JP2014234324A - Iii族窒化物半導体の製造方法及びiii族窒化物半導体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の主面上において、第1方向に第1ストライプ構造100と、第2方向に第2ストライプ構造101とを形成する。第1ストライプ構造100の凹部の側面である第1加工側面100aaは、成長するIII族窒化物半導体の低指数面のうち、第1加工側面100aaに最も平行な面が、m面(10−10)となり、第1加工側面100aaの法線ベクトルを主面へ正射影した第1側面ベクトルと、成長する半導体のm面の法線ベクトルを主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第1角θ1が0.5°以上、6°以下となるように形成されている。第2ストライプ構造101についても同様に、第2加工側面101aaに最も平行な面が、a面(11−20)となり、第2側面ベクトルとa軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下となるように形成される。
【選択図】図12.A
Description
厚さ500μm、主面をc面とするサファイア基板を用いて、加工側面の結晶方位を各種の方位にして、GaNの結晶成長を行った。図1において、1はサファイアの結晶構造、10は成長するGaNの結晶構造を示している。図1に示すように、サファイア基板の主面において、放射状にストライプの凸部2と凹部3(溝)を形成した。ドライエッチングにより凹部3を形成することで、凸部2と凹部3を形成した。凸部2と凹部3とからストライプ構造が構成されている。隣接する凸部2間の間隔は、0.01°である。凹部3の深さは、0.7μmである。凹部3の幅は、2.0μm、凸部2の幅は2.0μmである。加工基板をMOCVD成長装置内に設けて、水素ガスでクリーニングを行った後、AlNから成る低温バッファ層を形成した。その後、縦方向に成長させる成長条件でGaNを成長させた。
なお、凸部2のストライプ方向の回転は、凸部の側面ベクトルtに垂直な面を、サファイアのa面から、c軸の回りに0.2°づつ回転することと等価である。
本実施例の発光素子について説明する。図11は、実施例1のIII 族窒化物半導体発光素子の構成について示した図である。実施例1のIII 族窒化物半導体発光素子は、凹凸構造が形成されたサファイア基板20と、サファイア基板20の凹凸構造の表面上に、バッファ層(図示しない)を介して順に積層された、III 族窒化物半導体からなるn型層11、発光層12、p型層13と、を有している。これらn型層11、発光層12、p型層13は、素子層(積層構造)を構成する。発光層12、p型層13は一部領域がエッチングされて除去され、n型層11の表面が露出している。その露出したn型層11の表面上に、n電極14が形成されている。p型層13表面のほぼ全面には、ITOからなる透明電極15が形成され、透明電極15上にはp電極16が形成されている。この実施例1のIII 族窒化物半導体発光素子は、フェイスアップ型の素子である。
まず、サファイア基板20への凹凸加工について説明する。まず、図13(a)のように、サファイア基板20表面に、フォトリソグラフィとドライエッチングによって、サファイアのa軸である第2方向に平行な第2溝101aが所定の間隔で周期的に配列された第2ストライプ構造101を形成する。
3:凹部
4:加工側面
21:主面
20:サファイア基板
11:n型層
12:発光層
13:p型層
14:n電極
15:透明電極
16:p電極
100:第1ストライプ構造
100a:第1溝
101:第2ストライプ構造
101a:第2溝
101:バッファ層
102:n型層
103:発光層
104:p型層
105:n電極
106:透明電極
107:p電極
Claims (19)
- 基板の表面である主面に凹凸加工を施し、凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体を前記III 族窒化物半導体のc軸方向に成長させるIII 族窒化物半導体の製造方法において、
前記凹凸加工は、
前記基板の前記主面上において、第1方向に平行にストライプ状に配列された複数の第1溝によって形成された第1ストライプ構造と、第1方向と交差する第2方向に平行にストライプ状に配列された複数の第2溝によって形成された第2ストライプ構造とを形成し、前記第1溝には前記第2溝の段差による段差が形成され、前記第2溝には前記第1溝の段差による段差が形成される加工であり、
前記第1ストライプ構造の前記凸部又は前記凹部の側面である第1加工側面は、
成長する前記III 族窒化物半導体の低指数面のうち、前記第1加工側面に最も平行な面が、m面(10−10)となり、前記第1加工側面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルを第1側面ベクトルとするとき、この第1側面ベクトルと、成長する前記III 族窒化物半導体のm面の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下となるように
形成されており、
前記第2ストライプ構造の前記凸部又は前記凹部の側面である第2加工側面は、
成長する前記III 族窒化物半導体の低指数面のうち、前記第2加工側面に最も平行な面が、a面(11−20)となり、前記第2加工側面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルを第2側面ベクトルとするとき、この第2側面ベクトルと、成長する前記III 族窒化物半導体のa面の法線ベクトルを前記主面へ正射影したa軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下となるように
形成されている
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記基板は六方晶系結晶の基板であり、前記主面は六方晶系結晶のc面(0001)であり、
前記第1側面ベクトルと基板の六方晶系結晶のa面(11−20)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したa軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと基板の六方晶系結晶のm面(10−10)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記基板は六方晶系結晶の基板であり、前記主面は六方晶系結晶のa面(11−20)であり、
前記第1側面ベクトルと基板の六方晶系結晶のc面(0001)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したc軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと基板の六方晶系結晶のm面(10−10)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記基板の主面における少なくとも前記凹凸加工が施される部分は、III 族窒化物半導体から成る基板であり、
前記主面は、前記基板側の前記III 族窒化物半導体のc面(0001)であり、
前記第1側面ベクトルと前記基板側の前記III 族窒化物半導体のm面(10−10)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと前記基板側の前記III 族窒化物半導体のa面(11−20)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したa軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記基板の主面における少なくとも前記凹凸加工が施される部分は、炭化珪素(SiC)から成る基板であり、
前記主面は、前記基板側の前記III 族窒化物半導体のc面(0001)であり、
前記第1側面ベクトルと前記基板の前記炭化珪素(SiC)のm面(10−10)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと前記基板の前記炭化珪素(SiC)のa面(11−20)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したa軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記基板の主面における少なくとも前記凹凸加工が施される部分は、シリコン(Si)から成る基板であり、
前記主面は、前記基板の前記シリコン(Si)の(111)面であり、
前記第1側面ベクトルと前記基板の前記シリコン(Si)の(−1−12)面の法線ベクトルを前記主面へ正射影したSiの[−1−12]軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと前記基板の前記シリコン(Si)の(1−10)面の法線ベクトルを前記主面へ正射影したSiの[1−10]軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。 - 前記第1角は、1°以上、2.5°以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 前記第1溝の深さと前記第2溝の深さとは異なることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。
- 表面である主面に凹凸加工が施された基板を有し、凸部の上面、凹部の底面から、III 族窒化物半導体を前記III 族窒化物半導体のc軸方向に成長させたIII 族窒化物半導体において、
前記基板の前記主面上において、第1方向に平行にストライプ状に配列された複数の第1溝によって形成された第1ストライプ構造と、第1方向と交差する第2方向に平行にストライプ状に配列された複数の第2溝によって形成された第2ストライプ構造とから成り、前記第1溝には前記第2溝の段差による段差が形成され、前記第2溝には前記第1溝の段差による段差が形成された凹凸構造を有し、
前記第1ストライプ構造の前記凸部又は前記凹部の側面である第1加工側面の結晶方位は、
成長する前記III 族窒化物半導体の低指数面のうち、前記第1加工側面に最も平行な面が、m面(10−10)となり、前記第1加工側面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルを第1側面ベクトルとするとき、この第1側面ベクトルと、成長する前記III 族窒化物半導体のm面の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下となるよう結晶方位であり、
前記第2ストライプ構造の前記凸部又は前記凹部の側面である第2加工側面の結晶方位は、
成長する前記III 族窒化物半導体の低指数面のうち、前記第2加工側面に最も平行な面が、a面(11−20)となり、前記第2加工側面の法線ベクトルを前記主面へ正射影した射影ベクトルを第2側面ベクトルとするとき、この第2側面ベクトルと、成長する前記III 族窒化物半導体のa面の法線ベクトルを前記主面へ正射影したa軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下となるような結晶方位である
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体。 - 前記基板は六方晶系結晶の基板であり、前記主面は六方晶系結晶のc面(0001)であり、
前記第1側面ベクトルと基板の六方晶系結晶のa面(11−20)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したa軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと基板の六方晶系結晶のm面(10−10)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項10に記載のIII 族窒化物半導体。 - 前記基板は六方晶系結晶の基板であり、前記主面は六方晶系結晶のa面(11−20)であり、
前記第1側面ベクトルと基板の六方晶系結晶のc面(0001)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したc軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと基板の六方晶系結晶のm面(10−10)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項10に記載のIII 族窒化物半導体。 - 前記基板の主面における少なくとも前記凹凸加工が施される部分は、III 族窒化物半導体から成る基板であり、
前記主面は、前記基板側の前記III 族窒化物半導体のc面(0001)であり、
前記第1側面ベクトルと前記基板側の前記III 族窒化物半導体のm面(10−10)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと前記基板側の前記III 族窒化物半導体のa面(11−20)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したa軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項10に記載のIII 族窒化物半導体。 - 前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項11又は請求項12に記載のIII 族窒化物半導体。
- 前記基板の主面における少なくとも前記凹凸加工が施される部分は、炭化珪素(SiC)から成る基板であり、
前記主面は、前記基板の前記炭化珪素(SiC)のc面(0001)であり、
前記第1側面ベクトルと前記基板の前記炭化珪素(SiC)のm面(10−10)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したm軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと前記基板の前記炭化珪素(SiC)のa面(11−20)の法線ベクトルを前記主面へ正射影したa軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項10に記載のIII 族窒化物半導体。 - 前記基板の主面における少なくとも前記凹凸加工が施される部分は、シリコン(Si)から成る基板であり、
前記主面は、前記基板の前記シリコン(Si)の(111)面であり、
前記第1側面ベクトルと前記基板の前記シリコン(Si)の(−1−12)面の法線ベクトルを前記主面へ正射影したSiの[−1−12]軸射影ベクトルとの成す第1角が0.5°以上、6°以下であり、
前記第2側面ベクトルと前記基板の前記シリコン(Si)の(1−10)面の法線ベクトルを前記主面へ正射影したSiの[1−10]軸射影ベクトルとの成す第2角が0°以上、10°以下である
ことを特徴とする請求項10に記載のIII 族窒化物半導体。 - 前記第1角は、1°以上、2.5°以下であることを特徴とする請求項10乃至請求項16の何れか1項に記載のIII 族窒化物半導体。
- 前記第1溝の深さと前記第2溝の深さとは異なることを特徴とする請求項10乃至請求項17の何れか1項に記載のIII 族窒化物半導体。
- 請求項10乃至請求項18の何れか1項に記載のIII 族窒化物半導体を有することを特徴とする発光素子。
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