JP3196833B2 - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法及びこの方法を用いた半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法及びこの方法を用いた半導体発光素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体結晶の
エピタキシャル成長方法に関し、特に格子定数や熱膨張
係数が異なる基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を
エピタキシャル成長させる方法及び前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体結晶を用いた半導体発光素子の製造方法に関
する。
エピタキシャル成長方法に関し、特に格子定数や熱膨張
係数が異なる基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を
エピタキシャル成長させる方法及び前記ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体結晶を用いた半導体発光素子の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系化合物半導体はその禁制帯幅が
大きく直接遷移型のバンド構造を有することから、青か
ら紫外での発光素子用材料や耐環境用素子材料として期
待されており研究開発が盛んに行われている。このよう
なＧａＮ系化合物半導体を用いた短波長半導体発光素子
においては、成長するエピタキシャル層と同じ物質のバ
ルク結晶を用いることが望ましいが、ＧａＮのような結
晶では窒素の解離圧が高いことによりバルク結晶の作製
が非常に困難であった。
大きく直接遷移型のバンド構造を有することから、青か
ら紫外での発光素子用材料や耐環境用素子材料として期
待されており研究開発が盛んに行われている。このよう
なＧａＮ系化合物半導体を用いた短波長半導体発光素子
においては、成長するエピタキシャル層と同じ物質のバ
ルク結晶を用いることが望ましいが、ＧａＮのような結
晶では窒素の解離圧が高いことによりバルク結晶の作製
が非常に困難であった。
【０００３】したがって、これまでは例えばサファイア
などが基板として用いられていた。しかしながらサファ
イアのような異種基板上にヘテロエピタキシャル成長を
行うとＡｌＧａＩｎＮ混晶との大きな格子定数差や熱膨
張係数差のため基板とＡｌＧａＩｎＮ混晶との界面にお
いて１０8ｃｍ-2以上の多数の結晶欠陥が導入されるこ
とが知られている。このような高密度の欠陥をもった化
合物半導体結晶を用いた発光素子においては結晶欠陥が
素子寿命を短くすることが懸念される。そこでエピタキ
シャル成長によって異種基板上に形成した厚膜結晶を基
板として用いることが提案されている。
などが基板として用いられていた。しかしながらサファ
イアのような異種基板上にヘテロエピタキシャル成長を
行うとＡｌＧａＩｎＮ混晶との大きな格子定数差や熱膨
張係数差のため基板とＡｌＧａＩｎＮ混晶との界面にお
いて１０8ｃｍ-2以上の多数の結晶欠陥が導入されるこ
とが知られている。このような高密度の欠陥をもった化
合物半導体結晶を用いた発光素子においては結晶欠陥が
素子寿命を短くすることが懸念される。そこでエピタキ
シャル成長によって異種基板上に形成した厚膜結晶を基
板として用いることが提案されている。
【０００４】このような手法としてジャパニーズ・ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス第３２巻（１
９９３年）第１５２８−１５３３頁にあるような異種基
板上にヘテロエピタキシャル成長した厚膜ＧａＮの成長
がある。
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス第３２巻（１
９９３年）第１５２８−１５３３頁にあるような異種基
板上にヘテロエピタキシャル成長した厚膜ＧａＮの成長
がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】さらに本発明者らは、
選択成長を用い、かつ選択成長マスクを埋め込んで平坦
化することで異種基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜
を形成する方法を用いた場合、格子定数や熱膨張係数が
異なる異種基板上に厚膜をエピタキシャル成長させても
クラックが入りにくく、かつ格子欠陥密度も大幅に低減
できるといった利点があることを見出しているが、例え
ばこのような方法を用いて形成した厚膜ＧａＮ層におい
てはその表面にマクロな凹凸があり、さらに改善が要望
されている。
選択成長を用い、かつ選択成長マスクを埋め込んで平坦
化することで異種基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜
を形成する方法を用いた場合、格子定数や熱膨張係数が
異なる異種基板上に厚膜をエピタキシャル成長させても
クラックが入りにくく、かつ格子欠陥密度も大幅に低減
できるといった利点があることを見出しているが、例え
ばこのような方法を用いて形成した厚膜ＧａＮ層におい
てはその表面にマクロな凹凸があり、さらに改善が要望
されている。
【０００６】この理由としては、このようなマクロな凹
凸のある基板上に半導体発光素子を形成すると、電極プ
ロセス工程時に密着性が悪くなり電極が剥がれやすくな
ったり、素子特性がばらついたりするため、素子の歩留
まりが悪いといった問題が生じる場合があるからであ
る。
凸のある基板上に半導体発光素子を形成すると、電極プ
ロセス工程時に密着性が悪くなり電極が剥がれやすくな
ったり、素子特性がばらついたりするため、素子の歩留
まりが悪いといった問題が生じる場合があるからであ
る。
【０００７】本発明の目的は、格子定数や熱膨張係数が
異なる異種基板上にヘテロエピタキシャル成長したＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体厚膜においても非常に平坦な表面
モホロジーが得られるエピタキシャル成長方法を提供す
ることにある。
異なる異種基板上にヘテロエピタキシャル成長したＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体厚膜においても非常に平坦な表面
モホロジーが得られるエピタキシャル成長方法を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上の半導
体層にパターニングしたマスクを用いて選択成長領域を
形成する第１の工程と、前記選択成長領域に前記基板と
格子定数または熱膨張係数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体をファセット構造を形成しながら成長させる第２
の工程と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をさらに成長
させ、前記マスクと前記選択成長領域に形成したファセ
ット構造を埋め込み、表面を平坦化させる第３の工程と
を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法であって、
前記基板が、０．３゜以上のオフオリエンテーションを
有する基板であることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の成長方法に関する。
体層にパターニングしたマスクを用いて選択成長領域を
形成する第１の工程と、前記選択成長領域に前記基板と
格子定数または熱膨張係数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体をファセット構造を形成しながら成長させる第２
の工程と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をさらに成長
させ、前記マスクと前記選択成長領域に形成したファセ
ット構造を埋め込み、表面を平坦化させる第３の工程と
を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法であって、
前記基板が、０．３゜以上のオフオリエンテーションを
有する基板であることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の成長方法に関する。
【０００９】さらに本発明は、基板上にパターニングし
たマスクを用いて選択成長領域を形成する第１の工程
と、前記選択成長領域に前記基板と格子定数または熱膨
張係数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をファセット
構造を形成しながら成長させる第２の工程と、前記ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体をさらに成長させ、前記マスクと
前記選択成長領域に形成したファセット構造を埋め込
み、表面を平坦化させる第３の工程と、平坦化させた表
面の上に、さらに前記第２の工程と前記第３の工程を少
なくとも１回繰り返す工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の成長方法であって、前記基板が、０．３゜以上
のオフオリエンテーションを有する基板であることを特
徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法に関す
る。
たマスクを用いて選択成長領域を形成する第１の工程
と、前記選択成長領域に前記基板と格子定数または熱膨
張係数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をファセット
構造を形成しながら成長させる第２の工程と、前記ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体をさらに成長させ、前記マスクと
前記選択成長領域に形成したファセット構造を埋め込
み、表面を平坦化させる第３の工程と、平坦化させた表
面の上に、さらに前記第２の工程と前記第３の工程を少
なくとも１回繰り返す工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の成長方法であって、前記基板が、０．３゜以上
のオフオリエンテーションを有する基板であることを特
徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法に関す
る。
【００１０】さらに本発明は、基板上に半導体層を形成
する第１の工程と、この半導体層上にパターニングした
マスクを用いて選択成長領域を形成する第２の工程と、
前記選択成長領域に前記基板と格子定数または熱膨張係
数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をファセット構造
を形成しながら成長させる第３の工程と、前記ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体をさらに成長させ、前記マスクと前記
選択成長領域に形成したファセット構造を埋め込み、表
面を平坦化させる第４の工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の成長方法であって、前記基板が、０．３゜以
上のオフオリエンテーションを有する基板であることを
特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法に関す
る。
する第１の工程と、この半導体層上にパターニングした
マスクを用いて選択成長領域を形成する第２の工程と、
前記選択成長領域に前記基板と格子定数または熱膨張係
数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をファセット構造
を形成しながら成長させる第３の工程と、前記ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体をさらに成長させ、前記マスクと前記
選択成長領域に形成したファセット構造を埋め込み、表
面を平坦化させる第４の工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の成長方法であって、前記基板が、０．３゜以
上のオフオリエンテーションを有する基板であることを
特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法に関す
る。
【００１１】さらに本発明は、基板上に半導体層を形成
する第１の工程と、この半導体層上にパターニングした
マスクを用いて選択成長領域を形成する第２の工程と、
前記選択成長領域に前記基板と格子定数または熱膨張係
数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をファセット構造
を形成しながら成長させる第３の工程と、前記ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体をさらに成長させ、前記マスクと前記
選択成長領域に形成したファセット構造を埋め込み、表
面を平坦化させる第４の工程と、平坦化させた表面の上
に、さらに前記第３の工程と次いで前記第４の工程を少
なくとも１回繰り返す工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の成長方法であって、前記基板が、０．３゜以上
のオフオリエンテーションを有する基板であることを特
徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法に関す
る。
する第１の工程と、この半導体層上にパターニングした
マスクを用いて選択成長領域を形成する第２の工程と、
前記選択成長領域に前記基板と格子定数または熱膨張係
数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をファセット構造
を形成しながら成長させる第３の工程と、前記ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体をさらに成長させ、前記マスクと前記
選択成長領域に形成したファセット構造を埋め込み、表
面を平坦化させる第４の工程と、平坦化させた表面の上
に、さらに前記第３の工程と次いで前記第４の工程を少
なくとも１回繰り返す工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の成長方法であって、前記基板が、０．３゜以上
のオフオリエンテーションを有する基板であることを特
徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法に関す
る。
【００１２】さらに本発明は、発光層を含む活性領域
が、前記活性領域よりも大きなバンドギャップを有しか
つ小さな屈折率を有する半導体層で挟まれたダブルヘテ
ロ接合構造を含む半導体積層構造を有する半導体発光素
子の製造方法であって、上記のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の成長方法によってＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形
成し、次いで該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に前記ダ
ブルヘテロ接合構造を含む半導体積層構造を形成するこ
とを特徴とする半導体発光素子の製造方法に関する。
が、前記活性領域よりも大きなバンドギャップを有しか
つ小さな屈折率を有する半導体層で挟まれたダブルヘテ
ロ接合構造を含む半導体積層構造を有する半導体発光素
子の製造方法であって、上記のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の成長方法によってＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形
成し、次いで該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に前記ダ
ブルヘテロ接合構造を含む半導体積層構造を形成するこ
とを特徴とする半導体発光素子の製造方法に関する。
【００１３】本発明においては、面方位の傾いた、具体
的には０．３゜以上のオフオリエンテーションを有する
基板を用いることが特徴である。さらにこの基板上に基
板と格子定数または熱膨張係数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体半導体層を形成し、この半導体層の上にパタ
ーニングしたマスクを用いて選択成長領域を形成する。
この選択成長領域にファセット構造を形成させながら、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させ、最終的には、形
成したファセット構造と選択成長領域を形成するための
マスクをともに埋め込みながらさらにＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体を成長させることにより、驚くべきことに、結
晶表面に凹凸のない非常に平坦なＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体膜を形成できることを発見し、本発明に到った。
的には０．３゜以上のオフオリエンテーションを有する
基板を用いることが特徴である。さらにこの基板上に基
板と格子定数または熱膨張係数の異なるＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体半導体層を形成し、この半導体層の上にパタ
ーニングしたマスクを用いて選択成長領域を形成する。
この選択成長領域にファセット構造を形成させながら、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させ、最終的には、形
成したファセット構造と選択成長領域を形成するための
マスクをともに埋め込みながらさらにＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体を成長させることにより、驚くべきことに、結
晶表面に凹凸のない非常に平坦なＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体膜を形成できることを発見し、本発明に到った。
【００１４】また、上記製造方法により形成した非常に
平坦なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜の上にダブルヘテロ
接合を含む半導体積層構造を形成することにより、結晶
欠陥が非常に少なく、素子寿命の長い発光素子を製造す
ることが可能である。
平坦なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜の上にダブルヘテロ
接合を含む半導体積層構造を形成することにより、結晶
欠陥が非常に少なく、素子寿命の長い発光素子を製造す
ることが可能である。
【００１５】
【実施例】本発明の実施例について、図面を示しなが
ら、詳細に説明する。
ら、詳細に説明する。
【００１６】（実施例１）本発明の第１の実施例につい
て図１を参照して説明する。本実施例では基板として＜
１１−２０＞方向に５°のオフオリエンテーションを有
する（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板１１を
用い、この上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によ
り１μｍ程度の膜厚のＧａＮ膜１２を形成した。ＧａＮ
膜１２の形成には分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）また
は、有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ）など
ＭＯＶＰＥ以外の成長方法を用いても良い。
て図１を参照して説明する。本実施例では基板として＜
１１−２０＞方向に５°のオフオリエンテーションを有
する（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板１１を
用い、この上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によ
り１μｍ程度の膜厚のＧａＮ膜１２を形成した。ＧａＮ
膜１２の形成には分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）また
は、有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ）など
ＭＯＶＰＥ以外の成長方法を用いても良い。
【００１７】このＧａＮ膜表面にＳｉＯ2膜１３を形成
し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングによ
りマスク１３をストライプ状に形成した。これによりス
トライプ状の選択成長領域１４が形成される。このマス
ク及び選択成長領域の幅はそれぞれ５μｍ及び２μｍ幅
とした。ストライプ方向は＜１１−２０＞方向とした。
し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングによ
りマスク１３をストライプ状に形成した。これによりス
トライプ状の選択成長領域１４が形成される。このマス
ク及び選択成長領域の幅はそれぞれ５μｍ及び２μｍ幅
とした。ストライプ方向は＜１１−２０＞方向とした。
【００１８】選択成長領域でのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化
水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（Ｇａ
Ｃｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いる
ハイドライドＶＰＥ法を用いた。
体の成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化
水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（Ｇａ
Ｃｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いる
ハイドライドＶＰＥ法を用いた。
【００１９】基板を成長装置内に設置した後、水素雰囲
気中で６５０℃からＮＨ3を流しながら基板温度を１０
５０℃まで昇温する。その後ＧａＣｌを供給することで
ＧａＮ膜１５を成長させた。この時の成長条件は、Ｇａ
Ｃｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ 3流量１．０ｓｌｍ、水素
キャリア流量３ｓｌｍとした。この条件でＧａＮは、成
長初期にファセット構造を形成しながら成長した。さら
に、同一条件下で５時間成長させることにより、隣接す
る選択成長領域から成長するファセット構造が合体し、
お互いを埋め合う形でさらに成長し、最終的には平坦化
した約２００μｍのＧａＮ膜１５を得た。
気中で６５０℃からＮＨ3を流しながら基板温度を１０
５０℃まで昇温する。その後ＧａＣｌを供給することで
ＧａＮ膜１５を成長させた。この時の成長条件は、Ｇａ
Ｃｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ 3流量１．０ｓｌｍ、水素
キャリア流量３ｓｌｍとした。この条件でＧａＮは、成
長初期にファセット構造を形成しながら成長した。さら
に、同一条件下で５時間成長させることにより、隣接す
る選択成長領域から成長するファセット構造が合体し、
お互いを埋め合う形でさらに成長し、最終的には平坦化
した約２００μｍのＧａＮ膜１５を得た。
【００２０】このＧａＮ膜は基板として＜１１−２０＞
方向に５°のオフオリエンテーションを有する（０００
１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）を用いた結果、表面の平
坦性が良好で高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を得
た。
方向に５°のオフオリエンテーションを有する（０００
１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）を用いた結果、表面の平
坦性が良好で高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を得
た。
【００２１】一方、（０００１）ジャスト基板を用いた
以外は、全く上記条件と同じ条件でＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体膜を形成した場合、表面にマクロな凹凸が形成さ
れた。
以外は、全く上記条件と同じ条件でＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体膜を形成した場合、表面にマクロな凹凸が形成さ
れた。
【００２２】本実施例で成長したＧａＮ膜は表面が極め
て平坦であるため、この上に形成した半導体レーザ、発
光ダイオード、ＦＥＴ、ＨＢＴなどが歩留まり良く得ら
れる。さらにこのＧａＮ膜は結晶欠陥も非常に少ないた
めこれらのデバイス特性は優れたものとなる。
て平坦であるため、この上に形成した半導体レーザ、発
光ダイオード、ＦＥＴ、ＨＢＴなどが歩留まり良く得ら
れる。さらにこのＧａＮ膜は結晶欠陥も非常に少ないた
めこれらのデバイス特性は優れたものとなる。
【００２３】またサファイア基板１１を研磨などによっ
て除去することでＧａＮ膜１５を基板として用いること
もできる。
て除去することでＧａＮ膜１５を基板として用いること
もできる。
【００２４】本実施例ではＧａＮ厚膜のエピタキシャル
成長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相
成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いても同様な効果が得られ
る。本実施例ではキャリアガスとして水素を用いたが、
窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを用いても
良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
成長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相
成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いても同様な効果が得られ
る。本実施例ではキャリアガスとして水素を用いたが、
窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを用いても
良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
【００２５】本実施例では基板としてＡｌ2Ｏ3を用いた
が、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を
用いても同様な効果が得られる。また面方位として（０
００１）面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ
面）、（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面
（Ｒ面）など他の面方位を用いても良い。
が、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を
用いても同様な効果が得られる。また面方位として（０
００１）面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ
面）、（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面
（Ｒ面）など他の面方位を用いても良い。
【００２６】Ａｌ2Ｏ3基板１１上に半導体層として１μ
ｍのＧａＮ膜をあらかじめ形成したが、厚みについて
は、マクロな凹凸がでない範囲の厚みで形成することが
でき、例えば１０μｍ程度以下の厚みの半導体層の形成
が可能である。また、半導体層を形成せずに、基板１１
上に直接マスクを形成しても良い。
ｍのＧａＮ膜をあらかじめ形成したが、厚みについて
は、マクロな凹凸がでない範囲の厚みで形成することが
でき、例えば１０μｍ程度以下の厚みの半導体層の形成
が可能である。また、半導体層を形成せずに、基板１１
上に直接マスクを形成しても良い。
【００２７】さらに、本実施例では、基板１１上に形成
する半導体層として、選択成長領域に成長させるＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体と同一のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を用いたが、この成長させる半導体と格子定数または熱
膨張係数の少なくとも一方が近い異種のＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体を形成することもできる。例えば、本実施例
の選択成長領域に成長させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
がＧａＮの場合、ＺｎＯまたはＳｉＣ等を用いることが
できる。
する半導体層として、選択成長領域に成長させるＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体と同一のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を用いたが、この成長させる半導体と格子定数または熱
膨張係数の少なくとも一方が近い異種のＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体を形成することもできる。例えば、本実施例
の選択成長領域に成長させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
がＧａＮの場合、ＺｎＯまたはＳｉＣ等を用いることが
できる。
【００２８】本実施例ではマスク１４としてＳｉＯ2を
用いたが、ＳｉＮなど、選択成長用のマスクとして用い
られるものであれば他の材料でも良い。
用いたが、ＳｉＮなど、選択成長用のマスクとして用い
られるものであれば他の材料でも良い。
【００２９】またマスク及び選択成長領域の幅としてそ
れぞれ５μｍ、２μｍを用いたが、マスクを埋め込むこ
とができればいくらであっても同様の効果が得られる。
れぞれ５μｍ、２μｍを用いたが、マスクを埋め込むこ
とができればいくらであっても同様の効果が得られる。
【００３０】さらにマスクストライプを＜１１−２０＞
方向に形成したが、ファセットが形成されれば、これと
垂直の＜１−１００＞方向でもよく、これらの方向から
傾けた角度であっても結晶成長の条件により選択成長領
域にファセット構造を形成することが出来る。
方向に形成したが、ファセットが形成されれば、これと
垂直の＜１−１００＞方向でもよく、これらの方向から
傾けた角度であっても結晶成長の条件により選択成長領
域にファセット構造を形成することが出来る。
【００３１】また、選択成長領域は、貫通転移低減を目
的の１つとしており、選択成長領域が形成されていれば
目的を達成できる。例えば、代表的な形状として、スト
ライプ形状、矩形状、丸状、または三角形、四角形、五
角形等の多角形状でもよい。なおマスクストライプの形
状も含めて、ファセット構造が形成される結晶成長の条
件は材料によってそれぞれ異なり、適宜選択することが
できる。
的の１つとしており、選択成長領域が形成されていれば
目的を達成できる。例えば、代表的な形状として、スト
ライプ形状、矩形状、丸状、または三角形、四角形、五
角形等の多角形状でもよい。なおマスクストライプの形
状も含めて、ファセット構造が形成される結晶成長の条
件は材料によってそれぞれ異なり、適宜選択することが
できる。
【００３２】本実施例ではオフオリエンテーションの角
度（以下オフアングル）として５°の基板を用いたが、
少なくとも０．３°以上の基板であれば良い。
度（以下オフアングル）として５°の基板を用いたが、
少なくとも０．３°以上の基板であれば良い。
【００３３】本実施例では、オフアングルの方向を規定
するサファイア基板（０００１）面内の方向について、
＜１１−２０＞方向としたが、＜１−１００＞方向でも
良く、さらに同一面内でこれらの方向の間の方向であっ
ても良い。
するサファイア基板（０００１）面内の方向について、
＜１１−２０＞方向としたが、＜１−１００＞方向でも
良く、さらに同一面内でこれらの方向の間の方向であっ
ても良い。
【００３４】本実施例ではＧａＮのエピタキシャル成長
について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、Ｉｎ
Ｎ膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などのＧａＮ系半導
体を用いてエピタキシャル成長しても同様の効果が得ら
れる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不純
物を添加しても同様の効果が得られる。
について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、Ｉｎ
Ｎ膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などのＧａＮ系半導
体を用いてエピタキシャル成長しても同様の効果が得ら
れる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不純
物を添加しても同様の効果が得られる。
【００３５】（実施例２）本発明の第２の実施例につい
て図２を参照して説明する。本実施例では基板として＜
１１−２０＞方向に５°のオフオリエンテーションを有
する（０００１）面炭化珪素（α−ＳｉＣ）基板２１を
用い、この上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によ
り１μｍ程度の膜厚のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ膜２２を形成し
た。Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ膜２２の形成には分子線エピタキ
シー法（ＭＢＥ）或いは有機金属分子線エピタキシー法
（ＭＯＭＢＥ）などＭＯＶＰＥ以外の成長方法を用いて
も良い。
て図２を参照して説明する。本実施例では基板として＜
１１−２０＞方向に５°のオフオリエンテーションを有
する（０００１）面炭化珪素（α−ＳｉＣ）基板２１を
用い、この上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によ
り１μｍ程度の膜厚のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ膜２２を形成し
た。Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ膜２２の形成には分子線エピタキ
シー法（ＭＢＥ）或いは有機金属分子線エピタキシー法
（ＭＯＭＢＥ）などＭＯＶＰＥ以外の成長方法を用いて
も良い。
【００３６】このＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ膜２２表面にＳｉＯ
2膜２３を形成し、フォトリソグラフィー法とウエット
エッチングによりマスク２３をストライプ状に形成し
た。これによりストライプ状の選択成長領域２４が形成
される。このマスク及び選択成長領域の幅はそれぞれ５
μｍ及び２μｍ幅とした。ストライプ方向は＜１１−２
０＞方向とした。
2膜２３を形成し、フォトリソグラフィー法とウエット
エッチングによりマスク２３をストライプ状に形成し
た。これによりストライプ状の選択成長領域２４が形成
される。このマスク及び選択成長領域の幅はそれぞれ５
μｍ及び２μｍ幅とした。ストライプ方向は＜１１−２
０＞方向とした。
【００３７】選択成長領域でのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化
水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（Ｇａ
Ｃｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いる
ハイドライドＶＰＥ法を用いた。
体の成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化
水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（Ｇａ
Ｃｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いる
ハイドライドＶＰＥ法を用いた。
【００３８】基板を成長装置内に設置した後、水素雰囲
気中で６５０℃からＮＨ3を流しながら基板温度を１０
５０℃まで昇温する。その後ＧａＣｌを供給することで
ＧａＮ膜２５を成長させた。この時の成長条件はＧａＣ
ｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１．０ｓｌｍ、水素キ
ャリア流量３．０ｓｌｍとした。この条件でＧａＮは、
成長初期にファセット構造を形成しながら成長した。さ
らに同一条件下で５時間成長させることにより、隣接す
る選択成長領域から成長するファセット構造が合体し、
お互いを埋め合う形でさらに成長し、最終的には平坦化
した約２００μｍのＧａＮ膜２５を得た。
気中で６５０℃からＮＨ3を流しながら基板温度を１０
５０℃まで昇温する。その後ＧａＣｌを供給することで
ＧａＮ膜２５を成長させた。この時の成長条件はＧａＣ
ｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１．０ｓｌｍ、水素キ
ャリア流量３．０ｓｌｍとした。この条件でＧａＮは、
成長初期にファセット構造を形成しながら成長した。さ
らに同一条件下で５時間成長させることにより、隣接す
る選択成長領域から成長するファセット構造が合体し、
お互いを埋め合う形でさらに成長し、最終的には平坦化
した約２００μｍのＧａＮ膜２５を得た。
【００３９】このＧａＮ厚膜は基板として＜１１−２０
＞方向に５°のオフオリエンテーションを有する（００
０１）面α−ＳｉＣを用いた結果、表面の平坦性が良好
で高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を得た。
＞方向に５°のオフオリエンテーションを有する（００
０１）面α−ＳｉＣを用いた結果、表面の平坦性が良好
で高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を得た。
【００４０】一方、（０００１）ジャスト基板を用いた
以外は、全く上記条件と同じ条件でＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体膜を形成した場合、表面にマクロな凹凸が形成さ
れた。
以外は、全く上記条件と同じ条件でＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体膜を形成した場合、表面にマクロな凹凸が形成さ
れた。
【００４１】本実施例で成長したＧａＮ膜は表面が極め
て平坦であるため、この上に形成した半導体レーザ、発
光ダイオード、ＦＥＴ、ＨＢＴなどが歩留まり良く得ら
れる。さらにこのＧａＮ膜は結晶欠陥も非常に少ないた
めこれらのデバイス特性は優れたものとなる。
て平坦であるため、この上に形成した半導体レーザ、発
光ダイオード、ＦＥＴ、ＨＢＴなどが歩留まり良く得ら
れる。さらにこのＧａＮ膜は結晶欠陥も非常に少ないた
めこれらのデバイス特性は優れたものとなる。
【００４２】またＳｉＣ基板２１を研磨などによって除
去することでＧａＮ膜２５を基板として用いることもで
きる。
去することでＧａＮ膜２５を基板として用いることもで
きる。
【００４３】本実施例ではＧａＮ厚膜のエピタキシャル
成長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相
成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いても同様な効果が得られ
る。
成長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相
成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いても同様な効果が得られ
る。
【００４４】本実施例ではキャリアガスとして水素を用
いたが、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを
用いても良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
いたが、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを
用いても良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
【００４５】本実施例では基板としてＳｉＣを用いた
が、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を用いても
同様な効果が得られる。また面方位として（０００１）
面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ面）、
（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面（Ｒ面）
など他の面方位を用いても良い。
が、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を用いても
同様な効果が得られる。また面方位として（０００１）
面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ面）、
（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面（Ｒ面）
など他の面方位を用いても良い。
【００４６】さらにα−ＳｉＣ基板２１上にＡｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ膜２２をあらかじめ形成したが、ＡｌXＧａ1-X
Ｎ（０＜Ｘ≦１）の一般式で表されるＡｌを含む化合物
であればどの組成でも同様の効果が得られる。このＡｌ
XＧａ1-XＮ層の厚みについては、マクロな凹凸がでない
範囲の厚みで形成することができ、例えば１０μｍ程度
以下の厚みの半導体層の形成が可能である。また基板２
１上に直接マスクを形成しても良い。
ａ0.9Ｎ膜２２をあらかじめ形成したが、ＡｌXＧａ1-X
Ｎ（０＜Ｘ≦１）の一般式で表されるＡｌを含む化合物
であればどの組成でも同様の効果が得られる。このＡｌ
XＧａ1-XＮ層の厚みについては、マクロな凹凸がでない
範囲の厚みで形成することができ、例えば１０μｍ程度
以下の厚みの半導体層の形成が可能である。また基板２
１上に直接マスクを形成しても良い。
【００４７】本実施例ではマスク２３としてＳｉＯ2を
用いたが、ＳｉＮなど、選択成長用マスクとして用いら
れるものであれば他の材料でも良い。
用いたが、ＳｉＮなど、選択成長用マスクとして用いら
れるものであれば他の材料でも良い。
【００４８】またマスク及び選択成長領域の幅としてそ
れぞれ５μｍ、２μｍを用いたが、マスクを埋め込むこ
とができればいくらであっても同様の効果が得られる。
れぞれ５μｍ、２μｍを用いたが、マスクを埋め込むこ
とができればいくらであっても同様の効果が得られる。
【００４９】さらにマスクストライプを＜１１−２０＞
方向に形成したが、ファセットが形成されれば、これと
垂直の＜１−１００＞方向でもよく、これらの方向から
傾けた角度であっても結晶成長の条件により選択成長領
域にファセット構造を形成することが出来る。
方向に形成したが、ファセットが形成されれば、これと
垂直の＜１−１００＞方向でもよく、これらの方向から
傾けた角度であっても結晶成長の条件により選択成長領
域にファセット構造を形成することが出来る。
【００５０】また、選択成長領域の形状や、結晶成長の
条件については、実施例１と同様に、適宜選択すること
ができる。この条件により、ファセット構造の面方位も
変化し、例えば図３では、断面形状が台形状のファセッ
ト構造ができていることを模式的に示している。
条件については、実施例１と同様に、適宜選択すること
ができる。この条件により、ファセット構造の面方位も
変化し、例えば図３では、断面形状が台形状のファセッ
ト構造ができていることを模式的に示している。
【００５１】本実施例では、オフアングルとして５°の
基板を用いたが、少なくとも０．３°以上の基板であれ
ば良い。
基板を用いたが、少なくとも０．３°以上の基板であれ
ば良い。
【００５２】本実施例では、オフアングルの方向を規定
するα−ＳｉＣ基板（０００１）面内の方向について、
＜１１−２０＞方向としたが、＜１−１００＞方向でも
良く、さらに同一面内でこれらの方向の間の方向であっ
ても良い。
するα−ＳｉＣ基板（０００１）面内の方向について、
＜１１−２０＞方向としたが、＜１−１００＞方向でも
良く、さらに同一面内でこれらの方向の間の方向であっ
ても良い。
【００５３】本実施例ではＧａＮのエピタキシャル成長
について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、Ｉｎ
Ｎ膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などのＧａＮ系半導
体を用いてエピタキシャル成長しても同様の効果が得ら
れる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不純
物を添加しても同様の効果が得られる。
について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、Ｉｎ
Ｎ膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などのＧａＮ系半導
体を用いてエピタキシャル成長しても同様の効果が得ら
れる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不純
物を添加しても同様の効果が得られる。
【００５４】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て図３を参照して説明する。本実施例では基板として＜
１−１００＞方向に２°のオフオリエンテーションを有
する（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板３１を
用いた。このＡｌ2Ｏ3基板表面にＳｉＯ2膜３２を形成
し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングによ
りマスクをストライプ状に形成した。これによりストラ
イプ状の選択成長領域３３が形成される。このマスク及
び選択成長領域の幅はそれぞれ５μｍ及び２μｍ幅とし
た。ストライプ方向は＜１−１００＞方向とした。この
選択成長領域の形状や、以下の結晶成長の条件について
は、実施例１と同様に適宜選択することができる。
て図３を参照して説明する。本実施例では基板として＜
１−１００＞方向に２°のオフオリエンテーションを有
する（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板３１を
用いた。このＡｌ2Ｏ3基板表面にＳｉＯ2膜３２を形成
し、フォトリソグラフィー法とウエットエッチングによ
りマスクをストライプ状に形成した。これによりストラ
イプ状の選択成長領域３３が形成される。このマスク及
び選択成長領域の幅はそれぞれ５μｍ及び２μｍ幅とし
た。ストライプ方向は＜１−１００＞方向とした。この
選択成長領域の形状や、以下の結晶成長の条件について
は、実施例１と同様に適宜選択することができる。
【００５５】選択成長領域でのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化
水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（Ｇａ
Ｃｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いる
ハイドライドＶＰＥ法を用いた。
体の成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化
水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（Ｇａ
Ｃｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いる
ハイドライドＶＰＥ法を用いた。
【００５６】基板を成長装置内に設置した後、６５０℃
からＮＨ3を流しながら１０５０℃まで昇温した。まず
１０５０℃で基板のクリーニングを１０分間行った後、
５００℃でＨＣｌ流量１ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１．０ｓ
ｌｍ、水素キャリア流量３ｓｌｍで２０ｎｍのＧａＮバ
ッファ層３４を形成した。その後基板温度を１０５０℃
に上げ、ＧａＮ膜３５を成長させた。この時の成長条件
は、ＧａＣｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１．０ｓｌ
ｍ、水素キャリア流量３ｓｌｍとした。この条件でＧａ
Ｎは、成長初期にはファセット構造を形成しながら成長
した。さらに、同一条件下で５時間成長させることによ
り、隣接する選択成長領域から成長するファセット構造
が合体し、お互いを埋め合う形でさらに成長して、最終
的には平坦化した約２００μｍのＧａＮ膜３５を得た。
からＮＨ3を流しながら１０５０℃まで昇温した。まず
１０５０℃で基板のクリーニングを１０分間行った後、
５００℃でＨＣｌ流量１ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１．０ｓ
ｌｍ、水素キャリア流量３ｓｌｍで２０ｎｍのＧａＮバ
ッファ層３４を形成した。その後基板温度を１０５０℃
に上げ、ＧａＮ膜３５を成長させた。この時の成長条件
は、ＧａＣｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１．０ｓｌ
ｍ、水素キャリア流量３ｓｌｍとした。この条件でＧａ
Ｎは、成長初期にはファセット構造を形成しながら成長
した。さらに、同一条件下で５時間成長させることによ
り、隣接する選択成長領域から成長するファセット構造
が合体し、お互いを埋め合う形でさらに成長して、最終
的には平坦化した約２００μｍのＧａＮ膜３５を得た。
【００５７】このＧａＮ厚膜は基板として＜１１−２０
＞方向に２°のオフオリエンテーションを有する（００
０１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）を用いた結果、表面の
平坦性が良好で高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を
得た。
＞方向に２°のオフオリエンテーションを有する（００
０１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）を用いた結果、表面の
平坦性が良好で高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を
得た。
【００５８】一方、面方位の傾きのない、（０００１）
ジャスト基板を用いた以外は、全く上記条件と同じ条件
でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を形成したが、表面にマ
クロな凹凸が形成された。
ジャスト基板を用いた以外は、全く上記条件と同じ条件
でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜を形成したが、表面にマ
クロな凹凸が形成された。
【００５９】本実施例で成長したＧａＮ膜は表面が極め
て平坦であるため、この上に形成した半導体レーザ、発
光ダイオード、ＦＥＴ、ＨＢＴなどが歩留まり良く得ら
れる。さらにこのＧａＮ膜は結晶欠陥も非常に少ないた
めこれらのデバイス特性は優れたものとなる。
て平坦であるため、この上に形成した半導体レーザ、発
光ダイオード、ＦＥＴ、ＨＢＴなどが歩留まり良く得ら
れる。さらにこのＧａＮ膜は結晶欠陥も非常に少ないた
めこれらのデバイス特性は優れたものとなる。
【００６０】またサファイア基板３１を研磨などによっ
て除去することでＧａＮ膜３５を基板として用いること
もできる。
て除去することでＧａＮ膜３５を基板として用いること
もできる。
【００６１】本実施例ではＧａＮ膜のエピタキシャル成
長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相成
長法（ＭＯＶＰＥ）を用いても同様な効果が得られる。
長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相成
長法（ＭＯＶＰＥ）を用いても同様な効果が得られる。
【００６２】本実施例ではキャリアガスとして水素を用
いたが、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを
用いても良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
いたが、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを
用いても良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
【００６３】本実施例では基板としてＡｌ2Ｏ3を用いた
が、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を
用いても同様な効果が得られる。また面方位として（０
００１）面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ
面）、（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面
（Ｒ面）など他の面方位を用いても良い。
が、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を
用いても同様な効果が得られる。また面方位として（０
００１）面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ
面）、（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面
（Ｒ面）など他の面方位を用いても良い。
【００６４】本実施例ではマスク３４としてＳｉＯ2を
用いたが、ＳｉＮなど、選択成長用マスクとして用いら
れるものであれば他の材料でも良い。
用いたが、ＳｉＮなど、選択成長用マスクとして用いら
れるものであれば他の材料でも良い。
【００６５】またマスク及び選択成長領域の幅としてそ
れぞれ５μｍ、２μｍを用いたが、マスクを埋め込むこ
とができればいくらであっても同様の効果が得られる。
さらにマスクストライプを＜１−１００＞方向に形成し
たが、ファセットが形成されれば、これと垂直の＜１１
−２０＞方向でもよく、これらの方向から傾けた角度で
あっても結晶成長の条件により選択成長領域にファセッ
ト構造を形成することが出来る。
れぞれ５μｍ、２μｍを用いたが、マスクを埋め込むこ
とができればいくらであっても同様の効果が得られる。
さらにマスクストライプを＜１−１００＞方向に形成し
たが、ファセットが形成されれば、これと垂直の＜１１
−２０＞方向でもよく、これらの方向から傾けた角度で
あっても結晶成長の条件により選択成長領域にファセッ
ト構造を形成することが出来る。
【００６６】本実施例では、オフアングルとして２°の
基板を用いたが、少なくとも０．３°以上の基板であれ
ば良い。
基板を用いたが、少なくとも０．３°以上の基板であれ
ば良い。
【００６７】本実施例では、オフアングルの方向を規定
するサファイア基板（０００１）面内の方向について、
＜１−１００＞方向としたが、＜１１−２０＞方向でも
良く、さらに同一面内でこれらの方向の間の方向であっ
ても良い。
するサファイア基板（０００１）面内の方向について、
＜１−１００＞方向としたが、＜１１−２０＞方向でも
良く、さらに同一面内でこれらの方向の間の方向であっ
ても良い。
【００６８】本実施例ではＧａＮのエピタキシャル成長
について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、Ｉｎ
Ｎ膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などのＧａＮ系半導
体を用いてエピタキシャル成長しても同様の効果が得ら
れる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不純
物を添加しても同様の効果が得られる。
について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、Ｉｎ
Ｎ膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などのＧａＮ系半導
体を用いてエピタキシャル成長しても同様の効果が得ら
れる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不純
物を添加しても同様の効果が得られる。
【００６９】（実施例４）本発明の第４の実施例につい
て図４を参照して説明する。本実施例では基板として＜
１１−２０＞方向に１０°のオフオリエンテーションを
有する（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板４１
を用い、この上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）に
より１μｍ程度の膜厚のＧａＮ膜４２を形成した。Ｇａ
Ｎ膜４２の形成には分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）或
いは有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ）など
ＭＯＶＰＥ以外の成長方法を用いても良い。
て図４を参照して説明する。本実施例では基板として＜
１１−２０＞方向に１０°のオフオリエンテーションを
有する（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板４１
を用い、この上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）に
より１μｍ程度の膜厚のＧａＮ膜４２を形成した。Ｇａ
Ｎ膜４２の形成には分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）或
いは有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ）など
ＭＯＶＰＥ以外の成長方法を用いても良い。
【００７０】このＧａＮ膜表面にＳｉＯ2膜を形成し、
フォトリソグラフィー法とウエットエッチングにより第
１のマスク４３をストライプ状に形成した。これにより
ストライプ状の第１の選択成長領域４４が形成される。
この選択成長領域の形状については、実施例１と同様に
適宜選択できる。マスク及び選択成長領域のストライプ
幅はそれぞれ５μｍ及び２μｍとした。ストライプ方向
は＜１１−２０＞方向とした。
フォトリソグラフィー法とウエットエッチングにより第
１のマスク４３をストライプ状に形成した。これにより
ストライプ状の第１の選択成長領域４４が形成される。
この選択成長領域の形状については、実施例１と同様に
適宜選択できる。マスク及び選択成長領域のストライプ
幅はそれぞれ５μｍ及び２μｍとした。ストライプ方向
は＜１１−２０＞方向とした。
【００７１】選択成長領域でのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化
水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（Ｇａ
Ｃｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いる
ハイドライドＶＰＥ法を用いた。
体の成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化
水素（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（Ｇａ
Ｃｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いる
ハイドライドＶＰＥ法を用いた。
【００７２】基板を成長装置内に設置した後、水素雰囲
気中で６５０℃からＮＨ3を流しながら基板温度を１０
５０℃まで昇温した。その後ＧａＣｌを供給することで
ＧａＮ膜４５を成長させた。この時の成長条件は、Ｇａ
Ｃｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ 3流量１．０ｓｌｍ、水素
キャリア流量３ｓｌｍとした。この条件でＧａＮは、フ
ァセット構造を形成しながら成長した。この条件で２時
間成長させることにより約８０μｍの第１のＧａＮ膜４
５を得た。
気中で６５０℃からＮＨ3を流しながら基板温度を１０
５０℃まで昇温した。その後ＧａＣｌを供給することで
ＧａＮ膜４５を成長させた。この時の成長条件は、Ｇａ
Ｃｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ 3流量１．０ｓｌｍ、水素
キャリア流量３ｓｌｍとした。この条件でＧａＮは、フ
ァセット構造を形成しながら成長した。この条件で２時
間成長させることにより約８０μｍの第１のＧａＮ膜４
５を得た。
【００７３】次に、第１のＧａＮ膜４５上に再びＳｉＯ
2膜を形成し、第２のマスク４６と第２の選択成長領域
４７を形成する。マスク及び選択成長領域の幅はそれぞ
れ５μｍ、２μｍとしストライプ方向は＜１１−２０＞
方向とした。この時の第２のマスクの方向は＜１−１０
０＞方向でももちろん良く、またこれらの方向から傾け
た方向でも良い。更に第１のマスクとの位置関係も任意
に設定すれば良い。即ち第１のマスク上に第２のマスク
を形成しても良いし、これを平行移動して第１の選択成
長領域上に第２のマスクを形成しても良い。また第１の
マスクと第１の選択成長領域の両方の上にのるように第
２のマスクを形成しても良い。また選択成長領域の形状
については、実施例１と同様に適宜選択できる。
2膜を形成し、第２のマスク４６と第２の選択成長領域
４７を形成する。マスク及び選択成長領域の幅はそれぞ
れ５μｍ、２μｍとしストライプ方向は＜１１−２０＞
方向とした。この時の第２のマスクの方向は＜１−１０
０＞方向でももちろん良く、またこれらの方向から傾け
た方向でも良い。更に第１のマスクとの位置関係も任意
に設定すれば良い。即ち第１のマスク上に第２のマスク
を形成しても良いし、これを平行移動して第１の選択成
長領域上に第２のマスクを形成しても良い。また第１の
マスクと第１の選択成長領域の両方の上にのるように第
２のマスクを形成しても良い。また選択成長領域の形状
については、実施例１と同様に適宜選択できる。
【００７４】この上に再び上記成長工程と同一の成長工
程を経て第２のＧａＮ層４８を約１５０μｍ成長させ
た。第１、第２のＧａＮ膜の結晶成長条件については、
ファセット構造が形成される条件を適宜選択できる。ま
た、ＧａＮがさらに多層化された場合も同様である。
程を経て第２のＧａＮ層４８を約１５０μｍ成長させ
た。第１、第２のＧａＮ膜の結晶成長条件については、
ファセット構造が形成される条件を適宜選択できる。ま
た、ＧａＮがさらに多層化された場合も同様である。
【００７５】このような２段階の選択成長の場合にも基
板として＜１１−２０＞方向に１０°のオフオリエンテ
ーションを有する（０００１）面サファイア（Ａｌ
2Ｏ3）を用いたため表面の平坦性は良好で高品質なもの
であった。一方、（０００１）ジャスト基板を用いた場
合は表面にマクロな凹凸が形成された。
板として＜１１−２０＞方向に１０°のオフオリエンテ
ーションを有する（０００１）面サファイア（Ａｌ
2Ｏ3）を用いたため表面の平坦性は良好で高品質なもの
であった。一方、（０００１）ジャスト基板を用いた場
合は表面にマクロな凹凸が形成された。
【００７６】ここでは２段階の選択成長について述べた
が、上記工程を何回繰り返しても良い。上記工程を繰り
返すことにより欠陥密度はより低減されていくためより
高品質なＧａＮ膜が得られる。
が、上記工程を何回繰り返しても良い。上記工程を繰り
返すことにより欠陥密度はより低減されていくためより
高品質なＧａＮ膜が得られる。
【００７７】本実施例で成長したＧａＮ膜は表面が極め
て平坦であるため、この上に形成した半導体レーザ、発
光ダイオード、ＦＥＴ、ＨＢＴなどが歩留まり良く得ら
れる。さらにこのＧａＮ膜は結晶欠陥も非常に少ないた
めこれらのデバイス特性は優れたものとなる。
て平坦であるため、この上に形成した半導体レーザ、発
光ダイオード、ＦＥＴ、ＨＢＴなどが歩留まり良く得ら
れる。さらにこのＧａＮ膜は結晶欠陥も非常に少ないた
めこれらのデバイス特性は優れたものとなる。
【００７８】またサファイア基板４１を研磨などによっ
て除去することでＧａＮ膜４８を基板として用いること
もできる。
て除去することでＧａＮ膜４８を基板として用いること
もできる。
【００７９】本実施例ではＧａＮ厚膜のエピタキシャル
成長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相
成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いても同様な効果が得られ
る。
成長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相
成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いても同様な効果が得られ
る。
【００８０】本実施例ではキャリアガスとして水素を用
いたが、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを
用いても良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
いたが、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを
用いても良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
【００８１】本実施例では基板としてＡｌ2Ｏ3を用いた
が、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を
用いても同様な効果が得られる。また面方位として（０
００１）面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ
面）、（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面
（Ｒ面）など他の面方位を用いても良い。
が、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を
用いても同様な効果が得られる。また面方位として（０
００１）面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ
面）、（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面
（Ｒ面）など他の面方位を用いても良い。
【００８２】さらにＡｌ2Ｏ3基板４１上にＧａＮ膜をあ
らかじめ形成したが、基板４１上に直接マスクを形成し
ても良い。
らかじめ形成したが、基板４１上に直接マスクを形成し
ても良い。
【００８３】本実施例ではマスク４３、４６としてＳｉ
Ｏ2を用いたがこれに限られるものではなく、実施例１
と同様にＳｉＮなど他の材料でも良い。またマスク及び
選択成長領域の幅としてそれぞれ５μｍ、２μｍを用い
たが、マスクを埋め込むことができればいくらであって
も同様の効果が得られる。さらにマスクストライプを＜
１１−２０＞方向に形成したが、ファセットが形成され
れば、これと垂直の＜１−１００＞方向でもよく、これ
らの方向から傾けた角度であっても結晶成長の条件によ
り選択成長領域にファセット構造を形成することが出来
る。なおファセット構造が形成される結晶成長の条件は
材料によってそれぞれ異なる。
Ｏ2を用いたがこれに限られるものではなく、実施例１
と同様にＳｉＮなど他の材料でも良い。またマスク及び
選択成長領域の幅としてそれぞれ５μｍ、２μｍを用い
たが、マスクを埋め込むことができればいくらであって
も同様の効果が得られる。さらにマスクストライプを＜
１１−２０＞方向に形成したが、ファセットが形成され
れば、これと垂直の＜１−１００＞方向でもよく、これ
らの方向から傾けた角度であっても結晶成長の条件によ
り選択成長領域にファセット構造を形成することが出来
る。なおファセット構造が形成される結晶成長の条件は
材料によってそれぞれ異なる。
【００８４】本実施例ではオフアングルとして１０°の
ものを用いたが、０．３°以上であれば良く、オフアン
グルの方向についても＜１１−２０＞方向としたが、＜
１−１００＞でも良く、実施例１と同様に、さらにこれ
らの方向から傾けた方向であっても良い。
ものを用いたが、０．３°以上であれば良く、オフアン
グルの方向についても＜１１−２０＞方向としたが、＜
１−１００＞でも良く、実施例１と同様に、さらにこれ
らの方向から傾けた方向であっても良い。
【００８５】本実施例ではＧａＮのエピタキシャル成長
について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、Ｉｎ
Ｎ膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などののＧａＮ系半
導体を用いてエピタキシャル成長しても同様の効果が得
られる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不
純物を添加しても同様の効果が得られる。
について述べたが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、Ｉｎ
Ｎ膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などののＧａＮ系半
導体を用いてエピタキシャル成長しても同様の効果が得
られる。さらに成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不
純物を添加しても同様の効果が得られる。
【００８６】（第５の実施例）本発明の第５の実施例に
ついて図５を参照して説明する。本実施例では基板とし
て＜１１−２０＞方向に１５°のオフオリエンテーショ
ンを有する（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板
５１を用い、この上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）により１μｍ程度の膜厚のＧａＮ膜５２を形成し
た。ＧａＮ膜５２の形成には分子線エピタキシー法（Ｍ
ＢＥ）或いは有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢ
Ｅ）などＭＯＶＰＥ以外の成長方法を用いても良い。こ
のＧａＮ膜表面にＳｉＯ2膜５３を形成し、フォトリソ
グラフィー法とウエットエッチングによりマスク５３を
ストライプ状に形成した。これによりストライプ状の選
択成長領域５４が形成される。このマスク及び選択成長
領域の幅はそれぞれ５μｍ、２μｍとした。ストライプ
方向は＜１１−２０＞方向とした。
ついて図５を参照して説明する。本実施例では基板とし
て＜１１−２０＞方向に１５°のオフオリエンテーショ
ンを有する（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板
５１を用い、この上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）により１μｍ程度の膜厚のＧａＮ膜５２を形成し
た。ＧａＮ膜５２の形成には分子線エピタキシー法（Ｍ
ＢＥ）或いは有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢ
Ｅ）などＭＯＶＰＥ以外の成長方法を用いても良い。こ
のＧａＮ膜表面にＳｉＯ2膜５３を形成し、フォトリソ
グラフィー法とウエットエッチングによりマスク５３を
ストライプ状に形成した。これによりストライプ状の選
択成長領域５４が形成される。このマスク及び選択成長
領域の幅はそれぞれ５μｍ、２μｍとした。ストライプ
方向は＜１１−２０＞方向とした。
【００８７】選択成長領域での３−５足化合物半導体の
成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化水素
（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（ＧａＣ
ｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いるハ
イドライドＶＰＥ法を用いた。
成長では、ＩＩＩ族原料にガリウム（Ｇａ）と塩化水素
（ＨＣｌ）の反応生成物である塩化ガリウム（ＧａＣ
ｌ）とＶ族原料にアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いるハ
イドライドＶＰＥ法を用いた。
【００８８】基板を成長装置内に設置した後、水素雰囲
気中で６５０℃からＮＨ 3 を流しながら基板温度を１０
５０℃まで昇温する。その後ＧａＣｌを供給することで
ＧａＮ膜２５を成長させた。この時の成長条件は、Ｇａ
Ｃｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１．０ｓｌｍ、水素
キャリア流量３ｓｌｍとした。この条件で５時間成長さ
せることにより約２００μｍのＧａＮ膜５５を得た。
気中で６５０℃からＮＨ 3 を流しながら基板温度を１０
５０℃まで昇温する。その後ＧａＣｌを供給することで
ＧａＮ膜２５を成長させた。この時の成長条件は、Ｇａ
Ｃｌ流量２０ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１．０ｓｌｍ、水素
キャリア流量３ｓｌｍとした。この条件で５時間成長さ
せることにより約２００μｍのＧａＮ膜５５を得た。
【００８９】次にこの基板を反応管から取り出し、引き
続いて有機金属気相成長装置の反応管に設置した。水素
雰囲気中で６５０℃からＮＨ3を流しながら昇温し、基
板温度を１０５０℃に設定した。続いてキャリア濃度２
×１０18ｃｍ-3のＳｉドープＧａＮコンタクト層（ｎ
型）５６、２×１０18ｃｍ-3のＳｉドープＡｌＧａＮク
ラッド層（ｎ型）５７、５×１０17ｃｍ-3のＳｉドープ
ＧａＮ光ガイド層（ｎ型）５８を形成した。次に基板温
度を７５０℃に設定し、アンドープまたはＳｉを１×１
０18ｃｍ-3ドープしたＩｎＧａＮウエル及びアンドープ
またはＳｉを１×１０18ｃｍ-3ドープした、ウエルより
もＩｎ組成の少ないＩｎＧａＮバリアからなる５周期の
多重量子井戸活性層５９を形成した。次に再び基板温度
を１０５０℃に設定し、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3
のＭｇドープＧａＮ光ガイド層（ｐ型）６０、１×１０
17ｃｍ-3のＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層（ｐ型）６
１、１×１０18ｃｍ-3のＭｇドープＧａＮコンタクト層
（ｐ型）６２を順次成長した。
続いて有機金属気相成長装置の反応管に設置した。水素
雰囲気中で６５０℃からＮＨ3を流しながら昇温し、基
板温度を１０５０℃に設定した。続いてキャリア濃度２
×１０18ｃｍ-3のＳｉドープＧａＮコンタクト層（ｎ
型）５６、２×１０18ｃｍ-3のＳｉドープＡｌＧａＮク
ラッド層（ｎ型）５７、５×１０17ｃｍ-3のＳｉドープ
ＧａＮ光ガイド層（ｎ型）５８を形成した。次に基板温
度を７５０℃に設定し、アンドープまたはＳｉを１×１
０18ｃｍ-3ドープしたＩｎＧａＮウエル及びアンドープ
またはＳｉを１×１０18ｃｍ-3ドープした、ウエルより
もＩｎ組成の少ないＩｎＧａＮバリアからなる５周期の
多重量子井戸活性層５９を形成した。次に再び基板温度
を１０５０℃に設定し、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3
のＭｇドープＧａＮ光ガイド層（ｐ型）６０、１×１０
17ｃｍ-3のＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層（ｐ型）６
１、１×１０18ｃｍ-3のＭｇドープＧａＮコンタクト層
（ｐ型）６２を順次成長した。
【００９０】本実施例において、活性層５９とｐ型Ｇａ
Ｎ光ガイド層７０の間に活性層や光ガイド層よりもバン
ドギャップの大きな材料ＡｌＧａＮからなる蒸発防止層
や電子オーバーフロー防止層を挟み込んでも良い。ま
た、ｐ型ＧａＮコンタクト層の上にさらに高濃度のｐ型
不純物を含むｐ+−ＧａＮコンタクト層を形成しても良
い。
Ｎ光ガイド層７０の間に活性層や光ガイド層よりもバン
ドギャップの大きな材料ＡｌＧａＮからなる蒸発防止層
や電子オーバーフロー防止層を挟み込んでも良い。ま
た、ｐ型ＧａＮコンタクト層の上にさらに高濃度のｐ型
不純物を含むｐ+−ＧａＮコンタクト層を形成しても良
い。
【００９１】本実施例においては有機金属気相成長法で
ＩＩＩ族原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム
（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族原料にはアンモニア（ＮＨ3）
を用い、ドーパントにはシラン（ＳｉＨ4）及びビスシ
クロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5Ｈ5）2Ｍｇ）
を用いたが、これらの原料ガスは必ずしもこれらに限ら
ず、例えばトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリエチル
インジウム（ＴＥＩ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥ
Ａ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＭＡ）、ジシラン
（Ｓｉ2Ｈ6）、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネ
シウム（（Ｃ2Ｈ5Ｃ5Ｈ4）2Ｍｇ）、ビスメチルシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ3Ｃ5Ｈ4）2Ｍｇ）
などを用いてもよい。
ＩＩＩ族原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム
（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族原料にはアンモニア（ＮＨ3）
を用い、ドーパントにはシラン（ＳｉＨ4）及びビスシ
クロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5Ｈ5）2Ｍｇ）
を用いたが、これらの原料ガスは必ずしもこれらに限ら
ず、例えばトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリエチル
インジウム（ＴＥＩ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥ
Ａ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＭＡ）、ジシラン
（Ｓｉ2Ｈ6）、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネ
シウム（（Ｃ2Ｈ5Ｃ5Ｈ4）2Ｍｇ）、ビスメチルシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ3Ｃ5Ｈ4）2Ｍｇ）
などを用いてもよい。
【００９２】この半導体発光素子は基板として＜１１−
２０＞方向に１５°のオフオリエンテーションを有する
（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）を用いたため表
面の平坦性が非常に良好でかつ結晶欠陥も非常に少ない
ため、高性能な半導体発光素子が高い歩留まりで得られ
た。一方、（０００１）ジャスト基板を用いた場合は表
面にマクロな凹凸が形成されるため、作製した半導体発
光素子の歩留まりは低いものであった。
２０＞方向に１５°のオフオリエンテーションを有する
（０００１）面サファイア（Ａｌ2Ｏ3）を用いたため表
面の平坦性が非常に良好でかつ結晶欠陥も非常に少ない
ため、高性能な半導体発光素子が高い歩留まりで得られ
た。一方、（０００１）ジャスト基板を用いた場合は表
面にマクロな凹凸が形成されるため、作製した半導体発
光素子の歩留まりは低いものであった。
【００９３】本実施例においてはサファイア基板５１を
研磨やエッチングなどによって除去することでｎ電極を
基板の裏面からとることもできるため、この場合電極プ
ロセス工程が簡略化されさらに高い歩留まりが期待され
る。
研磨やエッチングなどによって除去することでｎ電極を
基板の裏面からとることもできるため、この場合電極プ
ロセス工程が簡略化されさらに高い歩留まりが期待され
る。
【００９４】本実施例ではＧａＮ厚膜のエピタキシャル
成長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相
成長法（ＭＯＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法
（ＭＢＥ）、ガスソースＭＢＥ法を用いても同様な効果
が得られる。また半導体発光素子構造の成長にはＭＯＶ
ＰＥ法を用いたが、ＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法、ハ
イドライドＶＰＥ法など他の成長法を用いても良い。
成長にハイドライドＶＰＥ法を用いたが、有機金属気相
成長法（ＭＯＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法
（ＭＢＥ）、ガスソースＭＢＥ法を用いても同様な効果
が得られる。また半導体発光素子構造の成長にはＭＯＶ
ＰＥ法を用いたが、ＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法、ハ
イドライドＶＰＥ法など他の成長法を用いても良い。
【００９５】本実施例ではキャリアガスとして水素を用
いたが、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを
用いても良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
いたが、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを
用いても良く、またこれらの混合ガスを用いても良い。
【００９６】本実施例では基板としてＡｌ2Ｏ3を用いた
が、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を
用いても同様な効果が得られる。また面方位として（０
００１）面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ
面）、（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面
（Ｒ面）など他の面方位を用いても良い。
が、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4等を
用いても同様な効果が得られる。また面方位として（０
００１）面（Ｃ面）を用いたが、（１１−２０）面（Ａ
面）、（１０−１０）面（Ｍ面）、（１−１０２）面
（Ｒ面）など他の面方位を用いても良い。
【００９７】さらにＡｌ2Ｏ3基板５１上にＧａＮ膜をあ
らかじめ形成したが、基板５１上に直接マスクを形成し
ても良い。
らかじめ形成したが、基板５１上に直接マスクを形成し
ても良い。
【００９８】本実施例ではマスク５３としてＳｉＯ2を
用いたがこれに限られるものではなくＳｉＮなど他の材
料でも良い。またマスク及び選択成長領域の幅としてそ
れぞれ５μｍ、２μｍを用いたが、マスクを埋め込むこ
とができればいくらであっても同様の効果が得られる。
さらにマスクストライプを＜１１−２０＞方向に形成し
たが、ファセット構造が形成されれば、これと垂直の＜
１−１００＞方向でもよく、これらの方向から傾けた角
度であっても結晶成長の条件により選択成長領域にファ
セット構造を形成することが出来る。なお選択成長領域
の形状を含め、ファセット構造が形成される結晶成長の
条件は材料によってそれぞれ異なり適宜選択できる。
用いたがこれに限られるものではなくＳｉＮなど他の材
料でも良い。またマスク及び選択成長領域の幅としてそ
れぞれ５μｍ、２μｍを用いたが、マスクを埋め込むこ
とができればいくらであっても同様の効果が得られる。
さらにマスクストライプを＜１１−２０＞方向に形成し
たが、ファセット構造が形成されれば、これと垂直の＜
１−１００＞方向でもよく、これらの方向から傾けた角
度であっても結晶成長の条件により選択成長領域にファ
セット構造を形成することが出来る。なお選択成長領域
の形状を含め、ファセット構造が形成される結晶成長の
条件は材料によってそれぞれ異なり適宜選択できる。
【００９９】本実施例ではオフアングルの角度として１
５°のものを用いたが、０．３°以上であれば良く、オ
フアングルの方向についても＜１１−２０＞方向とした
が、＜１０−１０＞方向でも良く、さらにこれらの方向
から傾けた方向であっても良い。これらは、実施例１と
同様である。
５°のものを用いたが、０．３°以上であれば良く、オ
フアングルの方向についても＜１１−２０＞方向とした
が、＜１０−１０＞方向でも良く、さらにこれらの方向
から傾けた方向であっても良い。これらは、実施例１と
同様である。
【０１００】本実施例ではＧａＮ厚膜の上にデバイス構
造を積層したが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、ＩｎＮ
膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などの上にデバイス構
造を積層しても同様の効果が得られる。さらにこれらの
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不純物を添加しても同様の
効果が得られる。
造を積層したが、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、ＩｎＮ
膜、ＡｌＮ膜、ＩｎＧａＡｌＮ膜などの上にデバイス構
造を積層しても同様の効果が得られる。さらにこれらの
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に不純物を添加しても同様の
効果が得られる。
【０１０１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の成長方法によれば、０．３°以
上のオフアングルを有する基板を用いることにより、表
面平坦性が非常に優れたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体厚膜
結晶を成長することができる。また、本発明による結晶
を基板として用いれば、この上に歩留まり良く高品質の
半導体発光素子などのデバイスを作製することができ
る。
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の成長方法によれば、０．３°以
上のオフアングルを有する基板を用いることにより、表
面平坦性が非常に優れたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体厚膜
結晶を成長することができる。また、本発明による結晶
を基板として用いれば、この上に歩留まり良く高品質の
半導体発光素子などのデバイスを作製することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施例を説明する工程説明図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第２の実施例を説明する工程説明図で
ある。
ある。
【図３】本発明の第３の実施例を説明する工程説明図で
ある。
ある。
【図４】本発明の第４の実施例を説明する工程説明図で
ある。
ある。
【図５】本発明の第５の実施例である半導体発光素子の
製造方法を説明する工程説明図である。
製造方法を説明する工程説明図である。
【符号の説明】 １１ ＜１１−２０＞方向に５°のオフオリエンテーシ
ョンを有するＡｌ2Ｏ3（０００１）基板 １２ 基板上に予め形成されたＧａＮ膜 １３ ＳｉＯ2膜（ＳｉＯ2マスク） １４ ＧａＮを成長させる選択成長領域 １５ エピタキシャル成長したＧａＮ膜 ２１ ＜１１−２＞方向に５°のオフオリエンテーショ
ンを有するα−ＳｉＣ（０００１）基板 ２２ 基板上に予め形成されたＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ膜 ２３ ＳｉＯ2膜（ＳｉＯ2マスク） ２４ ＧａＮを成長させる選択成長領域 ２５ エピタキシャル成長したＧａＮ膜 ３１ ＜１−１００＞方向に２°のオフオリエンテーシ
ョンを有するＡｌ2Ｏ3（０００１）基板 ３２ ＳｉＯ2膜（ＳｉＯ2マスク） ３３ ＧａＮを成長させる選択成長領域 ３４ ＧａＮバッファ層 ３５ エピタキシャル成長したＧａＮ膜 ４１ ＜１−１００＞方向に１０°のオフオリエンテー
ションを有するＡｌ2Ｏ3（０００１）基板 ４２ 基板上に予め形成されたＧａＮ膜 ４３ 第１のＳｉＯ2マスク ４４ 第１のＧａＮを成長させる選択成長領域 ４５ エピタキシャル成長した第１のＧａＮ膜 ４６ 第２のＳｉＯ2マスク ４７ 第２のＧａＮを成長させる選択成長領域 ４８ エピタキシャル成長した第２のＧａＮ膜 ５１ ＜１−１００＞方向に１５°のオフオリエンテー
ションを有するＡｌ2Ｏ3（０００１）基板 ５２ 基板上に予め形成されたＧａＮ膜 ５３ ＳｉＯ2膜（ＳｉＯ2マスク） ５４ ＧａＮを成長させる選択成長領域 ５５ エピタキシャル成長したＧａＮ膜 ５６ ｎ型ＧａＮコンタクト層 ５７ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 ５８ ｎ型ＧａＮ光ガイド層 ５９ ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層 ６０ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ６１ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 ６２ ｐ型ＧａＮコンタクト層
ョンを有するＡｌ2Ｏ3（０００１）基板 １２ 基板上に予め形成されたＧａＮ膜 １３ ＳｉＯ2膜（ＳｉＯ2マスク） １４ ＧａＮを成長させる選択成長領域 １５ エピタキシャル成長したＧａＮ膜 ２１ ＜１１−２＞方向に５°のオフオリエンテーショ
ンを有するα−ＳｉＣ（０００１）基板 ２２ 基板上に予め形成されたＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ膜 ２３ ＳｉＯ2膜（ＳｉＯ2マスク） ２４ ＧａＮを成長させる選択成長領域 ２５ エピタキシャル成長したＧａＮ膜 ３１ ＜１−１００＞方向に２°のオフオリエンテーシ
ョンを有するＡｌ2Ｏ3（０００１）基板 ３２ ＳｉＯ2膜（ＳｉＯ2マスク） ３３ ＧａＮを成長させる選択成長領域 ３４ ＧａＮバッファ層 ３５ エピタキシャル成長したＧａＮ膜 ４１ ＜１−１００＞方向に１０°のオフオリエンテー
ションを有するＡｌ2Ｏ3（０００１）基板 ４２ 基板上に予め形成されたＧａＮ膜 ４３ 第１のＳｉＯ2マスク ４４ 第１のＧａＮを成長させる選択成長領域 ４５ エピタキシャル成長した第１のＧａＮ膜 ４６ 第２のＳｉＯ2マスク ４７ 第２のＧａＮを成長させる選択成長領域 ４８ エピタキシャル成長した第２のＧａＮ膜 ５１ ＜１−１００＞方向に１５°のオフオリエンテー
ションを有するＡｌ2Ｏ3（０００１）基板 ５２ 基板上に予め形成されたＧａＮ膜 ５３ ＳｉＯ2膜（ＳｉＯ2マスク） ５４ ＧａＮを成長させる選択成長領域 ５５ エピタキシャル成長したＧａＮ膜 ５６ ｎ型ＧａＮコンタクト層 ５７ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 ５８ ｎ型ＧａＮ光ガイド層 ５９ ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層 ６０ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ６１ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 ６２ ｐ型ＧａＮコンタクト層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−59699（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−127521（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−191657（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−160084（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−23026（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−201745（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−180998（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−126948（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／26680（ＷＯ，Ａ１) Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ Ｐ ａｒｔ．２ 36［７Ｂ］（1997）ｐ．Ｌ 899−902 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/20 H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (11)
- 【請求項１】 基板上にパターニングしたマスクを用い
て選択成長領域を形成する第１の工程と、前記選択成長
領域に前記基板と格子定数または熱膨張係数の異なるＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体をファセット構造を形成しなが
ら成長させる第２の工程と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体をさらに成長させ、前記マスクと前記選択成長領域
に形成したファセット構造を埋め込み、表面を平坦化さ
せる第３の工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成
長方法であって、前記基板が、０．３゜以上のオフオリ
エンテーションを有する基板であることを特徴とするＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項２】 基板上にパターニングしたマスクを用い
て選択成長領域を形成する第１の工程と、前記選択成長
領域に前記基板と格子定数または熱膨張係数の異なるＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体をファセット構造を形成しなが
ら成長させる第２の工程と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体をさらに成長させ、前記マスクと前記選択成長領域
に形成したファセット構造を埋め込み、表面を平坦化さ
せる第３の工程と、平坦化させた表面の上に、さらに前
記第２の工程と前記第３の工程を少なくとも１回繰り返
す工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法で
あって、前記基板が、０．３゜以上のオフオリエンテー
ションを有する基板であることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項３】 基板上に半導体層を形成する第１の工程
と、この半導体層上にパターニングしたマスクを用いて
選択成長領域を形成する第２の工程と、前記選択成長領
域に前記基板と格子定数または熱膨張係数の異なるＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体をファセット構造を形成しながら
成長させる第３の工程と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体をさらに成長させ、前記マスクと前記選択成長領域に
形成したファセット構造を埋め込み、表面を平坦化させ
る第４の工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長
方法であって、前記基板が、０．３゜以上のオフオリエ
ンテーションを有する基板であることを特徴とするＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項４】 基板上に半導体層を形成する第１の工程
と、この半導体層上にパターニングしたマスクを用いて
選択成長領域を形成する第２の工程と、前記選択成長領
域に前記基板と格子定数または熱膨張係数の異なるＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体をファセット構造を形成しながら
成長させる第３の工程と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体をさらに成長させ、前記マスクと前記選択成長領域に
形成したファセット構造を埋め込み、表面を平坦化させ
る第４の工程と、平坦化させた表面の上に、さらに前記
第３の工程と次いで前記第４の工程を少なくとも１回繰
り返す工程とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方
法であって、前記基板が、０．３゜以上のオフオリエン
テーションを有する基板であることを特徴とするＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項５】 前記基板上の半導体層が、前記選択成長
領域に成長させるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一のＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて形成した半導体層であ
るか、または格子定数または熱膨張係数の少なくとも一
方が近いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて形成した半
導体層であることを特徴とする請求項３または４記載の
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項６】 前記基板が、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣ、ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4、ＺｎＯ、ＬｉＧａＯ2からなる群より選ばれた
材料からなる基板であることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方
法。 - 【請求項７】 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、Ｇａ
Ｎ系半導体であることを特徴とする請求項１〜６のいず
れかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項８】 前記選択成長領域が、ストライプ形状、
矩形状、丸状、または多角形状の選択成長領域である請
求項１〜７のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の成長方法。 - 【請求項９】 前記選択成長領域が、ストライプ状の選
択成長領域であって、ストライプ方向が＜１１−２０＞
方向または＜１−１００＞方向であることを特徴とする
請求項１〜８のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体の成長方法。 - 【請求項１０】 発光層を含む活性領域が、前記活性領
域よりも大きなバンドギャップを有しかつ小さな屈折率
を有する半導体層で挟まれたダブルヘテロ接合構造を含
む半導体積層構造を有する半導体発光素子の製造方法で
あって、請求項１〜９のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体の成長方法によってＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体層を形成し、次いで該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
上に前記ダブルヘテロ接合構造を含む半導体積層構造を
形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１１】 前記半導体積層構造及び前記ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体層がＧａＮ系半導体であることを特徴
とする請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法。
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| JP17609898A JP3196833B2 (ja) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法及びこの方法を用いた半導体発光素子の製造方法 |
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- 1998-06-23 JP JP17609898A patent/JP3196833B2/ja not_active Expired - Fee Related
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