WO2001048799A1 - Procédé permettant de produire un semi-conducteur à base de composé nitrure du groupe iii, et dispositif à semi-conducteurs à base de composé nitrure du groupe iii - Google Patents

Procédé permettant de produire un semi-conducteur à base de composé nitrure du groupe iii, et dispositif à semi-conducteurs à base de composé nitrure du groupe iii Download PDF

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iii nitride
compound semiconductor
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Masayoshi Koike
Akira Kojima
Toshio Hiramatsu
Yuta Tezen
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Toyoda Gosei Co., Ltd.
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Description

明 細 書
I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 及 び I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 素 子 技 術 分 野
本 発 明 は 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 に 関 す る 。 特 に 、 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 （ E L 〇 ） 成 長 を 用 い る 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 に 関 す る 。 尚 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と は 、 例 え ば A 1N、 GaN、 InN の よ う な 2 元 系 、 Al xGa i -X , A 1 x I n , - N , G ax In ,— XN ( レ、 ず れ も 0< χ< 1 ) の よ う な 3 元 系 、 Al xGa , I n i -y ( 0 < χ< 1 , 0 < y < 1 , 0 < x + y < 1 ) の 4 元 系 を 包 括 し た 一 般 式 Aし Gay lri i— x— yN ( 0≤ x≤ l , 0≤ y≤ 1 , 0≤ χ + y≤ 1 ) で 表 さ れ る も の が あ る 。 な お 、 本 明 細 書 に お い て は 、 特 に 断 ら な い 限 り 、 単 に I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と 言 う 場 合 は 、 伝 導 型 を p 型 あ る い は n 型 に す る た め の 不 純 物 が ド ー プ さ れ た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を も 含 ん だ 表 現 と す る 。
背 景 技 術.
I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 は 、 例 え ば ¾ 光 素 子 と し た 場 合 、 発 光 ス ぺ ク ト ル が 紫 外 か ら 赤 色 の 広 範 囲 に 渡 る 直 接 遷 移 型 の 半 導 体 で あ り 、 発 光 ダ イ ォ ー ド （ LED )や レ — ザ ダ イ ォ 一 ド （ L D )等 の 発 光 素 子 に 応 用 さ れ て い る 。 ま た 、 そ の ノ ン ド ギ ャ ッ プ が 広 い た め 、 他 の 半 導 体 を 用 い た 素 子 よ り も 高 温 に お い て 安 定 し た 動 作 を 期 待 で き る こ と か ら 、 F E T 等 ト ラ ン ジ ス タ へ の 応 用 も 盛 ん に 閧 発 さ れ て い る 。 ま た 、 ヒ 素 （ A s ) を 主 成 分 と し て レ、 な い こ と で 、 環 境 面 か ら も 様 々 な 半 導 体 素 子 一 般 へ の 開 発 が 期 待 さ れ て い る 。 こ の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 で は 、 通 常 、 サ フ ァ イ ア を 基 板 と し て 用 い 、 そ の 上 に 形 成 し て レ、 る 。 発 明 の 開 示
し か し な が ら 、 サ フ ァ イ ア 基 板 上 に I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を 形 成 す る と 、 サ フ ァ イ ア と I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と の 格 子 定 数 の ミ ス フ ィ ッ ト に よ り 転 位 が 発 生 し 、 こ の た め 素 子 特 性 が 良 く な い と い う 問 題 が あ る 。 こ の ミ ス フ ィ ッ ト に よ る 転 位 は 半 導 体 層 を 縦 方 向 （ 基 板 面 に 垂 直 方 向 ） に 貫 通 す る 貫 通 転 位 で あ り 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 中 に 1 0 9 c m 2 程 度 の 転 位 が 伝 搬 し て し ま う と い う 問 題 が あ る 。 こ れ は 組 成 の 異 な る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 各 層 を 最 上 層 ま で 伝 搬 す る 。 こ れ に よ り 例 え ば 発 光 素 子 の 場 合 、 L D の 閾 値 電 流 、 L D 及 び L E D の 素 子 寿 命 な ど の 素 子 特 性 が 良 く な ら な い と レゝ う 問 題 が あ っ た 。 ま た 、 他 の 半 導 体 素 子 と し て も 、 欠 陥 に よ り 電 子 が 散 乱 す る こ と か ら 、 移 動 度 （ モ ピ リ テ ィ ） の 低 い 半 導 体 素 子 と な る に と ど ま っ て い た 。 こ れ ら は 、 他 の 基 板 を 用 い る 場 合 も 同 様 で あ っ た 。
こ れ に つ い て 、 図 1 1 の 模 式 図 で 説 明 す る 。 図 1 1 は 、 基 板 9 1 と 、 そ の 上 に 形 成 さ れ た ノ ッ フ ァ 層 9 2 と 、 更 に そ の 上 に 形 成 さ れ た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 9 3 を 示 し た も の で あ る 。 基 板 9 1 と し て は サ フ ァ イ ア な ど 、 ノ ッ フ ァ 層 9 2 と し て は 窒 ィ匕 ア ル ミ ニ ウ ム （ A 1 N )な ど が 従 来 用 い ら れ て い る 。 窒 ィ匕 ア ル ミ ニ ゥ ム （ A 1 N ) の ノ ッ フ ァ 層 9 2 は 、 サ フ ァ イ ア 基 板 9 1 と I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 9 3 と の ミ ス フ ィ ッ ト を 緩 和 さ せ る 目 的 で 設 け ら れ て い る も の で あ る が 、 そ れ で も 転 位 の 発 生 を 0 と す る こ と は で き な い 。 こ の 転 位 発 生 点 9 0 0 か ら 、 縦 方 向 （ 基 板 面 に · 直 方 向 ） に 貫 通 転 位 9 0 1 が 伝 播 し 、 そ れ は バ ッ フ ァ 層 9 2 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 9 3 を も 貫 い て い く 。 こ う し て 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 9 3 の 上 層 に 、 所 望 の 様 々 な I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を 積 層 し て 半 導 体 素 子 を 形 成 し ょ う と す る と 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 9 3 の 表 面 に 達 し た 転 位 9 0 2 か ら 、 半 導 体 素 子 を 貫 通 転 位 が 更 に 縦 方 向 に 伝 搬 し て い く こ と と な る 。 こ の よ う に 、 従 来 の 技 術 で は 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 を 形 成 す る 際 、 転 位 の 伝 搬 を 阻 止 で き な い と い う 問 題 が あ っ た 。
本 発 明 は 上 記 の 課 题 を 解 決 す る た め に な さ れ た も の で あ り 、 そ の 目 的 は 、 貫 通 転 位 の 発 生 を 抑 制 し た I I I 族 窒 ィ匕 物 系 化 合 物 半 導 体 を 製 造 す る こ と で あ る 。
上 記 の 課 題 を 解 決 す る た め 、 第 1 の 手 段 は 、 I I I 族 窒 ィ匕 物 系 ィ匕 合 物 半 導 体 を ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 に よ り 得 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 に お い て 、 マ ス ク を 用 い 、 少 な く と も 1 層 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 か ら 成 り 、 最 上 層 を 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と す る 基 底 層 を 点 状 、 ス ト ラ イ プ 状 又 は 格 子 状 等 の 島 状 態 に エ ッ チ ン グ す る 工 程 と 、 前 記 エ ツ チ ン グ に よ り 形 成 さ れ た 点 状 、 ス ト ラ イ プ 状 又 は 格 子 状 等 の 島 状 態 の 前 記 基 底 層 の 段 差 の 上 段 の 上 面 の 前 記 マ ス ク を 有 し た ま ま 、 側 面 を 核 と し て 、 前 記 マ ス ク 上 に は ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し な い 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を 縦 及 び 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 さ せ る 工 程 と を 有 す る こ と を 特 徴 と す る 。 尚 、 本 明 細 書 で 基 底 層 と は 、 単 層 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 の 場 合 と 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 を 少 な く と も 1 層 含 む 多 重 層 を 一 括 し て 表 現 す る た め に 用 い る 。 ま た 、 マ ス ク 上 に は ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し な レヽ 第 2 の I I I 族 窒 ィ匕.物 系 化 合 物 半 導 体 と は 、 ほ と ん ど 成 長 し な い の 意 味 で あ り 、 実 質 的 に 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 （ E L 0 ) で 覆 わ れ る と 観 測 で き れ ば 充 分 で あ る 。 尚 、 こ こ で 島 状 態 と は 、 エ ッ チ ン グ に よ り 形 成 さ れ た 段 差 の 上 段 の 様 子 を 概 念 的 に 言 う も の で あ っ て 、 必 ず し も 各 々 が 分 離 し た 領 域 を 言 う も の で な く 、 ウ ェ ハ 上 全 体 を ス ト ラ イ プ 状 又 は 格 子 状 に 形 成 す る な ど の よ う に 極 め て 広 い 範 ω に お い て 段 差 の 上 段 が 連 続 し て い て も 良 い も の と す る 。 ま た 、 段 差 の 側 面 と は 必 ず し も 基 板 面 及 び I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 表 面 に 対 し て 垂 直 と な る も の を 言 う も の で な く 、 斜 め の 面 で も 良 い 。 こ の 際 、 段 差 の 底 部 に 底 面 の 無 い 、 断 面 が V 字 状 の も の で も 良 い 。 こ れ ら は 特 に 言 及 さ れ な い 限 り 以 下 の 請 求 項 で も 同 様 と す る 。
ま た 、 第 2 の 手 段 は 、 前 記 基 底 層 は 基 板 上 に 形 成 さ れ て お り 、 前 記 エ ッ チ ン グ は 前 記 基 板 が 露 出 す る ま で 行 わ れ る こ と を 特 徴 と す る 。
ま た 、 第 3 の 手 段 は 、 請 求 項 1 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 に お い て 、 段 差 の 深 さ と 幅 と の 関 係 は 、 底 部 か ら の 縦 方 向 成 長 に よ り 段 差 が 埋 め ら れ る よ り も 、 側 面 か ら の 横 方 向 成 長 に よ り 段 差 が 塞 が れ る 方 が 早 レ、 よ う 形 成 さ れ る こ と を 特 徴 と す る 。 尚 、 こ こ で エ ッ チ ン グ の 際 断 面 が V 字 状 の 底 面 の 無 い 段 差 の 場 合 は ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 の 際 に 形 成 さ れ る 底 部 （ 底 面 ） を 言 9 。
ま た 、 第 4 の 手 段 は 、 段 差 の 側 面 は 、 略 全 部 が { 1 1 一 2 0 } 面 で あ る こ と を 特 徴 と す る 。
ま た 、 第 5 の 手 段 は 、 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と が 同 組 成 で あ る こ と を 特 徴 と す る 。 尚 、 こ こ で 同 組 成 と は 、 ド 一 プ 程 度 の 差 （ モ ル 比 1 ノ 一 セ ン ト 未 満 の 差 ） は 無 視 す る も の と す る 。
ま た 、 第 6 の 手 段 は 、 前 記 基 底 層 は 、 前 記 基 板 上 に 形 成 さ れ た ノ ッ フ ァ 層 、 及 び こ の ノ ヅ フ ァ 層 上 に ェ ビ タ キ シ ャ ル 成 長 し た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 を 1 周 期 と し て 、 複 数 周 期 形 成 さ れ た 層 で あ る こ と を 特 徴 と す る 。
ま た 、 第 7 の 手 段 は 、 前 記 基 底 層 に お い て 、 前 記 バ ッ フ ァ 層 と 隣 り 合 う 前 記 I I I 族 窒 化 系 化 合 物 半 導 体 層 と は 、 組 成 又 は 形 成 温 度 が 異 な る こ と を 特 徴 と す る 。
ま た 、 第 8 の 手 段 は 、 前 記 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 に は 、 主 た る 構 成 元 素 よ り 原 子 半 径 の 大 き な 元 素 に よ り 一 部 置 換 さ れ て い る 又 は ド 一 プ さ れ て い る こ と を 特 徴 と す る 。 こ こ で 主 た る 構 成 元 素 と は 、 窒 素 と 、 I I I 族 元 素 を 言 う 。 原 子 半 径 が 大 き い 元 素 と は 、 例 え ば 窒 素 に 対 し て は リ ン （ P )、 ヒ 素 （ A s )、 ビ ス マ ス （ B i )で あ り 、 I I I 族 元 素 は 原 子 半 径 の 小 さ い 方 か ら 大 き い 方 に ア ル ミ ニ ゥ ム （ A l )、 ガ リ ゥ ム （ G a )、 ィ ン ジ ゥ ム （ I n )、 夕 リ ゥ ム （ T 1 )で あ る 。
ま た 、 第 9 の 手 段 は 、 請 求 項 1 乃 至 請 求 項 8 の い ず れ か 1 項 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 に お い て 、 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を ェ ピ 夕 キ シ ャ ル 成 長 さ せ る 前 に 、 段 差 の 下 段 面 を 覆 う よ う 、 第 2 の マ ス ク を 形 成 す る 工 程 を 含 む こ と を 特 徴 と す る 。
ま た 、 第 1 0 の 手 段 は 、 請 求 項 1 乃 至 請 求 項 9 の い ず れ か 1 項 に 記 載 の 製 造 方 法 に よ り 製 造 し た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 の 、 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し た 部 分 の 上 層 に 、 半 導 体 素 子 と し て 機 能 す る 単 層 又 は 複 数 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 か ら 成 る 素 子 層 を 形 成 す る こ と に よ り 得 ら れ た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 素 子 で あ る 。
ま た 、 第 1 1 の 手 段 は 、 請 求 項 1 乃 至 請 求 項 9 の い ず れ か 1 項 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 に 力 Π え て 、 横 方 向 ェ ピ 夕 キ シ ャ ル 成 長 し た 部 分 の 上 層 以 外 を 略 全 部 除 去 す る こ と に よ り 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 を 得 る こ と を 特 徴 と す る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 で あ る 。
本 発 明 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 の 概 略 を 図 1 を 参 照 し な が ら 説 明 す る 。 尚 、 図 1 で は 、 従 属 請 求 項 の 説 明 及 び 理 解 を 助 け る た め 基 板 1 及 び ノ ッ フ ァ 層 2 を 有 す る 図 を 示 し て い る 力 s 、 本 発 明 は 、 縦 方 向 に 貫 通 転 位 を 有 す る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 か ら 、 縦 方 向 の 貫 通 転 位 の 軽 減 さ れ た 領 域 を 有 す る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 を 得 る も の で あ り 、 基 板 1 及 び ノ ヅ フ ァ 層 2 は 本 発 明 に 必 須 の 要 素 で は な い 。 以 下 、 基 板 1 面 上 に 、 ノ ッ フ ァ 層 2 を 介 し て 形 成 さ れ た 、 縦 方 向 （ 基 板 面 に 垂 直 方 向 ） に 貫 通 転 位 を 有 す る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 3 1 を 用 い て 本 発 明 を 適 用 す る 例 で 、 本 発 明 の 作 用 効 果 の 要 部 を 説 明 す る 。
図 1 の （ a ) の よ う に 、 マ ス ク 4 を 用 レ、 て 、 基 底 層 と し て の 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 3 1 を 点 状 ス ドラ イ ブ 状 又 は 格 子 状 等 の 島 状 態 に ±· ツ チ ン グ し 、 段 差 を 設 け る 。 こ う し て 、 段 差 の 上 段 の 上 面 の マ ス ク 4 を 除 か ず に 、 側 面 を 核 と. し て 、 マ ス ク 4 上 に は ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し な い 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 を 縦 及 び 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 さ せ る こ と で 段 差 部 分 を 埋 め つ つ 、 上 方 に も 成 長 さ せ る こ と が で き る 。 こ の と き 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 が 横 方 向 ェ . ピ 夕 キ シ ャ ル 成 長 し た 部 分 の 上 部 は 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 3 1 が 有 す る 貫 通 転 位 の 伝 搬 が 抑 制 さ れ 、 埋 め ら れ た 段 差 部 分 に 貫 通 転 位 の 軽 減 さ れ た 領 域 を 作 る こ と が で き る （ 請 求 項 1 )。 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 を 縦 及 び 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 さ せ る 際 図 1 の （ b ) の よ う に 、 段 差 の 側 面 を 核 と し て 成 長 す る 部 分 の 他 、 段 差 の 下 段 （ 底 部 ） を 核 と し て 成 長 す る 部 分 が 存 在 す る 。 縦 方 向 と 横 方 向 の 成 長 速 度 は ほ ぼ 等 し い 。 よ っ て 本 発 明 は 段 差 の 側 面 を 核 と し て 成 長 す る 部 分 が 明 か に 存 在 す る よ う に ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 す る こ と で あ る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 3 1 と 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 と は ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 に よ り 不 連 続 面 が ほ と ん ど 無 い の で 構 造 的 に も 安 定 し た も の と す る こ と が で き る 。 こ の の ち 縦 及 び 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 を 続 け る こ と で マ ス ク 4 を も 覆 う よ う に 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 3 2 を 形 成 す る こ と が で き る ( 図 1 の （ d )、 （ e ) )。 マ ス ク 4 上 の 第 2 の I I I 族 窒 ィ匕 物 系 化 合 物 半 導 体 層 3 2 は マ ス ク 4 の 上 面 か ら ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し た の で は な い の で 、 新 た な 転 位 が 生 じ る こ と は 無 い 。
エ ッ チ ン グ は 基 底 層 を エ ッ チ ン グ し 、 基 板 面 を 露 出 さ せ る か 、 更 に は 一 部 基 板 自 体 を も エ ッ チ ン グ す る 深 さ と す れ ば 、 上 部 の 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 が 確 実 で あ る 。 こ れ は 基 板 面 を 核 と し て は 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 が 成 長 し に く い か ら で あ る 。 こ れ に よ り 基 底 層 に 残 っ て い る 貫 通 転 位 の 影 響 を 理 想 的 に 排 除 し 、 横 方 向 ェ ピ 夕 キ シ ャ ル 成 長 さ れ る 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 結 晶 性 を 確 実 に 良 く す る こ と が で き る （ 請 求 項 2 ) こ の と き 、 段 差 部 分 を 埋 め る 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 が 、 段 差 の 下 段 （ 底 部 ） か ら 縦 方 向 に ェ ビ タ キ シ ャ ル 成 長 し て 元 の 段 差 の 上 段 ま で 成 長 す る よ り も 、 段 差 の 側 面 か ら 横 方 向 に ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し て 向 ' か い 合 う 段 差 の 側 面 か ら の 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 面 と 合 体 す る 方 が 早 い な ら ば 、 段 差 を 埋 め た 部 分 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 上 部 に は 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 3 1 か ら 伝 搬 す る 貫 通 転 位 は 著 し く 抑 制 さ れ 、 極 め て 良 質 な 結 晶 領 域 と す る こ と が で き る （ 請 求 項 3 )。 こ の 場 合 、 図 1 の （ c ) の よ う に 段 差 の 底 部 を 核 と し て 成 長 し た 部 分 が 表 面 に 出 る こ と な く 空 洞 と し て 残 る こ と と な る 。 そ の 上 部 は 両 側 の 段 差 の 側 面 を 核 と し て 成 長 し て き た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 の 成 長 面 の 合 体 が 生 じ て お り 、 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 か ら 伝 搬 す る 貫 通 転 位 は こ の 空 洞 で 止 め ら れ る こ ^ t t G) - m \ ^ ^ ^ ^ ^ m in
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TZl60/00df/X3d 66.817/Ϊ0 OAV 結 晶 の 拡 張 歪 み が 生 じ て い る の で 、 主 た る 構 成 元 素 よ り も 原 子 半 径 の 大 き な 元 素 を ド ー プ す る と 圧 縮 歪 み が 生 じ 結 晶 性 が 良 く な る （ 請 求 項 8 )。 例 え ば 組 成 に ィ ン ジ ゥ ム ( I n ) , ヒ 素 （ A s )を 有 し な い I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 で あ る Al xGa ^ - χ Ν ( 0 ≤ χ≤ 1 ) に 、 ア ル ミ ニ ウ ム （Al )、 ガ リ ゥ ム （ G a )よ り も 原 子 半 径 の 大 き な ィ ン ジ ゥ ム （' I n )、 又 は 窒 素 （ N )よ り も 原 子 半 径 の 大 き な ヒ 素 （ A s )を ド ー ブ す る こ と で 、 窒 素 原 子 の 抜 け に よ る 結 晶 の 拡 張 歪 み を 圧 縮 歪 み で 補 償 し 結 晶 性 が を 良 く な る 。 こ の 場 合 は ァ ク セ プ 夕 不 純 物 が I I I 族 原 子 の 位 置 に 容 易 に 入 る た め 、 p 型 結 晶 を ァ ズ グ ロ ー ン で 得 る こ と も で き る 。 こ の よ う に し て 結 晶 性 を 良 く す る こ と で 本 願 発 明 と 合 わ せ て 更 に 貫 通 転 位 を 1 ◦ 0 乃 至 1 0 0 0 分 の 1 程 度 に ま で 下 げ る こ と も で き る 。 基 底 層 が ノ ッ フ ァ 層 と I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 と が 2 周 期 以 上 で 形 成 さ れ て い る 場 合 、 各 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 に 主 た る 構 成 元 素 よ り も 原 子 半 径 の 大 き な 元 素 を ド 一 プ す る と 更 に 良 い 。
ま た 、 段 差 の 下 段 面 を 第 2 の マ ス ク で 覆 え ば 、 基 板 面 か ら の 縦 方 向 成 長 を も 確 実 に 排 除 す る こ と が で き る （ 請 求 項 9 )。 こ れ を 例 え ば 図 6 の （ c ) 及 び （ d ) に 示 す 。
上 記 の 工 程 で 得 ら れ た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 の 、 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し た 部 分 の 上 層 に 半 導 体 素 子 、 例 え ば 発 光 素 子 、 F E T を 形 成 す る こ と で 、 素 子 寿 命 、 移 動 度 、 或 い は L D で あ れ ば 閾 値 の 改 善 さ れ た 発 光 素 子 と す る こ と が で き る （ 請 求 項 1 0 )。
ま た 、 上 記 の 工 程 で 得 ら れ た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 の 、 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し た 部 分 の 上 層 の み を そ の 他 の 層 か ら 分 離 す る こ と で 、 転 位 等 結 晶 欠 陥 の 著 し く 抑 制 さ れ た 結 晶 性 の 良 い I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を 得 る こ と が で き る （ 請 求 項 1 1 )。 尚 「 略 全 部 除 去 」 と は 、 製 造 上 の 簡 便 さ か ら 、 一 部 貫 通 転 位 の 残 っ た 部 分 を 含 ん で い た と し て も 本 発 明 に 包 含 さ れ る こ と を 示 す も の で あ る 。 . 図 面 の 簡 単 な 説 明
第 1 図 は 、 本 発 明 の 第 1 の 実 施 例 に 係 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 工 程 を 示 す 断 面 図 。
第 2 図 は 、 本 究 明 の 第 2 の 実 施 例 に 係 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 究 光 素 子 の 構 造 を 示 す 断 面 図 。
第 3 図 は 、 本 究 明 の 第 3 の 実 施 例 に 係 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 発 光 素 子 の 構 造 を 示 す 断 面 図 。
第 4 図 は 、 本 発 明 の 第 4 の 実 施 例 に 係 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 究 光 素 子 の 構 造 を 示 す 断 面 図 。
第 5 図 は 、 本 究 明 の 第 5 の 実 施 例 に 係 る I I I 族 窒 化 物. 系 化 合 物 半 導 体 発 光 素 子 の 構 造 を 示 す 断 面 図 。
第 6 図 は 、 本 発 明 の 第 6 乃 至 第 9 の 実 施 例 に 係 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 工 程 を 示 す 断 面 図 。
第 7 図 は 、 本 発 明 の 第 6 乃 至 第 9 の 実 施 例 に 係 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 発 光 素 子 の 構 造 を 示 す 断 面 図 。
第 8 図 は 、 本 発 明 の 第 1 0 の 実 施 例 に 係 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 工 程 を 示 す 断 面 図 。
第 9 図 は 、 本 発 明 の 第 1 0 の 実 施 例 に 係 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 発 光 素 子 の 構 造 を 示 す 断 面 図 。
第 1 0 図 は 、 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の ェ ッ チ ン グ の 別 の 例 を 示 す 模 式 図 。
第 1 1 図 は 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 .を 伝 搬 す る 貫 通 転 位 を 示 す 断 面 図 。 発 明 を 実 施 す る た め の 最 良 の 形 態
図 1 に 本 究 明 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 の 実 施 の 形 態 の 一 例 の 概 略 を 示 す 。 基 板 1 と 、 バ ッ フ ァ 層 2 と 、 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 3 1 と を 形 成 し 、 マ ス ク 4 を 形 成 し て 、 マ ス ク が 形 成 さ れ て い な い 部 分 を ト レ ン チ 状 に ェ ヅ チ ン グ を す る （ 図 1 の （ a ) ) こ の 際 、 エ ッ チ ン グ に よ り 段 差 が 生 じ 、 エ ッ チ ン グ さ れ な か っ た 部 分 を 上 段 と し て 、 側 面 及 び 段 差 の 底 部 （ 下 段 ） が 形 成 さ れ る 。 側 面 は 例 え ば. { 1 1 — 2 0 } 面 で あ る 。 次 に 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 す る 条 件 で 、 段 差 の 側 面 を 核 と し て 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 の ェ ビ タ キ シ ャ ル 成 長 を 行 う 。 マ ス ク 4 は 予 め 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 が ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し な，レ、 も の を 用 い る 。 有 機 金 属 成 長 法 を 用 い れ ば 、 成 長 面 を { 1 1 - 2 0 } 面 に 保 っ た ま ま 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 力 s 容 易 に 可 能 で あ る 。 こ う し て 、 段 差 の 側 面 の 横 方 向 成 長 が 生 じ る な ら ば 、 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 の そ の 部 分 に つ い て は 、 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 か ら の 貫 通 転 位 が 伝 搬 し な い （ 図 1 の （ b ) )。 こ う し て 、 段 差 の 底 部 の 縦 方 向 の 成 長 に よ り エ ッ チ ン グ さ れ た 部 分 が 埋 ま る 前 に 、 段 差 の 両 側 面 の 横 方 向 成 長 が エ ッ チ ン グ さ れ た 部 分 の 上 方 で 合 体 す る よ う 、 エ ツ チ ン グ 形 状 と 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 条 件 と を 設 定 す る こ と で 、 エ ッ チ ン グ さ れ た 上 部 の 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 3 2 に は 貫 通 転 位 が 抑 制 さ れ た 領 域 を 形 成 す る こ と が で き る （ 図 1 の （ c ) )。 こ の の ち 縦 及 び 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 を 続 け れ ば 、 マ ス ク 4 を も 覆 う よ う に 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 3 2 が 形 成 さ れ る 。
上 記 の 発 明 の 実 施 の 形 態 と し て は 、 次 の 中 か ら そ れ そ れ 選 択 す る こ と が で き る 。
基 板 上 に I I I 族 窒 化 物 系 化.合 物 半 導 体 を 順 次 積 層 を 形 成 す る 場 合 は 、 基 板 と し て は サ フ ァ イ ア 、 シ リ コ ン （ S i )、 炭 ィ匕 ケ ィ 素 （ S i C )、 ス ピ ネ ル （ M g A 1204 )、 Z n 0、 M g 0 そ の 他 の 無 機 結 晶 基 板 、 リ ン ィヒ ガ リ ウ ム 又 は 砒 ィ匕 ガ リ ウ ム の よ う な I I I _ V 族 ィ匕 合 物 半 導 体 あ る レ、 は 窒 ィ匕 ガ リ ウ ム （ G a N ) そ の 他 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 等 を 用 い る こ と が で き る 。
I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 を 形 成 す る 方 法 と し て は 有 機 金 属 気 相 成 長 法 （ M 0 C V D 又 は M 0 V P E ) が 好 ま し い が 、 分 子 線 気 相 成 長 法 （ M B E )、 ハ ラ イ ド 気 相 成 長 法 （ H a 1 i d e VPE)、 液 相 成 長 法 （ LPE) 等 を 用 い て も 良 く 、 各 層 を 各 々 異 な る 成 長 方 法 で 形 成 し て も 良 い 。
例 え ば サ フ ア イ ァ 基 板 上 に I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 積 層 す る 際 、 結 晶 性 良 く 形 成 さ せ る た め 、 サ フ ァ イ ア 基 板 と の 格 子 不 整 合 を 是 正 す べ く バ ッ フ ァ 層 を 形 成 す る こ と が 好 ま し い 。 他 の 基 板 を 使 用 す る 場 合 も バ ッ フ ァ 層 を 設 け る こ と が 望 ま し い 。 ノ ッ フ ァ 層 と し て は 、 低 温 で 形 成 さ せ た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 Aし G a y I η ,— x— y N ( 0≤ x≤ 1 , 0≤ y≤ 1 , 0≤ x + y≤ 1 ) , よ り 好 ま し く は A1 XG a , -xN ( 0≤ x≤ l ) が 用 レ、 ら れ る 。 こ の バ ッ フ ァ 層 は 単 層 で も 良 く 、 組 成 等 の 異 な る 多 重 層 と し て も 良 い 。 ノ ッ フ ァ 層 の 形 成 方 法 は 、 380〜 420 °C の 低 温 で 形 成 す る も の で も 良 く 、 逆 に 1000〜 1180 °C の 範 囲 で 、 M O C V D 法 で 形 成 し て も 良 い 。 ま だ 、 D C マ グ ネ ト ロ ン ス ノ ッ タ 装 置 を 用 い て 、 高 純 度 金 属 ア ル ミ ニ ウ ム と 窒 素 ガ ス を 原 材 料 と し て 、 リ ア ク テ ィ ブ ス ノ ッ タ 法 に よ り A 1 N か ら 成 る ノ ッ フ ァ 層 を 形 成 す る こ と も で き る 。 同 様 に 一 般 式 Al xGay In - y N ( 0≤ ≤ 1 , 0≤ y≤ 1 , 0≤ x + y≤ Κ 組 成 比 は 任 意 ） の ノ ッ フ ァ 層 を 形 成 す る こ と が で き る 。 更 に は 蒸 着 法 、 イ オ ン プ レ ー テ ィ ン グ 法 、 レ ー ザ ア ブ レ ー シ ヨ ン 法 、 Ε C R 法 を 用 レ、 る こ と が で き る 。 物 理 蒸 着 法 に よ る ノ ' ッ フ ァ 層 は 、 200〜 600 °C で 行 う の 力 望 ま し い 。 さ ら に 望 ま し く は 300〜 500 °C で あ り 、 さ ら に 望 ま し く は 400〜 500 °C で あ る 。 こ れ ら の ス ノ ッ 夕 リ ン グ 法 等 の 物 理 蒸 着 法 を 用 い た 場 合 に は 、 ノ ッ フ ァ 層 の 厚 さ は 、 100〜 3000 A が 望 ま し レヽ 。 さ ら に 望 ま し く は 、 100〜 400A が 望 ま し く 、 最 も 望 ま し く は 、 100〜 300 A で あ る 。 多 重 層 と し て は 、 例 え ば A 1 x G a！ - x N ( 0≤ x≤ 1 ) か ら 成 る 層 と GaN 層 と を 交 互 に 形 成 す る 、 組 成 の 同 じ 層 を 形 成 温 度 を 例 え ば 600 °C 以 下 と 1 000 °C 以 上 と し て 交 互 に 形 成 す る な ど の 方 法 が あ る 。 勿 論 こ れ ら を 組 み 合 わ せ て も 良 く 、 多 重 層 は 3 種 以 上 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 Al xGay ln ,— yN( 0≤ x≤ l , 0≤ y ≤ 1 , 0≤ x + y≤ 1 ) を 積 層 し て も 良 い 。 一 般 的 に は ノ ヅ フ ァ 層 は 非 晶 質 で あ り 、 中 間 層 と し て 単 結 晶 層 を 形 成 す る 。 ノ ッ フ ァ 層 と 中 間 層 を 1 周 期 と し て 複 数 周 期 形 成 し て も 良 く 、 繰 り 返 し は 任 意 周 期 で 良 い 。 繰 り 返 し は 多 い ほ ど 結 晶 性 が 良 く な る 。
バ ッ フ ァ 層 及 び 上 層 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 は I I I 族 元 素 の 組 成 の 一 部 は 、 ボ ロ ン （ B )、 タ リ ウ ム （ T 1 )で 置 き 換 え て も 、 ま た 、 窒 素 （ N )の 組 成 一 部 を リ ン （ P )、 ヒ 素 （As )、 ア ン チ モ ン （ Sb )、 ビ ス マ ス （ B i )で 置 き 換 え て も 本 発 明 を 実 質 的 に 適 用 で き る 。 ま た 、 こ れ ら 元 素 を 組 成 に 表 示 で き な い 程 度 の ド 一 プ を し た も の で も 良 い 。 例 え ば 組 成 に イ ン ジ ウ ム （ I n )、 ヒ 素 （ A s )を 有 し な レ、 I I I 族 窒 ィ匕 物 系 ィ匕 合 物 半 導 体 で あ る A l x Ga ,— χ Ν ( 0≤ χ≤ 1 ) に 、 ァ ル ミ ニ ゥ ム （ A 1 )、 ガ リ ウ ム （ G a )よ り も 原 子 半 径 の 大 き な ィ ン ジ ゥ ム （ I n )、 又 は 窒 素 （ N )よ り も 原 子 半 径 の 大 き な （ A s )を ド ー プ す る こ と で 、 窒 素 原 子 の 抜 け に よ る 結 晶 の 拡 張 歪 み を 圧 縮 歪 み で 補 償 し 結 晶 性 を 良 く し て も 良 い 。 こ の 場 合 は ァ ク セ プ 夕 不 純 物 が I I I 族 原 子 の 位 置 に 容 易 に 入 る た め 、 p 型 結 晶 を ァ ズ グ ロ ー ン で 得 る こ と も で き る 。 こ の よ う に し て 結 晶 性 を 良 く す る こ と で 本 願 発 明 と 合 わ せ て 更 に 貫 通 転 位 を 1 0 0 乃 至 1 0 0 0 分 の 1 程 度 に ま で 下 げ る こ と も で き る 。 ノ ッ フ ァ 層 と I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 と が 2 周 期 以 上 で 形 成 さ れ て い る 基 底 層 の 場 合 、 各 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 に 主 た る 構 成 元 素 よ り も 原 子 半 径 の 大 き な 元 素 を ド ー プ す る と 更 に 良 い な お 、 発 光 素 子 の 発 光 層 或 い は 活 性 層 と し て 構 成 す る 場 合 は 、 本 来 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 2 元 系 、 若 し く は 3 元 系 を 用 レヽ る こ と が 望 ま し い 。
n 型 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 を 形 成 す る 場 合 に は 、 n 型 不 純 物 と し て 、 S i、 Ge、 Se、 Te、 C 等 IV 族 元 素 又 は V I 族 元 素 を 添 加 す る こ と が で き る 。 ま た 、 p 型 不 純 物 と し て は 、 Zn、 Mg、 Be、 Ca、 Sr、 Ba 等 I I 族 元 素 又 は I V 族 元 素 を 添 加 す る こ と が で き る 。 こ れ ら を 複 数 或 い は n 型 不 純 物 と p 型 不 純 物 を 同 一 層 に ド ー プ し て も 良 い 横 方 向 ェ ビ タ キ シ ャ ル 成 長 と し て は 成 長 面 が 基 板 に 垂 直 と な る も の が 望 ま し い が 、 基 板 に 対 し て 斜 め の フ ァ セ ッ ト 面 の ま ま 成 長 す る も の で も 良 い 。 こ の 際 、 段 差 の 底 部 に 底 面 の 形 成 さ れ な い 、 断 面 が V 字 状 の も の で も 良 い < 横 方 向 ェ ビ タ キ シ ャ ル 成 長 と し て は 、 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 面 の 少 な く と も 上 部 と 基 板 面 と は 垂 直 で あ る こ と が よ り 望 ま し く 、 更 に は い ず れ も I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の { 1 1 - 2 0 } 面 で あ る こ と が よ り 望 ま し い
エ ッ チ ン グ す る 際 は 、 深 さ と 幅 の 関 係 か ら 、 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 に よ り 塞 が れ る よ う に 段 差 を 設 け る 。 基 板 面 を 露 出 さ せ る 場 合 は 、 基 板 面 か ら の 縦 方 向 成 長 が 少 な く と も 初 期 段 階 に お い て 遅 い こ と も 利 用 す る 。
基 底 層 の バ ッ フ ァ 層 を A1N、 Al xGa!— xN 又 は Al xGay In i - x - y N ( x≠ 0 ) か ら な る 層 と し 、 最 上 層 で あ る 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を G a N と す る な ら ば 、 A 1 N、 Aし Ga , N 又 は Al xGay ln t yN( x≠ 0 )力 ら な る 異 な る 層 は 、 C 1 、 BC 1 な ど の 塩 素 を 含 む プ ラ ズ マ ェ ヅ チ ン グ の 際 ス ト ッ ノ 層 と し て 働 く の で 好 都 合 で あ る 。 勿 論 、 エ ツ チ ン グ 条 件 に よ り 、 こ れ ら の 層 を も エ ッ チ ン グ す る こ と も 可 能 で あ る 。
基 板 上 に 積 層 す る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 の 結 晶 軸 方 向 が 予 想 で き る 場 合 は 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 の a 面 （{ 1 1 — 2 0 } 面 ） 又 は m 面 （{ 1 — 1 0 0 } 面 ） に 垂 直 と な る よ う ス ト ラ イ プ 状 に マ ス ク 或 い は エ ッ チ ン グ を 施 す こ と が 有 用 で あ る 。 な お 、 鳥 状 、 格 子 状 等 に 、 上 記 ス ト ラ イ プ 及 び マ ス ク を 任 意 に 設 計 し て 良 い 。 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 面 は 、 基 板 面 に 垂 直 な も の の 他 、 基 板 面 に 対 し 斜 め の 角 度 の 成 長 面 で も 良 い 。 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 の a 面 ど し て （ 1 1 一 2 0 ) 面 を 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 面 と す る に は 例.え ば ス ト ラ イ プ の 長 手 方 向 は I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 の m 面 で あ る （ 1 — 1 0 0 ) 面 に -垂 直 と す る 。 例 え ば 基 板 を サ フ ァ イ ア の a 面 又 は c 面 と す る 場 合 は 、 ど ち ら も サ フ ア イ ァ の m 面 が そ の 上 に 形 成 さ れ る I I I 族 窒.ィヒ 物 系 化 合 物 半 導 体 層 の a 面 と 通 常 一 致 す る の で 、 こ れ に 合 わ せ て エ ッ チ ン グ を 施 す 。 点 状 、 格 子 状 そ の 他 の 島 状 と す る 場 合 も 、 輪 郭 （ 側 壁 ） を 形 成 す る 各 面 が { 1 1 — 2 0 } 面 と す る こ と が 望 ま し レ、 。
エ ッ チ ン グ マ ス ク は 、 多 結 晶 シ リ コ ン 、 多 結 晶 窒 化 物 半 導 体 等 の 多 結 晶 半 導 体 、 酸 化 珪 素 （ S i ( )、 窒 化 珪 素 （ S i N ) , 酸 化 チ タ ン （ T i 0 )、 酸 ィ匕 ジ ル コ ニ ウ ム （ Z r 0 )等 の 酸 化 物 、 窒 化 物 、 チ タ ン （ T i )、 タ ン グ ス テ ン （ W )の よ う な 高 融 点 金 属 、 或 い は こ れ ら の 多 層 膜 を も ち い る こ と が で き る 。 こ れ ら の 成 膜 方 法 は 蒸 着 、 ス ノ ッ 夕 、 C V D 等 の 気 相 成 長 法 の 他 、 任 意 で あ る 。
エ ッ チ ン グ を す る 場 合 は 反 応 性 イ オ ン ビ ー ム エ ツ チ ン グ （ R I B E ) が 望 ま し レ、 が 、 任 意 の エ ッ チ ン グ 方 法 を 用 い る こ と が で き る 。 基 板 面 に 垂 直 な 側 面 を 有 す る 段 差 を 形 成 す る の で な い も の と し て 、 異 方 性 エ ッ チ ン グ に よ り 例 え ば 段 差 の 底 部 に 底 面 が 形 成 さ れ な い 、 断 面 が V 字 状 の も の を 形 成 し て も 良 い 。
上 記 の 貫 通 転 位 の 抑 制 さ れ た 領 域 を 宥 す る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 、 全 体 或 い は 貫 通 転 位 の 抑 制 さ れ た 領 域 を 中 心 と し て そ の 上 部 に F E T 、 発 光 素 子 等 の 半 導 休 素 子 を 形 成 す る こ と が で き る 。 発 光 素 子 の 場 合 は 、 発 光 層 は 多 重 量 子 井 戸 構 造（ M Q W )、 単 一 量 子 井 戸 構 造（ S Q W ) の 他 、 ホ モ 構 造 、 ヘ テ ロ 構 造 、 ダ ブ ル へ テ ロ 構 造 の も の が 考 え ら れ る が 、 p i n 接 合 或 い は p n 接 合 等 に よ り 形 成 し て も 良 い 。
上 述 の 、 貫 通 転 位 の 抑 制 さ れ た 領 域 を 有 す る I I I 族 窒 ィ匕 物 系 化 合 物 半 導 体 を 、 例 え ば 基 板 1 、 ノ ッ フ ァ 層 2 '及 び エ ッ チ ン グ に よ り 段 差 を 設 け た 貫 通 転 位 の 抑 制 さ れ て い な い 部 分 を 除 去 し て 、 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 基 板 と す る こ と が で き る 。 こ の 上 に I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 素 子 を 形 成 す る こ と が 可 能 で あ り 、 或 い は よ り 大 き な I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 結 晶 を 形 成 す る た め の 基 板 と し て 用 レ、 る こ と が で き る 。 除 去 方 法 と し て は 、 メ カ ノ ケ ミ カ ル ポ リ ヅ シ ン グ の 他 、 任 意 で あ る 。
以 下 、 発 明 の 具 体 的 な 実 施 例 に 基 づ い て 説 明 す る 。 実 施 例 と し て 発 光 素 子 を あ げ る が 、 本 発 明 は 下 記 実 施 例 に 限 定 さ れ る も の で は な く 、 任 意 の 素 子 に 適 用 で き る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 を 開 示 し て い る 。
本 発 明 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 は 、 有 機 金 属 化 合 物 気 相 成 長 法 （ 以 下 「 M 0 V P E」 と 示 す ） に よ る 気 相 成 長 に よ り 製 造 さ れ た 。 用 い ら れ た ガ ス は 、 ア ン モ ニ ア （ N H 3 ) と キ ヤ リ ァ ガ ス （ H 又 は N 2 ) と ト リ メ チ ル ガ リ ゥ ム （ G a ( C H 3 ) , 以 下 「 T M G」 と 記 す ） と ト リ メ チ ル ア ル ミ ニ ウ ム （ A 1 ( CH 3 ) , 以 下 「 TMA」 と 記 す ）、 ト リ メ チ ル イ ン ジ ゥ ム （ I n ( CH , 以 下 「 TM I」 と 記 す ）、 ビ ス シ ク ロ ペ ン 夕 ジ ェ ニ ル マ グ ネ シ ウ ム （ Mg( C sH5 ) 2、 以 下 「 Cp 2Mg」 と 記 す ） で あ る 。
〔 第 1 実 施 例 〕
有 機 洗 浄 及 び 熱 処 理 に よ り 洗 浄 し た a 面 を 主 面 と し 、 単 結 晶 の サ フ ァ イ ア 基 板 1 上 に 、 温 度 を 400 °C ま で 低 下 さ せ て 、 H2 を 10L/mi n、 NH3 を 5L/mi n、 TMA を 20〃 mo l / mi n で 約 3 分 間 供 給 し て A1 N の ノ ッ フ ァ 層 2 を 約 40nm の 厚 さ に 形 成 し た 。次 に 、 サ フ ァ イ ア 基 板 1 の 温 度 を 1000 °C に 保 持 し 、 H2 を 20L/mi n、 1^3 を 10L/m i n、 TMG を 300〃 m 0 mi n で 導 入 し 、膜 厚 約 3〃 皿 の GaN 層 3 1 を 形 成 し た 。
夕 ン グ ス テ ン （ W )を ス ノ ヅ 夕 に よ り 形 成 し マ ス ク 4 を 形 成 し た 。 反 応 性 イ オ ン ビ ー ム エ ッ チ ン グ （ R I B E ) を 用 い た 選 択 ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 幅 1〃 m、 間 隔 1 〃 m、 深 さ 2〃 m の ス ト ラ イ ブ 状 に エ ッ チ ン グ し た 。 こ れ に よ り 、 マ ス ク 4 で 覆 わ れ た GaN 層 3 1 の 幅 l m、 段 差 2〃 m の 上 段 と 、 幅 の 下 段 （ 底 部 ） と が 交 互 に 形 成 さ れ た （ 図 1 の （ a ) )。 こ の 時 、 深 さ 2〃 m の 段 差 を 形 成 す る 側 面 は 、 GaN 層 3 1 の { 1 1 — 2 0 } 面 と し た 。
次 に 、 サ フ ァ イ ア 基 板 1 の 温 度 を 1150 °C に 保 持 し 、 H 2 を 20L/mi n、 NH3 を 10L/m in、 TMG を 5〃 mo l /ni i n で 導 入 し 、 GaN 層 3 1 の 深 さ 2 z m の 段 差 を 形 成 す る 側 面 で あ る { 1 1 - 2 0 } 面 を 核 と し て GaN 層 3 2 を 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 に よ り 形 成 し た 。 こ の 時 、 段 差 の 底 部 か ら も ェ ピ 夕 キ シ ャ ル 成 長 が 生 じ た （ 図 1 の （ b ) )。 こ う し て 主 に { 1 1 - 2 0 } 面 を 成 長 面 と す る 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 に よ り 段 差 が 埋 め ら れ 、 表 面 が 平 坦 と な っ た （ 図 1 の （ c ) )。 こ の の ち 、 H2 を 20L/mi n、 NH:i を 10L/mi n、 TMG を 300〃 mo l /niin で 導 入 し 、 GaN 層 3 2 を 成 長 さ せ 、 G aN 層 3 1 と GaN 層 3 2 と を 合 計 4 m の 厚 さ と し た 。 GaN 層 3 2 の 、 G a N 層 3 1 の 深 さ 2〃 m の 段 差 の 底 部 上 方 に 形 成 さ れ た 部 分 は 、 段 差 の 上 段 の 上 方 に 形 成 さ れ た 部 分 に 比 し て 貫 通 転 位 が 著 し く 抑 え ら れ た 。
〔 第 2 実 施 例 〕
図 2 は 、 本 発 明 の 第 2 の 実 施 例 に 係 る レ ー ザ ダ イ ォ ー ド （ L D ) 1 0 0 の .構 造 を 示 す 断 面 図 で あ る 。 第 1· 実 施 例 と 同 様 に 形 成 し た ウ エ ノヽ 上 に 、 次 の よ う に し て レ ー ザ ダ イ オ ー ド （ L D ) を 形 成 し た 。 但 し 、 GaN 層 3 2 の 形 成 の 際 、 シ ラ ン （ SiH4 ) を 導 入 し て 、 GaN 層 3 3 を シ リ コ ン （ Si ) ド 一 プ の n 型 GaN か ら 成 る 層 と し た 。 尚 、 図 .を 簡 略 と す る た め 、 マ ス ク 4 を 含 む 、 GaN 層 3 1 と GaN 層 3 2 を 合 わ せ て 単 に GaN 層 1 0 3 と 記 載 す る 。
サ フ ァ イ ア 基 板 1 0 1 、 A 1 N か ら 成 る ノ ッ フ ァ 層 1 0 2 、 GaN 層 と n 型 GaN 層 の 2 段 の GaN 層 1 0 3 か ら 成 る ウ エ ノヽ 上 に 、 シ リ コ ン （ S i ) ド 一 プ の A 1。 . 。 8 G a。 . 9 2 N 力 ら 成 る n ク ラ ッ ド 層 1 0 4 、 シ リ コ ン （ S i ) ド 一 プ の G a N 力 ら 成 る n ガ イ ド 層 1 0 5 、 M Q W 構 造 の 発 光 層 1 0 6 、 マ グ ネ シ ウ ム （ M g ) ド ー プ の G a N か ら 成 る p ガ イ ド 層 1 0 7 、 マ グ ネ シ ウ ム （Mg) ド ー ブ の Al。. 。 aGa。 . 9 2N 力 ら 成 る p ク ラ ッ ド 層 1 0 8 、 マ グ ネ シ ウ ム （ M g ) ド 一 プ の G a N 力 ら 成 る p コ ン タ ク ト 層 1 0 9 を 形 成 し た 。 次 に p コ ン タ ク ト 層 1 0 9 上 に 金 （Au)か ら 成 る 電 極 1 1 O A を 、 GaN 層 と n 型 GaN 層 の 2 段 の GaN 層 1 0 3 が 露 出 す る ま で 一 部 エ ッ チ ン グ し て ア ル ミ ニ ウ ム （Al )か ら 成 る 電 極 1 1 0 B を 形 成 し た （ 図 2 )。 こ の よ う に し て 形 成 し た レ ー ザ ダ ィ オ ー ド （ L D ) は 素 子 寿 命 及 び 発 光 効 率 が 向 上 し た 。 〔 第 3 実 施 例 〕
図 3 は 、 本 発 明 の 第 3 の 実 施 例 に 係 る 発 光 ダ イ オ ー ド ( L E D ) 2 0 0 の 構 造 を 示 す 断 面 図 で あ る， 。 第 1 実 施 例 と 同 様 に 形 成 し た ウ エ ノヽ 上 に 、 次 の よ う に し て 発 光 ダ ィ オ ー ド （ L E D ) を 形 成 し た 。 但 し 、 GaN 層 3 2 の 形 成 の 際 、 シ ラ ン （ SiH4 ) を 導 入 し て 、 GaN 層 3 2 を シ リ コ ン （ Si ) ド ー プ の n 型 GaN か ら 成 る 層 と し た 。 尚 、 図 を 簡 略 と す る た め 、 マ ス ク 4 を 含 む GaN 層 3 1 と GaN 層 3 2 を 合 わ せ て 単 に GaN 層 2 0 3 と 記 載 す る 。
サ フ ァ イ ア 基 板 2 0 1 、 A1N か ら 成 る ノ ヅ フ ァ 層 2 0 2 、 GaN 層 と n 型 GaN 層 の 2 段 の GaN 層 2 0 3 か ら 成 る ウ エ ノヽ 上 に 、 シ リ コ ン （ S i ) ド 一 ブ の A 1。 . 。 8 G a。 . 2 N カ ら 成 る n ク ラ ッ ド 層 2 0 4 、 発 光 層 2 0 5 、 マ グ ネ シ ウ ム （M ） ド 一 プ の 八1。 . 。 80&。. ！） 2 1^ か ら 成 る ク ラ ヅ ド 層 2 0 6 、 マ グ ネ シ ウ ム （ Mg ) ド 一 プ の GaN か ら 成 る p コ ン タ ク ト 層 2 0 7 を 形 成 し た 。 次 に p コ ン タ ク ト 層 2 0 7 上 に 金 （A u)か ら 成 る 電 極 2 0 8 A を 、 GaN 層 と n 型 GaN 層 の 2 段 の GaN 層 2 0 3 が 露 出 す る ま で 一 部 エ ッ チ ン グ し て ア ル ミ ニ ゥ ム （ A 1 )か ら 成 る 電 極 2 0 8 B を 形 成 し た （ 図 3 )。 こ の よ う に し て 形 成 し た 発 光 ダ イ オ ー ド （ L E D ) は 素 子 寿 命 及 び 発 光 効 率 が 向 上 し た 。
〔 第 4 実 施 例 〕
図 4 は 、 本 発 明 の 第 4 の 実 施 例 に 係 る レ ー ザ ダ イ ォ 一 ド （ L D ) 3 0 0 の 構 造 を 示 す 断 面 図 で あ る 。 本 実 施 例 で は 基 板 と し て n 型 シ リ コ ン （ S i )基 板 を 用 レ、 た 。 n 型 シ リ コ ン （ S i )基 板 3 0 1 上 に 温 度 1150。C で 、 H 2 を 10 L / m i n、 NH を 10L/mi n、 TMG を 100〃 m o 1 / m i n、 TMA を 10〃 mo l /in i n, H 2 ガ ス に よ り 0.86 p p m に 希 釈 さ れ た た シ ラ ン （ S i H ., ) を 0.2〃 m o 1 / m i n で 供 給 し 、 膜 厚 3〃 m の シ リ コ ン （ S i ) ド — プ の A 1。 . ， 5 G a。 . 8 5 N か ら 成 る 層 3 0 2 1 を 形 成 し た 。 次 に 、 タ ン グ ス テ ン （ W )を ス ノ ッ タ に よ り 形 成 し マ ス ク 4 を 形 成 し た 。 反 応 性 イ オ ン エ ッ チ ン グ （ R I E ) を 用 い た 選 択 ド ラ イ エ ッ チ ン グ に よ り 、 幅 1 m、 間 隔 1〃 m、 深 さ 2 m の ス ト ラ イ プ 状 に エ ッ チ ン グ し た 。 こ れ に よ り 、 マ ス ク 4 に 覆 わ れ た n - A 1。 . ！ 5 G a。 . 8 5 N 層 3 0 2 1 の 幅 1 m, 段 差 2〃 πι の 上 段 と 、 幅 l〃 m の 下 段 （ 底 部 ） と が 交 互 に 形 成 さ れ た 。 こ の 時 、 深 さ 2 m の 段 差 を 形 成 す る 側 面 は 、 n-A l。 . 1 5 Ga。 . s 5N 層 3 0 2 1 の { 1 1 - 2 0 } 面 と し た 。
次 に 、 n 型 シ リ コ ン 基 板 3 0 1 の 温 度 を 1150°C に 保 持 し 、 H a を 20L/m i n、 NH 3 を 10 L / m i n、 TMG を 5〃 m o 1 / m i n、 TMA を 0.5 // mo l /niin、 H2 ガ ス に よ り 希 釈 さ れ た た シ ラ ン ( S iH4 ) を 0.01〃 mo l /in i n で 供 給 し 、 n_Al。 . 1 5 Ga。 . 8 5N 層 3 0 2 1 の 深 さ 2 m の 段 差 を 形 成 す る 側 面 で あ る { 1 1 - 2 0 } 面 を 核 と し て n- Al。 . 1 5 Ga。 . 8 S N 層 3 0 2 2 を 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 に よ り 形 成 し た 。 こ の 時 、 段 差 の 上 段 の 上 面 と 底 部 か ら も ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 が 生 じ た 。 こ う し て 主 に { 1 1 - 2 0 } 面 を 成 長 面 と す る 横 方 向 ェ ビ タ キ シ ャ ル 成 長 に よ り 段 差 が 埋 め ら れ 、 表 面 が 平 坦 と な っ た の ち 、 H2 を 10L/mi n、 NH:i を 10L/ini n、 TMG を 100 j mo 1 /m i n, TMA を 10 mo l /iai n、 H2 ガ ス に よ り 希 釈 さ れ た た シ ラ ン （ SiH4 )を 0.2〃 mol /min で 供 給 し 、 n-Al。 . l sGa 。 . B 5N 層 3 0 2 2 を 成 長 さ せ 、 n-Al。. 1 5Ga。. 8 5N 層 3 0 2 1 と 11 - 1。 . 1 56&。 . 8 5 層 3 0 2 2 を 合 計 3〃 πι の 厚 さ と し た 。 以 下 、 4〃 m の 厚 さ の 、 n-Al。 . 1 5Ga。. 《 sN 層 3 0 2 1 と n- Al。 . 1 5Ga。. 8 5N 層 3 0 2 2 及 び マ ス ク 4 と を 合 わ せ て n_Al。. ， sGa。. 8 5N 層 3 0 2 と 記 載 す る 。 …
上 記 の よ う に n 型 シ リ コ ン 基 板 3 0 1 に 形 成 さ れ た n - Al。 . 1 5Ga。 . 》 5N層 3 0 2 上 に シ リ コ ン （ Si ) ド ー プ の GaN ? ら 成 る n ガ イ ド 層 3 0 3 、 M Q W 構 造 の 発 光 層 3 0 4 、 マ グ ネ シ ウ ム （ M g ) ド ー プ の G a N か ら 成 る p ガ イ ド 層 3 0 5 、 マ グ ネ シ ウ ム （ M g ) ド 一 プ の A 1。 . 。 》 G a。 . n 2 N 力 ら 成 る P ク ラ ッ ド 層 3 0 6 、 マ グ ネ シ ウ ム （ M g ) ド ー プ の G a N か- ら 成 る p コ ン タ ク ト 層 3 0 7 を 形 成 し た 。 次 に p コ ン 夕 ク ト 層. 3 0 7 上 に 金 （Au)か ら 成 る 電 極 3 0 8 A を 、 n 型 シ リ コ ン 基 板 3 0 1 裏 面 に ア ル ミ ニ ウ ム （ A 1 )か ち 成 る 電 極 3 0 8 B を 形 成 し た （ 図 4 )。 こ の よ う に し て 形 成 し た レ ー ザ ダ イ オ ー ド （ L D ) は 素 子 寿 命 及 び 発 光 効 率 が 向 上 し た 。
〔 第 5 実 施 例 〕
図 5 は 、 第 5 の 実 施 例 に 係 る 発 光 ダ イ オ ー ド （ L E D ) 4 0 0 の 構 造 を 示 す 断 面 図 で あ る 。 本 実 施 例 で も 基 板 と し て n 型 シ リ コ ン （ Si )基 板 を 用 い た 。 第 5 実 施 例 の n 型 シ リ コ ン 基 板 3 0 1 に 形 成 さ れ た n - A 1。 . ， 5 G a。 . 8 s N 層 3 0 2 と 同 様 に 、 n 型 シ リ コ ン 基 板 4 0 1 に 形 成 さ れ た n - Al。 . 1 5Ga。 . 8 5N 層 4 0 2 の ウ ェ ハ を 用 意 し 、 発 光 層 4 0 3 、 マ グ ネ シ ウ ム （ M g ) ド ー プ の A 1。 . i 5 G a。 . 8 5 N か ら 成 る p ク ラ ッ ド 層 4 0 4 を 形 成 し た 。 次 に p ク ラ ッ ド 層 4 0 4 上 に 金 （Au )か ら 成 る 電 極 4 0 5 A を 、 n 型 シ リ コ ン 基 板 4 0 1 裏 面 に ア ル ミ ニ ウ ム （A1 )か ら 成 る 電 極 4 0 5 B を 形 成 し た 。 こ の よ う に し て 形 成 し た 発 光 ダ イ オ ー ド （ L E D ) は 素 子 寿 命 及 び 究 光 効 率 が 向 上 し た 。
〔 第 6 実 施 例 〕
本 実 施 例 で は 、 図 6 の よ う な 多 重 層 か ら 成 る 基 底 層 を 用 い た 。 有 機 洗 浄 及 び 熱 処 理 に よ り 洗 浄 し た a 面 を 主 面 と し 、 単 結 晶 の サ フ ァ イ ア 基 板 1 上 に 、 温 度 を 400 °C ま で 低 下 さ せ て 、 Η2 を 10L/min、 NH3 を 5L/min、 TMA を 20 / mol/min で 約 3 分 間 供 給 し て 第 1 の A1N 層 （ 第 1 の 緩 衝 層 ） 2 1 を 約 40 n m の 厚 さ に 形 成 し た 。 次 に 、 サ フ ア イ ァ 基 板 1 の 温 度 を 1000 °C に 保 持 し 、 H2 を 20L/min、 NH 3 を 10L/min、 TMG を 300〃 mol/min で 導 入 し 、 膜 厚 約 0.3 / m の GaN 層 （ 中 問 層 ） 2 2 を 形 成 し た 。 次 に 温 度 を 40 0°C ま で 低 下 さ せ て 、 H を 10L/min、 NH3 を 5L/min、 TMA を 20 m o 1 / m i n で 約 3 分 間 供 給 し て 第 2 の A 1 N .層 （ 第 2 の 緩 衝 層 ） 2 3 を 約 40 n m の 厚 さ に 形 成 し た 。 次 に 、 サ フ ア イ ァ 基 板 1 の 温 度 を 1000 °C に 保 持 し 、 H 2 を 20 L / m i n、 NH3 を 10L/min、 TMG を 300 mol/min で 導 入 し 、 膜 厚 約 1 〃 瓜 の GaN 層 3 1 を 形 成 し た 。 こ う し て 、 膜 厚 約 40nm の 第 1 の A1N 層 （ 第 1 の 緩 衝 層 ） 2 1 、 膜 厚 約 0.3〃 m の G aN 層 （ 中 間 層 ） 2 2 、 膜 厚 約 40nm の 第 2 の A1N 層 （ 第 2 の 緩 衝 層 ） 2 3 、 膜 厚 約 2〃 m の GaN 層 3 1 か ら 成 る 基 底 層 2 0 を 形 成 し た 。
一 般 的 に は 緩 衝 層 は 非 晶 質 で あ り 、 中 間 層 は 単 結 晶 で あ る 。 緩 衝 層 と 中 間 層 を 1 周 期 と し て 複 数 周 期 形 成 し て も 良 く 、 繰 り 返 し は 任 意 周 期 で 良 い 。 繰 り 返 し は 多 い ほ ど 結 晶 性 が 良 く な る 。
次 に タ ン グ ス テ ン （ W )力 ら 成 る 層 を 形 成 し 、 ゥ エ ツ ト ェ ツ チ ン グ に よ り ス ト ラ イ ブ 状 に ノ 夕 一 ニ ン グ し 、 マ ス ク 4 を 形 成 し た 。 夕 ン グ ス テ ン （ W )マ ス ク 4 を 用 い て 反 応 性 イ オ ン ビ ー ム エ ッ チ ン グ （ R I B E ) を 用 い た 選 択 ド ラ ィ エ ッ チ ン グ に よ り 、 G a N 層 3 1 基 底 層 を 幅 1〃 m、 間 隔 1〃 πι の ス ト ラ イ プ 状 に エ ッ チ ン グ し 、 基 板 1 面 を 露 出 さ せ た 。 こ れ に よ り 、 基 底 層 2 0 の 幅 l m、 段 差 約 2.3 z m の 上 段 と 、 基 板 1 面 （ 下 段 の 底 部 ） と が 交 互 に 形 成 さ れ た （ 図 6 の （ a ) )。 こ の 時 、 GaN 層 3 1 の 深 さ 2〃 m の 段 差 を 形 成 す る 側 面 は 、 { 1 1 - 2 0 } 面 と し た 。
次 に 、 サ フ ァ イ ア 基 板 1 の 温 度 を 1150 °C に 保 持 し 、 H 2 を ZOL/mi ru NH を 10L/min、 TMG を 5 mol /mi n で 導 入 し 、 GaN 層 3 1 の 深 さ 2 m の 段 差 を 形 成 す る 側 面 で あ る { 1 1 — 2 0 } 面 を 核 と し て GaN 層 3 2 を 横 方 向 ェ ピ 夕 キ シ ャ ル 成 長 に よ り 形 成 し た 。 こ の 時 、 基 板 1 面 、 基 底 層 2 0 の 最 側 面 か ら も 一 部 ェ ビ タ キ シ ャ ル 成 長 が 生 じ た 。 こ う し て 主 に GaN 層 3 1 か ら の { 1 1 — 2 0 } 面 を 成 長 面 と す る GaN 層 3 2 の 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 に よ り 段 差 が 埋 め ら れ 、 表 面 が 平 坦 と な っ た 。 こ の の ち 、 H2 を 2 0L/mi n、 N H :ί を 10L/min、 TMG を 300 z niol/min で 導 入 し 、 GaN 層 3 2 を 成 長 さ せ 、 GaN 層 3 1 と GaN 層 3 2 と を 合 計 3〃 m の 厚 さ と し た 。 GaN 層 3 2 の 、 GaN 層 3 1 の 深 さ I 〃 m の 段 差 の 底 部 上 方 に 形 成 さ れ た 部 分 は 、 段 差 の 上 段 上 方 に 形 成 さ れ た 部 分 に 比 し て 貫 通 転 位 が 著 し く 抑 え ら れ た 。
こ の よ う に し て 形 成 さ れ た ウ エ ノヽ を 用 い て 、 図 7 の よ う な レ ー ザ ダ イ オ ー ド 5 ◦ 0 を 形 成 し た 。 但 し 、 GaN 層 3 2 の 形 成 の 際 、 シ ラ ン （ S iH,, ) を 導 入 し て 、 GaN 層 3 2 を シ リ コ ン （ S i ) ド 一 プ の n 型 G a N か ら 成 る 層 と し た 。 尚 、 図 を 簡 略 と す る た め 、 マ ス ク 4 よ り も 上 層 の n 型 Ga N 層 3 2 を 単 に GaN 層 5 0 3 と 記 載 す る 。 ス ト ラ イ ブ 状 に エ ッ チ ン グ さ れ た 基 底 層 2 0 と マ ス ク 4 と 段 差 を 埋 め た 部 分 の n 型 GaN 層 3 2 を 合 わ せ て 基 底 層 5 0 2 と す る サ フ ァ イ ア 基 板 5 0 1 、 ス ト ラ イ プ 状 に エ ッ チ ン グ さ れ た 基 底 層 5 0 2 、 GaN 層 5 0 3 カゝ ら 成 る ウ エ ノ、 上 に 、 シ リ コ ン （ S i ) ド ー プ の A 1。 . 。 8 G a。 . 。 2 N 力 ら 成 る n ク ラ ッ ド 層 5 0 4 、 シ リ コ ン （ S i ) ド 一 プ の GaN か ら 成 る n ガ イ ド 層 5 0 5 、 M Q W 構 造 の 発 光 層 5 0 6 、 マ グ ネ シ ウ ム （ M g ) ド 一 プ の G a N か ら 成 る p ガ イ ド 層 5 0 7 、 マ グ ネ シ ゥ ム （ M g ) ド 一 プ の A 1。 . 。 8 G a。 . 。 2 N か ら .成 る p ク ラ ッ ド 層 5 0 8 、 マ グ ネ シ ウ ム （ M g ) ド 一 プ の G a N か ら 成 る p コ ン 夕 ク ト 層 5 0 9 を 形 成 し た 。 次 に p コ ン タ ク 卜 層 5 0 9 上 に 金 （ Au )か ら 成 る 電 極 5 1 O A を 、 GaN 層 と n 型 GaN 層 の 2 段 の GaN 層 5 0 3 が 露 出 す る ま で 一 部 エ ッ チ ン グ し て ア ル ミ ニ ウ ム （ A 1 )か ら 成 る 電 極 5 1 0 B を 形 成 し た 。 こ の よ う に し て 形 成 し た レ ー ザ ダ イ オ ー ド （ L D ) は 素 子 寿 命 及 び 発 光 効 率 が 向 上 し た 。
〔 第 7 実 施 例 〕
本 実 施 例 で は 図 6 の （ b ) に 示 す よ う に 、 第 6 実 施 例 と 同 様 に 単 結 晶 の サ フ ア イ ァ 基 板 1 上 に 、 膜 厚 約 40nm の 第 1 の A1 N 層 （ 第 1 の 緩 衝 層 ） 2 1 、 膜 厚 約 0.3〃 m の G aN 層 （ 中 間 層 ） 2 2 、 膜 厚 約 40nm の 第 2 の A1 N 層 （ 第 2 の 緩 衝 層 ） 2 3 、 膜 厚 約 2 / m の GaN 層 3 1 を 形 成 し た の ち 、 夕 ン グ ス テ ン （ W )か ら 成 る マ ス ク 4 を 形 成 し 、 第 2 の. A1 N 層 （ 第 2 の 緩 衝 層 ） 2 3 を 残 す よ う 、 エ ッ チ ン グ を し た 。 こ の の ち 、 第 6 実 施 例 と 同 様 に し て GaN 層 3 2 を 横 方 向 ェ ビ タ キ シ ャ ル 成 長 さ せ 、 ウ エ ノ、 を 得 た 。 こ の ウ エ ノヽ を 用 い て 、 図 7 に 示 す 第 6 実 施 例 の レ ー ザ ダ イ ォ — ド （ L D ) 5 0 0 と 同 様 に レ 一 ザ ダ イ オ ー ド （ L D ) を 形 成 し た 。 素 子 特 性 は 第 6 実 施 例 の レ ー ザ ダ イ ォ 一 ド と ほ ぼ 同 等 で あ っ た 。
〔 第 8 実 施 例 〕
本 実 施 例 で は 図 6 の （ c ) に 示 す よ う に 、 第 6 実 施 例 と 同 様 に 単 結 晶 の サ フ ア イ ァ 基 板 1 上 に 、 膜 厚 約 40nm の 第 1 の A 1 N 層 （ 第 1 の 緩 衝 層 ） 2 .1 、 膜 厚 約 0.3〃 m の G aN 層 （ 中 間 層 ） 2 2 、 膜 厚 約 40nm の 第 2 の A 1 N 層 （ 第 2 の 緩 衝 層 ） 2 3 、 膜 厚 約 2〃 m の G a N 層 3 1 を 形 成 し た の ち 、 タ ン グ ス テ ン （ W )か ら 成 る マ ス ク 4 を 形 成 し 、 基 板 1 面 が 露 出 す る 迄 エ ッ チ ン グ を し た 。 こ の の ち 、 露 出 し た 基 板 1 面 に タ ン グ ス テ ン （ W )か ら 成 る マ ス ク 5 を 形 成 し た 。 こ の の ち 第 6 実 施 例 と 同 様 に し て GaN 層 3 2 を 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 さ せ 、 ウ エ ノヽ を 得 た 。 こ の ゥ ェ ハ を 用 い て 、 図 7 に 示 す 第 6 実 施 例 の レ ー ザ ダ イ オ ー ド
( L D ) 5 0 0 と 同 様 に レ ー ザ ダ イ オ ー ド （ L D ) を 形 成 し た 。 素 子 特 性 は 第 6 実 施 例 の レ ー ザ ダ イ オ ー ド と ほ ぼ 同 等 で あ っ た 。
〔 第 9 実 施 例 〕
本 実 施 例 で は 図 6 の （ d ) に 示 す よ う に 、 第 6 実 施 例 と 同 様 に 単 結 晶 の サ フ ア イ ァ 基 板 1 上 に 、 膜 厚 約 40 n m の 第 1 の A1 N 層 （ 第 1 の 緩 衝 層 ） 2 1 、 膜 厚 約 0.3〃 m の G a N 層 （ 中 間 層 ） 2 2 、 膜 厚 約 40ηπι の 第 2 の A1 N 層 （ 第 2 の 緩 衝 層 ） 2 3 、 膜 厚 約 2〃 m の G a N 層 3 1 を 形 成 し た の ち 、 タ ン グ ス テ ン （ W )か ら 成 る マ ス ク 4 を 形 成 し 、 第 2 の A1 N 層 （ 第 2 の 緩 衝 層 ） 2 3 を 残 す よ う 、 エ ッ チ ン グ を し た 。 こ の の ち 、 露 出 し た 第 2 の A1 N 層 （ 第 2 の 緩 衝 層 ） 2 3 面 に タ ン グ ス テ ン （ W )か ら 成 る マ ス ク 5 を 形 成 し た 。 こ の の ち 第 6 実 施 例 と 同 様 に し て GaN 層 3 2 を 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 さ せ 、 ウ ェ ハ を 得 た 。 こ の ウ ェ ハ を 用 い て 、 図 7 に 示 す 第 6 実 施 例 の レ ー ザ ダ イ ォ 一 ド （ L D ) 5 0 0 と 同 様 に レ ー ザ ダ イ オ ー ド （ L D ) を 形 成 し た 。 素 子 特 性 は 第 6 実 施 例 の レ ー ザ ダ イ オ ー ド と ほ ぼ 同 等 で あ っ た 。
〔 第 1 0 実 施 例 〕
本 実 施 例 で は 図 1 に 示 す 第 1 実 施 例 の ウ エ ノ、 形 成.の 際 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と し て 、 イ ン ジ ウ ム ( I n )の ド ー プ さ れ た 窒 ィ匕 ガ リ ゥ ム （ G a N： I n )を 用
レヽ た （ 図 8 ( a ) )。 イ ン ジ ウ ム （ I n )の ド 一 プ 量 は 約 1 X 1 0 1 6 / c m 3 と し た 。 こ の の ち 、 シ リ コ ン ド 一 プ の 窒 化 ガ リ ゥ ム を 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 さ せ て 、 第 1 実 施 例 同 様 に ウ エ ノヽ を 得 て 、 図 9 に 示 す レ ー ザ ダ イ オ ー ド 6 0 0 を 形 成 し た 。 レ ー ザ ダ イ ォ 一 ド 6 0 0 の 素 子 特 性 は 第 6 実 施 例 の レ ー ザ ダ イ ォ 一 ド と ほ ぼ 同 等 で あ っ た 。
全 実 施 例 の 基 底 層 に イ ン ジ ウ ム （ In )を ド 一 プ し て 、 基 底 層 の 結 晶 性 を 改 善 す る こ と が で き る 。 基 底 層 の 結 晶 性 が 良 く な れ ば 、 そ の 上 に 横 方 向 成 長 に よ り 形 成 さ れ る 層 の 結 晶 性 は 更 に 良 く な る 。
〔 エ ッ チ ン グ の 変 形 〕
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Claims

請 求 の 範 囲
1 . I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を ェ ピ 夕 キ シ ャ ル 成 長 に よ り 得 る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 に お い て 、 マ ス ク を 用 い 、 少 な く と も 1 層 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 か ら 成 り 、 最 上 層 を 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と す る 基 底 層 を 点 状 、 ス ド ラ イ ブ 状 又 は 格 子 状 等 の 島 状 態 に エ ッ チ ン グ す る 工 程 と 、 前 記 エ ッ チ ン グ に よ り 形 成 さ れ た 点 状 、 ス ト ラ イ ブ 状 又 は 格 子 状 等 の 島 状 態 の 前 記 基 底 層 の 段 差 の 上 段 の 上 面 の 前 記 マ ス ク を 有 し た ま ま 、 側 面 を 核 と し て 、 前 記 マ ス ク 上 に は ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し な い 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を 縦 及 び 横 方 向 ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 さ せ る 工 程 と を 有 す る こ と を 特 徴 と す る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 。
2 . 前 記 基 底 層 は 基 板 上 に 形 成 さ れ て お り 、 前 記 エ ツ チ ン''グ は 前 記 基 板 が 露 出 す る ま で 行 わ れ る こ と を 特 徴 と す る 請 求 項 1 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 ィヒ 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 。
3 . 前 記 段 差 の 深 さ と 幅 と の 関 係 は 、 段 差 の 底 部 か ら の 縦 方 向 成 長 に よ り 段 差 が 埋 め ら れ る よ り も 、 側 面 か ら の 横 方 向 成 長 に よ り 段 差 が 塞 が れ る 方 が早 い よ う 形 成 さ れ る こ と を 特 徴 と す る 請 求 項 1 又 は 請 求 項 2 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 。
4 . 前 記 段 差 の 側 面 は 、 略 全 部 が { 1 1 一 2 0 } 面 で あ る こ と を 特 徴 と す る 請 求 項 1 乃 至 請 求 項 3 の い ず れ か 1 項 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法
5 . 前 記 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と 前 記 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 と が 同 組 成 で あ る こ と を 特 徴 と す る 請 求 項 1 乃 至 請 求 項 4 の い ず れ か 1 項 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 。
6 . 前 記 基 底 層 は 、 前 記 基 板 上 に 形 成 さ れ た バ ッ フ ァ 層 、 及 び こ の ノ ヅ フ ァ 層 上 に ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 し た I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 を 1 周 期 と し て 、 複 数 周 期 形 成 さ れ た 層 で あ る こ と を 特 徴 と す る 請 求 項 2 乃 至 請 求 項 5 の い ず れ か 1 項 に 記 載 の I I I 族窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 。
7 . 前 記 基 底 層 に お い て 、 前 記 ノ ッ フ ァ 層 と 隣 り 合 う 前 記 I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 と は 、 組 成 又 は 形 成 温 度 が 異 な る こ と を 特 徴 と す る 請 求 項 6 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 。
8 . 前 記 第 1 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 層 に は 主 た る 構 成 元 素 よ り 原 子 半 径 の 大 き な 元 素 に よ り 一 部 置 換 さ れ て い る 又 は ド 一 プ さ れ て い る こ と を 特 徴 と す る 請 求 項 1 乃 至 請 求 項 7 の い ず れ か 1 項 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 。
9 . 請 求 項 1 乃 至 請 求 項 8 の い ず れ か 1 項 に 記 載 の
I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 に お い て 、 第 2 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 を ェ ピ タ キ シ ャ ル 成 長 さ せ る 前 に 、 段 差 の 底 部 を 覆 う よ う 、 第 2 の マ ス ク を 形 成 す る 工 程 を 含 む こ と を 特 徴 と す る I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 。
1 0 . 請 求 項 1 乃 至 請 求 項 9 の い ず れ か 1 項 に 記 載 の I I I 族 窒 化 物 系 化 合 物 半 導 体 の 製 造 方 法 に よ り 製 造 し
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