JP3456413B2 - Method for growing nitride semiconductor and nitride semiconductor device - Google Patents

Method for growing nitride semiconductor and nitride semiconductor device

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JP3456413B2
JP3456413B2 JP13283198A JP13283198A JP3456413B2 JP 3456413 B2 JP3456413 B2 JP 3456413B2 JP 13283198 A JP13283198 A JP 13283198A JP 13283198 A JP13283198 A JP 13283198A JP 3456413 B2 JP3456413 B2 JP 3456413B2
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layer
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    • H01S2304/00Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/12Pendeo epitaxial lateral overgrowth [ELOG], e.g. for growing GaN based blue laser diodes
    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は基板となり得るような結
晶欠陥の少ない窒化物半導体(InXAlYGa
1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)の成長方法と、発
光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)、
太陽電池、光センサー等の発光素子、受光素子、あるい
はトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに使
用される窒化物半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a nitride semiconductor (In X Al Y Ga) having a small number of crystal defects that can be used as a substrate.
1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) growth method, light emitting diode (LED), laser diode (LD),
The present invention relates to a nitride semiconductor element used for a light emitting element such as a solar cell and an optical sensor, a light receiving element, or an electronic device such as a transistor and a power device.

【0002】[0002]

【従来の技術】青色LED、純緑色LEDの材料と知ら
れている窒化物半導体は、サファイア基板上に格子不整
合の状態で成長されている。格子不整合で半導体材料を
成長させると、半導体中に結晶欠陥が発生し、その結晶
欠陥が半導体デバイスの寿命に大きく影響することは知
られている。窒化物半導体の場合、結晶欠陥として非常
に多い貫通転位がある。しかし、窒化物半導体LED素
子の場合、その貫通転位が例えば1010/cm2以上と多
いにも関わらず、その寿命にはほとんど影響しない。こ
れは窒化物半導体が他の半導体材料と異なり、非常に劣
化に強いことを示している。
2. Description of the Related Art Nitride semiconductors, which are known as materials for blue LEDs and pure green LEDs, are grown on a sapphire substrate in a lattice mismatched state. It is known that when a semiconductor material is grown in a lattice mismatch, crystal defects are generated in the semiconductor and the crystal defects have a great influence on the life of the semiconductor device. In the case of a nitride semiconductor, there are very many threading dislocations as crystal defects. However, in the case of a nitride semiconductor LED element, although its threading dislocations are large, for example, 10 10 / cm 2 or more, its life is hardly affected. This indicates that the nitride semiconductor is very resistant to deterioration unlike other semiconductor materials.

【0003】一方、窒化物半導体レーザ素子では、LE
Dと同様にサファイア基板の上に成長されるが、サファ
イアの上に例えばLEDと同じようにバッファ層を介し
て素子構造となる窒化物半導体を積層すると結晶欠陥は
LEDと同じである。しかし、レーザ素子の場合は、L
EDに比較して電流密度が1〜2桁も大きいので、結晶
欠陥がLEDと異なり直接寿命に影響する傾向にある。
レーザ素子のような極微小な領域に電流を集中させるデ
バイスでは、半導体中の結晶欠陥を少なくすることが非
常に重要である。
On the other hand, in the nitride semiconductor laser device, LE
It is grown on a sapphire substrate similarly to D, but if a nitride semiconductor that has an element structure is laminated on sapphire via a buffer layer like LED, the crystal defect is the same as that of LED. However, in the case of a laser device, L
Since the current density is 1 to 2 orders of magnitude higher than that of the ED, crystal defects tend to directly affect the lifetime unlike the LED.
In a device such as a laser element that concentrates a current in an extremely small area, it is very important to reduce crystal defects in the semiconductor.

【0004】そこで、例えばサファイアのような窒化物
半導体と異なる材料よりなる基板の上に、窒化物半導体
基板となるような結晶欠陥の少ない窒化物半導体を成長
させる試みが、最近盛んに行われるようになった(例え
ば、Proceedings of The Second International Confer
ence on Nitride Semiconductors-ICNS'97 予稿集,Octo
ber 27-31,1997,P492-493、同じくICNS'97 予稿集,Octo
ber 27-31,1997,P500-501)。これらの技術は、サファイ
ア基板上に、従来の結晶欠陥が非常に多いGaN層を薄
く成長させ、その上にSiO2よりなる保護膜を部分的
に形成し、その保護膜の上からハライド気相成長法(H
VPE)、有機金属気相成長法(MOVPE)等の気相
成長法により、再度GaN層を横方向に成長させる技術
である。この方法は窒化物半導体を保護膜上で横方向に
成長させることから、一般にラテラルオーバーグロウス
(lateral over growth:LOG)と呼ばれている。
Therefore, attempts have recently been made to grow a nitride semiconductor having a small number of crystal defects such as a nitride semiconductor substrate on a substrate made of a material different from the nitride semiconductor such as sapphire. (For example, Proceedings of The Second International Confer
ence on Nitride Semiconductors-ICNS'97 Proceedings, Octo
ber 27-31, 1997, P492-493, also ICNS'97 Proceedings, Octo
ber 27-31, 1997, P500-501). In these techniques, a conventional GaN layer with a large number of crystal defects is thinly grown on a sapphire substrate, a protective film made of SiO 2 is partially formed on the GaN layer, and a halide vapor phase is formed on the protective film. Growth method (H
VPE), metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) and other vapor phase epitaxy methods to grow the GaN layer laterally again. This method grows the nitride semiconductor laterally on the protective film, and is therefore generally called lateral over growth (LOG).

【0005】また、我々はLOGにより作製した窒化物
半導体基板の上に、活性層を含む窒化物半導体レーザ素
子を作製して、世界で初めて室温での連続発振1万時間
以上を達成したことを発表した(ICNS'97 予稿集,Octob
er 27-31,1997,P444-446)。
Further, we have manufactured a nitride semiconductor laser device including an active layer on a nitride semiconductor substrate manufactured by LOG, and achieved the world's first continuous oscillation of 10,000 hours or more at room temperature. Published (ICNS'97 Proceedings, Octob
er 27-31, 1997, P444-446).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の窒化物半導体の
成長方法によると、確かに異種基板上に直接成長させた
窒化物半導体よりも、結晶欠陥の数は減少する。これは
LOGによって、結晶欠陥を部分的に集中させられるこ
とによる。この方法では、保護膜の上部に結晶欠陥を集
中させて、窓部に結晶欠陥の少ない領域を作製すること
ができる。即ち、意図的に結晶欠陥を偏在させることが
できる。
According to the conventional method for growing a nitride semiconductor, the number of crystal defects is certainly smaller than that of a nitride semiconductor grown directly on a foreign substrate. This is because the crystal defects can be partially concentrated by LOG. According to this method, crystal defects can be concentrated on the upper portion of the protective film, and a region having few crystal defects can be formed in the window portion. That is, crystal defects can be intentionally unevenly distributed.

【0007】しかしながら、従来の成長方法では、未だ
窒化物半導体表面に現れている結晶欠陥の数は多く未だ
十分満足できるものではなかった。また窒化物半導体素
子についても、結晶欠陥が未だ偏在するため、信頼性も
十分とは言えない。そのため一枚のウェーハからレーザ
素子を多数作製しても、満足できる寿命を有しているも
のはわずかしか得られない。寿命に優れた素子を作製す
るためには、窒化物半導体表面に現れた結晶欠陥の数を
さらに減少させる必要がある。従って、本発明はこのよ
うな事情を鑑みてなされたものであって、その目的とす
るところは、基板となり得るような結晶欠陥の少ない窒
化物半導体の成長方法を提供すると共に、主として信頼
性に優れた窒化物半導体素子を提供することにある。
However, in the conventional growth method, the number of crystal defects appearing on the surface of the nitride semiconductor is still large and it is not yet sufficiently satisfactory. Further, also in the nitride semiconductor device, the crystal defects are unevenly distributed, and therefore the reliability cannot be said to be sufficient. Therefore, even if many laser elements are manufactured from one wafer, only a few ones having a satisfactory life can be obtained. In order to manufacture a device having a long life, it is necessary to further reduce the number of crystal defects appearing on the surface of the nitride semiconductor. Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for growing a nitride semiconductor with few crystal defects that can serve as a substrate, and mainly to improve reliability. An object is to provide an excellent nitride semiconductor device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体の
成長方法は、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基
板の上に成長された第1の窒化物半導体層と、その第1
の窒化物半導体層の表面に部分的に形成され、表面に窒
化物半導体が成長しにくい性質を有する保護膜とからな
る下地層を加熱し、その下地層の表面に窒素源のガス
と、3族源のガスとを同時に供給して、前記保護膜及び
下地層の上に、連続した第2の窒化物半導体層を成長さ
せる窒化物半導体基板の成長方法において、前記3族源
のガスに対する窒素源のガスのモル比(窒素源/3族
源:以下、V/III比という。)を2000以下に調整
することを特徴とする。好ましいモル比としては180
0以下、さらに望ましくは1500以下に調整する。下
限は化学量論比以上であれば特に限定するものではない
が、望ましくは10以上、さらに好ましくは30以上、
最も好ましくは50以上に調整する。本発明において、
窒素源のガスとは、アンモニア、ヒドラジン等の水素化
物ガスが相当し、Ga源のガスとしては有機金属気相成
長法であれば、TMG(トリメチルガリウム)、TEG
(トリエチルガリウム)等の有機Gaガス、HVPEで
は、HClのようなIII族源と反応するハロゲン化水素
ガス、若しくはハロゲン化水素ガスと反応したハロゲン
化ガリウム(特にGaCl3)等がGa源のガスに相当
する。
A method of growing a nitride semiconductor according to the present invention comprises: a first nitride semiconductor layer grown on a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor;
Of the nitride semiconductor layer, which is partially formed on the surface of the nitride semiconductor layer, and a protective film having a property that the nitride semiconductor is unlikely to grow on the surface is heated, and a nitrogen source gas and 3 A method for growing a nitride semiconductor substrate, wherein a continuous second nitride semiconductor layer is grown on the protective film and the underlayer by simultaneously supplying a group source gas, and nitrogen for the group 3 source gas is used. It is characterized in that the molar ratio of the source gas (nitrogen source / group 3 source: hereinafter referred to as V / III ratio) is adjusted to 2000 or less. The preferred molar ratio is 180
It is adjusted to 0 or less, more preferably 1500 or less. The lower limit is not particularly limited as long as it is a stoichiometric ratio or more, but is preferably 10 or more, more preferably 30 or more,
Most preferably, it is adjusted to 50 or more. In the present invention,
Nitrogen source gas corresponds to hydride gas such as ammonia and hydrazine, and Ga source gas is TMG (trimethylgallium), TEG in the case of metalorganic vapor phase epitaxy.
An organic Ga gas such as (triethylgallium), a hydrogen halide gas that reacts with a group III source such as HCl, or a gallium halide (especially GaCl 3 ) that reacts with a hydrogen halide gas as a Ga source gas in HVPE. Equivalent to.

【0009】本発明の窒化物半導体素子は、窒化物半導
体と異なる材料よりなる異種基板の上に成長された第1
の窒化物半導体層と、その第1の窒化物半導体層の上に
部分的に形成され、表面に窒化物半導体が成長しにくい
性質を有する保護膜とからなる下地層の上に、下地層に
接近した側に結晶欠陥が多い領域と、下地層より離れた
側に結晶欠陥が少ない領域とを有する第2の窒化物半導
体層を有し、その第2の窒化物半導体層の上に活性層を
含む複数の窒化物半導体層が成長されてなることを特徴
とする。
The nitride semiconductor device of the present invention is a first semiconductor device grown on a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor.
Of a nitride semiconductor layer and a protective film which is partially formed on the first nitride semiconductor layer and has a property that a nitride semiconductor does not easily grow on the surface of the nitride semiconductor layer. A second nitride semiconductor layer having a region with many crystal defects on the side closer to it and a region with fewer crystal defects on the side distant from the underlayer, and an active layer on the second nitride semiconductor layer. It is characterized in that a plurality of nitride semiconductor layers containing is grown.

【0010】前記下地層が残されて素子構造とされる場
合、その第2の窒化物半導体層の厚さが1μm以上〜5
0μm以下の範囲にあることを特徴とする。第2の窒化
物半導体層の厚さは好ましくは3μm〜40μm、さら
に好ましくは5μm〜20μmの範囲に調整する。下地
層には窒化物半導体と格子定数、及び熱膨張係数が異な
る異種基板を有している。そのため下地層の上に成長さ
れた窒化物半導体には常に歪みが係っている。この歪み
は成長後のウェーハを反らせたり、窒化物半導体基板を
割ってしまったりする。そこで、窒化物半導体基板の厚
さを前記範囲に調整することにより、ウェーハの反りを
少なくして、第2の窒化物半導体層が割れるのを少なく
することができる。また第2の窒化物半導体層の厚さが
1μmよりも薄いと、保護膜上に第2の窒化物半導体層
が十分に成長せず、結晶欠陥が未だに多く、基板となる
ような層ができにくい。
When the underlying layer is left to form the device structure, the thickness of the second nitride semiconductor layer is 1 μm or more to 5 μm or more.
It is characterized by being in the range of 0 μm or less. The thickness of the second nitride semiconductor layer is preferably adjusted to 3 μm to 40 μm, more preferably 5 μm to 20 μm. The underlayer has a different substrate having a lattice constant and a thermal expansion coefficient different from those of the nitride semiconductor. Therefore, the nitride semiconductor grown on the underlayer is always strained. This distortion warps the wafer after growth or breaks the nitride semiconductor substrate. Therefore, by adjusting the thickness of the nitride semiconductor substrate within the above range, it is possible to reduce the warp of the wafer and reduce the cracking of the second nitride semiconductor layer. Further, when the thickness of the second nitride semiconductor layer is thinner than 1 μm, the second nitride semiconductor layer does not grow sufficiently on the protective film, crystal defects are still many, and a layer serving as a substrate is formed. Hateful.

【0011】また前記下地層が残されて素子構造とされ
る場合、第2の窒化物半導体層の上に成長されn型不純
物がドープされた窒化物半導体よりなるn側コンタクト
層にn電極が形成されてなることを特徴とする。n型不
純物としてはSi、Geを好ましく用いる。この第2の
窒化物半導体層をアンドープGaNとして結晶性を良く
すると、抵抗率が高くなるため、その上にn型不純物が
ドープした窒化物半導体、好ましくはSiドープGaN
層をコンタクト層とすると、結晶欠陥の転位を少なくし
て、信頼性に高い素子が得られる。
When the underlying layer is left to form the device structure, an n-side contact layer made of a nitride semiconductor grown on the second nitride semiconductor layer and doped with an n-type impurity has an n-electrode. It is characterized by being formed. Si and Ge are preferably used as the n-type impurities. If this second nitride semiconductor layer is made of undoped GaN to improve the crystallinity, the resistivity will be high, and therefore a nitride semiconductor doped with an n-type impurity thereon, preferably Si-doped GaN.
When the layer is used as a contact layer, dislocations due to crystal defects are reduced and a highly reliable device can be obtained.

【0012】また前記下地層が残されて素子構造とされ
る場合、結晶欠陥が多い領域側の第2の窒化物半導体層
にn電極が形成されてなることを特徴とする。窒化物半
導体では結晶欠陥が多いものは、結晶欠陥が少ないもの
よりもキャリア濃度が大きくなる傾向にある。従って、
第2の窒化物半導体層の結晶欠陥の多い領域は自然とn
+となっており、このn+の方にn電極を設けると、閾
値、Vf(順方向電圧)が低下しやすい。
When the underlying layer is left and the device structure is formed, the n-electrode is formed on the second nitride semiconductor layer on the side of the region having many crystal defects. Among nitride semiconductors, those with many crystal defects tend to have a higher carrier concentration than those with few crystal defects. Therefore,
A region having many crystal defects in the second nitride semiconductor layer is naturally n.
The threshold voltage and Vf (forward voltage) tend to decrease if the n electrode is provided on the n + side.

【0013】本発明の窒化物半導体素子の成長方法は、
窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に成長
された第1の窒化物半導体層と、その第1の窒化物半導
体層の表面に部分的に形成され、表面に窒化物半導体が
成長しにくい性質を有する保護膜とからなる下地層を加
熱し、その下地層の表面に窒素源のガスと、3族源のガ
スとを同時に供給して、前記保護膜及び下地層の上に、
連続した下地層に接近した側に結晶欠陥が多い領域と、
下地層より離れた側に結晶欠陥が少ない領域とを有する
第2の窒化物半導体層を有し、その第2の窒化物半導体
層の上に活性層を含む複数の窒化物半導体層が成長され
てなる窒化物半導体素子の成長方法において、前記窒化
物半導体層を成長後、リッジストライプを前記保護膜上
の位置に形成し、その窒化物半導体層の表面層であるp
側コンタクト層にp電極を形成し、その後、前記異種基
板、第1の窒化物半導体層と保護膜とからなる下地層を
除去する工程と、その後、露出した前記第2の窒化物半
導体層の結晶欠陥が多い領域の表面にはn電極が形成さ
れ対向電極構造を形成する工程とを有している。前記窒
化物半導体素子の成長方法であて、第2の窒化物半導体
層にn型不純物をドープする工程を有することを特徴と
する。前記窒化物半導体素子の成長方法であって、前記
3族源のガスに対する窒素源のガスのモル比(窒素源/
3族源)を2000以下に調整することを特徴とする。
結晶欠陥が少ない領域と、結晶欠陥が多い領域とを有す
る第2の窒化物半導体層の結晶欠陥が少ない領域上に活
性層を含む複数の窒化物半導体層が成長されてなる窒化
物半導体素子において、前記窒化物半導体層にリッジス
トライプを有し、その窒化物半導体層の表面層であるp
側コンタクト層にp電極を形成し、前記第2の窒化物半
導体層は結晶欠陥が少ない領域側の第2の窒化物半導体
層表面に現れる結晶欠陥の数は、断面TEMの観察によ
って1×10 6 個/cm 2 以下であり、結晶欠陥が多い領域
側の第2の窒化物半導体層表面にはn電極が形成された
対向電極構造を形成している。前記第2の窒化物半導体
層の厚さが30μm以上である。前記第2の窒化物半導
体層にn型不純物がドープされている窒化物半導体素
子。前記n型不純物は、Si、Geである窒化物半導体
素子。前記p電極はNi、Pt、Pd、Co、Ni/A
u、Pt/Au、Pd/Auから成る群から選ばれる窒
化物半導体素子。前記n電極はAl、Ti、W、Cu、
Zn、Sn、Inから成る群から選ばれる少なくとも1
つを有する金属若しくは合金である窒化物半導体素子。
前記第2の窒化物半導体層は請求項1に記載の方法によ
り成長されたものである窒化物半導体素子。また、前記
下地層が除去されて素子構造とされる場合、第2の窒化
物半導体層の厚さが50μm以上であることが好まし
い。これは50μm以上の膜厚であると、結晶欠陥の少
ない領域がさらに多くなって、その上に活性層を含む窒
化物半導体を成長させると、非常に結晶欠陥の少ない素
子構造が形成できることによる。
The method for growing a nitride semiconductor device according to the present invention comprises:
A first nitride semiconductor layer grown on a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor, and partially formed on the surface of the first nitride semiconductor layer, and the nitride semiconductor grows on the surface. A base layer composed of a protective film having a difficult property is heated, and a nitrogen source gas and a Group 3 source gas are simultaneously supplied to the surface of the base layer to form a gas on the protective film and the base layer.
An area with many crystal defects on the side close to the continuous underlayer,
It has a region with few crystal defects on the side distant from the underlayer.
A method for growing a nitride semiconductor device comprising a second nitride semiconductor layer, and a plurality of nitride semiconductor layers including an active layer grown on the second nitride semiconductor layer, comprising: After growing the layer, a ridge stripe is formed on the protective film.
At the position p, which is the surface layer of the nitride semiconductor layer.
Forming a p-electrode on the side contact layer, and thereafter removing the base layer composed of the heterogeneous substrate and the first nitride semiconductor layer and the protective film, and then exposing the exposed second nitride semiconductor layer . And forming a counter electrode structure by forming an n electrode on the surface of the region having many crystal defects . The method for growing a nitride semiconductor device includes the step of doping an n-type impurity in the second nitride semiconductor layer. A method for growing a nitride semiconductor device, wherein the molar ratio of the nitrogen source gas to the Group 3 source gas (nitrogen source /
It is characterized in that the group 3 source) is adjusted to 2000 or less.
Has regions with few crystal defects and regions with many crystal defects
Active on the region of the second nitride semiconductor layer having few crystal defects.
Formed by growing a plurality of nitride semiconductor layers including a conductive layer
In the semiconductor device , the nitride semiconductor layer has a ridge
P, which has a tripe and is a surface layer of the nitride semiconductor layer
Forming a p-electrode on the side contact layer,
The conductor layer is the second nitride semiconductor on the region side with few crystal defects.
The number of crystal defects appearing on the surface of the layer is determined by observing the cross-section TEM.
1 × 10 6 pieces / cm 2 or less, a region with many crystal defects
An n-electrode was formed on the surface of the second nitride semiconductor layer on the side
A counter electrode structure is formed. The thickness of the second nitride semiconductor layer is 30 μm or more. A nitride semiconductor device in which the second nitride semiconductor layer is doped with an n-type impurity. A nitride semiconductor device in which the n-type impurities are Si and Ge. The p electrode is Ni, Pt, Pd, Co, Ni / A
A nitride semiconductor device selected from the group consisting of u, Pt / Au, and Pd / Au. The n-electrode is made of Al, Ti, W, Cu,
At least one selected from the group consisting of Zn, Sn, and In
A nitride semiconductor device which is a metal or an alloy having two.
The nitride semiconductor device, wherein the second nitride semiconductor layer is grown by the method according to claim 1. Further, when the underlying layer is removed to form an element structure, the thickness of the second nitride semiconductor layer is preferably 50 μm or more. This is because when the film thickness is 50 μm or more, the number of regions with few crystal defects is further increased, and when a nitride semiconductor containing an active layer is grown thereon, a device structure with very few crystal defects can be formed.

【0014】また、下地層が除去される場合、結晶欠陥
が多い領域の第2の窒化物半導体層にn電極が形成され
てなることを特徴とする。下地層は例えばエッチング、
研磨等の手法により窒化物半導体基板と分離できる。下
地層が除去された第2の窒化物半導体層はその裏面が露
出するが、n電極とp電極とを設けて最終的な素子とす
る場合、n電極をその裏面全体に形成して、活性層を含
む窒化物半導体層側に設けられるp電極と、前記n電極
とが対向した状態とする。第2の窒化物半導体層が同一
組成で結晶欠陥の少ない低キャリア濃度領域と、結晶欠
陥の多い高キャリア濃度領域とを有しているので、この
高キャリア濃度領域にn電極を設けることにより、効率
のよい素子を作製することができる。
Further, when the underlayer is removed, the n-electrode is formed on the second nitride semiconductor layer in the region having many crystal defects. The underlayer is, for example, etched,
It can be separated from the nitride semiconductor substrate by a technique such as polishing. The back surface of the second nitride semiconductor layer from which the underlayer has been removed is exposed. However, when an n-electrode and a p-electrode are provided to form the final device, the n-electrode is formed on the entire back surface to activate the active layer. The p-electrode provided on the side of the nitride semiconductor layer including the layer and the n-electrode face each other. Since the second nitride semiconductor layer has the low carrier concentration region having the same composition and few crystal defects and the high carrier concentration region having many crystal defects, by providing the n-electrode in this high carrier concentration region, An efficient element can be manufactured.

【0015】第2の窒化物半導体層は基本的にはアンド
ープの状態であるのが結晶欠陥が最も少なく、かつ移動
度が大きく、キャリア濃度が小さいものが得られる傾向
にあるが、キャリア濃度を高めるために、n型不純物を
ドープして成長させてもよい。特に、下地層を除去し
て、その第2の窒化物半導体層の表面に電極を形成する
場合、第2の窒化物半導体層にはSi、Ge等のn型不
純物をドープしてキャリア濃度を、例えば1×1017
cm3〜5×1019/cm3に調整することが望ましい。
Although the second nitride semiconductor layer is basically in an undoped state, it tends to have a minimum number of crystal defects, a high mobility, and a low carrier concentration. It may be grown by doping with an n-type impurity in order to increase the height. In particular, when the underlayer is removed and an electrode is formed on the surface of the second nitride semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer is doped with an n-type impurity such as Si or Ge to reduce the carrier concentration. , For example, 1 × 10 17 /
It is desirable to adjust cm 3 ~5 × 10 19 / cm 3.

【0016】なお本発明の素子の第2の窒化物半導体層
は前記請求項1または2の成長方法によって、成長され
ることが最も望ましいが、本発明の素子では、第2の窒
化物半導体層の結晶欠陥の多い領域と、少ない領域とが
窒化物半導体積層方向に対してほぼ同じ方向にあれば、
その成長方法は特に限定されない。
It is most preferable that the second nitride semiconductor layer of the device of the present invention is grown by the growth method of claim 1 or 2, but in the device of the present invention, the second nitride semiconductor layer is formed. If the region with many crystal defects and the region with few crystal defects are in substantially the same direction with respect to the nitride semiconductor stacking direction,
The growing method is not particularly limited.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1〜図4は本発明の成長方法に
よる第2の窒化物半導体層の結晶構造を示す模式的な断
面図であり、一方、図5〜図7は窒素源ガスの供給量が
少ない従来の成長方法による窒化物半導体層の結晶構造
を示す模式的な断面図である。これらの図において、
1、1'は例えばサファイアよりなる異種基板、2、2'
は異種基板上に成長されて、結晶欠陥が層内ほぼ均一に
ある第1の窒化物半導体層、3、3'は窒化物半導体が
表面に成長しにくい性質を有する例えばSiO2よりな
る保護膜、4、4'は基板となるような第2の窒化物半
導体層を示している。以下、これらの図を元に本発明の
窒化物半導体の成長方法の作用を従来の方法と比較しな
がら説明する。図1〜図7において示す細線は窒化物半
導体の結晶欠陥を模式的に示している。
1 to 4 are schematic cross-sectional views showing the crystal structure of a second nitride semiconductor layer according to the growth method of the present invention, while FIGS. 5 to 7 are nitrogen source gas. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a crystal structure of a nitride semiconductor layer by a conventional growth method in which the supply amount of Al is small. In these figures,
1, 1'are different substrates made of sapphire, 2, 2 '
Is a first nitride semiconductor layer grown on a heterogeneous substrate and having crystal defects substantially uniform in the layer, and 3 and 3'are protective films made of, for example, SiO 2 having a property that the nitride semiconductor is hard to grow on the surface. Reference numerals 4, 4'indicate second nitride semiconductor layers which will be substrates. Hereinafter, the operation of the method for growing a nitride semiconductor of the present invention will be described based on these drawings while comparing it with a conventional method. The thin lines shown in FIGS. 1 to 7 schematically show the crystal defects of the nitride semiconductor.

【0018】異種基板1の上に成長した第1の窒化物半
導体層2は、その層内においてほぼ均一に結晶欠陥を有
している。そして、その第1の窒化物半導体層2の表面
に部分的(例えばストライプ状)に保護膜3を形成す
る。この異種基板1、第1の窒化物半導体層2及び保護
膜3を有する下地層を例えば900℃〜1100℃に加
熱して、その下地層の表面に基板となるような連続した
第2の窒化物半導体層4を成長させる。
The first nitride semiconductor layer 2 grown on the heterogeneous substrate 1 has crystal defects substantially uniformly in the layer. Then, the protective film 3 is partially (for example, stripe-shaped) formed on the surface of the first nitride semiconductor layer 2. The base layer having the heterogeneous substrate 1, the first nitride semiconductor layer 2, and the protective film 3 is heated to, for example, 900 ° C. to 1100 ° C., and a continuous second nitriding process is performed on the surface of the base layer to form a substrate. The object semiconductor layer 4 is grown.

【0019】本発明の方法では3族源のガスに対する窒
素源のガスのモル比(V/III比)を2000以下に調
整する。このようにV/III比を小さくすることによ
り、図1に示すように窓部(保護膜が形成されていない
部分)から成長した第2の窒化物半導体4が、保護膜3
の上においてほぼ垂直な方向、若しくは逆台形に近い形
状で成長する。第1の窒化物半導体層2に発生している
結晶欠陥は、第2の窒化物半導体層4にも伸びてくる
が、第2の窒化物半導体4をほぼ垂直な方向で成長させ
ると、図1に示すように保護膜上部において、結晶欠陥
が横方向(端面方向)に伸びる傾向にある。なお、この
図では保護膜の面積と、窓部の面積とをほぼ同じとして
いるが、本発明の成長方法では保護膜の面積を窓部の面
積よりも大きくする方が、結晶欠陥がより少ない第2の
窒化物半導体層が得られる。
In the method of the present invention, the molar ratio of the nitrogen source gas to the Group 3 source gas (V / III ratio) is adjusted to 2000 or less. By reducing the V / III ratio in this manner, the second nitride semiconductor 4 grown from the window portion (portion where the protective film is not formed) as shown in FIG.
Grows in a substantially vertical direction, or in a shape close to an inverted trapezoid. The crystal defects occurring in the first nitride semiconductor layer 2 also extend to the second nitride semiconductor layer 4, but when the second nitride semiconductor 4 is grown in a substantially vertical direction, As shown in FIG. 1, crystal defects tend to extend in the lateral direction (end face direction) in the upper portion of the protective film. In this figure, the area of the protective film and the area of the window are almost the same, but in the growth method of the present invention, the crystal area is smaller when the area of the protective film is larger than the area of the window. A second nitride semiconductor layer is obtained.

【0020】さらに成長を続けると、保護膜3の上にお
いて、窒化物半導体は上方向にも成長するが、横方向に
も成長する(LOG)。本発明の方法によると、第2の
窒化物半導体4の端面が、異種基板水平面に対してほぼ
垂直に成長するので、図2に示すように第2の窒化物半
導体4は、保護膜に近い側よりも、保護膜から離れた側
で先に繋がるか、若しくは端面同士がほぼ同時に繋がる
傾向にある。ここで重要なことは、第2の窒化物半導体
層に発生している結晶欠陥は、横方向に伸びているた
め、第2の窒化物半導体層表面に現れにくいということ
である。
When the growth is further continued, the nitride semiconductor grows on the protective film 3 not only in the upward direction but also in the lateral direction (LOG). According to the method of the present invention, the end face of the second nitride semiconductor 4 grows almost perpendicular to the horizontal plane of the different substrate, so that the second nitride semiconductor 4 is close to the protective film as shown in FIG. The side away from the protective film tends to be connected earlier than the side, or the end faces tend to be connected almost at the same time. What is important here is that the crystal defects occurring in the second nitride semiconductor layer are extended in the lateral direction and are therefore unlikely to appear on the surface of the second nitride semiconductor layer.

【0021】さらに成長を続けると、第2の窒化物半導
体層4は上に向かっても成長するが、図3に示すよう
に、保護膜の真上にある空隙部を埋めるために横方向、
若しくは下方向に成長する。そしてその成長に従うよう
に、第2の窒化物半導体層4の結晶欠陥は、保護膜3の
方向を向いて成長するか若しくは、真横に広がる傾向に
ある。
When the growth is further continued, the second nitride semiconductor layer 4 grows upward as well. However, as shown in FIG.
Or grows downward. Then, according to the growth, the crystal defects of the second nitride semiconductor layer 4 tend to grow in the direction of the protective film 3 or to spread laterally.

【0022】従って、成長後の第2の窒化物半導体層4
は、図4に示すように第2の窒化物半導体層の結晶欠陥
が、第2の窒化物半導体の成長方向に合わせて、横方向
にのみ伸びて、表面にまで繋がって貫通転位とならない
ため、表面に現れてくるものは非常に少なくなるのであ
る。さらに厚膜で成長させると結晶欠陥が成長中に止ま
るものもある。このため、下地層の上に第2の窒化物半
導体層を厚膜で成長していくに従って結晶欠陥は少なく
なる傾向にあり、例えば第2の窒化物半導体層を30μ
m以上で成長させると、表面に現れる結晶欠陥が非常に
少ない第2の窒化物半導体層が得られ、特に現実的なG
aN基板として作用する。
Therefore, the grown second nitride semiconductor layer 4
4 is that the crystal defects of the second nitride semiconductor layer extend only in the lateral direction in accordance with the growth direction of the second nitride semiconductor as shown in FIG. 4 and are not connected to the surface to form threading dislocations. , Very few appear on the surface. In some cases, when growing thicker, crystal defects may stop during growth. Therefore, as the second nitride semiconductor layer grows thicker on the underlayer, crystal defects tend to decrease. For example, the second nitride semiconductor layer may have a thickness of 30 μm.
When grown at a thickness of m or more, a second nitride semiconductor layer having very few crystal defects appearing on the surface can be obtained, and a particularly realistic G
Acts as an aN substrate.

【0023】このように第2の窒化物半導体を成長する
ことにより、下地層に接近した側に結晶欠陥が多い領域
と、下地層より離れた側に結晶欠陥の少ない領域を有す
る第2の窒化物半導体層を成長できる。本発明の成長方
法によると、例えば表面に現れる結晶欠陥の数は、断面
TEMで観察すると、1×108個/cm2以下、さらには
1×106個/cm2以下にすることができる。
By thus growing the second nitride semiconductor, the second nitride having a region with many crystal defects on the side closer to the underlayer and a region with fewer crystal defects on the side farther from the underlayer. The object semiconductor layer can be grown. According to the growth method of the present invention, for example, the number of crystal defects appearing on the surface can be 1 × 10 8 pieces / cm 2 or less, further 1 × 10 6 pieces / cm 2 or less when observed by a cross-section TEM. .

【0024】一方、図5〜図7に示す従来のV/III比
が2000より大きい成長方法では、最初の成長で、図
5に示すように窓部から成長した第2の窒化物半導体層
4'は、その窓部において三角形状(屋根状)に成長す
る。第2の窒化物半導体層4'が三角形状に成長する
と、第1の窒化物半導体層2'から第2の窒化物半導体
層4'に伸びる結晶欠陥は、その三角形状の辺部(屋根
部)に向かう。
On the other hand, in the conventional growth method with a V / III ratio of more than 2000 shown in FIGS. 5 to 7, the second nitride semiconductor layer 4 grown from the window portion as shown in FIG. 'Grow in a triangular shape (roof shape) in its window. When the second nitride semiconductor layer 4 ′ grows in a triangular shape, the crystal defects extending from the first nitride semiconductor layer 2 ′ to the second nitride semiconductor layer 4 ′ have a triangular side portion (roof portion). ).

【0025】さらに成長を続けると、第2の窒化物半導
体層4'は横方向に成長して、三角形の底辺である保護
膜の表面において先に繋がる。さらに成長を続けると、
屋根部に向かう結晶欠陥は上方向にも伸びてくる。
When the growth is further continued, the second nitride semiconductor layer 4 ′ grows laterally and is first connected to the surface of the protective film which is the base of the triangle. If you continue to grow,
The crystal defects toward the roof also grow upward.

【0026】そのため従来の成長方法による第2の窒化
物半導体層4'の結晶欠陥は、図7に示すように、保護
膜上部で繋がり第2の窒化物半導体層の表面に貫通転位
となって現れる。従って、第2の窒化物半導体層の表面
には結晶欠陥の多い領域と少ない領域とが偏在するよう
になる。
Therefore, as shown in FIG. 7, the crystal defects of the second nitride semiconductor layer 4'by the conventional growth method are connected at the upper portion of the protective film and form threading dislocations on the surface of the second nitride semiconductor layer. appear. Therefore, regions having many crystal defects and regions having few crystal defects are unevenly distributed on the surface of the second nitride semiconductor layer.

【0027】本発明の成長方法において、第2の窒化物
半導体を基板に対して垂直、若しくは逆台形に成長させ
るためには、窒素源のガスと、3族源のガスとのモル比
を調整することは非常に重要であり、その比(窒素源/
3族源)を2000よりも多くすると、第2の窒化物半
導体が従来のように三角形状に成長するため、結晶欠陥
の少ない第2の窒化物半導体層を得ることが難しい傾向
にある。
In the growth method of the present invention, in order to grow the second nitride semiconductor vertically or in an inverted trapezoidal shape with respect to the substrate, the molar ratio of the nitrogen source gas and the Group 3 source gas is adjusted. Is very important and the ratio (nitrogen source /
When the group 3 source) is more than 2000, the second nitride semiconductor grows in a triangular shape as in the conventional case, so that it tends to be difficult to obtain the second nitride semiconductor layer having few crystal defects.

【0028】[0028]

【実施例】[実施例1]図8は本発明の一実施例に係る
レーザ素子の形状を示す模式的な斜視図であり、リッジ
ストライプに垂直な方向で切断した際の断面も同時に示
している。以下、この図を基に実施例1について説明す
る。
[Embodiment 1] FIG. 8 is a schematic perspective view showing a shape of a laser device according to an embodiment of the present invention, showing a cross section of the laser device taken in a direction perpendicular to a ridge stripe. There is. Hereinafter, Embodiment 1 will be described with reference to this drawing.

【0029】2インチφ、C面を主面とするサファイア
よりなる異種基板1をMOVPE反応容器内にセット
し、温度を500℃にして、キャリアガスに水素、反応
ガスにTMG(トリメチルガリウム(Ga(CH3)3:T
MG)及びアンモニア(NH3)を用い、GaNよりな
るバッファ層(図示せず)を200オングストロームの
膜厚で成長させる。バッファ層成長後、温度を1050
℃にして、同じくGaNよりなる第1の窒化物半導体層
2を5μmの膜厚で成長させる。第1の窒化物半導体層
2はAl混晶比X値が0.5以下のAlXGa1-XN(0
≦X≦0.5)を成長させることが望ましい。0.5を
超えると、結晶欠陥というよりも結晶自体にクラックが
入りやすくなってしまうため、結晶成長自体が困難にな
る傾向にある。また膜厚はバッファ層よりも厚い膜厚で
成長させて、10μm以下の膜厚に調整することが望ま
しい。基板はサファイアの他、SiC、ZnO、スピネ
ル、GaAs等、窒化物半導体を成長させるために知ら
れている、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板を用
いることができる。
A heterogeneous substrate 1 made of sapphire having a 2-inch φ and C-plane as a main surface is set in a MOVPE reaction vessel, the temperature is set to 500 ° C., hydrogen is used as a carrier gas and TMG (trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 : T
MG) and ammonia (NH 3 ) are used to grow a buffer layer (not shown) made of GaN with a film thickness of 200 Å. After growing the buffer layer, the temperature is raised to 1050.
C., and the first nitride semiconductor layer 2 also made of GaN is grown to a film thickness of 5 .mu.m. The first nitride semiconductor layer 2 has an Al mixed crystal ratio X value of 0.5 or less, Al X Ga 1-X N (0
It is desirable to grow ≦ X ≦ 0.5). If it exceeds 0.5, cracks are likely to occur in the crystal itself rather than crystal defects, so that crystal growth itself tends to be difficult. Further, it is desirable that the film thickness is made thicker than that of the buffer layer and adjusted to 10 μm or less. In addition to sapphire, a substrate made of a material different from a nitride semiconductor, such as SiC, ZnO, spinel, or GaAs, which is known for growing a nitride semiconductor, can be used.

【0030】第1の窒化物半導体層2成長後、ウェーハ
を反応容器から取り出し、この第1の窒化物半導体層2
の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、CV
D装置によりストライプ幅10μm、ストライプ間隔
(窓部)2μmのSiO2よりなる保護膜3を1μmの
膜厚で形成する。保護膜の形状としてはストライプ状、
ドット状、碁盤目状等どのような形状でも良いが、窓部
よりも保護膜の面積を大きくする方が、結晶欠陥の少な
い第2の窒化物半導体層3が成長しやすい。保護膜の材
料としては、例えば酸化ケイ素(SiOX)、窒化ケイ
素(SiXY)、酸化チタン(TiOX)、酸化ジルコ
ニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化物、またこれらの
多層膜の他、1200℃以上の融点を有する金属等を用
いることができる。これらの保護膜材料は、窒化物半導
体の成長温度600℃〜1100℃の温度にも耐え、そ
の表面に窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長し
にくい性質を有している。
After the growth of the first nitride semiconductor layer 2, the wafer is taken out of the reaction container, and the first nitride semiconductor layer 2 is removed.
A stripe-shaped photomask is formed on the surface of the
A protective film 3 made of SiO 2 having a stripe width of 10 μm and a stripe interval (window portion) of 2 μm is formed with a thickness of 1 μm by a D device. The shape of the protective film is a stripe shape,
It may have any shape such as a dot shape or a grid shape, but when the area of the protective film is larger than that of the window portion, the second nitride semiconductor layer 3 having less crystal defects grows easily. Examples of the material for the protective film include oxides and nitrides such as silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (Si x N y ), titanium oxide (TiO x ), zirconium oxide (ZrO x ), and multilayer films of these. Besides, a metal or the like having a melting point of 1200 ° C. or higher can be used. These protective film materials withstand the growth temperature of the nitride semiconductor of 600 ° C. to 1100 ° C., and have the property that the nitride semiconductor does not grow on the surface or hardly grows.

【0031】(第2の窒化物半導体層4)保護膜3形成
後、ウェーハを再度MOVPEの反応容器内にセット
し、温度を1050℃にして、アンモニアを0.27mo
l/min、TMGを225μmol/min(V/III比=12
00)でアンドープGaNよりなる第2の窒化物半導体
層4を30μmの膜厚で成長させる。成長後、第2の窒
化物半導体層を断面TEMにより観察すると、第1の窒
化物半導体層の界面からおよそ5μm程度までの領域は
結晶欠陥の数が多く(108個/cm2以上)、5μmより
も上の領域では結晶欠陥が少なく(106個/cm2
下)、十分に窒化物半導体基板として使用できるもので
あった。また成長後の表面は、保護膜上部にはほとんど
結晶欠陥が見られず、窓部上部(ストライプ中央部)に
はやや結晶欠陥が表出する傾向があるが、従来の方法
(V/III比が2000より大)に比べて結晶欠陥の数
は2桁以上少ない。
(Second nitride semiconductor layer 4) After forming the protective film 3, the wafer is set again in the MOVPE reaction vessel, the temperature is set to 1050 ° C., and ammonia is added at 0.27 mol.
l / min, TMG 225 μmol / min (V / III ratio = 12
00), the second nitride semiconductor layer 4 made of undoped GaN is grown to a film thickness of 30 μm. After the growth, when observing the second nitride semiconductor layer with a cross-section TEM, the number of crystal defects is large (10 8 / cm 2 or more) in the region up to about 5 μm from the interface of the first nitride semiconductor layer. In the region above 5 μm, there were few crystal defects (10 6 / cm 2 or less), and it could be sufficiently used as a nitride semiconductor substrate. On the surface after growth, almost no crystal defects are observed in the upper part of the protective film, and crystal defects tend to appear in the upper part of the window part (stripe center part). Of more than 2000), the number of crystal defects is smaller by two digits or more.

【0032】第2の窒化物半導体層はハライド気相成長
法(HVPE)を用いて成長させることができるが、こ
のようにMOVPE法により成長させることもできる。
第2の窒化物半導体層はIn、Alを含まないGaNを
成長させることが最も好ましく、成長時のガスとして
は、TMGの他、トリエチルガリウム(Ga(C
25)3:TEG)等の有機ガリウム化合物を用い、窒素
源はアンモニア、若しくはヒドラジンを用いることが最
も望ましい。また、この第2の窒化物半導体層にSi、
Ge等のn型不純物をドープしてキャリア濃度を適当な
範囲に調整してもよい。特に異種基板、第1の窒化物半
導体層、保護膜を除去する場合には、この第2の窒化物
半導体層にn型不純物をドープすることが望ましい。
The second nitride semiconductor layer can be grown by the halide vapor phase epitaxy method (HVPE), but can also be grown by the MOVPE method as described above.
It is most preferable to grow GaN that does not contain In or Al in the second nitride semiconductor layer. As a gas at the time of growth, triethyl gallium (Ga (C
Most preferably, an organic gallium compound such as 2 H 5 ) 3 : TEG) is used, and ammonia or hydrazine is used as the nitrogen source. In addition, Si is added to the second nitride semiconductor layer.
The carrier concentration may be adjusted to an appropriate range by doping an n-type impurity such as Ge. In particular, when removing the heterogeneous substrate, the first nitride semiconductor layer, and the protective film, it is desirable to dope the second nitride semiconductor layer with an n-type impurity.

【0033】(n側バッファ層11=兼n側コンタクト
層)次に、アンモニアとTMG、不純物ガスとしてシラ
ンガスを用い、第2の窒化物半導体層4の上にSiを3
×1018/cm3ドープしたGaNよりなるn側バッファ
層11を5μmの膜厚で成長させる。このバッファ層
は、図8のような構造の発光素子を作製した場合にはn
電極を形成するためのコンタクト層としても作用する。
また異種基板、及び保護膜を除去して、第2の窒化物半
導体層に電極を設ける場合には、省略することもでき
る。このn側バッファ層は高温で成長させるバッファ層
であり、例えばサファイア、SiC、スピネルのように
窒化物半導体と異なる材料よりなる基板の上に、900
℃以下の低温において、GaN、AlN等を、0.5μ
m以下の膜厚で直接成長させるバッファ層とは区別され
る。
(N-side buffer layer 11 = also serving as n-side contact layer) Next, using ammonia and TMG and silane gas as an impurity gas, Si is deposited on the second nitride semiconductor layer 4 by 3 layers.
The n-side buffer layer 11 made of GaN doped with × 10 18 / cm 3 is grown to a film thickness of 5 μm. This buffer layer is n in the case of manufacturing a light emitting device having a structure as shown in FIG.
It also acts as a contact layer for forming electrodes.
In addition, when the heterogeneous substrate and the protective film are removed and an electrode is provided on the second nitride semiconductor layer, it can be omitted. This n-side buffer layer is a buffer layer grown at a high temperature, and is formed on a substrate made of a material different from a nitride semiconductor, such as sapphire, SiC, and spinel, and 900
At low temperature below ℃, GaN, AlN, etc.
It is distinguished from a buffer layer which is directly grown with a film thickness of m or less.

【0034】(クラック防止層12)次に、TMG、T
MI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、温
度を800℃にしてIn0.06Ga0.94Nよりなるクラッ
ク防止層12を0.15μmの膜厚で成長させる。クラ
ック防止層は少なくともインジウムを含む窒化物半導
体、好ましくはInXGa1-XN(0<X<0.5)を
0.5μm以下の膜厚で成長させることにより、その上
に成長させるAlを含む窒化物半導体にクラックが入る
のを防ぐことができる。
(Crack Prevention Layer 12) Next, TMG, T
A crack prevention layer 12 of In 0.06 Ga 0.94 N is grown to a thickness of 0.15 μm by using MI (trimethylindium) and ammonia at a temperature of 800 ° C. The crack prevention layer is a nitride semiconductor containing at least indium, preferably In X Ga 1 -X N (0 <X <0.5) grown to a thickness of 0.5 μm or less to thereby grow Al. It is possible to prevent cracks from entering the nitride semiconductor containing.

【0035】(n側クラッド層13=超格子層)続い
て、1050℃でTMA、TMG、アンモニア、シラン
ガスを用い、Siを1×1019/cm3ドープしたn型A
0.2Ga0.8Nよりなる第1の層を25オングストロー
ムの膜厚で成長させ、続いてシランガス、TMAを止
め、アンドープのGaNよりなる第2の層を25オング
ストロームの膜厚で成長させる。そして第1層+第2層
+第1層+第2層+・・・というように超格子層を構成
し、総膜厚0.8μmの超格子よりなるn側クラッド層
12を成長させる。バンドギャップエネルギーが異なる
窒化物半導体を積層した超格子を作製した場合、不純物
はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ド
ープを行うと閾値が低下しやすい傾向にある。
(N-side clad layer 13 = superlattice layer) Next, n-type A doped with Si at 1 × 10 19 / cm 3 at 1050 ° C. using TMA, TMG, ammonia and silane gas.
A first layer of 0.2 Ga 0.8 N is grown to a thickness of 25 angstroms, then silane gas and TMA are stopped, and a second layer of undoped GaN is grown to a thickness of 25 angstroms. Then, a superlattice layer is formed in the following manner: first layer + second layer + first layer + second layer + ... And an n-side cladding layer 12 made of a superlattice having a total film thickness of 0.8 μm is grown. When a superlattice in which nitride semiconductors having different bandgap energies are stacked is manufactured, if one of the layers is heavily doped with impurities and so-called modulation doping is performed, the threshold value tends to decrease.

【0036】(n側光ガイド層14)続いて、シランガ
スを止め、1050℃でアンドープGaNよりなるn側
光ガイド層14を0.1μmの膜厚で成長させる。この
n側光ガイド層は、活性層の光ガイド層として作用し、
GaN、InGaNを成長させることが望ましく、通常
100オングストローム〜5μm、さらに好ましくは2
00オングストローム〜1μmの膜厚で成長させること
が望ましい。またこの層をアンドープの超格子層とする
こともできる。超格子層とする場合には超格子を構成す
るバンドギャップエネルギーの大きい方の窒化物半導体
層のバンドギャップエネルギーは活性層の井戸層よりも
大きく、n側クラッド層のAl0.2Ga0.8Nよりも小さ
くする。
(N-side optical guide layer 14) Subsequently, the silane gas is stopped and the n-side optical guide layer 14 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.1 μm at 1050 ° C. This n-side light guide layer acts as a light guide layer for the active layer,
It is desirable to grow GaN or InGaN, usually 100 angstrom to 5 μm, and more preferably 2
It is desirable to grow the film with a film thickness of 00 angstrom to 1 μm. This layer can also be an undoped superlattice layer. In the case of forming a superlattice layer, the bandgap energy of the nitride semiconductor layer having a larger bandgap energy forming the superlattice is larger than that of the well layer of the active layer and is larger than that of Al 0.2 Ga 0.8 N of the n-side cladding layer. Make it smaller.

【0037】(活性層15)次に、TMG、TMI、ア
ンモニアを用い活性層14を成長させる。活性層は温度
を800℃に保持して、アンドープIn0.2Ga0.8Nよ
りなる井戸層を40オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にTMIのモル比を変化させるのみで同一温度
で、アンドープIn0.05Ga0.95Nよりなる障壁層を1
00オングストロームの膜厚で成長させる。井戸層と障
壁層とを順に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚4
40オングストロームの多重量子井戸構造(MQW)の
活性層を成長させる。活性層は本実施例のようにアンド
ープでもよいし、またn型不純物及び/又はp型不純物
をドープしても良い。不純物は井戸層、障壁層両方にド
ープしても良く、いずれか一方にドープしてもよい。
(Active layer 15) Next, the active layer 14 is grown using TMG, TMI, and ammonia. The temperature of the active layer is kept at 800 ° C., and a well layer made of undoped In 0.2 Ga 0.8 N is grown to have a film thickness of 40 Å. Next, a barrier layer made of undoped In 0.05 Ga 0.95 N is formed at 1 temperature at the same temperature only by changing the molar ratio of TMI.
It is grown to a film thickness of 00 angstrom. A well layer and a barrier layer are sequentially stacked, and finally the barrier layer is formed, and the total film thickness is 4
A 40 Å multiple quantum well structure (MQW) active layer is grown. The active layer may be undoped as in this embodiment, or may be doped with n-type impurities and / or p-type impurities. The impurities may be doped in both the well layer and the barrier layer, or may be doped in either one.

【0038】(p側キャップ層16)次に、温度を10
50℃に上げ、TMG、TMA、アンモニア、Cp2M
g(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、p側
光ガイド層17よりもバンドギャップエネルギーが大き
い、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型Al0.3Ga
0.7Nよりなるp側キャップ層16を300オングスト
ロームの膜厚で成長させる。このp型キャップ層16は
0.1μm以下の膜厚で形成することにより素子の出力
が向上する傾向にある。膜厚の下限は特に限定しない
が、10オングストローム以上の膜厚で形成することが
望ましい。
(P-side cap layer 16) Next, the temperature is raised to 10
Raise to 50 ℃, TMG, TMA, ammonia, Cp2M
g (cyclopentadienyl magnesium), which has a bandgap energy larger than that of the p-side optical guide layer 17 and is p-type Al 0.3 Ga doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg.
A p-side cap layer 16 made of 0.7 N is grown to a film thickness of 300 angstrom. By forming the p-type cap layer 16 with a film thickness of 0.1 μm or less, the output of the device tends to be improved. The lower limit of the film thickness is not particularly limited, but it is desirable to form the film with a film thickness of 10 angstroms or more.

【0039】(p側光ガイド層17)続いてCp2M
g、TMAを止め、1050℃で、バンドギャップエネ
ルギーがp側キャップ層16よりも小さい、アンドープ
GaNよりなるp側光ガイド層17を0.1μmの膜厚
で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として作
用し、n型光ガイド層14と同じくGaN、InGaN
で成長させることが望ましい。なお、このp側光ガイド
層をアンドープの窒化物半導体、若しくはp型不純物を
ドープした窒化物半導体よりなる超格子層とすることも
できる。超格子層とする場合にはバンドギャップエネル
ギーの大きな方の窒化物半導体層のバンドギャップエネ
ルギーは、活性層の井戸層より大きく、p側クラッド層
のAl0.2Ga0.8Nよりも小さくすることが望ましい。
(P-side light guide layer 17) Subsequently, Cp2M
g, TMA is stopped, and at 1050 ° C., a p-side optical guide layer 17 made of undoped GaN having a bandgap energy smaller than that of the p-side cap layer 16 is grown to a film thickness of 0.1 μm. This layer acts as a light guide layer for the active layer, and is similar to the n-type light guide layer 14 in GaN and InGaN.
It is desirable to grow in. The p-side light guide layer may be a superlattice layer made of an undoped nitride semiconductor or a p-type impurity-doped nitride semiconductor. When the superlattice layer is used, the bandgap energy of the nitride semiconductor layer having the larger bandgap energy is preferably larger than that of the well layer of the active layer and smaller than that of Al 0.2 Ga 0.8 N of the p-side cladding layer. .

【0040】(p側クラッド層18)続いて、1050
℃でMgを1×1020/cm3ドープしたp型Al0.2Ga
0.8Nよりなる第3の層を25オングストロームの膜厚
で成長させ、続いてTMAのみを止め、アンドープGa
Nよりなる第4の層を25オングストロームの膜厚で成
長させ、総膜厚0.8μmの超格子層よりなるp側クラ
ッド層18を成長させる。この層もn側クラッド層13
と同じくバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導
体を積層した超格子を作製した場合、不純物はいずれか
一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行う
と閾値が低下しやすい傾向にある。
(P-side clad layer 18) Subsequently, 1050
P-type Al 0.2 Ga doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 at
A third layer of 0.8 N is grown to a thickness of 25 Å, and then only TMA is stopped and undoped Ga is added.
A fourth layer made of N is grown to a film thickness of 25 Å, and a p-side clad layer 18 made of a superlattice layer having a total film thickness of 0.8 μm is grown. This layer is also the n-side cladding layer 13
When a superlattice in which nitride semiconductors having different bandgap energies are stacked is produced, if one of the layers is heavily doped with impurities and so-called modulation doping is performed, the threshold value tends to decrease.

【0041】(p側コンタクト層19)最後に、105
0℃で、p側クラッド層18の上に、Mgを2×1020
/cm3ドープしたp型GaNよりなるp側コンタクト層
18を150オングストロームの膜厚で成長させる。p
側コンタクト層19はp型のInXAlYGa1-X-Y
(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成することができ、好
ましくはMgをドープしたGaNとすれば、p電極21
と最も好ましいオーミック接触が得られる。またp型A
YGa1-YNを含む超格子構造のp側クラッド層17に
接して、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導
体をp側コンタクト層として、その膜厚を500オング
ストローム以下と薄くしているために、実質的にp側コ
ンタクト層18のキャリア濃度が高くなりp電極と好ま
しいオーミックが得られて、素子の閾値電流、電圧が低
下する。
(P-side contact layer 19) Finally, 105
Mg was added to the p-side cladding layer 18 at 0 ° C. in an amount of 2 × 10 20
/ Cm 3 -doped p-type GaN p-side contact layer 18 is grown to a thickness of 150 Å. p
The side contact layer 19 is a p-type In X Al Y Ga 1-XY N
(0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), preferably Mg-doped GaN, the p-electrode 21
And the most preferable ohmic contact is obtained. Also p-type A
Since the nitride semiconductor having a small bandgap energy is used as a p-side contact layer in contact with the p-side clad layer 17 having a superlattice structure containing l Y Ga 1 -Y N, the film thickness is reduced to 500 angstroms or less. In addition, the carrier concentration of the p-side contact layer 18 is substantially increased, a preferable ohmic contact with the p-electrode is obtained, and the threshold current and voltage of the device are reduced.

【0042】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中700
℃でアニーリングを行い、p型不純物をドープした層を
さらに低抵抗化させる。
The wafer on which the nitride semiconductor has been grown as described above is placed in a reaction vessel in a nitrogen atmosphere at 700
Annealing is performed at 0 ° C. to further reduce the resistance of the p-type impurity-doped layer.

【0043】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、図7に示すように、RIE装置により最上層
のp側コンタクト層18と、p側クラッド層17とをエ
ッチングして、4μmのストライプ幅を有するリッジ形
状とする。重要なことはリッジストライプを形成する場
合、図8に示すようにリッジストライプ位置を結晶欠陥
がやや現れ易い傾向を有するストライプ状の窓部中央部
を避ける位置とする。このように結晶欠陥がほとんどな
い位置にストライプを形成すると、結晶欠陥が活性層ま
で伸びてこなくなる傾向にあるため、素子の長寿命とす
ることができ、信頼性が向上する。
After annealing, the wafer is taken out of the reaction container, and the uppermost p-side contact layer 18 and the p-side cladding layer 17 are etched by a RIE apparatus to have a stripe width of 4 μm as shown in FIG. It has a ridge shape. What is important is that when forming a ridge stripe, the ridge stripe position is set to a position avoiding the central portion of the stripe-shaped window portion where crystal defects tend to appear a little as shown in FIG. When the stripes are formed at positions where there are almost no crystal defects, the crystal defects tend not to extend to the active layer, so that the device can have a long life and reliability is improved.

【0044】次にリッジ表面にマスクを形成し、RIE
にてエッチングを行い、n側バッファ層11の表面を露
出させる。露出させたこのn側バッファ層11はn電極
23を形成するためのコンタクト層としても作用する。
なお図8ではn側バッファ層11をコンタクト層として
いるが、第2の窒化物半導体層4の結晶欠陥の多い領域
までエッチングを行い、その第2の窒化物半導体層4を
コンタクト層とすることもできる。
Next, a mask is formed on the ridge surface and RIE is performed.
Etching is performed to expose the surface of the n-side buffer layer 11. The exposed n-side buffer layer 11 also functions as a contact layer for forming the n-electrode 23.
Although the n-side buffer layer 11 is used as the contact layer in FIG. 8, etching is performed up to the region of the second nitride semiconductor layer 4 having many crystal defects, and the second nitride semiconductor layer 4 is used as the contact layer. You can also

【0045】次にp側コンタクト層19のリッジ最表面
にNiとAuよりなるp電極20をストライプ状に形成
する。p側コンタクト層と好ましいオーミックが得られ
るp電極20の材料としては、例えばNi、Pt、P
d、Co、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au等を挙
げることができる。
Next, p electrodes 20 made of Ni and Au are formed in stripes on the ridge outermost surface of the p-side contact layer 19. Examples of the material of the p-electrode 20 that can obtain a preferable ohmic contact with the p-side contact layer include Ni, Pt, and P.
Examples thereof include d, Co, Ni / Au, Pt / Au, and Pd / Au.

【0046】一方、TiとAlよりなるn電極22を先
ほど露出させたn側バッファ層11の表面にストライプ
状に形成する。n側バッファ層11、またはGaN基板
10と好ましいオーミックが得られるn電極22の材料
としてはAl、Ti、W、Cu、Zn、Sn、In等の
金属若しくは合金が好ましい。
On the other hand, the n-electrode 22 made of Ti and Al is formed in a stripe shape on the surface of the n-side buffer layer 11 exposed previously. As a material of the n-side buffer layer 11 or the n-electrode 22 that can obtain a preferable ohmic property with the GaN substrate 10, a metal or alloy such as Al, Ti, W, Cu, Zn, Sn, or In is preferable.

【0047】次に、図1に示すようにp電極20と、n
電極22との間に露出した窒化物半導体層の表面にSi
2よりなる絶縁膜23を形成し、この絶縁膜23を介
してp電極20と電気的に接続したpパッド電極21を
形成する。このpパッド電極21は実質的なp電極21
の表面積を広げて、p電極側をワイヤーボンディング、
ダイボンディングできるようにしている。
Next, as shown in FIG.
Si is formed on the surface of the nitride semiconductor layer exposed between the electrodes 22.
An insulating film 23 made of O 2 is formed, and a p pad electrode 21 electrically connected to the p electrode 20 through the insulating film 23 is formed. The p-pad electrode 21 is substantially the p-electrode 21.
The surface area of the p-electrode and wire bonding on the p-electrode side,
Allows die bonding.

【0048】以上のようにして、n電極とp電極とを形
成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨
剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側のサファ
イア基板をラッピングし、サファイア基板の厚さを70
μmとする。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で1μ
mポリシングして基板表面を鏡面状とし、Au/Snで
全面をメタライズする。
As described above, the wafer on which the n-electrode and the p-electrode are formed is transferred to the polishing apparatus, and the sapphire substrate on the side on which the nitride semiconductor is not formed is lapped by using the diamond abrasive to sapphire. The thickness of the substrate is 70
μm. After lapping, 1μ with finer abrasive
m polishing is performed to make the surface of the substrate a mirror surface, and the entire surface is metallized with Au / Sn.

【0049】その後、Au/Sn側をスクライブして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開面に共振器を作製する。共振器面にSiO2とTiO2
よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にp電極に平行な
方向で、バーを切断してレーザチップとした。次にチッ
プをフェースアップ(基板とヒートシンクとが対向した
状態)でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイ
ヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたとこ
ろ、室温において、閾値電流密度2.0kA/cm2、閾
値電圧4.0Vで、発振波長405nmの連続発振が確
認され、1万時間以上の寿命を示した。さらに同一ウェ
ーハから、500個のレーザ素子を無作為に抽出し、レ
ーザ素子の寿命を測定したところ70%以上が1万時間
以上の寿命を示した。
Then, scribe the Au / Sn side,
Cleavage is performed in a bar shape in a direction perpendicular to the striped electrode, and a resonator is formed on the cleaved surface. SiO 2 and TiO 2 on the cavity surface
Then, a bar was cut in the direction parallel to the p-electrode to form a laser chip. Next, when the chip was placed face up (the substrate and the heat sink faced each other) on the heat sink, each electrode was wire-bonded, and laser oscillation was attempted at room temperature. At room temperature, the threshold current density was 2.0 kA / It was confirmed that continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm was obtained at a cm 2 and a threshold voltage of 4.0 V, and the life was 10,000 hours or more. Further, when 500 laser elements were randomly extracted from the same wafer and the life of the laser elements was measured, 70% or more showed a life of 10,000 hours or more.

【0050】[比較例]実施例1において、第2の窒化
物半導体層4を成長させる際、アンモニアを0.36mo
l/min、TMGを162μmol/min(V/III比=22
22)としてアンドープGaNよりなる第2の窒化物半
導体層4を30μmの膜厚で成長させ、リッジストライ
プを任意の位置に形成する他は、同様にしてレーザ素子
を得たところ、500個の内で1万時間以上を達成した
ものは5%以下であった。
[Comparative Example] In Example 1, when the second nitride semiconductor layer 4 was grown, ammonia was added at 0.36 mol.
l / min, TMG 162 μmol / min (V / III ratio = 22
As 22), a second nitride semiconductor layer 4 made of undoped GaN was grown to a film thickness of 30 μm and a ridge stripe was formed at an arbitrary position. It was 5% or less that achieved 10,000 hours or more.

【0051】[実施例2]実施例1において、第2の窒
化物半導体を成長させる際、その膜厚を10μmとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、第2の窒
化物半導体層の表面に現れる結晶欠陥の数は実施例1に
比較して1桁ほど多い傾向にあり、500個の内、1万
時間以上の寿命を達成したものは、50%以上であっ
た。
Example 2 A laser device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the second nitride semiconductor was 10 μm when growing the second nitride semiconductor. The number of crystal defects appearing on the surface of No. 1 tends to be larger by one digit than that in Example 1, and 50% of 500 have a life of 10,000 hours or more.

【0052】[実施例3]図9は本発明の他の実施例に
係る一レーザ素子の構造を示す模式断面図であり、図8
と同一符号は同一箇所を示している。以下この図を基に
実施例2について説明する。
[Embodiment 3] FIG. 9 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention.
The same reference numerals denote the same parts. The second embodiment will be described below with reference to this drawing.

【0053】実施例1において第2の窒化物半導体層4
を成長させる際に、アンモニアを0.27mol/min、T
MGを150μmol/min(V/III比=1800)と
し、さらにシランガスを加えてSiドープGaNよりな
る第2の窒化物半導体層を30μmの膜厚で成長させ
る。この第2の窒化物半導体層4、第1の窒化物半導体
層2界面からおよそ5μm程度までの領域は結晶欠陥の
数が多く、5μmよりも上の領域では結晶欠陥が少なく
(107個/cm2以下)、十分に窒化物半導体基板として
使用できるものであった。
Second nitride semiconductor layer 4 in Example 1
Ammonia is added at 0.27 mol / min and T
MG was set to 150 μmol / min (V / III ratio = 1800), and silane gas was further added to grow a second nitride semiconductor layer made of Si-doped GaN with a thickness of 30 μm. The region up to about 5 μm from the interface between the second nitride semiconductor layer 4 and the first nitride semiconductor layer 2 has a large number of crystal defects, and the region above 5 μm has few crystal defects (10 7 / cm 2 or less), which was sufficiently usable as a nitride semiconductor substrate.

【0054】後は実施例1と同様にして活性層を含む窒
化物半導体を積層した後、図9に示すように、エッチン
グにより第2の窒化物半導体層の上からおよそ6μm程
度をエッチングにより除去して、結晶欠陥の多い領域の
第2の窒化物半導体層4の表面を露出させ、その面にn
電極22を形成してレーザ素子とする。このレーザ素子
も実施例1と同様に低閾値で連続発振し、1万時間以上
の寿命を達成したものは500個の内で50%以上あっ
た。
After that, a nitride semiconductor including an active layer is laminated in the same manner as in Example 1, and then, as shown in FIG. 9, about 6 μm is removed by etching from above the second nitride semiconductor layer. Then, the surface of the second nitride semiconductor layer 4 in the region having many crystal defects is exposed, and n is formed on the surface.
The electrode 22 is formed to be a laser element. This laser element also continuously oscillated at a low threshold value as in Example 1, and 50% or more of the 500 laser elements achieved a life of 10,000 hours or more.

【0055】[実施例4]実施例1において、第2の窒
化物半導体層4を成長させる際に、アンモニアを0.2
7mol/min、TMGを180μmol/min(V/III比=
1500)とする他は、実施例1と同様にしてレーザ素
子を作製したところ、同じく低閾値で連続発振し、実施
例1とほぼ同等の個数でレーザ素子が得られた。
[Example 4] In Example 1, when the second nitride semiconductor layer 4 was grown, ammonia was added at 0.2%.
7 mol / min, TMG 180 μmol / min (V / III ratio =
1500), a laser device was manufactured in the same manner as in Example 1. As a result, continuous oscillation was similarly performed at a low threshold value, and a laser device was obtained in a number substantially equal to that in Example 1.

【0056】[実施例5]実施例1において、第2の窒
化物半導体層4を成長させる際に、TMGのみの流量を
多くして、V/III比を800とする他は、実施例1と
同様にしてレーザ素子を作製したところ、同じく低閾値
で連続発振し、実施例1とほぼ同等の個数でレーザ素子
が得られた。
[Embodiment 5] In Embodiment 1, except that the V / III ratio is set to 800 by increasing the flow rate of only TMG when growing the second nitride semiconductor layer 4. When a laser device was manufactured in the same manner as in 1., continuous oscillation was similarly performed at a low threshold value, and a laser device was obtained in a number substantially equal to that in Example 1.

【0057】[実施例6]実施例1において、第2の窒
化物半導体層4を成長させる際に、アンモニアを0.1
5mol/min、TMGを5mmol/min(V/III比=30)
とする他は、実施例1と同様にしてレーザ素子を作製し
たところ、同じく低閾値で連続発振し、1万時間以上の
寿命を示したものは500個の内で30%以上であっ
た。
[Embodiment 6] In Embodiment 1, when the second nitride semiconductor layer 4 is grown, 0.1% ammonia is added.
5 mol / min, TMG 5 mmol / min (V / III ratio = 30)
Other than the above, a laser device was manufactured in the same manner as in Example 1. As a result, 30% or more of the 500 laser devices continuously oscillated at a low threshold and showed a life of 10,000 hours or more.

【0058】[実施例7]実施例1において、第2の窒
化物半導体層4を成長させる際に、Siをドープして膜
厚を90μmの膜厚で成長させる。後は実施例1と同様
にしてその第2の窒化物半導体層の上に活性層を含む窒
化物半導体層を成長させる。成長後、反応容器からウェ
ーハを取り出したところ、サファイアと第2の窒化物半
導体層との熱膨張係数差の関係で、ウェーハが皿のよう
に反っていた。そこで、このウェーハの異種基板側を研
磨して、異種基板1、第1の窒化物半導体層2、及び保
護膜3を除去する。この異種基板の除去によってウェー
ハはほぼ平面が得られるようになった。
[Embodiment 7] In Embodiment 1, when the second nitride semiconductor layer 4 is grown, Si is doped to grow the film thickness to 90 μm. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a nitride semiconductor layer including an active layer is grown on the second nitride semiconductor layer. When the wafer was taken out from the reaction container after the growth, the wafer was warped like a dish due to the difference in thermal expansion coefficient between sapphire and the second nitride semiconductor layer. Therefore, the foreign substrate side of this wafer is polished to remove the foreign substrate 1, the first nitride semiconductor layer 2, and the protective film 3. By removing the foreign substrate, the wafer can be almost flat.

【0059】次に、実施例1と同様にしてp側クラッド
層18から上をリッジ形状とし、p電極20及びpパッ
ド電極21を形成する。但し、リッジストライプの位置
は保護膜が除去されているので、窓部に一致させること
は困難である。一方保護膜が除去されて露出された結晶
欠陥が多い側の第2の窒化物半導体層表面のほぼ全面に
Ti/Alよりなるn電極を設け、p電極とn電極とが
対向した状態のレーザ素子とする。
Next, in the same manner as in Example 1, the p-side clad layer 18 and the upper part thereof are formed into a ridge shape to form a p-electrode 20 and a p-pad electrode 21. However, it is difficult to match the position of the ridge stripe with the window because the protective film is removed. On the other hand, an n-electrode made of Ti / Al is provided on almost the entire surface of the second nitride semiconductor layer on the side where a large number of crystal defects are exposed by removing the protective film, and a laser in a state where the p-electrode and the n-electrode face each other. As an element.

【0060】同様に、このレーザ素子も低閾値で室温で
連続発振し、1万時間以上の寿命を示したものは500
個の内で70%以上であった。
Similarly, this laser element has a low threshold value and continuously oscillates at room temperature, and has a life of 10,000 hours or more.
It was 70% or more in the number.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化物半
導体の成長方法によると、一ヶ所に結晶欠陥が集中しな
いで、表面に現れた結晶欠陥が非常に少ない窒化物半導
体素子を実現できる。そのため、結晶欠陥が第2の窒化
物半導体層全体に渡って少なくできるため、レーザ素子
を作製した場合において、信頼性の高い素子が従来より
も高い歩留まりで得られるようになる。また、本発明の
素子では表面に現れた結晶欠陥が少ない第2の窒化物半
導体層の上に活性層を含む窒化物半導体層を積層してい
るので、非常に信頼性の高い素子が実現できる。
As described above, according to the method for growing a nitride semiconductor of the present invention, it is possible to realize a nitride semiconductor device having very few crystal defects appearing on the surface without concentrating crystal defects at one place. . Therefore, crystal defects can be reduced over the entire second nitride semiconductor layer, so that when a laser element is manufactured, a highly reliable element can be obtained with a higher yield than before. Further, in the device of the present invention, since the nitride semiconductor layer including the active layer is laminated on the second nitride semiconductor layer having few crystal defects appearing on the surface, an extremely reliable device can be realized. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の成長方法において得られる窒化物半
導体層の結晶構造を模式的に示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a crystal structure of a nitride semiconductor layer obtained by a growth method of the present invention.

【図2】 本発明の成長方法において得られる窒化物半
導体層の結晶構造を模式的に示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing the crystal structure of a nitride semiconductor layer obtained by the growth method of the present invention.

【図3】 本発明の成長方法において得られる窒化物半
導体層の結晶構造を模式的に示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view schematically showing a crystal structure of a nitride semiconductor layer obtained by the growth method of the present invention.

【図4】 本発明の成長方法において得られる窒化物半
導体層の結晶構造を模式的に示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing the crystal structure of a nitride semiconductor layer obtained by the growth method of the present invention.

【図5】 従来の成長方法において得られる窒化物半導
体層の結晶構造を模式的に示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing the crystal structure of a nitride semiconductor layer obtained by a conventional growth method.

【図6】 従来の成長方法において得られる窒化物半導
体層の結晶構造を模式的に示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view schematically showing a crystal structure of a nitride semiconductor layer obtained by a conventional growth method.

【図7】 従来の成長方法において得られる窒化物半導
体層の結晶構造を模式的に示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing a crystal structure of a nitride semiconductor layer obtained by a conventional growth method.

【図8】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式的な斜視図。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing the structure of a laser device according to an embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式的な斜視図。
FIG. 9 is a schematic perspective view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・異種基板 2・・・第1の窒化物半導体層 3・・・保護膜 4・・・第2の窒化物半導体層 11・・・n側バッファ層 12・・・クラック防止層 13・・・n側クラッド層 14・・・n側光ガイド層 15・・・活性層 16・・・p側キャップ層 17・・・p側光ガイド層 18・・・p側クラッド層 19・・・p側コンタクト層 20・・・p電極 21・・・pパッド電極 22・・・n電極 23・・・絶縁膜 1 ... Heterogeneous substrate 2 ... First nitride semiconductor layer 3 ... Protective film 4 ... Second nitride semiconductor layer 11 ... n-side buffer layer 12 ... Crack prevention layer 13 ... N-side clad layer 14 ... n-side light guide layer 15 ... Active layer 16 ... p-side cap layer 17 ... p-side light guide layer 18 ... p-side clad layer 19 ... p-side contact layer 20 ... p electrode 21 ... p pad electrode 22 ... n electrode 23 ... Insulating film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−283799(JP,A) 特開 平11−145515(JP,A) 特開 平11−135770(JP,A) 特開 平10−312971(JP,A) 特開 平6−77590(JP,A) 特公 平6−105797(JP,B2) 特表2001−520169(JP,A) 国際公開97/011518(WO,A1) 松嶋 秀忠 外3名,MOVPE法に よるサブミクロンパターンへのGaN選 択成長,電子情報通信学会技術研究報 告,日本,社団法人電子情報通信学会, 1997年 5月23日,Vol.97、No. 59,41−46頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 33/00 H01S 5/30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-9-283799 (JP, A) JP-A-11-145515 (JP, A) JP-A-11-135770 (JP, A) JP-A-10- 312971 (JP, A) JP-A-6-77590 (JP, A) JP-B-6-105797 (JP, B2) JP-A-2001-520169 (JP, A) International Publication 97/011518 (WO, A1) Hideshima Matsushima And 3 others, GaN selective growth to submicron pattern by MOVPE method, IEICE technical report, Japan, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, May 23, 1997, Vol. 97, No. 59, pp. 41-46 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01L 33/00 H01S 5/30

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 窒化物半導体と異なる材料よりなる異種
基板の上に成長された第1の窒化物半導体層と、その第
1の窒化物半導体層の表面に部分的に形成され、表面に
窒化物半導体が成長しにくい性質を有する保護膜とから
なる下地層を加熱し、その下地層の表面に窒素源のガス
と、3族源のガスとを同時に供給して、前記保護膜及び
下地層の上に、連続した下地層に接近した側に結晶欠陥
が多い領域と、下地層より離れた側に結晶欠陥が少ない
領域とを有する第2の窒化物半導体層を有し、その第2
の窒化物半導体層の上に活性層を含む複数の窒化物半導
体層が成長されてなる窒化物半導体素子の成長方法にお
いて、 前記窒化物半導体層を成長後、リッジストライプを前記
保護膜上の位置に形成し、その窒化物半導体層の表面層
であるp側コンタクト層にp電極を形成し、その後、前
記異種基板、第1の窒化物半導体層と保護膜とからなる
下地層を除去する工程と、その後、露出した前記第2の
窒化物半導体層の結晶欠陥が多い領域の表面にはn電極
が形成され対向電極構造を形成する工程とを有する窒化
物半導体素子の成長方法。
1. A first nitride semiconductor layer grown on a heterogeneous substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor, and a first nitride semiconductor layer partially formed on the surface of the first nitride semiconductor layer and nitrided on the surface. The underlayer composed of a protective film having a property that a semiconductor does not grow easily is heated, and a nitrogen source gas and a Group 3 source gas are simultaneously supplied to the surface of the underlayer to form the protective film and the underlayer. Crystal defects on the side closer to the continuous underlayer
There are few crystal defects on the side where there are many
A second nitride semiconductor layer having a region,
In the growth method of the nitride semiconductor device having a plurality of nitride semiconductor layer are grown including an active layer on the nitride semiconductor layer, after growing the nitride semiconductor layer, wherein the ridge stripe
A p-electrode is formed at a position on the protective film , a p-side contact layer that is a surface layer of the nitride semiconductor layer is formed, and then a lower layer composed of the heterogeneous substrate, the first nitride semiconductor layer and the protective film is formed. Growth of a nitride semiconductor device including a step of removing a ground layer , and a step of forming an counter electrode structure by forming an n-electrode on the surface of the exposed region of the second nitride semiconductor layer having many crystal defects. Method.
【請求項2】 前記第2の窒化物半導体層にn型不純物
をドープする工程を有することを特徴とする請求項1に
記載の窒化物半導体素子の成長方法。
2. The method for growing a nitride semiconductor device according to claim 1, further comprising the step of doping the second nitride semiconductor layer with an n-type impurity.
【請求項3】 前記3族源のガスに対する窒素源のガス
のモル比(窒素源/3族源)を2000以下に調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子の
成長方法。
3. The growth of the nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the molar ratio of the nitrogen source gas to the Group 3 source gas (nitrogen source / Group 3 source) is adjusted to 2000 or less. Method.
【請求項4】 結晶欠陥が少ない領域と、結晶欠陥が
多い領域とを有する第2の窒化物半導体層の結晶欠陥が
少ない領域上に活性層を含む複数の窒化物半導体層が成
長されてなる窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体層にリッジストライプを有し、その窒
化物半導体層の表面層であるp側コンタクト層にp電極
を形成し、前記第2の窒化物半導体層は結晶欠陥が少な
い領域側の第2の窒化物半導体層表面に現れる結晶欠陥
の数は、断面TEMの観察によって1×10 6 個/cm 2
下であり、結晶欠陥が多い領域側の第2の窒化物半導体
層表面にはn電極が形成された対向電極構造を形成して
いる窒化物半導体素子。
4. A region having few crystal defects and a crystal defect
Crystal defects of the second nitride semiconductor layer having a large number of regions
A plurality of nitride semiconductor layers including an active layer are formed on the small area.
In a nitride semiconductor device having a long length , the nitride semiconductor layer has a ridge stripe, and
On the p-side contact layer that is the surface layer of the oxide semiconductor layer
And the second nitride semiconductor layer has few crystal defects.
Defects appearing on the surface of the second nitride semiconductor layer on the side of the open region
The number of, 1 × 10 6 cells by the observation of the cross-sectional TEM / cm 2 or more
The second nitride semiconductor which is below and has a large number of crystal defects
Forming a counter electrode structure with an n-electrode formed on the surface of the layer
Nitride semiconductor device.
【請求項5】 前記第2の窒化物半導体層の厚さが30
μm以上であることを特徴とする請求項4に記載の窒化
物半導体素子。
5. The thickness of the second nitride semiconductor layer is 30.
The nitride semiconductor device according to claim 4, wherein the thickness is at least μm.
【請求項6】 前記第2の窒化物半導体層にn型不純物
がドープされていることを特徴とする請求項4乃至5の
内のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子。
6. The nitride semiconductor device according to claim 4, wherein the second nitride semiconductor layer is doped with an n-type impurity.
【請求項7】 前記n型不純物は、Si、Geであるこ
とを特徴とする請求項6に記載の窒化物半導体素子。
7. The nitride semiconductor device according to claim 6, wherein the n-type impurities are Si and Ge.
【請求項8】 前記p電極はNi、Pt、Pd、Co、
Ni/Au、Pt/Au、Pd/Auから成る群から選
ばれることを特徴とする請求項4に記載の窒化物半導体
素子。
8. The p-electrode is made of Ni, Pt, Pd, Co,
The nitride semiconductor device according to claim 4, wherein the nitride semiconductor device is selected from the group consisting of Ni / Au, Pt / Au, and Pd / Au.
【請求項9】 前記n電極はAl、Ti、W、Cu、Z
n、Sn、Inから成る群から選ばれる少なくとも1つ
を有する金属若しくは合金であることを特徴とする請求
項4に記載の窒化物半導体素子。
9. The n-electrode is made of Al, Ti, W, Cu, Z.
The nitride semiconductor device according to claim 4, which is a metal or an alloy having at least one selected from the group consisting of n, Sn, and In.
【請求項10】 前記第2の窒化物半導体層は請求項1
に記載の方法により成長されたものであることを特徴と
する請求項4乃至9の内のいずれか1項に記載の窒化物
半導体素子。
10. The second nitride semiconductor layer according to claim 1.
The nitride semiconductor device according to any one of claims 4 to 9, which is grown by the method according to claim 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3702700B2 (en) * 1999-03-31 2005-10-05 豊田合成株式会社 Group III nitride compound semiconductor device and method for manufacturing the same
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JP2001185493A (en) * 1999-12-24 2001-07-06 Toyoda Gosei Co Ltd Method of manufacturing group iii nitride-based compound semiconductor, and group iii nitride based compound semiconductor device
JP4432180B2 (en) 1999-12-24 2010-03-17 豊田合成株式会社 Group III nitride compound semiconductor manufacturing method, group III nitride compound semiconductor device, and group III nitride compound semiconductor
AU2001241108A1 (en) 2000-03-14 2001-09-24 Toyoda Gosei Co. Ltd. Production method of iii nitride compound semiconductor and iii nitride compoundsemiconductor element
JP2001267242A (en) 2000-03-14 2001-09-28 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride-based compound semiconductor and method of manufacturing the same
TW518767B (en) 2000-03-31 2003-01-21 Toyoda Gosei Kk Production method of III nitride compound semiconductor and III nitride compound semiconductor element
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US7619261B2 (en) 2000-08-07 2009-11-17 Toyoda Gosei Co., Ltd. Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor
DE60233386D1 (en) 2001-02-14 2009-10-01 Toyoda Gosei Kk METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR CRYSTALS AND SEMICONDUCTOR LIGHT ELEMENTS
JP3679720B2 (en) 2001-02-27 2005-08-03 三洋電機株式会社 Nitride semiconductor device and method for forming nitride semiconductor
JP2002280314A (en) 2001-03-22 2002-09-27 Toyoda Gosei Co Ltd Manufacturing method of iii nitride compound semiconductor group, and the iii nitride compound semiconductor element based thereon
JP4854133B2 (en) * 2001-05-11 2012-01-18 シャープ株式会社 Nitride semiconductor laser device and optical device including the same
JP4656782B2 (en) * 2001-09-12 2011-03-23 シャープ株式会社 Nitride semiconductor laser device and semiconductor optical device thereof
JP3690326B2 (en) 2001-10-12 2005-08-31 豊田合成株式会社 Method for producing group III nitride compound semiconductor
AU2003209712A1 (en) 2002-02-15 2003-09-04 Showa Denko K.K. Group iii nitride semiconductor crystal, production method thereof and group iii nitride semiconductor epitaxial wafer
US6791120B2 (en) 2002-03-26 2004-09-14 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-based semiconductor device and method of fabricating the same
US7372077B2 (en) 2003-02-07 2008-05-13 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor device
JP4689195B2 (en) * 2004-06-10 2011-05-25 シャープ株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP4679867B2 (en) * 2004-09-27 2011-05-11 シャープ株式会社 Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP4986680B2 (en) * 2007-03-29 2012-07-25 三洋電機株式会社 Nitride semiconductor laser device manufacturing method
JP5649514B2 (en) * 2011-05-24 2015-01-07 株式会社東芝 Semiconductor light emitting device, nitride semiconductor layer, and method for forming nitride semiconductor layer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
松嶋 秀忠 外3名,MOVPE法によるサブミクロンパターンへのGaN選択成長,電子情報通信学会技術研究報告,日本,社団法人電子情報通信学会,1997年 5月23日,Vol.97、No.59,41−46頁

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