JP5955226B2 - 窒化物半導体構造、窒化物半導体発光素子、窒化物半導体トランジスタ素子、窒化物半導体構造の製造方法および窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
(i−1)第1の窒化物半導体下地層の成長時の成長温度を第2の窒化物半導体下地層の成長時の成長温度よりも低くする、
(ii−1)第1の窒化物半導体下地層の成長時の圧力を第2の窒化物半導体下地層の成長時の圧力よりも高くする、および
(iii−1)第1の窒化物半導体下地層の成長時に供給されるガスのV/III比を第2の窒化物半導体下地層の成長時に供給されるガスのV/III比よりも高くする、の(i−1)、(ii−1)および(iii−1)からなる群から選択された少なくとも1つの条件を満たすように行なわれることが好ましい。
(i−3)第1の窒化物半導体下地層の成長時の成長温度を第2の窒化物半導体下地層の成長時の成長温度よりも低くする、
(ii−3)第1の窒化物半導体下地層の成長時の圧力を第2の窒化物半導体下地層の成長時の圧力よりも高くする、
(iii−3)第1の窒化物半導体下地層の成長時に供給される原料ガスのV/III比を第2の窒化物半導体下地層の成長時に供給される原料ガスのV/III比よりも高くする、(iv−3)第1の窒化物半導体下地層の成長時の基板の単位時間当たりの回転数を、第2の窒化物半導体下地層の成長時の基板の単位時間当たりの回転数よりも小さくする、および(v−3)第1の窒化物半導体下地層の成長時のキャリアガスの全体積に対する水素ガスの体積比を、第2の窒化物半導体下地層の成長時のキャリアガスの全体積に対する水素ガスの体積比以上とする、の(i−3)、(ii−3)、(iii−3)、(iv−3)および(v−3)からなる群から選択された少なくとも1つの条件を満たすように行なわれることが好ましい。
(AlGaIn)N系の窒化物半導体結晶の結晶系は通常六方晶であり、またサファイアの結晶系は三方晶コランダムであるが六方晶の表記法で表わすことができる。そこで、サファイア基板および窒化物半導体結晶のいずれにおいても、c軸方向を[0001]とし、a1軸方向を[−2110]とし、a2軸方向を[1−210]とし、a3軸方向を[11−20]とし、a1軸方向、a2軸方向およびa3軸方向の3方向を合わせてa軸方向あるいは<11−20>方向と表記する。また、c軸方向および<11−20>方向に垂直で等価な3方向をm軸方向(最も代表的には<1−100>方向)と表記する。
本明細書において、「ウエハ」とは、分割前の基板あるいは分割前の基板に窒化物半導体各層、電極、あるいはその他窒化物半導体素子に必要な要素を形成したものを指すこととする。
次に、本明細書におけるウエハの「反り」について定義する。ウエハの「反り」は、基板と窒化物半導体各層との熱膨張率差による応力に主に起因して生じる。ここで、窒化物半導体層が形成されている側の面をウエハの上面とし、窒化物半導体層が形成されていない側の面をウエハの下面とし、ウエハが上面側に凸に反っている場合と、ウエハが下面側に凸に反っている場合とを考える。
窒化物半導体層の結晶性は、X線ロッキングカーブの半値幅、例えばGaN(004)面(六方晶表記の(0004)面と等しい)におけるX線ロッキングカーブの半値幅等で評価することができる。X線ロッキングカーブの半値幅が小さい方が単結晶に近くなるため好ましい。本明細書においては、特に断りのない限り、X線ロッキングカーブの半値幅は、ウエハ中心部で測定した値を示すものとする。
図1に、本発明の窒化物半導体素子の一例である実施の形態1−1の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図を示す。
また、第1の窒化物半導体下地層4が成長して厚くなるにつれて第1の斜めファセット面4rが増大するため、第1の窒化物半導体下地層4の表面の全面積に占める上面4cの面積の割合が減少する。第1の窒化物半導体下地層4の表面の全面積に占める上面4cの面積の割合は20%以下であることが好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。上記の上面4cの面積の割合が20%以下である場合、特に10%以下である場合には、第2の窒化物半導体下地層5の上面5a上に積層される窒化物半導体層の成長中およびそれ以降のプロセス中においてウエハの割れおよびクラックの発生を抑制することができる傾向にある。また、X線ロッキングカーブの半値幅等で表わされる窒化物半導体層の結晶性も向上することができる。さらには、CL法またはEPD等で評価できる欠陥密度も低減する傾向にある。ただし、第1の窒化物半導体下地層4の上面4cが完全になくなるまでファセット成長モードを続ける必要はない。
(i−1)第1の窒化物半導体下地層4の成長時の成長温度を第2の窒化物半導体下地層5の成長時の成長温度よりも低くする。
(ii−1)第1の窒化物半導体下地層4の成長時の圧力を第2の窒化物半導体下地層5の成長時の圧力よりも高くする。
(iii−1)第1の窒化物半導体下地層4の成長時に供給されるガスのV/III比(供給ガス中におけるIII族元素に対するV族元素のモル比)を第2の窒化物半導体下地層5の成長時に供給されるガスのV/III比よりも高くする。
(i−1)第1の窒化物半導体下地層4の成長時における基板1の温度1000℃に対して、第2の窒化物半導体下地層5の成長時における基板1の温度が1080℃である。
(ii−1)第1の窒化物半導体下地層4の成長時における雰囲気の圧力66.6kPaに対して、第2の窒化物半導体下地層5の成長時における雰囲気の圧力が17.3kPaである。
(iii−1)第1の窒化物半導体下地層4の成長時に供給されるガスのV/III比1165に対して、第2の窒化物半導体下地層5の成長時に供給されるガスのV/III比が676である。
(a−1)第1の窒化物半導体下地層4の第1の斜めファセット面4rが支配的に現れ、第1の斜めファセット面4nが現れにくいファセット成長モードが、ウエハのワレが少なく、かつESDテストで高い歩留まりが得られ好適である。
(b−1)第1の窒化物半導体下地層4の表面の平面視において、第1の窒化物半導体下地層4の上面4cの面積を小さくすることが、ESDテストで高い歩留まりが得られる点で好適である。
(c−1)第1の窒化物半導体下地層4の上面4cには第1の窒化物半導体下地層4の下面から上方に延びる線欠陥が多数存在すると考えられ、ファセット面4c上に成長された第2の窒化物半導体下地層5にもその欠陥が引き継がれると考えられる。
実施の形態1−2は、実施の形態1−1の窒化物半導体構造(基板1、窒化物半導体中間層2、第1の窒化物半導体下地層4および第2の窒化物半導体下地層5の積層構造)を用いた電子デバイスである窒化物半導体トランジスタ素子であることを特徴としている。
図22に、本発明の窒化物半導体素子の他の一例である実施の形態2−1の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図を示す。
まず、第3の窒化物半導体下地層3、第1の窒化物半導体下地層4および第2の窒化物半導体下地層5(以下、「窒化物半導体下地層の各層」とする。)は、それぞれ、適切な成長モードを選んで成長させる。以下、本明細書においては、下記のように、成長モードを便宜的に定義する。
2次元成長モード:平坦な表面が得られやすい成長モード
3次元成長モード:斜めファセット面が形成されやすい成長モード
2.5次元成長モード:2次元成長モードと3次元成長モードとの中間的な成長モード
〔窒化物半導体下地層の成長モードと成長パラメータとの関係〕
次に、窒化物半導体下地層の各層の成長に用いられる成長モードの切り替えは、それぞれ、(A−2)成長温度、(B−2)成長圧力、および(C−2)V/III比の3つの成長パラメータを適切に選択することにより行なうことができる。
(A−2)成長温度
成長温度が高いほど2次元成長モードになりやすく、成長温度が低いほど3次元成長モードになりやすい。
(B−2)成長圧力
成長圧力が低いほど2次元成長モードになりやすく、成長圧力が高いほど3次元成長モードになりやすい。
(C−2)V/III比
V/III比が小さいほど2次元成長モードになりやすく、V/III比が大きいほど3次元成長モードになりやすい。なお、V/III比は、窒化物半導体下地層の成長時に単位時間当たりに供給されるV族原料ガスのモル量と、単位時間当たりに供給されるIII族原料ガスのモル量との比である。
(i−2)第3の窒化物半導体下地層3の成長時の成長温度を第1の窒化物半導体下地層4の成長時の成長温度よりも高くする。
(ii−2)第3の窒化物半導体下地層3の成長時の圧力を第1の窒化物半導体下地層の成長時の圧力よりも低くする。
(iii−2)第3の窒化物半導体下地層3の成長時に供給されるガスのV/III比を第1の窒化物半導体下地層4の成長時に供給されるガスのV/III比よりも低くする。
(I−2)第2の窒化物半導体下地層5の成長時の成長温度を第3の窒化物半導体下地層3の成長時の成長温度よりも高くする。
(II−2)第2の窒化物半導体下地層5の成長時の圧力を第3の窒化物半導体下地層3の成長時の圧力よりも低くする。
(III−2)第2の窒化物半導体下地層5の成長時に供給されるガスのV/III比を第3の窒化物半導体下地層3の成長時に供給されるガスのV/III比よりも低くする。
(a−2)第2の窒化物半導体下地層5の成長時の成長温度を第1の窒化物半導体下地層4の成長時の成長温度よりも高くする。
(b−2)第2の窒化物半導体下地層5の成長時の圧力を第1の窒化物半導体下地層4の成長時の圧力よりも低くする。
(c−2)第2の窒化物半導体下地層5の成長時に供給されるガスのV/III比を第1の窒化物半導体下地層4の成長時に供給されるガスのV/III比よりも低くする。
実施の形態2は、実施の形態1の窒化物半導体構造(基板1、窒化物半導体中間層2、第3の窒化物半導体下地層3、第1の窒化物半導体下地層4および第2の窒化物半導体下地層5の積層構造)を用いた電子デバイスである窒化物半導体トランジスタ素子であることを特徴としている。
以下、実施の形態3−1の窒化物半導体構造の製造方法について説明する。実施の形態3−1の窒化物半導体構造の製造方法は、基板を回転させながら、水素ガスを含むキャリアガスを用いた縦型MOCVD装置によるMOCVD法によって第1の窒化物半導体下地層を成長させ、基板の単位時間当たりの回転数およびキャリアガスの全体積に対する水素ガスの体積比を限定した点に特徴を有している。また、本実施の形態の窒化物半導体構造の製造方法においては、後述する各工程間に他の工程が含まれていてもよいことは言うまでもない。
実施の形態3−2は、実施の形態3−1により製造された窒化物半導体構造(基板1、窒化物半導体中間層2、第1の窒化物半導体下地層4および第2の窒化物半導体下地層5の積層構造)を用いた電子デバイスである窒化物半導体トランジスタ素子であることを特徴としている。
まず、口径4インチで厚さ0.9mmのサファイア単結晶からなる基板を準備した。次に、その基板上に図3に示す凸部の平面配置を規定するマスクを形成し、当該マスクを用いて基板の表面をドライエッチングして図3に示す平面配置に凹部を形成した。
最初に、成長温度が960℃である場合の第3の窒化物半導体下地層の成長モードについて、検討した。
成長温度:第2の窒化物半導体下地層>第3の窒化物半導体下地層>第1の窒化物半導体下地層
成長圧力:第2の窒化物半導体下地層<第3の窒化物半導体下地層<第1の窒化物半導体下地層
V/III比:第2の窒化物半導体下地層<第3の窒化物半導体下地層<第1の窒化物半導体下地層
上記のようにして成長させた第2の窒化物半導体下地層の上面の結晶性をX線ロッキングカーブ(XRC)の半値幅を測定することによって評価した。具体的には、第2の窒化物半導体下地層の上面のGaN(004)面におけるXRCの半値幅(arcsec)は30〜40arcsecであり、GaN(102)面におけるXRCの半値幅は110〜120arcsecであって、従来よりも結晶性が向上することが確認できた。
次に、成長温度が1050℃である場合の第3の窒化物半導体下地層の成長モードについて、検討した。
さらに、成長温度が1100℃である場合の第3の窒化物半導体下地層の成長モードについて、検討した。
図46に示す第1の窒化物半導体下地層の表面上に、3次元成長モードで第2の窒化物半導体下地層を成長させた。
さらに、上記の第1の窒化物半導体下地層の表面上に、2次元成長モードでアンドープGaN結晶からなる厚さ4000nmの下層とSiドープn型GaN結晶からなる厚さ3000nmの上層とからなる第2の窒化物半導体下地層を成長させた。なお、上層の成長時に用いられたn型ドーパントガスとしては、シランガスを用いた。
<実施例1>
まず、口径4インチで厚さ0.9mmのサファイア単結晶からなる基板を準備した。次に、その基板上に図3に示す凸部の平面配置を規定するマスクを形成し、当該マスクを用いて基板の表面をドライエッチングして図3に示す平面配置に凹部を形成した。
縦型MOCVD装置内にキャリアガスとして水素ガス(流量:129slm)と窒素ガス(流量:27slm)との混合ガスを供給したこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ60nmの実施例2の第1の窒化物半導体下地層を成長させた。ここで、実施例2の第1の窒化物半導体下地層の成長時のキャリアガスの全体積に対する水素ガスの体積比は0.83とされた。
縦型MOCVD装置内にキャリアガスとして水素ガス(流量:129slm)と窒素ガス(流量:54slm)との混合ガスを供給したこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ60nmの実施例3の第1の窒化物半導体下地層を成長させた。ここで、実施例3の第1の窒化物半導体下地層の成長時のキャリアガスの全体積に対する水素ガスの体積比は0.7とされた。
基板の回転数を400RPMとしたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ60nmの実施例4の第1の窒化物半導体下地層を成長させた。
基板の回転数を1000RPMとしたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ60nmの実施例5の第1の窒化物半導体下地層を成長させた。
縦型MOCVD装置内にキャリアガスとして水素ガス(流量:129slm)と窒素ガス(流量:78slm)との混合ガスを供給したこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ60nmの比較例1の第1の窒化物半導体下地層を成長させた。ここで、厚さ60nmの比較例1の第1の窒化物半導体下地層の成長時のキャリアガスの全体積に対する水素ガスの体積比は0.62とされた。
基板の回転数を1200RPMとしたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ300nmの比較例2の第1の窒化物半導体下地層を成長させた。
(成長初期)
(1)第1の斜めファセット面
図51および図52に示すように、実施例1〜5および比較例1においては、第1の窒化物半導体下地層の成長初期(厚さ60nm)において、第1の窒化物半導体下地層の表面は、r面の第1の斜めファセット面だけで形成されていた。
図51に示すように、実施例1〜5の厚さ60nmの第1の窒化物半導体下地層は、均一性の高い表面が連なる連続膜であることが確認された。一方、図53に示すように、比較例1の厚さ60nmの第1の窒化物半導体下地層は、不均一な表面を有する不連続膜であることが確認された。
さらに、実施例1〜5および比較例1の厚さ60nmの第1の窒化物半導体下地層のESDテストを行なった。その結果、実施例1〜5の第1の窒化物半導体下地層のESDテストの歩留りは90%以上であった。一方、比較例1の第1の窒化物半導体下地層のESDテストの歩留りは20%であった。なお、ESDテストは逆電圧1kVのHBM条件にて行なった。
(1)第1の斜めファセット面
図52および図54に示すように、実施例1〜5および比較例1においては、第1の窒化物半導体下地層の成長後(厚さ300nm)の第1の斜めファセット面は、r面だけで形成されていた。一方、図55に示すように、比較例2においては、第1の窒化物半導体下地層の成長後(厚さ300nm)の第1の斜めファセット面には、r面、n面およびc面が混在していた。
実施例1〜5および比較例1においては、厚さ300nmの第1の窒化物半導体下地層の成長後に基板に割れが生じていなかった。一方、比較例2においては、厚さ300nmの第1の窒化物半導体下地層の成長後に基板に割れが生じていた。
実施例1〜5の厚さ300nmの第1の窒化物半導体下地層の結晶性をX線ロッキングカーブ(XRC)の半値幅を測定することによって評価した。その結果、具体的には、実施例1〜5の厚さ300nmの第1の窒化物半導体下地層の表面のGaN(004)面およびGaN(102)面のそれぞれのXRCの半値幅は狭くなっており、高い結晶性を有することが確認された。
さらに、実施例1〜5および比較例1の厚さ300nmの第1の窒化物半導体下地層のESDテストを行なった。その結果、実施例1〜5の第1の窒化物半導体下地層のESDテストの歩留りは90%以上であった。一方、比較例1の厚さ300nmの第1の窒化物半導体下地層のESDテストの歩留りは20%であった。なお、ESDテストは逆電圧1kVのHBM条件にて行なった。
以上の結果から、基板を400RPM以上1000RPM以下の単位時間当たりの回転数で回転させながら、キャリアガスの全体積に対する水素ガスの体積比を0.7以上1以下とした水素ガスを含むキャリアガスを用いた縦型MOCVD装置によるMOCVD法によって第1の窒化物半導体下地層を成長させた場合には、実施例1〜5に示すように、均一な表面を有する連続膜であって、第1の斜めファセット面であるr面のみからなる第1の窒化物半導体下地層の表面が得られる。
Claims (46)
- 凹部(1b)と前記凹部(1b)の間に設けられた凸部(1a)とを表面に有する基板(1)と、
前記基板(1)上に設けられた窒化物半導体中間層(2)と、
前記窒化物半導体中間層(2)上に設けられた第1の窒化物半導体下地層(4)と、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)上に設けられた第2の窒化物半導体下地層(5)と、を備え、
前記基板(1)は、三方晶コランダムまたは六方晶の結晶からなり、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)は、前記凸部(1a)の外側において、前記凸部(1a)を取り囲む少なくとも6つの第1の斜めファセット面(4r)を有し、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)の下面は、前記第1の窒化物半導体下地層(4)の前記第1の斜めファセット面(4r)に接し、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)の上面(5a)は、平坦である、窒化物半導体構造。 - 前記第1の斜めファセット面(4r)は、六方晶構造をとる窒化物半導体のm軸に対して傾斜している、請求項1に記載の窒化物半導体構造。
- 前記凸部(1a)は、前記基板(1)の<11−20>方向に沿って配列されている、請求項1に記載の窒化物半導体構造。
- 前記基板(1)の前記表面の平面視における前記凸部(1a)の中心を通る断面視において、前記凸部(1a)は先端部(1c)を備える形状である、請求項1に記載の窒化物半導体構造。
- 前記窒化物半導体中間層(2)は、AlNまたはAlxGa1-xN(0.5<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体からなる、請求項1に記載の窒化物半導体構造。
- 前記基板(1)は、サファイア基板である、請求項1に記載の窒化物半導体構造。
- 請求項1に記載の窒化物半導体構造と、
前記窒化物半導体構造上に設けられた第1導電型窒化物半導体層(7)と、
前記第1導電型窒化物半導体層(7)上に設けられた窒化物半導体活性層(11)と、
前記窒化物半導体活性層(11)上に設けられた第2導電型窒化物半導体層(13)と、
前記第1導電型窒化物半導体層(7)に接する第1電極(20)と、
前記第2導電型窒化物半導体層(13)に接する第2電極(21)と、を備えた、窒化物半導体発光素子(100)。 - 請求項1に記載の窒化物半導体構造と、
前記窒化物半導体構造上に設けられた第1導電型窒化物半導体電子走行層(71)と、
前記第1導電型窒化物半導体電子走行層(71)上に設けられた第1導電型窒化物半導体電子供給層(73)と、
前記第1導電型窒化物半導体電子供給層(73)上に設けられた電極(77)と、を備えた、窒化物半導体トランジスタ素子(300)。 - 凹部(1b)と前記凹部(1b)の間に設けられた凸部(1a)とをc面またはc面に対して5°以内の範囲内で傾斜した表面に有するサファイア基板(1)と、
前記サファイア基板(1)上に設けられた窒化物半導体中間層(2)と、
前記窒化物半導体中間層(2)を介して前記凹部(1b)上に設けられた第1の窒化物半導体下地層(4)と、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)上に設けられた第2の窒化物半導体下地層(5)と、を備え、
前記凸部(1a)は前記サファイア基板(1)の<11−20>方向に沿って配列され、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)は、前記凸部(1a)の外側において、前記凸部(1a)を取り囲む第1の斜めファセット面(4r)を有し、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)の下面(5b)は、前記第1の窒化物半導体下地層(4)の前記第1の斜めファセット面(4r)に接し、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)の上面(5a)は、平坦である、窒化物半導体構造。 - 三方晶コランダムあるいは六方晶の結晶からなり、c面またはc面に対して5°以内の範囲内で傾斜した表面を有する基板(1)を準備する工程と、
前記基板(1)の前記表面に凹部(1b)と前記凹部(1b)の間に設けられた凸部(1a)とを形成する工程と、
前記凹部(1b)と前記凸部(1a)とが形成された前記基板(1)の前記表面上に窒化物半導体中間層(2)を形成する工程と、
前記窒化物半導体中間層(2)上に、前記凸部(1a)を中心として、前記凸部(1a)の外側において前記凸部(1a)を取り囲む少なくとも6つの第1の斜めファセット面(4r)を有する第1の窒化物半導体下地層(4)を形成する工程と、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)上に、上面(5a)が平坦となるように第2の窒化物半導体下地層(5)を形成する工程と、を含む、窒化物半導体構造の製造方法。 - 前記第1の窒化物半導体下地層(4)を形成する工程および前記第2の窒化物半導体下地層(5)を形成する工程は、それぞれ、MOCVD法による成長工程であって、
(i−1)前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の成長温度を前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の成長温度よりも低くする、
(ii−1)前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の圧力を前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の圧力よりも高くする、および
(iii−1)前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時に供給されるガスのV/III比を前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時に供給されるガスのV/III比よりも高くする、の前記(i−1)、前記(ii−1)および前記(iii−1)からなる群から選択された少なくとも1つの条件を満たすように行なわれる、請求項10に記載の窒化物半導体構造の製造方法。 - 前記窒化物半導体中間層(2)はスパッタ法により形成される、請求項10に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記第1の斜めファセット面(4r)は、六方晶構造をとる窒化物半導体のm軸に対して傾斜している面である、請求項10に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記凸部(1a)は、前記基板(1)の<11−20>方向に沿って配列されている、請求項10に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記基板(1)の前記表面の平面視における前記凸部(1a)の中心を通る断面視において、前記凸部(1a)は先端部(1c)を備える形状である、請求項10に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 三方晶コランダムあるいは六方晶の結晶からなり、c面またはc面に対して5°以内の範囲内で傾斜した表面を有する基板(1)を準備する工程と、
前記基板(1)の前記表面に凹部(1b)と前記凹部(1b)の間に設けられた凸部(1a)とを形成する工程と、
前記凹部(1b)と前記凸部(1a)とが形成された前記基板(1)の前記表面上に窒化物半導体中間層(2)を形成する工程と、
前記窒化物半導体中間層(2)上に、前記凸部(1a)を中心として、前記凸部(1a)の外側において前記凸部(1a)を取り囲む少なくとも6つの第1の斜めファセット面(4r)を有する第1の窒化物半導体下地層(4)を形成する工程と、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)上に、上面(5a)が平坦となるように第2の窒化物半導体下地層(5)を形成する工程と、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)上に少なくとも1層の窒化物半導体層を形成する工程と、を含む、窒化物半導体素子(100,300)の製造方法。 - 凹部(1b)と前記凹部(1b)の間に設けられた凸部(1a)とを表面に有する基板(1)と、
前記基板(1)上に設けられた窒化物半導体中間層(2)と、
少なくとも前記凹部(1b)における前記窒化物半導体中間層(2)上に設けられた第3の窒化物半導体下地層(3)と、
少なくとも前記第3の窒化物半導体下地層(3)上に設けられた第1の窒化物半導体下地層(4)と、
少なくとも前記第1の窒化物半導体下地層(4)上に設けられた第2の窒化物半導体下地層(5)と、を備え、
前記基板(1)は、三方晶コランダムまたは六方晶の結晶からなり、
前記第3の窒化物半導体下地層(3)の表面は、第3の斜めファセット面(3f)と、第3の平坦領域(3c)とを有しており、
前記第3の窒化物半導体下地層(3)の前記表面における前記第3の斜めファセット面(3f)の面積割合が、前記第3の平坦領域(3c)の面積割合よりも小さく、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)は、前記凸部(1a)を取り囲む第1の斜めファセット面(4r)を有し、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)の下面(5L)は、前記第1の斜めファセット面(4r)に接し、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)の上面(5U)は、平坦である、窒化物半導体構造。 - 前記第1の斜めファセット面(4r)は、六方晶構造をとる窒化物半導体のm軸に対して傾斜している面を含む、請求項17に記載の窒化物半導体構造。
- 前記凸部(1a)は、前記基板(1)の<11−20>方向に沿って配列されている、請求項17に記載の窒化物半導体構造。
- 前記基板(1)の前記表面の平面視における前記凸部(1a)の中心を通る断面視において、前記凸部(1a)は先端部(1c)を備える形状である、請求項17に記載の窒化物半導体構造。
- 前記窒化物半導体中間層(2)は、AlNまたはAlxGa1-xN(0.5<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体からなる、請求項17に記載の窒化物半導体構造。
- 前記基板(1)は、サファイア基板である、請求項17に記載の窒化物半導体構造。
- 請求項17に記載の窒化物半導体構造と、
前記窒化物半導体構造上に設けられた第1導電型窒化物半導体層(7)と、
前記第1導電型窒化物半導体層(7)上に設けられた窒化物半導体発光層(11)と、
前記窒化物半導体発光層(11)上に設けられた第2導電型窒化物半導体層(13)と、
前記第1導電型窒化物半導体層(7)に接する第1電極(20)と、
前記第2導電型窒化物半導体層(13)に接する第2電極(21)と、を備えた、窒化物半導体発光素子(200)。 - 請求項17に記載の窒化物半導体構造と、
前記窒化物半導体構造上に設けられた第1導電型窒化物半導体電子走行層(71)と、
前記第1導電型窒化物半導体電子走行層(71)上に設けられた第1導電型窒化物半導体電子供給層(73)と、
前記第1導電型窒化物半導体電子供給層(73)上に設けられた電極と、を備えた、窒化物半導体トランジスタ素子(400)。 - 凹部(1b)と前記凹部(1b)の間に設けられた凸部(1a)とをc面またはc面に対して5°以内の範囲内で傾斜した表面に有するサファイア基板(1)と、
前記サファイア基板(1)上に設けられた窒化物半導体中間層(2)と、
少なくとも前記凹部(1b)における前記窒化物半導体中間層(2)上に設けられた第3の窒化物半導体下地層(3)と、
少なくとも前記第3の窒化物半導体下地層(3)上に設けられた第1の窒化物半導体下地層(4)と、
少なくとも前記第1の窒化物半導体下地層(4)上に設けられた第2の窒化物半導体下地層(5)と、を備え、
前記凸部(1a)は前記サファイア基板(1)の<11−20>方向に沿って配列され、
前記第3の窒化物半導体下地層(3)の表面は、第3の斜めファセット面(3f)と、第3の平坦領域(3c)とを有しており、
前記第3の窒化物半導体下地層(3)の前記表面における前記第3の斜めファセット面(3f)の面積割合が、前記第3の平坦領域(3c)の面積割合よりも小さく、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)は、前記凸部(1a)を取り囲む第1の斜めファセット面(4r)と、第1の平坦領域(4c)とを有し、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)の平面視における前記第1の斜めファセット面(4r)の面積割合が、前記第1の平坦領域(4c)の面積割合よりも大きく、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)の下面(5L)は、前記第1の斜めファセット面(4r)に接し、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)の上面(5U)は、平坦である、窒化物半導体構造。 - 請求項25に記載の窒化物半導体構造と、
前記窒化物半導体構造上に設けられた第1導電型窒化物半導体層(7)と、
前記第1導電型窒化物半導体層(7)上に設けられた窒化物半導体発光層(11)と、
前記窒化物半導体発光層(11)上に設けられた第2導電型窒化物半導体層(13)と、
前記第1導電型窒化物半導体層(7)に接する第1電極(20)と、
前記第2導電型窒化物半導体層(13)に接する第2電極(21)と、を備えた、窒化物半導体発光素子(200)。 - 請求項25に記載の窒化物半導体構造と、
前記窒化物半導体構造上に設けられた第1導電型窒化物半導体電子走行層(71)と、
前記第1導電型窒化物半導体電子走行層(71)上に設けられた第1導電型窒化物半導体電子供給層(73)と、
前記第1導電型窒化物半導体電子供給層(73)上に設けられた電極(77)と、を備えた、窒化物半導体トランジスタ素子(400)。 - 三方晶コランダムあるいは六方晶の結晶からなり、c面またはc面に対して5°以内の範囲内で傾斜した表面を有する基板(1)を準備する工程と、
前記基板(1)の前記表面に凹部(1b)と前記凹部(1b)の間に設けられた凸部(1a)とを形成する工程と、
前記凹部(1b)と前記凸部(1a)とが形成された前記基板(1)の前記表面上に窒化物半導体中間層(2)を形成する工程と、
少なくとも前記凹部(1b)における前記窒化物半導体中間層(2)上に第3の窒化物半導体下地層(3)を形成する工程と、
少なくとも前記第3の窒化物半導体下地層(3)上に第1の窒化物半導体下地層(4)を形成する工程と、
少なくとも前記第1の窒化物半導体下地層(4)上に第2の窒化物半導体下地層(5)を形成する工程と、を含み、
前記第3の窒化物半導体下地層(3)を形成する工程は、前記第3の窒化物半導体下地層(3)の表面が第3の斜めファセット面(3r)と第3の平坦領域(3c)とを有するとともに、前記第3の窒化物半導体下地層(3)の前記表面における前記第3の斜めファセット面(3r)の面積割合が前記第3の平坦領域(3c)の面積割合よりも小さくなる条件で行なわれ、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)を形成する工程は、前記凸部(1a)を取り囲む第1の斜めファセット面(4r)が形成される条件で行なわれ、
前記第2の窒化物半導体下地層(5)を形成する工程は、前記第2の窒化物半導体下地層(5)の下面(5L)が前記第1の斜めファセット面(4r)に接するとともに、前記第2の窒化物半導体下地層(5)の上面(5U)が平坦となる条件で行なわれる、窒化物半導体構造の製造方法。 - 前記第3の窒化物半導体下地層(3)を形成する工程は、前記第3の窒化物半導体下地層(3)の前記表面における粗面領域(3d)の面積割合が5%以下となる条件で行なわれる、請求項28に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記第3の窒化物半導体下地層(3)および前記第1の窒化物半導体下地層(4)を形成する工程は、
(i−2)前記第3の窒化物半導体下地層(3)の成長時の成長温度を前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の成長温度よりも高くする、
(ii−2)前記第3の窒化物半導体下地層(3)の成長時の圧力を前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の圧力よりも低くする、および
(iii−2)前記第3の窒化物半導体下地層(3)の成長時に供給されるガスのV/III比を前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時に供給されるガスのV/III比よりも低くする、の前記(i−2)、前記(ii−2)および前記(iii−2)からなる群から選択された少なくとも1つの条件を満たすように行なわれる、請求項28に記載の窒化物半導体構造の製造方法。 - 前記第3の窒化物半導体下地層(3)、前記第1の窒化物半導体下地層(4)および前記第2の窒化物半導体下地層(5)を形成する工程は、
(I−2)前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の成長温度を前記第3の窒化物半導体下地層(3)の成長時の成長温度よりも高くする、
(II−2)前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の圧力を前記第3の窒化物半導体下地層(3)の成長時の圧力よりも低くする、および
(III−2)前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時に供給されるガスのV/III比を前記第3の窒化物半導体下地層(3)の成長時に供給されるガスのV/III比よりも低くする、の前記(I−2)、前記(II−2)および前記(III−2)からなる群から選択された少なくとも1つの条件を満たすように行なわれるとともに、
(a−2)前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の成長温度を前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の成長温度よりも高くする、
(b−2)前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の圧力を前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の圧力よりも低くする、および
(c−2)前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時に供給されるガスのV/III比を前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時に供給されるガスのV/III比よりも低くする、
の前記(a−2)、前記(b−2)および前記(c−2)からなる群から選択された少なくとも1つの条件を満たすように行なわれる、請求項28に記載の窒化物半導体構造の製造方法。 - 前記窒化物半導体中間層(2)はスパッタ法により形成される、請求項28に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記第1の斜めファセット面(4r)は、六方晶構造をとる窒化物半導体のm軸に対して傾斜している面を含む、請求項28に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記凸部(1a)は、前記基板の<11−20>方向に沿って配列されている、請求項28に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記基板(1)の前記表面の平面視における前記凸部(1a)の中心を通る断面視において、前記凸部(1a)は先端部(1c)を備える形状である、請求項28に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 請求項17に記載の窒化物半導体構造を形成する工程と、
前記窒化物半導体構造上に少なくとも1層の窒化物半導体層を形成する工程と、を含む、窒化物半導体素子(200,400)の製造方法。 - 請求項25に記載の窒化物半導体構造を形成する工程と、
前記窒化物半導体構造上に少なくとも1層の窒化物半導体層を形成する工程と、を含む、窒化物半導体素子(200,400)の製造方法。 - 凹部(1b)と前記凹部(1b)の間に設けられた凸部(1a)とを表面に有する基板(1)を準備する工程と、
前記基板(1)上に窒化物半導体中間層(2)を形成する工程と、
前記窒化物半導体中間層(2)上に、前記凸部(1a)を中心として、前記凸部(1a)の外側において前記凸部(1a)を取り囲む少なくとも6つの第1の斜めファセット面(4r)を有する第1の窒化物半導体下地層(4)を形成する工程と、を含み、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)を形成する工程は、前記基板(1)を回転させながら、水素ガスを含むキャリアガスを用いた縦型MOCVD装置によるMOCVD法によって前記第1の窒化物半導体下地層(4)を成長させる工程を含み、
前記基板(1)の単位時間当たりの回転数は400RPM以上1000RPM以下であって、
前記キャリアガスの全体積に対する前記水素ガスの体積比が0.7以上1以下である、窒化物半導体構造の製造方法。 - 前記第1の窒化物半導体下地層(4)上に第2の窒化物半導体下地層(5)を形成する工程をさらに含み、
前記第1の窒化物半導体下地層(4)を形成する工程および前記第2の窒化物半導体下地層(5)を形成する工程は、それぞれ、前記基板(1)を回転させながら、水素ガスを含むキャリアガスを用いたMOCVD法によって前記第1の窒化物半導体下地層(4)および前記第2の窒化物半導体下地層(5)を成長させる工程であって、
(i−3)前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の成長温度を前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の成長温度よりも低くする、
(ii−3)前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の圧力を前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の圧力よりも高くする、
(iii−3)前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時に供給される原料ガスのV/III比を前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時に供給される原料ガスのV/III比よりも高くする、
(iv−3)前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の前記基板(1)の単位時間当たりの回転数を、前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の前記基板(1)の単位時間当たりの回転数よりも小さくする、および
(v−3)前記第1の窒化物半導体下地層(4)の成長時の前記キャリアガスの全体積に対する前記水素ガスの体積比を、前記第2の窒化物半導体下地層(5)の成長時の前記キャリアガスの全体積に対する前記水素ガスの体積比以上とする、
の前記(i−3)、前記(ii−3)、前記(iii−3)、前記(iv−3)および前記(v−3)からなる群から選択された少なくとも1つの条件を満たすように行なわれる、請求項38に記載の窒化物半導体構造の製造方法。 - 前記基板(1)を準備する工程は、前記基板(1)のc面またはc面に対して5°以内の範囲内で傾斜した表面に前記凸部および前記凹部を形成する工程を含む、請求項38に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記基板(1)は、三方晶コランダムあるいは六方晶の結晶からなる、請求項38に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記凸部(1a)は、前記基板(1)の<11−20>方向に沿って配列されている、請求項38に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記基板(1)の前記表面の平面視における前記凸部(1a)の中心を通る断面視において、前記凸部(1a)は先端部(1c)を備える形状である、請求項38に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記窒化物半導体中間層(2)を形成する工程は、前記窒化物半導体中間層(2)をスパッタ法により形成する工程を含む、請求項38に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 前記窒化物半導体中間層(2)は、AlNまたはAlxGa1-xN(0.5<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体からなる、請求項38に記載の窒化物半導体構造の製造方法。
- 請求項39に記載の窒化物半導体構造の製造方法により製造された前記第2の窒化物半導体下地層(5)の表面上に窒化物半導体層を形成する工程を含む、窒化物半導体素子(500,600)の製造方法。
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