(001)面とエピタキシャル層111の劈開面である(1−100)面とは、上記の103.7°に対応した角度を有するが、劈開性に特に問題は生じない。
Here, as shown in FIG. 10, the epitaxial layer 111 is formed in parallel to the (100) plane of the
半導体レーザ101のレーザ共振器は、活性領域112を含むエピタキシャル層111の(1−100)面、すなわち、エピタキシャル層111の両端の劈開面を共振器端面113として形成されている。
The laser resonator of the semiconductor laser 101 is formed with the (1-100) plane of the epitaxial layer 111 including the active region 112, that is, the cleavage planes at both ends of the epitaxial layer 111 as the
尚、図示は省略するが、上記の半導体レーザ101は、n電極131及びp電極132にワイヤボンディング等により電流供給のための配線が施され、実装のためのパッケージングが施される。
(レーザ発光素子への適用の効果)
Although not shown, in the semiconductor laser 101, wiring for supplying current is applied to the n electrode 131 and the p electrode 132 by wire bonding or the like, and packaging for mounting is performed.
(Effect of application to laser light emitting device)
第2の実施の形態に係る半導体基板をレーザ発光素子へ適用する場合、以下に示す効果を有する。
(1)β―Ga2O3系単結晶からなる基板10の(100)面にGaN系化合物の(0001)面を成長させているので、劈開面がほぼ同じ方向の面となる。よって劈開を利用して、容易に良質な共振器端面113が得られる。
(2)β―Ga2O3系単結晶からなる基板10は、導電性を有するので電極をエピタキシャル層111の側とそれと反対側の基板10に設けた垂直構造とすることが可能となるので、半導体レーザの簡易的な製造プロセスにより作製することが可能となる。
(3)β―Ga2O3系単結晶からなる基板10は、GaNと熱膨張率が非常に近いため、プロセス中の基板10の反りの影響が少なく、基板10の全体に亘って均一なエピタキシャル層111が得られ歩留まりが向上する。
When the semiconductor substrate according to the second embodiment is applied to a laser light emitting element, the following effects are obtained.
(1) Since the (0001) plane of the GaN-based compound is grown on the (100) plane of the
(2) Since the
(3) Since the
以上から、従来技術で実施されている、例えば、サファイア基板をレーザリフト法により除去してSi基板等へ貼りかえる必要等がなく、劈開を利用して簡易な製造プロセスにより精度のよいレーザ共振器が形成された半導体レーザが可能となる。 From the above, for example, there is no need to remove a sapphire substrate by a laser lift method and replace it with a Si substrate or the like, and a laser resonator with high accuracy by a simple manufacturing process using cleavage. A semiconductor laser in which is formed becomes possible.
1、10 半導体基板
30 Ga(ガリウム)原子
40 O(酸素)原子
50 N(窒素)原子
101 半導体レーザ
111 エピタキシャル層
112 活性領域
113 共振器端面
122 n−GaN層
123 n−InGaN層
124 n−AlGaN層
125 n−GaN層
126 InGaN MQW
127 p−AlGaN層
128 p−GaN層
129 p−AlGaN層
130 p−GaN層
131 n電極
132 p電極
1, 10
127 p-AlGaN layer 128 p-GaN layer 129 p-AlGaN layer 130 p-GaN layer 131 n-electrode 132 p-electrode
Claims (5)
前記基板の前記所定の面方位である(100)面の表面層の酸素を除去する酸素除去工程と、
を有することを特徴とするβ―Ga2O3系単結晶からなる半導体基板の製造方法。 A substrate preparation step of preparing a substrate made of a β-Ga 2 O 3 -based single crystal having a (100) plane having a predetermined plane orientation;
An oxygen removing step of removing oxygen from the surface layer of the (100) plane which is the predetermined plane orientation of the substrate;
A method for producing a semiconductor substrate comprising a β-Ga 2 O 3 -based single crystal, comprising:
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