JP3773713B2

JP3773713B2 - Method for forming quantum box

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Publication number: JP3773713B2
Application number: JP23666999A
Authority: JP
Inventors: 竜也國里
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: JP2001068733A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＩｎＮ（窒化インジウム）もしくはＴｌＮ（窒化タリウム）またはこれらの混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する半導体素子、半導体発光素子およびその製造方法ならびに量子箱の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青色または紫色の光を発する発光ダイオード素子、半導体レーザ素子等の半導体発光素子として、ＧａＮ系等の窒化物系半導体発光素子の実用化が進んできている。
【０００３】
図５は従来のＧａＮ系発光ダイオード素子の例を示す断面図である。
図５に示す発光ダイオード素子においては、サファイア基板３１のｃ（０００１）面上に、ＧａＮバッファ層３２、ｎ−ＧａＮ層３３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４、ＩｎＧａＮ活性層３５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３６およびｐ−ＧａＮ層３７が順に形成されている。ｐ−ＧａＮ層３７からｎ−ＧａＮ層３３までの一部領域がエッチングにより除去されている。ｐ−ＧａＮ層３７の上面にｐ電極５１が形成され、ｎ−ＧａＮ層３３の露出した上面にｎ電極５０が形成されている。
【０００４】
図５に示す発光ダイオード素子は、ＩｎＧａＮ活性層３５をｎ型半導体であるｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４とｐ型半導体であるｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３６とで挟んだダブルヘテロ構造のｐｎ接合を有する。このような発光ダイオード素子においては、ｎ電極５０から注入された電子が、ｎ−ＧａＮ層３３およびｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４を経てＩｎＧａＮ活性層３５に達する。また、ｐ電極５１から注入された正孔は、ｐ−ＧａＮ層３７およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３６を経てＩｎＧａＮ活性層３５に達する。ＩｎＧａＮ活性層３５において、電子および正孔が再結合して励起子（エキシトン）となる。このとき、青色の光が発生する。なお、青色の光を発生するＧａＮ系半導体レーザ素子もこのようなダブルヘテロ構造を有する。
【０００５】
一方、半導体素子において、量子井戸構造、量子細線構造または量子箱構造（量子ドット構造）を有する素子領域を形成し、量子サイズ効果により素子特性の向上を図る試みがなされている。
【０００６】
量子井戸構造、量子細線構造または量子箱構造を有する活性層を含むダブルヘテロ構造の半導体発光素子においては、次のような量子サイズ効果が現れる。
【０００７】
すなわち、エネルギー障壁層によって囲まれた量子井戸層、量子細線または量子箱（量子ドット）内に電子および正孔が閉じ込められる。閉じ込められた電子および正孔は、量子井戸層、量子細線または量子箱内において効率よく再結合し、励起子となる。この再結合の際に、光が発生する。また、励起子は、量子井戸層、量子細線または量子箱内に閉じ込められ、安定した状態が保たれる。
【０００８】
以上のような量子サイズ効果により、量子井戸構造、量子細線構造または量子箱構造を有する活性層を含むダブルヘテロ構造の半導体発光素子においては、発光出力が向上するとともに、発光効率が向上するものと考えられる。
【０００９】
特に、量子箱構造を有する活性層においては、量子井戸構造または量子細線構造の場合よりもさらに狭い領域、すなわちエネルギー障壁層により囲まれた２００Å以下の寸法の微小な量子箱内にキャリアおよび励起子が閉じ込められる。このため、量子箱構造を有する活性層を含む半導体発光素子においては、量子井戸構造または量子細線構造を有する活性層を含む半導体発光素子に比べて、発光出力および発光効率のさらなる向上が期待される。
【００１０】
上記のような量子箱構造を有する活性層を含む半導体発光素子に関しては、赤色もしくは赤外光を発生するＡｌＧａＡｓ系半導体発光素子において研究が進められている。
【００１１】
このようなＡｌＧａＡｓ系半導体発光素子においては、酸等のエッチング液を用いたウエットエッチングおよび再成長技術により、量子箱構造を有する活性層が得られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一方、青色光を発生するＧａＮ系半導体発光素子においては、ＧａＮ系半導体層が化学的に安定であるため、上記のＡｌＧａＡｓ系半導体発光素子のようにウエットエッチングにより各ＧａＮ系半導体層をエッチングすることができない。このため、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）、ＲＩＢＥ法（反応性イオンビームエッチング法）等によりエッチングを行うが、この場合には量子箱のような微細な構造を形成するのが困難である。
【００１３】
また、ＲＩＥ法等によりエッチングを行うためには一旦ウエハを反応装置から外部に取り出さなければならず、この際にウエハの表面が汚染されるおそれがある。ウエハの表面が汚染されると、半導体発光素子において素子特性の劣化および歩留りの低下が生じる。
【００１４】
さらに、ＧａＮ系半導体発光素子の製造の際には、ＧａＮからなる基板が存在しないため、図５に示すようにサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板３１等の基板上に各層３２〜３７を成長させる。このため、ＧａＮおよびサファイア基板３１の格子定数の違いから、サファイア基板３１上に成長したＧａＮ系半導体結晶には、通常１０⁹個／ｃｍ²程度の格子欠陥５５が存在する。このような格子欠陥５５はサファイア基板３１の表面から各層３２〜３７へ伝播する。したがって、この格子欠陥５５のために、サファイア基板３１上の各層３２〜３７からなる半導体発光素子では、素子特性および信頼性の劣化が生じる。特に、素子領域であるＩｎＧａＮ活性層３５に格子欠陥５５が存在する場合、素子特性および信頼性が著しく劣化する。
【００１８】
本発明の目的は、反応装置から取り出すことなく量子箱を容易に形成することが可能な量子箱の形成方法を提供することである。
【００３５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る量子箱の形成方法は、少なくともインジウムを含む窒化物系半導体層を形成し、窒化物系半導体層を水素を含むガスに晒すことによりエッチングし、エッチングされずに残った窒化物系半導体層の領域から少なくともインジウムを含む窒化物系半導体からなる量子箱を形成する量子箱の形成方法であって、
前記インジウムを含む窒化物系半導体層を、基板表面に対して上下方向に延びる方向に格子欠陥が存在するように形成して前記水素を含むガスに晒すことにより前記窒化物系半導体層の格子欠陥が多い領域をエッチングし、エッチングされずに残った前記窒化物系半導体層の格子欠陥の少ない領域から少なくともインジウムを含む窒化物系半導体からなる量子箱を形成するものである。
【００３６】
本発明に係る量子箱の形成方法においては、結晶成長装置内において窒化物系半導体層を形成した後、この結晶成長装置内に水素を含むガスを供給して窒化物系半導体層をこのガスに晒す。それにより、窒化物系半導体層が水素を含むガスによりエッチングされて量子箱が形成される。
【００３７】
このような量子箱の形成方法によれば、容易に量子箱を形成することができる。また、この場合、結晶成長装置の外部にウエハを取り出すことなく量子箱を形成できるため、ウエハの表面が汚染されるおそれがない。
【００３８】
ここで、上記のエッチングにおいては、格子欠陥の多い領域におけるエッチング速度が大きいため、格子欠陥の少ない領域に量子箱が形成される。したがって、結晶性の高い量子箱を形成することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る量子箱の形成方法の一例を示す模式的な工程断面図である。
【００４５】
まず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相成長）装置の反応炉内にサファイア基板１を配置し、キャリアガスであるＨ₂およびＮ₂の混合ガスを反応炉内に供給しつつ１１５０℃で１０分間保持する。このようして、サファイア基板１のｃ（０００１）面をサーマルクリーニングする。その後、基板温度を６００℃に下げる。
【００４６】
次に、図１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板１のｃ面上に、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層２、アンドープＧａＮ層３およびアンドープＩｎＧａＮ層４を順に成長させる。この場合、アンドープＩｎＧａＮ層４が素子領域に相当する。また、各層２〜４の成長時の基板温度、原料ガスおよびキャリアガスは表１に示す通りである。
【００４７】
【表１】

【００４８】
ここで、表１中の原料ガスＴＭＧはトリメチルガリウムを表わし、ＴＭＡはトリメチルアルミニウムを表わし、ＴＭＩはトリメチルインジウムを表わしている。また、原料ガス中のＮＨ₃は窒素源であり、ＴＭＧはガリウム源であり、ＴＭＡはアルミニウム源であり、ＴＭＩはインジウム源である。
【００４９】
なお、アンドープＩｎＧａＮ層４の成長時に、インジウム源としてＴＭＩの代わりにＴＥＩ（トリエチルインジウム）を用いてもよい。また、アンドープＩｎＧａＮ層４の成長時に、ガリウム源としてＴＭＧの代わりにＴＥＧ（トリエチルガリウム）を用いてもよい。このようなＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩ、ＴＥＩおよびＴＥＧは有機金属である。
【００５０】
詳細には、表１に示す条件下において、サファイア基板１のｃ面上にアンドープＡｌＮ層およびアンドープＧａＮ層を順に成長させ、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層２を形成する。その後、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止させ、ＮＨ₃、Ｈ₂およびＮ₂の供給を続けつつ基板温度を１１５０℃に上げる。昇温後、再びＴＭＧを供給し、アンドープＧａＮ層３を成長させる。
【００５１】
アンドープＧａＮ層３の成長後、再びＴＭＧの供給を停止させ、ＮＨ₃、Ｈ₂およびＮ₂の供給を続けつつ基板温度を８００℃に下げる。その後、Ｈ₂の供給を停止させるとともに再びＴＭＧおよびＴＭＩを供給し、アンドープＩｎＧａＮ層４を成長させる。なお、アンドープＩｎＧａＮ層４の成長時の基板温度は、７００〜９００℃の範囲内であれば８００℃に限定されるものではない。
【００５２】
このようにして成長させた各層２〜４においては、サファイア基板１の表面から上下方向に延びる格子欠陥５５が存在する。
【００５３】
上記においては、アンドープＩｎＧａＮ層４の成長時に、キャリアガスとしてＮ₂のみを供給している。これは、Ｉｎを含むアンドープＩｎＧａＮ層４がＨ₂を含む雰囲気中において成長しにくいためである。一方、Ｉｎを含まないＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層２およびアンドープＧａＮ層３は、Ｈ₂を含む雰囲気中においても容易に成長する。このため、これらの層２，３の成長時にはキャリアガスとしてＨ₂およびＮ₂の混合ガスを供給している。
【００５４】
ここで、ＩｎＮの結合力がＧａＮまたはＡｌＮの結合力に比べて弱いため、Ｉｎを含む層、例えばＩｎＧａＮから構成される層は、Ｉｎを含まない層、例えばＧａＮから構成される層またはＡｌＧａＮから構成される層に比べて格子欠陥が多く、また、Ｈ₂を含む雰囲気中においてエッチングされやすい。この場合、格子欠陥が多い領域が容易にエッチングされる。本例においては、Ｉｎを含む層のこのような性質を利用し、以下のようにして量子箱を形成する。
【００５５】
すなわち、図１（ｂ）に示すように、アンドープＩｎＧａＮ層４を成長させた後、ＴＭＧおよびＴＭＩの供給を停止させるとともに、Ｈ₂を再び供給する。このようにＨ₂を供給した状態で例えば１分間保持し、アンドープＩｎＧａＮ層４をＨ₂に晒す。なお、ここでのＨ₂の供給濃度は、この状態で供給されるＮＨ₃、Ｎ₂およびＨ₂の混合ガス全体の０．１％以上とする。例えばこの場合においては５％としている。それにより、Ｉｎを含むアンドープＩｎＧａＮ層４がＨ₂によりエッチングされる。このとき、Ｉｎを含まないアンドープＧａＮ層３およびＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層２は、Ｈ₂によりエッチングされない。したがって、Ｈ₂により、アンドープＩｎＧａＮ層４を選択的にエッチングすることができる。
【００５６】
特に、Ｈ₂によるアンドープＩｎＧａＮ層４のエッチングにおいては、エッチングが均一に行われず、格子欠陥５５の多い領域においてエッチング速度が大きくなる。それにより、アンドープＩｎＧａＮ層４において、格子欠陥５５の少ない領域がエッチングされずに残り、この領域が量子箱４０となる。
【００５７】
以上のようにして、量子箱構造を有する素子領域を形成する。
上記の量子箱の形成方法によれば、Ｈ₂を供給することにより、２００Å以下の寸法、例えば２０Å×２０Å×２０Åの寸法を有するアンドープＩｎＧａＮからなる量子箱４０を容易に形成することができる。このような量子箱構造により、量子サイズ効果が発現する。
【００５８】
また、この場合においては、アンドープＩｎＧａＮ層４の格子欠陥５５の少ない領域に量子箱４０が形成されるため、量子箱４０の結晶性が高い。したがって、素子領域の結晶性が高くなる。
【００５９】
さらに、上記の量子箱の形成方法においては、ウエハをＭＯＣＶＤ装置の外部に取り出すことなく、Ｈ₂を用いて量子箱４０を形成することができる。このため、ウエハの表面が汚染されることがない。
【００６０】
なお、上記においてはＭＯＣＶＤ法により各層２〜４を成長させているが、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）により各層２〜４を成長させてもよい。この場合においても、ＭＢＥ装置からウエハを取り出すことなく、結晶性の高いアンドープＩｎＧａＮからなる量子箱４０を容易に形成することが可能となる。
【００６１】
また、上記のアンドープＩｎＧａＮ層４のエッチングにおいて、ＴＭＩ等の有機金属をＨ₂とともに供給してもよい。なお、供給する有機金属は、ＴＭＧおよびＴＥＧに代表されるガリウム源となる有機金属以外およびＴＭＡに代表されるアルミニウム源となる有機金属以外であることが好ましい。
【００６２】
例えば、上記において、アンドープＩｎＧａＮ層４を成長させた後に、ＴＭＧの供給のみを停止させ、ＴＭＩをＨ₂とともに供給して１分間保持してもよい。この場合のＨ₂の供給濃度は、この状態で供給されるＮＨ₃、Ｎ₂、Ｈ₂およびＴＭＩの混合ガス全体の５％とする。このようにＨ₂とともにＴＭＩを供給した場合においても、前述のＨ₂のみを供給した場合と同様、アンドープＩｎＧａＮ層４がエッチングされる。それにより、量子箱４０を形成することができる。
【００６３】
また、素子領域として、アンドープＩｎＧａＮ層４の代わりに、ｎ型にドープされたｎ−ＩｎＧａＮ層を形成してもよい。この場合、原料ガスにドーパントガスであるＳｉＨ₄（シランガス）を加えた以外は前述と同様の方法でｎ−ＩｎＧａＮ層を成長させた後、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＳｉＨ₄の供給を停止させ、Ｈ₂を供給した状態で例えば１分間保持する。それにより、ｎ−ＩｎＧａＮからなる量子箱４０を形成することができる。また、上記のｎ−ＩｎＧａＮ層を成長させた後、ＴＭＧおよびＴＭＩの供給を停止させ、Ｈ₂とともにＳｉＨ₄を供給した状態で１分間保持してもよい。この場合のＨ₂の供給濃度は、この状態で供給されるＮＨ₃、Ｎ₂、Ｈ₂およびＳｉＨ₄の混合ガス全体の５％とする。このようにＨ₂とともにＳｉＨ₄を供給した場合においても、Ｈ₂のみを供給した場合と同様、ｎ−ＩｎＧａＮ層がエッチングされ、それにより量子箱４０を形成することができる。
【００６４】
さらに、素子領域として、アンドープＩｎＧａＮ層４の代わりに、ｐ型にドープされたｐ−ＩｎＧａＮ層を形成してもよい。この場合、原料ガスにドーパントガスであるＣｐ₂Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を加えた以外は前述と同様の方法でｐ−ＩｎＧａＮ層を成長させた後、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＣｐ₂Ｍｇの供給を停止させ、Ｈ₂を供給した状態で例えば１分間保持する。それにより、ｐ−ＩｎＧａＮからなる量子箱４０を形成することができる。また、上記のｐ−ＩｎＧａＮ層を成長させた後、ＴＭＧおよびＴＭＩの供給を停止させ、Ｈ₂とともにＣｐ₂Ｍｇを供給した状態で１分間保持してもよい。この場合のＨ₂の供給濃度は、この状態で供給されるＮＨ₃、Ｎ₂、Ｈ₂およびＣｐ₂Ｍｇの混合ガス全体の５％とする。このようにＨ₂とともにＣｐ₂Ｍｇを供給した場合においても、Ｈ₂のみを供給した場合と同様、ｐ−ＩｎＧａＮ層がエッチングされ、それにより量子箱４０を形成することができる。
【００６５】
なお、上記においては、素子領域がＩｎＧａＮから構成される場合について説明したが、Ｉｎを含んでいれば素子領域の構成はこれ以外であってもよい。例えば、素子領域がＩｎＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＢＮ、ＩｎＴｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＢＮ、ＩｎＧａＴｌＮ、ＩｎＡｌＢＮ、ＩｎＡｌＴｌＮ、ＩｎＢＴｌＮなど、Ｇａ、Ａｌ、ＢおよびＴｌの少なくとも１つとＩｎとを含む窒化物系半導体から構成されてもよく、また、これらがｎ型またはｐ型にドープされていてもよい。このような素子領域はＩｎを含むため、アンドープＩｎＧａＮ層４の場合と同様、Ｈ₂によりエッチングされる。それにより、素子領域に量子箱を形成することができる。
【００６６】
また、上記においては、アンドープＧａＮ層３上に素子領域、すなわちアンドープＩｎＧａＮ層４を形成しているが、素子領域の下の層はＧａＮ以外の窒化物系半導体から構成されてもよい。特に、Ｇａ、Ａｌ、ＢおよびＴｌの少なくとも１つを含む窒化物系半導体であってＩｎを含まないものから構成されることが好ましい。また、Ｉｎの組成がアンドープＩｎＧａＮ層４のＩｎの組成に比べて小さければ、素子領域の下の層はＩｎを含む構成であってもよい。この場合においても、ＧａＮの場合と同様、素子領域のみを選択的にエッチングすることができる。
【００６７】
また、アンドープＧａＮ層３の代わりに、ｎ型にドープされたｎ−ＧａＮ層を形成してもよい。この場合、例えばドーパントガスとしてＳｉＨ₄を成長時に供給し、Ｓｉによりｎ型にドープされたｎ−ＧａＮ層を形成する。あるいは、ｐ型にドープされたｐ−ＧａＮ層を形成してもよい。この場合、例えばドーパントガスとしてＣｐ₂Ｍｇを成長時に供給し、Ｍｇによりｐ型にドープされたｐ−ＧａＮ層を形成する。
【００６８】
さらに、アンドープＧａＮ層３の代わりに、アンドープＧａＮ層とｎ−ＧａＮ層とを順に積層した多層構造を有するＧａＮ／ｎ−ＧａＮ層を形成してもよい。また、アンドープＧａＮ層とｐ−ＧａＮ層とを順に積層した多層構造を有するＧａＮ／ｐ−ＧａＮ層を形成してもよい。この場合、アンドープＧａＮ層とｎ−ＧａＮ層との間、またはアンドープＧａＮ層とｐ−ＧａＮ層との間に、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層を形成することが好ましい。それにより、アンドープＧａＮ層とｎ−ＧａＮ層との間、またはアンドープＧａＮ層とｐ−ＧａＮ層との間にクラック等の欠陥が発生するのを防止できる。なお、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層は、ＡｌＮ層およびＧａＮ層を順に積層したものである。
【００６９】
上記において、サファイア基板１上に形成したＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層２の代わりに、ＧａＮの単一層からなるバッファ層を形成してもよく、あるいはＡｌＮの単一層からなるバッファ層を形成してもよい。
【００７０】
また、上記のバッファ層は、Ｇａ、Ａｌ、Ｂ、ＩｎおよびＴｌの少なくとも１つを含む窒化物系半導体から構成されていれば、ＧａＮおよびＡｌＮ以外の構成であってもよい。
【００７１】
以上のような量子箱の形成方法は、半導体レーザ素子、発光ダイオード素子等の半導体発光素子および半導体発光素子以外の半導体素子、例えば高温下で使用されるトランジスタ、高周波ハイパワートランジスタ等の電子素子、フォトダイオード等の受光素子の製造方法において適用可能である。
【００７２】
なお、ダブルヘテロ構造を有する発光ダイオード、半導体レーザ素子等の半導体発光素子においては素子領域が活性層に相当し、シングルヘテロ構造を有する発光素子においては素子領域がｐｎ接合部分の発光領域に相当し、フォトダイオード等の受光素子においては素子領域がｐｎ接合領域またはｐｉｎ接合部におけるｉ層に相当し、トランジスタ等の電子素子においては素子領域がチャネル領域に相当する。
【００７３】
以下においては、上記の量子箱の形成方法を半導体発光素子の製造方法に適用した例について説明する。
【００７４】
図２は本発明に係る半導体発光素子の一例を示す模式的断面図である。なお、本例においては、半導体発光素子としてＧａＮ系発光ダイオード素子について説明する。
【００７５】
図２に示すＧａＮ系発光ダイオード素子においては、サファイア基板１１のｃ（０００１）面上にＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層１２、第１アンドープＧａＮ層１３、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層１４、ｎ−ＧａＮ層１５、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６、第２アンドープＧａＮ層１７、活性層２５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９およびｐ−ＧａＮ層２０が順に積層されている。この場合、活性層２５が素子領域に相当する。
【００７６】
ｐ−ＧａＮ層２０からｎ−ＧａＮ層１５までの一部領域がエッチングされ、露出したｎ−ＧａＮ層１５上にｎ電極５０が形成されている。また、ｐ−ＧａＮ層２０上にｐ電極５１が形成されている。
【００７７】
図２に示す発光ダイオード素子は、活性層２５をｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層とで挟んだダブルヘテロ構造のｐｎ接合を有する。
【００７８】
なお、この場合のｎ型ドーパントとしてはＳｉが用いられており、ｐ型ドーパントとしてはＭｇが用いられている。
【００７９】
活性層２５は量子箱構造を有しており、アンドープのＩｎＧａＮからなる量子箱４０がｎ−ＩｎＧａＮ層１８中に形成されている。量子箱４０は２００Å以下の寸法を有し、例えば２０Å×２０Å×２０Åの寸法を有する。ここで、量子箱４０を構成するＩｎＧａＮのＩｎ組成は、ｎ−ＩｎＧａＮ層１８を構成するＩｎＧａＮのＩｎ組成に比べて大きい。したがって、量子箱４０のバンドギャップは、ｎ−ＩｎＧａＮ層１８のバンドギャップに比べて小さく、この場合においてはｎ−ＩｎＧａＮ層１８がエネルギー障壁層となる。また、量子箱４０のバンドギャップは、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９のバンドギャップに比べて小さい。このような量子箱構造により、量子サイズ効果が発現する。
【００８０】
ＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層１２およびＡｌＮ／ＧａＮ超格子層１４は、アンドープＡｌＮ層およびアンドープＧａＮ層を順に積層した多層構造を有する。
【００８１】
上記の発光ダイオード素子の各層１２〜１７，２５，１９，２０においては、サファイア基板１から上下方向に延びる格子欠陥５５が存在する。ここで、活性層２５の量子箱４０内に存在する格子欠陥５５は、量子箱４０以外の領域に存在する格子欠陥５５に比べて少ない。
【００８２】
このような発光ダイオード素子においては、ｎ電極５０からｎ−ＧａＮ層１５へ電子が注入され、ｐ電極５１からｐ−ＧａＮ層２０に正孔が注入される。注入された電子はｎ−ＧａＮ層１５内を移動し、さらにｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６および第２アンドープＧａＮ層１７を順に経て、活性層２５に達する。一方、注入された正孔はｐ−ＧａＮ層２０およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９を順に経て、活性層２５に達する。
【００８３】
ここで、活性層２５においては、次のような量子サイズ効果が現れる。すなわち、前述のように量子箱４０のバンドギャップがｎ−ＩｎＧａＮ層１８、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９のバンドギャップに比べて小さいことから、移動してきた電子および正孔が量子箱４０内に閉じ込められる。閉じ込められた電子および正孔は、量子箱４０内において効率よく再結合して励起子となる。このとき、青色の光を発生する。また、この場合においては励起子が量子箱４０内に閉じ込められるため、安定した状態が保たれる。
【００８４】
以上のように、活性層２５が量子箱構造を有する上記の発光ダイオード素子においては、量子サイズ効果により、発光出力、発光効率等の素子特性の向上が図られる。
【００８５】
特に、量子箱４０は前述のように格子欠陥５５が少なく結晶性が高いため、良好な素子特性を有するとともに高い信頼性を有しかつ寿命の長い発光ダイオード素子が得られる。
【００８６】
上記の発光ダイオード素子において、第１アンドープＧａＮ層１３、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層１４、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６、第２アンドープＧａＮ層１７、ｎ−ＩｎＧａＮ層１８およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９の各層の形成は任意であり、これら各層１３，１４，１６，１７，１８，１９のうち少なくとも１つを除いた構造であってもよい。
【００８７】
なお、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層１４を形成することにより、第１アンドープＧａＮ層１３とｎ−ＧａＮ層１５との間にクラック等の欠陥が発生するのを防止できる。それにより、ｎ−ＧａＮ層１５の結晶性が良くなる。
【００８８】
また、第２アンドープＧａＮ層１７を形成することにより、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６上に直接ＩｎＧａＮからなる活性層２５を形成する場合に比べて活性層２５の結晶性が良くなる。
【００８９】
また、ｎ−ＩｎＧａＮ層１８の代わりに、アンドープＩｎＧａＮ層またはｐ−ＩｎＧａＮ層を形成してもよい。ただし、形成するアンドープＩｎＧａＮ層またはｐ−ＩｎＧａＮ層は、量子箱４０を構成するＩｎＧａＮに比べてＩｎ組成が小さいものとする。このようなアンドープＩｎＧａＮ層またはｐ−ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎ組成の大きな量子箱４０に比べてバンドギャップが大きい。このため、この場合においても量子箱４０内にキャリアおよび励起子を閉じ込めることが可能となる。
【００９０】
さらに、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９の代わりに、アンドープＡｌＧａＮクラッド層を形成してもよい。
【００９１】
上記においては、量子箱４０がＩｎＧａＮから構成されているが、Ｉｎを含んでいれば量子箱４０の構成はこれに限定されるものではない。例えば、量子箱４０がＩｎＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＢＮ、ＩｎＴｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＢＮ、ＩｎＧａＴｌＮ、ＩｎＡｌＢＮ、ＩｎＡｌＴｌＮ、ＩｎＢＴｌＮなど、Ｇａ、Ａｌ、ＢおよびＴｌの少なくとも１つとＩｎとを含む窒化物系半導体から構成されてもよい。
【００９２】
また、上記においては量子箱４０が第２アンドープＧａＮ層１７上に形成されているが、量子箱４０の下の層の構成はＧａＮに限定されるものではない。特に、Ｇａ、Ａｌ、ＢおよびＴｌの少なくとも１つを含む窒化物系半導体であってＩｎを含まないものから構成されることが好ましい。なお、Ｉｎの組成が量子箱４０のＩｎの組成に比べて小さければ、量子箱４０の下の層がＩｎを含んでもよい。
【００９３】
さらに、各層１２〜１６，１８，１９，２０は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、ＢおよびＴｌの少なくとも１つを含む窒化物系半導体から構成されていれば、上記の構成に限定されるものではない。
【００９４】
また、上記においては、サファイア基板１１上にｎ型半導体層、素子領域およびｐ型半導体層が順に形成されているが、ｐ型半導体層、素子領域およびｎ型半導体層の順に形成されてもよい。
【００９５】
以下において、図２に示す発光ダイオード素子の製造方法について説明する。
図３および図４は、図２に示す発光ダイオード素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【００９６】
まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内にサファイア基板１を配置し、キャリアガスであるＨ₂およびＮ₂の混合ガスを反応炉内に供給しつつ１１５０℃で１０分間保持する。このようにしてサファイア基板１のｃ（０００１）面をサーマルクリーニングする。その後、基板温度を６００℃に下げる。
【００９７】
次に、図３（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板１のｃ面上にＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層１２、第１アンドープＧａＮ層１３、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層１４、ｎ−ＧａＮ層１５、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６、第２アンドープＧａＮ層１７およびアンドープＩｎＧａＮ層２１を順に成長させる。この場合の各層１２〜１７，２１の成長時の基板温度、原料ガスおよびキャリアガスは表２に示す通りである。
【００９８】
【表２】

【００９９】
ここで、表２中のＴＭＧ、ＴＭＡおよびＴＭＩについては表１において前述した通りである。
【０１００】
詳細には、表２の条件下において、サファイア基板１のｃ面上にアンドープＡｌＮ層およびアンドープＧａＮ層を順に成長させ、ＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層１２を形成する。その後、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止させ、ＮＨ₃、Ｈ₂およびＮ₂の供給を続けつつ基板温度を１１５０℃に上げる。昇温後、再びＴＭＧを供給し、第１アンドープＧａＮ層１３を成長させる。
【０１０１】
第１アンドープＧａＮ層１３の成長後、再びＴＭＡを供給し、アンドープＡｌＮ層およびアンドープＧａＮ層を順に成長させてＡｌＮ／ＧａＮ超格子層１４を形成する。この後、ＴＭＡの供給を停止させるとともにドーパントガスとしてＳｉＨ₄（シランガス）を供給する。それにより、Ｓｉによりｎ型にドープされたｎ−ＧａＮ層１５が成長する。ｎ−ＧａＮ層１５の成長後、再びＴＭＡを供給する。それにより、Ｓｉによりｎ型にドープされたｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６を成長させる。さらに、ＴＭＡおよびＳｉＨ₄の供給を停止させ、第２アンドープＧａＮ層１７を成長させる。
【０１０２】
上記のようにして第２アンドープＧａＮ層１７を成長させた後、ＴＭＧの供給を停止させ、ＮＨ₃、Ｈ₂およびＮ₂の供給を続けつつ基板温度を８００℃に下げる。その後、Ｈ₂の供給を停止させるとともに再びＴＭＧおよびＴＭＩを供給し、アンドープＩｎＧａＮ層２１を成長させる。
【０１０３】
なお、アンドープＩｎＧａＮ層２１の成長時にはキャリアガスとしてＮ₂のみを供給しているが、これはＩｎを含むアンドープＩｎＧａＮ層２１がＨ₂を含む雰囲気中では成長しにくいためである。
【０１０４】
このようにして成長させた各層１２〜１７，２１においては、サファイア基板１の表面から上下方向に延びる格子欠陥５５が存在する。
【０１０５】
ここで、ＩｎＮの結合力がＧａＮまたはＡｌＮの結合力に比べて弱いため、図１において前述したように、Ｉｎを含む層、例えばＩｎＧａＮから構成される層は、Ｉｎを含まない層、例えばＧａＮから構成される層またはＡｌＧａＮから構成される層に比べて格子欠陥が多く、また、Ｈ₂を含む雰囲気中においてエッチングされやすい。この場合、格子欠陥が多い領域が容易にエッチングされる。本例においては、Ｉｎを含む層のこのような性質を利用し、以下のようにして量子箱を形成する。
【０１０６】
すなわち、アンドープＩｎＧａＮ層２１を成長させた後、図３（ｂ）に示すように、ＴＭＧおよびＴＭＩの供給を停止させるとともにＨ₂を再び供給する。このようにＨ₂を供給した状態で例えば１分間保持し、アンドープＩｎＧａＮ層２１をＨ₂に晒す。なお、ここでのＨ₂の供給濃度は、この状態で供給されるＮＨ₃、Ｎ₂およびＨ₂の混合ガス全体の０．１％以上とする。例えばこの場合においては５％としている。それにより、アンドープＩｎＧａＮ層２１がＨ₂によりエッチングされる。このとき、第２アンドープＧａＮ層１７はＨ₂によりエッチングされない。したがって、Ｈ₂により、アンドープＩｎＧａＮ層２１を選択的にエッチングすることができる。
【０１０７】
特に、Ｈ₂によるアンドープＩｎＧａＮ層２１のエッチングにおいては、エッチングが均一に行われず、格子欠陥５５の多い領域においてエッチング速度が大きくなる。それにより、アンドープＩｎＧａＮ層２１において、格子欠陥５５の少ない領域がエッチングされずに残り、この領域が量子箱４０となる。
【０１０８】
続いて、図４（ｃ）に示すように、量子箱４０上および第２アンドープＧａＮ層１７上に、量子箱４０に比べてバンドギャップの大きなｎ−ＩｎＧａＮ層１８を成長させる。それにより、アンドープＩｎＧａＮから構成される量子箱４０がｎ−ＩｎＧａＮ層１８中に形成されてなる活性層２５が形成される。さらに、活性層２５上に、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９およびｐ−ＧａＮ層２０を成長させる。なお、各層１８〜２０の成長時の基板温度、原料ガスおよびキャリアガスは表３に示す通りである。
【０１０９】
【表３】

【０１１０】
詳細には、量子箱４０の形成後にＨ₂の供給を停止させ、再びＴＭＧ、ＴＭＩおよびＳｉＨ₄を供給する。それにより、Ｓｉによりｎ型にドープされたｎ−ＩｎＧａＮ層１８を成長させる。その後、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＳｉＨ₄の供給を停止させ、ＮＨ₃およびＮ₂の供給を続けつつ基板温度１１５０℃に上げる。昇温後、Ｈ₂、ＴＭＧおよびＴＭＡを再び供給し、さらにドーパントガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を供給する。それにより、Ｍｇによりｐ型にドープされたｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９を成長させる。さらに、ＴＭＡの供給を停止させ、ｐ−ＧａＮ層２０を成長させる。
【０１１１】
続いて、図４（ｄ）に示すように、ｐ−ＧａＮ層２０上の所定領域上にＮｉマスク（図示せず）を形成し、これを用いて、ｐ−ＧａＮ層２０からｎ−ＧａＮ層１５までの一部領域をＲＩＥ法等によりエッチングする。それにより、ｎ−ＧａＮ層１５の所定領域を露出させる。露出したｎ−ＧａＮ層１５上にｎ電極５０を形成する。一方、ｐ−ＧａＮ層２０上にｐ電極５１を形成する。
【０１１２】
以上のようにして、図２に示す発光ダイオード素子が製造される。
上記の発光ダイオード素子の製造方法によれば、Ｈ₂によるエッチングにより、量子箱構造を有する活性層２５を容易に形成することができる。したがって、量子サイズ効果により発光出力、発光効率等の素子特性の向上が図られた発光ダイオード素子を容易に製造することが可能となる。
【０１１３】
この場合、ウエハをＭＯＣＶＤ装置の外部に取り出すことなく量子箱４０を形成することができる。このため、ウエハの表面が汚染されることがない。それにより、発光ダイオード素子における素子特性の劣化および歩留りの低下を抑制することが可能となる。
【０１１４】
また、この場合においては、アンドープＩｎＧａＮ層２１の格子欠陥５５の少ない領域に量子箱４０が形成されるため、量子箱４０の結晶性が高い。それにより、素子特性および信頼性が高くかつ寿命の長い発光ダイオード素子を製造することが可能となる。
【０１１５】
なお、上記においてはＭＯＣＶＤ法により各層１２〜２１を成長させているが、ＭＢＥ法により各層１２〜２１を成長させてもよい。この場合においても、上記と同様の効果が得られる。
【０１１６】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、上記の発光ダイオード素子の製造方法以外に、半導体レーザ素子の製造方法においても適用可能である。この場合、Ｉｎを含む活性層をＨ₂でエッチングすることにより、結晶性の高い量子箱を形成することができる。それにより、発光出力、発光効率等の素子特性が高く、寿命の長い半導体レーザ素子が得られる。
【０１１７】
さらに、本発明に係る半導体素子の製造方法は、上記のような半導体発光素子以外に、トランジスタ等の電子素子、フォトダイオード等の受光素子の製造方法においても適用可能である。この場合、Ｉｎを含むチャネル層等の素子領域をＨ₂でエッチングすることにより、結晶性の高い量子箱を形成することができる。それにより、素子特性が高く、寿命の長い電子素子および受光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る量子箱の形成方法の一例を示す模式的な工程断面図である。
【図２】本発明に係る半導体発光素子の一例を示す模式的断面図である。
【図３】図２に示す半導体発光素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図４】図２に示す半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図５】従来のＧａＮ系発光ダイオード素子の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１サファイア基板
２，１２ＡｌＮ／ＧａＮ超格子バッファ層
３アンドープＧａＮ層
４アンドープＩｎＧａＮ層
１３第１アンドープＧａＮ層
１４ＡｌＮ／ＧａＮ超格子層
１５ｎ−ＧａＮ層
１６ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
１７第２アンドープＧａＮ層
１８ｎ−ＩｎＧａＮ層
１９ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
２０ｐ−ＧａＮ層
２１アンドープＩｎＧａＮ層
２５発光層
４０量子箱
５０ｎ電極
５１ｐ電極
５５格子欠陥[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a group III-V nitride semiconductor such as GaN (gallium nitride), AlN (aluminum nitride), BN (boron nitride), InN (indium nitride), TlN (thallium nitride), or a mixed crystal thereof (hereinafter referred to as a group III-V nitride semiconductor). The present invention relates to a semiconductor device having a compound semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor, a semiconductor light emitting device, a manufacturing method thereof, and a quantum box forming method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, nitride semiconductor light emitting devices such as GaN have been put to practical use as semiconductor light emitting devices such as light emitting diode devices and semiconductor laser devices that emit blue or violet light.
[0003]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a conventional GaN-based light emitting diode element.
In the light emitting diode element shown in FIG. 5, on the c (0001) plane of the sapphire substrate 31, a GaN buffer layer 32, an n-GaN layer 33, an n-AlGaN cladding layer 34, an InGaN active layer 35, and a p-AlGaN cladding layer. 36 and a p-GaN layer 37 are sequentially formed. A partial region from the p-GaN layer 37 to the n-GaN layer 33 is removed by etching. A p-electrode 51 is formed on the upper surface of the p-GaN layer 37, and an n-electrode 50 is formed on the exposed upper surface of the n-GaN layer 33.
[0004]
The light-emitting diode element shown in FIG. 5 has a double heterostructure pn junction in which an InGaN active layer 35 is sandwiched between an n-AlGaN cladding layer 34 that is an n-type semiconductor and a p-AlGaN cladding layer 36 that is a p-type semiconductor. In such a light emitting diode element, electrons injected from the n-electrode 50 reach the InGaN active layer 35 through the n-GaN layer 33 and the n-AlGaN cladding layer 34. The holes injected from the p-electrode 51 reach the InGaN active layer 35 through the p-GaN layer 37 and the p-AlGaN cladding layer 36. In the InGaN active layer 35, electrons and holes are recombined to form excitons. At this time, blue light is generated. Note that a GaN-based semiconductor laser element that generates blue light also has such a double heterostructure.
[0005]
On the other hand, attempts have been made to improve device characteristics by forming a device region having a quantum well structure, a quantum wire structure, or a quantum box structure (quantum dot structure) in a semiconductor device, and a quantum size effect.
[0006]
In a semiconductor light emitting device having a double hetero structure including an active layer having a quantum well structure, a quantum wire structure, or a quantum box structure, the following quantum size effect appears.
[0007]
That is, electrons and holes are confined in the quantum well layer, quantum wire, or quantum box (quantum dot) surrounded by the energy barrier layer. The confined electrons and holes are efficiently recombined in the quantum well layer, the quantum wire, or the quantum box and become excitons. Light is generated during this recombination. Further, excitons are confined in the quantum well layer, the quantum wire, or the quantum box, and a stable state is maintained.
[0008]
Due to the quantum size effect as described above, in a semiconductor light emitting device having a double hetero structure including an active layer having a quantum well structure, a quantum wire structure, or a quantum box structure, the light emission output is improved and the light emission efficiency is improved. Conceivable.
[0009]
In particular, in an active layer having a quantum box structure, carriers and excitons are contained in a narrower region than that in the case of a quantum well structure or a quantum wire structure, that is, a minute quantum box having a size of 200 mm or less surrounded by an energy barrier layer. Is trapped. Therefore, in a semiconductor light emitting device including an active layer having a quantum box structure, further improvement in light emission output and light emission efficiency is expected as compared with a semiconductor light emitting device including an active layer having a quantum well structure or a quantum wire structure. .
[0010]
With respect to the semiconductor light emitting device including the active layer having the quantum box structure as described above, research has been conducted on an AlGaAs semiconductor light emitting device that generates red or infrared light.
[0011]
In such an AlGaAs semiconductor light emitting device, an active layer having a quantum box structure is obtained by wet etching using an etchant such as an acid and a regrowth technique.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in a GaN-based semiconductor light-emitting device that generates blue light, the GaN-based semiconductor layer is chemically stable, so that each GaN-based semiconductor layer is etched by wet etching as in the above-described AlGaAs-based semiconductor light-emitting device. I can't. For this reason, etching is performed by the RIE method (reactive ion etching method), the RIBE method (reactive ion beam etching method), etc., but in this case, it is difficult to form a fine structure such as a quantum box. .
[0013]
In addition, in order to perform etching by the RIE method or the like, the wafer must be once taken out from the reaction apparatus, and the surface of the wafer may be contaminated at this time. When the surface of the wafer is contaminated, the device characteristics are deteriorated and the yield is reduced in the semiconductor light emitting device.
[0014]
Furthermore, when manufacturing a GaN-based semiconductor light-emitting device, there is no substrate made of GaN, so sapphire (Al₂O_Three) Each layer 32 to 37 is grown on a substrate such as the substrate 31. For this reason, due to the difference in lattice constant between GaN and sapphire substrate 31, GaN-based semiconductor crystals grown on sapphire substrate 31 are usually 10⁹Piece / cm²There are some lattice defects 55. Such lattice defects 55 propagate from the surface of the sapphire substrate 31 to the layers 32 to 37. Therefore, due to the lattice defect 55, in the semiconductor light emitting device composed of the layers 32 to 37 on the sapphire substrate 31, the device characteristics and reliability are deteriorated. In particular, when the lattice defect 55 exists in the InGaN active layer 35 which is the element region, the element characteristics and reliability are remarkably deteriorated.
[0018]
  The present inventionofThe object is to provide a method of forming a quantum box that can easily form a quantum box without removing it from the reactor.
[0035]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
  The method for forming a quantum box according to the present invention includes forming a nitride-based semiconductor layer containing at least indium, etching the nitride-based semiconductor layer by exposing it to a gas containing hydrogen, and leaving the nitride-based semiconductor layer unetched. Forming a quantum box made of a nitride-based semiconductor containing at least indium from the region of the semiconductor layerA method of forming a quantum box,
  The nitride-based semiconductor layer containing indium is formed so that lattice defects exist in a direction extending in the vertical direction with respect to the substrate surface, and is exposed to the gas containing hydrogen, thereby causing lattice defects in the nitride-based semiconductor layer. From the region where the lattice defect of the nitride-based semiconductor layer that is left unetched is etched.A quantum box made of a nitride-based semiconductor containing at least indium is formed.
[0036]
In the method for forming a quantum box according to the present invention, after a nitride-based semiconductor layer is formed in a crystal growth apparatus, a gas containing hydrogen is supplied into the crystal growth apparatus to convert the nitride-based semiconductor layer into this gas. Expose. Thereby, the nitride-based semiconductor layer is etched with a gas containing hydrogen to form a quantum box.
[0037]
According to such a quantum box forming method, the quantum box can be easily formed. In this case, since the quantum box can be formed without taking out the wafer outside the crystal growth apparatus, the surface of the wafer is not likely to be contaminated.
[0038]
Here, in the etching described above, since the etching rate is high in a region with many lattice defects, quantum boxes are formed in a region with few lattice defects. Therefore, a quantum box with high crystallinity can be formed.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic process cross-sectional view showing an example of a method for forming a quantum box according to the present invention.
[0045]
First, a sapphire substrate 1 is placed in a reactor of a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) apparatus, and a carrier gas H₂And N₂While being fed into the reactor, the mixed gas is held at 1150 ° C. for 10 minutes. In this way, the c (0001) plane of the sapphire substrate 1 is thermally cleaned. Thereafter, the substrate temperature is lowered to 600 ° C.
[0046]
Next, as shown in FIG. 1A, an AlN / GaN superlattice buffer layer 2, an undoped GaN layer 3, and an undoped InGaN layer 4 are grown in this order on the c-plane of the sapphire substrate 1 by MOCVD. In this case, the undoped InGaN layer 4 corresponds to the element region. The substrate temperature, source gas and carrier gas during the growth of each layer 2 to 4 are as shown in Table 1.
[0047]
[Table 1]

[0048]
Here, the source gas TMG in Table 1 represents trimethylgallium, TMA represents trimethylaluminum, and TMI represents trimethylindium. NH in the raw material gas_ThreeIs a nitrogen source, TMG is a gallium source, TMA is an aluminum source, and TMI is an indium source.
[0049]
Note that TEI (triethylindium) may be used instead of TMI as an indium source during the growth of the undoped InGaN layer 4. Further, TEG (triethylgallium) may be used instead of TMG as a gallium source during the growth of the undoped InGaN layer 4. Such TMG, TMA, TMI, TEI and TEG are organometallic.
[0050]
Specifically, under the conditions shown in Table 1, an undoped AlN layer and an undoped GaN layer are sequentially grown on the c-plane of the sapphire substrate 1 to form an AlN / GaN superlattice buffer layer 2. Thereafter, supply of TMG and TMA is stopped, and NH_Three, H₂And N₂The substrate temperature is raised to 1150.degree. After the temperature rise, TMG is supplied again to grow the undoped GaN layer 3.
[0051]
After the growth of the undoped GaN layer 3, the supply of TMG is again stopped and NH_Three, H₂And N₂The substrate temperature is lowered to 800 ° C. while the supply is continued. Then H₂Is stopped and TMG and TMI are supplied again to grow the undoped InGaN layer 4. The substrate temperature during the growth of the undoped InGaN layer 4 is not limited to 800 ° C. as long as it is within the range of 700 to 900 ° C.
[0052]
In each of the layers 2 to 4 thus grown, there are lattice defects 55 extending in the vertical direction from the surface of the sapphire substrate 1.
[0053]
In the above, when the undoped InGaN layer 4 is grown, N is used as a carrier gas.₂Only supply. This is because the undoped InGaN layer 4 containing In is H₂This is because it is difficult to grow in an atmosphere including On the other hand, the AlN / GaN superlattice buffer layer 2 and the undoped GaN layer 3 containing no In are H₂It grows easily even in an atmosphere containing Therefore, when these

layers

2 and 3 are grown, H is used as a carrier gas.₂And N₂The mixed gas is supplied.
[0054]
Here, since the bonding force of InN is weaker than that of GaN or AlN, a layer containing In, for example, a layer made of InGaN, is a layer not containing In, for example, a layer made of GaN or AlGaN. There are many lattice defects compared to the layers formed, and H₂Etching is easy in an atmosphere containing In this case, a region with many lattice defects is easily etched. In this example, the quantum box is formed as follows using such a property of the layer containing In.
[0055]
That is, as shown in FIG. 1B, after the undoped InGaN layer 4 is grown, the supply of TMG and TMI is stopped, and H₂Supply again. H like this₂For example, the undoped InGaN layer 4 is made to be H₂Expose to. H here₂The supply concentration of NH is supplied in this state._Three, N₂And H₂And 0.1% or more of the total gas mixture. For example, in this case, it is 5%. Thereby, the undoped InGaN layer 4 containing In becomes H₂Is etched. At this time, the undoped GaN layer 3 and the AlN / GaN superlattice buffer layer 2 containing no In are H₂Will not be etched. Therefore, H₂Thus, the undoped InGaN layer 4 can be selectively etched.
[0056]
In particular, H₂In the etching of the undoped InGaN layer 4 by the etching, the etching is not performed uniformly, and the etching rate is increased in a region where there are many lattice defects 55. Thereby, in the undoped InGaN layer 4, a region with few lattice defects 55 remains without being etched, and this region becomes the quantum box 40.
[0057]
As described above, an element region having a quantum box structure is formed.
According to the above method for forming a quantum box, H₂, The quantum box 40 made of undoped InGaN having a size of 200 mm or less, for example, a size of 20 mm × 20 mm × 20 mm can be easily formed. Such a quantum box structure exhibits a quantum size effect.
[0058]
Further, in this case, since the quantum box 40 is formed in a region where the lattice defect 55 of the undoped InGaN layer 4 is small, the crystallinity of the quantum box 40 is high. Therefore, the crystallinity of the element region is increased.
[0059]
Further, in the above quantum box forming method, the wafer is removed without taking the wafer out of the MOCVD apparatus.₂The quantum box 40 can be formed using For this reason, the surface of the wafer is not contaminated.
[0060]
In the above description, the layers 2 to 4 are grown by the MOCVD method. However, the layers 2 to 4 may be grown by the MBE method (molecular beam epitaxial growth method). Even in this case, the quantum box 40 made of undoped InGaN having high crystallinity can be easily formed without removing the wafer from the MBE apparatus.
[0061]
In the etching of the undoped InGaN layer 4 described above, an organic metal such as TMI is used as H.₂You may supply with. In addition, it is preferable that the organic metal to supply is other than the organic metal used as the gallium source represented by TMG and TEG, and other than the organic metal used as the aluminum source represented by TMA.
[0062]
For example, in the above, after the undoped InGaN layer 4 is grown, only the supply of TMG is stopped, and the TMI is changed to H₂You may supply with and hold | maintain for 1 minute. H in this case₂The supply concentration of NH is supplied in this state._Three, N₂, H₂And 5% of the total mixed gas of TMI. H like this₂Even when TMI is supplied together with the above-mentioned H₂The undoped InGaN layer 4 is etched as in the case of supplying only the undoped InGaN layer 4. Thereby, the quantum box 40 can be formed.
[0063]
Further, instead of the undoped InGaN layer 4, an n-type doped n-InGaN layer may be formed as the element region. In this case, SiH, which is a dopant gas, is used as the source gas._FourAfter growing the n-InGaN layer by the same method as described above except adding (Silane gas), TMG, TMI and SiH_FourIs stopped, H₂For example, for 1 minute. Thereby, the quantum box 40 made of n-InGaN can be formed. Further, after the n-InGaN layer is grown, the supply of TMG and TMI is stopped, and H₂Together with SiH_FourYou may hold | maintain for 1 minute in the state which supplied. H in this case₂The supply concentration of NH is supplied in this state._Three, N₂, H₂And SiH_Four5% of the total mixed gas. H like this₂Together with SiH_FourEven when supplying₂As in the case of supplying only the n-InGaN layer, the n-InGaN layer is etched, whereby the quantum box 40 can be formed.
[0064]
Furthermore, instead of the undoped InGaN layer 4, a p-type doped p-InGaN layer may be formed as the element region. In this case, Cp that is a dopant gas is used as the source gas.₂After growing the p-InGaN layer in the same manner as described above except that Mg (biscyclopentadienylmagnesium) was added, TMG, TMI and Cp₂Stop supply of Mg, H₂For example, for 1 minute. Thereby, the quantum box 40 made of p-InGaN can be formed. Further, after the growth of the p-InGaN layer, the supply of TMG and TMI is stopped, and H₂With Cp₂You may hold | maintain for 1 minute in the state which supplied Mg. H in this case₂The supply concentration of NH is supplied in this state._Three, N₂, H₂And Cp₂5% of the total mixed gas of Mg. H like this₂With Cp₂Even when Mg is supplied, H₂As in the case of supplying only the p-InGaN layer, the p-InGaN layer is etched, whereby the quantum box 40 can be formed.
[0065]
In the above description, the element region is made of InGaN. However, the element region may have other configurations as long as it contains In. For example, even if the element region is composed of a nitride-based semiconductor containing at least one of Ga, Al, B, and Tl and In, such as InN, InAlN, InBN, InTlN, InGaAlN, InGaBN, InGaTlN, InAlBN, InAlTlN, and InBTlN. These may be doped n-type or p-type. Since such an element region contains In, as in the case of the undoped InGaN layer 4, H₂Is etched. Thereby, a quantum box can be formed in the element region.
[0066]
In the above description, the element region, that is, the undoped InGaN layer 4 is formed on the undoped GaN layer 3, but the layer below the element region may be made of a nitride-based semiconductor other than GaN. In particular, it is preferably composed of a nitride-based semiconductor containing at least one of Ga, Al, B, and Tl and not containing In. Further, if the In composition is smaller than the In composition of the undoped InGaN layer 4, the layer under the element region may include In. Also in this case, only the element region can be selectively etched as in the case of GaN.
[0067]
Moreover, instead of the undoped GaN layer 3, an n-doped n-GaN layer may be formed. In this case, for example, SiH as a dopant gas_FourIs supplied at the time of growth, and an n-GaN layer doped n-type with Si is formed. Alternatively, a p-GaN layer doped p-type may be formed. In this case, for example, Cp as a dopant gas₂Mg is supplied during growth, and a p-GaN layer doped p-type with Mg is formed.
[0068]
Furthermore, instead of the undoped GaN layer 3, a GaN / n-GaN layer having a multilayer structure in which an undoped GaN layer and an n-GaN layer are sequentially stacked may be formed. Alternatively, a GaN / p-GaN layer having a multilayer structure in which an undoped GaN layer and a p-GaN layer are sequentially stacked may be formed. In this case, it is preferable to form an AlN / GaN superlattice layer between the undoped GaN layer and the n-GaN layer, or between the undoped GaN layer and the p-GaN layer. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of defects such as cracks between the undoped GaN layer and the n-GaN layer or between the undoped GaN layer and the p-GaN layer. The AlN / GaN superlattice layer is formed by sequentially laminating an AlN layer and a GaN layer.
[0069]
In the above, instead of the AlN / GaN superlattice buffer layer 2 formed on the sapphire substrate 1, a buffer layer composed of a single layer of GaN may be formed, or a buffer layer composed of a single layer of AlN is formed. Also good.
[0070]
The buffer layer may have a configuration other than GaN and AlN as long as the buffer layer is formed of a nitride-based semiconductor containing at least one of Ga, Al, B, In, and Tl.
[0071]
The quantum box formation method as described above includes semiconductor light-emitting elements such as semiconductor laser elements and light-emitting diode elements, and semiconductor elements other than semiconductor light-emitting elements, for example, electronic elements such as transistors used at high temperatures and high-frequency high-power transistors, The present invention can be applied to a method for manufacturing a light receiving element such as a photodiode.
[0072]
In a light emitting diode having a double hetero structure, a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser element, the element region corresponds to an active layer, and in a light emitting element having a single hetero structure, the element region corresponds to a light emitting region of a pn junction portion. In a light receiving element such as a photodiode, the element region corresponds to an i layer in a pn junction region or a pin junction, and in an electronic element such as a transistor, the element region corresponds to a channel region.
[0073]
Below, the example which applied the formation method of said quantum box to the manufacturing method of a semiconductor light-emitting device is demonstrated.
[0074]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor light emitting device according to the present invention. In this example, a GaN-based light emitting diode element will be described as a semiconductor light emitting element.
[0075]
In the GaN-based light-emitting diode element shown in FIG. 2, the AlN / GaN superlattice buffer layer 12, the first undoped GaN layer 13, the AlN / GaN superlattice layer 14, n-GaN on the c (0001) plane of the sapphire substrate 11. The layer 15, the n-AlGaN cladding layer 16, the second undoped GaN layer 17, the active layer 25, the p-AlGaN cladding layer 19, and the p-GaN layer 20 are stacked in this order. In this case, the active layer 25 corresponds to the element region.
[0076]
A partial region from the p-GaN layer 20 to the n-GaN layer 15 is etched, and an n-electrode 50 is formed on the exposed n-GaN layer 15. A p-electrode 51 is formed on the p-GaN layer 20.
[0077]
The light-emitting diode element shown in FIG. 2 has a double heterostructure pn junction in which an active layer 25 is sandwiched between an n-AlGaN cladding layer 16 and a p-AlGaN cladding layer.
[0078]
In this case, Si is used as the n-type dopant, and Mg is used as the p-type dopant.
[0079]
The active layer 25 has a quantum box structure, and a quantum box 40 made of undoped InGaN is formed in the n-InGaN layer 18. The quantum box 40 has a size of 200 mm or less, for example, a size of 20 mm × 20 mm × 20 mm. Here, the In composition of InGaN constituting the quantum box 40 is larger than the In composition of InGaN constituting the n-InGaN layer 18. Therefore, the band gap of the quantum box 40 is smaller than the band gap of the n-InGaN layer 18, and in this case, the n-InGaN layer 18 becomes an energy barrier layer. Further, the band gap of the quantum box 40 is smaller than the band gaps of the n-AlGaN cladding layer 16 and the p-AlGaN cladding layer 19. Such a quantum box structure exhibits a quantum size effect.
[0080]
The AlN / GaN superlattice buffer layer 12 and the AlN / GaN superlattice layer 14 have a multilayer structure in which an undoped AlN layer and an undoped GaN layer are sequentially stacked.
[0081]
In each of the layers 12 to 17, 25, 19, and 20 of the light emitting diode element, there is a lattice defect 55 extending in the vertical direction from the sapphire substrate 1. Here, the number of lattice defects 55 present in the quantum box 40 of the active layer 25 is smaller than the lattice defects 55 present in a region other than the quantum box 40.
[0082]
In such a light emitting diode element, electrons are injected from the n electrode 50 into the n-GaN layer 15, and holes are injected from the p electrode 51 into the p-GaN layer 20. The injected electrons move in the n-GaN layer 15 and further reach the active layer 25 through the n-AlGaN cladding layer 16 and the second undoped GaN layer 17 in order. On the other hand, the injected holes reach the active layer 25 through the p-GaN layer 20 and the p-AlGaN cladding layer 19 in order.
[0083]
Here, in the active layer 25, the following quantum size effect appears. That is, since the band gap of the quantum box 40 is smaller than the band gaps of the n-InGaN layer 18, the n-AlGaN cladding layer 16 and the p-AlGaN cladding layer 19 as described above, It is confined in the quantum box 40. The trapped electrons and holes are efficiently recombined in the quantum box 40 to become excitons. At this time, blue light is generated. In this case, since excitons are confined in the quantum box 40, a stable state is maintained.
[0084]
As described above, in the light emitting diode element in which the active layer 25 has a quantum box structure, the device characteristics such as the light emission output and the light emission efficiency are improved by the quantum size effect.
[0085]
In particular, since the quantum box 40 has few lattice defects 55 and high crystallinity as described above, a light-emitting diode element having good element characteristics, high reliability, and a long lifetime can be obtained.
[0086]
In the light emitting diode element, each of the first undoped GaN layer 13, the AlN / GaN superlattice layer 14, the n-AlGaN cladding layer 16, the second undoped GaN layer 17, the n-InGaN layer 18, and the p-AlGaN cladding layer 19. The formation of is optional, and a structure in which at least one of these

layers

13, 14, 16, 17, 18, and 19 is excluded may be employed.
[0087]
By forming the AlN / GaN superlattice layer 14, it is possible to prevent defects such as cracks from being generated between the first undoped GaN layer 13 and the n-GaN layer 15. Thereby, the crystallinity of the n-GaN layer 15 is improved.
[0088]
Further, by forming the second undoped GaN layer 17, the crystallinity of the active layer 25 is improved as compared with the case where the active layer 25 made of InGaN is formed directly on the n-AlGaN cladding layer 16.
[0089]
Further, an undoped InGaN layer or a p-InGaN layer may be formed instead of the n-InGaN layer 18. However, the undoped InGaN layer or p-InGaN layer to be formed is assumed to have a smaller In composition than the InGaN constituting the quantum box 40. Such an undoped InGaN layer or p-InGaN layer has a larger band gap than the quantum box 40 having a large In composition. For this reason, in this case as well, carriers and excitons can be confined in the quantum box 40.
[0090]
Further, an undoped AlGaN cladding layer may be formed instead of the p-AlGaN cladding layer 19.
[0091]
In the above, the quantum box 40 is made of InGaN, but the structure of the quantum box 40 is not limited to this as long as it contains In. For example, the quantum box 40 is composed of a nitride-based semiconductor containing In, at least one of Ga, Al, B, and Tl, such as InN, InAlN, InBN, InTlN, InGaAlN, InGaBN, InGaTlN, InAlBN, InAlTlN, and InBTlN. Also good.
[0092]
In the above description, the quantum box 40 is formed on the second undoped GaN layer 17, but the configuration of the layer below the quantum box 40 is not limited to GaN. In particular, it is preferably composed of a nitride-based semiconductor containing at least one of Ga, Al, B, and Tl and not containing In. If the In composition is smaller than the In composition in the quantum box 40, the layer under the quantum box 40 may contain In.
[0093]
Further, each of the layers 12 to 16, 18, 19, and 20 is not limited to the above configuration as long as it is made of a nitride-based semiconductor containing at least one of Ga, Al, In, B, and Tl. .
[0094]
In the above description, the n-type semiconductor layer, the element region, and the p-type semiconductor layer are sequentially formed on the sapphire substrate 11, but the p-type semiconductor layer, the element region, and the n-type semiconductor layer may be formed in this order. .
[0095]
Hereinafter, a method for manufacturing the light-emitting diode element shown in FIG. 2 will be described.
3 and 4 are schematic process cross-sectional views showing a method for manufacturing the light-emitting diode element shown in FIG.
[0096]
First, the sapphire substrate 1 is placed in the reactor of the MOCVD apparatus, and the carrier gas H₂And N₂While being fed into the reactor, the mixed gas is held at 1150 ° C. for 10 minutes. In this way, the c (0001) plane of the sapphire substrate 1 is thermally cleaned. Thereafter, the substrate temperature is lowered to 600 ° C.
[0097]
Next, as shown in FIG. 3A, an AlN / GaN superlattice buffer layer 12, a first undoped GaN layer 13, an AlN / GaN superlattice layer 14, n are formed on the c-plane of the sapphire substrate 1 by MOCVD. The -GaN layer 15, the n-AlGaN cladding layer 16, the second undoped GaN layer 17, and the undoped InGaN layer 21 are grown in this order. In this case, the substrate temperature, the source gas, and the carrier gas during the growth of the layers 12 to 17 and 21 are as shown in Table 2.
[0098]
[Table 2]

[0099]
Here, TMG, TMA, and TMI in Table 2 are as described above in Table 1.
[0100]
Specifically, under the conditions shown in Table 2, an undoped AlN layer and an undoped GaN layer are sequentially grown on the c-plane of the sapphire substrate 1 to form an AlN / GaN superlattice buffer layer 12. Thereafter, supply of TMG and TMA is stopped, and NH_Three, H₂And N₂The substrate temperature is raised to 1150.degree. After the temperature rise, TMG is supplied again to grow the first undoped GaN layer 13.
[0101]
After the growth of the first undoped GaN layer 13, TMA is supplied again, and the undoped AlN layer and the undoped GaN layer are grown in order to form the AlN / GaN superlattice layer 14. Thereafter, the supply of TMA is stopped and SiH is used as a dopant gas._Four(Silane gas) is supplied. Thereby, an n-GaN layer 15 doped n-type with Si grows. After the growth of the n-GaN layer 15, TMA is supplied again. Thereby, the n-AlGaN cladding layer 16 doped n-type with Si is grown. In addition, TMA and SiH_FourAnd the second undoped GaN layer 17 is grown.
[0102]
After the second undoped GaN layer 17 is grown as described above, the supply of TMG is stopped and NH_Three, H₂And N₂The substrate temperature is lowered to 800 ° C. while the supply is continued. Then H₂Then, TMG and TMI are supplied again, and the undoped InGaN layer 21 is grown.
[0103]
Note that N is used as a carrier gas when the undoped InGaN layer 21 is grown.₂This is because the undoped InGaN layer 21 containing In is H₂This is because it is difficult to grow in an atmosphere that contains.
[0104]
In each of the layers 12 to 17 and 21 grown in this manner, there are lattice defects 55 extending in the vertical direction from the surface of the sapphire substrate 1.
[0105]
Here, since the bonding force of InN is weaker than the bonding force of GaN or AlN, as described above with reference to FIG. 1, a layer containing In, for example, a layer composed of InGaN, is a layer not containing In, such as GaN. There are more lattice defects than a layer composed of AlGaN or a layer composed of AlGaN, and H₂Etching is easy in an atmosphere containing In this case, a region with many lattice defects is easily etched. In this example, the quantum box is formed as follows using such a property of the layer containing In.
[0106]
That is, after the undoped InGaN layer 21 is grown, as shown in FIG. 3B, the supply of TMG and TMI is stopped and H₂Supply again. H like this₂For example, the undoped InGaN layer 21 is made to be H₂Expose to. H here₂The supply concentration of NH is supplied in this state._Three, N₂And H₂And 0.1% or more of the total gas mixture. For example, in this case, it is 5%. As a result, the undoped InGaN layer 21 becomes H₂Is etched. At this time, the second undoped GaN layer 17 is H₂Will not be etched. Therefore, H₂Thus, the undoped InGaN layer 21 can be selectively etched.
[0107]
In particular, H₂In the etching of the undoped InGaN layer 21 by the etching, the etching is not performed uniformly, and the etching rate increases in a region where there are many lattice defects 55. Thereby, in the undoped InGaN layer 21, a region with few lattice defects 55 remains without being etched, and this region becomes the quantum box 40.
[0108]
Subsequently, as illustrated in FIG. 4C, the n-InGaN layer 18 having a larger band gap than the quantum box 40 is grown on the quantum box 40 and the second undoped GaN layer 17. Thereby, an active layer 25 in which a quantum box 40 made of undoped InGaN is formed in the n-InGaN layer 18 is formed. Further, the p-AlGaN cladding layer 19 and the p-GaN layer 20 are grown on the active layer 25. In addition, the substrate temperature, source gas, and carrier gas at the time of growth of each layer 18-20 are as showing in Table 3.
[0109]
[Table 3]

[0110]
Specifically, after the quantum box 40 is formed, H₂The supply of TMG, TMI and SiH again_FourSupply. Thereby, an n-InGaN layer 18 doped n-type with Si is grown. Then TMG, TMI and SiH_FourThe supply of NH_ThreeAnd N₂The substrate temperature is raised to 1150.degree. After temperature rise, H₂, TMG and TMA are supplied again, and further Cp as dopant gas₂Supply Mg (biscyclopentadienylmagnesium). As a result, the p-AlGaN cladding layer 19 doped p-type with Mg is grown. Further, the supply of TMA is stopped and the p-GaN layer 20 is grown.
[0111]
Subsequently, as shown in FIG. 4D, a Ni mask (not shown) is formed on a predetermined region on the p-GaN layer 20, and this is used to form an n-GaN layer from the p-GaN layer 20. A partial region up to 15 is etched by the RIE method or the like. Thereby, a predetermined region of the n-GaN layer 15 is exposed. An n electrode 50 is formed on the exposed n-GaN layer 15. On the other hand, a p-electrode 51 is formed on the p-GaN layer 20.
[0112]
The light emitting diode element shown in FIG. 2 is manufactured as described above.
According to the above method for manufacturing a light emitting diode element, H₂The active layer 25 having a quantum box structure can be easily formed by etching according to the above. Therefore, it is possible to easily manufacture a light emitting diode element in which element characteristics such as light emission output and light emission efficiency are improved by the quantum size effect.
[0113]
In this case, the quantum box 40 can be formed without taking the wafer out of the MOCVD apparatus. For this reason, the surface of the wafer is not contaminated. As a result, it is possible to suppress degradation of element characteristics and a decrease in yield in the light emitting diode element.
[0114]
In this case, since the quantum box 40 is formed in a region where the lattice defect 55 of the undoped InGaN layer 21 is small, the crystallinity of the quantum box 40 is high. Thereby, it is possible to manufacture a light-emitting diode element having high element characteristics and reliability and having a long lifetime.
[0115]
In the above, the layers 12 to 21 are grown by the MOCVD method, but the layers 12 to 21 may be grown by the MBE method. Even in this case, the same effect as described above can be obtained.
[0116]
The semiconductor device manufacturing method according to the present invention can be applied to a semiconductor laser device manufacturing method in addition to the above-described light emitting diode device manufacturing method. In this case, the active layer containing In is changed to H.₂By etching with, a quantum box with high crystallinity can be formed. As a result, a semiconductor laser device having high device characteristics such as light emission output and light emission efficiency and a long lifetime can be obtained.
[0117]
Furthermore, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be applied to a method for manufacturing an electronic device such as a transistor and a light receiving device such as a photodiode in addition to the semiconductor light emitting device as described above. In this case, an element region such as a channel layer containing In is formed as H.₂By etching with, a quantum box with high crystallinity can be formed. Thereby, an electronic element and a light receiving element having high element characteristics and a long lifetime can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic process cross-sectional view showing an example of a method for forming a quantum box according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor light emitting device according to the present invention.
3 is a schematic cross-sectional process diagram illustrating a manufacturing method of the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2; FIG.
4 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor light emitting element shown in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a conventional GaN-based light emitting diode element.
[Explanation of symbols]
1,11 Sapphire substrate
2,12 AlN / GaN superlattice buffer layer
3 Undoped GaN layer
4 Undoped InGaN layer
13 First undoped GaN layer
14 AlN / GaN superlattice layer
15 n-GaN layer
16 n-AlGaN cladding layer
17 Second undoped GaN layer
18 n-InGaN layer
19 p-AlGaN cladding layer
20 p-GaN layer
21 Undoped InGaN layer
25 Light emitting layer
40 quantum box
50 n electrode
51 p-electrode
55 Lattice defects

Claims

A nitride-based semiconductor layer containing at least indium is formed, the nitride-based semiconductor layer is etched by exposing to a gas containing hydrogen, and at least indium is contained from the region of the nitride-based semiconductor layer remaining without being etched. nitride method of forming a quantity child boxes that form a quantum box made of a semiconductor,
The nitride-based semiconductor layer containing indium is formed such that lattice defects exist in a direction extending in the vertical direction with respect to the substrate surface, and is exposed to the gas containing hydrogen, thereby causing lattice defects in the nitride-based semiconductor layer. A quantum box made of a nitride-based semiconductor containing at least indium from a region having few lattice defects of the nitride-based semiconductor layer left unetched is etched . Forming method.