JP6331572B2 - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6331572B2 JP6331572B2 JP2014068383A JP2014068383A JP6331572B2 JP 6331572 B2 JP6331572 B2 JP 6331572B2 JP 2014068383 A JP2014068383 A JP 2014068383A JP 2014068383 A JP2014068383 A JP 2014068383A JP 6331572 B2 JP6331572 B2 JP 6331572B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitride semiconductor
- semiconductor layer
- semiconductor device
- manufacturing
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 154
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims description 129
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 36
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 26
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 25
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 151
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 18
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- -1 gallium nitride compound Chemical class 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/0242—Crystalline insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/02428—Structure
- H01L21/0243—Surface structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/16—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
- H01L33/18—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
Description
本発明の実施形態は、窒化物半導体素子の製造方法に関する。
従来、窒化物半導体素子の製造方法としては、ＷＯ９９／３８２１８（特許文献１）に記載されたものがある。この窒化物半導体素子の製造方法では、基板上に、有機金属気相成長法によって、低温でチッ化ガリウム系化合物半導体からなるバッファ層を設け、さらに、チッ化ガリウム系化合物半導体からなる発光層を、高温で、順次積層していた。そして、バッファ層を成長させる際、酸素を供給することで、バッファ層を安定して成長させていた。
しかしながら、前記従来の窒化物半導体素子の製造方法では、バッファ層を成長させる温度が低温であるため、バッファ層は、単結晶にはならず、アモルファスに近い多結晶の状態であった。このため、バッファ層上に形成される窒化物半導体層の結晶性には改善の余地があった。
そこで、本発明の実施形態に係る課題は、窒化物半導体層の結晶性を向上できる窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。
前記課題を解決するため、本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法は、有機金属気相成長法によって、サファイア基板上に単結晶のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０．５＜Ｘ≦１）からなる第１窒化物半導体層を積層する第１窒化物半導体層積層工程と、前記第１窒化物半導体層に第２窒化物半導体層を積層する第２窒化物半導体層積層工程とを備え、前記第１窒化物半導体層積層工程は、酸素を供給しながら、前記サファイア基板の上面全体を前記第１窒化物半導体層で被膜させる第１工程と、前記第１工程で供給される酸素の流量よりも少ない流量の酸素を供給しながら、または、酸素を供給しないで、前記第１窒化物半導体層を結晶成長させる第２工程と、を有することを特徴としている。
本発明の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法によれば、前記第１窒化物半導体層積層工程の第１工程では、酸素を供給しているので、＋ｃ極性の第１窒化物半導体層を安定して成長させることができる。また、前記第１窒化物半導体層積層工程の第２工程では、供給される酸素の流量を減少または０としているので、第１窒化物半導体層の結晶性を向上することができる。
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の窒化物半導体素子を示す断面図である。図１に示すように、窒化物半導体素子１は、サファイア基板１１と、サファイア基板１１に積層される第１窒化物半導体層２１と、第１窒化物半導体層２１に積層される第２窒化物半導体層２２と、第２窒化物半導体層２２に積層される第３窒化物半導体層２３と、を有する。さらに、第３窒化物半導体層２３は、サファイア基板側から順に、ｎ型半導体層１３と、発光層１４と、ｐ型半導体層１５とを少なくとも有する。第３窒化物半導体層２３は、一領域において少なくとも発光層１４とｐ型半導体層１５とが除去されて、ｎ型半導体層１３が露出する領域（以下、露出領域という）を有する。ｎ型半導体層１３の露出領域には、ｎ側電極１６が設けられ、ｐ型半導体層１５の上面には、ｐ側電極１７が設けられる。
前記サファイア基板１１は、図２Ａと図２Ｂに示すように、第１窒化物半導体層２１が積層される側の面（上面）１１０に、複数の凸部１１２と、複数の凸部１１２の周囲に配置されたｃ面からなる平坦面１１１と、を有する。凸部１１２の形状は、後述する第２窒化物半導体層２２のＧａＮの結晶構造が６回対称性を有しているため、底面形状を６回対称とする錘状が好ましく、例えば本実施形態のような略円錐としても良く、さらには構成する各辺が、サファイアの結晶面（例えば、ａ面及びｍ面）に略平行な略六角錘形としても良い。なお、サファイア基板１１の上面１１０に、凸部１１２を設けない構成としてもよい。
前記第１窒化物半導体層２１は、有機金属気相成長法によって形成された単結晶のバッファ層である。なお、本実施形態における単結晶とは、Ｘ線回折ロッキングカーブ測定によって得られるスペクトルの半値幅が１８００ａｒｃｓｅｃ以下を示すものをいう。このような第１窒化物半導体層２１は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０．５＜Ｘ≦１）からなり、好ましくはＡｌＮである。第１窒化物半導体層が単結晶であるため、サファイアの格子定数に近いＡｌＮを用いる方がエピタキシャル成長しやすく、後述する第２窒化物半導体層２２の結晶性向上に効果的である。また、第１窒化物半導体層２１の膜厚は、サファイア基板の上面全体を第１窒化物半導体層２１が十分に被膜できる１０ｎｍ以上、かつ、第１窒化物半導体層２１の結晶性が向上する１００ｎｍ以下程度の範囲とするのが好ましく、さらに好ましくは１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度の範囲、さらに好ましくは２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下程度の範囲とすることで、第１窒化物半導体層２１の結晶性をさらに良好なものにすることができる。また、第１窒化物半導体層２１の酸素含有濃度は、＋ｃ極性の第１窒化物半導体層２１を安定して得られる１％以上、かつ、第１窒化物半導体層２１上に積層される第２窒化物半導体層２２の結晶性を良好なものにすることができる１０％以下程度の範囲にするのが好ましい。なお、ここでいう第１窒化物半導体層２１の酸素含有濃度とは、後述する第１工程で成膜される層に含有される酸素の濃度をいう。
前記第２窒化物半導体層２２は、第１窒化物半導体層２１を埋め込むＧａＮ層であり、特に初期成長時に平坦な結晶面を有し、後述する第３窒化物半導体層２３に生じる転位を減らすことができる。このような、第２窒化物半導体層２２の膜厚は、少なくとも第１窒化物半導体層２１を被膜できる厚みを有していれば良く、例えば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度である。
前記第３窒化物半導体層２３（ｎ型半導体層１３、発光層１４、ｐ型半導体層１５）は、半導体発光素子に適した材料であれば良く、例えば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）などを用いることができる。また、第３窒化物半導体層２３を構成する各半導体層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に、発光層１４は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。
前記ｎ側電極１６及び前記ｐ側電極１７は、それぞれ金属ワイヤなどの外部電極が接続され、第３窒化物半導体層２３と電気的に接続するための部材である。ｎ側電極１６は、第３窒化物半導体層２３を構成するｎ型半導体層１３と接するように形成され、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗなどの単体金属又はこれらの金属を主成分とする合金などを用いることができ、さらには、これらの金属材料を単層で、又は積層したものを利用することができる。また、前記ｐ側電極１７は、本実施形態においては、透光性電極１７ａと、パッド電極１７ｂとを有する。透光性電極１７ａは、第３窒化物半導体層２３を構成するｐ型半導体層１５の上面において略全面に形成され、例えば、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）やＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）などの透光性導電材料が用いられる。パッド電極１７ｂは、透光性電極１７ａの上面の一部に形成され、ｎ側電極１６と同様の金属材料を用いることができる。
次に、図１を参照して、前記窒化物半導体素子１の製造方法について説明する。
窒化物半導体素子１の製造方法は、まず、有機金属気相成長法によって、サファイア基板１１上に、単結晶のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０．５＜Ｘ≦１）からなる第１窒化物半導体層２１を積層する（以下、第１窒化物半導体層積層工程という）。そして、前記第１窒化物半導体層積層工程の後、有機金属気相成長法によって、第１窒化物半導体層２１上に第２窒化物半導体層２２を積層する（以下、第２窒化物半導体層積層工程という）。
次に、前記第２窒化物半導体層２２上に、ｎ型半導体層１３、発光層１４、ｐ型半導体層１５を、有機金属気相成長法などによって、順に積層して第３窒化物半導体層２３を形成する（以下、第３窒化物半導体層積層工程という）。
次に、形成された第３窒化物半導体層２３の上面の一部の領域について、ｐ型半導体層１５、発光層１４及びｎ型半導体層１３の一部をエッチングにより除去してｎ型半導体層１３が底面に露出した露出領域を形成する。その後、当該分野で周知の方法により、ｎ型半導体層１３の露出領域にｎ側電極１６、ｐ型半導体層１５の上面にｐ側電極１７をそれぞれ形成して、窒化物半導体素子１を製造する。
本実施形態において、前記第１窒化物半導体層積層工程は、第１工程と第２工程とを有する。
前記第１工程では、酸素を、例えば０．０１ｓｃｃｍ以上０．１ｓｃｃｍ以下程度、さらに好ましくは０．０２ｓｃｃｍ以上０．０６ｓｃｃｍ以下程度（ただし、酸素の供給方法は、不活性ガスに酸素を混合して目的の流量で供給しても良いし、直接、酸素を目的の流量で供給しても良い）供給しながら、サファイア基板１１の上面１１０の全体を第１窒化物半導体層２１で被膜させる。これにより、＋ｃ極性の第１窒化物半導体層２１を安定して成長させることができ、さらに、その第１窒化物半導体層２１上に積層される第２窒化物半導体層２２において、平坦な結晶面を得ることができる。これは、酸素を加えることで、第１窒化物半導体層２１のＮ極性化（−ｃ極性）が抑制されて第１窒化物半導体層２１の成長が安定することによると考えられる。
前記第２工程では、前記第１工程で供給される酸素の流量よりも少ない流量の酸素を供給しながら、または、酸素を供給しないで、第１窒化物半導体層２１を結晶成長させる。これにより、第１窒化物半導体層２１の結晶性を向上でき、さらに、結晶性の良い第１窒化物半導体層２１上に積層される第２窒化物半導体層２２においても、結晶性を向上できる。なお、第２工程において供給される酸素の流量を減少させる場合、第１工程で供給される酸素の流量から、段階的または連続的に減少させてもよい。
前記第１窒化物半導体層積層工程では、８００℃以上で、第１窒化物半導体層２１を成長させる。これにより、第１窒化物半導体層２１を確実に単結晶化させることができる。なお、第１窒化物半導体層２１の成長温度は、好ましくは、８００℃〜１３００℃であり、さらに好ましくは、９００℃〜１２００℃である。これにより、サファイア基板１１の上面１１０のダメージを軽減し、かつ、第１窒化物半導体層２１を単結晶化することができる。これに対して、成長温度が上限値よりも大きいと、サファイア基板１１の上面１１０がダメージをうけるおそれがあり、成長温度が下限値より小さいと、第１窒化物半導体層２１を単結晶化することができない。
次に、図３を用いて、前記第１窒化物半導体層積層工程の第１工程および第２工程の実施例を説明する。本実施例では、第２工程において酸素の供給量を変えて形成した３つのサンプルを準備して、それぞれのサンプルをＸ線ロッキングカーブ半値幅（ＸＲＣ−ＦＷＨＭ）にて測定した。なお、本実施例におけるサファイア基板は、その上面に略円錐形状の凸部を複数有し、それら凸部の周囲にはｃ面からなる平坦面を有するものを用いる。本実施例における凸部の形成方法としては、サファイア基板の上面に、形成する凸部の底面形状と同様の形状（本実施例では円形状とする）にてレジストマスクをパターン形成した後、ドライエッチングをレジストマスクが完全に除去されるまで行うことで形成することができる。
図３では、第１窒化物半導体層をＡｌＮとし、前記第１工程において、酸素を窒素又はアルゴンなどの不活性ガスに混合させることで、約０．０２ｓｃｃｍの酸素を供給する。次に、前記第２工程において、第１工程と同様の方法にて酸素をそれぞれ、０ｓｃｃｍ、約０．０１ｓｃｃｍ、約０．０２ｓｃｃｍ供給して、サファイア基板上にＡｌＮ層を約３０ｎｍ程度成膜した３つのサンプルを準備する。次に、３つのサンプルのＡｌＮ層上にそれぞれ、第２窒化物半導体層としてのＧａＮ層を約５μｍ成膜した後、このＧａＮ層についてＸ線回折ロッキングカーブ半値幅（ＸＲＤロッキングカーブＦＷＨＭ）を測定した。このとき、ＧａＮ層のミラー指数（００２）（１０２）について測定した。図３では、横軸に、第２工程で供給される酸素の流量を示し、縦軸に、Ｘ線回折ロッキングカーブ半値幅を示す。
なお、本実施例では、第１窒化物半導体層にＡｌＮを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。第１窒化物半導体層は、Ａｌの混晶比が高いもの、例えばＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０．５＜Ｘ≦１）であれば同様の傾向を示すと考えられる。
図３に示すように、ミラー指数が（１０２）では、第２工程で供給される酸素の流量が少ないほど、Ｘ線回折ロッキングカーブ半値幅が小さくなり、結晶性が良くなっている。ミラー指数が（００２）では、第２工程で供給される酸素の流量にかかわらず、Ｘ線回折ロッキングカーブ半値幅はほぼ一定である。したがって、第２工程で供給される酸素の流量が、第１工程で供給される酸素の流量よりも少ないと、ＧａＮ層（第２窒化物半導体層）の結晶性を向上できることが分かる。
次に、図４Ａと図４Ｂを用いて、前記第２窒化物半導体層の初期成長を説明する。
図４Ａと図４Ｂは、略円錐形状の凸部１１２を有するサファイア基板１１の上面１１０全体に、第１窒化物半導体層である単結晶のＡｌＮ層２１が積層されており、積層されたＡｌＮ層２１上に第２窒化物半導体層であるＧａＮ層２２ａ，２２ｂを成長させたときの初期成長の状態を模式的に示す図である。
図４Ａと図４Ｂに示すように、初期成長のときのＧａＮ層２２ａ，２２ｂは、単結晶のＡｌＮ層２１上において、サファイア基板１１の平坦面１１１（ｃ面）に位置する部分と、凸部１１２の側面におけるｎ面近傍に位置する部分と、から成長する。
さらに、ｎ面近傍の位置に成長したＧａＮ層２２ａによって、凸部１１２の周囲にある平坦面１１１の位置から成長したＧａＮ層２２ｂが、凸部１１２を囲むように、安定した六角形状のファセットを形成することが促進される。
その結果、凸部１１２の周囲にある平坦面１１１の位置から成長したＧａＮ層２２ｂの合わさり目が、１つになるように成長することによって、ＧａＮ層２２ｂに生じる転位が減少する傾向にある。したがって、サファイア基板１１は、その上面１１０に略円錐形の凸部１１２を有することによって、第２窒化物半導体層から生じる転位の数を減らすことができると考えられる。なお、本実施例では凸部の形状を略円錐としたがこれに限定されず、凸部の側面近傍にｎ面を有していれば良く、略六角錘形としても良い。
次に、比較例として、本実施例における第２工程を行わずに第１工程のみ（約０．０４ｓｃｃｍの酸素を供給）でＡｌＮ層２１を形成する場合のＧａＮ層２２ｃの初期成長を、図５Ａと図５Ｂを用いて説明する。
図５Ａと図５Ｂに示すように、ＧａＮ層２２ｃのファセットが不安定な略六角形状を有する傾向にある。このため、ＧａＮ層２２ｃは、図５ＢのＡ部分に示すように、略六角形状を構成する辺の長さが異なる歪んだ部分を有することで、ＧａＮ層２２ｃが凸部１１２を埋め込むときに偏り、本実施例よりも転位が増加すると考えられる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
１ 窒化物半導体素子
１１ サファイア基板
１１０ 上面
１１１ 平坦面
１１２ 凸部
１３ ｎ型半導体層
１４ 発光層
１５ ｐ型半導体層
１６ ｎ側電極
１７ ｐ側電極
２１ 第１窒化物半導体層
２２ 第２窒化物半導体層
２３ 第３窒化物半導体層
１１ サファイア基板
１１０ 上面
１１１ 平坦面
１１２ 凸部
１３ ｎ型半導体層
１４ 発光層
１５ ｐ型半導体層
１６ ｎ側電極
１７ ｐ側電極
２１ 第１窒化物半導体層
２２ 第２窒化物半導体層
２３ 第３窒化物半導体層
Claims (5)
- 有機金属気相成長法によって、サファイア基板上に単結晶のＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０．５＜Ｘ≦１）からなる第１窒化物半導体層を積層する第１窒化物半導体層積層工程と、
前記第１窒化物半導体層に第２窒化物半導体層を積層する第２窒化物半導体層積層工程と、
を備え、
前記第１窒化物半導体層積層工程は、
酸素を供給しながら、前記サファイア基板の上面全体を前記第１窒化物半導体層で被膜させる第１工程と、
前記第１工程で供給される酸素の流量よりも少ない流量の酸素を供給しながら、または、酸素を供給しないで、前記第１窒化物半導体層を結晶成長させる第２工程と、
を有し、
前記サファイア基板の前記第１窒化物半導体層側の上面は、ｃ面の平坦面と、前記平坦面に設けられた凸部と、を有し、
前記凸部の形状は、略円錐形、または、側面にｎ面を有する略六角錘形であることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。 - 請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、
前記第１窒化物半導体層積層工程では、８００℃以上で、前記第１窒化物半導体層を成長させることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。 - 請求項１または２に記載の窒化物半導体素子の製造方法において、
前記第１窒化物半導体層積層工程と、前記第２窒化物半導体層積層工程とは、有機金属気相成長法によって連続して行われることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。 - 請求項１から３の何れか一つに記載の窒化物半導体素子の製造方法において、
前記第１窒化物半導体層は、ＡｌＮであることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。 - 請求項１から４の何れか一つに記載の窒化物半導体素子の製造方法において、
前記第２窒化物半導体層は、ＧａＮであることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014068383A JP6331572B2 (ja) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
| US14/670,106 US9252323B2 (en) | 2014-03-28 | 2015-03-26 | Method for manufacturing nitride semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014068383A JP6331572B2 (ja) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015192036A JP2015192036A (ja) | 2015-11-02 |
| JP6331572B2 true JP6331572B2 (ja) | 2018-05-30 |
Family
ID=54191567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014068383A Active JP6331572B2 (ja) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9252323B2 (ja) |
| JP (1) | JP6331572B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7123322B2 (ja) * | 2017-08-31 | 2022-08-23 | 東芝マテリアル株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19882202B4 (de) | 1998-01-21 | 2007-03-22 | Rohm Co. Ltd., Kyoto | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| US6703255B2 (en) | 2001-03-28 | 2004-03-09 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for fabricating a III nitride film |
| JP2003218045A (ja) | 2001-03-28 | 2003-07-31 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物膜の製造方法 |
| US9297093B2 (en) * | 2009-09-28 | 2016-03-29 | Tokuyama Corporation | Layered body having a single crystal layer |
| JP5521981B2 (ja) * | 2010-11-08 | 2014-06-18 | 豊田合成株式会社 | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP5480827B2 (ja) * | 2011-01-07 | 2014-04-23 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
-
2014
- 2014-03-28 JP JP2014068383A patent/JP6331572B2/ja active Active
-
2015
- 2015-03-26 US US14/670,106 patent/US9252323B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015192036A (ja) | 2015-11-02 |
| US9252323B2 (en) | 2016-02-02 |
| US20150280055A1 (en) | 2015-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6472459B2 (ja) | オプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法及びオプトエレクトロニクス半導体チップ | |
| JP4652888B2 (ja) | 窒化ガリウム系半導体積層構造体の製造方法 | |
| JP6375890B2 (ja) | 窒化物半導体素子及びその製造方法 | |
| JP4891462B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2007142437A (ja) | 半導体素子およびその製造方法 | |
| JP6686172B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2009018983A (ja) | ＧａＮ基板、エピタキシャル層付き基板、半導体装置、およびＧａＮ基板の製造方法 | |
| WO2013005391A1 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
| US20210280745A1 (en) | Light-emitting element and manufacturing method thereof | |
| EP2693499B1 (en) | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same | |
| US10873004B2 (en) | Light emitting device for light amplification using graphene quantum dot and method for producing the device | |
| JP6331572B2 (ja) | 窒化物半導体素子の製造方法 | |
| KR101505119B1 (ko) | 3족 질화물 반도체층을 제조하는 방법 | |
| WO2011135866A1 (ja) | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 | |
| KR101505121B1 (ko) | 3족 질화물 반도체층을 제조하는 방법 | |
| US9065004B2 (en) | Semiconductor light emitting element | |
| JP2011035131A (ja) | Ｉｔｏ電極の形成方法、半導体素子のｉｔｏ電極及びｉｔｏ電極を備えた半導体素子 | |
| US10731274B2 (en) | Group III nitride laminate and vertical semiconductor device having the laminate | |
| KR101505117B1 (ko) | 3족 질화물 반도체 적층체 | |
| US9209349B2 (en) | Method of fabricating nitride semiconductor light emitting device | |
| JP2016164905A (ja) | ｐ型ＧａＮ層の製造方法、及び該製造方法を利用した半導体デバイスの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20160217 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170221 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171106 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171114 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180112 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180403 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180416 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6331572 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |