JP3270704B2 - 半導体微小構造体の製造方法 - Google Patents
半導体微小構造体の製造方法Info
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- JP3270704B2 JP3270704B2 JP05458597A JP5458597A JP3270704B2 JP 3270704 B2 JP3270704 B2 JP 3270704B2 JP 05458597 A JP05458597 A JP 05458597A JP 5458597 A JP5458597 A JP 5458597A JP 3270704 B2 JP3270704 B2 JP 3270704B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電子機能素子や
光機能素子を実現するための半導体薄膜の製造方法に関
するもので、より詳細には、基板主表面に対して垂直な
ファセット面を有する半導体のサブμｍのスケールの微
小構造体の製造方法に関するものである。
光機能素子を実現するための半導体薄膜の製造方法に関
するもので、より詳細には、基板主表面に対して垂直な
ファセット面を有する半導体のサブμｍのスケールの微
小構造体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】より高度な電子機能素子や光機能素子を
実現するためには、半導体結晶の作製および加工技術の
一層の向上が要求される。例えば、光機能素子である半
導体レーザを考えると、光の誘導放出を有効に誘起する
ために、基板に対して完全に垂直な半導体の平坦面を作
製する必要がある。このための技術として、従来は、劈
開法やウェットエッチング（文献：S. L. McCall, A.
F. J. Levi, R. E. Slusher, S. J. Pearton and R. A.
Logan, Appl. Phys. Lett. 60, 289（1992））および
ドライエッチング（文献：A. Behfar-Red, S. S. Wong,
J. M. Ballantyne,B. A. Soltz and C. M. Harding, A
ppl. Phys. Lett. 54, 493（1989））またはマスクを利
用した選択成長（文献：T. Fukui and S. Ando, Appl.
Phys. Lett.58, 2018（1991））が使用されてきた。
実現するためには、半導体結晶の作製および加工技術の
一層の向上が要求される。例えば、光機能素子である半
導体レーザを考えると、光の誘導放出を有効に誘起する
ために、基板に対して完全に垂直な半導体の平坦面を作
製する必要がある。このための技術として、従来は、劈
開法やウェットエッチング（文献：S. L. McCall, A.
F. J. Levi, R. E. Slusher, S. J. Pearton and R. A.
Logan, Appl. Phys. Lett. 60, 289（1992））および
ドライエッチング（文献：A. Behfar-Red, S. S. Wong,
J. M. Ballantyne,B. A. Soltz and C. M. Harding, A
ppl. Phys. Lett. 54, 493（1989））またはマスクを利
用した選択成長（文献：T. Fukui and S. Ando, Appl.
Phys. Lett.58, 2018（1991））が使用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように基
板に対して完全に垂直な半導体の平坦面の作製が行われ
ていたが、窒化物半導体に限っては、以下に示す問題点
があった。
板に対して完全に垂直な半導体の平坦面の作製が行われ
ていたが、窒化物半導体に限っては、以下に示す問題点
があった。
【０００４】まず、窒化物半導体は劈開性に乏しく、原
子レベルで平坦な劈開面が得られない。また、劈開法で
は１００μｍ程度の大きなスケールでしか加工ができな
い。さらに、窒化物半導体は一般に非常に固く、また化
学的にも不活性であるため、物理的あるいは化学的なエ
ッチング技術により基板面に対して垂直な平坦面を加工
することは困難であった。
子レベルで平坦な劈開面が得られない。また、劈開法で
は１００μｍ程度の大きなスケールでしか加工ができな
い。さらに、窒化物半導体は一般に非常に固く、また化
学的にも不活性であるため、物理的あるいは化学的なエ
ッチング技術により基板面に対して垂直な平坦面を加工
することは困難であった。
【０００５】本願発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、基板面に対して垂直で、
原子レベルで平坦なファセット面を持つ窒化物半導体の
μｍスケールの微小な六角柱構造体を形成する方法を提
供することを目的とする。
るためになされたものであり、基板面に対して垂直で、
原子レベルで平坦なファセット面を持つ窒化物半導体の
μｍスケールの微小な六角柱構造体を形成する方法を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願発明の半導体微小構
造体の製造方法の概略を以下に示す。
造体の製造方法の概略を以下に示す。
【０００７】まず、主表面が（0 0 0 1）面であるサフ
ァイア基板を加熱し、その主表面に窒素化合物を含有す
るガスと、III族元素の化合物を含有するガスとを導入
し、その主表面上にアモルファス構造の第１の窒化物半
導体薄膜を形成し、これを窒素化合物を含有するガスの
雰囲気中で加熱することにより、固相エピタキシャル成
長によって単結晶の窒化物半導体薄膜とする。
ァイア基板を加熱し、その主表面に窒素化合物を含有す
るガスと、III族元素の化合物を含有するガスとを導入
し、その主表面上にアモルファス構造の第１の窒化物半
導体薄膜を形成し、これを窒素化合物を含有するガスの
雰囲気中で加熱することにより、固相エピタキシャル成
長によって単結晶の窒化物半導体薄膜とする。
【０００８】ついで、加熱したこの単結晶の窒化物半導
体薄膜の表面に、窒素化合物を含有するガスと、III族
元素の化合物を含有するガスとを導入し、比較的厚い第
２の窒化物半導体薄膜を気相エピタキシャル成長させ
る。
体薄膜の表面に、窒素化合物を含有するガスと、III族
元素の化合物を含有するガスとを導入し、比較的厚い第
２の窒化物半導体薄膜を気相エピタキシャル成長させ
る。
【０００９】さらに、この第２の窒化物半導体薄膜の上
に、フォトリソグラフィ法により、二酸化シリコン薄膜
からなり、開口率が５０％以上であり、かつ隣接する窓
との最短距離が１００μｍ以下である、この第２の窒化
物半導体薄膜の表面を露出する窓を有するマスクを形成
する。
に、フォトリソグラフィ法により、二酸化シリコン薄膜
からなり、開口率が５０％以上であり、かつ隣接する窓
との最短距離が１００μｍ以下である、この第２の窒化
物半導体薄膜の表面を露出する窓を有するマスクを形成
する。
【００１０】最後に、前記マスク形成後の基板を加熱
し、窒素化合物を含有するガスと、III族元素の化合物
を含有するガスとを導入することによって、窒化物半導
体の微小構造体を前記窓の部分に気相選択エピタキシャ
ル成長させる。このようにして成長した窒化物半導体の
微小構造体は平坦かつ基板面に垂直なファセット面であ
る｛1 -1 0 0｝面に囲まれた六角柱構造体となる。な
お、前記の面を表すミラー指数の表記法においては、負
符号を、数字の上部にではなく、数字の左側に表示して
いる。本願においては、図面中を除いて、この表記法を
使用する。
し、窒素化合物を含有するガスと、III族元素の化合物
を含有するガスとを導入することによって、窒化物半導
体の微小構造体を前記窓の部分に気相選択エピタキシャ
ル成長させる。このようにして成長した窒化物半導体の
微小構造体は平坦かつ基板面に垂直なファセット面であ
る｛1 -1 0 0｝面に囲まれた六角柱構造体となる。な
お、前記の面を表すミラー指数の表記法においては、負
符号を、数字の上部にではなく、数字の左側に表示して
いる。本願においては、図面中を除いて、この表記法を
使用する。
【００１１】前記の窓が少なくとも１対の平行な直線か
らなる辺を含み、かつ、その辺が前記サファイア基板の
［1 -1 0 0］方向に平行である場合には、前記のファセ
ットはその辺を出発点として形成されるので、そのファ
セットの位置を正確に定めることができる。
らなる辺を含み、かつ、その辺が前記サファイア基板の
［1 -1 0 0］方向に平行である場合には、前記のファセ
ットはその辺を出発点として形成されるので、そのファ
セットの位置を正確に定めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に用いる半導体
薄膜作製装置の基本構成を示す構成図である。同図にお
いて、１は反応槽、２は基板支持台、３は基板を加熱す
るためのヒータ、４は主表面が（0 0 0 1）面であるサ
ファイア基板、そして５は成長させる半導体薄膜の原料
となるガスを供給する供給管である。
薄膜作製装置の基本構成を示す構成図である。同図にお
いて、１は反応槽、２は基板支持台、３は基板を加熱す
るためのヒータ、４は主表面が（0 0 0 1）面であるサ
ファイア基板、そして５は成長させる半導体薄膜の原料
となるガスを供給する供給管である。
【００１３】まず、反応槽１内の基板支持台２上にサフ
ァイア基板４を設置し、不活性ガスおよび水素を供給管
５を通して数 slm 流しながら圧力を約 76 Torr に保
ち、基板４を 1000 ℃程度に加熱する。ここに、slm は
standard liter per minuteの略であり、気体の量を標
準状態（０℃、１気圧）における体積で表したときの体
積速度の単位（リットル／分）である。この状態を約 1
0 分間継続し、サファイア基板４の表面を熱的にクリー
ニングする。次に、反応槽１内にアンモニアガスを 0.2
5 slm 程度導入し、１分間程度待つ。この過程で、サフ
ァイア基板４の表面が窒化され、窒化ガリウム薄膜に対
して格子不整合の小さい窒化アルミニウムの薄い層（数
原子層）が形成される。次に、基板４の温度を約 600
℃まで低下させて、供給管５よりトリメチルガリウムを
約 6 マイクロモル／分の速さで導入し、アモルファス
構造の窒化ガリウム薄膜を約 40 nm の厚さまで堆積す
る。
ァイア基板４を設置し、不活性ガスおよび水素を供給管
５を通して数 slm 流しながら圧力を約 76 Torr に保
ち、基板４を 1000 ℃程度に加熱する。ここに、slm は
standard liter per minuteの略であり、気体の量を標
準状態（０℃、１気圧）における体積で表したときの体
積速度の単位（リットル／分）である。この状態を約 1
0 分間継続し、サファイア基板４の表面を熱的にクリー
ニングする。次に、反応槽１内にアンモニアガスを 0.2
5 slm 程度導入し、１分間程度待つ。この過程で、サフ
ァイア基板４の表面が窒化され、窒化ガリウム薄膜に対
して格子不整合の小さい窒化アルミニウムの薄い層（数
原子層）が形成される。次に、基板４の温度を約 600
℃まで低下させて、供給管５よりトリメチルガリウムを
約 6 マイクロモル／分の速さで導入し、アモルファス
構造の窒化ガリウム薄膜を約 40 nm の厚さまで堆積す
る。
【００１４】トリメチルガリウムの供給を止め、基板４
の温度を再び 1000 ℃程度まで上昇させると、前記のア
モルファス構造の窒化ガリウム薄膜が固相エピタキシャ
ル成長を起こし、単結晶構造となる。さらに、再びトリ
メチルガリウムを約 6 マイクロモル／分の速さで導入
して気相エピタキシャル成長を行い、1500 nm 厚の単結
晶窒化ガリウム薄膜を形成する。なお、この単結晶窒化
ガリウム薄膜とサファイア基板との結晶方位関係は、図
２に示したように、以下のようであった。
の温度を再び 1000 ℃程度まで上昇させると、前記のア
モルファス構造の窒化ガリウム薄膜が固相エピタキシャ
ル成長を起こし、単結晶構造となる。さらに、再びトリ
メチルガリウムを約 6 マイクロモル／分の速さで導入
して気相エピタキシャル成長を行い、1500 nm 厚の単結
晶窒化ガリウム薄膜を形成する。なお、この単結晶窒化
ガリウム薄膜とサファイア基板との結晶方位関係は、図
２に示したように、以下のようであった。
【００１５】サファイアの〈0 0 0 1〉方向は窒化ガリ
ウムの〈0 0 0 1〉方向に平行、サファイアの［1 1 -2
0］方向は窒化ガリウムの［1 -1 0 0］方向に平行、サ
ファイアの［1 -1 0 0］方向は窒化ガリウムの［1 1 -2
0］方向に平行。
ウムの〈0 0 0 1〉方向に平行、サファイアの［1 1 -2
0］方向は窒化ガリウムの［1 -1 0 0］方向に平行、サ
ファイアの［1 -1 0 0］方向は窒化ガリウムの［1 1 -2
0］方向に平行。
【００１６】すなわち、窒化ガリウム薄膜がｃ軸〈0 0
0 1〉を軸にして30度回転することにより、サファイア
基板と窒化ガリウム薄膜との格子不整合がより小さくな
り、高品質な単結晶窒化ガリウム薄膜が成長しているこ
とが分かった。なお、図２において、窒化ガリウムはＧ
ａＮによって表現されている。
0 1〉を軸にして30度回転することにより、サファイア
基板と窒化ガリウム薄膜との格子不整合がより小さくな
り、高品質な単結晶窒化ガリウム薄膜が成長しているこ
とが分かった。なお、図２において、窒化ガリウムはＧ
ａＮによって表現されている。
【００１７】前記の 1500 nm 厚の単結晶窒化ガリウム
薄膜の表面に、スパッタリング法を用いて約 50 nm 厚
の二酸化シリコン薄膜を形成する。次に、フォトリソグ
ラフィ法を用いて、この二酸化シリコンに、円形、六角
形あるいは長方形の微細な窓パターンを形成し、単結晶
窒化ガリウム薄膜の表面を一部露出させる。本実施例で
は、窓の開口率（窒化ガリウム薄膜が露出している窓の
面積合計の、基板主表面全面積に対する比率）は７５％
とした。各パターンの例を図３に示す。図３において、
灰色の部分は窓の部分を表し、矢印はサファイア基板の
方位を表している。この場合に、長方形パターン（図３
（ａ））の長手方向、および六角形パターン（図３
（ｂ））の各辺が、サファイア基板の［1 -1 0 0］方向
（窒化ガリウム薄膜の［1 1 -2 0］方向）に平行である
ことが重要である。
薄膜の表面に、スパッタリング法を用いて約 50 nm 厚
の二酸化シリコン薄膜を形成する。次に、フォトリソグ
ラフィ法を用いて、この二酸化シリコンに、円形、六角
形あるいは長方形の微細な窓パターンを形成し、単結晶
窒化ガリウム薄膜の表面を一部露出させる。本実施例で
は、窓の開口率（窒化ガリウム薄膜が露出している窓の
面積合計の、基板主表面全面積に対する比率）は７５％
とした。各パターンの例を図３に示す。図３において、
灰色の部分は窓の部分を表し、矢印はサファイア基板の
方位を表している。この場合に、長方形パターン（図３
（ａ））の長手方向、および六角形パターン（図３
（ｂ））の各辺が、サファイア基板の［1 -1 0 0］方向
（窒化ガリウム薄膜の［1 1 -2 0］方向）に平行である
ことが重要である。
【００１８】これを再び反応槽１に挿入して基板支持台
２に設置し、不活性ガスおよび水素を供給管５を通して
数 slm 流して圧力を約 76 Torr に保つ。次に、温度を
約 1000 ℃まで上げて、反応槽１内に供給管５を通して
アンモニアガスを 0.25 slmおよびトリメチルガリウム
を約 6 マイクロモル／分の速さで導入する。すると、
二酸化シリコンのマスクがなくて単結晶窒化ガリウム薄
膜が露出した開口部にのみ選択的に窒化ガリウムがエピ
タキシャル成長し、二酸化シリコン薄膜上には窒化ガリ
ウムは析出しない。この結果、平坦な垂直ファセット面
に囲まれた数μｍ以下のスケールの微小な窒化物半導体
の六角柱構造体が形成される。
２に設置し、不活性ガスおよび水素を供給管５を通して
数 slm 流して圧力を約 76 Torr に保つ。次に、温度を
約 1000 ℃まで上げて、反応槽１内に供給管５を通して
アンモニアガスを 0.25 slmおよびトリメチルガリウム
を約 6 マイクロモル／分の速さで導入する。すると、
二酸化シリコンのマスクがなくて単結晶窒化ガリウム薄
膜が露出した開口部にのみ選択的に窒化ガリウムがエピ
タキシャル成長し、二酸化シリコン薄膜上には窒化ガリ
ウムは析出しない。この結果、平坦な垂直ファセット面
に囲まれた数μｍ以下のスケールの微小な窒化物半導体
の六角柱構造体が形成される。
【００１９】図４に、以上の工程を経て、直径５μｍの
円形窓パターンの上に成長した六角柱の走査電子顕微鏡
による写真（図４（ａ））および断面の模式図（図４
（ｂ））を示す。図４（ｂ）において、窒化ガリウムお
よび二酸化シリコンは、それぞれ、ＧａＮおよびＳｉＯ
２によって表現されている。なお、図４（ｂ）において
は、六角柱の稜も表示してある。図４（ａ）が示すよう
に、中心点を通る対角線の長さが５μｍ強で高さが８μ
ｍという非常に背高の六角柱が形成されていることが分
かる。この六角柱の側面は等価な六つの｛1 -1 0 0｝面
であり、基板面に対して完全に垂直である。また、六角
柱の上端面（（0 0 0 1）面）および側面（｛1 -1 0
0｝面）は極めて平坦である。この六角柱は光の閉じこ
め効果が高いので、低いしきい値で発振が可能なリング
共振器レーザに応用できる。
円形窓パターンの上に成長した六角柱の走査電子顕微鏡
による写真（図４（ａ））および断面の模式図（図４
（ｂ））を示す。図４（ｂ）において、窒化ガリウムお
よび二酸化シリコンは、それぞれ、ＧａＮおよびＳｉＯ
２によって表現されている。なお、図４（ｂ）において
は、六角柱の稜も表示してある。図４（ａ）が示すよう
に、中心点を通る対角線の長さが５μｍ強で高さが８μ
ｍという非常に背高の六角柱が形成されていることが分
かる。この六角柱の側面は等価な六つの｛1 -1 0 0｝面
であり、基板面に対して完全に垂直である。また、六角
柱の上端面（（0 0 0 1）面）および側面（｛1 -1 0
0｝面）は極めて平坦である。この六角柱は光の閉じこ
め効果が高いので、低いしきい値で発振が可能なリング
共振器レーザに応用できる。
【００２０】図４に示した六角柱は円形のパターンから
少しはみ出して成長するオーバーグロース成長をしてい
る。原料ガスであるアンモニアとトリメチルガリウムと
の流量比を変えることにより、六角柱の高さを一定に保
ったまま、このオーバーグロースの大きさを調節するこ
とができる。このため、図５に示すように、酸化シリコ
ンのマスク上に大きくはみ出した窒化物半導体の六角柱
も作製できる。なお、図５は断面の模式図であるが、図
４（ｂ）と同様に、窒化ガリウムおよび二酸化シリコン
を、それぞれ、ＧａＮおよびＳｉＯ２によって表現し、
かつ、六角柱の稜も表示している。このはみ出した部分
（図５中の斜線部分）は、格子定数が異なるサファイア
基板の影響を受けにくいため格子欠陥が少ない。このた
め、この部分はサファイア基板上に直接形成した窒化物
半導体よりも優れた光学的・電気的特性を有する。
少しはみ出して成長するオーバーグロース成長をしてい
る。原料ガスであるアンモニアとトリメチルガリウムと
の流量比を変えることにより、六角柱の高さを一定に保
ったまま、このオーバーグロースの大きさを調節するこ
とができる。このため、図５に示すように、酸化シリコ
ンのマスク上に大きくはみ出した窒化物半導体の六角柱
も作製できる。なお、図５は断面の模式図であるが、図
４（ｂ）と同様に、窒化ガリウムおよび二酸化シリコン
を、それぞれ、ＧａＮおよびＳｉＯ２によって表現し、
かつ、六角柱の稜も表示している。このはみ出した部分
（図５中の斜線部分）は、格子定数が異なるサファイア
基板の影響を受けにくいため格子欠陥が少ない。このた
め、この部分はサファイア基板上に直接形成した窒化物
半導体よりも優れた光学的・電気的特性を有する。
【００２１】図６に、中心を通る対角線の長さが 16 μ
ｍの六角形窓パターンの上に成長した窒化ガリウム六角
柱の走査電子顕微鏡写真を示す。六角形窓パターンの一
辺はサファイア基板の［1 -1 0 0］方向（窒化ガリウム
薄膜の［1 1 -2 0］方向）に平行である。このように、
中心点を通る対角線の長さが大きな六角柱においても、
極めて平坦なトップサーフェス（上端面）が得られてい
る。異物質であるサファイア基板上に直接窒化ガリウム
を選択成長させると、マスクパターンの周辺が盛り上が
り、真中が凹む、いわゆるリッジ成長が起こり、デバイ
スへの応用が難しい形状の構造体が形成される。本願発
明では、窒化ガリウム上に選択成長を行ったので、均一
で二次元的な結晶成長が促進され、中心点を通る対角線
の長さが大きくても、平坦なトップサーフェスを持つ六
角柱構造体が得られた。これは、ダブルヘテロ構造や超
格子構造が必要なレーザダイオードやトランジスタへの
応用に有利な特徴である。
ｍの六角形窓パターンの上に成長した窒化ガリウム六角
柱の走査電子顕微鏡写真を示す。六角形窓パターンの一
辺はサファイア基板の［1 -1 0 0］方向（窒化ガリウム
薄膜の［1 1 -2 0］方向）に平行である。このように、
中心点を通る対角線の長さが大きな六角柱においても、
極めて平坦なトップサーフェス（上端面）が得られてい
る。異物質であるサファイア基板上に直接窒化ガリウム
を選択成長させると、マスクパターンの周辺が盛り上が
り、真中が凹む、いわゆるリッジ成長が起こり、デバイ
スへの応用が難しい形状の構造体が形成される。本願発
明では、窒化ガリウム上に選択成長を行ったので、均一
で二次元的な結晶成長が促進され、中心点を通る対角線
の長さが大きくても、平坦なトップサーフェスを持つ六
角柱構造体が得られた。これは、ダブルヘテロ構造や超
格子構造が必要なレーザダイオードやトランジスタへの
応用に有利な特徴である。
【００２２】長方形の形状を有する窓パターンを用いる
と、図７に示したような長方形の長辺に平行な長い二つ
の辺を有する六角形を底面とする六角柱が形成される。
図７において、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図
であるが、この場合にも、図４（ｂ）および図５と同様
に、窒化ガリウムおよび二酸化シリコンは、それぞれ、
ＧａＮおよびＳｉＯ２によって表現され、かつ、六角柱
の稜も表示されている。平坦な垂直ファセットを得るた
めには長方形のマスクの長辺がサファイア基板の［1 -1
0 0］方向（窒化ガリウム薄膜の［1 1 -2 0］方向）に
平行であることが重要である。
と、図７に示したような長方形の長辺に平行な長い二つ
の辺を有する六角形を底面とする六角柱が形成される。
図７において、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図
であるが、この場合にも、図４（ｂ）および図５と同様
に、窒化ガリウムおよび二酸化シリコンは、それぞれ、
ＧａＮおよびＳｉＯ２によって表現され、かつ、六角柱
の稜も表示されている。平坦な垂直ファセットを得るた
めには長方形のマスクの長辺がサファイア基板の［1 -1
0 0］方向（窒化ガリウム薄膜の［1 1 -2 0］方向）に
平行であることが重要である。
【００２３】本願発明の製造方法により、六角柱が形成
される機構としては、開口部に露出した窒化ガリウム表
面において原料が効果的に分解し、横方向に気相拡散し
て六角柱を形成する窓に到達することにより、六角柱を
形成するために必要な原料が十分供給されるためと推定
される。従って、前記隣接する窓と窓との間隔が広すぎ
る場合は、隣接する窓に露出した窒化ガリウム表面にお
いて分解した原料が、六角柱を形成する窓に到達する前
に気相中に拡散してしまい、有効に六角柱を形成する窓
に供給されない。種々の間隔の場合について検討した結
果、六角柱を形成する窓と隣接する窓との間隔が、１０
０μｍ以下の場合に、垂直なファセットを有する六角柱
を成長させることができ、本願発明の効果が有効に得ら
れることを確認した。また、前記機構に関連して、開口
率についても最適な範囲が存在する。例えば、開口率２
５％の場合についての実験結果では、前記のいゆるリッ
ジ成長が顕著に生じてしまうため、垂直なファセットを
有する六角柱を成長させることはできなかった。そこ
で、開口率についても種々の場合について検討した結
果、開口率が５０％以上の場合に、垂直なファセットを
有する六角柱を成長させることができ、本願発明の効果
が有効に得られることを確認した。開口率を大きく保つ
ための窓としては、六角柱を形成するための窓を必要な
個数だけ設けても良いが、、六角柱から前記で述べた必
要な距離だけ離れた部分に、大面積の窓を設けても良
い。
される機構としては、開口部に露出した窒化ガリウム表
面において原料が効果的に分解し、横方向に気相拡散し
て六角柱を形成する窓に到達することにより、六角柱を
形成するために必要な原料が十分供給されるためと推定
される。従って、前記隣接する窓と窓との間隔が広すぎ
る場合は、隣接する窓に露出した窒化ガリウム表面にお
いて分解した原料が、六角柱を形成する窓に到達する前
に気相中に拡散してしまい、有効に六角柱を形成する窓
に供給されない。種々の間隔の場合について検討した結
果、六角柱を形成する窓と隣接する窓との間隔が、１０
０μｍ以下の場合に、垂直なファセットを有する六角柱
を成長させることができ、本願発明の効果が有効に得ら
れることを確認した。また、前記機構に関連して、開口
率についても最適な範囲が存在する。例えば、開口率２
５％の場合についての実験結果では、前記のいゆるリッ
ジ成長が顕著に生じてしまうため、垂直なファセットを
有する六角柱を成長させることはできなかった。そこ
で、開口率についても種々の場合について検討した結
果、開口率が５０％以上の場合に、垂直なファセットを
有する六角柱を成長させることができ、本願発明の効果
が有効に得られることを確認した。開口率を大きく保つ
ための窓としては、六角柱を形成するための窓を必要な
個数だけ設けても良いが、、六角柱から前記で述べた必
要な距離だけ離れた部分に、大面積の窓を設けても良
い。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、平坦な垂直ファセット面に囲まれた数μｍないし十
数μｍ程度といったスケールの微小な窒化物半導体の六
角柱構造体が製造可能となる。このため、窒化物半導体
を用いた高性能な微小ファセットレーザの製造が可能と
なる。
ば、平坦な垂直ファセット面に囲まれた数μｍないし十
数μｍ程度といったスケールの微小な窒化物半導体の六
角柱構造体が製造可能となる。このため、窒化物半導体
を用いた高性能な微小ファセットレーザの製造が可能と
なる。
【図１】本願発明の実施例において使用する反応槽の模
式図である。
式図である。
【図２】サファイア基板と窒化ガリウム薄膜との結晶方
位の関係を示す図である。
位の関係を示す図である。
【図３】窒化ガリウム微小構造体を選択成長させるため
の窓パターンを示す図である。
の窓パターンを示す図である。
【図４】選択成長により作製した窒化ガリウムの六角柱
の走査電子顕微鏡写真および模式図である。
の走査電子顕微鏡写真および模式図である。
【図５】二酸化シリコンマスク上にオーバーグロースし
た窒化ガリウムの六角柱の模式図である。
た窒化ガリウムの六角柱の模式図である。
【図６】中心を通る対角線の長さが16μｍの六角形窓パ
ターンの上に成長した窒化ガリウム六角柱の走査電子顕
微鏡写真を示す図である。
ターンの上に成長した窒化ガリウム六角柱の走査電子顕
微鏡写真を示す図である。
【図７】長方形窓パターンを用いて形成した窒化ガリウ
ムの六角柱の模式図である。
ムの六角柱の模式図である。
１…反応槽、２…基板支持台、３…基板を加熱するため
のヒータ、４…サファイア基板、５…原料ガス供給管。
のヒータ、４…サファイア基板、５…原料ガス供給管。
フロントページの続き (72)発明者 小林 直樹 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−64791（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/20 H01L 21/205
Claims (2)
- 【請求項１】主表面が（0 0 0 1）面であるサファイア
基板を加熱し、前記主表面上に、窒素化合物を含有する
ガスと、III族元素の化合物を含有するガスとを導入し
て、前記主表面上にアモルファス構造の第１の窒化物半
導体薄膜を形成する第１の工程と、 前記第１の窒化物半導体薄膜を、窒素化合物を含有する
ガスの雰囲気中で加熱して、固相エピタキシャル成長に
よって単結晶化する第２の工程と、 加熱した前記第１の窒化物半導体薄膜の表面に、窒素化
合物を含有するガスと、III族元素の化合物を含有する
ガスとを導入して、第２の窒化物半導体薄膜を気相エピ
タキシャル成長させる第３の工程と、 上記第２の窒化物半導体薄膜の表面に、二酸化シリコン
薄膜からなり、開口率が５０％以上であり、かつ隣接す
る窓との最短距離が１００μｍ以下である、前記第２の
窒化物半導体薄膜を露出する複数の窓を有するマスクを
形成する第４の工程と、 加熱した前記第２の窒化物半導体薄膜が露出した窓の部
分に、窒素化合物を含有するガスと、III族元素の化合
物を含有するガスとを導入することによって、窒化物半
導体の微小構造体を前記窓の部分に気相選択エピタキシ
ャル成長させる第５の工程とを有することを特徴とする
半導体微小構造体の製造方法。 - 【請求項２】前記窓が、少なくとも１対の平行な直線か
らなる辺を含み、かつ前記平行な辺が前記サファイア基
板の［1 -1 0 0］方向に平行であることを特徴とする請
求項１に記載の半導体微小構造体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05458597A JP3270704B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 半導体微小構造体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05458597A JP3270704B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 半導体微小構造体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10256151A JPH10256151A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3270704B2 true JP3270704B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=12974798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05458597A Expired - Fee Related JP3270704B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 半導体微小構造体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3270704B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6963086B2 (en) | 2001-10-10 | 2005-11-08 | Sony Corporation | Semiconductor light-emitting device image display illuminator and its manufacturing method |
| JP2003152220A (ja) | 2001-11-15 | 2003-05-23 | Sharp Corp | 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子 |
| JP3899936B2 (ja) | 2002-01-18 | 2007-03-28 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| TWI228323B (en) | 2002-09-06 | 2005-02-21 | Sony Corp | Semiconductor light emitting device and its manufacturing method, integrated semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof, image display device and its manufacturing method, illumination device and manufacturing method thereof |
-
1997
- 1997-03-10 JP JP05458597A patent/JP3270704B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10256151A (ja) | 1998-09-25 |
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