JPH11274082A - Ｉｉｉ 族窒化物半導体およびその製造方法、およびｉｉｉ 族窒化物半導体装置 - Google Patents
Ｉｉｉ 族窒化物半導体およびその製造方法、およびｉｉｉ 族窒化物半導体装置Info
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- JPH11274082A JPH11274082A JP7544198A JP7544198A JPH11274082A JP H11274082 A JPH11274082 A JP H11274082A JP 7544198 A JP7544198 A JP 7544198A JP 7544198 A JP7544198 A JP 7544198A JP H11274082 A JPH11274082 A JP H11274082A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｓｉ基板を用いた、貫通転位が少なく、表面が
平坦なエピタキシャル層を有する III族窒化物半導体お
よびその製造方法および III族窒化物半導体装置を提供
する。 【解決手段】Ｓｉ基板上へのＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ
（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる I
II族窒化物半導体のエピタキシャル成長工程を含む III
族窒化物半導体および半導体装置の製造方法において、
前記Ｓｉ基板１上にＳｉの熱酸化膜からなるマスク２ｍ
を形成し、Ｓｉの露出部に前記 III族窒化物半導体の選
択エピタキシャル成長を開始し（成膜初期の層はバッフ
ァ層４）、選択エピタキシャル成長した III族窒化物層
が横方向にも成長して前記マスクを被覆し、 III族窒化
物半導体層５の表面が平坦になるまでエピタキシャル成
長を続ける。
平坦なエピタキシャル層を有する III族窒化物半導体お
よびその製造方法および III族窒化物半導体装置を提供
する。 【解決手段】Ｓｉ基板上へのＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ
（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる I
II族窒化物半導体のエピタキシャル成長工程を含む III
族窒化物半導体および半導体装置の製造方法において、
前記Ｓｉ基板１上にＳｉの熱酸化膜からなるマスク２ｍ
を形成し、Ｓｉの露出部に前記 III族窒化物半導体の選
択エピタキシャル成長を開始し（成膜初期の層はバッフ
ァ層４）、選択エピタキシャル成長した III族窒化物層
が横方向にも成長して前記マスクを被覆し、 III族窒化
物半導体層５の表面が平坦になるまでエピタキシャル成
長を続ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】Ｓｉ基板とその上にエピタキ
シャル成長された III族窒化物半導体およびこのIII族
窒化物半導体を構成要素とする特に発光素子などの III
族窒化物半導体半導体装置、およびそれらの製造方法に
関する。
シャル成長された III族窒化物半導体およびこのIII族
窒化物半導体を構成要素とする特に発光素子などの III
族窒化物半導体半導体装置、およびそれらの製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】直接遷移で、しかも光学エネルギーギャ
ップが１．９〜６．２eVの範囲で制御可能なＡｌx Ｇａ
y Ｉｎ1-x-y Ｎ系材料用いたレーザーダイオードや発光
ダイオードが試作されている。Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y
Ｎ系材料を使った上記発光素子は、格子や熱膨張係数の
整合性の良さから、主としてサファイア基板やスピネル
（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）基板等が広く使われている。そし
て、シリコン（Ｓｉ）やマグネシウム（Ｍｇ）を添加す
ることによるｎ型やｐ型の価電子制御や、Ａｌx Ｇａy
Ｉｎ1-x-y Ｎにおけるｘやｙの値を変えることによる光
学エネルギーギャップの制御が実現され、ダブルへテロ
（ＤＨ）構造のレーザが試作されている。しかし、絶縁
性基板を使用するので基板裏面に電極を取り付けること
ができないため、直列抵抗分が大きく、投入電力当たり
の発光効率が低く、信頼性も高くない。
ップが１．９〜６．２eVの範囲で制御可能なＡｌx Ｇａ
y Ｉｎ1-x-y Ｎ系材料用いたレーザーダイオードや発光
ダイオードが試作されている。Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y
Ｎ系材料を使った上記発光素子は、格子や熱膨張係数の
整合性の良さから、主としてサファイア基板やスピネル
（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）基板等が広く使われている。そし
て、シリコン（Ｓｉ）やマグネシウム（Ｍｇ）を添加す
ることによるｎ型やｐ型の価電子制御や、Ａｌx Ｇａy
Ｉｎ1-x-y Ｎにおけるｘやｙの値を変えることによる光
学エネルギーギャップの制御が実現され、ダブルへテロ
（ＤＨ）構造のレーザが試作されている。しかし、絶縁
性基板を使用するので基板裏面に電極を取り付けること
ができないため、直列抵抗分が大きく、投入電力当たり
の発光効率が低く、信頼性も高くない。
【０００３】また、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板を使って
基板に電極を有するダブルへテロ（ＤＨ）構造のレーザ
が試作されているが、ＳｉＣ基板は高価である。
基板に電極を有するダブルへテロ（ＤＨ）構造のレーザ
が試作されているが、ＳｉＣ基板は高価である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、最も一般的で
基板の劈開により III族窒化物半導体の劈開面も出せ、
また熱膨張係数も近くしかも安価なＳｉ基板上へＧａＮ
などの III族窒化物からなるＤＨ構造を形成することが
望まれている。Ｓｉ基板上に形成された III族窒化物層
はその表面の結晶性の向上のため１ないし数μm 厚さが
必要である。しかしＳｉ基板上に厚さが１μm 以上のエ
ピタキシャル膜を成長すると、割れが生じてしまう。そ
の原因として次の２点が考えられる。
基板の劈開により III族窒化物半導体の劈開面も出せ、
また熱膨張係数も近くしかも安価なＳｉ基板上へＧａＮ
などの III族窒化物からなるＤＨ構造を形成することが
望まれている。Ｓｉ基板上に形成された III族窒化物層
はその表面の結晶性の向上のため１ないし数μm 厚さが
必要である。しかしＳｉ基板上に厚さが１μm 以上のエ
ピタキシャル膜を成長すると、割れが生じてしまう。そ
の原因として次の２点が考えられる。
【０００５】１）Ｓｉの格子定数は０．５４３１nmであ
り、Ｓｉ｛1,1,1 ｝面上での原子間隔は０．３８４０nm
（＝５．４３１／√２）となる。これに対して、ＧａＮ
の格子定数は０．３１８９nmであり、格子間隔はＧａＮ
の方が狭く、約１７％の格子不整合が存在し、Ｓｉ｛1,
1,1 ｝面上にヘテロエピタキシャル成長したＧａＮ膜に
は引っ張り応力が発生する。 ２）線膨張係数はＳｉが２．６×１０-6Ｋ-1であるのに
対して、ＧａＮは５．６×１０-6Ｋ-1と大きく、温度を
下げるとＧａＮの収縮の方が大きく、成長温度から室温
に降温する際にＧａＮに引っ張り応力が発生する。
り、Ｓｉ｛1,1,1 ｝面上での原子間隔は０．３８４０nm
（＝５．４３１／√２）となる。これに対して、ＧａＮ
の格子定数は０．３１８９nmであり、格子間隔はＧａＮ
の方が狭く、約１７％の格子不整合が存在し、Ｓｉ｛1,
1,1 ｝面上にヘテロエピタキシャル成長したＧａＮ膜に
は引っ張り応力が発生する。 ２）線膨張係数はＳｉが２．６×１０-6Ｋ-1であるのに
対して、ＧａＮは５．６×１０-6Ｋ-1と大きく、温度を
下げるとＧａＮの収縮の方が大きく、成長温度から室温
に降温する際にＧａＮに引っ張り応力が発生する。
【０００６】さらにＳｉ基板上にエピタキシャル成長し
たＧａＮエピタキシャル膜には、Ｓｉ基板とＧａＮ層と
の格子不整合によって生じた、基板に垂直方向に成長す
る貫通転位がデバイス特性を劣化させるという問題点も
ある。本発明の目的は、Ｓｉ基板を用いても、貫通転位
が少なく、表面が平坦であり、また割れの生じていない
厚さ１μm 以上のエピタキシャル層を有する III族窒化
物半導体およびその製造方法および III族窒化物半導体
装置を提供することにある。
たＧａＮエピタキシャル膜には、Ｓｉ基板とＧａＮ層と
の格子不整合によって生じた、基板に垂直方向に成長す
る貫通転位がデバイス特性を劣化させるという問題点も
ある。本発明の目的は、Ｓｉ基板を用いても、貫通転位
が少なく、表面が平坦であり、また割れの生じていない
厚さ１μm 以上のエピタキシャル層を有する III族窒化
物半導体およびその製造方法および III族窒化物半導体
装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、Ｓｉ基板上へのＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但
し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる III族
窒化物半導体のエピタキシャル成長工程を含む III族窒
化物半導体および半導体装置の製造方法において、前記
Ｓｉ基板上にＳｉの熱酸化膜からなるマスクを形成し、
Ｓｉの露出部に前記 III族窒化物半導体の選択エピタキ
シャル成長を開始し、選択エピタキシャル成長した III
族窒化物層が横方向にも成長して前記マスクを被覆し、
III族窒化物半導体層の表面が平坦になるまでエピタキ
シャル成長を続けることとする。
めに、Ｓｉ基板上へのＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但
し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる III族
窒化物半導体のエピタキシャル成長工程を含む III族窒
化物半導体および半導体装置の製造方法において、前記
Ｓｉ基板上にＳｉの熱酸化膜からなるマスクを形成し、
Ｓｉの露出部に前記 III族窒化物半導体の選択エピタキ
シャル成長を開始し、選択エピタキシャル成長した III
族窒化物層が横方向にも成長して前記マスクを被覆し、
III族窒化物半導体層の表面が平坦になるまでエピタキ
シャル成長を続けることとする。
【０００８】前記エピタキシャル成長は、ＭＯＶＰＥま
たはＨＶＰＥにより行われると良い。前記 III族窒化物
層の表面の平坦度は、表面の凹凸は１０nmオーダー以下
であると良い。前記マスクは互いに平行に配置された短
冊状であると良い。
たはＨＶＰＥにより行われると良い。前記 III族窒化物
層の表面の平坦度は、表面の凹凸は１０nmオーダー以下
であると良い。前記マスクは互いに平行に配置された短
冊状であると良い。
【０００９】前記Ｓｉ基板面は｛1,1,1 ｝面であり、前
記短冊状のマスクの長手方向は前記Ｓｉ基板の<1,1,0>
方向であると良い。III族窒化物半導体は上記の III族
窒化物半導体の製造方法により製造されると良い。ま
た、 III族窒化物半導体装置は上記の III族窒化物半導
体を有すると良い。
記短冊状のマスクの長手方向は前記Ｓｉ基板の<1,1,0>
方向であると良い。III族窒化物半導体は上記の III族
窒化物半導体の製造方法により製造されると良い。ま
た、 III族窒化物半導体装置は上記の III族窒化物半導
体を有すると良い。
【００１０】前記 III族窒化物半導体装置は発光ダイオ
ードまたはレーザダイオードであると良い。本発明の製
造方法によれば、 III族窒化物半導体は露出しているＳ
ｉ基板表面に選択成長を始め、成長して厚さが増加する
と熱酸化膜の上で基板表面に平行な方向（横方向）への
成長を始める。選択成長部には貫通転移が生じるが、熱
酸化膜の上の横方向成長部には貫通転移は生じない。横
方向成長が進みマスクが被覆され尽くすと、エピタキシ
ャル成長は全体を平坦化するように進む。こうして、１
μm 以上の厚さに達すると、表面は平坦化され、転移の
平均密度は小さくなり、例えば発光素子等の III族窒化
物半導体装置の形成に適した状態になっている。
ードまたはレーザダイオードであると良い。本発明の製
造方法によれば、 III族窒化物半導体は露出しているＳ
ｉ基板表面に選択成長を始め、成長して厚さが増加する
と熱酸化膜の上で基板表面に平行な方向（横方向）への
成長を始める。選択成長部には貫通転移が生じるが、熱
酸化膜の上の横方向成長部には貫通転移は生じない。横
方向成長が進みマスクが被覆され尽くすと、エピタキシ
ャル成長は全体を平坦化するように進む。こうして、１
μm 以上の厚さに達すると、表面は平坦化され、転移の
平均密度は小さくなり、例えば発光素子等の III族窒化
物半導体装置の形成に適した状態になっている。
【００１１】このようなエピタキシャル成長には有機金
属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）またはハイドライド
気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）などが適している。ま
た、熱酸化膜のマスクはＳｉ基板全面に形成しやすく、
短冊状のマスクは長方形の場合が多い半導体装置の形成
には適しており、特にマスクの長手方向が前記Ｓｉ基板
の<1,1,0> 方向であれば、これは劈開面の法線と一致し
ており劈開面を利用する III族窒化物半導体の発光素子
には適している。
属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）またはハイドライド
気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）などが適している。ま
た、熱酸化膜のマスクはＳｉ基板全面に形成しやすく、
短冊状のマスクは長方形の場合が多い半導体装置の形成
には適しており、特にマスクの長手方向が前記Ｓｉ基板
の<1,1,0> 方向であれば、これは劈開面の法線と一致し
ており劈開面を利用する III族窒化物半導体の発光素子
には適している。
【００１２】
【発明の実施の形態】実施例１ 図１は本発明に係るＳｉ基板上への III族窒化物半導体
の製造工程後の断面図であり、（ａ）は熱酸化工程後、
（ｂ）は酸化膜のパターニング工程後であり、（ｃ）は
III族窒化物半導体のエピタキシャル成長後である。
の製造工程後の断面図であり、（ａ）は熱酸化工程後、
（ｂ）は酸化膜のパターニング工程後であり、（ｃ）は
III族窒化物半導体のエピタキシャル成長後である。
【００１３】Ｓｉ基板１の基板表面は (1,1,1)面であ
り、断面はＳｉ基板１の (1,0,0)面である。先ず、Ｓｉ
基板１の全面を熱酸化して厚さ１００nmの熱酸化膜２を
形成した（図１（ａ））。フォトリソグラフィにより、
フッ酸溶液エッチングを行い、互いに平行な幅５μm 、
間隔１４μm の短冊状の熱酸化膜のマスク２ａをパター
ニングした（図１（ｂ））。
り、断面はＳｉ基板１の (1,0,0)面である。先ず、Ｓｉ
基板１の全面を熱酸化して厚さ１００nmの熱酸化膜２を
形成した（図１（ａ））。フォトリソグラフィにより、
フッ酸溶液エッチングを行い、互いに平行な幅５μm 、
間隔１４μm の短冊状の熱酸化膜のマスク２ａをパター
ニングした（図１（ｂ））。
【００１４】次に有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰ
Ｅ）によりＧａＮのエピタキシャル成長を行った。キャ
リアガスとして水素とチッ素の混合ガスを用いた。先
ず、トリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡと略記する）
とアンモニア（ＮＨ3 ）で厚さ２０nmのＡｌＮ層を基板
温度６００℃で形成しバッファ層４とした。このとき、
Ｓｉ基板１表面の窒化を防止するためにＴＭＡをＮＨ3
の導入よりも先行して流し始めた。バッファ層４は薄く
してあり、Ｓｉの露出した部分のみに選択的に成長させ
た。次に基板を１０５０℃に昇温し、トリメチルガリウ
ム（以下ＴＭＧと略記する）とＮＨ3 を流して、 III族
窒化物膜５としてＧａＮを形成した（図１（ｃ））。Ｔ
ＭＡやＴＭＧは熱酸化膜上では分解しないので、バッフ
ァ層４上でのみ選択成長が開始され、エピタキシャル成
長が進むと縦方向と同時に基板面に平行に（横方向に）
エピタキシャル成長も進むので、厚さ４μm 程度の成長
を行うと熱酸化膜のマスク２ａの上で段差のない平坦な
表面を有するエピタキシャル層５が得られた。また全面
に亀裂は生じなかった。基板面に垂直方向の貫通転移の
密度は約１０7 ／cm2 個であった。
Ｅ）によりＧａＮのエピタキシャル成長を行った。キャ
リアガスとして水素とチッ素の混合ガスを用いた。先
ず、トリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡと略記する）
とアンモニア（ＮＨ3 ）で厚さ２０nmのＡｌＮ層を基板
温度６００℃で形成しバッファ層４とした。このとき、
Ｓｉ基板１表面の窒化を防止するためにＴＭＡをＮＨ3
の導入よりも先行して流し始めた。バッファ層４は薄く
してあり、Ｓｉの露出した部分のみに選択的に成長させ
た。次に基板を１０５０℃に昇温し、トリメチルガリウ
ム（以下ＴＭＧと略記する）とＮＨ3 を流して、 III族
窒化物膜５としてＧａＮを形成した（図１（ｃ））。Ｔ
ＭＡやＴＭＧは熱酸化膜上では分解しないので、バッフ
ァ層４上でのみ選択成長が開始され、エピタキシャル成
長が進むと縦方向と同時に基板面に平行に（横方向に）
エピタキシャル成長も進むので、厚さ４μm 程度の成長
を行うと熱酸化膜のマスク２ａの上で段差のない平坦な
表面を有するエピタキシャル層５が得られた。また全面
に亀裂は生じなかった。基板面に垂直方向の貫通転移の
密度は約１０7 ／cm2 個であった。
【００１５】比較のため、熱酸化膜の形成されていない
Ｓｉ基板面全面に同じ条件で成膜したところ、ＧａＮの
厚さが１μm 程度に達すると亀裂が生じた。また、基板
面に垂直方向の貫通転移の密度は約１０10／cm2 個であ
り、本発明に係るエピタキシャル層では１／１０００程
度に減少していることが判った。従って、このような貫
通転移密度の低いＧａＮ膜は発光素子に限らずどのよう
な半導体装置にも用いることができる。 実施例２ 図３は本発明に係るＳｉ基板上への III族窒化物半導体
の形成のための短冊状の熱酸化膜の斜視図である。この
場合、短冊状の熱酸化膜マスク２ｍの長手方向はＳｉ基
板１の[1/2,1/2,1] 方向Ｎに平行であり、ＧａＮの劈開
方向[2,-1,-1,0] と一致するＳｉの劈開方向[1,1,0] に
対して垂直となるようにした。また、マスク２ｍの間隔
（Ｓｉ基板面の露出幅）を５μm とした。この上に、実
施例１と同じ条件で、エピタキシャル成長させたバッフ
ァ層４上の厚さ３μm のＧａＮ膜（次の図３ではコンタ
クト層５ａとなる）上に、さらに次の各層をエピタキシ
ャル成長させ、ダブルヘテロ構造を作製した。
Ｓｉ基板面全面に同じ条件で成膜したところ、ＧａＮの
厚さが１μm 程度に達すると亀裂が生じた。また、基板
面に垂直方向の貫通転移の密度は約１０10／cm2 個であ
り、本発明に係るエピタキシャル層では１／１０００程
度に減少していることが判った。従って、このような貫
通転移密度の低いＧａＮ膜は発光素子に限らずどのよう
な半導体装置にも用いることができる。 実施例２ 図３は本発明に係るＳｉ基板上への III族窒化物半導体
の形成のための短冊状の熱酸化膜の斜視図である。この
場合、短冊状の熱酸化膜マスク２ｍの長手方向はＳｉ基
板１の[1/2,1/2,1] 方向Ｎに平行であり、ＧａＮの劈開
方向[2,-1,-1,0] と一致するＳｉの劈開方向[1,1,0] に
対して垂直となるようにした。また、マスク２ｍの間隔
（Ｓｉ基板面の露出幅）を５μm とした。この上に、実
施例１と同じ条件で、エピタキシャル成長させたバッフ
ァ層４上の厚さ３μm のＧａＮ膜（次の図３ではコンタ
クト層５ａとなる）上に、さらに次の各層をエピタキシ
ャル成長させ、ダブルヘテロ構造を作製した。
【００１６】図３は本発明に係る外部狭窄構造のレーザ
ダイオードの劈開面での断面図である。層構成は、上記
のＧａＮのコンタクト層上の、厚さ３００nmのｎ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8 Ｎからなる第１のクラッド層５ｂ、厚さ５
０nmのＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる活性層５ｃ、厚さ３
００nmのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる第２のクラッ
ド層５ｄおよび厚さ３００nmのｐ型ＧａＮからなるコン
タクト層５ｅである。
ダイオードの劈開面での断面図である。層構成は、上記
のＧａＮのコンタクト層上の、厚さ３００nmのｎ型Ａｌ
0.2Ｇａ0.8 Ｎからなる第１のクラッド層５ｂ、厚さ５
０nmのＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる活性層５ｃ、厚さ３
００nmのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる第２のクラッ
ド層５ｄおよび厚さ３００nmのｐ型ＧａＮからなるコン
タクト層５ｅである。
【００１７】そして、コンタクト層５ｅには外部電流狭
窄層６としてＳｉＯ2 膜をパターニングした後、Ａｕ／
Ｎｉからなる上部電極７ａを形成した。また、基板１の
裏面にはＡｌ／Ｔｉからなる下部電極７ｂを形成した。 実施例３ 図４は本発明に係る他の実施例を示し、（ａ）は窒化ケ
イ素マスクパターニング工程後、（ｂ）は熱酸化工程
後、（ｃ）は窒化ケイ素マスク除去工程後であり、
（ｄ）は III族窒化物半導体のエピタキシャル成長後で
ある。
窄層６としてＳｉＯ2 膜をパターニングした後、Ａｕ／
Ｎｉからなる上部電極７ａを形成した。また、基板１の
裏面にはＡｌ／Ｔｉからなる下部電極７ｂを形成した。 実施例３ 図４は本発明に係る他の実施例を示し、（ａ）は窒化ケ
イ素マスクパターニング工程後、（ｂ）は熱酸化工程
後、（ｃ）は窒化ケイ素マスク除去工程後であり、
（ｄ）は III族窒化物半導体のエピタキシャル成長後で
ある。
【００１８】先ず、短冊状のチッ化ケイ素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）層を形成し、パターニングしてマスク３ｍとし
た後（図４（ａ））、マスク３ｍの周縁に潜り込んだ段
差がなく勾配の付いた周縁部（この断面形状を一般にバ
ーズビークという）を有する熱酸化膜のマスク２ｎを選
択酸化により形成し（図４（ｂ））、マスク３ｍを除去
した（図４（ｃ））。そして、実施例１と同じくＡｌＮ
バッファ層４および III族窒化物膜５としてＧａＮをＭ
ＯＶＰＥにより横方向のエピタキシャル成長を行った
（図４（ｄ））。実施例１と同様に、貫通転位密度は低
く、厚さ４μm 程度までは亀裂は生じていなかった。
3 Ｎ4 ）層を形成し、パターニングしてマスク３ｍとし
た後（図４（ａ））、マスク３ｍの周縁に潜り込んだ段
差がなく勾配の付いた周縁部（この断面形状を一般にバ
ーズビークという）を有する熱酸化膜のマスク２ｎを選
択酸化により形成し（図４（ｂ））、マスク３ｍを除去
した（図４（ｃ））。そして、実施例１と同じくＡｌＮ
バッファ層４および III族窒化物膜５としてＧａＮをＭ
ＯＶＰＥにより横方向のエピタキシャル成長を行った
（図４（ｄ））。実施例１と同様に、貫通転位密度は低
く、厚さ４μm 程度までは亀裂は生じていなかった。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、Ｓｉ基板上へのＡｌx
Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋
ｙ≦１）からなる III族窒化物半導体のエピタキシャル
成長工程を含む III族窒化物半導体および半導体装置の
製造方法において、前記Ｓｉ基板上にＳｉの熱酸化膜か
らなるマスクを形成し、Ｓｉの露出部に前記 III族窒化
物半導体の選択エピタキシャル成長を開始し、選択エピ
タキシャル成長した III族窒化物層が横方向にも成長し
て前記マスクを被覆し、 III族窒化物半導体層の表面が
平坦になるまでエピタキシャル成長を続けるようにした
ため、 III族窒化物半導体はＳｉ基板表面に選択成長
し、成長して厚さが増加すると熱酸化膜の上で基板表面
に平行な方向（横方向）への成長が始まる。選択成長部
には貫通転移が生じるが、熱酸化膜の上の横方向成長部
には貫通転移は生じない。横方向成長が進みマスクが被
覆され尽くすと、エピタキシャル成長は全体を平坦化す
るように進む。こうして、１μm 以上の厚さに達する
と、表面は平坦であり、転移の平均密度は小さくなり、
III族窒化物半導体装置の形成に適した状態になってい
る。その結果、ＤＨ構造や多重量子井戸構造などのレー
ザダイオードの試作が可能になった。
Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋
ｙ≦１）からなる III族窒化物半導体のエピタキシャル
成長工程を含む III族窒化物半導体および半導体装置の
製造方法において、前記Ｓｉ基板上にＳｉの熱酸化膜か
らなるマスクを形成し、Ｓｉの露出部に前記 III族窒化
物半導体の選択エピタキシャル成長を開始し、選択エピ
タキシャル成長した III族窒化物層が横方向にも成長し
て前記マスクを被覆し、 III族窒化物半導体層の表面が
平坦になるまでエピタキシャル成長を続けるようにした
ため、 III族窒化物半導体はＳｉ基板表面に選択成長
し、成長して厚さが増加すると熱酸化膜の上で基板表面
に平行な方向（横方向）への成長が始まる。選択成長部
には貫通転移が生じるが、熱酸化膜の上の横方向成長部
には貫通転移は生じない。横方向成長が進みマスクが被
覆され尽くすと、エピタキシャル成長は全体を平坦化す
るように進む。こうして、１μm 以上の厚さに達する
と、表面は平坦であり、転移の平均密度は小さくなり、
III族窒化物半導体装置の形成に適した状態になってい
る。その結果、ＤＨ構造や多重量子井戸構造などのレー
ザダイオードの試作が可能になった。
【図１】本発明に係るＳｉ基板上への III族窒化物半導
体の製造工程後の断面図であり、（ａ）は熱酸化工程
後、（ｂ）は酸化膜のパターニング工程後であり、
（ｃ）は III族窒化物半導体のエピタキシャル成長後で
ある。
体の製造工程後の断面図であり、（ａ）は熱酸化工程
後、（ｂ）は酸化膜のパターニング工程後であり、
（ｃ）は III族窒化物半導体のエピタキシャル成長後で
ある。
【図２】本発明に係るＳｉ基板上への III族窒化物半導
体の形成のための短冊状の熱酸化膜の斜視図である。
体の形成のための短冊状の熱酸化膜の斜視図である。
【図３】本発明に係る外部狭窄構造のレーザダイオード
の劈開面での断面図である。
の劈開面での断面図である。
【図４】本発明に係る他の実施例の断面図を示し、
（ａ）は窒化ケイ素マスクパターニング工程後、（ｂ）
は熱酸化工程後、（ｃ）は窒化ケイ素マスク除去工程後
であり、（ｄ）は III族窒化物半導体のエピタキシャル
成長後である。
（ａ）は窒化ケイ素マスクパターニング工程後、（ｂ）
は熱酸化工程後、（ｃ）は窒化ケイ素マスク除去工程後
であり、（ｄ）は III族窒化物半導体のエピタキシャル
成長後である。
１ シリコン基板 ２ 熱酸化膜 ２ｍ 熱酸化膜マスク ３ｍ 窒化ケイ素膜マスク ４ バッファ層 ５ III族窒化物層 ５ａ コンタクト層 ５ｂ 第１のクラッド層 ５ｃ 活性層 ５ｄ 第２のクラッド層 ５ｅ キャップ層 ６ 外部狭窄層 ７ａ 上部電極 ７ｂ 下部電極 Ｎ Ｓｉ基板の[1,1,1] 方向
Claims (8)
- 【請求項１】Ｓｉ基板上へのＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ
（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる I
II族窒化物半導体のエピタキシャル成長工程を含む III
族窒化物半導体および半導体装置の製造方法において、
前記Ｓｉ基板上にＳｉの熱酸化膜からなるマスクを形成
し、Ｓｉの露出部に前記 III族窒化物半導体の選択エピ
タキシャル成長を開始し、選択エピタキシャル成長した
III族窒化物層が横方向にも成長して前記マスクを被覆
し、 III族窒化物半導体層の表面が平坦になるまでエピ
タキシャル成長を続けることを特徴とする III族窒化物
半導体の製造方法。 - 【請求項２】前記エピタキシャル成長は、有機金属気相
エピタキシー（以下ＭＯＶＰＥと略記）またはハイドラ
イド気相エピタキシー（以下ＨＶＰＥと略記）により行
われることを特徴とする請求項１に記載の III族窒化物
半導体の製造方法。 - 【請求項３】前記 III族窒化物層の表面の平坦度は、表
面の凹凸は１０nmオーダー以下であることを特徴とする
請求項１または２に記載の III族窒化物半導体の製造方
法。 - 【請求項４】前記マスクは互いに平行に配置された短冊
状であることを特徴とする請求項１ないし３に記載の I
II族窒化物半導体の製造方法。 - 【請求項５】前記Ｓｉ基板面は｛1,1,1 ｝面であり、前
記短冊状のマスクの長手方向は前記Ｓｉ基板の<1,1,0>
方向であることを特徴とする請求項１ないし４に記載の
III族窒化物半導体の製造方法。 - 【請求項６】請求項１ないし５に記載の III族窒化物半
導体の製造方法により製造されたことを特徴とする III
族窒化物半導体。 - 【請求項７】請求項６に記載の III族窒化物半導体を有
することを特徴とする III族窒化物半導体装置。 - 【請求項８】前記 III族窒化物半導体装置は発光ダイオ
ードまたはレーザダイオードであることを特徴とする請
求項７に記載の III族窒化物半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7544198A JPH11274082A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | Ｉｉｉ 族窒化物半導体およびその製造方法、およびｉｉｉ 族窒化物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7544198A JPH11274082A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | Ｉｉｉ 族窒化物半導体およびその製造方法、およびｉｉｉ 族窒化物半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11274082A true JPH11274082A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13576341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7544198A Pending JPH11274082A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | Ｉｉｉ 族窒化物半導体およびその製造方法、およびｉｉｉ 族窒化物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11274082A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6790279B2 (en) | 1999-05-10 | 2004-09-14 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing group III nitride compound semiconductor and a light-emitting device using group III nitride compound semiconductor |
| US6797532B2 (en) | 2002-03-22 | 2004-09-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US6818926B2 (en) | 1999-07-27 | 2004-11-16 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| US6830948B2 (en) | 1999-12-24 | 2004-12-14 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride compound semiconductor and group III nitride compound semiconductor device |
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-
1998
- 1998-03-24 JP JP7544198A patent/JPH11274082A/ja active Pending
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